(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内に処理ガスを導入して被処理体を熱処理するための縦型熱処理装置であって、処理容器に設けた処理ガス導入口に、水冷フランジとは独立させて別のガス導入体を配設し、前記ガス導入体は、筒形状の処理容器外周囲の一部に配設され、全体として扁平形状で、前記処理容器の軸心方向から見て三日月型を呈する形態であり、このガス導入体に形成したガス導入路から前記処理ガス導入口へ処理ガスを供給するようにしたことを特徴とする縦型熱処理装置。
【請求項２】
前記ガス導入体には、複数個のガス導入路を肉厚部分に放射方向に形成し、このガス導入路同志間の肉厚部分にカートリッジタイプのヒータを内蔵した請求項１に記載の縦型熱処理装置。
【請求項３】
前記ガス導入体を、処理容器の下端側壁の近傍位置に設けた水冷フランジの上部に、断熱部材を介して離間させて固定した請求項１又は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し、特に、処理ガス導入部の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、半導体ウエハ等の被処理体における製造プロセスは、半導体ウエハ等に対して、酸化処理、拡散処理、減圧ＣＶＤ処理である成膜処理等の処理を施すために、各種の熱処理工程を経ることになる。
これらの熱処理工程には、多数枚の半導体ウエハに対して処理が可能なバッチ式の縦型熱処理装置が多く用いられており、更に、この処理装置の縦長の処理容器（反応管）の周囲には、処理ガスをプロセス温度に加熱する加熱炉が設けられている。
【０００３】
また、処理容器の下端開口部には、ステンレス製で、短筒形状に形成されたマニホールドが設けられており、更に、マニホールドの下方開口部は、キャップ部で昇降機構により昇降させながら開閉可能に設けられ、このキャップ部上には、ウエハを多段に収容したウエハボートが設けられ、キャップ部の昇降によってウエハボートをロードまたはアンロードするように構成されている。
【０００４】
上記のマニホールドには、処理ガスを導入する導入ポートや排気ポート或は、水冷部などが一体に設けられている。この水冷部を設置しているのは、マニホールドの上端に設けたフランジ部と処理容器の下端部との間に設けたＯリング等のシール部材やマニホールドの下端に設けたフランジ部とキャップ部との接合部との間に設けたＯリング等のシール部材がプロセス温度の熱によって劣化するのをあえて冷却させて防止するためである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来より用いられているこのマニホールドは、短円筒状で縦長の処理容器の下端部に付設されているので、装置自体がより縦長に構成されてしまうため、コンパクト性に欠けるばかりでなく、次に示すような課題点を有している。
【０００６】
即ち、マニホールドに水冷部とガス導入ポートが一体に設けられているので、この水冷の影響によって導入ポートが所定の温度に到達しない場合があり、導入される処理ガスに悪影響を与えるおそれがある。また、水冷部によってマニホールド内面が処理温度より低温となるため、マニホールドの内面に処理ガス成分が接触して凝結することにより、反応副生成物や析出物がマニホールドの内面に付着して、パーティクルの発生の要因となり、熱処理工程に悪影響を及ぼすおそれがある等の課題を有していた。
【０００７】
本発明は、従来の課題点に鑑みて開発したものであり、その目的とするところは、装置全体のコンパクト化を図り、また、ガス導入部の過冷却を防止すると共に、ガス導入部を所望の温度に制御するようにしたガス導入部の構造を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、処理容器内に処理ガスを導入して被処理体を熱処理するための縦型熱処理装置であって、処理容器に設けた処理ガス導入口に、水冷フランジとは独立させて別のガス導入体を配設し、ガス導入体は、筒形状の処理容器外周囲の一部に配設され、全体として扁平形状で、処理容器の軸心方向から見て三日月型を呈する形態であり、このガス導入体に形成したガス導入路から前記処理ガス導入口へ処理ガスを供給するようにした縦型熱処理装置である。
このように、水冷フランジから独立したガス導入体により過冷却を防止でき、従来のいわゆるマニホールドを必要としないため、コンパクトな装置であり、しかも、筒形状の処理容器の外周の一部に配設され、コンパクト化が図れる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、ガス導入体には、複数個のガス導入路を肉厚部分に放射方向に形成し、このガス導入路同志間の肉厚部分にカートリッジタイプのヒータを内蔵したものである。
従って、過冷却を防止できると共に、所望の温度にガス導入部を制御できる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、前記ガス導入体を処理容器の下端側壁の近傍位置に設けた水冷フランジの上部に、断熱部材を介して離間させて固定した縦型熱処理装置である。
従って、ガス導入体は、水冷フランジに確実に固着されるが、断熱構造により水冷フランジの影響を受けることなく、所望の温度に維持できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明における縦型熱処理装置の実施形態を図面に従って詳述する。
図１は、縦型熱処理装置を示した断面説明図であり、図２は、図１のガス導入部の構造を示した拡大断面図であり、図３はガス導入部の固定構造を示した部分断面図である。
なお、図８は、ガス導入部の概念構造図であり、図９及び図１０は、キャップ部のシール部構造を示した概念構造図である。
【００１３】
図１において、１は酸化処理、拡散処理或は減圧ＣＶＤ処理等に用いられる円筒形状の石英製の処理容器（反応管）であり、この処理容器１の下端に開口２を設け、更に、処理容器１の下端に形成した環状突出部１ａにガス導入口３を形成し、このガス導入口３に、Ｌ字形の石英製インジェクタ４を装入している。
【００１４】
また、開口２は、石英製またはステンレス製のキャップ部６で開閉自在に被蓋し、処理容器１の外周囲には、加熱炉７を設けている。本例における処理容器１は、単管構造であるが、外管と内管を有する二重管構造であっても良い。
また、キャップ部６の下面には、ヒータ６ａを設け、このキャップ部６の中央部分には、回転導入機構部８を軸装しており、この回転導入機構部８は、多数枚の半導体ウエハＷを多段に収納保持したウエハボート９を支受けする支柱１０を金属製保持筒材１１に挿入して固定し、この金属製保持筒材１１の下部よりシール機構を介して突出させた回動軸１２を昇降機構１３に設けた回転駆動機構１４により回転させている。この昇降機構１３によりウエハボート１０をキャップ部６と共に処理容器１内へロードまたはアンロードするように構成されている。
【００１５】
次に、図２〜図７において、ガス導入部分の構造を具体的に説明する。
図４において、ガス導入体１５は、筒形状の処理容器１の下端側壁に設けた環状の突出部１ａの外周囲に設けられ、このガス導入体１５は、熱伝導性が良好なアルミニウム製で形成され、更に、図４及び図５に示すように、平面から見て、三日月型を呈して、環状突出部１ａの一部に位置している。また、ガス導入体１５は、図６に示すように正面から見て、扁平状の肉厚で形成されている。
【００１６】
また、ガス導入体１５には、複数個（本例では６個）のガス導入路１６を肉厚部分に放射方向に形成されており、このガス導入路１６同志間の肉厚部分にカートリッジタイプのヒータ１７を装入するための装入部１７ａ（本例では６個）が形成されている。
このヒータ１７には、熱電対等の温度検出手段が設けられており、この検出温度をコントローラで制御しながら、ヒータ１７を所定の温度に維持制御するようにしている。
【００１７】
また、このガス導入体１５の肉厚方向には、ベースプレート１８に取付けた冷水路１９ａを有する下部の水冷フランジ１９に後述する断熱構造で固着するための固定ボルト挿入用の挿入穴２１を設け、更に、後述するガス導入路１６の外端面に取付ける保持部２２を固着するためのめねじ部２３を設けている。
【００１８】
次に、図２〜図４に示すように、ガス導入体１５を水冷フランジ１９に独立して固着するための構造と、ガス導入体１５のガス導入路１６に筒状リテーナ２４を取付けるための構造について説明する。
ガス導入体１５の処理容器１側の下部に、突設部２５を形成し、この突設部２５より貫通させた固定ボルト２０を挿入する挿入穴２１を形成する。この挿入穴２１より固定ボルト２０を挿入して突設部２５の下部に位置している水冷フランジ１９のめねじ部２７に螺合する。この場合、水冷フランジ１９のめねじ部２７の上方には、断熱用装着溝２８を形成し、固定ボルト２０は、この装着溝２８の中央部分を貫通している。
【００１９】
更に、この装着溝２８には、固定ボルト２０の軸方向に沿って固定ボルト２０を包囲するように、内外周に断熱空間２９，３０を有してステンレス製の断熱スリーブ３１が装着されている。この断熱スリーブ３１は、水冷フランジ１９の上面よりやや突出させて突出部３１ａを有している。この状態において、固定ボルト２０を図３に示すように締め付けると、断熱スリーブ３１の突出部３１ａの上端がガス導入体１５の突設部２５の下面に当接して、ガス導入体１５と水冷フランジ１９とは、独立して離間部３２を有し、断熱空間２９，３０及び離間部３２更には、断熱スリーブ３１によって断熱作用が発揮されて、ガス導入体１５は、水冷の影響を受けることがない。
【００２０】
次に、ガス導入体１５に設けたガス導入路１６の構造について説明すると、ガス導入路１６には、ステンレス製の筒状リテーナ２４が挿入され、このリテーナ２４は、先端内周に、インジェクタ４の突出部分を挿入するための段部３３が形成され、後端近傍には、突条部２４ａが形成され、リテーナ後端を、処理ガス供給系統に接続するように設けられている。また、リテーナ２４の先端面と、処理容器１のガス導入口３の外端面とは、Ｏリング等のシール部材３４を装着して端面シールをしている。
【００２１】
このガス導入体１５の肉厚外端面は、保持部２２を取付けるためにフラット面３５に形成し、このフラット面３５に保持部２２を位置させてボルト３６でめねじ部２３に螺着し、更に、ナット３７で、突条部２４ａを介して螺着することにより、リテーナ２４をガス導入体１５のガス導入路１６に固着している。
更に、ガス導入体１５の上面には、冷水路３８ａを有する水冷フランジ３８を処理容器１の突出部１ａの上面にシール材３９を介して配置され、この水冷フランジ３８は、ガス導入体１５とは、独立して、離間部４０を有して配設され、水冷フランジ３８の水冷の影響を受けないように配慮している。
【００２２】
また、図２において、ベースプレート１８と水冷フランジ１９との間には、Ｏリング等のシール部材４１が設けられており、また、水冷フランジ１９とキャップ部６との間並びに水冷フランジ１９と処理容器１の突出部１ａとの間にも、それぞれＯリング等のシール部材４２，４３が設けられている。
また、処理容器１の突出部１ａの上下面と水冷フランジ１９，３８との間にも、ふっ素樹脂等で形成したシール材３９，４５が介在されている。
更に、処理容器１の開口２の側壁近傍位置には、ヒータ４６が設けられている。
【００２３】
次に、図８〜図１０は、ガス導入部分やシール構造部分の概念図であり、図９は石英製のキャップ部６の例であり、図１０は、ステンレス製キャップ部６の例である。図８において、４７は、配管ヒータであり、図９において、４８，４９は、温度調整機構であり、５０は、シール排気溝である。このシ−ル排気溝５０は、Ｏリングのアウトガスや透過ガスの排除用であり、水冷フランジ１９の側面に設けたシール排気ポート５１より排気される。また、図１０において、ステンレス製のキャップ部６の下面にヒータ６ａを設け、冷水路６ｂと温度調整機構６ｃ並びに断熱溝６ｅを設けている。
【００２４】
次に、上記実施形態の作用を説明する。
先ず、半導体ウエハＷを収納保持したウエハボート９を昇降機構１３を介して処理容器１の開口２からロードさせて開口２をキャップ部６で密閉することによって図１の状態にする。この状態において、加熱炉７により処理容器１内を所定の処理温度にすると共に、インジェクタ４より処理ガスを導入しながら、図示しないガス排気口より排気させる。上記のウエハボート９は、回転駆動機構１４を介して回転されながら、ウエハボート９内の半導体ウエハＷが、例えば、成膜処理、酸化処理或は拡散処理がなされる。
【００２５】
次いで、処理ガス供給系統よりガス導入体１５に配設されたリテーナ２４のガス導入管部位より適宜の処理ガスが供給され、本例では、６個のガス導入路１６よりそれぞれに連通したインジェクタ４より処理容器１内に導入されて熱処理される。
【００２６】
この場合、ガス導入体１５は、水冷フランジ１９や水冷フランジ３８より離間された状態で断熱された構造により配設されているので、水冷フランジ１９，３８の冷却熱が伝熱されることなく、処理ガスを導入するためのガス導入体１５が過冷却されることはない。
【００２７】
特に、水冷フランジ１９は、断熱空間２９，３０並びに離間部３２を有し、更には、断熱スリーブ３１のみで接触載置されているので、水冷フランジ１９の冷熱がガス導入体１５に伝達されることがなく、ガス導入体１５は、カートリッジタイプのヒータ１７によって所定の温度に保持されると共に、ガス導入体１５は、伝熱性の良好なアルミニウムで形成されているので、このヒータ１７の加温熱が有効に伝熱されて、所定温度に制御される。
【００２８】
また、ガス導入体１５は、筒形状の処理容器の外周囲の一部に合理的に配設され、しかも、扁平形状で、三日月型状に形成されたガス導入体１５は、筒形状処理容器１の円弧面の一部を囲むように配置されるので、水冷フランジ１９，３８とは、独立して別個に設けられるばかりでなく、縦長になることなく、極めてコンパクトに配置される。
【００２９】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、請求項１に係る発明によると、従来のマニホールドを全く必要とせずに、水冷フランジからの過冷却による影響を受けることなく、処理ガス導入部分を所望の温度に制御することが可能となる。
【００３０】
しかも、筒形状の処理容器の下端外周囲の一部に合理的なスペースを有してガス導入体が配置されるため、装置のコンパクト化に著しく寄与できる。
【００３１】
請求項２に係る発明は、ガス導入体より処理ガスを水冷フランジの冷熱に影響されることなく、処理容器内へ導入され、しかも、ガス導入体に配設されたヒータによって所望の温度に制御され、かつ維持される。
【００３２】
請求項３に係る発明は、ガス導入体は水冷フランジとは、独立して別に構成され、しかも、断熱構造を有して固定されるため、ガス導入体は、常に、所定の温度に制御維持されることが可能となる等の有用な効果を奏する。
【００３３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における縦型熱処理装置の一例を示した断面説明図である。
【図２】図１におけるガス導入構造の拡大断面図である。
【図３】ガス導入体と水冷フランジとの固定構造を示した部分断面図である。
【図４】図２におけるガス導入構造の平面図である。
【図５】本発明におけるガス導入体の平面図である。
【図６】図５の正面図である。
【図７】図５のＡ−Ａ線断面図である。
【図８】ガス導入部分を示した概念構造図である。
【図９】石英製のキャップ部におけるシール部構造の一部を示した概念構造図である。
【図１０】図９に示したものであって、キャップ部をステンレス製とした概念構造図である。
【符号の説明】
１  処理容器
３  ガス導入口
４  インジェクタ
６  キャップ部
１５  ガス導入体
１６  ガス導入路
１７  ヒータ
１９  水冷フランジ
３１  断熱スリーブ
３２  離間部
【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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