JP2000077344A - 半導体熱処理炉用管状部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】急激な温度変化に適応可能な半導体熱処理炉用
管状部材を提供する。 【解決手段】管本体２と、この管本体２の軸方向に沿い
表面２ｏ、２ｉに設けられた複数個のフィン３、４とを
有する半導体熱処理炉用管状部材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体熱処理炉用管
状部材に係わり、特に急激な温度変化に適応可能な半導
体熱処理炉用管状部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に半導体熱処理は等温の半導体熱処
理炉用管状部材例えば炉芯管に半導体ウェーハを保持
し、等温保持中の熱的変化を利用して半導体ウェーハの
熱処理を行うものである。

【０００３】従来、半導体ウェーハの熱処理には、例え
ば図８および図９に示すような有底円筒形状で平坦面の
炉本体２０を有する炉芯管２１が用いられているが、従
来の炉芯管２１は単なる平坦面の炉本体２０であるた
め、熱処理の等温保持中の使用条件に適合しにくく、等
温保持中の使用条件に適合しやすいような改善がなされ
ている。

【０００４】この改善策として、例えば、実開平２−８
９８２６号公報に記載のように、高温使用中の熱変形を
防止するため部材の肉厚を工夫したり、本体表面に補強
部材を設けるもの、あるいは、特開平２−１６７２３号
公報記載のように、高温使用中の均熱部を長く取れるよ
うにするために管状部材の低温部分側に熱容量増大部を
設けるもの、さらに、特開平２−２９４０２３号公報記
載のように、半導体ウェーハ面内を均一に熱処理できる
ように管状部材内のガス流れを制御するフインを設ける
ものなどがある。

【０００５】上記開示の改善策は、いずれも高温で等温
保持中の使用条件に炉芯管を適合させるためのものであ
る。

【０００６】一方、近年半導体製品の特性を向上させる
ために熱処理時の昇降温のスピードを早くする方法が開
発され、実用化されている。また、半導体ウェーハの大
口径化に伴い枚葉化が採用され熱処理時間を短縮して製
造効率を向上させるために、急熱、急冷が検討されてい
る。このような急激な温度変化を伴う昇降温の急激化に
適合するためには、部材の熱容量の低減、熱伝達特性の
向上が必要である。従って、高温で等温保持中の使用条
件に炉芯管を適合させる従来の炉芯管ではいずれも不十
分である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した事情
を考慮してなされたもので、特に急激な温度変化に適応
可能な半導体熱処理炉用管状部材を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた本願請求項１の発明は管本体と、この管本体
の軸方向に沿い管本体表面に設けられた複数個のフィン
とを有することを特徴とする半導体熱処理炉用管状部材
であることを要旨としている。

【０００９】本願請求項２の発明では上記管本体表面は
管本体の外表面および内表面であることを特徴とする請
求項１に記載の半導体熱処理炉用管状部材であることを
要旨としている。

【００１０】本願請求項３の発明では上記外表面に設け
られた外フィンの高さと、内表面に設けられた内フィン
の高さとの和が管本体の肉厚の３．５倍以下であること
を特徴とする請求項１または２に記載の半導体熱処理炉
用管状部材であることを要旨としている。

【００１１】本願請求項４の発明では上記管本体の肉厚
は２〜７ｍｍであり、この管本体の肉厚と、上記フィン
の高さの和との合計が７〜１４ｍｍであり、フィンの幅
が７ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし３
のいずれか１項に記載の半導体熱処理炉用管状部材であ
ることを要旨としている。

【００１２】本願請求項５の発明では上記フィンの個数
は管本体の周方向１００ｍｍ当たり、６〜１０個である
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記
載の半導体熱処理炉用管状部材であることを要旨として
いる。

【００１３】本願請求項６の発明では上記フィンの長さ
は管本体の軸方向の長さの２０％以上であることを特徴
とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の半導体
熱処理炉用管状部材であることを要旨としている。

【００１４】本願請求項７の発明では上記フィンの軸方
向に垂直な断面の形状は、長方形、台形、半円形、半楕
円形のいずれかであることを特徴とする請求項１ないし
６のいずれか１項に記載の半導体熱処理炉用管状部材で
あることを要旨としている。

【００１５】本願請求項８の発明では上記フィンの軸方
向に垂直な断面形状はそのコーナ部および管本体表面か
らの立上部に０．５〜２．５ｍｍの平面または曲面の面
取りがなされていることを特徴とする請求項１ないし７
のいずれか１項に記載の半導体熱処理炉用管状部材であ
ることを要旨としている。

【００１６】本願請求項９の発明では上記半導体熱処理
炉用管状部材はＳｉ含浸ＳｉＣ焼結体製であることを特
徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の半導
体熱処理炉用管状部材であることを要旨としている。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる半導体熱処
理炉用管状部材の実施の形態について添付図面を参照し
て説明する。

【００１８】本発明に係わる半導体熱処理炉用管状部
材、例えば炉芯管１はＳｉ含浸ＳｉＣ焼結体製であり、
この炉芯管１は図１および図２に示すように、有底円筒
形状の管本体２と、この管本体２の表面例えば外表面２
ｏに設けられた外フィン３と、内表面２ｉに設けられた
内フィン４を有している。

【００１９】この外フィン３および内フィン４は、管本
体２の軸方向（長手方向）に沿い、開口部５から底面部
６に至るように外表面２ｏおよび内表面２ｉにそれぞれ
複数個設けられ、外フィン３、内フィン４の長さは管本
体２の長さＬの２０％以上である。

【００２０】図３に示すように円筒形状の管本体２の半
径Ｒは例えば１９３ｍｍであり、また、管本体２の肉厚
ｔ0 は２〜７ｍｍ例えば３ｍｍであり、さらに、管本体
２の肉厚ｔ0 と外フィン３の高さｔ1 （例えば３．５ｍ
ｍ）と内フィン４の高さｔ2（例えば３．５ｍｍ）の和
との合計Ｔが７〜１４ｍｍ例えば１０ｍｍである。

【００２１】また、外フィン３および内フィン４の幅Ｗ
1 は７ｍｍ以下例えば５ｍｍであり、隣接する外フィン
３との間隔Ｗ2 は例えば７．７ｍｍである。さらに、外
フィン３あるいは内フィン４との個数の和は管本体２の
周方向１００ｍｍ当たり、それぞれ６〜１０個例えば８
個である。

【００２２】図４に示すように、外フィン３および内フ
ィン４の管本体２の軸方向に垂直な断面の形状は長方形
であり、そのコーナ部ｃ1 および管本体表面からの立上
部ｃ2 は０．５〜２．５ｍｍの平面または曲面の面取り
がなされている。なお、外フィン３および内フィン４の
断面形状は上記長方形のほか台形、半円形、半楕円形の
いずれであってもよい。

【００２３】上記炉芯管１内に装填される被熱処理品例
えば半導体ウェーハＷの全体が炉芯管１の全長に亘り均
一に加熱、冷却されるためには、外フィン３、およびま
たは内フィン４の長さが半導体ウェーハＷの長さより長
いことが必要である。従って、外フィン３、およびまた
は内フィン４の長さは、管本体２の中心軸方向の長さの
２０％以上であることが好ましく、２０％より小さいと
半導体ウェーハＷを均一に加熱することができない。

【００２４】上記外フィン３あるいは内フィン４の個数
の和がいずれも６個より少ない場合、およびまたは管本
体２の肉厚ｔ0 と両フィン３、４の高さｔ1 、ｔ2 との
合計Ｔが、７ｍｍよりも小さい場合には、両フィン３、
４のフィン断面の総断面積が小さくなり、熱伝達効率が
悪くなる。

【００２５】外フィン３、内フィン４それぞれの個数の
和が１０個より大きい場合、およびまたは両フィン３、
４の高さの和が管本体の肉厚の３．５倍を超える場合、
およびまたは管本体２の肉厚ｔ0 と両フィン３、４の高
さｔ1 、ｔ2 との合計Ｔが、１４ｍｍよりも大きい場
合、およびまたは両フィン３、４の幅が７ｍｍを超える
場合には、管本体２と両フィン３、４との断面積の和に
対する両フィン３、４部分の占める比率が大きくなり、
断面積の和を増加させないようにすると管本体２の肉厚
は小さくなり、管本体２に破損を生じる虞がある。

【００２６】両フィン３、４の幅が例えば３ｍｍより小
さい場合、およびまたは管本体２の肉厚ｔ0 と両フィン
３、４の高さｔ1 、ｔ2 との合計Ｔが、例えば１４ｍｍ
よりも大きい場合には、両フィン３、４の先端部にかか
る応力がフィンのない平坦な管状部材の場合よりも大き
くなり、管本体２に破損を生じる虞れがある。

【００２７】両フィン３、４の断面形状が、長方形、台
形、半円形、半楕円形のいずれかである場合には、強度
的に優れ、かつ熱伝達効率もよい。

【００２８】両フィン３、４のコーナ部および管本体表
面からの立上部の平面または曲面の面取りが０．５ｍｍ
より小さい場合には面取り効果がなく、２．５ｍｍより
大きい場合には、両フィン３、４の先端部の幅が狭くな
り、強度が低下する。

【００２９】本発明に係わる炉芯管１は上述した構造に
なっているから、例えば半導体ウェーハＷの表面に酸化
膜を形成するには、半導体ウェーハＷをウェーハボート
Ｂに載置し、このウェーハボートＢを炉芯管１に装填す
る。しかる後、炉加熱手段（図示せず）を付勢して、炉
芯管１を加熱し、必要に応じガスを炉芯管１に導入し
て、半導体ウェーハＷの表面に酸化膜を形成する。酸化
膜形成後、炉加熱手段を消勢して、炉芯管１を冷却して
半導体ウェーハＷが載置されたウェーハボートＢｏを取
り出す。

【００３０】この酸化膜成膜工程において、管本体２の
肉厚ｔ0 は例えば３ｍｍであり、さらに、管本体２の肉
厚ｔ0 と、外フィン３の高さｔ1 と内フィン４の高さｔ
2 の和との合計Ｔが例えば１０ｍｍとすると炉芯管１の
断面積は抑えられその重量も抑制されているので、炉芯
管１の熱容量は小さく抑えられ、炉芯管１の熱応答性
（追随性）がよい。すなわち、限られた（一定の）炉芯
管１の断面積において、管本体２の肉厚ｔ0 とフィンの
高さｔ1 、ｔ2 との適正なバランスをとり、炉芯管１の
熱応答性をよくさせた。

【００３１】それ故、炉加熱手段の付勢、消勢に応じて
急熱、急冷され、酸化膜成膜工程の作業性が向上する。

【００３２】また、外フィン３あるいは内フィン４の個
数の和がそれぞれ８個、両フィン３、４の高さの和が管
本体の肉厚の２．３倍と高さの低いフィンであり、管本
体２の肉厚ｔ0 と両フィン３、４の高さｔ1 、ｔ2 との
合計Ｔが、例えば１０ｍｍであり、また両フィン３、４
の幅が例えば５ｍｍであるので、管本体２と両フィン
３、４との断面積の和に対する両フィン３、４部分のし
める比率が適正であれば、管本体２の強度の低下はな
く、炉芯管１に破損を生じる虞れがない。

【００３３】次に他の実施の形態を説明する。

【００３４】図５に示す半導体熱処理炉用管状部材は枚
葉式の炉芯管１０であり、この炉芯管１０はＳｉ含浸Ｓ
ｉＣ焼結体製で、扁平ドーム形状の管本体１１と、この
管本体１１の軸方向に沿い外表面１１ｏに設けられた外
フィン１２と、内表面１１ｉに設けられた内フィン１３
を有している。

【００３５】本実施の形態の炉芯管１０を用いて例えば
半導体ウェーハＷの表面に酸化膜を形成するには、一枚
の半導体ウェーハＷを枚葉式サセプタＳに載置し、この
サセプタＳを炉芯管１０に装填する。しかる後、炉加熱
手段（図示せず）を付勢して、炉芯管１０を加熱し、必
要に応じガスを炉芯管１０に導入して、半導体ウェーハ
Ｗの表面に酸化膜を形成する。酸化膜形成後、炉加熱手
段を消勢して、炉芯管１０を冷却して半導体ウェーハＷ
が載置されたサセプタｓを取り出す。

【００３６】この酸化膜成膜工程においても、管本体１
１の肉厚ｔ0 を例えば３ｍｍとし、さらに、管本体１１
の肉厚と外フィン１２の高さと内フィン１３の高さの和
との合計Ｔを例えば１０ｍｍとして、炉芯管１０の断面
積は抑えられその重量も抑制されたので、炉芯管１０の
熱容量は小さく抑えられ、炉芯管１０の熱応答性がよ
い。すなわち、炉加熱手段の付勢、消勢に応じて急熱さ
れ急冷され、それ故、酸化膜成膜工程の作業性が向上す
る。

【００３７】また、外フィン１２または内フィン１３の
個数の和がそれぞれ８個、両フィン３、４の高さの和が
管本体１１の肉厚の２．３倍と高さの低いフィンであ
り、管本体１１の肉厚と両フィン１２、１３の高さとの
合計が例えば１０ｍｍとし、また両フィン１２、１３の
幅が例えば５ｍｍとして、管本体１１と両フィン１２、
１３との断面積の和に対する両フィン１２、１３部分の
占める比率を適正にし、管本体１１の強度の低下をなく
し、炉芯管１０の破損も防止した。

【００３８】なお、上述した２実施の形態において、半
導体熱処理炉用管状部材はＳｉ含浸ＳｉＣ焼結体製であ
るが、例えば石英ガラスなど高純度の耐熱性耐火物であ
ればよい。

【００３９】また、フィンは必ずしも実施の形態に示す
ように外フィンと内フィンの厚さが均等である必要はな
く、また均等な間隔に配置する必要もない。

【００４０】半導体熱処理炉用管状部材を外部から加熱
する方式の場合には、半導体熱処理炉用管状部材の外表
面側の急熱急冷が重要であるので、管本体の肉厚とフィ
ンを含む最大厚さの範囲で、フィンの厚さは外フィンを
厚くし、内フィンの厚さを薄くすると熱伝達が効率的な
場合もある。内フィンの厚さを０、すなわち外フィンの
み設けることも可能である。

【００４１】逆に半導体熱処理炉用管状部材内にＨｅや
Ｈ₂ のような熱伝導性のよいガスが存在する場合には、
半導体熱処理炉用管状部材内の熱伝達の効率を重視し
て、内フィンの厚さを相対的に厚くしたほうが良い場合
もある。

【００４２】実施の形態に示すような横型の半導体熱処
理炉用管状部材の場合における管状部材の上方と下方、
あるいは縦型の半導体熱処理炉用管状部材を用いる場合
における管状部材の上部と底部では温度差が生じて、対
流の効果に差が生じる場合には、フィンの周方向の間隔
を不均等にしてもよい。

【００４３】また、外フィンと内フィンの個数が一致し
なくともよく、また外フィンと内フィンが対向していな
くともよい。

【００４４】

【実施例】曲げ強度と熱応答性試験 （１）試験目的：実施例と従来例について曲げ強度と熱
応答性を測定し、比較する。

【００４５】（２）試料の作製 ａ．実施例：片側を球状に封じた直胴管をＳｉ含浸Ｓｉ
Ｃ焼結体で作製した。各部位の寸法は表１の通りであ
る。

【００４６】

【表１】 ｂ．従来例：フィンのない平坦な直胴管の片側を球状に
封じた。

【００４７】各部位の寸法は表２の通りである。

【００４８】

【表２】 （３）測定方法： ａ．強度試験：図６に示すように試料の開口端側を片持
ちで支持し、試料内部の封じ端に近い位置に半導体ウェ
ーハとウェーハボートの重量に相当する錘Ｗｔ（３ｋｇ
ｆ）を置き、封じ端位置での管状部材のたわみ量δを測
定する。

【００４９】ｂ．熱応答試験：図７に示すように４００
℃に保持された炉から管状部材を３０ｃｍ／ｍｉｎで引
き出し、封じ端近傍の内表面付近の冷却速度を熱電対で
測定する。

【００５０】（４）測定結果： ａ．強度試験結果：表３の通りであり、両者に強度の差
異はない。

【００５１】

【表３】 ｂ．熱応答試験結果：表４の通りであり、実施例の最大
冷却速度は１２４℃／ｍｉｎであり、従来例の９８℃／
ｍｉｎを約２６％上回り、実施例が熱応答性に優れてい
ることが分かった。

【００５２】

【表４】

【００５３】

【発明の効果】本発明に係わる半導体熱処理炉用管状部
材は、管状部材の軸方向に低いフィンを形成すること
で、管本体の肉厚とフィンの高さとの適正なバランスを
とり、管状部材の強度を低下させずに管状部材の熱応答
性を向上させることができる。

【００５４】また、フィンを管本体の表面の外表面およ
び内表面に設けたので、管状部材の強度を低下させずに
より一層管状部材の熱応答性を向上させることができ
る。外表面に設けられた外フィンの高さと、内表面に設
けられた内フィンの高さとの和が管本体の肉厚の３．５
倍以下にしたので、必要以上に肉厚を薄くする必要がな
く、管状部材の強度を維持したまま、管状部材の熱応答
性を向上させることができる。

【００５５】さらに、管本体の肉厚は２〜７ｍｍであ
り、この管本体の肉厚と、上記フィンの高さの和との合
計が７〜１４ｍｍであり、フィンの幅が７ｍｍ以下であ
るので、管本体の肉厚とフィンとの断面積の比率が適正
となり、管状部材の強度を維持したまま、管状部材の熱
応答性を向上させることができる。

【００５６】フィンの個数は管本体の周方向１００ｍｍ
当たり、６〜１０個とすることで、管状部材の強度を維
持したまま、管状部材の熱応答性を向上させることがで
きる。

【００５７】フィンの長さを管本体の軸方向の長さの２
０％以上にしたので、管状部材の強度を維持したまま、
管状部材の熱応答性を向上させることができると共に、
管状部材内の温度を均一にすることができる。

【００５８】フィンの軸方向に垂直な断面の形状を長方
形、台形、半円形、半楕円形のいずれかにすることによ
り、強度と伝熱特性を向上させることができる。

【００５９】フィンの軸方向に垂直な断面形状はそのコ
ーナ部および管本体表面からの立上部に０．５〜２．５
ｍｍの平面または曲面の面取りがなされているので、フ
ィンの強度を維持できる。

【００６０】管状部材をＳｉ含浸ＳｉＣ焼結体で製造し
た場合には、管状部材は強度維持の効果と熱応答性の向
上効果が最も著しい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる半導体熱処理炉用管状部材の図
２Ａ−Ａ線に沿う断面図。

【図２】本発明に係わる半導体熱処理炉用管状部材の図
１Ｂ−Ｂ線に沿う断面図。

【図３】図２のＸ部を拡大して示す説明図。

【図４】図３のフィンを拡大して示す断面図。

【図５】本発明に係わる半導体熱処理炉用管状部材の他
の実施の形態の断面図。

【図６】強度試験方法を示す説明図。

【図７】熱応答性試験方法を示す説明図。

【図８】従来の半導体熱処理炉用管状部材の図９Ｄ−Ｄ
線に沿う断面図。

【図９】従来の半導体熱処理炉用管状部材の図８Ｃ−Ｃ
線に沿う断面図。

【符号の説明】 １ 半導体熱処理炉用管状部材（炉芯管） ２ 管本体 ２ｏ 外表面 ２ｉ 内表面 ３ 外フィン ４ 内フィン ５ 開口部 ６ 底面部 １０ 炉芯管 １１ 管本体 １１ｏ 外表面 １１ｉ 内表面 １２ 外フィン １３ 内フィン Ｂｏ ウェーハボート Ｓ 枚葉式サセプタ Ｗ 半導体ウェーハ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管本体と、この管本体の軸方向に沿い管
   本体表面に設けられた複数個のフィンとを有することを
   特徴とする半導体熱処理炉用管状部材。
2. 【請求項２】 上記管本体表面は管本体の外表面および
   内表面であることを特徴とする請求項１に記載の半導体
   熱処理炉用管状部材。
3. 【請求項３】 上記外表面に設けられた外フィンの高さ
   と、内表面に設けられた内フィンの高さとの和が管本体
   の肉厚の３．５倍以下であることを特徴とする請求項１
   または２に記載の半導体熱処理炉用管状部材。
4. 【請求項４】 上記管本体の肉厚は２〜７ｍｍであり、
   この管本体の肉厚と、上記フィンの高さの和との合計が
   ７〜１４ｍｍであり、フィンの幅が７ｍｍ以下であるこ
   とを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載
   の半導体熱処理炉用管状部材。
5. 【請求項５】 上記フィンの個数は管本体の周方向１０
   ０ｍｍ当たり、６〜１０個であることを特徴とする請求
   項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体熱処理炉用
   管状部材。
6. 【請求項６】 上記フィンの長さは管本体の軸方向の長
   さの２０％以上であることを特徴とする請求項１ないし
   ５のいずれか１項に記載の半導体熱処理炉用管状部材。
7. 【請求項７】 上記フィンの軸方向に垂直な断面の形状
   は、長方形、台形、半円形、半楕円形のいずれかである
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記
   載の半導体熱処理炉用管状部材。
8. 【請求項８】 上記フィンの軸方向に垂直な断面形状は
   そのコーナ部および管本体表面からの立上部に０．５〜
   ２．５ｍｍの平面または曲面の面取りがなされているこ
   とを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載
   の半導体熱処理炉用管状部材。
9. 【請求項９】 上記半導体熱処理炉用管状部材はＳｉ含
   浸ＳｉＣ焼結体製であることを特徴とする請求項１ない
   し８のいずれか１項に記載の半導体熱処理炉用管状部
   材。