JPH04118923A

JPH04118923A - 熱処理炉

Info

Publication number: JPH04118923A
Application number: JP23929790A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Yuki; 結城　知弘
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1990-09-10
Filing date: 1990-09-10
Publication date: 1992-04-20

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】［産業上の利用分野コこの発明は、各種の半導体装置の製造に用いられる横型
拡散炉等の熱処理炉の改良に関するものである。

［発明の概要］この発明は、一端側に炉口室が且つ他端側に排気口がそ
れぞれ設けられ、内部に半導体ウニ八等の被処理品が配
置されるプロセスチューブにおいて、炉口室を除く一端
側から被処理品を経て排気口又はその近傍に至る区間を
取囲むように加熱手段を設けると共に炉口室から排気口
に向けて処理用ガスを流すことにより排気口から被処理
品側に向うガス対流を防止して歩留りの向上を図ったも
のである。

［従来の技術］従来、横型拡散炉としては、第１３図に示すものが提案
されている。第１３図において、１０は石英等からなる
プロセスチューブ、１２はチューブｌＯの周囲に設けら
れたヒータ、１４はチューブ１０の炉口側に炉口室１４
Ａを形成すべく設けられたエレファント管、１６は炉口
を閉じるための蓋、１８はチューブ１０のガス導入口１
０ａの近傍に設けられたガス流調整用のバッファ板、２
０は被処理品としての半導体ウェハ２２を保持した状態
でチューブ１０内に配置されるウェハボートである。

炉から蓋１６を取外した状態において、ウェハ２２を保
持したウェハボート２０は、図示しないローディング装
置によりチューブ１０内に挿入されたり、チューブ１０
から引出されたりするが、このような出し入れの際はエ
レファント管１４のガス導入口１４ｂ、１４ｃからＮ２
ガスが管内に供給される。

ウェハ２２の熱処理に際しては、ガス導入口１０ａから
処理用のガスＧＳがチューブ１０内に導入され、エレフ
ァント管１４のガス導出口１４ａから導出される。ガス
ＧＳとしては、ウェハ２２を熱酸化処理する場合、Ｈ２
Ｏ等が供給される。

［発明が解決しようとする課題］上記した拡散炉によると、ウェハ２２の酸化ニ使ったガ
スがエレファント管１４内（炉口１１４Ａ内）で冷却さ
れ、チューブ内の温度勾配により対流を起こしてウェハ
２２まで流線Ａｔ　、Ａ２で示すように環流し、特に炉
口側のウェハの下部の温度を低下させる。このため、炉
口側の酸化膜の膜厚分布が不均一となり、歩留り低下を
免れなかった。

このような不都合をなくすには、環流してくるガスを十
分に加熱できるようにエレファント管１４とボート２０
との間の加熱区間を長くすればよいが、このようにする
と炉長が長くなり、好ましくない。

なお、エレファント管１４をなくすことも考えられるが
、エレファント管１４をなくすとウェハをチューブに出
し入れする際炉口が大きく開くためにチューブ内に外気
が混入してしまう。このとき、ウェハが高温になってい
るとウニへの酸化又は拡散過程が悪影響を受け、好まし
くない。エレファント管１４は、このような悪影響を防
ぐためのロードロツタ機構であり、ウェハ近辺の外気と
不活性ガスとの置換を行なうのに有効なものであるから
、エレファント管１４をなくすのは得策でない。

この発明の目的は、プロセスチューブの一端側に炉口室
を有する熱処理炉において、歩留りの向上を図ると共に
炉長の短縮を可能にすることにある。

［ｉ１１題を解決するための手段］この発明による熱処理炉は、（ａ）一端側に炉口室が且つ他端側に排気口がそれぞれ
設置けられ、内部に被処理品が配置される横置きの細長
いプロセスチューブであって、前記炉口室が前記被処理
品の出し入れを可能にすると共にガス導入孔を有するよ
うに形成されているものと、（ｂ）前記プロセスチューブにおいて前記炉口室を除く
一端側から前記被処理品を経て前記排気口又はその近傍
に至る区間を取囲むように設けられた加熱手段と、（ｃ）前記ガス導入孔から前記プロセスチューブ内に処
理用のガスを供給して前記排気口から排出させるガス供
給手段とをそなえている。

このような構成にあっては、前記プロセスチューブ内に
おいて前記被処理品と前記排気口との間にガス流調整用
のバッファ板を設けてもよい。

［作用］この発明の構成によれば、プロセスチューブには、従来
とは反対に炉口側から処理用ガスが流入する。そして、
流入したガ、スは、排気口に至るまで加熱手段により十
分加熱される。従って、排気口の近傍でガスが冷却され
て対流を起こすのを防止することができ、被処理品に関
する温度分布の均一性は良好となる。

また、上記のようにバッファ板を設けると、ガスの加熱
が一層十分となり、ガス対流防止のために−層好都合で
ある。

［実施例］第１図は、この発明の一実施例による横型拡散炉の断面
を示すもので、この拡散炉の正面及びＩＩＩ　−ＩＩＩ
線断面はそれぞれ第２図及び第３図に示されている。

プロセスチューブ３０は、細長い石英管等からなるもの
で、その一端側には炉口室３６Ａを形成すべくエレファ
ント管３６が設けられている。また、チューブ３０の他
端側には、バルブＶａを有する送気口３０ａと、バルブ
ｖｂを有する排気口３０ｂとが設けられている。

チューブ３０において炉口室３６Ａを除く一端側から送
気口３０ａ及び排気口３０ｂに至る区間には、この区澗
を取囲むように第１．第２のヒータ３２．３４が設けら
れている。ヒータ３２．３４は一体であってもよいが、
別々にしておいた方が温度制御上好都合である。また、
ヒータ３４は、送気口３０ａ及び排気口３０ｂかられず
かに炉口側に離間した近傍部分に達するように配置して
もよい。ヒータ３４は、炉の奥の温度勾配を小さくし、
ガスの対流を防ぐためのものである。

エレファント管１４の開口部（炉口）には、第２図に示
すように壁５０から突出したアーム４６に保持されたＭ
２Ｏが装着される。蓋４０には、連結棒４２の一端が取
付けられると共に、連結棒４２の他端側にはガス流調整
用の複数枚（−例として４枚）のバッファ板４４が並設
されている。このように蓋４０、連結棒４２及びバッフ
ァ板４４を一体化しておくと、バッファ板４４の出し入
れ操作をＭ２Ｏの取外し・装着操作と一緒に行なえるの
で便利である。

バッファ板４４は、均熱帯と不均熱帯とを分離すると共
に、流入ガスを混合してウニ八到達前に十分加熱するの
を可能とするために設けられたものである。

エレファント管３６には、第３図に示すように一例とし
て４つのガス導入孔３６ａ〜３６ｄが形成されると共に
、これらのガス導入孔を取囲むようにガス導入路形成部
材３８が設けられている。部材３８により形成されるガ
ス導入路には、バルブＶを有するガス導入管５２が接続
されており、壁５０の内側でガス導入管５２の周囲には
導入ガスを予熱するための予熱ヒータ５４が設けられて
いる。

炉から蓋４０及びこれに付属する連結棒４２並ひにバッ
ファ板４４を取外した状態において、被処理品としての
半導体ウェハ７２を保持したウェハボート７０がチュー
ブ３０内に挿入配置される。チューブ３０内においてウ
ェハ配置個所より奥の方には予めガス流調整用の複数枚
（−例として２枚）のバッファ板４８が設けられている
。各バッファ板４８は、複数の孔が設けられており、炉
の奥の温度勾配に応じてチューブ内を仕切り、ガスの対
流を防ぐためのものである。

ウェハローディングの後、炉口に蓋４０を装着すると、
バッファ板４４は、第１図に示すように炉口室３６Ａと
ウェハ７２との間に位置するようになる。

次に、第４図乃至第１２図を参照して上記拡散炉の動作
を説明する。

まず、第４図のステップでは、バルブ■、Ｖａ、Ｖｂを
それぞれ開、閉、開の状態とし、ガス導入孔３６ａ〜３
６ｄを介して炉内に不活性ガスとして例えばＮ２ガスを
供給し、排出口３０ｂから排出させる。この結果、炉内
のガスはＮ２ガスに首換される。このとき、予熱ヒータ
（第３図５４）はオフ状態としておく。

次に、第５図のステップでは、アーム４６を矢印Ｐ方向
に駆動してＭ２Ｏを後退させ、バッファ板４４と共に炉
から取外す。このとき、バルブｖ５Ｖａ、Ｖｂは、それ
ぞれ開、開、閉の状態とし、送気口３０ａからも炉内に
不活性ガスとしてＮ２ガスを供給することによりガスフ
ローパターンを変更する。この結果、Ｎ２ガスは、炉口
室３６Ａを介して炉口側から排出されるようになり、開
口した炉内に外気が流入するのを防止することができる
。

第６図のステップでは、炉から取外した蓋４０、連結棒
４２及びバッファ板４４の一体物を、前述の壁５０に設
けた収納室５６にアーム４６により引込み、収納する。

Ｎ７図のステップでは、多数のウェハ７２を保持したウ
ェハボート７０をローディング装置の可動フォーク５８
上に載置し、フォーク５８を矢印Ｑ方向に炉口に向けて
前進させる。フォーク５８には、炉口にあてがうための
石英シャッタ６０が設けられている。

第８図のステップでは、フォーク５８が炉口室３６Ａに
入り、石英シャッタ６０が炉口に接触する。

そして、第９図のステップでは、フォーク５８をさらに
前進させ、所定の位置に達すると矢印りのようにボート
７０をランディング（着底）させる。

次に、第１Ｏ図のステップでは、石英シャッタ６０を開
き、フォーク５８を矢印Ｒ方向に後退させ、炉から引抜
く。この結果、クエへローディングが終了したことにな
る。

′Ｍ１１図のステップでは、前述の収納室５６から蓋４
０、連結棒４２及びバッファ板４４の一体物をアーム４
Ｂにより取出し、矢印Ｓ方向に炉口に向けて前進させる
。なお、３４６図から第１１図までのＮ、ガスのフロー
パターンは第５図のものと実質的に変らない。

この後、第１２図のステップでは、炉口に蓋４０を装着
すると共にガス及びガスフローパターンを変更する。す
なわち、バルブＶ％Ｖａ％ｖｂをそれぞれ間、閉、開の
状態とし、ガス導入孔３６ａ〜３６ｄから処理用ガスＧ
Ｓとして例えばＨ，Ｏガスをチューブ３０内に供給し、
排気口３０ｂから排出させる。そして、予熱ヒータ（′
ｓ３Ｎ３図）をオンすると共にヒータ３２．３４の電力
を制御して炉温を上昇し、例えば熱酸化処理を開始する
。

供給ガスを予熱ヒータで加熱すると、炉内での温度分布
の均一性を改善するのに有益である。また、炉口室３８
Ａとウェハ７２との間にバッファ板４４を設けたので、
流入ガスの混合及び加熱が十分に行なわれ、炉内での温
度分布の均一性が良好となる。さらに、ウェハ７２と排
気口３０ｂとの間にバッファ板４８を設けると共に排気
口３０ｂの近傍にヒータ３４を設けたので、ガスがウェ
ハ７２から排気口３０ｂに至る途中で冷却されて対流に
よりウェハ側に環流するような事態は未然に防止され、
炉内での温度分布の均一性は良好となる。従って、ウェ
ハ７２の熱酸化処理においては、ウェハ内の酸化膜厚分
布及びウェハ間の酸化膜厚分布のいずれも良好となる。

処理終了後は、上記したのとは反対に蓋４ｏを外し、ボ
ート７０を取出す等の作業を行なえばよい。

［発明の効果］以上のように、この発明によれば、プロセスチューブ内
で炉口室から排気口に向けて処理用ガスを流すと共に排
気口又はその近傍までプロセスチューブを加熱するよう
にしたので、排気口から被処理品側に向うガス対流を防
止することができる。従って、被処理品に関する温度分
布の均一性が改善され、歩留りが向上する効果が得られ
る。

また、ガス対流を防止したので、対流ガスを加熱する必
要がなくなり、炉長の短縮が可能となる効果も得られる
。

さらに、プロセスチューブ内において被ＩＡ理品と排気
口との間にバッファ板を設けると、ガス対流防止効果が
一層向上する利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例による横型拡散炉を示す
断面図、第２図は、第１図の炉の正面図、第３図は、第１図のＩＩＩ　−ＩＩＩ線に沿う断面図、
３４４図乃至第１２図は、上記拡散炉の一連の動作を示
す断面図、第１３図は、従来の拡散炉を示す断面図である。３０−・・プロセスチューブ、３０ａ−送気口、３０ｂ
−・・排気口、３２．、３４・・・ヒータ、３６Ａ・・
・炉口室、３６−・・エレファント管、３６ａ〜３６ｄ
・・・ガス導入孔、３８・・・ガス導入路形成部材、４
０・・・蓋、４２・・・連結棒、４４゜４８・・・バッ
ファ板、７０−・・ウェハボート、７２・・・半導体ウ
ェハ、Ｖ、Ｖａ、Ｖｂ・・・バルブ。

Claims

【特許請求の範囲】１、（ａ）一端側に炉口室が且つ他端側に排気口がそれ
ぞれ設けられ、内部に被処理品が配置される横置きの細
長いプロセスチューブであって、前記炉口室が前記被処
理品の出し入れを可能にすると共にガス導入孔を有する
ように形成されているものと、（ｂ）前記プロセスチューブにおいて前記炉口室を除く
一端側から前記被処理品を経て前記排気口又はその近傍
に至る区間を取囲むように設けられた加熱手段と、（ｃ）前記ガス導入孔から前記プロセスチューブ内に処
理用のガスを供給して前記排気口から排出させるガス供
給手段とをそなえた熱処理炉。２、前記プロセスチューブ内において前記被処理品と前
記排気口との間にガス流調整用のバッファ板を設けたこ
とを特徴とする請求項１記載の熱処理炉。