JPH03233294A

JPH03233294A - 熱処理装置

Info

Publication number: JPH03233294A
Application number: JP9984590A
Authority: JP
Inventors: Noboru Fuse; 布施　昇; Wataru Okase; 亘大加瀬
Original assignee: Tokyo Electron Sagami Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Sagami Ltd
Priority date: 1989-12-22
Filing date: 1990-04-16
Publication date: 1991-10-17
Anticipated expiration: 2015-03-21
Also published as: JP3023967B2

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）例えば縦型熱処理装置は、縦型のプロセスチューブ内に
おいて被処理体の熱処理を行うものであり、このような
装置としては１例えば半導体ウェハ等を処理する縦型気
相成長装置や縦型熱拡散炉等がある。

この種の縦型熱処理装置では、第３図（Ａ）に示すよう
に、周囲にヒータ１２を有する縦型のプロセスチューブ
１０は、その下端にてマニホールド１４に支持されてい
る。そして、被処理基板であるウェハ１６は、被処理体
搬送治具であるウェハボート１８に水平状態で複数枚縦
方向に所定間隔おいて配列支持され、この状態で前記プ
ロセスチューブ１０内にローディングされる。そして、
ウェハ１６の熱処理を行う際には、前記ウェハボート１
８を均熱ゾーン位置内にセットし、均熱ゾーンでの熱処
理を実行する。

さらに、前記ウェハボート１８をプロセスナ二一ブ１０
内に対し搬入出するためのボートエレベータ２０が設け
られている。このボートエレベータ２０のエレベータア
ーム２２には、前記マニホールド１４の下端開口部を密
閉し、炉内を減圧下にするための蓋体２４と、その上方
に固定された保温筒受は台２６上に保温筒２８が載置さ
れ、さらにこの保温筒２８の上端に前記ウェハボート１
８が着脱自在に支持されるような構造となっている。

ここで、前記マニホールド１４は、プロセスガスブ１０
の下端を支持するとともに、プロセスチューブ１０内を
減圧下に保つため、マニホールド１４とプロセスチュー
ブ１．０との隙間にシールド材である０リング３０ａを
介在させている。また、前記プロセスチューブ１０の下
端開口部を密閉して炉内を減圧下に保つため、前記蓋体
２４は前記Ｏリング３０ａと同様のＯリング３０ｂを介
してプロセスチューブ下端を密閉している。

これらのＯリング３０ａ及び３０ｂはゴム等で構成され
るが、その耐熱性の問題から、この付近の温度は１５０
℃以下、好ましくは１３０℃以下に冷却する必要がある
。このため、前記マニホールド１４のプロセスチューブ
１０下端と接触する部分には空洞状の冷却空洞３２が設
けられ、この冷却空洞３２内に冷却水等の冷却媒体を循
環させることによりプロセスチューブ１０の下端を冷却
し、前記Ｏリング３０ａ及び３０ｂの熱損傷を防止して
いる。また、このようにプロセスチューブ１０の下端を
冷却するのは、この付近でのプロセスガスの反応を防止
し、治具に反応生成物が付着するのを防止する目的も有
している。

上記のような構成の縦型熱処理装置においては、ウェハ
１６を搭載したウェハボート１８を前記プロセスチュー
ブ１０内の均熱ゾーンにセットし、前記プロセスチュー
ブ１０内を密閉して減圧下においてプロセスガス厚入管
３４からプロセスガスを前記プロセスチューブ１０内に
導入し、ウェハ１６の熱処理を行い、ガス排出口３６よ
り排気している。このような熱処理において、プロセス
ガスの反応により、ウェハ１６の表面上に反応生成物と
して例えばポリシリコン等の皮膜が形成される。

（発明が解決しようとする課題）上記のような従来の縦型熱処理装置においては、プロセ
スチューブを支持するマニホールドに冷却空洞を設けて
いたが、前記処理炉端部の冷却を必要とする部分に前記
マニホールドの冷却空洞部を適切に配置させることは困
建てあり、Ｏリングの冷却を十分に行うことができなか
った。また、マニホールドは通常は金属で構成されてい
る一方で、プロセスチューブは石英等から成り、マニホ
ールドからプロセスチューブへの熱伝導は十分ではなく
、十分な冷却効果を得ることができなかった。

そこで、本発明の目的とするところは、プロセスチュー
ブの冷却すべき領域を直接的かつ効果的に冷却すること
ができる熱処理装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明は、プロセスチューブと、このプロセスチューブ
内を加熱する加熱手段とを有し、上記プロセスチューブ
内において被処理体の熱処理を行う熱処理装置において
、上記プロセスチューブの壁内に、冷却媒体を循環させ
る冷却空洞を内蔵したことを特徴とする。

（作用）一般には、プロセスチューブに石英を採用した場合、第
３図に示すように、炉体の中央部分、即、ち、均熱ゾー
ンは気相成長による薄膜の形成の場合で数百℃、硅素の
酸化形成の場合で１０００℃−１２００℃の温度に保持
される。

この場合、均熱ゾーンの高温部からの熱の移動は、熱伝
導、輻射により起こる。然し、半導体プロセスでは好ま
れない不純物原子の汚染を防止する為にプロセスチュー
ブは超高純度の石英を使用する。この場合石英は限りな
く透明であり、高温部の熱が石英の中を輻射してプロセ
スチューブ端面に達しその近傍が簡単に温度上昇し、温
度特性の比較的悪い、機能部品を２化せしめ、装置全体
の機能を著しくそこなうことになる。

そこで、限りなく透明な石英とその端面に至る中間に、
発熱体からの輻射を吸収し、外部に取り出す工夫が必要
である。又一般には半導体プロセス上プロセスチューブ
内は上部から、問題を起こす端面のある下部方向に種々
の気体等を流す為輻射及び熱伝導による温度上昇に加え
、気体により運ばれた熱により温度か上昇する。その効
果も併せ防止する工夫が必要である。

上記構成によれば、冷却空洞をプロセスチューブに内蔵
し、この中で冷却媒体を循環させるようにしたので、プ
ロセスチューブの冷却すべき領域を直接的に冷却するこ
とか可能となる。また、Ｏノング等と接触する部分に任
意に冷却部を設けることが可能となる。さらに、プロセ
スチューブを支持するマニホールド側に冷却空洞を設け
る必要もなくなる。

なお、例えばＳｉ３Ｎ、成膜時ではプロセスチューブの
温度を下げると塩化アンモン等の生成物が付着するので
、請求項■に示すように、縦型プロセスチューブ端部の
冷却空洞近傍に空洞部を設けることにより、プロセスチ
ューブ本体と冷却空洞との間に空気層を設けて断熱部を
形成し、プロセスチューブ本体側が冷却空洞の影響によ
り必要以上に温度低下を来さないようにすることもでき
る。

さらに、この空洞部内を真空引きして減圧状態にするこ
とにより、断熱効果を大きくすることも可能であ゛る。

（実施例）以下、本発明を半導体ウェハに対する成膜装置に適用し
た一実施例について図面を参照して具体的に説明する。

第１図は、実施例に係る縦型熱処理装置の下部を示す概
略部分断面図であり、同図に示す部材のうち、第３図（
Ａ）に示した部材と同一機能を有する部材については同
一符合を付してその詳細な説明を省略する。

本実施例の装置が、従来の第３図（Ａ）に示す装置と相
違する点は下記の通りである。

本実施例のプロセスチューブ４０の下端には冷却空洞４
２が形成されており、この中を冷却水等の冷却媒体が循
環している。従って、プロセスチューブ４０を支持する
マニホールド４４には冷却空洞は設けられていない。上
記冷却空洞４２の近傍には前記マニホールド４４との隙
間を埋めるＯリング３０ａ及び前記蓋体２４との隙間を
埋める３０ｂが配置されている。

上記のような構成においては、プロセスチューブ４０の
下端のＯリングと接触する部分に直接冷却部が設けられ
ているので、Ｏリングの熱損傷を効果的に防止すること
ができる。なお、冷却空洞４２の形状や位置は、Ｏリン
グの配置する場所に応じて変更することができ、適切な
冷却を常に行うことが可能である。

なお、上記のような構成の縦型熱処理装置においては、
第３図（Ｂ）に示すように、ウェハ１６の熱処理を行う
均熱ゾーンＡ、○リング等の保護のために冷却している
領域と前記均熱ゾーンＡの温度差を補償する温度勾配ゾ
ーンＢの２つの温度領域がプロセスチューブの縦軸方向
に設定される。

第２図は、本発明の第二実施例に係る装置の下部を示す
概略断面図である。

本実施例においては、プロセスチューブ５０の下端に冷
却空洞５２を一体に形成するとともに、この冷却空洞５
２の近傍に切欠き５４を設けている。この切欠き５４は
断熱機能を発揮し、プロセスチューブ５０本体側が冷却
空洞５２による冷却の影響を受けるのを防止している。

これは、プロセスチューブ５０を構成する石英を通じて
の熱伝導により前記プロセスチューブ５０の本体側の温
度が低下するのを防止するものである。すなわち、石英
の熱伝導性は比較的小さいが、上記のようにプロセスチ
ューブ１０に冷却空洞５２を一体に形成した場合にはそ
の影響を全く無視することはできないからである。従っ
て上記構成は、冷却空洞５２とプロセスチューブ５００
本体側とを上記のような切欠き５４を設けることにより
、熱伝導性の極めて小さい空気層から成る断熱部により
熱伝導を遮断しようとするものである。

なお、上記切欠き５４は、必ずしも切欠き形状である必
要はなく、冷却空洞５２と同様に空洞状にしてもよい。

さらに、その中を真空引きして減圧することにより断熱
効果を高めることもできる。

又、各種の半導体プロセスで薄膜の形成は重要なもので
あります。そのプロセスの成否が半導体チップの歩留を
大きく左右します。その一つの要因としてダストがあり
ます。熱処理系外部より導入されるダストは人為的に防
止出来るが、半導体プロセス中、特に、気相成長による
薄膜形成では、化学反応により余剰の化合物粒子が、ダ
ストと同等の悪影響を与える。

特に、縦型熱処理系で説明する。気相で通過してきた化
合物が系の下部に至り、保温筒２８．受は台２６．蓋体
２４に至るに従がって温度が下がり固体化し蓋体２４表
面に沈着し問題となる。

この場合第１図に示した冷却空洞４２に冷媒を流して石
英端面温度は低くすればよいばかりでなく、化合物体を
気相のまま外部に取り出すことが必要である。気相成長
中に発生する化合物気体の固化温度以上に温度保持が必
要である。そこで冷却空洞４２の冷媒の出口側に温度セ
ンサーを挿入して冷媒の流量制御をし、温度特性の悪い
Ｏ−ｒｉｎｇ３０ａ　＋３０ｂに悪影響を与えないで余
剰化合物の沈着を防止することが出来、半導体チップの
歩留向上を達成することが出来る。

以上説明した冷却空洞の形状等は上記実施例のものに限
定されず、本発明の要旨の範囲内で適宜変更して適用す
ることができ、本発明を横型処理装置に適用することも
可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明により、プロセスチューブの
冷却すべき領域を十分に冷却することができる熱処理装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第一実施例に係る縦型熱処理装置の
下部断面図、第２図は、本発明の第二実施例に係る縦型熱処理装置の
下部断面図、第３図（Ａ）は、従来の縦型熱処理装置の概略断面図、
同図（Ｂ）は同図（Ａ）の装置の縦方向における温度分
布特性図である。ｔｏ、　４０．５０・・プロセスチューブ、１２・・ヒ
ータ、１４，４４・・・マニホールド。１６−・・ウェハ、１８・・・ウェハホード、２０・ボ
ートエレベータ。２２・・エレベータアーム、２４・・・蓋体、２６・・
保温筒量は台、２８・・保温筒、３０ａ、　３０ｂ−０
リング、３２．４２・＝冷却空洞、３４・・・プロセス
ガス導入管、３６・・ガス排出口。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）プロセスチューブと、このプロセスチューブ内を
加熱する加熱手段とを有し、上記プロセスチューブ内に
おいて被処理体の熱処理を行う熱処理装置において、上記プロセスチューブの壁内に、冷却媒体を循環させる
冷却空洞を内蔵したことを特徴とする熱処理装置。
（２）請求項（１）において、縦型プロセスチューブ下端の上記冷却空洞と上記プロセ
スチューブ内壁との間に断熱用の空洞部を設けた熱処理
装置。
（３）請求項（１）において冷却空洞を流れる冷却媒体
の出口側温度を検出し予め定められた温度に設定するよ
うに制御した熱処理装置。