(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下端部にフランジを有するとともに下方が開口された筒状の反応管と、
ウエハを装填して反応管内に収納されるボートと、
反応管を囲むとともに反応管内を加熱するヒータと、
ヒータ外周に設けられ、内側シェルとこの内側シェルとの間で真空断熱層を形成する外側シェルとを有する真空断熱層形成体とを備え、
内側シェルおよび外側シェルは、各々円筒体と、円筒体上部を覆う天井板とを有し、
外側シェルは薄板からなり、塑性加工が施されて波状断面を有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
内側シェルおよび外側シェルは、各々の下端部が底板により連結されていることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【請求項３】
内側シェルの外面と外側シェルの内面は、研磨または塗装されて反射面を形成していることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【請求項４】
内側シェルと外側シェルの間は中空となっていることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【請求項５】
内側シェルと外側シェルとの間に互いに平行に配置された複数の反射板が設けられていることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【請求項６】
各反射板は、しわを有する箔材からなることを特徴とする請求項５記載の熱処理装置。
【請求項７】
内側シェルと外側シェルの間に、反射板と追加の断熱材とが設けられていることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【請求項８】
内側シェルおよび外側シェルは、ハステロイ、インコネル、またはＳＵＳ３１０からなる薄板材料により形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理装置に係り、特にシリコンウエハの酸化、拡散、CVD（Chemical Vapor Deposition）等の熱処理工程を行なう真空断熱層を備えた熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の熱処理装置としては、特許文献１に開示された縦型熱処理装置がある。この縦型熱処理装置は、加熱処理されるウエハが収納される空間を周囲から囲むように立設された円筒形の反応管と、反応管を囲むとともに反応管内を加熱するヒータとを備えている。そしてヒータの外周に真空断熱層を形成する真空断熱層形成体が設けられ、この真空断熱層形成体の真空断熱層によってヒータの消費電力を低減している。
【０００３】
このように従来の熱処理装置は真空断熱層を有する真空断熱層形成体を備え、真空断熱層形成体の真空断熱層内を真空に維持している。ところで、真空断熱層内を高真空にした場合、断熱性向上を図ることができるが、真空断熱層形成体を構成する壁面、とりわけ外側壁面に座屈が生じることがある。このような外側壁面の座屈を防止するため外側壁面の肉厚を厚くすることも考えられるが、これでは真空断熱層形成体の製造コストが増大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２８３１６０
【特許文献２】特開２００４−２１４２８３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、ヒータによる消費電力を低減させるため真空断熱層を形成する真空断熱層形成体を有し、かつ真空断熱層形成体の製造コスト低減を図ることができる熱処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、下端部にフランジを有するとともに下方が開口された筒状の反応管と、ウエハを装填して反応管内に収納されるボートと、反応管を囲むとともに反応管内を加熱するヒータと、ヒータ外周に設けられ、内側シェルとこの内側シェルとの間で真空断熱層を形成する外側シェルとを有する真空断熱層形成体とを備え、内側シェルおよび外側シェルは、各々円筒体と、円筒体上部を覆う天井板とを有し、外側シェルは薄板からなり、塑性加工が施されて波状断面を有することを特徴とする熱処理装置である。
【０００７】
本発明は、下端部にフランジを有するとともに下方が開口された筒状の反応管と、ウエハを装填して反応管内に収納されるボートと、反応管を囲むとともに反応管内を加熱するヒータと、ヒータ外周に設けられ、内側シェルとこの内側シェルとの間で真空断熱層を形成する外側シェルとを有する真空断熱層形成体とを備え、内側シェルおよび外側シェルは、各々円筒体と、円筒体上部を覆う天井板とを有し、外側シェルは薄板からなり、外側シェルに円周方向に延びる複数の補強リブが設けられていることを特徴とする熱処理装置である。
【０００８】
本発明は、内側シェルおよび外側シェルは、各々の下端部が底板により連結されていることを特徴とする熱処理装置である。
【０００９】
本発明は、内側シェルの外面と外側シェルの内面は、研磨されて反射面を形成していることを特徴とする熱処理装置である。
【００１０】
本発明は、外側シェルの内面に円周方向に延びる複数の補強リブが設けられていることを特徴とする熱処理装置である。
【００１１】
本発明は、内側シェルと外側シェルの間は中空となっていることを特徴とする熱処理装置である。
【００１２】
本発明は、内側シェルと外側シェルとの間に互いに平行に配置された複数の反射板が設けられていることを特徴とする熱処理装置である。
【００１３】
本発明は、各反射板は、しわを有する箔材からなることを特徴とする熱処理装置である。
【００１４】
本発明は、内側シェルと外側シェルの間に、反射板と追加の断熱材とが設けられていることを特徴とする熱処理装置である。
【００１５】
本発明は、内側シェルおよび外側シェルは、ハステロイ、インコネル、またはＳＵＳ３１０からなる薄板材料により形成されていることを特徴とする熱処理装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、外側シェルは薄板からなり、塑性加工が施されて波状断面を有するか、あるいは外側シェルに補強リブが設けられているため、外側シェルの座屈強度を高めることができる。このため真空断熱層形成体内部の真空度が高くなっても外側シェルが座屈することはない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は本発明による熱処理装置の一実施の形態を示す縦断面図。
【図２】図２は図１に示す熱処理装置の拡大図。
【図３】図３は本発明による熱処理装置の変形例を示す図。
【図４】図４は本発明による熱処理装置の変形例を示す図。
【図５】図５は本発明による熱処理装置の変形例を示す図であって図２に対応する図。
【図６】図６は本発明による熱処理装置の変形例を示す図であって図２に対応する図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ここで図１は本発明による熱処理装置の一実施の形態を示す概略断面図、図２はその拡大図である。
【００１９】
図１に示すように、本発明による熱処理装置は縦型熱処理装置１からなり、この熱処理装置１は、上面および側面を一体に形成し且つ下面を開口した筒状の反応管３と、ウエハＷを装填して反応管３内に収納されるボート５と、反応管３を囲むとともにこの反応管３の内部を加熱するヒータ２と、ヒータ２外周に設けられ反応管３の上面および側面の周囲を覆うように配置された真空断熱層形成体１０とを備えている。
【００２０】
このうち筒状の反応管３は、下端部にフランジ３ａを有し、ウエハＷを装填したボート５が内部に収納される。
【００２１】
また真空断熱層形成体１０は内側シェル１１と、この内側シェル１１との間で真空断熱層１０ａを形成する外側シェル１２とを有している。また内側シェル１１は内側シェル１１の側面を構成する円筒体１１ａと、円筒体１１ａの上部を覆う天井板１１ｂとを有し、外側シェル１２は外側シェル１２の側面を構成する円筒体１２ａと、円筒体１２ａの上部を覆う天井板１２ｂとを有している。また内側シェル１１と外側シェル１２とは、その下端部において、底板１３により互いに連結されている。このような構成からなる真空断熱層形成体１０は、全体として反応管３のフランジ３ａ上に載置されている。また真空断熱層形成体１０は、反応管３のフランジ３ａ上から取外すこともできる。
【００２２】
さらにまたヒータ２はセラミック繊維製の断熱材２ａと、この断熱材２ａ内面に保持されたヒータエレメント２ｂとからなり、反応管３内を加熱するようになっている。
【００２３】
なお、低温処理時（０〜６００℃）では、熱容量を減らすため、必ずしもヒータ２は断熱材２ａを有する必要はない。
【００２４】
半導体製造プロセスの一つとして、シリコンウエハの酸化、拡散、CVD等を行なう熱処理工程があり、この工程は係る縦型熱処理装置１を使用して行われる。
【００２５】
上述のようにヒータ２の周囲は真空断熱層形成体１０で覆われている。このためヒータ２は真空断熱層形成体１０の内側に位置するとともに、ヒータ２は上下に複数に分割されている。
【００２６】
反応管３の下部には、ガス導入管（ガス導入通路）７と、排気管（ガス排気通路）８とが接続されている。そして、ガス導入管７は図示しない反応ガス供給源に接続され、排気管８は図示しない排気装置に各々接続される。
【００２７】
反応管３は下端が開口して開口３Ａを形成し、この開口３Ａから複数枚装填されたウエハＷを保持するボート５が導入されるようになっている。即ち、ボート５は、昇降機構（図示せず）により上昇させることで反応管３内に下方から導入され、また、このボート５を下降させることにより反応管３から取出すことができる。
【００２８】
また、上述のように反応管３の下端部には開口３Ａが形成されており、この開口３Ａを炉口蓋３１によって閉じたとき、気密シール（例えばＯリング）３３により反応管３と炉口蓋３１とがシールされる。
【００２９】
なお、上述のように真空断熱層形成体１０は反応管３のフランジ３ａ上から取外すことができるが、フランジ３ａと真空断熱層形成体１０の底板１３との間も、気密シール（例えばＯリング）でシールされるようになっている。
【００３０】
またヒータ２の断熱材２ａとフランジ３ａとの間も気密になっており、断熱材２ａとフランジ３ａとの間が気密になっていれば、必ずしも底板１３とフランジ３ａとが気密になっていなくてもよい。
【００３１】
ところでウエハＷに対してＣＶＤ処理を行なう場合、ヒータ２によりウエハＷを処理温度まで加熱保持し、その状態で原料ガスをガス導入管７より反応管３内に供給する。そして、原料ガスが反応して、ウエハＷの表面にＣＶＤ膜が形成される。反応後のガスは排気管８を介して排気される。
【００３２】
また、ウエハＷの面内温度分布を均一にさせるため、ボート５は回転機構３０上に保温筒３８を介して設置されている。この保温筒３８はボート５内に配置されたウエハＷの上下方向の温度分布の不均一化を防止するために設けられるものである。
【００３３】
ところで、反応管３のフランジ３ａには、真空断熱層形成体１０と反応管３との間の空間を冷却するための空気供給ライン３５が設けられ、真空断熱層形成体１０と反応管３との間の空間内の空気は空気排出ライン３６から排出される。
【００３４】
次に真空断熱層形成体１０について更に説明する。真空断熱層形成体１０は内側シェル１１と、外側シェル１２と、内側シェル１１と外側シェル１２の下端部を連結する底板１３とを有し、内部に真空断熱層１０ａが形成され、この真空断熱層１０ａによりヒータ２により加熱された真空断熱層形成体１０内部の熱を外部へ逃さないようになっている。
【００３５】
真空断熱層形成体１０には、真空ポンプ２０がバルブ２１を有する真空ライン２２を介して接続されており、バルブ２１を開けて真空ポンプ２０を作動させることにより内部の真空断熱層１０ａが真空断熱機能を発揮する。
【００３６】
また真空断熱層形成体１０の内部に形成された真空断熱層１０ａ内に複数列、例えば３列に渡って反射板１５が互いに平行に配置されている。
【００３７】
真空断熱層形成体１０の内部に設けられた３列の反射板１５は、ヒータ２から生じ内側シェル１１を通して外方へ伝達される熱を真空断熱層１０ａとともに遮断するものであり、具体的にはヒータ２から生じた幅射熱の拡散を防止する。
【００３８】
このような反射板１５としては、反射率の高いアルミニウム、銀、金等の材料によって形成されたものを用いることができ、これらの材料は使用に際して反射率を高めるために、更にその表面が研磨される。
【００３９】
あるいは反射板１５を、高温強度を維持するための耐熱性基材（例えばハステロイ、インコネル、ＳＵＳ３１０）と、この耐熱性基材上に蒸着されたアルミニウム、銀、金等からなる蒸着層とから構成してもよい。
【００４０】
さらにまた反射板１５をアルミニウム、銀、金等からなる極薄厚の箔材から形成するとともに、この箔材にしわをつけて、反射板１５同士を点接触させて、熱伝導を防止するようにしてもよい。
【００４１】
なお、上述のように真空断熱層形成体１０内に３列の反射板１５を設けた例を示したが、これに限らず反射板１５を４列〜５列に渡って設けてもよく、さらに内側シェル１１と反射板１５との間あるいは外側シェル１２と反射板１５との間に、熱伝導を防止するアルミシリカ断熱材からなる追加の断熱材１０Ａを設けてもよく、反射板１５間にアルミシリカ断熱材からなる追加の断熱材１０Ａを設けてもよい（図５参照）。
【００４２】
あるいは、内側シェル１１と外側シェル１２との間から反射板１５を取外して、内側シェル１１と外側シェル１２との間を中空に維持してもよい（図６参照）。
【００４３】
次に真空断熱層形成体１０を構成する内側シェル１１と外側シェル１２と底板１３の構造について述べる。
【００４４】
内側シェル１１、外側シェル１２および底板１３を形成する材料としては、例えば耐熱性をもつステンレス製材料（ＳＵＳ３０４）からなる薄板材料を用いることができる。もしくはその他の耐熱性材料、例えばハステロイ、インコネル、ＳＵＳ３１０等の耐熱性材料からなる薄板材料を用いることができる。
【００４５】
また内側シェル１１の外面、および外側シェル１２の内面、すなわち真空断熱層形成体１０の内面には、研磨処理が施されて反射面が形成され、これにより真空断熱層形成体１０内において幅射熱が外方へ放出することなくこの幅射熱を閉じ込めておくことができる。なお、内側シェル１１の外面および外側シェル１２の内面に研磨処理を施す代わりに、塗装によって反射面を形成してもよい。
【００４６】
さらに内側シェル１１の内面、すなわち内側シェル１１のヒータ２側の面には、内側シェル１１の酸化を防止するため、ＳｉＯ２コーティングが施されていてもよい。
【００４７】
ところで、真空断熱層形成体１０の内側シェル１１、外側シェル１２、底板１３は、上述のように耐熱性をもつ薄板材料からなるが、真空断熱層１０ａの真空度が大きくなると、内側シェル１１に対しては外方へ向く引張り力が生じ、外側シェル１２に対しては内方へ向く座屈力が生じる。
【００４８】
この場合、内側シェル１１に対して外側に向く引張り力が働くことになるが、内側シェル１１は例え薄板材料からなっていても一定の引張り強度をもつため、真空断熱層１０ａの真空度に対しては十分耐えることができる。
【００４９】
他方、外側シェル１２に対して座屈力が生じるため、外側シェル１２のうち、とりわけ円筒体１２ａはその断面形状が波状となるよう塑性加工が施されている（図２）。
【００５０】
このように外側シェル１２の円筒体１２ａに塑性加工を施し、断面形状を波状とすることによって、外側シェル１２の円筒体１２ａに対して真空断熱層１０ａ側から全体として内側に向く座屈力を支えることができる。
【００５１】
また外側シェル１２の天井板１２ｂは、図１および図２に示すように半円球状体となっており、このように天井板１２ｂが半円球状体となっているため、この天井板１２ｂの座屈強度を高めることができる。
【００５２】
なお、外側シェル１２の円筒体１２ａに塑性加工を施して円筒体１２ａの断面を波状とした例を示したが、円筒体１２ａおよび天井板１２ｂに塑性加工を施し、円筒体１２ａと天井板１２ｂの双方が波状断面をもつようにしてもよい。
【００５３】
ここで図１は熱処理装置１を示す概略断面図であり、図２はその拡大図である。
【００５４】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【００５５】
まず多数のウエハＷが装填されたボート５が保温筒３８上に載置され、保温筒３８および炉口蓋３１が上昇してウエハＷを装填保持したボート５が反応管３内に収納される。
【００５６】
次に炉口蓋３１により反応管３の開口３Ａが密封される。次にヒータ２がＯＮとなって、反応管３内のウエハＷが加熱され、同時にガス導入管７から原料ガスが反応管３内に供給され、ウエハＷに対して熱処理が施される。
【００５７】
この間、ボート５は回転機構３０により回転し、ウエハＷに対して均一な熱処理が施される。また反応管３内のガスはその後、排気管８から排気される。
【００５８】
またヒータ２によって、反応管３内が加熱されるが、ヒータ２は内側シェル１１と、外側シェル１２と、底板１３とからなり内部に真空断熱層１０ａを形成する真空断熱層形成体１０により覆われているので、ヒータ２により生じた熱が外方へ放出されることはなく、ヒータ２により生じた熱を用いて効率良く反応管３内を加熱することができる。
【００５９】
次にウエハＷに対する熱処理が終了すると、ヒータ２がＯＦＦとなり、反応管３内のウエハＷが冷却される。
【００６０】
この場合、空気供給ライン３５から断熱層形成体１０と反応管３との間の空間内に冷却用空気が供給され、反応管３内のウエハＷが強制的に冷却される。断熱層形成体１０と反応管３との間の空間内の空気は、その後空気排出ライン３６から排出される。
【００６１】
ところで、上述のようにヒータ２は真空断熱層形成体１０により覆われており、真空断熱層形成体１０内の真空断熱層１０ａの真空度を高めることにより、ヒータ２から生じる熱の外方への放出を防止することができる。
【００６２】
真空断熱層１０ａの真空度を高めた場合、真空断熱層形成体１０のとりわけ外側シェル１２に座屈が生じることも考えられる。しかしながら、本実施の形態によれば、外側シェル１２の円筒体１２ａには塑性加工が施されて、円筒体１２ａの断面は波状に形成されている。このように、外側シェル１２の座屈強度を全体として高めることができるので、真空断熱層１０ａの真空度を高めても外側シェル１２に座屈が生じることはない。
【００６３】
また外側シェル１２は円筒体１２ａの断面を波状に形成することにより座屈強度を高めることができるので、外側シェル１２としてとりわけ座屈強度を高めるために材料を厚くする必要はなく、薄板材料を用い、この薄板材料に対して塑性加工を施すだけで外側シェル１２を作製することができる。このため外側シェル１２および真空断熱層形成体１０の製造コストを低減することができ、また軽く形成することができる。
【００６４】
次に図３および図４により本発明の変形例について説明する。
【００６５】
上記実施の形態において真空断熱層形成体１０の外側シェル１２に塑性加工を施して、外側シェル１２の断面形状を波状とし、このことにより外側シェル１２の座屈強度を向上させた例を示したが、これに限らず図３に示すように外側シェル１２の円筒体１２ａの外面に、円周方向に延びる複数の円周状補強リブ４０ａを溶接により取付け、この補強リブ４０ａによって外側シェル１２の円筒部１２ａの座屈強度を向上させてもよい。
【００６６】
また図４に示すように、外側シェル１２の円筒体１２ａの内面に、円周方向に延びる複数の円周状補強リブ４０ｂを溶接により取付け、この補強リブ４０ｂによって外側シェル１２の円筒体１２ａの座屈強度を向上させてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１  熱処理装置
２  ヒータ
３  反応管
５  ボート
７  ガス導入管
８  排気管
１０  真空断熱層形成体
１０ａ  真空断熱層
１０Ａ  追加の断熱材
１１  内側シェル
１１ａ  円筒体
１１ｂ  天井板
１２  外側シェル
１２ａ  円筒体
１２ｂ  天井板
１３  底板
１５  反射板
２０  真空ポンプ
２１  バルブ
２２  真空ライン
３５  空気供給ライン
３６  空気排出ライン
４０ａ  補強リブ
４０ｂ  補強リブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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