(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、前記筒状断熱材の外周を外皮で覆い、筒状断熱材の上部に頂部断熱材を設け、該頂部断熱材の上部を前記外皮と連結された天板で覆ってなる縦型熱処理装置において、前記天板が同心円状に複数に分割した分割片からなり、隣接する分割片のうち小径側分割片の外径が大径側分割片の内径よりも大きく形成され、大径側分割片の上に小径側分割片を順に重ねて取付けてなり、各分割片の周縁部が径方向の熱変形移動を許容し得る状態で保持されていることを特徴とする縦型熱処理装置。
【請求項２】
多数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、前記筒状断熱材の外周を外皮で覆い、筒状断熱材の上部に頂部断熱材を設け、該頂部断熱材の上部を前記外皮と連結された天板で覆ってなる縦型熱処理装置において、前記天板が中央部を周縁部より高くした凸状に成形されており、前記天板の周縁部が径方向の熱変形移動を許容し得る状態で保持されていることを特徴とする縦型熱処理装置。
【請求項３】
前記天板または分割片の周縁部にはこれをネジで保持すべく所定ピッチ間隔でネジ穴が設けられ、これらネジ穴が前記天板の径方向に長い長穴もしくは径方向に長く且つ径方向外方が開放された切欠部として形成されていることを特徴とする請求項１または２に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、多数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器を有し、この処理容器の周囲には筒状断熱材を有するヒータが設置されている。図５に示すように、前記筒状断熱材１１の外周は金属製の外皮（アウターシェル）３０で覆われ、筒状断熱材１１の上部には頂部断熱材（トップブロック）１３が設けられ、この頂部断熱材１３の上部は前記外皮３０と連結された金属製の天板３１で覆われている。３５は、頂部断熱材１３上に載置された毛布状断熱材（ブランケット）である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の縦型熱処理装置においては、ヒータを高温例えば１０００℃程度に昇温すると、その昇温に伴って天板３１が熱膨張し、天板３１の中央部（センター）と周縁部（エッジ）との温度差ないし熱膨張差により反り変形を生じるようになる。装置外壁（筐体）４０の天上部の昇温を抑制するために天板３１の上に軟らかくて厚さのある布団状断熱材４１を置くタイプのものにおいては、より温度差が大きく変形も大きくなる傾向がある。
【０００５】
特に、天板３１が下方に変形した場合、矢印Ｆで示すように頂部断熱材１３を圧迫して頂部断熱材１３に亀裂や破損が生じる恐れがる。頂部断熱材１３に亀裂や破損が生じると、その部分から熱が逃げてヒータの温度が不安定になり、プロセスに悪影響を与える恐れがある。
【０００６】
本発明は、前記事情を考慮してなされたもので、天板の下方への反り変形を抑制ないし防止してヒータの頂部断熱材の亀裂や破損を防止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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のうち、請求項１に係る発明は、多数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、前記筒状断熱材の外周を外皮で覆い、筒状断熱材の上部に頂部断熱材を設け、該頂部断熱材の上部を前記外皮と連結された天板で覆ってなる縦型熱処理装置において、前記天板が同心円状に複数に分割した分割片からなり、隣接する分割片のうち小径側分割片の外径が大径側分割片の内径よりも大きく形成され、大径側分割片の上に小径側分割片を順に重ねて取付けてなり、各分割片の周縁部が径方向の熱変形移動を許容し得る状態で保持されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、多数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、前記筒状断熱材の外周を外皮で覆い、筒状断熱材の上部に頂部断熱材を設け、該頂部断熱材の上部を前記外皮と連結された天板で覆ってなる縦型熱処理装置において、前記天板が中央部を周縁部より高くした凸状に成形されており、前記天板の周縁部が径方向の熱変形移動を許容し得る状態で保持されていることを特徴とする。
【０００９】
前記天板または分割片の周縁部にはこれをネジで保持すべく所定ピッチ間隔でネジ穴が設けられ、これらネジ穴が前記天板の径方向に長い長穴もしくは径方向に長く且つ径方向外方が開放された切欠部として形成されていることが好ましい。
【００１０】
【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。図１は本発明の実施の形態を示す縦型熱処理装置の縦断面図、図２は天板部分の平面図である。
【００１１】
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。
【００１２】
処理容器２は、図示例では、内管２ａと外管２ｂの二重管構造になっている。内管２ａは上端および下端が開放されている。外管２ｂは、上端が閉塞され、下端が開放されている。なお、処理容器２は、外管２ｂのみからなっていてもよい。
【００１３】
処理容器２の下部には、図示例では、処理容器２内に処理ガスや不活性ガスを導入するガス導入部３と、処理容器２内を排気する排気部４とを有する短円筒状のマニホールド５が設けられている。このマニホールド５は、耐熱性および耐食性を有する材料例えばステンレス鋼により形成されている。
【００１４】
ガス導入部３には、ガス源に通じるガス供給系の配管が接続される。排気部４には、真空ポンプおよび圧力制御機構を有する排気系が接続され、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。この処理圧力に制御された状態で、ガス導入部３から導入された処理ガスが処理容器２の内管２ａ内を上昇してウエハｗの所定の熱処理に供された後、内管２ａと外管２ｂとの間の環状通路を下降して排気部４から排気されるようになっている。
【００１５】
前記マニホールド５の上端には、フランジ部５ｆが形成されており、この上端フランジ部５ｆの上面には、外管２ｂの下端フランジ部２ｆが載置され、フランジ押え６により接合固定されている。マニホールド５の上端フランジ部５ｆと外管２ｂの下端フランジ部２ｆとの間には、シール手段である例えばＯリング７が介設されている。マニホールド５の内側には、内管２ａを支持するための内管支持部８が設けられている。
【００１６】
前記マニホールド５は、ベースプレート９の下部に取付けられており、このベースプレート９の上部には、処理容器２の周囲を取り囲み処理容器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１０が設置されている。このヒータ１０は、処理容器２の周囲を取囲む筒状（円筒状）の断熱材１１を備え、この筒状断熱材１１の内周に抵抗発熱線１２が螺旋状または蛇行状に配設されている。前記ヒータ１０は、高さ方向に複数の領域に分けて温度制御が可能に構成されている。
【００１７】
ヒータ１０の筒状断熱材１１の上部には、ヒータ１０の頂部断熱材である円板状の頂部断熱材１３が被せられ（載置され）ている。ヒータ１０本体の筒状断熱材１１およびヒータ１０頂部の頂部断熱材１３は、所定の断熱材料例えばシリカ（ＳｉＯ2）およびアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の混合材料により形成されている。
【００１８】
前記ヒータ１０の筒状断熱材１１の外周は、金属製例えばＳＵＳ製の円筒状の外皮（アウターシェル）３０により覆われており、この外皮３０の外周には水冷管と金属製のカバーとからなる水冷ジャケットが設けられている（図示省略）。
【００１９】
また、前記ヒータ１０の頂部断熱材１３の上部は、前記外皮３０と連結された例えばＳＵＳ製の天板３１で覆われている。外皮３０の上端部に天板３１を取付けるために、外皮３０の上端部内周には上端に内向きフランジ３２ａを有する断面逆Ｌ形状で短円筒状の取付部材（トップリング）３２が固着具例えばネジ３３で取付けられ、この取付部材３２の内向きフランジ３２ａ上に天板３１の周縁部が固着具例えばネジ３４で固定されている。
【００２０】
前記天板３１と頂部断熱材１３との間には隙間ｓが設けられ、この隙間ｓには綿状断熱材３５が設けられている。前記天板３１の中央部と周縁部との温度差ないし熱膨張差による下方への反り変形を防止するために、天板３１は、図２にも示すように、同心円状に複数例えば３つ分割した分割片３１ａ，３１ｂ，３１ｃからなり、隣接する分割片のうち小径側分割片の外径が大径側分割片の内径よりも大きく形成され、大径側分割片の上に小径側分割片が順に重ねて配置されるようになっている。
【００２１】
すなわち、中央、中間および周縁の３つからなる分割片３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、周縁分割片３１ｃの外周縁を取付部材３２の内向きフランジ３２ａ上に載せ、周縁分割片３１ｃの内周縁上に中間分割片３１ｂの外周縁を載せ、この中間分割片３１ｂの内周縁上に中央分割片３１ａの外周縁を載せて構成されている。周縁分割片３１ｃの周縁部は前述のように取付部材３２の内向きフランジ３２ａ上にネジ３４で固定され、中間分割片３１ｂの周縁部は周縁分割片３１ｃ上にネジ３４で固定され、中央分割片３１ａの周縁部は中間分割片３１ｂ上にネジ３４で固定されている。
【００２２】
この場合、天板３１の各分割片３１ａ，３１ｂ，３１ｃの周縁部は径方向の熱変形移動を許容し得る状態で保持されていることが好ましい。具体的には、各分割片３１ａ，３１ｂ，３１ｃの周縁部には、ネジ穴（固着具用小穴）３６が所定ピッチ間隔で設けられているが、これらのネジ穴３６は径方向に長い長穴（バカ穴）もしくは径方向に長く且つ径方向外方が開放された切欠部として形成されている。また、ネジ３４は、各分割片３１ａ，３１ｂ，３１ｃの径方向の熱変形移動を容易にすべく緩く締め付けられていることが好ましい。なお、中央分割片１３ａの中央部には穴３７が設けられているが、この穴３７は必ずしも設けられている必要はない。
【００２３】
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１５に保持され、このボート１５はマニホールド５の下端開口部（炉口）を密閉する例えばステンレス鋼製の蓋体１６の上部に炉口断熱手段である保温筒１７を介して載置されている。前記処理容器２の下方には、蓋体１６を昇降させて蓋体１６の開閉および処理容器２に対するボート１５の搬入搬出を行うための昇降機構１８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１９が設けられている。
【００２４】
マニホールド５の下端（開口端）と蓋体１６との接合部には、シール手段である例えばＯリングが設けられている（図示省略）。また、蓋体１６には、ウエハｗの面内均一な熱処理を可能とするためにボート１５を回転するための回転機構２０が設けられている。
【００２５】
前記頂部断熱材１３の下面には、頂部断熱材１３に亀裂や破損が生じた時に発生する粉状のごみ（パーティクル）の落下や飛散を抑制ないし防止するため、耐熱性のシート例えばアルミナクロス（図示省略）が貼り付けられていることが好ましいが、必ずしもアルミナクロスが貼り付けられていなくてもよい。
【００２６】
次に、以上の構成からなる縦型熱処理装置の作用を述べる。先ず、ウエハｗの移載が終了したボート１５は、ローディングエリア１９において、蓋体１６上の保温筒１７上に載置される。次に、昇降機構１８による蓋体１６の上昇によってボート１５を処理容器２内にその下端開口（マニホールド５の下端開口部）から搬入し、その開口を蓋体１６で気密に閉塞する。そして、処理容器２内を、排気部４からの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１０を昇温させ、回転機構２０によりボート１５を回転させながらガス導入部３より処理ガスを処理容器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。
【００２７】
所定の熱処理が終了したなら、先ず、ヒータ１０を降温させ、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内をパージする。次に、回転機構２０を停止し、蓋体１６を下降させて処理容器２内を開放すると共にボート２をローディングエリア３７に搬出すればよい。
【００２８】
前記ヒータ１０が高温例えば１０００℃程度に昇温する時、ヒータ１０の頂部が頂部断熱材１３で断熱されてはいるものの完全には断熱しきれないため、天板３１も昇温し、天板３１の中央部（センター）と周縁部（エッジ）との間に温度差が生じる。しかるに、前記縦型熱処理装置１によれば、前記天板３１が同心円状に複数に分割した分割片３１ａ，３１ｂ，３１ｃからなり、隣接する分割片のうち小径側分割片の外径が大径側分割片の内径よりも大きく形成され、大径側分割片の上に小径側分割片を順に重ねて取付けてなるため、各分割片３１ａ，３１ｂ，３１ｃでは中央側ないし内周側と周縁側ないし外周側との間の温度差が小さくなり、各分割片３１ａ，３１ｂ，３１ｃの熱変形量が小さくなり、天板３１全体の熱変形量を小さくすることができる。
【００２９】
従って、たとえ天板３１上に布団状断熱材（図５参照）が載置されていたとしても、天板３１の下方への反り変形を抑制ないし防止することができ、天板３１の下方への反り変形に起因するヒータ１０の頂部断熱材１３の亀裂や破損を防止することができる。特に、各分割片３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、周縁部が径方向の熱変形移動を許容し得る状態で保持されているため、天板３１の下方への反り変形を更に十分に抑制ないし防止することが可能となり、ヒータ１０の頂部断熱材１３の亀裂や破損を更に十分に防止することが可能となり、頂部断熱材１３の耐久性の向上およびプロセスの安定性ないし信頼性の向上が図れる。
【００３０】
図３、図４は天板部分のそれぞれ異なる変形例を示している。これらの図において、図１ないし図２と同一部分は同一参照符号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ないし図４に示す天板３１は、中央部３１ｘを周縁部３１ｙより高くした凸状に例えばプレス成形により成形されている。具体的には、図３に示す天板３１は、中央部３１ｘが偏平状態で周縁部３１ｙよりも上方に突出した、いわゆる断面ハット状に成形されている。この天板３１は、中央部３１ｘと周縁部３１ｙとの境目が環状のリブ状に形成されているため（すなわち、中間に環状のリブ３１ｚを有しているため）、強度的に強いだけでなく、天板３１の変形方向を上方に規制することができる。
【００３１】
図４に示す天板３１は、上方に膨らんだ曲面状に成形されており、天板３１の変形方向を上方に規制することができる。図３、図４の何れの天板３１においても、中央部３１ｘを周縁部３１ｙより高くした凸状に成形されているため、たとえ天板３１上に断熱材パッドが載置されていたとしても、天板３１の下方への反り変形を防止することができ、天板３１の下方への反り変形に起因するヒータ１０の頂部断熱材１３の亀裂や破損を防止することができ、頂部断熱材１３の耐久性の向上およびプロセスの安定性ないし信頼性の向上が図れる。また、何れの天板３１においても、周縁部が径方向の熱変形移動を許容し得る状態で保持されているため、天板３１の下方への反り変形を更に十分に抑制ないし防止することができ、ヒータ１０の頂部断熱材１３の亀裂や破損を十分に防止することができる。
【００３２】
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、アニール処理等を行うことが可能である。また、前記実施の形態では、処理容器にマニホールドを備えた縦型熱処理装置が例示されているが、本発明の縦型熱処理装置は、処理容器にマニホールドを備えていなくてもよい。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。
【００３３】
【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。
【００３４】
（１）請求項１に係る発明によれば、多数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、前記筒状断熱材の外周を外皮で覆い、筒状断熱材の上部に頂部断熱材を設け、該頂部断熱材の上部を前記外皮と連結された天板で覆ってなる縦型熱処理装置において、前記天板が同心円状に複数に分割した分割片からなり、隣接する分割片のうち小径側分割片の外径が大径側分割片の内径よりも大きく形成され、大径側分割片の上に小径側分割片を順に重ねて取付けてなり、各分割片の周縁部が径方向の熱変形移動を許容し得る状態で保持されているため、天板の下方への反り変形を抑制ないし防止することができ、ヒータの頂部断熱材の亀裂や破損を防止することができる。
【００３５】
（２）請求項２に係る発明によれば、多数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、前記筒状断熱材の外周を外皮で覆い、筒状断熱材の上部に頂部断熱材を設け、該頂部断熱材の上部を前記外皮と連結された天板で覆ってなる縦型熱処理装置において、前記天板が中央部を周縁部より高くした凸状に成形されており、前記天板の周縁部が径方向の熱変形移動を許容し得る状態で保持されているため、天板の下方への反り変形を抑制ないし防止することができ、ヒータの頂部断熱材の亀裂や破損を防止することができる。
【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】天板部分の平面図である。
【図３】天板部分の変形例を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図４】天板部分の変形例を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図５】従来の縦型熱処理装置における天板部部分の断面図である。
【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
１０  ヒータ
１１  筒状断熱材
１３  頂部断熱材
３０  外皮
３１  天板
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ  分割片
３１ｘ  天板の中央部
３１ｙ  天板の周縁部
【図１】
0004597432.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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