JPH05190478A - 半導体熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】排気管が接続された共通の排気系統の圧力が変
動しても、熱処理炉の内部の圧力を一定に維持する。 【構成】圧力センサ６の出力信号13Ａが入力されたコン
トローラ５で制御される排気調整弁７の下流側に排気調
整弁８を直列に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、とくに半導体ウエーハ
の拡散工程に使われる半導体熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】複数の熱処理炉が横に隣接設置された従
来の半導体熱処理装置の処理ガスの排気系統図を図４に
示す。図４において、詳細後述する熱処理炉１は、それ
ぞれ左右に隣接して４台設けられ、各熱処理炉１には、
排気管11Ａがそれぞれ接続され、これらの排気管11Ａ
は、後述する排気調整用の排気弁などが接続された排気
調整部16を経て、各排気管11Ｃ１，11Ｃ２，11Ｃ３，11
Ｃ４に接続され、共通の排気ダクト３に接続されてい
る。この排気ダクト３は、更に、この半導体熱処理装置
が設置された工場の建家に設けられた図示しない建家側
の排気ダクトを経て、一括排気用の排気ファン４に接続
されている。

【０００３】このうち、排気管11Ｃ２に接続された熱処
理炉１と、この熱処理炉１の排気系統を図５に示す。図
５において、熱処理炉１の図示しない炉体内に挿入され
た反応管９の内部には、この反応管９の下から挿入され
た図示しないボートに数10枚の半導体ウエーハ２が所定
の間隔であらかじめ載置されている。この反応管９の上
端には、処理ガスを反応管９の内部に導くガス供給継手
９ａが接続され、反応管９の下端側面には、排気継手９
ｂが接続され、反応管９の下端の開口部には、この反応
管９の開口部を気密に封止する凸字状のキャップ18が取
り付けられている。一方、排気継手９ｂには、排気管11
Ａの片側が接続され、この排気管11Ａの他側は、手動の
排気弁17と排気管11Ｃ２を経て、共通の排気ダクト３に
接続されている。排気管11Ｃ１，11Ｃ３，11Ｃ４にも、
図示しない手動の排気弁や反応管が同様に接続されてい
る。

【０００４】このように構成された半導体熱処理装置に
おいては、図示しないガスボンベから図示しない供給管
を経て、矢印16Ａに示すように供給継手９ａから反応管
９の上端に流入した処理ガスは、矢印Ａ１，Ａ２のよう
に反応管９の内部を流下し、前述した排気用の排気ファ
ンで吸気されて、矢印Ａ３，Ａ４に示すように、排気継
手９ｂから排気管11Ａ，排気弁17，排気管11Ｃ２を経て
排気ダクト３に排出される。一方、反応管９に流入した
処理ガスは、熱処理炉１の図示しない炉体の内周に配設
された図示しないヒータの輻射などで所定の温度に加熱
され、それに伴ない、反応管９の内部に収納された半導
体ウエーハ２も、所定の温度勾配と所定の温度で所定の
時間加熱され、表面には化学気相成長（Chemical Vapar
Deposition)による酸化膜が形成される。

【０００５】そのため、図示しないガスボンベから供給
される処理ガスは、図示しないガス供給管に接続された
流量調整弁により、反応管９の内部で大気圧よりもやや
低い所定の圧力となるように常に一定量に管理されてい
る。さらに、バックアップとして、排気管11，11Ｃ２の
間に排気弁17が接続されて、反応管９の内部の処理ガス
の流量を一定とし、熱処理温度の安定化によるウエーハ
の熱処理品質のばらつきが防がれているとともに、熱処
理炉１の内部の処理ガスの圧力上昇によるキャップ18か
らのガス漏れによる半導体熱処理装置や周辺機器の表面
の金属腐食が防がれている。

【０００６】図６は、図５と異なる従来の半導体熱処理
装置を示す図で、排気管11Ａと排気管11Ｃ２の間には、
アクチエータ付の排気調整弁27が接続され、この排気調
整弁27には、動作検知センサ28が接続されている。一
方、各熱処理炉１に設置されたコントローラ25には、上
位の図示しない統括コントローラと信号線26で接続さ
れ、コントローラ25の制御線13Ｃは、排気調整弁27に接
続され、動作検知センサ28の出力信号線13Ｄは、コント
ローラ25に接続されている。

【０００７】このように構成された半導体熱処理装置に
おいては、上位の統括コントローラからの指示で、熱処
理炉１の処理工程に従って、排気調整弁27は制御され、
排気される処理ガスの流量、すなわち、排気管11Ａの内
部の圧力も制御される。この場合には、熱処理炉１の処
理工程に従って自動的に排気調整弁27を調整すること
で、熱処理炉１の内部への反応管９の挿脱やキャップ８
の着脱のタイミングに合せて、自動的に排気調整弁27を
動作させることができるので、作業員を省力化できるだ
けでなく、排気調整弁27の操作のタイミングのばらつき
を防ぐことができ、半導体ウエーハ２の熱処理品質を上
げることができる。ところが、この半導体熱処理装置に
おいても、図示しないガスボンベから反応管９の内部に
供給される処理ガスの流量の微小な変動と反応管９の温
度の変動による排出管11Ａの内部の微小な圧力変動には
応答できない。しかも、熱処理条件はますます多様化
し、さらに隣接炉の予期しない工程の変化による圧力急
変で、当該炉の処理ガスの圧力も変動するおそれもあ
る。

【０００８】そこで、図７に示すような半導体熱処理装
置も検討されている。図７において、熱処理炉１の逆Ｕ
字形の炉体の内周には、電熱材でなるヒータ12が設けら
れ、処理ガスを反応管９の上端に供給する供給管10Ｂの
上流側には、流量調整弁22が接続され、この流量調整弁
22の更に上流側には、処理ガスが封入されたガスボンベ
21が供給管10Ａで接続されている。一方、熱処理炉１の
排気側に接続された排気管11Ａには、この排気管11Ａの
内部の処理ガスの圧力を測定する圧力センサ６が接続さ
れ、この圧力センサ６の出力信号線13Ａは、各熱処理炉
１に設けられたコントローラ５に接続されている。ま
た、このコントローラ５の制御線13Ｂは、排気調整弁７
に接続されている。

【０００９】このように構成された半導体熱処理装置に
おいては、供給管10Ｂから反応管９に供給される処理ガ
スの流量の微小な変動も常時圧力センサ６でモニタさ
れ、その検出信号は、信号線13Ａでコントローラ５に入
力され、このコントローラ５の内部にあらかじめ設定さ
れた値や、図示しない上位の統括コントローラから信号
線26で入力された値と比較演算され、制御線13Ｂで排気
調整弁７を駆動する。したがって、供給管10Ｂから供給
される処理ガスの微小なばらつきに対し、ヒータ12で加
熱された反応管９の内部の温度の微小なばらつきが加っ
て、もし、排出管11Ａの内部の処理ガスの圧力がわずか
に変動しても、圧力センサ６から入力された信号によっ
て、コントローラ５で排気調整弁７を制御することで、
排出管11Ａの内部の圧力（すなわち、反応管９の内部の
圧力）を大気圧よりもわずかに低い所定の値に維持する
ことができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成された半導体熱処理装置においても、もし、共通ダ
クト３と排気ファン４との間に図７に示すように接続さ
れた図示しない他の設備の排気ダクト20の内部の排気の
圧力や隣接炉の排気管の圧力が変動すると、それに伴っ
て排気調節弁７の排気量が変動し、排気管11Ａの内部の
処理ガスの圧力が変動するだけでなく、もし、熱処理炉
の内部の圧力の上昇で処理ガスが漏れて、例えば、処理
ガス中に含まれた塩酸などで半導体熱処理装置の表面の
金属部分や周辺の機器が腐食すると、その発錆でクリー
ンルーム内の空気の清浄度が低下するおそれもある。

【００１１】そこで、第１及び第２の発明の目的は、排
気ダクトが、たとい、共通の排気用排気ファンに接続さ
れ、この排気用排気ファンに接続された他の設備の排気
圧力が変動したときでも、熱処理炉内の圧力を一定に維
持することができ、常に安定した熱処理を行うことので
きる半導体熱処理装置を得ることである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、半導体熱
処理炉の処理ガスを排出する排気管が共通の排気系統に
接続され、排気管に半導体熱処理炉から排出される処理
ガスの圧力を検出する圧力検出部が接続され、この圧力
検出部の出力でこの圧力検出部の下流側に接続された排
気調整弁を制御するコントローラが設けられた半導体熱
処理装置において、排気調整弁に第２の排気調整弁を直
列に接続したことを特徴とする。

【００１３】また、第２の発明は、半導体熱処理炉の処
理ガスを排出する排気管が共通の排気系統に接続され、
排気管に半導体熱処理炉から排出される処理ガスの圧力
を検出する圧力検出部が接続され、この圧力検出部の出
力でこの圧力検出部の下流側に接続された排気調整弁を
制御するコントローラが設けられた半導体熱処理装置に
おいて、排気調整弁に第２の排気調整弁を直列に接続
し、これらの排気調整弁の下流側にダンパを直列に接続
したことを特徴とする。

【００１４】

【作用】第１の発明においては、共通の排気系統の大き
な圧力変動の影響は、第２の排気調整弁でまず緩和さ
れ、微小な圧力変動の影響は、コントローラで制御され
る排気調整弁で対応される。

【００１５】また、第２の発明においては、共通の排気
系統の急峻で短時間の圧力変動はダンパでまず緩和さ
れ、長時間の大きい圧力変動は第２の排気調整弁で緩和
され、さらに、微小な圧力変動は排気調整弁で対応され
る。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の半導体熱処理装置の一実施例
を図面を参照して説明する。但し、図４，図５，図６及
び図７と同一部分には、同符号を付して説明を省く。図
１は、第１の発明の半導体熱処理装置を示す接続図であ
る。

【００１７】図１において、図７と異なるところは、排
気調整弁７の下流側に手動形の排気調整弁８が接続され
ている。このように構成された半導体熱処理装置におい
ては、排気管11Ａに接続された圧力センサ６の検出値が
表示されたコントローラ５の値を見ながら、例えば、圧
力センサ６で検出された排気管11Ａの圧力が所定の値よ
りも高いときには、排気調整弁８を所定の角度よりも開
き、排気管11Ａの圧力が低いときには、所定の角度より
も締める。

【００１８】図２は、このように構成された半導体熱処
理装置において、排気調整弁８の開き角度を一定として
排気調整弁７を全開と全閉にしたときの処理ガスの流量
と排気管11Ａの内部の圧力の関係を示すグラフである。
図２において、曲線Ｌ１は、排気調整弁７を全開にした
ときの処理ガスの流量と排気管11Ａの内部圧力（注；大
気圧との差）を示し、曲線Ｌ２は、排気調整弁８が接続
されていない従来の半導体熱処理装置で排気調整弁７を
全閉にしたときの処理ガスの流量と排出管11Ａの内部圧
力の関係を示し、また、曲線Ｌ３は、本発明において排
気調整弁７を全閉にしたときの処理ガスの流量と排出管
11Ａの内部の圧力の関係を、曲線Ｌ４は従来の半導体熱
処理装置で排気調整弁７を全開にしたときの処理ガスの
流量と排出管11Ａの内部の圧力との関係を示す。なお、
排気調整弁８の開き角度を変えることで、図２の曲線Ｌ
１，Ｌ２及び曲線Ｌ３，Ｌ４は上下にほぼ平行に移動す
る。このように、本発明の半導体熱処理装置において
は、排気調整弁８を接続することで、熱処理炉の内部の
処理ガスの圧力を所定の範囲に変えることができるの
で、多様な熱処理仕様に対応することができる。

【００１９】次に、図３は、第２の発明の半導体熱処理
装置を示す図で、図１と異なるところは、図１の手動形
の排気調整弁８の代りに、アクチエータ付の排気調整弁
18が接続され、この排気調整弁18の下流側には、共通排
気ダクト３との間に排気管11Ｂ１を介してダンパ14が接
続され、コントローラ15と排気調整弁18は、制御線13Ｃ
で接続されている。

【００２０】このように構成された半導体熱処理装置に
おいては、熱処理炉１で処理される半導体ウエーハ２を
図示しないボートに載置して反応管９の内部に挿入する
ときには、排気調整弁17は閉の状態とし、反応管２の内
部には、まず、処理ガスの代りに、例えば、窒素ガスな
どのパージガスが供給される。そして、半導体ウエーハ
２が反応管９の内部に挿入されて、熱処理炉１の開口部
が密閉される直前に排気調整弁17は開動作を開始し、熱
処理炉１の開口部が密閉された後に、処理ガスは反応管
９の内部に供給され、パージガスは処理ガスに置換され
るとともに、炉体の内周に挿着されたヒータの電源回路
がＯＮして熱処理が開始される。一方、コントローラ15
による排気制御は、上述の熱処理炉１の開口部の密閉動
作とともに開始され、圧力センサ６による排気管11Ａの
内部の圧力のモニタ値がコントローラ15にあらかじめ設
定された設定圧力値に等しくなるように、排気調整弁1
7，18は制御される。

【００２１】また、このように構成された半導体熱処理
装置においては、もし、共通排気ダクト３と排気ファン
の間に接続された他の設備の排気量などの変動に起因す
る共通ダクト３の内部の圧力の変動が、瞬間的で小さい
ときには、ダンパ14で吸収され、もし、小さいが継続す
るときには、排気調整弁18を微小に動作させて排気量を
調整する。また、もし、変動が大きく、且つ、継続する
ときには、排気調整弁17を大きく動作させて対応すると
ともに、排気調整弁18も微小に動作させて微小な圧力変
動にも遅れないように応答させる。

【００２２】したがって、このように構成された半導体
熱処理装置においては、共通ダクト３と排気ファン４と
の間に接続された排気ダクトの圧力変動や隣接炉の排気
管の圧力急変でたとい、共通ダクト３の内部の圧力が変
動しても、それに応じた排気調整弁17，18の開閉とダン
パで熱処理炉１の内部への波及を防ぐことができるの
で、処理ガスの供給圧力のばらつきを減らすことがで
き、供給圧力のばらつきに起因する半導体ウエーハの熱
処理品質のばらつきを防ぐことができる。また、処理ガ
スの排出量を一定とすることができ、熱処理炉から流出
する熱量を一定とすることができるので、炉内の湿度の
ばらつきに起因する半導体ウエーハの品質のばらつきも
防ぐことができる。さらに、熱処理炉１の内部の圧力を
排気圧監視センサで常時モニタし、処理室の内部の圧力
の変動を速やかに検出することができるので、処理室の
内部の圧力の異常な上昇による処理ガスの開口部からの
漏洩を防ぐことができ、処理ガス中に含まれる塩酸、燐
及びボロンなどによる半導体熱処理装置の金属構造物の
腐食や発錆による清浄空気の汚染を防ぐことができる。

【００２３】

【発明の効果】以上、第１の発明によれば、半導体熱処
理炉の処理ガスを排出する排気管が共通の排気系統に接
続され、排気管に半導体熱処理炉から排出される処理ガ
スの圧力を検出する圧力検出部が接続され、この圧力検
出部の出力でこの圧力検出部の下流側に接続された排気
調整弁を制御するコントローラが設けられた半導体熱処
理装置において、排気調整弁に第２の排気調整弁を直列
に接続することで、共通の排気系統の大きな圧力変動
を、まず、第２の排気調整弁で緩和し、微小な圧力変動
に対してはコントローラで制御される排気調整弁で対応
したので、排気管が接続された共通の排気系統の圧力が
変動しても、熱処理炉の内部の圧力を一定に維持するこ
とができ、常に安定した熱処理を行うことのできる半導
体熱処理装置を得ることができる。

【００２４】また、第２の発明によれば、半導体熱処理
炉の処理ガスを排出する排気管が共通の排気系統に接続
され、排気管に半導体熱処理炉から排出される処理ガス
の圧力を検出する圧力検出部が接続され、この圧力検出
部の出力でこの圧力検出部の下流側に接続された排気調
整弁を制御するコントローラが設けられた半導体熱処理
装置において、排気調整弁に第２の排気調整弁を直列に
接続し、これらの排気調整弁の下流側にダンパを直列に
接続することで、共通の排気系統の急峻な圧力変動を、
まず、ダンパで緩和し、長時間の大きい圧力変動を第２
の排気調整弁で緩和し、さらに、微小な圧力変動を排気
調整弁で緩和したので、排気管が接続された共通の排気
系統の圧力が変動しても、熱処理炉の内部の圧力を一定
に維持することができ、常に安定した熱処理を行うこと
のできる半導体熱処理装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の半導体熱処理装置の一実施例を示
す接続図。

【図２】第１の発明の半導体熱処理装置の作用を示すグ
ラフ。

【図３】第２の発明の半導体熱処理装置の一実施例を示
す接続図。

【図４】従来の半導体熱処理装置の接続事例を示す図。

【図５】従来の半導体熱処理装置の一例を示す接続図。

【図６】図５と異なる従来の半導体熱処理装置の一例を
示す接続図。

【図７】図５及び図６と異なる従来の半導体熱処理装置
の一例を示す接続図。

【符号の説明】

１…熱処理炉、２…半導体ウエーハ、３…排気ダクト、
４…排気ファン、５…コントローラ、６…圧力センサ、
７，８…排気調整弁、９…反応管、10Ａ，10Ｂ…供給
管、11Ａ，11Ｂ，11Ｃ２…排気管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡並 洋介 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体熱処理炉の処理ガスを排出する排
   気管が共通の排気系統に接続され、前記排気管に前記半
   導体熱処理炉から排出される前記処理ガスの圧力を検出
   する圧力検出部が接続され、この圧力検出部の出力でこ
   の圧力検出部の下流側に接続された排気調整弁を制御す
   るコントローラが設けられた半導体熱処理装置におい
   て、前記排気調整弁に第２の排気調整弁を直列に接続し
   たことを特徴とする半導体熱処理装置。
2. 【請求項２】 半導体熱処理炉の処理ガスを排出する排
   気管が共通の排気系統に接続され、前記排気管に前記半
   導体熱処理炉から排出される前記処理ガスの圧力を検出
   する圧力検出部が接続され、この圧力検出部の出力でこ
   の圧力検出部の下流側に接続された排気調整弁を制御す
   るコントローラが設けられた半導体熱処理装置におい
   て、前記排気調整弁に第２の排気調整弁を直列に接続
   し、これらの排気調整弁の下流側にダンパを直列に接続
   したことを特徴とする半導体熱処理装置。