JPH06252074A

JPH06252074A - 半導体熱処理装置

Info

Publication number: JPH06252074A
Application number: JP6301993A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kimura; 博至木村
Original assignee: Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Priority date: 1993-02-26
Filing date: 1993-02-26
Publication date: 1994-09-09
Anticipated expiration: 2013-12-16
Also published as: JP2837333B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】本発明は、前記蓋状体を大口径薄肉化した場合
においても、断熱性、軽量性とともに十分なる強度性を
確保し得る半導体熱処理装置を提供する事を目的とす
る。【構成】上面が開口された炉心管と該炉心管の上面開口
部を閉塞する蓋状体１０を含む半導体熱処理装置におい
て、前記蓋状体１０の少なくとも表層部を除く内部を、
減圧独立気泡からなる非晶質の高純度石英ガラス発泡体
１１により構成したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炉心管中で半導体ウエ
ーハ等の被処理物を熱処理する半導体熱処理装置に係
り、特に上面が開口された炉心管と該炉心管の上面開口
部を閉塞する蓋状体を含む半導体熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より図８に示すようにヒータ５２が
周囲に囲繞される炉心管５０の上面を開口し、該上面よ
り熱処理用のウエーハを搭載したボート５３を出し入れ
するように構成した半導体熱処理装置は公知である。こ
の種の炉心管５０は炉内処理熱の外部拡散を防止するた
めに断熱性を有する蓋状体５５により前記炉心管５０開
口を閉塞すると共に、ウエハボート５３と連設されるボ
ートローダ５４の連設棒５４ａの一部に蓋状体５５開閉
用の支持輪５４ｂを設け、該支持輪に前記蓋状体５５を
係合可能に構成し、ウエハボート５３を出し入れを行な
うためのボートローダ５４の昇降動作に追従して蓋状体
５５の開閉を行なうように構成している。そしてこの種
の蓋状体５５は前記炉内温度に耐えるための耐熱性、炉
内処理熱の外部拡散を防止するための断熱性を確保する
ために、石英ガラス枠５５ａ中に石英ガラスウール５５
ｂを充填し、内部を減圧して封止したものが使用され、
そして更に近年においては、その半面、ウエハの大型化
による炉心管５０の大口径化に伴い、使用される蓋状体
５５の径も大きくせざるを得ず、一方前記ボートローダ
５４の昇降動作に追従して蓋状体５５の開閉を行なうた
めの軽量性確保と、ウエーハの実質的な処理容積を確保
するために、蓋状体５５の薄肉化が要求されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記減
圧下で石英ガラスウールを充填させた従来の蓋状体５５
構成では、該蓋状体５５を薄肉化した場合断熱性が低下
してしまう。又炉心管５０の大口径化に伴い、前記蓋状
体５５を大口径化し且つ薄肉化した場合内部を減圧して
いる従来の蓋状体５５では、大気圧による圧力破壊が問
題になり、大径化が困難であった。そのため、蓋状体５
５の内部に複数本の支持梁を設け大気圧に耐え得る構造
にすることも試みられたが、薄肉化が要求される蓋状体
５５の内部に、支持梁を形成することは加工上極めて困
難である。このため大口径薄肉化した蓋状体５５の場
合、蓋状体５５内部を大気と連通構造とし大気圧による
影響を排除したものが利用されたが、蓋状体５５内部を
減圧したものに比較して内部の大気が熱を伝導し、炉内
温度の保温性、断熱性に劣り、而も洗浄しにくい問題が
あった。

【０００４】本発明は、かかる技術的課題に鑑み、前記
蓋状体を大口径薄肉化した場合においても、断熱性、軽
量性とともに十分なる強度性を確保し得る半導体熱処理
装置を提供する事を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる技術的課
題を達成するために、前記蓋状体全体若しくは表層部を
除く内部を、独立気泡、好ましくは減圧独立気泡からな
る非晶質の高純度石英ガラス発泡体により構成したこと
を特徴とする物である。この場合前記発泡体は、その密
度が０．１〜１．０ｇ／ｃｍ³で、且つ気泡の５０％以
上が３００〜３０００μｍ径の独立気泡からなる発泡体
で形成するのがよい。そして前記発泡体は、Ｎａ、Ｋ、
Ｌｉ、Ｃｕ、Ｂ、Ｃａ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｅの含有金属不
純物量は、それぞれ０．５ｐｐｍ以下であるように形成
するのがよい。前記発泡体は、ＯＨ基が１００ｐｐｍ以
下、含有窒素濃度が０．０１ｗｔ％以上に形成するのが
よい。

【０００６】

【作用】かかる技術手段によれば、蓋状体を細かいセル
構造の減圧独立気泡からなる石英ガラス発泡体により構
成してあるため、大気圧による負荷が印加された場合で
も該発泡体全面でこれを受圧する事が出来、結果として
該蓋状体を大口径薄肉化した場合においても十分なる強
度性を確保できる。又、独立した減圧気泡空間により熱
の伝導及び輻射による熱の移動を効率よく遮断できるの
で、蓋状体の厚さを薄くした場合においても十分なる断
熱性を維持出来、而も独立気泡で形成されているために
極めて軽量であり、大口径化薄肉化を容易に達成し得
る。この場合前記発泡体は、その密度が０．１〜１．
０ｇ／ｃｍ³で、且つ気泡の５０％以上が３００〜３０
００μｍ径の独立気泡からなる発泡体で形成することに
より軽量化と共に、熱の伝導及び輻射による熱の移動を
効率よく遮断できる。また、独立気泡であるために処理
ガスが気泡内に侵入する事なく、而も非晶質で且つ高純
度である為に、石英ガラスの結晶化が促進される事なく
いわゆる失透、マイクロクラック及びこれに起因する発
塵が生じることなく高断熱性とともに、長寿命化をはか
れる。

【０００７】この場合、石英ガラスの結晶化の促進に寄
与しやすい含有金属不純物、例えばＮａ、Ｋ、Ｌｉ、Ｃ
ｕ、Ｂ、Ｃａ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｅの含有金属不純物量が
それぞれ０．５ｐｐｍ以下に抑えるのが好ましい。そし
てＯＨ基を１００ｐｐｍ以下に、更に含有窒素濃度を
０．０１ｗｔ％以上にする事により、一層の耐熱性の向
上が図られ本発明の蓋状体が繰り返し高温に昇温されて
も、変形等が発生することなく、一層の長寿命化をはか
れる。而も軽量にしてそれ自体が全体として大気圧を受
圧する構成の為に厚みの薄く且つ大口径の蓋状体１０を
得ることが出来、より具体的には厚さｈをｈ≦Ｄ×
０．２内に抑える事が出来、而も本蓋状体は前記したよ
うに断熱性能が高いために薄肉化しても温度傾斜がなく
これにより炉心管の実効容積の一層の増大が可能とな
る。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の好適な実施例
を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載され
ている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等
は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲を
それに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎな
い。先ず本発明の要部である蓋状体１０の製造方法につ
いて説明する。蓋状体１０内に充填される発泡体１１
は、先ず蓋状体１０外形を形成する外枠１２内径より若
干大きな径で且つ背丈のみが大なるカーボン製ルツボ内
に、あらかじめほとんどの金属不純物が、０．５ｐｐｍ
以下である熱気相法高純度合成石英ガラス微粉を８００
℃のアンモニアガス＋窒素ガス雰囲気内で４時間程度熱
処理した石英ガラス微粉を充填し、１０^-2Ｔｏｒの減圧
雰囲気で１６５０〜１７００℃にて１２０分加熱処理し
石英ガラス微粉を融着発泡させ、これにより内部に多数
の独立気泡を有する石英ガラス発泡体１１を得る。

【０００９】次に前記発泡体１１を収納する外枠１２を
高純度の石英ガラス板を用いて図１（Ａ）に示すように
前記発泡体１１を収納するために円筒リング凹部を有
し、上面が開放された前記外枠容器１２ｂと、該容器１
２ｂ上面を閉塞する円板状の蓋部１２ａから形成し、且
つ前記発泡体１１を前記外枠容器１２ｂの内径寸法にあ
わせて（Ｂ）に示すような形状に切削した高純度石英発
泡体１１を用意し、ついで、（Ｃ）に示すように、前記
外枠１２に発泡体１１を隙間充填用の高純度石英ガラス
粉１３を介して収納させた状態で、カーボン枠１５内に
石英結晶粉１４を充填し、且つ上部より適当の錘り１６
をして、１６５０℃×１０ｍｉｎ、減圧（１０^-2Ｔｏ
ｒ）下で熱処理を行なうと、前記外枠１２と発泡体１１
と隙間充填用ガラス粉１３は一体化される。その後前記
外枠１２の容器1２ｂの縁と蓋１２ａの縁とを高純度石
英ガラスを用いて肉盛り１７溶接すれば所要の独立気泡
からなる高純度石英ガラス発泡体１１が内包一体化され
たる蓋状体１０を得ることが出来る。（実施例１）尚、
図３に示す形状に切削した発泡体１１の表面を酸素水素
ガスバーナーにより焼いて溶融透明化することにより、
表層２０ａが薄膜透明化された蓋状体２０を形成出来
る。（以下実施例２という）尚、前記発泡体１１の、重
量及びその見かけ体積から見かけ密度を、見かけ密度と
液体に浸漬した時の重量増から内部の全微小空間にしめ
る連通気孔率（体積比）を求め、さらにＩＣＰ法分析等
により、各金属不純物の濃度を、ＦＴ−ＩＲによる拡散
反射スペクトル法により、ＯＨ基含有量を調べた所、密
度は０．１〜１．０ｇ／ｃｍ³で、気泡の５０％以上
が３００〜３０００μｍ径の独立気泡でＮａ、Ｋ、Ｌ
ｉ、Ｃｕ、Ｂ、Ｃａ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｅ、Ａｌ等の含有
金属不純物量が、それぞれ０．５ｐｐｍ以下で、ＯＨ基
が１０ｐｐｍ以下、含有窒素濃度が０．０２ｗｔ％の非
晶体で構成されていた。

【００１０】そしてかかる実施例１に示す蓋状体１０は
図２に示すように、炉芯管５０の上部開口部に内装して
熱の外部拡散を防止して熱遮断ができるようにした円筒
部周囲に設けた鍔部１０ａを、装着時に炉芯管開口部フ
ランジ５０ａに当接支持されるように構成するととも
に、中心部にウエハボート５３出し入れ用のボートロー
ダ５４の連設棒５４ａが嵌挿される中心貫通孔１０ｂを
設ける。図３は第２実施例を用いた場合の半導体熱処理
装置の要部構成を示し、この場合蓋状体１０は表層２０
ａが薄膜透明化された発泡体１１自体で蓋状体１０を構
成しているために、前記第１実施例に比較して一層の軽
量化が達成される。この場合前記発泡体１１をボートロ
ーダ５４より取外しを容易にするために、横方向よりボ
ートローダ５４に嵌合可能に図５に示すように切り割り
部２１を設ける構成にしてもよい。

【００１１】図４は洗浄の容易化を図った他の実施例で
前記第１実施例の様に外枠３２と発泡体３１を一体化せ
ずに別体構成とし、そして発泡体３１は円筒リング状に
形成し、一方外枠３２は前記発泡体３１を収納するため
に円筒リング凹部を有し、上面が開放された前記外枠容
器３３と、該容器３３上面を閉塞する円板状の蓋部３４
からなり、前記容器３３はその鍔部３３ａにＯリング３
６を介装し、両者間を気密的にシール且つ分割可能に構
成する。そして必要に応じ前記蓋部３４に脱気孔３５を
設け、前記発泡体３１収納部を減圧封止する事が出来
る。かかる実施例によれば処理ガスによる反応生成物に
より蓋状体３０が汚染された場合は、発泡体３１のみを
新規交換して外枠３２の洗浄により繰り返しの再使用が
容易である。このように構成された蓋状体、例えば第２
実施例に示す蓋状体２０を、例えば図６に示すような寸
法の蓋状体１０に形成し、即ち外径φＤに対し、厚さが
外径Ｄの２０％以下の大口径にも対応できる薄型蓋状体
１０としての構成した後、常温と１２００℃の間におい
て昇温を３０℃／ｍｉｎで、降温は放冷で、昇降温を大
気圧下で約１００回繰り返し、前記蓋状体１０の状態を
観察したが、変形やマイクロクラックは全く見られず優
れた耐久性があることが証明された。

【００１２】つぎに、比較実験の為に、前記実施例２よ
り低純度の天然石英ガラス微粉に微量のカーボン粉と酸
化剤を混ぜて１５００℃の大気雰囲気内で熱処理し、見
かけ密度０．５ｇ／ｃｍ³ であり、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉ、Ｃ
ａ、Ｎｉ、Ｆｅがそれぞれ約２ｐｐｍ、Ａ１が約５０ｐ
ｐｍ、Ｃｕ、Ｂ、Ｃｅがそれぞれ１ｐｐｍ以下の含有濃
度であり、含有ＯＨ基が１１０ｐｐｍ以下で、含有窒素
が、０．０１ｗｔ％未満ある石英ガラス発泡体１１から
なる低純度の蓋状体を得た。得られた蓋状体を実施例２
と同様に常温と１２００℃の間において昇降温を３０℃
／ｍｉｎで、降温は放冷で、昇降温を約１００回繰り返
し、前記蓋状体の状態を観察したところ、外縁部が大き
く陥没変形し、さらに高熱と対面する表面にマイクロク
ラックや剥離による発塵が観察された。次に比較例の繰
り返し試験後の多孔質体の一部を剥し、Ｘ線回析法で調
査したところ、結晶質のクリストバライトが検出され、
耐久性低下に結晶化が悪影響を及ぼしていることがわか
った。

【００１３】従って本実施例の蓋状体１０、２０、３０
は、図９に示すように、石英ガラス薄膜３１ｂが縦横に
張りめぐらせられて該薄膜３１ｂにより気密封止された
減圧独立気泡３１ａよりなるセル構造の構造体の発泡体
３１で形成されているため、気圧の変動に対する対応性
が高く大気圧で破損することがない。また、減圧された
独立気泡３１ａのため、熱伝導による熱の移動を遮断す
る。即ち多数の独立気泡からなる前記構成により発泡体
３１に入射した輻射熱は乱反射により、入射方向ないし
その側方へ反射されるため、輻射による熱の移動も効率
よく遮断できる。図７は本発明の第４の実施例で、前記
発泡体４０を内包した蓋状体４１は必ずしも炉心管５０
フランジ部を閉塞する石英ガラス円板に直接固定されな
くても石英ガラススペーサ４２を介して固定するように
してもよい。

【００１４】

【発明の効果】以上記載した如く本発明によれば、軽量
性及び耐熱性維持のため石英ガラス独立気泡の発泡体で
構成し、断熱性アップのため前記気泡を減圧下で構成
し、また輻射熱遮断のため所定口径と密度の独立気泡で
構成し、而も減圧独立気泡により圧力変化にも耐え大気
圧の受圧によっても破損されない薄型且つ大口径の蓋状
体を得ることが出来る。等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の蓋状体の製造手順を示
し、（Ａ）は外枠、（Ｂ）は該外枠に組込む発泡体、
（Ｃ）は両者を一体化するための熱処理部、（Ｄ）はそ
の出来上がりの状況を示す。

【図２】前記蓋状体を炉芯管開口部に取り付けた半導体
熱処理装置の要部構成図である。

【図３】第２実施例にかかる蓋状体を炉芯管開口部に取
り付けた蓋状体を半導体熱処理装置の要部構成図であ
る。

【図４】第３実施例にかかる蓋状体を炉芯管開口部に取
り付けた蓋状体を半導体熱処理装置の要部構成図であ
る。

【図５】第２実施例の蓋状体の変形例を示す斜視図であ
る。

【図６】図３の蓋状体の寸法を示す作用図である。

【図７】第４実施例にかかる蓋状体を炉芯管開口部に取
り付けた蓋状体を半導体熱処理装置の要部構成図であ
る。

【図８】従来の縦型熱処理炉に使用する蓋状体と使用状
況を示す縦断面図である。

【図９】本発明に用いる発泡体の拡大断面図である。

【符号の説明】

１２外枠３２外枠１１発泡体２１発泡体３１発泡体１０蓋状体２０蓋状体３０蓋状体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上面が開口された炉心管と該炉心管の上
面開口部を閉塞する蓋状体を含む半導体熱処理装置にお
いて、前記蓋状体の少なくとも表層部を除く内部を、減圧独立
気泡からなる非晶質の高純度石英ガラス発泡体により構
成したことを特徴とする半導体熱処理装置。
【請求項２】前記発泡体の密度が０．１〜１．０ｇ
／ｃｍ³で、且つ気泡の５０％以上が３００〜３０００
μｍ径の独立気泡からなる発泡体である請求項１記載の
半導体熱処理装置。
【請求項３】前記発泡体中の、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉ、Ｃ
ｕ、Ｂ、Ｃａ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｅの含有金属不純物量
が、それぞれ０．５ｐｐｍ以下である請求項１記載の半
導体熱処理装置。
【請求項４】前記発泡体中のＯＨ基が１００ｐｐｍ以
下で且つ含有窒素濃度が０．０１ｗｔ％以上である請求
項１記載の半導体熱処理装置。
【請求項５】前記蓋状体を、外径φＤに対し、厚さが
外径Ｄの２０％以下の薄型蓋状体として構成した事を特
徴とする請求項１記載の半導体熱処理装置。