JPH08124868A - 熱処理炉 - Google Patents

熱処理炉

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JPH08124868A
JPH08124868A JP26559694A JP26559694A JPH08124868A JP H08124868 A JPH08124868 A JP H08124868A JP 26559694 A JP26559694 A JP 26559694A JP 26559694 A JP26559694 A JP 26559694A JP H08124868 A JPH08124868 A JP H08124868A
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pipe
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Hidekazu Konno
英一 紺野
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】熱処理炉において、昇温および降温時間をより
短縮し処理能力の向上を図ることができかつ昇温時間が
再現性を良くする。 【構成】ヒータ5を外周囲に配設する均熱管4とこの均
熱管4に包まれる反応内管6との間の空間部6aに反応
内管6の維持温度に等しい温度の伝熱ガス媒体を循環し
ながらヒータ5自身の温度を検知し出力制御を行ない、
待ち時間の長短にかかわらず反応内管の維持温度を常に
一定にする。また、処理温度から維持温度まで反応内管
6を冷却するのに空間部6aに常温以下の伝熱ガス媒体
を供給し循環させることにより降温時間を短縮しそれ以
降は高温の伝熱ガス媒体を循環し一定の維持温度に保つ
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板であるウェ
ーハを熱処理し不純物の拡散や薄膜形成など行なう熱処
理炉に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の熱処理炉は複数枚のウェーハを
収納し高温で熱処理する一種の電気炉である。特にウェ
ーハに不純物を拡散させる熱拡散を行なう場合は、炉内
の温度を1000°C以上昇温しなければならなかっ
た。しかしながら、大容量の炉内温度を1000°C以
上の温度に昇温したりあるいは低い温度に降温したりす
ることは、昇温時間がかかるばかりか降温時間は自然空
冷のため冷却時間が非常に長くかかっていた。従来、こ
の改善策として昇温速度をより早く立上げするために常
時炉内温度を、例えば、ウェーハを収納する前は常時8
00°C程度にしウェーハの処理時には1200°Cに
昇温させ温度立上げ時間の短縮を図っていた。また、時
間のかかる降温時間を短縮するために冷却方法の提案が
種々なされてきた。
【0003】図2は従来の熱処理炉の一例を示す図であ
る。上述した降温時間を短縮した熱処理炉の一例は特開
昭57一13736号公報に開示されている。この熱処
理炉は、図2に示すように、ウェーハ17を収納する石
英反応管15の外側に配設されアルミナ(Al2 O3 )
を材料とする均熱管13と、この均熱管13を爪18を
介して支える石英外管14と、均熱管13と石英外管1
4との間隙内を矢印に示す方向に空気を送風する送風手
段19を備えている。
【0004】この熱処理炉の処理動作は、まず、800
℃に維持されている熱処理炉の石英反応管15中に大気
巻き込みによる酸化膜成長防止およびウェーハ17の急
激な可熱によるソリ防止のためゆっくりしたスピード、
例えば、2〜3cm/minでボートローダにより複数
のウェーハ17が石英反応管15内に収納される。次
に、ウェーハ17は約40分時間をかけてヒータ16に
より1200℃に昇温され(4〜5℃/min)不純物
拡散処理が行われる。次に、所定時間経過後、ヒータ1
6の流れる電流を遮断し、送風手段19により石英外管
15と均熱管13との間の間隙を空冷することによりウ
ェ一ハ17は均熱管13の存在によって均一に保たれな
がら800℃なる温度にまで低下する。そしてボートロ
ーダで炉内よりウェーハ17を取り出す。
【0005】この結果、この熱処理炉では、1200℃
から800℃までの降温時間は40分程度になり、通常
の冷却しないときの降温時間130分に対して1/3に
短縮したことを特徴としていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の熱処理
炉では、800℃に降温する降温時間を短縮させるもの
の次のウェーハ処理時の1200℃まで上げるには約4
0分かかるという欠点がある。また、ヒータの出力制御
をどのような方法で行なっているか不明瞭であるが、通
常、降温開始時にヒータ電流を単に遮断するだけだと、
時間の経過に伴なって温度が下降し800°C以下とな
り、再昇温して1200°Cにし安定させるまでには更
に時間がかかる。また、待ち時間によって下降する温度
が変り、再度昇温する毎に昇温時間がばらつき再現性が
ないという欠点がある。この温度立ち上り時間のばらつ
きはひいては処理時間のばらつきを引起し品質に重大な
欠陥をもたらすことになる。
【0007】従って、本発明の目的は、昇温および降温
時間をより短縮し処理能力の向上を図ることができかつ
昇温時間が再現性のある熱処理炉を提供することであ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、複数の
半導体ウェーハを収納する反応管と、この反応管を包み
外周囲にヒータが配設される均熱管と、この均熱管と前
記反応管との間に介在する空間部に伝熱ガス媒体を供給
し該伝熱ガス媒体を循環させる送風機と、この送風機に
切換えバルブを介して接続されるとともに前記伝熱媒体
を高温に維持し蓄くわえる高温用ガス蓄積槽および前記
伝熱ガス媒体を低温に維持し蓄くわえる低温用蓄積槽
と、前記ヒータの出力制御する温度制御部とを備える熱
処理炉である。
【0009】また、前記温度制御部は、前記均熱管の温
度を検出し前記ヒータの出力制御する系統と前記ヒータ
自身の温度を検出し前記ヒータの出力制御する系統と含
んでいることが望ましい。
【0010】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。
【0011】図1(a)および(b)はこの熱処理炉
は、図1(a)に示すように、ヒータ5で囲まれた均熱
管4とボート7に載置されたウェーハ17を収納する反
応内管6との間の空間部6aに伝熱ガス媒体を導入管9
a,9bから送り込み排気管8a,8bから排出し伝熱
ガス媒体を循環させる送風機2と、この送風機の背面側
に接続されるとともに伝熱ガス媒体を高温に維持し蓄積
するリザーバ1bと伝熱ガス媒体を低温に維持し蓄積す
るレザーバ1aと、レザーバ1a,1bの供給配管のい
ずれかと導入管9a,9bと排気管8a,8bに切換え
るバルブ11a,12aおよびバルブ11b,12b
と、熱電対10a,10bにより温度を検出しヒータ5
への電流を制御しヒータ5の加熱出力を調節する温度制
御部10とを備えている。
【0012】また、ヒータ5の出力を制御する温度制御
部10は、図面には示さないが、均熱管4の温度を熱電
対10aで検出しヒータ5の電流制御する温度制御系と
ヒータ5自身の温度を熱電対10bで検出しヒータ5の
電流制御する温度制御系との2系統に分れている。そし
て、熱電対10aを含む温度制御系統は、均熱管4の温
度を検出しヒータ5の出力を制御し高い温度、例えば、
1200°Cを設定温度とし一般に知られたPID制御
を行なうものである。一方、熱電対10bを含む温度制
御系統は、ヒータ5自身の温度を検出し前記温度より低
い温度、例えば、800°Cに設定しPID制御する。
【0013】ここで、伝熱ガス媒体として、例えば、安
価な窒素ガスを用いそれぞれのレザーバ1a,1bに充
填する。レザーバ1aは恒温槽の一種であってチラーユ
ニットを備え常に常温以下(例えば、20°C)の温度
に維持している。そして、バルブ11aと12aを開く
ことにより送風機2で配管を介して空間部6aを循環す
る。一方、リザーバ1bは一種の蓄熱槽であって、容器
の周囲にヒータが巻付けられており、例えば、800°
C程度の温度の窒素ガスが蓄くわえられている。そし
て、バルブ11bと12bを開くことによって空間部6
aに高温窒素ガスを供給し循環する。なお、バルブ11
bとレザーバ1bとの配管は、図面では短かく示してい
るが、実際の配管は長くなるので、配管にヒータ3を巻
き付けることが望ましい。
【0014】次に、図1(b)を参照してこの熱処理炉
の動作を説明する。まず、レザーバ1bからバルブ11
b,12bを介して送られる高温窒素ガスと低温側に切
換えらた温度制御系により、例えば、800°Cの一定
の高い温度に維持された反応内管6内にボート7ととも
にウェーハ17を収納する。勿論、前述したように、大
気巻き込みによる酸化膜防止や反り防止のためボートロ
ーダにより2〜3cm/minのゆっくりしたスピード
でウェーハ17を炉内へ搬送する。
【0015】次に、ウェーハ17の挿入に10分経過し
てt1のとき、温度制御系が熱電対10aを含む高温側
に切換えられヒータ5に前の温度制御系に比べ大電流が
流れる。そして、熱電対10aは常に温度を検出し反応
内管6内の温度を1200°Cになるようにヒータ5に
電流を供給する。このことにより、800°Cで送られ
た窒素ガスは1200°C以上加熱され反応内管6に熱
伝達し反応内管6の内部温度が1200°Cとなる。ち
なみに昇温時間t1〜t2を計測したところ20分であ
った。
【0016】次に、t2からt3までの処理時間は高温
側の温度制御系で1200°Cに一定温度に維持しウェ
ーハ17の不純物拡散を行なう。なお、1200°C以
上に加熱された窒素ガスは排気管8a,8bから排出さ
れ長い配管経路を通してレザーバ1bに戻る。このとき
の窒素ガスは長い配管経路を通過している中に800°
C以下に冷却されている。
【0017】次に、処理時間が経過しt3になると、バ
ルブ11bとバルブ12bが閉じ代りにバルブ11aと
12aが開きリザーバ1aから常温以下の低温の窒素ガ
スが循環する。この動作と同時にヒータ5への電流を遮
断する。このことにより反応内管6は冷却されt4時間
でほぼ800°Cになる。t4以降は、温度制御系が低
温側に切替えられるとともにバルブ11b,12bが開
き高温の窒素ガスが空間部6aに供給され循環する。こ
のことによりヒータ5は800°C以上上らず一定の温
度を維持し、一方、空間部6a内も800°Cの高温窒
素ガス雰囲気となり反応内管6内の温度は800°Cの
温度で保たれる。
【0018】そして、ウェーハ17を反応内管6より取
出し、未処理のウェーハを再び収納し前述したと同様に
ウェーハの拡散処理を行なう。なお、降温時間を測定し
てみたところ、略30分であり10分程度短縮できた。
また、降温後も温度は下降することなく温度を一定に維
持し、温度の立ち上げ時間および立ち下げ時間が変動な
く常に一定の時間であった。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、ヒータを
外周囲に配設する均熱管とこの均熱管に包まれる反応内
管との間の空間部に反応内管の維持温度に等しい温度の
伝熱ガス媒体を循環しながらヒータ自身の温度を検知し
出力制御を行なうことによって、ウェーハの待ち時間の
長短にかかわらず反応内管の維持温度を常に一定にし、
昇温時には均熱管の温度を検出しヒータの出力を制御し
て一定の維持温度から処理温度まで上げるので、昇温時
間をより早くできしかも昇温時間の再現性が良くなると
いう効果がある。また、処理温度から維持温度まで反応
内管を冷却するのに空間部に常温以下の伝熱ガス媒体を
供給し循環させることにより降温時間を短縮でき処理能
力の向上が図れるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の熱処理炉一実施例を示す図および動作
を説明するための温度線図である。
【図2】従来の熱処理炉の一例を示す図である。
【符号の説明】 1a,1b レザーバ 2 送風機 3,5,16 ヒータ 4,13 均熱管 6 反応内管 6a 空間部 7 ボート 8a,8b 排気管 9a,9b 導入管 10 温度制御部 10a,10b 熱電対 11a,11b,12a,12b バルブ 14 石英外管 15 石英反応管 17 ウェーハ 18 爪 19 送風手段

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の半導体ウェーハを収納する反応管
    と、この反応管を包み外周囲にヒータが配設される均熱
    管と、この均熱管と前記反応管との間に介在する空間部
    に伝熱ガス媒体を供給し該伝熱ガス媒体を循環させる送
    風機と、この送風機に切換えバルブを介して接続される
    とともに前記伝熱媒体を高温に維持し蓄くわえる高温用
    ガス蓄積槽および前記伝熱ガス媒体を低温に維持し蓄く
    わえる低温用蓄積槽と、前記ヒータの出力制御する温度
    制御部とを備えることを特徴とする熱処理炉。
  2. 【請求項2】 前記温度制御部は、前記均熱管の温度を
    検出し前記ヒータの出力制御する系統と前記ヒータ自身
    の温度を検出し前記ヒータの出力制御する系統と含んで
    いることを特徴とする請求項1記載の熱処理炉。
JP6265596A 1994-10-28 1994-10-28 熱処理炉 Expired - Lifetime JP2570201B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002222804A (ja) * 2001-01-25 2002-08-09 Tokyo Electron Ltd 熱処理方法及び熱処理装置
WO2003009358A1 (fr) * 2001-07-19 2003-01-30 Sharp Kabushiki Kaisha Appareil et procede de traitement thermique

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2003009358A1 (fr) * 2001-07-19 2003-01-30 Sharp Kabushiki Kaisha Appareil et procede de traitement thermique
US7278587B2 (en) 2001-07-19 2007-10-09 Sharp Kabushiki Kaisha Thermal treatment apparatus and thermal treatment method

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