JPH03288426A - 熱処理装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は熱処理装置に関する。

［従来の技術］ 従来から半導体ウェハ製造に係る薄膜、酸化膜成形には
ＣＶＤ装置、エピタキシャル成長装置や酸化膜形成装置
あるいは熱拡散装置等には８００℃〜１２００℃に半導
体ウェハを加熱して処理が施される熱処理装置がある。

熱処理装置は半導体ウェハの大口径化に対応してヒータ
の有効内径が３００ｍｍを超えるものまで作られている
。これらの大型化に伴い断面温度を均一に保持しやすい
縦型熱処理装置が用いられるようになってきている。

縦型熱処理装置は第５図に示すように水平に相互に平行
に積層して石英ボート１に支持された半導体ウェハ２が
反応管３内に挿入口４から挿入されると反応管３を包囲
して設けられたヒータ５により所望の温度に加熱される
。反応管３には反応ガス供給系（図示せず）に接続され
た反応ガス供給口６が設けられ、吸引ポンプ等を備えた
反応ガス排気系（図示せず）に接続された反応ガス排気
ロアから排気されて反応ガスが半導体ウェハ２に均一に
供給されるようになっている。また、反応終了後空気等
の冷却ガスを流入させる冷却ガス供給口８及び冷却ガス
を吸引排気させる冷却ガス排出口９が設けられ反応を停
止させるようになっている。

［発明が解決すべき課題］ しかしこのような縦型熱処理装置で特に拡散装置におい
ては、石英ボート出入れの際に反応管３の挿入口４が完
全に解放された状態になる。この時常温との温度差によ
り強烈な対流が発生し、このガス対流及びローディング
操作により熱輻射による熱損失で反応管内の温度分布が
不均一になったり、あるいは空気の巻込みによる半導体
ウェハの汚染や酸化が生じてしまった。そのため第６図
に示すように半導体ウェハ２を石英ボート１に移載する
予備室１０を設け、これにより大気から隔離され常時真
空装置！１１により真空にされるかあるいはパージガス
供給系１２からＮ２ガス等のパージガスを供給し空気と
置換した状態のロードロック室１３を備える等の対策を
とっていた。ロードロック室１３には、ボート移動機構
１４が設けられ反応管３内の石英ボート１の搬入出を行
っていた（特公昭６１−２０１２８号）。

しかしこのような装置は大がかりであって縦型熱処理装
置として付属設備も多数必要となり経済的ではなかった
。

本発明は上記の欠点を解消するためになされたものであ
って、簡単な装置でしかも加熱温度の急昇降を可能とし
、そのためバラツキのない高精度に均一な製品を製造で
き、しかも空気等の巻き込みが生じないクリーンな状態
で処理でき処理時間も短縮することができる熱処理装置
を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため本発明の熱処理装置は、被処
理体が収納される処理容器と、該処理容器に収納される
被処理体に処理温度雰囲気を形成する前記処理容器を包
囲して設けられる加熱装置とを備えた熱処理装置におい
て、前記加熱装置及び前記処理容器を離反し前記処理容
器を低温雰囲気に晒して急速降温する手段を備えたもの
である。

［作用］ 被処理体が配置された処理容器を包囲するように設けら
れた加熱装置を予め定められた手順で移動する移動機構
を設ける。処理容器内被処理体を加熱装置により所望の
温度に加熱して被処理体の処理が終了すると、移動機構
により加熱装置を移動させて処理容器から退去させ、冷
却媒体を流して処理容器内被処理体を予め定められた温
度例えば常温に降温冷却させる。この後被処理体を処理
容器外に搬出することで大気の巻込み等も生じることな
くクリーンな状態で被処理体を処理することができる。

［実施例］ 本発明の熱処理装置を半導体ウェハ製造の縦型拡散装置
に適用した一実施例を図面を参照して説明する。

第１図に示す拡散装置には被処理体である半導体ウェハ
２０を複数例えば１００枚水平に積層して支持する石英
ボート１０が挿入口４０から挿入されて載置される保温
筒３１を備えた処理容器である反応管３０が縦方向に設
けられる。反応管３０には反応ガス供給系（図示せず）
に接続された反応ガス供給口６０が設けられる。反応ガ
ス供給口６０はマニホールド３５に設けられ、複数の反
応ガスがそれぞれの反応ガス供給系に接続され随時反応
管３０内に供給されるようになっている。

反応管３０内に供給された反応ガスは半導体ウェハ２０
に均一に供給され、真空ポンプ等を備えた反応ガス排気
系（図示せず）に接続された反応ガス排気ロア０から排
気されるようになっている。

この反応管３０の外壁には熱電対１５が複数ｉｉ１！置
され、所望の位置の温度測定を行う。また石英ボート１
０を支持する保温筒３１は回転機構（図示せず）に接続
され半導体ウェハ２０の面内均一を図るため処理中の半
導体ウェハ２０を回転できるようになっている。また、
この反応管３０の位置の拡散装置にの外壁には冷却媒体
循環系１６をなす冷却媒体流入口１７及び冷却媒体排出
口１８を備え、冷却装置１９により冷却された空気が反
応管３０の外壁を冷却しファン２０により循環されるよ
うになっている。さらに反応管３０を輻射冷却するため
冷却水循環系２１によって冷却される冷却壁８０が設け
られる。冷却壁８０は例えば３ＩＩ１１１厚のステンレ
ススチールからなる円筒状の気密な二重構造であり、こ
の気密な冷却壁８の中に冷却水を流すようにして冷却水
循環系２１が構成されている。

このような反応管３０の上方には加熱装置が移動可能に
退去する退去室２２が設けられ、加熱装置であるＭｏＳ
ｉ２等からなる抵抗発熱体５ｏが上面及び両側面に別々
に設けられ３ゾーンのヒータ構成としている。図では３
ゾーンとなっているが両側面をさらに２分割し合計５ゾ
ーンのヒータ構成としてもよい。抵抗発熱体５０の外周
には断熱材２３が抵抗発熱体５０を包囲するように設け
られる。これらの抵抗発熱体５０及び断熱材２３は、低
温雰囲気に晒して急速降温する手段である移動機構２４
を備え上下移動可能となっている。

移動機構２４は上下移動速度が一定となるようインバー
タ制御を行ったモータを駆動源として用い、予め定めら
れた手順（プログラム）で移動制御が行われるようにな
っている。また抵抗発熱体５０及び断熱材２３は数１０
Ｋｇの重量があるためモータの出力が小さいものでもよ
いようにカウンターウェイトを用いてバランスさせても
よい。退去室２２と反応管３ｏとの間には断熱シャッタ
ー２５が開閉自在に設けられ、抵抗発熱体５０の熱が反
応管３０から遮断されるようになっている。ステンレス
スチール板の上にアルミナファイバーフロックを設けた
断熱シャッター２５は省スペース化を図るため引戸形式
で２枚に分割されて設けられている。断熱シャッター２
５が開けられ、移動機構２４により抵抗発熱体５０及び
断熱材２３が図の位置から反応管３０を包囲する位置ま
で下降された時、冷却媒体排気口１８の位置と断熱材２
３に設けられた貫通孔２６の位置一致し冷却媒体が冷却
媒体排気口１８から排気できるようになっている。また
抵抗発熱体５０が下降した時、抵抗発熱体５０の端子５
１は電源端子５２と接続されるようになっており、抵抗
発熱体５ｏの動きに伴い抵抗発熱体５０に通電されるよ
うになっている。

このような構成の拡散装置の動作を説明する。

半導体ウェハ２０を搬送装置により石英ボート１０に移
載し１石英ボート１０を反応管３０の挿入口４０から挿
入させ保温筒３１上に載置させる。

その後反応ガス排気ロアｏから反応管３０内の排気を行
い反応管３０を１０　”〜１０　’ｔｏｒｒ程度の真空
状態にする。その後断熱シャッター２５を開いて移動機
構２４を作動させ、退去室２２に配置されていた抵抗発
熱体５０及び断熱材２３を反応管３０を包囲するまで下
降させる。抵抗発熱体５０が下降すると端子５１と電源
端子５２が接続され抵抗発熱体５０に通電される。そし
て断熱シャッター２を閉じ反応ガスを供給しながら６イ
ンチ径の半導体ウェハならば２０℃〜８００てまでは１
００℃／分、８００℃〜１０００℃までは２０−４０℃
／分、１０００℃以上では１５〜２ｏ℃／分の平均速度
で昇温させる、このように加熱することで半導体ウェハ
２０の面内温度を均一にして昇温させることかできる。

さらにこの時側面の抵抗発熱体５０を温度差を持たせて
電流を供給し、保温筒３１を回転させることにより、温
度差を相殺し半導体ウェハ２０の面内温度を均一に昇温
することができる。この時の半導体ウェハの昇温状態を
第２図に示す。また、半導体ウェハ２０の温度均一を図
るためＮ２等の不活性ガスを半導体ウェハ２０相互間に
流通させるようにしてもよい。

この時第３図に示すようにガスの予備加熱室２７を設け
、この予備加熱室２７及び側壁のパイプ２８で予め加熱
したＮ２ガスを供給するようにしてもよい。このように
して加熱処理が終了すると断熱シャッター２５を開けて
冷却媒体流入口１７から冷却媒体循環系１６により冷却
媒体例えば空気を供給し、抵抗発熱体５０及び反応管３
０の冷却を行う。この時冷却水循環系２１も作動させる
。

抵抗発熱体５０及び断熱材２３が約８００℃まで降温さ
れると抵抗発熱体５０及び断熱材２３を移動機構２４に
より上昇させ退去室２２に後退させる。その後断熱シャ
ッター２５を閉じて反応管３０の冷却を行う。抵抗発熱
体５０が退去し、さらに冷却媒体循環系１６により反応
管３０が冷却され、加えて反応管３０から冷却壁８０へ
輻射冷却が行われているため、反応管３０の冷却を急速
に行うことができる。第４図に示すように所望の温度ま
で降温させた反応管３０の挿入口４０から石英ボート１
を搬出させる。勿論常温まで降下させた後搬出させても
よい。

このように急速な昇降温可能なため、反応時間も短縮さ
れ、しかも高温時に空気と接触することがないため、空
気の巻込みによる酸化反応が生じて不均一な処理となっ
てしまうことがない。

上記の説明は本発明の一実施例の説明であって。

本発明はこれに限定されない。即ち、上記実施例では加
熱装置の退去室を反応管の上方に設けたが、反応管を上
に退去室を下方に設けるようにして、加熱装置を上下移
動させるようにしてもよい。このようにすることで断熱
材から発生するパーティクルが半導体ウェハの搬送径路
に落ちて汚染源となる可能性も低減させることができる
。また、半導体ウェハ処理中の温度を変化させたい時加
熱装置を移動させてもよいし、適当な周期で移動させる
ようにしてもよい、また拡散装置に限定されず、熱処理
装置ならば縦型に限らず横型炉等信れのものにも適用で
きる。

［発明の効果］ 上記の説明からも明らかなように本発明の熱処理装置は
、加熱装置を予め定められた手順で移動するため反応管
を急速に所望する温度に制御することができ、特に熱処
理工程後の加熱装置の移動は自然酸化膜の成長を軽減で
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の熱処理装置を適用した一実施例の構成
図、第２図は第１図に示す一実施例を説明する図、第３
図は第１図に示す一実施例の要部を示す図、第４図は第
１図に示す一実施例を説明する図、第５図及び第６図は
従来例を示す図である。 １６・・・・・・冷却媒体循環系 ２０・・・・・・半導体ウェハ（被処理体）２４・・・
・・・移動機構（低温雰囲気に晒して急速降温する手段
） ３０・・・・・・反応管（処理容器）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　被処理体が収納される処理容器と、該処理容器に収納
   される被処理体に処理温度雰囲気を形成する前記処理容
   器を包囲して設けられる加熱装置とを備えた熱処理装置
   において、前記加熱装置及び前記処理容器を離反し前記
   処理容器を低温雰囲気に晒して急速降温する手段を備え
   たことを特徴とする熱処理装置。