JP3023967B2 - Heat treatment equipment - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、熱処理装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a heat treatment apparatus.
（従来の技術） 例えば縦型熱処理装置は、縦型のプロセスチューブ内
において被処理体の熱処理を行うものであり、このよう
な装置としては、例えば半導体ウエハ等を処理する縦型
気相成長装置や縦型熱拡散炉等がある。(Prior Art) For example, a vertical heat treatment apparatus performs heat treatment of an object to be processed in a vertical process tube. As such an apparatus, for example, a vertical vapor deposition apparatus for processing a semiconductor wafer or the like. And vertical thermal diffusion furnaces.
この種の縦型熱処理装置では、第３図（Ａ）に示すよ
うに、周囲にヒータ12を有する縦型のプロセスチューブ
10は、その下端にてマニホールド14に支持されている。
そして、被処理基板であるウエハ16は、被処理体搬送治
具であるウエハボート18に水平状態で複数枚縦方向に所
定間隔おいて配列支持され、この状態で前記プロセスチ
ューブ10内にローディングされる。そして、ウエハ16の
熱処理を行う際には、前記ウエハボート18を均熱ゾーン
位置内にセットし、均熱ゾーンでの熱処理を実行する。In this type of vertical heat treatment apparatus, as shown in FIG. 3 (A), a vertical process tube having a heater 12 around it.
10 is supported by the manifold 14 at its lower end.
A plurality of wafers 16 as substrates to be processed are arranged and supported at predetermined intervals in the vertical direction in a horizontal state on a wafer boat 18 as a workpiece transfer jig, and are loaded into the process tube 10 in this state. You. Then, when performing the heat treatment of the wafer 16, the wafer boat 18 is set in the position of the soaking zone, and the heat treatment is performed in the soaking zone.
さらに、前記ウエハボート18をプロセスチューブ10内
に対し搬入出するためのボートエレベータ20が設けられ
ている。このボートエレベータ20のエレベータアーム22
には、前記マニホールド14の下端開口部を密閉し、炉内
を減圧下にするための蓋体24と、その上方に固定された
保温筒受け台26上に保温筒28が載置され、さらにこの保
温筒28の上端に前記ウエハボート18が着脱自在に支持さ
れるような構造となっている。Further, a boat elevator 20 for carrying the wafer boat 18 into and out of the process tube 10 is provided. The elevator arm 22 of this boat elevator 20
The lid 24 for sealing the lower end opening of the manifold 14, reducing the pressure inside the furnace, and a heat retaining cylinder 28 are placed on a heat retaining cylinder receiving base 26 fixed above the lid 24. The wafer boat 18 is configured to be detachably supported on the upper end of the heat retaining cylinder 28.
ここで、前記マニホールド14は、プロセスチューブ10
の下端を支持するとともに、プロセスチューブ10内を減
圧下に保つため、マニホールド14とプロセスチューブ10
との隙間にシールド材であるＯリング30aを介在させて
いる。また、前記プロセスチューブ10の下端開口部を密
閉して炉内を減圧下に保つため、前記蓋体24は前記Ｏリ
ング30aと同様のＯリング30bを介してプロセスチューブ
下端を密閉している。Here, the manifold 14 is a process tube 10
The manifold 14 and the process tube 10 are supported to support the lower end of the
An O-ring 30a, which is a shielding material, is interposed in the gap between the O-ring 30a. In order to keep the lower end opening of the process tube 10 closed and keep the inside of the furnace under reduced pressure, the lid 24 seals the lower end of the process tube through an O-ring 30b similar to the O-ring 30a.
これらのＯリング30a及び30bはゴム等で構成される
が、その耐熱性の問題から、この付近の温度は150℃以
下、好ましくは130℃以下に冷却する必要がある。この
ため、前記マニホールド14のプロセスチューブ10下端と
接触する部分には空洞状の冷却空洞32が設けられ、この
冷却空洞32内に冷却水等の冷却媒体を循環させることに
よりプロセスチューブ10の下端を冷却し、前記Ｏリング
30a及び30bの熱損傷を防止している。また、このように
プロセスチューブ10の下端を冷却するのは、この付近で
のプロセスガスの反応を防止し、治具に反応生成物が付
着するのを防止する目的も有している。These O-rings 30a and 30b are made of rubber or the like, but due to the problem of heat resistance, the temperature in the vicinity of the O-rings needs to be cooled to 150 ° C. or lower, preferably 130 ° C. or lower. For this reason, a hollow cooling cavity 32 is provided at a portion of the manifold 14 that contacts the lower end of the process tube 10, and a lower end of the process tube 10 is formed by circulating a cooling medium such as cooling water in the cooling cavity 32. Cool the O-ring
Prevents thermal damage to 30a and 30b. Cooling the lower end of the process tube 10 in this way also has the purpose of preventing the reaction of the process gas in the vicinity thereof and preventing the reaction product from adhering to the jig.
上記のような構成の縦型熱処理装置においては、ウエ
ハ16を搭載したウエハボート18を前記プロセスチューブ
10内の均熱ゾーンにセットし、前記プロセスチューブ10
内を密閉して減圧下においてプロセスガス導入管34から
プロセスガスを前記プロセスチューブ10内に導入し、ウ
エハ16の熱処理を行い、ガス排出口36より排気してい
る。このような熱処理において、プロセスガスの反応に
より、ウエハ16の表面上に反応生成物として例えばポリ
シリコン等の皮膜が形成される。In the vertical heat treatment apparatus configured as described above, the wafer boat 18 on which the wafer 16 is mounted is connected to the process tube.
Set in the soaking zone in 10 and set the process tube 10
The inside is sealed, and a process gas is introduced into the process tube 10 from the process gas introduction pipe 34 under reduced pressure, heat treatment of the wafer 16 is performed, and the wafer 16 is exhausted from the gas outlet 36. In such a heat treatment, a film of, for example, polysilicon or the like is formed as a reaction product on the surface of the wafer 16 by the reaction of the process gas.
（発明が解決しようとする課題） 上記のような従来の縦型熱処理装置においては、プロ
セスチューブを支持するマニホールドに冷却空洞を設け
ていたが、前記処理炉端部の冷却を必要とする部分に前
記マニホールドの冷却空洞部を適切に配置させることは
困難であり、Ｏリングの冷却を十分に行うことができな
かった。また、マニホールドは通常は金属で構成されて
いる一方で、プロセスチューブは石英等から成り、マニ
ホールドからプロセスチューブへの熱伝導は十分ではな
く、十分な冷却効果を得ることができなかった。(Problems to be Solved by the Invention) In the conventional vertical heat treatment apparatus as described above, the cooling cavity is provided in the manifold that supports the process tube. It was difficult to properly arrange the cooling cavity of the manifold, and the O-ring could not be sufficiently cooled. Further, while the manifold is usually made of metal, the process tube is made of quartz or the like, and the heat conduction from the manifold to the process tube is not sufficient, and a sufficient cooling effect cannot be obtained.
そこで、本発明の目的とするところは、プロセスチュ
ーブの冷却すべき領域を直接的かつ効果的に冷却するこ
とができる熱処理装置を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to provide a heat treatment apparatus capable of directly and effectively cooling a region of a process tube to be cooled.
（課題を解決するための手段） 本発明は、プロセスチューブと、このプロセスチュー
ブ内を加熱する加熱手段とを有し、上記プロセスチュー
ブ内において被処理体の熱処理を行う熱処理装置におい
て、上記プロセスチューブの壁内に、冷却媒体を循環さ
せる冷却空洞を内蔵したことを特徴とする。(Means for Solving the Problems) The present invention relates to a heat treatment apparatus that includes a process tube and a heating unit that heats the inside of the process tube, and performs a heat treatment of an object to be processed in the process tube. A cooling cavity for circulating a cooling medium is built in the wall of the above.
（作用） 一般には、プロセスチューブに石英を採用した場合、
第３図に示すように、炉体の中央部分、即ち、均熱ゾー
ンは気相成長による薄膜の形成の場合で数百℃，硅素の
酸化形成の場合で1000℃−1200℃の温度に保持される。(Action) Generally, when quartz is used for the process tube,
As shown in FIG. 3, the central part of the furnace body, that is, the soaking zone, is maintained at a temperature of several hundred degrees centigrade in the case of forming a thin film by vapor phase growth, and at a temperature of 1000-1200 degrees centigrade in the case of silicon oxide formation. Is done.
この場合、均熱ゾーンの高温部からの熱の移動は、熱
伝導，輻射により起こる。然し、半導体プロセスでは好
まれない不純物原子の汚染を防止する為にプロセスチュ
ーブは超高純度の石英を使用する。この場合石英は限り
なく透明であり、高温部の熱が石英の中を輻射してプロ
セスチューブ端面に達しその近傍が簡単に温度上昇し、
温度特性の比較的悪い、機能部品を乏化せしめ、装置全
体の機能を著しくそこなうことになる。In this case, heat transfer from the high temperature part of the soaking zone occurs by heat conduction and radiation. However, in order to prevent contamination of impurity atoms which is not preferred in the semiconductor process, the process tube uses ultra-high purity quartz. In this case, the quartz is infinitely transparent, and the heat of the high-temperature part radiates through the quartz and reaches the end face of the process tube, and the temperature in the vicinity thereof easily rises,
Functional components having relatively poor temperature characteristics are depleted, and the function of the entire apparatus is significantly impaired.
そこで、限りなく透明な石英とその端面に至る中間
に、発熱体からの輻射を吸収し、外部に取り出す工夫が
必要である。又一般には半導体プロセス上プロセスチュ
ーブ内は上部から、問題を起こす端面のある下部方向に
種々の気体等を流す為輻射及び熱伝導による温度上昇に
加え、気体により運ばれた熱により温度が上昇する。そ
の効果も併せ防止する工夫が必要である。Therefore, it is necessary to devise a device that absorbs radiation from the heating element and extracts the radiation to the outside between the endless transparent quartz and its end face. In general, in the process tube of the semiconductor process, various gases and the like flow from the upper part to the lower part of the process tube having a problematic end face. In addition to the temperature rise due to radiation and heat conduction, the temperature rises due to the heat carried by the gas. . It is necessary to devise a way to prevent the effect.
上記構成によれば、冷却空洞をプロセスチューブに内
蔵し、この中で冷却媒体を循環させるようにしたので、
プロセスチューブの冷却すべき領域を直接的に冷却する
ことが可能となる。また、Ｏリング等と接触する部分に
任意に冷却部を設けることが可能となる。さらに、プロ
セスチューブを支持するマニホールド側に冷却空洞を設
ける必要もなくなる。According to the above configuration, the cooling cavity is built in the process tube, and the cooling medium is circulated in the cooling tube.
It is possible to directly cool the area of the process tube to be cooled. In addition, it is possible to arbitrarily provide a cooling portion in a portion that comes into contact with an O-ring or the like. Further, there is no need to provide a cooling cavity on the side of the manifold that supports the process tube.
なお、例えばSi3N4成膜時ではプロセスチューブの温
度を下げると塩化アンモン等の生成物が付着するので、
請求項（２）に示すように、縦型プロセスチューブ端部
の冷却空洞近傍に空洞部を設けることにより、プロセス
チューブ本体と冷却空洞との間に空気層を設けて断熱部
を形成し、プロセスチューブ本体側が冷却空洞の影響に
より必要以上に温度低下を来さないようにすることもで
きる。さらに、この空洞部内を真空引きして減圧状態に
することにより、断熱効果を大きくすること可能であ
る。In addition, for example, at the time of Si 3 N 4 film formation, if the temperature of the process tube is lowered, a product such as ammonium chloride adheres.
By providing a cavity in the vicinity of the cooling cavity at the end of the vertical process tube, an air layer is provided between the process tube body and the cooling cavity to form a heat insulating portion. It is also possible to prevent the temperature of the tube body from being lowered more than necessary due to the influence of the cooling cavity. Further, by evacuation of the interior of the cavity to reduce the pressure, the heat insulation effect can be increased.
（実施例） 以下、本発明を半導体ウエハに対する成膜装置に適用
した一実施例について図面を参照して具体的に説明す
る。(Example) Hereinafter, an example in which the present invention is applied to a film forming apparatus for a semiconductor wafer will be specifically described with reference to the drawings.
第１図は、実施例に係る縦型熱処理装置の下部を示す
概略部分断面図であり、同図に示す部材のうち、第３図
（Ａ）に示した部材と同一機能を有する部材については
同一符合を付してその詳細な説明を省略する。FIG. 1 is a schematic partial cross-sectional view showing a lower part of a vertical heat treatment apparatus according to an embodiment. Of the members shown in FIG. 1, members having the same functions as the members shown in FIG. The same reference numerals are given and the detailed description is omitted.
本実施例の装置が、従来の第３図（Ａ）に示す装置と
相違する点は下記の通りである。The difference between the apparatus of this embodiment and the conventional apparatus shown in FIG. 3A is as follows.
本実施例のプロセスチューブ40の下端には冷却空洞42
が形成されており、この中を冷却水等の冷却媒体が循環
している。従って、プロセスチューブ40を支持する筒状
部であるマニホールド44には冷却空洞は設けられていな
い。上記冷却空洞42の近傍には前記マニホールド44との
隙間を埋めるＯリング30a及び前記蓋体24との隙間を埋
める30bが配置されている。A cooling cavity 42 is provided at the lower end of the process tube 40 of this embodiment.
Are formed, and a cooling medium such as cooling water circulates in the inside. Therefore, no cooling cavity is provided in the manifold 44, which is a cylindrical portion that supports the process tube 40. In the vicinity of the cooling cavity 42, an O-ring 30a that fills a gap with the manifold 44 and 30b that fills a gap with the lid 24 are arranged.
上記のような構成においては、プロセスチューブ40の
下端のＯリングと接触する部分に直接冷却部が設けられ
ているので、Ｏリングの熱損傷を効果的に防止すること
ができる。なお、冷却空洞42の形状や位置は、Ｏリング
の配置する場所に応じて変更することができ、適切な冷
却を常に行うことが可能である。In the above configuration, since the cooling portion is provided directly at the lower end of the process tube 40 in contact with the O-ring, it is possible to effectively prevent the O-ring from being thermally damaged. The shape and position of the cooling cavity 42 can be changed according to the place where the O-ring is arranged, and appropriate cooling can always be performed.
なお、上記のような構成の縦型熱処理装置において
は、第３図（Ｂ）に示すように、ウエハ16の熱処理を行
う均熱ゾーンＡ、Ｏリング等の保護のために冷却してい
る領域と前記均熱ゾーンＡの温度差を補償する温度勾配
ゾーンＢの２つの温度領域がプロセスチューブの縦軸方
向に設定される。In the vertical heat treatment apparatus having the above-described structure, as shown in FIG. 3 (B), the heat-equalizing zone A where the heat treatment of the wafer 16 is performed, the area where the O-ring and the like are cooled for protection. And a temperature gradient zone B for compensating for the temperature difference between the heat equalizing zone A and the temperature uniforming zone A, are set in the longitudinal direction of the process tube.
第２図は、本発明の第二実施例に係る装置の下部を示
す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view showing a lower portion of the device according to the second embodiment of the present invention.
本実施例においては、プロセスチューブ50の下端に冷
却空洞52を一体に形成するとともに、この冷却空洞52の
近傍に切欠き54を設けている。この切欠き54は断熱機能
を発揮し、プロセスチューブ50本体側が冷却空洞52によ
る冷却の影響を受けるのを防止している。これは、プロ
セスチューブ50を構成する石英を通じての熱伝導により
前記プロセスチューブ50の本体側の温度が低下するのを
防止するものである。すなわち、石英の熱伝導性は比較
的小さいが、上記のようにプロセスチューブ10に冷却空
洞52を一体に形成した場合にはその影響を全く無視する
ことはできないからである。従って上記構成は、冷却空
洞52とプロセスチューブ50の本体側とを上記のような切
欠き54を設けることにより、熱伝導性の極めて小さい空
気層から成る断熱部により熱伝導を遮断しようとするも
のである。In this embodiment, a cooling cavity 52 is integrally formed at the lower end of the process tube 50, and a notch 54 is provided near the cooling cavity 52. The notch 54 has a heat insulating function and prevents the process tube 50 main body from being affected by cooling by the cooling cavity 52. This is to prevent the temperature of the main body side of the process tube 50 from lowering due to heat conduction through the quartz constituting the process tube 50. That is, although the thermal conductivity of quartz is relatively small, when the cooling cavity 52 is formed integrally with the process tube 10 as described above, the effect cannot be ignored at all. Therefore, the above-mentioned configuration is to cut off the heat conduction by the heat insulating portion composed of an air layer having a very low thermal conductivity by providing the notch 54 as described above between the cooling cavity 52 and the main body side of the process tube 50. It is.
なお、上記切欠き54は、必ずしも切欠き形状である必
要はなく、冷却空洞52と同様に空気状にしてもよい。さ
らに、その中を真空引きして減圧することにより断熱効
果を高めることもできる。Note that the notch 54 does not necessarily have to have a notch shape, and may be in the form of air as in the case of the cooling cavity 52. Furthermore, the heat insulation effect can be enhanced by evacuating the inside of the chamber and reducing the pressure.
又、各種の半導体プロセスで薄膜の形成は重要なもの
である。そのプロセスの成否が半導体チップの保留を大
きく左右する。その一つの要因としてダストがある。熱
処理系外部より導入されるダストは人為的に防止出来る
が、半導体プロセス中、特に、気相成長による薄膜形成
では、化学反応により余剰の化合物粒子が、ダストと同
等の悪影響を与える。Also, formation of a thin film is important in various semiconductor processes. The success or failure of the process greatly affects the reservation of the semiconductor chip. One of the factors is dust. Dust introduced from the outside of the heat treatment system can be artificially prevented, but in a semiconductor process, particularly, in the formation of a thin film by vapor phase growth, excess compound particles have the same bad effect as dust due to a chemical reaction.
特に、縦型熱処理系で説明する。気相で通過してきた
化合物が系の下部に至り、保温筒28,受け台26,蓋体24に
至るに従がって温度が下がり個体化し蓋体24表面に沈着
し問題となる。In particular, a vertical heat treatment system will be described. The compound that has passed through in the gas phase reaches the lower part of the system, and the temperature drops as it reaches the heat retaining cylinder 28, the receiving pedestal 26, and the lid 24, solidifies and deposits on the surface of the lid 24, causing a problem.
この場合第１図に示した冷却空洞42に冷媒を流して石
英端面温度は低くすればよいばかりでなく、化合物体を
気相のまま外部に取り出すことが必要である。気相成長
中に発生する化合物気体の固化温度以上に温度保持が必
要である。そこで冷却空洞42の冷媒の出口側に温度セン
サーを挿入して冷媒の流量制御をし、温度特性の悪いＯ
−ring30a,30bに悪影響を与えないで余剰化合物の沈着
を防止することが出来、半導体チップの歩留向上を達成
することが出来る。In this case, it is necessary not only to lower the temperature of the quartz end face by flowing a cooling medium through the cooling cavity 42 shown in FIG. 1, but also to take out the compound as it is in the gas phase. It is necessary to maintain the temperature above the solidification temperature of the compound gas generated during vapor phase growth. Therefore, a temperature sensor is inserted at the outlet side of the refrigerant in the cooling cavity 42 to control the flow rate of the refrigerant, and O
-Deposition of surplus compounds can be prevented without adversely affecting the rings 30a and 30b, and the yield of semiconductor chips can be improved.
以上説明した冷却空洞の形状等は上記実施例のものに
限定されず、本発明の要旨の範囲内で適宜変更して適用
することができ、本発明を横型処理装置に適用すること
も可能である。The shape and the like of the cooling cavity described above are not limited to those of the above embodiment, and can be appropriately changed and applied within the scope of the present invention, and the present invention can be applied to a horizontal processing apparatus. is there.
以上説明したように発明により、プロセスチューブの
冷却すべき領域を十分に冷却することができる熱処理装
置を提供することができる。As described above, according to the present invention, it is possible to provide a heat treatment apparatus capable of sufficiently cooling a region of a process tube to be cooled.
第１図は、本発明の第一実施例に係る縦型熱処理装置の
下部断面図、 第２図は、本発明の第二実施例に係る縦型熱処理装置の
下部断面図、 第３図（Ａ）は、従来の縦型熱処理装置の概略断面図、
同図（Ｂ）は同図（Ａ）の装置の縦方向における温度分
布特性図である。 10,40,50……プロセスチューブ、 12……ヒータ、14,44……マニホールド、 16……ウエハ、18……ウエハボート、 20……ボートエレベータ、 22……エレベータアーム、24……蓋体、 26……保温筒受け台、28……保温筒、 30a,30b……Ｏリング、32,42……冷却空洞、 34……プロセスガス導入管、36……ガス排出口。FIG. 1 is a lower cross-sectional view of a vertical heat treatment apparatus according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a lower cross-sectional view of a vertical heat treatment apparatus according to a second embodiment of the present invention, FIG. A) is a schematic sectional view of a conventional vertical heat treatment apparatus,
FIG. 7B is a temperature distribution characteristic diagram in the vertical direction of the apparatus of FIG. 10, 40, 50 ... process tube, 12 ... heater, 14, 44 ... manifold, 16 ... wafer, 18 ... wafer boat, 20 ... boat elevator, 22 ... elevator arm, 24 ... lid , 26 ...... Insulated cylinder holder, 28 ...... Insulated cylinder, 30a, 30b ... O-ring, 32, 42 ... Cooling cavity, 34 ... Process gas inlet pipe, 36 ... Gas outlet.
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/22 - 21/24 H01L 21/31 H01L 21/205 Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/22-21/24 H01L 21/31 H01L 21/205
Claims (4)
ブ内を加熱する加熱手段とを有し、上記プロセスチュー
ブ内において被処理体の熱処理を行う熱処理装置におい
て、 上記プロセスチューブの壁内に、冷却媒体を循環させる
冷却空洞を内蔵したことを特徴とする熱処理装置。1. A heat treatment apparatus having a process tube and heating means for heating the inside of the process tube, wherein a heat treatment apparatus heat-treats an object in the process tube, wherein a cooling medium is provided in a wall of the process tube. A heat treatment apparatus having a built-in cooling cavity for circulation.
と、このプロセスチューブを加熱する加熱手段と、上記
プロセスチューブの下端に気密に接続された筒状部とを
備え、被処理体を保持具に保持して上記筒状部の下端開
口部から、プロセスチューブ内に搬入して熱処理を行う
熱処理装置において、 上記プロセスチューブの下端付近の壁内に、冷却媒体を
循環させる冷却空洞を内蔵したことを特徴とする熱処理
装置。2. A vertical process tube having an open lower end, a heating means for heating the process tube, and a cylindrical portion air-tightly connected to the lower end of the process tube to hold the object to be processed. In a heat treatment apparatus for carrying out heat treatment by carrying into a process tube from the lower end opening of the cylindrical portion while holding it in a tool, a cooling cavity for circulating a cooling medium is built in a wall near the lower end of the process tube. A heat treatment apparatus characterized by the above-mentioned.
られ、この冷却空洞と上記プロセスチューブ内壁との間
に断熱用の空洞部を設けた熱処理装置。3. The heat treatment apparatus according to claim 2, wherein a cooling cavity is provided in a wall near a lower end of the vertical process tube, and a heat insulating cavity is provided between the cooling cavity and the inner wall of the process tube. .
空洞を流れる冷却媒体の出口側温度を検出し予め定めら
れた温度に設定するように制御した熱処理装置。4. The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the temperature of the outlet side of the cooling medium flowing through the cooling cavity is detected and controlled to a predetermined temperature.
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| JP2099845A JP3023967B2 (en) | 1989-12-22 | 1990-04-16 | Heat treatment equipment |
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