JPS5833831A - 熱処理炉 - 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】 本発明は半導体装置の熱処理用として用いる熱処理炉に
関し、％に炉熱炉冷プロセスに好適な熱感°理炉に関す
るものである。

一般に半導体装置の製造工程では半導体ウェーハに拡散
、結晶成長等の熱処理を施しており、との熱処理には第
１図に示すような熱処理炉が使用される。図は従来の熱
処理炉の断面図であり、筒状に形成した断熱材１の内側
にヒータ２を配設し、かつこのヒータ２の内側に均熱管
３を配置している。また、この均熱管３の内部には一端
を開放しかつ他端にガス通流口を有するプロセスチュー
ブ（石英管）４を配置しており、このチ為−ブ４内には
被処理物である半導体ウェーハＷを一端開口４ａから出
し入れできるようにしている。この熱処理炉によれば、
ヒータ２は通電されて発熱したときに均熱管３を直接加
熱し、更にこの均熱管３を介してプロセスチューブ４を
加熱することによりチューブ内のウェーハＷを加熱する
。また、この加熱状態は断熱材】の断熱作用によって効
果的に保持され、比較的に安定した温度での熱処理を行
なうことができるのである。

ところで、この種の熱処理炉にはプロセスチューブ４の
一端の開口４宜や他端のガス通流口４ｂの存在により、
チューブ内における温度状部は第２図のように中央部大
では平坦であるが炉口部Ｂや炉奥部０では温度勾配が生
じて匹る。特に炉口部ＢＫ訃ける勾配は著しく、したが
ってこのような温度勾配の箇所を通してウェーハをチュ
ーブ内へ入れ或いは出したりすると、ウェーハ表裏面に
着し込温度差が生じウェーハにそりや歪が発生する。近
年ではウェーハの大径化が進められているためこのよう
な不真合はＩｆｔ＃に生じ易い。このようなそりや歪に
対してはウェーハの出し入れ速度を遅くする方法が有効
であるが、通常の処理では数十枚のウェーハをボートロ
ーダ等に並列載置して一括処理を行なうようにしている
ため、先頭（チューブの他端側）のウェーハと後尾のウ
ェーハとでは炉に入っている時間（熱影響をうける時間
）が大きく異なり、各ウェーハの均一処理が行なわれな
いという問題が生じる。

そこで、最近では所謂炉熱炉冷プロセスと称し、所定の
処理温度（１０００〜１２００℃）よりも低い温度（８
００〜９００℃）Ｋチェーブ内を保った状態でチェープ
内にウェーハをすみやかに入れ、所定の処理温ｇＫ上昇
させて熱処理を完了させた後に再びチューブ内を降温さ
せ、ウェーハをすみやかにチューブから取り出すプロセ
スが提案されている。

このプロセスでは、低温状態でウエーノ１を出し入れす
るためにウェーハのそりや歪は生じ峻くかつすみやかに
出し入れするためにウェーへ関での不均一が生ずること
もない。

しかしながら、最近の熱処理炉は省エネルギ的な見地か
ら熱の放散を極力防止するように構成しており、また８
ｉ０等を材料とする均熱管３はその加工上の理由から肉
厚の低減、換言すれば熱容量の低減化に限界が生じてい
ること等から、特にチェーブ内の冷却（降温）Ｋは時間
がかかり、熱処理後のウェーハの取り出しに要する時間
が長（なってウェーハの処理効率が悪（なると論う問題
が生じている。

したがって本発明の目的は、ヒータとプロセスチー−ブ
との間に介装している均熱管に管長方向の通孔を形成し
、かつ炉の冷却時にこの通孔内に冷却流体を通流し得る
ように構成することＫより、均熱管の熱容量を低減して
冷却を容易なものにすると共に、冷却流体の冷却作用に
より均熱管はもとより炉全体の冷却時間の短縮を図り、
これによりウェーハ処理効率の向上を達成することがで
きる熱処理炉を提供するととにある。

以下、本発明を図示の実施例により説明する。

第３図は本発明の一実施例の全体断面図、第４図はｌ！
部の部分分解斜視図である。図において、ｌＯは円筒状
に形成した断熱材であり、その内面に沿ってコイル状の
ヒータ１１を捲回固設している。ヒータ１１は熱処理炉
を長さ方向に区分した中央部Ａ、炉ロ部Ｂ、炉実部ＯＫ
夫々対応して設はタコイル部１１　ｍ、　　１　ｌ　ｂ
、　　１　］　ｃからなり、各コイル部は図外の電源回
路に夫々個別に接続し、独立して温度指示かできるよう
にしている。前記ヒータ１１の内側にはＳｉＯ等古材料
を用いて円筒状く形成した均熱管１２を内挿配置してい
る。

この均熱管１２は管長方向に延在してその両端を均熱管
端面に開口する複数本の通孔１３を円周方向に配設し、
かつその両端部には円環状の空気溜１６．１７とこれに
連通する開口１８．１９と！有する円板状のキャップ１
４．１５を嵌着している。このキャップ１４．１５は前
記断熱材１０の内周面に嵌合し、空気溜１６．１７を開
口１８゜１９を介して前記通孔１３に夫々連通させる一
部で断熱材１０の一部にわたって形成した通路２０゜２
１を通して夫々送風器２２．冷却器２３に連通し、て込
る。これにより、送風器２２がら空気溜１６に供給され
た常温の空気は通孔１３内を通って他方の空気溜１７に
至り、冷却器２３にて降温されて排出されることになる
。また、前記キャップ１４．１５には夫々孔２４．２５
を形成し、前記均熱管１２内に内挿した石英からなるプ
ロセスチ−プ２６の大径一端部２６ｍと小径他端部２６
ｂとを貫通支持している。

ここで、プロセスチューブ２６内にはボートローダ２７
等に載置した半導体ウェーハＷを大径一端部２６ａから
出し入れできることはいうまでもない。また、前記送風
器２２は制御器２８によりコントロールでき、ウェーハ
の熱処理完了後でウェーハをチ為−ブ内から取り出す前
に作動するようにしている。更に、冷却器２３には一般
的な熱交換器を使用してＡる。

以上の構故によれば、ヒータ１１に通電して発熱させ、
均熱管１２およびプロセスチューブ２６を先ず熱処理温
度よりも低い温［（８００〜９００℃）に加熱する。そ
して、この状態で大径一端部２６ｍ側からチ為−ブ内に
ウェーハＷをすみやかに内挿する。次いでヒータ１１の
温度を上げてチェーブ内を所定の処理源［（１０００〜
１２００℃）に上昇させ、同時にチェープ内に処理ガス
を通流することにより所定の熱処理が完了される。しか
る後、ヒータ１１への通電を停止させるのと同時に送風
器２２を始動させ常温の空気を通路２０．空気溜１６、
開口１８を通して均熱管１２内の通孔１３に送風する。

均熱管１２は通孔１３内を通流する空気との間で熱交換
を行なって自身は冷却され、チ為−プ内は８００〜９０
０℃の温１［まで急速に低下される。この場合、均熱管
１２は通孔１３により熱容量が低減されており、冷却は
更に短時間で行なわれる。これにより、この状態でウェ
ーハをチ為−プ内から取り出せば、ウェーハは熱の影響
を受けることはない。また、通孔１３内を通流した空気
は一ロ１９．空気溜１７．通路２１を通り、冷却器２３
にて常温に近匹温ｆａｔで降下され工排気されるのであ
る。

したがって、以上の熱処理炉によれば、所謂炉熱１プロ
セスによりウェーハのそり、歪を防止すると共に各ウェ
ーハ聞での不均一性を防止した熱処理を行ない得るのは
いうまでもな（、これに加えて均熱管やプロセスナェー
プの冷却を通流空気により急速に行なうことができるの
で熱処理後からウェーハの取り出しまでに必要とされる
時間を短縮し、処理効率の向上を図ることができる。

ここで、均熱管１２の通流１３に通流してこれを冷却さ
せる空気は他のガスであってもよく、場合によってはオ
イル等の液体であってもよ込。但し、液体を使用する場
合には各部のシール性を高めると共に、冷却液体を供給
側（送風器）と排出側（冷却器）とで循環させるように
構成することが好ましい。

以上のように本発明の熱処理炉によれば、均熱管に管長
方向の通孔を形成して冷却流体をこの通孔内忙通流し得
るように構成しているので、炉熱炉冷プロセスにおける
炉の冷却時間の短縮化な図り、これによりウェーハ処理
効率の向上を達成することかで會るという効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の熱処理炉の断面図、第２図はその温度勾
配図、第３図は本発明の熱処理炉の中間部を破断して示
す断面図、絡４因は要部の部分分解斜視図である。 ｌＯ・・・断熱材、１１・・・ヒータ、１２・・・均熱
管、１３・・・通孔、１４．１５・・・キャップ、２２
・・・送風器、２３・・・冷却器、２６・・・プロセス
チェーブ、Ｗ・・・ウェーハ。 代理人　弁理士　　薄　１）利　幸

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくともヒータとプロセスチューブとの関に円筒
   状の均熱管を介装してなる熱処理炉において、前記均熱
   管には管長方向の通孔を形成し、かつこの通孔内には冷
   却用の流体を通流し得るよ５に構成したことを特徴とす
   る熱処理炉。 ２、通孔を均熱管の円周方向に複数個等配し℃なる特許
   請求の範囲第１項記載の熱処理炉。