JPH0294626A - 縦型熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents

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、熱処理装置に関する。

（従来の技術） 一般に、熱処理装置は、例えば多数の半導体ウェハのよ
うな被処理物を同時に加熱して薄膜形成、熱拡散、酸化
処理等の処理を施す装置として広く利用されている。

このような熱処理装置は、例えば次のように構成されて
いる。すなわち、例えば石英からなる円筒状の反応容器
とこの周囲を囲繞する如く設けられたヒータ、均熱管、
断熱材等とから構成された反応炉本体が例えばほぼ垂直
に配設されており、反応容器内に多数の半導体ウェハを
所定の間隔で棚積み収容した石英等からなるウェハボー
トが配置され、所望の熱処理が行われるよう構成されて
いる。

そして、ウェハボートに収容された半導体ウェハを例え
ば昇降機構等によって反応容器内にロードし、反応容器
内を気密に保持した後、この反応容器内に処理ガス、例
えば５ｉｌｌＣＩ４、ｌｌＣｌ　　　Ｈ２等を導入して
シリコンエピタキシャル成長等の処理が行われる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述したような従来の熱処理装置では、
反応容器内の温度を積極的に降下させるための冷却手段
がなく、このため、例えば反応容器内の温度を急激に降
下させて反応を停止させることかできないという問題が
あった。

このような問題を解決するための手段として、特公昭５
Ｂ−２４７１１号公報、実開昭８１−１５７３２５号公
報、特公昭６０−８８２２号公報等に開示された手段が
ある。

しかし、第１のものは、ヒートバイブが半導体ウェハに
対し、ヒータの外側に位置し、半導体ウェハへの冷却効
果にやや劣る。第２のものは、半導体ウェハの裏側から
ヒータにより加熱した状態で、半導体ウェハの表面側か
ら冷却するため、半導体ウェハに歪みが入り反りの原因
となる。さらに、第３のものは、冷却気体を導入管から
ヒータケスと反応容器に流入させているのみで、ヒータ
全域に亘って均一に降温できない。

反応容器内に配置された例えば多数の半導体ウェハの降
温速度にバラツキが生じると、処理状態にバラツキを生
じさせる原因となるため、反応容器内を均一な速度で降
温させることのできる熱処理装置が強く望まれている。

本発明は、このような従来の事情に対処してなされたも
ので、反応容器内の温度を急激に、かつ反応容器内に配
置された多数の被処理物を面内方向および積層方向にお
いて均一に降温させることを可能にした熱処理装置を提
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） すなわち本発明は、内部に被処理物が配置される反応容
器と、この反応容器を囲繞する如く設けられたヒータと
を備えている熱処理装置において、前記ヒータの周囲に
冷却用流体を螺旋状に供給する冷却機構を設け、この冷
却機構に冷却用流体流入流出系を複数箇所設け、各流入
流出系に流量調節機構を設けたことを特徴としている。

（作　用） 本発明の熱処理装置では、反応容器内の温度を降温する
に際し、ヒータ周囲に複数の吐出部から冷却用流体を螺
旋状に流すので、発熱源であるヒータを直・接、かつ均
一に冷却することができる。

また、ヒータの長さに応じて複数の吐出部を有する冷却
機構を多段に設けるとともに、各吐出部に対して自動ま
たは手動で作動する流量調節機構を設けているので、各
吐出部からの冷却用流体の吐出量を変更でき、これによ
って被処理物の面内方向および積層方向それぞれに対し
て均一な速度で降温させるよう、適宜設定可能となる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

はぼ垂直に配設された反応容器１は、例えば石英からな
る円筒状の外筒２と、この外筒２内に同心的に収容され
た例えば石英からなる内筒３とから構成された二重管構
造となっている。この反応容器１の外周囲には、外筒２
外側面と所定の間隔を設けてヒータ４、例えばコイル状
に形成された抵抗加熱ヒータが巻回されており、このヒ
ータ４を囲繞する如くその外側には断熱材層５が設置さ
れている。この断熱材層５内周囲壁面には気密周面が形
成され、冷却流により塵埃が発生しないようになってい
る。

なお、上記ヒータ４は、図示しない電力供給機構に接続
されており、均熱加熱するためヒータがゾーン分割制御
可能に例えば上部、中央部、下部の３ゾーンによって独
立に温度制御可能に構成されている。

反応容器１の下方には、処理用基板保持具に収容された
被処理基板、例えば石英等からなるウェハボート６に収
容された半導体ウェハ７を反応容器１内にロード・アン
ロードする機構として、図示を省略した昇降機構例えば
ボートエレベータが設けられている。

また、上記反応容器１の下部には、所定の処理ガスを導
入するためのＬ字状の処理ガス導入配管８が、内筒３内
に垂設されるよう配設され、この処理ガス導入配管８の
ガス吐出部はウェハボート側に向けて開口されており、
また外筒２と内筒３との間隙から処理ガスを排出するよ
う排気管９が配設されている。

ヒータ４の下部および中央部には、冷却用気体例えば空
気をビー２４周囲に供給する冷却用気体導入部１０およ
び１１が設けられている。

この冷却用気体導入部１０および１１は、第２図にも示
すように、断熱材層５の外側に冷却用気体導入配管１２
が配設されており、この冷却用気体導入配管１２から断
熱材層５を貫通して、ヒータ４が配置されている反応容
器１と断熱材層５との間に達する導入ノズル１３が複数
例えば４つづつ設けられている。これら各導入ノズル１
３の先端に設けられた各吹出し口１４は、ヒータ４の巻
回方向に沿わせて開孔されており、全て水平方向例えば
第２図に矢印で示すように上側から見て反時＝１方向に
向けて空気を噴出するよう配列されている。また、これ
ら各導入ノズル１３には、風量調節ボルト１５がそれぞ
れに設けられており、各導入ノズル１３から供給される
冷却用気体の風量を個別に調整することが可能とされて
いる。

そして、ヒータ４の上部には冷却用気体排出部１６が設
けられており、この冷却用気体排出部１６は上記冷却用
気体導入配管１２と同様に断熱材層５の外側に設けられ
た冷却用気体排気配管１７と、この冷却用気体排気配管
１７に上記導入ノズル１３と同様に複数例えば４つ設け
られた排気ノズル１８とから構成されている。ただし、
これら排気ノズル１８の吸込み口１９は、上記吹出し口
１４とは反対向きに配置されている。

上記構成のこの実施例の縦型熱処理装置では、ヒータ４
により例えば８００℃程度の予備加熱状態にある反応容
器１内に、下部開口からボートエレベータ等により半導
体ウェハ７を収容したウェハボート６をロードする。そ
して、所定の温度例えば１２００℃程度に加熱した後、
処理ガス導入配管８および排気管９により、反応容器１
内に所定の反応ガス、例えば５ＩＩＩＣＩ　４　、ｌｌ
Ｃｌ　　　１１２等を流通させて、例えばシリコンエピ
タキシャル成長等の処理を行う。

そして、予め反応容器１内に配置された多数の半導体ウ
ェハ７が面方向および積層方向において、均一な速度で
降温するように、実験的に冷却用気体導入部１０および
１１の各導入ノズル１３から供給する冷却用気体の量を
設定しておき、冷却用気体導入部１０および１１の冷却
用気体導入配管１２から冷却用気体例えば空気を送出す
るとともに、冷却用気体排気配管１７から排気を行って
ヒータ４の急冷を行う。この空気は、各導入ノズル１３
からヒータ４が設けられた反応容器１と断熱材層５との
間の間隙部に横向き（上側から見て反時計方向）に噴出
され、ヒータ４の熱により反応容器１の周囲を螺旋状に
上昇し、排気ノズル１９から排出される。

したがって、この空気流により、ヒータ４が直接冷却さ
れ、速やかに反応容器１内を冷却することができる。ま
た、この空気流は、反応容器１の周囲を回転しながら螺
旋状に上昇するので、温度の断面均一性も確保すること
ができる。さらに、複数の導入ノズル１３を有する冷却
用気体導入部１０．１１を多段に設けるとともに、各導
入ノズル１３から供給される冷却用気体の量をそれぞれ
調節可能としたので、予め実験的に冷却用気体の供給量
を設定しておくことによって、半導体ウェハ７をその面
内方向および積層方向に対して均一な速度で降温させる
ことが可能となる。従って、処理の均一性が安定して得
られるとともに、処理効率の向上が図れる。

なお、上記実施例では、冷却用気体を供給するための冷
却用気体供給部１０．１１をヒータの下部と中央部に配
置した例について説明したが、本発明はかかる実施例に
限定されるものではなく、さらに多段に設けてもよいし
、また導入ノズル１３についても、さらに多数設けても
よい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の熱処理装置によれば、反
応容器内の温度を急厳に降温させることが可能になると
ともに、反応容器内に配置される被処理物をその面内方
向および積層方向において均一に降温させることが可能
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の縦型熱処理装置を示す構成
図、第２図は第１図の縦型熱処理装置の横断面図である
。 １・・・・・・反応容器、４・・・・・・ヒータ、５・
・・・・・断熱材層、６・・・・・・ウェハボート、７
・・・・・・半導体ウエハ１０．１１・・・・・・冷却
用気体導入部、１２・・・・・・冷却用気体導入配管、
１３・・・・・・導入ノズル、１４・・・・・・吹出し
口、１５・・・・・・風量調節ボルト、１６・・・・・
・冷却用気体排気部、１７・・・・・・冷却用気体排気
配管、１８・・・・・・排気ノズル、１９・・・・・・
吸込み口。 出願人　　　　　　チル相模株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部に被処理物が配置される反応容器と、この反
   応容器を囲繞する如く設けられたヒータとを備えている
   熱処理装置において、 前記ヒータの周囲に冷却用流体を螺旋状に供給する冷却
   機構を設け、この冷却機構に冷却用流体流入流出系を複
   数箇所設け、各流入流出系に流量調節機構を設けたこと
   を特徴とする熱処理装置。