JPH0519950Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、冷却流体を流して反応管の急速な
冷却を可能とした半導体熱処理装置に関する。

〔従来技術〕

半導体基板たとえばシリコンウエーハ（以下、
ウエーハという）は、ウエーハボートに積載され
て半導体熱処理装置の反応管内に搬入される。そ
して、たとえば、反応管の内部温度をほぼ1200℃
にし、反応管内のウエーハをほぼ1200℃に加熱し
て、拡散酸化等の、熱処理が施されている。熱処
理後、ウエーハを積載したウエーハボートが反応
管から搬出され、ウエーハは次工程に送られる。
ほぼ1200℃という高温に加熱されたウエーハが、
もし、高温のまま反応炉から搬出されて外気に触
れると、温度雰囲気の急激な変化によつて、ウエ
ーハに熱変形や内部歪が生じる。そのため、反応
管を冷却し、反応管の内部温度を800℃程度に降
下させて、ウエーハを冷却した後、ウエーハは反
応管から搬出されている。

半導体熱処理装置は、反応管の回りに配設され
たヒータ、たとえば、ヒートコイルによつて反応
管を加熱して、反応管内のウエーハを間接的に加
熱している。そして、ヒートコイル、炉体カバー
間に、断熱材が配設されている。この断熱材は、
反応管を効率よく加熱する観点から有効である反
面、反応管からの放熱の障害となり自然冷却を妨
げて反応管の迅速な冷却を困難とする。そのた
め、反応管の冷却に長時間を要して、大きな時間
的損失を招き、半導体熱処理装置の稼働率を低い
ものとしている。

冷却時間を短縮して急速冷却を行なうために、
所定の熱処理終了後、反応管、ヒートコイル間の
隙間に冷却流体を流して反応管を強制的に冷却す
る構成が提案されている。冷却流体として、常温
の空気が一般に使用されるが、窒素ガスや、ヘリ
ウム、ネオン、アルゴン等のような不活性ガスを
使用することもある。ここで、軸線方向にのびた
冷却流体用パイプが、反応管、ヒートコイルの間
の隙間に配設され、パイプの先端を開口させて、
流出口としている。そして、冷却流体は、反応
管、ヒートコイル間の隙間に先端の流出口から流
出し、反応管、ヒートコイルから熱を奪いなが
ら、その隙間内を流れ、排出口から外部に放出さ
れる。そのため、この強制冷却によれば、反応管
の急速冷却が可能となり、冷却時間が短縮され
て、半導体熱処理装置の稼働率が改善される。

もし、冷却中での反応管の温度分布が軸線方向
に一定でないと、物理的に同一な特性を持つウエ
ーハが得られない。そのため、通常、軸線方向に
のびた冷却流体用パイプの長さを変え、前端の開
口、つまり、冷却流体の流出口が螺旋階段状に位
置するように、冷却流体用パイプが配設されてい
る。このような構成では、流出口の位置、流体の
流量を調製することによつて、軸線方向における
温度分布を均一に維持したまま、反応管が冷却さ
れる。

〔従来技術の問題点〕

しかしながら、冷却流体用パイプの配設された
ヒートコイル、反応管間の隙間は、反応管の内部
温度をほぼ1200℃とするために、ヒートコイルへ
の通電によつて1300〜1350℃に高温化される。そ
のため、耐熱性、絶縁性にすぐれ、ヒートシヨツ
クにも強い材質から冷却流体用パイプを成形する
必要があり、一般に、冷却流体用パイプは、アル
ミナセラミツク、コージライト等から成形されて
いる。しかし、1300〜1350℃に加熱された冷却流
体用パイプ内に常温の空気を流して、反応管、ヒ
ータ間の隙間を800℃程度に冷却している。その
ため、冷却流体用パイプは1300〜1350℃への加熱
と常温空気による冷却を繰返し受け、耐熱性、ヒ
ートシヨツクの点から十分でなく、長期間使用す
ると、冷却流体用パイプの変形、割れが生じ、冷
却流体用パイプの耐久性が問題となつている。

また、厳密に物理的に同一な特性を持つウエー
ハを得るには、円周方向にも反応管を均一に冷却
する必要がある。しかしながら、冷却流体の流出
口を螺旋階段状に配置した公知の構成では、反応
管を円周方向に均一に冷却できない。

更に、冷却流体用パイプは、ヒートコイル、反
応管から離反してそれらの間に配設される。その
ため、冷却流体用パイプの装着にテクニツクを必
要とし、容易に行なえない。また、冷却流体用パ
イプの確実な固定が難しく、冷却流体用パイプ
は、構造上、もろく、破損しやすい。

冷却流体用パイプの据付けスペースを確保する
ために、ヒートコイル、反応管間の隙間が大きく
なる傾向にある。そして、ヒートコイル、反応管
間の隙間が大きいと、ヒートコイルに通電し、加
熱したとき、この隙間で対流が生じやすく、安定
した温度雰囲気が得られない。

また、従来の構成では、冷却流体用パイプの開
口に近い部分で反応管は十分に冷却され、離れる
につれて、冷却が不十分となり、円周方向で反応
管を均一に冷却することが難しい。

〔考案の目的〕

この考案は、上記のような公知の構成における
欠点を除去した半導体熱処理装置、特に、軸線方
向だけでなく円周方向でも均一に冷却しながら、
急速な冷却を可能とする半導体熱処理装置の提供
を目的としている。

〔考案の概略〕

この目的を達成するため、この考案によれば、
冷却流体用流路は断熱材内に設けられ、冷却流体
の流出口が軸線方向の異なる位置でヒータサイド
に開口されている。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながらこの考案の実施例に
ついて詳細に説明する。

第１図に示すように、この考案に係る半導体熱
処理装置１０は、熱処理されるべきシリコンウエ
ーハような半導体基板（図示しない）の収納され
る反応管１２を具備し、反応管は炉体カバー１４
内に垂直に配設されている。そして、反応管１２
の下端に設けられた反応ガス導入部１５から、反
応ガスが反応管の内部に導入される。反応管１２
を加熱するために、ヒータ、たとえば、ヒートコ
イル１６が反応管の周囲に配設されている。反応
管１２は、一般に、中央部が両端部に比較して加
熱されやすい。そのため、軸線方向で反応管１２
を均一に加熱するように、ヒートコイル１６は、
複数、たとえば、上中下の３個のセクシヨンに分
割され、それぞれのセクシヨンに供給される電流
値を制御して、ヒートコイルの加熱温度が調製さ
れている。更に、断熱材１８がヒートコイル１
６、炉体カバー１４間に配設されている。

この考案によれば、軸線方向にのびた複数本の
冷却流体用流路２２が断熱材１８内に設けられて
いる。そして、実施例では、断熱材１８は成形品
１９を組合せて成形され、成形品は、フアイバー
をプレス成形し、1400〜1800℃の高温に加熱し、
焼結して作られている。成形品１９の成形を容易
に行なうために、成形品を円周方向、軸線方向に
それぞれ分割して成形することが好ましく、実施
例では、第２図からよくわかるように、円周方
向、軸線方向にそれぞれに４分割されている。そ
して、16個の同一形状の成形品１９の継目に耐熱
性接着剤を塗布し、各成形品を円周方向に４個、
軸線方向に４個ずつ接着、連結して、円筒形の断
熱材１８が形成されている。各成形品１９は矩形
の凹み２４を内壁に複数個持ち（第２図、第３図
参照）、ヒートコイル１６を支持するブラケツト
（図示しない）がこの凹みに取付けられる。

冷却流体用流路２２は断熱材１８内にパイプを
埋設して構成してもよい。しかし、実施例のよう
に、断熱材１８を成形品１９から作り、軸線方向
にのびた空洞２６を成形品に設け、この空洞から
冷却流体用流路２２を設けることが好ましい。第
３図に示すように、実施例では空洞２６の断面形
状を円形としているが、円形以外の断面としても
よい。

そして、空洞２６よりなる冷却流体用流路２２
は、流出口が軸線方向の異なる位置でヒータサイ
ド、つまり、半径方向内方に開口した流出口２３
を備えている。冷却流体の流出口２３は、第３
図、第４図に示すように、軸線と直交せず、軸線
に対して傾斜してのびるとともに、成形品の内壁
１９ａに対して傾斜して開口されている。このよ
うな形状では、冷却流体は渦流化されて流出口２
３から流出される。第１図、第４図に矢視するよ
うに、実施例では、冷却流体は、反応ガスと同様
に、下方から上方に流される。そして、流路２２
を流れる冷却流体は、流出口２３から、反応管１
２、ヒートコイル１６間の隙間２８に流出し、断
熱材１８の上端で側方に開口する排気口（図示し
ない）を介して、外部に排出される。

同一の成形品１９を組合わせて断熱材１８を形
成できるように、空洞２６は成形品１９を軸線方
向に貫通して形成されている。そして、軸線方向
の異なる位置に開口する流路の流出口２３の位置
に応じて、プラグ３０を、たとえば、成形品１９
の上端で空洞２６に取付けて、流路の有効長さを
限定することが好ましい。流路の流出口２３は、
たとえば、螺旋階段状に配置される。そのため、
第２図において、８個の空洞２６を反時計方向に
２６ａ〜２６ｄ，２６ａ〜２６ｄとすれば、空洞
２６ａは最下段の成形品１９の上端で、空洞２６
ｂは下から２段目の成形品の上端で、空洞２６Ｃ
は上から２段目の成形品の上端で、空洞２６ｄは
最上段の成形品の上端で、プラグ３０によつて、
それぞれ閉塞されている。なお、各成形品１９に
おいて、流出口２３は、第３図に示すように、た
とえば、隣接する流路の流出口と異なる位置で３
個ずつ設けられる。無論、図示の流出口２３の
数、配列等は一例であり、これに限定されない。

上記のように、この考案によれば、冷却流体用
流路２２が断熱材１８内に設けられているため、
従来のようなパイプの変形、割れを考慮する必要
がない。また、流路の流出口２３が軸線方向の異
なる位置でヒートサイドに開口されているため、
軸線方向において、反応管１２を均一に冷却でき
る。

そして、焼結した成形品１９から断熱材１８を
形成すれば、成形品に設けた空洞２６から冷却流
体用流路２２を構成できる。そのため、冷却流体
用パイプが不要となり、半導体熱処理装置１０の
構成が簡単化されるとともに、パイプの取付け作
業が省略され、半導体熱処理装置の組立てが容易
に行なえる。

また、冷却流体用流路２２は断熱材１８の厚さ
を増加させることなく断熱材内に形成できる。そ
して、冷却流体用パイプを反応管１２、ヒートコ
イル１６間の隙間２８に配設しないため、隙間２
８は小さくなり、内径の小さな軽量のヒートコイ
ル１６が使用できる。そのため、半導体熱処理装
置１０が小型、軽量化される。

更に、隙間２８が小さくなるため、対流の発生
が抑制され、安定した温度雰囲気が確保される。

流出口２３が軸線に対して傾斜してのびるとと
もに、断熱材の内壁１９ａに対して傾斜して開口
した実施例の構成では、冷却流体は反応管１２に
対して直角に流出されず、反応管の接線方向に渦
流化されて噴出される。そして、冷却流体は、反
応管１２に激突せず、反応管に沿つて流れ、反応
管に斜め方向からゆるやかに接触するにすぎな
い。つまり、ほぼ常温の冷却流体が1300〜1350℃
の反応管１２に激突することなく、渦流化されて
ゆるやかに接触して流れる。そのため、円周方向
にも均一に冷却されるとともに、急激な温度変化
を生じることなく冷却され、急激な温度変化に起
因する反応管の破損が阻止される。

また、フアイバーをプレス成形し、たとえば、
1400〜1800℃の高温に加熱し、焼結した成形品１
９から断熱材１８を形成した実施例の構成では、
成形品の膨張、収縮の発生が抑制される。そのた
め、このような成形品１９からなる断熱材１８に
おいて、隙間の発生が防止され、断熱材の隙間を
介した熱や冷却流体の漏出が阻止されるため、安
定した温度雰囲気が確保される。

一般に、反応管１２は、微細な孔を持つ石英ガ
ラスより形成されている。そして、反応管の側面
にコーテイング加工を施したり、側壁を厚くする
等の処置をしないと、冷却流体に含まれるナトリ
ウムイオン等の不純物が反応管１２の側壁に浸透
して、反応管内に流入する虞れがある。そのた
め、高い純度の冷却流体を供給する必要がある。
しかし、第１図に一点鎖線で示すように、たとえ
ば、SiCから成る均熱管３４をヒートコイル１６
と反応管１２との間に配設すれば、熱伝導が均一
化されるとともに、均熱管が不純物バリヤー（障
壁）として機能し、高い純度の冷却流体を供給す
る必要がなくなる。

たとえば、冷却流体用流路２２に供給される冷
却流体の流量は、流路に連結されたパイプ３６
（第１図参照）に設けられた流量制御弁（図示し
ない）を、パルスモータ（図示しない）によつて
自動的に絞つて制御される。ここで、パルスモー
タの動作を、ヒートコイル１６の電流値に関連し
て制御することが好ましい。

この考案は、拡散炉に限定されず、CVD処理
など種々の熱処理のための半導体熱処理装置に応
用できる。また、実施例では、反応管は垂直に配
設されているが、反応管が水平に位置する半導体
熱処理装置に応用してもよい。

上述した実施例は、この考案を説明するための
ものであり、この考案を何等限定するものでな
く、この考案の技術範囲内で変形、改造等の施さ
れたものも全てこの考案に包含されることはいう
までもない。

〔考案の効果〕

上記のようにこの考案によれば、冷却流体用流
路は、高温化される反応管、ヒータ間の隙間でな
く、断熱材内に位置しているため、高温化され
ず、変形、割れが防止され、構造上、破損しにく
い。特に、成形品から断熱材を形成すれば、断熱
材に設けた空洞から冷却流体用流路が構成でき、
パイプが不要となる。そのため、半導体熱処理装
置の構成が簡単化でき、かつ、パイプの取付け作
業が省略されるため、半導体熱処理装置の組立て
が容易に行なえる。

また、冷却流体の流出口が軸線方向の異なる位
置でヒータサイドに開口しているため、軸線方向
での反応管の均一冷却が確保される。

更に、反応管、ヒータ間の隙間が小さくなり、
内径の小さな軽量のヒータが採用できるため、半
導体熱処理装置が小型、軽量化される。また、反
応管、ヒータ間の隙間が小さくなるため、軸線方
向の対流がこの隙間に生じにくくなり、安定した
温度雰囲気が確保される。

そして、流出口が冷却流体の流出口が断熱材の
軸線に対して傾斜してのびるとともに、断熱材の
内壁に対して傾斜して開口されている。このよう
に三次元的に傾斜して開口しているため、冷却流
体は、反応管に激突することもなく、接線方向に
渦流化されて反応管に沿つて流れ、反応管に斜め
方向から緩やかに接触し、反応管は円周方向にも
均一に冷却されるとともに、急激な温度変化を生
じることなく冷却される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この考案に係る半導体熱処理装置の
縦断面図、第２図は、断熱材の概略斜視図、第３
図、第４図は、断熱材用成形品の平面図、正面図
である。 １０……半導体熱処理装置、１２……反応管、
１４……炉体カバー、１６……ヒートコイル、１
８……断熱材、１９……断熱材用成形品、１９ａ
……成形品の内壁、２２……冷却流体用流路、２
３……冷却流体用流路の流出口、２６……成形品
の空洞、２８……反応管、ヒートコイル間の隙
間、３０……空洞閉塞用プラグ、３４……均熱
管。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 反応管を加熱するヒータの熱が外部に漏出す
   るのを防止するために、断熱材を炉体カバーと
   ヒータとの間に配設した半導体熱処理装置にお
   いて、 断熱材の軸線方向にのびた複数本の冷却流体
   用流路が断熱材内に設けられ、 冷却流体の流出口が、断熱材の軸線に対して
   傾斜してのびるとともに、断熱材の内壁に対し
   て傾斜して開口されて、軸線方向の異なる位置
   でヒータサイドに設けられていることを特徴と
   する半導体熱処理装置。 (2) 断熱材がフアイバーをプレスし高温で焼成し
   た成形品からなり、冷却流体用流路が成形品に
   設けられた空洞より形成されている請求項１記
   載の半導体熱処理装置。