(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部に炉口を有し被処理体を収容して熱処理するための縦型の円筒状処理容器と、処理容器の周囲を覆う断熱材と、断熱材の内周面に設けられたヒータとを有する熱処理炉と、
上記処理容器の炉口を閉塞する蓋体と、
該蓋体上に載置され被処理体を多段に保持する保持具と、
蓋体を昇降させて蓋体により炉口を開閉するとともに上記処理容器内へ保持具を搬入しかつ搬出する昇降機構と備え、上記蓋体は下方へ向って突出する湾曲板からなり、上記蓋体は、５５０〜７５０ｍｍの直径を有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
上記蓋体は５ｍｍ以上の厚みを有す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】
上記蓋体は曲率をもっ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理炉を備えた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、被処理体である半導体ウエハに酸化、拡散、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）などの処理を施すために、各種の熱処理装置が用いられている。そして、その一般的な熱処理装置は、下部に炉口を有し半導体ウエハを収容して熱処理するための処理容器と、この処理容器の周囲を覆うように設けられた断熱材と、断熱材の内周面に設けられ処理容器内のウエハを加熱するヒータとを有する熱処理炉と、処理容器の炉口を閉塞する蓋体と、蓋体上に載置され被処理体を多段に保持する保持具と、蓋体を昇降させる昇降機構とを備えている。
【０００３】
上記ヒータはヒータエレメントを有し、このヒータエレメントとしては、例えばバッチ処理が可能な熱処理装置の場合でいうと、円筒状の断熱材の内壁面に沿って配置される螺旋状のものが用いられ、炉内を例えば８００〜１０００℃程度に高温に加熱することができる。また、上記断熱材としては、例えばセラミックファイバ等からなる断熱材料を円筒状に焼成してなるものが用いられ、輻射熱および伝導熱として奪われる熱量を減少させて効率のよい加熱を助長することができる。
【０００４】
ところで、従来の熱処理装置において、処理容器内をヒータにより加熱しながら、処理容器内に処理ガスを供給し、その後処理容器内を真空引きする工程が繰り返される。このように処理容器内に処理ガスを供給し、処理容器内を真空引きすることにより、半導体ウエハに対する熱処理が施される。
【０００５】
ところで、従来より熱処理の対象となる半導体ウエハは、直径３００ｍｍのものが一般的であった。しかしながら、近年は直径４５０ｍｍの大型の半導体ウエハも用いられるようになっている。
【０００６】
直径４５０ｍｍの大型の半導体ウエハを熱処理する場合、処理容器および熱処理炉も大型化され、このように熱処理炉が大型化されると、炉口を閉塞する蓋体も大型化することになる。
【０００７】
上述のように処理容器内では、熱処理作業中、処理ガスの供給および真空引きが行なわれるが、蓋体が大型化した場合、とりわけ処理容器内の真空時に蓋体に大きな圧力がかかることになる。
【０００８】
この場合、蓋体の強度を保つため、蓋体の肉厚を大きくすることも考えられるが、これでは蓋体の重量が増加してしまい、蓋体の昇降作業にも支障が生じてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−２６３１７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【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、処理されるべき被処理体が大型化した場合であっても、蓋体の肉厚を過度に厚くすることなく、蓋体をスムースに昇降す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】
【００１１】
本発明は、下部に炉口を有し被処理体を収容して熱処理するための縦型の円筒状処理容器と、処理容器の周囲を覆う断熱材と、断熱材の内周面に設けられたヒータとを有する熱処理炉と、上記処理容器の炉口を閉塞する蓋体と、該蓋体上に載置され被処理体を多段に保持する保持具と、蓋体を昇降させて蓋体により炉口を開閉するとともに上記処理容器内へ保持具を搬入しかつ搬出する昇降機構と備え、上記蓋体は下方へ向って突出する湾曲板からなり、上記蓋体は、５５０〜７５０ｍｍの直径を有することを特徴とする熱処理装置である。
【００１３】
本発明は、上記蓋体は５ｍｍ以上の厚みを有することを特徴とする熱処理装置である。
【００１４】
本発明は、上記蓋体は曲率をもっていることを特徴とする熱処理装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、蓋体は下方へ向って突出する湾曲板からなるため、平板状の蓋体に比べて、真空時に蓋体に加わる応力を小さく抑えることができ、このことにより蓋体の肉厚を過度に増加させる必要はなく、蓋体の重量増加を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は本発明の実施の形態である熱処理装置を概略的に示す縦断面図。
【図２】図２は熱処理装置を示す横断面図。
【図３】図３は熱処理装置を示す拡大縦断面図。
【図４】図４はヒータエレメントを示す平面図。
【図５】図５はヒータエレメントを示す側面図。
【図６】図６（ａ）は断熱材を示す横断面図、図６（ｂ）は断熱材を示す縦断面図。
【図７】図７は熱処理装置の蓋体近傍を示す拡大断面図。
【図８】図８は蓋体の形状と蓋体に加わるたわみ量との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１８】
図１および図７において、符号１は半導体製造装置の一つである縦型の熱処理装置であり、この熱処理装置１は、被処理体例えば半導体ウエハＷを一度に多数枚収容して酸化、拡散、減圧ＣＶＤ等の熱処理を施すことができ、下部に炉口３ａが形成された縦型の円筒状処理容器３と、該処理容器３の周囲を覆うように設けられた円筒状の断熱材１６と、断熱材１６の内周面に設けられウエハＷを加熱するヒータ５とを有する熱処理炉２と、処理容器３の炉口３ａを閉塞する蓋体１０と、蓋体１０上に保温筒１１を介して載置され半導体ウエハＷを多段に保持するボート（保持具）１２とを備えている。
【００１９】
また熱処理装置１は、断熱材１６を設置するためのベースプレート６を備えている。このベースプレート６には処理容器３を下方から上方に挿入するための開口部７が形成されており、この開口部７にはベースプレート６と処理容器３との間の隙間を覆うように図示しない断熱材が設けられている。
【００２０】
上記処理容器３は、石英製からなり、上端が閉塞され、上述のように下部が炉口３ａとして開口された縦長の円筒状に形成されている。処理容器３の下部の開口端には外向きのフランジ３ｂが形成され、フランジ３ｂは図示しないフランジ押えを介して上記ベースプレート６に支持されている。また処理容器３には、処理ガスや不活性ガス等を処理容器３内に導入する導入ポート（導入口）８及び処理容器３内のガスを排気するための排気ポート（排気口）８Ａが設けられている。導入ポート８にはガス供給源が接続され、排気ポート８Ａには例えば１０〜１０−８Ｔｏｒｒ程度に減圧制御が可能な真空ポンプを備えた排気系が接続されている。
【００２１】
また円筒状処理容器３の下方には、処理容器３の下端開口部（炉口）３ａを密封シール１０Ａを介して閉塞する蓋体１０が設けられ、この蓋体１０は昇降機構１３により昇降移動可能となっている。この蓋体１０の上部には、上述のように保温手段である例えば保温筒１１が載置され、該保温筒１１の上部には例えば直径が４５０ｍｍのウエハＷを多数枚例えば１００〜１５０枚程度上下方向に所定の間隔で搭載する保持具である石英製のボート１２が載置されている。蓋体１０には、ボート１２をその軸心回りに回転する回転機構１３Ａが設けられている。ボート１２は、昇降機構１３により駆動される蓋体１０の下降移動により処理容器３内から下方のローディングエリア内に搬出（アンロード）され、ウエハＷの移替え後、昇降装置１３により駆動される蓋体１０の上昇移動により処理容器３内に搬入（ロード）される。
【００２２】
ところで、図１および図７に示すように、蓋体１０は下方へ向って突出する湾曲板からなっている。処理容器１０はステンレス等の耐食性金属製の円筒体からなり、これに対応して蓋体もステンレス等の耐食性金属製の湾曲板からなり、平面からみて円板形状をもつ。
【００２３】
蓋体１０の上面には、蓋体１０の上面を研削することにより形成された平坦部１０ａが設けられ、保温筒１１はこの蓋体１０の平坦部１０ａ上に載置されている。
【００２４】
上述のように、被処理体となる半導体ウエハＷは４５０ｍｍの直径をもつ大型のものであり、この大型の半導体ウエハＷに対応して蓋体１０も５５０〜７５０ｍｍ前後の直径をもつ。また蓋体１０は５ｍｍ以上の厚みをもち、曲率をもった湾曲板からなる。
【００２５】
このように、蓋体１０が下方へ向って突出する湾曲板からなるため、例えば平板状の蓋体に比べて、とりわけ処理容器３内を真空引きした場合に、蓋体１０に加わる応力を小さく抑えることができる。
【００２６】
このため蓋体１０として５５０〜７５０ｍｍ前後の直径をもつ大きな湾曲板を用いた場合であっても、処理容器３内を真空引きした際、蓋体１０に加わる応力を小さく抑えることができ、蓋体１０を過度に厚肉とする必要はない。
【００２７】
このため蓋体１０の重量を大きくすることなく、また昇降機構１３により蓋体１０をスムースに上下移動させることができる。
【００２８】
次に断熱材１６および断熱材１６の内周面に設けられたヒータ５について述べる。断熱材１６の内周面に軸方向（図示例では上下方向）に多段に形成された溝状の棚部１７が形成され、各棚部１７に沿ってヒータエレメント１８が配置され、このヒータエレメント１８によりヒータ５が構成される。断熱材１６は、例えばシリカ、アルミナあるいは珪酸アルミナを含む無機質繊維からなっている。断熱材１６は、縦に二分割され、ヒータエレメント１８の組付を容易にしている。
【００２９】
ヒータエレメント１８は、帯状の発熱抵抗体を波形に成形（折り曲げ加工）して成る。
【００３０】
上記断熱材１６には上記ヒータエレメント１８を適宜間隔で径方向に移動可能に且つ棚部１７から脱落ないし脱出しないように保持するピン部材２０が配設されている。上記円筒状の断熱材１６の内周面にはこれと同心の環状の溝部２１が軸方向に所定ピッチで多段に形成され、隣り合う上部の溝部２１と下部の溝部２１との間に周方向に連続した環状の上記棚部１７が形成されている。
【００３１】
上記ピン部材２０は、ヒータエレメント１８の内周面の谷部１８ｂを基部２０ａで支持すべく側面コ字状に形成され、その両脚部２０ｂが断熱材１６を内側から外側に貫通し、該両脚部２０ｂの端部２０ｃが互いに離反する方向に折り曲げられて断熱材１６の外周面に係止されている。
【００３２】
また、ヒータエレメント１８のうち複数段ごとの各グループの最下段の始端１８ｅと最上段の終端１８ｒとに電極接続用の端子板２２がそれぞれ接続されている。これにより、ヒータ５は熱処理炉２内を上下方向に複数のゾーンに分けて温度制御ができるように構成されている。
【００３３】
ヒータエレメント１８の接続（結線）パターンとしては、例えば図４ないし図５に示すものが考えられる。この接続パターンにおいては、各段のヒータエレメント１８の両端１８、１８ｆ、１８ｇ…１８ｒが径方向外方に突出するように折り曲げられており、一段目（最下段）始端（右端）１８ｅと、最上段の終端（左端）１８ｒに端子板２２、２２がそれぞれ接合されている。そして、上下に隣接するヒータエレメント１８を直列に接続すべく端部同士例えば一段目の終端１８ｆと二段目の始端１８ｇとが接続板２３を介して接続され、二段目の終端１８ｈと三段目の始端１８ｉとが接続板２３を介して接続される。
【００３４】
断熱材１６の形状を保持すると共に断熱材１６を補強するために、図１に示すように、断熱材１６の外周面は金属製例えばステンレス製の外皮（アウターシェル）２８で覆われている。また、外部への熱影響を抑制するために、外皮２８の外周面は水冷ジャケット３０で覆われている。断熱材１６の頂部にはこれを覆う上部断熱材３１が設けられ、この上部断熱材３１の上部には外皮２８の頂部（上端部）を覆うステンレス製の天板３２が設けられている。
【００３５】
また熱処理後にウエハを急速降温させて処理の迅速化ないしスループットの向上を図るために、断熱材１６には、断熱材１６と処理容器３との間の空間３３内の雰囲気を外部に排出する排熱系３５と、上記空間３３内に冷却媒体を導入して強制的に冷却する強制冷却手段３６とが設けられている。上記排熱系３５は、例えば断熱材１６の上部に設けられた排気口３７と、該排気口３７と図示しない工場排気系とを結ぶ図示しない排熱管とから構成されている。排熱管には図示しない排気ブロワ及び熱交換器が設けられている。
【００３６】
上記強制冷却手段３６は、上記断熱材１６と外皮２８の間に高さ方向に複数形成された環状流路３８と、各環状流路３８から断熱材１６の中心斜め方向へ冷却媒体を吹き出して上記空間３３の周方向に旋回流を生じさせるべく断熱材１６に設けられた強制冷却用冷却媒体吹出し孔４０とを有している。上記環状流路３８は、断熱材１６の外周面に帯状又は環状の断熱材４１を貼り付けるか、或いは断熱材１６の外周面を環状に削ることにより形成されている。上記冷却媒体吹出し孔４０は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように断熱材１６における上下に隣接するヒータエレメント１８の間である棚部１７にこれを径方向の内外に貫通するように形成されていることが好ましい。このように冷却媒体吹出し孔４０を棚部１７に設けることにより、ヒータエレメント１８に邪魔されることなく冷却媒体を上記空間３３に噴出することができる。
【００３７】
上記外皮２８の外周面には、各環状流路３８に冷却媒体を分配供給するための共通の１本の供給ダクト４９が高さ方向に沿って設けられ、外皮２８には供給ダクト内と各環状流路３８とを連通する連通口が形成されている。供給ダクト４９には冷却媒体を吸引し、圧送供給する図示しない冷却媒体供給源（例えば送風機）が開閉バルブを介して接続されている。
【００３８】
なお、冷却媒体としては、空気、窒素、水等が考えられる。
【００３９】
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。
【００４０】
まずローディングエリア内においてボート１２内にウエハＷが移載され、次に蓋体１０が、昇降機構１３により上昇し、保温筒１１およびボート１２が処理容器３内に挿入され、その後処理容器３の炉口３ａが蓋体１０により閉塞される。このとき処理容器３のフランジ３ｂと蓋体１０との間に密封シール１０Ａが介在され、処理容器３の炉口３ａを蓋体１０により確実に閉塞することができる。
【００４１】
次にヒータエレメント１８からなるヒータ５が作動し、同時に排熱系３５および強制冷却手段３６が駆動されて、処理容器３内の温度制御が行なわれる。
【００４２】
また、処理容器３内には、以下のような手順で、処理ガスが供給される。
【００４３】
すなわち、まず処理容器３内を温度制御しながら、導入ポート８から処理ガスが処理容器３内に供給され、ウエハＷに対して所望の熱処理が施される。このとき、蓋体１０に設けられている回転機構１３Ａによりボート１２が処理容器３内で回転する。
【００４４】
次に処理容器３内のガスが排気ポート８Ａから排気され、処理容器３内が真空状態となるまで減圧される。
【００４５】
このようにしてウエハＷに対する所望の処理ガスによる熱処理が施され、次にウエハに対して更なる処理ガスによる熱処理が施される。
【００４６】
すなわち処理容器３に対して上述した温度制御が繰り返され、導入ポート８から別の処理ガスが処理容器３内に供給され、ウエハＷに対する更なる熱処理が施される。
【００４７】
このようにしてウエハＷに対する熱処理が終了すると、昇降機構１３により蓋体１０が降下し、蓋体１０上に保温筒１１を介して保持されているボート１２がローディングエリアまで移動する。
【００４８】
ところで、上述のように、半導体ウエハＷに対する熱処理工程中に、処理容器３内のガスが排気されて処理容器３内が真空状態となるまで減圧される。
【００４９】
このような場合、蓋体１０に対して大きな負圧がかかることになる。本実施の形態によれば、蓋体１０が下方に向って突出する湾曲板からなるため、例えば半導体ウエハＷが４５０ｍｍの直径をもつ大型のウエハからなり、これに伴なって蓋体１０が５５０〜７５０ｍｍ前後の直径をもつようになったとしても、平板状の蓋体に比べて蓋体１０に加わる応力を小さく抑えることができる。このため蓋体１０を過度に厚肉とする必要はない。
【００５０】
次に、蓋体１０の形状と、蓋体１０に加わるたわみ量との関係について、以下説明する。
【００５１】
一例として、蓋体１０の形状を平板状のものから湾曲状のものまで種々変化させるとともに、湾曲状のものについては更に曲率半径Ｒが１２００ｍｍ、１３００ｍｍ、１５００ｍｍのものを準備した。次に蓋体１０の肉厚を５ｍｍ、１２ｍｍ、１５ｍｍの３段階で変化させた。
【００５２】
次にこのような構成からなる蓋体１０を用いて処理容器３の炉口３ａを閉塞した。次に処理容器３内を真空に維持し（約０Ｔｏｒｒ）、蓋体１０に対するたわみ量を求めた。
【００５３】
蓋体１０の形状と、蓋体１０に加わるたわみ量との関係を図８に示す。
【００５４】
図８に示すように、曲率半径Ｒが１３００ｍｍで厚みが５ｍｍの蓋体は、総高さが４４ｍｍとなる。また曲率半径Ｒが１３００ｍｍで厚みが５ｍｍの蓋体１０は、平板状で厚みが１２ｍｍの蓋体のひずみ量（０．４７ｍｍ）と略同一のひずみ量（０．４５ｍｍ）をもつことがわかった。
【００５５】
このため湾曲板からなり曲率半径Ｒが１３００ｍｍの蓋体１０は、同様のたわみ量を示す平板状の蓋体１０に比べて、蓋体１０の肉厚を小さく抑えることができる。
【００５６】
ここで曲率半径Ｒが１２００ｍｍで厚みが５ｍｍの蓋体１０については、さらに小さなたわみ量を示すが、曲率半径が小さすぎて、結局蓋体１０の総高さが大きくなり、熱処理炉２の全長も大きくなる。この場合、蓋体１０に安定した面積の平坦部１０ａを取ることはむずかしい。
【００５７】
他方、曲率半径Ｒが１５００ｍｍで厚みが５ｍｍの蓋体１０は、曲率半径Ｒが１３００ｍｍで厚みが５ｍｍの蓋体１０に比べると、たわみ量が大きくなってしまう。
【００５８】
このため蓋体１０の形状を上述のように５ｍｍ以上の厚みをもち、曲率半径Ｒが１３００ｍｍの湾曲板に設定した。
【符号の説明】
【００５９】
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
１  熱処理装置
２  熱処理炉
３  処理容器
３ａ  炉口
５  ヒータ
１０  蓋体
１０ａ  平坦部
１１  保温筒
１２  ボート
１３  昇降機構
１６  断熱材
１７  棚部
１８  ヒータエレメント
【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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【図７】
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【図８】
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