JPH05299370A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 縦型熱処理炉内に被処理体を搬入直後直ち
に、チューブ下端開口を閉鎖できる熱処理装置を提供す
ること。 【構成】 上方に面状発熱源１８を配置してなる縦型熱
処理炉１２の上端には、ガス導入部６０が連通して設け
られ、このガス導入部６０に沿って昇降可能な吊下げ軸
３８が配置され、その先端にウエハ２８の支持部４２が
固着される。縦型熱処理炉１２の下端開口１２ａを密閉
する蓋１１８は、蓋駆動部１１０より昇降される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は縦型熱処理炉内にて被処
理体を熱処理する熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体ウエハの製造においては酸
化、拡散、アニール、ＣＶＤなどの処理を行うために、
各種の熱処理装置が使用される。そして、近年縦型プロ
セスチューブを用いた縦型熱処理装置が主流になりつつ
ある。縦型プロセスチューブは上端が閉鎖され、その下
端に開口を有する。ウエハ等の被処理体は、下端開口よ
り縦型プロセスチューブ内に搬入され、被処理体が所定
位置に達した所で、フランジキャップ等と称される密閉
蓋が、下端開口を気密に閉鎖するようになっている。こ
の密閉蓋は、被処理体の昇降駆動を行う軸部に固定され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、本願出願人
は先に、縦型プロセスチューブの上端と対向する位置に
面状発熱源を設けた熱処理装置を提案している。この熱
処理装置によれば、縦型プロセスチューブ内に配置され
る被処理体の位置、すなわち面状発熱源からの距離を変
えることで、加熱温度を容易に可変することができ、特
に高速加熱処理に好適できる。

【０００４】しかしながら、被処理体の昇降駆動部の軸
部に密閉蓋を固定した場合には、縦型プロセスチューブ
内にてあらかじめ定められた被処理体の処理位置を変化
させようとすると、密閉蓋がプロセスチューブ下端部と
干渉し、あるいは密閉蓋による気密な閉鎖が実現できな
いことになる。

【０００５】面状発熱源でないタイプすなわちチューブ
周囲にヒータを有する場合にも、被処理体が下端開口を
越えてプロセスチューブ内に搬入されても、プロセスチ
ューブ内の所定の処理位置に被処理体が達しなければ密
閉蓋を閉鎖できないことに変りはない。

【０００６】さらに他の課題として、従来技術において
は被処理体を搬出駆動する際には、必ず縦型プロセスチ
ューブの下端開口が開口された状態となる。この種の半
導体ウエハの製造においては、縦型プロセスチューブ内
へのウエハの搬入出を繰り返し、縦型プロセスチューブ
内が一定温度になった際に熱処理を行うことになるが、
搬入出の度にプロセスチューブ内の熱量が下端開口より
逃げ、チューブ内の熱量の変化が著しくなっている。

【０００７】そこで、本発明の目的とするところは、縦
型プロセスチューブ内に被処理体が搬入された後直ち
に、その下端開口を気密に密閉することのできる熱処理
装置を提供することにある。

【０００８】本発明の他の目的とするところは、縦型プ
ロセスチューブへの被処理体の搬入出時にも処理空間の
加熱容量の変化を極小とし、処理のスループットを向上
することのできる熱処理装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る本発明
は、縦型熱処理炉内にて被処理体を熱処理する熱処理装
置において、前記縦型熱処理炉の上端と連通して鉛直上
方に伸びる案内管と、この案内管に沿って昇降する軸部
及びこの軸部の下端に設けられた被処理体支持部から成
り、前記軸部の昇降により前記被処理体を前記縦型熱処
理炉内に設定し、かつ、前記縦型熱処理炉の下端開口よ
り前記被処理体を搬入出する被処理体駆動部と、前記被
処理体が前記縦型熱処理炉内に搬入された後に前記下端
開口を気密に密閉する蓋部材と、を有することを特徴と
する。

【００１０】請求項２に係る発明は、縦型熱処理炉内に
て被処理体を熱処理する熱処理装置において、前記縦型
熱処理炉の上端と連通して鉛直上方に伸びる案内管と、
この案内管に沿って昇降する軸部及びこの軸部の下端に
設けられた被処理体支持部から成り、前記軸部の昇降に
より前記被処理体を前記縦型熱処理炉内に設定し、か
つ、前記縦型熱処理炉の下端開口より前記被処理体を搬
入出する被処理体駆動部と、前記縦型熱処理炉の下端開
口の下方に気密室を配置し、かつ、この気密室内であっ
て前記下端開口と対向する領域にて開閉する、縦軸方向
で異なる複数箇所に設けられた複数段の遮熱用シャッタ
ーと、を有し、前記被処理体の搬入出時に少なくともい
ずれか一つの前記遮熱用シャッターが、前記下端開口と
対向する領域にて閉鎖状態に設定されることを特徴とす
る。

【００１１】

【作用】請求項１に係る発明によれば、被処理体の搬入
出駆動を、縦型熱処理炉の上端側より行っているため、
被処理体がチューブ内に搬入された後には、その下端開
口の下方には蓋部材と干渉する部材が一切存在しないこ
とになる。従って、被処理体を縦型熱処理炉内に搬入し
た後直ちに、その下端開口を蓋部材で気密に密閉するこ
とができる。

【００１２】請求項２に係る発明によれば、縦型熱処理
炉下端開口の下方には、縦軸方向で異なる箇所に複数段
の遮熱用シャッターが設けられている。そして、被処理
体の搬入出時には、少なくとも１つの遮熱用シャッター
が閉鎖状態であるため、搬入出時における熱処理炉内か
ら外部への熱の移動を低減でき、処理空間における加熱
容量の変化を極小とすることができる。特に、被処理体
の昇降駆動を縦型熱処理炉の上端側より行うことで、被
処理体の搬入後はチューブの下端開口にて蓋部材と干渉
する部材が一切なくなり、その遮熱性を向上することが
できる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を適用した一実施例について、
図面を参照して具体的に説明する。 本実施例に係る装
置は例えば図１に示すように主に、被処理体例えば半導
体ウエハ２８、ＬＣＤなどに各種の熱処理を行うための
熱処理部１０、ウエハ２８と面状発熱源１８とを相対的
に接近させることにより急速加熱するためのウエハ昇降
部３０、ウエハ２８を外部より気密状態を保ったまま熱
処理装置内に搬入するためのウエハ搬入出部７０、熱処
理炉を密封する蓋１１８を駆動する蓋駆動部１１０によ
り構成される。

【００１４】熱処理部１０は例えば以下のような構成と
なる。

【００１５】まずプロセスチューブ１２はチューブ内に
おいて被処理体例えばＬＣＤ、ウエハ２８等の熱処理を
行うためのものであり、断熱性に優れ、汚染の少ない部
材例えば石英等により形成される。

【００１６】このプロセスチューブ１２を覆うように、
例えばアルミナセラミックス等からなる断熱材１４が設
けられている。この断熱材１４は、ウエハ２８の移動方
向に沿って適正な温度勾配をもたせるべく、例えば図１
に示すように下部に向かうにしたがって肉厚が薄くなる
形状とすることが好ましい。これにより下部に至るほど
保温効果を少なくすることができるからである。また断
熱材１４の下端部には、熱処理の終了後にウエハ２８を
急速に冷却するための冷却手段（図示せず）を設けるこ
とが望ましい。冷却手段としては、アンモニア、二硫化
イオウ、水等の冷媒を用いることができ、この冷媒の潜
熱を利用して例えば１００℃〜３００℃の温度に冷却す
る。

【００１７】プロセスチューブ１２の上方には、面状発
熱源１８が、断熱材１４の上部の内壁に固定配置されて
いる。この面状発熱源１８は、例えば二ケイ化モリブデ
ン（ＭｏＳｉ₂ ）、または、鉄（Ｆｅ）とクロム（Ｃ
ｒ）とアルミニウム（Ａｌ）の合金線であるカンタル
（商品名）線等の抵抗発熱体を面状に配置することによ
り構成することができる。例えば二ケイ化モリブデン
は、単線として使用することができ、カンタル線はコイ
ルとして使用することができる。特に二ケイ化モリブデ
ンは１８００℃の高温にも十分に耐えることができるの
で、酸化拡散材料としては好適である。面状発熱源１８
は、例えば二ケイ化モリブデンの単線からなる抵抗発熱
線を螺旋状に配置して構成される。

【００１８】面状発熱源１８の発熱面は、ウエハ２８の
処理面と同様の円形の形状であることが好ましく、また
面状発熱源１８の発熱面の外径は、ウエハ２８の外径の
２倍以上であることが望ましい。更に面状発熱源１８の
発熱面は、ウエハ２８と平行に配置されることが好まし
く、また発熱面の形状としては、全体が一様な平面であ
ってもよいし、周辺部がウエハ２８に接近する方向に湾
曲していてもよい。

【００１９】図１に示す、距離Ｌは、ウエハ２８と面状
発熱源１８の最短離間距離であり、後述するようにウエ
ハ２８の加熱温度の最高値の設定値を決めるものであ
る。ここで最短離間距離Ｌは、装置を小型化する観点か
らは短い方がよいが、大口径のウエハ２８の全面を均一
な温度で加熱する観点からは長い方がよい。具体的に
は、両条件をある程度満足し得る距離、例えば３００〜
６００ｍｍ程度とされる。

【００２０】面状発熱源１８とウエハ２８との間には、
均熱部材１６を配置するのが望ましい。この均熱部材１
６は、面状発熱源１８に発熱ムラが存在する場合に、こ
の発熱ムラを解消してウエハ２８に向かう輻射熱を十分
に垂直方向に制御するものである。また均熱部材１６は
例えば高純度炭化ケイ素（ＳｉＣ）等のように汚染の少
ない材料により構成することが望ましい。これにより、
面状発熱源１８を処理空間より完全に隔離することが可
能になり、面状発熱源１８が汚染の原因となる重金属を
含む材料により構成されている場合にも、当該重金属に
よる汚染を有効に防止することができるからである。

【００２１】この均熱部材１６はウエハ２８の処理面に
対向するように配置され、その外径は面状発熱源１８と
同様にウエハ２８の外径の２倍以上であることが好まし
い。また均熱部材１６の形状としては例えば中央部の肉
厚を周辺部の肉厚よりも厚くした形状、また、その周辺
部がウエハ２８に接近する方向に湾曲する形状とするこ
とが望ましい。このような形状とすることで、例えばウ
エハ２８の周辺部の熱拡散を少なくすることが可能とな
り、中央部と周辺部との間の温度の均一性を更に高める
ことができるからである。

【００２２】断熱材１４の周りには、２重構造となった
例えばステンレススチール等により形成されるインナー
シェル２０とアウターシェル２４が配置される。このイ
ンナーシェル２０とアウターシェル２４との間には、水
冷機構２２が配置され、熱処理部１０内と外部とを熱隔
離することができる。これにより、熱処理部１０内で高
温熱処理を行っている場合に、外部での操作の安全を十
分に確保することが可能となる。

【００２３】ウエハ昇降部３０は、例えば以下のような
構成となる。

【００２４】ウエハ昇降部３０は、吊下げ軸３８を昇降
機構３２により上下動させることにより、ウエハ２８を
面状発熱源１８に対して相対移動させるものであり、こ
れによりウエハ２８の高速熱処理が可能となる。

【００２５】吊下げ軸３８には図２に示すように、吊下
げアーム４０及びウエハ支持部４２が設けられ、これに
よりウエハ２８の吊下げが可能となる。吊下げ軸３８、
吊下げアーム４０、ウエハ支持部４２は、例えば石英、
高純度炭化ケイ素等のように、耐熱性が優れ、かつ、汚
染の少ない材料で構成することが好ましい。特に、高純
度炭化ケイ素は石英よりも耐熱性が優れており、約１２
００℃の高温にも十分耐えることができるので、このよ
うな熱処理装置に使用する材料として好適なものであ
る。

【００２６】吊下げ軸３８には、少なくとも３本以上例
えば図２に示すように４本の吊下げアーム４０が設けら
れている。本実施例で吊下げアーム４０を４本としたの
は、このようにすれば吊下げ軸３８が高速に上下動した
場合にも安定してウエハ２８を支持することが可能とな
るからである。この場合吊下げアーム４０の形状として
は、上方からみた投影面積が最小となり、かつ、吊下げ
アーム４０の強度を十分に確保できる形状例えば図２に
示すような偏平な形状とすることが望ましい。このよう
な形状とすれば、上方にある面状発熱源１８からの輻射
熱及びウエハ２８の上方に設けられたガス導入部６３よ
りダウンフローされるプロセスガスが、吊下げアーム４
０に邪魔されることなく均一にウエハ２８に到達するこ
とが可能となり、かつ、吊下げ軸３８の高速な上下動に
対して吊下げアーム４０の強度を十分に確保できるから
である。吊下げアーム４０の下部にはウエハ支持部４２
が、例えば図２、図３に示すような配置で設けられてい
る。この場合、ウエハ支持部４２の配置位置としては図
３に示すように、極力ウエハ２８を安定支持できる配置
位置であることが望ましい。また吊下げアーム４０とウ
エハ支持部４２の一方の接続位置と、他方の接続位置と
の距離Ａが、ウエハ２８の直径Ｂよりも大きくなるよう
に設定されている。これにより本実施例では、ウエハ２
８を安定支持でき、かつ、搬送アーム４６により、ウエ
ハ支持部４２への、ウエハ２８の搬入が自在となる。

【００２７】ウエハ支持部４２はウエハ２８を支持する
ものであり、例えば図２に示すような段差４４を設ける
ことが望ましい。このような段差４４を設けることによ
り、吊下げ軸３８を高速に上下動させても、ウエハ２８
の動きを防止し、ウエハ２８を安定に支持することが可
能となるからである。またこれにより例えば熱処理装置
に衝撃等が加わった場合にも、ウエハ２８の落下を防止
することも可能となる。なおこのようなウエハ２８の動
きを防止するものとしては、段差形状のものに限らず少
なくともウエハ２８を安定支持できるものであれば例え
ば突起等の形状のものであってもよい。

【００２８】吊下げ軸３８は、昇降アーム３４上に設け
られた例えば回転機構３６に連結させ、この回転機構３
６により回転自在とすることが望ましい。この回転によ
り吊下げ軸３８により吊下げられたウエハ２８を、面状
発熱源１８からの輻射熱、ガス導入部６３からのプロセ
スガスにより、均一に熱処理することが可能となるから
である。

【００２９】昇降アーム３４及びこれと一体となった回
転機構３６、吊下げ軸３８は、昇降機構３２により高速
に上下動することが可能となり、これによりウエハ２８
を高速に熱処理することが可能となる。この場合本実施
例では、この上下動の際にプロセスチューブ１２内を外
気に対して気密とすべく、外管５０と内管５２により構
成される２重管構造のベローズが、昇降アーム３４とフ
ランジ６１との間に気密に設けられている。内管５２
は、例えば炭化ケイ素、テフロン等の耐熱性、耐久性、
耐汚染性、耐食性、耐シール性の優れた材料から構成さ
れることが望ましい。また外管５０は、例えばステンレ
ススチール等の耐久性、耐熱性の優れた材料から構成さ
れることが望ましい。この外管５０は主に、例えば１〜
２年の長期使用後に交換する前に内管５２が破損した場
合の保護用の管としての役割を果たすものである。

【００３０】この外管５０と内管５２との間、及び内管
５２と吊下げ軸３８との間には、例えば窒素、アルゴン
等の不活性な冷却ガスが導入可能となっている。この場
合導入ガスを不活性なものとするのは、仮にこのガスが
プロセスチューブ１２内に進入したとしても、熱処理等
に悪影響を及ばさないようにするためである。

【００３１】内管５２と吊下げ軸３８との間に不活性な
冷却ガスを導入するのは主に、内管５２の腐食、及びこ
れによる破損の防止のためである。つまり内管５２とし
て例えばテフロン等を使用した場合、内管５２と吊下げ
軸３８との間の空間に進入したプロセスガスにより、内
管５２の表面が腐食し、ピンホール等が生じることがあ
る。そしてこのピンホールの発生、及び長期使用による
経時変化により、内管５２が破損してしまうことがあ
る。これを防止すべく本実施例では、内管５２と吊下げ
軸３８との間に不活性な冷却ガスを導入している。更に
このような冷却ガスを導入することにより、外管５０を
冷却することが可能となり、例えば外部で作業をする場
合の安全を確保するためである。なお、これらの不活性
な冷却ガスは、図１に示す位置に配置される第１、第２
のガス導入孔５４、５６より導入され、第１、第２のガ
ス排気孔５８、６０より排気される構成となっている。

【００３２】外管５０、内管５２により構成されるベロ
ーズの下部には、例えば金属等により構成されるフラン
ジ６１が設けられている。そしてこのフランジ６１と、
石英等により形成されるガス導入部６３は、気密部材例
えばＯリング６２等により気密固定される。

【００３３】ガス導入部６３の内壁には、例えば１また
は複数のオリフィス６４を設けることが望ましい。また
プロセスチューブ１２内に導入するプロセスガスは、ガ
ス導入部６３に気密に設けられた第３のガス導入孔６６
より導入され、プロセスチューブ１２の下部に気密に設
けられた第３のガス排気孔６８から排気される。そして
本実施例では以下に述べる方法により、このプロセスガ
スが、内管５２と吊下げ軸３８との間の空間に流れ込む
ことを防止し、これにより内管５２の内壁の腐食を防止
し、また、プロセスガスの外部への漏れを防止してい
る。つまり本実施例では、まず、内管５２と吊下げ軸３
８との間の空間に導入される不活性な冷却ガスの圧力
を、プロセスチューブ１２内のプロセスガスの圧力に対
して常に陽圧になるように同期して制御することによ
り、プロセスガスの流れ込みを防いでいる。更に第２の
ガス導入孔５６から第２の排気孔６０へと不活性な冷却
ガスをの流れを作ることにより、このガスの流れによる
シール効果によりプロセスガスの流れ込みを防止してい
る。つまり、本実施例では、冷却ガスは図１上の上方か
ら下方に流れ、またプロセスガスも図１上の上方から下
方に流れる構造となっているため、プロセスガスは、第
３のガス導入孔６６の上方の空間である内管５２と吊下
げ軸３８との間の空間に、容易に入り込むことができな
いこととなる。更にこの流れ込みの防止を完全とするた
めに、１または複数のオリフィス６４を例えば図１に示
す位置に例えば図１に示す形状で設けることが望まし
い。

【００３４】なおガス導入部６３の構造としては、導入
されるプロセスガスを一定温度に温調すべく、例えば以
下に述べるような図示しない熱交換器をガス導入部６３
内に設けることが望ましい。この熱交換器は、例えばガ
ス導入部６３内の対向する内壁に交互に突起板を形成
し、この突起板上に例えば繊維状の保温部材例えば石英
ウールなどを設けることにより構成される。熱交換器内
には、このような突起板が形成されているため、導入さ
れたプロセスガスは熱交換器内を蛇行して通過すること
となり、この間に、プロセスガスを温調でき、さらに好
ましくはあらかじめ一定温度に保温された石英ウール等
の表面と接触することにより、プロセスガスを一定温度
に温調することもできる。この場合熱交換器内の経路を
蛇行させるのは、プロセスガスを一定温度に保つために
距離をかせぐためであり、また、保温部材を石英ウール
など繊維状のものとするのは、プロセスガスと保温部材
との熱接触面をより広くするためである。なおこの温調
効果を高めるべく、面状発熱源１８の形状としては、例
えば図１に示すようにガス導入部６３を包み込む形状と
することが望ましい。

【００３５】ウエハ搬入出部７０は例えば以下のような
構成となる。

【００３６】ウエハ搬入出部７０は主に、大気に対して
気密状態を保ちながらウエハ２８をウエハ搬入出部７０
に搬入出するための第１のロードロック室８０、第２の
ロードロック室９０、このようにして搬入されたウエハ
２８を熱処理部１０に受け渡すための受渡し室１００に
より構成される。

【００３７】第１のロードロック室８０は、第１、第２
のゲートバルブ８２、８３、搬送アーム８４、第４のガ
ス導入孔８６、第４のガス排気孔８８とを備える。また
第２のロードロック室９０は第３、第４のゲートバルブ
９２、９３、搬送アーム９４第５のガス導入孔９６、第
５のガス排気孔９８とを備える。ゲートバルブ８２、８
３、９２、９３は、装置外部とロードロック室８０、９
０との間で、もしくは、ロードロック室８０、９０と受
渡し室１００との間でウエハ２８を搬入出する際に開
き、気密状態を保持する場合に閉じるという開閉機能を
有するものである。搬送アーム８４、９４は例えば多関
節を有するアームにより構成され、装置外部からロード
ロック室８０、９０へ、またロードロック室８０、９０
から受渡し室１００へとウエハ２８を搬入出する機能を
有する。第４、第５のガス導入孔８６、９６はロードロ
ック室８０、９０の例えばＮ₂ パージを行うものであ
り、また第４、第５のガス排気孔８８、９８はロードロ
ック室８０、９０の例えば真空引きを行うためのもので
ある。

【００３８】受渡し室１００はウエハ２８をプロセスチ
ューブ１２内に受け渡すためのものであり、例えばＮ₂
パージを行うための第６のガス導入孔１０２、例えば真
空引きを行うための第６のガス排気孔１０４とを備え
る。なお石英等で形成されるプロセスチューブ１２とロ
ードロック室８０、９０との接続部は、気密部材例えば
Ｏリング６２により気密固定される。

【００３９】蓋駆動部１１０は例えば以下のような構成
となる。

【００４０】この蓋駆動部１１０は、例えば、蓋１１８
を支持する昇降軸１１６と、この昇降軸１１６が連結固
定される昇降アーム１１４を、昇降機構１１２により上
下動させることにより、プロセスチューブ１２の下端開
口１２ａを蓋１１８により開閉するものである。この場
合蓋１１８は０リング等を用いた完全密封式のものであ
ることが好ましく、これにより、プロセスチューブ１２
内を完全な減圧雰囲気の状態とすることが可能となる。
従って特に減圧下において熱処理を行うもの例えばＣＶ
Ｄ等の熱処理に好適となる。また昇降アーム１１４の上
下動の際に、装置内部と外気とを気密に保つべく、昇降
アーム１１４と受渡し室１００との間には、外管１２
０、内管１２２により構成される二重構造のベローズが
設けられる。この外管１２０、内管１２２を形成する材
料としては、前述した外管５０、内管５２を形成する材
質とほぼ同様のものを使用することができる。また外管
１２０と内管１２２との間には、第７のガス導入孔１２
４、第７のガス排気孔１２６により、例えば不活性な冷
却ガスの導入が可能である。このようにベローズを冷却
ガス導入可能な二重構造とすることにより、内管１２２
の腐食を防止し、プロセスガス等の外気への漏れを防止
し、また外部での操作上の安全を確保すること等が可能
となる。なおこの場合に、外管１２０と内管１２２の間
の圧力は、例えば受渡し室１００内の圧力より高くする
ことが望ましい。このようにすれば、例えば外管１２
０、内管１２２にピンホール等が生じた場合に、装置内
の処理ガスが外部に漏れることを防止できるからであ
る。

【００４１】次に本実施例を用いて熱処理を行う場合の
動作について説明する。

【００４２】まずウエハ２８がウエハ搬入出部７０に搬
入される。この場合、第２のロードロック室９０を用い
て搬入する場合について以下説明する。ウエハ２８を搬
入する場合、まずロードロック室９０内を第５のガス導
入孔９６によりＮ₂ パージすることによりあらかじめ大
気圧と同圧の圧力とすることが望ましい。外気とロード
ロック室内の圧力を同圧にすれば、ゲートバルブ９２が
開いた際に、気体の急激な流れ込みによる塵、ほこりな
どの飛散を防ぐことができるからである。次に第３のゲ
ートバルブ９２が開き、ウエハ２８が搬送アーム９４に
よりロードロック室９０内に搬入される。その後第３の
ゲートバルブ９２が閉じ、第５のガス排気孔９８により
ロードロック室内の真空引きが行われ、次いで第５のガ
ス導入孔９６によりＮ₂ パージが行われる。この際に、
プロセスチューブ１２は主に第３のガス導入孔６６、第
３のガス排気孔６８により、また受渡し室１００は主に
第６のガス導入孔１０２、第６のガス排気孔１０４によ
り、あらかじめ真空引き、Ｎ₂ パージしておくことが望
ましい。そして前記したように、第４のゲートバルブ９
３が開いた際に塵、ほこりが飛散しないように、第２の
ロードロック室９０内の圧力と受渡し室１００内の圧力
とが同圧となるように圧力が調整される。次に第４のゲ
ートバルブ９３が開き、搬送アーム９４によりウエハ２
８が受渡し室１００に搬送される。この際、蓋１１８は
昇降機構１１２により受渡し室１００の最下部に配置し
ておく。またウエハ支持部４２は、昇降機構３２により
受渡し室１００内に配置しておき、搬送されたウエハ２
８をウエハ支持部４２に設けられた段差４４に合わせて
配置する。その後、昇降機構３２、１１２により、ウエ
ハ２８及び蓋１１８を共に上方に移動させ、蓋１１８に
よりプロセスチューブ１２を密閉し、熱処理を開始す
る。この結果、ウエハ２８がプロセスチューブ１２内に
搬入された直後に、蓋１１８を密閉することができる。
なお、本実施例でロードロック室を複数例えば２室設け
たのは、例えば第１のロードロック室８０より搬入され
たウエハをプロセスチューブ１２内で熱処理している間
に、上記した方法によりあらかじめ第２のロードロック
室９０内にウエハを搬入させておき、これにより処理の
スループットを高めるためである。

【００４３】本実施例においては、昇降機構３２により
ウエハ２８を面状発熱源１８に急速に接近させることに
より、ウエハ２８の熱処理を行う。このような熱処理方
法によれば、面状発熱源１８からの放射熱が、ウエハ２
８の処理面にほぼ垂直に向かうようになるため、ウエハ
２８の外径が例えば１２インチと大面積であってもウエ
ハ２８の処理面全体にわたって均一な温度で加熱するこ
とができるからである。また、ウエハ２８の加熱速度は
この接近速度により制御できるため、この接近速度を急
速にすることにより任意の加熱速度での急速熱処理を行
うことが可能となる。更にプロセスガスは、ウエハ２８
の処理面の上方より、完全なダウンフローでウエハ２８
にフローされるため、例えばＣＶＤ等の処理において薄
膜を生成する場合に、ウエハ２８の面内に均一に成膜す
ることが可能となる。

【００４４】この結果本実施例では、まず高速熱処理を
可能とすることにより、５０〜１００オングストローム
のドーピング処理、ゲート酸化膜やキャパシター絶縁膜
などの極薄膜の形成、０．１μｍ以下の浅いＰＮ接合の
形成など種々の熱処理において優れた効果を発揮する。
そしてこのような急速加熱ができるにもかかわらず、ウ
エハ２８の面内での熱分布を均等にできるため、通常面
内での温度分布の不均一によって生じるとされるウエハ
２８のスリップ、歪、反り等が発生しない。更にこの面
内での温度分布の均一性と、プロセスガスがウエハ２８
の処理面に対して完全にダウンフローとなることによ
り、面内での膜厚の均一化、膜質の向上、ステップカバ
レージの向上等が図れることとなる。更に、このような
優れた性能を発揮するにもかかわらず、通常経時変化が
最も激しいとされる駆動部におけるベローズが、プロセ
スガスにより汚染されにくい構造となっているため、長
期間の使用に耐える耐久性の高い熱処理装置を実現でき
ることとなる。更に、本実施例においては、ウエハ２８
を上から吊下げる構造としているため、吊下げ軸３８の
自重等で変形することがないため、更に耐久性、信頼性
の高い装置を実現できることとなる。

【００４５】ウエハ２８の面状発熱源１８に対する接近
速度は、ウエハ２８の処理面での温度上昇が例えば２０
℃／Ｓｅｃ以上、特に１００℃／Ｓｅｃ以上となるよう
な速度であることが望ましい。具体的な接近速度として
は、例えば５０〜２００ｍｍ／Ｓｅｃ以上が好ましい。
また本実施例では、ウエハ２８と面状発熱源１８との最
短離間距離Ｌの設定値を変更することにより、温度の異
なる複数の熱処理を行うことが可能となる。これにより
例えば温度１２００℃程度での高温処理や温度５００℃
程度の低温処理を便宜選択して行うことができ、複合プ
ロセス処理が可能となる。ここで「最短離間距離」と
は、ウエハ２８の接近が停止されて静止した状態でプロ
セス処理されるときの所定位置から面状発熱源１８まで
の距離をいう。

【００４６】なお、ウエハ２８を下方より面状発熱源１
８に接近させてウエハ２８の加熱温度を上昇させる場
合、この最短離間距離Ｌの位置よりもわずかに上方たと
えば１０ｍｍ程度上方の位置にウエハ２８を配置し、ウ
エハ２８の加熱温度が所望の温度に安定した後に、最短
離間距離Ｌの位置にウエハ２８を配置し処理を行うこと
が望ましい。このようにすることで、枚葉式熱処理装置
の技術的課題の一つである処理のスループットをあげる
ことができるからである。

【００４７】以上述べた熱処理が終了したら、昇降機構
３２によりウエハ２８を下降させ、例えばプロセスチュ
ーブ１２の下部に設けられた前述した図示しない冷却機
構によりウエハ２８を冷却する。その後プロセスチュー
ブ１２内をＮ₂ パージし受渡し室１００の圧力と同圧に
した後、蓋１１８、及びウエハ２８を下降させる。その
後、前述した方法と逆の手順を踏むことにより、ウエハ
２８を装置の外部に搬出する。

【００４８】次に本実施例の一変形例について図４に示
す。この変形実施例は主に本実施例の密封式の開閉装置
である蓋駆動部１１０を、シャッター式の開閉装置であ
るシャッター駆動部１３０に置き換えたものである。

【００４９】シャッター駆動部１３０は例えば以下のよ
うに構成される。

【００５０】本変形実施例では熱処理部１０の下端開口
１０ａの下方であって、縦軸方向で異なる複数箇所に複
数段例えば２段の遮熱用シャッター１３２、１３６を有
している。各遮熱用シャッター１３２、１３６は、互い
に異なる方向に水平駆動例えば直線駆動される一対のシ
ャッター板１３２ａ、１３２ｂ及び１３６ａ、１３６ｂ
を有する。

【００５１】各シャッター板１３２ａ、１３２ｂ、１３
６ａ、１３６ｂは、プロセスチューブ１２内の加熱容量
の変化を極小とし一定とするための遮熱機能を有するも
のであり、断熱部材により形成されることが望ましい。
この場合少なくとも上側のシャッターつまり第１の遮熱
用シャッター１３２を構成する一対のシャッター板１３
２ａ、１３２ｂは、温調機能（図示せず）を有する構
造、例えばヒーター等の周辺に石英ウールを充填しこれ
を石英等の断熱部材でモールドした構造とすることが望
ましい。このような構造とすれば、熱処理の際に面状発
熱源１８と、この温調機能を有するシャッターとの間で
の温度勾配を適正にすることができ、更に熱処理の際に
重金属等による汚染を防ぐことができるからである。こ
の場合例えばヒータの温度をセンサー等でフィードバッ
クして例えば８００℃程度にコントロールすることによ
り、温度勾配を適正に保つことができる。下側の第２の
遮熱用シャッター１３６を構成する一対のシャッター板
１３６ａ、１３６ｂは、冷却機能（図示せず）を有する
構造例えば水冷ジャケット等の周辺に石英ウールを充填
しこれを石英等の断熱部材でモールドした構造とするこ
とが望ましい。これにより第２の遮熱用シャッター１３
６の下方の空間を例えば常温等の低い温度領域とするこ
とができる。なおこの場合の冷却手段としては、アンモ
ニア、二硫化イオウ、水等の冷媒を用いることができ、
この冷媒の潜熱を利用して例えば３００〜４００℃の温
度に冷却することが望ましい。

【００５２】第１の遮熱用シャッター１３２を構成する
一対のシャッター板１３２ａ、１３２ｂは、図５（Ａ）
に示すようにその先端部に、例えば半円形状の切り欠き
部３９が形成されている。そして一対のシャッター板１
３２ａ、１３２ｂは図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように３
種の状態を実現できる。図５（Ａ）は開放状態を示して
いる。また一対のシャッター板１３２ａ、１３２ｂを、
図５（Ｂ）に示すように、中心位置を越えて互いにオー
バードライブすることで、閉鎖状態を実現できる。この
場合オーバードライブした状態で、上方にあるシャッタ
ー板１３２ａと下方にあるシャッター板１３２ｂとは、
互いになるべく近接していることが望ましい。またシャ
ッター板１３２ａと１３２ｂの先端部が、共に中心位置
より僅かにオーバードライブした状態にある図５（Ｃ）
の閉鎖状態では、吊下げ軸３８が自在に挿通できるよう
な円形空間が、２つの切り欠き部３９により形成され
る。なお第２の遮熱用シャッター１３６も以上述べた一
対のシャッター板１３２ａ、１３２ｂの構成と全く同様
な一対のシャッター板１３６ａとシャッター板１３６ｂ
とを有している。

【００５３】シャッター板１３２ａ、１３２ｂ、１３６
ａ、１３６ｂはシリンダーロッド１４２に連結固定され
ている。このシリンダーロッド１４２は、図示しない駆
動機構例えばエアーシリンダー等により水平方向に自在
に駆動され、これにより、第１の遮熱用シャッター１３
２と第２の遮熱用シャッター１３６の開閉の制御が可能
となる。このシリンダーロッド１４２とフランジ１４３
との間には、シャッターの開閉の際に外気に対して装置
の内部を気密に保つべくベローズ１４０が気密に設けら
れている。この場合ベローズ１４０の構造としては、後
述するような外管と内管とを有する二重構造とすること
が望ましい。更にこの外管と内管の間には、不活性な冷
却ガスを充填して、ベローズの耐久性、耐腐食性、安全
性を高める構造とすることが望ましい。

【００５４】シャッター板１３２ｂで構成されるシャッ
ター機構と、シャッター板１３６ｂとで構成されるシャ
ッター機構との中間部には、例えば第２のガス導入孔１
４４が設けられる。またシャッター板１３２ａで構成さ
れるシャッター機構と、シャッター板１３６ａとで構成
されるシャッター機構との中間部には、例えば第２のガ
ス排気孔１４６が設けられる。この第２のガス導入孔１
４４、第２のガス排気孔１４６は主に、第１の遮熱用シ
ャッター１３２と、第２の遮熱用シャッター１３６とが
例えば共に図５（Ｂ）の状態の時に、これらの上下のシ
ャッターの間の空間であるシャッター間スペース１４８
の真空引き及びＮ₂ パージ等を行うためのものである。

【００５５】以上のように構成されるシャッター駆動部
１３０を有する図４に示す変形実施例の動作について、
図６〜図１０を用いて以下に説明する。

【００５６】まず前述した第１の実施例と同様の方法に
より、ロードロック室８０、９０にウエハ２８を搬入し
ておく。またプロセスチューブ１２、シャッター間スペ
ース１４８、受渡し室１００を、それぞれガス導入孔６
６、１４４、１０２、ガス排気孔６８、１４６、１０４
により真空引きし，Ｎ₂ パージし、ロードロック室と同
圧の気圧としておく。またウエハ支持部４２を吊下げ軸
３８により受渡し室１００内に配置しておく。この状態
で図６に示すように、例えば第４のゲートバルブ９３を
開き、ウエハ２８を、搬送アーム９４を用いてウエハ支
持部４２に搬出し、載置する。この場合一対のシャッタ
ー板１３２ａと１３２ｂ及び一対のシャッター板１３６
ａと１３６ｂは共に図５の（Ｃ）の状態となっており、
吊下げ軸３８が挿通可能となっている。

【００５７】次に図７に示すように一対のシャッター板
１３６ａ、１３６ｂを、図５の（Ａ）の状態になるよう
に開く。この状態で、シャッター板１３２ａ、１３２ｂ
に内蔵されるヒーターにより、シャッター板１３２ａ、
１３２ｂの昇温を開始する。

【００５８】次に吊下げ軸３８により、ウエハ２８を上
昇させウエハ２８をシャッター間スペース１４８に配置
する。その後図８に示すように一対のシャッター板１３
６ａ、１３６ｂを図５の（Ｂ）の状態になるように閉じ
る。

【００５９】次に図９に示すように、一対のシャッター
板１３２ａ、１３２ｂを図５の（Ａ）の状態になるよう
に開く。そして図１０に示すように吊下げ軸３８により
ウエハ２８を上昇させ、プロセスチューブ１２内に搬入
した後、一対のシャッター板１３２ａ、１３２ｂを図５
の（Ｂ）の状態になるように閉じる。

【００６０】このように本変形実施例によれば、ウエハ
２８の搬入の際に、上側の第１の遮熱用シャッター１３
２、下側の第２の遮熱用シャッター１３６の少なくとも
いずれか一方が閉じた状態となっているため、熱遮断が
可能となり、プロセスチューブ１２の熱容量が一定のま
まで、ウエハ２８の搬入ができることとなる。

【００６１】このようにしてウエハ２８をプロセスチュ
ーブ１２内に搬入した後、前述した方法により、ウエハ
２８の各種の熱処理を行う。このウエハ２８の熱処理が
終了したら、前記した方法の逆の手順を踏むことによ
り、ウエハ２８を受渡し室１００に戻す。最後に受渡し
室１００よりウエハ２８を装置の外部に搬出し、次に例
えば第１のロードロック室８０にあらかじめ載置された
ウエハ２８を受渡し室１００に搬入して、前記した方法
と同様の手順によりウエハ２８をプロセスチューブ１２
に搬入して熱処理を行う。

【００６２】以上述べたように本変形実施例では、ウエ
ハ２８の搬入出の際にも、プロセスチューブ１２と受渡
し室１００の間を完全な遮熱構造とすることが可能とな
る。従ってプロセスチューブ１２内の加熱容量を極小
に、また常時一定とすることが可能となる。これによ
り、例えば一度プロセスチューブ１２内に一定の適正な
温度勾配を形成した後、処理するウエハ２８を入れ換え
ても、この形成された温度勾配を元に戻す時間及び必要
とするエネルギーを最小とすることが可能となる。これ
により例えば枚葉式熱処理炉の大きな技術的課題とされ
る処理のスループットあげることができ、更に、装置の
ローパワー化を図ることも可能となる。

【００６３】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が
可能である。

【００６４】例えば、本発明は必ずしも面状発熱源を用
いた枝葉式処理にのみ適用されるものに限らず、プロセ
スチューブ周囲にヒータを有し、かつ、ボートに多数の
被処理体を搭載して処理するバッチ熱処理装置にも適用
できる。

【００６５】また、プロセスチューブ１２を密閉する機
構としては、上記したものに限られるものではなく、例
えば水平方向に自在に移動可能なスイング式の密封式の
シャッターを用いることもできる。

【００６６】また本実施例では、プロセスガス導入部６
３と、ウエハ昇降部３０とを共用する構成としたが、本
発明はこのような構造に限られるものではなく、例え
ば、プロセスガスの導入孔をノズル形状として、プロセ
スチューブ１２の下部もしくは側面よりプロセスガスを
導入して、ウエハ２８にフローする構造としてもよい。
更に、例えばプロセスチューブを二重構造として、これ
によりプロセスガスを導入する構造としてもよい。

【００６７】また本発明に係る装置により処理する被処
理体としては、少なくとも面状形状の被処理体であれば
よく、半導体ウエハ以外にも例えばＬＣＤ等であっても
よい。また本発明が適用される熱処理としては、ＣＶＤ
等以外にも例えば酸化、拡散、アニール等にも適用でき
るのはもちろんである。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、縦
型熱処理炉内に被処理体を搬入直後に、その下端開口を
気密に閉鎖でき、その閉鎖後に被処理体を炉内で移動さ
せることができる。

【００６９】さらに本発明によれば、縦型熱処理炉の下
端開口の下方に複数段の遮熱用シャッターを儲け、被処
理体の搬入出時にいずれか１つの遮熱用シャッターを閉
鎖させることができ、処理空間の加熱容量の変化を極小
とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した装置を説明するための概略説
明図である。

【図２】吊下げアーム、ウエハ支持部の形状を説明する
ための概略斜視図である。

【図３】ウエハ支持部の配置の一例を説明するための概
略説明図である。

【図４】本実施例の一変形例である装置を説明するため
の概略説明図である。

【図５】図４の装置におけるシャッターの形状及び開閉
状態を説明するための概略説明図である。

【図６】図４の装置でウエハを受渡し室に搬入した状態
を示す概略動作説明図である。

【図７】図６の状態から下側のシャッターを開いた状態
を示す概略動作説明図である。

【図８】図７の状態からウエハをシャッター間スペース
に搬入し下側のシャッターを閉じてた状態を示す概略動
作説明図である。

【図９】図８の状態から上側のシャッターを開いた状態
を示す概略動作説明図である。

【図１０】図９の状態からウエハを熱処理装置内に搬入
して上側のシャッターを閉じた状態を示す概略動作説明
図である。

【符号の説明】

１０ 熱処理部 １２ 熱処理装置 １４ 断熱部材 １６ 均熱部材 １８ 面状発熱源 ２８ ウエハ ３０ ウエハ昇降部 ３８ 吊下げ軸 ４０ 吊下げアーム ４２ ウエハ支持部 ５０ 外管 ５２ 内管 ５４ 第１のガス導入孔 ５６ 第２のガス導入孔 ５８ 第１のガス排気孔 ６０ 第２のガス排気孔 ６６ 第３のガス導入孔 ６８ 第３のガス排気孔 ７０ ウエハ搬入出部 ８０ 第１のロードロック室 ９０ 第２のロードロック室 １００ 受渡し室 １１０ 蓋駆動部 １１８ 蓋 １３０ シャッター駆動部 １３２ 第１の遮熱用シャッター １３２ａ シャッター板 １３２ｂ シャッター板 １３６ 第２の遮熱用シャッター １３６ａ シャッター板 １３６ｂ シャッター板 １４８ シャッター間スペース

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 縦型熱処理炉内にて被処理体を熱処理す
   る熱処理装置において、 前記縦型熱処理炉の上端と連通して鉛直上方に伸びる案
   内管と、 この案内管に沿って昇降する軸部及びこの軸部の下端に
   設けられた被処理体支持部から成り、前記軸部の昇降に
   より前記被処理体を前記縦型熱処理装置内に設定し、か
   つ、前記縦型熱処理炉の下端開口より前記被処理体を搬
   入出する被処理体駆動部と、 前記被処理体が前記縦型熱処理炉内に搬入された後に前
   記下端開口を気密に密閉する蓋部材と、 を有することを特徴とする熱処理装置。
2. 【請求項２】 縦型熱処理炉内にて被処理体を熱処理す
   る熱処理装置において、 前記縦型熱処理炉の上端と連通して鉛直上方に伸びる案
   内管と、 この案内管に沿って昇降する軸部及びこの軸部の下端に
   設けられた被処理体支持部から成り、前記軸部の昇降に
   より前記被処理体を前記縦型熱処理炉内に設定し、か
   つ、前記縦型熱処理炉の下端開口より前記被処理体を搬
   入出する被処理体駆動部と、 前記縦型熱処理炉の下端開口の下方に気密室を配置し、
   かつ、この気密室内であって前記下端開口と対向する領
   域にて開閉する、縦軸方向で異なる複数箇所に設けられ
   た複数段の遮熱用シャッターと、 を有し、前記被処理体の搬入出時に少なくともいずれか
   一つの前記遮熱用シャッターが、前記下端開口と対向す
   る領域にて閉鎖状態に設定されることを特徴とする熱処
   理装置。
3. 【請求項３】 請求項２において前記各遮熱用シャッタ
   ーは、互いに異なる方向に水平駆動される一対のシャッ
   ター板で構成され、かつ、一対のシャッター板の対向端
   部に前記軸部を挿通できる切り欠き部を有することを特
   徴とする熱処理装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかにおいて前記
   軸部を昇降する昇降部と、前記案内管の上端との間に、
   伸縮自在な蛇腹状管体を連結し、かつ、前記昇降部側よ
   り導入され前記蛇腹状管体内を通って前記案内管の上端
   付近より排気される不活性ガス流を形成したことを特徴
   とする熱処理装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかにおいて、 前記案内管をプロセスガス導入管として兼用したことを
   特徴とする熱処理装置。
6. 【請求項６】 請求項５において前記、縦型熱処理炉の
   上端と対向する上方には、前記案内管を避けた位置に面
   状発熱源が配置され、かつ、前記プロセスガス導入管と
   して兼用される案内管途中には、その内壁より内方に突
   出してプロセスガス流路を延長する突出部が設けられ、
   前記面状発熱源からの熱量を利用して前記プロセスガス
   を温調することを特徴とする熱処理装置。