JP2008199040A - 縦型熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓋体の腐食の問題及びＯリングからのアウトガスの問題を解消し得ると共にＯリングの耐久性の向上が図れる縦型熱処理装置を提供する。
【解決手段】処理容器２の開口端２ａを閉塞する蓋体８と、蓋体上に設けられ複数枚の被処理体を保持する保持具とを備え、蓋体８は、処理容器の開口端に当接される石英製の内側蓋部１７と、内側蓋部１７の外面を覆う金属製の外側蓋部１８とからなり、内側蓋部１７の外周上側部に処理容器の開口端外周部よりも内側に凹んだ環状凹部５０を、且つ内側蓋部１７の外周下側部にフランジ部２１を形成し、外側蓋部１８に、環状凹部５０に位置して内側蓋部１７のフランジ部２１を保持するフランジ押え２７を設け、フランジ押え２７の上部と下部に処理容器の開口端下面に接する第１Ｏリング５１とフランジ部２１に接する第２Ｏリング５２とを設け、フランジ押え２７の内部に冷媒通路３１を設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、縦型熱処理装置に関するものである。

半導体デバイスの製造においては、被処理体例えば半導体ウエハに、酸化、拡散、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）などの処理を施すために、各種の熱処理装置が用いられている。そして、その一つとして、一度に多数枚の被処理体の熱処理が可能な縦型熱処理装置が知られている。

この縦型熱処理装置は、下端が開口された石英製の処理容器内に多数枚の被処理体を保持した保持具を収容して開口を蓋体で密閉し、処理容器の周囲に設けたヒーターにより被処理体を加熱して所定の処理ガス雰囲気下で所定の熱処理を行うようになっている（例えば、特開２００３−２５７９５８号公報参照）。図６は従来の縦型熱処理装置の要部拡大断面図である。図示するように処理容器２は、下端に開口（炉口）３を有すると共に、下端側の外周にフランジ部４を有し、該フランジ部４が金属製のフランジ押え５によって支持されている。前記処理容器２の開口端２ａには蓋体８が当接されて閉塞されている。前記蓋体８は金属製例えばステンレス製であり、蓋体８には処理容器２の開口端２ａとの間をシールするための気密材として耐熱樹脂製のＯリング６０が取付溝６１を介して取付けられている。

特開２００３−２５７９５８号公報

しかしながら、前記縦型熱処理装置においては、金属製の蓋体８の内面（上面）が処理容器２内に暴露されているため、蓋体２の内面が腐食性を有する処理ガスによって腐食する問題と、被処理体への金属汚染の問題とがある。また、前記処理容器２の開口端２ａと蓋体８との間にＯリング６０が挟まれているため、処理容器２内の真空引き時にＯリング６０からアウトガスが発生して処理容器２内に吸い込まれ、被処理体への汚染源になる問題がある。更に、前記Ｏリング６０が高温の処理容器２の開口端２ａに接しているため、耐久性の低下を招き易く、耐久性の低下を抑制するために蓋体８のＯリング６０近傍に冷媒通路６３を設けているが、冷却し過ぎると蓋体８の内面に処理ガスの反応副生成物が付着し易くなり、冷媒の温度管理（水冷のＯＮ／ＯＦＦ制御）が大変であった。なお、蓋体８の外面（下面）には反応副生成物の付着を防止すべく蓋体８を加熱するためのヒーター６４が取付けられている。

本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、蓋体の腐食の問題及びＯリングからのアウトガスの問題を解消し得ると共にＯリングの耐久性の向上が図れる縦型熱処理装置を提供することにある。

本発明のうち、請求項１の発明は、下端が開口された石英製の処理容器と、該処理容器の下方に昇降可能に設けられ、処理容器の開口端を閉塞する蓋体と、該蓋体上に設けられ複数枚の被処理体を多段に保持する保持具と、前記処理容器の周囲に設けられた加熱手段とを備えた縦型熱処理装置において、前記蓋体は、前記処理容器の開口端に当接される石英製の内側蓋部と、該内側蓋部の外面を覆う金属製の外側蓋部とからなり、前記内側蓋部の外周上側部に前記処理容器の開口端外周部よりも内側に凹んだ環状凹部を、且つ内側蓋部の外周下側部にフランジ部を形成し、前記外側蓋部に、前記環状凹部に位置して内側蓋部のフランジ部を保持するフランジ押えを設け、該フランジ押えの上部と下部に前記処理容器の開口端下面に接する第１Ｏリングと前記フランジ部に接する第２Ｏリングとを設け、前記フランジ押えの内部に第１Ｏリング及び第２Ｏリングを冷却する冷媒通路を設けたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記内側蓋部の上面にはフッ化水素を用いたドライクリーニング時に発生する水溶液を受ける液受部が設けられ、前記処理容器の内周面の下方には処理容器の内周面に発生して流下する水溶液を前記液受部に導く液案内部が設けられていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記液受部が内側蓋部の上面に載置された石英製の液受皿であることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記処理容器の開口端下面に第１Ｏリングの焼損を防止するための不透明層が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果を奏することができる。

請求項１の発明によれば、下端が開口された石英製の処理容器と、該処理容器の下方に昇降可能に設けられ、処理容器の開口端を閉塞する蓋体と、該蓋体上に設けられ複数枚の被処理体を多段に保持する保持具と、前記処理容器の周囲に設けられた加熱手段とを備えた縦型熱処理装置において、前記蓋体は、前記処理容器の開口端に当接される石英製の内側蓋部と、該内側蓋部の外面を覆う金属製の外側蓋部とからなり、前記内側蓋部の外周上側部に前記処理容器の開口端外周部よりも内側に凹んだ環状凹部を、且つ内側蓋部の外周下側部にフランジ部を形成し、前記外側蓋部に、前記環状凹部に位置して内側蓋部のフランジ部を保持するフランジ押えを設け、該フランジ押えの上部と下部に前記処理容器の開口端下面に接する第１Ｏリングと前記フランジ部に接する第２Ｏリングとを設け、前記フランジ押えの内部に第１Ｏリング及び第２Ｏリングを冷却する冷媒通路を設けているため、蓋体の腐食の問題を解消することができると共にＯリングからのアウトガスの問題を解消することができ、しかもＯリングの耐久性の向上が図れる。

請求項２の発明によれば、前記内側蓋部の上面にはフッ化水素を用いたドライクリーニング時に発生する水溶液を受ける液受部が設けられ、前記処理容器の内周面の下方には処理容器の内周面に発生して流下する水溶液を前記液受部に導く液案内部が設けられているため、内側蓋部と処理容器の接触面に前記水溶液が入り込むのを防止でき、水溶液の浸入による前記接触面の表面荒れ及び金属製のフランジ押えや外側蓋部の腐食を防止することができる。

請求項３の発明によれば、前記液受部が内側蓋部の上面に載置される石英製の液受皿からなるため、水溶液により内側蓋部が腐食されるのを防止することができ、内側蓋部の耐久性の向上が図れる。

請求項４の発明によれば、前記処理容器の開口端下面に第１Ｏリングの焼損を防止するための不透明層が設けられているため、第１Ｏリングの耐久性の向上が図れる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を基に詳述する。図１は、本発明の実施の形態である縦型熱処理装置の縦断面図、図２は同縦型熱処理装置の要部拡大断面図である。

図１に示すように、縦型熱処理装置１は複数枚の被処理体例えば半導体ウエハｗを収容して所定の熱処理を行う縦型の処理容器２を備えている。この処理容器２は、耐熱性及び耐食性を有する石英（石英ガラス）により形成されている。処理容器２は、上端がドーム状、具体的には逆漏斗状に形成されており、下端が炉口３として開口している。前記処理容器２の開口端２ａ側外周部にはフランジ部４が設けられ、該フランジ部４がフランジ押え５を介して図示しないベースプレートに固定されている。処理容器２の頭部中央にはＬ字状の排気管部６が設けられ、この排気管部６には処理容器２内を所定の圧力例えば１１０ｋｇｆ程度に減圧可能な排気系の配管７が接続されている。前記処理容器２の周囲には処理容器２内を所定の温度例えば３００〜１２００℃に加熱制御可能な円筒状のヒーター（図示省略）が設けられている。

処理容器２の下方には、処理容器２の炉口（下端開口）３を開閉する蓋体８が図示しない昇降機構により昇降可能に設けられている。該蓋体８の上方には複数例えば２５枚程度のウエハｗを上下方向に所定の間隔で保持する石英製のボート（保持具）９が設けられている。このボート９は下部中央部に支柱１０を有し、該支柱１０が蓋体８の中央部に設けられた回転導入機構１１の回転軸部１２に接続されている。前記蓋体８の中央部には炉口３からの放熱を抑制する断熱手段としてサーモプラグ１３が前記支柱１０と干渉しない状態で設けられている。このサーモプラグ１３は蓋体８上に立設される複数本の脚柱１４と、これら脚柱１４の上端部に略水平に設けられた面状発熱体からなる下部ヒーター１５と脚柱１４に高さ方向に所定間隔で配設された複数枚の遮熱板１６とから主に構成されている。

前記蓋体８は、前記処理容器２の開口端２ａに当接される石英製の内側蓋部１７と、該内側蓋部１７の外面を覆う金属製の外側蓋部１８とからなっている。前記内側蓋部１７の上端外周部は前記処理容器２の開口端２ａ外周部よりも内側に形成されている。前記内側蓋部１７の中央部には前記回転軸部１２を挿通するボス部１９が下向きに形成されている。ボス部１９の下端部と、内側蓋部１７の周縁部には、前記処理容器２の開口端２ａに当接する環状の当接面２０が上方に突出して形成されている。また、内側蓋部１７の外周下側にはフランジ部２１が形成されている。

前記外側蓋部１８の中央部には前記ボート９を回転するための回転導入機構１１が設けられている。この回転導入機構１１は前記外側蓋部１７の下面に固定されるフランジ部２２と、該フランジ部２２の中央から上方に突出した回転軸部１２とを有している。前記外側蓋部１８の中央部には開口部２３が形成され、外側蓋部１８の下面には開口部２３を覆うように回転導入機構１１のフランジ部２２が接続されている。前記内側蓋部１７のボス部１９の下端部と前記回転導入機構１１のフランジ部２２との間には、これらの間をシールするＯリング２４が設けられている。

外側蓋部１８の周縁部には図２に示すように環状の立ち上がり部２５が形成され、この立ち上がり部２５の上面に前記内側蓋部１７のフランジ部２１が耐熱樹脂製のシート２６を介して載置されている。また、前記立ち上がり部２５には内側蓋部１７のフランジ部２１を固定するための環状のフランジ押え２７がネジ２８により着脱自在に取付けられている。

前記内側蓋部１７と前記外側蓋部１８の間には、内側蓋部１７を加温する面状のヒーター３２が内側蓋部１７と非接触で設けられている。前記内側蓋部１７と外側蓋部１８の間には環状の中空室３３が形成され、この中空室３３内に前記ヒーター３２が外側蓋部１８の上面に支持された状態で設けられている。外側蓋部１８の前記ヒーター３２と対応する部分には冷媒通路３４が設けられている。前記ヒーター３２は、抵抗発熱線を２枚のマイカ板で上下から挟み、これを更に２枚のステンレス板で上下から挟み熱圧着してなる。ヒーター３２が内側蓋部１７に非接触であるため、伝熱加温でなく輻射加温によって前記内側蓋部１７が裏面から加温されることになる。輻射効率を上げるために前記ヒーター３２の輻射面には黒色系ないし暗色系の表面処理例えば酸化チタン（ＴｉＯ_２）のコーティングが施されている。

一方、前記処理容器２のフランジ押え５は、処理容器２のフランジ部４の下面に当接されて処理容器２を支持する下部リング３５と、該下部リング３５上に載置され、前記フランジ部４の外周を取り囲む中間リング３６と、該中間リング３６上に配置され、前記フランジ部４の上面を押える上部リング３７と、上部リング３７を中間リング３６を介して下部リング３５に固定する図示しないネジとからなる。前記上部リング３７は複数に分割されている。下部リング３５とフランジ部４との間及び上部リング３７とフランジ部４の間には、それぞれ耐熱樹脂製のシート（図示省略）が介在されている。なお、図１中４２は処理容器２のフランジ部４に設けられた処理ガス導入ポートである。

内側蓋部１７の外周上側部（外周上半分）には処理容器２の開口端外周部よりも内側に凹んだ環状凹部５０が、且つ内側蓋部１７の外周下側部（外周下半分）には前記フランジ部２１が形成されている。前記外側蓋部１８には、前記環状凹部５０に位置して内側蓋部１７のフランジ部２１を保持する前記フランジ押え２７が設けられ、該フランジ押え２７の上部と下部には前記処理容器２の開口端下面に接する第１Ｏリング５１と前記フランジ部２１上面に接する第２Ｏリング５２とが設けられている。前記フランジ押え２７の内部には第１Ｏリング５１及び第２Ｏリング５２を冷却する冷媒通路（例えば冷却水通路）３１が設けられている。

前記フランジ押え２７は、横断面が略逆Ｌ字状（垂直部と水平部を有する）で、フランジ部２１を覆う（囲繞する）ように環状（リング状）に形成されている。このフランジ押え２７は、内側蓋部１７のフランジ部２１を保持した状態で外側蓋部１８上に前記ネジ２８で着脱自在に取付固定される。フランジ押え２７の水平部の上部と下部には第１Ｏリング５１を保持する第１保持溝５３と、第２Ｏリング５２を保持する第２保持溝５４とがそれぞれ環状に形成されている。前記冷媒通路３１は、第１保持溝５３と第２保持溝５４の間に配置され、第１Ｏリング５１及び第２Ｏリング５２を効果的に冷却し得るようになっている。本実施の形態の縦型熱処理装置によれば、蓋体８の腐食の問題を解消することができると共にＯリング５１，５２からのアウトガスの問題を解消することができ、しかもＯリング５１，５２の耐久性の向上が図れ、炉温１０００℃まで焼損なしで使用することができる。

図３は縦型熱処理装置の変形例を示す要部拡大断面図である。減圧熱処理時におけるＯリングの耐熱性には問題はないが、処理容器内を減圧状態から常圧に復帰させる時に熱伝達物質の増大によりＯリングの上面温度がＯリングの耐熱温度（３００℃）よりも数十℃昇温する場合があり、この昇温によるＯリングの焼損ないし劣化を防止するために、処理容器２のフランジ部４をヒーターからの熱ないし光を通し難いように不透明に形成することが望ましい。図７には、フランジ部の下面の内側寄りに接している第１Ｏリング５１の焼損ないし劣化を防止するため、フランジ部４の下面における幅方向略中央部から内側部分に不透明層（不透明石英層）５５を設けた一例が示されている。

不透明層５５としては、熱伝導に対して効果のある低密度（気泡が大きく低比重）の第１不透明層５５ａと、熱輻射に対して効果のある高密度（気泡が小さく高比重でより白色）の第２不透明層５５ｂとを積層して設けることがより好ましい。フランジ部４の下面に熱溶着により第１不透明層５５ａが環状に貼り付けられ、この第１不透明層５５ａの下面に熱溶着により第２不透明層５５ｂが環状に貼り付けられる。第１不透明層５５ａ及び第２不透明層５５ｂの厚さはそれぞれ４〜１０ｍｍ程度とされる。この不透明層５５が外部に露出しないようにするために、不透明層５５は透明石英層５６で覆われていることが好ましい。この透明石英層５６の厚さは１〜２ｍｍ程度とされる。この透明石英層５６によって不透明層５５が後述の常温ＨＦクリーニング時に侵食されるのを防止することができる。前記第１不透明層５５ａと第２不透明層５５ｂは上下逆であっても良い。不透明層５５は第１不透明層のみ、或いは第２不透明層のみからなっていても良い。

図４は縦型熱処理装置の変形例を示す要部拡大断面図である。本変形例において、図３の変形例と同一部分は同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明を加える。窒化ケイ素（ＳｉＮ）の成膜プロセス後のドライクリーニングを５回程度繰り返すと、処理容器の内壁の表面荒れが進み、その表面荒れ部にＳｉＮプロセスガスが食われてしまい、本来のウエハへのデポレートが低下する問題がある。この問題を解決するために、フッ化水素（ＨＦ）を用いた常温ＨＦクリーニング（４００Ｔｏｒｒ、６０℃以下のプロセス）により、処理容器の内壁を表面荒れ部を含めて削ってしまうドライクリーニング方法が提案されている。しかしながら、この常温ＨＦクリーニングにおいては、酸性の水溶液（フッ酸）が発生し、この水溶液が内側蓋部と処理容器の接触面に入り込むと、該接触面に表面荒れが生じたり、金属製のフランジ押えや外側蓋部に腐食を招く恐れがある。

そこで、この問題を解決するために、内側蓋部の上面にはフッ化水素（ＨＦ）を用いた常温ＨＦクリーニング時に発生する水溶液を受ける液受部６０が設けられ、前記処理容器の内周面の下方には処理容器２の内周面に発生して流下する水溶液を前記液受部６０に導く庇状の液案内部７０が設けられている。この液案内部７０は、処理容器２と同じ石英製であり、処理容器２の内周面（周方向）に沿って環状に形成されていると共に、且つ中心方向に向って下降傾斜した庇状に形成されており、内側蓋部１７と処理容器２の接触面８０側へ水溶液が流れるのを防いでいる。液案内部７０の基端部（外縁部）は処理容器２の内周面に一体的に固定されており、内側へ傾斜した液案内部７０の先端部（内縁部）には水溶液が跳ね返らないように液受部６０に垂らすために液受部６０に臨んで下向きに垂下した垂下部７１が形成されていることが好ましい。

前記液受部６０は、内側蓋部１７の上面に直接形成されていても良いが、図示例のように内側蓋部１７の上面に載置される石英製の液受皿６１として別体で設けられていることが好ましい。液受部６０である液受皿６１は内側蓋部１７の上面を覆うように環状に形成され、その内周部と外周部には立上った内周縁部６２と外周縁部６３が形成されている。

この縦型熱処理装置１によれば、図３の変形例と同様の効果を奏することができる他に、前記内側蓋部１７の上面にはフッ化水素を用いたドライクリーニング時に発生する水溶液を受ける液受部６０が設けられ、前記処理容器２の内周面の下方には処理容器２の内周面に発生して流下する水溶液を前記液受部６０に導く液案内部７０が設けられているため、内側蓋部１７と処理容器２の接触面８０に前記水溶液が入り込むのを防止でき、水溶液の浸入による前記接触面８０の表面荒れ及び金属製のフランジ押え２７や外側蓋部１８の腐食を防止することができる。また、前記液受部６０が内側蓋部１７の上面に載置される石英製の液受皿６１からなるため、水溶液により内側蓋部１７が腐食されるのを防止することができ、内側蓋部１７の耐久性の向上が図れる。

図５は図４の縦型熱処理装置の変形例を示す要部拡大断面図である。回転導入機構１１の回転軸部１２の上端部には内側蓋部１７の軸孔５７の開口端を覆う石英製のテーブル板５８が設けられ、このテーブル板５８と内側蓋部１７の対向面間に形成された微小な隙間から前記常温ＨＦクリーニング時の水溶液が軸孔５７内に浸入して回転導入機構１１の部品等を腐食するのを防止するために、テーブル板５８と内側蓋部１７の少なくとも一方（図示例ではテーブル板）の対向面には周方向に沿った環状の溝部６５ａが設けられている。前記回転軸部１２は、例えばインコネル製の上ハブ１２ａと下ハブ１２ｂを有し、下ハブ１２ｂが回転導入機構１１の回転軸１２ｃに嵌合されて固定されている。下ハブ１２ｂには上ハブ１２ａが複数（例えば３本ずつ）の高さ調整ねじ６６と締付けねじ６７を介して高さ調整可能に取付けられている。

上ハブ１２ａの上部には円板状のテーブル板５８を介してボート９の支柱１０の下部フランジ部１０ａが載置され、この下部フランジ部１０ａが上ハブ１２ａの上部に位置決めピン６８及び締付けねじ６９を介して位置決め固定されている。テーブル板５８が内側蓋部１７に対して非接触で回転し得るようにテーブル板５８の下面と内側蓋部１７の上面との間には微小な隙間（０．２５ｍｍ程度）が設けられている。前記溝部６５ａは、毛細管現象を断ち切るべく微小な隙間の途中に空間部を形成するために設けられており、これにより水溶液が毛細管現象により浸入するのを阻止することができる。

また、テーブル板５８と上ハブ１２ａの少なくとも一方（図示例ではテーブル板）の対向面には両対向面間の隙間から水溶液が浸入するのを防止するために環状の溝部６５ｂが設けられていることが好ましい。更に、テーブル板５８とボート９の支柱１０の下部フランジ部１０ａとの少なくとも一方（図示例ではテーブル板）の対向面には両対向面間の隙間から水溶液が浸入するのを防止するために環状の溝部６５ｃが設けられていることが好ましい。前記溝部６５ａ，６５ｂ，６５ｃは、深さが１ｍｍ程度、幅が２ｍｍ程度とされている。なお、前記軸孔５７内に処理ガスやクリーニングガスが浸入するのを防止するために、軸孔５７内には不活性ガス例えば窒素ガスが供給されている。

本発明の実施の形態ないし実施例を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態ないし実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更等が可能である。

本発明の実施の形態である縦型熱処理装置の概略的縦断面図である。 図１の要部拡大断面図である。 同縦型熱処理装置の変形例を示す要部拡大断面図である。 同縦型熱処理装置の変形例を示す要部拡大断面図である。 同縦型熱処理装置の変形例を示す要部拡大断面図である。 従来の縦型熱処理装置の要部拡大断面図である。

符号の説明

１ 縦型熱処理装置
２ 処理容器
２ａ 開口端
８ 蓋体
９ ボート（保持具）
１７ 内側蓋部
１８ 外側蓋部
２１ フランジ部
２７ フランジ押え
３１ 冷媒通路
３２ 面状のヒーター
４５ Ｏリング
４６ 排気通路
４７ 排気孔
５０ 環状凹部
５１ 第１Ｏリング
５２ 第２Ｏリング
６０ 液受部
６１ 液受皿
７０ 液案内部

Claims (4)

1. 下端が開口された石英製の処理容器と、該処理容器の下方に昇降可能に設けられ、処理容器の開口端を閉塞する蓋体と、該蓋体上に設けられ複数枚の被処理体を所定の間隔で保持する保持具と、前記処理容器の周囲に設けられた加熱手段とを備えた縦型熱処理装置において、前記蓋体は、前記処理容器の開口端に当接される石英製の内側蓋部と、該内側蓋部の外面を覆う金属製の外側蓋部とからなり、前記内側蓋部の外周上側部に前記処理容器の開口端外周部よりも内側に凹んだ環状凹部を、且つ内側蓋部の外周下側部にフランジ部を形成し、前記外側蓋部に、前記環状凹部に位置して内側蓋部のフランジ部を保持するフランジ押えを設け、該フランジ押えの上部と下部に前記処理容器の開口端下面に接する第１Ｏリングと前記フランジ部に接する第２Ｏリングとを設け、前記フランジ押えの内部に第１Ｏリング及び第２Ｏリングを冷却する冷媒通路を設けたことを特徴とする縦型熱処理装置。
2. 前記内側蓋部の上面にはフッ化水素を用いたドライクリーニング時に発生する水溶液を受ける液受部が設けられ、前記処理容器の内周面の下方には処理容器の内周面に発生して流下する水溶液を前記液受部に導く液案内部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の縦型熱処理装置。
3. 前記液受部が内側蓋部の上面に載置された石英製の液受皿であることを特徴とする請求項２に記載の縦型熱処理装置。
4. 前記処理容器の開口端下面に第１Ｏリングの焼損を防止するための不透明層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の縦型熱処理装置。

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