(57)【要約】【課題】反応管の炉口を密閉する際、反応管のボトムフランジと蓋体とが直接当接することを防止し、かつ密封シールを損傷させることを防止する。【解決手段】熱処理装置１は、下方に炉口３を有する反応管４と、反応管４の炉口３を密閉するとともに、金属製蓋体５Ｃと、金属製蓋体５Ｃに支持された石英製蓋体５Ｂとを有する蓋体５と、反応管４を保持するフランジ保持部材７とを備えている。石英製蓋体５Ｂは金属製蓋体５Ｃ上に支持リング７０により固定される。蓋体５による密閉時に支持リング７０がフランジ保持部材７の下面に当接し、石英製蓋体５Ｂと反応管４のボトムフランジ４ａとの間に間隙Ｇが形成される。この間隙Ｇの半径方向外方に密封シール７７が設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下方に炉口を有するとともにボトムフランジを有する円筒状の石英製反応管と、
反応管のボトムフランジを保持するフランジ保持部と、
金属製蓋体と、金属製蓋体により支持され反応管の炉口を密閉する石英製蓋体とを有する蓋体とを備え、
石英製蓋体は金属製蓋体に支持リングにより固定され、支持リングがフランジ保持部材の下面に当接して、石英製蓋体とボトムフランジとの間に間隙を形成し、
ボトムフランジと石英製蓋体との間の間隙の半径方向外方に、密封シールを設けたことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
密封シールは断面Ｑ字形状であり、リップ部分はカバーリングで固定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】
金属製支持リング内に、密封シールを冷却するための冷却水路が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の熱処理装置。
【請求項４】
石英製蓋体の上面であって、密封シールの半径方向内方に、石英製蓋体の上面に沿って半径方向中央部から半径方向外方へ移行する熱を遮断するための円周溝を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の熱処理装置。
【請求項５】
支持リングとフランジ保持部材の下面との間に、緩衝材が介在されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボトムフランジを有するとともに炉口をもつ円筒状反応管と、反応管を支持するフランジ保持部材と、反応管の炉口を密閉する蓋体とを有する熱処理装置に係り、とりわけ反応管と蓋体とが直接当接することがない熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造においては、被処理体例えば半導体ウエハに例えば酸化、拡散、ＣＶＤ、アニール等の各種の熱処理を施す工程があり、これらの工程を実行するための熱処理装置の一つとして多数枚のウエハを一度に熱処理することが可能な縦型熱処理装置が用いられている。
【０００３】
一般的に、従来の縦型熱処理装置は、熱処理炉の反応管と、反応管の炉口を開閉するよう昇降可能に設けられた蓋体を備え、この蓋体により反応管の炉口を密閉している。
【０００４】
一般に反応管は石英製となっており、また蓋体は金属製となっている。そして石英製の反応管を金属製の蓋体で密閉する際、反応管に当接するＯリングを蓋体上に突出して設け反応管と蓋体との間に隙間を形成した構造のものが知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
あるいは、蓋体が反応管側に位置する石英製の内側蓋部と、内側蓋部を支持する金属製の外側蓋部とからなり、石英製の反応管を石英製の内側蓋部により密閉する際、反応管に当接するＯリングを石英製の内側蓋部に設けると共に、反応管と蓋体とを当接した構造のものも知られている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１７７５２４号
【特許文献２】特開２００８−１９９０４０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の縦型熱処理装置においては、上述のように反応管の炉口を蓋体により密閉する場合、反応管のボトムフランジを蓋体により密閉している。
【０００８】
しかしながら、反応管および蓋体のうち、少なくとも反応管は石英製となっているため、反応管のボトムフランジに蓋体が当接した場合、経年変化に伴なって当接時に石英粉が生じ、この石英粉が反応管内へ進入してしまうことがある。
【０００９】
また反応管と蓋体とを当接させないように反応管と蓋体との間に隙間を設けると、クリーニングガスなどの腐食性ガスが入り込み、金属製パーツを腐食させるという問題がある。また、腐食性ガスが隙間に入り込まないように外周パージを設けても、密封シールの潰し量の調整ミス等によって十分な隙間が確保されない場合には、腐食性ガスの逆拡散が起きて金属製パーツを腐食させる恐れがある。
【００１０】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、反応管の炉口を蓋体により密閉する際、反応管と蓋体とが直接当接することを確実に防止することができ、且つ、密封シールを損傷させることがない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】
【００１１】
本発明は、下方に炉口を有するとともにボトムフランジを有する円筒状の石英製反応管と、反応管のボトムフランジを保持するフランジ保持部と、金属製蓋体と、金属製蓋体により支持され反応管の炉口を密閉する石英製蓋体とを有する蓋体とを備え、石英製蓋体は金属製蓋体に支持リングにより固定され、支持リングがフランジ保持部材の下面に当接して、石英製蓋体とボトムフランジとの間に間隙を形成し、ボトムフランジと石英製蓋体との間の間隙の半径方向外方に、密封シールを設けたことを特徴とする熱処理装置である。
【００１２】
本発明は、密封シールは断面Ｑ字形状であり、リップ部分はカバーリングで固定さ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、金属製支持リング内に、密封シールを冷却するための冷却水路が設けられていることを特徴とする熱処理装置である。
【００１４】
本発明は、石英製蓋体の上面であって、密封シールの半径方向内方に、石英製蓋体の上面に沿って半径方向中央部から半径方向外方へ移行する熱を遮断するための円周溝を設けたことを特徴とする熱処理装置である。
【００１５】
本発明は、支持リングとフランジ保持部材の下面との間に、緩衝材が介在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】
以上のように、本発明によれば、支持リングがフランジ保持部材の下面に当接して石英製蓋体とボトムフランジとの間に間隙を形成し、ボトムフランジと石英製蓋体との間の間隙の半径方向外方に密封シールを設けたので、反応管の炉口を石英製蓋体により密閉する際、反応管と石英製蓋体が直接当接することはない。またボトムフランジと石英製蓋体との間の間隙の半径方向外方に密封シールを設けたので、反応管の炉口を石英製蓋体により確実に密閉することができると共に、炉口部を形成する金属製パーツを腐食する恐れがない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は本発明の実施の形態を示す熱処理装置の縦断面図である。
【図２】図２はフランジ保持部材によって保持された反応管のボトムフランジを示す拡大断面図である。
【図３】図３はフランジ保持部材によって保持された反応管のボトムフランジを示す拡大断面図である。
【発明の実施の形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施の形態を図１乃至図３に基いて詳述する。
【００１９】
図１において、縦型熱処理装置１は被処理体例えば半導体ウエハＷを収容して所定の処理例えば酸化処理を施すための縦型の熱処理炉２を備え、この熱処理炉２は、下部が炉口３として開口された縦長の処理容器例えば石英製の円筒状反応管４と、この反応管４の炉口３を開閉する昇降可能な円形状の蓋体５と、前記反応管４の周囲に設けられ、反応管４内を所定の温度例えば３００〜１２００℃に加熱制御可能な発熱抵抗体を含むヒータ６とを備えている。
【００２０】
反応管４は、例えば石英製の反応管からなり、一重管からなっている。この反応管４の下端部には外向きのフランジ部（ボトムフランジ）４ａが形成され、このボトムフランジ４ａはフランジ保持部材７を介してベースプレート８の下部に保持されている。この場合、ベースプレート８に反応管４が下方から貫通され、また、ベースプレート８上に前記ヒータ６が設置されている。
【００２１】
反応管４のボトムフランジ４ａには反応管４内に処理ガスやパージ用の不活性ガスを導入する複数のガス導入管９が設けられ、これらガス導入管９にはガス供給系の配管が接続されている。また、反応管４の頂部は漸次縮径され、この頂部には排気口１０が形成されており、この排気口１０には反応管４内を減圧制御可能な真空ポンプや圧力制御弁等を有する排気系の配管が接続されている（図示省略）。なお、ベースプレート８およびフランジ保持部材７は、いずれも金属製、例えばＳＵＳ製となっており、このうちフランジ保持部材７により反応管４のボトムフランジ４ａが保持される。
【００２２】
熱処理炉２の下方は、蓋体５上に配置された後述の熱処理ボート１６を反応管４内に搬入（ロード）したり、反応管４から搬出（アンロード）したり、或いはボート１６に対するウエハＷの移載を行うための作業領域（ローディングエリア）１２となっている。この作業領域１２にはボート１６の搬入、搬出を行うよう蓋体５を昇降させるための昇降機構１３が設けられている。
【００２３】
蓋体５は、例えばＳＵＳ製の金属製蓋体５Ｃと、金属製蓋体５Ｃにより支持され反応管４の炉口３を密閉する石英製蓋体５Ｂとを有している。金属製蓋体５Ｃと石英製蓋体５Ｂとを有する蓋体５は全体として複数の緩衝機構１４を介して保持板１５上に保持されており、この保持板１５が前記昇降機構１３に連結されている。そして蓋体５の石英製蓋体５Ｂは炉口３を密閉する。蓋体５の下部中央部にはボート１６を回転するための回転軸部２７を有する回転導入機構２６が設けられている。
【００２４】
なお、反応管４の炉口３を蓋体５により密閉する構造については後述する。
【００２５】
またボート１６は、例えば石英製のボートからなり、大口径例えば直径３００ｍｍの多数例えば７５〜１００枚程度のウエハＷを水平状態で上下方向に間隔をおいて多段に支持するボート本体１７と、このボート本体１７を支持する一本足の脚部１８とを有し、これらボート本体１７と脚部１８が一体に形成されている。そしてボート１６の一本足の脚部１８は、ウエハＷを周方向に回転させるための回転軸部２７に連結されている。
【００２６】
前記ボート本体１７は、底板２２と天板２３の間に前記複数の支柱２４を介設してなり、支柱２４と底板２２及び天板２３とは例えば溶接等により一体的に接合されている。支柱２４は、ウエハＷを囲むように周方向に所定の間隔で配置され、両側の支柱２４間の正面側（図１の左側）が図示しない移載機構によりウエハＷの出し入れを行うための開口となっている。支柱２４には多数のウエハＷを多段に保持するための溝部２５が形成されている。脚部１８は所定の太さ、例えば外径３０〜５０ｍｍ程度、及び所定の高さ、例えば下方フランジ１９を含めた高さが２５０〜３５０ｍｍ程度となっている。
【００２７】
回転導入機構２６は、上述のように、回転軸部２７と、蓋体５の下部中央部に一体的に設けられて回転軸部２７を回転可能に支持する筒状のハウジング２８とを有している。このハウジング２８の下側外周には軸心部に回転軸を一体的に有する有底筒状の回転筒体（図示せず）が回転可能に設けられ、回転筒体の底部中央から起立した回転軸が、ハウジング２８内を封止手段例えばＯリングまたは磁性流体シールを介して気密に貫通している。
【００２８】
回転筒体には回転駆動手段であるモータがベルトを介して連結され（図示省略）、これにより回転軸が回転駆動されるようになっている。蓋体５の石英製蓋体５Ｂの中央部には回転軸部２７が貫通する軸孔部３４が形成されている。
【００２９】
また図１に示すように、蓋体５の石英製蓋体５Ｂ上には炉口保温手段である炉口加熱機構６２が固定されている。この炉口加熱機構６２は、石英製蓋体５Ｂの上面上に周方向に適宜間隔で立設された複数の支柱６４と、これら支柱６４の上端部に水平に掛け渡した設けられた面状の発熱抵抗体６５と、この発熱抵抗体６５の下方に適宜間隔で支柱６４に掛け渡して設けられた複数例えば２枚の遮熱板６６とから主に構成されている。
【００３０】
支柱６４及び遮熱板６６は、例えば石英製となっている。発熱抵抗体６５及び遮熱板６６にはボート１６のフランジ部１９を含む脚部１８が貫通する貫通穴６７が設けられている。また、前記発熱抵抗体６５に電気を供給するケーブルを導通するための導通管６８が保持板１５から蓋体５を気密に貫通した状態で設けられている。
【００３１】
次に図１乃至図３により、蓋体５によって反応管４の炉口３を密閉する構造について説明する。
【００３２】
上述のように蓋体５は金属製蓋体５Ｃと、金属製蓋体５Ｃにより支持され反応管４の炉口３を密閉する石英製蓋体５Ｂとを有している。
【００３３】
次に蓋体５を構成する石英製蓋体５Ｂと金属製蓋体５Ｃの取付構造について説明する。
【００３４】
石英製蓋体５Ｂの外周上部（外周半分）には反応管４の開口端外周部よりも内側に凹んだ環状凹部８０が形成され、且つ石英製蓋体５Ｂの外周下側部（外周下半分）にはフランジ部８１が形成されている。金属製蓋体５Ｃには、前記環状凹部８０に位置して石英製蓋体５Ｂのフランジ部８１を保持する支持リング７０が設けられ、該支持リング７０の上部には前記反応管４の開口端下面に接する密封シール７７が設けられている。また前記支持リング７０の内部には密封シール７７を冷却する冷媒通路（例えば冷却水路）７０ａが設けられており、密封シール７７を冷却通路７０ａを流れる流水により効果的に冷却することができる。
【００３５】
支持リング７０は、横断面が略逆Ｌ字状（垂直部と水平部を有する）となっており、フンラジ部８１を覆う（囲繞する）ように環状（リング状）に形成されている。この支持リング７０は、フランジ部８１を保持した状態で金属製蓋体５Ｃ上に取付ネジ７１により着脱自在に取付固定される。支持リング７０上のカバーリング７５には密封シール７７を保持する第１保持溝８３が環状に形成されている。本実施の形態の縦型熱処理装置によれば、蓋体７５の腐食の問題を解消することができると共に密封シール７７の耐久性向上を図ることができる。
【００３６】
ところで支持リング７０に装着された取付ネジ７１は、円周方向に沿って複数設けられ、支持リング７０および金属製蓋体５Ｃを貫通して装着されている。そして支持リング７０が石英製蓋体５Ｂを外周側から金属製蓋体５Ｃに対して押え付けるようになっている。（図２参照）。なお、残りの取付ネジ７２は支持リング７０内に止まり、金属製蓋体５Ｃまで達していない（図３参照）。
【００３７】
また反応管４の炉口３を蓋体５によって密閉した場合、支持リング７０が取付ネジ７１、７２の上部に設けられたポリイミド製の緩衝材７３を介してフランジ保持部材７の下面に当接し、石英製蓋体５Ｂと反応管４のボトムフランジ４ａとの間に間隙Ｇが形成される。
【００３８】
また密封シール７７は断面Ｑ字形状をしており、そのリップ部分を支持リング７０上のカバーリング７５で押え付けて固定されている。カバーリング７５は取付ネジ７２によって支持リング７０に固定されている。  
さらに石英製蓋体５Ｂの上面であって、密封シール７７の半径方向内方に、石英製蓋体５Ｂの中央部から石英製蓋体５Ｂの上面に沿って半径方向外方へ移行する熱を遮断するための円周溝７６が設けられている。
【００３９】
また石英製蓋体５Ｂの上面には、円周溝７６の半径方向外方に、円周突起７８が形成され、石英製蓋体５Ｂと反応管４のボトムフランジ４ａとの間の間隙Ｇは、円周突起７８上に位置している。
【００４０】
なお、石英製蓋体５Ｂ上に設けられた密封シール７７に対して、反応管４内の熱が石英製蓋体５Ｂ上面に沿って移行し、密封シール７７も加熱されることになるが、石英製蓋体５Ｂに円周溝７６を設けたことにより、石英製蓋体５Ｂの中央部からの熱が密封シール７７側へ移行することを未然に防ぐことができる。また支持リング７０の冷却水路７０ａ内に冷却水を流すことにより、密封シール７７の加熱をより確実に防ぐことができる。
【００４１】
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。
【００４２】
まず作業領域１２内において、蓋体５上に配置されたボート１６内にウエハＷが移載される。ボート１６内にウエハＷが移載された後、昇降機構１３により蓋体５が上昇し、次に蓋体５が炉口３の開口端に当接して炉口３を密閉する。
【００４３】
この間、回転筒体がモータにより回転駆動され、回転筒体の回転に伴なって、回転軸部２７が回転し、ボート１６がゆっくり回動する。
【００４４】
蓋体５で炉口３を密閉する際、支持リング７０に装着された緩衝材７３がフランジ保持部材７の下面に当接し、石英製蓋体５Ｂの円周突起７８と反応管４のボトムフランジ４ａとの間に隙間Ｇが形成される。
【００４５】
このため蓋体５により反応管４の炉口３を密閉する際、石英製蓋体５Ｂと石英製のボトムフランジ４ａとが直接当接することはなく、石英製蓋体５Ｂと石英製のボトムフランジ４ａが当接した場合に生じる石英粉の発生を未然に防ぐことができる。
【００４６】
また反応管４内の処理ガスは、円周突起７８の半径方向外方に設けられた密封シール７７により封止されるため、外方へ流出することはない。また、腐食性の強いクリーニングガスを流した場合でも、支持リング７０を腐食することがない。更に、密封シール７７を断面Ｑ字形状としリップ部分を固定する構造としたので、熱影響の小さい石英製蓋体５Ｂの外側に位置させることができると共に、蓋体５を昇降させた時にボトムフランジ４ａに密封シールが貼付いて外れることがない。
【００４７】
この間、反応管４内の熱が石英製蓋体５Ｂの表面を伝って半径方向中央部から半径方向外方へ向って移行するが、石英製蓋体５には反応管４のボトムフランジ４ａに対応する円周突起７８の半径方向外方に円周溝７６が設けられているため、反応管４内の熱が密封シール７７側へ移行することを防止することができる。また支持リング７０の冷却水路７０ａ内に冷却水を流すことにより、密封シール７７が加熱により劣化することを未然に防止することができる。
【００４８】
以上のように本実施の形態によれば、蓋体５により反応管４の炉口３を密閉する際、石英製蓋体５Ｂと石英製の反応管４のボトムフランジ４ａとが直接当接することを防止することができ、石英製蓋体５とボトムフランジ４ａとが当接して石英粉が発生したりすることはない。さらに石英製蓋体５Ｂの表面に円周溝７６を設けるとともに、支持リング７０の冷却水路７０ａ内に冷却水を流すことにより、密封シール７７が加熱して劣化することを未然に防止することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１  縦型熱処理装置
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
ｇ  隙間
２  熱処理炉
３  炉口
４  反応管
４ａ  ボトムフランジ
５  蓋体
５Ｂ  石英製蓋体
５Ｃ  金属製蓋体
７  フランジ保持部材
１６  熱処理用ボート
１７  ボート本体
１８  脚部
１９  下方フランジ
２６  回転導入機構
２７  回転軸部
２８  ハウジング
７０  支持リング
７０ａ  冷却水路
７１  取付ネジ
７２  取付ネジ
７３  緩衝材
７５  カバーリング
７６  円周溝
７７  密封シール
７８  円周突起
７９  シール材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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