JPH03169009A - 熱処理装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱処理技術、特に、熱処理装置における強制
冷却技術に関するもので、例えば、半導体装置の製造工
程において、不純物を拡散処理するのに利用して有効な
ものに関する． 〔従来の技術〕 半導体装置の製造工程において、半導体ウェハに不純物
をデポジション、および引伸し拡散する方法として、複
数枚のウェハを！！置したボートを比較的低温（例えば
、８００〜９００’Ｃ）でプロセスチューブに寂大した
後、所定の温度（例えば、１０００〜１２００℃）まで
炉温度を上昇させて所定時間の処理を実施し、その後、
炉温度を低温まで降温さセてから、ウェハを載置したポ
ートをプロセスチューブより搬出するように構成されて
いる所謂炉熱炉冷プロセスと呼ばれている方法がある． なお、このような炉熱炉冷プロセスを述べてある例とし
ては、特開昭５８−３３０８３号公報がある． このような炉熱炉冷プロセスに使用される拡散装置にお
いては、加熱用ヒータ、ヒータを固定した断熱材、プロ
セスチューブ、およびこれらの間に設置された均熱管（
Ｓ　ｊＣ）等の熟容量が大きく、炉熱炉冷プロセスにお
ける降温（炉冷）時の速度が小さく、特に、比較的低温
（　１　０　０　０　”Ｃ以下）において顕著になり、
そのため、処理サイクル時間が長くなり、作業効率、炉
効率は低い．また、比較的短時間処理のプロセス（例え
ば、２０分以下）においては、炉熱炉冷プロセス法その
ものの適用も難しい． そして、ウエハ径がさらに大口径化された場合にはウエ
ハ変形、割れ、熱応力転位等が発生し易くなるため、炉
熱炉冷プロセス法における低温度をさらに低下（例えば
、９００℃→８００℃）させる必要があり、かつ、プロ
セスチューブの大型化に伴い熱容量も増大するため、問
題はより一層大きくなる． そこで、従来、特開昭５８−３３０８３号公報に記載さ
れているように、炉熱炉冷プロセスにおける降温時の速
度を高める技術として、ヒータと、断熱材との間の空間
に冷却用流体を通流する吹込管が軸心方向に挿入されて
おり、この吹込管により冷却用流体を通流させることに
より、プロセスチューブを強制冷却さセる技術が提案さ
れている．なお、これ以外に、プロセスチューブを強制
的に冷却させる技術を述べてある例として、実開昭５３
−９８７０１号公報、実開昭５４−１３１２８２号公報
、実開昭５７−５４１２２号公報、実開昭５５−１４７
９］号公報、実開昭５６−４９５００号公報、実開昭５
８−１５８４４２号公報、がある。

〔発明が解決しようとする課題］ しかし、特開昭５８−３３０８３号公報に記載されてい
る熱処理装置においては、吹込管の吹出口付近のみが局
所的に冷却されてしまうため、ブａセスチューブ内の温
度のばらつきが大きくなるという問題点があることが、
本発明者によって明らかにされた． 本発明の目的は、プロセスチューブ内の温度のばらつき
を防止しつつ炉熱炉冷プロセスにおける降温速度を高め
ることができる熱処理装置を提供することにある． 本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
． 〔課題を解決するための手段〕 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を説明すれば、次の通りである．すなわち、プロセスチ
ューブとヒータとの間に画成された空間に冷却用流体が
流通されるように構戒されている熱処理装置において、
前記プロセスチューブとヒータとの間の空間に前記冷却
用流体を供給する供給管が複数本、軸心方向に一挿入さ
れており、これら供給管のうち少なくとも１本は、その
軸心方向の長さが他のものと相異されていることを待徹
とする． 〔作用〕 前記した手段によれば、炉熱炉冷プロセスにおいて、炉
冷開始と同時にプロセスチューブと外筒との間に冷却用
流体を流通させることにより、プロセスチューブを強制
冷却させることができるため、降温速度を高めることが
でき、その結果、プロセス全体としての所要時間を短縮
させることができる． このとき、冷却用流体はヒータとプロセスチューブとの
空間内に長さの相異する供給管により、当該空間内にお
いて複数箇所において吹き出されるため、均一に冷却さ
れること番こなり、しかも、その冷却効果はきわめて効
率的に実行されることになる。

〔実施例〕

第１図は本発明の〜実施例である拡散装置を示す縦断面
図、第２図は給気管部を示す拡大部分断面図、第３図は
第１図のｍ−ｍ線に沿う断面図、第４図は炉熱炉冷プロ
セスのシーケンスを示す線図、第５図および第６図はプ
ロセスチューブ内の温度分布のばらつきを比較する各線
図である。

本実施例において、本発明に係る熱処理装置としての拡
散装置は石英ガラス等を用いて略円筒形状に形成されて
いるプロセスチューブｌを備えており、このプロセスチ
ューブ１には炉口１ａおよび処理ガス供給路１ｂがそれ
ぞれ両端に配されて開設されているとともに、その筒中
空部には処理室２が実質的に形成されている．プロセス
チューブ１の外方にはヒータ３がこれを取り巻くように
配設されており、ヒータ３は後記する均熱管６およびプ
ロセスチューブ１を通して処理室２を均一に加熱するよ
うになっている．ヒータ３はヒータ素線４を所定のピッ
チが設定されている円筒形のコイル状に巻かれることに
より構戒されており、ヒータ素＆Ｉ４はｉ！ｌｌ電され
ることによって発熱する電気抵抗体により構成されてい
る．ヒータ３の外側は石英ウール等からなる断熱材５に
よって被覆されており、ヒータ３はこの断熱材５により
支持されるようになっている． プロセスチューブｌの外部にはヒータ３との間に、炭化
シリコン（Ｓ　ｉ　Ｃ）等を用いられてプロセスチュー
ブｌよりも大径の円筒形状に形成されている均熱管６が
配設されており、この均熱管６の中空部内底面上にプロ
セスチューブ１が赦置され、また、この均熱管６はヒー
タ３の中空部内底面上にｉ！置されている．ヒータ３の
両端部内周にはいずれも石英ウール等の断熱材からなる
シールブロック８およびＩＯがプロセスチューブｌの外
周との間にそれぞれ介設されており、シールブロノク８
およびＩＯの外側はカバー９および１１によりそれぞれ
被覆されている．これにより、均熱管６とプロセスチュ
ーブｌとの間には密閉空間が形成されており、この空間
により後述するようにエア流通路７が実質的に形戒され
る． 炉口１ａ側のシールブロック８には冷却用流体としての
空気Ｉ２を流通路７に供給するための給気管１３が３本
、エア流通路７の上側空間に配されて、流通路７内に達
するように軸心方向にそれぞれ挿入されており、各給気
管ｌ３の内周面には整流部としての螺旋羽［１４が、こ
の管内を流れ一′、 る空気１２を整流するように形成されている．また、こ
の３本の給気管ｌ３は円弧上において互いに平行に並べ
られた状襲で、給気ダクト１５に流体的に接続されてい
るとともに、ｍ械的に支持されている．冷却用流体供給
管としての３本の給気管ｌ３のうち１本は、軸心方向の
長さが他の長さよりも短くなっており、長い２本の給気
管１３の先端は軸心方向の略中央部に、短い方の給気管
１３の先端は中央部よりも間口寄りにそれぞれ位置され
ている． 他方、処理ガス供給口ｔｂ側のシールブロック９にはエ
ア１２を流通路７から排気するための排気管Ｉ６が流通
８７内に達するように挿入されており、排気管１６には
冷却器（図示せず）が接続されている． 次に作用を説明する． 被処理物としてのウエハｌ７を拡散処理する場合、ウエ
ハ１７を複数枚立てたボート１８はプロセスチューブｌ
に炉口１ａから略中央部に搬入され、炉熱炉冷プロセス
についてのシーケンス制御装置（図示せず）により第４
図に示すような処理シーケンスで処理が実施される． すなわち、ウエハｌマおよびボート１８は低温時にプロ
セスチューブｌの中央部に搬入される．続いて、炉温が
８゛Ｃ／分で昇温（炉熱）された後、ｌ０００℃（高温
）で所定時間、所定の雰囲気中で処理が実施される．次
いで、炉冷ステップに入ると同時に、送風機が運転され
てプロセスチューブ１と均熱管６との間の流ｉｌｌ路７
に冷却用流体としての空気が、３本の給気管１３を通じ
て送給される。この空気によりプロセスチューブ１が強
制的に冷却され、低温（８００℃）まで、５〜１０℃／
分で降温（炉冷）される．その後、ウェハ１７を載置保
持したボート１８がプロセスチューブ１内から搬出され
る． ところで、強制冷却が実施されない場合には、冷却速度
は２〜３℃／分であり、高温から低温までの炉冷時間は
約６７〜１００分かかる．本実施例によれば、冷却速度
は５〜１０℃／分となり、炉冷時間は２０〜４０分に短
檜することができる．冷却速度は炉熱炉冷プロセスのシ
ーケンス制御装置による制御に基づく送風機からの空気
量により自由に設定することができる． 処理シーケンスが高温一定の方式、すなわち、高温でウ
エハ１７をＲ−ｊｌｌ保持したポー｝１Ｂを尿大搬出す
る方式を熱応力転位対策のために、第４図に示すような
処理シーケンスに変更する場合であって、元の処理条件
が比較的短時間処理の場合（例えば、１０００℃で５〜
２０分処理する場合）、従来のように冷却速度が遅い時
には、この炉冷ステップで熱処理がＸ！１テ″するため
、第４図に示されているような高温ステップが充分とれ
ず、炉熱炉冷処理シーケンスの設定が藷しい．しかし、
本実施例によれば、前述したようにこれが可能となる． ここで、ヒータ３と均熱管６との間のエア流通路７に冷
却用の空気１２を吹き込まれて、プロセスチューブｌが
強制的に冷却される際、流通Ｂ７に同一長さの給気管が
複数本挿入されている場合、各給気管の吹出口から吹き
出される空気１２が同一箇所を集中的に冷却するため、
第５図に示されているように、プロセスチューブＩの処
理室２における温度分布にばらつきが発生してしまうと
いう問題点があることが、本発明者によって明らかにさ
れた． しかし、本実施例においては、３本の冷却用空気給気管
１３のうち、１本の給気管１３の長さが短くなっている
ことにより、各給気管１３の吹出口の位置はその長さに
したがって異なり、それらから吹き出される空気Ｌ２は
分散して冷却することになるため、プロセスチューブ１
の処理室２における温度分布は、第６図に示されている
ように、略均一化されることになる． ところで、ヒータ３自体の降温特性が良化されたり、均
熱管６の肉厚が薄くなると、各冷却用空気給気管Ｉ３の
長さを相異させただけでは、冷却用空気１２を所望の位
置へ正確に送り込むことができなくなる． そこで、本実施例においては、各給気管Ｌ３の内周面に
螺旋羽根１４を形成することにより、空気ｌ２を発散さ
せずに収束させる指向性４！１能を給気管１３に持たせ
ることにより、空気Ｉ２が予め指定された箇所に各給気
管１３によって適正に送り込まれるようにｍ威されてい
る．これにより、冷却用空気１２が不正確な位置に送り
込まれることによる温度分布のばらつきの発生が、未然
に回避されることになる． なお、処理開始時の低温（例えば、８００℃）と、処理
終了時の低温（例えば、９４０゜Ｃ）が異なる場合には
、次の処理までに低温をさらに低下させる必要があるが
、本実施例によれば、この準備時間を短縮することもで
きる． 前記実施例によれば次の効果が得られる．（１）　　プ
ロセスチューブの外部空間に冷却用流体供給管を？ｊＩ
数本、軸心方向に挿入するとともに、この冷却用流体供
給管のうち少なくとも１本の供給管の長さを相異させる
ことにより、冷却用流体を軸心方向において分散して供
給することができるため、プロセスチューブを強制的に
、かつ、均一に冷却させることができ、その結果、プロ
セスチューブの降温速度を高めることができ、処理時間
としての所要時間を短縮することができる．（２）　冷
却用流体供給管の内周面に整流部を形或することにより
、冷却用流体を所望の箇所に適正に供給することができ
るため、前記（１）の効果をより一層高めることができ
る． 以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない． 例えば、複数本の給気管ｌ３は束ねて空気流通路７の上
部空間に配設するに限らず、第７図に示されているよう
に、空気流通路７に周方向に等間隔に分散して配設して
もよい． 整流部は螺旋羽［１４により構戒するに限らず、軸心方
向に形成された山や谷等によって構成してもよい． 冷却用流体としては空気を使用するに限らず、窒素ガス
等を使用することができ、また、循環使用するように構
戒してもよい． 以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である拡散装置に適用した
場合について説明したが、それに限定されるものではな
く、低ＥＣＶＤ装置、アニリング装置、その他の熱処理
装置全般に適用することができる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、次の通りである． プロセスチューブの外部空間に冷却用流体供給管を複数
本、軸心方向に挿入するとともに、この冷却用流体供給
管のうち少なくとも１本の供給管の長さを相異させるこ
とにより、冷却用潰体を軸心方向において分散して供給
することができるため、プロセスチューブを強制的に、
かつ、均一に冷却させることができ、その結果、プロセ
スチューブの隆温速度を高めることができ、処理時間と
しての所要時間を短縮することができる．

【図面の簡単な説明】

第Ｉ図は本発明の一実施例である拡散装置を示す縦断面
図、 第２図は給気管部を示す拡大部分断面図、第３図は第１
図のＩＩＩ−Ｉ［１線に沿う断面図、第４図は炉熱炉冷
プロセスのシーケンスを示す線図、 第５図および第６図はプロセスチューブ内の温度分布の
ばらつきを比較する各線図である。 第７図は本発明の他の実施例を示す第３図に相当する断
面図である． １・・・プロセスチューブ、２・・・処理室、３・・・
ヒータ、４・・・ヒータ素線、５・・・断熱材、６・・
一均熱管、７・−・流通路、８、ＩＯ・・・シールブロ
ンク、９、ｌ１・・・カバー　１２・・・空気（冷却用
流体）、１３・・・給気管（供給管）、ｌ４・・・螺旋
羽根（整流部）、１５・・・給気ダクト、１６・・・排
気管、１７・・・ウェハ（ｌＩＮ処理物）、Ｌ８・・・
ポート（処理治具）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、プロセスチューブとヒータとの間に画成された空間
   に冷却用流体が流通されるように構成されている熱処理
   装置であって、前記プロセスチューブとヒータとの間の
   空間に前記冷却用流体を供給する供給管が複数本、軸心
   方向に挿入されており、これら供給管のうち少なくとも
   １本は、その軸心方向の長さが他のものと相異されてい
   ることを特徴とする熱処理装置。 ２、前記各供給管が、これらの内部を流通する流体を整
   流する整流部をそれぞれ備えていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の熱処理装置。 ３、前記整流部が、螺旋状に形成されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の熱処理装置。