JPH065532A - 縦型炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 炉口付近の温度勾配が急峻な縦型炉につい
て、ウエハ等の被処理体の出し入れの際の炉口付近の温
度勾配を緩和することができ、被処理体への熱ストレス
を緩和でき、被処理体による炉温低下を低減でき、この
利点をヒータ長の変更を必要とせずに実現できる縦型炉
を提供する。 【構成】 被処理体を加熱処理する縦型炉であって、予
備炉１を設け、これにより、被処理体を搬出・搬入する
炉口の温度勾配を緩和し、予備炉１は好ましくは炉心密
閉用シャッタ２から下部に取り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は縦型炉に関し、特に、電
子材料を熱処理する場合に用いることができる縦型炉に
関する。本発明の縦型炉は、例えば、半導体ウエハを加
熱処理して不純物の拡散を行わせる拡散炉として利用す
ることができる。

【０００２】

【従来の技術】電子材料の熱処理用の加熱炉としては、
縦型炉と横型炉とがある（プレスジャーナル社「月刊 S
emiconductor World」１９９０年１０月号、９３−９７
頁、渡辺「縦型炉と横型炉」参照）。縦型炉は数々の長
所を有し、これについて数々の提案がなされている（特
開平１−４０１８、同１−６６９３３、同１−１７５２
２８等）。例えば縦型炉は、昇温した炉内気体が炉外へ
逃げ難いため、炉内の酸素濃度は低く、被処理体の搬入
・搬出の際の外気巻き込みによる酸化が少なく、また、
熱的な断面均一性にも優れるという長所がある。また、
縦型炉は横型炉に比べ、均熱長の占める割合が大きいと
いう長所を有する。しかし一方では、その裏返しとし
て、炉口から均熱領域までの距離が短く、炉口付近の温
度勾配が急峻となる。このため、被処理体として例えば
半導体ウエハを挿入する時、ウエハに加わる熱ストレス
は非常に大きく、更にウエハが冷えた状態のまま炉内へ
到達するため、ウエハによる炉温の冷却も非常に大き
い。よって、被処理半導体ウエハには、熱応力転移（Sl
ip Line)の発生や、炉温回復の遅れによる酸化、更には
拡散均一性の悪化が顕著に現れる。

【０００３】Ｓｉ半導体ウエハの熱応力転移について
は、Ｓｌｉｐ耐性の高い〈１００〉Ｓｉ基板ウエハにつ
いては、例えばウエハの出し入れの低速化、あるいは低
温化によるランピングプロセスの採用によって、この問
題を回避する試みがなされていた。しかしこれら低速
化、あるいは低温化は、その条件設定が必ずしも容易で
はなく、かつ、スループット、搬出・搬入後の温度回
復、酸素巻き込みによる酸化膜成長の問題があり、好ま
しい手段とは言えない。更に、Ｓｌｉｐが発生しやすい
〈１１１〉Ｓｉ基板ウエハについては、仮に上記低速化
や低温化を適正条件を定めて行うことができても、Ｓｌ
ｉｐ発生を回避することは難しい。

【０００４】更には、ウエハの大口径化に伴い、ウエハ
の熱容量も大きくなり、よってウエハ冷却による炉温の
乱れは今後ますます問題となる。

【０００５】従来の縦型炉を図２に示す。以下図２を参
照して、上記問題点を更に詳述すると、次のとおりであ
る。

【０００６】図２に示すのは、Ｓｉ半導体ウエハ処理用
の縦型拡散炉であり、炉心管５内に被処理体であるウエ
ハ及びこれを載置する支持体であるボート４が収納され
て熱処理される。炉心管５の周囲には炉心管５を加熱す
るヒータ７が配設され、炉心管５とヒータ７との間に
は、ＳｉＣ等から成る均熱管６が介装されている。炉心
管５は、その下方が開口になっており、炉心管５の下部
に保温筒３が配置されている。保温筒３の下部が炉心管
５の下部開口を開閉するシャッタ２となっており、これ
は保温筒３のベースを兼ねる。被処理体であるウエハ及
びこれを支持するボート４は、図の矢印41で上下に搬送
される。この装置構成は、均熱部分が縦方向に長い構造
になっている。51は炉心管フランジである。８はガス導
入を示す矢印である。

【０００７】上記のような構成の縦型拡散炉は、横型拡
散炉に比べ、熱的な断面均一性に優れ、また図示の如く
炉心管開口部が下方にあるため、昇温した炉内気体が外
部へ逃げ難く、外気の巻き込みが少ないなど、優れた特
長を持つ。その反面、前述したように、横型炉に比べ、
炉口から均熱領域までの距離が非常に短いために、炉口
付近の温度勾配は急峻となる。この急峻な温度勾配によ
り、被処理体でのウエハ等の出し入れの際、被処理体の
温度は急激に変化し、例えば半導体ウエハについて言え
ば、ウエハ面内の温度分布は非常に大きくなる。この結
果、熱応力転移（Ｓｌｉｐ Ｌｉｎｅ）の発生は横型炉
以上に顕著となるのであり、これは特に、Ｓｉ半導体ウ
エハについて重要な問題となる。

【０００８】従来、このウエハ面内温度分布の発生によ
るＳｌｉｐは、縦型炉の使用が主にＳｌｉｐ耐性の高い
〈１００〉Ｓｉ半導体基板を用いたプロセス分野で急速
に普及してきたためにあまり問題にはならなかったが、
バイポーラプロセスに用いられる〈１１１〉Ｓｉ半導体
基板ではＳｌｉｐ耐性が弱いので、従来からＳｌｉｐ対
策として行われてきたウエハ出し入れの低温化や低速化
だけではウエハの大口径化とともに対応が難しくなって
きた。かつＳｌｉｐ耐性が高いと言われている〈１０
０〉Ｓｉ基板ウエハについても、低速化や低温化は望ま
しい手段でないことは、前述したとおりである。更に炉
口から均熱領域までの距離が非常に短いことにより、被
処理体の搬入のとき、被処理体に十分な加熱が進行しな
いまま、被処理体が炉内（均熱領域）に到達し、このた
め炉内温度を低下させてしまい、搬入終了直後では±１
℃程度に管理される均熱領域に数１００℃の温度勾配を
生じさせてしまうという問題があった。この温度の乱れ
が回復するにはかなりの時間を要するので、被処理体間
（被加熱ウエハ間）の熱履歴が不均一となり、酸化、拡
散等の均一性の悪化がもたらされる。また、被処理体
（ウエハ）面内の温度分布は、被処理体（ウエハ）の搬
出・搬入の終了直後においても存在するため、その後の
昇温（Ramping)によっても、Ｓｌｉｐは発生してしま
う。

【０００９】

【発明の目的】本発明は、炉口付近の温度勾配が急峻な
縦型炉について、ウエハ等の被処理体の出し入れの際の
炉口付近の温度勾配を緩和することができ、よって被処
理体への熱ストレスを緩和でき、また被処理体による炉
温低下を低減できる縦型炉を提供することを目的とし、
また、このような利点をヒータ長の変更を必要とせずに
実現できる縦型炉を提供することを目的とし、更には酸
素巻き込みの問題なども低減可能な縦型炉を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【問題点を解決するための手段】本発明の請求項１の発
明は、被処理体を加熱処理する縦型炉であって、予備炉
を設けたことを特徴とする縦型炉であり、これにより上
記目的を達成するものである。

【００１１】本発明の請求項２の発明は、被処理体を加
熱処理する縦型炉であって、被処理体を搬出・搬入する
炉口の温度勾配を緩和する予備炉を設けたことを特徴と
する縦型炉であり、これにより上記目的を達成するもの
である。

【００１２】本発明の請求項３の発明は、被処理体を加
熱処理する縦型炉であって、被処理体を搬出・搬入する
炉口の温度勾配を緩和する予備炉を炉心密閉用シャッタ
から下部に取り付けたことを特徴とする縦型炉であり、
これにより上記目的を達成するものである。

【００１３】本発明の請求項４の発明は、予備炉が、被
処理体の予備加熱及び／または冷却用の予備炉である請
求項１ないし３のいずれか記載の縦型炉であって、これ
により上記目的を達成するものである。

【００１４】本発明の請求項５の発明は、半導体装置処
理用の縦型拡散炉である請求項１ないし４のいずれか記
載の縦型炉であって、これにより上記目的を達成するも
のである。

【００１５】

【作用】本出願の各発明によれば、請求項１の発明をは
じめとして、縦型炉に予備炉を設けたので、この予備炉
により炉口の温度勾配を緩和することができ、あるいは
被処理体の急激な温度変化を防止することができる。

【００１６】即ち、請求項２の発明は被処理体を搬出・
搬入する炉口の温度勾配を緩和する予備炉を設けたの
で、急峻な温度勾配によるＳｌｉｐ Ｌｉｎｅ発生など
の被処理体への悪影響を防止できる。

【００１７】請求項３の発明は、炉心密閉用シャッタか
ら下部に予備炉を取り付けるので、ヒータ長の変更など
を要さない。

【００１８】請求項４の発明は、予備炉により被処理体
を予備加熱し、あるいは冷却するので、炉心との温度差
による温度勾配の乱れや、被処理体の急激な温度変化を
防止できる。

【００１９】請求項５の発明は、半導体ウエハ処理用の
拡散炉として有効に用いることができる。

【００２０】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。但し当然のことではあるが、本発明は以下
に述べる実施例により限定を受けるものではない。

【００２１】実施例１ 本実施例は、本出願の各発明を具体化したものであり、
特に、Ｓｉ半導体ウエハ処理用の縦型拡散炉として具体
化したものである。本実施例の縦型炉を、図１に示す。

【００２２】本実施例の縦型炉は、図１に示すように、
被処理体（ここではＳｉ半導体ウエハ）を加熱処理する
縦型炉であって、予備炉１を有するものである。

【００２３】特に本実施例は、被処理体を搬出・搬入す
る炉口の温度勾配を緩和する予備炉１を設けたものであ
る。

【００２４】特に本実施例では、予備炉１は炉心密閉用
シャッタ２から下部に取り付けたものである。

【００２５】本実施例において、予備炉１は、被処理体
の予備加熱及び／または冷却を行うものである。

【００２６】本実施例は、半導体処理用の縦型拡散炉と
して具体化したものである。

【００２７】本実施例の縦型炉は、被処理体（ウエハ）
出し入れにおける炉口付近の急峻な温度勾配を緩和し、
Ｓｌｉｐ Ｌｉｎｅの発生を抑え、あるいはウエハによ
る炉内温度の低下を抑えることができる炉口構造になっ
ている。

【００２８】本実施例の縦型炉は、Ｓｉ半導体ウエハ処
理用の縦型拡散炉であり、炉芯管５内に被処理体である
ウエハ及びこれを載置する支持体であるボート４が収納
されて熱処理される。炉心管５の周囲には炉心管５を加
熱するヒータ７が配設され、炉心管５とヒータ７との間
には、ＳｉＣ等から成る均熱管６が介装されている。炉
心管５は、その下方が開口になっており、炉心管５の下
部に保温筒３が配置されている。保温筒３の下部が炉心
管５の下部開口を開閉するシャッタ２となっており、こ
れは保温筒３のベースを兼ねる。本実施例においては、
このシャッタ２の下方から予備炉１が取り付けられる構
造になっている。

【００２９】被処理体であるＳｉ半導体ウエハ及びこれ
を支持するボート４は、図の矢印41で上下して搬送さ
れ、均熱部分が縦方向に長い構造になっている。51は炉
心管フランジであり、シャッタ２はこのフランジ51の下
部に設けられる。８はガス導入を示す矢印である。

【００３０】本実施例の縦型炉は、炉心管５と温度勾配
緩和用の予備炉１が一体構造になったものであり、炉心
管５の密閉をはかるシャッタ（本例では石英シャッタ板
で、保温筒ベースを兼ねる）が位置する炉心管５のフラ
ンジ部51よりも下に、石英あるいはＳｉＣ等の耐熱材に
より作られた予備炉１を設けたものである。

【００３１】この予備炉１はシャッタ２（こでは石英シ
ャッタ板）が開の状態においては、炉本体側（炉心管５
側）からの輻射、あるいは上昇した炉内気体により温め
られ、炉口付近の温度勾配を緩やかにする。また、シャ
ッタ２が閉の状態では、従来構造と実質的に変わりな
く、縦型炉の優れた特性が得られる。

【００３２】この予備炉１は、キャップクローズ状態で
は不要となるので、被処理体であるウエハ出し入れの時
のみ設置されるように移動可能に構成することができ、
この構成でも同様な効果が得られる。

【００３３】この予備炉１の存在により、ウエハ出し入
れ時の外気の巻き込みによる酸素濃度が高い領域が温度
の低い予備炉の領域に移動するため、ウエハ出し入れの
際の外気巻き込みによる酸化量を抑える作用も同時に果
たされる。

【００３４】本実施例によれば、被処理体（ウエハ）出
し入れの際の炉口付近の温度勾配が緩やかになるため、
熱ストレスが弱まり、被処理体の温度分布（ウエハ面内
温度分布）の発生により生じる熱応力転移を抑えられ
る。

【００３５】また、被処理体（ウエハ）の挿入時には、
被処理体（ウエハ）は徐々に温められながら炉内へ到達
するため、被処理体（ウエハ）による冷却が少なくな
る。

【００３６】また、被処理体（ウエハ）出し入れ時の外
気の巻き込みによる酸素濃度の高い領域が温度の低い予
備炉の領域に移動するため、被処理体（ウエハ）出し入
れの際の外気巻き込みによる酸化が抑えられる。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、炉口付近の温度勾配が
急峻な縦型炉について、ウエハ等の被処理体の出し入れ
の際の炉口付近の温度勾配を緩和することができ、よっ
て被処理体への熱ストレスを緩和でき、また、被処理体
による炉温低下を低減できる縦型炉を提供することがで
き、また、このような利点をヒータ長の変更を必要とせ
ずに実現できる縦型炉を提供することができ、更には酸
素巻き込みの問題なども低減可能な縦型炉を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の縦型炉を示す構成図である。

【図２】従来の縦型炉を示す構成図である。

【符号の説明】

１ 予備炉 ２ シャッタ ３ 保温筒 ４ 被処理体及びその支持体（ウエハ及びボート） ５ 炉心管 ６ 均熱管 ７ ヒータ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被処理体を加熱処理する縦型炉であって、 予備炉を設けたことを特徴とする縦型炉。
2. 【請求項２】被処理体を加熱処理する縦型炉であって、
   被処理体を搬出・搬入する炉口の温度勾配を緩和する予
   備炉を設けたことを特徴とする縦型炉。
3. 【請求項３】被処理体を加熱処理する縦型炉であって、
   被処理体を搬出・搬入する炉口の温度勾配を緩和する予
   備炉を炉心密閉用シャッタから下部に取り付けたことを
   特徴とする縦型炉。
4. 【請求項４】予備炉が、被処理体の予備加熱及び／また
   は冷却用の予備炉である請求項１ないし３のいずれか記
   載の縦型炉。
5. 【請求項５】半導体装置処理用の縦型拡散炉である請求
   項１ないし４のいずれか記載の縦型炉。