JPH0874058A - 等温急速冷却手段を備えた反応炉 - Google Patents

等温急速冷却手段を備えた反応炉

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JPH0874058A
JPH0874058A JP20839894A JP20839894A JPH0874058A JP H0874058 A JPH0874058 A JP H0874058A JP 20839894 A JP20839894 A JP 20839894A JP 20839894 A JP20839894 A JP 20839894A JP H0874058 A JPH0874058 A JP H0874058A
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JP
Japan
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reaction tube
cooling
cooling gas
gas ejection
isothermal
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Pending
Application number
JP20839894A
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English (en)
Inventor
Eiji Hosaka
英二 保坂
Hideki Kaihatsu
秀樹 開発
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Kokusai Denki Electric Inc
Original Assignee
Kokusai Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体の製造工程で用いられる薄膜製造装置、
不純物拡散炉、熱酸化炉あるいはエッチング等に用いら
れる種々の反応管において、上下の縦断面方向の温度差
が少なく、均等な熱履歴で種々の均質な熱処理が行え、
かつ急速等温冷却が可能であるので生産性の高い反応炉
を提供する。 【構成】反応管の外周部の任意の位置に、多数の冷却用
気体噴出口を設けた環状の冷却用気体噴出管を、少なく
とも1段以上、反応管の外周表面部に密接して配設した
等温急速冷却手段を備えた反応炉。 【効果】ウエハ等の被加熱物の熱履歴の差を少なくする
ことができ、デバイス特性の均質化、製品の歩留まりの
向上および半導体の製造プロセス時間の短縮が可能で生
産性が一段と向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体の製造工程で用い
られる各種の薄膜製造装置、不純物拡散炉、熱酸化炉、
あるいはエッチング装置等に使用される反応炉に係り、
特に等温急速冷却機構を備えた反応炉に関する。
【0002】
【従来の技術】図7に、従来の冷却手段を備えた反応炉
の一例を示す。これは、ウエハの表面に熱酸化膜を生成
するのに用いられる酸化反応炉である。図において、ボ
ート7にウエハ8を搭載し、反応管1内で所定の酸化雰
囲気および温度条件で処理した後、ヒータ2の上部に設
けられている通気穴9から反応管1の外周部の加熱炉内
の熱い雰囲気を、ラジエータ3を通して、冷却用ブロワ
4により吸引し外部へ排出する構造である。なお、加熱
炉の下部には、冷たい外気が反応管1の外周部に流れる
ように外気導入口10が設けられている。従来の冷却手
段を備えた反応炉では、炉内の降温速度を上げるため
に、通気穴9の後流に設けられている冷却用ブロワ4に
より、反応管1の下部に設けられた外気導入口10から
冷却用の外気11を引き込む構造であるため、ウエハ8
の炉内冷却時において、炉内の縦断面方向に温度差が生
じ、反応管1内に充填されている上部ウエハと下部ウエ
ハの間に、例えば図5(b)に示すような温度差(10
0℃以上)が生じたり、また図6(b)に示すように、
ウエハ表面に、冷却用外気の排気方向に偏った温度勾配
が生じ、ウエハを等温冷却することができず、ウエハに
均質な熱酸化膜の形成、あるいは不純物の均一な拡散等
が行えないという問題があった。また、図4に示すよう
に、従来の場合は反応管1の冷却速度が遅く、ウエハの
熱処理等の処理効率が極めて低く、生産性が悪いという
問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述したごとく従来技
術においては、半導体の製造工程で用いられる種々の加
熱用反応管の冷却過程において、反応管の縦断面方向に
おける温度差が生じ、被加熱物であるウエハ等に熱履歴
の差が生じて、均一な膜厚および膜質の熱酸化膜の形成
ができないという問題があり、また半導体中への不純物
の均等な熱拡散、あるいは均質な種々の反応が行えない
という問題があり、また反応管の等温冷却速度が遅く、
著しく生産性が悪いという問題があった。
【0004】本発明の目的は、上記従来技術における問
題点を解消し、半導体の製造工程で用いられる薄膜製造
装置、不純物拡散炉、熱酸化炉あるいはエッチング等に
用いられる種々の反応管において、上下の縦断面方向の
温度差が少なく、均等な熱履歴で種々の均質な処理を行
うことができ、かつ急速に等温冷却が可能で、生産性の
高い等温急速冷却手段を備えた反応炉を提供することに
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、特許請求の範囲に記載されているような構
成とするものである。すなわち、請求項1に記載のよう
に、半導体装置の製造に用いられる各種の反応管の外周
部の任意の位置に、等温急速冷却手段として多数の冷却
気体噴出口を設けた、例えば環状の冷却気体噴出管を、
上記反応管の外周表面部に密接させて少なくとも1段以
上配設した反応管を加熱炉内に収容した構造の反応炉と
するものである。そして、請求項2に記載のように、請
求項1に記載の反応管と、該反応管を加熱する加熱炉を
有し、該加熱炉の上部に、上記反応管の外周部の炉内雰
囲気を吸収し、系外に排出する通気用の穴を少なくとも
1個以上配設した構造の等温急速冷却手段を備えた反応
炉とするものである。さらに、請求項3に記載のよう
に、請求項1または請求項2に記載の反応管に設ける環
状の冷却気体噴出管の形状は、円環状、楕円環状または
多角環状で、該冷却気体噴出管に設ける冷却気体噴出口
の形状は、円形状、長円形状、多角形状またはスリット
形状のノズルとするものである。
【0006】
【作用】本発明の等温急速冷却手段を備えた反応炉は、
請求項1に記載のように、半導体装置の製造に用いられ
る反応管の外周部の任意の位置に、多数の冷却気体噴出
口を設けた環状の冷却気体噴出管を、上記反応管の外周
表面部に密接させて少なくとも1段以上設けているた
め、反応管の外周表面部は冷却気体により効果的に冷却
され、しかも反応管の上部および下部の温度差が小さい
状態で、いわゆる等温急速冷却が可能となる。また、請
求項2に記載のように、請求項1に記載の反応管を加熱
する加熱炉の上部に、反応管の外周部の炉内雰囲気を吸
引し、炉外に排出する通気用の穴を設けることにより、
炉内の高温の雰囲気が炉外に排出されると共に、上記反
応管の外周表面部から噴出される冷却気体によって相乗
効果的に等温急速冷却がいっそう促進される結果とな
る。そして、請求項3に記載のように、請求項1または
請求項2に記載の反応管に密接させて設ける冷却気体噴
出管の形状は、円環状、楕円環状または多角環状にし
て、どんな形状の反応管であっても、その外周面に密接
できる形状とし、また冷却気体噴出口の形状は、丸形
状、長円形状、多角形状もしくはスリット形状となし、
最も等温急速冷却の効果の大きい冷却気体噴出口の形状
に設定することができる。
【0007】
【実施例】以下に本発明の実施例を挙げ、図面を用いて
さらに詳細に説明する。図1は本実施例で例示する等温
急速冷却手段を備えた反応炉の全体の構成の一例を示す
もので、図2(a)は冷却気体噴出管の構成の一例を示
し、図2(b)は、図2(a)の冷却気体噴出管を加熱
炉内にセットした状態を示す模式図である。図におい
て、縦型の反応管1の内部には、熱酸化膜を形成するウ
エハ8が装填されており、所定の雰囲気および温度で所
定時間加熱された後、反応管1を冷却する場合を示す。
反応管1の外周部の加熱炉内の雰囲気は、冷却用ブロワ
4により吸引排気される。この時、冷たい外気11は、
外気導入口10から入り、反応管1の外周部を通り、加
熱炉の上部に設けられている通気孔9からダンパ5を通
過して、ラジエータ(熱交換器)3で冷却され、冷却用
ブロワ4により炉外に排出される。一方、反応管1の外
周部に密接して設けられている冷却気体噴出管14の冷
却気体噴出口16から冷却用の空気が噴出され、反応管
1の外周表面を冷却しながら上昇し、加熱炉上部の通気
穴9から系外に排気される。このように、反応管1の上
部外周表面を冷却することにより、反応管1の内部に装
填されている上部と下部のウエハ8の温度差が小さくな
り、例えば図5に示すごとく、上部ウエハと下部ウエハ
の等温冷却過程における温度差を±5℃以下にコントロ
ールすることができる。また、図4に示すように、例え
ば、1000℃からの等温急速冷却において、従来は冷
却速度が約2℃/分で、700℃に冷却するのに約12
0分要したものが、本発明の実施例においては、等温冷
却速度が約5℃/分に向上し、700℃までの冷却時間
は約60分と著しく短縮することができた。そして、ウ
エハ8を反応管1内に装填し、所定の温度に加熱した
後、等温冷却を行い、ウエハ8を取り出すまでに要する
1サイクルの時間は、従来の冷却方法では約200分
(降温速度2℃/分)であったが、本実施例の方法によ
ると約140分(降温速度5℃/分)程度に短縮するこ
とができた。さらに、ウエハ表面の温度分布差を調べた
結果、従来の冷却方法においては、図6(b)に示すよ
うに、ウエハの温度分布差は冷却気排気方向に偏り、し
かも約20℃程度のウエハ温度分布差が生じるのに対
し、本実施例においては、冷却気体排出方向に対し温度
分布差が偏ることなく、ウエハの中心部で約10℃を示
し、ウエハをほぼ均一に等温冷却することができた。さ
らに、図3に示すように、反応管1の外周に、冷却気体
噴出管を2段に設けると、上部ウエハ8と下部ウエハ8
との間の温度差を、1段の場合には±5℃程度であった
ものを±2.5℃程度に向上させることができた。以上
の実施例において、冷却気体13として空気を用いる場
合について述べたが、その他に、アルゴン、窒素、炭酸
ガス等の不活性ガスを用いることができることは言うま
でもない。また、冷却気体噴出管14は1〜2段につい
て述べたが、必要に応じて3段以上設けることも可能で
ある。
【0008】
【発明の効果】以上詳細に説明したごとく、本発明の等
温急速冷却手段を備えた反応炉は、反応管の外周の表面
部に、簡便な構造の冷却気体噴出管を少なくとも1段以
上設けているので、反応管を効果的に等温急速冷却する
ことが可能となり、ウエハ等の被加熱物の熱履歴の差を
少なくすることができデバイス特性の均一化および製品
の歩留りをいっそう向上することができる。また、被処
理物の冷却時間を大幅に短縮することができるので、半
導体の製造プロセス時間を著しく短縮することができ、
生産性を一段と向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例で例示した等温急速冷却手段を
備えた反応炉の構成を示す模式図。
【図2】本発明の実施例で例示した等温急速冷却手段の
構成および加熱炉内に装着した状態を示す模式図。
【図3】本発明の実施例で例示した冷却気体噴出管を2
段に設けた反応管の構成を示す斜視図。
【図4】本発明の実施例で例示した反応管内の温度と冷
却時間との関係を従来と比較して示すグラフ。
【図5】本発明の実施例で例示した反応管内のウエハの
温度と冷却時間との関係を従来と比較して示すグラフ。
【図6】本発明の実施例で例示したウエハの温度分布差
を従来と比較して示す模式図。
【図7】従来の冷却手段を備えた反応炉の構成を示す模
式図。
【符号の説明】
1…反応管 2…ヒータ 3…ラジエータ 4…冷却用ブロワ 5…ダンパ 6…キャップ 7…ボート 8…ウエハ 9…通気穴 10…外気導入口 11…外気 12…冷却気体導入口 13…冷却気体 14…冷却気体噴出管 15…等温線 16…冷却気体噴出口
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/306 21/31 E

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】反応管の外周部の任意の位置に、多数の冷
    却用気体噴出口を設けた環状の冷却用気体噴出管を、少
    なくとも1段以上、上記反応管の外周表面部に密接して
    配設してなることを特徴とする等温急速冷却手段を備え
    た反応炉。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の反応管と、該反応管を加
    熱する加熱炉を有し、該加熱炉の上部に、上記反応管の
    外周部の炉内雰囲気を吸引し、系外に排出する通気用の
    穴を少なくとも1個以上配設してなることを特徴とする
    等温急速冷却手段を備えた反応炉。
  3. 【請求項3】請求項1または請求項2に記載の反応管の
    外周表面部に密接して設ける環状の冷却気体噴出管の形
    状は、円環状、楕円環状または多角環状となし、上記冷
    却気体噴出管に設ける冷却気体噴出口の形状を、円形
    状、長円形状、多角形状またはスリット形状としてなる
    ことを特徴とする等温急速冷却手段を備えた反応炉。
JP20839894A 1994-09-01 1994-09-01 等温急速冷却手段を備えた反応炉 Pending JPH0874058A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002305189A (ja) * 2001-04-05 2002-10-18 Tokyo Electron Ltd 縦型熱処理装置およびその強制空冷方法
JP2008205426A (ja) * 2007-01-26 2008-09-04 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理方法及び半導体製造装置
JP2021174992A (ja) * 2020-04-24 2021-11-01 エーエスエム・アイピー・ホールディング・ベー・フェー 冷却ガス供給部を備える垂直バッチ炉組立品

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JP2008205426A (ja) * 2007-01-26 2008-09-04 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理方法及び半導体製造装置
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