JP3583467B2 - 半導体装置の製造装置及び製造方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
この発明は、半導体基板を熱処理する際、この半導体基板におけるスリップ等の欠陥の発生を防止すると共に、各半導体基板の冷却速度を均一にした半導体装置の製造装置及び製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図9は、従来の半導体装置の製造装置を示す構成図である。反応室チュ−ブ1内には、複数の半導体ウェ−ハ2を載置するウェ−ハ装着治具3が設けられている。この反応室チュ−ブ1の外側には加熱ヒ−タ4が設けられており、このヒ−タ4と反応室チュ−ブ1との間には矢印5の方向に図示せぬ冷却用のガスを通すための冷却用ガス経路6が設けられている。この冷却用ガス経路6の一端6aは、第1のチュ−ブ7によりブロワ−8を介してラジエタ−9と接続されている。このラジエタ−9は第2のチュ−ブ10により冷却用ガス経路6の他端6bと接続されている。
【0003】
上記構成において、先ず、ウェ−ハ装着治具3には複数の半導体ウェ−ハ2が装着され、これら半導体ウェ−ハ2はウェ−ハ装着治具3と共に反応室チュ−ブ1の内部に挿入される。この後、前記半導体ウェ−ハ2には半導体装置の製造工程における所定の熱処理が行われる。
【0004】
次に、半導体ウェ−ハ2の温度を降温するため、ブロワ−8が作動されることにより、冷却用ガス経路6に図示せぬ冷却用のガスが矢印5の方向に強制的に流される。この後、冷却用ガス経路6を通ることにより温度が上昇したガスは、ラジエタ−9により冷却される。そして、この冷却されたガスは、第2のチュ−ブ10を通って、再び冷却用ガス経路6に入れられる。このようにして、ヒ−タ4の内側面及び反応室チュ−ブ1の外側面が冷却されることにより、反応室チュ−ブ1内の半導体ウェ−ハ2は冷却される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の半導体装置の製造装置では、装置の稼働効率を向上させる場合又は素子のジャンクション制御を目的に冷却時にエア−ブロ−による急冷を行う場合、より効率を上げるために空冷用ブロワ−の容量を増加させて対応していた。このような対応では、例えば800℃〜1200℃のエリアでの冷却速度を速くすることは可能であるが、800℃以下のエリアでのそれを速くすることはできない。これに対して、ウェ−ハの面内温度差によるスリップの発生率は、これとは逆の傾向がある。すなわち、冷却速度を同じにした場合、800℃〜1200℃の高温のエリアではスリップが発生し、800℃以下の低温のエリアではスリップが発生しないという傾向にある。したがって、上記従来の製造装置では、高温のエリアでの冷却速度のコントロ−ルを適切に行うことができないため、冷却速度を上げると、半導体ウェ−ハにスリップが発生する。
【0006】
また、上記製造装置では、冷却用ガス経路6の下部から上部に向けて冷却用のガスを流す構成としているため、反応室チュ−ブ1内の下部に装着している半導体ウェ−ハ2の冷却速度がその上部に装着しているウェ−ハ2のそれより大きくなる。このような反応室チュ−ブ1内の冷却速度のばらつきにより、ウェ−ハ2の相互間における半導体装置の特性が変動するという問題が起こる。
【0007】
この発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その第1の目的は、反応室を冷却する冷却速度を各温度範囲においてコントロ−ルできる半導体装置の製造装置及び製造方法を提供することにある。
第2の目的は、反応室内において冷却速度を均一にした半導体装置の製造装置及び製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明の一態様に係る半導体装置の製造装置は、半導体ウェーハに所定の熱処理を行う反応室と、前記反応室の外側に設けられた加熱手段と、前記加熱手段の外側に設けられた保温手段と、前記反応室と前記加熱手段との間に設けられた第1の冷却用ガス経路と、前記加熱手段と前記保温手段との間に設けられた第2の冷却用ガス経路と、前記第1及び第2の冷却用ガス経路それぞれに所定のガスを流すことにより、前記反応室を冷却する冷却手段と、前記冷却手段により冷却中の前記反応室の内部の温度を測定する測定手段を有し、この測定手段により測定された温度情報に基づいて前記冷却手段を制御する制御手段とを具備し、前記第1の冷却用ガス経路のガスの進行方向は、前記第2の冷却用ガス経路のそれに対して逆方向とされている。
【0009】
また、前記制御手段は、前記反応室が特定の冷却速度で冷却されるように、前記冷却手段を制御するものであることを特徴としている。
また、前記制御手段は、前記冷却手段により前記反応室を冷却する際の冷却速度が前記半導体ウェ−ハに欠陥が生じない速度となるように制御するものであることを特徴としている。
【0010】
また、この発明の一態様に係る半導体装置の製造装置は、ウェーハに所定の熱処理を行う反応室と、前記反応室の外側に設けられたヒータと、前記ヒータの外側に設けられた断熱材と、前記反応室と前記ヒータとの間に設けられた第1の冷却用ガス経路と、前記ヒータと前記断熱材との間に設けられた第2の冷却用ガス経路と、前記反応室を冷却する際に、前記第1及び第2の冷却用ガス経路それぞれに所定のガスを流すブロワーと、前記反応室が特定の冷却速度で冷却されるように、前記ブロワーのオン・オフを制御する制御手段とを具備し、前記制御手段は、前記第2の冷却用ガス経路に所定のガスを流すことにより前記半導体ウェーハが600℃〜700℃付近の温度まで冷却された後、前記第1及び第2の冷却用ガス経路に所定のガスを流すことにより前記半導体ウェーハが前記温度より低い温度に冷却されるように制御する。
【0011】
また、この発明の一態様に係る半導体装置の製造装置は、ウェーハに所定の熱処理を行う反応室と、前記反応室の外側に設けられたヒータと、前記ヒータの外側に設けられた断熱材と、前記反応室と前記ヒータとの間に設けられた第1の冷却用ガス経路と、前記ヒータと前記断熱材との間に設けられた第2の冷却用ガス経路と、前記反応室を冷却する際に、前記第1及び第2の冷却用ガス経路それぞれに所定のガスを流すブロワーと、前記ブロワーに接続されたインバータと、前記インバータを制御することにより、前記反応室を冷却する際の冷却速度を制御する制御手段とを具備し、前記制御手段は、前記第2の冷却用ガス経路に所定のガスを流すことにより前記半導体ウェーハが600℃〜700℃付近の温度まで冷却された後、前記第1及び第2の冷却用ガス経路に所定のガスを流すことにより前記半導体ウェーハが前記温度より低い温度に冷却されるように制御する。
【0012】
また、この発明の一態様に係る半導体装置の製造装置は、ウェーハに所定の熱処理を行う反応室と、前記反応室の外側に設けられたヒータと、前記ヒータの外側に設けられた断熱材と、前記反応室と前記ヒータとの間に設けられた第1の冷却用ガス経路と、前記ヒータと前記断熱材との間に設けられた第2の冷却用ガス経路と、前記反応室を冷却する際に、前記第1及び第2の冷却用ガス経路それぞれに所定のガスを流すブロワーと、前記第1及び第2の経路それぞれを開閉させるシャッターと、前記反応室を冷却する際の冷却速度を制御する制御手段とを具備し、前記制御手段は、前記第2の冷却用ガス経路に所定のガスを流すことにより前記半導体ウェーハが600℃〜700℃付近の温度まで冷却された後、前記第1及び第2の冷却用ガス経路に所定のガスを流すことにより前記半導体ウェーハが前記温度より低い温度に冷却されるように制御する。
【0013】
また、この発明の一態様に係る半導体装置の製造装置は、複数の半導体ウェーハが挿入されている反応室チューブと、そのチューブの外側に設けられたヒータと、そのヒータの外側に設けられた断熱材とがあって、前記反応室チューブと前記ヒータとの間に冷却用ガスを所定の方向に流すと共に、前記ヒータと前記断熱材との間に冷却用ガスを前記所定の方向と逆の方向に流す。
【0014】
【作用】
この発明は、反応室と加熱手段との間に第1の冷却用ガス経路を設け、前記加熱手段と保温手段との間に第2の冷却用ガス経路を設け、第1及び第2の冷却用ガス経路それぞれに所定のガスを流すことにより、前記反応室を冷却する構成としている。この冷却の際、冷却手段を制御手段によって制御することにより、反応室内の冷却速度を各温度範囲においてコントロ−ルすることができる。
【0015】
また、第2の冷却用ガス経路のガスの進行方向を第1の冷却用ガス経路のそれに対して逆方向とすることにより、反応室内の各領域における冷却速度を均一にすることができる。つまり、第1、第2の冷却用ガス経路それぞれのガスの進行方向を同一方向とすると、前記冷却用ガス経路において、ガスが吸気される側の冷却速度が速くなり、ガスが排気される側の冷却速度が遅くなるのに対して、前記ガスの進行方向を逆方向とすると、反応室内の各領域における冷却速度を均一にすることができる。
【0016】
【実施例】
以下、図面を参照してこの発明を実施例により説明する。
図1は、この発明の第1の実施例による半導体装置の製造装置を示す構成図である。石英又はSiCからなる反応室チュ−ブ11内には、複数の半導体ウェ−ハ12を載置するウェ−ハ載置台13が設けられている。前記反応室チュ−ブ11の外側には均熱管14が設けられている。この均熱管14の外側には均熱管14を覆うように加熱ヒ−タ15が設けられており、このヒ−タ15と均熱管14との間には第1の矢印16の方向に図示せぬ冷却用のガスを通すための第1の冷却用ガス経路17が設けられている。前記加熱ヒ−タ15の下には断熱クロス18が設けられている。前記加熱ヒ−タ15の外側及び均熱管14の上には断熱材19が設けられており、この断熱材19と加熱ヒ−タ15との間には第2の矢印20の方向に図示せぬ冷却用のガスを通すための第2の冷却用ガス経路21が設けられている。
【0017】
前記第1の冷却用ガス経路17の一端17aは、第1のチュ−ブ22により第1のラジエタ−23を介して第1のブロワ−24と接続されている。前記第2の冷却用ガス経路21の一端21aは、第2のチュ−ブ25により第2のラジエタ−26を介して第2のブロワ−27と接続されている。前記第2の冷却用ガス経路21の他端21bは、第3のチュ−ブ28により第1及び第2のブロワ−24、27と接続されている。これら第1及び第2のブロワ−24、27は制御手段29に接続されており、この制御手段29は内部熱電対30aと接続されている。この内部熱電対30aは、反応室チュ−ブ11内の温度を測定するために、このチュ−ブ11内に挿入されている。前記第1の冷却用ガス経路17内には、この第1の経路17内の温度を測定するために、第1乃至第4の外部熱電対30b〜30eが挿入されている。
【0018】
前記制御手段29には記憶部29aが設けられており、この記憶部29aには後述する冷却特性の入力デ−タが入力されている。この冷却特性とは、反応室チュ−ブ11を冷却する際の冷却時間と内部熱電対30aにより測定された反応室チュ−ブ11内の温度との特定の関係である。
【0019】
図2は、この発明及び従来それぞれの半導体装置の製造装置の冷却特性および半導体ウェ−ハにスリップ等の組成変形が生じる冷却特性の境界を示すものである。このスリップは、半導体ウェ−ハにおける中央部と周辺部との温度差により生じるものである。参照符号32は、この発明の半導体装置の製造装置において半導体ウェ−ハにスリップ等の欠陥が発生する冷却特性の境界となる冷却時間と反応室チュ−ブ内の温度との関係を示すもの、即ちシミュレ−ションにより出されたスリップ発生時の半導体ウェ−ハの各外周温度におけるウェ−ハ面内の温度差から概算したものである。参照符号33は、従来の半導体装置の製造装置においてウェ−ハを冷却した際の冷却時間と反応室チュ−ブ内の熱電対により測定した温度との関係を示すものである。参照符号34は、半導体ウェ−ハにスリップが発生する境界条件32にスリップが発しいない側のマ−ジンを持たせた冷却特性の一例であり、この発明の半導体装置の製造装置における制御手段の記憶部に入力される入力デ−タを示すものである。
【0020】
この図から、従来の半導体装置の製造装置の冷却特性では半導体ウェ−ハにスリップ等の組成変形が発生することがわかり、この発明の半導体装置の製造装置の冷却特性では半導体ウェ−ハにスリップ等が発生しないことがわかる。
【0021】
前記参照符号34についてはこの発明の冷却特性の単なる一例を示すものであり、参照符号32に示す曲線より右側に位置する冷却特性であれば、半導体ウェ−ハにスリップ等が発生することがない。
【0022】
上記構成において、図1に示すように、先ず、ウェ−ハ載置台13には複数の半導体ウェ−ハ12が載置され、これら半導体ウェ−ハ12はウェ−ハ載置台13と共に反応室チュ−ブ11の内部に挿入される。この後、反応室チュ−ブ11は加熱ヒ−タ15により1000℃以上の温度まで加熱され、前記半導体ウェ−ハ12には半導体装置の製造工程における所定の熱処理が行われる。
【0023】
次に、半導体ウェ−ハ12の温度を降温するため、内部熱電対30a、外部熱電対30b〜30eそれぞれの温度測定結果を用いた、PID(比例、積分、微分値)制御によって制御されるカスケ−ド制御方式により、前記加熱ヒ−タ15のパワ−は制御される。これと共に、第2のブロワ−27が作動されることにより、第2の冷却用ガス経路21に図示せぬ冷却用のN2 が第2の矢印20の方向に強制的に流される。この後、第2の冷却用ガス経路21を通ることにより温度が上昇したN2 は、第2のラジエタ−26により冷却される。そして、この冷却されたN2 は、第2、第3のチュ−ブ25、28を通って、再び第2の冷却用ガス経路21に入れられる。このようにして、ヒ−タ15の外側面及び断熱材19の内側面が冷却されることにより、反応室チュ−ブ11内は約600℃〜700℃付近まで冷却される。このとき、前記加熱ヒ−タ15は600℃〜800℃の間でオフされる。
【0024】
この際の冷却速度は、記憶部29aに記憶されている半導体ウェ−ハ12にスリップ等が発生しない速度である図2の参照符号34に示す速度となるように、制御手段29によって制御される。つまり、前記速度となるように、制御手段29において、内部熱電対30aにより測定された温度情報に基づいて、第2のブロワ−27のオン・オフがコントロ−ルされる。
【0025】
この後、第1のブロワ−24が作動されることにより、第1の冷却用ガス経路17に図示せぬ冷却用のN2 が第1の矢印16の方向に強制的に流される。この後、第1の冷却用ガス経路17を通ることにより温度が上昇したN2 は、第1のラジエタ−23により冷却される。この結果、第1及び第2の冷却用ガス経路17、21の両方に冷却用のN2 が流され、反応室チュ−ブ11内の冷却速度は増加する。このように冷却速度を増加させると、半導体ウェ−ハ12における面内温度差が大きくなるが、半導体ウェ−ハ12の外周温度が低い場合は前記面内温度差が大きくてもスリップが発生しない。
【0026】
前記反応室チュ−ブ11内の温度が約600℃〜700℃付近以下となった時のチュ−ブ11内の冷却速度においても、記憶部29aに記憶されている図2の参照符号34に示す速度となるように、制御手段29によって制御される。つまり、前記速度となるように、制御手段29において、内部熱電対30aにより測定された温度情報に基づいて、第1及び第2のブロワ−24、27それぞれのオン・オフがコントロ−ルされる。
【0027】
上記第1の実施例によれば、制御手段29によって第1、第2のブロワ−24、27のオン・オフをコントロ−ルすること、及び高温のエリアでは第2の冷却用ガス経路21のみに冷却用のN2 を流すことにより、図2の参照符号34に示す条件で半導体ウェ−ハ12を冷却することができる。すなわち、制御手段における記憶部29aに冷却速度のデ−タを入力することにより、このデ−タ通りの適切な冷却速度、つまりスリップの発生しない冷却速度で半導体ウェ−ハ12を冷却することができる。これと共に、第1及び第2の経路17、21を用いているため、従来の製造装置より冷却速度を上げることができる。特に、800℃以下の低温のエリアでの冷却速度を従来の装置より増加させることができる。
【0028】
尚、上記第1の実施例では、第1及び第2の冷却用経路17、21に流すガスとしてN2 ガスを用いているが、他の不活性ガス又は空気を用いることも可能である。
【0029】
図3は、この発明の第2の実施例による半導体装置の製造装置を示す構成図であり、図1と同一部分には同一符号を付し、第1の実施例と異なる部分についてのみ説明する。
【0030】
第1及び第2のブロワ−24、27それぞれは、第1及び第2のインバ−タ36、37を有している。これら第1及び第2のインバ−タ36、37は、制御手段29に接続されている。
【0031】
上記構成において、図3に示すように、半導体ウェ−ハ12を約600℃〜700℃付近まで降温させる際の冷却速度が図2の参照符号34に示す速度となるように、制御手段29によって第2のインバ−タ37を有する第2のブロワ−27が制御される。
【0032】
この後、半導体ウェ−ハ12をさらに冷却するときの冷却速度においても、図2の参照符号34に示す速度となるように、制御手段29によって第1及び第2のインバ−タ36、37を有する第1及び第2のブロワ−24、27が制御される。
【0033】
上記第2の実施例においても第1の実施例と同様の効果を得ることができる。図4は、この発明の第3の実施例による半導体装置の製造装置を示す構成図であり、図1と同一部分には同一符号を付し、第1の実施例と異なる部分についてのみ説明する。
【0034】
第1の冷却用ガス経路17の他端17bには第1のシャッタ−40が設けられている。第1及び第2のブロワ−24、27それぞれは、第3のチュ−ブ28により第2の冷却用ガス経路21の他端21bと接続されており、この第2の経路21の他端21bには第2のシャッタ−41が設けられている。これら第1及び第2のシャッタ−40、41それぞれは制御手段29と接続されている。
【0035】
上記構成において、図4に示すように、半導体ウェ−ハ12の温度を降温する際、第1のシャッタ−40が閉じた状態とされ、第2のシャッタ−41が開いた状態とされ、第1及び第2のブロワ−24、27が作動される。この結果、第2の冷却用ガス経路21に図示せぬ冷却用のN2 が流される。これにより、反応室チュ−ブ11内は約600℃〜700℃付近まで冷却される。この際の冷却速度は、図2の参照符号34に示す速度となるように、制御手段29によって制御される。つまり、前記速度となるように、制御手段29において、内部熱電対30aにより測定された温度情報に基づいて、第2のシャッタ−41の開閉がコントロ−ルされる。
【0036】
この後、第1のシャッタ−40を開くことにより、第1の冷却用ガス経路17に冷却用のN2 が流される。これによって反応室チュ−ブ11内をさらに冷却する際の冷却速度においても、図2の参照符号34に示す速度となるように、制御手段29によって制御される。つまり、前記速度となるように、制御手段29において、内部熱電対30aにより測定された温度情報に基づいて、第1及び第2のシャッタ−40、41それぞれの開閉がコントロ−ルされる。
【0037】
上記第3の実施例においても第1の実施例と同様の効果を得ることができる。図5は、この発明の第4の実施例による半導体装置の製造装置を示す構成図であり、図1と同一部分には同一符号を付し、第1の実施例と異なる部分についてのみ説明する。
【0038】
複数の半導体ウェ−ハ12が載置される等温球体型反応室42の外側には反応室42を覆うように球体型の加熱ヒ−タ43が設けられている。このヒ−タ43と反応室42との間には第1の矢印16の方向に図示せぬ冷却用のガスを通すための第1の冷却用ガス経路17が設けられている。前記加熱ヒ−タ43の外側には球体型の断熱材44が設けられており、この断熱材44と加熱ヒ−タ43との間には第2の矢印20の方向に図示せぬ冷却用のガスを通すための第2の冷却用ガス経路21が設けられている。
【0039】
前記第1の冷却用ガス経路17の排気口17cは、第1のチュ−ブ22により第1のラジエタ−23を介して第1のブロワ−24と接続されている。前記第2の冷却用ガス経路21の排気口21cは、第2のチュ−ブ25により第2のラジエタ−26を介して第2のブロワ−27と接続されている。前記第1の冷却用ガス経路17の吸気口17dは、第3のチュ−ブ28により第1及び第2のブロワ−24、27と接続されている。前記第1の冷却用ガス経路17内には、第1乃至第4の外部熱電対が挿入されていない。
【0040】
上記構成において、図5に示すように、反応室42内には複数の半導体ウェ−ハ12が挿入され、これら半導体ウェ−ハ12には所定の熱処理が行われる。
次に、半導体ウェ−ハ12の温度を降温するため、第2のブロワ−27が作動されることにより、第2の冷却用ガス経路21に図示せぬ冷却用のN2 が流される。これにより、ヒ−タ43の外表面及び断熱材44の内表面が冷却され、等温球体型反応室42内は約600℃〜700℃付近まで冷却される。この際の冷却速度は、図2の参照符号34に示す速度となるように、制御手段29によって制御される。
【0041】
この後、第1のブロワ−24が作動されることにより、第1の冷却用ガス経路17に図示せぬ冷却用のN2 が第1の矢印16の方向に流される。次に、第1の冷却用ガス経路17を通ることにより温度が上昇したN2 は、第1のラジエタ−23により冷却される。そして、この冷却されたN2 は、第3のチュ−ブ28を通って、再び第1の冷却用ガス経路17に入れられる。この結果、第1及び第2の冷却用ガス経路17、21の両方に冷却用のN2 が流され、反応室チュ−ブ11内の冷却速度は増加する。
【0042】
上記第4の実施例においても第1の実施例と同様の効果を得ることができる。また、上記実施例では、等温球体型反応室42、球体型の加熱ヒ−タ43及び球体型の断熱材44を用いているため、小スペ−ス化、小ロット化、しかも省エネルギ−化が可能となる。すなわち、従来のチュ−ブ型の拡散炉と比較してコンパクトで余分な均熱ゾ−ンを必要としないため、省エネルギ−化、小スペ−ス化が可能となる。しかも、反応室内の温度をコントロ−ルするのに必要な熱電対も1本で足りる。従って、制御系を含めて装置コストを下げることができる。さらに、昇温速度、降温速度の両方を制御することが可能であり、スリップフリ−で高速昇降温可能である。
【0043】
図6は、この発明の第5の実施例による半導体装置の製造装置を示す構成図であり、図5と同一部分には同一符号を付し、第4の実施例と異なる部分についてのみ説明する。
【0044】
第1及び第2のブロワ−24、27それぞれは、第1及び第2のインバ−タ36、37を有している。これら第1及び第2のインバ−タ36、37は、制御手段29に接続されている。
【0045】
上記構成において、図6に示すように、半導体ウェ−ハ12を約600℃〜700℃付近まで降温させる際の冷却速度が図2の参照符号34に示す速度となるように、制御手段29によって第2のインバ−タ37を有する第2のブロワ−27が制御される。
【0046】
この後、半導体ウェ−ハ12をさらに冷却するときの冷却速度においても、図2の参照符号34に示す速度となるように、制御手段29によって第1及び第2のインバ−タ36、37を有する第1及び第2のブロワ−24、27が制御される。
【0047】
上記第5の実施例においても第4の実施例と同様の効果を得ることができる。図7は、この発明の第6の実施例による半導体装置の製造装置を示す構成図であり、図5と同一部分には同一符号を付し、第4の実施例と異なる部分についてのみ説明する。
【0048】
第1及び第2のブロワ−24、27それぞれは、第3のチュ−ブ28により第1の冷却用ガス経路17の吸気口17dと接続されており、この第1の経路17の吸気口17dには第1のシャッタ−40が設けられている。第2の冷却用ガス経路21の吸気口21dには図示せぬ第2のシャッタ−が設けられている。これら第1及び第2のシャッタ−40それぞれは制御手段29と接続されている。
【0049】
上記構成において、図7に示すように、半導体ウェ−ハ12の温度を降温する際、第1のシャッタ−40が閉じた状態とされ、第2のシャッタ−41が開いた状態とされ、第1及び第2のブロワ−24、27が作動される。この結果、第2の冷却用ガス経路21に図示せぬ冷却用のN2 が流される。これにより、等温球体型反応室42内は約600℃〜700℃付近まで冷却される。この際の冷却速度は、図2の参照符号34に示す速度となるように、制御手段29によって制御される。つまり、前記速度となるように、制御手段29において、内部熱電対30aにより測定された温度情報に基づいて、第2のシャッタ−41の開閉がコントロ−ルされる。
【0050】
この後、第1のシャッタ−40を開くことにより、第1の冷却用ガス経路17に冷却用のN2 が流される。これによって反応室42内をさらに冷却する際の冷却速度においても、図2の参照符号34に示す速度となるように、制御手段29によって制御される。つまり、前記速度となるように、制御手段29において、内部熱電対30aにより測定された温度情報に基づいて、第1及び第2のシャッタ−40、41それぞれの開閉がコントロ−ルされる。
【0051】
上記第6の実施例においても第4の実施例と同様の効果を得ることができる。図8は、この発明の第7の実施例による半導体装置の製造装置を示す構成図であり、図1と同一部分には同一符号を付し、第1の実施例と異なる部分についてのみ説明する。
【0052】
断熱材19と加熱ヒ−タ15との間には第2の矢印51の方向に図示せぬ冷却用のガスを通すための第2の冷却用ガス経路21が設けられている。
第1の冷却用ガス経路17の一端17aは、第1のチュ−ブ22により第1のラジエタ−23を介して流量の調節が可能な第1のバルブ52の一方側と接続されている。この第1のバルブ52の他方側は第2のチュ−ブ53の第1の端部53aと接続されている。この第2のチュ−ブ53の第2の端部53bはブロワ−54と接続されており、第2のチュ−ブ53の第3の端部53cは流量の調節が可能な第2のバルブ55の一方側と接続されている。
【0053】
前記第2の冷却用ガス経路21の一端21aは第3のチュ−ブ56により前記ブロワ−54と接続されている。第2の冷却用ガス経路21の他端21bは第4のチュ−ブ57により第2のラジエタ−26を介して第2のバルブ55の他方側と接続されている。
【0054】
上記構成において、図8に示すように、半導体ウェ−ハ12の温度を降温する際、第1及び第2のバルブ52、55が開かれた状態で、ブロワ−54が作動される。これにより、第1及び第2の冷却用ガス経路17、21それぞれに図示せぬ冷却用のN2 が第1及び第2の矢印16、20の方向に流される。このとき、第1の冷却用ガス経路17を通ることにより温度が上昇したN2 は、第1のラジエタ−23により冷却される。そして、この冷却されたN2 は、第1乃至第3のチュ−ブ22、53、56を通って、第2の冷却用ガス経路21に入れられる。また、第2の冷却用ガス経路21を通ることにより温度が上昇したN2 は、第2のラジエタ−26により冷却される。そして、この冷却されたN2 は、第2乃至第4のチュ−ブ53、56、57を通って、再び第2の冷却用ガス経路21に入れられる。このように半導体ウェ−ハ12の温度を降温する際は、第1乃至第4の外部熱電対30b〜30eで各ゾ−ンの温度がモニタ−される。この情報に基づいて、前記各ゾ−ンにおける降温速度が均一になるように、冷却用のN2 の流量が第1及び第2のバルブ52、55により調節される。
【0055】
上記第7の実施例によれば、第2の冷却用ガス経路21の冷却用のN2 の流れる方向を第1の冷却用ガス経路17のそれの方向に対して逆方向としている。これにより、反応室チュ−ブ11内の各ゾ−ンにおける降温速度のばらつきをなくすこと、即ち各ゾ−ンにおける降温速度を均一にすることができる。つまり、第2の冷却用ガス経路21の冷却用のN2 の流れる方向を、第1の冷却用ガス経路17のそれと同じにすると、第1乃至第4の外部熱電対30b〜30eそれぞれにおいて測定された冷却速度は次のようになった。この冷却速度は、反応室チュ−ブを640℃〜300℃まで冷却させたものである。
【0056】
第1の外部熱電対30bによる測定結果は39.1℃/min であり、第2及び第3の外部熱電対30c、30dそれぞれによる測定結果は42.6℃/min であり、第4の外部熱電対30eによる測定結果は78.3℃/min であった。
【0057】
これに対して、冷却用のN2 の流れる方向を上記第7の実施例のようにした場合、第1乃至第4の外部熱電対30b〜30eそれぞれによる冷却速度の測定結果は均一なものとなる。したがって、従来技術のような各ゾ−ンにおける冷却速度のばらつきによって生じる各半導体ウェ−ハ相互間における半導体装置の特性の変動を防止することができる。
【0058】
また、反応室チュ−ブ11内の冷却速度を、従来の半導体装置の製造装置のそれに比べ、速くすることができる。これは、従来の製造装置では上記実施例の第1の冷却用ガス経路17に相当する部分のみに冷却用のガスを流していたのに対して、上記実施例の場合、第1及び第2の冷却用ガス経路17、21の両方に冷却用のガスを流す構成としたからである。
【0059】
また、第1及び第2のバルブ52、55を用いることにより、ブロワ−54を一つにしている点では、第1乃至第6の実施例によるものより、コストを低くすることができる。
【0060】
尚、前記各実施例の構成要素を任意に選択的に組合せ、これにより前記各実施例とは同等若しくは異なる機能を有する装置を構成し、これを新たな実施例としてもよい。
【0061】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明によれば、反応室を冷却する冷却速度を各温度範囲においてコントロ−ルできる半導体装置の製造装置及び製造方法を提供することができる。また、反応室内において冷却速度を均一にした半導体装置の製造装置及び製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例による半導体装置の製造装置を示す構成図。
【図2】この発明及び従来それぞれの半導体装置の製造装置の冷却特性および半導体ウェ−ハにスリップ等の組成変形が生じる冷却特性の境界を示すグラフ。
【図3】この発明の第2の実施例による半導体装置の製造装置を示す構成図。
【図4】この発明の第3の実施例による半導体装置の製造装置を示す構成図。
【図5】この発明の第4の実施例による半導体装置の製造装置を示す構成図。
【図6】この発明の第5の実施例による半導体装置の製造装置を示す構成図。
【図7】この発明の第6の実施例による半導体装置の製造装置を示す構成図。
【図8】この発明の第7の実施例による半導体装置の製造装置を示す構成図。
【図9】従来の半導体装置の製造装置を示す構成図。
【符号の説明】
11…反応室チュ−ブ、12…半導体ウェ−ハ、13…ウェ−ハ載置台、14…均熱管、15…ヒ−タ(加熱手段)、16…第1の矢印、17…第1の冷却用ガス経路、17a …第1の冷却用ガス経路の一端、17b …第1の冷却用ガス経路の他端、17c …第1の冷却用ガス経路の排気口、17d …第1の冷却用ガス経路の吸気口、18…断熱クロス、19…断熱材、20…第2の矢印、21…第2の冷却用ガス経路、21a …第2の冷却用ガス経路の一端、21b …第2の冷却用ガス経路の他端、21c …第2の冷却用ガス経路の排気口、21d …第2の冷却用ガス経路の吸気口、22…第1のチュ−ブ、23…第1のラジエタ−、24…第1のブロワ−、25…第2のチュ−ブ、26…第2のラジエタ−、27…第2のブロワ−、28…第3のチュ−ブ、29…制御手段、29a …記憶部、30a …内部熱電対、30b …第1の外部熱電対、30c …第2の外部熱電対、30d …第3の外部熱電対、30e …第4の外部熱電対、32…この発明の半導体装置の製造装置において半導体ウェ−ハにスリップ等の欠陥が発生する冷却特性の境界となる冷却時間と反応室チュ−ブ内の温度との関係、33…従来の半導体装置の製造装置においてウェ−ハを冷却した際の冷却時間と反応室チュ−ブ内の熱電対により測定した温度との関係、34…半導体ウェ−ハにスリップが発生する境界条件32にスリップが発しいない側のマ−ジンを持たせた冷却特性の一例、36…第1のインバ−タ、37…第2のインバ−タ、40…第1のシャッタ−、41…第2のシャッタ−、43…球体型の加熱ヒ−タ、44…球体型の断熱材、51…第2の矢印、52…第1のバルブ、53…第2のチュ−ブ、53a …第2のチュ−ブの第1の端部、53b …第2のチュ−ブの第2の端部、53c …第2のチュ−ブの第3の端部、54…ブロワ−、55…第2のバルブ、56…第3のチュ−ブ、57…第4のチュ−ブ。
Claims (21)
- 半導体ウェーハに所定の熱処理を行う反応室と、
前記反応室の外側に設けられた加熱手段と、
前記加熱手段の外側に設けられた保温手段と、
前記反応室と前記加熱手段との間に設けられた第1の冷却用ガス経路と、
前記加熱手段と前記保温手段との間に設けられた第2の冷却用ガス経路と、
前記第1及び第2の冷却用ガス経路それぞれに所定のガスを流すことにより、前記反応室を冷却する冷却手段と、
前記冷却手段により冷却中の前記反応室の内部の温度を測定する測定手段を有し、この測定手段により測定された温度情報に基づいて前記冷却手段を制御する制御手段とを具備し、
前記第1の冷却用ガス経路のガスの進行方向は、前記第2の冷却用ガス経路のそれに対して逆方向とされていることを特徴とする半導体装置の製造装置。 - 前記制御手段は、前記反応室が特定の冷却速度で冷却されるように、前記冷却手段を制御するものであることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造装置。
- 前記制御手段は、前記冷却手段により前記反応室を冷却する際の冷却速度が前記半導体ウェーハに欠陥が生じない速度となるように制御するものであることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造装置。
- 前記制御手段は、前記半導体ウェーハに欠陥が生じない冷却速度で前記反応室が冷却されるように、前記冷却手段を制御するものであることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造装置。
- ウェーハに所定の熱処理を行う反応室と、
前記反応室の外側に設けられたヒータと、
前記ヒータの外側に設けられた断熱材と、
前記反応室と前記ヒータとの間に設けられた第1の冷却用ガス経路と、
前記ヒータと前記断熱材との間に設けられた第2の冷却用ガス経路と、
前記反応室を冷却する際に、前記第1及び第2の冷却用ガス経路それぞれに所定のガスを流すブロワーと、
前記反応室が特定の冷却速度で冷却されるように、前記ブロワーのオン・オフを制御する制御手段とを具備し、
前記制御手段は、前記第2の冷却用ガス経路に所定のガスを流すことにより前記半導体ウェーハが600℃〜700℃付近の温度まで冷却された後、前記第1及び第2の冷却用ガス経路に所定のガスを流すことにより前記半導体ウェーハが前記温度より低い温度に冷却されるように制御することを特徴とする半導体装置の製造装置。 - ウェーハに所定の熱処理を行う反応室と、
前記反応室の外側に設けられたヒータと、
前記ヒータの外側に設けられた断熱材と、
前記反応室と前記ヒータとの間に設けられた第1の冷却用ガス経路と、
前記ヒータと前記断熱材との間に設けられた第2の冷却用ガス経路と、
前記反応室を冷却する際に、前記第1及び第2の冷却用ガス経路それぞれに所定のガスを流すブロワーと、
前記ブロワーに接続されたインバータと、
前記インバータを制御することにより、前記反応室を冷却する際の冷却速度を制御する制御手段とを具備し、
前記制御手段は、前記第2の冷却用ガス経路に所定のガスを流すことにより前記半導体ウェーハが600℃〜700℃付近の温度まで冷却された後、前記第1及び第2の冷却用ガス経路に所定のガスを流すことにより前記半導体ウェーハが前記温度より低い温度に冷却されるように制御することを特徴とする半導体装置の製造装置。 - ウェーハに所定の熱処理を行う反応室と、
前記反応室の外側に設けられたヒータと、
前記ヒータの外側に設けられた断熱材と、
前記反応室と前記ヒータとの間に設けられた第1の冷却用ガス経路と、
前記ヒータと前記断熱材との間に設けられた第2の冷却用ガス経路と、
前記反応室を冷却する際に、前記第1及び第2の冷却用ガス経路それぞれに所定のガスを流すブロワーと、
前記第1及び第2の経路それぞれを開閉させるシャッターと、
前記反応室を冷却する際の冷却速度を制御する制御手段とを具備し、
前記制御手段は、前記第2の冷却用ガス経路に所定のガスを流すことにより前記半導体ウェーハが600℃〜700℃付近の温度まで冷却された後、前記第1及び第2の冷却用ガス経路に所定のガスを流すことにより前記半導体ウェーハが前記温度より低い温度に冷却されるように制御することを特徴とする半導体装置の製造装置。 - 前記制御手段は、前記シャッターの開閉を制御することを特徴とする請求項7記載の半導体装置の製造装置。
- 前記制御手段は、前記反応室を冷却する際の冷却速度が前記半導体ウェーハに組成変形が生じない速度となるように制御するものであることを特徴とする請求項5、6又は7記載の半導体装置の製造装置。
- 前記所定のガスは、空気又は不活性ガスであることを特徴とする請求項1、5、6又は7記載の半導体装置の製造装置。
- 前記反応室は、等温球体型反応室であることを特徴とする請求項1、5、6又は7記載の半導体装置の製造装置。
- 前記加熱手段及び前記保温手段それぞれは、球体型であることを特徴とする請求項11記載の半導体装置の製造装置。
- 前記ヒータ及び前記断熱材それぞれは、球体型であることを特徴とする請求項11記載の半導体装置の製造装置。
- 前記第1の冷却用ガス経路のガスの進行方向は、前記第2の冷却用ガス経路のそれに対して逆方向とされていることを特徴とする請求項5、6又は7記載の半導体装置の製造装置。
- 半導体ウェーハに所定の熱処理を行う反応室と、
前記反応室の外側に設けられた加熱手段と、
前記加熱手段の外側に設けられた保温手段と、
前記反応室と前記加熱手段との間に設けられた第1の冷却用ガス経路と、
前記加熱手段と前記保温手段との間に設けられ、前記第1の冷却用ガス経路のガスの進行方向に対して逆方向のガスの進行方向を有する第2の冷却用ガス経路と、
前記第1及び第2の冷却用ガス経路それぞれに所定のガスを流すことにより、前記反応室を冷却する冷却手段と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造装置。 - 複数の半導体ウェーハが挿入されている反応室チューブと、そのチューブの外側に設けられたヒータと、そのヒータの外側に設けられた断熱材とがあって、前記反応室チューブと前記ヒータとの間に冷却用ガスを所定の方向に流すと共に、前記ヒータと前記断熱材との間に冷却用ガスを前記所定の方向と逆の方向に流すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 半導体ウェーハを収容する反応室と、
前記反応室の外側に設けられ、前記反応室を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段の外側に設けられ、前記反応室を保温する断熱手段と、
前記反応室と前記加熱手段との間に設けられた第1の冷却用ガス経路と、
前記加熱手段と前記断熱手段との間に設けられた第2の冷却用ガス経路と、
前記第1の冷却用ガス経路及び前記第2の冷却用ガス経路を通じて冷却用ガスを流すことによって前記反応室を冷却する冷却手段と、
前記冷却手段を制御し、半導体ウェーハを任意の設定温度と設定温度範囲内に冷却するために第2の冷却用ガス経路にガスを流し、半導体ウェーハを更に冷却するために前記第1の冷却用ガス経路及び前記第2の冷却用ガス経路にガスを流す制御手段と
を具備することを特徴とする半導体装置の製造装置。 - 前記反応室は、反応室チューブと、この反応室チューブの外側に設けられた均熱管とを備えることを特徴とする請求項17記載の半導体装置の製造装置。
- 前記反応室の温度を測定する温度測定手段を更に具備し、前記制御手段は前記温度測定手段によって測定される前記反応室の温度と予め記憶された冷却特性とに基づいて前記冷却手段を制御することを特徴とする請求項17又は18記載の半導体装置の製造装置。
- 前記第1の冷却用ガス経路を流れるガスの温度を測定する複数の温度測定手段を更に具備し、前記制御手段は前記温度測定手段によって測定される前記反応室の温度と、前記複数の温度測定手段によって測定されるガスの温度と、予め記憶された冷却特性とに基づいて前記冷却手段を制御することを特徴とする請求項19記載の半導体装置の製造装置。
- 半導体ウェーハを収容する反応室と、
前記反応室の外側に設けられ、前記反応室を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段の外側に設けられ、前記反応室を保温する断熱手段と、
前記反応室と前記加熱手段との間に設けられた第1の冷却用ガス経路と、
前記加熱手段と前記断熱手段の間に設けられた第2の冷却用ガス経路と、
前記反応室内と前記第1の冷却用ガス経路内の温度をそれぞれ測定する温度測定手段と、
前記第1の冷却用ガス経路及び前記第2の冷却用ガス通路にガスを流すことにより、前記反応室を冷却する冷却手段と、
前記反応室の降温を行う冷却手段を制御するための冷却特性のデータが記憶された記憶手段を有し、前記測定手段によって測定される前記反応室内の温度と前記第1の冷却用ガス経路を流れるガスの温度とに基づいて、前記反応室を冷却する冷却手段を制御する制御手段と
を具備することを特徴とする半導体装置の製造装置。
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