JPH0332020A - 縦型拡散炉 - 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 この発明は、半導体の熱処理工程に用いる縦型拡散炉に
関するものである。

従来の技術 従来、半導体の熱処理工程、例えば酸化、拡散、アニー
ル等の熱処理工程用に縦型拡散炉が開発されていた。縦
型拡散炉の特徴としては、温度分布が横型炉に比べて均
一なこと、ガスの流れが横型炉よりも良好でウェハ中の
膜厚分布精度が向上すること、Ｓｉ　ウェハが大口径化
するに連れて横型炉での処理が困難であること等を挙げ
ることができる。　縦型拡散炉に使用されるライナーチ
ューブとしては、当初は石英ガラス製のものが主流であ
ったが、石英ガラスはヒータの輻射熱をそのまま通過さ
せることから、均熱管としてのＳｉＣチューブの有効性
が見直されつつある。また、ＳｉＣチューブは高温状態
のヒータから排出される金属蒸気（Ｎａ、Ｆｅ、Ｃｕ、
Ａ１等）が炉芯管を通過して処理空間を汚染することを
防止する効果も持つ。

発明が解決しようとする問題点 しかし、単に均熱管としてＳｉＣチューブを用いただけ
では微量の金属蒸気の侵入は防ぎきれず改善が望まれて
いた。

発明の目的 このような従来技術の問題点に鑑み、本発明は均熱管と
炉芯管の間に金属の侵入を防止するためのガスを導入で
き、しかもその導入空間内を気密に保つことができる縦
型拡散炉を提供することを目的としている。

発明の要旨 前述の目的を達成するために、この発明は請求項１に記
載の縦型拡散炉を要旨としている。

問題点を解決するための手段 本発明の縦型拡散炉は、下方に開口した炉芯管と、炉芯
管の外側に設けた均熱管と、均熱管の外側に設けた加熱
用のヒータと、ヒータの外側に設けた断熱体とを持つ縦
型拡散炉において、均熱管の上部に先細の湾曲部を設け
、均熱管と炉芯管の間の空間にガスを導入するガス導入
手段を設け、導入したガスを排気するガス排気管を均熱
管に設け、このガス排気管の外側に多数の放熱フィンを
設けたことを特徴とする。

作用効果 ガス導入手段を用いて均熱管と炉芯管の間の空間にガス
を導入する。導入ガスとしては、Ｎ２０２　不活性ガス
等を用いる。また、塩酸ガスをこれらのガスと共に導入
することにより、より有効に金属蒸気の侵入を防ぐこと
ができる。ガス導入の際にはガスの温度と流量を最適の
値に設定する。温度と流量を多段階に渡ってステップ的
に変えてもよい。また、冷却時にはガスを多量に流すこ
とにより冷却効果を高めることができる。ガス流量は熱
処理中は１〜１０１　／＋ｎｉｎ　１冷却時は１０〜２
００１　／ｍｉｎ程度が効果的である。熱処理中におけ
るガス流量が１１１／ｍｉｎより少ないと、金属蒸気の
侵入を防ぐ効果が得られず、ｌＱＩ／ｍｉｎより多いと
炉内の温度を安定に保ちにくい。

また、ガス排気管の外側に設けた放熱フィンによって熱
を放出し、排気管端部の温度を下げる。それにより、均
熱管に設けたガス排気管にガス管を接続する際、テフロ
ン製のパツキンやＯリングを使用することができ、気密
性を高めることができる。つまり、装置内にガスが漏れ
ると、金属部分を腐食させてしまう塩酸ガスを含むガス
を流すこともできる。

実　　施　　例 以下、図面を参照して本発明による縦型拡散炉の実施例
を説明する。

第１図は縦型拡散炉１０を示す概略図である。縦型拡散
炉１０は全体的に円筒形状の炉芯管１２（反応管又はプ
ロセスチューブとも呼ばれる）を備えている。炉芯管１
２は下方に開口していて、その開口から半導体ウェハ９
を出し入れする構成になっている。炉芯管１２は石英ガ
ラスで構成してあり、その内部が処理空間８を形成して
いる。処理空間８にはウェハ保持部材２８によって多数
の半導体ウェハ９が設置しである。

処理空間内には石英ガラス製の処理ガス導入管３３が設
けてあり、所定の処理用ガスを導入できる構成になって
いる。同様に処理ガス排出管３４が設けてあり、処理用
のガスを排出する構成になっている。

ウェハ保持部材２８は複数の遮熱板２４を持つ。また、
保持したウェハを鉛直軸を中心に回転させる構成になっ
ている。ウェハ保持部材２８は炉蓋１６に設置してあり
、炉蓋１６はベース１７に固定しである。ベース１７の
一端にはナツト（図示せず）が固定しである。ナツトは
送りねじ１８とかみ合っている送りねじ１８が回転する
とベース１７は鉛直方向（矢印Ｃ）に送られる。このよ
うに送りねじ１８を回転することによりウェハの移動を
行う。なお、送りねじは１本、ガイドシャフトが１本設
けてあり、第１図ではガイドシャフト１本は前の送りね
じの後ろに位置している。

炉芯管１２の外側には均熱管１１が設けである。均熱管
１１は全体的に円筒形状をしていて、下方に開口してい
る。均熱管１１の上部には先細の湾曲部が設けてあり、
いわゆるＲ形状を呈している。この湾曲部は均熱管本体
と一体的に構成してもよいし、蓋として別に製造して嵌
合又は接着してもよい。ガスシール性を考慮した場合に
は、嵌合よりは接着型が望ましい。このように均熱管上
部をＲ形状にすることにより、フラット形状の場合より
耐熱衝撃性を向上できる。また、熱効率も向上できる。

均熱管１１はＳｉＣまたはＳｔ含浸質ＳｉＣで構成する
。耐酸化性、ガス透過性等を考慮するとＳｉ含浸質Ｓｉ
Ｃが望ましい。

均熱管１１の上部には、排気管２０が設けである。排気
管２０の端部にはフランジ２１が設けである。このフラ
ンジ２１にテフロン製の０リングを介してガス管（図示
せず）を接続できる。排気管２０の外側には多数の冷却
フィン２２が設置されている。

均熱管１１の下端部外周部にはステンレス製の架台■５
が設けである。

架台１５の下にはステンレス製の部材２９がネジ止めさ
れ設置しである。部材２９の上には均熱管１１が設置さ
れ、均熱管１１と部材２９の接触部分にはテフーロン製
のＯリング３０が設けてあり、炉の気密性を高めている
。

部材２９にはガス導入手段としてガス導入管２３が設置
してあり、炉芯管と均熱管の間の空間２６にガスを導入
する構成になっている（矢印Ａ）。この実施例ではガス
導入管２３が対向する２ケ所に設けである。ガス導入管
２３によって導入されたガス、例えば塩酸ガスを含んだ
窒素ガスは均熱管１１上部に設けた排気管２０からガス
管（図示せず）を通して排出される（矢印Ｂ）。

部材２９と炉蓋１６の間には、ステンレス製の部材２５
が配置してあり部材２９にネジ止めされている。部材２
９と部材２５の間、部材２５と炉蓋１６の間にはテフロ
ン製のＯリング３１．１９が設けてあり、炉の気密性を
高めている。

部材２５の上には、炉芯管１２が設置され炉芯管１２と
部材２５の接触部分にはテフロン製のＯリング３１が設
けである。炉芯管のみ交換する場合には、部材２５を部
材２９に止めているネジをとり、炉蓋１６とともに下方
へ移動させることにより交換できる。

架台１５、部材２９、部材２５、及び炉蓋１６は中空に
して、冷却する構造にしてもよい。

均熱管１１の外側にはヒータ１３が配置されている。ヒ
ータ１３の外側には例えば断熱ファイバからなる断熱体
１４が形成しである。

ガス流量は使用する条件によって調節できる。

ガスを流す効果を明らかにするために、塩酸ガスを含ん
だ窒素ガスを５Ａ’／ｌ１ｉｎ流し、酸化処理を行った
場合とガスを何も流さず酸化処理を行った場合のシリコ
ンウェハ酸化膜中のナトリウム、ニッケルの含有量を測
定した。酸化膜は約１００ＣＩＡ　（オングストローム
）形成した。その結果を第１表に示す。第１表から、炉
芯管と均熱管の間にガスを流すことにより、金属蒸気の
侵入を防ぐことができることが明らかになった。

次に、放熱フィンの効果を明らかにするために、放熱フ
ィンを有するガス排気管とフィンを持たないガス管にお
けるフランジ端面における温度を測定した。その結果を
第２表に示す。第２表から、フィンを設けることにより
ガス排気管におけるフランジ部の温度を大幅に低下でき
ることが明らかになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による縦型拡散炉の実施例を示す概略図
、第２図は第１図に示した炉においてウェハの出入れの
ために炉蓋やベースを下方に移動したところを示す概略
図である。 １０・・・縦型拡散炉 ２・・・炉芯管 １・・・均熱管 ３・・・ヒータ ４・・・断熱体 ３・・・ガス導入手段 ０・・・ガス排気管 ２・・・放熱フィン 代 理　　人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 下方に開口した炉芯管と、炉芯管の外側に 設けた均熱管と、均熱管の外側に設けたヒータと、ヒー
   タの外側に設けた断熱体とを持つ縦型拡散炉において、
   均熱管の上部に先細の湾曲部を設け、均熱管と炉芯管の
   間の空間にガスを導入するガス導入手段を設け、導入さ
   れたガスを排気するガス排気管を均熱管に設け、このガ
   ス排気管の外側に多数の放熱フィンを設けたことを特徴
   とする縦型拡散炉。