JPH07135182A

JPH07135182A - 熱処理装置

Info

Publication number: JPH07135182A
Application number: JP16861693A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Terada; 和雄寺田
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; Tokyo Electron Tohoku Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd; Tokyo Electron Tohoku Ltd
Priority date: 1993-06-15
Filing date: 1993-06-15
Publication date: 1995-05-23
Anticipated expiration: 2015-11-20
Also published as: JP3111395B2

Abstract

(57)【要約】【目的】冷却空気を有効に使用して設備の小型化及び
省エネルギ化を図れるようにした熱処理装置を提供す
る。【構成】半導体ウエハＷを収容するプロセスチューブ
１の外方に隙間２をおいてヒータ３を配置する。隙間２
に設けられた供給口７と排気口８に循環管路２０を接続
する。循環管路２０中に冷却空気供給用のファン１５，
１６を介設する。これにより、隙間２内に冷却空気を循
環供給して半導体ウエハＷを所定温度に冷却して、熱処
理することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、熱処理装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体製造工程においては、被処
理体である半導体ウエハ（以下にウエハという）の表面
に薄膜や酸化膜を積層したり、あるいは不純物の拡散等
を行うために、ＣＶＤ装置、酸化膜形成装置、あるいは
拡散装置等が用いられている。そして、この種の装置の
１つとして、複数枚のウエハを垂直方向に配列保持し
て、高温加熱した反応容器等のプロセスチューブ（処理
室）内に収容すると共に、処理室内に導入される反応ガ
スによって処理する縦型の熱処理炉が使用されている。

【０００３】上記縦型熱処理炉は、図４に示すように、
石英ガラス等からなる有底筒状のプロセスチューブ１
と、底部を上面にして直立されたこのプロセスチューブ
１との間に隙間２をおいて包囲すると共に、その内壁面
に加熱手段としてのヒータ３を有する断熱性の炉本体４
と、複数のウエハＷを垂直方向に配列保持する石英製の
ウエハボート５と、このウエハボート５を昇降する昇降
機構６とで主要部が構成されている。この場合、隙間２
には供給口７と排気口８が開設され、プロセスチューブ
１内には反応ガス導入管９が挿入されると共に、排気管
１０が接続されている。また、ウエハボート５は、ウエ
ハＷを多段状に保持する保持部５ａの下に保温筒１１を
介して蓋体１２を設けており、この蓋体１２がプロセス
チューブ１の開口を塞ぐことによってプロセスチューブ
１内が密封されるように構成されている。これにより、
プロセスチューブ１を排気管１０を用いて真空引きし、
更に排気管１０からの排気を行いつつ反応ガス導入管９
から所定の反応ガスをプロセスチューブ１内に供給する
ことができる。

【０００４】上記のように構成される縦型熱処理炉を用
いてウエハＷ表面の不純物拡散処理を行うには、まず、
供給口７及び排気口８のシャッタ１３ａ，１３ｂを閉じ
た状態にして、ウエハボート５を上昇させてウエハＷを
プロセスチューブ１内に収容する。次に、ヒータ３によ
ってプロセスチューブ１内を所定温度に加熱した後、反
応ガス導入管９から反応ガスをプロセスチューブ１内に
供給してウエハＷ表面の不純物拡散処理を行うことがで
きる。

【０００５】ところで、集積回路の高速化、高集積化等
に伴ってウエハＷ表面の拡散深さを浅くする傾向が高ま
っている。浅い拡散深さを制御するためには、被処理体
であるウエハＷを短時間で所定温度以上（例えば１００
０℃）まで上昇させると共に、強制冷却によって所定の
温度勾配すなわち所定温度（例えば５００℃）の保持時
間及び温度降下時間を制御する必要がある。そのため、
従来では、供給口７や排気口８にファン１４を接続させ
て強制的に隙間２内にクリーンルーム内の空気を冷却空
気として導入する方法が考えられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高温度
（１０００℃）に加熱した後に所定の温度（５００℃）
まで急速冷却し、更に室温（約２５℃）まで冷却するに
は、多量の冷却空気を供給口から隙間内に導入した後、
排気口から外部に排出する必要がある。したがって、強
制冷却にクリーンルーム内の清浄化された空気を多量に
消費することになり、その分クリーンルームへ供給され
る空気の清浄能力を高めるために空気清浄設備を大型に
する必要があり、設備の大型化及びコストの高騰化を招
くという問題があった。また、冷却に供されたクリーン
な空気を排気口から単に工場外部へ排出することはエネ
ルギの無駄でもあった。

【０００７】この発明は上記事情に鑑みなされたもの
で、冷却空気を有効に使用して設備の小型化及び省エネ
ルギ化を図れるようにした熱処理装置を提供することを
目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の熱処理装置は、被処理体を収容する処理
室の外方に冷却空気通風用の隙間をおいて加熱手段を配
置する熱処理装置を前提とし、上記隙間に供給口と排気
口を形成すると共に、これら供給口と排気口に循環管路
を接続し、上記循環管路に冷却空気供給手段を介設して
なることを特徴とするものである。

【０００９】この発明において、上記循環管路の排気口
側に排気を冷却する熱交換手段を介設する方が好まし
い。この場合、上記循環管路中に配設される排気温度検
出手段と、この排気温度検出手段からの検出温度に基い
て熱交換手段を制御する温度制御手段とを具備する方が
更に好ましい。

【００１０】また、上記循環管路の途中に開閉手段を介
して冷却空気取入管を接続し、上記循環管路に流量検出
手段を介設すると共に、この流量検出手段からの検出信
号に基いて上記開閉手段を制御する方が好ましい。

【００１１】

【作用】上記のように構成されるこの発明の熱処理装置
によれば、処理室と加熱手段との間の隙間に設けられた
供給口と排気口に循環管路を接続し、この循環管路に冷
却空気供給手段を介設することにより、冷却空気を供給
口から隙間内に導入して被処理体の冷却に使用した後、
循環させて再度供給口から隙間内に導入して被処理体の
冷却に供することができる。したがって、冷却空気を有
効に使用することができ、設備の小型化を図ることがで
きると共に、省エネルギ化を図ることができる。

【００１２】また、循環管路に排気を冷却する熱交換手
段を介設することにより、排気口から排出される高温の
排気を冷却して、供給口から隙間内に供給することがで
きる。したがって、再度使用に供される冷却空気の冷却
効率を向上させることができる。この場合、循環管路中
に排気温度検出手段を配設し、この排気温度検出手段か
らの検出温度信号を受ける温度制御手段により熱交換手
段を制御することにより、排気を所定の温度に冷却して
再度の冷却に使用することができる。

【００１３】また、循環管路の途中に開閉手段を介して
冷却空気取入管を接続し、循環管路に流量検出手段を介
設すると共に、この流量検出手段からの検出信号に基い
て開閉手段を制御することにより、循環管路内を循環す
る冷却空気の量が少なくなったとき、その量を流量検出
手段にて検出して、その検出信号を開閉手段に送ること
ができるので、循環管路内の冷却空気の補充を行うこと
ができる。

【００１４】

【実施例】以下にこの発明の実施例を図面に基いて詳細
に説明する。ここでは、この発明の熱処理装置を半導体
ウエハの縦型高速熱処理炉に適用した場合について説明
する。なお、図４に示した従来の熱処理炉と同じ部分に
は同一符号を付して説明する。

【００１５】図１はこの発明の熱処理装置の一例の縦型
高速熱処理炉の断面図が示されている。

【００１６】上記高速熱処理炉は、石英ガラス等からな
る有底筒状のプロセスチューブ１と、底部を上面にして
直立されたこのプロセスチューブ１との間に隙間２をお
いて包囲すると共に、その内壁面に加熱手段としてのヒ
ータ３を有する断熱性の炉本体４と、複数のウエハＷを
垂直方向に配列保持する石英製のウエハボート５と、こ
のウエハボート５を昇降する昇降機構６とで主要部が構
成されている。そして、上記隙間２に連通する供給口７
と排気口８にそれぞれシャッタ１３ａ，１３ｂを介して
循環管路２０を接続し、この循環管路２０にそれぞれ冷
却空気供給手段である供給ファン１５と排気ファン１６
を介設して、隙間２内に強制的に冷却空気を供給し得る
ように構成されている。なお、冷却空気供給手段は必ず
しも供給ファン１５と排気ファン１６の２つである必要
はなく、いずれか１つのファンであってもよい。

【００１７】この場合、上記循環管路２０の排気ファン
１６の上流側の排気口側には排気を冷却するための熱交
換手段としての熱交換器２１が介設されている。この熱
交換器２１は、循環管路２０に連通する熱交換室２１ａ
内に蛇行状に配設される熱交換管２１ｂを有し、この熱
交換管２１ｂ内を流れる冷媒が温度コントローラ２２に
よって制御されるように構成されており、また、温度コ
ントローラ２２は熱交換器２１の下流側の循環管路２０
中に配設された排気温度検出用の熱電対２３からの検出
温度信号に基いて制御されるように構成されている。

【００１８】また、上記循環管路２０の途中には、開閉
手段である開閉弁２４を介して冷却空気取入管２５が接
続されており、循環管路２０に介設される流量検出器２
６による検出信号に基いて開閉弁２４が制御されるよう
に構成されている。このように構成することにより、循
環管路２０中を流れる排気が所定流量以下になったと
き、流量検出器２６が感知して、その検出信号を開閉弁
２４に送って、開閉弁２４を開放し、外部のクリーンル
ーム３０から冷却用の空気を循環管路２０内に補充する
ことができ、冷却工程の安定化を図ることができる。な
お、循環管路２０の排気ファンの下流側にはフィルタ２
７が介設されて、排気中の不純物や塵埃等を除去し得る
ようになっている。

【００１９】一方、上記プロセスチューブ１と炉本体４
との間に設けられる隙間２に連通する供給口７は、炉本
体４の下部に設けられた環状空間１７の周方向に等間隔
に設けられる複数、例えば８個設けられており、そし
て、これら供給口７には隙間２内に突入するノズル１８
が接続されて、供給ファン１５から供給される冷却空気
が均一に隙間２内に流れるようになっている。

【００２０】また、上記プロセスチューブ１内には反応
ガス導入管９が挿入されており、この反応ガス導入管９
の垂直方向に適宜間隔をおいて設けられたガス導入孔９
ａからプロセスチューブ１内に均一に反応ガスが供給さ
れるように構成されている。また、プロセスチューブ１
内には排気管１０が接続されており、この排気管１０に
接続する図示しない真空ポンプ等の吸引手段によってプ
ロセスチューブ１内が真空引きされると共に、反応ガス
の排気を行えるように構成されている。

【００２１】一方、上記ウエハボート５は、ウエハＷを
多段状に保持する保持部５ａの下に保温筒１１を介して
石英製の蓋体１２を設けており、この蓋体１２がプロセ
スチューブ１の開口を塞ぐことによって蓋体１２に周設
されたＯリング１２ａによってプロセスチューブ１内が
密封されるように構成されている。したがって、プロセ
スチューブ１内を排気管１０を用いて真空引きし、更に
排気管１０からの排気を行いつつ反応ガス導入管９から
所定の反応ガスをプロセスチューブ１内に供給すること
ができる。

【００２２】次に、高速熱処理炉の動作態様について説
明する。まず、供給口７及び排気口８のシャッタ１３
ａ，１３ｂを閉じて供給口７と排気口８を塞ぐ。そし
て、昇降機構６の駆動によってウエハボート５を上昇さ
せてウエハボート５をプロセスチューブ１内に挿入す
る。次に、ヒータ電源をＯＮにしてヒータ３によりプロ
セスチューブ１内を所定温度（５００℃）より高い温度
（例えば１０００℃）に加熱した後、シャッタ１３ａ，
１３ｂを開いて供給口７と排気口８を開放すると共に、
供給ファン１５と排気ファン１６を駆動させて隙間２内
に冷却空気を導入してプロセスチューブ１及びウエハＷ
を強制的に冷却（５００℃）した後、所定温度に保持す
る。このとき、供給口７から隙間２内に導入されて排気
口８から排気される排気は熱交換器によって所定の温度
に冷却された後、フィルタ２７によって排気中の不純物
や塵埃等が除去されて、再び供給ファン１５によって供
給口７から隙間２内に供給される。したがって、排気を
冷却媒体として有効に利用することができる。

【００２３】また、循環管路２０内を流れる排気の流量
が低下すると、流量検出器２６が感知して、その検出信
号を開閉弁２４に伝達して開閉弁２４を開放し、外部の
クリーンルーム内の空気を循環管路２０内に補充するこ
とができるので、循環管路２０内に常時適量の冷却空気
を循環させることができる。

【００２４】上記のようにして、ウエハの温度を所定温
度に保持した状態で、反応ガス導入管９から反応ガスを
プロセスチューブ１内に供給してウエハ表面に不純物の
拡散処理を行う。この拡散処理が終了した後、ヒータ電
源をＯＦＦにして、プロセスチューブ１内に例えば窒素
（Ｎ2 ）パージガスを導入してパージを行う。そして、
プロセスチューブ１内の温度が所定温度（２５℃）まで
低下した後、昇降機構６を駆動させてウエハボート５を
下降させてウエハＷを取り出して処理作業は終了する。

【００２５】上記実施例では、１台の熱処理装置に循環
管路２０を独立して設けた場合について説明したが、図
２に示すように、工場の排気ラインとは別にクリーンル
ーム３０，３０間に設けられた２系列の熱排気ライン３
１，３２に循環管路２０を接続して、上記と同様に各熱
処理装置の隙間２に冷却空気を供給することも可能であ
り、また、図３に示すように、クリーンルーム３０，３
０間に設けられた１系列の熱排気ライン３３に循環管路
２０を接続して、熱処理装置の隙間２内に冷却空気を供
給することも可能である。このように、熱排気ライン３
１〜３３を利用することにより、複数の熱処理装置に使
用される冷却空気を更に有効に利用することができる。
なお、図２及び図３において、その他の部分は上記第一
実施例と同じであるので、同一部分には同一符号を付し
て、その説明は省略する。

【００２６】また、上記実施例では、この発明の熱処理
装置を半導体ウエハの縦型高速熱処理炉に適用した場合
について説明したが、半導体ウエハ以外の例えばガラス
基板、ＬＣＤ基板等の被処理体の熱処理装置にも適用で
きることは勿論である。

【００２７】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明の処理
装置によれば、上記のように構成されているので、以下
のような効果が得られる。

【００２８】１）請求項１記載の熱処理装置によれば、
処理室と加熱手段との間の隙間内に導入されて冷却に供
された冷却空気を循環させて使用に供することができる
ので、冷却空気を有効に使用することができ、設備の小
型化を図ることができると共に、省エネルギ化を図るこ
とができる。

【００２９】２）請求項２記載の熱処理装置によれば、
循環管路に排気を冷却する熱交換手段を介設するので、
排気口から排出される高温の排気を冷却して、供給口か
ら隙間内に供給することができ、再度使用に供される冷
却空気の冷却効率を向上させることができる。

【００３０】３）請求項３記載の熱処理装置によれば、
循環管路中に排気温度検出手段を配設し、この排気温度
検出手段からの検出温度信号を受ける温度制御手段によ
り熱交換手段を制御するので、排気を所定の温度に冷却
して、更に冷却効率の向上を図ることができる。

【００３１】４）請求項４記載の熱処理装置によれば、
循環管路に介設された流量検出手段からの検出信号に基
いて冷却空気取入管に介設された開閉手段を制御するの
で、循環管路内の冷却空気の量を常時所定量に維持する
ことができ、冷却工程の安定化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の熱処理装置の一例を示す断面図であ
る。

【図２】この発明の熱処理装置の別の使用態様を示す概
略平面図である。

【図３】この発明の熱処理装置の更に別の使用態様を示
す概略平面図である。

【図４】従来の縦型熱処理炉を示す断面図である。

【符号の説明】

１プロセスチューブ（処理室）２隙間３ヒータ（加熱手段）７供給口８排気口２０循環管路２１熱交換器（熱交換手段）２２温度コントローラ（温度制御手段）２３熱電対（温度検出手段）２４開閉弁（開閉手段）２５冷却空気取入管２６流量検出器（流量検出手段）Ｗ半導体ウエハ（被処理体）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理体を収容する処理室の外方に冷却
空気通風用の隙間をおいて加熱手段を配置する熱処理装
置において、上記隙間に供給口と排気口を形成すると共に、これら供
給口と排気口に循環管路を接続し、上記循環管路に冷却空気供給手段を介設してなることを
特徴とする熱処理装置。
【請求項２】循環管路の排気口側に排気を冷却する熱
交換手段を介設してなることを特徴とする請求項１記載
の熱処理装置。
【請求項３】循環管路中に配設される排気温度検出手
段と、この排気温度検出手段からの検出温度に基いて熱
交換手段を制御する温度制御手段とを具備することを特
徴とする請求項２記載の熱処理装置。
【請求項４】循環管路の途中に開閉手段を介して冷却
空気取入管を接続し、上記循環管路に流量検出手段を介設すると共に、この流
量検出手段からの検出信号に基いて上記開閉手段を制御
することを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。