JPH0799164A

JPH0799164A - 熱処理装置及び熱処理方法

Info

Publication number: JPH0799164A
Application number: JP25003093A
Authority: JP
Inventors: Osamu Monoe; 修物江
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; Tokyo Electron Tohoku Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd; Tokyo Electron Tohoku Ltd
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1993-09-09
Publication date: 1995-04-11
Anticipated expiration: 2016-04-03
Also published as: JP3151092B2

Abstract

(57)【要約】【目的】冷却速度を急速かつ均一に行なうことができ
る冷却構造を備えた熱処理装置を提供すること。【構成】プロセスチューブ１０の外壁１０Ａと発熱抵
抗体２６との間の空隙部４０に開口を位置させて空気を
流通させるノズル５０を設け、このノズル５０の開口
を、半導体ウエハ１８の配列領域に対向するプロセスチ
ューブ１０のへ器部に向け傾斜させている。しかも、開
口は、半導体ウエハの配列領域の長さに応じて、自然放
熱ができない位置に向け空気を吹出させる角度および位
置決めが行なわれている。従って、プロセスチューブ１
０における自然放熱が行なえない箇所を強制的に冷却す
ることでプロセスチューブ１０の全域での冷却効率を均
等化して降温時間を短縮する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱処理装置及び熱処理
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体ウエハやＬＣＤのアモル
ファスＳｉの形成されたガラス基板等の被処理体に対
し、拡散層を形成したり、シリコン酸化膜あるいはシリ
コン窒化膜等を形成する場合には、各種の熱処理装置が
用いられる。これら装置は、通常、反応容器であるプロ
セスチューブ内に収容した被処理体を加熱するととも
に、プロセスチューブ内に不活性ガスや搬送性ガス、所
謂、プロセスガスを挿入することで、所定の熱処理が実
行されるようになっている。

【０００３】この種、熱処理装置では、通常、処理終了
後に冷却することで、一旦、プロセスチューブ内の温度
を所定の温度に下げた後に被処理体の搬出を行なうよう
になっている。このような処置は、高温の被処理体をそ
のまま装置外に搬出した場合、被処理体の表面に酸化膜
が成長してしまい、被処理体の歩留りが低下したり、被
処理体、特に半導体素子の特性悪化の原因となるのを防
止するためである。

【０００４】また、近年、集積回路は高速動作化、高集
積化の傾向にあり、不純物の熱拡散深さをより浅くする
ことが要求されている。このため、拡散精度を向上さ
せ、再現性よく拡散深さを制御する技術が求められてき
ている。このように浅い拡散深さのプロセスを制御する
ためには、被処理体である半導体ウエハを、短時間で拡
散プロセス温度まで上昇させるとともに、拡散プロセス
温度保持時間および温度降下時間を同じプログラムで再
現することが必要とされている。

【０００５】プロセスチューブを所定温度にまで急速に
降温するとともに各ウエハ面内で均一な降温を行なうた
めの技術としては、例えば、実開昭６３−１２１４２９
号公報や実公昭６３−８１２８号公報に記載されたもの
がある。

【０００６】前者公報によれば、プロセスチューブの長
手方向に沿って形成した螺旋状の気流によってプロセス
チューブを降温するようになっており、また後者公報に
よれば、加熱コイルとプロセスチューブとの間に冷却用
圧縮空気を供給するための空気噴出用パイプを１または
複数設けるとともに、反対の炉口から空気を排出するよ
うになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
公報記載の構成においても、所定温度までの冷却速度や
均一性において十分でなかった。

【０００８】つまり、前者公報記載の構成によれば、プ
ロセスチューブに沿って螺旋状の気流を発生させること
が現実的に困難であり、しかも、仮に螺旋状の気流を発
生できたとしても、発生させるためのガイド手段が必要
となる。このため、構造が複雑化するだけでなく、気流
の流動抵抗が発生してしまい、十分な冷却速度が得られ
ない。

【０００９】また、後者公報記載の構成によれば、冷却
用空気の供給、排出ともにパイプを用いていることによ
り気流にムラが生じやすい。しかも、パイプによる給排
構造では空気の流量や流速が規制されやすくなることで
冷却の均一性向上に限界がある。また、この構成におい
ては、冷却用空気の供給を強制的に行なうものの、排気
は強制的でないことから、この点からいっても均一な気
流を発生させることが難しくなる。

【００１０】特に、近年では、少なくとも３０℃／分以
上、好ましくは、１００℃／分（昇温時）、６０℃／分
（降温時）程度の高速昇降温度変化速度が得られる高速
熱処理装置の製作が要求されるようになってきているこ
とから、例えば、焼１００℃程度の降温から一挙に４０
０℃程度にするための速度が極めて重要になる。この様
な降温処理においては、特に実処理プロセス以外の搬入
出温度設定期間中の不要な、例えば酸化膜の成長は、集
積回路の６４Ｍ，２Ｍの高集積化に於いて問題となって
いる。

【００１１】そこで、本発明の目的は、上記従来の熱処
理装置における問題に鑑み、複数枚の被処理体に対する
昇降温を急速にかつ複数枚の被処理体の昇降温処理を均
一に行なうことができる熱処理装置を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、少なくとも一つの開口を有
する複数枚の被処理体をバッチ処理する縦型プロセスチ
ューブと、上記縦型プロセスチューブの周囲に設けられ
た断熱材と、上記断熱材及び上記縦型プロセスチューブ
間に設けられ、表面負荷が１０Ｗ／ｃｍ²以上であり、
上記プロセスチューブ内の被処理体を輻射加熱する発熱
抵抗体と、上記縦型プロセスチューブの開口より、上記
複数枚の被処理体が設けられるボートを搬入出するため
に昇降可能な搬送機構と、上記ボートを支持するごとく
設けられた保温部材と、上記プロセスチューブの外壁及
び上記発熱抵抗体間の空隙部に開口を位置させて気体を
流通させるノズルと、を備え、上記ノズルの開口は、ウ
エハ配列領域に対向するプロセスチューブの壁面に上記
気体を吹き付けるように設けることを特徴としている。

【００１３】請求項２記載の発明は、請求項１におい
て、上記ノズルの開口端は、上記保温部材と対向する位
置またはその位置よりも上方に位置していることを特徴
としている。

【００１４】請求項３記載の発明は、請求項２におい
て、上記ノズルの開口は、上記被処理体の配列方向で中
間部または中間部より上方に向け気体を噴射することを
特徴としている。

【００１５】請求項４記載の発明は、請求項１におい
て、上記ノズルの開口から吹出された気体は空気が用い
られ、回収されて再度、上記ノズルから吹出されること
を特徴としている。

【００１６】請求項５記載の発明は、複数枚の被処理体
をバッチ処理する縦型プロセスチューブと、この縦型プ
ロセスチューブの外側に設けられた発熱抵抗体と、この
発熱抵抗体の外側に設けられた断熱材と、上記縦型プロ
セスチューブ内に処理ガスを供給するごとく設けられた
パイプと、上記発熱抵抗体は線径が１．５ｍｍ乃至６ｍ
ｍの細線ヒータとを有することをことを特徴としてい
る。

【００１７】請求項６記載の発明は、請求項５におい
て、細線ヒータはミヤンダ状に設けられたものであるこ
とを特徴としている。

【００１８】請求項７記載の発明は、垂直方向に長手方
向を設定された下端開口を有する反応管内に多数枚の被
処理体を同軸的に垂直方向に配列して機密雰囲気中で熱
処理する縦型熱処理方法において、上記熱処理の降温工
程または、熱処理工程終了後の降温工程に際し、被処理
体が配列されている中間部または中間部より上方位置の
上記反応管の側壁面に向けて、下方から気体流を吹き付
けることを特徴としている。

【００１９】

【作用】一般に、プロセスチューブの開口側に近いほ
ど、自然降温による温度低下速度が速いことが判った。
これは、プロセスチューブの開口側の方が外部温度と接
触する範囲が広く、所謂、熱伝導が発生しやすくなるた
めと思われるる。これに対して、プロセスチューブの上
記開口部と反対側の上部側は、放熱箇所が殆どないこと
が原因して冷却速度が遅くなるものと思われる。そこ
で、本発明では、プロセスチューブにおける降温速度が
比較的遅くなる領域を見出だし、この領域を強制的に降
温するようになっている。つまり、プロセスチューブの
外周壁面と発熱抵抗体の内周面との間の空隙部は、被処
理体である半導体ウエハの配列領域に対向するプロセス
チューブの壁面に及びこの壁面より上方に対して降温操
作を強制的に行うための、例えば、ノズルを設けて降温
操作を効果的に行うようになっている。従って、放熱範
囲をプロセスチューブの上部にまで拡大させてプロセス
チューブの開口側との間の降温ムラを防止し、均一に降
温することができる。

【００２０】さらに、プロセスチューブの降温に用いた
空気を回収して、再度、上記ノズルから吹き出させるよ
うに構成している。所謂、降温用空気のリサイクルが可
能である。このため、降温に用いられた空気を熱処理装
置が設置されているクリーンルームの外部に排出する場
合に比べて、クリーンルーム内での空気の消費を抑える
ことができる。

【００２１】

【実施例】以下、図１乃至図７に示す実施例によって本
発明の詳細を説明する。

【００２２】図１は、半導体ウェハの酸化拡散処理に用
いられる縦型熱処理装置を示している。

【００２３】この熱処理装置は、赤外線等の輻射熱線を
透過しやすく、高温において不純物の発生が少ない材
料、例えば、高純度石英製の下端開口を有するプロセス
チューブ１０を備えていて、このプロセスチューブ１０
の下端開口部にサポータ、例えば、ステンレススチール
からなるベースプレート（図示されず）が設けられ、長
手方向が垂直方向に立設支持されている。このプロセス
チューブ１０内は炉室１２が構成されている。

【００２４】このプロセスチューブ１０によって形成さ
れる炉室１２内には、保温筒１４上に載置された被処理
体収納用ボート１６が搬入出可能に設けられていて、こ
のボート１６に多数枚の被処理体である半導体ウエハ１
８が水平状態で垂直方向に等間隔で同軸的に配列支持さ
れている。

【００２５】また、上記炉室１２内には、プロセスチュ
ーブ１０外からプロセスガスを導入するためのパイプ２
０が設けられており、半導体ウエハ１８に対する所望の
処理、例えば酸化工程、拡散工程などを実行可能となっ
ている。なお、上記保温筒１４は、上記プロセスチュー
ブ１０の蓋の作用をするフランジキャップ２２上に搭載
され、このフランジキャップ２２は図示せぬエレベータ
アームに取り付けられて上下移動する。この上下移動
は、上記保温筒１４及びボート１６を上下移動させ、上
方移動により、上記プロセスチューブ１０の開口すなわ
ちボート挿入孔１０Ａを上記キャップ２２により密封し
うるようになっている。さらに、保温筒１４は、回転、
例えばモータ（図示せず）の回転をベルト２４を介して
回転軸に伝達し、回転可能とされている。

【００２６】一方、上記プロセスチューブ１０の外周に
はヒータ、例えば円筒状発熱抵抗体２６が同軸的に設け
られており、この発熱抵抗体２６の外側には発熱抵抗体
２６を支持、包囲する断熱材２８が、そして断熱材２８
の外周には冷却媒体を循環させる冷却パイプ３０を収容
したインナシェル３２およびアウタシェル３４がそれぞ
れ設けられている。

【００２７】上記発熱抵抗体２６は、上記炉室１２内を
縦方向に沿って例えばトップ、センター及びボトムの３
ゾーンに分けて、それぞれを所望する温度条件下で加熱
し得るようにトップ側、センター側及びボトム側のそれ
ぞれに対応して発熱抵抗体２６ａ，２６ｂ，２６ｃにて
構成されるような３ゾーン方式が採用されている。この
構成により少なくとも、半導体ウエハ１８の配列領域、
所謂、均熱ゾーンでの加熱が行なえるようになってい
る。なお、ゾーン分割は３ゾーンに限らず５ゾーンなど
適宜必要に応じて選択が可能である。また、断熱材２８
も上記トップ、センター及びボトムの３ゾーンに対応し
てトップ側、センター側及びボトム側のそれぞれの断熱
材２８ａ，２８ｂ，２８ｃに分割して構成されている。
もちろんこの断熱材は一体にしてもよい。

【００２８】さらに、これら断熱材２８ａ，２８ｂ，２
８ｃは、円筒状のもので、例えば半円筒状のものを２個
組合せて構成されている。これに対応して上記発熱抵抗
体２６ａ，２６ｂ，２６ｃも周方向で二分されたものを
組合せるようになっている。上記断熱材２８の厚さは高
速昇降温の面から、例えば４５ｍｍ以下に設定されてお
り、本実施例の場合、２５ｍｍの厚さに設定されてい
る。このような断熱材２８の厚さは、発熱抵抗体２６の
支持、および耐熱強度を維持できるならば、なるべく薄
くされることが後述する高速昇降温の熱処理炉での温度
変化速度を向上させる意味で好ましい。

【００２９】発熱抵抗体２６ａ，２６ｂ，２６ｃの素材
としては、材料、例えば二ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ
₂）製が用いられている。具体的には、二ケイ化モリブ
デン（ＭｏＳｉ₂）を主成分としたヒーター（カンタル
社製のカンタルスーパー発熱体）が一例である。この二
ケイ化モリブデン製の発熱抵抗体２６ａ，２６ｂ，２６
ｃは、常温で抵抗値が非常に小さく、高温になると抵抗
値が大きくなる性質を有する。そして、二ケイ化モリブ
デン製の発熱抵抗体２６は、線径（ｄ）に関し、組立て
の際のハンドリングや運搬に際しての破損を来さないで
折曲げ等の加工に対する耐久性を確保する意味で、さら
に、高速昇降温特性を得るため１．５＜ｄ＜６（ｍｍ）
の関係が最適である。さらに、表面負荷は１０〜３０Ｗ
／ｃｍ²程度に設定することが望ましい。このような条
件を設定することで、従来の発熱抵抗体であるＦｅＣｒ
Ａｌ発熱体の最大表面負荷が１２００℃において２Ｗ／
ｃｍ²であるのに対し、本実施例では数倍〜十数倍の発
熱量が得られ、温度上昇速度に関しても、従来用いられ
ているＦｅＣｒＡｌ発熱体が１０℃／分の温度上昇であ
るのに対し、少なくとも３０℃／分以上、好ましくは、
１００℃／分程度の温度上昇速度の温度上昇速度が得ら
れる。この温度上昇速度に関しては、１００℃／分とす
ることで高速熱処理炉での昇温特性が得られる。さらに
高速昇降温特性も得られている。すなわち、２０℃／分
以上、例えば５０℃／分が得られている。

【００３０】また、発熱抵抗体２６ａ，２６ｂ，２６ｃ
の構成は、図２に示すように、各ゾーン毎で、一本の線
材を縦方向に延ばし、上下で交互にＵ字状に折り返され
て連続する形状（以下、この形状をミヤンダ状という）
に設定されている。

【００３１】そして、このミヤンダ状に形成した発熱抵
抗体２６ａ，２６ｂ，２６ｃをステープル３６にて上記
各断熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃの内側面に取付け保
持されるようになっている。このステープル３６は、図
３に示すように、発熱抵抗体２６ａ，２６ｂ，２６ｃの
上部では各々の折返し部の頂部に取り付けて発熱抵抗体
２６ａ，２６ｂ，２６ｃを吊下げ支持するとともに、発
熱抵抗体２６ａ，２６ｂ，２６ｃの下部では各々の折曲
部を避けて直線部分を支持して位置を固定されており、
このように発熱抵抗体２６ａ，２６ｂ，２６ｃの下部折
返し部を解放状態にしておくことによって、発熱抵抗体
２６ａ，２６ｂ，２６ｃの熱膨張、収縮による上下方向
の長さ変化を許容できるようにしている。

【００３２】さらに、上記発熱抵抗体２６ａ，２６ｂ，
２６ｃは、加熱されると表面に二酸化ケイ素（Ｓｉ
Ｏ₂）が析出される発熱抵抗体２６の表面保護膜を形成
し、発熱抵抗体２６が大気中の酸素と反応して酸化し、
断線することを防止している。上記発熱抵抗体２６ａ，
２６ｂ，２６ｃと直接接触する上記ステープル３６の少
なくとも表面を例えば１２００℃という高温においても
上記二酸化ケイ素に対して不活性な材料にて形成し、上
記の析出した二酸化ケイ素が浸蝕され発熱抵抗体２６が
ステープル３６の接触部で断線しないようにしている。
二酸化ケイ素に対して不活性な材料としては、例えば、
鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）などがあ
る。なお、ステープル３６全体を二酸化ケイ素に対して
不活性な材料あるいは発熱抵抗体２６ａ，２６ｂ，２６
ｃと同一の材料で形成するようにしてもよい。

【００３３】また、図２において、発熱抵抗体２６ａ，
２６ｂ，２６ｃは、各ゾーン毎の上下で折返された位置
までの延長部が周方向で交互に長短を設定され、この長
短をなす折返し部を各ゾーン間での境界部分において相
互に入り込ませることで噛み合う状態に配置されてい
る。従って、発熱抵抗体２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、各
ゾーン間での境界部分において隙間なく配設され、その
結果トップ、センター、ボトムの各ゾーンの境界部にお
いて均一な加熱がなし得るようになっている。なお、発
熱抵抗体は、トップ、センター、ボトムの各ゾーン内に
おいて上下に複数組合せるようにしてもよく、その場合
には各隣接部分において上述のように交互に組合せるよ
うにすることでゾーン内を均一な温度に維持できる。ま
た組合せ状態は上述の例に限らず、均一な温度に維持で
きる各種の組合せが可能である。

【００３４】さらに、上記ボート１６には、図４に示す
ように、半導体ウエハ１８を支持する治具として、リン
グ状トレー２４が縦方向に複数設けられている。これら
リング状トレー２４は、半導体ウエハ１８を周縁部で載
置して支持しウエハ同士を平行に、同軸的に支持するも
のであって、さらに、ウエハ周縁部より外側、例えば載
置面２４Ａの側端は上方に向け立上がっている側壁２４
Ｂを備えている。この側壁２４Ｂは、上記発熱抵抗体２
６からの輻射線がウエハ周縁部に直接入射するのを防止
するため、半導体ウエハ１８の厚さ（Ｔ）と同一若しく
はその厚さよりも高くされている（図中、符号Ｔ２で示
す高さ）。このようなリング状トレー２４の構造は、載
置される半導体ウエハ表面に等しいかまたはそれ以上に
側壁２４Ｂを高くすることで、半導体ウエハ１８の周縁
部のみにヒータからの輻射熱が入射してその部分が異常
に高温となることを防止している。つまり、互いに平行
した状態で半導体ウエハ１８を配置した場合には、図５
において破線で示すように、加熱源からの輻射熱が上下
に隣接する半導体ウエハによって遮蔽され、半導体ウエ
ハ１８の中心部を含む面内全域に輻射熱を到達させるこ
とができなくなる。このため、半導体ウエハ１８は、図
６において二点鎖線で示すように、上記輻射線が各ウエ
ハ周縁部のみに入射し、周縁部のみの温度が上昇するこ
とになる。そこで、この現象を改善してウエハ面内均一
に昇降温するように、本実施例では、半導体ウエハ１８
の周縁部に入射しようとする輻射熱を上記側壁２４Ｂに
よって遮断することで、周縁部での温度の異常上昇を防
止して高温となるのを抑制している。なお、図６におい
て一点鎖線で示す温度変化は、半導体ウエハ１８の周縁
部のみを載置するリング状トレー２４を設けない場合に
相当しており、リング状トレー２４を設けるだけでも、
周縁部での熱容量を増加させて温度の上昇を抑えること
ができる。本実施例では、単に半導体ウエハ１８の周縁
部での熱容量を大きくして温度上昇を抑えるだけでな
く、赤外線の熱線が半導体ウエハ１８の周縁部に直接入
射しないようにすることで、さらに半導体ウエハ１８の
面内での温度分布を均一なものとしている。また、リン
グ状トレー２４同士の間隔、つまり、リング状トレー２
４における載置面２４Ａの底部と側壁２４Ｂの頂部との
間の間隔（Ｌ）は、半導体ウエハ１８を載置面２４Ａに
ロード／アンロードする搬送アーム（図示されず）が出
入可能な間隔とされ、また、側壁２４Ｂの幅（Ｗ）は、
半導体ウエハ１８あるいはリング状トレー２４が熱膨張
した際に半導体ウエハ１８の周縁とリング状トレー２４
の側壁内面との衝突を避けることができる寸法とされて
いる。

【００３５】一方、上記プロセスチューブ１０は、図１
に示すように、外壁をなすアウタチューブ１０Ａと内壁
をなすインナチューブ１０Ｂとからなる二重壁構造とさ
れ、チューブ１０Ａ，１０ｂ間に空間１０Ｃが形成され
ている。これらチューブ１０Ａ，１０Ｂは、いずれも赤
外線が透過しやすく耐熱性をもち不純物が発生しにくい
石英製あるいはサファイヤ製の透明体であり、プロセス
チューブ１０の開口側で両者が溶着にて一体化されて空
間１０Ｃを密封している。この空間１０Ｃは、発熱抵抗
体２６から発生した金属イオンが空間１０Ｃ内に入り込
んだ時にそれを捕集して外部に搬送する通路である。こ
のため、空間１０Ｃには、詳細を図示しないが、例え
ば、プロセスチューブ１０の上部で開口部が接続されて
いる洗浄ガス導入パイプが連結されている。この洗浄ガ
ス導入パイプは、プロセスチューブ１０のうち、アウタ
チューブ１０Ａを透過して空間１０Ｃ内に進入した金属
イオンを捕集して搬送するためのガスを導入するように
なっている。このため、空間１０Ｃ内に導入されるガス
は、例えば、ハロゲン系ガスのひとつである塩素ガスあ
るいは酸素ガスが選択され、さらにはパージガスとして
は窒素ガスが用いられる。このようなガスは、洗浄ガス
導入パイプが連結されている図示されない供給源によっ
て、例えば、塩素ガスの場合には、体積比で１〜１０％
の含有量、あるいは酸素ガスの場合には５ｍ³／分程度
の流量を以って供給されるようになっている。なお、こ
れらガスの総量としては５〜８ｍ³／分とされている。
また、空間１０Ｃ内に導入されたガスは、洗浄ガス導入
パイプの下端側に形成されている排気口１０Ｄを介して
図示されない回収装置に向け排出される。

【００３６】一方、プロセスチューブ１０の外周と発熱
抵抗体２６が設けられている断熱材２８の内壁面との間
の空隙部４０には、降温用の気体、例えば空気を吹き出
すためのノズル５０が複数本上記チューブ１０外周壁面
に沿って配列、例えば８本等間隔に設けられている。

【００３７】このノズル５０は、断熱材２８の下面で周
方向に沿って形成されている空気導入口５２に対して複
数箇所に設置されており、断面形状が楕円形状とされる
ことで根元が空気導入口５２に挿入された際に回り止め
されるようになっている。また、このような形状は次の
理由も含んでいる。つまり、真円形状とした場合には、
プロセスチューブ１０と断熱材２８との間を広げない限
り根元支持部の肉厚を確保することができず、広げ過ぎ
た場合には上記チューブと断熱材との間の間隙が大きく
なることで輻射熱の到達距離が長くなってしまう。この
ため、距離によって影響される温度上昇率を半導体ウエ
ハの加熱に対して適正化できなくなる。

【００３８】また、このノズル５０の開口は、半導体ウ
エハ１８の配列領域、所謂、均熱ゾーンに対向するプロ
セスチューブ１０の壁面に向け傾けてある。この傾きを
設定するに関しては、垂直に配置してノズル５０の射出
部を噴射領域に向け方向付してもよい。また、ノズル５
０は、円弧状、リング状いずれでもよい。

【００３９】そして、上記開口は、上記発熱抵抗体２６
からのウエハ列に入る輻射線に対し、影とならないよう
にウエハ配列領域より下方、例えば図１に示すように、
保温筒１４に対向する位置または、図７に示すように、
保温筒１４よりも上方に位置させてある。図１と図７と
の違いは、半導体ウエハ１８の配列数が異なっており、
図１に場合には３０枚とされ、図７の場合は５０枚とさ
れている。上記開口から吹き出される空気流が、例えば
ウエハ配列の中間部またはこの中間部より上方に向けて
吹き付けるように方向付けしてある。

【００４０】そして、このように半導体ウエハ１８の配
列領域の大きさが異なる場合には、ノズル５０から吹出
された空気とプロセスチューブ１０の壁面とが異ならせ
てある。つまり、図１に示すように、半導体ウエハ１８
の枚数が少ないことによる配列領域が短い場合には、保
温筒１４の位置からボート１６の最上端までの距離が短
いので半導体ウエハ１８の配列方向で二分する位置より
も下側に空気が吹き付けられる。また、図７に示すよう
に、半導体ウエハ１８の枚数が多く、保温筒１４の位置
からボート１６の最上端まで距離が長い場合には、半導
体ウエハ１８の配列方向で二分する位置よりも上方に空
気が吹き付けられる。これは、半導体ウエハ１８の枚数
に拘らず、自然放熱しにくい領域を強制冷却するためで
あり、半導体ウエハ１８の枚数が多いほど、強制冷却を
必要とする領域が上方に位置することになるので、上記
した開口の向きおよび空気の吹き付け位置が設定され
る。

【００４１】また、上記空気導入口５２には、パイプ５
６を介してブロワー５８が連結されており、このブロワ
ー５８は、発熱抵抗体２６への通電が停止されて、所
謂、加熱が終了した時点で動作を開始して強制的に空気
をノズル５０に向け導入するようになっている。

【００４２】一方、断熱材２８の天井部には、排気口６
０が設けられている。この排気口６０は、複数のノズル
５０から吹き出された空気を１ヵ所に集約させて装置外
に排出するためのものである。このため、排気口６０
は、断熱材２８の天井部における中央部に位置すること
が望ましく、これによって、空隙部４２内をプロセスチ
ューブ１０の外周面に沿って流れた空気が整流化される
ことで気流のムラを生じさせないようにすることができ
る。また、排気口６０には、シャッター手段６２を介し
て熱交換器６４および排気ファン６６が接続されてい
る。シャッター手段６２は、図示しない駆動装置によっ
て開閉可能なものであり、プロセスチューブ１０の冷却
時に相当する時期に開放されて排気口６０と連通するよ
うになっている。このシャッター手段６２は、排気口６
０からの空気の漏洩を防止するために設けられている。
これによって、プロセスチューブ１０を冷却した後に排
気口６０に到達して熱交換されていない空気が装置外部
に漏洩する危険が未然に防がれる。また、このような空
気の漏洩を防止することで、ダストの発生も防がれるこ
とになる。

【００４３】一方、排気ファン６６の吐出側には、パイ
プ７０が連結されており、このパイプ７０は、ブロワー
５８に接続されている。従って、排気口６０から排出さ
れた空気は、熱交換器６２によって冷却された上で再度
ブロワー５８によって空気導入口５２に供給されること
になる。なお、ブロワー５８には、上記排気ファン６４
からの空気の通路の他に今一つの空気取り入れ用の通路
（図示されず）が連結されている。これは、ブロワー５
８が始動した場合には、排気ファン６４から還流される
空気の量が少なく、ノズル５０から吹き出される空気の
量が所定量に達しなくなるのを防止するためである。こ
れによって、ブロワー５８の始動時における空気の不足
を補い、プロセスチューブ１０の冷却効率が低下するの
を防止している。このようにして高速昇降温縦型熱処理
装置が構成されている。この装置の特徴の一つは、均熱
管を設けていない（均熱管レス）により高速昇降に寄与
している。

【００４４】次に作用について説明する。

【００４５】被処理体１８の熱処理、例えば酸化処理を
行なう場合には、被処理体１８、例えば８インチ半導体
ウエハを保持したボート１６が炉室１２内に搬入され
る。そして、炉室１２内が気密状態を設定されると、発
熱抵抗体２６による加熱が実施される。ウエハの搬入は
予め炉室１２内を酸化膜の成長を抑制する温度、例えば
６００℃以下の設定温度にした後、ボート１６を搬入し
てもよい。発熱抵抗体２６からの輻射熱は、直接、プロ
セスチューブ１０のアウタチューブ１０Ａおよびインナ
チューブ１０Ｂを透過して炉室１２内の半導体ウエハ１
８に向け入射する。このため、半導体ウエハ１８での昇
温速度は均熱部材（均熱管）が存在しない分高速化す
る。また、このように昇温速度が高速化された半導体ウ
エハ１８は、リング状トレー２４に載置されているの
で、周縁部での熱容量が大きくされることで周縁部の比
較的速い温度上昇を抑制され、また、側壁２４Ｂによっ
て入射してくる輻射熱を遮られるので、周縁部のみが急
激な温度上昇を来すことなくウエハ面内での温度分布を
均一に昇降温制御される。

【００４６】また、上記プロセスの開始に対応して洗浄
ガス導入パイプから塩素ガスまたは酸素ガスあるいは窒
素ガス等の金属イオンと反応性を有するガスやパージガ
スのいずれかが空間内に導入される。これらのガスは、
発熱抵抗体２６が加熱された際に析出する二酸化ケイ素
（ＳｉＯ₂）やこの発熱抵抗体２６を保持するために用
いられるステープルから発生するＦｅ、Ｃｕ、Ｎａイオ
ン等の金属イオンがアウタチューブ１０Ｂを透過した場
合にこれら金属イオンを捕集して搬送し、排気口４０Ａ
から外部に排出する。このため、アウタチューブ１０Ａ
を透過して空間１０Ｃ内に進入した金属イオンは、空間
を流動するガスによって捕集されることで、インナチュ
ーブ１０Ｂから内方に透過することがない。これによ
り、反応管１０内の半導体ウエハ１８に対する重金属汚
染が防止され、例えば、６４Ｍ，２Ｍの高集積化への対
応も可能となる。このような空間１０Ｃ内でのガスの流
動は、少なくともプロセス温度が維持されてプロセスが
継続されている間は勿論のこと、発熱抵抗体２６への通
電が開始されてプロセスチューブ１０内の温度がプロセ
ス温度に上昇する過程においても継続される。上記発熱
抵抗体２６やステープルからの金属汚染の発生しない温
度以下の温度になると、上記ガスの供給を停止してもよ
い。

【００４７】一方、降温プロセスは、発熱抵抗体２６へ
の通電を停止、所謂、加熱動作の解除、ブロワー５８の
作動を開始して空気導入口５２に対して空気を取り込
み、ノズル５０の開口から空気を吹き出す。ノズル５０
の開口から吹き出された空気は、図１および図７におい
て一点鎖線の矢印で示すように、プロセスチューブ１０
の縦方向で半導体ウエハ１８を二分する位置を含む上方
に向け吹き出されてプロセスチューブ１０の外周壁と接
触して壁部の熱を奪う。従って、プロセスチューブ１０
の開口側では自然放熱による降温が進行し、そして、プ
ロセスチューブ１０の上部では噴出される空気による強
制降温が行なわれることで、プロセスチューブ１０の縦
方向全域での降温効率が均等化され、かつ、迅速に温度
を低下させることができる。特に、加熱操作を停止後、
プロセスチューブ１０内では、上部の雰囲気温度の降温
速度が遅くなっているので、加熱気体が滞留している範
囲に強制的な空気の吹付けによる降温を実行することで
反応管内での温度勾配がなくなり、降温効果が向上する
ことになる。

【００４８】そして、プロセスチューブ１０外壁面の上
部に沿って上方に流れた空気は、排気口６０に集約して
排気ファン６６により熱交換器６４を通過して再度、ブ
ロワー５８に達する。

【００４９】本実施例によれば、空気導入口５２からノ
ズル５０を介してプロセスチューブ１０の外周壁に吹き
付けられる空気をリサイクルすることができる。このた
め、クリーンルーム内の空気を取り入れる量を極力少な
くすることができるので、クリーンルーム内での空気の
消費量を少なくすることができる。

【００５０】また本実施例によれば、プロセスチューブ
における自然放熱による冷却部以外を強制的に冷却でき
るようにすることで、プロセスチューブの高さ方向全域
での冷却効率を均等化してプロセスチューブ１０の降温
速度を早めることができる。

【００５１】さらに、断熱材の厚さを薄くすることで、
発熱抵抗体からの熱輻射を有効に作用させて高速昇降温
させることができる。ちなみに、従来用いられていた断
熱材は、５０ｍｍ以上のものであるが、本実施例では、
これ以下に相当する２５ｍｍの厚さとすることで従来の
ものに比べて高速昇温が可能である。

【００５２】なお、本発明は、上記実施例に限られるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で種々変形すること
が可能である。

【００５３】例えば、本発明が対象とする被処理体は、
少なくとも面状形状の被処理体であればよく、半導体ウ
エハ以外にも、例えば、ＬＣＤ基板等であっても良い。
さらに本発明が適用される熱処理装置としては、酸化、
拡散装置以外にも、例えば、ＣＶＤ、アニールに適用さ
れる装置を対象とすることも可能である。

【００５４】また、プロセスチューブは、実施例で示し
た二重壁構造に限らず、単体の壁部を有する石英チュー
ブを対象として強制冷却構造を設けることも可能であ
る。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
少なくともウエハ列の降温効率を高めることができる。
このため、加熱処理終了後におけるプロセスチューブの
降温時間を短縮することが可能になる。

【００５６】また本発明によれば、ノズルから吹き付け
られる空気は、そのノズルから吹き出された空気をリサ
イクルして用いることができる。このため、熱処理装置
が設置されているクリーンルーム内の空気の消費量を少
なくして、クリーンルームでの空気の供給および清浄管
理の手間を軽減することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例による熱処理装置の一例を示す模
式的な断面図である。

【図２】図１に示した熱処理装置に用いられる発熱抵抗
体の構造を示す斜視図である。

【図３】図２に示した発熱抵抗体の固定構造を示す一部
断面図である。

【図４】図１に示した熱処理装置に用いられる被処理体
の支持構造を示す模式図である。

【図５】図４に示した支持構造での輻射熱の入射状態を
説明するための模式図である。

【図６】図４に示した支持構造での温度分布を説明する
ための線図である。

【図７】図１に示した熱処理装置における要部の変形構
造を説明するための模式図である。

【符号の説明】

１０プロセスチューブ１０Ａアウタチューブ１０Ｂインナチューブ１０Ｃ空間２６発熱抵抗体４０洗浄ガス導入パイプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一つの開口を有する複数枚の
被処理体をバッチ処理する縦型プロセスチューブと、上記縦型プロセスチューブの周囲に設けられた断熱材
と、上記断熱材及び上記縦型プロセスチューブ間に設けら
れ、表面負荷が１０Ｗ／ｃｍ²以上であり、上記プロセ
スチューブ内の被処理体を輻射加熱する発熱抵抗体と、上記縦型プロセスチューブの開口より、上記複数枚の被
処理体が設けられるボートを搬入出するために昇降可能
な搬送機構と、上記ボートを支持するごとく設けられた保温部材と、上記プロセスチューブの外壁及び上記発熱抵抗体間の空
隙部に開口を位置させて気体を流通させるノズルと、を備え、上記ノズルの開口は、ウエハ配列領域に対向す
るプロセスチューブの壁面に上記気体を吹き付けるよう
に設けることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】請求項１において、上記ノズルの開口端は、上記保温部材と対向する位置ま
たはその位置よりも上方に位置していることを特徴とす
る熱処理装置。
【請求項３】請求項２において、上記ノズルの開口は、上記被処理体の配列方向で中間部
または中間部より上方に向け気体を噴射することを特徴
とする熱処理装置。
【請求項４】請求項１において、上記ノズルの開口から吹出された気体は空気が用いら
れ、回収されて再度、上記ノズルから吹出されることを
特徴とする熱処理装置。
【請求項５】複数枚の被処理体をバッチ処理する縦型
プロセスチューブと、この縦型プロセスチューブの外側に設けられた発熱抵抗
体と、この発熱抵抗体の外側に設けられた断熱材と、上記縦型プロセスチューブ内に処理ガスを供給するごと
く設けられたパイプと、上記発熱抵抗体は線径が１．５ｍｍ乃至６ｍｍの細線ヒ
ータとを有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項６】請求項５において、細線ヒータはミヤンダ状に設けられたものである熱処理
装置。
【請求項７】垂直方向に長手方向を設定された下端開
口を有する反応管内に多数枚の被処理体を同軸的に垂直
方向に配列して機密雰囲気中で熱処理する熱処理方法に
おいて、上記熱処理の降温工程または、熱処理工程終了後の降温
工程に際し、被処理体が配列されている中間部または中
間部より上方位置の上記反応管の側壁面に向けて、下方
から気体流を吹き付けることを特徴とする熱処理方法。