JP4597432B2 - 縦型熱処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、縦型熱処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造においては、被処理体例えば半導体ウエハに、酸化、拡散、CVD(Chemical Vapor Deposition)などの処理を行うために、各種の熱処理装置が用いられている。そして、その一つとして、一度に多数枚の被処理体の熱処理が可能な縦型熱処理装置が知られている。
【0003】
この縦型熱処理装置は、多数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器を有し、この処理容器の周囲には筒状断熱材を有するヒータが設置されている。図5に示すように、前記筒状断熱材11の外周は金属製の外皮(アウターシェル)30で覆われ、筒状断熱材11の上部には頂部断熱材(トップブロック)13が設けられ、この頂部断熱材13の上部は前記外皮30と連結された金属製の天板31で覆われている。35は、頂部断熱材13上に載置された毛布状断熱材(ブランケット)である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の縦型熱処理装置においては、ヒータを高温例えば1000℃程度に昇温すると、その昇温に伴って天板31が熱膨張し、天板31の中央部(センター)と周縁部(エッジ)との温度差ないし熱膨張差により反り変形を生じるようになる。装置外壁(筐体)40の天上部の昇温を抑制するために天板31の上に軟らかくて厚さのある布団状断熱材41を置くタイプのものにおいては、より温度差が大きく変形も大きくなる傾向がある。
【0005】
特に、天板31が下方に変形した場合、矢印Fで示すように頂部断熱材13を圧迫して頂部断熱材13に亀裂や破損が生じる恐れがる。頂部断熱材13に亀裂や破損が生じると、その部分から熱が逃げてヒータの温度が不安定になり、プロセスに悪影響を与える恐れがある。
【0006】
本発明は、前記事情を考慮してなされたもので、天板の下方への反り変形を抑制ないし防止してヒータの頂部断熱材の亀裂や破損を防止することができる縦型熱処理装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明のうち、請求項1に係る発明は、多数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、前記筒状断熱材の外周を外皮で覆い、筒状断熱材の上部に頂部断熱材を設け、該頂部断熱材の上部を前記外皮と連結された天板で覆ってなる縦型熱処理装置において、前記天板が同心円状に複数に分割した分割片からなり、隣接する分割片のうち小径側分割片の外径が大径側分割片の内径よりも大きく形成され、大径側分割片の上に小径側分割片を順に重ねて取付けてなり、各分割片の周縁部が径方向の熱変形移動を許容し得る状態で保持されていることを特徴とする。
【0008】
請求項2に係る発明は、多数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、前記筒状断熱材の外周を外皮で覆い、筒状断熱材の上部に頂部断熱材を設け、該頂部断熱材の上部を前記外皮と連結された天板で覆ってなる縦型熱処理装置において、前記天板が中央部を周縁部より高くした凸状に成形されており、前記天板の周縁部が径方向の熱変形移動を許容し得る状態で保持されていることを特徴とする。
【0009】
前記天板または分割片の周縁部にはこれをネジで保持すべく所定ピッチ間隔でネジ穴が設けられ、これらネジ穴が前記天板の径方向に長い長穴もしくは径方向に長く且つ径方向外方が開放された切欠部として形成されていることが好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を添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は天板部分の平面図である。
【0011】
図1において、1は縦型熱処理装置で、この縦型熱処理装置1は多数枚の被処理体例えば半導体ウエハwを収容して所定の熱処理例えばCVD処理を施す縦型の処理容器(プロセスチューブ)2を備えている。この処理容器2は、耐熱性および耐食性を有する材料例えば石英ガラスにより形成されている。
【0012】
処理容器2は、図示例では、内管2aと外管2bの二重管構造になっている。内管2aは上端および下端が開放されている。外管2bは、上端が閉塞され、下端が開放されている。なお、処理容器2は、外管2bのみからなっていてもよい。
【0013】
処理容器2の下部には、図示例では、処理容器2内に処理ガスや不活性ガスを導入するガス導入部3と、処理容器2内を排気する排気部4とを有する短円筒状のマニホールド5が設けられている。このマニホールド5は、耐熱性および耐食性を有する材料例えばステンレス鋼により形成されている。
【0014】
ガス導入部3には、ガス源に通じるガス供給系の配管が接続される。排気部4には、真空ポンプおよび圧力制御機構を有する排気系が接続され、処理容器2内を所定の処理圧力に制御し得るようになっている。この処理圧力に制御された状態で、ガス導入部3から導入された処理ガスが処理容器2の内管2a内を上昇してウエハwの所定の熱処理に供された後、内管2aと外管2bとの間の環状通路を下降して排気部4から排気されるようになっている。
【0015】
前記マニホールド5の上端には、フランジ部5fが形成されており、この上端フランジ部5fの上面には、外管2bの下端フランジ部2fが載置され、フランジ押え6により接合固定されている。マニホールド5の上端フランジ部5fと外管2bの下端フランジ部2fとの間には、シール手段である例えばOリング7が介設されている。マニホールド5の内側には、内管2aを支持するための内管支持部8が設けられている。
【0016】
前記マニホールド5は、ベースプレート9の下部に取付けられており、このベースプレート9の上部には、処理容器2の周囲を取り囲み処理容器2内のウエハwを所定の熱処理温度に加熱昇温するためのヒータ10が設置されている。このヒータ10は、処理容器2の周囲を取囲む筒状(円筒状)の断熱材11を備え、この筒状断熱材11の内周に抵抗発熱線12が螺旋状または蛇行状に配設されている。前記ヒータ10は、高さ方向に複数の領域に分けて温度制御が可能に構成されている。
【0017】
ヒータ10の筒状断熱材11の上部には、ヒータ10の頂部断熱材である円板状の頂部断熱材13が被せられ(載置され)ている。ヒータ10本体の筒状断熱材11およびヒータ10頂部の頂部断熱材13は、所定の断熱材料例えばシリカ(SiO2)およびアルミナ(Al2O3)の混合材料により形成されている。
【0018】
前記ヒータ10の筒状断熱材11の外周は、金属製例えばSUS製の円筒状の外皮(アウターシェル)30により覆われており、この外皮30の外周には水冷管と金属製のカバーとからなる水冷ジャケットが設けられている(図示省略)。
【0019】
また、前記ヒータ10の頂部断熱材13の上部は、前記外皮30と連結された例えばSUS製の天板31で覆われている。外皮30の上端部に天板31を取付けるために、外皮30の上端部内周には上端に内向きフランジ32aを有する断面逆L形状で短円筒状の取付部材(トップリング)32が固着具例えばネジ33で取付けられ、この取付部材32の内向きフランジ32a上に天板31の周縁部が固着具例えばネジ34で固定されている。
【0020】
前記天板31と頂部断熱材13との間には隙間sが設けられ、この隙間sには綿状断熱材35が設けられている。前記天板31の中央部と周縁部との温度差ないし熱膨張差による下方への反り変形を防止するために、天板31は、図2にも示すように、同心円状に複数例えば3つ分割した分割片31a,31b,31cからなり、隣接する分割片のうち小径側分割片の外径が大径側分割片の内径よりも大きく形成され、大径側分割片の上に小径側分割片が順に重ねて配置されるようになっている。
【0021】
すなわち、中央、中間および周縁の3つからなる分割片31a,31b,31cは、周縁分割片31cの外周縁を取付部材32の内向きフランジ32a上に載せ、周縁分割片31cの内周縁上に中間分割片31bの外周縁を載せ、この中間分割片31bの内周縁上に中央分割片31aの外周縁を載せて構成されている。周縁分割片31cの周縁部は前述のように取付部材32の内向きフランジ32a上にネジ34で固定され、中間分割片31bの周縁部は周縁分割片31c上にネジ34で固定され、中央分割片31aの周縁部は中間分割片31b上にネジ34で固定されている。
【0022】
この場合、天板31の各分割片31a,31b,31cの周縁部は径方向の熱変形移動を許容し得る状態で保持されていることが好ましい。具体的には、各分割片31a,31b,31cの周縁部には、ネジ穴(固着具用***)36が所定ピッチ間隔で設けられているが、これらのネジ穴36は径方向に長い長穴(バカ穴)もしくは径方向に長く且つ径方向外方が開放された切欠部として形成されている。また、ネジ34は、各分割片31a,31b,31cの径方向の熱変形移動を容易にすべく緩く締め付けられていることが好ましい。なお、中央分割片13aの中央部には穴37が設けられているが、この穴37は必ずしも設けられている必要はない。
【0023】
処理容器2内に多数枚例えば150枚程度の半導体ウエハwを高さ方向に所定間隔で搭載保持するために、ウエハwは保持具である例えば石英ガラス製のボート15に保持され、このボート15はマニホールド5の下端開口部(炉口)を密閉する例えばステンレス鋼製の蓋体16の上部に炉口断熱手段である保温筒17を介して載置されている。前記処理容器2の下方には、蓋体16を昇降させて蓋体16の開閉および処理容器2に対するボート15の搬入搬出を行うための昇降機構18が設けられていると共にその作業領域であるローディングエリア19が設けられている。
【0024】
マニホールド5の下端(開口端)と蓋体16との接合部には、シール手段である例えばOリングが設けられている(図示省略)。また、蓋体16には、ウエハwの面内均一な熱処理を可能とするためにボート15を回転するための回転機構20が設けられている。
【0025】
前記頂部断熱材13の下面には、頂部断熱材13に亀裂や破損が生じた時に発生する粉状のごみ(パーティクル)の落下や飛散を抑制ないし防止するため、耐熱性のシート例えばアルミナクロス(図示省略)が貼り付けられていることが好ましいが、必ずしもアルミナクロスが貼り付けられていなくてもよい。
【0026】
次に、以上の構成からなる縦型熱処理装置の作用を述べる。先ず、ウエハwの移載が終了したボート15は、ローディングエリア19において、蓋体16上の保温筒17上に載置される。次に、昇降機構18による蓋体16の上昇によってボート15を処理容器2内にその下端開口(マニホールド5の下端開口部)から搬入し、その開口を蓋体16で気密に閉塞する。そして、処理容器2内を、排気部4からの排気系による減圧排気により所定の圧力ないし真空度に制御すると共にヒータ10を昇温させ、回転機構20によりボート15を回転させながらガス導入部3より処理ガスを処理容器2内に導入してウエハwに所定の熱処理例えばCVD処理を開始する。
【0027】
所定の熱処理が終了したなら、先ず、ヒータ10を降温させ、処理ガスの導入を停止し不活性ガスの導入により処理容器2内をパージする。次に、回転機構20を停止し、蓋体16を下降させて処理容器2内を開放すると共にボート2をローディングエリア37に搬出すればよい。
【0028】
前記ヒータ10が高温例えば1000℃程度に昇温する時、ヒータ10の頂部が頂部断熱材13で断熱されてはいるものの完全には断熱しきれないため、天板31も昇温し、天板31の中央部(センター)と周縁部(エッジ)との間に温度差が生じる。しかるに、前記縦型熱処理装置1によれば、前記天板31が同心円状に複数に分割した分割片31a,31b,31cからなり、隣接する分割片のうち小径側分割片の外径が大径側分割片の内径よりも大きく形成され、大径側分割片の上に小径側分割片を順に重ねて取付けてなるため、各分割片31a,31b,31cでは中央側ないし内周側と周縁側ないし外周側との間の温度差が小さくなり、各分割片31a,31b,31cの熱変形量が小さくなり、天板31全体の熱変形量を小さくすることができる。
【0029】
従って、たとえ天板31上に布団状断熱材(図5参照)が載置されていたとしても、天板31の下方への反り変形を抑制ないし防止することができ、天板31の下方への反り変形に起因するヒータ10の頂部断熱材13の亀裂や破損を防止することができる。特に、各分割片31a,31b,31cは、周縁部が径方向の熱変形移動を許容し得る状態で保持されているため、天板31の下方への反り変形を更に十分に抑制ないし防止することが可能となり、ヒータ10の頂部断熱材13の亀裂や破損を更に十分に防止することが可能となり、頂部断熱材13の耐久性の向上およびプロセスの安定性ないし信頼性の向上が図れる。
【0030】
図3、図4は天板部分のそれぞれ異なる変形例を示している。これらの図において、図1ないし図2と同一部分は同一参照符号付して説明を省略し、異なる部分について説明を加える。図3ないし図4に示す天板31は、中央部31xを周縁部31yより高くした凸状に例えばプレス成形により成形されている。具体的には、図3に示す天板31は、中央部31xが偏平状態で周縁部31yよりも上方に突出した、いわゆる断面ハット状に成形されている。この天板31は、中央部31xと周縁部31yとの境目が環状のリブ状に形成されているため(すなわち、中間に環状のリブ31zを有しているため)、強度的に強いだけでなく、天板31の変形方向を上方に規制することができる。
【0031】
図4に示す天板31は、上方に膨らんだ曲面状に成形されており、天板31の変形方向を上方に規制することができる。図3、図4の何れの天板31においても、中央部31xを周縁部31yより高くした凸状に成形されているため、たとえ天板31上に断熱材パッドが載置されていたとしても、天板31の下方への反り変形を防止することができ、天板31の下方への反り変形に起因するヒータ10の頂部断熱材13の亀裂や破損を防止することができ、頂部断熱材13の耐久性の向上およびプロセスの安定性ないし信頼性の向上が図れる。また、何れの天板31においても、周縁部が径方向の熱変形移動を許容し得る状態で保持されているため、天板31の下方への反り変形を更に十分に抑制ないし防止することができ、ヒータ10の頂部断熱材13の亀裂や破損を十分に防止することができる。
【0032】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、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、前記実施の形態では、熱処理の一例としてCVD処理が例示されているが、本発明の縦型熱処理装置は、CVD処理以外に、例えば拡散処理、酸化処理、アニール処理等を行うことが可能である。また、前記実施の形態では、処理容器にマニホールドを備えた縦型熱処理装置が例示されているが、本発明の縦型熱処理装置は、処理容器にマニホールドを備えていなくてもよい。また、被処理体としては、半導体ウエハ以外に、例えばLCD基板やガラス基板等であってもよい。
【0033】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【0034】
(1)請求項1に係る発明によれば、多数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、前記筒状断熱材の外周を外皮で覆い、筒状断熱材の上部に頂部断熱材を設け、該頂部断熱材の上部を前記外皮と連結された天板で覆ってなる縦型熱処理装置において、前記天板が同心円状に複数に分割した分割片からなり、隣接する分割片のうち小径側分割片の外径が大径側分割片の内径よりも大きく形成され、大径側分割片の上に小径側分割片を順に重ねて取付けてなり、各分割片の周縁部が径方向の熱変形移動を許容し得る状態で保持されているため、天板の下方への反り変形を抑制ないし防止することができ、ヒータの頂部断熱材の亀裂や破損を防止することができる。
【0035】
(2)請求項2に係る発明によれば、多数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、前記筒状断熱材の外周を外皮で覆い、筒状断熱材の上部に頂部断熱材を設け、該頂部断熱材の上部を前記外皮と連結された天板で覆ってなる縦型熱処理装置において、前記天板が中央部を周縁部より高くした凸状に成形されており、前記天板の周縁部が径方向の熱変形移動を許容し得る状態で保持されているため、天板の下方への反り変形を抑制ないし防止することができ、ヒータの頂部断熱材の亀裂や破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す縦型熱処理装置の縦断面図である。
【図2】天板部分の平面図である。
【図3】天板部分の変形例を示す図で、(a)は平面図、(b)は断面図である。
【図4】天板部分の変形例を示す図で、(a)は平面図、(b)は断面図である。
【図5】従来の縦型熱処理装置における天板部部分の断面図である。
【符号の説明】
w 半導体ウエハ(被処理体)
1 縦型熱処理装置
2 処理容器
10 ヒータ
11 筒状断熱材
13 頂部断熱材
30 外皮
31 天板
31a,31b,31c 分割片
31x 天板の中央部
31y 天板の周縁部
Claims (3)
- 多数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、前記筒状断熱材の外周を外皮で覆い、筒状断熱材の上部に頂部断熱材を設け、該頂部断熱材の上部を前記外皮と連結された天板で覆ってなる縦型熱処理装置において、前記天板が同心円状に複数に分割した分割片からなり、隣接する分割片のうち小径側分割片の外径が大径側分割片の内径よりも大きく形成され、大径側分割片の上に小径側分割片を順に重ねて取付けてなり、各分割片の周縁部が径方向の熱変形移動を許容し得る状態で保持されていることを特徴とする縦型熱処理装置。
- 多数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、前記筒状断熱材の外周を外皮で覆い、筒状断熱材の上部に頂部断熱材を設け、該頂部断熱材の上部を前記外皮と連結された天板で覆ってなる縦型熱処理装置において、前記天板が中央部を周縁部より高くした凸状に成形されており、前記天板の周縁部が径方向の熱変形移動を許容し得る状態で保持されていることを特徴とする縦型熱処理装置。
- 前記天板または分割片の周縁部にはこれをネジで保持すべく所定ピッチ間隔でネジ穴が設けられ、これらネジ穴が前記天板の径方向に長い長穴もしくは径方向に長く且つ径方向外方が開放された切欠部として形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の縦型熱処理装置。
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