JP3757066B2

JP3757066B2 - 熱処理装置用断熱部材

Info

Publication number: JP3757066B2
Application number: JP31116098A
Authority: JP
Inventors: 貴浩田部井; 勝清野
Original assignee: 東芝セラミックス株式会社
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2018-10-30
Also published as: JP2000138175A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱処理装置用断熱部材に係わり、熱処理装置内での汚染がなく長寿命、安価であり、特に半導体ウェーハ熱処理装置用として適する熱処理装置用断熱部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の酸化、拡散等多数の熱処理工程には複数の半導体ウェーハを半導体ウェーハボートに搭載し、この半導体ウェーハボートを熱処理装置に収納し、加熱して熱処理を行っている。
【０００３】
例えば縦型熱処理炉を用いた熱処理にあっては、高温の縦型熱処理炉に収納される縦型半導体ウェーハボートは、縦型熱処理炉の熱が処理炉外に逃げるのを防ぐために処理炉開口部近傍に配置され、一部が室温の作業室に露出した半導体ウェーハ熱処理装置用断熱部材の上に載置されている。
【０００４】
従来の半導体ウェーハ熱処理装置用断熱部材は、特開平３−１１４２２３号公報に記載されているように、石英ガラス製の円筒形状のものを用いたり、あるいはこのような石英ガラス製の円筒形状のものにグラスウールを充填したものが用いられていた。しかし、このような石英ガラス製の半導体ウェーハ熱処理装置用断熱部材は半導体ウェーハを縦型半導体ウェーハボートの重量と処理炉から熱により変形することがあり、長期間の使用が困難であった。また、後者の円筒中にグラスウールを充填したものにあっては、グラスウールからの発塵により、処理炉内を汚染する虞があった。
【０００５】
また、特公平６−５６６６号公報に記載された半導体ウェーハ熱処理装置用断熱部材は、円板形状の薄板状体を偏倚した位置で４本の支柱に接合しており、その材質が石英ガラスあるいは炭化珪素であっても、より高温の熱処理条件では、遮蔽板に変形が生じることも起こり得る。
【０００６】
さらに、図５に示すような従来の反応焼結ＳｉＣ製の半導体ウェーハ熱処理装置用断熱部材３１は、使用中の熱的影響による変形や割れを回避するために、反応焼結ＳｉＣ製の複数枚の遮蔽板３２と、この遮蔽板３２が着脱自在にはめ込まれる溝部３３が形成された３本の支柱３４と、この支柱３４の一端部３５が接合される底板３６と、他端部３７が接合され縦型ウェーハボートが載置される天板３８とからなる構造になっている。
【０００７】
このような構造を有する従来の半導体ウェーハ熱処理装置用断熱部材３１は、遮蔽板３２を支柱３４から着脱する際に発塵が発生し、また、溝部３３形成のためのコストが嵩むなどの不都合があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、熱処理炉の汚染および使用中の変形がなく、長寿命、安価で半導体ウェーハ熱処理装置用断熱部材に適する熱処理装置用断熱部材が要望されており、本発明は熱処理炉の汚染および使用中の変形がなく、長寿命、安価で半導体ウェーハ熱処理装置用断熱部材に適する熱処理装置用断熱部材を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本願請求項１の発明は、炭化珪素質材料からなる複数本の支柱と、この支柱が接合状態で貫通する１個の貫通孔と支柱が遊挿する遊挿孔とが設けられた炭化珪素質材料からなる複数枚の薄板状体とを有し、前記貫通孔を介して薄板状体を前記支柱に１ケ所で接合することにより、前記薄板状体を前記支柱に間隔を設けて保持することを特徴とする熱処理装置用断熱部材であることを要旨としている。
【００１０】
本願請求項２の発明では、上記複数枚の隣接する薄板状体は各々異なる支柱に接合されていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置用断熱部材であることを要旨としている。
【００１１】
本願請求項３の発明では、上記薄板状体の貫通孔は隣接する薄板状体の貫通孔とは１間隔変位して位置させ、複数枚の薄板状体と複数本の支柱の接合位置を順次変位させることを特徴とする請求項１または２に記載の熱処理装置用断熱部材であることを要旨としている。
【００１２】
本願請求項４の発明では、上記薄板状体の貫通孔および遊挿孔を薄板状体の中心点から等距離に位置させ、複数枚の薄板状体と複数本の支柱の接合位置を順次変位させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の熱処理装置用断熱部材であることを要旨としている。
【００１３】
本願請求項５の発明では、上記薄板状体は円板形状であり、上記貫通孔および遊挿孔を前記薄板状体の同心円上に等間隔で位置させ、複数枚の薄板状体と複数本の支柱の接合位置を順次変位させることを特徴とする請求項１または３に記載の熱処理装置用断熱部材であることを要旨としている。
【００１４】
本願請求項６の発明では、上記支柱の断面は円形形状であり、薄板状体に形成される遊挿孔は円形であって、この遊挿孔の直径が支柱の直径の２倍以下であることを特徴とする請求項４または５に記載の熱処理装置用断熱部材であることを要旨としている。
【００１５】
本願請求項７の発明では、上記遊挿孔の直径が支柱の直径の１．４倍以上であることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載の熱処理装置用断熱部材であることを要旨としている。
【００１６】
本願請求項８の発明では、上記３本以上の支柱は一端部で底板に立設され、他端部で縦型半導体ウェーハ熱処理装置用部材が載置される天板に固着されており、薄板状体は３枚以上である縦型半導体ウェーハ熱処理装置用断熱部材であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の熱処理装置用断熱部材であることを要旨としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる熱処理装置用断熱部材の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１に示すように、熱処理装置用断熱部材、例えば半導体ウェーハ熱処理装置用断熱部材（以下断熱部材という。）１は、炭化珪素質材料であるシリコン含浸炭化珪素（Ｓｉ−ＳｉＣ）からなる複数本例えば３本の支柱２ａ、２ｂ、２ｃと、この支柱２が接合状態で貫通する１個の貫通孔３ａと支柱２が遊挿する複数個例えば２個の遊挿孔４ａ1 、４ａ2 とが設けられ、炭化珪素質からなる複数枚例えば３枚の薄板状体５ａ、５ｂ、５ｃとを有している。さらに、この薄板状体５と同一外径を有し支柱２の下端部６に強固に接合されて立設された底板７と、この底板７と同一形状を有し、断熱部材１の使用時縦型半導体ウェーハボートが載置され、支柱２の上端部８に強固に接合された天板９とを有している。
【００１９】
半導体ウェーハが搭載された縦型半導体ウェーハボートの荷重は天板９、支柱２および底板７で受けられ、薄板状体５には一切かからない構造になっている。
【００２０】
上記断熱部材１には、ＣＶＤ−ＳｉＣ膜が全面に形成されている。
【００２１】
上記薄板状体５は円板形状であり、この薄板状体５には同心円上に間隔例えば等間隔（１２０°の中心角度）を有して１個の上記貫通孔３と複数個例えば２個の上記遊挿孔４が設けられている。
【００２２】
貫通孔３は円形形状で支柱２の直径Ｄよりも若干大きめの直径ｄ1 を有し、遊挿孔４は円形形状で支柱２の直径Ｄの２倍以下の直径ｄ2 を有し、断熱部材１にＣＶＤ−ＳｉＣ被膜を形成する場合には、遊挿孔４の直径ｄ2 を支柱２の直径Ｄの１．４倍以上になっている。
【００２３】
この遊挿孔４の直径ｄ2 を支柱２の直径Ｄの２倍以下にするのは、遮熱効果を良好に保つためであり、２倍を超えると遊挿孔４を介して熱リークが発生し遮熱効果が低下するためである。遊挿孔４の直径ｄ2 を支柱２の直径Ｄの１．４倍以上にするのは、遊挿孔４の側壁部にＣＶＤ−ＳｉＣ膜が十分形成され、基材の露出やＳｉＣ膜の剥離の発生を防ぐためである。
【００２４】
また、薄板状体５を支柱２に保持する構造は、薄板状体５に設けられた１個の貫通孔３を介して１枚の薄板状体５と１本の支柱２とを接合剤により１ケ所の接合位置１０ａで接合させるようになっており、さらに複数枚の隣接する薄板状体５は、各々異なる支柱２に１間隔（１２０°）ずつ順次変位した異なる接合位置１０ｂ、１０ｃで接合されるようになっている。
【００２５】
上述のような構造を有する断熱部材１は、図４に示すような工程流れにより製造される。なお、断熱部材１の各構成部品の成形体にも同一番号を付して説明する。
【００２６】
すなわち、原料のＳｉＣ粉末と炭素とバインダを混練する混練工程と、これらを造粒する造粒工程と、この造粒原料を成形し支柱成形体２、薄板状体成形体５、底板成形体７、天板成形体９を作る成形工程と、これらの成形体２、５、７、９を仮焼する工程と、仮焼された成形体２、底板成形体７、天板成形体９を整形し、薄板状体成形体５に貫通孔３および遊挿孔４を穿設する加工工程と、有機結合剤とＳｉＣ粉末よりなる接着剤を用いて、支柱２の下端部６に底板７を、上端部８に天板９を、貫通孔３を介して薄板状体５を支柱２にそれぞれ接合する接合工程と、この接着されて組立てられた断熱部材１にＳｉを含浸させる含浸工程と、このＳｉ含浸時、断熱部材１の表面に吹出したＳｉを研磨する研磨工程と、研磨され表面が平坦になった断熱部材１にＣＶＤ−ＳｉＣ膜を形成するＳｉＣ膜形成工程とにより製造される。
【００２７】
次に、本実施形態の半導体ウェーハ熱処理装置用断熱部材１の使用方法について説明する。
【００２８】
ヒータ２１を有する縦型熱処理炉２２の昇降装置２３に断熱部材１を載置する。しかる後、半導体ウェーハ２４が多数搭載された縦型ウェーハボート２５を天板９を介して断熱部材１に載置し、さらに縦型ウェーハボート２５と断熱部材１を石英ガラス製炉芯管２６で覆う。
【００２９】
次に、昇降装置２３を作動させて、石英ガラス製炉芯管２６に収納された縦型ウェーハボート２５と断熱部材１を縦型熱処理炉２２に装填する。
【００３０】
この状態で縦型ウェーハボート２５は縦型熱処理炉２２のほぼ中央部２７に収納され縦型熱処理炉２２の開口部２８は断熱部材１により閉塞される。しかる後、ヒータ２１を付勢して、半導体ウェーハ２４の熱処理を行う。
【００３１】
この熱処理工程において、縦型熱処理炉２２内は約１４００°以上の高温に保たれるが、複数枚の薄板状体５よりなる断熱部材１により効果的に遮熱が図られ縦型熱処理炉２２内は高温に保たれる。また、断熱部材１は炭化珪素質材料であり耐熱性に優れているので、高温中に長時間曝されても変形せず長時間の使用が可能である。また、薄板状体５の各接合位置１０をそれぞれ変位させることにより、断熱部材１の受ける熱歪みのバランスをとることができ、さらに、例えば各薄板状体５の遊挿孔４ａ1 、４ｂ1 、４ｃ1 は同一支柱２ａに沿って一直線上に並んでおらず、図２に示す点線のような高温ガス流れ（ｆ）に起因し１本の支柱２に沿う熱リークは、この貫通孔３ａ部分で遮熱されて、遊挿孔４を介して行われる熱リークは最小限に抑えられる。
【００３２】
さらに、遊挿孔の直径が支柱の直径の２倍以下であるので、熱リークは効果的に抑えられる。
【００３３】
また、断熱部材１の上部２９は高温に曝され、下部３０は室温と接するので、断熱部材１の支柱２および薄板状体５は熱膨脹するが、１枚の薄板状体５は、支柱２と薄板状体５との接合が１ケ所のみで行われており、支柱２および薄板状体５の熱膨脹分は遊嵌孔４で逃がされ、支柱２および薄板状体５間には熱応力が発生せず、支柱２、薄板状体５に割れ等を発生することもなく、長寿命である。
【００３４】
さらに、断熱部材１に断熱用グラスウールを用いておらず、薄板状体を支柱の溝部に着脱する構造でないので、溝部形成のためのコストを要さず、また、薄板状体の着脱時、発塵により縦型熱処理炉内を汚染することもなく、縦型熱処理炉２２内を清浄に保てる。
【００３５】
上記実施形態では、半導体ウェーハ熱処理装置用断熱部材について説明したが、本発明に係わる熱処理装置用断熱部材は、半導体ウェーハ熱処理装置用断熱部材に限定されるものではない。
【００３６】
また、熱処理装置用断熱部材は縦型のみならず横型も包含される。さらに、３本以上の支柱を有し、この支柱に接合された円形の底板、天板および薄板状体を有する縦型断熱部材について説明したが、本発明に係わる断熱部材は、熱処理炉の形状等に応じて、薄板状体は矩形でもよく、また、必ずしも断熱部材の表面にＣＶＤ−ＳｉＣ膜を形成する必要はない。また、基材を形成する炭化珪素質材料は反応焼結によるＳｉ−ＳｉＣに限らず、焼結助剤にＢ、Ｃ等を用いた自焼結ＳｉＣであってもよい。さらに、断熱部材は、横型で断熱部材に半導体ウェーハ熱処理装置用ボートなどの荷重がかからない場合には、支柱は２本であってもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明に係わる熱処理装置用断熱部材によれば、熱処理炉の汚染および使用中の変形がなく、長寿命、安価で特に半導体ウェーハ熱処理装置用断熱部材に適する熱処理装置用断熱部材を提供することができる。また、複数枚の隣接する薄板状体の接合位置を変位させることにより、断熱部材の受ける熱歪みのバランスをとることができる。
【００３８】
さらに、１本の支柱は遊挿孔を遊挿し、必ず貫通孔も接合状態で貫通するので、熱リークは接合位置で遮熱されて、熱リークは最小限に抑えられる。遊挿孔の直径が支柱の直径の２倍以下であるので、熱リークは効果的に抑えられる。また、遊挿孔の直径を支柱の直径の１．４２倍以上にすれば、ＣＶＤ−ＳｉＣ膜の形成も完全に行える。
【００３９】
さらに、１枚の薄板状体は、支柱と薄板状体の接合が１ケ所で行われ、支柱および薄板状体の熱膨脹分は遊嵌孔で逃がされ、支柱および薄板状体間には熱応力が発生せず、支柱、薄板状体に割れ等を発生することもなく、長寿命である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の半導体ウェーハ熱処理装置用断熱部材の斜視図。
【図２】本発明の一実施形態の半導体ウェーハ熱処理装置用断熱部材の側面図。
【図３】本発明の一実施形態の半導体ウェーハ熱処理装置用断熱部材の使用状態を示す説明図。
【図４】本発明の一実施形態の半導体ウェーハ熱処理装置用断熱部材の製造工程流れ図。
【図５】従来の半導体ウェーハ熱処理装置用断熱部材の側面図。
【符号の説明】
１半導体ウェーハ熱処理装置用断熱部材
２支柱
３貫通孔
４遊挿孔
５薄板状体
６下端部
７底板
８上端部
９天板
１０接合位置

Claims

炭化珪素質材料からなる複数本の支柱と、この支柱が接合状態で貫通する１個の貫通孔と支柱が遊挿する遊挿孔とが設けられた炭化珪素質材料からなる複数枚の薄板状体とを有し、前記貫通孔を介して薄板状体を前記支柱に１ケ所で接合することにより、前記薄板状体を前記支柱に間隔を設けて保持することを特徴とする熱処理装置用断熱部材。
上記複数枚の隣接する薄板状体は各々異なる支柱に接合されていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置用断熱部材。
上記薄板状体の貫通孔は隣接する薄板状体の貫通孔とは１間隔変位して位置させ、複数枚の薄板状体と複数本の支柱の接合位置を順次変位させることを特徴とする請求項１または２に記載の熱処理装置用断熱部材。
上記薄板状体の貫通孔および遊挿孔を薄板状体の中心点から等距離に位置させ、複数枚の薄板状体と複数本の支柱の接合位置を順次変位させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の熱処理装置用断熱部材。
上記薄板状体は円板形状であり、上記貫通孔および遊挿孔を前記薄板状体の同心円上に等間隔で位置させ、複数枚の薄板状体と複数本の支柱の接合位置を順次変位させることを特徴とする請求項１または３に記載の熱処理装置用断熱部材。
上記支柱の断面は円形形状であり、薄板状体に形成される遊挿孔は円形であって、この遊挿孔の直径が支柱の直径の２倍以下であることを特徴とする請求項４または５に記載の熱処理装置用断熱部材。
上記遊挿孔の直径が支柱の直径の１．４倍以上であることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載の熱処理装置用断熱部材。
上記３本以上の支柱は一端部で底板に立設され、他端部で縦型半導体ウェーハ熱処理装置用部材が載置される天板に固着されており、薄板状体は３枚以上である縦型半導体ウェーハ熱処理装置用断熱部材であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の熱処理装置用断熱部材。