JPH0220826Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、半導体ウエハの縦型熱処理装置に関
し、例えば、半導体ウエハを拡散処理するための
縦型拡散炉に適用して特に好適なものである。

〔従来の技術〕

最近、トランジスタ、IC、LSI等の半導体装置
の製造過程の１つである拡散工程に用いるための
縦型拡散炉が開発されている。この縦型拡散炉
は、従来広く用いられている横型拡散炉と違つ
て、加熱処理管の長手軸が実質的に垂直方向に延
在するように配されている。拡散処理される半導
体ウエハは、所定のウエハボートに収納されて上
記処理管の内部に保持される。

このような縦型拡散炉を用いると、通常石英か
らなる処理管と石英ボートとが互いに接触しない
ように構成できるので、石英の摺動による石英パ
ーテイクルの発生を無くすことができる。又、拡
散工程の自動化が容易且つ安価に達成できる。更
に、省スペース化、省エネルギー化、被処理ウエ
ハの大口径化が図れる等、縦型拡散炉を用いる意
義は大きい。

〔考案が解決しようとする問題点〕

このような縦型拡散炉において、半導体ウエハ
の熱処理中は、上記処理管の開口は蓋体によつて
閉塞されるようになつている。ところがこの蓋体
は、上記開口からウエハボートを取り出す時にこ
のボートと一緒に取り外されてしまい、処理管に
ウエハボートが入つていない時には、上記開口は
開放されていた。

ところがこのように処理管の開口を開放してお
くと、処理管の熱がこの開口から逃げてしまつて
処理管の温度が下がり、再び熱処理を行う為に処
理管を所定温度迄加熱するのに比較的長い時間及
び多大のエネルギーが必要であつた。

特に縦型炉の場合には、開口が処理管の上部に
設けられている場合が多い。このため、この開口
が開放されていると処理管の中の塵芥等が入り易
いという問題もあつた。処理管内の塵芥等は熱処
理時に半導体ウエハを汚染するので極力除かなけ
ればならない。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案は上述の問題点に鑑みてなされたもので
あつて、長手軸が実質的に垂直方向に延在するよ
うに配された処理管と、熱処理される半導体ウエ
ハを積載するウエハボートと、このウエハボート
を上記処理管の開口を介してこの処理管の外部と
内部の所定位置との間を昇降させる昇降機構とを
夫々具備した半導体ウエハの縦型熱処理装置にお
いて、上記ウエハボートに連結され上記ウエハボ
ートが上記所定位置にあるときには上記開口を閉
塞する第１の蓋体と、上記処理管の外部に回転自
在に配された回転軸と、この回転軸に支持腕を介
して連結され上記回転軸の回転に連動してこの回
転軸を支点として回動する第２の蓋体と、上記ウ
エハボートが上記昇降機構により駆動されて上記
処理管の外部に取り出されるのに応じて、上記回
転軸を往動方向に回転させる蓋体駆動機構とをそ
れぞれ具備し、上記第１の蓋体が上記開口を閉塞
する状態である上記所定位置にある上記ウエハボ
ートが上記昇降機構により駆動されたとき、上記
第１の蓋体が上記ウエハボートに伴つて上記開口
から取り外されると共に上記ウエハボートが上記
処理管の外部に取り出され、上記ウエハボートが
上記処理管の外部に取り出されるとき、上記回転
軸が上記蓋体駆動機構により往動方向に回転駆動
され、この回転駆動によつて、上記第２の蓋体が
退避位置から上記開口まで往動方向に回動して上
記開口を閉塞するように構成したものである。

〔実施例〕

以下、シリコンウエハの縦型拡散炉に本考案を
適用した一実施例につき図面を参照して説明す
る。

第１図及び第２図に示すように、石英ガラスか
らなる処理管１は、その長手軸が略垂直方向に延
在するように配されている。処理管１の上部は図
示のように開放されており、その底部に処理ガス
の導入口２が設けられている。処理管１は電気炉
のハウジング３に包囲されている。電気炉のハウ
ジング３には、処理管１の周囲で且つこの処理管
１の周側面に近接した位置にヒータ４が設けられ
ている。

第２図に示すように、処理されるシリコンウエ
ハ５はウエハボート６に収納されて処理管１内に
吊持される。ウエハボート６は上側端板７と下側
端板８とを夫々具備しており、これら両端板７及
び８が４本の支持棒９によつて互いに連結されて
いる。ウエハボート６は、両端板７，８及び支持
棒９を含む全体が石英ガラスで構成されている。

ウエハボート６の４本の支持棒９は、ウエハボ
ート６の一側面が大きく開放されるように配され
ており、この開放された側面からシリコンウエハ
５がウエハボート６内に挿入される。ウエハボー
ト６内に挿入されたシリコンウエハ５は、各支持
棒９に設けられた溝に嵌合され、図示のように傾
斜した状態で支持される。

ウエハボート６の上側端板７の上面には、鉤部
１０が設けられている。この鉤部１０は、回転軸
１１の下端に設けられた係合部に着脱自在に係合
されるように構成されている。回転軸１１は横梁
１２に回転可能に支承されており、この横梁１２
内に配されたベルト伝達機構１３等を介してモー
タ１４により回転駆動されるようになつている。
そして熱処理時にウエハボート６を回転させるこ
とにより、シリコンウエハ５の熱処理の均一化を
図つている。

横梁１２は、モータ１４の回転軸を包囲する外
管１５に支持されている。外管１５はシヤーシ１
６の支持部１７に回転及び上下動可能に支承され
ている。外管１５の下端にはギヤ１８が固着され
ており、モータ１９によつて回転駆動されるよう
になつている。外管１５、モータ１４及び１９等
は、シヤーシ１６に上下方向に摺動可能に支持さ
れた摺動台２０に取り付けられている。そして摺
動台２０は、図示省略したエアシリンダ等の駆動
機構により上下駆動されるようになつている。

そしてこの摺動台２０の上下動によつて、回転
軸１１に吊持されたウエハボート６が処理管１か
ら出し入れされる。また処理管１から取り出され
たウエハボート６は、モータ１９の駆動による横
梁１２の横方向回転により側方へ移動され、所定
のボートステーシヨンに送られる。

処理管１の上部開口には石英ガラスからなる上
蓋２１が配されている。一方、ウエハボート６を
吊持する回転軸１１にはこの上蓋２１の下側に係
止板２２が固着されている。そして、ウエハボー
ト６を処理管１から取り出すべく、回転軸１１を
上昇させると、この回転軸１１に固着された係止
板２２が上蓋２１の下端面に当接する。そして、
回転軸１１の上昇にともなつて上蓋２１が持ち上
げられ、処理管１の上部が開放されてウエハボー
ト６が取り出される。

シリコンウエハ５の熱処理時に処理管１の上部
開口を閉塞する上蓋２１は回転軸１１によつてウ
エハボート６と一緒に持ち去られる。そこで本例
においては、ウエハボート６を処理管１から取り
出した時には、第１図に示すように、蓋体３１に
よつて処理管１の上部開口を閉塞するようにして
いる。

第１図及び第３図に示すように、蓋体３１は石
英によつて円板状に構成されており、第７Ａ図に
拡大図示するように、その内部が中空に構成され
ている。即ち、蓋体３１は２枚の板状体３２，３
３と円筒状の連結部３４とを接合して構成されて
おり、その中空部に断熱材３５として繊維状の
SiO₂（クオーツウール）が充填されている。下側
の板状部３３の下面は、すりガラス面に構成され
るのが良い。

第１図に示すように、蓋体３１の上面中央部に
は係合部３６が一体に設けられており、この係合
部３６が緩衝部３７を介して回動腕３８に連結さ
れている。回動腕３８は、第３図及び第４図に示
すように、ウエハボート６の昇降機構の近傍に配
された蓋体駆動機構に連結されている。そしてこ
の蓋体駆動機構によつてウエハボート６の昇降動
作と蓋体３１の開閉動作とが互いに同期するよう
に構成されている。

次に、第４図〜第６図を参照してこの蓋体駆動
機構の構成例を説明する。

第４図に示すように、蓋体３１の回動腕３８が
固着された回転軸３９は略円筒状のカム部材１０
１に固定保持されている。このカム部材１０１は
回転軸３９とともにシヤーシ１０２に対して上下
動可能に構成されており、シヤーシ１０２に固着
された基台１０３との間に配されたコイルスプリ
ング１０４によつて上方に付勢されている。

第４図及び第５図に示すように、カム部材１０
１の外周部にはカム溝１０５が設けられている。
そしてこのカム溝１０５に、図示の如く、ロツド
１０６が嵌合している。ロツド１０６は、第４図
に示すように、上下動可能に構成された摺動部材
１０７に一体に設けられている。摺動部材１０７
は、シヤーシ１０２に固着された一対のガイド軸
１０８に摺動可能に支持されており、テンシヨン
スプリング１０９によつて上方に付勢されてい
る。摺動部材１０７の後端部には垂直方向にラツ
ク１１０が設けられており、シヤーシ１０２に固
着された軸支部１１１に軸支されたピニオン１１
２がこのラツク１１０に歯合している。

このピニオン１１２に関して上記摺動部材１０
７に反対側には第２の摺動部材１１３が配されて
いる。この第２の摺動部材は、やはりシヤーシ１
０２に固着されたガイド軸１１４に上下方向に摺
動可能に支持されており、ピニオン１１２に歯合
する垂直なラツク（図示せず）を具備している。
そしてこの第２の摺動部材１１３には、シヤーシ
１０２の外方へ突出する円柱ロツド１１５が固着
されている。そしてシヤーシ１０２の外側部には
この円柱ロツド１１５を係止するための略Ｌ字状
のラツチ１１６が揺動可能に取り付けられてい
る。

一方、ウエハボート６の昇降機構の外管１５には
上記円柱ロツド１１５を押圧するための押圧部１
１７が固着されている。

次に、この蓋体駆動機構の動作を説明する。

先ず、所定の拡散処理が終了すると、ボート昇
降機構によつてウエハボート６が処理管１から取
り出される。即ち、第４図に示すように、図外の
駆動手段によつて摺動台２０がシヤーシ１６に沿
つて上方へ移動される。そして外管１５に固着さ
れた押圧部１１７もこの摺動台２０の上昇に伴つ
て上昇する。そして、例えばウエハボート６の下
端面が処理管１から出た時に押圧部１１７の上端
面が円柱ロツド１１５に当接する。そして摺動台
２０が更に上昇することによつて押圧部１１７が
円柱ロツド１１５を上方へ押圧する。

円柱ロツド１１５が押圧されると、第２の摺動
部材１１３が上方へ摺動し、ピニオン１１２を回
転駆動する。そしてこのピニオン１１２に歯合し
ているラツク１１０を介して第１の摺動部材１０
７がスプリング１０９の付勢力に抗して下方へ摺
動する。そしてこの第１の摺動部材１０７に一体
に設けられたロツド１０６が下方へ移動する。

第５図に明示するように、ロツド１０６はカム
部材１０１のカム溝１０５に嵌合している。そし
てカム溝１０５はカム部材１０１の円周方向に図
示の如くに形成されているので、ロツド１０６の
下降に伴つてカム部材１０１は第５図に矢印Ａ方
向へ回転する。そしてこのカム部材１０１の回転
によつて、このカム部材１０１に一体に結合され
ている回転軸３９は往動方向に回転するので、こ
の回転軸３９に回転腕３８を介して連結されてい
る蓋体３１は往動方向（第４図の矢印Ｂ方向）に
回転する。このカム部材１０１の回転角θ（第５
図参照）は、蓋体３１が処理管１の丁度真上に来
るようになされている。

ロツド１０６がカム溝１０５の下端部迄来る
と、カム部材１０１の回転は停止する。そしてロ
ツド１０６の下降によつてカム部材１０１は今度
は下方へ押圧され、スプリング１０４の付勢力に
抗して下方へ摺動する。この結果、蓋体３１も下
降して処理管１の上端面に押圧され、この処理管
１の上部開口が閉塞される。

次に、円柱ロツド１１５のロツク機構の動作を
第６Ａ図〜第６Ｃ図を参照して説明する。

第６Ａ図に示すように、円柱ロツド１１５はボ
ート昇降機構の押圧部１１７に押圧されて上昇
し、ラツチ１１６の下端面に当接する。このラツ
チ１１６の下端面には図示のような傾斜面１１８
が形成されており、円柱ロツド１１５はこの傾斜
面１１８に当接する。そして円柱ロツド１１５の
上昇により、ラツチ１１６は矢印Ｃ方向へ押圧さ
れて回動する。

第６Ｂ図に示すように、円柱ロツド１１５はラ
ツチ１１６の鉤部の先端を乗り越えて更に上昇す
る。押圧部１１７には、第４図に示すように、切
欠き部１１９が設けられている。そして、第６Ｂ
図に示すように、ラツチ１１６はこの切欠き部１
１９の段部１１９ａに係止される。

ボート昇降機構によつてウエハボート６が最高
位置迄持ち上げられると、第２図及び第４図に示
すボート昇降機構の外管１５がモータ１９により
回転駆動される。そして横染１２が旋回してウエ
ハボート６が所定のボートステーシヨンに移送さ
れる。

この時、外管１５に固着されている押圧部１１
７も外管とともに回動し、第６Ｃ図に示すように
矢印Ｄ方向へ移動する。そしてこの押圧部１１７
の移動に伴つてラツチ１１６がその自重により復
動する。そしてこのラツチ１１６が元の位置迄戻
つた状態で、押圧部１１７による円柱ロツド１１
５の係止が解除され、第６Ｃ図に示すように、円
柱ロツド１１５は今度はラツチ１１６の鉤部に係
止される。

このようにして、ボート昇降機構の押圧部１１
７による係止が解除された後も円柱ロツド１１５
はラツチ１１６によつてロツクされ、従つて蓋体
３１は処理管１を閉塞し続ける。

円柱ロツド１１５のロツク解除は、上述したの
と全く逆の手順で行われる。この時、押圧部１１
７の横方向移動によつて円柱ロツド１１５が持ち
上げられるように、押圧部１１７の側端部には、
第４図及び第６Ａ〜第６Ｃ図に示すような傾斜面
１２０が設けられている。尚この傾斜面１２０
は、第６Ｃ図に関連して説明したロツク動作の際
に円柱ロツド１１５を滑らかに下降させるために
も有用である。

以上、蓋体駆動機構の一例を説明したが、この
蓋体駆動機構の具体的な構成は種々に変更が可能
である。例えば、ボートステーシヨン迄移送した
ウエハボート６をこのボートステーシヨンにおい
て下降させる距離が短い場合には、蓋体駆動機構
の円柱ロツド１１５をボート昇降機構の押圧部１
１７によつて係止させ続けることができる。この
場合、押圧部１１７をボート昇降機構の摺動台２
０に一体的に設けて、ウエハボート６の旋回移動
の際には移動しないように構成し、一方、円柱ロ
ツド１１５との間の押圧部にスプリング等の緩衝
手段を設けて押圧部の僅かな下降をここで吸収す
るようにすれば良い。

以上説明したように、蓋体３１による処理管１
の開閉はウエハボート６の昇降動作に同期して行
われる。そしてウエハボート６が処理管１の上部
開口から出る迄は、このウエハボート６の主とし
て下側端板８が処理管１の蓋の役目を果たす。そ
してこのウエハボート６の下側端板８が処理管１
の上部開口を出た直後に蓋体３１によつて処理管
１の上部開口が閉塞される。従つて、処理管１内
の温度低下をかなり効果的に防止することができ
る。

ウエハボート６の昇降動作と蓋体３１の開閉動
作とは他の手段によつて同期させることもでき
る。例えば、ウエハボート６を昇降させるエアシ
リンダと蓋体３１を開閉駆動するモータとを電気
回路によつて互いに関連させ、これらの動作が互
いに同期するように構成することができる。また
ウエハボート６の昇降を検出手段によつて検出
し、この検出に基づいて蓋体３１の駆動手段を制
御するようにしても良い。

第７Ａ図〜第７Ｄ図に蓋体３１の構造例を示
す。

第７Ａ図は上記実施例で説明した構造である。
上記実施例においては断熱材３５として繊維状の
SiO₂を用いたが、微粉末状の断熱材（例えば、
SiO₂とTiO₂とからなるマイクロサーム社製のも
の）を充填しても良い。

第７Ｂ図の蓋体５１は、パイレツクス（商品
名）を第７Ａ図と同様の構造に成形し、上側の板
状部５２の内面にAu膜５６を蒸着形成したもの
である。蓋体５１の中空部５５は減圧されてい
る。

第７Ｃ図の構造は、第７Ａ図と同様の構造を有
する蓋体６１の中空部６５に複数枚の石英板６６
を積層して収容させたものである。石英板６６と
中空部６５の内壁との間には適当な隙間が形成さ
れ、中空部６５は減圧されている。石英板６６の
代わりにシリコン片を入れても良い。又、下面が
粗面（乱反射面）に構成されたステンレス鋼の板
を中空部６５内に配しても良い。

第７Ｄ図は、２枚の石英板７２，７３を接合し
た構造の蓋体７１を示している。２枚の石英板７
２，７３の間にはめつき層７４が形成されてお
り、このめつき層７４によつて輻射熱を反射する
ように構成している。このように２枚の石英板の
間にめつき層を形成することによつて、めつき層
が剥げ落ちることが防止される。

以上本考案をシリコンウエハの縦型拡散炉に適
用した実施例を説明したが、本考案は半導体ウエ
ハの酸化処理、CVD処理を行うための種々の縦
型熱処理装置に適用が可能である。又上記実施例
においては、処理管の上部開口からボートを出し
入れする構造を説明したが、処理管の下部に開口
が設けられ、この下部開口からボートを出し入れ
する構造のものにも本考案は適用可能である。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案においては、半導
体ウエハを積載するウエハボートが処理管の内部
の所定位置にあつて半導体ウエハに熱処理が施さ
れているときには、ウエハボートに連結された第
１の蓋体により処理管の開口が閉塞され、また、
ウエハボートが昇降機構により駆動されて処理管
の外部に取り出されるときには、第１の蓋体がウ
エハボートに伴つて処理管の開口から取り外され
ると共に、第２の蓋体を支持腕を介して連結させ
ている回転軸が蓋体駆動機構により往回動駆動さ
れることによつて、第２の蓋体が退避位置から処
理管の開口まで往回動してこの開口を閉塞するよ
うに構成している。従つて、比較的簡単な構成で
あるにもかかわらず、ウエハボートが処理管内に
有るときも無いときも、第１及び第２の蓋体を使
いわけることによつて、処理ガスの不必要は流
出、処理管内の温度低下、処理管内への塵芥等の
侵入などを効果的に防止することができる。特
に、本考案においては、ウエハボートが昇降機構
により駆動されて処理管の外部に取り出されるの
に応じて、蓋体駆動機構が回転軸を往回動させ、
これによつて、第２の蓋体を退避位置から開口閉
塞位置まで持ち来すようにしたから、ウエハボー
トが処理管の開口を出た直後にこの開口を閉塞す
ることができ、このために、ウエハボートが処理
管内に無いときの処理管内の温度低下を最小限に
抑えることができる。従つて、処理管を再加熱す
る際に加熱時間や加熱に要するエネルギーが少な
くて済み、この結果、例えば電気代の節約やヒー
タ寿命が延びる等のきわめて実用的な効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案をシリコンウエハの縦型拡散炉に
適用した実施例を示すもので、第１図はウエハボ
ートを取り出した状態の拡散炉の概略縦断面図、
第２図は熱処理時の拡散炉の概略縦断面図、第３
図は蓋体の開閉動作を示す拡散炉の上面図、第４
図は蓋体駆動機構の概略斜視図、第５図はカム部
材の外観斜視図、第６Ａ図〜第６Ｃ図はロツク機
構の動作を順に示す部分拡大正面図、第７Ａ図〜
第７Ｄ図は蓋体の構造例を夫々示す縦断面図であ
る。 なお図面に用いられた符号において、１……処
理管、５……シリコンウエハ、６……ウエハボー
ト、２１……上蓋（第１の蓋体）、３１，５１，
６１，７１……蓋体（第２の蓋体）、３８……回
転腕（支持腕）、３９……回転軸、である。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 長手軸が実質的に垂直方向に延在するように配
   された処理管と、 熱処理される半導体ウエハを積載するウエハボ
   ートと、 このウエハボートを上記処理管の開口を介して
   この処理管の外部と内部の所定位置との間を昇降
   させる昇降機構とを夫々具備した半導体ウエハの
   縦型熱処理装置において、 上記ウエハボートに連結され上記ウエハボート
   が上記所定位置にあるときには上記開口を閉塞す
   る第１の蓋体と、 上記処理管の外部に回転自在に配された回転軸
   と、 この回転軸に支持腕を介して連結され上記回転
   軸の回転に連動してこの回転軸を支点として回動
   する第２の蓋体と、 上記ウエハボートが上記昇降機構により駆動さ
   れて上記処理管の外部に取り出されるのに応じ
   て、上記回転軸を往動方向に回転させる蓋体駆動
   機構とをそれぞれ具備し、 上記第１の蓋体が上記開口を閉塞する状態であ
   る上記所定位置にある上記ウエハボートが上記昇
   降機構により駆動されたとき、上記第１の蓋体が
   上記ウエハボートに伴つて上記開口から取り外さ
   れると共に上記ウエハボートが上記処理管の外部
   に取り出され、 上記ウエハボートが上記処理管の外部に取り出
   されるとき、上記回転軸が上記蓋体駆動機構によ
   り往動方向に回転駆動され、この回転駆動によつ
   て、上記第２の蓋体が退避位置から上記開口まで
   往動方向に回動して上記開口を閉塞するように構
   成した半導体ウエハの縦型熱処理装置。