(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦型の処理容器内に収容された被処理物に熱処理を施す縦型熱処理装置であって、
前記処理容器の一端に設けられた蓋体の貫通孔を通って当該処理容器内に延設された筒状の外軸と、
この外軸内に当該外軸と同心に配設された内軸と、
前記外軸及び内軸をそれぞれ回転させる駆動手段と
を備えており、
前記内軸及び外軸の一方は、前記被処理物を収容するボートを回転させ、他方は、前記処理容器内に配設された攪拌手段を回転させるように構成されており、
前記内軸の外周と外軸の内周との間、及び外軸の外周面には磁気シールが設けられており、且つ、
前記内軸は、一端が閉止され他端が開放された中空の筒体からなり、この筒体は、前記閉止された一端側が前記処理容器内に延設されてなることを特徴とする縦型熱処理装置。
【請求項２】
前記内軸内に冷却用のガスを供給し得るガス供給手段をさらに備えている請求項１に記載の縦型熱処理装置。
【請求項３】
前記ガス供給手段が、前記内軸内において当該内軸の軸方向に沿って配設されたガス供給管を備えており、このガス供給管のガス吐出口が、処理容器内に延設された内軸の閉止端近傍に配置されている請求項２記載の縦型熱処理装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の縦型熱処理装置を用いた熱処理方法であって、前記ボート及び攪拌手段を同時に回転させることを特徴とする熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は縦型熱処理装置及び熱処理方法に関する。さらに詳しくは、半導体ウェハなどの被処理物に熱処理を施す縦型熱処理装置及び熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハなどの被処理物に、酸化、拡散、成膜、アニールなどの熱処理を行う装置として、複数枚の被処理物を縦型の処理容器内に収容して一括処理する縦型熱処理装置が知られている。
【０００３】
かかる縦型熱処理装置では、処理容器内に配設された熱処理用ボートに被処理物を収容し、蓋体により気密封止された当該処理容器内に所定の反応ガスを供給して、前記酸化や成膜などの熱処理を行っている。その際、複数枚の被処理物を均一に加熱するとともに、例えば、成膜処理の場合においては均一な膜を生成するために、前記熱処理用ボートに連結され且つ前記蓋体を貫通する回転軸に連結されたモータなどの駆動手段によって当該熱処理用ボートを回転させている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２０４１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１記載の装置のように熱処理用ボートを回転させることである程度の均一な加熱処理を行うことができるが、処理容器内の反応ガスないしは雰囲気ガスは、対流していないので、加熱の均一性には限界があった。
また、内部のガスが対流しないことから、処理容器内のガスを他のガスと置換させるのに時間がかかっていた。
【０００６】
そこで、前記熱処理用ボート用の回転軸を中空にし、その内部に当該回転軸と同心の内軸を配設し、この内軸先端にファン又は攪拌板などの攪拌手段を接続することが考えられる。この構成によれば、内軸を回転駆動させることで処理容器内の攪拌手段を回転させることができ、これにより、処理容器内のガスを対流させて、加熱の均一性やガスの流れの均一性を向上させるとともに容器内ガスの置換を迅速に行うことができる。
【０００７】
しかしながら、縦型熱処理装置に回転機構を設けた場合、被処理物を加熱した熱が回転軸に伝わり当該回転軸を高温にするという問題がある。熱処理用ボート用の回転軸（外軸）の外周と当該外軸が貫通する部材の貫通孔の周縁との間、及び外軸の内周と内軸の外周との間には、処理容器内を密封状態に保つために、通常の軸受装置とともに磁気シールが用いられるが、この磁気シールは、例えば８０℃程度以上の高温になると磁性体を含んだオイルが蒸発していまい、シール機能が損なわれるという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、縦型熱処理装置の処理容器内のガスを攪拌するために２軸構造を採用する場合において、内軸への熱伝導を抑制して当該内軸の外周に配設される磁気シールの劣化を防ぐことができる縦型熱処理装置及び熱処理方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の縦型熱処理装置は、縦型の処理容器内に収容された被処理物に熱処理を施す縦型熱処理装置であって、
前記処理容器の一端に設けられた蓋体の貫通孔を通って当該処理容器内に延設された筒状の外軸と、
この外軸内に当該外軸と同心に配設された内軸と、
前記外軸及び内軸をそれぞれ回転させる駆動手段と
を備えており、
前記内軸及び外軸の一方は、前記被処理物を収容するボートを回転させ、他方は、前記処理容器内に配設された攪拌手段を回転させるように構成されており、
前記内軸の外周と外軸の内周との間、及び外軸の外周面には磁気シールが設けられており、且つ、
前記内軸は、一端が閉止され他端が開放された中空の筒体からなり、この筒体は、前記閉止された一端側が前記処理容器内に延設されてなることを特徴としている。
【００１０】
本発明の縦型熱処理装置では、処理容器内に配設された攪拌手段又は被処理物を収容するボートを回転させる内軸を中空の筒体で作製し、処理容器内に延設された側の端部を閉止した構成にしている。これにより、処理容器内の熱が内軸に伝わる伝熱面積を減らすことができ、当該内軸への熱伝達又は熱伝導を抑制することができる。その結果、内軸の外周と外軸の内周との間に配設される磁気シールへの熱伝導を抑制して、高温により当該磁気シールのシール機能が損なわれるのを防ぐことができる。
【００１１】
前記内軸内に冷却用のガスを供給し得るガス供給手段をさらに備えているのが好ましい。この場合、ドライエア、チッ素ガスなどの冷却ガスを内軸内に供給することにより、当該内軸を冷却することができ、これにより、内軸外周に配設された磁気シールの温度が上昇するのをさらに確実に抑制することができる。
【００１２】
前記ガス供給手段が、前記内軸内において当該内軸の軸方向に沿って配設されたガス供給管を備えており、このガス供給管のガス吐出口が、処理容器内に延設された内軸の閉止端近傍に配置されているのが好ましい。この場合、処理容器内に延設された内軸の閉止端近傍に配置したガス吐出口から冷却ガスを吐出することで、この冷却ガスを内軸の内周面に沿わせて当該内軸の開放端側に移動させることができる。その結果、冷却ガスと内軸の内周面との熱伝達を効率よく行わせることができ、当該内軸の冷却効果を高めることができる。
【００１３】
また、本発明の熱処理方法は、前記縦型熱処理装置を用いた熱処理方法であって、前記ボート及び攪拌手段を同時に回転させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の縦型熱処理装置及び熱処理方法によれば、縦型熱処理装置の処理容器内のガスを攪拌するために２軸構造を採用する場合において、内軸への熱伝導を抑制して当該内軸の外周に配設される磁気シールの劣化を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の縦型熱処理装置及び熱処理方法の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る縦型熱処理装置１の部分断面説明図であり、図２は、図１に示される縦型熱処理装置１の要部説明図である。
【００１６】
縦型熱処理装置１は、被処理物である複数の円板状の半導体ウェハ２を収容し、当該半導体ウェハ２に酸化、拡散、成膜（ＣＶＤなど）、アニールなどの熱処理を施す筒状の処理容器３を備えている。この処理容器３は、両端（図１では、簡単のため、上端付近の図示は省略されている）が閉止されており、上端付近には、当該処理容器３内に反応ガスやクリーニング用のガスを供給するためのガス供給管（図示せず）が接続されており、下端付近には、処理容器３内のガスを排出するためのガス排出管４が接続されている。
【００１７】
処理容器３の外周には、導体からなる発熱体５が配設されており、この発熱体５の外周には断熱材６を介して筒状の外殻体７が配設されている。前記発熱体５には、図示しない電源から電流が供給され、導体の抵抗により発生するジュール熱により処理容器３が加熱される。
【００１８】
処理容器３の下端は、蓋体８により閉止されており、この蓋体８の中央には、後述する外軸及び内軸を貫通させるための貫通孔９が形成されている。
【００１９】
本実施の形態では、前記蓋体８の外側面８ａ（図１〜２において、下側に位置する面）に、ハウジング４０が配設されている。このハウジング４０は、円板状のベース部４１と、短円筒状の突出部４２とからなっており、蓋体８の外側面８ａにおいて、前記貫通孔９と円筒状の突出部４２とが同心になるように配設されている。突出部４２を構成する壁体内には、水などの冷媒が流通可能な冷却路４３が形成されている。この冷却路４３には、図示しないポンプにより水などの冷媒が供給され、ハウジング４０の冷却が行われる。
【００２０】
前記縦型熱処理装置１は２軸構造であり、前記貫通孔９を貫通して外軸１０及び内軸１１が配設されており、当該外軸１０及び内軸１１は、貫通孔９と同心になるように配置されている。
【００２１】
外軸１０は、例えばステンレス鋼で作製された円筒状部材からなっており、処理容器３内に延設された側の端部には径方向外方に突出したフランジ部１２が形成されている。本実施の形態では、このフランジ部１２のフランジ面１２ａに、複数の半導体ウェハ２を積層した状態で収容することができるボート１３を回転させるためのボート回転用筒体１４の下端部が当接し固定されている。また、図２に示されるように、外軸１０の下端部外周面にはプーリ３０が固設されており、このプーリ３０外周面にはベルト３１が巻回されている。外軸１０は、モータ３２などの駆動手段により前記ベルト３１を介して回転駆動される。外軸１０の回転数は、例えば１〜１０ｒｐｍ程度の範囲内において適宜選定することができる。
【００２２】
一方、内軸１１は、例えばステンレス鋼で作製された円筒状部材からなっており、処理容器３内に延設された側の端部は、閉止板１５により閉止されており、反対側の端部は開放されている。そして、この閉止板１５の上面には、処理容器３内のガスを攪拌させるファン又は攪拌板（攪拌手段）１６の回転軸１６ａが固定されている。また、内軸１１の下端付近の外周面にもプーリ３３が固設されており、このプーリ３３外周面にはベルト３４が巻回されている。内軸１１は、モータ３５などの駆動手段により前記ベルト３４を介して回転駆動される。内軸１１の回転数も、例えば１００〜１０００ｒｐｍ程度の範囲内において適宜選定することができる。
【００２３】
前記突出部４２の内周４２ａと、外軸１０の外周１０ａとの間には、一対の転がり軸受１７、１８が所定距離だけ離間して配設されており、この上下の転がり軸受１７、１８間には、磁気シール１９が配設されている。また、外軸１０の内周１０ｂと、内軸１１の外周１１ａとの間には、同様にして、一対の転がり軸受２０、２１が所定距離だけ離間して配設されており、この上下の転がり軸受２０、２１間には、磁気シール２２が配設されている。
【００２４】
本実施の形態では、前記中空の内軸１１内に当該内軸１１の軸方向に沿ってガス供給管４４が配設されている。このガス供給管４４の先端のガス吐出口４５は、内軸１１の閉止板１５の内面近傍、具体的には、閉止板１５の内面１５ａから１ｃｍ程度離間した位置に配置されている。前記ガス供給管４４には、図示しないガス供給源よりドライエア、チッ素などの冷却用ガスが供給される。ガス供給管４４、ガス供給源、及びガスを供給するファンによりガス供給手段が主に構成される。
【００２５】
本実施の形態では、処理容器３内に配設されたファン又は攪拌板１６を回転させる内軸１１を中空の筒体で作製しているので、処理容器３内の熱が内軸１１に伝わる伝熱面積を減らすことができ、当該内軸１１への熱伝達又は熱伝導を抑制することができる。その結果、内軸１１の外周と外軸１０の内周との間に配設される磁気シール２２への熱伝導を抑制して、高温により当該磁気シール２２のシール機能が損なわれるのを防ぐことができる。
【００２６】
また、ハウジング４０の突出部４２を水などの冷媒により冷却しているので、突出部４２の内周４２ａと、外軸１０の外周１０ａとの間に配設された磁気シール１９を冷却することができる。これにより、磁気シール１９についても、高温により当該磁気シール１９のシール機能が損なわれるのを防ぐことができる。
【００２７】
さらに、本実施の形態では、処理容器３内に延設された内軸１１の閉止端近傍に配置したガス吐出口４５から冷却ガスを吐出することで、この冷却ガスを内軸１１の内周面に沿わせて当該内軸１１の開放端側に移動させることができる。その結果、冷却ガスと内軸１１の内周面との熱伝達を効率よく行わせることができ、当該内軸１１の冷却効果を高めることができる。
【００２８】
なお、本実施の形態では、外軸にボート、内軸にファン又は攪拌板を取り付けているが、本発明はこれに限定されるものではなく、外軸にファン又は攪拌板を取り付け、内軸にボートを取り付けた構造とすることもできる。
【００２９】
本発明の熱処理方法では、前述した縦型熱処理装置を用いて半導体ウェハなどの被処理物に対して熱処理が施されるが、その際、被処理物を収容するボート、及び処理容器内のガスを攪拌させる攪拌手段を同時に回転させるので、被処理物を均一に加熱及び処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の縦型熱処理装置の一実施の形態の部分断面説明図である。
【図２】図１に示される縦型熱処理装置の要部説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１      縦型熱処理装置
２      半導体ウェハ（被処理物）
３      処理容器
８      蓋体
９      貫通孔
１０      外軸
１１      内軸
１３      ボート
１４      ボート回転用筒体
１６      ファン又は攪拌板（攪拌手段）
１７      転がり軸受
１８      転がり軸受
１９      磁気シール
２０      転がり軸受
２１      転がり軸受
２２      磁気シール
３２      モータ（駆動手段）
３５      モータ（駆動手段）
４０      ハウジング
４１      ベース部
４２      突出部
４３      冷却路
４４      ガス供給管
４５      ガス吐出口
【図１】
0005336099.tif 000002
【図２】
0005336099.tif 000003