(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱性を有する素材により構成された炉心と、
前記炉心に接続され、前記耐熱性を有する素材により構成された排気管と、
前記排気管に接続され、前記耐熱性を有する素材よりも耐熱性が低い素材により構成された排気配管とを有する熱処理炉において、
前記排気管と前記排気配管との間に設けられ、前記炉心から排出され、前記排気管を経て前記排気配管へ流入する排気ガスの温度を前記排気配管の耐熱温度まで冷却する冷却ポットを備え、
前記炉心と前記排気管との接続部分に外気が流入する隙間を設けたことを特徴とする熱処理炉。
【請求項２】
前記冷却ポットは、凝結部と排水収集部とからなり、
前記凝結部は、前記排気管に接続される排気ガス導入管と、前記排気ガス導入管を介して排気ガスが流入する凝結空間と、前記凝結空間に流入した排気ガスを冷却する冷却手段とを有し、
前記排水収集部は、前記凝結空間で排気ガスを冷却することにより得られた排水を溜める排水溜めと、前記排水溜めに溜まった排水を外部に排出する排水排出管と、前記排水排出管を開閉する排水バルブと、前記排気ガスを排出する前記排気配管に接続された排気配管接続管とを有することを特徴とする請求項１に記載の熱処理炉。
【請求項３】
前記凝結部と前記排水収集部とが分離可能であることを特徴とする請求項２に記載の熱処理炉。
【請求項４】
前記排水収集部は、低熱膨張ガラス製であることを特徴とする請求項２又は３に記載の熱処理炉。
【請求項５】
耐熱性を有する素材により構成された炉心と、
前記炉心に接続され、前記耐熱性を有する素材により構成された排気管とを有する熱処理炉において、
炉心と排気管との接続部分に外気が流入する隙間を設けたことを特徴とする熱処理炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の製造等に用いる熱処理炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
このような熱処理炉の従来例としては、図５及び図６に示すようなものが有る。
図５は、従来の半導体素子の製造に用いる熱処理炉の構成を示した構成図である。
この図５において、１は炉心であり、ここではその一例として石英チューブが用いられる。この石英チューブ１はその内部において図示しないＳｉウェーハなどの半導体を拡散法により処理すべく空洞とされる。また、この石英チューブ１は図示しない高温発熱体により高温状態にされるため、耐熱性の高い石英により構成される。しかし、耐熱性の高い素材であれば、ＳｉＣ等のセラミックス等により構成してもよい。２は石英チューブ１の長手方向奥側に接続されたガス流入管である。このガス流入管２の他端には、石英チューブ１内をパージするための図示しないパージガス供給源および、図示しない半導体処理用のＰＨ3、ＢＣｌ3、ＡｓＨ3、ＰＯＣｌ3等の気体不純物供給源が接続される。
３は石英チューブ１の長手方向手前に設けられた石英チューブ１の蓋部である。この蓋部３は、石英チューブ１に処理対象となる半導体を出し入れする際に開閉される。４は石英チューブ１の長手方向手前に設けられた排気管であり、ここではその一例として、石英排気管が用いられる。この石英排気管４も、耐熱性の高い石英により構成されるが、ＳｉＣ等の耐熱性セラミックスで構成することも可能である。５、６は石英排気管４に接続された排気配管である。ここではその一例として、テフロン系排気チューブ５、エンビ系排気配管６が用いられる。このテフロン系排気チューブ５は、耐熱性を有すると共に、フレキシビリティーの有る素材としてテフロン系樹脂により構成される。このテフロン系樹脂は石英や、ＳｉＣに比べると、耐熱性が劣る。また、エンビ系排気配管６は、テフロン系樹脂よりもさらに耐熱性が劣る。一方、コストは後者になるにしたがって低くなる。このエンビ系排気管６の先には図示しない排気設備が設けられる。
【０００３】
次に、図５に示す従来の半導体素子の製造に用いる熱処理炉の動作について説明する。
図５に示す石英チューブ１の内部においては、拡散法による半導体素子の製造が行われる。ここで、拡散法とは、ｐｎ接合の作成により半導体素子を製造する半導体素子製造方法の一つである。
まず熱処理炉に動作を行わせる準備段階として、石英チューブ１内に図示しないシリコンウェーハが設置され、蓋部３が閉じられる。次に図示しない高温発熱源により、石英チューブ１が加熱され、高温状態とされる。
【０００４】
準備ができたら、パージガスが図示しないパージガス供給源からガス流入管２を介して石英チューブ１内に送り込まれる。
さらに、処理内容に応じてＰＨ3ガス等の気体不純物が適宜図示しない気体不純物供給源からガス流入管２を介して石英チューブ１内に送り込まれる。
【０００５】
石英チューブ１に送り込まれた気体不純物の一部はシリコンウェーハの表面に付着する。表面に付着した気体不純物は、高温のために容易にシリコンウエハー中に拡散していく。この拡散の先端部にｐｎ接合ができる。こうして半導体素子が製造される。
【０００６】
一方、シリコンウェーハの表面に付着しなかった残りの気体不純物及びパージガスは石英排気管４、テフロン系排気管５及びエンビ系排気配管６の順に流れ排気される。エンビ系排気配管６の先に設置された図示しない排気設備によりこれらの管内の排気圧が負圧に保たれているからである。
【０００７】
次に、図５に示す従来の熱処理炉における石英チューブ１及び石英排気管４の接続関係について、図６を用いて説明する。
この図６は従来の熱処理炉における石英チューブ１及び石英排気管４の接続関係を示す断面図である。
図６に示すように、従来の熱処理炉では、石英チューブ１及び石英排気管４は、互いにずれないように石英チューブ１が凹状、石英排気管４が凸状の球面形状とされる。また、両者は密着するように、接続され構成される。
【発明が解決しようとする課題】
熱処理炉は動作中８００〜１０００度といった高温状態にされる。このため、パージガス及びＳｉウェーハの表面に付着しなかった残りの気体不純物からなる排気ガスも高温になる。そこで、従来の熱処理炉ではこの高温の排気ガスにも絶えられるように石英チューブ１の直後には耐熱性の高い石英を材料した石英性排気管４が用いられる。また、その下流には石英ほどではないが耐熱性が高くかつフレキシビリティーのあるテフロン性樹脂を材料としたテフロン系排気チューブ５が用いられる。
【０００８】
しかし、この構造においては、熱処理炉内の排気ガスの流量が増加した場合、石英排気管４の部分だけでは十分に排気ガスの温度が低下しない場合がある。このため、下流のテフロン系排気チューブ５や、エンビ系排気配管６にその耐熱温度を超えた排気ガスが流れて配管が破損するという問題があった。
【０００９】
また、石英チューブ１と石英排気管４とは密着するように、接続されて構成されるため、使用条件によっては両者が反応生成物で固着されてしまう場合がある。このため、熱処理炉のメンテナンス時等において、石英チューブ１の取り外しが困難となり、無理に取り外せば石英チューブ１が破損する等の問題があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る熱処理炉は、耐熱性を有する素材により構成された炉心と、炉心に接続され、耐熱性を有する素材により構成された排気管と、排気管に接続され、耐熱性を有する素材よりも耐熱性が低い素材により構成された排気配管とを有する熱処理炉において、排気管と排気配管との間に設けられ、炉心から排出され、排気管を経て排気配管へ流入する排気ガスの温度を排気配管の耐熱温度まで冷却する冷却ポットを備えたものである。
【００１１】
また、この発明に係る熱処理炉の冷却ポットは、凝結部と排水収集部とからなり、凝結部は、排気管に接続される排気ガス導入管と、排気ガス導入管を介して排気ガスが流入する凝結空間と、凝結空間に流入した排気ガスを冷却する冷却手段とを有し、排水収集部は、凝結空間で排気ガスを冷却することにより得られた排水を溜める排水溜めと、排水溜めに溜まった排水を外部に排出する排水排出管と、排水排出管を開閉する排水バルブと、排気ガスを排出する排気配管に接続された排気配管接続管とを有するものである。
【００１２】
さらに、この発明に係る熱処理炉の冷却ポットは、凝結部と排水収集部とが分離可能に構成されるものである。。
【００１３】
またさらに、この発明に係る熱処理炉の排水収集部は、低熱膨張ガラス製で構成されるものである。
【００１４】
またさらに、この発明に係る熱処理炉は、耐熱性を有する素材により構成された炉心と、炉心に接続され、耐熱性を有する素材により構成された排気管とを有する熱処理炉において、炉心と排気管との接続部分に外気が流入する隙間を設けたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
本発明による熱処理炉の一実施形態について、図１、図２を用いて説明する。この図１は、本発明の実施形態１にかかる熱処理炉の例として、半導体素子製造用の熱処理炉の構成を示す構成図である。
図１において７は冷却ポットである。この冷却ポット７は円筒状であり、その上流側の一端を石英性排気管４に接続され、その下流側の他端をテフロン系排気チューブ５に接続されている。
なお、図１において、図５に示す従来例と同一又は相当する部分については同一の符号を付してその説明を省略し、図５と相違する部分について説明した。
【００１６】
次に、図１に示す本実施形態における半導体素子製造用の熱処理炉の冷却ポット７の構成について、図２を用いて説明する。
この図２は、本実施形態の熱処理炉が有する冷却ポット７の断面図である。
図２において、１１は石英排気管４に接続される排気ガス導入管である。１２はこの排気ガス導入管１１の下流に設けられ、パージガスや、気体不純物等の石英チューブ１からの排気ガスが排気ガス導入管１１を介して流れ込み、凝結される凝結空間である。この凝結空間１２は円筒状に構成される。１３は冷却手段であり、本実施形態ではその一例として、凝結空間１２の外周に円筒状に設けられ、凝結空間１２内の排気ガスを冷却するための冷却媒体を流す熱交換部が用いられる。この冷却媒体としては、乾燥空気、水、窒素ガス等が用いられる。１４は冷却媒体を熱交換部１３に導入するための冷却媒体導入口である。１５は冷却媒体を熱交換部１３から排出する冷却媒体排出口である。１６は、凝結空間１２の下部に設けられ、凝結空間１２で凝結した排気ガスの排水を溜める排水溜めである。１７は排気配管接続管であり、ここでは凝結空間１２の下流に設けられ、冷却ポット７とテフロン系排気チューブ５を接続するためのテフロン系排気チューブ接続口が用いられる。
【００１７】
次に、図１に示す本実施形態の熱処理炉の動作について説明する。
図１において、石英チューブ１で高温状態にされ排出された排気ガスは、石英排気管４を通って冷却ポット７に流れ込む。この冷却ポット７に流れ込んだ排気ガスは、冷却ポット７で冷却された後冷却ポット７から排出され、テフロン系排気チューブ５、エンビ系排気配管６の順で流され排出される。
【００１８】
次に図１に示す本実施形態の熱処理炉における冷却ポット７の動作について、図２を用いて説明する。即ち、熱処理炉の運転時、石英チューブ１で高温状態にされた排気ガスは、排気ガス導入管１１を通って冷却ポット７の凝結空間１２に流し込まれる。一方、凝結空間１２の外周に円筒状に設けられた熱交換部１３では、例えば乾燥空気、水、窒素ガスのような冷却媒体が、冷却媒体導入口１４から導入され、冷却媒体排出口１５から排出される。その結果、凝結空間１２において、排気ガスと冷却媒体との間で熱交換が行われる。この熱交換により、凝結空間１２を通過した排気ガスの温度が下げられる。この凝結空間１２で冷却された排気ガスは、一部凝結し、排水となる。この排水は、凝結部１２の下部に設けられた排水溜め１６に溜まる。一方凝結しなかった残りの排気ガスは下流側のテフロン系排気チューブ接続口１７からテフロン系排気チューブ５へ排出される。
【００１９】
このように本実施形態の熱処理炉では、冷却ポット７を用いて排気ガスの温度を下げるため、熱処理炉を流れる排気ガスの流量が増加した場合でも、テフロン系排気チューブ５や、エンビ系排気配管６がその耐熱温度を超えて破損するといった問題がない。また、排気ガス中には反応性生物が含まれているが、この反応性生物は排水溜め１６に排水として溜まる。このため、反応性生物を冷却ポット７内にトラップすることができる。これにより、反応性物質の外部環境への流出を防止することができる。
なお、図１では石英排気管４と冷却ポット７とを別物品として構成したが、冷却ポット７を石英製とし、両者を一体構成してもよい。この場合は、排気ガス導入管１１が、石英チューブ１と直接接続されることとなる。従ってこの場合は、排気ガス導入管１１そのものが、石英排気配管４も兼ねることとなる。
【００２０】
実施の形態２
次に本発明による熱処理炉の他の実施形態について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施形態２にかかる熱処理炉の冷却ポット７の断面を示す断面図である。
この図３において、１８は凝結部であり、排気ガス導入管１１、凝結空間１２、熱交換部１３を備える。１９は排水収集部であり、排水溜め１６、テフロン系排気チューブ接続口１７の他に、排水溜め１６に収集された排水を排出する排水排出管２０、排水排出管２０の排出口を開閉する排水バルブ２１を備える。
なお、排水排出管２０は、図示しない排水処理設備へとつながっている。
【００２１】
冷却ポット７は、これら凝結部１８と排水収集部１９の２部構成からできている。これら凝結部１８と排水収集部１９は互いに分離することが可能であり、図示しない、パッキング及び固定機具により固定される。この凝結部１８は耐熱性の高い石英またはＳｉＣのような耐熱性セラミックス等により構成される。一方、排水収集部１９は石英やＳｉＣにより構成することも可能であるが、それらよりは耐熱性が劣るものの、コストの安い低熱膨張ガラス等で構成することも可能である。
なお、図３において、図２に示す実施形態１と同一又は相当する部分については同一の符号を付してその説明を省略し、図２と相違する部分について説明した。
【００２２】
このように本実施形態の冷却ポット７は、凝結部１８と排水収集部１９とに分離できることを特徴とする。このため、冷却ポット内７でトラップされた反応性生物の粘性が高く、排水収集部１９と凝結部１８の側壁に付着するような場合でも排水収集部１９と凝結部１８とに分離することにより、これを容易に洗浄除去することができる。また、本実施形態における冷却ポット７は排水収集部１９に排水排出管２０及び排水バルブ２１を設けたので、反応性生物の内、粘性の低い液体部分であって、排水収集部１９に溜まったものについては容易に冷却ポット７から排出することができる。これにより反応性生物の管理が容易になるとともに、排水収集部１９の洗浄の頻度を下げることができる。
また、本実施形態の凝結部１８は石英やＳｉＣで構成されるが、廃水収集部１９はコスト的に安価な低熱膨張ガラス等で構成することもできる。凝結部１８に比べれば、排水収集部１９には高い耐熱性は要求されないからである。このため、冷却ポット７の製造コストの低減を図ることもできる。また、排水収集部１９を低熱膨張ガラスで構成した場合には、いちいち凝結部１８と排水収集部１９を分離しなくても、冷却ポット７の内部の状態が、外部から容易に観察が可能である等の利点もある。
【００２３】
実施の形態３
次に本発明による熱処理炉の他の実施形態について、図４を用いて説明する。図４は本発明の実施形態３にかかる熱処理炉の石英チューブ１及び石英排気管４の接続関係を示す断面図である。
図４において、２２は外気の流入を可能にする隙間であり、石英チューブ１と石英排気管４との接続部分に若干設けられる。また、これら石英チューブ１と石英排気管４は図示しない機具によりこの隙間２２を介して接続、固定される。ここで、本実施の形態において隙間２２は２ｍｍである。また、石英チューブ１の内径は２５０ｍｍであり、石英排気管４の内径は２０ｍｍである。ただし、これらの値は例示である。従って、隙間２２については、石英チューブ１の内径、石英排気管４の内径、これらの管内を流れる排ガスの流量等に依存するが、外気の流入が可能となるような間隔であればよい。
なお、図４において、図６に示す従来例と同一又は相当する部分については同一の符号を付してその説明を省略し、図６と相違する部分について説明した。
【００２４】
次に、図４に示す本実施形態にかかる半導体素子製造用の熱処理炉の動作について説明する。本実施形態において、高温の排気ガスが石英チューブ１から石英排気管４に流入する際、同時に外気が隙間２２から石英排気管４に吸引される。これは、石英排気管４の下流にある図示しない排気設備により、石英排気管４内が十分に負圧に保たれていることによる。この外気の混入により排気ガスの温度は下げられる。これにより、下流側のテフロン系排気チューブ５や、エンビ系排気配管６に対する熱的損傷の発生を抑えることができる。また、本実施形態では、石英チューブ１と石英排気管４の接続部付近で反応生成物が発生しても、両者の間に隙間２２があるため、両者が固着することはない。このため、メンテナンス時等において、石英チューブ１の取り外しが容易にでき、石英チューブ１と石英排気管４を無理に取り外すことによりそれらが破損する等の問題を回避することができる。
なお、本実施形態のように石英チューブ１と石英排気管４との間に隙間２２を設けた場合、熱処理炉の排気ガスの流量が急激に増加した場合や、石英排気管４に反応物質等が詰まった場合には、隙間２２から排気ガスが外部に漏出する恐れがある。従って、その様な漏出を考慮すれば、本実施形態の半導体素子製造用の熱処理炉は、漏出した排気ガスを処理することが可能な排気ガス処理設備及び換気設備の整った室内で行うことが望ましい。
【００２５】
なお、実施形態１又は２に示す冷却ポット７を用いる場合であって、冷却ポット７と石英排気配管４とを一体化して構成する場合は、排気ガス導入管１１が、石英チューブ１と直接接続されることとなる。従ってこの場合は、排気ガス導入管１１そのものが、石英排気配管４を兼ねることとなる。
【発明の効果】
この発明に係る熱処理炉は、耐熱性を有する素材により構成された炉心と、炉心に接続され、耐熱性を有する素材により構成された排気管と、排気管に接続され、耐熱性を有する素材よりも耐熱性が低い素材により構成された排気配管とを有する熱処理炉において、排気管と排気配管との間に設けられ、炉心から排出され、排気管を経て排気配管へ流入する排気ガスの温度を排気配管の耐熱温度まで冷却する冷却ポットを備えたものであり、冷却ポットを用いて排気ガスの温度を下げるため、熱処理炉を流れる排気ガスの流量が増加した場合でも、排気配管がその耐熱温度を超えて破損するといった問題がない。
【００２６】
また、この発明に係る熱処理炉の冷却ポットは、凝結部と排水収集部とからなり、凝結部は、排気管に接続される排気ガス導入管と、排気ガス導入管を介して排気ガスが流入する凝結空間と、凝結空間に流入した排気ガスを冷却する冷却手段とを有し、排水収集部は、凝結空間で排気ガスを冷却することにより得られた排水を溜める排水溜めと、排水溜めに溜まった排水を外部に排出する排水排出管と、排水排出管を開閉する排水バルブと、排気ガスを排出する排気配管に接続された排気配管接続管とを有するものであり、反応性生物を冷却ポット内にトラップすることができる。これにより、反応性物質の外部環境への流出を防止することができる。
【００２７】
さらに、この発明に係る熱処理炉の冷却ポットは、凝結部と排水収集部とが分離可能に構成されるものであり、冷却ポット内でトラップされた反応性生物の粘性が高く、排水収集部と凝結部の側壁に付着するような場合でも排水収集部と凝結部とに分離することにより、これを容易に洗浄除去することができる。
【００２８】
またさらに、この発明に係る熱処理炉の排水収集部は、低熱膨張ガラス製で構成されるものであり、冷却ポット７の製造コストの低減を図ることもできる。
【００２９】
また、この発明に係る熱処理炉は、耐熱性を有する素材により構成された炉心と、炉心に接続され、耐熱性を有する素材により構成された排気管とを有する熱処理炉において、炉心と排気管との接続部分に外気が流入する隙間を設けたものであり、外気の混入により排気ガスの温度は下げることにより、下流側の排気配管に対する熱的損傷の発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態１にかかる半導体素子製造用の熱処理炉の構成を示す構成図である。
【図２】  本実施形態における半導体素子製造用の熱処理炉の冷却ポット７の構成図である。
【図３】  本発明の実施形態２にかかる熱処理炉の冷却ポット７の断面を示す断面図である。
【図４】  本発明の実施形態３にかかる熱処理炉の石英チューブ１及び石英排気管４の接続関係を示す断面図である。
【図５】  従来の半導体素子の製造に用いる熱処理炉の構成を示した構成図である。
【図６】  従来の熱処理炉における石英チューブ１及び石英排気管４の接続関係を示す断面図である。
【符号の説明】
１  石英チューブ、２  ガス流入管、３  蓋部、４  石英排気管、５  テフロン系排気チューブ、６  エンビ系排気配管、７  冷却ポット、１１  排気ガス導入管、１２  凝結空間、１３  熱交換部、１４  冷却媒体導入口、１５  冷却媒体排出口、１６  排水溜め、１７  テフロン系排気チューブ接続口、１８凝結部、１９  排水収集部、２０  排水排出管、２１  排水バルブ、２２  隙間
【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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