JPH0566967U - 縦型基板熱処理装置における基板ボート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低温ローディング、アンローディングが必要
なプロセスの炉芯管内における高速昇降温および高温ロ
ーディング、アンローディングが可能なプロセスで炉芯
管内に高速で挿脱してもスリップを発生せずに単位時間
当りの処理能力を向上できる基板ボートを提供する。 【構成】 対向する取付プレート９にわたって複数本の
支柱８を設け、その支柱８それぞれに長手方向に所定間
隔を隔てて、基板Ｗの外周縁を載置支持する溝１１を形
成し、かつ、支柱８それぞれの溝１１形成側とは反対側
に支柱８よりも強度の高い補強支柱１２を付設するとと
もに、その補強支柱１２それぞれに支柱８の長手方向所
定箇所を補強支持して基板ボートを構成する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、半導体基板やセラミックス基板といった各種の基板に対して、酸化 、アニール、ＣＶＤ（化学気相成長）、あるいは、拡散などの各種の熱処理を行 う縦型基板熱処理装置において使用される基板ボートに関する。

【０００２】

【従来の技術】

近年の縦型基板熱処理装置では、単位時間当りの処理能力を向上するために、 炉芯管内の温度を高速で上昇したり下降したりする技術が開発され、石英ガラス とかポリシリコンとか炭化ケイ素（ＳｉＣ）を材料とした基板ボートに基板を保 持させて炉芯管内に挿脱（ローディング、アンローディング）するように構成さ れている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、実際に基板を処理した結果について考察すると、基板にスリッ プが発生し、均一な処理ができなくて品質が低下する問題があった。 そこで、これを改善しようとすると、 600℃以下の低温ローディング、アンロ ーディングが必要なプロセスにおいては基板ボートの昇降温速度を遅くしなけれ ばならず、温度の高速昇降能力を活かすことができず、単位時間当りの処理能力 を向上するうえで妨げになっていた。

【０００４】 また、 850℃以上の高温ローディング、アンローディングが可能なプロセスに おいては基板ボートの昇降速度を大幅に遅くしなければならず、同様の問題があ った。

【０００５】 本考案は、このような事情に鑑みてなされたものであって、請求項１に係る考 案の縦型基板熱処理装置における基板ボートは、基板でのスリップ発生の原因に 考察を加え、低温ローディング、アンローディングが必要なプロセスでは最近の 高速昇降温炉内において高速の昇降温を行っても、また、高温ローディング、ア ンローディングが可能であるプロセスでは炉芯管内に高速で挿脱してもスリップ を発生せずに単位時間当りの処理能力を向上できる基板ボートを提供することを 目的とし、また、請求項２に係る考案の縦型基板熱処理装置における基板ボート は、スリップ発生をより一層良好に防止できるようにすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

請求項１に係る考案の縦型基板熱処理装置における基板ボートは、上述のよう な目的を達成するために、対向する取付プレートにわたって複数本の支柱を設け 、その支柱それぞれに長手方向に所定間隔を隔てて、基板の外周縁を載置支持す る溝を形成した縦型基板熱処理装置における基板ボートにおいて、支柱それぞれ の溝形成側とは反対側に支柱よりも強度の高い補強支柱を付設するとともに、そ の補強支柱それぞれに支柱の長手方向所定箇所を補強支持して構成する。

【０００７】 支柱の材料としては、石英ガラスが望ましいが、ポリシリコンや炭化ケイ素（ ＳｉＣ）なども使用できる。 補強支柱の材料としては、ポリシリコンや炭化ケイ素（ＳｉＣ）が望ましいが 、セラミックスや石英ガラスなども使用できる。

【０００８】 また、請求項２に係る考案の縦型基板熱処理装置における基板ボートは、上述 のような目的を達成するために、請求項１に記載の支柱に形成した溝の下面を、 補強支柱側程低くなる傾斜面に構成する。

【０００９】

【作用】

請求項１に係る考案の縦型基板熱処理装置における基板ボートの構成によれば 、基板を載置支持するために溝を形成した支柱を補強支柱によって補強支持し、 支柱を横断面積の小さい部材で構成しても、使用に伴っての早期における撓み変 形発生などを補強支柱によって防止することができる。

【００１０】 すなわち、種々考察の結果、従来の基板ボートを構成する支柱では、その横断 面積が大きいために熱的質量が大きく、炉芯管内への挿入（ローディング）時で 考えれば、基板の温度上昇の割に支柱での温度上昇が遅くなり、所定の処理位置 まで挿入した状態において、基板と支柱との間で大きな温度差（場合によっては 200〜 300℃）を生じ、これが原因となって溝での基板に対する接触支持箇所を 中心として大きな温度勾配を生じ、基板にスリップが発生することを見出すに至 った。これとまったく同様のスリップ問題が炉芯管内における高速昇降温時や炉 芯管からのアンローディング時についても言える。したがって、補強支柱による 補強構成を採用することによって、支柱を横断面積の小さい部材で構成できるよ うにしたのである。

【００１１】 請求項２に係る考案の縦型基板熱処理装置における基板ボートの構成によれば 、溝の下面に、点的な接続状態で基板の外周縁を載置することができる。

【００１２】

【実施例】

次に、本考案の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

【００１３】 図１は、本考案の実施例の基板ボートを用いた縦型基板熱処理装置の全体概略 縦断面図であり、管軸芯方向が上下方向を向くように赤外線透過性を有する石英 材料によって形成された炉芯管１が設けられ、その炉芯管１の管軸芯方向下端側 に開口２が設けられ、この開口２を通じて、多数の基板Ｗ…を保持した基板ボー ト３を挿脱できるように構成されている。

【００１４】 また、炉芯管１の管軸芯方向上端側にガス導入孔４が設けられるとともに、図 示しないパージガスの供給手段とプロセスガス供給手段とが選択的に連通接続可 能に接続され、パージガスとしてのＮ₂ ガスとかＡｒガスやプロセスガスを供給 するように構成されている。

【００１５】 前記炉芯管１の周囲には、管軸芯方向に短い第１のヒータ５ａと長い第２のヒ ータ５ｂと短い第３のヒータ５ｃとから成る加熱手段としてのヒーターユニット ５が設けられている。

【００１６】 炉芯管１の開口２の近くに、炉芯管１内に連通するように排気管６が設けられ 、基板Ｗ…を保持した基板ボート３を炉芯管１内に挿入するとともに、開口２を 炉口キャップ７で蓋した状態でプロセスガスなどをガス導入孔４から流すときに 、排気管６から排出していくように構成されている。排気管６には、図示しない 排気手段が連通接続されている。

【００１７】 基板ボート３は、周方向に間隔を隔てて設けた基板支持用の石英製で透明の横 断面形状小径円形（直径10mm）の３本の支柱８…の長手方向両端側それぞれに、 互いに対向する状態で石英製の取付プレート９，１０を一体的に設けて構成され ている。

【００１８】 支柱８…それぞれには、図２の要部の断面図に示すように、長手方向に微小ピ ッチで基板挿入用の溝１１…が形成され、基板Ｗの外縁所要部を挿入して三点で 載置支持できるように構成されている。

【００１９】 溝１１…それぞれは、その下面Ｆ１および上面Ｆ２それぞれを奥側程低くなる 傾斜面に形成され、基板Ｗ…を点的な接触状態で下面Ｆ１に載置支持するように 構成されている。この溝１１…としては、下面Ｆ１のみを傾斜面とし、上面Ｆ２ を水平面に形成するものでも良い。

【００２０】 支柱８…それぞれの溝１１形成側とは反対側に支柱８よりも大径（直径15mm） で強度の高いセラミックス製の補強支柱１２が設けられるとともに、その補強支 柱１２…それぞれに長手方向に所定間隔を隔てて係合用突起１３…が一体的に突 設され、一方、支柱８…それぞれの溝１１形成側とは反対側において、図４（図 ２のＡ−Ａ線断面図）に示すように、長手方向に所定間隔を隔てた係合用突起１ ３…それぞれに対応する箇所に、係合用突起１３を嵌合連結する凹部１４が形成 され、支柱８…の長手方向所定箇所を補強支柱１２…によって補強支持するよう に構成されている。

【００２１】 補強支柱１２…それぞれの長手方向両端側それぞれに、図５の部分断面図に示 すように、係止溝１５が形成され、各係止溝１５…それぞれに係止片１６を嵌合 して抜け止めすることにより、補強支柱１２…それぞれと上下の取付プレート９ ，１０とが一体化されている。

【００２２】 図３の（ａ）および図３の（ｂ）は、このような取付プレート９，１０、支柱 ８…、補強支柱１２…の一体化のための具体的一例を示す。 すなわち、補強支柱１２の直径に係合用突起１３の長さを加えた寸法をＢとし 、係止溝１５…に係止片１６が嵌合した際の両者の合計寸法をＡとすると、寸法 Ａを寸法Ｂより、係合用突起１３が支柱８の凹部１４に嵌合連結するための長さ Ｃ分だけ大きく設計する。

【００２３】 したがって、取付プレート９，１０に形成された挿入孔２００に補強支柱１２ および係止片１６を挿通し、係合用突起１３を凹部１４に長さＣだけ嵌入した後 、平面視半円状の係止片１６を 180°回転して係止溝１５に嵌合することによっ て補強支柱１２の取付プレート９，１０からの抜け止め一体化が達成され、分解 するときは係止片１６を 180°逆回転して上記と逆の操作を行えば良い。

【００２４】 この補強支柱１２…それぞれと上下の取付プレート９，１０とを一体形成し、 それに支柱８…を組み付けるように構成するものでも良い。また、製作時に溶接 等で一体化しても良い。

【００２５】 下方の取付プレート１０側には、支柱１７…に断熱板１８…を取り付けた断熱 支持部材１９が設けられている。 図中、２０は昇降支持アームを示し、この昇降支持アーム２０を駆動昇降する ことによって炉口キャップ７を保持し、その炉口キャップ７上に支持された基板 ボート３を昇降して炉芯管１に挿脱するように構成されている。

【００２６】 次に、本考案の基礎となった実験結果について説明する。 ＜第１実験例＞ 基板ボート３として、補強支柱を設けずに、対向する取付プレート９，１０に 、直径が10mmの石英ガラス製の三本の支柱８…を取り付けて構成したもの（第１ 基板ボートと称する）、および、直径が12mmの石英ガラス製の三本の支柱８…を 取り付けて構成したもの（第２基板ボートと称する）をそれぞれ使用した。なお 、溝１１…それぞれの下面Ｆ１および上面Ｆ２はいずれも水平面であった。

【００２７】 処理条件としては、直径５インチの基板 100枚を、4.76mmのピッチで載置支持 させ、炉芯管１への挿脱時の温度を 500℃、処理温度を 960℃とし、パージガス として窒素ガスを10リットル／min 流して処理した。上記炉芯管１への挿脱時に おける基板の 500℃以上での平均温度変化は、挿入（上昇）時で50℃／min 、抜 き出し（下降）時で30℃／min であった。

【００２８】 上記処理後に基板でのスリップの発生状況を目視によって観察した結果、第１ 基板ボートではスリップが発生していないのに対して、第２基板ボートでは、溝 による基板の載置支持箇所を中心としてスリップが発生していた。このスリップ の発生状況を等温線で示せば、図６のスリップ発生状況を示す模式図に示すよう に、基板の載置支持箇所側程温度が低く、それから離れる側程高温になり、それ に比例する状態でスリップが発生していた。

【００２９】 ＜第２実験例＞ 基板ボート３として、前述第１実験例と同様に、対向する取付プレート９，１ ０に、直径が13mmの石英ガラス製の三本の支柱８…を取り付けて構成したもの（ 第３基板ボートと称する）、および、直径が15mmの石英ガラス製の三本の支柱８ …を取り付けて構成したもの（第４基板ボートと称する）、および、前述した第 １基板ボートをそれぞれ使用した。

【００３０】 処理条件としては、直径５インチの基板 120枚を、2.38mmのピッチで載置支持 させ、炉芯管１への挿脱時の温度を 600℃、処理温度を1000℃とし、パージガス として窒素ガスを 5リットル／min 流して処理した。上記炉芯管１への挿脱時に おける基板の 600℃以上での平均温度変化は、挿入（上昇）時で25℃／min 、抜 き出し（下降）時で20℃／min であった。なお、基板を載置させるのに、基板ボ ートの長手方向中央側に 100枚、両端側それぞれに10枚づつ載置した。

【００３１】 上記処理後に基板でのスリップの発生状況を目視によって観察した結果、第１ 基板ボートおよび第３基板ボートではスリップが発生していないのに対して、第 ４基板ボートでは、溝による基板の載置支持箇所を中心としてスリップが発生し ていた。

【００３２】 そして、単純に支柱８…それぞれの直径を10mmにして繰り返して使用したとこ ろ、一週間程度で支柱８…が撓み変形し、使用不能になった。

【００３３】 以上の結果から、処理条件のいかんにかかわらず、支柱８…それぞれの直径を 10mm以下にするのが望ましいことが明らかであり、そして、前述実施例のように 補強支柱１２で補強することにより、基板ボート３の耐久性を向上できることが 明らかであった。

【００３４】 上記補強支柱１２で補強するとともに溝１１…それぞれの下面Ｆ１および上面 Ｆ２のいずれも傾斜面にした実施例の基板ボートを用い、上述の場合と同一の処 理条件で実験を行ったところ、同様の結果が得られた。 また、溝１１…それぞれの下面Ｆ１および上面Ｆ２のいずれも水平面にした場 合に比べて、支柱８…と基板との接触面積を減少できるため、スリップ防止効果 をより一層高められるであろうことが推測された。

【００３５】

【考案の効果】 以上説明したように、請求項１に係る考案の縦型基板熱処理装置における基板 ボートによれば、基板を保持するために溝を形成した支柱を横断面積の小さい部 材で構成して、その熱的質量を減少させ、低温ローディング、アンローディング が必要なプロセスでは炉芯管内の高速昇降温において、また高温ローディング、 アンローディングが可能なプロセスでは炉芯管の内外への挿脱の際の温度変化に 対して、基板と支柱との間での温度差を小さくできるから、近年の炉芯管内の温 度の高速昇降能力を十分に活かすことができ、また、炉芯管に高速で挿脱しても 基板でのスリップ発生を防止でき、単位時間当りの処理能力の向上に大いに寄与 できる。

【００３６】 しかも、横断面積の小さい支柱だけで構成すると、その強度が小さくなり、使 用に伴って早期に撓み変形するなど、耐久性が低下するが、本考案によれば、支 柱の強度低下を補強支柱によって回避するから、撓み変形などを生じず、耐久性 を向上できて、実用上極めて有用な基板ボートを提供できた。

【００３７】 請求項２に係る考案の縦型基板熱処理装置における基板ボートによれば、基板 の外周縁を点的な接続状態で載置保持するから、基板と支柱との接触面積を微小 にできて基板でのスリップ発生をより良好に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例の基板ボートを用いた縦型基板
熱処理装置の全体概略縦断面図である。

【図２】要部の側面図である。

【図３】（ａ）は図２に示す要部の具体例を示す断面
図、（ｂ）は図２に示す要部の具体例を示す平面図であ
る。

【図４】図２のＸ−Ｘ線断面図である。

【図５】要部の一部切欠斜視図である。

【図６】スリップの発生状況を示す模式図である。

【符号の説明】

８…支柱 ９…取付プレート １０…取付プレート １１…溝 １２…補強支柱 Ｗ…基板 Ｆ１…溝の下面 Ｆ２…溝の上面

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する取付プレートにわたって複数本
   の支柱を設け、その支柱それぞれに長手方向に所定間隔
   を隔てて、基板の外周縁を載置支持する溝を形成した縦
   型基板熱処理装置における基板ボートにおいて、 前記支柱それぞれの溝形成側とは反対側に前記支柱より
   も強度の高い補強支柱を付設するとともに、その補強支
   柱それぞれに前記支柱の長手方向所定箇所を補強支持し
   たことを特徴とする縦型基板熱処理装置における基板ボ
   ート。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の支柱に形成した溝の下
   面が、前記補強支柱側程低くなる傾斜面である縦型基板
   熱処理装置における基板ボート。