JPH0851083A - 縦型熱処理炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 炉内でウエーハーボートが傾くことがない、
長期に亘って安定した半導体ウエーハの熱処理を可能に
する縦型熱処理炉を提供する。 【構成】 本発明の縦型熱処理炉は、縦型の炉芯管１
と、これを加熱する加熱体２と、ウエーハボート３を載
置する保持治具４と、このウエーハボート３を炉内に挿
入する駆動部材５と昇降装置６からなり、前記保持治具
４は、駆動部材５によりウエーハボート３を炉内に挿入
した際に、炉高温部外に露出した下部に微細気泡入り石
英ガラス層７を形成した構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエーハの熱処
理に用いられる縦型の熱処理炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の縦型熱処理炉を用いた半導体ウエ
ーハの熱処理について、図２の模式図を用いて説明す
る。上記縦型熱処理炉は、縦型の炉芯管１１とこれを加
熱する加熱体１２と、ウエーハボート１３を載置する円
筒状ウエーハボートの保持治具１４と、ウエーハボート
１３を押し上げて炉芯管内に挿入する駆動部材１５と昇
降装置１６からなり、上記保持治具１４には、複数の半
導体ウエーハＷを積載したウエーハボート１３が載置さ
れ、保持治具１４は、その下端縁を形成するフランジ１
８で昇降装置１６に連結した駆動部材１５にゴムパッキ
ン１９等の部材を介して固定される。

【０００３】熱処理にあたっては、半導体ウエーハＷを
積載したウエーハボート１３は、加熱体１２により高温
にされた炉心管１１の中に、駆動部材１５の移動によっ
て該炉心管１１の下方開口部より押し上げられて挿入さ
れ、この状態で熱処理が行なわれる。熱処理時間中は、
保持治具１４の上端部は炉芯管内の高温部１０にあり、
下部は炉芯管等の高温部１０外にある状態が保持され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような縦型熱処理
炉を用いた半導体ウエーハ熱処理方式において、熱処理
時間中は、ウエーハボートの保持治具１４の下部は、常
時、縦型炉の高温部１０外に露出していてほぼ室温と同
じであるのにもかかわらず、保持治具１４下端のフラン
ジ１８に当接するゴムパッキン１９等の部材が予想を超
えたスピードで熱的劣化を引き起こして、ウエーハボー
ト１３が傾斜するので、適宜ゴムパッキン１９等の部材
を交換しなければならない。

【０００５】この交換作業は、高度のクリーン度を維持
している縦型炉の直下で行なわなければならないので、
クリーン度低下のための準備、パッキンの交換、クリー
ン度の回復という一連の作業を必要とするため生産性を
著しく阻害する。

【０００６】本発明者らは、前記部材の熱的劣化の原因
について検討した結果、熱処理中の炉内で発生した赤外
線輻射は、透明石英ガラス製のウエーハボート保持治具
の上端高温部から保持治具内を内面全反射を繰り返しな
がら下端面に達すること、そして、空気に接した面のよ
うに全反射する部分では、赤外線の吸収がないため発熱
することはないが、保持治具の下端のゴムパッキンとの
当接面では、内面全反射が起こらずゴムパッキン及びそ
の周囲に赤外線輻射が吸収されて発熱し、これがゴムパ
ッキン等の部材の熱的劣化を促進していることを究明し
た。

【０００７】本発明は、上記の点に鑑み、熱処理中に炉
内で発生した赤外線輻射が、ウエーハボート保持治具の
下端縁に当接するゴムパッキン等の部材に吸収されるこ
とのない手段を該保持治具に付与して、上記部材の耐久
性を向上させて、長期に亘って安定した半導体ウエーハ
の熱処理を可能にする縦型熱処理炉を提供することを課
題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、炉芯管とこれを加熱する加熱体と、ウエ
ーハボートを載置する保持治具と、ウエーハボートを炉
芯管内に挿入する駆動部材と昇降装置で構成させた縦型
熱処理炉の前記保持治具に、駆動部材によりウエーハボ
ートを炉芯管内に挿入した際に、炉高温部外に露出した
下部に、融着一体化した微細気泡入りの半透明石英ガラ
ス層を形成するという技術的手段を講じている。

【０００９】本発明の縦型熱処理炉に用いられる炉芯
管、加熱体、駆動部材及び昇降装置は、従来の縦型熱処
理炉に使用されているものを採用できる。また、上記縦
型熱処理炉のウエーハボートの保持治具は、その下部に
融着一体化した微細気泡入り半透明石英ガラス層が形成
される。このウエーハボートの保持治具の下部は、上記
から理解されるように、この保持治具が駆動部材の移動
によりウエーハを載置したウエーハボートを炉芯管内に
押し上げた状態で、炉高温部より下側に露出している部
分である。

【００１０】微細気泡入り石英ガラス層とする部分は、
ウエーハボートの保持治具の少なくともこの露出部に形
成する必要がある。これは、一般に、保持治具の上部は
炉内に挿入されて高温となり、熱処理中に不純物が表面
より浸透するので、適宜表面層をエッチングによって洗
浄しなければならないが、この部分に気泡があるとエッ
チングによって開気孔となり、ここに取り込まれた不純
物を除去することがさらに困難になってしまうからであ
る。

【００１１】これに対して、本発明に係るウエーハボー
ドの保持治具のように、下部に微細気泡入り半透明石英
層を形成しても、この半透明石英層は、高温に加熱され
ることがないため、開気孔に汚染が取り込まれる心配は
ない。

【００１２】なお、本発明のウエーハボートの保持治具
では、従来のようにゴムパッキンに吸収されてこれを加
熱していた赤外線輻射が微細気泡入り半透明石英ガラス
層中で散乱吸収されて発熱するので、この部分は従来例
のように室温と等しいわけにはゆかず２００℃以上にな
るが、この部分の遮蔽効果により、保持治具下端縁部の
耐熱性の低いゴムパッキン等の部材は室温と同様に保つ
ことが出来るので、劣化は殆ど進行しない。

【００１３】上記微細気泡入り半透明石英ガラス層にお
ける気泡は、例えば径が１５〜１０００μｍの球状もし
くは楕円球が好適で、この範囲より小さいと製造が困難
であり、大きいとウエーハボートを保持するための機械
的強度が低下するので好ましくない。

【００１４】本発明の縦型熱処理炉に係るウエーハボー
トの保持治具の微細気泡入り半透明石英ガラス層は、例
えば、微細気泡入り半透明石英ガラス管を製造し、これ
を適当な長さにカットしたものを保持治具の下側端部に
融着一体化することにより容易に形成させることができ
る。また、必要であれば、さらにその微細気泡入り半透
明石英ガラス管の下側に透明石英ガラスを融着一体化し
てもよい。

【００１５】以下、本発明の縦型熱処理炉を添付図面に
より説明する。図１（ａ）は、本発明の縦型熱処理炉の
一例の使用状態を示す模式図であり、図１（ｂ）は、こ
の縦型熱処理炉に用いるウエーハボート保持治具の下端
部の拡大断面図である。本発明の縦型熱処理炉は、炉芯
管１とこれを加熱する加熱体２と、ウエーハボート３を
載置する保持治具４と、このウエーハボート３を炉芯管
内に挿入する駆動部材５、及び昇降装置６から構成され
ている。

【００１６】上記ウエーハボートの保持治具４は、透明
石英ガラス製の円筒状であり、その下部には微細気泡入
り半透明石英ガラス層７がリング状に融着一体化され、
さらにその下部端縁にはフランジ８が一体に形成されて
いる。上記微細気泡入り半透明石英ガラス層７は、駆動
部材５によりウエーハボート３を炉芯管１内に挿入した
際に、炉高温部２０外に露出した上記保持治具の下部に
形成されている。熱処理中の炉芯管内で発生した赤外線
輻射は、図１（ｂ）で、矢印で示すように、微細気泡入
り半透明石英ガラス層７で散乱吸収されて発熱し、保持
治具４の下端縁には達しない。

【００１７】

【作用】本発明の縦型熱処理炉において、加熱体によっ
て炉芯管の内部は高温化され、保持治具は、駆動部材と
昇降装置によって、その上に載置したウエーハボートを
押し上げて炉芯管内に挿入する。ウエーハボートの保持
治具の下部に形成された、微細気泡入り半透明石英ガラ
ス層は、炉芯管内の高温部から放射された赤外線輻射
が、透明石英ガラス体内部を内面全反射を繰り返しなが
ら、微細気泡入り半透明石英ガラス層に到達した際、該
層内に形成された無数の気泡面に当たって散乱吸収され
て発熱し、保持治具下端縁に到達することはない。その
結果、ウエーハボート保持治具と駆動部材間に介在する
ゴムパッキン等の部材が、高温となって熱的劣化するこ
とがなく、本発明の技術的課題は解決される。なお、本
発明の縦型熱処理炉の作用は、ゴムパッキンに限らずウ
エーハボート保持治具と駆動部材間に介在する部材であ
れば、同様に熱的劣化を防止できることは言うまでもな
い。

【００１８】

【実施例】

実施例１ 図１（ａ）に示すような本発明の縦型熱処理炉で、半導
体ウエーハの熱処理を行った。上記縦型熱処理炉で使用
したウエーハボート保持治具は、その下部に、径が１０
〜１０００μｍ、１ｃｍ³ 当たり約３０，０００個の微
細気泡入り半透明石英ガラス層を設けたものを用いた。

【００１９】この保持治具に、８０枚の６インチシリコ
ン半導体ウエーハＷを積載したウエーハボート３を載置
し、昇降装置６に連結した駆動部材５にゴムパッキング
９を介して固定した。次いで、このウエーハボート３と
保持治具４を、昇降装置６により駆動部材５を押し上げ
て、加熱体２で１１５０℃にされた炉芯管１の内部に、
下方開口部より挿入し、８時間熱処理を行った。このプ
ロセスを１０回繰り返したが、ゴムパッキンの劣化は全
くみられず、安定した半導体ウエーハの熱処理が行え
た。

【００２０】

【発明の効果】本発明の縦型熱処理炉では、従来のよう
な炉内に発生した赤外線輻射がウエーハボート保持治具
の下端縁に設けられるゴムパッキン等の部材に吸収され
て、熱的劣化を引き起こすことがないため、ゴムパッキ
ン等の部材の耐久性が著しく向上し、変形等によるウエ
ーハボートの傾斜を防止できる。それ故、パッキン等の
部材の交換作業のためにクリーンルームのクリーン度を
しばしば低下させる必要がなくなり、結果として、長期
に亘って安定した半導体ウエーハの熱処理が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の縦型熱処理炉を用いた半導体ウ
エーハの熱処理状態を示す模式図であり、（ｂ）は、上
記熱処理炉に使用する保持治具の下端部の部分拡大断面
図である。

【図２】従来の縦型熱処理炉を用いた図１と同様の模式
図である。

【符号の説明】

１，１１ 炉心管 ２，１２ 加熱体 ３，１３ ウエーハボート ４，１４ 保持治具 ５，１５ 駆動部材 ６，１６ 昇降装置 ７ 微細気泡入り半透明石英ガラス層 ８ フランジ ９ ゴムパッキン １０，２０ 炉の高温部 Ｗ 半導体ウエーハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 剣持 克彦 福島県郡山市田村町金屋字川久保88 信越 石英株式会社石英技術研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウエーハの熱処理に用いられる縦
   型熱処理炉において、縦型の炉芯管と、これを加熱する
   加熱体と、ウエーハボートを載置する保持治具と、この
   ウエーハボートを炉芯管内に挿入する駆動部材と昇降装
   置からなり、前記保持治具は、駆動部材によりウエーハ
   ボートを炉芯管内に挿入した際に、炉高温部外に露出し
   た下部に微細気泡入り石英ガラス層を形成した透明石英
   ガラスでなる縦型熱処理炉。