JPH0590183A - 広域温度電気炉 - Google Patents
広域温度電気炉Info
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- JPH0590183A JPH0590183A JP20376791A JP20376791A JPH0590183A JP H0590183 A JPH0590183 A JP H0590183A JP 20376791 A JP20376791 A JP 20376791A JP 20376791 A JP20376791 A JP 20376791A JP H0590183 A JPH0590183 A JP H0590183A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高温時においても低温時においても良好な均
熱特性と温度制御特性を有する電気炉用ヒータを提供す
る。 【構成】 縦型の電気炉の炉内空間に石英からなる反応
管６を配置し、反応管の下部から石英のボート７に載置
されたウェハ５を挿入する熱処理用広域温度電気炉にお
いて、円筒状の断熱材２の内壁に沿って上端から下端へ
線径の大きなヒータ３を巻きピッチを広げて螺旋状に形
成し、線径の大きなヒータの巻きピッチの間に線径の小
さなヒータ４をが螺旋状に挿入形成し、炉内の温度を検
出する手段９と、該検出手段の出力に基づいてそれぞれ
のヒータに供給される電気量を制御する大電力用と小電
力用の電力制御手段１１，１２を備え、高温加熱時と低
温加熱時とでそれぞれの電力制御手段を切り換えて、線
径の大きなヒータと線径の小さなヒータとを選択的に使
用するようした。
熱特性と温度制御特性を有する電気炉用ヒータを提供す
る。 【構成】 縦型の電気炉の炉内空間に石英からなる反応
管６を配置し、反応管の下部から石英のボート７に載置
されたウェハ５を挿入する熱処理用広域温度電気炉にお
いて、円筒状の断熱材２の内壁に沿って上端から下端へ
線径の大きなヒータ３を巻きピッチを広げて螺旋状に形
成し、線径の大きなヒータの巻きピッチの間に線径の小
さなヒータ４をが螺旋状に挿入形成し、炉内の温度を検
出する手段９と、該検出手段の出力に基づいてそれぞれ
のヒータに供給される電気量を制御する大電力用と小電
力用の電力制御手段１１，１２を備え、高温加熱時と低
温加熱時とでそれぞれの電力制御手段を切り換えて、線
径の大きなヒータと線径の小さなヒータとを選択的に使
用するようした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】広い温度範囲で良好な温度制御特
性を持った電気炉に関し、ことに、半導体ウェハの熱処
理に用いて最適な熱処理炉用ヒータに関する。
性を持った電気炉に関し、ことに、半導体ウェハの熱処
理に用いて最適な熱処理炉用ヒータに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウェハの熱処理に用いられる熱処
理炉は、当初図４に示されるような横型の熱処理炉３０
が用いられてきた。この炉は、炉芯空間が横方向に延び
た電気炉の炉芯空間３１の中に高純度の石英からなる反
応管６を配置し、この中にウェハ５を載置した石英ボー
ト３３をボートローダ３４によって横から挿入する形式
のものであった。このような形式の熱処理炉は、ウェハ
ローディング時に反応管の一方が開放されるために反応
管内に比べて温度の低い酸素を巻き込んでしまい、ウェ
ハの表面に予定しない酸化皮膜を生成してしまうほか、
反応ガス導入による乱流の発生やウェハの大口径化にと
もない対流によって生じる炉の上下の温度差によってウ
ェハの表面に均一な薄膜を形成することが困難となり、
また、ウエハローディング時に反応管とボートの接触に
よってパーティクルを発生するなどのさまざまな問題を
持っていた。
理炉は、当初図４に示されるような横型の熱処理炉３０
が用いられてきた。この炉は、炉芯空間が横方向に延び
た電気炉の炉芯空間３１の中に高純度の石英からなる反
応管６を配置し、この中にウェハ５を載置した石英ボー
ト３３をボートローダ３４によって横から挿入する形式
のものであった。このような形式の熱処理炉は、ウェハ
ローディング時に反応管の一方が開放されるために反応
管内に比べて温度の低い酸素を巻き込んでしまい、ウェ
ハの表面に予定しない酸化皮膜を生成してしまうほか、
反応ガス導入による乱流の発生やウェハの大口径化にと
もない対流によって生じる炉の上下の温度差によってウ
ェハの表面に均一な薄膜を形成することが困難となり、
また、ウエハローディング時に反応管とボートの接触に
よってパーティクルを発生するなどのさまざまな問題を
持っていた。
【０００３】近時、半導体の集積度の高密度化にともな
い大きな径のウェハが用いられるようになり、このよう
な問題がある横型の熱処理炉に換えて炉内の上下の温度
を制御しやすい縦型の熱処理炉が用いられるようになっ
た。この熱処理炉は、図５に示すように、炉芯空間が縦
方向に延びた電気炉の炉芯空間３１の中に高純度の石英
からなる反応管６を配置し、この中にウェハ５を載置し
た石英ボート３３をボートローダ３４によって下部から
挿入する形式のものである。
い大きな径のウェハが用いられるようになり、このよう
な問題がある横型の熱処理炉に換えて炉内の上下の温度
を制御しやすい縦型の熱処理炉が用いられるようになっ
た。この熱処理炉は、図５に示すように、炉芯空間が縦
方向に延びた電気炉の炉芯空間３１の中に高純度の石英
からなる反応管６を配置し、この中にウェハ５を載置し
た石英ボート３３をボートローダ３４によって下部から
挿入する形式のものである。
【０００４】このような縦型の電気炉は、横型の電気炉
に比べて、ウェハローディング時の反応管内への酸素の
巻き込みや乱流発生の抑制ができるのでウェハローディ
ング時の予定しない酸化膜形成が減少できるとともに、
炉内断面の均熱性が優れ、ボートを回転させることがで
きるので低圧化学的気相成長法（ＬＰＣＶＤ）による膜
形成時のガスフローを均一にでき、ウェハに加えられる
ストレスの発生を低下することができるものである。さ
らに、この縦型の電気炉は、ウェハローディング時に反
応管と接触する部分がなくなるのでパーティクルの発生
をなくすことができるとともに、均熱部分の占める割合
を大きく取ることができるので、製造効率を向上できる
という効果を有する。
に比べて、ウェハローディング時の反応管内への酸素の
巻き込みや乱流発生の抑制ができるのでウェハローディ
ング時の予定しない酸化膜形成が減少できるとともに、
炉内断面の均熱性が優れ、ボートを回転させることがで
きるので低圧化学的気相成長法（ＬＰＣＶＤ）による膜
形成時のガスフローを均一にでき、ウェハに加えられる
ストレスの発生を低下することができるものである。さ
らに、この縦型の電気炉は、ウェハローディング時に反
応管と接触する部分がなくなるのでパーティクルの発生
をなくすことができるとともに、均熱部分の占める割合
を大きく取ることができるので、製造効率を向上できる
という効果を有する。
【０００５】このような熱処理炉で例えば２００枚のウ
ェハを熱処理するときには、ウェハローディング時には
炉内の温度を２５０℃程度の低温に保っておき、ウェハ
ローディング後に炉内の温度を６００℃に上昇させてポ
リシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）の成膜処理を行なってい
る。
ェハを熱処理するときには、ウェハローディング時には
炉内の温度を２５０℃程度の低温に保っておき、ウェハ
ローディング後に炉内の温度を６００℃に上昇させてポ
リシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）の成膜処理を行なってい
る。
【０００６】そして、このような縦型の熱処理炉におい
ても、ウェハローディング時に炉内の温度を２５０℃程
度の低温に均一に維持してローディング時に巻き込まれ
る微量の酸素により生成される酸化皮膜の厚みを一定に
して、その影響を制御しやすくすることが必要である。
ても、ウェハローディング時に炉内の温度を２５０℃程
度の低温に均一に維持してローディング時に巻き込まれ
る微量の酸素により生成される酸化皮膜の厚みを一定に
して、その影響を制御しやすくすることが必要である。
【０００７】一般に、熱処理に使用される程度の高温で
使用できるような直径の大きなヒータの温度制御特性
は、温度が高いほど短時間で所望の温度範囲に制御する
ことができ、温度が低くなると所定の温度範囲に制御す
るまでに長い時間を要する特性を有するものであり、例
えば６００℃程度の高温で±１℃以内の制御特性が得ら
れるヒータでも、２５０℃前後では熱時定数が大きくな
って±１０℃以内の制御特性を得ること困難となり、温
度を安定に保持できない問題があった。また、直径を細
くした２５０℃付近の応答特性の良いヒータは、熱処理
を行う程度の高温ではヒータに過大な電力を供給するた
め断線してしまい使用しえないものであった。このた
め、ウェハローディング時に電気炉の温度を高温用のヒ
ータのみで一定の温度例えば２５０℃に押さえてようと
しても結果的には±１０℃以上の温度のバラツキを生じ
てしまい、ウェハローディング時に巻き込まれる微小の
酸素の存在によってウェハ表面に制御されない酸化皮膜
が形成され、その厚みにバラツキが生じるので、以後の
半導体素子製造工程での一連の処理に不都合を生じるな
どの問題を有し、単一のヒータのみでは熱処理に適した
広い温度範囲で制御特性の良いヒータを得られないもの
であった。
使用できるような直径の大きなヒータの温度制御特性
は、温度が高いほど短時間で所望の温度範囲に制御する
ことができ、温度が低くなると所定の温度範囲に制御す
るまでに長い時間を要する特性を有するものであり、例
えば６００℃程度の高温で±１℃以内の制御特性が得ら
れるヒータでも、２５０℃前後では熱時定数が大きくな
って±１０℃以内の制御特性を得ること困難となり、温
度を安定に保持できない問題があった。また、直径を細
くした２５０℃付近の応答特性の良いヒータは、熱処理
を行う程度の高温ではヒータに過大な電力を供給するた
め断線してしまい使用しえないものであった。このた
め、ウェハローディング時に電気炉の温度を高温用のヒ
ータのみで一定の温度例えば２５０℃に押さえてようと
しても結果的には±１０℃以上の温度のバラツキを生じ
てしまい、ウェハローディング時に巻き込まれる微小の
酸素の存在によってウェハ表面に制御されない酸化皮膜
が形成され、その厚みにバラツキが生じるので、以後の
半導体素子製造工程での一連の処理に不都合を生じるな
どの問題を有し、単一のヒータのみでは熱処理に適した
広い温度範囲で制御特性の良いヒータを得られないもの
であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の従来の電気炉の持つ欠点を除き、高温時においても低
温時においても良好な均熱特性と温度制御特性を有する
電気炉用ヒータを提供することである。
の従来の電気炉の持つ欠点を除き、高温時においても低
温時においても良好な均熱特性と温度制御特性を有する
電気炉用ヒータを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、電気炉のヒー
タを、高温環境に耐え得るが熱容量が大きく低温時の温
度制御特性の劣る太線のヒータと、高温環境下では使用
できないが熱容量が小さく低温時の温度制御応答性のよ
い細線ヒータとを交互に配列して構成したもので、使用
温度に応じてそれぞれのヒータを切り換えて使用するよ
うに構成した。
タを、高温環境に耐え得るが熱容量が大きく低温時の温
度制御特性の劣る太線のヒータと、高温環境下では使用
できないが熱容量が小さく低温時の温度制御応答性のよ
い細線ヒータとを交互に配列して構成したもので、使用
温度に応じてそれぞれのヒータを切り換えて使用するよ
うに構成した。
【００１０】
【作用】本発明は、ウェハローディング時には、熱容量
が小さい細線ヒータを使用して加熱温度を制御するよう
にし、高温加熱時には熱容量の大きな太線ヒータを使用
して高温時も低温時にも制御応答性の良い温度制御を行
うものである。
が小さい細線ヒータを使用して加熱温度を制御するよう
にし、高温加熱時には熱容量の大きな太線ヒータを使用
して高温時も低温時にも制御応答性の良い温度制御を行
うものである。
【００１１】
【実施例】以下、本発明を説明する。図１は、本発明の
電気炉の全体構造を示す断面図である。
電気炉の全体構造を示す断面図である。
【００１２】電気炉１は、断熱材２に囲まれたカンタル
線と呼ばれるヒータ素線３，４と、ヒータ素線３，４が
作る空間内に位置され、ウェハ５が挿入される石英ガラ
スまたは炭化珪素などからなる反応管６とからなってい
る。反応管６の内部には、ウェハ５が載置され外部から
の駆動手段によって回転するウェハホルダ７が挿入され
ている。ローディングされたウェハは反応ガス供給管８
から供給される反応ガスによって酸化やドーピングなど
所定の熱処理が行われる。炉内の温度は炉の上部、中間
部、底部ローディング口付近などに設けられた熱電対９
によって検出され、測定手段１０から電力制御手段１
１，１２のそれぞれに検出信号として送られる。制御手
段は高温用の電力制御手段１１と低温用の電力制御手段
１２とからなっており、炉内の各部分の温度検出信号に
よってそれぞれの個所に配置されたヒータへの供給電力
を炉内の反応空間が均熱になるように制御するものであ
る。電気炉のヒータを構成する電熱線は、大電力用のヒ
ータでは、直径８ｍｍから１０ｍｍの線材を炉の周壁に
沿って捲回したカンタル線が用いられ、小電力用のヒー
タでは、例えば直径３ｍｍ以下の線材からなるカンタル
線が用いられている。大電力用のヒータと小電力用のヒ
ータとは、炉の内壁面に交互に配置され螺旋状に捲回さ
れている。
線と呼ばれるヒータ素線３，４と、ヒータ素線３，４が
作る空間内に位置され、ウェハ５が挿入される石英ガラ
スまたは炭化珪素などからなる反応管６とからなってい
る。反応管６の内部には、ウェハ５が載置され外部から
の駆動手段によって回転するウェハホルダ７が挿入され
ている。ローディングされたウェハは反応ガス供給管８
から供給される反応ガスによって酸化やドーピングなど
所定の熱処理が行われる。炉内の温度は炉の上部、中間
部、底部ローディング口付近などに設けられた熱電対９
によって検出され、測定手段１０から電力制御手段１
１，１２のそれぞれに検出信号として送られる。制御手
段は高温用の電力制御手段１１と低温用の電力制御手段
１２とからなっており、炉内の各部分の温度検出信号に
よってそれぞれの個所に配置されたヒータへの供給電力
を炉内の反応空間が均熱になるように制御するものであ
る。電気炉のヒータを構成する電熱線は、大電力用のヒ
ータでは、直径８ｍｍから１０ｍｍの線材を炉の周壁に
沿って捲回したカンタル線が用いられ、小電力用のヒー
タでは、例えば直径３ｍｍ以下の線材からなるカンタル
線が用いられている。大電力用のヒータと小電力用のヒ
ータとは、炉の内壁面に交互に配置され螺旋状に捲回さ
れている。
【００１３】図２は、この状態を示すもので大容量のヒ
ータ３と小容量のヒータ４とが交互に配置されて熱絶縁
材料で囲まれた炉空間内の全長にわたってその壁面に沿
って螺旋状に設けられている。図３は、小容量ヒータの
形状の変形例を示すもので、小容量ヒータ４の素線は小
径のコイル状に形成されたものが熱絶縁材料の円筒の内
壁に沿って螺旋状に捲回されるものである。
ータ３と小容量のヒータ４とが交互に配置されて熱絶縁
材料で囲まれた炉空間内の全長にわたってその壁面に沿
って螺旋状に設けられている。図３は、小容量ヒータの
形状の変形例を示すもので、小容量ヒータ４の素線は小
径のコイル状に形成されたものが熱絶縁材料の円筒の内
壁に沿って螺旋状に捲回されるものである。
【００１４】炉内の各点の温度は、熱電対９によって検
出され、温度測定手段１０に送りこまれる。温度測定手
段１０は、炉が低温状態にあるか高温状態にあるかによ
って電力制御装置１１または１２を選択して炉内温度信
号を送り出す。炉にウェハをローディングするときに
は、温度測定手段１０は低温用電力制御装置１２に電力
を供給し、小電力用ヒータ４を制御して応答性の良い状
態で炉内の温度を均一に且つ一定の温度に保つ。また、
ウェハをローディングした後炉内の温度を上昇させると
きには、温度測定手段１０は大電力用電力制御手段１１
に温度信号を送りだし、高温時に良好な応答特性で炉内
の温度を制御する。
出され、温度測定手段１０に送りこまれる。温度測定手
段１０は、炉が低温状態にあるか高温状態にあるかによ
って電力制御装置１１または１２を選択して炉内温度信
号を送り出す。炉にウェハをローディングするときに
は、温度測定手段１０は低温用電力制御装置１２に電力
を供給し、小電力用ヒータ４を制御して応答性の良い状
態で炉内の温度を均一に且つ一定の温度に保つ。また、
ウェハをローディングした後炉内の温度を上昇させると
きには、温度測定手段１０は大電力用電力制御手段１１
に温度信号を送りだし、高温時に良好な応答特性で炉内
の温度を制御する。
【００１５】
【発明の効果】本発明によれば、熱処理炉を縦型の電気
炉としたことにより、従来の縦型電気炉を用いたことに
よる効果をそのまま奏するとともに、ヒータを高温用と
低温用に分けて断熱材の内壁に交互に螺旋状に巻くとと
もに、使用温度によってヒータを選択的に使用するよう
にしたので、高温時にも低温時にも炉内の温度を均一に
保つことができるとともに、高温時の温度制御を正確に
行うばかりでなくウェハをローディングするときの低温
の温度制御も正確に行うことができ、ローディング時の
制御されない酸化皮膜の生成を防ぐことができ、簡単な
構成で製品の歩留まりを大幅に向上することができるも
のである。
炉としたことにより、従来の縦型電気炉を用いたことに
よる効果をそのまま奏するとともに、ヒータを高温用と
低温用に分けて断熱材の内壁に交互に螺旋状に巻くとと
もに、使用温度によってヒータを選択的に使用するよう
にしたので、高温時にも低温時にも炉内の温度を均一に
保つことができるとともに、高温時の温度制御を正確に
行うばかりでなくウェハをローディングするときの低温
の温度制御も正確に行うことができ、ローディング時の
制御されない酸化皮膜の生成を防ぐことができ、簡単な
構成で製品の歩留まりを大幅に向上することができるも
のである。
【図１】本発明に係る電気炉の縦断面図。
【図２】本発明に係る電気炉のヒータの配置を示す図。
【図３】本発明に係る電気炉のヒータの配置の他の実施
例を示す図。
例を示す図。
【図４】従来の横型の電気炉の概念図。
【図５】従来の縦型の電気炉の概念図。
１ 電気炉 ２ 断熱材 ３ 太線ヒータ ４ 細線ヒータ ５ ウェハ ６ 反応管 ７ ウェハホルダ ８ 反応ガス供給管 ９ 熱電対 １０ 温度測定手段 １１，１２ 電力制御手段
【手続補正書】
【提出日】平成４年１０月２６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１５】
【発明の効果】本発明によれば、熱処理炉を縦型の電気
炉としたことにより、従来の縦型電気炉を用いたことに
よる効果をそのまま奏するとともに、ヒータを高温用と
低温用に分けて断熱材の内壁に交互に螺旋状に巻くとと
もに、使用温度によってヒータを選択的に使用するよう
にしたので、高温時にも低温時にも炉内の温度を均一に
保つことができるとともに、高温時の温度制御を正確に
行うばかりでなくウェハをローディングするときの低温
の温度制御も正確に行うことができ、ローディング時の
制御されない酸化皮膜の生成を防ぐことができ、簡単な
構成で製品の歩留まりを大幅に向上することができるも
のである。
炉としたことにより、従来の縦型電気炉を用いたことに
よる効果をそのまま奏するとともに、ヒータを高温用と
低温用に分けて断熱材の内壁に交互に螺旋状に巻くとと
もに、使用温度によってヒータを選択的に使用するよう
にしたので、高温時にも低温時にも炉内の温度を均一に
保つことができるとともに、高温時の温度制御を正確に
行うばかりでなくウェハをローディングするときの低温
の温度制御も正確に行うことができ、ローディング時の
制御されない酸化皮膜の生成を防ぐことができ、簡単な
構成で製品の歩留まりを大幅に向上することができるも
のである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電気炉の縦断面図。
【図２】本発明に係る電気炉のヒータの配置を示す図。
【図３】本発明に係る電気炉のヒータの配置の他の実施
例を示す図。
例を示す図。
【図４】従来の横型の電気炉の概念図。
【図５】従来の縦型の電気炉の概念図。
【符号の説明】 １ 電気炉 ２ 断熱材 ３ 太線ヒータ ４ 細線ヒータ ５ ウェハ ６ 反応管 ７ ウェハホルダ ８ 反応ガス供給管 ９ 熱電対 １０ 温度測定手段 １１，１２ 電力制御手段
Claims (2)
- 【請求項１】 縦型の電気炉の炉内空間に石英からなる
反応管が配置され、反応管の下部から石英のボートに載
置されたウェハが挿入されるよう構成された熱処理用電
気炉において、電気炉は円筒状の断熱材の内壁に沿って
上端から下端へ線径の大きなヒータが巻きピッチを広げ
て螺旋状に形成されるとともに線径の大きなヒータの巻
きピッチの間に線径の小さなヒータが螺旋状に挿入され
て形成され、炉内の温度を検出する手段と、該検出手段
の出力に基づいてそれぞれのヒータに供給される電気量
を制御する大電力用と小電力用の電力制御手段を備え、
高温加熱時と低温加熱時とで大電力用の電力制御手段と
小電力用の電力制御手段を切り換える様にし、線径の大
きなヒータと線径の小さなヒータとを選択的に使用する
ように構成したことを特徴とする広域温度電気炉。 - 【請求項２】 螺旋状に配置される線径の小さなヒータ
がコイル状に巻かれて２重螺旋状となっていることを特
徴とする広域温度電気炉。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20376791A JPH0590183A (ja) | 1991-07-19 | 1991-07-19 | 広域温度電気炉 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20376791A JPH0590183A (ja) | 1991-07-19 | 1991-07-19 | 広域温度電気炉 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0590183A true JPH0590183A (ja) | 1993-04-09 |
Family
ID=16479483
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20376791A Pending JPH0590183A (ja) | 1991-07-19 | 1991-07-19 | 広域温度電気炉 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0590183A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010235376A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Jx Nippon Oil & Energy Corp | 脱硫装置及び燃料電池システム |
-
1991
- 1991-07-19 JP JP20376791A patent/JPH0590183A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010235376A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Jx Nippon Oil & Energy Corp | 脱硫装置及び燃料電池システム |
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