JP2883157B2 - 基板用縦型熱処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、半導体基板、セラミック基板といった各種
の基板に、酸化、アニーリング、CVD（化学気相成
長）、あるいは、拡散などの各種熱処理を行う基板用縦
型熱処理装置に関する。

＜従来の技術＞ この種の基板用縦型熱処理装置では、炉芯管に対する
基板ボートの挿脱時や基板ボートを抜き出した状態にお
いて、その炉芯管内に外気が侵入すると、基板を保持し
た基板ボートを炉芯管内に挿入して熱処理を行うとき
に、例えば、酸素供給量の制御が不能になるなど、基板
ボートに保持された基板上の自然酸化膜の成長を助長し
たり、外気中の炭酸ガスなどの不純物が基板に付着する
など、酸化やCVDプロセスなどに悪影響を及ぼす問題が
あった。

そこで、従来では、炉芯管内への外気の侵入を防止す
るために、次のような構成が採用されている。

A.第１従来例 基板ボート挿脱用の開口の水平方向外側に、開口を囲
む環状の排気口を設け、炉芯管内へN₂ガス等の不活性ガ
スを導入して、前記開口から流れ出る不活性ガスととも
に、炉芯管内へ侵入しようとする外気を前記環状の排気
口から排気するように構成する。

B.第２従来例 横型タイプではあるが、特開昭61−288415号公報に開
示されているように、反応管の基板ボートを出入する開
放端において、管軸芯と直角な全方角から管軸芯へ向け
て不活性ガスを吹き出してエアーカーテンを形成し、こ
のエアーカーテンによって反応管の内部と外部とを仕切
り、外気が反応管内に侵入することを防止している。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、第１および第２の従来例のいずれの場
合にも次のような欠点があった。

a.第１従来例の欠点 炉芯管内へ導入される不活性ガスが炉芯管の管軸芯お
よびその近辺では高速で吹き出されるが、炉芯管の内周
面近辺では圧力が低下して負圧になり、外気が炉芯管内
に侵入してしまう欠点があった。

また、環状の排気口からの吸い込みが、環状の排気口
の全周にわたって均一でなければ、かかる排気口におけ
る比較的吸い込みが弱い部位の近くでは、部分的に気圧
が低くなって、炉芯管内へ外気が流れ込むような気流を
生じ、外気が炉芯管内へ侵入する欠点があった。

b.第２従来例の欠点 吹き出される不活性ガスが反応管の管軸芯側で互いに
衝突して三次元方向の複雑な流れを発生し、外気を反応
管内に取込む欠点があった。また、基板ボートを出入す
るときにエアーカーテンが消滅して外気が流入しやすい
欠点があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
って、基板ボートを炉芯管内に挿脱する状態、ならび
に、炉芯管から基板ボートを脱した状態のいずれにあっ
ても外気の炉芯管内への侵入を防止できるようにするこ
とを目的とする。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明は、上述のような目的を達成するために、基板
に熱処理を行う基板用縦型熱処理装置において、管軸芯
方向が上下方向を向くように設置され、上端側にガスを
供給するためのガス導入孔を設け、下端側に開口を有す
る炉芯管と、前記炉芯管の周囲に設けられた加熱手段
と、前記炉芯管の開口を通して前記炉芯管内に挿脱自在
であって、基板を保持する基板ボートと、前記基板ボー
トが前記炉芯管内にある状態では、前記基板ボートの上
端に載置され、前記炉芯管の内周面との間で環状の隙間
を形成し、前記ガス導入孔から前記炉芯管内へ供給され
たガスを前記環状の隙間において流下させるようにガス
流を規制するガス流規制部材と、前記基板ボートが前記
炉芯管外にある状態では、前記炉芯管の開口の位置にお
いて前記ガス流規制部材を支持するストッパーと、を備
えたことを特徴とするものである。

＜作用＞ 炉芯管内から基板ボートを挿脱するときには、ガス流
規制部材が基板ボートの上端に載置された状態で基板ボ
ートとともに昇降し、炉芯管内へ導入されたガスは、ガ
ス流規制部材と炉芯管内周面との間に形成される環状の
隙間を流下する。この環状の隙間では、ガスは炉芯管の
周方向の全周において均一な下向きの流れとなって流下
する。そして、ガス流規制部材よりも下でも、そのよう
な周方向に均一な流れのままで、基板ボートや基板と炉
芯管内周面との間に形成される隙間を、ガスは流下す
る。

そのため、基板ボートや基板と炉芯管内周面との間の
隙間を上向きに通過するように外気が流れ込むような気
流を生じることはない。

なお、基板ボートや基板と炉芯管内周面との間の隙間
よりも管軸側は、気流がなく、また、基板や基板ボート
が上下方向の気流を阻止することもあって、環状の隙間
よりも管軸側を通過して炉芯管内へ流れ込むような外気
の流れは生じない。

このように、炉芯管内から基板ボートを挿脱するとき
には、炉芯管内へ外気が流れ込むような気流は生じな
い。

また、炉芯管内から基板ボートを完全に抜き出したと
きには、ガス流規制部材は、ストッパーに支持されて、
炉芯管下端の開口位置にあり、この位置にて、炉芯管内
を流下してきたガスは、ガス流規制部材と炉芯管内周面
との間に形成される環状の隙間を通過する。この環状の
隙間においては、前記のようにガスは炉芯管の周方向の
全周で均一な下向きの流れとなって流下し、この隙間を
上方へ通過するような外気の流れは生じない。そのた
め、炉芯管内から基板ボートを完全に抜き出したとき
も、炉芯管内へ外気が流れ込むような気流は生じない。

＜実施例＞ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１実施例 第１図は、基板用縦型熱処理装置の第１実施例の縦断
面図であり、管軸芯方向が上下方向を向くように赤外線
透過性を有する石英材料によって形成された炉芯管本体
1aが設けられ、その炉芯管本体1aの管軸芯方向上端側に
パージガスとしてのN₂ガスや反応ガスを供給するガス導
入孔２が設けられ、一方、管軸芯方向下端側に、炉芯管
本体1aと内周面の径が同寸であり、金属製の内筒1bが付
設されている。炉芯管本体1aと内筒1bとが発明の構成に
いう「炉芯管」に相当し、以下、炉芯管本体1aと内筒1b
を炉芯管１と総称する。

なお、内筒1bの下端の開口４から、炉芯管１内へ、お
よび、炉芯管１外へ基板Ｗ…を保持した基板ボート３を
挿脱するようになっており、この開口４が発明の構成に
いう「炉芯管の開口」に相当する。

ガス導入孔２には、図示しないパージガスの供給手段
と反応ガス供給手段とが選択的に連通接続可能に接続さ
れている。

前記炉芯管本体1aの周囲に、管軸芯方向に短い第１の
ヒータ5aと長い第２のヒータ5bと短い第３のヒータ5cと
から成る加熱手段５が備えられている。

内筒1bの周囲には、排気口６を備えた環状の排気筒７
で形成したスカベンジャー８が設けられ、基板ボート３
を炉芯管本体1aに挿脱したり、基板ボート３を炉芯管本
体1aから抜き出した空状態のときに、ガス導入孔２から
炉芯管本体1a内へ導入され開口４から流出してくるN₂ガ
スなどの不活性ガスから成るパージガスとともに、開口
４の周囲の外気を排気口６に排気するように構成されて
いる。

また、排気筒７を貫通し、内筒1b内側に開口するよう
に排気管９が設けられ、基板Ｗを保持した基板ボート３
を炉芯管１内に挿入するとともに、開口４を炉口キャッ
プ10で蓋した状態で純酸素などの反応ガスをガス導入孔
２から流すときに、排気管９から排出していくように構
成されている。

前記排気口６および排気管９には、図示しない排気手
段が連通接続されている。

基板ボート３は、周方向に間隔を隔てて設けた基板支
持用の石英製で透明の３本の支柱3c…の長手方向両端側
それぞれに石英製の板体3a,3bを一体的に設けて構成さ
れている。

支柱3c…それぞれには、長手方向に微小ピッチで基板
挿入溝（図示せず）が形成され、基板Ｗの外縁所要部を
挿入して三点で支持できるように構成されている。

一方（図面上で下方側）の板体3a側には、支柱11…に
断熱板12…を取り付けた断熱支持部材13が設けられてい
る。

図中、14は昇降支持アームを示し、この昇降支持アー
ム14を駆動昇降することによって炉口キャップ10を保持
し、その炉口キャップ10上に支持された基板ボート３を
昇降して炉芯管１に挿脱するように構成されている。

第１図、第２図の要部の一部切欠正面図、および、第
３図の要部の斜視図それぞれに示すように、炉芯管１内
に、ガス導入孔２からのガスを炉芯管１の中心から内周
面側に放射状に拡散するキャップ状のガス流規制部材15
が設けられ、一方、炉芯管１を構成する内筒1bの内周面
に、周方向に所定間隔を隔てて、基板ボート３を抜き出
した状態でガス流規制部材15を受け止め支持するストッ
パー16…が付設されている。

このガス流規制部材15は、例えば、石英のように反応
ガスに冒されない材質によって形成されている。

基板ボート３の上方側の板体3bには、板体3bを貫通し
た３本の支柱3c…とは別に補助支柱3dが突設され、炉芯
管１内への基板ボート３の挿脱時、ならびに、熱処理時
において、支柱3c…と補助支柱3dとによってガス流規制
部材15を安定支持できるように構成されている。

以上の構成により、炉芯管１内外への基板ボート３の
挿脱時には、ガス導入孔２からのパージガスの供給に伴
い、そのパージガスをガス流規制部材15の上面に衝突さ
せて炉芯管１の内周面側に放射状に拡散するとともに、
ガス流規制部材15の外周、および、基板ボート３の保持
された基板Ｗ…それぞれと炉芯管１の内周面との間に形
成される環状の隙間を通じて開口４側に流し、開口４か
ら外部に流出させ、外気を取り込むことなくスカベンジ
ャー８を通じて排出することができる。

一方、炉芯管１内から基板ボート３を抜き出した空状
態のときには、ガス流規制部材15がストッパー16…によ
って受け止め支持され、ガス導入孔２から供給されるパ
ージガスをガス流規制部材15の上面中央部に衝突させて
炉芯管１の内周面側に拡散するとともに、ガス流規制部
材15の外周と内筒1bの内周面との間に形成される環状の
隙間を通じて開口４側に流し、開口４から外部に流出さ
せ、スカベンジャー８を通じて排出することができる。
このとき、開口４に近い位置でガス流規制部材15が開口
４の大部分を蓋し、ガス流規制部材15の外周面と排気筒
７の内筒7bの内周面との間に、炉芯管１の内部空間と外
部とを連通する幅狭で環状の隙間を形成し、ガス流規制
部材15の上面中央部に衝突したパージガスが炉芯管１の
内周面側へ放射状に流れて環状の隙間に流れ込み、この
環状の隙間において、パージガスは炉芯管１の周方向の
全周で均一な下向きの流れとなって流下するから、この
隙間を上方へ通過するような外気の流れは生じない。そ
のため、炉芯管１内から基板ボート３を完全に抜き出し
たときも、炉芯管１内へ流れ込むような気流は生じな
い。

第２実施例 第４図は、第２実施例のガス流規制部材を示す一部切
欠斜視図であり、ガス流規制部材15が平板で形成されて
いる。

第３実施例 第５図は、第３実施例のガス流規制部材を示す一部切
欠斜視図であり、ガス流規制部材15が、上下を蓋された
円形の箱体で形成されている。

第４実施例 第６図は、第４実施例のガス流規制部材を示す一部切
欠斜視図であり、ガス流規制部材15が、円形の平板15a
と、その平板15aよりも外周径が小さい円筒15bとから形
成されている。

第５実施例 第７図は、第５実施例のガス流規制部材を示す一部切
欠斜視図であり、ガス流規制部材15のパージガスを衝突
させる上面が、中央部程突出した滑らかな曲面F1に形成
され、ガス流規制部材15の上面に衝突したパージガスを
炉芯管１の内周面側に拡散して流動しやすいように構成
されている。

第６実施例 第８図は、第６実施例のガス流規制部材を示す一部切
欠斜視図であり、ガス流規制部材15のパージガスを衝突
させる上面が、中央部の平坦面F2と、その平坦面F2側程
突出した曲面F3とから成る截頭円錐形状に形成され、ガ
ス流規制部材15の上面に衝突したパージガスを炉芯管１
の内周面側に拡散して流動しやすいように構成されてい
る。

第７実施例 第９図は、基板用熱処理装置の別の実施例の縦断面図
であり、第１実施例における炉芯管本体1aを、後述する
外側炉芯管本体20aと内側炉芯管本体20bに替えたもので
あり、第７実施例では外側炉芯管本体20aと内側炉芯管
本体20bおよび内筒1bとが発明の構成にいう「炉芯管」
に相当する。

外側炉芯管本体20aは、円筒面の下部所要箇所にガス
導入口22が形成され、上端がドーム型に閉じられた石英
製の円筒体である。内側炉芯管本体20bは、石英製の円
筒体である。ガス導入口22から外側炉芯管本体20aと内
側炉芯管本体20bとの間の隙間へ導入されたガスは、そ
の隙間の中を上昇して、外側炉芯管本体20aの上端のド
ーム部内で下向きへ流れを変え、基板が収容されている
内側炉芯管本体20b内を流下するように構成されてい
る。

前述第１実施例において、基板ボート３を炉芯管１か
ら抜き出した空状態でガス導入孔２からパージガスを供
給し、炉芯管１内における管軸芯方向での酸素濃度を測
定し、横軸に酸素濃度（ppm）を、縦軸に炉芯管１の管
軸芯方向長さ、すなわち、炉長（mm）をそれぞれとり、
酸素濃度の炉芯管１の管軸芯方向における分布をグラフ
化したところ、第10図のグラフにＡで示す結果を得た。

大気中の酸素濃度は、グラフにＢで示すように２×10
⁵ppmであり、本発明の第１実施例によれば、炉芯管１内
から開口端にわたって酸素濃度が極めて低く、炉芯管１
への外気の侵入を良好に防止できていることが明らかで
あった。

＜発明の効果＞ 以上説明したように、本発明の基板用縦型熱処理装置
によれば、基板ボートを挿脱する時、ガス流規制部材が
基板ボートの上端に載置された状態にあり、炉芯管内へ
導入されたガスは、ガス流規制部材と炉芯管内周面との
間に形成される環状の隙間を、周方向の全周において均
一な下向きの流れとなって流下し、ガス流規制部材より
も下でも、そのような周方向に均一な流れのままで、基
板ボートや基板と炉芯管内周面との間に形成される環状
の隙間を流下する。そのため、基板ボートや基板と炉芯
管内周面との間の隙間を上向きに通過するように外気が
流れ込むような気流を生じることはない。

また、炉芯管内から基板ボートを完全に抜き出したと
きには、ガス流規制部材は、ストッパーに支持されて、
炉芯管下端の開口位置にあり、この位置にて、炉芯管内
を流下してきたガスは、ガス流規制部材と炉芯管内周面
との間に形成される環状の隙間を、周方向の全周で均一
な下向きの流れとなって流下し、この隙間を上方へ通過
するような外気の流れを生じない。そのため、炉芯管内
から基板ボートを完全に抜き出したときも、炉芯管内へ
外気が流れ込むような気流は生じない。

したがって、炉芯管内への外気の取込みを回避でき、
熱処理時において、酸素供給量の制御を適正に行って酸
化やCVDプロセスなどを良好に行うことができ、品質を
向上できるとともに製品歩留りを高くできるようになっ
た。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明に係る基板用縦型熱処理装置の実施例を
示し、第１図は第１実施例の縦断面図、第２図は要部の
一部切欠正面図、第３図は要部の斜視図、第４図は第２
実施例の一部切欠斜視図、第５図は第３実施例の一部切
欠斜視図、第６図は第４実施例の一部切欠斜視図、第７
図は第５実施例の一部切欠斜視図、第８図は第６実施例
の一部切欠斜視図、第９図は、第７実施例の縦断面図で
あり、第10図は第１実施例における酸素濃度の管軸芯方
向の分布を示すグラフである。 １…炉芯管 ２…ガス導入孔 ３…基板ボート ４…開口 ６…排気口 15…ガス流規制部材 16…ストッパー 22…ガス導入口 Ｗ…基板

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板に熱処理を行う基板用縦型熱処理装置
   において、 管軸芯方向が上下方向を向くように設置され、上端側に
   ガスを供給するためのガス導入孔を設け、下端側に開口
   を有する炉芯管と、 前記炉芯管の周囲に設けられた加熱手段と、 前記炉芯管の開口を通して前記炉芯管内に挿脱自在であ
   って、基板を保持する基板ボートと、 前記基板ボートが前記炉芯管内にある状態では、前記基
   板ボートの上端に載置され、前記炉芯管の内周面との間
   で環状の隙間を形成し、前記ガス導入孔から前記炉芯管
   内へ供給されたガスを前記環状の隙間において流下させ
   るようにガス流を規制するガス流規制部材と、 前記基板ボートが前記炉芯管外にある状態では、前記炉
   芯管の開口の位置において前記ガス流規制部材を支持す
   るストッパーと、 を備えたことを特徴とする基板用縦型熱処理装置。