JP3369165B1 - 縦型熱処理装置 - Google Patents
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Abstract
びシール材の耐久性の向上が図れ、高温の熱処理に対応
可能な縦型熱処理装置を提供する。 【解決手段】 縦型熱処理炉2の炉口3を開閉する昇降
可能な蓋体5に多数の被処理体wを搭載した保持具13
を回転する回転機構15を備えた縦型熱処理装置1にお
いて、前記回転機構15は、回転軸16と、該回転軸1
6を軸受17及びシール材18を介して回転可能に支持
する支持部19とを備え、前記回転軸16を薄肉の中空
構造とし、回転軸16の内部と外周部に冷却用気体を流
通させるように構成すると共に、前記支持部19に回転
軸16の上端側を囲繞する如く冷媒を流通させるための
冷却通路32を設けたした。
Description
関する。
例えば半導体ウエハに例えば酸化、拡散、CVD、アニ
ール等の各種の熱処理を施す工程があり、これらの工程
を実行するための熱処理装置の一つとして多数枚のウエ
ハを一度に熱処理することが可能な縦型熱処理装置が用
いられている。
に、縦型熱処理炉の炉口を開閉する昇降可能な蓋体5を
備え、この蓋体5には多数のウエハを搭載したボートを
回転するための回転機構15が設けられている。この回
転機構15は、回転軸16と、この回転軸16を軸受1
7及びシール材18を介して回転可能に支持する支持部
19とを備えている。また、蓋体5を貫通した回転軸1
6の上端部には回転テーブル20が設けられている。な
お、回転軸16の下端部にはモータ28がベルト30を
介して連結されている。また、回転テーブル20の周縁
部と蓋体5の間には、炉内の処理ガスが回転テーブル2
0と蓋体5の隙間に回り込んで漏れるのを防ぐためのラ
ビリンス構造60が設けられている。
ール材18の耐久性の低下を抑制ないし防止するため
に、不活性ガス(例えば窒素ガスN2)を回転軸16の
外周部に流通させて冷却すると共に蓋体5の中央付近に
冷却水を循環させる冷却通路32を設けて冷却する構造
が採用されている。不活性ガスは、支持部19と回転軸
16の隙間におけるシール材18よりも上方に供給さ
れ、回転テーブル20と蓋体5の隙間を炉内側へ流通さ
れるようになっている。冷却通路32は、蓋体5の中央
付近に回転軸16を囲繞する如く略環状に設けられ、そ
の一端から冷却水が供給され、他端から排出されるよう
になっている。
は、ある程度の高温例えば1000℃程度の熱処理に耐
え得るように設計されているが、それよりも更に高い高
温例えば1200℃程度の熱処理に使用した場合、前記
従来の冷却構造では冷却が不十分となり、熱膨張による
回転軸16と軸受17のかじり付きや焼き付きを生じる
など、軸受17及びシール材18の損傷ないし耐久性の
低下を招く恐れがあった。その理由としては、回転軸1
6が熱を伝え難い材質のジルコニア製のむく軸からなっ
ているため、炉内側から伝わった熱が蓄積され易く、冷
却し難い構造であった。また、蓋体5に設けられた軸孔
と回転軸16の隙間Sが例えば1mmと大きいため、冷
却通路32側から回転軸16を十分に冷却することが困
難であった。
ので、回転軸を十分に冷却することができ、軸受及びシ
ール材の耐久性の向上が図れ、高温の熱処理に対応可能
な縦型熱処理装置を提供することを目的とする。
の発明は、縦型熱処理炉の炉口を開閉する昇降可能な蓋
体に多数の被処理体を搭載した保持具を回転する回転機
構を備えた縦型熱処理装置において、前記回転機構は、
回転軸と、該回転軸を軸受及びシール材を介して回転可
能に支持する支持部とを備え、前記回転軸を薄肉の中空
構造とし、回転軸の内部と外周部に冷却用気体を流通さ
せるように構成すると共に、前記支持部に回転軸の上端
側を囲繞する如く冷媒を流通させるための冷却通路を設
けたことを特徴とする。
処理装置において、前記回転軸の内部は仕切壁を介して
上下に仕切られ、また前記回転軸の外部で且つ略仕切壁
の位置に前記シール材を配置し、該仕切壁よりも上側の
内部及び外部に前記冷却用気体を流通させると共に、該
仕切壁よりも下側の内部が外部に開放されていることを
特徴とする。
の縦型熱処理装置において、前記回転軸と支持部の隙間
を小さくすると共に、回転軸と支持部の各々の対向面に
放熱用の凹凸部を設けたことを特徴とする。
記載の縦型熱処理装置において、前記冷却通路が略螺旋
状に設けられていることを特徴とする。
かに記載の縦型熱処理装置において、前記冷却通路が仕
切部を介して上下複数段に仕切られ、各段の仕切部に冷
媒を通流させる通流孔が設けられていることを特徴とす
る。
かに記載の縦型熱処理装置において、前記回転軸の上端
には回転テーブルを固定するための平面部が設けられ、
該平面部と回転テーブルの少なくとも一方には接触面積
を小さくするための凹部が設けられていることを特徴と
する。
かに記載の縦型熱処理装置において、前記回転軸の上端
には蓋体上で回転するする回転テーブルが設けられ、蓋
体の上面と回転テーブルの下面との間には不活性ガスを
中心側より周縁側へ流通させるための隙間が設けられて
いると共に、不活性ガスを溜めるための環状のガス溜り
部が設けられていることを特徴とする。
付図面に基いて詳述する。図1は本発明の実施の形態を
示す縦型熱処理装置の縦断面図、図2は同要部断面図、
図3は同要部拡大断面図、図4は回転軸を示す図で、
(a)は縦断面図、(b)は頂部平面図、(c)は
(a)のA−A線断面図、図5は回転テーブルと回転軸
の関係を示す分解斜視図、図6は冷却通路の構造を説明
する説明図である。
の縦型熱処理装置1は被処理体例えば半導体ウエハwを
収容して所定の処理例えば拡散処理を施すための縦型の
熱処理炉2を備えている。この熱処理炉2は、下部が炉
口3として開口された縦長の処理容器例えば石英製の反
応管4と、この反応管4の炉口3を開閉する昇降可能な
蓋体5と、前記反応管4の周囲に設けられ、反応管
(炉)4内を所定の温度例えば300〜1200℃に加
熱制御可能な発熱抵抗体を備えたヒータ6とから主に構
成されている。
(実施例)では一重管からなっている。この反応管4の
下端部には外向きのフランジ部4aが形成され、このフ
ランジ部4aがフランジ保持部材7を介してヒータベー
ス8の下部に保持され、このヒーターベース8がベース
プレート9上に支持枠10を介して設けられている。ベ
ースプレート9には反応管4を下方から挿通可能な開口
部が形成されている。ヒータベース8上に前記ヒータ6
が設置されている。
スやパージ用の不活性ガスを導入する複数のガス導入管
部11が設けられ、これらガス導入管部11にはガス供
給系の配管が接続されている。また、反応管4の下側部
には排気管部12が設けられており、この排気管部12
には排気系の配管が接続されている。
た後述の熱処理用ボート13(保持具)を熱処理炉(す
なわち反応管4)2内に搬入(ロード)したり、熱処理
炉2から搬出(アンロード)したり、或いはボート13
に対するウエハwの移載を行うための作業領域(ローデ
ィングエリア)14となっている。この作業領域14に
はボート13の搬入、搬出を行うべく蓋体5を昇降させ
るための図示しない昇降機構(ボートエレベータ)が設
けられている。
体5には前記ボート13を回転するための回転機構15
が設けられている。この回転機構15は、図2ないし図
3に示すように、回転軸16と、この回転軸16を軸受
17及びシール材18を介して回転可能に支持する支持
部(ホルダ部または軸受ハウジングともいう)19とを
備えている。また、本実施の形態の回転機構15は、蓋
体5を下方から貫通した回転軸16の上端部に固定され
て蓋体5上で回転する回転テーブル20を備えており、
この回転テーブル20上に炉口3部の断熱保温手段であ
る保温筒21を介してボート13が載置されるようにな
っている。回転テーブル20は例えばインコネル製であ
る。回転軸16及び支持部19は熱伝導性の良い例えば
SUS製であることが好ましい。
大口径例えば直径300mmの多数例えば25〜150
枚程度のウエハwを水平状態で上下方向に間隔をおいて
多段に支持し得るようになっている。前記支持部19は
円筒状に形成されており、その上端部が蓋体5の略中央
部に上下方向に貫通形成された嵌合穴22に気密に嵌合
されてネジ23で固定されている。前記回転軸16と支
持部19の間には上下方向略中間部から下方に軸受17
例えば玉軸受が設けられ、支持部19の下端部には軸受
17を固定する端板24がネジ25で固定され、回転軸
16に下側には軸受17を固定するナット26、例えば
緩み止め機能を有するUナット(商品名)が螺着されて
いる。
持部19の隙間をシールするためのシール材18、例え
ば耐熱性及び耐回転摩耗性を有するオムニシール(商品
名)が設けられている。このオムニシールは、断面U字
状で環状のスプリングをテフロン(登録商標)製のカバ
ーで覆って構成されている。なお、シール材18として
は、Oリングであっても良い。
転軸16の支持部19より突出した下端部には従動プー
リ27が取付けられ、この従動プーリ27と、側方に設
けられたモータ28の回転軸に取付けた駆動プーリ29
とにタイミングベルト30が巻き掛けられている。従動
プーリ27の近傍には回転軸16の回転位置を検出する
ためのセンサ31が設けられている。
て軸受17及びシール材18に与える熱影響を抑制する
ために、前記回転軸16を薄肉の中空構造とし、回転軸
16の内部と外周部に冷却用気体例えば不活性ガス例え
ば窒素ガスN2を流通させるように構成すると共に、前
記支持部19に回転軸16の上端側を囲繞する如く冷媒
例えば水ないし冷却水を流通させる冷却通路32を設け
ている。前記回転軸16の内部は、図4にも示すよう
に、上下方向略中間部に形成された仕切壁33を介して
上下に仕切られ、この仕切壁33よりも下側の内部34
が下端から外部に連通開放されており、これにより回転
軸16の熱を外部に放熱できるようになっている。
水平に固定するための平面部35が設けられている。回
転テーブル20の下面の略中央部には図5にも示すよう
に回転軸16の上端部を挿入する深さの浅い挿入孔36
が設けられ、この挿入孔36の天上面には、回転軸16
と回転テーブル20の接触面積を小さくするための略三
つ葉状の凹部37が設けられている。回転テーブル20
は、回転軸16の上端の平面部35にネジ38で固定さ
れている。なお、前記凹部37は回転軸16上端の平面
部35に設けられていても良い。
けるために、回転軸16の上端には上面に平面部35を
有する上端部材39が溶接により取付けられている。ま
た、中空の回転軸16に前記仕切壁33及び上端部材3
9を設けたことにより、回転軸16の上側には中空室部
40が形成されている。中空室部40の天上面には、図
4に示すように前記回転テーブル20の凹部37と同じ
形状の凹部41が設けられ、熱容量の低減が図られてい
る。なお、前記上端部材39は回転軸の上端に溶接以外
の接合手段例えば嵌合や螺合等で設けられていても良
い。
ス例えばN2を流通させるために、回転軸16の外周部
には中空室部40の下側部と対応する部分に複数例えば
6個のガス入口穴42が、且つ中空室部40の上側部
(好ましくは凹部41)と対応する部分には複数例えば
3個のガス出口穴43がそれぞれ設けられている。前記
支持部19の内周部には前記ガス入口穴42と対応する
環状溝44が形成され、支持部19にはその環状溝44
に不活性ガスを導入するための1つのガス導入口45が
設けられ、このガス導入口45には不活性ガスを供給す
る図示しないガス供給管が接続されている。
は、回転軸16と支持部19の隙間Saを上昇する流れ
と、ガス入口穴42から中空室部40に入る流れとにな
って回転軸16を内外から冷却した後、前記隙間Saを
上昇する流れにガス出口穴43から出る流れが合流して
回転テーブル20の下面と蓋体5の上面との間の隙間S
bを通って炉内すなわち反応管4内に放出されるように
なっている。
に冷却するために、すなわち冷却効果を向上させるため
に、前記回転軸16と支持部19の隙間Saは例えば
0.42mm程度と小さく形成されていると共に、回転
軸16と支持部19の各々の対向面には放熱用の凹凸部
であるネジ(ネジ山ともいう)46,47が設けられて
いる。具体的には、回転軸16の外周部には例えばM3
0×1.5のネジ(雄ネジ)46が切られ(刻設さ
れ)、ホルダ19の内周部には例えばM33×2のネジ
(雌ネジ)47が切られている。このように、いわゆる
放熱フィンをネジ山とすることにより、容易に加工する
ことが可能となる。
却水を淀みなく循環させるために略螺旋状に設けられて
いることが好ましい。この場合、冷却通路32は、加工
を容易にするために、図6に分解して示すように、複層
構造例えば3層構造に形成されていることが好ましい。
すなわち、支持部19には冷却通路32を構成する環状
の通路32a,32b,32cが上下に複数段ないし複
数層例えば下層、中層、上層に仕切部62,63を介し
て設けられ、下層および中層の通路32a,32bはそ
れぞれ前後2つの仕切壁49,50により左通路ax,
bxと右通路ay,byに分割され、上層の通路32c
は前側1つの仕切壁61により仕切られC状の通路とさ
れている。この上層と中層の仕切部63には上層の仕切
壁61の近傍に上層の通路32cと中層の左右の通路b
x,byとを連通させて冷媒を通流させる通流孔51,
52が設けられ、中層と下層の仕切部62には中層の後
側仕切壁50の近傍に中層の左右の通路bx,byと下
層の左右の通路ax,ayとを連通させて冷媒を通流さ
せる通流孔53,54が設けられている。下層の前側仕
切壁49の近傍には冷却水の導入口55と排出口56が
設けられ、これらに図示しない冷却水の供給管と排水管
(戻り管)が接続されている。これにより、冷却通路3
2には矢印で示すように冷却水(常温の水)が供給され
て循環されるようになっている。
ル20の下面との間には不活性ガスを中心側より周縁側
へ流通させるための隙間Sbが設けられており、この隙
間Sbには炉内からの処理ガスの回り込みを防止するた
めに、不活性ガスを所定量溜めるための周方向に連続し
た環状のガス溜り部57が設けられている。このガス溜
り部57は、蓋体5の上面と回転テーブル20の下面に
対応する環状の溝を形成することによって中空室状に形
成されている。なお、蓋体5には蓋体5自体を冷却する
ための冷却通路58が設けられている。
れば、縦型熱処理炉2の炉口3を開閉する昇降可能な蓋
体5に多数のウエハwを搭載したボート13を回転する
回転機構15を備え、この回転機構15は、回転軸16
と、この回転軸16を軸受17及びシール材18を介し
て回転可能に支持する支持部19とを有し、前記回転軸
16を薄肉の中空構造とし、回転軸16の内部と外周部
に冷却用の不活性ガスを流通させるように構成すると共
に、前記支持部19に回転軸16の上端側を囲繞する如
く冷媒例えば水または冷却水を流通させるための冷却通
路32を設けているため、回転軸16を十分に冷却する
ことができ、軸受17及びシール材18の耐久性の向上
が図れ、高温例えば1200℃程度の熱処理に対応可能
な縦型熱処理装置を提供することができる。
を介して上下に仕切られ、また前記回転軸16の外部で
且つ略仕切壁3の位置に前記シール材18を配置し、該
仕切壁33よりも上側の内部及び外部に前記冷却用気体
例えばN2を流通させると共に、該仕切壁33よりも下
側の内部が外部に開放されているため、回転軸16を更
に十分に冷却することができ、軸受17及びシール材1
8の耐久性の向上が図れる。更に、前記回転軸16と支
持部19の隙間Saを小さくすると共に、回転軸16と
支持部19の各々の対向面に放熱用の凹凸部であるネジ
46,47が設けられているため、冷却通路32側から
回転軸16を更に十分に冷却することができ、軸受17
及びシール材18の耐久性の向上が図れる。
いるため、冷却水を澱みなく循環させることができると
共に回転軸16の長手方向に沿って回転軸16及び支持
部19を広範囲に冷却することができ、軸受17及びシ
ール材18の耐久性の向上が図れる。この場合、前記冷
却通路32が上下複数段に仕切られ、各段の仕切部62
に冷媒通流させる通流孔51,52,53,54が設け
られているため、略螺旋状の冷却通路32を容易に形成
することができ、冷媒を澱みなく循環させることができ
ると共に回転軸16の長手方向に沿って回転軸16及び
支持部19を広範囲に冷却することができ、軸受17及
びシール材18の耐久性の向上が図れる。
ブル20を固定するための平面部35が設けられ、この
平面部35と回転テーブル20の少なくとも一方には接
触面積を小さくするための凹部37が設けられているた
め、回転テーブル20から回転軸16への熱伝導を抑制
することができる。更に、前記回転軸16の上端には蓋
体5上で回転するする回転テーブル20が設けられ、蓋
体5の上面と回転テーブル20の下面との間には不活性
ガスを中心側より周縁側へ流通させるための隙間Sbが
設けられていると共に、不活性ガスを溜めるための環状
のガス溜り部57が設けられているため、簡単な構造で
炉内からの処理ガスの回り込みを防止することができ、
複雑なラビリンス構造が不要となり、コストの低減が図
れる。
述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の
設計変更等が可能である。例えば、例えば、熱処理装置
としては、拡散処理以外に、CVD処理(減圧タイプを
含む)、酸化処理、アニール処理等を行うように構成さ
れていてもよい。前記ボートの材質としては、石英以外
に、例えば炭化珪素やポリシリコン(Si)等であって
も良い。被処理体としては、半導体ウエハ以外に、例え
ばLCD基板等であっても良い。また、反応管は、内管
と外管の二重管構造とされていても良い。冷却用気体と
しては不活性ガスが好ましいが、不活性ガス以外の気体
であっても良い。冷媒としては、水が好ましいが、水以
外の液体ないし流体であっても良い。
な効果を奏することができる。
理炉の炉口を開閉する昇降可能な蓋体に多数の被処理体
を搭載したボートを回転する回転機構を備えた縦型熱処
理装置において、前記回転機構は、回転軸と、該回転軸
を軸受及びシール材を介して回転可能に支持する支持部
とを備え、前記回転軸を薄肉の中空構造とし、回転軸の
内部と外周部に冷却用気体を流通させるように構成する
と共に、前記支持部に回転軸の上端側を囲繞する如く冷
媒を流通させるための冷却通路を設けているため、回転
軸を十分に冷却することができ、軸受及びシール材の耐
久性の向上が図れ、高温の熱処理に対応可能な縦型熱処
理装置を提供することができる。
軸の内部は仕切壁を介して上下に仕切られ、また前記回
転軸の外部で且つ略仕切壁の位置に前記シール材を配置
し、該仕切壁よりも上側の内部及び外部に前記冷却用気
体を流通させると共に、該仕切壁よりも下側の内部が外
部に開放されているため、回転軸を更に十分に冷却する
ことができ、軸受及びシール材の耐久性の向上が図れ
る。
軸と支持部の隙間を小さくすると共に、回転軸と支持部
の各々の対向面に放熱用の凹凸部を設けているため、冷
却通路側から回転軸を更に十分に冷却することができ、
軸受及びシール材の耐久性の向上が図れる。
通路が略螺旋状に設けられているため、冷媒を澱みなく
循環させることができると共に回転軸の長手方向に沿っ
て回転軸及び支持部を広範囲に冷却することができ、軸
受及びシール材の耐久性の向上が図れる。
通路が仕切部を介して上下複数段に仕切られ、各段の仕
切部に冷媒を通流させる通流孔が設けられているため、
略螺旋状の冷却通路を容易に形成することができ、冷媒
を澱みなく循環させることができると共に回転軸の長手
方向に沿って回転軸及び支持部を広範囲に冷却すること
ができ、軸受及びシール材の耐久性の向上が図れる。
軸の上端には回転テーブルを固定するための平面部が設
けられ、該平面部と回転テーブルの少なくとも一方には
接触面積を小さくするための凹部が設けられているた
め、回転テーブルから回転軸への熱伝導を抑制すること
ができる。
軸の上端には蓋体上で回転するする回転テーブルが設け
られ、蓋体の上面と回転テーブルの下面との間には不活
性ガスを中心側より周縁側へ流通させるための隙間が設
けられていると共に、不活性ガスを溜めるための環状の
ガス溜り部が設けられているため、簡単な構造で炉内か
らの処理ガスの回り込みを防止することができる。
断面図である。
は頂部平面図、(c)は(a)のA−A線断面図であ
る。
である。
Claims (7)
- 【請求項1】 縦型熱処理炉の炉口を開閉する昇降可能
な蓋体に多数の被処理体を搭載した保持具を回転する回
転機構を備えた縦型熱処理装置において、前記回転機構
は、回転軸と、該回転軸を軸受及びシール材を介して回
転可能に支持する支持部とを備え、前記回転軸を薄肉の
中空構造とし、回転軸の内部と外周部に冷却用気体を流
通させるように構成すると共に、前記支持部に回転軸の
上端側を囲繞する如く冷媒を流通させるための冷却通路
を設けたことを特徴とする縦型熱処理装置。 - 【請求項2】 前記回転軸の内部は仕切壁を介して上下
に仕切られ、また前記回転軸の外部で且つ略仕切壁の位
置に前記シール材を配置し、該仕切壁よりも上側の内部
及び外部に前記冷却用気体を流通させると共に、該仕切
壁よりも下側の内部が外部に開放されていることを特徴
とする請求項1記載の縦型熱処理装置。 - 【請求項3】 前記回転軸と支持部の隙間を小さくする
と共に、回転軸と支持部の各々の対向面に放熱用の凹凸
部を設けたことを特徴とする請求項1または2記載の縦
型熱処理装置。 - 【請求項4】 前記冷却通路が略螺旋状に設けられてい
ることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の縦
型熱処理装置。 - 【請求項5】 前記冷却通路が仕切部を介して上下複数
段に仕切られ、各段の仕切部に冷媒を通流させる通流孔
が設けられていることを特徴とする請求項1乃至4の何
れかに記載の縦型熱処理装置。 - 【請求項6】 前記回転軸の上端には回転テーブルを固
定するための平面部が設けられ、該平面部と回転テーブ
ルの少なくとも一方には接触面積を小さくするための凹
部が設けられていることを特徴とする請求項1乃至5の
何れかに記載の縦型熱処理装置。 - 【請求項7】 前記回転軸の上端には蓋体上で回転する
する回転テーブルが設けられ、蓋体の上面と回転テーブ
ルの下面との間には不活性ガスを中心側より周縁側へ流
通させるための隙間が設けられていると共に、不活性ガ
スを溜めるための環状のガス溜り部が設けられているこ
とを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の縦型熱
処理装置。
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