(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内に下部の開口から多数枚の被処理体を保持した保持具を収容して開口を蓋体で密閉し、処理容器の周囲に設けたヒータにより被処理体を加熱して所定の熱処理を行う縦型熱処理装置において、前記処理容器を単管構造とし、その頂部にガス導入口を設け、処理容器の下側部に排気口を設け、前記蓋体上に前記ガス導入口からの処理ガスを保持具の下方の中央に導いて前記排気口へ案内するガス通路を設け、該ガス通路が、前記蓋体上に隙間を存して設けられ中央にガス取込口を有する底板と、前記処理容器の内周に隙間を存して設けられ上端が前記排気口よりも上方の処理容器内周に保持され下端が前記底板の周縁部に当接される短内管とによって形成されていることを特徴とする縦型熱処理装置。
【請求項２】
前記底板が前記蓋体との間に前記隙間を形成すべく蓋体上にスペーサを介して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。
【請求項３】
前記短内管の上端外周にはフランジが設けられ、前記処理容器の内周には前記フランジを掛止する鍔部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。
【請求項４】
前記蓋体上には処理容器の下部の開口を断熱するサーモプラグが前記短内管の内側に設けられると共に該サーモプラグよりも上方位置に前記保持具を載置するための載置台が支柱を介して設けられ、前記サーモプラグが前記蓋体上に前記支柱を囲んで立設された複数本の脚柱と、こられ脚柱の上端部に設けられた面状発熱体と、前記脚柱に高さ方向に所定間隔で配設された遮熱板とから構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。
【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、被処理体例えば半導体ウエハに、酸化、拡散、ＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）などの処理を行うために、各種の熱処理装置が用いられている。そして、その一つとして、一度に多数枚の被処理体の熱処理が可能な縦型熱処理装置が知られている。
【０００３】
この縦型熱処理装置は、処理容器内に下部の開口から多数枚の被処理体を保持した保持具を収容して開口を蓋体で密閉し、処理容器の周囲に設けたヒータにより被処理体を加熱して所定の熱処理例えばＣＶＤ処理を行うようになっている。例えばＣＶＤ処理を行う縦型熱処理装置においては、処理容器を内管と外管の二重管構造とし、その外管の下側部に設けたガス導入口から内管内に処理ガスを導入し、内管内を下方から上方へ処理ガスを流通させる過程で被処理体の処理に供した後、内管と外管の隙間に上方から下方に処理ガスを通して、外管の下側部に設けた排気口から排気するように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記縦型熱処理装置においては、処理容器が二重管構造で、熱容量が大きいため、昇降温特性の良いヒータを使用する場合、その特性を十分に活かすことができないという問題があった。なお、処理容器を単管構造とし、その下部にガス導入口を設け、頂部に排気口を設けたものも提案されているが、排気口に付着した副生成物が下方の被処理体上に落下してパーティクルの原因になることが懸念されている。
【０００５】
本発明は、前記事情を考慮してなされたもので、ヒータの特性を十分に活かすことができると共にパーティクルの問題を軽減することができ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】
本発明は、処理容器内に下部の開口から多数枚の被処理体を保持した保持具を収容して開口を蓋体で密閉し、処理容器の周囲に設けたヒータにより被処理体を加熱して所定の熱処理を行う縦型熱処理装置において、前記処理容器を単管構造とし、その頂部にガス導入口を設け、処理容器の下側部に排気口を設け、前記蓋体上に前記ガス導入口からの処理ガスを保持具の下方の中央に導いて前記排気口へ案内するガス通路を設け、該ガス通路が、前記蓋体上に隙間を存して設けられ中央にガス取込口を有する底板と、前記処理容器の内周に隙間を存して設けられ上端が前記排気口よりも上方の処理容器内周に保持され下端が前記底板の周縁部に当接される短内管とによって形成されていることを特徴とする。
【０００７】
前記底板が前記蓋体との間に前記隙間を形成すべく蓋体上にスペーサを介して設けられていることが好ましい。
【０００８】
前記短内管の上端外周にはフランジが設けられ、前記処理容器の内周には前記フランジを掛止する鍔部が設けられていることが好ましい。
【０００９】
前記蓋体上には処理容器の下部の開口を断熱するサーモプラグが前記短内管の内側に設けられると共に該サーモプラグよりも上方位置に前記保持具を載置するための載置台が支柱を介して設けられ、前記サーモプラグが前記蓋体上に前記支柱を囲んで立設された複数本の脚柱と、こられ脚柱の上端部に設けられた面状発熱体と、前記脚柱に高さ方向に所定間隔で配設された遮熱板とから構成されていることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基いて詳述する。
【００１５】
図１において、１は縦型熱処理装置で、この縦型熱処理装置１は多数枚の被処理体例えば半導体ウエハｗを下方から収容して所定の熱処理例えばＣＶＤ処理を施す縦型の処理容器（プロセスチューブ）２を備えている。この処理容器２は、耐熱性および耐食性を有する材料例えば石英ガラスにより形成されている。
【００１６】
処理容器２は、上部がドーム状、具体的には逆漏斗状に形成されており、下部（下端）が炉口として開口している。処理容器２の下部には開口（炉口）３が設けられている。処理容器２の頂部中央にはガス導入口４が設けられ、処理容器２の頂部にはガス導入口４と連通したガス導入管部５が上方に突設されている。このガス導入管部５は直管状に形成されているか、あるいは、図示例のようにＬ字状に形成されている。ガス導入管部５には処理ガスや不活性ガス（例えば窒素ガス）を所定の流量で供給するガス供給系の配管が接続されている。
【００１７】
処理容器２の下側部には排気口６が設けられ、処理容器２の下側部には排気口６と連通した排気管部７が外側方へ突設されている。この排気管部７には圧力制御可能な弁および真空ポンプ等を有する減圧排気系の配管（排気管）が接続されており、処理容器２内を所定の処理圧力に制御し得るようになっている。
【００１８】
処理容器２の下部外周にはフランジ８が設けられており、このフランジ８がフランジ保持部材９を介して中央が開口したベースプレート１０上に保持されている。このベースプレート１０の上方であって、前記処理容器２の周囲には処理容器２内のウエハｗを所定の熱処理温度に加熱昇温するためのヒータ１１が設けられている。このヒータ１１は、処理容器２の周囲および上方を取囲む水冷ジャケット１２を有し、この水冷ジャケット１２の内周に抵抗発熱体１３が配設されている。
【００１９】
前記ヒータ１１は、処理容器２の上方に配置された抵抗発熱体からなる上部ヒータ１４を備えていることが好ましい。また、前記ガス導入管部５の周囲には、処理ガス成分の析出を防止すべく加熱するための補助ヒータ１５が設けられていることが好ましい。
【００２０】
前記処理容器２内に多数枚例えば１５０枚程度の半導体ウエハｗを高さ方向に所定間隔で搭載保持するために、ウエハｗは保持具である例えば石英ガラス製のボート１６に保持されている。処理容器２の下方には処理容器２の開口（炉口）３を密閉する例えばＳＵＳ製の蓋体１７が設けられている。
【００２１】
前記蓋体１７上には処理容器２の開口３からの放熱を抑制する断熱手段（炉口断熱手段）として、図示例ではサーモプラグ１８が設けられている。このサーモプラグ１８は、蓋体１７上に立設される複数本の脚柱１９と、これら脚柱１９の上端部に略水平に設けられた面状発熱体からなる下部ヒータ２０と、脚柱１９に高さ方向に所定間隔で配設された複数枚の遮熱板２１とから主に構成されている。また、蓋体１７上には前記ボート１６をサーモプラグ１８よりも上方位置に載置するための載置台２２が設けられている。この載置台２２は蓋体１７の中央部に立設される支柱２３を有している。前記サーモプラグ１８の下部ヒータ２０および遮熱板２１の中央部には前記支柱２３を通す穴２４が設けられている。蓋体１７の下部中央部には載置台２２を介してボート１６を水平回転させるための回転機構２５が設けられており、前記載置台２２が回転テーブルになっている。
【００２２】
前記処理容器２の下方には、蓋体１７を昇降させて蓋体１７の開閉および処理容器２内に対するボート１６の搬入（ロード）、搬出（アンロード）を行うための昇降機構（図示省略）が設けられていると共にその作業領域であるローディングエリア２６が設けられている。前記蓋体１７上には前記ガス導入口４からの処理ガスを片流れを防止すべくボート１６の下方の中央に導いて前記排気口６へ案内するためのガス通路２７が設けられている。このガス通路２７は、前記蓋体１７上に隙間２８を存して設けられ中央にガス取込口２９を有する例えば石英ガラス製の底板３０と、前記処理容器２の内周に隙間３１を存して設けられ上端が前記排気口６よりも上方の処理容器２内周に保持され下端が前記底板３０の周縁部に当接される短内管３２とによって形成されていることが好ましい。
【００２３】
処理容器２の頂部のガス導入口４から導入される処理ガスは、ボート１６の下方中央にガス取込口２９があることから処理容器２内を片流れすることなく下方へ真っ直ぐ流れ、ウエハｗの面内均一な処理に供することができ、また、処理ガスはガス取込口２９から隙間２８，３１を流通して排気口６へ排気することができる。特に、蓋体１７の降下によるアンロード時にウエハｗが排気口６の横を通過しても、排気口６が短内管３２により覆われているため、排気管部７の内周に付着している反応副生成物がウエハｗからの輻射熱により気化して処理容器内２へ逆流することによるパーティクルの戻りを抑制することができる。
【００２４】
前記底板３０および短内管３２は例えば石英ガラス製であることが好ましい。前記底板３０は蓋体１７との間にガス流通用の隙間２８を形成すべく蓋体１７上にスぺーサ３３を介して設けられているが、サーモプラグ１８の脚柱１９に取付けられていても良い。前記短内管３２は処理容器２の内周との間にガス流通用の隙間３１を形成すべく処理容器２の内径よりも小径に形成されている。短内管３２の上端外周にはフランジ３４が設けられ、このフランジ３４が処理容器２の内周に固定されていても良いが、洗浄性およびメンテナンス性を良くするために、処理容器２の内周に前記フランジ３４を掛止する鍔部３６を適宜間隔で突設し、フランジ３４には鍔部３６を上下方向に通過可能な切欠部（図示省略）を設けることにより短内管３２が着脱自在に保持されていることが好ましい。
【００２５】
なお、蓋体１７の上面には腐食性ガスの接触による腐食を防止するために例えば石英ガラス製のカバー材３７で被覆されていることが好ましい。また、処理容器２には前記ガス導入管部５とは別に下側部から処理容器２内の処理領域に処理ガスを導入するためのガス導入管３８が設けられていることが好ましい。
【００２６】
次に、以上の構成からなる縦型熱処理装置の作用および縦型熱処理方法を述べる。ローディングエリア２６において図示しないカセットからボート６へのウエハｗの移載が終了すると、昇降機構による蓋体１７の上昇によってボート１６を処理容器２内に下部の開口３からロードし、開口３を蓋体１７で気密に閉塞する。この時、蓋体１７上の底板３０の周縁部が短内管３２の下端部に当接し、ガス取込口２９から隙間２９，３１を経て排気口６に連通するガス通路２７が形成される。
【００２７】
そして、処理容器２内を、排気管部７に接続された排気系による減圧排気により所定の圧力ないし真空度に制御すると共にヒータ１１により所定の処理温度に制御し、処理容器２の頂部のガス導入管部５に接続されたガス供給系から所定の処理ガスを供給して処理容器２頂部のガス導入口４から処理容器２内に導入してウエハｗに所定の熱処理例えばＣＶＤ処理を開始する。
【００２８】
処理容器２内にはボート１６の下方中央にガス取込口２９を有し、ガス導入口４からの処理ガスをボート１６の下方中央に導いて排気口６に導くガス通路２７が形成されており、単管構造の処理容器２の頂部に設けたガス導入口４から処理容器２内に処理ガスを導入し、該処理ガスをボート１６の下方の中央に導いてから処理容器２の下側部に設けた排気口６から排気するようしたので、処理容器２内の上方から下方へ片流れないし偏った流れのない真っ直ぐな均一のガス流（下降流）を形成することができ、ウエハの面内均一な処理が可能となる。熱処理が終了したなら、処理ガスの導入を停止し、不活性ガスの導入により処理容器２内をパージしてから、蓋体１７を降下させて処理容器２内を開放すると共にボート１６をローディングエリア２６にアンロードすればよい。
【００２９】
このアンロード時には、ウエハｗを搭載したボート１６が排気口６の横を通過することになるが、排気口６が短内管３２によって覆われているので、排気管部７の内面に付着している反応副生成物がウエハｗの輻射熱で気化したとしても、その気化ガスが処理容器２内に逆流することによるパーティクルの戻りを抑制することができる。
【００３０】
図２は本発明の実施の形態ではない参考例を示す縦型熱処理装置の断面図である。図２において、図１の実施の形態と同一部分は同一参照符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明を加える。図２の縦型熱処理装置１においては、サーモプラグ１８の面状発熱体（下部ヒータ）２０の中央部にガス取込口２９が設けられ、処理容器２の排気口６よりも上方の内周には面状発熱体２０の周縁部との隙間を塞ぐ内向きフランジ状の塞ぎ部材４０が設けられ、これにより処理容器２の頂部のガス導入口４から導入された処理ガスをボート１６の下方の中央に導いて排気口６へ案内するガス通路２７が形成されている。
【００３１】
図１の処理容器２は該処理容器２と同径の短内管３２を取付けるために処理容器２の下側部が上側部よりも大径に形成されているが、図２の処理容器２は短内管を取付けないので下側部が上側部と同径に形成されている。サーモプラグ１８の脚柱１９にはガス取込口２９からの処理ガスを排気口６へ案内するための案内板（遮熱板であっても良い）４１が設けられていることが好ましい。なお、案内板４１は、ガス取込口２９からの放熱を補うためにサーモプラグの面状発熱体からなっていても良い。図２の縦型熱処理装置１ないし縦型熱処理方法によれば、図１の縦型熱処理装置１と同様の効果が得られると共に、特に簡単な構成で処理ガスの片流れを容易に防止できる。
【００３２】
図３は本発明の実施の形態ではない参考例を示す縦型熱処理装置の断面図である。図３において、図１ないし図２の実施の形態と同一部分は同一参照符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明を加える。図３の縦型熱処理装置１においては、処理容器２の下側部ではなく前記蓋体１７に排気口６が設けられている。前記蓋体１７の中央部には前記ボート１６を回転させる回転機構２５が設けられている。
【００３３】
蓋体１７は、中央部を除く内部に環状の中空室４２を有しており、蓋体１７の上面部にはこの中空室４２と処理容器２内を連通する複数の排気口６が設けられ、蓋体１７の下部には中空室４２を介して前記排気口６と連通する排気管部７が突設されている。この場合、排気管部７が蓋体１７と一体に昇降移動するため、その動きを許容すべく排気管部７にはフレキシブル管を介して排気系の配管が接続されていても良いが、図示例のように排気管部７を略Ｕ字状に形成し、その先端部が蓋体１７の閉時にベースプレート１０に貫通状態で固定されている排気系の配管４４の端部と着脱自在に連結（ドッキング）されるようになっていても良い。図３の縦型熱処理装置１ないし縦型熱処理方法によれば、図１ないし図２の縦型熱処理装置１と同様の効果が得られると共に、特にボート１６を回転できると共に処理ガスの片流れを容易に防止してウエハｗの面内均一な処理が可能となる。
【００３４】
図４は本発明の実施の形態ではない参考例を示す縦型熱処理装置の断面図である。図４において、図１、図２ないし図３の実施の形態と同一部分は同一参照符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明を加える。図４の縦型熱処理装置１においては、蓋体１７の中央部には排気口６が設けられ、蓋体１７の下部には排気口６と連通した排気管部７が突設されている。このため、蓋体１７の中央部には回転機構が設けられていない。また、ボート１６の載置台２２は中央部以外に複数の支柱２３を備えている。
【００３５】
排気管部７が蓋体１７と一体に昇降移動するため、その動きを許容すべく排気管部７にはフレキシブル管４５を介して排気系の配管が接続されているが、図３と同じドッキング方式を採用しても良い。図４の縦型熱処理装置１ないし縦型熱処理方法によれば、単管構造の処理容器２の頂部に設けたガス導入口４から処理容器２内に処理ガスを導入し、該処理ガスを前記蓋体１７に設けた排気口６から排気するようにしたので、図１、図２ないし図３の縦型熱処理装置および縦型熱処理方法と略同様の効果が得られる（但し、ボートを回転できない。）と共に、特に前記排気口６が蓋体１７の中央部に設けられているため、簡単な構成で処理ガスの片流れを容易に防止できる。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更等が可能である。例えば、前記実施の形態では、熱処理の一例としてＣＶＤ処理が例示されているが、本発明の縦型熱処理装置および縦型熱処理方法は、ＣＶＤ処理以外に、例えば拡散処理、酸化処理、アニール処理等も可能である。また、本発明の縦型熱処理装置は、処理容器の下部にガス導入管や排気管部を有するマニホールドを備えていても良い。処理容器の開口の断熱手段としては、サーモプラグ以外に、例えば保温筒であっても良い。また、被処理体としては、半導体ウエハ以外に、例えばＬＣＤ基板やガラス基板等であってもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【００３８】
本発明によれば、処理容器内に下部の開口から多数枚の被処理体を保持した保持具を収容して開口を蓋体で密閉し、処理容器の周囲に設けたヒータにより被処理体を加熱して所定の熱処理を行う縦型熱処理装置において、前記処理容器を単管構造とし、その頂部にガス導入口を設け、処理容器の下側部に排気口を設け、前記蓋体上に前記ガス導入口からの処理ガスを保持具の下方の中央に導いて前記排気口へ案内するガス通路を設け、前記ガス通路が、前記蓋体上に隙間を存して設けられ中央にガス取込口を有する底板と、前記処理容器の内周に隙間を存して設けられ上端が前記排気口よりも上方の処理容器内周に保持され下端が前記底板の周縁部に当接される短内管とによって形成されているため、処理ガスの片流れを容易に防止できると共に、アンロード時に被処理体が排気口の横を通過しても前記短内管によって排気口からのパーティクルの戻りを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態を示す縦型熱処理装置の縦断面図である。
【図２】  本発明の実施の形態ではない参考例を示す縦型熱処理装置の縦断面図である。
【図３】  本発明の実施の形態ではない参考例を示す縦型熱処理装置の縦断面図である。
【図４】  本発明の実施の形態ではない参考例を示す縦型熱処理装置の縦断面図である。
【符号の説明】
ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
１  縦型熱処理装置
２  処理容器
３  開口
４  ガス導入口
６  排気口
７  排気管部
１１  ヒータ
１６  ボート（保持具）
１７  蓋体
２０  下部ヒータ（面状発熱体）
２７  ガス通路
２９  ガス取込口
３０  底板
３２  短内管
４０  塞ぎ部材
【図１】
0004718054.tif 000002
【図２】
0004718054.tif 000003
【図３】
0004718054.tif 000004
【図４】
0004718054.tif 000005