专利名称：纵向热处理装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于对多个被处理基片同时进行热处理的纵向热处理装置。更具体地说，本实用新型涉及一种纵向热处理装置，具有用于使层叠装载多个被处理基片的保持件旋转的改进的旋转机构。
另外，该纵向热处理装置，通常用于组装到半导体处理系统中使用。在此，半导体处理是指，通过以规定的图案在半导体晶片或玻璃基片等被处理基片上形成半导体层、绝缘层、导电层等，用于制造包括该被处理基片上的半导体器件、或连接到半导体器件上的配线、电极等的结构物而进行的各种处理。
在半导体器件的制造中，为了在被处理基片、例如半导体晶片上进行膜的层积、氧化、扩散、改性、退火、蚀刻等处理，需采用各种处理装置。作为处理装置，已知一次对多块晶片进行热处理的纵向热处理装置。
图7是表示在纵向热处理装置中使用的、使晶片装载体(ウエハボ—ト)旋转的现有技术的旋转机构。如图7所示，在开关纵向热处理炉的炉口(装料口)的可升降盖体105上配置旋转机构115。旋转机构115用于旋转装载有多个晶片(被处理基片)的晶片装载体(保持件)。
旋转机构115具有旋转轴116、经由轴承117和密封构件118可旋转地支撑旋转轴116的支撑部119。马达128经由皮带130连接到旋转轴116的下端部上。在贯穿盖体105的旋转轴116的上端部上，配置有旋转台120。旋转台120由可自由拆装地固定的下侧构件120a和上侧构件120b构成。在旋转台120的周边部和盖体105之间，形成迷宫结构160，用于防止炉内的处理气体由于进入到旋转台120和盖体105的缝隙之间而泄漏。
为了防止由于从热处理炉侧而来的热量导致轴承117和密封构件118的耐用性下降，采用了对旋转轴116进行冷却的结构。在该冷却结构中，利用在旋转轴116的外周部流通的不活泼的气体(例如氮气N2)、和在形成于盖体105中央附近的冷却通路132中循环的冷却水，对旋转轴116进行冷却。不活泼气体被供应到比支撑部119和旋转轴116的间隙中的密封构件118更靠上方的部位，通过旋转台120和盖体105的间隙流向炉内。冷却通路132，以在盖体105的中央附近围绕着旋转轴116的方式呈大致环状配置，从其一端供应冷却水，从另一端排出。
纵向热处理装置被设计成可以耐受一定程度的高温、例如1000℃的热处理。但是，在比这还高的高温、例如1200℃左右的热处理中使用的情况下，在现有的冷却结构中冷却不充分。因此，会产生由于热膨胀造成的旋转轴116和轴承117的粘连或烧损等，担心会导致轴承117和密封构件118的损伤和耐用性下降。
通常，由于旋转轴116由不易传热的材料的氧化锆制成的轴构成，所以从炉内传递而来的热量易于积蓄起来，难以冷却。并且，配置在盖体105上的轴孔和旋转轴116之间的间隙S，由于例如为1mm大小，所以从冷却通路132侧难以对旋转轴116进行充分的冷却。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种可以对旋转轴进行充分冷却、可以提高轴承和密封构件的耐用性、可以应对高温热处理的纵向热处理装置。、采用本实用新型的第一个观点，提供一种纵向热处理装置，在开闭纵向热处理炉的炉口的可升降盖体上，设置了使装载有多个被处理基片的保持件旋转的旋转机构，其中，前述旋转机构包括旋转轴；经由轴承和密封构件可旋转地支撑前述旋转轴的支撑部；前述旋转轴以形成薄壁的中空结构且使冷却气体在其内侧和外侧流通的方式构成，并且，前述支撑部具有以围绕前述旋转轴的上侧的方式形成的、使冷媒流通的冷却通路。
采用本实用新型的第二个观点，提供一种用于对多个被处理基片同时进行热处理的纵向热处理装置，该装置包括容纳前述被处理基片的气密封的处理室，前述处理室在底部具有装料口，
选择性地打开和关闭前述处理室的前述装料口的盖体，以相互间隔开的层叠状态在前述处理室内保持前述被处理基片的保持件，向前述处理室内供应处理气体的供应系统，对前述处理室内部进行排气的排气系统，对前述处理室内的保护性气体进行加热的加热装置，以将保持前述被处理基片的前述保持件支撑在前述盖体上的状态使前述盖体升降的升降机，为了旋转前述保持件而配置在前述盖体上的旋转机构，前述旋转机构包括以薄壁形成的中空结构的旋转轴、经由轴承和密封构件可旋转地支撑前述旋转轴的支撑部，一方面在前述旋转轴内部形成冷却用的内部气体通路，另一方面在前述旋转轴和前述支撑部之间形成冷却用的外部气体通路，将冷却用的不活泼气体供应给前述内部气体通路和前述外部气体通路的惰性气体供应系统。
在根据前述第一和第二观点的纵向热处理装置中，可以采用这样的结构前述旋转轴的内部被分隔壁上下分开，在前述旋转轴的外侧且在前述分隔壁的附近配置前述密封构件，在比前述分隔壁靠上的上侧、于前述旋转轴的内部和外部流通前述冷却用气体，在比前述分隔壁靠下的下侧，向外部开放前述旋转轴的内部。
图1是概括表示根据本实用新型的实施形式的纵向热处理装置的纵向剖视图。
图2是表示在图1所示的装置中使用的、用于旋转晶片的旋转机构的剖视图。
图3是放大表示图2所示的旋转机构的剖视图。
图4A、B、C是表示图2所示的旋转机构的旋转轴的纵向剖视图、顶部平面图、沿着图4A中的IVC-IVC线的剖视图。
图5是表示图2所示的旋转机构中的旋转台和旋转轴的关系的展开透视图。
图6是表示图2所示的旋转机构的冷却通路的展开透视图。
图7是表示在纵向热处理装置中使用的、用于旋转晶片装载体的现有的旋转机构的剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本实用新型的实施形式。另外，在下述说明中，对于具有大致相同的功能和结构的结构要素采用相同的符号，并仅在有必要时才进行重复的说明。
图1是概括表示根据本实用新型的实施形式的纵向热处理装置的纵向剖视图。如图1所示，纵向热处理装置1具有纵向热处理炉2，该纵向热处理炉2用于对多个被处理基片、例如半导体晶片W进行规定的处理、例如扩散处理。热处理炉2包括下部开设炉口(装料口)3的纵向长的处理室，例如由单层管构成的石英制的反应管4。
反应管(处理室)4的炉口3，被可升降的、例如SUS制造的盖体5有选择地打开或关闭。盖体5与炉口3的开口端接触并密闭炉口3。在反应管4的周围，将配有热电阻体的加热器6配置在加热器基座8上。对加热器6进行控制，将反应管(炉子)4内加热到规定的温度、例如300～1200℃。
在反应管4的下端部形成向外的凸缘部4a。凸缘部4a经由凸缘保持构件7保持在加热器基座8上。加热器基座8经由支撑架10配置在基座板9上。在基座板9上形成从下方可以贯穿反应管4的开口部。
在反应管4的下侧部上连接气体供应系统GS，该气体供应系统GS用于将处理气体或净化用的不活泼气体导入到反应管4内，包含多个气体导入管11。并且，对反应管4内部进行排气的排气系统ES经由排气管连接到反应管4的下侧部上。
在反应管4内对晶片W进行处理时，以水平状态且以相互间隔地层叠状态将晶片W保持在晶片装载体(保持件)13上。装载体13具有保持例如直径为300mm的多个、例如25～150块左右的晶片W的石英制的装载体主体。
在热处理炉2的下方配有操作区域(装载区)LA，用于进行晶片W相对于晶片装载体13的移动载置。在操作区域LA中，配置有用于使盖体6升降的升降机构(升降机)14(在图1中仅表示出了支撑盖体5的升降机14的臂部)。装载体13在支撑在盖体5上的状态下，利用升降机14输送至操作区域LA和反应管4之间。即，装载体13利用升降机14对反应管4进行装料和卸料。
在盖体5中配置用于旋转晶片13的旋转机构15。图2是表示旋转机构15的剖视图。图3是放大表示旋转机构15的剖视图。图4A、B、C是表示旋转机构15的旋转轴的纵向剖视图、顶部平面图、沿图4A中的IVC-IVC线的剖视图。图5是表示旋转机构15中的旋转台和旋转轴的关系的展开透视图。
旋转机构15具有旋转轴16、经由轴承17和密封构件18可旋转地支撑旋转轴16的支撑部(称为轴承箱)19。旋转轴16的上端部从下方贯穿盖体5并从盖体5突出。在旋转轴16的上端部固定有在盖体5上旋转的旋转台20。旋转台20由可自由拆装地固定的下侧构件20a和上侧构件20b构成。装载体13经由作为炉口隔热保温机构的保温筒21载置于旋转台20上。旋转台20例如由镍铬铁合金制成。旋转轴16和支撑部19优选由导热性良好的例如SUS制成。
支撑部19形成圆筒状，其上端部气密封地嵌合到盖体5的大致中央部沿上下方向贯穿形成的嵌合孔22中，并有螺栓23固定。在旋转轴16和支撑部19之间，从上下方向的大致中间部向下方配置轴承17、例如球轴承。在支撑部19的下端部上利用螺栓25固定用于固定轴承17的端板24。在旋转轴16的下侧螺合有用于固定轴承17的螺母26、例如具有防松动功能的U螺母(商品名)。
在臂轴承17更靠上的上侧，配有用于对旋转轴16和支撑部19的间隙进行密封的密封构件18、例如具有耐热性和耐旋转摩擦性的オムニシ—ル(商品名)。该オムニシ—ル是用特氟隆(テフロン注册商标)制的盖覆盖截面为U字形的环形弹簧而构成的。另外，密封构件18也可以O环。
为了旋转驱动旋转轴16，在从旋转轴16的支撑部19突出的下端部上安装从动带轮(プ—リ)27。正时齿带30卷绕在从动带轮27、和安装在配置于侧方的马达28的旋转轴上的驱动带轮29上。在从动带轮27的附近配置用于检测旋转轴16的旋转位置的传感器31。
为了抑制从炉内侧经由旋转轴16和支撑部19施加到轴承17和密封构件18上的热的影响，采用对旋转轴16进行冷却的结构。在该冷却结构中，旋转轴16形成薄壁中空状，在旋转轴16的内部形成冷却用的内部气体通路，另一方面，在旋转轴16和支撑部19之间形成冷却用的外部气体通路。在这些气体通路中流通的冷却用气体，例如由氮气N2等不活泼气体构成。进而，在支撑部19内，以围绕旋转轴16的上端侧的方式形成使冷媒、例如水或冷却气体流通的冷却通路32。并且，在盖体5上配置用于对盖体自身进行冷却的冷却通路58。
如图4A所示，旋转轴16的内部经由分隔壁33上下分开，在旋转轴16的外侧且在分隔壁33附近配置密封构件18。在比分隔壁33更靠上的上侧，形成所述内部气体通路和外部气体通路。在比分隔壁33更靠下的下侧，旋转轴16的内部向外部开放，借此将旋转轴16的热排放到外部。
在旋转轴16的上端形成用于水平固定旋转台20的平坦部35。在旋转台20下面的大致中央部上，如图5所示，形成插入旋转轴16的上端部的深度较浅的插入孔36。在插入孔36的上顶面上形成用于减小旋转轴16和旋转台20的接触面积的大致成三叶状的凹部37。旋转台20被螺栓38固定在旋转轴16的上端的平坦部35上。另外，凹部37也可以配置在旋转轴16上端的平坦部35上。
旋转轴16上端的平坦部35，由焊接到旋转轴16上的上侧部件39的上端部构成。利用中空的旋转轴16的分隔壁33和上侧部件，在旋转轴16的上侧形成中空部40。在中空部40的上顶面上，如图4C所示的方式配置与旋转台20的凹部37形状相同的凹部41。凹部41是为了减小经由旋转台20传递给旋转轴16的传导热而形成的。另外，上侧部件39也可以通过焊接以外的接合方法、例如嵌合或螺合等配置在旋转轴的上端。
在旋转轴16的外周部中，在与中空部40的下侧部对应的部分中形成多个、例如6个气体入口孔42。并且，在与中空部40的上侧部(优选为凹部41)对应的部分中，配置多个、例如3个气体出口孔43。从气体导入口45导入的冷却气体，从入口孔42向着出口孔43在旋转轴16的中空部40内流通。
在支撑部19的内周部中，形成与气体入口孔42对应的环形槽44。在支撑部19上，形成用于将作为冷却气体的不活泼气体、例如氮气导入到所述环形槽44中的一个气体导入口45。供应氮气的气体供应系统CGS经由气体供应管连接到该气体导入口45上。
导入环形槽44的氮气的一部分通过旋转轴16和支撑部19之间的间隙Sa上升。导入环形槽44的氮气的另一部分，通过以从气体入口孔42至气体出口孔43的旋转轴16内的中空部40为中心的内部气体通路上升。这样，从内、外对旋转轴16进行冷却的氮气，在出口孔43的外侧合流，通过旋转台20下面和盖体5的上面之间的间隙Sb，从炉内、即反应管4内排放出去。
为了从冷却通路32侧进一步对旋转轴16进行充分冷却，即为了提高冷却效果，旋转轴16和支撑部19之间的间隙Sa形成得较小，为0.1～2mm、优选为0.2～0.8mm、例如在0.42mm左右。另外，在设置于旋转轴16和支撑部19上的冷却通路32的各对向面上，形成具有作为放热用凸部和/或凹部的功能的螺纹46、47。具体而言，旋转轴16的外周部上的螺栓46例如由M30×1.5的阳螺纹构成。另一方面保持件19的内周部上的螺纹47例如由M33×2的阴螺纹构成。这样，通过用螺纹牙形成所谓散热翅片，可以改善旋转轴16的冷却效果。
另一方面，为了使冷媒、例如冷却水不停滞地循环，冷却通路32以绕着旋转轴16呈大致螺旋状地配置。图6是表示冷却通路32的展开透视图。为了易于加工，如图6中展开表示的那样，冷却通路32优选由多层结构、例如三层结构形成。即，在支撑部19中，构成冷却通路32的环形通路32a、32b、32c上下形成多级或多层、例如下层、中层、上层，经由分隔部62、63进行配置。
下层和中层的通路32a、32b分别利用前后两个分隔壁49、50分隔成左通路32ax、32bx和由通路32ay、32by。上层的通路32c是由前侧的一个分隔壁61分隔成的C形通路。在该上层和中层的分隔部63中，形成在上层分隔部61的附近将上层通路32c和中层的左右通路32bx、32by连通起来以使冷媒流通的流通孔51、52。在中层和下层的分隔部62中，在中层后侧分隔壁50的附近，形成将中层的左右通路32bx、32by和下层的左右通路32ax、32ay连通起来以使冷媒流通的流通孔53、54。
在下层的前侧分隔壁49附近，形成冷媒(冷却水)的导入口55和排出口56。在此，将冷煤供应系统CLS的供应管和排出管(返回管)连接起来。通过导入口55和排出口56，沿箭头所示的方向将冷却水(常温水)供应给冷却通路32并进行循环。
如前面所述，在盖体5的上面和旋转台20的下面之间，形成用于使不活泼气体从中心侧向周边侧流通的小间隙Sb。并且，在盖体5的上面和旋转台20的下面之间，形成沿周向方向相连的环形的气体存留部57。该气体存留部57，在盖体5的上面和旋转台20的下面，通过形成对应的环形槽而形成中空室状。通过旋转轴16内外的内部气体通路和外部气体通路之后的氮气，通过间隙Sb流入气体存留部57。通过将氮气存留在气体存留部57中，可以防止从炉内而来的处理气体回到旋转轴16一侧。
简要地说，根据本实施形式的纵向热处理装置1配有旋转机构15，该旋转机构15在开关纵向热处理炉2的炉口3的可升降盖体5上旋转装载有多个晶片W的装载体13。旋转机构15包括旋转轴16、经由轴承17和密封构件18可旋转地支撑旋转轴16的支撑部19。旋转轴16形成薄壁中空结构，并且冷却用气体在其内侧和外侧流通。另一方面，支撑部19具有以围绕旋转轴16的上侧的方式形成的使冷媒、例如水流通的冷却通路32。因此，可以充分地冷却旋转轴16，提高轴承17和密封构件18的耐用性，可以应对高温、例如1200℃左右的热处理。
旋转轴16内部经由分隔壁33被上下分隔，在旋转轴16的外部且在分隔壁33的附近，配置密封构件18。在分隔壁33的上侧、于旋转轴16的内部和外部使冷却用气体、例如氮气流通。在分隔壁33的下侧，使旋转轴16的内部向外部开放。因此，可以充分地冷却旋转轴16。
进而，减小旋转轴16和支撑部19的间隙Sa，同时，在旋转轴16和支撑部19的各对向面上配置作为放热用的凸部和/或凹部的螺纹46、47。因此，可以从冷却通路32侧充分地冷却旋转轴16。
冷却通路32以围绕旋转轴16的方式呈大致螺旋状配置。因此，在可以使冷却水不停滞地循环的同时，可以沿着旋转轴16的长度方向对旋转轴16和支撑部19进行广范围的冷却。冷却通路32被分隔成上下多段，配置使冷媒流通到各段的分隔部62、63中的流通孔51、52、53、54。因此，可以容易地形成大致螺旋状的冷却通路32。
在旋转轴16的上端形成用于固定旋转台20的平坦部35。在平坦部35和旋转台20中的至少一个上，形成用于减小接触面积的凹部37。因此，可以抑制从旋转台20向旋转轴16的热传递。
在旋转轴16的上端连接着在盖体5上旋转的旋转台20。在盖体5的上面和旋转台20的下面之间，形成用于使不活泼气体从中心侧向周边侧流通的间隙Sb、和用于存留不活泼气体的环形的气体存留部57。因此，可以利用简单的结构防止从炉内而来的处理气体的回流，不需要复杂的迷宫结构，可以降低成本。
另外，本实用新型不限于上述实施形式，可以在不脱离本实用新型主旨的范围内进行各种设计变化。例如，晶片装载体13可以由石英以外的材料、例如碳化硅或多晶硅(Si)形成。反应管4也可以具有内管和外管的双重管结构。。作为冷却气体，优选为不活泼气体，但也可以是除不活泼气体以外的气体。作为冷媒优选采用水，但是，也可以采用除水以外的液体或流体。
根据上述实施形式的纵向热处理装置是采用本实用新型的例子，本实用新型也可以同样地适用于其它类型的纵向热处理装置。例如，纵向热处理装置可以由进行扩散处理以外的处理、例如CVD处理(包含减压式的)、氧化处理、退火处理的方式构成。并且，在上述实施形式中，作为被处理基片以半导体晶片为例进行说明，但是本实用新型也可以适用于对LCD基片等其它基片进行处理的装置。
权利要求1.一种纵向热处理装置，在开闭纵向热处理炉的炉口的可升降盖体上，设置了使装载有多个被处理基片的保持件旋转的旋转机构，其中，前述旋转机构包括旋转轴；经由轴承和密封构件可旋转地支撑前述旋转轴的支撑部；前述旋转轴以形成薄壁的中空结构且使冷却气体在其内侧和外侧流通的方式构成，并且，前述支撑部具有以围绕前述旋转轴的上侧的方式形成的、使冷媒流通的冷却通路。
2.如权利要求1所述的纵向热处理装置，其中，前述旋转轴的内部经由分隔壁上下分隔开，在前述旋转轴的外侧且在前述分隔壁的附近配置前述密封构件，在前述分隔壁的上侧使前述冷却气体在前述旋转轴的内部和外部流通，在前述分隔壁的下侧，前述旋转轴的内部向外部开放。
3.如权利要求1所述的纵向热处理装置，其中，前述旋转轴和前述支撑部之间的间隙设定得较小，并且，在前述旋转轴和前述支撑部的至少一个的对向面上配置散热用的凹部或凸部。
4.如权利要求1所述的纵向热处理装置，前述冷却通路呈大致螺旋状配置。
5.如权利要求1所述的纵向热处理装置，前述冷却通路经由分隔部被上下分隔成多段，在各段分隔部中形成使冷媒流通的流通孔。
6.如权利要求1所述的纵向热处理装置，在前述旋转轴的上端形成固定旋转台的平坦部，在前述平坦部和前述旋转台的至少一个上，形成使接触面积小的凹部。
7.如权利要求1所述的纵向热处理装置，在前述旋转轴的上端配置在前述盖体上旋转的旋转台，在前述盖体的上面和前述旋转台的下面之间形成使不活泼气体从中心侧向周边侧流通的间隙，同时，形成存留前述不活泼气体的环形气体存留部。
8.一种用于对多个被处理基片同时进行热处理的纵向热处理装置，包括容纳前述被处理基片的气密封的处理室，前述处理室在底部具有装料口，选择性地打开和关闭前述处理室的前述装料口的盖体，以相互间隔开的层叠状态在前述处理室内保持前述被处理基片的保持件，向前述处理室内供应处理气体的供应系统，对前述处理室内部进行排气的排气系统，对前述处理室的内部环境气体进行加热的加热装置，以将保持前述被处理基片的前述保持件支撑在前述盖体上的状态使前述盖体升降的升降机，为了旋转前述保持件而配置在前述盖体上的旋转机构，前述旋转机构包括以薄壁形成的中空结构的旋转轴、经由轴承和密封构件可旋转地支撑前述旋转轴的支撑部，一方面在前述旋转轴内部形成冷却用的内部气体通路，另一方面在前述旋转轴和前述支撑部之间形成冷却用的外部气体通路，将冷却用的不活泼气体供应给前述内部气体通路和前述外部气体通路的惰性气体供应系统。
9.如权利要求8所述的纵向热处理装置，其中，前述旋转轴的内部经由分隔壁上下分隔开，在前述旋转轴的外侧且在前述分隔壁的附近配置前述密封构件，在前述分隔壁的上侧形成前述内部气体通路和前述外部气体通路，在前述分隔壁的下侧使前述旋转轴的内部向外部开放。
10.如权利要求8所述的纵向热处理装置，在形成前述外部气体通路的区域中，在前述旋转轴的外周面上形成放热用的凸部或凹部。
11.如权利要求8所述的纵向热处理装置，前述旋转机构进一步配有连接到前述旋转轴的上端的旋转台，前述旋转台和前述盖体隔着一个小间隙相互对向，同时，在两者之间形成与前述小间隙连通的环形的气体存留部，前述旋转轴的结构使得，前述不活泼气体在通过前述内部气体通路或前述外部气体通路之后，通过前述小间隙流入到前述气体存留部中。
12.如权利要求8所述的纵向热处理装置，进一步包括在前述外部气体通路的周围、形成于前述支撑部内的使冷媒流通的冷却通路；和向前述冷却通路供应冷媒的冷媒供应系统。
13.如权利要求12所述的纵向热处理装置，前述冷却通路配置成大致螺旋状。
14.如权利要求12所述的纵向热处理装置，前述冷却通路经由分隔部被分隔成上下多段，形成使冷媒流通到各段的分隔部内的流通孔。
15.如权利要求12所述的纵向热处理装置，在形成前述冷却通路的区域中，在前述旋转轴和前述支撑部的至少一个的对向面上，形成散热用的凸部或凹部。
专利摘要本实用新型提供一种纵向热处理装置(1)，可以对旋转轴进行充分冷却、可以提高轴承和密封构件的耐用性、可以应对高温热处理。在开闭纵向热处理炉(2)的炉口(3)的可升降盖体(5)中，配置使装载有多个被处理基片(W)的保持件(13)旋转的旋转机构(15)。旋转机构(15)包含旋转轴(16)、经由轴承(17)和密封构件(18)可旋转地支撑旋转轴(16)的支撑部(19)。旋转轴(16)形成薄壁中空结构，并且使冷却用气体在其内侧和外侧流通。支撑部(19)具有以围绕旋转轴(16)的上侧的方式形成的使冷媒流通的冷却通路(32)。
文档编号H01L21/324GK2706861SQ0324325
公开日2005年6月29日 申请日期2003年4月8日 优先权日2002年4月9日
发明者户羽胜也, 高桥喜一, 小原美鹤 申请人:东京毅力科创株式会社