JPS63166218A

JPS63166218A - 半導体熱処理装置のウエ−ハ冷却方法

Info

Publication number: JPS63166218A
Application number: JP31020386A
Authority: JP
Inventors: Kenji Otsuki; 大槻　憲治
Original assignee: DEISUKO HAITETSUKU KK
Current assignee: DEISUKO HAITETSUKU KK
Priority date: 1986-12-27
Filing date: 1986-12-27
Publication date: 1988-07-09
Anticipated expiration: 2011-06-26
Also published as: JP2511259B2

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】〔産業上の利用分野〕この発明は、冷却媒体を半導体熱処理装置の反応管の回
りの領域に流し、反応管からのウェーハの搬出に先立っ
て、ウェーハを強制的に冷却する半導体熱処理装置のウ
ェーハ冷却方法に関する。

〔従来技術〕

シリコンウェーハに代表される半導体基板（以下、ウェ
ーハという）の表面に、酸化、拡散、ＣＶＤ等の熱処理
（化学処理も含める）を施してＩＣ１ＬＳＩ等の電気回
路を形成する装置として、半導体熱処理装置が知られて
いる。

ウェーハはウェーハボートに互いに並置しテ多数積載さ
れる。ここで、半導体熱処理装置は、ウェーハポートの
搬入出される反応管と、反応管の回りに配設されて、反
応管内を所定の温度、たとえば、１０００〜１２００℃
に加熱するヒータと、ヒータの回りに配設されて、外部
への熱の漏出を防１ヒする断熱体と、断熱体の回りに配
設された炉体カバーとを具備して構成されている。

半導体熱処理装置は、反応管が水平、または、扉直に配
設されることによって、横型半導体熱処理装置と、縦型
半導体熱処理装置とに分類される。そして、半導体７１
％％理装置は、ウェーハポートの搬入用される開口を一
端に備え、縦型半導体熱処理装置は、上端の開口した井
戸型と、下端の開口した吊鐘型とに更に分類される。

ウェーハを積載したウェーハポートは、開口を介して反
応管内に搬入され、バリヤーと称するカバーで開口が閉
じられる。そして、ヒータによって、　１０００〜１２
００℃に反応管内が加熱されるとともに、酸素カス、水
素ガスのような所定の反応ガスが反応管内に供給されて
、酸化、拡散等の熱処理がウェーハ表面に施される。所
定の熱処理後、へリヤーを移動して、開口が開放され、
開口を介して、ウェーハポートが１反応管から搬出され
る。

ここで１反応管内は１０００〜１２００℃といった高温
に加熱され５反応管内のウェーハもほぼ同一温度に加熱
されている。そのため、もし、ウェーハポート１−の高
温のウェーハが反応管から直ちに搬出されて、外気に触
れると、急激な温度変化によって、ウェーハに熱ひずみ
が生じる。そして、熱ひずみに起因して、結晶欠陥、ひ
び割れ、ソリ等がウェーハに生じ、歩留りを低下させる
。

急激な温度変化を防止して、熱ひずみの発生を阻止する
ため、横型、縦型のいずれの半導体熱処理装置において
も、ウェーハポートは、熱処理後、直ちに搬出されず、
ウェーハを７００〜８００℃に−・Ｕ降温してから、た
とえば、５ｃｍ／ｗｉｎ、といった低い速度で、反応管
から搬出される。このように、熱処理後のウェーハの搬
出は、慎重に行なわれる。

ところで、熱処理後、所定温度になるまで、自然冷却に
ゆだねて、放置すると、冷却速度が、１〜ｂ０℃まで降温させるのに、２００〜２５０　ｆｆ１ｉｎ
、を要する。そのため、作業性を高めるために、自然冷
却でなく、冷却媒体を流してウェーハを強制的に冷却す
る冷却方法が採用されている。この強制冷却方法では、
通常、反応管と断熱材との間の領域（この領域にはヒー
タが介在する）に反応管の一端から、ブロアーなどの吹
き込み手段によって、冷却媒体、たとえば、空気を供給
する。供給された空気は、反応管、ヒータ、断熱材等に
蓄積された熱を奪いつつ流れ、反応管の他端で断熱材に
設けられた流出路（放出路）から、外部に放出されるこ
のような強制冷却方法によれば、１０００〜１２００°
Ｃから７００〜８００℃までの降温に要する時間は、５
０〜８０ｍ１ｎ、であり、自然冷却方法に比較して大幅
に減少し１作業性が改善される。

〔従来技術の問題点〕

しかしながら、反応管と断熱材との間の領域は随所に隙
間を有し、密封性が悪い、たとえば、断熱材は、一体物
より形成されるのでなく、たとえば、厚さ６１１Ｉ１１
程度の断熱片を９〜１０層重ねて形成されるため、高い
密封性はもともと期待できない。特に、　１０００〜１
２００℃といった高温に接すると、断熱片は５ｚ程度収
縮するため、断熱片間の隙間が拡大し、密封性が低下す
る傾向にある。断熱材は、ステンレスアルミよりなる円
筒形の炉体カバーで被覆されるが、熱膨張を考慮して、
炉体カバーの端部には、クッションが配設されるため、
この点からも、密封性が確保できない、また、熱電対保
３Ｉ管、ヒータの給電端子等が断熱材、炉体カバーを介
して外方に延び、熱電対保護管、ヒータの給電端子等等
と、断熱材および炉体カバーとの間に、隙間が必然的に
残される。

ここで、反応管と断熱材との間の領域に圧縮されて吹き
込まれた低温の冷却媒体は、反応管、断熱材等に蓄積さ
れた熱を奪って、加熱され、膨張して、加圧され、外気
よりかなり高圧となる。そのため、反応管の回りの領域
を流れる際、冷却媒体は、断熱材、炉体カバーの隙間を
介して、外部に漏出する。

半導体熱処理装置は、種々の電装品、精密部品を有して
いる。そのため１反応管の回りの領域を流れて高温化し
た冷却媒体が、炉体カバーの外部に漏出すると、電装品
等を損傷させる虞れがある、また、半導体熱処理装置は
、クリーンルームに据付けられているため、漏出する冷
却媒体がクリーンルームを汚染する。

ウェーハの位置する反応管の中央部は、温度分布の均一
な領域であり、通常、フラー２トゾーンと称される。そ
して、均一な熱処理をウェーハ表面に施すように、熱処
理中、このフラットゾーンの温度分布は、厳重に管理さ
れ、許容範囲内に維持される。また、冷却時においても
、フラットゾーンの温度分布が許容範囲にあることが要
求される、冷却時におけるフラットゾーンの許容温度分
布として、たとえば、拡散処理においては、従来は、±
２〜±３℃で足りていた。しかし、デバイスの高集積化
に伴い、最近では、±２〜±３℃という狭い許容範囲が
要求されている。

しかしながら、上記のように、冷却媒体を吹き込む強制
冷却方法では、冷却媒体が外部に漏出するため、±２〜
±３℃というワラ１．トゾーンの許容温度分布を確保す
ることはできない。

また、冷却媒体を、吹き込む代りに、吸引する強制冷却
方法も考えられる。この冷却方法では、反応管の回りの
領域を外気、または、冷却媒体リザーバに連通させると
ともに、ブロアーの吸％Ｊ管をこの領域に開口して、ブ
ロアーの吸引力によって、冷却媒体を反応管から強制的
に流出させることによって、冷却媒体の流れを強制的に
作り出している。しかし、反応管の回りの領域は負圧化
するため、隙間を介して、外気が流入し、冷却媒体の流
れに混入する。冷却媒体は、反応管の回りの領域を流れ
るにつれて、反応管、断熱材等に蓄えられた熱を奪って
加熱されている。しかし、低温の外気が混入することに
よって、冷却媒体は冷却され、反応管の回りの領域内に
おける位置によって、冷却媒体の温度が異なり、冷却媒
体による均一な冷却が困難となる。そのため、フラット
ゾーンの温度分布を±２〜±３℃Ｃという許容範囲内に
維持できない。

〔発明の目的〕

この発明は、冷却媒体の漏出および外気の混入を防１ト
して、均一な冷却を可能とした。半導体熱処理装置のウ
ェーハ冷却方法の提供を目的としている。

〔発明の概略〕

この目的を達成するため、この発明によれば。

吹き込み手段によって、冷却媒体を反応管の一端から反
応管の回りの領域に強制的に流入させるとともに、排気
手段によって、反応管の他端から強制的に流出させてい
る。このような方法では、冷却媒体の圧力上昇が抑制さ
れ、冷却媒体の圧力と外気圧との差を小さくできるため
、冷却媒体の漏出が防止されるとともに、外気の混入も
防止され、冷却媒体による均一な冷却が可能となる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながらこの発明の実施例について詳
細に説明する。

縦型半導体熱処理装置１０に即してこの発明に係るウェ
ーハ冷却方法を説明する。半導体熱処理装置１０は１石
英のような耐熱材より形成された反応管１２を具備し１
反応管は、垂直に配設され、そのＥ端が開口している。

そして、反応ガスを導入するための反応ガス導入部１３
が、反応管１２の下端に形成されている。たとえば、ヒ
ートコイルよりなるヒータ１４が反応管１２の回りに配
設され、ヒータは１通電されることによって、反応管を
回りから加熱し、反応管内を、たとえば、・１０００〜
１２００℃といった所定温・度に加熱する。また、酸化
アルミ、醸化シリコン等より成る断熱材１Ｂが、外部へ
の熱放出を防止するように、ヒータ１４の回りに配設さ
れ、更に、たとえば、ステンレスまたはアルミニウムよ
り成る円筒形の炉体カバー１８が、断熱材１６の回゛り
に配設されている。炉体カバー１８は、上下に端板１９
．２０を持ち、上方の端板１．１１上に、クッシ！ン２
２を介して、反応管１２が支持される０反応管１２を均
一に加熱するように、均熱管を反応管、ヒータ１４間に
配設してもよい。

半導体熱処理装置１０は、熱処理後のウェーハを冷却す
るための冷却子役２４を更に具備し、この冷却手段は、
ヒータ１４の介在する反応管１２、断熱材１６間の領域
２Ｂに冷却媒体を送るように構成される。冷却媒体とし
て、通常、空気、たとえば、クリーンルーム内の空気が
利用されるが、窒素ガス等の不活性ガスを利用してもよ
い、冷却手段２４は、一対の導管２日、２９を備え、こ
れらの導管は、反応管１２のほぼ全長にかけて冷却媒体
が流れるように、反応管の上端および他端で、領域２Ｂ
にそれぞれ開口して設けられている。

実施例では、導管２８．２９は連結されて循環した瀉路
３０を構成し、冷却媒体吹き込み手段（送風手段）、た
とえば、ブロアー３２が、循環路３０に配設されている
。このように、循環路２８にブロアー３２を配設した構
成では、ブロアーは、吹き込み機能（送風機能）だけで
なく、吸引機能も兼ね備える。そのため、吹き込み手段
、吸引手段が一体化でき、吸引手段を別途設ける必要が
なく、冷却手段２４の構成が簡潔化される利点がある。

そして、領域２Ｂ内で下方から上方に冷却媒体が流れる
ように、ブロアー３２のＬ方で循環路３０に、放熱手段
、たとえば、ラジェータ３４が配設されている。

−上記構成において、ウェーハは、ウェーポートに積載
されて反応管１２に搬入される。そして、ヒータ１４に
通電して、反応管１２の内部を、所定温度、たとえば、
１０００〜１２°００℃に加熱する６反応管内の温度は
、熱電対で検出され、所定温度が維持されるように、ヒ
ータ１４の電流値が調整される。また、所定の反応ガス
が１反応管下端の反応ガス導入ｆ！８１３から反応管内
に導入され、酸化、拡散等によって、ウェーハ表面に所
定の熱処理が施こされる。なお、反応ガスは反応管内を
上昇し、図示しない排気管を経て、反応管１２から流出
される。

冷却手段２４は、熱処理中においては、当然に作動され
ない、そして、熱処理が終了し、ヒータ１４の通電が断
たれた後、冷却手段２４が始動する。つまり、たとえば
、ヒータ１４の通電を断った後、ブロアーのモータ３Ｂ
に通電され、ブロアー３２が起動される。すると、冷却
媒体は、適当な流量、たとえば、４００〜＋０００１ｉ
ｔｅｒ／ｓｉｎで、導管２Ｂを経て、領域２６に流入し
、反応管１２、ヒータ１４、断熱材１６、灼熱管、スペ
ーサ（いずれも図示しない）等に蓄えられた熱を奪って
、領域２Ｂ内を上昇する。そして、冷却媒体の流れによ
って、反応管内のウェーハは徐々に冷却される０反応管
等の熱を奪うことによって、冷却媒体は、反応管等はぼ
同一の温度（雰囲気温度）まで加熱される。しかし、領
域２Ｂから導ｖ−２９を経て、流出した冷却・媒体は、
フィルター３３で慮過された後、ラジェータ３４で５０
℃程度まで冷却され、ブロアー３２によって、導管２日
を経て、領域２Ｂ内に繰り返し吹き込まれる。

上記のように、この発明によれば、冷却媒体が、反応管
１２の一端から吹き込まれるとともに、反対サイドで吸
引される。このような冷却方法において、低温の冷却媒
体は、圧縮−されて強制的に流入され、領域２６を流れ
る際、反応管１２、断熱材１６等に蓄積された熱を奪っ
て、雰囲気温度まで加熱され、膨張して、その圧力が上
昇する。しかし、反対サイドから吸引されて、強制的に
流出するため、冷ね媒体の圧力は、さほど上昇せず、外
気と圧力差を小さく維持したまま、冷却媒体は領域２８
を流れる。そのため、圧力バランスがほぼ維持され、断
熱材１６、炉体カバー１８等の隙間によって、領域２Ｂ
の害封性が損なわれていても、冷却媒体の漏出が防１ト
される。

このように、雰囲気温度に加熱された高温の冷却媒体の
漏出が防１ヒされ、熱気モレがないため、電装品、精密
部品等の破損が防止される。また、断熱材１Ｂは、２〜
３　ＪＬＩＩのｔａ維質から成る断熱片から形成される
ため、冷却媒体が憤城２Ｂを流れる際、微細な繊維質が
冷却媒体に混入する。しかし、このような塵芥を含む冷
却媒体が漏出しないため、クリーンルームの汚染が防止
される。

また、圧力バランスがほぼ維持されるため、負圧も生じ
ず、冷却媒体の混入もない、このように、冷却媒体の漏
出、外気の混入が防止されるため、冷却媒体は均一な状
態で領域２Ｂを流れ、均一な冷却が可能となる。そして
、実験によれば、この発明の冷却方法では５〜ｂ冷却速度の下でも、フラットゾーンの温度分布を±２℃
に維持できることが判明した。

また、実施例に示すように、冷却媒体の流路３０を循環
路として、閉回路化すれば、冷却媒体が繰り返し利用で
きるため、冷却媒体として、窒素ガスのような不活性ガ
スが利用できる。ここで、石英より成る反応管１２は、
周壁に微細な孔を持ち、この孔を介して、冷却媒体が反
応管内に流入して、反応管内を汚染するとともに、熱処
理直後のウェーハを汚染する虞れがある。しかし、不活
性ガスを冷却媒体として利用できれば、冷却媒体による
反応管内の汚染が十分に防止される。

また、流路３０を循環路とすれば、高温の冷却媒体を半
導体熱処理装置ｌＯの外部に放出することなく、冷却し
て再利用できる。そして、半導体熱処理装置１０の外部
に高温の冷却媒体を放出しないため、冷却媒体の処分に
窮することがない。

上述した実施例は、この発明を説明するためのものであ
り、この発明を何等限定するものでなく、この発明の技
術範囲内で変形、改造等の施されたものも全てこの発明
に包含されることはいうまでもない。

たとえば、実施例では、冷却媒体は１反応管の下端から
領域２６に吹き込まれ、上端から吸引されているが、上
端から吹き込み、下端から吸引してもよい。

また、縦型半導体熱処理装置に即して、この発明を説明
したが、横型半導体熱処理装置にも、この発明が応用で
きることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

上記のように、この発明によれば、冷却媒体を反応管の
一端から強制的に流入させるとともに、反応管の他端か
ら強制的に流出させている。このような方法では、冷却
媒体の圧力上昇が抑制され、冷却媒体の圧力と外気圧と
の差を小さくできるため、圧力のアンバランスによる冷
却媒体の漏出が防止される。そのため、高温の冷却媒体
の漏出に起因する熱気モレがなく、電装品、精密部品等
の破損が防止される。また、断熱材の微細片等の混入し
た冷却媒体が漏出しないため、クリーンルームが汚染さ
れない。

そして、圧力バランスが維持され１反応管の回りの領域
に負圧が生じな−いため、外気が、この領域に混入する
こともない、このように、冷却媒体の漏出も、外気の混
入もなく、冷却媒体が流れるため、均一な冷却がｉ＋７
能となり、実験によれば。

５〜ｂ反応管のフラットゾーンの温度分布を±２℃に維持でき
た。

また、冷却媒体のための流入路、流出路を連結して流路
を循環路とすれば、冷却媒体として不活性ガスが利用で
きるとともに、吹き込み手段、吸引手段が一体化できる
利点がある。また、高温の冷却媒体の処分に窮すること
がない。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明の方法を実施する縦型半導体熱処理装
置の概略縦断面図である。ｌＯ：縦型半導体熱処理装置、１２：反応管、１４：ヒ
ータ、１８：断熱材、１８：炉体カバー、２４；冷却手
段、２Ｂ：冷却媒体の流れる領域、２８：導管（流入路
）、２９：導管（流出路）、３０：流路（循環路）、３
２ニブロアー（吹き込み手段兼吸引手段）、３３：フィ
ルター、３４：ラジェータ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）高温化された反応管内にウェーハを搬入して、所
定の熱処理を施した後、ウェーハの搬出前に、冷却媒体
を反応管の回りの領域に流して、ウェーハを強制的に冷
却する半導体熱処理装置のウェーハ冷却方法において、
吹き込み手段によって、冷却媒体を反応管の一端から反
応管の回りの領域に強制的に流入させるとともに、吸引
手段によって、反応管の他端から強制的に流出させて、
冷却媒体の圧力と外気圧との差を小さくした状態で、冷
却媒体を反応管の回りの領域に流す半導体熱処理装置の
ウェーハ冷却方法。
（２）冷却媒体のための流入路、流出路を連結して循環
路を構成し、この循環路を経由して、冷却媒体を反応管
の回りの領域に流す特許請求の範囲第１項記載の半導体
熱処理装置のウェーハ冷却方法
（３）吹き込み手段、吸引手段を兼務する手段によって
、冷却媒体を反応管の回りの領域に流す特許請求の範囲
第２項記載の半導体熱処理装置のウェーハ冷却方法。