JPH02289500A - 縦型熱処理炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ｆｉ１発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は、縦型熱処理炉に関し、特に半導体ウェーハを
保持したウェーハ熱処理用治具およびその支持テーブル
を炉芯管の内部空間に対して挿入し取出すに際してウェ
ーハ熱処理用治具および支持テーブルの周囲に対し内筒
管を配置してなる縦型熱処理炉に関するものである。

［従来の技術］ 従来、この種の縦型熱処理炉としては、炉蓋本体上に配
置された支持テーブルに対し載置せしめられかつ半導体
ウェーハを保持せしめられたウェーハ熱処理用治具を、
そのままの状態で炉芯管の内部空間に対して挿入し、適
宜の熱処理を実行したのち、再びそのままの状態で炉芯
管の内部空間から取出してなるものが提案されていた。

［解決すべき問題点］ したがって、従来の縦型熱処理炉では、ｆｉｌ炉芯管の
内部空間に対して挿入し取出すに際して半導体ウェーへ
の中心部温度と周辺部温度との温度差に起因して結晶欠
陥（いわゆる“スリップ゛°）が発生されることを回避
するために挿入速度および取出速度を高速化できない欠
点があり、ひいてはｆｉｉ）熱処理作業の生産性および
エネルギ効率を改善できない欠点があった。

そこで、本発明は、これらの欠点を除去すべく、炉芯管
の内部空間に対し半導体ウェーハを保持したウェーハ熱
処理用治具およびその支持テーブルを挿入しあるいは取
出すに際してその周囲に対し内筒管を配置してなる縦型
熱処理炉を提供せんとするものである。

（２）発明の構成 ［問題点の解決手段］ 本発明により提供される問題点の解決手段は、「炉芯管
の内部空間に対し炉蓋本体上に載置された支持テーブル
上のウェーハ熱処理用治具に支持された半導体ウェーハ
を挿入し取出す縦型熱処理炉において、ウェーハ熱処理
用治具および支持テーブルを炉芯管の内部空間に対して
挿入し取出すに際してウェーハ熱処理用治具および支持
テーブルの周囲に対し配置される内筒管を包有してなる
ことを特徴とする縦型熱処理炉」 である。

［作用１ 本発明にかかる縦型熱処理炉は、上述の構成を有するの
で、 （ｉｌ炉芯管の内部空間に対して挿入し取出すに際し半
導体ウェーへの中心部 温度と周辺部温度との間の温度差を 緩和する作用 をなし、ひいては （１１）半導体ウェーハに結晶欠陥（いわゆる°°スリ
ップ”）が発生することを 防止する作用 をなし、併せて ｆｉｉｉｌ熱処理済熱処理体ウェーハを高温状態に維持
したまま、その取出作業を 実行可能とする作用 をなし、結果的に （ｉｖ）熱処理作業の生産性（すなわち製品歩留）を改
善する作用 をなす。

［実施例］ 次に、本発明にかかる縦型熱処理炉について、その好ま
しい実施例を挙げ、具体的に説明する。

しかしながら、以下に説明する実施例は、本発明の理解
を容易化ないし促進化するために記載されるものであっ
て、本発明を限定するために記載されるものではない。

換言すれば、以下に説明される実施例において開示され
る各部材は、本発明の精神ならびに技術的範囲に属する
全ての設計変更ならびに均等物置換を含むものである。

第１図は、本発明にかかる縦型熱処理炉の一実施例を示
す断面図である。

第２図ないし第７図は、第１図実施例の一連の動作状態
を順次説明するための断面図である。

第８図は、第１図実施例の一部を示す部分斜視図であっ
て、特に内筒管７０の内筒管本体７１を示している。

第９図（ａｌ　ｆｂ）および第１Ｏ図ｆａｌ　（ｂ）は
、第１図実施例の作用を説明するためのグラフ図である
。

まず、第１図ないし第８図を参照しつつ、本発明にかか
る縦型熱処理炉の一実施例について、その構成を詳細に
説明する。

ｌＯは、本発明にかかる縦型熱処理炉であって、石英な
どの適宜の材料で形成された炉芯管２０と、炉芯管２０
の周囲に適宜の間隔を介して所望により配設された均熱
管３０と、均熱管３０の周囲に配設された加熱部材料と
、加熱部材凹の周囲に配設された断熱管５０と、炉芯管
２０を保持するためにステンレスなどの適宜の材料で形
成されたハウジング並と、石英などの適宜の材料で形成
されており炉芯管２０の内部空間に対して挿脱可能な内
筒管本体７１を有する内筒管７０と、石英（不透明石英
が好ましい）もしくは炭化珪素などの高温使用可能な高
純度材料（特に熱透過率が小さいものが好ましい）によ
って形成されており内筒管本体７１の開口端部７１Ａに
対して直接に当接される炉蓋本体８１を有する炉蓋８０
とを備えている。

炉芯管２０は、断熱管５０の外部から延長されかつ外周
面にそって軸方向に延長されたのち頂部において内部空
間２１に対して開口されたガス供給管２２と、開口端部
２１Ａの近傍に開口されかつ断熱管５０の外部へ延長さ
れたガス排出管２３とを包有している。ガス供給管２２
およびガス排出管２３は、ともに、断熱管５０の内部に
位置する部分がなるべく多く石英などの適宜の材料によ
って形成されていることが好ましい。

均熱管３０は、たとλば炭化珪素などによって作成され
ており、炉芯管並の全長を包囲するように配設されてい
る。

加熱部相律は、１均熱管四の外方に配設されており、炉
芯管並の軸方向にそって均熱領域を確保するために適宜
に配゛設されている。

断熱管５０は、グラスファイバなどの適宜の材料によっ
て形成されており、炉芯管翻、均熱管興および加熱部材
４０を全体として包囲している。

ハウジング６０は、炉芯管支持部６１の上面によって炉
芯管２０の開口端部２１Ａの外周面に形成された支持突
部２４の下面を支持している。

内筒管Ｗは、炉芯管並の内部空間２１に対してその開口
端部２１Ａより挿入取出可能とされており開口端部７１
Ａの近傍に対し使用済の処理ガスを排除するためのガス
孔７１ａが形成されている内筒管本体７１と、内筒管本
体７１の開口端部７ＬＡの外周面に形成された支持突部
７２の下面を内周支持部７３Ａで支持しておりかつ内筒
管本体７１を炉芯管部の内部空間２１に対して挿入しあ
るいは取出すための内筒管移動部材７３と、内筒管移動
部材７３の一端部に対して配設された駆動シャフト７４
と、駆動シャフト７４と同様に内筒管移動部材７３の一
端部に対して配設された案内シャフト７５と、炉芯管並
の内部空間２１に対して内筒管本体７１が挿入されたと
きハウジング６０の炉芯管支持部６１の下面との間をシ
ールするために内周支持部７３Ａの近傍上面に配設され
たＯリング７６とを包有している。

炉蓋８０は、内筒管本体７１の開口端部７１Ａ下面に対
して直接に当接される石英もしくは炭化珪素などの高温
使用可能な高純度材料によって形成された炉蓋本体８１
と、炉蓋本体８１を保持するステンレスなどの適宜の材
料で形成された炉蓋保持部材８２と、炉蓋保持部材８２
の下面を支持しており炉蓋本体８１を内筒管７０の内筒
管本体７１の開口端部７１Ａに向けて接近離間せしめる
炉蓋移動部材８３と、炉蓋移動部材８３の上面に対して
配設されており炉蓋本体８１が内筒管本体７１の開口端
部７１Ａに対して当接されるとき緩衝材として機能する
弾性部材８４と、炉蓋移動部材８３の一端部に対して配
設された駆動シャフト８５と、駆動シャフト８５と同様
に炉蓋移動部材８３の一端部に対して配設された案内シ
ャフト８６と、内筒管本体７１の開口端部７１Ａの下面
に炉蓋本体８１が当接されたとき炉蓋保持部材８２の上
面と内筒管移動部材７３の下面との間をシールするため
に炉蓋保持部材８２の上面に配設されたＯリング８７と
を包有している。

更に、第１図ないし第８図を参照しつつ、本発明にかか
る縦型熱処理炉の一実施例について、その作用を詳細に
説明する。

ユ連入勤咋り 駆動シャフト８５および案内シャフト８６によって炉蓋
移動部材８３を下方へ移動せしめかつ内筒管本体７１を
駆動シャフト７３および案内シャフト７４によって炉芯
管並の内部空間２１に挿入せしめた状態（第１図参照）
で、熱処理すべき半導体ウェーハ（図示せず）を保持し
たウェーハ支持部材９０を炉蓋本体８１上に載置せしめ
る。すなわち熱処理すべき半導体ウェーハを保持せしめ
たウェーハ熱処理用治具９１を、炉蓋本体８１上に配置
された支持テーブル９２に対して載置せしめる（第２図
参照）。

そののち、駆動シャフト７４および案内シャフト７５に
よって内筒管移動部材７３を矢印Ａ、力方向移動せしめ
ることにより、炉芯管２０の内部空間２１から内筒管本
体７１を引出し、ウェーハ支持部材部すなわち半導体ウ
ェーハを保持したウェーハ熱処理用治具９１および支持
テーブル９２の周囲に配置せしめる（第３図参照）。

次いで、駆動シャフト７４および案内シャフト７５によ
って内筒管移動部材７３を矢印Ａ２方向に移動せしめつ
つ、かつ駆動シャフト８５および案内シャフト８６によ
って炉蓋移動部材８３を矢印Ｂ１方向に移動せしめる（
第３図参照）。内筒管移動部材７３および炉蓋移動部材
８３がともに上方へ移動することにより、ウェーハ支持
部材９０すなわち半導体ウェーハを保持したウェーハ熱
処理用治具９１および支持テーブル９２が、内筒管本体
７１によって包囲され保護された状態で、炉芯管２０の
内部空間２１に対して挿入される。これによりウェーハ
支持部材料に保持された半導体ウェーハは、炉芯管部の
内部空間２１に挿入されるに際し、中心部温度θ１と周
辺部温度θ２との間に生じる温度差θΔが一定範囲内に
抑制され、結晶欠陥（いわゆる°°スリップ゛）を生じ
ることがない。

内筒管移動部材７３は、最終的にハウジング６０の炉芯
管支持部６１の下面に対してＯリング７６を介して当接
される。また炉蓋保持部材８２は、最終的に０リング８
７を介して内筒管移動部材７３の下面に対し当接される
（第４図参照）。

この状態で、ガス供給管２２を介して炉芯管２０の内部
空間２１に適宜の処理ガスを矢印Ｃ３で示すごとく供給
しつつ、ウェーハ熱処理用治具９１に保持せしめた半導
体ウェーハ　（図示せず）の熱処理を適宜に実行する。

使用済の処理ガスは、ウェーハ熱処理用治具９１に保持
された半導体ウェーハの周辺から内筒管本体７１のガス
孔７１ａを介して矢印Ｃ２で示すごとく排除されたのち
、ガス排出管２３を介して炉芯管２０の内部空間２１か
ら外部へ向けて排除される。

ユ取土亘亘Ｌ ウェーハ熱処理用治具９１に保持せしめた半導体ウェー
への熱処理が終了したのち、駆動シャフト７４および案
内シャフト７５によって内筒管移動部材７３が矢印Ａ、
力方向移動せしめられ、かつ駆動シャフト８５および案
内シャフト８６によって炉蓋移動部材８３が矢印Ｂ２方
向に移動せしめられる（第５図参照）。

炉蓋移動部材８３が当初の位置近傍まで移動されると、
内筒管移動部材７２は、ウェーハ熱処理用治具９１を支
持テーブル９２から除去するために、駆動シャフト７４
および案内シャフト７５によって矢印Ａ４に示すごとく
、再び炉芯管２０の内部空間２１に向けて移動せしめら
れる（第６図参照）、これにより、ウェーハ支持部材９
０に保持された半導体ウェーハは、熱処理ののち、炉芯
管２０の内部空間２１から取出されるに際して中心部温
度θ１と周辺部温度θ２との間に生じる温度差θムが一
定範囲内に抑制され、結晶欠陥（いわゆる゛°スリップ
″′）を生じることがない。

内筒管本体７１が炉芯管部の内部空間２１に挿入される
ことによって、ウェーハ支持部材９０すなわちウェーハ
熱処理用治具９１および支持テーブル９２の周面から除
去される（第７図参昭）と、熱処理済の半導体ウェーハ
を保持せしめられたウェーハ熱処理用治具９１が、炉蓋
本体８１上に配置された支持テーブル９２から適宜の手
段によって除去される（第１図参照）。

以下、上述の動作が反復される。

加えて、第１図ないし第１０図ｆａ）　ｆｂ）を参照し
つつ、本発明にかかる縦型熱処理炉の一実施例について
、−層理解を深めるために、具体的な数値などを挙げて
説明する。

二叉上■１ 半導体ウェーへの保持せしめられたウェーハ保持部材９
０すなわちウェーハ熱処理用治具９１および支持テーブ
ル９２は、周囲に対して内筒管本体７１が配置された状
態で、加熱部材４０によって８００°Ｃの温度に維持さ
れた炉芯管２０の内部空間２１に対して１００１１１１
１１／分の速さで挿入された。

半導体ウェーハは、ウェーハ保持部材９０に保持された
状態で、炉芯管２０の内部空間２ｚにおいて所望の熱処
理が施されたのち、ウェーハ保持部材９０とともに周囲
に対して内筒管本体７１が配置されたまま、　１００ｍ
ｍ／分の速さで炉芯管２０の内部空間２１から取出され
た。

このとき半導体ウェーハの中心部温度θ、と周辺部温度
θ２とを測定したところ、第９図（ａｔ　［ｂ）に示す
とおりであった。すなわち炉芯管２０の内部空間２１に
対してウェーハ熱処理用治具９１および支持テーブル９
２を挿入するときは、半導体ウェーハの中心部温度θ１
と周辺部温度θ２との温度差θΔが、第９図（ａｌに示
すごとく最高５２℃であった。またウェーハ熱処理用治
具９１および支持テーブル９２を炉芯管２０の内部空間
２１から取出すときは、半導体ウェーハの中心部温度θ
１と周辺部温度θ２との温度差θムが、第９図（ｂ）に
示すごとく最高７５℃であった。

炉芯管輩の内部空間２１から取出された半導体ウェーハ
を観察したところ、結晶欠陥（いわゆる“°スリップ°
゛）は、発生していなかった。

ユ土較±１ 内筒管洩を除去したことを除き、上述した実施例が反復
された。

実施例と同様に、半導体ウェーへの中心部）Ｂ度θ１と
周辺部温度θ２とを測定したところ、第１Ｏ図ｆａ）　
　ｆｂ）に示すとおりであった。すなわち炉芯管２０の
内部空間２１に対してウェーハ熱処理用治具９１および
支持テーブル９２を挿入するときは、半導体ウェーハの
中心部温度θ１と周辺部温度θ２との温度差θΔが、第
１０図（ａｔに示すごとく最高１２６℃であった。また
ウェーハ熱処理用治具９１および支持テーブル９２を炉
芯管２０の内部空間２１から取出すときは、半導体ウェ
ーへの中心部温度θ１と周辺部温度θ２との温度差θΔ
が、第１Ｏ図ｆｂｌに示すごとく最高２１６℃であった
。

実施例および比較例を比較すれば明らかなごと（、本発
明にかかる縦型熱処理炉によれば、炉芯管の内部空間に
対して半導体ウェー八を挿入し取出すに際し、半導体ウ
ェーハの中心部温度と周辺部温度との間の温度差が所定
値を超えることに起因する結晶欠陥（いわゆるスリップ
）の発生を十分に抑制できた。

（３）発明の効果 上述より明らかなように、本発明にかかる縦型熱処理炉
は、 ｆｉｔ炉芯管の内部空間に対して挿入し取出すに際し半
導体ウェーへの中 心部温度と周辺部温度との間の温 度差を緩和できる効果 を有し、ひいては ｆｉｉ）半導体ウェーハに結晶欠陥（いわゆる°°スリ
ップ”）が発生するこ とを防止できる効果 を有し、併せて （ｉｉｉｌ熱処理済の半導体ウェーハを高温状態に維持
したまま、その取出作 業を実行可能とできる効果 を有し、結果的に ｆｉｖ）熱処理作業の生産性（すなわち製品歩留）を改
善できる効果 を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる縦型熱処理炉の一実施例を示す
断面図、第２図ないし第７図は第１図実施例の一連の動
作状態を順次説明するための断面図、第８図は第１図実
施例の一部を示す部分斜視図、第９図ｆａｔ　ｆｂｌお
よび第１０図（ａ）　（ｂｌは第１図実施例の作用を説
明するためのグラフ図である。 ｌＯ・・・・・・・・・・・・・・・・・・縦型熱処理
炉２０・・・・・・・・・・・・・・・・・・炉芯管２
１・・・・・・・・・・・・・・・・内部空間２１Ａ・
・・・・・・・・・・開口端部２２・・・・・・・・・
・・・・・・・ガス供給管２３・・・・・・・・・・・
・・・・ガス排出管２４・・・・・・・・・・・・・・
・・支持突部３０・・・・・・・・・・・・・・・・・
・均熱管４０・・・・・・・・・・・・・・・・・・加
熱部材５０・・・・・・・・・・・・・・・・・・断熱
管６０・・・・・・・・・・・・・・・・・・ハウジン
グ６１・・・・・・・・・・・・・・・・炉芯管支持部
７０・・・・・・・・・・・・・・・・・・内筒管７１
・・・・・・・・・・・・・・・・内筒管本体７１Ａ・
・・・・・・・・・・・開口端部７２・・・・・・・・
・・・・・・・・支持突部７３・・・・・・・・・・・
・・・・・内筒管移動部材７３Ａ・・・・・・・・・・
・・内周支持部７４・・・・・・・・・・・・・・・・
駆動シャフト７５・・・・・・・・・・・・・・・・案
内シャフト７６・・・・・・・・・・・・・・・・Ｏリ
ング８０・・・・・・・・・・・・・・・・・・炉蓋８
１・・・・・・・・・・・・・・・・炉蓋本体８２・・
・・・・・・・・・・・・・・炉蓋保持部材８３・・・
・・・・・・・・・・・・・炉蓋移動部材８４・・・・
・・・・・・・・・・・・弾性部材８５・・・・・・・
・・・・・・・・・駆動シャフト８６・・・・・・・・
・・・・・・・・案内シャフト８７・・・・・・・・・
・・・・・・・０リング９１・・・ ９２・

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炉芯管の内部空間に対し炉蓋本体上に載置された支持テ
   ーブル上のウェーハ熱処理用治具に支持された半導体ウ
   ェーハを挿入し取出す縦型熱処理炉において、ウェーハ
   熱処理用治具および支持テーブルを炉芯管の内部空間に
   対して挿入し取出すに際してウェーハ熱処理用治具およ
   び支持テーブルの周囲に対し配置される内筒管を包有し
   てなることを特徴とする縦型熱処理炉。