(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハを処理するための縦型加熱炉に内蔵される石英プロセスチューブであって、上端部に天板を設けた円筒形石英ガラス管で構成されるプロセスチューブ本体と、該天板の上面に複数本の石英支柱を介して設けられかつ中央部を上方に湾曲させた石英補強部材とを有することを特徴とする石英プロセスチューブ。
【請求項２】
前記石英補強部材がドーム状石英補強部材であることを特徴とする請求項１記載の石英プロセスチューブ。
【請求項３】
前記石英補強部材が１本又は複数本の中央部を上方に湾曲させた帯状石英補強部材であることを特徴とする請求項１記載の石英プロセスチューブ。
【請求項４】
前記石英補強部材が互いに中央部で交差させて設けられた複数本の帯状石英補強部材であることを特徴とする請求項１記載の石英プロセスチューブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハの処理、例えば熱処理や薄膜形成処理を行うための縦型加熱炉に内蔵される石英プロセスチューブに関する。
【０００２】
【関連技術】
従来、半導体ウェーハの酸化や、ＣＶＤ法による薄膜の形成には加熱炉が用いられているが、この加熱炉として、半導体ウェーハの搬入・搬出の際の外気の巻き込みによる酸化が少ない上に、熱的な断面均一性に優れている縦型加熱炉が多く用いられている。
【０００３】
図１３に示すように、縦型加熱炉１０としては、炉１０内にプロセスチューブ１１が配置され、そのプロセスチューブ１１の周囲にヒーター１４が配設され、さらにプロセスチューブ１１とヒーター１４との間に均熱管１６が介装され、プロセスチューブ１１内には半導体ウェーハを載置するボート１８が収納された構造の炉が一般的である。そして前記プロセスチューブ１１は高純度で、耐薬品性に優れ、かつ比較的耐熱性の高い石英ガラスで形成される。
【０００４】
なお、図１３において、２０は断熱筒、２２は開閉シャッター、２４はガス導入管、２６はガス導入口、２８はガス排出口である。上記プロセスチューブ１１は上部を天板１２ａで閉塞した円管形石英ガラス管１２ｂで構成されたプロセスチューブ本体を有している。
【０００５】
プロセスチューブ１１の他の例として、図１４に示すものも知られている。該プロセスチューブ１１は、天板１２ａの上面中央部にガス拡散用凸部３０が設けられ、該ガス拡散用凸部３０にガスを導入するガス導入管２４が接続されている点で図１３のものと異なるのみである。
【０００６】
ところが、近年、半導体ウェーハが大口径化するようになり、使用するプロセスチューブの径も大きくなって天板の重量が増し、半導体ウェーハの処理時に屡々変形が起こり、プロセスチューブの寿命を短いものにしていた。プロセスチューブの使用に際し、その使用温度が高ければそれだけ短時間に変形が起こり、その内部に挿入され、ウェーハを搭載したボートと干渉が起こり、使用不可能となる。
【０００７】
特にこの変形は天板１２ａの撓みとして発生する。この対策としては、プロセスチューブ１１の天板１２ａを肉厚にすることが考えられるが、天板を肉厚にするとその自重によってプロセスチューブの荷重が増し、変形が一段と促進されるため、肉厚を厚くした分全ての変形抑制効果は期待できない。
【０００８】
また、肉厚が厚くなれば本体との溶接作業の困難性が増し、変形量が満足できるような肉厚の円盤は溶接しようとしても割れてしまうので現実問題として溶接できないのが現状である。
【０００９】
さらに、別の方法としては、図１５に示したようにプロセスチューブ１１の天板１２ａの上部と同外径のＳｉＣやセラミックスの円盤１３を用意し、一方石英天板１２ａの所々にピン１５を上部に向けて溶接し、該円盤１３の対応位置にピン１５よりわずか大き目の穴１３ａをあけ、該円盤１３を天板１２ａの上部に載せることによって、天板１２ａの変形を防止した構造のものがある（特開２０００−２４３７１３号公報）。しかしながら、この方法においてもセラミック等の円盤１３をのせる事によりプロセスチューブ１１の上部に荷重がかかり、プロセスチューブ１１の側胴部が膨らむなどの変形をもたらす等の不都合が生じていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した問題点に鑑みなされたもので、高温下で使用されても変形量を少な目に抑えることができ、寿命を長く維持することができようにした石英プロセスチューブを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の石英プロセスチューブは、半導体ウェーハを処理するための縦型加熱炉に内蔵される石英プロセスチューブであって、上端部に天板を設けた円筒形石英ガラス管で構成されるプロセスチューブ本体と、該天板の上面に複数本の石英支柱を介して設けられかつ中央部を上方に湾曲させた石英補強部材とを有するものである。
【００１２】
上記石英補強部材としては、ドーム状石英補強部材、１本又は複数本の帯状石英補強部材、或いは互いに中央部で交差させて設けられた複数本の帯状石英補強部材等を用いることができる。
【００１３】
【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中、図１〜図１２に基づいて説明するが、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。図１〜図１２において、図１３〜図１５と同一又は類似部材は同一の符号で示す。
【００１４】
図１〜図３は、本発明の石英プロセスチューブの第１の実施の形態を示すもので、図１は要部側面図、図２は上面図及び図３は図１のIII−III線断面図である。図１〜図３において、プロセスチューブ１１ａは、上部を天板１２ａで閉塞した円筒形石英管であるプロセスチューブ本体１２ｂを有している。２４は該プロセスチューブ本体１２ｂ内にガスを導入するガス導入管である。
【００１５】
本発明のプロセスチューブ１１ａの特徴的構成は、上記天板１２ａの上面に複数本の石英支柱３２を介して中央部を凸状に湾曲させた石英補強部材を設けた点にある。図１〜図３の例においては、該石英補強部材としてドーム状石英補強部材３４を設けた場合が示されている。
【００１６】
この様にプロセスチューブ１１ａの天板１２ａの使用による変形を防止するために、天板１２ａの上面に中央部を上方に湾曲させたドーム状又はお碗状の石英補強部材３４を設けて丸封し、石英支柱３２で数箇所スポット溶接することによって、該石英補強部材３４がプロセスチューブ１１ａの天板１２ａを吊り上げる構造になり、天板１２ａの変形を防止することができる。例えば、４ｍｍの厚さのドーム状石英補強部材３４を用いることにより、８ｍｍ厚の平板の使用と同じだけの強度が得られる。
【００１７】
図４は本発明の石英プロセスチューブの第２の実施の形態を示す要部断面図である。図４の石英プロセスチューブ１１ｂと図１〜図３の石英プロセスチューブ１１ａとの相違は、石英プロセスチューブ１１ａではドーム状石英補強部材３４が天板１２ａの上面に丸封状態で設けられているのに対し、石英プロセスチューブ１１ｂではドーム状石英補強部材３４が天板１２ａの上面にスリット３６を介して設けられていることである。この構成の場合、石英補強部材３４を天板１２ａの上面に溶接して丸封する手間が省けるとともに天板１２ａが変形して下方にわずかに移動したような場合でも、石英補強部材３４の外周縁部が天板１２ａの上面の外周縁部に当接することによって石英補強部材３４がプロセスチューブ１１ｂの天板１２ａを同様に吊り上げる構造となり、天板１２ａのそれ以上の変形を防止することができる。なお、図４の例では、スリット３６を設けた例を示したが、天板１２ａの上面にドーム状石英補強部材３４をその外周縁部が接触した状態（スリットを設けることなく）で設けることもできる。
【００１８】
図５〜図７は、本発明の石英プロセスチューブの第３の実施の形態を示すもので、図５は要部側面図、図６は上面図及び図７は図５のVII−VII線断面図である。図５〜図７の石英プロセスチューブ１１ｃと図１〜図３の石英プロセスチューブ１１ａとの相違は、石英プロセスチューブ１１ａにはガス拡散用凸部３０が設けられていないのに対し、石英プロセスチューブ１１ｃには天板１２ａの上面中央部にガス拡散用凸部３０が設けられ、該ガス拡散用凸部３０にガスを導入するガス導入管２４が接続されていることである。このようにガス拡散用凸部３０が設けられた石英プロセスチューブ１１ｃの場合でも、ドーム状石英補強部材３４を設けることによって図１〜図３の石英プロセスチューブ１１ａの場合と同様に天板１２ａの変形を防止することができる。なお、図５において、３８は水抜き用孔である。
【００１９】
図８は本発明の石英プロセスチューブの第４の実施の形態を示す要部断面図である。図８の石英プロセスチューブ１１ｄと図５〜図７の石英プロセスチューブ１１ｃとの相違は、石英プロセスチューブ１１ｃではドーム状石英補強部材３４が天板１２ａの上面に丸封状態で設けられているのに対し、石英プロセスチューブ１１ｄではドーム状石英補強部材３４が天板１２ａの上面にスリット３６を介して設けられていることである。このようにスリット３６を設けた場合でも、図４の場合と同様に天板１２ａの変形を有効に防止することができる。
【００２０】
図１〜図８に示した例では、石英補強部材３４としてドーム状又はお椀状の形状を有する例を示したが、天板１２ａの変形を防止できる形状であればその他の形状を採用することができることはいうまでもなく、例えば、図９〜図１２に示したように中央部を上方に湾曲させた帯状（例えば、幅３０ｍｍ程度）の石英補強部材を１本又は２本若しくは３本以上用いることによって天板１２ａを支持補強することもできる。
【００２１】
図９は本発明の石英プロセスチューブの第５の実施の形態を示す要部概略斜視説明図である。同図において、石英プロセスチューブ１１ｅの石英補強部材３４は、１本の帯状石英補強部材３４ａによって構成され、この帯状石英補強部材３４ａは石英支柱３２ａによって天板１２ａの上面に取りつけられている。この帯状石英補強部材３４ａの両端部は天板１２ａの上面に単に接触させておいてもよく、また溶接によって溶着させてもよいが、図示例ではスリット３６を介して設けた場合が示されている。
【００２２】
図１０は本発明の石英プロセスチューブの第６の実施の形態を示す要部概略斜視説明図である。同図において、石英プロセスチューブ１１ｆの石英補強部材３４は、十字状に接合された２本の帯状石英補強部材３４ａ，３４ａによって構成され、これらの帯状石英補強部材３４ａ，３４ａは石英支柱３２ａによって天板１２ａの上面に取りつけられている。これらの帯状石英補強部材３４ａ，３４ａの両端部も天板１２ａの上面に接触させてもよく、溶着させてもよいが、図示例ではスリット３６を介して設けた場合が示されている。
【００２３】
図１１は本発明の石英プロセスチューブの第７の実施の形態を示す要部概略斜視説明図である。図１１の石英プロセスチューブ１１ｇと図９の石英プロセスチューブ１１ｅとの相違は、プロセスチューブ１１ｅにはガス拡散用凸部３０が設けられていないのに対し、石英プロセスチューブ１１ｇには天板１２ａの上面中央部にガス拡散用凸部３０が設けられていることである。このようにガス拡散用凸部３０が設けられた石英プロセスチューブ１１ｇの場合でも、帯状石英補強部材３４ａを設けることによって、図９の石英プロセスチューブ１１ｅの場合と同様に天板１２ａの変形を防止することができる。
【００２４】
図１２は本発明の石英プロセスチューブの第８の実施の形態を示す要部概略斜視説明図である。図１２の石英プロセスチューブ１１ｈと図１０の石英プロセスチューブ１１ｆとの相違は、石英プロセスチューブ１１ｆにはガス拡散用凸部３０が設けられていないのに対し、石英プロセスチューブ１１ｈには天板１２ａの上面中央部にガス拡散用凸部３０が設けられていることである。このようにガス拡散用凸部３０が設けられた石英プロセスチューブ１１ｈの場合でも、２本の帯状石英補強部材３４ａ，３４ａを設けることによって、図１０の石英プロセスチューブ１１ｇの場合と同様に天板１２ａの変形を防止することができる。
【００２５】
図９〜図１２の図示例では、帯状石英補強部材３４ａを１本又は２本用いた例を示したが、帯状石英補強部材３４ａを３本以上用いてそれらを互いに対称的に交差させその中央部を互いに溶着することによって洋傘の骨状に帯状石英補強部材３４ａを配置させて石英補強部材を構成することもできる。また、複数の帯状石英補強部材３４ａを用いる場合に、互いに中央部で交差させる例を示したが、必ずしも交差させる必要はなく、互いに並設させることによっても天板１２ａの変形防止の作用効果を生じさせることができる。
【００２６】
上述したような種々の形状の石英補強部材３４を石英プロセスチューブ１１ａ〜１１ｈの天板１２ａの上面に設けることによって、石英プロセスチューブ１１ａ〜１１ｈが高温で使用され、石英天板１２ａが変形しようとしても、その上面に設けられた石英補強部材３４が、天板１２ａに荷重をかけることなく、天板１２ａを吊り上げるように支持することによって、天板１２ａの変形量を極力少な目に抑えることができ、その結果プロセスチューブ１１ａ〜１１ｈの寿命を延ばすことが可能となる。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明の石英プロセスチューブは、高温下で使用されても変形量を少な目に抑えることができ、寿命を長く維持することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の石英プロセスチューブの第１の実施の形態を示す要部側面図である。
【図２】  図１の上面図である。
【図３】  図１のIII−III線断面図である。
【図４】  本発明の石英プロセスチューブの第２の実施の形態を示す要部断面図である。
【図５】  本発明の石英プロセスチューブの第３の実施の形態を示す要部側面図である。
【図６】  図５の上面図である。
【図７】  図５のVII−VII線断面図である。
【図８】  本発明の石英プロセスチューブの第４の実施の形態を示す要部断面図である。
【図９】  本発明の石英プロセスチューブの第５の実施の形態を示す要部概略斜視説明図である。
【図１０】  本発明の石英プロセスチューブの第６の実施の形態を示す要部概略斜視説明図である。
【図１１】  本発明の石英プロセスチューブの第７の実施の形態を示す要部概略斜視説明図である。
【図１２】  本発明の石英プロセスチューブの第８の実施の形態を示す要部概略斜視説明図である。
【図１３】  従来の縦型加熱炉を示す概略断面説明図である。
【図１４】  従来の石英プロセスチューブを示す概略断面説明図である。
【図１５】  従来の石英プロセスチューブの天板変形防止方法の一例を示す説明図で、（ａ）は天板上面に円盤を取りつけた状態、（ｂ）は円盤、及び（ｃ）はピンによる円盤の固定状態をそれぞれ示す。
【符号の説明】
１０：従来の縦型加熱炉、１１，１１ａ〜１１ｈ：石英プロセスチューブ、１２ｂ：プロセスチューブ本体、１２ａ：天板、１３：円盤、１３ａ：穴、１４：ヒーター、１５：ピン、１６：均熱管、１８：ボート、２０：断熱筒、２２：開閉シャッター、２４：ガス導入管、２６：ガス導入口、２８：ガス排出口、３０：ガス拡散用凸部、３２，３２ａ：石英支柱、３４：石英補強部材、３４ａ：帯状石英補強部材、３６：スリット、３８：水抜き用孔。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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