(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内に被処理体を収容して所定の熱処理を施す処理容器の排気口の端面に第１の気密材を介して排気管を接続し、前記第１の気密材の近傍にその熱的劣化を抑制するための冷却水通路を設け、前記排気口の端面付近における副生成物の付着を抑制すべくその外周側の気体通路からの気体を内周面から吹出す複数の気体吹出し部を有する内管を排気管内から排気口内の所定範囲に設けた熱処理装置において、前記内管の排気口側先端部の位置から排気管側に延出されて排気口と排気管の接続部の周辺の内周に接して該内周を被覆する筒状延出部を設け、該筒状延出部の先端部の内周に排気ガスを前記内管内に円滑に導入するための先端に向って漸次拡径したテーパー部を設けると共に該テーパー部の後端から前記内管の先端部の内側に延出して内管との間で前記気体通路からの気体を吹出させるための隙間を形成する延出部を設け、前記筒状延出部の下流側先端部外周と前記排気管の内周との間に第２の気密材を前記冷却水通路に接近させて介設したことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
前記気体が副生成物の付着を抑制する温度に加温された不活性ガスであることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記気体がクリーニングガスであることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記処理容器が縦型の単管構造からなり、その頂部に前記排気口を備えていることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造においては、被処理体例えば半導体ウエハに酸化、拡散、ＣＶＤ、アニール等の熱処理を施すための各種の熱処理装置が用いられている。この熱処理装置は、排気口を有する処理容器内に半導体ウエハを収容して所定の処理ガス雰囲気下で所定の熱処理例えばＣＶＤ処理を施すようになっている。
【０００３】
特に、減圧下での処理が可能で、前記排気口が石英製である場合、前記排気口の端面には気密材としてのＯリングを介して排気管が接続される。具体的には、排気口および排気管の接続端にはフランジ部がそれぞれ設けられており、これらフランジ部間にＯリングが介設される。また、この場合、Ｏリングの熱的劣化を抑制するために、Ｏリングの近傍例えば排気管のフランジ部には冷却部例えば冷却水通路を設ける必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記熱処理装置においては、排気口および排気管の接続部（フランジ部）から外部への放熱が多く、排気口の端面付近の温度が下がっているため、排気口の端面付近に排気中の処理ガス成分が接触すると、凝結により副生成物となって付着し易い。排気口の端面付近が冷却水通路によって積極的に冷却されている場合には、更に副生成物が付着し易くなる。排気口の端面付近に副生成物が付着し、この副生成物がパーティクルとなって処理容器内に逆流すると、半導体ウエハが汚染される恐れがある。
【０００５】
本発明は、前記事情を考慮してなされたもので、処理容器の排気口の端面付近における副生成物の付着を抑制して被処理体のパーティクル汚染を防止することができる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、処理容器内に被処理体を収容して所定の熱処理を施す処理容器の排気口の端面に第１の気密材を介して排気管を接続し、前記第１の気密材の近傍にその熱的劣化を抑制するための冷却水通路を設け、前記排気口の端面付近における副生成物の付着を抑制すべくその外周側の気体通路からの気体を内周面から吹出す複数の気体吹出し部を有する内管を排気管内から排気口内の所定範囲に設けた熱処理装置において、前記内管の排気口側先端部の位置から排気管側に延出されて排気口と排気管の接続部の周辺の内周に接して該内周を被覆する筒状延出部を設け、該筒状延出部の先端部の内周に排気ガスを前記内管内に円滑に導入するための先端に向って漸次拡径したテーパー部を設けると共に該テーパー部の後端から前記内管の先端部の内側に延出して内管との間で前記気体通路からの気体を吹出させるための隙間を形成する延出部を設け、前記筒状延出部の下流側先端部外周と前記排気管の内周との間に第２の気密材を前記冷却水通路に接近させて介設したことを特徴とする。
【０００８】
前記気体が副生成物の付着を抑制する温度に加温された不活性ガスであることが好ましい。
【０００９】
前記気体がクリーニングガスであることが好ましい。
【００１２】
前記処理容器が縦型の単管構造からなり、その頂部に前記排気口を備え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。図１は本発明の実施の形態である熱処理装置の構成を示す図、図２は同熱処理装置の要部を示す拡大断面図、図３は内管の構成を示す図で、（ａ）は先端部材の断面図、（ｂ）は中間部材の断面図、（ｃ）は後端部材の断面図である。
【００１５】
図１において、１は縦型の熱処理装置で、この熱処理装置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、縦型の単管構造とされ、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】
前記処理容器２の下端部は炉口として開口し、その炉口（開口）３の外周にはフランジ部（開口フランジ部）４が形成されている。処理容器２の下側部、図示例ではフランジ部４には処理ガスや処理容器内パージ用の不活性ガス例えば窒素（Ｎ２）ガスを導入するガス導入管５が気密に貫通して設けられており、ガス導入管５には処理ガスや不活性ガスを所定の流量で供給する図示しないガス供給系の配管（ガス供給管）が接続されている。処理容器２の上端部（頂部）は縮径し、その中央部には上方に立上がり、一側方に向って開口した逆Ｌ形状の排気口（排気ポート）６が形成されており、この排気口６には後述する排気系の配管（排気管）７が接続されている。
【００１７】
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８が設けられている。このヒータ８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９を有し、この水冷ジャケット９の内周に抵抗発熱体１０を配設して構成されている。水冷ジャケット９には、処理容器２の上部を加熱する抵抗発熱体（上部加熱部）１１および排気口６の周囲を加熱する抵抗発熱体（排気口加熱部）１２が設けられている。
【００１８】
前記ヒータ８は環状の底面板１３を有し、この底面板１３を介してベースプレート１４上に設置されている。処理容器２の開口フランジ部４の下面には、環状の支持体１５がフランジ押え１６を介して取付けられ、この支持体１５が前記ヒータ８の底面板１３に取付部材１７を介して取付けられている。
【００１９】
前記処理容器２内に多数枚例えば２５〜１５０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１８に保持されている。処理容器２の下方には処理容器２の炉口（開口）３を密閉する例えばＳＵＳ製の蓋体１９が設けられている。
【００２０】
前記蓋体１９上には処理容器２の炉口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２０が設けられている。このサーモプラグ２０は、蓋体１９上に立設される複数本の脚柱２１と、これら脚柱２１の上端部に略水平に設けられた抵抗発熱体からなる下部加熱部２２とから主に構成されている。また、蓋体１９上には前記ボート１８をサーモプラグ２０よりも上方位置に載置するための載置台２３が設けられている。この載置台２３は蓋体１９の中央部からサーモプラグ２０の中央を緩く貫通して立上がった支柱２４を有している。蓋体１９の下部には支柱２４を介して載置台２３を水平回転させるための回転機構２５が設けられている。
【００２１】
前記処理容器２の下方には、蓋体１９を昇降させて蓋体１９の開閉および処理容器２内に対するボート１８の搬入（ロード）、搬出（アンロード）を行うための昇降機構２６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２７が設けられている。前記蓋体１９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２８で被覆されていることが好ましい。
【００２２】
一方、前記排気管７は、前記処理容器２の排気口６の端面６ａに気密材であるＯリング２９を介して接続された水平管３０と、この水平管３０にエルボ３１を介して下向きに接続された垂直管３２とを備えており、この垂直管３２の下端部には排気中から処理ガス成分の副生成物を捕捉するための排気トラップ３３が設けられている。この排気トラップ３３が低位置にあるため、そのエレメント交換等のメンテナンスを容易に行うことができる。処理容器２が単管上引き排気構造で、排気口６が高所にあるため、後述する排気口６の副生成物対策により副生成物を先送りして低所の排気トラップ３３で捕捉するようにしており、これにより排気口６のメンテナンスと排気トラップ３３のメンテナンスを軽減でき、メンテナンス性の向上が図れる。
【００２３】
前記排気管７の前記排気トラップ３３よりも下流には、開閉および流量調整が可能な圧力可変弁３４および減圧ポンプ３５等が設けられ、処理容器２内を所定の減圧処理圧力に圧力制御可能に構成されている。前記排気管７は、例えばＳＵＳ製の配管、好ましくは内面をフッ素系の樹脂コート材でコーティングした配管からなっている。
【００２４】
前記排気口６および排気管７の接続端には、図２にも示すように、フランジ部３６，３７が設けられ、これらフランジ部３６，３７の対向面間に第１の気密材であるＯリング２９が介設され、このＯリング２９の近傍にはその熱的劣化を抑制するための冷却部である冷却水通路３９が設けられている。図示例では、排気管７のフランジ部３７側にＯリング２９が設けられていると共にこのＯリング２９に接近させて冷却水通路３９が設けられている。なお、フランジ部３６，３７同士は、図示しないクランプ機構により締結されている。
【００２５】
前記熱処理装置１においては、処理容器２の頂部に排気口６が設けられ、その排気口６の端面６ａ付近がＯリング２９を冷却する冷却水通路３９により冷却されているため、排気中の処理ガス成分が接触して副生成物の付着を生じ易いだけでなく、その副生成物がパーティクルとなって排気口６から処理容器２内のウエハｗ上に落下し、ウエハｗを汚染する恐れがある。そこで、処理容器２の排気口６の端面６ａ付近における副生成物の付着を抑制してウエハｗのパーティクル汚染を防止するために、内周面から気体を吹出す複数の気体吹出し部４０を有する内管４１が排気管６内、図示例では水平管３０内から排気口６内の所定範囲に設けられている。
【００２６】
前記内管４１と排気配管（排気口６および水平管３０）の内周との間には環状の気体通路４２が形成され、水平管３０には気体通路４２に気体例えば不活性ガス好ましくは窒素（Ｎ２）ガスを供給する気体供給口（気体供給ポート）４３が設けられている。この気体供給口４３には、流量調整機構を介して気体供給源が接続されている（図示省略）。
【００２７】
前記気体通路４２の両端からガスが漏出するのを防止するために、内管４１の排気口側先端部（先端部材）および排気管側後端部（後端部材）には排気配管の内周との間をシールする第２，第３気密材であるＯリング４４，４５が配設されている。これらＯリング４４，４５および前記Ｏリング２９は、耐熱性を有する材料例えばフッ素系樹脂により形成されていることが好ましい。処理容器２内から排気口６を介して排気管７内に流れる排気ガスは処理容器２内では高温であるが、排気通路を流れ方向に進むにしたがって自然放熱により降温するため、下流側のＯリング４５は熱的劣化を起こしにくいが、上流側のＯリング４４は熱的劣化を起こし易い。そこで、排気口側先端部のＯリング４４の熱的劣化を防止するために内管４１の排気口側先端部にはその外周から排気管側（水平管側）に延出された筒状延出部４６が設けられ、この筒状延出部４６と排気管７の内周との間には前記冷却水通路３９に接近させてＯリング４４が介設されている。
【００２８】
前記内管４１は、具体的には図３にも示すように、排気ガスの流れ方向上流に配置される環状の先端部材４１ａと、下流に配置される環状の後端部材４１ｃと、これら先端部材４１ａと後端部材４１ｃの間に介在される環状の複数の中間部材４１ｂとから構成されている。中間部材４１ｂの先端側内周には雌ねじ部４７が設けられ、中間部材４１ｂの後端側外周には前記雌ねじ部４７と螺合し得るねじピッチの雄ねじ部４８が設けられている。また、中間部材４１ｂには前記雌ねじ部４７と隣接して下流側に複数の通気口４９が周方向に設けられている。
【００２９】
中間部材４１ｂの内周面は上流側（雌ねじ部および通気口の位置）が略水平の平坦面５０になっているが、下流側がなだらかに漸次縮径したテーパー面５１になっている。また、中間部材４１ｂには前記雄ねじ部４７と隣接して下流側に先端側の内周平坦面５０よりも小径の外周面（段部）５２が形成されている。このような構成により、一方の中間部材４１ｂの雌ねじ部４７に他方の中間部材４１ｃの雄ねじ部４８を螺合することで複数の中間部材４１ｂを長手方向に連結することができると共に、環状の気体通路４２から通気口４９に入った気体が一方の先端側内周平坦面５０と他方の後端側外周面５２との間の隙間（気体吹出し部）４０から内管４１の内周面に沿って下流側へ吹出されるようになっている。
【００３０】
前記後端部材４１ｃには、先端側内周に前記中間部材４１ｂの雄ねじ部４８に螺合する雌ねじ部５３が設けられていると共に、この雌ねじ部５３と隣接して下流側に複数の通気口５４が周方向に設けられている。また、後端部材４１ｃの後端側外周にはフランジ部５５が形成され、このフランジ部５５と水平管３０の内周との間にこれらの間の隙間をシールする前記Ｏリング４５が介設されている。
【００３１】
前記先端部材４１ａには、中間部材４１ｂの先端部が係合する環状の係合溝５６が設けられていると共に、外周から下流側へ延出した前記筒状延出部４６が設けられている。係合溝５６には中間部材４１ｂの雌ねじ部４７が螺合する雄ねじ部が形成されていても良い。筒状延出部４６は隣接する１個または数個の中間部材４１ｂの外周を覆っており、その中間部材４１ｂの外周と筒状延出部４６の内周との間には前記環状の気体通路４２と連通する環状の気体通路５７が形成されている。また、先端部材４１ａの内周には、前記気体通路５７から中間部材４１ｂの通気口４９に入った気体を中間部材４１ｂの内周面に沿って下流側へ吹出させるための隙間（気体吹出し部）４０を中間部材の内周平坦面５０との間に形成する延出部５８が形成されている。
【００３２】
先端部材４１ａの外周および筒状延出部４６の外周は排気口６の内周および水平管３０の入口側内周に接している。また、先端部材４１ａの内周には、排気口６からの排気ガスを円滑に内管４１内に導入するために先端に向って漸次拡径したテーパー部５９が形成されている。なお、図示例では、筒状延出片部４６の下流側先端部外周と水平管３０の内周との間にＯリング４４を介設するために、水平管３０の内周にはその入口側内周よりも拡径した段部６０が設けられているが、Ｏリング４４を水平管３０の内周に埋め込むようにすれば前記段部６０は必ずしも設ける必要はない。
【００３３】
前記排気口６の端面６ａ付近の排気配管、すなわち排気口６の外周および水平管３０の外周には副生成物の付着を抑制する温度例えば２５０℃程度に加熱する加熱部例えばパイプヒータ６１，６２が設けられていることが好ましい。また、排気口６および水平管３０のフランジ部３６，３７の対向面とは反対側の面（背面）には、同様の加熱部例えばフランジヒータ６３，６４が設けられていることが好ましい。更に、前記気体が副生成物の付着を抑制する温度に加温された不活性ガス例えば窒素ガスであることが好ましい。
【００３４】
次に、以上の構成からなる熱処理装置の作用および熱処理方法を述べる。ローディングエリア２７において図示しないカセットからボート１８へのウエハｗの移載が終了すると、昇降機構２６による蓋体１９の上昇によってボート１８を処理容器２内に下部の炉口３からロードし、炉口３を蓋体１９で気密に閉塞する。
【００３５】
そして、処理容器２内を、排気口６に接続された排気管７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８により所定の処理温度に制御し、この状態で処理容器２内にガス導入管５により処理ガスを導入してウエハｗに所定の熱処理例えばＣＶＤ処理を開始する。そして、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１９を降下させて処理容器２内を開放すると共にボート１８をローディングエリア２７にアンロードすればよい。
【００３６】
前記熱処理装置１によれば、処理容器２が単管構造であり、二重管構造のものよりも熱容量が小さいため、急速昇降温が可能なヒータ８の特性を十分に活かすことができ、処理能力の向上が図れる。また、処理容器２の下側部に設けたガス導入管５から処理容器２内に処理ガスを導入し、この処理ガスを処理容器２の頂部に設けた排気口６から排気するようしたので、処理容器２内の下方から上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（上昇流）を形成することができ、ウエハｗの面内均一な処理が可能となり、歩留りの向上および処理能力の向上が図れる。
【００３７】
特に、前記排気口６の端面６ａにＯリング２９を介して排気管７を接続すると共に該Ｏリング２９の近傍に冷却部３９を設け、前記排気口６の端面６ａ付近における副生成物の付着を抑制すべく内周面から気体を吹出す複数の気体吹出し部４０を有する内管４１を排気管７内から排気口６内の所定範囲に設けて、該内管４１の内周面に沿って気体を流すことにより排気口６の端面６ａ付近における副生成物の付着を抑制するようにしているため、処理容器２の排気口６の端面６ａ付近における副生成物の付着を抑制してウエハｗのパーティクル汚染を防止することができ、歩留りの向上および処理能力の向上が図れる。
【００３８】
また、前記排気口６の端面６ａ付近の排気配管に副生成物の付着を抑制する温度に加熱する加熱部例えばパイプヒータ６１，６２を設ければ、排気口６の端面６ａ付近における副生成物の付着を更に抑制することができ、ウエハｗのパーティクル汚染の問題を解消することができる。更に、前記気体として、副生成物の付着を抑制する温度に加温された不活性ガスを用いれば、処理容器２の排気口６の端面６ａ付近における副生成物の付着を更に抑制することができ、ウエハｗのパーティクル汚染の問題を解消することができる。
【００３９】
図４は本発明の実施の形態ではない内管の参考例を示す断面図である。この図において、前記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の参考例においては、内管先端部の筒状延出部４６と水平管３０の内周との間にはＯリングが設けられておらず、その代わりに、筒状延出部４６には水平管３０内の段部６０に突き当たって係合するフランジ部６５が設けられている。これによれば、Ｏリングを不要にすることができ得る。
【００４０】
図５の本発明の実施の形態ではない参考例においては、内管４１の先端部には筒状延出部およびＯリングが設けられていない。内管４１の先端部（先端部材）の外周は排気口６の内周に接しているが、これら内管４１の先端部の外周と排気口６の内周との間の微小な隙間（先端吹出し部）６６から気体を吹出すことにより前記隙間６６における副生成物の付着を抑制するように構成されている。すなわち、前記内管４１の排気口側先端部には、排気口６の内周との間における副生成物の付着を抑制すべく気体を吹出す先端吹出し部６６が設けられているため、内管４１の先端部と排気口６の内周との間に浸入して付着する副生成物の付着を抑制することができる。
【００４１】
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本発明をバッチ処理式の縦型熱処理装置に適用した例が示されているが、請求項１に係る本発明はこれに限定されず、例えば横型熱処理装置や枚葉式の熱処理装置にも適用可能である。また、前記実施の形態では処理容器の頂部に排気口を設けて上引き排気構造とした例が示されているが、請求項１に係る本発明はこれに限定されず、例えば処理容器の下方に排気口を設けて下引き排気構造とししたものにも適用可能である。本発明における熱処理には、ＣＶＤ以外に、例えば酸化、拡散、アニール等が含まれる。また、気密材としては、Ｏリング以外に、例えばメタルシール等であっても良い。
【００４２】
また、内管に供給する気体としては、不活性ガスに限定されず、例えばクリーニングガスであっても良い。クリーニングガスとしては、例えばＣｌＦ３，ＮＦ３，ＨＣｌ，ＨＦ，Ｆ２，Ｃｌ２が使用できる。これにより、処理容器の排気口の端面付近における副生成物の付着を更に抑制することができ、ウエハのパーティクル汚染問題を解消することができる。また、被処理体としては、半導体ウエハ以外に、例えばガラス基板やＬＣＤ基板等も適用可能である。
【００４３】
【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。
【００４４】
本発明によれば、処理容器内に被処理体を収容して所定の熱処理を施す処理容器の排気口の端面に第１の気密材を介して排気管を接続し、前記第１の気密材の近傍にその熱的劣化を抑制する冷却水通路を設け、前記排気口の端面付近における副生成物の付着を抑制すべくその外周側の気体通路からの気体を内周面から吹出す複数の気体吹出し部を有する内管を排気管内から排気口内の所定範囲に設けた熱処理装置において、前記内管の排気口側先端部の位置から排気管側に延出されて排気口と排気管の接続部の周辺の内周に接して該内周を被覆する筒状延出部を設け、該筒状延出部の先端部の内周に排気ガスを前記内管部に円滑に導入するための先端部に向って漸次拡径したテーパー部を設けると共に該テーパー部の後端から前記内管の先端部の内側に延出して内管との間で前記気体通路からの気体を吹出させるための隙間を形成する延出部を設け、前記筒状延出部の下流側先端部外周と前記排気管の内周との間に第２の気密材を前記冷却水通路に接近させて介設したため、処理容器の排気口の端面付近における副生成物の付着を抑制して被処理体のパーティクル汚染を防止することができると共に、第１の気密材及び第２の気密材の熱的劣化を共通の冷却水通路で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である熱処理装置の構成を示す図である。
【図２】同熱処理装置の要部を示す拡大断面図である。
【図３】内管の構成を示す図で、（ａ）は先端部材の断面図、（ｂ）は中間部材の断面図、（ｃ）は後端部材の断面図である。
【図４】内管の変形例を示す断面図である。
【図５】内管の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  熱処理装置
ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
２  処理容器
６  排気口
７  排気管
２９  Ｏリング（気密材）
３９  冷却水通路（冷却部）
４０  気体吹出し部
４１  内管
４４  Ｏリング（気密材）
４６  筒状延出部
６６  先端吹出し部
【図１】
0004963336.tif 000002
【図２】
0004963336.tif 000003
【図３】
0004963336.tif 000004
【図４】
0004963336.tif 000005
【図５】
0004963336.tif 000006