JPH1197360A - 縦型熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 断熱構造体の重量およびコストの低減が図る
と共に、熱容量の減少による熱応答性の向上を図る。 【解決手段】 縦型熱処理炉３の下部の炉口２を開閉す
る蓋体２０の上部に多数枚の被処理基板Ｗを上下方向に
所定間隔で支持した基板支持体２１を断熱構造体２２を
介して載置し、上記被処理基板Ｗを炉内の均熱領域で熱
処理する縦型熱処理装置において、上記断熱構造体２２
が複数本の支柱３２と、これら支柱３２に上下方向に所
定間隔で設けられた複数枚の反射性を有する遮熱板３３
とから構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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
理基板である半導体ウエハに酸化、拡散、ＣＶＤ、アニ
ールなどの処理を施すために、各種の熱処理装置が使用
されている。このような熱処理装置の一つとして、縦型
熱処理炉の下部の炉口を開閉する蓋体の上部に多数枚の
被処理基板を上下方向に所定間隔で支持した基板支持体
を断熱構造体を介して載置し、上記被処理体を炉内の均
熱領域で熱処理するようにした縦型熱処理装置が知られ
ている。

【０００３】この縦型熱処理装置においては、炉内にお
ける均一な熱処理を達成するために、炉口およびその周
囲からの熱の逃げを如何に防止するかが重要な課題とな
っている。そこで、炉口の断熱効果を向上させるため
に、上記断熱構造体を熱線の透過を防止する不透明石英
製の遮熱板により構成した縦型熱処理装置が提案されて
いる（特開平６−２０８９５４号公報参照）。具体的に
は、上記断熱構造体は、複数本の支柱と、これら支柱に
上下方向に所定の間隔で設けられた複数枚の不透明石英
製遮熱板とから構成されている。そして、上記遮熱板
は、エッチング防止対策として、不透明石英基板の表面
を透明石英層で被覆した構成が採用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記縦
型熱処理装置においては、遮熱板が不透明石英基板と、
その両面に積層された透明石英層とからなるため、遮熱
板１枚の厚さが例えば３〜４ｍｍと厚くなる。また、十
分な遮熱効果を得るためには、上記遮熱板が多数枚、例
えば１０〜２０枚程度必要となる。このため、断熱構造
体の重量の増大およびコストの増大を余儀なくされてい
る。また、断熱構造体の熱容量が大きくなり、熱応答性
が悪いことから、急速昇温および急速降温によるスルー
プットの向上を図る上で限界があった。

【０００５】本発明は、上記課題を解決すべくなされた
もので、断熱構造体の重量およびコストの低減が図れる
と共に、熱容量の減少による熱応答性の向上が図れ、急
速昇温および急速降温によるスループットの向上が図れ
る縦型熱処理装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のうち請求項１記載の縦型熱処理装置は、縦型
熱処理炉の下部の炉口を開閉する蓋体の上部に多数枚の
被処理基板を上下方向に所定間隔で支持した基板支持体
を断熱構造体を介して載置し、上記被処理体を炉内の均
熱領域で熱処理する縦型熱処理装置において、上記断熱
構造体が支柱と、該支柱に上下方向に所定間隔で設けら
れた複数枚の反射性を有する遮熱板とから構成されてい
ることを特徴としている。

【０００７】請求項２記載の縦型熱処理装置は、上記遮
熱板が反射膜とこの反射膜の表面を被覆する透明石英層
とから形成されていることを特徴としている。

【０００８】請求項３記載の縦型熱処理装置は、上記炉
口の内周面または外周面に反射性を有する円筒状の遮熱
体が設けられていることを特徴としている。

【０００９】請求項４記載の縦型熱処理装置は、上記蓋
体の上面に反射性を有するカバー材が設けられているこ
とを特徴としている。

【００１０】

【実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を添付図面
に基づいて詳述する。図１は本発明の実施の形態である
縦型熱処理装置を示す断面図、図２は同縦型熱処理装置
の断熱構造体を示す斜視図、図３は同断熱構造体を構成
する遮熱板の側面図、図４は同遮熱板の構造を示す分解
斜視図である。

【００１１】図１において、１は被処理基板例えば半導
体ウエハＷに例えば減圧ＣＶＤによる成膜処理を施すの
に適するように構成された縦型熱処理装置である。この
縦型熱処理装置１は、炉口２を下部に有する縦型熱処理
炉３を備えている。この縦型熱処理炉３は、耐熱性およ
び耐食性を有する材料例えば透明石英からなり、上端部
が閉塞され、下端部が開口された縦長円筒状の反応管４
と、この反応管４の下部開口端に連通接続され、耐熱性
および耐食性を有する材料例えばステンレススチールか
らなり、処理ガス等の供給、排気を行なうガス供給管部
５および排気管部６を側壁に有する円筒状のマニホール
ド７とから主に構成されている。

【００１２】このマニホールド７は、水平に設けられた
ベースプレート８の下部に取付部材９により取付けられ
ている。ベースプレート８には、上記反応管４を貫通さ
せるための開口部１０が設けられている。マニホールド
７の上下の開口端および反応管４の下部開口端は、外向
きのフランジ状に形成されている。マニホールド７の上
部開口端上に反応管４の下部開口端がシール手段例えば
Ｏリング１１を介して載置され、連結部材１２により気
密に接続されている。

【００１３】上記マニホールド７の内側に設けられた内
向きのフランジ部１３には、例えば透明石英からなる円
筒状の内管１４が起立した状態で取付けられ、この内管
１４と外管である反応管４とにより反応管４は二重管構
造とされていることが好ましい。上記ガス供給管部５
は、上記内管１４の内側に沿って上方へ処理ガス等を供
給するように設けられ、上記排気管部６は、上記内管１
４と反応管４との間の環状通路１５から処理後の排ガス
を排気するように設けられている。

【００１４】上記ガス供給管部５には、処理ガス等の供
給源に通じるガス供給管が接続され、排気管部６には、
排気系に通じる排気管が接続される。排気管には、反応
管４内を所定の減圧雰囲気ないし真空度、例えば大気圧
付近から１０^-8Ｔｏｒｒ程度まで減圧排気することがで
きる真空ポンプ等を有する減圧制御装置が設けられてい
る（図示省略）。

【００１５】上記反応管４の周囲には、反応管４内を所
定の温度、例えば５００〜１２００℃に加熱するため
に、ヒータ１６が配置されている。このヒータ１６は、
ヒータ線（発熱抵抗線）１７をコイル状等に形成し、こ
のヒータ線１７の外側を断熱材１８で覆い、更にこの断
熱材１８の外側を冷却ジャケット等のアウターシェル１
９で覆った構造になっている。このヒータ１６は、上記
ベースプレート８上に設置されている。

【００１６】縦型熱処理炉３の下方には、炉口２を形成
する上記マニホールド７の下部開口端を開閉する蓋体２
０が設けられている。この蓋体２０は、耐熱性および耐
食性を有する材料、例えばステンレススチールにより形
成されている。この蓋体２０の上部には、多数枚例えば
１５０枚程度の半導体ウエハＷを上下方向に所定間隔で
支持した基板支持体であるウエハボート２１が断熱構造
体（遮熱構造体と称してもよい）２２を介して載置され
ており、この断熱構造体２２により炉口２の断熱を行う
と共に半導体ウエハＷを炉内の均熱領域に位置設定して
熱処理することを可能としている。

【００１７】上記蓋体２０は、昇降機構２３の昇降アー
ム２４に取付けられており、この昇降機構２３により蓋
体２０の開閉と、反応管４に対するウエハボート２１の
搬入、搬出が行なわれるようになっている。蓋体２０の
上部周縁部には、これを上記マニホールド７の下部開口
端に当接させて炉口２を閉じたときに、密封するための
シール手段例えば０リング２５が設けられている。

【００１８】上記蓋体２０の上部には、断熱構造体２２
を載置するための受台２６が設けられ、この受台２６の
周縁部には断熱構造体を係合させてその水平移動を規制
する縁部２７が形成されていることが好ましい。また、
上記受台２７は、半導体ウエハＷを均一に熱処理するた
めに、回転駆動手段によって回転するように構成されて
いることが好ましい。

【００１９】上記ウエハボート２１は、上下の端板２
８，２９間に円板状の半導体ウエハＷの周囲を囲む如く
配置された複数本の縦枠３０を掛け渡し、これらの縦枠
３０には多数枚例えば１５０枚程度の半導体ウエハＷを
水平状態で上下方向（高さ方向）に所定間隔で多段に支
持する溝状の係止部３１が設けられている。上記縦枠３
０は、図示しない移載機構により水平方向からウエハＷ
の移載が可能なように一方が開放された配置構成になっ
ている。なお、上記移載機構は、薄板フォーク状の移載
アームを有し、この移載アーム上に半導体ウエハＷを載
せてウエハボート２１等に対する移載作業を上記縦型熱
処理炉３の下方のローディングエリアで行うようになっ
ている。

【００２０】一方、上記断熱構造体２２は、図２にも示
すように複数本例えば３本の支柱３２と、これら支柱３
２に上下方向に所定間隔で設けられた複数枚例えば３〜
５枚の反射性を有する遮熱板（反射板と称してもよい）
３３とから主に構成されている。上記支柱３２は、上記
受台２６上に載置される円形の底板３４上に立設されて
おり、支柱３２の上端部には上記ウエハボート２１を載
置するための上板３５が水平に設けられている。この上
板３５には、上記ウエハボート２１の下部端板２９底部
に突設した円形の凸部３６を嵌合させて位置決めするた
めの円形の開口部３７が設けられている。上記支柱３
２、底板３４および上板３５は、耐熱性および耐食性を
有する材料、例えば透明石英により形成されていること
が好ましい。

【００２１】上記遮熱板３３は、エッチング防止対策、
反射膜による半導体ウエハＷの金属汚染防止等のため
に、図３ないし図４に示すように、反射膜３８と、この
反射膜３８の表面を被覆する透明石英層３９，４０とか
ら形成されていることが好ましい。この遮熱板３３を形
成する一つの方法としては、透明石英層３９，４０を形
成する円形の一対の透明石英板４１，４２を用い、その
一方の透明石英板４１の片方の面に反射膜３８を設け、
この反射膜３８をもう一方の透明石英板４２との間で挟
み込み、両透明石英板４１，４２の周縁部を溶接して密
封および一体化する方法がある。

【００２２】上記遮熱板３３を形成する他の方法として
は、一方の透明石英層３９を形成する円形の透明石英板
４１の上面に反射膜３８を設け、この反射膜３８上に透
明石英を流し込み、この反射膜３８を封じ込んで他方の
透明石英層４２を形成する方法がある（図示省略）。上
記反射膜３８は、塗布、ＣＶＤ、蒸着等により極めて薄
い膜として設けることができる。反射膜３８の両面に設
けられる透明石英層３９，４０は、エッチングを防止し
得る厚さ例えば０．５ｍｍ程度でよいため、遮熱板３３
の厚さは１ｍｍ程度と薄く形成することができる。

【００２３】上記遮熱板３３は、底板３４と上板３５間
の支柱３２に水平状態で上下方向に所定間隔で複数枚設
けられる。支柱３２に遮熱板３３を設ける一つの方法と
しては、遮熱板３３に支柱３２を通す孔部（図示省略）
を設けておき、この孔部に支柱３２を通してから、孔部
と支柱３２を溶接して遮熱板を支柱に固定する方法があ
る。支柱３２に遮熱板３３を設ける他の方法としては、
支柱３２をスペーサとして用いるべく複数に分割してお
き、分割された支柱３２を介して遮熱板３３を積み上げ
て設ける方法がある。何れの方法でも、支柱３２に複数
枚の遮熱板３３を設けた断熱構造体２２を容易に作製す
ることができる。

【００２４】上記炉口２の周囲を遮熱するために、例え
ば炉口２の内周面であるマニホールド７の内周面には、
反射性を有する円筒状の遮熱体４３が設けられているこ
とが好ましい。この遮熱体４３は、上記遮熱板３３と同
様に、反射膜を両透明石英層間に挟み込んだ構造に形成
されていることが好ましい。なお、炉口２の内周面に遮
熱体４３を設ける代り、炉口２の外周面すなわちマニホ
ールド７の外周面に遮熱体４３を設けてもよい。上記遮
熱体４３は、マニホールド７の内周面から取外し可能
で、洗浄が容易になっていることが好ましい。

【００２５】また、上記炉口２における遮熱効果を更に
高めるために、上記蓋体２０の上面には、反射性を有す
るカバー材４４が設けられていることが好ましい。この
カバー材４４は、上記遮熱板３３と同様に、反射膜を両
透明石英層間に挟み込んだ構造に形成されていることが
好ましい。上記カバー材４４は、蓋体２０の上面から取
外し可能で、洗浄が容易になっていることが好ましい。

【００２６】以上のように構成された縦型熱処理装置１
においては、先ず昇降機構２３により縦型熱処理炉３の
下方のローディングエリアに蓋体２０を下降移動させ、
蓋体２０上に断熱構造体２２を介して載置されたウエハ
ボート２１に移載機構により半導体ウエハＷを移載す
る。次に、上記蓋体２０を上昇移動させて、ウエハボー
ト２１および断熱構造体２２を炉内に搬入すると共に蓋
体２０をマニホールド７の下部開口端に当接させて炉口
２を密閉する。これにより、ウエハボート２１が上記断
熱構造体２２によって炉内の均熱領域に位置設定され
る。

【００２７】次に、排気管部６からの減圧排気により炉
内を真空置換すると共に、ガス供給管部５からの不活性
ガス例えば窒素（Ｎ₂）ガスの導入により炉内を窒素ガ
スで置換した後、ヒータ１６により半導体ウエハＷを所
定の処理温度まで急速に昇温させたなら、ガス供給管部
５から所定の処理ガスを導入しつつ炉内を所定の減圧状
態に維持して成膜処理等の熱処理を行う。この熱処理が
終了したなら、上記半導体ウエハＷを例えば室温まで急
速に降温させ、熱処理後の半導体ウエハＷを蓋体２０の
下降移動によりウエハボート２１ごと炉外へ搬出すれば
よい。

【００２８】上記縦型熱処理装置１によれば、縦型熱処
理炉３の下部の炉口２を開閉する蓋体２０の上部に多数
枚の半導体ウエハＷを上下方向に所定間隔で支持したウ
エハボート２１を断熱構造体２２を介して載置し、上記
半導体ウエハＷを炉内の均熱領域で熱処理する縦型熱処
理装置において、上記断熱構造体２２が複数本の支柱３
２と、これら支柱３２に上下方向に所定間隔で設けられ
た複数枚の反射性を有する遮熱板３３とから構成されて
いる。これにより、縦型熱処理炉３の炉口２から炉外へ
逃げようとする熱線が断熱構造体２２を構成する複数段
の遮熱板３３によって炉内側へ反射されて遮熱されるた
め、従来の不透明石英からなる遮熱板と比べて、遮熱板
３３の枚数を少なくして遮熱効果を上げることができ
る。

【００２９】従来の縦型熱処理装置の断熱構造体が１０
〜２０枚の遮熱板を必要としているのに対して、本実施
の形態のそれは３〜５枚の遮熱板３３で足りる。従っ
て、断熱構造体２２の重量およびコストの低減が図れる
と共に、熱容量の減少による熱応答性の向上が図れ、急
速昇温および急速降温によるスループットの向上が図れ
る。また、遮熱板３３の径を縦型熱処理炉３の内管１４
が許容する最大限まで大きくできるため、遮熱性の向上
が図れる。

【００３０】特に、上記遮熱板３３が反射膜３８とこの
反射膜の表面を被覆する透明石英層３９，４０とから形
成されているため、金属質の反射膜３８による半導体ウ
エハＷの金属汚染を防止できることは勿論のこと、遮熱
板３３の肉厚を薄くすることができる。従来の遮熱板が
不透明石英基板と、その両面に積層された透明石英層と
からなるため、遮熱板１枚の厚さが例えば３〜４ｍｍと
厚くなっているのに対して、本実施の形態のそれは、１
ｍｍ程度と薄くすることができる。従って、断熱構造体
２２の重量およびコストの更なる低減が図れると共に、
熱容量の減少による応答性の更なる向上が図れる。

【００３１】更に、上記マニホールド７の内周面には、
反射性を有する円筒状の遮熱体４３が設けられているた
め、炉口周囲からの熱線の逃げを阻止して遮熱性の更な
る向上が図れる。また、マニホールド７の内周面が遮熱
体４３で覆われることにより、腐食性を有する処理ガス
の接触によるマニホールド内周面の腐食を防止すること
ができる。また、上記蓋体２０の上面には、反射性を有
するカバー材４４が設けられているため、炉口２のより
一層の遮熱性の向上が図れると共に、腐食性を有する処
理ガスの接触による蓋体上面の腐食を防止することがで
きる。

【００３２】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の設計
変更等が可能である。例えば、上記実施の形態における
縦型熱処理炉は、マニホールドを備えているが、本発明
における縦型熱処理炉は、必ずしもマニホールドを備え
ている必要はない。本発明が適用される縦型熱処理装置
としては、ＣＶＤ以外に、例えば酸化、拡散、アニール
などの熱処理を行うものであってもよい。また、被処理
基板としては、半導体ウエハ以外に、例えばＬＣＤ基板
等が適用可能である。

【００３３】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果が得られる。

【００３４】（１）請求項１記載の縦型熱処理装置よれ
ば、縦型熱処理炉の下部の炉口を開閉する蓋体の上部に
多数枚の被処理基板を上下方向に所定間隔で支持した基
板支持体を断熱構造体を介して載置し、上記被処理体を
炉内の均熱領域で熱処理する縦型熱処理装置において、
上記断熱構造体が複数本の支柱と、これら支柱に上下方
向に所定間隔で設けられた複数枚の反射性を有する遮熱
板とから構成されているため、遮熱板の枚数を少なくし
て遮熱効果を上げることができ、断熱構造体の重量およ
びコストの低減が図れると共に、熱容量の減少による熱
応答性の向上が図れ、急速昇温および急速降温によるス
ループットの向上が図れる。

【００３５】（２）請求項２記載の縦型熱処理装置によ
れば、上記遮熱板が反射膜とこの反射膜の表面を被覆す
る透明石英層とから形成されているため、反射膜による
被処理基板の金属汚染を防止できることは勿論のこと、
遮熱板の肉厚を薄くできることにより、断熱構造体の重
量およびコストの更なる低減が図れると共に、熱容量の
減少による応答性の更なる向上が図れる。

【００３６】（３）請求項３記載の縦型熱処理装置によ
れば、上記炉口の内周面または外周面に反射性を有する
円筒状の遮熱体が設けられているため、炉口周囲の遮熱
性の更なる向上が図れる。

【００３７】（４）請求項４記載の縦型熱処理装置によ
れば、上記蓋体の上面に反射性を有するカバー材が設け
られているため、炉口におけるより層の遮熱性の向上が
図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態である縦型熱処理装置を示
す断面図である。

【図２】同縦型熱処理装置における断熱構造体を示す斜
視図である。

【図３】同断熱構造体を構成する遮熱板の側面図であ
る。

【図４】同遮熱板の構造を示す分解斜視図である。

【符号の説明】

１ 縦型熱処理装置 Ｗ 半導体ウエハ（被処理基板） ２ 炉口 ３ 縦型熱処理炉 ２０ 蓋体 ２１ ウエハボート（基板支持体） ２２ 断熱構造体 ３２ 支柱 ３３ 遮熱板 ３８ 反射膜 ３９，４０ 透明石英層 ４３ 遮熱体 ４４ カバー材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 縦型熱処理炉の下部の炉口を開閉する蓋
   体の上部に多数枚の被処理基板を上下方向に所定間隔で
   支持した基板支持体を断熱構造体を介して載置し、上記
   被処理体を炉内の均熱領域で熱処理する縦型熱処理装置
   において、上記断熱構造体が複数本の支柱と、これら支
   柱に上下方向に所定間隔で設けられた複数枚の反射性を
   有する遮熱板とから構成されていることを特徴とする縦
   型熱処理装置。
2. 【請求項２】 上記遮熱板が反射膜とこの反射膜の表面
   を被覆する透明石英層とから形成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。
3. 【請求項３】 上記炉口の内周面または外周面には反射
   性を有する円筒状の遮熱体が設けら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。
4. 【請求項４】 上記蓋体の上面には反射性を有するカバ
   ー材が設けら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。