JPH01220436A - Vertical soaking furnace - Google Patents

Vertical soaking furnace

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Publication number
JPH01220436A
JPH01220436A JP4429288A JP4429288A JPH01220436A JP H01220436 A JPH01220436 A JP H01220436A JP 4429288 A JP4429288 A JP 4429288A JP 4429288 A JP4429288 A JP 4429288A JP H01220436 A JPH01220436 A JP H01220436A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
furnace
heat
temperature
space
soaking
Prior art date
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Pending
Application number
JP4429288A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Toyoda
武 豊田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP4429288A priority Critical patent/JPH01220436A/en
Publication of JPH01220436A publication Critical patent/JPH01220436A/en
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Abstract

PURPOSE:To equalize a temperature gradient presented in a thermal space in a vertical soaking furnace not only at a normal time but at a transient time by mounting heat pipe near a cylindrical heater of the furnace along its longitudinal direction. CONSTITUTION:A furnace body 1 is composed of a cylindrical heater 2 and a heat insulating layer 3. A plurality of heat pipes 4 are mounted longitudinally near the heater 2 in the body 1. A soaking space is formed by supplying electric power from an exterior to the heater 2 in a thermal space of the body 1 to which a tube 5 is inserted. A pipe 4 so operates as to eliminate or reduce elevational difference of temperature distribution near the heat generating face of the furnace during temperature change. Generally, the longitudinal soaking property of the pipe 4 is caused by the large thermal conductivity. Accordingly, the elevational temperature difference of the space in the soaking furnace can be automatically eliminated or reduced rapidly without positive external control.

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、縦型均熱炉に係り、特に加熱部の構造の改良
に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a vertical soaking furnace, and particularly to an improvement in the structure of a heating section.

(従来の技術) 半導体製造プロセスの内、ウェハー表面に薄いシリコン
酸化膜を形成させる為の熱酸化炉として、以前から用い
られてきた横型炉に対して、最近は、ウェハー径の増大
、自動化の要請から、縦型炉が検討されている。その概
略構造は、円筒形ヒーターとその外側を囲む断熱材の層
よりなる円筒、ざらにその外部を構造物として保持、保
護するカバー等より構成され、処理すべきウェハーは、
円筒形ヒーターの上部または下部に開閉機構を備えた開
口部からボートによって挿入され、所定の処理時間加熱
され、反応ガス(例えば02 )にさらされ、シリコン
酸化膜を生成する様になっている。
(Prior art) In the semiconductor manufacturing process, horizontal furnaces have long been used as thermal oxidation furnaces to form thin silicon oxide films on wafer surfaces, but in recent years, the wafer diameter has increased and automation has increased. Based on the request, a vertical furnace is being considered. Its general structure consists of a cylindrical heater, a cylinder made of a layer of heat insulating material surrounding the outside, and a cover that holds and protects the outside as a structure.The wafer to be processed is
The cylindrical heater is inserted by boat through an opening provided with an opening/closing mechanism at the top or bottom, heated for a predetermined processing time, and exposed to a reaction gas (for example, 02) to form a silicon oxide film.

この様な炉に於いては、ウェハーが存在する円筒状空間
の全域にわたり、高精度な均熱性を保持することが要求
されている。
In such a furnace, it is required to maintain highly accurate thermal uniformity throughout the cylindrical space in which the wafer exists.

そこで、これを実現するため、円筒状ヒーターを長手方
向に分割し、例えば3ゾーンに区分した場合では、中央
部に対して上下部に温度偏差が生じると、外部より与え
る加熱エネルギーを調節し、均熱性が得られる様な制御
を行っている。
Therefore, in order to achieve this, when a cylindrical heater is divided longitudinally into three zones, for example, if a temperature deviation occurs between the top and bottom of the center, the heating energy applied from the outside is adjusted. Control is performed to ensure uniform heat distribution.

また、他の例では、上記区分を3〜5ゾーンとし、それ
ぞれ独立の円筒状ヒータを有し、その各々にサイリスタ
装置を介して電力の供給を調節する様にしている。
Moreover, in another example, the above-mentioned divisions are made into 3 to 5 zones, each having an independent cylindrical heater, and the supply of electric power to each zone is adjusted via a thyristor device.

以上の様な均熱炉では、それぞれ区分されたヒーターに
対応した電源と温度調節計を備え、設定した温度になる
ように独立した系をなしている。
The soaking furnace as described above is equipped with a power supply and a temperature controller corresponding to each section of the heater, forming an independent system to maintain the set temperature.

このため、定常状態において、炉全体の熱収支がバラン
スしている時は均熱性は比較的容易に得られるが、設定
温度の変更に伴う過渡時には、夫々のヒーターの特性の
バラツキ、夫々のヒーターの存在している近傍の断熱材
の特性のバラツキ、熱伝導度のバラツキ等の原因により
、各ゾーンの温度変化率は差を生じ、均熱性を保持しつ
つ熱空間温度を変化させることは困難である。
Therefore, in a steady state, when the heat balance of the entire furnace is balanced, it is relatively easy to achieve uniform heating, but during transients due to changes in the set temperature, variations in the characteristics of each heater, The rate of temperature change in each zone differs due to variations in the characteristics of the insulation material in the vicinity where it exists, variations in thermal conductivity, etc., and it is difficult to change the temperature of the thermal space while maintaining uniformity. It is.

特に、所定の熱処理が終了し、ウェハーを外部へ取出す
際は、均熱炉の内部区間をその均熱性を維持しつつ温度
を下げる必要があるが、従来の方法では、冷却空気を下
部より円筒内の隙間に吹込み上方より吹出す等の方法で
強制冷却することにより行っているが、冷却空間が縦長
の形状をしているため、いわゆる煙突効果により、吹込
み近傍での冷却効果と、吹出し近傍での冷却効果に大き
い差を生じ、均熱性を保持しつつ熱空間全体を一様に冷
却することは不可能であった。
In particular, when the prescribed heat treatment is completed and the wafer is taken out, it is necessary to lower the temperature of the internal section of the soaking furnace while maintaining its thermal uniformity. This is done by forced cooling by blowing air into the gap inside the air and blowing it out from above, but because the cooling space is vertically shaped, the so-called chimney effect causes a cooling effect in the vicinity of the air inlet. There was a large difference in the cooling effect near the outlet, making it impossible to uniformly cool the entire heat space while maintaining thermal uniformity.

(発明が解決しようとする課題) 上記した様に従来の縦型均熱炉は、長手方向に冷却気体
を流し冷却しているため、むしろ均熱性を1qようとす
る方向と逆の効果により、均熱性を保持しつつ一様に冷
却することが出来ず、この解決が望まれていた。
(Problems to be Solved by the Invention) As mentioned above, in the conventional vertical soaking furnace, cooling gas is flowed in the longitudinal direction for cooling. Uniform cooling while maintaining thermal uniformity was not possible, and a solution to this problem was desired.

そこで、本発明の目的は、縦型でありながら、外部から
冷却気体を供給して冷却する場合、長手方向に温度差を
生じざぜないか、または生じたとしても実用上無視でき
る程度の僅少差となる様にした縦型均熱炉を提供するこ
とにおる。
Therefore, an object of the present invention is to prevent temperature differences from occurring in the longitudinal direction when cooling by supplying cooling gas from the outside even though the device is vertical, or even if it occurs, the difference is so small that it can be practically ignored. The purpose of the present invention is to provide a vertical soaking furnace.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、円筒形ヒーターを有する縦型均熱炉に於いて
、円筒形ヒーターの近傍に、長手方向に沿ってヒートパ
イプを装着したものである。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The present invention provides a vertical soaking furnace having a cylindrical heater, in which a heat pipe is installed along the longitudinal direction near the cylindrical heater. It is.

(作 用) 半導体の熱処理等を行う場合、炉体の上部、中央部、下
部間に生じる温度差を、ヒートパイプの持つ極めて大き
な熱伝導速度の作用により、自動的に且つ外部からの制
御なしで僅少にし、定常時のみでなく昇温、降温等に付
随する過渡時においても、炉内熱空間に存在する温度勾
配を均等にすることができる。
(Function) When performing heat treatment on semiconductors, etc., the temperature difference that occurs between the top, center, and bottom of the furnace body is automatically and without external control due to the extremely high heat conduction speed of the heat pipe. This makes it possible to equalize the temperature gradient existing in the heat space in the furnace not only during steady state but also during transient times associated with temperature rise, temperature fall, etc.

(実施例) 以下、本発明に係る縦型均熱炉の一実施例を図面を参照
して説明する。図において、1は炉体で、円筒形ヒータ
ー2と断熱層3から構成され、下部には開閉機構を備え
た開口部が設けられている。
(Example) Hereinafter, an example of a vertical soaking furnace according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the figure, reference numeral 1 denotes a furnace body, which is composed of a cylindrical heater 2 and a heat insulating layer 3, and has an opening provided at the bottom with an opening/closing mechanism.

この炉体1には、円筒形ヒーター2に近接して複数のヒ
ートパイプ4を、上下(長手)方向に沿って装着する。
A plurality of heat pipes 4 are attached to the furnace body 1 in the vicinity of the cylindrical heater 2 along the vertical (longitudinal) direction.

ここで、ヒートパイプ4は、動作液として例えばナトリ
ウムまたはりチュームを用いる。5は、石英等から製作
され、上部にプロセスガスの導入口5a7fipJけら
れたチューブで、この内部にウェハー支持棒6aを有す
るウェハーボート6に支持された複数枚(100枚以上
)のウェハ・・−7が、炉体1の開口部から挿入され、
熱処理後に外部に搬出される。
Here, the heat pipe 4 uses, for example, sodium or lithium as a working fluid. Reference numeral 5 denotes a tube made of quartz or the like and having a process gas inlet 5a7fipJ in the upper part, and a plurality of wafers (100 or more) supported by a wafer boat 6 having a wafer support rod 6a inside. -7 is inserted from the opening of the furnace body 1,
After heat treatment, it is transported outside.

ヂコーー75が挿入される炉体1の熱空間は、円筒形ヒ
ータ2に外部から電力を供給されて均熱空間を形成する
が、外部から与えられる供給熱エネルギーと、輻射、伝
導、気体の対流等によって放熱される放出熱エネルギー
の熱収支がバランスしている場合には、熱空間全域にわ
たって均熱状態が保たれ、且つ所定温度である。
The heat space of the furnace body 1 into which the JIKO-75 is inserted is provided with electric power supplied from the outside to the cylindrical heater 2 to form a uniform heating space. When the heat balance of the radiated thermal energy is balanced, the entire thermal space is kept uniformly heated and at a predetermined temperature.

上記した外部から円筒形ヒータ2へ供給する電力は、図
示しない温度センサからの信号を、温度コントロール系
ヒートバック信号として入力して制御され、これにより
放熱外乱を補償する。
The power supplied from the outside to the cylindrical heater 2 is controlled by inputting a signal from a temperature sensor (not shown) as a temperature control system heat back signal, thereby compensating for heat radiation disturbance.

又、現在安定している炉内温度を、他の温度例えば被処
理ウェハーを炉外に搬出するのに適した低温に変化させ
る場合には、熱バランスをくずし、新しいレベルに熱バ
ランスさせる様に供給熱エネルギーと放出熱エネルギー
を変化させる。このため、冷却媒体2例えば空気を吸入
口8aから供給し、吐出口8bから排出させる。
In addition, when changing the currently stable temperature inside the furnace to another temperature, such as a low temperature suitable for carrying the wafer to be processed out of the furnace, the heat balance is destroyed and the heat balance is brought to a new level. Change the heat energy supplied and the heat energy released. For this purpose, the cooling medium 2, for example, air, is supplied from the suction port 8a and discharged from the discharge port 8b.

この冷却媒体の供給により、炉内の上下方向の発熱面に
温度差を生じるが、この湿度差は、ヒートパイプ4の作
用によって速になくすかもしくは僅少のものとされる。
The supply of this cooling medium causes a temperature difference between the heat generating surfaces in the vertical direction inside the furnace, but this humidity difference is quickly eliminated or made small by the action of the heat pipe 4.

一般に、均熱炉は、保熱性に優れ、従って温度時定数が
大きい。ところが、ヒートパイプ内に封入した動作液に
よる伝熱速度は、極めて速いので、炉全体が新しいレベ
ルのバランス温度に達するまでの時定数に比べ極めて小
さい。
Generally, soaking furnaces have excellent heat retention and therefore have a large temperature time constant. However, the heat transfer rate due to the working fluid sealed in the heat pipe is extremely fast and is extremely small compared to the time constant for the entire furnace to reach a new level of balance temperature.

そこで、ヒートパイプ4は、温度変化中の炉の熱発生面
近傍の温度分布に対し、上下方向の差がないかもしくは
僅少のものとする様に作用する。
Therefore, the heat pipe 4 acts so that there is no or only a slight difference in the vertical direction with respect to the temperature distribution near the heat generating surface of the furnace during temperature change.

一般に、ヒートパイプの長手方向の均熱性が良好でおる
のは、熱伝導速度の大きいことに起因している。
Generally, heat uniformity in the longitudinal direction of a heat pipe is good because it has a high heat conduction rate.

従って、均熱炉内熱空間の上下の温度差は、外部より積
極的なり制御を行うことなく速に且つ自動的になくすか
もしくは僅少のものとすることができる。これにより、
均熱炉内熱空間の均熱性を得ることができる。又、強制
的に冷却媒体を流しても、吸入口と排出口に温度差が生
じることもない。
Therefore, the temperature difference between the upper and lower sides of the thermal space in the soaking furnace can be quickly and automatically eliminated or reduced to a small level without any active control from the outside. This results in
It is possible to obtain uniform heat in the heat space in the soaking furnace. Furthermore, even if the cooling medium is forced to flow, there is no difference in temperature between the suction port and the discharge port.

なお、本発明に於いては、ヒートパイプの構造は円筒形
である必要はなく、炉の構造に応じて適−宜の形態のも
のを選択して用いることができる。
In the present invention, the structure of the heat pipe does not have to be cylindrical, and any suitable shape can be selected and used depending on the structure of the furnace.

[発明の効果] 本発明は、以上の様に縦型均熱炉の上下方向の温度差を
、ヒートパイプの持つ特性によって解消するものである
から、温度に関して定常時、過渡時の何れの場合に対し
ても均熱性を保持させることができる。
[Effects of the Invention] As described above, the present invention eliminates the temperature difference in the vertical direction of a vertical soaking furnace by using the characteristics of the heat pipe. It is possible to maintain thermal uniformity even in the case of

又、従来の半導体用縦型拡散炉に見られた様に、上下間
に装着されている円筒形ヒータを3〜5ゾーンに分割し
て制御する必要もなく、見掛上1つのゾーンである様に
均熱性を持たせることができるので、電源及び温度調整
装置が1セツトでよく、システムを経済的で且つシンプ
ルにすると共に保守点検も極めて容易となる。
In addition, unlike in conventional vertical diffusion furnaces for semiconductors, there is no need to divide the cylindrical heater installed between the upper and lower parts into 3 to 5 zones and control them; Since heat uniformity can be achieved in a similar manner, only one set of power supply and temperature control device is required, making the system economical and simple, and maintenance and inspection extremely easy.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図は本発明の一実施例を示す断面図である。 1・・・炉体 2・・・円筒形ヒータ 4・・・ヒートパイプ 5・・・チューブ 6・・・ウェハーポート 7・・・ウェハー 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同  第子丸 健 The figure is a sectional view showing one embodiment of the present invention. 1...Furnace body 2...Cylindrical heater 4...Heat pipe 5...Tube 6...Wafer port 7...Wafer Agent: Patent Attorney Noriyuki Chika Ken Daikomaru

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  円筒形ヒータを有する縦型均熱炉において、前記円筒
形ヒーターの近傍に、長手方向に沿ってヒートパイプを
装着したことを特徴とする縦型均熱炉。
A vertical soaking furnace having a cylindrical heater, characterized in that a heat pipe is installed along the longitudinal direction near the cylindrical heater.
JP4429288A 1988-02-29 1988-02-29 Vertical soaking furnace Pending JPH01220436A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4429288A JPH01220436A (en) 1988-02-29 1988-02-29 Vertical soaking furnace

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JP4429288A JPH01220436A (en) 1988-02-29 1988-02-29 Vertical soaking furnace

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JPH01220436A true JPH01220436A (en) 1989-09-04

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