JPH0922878A - 基板の熱処理炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガス供給口を通って炉本体内へ供給されるガ
スを十分に予熱し、炉本体内部にダミー用基板を設置し
て処理能力を低下させるようなことなく、ガスによる基
板の温度低下を抑えて、各基板間での処理温度の均一性
を保つことができる熱処理炉を提供する。 【構成】 炉本体10内部のガス導入部22と基板収容部24
との間を仕切るように、ヒータ54で加熱されるガス予熱
部材20を配設し、ガス予熱部材を、炉本体の軸心線方向
に対してそれぞれ交差し互いに並列しかつ近接した複数
枚の平板26、28、30から構成し、各平板間の隙間をガス
の通路としてガス導入部と基板収容部とを連通させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体ウエハ等の基
板に対してアニーリング、酸化、拡散などの各種の熱処
理を施す熱処理炉に関し、この熱処理炉は、例えば、半
導体ウエハの表面にＳＯＧ（ｓｐｉｎ ｏｎ ｇｌａｓ
ｓ）材を塗布し加熱してウエハ表面に形成されたＳＯＧ
膜を焼成して緻密化する場合などに使用される。

【０００２】

【従来の技術】この種の基板の熱処理炉としては、例え
ば特開平４−５８２７号公報等に開示されているような
縦型熱処理炉が知られている。この縦型熱処理炉は、そ
の構成の１例を図４に示すように、上端側が閉塞し、下
端側に開口５２が形成されて、円筒状をなした炉本体
（炉芯管）５０を有し、この炉本体５０の外側に、その
外周壁面全周を取り囲むようにヒータ５４、図示例で
は、縦方向に短い第１のヒータ５４ａ、縦方向に長い第
２のヒータ５４ｂ及び縦方向に短い第３のヒータ５４ｃ
が配設されている。炉本体５０は、赤外線透過性を有す
る石英ガラス材によって主要部が形成されており、ヒー
タ５４により炉本体５０の壁面を透してその内部が加熱
されるようになっている。炉本体５０内部の上端部に
は、窒素ガス等のパージガスや反応ガスを供給するガス
供給口５６が配設されている。また、炉本体５０の下端
部には、排気管５８が設けられている。そして、炉本体
５０の下端の開口５２を通し、複数枚の基板Ｗを、互い
に平行にかつ微小間隔をあけて上下方向へ並列させた状
態で保持する石英ボート６０が炉本体５０内へ挿入さ
れ、また、熱処理後の基板を保持した石英ボート６０が
炉本体５０外へ排出されるようになっている。石英ボー
ト６０の下端側には、支柱に複数枚の断熱板を互いに平
行に上下方向へ並列させて固着した断熱支持部材６２が
配置され、断熱支持部材６２は、炉口キャップ６４上に
支持されている。そして、図示しない昇降支持アームを
昇降駆動させることにより、炉口キャップ６４上に支持
された石英ボート６０を昇降させて、石英ボート６０を
炉本体５０に対して挿脱し、石英ボート６０を炉本体５
０内へ挿入した時に、炉本体５０下端の開口５２を炉口
キャップ６４によって気密に閉塞するように構成されて
いる。

【０００３】図４に構成の１例を示したような基板の熱
処理炉では、ガスを炉本体５０の先端部（縦型炉では上
端部）のガス供給口５６から導入して基板収容部へ供給
する場合、導入されたガスの温度は基板の処理温度に比
べて低いため、ヒータ５４によって加熱された基板Ｗが
ガスによって冷却される。特に、ガス導入部に近い基板
（縦型炉では上部に配置された基板）では温度の低下が
顕著となる。この結果、同時に熱処理される各基板間で
も、処理温度の均一性が損なわれることとなる。

【０００４】そこで、炉本体５０の内部へ導入されるガ
スの温度を高めるために、図４に示すように、ガス導入
管６６を炉本体５０の下端付近から炉本体５０内部へ挿
入し、そのガス導入管６６を炉本体５０の内壁面に沿わ
せて炉本体５０の先端部まで延設したり、ガス導入管を
炉本体の外壁面に沿わせて炉本体の下端付近から上端付
近まで延設し、そのガス導入管の先端を炉本体内部へ連
通させたりして、ヒータによってガス導入管が加熱され
るようにしていた。或いは、石英ボートに保持された最
上位置の被処理基板の上部に多数枚のダミー用基板を並
列させて設置しておき、石英ボートの上部側に保持され
た被処理基板の温度低下を防止し、各被処理基板間での
処理温度の均一性を保つようにしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガス導
入管をヒータによって加熱することにより、ガス導入管
内を流れるガスを予熱し、ガス供給口から導入されるガ
スの温度を高める方法では、ガス導入管の流路断面積が
小さいため、ガスはガス導入管内を短時間で通過し、ガ
スは十分な温度上昇が得られないままガス供給口より流
出することとなる。また、ガス導入管内を流れる低温の
ガスによってガス導入管自体も温度が低下するため、ガ
ス導入管によるガスの予熱が十分には行なわれず、満足
する程のガスの温度上昇が得られない。

【０００６】また、石英ボートに保持された最上位置の
被処理基板の上部に多数枚のダミー用基板を設置する方
法では、炉本体の全長が変わらないとすると、ダミー用
基板を設置する分だけ基板の収容枚数が少なくなり、熱
処理炉の処理能力が低下することとなる。

【０００７】この発明は、以上のような事情に鑑みてな
されたものであり、ガス供給口を通って炉本体内へ供給
されるガスを十分に予熱することができ、もって、炉本
体内部にダミー用基板を設置して処理能力を低下させ
る、といったことなく、ガスによる基板の温度低下を抑
えて、炉本体内に収容された各基板間での処理温度の均
一性を保つことができるような基板の熱処理炉を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
一端側に密閉可能な基板搬出入口を有し、他端部にガス
供給口が配設され、複数枚の基板を互いに平行に並列さ
せた状態で収容する炉本体と、この炉本体の外側に配設
され炉本体の内部を加熱する加熱手段とを備えた基板の
熱処理炉において、前記炉本体の内部の、前記ガス供給
口が配置されたガス導入部と基板収容部との間を仕切る
ように、前記加熱手段によって加熱されるガス予熱部材
を配設し、そのガス予熱部材を、炉本体の軸心線方向に
対してそれぞれ交差し互いに並列しかつ近接した複数枚
の平板から構成し、ガス予熱部材の前記各平板間の隙間
をガスの通路として前記ガス導入部と前記基板収容部と
を連通させたことを特徴とする。

【０００９】請求項２に係る発明は、上記ガス予熱部材
を、中央部に透孔が形成され外周縁部が炉本体の内周壁
面に一体に固着された有孔平板と、この有孔平板の両側
にそれぞれ固着され各外周縁と炉本体の内周壁面との間
に全周方向に一定の間隔がそれぞれ設けられた一対の平
板とから構成したことを特徴とする。

【００１０】

【作用】請求項１に係る基板の熱処理炉では、ガス供給
口を通って炉本体内部のガス導入部に導入されたガス
は、ガス予熱部材に形成されたガスの通路を通って迂回
しながら流れ、基板収容部へ供給される。この際、ガス
予熱部材は加熱手段によって加熱されているので、ガス
予熱部材に形成されたガスの通路をガスが通る間に、ガ
スはガス予熱部材の壁面からの熱伝達によって加熱さ
れ、その温度が上昇する。そして、ガス予熱部材は、炉
本体の軸心線方向に対してそれぞれ交差し互いに並列し
た複数枚の平板から構成され、各平板間の隙間がガスの
通路となっており、ガスは炉本体の軸心線方向に対して
交差する方向へ流れることとなる。このため、各平板間
の隙間が僅かしかなくても、ガスの流れに対して交差す
る流路断面積は比較的大きくなるので、ガスの流速は小
さくなり、ガスがガス予熱部材を通過する時間が長くな
る。また、各平板間の隙間が僅かしかないので、各平板
の表面とガスの流れの、炉本体の軸心線方向の中心との
間の距離（各平板間の隙間寸法の２分の１）が小さくな
り、このため、各平板からガスへ熱が移動し易くなる。
従って、ガス予熱部材をガスが通過する際における両者
間での熱交換が十分に行なわれることとなり、ガスは、
十分に予備加熱されて十分に温度が上昇した状態で、基
板収容部へ供給されることとなる。この結果、ガスによ
る基板の温度低下が抑制されることとなる。

【００１１】請求項２に係る発明の熱処理炉では、ガス
導入部に導入されたガスは、ガス予熱部材の有孔平板の
一方の面とそれに対向する平板面とで形成される隙間を
通って、炉本体の内周壁面側から炉本体の中心部へ向か
って半径方向に流れ、有孔平板の中央部の透孔を通り、
有孔円板の他方の面とそれに対向する平板面とで形成さ
れる隙間を通って、炉本体の中心部から炉本体の内周壁
面側へ向かって半径方向に流れる。ガスは、この間に十
分に予備加熱されて温度上昇し、その状態で基板収容部
へ供給されることとなる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の好適な実施例について図面
を参照しながら説明する。

【００１３】図１は、この発明の１実施例を示し、基板
の熱処理炉（この図示例では縦型熱処理炉）の概略構成
を示す縦断面図である。尚、この図１において図４で使
用した符号と同一符号を付した部材は、図４に関して説
明したものと同じ部材であり、その説明を省略する。

【００１４】この熱処理炉の炉本体１０は、図４に示し
た熱処理炉と同様に、赤外線透過性を有する石英ガラス
材によって主要部が形成され、また、多数枚の基板Ｗを
保持した石英ボート６０の挿入及び排出用の開口１２が
下端側に形成されており、下端部に排気管１４が設けら
れている。一方、炉本体１０の上端にガス導入管１６が
設けられており、炉本体１０内部の上端にガス供給口１
８が配設されている。

【００１５】そして、この熱処理炉では、炉本体１０内
部の上端近くにガス予熱部材２０が配設されており、こ
のガス予熱部材２０により、ガス供給口１８を通ってガ
スが導入されるガス導入部２２と石英ボート６０に保持
されて多数枚の基板Ｗが収容される基板収容部２４とが
仕切られる。ガス予熱部材２０は、図２に炉本体１０上
部の拡大断面図を示すように（図１と図２とでは、炉本
体１０の形状やガス予熱部材２０の形状などが多少相違
しているが、基本構成は同じである。）、中央部に透孔
２８が形成された有孔円板２６と、この有孔円板２６の
両側にそれぞれ固着された上側円板３０及び下側円板３
２とから構成されている。これら３枚の円板２６、３
０、３２は、例えば石英ガラスによって形成され、それ
ぞれ円形状をなしている。また、３枚の円板２６、３
０、３２は、炉本体１０の軸心線方向に対してそれぞれ
直交するように交差し互いに平行となるように並列して
保持されており、有孔円板２６と上側円版３０及び下側
円板３２とは、それぞれ０．５〜数mm程度、例えば２mm
程度の隙間を設けて対向している。有孔円板２６の外周
縁部は、炉本体１０の内周壁面に一体成形或いは溶接に
より全周が一体に固着されており、ガス予熱部材２０が
炉本体１０の内周壁面に支持されている。一方、上側円
板３０及び下側円板３２は、有孔円板２６のよりそれぞ
れ小さく形成されており、各円板３０、３２の外周縁と
炉本体１０の内周壁面との間に、円周方向に一定の間隔
がそれぞれ設けられている。

【００１６】この熱処理炉では、炉本体１０の下端の開
口１２を通して石英ボート６０に保持された多数枚の基
板Ｗを炉本体１０内に搬入し、炉本体１０下端の開口１
２を炉口キャップ６４によって気密に閉塞し、この状態
で、ヒータ５４によって炉本体１０内部を加熱するとと
もに、ガス供給口１８を通して炉本体１０内部へガス、
例えばウェット酸素ガスを供給することにより、基板の
熱処理が行なわれる。この際、ガス予熱部材２０も、ヒ
ータ５４によって加熱され、基板の処理温度近くまで昇
温する。また、ガス供給口１８からガス導入部２２へ導
入されたガスは、ガス予熱部材２０の上側円板３０の外
周縁と炉本体１０の内周壁面との間から有孔円板２６の
上面と上側円板３０の下面との間の隙間へ流入し、その
隙間内を炉本体１０の全周方向から中心部へ向かって半
径方向に流れた後、有孔円板２６の中央部の透孔２８を
通って有孔円板２６の下面と下側円板３２の上面との間
の隙間へ流入し、その隙間内を炉本体１０の中心部から
全周方向へ向かって半径方向に流れた後、下面円板３２
の外周縁と炉本体１０の内周壁面との間から基板収容部
２４へ流れ込む。このように、ガスはガス導入部２２か
ら基板収容部２４へ、ガス予熱部材２０の狭い隙間を通
り、炉本体１０の軸心線方向に対して直交する方向へ比
較的低速、特にガス予熱部材２０の外周側では低速で流
れるので、この間にガスは、各円板２６、３０、３２か
ら効率良く加熱されて温度が上昇する。そして、ガスは
十分に温度が上昇した状態で基板Ｗと接触することとな
り、このため、ガスによる基板Ｗの温度低下が抑制され
る。

【００１７】また、３枚の平板２６、３０、３２は、炉
本体１０の軸心線方向に対してそれぞれ直交するように
交差し、互いに平行となるように並列して保持されてい
るので、円板３２の外周縁と炉本体１０の内周壁面との
間の間隔は、全周にわたって炉本体１０の軸心線方向の
位置関係において同一となり、円板３２の外周縁と炉本
体１０の内周壁面との間から流れ出すガスは、炉本体１
０の軸心方向への均一した流れとなる。これによって処
理の均一化がより一層実現できる。さらに、このように
平板２６、３０、３２が、炉本体１０の軸心線方向に対
してそれぞれ直交するように交差し、互いに平行となる
ように並列して保持されるようにすることで、スペース
的にも有利となり、基板の収容能力も高めることができ
る。

【００１８】図３は、ガス予熱部材の異なる例を示す部
分拡大断面図である。このガス予熱部材３４は、中央部
に透孔３８が形成された中央円板３６と、この中央円板
３６の上下両側にそれぞれ配置され、それぞれ外周縁付
近の円周方向に複数個の透孔４２、４６が等配して形成
された上側円板４０及び下側円板４４とから構成されて
いる。図１及び図２に示したガス予熱部材２０と同様
に、各円板３６、４０、４４は、それぞれ石英ガラスに
よって円形状に形成され、炉本体１０の軸心線方向に対
してそれぞれ直交するように互いに平行に僅かな隙間、
例えば０．５〜数mm程度の隙間を設けて配置されてい
る。各円板３６、４０、４４は、その外周縁部の全周が
炉本体１０の内周壁面に溶接によってそれぞれ一体に固
着されている。

【００１９】図３に示したガス予熱部材３４において
は、炉本体１０のガス供給口１８からガス導入部へ導入
されたガスは、上側円板４０の外周縁付近の複数個の透
孔４２を通って上側円板４０の下面と中央円板３６の上
面との間の隙間へ流入し、その隙間内を炉本体１０の全
周方向から中心部へ向かって半径方向に流れた後、中央
円板３６の中央部の透孔３８を通って中央円板３６の下
面と下側円板４４の上面との間の隙間へ流入し、その隙
間内を炉本体１０の中心部から全周方向へ向かって半径
方向に流れた後、下側円板４４の外周縁付近の複数個の
透孔４６を通って基板収容部２４へ流れ込む。そして、
このようにガスがガス予熱部３４の内部を迂回しながら
流れる間に、各円板３６、４０、４４によってガスが予
熱される。

【００２０】尚、上記各実施例においては、ガス予熱部
材を３枚の円板でそれぞれ構成するようにしたが、中央
部に透孔が形成された円板とその円板のいずれか片面側
に配置される円板との２枚の円板でガス予熱部材を構成
するようにしてもよく、また、４枚以上の円板を組み合
わせてガス予熱部材を構成するようにしてもよい。ま
た、ガス予熱部材の形状は、上記実施例のものに限ら
ず、炉本体の軸心線方向に対してそれぞれ直交し互いに
平行でかつ近接した複数枚の平板から構成され、ガスの
流れが円周方向において均一になるものであれば、どの
ような形状でもよい。

【００２１】また、上記実施例では、炉本体１０の上端
にガス導入管１６を設け、ガス供給口１８が炉本体１０
内部の上端に配置されるようにしているが、ガス導入管
を炉本体の外壁面に沿わせて炉本体の下端付近から上端
付近まで延設し、そのガス導入管の先端を炉本体の上端
付近で炉本体内部へ連通させるようにし、或いは、図４
に示したように、ガス導入管を炉本体の下端付近から炉
本体内部へ挿入し、そのガス導入管を炉本体の内壁面に
沿わせて上方へ延設し、ガス予熱部材を貫通してガス導
入管の先端部を配設するようにしてもよい。このように
すれば、ガス導入管がヒータによって加熱され、炉本体
内部のガス導入部に導入されるガスの温度が少しでも上
昇することになるので、より効果的である。

【００２２】また、上記実施例では、ガス予熱部材２０
を構成する平板２６、３０、３２は、炉本体１０の軸心
線方向に対してそれぞれ直交するように交差し、互いに
平行となるように並列して保持されるようにしたが、こ
れに限られるものではなく、基板の収容能力またガスの
流れの均一性を損なわない限りにおいて各平板と炉本体
１０の軸心線方向との交差角度及び各平板間の配置関係
を適宜設定できる。

【００２３】

【発明の効果】請求項１に係る発明の基板の熱処理炉を
使用すると、ガス供給口を通って炉本体内へ供給された
ガスは、十分に予熱されて温度が高くなった状態で基板
と接触することになるので、ガスによる基板の温度低下
が抑えられ、このため、炉本体内に収容された複数枚の
基板間での処理温度の均一性が保たれ、基板の熱処理品
質の向上と均一化が図られる。そして、炉本体の内部に
ダミー用基板を設置したりする必要も無くなるので、処
理能力の低下を来たすことがない。

【００２４】請求項２に係る発明の構成では、ガス導入
部へ導入されたガスは、ガス予熱部材の有孔円板の一方
の面とそれに対向する平板面との間の隙間及び有孔円板
の他方の面とそれに対向する平板面との間の隙間を順次
流れる間に十分に予備加熱されて温度上昇するので、上
記効果が確実に奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の１実施例に係る基板の熱処理炉の概
略構成を示す縦断面図である。

【図２】この発明に係る基板の熱処理炉におけるガス予
熱部材の１例を示す炉本体上部の拡大断面図である。

【図３】ガス予熱部材の別の構成例を示す部分拡大断面
図である。

【図４】従来の基板の熱処理炉の構成の１例を示す概略
縦断面図である。

【符号の説明】

１０ 炉本体 １２ 炉本体下端側の開口 １６ ガス導入管 １８ ガス供給口 ２０、３４ ガス予熱部材 ２２ ガス導入部 ２４ 基板収容部 ２６ 有孔円板 ２８ 有孔円板の透孔 ３０、３２ 円板 ３６、４０、４４ 円板 ３８、４２、４６ 円板の透孔 ５４ ヒータ ６０ 石英ボート ６４ 炉口キャップ Ｗ 基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/324 Ｈ０１Ｌ 21/324 Ｄ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端側に密閉可能な基板搬出入口を有
   し、他端部にガス供給口が配設され、複数枚の基板を互
   いに平行に並列させた状態で収容する炉本体と、 この炉本体の外側に配設され炉本体の内部を加熱する加
   熱手段とを備えた基板の熱処理炉において、 前記炉本体の内部の、前記ガス供給口が配置されたガス
   導入部と基板収容部との間を仕切るように、炉本体の軸
   心線方向に対してそれぞれ交差し互いに並列しかつ近接
   した複数枚の平板から構成され前記加熱手段によって加
   熱されるガス予熱部材を配設し、そのガス予熱部材の前
   記各平板間の隙間をガスの通路として前記ガス導入部と
   前記基板収容部とを連通させたことを特徴とする基板の
   熱処理炉。
2. 【請求項２】 ガス予熱部材が、中央部に透孔が形成さ
   れ外周縁部が炉本体の内周壁面に一体に固着された有孔
   平板と、この有孔平板の両側にそれぞれ固着され各外周
   縁と炉本体の内周壁面との間に全周方向に一定の間隔が
   それぞれ設けられた一対の平板とから構成された請求項
   １記載の基板の熱処理炉。