JPH01243515A

JPH01243515A - 熱処理装置

Info

Publication number: JPH01243515A
Application number: JP6952188A
Authority: JP
Inventors: Noboru Tatefuru; 立古　昇; Akihiko Sato; 昭彦佐藤; Shigeji Masuyama; 増山　茂治; Tsugunori Fusegawa; 布施川　世紀; Takara Yoshida; 吉田　宝; Keizo Inaba; 稲庭　桂造; Junichi Hayakawa; 淳一早川
Original assignee: Hitachi Tokyo Electronics Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Priority date: 1988-03-25
Filing date: 1988-03-25
Publication date: 1989-09-28

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、熱処理技術、特に、熱処理装置における強制
冷却技術に関するもので、例えば、半導体装置の製造工
程において、不純物を拡散処理するのに利用して有効な
ものに関する。

〔従来の技術〕

半導体装置の製造工程において、半導体ウェハに不純物
をデボジシラン、および引伸し拡散する方法として、複
数枚のウェハを載置したボートを比較的低温（例えば、
８００〜９００°Ｃ）でプロセスチューブに搬入した後
、所定の温度（例えば、１０００〜１２００°Ｃ）まで
炉温度を上昇させて所定時間の処理を実施し、その後、
炉温度を低温まで降温させてから、ウェハを載置したボ
ートをプロセスチューブより搬出するように構成されて
いる所謂炉熱炉冷プロセスと呼ばれている方法がある。

なお、このような炉熱炉冷プロセスを述べである例とし
ては、特開昭５８−３３０８３号公報がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような炉熱炉冷プロセスに使用される拡散装置にお
いては、加熱用ヒータ、ヒータを固定した断熱材、プロ
セスチューブ、およびこれらの間に設置された均熱管（
ＳｉＣ）等の熱容量が大きく、炉熱炉冷プロセスにおけ
る降温（炉冷）時の速度が小さく、特に、比較的低温（
１０００℃以下）において顕著になり、そのため、処理
サイクル時間が長くなり、作業効率、炉効率は低い。ま
た、比較的短時間処理のプロセス（例えば、２０分以下
）においては、炉熱炉冷プロセス法そのものの適用も難
しい。

そして、ウェハ径がさらに大口径化された場合にはウェ
ハ変形、割れ、熱応力転位等が発生し易くなるため、炉
熱炉冷プロセス法における低温度をさらに低下（例えば
、９００°Ｃ−＋８　ｏ　ｏｏＣ）させる必要があり、
かつ、プロセスチューブの大型化に伴い熱容量も増大す
るため、問題は増々大きくなる。

ところで、特開昭５８−３３０８３号公報には炉熱炉冷
プロセスにおける降温時の速度を高める技術として、ヒ
ータと、断熱材との間の空間に冷却用流体を通流しプロ
セスチューブを強制冷却させる技術が提案されている。

しかし、ここに提案されている技術においては、ヒータ
および断熱材からの発塵が多く、また、ヒータに冷却用
流体が直接吹きつけられるため、これを劣化させ易いと
いう問題点があることが、本発明者によって明らかにさ
れた。

本発明の目的は、被処理物の汚染およびヒータの劣化等
を防止しつつ炉熱炉冷プロセスにおける降温速度を高め
ることができる熱処理装置を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特＠→よ、
本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろ
う。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を説明すれば、次の通りである。

すなわち、プロセスチューブの外側に外筒をプロセスチ
ューブを取り囲むように設置するとともに、この外筒と
プロセスチューブとの間隙に冷却用流体を流通するよう
にしたものである。

〔作用〕

前記した手段によれば、炉熱炉冷プロセスにおいて、炉
冷開始と同時にプロセスチューブと外筒との間に冷却用
流体を流通させることにより、プロセスチューブを強制
冷却させることができるため、降温速度を高めることが
でき、その結果、プロセス全体としての所要時間を短縮
させることができる。

このとき、冷却用流体は外筒とプロセスチューブとの間
を流通することにより、流体が断熱材およびヒータに直
接接触することがないため、断熱材およびヒータからの
発塵、並びにヒータの損傷の発生は防止されることにな
る。しかも、冷却用流体はプロセスチューブに直接接触
するため、その冷却効果はきわめて効率的に実行される
ことになる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例である拡散装置を示す縦断面
図、第２図は第１図の■部を示す拡大部分断面図、第３
図は第１図のＩ［［−１１［腺に沿う断面図、第４図は
炉熱炉冷プロセスのシーケンスを示す線図である。

本実施例において、本発明に係る熱処理装置としての拡
散装置は石英ガラス等を用いて略円筒形状に形成されて
いるプロセスチューブ１を備えており、このプロセスチ
ューブ１には炉口１ａおよび処理ガス供給路１ｂがそれ
ぞれ両端に配されて開設されているとともに、その筒中
空部は処理室２を実質的に形成している。プロセスチュ
ーブｌの外方にはヒータ３がこれを取り巻くように配設
されており、ヒータ３は後記する外筒およびプロセスチ
ューブ１を通して処理室２を均一に加熱するようになっ
ている。ヒータ３はヒータ素線４を所定のピッチが設定
されている円筒形のコイル状に巻かれることにより構成
されており、ヒータ素線４は通電されることによって発
熱する電気抵抗体により構成されている。ヒータ３の外
側は石英ウール等からなる断熱材５によって被覆されて
おり、ヒータ３はこの断熱材５により支持されるように
なっている。

プロセスチューブ１の外部にはヒータ３との間に、石英
ガラスを用いてプロセスチューブ１よりも大径の円筒形
状に形成されている外筒６が同心的に配設されており、
外筒６の両端部内周にはいずれも石英ウール等の断熱材
からなるシールブロック８および１０がプロセスチュー
ブ１の外周との間にそれぞれ介設されている。そして、
シールブロック８および１０の外側はカバー９および１
１によりそれぞれ被覆されている。これにより、外筒６
とプロセスチューブ１との間には密閉空間が形成されて
おり、この空間により後述するようにエア流通路７が実
質的に形成される。炉口１ａ側のシールブロック８およ
びカバー９には、冷却用流体としての空気１２を流通路
７に供給するための給気管１３が流通路７内に達するよ
うに挿入されており、給気管１３には送風機１４が接続
されている。

他方、処理ガス供給口１ｂ側のシールブロック９および
カバー１０にはエアと流通路７から排気するための排気
管１５が流通路７内に達するように挿入されており、排
気管１５には冷却器１６が接続されている。

次に作用を説明する。

被処理物としてのウェハ１７を拡散処理する場合、ウェ
ハ１７を複数枚室てたボート１８はプロセスチューブ１
に炉口１ａから略中央部に搬入され、炉熱炉冷プロセス
についてのシーケンス制御装置（図示せず）により第４
図に示すような処理シーケンスで処理が実施される。

すなわち、ウェハ１７およびポート１８は低温時にプロ
セスチューブ１の中央部に搬入される。

続いて、炉温が８°Ｃ／分で昇温（炉熱）された後、１
０００℃（高温）で所定時間、所定の雰囲気中で処理が
実施される０次いで、炉冷ステップに入ると同時に、送
風機１４が運転されてプロセスチューブ１と外筒６との
間の流通路７に冷却用流体としての空気が送給される。

この空気によりプロセスチューブ１が強制的に冷却され
、低温（８００°Ｃ）まで、５〜１０°Ｃ／分で降温（
炉冷）される。その後、ウェハ１７を載置保持したボー
ト１８がプロセスチューブ１内から搬出される。

ところで、強制冷却が実施されない場合には、冷却速度
は２〜３°Ｃ／分であり、高温から低温までの炉冷時間
は約６７〜１００分かかる０本実族′　　例によれば、
冷却速度は５〜１０″Ｃ／分となり、炉冷時間は２０〜
４０分に短縮することができる。

冷却速度は炉熱炉冷プロセスのシーケンス制御装置によ
る制御に基づく送風機１４からの空気量により自由に設
定することができる。

処理シーケンスが高温一定の方式、すなわち、高温でウ
ェハ１７を載置保持したポート１８を搬入搬出する方式
を熱応力転位対策のために、第４図に示すような処理シ
ーケンスに変更する場合であって、元の処理条件が比較
的短時間処理の場合（例えば、１０００℃で５〜２０分
処理する場合）、従来のように冷却速度が遅い時には、
この炉−冷ステップで熱処理が進行するため、第４図に
示されているような高温ステップが充分とれず、炉熱炉
冷処理シーケンスの設定が難しい。しかし、本実施例に
よれば、前述したようにこれが可能となる。

本実施例においては、プロセスチューブ１と外筒６との
間に空気を導入し、ヒータ３や断熱材５には空気流は入
らないため、汚染物を発生し易いヒータ３および断熱材
５からの発塵は無く、したがって、処理ウェハへの汚染
は抑制される。

外筒６の両端部にシールブロック８および１０を固定し
易くするため、外筒６自体にストッパを付けてもよい。

処理開始時の低温（例えば、８００’Ｃ）と、処理終了
時の低温（例えば、９４０°Ｃ）が異なる場合には、次
の処理までに低温をさらに低下させる必要があるが、本
実施例によれば、この準備時間を短縮することもできる
。

前記実施例によれば次の効果が得られる。

（１）プロセスチューブに外筒を外挿するとともに、プ
ロセスチューブと外筒との間に冷却用流体を流通させる
ことにより、プロセスチューブを強制的に冷却させるこ
とができるため、プロセスチューブの降温速度を高める
ことができ、処理時間としての所要時間を短縮すること
ができる。

（２）冷却用流体を外筒とプロセスチューブとの間に流
通させることにより、流体が断熱材およびヒータに接触
することがないため、断熱材およびヒータからの発塵、
並びにヒータの損傷の発生を防止することができ、しか
も、流体をプロセスチューブに直接接触させることがで
きるため、冷却効果を高めることができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

例えば、外筒は石英ガラスを用いて形成するに限らず、
セラミック等のような耐熱性かつ発塵の少ない材料を用
いて形成することができる。

冷却用流体としては空気を使用するに限らず、窒素ガス
等を使用することができ、また、循環使用するように構
成してもよい。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である拡散装置に適用した
場合について説明したが、それに限定されるものではな
く、低圧ＣＶＤ装置、アニリング装置、その他の熱処理
装置全般に適用することができる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、次の通りである。

プロセスチューブに外筒を外挿するとともに、プロセス
チューブと外筒との間に冷却用流体を流通させることに
より、プロセスチューブを強制的に冷却させることがで
きるため、プロセスチューブの降温速度を高めることが
でき、処理時間としての所要時間を短縮することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である拡散装置を示す縦断面
図、第２図は第１図の■部を示す拡大部分断面図、第３図は
第１図の■−■線に沿う断面図、第４図は炉熱炉冷プロ
セスのシーケンスを示す線図である。１・・・プロセスチューブ、２・・・処理室、３・・・
ヒータ、４・・・ヒータ素線、５・・・断熱材、６００
．外筒、７・・・流通路、８．１０・・・シールブロッ
ク、９．１１・・・カバー、１２・・・空気（冷却用流
体）、１３−給気管、１４・・・送風機、１５・・・排
気管、１６・・・冷却器、１７・・・ウェハ被処理物、
１８・・・ボート（処理治具）。一ノ第３図第４図時デー

Claims

【特許請求の範囲】１、プロセスチューブの外側に外筒がプロセスチューブ
を取り囲むように設置されており、この外筒とプロセス
チューブとの間隙に冷却用流体が流通されるように構成
されていることを特徴とする熱処理装置。２、外筒が石英管により形成されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の熱処理装置。３、流体が炉熱炉冷プロセスにおいて炉冷段階に供給さ
れることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の熱処
理装置。