JP4132932B2 - 縦型熱処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、縦型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例えば酸化、拡散、ＣＶＤ、アニール等の各種の熱処理を施す工程があり、これらの工程を実行するための熱処理装置の一つとして多数枚のウエハを一度に熱処理することが可能な縦型熱処理装置が用いられている。
【０００３】
この縦型熱処理装置においては、複数枚のウエハを収容して熱処理するための処理容器を備えていると共に、この処理容器の周囲を覆う筒状のヒータが設置されている。従来のヒータは、筒状の断熱材の内周にヒータエレメントを設けて構成されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記縦型熱処理装置においては、ヒータエレメントと断熱材とが一体に形成されているため、ヒータエレメントの劣化または断線等の故障が発生した場合、ヒータエレメントのみの交換ができず、ヒータ全体を交換しなければならないという問題があった。一方、ヒータとしては、複数のヒータエレメントを個々に交換可能に備えたものも提案されているが、通常、縦型熱処理装置においては、ヒータを収容した筐体の一側からメンテナンスを行うようになっている構造上、筐体内の他側（反対側）に位置するヒータエレメントの交換や保守等のメンテナンス作業を行う場合、作業性すなわちメンテナンス性が非常に悪いという問題があった。
【０００５】
本発明は、前記事情を考慮してなされたもので、ヒータエレメントの交換等のメンテナンス作業が容易にでき、メンテナンス性の向上が図れる縦型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】
本発明のうち、請求項１の発明は、多数の被処理体を収容して熱処理するための処理容器と、該処理容器の周囲を覆う筒状のヒータと、該ヒータを設置するヒータ設置部と、前記ヒータを一側からメンテナンス可能に収容した筐体とを備え、前記ヒータは複数のヒータエレメントを個々に交換可能に有し、前記ヒータ設置部にはヒータを回転可能に支持する回転支持機構が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１記載の縦型熱処理装置において、前記ヒータが水冷構造の筒状の覆い体の内周に複数のヒータエレメントを配し、各ヒータエレメントの端子部が覆い体を貫通して外周に突出し、コネクタに接続されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１記載の縦型熱処理装置において、前記回転支持機構がヒータの底部を持ち上げ下げする複数のネジ式ジャッキ部材と、各ジャッキ部材の上部に回転可能に設けられヒータの底部を回転可能に支持する球体とから構成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項３記載の縦型熱処理装置において、前記ジャッキ部材は同一円周上に配置され、ヒータの底部には前記ジャッキ部材の球体が係合する環状のガイド溝が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
【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を示す縦型熱処理装置の縦断面図、図２は回転支持機構の構成を示す概略的断面図、図３はジャッキ部材の構成を示す拡大断面図、図４はジャッキ部材の底面図である。なお、図２において、左半分はヒータの固定状態を、右半分は、ヒータをジャッキアップした状態を示している。
【００１１】
図１において、１は縦型熱処理装置で、この縦型熱処理装置１は外郭を形成する筐体１１を有し、この筐体１１内の上方に被処理体例えば半導体ウエハｗを収容して所定の処理例えば酸化処理を施すための縦型の熱処理炉２が設けられている。この熱処理炉２は、下部が炉口３として開口された縦長の処理容器例えば石英製の反応管４と、この反応管４の炉口３を開閉する昇降可能な蓋体５と、前記反応管４の周囲を覆うように設けられ、反応管（炉）４内を所定の温度例えば３００〜１２００℃に加熱制御可能なヒータ６とから主に構成されている。
【００１２】
前記筐体１１内には、図２にも示すように、熱処理炉２を構成する反応管４やヒータ６を設置するための例えばＳＵＳ製のベースプレート（ヒータ設置部）７が架台２９介して水平に設けられている。ベースプレート７には反応管４を下方から上方に挿入するための開口部８ａが形成されている。前記ヒータ６は筐体１１内に一側からメンテナンス可能に収容されている。筐体１１の一側にはヒータ６のメンテナンスを行うためのメンテナンス口１１ａが設けられ、このメンテナンス口１１ａは通常時は図示しない蓋で閉塞されている。
【００１３】
反応管４は、例えば石英製であり、図示例（実施例）では一重管からなっている。この反応管４の下端部には外向きのフランジ部４ａが形成され、このフランジ部４ａをフランジ保持部材８にてベースプレート７の下部に保持することにより、反応管４がベースプレート７の開口部７ａを下方から上方に挿通された状態に設置されている。反応管４は、洗浄等のためにベースプレート７から下方に取り外せるようになっている。
【００１４】
反応管４のフランジ部４ａには反応管４内に処理ガスやパージ用の不活性ガスを導入する複数のガス導入管９が設けられ、これらガス導入管９にはガス供給系の配管が接続されている。また、反応管４の頂部は漸次縮径され、この頂部にはＬ字形の排気口１０が形成されており、この排気口１０には反応管４内を減圧制御可能な真空ポンプや圧力制御弁等を有する排気系の配管が接続されている（図示省略）。
【００１５】
前記筐体１１内におけるベースプレート７より下方には、蓋体５上に設けられた熱処理用ボート１６を熱処理炉（すなわち反応管４）２内に搬入（ロード）したり、熱処理炉２から搬出（アンロード）したり、或いはボート１６に対するウエハｗの移載を行うための作業領域（ローディングエリア）１２が設けられている。この作業領域１２にはボート１６の搬入、搬出を行うべく蓋体５を昇降させるための昇降機構１３が設けられている。
【００１６】
前記蓋体５は、例えばＳＵＳ製であり、複数の緩衝機構例えばバネ１４を介して保持板１５上に保持されており、この保持板１５が前記昇降機構１３に連結されている。蓋体５は炉口３の開口端に当接して炉口３を密閉するように構成されている。蓋体５の下部中央部にはボート１６を回転するためのボート回転機構２０が設けられている。
【００１７】
前記ボート１６は、例えば石英製であり、大口径例えば直径３００ｍｍの多数例えば７５〜１００枚程度のウエハｗを水平状態で上下方向に間隔をおいて多段に支持するボート本体１７と、このボート本体１７をウエハの周方向に回転させるための回転機構２０の回転軸に連結される一本足の脚部１８とを備え、これらボート本体１７と脚部１８が一体に形成されている。前記脚部１８にはフランジ部１９が形成され、このフランジ部１９が回転機構２０の回転軸部にネジで締結されている。
【００１８】
前記蓋体５上には炉口保温手段である炉口加熱機構２１が固定されている。この炉口加熱機構２１は、蓋体５の上面を覆うように載置される環状の覆い板２２と、この覆い板２２上に周方向に適宜間隔で立設された複数の支柱２３と、これら支柱２３の上端部に水平に掛け渡した設けられた面状の発熱抵抗体２４と、この発熱抵抗体２４の下方に適宜間隔で支柱２３に掛け渡して設けられた複数例えば２枚の遮熱板２５とから主に構成されている。
【００１９】
前記覆い板２２、支柱２３及び遮熱板２５は、例えば石英製であり、覆い板２２により蓋体５上面が腐食性を有する処理ガスから保護されている。前記発熱抵抗体２４及び遮熱板２５にはボート１６のフランジ部１９を含む脚部１８が貫通する貫通穴２６が設けられている。また、前記発熱抵抗体２４に電気を供給するケーブルを導通するための導通管２７が保持板１５から蓋体５を気密に貫通した状態で設けられている。前記覆い板２２上には、前記フランジ部１９の周囲及び上方を覆う環状の遮熱カバー２８が図示例で二重に設けられている。これら遮熱カバー２８は、例えば石英製であり、着脱が容易にできるよう半割に形成されている。
【００２０】
一方、前記ヒータ６は、水冷構造の筒状好ましくは円筒状の覆い体３０と、この覆い体３０の内周に個々に交換可能に設けられた複数のヒータエレメント３１とから主に構成されている。覆い体３０は、下端部に環状の底板部３０ａを、且つ上端部に環状の天板部３０ｂを一体的に有している。この天板部３０ｂの中央の開口部３２から反応管４の排気口１０が突出されている。覆い体３０は、例えばＳＵＳ製であることが好ましい。覆い体３０には冷却水を流通させるための通水路３３が例えば螺旋状等に設けられている。
【００２１】
ヒータエレメント３１は、例えば抵抗発熱体であるカーボンファイバ束を縦長形状に編み込み、これを石英管内に封入してなるカーボンヒータからなり、両端に端子部３４を有している。ヒータエレメント３１として、覆い体３０の内周における上下方向に沿って設けられるメインヒータエレメント３１ａと、覆い体３０の内周における上部に設けられる上部ヒータエレメント３１ｂと、覆い体３０の内周における下部に設けられる下部ヒータエレメント３１ｃと、天板部３０ｂの開口部３２に設けられる頂部ヒータエレメント３１ｄとが用いられている。上部ヒータエレメント３１ｂは蛇行状に形成されており、下部ヒータエレメント３１ｃ及び頂部ヒータエレメント３１ｄは螺旋状に形成されている。
【００２２】
各ヒータエレメント３１は覆い体３０の内周に配設され、各ヒータエレメント３１の端子部３４が覆い体３０を半径方向に貫通して外周に突出し、コネクタ３５に接続されている。前記覆い体３０の外周部における上部と下部とには環状の鍔状部材３６が設けられ、この鍔状部材３６に端子部３４を接続するためのコネクタ３５が取付けられていると共に、端子部３４の途中部分を支持固定するための固定金具３７が取付けられている。コネクタ３５はケーブル３８を介して電力供給部に電気的に接続されている。
【００２３】
筐体１１内の他側に位置するヒータエレメント３１の交換等のメンテナンス作業を行う場合にメンテナンス箇所が筐体１１内の一側（メンテナンス口１１ａ側）に来るようにヒータ６を回転させてメンテナンス作業を容易にするために、ヒータ設置部であるベースプレート７には、ヒータ６を回転可能に支持する回転支持機構４０が設けられている。この回転支持機構４０は、ヒータ６の底部（底板部３０ａの下面）を持ち上げ下げする複数例えば４個のネジ式ジャッキ部材４１と、各ジャッキ部材４１の上部に回転可能に設けられヒータ６の底部を回転可能に支持する球体４２とから構成されている。
【００２４】
ジャッキ部材４１は、図３ないし図４に示すように下端部に回転工具が係合される例えば六角の係合部４３ａを有するネジ棒部４３と、このネジ棒部４３を上下方向に移動可能に螺合したブラケット部４４と、ネジ棒部４３の上端部に球体支持部（ベアリング）４５を介して回転可能に設けられた球体４２とから主に構成されており、ブラケット部４４がベースプレート７の下面に複数例えば３個のネジ４６で着脱可能に取付られている。前記ジャッキ部材４１は、ネジ棒部４３の先端部に球体４２を回転可能に備えているため、いわゆるボールペン型の回転支持機構ということができる。
【００２５】
前記ベースプレート７には、ブラケット部４４の筒状の上端部が係合すると共に球体４２を含む球体支持部４５の昇降移動を許容する穴部４７が設けられている。前記球体支持部４５はネジ棒部４３の先端部（上端部）に設けられ、この球体支持部４５の上端部から球体４２の一部が突出する状態で、球体支持部４５内には球体４２が回転自在に収容支持されている。前記ブラケット部４４には球体４２を含む球体支持部４５を球体４２がベースプレート７の上面より突出しないように収容する収容凹部４８が形成されている。前記ジャッキ部材４１は常設されていてもよいが、ヒータ６のメンテナンス時のみに取付けて使用するようにしてもよい。
【００２６】
ジャッキ部材４１は例えばＳＵＳ製であることが好ましい。また、前記ブラケット部４４の上端側外周部にはフランジ部４４ａが形成され、このフランジ部４４ａがネジ４６でベースプレート７の下面に取付固定されるようになっている。この場合、ネジ４６を取り外すこと無くジャッキ部材４１を取外し可能とするために、フランジ部４４ａにはベースプレート７に螺着されたネジ４６と対応する箇所にネジ４６の頭部４６ａが挿通可能な孔部１９と、この孔部４９から周方向へのネジ４６の相対的移動（すなわちブラケット部４４の回動）を許容すると共にネジ４６の頭部４６ａが挿通しない長穴部４９ａとが設けられている。
【００２７】
ヒータ６をその周方向（軸心回り）に安定して回転ないし回動可能に支持するために、前記ジャッキ部材４１はヒータ６の軸心を中心とする同一円周上（すなわちヒータと同心円上）に配置されており、ヒータ６の底部には前記ジャッキ部材４１の球体４２が係合する環状のガイド溝５０が設けられている。このガイド溝５０は、ヒータ６と同心円上の環状に形成されている。また、ガイド溝５０は、断面Ｖ字状の溝であることが好ましい。
【００２８】
前記ヒータ６は、通常時には下方からねじ込んだ固定ネジ５１によりベースプレート７上に固定されており、ヒータ６のメンテナンス時には固定ネジ５１を取り外し、ジャッキ部材４１のネジ棒部４３を回転工具で回転してヒータ６をベースプレート７上から所定高さｈだけジャッキアップすれば良い。これによりヒータ６を容易に回転することが可能となる。なお、図１中、３９はヒータの上部に排気口１０との間の開口部３２を覆うべく設けられた環状で半割構造の断熱材である。
【００２９】
ヒータエレメント３１の交換等のメンテナンスを行う場合には、反応管４をベースプレート７から取り外し、ヒータ６内から下方に抜き取って他の場所に移しておく。そして、例えば図１の左側、すなわち筐体１１のメンテナンス口１１ａとは反対側にあるヒータエレメント３１の交換を行う場合には、ヒータ６の背後であるため、手が届きにくく、作業性が非常に悪い。
【００３０】
そこで、ヒータ６をベースプレーと７に固定している固定ボルト５１を取り外し、ヒータ６の回転支持機構４０を構成するジャッキ部材４１によりヒータ６ををジャッキアップする（持ち上げる）。この場合、ジャッキ部材４１を構成するネジ棒部４３の下端の係合部４３ａにスパナ等の回転工具を係合させてネジ棒部４３を回転し、ネジ送り作用でネジ棒部４３を上昇移動させれば良い。これにより、ジャッキ部材の上端の球体がヒータ６の底部のガイド溝５０に係合し、ヒータ６の底部を押し上げ、重量の重いヒータ６をベースプレート７上から容易に持ち上げることができる。
【００３１】
全てのジャッキ部材４１を操作してヒータ６を水平に持ち上げたなら、図１の左側のヒータエレメント３１が右側のメンテナンス口１１ａに来るようにヒータ６を手動で回転させる。ジャッキ部材４１の上部に球体４２を備えているため、ヒータ６を円滑に且つ容易に回転させることができる。交換すべきヒータエレメント３１が図１の右側に来たら、当該ヒータエレメント３１の端子部３４を鍔状部３６の固定金具３７及びコネクタ３５から外し、当該ヒータエレメント３１をヒータ６内、すなわち覆い体３０の内側から取り外す。そして、新たなヒータエレメントと交換すれば良く、このようにヒータエレメントの交換等のメンテナンスを容易に行うことができる。
【００３２】
以上の構成からなる縦型熱処理装置１によれば、多数のウエハｗを収容して熱処理するための処理容器である反応管４と、この反応管４の周囲を覆う筒状のヒータ６と、このヒータ６を設置するベースプレート（ヒータ設置部）７と、前記ヒータ６を一側からメンテナンス可能に収容した筐体１１とを備え、前記ヒータ６は複数のヒータエレメント３１を個々に交換可能に有し、前記ベースプレート７にはヒータ６を回転可能に支持する回転支持機構４０が設けられているため、筐体１１内の他側に位置するヒータエレメント３１の交換等のメンテナンス作業を行う場合には、メンテナンス箇所が筐体１１内の一側に来るようにヒータ６を回転させてメンテナンス作業を容易に行うことができ、メンテナンス性の向上が図れる。
【００３３】
この場合、前記ヒータ６が水冷構造の筒状の覆い体３０の内周に複数のヒータエレメント３１を配し、各ヒータエレメント３１の端子部３４が覆い体３０を貫通して外周に突出し、コネクタ３５に接続されているため、覆い体３０の外側で端子部３４をコネクタ３５から外すことによりヒータエレメント３１を覆い体３０の内側から容易に取り外すことができ、ヒータ６の回転支持機構４０を備えていることと相俟ってヒータエレメント３１の交換等のメンテナンスが容易になり、メンテナンス性の向上が図れる。
【００３４】
また、前記回転支持機構４０がヒータ６の底部を持ち上げ下げする複数のネジ式ジャッキ部材４１と、各ジャッキ部材４１の上部に回転可能に設けられヒータ６の底部を回転可能に支持する球体４２とから構成されているため、簡単な構造で、重量の重い例えば３４０ｋｇ程度のヒータ６を持ち上げて容易に回転することができ、メンテナンス性の向上が図れる。更に、前記ジャッキ部材４１は同一円周上に配置され、ヒータ６の底部には前記ジャッキ部材４１の球体４２が係合する環状のガイド溝５０が設けられているため、ヒータ６をその周方向に確実且つ容易に回転することができ、メンテナンス性の向上が図れる。
【００３５】
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、熱処理装置としては、酸化処理以外に、ＣＶＤ処理、拡散処理、アニール処理等を行うように構成されていてもよい。前記ボートの材質としては、石英以外に、例えば炭化珪素やポリシリコン（Ｓｉ）等であっても良い。被処理体としては、半導体ウエハ以外に、例えばＬＣＤ基板または石英等であっても良い。また、反応管は、内管と外管の二重管構造とされていても良い。炉口保温手段としては、保温筒であってもよい。
【００３６】
【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。
【００３７】
（１）請求項１の発明によれば、多数の被処理体を収容して熱処理するための処理容器と、該処理容器の周囲を覆う筒状のヒータと、該ヒータを設置するヒータ設置部と、前記ヒータを一側からメンテナンス可能に収容した筐体とを備え、前記ヒータは複数のヒータエレメントを個々に交換可能に有し、前記ヒータ設置部にはヒータを回転可能に支持する回転支持機構が設けられているため、筐体内の他側に位置するヒータエレメントの交換等のメンテナンス作業を行う場合には、メンテナンス箇所が筐体内の一側に来るようにヒータを回転させてメンテナンス作業を容易に行うことができ、メンテナンス性の向上が図れる。
【００３８】
（２）請求項２の発明によれば、前記ヒータが水冷構造の筒状の覆い体の内周に複数のヒータエレメントを配し、各ヒータエレメントの端子部が覆い体を貫通して外周に突出し、コネクタに接続されているため、覆い体の外側で端子部をコネクタから外すことによりヒータエレメントを覆い体の内側から容易に取り外すことができ、ヒータの回転支持機構を備えていることと相俟ってヒータエレメントの交換等のメンテナンスが容易になり、メンテナンス性の向上が図れる。
【００３９】
（３）請求項３の発明によれば、前記回転支持機構がヒータの底部を持ち上げ下げする複数のネジ式ジャッキ部材と、各ジャッキ部材の上部に回転可能に設けられヒータの底部を回転可能に支持する球体とから構成されているため、簡単な構造で重量の重いヒータを持ち上げて容易に回転することができ、メンテナンス性の向上が図れる。
【００４０】
（４）請求項４の発明によれば、前記ジャッキ部材は同一円周上に配置され、ヒータの底部には前記ジャッキ部材の球体が係合する環状のガイド溝が設けられているため、ヒータをその周方向に確実且つ容易に回転することができ、メンテナンス性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す縦型熱処理装置の縦断面図である。
【図２】回転支持機構の構成を示す概略的断面図である。
【図３】ジャッキ部材の構成を示す拡大断面図である。
【図４】ジャッキ部材の底面図である。
【符号の説明】
ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
１ 縦型熱処理装置
４ 反応管（処理容器）
６ ヒータ
７ ベースプレート（ヒータ設置部）
１１ 筐体
３０ 覆い体
３１ ヒータエレメント
３４ 端子部
３５ コネクタ
４０ 回転支持機構
４１ ジャッキ部材
４２ 球体
５０ ガイド溝

Claims (4)

1. 多数の被処理体を収容して熱処理するための処理容器と、該処理容器の周囲を覆う筒状のヒータと、該ヒータを設置するヒータ設置部と、前記ヒータを一側からメンテナンス可能に収容した筐体とを備え、前記ヒータは複数のヒータエレメントを個々に交換可能に有し、前記ヒータ設置部にはヒータを回転可能に支持する回転支持機構が設けられていることを特徴とする縦型熱処理装置。
2. 前記ヒータは水冷構造の筒状の覆い体の内周に複数のヒータエレメントを配し、各ヒータエレメントの端子部が覆い体を貫通して外周に突出し、コネクタに接続されていることを特徴とする請求項１記載の縦型熱処理装置。
3. 前記回転支持機構は、ヒータの底部を持ち上げ下げする複数のネジ式ジャッキ部材と、各ジャッキ部材の上部に回転可能に設けられヒータの底部を回転可能に支持する球体とから構成されていることを特徴とする請求項１記載の縦型熱処理装置。
4. 前記ジャッキ部材は同一円周上に配置され、ヒータの底部には前記ジャッキ部材の球体が係合する環状のガイド溝が設けられていることを特徴とする請求項３記載の縦型熱処理装置。

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