JP2000195808A - 熱処理炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】熱処理炉に於いて、成膜処理中の熱の漏出を防
止し温度制御性能の向上を図ると共に省電力化を図る。 【解決手段】ヒータ２内部に連通する排気管６に、上流
側より熱遮蔽シャッタ７、ラジエタ８、ファン用バルブ
１９、吸気ファン９を設けた熱処理炉に係り、前記ファ
ン用バルブは熱遮蔽シャッタからの熱の漏出を防止し、
成膜処理中の部分冷却を抑制し、又ファン用バルブは冷
却停止時の炉内雰囲気空気の流出を瞬時に停止し、吸気
ファンの停止時の過渡状態がロスタイムをなくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はシリコンウェーハに
酸化膜、或は単結晶膜を成膜する熱処理炉、特に熱処理
炉の冷却装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の熱処理炉について図４により説明
する。

【０００３】上端が閉塞された反応管１の周囲を囲繞す
る円筒状のヒータ２が前記反応管１と同心に立設され、
前記反応管１とヒータ２との間には間隙１０が形成さ
れ、前記ヒータ２の上端はヒータ上アタッチメント３に
より閉塞されている。該ヒータ上アタッチメント３には
前記反応管１の上端に対向した位置にテーパ状の排気導
口４が穿設され、更に該排気導口４に水平方向から連通
する排気連通路５が穿設されている。該排気連通路５に
排気管６が連通され、該排気管６には上流側から熱遮蔽
シャッタ７、ラジエタ８、吸気ファン９が設けられてい
る。

【０００４】成膜処理は前記熱遮蔽シャッタ７が閉塞さ
れ、炉内の熱が漏れない様にし、前記ヒータ２に電力を
供給してヒータ温度を上昇させる。前記ヒータ２によ
り、前記反応管１内が加熱され、成膜温度となった状態
でウェーハ（図示せず）が装入される。成膜処理される
ウェーハは水平姿勢で多段にボート（図示せず）に支持
された状態で前記反応管１内に装入される。前記ヒータ
２内に反応ガスが導入され、成膜処理がなされる。

【０００５】成膜処理が完了すると、前記熱遮蔽シャッ
タ７が開放され、前記吸気ファン９が駆動して強制空冷
を行う。前記間隙１０の高温の炉内雰囲気空気が吸引排
気され、前記ヒータ２の下端部より外部の冷たい空気が
前記間隙１０内に流入し、更に前記間隙１０を上昇し、
前記排気導口４、排気連通路５を経て前記排気管６より
排気される。前記ラジエタ８に至る前記炉内雰囲気空気
の温度は４００℃〜５００℃であり、前記ラジエタ８を
通過することで４０℃〜５０℃迄冷却されて外部に排出
される。

【０００６】前記ヒータ２、反応管１、ウェーハが所定
の温度迄冷却されると、前記熱遮蔽シャッタ７が閉じら
れ、前記熱遮蔽シャッタ７が停止された後、前記ボート
が引出される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記熱遮蔽シャッタ７
は炉内の熱を遮断する役目を持っているが、前記した様
に前記熱遮蔽シャッタ７を通過する炉内雰囲気空気は４
００℃〜５００℃と高温であり、この様な高温に耐える
シール材はないので、前記熱遮蔽シャッタ７の閉塞状態
は完全な気密状態とはなっていない。この為、前記間隙
１０の炉内雰囲気空気は対流作用で前記熱遮蔽シャッタ
７から漏出し、炉内の熱が漏れるという現象を生じる。
炉内の熱が漏れることで、部分的な冷却が生じ、温度分
布の不均一が発生する。従って、温度分布の不均一を改
善する為の温度制御が必要となり、温度制御が複雑とな
る。又冷却分を補う熱の供給が必要となる為、消費電力
が増大するという問題があった。

【０００８】又、前記吸気ファン９を停止した場合前記
熱遮蔽シャッタ７の密閉状態が完全でない為、前記吸気
ファン９自体の慣性力、炉内雰囲気空気の慣性力の為、
前記熱遮蔽シャッタ７から炉内雰囲気空気が漏出てしま
う。或は、前記吸気ファン９の起動、停止時に定常運転
に至る迄には所定の時間を要し、起動時間、制動時間が
温度制御のロスタイムとなると共に不確定要素となり温
度制御の精度向上の妨げとなる。

【０００９】次に、前記吸気ファン９で吸引した場合、
外部の冷たい空気は前記ヒータ２の下端部より流入する
が、流入箇所が下端部に限られているので、前記ヒータ
２の下端ゾーンのみが局部的に冷却される状態となり、
前記ヒータ２全体が冷却されるには時間を要する。又、
局部的に冷却される結果、前記ヒータ２上下で温度差が
大きくなってしまい、ヒータ２の均熱領域が狭く、均質
な処理ができるウェーハの数が少なくなってしまう。従
って、一度に処理できるウェーハの数が少なくなり、生
産性が向上しない。

【００１０】更に、前記ヒータ２下部ゾーンが局部的に
冷却されることからヒータ２上下の温度差を補正する
為、下部ゾーンを多く発熱させる必要があり、下部ゾー
ンに対して多くの電流が通電される。その為、電力の消
費が大きく、ヒータ素線の消耗が大きく断線し易くな
り、ヒータの寿命を短くする。又、下部ゾーンを他のゾ
ーンと同じ温度迄昇温させる時間が必要となり、スルー
プットに影響を及ぼす。

【００１１】ヒータ２下端部の局部的な冷却を防止する
為には冷却空気の流速を大きく、大流量とすればよい
が、流路断面積を確保する為、前記間隙１０を大きく、
即ち図５に示される様に前記ヒータ２の内径を大きくし
なければならない。このことは、熱処理炉の小型化の妨
げとなる。又、前記吸気ファン９は大容量である必要が
あり、コストアップの原因となる。

【００１２】本発明は斯かる実情に鑑み、成膜処理中の
熱の漏出を防止し温度制御性能の向上を図ると共に省電
力化を図り、更に冷却時の局部的な冷却を防止して炉内
の均熱領域の拡大を図り、生産性の向上を図るものであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、ヒータ内部に
連通する排気管に、上流側より熱遮蔽シャッタ、ラジエ
タ、ファン用バルブ、吸気ファンを設けた熱処理炉に係
るものである。

【００１４】ファン用バルブは熱遮蔽シャッタからの熱
の漏出を防止し、成膜処理中の部分冷却を抑制する。又
ファン用バルブは冷却停止時の炉内雰囲気空気の流出を
瞬時に停止し、吸気ファンの停止時の過渡状態がロスタ
イムをなくする。又、外部冷却空気がヒータの全体から
均等に流入し、ヒータは温度差を生じることなく強制空
冷され、導入口バルブ冷却停止時の外部冷却空気の流入
を即時に停止する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態を説明する。

【００１６】図１、図２中、図４中で示したものと同一
のものには同符号を付してある。

【００１７】ヒータベース１２に吸気マニホールド１３
を介してヒータ２を立設し、該ヒータ２の上端はヒータ
上アタッチメント３により閉塞する。前記ヒータ２内に
は反応管１が同心に立設する。

【００１８】前記吸気マニホールド１３は中空のドーナ
ッツ形状をしており、該吸気マニホールド１３には吸気
導管１４が連通し、該吸気導管１４は導入口バルブ１５
を介して冷却源、例えば熱処理炉の外部空気と連通す
る。該導入口バルブ１５は気密に閉塞可能となってい
る。

【００１９】前記ヒータ２の外周所要等分（図示では８
等分）した位置に前記ヒータ２の母線に沿って吸気ダク
ト１６が設けられ、該吸気ダクト１６の下端部は前記吸
気マニホールド１３の外周面に重合し、該重合部で前記
吸気ダクト１６地と吸気マニホールド１３とは連通す
る。又、前記吸気マニホールド１３の内側面には所要箇
所、図中では中間部及び先端部の２箇所に給気口１７が
穿設されている。該吸気口１７は、前記ヒータ２の側壁
を水平方向に貫通して穿設された吸気連絡流路１８によ
り、前記間隙１０と連通している。従って、前記吸気連
絡流路１８は図２に示される様に放射状に上下２段の計
１６箇所に穿設されている。

【００２０】排気管６は排気連通路５、排気導口４を介
して間隙１０と連通し、前記排気管６には上流側より、
熱遮蔽シャッタ７、ラジエタ８、ファン用バルブ１９、
吸気ファン９が順次設けられる。前記ファン用バルブ１
９は気密に閉塞可能となっている。

【００２１】以下、作動を説明する。

【００２２】前記導入口バルブ１５、熱遮蔽シャッタ
７、ファン用バルブ１９を閉じ、前記ヒータ２に電力を
供給してヒータ温度を上昇させる。所定温度に達した
ら、ウェーハが装填されたボート（図示せず）を前記反
応管１内に装入する。反応ガスを導入して成膜処理を行
う。前記ファン用バルブ１９は気密に閉塞するので、成
膜処理中熱遮蔽シャッタ７から漏出した炉内雰囲気空気
が外部に流出することなく、前記ヒータ２の成膜処理中
の部分冷却がなくなる。又、前記熱遮蔽シャッタ７と前
記ファン用バルブ１９間にはラジエタ８が存在するの
で、ファン用バルブ１９に至る炉内雰囲気空気は冷却さ
れて４０℃〜５０℃となっており、ファン用バルブ１９
のシール材を焼損することはない。

【００２３】成膜処理が完了すると、前記吸気ファン９
を起動する。該吸気ファン９が所定回転に達したところ
で、前記導入口バルブ１５、熱遮蔽シャッタ７、ファン
用バルブ１９を開き、前記吸気ファン９を駆動する。該
吸気ファン９の駆動により、前記ラジエタ８、熱遮蔽シ
ャッタ７、排気連通路５、排気導口４を介して前記間隙
１０の炉内雰囲気空気が吸引される。

【００２４】前記導入口バルブ１５、吸気導管１４を介
して外部冷却空気が前記吸気マニホールド１３に吸引さ
れ、吸引された外部冷却空気は該吸気マニホールド１３
により前記８本の吸気ダクト１６に分配され、該吸気ダ
クト１６内を上昇し、２箇所の前記吸気口１７より流出
し、更に前記吸気連絡流路１８を通って前記間隙１０に
流入する。又、前記ヒータ２の下端からも外部冷却空気
が流入する。従って、前記間隙１０には前記ヒータ２の
下端部、中間部、上端部の３位置から外部冷却空気が流
入する。

【００２５】前記間隙１０の炉内雰囲気空気は前記排気
導口４、排気連通路５を介して吸引され、前記ラジエタ
８で冷却された後前記ファン用バルブ１９、吸気ファン
９を経て排出される。

【００２６】前述した様に、外部冷却空気が上下３位置
から流入することで、前記ヒータ２、反応管１は略全域
に亘って均等に強制冷却され、ヒータ温度は上下方向で
温度差が生じることなく所定温度迄降下する。

【００２７】所定温度迄冷却された時点で、前記導入口
バルブ１５、熱遮蔽シャッタ７、ファン用バルブ１９を
閉塞する。前記反応管１からボートを引出す。

【００２８】前記導入口バルブ１５、ファン用バルブ１
９は気密に閉塞可能であるので、前記導入口バルブ１５
からの空気の流入、前記ファン用バルブ１９からの空気
の流出は直ちに停止され、空気の慣性力による流動が抑
止される。従って、冷却停止後も余剰な外部冷却空気が
流入することなく、又間隙１０の空気の流れについては
吸気ファン９の起動から定常運転迄、定常運転から停止
迄の過渡状態がないので、無用の冷却或は熱の漏出が防
止される。

【００２９】尚、前記吸気口１７は前記ヒータ２の壁部
に上下２段に設けたが、３段以上設けることも可能であ
り、更に前記ヒータ２の下端からは外部空気が吸引しな
い様にしてもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、熱遮蔽
シャッタからの熱の漏出を防止でき、又成膜処理中の部
分冷却がなくなるので冷却部分に余分な電力を供給する
必要なくなり、熱効率が向上し、又温度制御が容易にな
る。更に、ファン用バルブ、導入口バルブにより、空気
の流入、流出を瞬時に停止できるので吸気ファンの起
動、停止時の過渡状態が冷却に影響しないので、吸気フ
ァンの起動、停止時の過渡状態がロスタイムとならず、
スループットが向上する。

【００３１】又、外部冷却空気がヒータの全体から均等
に流入し、ヒータは温度差を生じることなく強制空冷さ
れるので、局部的に供給電力を増大させる必要がなく、
温度制御が容易となり、省電力化が図れると共に局部的
なヒータの劣化を防止でき、寿命を延ばすことができ
る。更に、局部的な冷却がなくなるのでヒータの均熱領
域が拡大し、ウェーハの処理枚数が増大し、生産性が向
上する。又、冷却空気の流速が従来より早くなくてよ
く、流量が少なくてよいので冷却空気流通に必要なスペ
ースを小さくでき熱処理炉の小型化が可能である等の優
れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す概略立断面図であ
る。

【図２】同前本発明の実施の形態を示す概略平断面図で
ある。

【図３】同前本発明の実施の形態の要部を示す斜視図で
ある。

【図４】従来例を示す概略立断面図である。

【図５】従来例を示す概略立断面図である。

【符号の説明】

１ 反応管 ２ ヒータ ６ 排気管 ７ 熱遮蔽シャッタ ８ ラジエタ ９ 吸気ファン １０ 間隙 １３ 吸気マニホールド １５ 導入口バルブ １６ 吸気ダクト １８ 吸気連絡流路 １９ ファン用バルブ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒータ内部に連通する排気管に、上流側
   より熱遮蔽シャッタ、ラジエタ、ファン用バルブ、吸気
   ファンを設けたことを特徴とする熱処理炉。