JPH01110724A

JPH01110724A - 加熱炉

Info

Publication number: JPH01110724A
Application number: JP63190395A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Kumagai; 熊谷　浩洋; Ko Sato; 香佐藤; Yoshio Imai; 今井　佳夫; Teruo Iwata; 輝夫岩田
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1987-07-31
Filing date: 1988-07-29
Publication date: 1989-04-27
Anticipated expiration: 2012-09-10
Also published as: JP2651601B2

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、加熱炉に係り、特に半導体ウェハ等に施す熱
拡散やＣＶＤ等の熱処理に利用して好適な加熱炉に関す
る。

（従来の技術）半導体装置の製造工程において、熱拡散やＣＶＤ等の熱
処理の際に加熱炉が使用されている。

このような熱処理に使用されている加熱炉では、半導体
ウェハのロード・アンロード時に炉内の温度変化が生じ
易いので、ウェハボート上に多数の半導体ウェハを配置
し、この半導体ウェハをウェハボートとともに、例えば
数百ないし十数百度程度に加熱された炉心管内に挿入し
て、多数の半導体ウェハに対して同時に熱処理を施すよ
うに構成されたものが多い。そして、このような操作に
よって、上述した炉内温度の変化がそれぞれの半導体ウ
ェハに与える影響をできるだけ小さくし、半導体ウェハ
に施す熱処理のスルーブツトの向上ヲ図っている。

このように加熱炉は、炉心管内の温度均一性が要求され
る。このため、従来の加熱炉では、石英等からなる炉心
管の周囲に均熱管を配置し、その周囲に加熱用のヒータ
を配置し、ヒータの周囲を覆うように多孔性の断熱材等
からなる断熱材層を配置したものが多い。

すなわち、従来の加熱炉は、熱伝導度の低い断熱材でヒ
ータの周囲を覆い、これによって外部への熱放出を減少
させかつ均一化して、炉心管内の温度分布の均一性を確
保しようとするものである。

しかし、例えば半導体ウェハに均一な熱処理を施すには
、炉内全体にわたって±０．５℃以内程度の温度の均一
性が要求される。しかしながら、従来の加熱炉では、こ
のような高い均一性で炉内温度を設定することはできな
かった。

また、従来の加熱炉では、ヒータを大気中に設置してい
るため、対流による熱損失がきわめて多く、エネルギー
効率が非常に低いという問題があった。さらに、この対
流による熱損失によって、炉内の温度分布が不均一にな
りやすく、炉体の全長は必要とする均熱長の２倍程度と
なってしまい、装置の大型化を招いている。

（発明が解決しようとする課題）上述したように従来の加熱炉では、炉内温度を高均一性
で保つことができず、また炉体の全長に比べて均熱長が
短いために加熱炉全体が大型化してしまうなどの問題が
あった。さらに、断熱効果が不充分なために、エネルギ
ー効率が非常に低いという問題もあった。このため、さ
らに均熱特性に優れた加熱炉の開発が望まれていた。

本発明は、このような従来技術の課題に対処するために
なされたもので、加熱時の熱の損失を充分に抑制し、効
率よく、しかも均一に炉内を加熱することを可能にした
加熱炉を提供することを目的としている。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）すなわち本発明の第１の加熱炉は、炉心管の周囲に配置
されたヒータと、このヒータの外側に配置された断熱材
層とを備えた加熱炉において、前記断熱材層に熱反射材
からなる反射材層を設けたことを特徴としている。

また、第２の加熱炉は、炉心管の周囲に配置されたヒー
タと、このヒータの外側に配置された断熱層とを備えた
加熱炉において、前記ヒータを真空中に配置したことを
特徴としている。

さらに、上記構成の加熱炉を組合せたものであって、ヒ
ータの外周に熱反射材からなる反射材層を設け、この反
射材層とヒータを真空中に配置したことを特徴としてい
る。

（作　用）ヒータの加熱による熱は、熱伝導のみによって外部に放
出されるものではなく、断熱材表面からの輻射によって
も外部に放出される。このような輻射による熱の放出は
、一般に空隙が多く熱伝導度の低い断熱材では特に多い
。このことは、たとえば第５図および第６図に示す断熱
材層の熱伝導率とかさ密度との関係を示すグラフからも
明らかである。なお、これらグラフにおける断熱材層は
、セラミックスファイバーで形成したものである。これ
らのグラフから加熱温度が高くなる程、断熱材層での輻
射による放熱作用が大きくなることもわかる。また、た
とえばアルミニウム薄膜等の熱反射材は、熱伝導度が高
く、熱伝導による熱の放出が多いが、輻射による熱の放
出は極めて少ない。

そこで、本発明の加熱炉では、たとえばヒータの外側に
配置された断熱材層の表面や中間部に熱反射材からなる
反射材層を設け、断熱材層により熱伝導による熱放出を
抑制するとともに、反射材層によって輻射による熱放出
を抑制している。これによって、放熱量を減少させるこ
とができ、炉心管内の温度を均一化することが可能にな
るとともに、ヒータの消費電力を極めて少なくし、効率
よく被処理体に熱処理を施すことができる。

また、ヒータを真空中に配置することによって、ヒータ
自身の対流による熱損失がほとんどなくなり、ヒータの
消費電力を極めて少なくし、効率よく炉心管内の温度を
均一化することが可能になる。

このように、ヒータを真空中に配置する際にも、ヒータ
の外周に熱反射材からなる反射材層を設けることによっ
て、輻射効率が高まり、さらに加熱効率が向上する。

（実施例）以下、本発明の加熱炉の実施例を図面を参照して説明す
る。

例えば石英等からなる炉心管１は、外径２５０〜３５０
ｍｔｎ　ｓ長さ１５００〜２０００ｍｍ程度の円筒状に
形成されている。この炉心管１は、均熱管２内に配置さ
れている。この均熱管２の外側には、ヒータ線をコイル
状に形成した加熱用のヒータ３が配置されている。この
ヒータ３のさらに外側には、その周囲を覆うように、多
孔性の断熱材等からなる断熱材層４が配置されている。

この断熱材としてはセラミックスファイバー等が用いら
れる。

この断熱材層４は、複数の層、例えば３層構造とされて
おり、最内側の断熱材層４ａと中間部の断熱材層４ｂと
の間、および中間部の断熱材層４ｂと最外側の断熱材層
４Ｃとの間には、厚さ例えば数十ないし数百ミクロン程
度のアルミニウム薄膜等の熱反射材からなる反射材ＪＷ
５ａ、５ｂが配置されている。また、１０００℃以上の
高温となる場合は、内側の反射材層５ａを省くか、ある
いは耐熱性に優れた白金等の熱反射材によって形成する
ことが好ましい。この反射材層５ａ、５ｂは断熱材層４
中にその長平方向に沿って全域に形成してもよいし、あ
るいは所定の領域に選択的に設けてもよい。また、断熱
Ｈ層４の外側には、ヒータケース６が配置されている。

なお、上記加熱用のヒータ３は、図示しない制御装置に
接続されており、炉心管１の長平方向に３分割された領
域毎に、独立に温度制御される３ゾーンコントロールと
されている。

またヒータ３は、ヒータ線の巻き回数を、上記３分割さ
れた領域のセンターゾーンの中央部側で密にし、センタ
ーゾーンの両端部側で疎にする構成としてもよい。゛こ
れによって、さらに均熱ゾーンが長くなる。

上記構成のこの実施例の加熱炉では、まずヒータ３によ
って炉心管１内を例えば数百ないし十数百度程度に加熱
する。そして、例えば石英等からなるウェハボート７上
に、多数の半導体ウェハ８をそれらの主面がそれぞれ対
向するように配置し、この半導体ウェハ８をウェハボー
ト７ともに炉心管１の一端開口からソフトランディング
等により炉心管１内に配置して、例えば熱拡散やＣＶＤ
等の熱処理を行う。

この際に、ヒータ３の加熱によって発生した熱は、均熱
管２を通って半導体ウェハ８に伝わる。

半導体ウェハ８の熱処理が施されている間、均熱管２内
の熱の一部は均熱管２、断熱材層４を通って外部に流出
しようとする。しかし、熱伝導による外部への熱の放出
は、断熱材層４ａ〜４Ｃによって抑制される。また、こ
れら断熱材層４ａ〜４Ｃを通過した一部の熱は、これら
断熱層４ａ〜４Ｃの間に配置された反射材層５　ａ　ｓ
　５　ｂによって、炉心管１方向に反射されて断熱材層
４ａ〜４Ｃ間における輻射による熱の放出も抑制される
。

したがって、従来の加熱炉に較べて外側へ向けて放出さ
れる熱の量を大幅に減少させることができ、すなわちヒ
ータ３の加熱によって発生した熱の大半は、炉心管１内
へ供給できる。これによって、少ない消費電力で効率よ
く炉心管１内を均一に加熱することができ、半導体ウエ
ノ＼８に対して均一な熱処理を施すことが可能となる。

なお、上記実施例では、アルミニウム薄膜により反射材
層５ａ、５ｂを形成したが、本発明はかかる実施例に限
定されるものではなく、アルミニウム箔等で形成しても
よく、反射材はアルミニウム以外のものも使用すること
ができる。

また、反射材層の配置位置、数等は、どのようにしても
よいことはもちろんである。

次に、本発明の他の実施例の加熱炉について説明する。

第３図に示す、ように、炉心管１１は、前述の実施例と
同様に石英等からなり、外径２５０〜３５０ＩＩｍ　。

長さ１５００〜２０００１１１１１程度の円筒状に形成
されている。

この炉心管１１には、炉本体に接続するためのフランジ
ｌｌａが設置されている。炉本体側は石英等によって形
成された円筒容器状の真空チャンバ１２によって外周が
構成されており、この真空チャンバ１２の開放口側にフ
ランジ１２ａが設置されている。炉心管１１は真空チャ
ンバ１２内に挿入され、フランジ１１ａおよび１２ａに
よって、真空チャンバ１２内が気密となるように固定さ
れる。すなわち、炉心管１１の周囲は、被処理物の挿入
口側を除いて真空チャンバ１２によって気密に覆われて
いる。

真空チャンバ１２内には、挿入された炉心管１１の外周
に位置するように、タンタルやモリブデン等からなるヒ
ータ線をコイル状に形成した加熱用のヒータ１３が配置
されている。このヒータ１３のさらに外側には、前述の
実施例と同様に、その周囲を覆うように、多孔性の断熱
材等からなる断熱材層１４ａｓ　１４ｂ、１４ｃの間に
介在された、厚さ例えば数十ないし数百ミクロン程度の
アルミニウム薄膜等の熱反射材からなる反射材層１５ａ
、１５ｂが配置されている。

また、炉心管１１の底部側および入口側にも同様な反射
材層１５ａ、１５ｂが設けられており、すなわち真空チ
ャンバ１２の内壁は反射材層１５ａ、１５ｂによって覆
われている。

真空チャンバ１２には、その側面にヒータ１３へ電力を
供給するための電気導入ボート１６と排気ポート１７が
設けられている。そして、排気ポート１７に接続された
図示しない排気機構によって、真空チャンバ１２と炉心
管１１の外壁面とによって形成された真空室１８内を所
定の圧力、例えば数１００Ｔｏｒｒ　〜１Ｏ−１ＯＴｏ
ｒｒ程度となるように排気し、熱処理中この設定圧力に
維持される。

反射材層１５ａ、１５ｂを形成する熱反射材としては、
アルミニウムや白金等に限らず、真空中で使用されるた
めに酸化による劣化速度が遅いため、モリブデンやタン
タル、あるいはステンレス鋼等を用いることも可能であ
る。ただし、反射率の低い素材を使用する際には、表面
に鏡面加工を施して使用することが好ましい。

上記構成のこの実施例の加熱炉においても、前述の実施
例と同様にして、炉心管１１内に多数の半導体ウェハを
配置し、熱拡散やＣＶＤ等の熱処理を行う。

この際に、ヒータ１３の加熱によって発生した熱の一部
は、直接炉心管１１内部を輻射加熱する。

また、外周側に輻射された残りの熱は、反射材層１５ａ
、１５ｂによって炉心管１１側に反射され、炉心管１１
内部を輻射加熱する。そして、ヒータ１３は所定圧力の
真空室１８内に存在しているため、ヒータ１３自体の対
流による熱損失がほとんどなく、効率よく炉心管１１を
加熱することができる。

また、炉心管１１自体も真空チャンバ１２内に挿入され
ており、被処理体の挿入口側を除いて外周が真空断熱さ
れているために、対流による熱損失が非常に小さく、炉
心管１１内部を均一に加熱することが可能となる。した
がって、均熱ゾーンを従来の加熱炉に比べて１．５倍程
度長く設定することが可能となり、炉自体を小型化する
ことが可能になるとともに、消費電力を大幅に減少させ
ることが可能となる。

また、第４図は上述の実施例の変形例であり、炉本体を
形成する真空チャンバ２１そのものによって真空室１８
が形成されるように、炉心管１１の挿入部２１ａを有す
る二重管構造とされている。

そして、真空チャンバ２１内には、前述の実施例と同様
に、ヒータ１３および反射材層１５ａ。

１５ｂが設けられて、加熱炉が構成されている。

このように構成した加熱炉においても、前述の実施例と
同様に真空チャンバ２１内の真空室１８によるヒータ１
３の対流による熱損失の防止、および炉心管１１の対流
による熱損失の防止が行え、同様な効果が得られる。

なお、この実施例のように、真空チャンバ２１の四部状
の挿入部２１ａに炉心管１１を配置する際に、真空チャ
ンバ２１と炉心管１１との間に間隙が存在すると、伝熱
効率が低下するため、この間隙には熱伝導率の大きい耐
熱性充填物を介在させることが好ましい。

また、上述の実施例では、炉心管自体も真空チャンバに
よって真空断熱する構成としたが、ヒ−夕のみを真空中
に配置することによっても、ヒータから発生する熱を効
率よく炉心管に伝えることが可能となり、加熱炉の熱効
率を向上させることが可能である。

［発明の効果］以上説明したように本発明の加熱炉によれば、ヒータか
ら発生する熱を効率よく炉心管に伝えることが可能とな
り、これによって均熱特性が向上し、半導体ウェハ等の
被処理物を均一に熱処理することが可能になる。また、
均熱長を長く設定することができるため、炉の小型化が
可能になるとともに消費電力を大幅に削減することが可
能となり、経済的な加熱炉が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の加熱炉を示す断面図、第２
図は第１図に示す加熱炉の要部を拡大して示す縦断面図
、第３図は本発明の他の実施例の加熱炉を示す縦断面図
、第４図は第３図に示す加熱炉の変形例を示す縦断面図
、第５図および第６図は断熱材層の熱伝導率とかさ密度
との関係を示す特性図である。１．１１・・・・・・炉心管、２・・・・・・均熱管、
３．１３・・・・・・ヒータ、４ａ〜４　ｃ　ｓ　１４
　ａ〜１４ｃ・・・・・・断熱材層、５　ａｓ　５　ｂ
、　１５　ａ、　１５　ｂ−・−・・・反射材層、６・
・・・・・ヒータケース、７・・・・・・ウェハボート
、８・・・・・・半導体ウェハ、１２．２１・・・・・
・真空チャンバ、１７・・・・・・排気ポート、１８・
・・・・・真空室。出願人　　東京エレクトロン株式会社代理人　弁理士　　須　山　佐　− 第２図かさ密Ｐｉ［シの３１（悪友４ω℃によろ）第５図（Ｕ改Ｘ）’Ｃ１：よる）第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）炉心管の周囲に配置されたヒータと、このヒータ
の外側に配置された断熱材層とを備えた加熱炉において
、前記断熱材層に熱反射材からなる反射材層を設けたこと
を特徴とする加熱炉。
（２）炉心管の周囲に配置されたヒータと、このヒータ
の外側に配置された断熱層とを備えた加熱炉において、前記ヒータを真空中に配置したことを特徴とする加熱炉
。
（３）炉心管の周囲に配置されたヒータと、このヒータ
の外側に配置された断熱層とを備えた加熱炉において、前記ヒータの外周に熱反射材からなる反射材層を設け、
この反射材層と前記ヒータを真空中に配置したことを特
徴とする加熱炉。