JP3056189B1 - 縦型拡散炉 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 炉口部付近の温度降下を防止することによ
り、炉芯管内の昇温及び温度安定の時間を短縮して、炉
芯管内の加熱効率を向上させた熱拡散方法及びこの方法
の実施に用いる縦型拡散炉を提供する。 【解決手段】 炉芯管２と、炉芯管２の外周から炉芯管
２の内部を加熱する主ヒータ３とを備えている縦型拡散
炉１において、ウェハ移送用のボード１１の下端に設け
られ、ボード１１と一体的に炉芯管２の外部と内部との
間を昇降するものであり、炉芯管２の下方の炉口部１６
内からの炉口部１６付近を加熱する下部ヒータ７を備え
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウエハの加熱処理
の縦型拡散炉に関し、より詳細には、縦方向に設置され
ている縦型炉芯管内を加熱することにより、炉芯管内に
配されたウエハの熱処理を行う熱拡散方法による縦型拡
散炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】この縦型拡散炉２１は、図３に示すよう
に、一般に、縦方向に延びた炉芯管２２と、この炉芯管
２２の外周から炉芯管２２の内部を加熱するヒータ２３
と、ウェハを載せて炉芯管２の外部と内部と間を移送す
るボード２４などのウェハ移送手段とを備えている。

【０００３】ボード２４は、炉芯管２２の下方の炉口部
２５の外部に下降している状態でウェハが移載され、そ
の後、ウェハを載せて炉芯管２２の内部に向けて上昇
し、炉芯管２２の内部でのウェハの熱拡散処理が終了し
たら、処理後のウェハを載せてボード２４が炉芯管２２
の外部に向けて下降する。

【０００４】この縦型拡散炉２１にあっては、ボード２
４がウェハを載せて上昇している間、炉口部２５付近の
温度降下を防止する必要がある。

【０００５】そのため、従来、図３に示すように、ボー
ド２４の下端に、断熱材入りの保温筒２６が連結されて
いる。この断熱材入り保温筒２６は、ボード２４がウェ
ハを載せて上昇している間、炉口部２５付近を保温ため
に設けられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この図３に
示された断熱材入り保温筒２６を用いても、ボード２４
の上昇中、炉口部２５から外部へある程度、放熱するこ
とは避けられず、炉口部２５付近の温度が降下してしま
うことになる。そのため、その後、炉芯管２２内をウェ
ハ熱拡散に適する温度まで上昇させて、その温度が安定
するまで時間がかかるという問題がある。

【０００７】また、炉口部２５付近の温度低下が大きい
ので、ボード２４の最下部と、上方部及び中央部とを同
時には一定温度に制御することはできない。そのため、
ボード２４の最下部が均熱領域から外れてしまい、ボー
ド２４の最下部ではウェハ熱拡散処理が不可能となって
しまう問題がある。

【０００８】本発明の主たる目的は、炉口部付近の温度
降下を防止することにより、炉芯管内の昇温及び温度安
定に要する時間を短縮して、炉芯管内の加熱効率を向上
させた熱拡散方法による縦型拡散炉を提供することにあ
る。

【０００９】また、本発明の他の目的は、ボードの最下
部でのウエハの熱拡散処理を可能として、１回に処理で
きるウエハの枚数を増加できる熱拡散方法による縦型拡
散炉を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】主たる目的を達成するた
め、この発明では、炉口部内から炉口部付近を加熱する
ものとなっている。これにあっては、ウェハ移送手段の
上昇中、炉芯管の外部に放熱される熱量が、その場で補
われる。

【００１１】他の目的を達成するために、本発明では、
炉芯管の外周からの炉芯管内の加熱と、炉芯管の炉口部
内からの炉口部付近の加熱とを調制しながら、炉芯管の
内部の温度をウエハ処理時の設定温度に制御した状態
で、炉芯管の内部に入れたウエハの熱拡散処理を行うも
のとなっている。そのために、本発明において、炉芯管
の下方の炉口部内に、昇降自在な下部均熱管が設けられ
ている。この下部均熱管の中には、下部ランプとこの下
部ランプの上方に配置された光透過性の高い断熱材入り
保温筒からなる下部加熱手段を備えていることを特徴と
するものである。また、炉心管の内部の温度、主ヒータ
付近の温度、この炉心管内に入れられたボードの最下部
付近の温度及び前記下部ランプ付近の温度をモニターし
ながら、前記炉心管の内部温度をウエハ処理時の設定温
度に制御することを特徴とする縦型拡散炉である。これ
によって、炉芯管の内部の上下全体にわたって均熱とな
り、ボートの最下部でのウエハ熱拡散処理が可能とな
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、この発明の実施の形態を図
１及び図２を参照して説明する。

【００１３】図１には、この発明の縦型拡散炉の一実施
形態が示されている。

【００１４】この縦型拡散炉１は、炉芯管２と、外周加
熱手段としての例えば主ヒータ３と、均熱管４と、内部
熱電対５と、外部熱電対６と、下部加熱手段としての例
えば下部ヒータ７と、下部均熱官８と、内部最下熱電対
９と、下部ヒータ熱電対１０と、ウェハ移送手段として
の例えばボード１１と、炉口フランジ部１２と、温度制
御手段としての例えば温度コントロールユニット１３
と、電源１４とを備えている。

【００１５】ここで、主ヒータ３は、ヒータ線１５を備
えており、炉芯管２の外周に設けられ、炉芯管２の外周
から炉芯管２の内部を加熱するようになっている。均熱
管４は、炉芯管２と主ヒータ３との間に介在して設けら
れ、主ヒータ３で発生した熱を炉芯管２の内部に均等に
伝えるために設けられている。

【００１６】ボード１１は、炉芯管２の外部と内部との
間を昇降自在となっている。

【００１７】下部ヒータ７と下部均熱管８と炉口フラン
ジ部１２と内部最下熱電対９と下部ヒータ熱電対１０と
は、ボード１１の下端側に設けられており、ボード１１
と一体的に炉芯管２の外部と内部との間を昇降自在とな
っている。この一体的に昇降するボード１１と下部ヒー
タ７と下部均熱管８と炉口フランジ部１２と内部最下熱
電対９と下部ヒータ熱電対１０とを、ボード等一式と総
称する。

【００１８】下部ヒータ７は、ヒータ線７Ａを備えてお
り、炉芯管２の炉口部１６付近、ボード１１の最下部を
加熱するものとなっている。下部均熱管８は、下部ヒー
タ７で発生した熱を炉芯管２の炉口部１６に均等に伝え
るために設けられている。炉口フランジ部１２は、下部
ヒータ７及び下部均熱管８の下側に設けられ、ボード１
１が最後まで上昇しきると、炉芯管２の炉口部１６を塞
ぐものとなっている。

【００１９】内部熱電対５は、炉芯管２の内壁に設置さ
れ、炉芯管２の内部の温度をモニターするようになって
いる。外部熱電対６は、主ヒータ３の外壁に設置され、
主ヒータ３付近の温度をモニターするようになってい
る。

【００２０】内部最下熱電対９は、下部均熱管８の外壁
に設置され、炉芯管２の炉口部１６付近温度、ボード１
１の最下部付近の温度をモニターするためのものであ
る。下部ヒータ熱電対１０は、下部ヒータ７付近の温度
をモニターするためのものである。

【００２１】温度コントロールユニット１３は、内部熱
電対５、外部熱電対６、内部最下熱電対９、下部ヒータ
熱電対１０と、主ヒータ３、下部ヒータ７と、電源１４
とが電気的に接続されている。温度コントロールユニッ
ト１３には、縦型拡散炉１の各部の目標とする温度（設
定温度）が設定されている。温度コントロールユニット
１３は、各熱電対５、６、９、１０から実測温度信号を
入力し、実測温度と設定温度との差を比較し、実測温度
と設定温度とが一致するように、電源１４から得た電力
を主ヒータ３と下部ヒータ７とに供給し、主ヒータ３と
下部ヒータ７とを制御するようになっている。

【００２２】設定温度には、スタンバイ設定温度と、上
昇時設定温度と、ウェハ処理時設定温度とがある。

【００２３】スタンバイ設定温度は、ボード等一式が炉
芯管２の炉口部１６の外部に下降している段階での炉芯
管２の内部の目標温度であり、主ヒータ３の作動による
ものである。上昇時設定温度は、ボード等一式が炉芯管
２の内部に向けて上昇を開始するとき、炉芯管２の炉口
部１６付近の目標温度であり、下部ヒータ７の作動によ
るものである。ウェハ処理時設定温度は、ボード等一式
が炉芯管２の内部に上昇しきった位置にあって、ウェハ
の熱拡散処理を行うときの目標温度であり、主ヒータ３
及び下部ヒータ７とが共に調整し合って作動することに
より達成されるものである。

【００２４】上述のように構成された縦型拡散炉１にあ
っては、次のように、炉口部１６付近の温度降下を防止
する。

【００２５】（１）最初、ボード等一式は、炉芯管２の
炉口部１６の外部に下降して待機している。

【００２６】温度コントロールユニット１３は、内部熱
電対５及び外部熱電対６からの信号により、炉芯管２の
内部の温度と主ヒータ３付近の温度をモニターしなが
ら、主ヒータ３への電力供給を制御して、炉芯管２の内
部の温度をスタンバイ設定温度に制御する。

【００２７】この段階では、温度コントロールユニット
１３は、内部最下熱電対９及び下部ヒータ熱電対１０に
よる温度モニターをしておらず、下部ヒータ７への電力
供給を停止している。

【００２８】（２）炉芯管２の外部に下降してるボード
１１にウェハが移載されたら、ボード等一式が炉芯管２
の内部に向けて上昇を開始する。

【００２９】すると、温度コントロールユニット１３
は、内部最下熱電対９及び下部ヒータ熱電対１０からの
信号により、炉芯管２の炉口部１６付近の温度と下部ヒ
ータ７付近の温度をモニターしながら、下部ヒータ７へ
の電力供給を制御し、炉芯管２の炉口部１６付近の温度
を上昇時設定温度に制御する。

【００３０】このように、下部ヒータ７が、炉芯管２の
内部で最も温度が下降しやすい炉口１６部付近を加熱す
ることにより、炉芯管２から放出される熱を、その場合
で補うものである。

【００３１】（３）炉口フランジ部１２が炉芯管２の炉
口部１６の周囲と密着すると、ボード等一式は上昇を終
了する。

【００３２】すると、温度コントロールユニット１３
は、内部熱電対５、外部熱電対６、内部最下熱電対９、
下部ヒータ熱電対１０からの信号により、炉芯管２の内
部の温度、主ヒータ３付近の温度、ボード１１の最下部
付近の温度と下部ヒータ７付近の温度をモニターしなが
ら、主ヒータ３及び下部ヒータ７への電力供給を調整し
ながら制御し、炉芯管２の内部温度をウェハ処理時設定
温度に制御する。

【００３３】炉芯管２の内部の温度がウェハ処理時設定
温度で安定したら、ボード１１上のウェハの熱拡散処理
を開始する。

【００３４】このように主ヒータ３及び下部ヒータ７を
調整しながら、炉芯管２の内部の温度をウェハ処理時設
定温度に制御するので、ボード１１の最下部と上方部及
び中央部とが同時に一定の温度に制御され、その結果、
ボード１１の最下部でのウェハ熱拡散処理が可能とな
る。

【００３５】（４）ウェハの熱拡散処理が終了したら、
ボード等一式は、炉芯管２の外部に向けて下降を開始す
る。

【００３６】すると、温度コントロールユニット１３
は、下部ヒータ７への電力供給を停止し、主ヒータ３へ
の電力供給を制御し、もって次のウェハ熱拡散処理に備
えて炉芯管２の内部の温度をスタンバイ設定温度に制御
する。

【００３７】ボード等一式が炉芯管２の外部への下降を
完了したら、ボード１１からウェハが取り除かれる。

【００３８】なお、この発明は、上述した実施形態に限
定されるものではなく、種々の変形例が実施可能であ
る。

【００３９】例えば、上述した図１の実施形態では、下
部加熱手段として、下部ヒータ７を挙げたが、これに限
らず、図２に示すように発熱用の下部ランプ１７を有す
る構成としてもよい。図２の下部加熱手段は、下部均熱
管８の中に、下部ランプ１７と、この下部ランプ１７の
上方に配置された断熱材入り保温部材としての例えば断
熱材入り保温筒１８とを有している。

【００４０】断熱材入り保温筒１８は、光透過性の高い
断熱材が用いられており、下部ランプ１７の光を透過さ
せて下部均熱管８を加熱するものとなっている。

【００４１】この図２の変形例にあっては、下部ランプ
１７が炉口部１６付近を加熱すると共に、断熱材入り保
温筒１８が炉口部１６からの放熱量を軽減するので、上
述した図１の実施形態のように加熱するだけのものに比
べて、昇温効率がより一層高くなる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明による
と、次のような効果を奏する。

【００４３】（１）この発明によると、炉芯管の炉口部
内から炉口部付近を加熱し、炉口部から放熱される熱量
を、その場で補うことにより、炉口部付近の温度降下を
防止することができる。したがって、炉心芯管の内部の
昇温及び温度安定の時間を短縮でき、もって炉芯管内の
加熱効率を向上することができる。

【００４４】（２）炉芯管の外周からの炉芯管内の加熱
と、炉芯管の炉口部内からの炉口部付近の加熱とを調整
しながら、炉芯管の内部温度をウェハ処理に適する温度
に制御するので、炉芯管の内部の上下全体にわたって均
熱となり、ボードの最下部でのウェハ熱拡散処理が可能
となる。したがって、一回に処理できるウェハ枚数を増
加でき、ウェハ処理能力を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の縦型拡散炉の一実施形態を示す一部
破断図である。

【図２】この発明の縦型拡散炉の一変形例を示す一部破
断図である。

【図３】従来の縦型拡散炉を示す一部破断図である。

【符号の説明】

１ 縦型拡散炉 ２ 炉芯管 ３ 主ヒータ（外周加熱手段） ４ 均熱管 ５ 内部熱電対 ６ 外部熱電対 ７ 下部ヒータ（下部加熱手段） ７Ａ ヒータ線 ８ 下部均熱管 ９ 内部最下熱電対 １０ 下部ヒータ熱電対 １１ ボード（ウェハ移送手段） １２ 炉口フランジ部 １３ 温度コントロールユニット（温度制御手段） １４ 電源 １５ ヒータ線 １６ 炉口部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/22 511

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】均熱管内に装着された縦型炉芯管が縦方向
   に設置され、前記均熱管の外側にこの均熱管と前記炉芯
   管内とを外側から加熱する主ヒータを設けている縦型拡
   散炉において、 前記炉芯管の下方炉口部内に、昇降自在な下部均熱管を
   有し、 前記下部均熱管の中に、下部ランプとこの下部ランプの
   上方に配置された光透過性の高い断熱材入り保温筒から
   なる下部加熱手段を有し、前記炉心管の内部の温度、前記主ヒータ付近の温度、こ
   の炉心管内に入れられたボードの最下部付近の温度及び
   前記下部ランプ付近の温度をモニターしながら、前記炉
   心管の内部 温度をウエハ処理時の設定温度に制御するこ
   とを特徴とする縦型拡散炉。