JPH04298024A - 縦形半導体拡散炉 - 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】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体熱処理装置に使
われる縦形半導体拡散炉に関する。

【０００３】

【従来の技術】半導体ウエーハ（以下、ウエーハという
）の製造工程において、ウエーハの表面に不純物を拡散
したり酸化被膜を形成させる熱処理装置のなかには、従
来から縦形半導体拡散炉がある。この縦形半導体拡散炉
では、上述の拡散や被膜形成の熱処理を行うために、ウ
エーハを約１０００℃に加熱し、所定の時間が経過後、
処理能力を上げるために許容される温度勾配で強制冷却
される。このときには、熱ストレスによる格子欠陥を防
ぐために、すべてのウエーハの冷却温度は極めて小さい
誤差の範囲に維持することが要求される。

【０００４】このような縦形半導体拡散炉のなかには、
図５で示すものがある。同図において、縦断面逆Ｕ字状
の炉体２１の内部には、コイル状の電熱線が収納された
加熱部２２が挿入され、この加熱部２２の内側には、同
じく逆Ｕ字状の窒化シリコン製の反応管２５が同軸に挿
入され、この結果加熱部２２と反応管２５との間には筒
状の間隙２４が形成されている。この反応管２５の内部
には詳細省略したボート６が挿入され、このボート６に
は、数十枚のウエーハ７が等間隔に載置されている。

【０００５】一方、炉体２１の下部には、吸気口２１ａ
が同図のＡ−Ａ断面図を示す図６（ａ）のように９０°
間隔で設けられ、炉体２１の上部には、排気口２１ｂが
同図（ｂ）に示すように設けられている。なお、反応管
２５の下端は、図示しないオートキャップで閉塞され、
このオートキャップの中心には、ボート６を支持する図
示しない支持棒が気密に貫通している。

【０００６】このように構成された縦形半導体拡散炉に
おいては、ウエーハ７を冷却するときには、図示しない
ガス供給装置から送られた冷却ガス（例えばＮ２　ガス
）が、吸気口２１ａから加熱部２２と反応管２５との間
の筒状の間隙２４に送り込まれ、この冷却ガスは、間隙
２４を上昇して上端の排気口２１ｂから排出される。

【０００７】又、図７に示すような縦形半導体拡散炉も
使われている。同図において、縦形半導体拡散炉３０の
炉体３１の内部には、詳細省略した加熱部３２と石英製
の反応管３５が順に同軸に挿入され、反応管３５の内部
には、図示しないボートに数十枚のウエーハが載置され
ている。なお、反応管３５の下端には、オートキャップ
３３が設けられ、炉体３１の下部には、同図では右側に
吸気口３１ａが設けられ、炉体３１の上部には左側に排
気口３１ｂが設けられている。

【０００８】一方、縦形半導体拡散炉３０の設置面には
、加熱部３２に供給する電力を連続的に変化させて加熱
部３２の発熱量を変える温調器３６と、炉体３１の吸気
口３１ａに送風管３７ａが接続され一定の冷却ガスを吐
出する強制空冷装置３７と、冷却時には温調器３６に対
して一定の速度で設定温度を下げるように指令するとと
もに、同時に強制空冷装置３７を停止させる主制御装置
３８が設置されている。

【０００９】このように構成された縦形半導体拡散炉に
おいては、反応管３５の内部のウエーハを冷却するとき
には、強制空冷装置３７から冷却ガスとしてＮ２　ガス
が送風管３７ａを介して吸気口３１ａから炉体３１の内
部に送り込まれ、この冷却ガスは、加熱部３２と反応管
３５の間を上昇して排気口３１ｂから排出される。

【００１０】又、図８は、冷却ガスの流路が図５及び図
７と異なる従来の縦形半導体拡散炉を示す。同図におい
て、炉体４１の内部の加熱部３２に同軸に挿入された反
応管４５には、略Ｚ字状に曲げられた供給管４６が左側
面に配設され、この供給管４６の上端は、反応管４５の
上端中央に設けられた吸気口４５ａに接続され、反応管
４５の下部右側面には、排気管４７が接続されている。

【００１１】このように構成された縦形半導体拡散炉に
おいても、図８に示す主制御装置３８で同図で示す温調
器３６，強制空冷装置３７を制御して昇温・保温・降温
される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このうち図
５及び図７のように構成された縦形半導体拡散炉におい
ては、冷却時には、炉体２１，３１の下端の吸気口２１
ａ，３１ａから内部に送り込まれた冷却ガスは、内部で
暖められて上昇し、上端の排気口２１ｂ，３１ｂから排
出されるので、反応管２５，３５の下部と上部では、冷
却ガスの温度は図９の直線１２で示すように直線的に差
ができる。すると、炉体２１，３１の下部は急速に冷却
される一方、炉体２１，３１の上部では徐々に冷却され
る。これは、反応管２５，３５の内部のウエーハも同様
で、その結果、ウエーハの酸化被膜がばらついて不良品
ができるおそれがある。

【００１３】同様に、炉体２１，３１や反応管２５，３
５も、急速に冷却される下部とゆるやかに冷却される上
部との差で、下部には熱ストレスが発生し、これがウエ
ーハの冷却のたびに繰り返されるので、炉体２１，３１
や反応管２５，３５の寿命が損なわれるおそれもある。 これは、図８で示す縦形半導体拡散炉のときも同様で、
このときには、上部のウエーハと反応管４５及び炉体４
１の上部は急速に冷却されるので、反応管４５，炉体４
１の上部が熱ストレスを受ける。そこで、本発明の目的
は、ウエーハを均一に冷却することができ、炉体や反応
管などの寿命を延ばすことのできる縦形半導体拡散炉を
得ることである。［発明の構成］

【００１４】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明の一つは
、縦断面が逆Ｕ字状の炉体に加熱部と反応管が順に挿入
された縦形半導体拡散炉において、加熱部と反応管の間
に仕切筒を設け、この仕切筒の下端に炉体の下端と反応
管の下部外周間を閉塞する密閉板を設け、この密閉板に
は炉体及び仕切筒間に冷却ガスを供給する供給口と仕切
筒及び反応管間の冷却ガスを排出する排出口を設けるこ
とで、炉体及び反応管の上下間の冷却速度の差を減らし
て、ウエーハの冷却速度を均一にし、炉体及び反応管の
熱ストレスを低減し寿命を延ばした縦形半導体拡散炉で
ある。

【００１５】又、本発明の二つは、縦断面が逆Ｕ字状の
炉体に加熱部と反応管が順に挿入された縦形半導体拡散
炉において、炉体の外部にガス冷却管を設け、このガス
冷却管の片側を反応管の上部に接続し、ガス冷却管の他
側を反応管の下部に接続することで、炉体及び反応管の
上下間の冷却速度の差を減らし、ウエーハの冷却速度を
均一にし、炉体及び反応管の熱ストレスを低減し寿命を
延ばした縦形半導体拡散炉である。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の縦形半導体拡散炉の一実施例
を図面を参照して説明する。図１は、第１の発明の縦形
半導体拡散炉の縦断面図、図２は、図１の底面図である
。図１及び図２において、炉体１の内部には、従来と同
様にコイル状の電熱線が収納された加熱部２が挿着され
、この加熱部２が挿着された炉体１の軸心部には、反応
管５が挿入され、この反応管５の内部には、詳細省略し
たボート７に図示しないウエーハが載置されている。

【００１７】一方、加熱部２と反応管５との間には、石
英製の筒状の仕切管３が挿入され、この仕切管３の下端
には環状の密閉板８があらかじめ固定され、この密閉板
８の外周は炉体１の内周下端に気密に接触し、密閉板８
の内周は反応管５の外周下部に気密に接している。そし
て、この結果、加熱部２と仕切管３の間には筒状の空隙
４Ａが、仕切管３と反応管５との間には同じく筒状の空
隙４Ｂがそれぞれ形成されている。

【００１８】又、密閉板８には、図２で示すように、反
応管５と仕切管３との間に、排気口３ｂが９０°間隔で
同図では前後左右に設けられ、同じく反応管５と炉体１
との間の同図では４５°の位置に、９０°間隔で吸気孔
３ａが設けられ、これらの吸気孔３ａ，排気口３ｂには
、冷却用ガスを供給する図示しない吸気管と排気管がそ
れぞれ接続されている。

【００１９】さて、このように構成された縦形半導体拡
散炉においては、図示しない吸気管から吸気口３ａを経
て炉体１の内部に供給された冷却ガスは、加熱部２と仕
切管３との間に形成された筒状の空隙４Ａを上昇し、仕
切管３の上端で反転して仕切管３と反応管５との間に形
成された空隙４Ｂを下降する。このとき、冷却ガスは、
仕切管３の外周を上昇中に図４の直線１３で示すように
徐々に冷却され、仕切管３の内周を下降中にも同図の直
線１４で示すようにほぼ直線と同一勾配で徐々に冷却さ
れて、排気口３ｂを経て図示しない排気管から排出され
る。

【００２０】この結果、このように構成された縦形半導
体拡散炉においては、吸入口３ａから供給される冷却ガ
スの温度と排気口３ｂから排出される冷却ガスの温度の
差に対して、炉体１及び反応管５の上下間の冷却ガスの
温度差を約２分の１に低減でき、仕切管５は上下の温度
をほぼ等しくできるので、炉体１及び反応管５の上下の
温度差を減らすことができる。したがって、炉体１及び
反応管５の部分的急冷による熱ストレスを防ぐことがで
きるだけでなく、ウエーハの挿入位置による処理条件の
ばらつきを減らすことができ、温度勾配が少なく且つ冷
却効果の高い縦形半導体拡散炉となる。

【００２１】次に、図３は、第２の発明の縦形半導体拡
散炉の縦断面図を示す。同図において、縦形半導体拡散
炉１０の炉体１１の内周には、詳細省略した加熱部１２
が挿着され、この加熱部１２の内側には反応管１１が挿
入され、この反応管１１の下端にはオートキャップ１１
ａが取り付けられている。

【００２２】炉体１１の右側面には、上部に排気口１１
ａが下部に吸気口１１ｂが設けられ、これらの排気口１
１ａ，吸気口１１ｂには、Ｌ字形に曲った管状の断熱管
１７Ａ，１７Ｂの左端が接続され、これらの断熱管１７
Ａ，１７Ｂの右端間には円筒状の断熱管１９が接続され
ている。この断熱管１９の右側面には、上部に小径の断
熱管１９ａが、下部に吸気口１９ｂがそれぞれ設けられ
、このうち断熱管１９ａの中間には止め弁１９ｃが接続
され、この止め弁１９ｃは弁制御装置９に接続されてい
る。

【００２３】一方、反応管１６の左側面には、略Ｚ字状
に曲げられたガス供給管１３が配設され、このガス供給
管１３の上端は反応管１６の上端中央の導入口に接続さ
れている。又、反応管１６の右側上端には炉体１１の排
気口１１ａを気密に貫通した逆Ｌ字形の導管１８Ａが、
反応管１６の右側下部には炉体１１の吸気口１１ｂを同
じく気密に貫通した逆Ｌ字形の導管１８Ｂがそれぞれ接
続され、これらの導管１８Ａ，１８Ｂの右端間には、や
や大径で筒状の冷熱管２０が接続され、この冷熱管２０
の外周には放熱用のフィンが設けられている。更に、反
応管１６の下端右側には、ガス排出管１４Ａの左端が接
続され、このガス排出管１４Ａの右端は別置の建屋側排
気装置１５に接続され、断熱管１９ａの右端と建屋側排
気装置１５との間にも、ガス排気管１４Ｂが接続されて
いる。

【００２４】さて、このように構成された縦形半導体拡
散炉において、反応管１６の内部のウエーハを冷却する
ときには、まず、加熱部１２への出力を所定の時間で下
げ、次いで止める。次に、ガス供給管１３から不活性ガ
ス（例えばＮ２　ガス）を反応管１６の内部に供給しな
がら、止め弁１９ｃを開く。

【００２５】すると、吸気口１９ｂから吸入される冷却
空気で冷却管２０は冷却され、冷却管２０の内部の不活
性ガスは急速に冷却されるので、この冷却管２０，導管
１８Ａ，１８Ｂと反応管１６で構成される循環路の内部
の不活性ガスの流速が上って、反応管１６の内部は急速
且つ均一に冷却される。

【００２６】次に、ウエーハを反応管１６から取り出す
ときには、まず、止め弁１９ｃを閉にして、反応管１６
の内部の不活性ガスの流れを抑えた後、オートキャップ
１１ａを開けて図示しないボートを取り出す。

【００２７】このように構成された縦形半導体拡散炉に
おいては、冷却管２０で冷却された不活性ガスは反応管
１６の下部に還流され、反応管１６の下部で暖められた
不活性ガスの一部を反応管１６の上部から冷却管２０に
流入させる。この結果、反応管１６の内部の付活性ガス
の流れを、ガス供給管１３から供給された上下方向の流
れに対し、下から上に逆流させる流れを生ぜしめたので
、反応管１６の内部の温度の上下差を減らすことができ
、炉体１１の上下の温度差も減らすことができる。した
がって、ウエーハの冷却時間を短縮し、ウエーハの位置
による冷却温度のばらつきを減らすとともに、炉体１１
や反応管１６の熱ストレスを減らすことができる。

【００２８】

【発明の効果】以上、第１の発明によれば、縦断面が逆
Ｕ字状の炉体に加熱部と反応管が順に挿入された縦形半
導体拡散炉において、加熱部と反応管の間に仕切筒を設
け、この仕切筒の下端に炉体の下端と反応管の下部外周
間を閉塞する密閉板を設け、この密閉板には炉体及び仕
切筒間に冷却ガスを供給する供給口と仕切筒及び反応管
間の冷却ガスを排出する排出口を設けたので、炉体及び
反応管の上下間の冷却速度の差を減らして、ウエーハの
冷却速度を均一にし、炉体及び反応管の熱ストレスを低
減し寿命を延ばすことのできる縦形半導体拡散炉を得る
ことができる。

【００２９】又、第２の発明によれば、縦断面が逆Ｕ字
状の炉体に加熱部と反応管が順に挿入された縦形半導体
拡散炉において、炉体の外部にガス冷却管を設け、この
ガス冷却管の片側を反応管の上部に接続し、ガス冷却管
の他側を反応管の下部に接続したので、炉体及び反応管
の上下間の冷却速度の差を減らし、ウエーハの冷却速度
を均一にし、炉体及び反応管の熱ストレスを低減し寿命
を延ばすことのできる縦形半導体拡散炉を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の縦形半導体拡散炉の一実施例を示
す縦断面図。

【図２】図１の底面図。

【図３】第２の発明の縦形半導体拡散炉との一実施例を
示す縦断面図。

【図４】第１の発明の縦形半導体拡散炉の作用を示す図
。

【図５】従来の縦形半導体拡散炉の一例を示す縦断面図
。

【図６】図６（ａ）は図５のＡ−Ａ断面図、同図（ｂ）
は図５のＢ−Ｂ断面図。

【図７】図５と異なる従来の縦形半導体拡散炉を示す縦
断面図。

【図８】図５及び図７と異なる従来の縦形半導体拡散炉
を示す縦断面図。

【図９】従来の縦形半導体拡散炉の作用を示すグラフ。

【符号の説明】

１，１１…炉体、２，１２…加熱部、３…仕切筒、５，
１６…反応管、６…ボート、８…密閉板、１８Ａ，１８
Ｂ…導管、２０…冷熱管。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　縦断面が逆Ｕ字状の炉体に加熱部と反
   応管が順に挿入された縦形半導体拡散炉において、前記
   加熱部と前記反応管の間に仕切筒を設け、この仕切筒の
   下端に前記炉体の下端と前記反応管の下部外周間を閉塞
   する密閉板を設け、この密閉板には前記炉体及び前記仕
   切筒間に冷却ガスを供給する供給口と前記仕切筒及び前
   記反応管間の前記冷却ガスを排出する排出口を設けたこ
   とを特徴とする縦形半導体拡散炉。
2. 【請求項２】　　縦断面が逆Ｕ字状の炉体に加熱部と反
   応管が順に挿入された縦形半導体拡散炉において、前記
   炉体の外部にガス冷却管を設け、このガス冷却管の片側
   を前記反応管の上部に接続し、前記ガス冷却管の他側を
   前記反応管の下部に接続したことを特徴とする縦形半導
   体拡散炉。