JPS6164130A - 熱処理炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は主に高温熱処理工程に用いられる熱処理炉に関
し、特に被熱処理体中の温度差を小さくする目的で保温
断熱部に改良を加えた熱処理炉に係わる。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来、熱処理炉としては第２図に示すものが知られてい
る。

図中の１は、石英管である。この石英管１の中には、複
数のシリコンウェハ２・・・を植設した石英製ボート３
がセットされている。また、同石英管１の端部には、蓋
４が設けられている。

前記石英管１の長手方向の周囲には、均熱管５が設けら
れている。この均熱管５の長手方向の周囲には、螺旋状
のヒータ（発熱体）６が巻回されている。このヒータ６
の周囲には、保温断熱部７が設けられている。

こうした構造の熱処理炉を用いて熱処理時のウェハ２内
の温度差を小さくして塑性変形を防ぐためには、第１に
ウェハを熱処理炉（石英管）に挿入する速度を小さくす
ることが考えられる。

しかしながら、高温熱処理でこのようにウェハ２をゆり
〈フ挿入すると、熱処理に要する時間が長くなり、例え
ばウェハ２の酸化工程（又は不純物拡散工程）では酸化
膜の厚み（又は拡散長）のバラツキが大きくなるため、
上記ウェハ２から得られる製品の信頼性を保つことが難
しい。また、ウェハの大口径化に伴い石英管への挿入速
度はさらにゆっくりしたものにしなければならず、生産
性の低下を招き、大口径化へのメリットを相殺してしま
う。

また、塑性変形を防ぐための第２の方法として、ウェハ
２を低温で石英管１に挿入して高温まで炉内の温度を上
昇させ、引き出し時は熱処理温度を低温まで下げる、い
わゆるランプアップダウン法が知られている。しかしな
がら、この方法によれば、前述したウェハ２の酸化膜の
厚み（又は拡散長）のバラツキは小さくなるものの、炉
の保温購造に起因して降温速度が小さく生産性が低下す
る。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、保温断熱材
に改良を加えることＶこより、ウェノ・表面の酸化膜の
厚みや拡散長等のバラツキを抑制するとともに、生産性
の高い熱処理炉を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、保温断熱部を最内側の第１の保温断熱材と、
外側の流体を流す空洞部と、最外側の第２の保温断熱部
とから構成することによって、既述シたランプアップダ
ウン法で熱処理する際、炉温の降温時の降温速度を速く
し、もって上記目的を達成することを骨子とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図を参照して説明する。

なお、第２図と同部材のものは同符号を、付して説明を
省略する。

図中の１１は、保温断熱部である。この保温断熱部１１
は、最内側（ヒータ６寄り）の第１の保温断熱材１２と
、外側の流体（例えば空気）を流す空洞部１３と、最外
側の第２の保温断熱材１４とから構成されている。また
、前記空洞部１３に連通する配管１５には、吸入弁１６
、排気弁１７が夫々設けられている。これら吸入弁１６
、排気弁１７を夫々閉じることにより、空洞部１３は完
全に密閉された状態となる。なお、本実施例におけるウ
ェハ２は、６インチの大口径のものとする。

しかして、本発明によれば、保温断熱部１１を、第１．
第２の保温断熱材１２．１４と、これらの中間部に吸入
弁１６、排気弁１７を有する空洞部１３とから構成する
ため、酸化膜形成の際の降温速度を従来と比べて著しく
上げ、酸化膜の厚み等のバラツキを防止できるとともに
、生産性の向上を図ることができる。

事実、第３図の実線（イ）に示す如く、まず従来のラン
プアップダウン法により７５０℃（点Ａ）でウェハ２の
挿入を行なった。つづいて、炉温を１０００℃（点Ｂ）
まで１２．５℃／ｍ　ｉｎの速度で上昇させ、酸化を行
なった。この際、吸入弁１６、排気弁１７を閉じ空洞部
１３を密閉して従来の昇温速度で昇温を行ない、保温能
力を高めた。次いで、引き出し時は一旦７５０℃（点Ｃ
）まで炉温を下げてウェハ２を引き出したが、こ・の降
温時に吸入弁１６、排気弁１７を開けて室温の空気をＩ
　ＯＯＡ’１ｎＩｎで送り込み１２．５℃／ｍｉｎの速
度で冷却した。しかるに、第１図の熱処理炉によれば、
昇温時は空洞部１３を密閉することにより昇温速度を損
うことなく昇温でき、降温時は空洞部１３に空気を送９
込むことにより、降温速度を従来（折線（ロ））と比べ
約６倍に上げることができる。従って、従来の高温での
挿入、引き出し法より時間を短縮でき、生産性を向上で
きる。ここで、１０００℃での酸化を行なうにあたって
の生産性を、従来法■（高温での挿入、引き出し）を１
として下記表に示した。

表 なお、同表で従来法■ば、熱処理温度が一定（１０００
’Ｃ）でゆっくり出し入りするものとする。また、従来
法■は、例えば８５０℃で挿入後、１０００°Ｃまで上
げ、再び８５０℃まで降温して引き出すものとする。同
表により、本発明の場合、従来法■、■と比べ所要時間
を著しく短縮でき、生産性を著しく向上できることが明
らかである。

また、本発明によれば、熱処理時の塑性変形を完全に防
止できる。このことは、第４図の冷却時の炉温と時間の
特性図から明らかである。

なお、図中の（イ）は本発明の場合を、（ロ）は従来の
場合を示す。本発明では、従来のランプアップダウン法
の利点をそのまま用いることができるとともに、熱処理
に要する時間を短縮できる。

即ち、昇温時及び降温時に発生するウェハの温度を数℃
以内に抑えることができ、熱処理時の塑性変形を完全に
防止できる。

更に、本発明によれば、熱処理によりウェハのホード上
の位置による酸化膜の厚みのバラツキを防止できる。第
５図は、ボート上のウェノ１位置による酸化膜厚のバラ
ツキを本発明（実線（イ））と従来法■（一点鎖線Ｃ口
））とを比較した結果を示す。同図により、本発明では
低温での挿入、引き出しとランプアップダウンの利点を
活用しているため、酸化膜の厚みのバラツキが小さくな
ることが明らかであり、従来法■の】／４程度であった
。

更には、空洞部１３は、吸入弁１５、排気弁１６により
密閉された構造となっているため、流体の導入、排気に
あたって塵埃などが炉外へ出ることなく、クリーンルー
ムの清浄度を保持できる。

なお、上記実施例では、空洞部と連通ずる配管に吸入弁
、排気弁を夫々設けた場合について述べたが、これに限
らず、単に空洞部に外気を導入しても従来と比べ優れた
効果を得ることができる。

また、上記実施例では、酸化膜形成の際、昇温時は従来
の昇温速度で昇温を行ないかつ降温時は室温の空気を送
りなから降温を行なったが、これに限らない。例えば、
昇温時に加熱した空気を送シかつ降温時には液体窒素の
蒸発気体を送ってもよい。この方法によれば、特に降温
時に上述の方法より室温空２の１．５倍、従来炉の約９
倍の冷却が可能となった。しかも、この気体の導入は、
吸入弁の外側に切り換えコックを取り付けることによシ
容易に行なうことができる。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く不発明によれば、酸化膜厚等のバラツ
キを抑制するとともに、生産性を向上できる等種々の効
果を有した熱処理炉を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る熱処理炉の断面図、第
２図は従来の熱処理炉の断面図、第３図はウェハ温度と
時間との関係を示す特性図、第４図は炉温と時間との関
係を示す特性図、第５図はウェハ位置による酸化膜の厚
みのバラツキを示す特性図である。 １・・・石英管、２・・・シリコンウェハ、３・・・石
英製デート、５・・・均熱管、６・・・ヒータ（発熱体
）、１１・・・保温断熱部、１２．１４・・・保温断熱
材、１３・・・空洞部、１５・・・吸入弁、１６・・・
排２弁。 出願人代理人　　弁理士　　鈴　江　武　彦第１図 第２　図 第３図 時閉− 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ウェハをセットしたボートが出入される石英管と
   、この石英管の周囲に順次外側に沿って設けられた均熱
   管、発熱体及び保温断熱部とを具備し、保温断熱部が、
   最内側の第１の保温断熱材と、外側の流体を流す空洞部
   と、最外側の第２の保温断熱材とから構成されているこ
   とを特徴とする熱処理炉。
2. （２）空洞部が吸入弁、排出弁より密閉可能な構造とな
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の熱処理
   炉。
3. （３）降温時に吸入弁、排出弁を開くことにより空洞部
   に流体を流すことを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載の熱処理炉。