(57)【要約】【課題】  保守時に要するコストを抑制し得る半導体製造用熱処理炉を提供する。【解決手段】  熱処理炉１０では、閉塞板３０は、パイロチューブ１５、１６の吐出口１５ａ、１６ａ側とパイロチューブ１５、１６の導入口１５ｂ、１６ｂ側との途中を支持し得るとともにパイロチューブ１５、１６の吐出口１５ａ、１６ａを炉心管２０に収容した状態で炉心管２０の開口２２を閉塞可能に構成され、また気密部４０は、炉心管２０の開口２２を閉塞板３０により閉塞した場合に開口２２を形成する開口部２４の周縁２５と閉塞板３０とを気密可能に密着させ得る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス導入管から導入されるガスを加熱された炉心管内で反応させてこの炉心管内の半導体ウェハに熱処理を施し得る半導体製造用熱処理炉であって、
一方に半導体ウェハを受け入れ可能な炉口および他方に前記ガス導入管のガス吐出側を受け入れ可能な開口を有する炉心管と、
前記ガス導入管のガス吐出側と前記ガス導入管のガス導入側との途中を支持し得るとともに前記ガス導入管のガス吐出側を前記炉心管に収容した状態で前記炉心管の開口を閉塞可能な導入管支持部と、
前記開口を前記導入管支持部により閉塞した場合に前記開口を形成する開口部の周縁と前記導入管支持部とを気密可能に密着させ得る気密手段と、
を備えることを特徴とする半導体製造用熱処理炉。
【請求項２】
前記気密手段は、前記開口部の周縁全周に亘って前記開口部と前記導入管支持部と間に介在可能なシール部材と、前記開口部と前記導入管支持部と隙間を狭める方向に両者を挟持し固定し得る固定部材と、からなることを特徴とする請求項１記載の半導体製造用熱処理炉。
【請求項３】
前記炉心管内における前記ガスの反応部位から離れる方向に前記開口を形成可能に延出して設けられる延設部を備えることを特徴とする請求項１または２記載の半導体製造用熱処理炉。
【請求項４】
前記延設部の外表面には、外気に熱伝達可能な放熱手段を備えていることを特徴とする請求項３記載の半導体製造用熱処理炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス導入管から導入されるガスを、加熱された炉心管内で反応させてこの炉心管内の半導体ウェハに熱処理を施し得る半導体製造用熱処理炉に関するものである。
であって、
【背景技術】
【０００２】
ガス導入管から導入されるガスを、加熱された炉心管内で反応させてこの炉心管内の半導体ウェハに熱処理を施し得る半導体製造用熱処理炉として、例えば、下記特許文献１に開示される「半導体装置の製造装置」がある。この種の半導体製造用熱処理炉は、例えば、水素ガスと酸素ガスとを加熱された炉心管内で燃焼させて水蒸気を作り炉心管内の半導体ウェハを酸化（パイロジェニック酸化）させる工程で用いられる。通常は、ガス導入管として石英ガラスが用いられるが、水素ガスの燃焼によりガス導入管の先端が高温になるため、その表面においてガラス状態の石英から結晶が析出していわゆる「失透」に至る。
【０００３】
このようなガス導入管の失透は、それにより発生する石英を含んだパーティクルが塵となって半導体ウェハの表面に付着し得ること、またガス導入管の吐出口径を変動させ得ること等から、半導体ウェハの熱処理（拡散処理、酸化処理）に影響を与える。そのため、失透したガス導入管は、一定期間ごとに行われる保守点検時に交換する必要があるが、炉心管とガス導入管とが石英ガラス等によって一体に形成されている場合には、たとえ炉心管本体は失透することなく交換を要しないときでも、失透したガス導入管を交換する際にその周囲を覆う炉心管本体も一緒に交換する必要がある。したがって、このような場合には、設備保守時のコスト上昇を招くという課題があった。
【０００４】
そこで、下記特許文献１に開示される「半導体装置の製造装置」においては、炉心管本体とガス導入管とを別体に構成することでガス導入管をカートリッジ式にしている（特許文献１；第２頁、図１等）。これにより、ガス導入管の交換を容易にし得るとしている。
【特許文献１】特許第２５６３４９７号公報（第２頁、図１〜３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示される「半導体装置の製造装置」では、ガス導入管を取り付ける炉心管の開口部（ガス導入部）とガス導入管のガス導入ポートとをすりあわせにより固定するように構成している。このため、当該すりあわせ部分を形成するためには、研削時に加工対象を回転させる必要があるが回転軸中心から外れて位置するガス導入管は加工の邪魔になり易いため、このようなガス導入管を付けたままではすりあわせ部を加工することは事実上困難である。
【０００６】
また、当該すりあわせ部を加工した後にガス導入管を取り付ける場合には、取付加工時の高温加熱によって当該すりあわせ部分に熱歪みが生じ得るため、たとえ常温時において高精度な加工がされていても、この熱歪みによる変形により炉心管の開口部（ガス導入部）とガス導入管のガス導入ポートとを気密可能に密着させることは極めて困難である。
【０００７】
さらに、炉心管の開口部（ガス導入部）とガス導入管のガス導入ポートとを気密可能にすりあわせにより固定するには、両者を高精度に研削加工する必要がある。そのため、このような加工は、炉心管やガス導入管の加工製造コストの上昇に直結することから、実質的には、保守時のコスト上昇を抑制することは難しい。
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、保守時に要するコストを抑制し得る半導体製造用熱処理炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項１の半導体製造用熱処理炉では、ガス導入管［１５，１６］から導入されるガスを加熱された炉心管［２０］内で反応させてこの炉心管［２０］内の半導体ウェハに熱処理を施し得る半導体製造用熱処理炉［１０］であって、一方に半導体ウェハを受け入れ可能な炉口［２１］および他方に前記ガス導入管［１５，１６］のガス吐出側［１５ａ，１６ａ］を受け入れ可能な開口［２２］を有する炉心管［２０］と、前記ガス導入管［１５，１６］のガス吐出側［１５ａ，１６ａ］と前記ガス導入管のガス導入側［１５ｂ，１６ｂ］との途中を支持し得るとともに前記ガス導入管［１５，１６］のガス吐出側［１５ａ，１６ａ］を前記炉心管［２０］に収容した状態で前記炉心管［２０］の開口［２２］を閉塞可能な導入管支持部［３０］と、前記開口［２２］を前記導入管支持部［３０］により閉塞した場合に前記開口［２２］を形成する開口部［２４］の周縁［２５］と前記導入管支持部［３０］とを気密可能に密着させ得る気密手段［４０］と、を備えることを技術的特徴とする。なお、［  ］内の数字等は、［発明を実施するための最良の形態］の欄で説明する符号に対応し得るものである（以下同じ）。
【００１０】
特許請求の範囲に記載の請求項２の半導体製造用熱処理炉では、請求項１記載の半導体製造用熱処理炉において、前記気密手段［４０］は、前記開口部［２２］の周縁全周に亘って前記開口部［２４］と前記導入管支持部［３０］と間に介在可能なシール部材［４２］と、前記開口部［２４］と前記導入管支持部［３０］と隙間を狭める方向に両者を挟持し固定し得る固定部材［５０］と、からなることを技術的特徴とする。
【００１１】
特許請求の範囲に記載の請求項３の半導体製造用熱処理炉では、請求項１または２記載の半導体製造用熱処理炉において、前記炉心管［２０］内における前記ガスの反応部位から離れる方向に前記開口［２２］を形成可能に延出して設けられる延設部［２７］を備えることを技術的特徴とする。
【００１２】
特許請求の範囲に記載の請求項４の半導体製造用熱処理炉では、請求項３記載の半導体製造用熱処理炉において、前記延設部［２７］の外表面には、外気に熱伝達可能な放熱手段［６０］を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明では、導入管支持部［３０］は、ガス導入管［１５，１６］のガス吐出側［１５ａ，１６ａ］とガス導入管のガス導入側［１５ｂ，１６ｂ］との途中を支持し得るとともにガス導入管［１５，１６］のガス吐出側［１５ａ，１６ａ］を炉心管［２０］に収容した状態で炉心管［２０］の開口［２２］を閉塞可能に構成され、また気密手段［４０］は、炉心管［２０］の開口［２２］を導入管支持部［３０］により閉塞した場合に開口［２２］を形成する開口部［２４］の周縁［２５］と導入管支持部［３０］とを気密可能に密着させ得る。これにより、炉心管［２０］とは別体に、ガス導入管［１５，１６］とそれを支持する導入管支持部［３０］とを構成しても、これらを一体に構成した場合と同様に気密性を維持し得る炉心管［２０］を構成することができるとともに、ガス導入管［１５，１６］が失透した場合等に炉心管［２０］とは別個にガス導入管［１５，１６］を交換することができる。したがって、炉心管［２０］と一体にガス導入管［１５，１６］を交換する必要がないので、交換を要しない炉心管［２０］にかかるコストを削減可能にすることで、保守時に要するコストを抑制することができる。
【００１４】
請求項２の発明では、気密手段［４０］は、開口部［２２］の周縁全周に亘って開口部［２４］と導入管支持部［３０］と間に介在可能なシール部材［４２］と、開口部［２４］と導入管支持部［３０］と隙間を狭める方向に両者を挟持し固定し得る固定部材［５０］と、からなることから、気密手段［４０］を例えば接着剤等により実現した場合に比べて、炉心管［２０］に導入管支持部［３０］を組み付ける場合および炉心管［２０］から導入管支持部［３０］を採る外す場合において、作業を容易にすることができる。したがって、保守管理に要する作業コストを低減し得るので、全体として保守時に要するコストをより抑制することができる。
【００１５】
請求項３の発明では、炉心管［２０］内におけるガスの反応部位から離れる方向に開口［２２］を形成可能に延出して設けられる延設部［２７］を備えることから、ガスの反応部位から開口［２２］までの離隔距離を大きくすることができる。これにより、ガスの反応部位から発せられた熱が開口［２２］を形成する開口部［２４］に伝わる熱伝導距離を長くすることができるので、この開口部［２４］の周縁［２５］と導入管支持部［３０］とを気密可能に密着させ得る気密手段［４０］や、開口部［２４］と導入管支持部［３０］との間に介在するシール部材［４２］に対する当該熱の影響を緩和することができる。したがって、気密手段［４０］やシール部材［４２］に比較的耐熱性の低い部材の使用を可能にするので、製品コストや保守時に要するコストを抑制することができる。
【００１６】
請求項４の発明では、延設部［２７］の外表面には、外気に熱伝達可能な放熱手段［６０］を備えていることから、放熱手段［６０］により、延設部［２７］を伝導する熱を外気に熱伝達することができる。これにより、ガスの反応部位から発せられた熱が開口部［２４］に伝導されるまでの間に通過する、当該延設部［２７］で放熱手段［６０］により外気に放熱され得るので、開口部［２４］の周縁［２５］と導入管支持部［３０］とを気密可能に密着させ得る気密手段［４０］や、開口部［２４］と導入管支持部［３０］との間に介在するシール部材［４２］に対する当該熱の影響を一層緩和することができる。したがって、気密手段［４０］やシール部材［４２］により耐熱性の低い部材の使用を可能にするので、製品コストや保守時に要するコストをさらに抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の半導体製造用熱処理炉の実施形態について図を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る半導体製造用熱処理炉（以下「熱処理炉」という。）１０は、主に、パイロチューブ１５、１６、炉心管２０、閉塞板３０、気密部４０等から構成されており、パイロチューブ１５、１６から導入される酸素ガス、水素ガスを加熱された炉心管２０内で反応させてこの炉心管２０内の半導体ウェハに熱処理を施し得るものである。なお「熱処理」とは、半導体ウェハを、例えば、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気中で高温処理することをいう。
【００１８】
パイロチューブ１５は、石英からなる直棒状のガラス管で、図略のガスボンベから供給される酸素ガスや窒素ガスを、導入口１５ｂより取り込み吐出口１５ａから吐出させることで炉心管２０内に送り込む役割を果たすものである。パイロチューブ１６は、吐出口１６ａ側をＪ字形状に折り返した形状を有する棒状のガラス管で、図略のガスボンベから供給される水素ガスや窒素ガスを、導入口１６ｂより取り込み吐出口１６ａから吐出させることで炉心管２０内に送り込むとともに、パイロチューブ１５の吐出口１５ａから吐出される酸素ガスの流れに混合させる役割を果たすものである。
【００１９】
炉心管２０は、例えば、石英ガラスからなる円筒形状を有するもので、一方に図略の半導体ウェハを受け入れ可能な炉口２１、他方にパイロチューブ１５、１６の吐出口１５ａ側を受け入れ可能な開口２２が、それぞれ形成されている。即ち、炉心管２０は、その炉口２１から、「ボート」と称される図略のウェハ立てに立てられた複数枚の半導体ウェハを炉心管２０内に収容可能な内径および軸長の円筒形状に形成されているとともに、開口２２側には内径を絞った肩部２３を介して長首部２７および開口部２４が形成されている。つまり、炉心管２０は、底部を除去したワインボトルに近似した外観形状に形成されている。
【００２０】
炉心管２０の開口２２を形成する開口部２４は、図２(A) に示すように、厚肉の鍔形状に形成されており、その周縁２５には断面Ｌ字形状の段部２６が環状に形成されている。この段部２６は、気密部４０を設けるために形成されており、後述するように、この段部２６内に接着剤が充填されたり、Ｏリング４２が取り付けられたりする。
【００２１】
炉心管２０の肩部２３と開口部２４との間に形成される長首部２７は、複数のパイロチューブ１５、１６を収容可能な内径に設定されており、炉心管２０内における酸素ガスと水素ガスとの反応部位から離れる方向に開口２２を形成可能に延出して設けられている。これにより、両ガスの反応部位から発せられた熱が開口２２を形成する開口部２４に伝わる熱伝導距離を長くすることができるので、気密部４０に与える当該熱の影響を緩和することができる。
【００２２】
閉塞板３０は、例えば、石英ガラスからなる円板形状を有するもので、図２(B) に示すように、パイロチューブ１５、１６の吐出口１５ａ、１６ａ側とこのパイロチューブ１５、１６の導入口１５ｂ、１６ｂ側との途中を支持し得るとともにパイロチューブ１５、１６の吐出口１５ａ、１６ａ側を炉心管２０に収容した状態で炉心管２０の開口２２を閉塞可能に形成されているものである。即ち、この閉塞板３０は、前述した鍔形状の開口部２４の外径とほぼ同様の外径を有する円板形状を有し、その中心部付近にパイロチューブ１５、１６を挿通可能な挿入孔３５、３６が形成されている。なお、この閉塞板３０の挿入孔３５、３６に挿通されたパイロチューブ１５、１６と閉塞板３０の挿入孔３５、３６との間には石英ガラス等による気密封止部３８が設けられており、このように閉塞板３０にパイロチューブ１５、１６を取り付けたものを以下「パイロチューブユニット」という。
【００２３】
気密部４０は、炉心管２０の開口２２をパイロチューブユニットの閉塞板３０により閉塞した場合に、開口部２４の周縁２５と閉塞板３０とを気密可能に密着させ得るもので、例えば、前述した開口部２４の段部２６に接着剤を充填することにより実現する。即ち、開口部２４を閉塞板３０により閉塞することで、開口部２４の周縁２５に環状に設けられている断面Ｌ字形状の段部２６が閉塞板３０によって断面Ｕ字形状の環状溝になるため、この円環状の溝内にエポキシ樹脂系あるいはゴム系の接着剤を充填する。これにより、開口部２４の周縁２５と閉塞板３０とを気密可能に密着させ、気密部４０が構成される。
【００２４】
また、図２(A) に示すように、開口部２４の環状の段部２６にＯリング４２を掛けることにより、図３(A) に示すように、接着剤に代えて気密部４０を構成することができる。即ち、開口部２４を閉塞板３０により閉塞することにより形成される断面Ｕ字形状の環状溝内にＯリング４２を位置させ、さらに図３(B) に示しように、固定金具５０によって、開口部２４と閉塞板３０と隙間（断面Ｕ字形状の環状溝）を狭める方向に両者を挟持し固定する。これにより、開口部２４の周縁２５と閉塞板３０と気密可能に密着させることが可能となる。なお、このＯリング４２は、例えば、テフロン等のフッ素樹脂、バイトン等のフッ素ゴムやシリコンゴム等からなる環状部材である。なお「テフロン」および「バイトン」は、いずれも登録商標である。
【００２５】
固定金具５０は、Ｕ字板５１、Ｏ字板５２、ボルト５３、蝶ねじ５４およびコイルばね５５からなり、Ｕ字板５１とＯ字板５２とによって挟み込まれる、パイロチューブユニットの閉塞板３０および炉心管２０の開口部２４を、ボルト５３、蝶ねじ５４やコイルばね５５により固定し得るように構成されている。
【００２６】
即ち、Ｕ字板５１およびＯ字板５２はステンレス等の金属からなり、Ｕ字板５１は、図４(A) に示すように馬蹄形状に、またＯ字板５２は、図４(B) に示すように円環形状に、それぞれ形成されている。そして、Ｕ字板５１の内側５１ａを炉心管２０の長首部２７に通し、Ｏ字板５２の内穴５２ａにパイロチューブユニットのパイロチューブ１５、１６の導入口１５ｂ、１６ｂ側を通して閉塞板３０の外側を覆うように閉塞板３０に被せた後、ボルト５３をＵ字板５１側から、Ｕ字板５１のねじ孔５１ｂとＯ字板５２のねじ孔５２ｂとを通し、Ｏ字板５２側から、コイルばね５５を介して蝶ねじ５４を締め付ける。これにより、蝶ねじ５４の締め具合によって、Ｕ字板５１とＯ字板５２とにより挟持される開口部２４と閉塞板３０と隙間（断面Ｕ字形状の環状溝）の間隔を調整することができる。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態に係る熱処理炉１０によると、閉塞板３０は、パイロチューブ１５、１６の吐出口１５ａ、１６ａ側とパイロチューブ１５、１６の導入口１５ｂ、１６ｂ側との途中を支持し得るとともにパイロチューブ１５、１６の吐出口１５ａ、１６ａを炉心管２０に収容した状態で炉心管２０の開口２２を閉塞可能に構成され、また気密部４０は、炉心管２０の開口２２を閉塞板３０により閉塞した場合に開口２２を形成する開口部２４の周縁２５と閉塞板３０とを気密可能に密着させ得る。これにより、炉心管２０とは別体に、パイロチューブ１５、１６とそれを支持する閉塞板３０とを構成しても、これらを一体に構成した場合と同様に気密性を維持し得る炉心管２０を構成することができ、またパイロチューブ１５、１６が失透した場合等に炉心管２０とは別個にパイロチューブ１５、１６を交換することができる。したがって、炉心管２０と一体にパイロチューブ１５、１６を交換する必要がないので、交換を要しない炉心管２０にかかるコストを削減可能にすることで、保守時に要するコストを抑制することができる。
【００２８】
次に、炉心管２０の長首部２７に放熱部６０を取り付けた構成例を図５を参照して説明する。図５に示すように、熱処理炉１０Ｂの炉心管２０には、その長首部２７に放熱部６０が設けられている。即ち、長首部２７の外表面に、外気に熱伝達可能な複数の放熱フィン６１を有する放熱部６０を取り付ける。この放熱フィン６１は、例えば、アルミニウム等の金属からなる馬蹄形状の板状部材で、例えば、表面を複数の凹凸状に加工することで表面積が増加するため、外気への放熱効率を向上し得るように構成されている。このような複数の放熱フィン６１からなる放熱部６０を炉心管２０の長首部２７に設けることで、酸素ガスと水素ガスとの反応部位から発せられた熱を、当該長首部２７の放熱部６０によって外気に放熱させることができるので、気密部４０および気密部４０を構成する接着剤やＯリング４２に与える当該熱の影響を緩和することができる。したがって、気密部４０として、安価ではあるが耐熱性の低い部材、例えばシリコンゴム等を使用することができるので、製品コストや保守時に要するコストをさらに抑制することができる。
【００２９】
また、パイロチューブユニットを構成するパイロチューブにシリコンカーバイトからなるＳｉＣユニット１８を設けた構成例を図６および図７を参照して説明する。図６および図７に示すように、パイロチューブ１７は、前述したパイロチューブ１６のように吐出口１６ａ側をＪ字形状に折り返すことなく、ＳｉＣユニット１８によってガスの流れを１８０度折り返すものである。
【００３０】
ＳｉＣユニット１８は、シリコンカーバイトからなる中空円柱状の容器で、吐出口１８ａと導入口１８ｂとを同一面に形成し、この導入口１８ｂを、パイロチューブ１７の吐出口１７ａに接続することで、パイロチューブ１７の導入口１７ｂから取り込んだ酸素ガス等をＳｉＣユニット１８の吐出口１８ａから吐出させ得るように構成している。このように、パイロチューブ１７の吐出口側をＳｉＣユニット１８で構成することにより、酸素ガス等の吐出口が石英からなるパイロチューブを用いる場合に比べて、パイロチューブの失透を抑制するため、パイロチューブの寿命を大幅に延ばすことができる。したがって、パイロチューブの失透によるパーティクルの発生を抑制し得ることから、熱処理後の半導体ウェハの品質をより向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱処理炉の構成を示す長手方向断面図である。
【図２】図２(A) は、炉心管の開口側を示す斜視図で、図２(B) は、パイロチューブユニットを示す斜視図である。
【図３】図３(A) は、炉心管にパイロチューブユニットを取り付ける過程を示す説明図でシール部材としてＯリングを用いたもので、図３(B) は、図３(A) のものに固定部材として固定金具を取り付けた様子を示す断面図である。
【図４】図４(A) は、固定金具を構成するＵ字板を示す平面図で、図４(B) は、固定金具を構成するＯ字板を示す平面図である。
【図５】図１に示す熱処理炉の炉心管に放熱部を設けた例の構成を示す長手方向断面図である。
【図６】図１に示す熱処理炉のパイロチューブにＳｉＣユニットを用いた例の構成を示す長手方向断面図である。
【図７】図６に示すパイロチューブユニットを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０、１０Ａ、１０Ｂ…熱処理炉（半導体製造用熱処理炉）
１５、１６、１７…パイロチューブ（ガス導入管）
１５ａ、１６ａ、１７ａ…吐出口（ガス吐出側）
１５ｂ、１６ｂ、１７ｂ…導入口（ガス導入側）
１８…ＳｉＣユニット
２０…炉心管
２１…炉口
２２…開口
２４…開口部
２５…周縁
２７…長首部（延設部）
３０…閉塞板（導入管支持部）
４０…気密部（気密手段）
４２…Ｏリング（シール部材）
５０…固定金具（固定部材）
５１…Ｕ字板
５２…Ｏ字板
５３…ボルト
５４…蝶ねじ
５５…コイルばね
６０…放熱部（放熱手段）
６１…放熱フィン
【図１】
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【図２】
2006165239.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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