JPH0543173B2

JPH0543173B2 -

Info

Publication number: JPH0543173B2
Application number: JP60083409A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ootsuki
Original assignee: Disco Hightech Kk
Current assignee: Disco Hightech Kk
Priority date: 1985-04-18
Filing date: 1985-04-18
Publication date: 1993-06-30
Also published as: JPS61241916A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、半導体熱処理装置、特に、冷却流
体パイプの噴出口を軸線方向の異なる位置にそれ
ぞれ設けるとともに、熱電対の検出した反応管の
それぞれの部分の内部温度に対応して冷却流体の
流量を制御して、反応管の均一な急速冷却を可能
とした半導体熱処理装置に関する。

〔従来の技術〕

半導体基板たとえばシリコンウエーハは、半導
体熱処理装置の反応管内に配設されてほぼ1300℃
まで加熱されて、拡散酸化処理等の熱処理が施さ
れている。熱処理後、シリコンウエーハは、反応
管から搬出されて、次工程に送られている。1300
℃まで加熱されたシリコンウエーハは、もし、高
温のまま反応炉から搬出された外気に急激に触れ
ると、熱変形したり内部歪が生じて好ましくな
い。そのため、反応管の内部温度を800℃程度に
降下させて、シリコンウエーハを冷却した後、シ
リコンウエーハが反応管から搬出されている。

半導体熱処理装置は、反応炉の回りにヒートコ
イルを配設して反応管を加熱し、ヒートコイルと
炉体との間または炉体の外周に、断熱材が配設さ
れている。この断熱材は、反応管を効率よく加熱
するためには有効である反面、反応管の自然放熱
を妨げ、急速冷却を困難としている。従つて、反
応管の冷却に長時間を要して、大きな時間的損失
を招き、半導体熱処理装置の熱処理効率を低いも
のとしている。

〔発明が解決しよとする問題点〕

冷却時間短縮のため、所定の熱処理終了後、冷
却流体を炉体内に流入させて反応炉を強制的に冷
却する構成が提案されている。冷却流体による強
制冷却は、反応管を急速に冷却でき、冷却時間を
短縮して、熱処理効率を高めることができる。

半導体熱処理装置において、シリコンウエーハ
のような半導体基板は、軸線方向に沿つてほぼ反
応管の全長にわたつて、配設される。均一な熱処
理がシリコンウエーハに施されるように、反応管
つまりはシリコンウエーハを均一に加熱するとと
もに、均一に冷却する必要がある。反応管を均一
に加熱するため、ヒートコイルと反応管の間に均
熱管が配設されている。また、ヒートコイルを複
数のセクシヨン、たとえば中央部と両端部とに３
分割し、それぞれのセクシヨンを流れる電流値が
制御されている。均熱管を利用したり、電流値を
制御することによつて、反応管の均一加熱は、ほ
ぼ達成されている。

しかし、炉体内に冷却流体が強制的に流れる構
成では、一般に、冷却流体は、炉体の一端から炉
体内に流入し、炉体内を流れて、他端から流出し
ている。このような構成では、炉体内を流れるに
つれて、反応炉等から熱を奪い、冷却流体自体が
加熱される。そのため、たとえば、流入サイドの
反応管の端部、反応管の中央部、流出サイドの反
応管の端部では、温度の降下状態が一致せず、反
応管を均一に冷却できない。従つて、シリコンウ
エーハが、反応管内で均一に冷却されず、均一な
熱処理がシリコンウエーハに施されない。

この発明は、反応管を均一に急速冷却できる半
導体熱処理装置の提供を目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するため、概略的にいうと、こ
の発明によれば、冷却流体パイプの噴出口を軸線
方向の異なる位置にそれぞれ設けるとともに、熱
電対の検出した反応管のそれぞれの部分の内部温
度に対応して冷却流体の流量を制御している。

〔作用〕

そして、冷却流体パイプの噴出口から、冷却流
体が噴出されるため、反応管は急速に冷却され
る。また、冷却流体のパイプの噴出口が、軸線方
向の異なる位置にそれぞれ設けられているため、
新鮮な冷却流体によつて、直接的にまたは均熱管
を介して間接的に、反応管が常に冷却され、従つ
て、均一な急速冷却が可能となる。特に、この発
明では、単に、反応管のそれぞれの部分に、冷却
流体パイプから新鮮な冷却流体を供給するだけで
なく、更に、熱電対の検出した反応管のそれぞれ
の部分の内部温度に対応して、手動的にまたは中
央制御手段によつて自動的に、冷却流体の流量が
制御されている。このような、流量制御の下で
は、反応管のそれぞれの部分における内部温度の
降下状態が容易に同一化され、反応管の均一な急
速冷却が正確に行なわれる。

〔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。

第１図に示すように、この発明に係る半導体熱
処理装置１０は、熱処理されるべき半導体基板
（図示しない）が収納される反応管１２を具備し、
反応管は、炉体１４内に垂直に配設されている。
そして、炉体１４の下端に設けられた導入部１５
から、処理ガスが、反応管１２の内部に導入され
る。反応管１２が加熱するため、ヒートコイル１
６が反応管の周囲に配設されている。反応管１２
は、一般に、中央部が両端部に比較して加熱され
やすい。そこで、反応管を均一に加熱するため、
ヒートコイル１６は、複数、たとえば３個のセク
シヨン１６Ａないし１６Ｃ（第２図参照）に分割
され、それぞれのセクシヨンに供給される電流値
は、電流制御手段１７（第２図参照）によつて制
御されている。３分割に限られず、それ以上の個
数にヒートコイル１６を分割してもよい。更に、
ヒートコイルからの熱を反応管に均一に伝達する
ように、均熱管１８が、反応管１２とヒートコイ
ル１６との間に配設されいる。

反応管１２の内部温度を検出する複数の熱電対
２０が、保護パイプ２２内にそれぞれ収納されて
反応管の軸線方向にのびている。保護パイプ２２
は反応管１２の内周に固定され、熱電対２０は反
応管の下端外部に位置する保護パイプの開口端か
ら保護パイプ内に挿入されている。他方、反応管
１２の内部に位置する保護パイプ２２の端部は、
外気等が反応管の内部に進入するのを防止するた
め、閉塞されている。保護パイプ２２の閉塞端に
隣接する位置で、熱電対２０は反応管１２内部の
温度を検出している。

第１図に示すように、熱電対２０を収納した保
護パイプ２２は、実施例では４本、反応管１２内
に固定され、反応管内での保護パイプの長さは、
熱電対の検出する対応する反応管の部分に応じて
異なつている。そして、実施例では、２本の熱電
対２０Ｂ−１，２０Ｂ−２が中央部での反応管１
２の内部温度を検出し、熱電対２０Ａ，２０Ｃが
上端部および下端部での反応管１２の内部温度を
検出している。無論、必要に応じて、熱電対２０
の数、配列等を増減してよい。第２図から理解さ
れるように、熱電対２０Ｂ−１，２０Ｂ−２の検
出する温度は、ヒートコイルの中央セクシヨン１
６Ｂの加熱状態を検出し、熱電対２０Ａ，２０Ｃ
は、上方、下方セクシヨン１６Ａ，１６おの加熱
状態をそれぞれ検出している。

第１図に示すように、断熱材２４が、ヒートコ
イル１６の周囲に隣接して、炉体１４内に配設さ
れ、ヒートコイルから外部への放熱を防止してい
る。そして、複数の、実施例では８本の、冷却流
体パイプ２６が、均熱管１８とヒートコイル１６
との間で、炉体の下端から炉体内にのびている。
冷却流体パイプ２６を他の位置、たとえば均熱管
１８と反応管１２との間に配設してもよい。

ここで、一般に、反応管１２は、微細な孔を持
つ石英ガラスより構成されている。そのため、反
応管の側面にコーテイング加工を施したり、側壁
を厚くする等の処置をしないと、冷却流体が、反
応管の側壁を浸透して、反応管内に流入する虞れ
がある。従つて、高い純度の冷却流体を利用する
必要がある。しかし、均熱管１８をヒートコイル
１６と反応管１２との間に配設して、冷却流体パ
イプ２６をヒートコイル１６と均熱管１８との間
に設けた構成では、均熱管がバリヤー（障壁）と
して作用し、高い純度の冷却流体を使用する必要
がなくなる。

冷却流体パイプ２６の先端は開口し、開口端か
ら冷却流体、たとえば空気が噴出している。開口
端つまり噴出口は、第１図に加えて、第２図、第
３図を見るとわかるように、反応管１２の上端
部、中央部、下端部を別個の冷却流体で、均熱管
１８を介して間接的に、冷却するように、軸線方
向の異なる位置に設けられている。具体的にいう
と、炉体内での冷却流体パイプ２６の長さは、８
本のうち２本づつ同一にされ、異なる４本の冷却
流体パイプ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄは、
半導体熱処理装置１０の上方から見て、時計回り
に、長さの短い冷却流体パイプが、円周方向に等
間隔に、順次配設されている。そして、最短の冷
却流体パイプ２６Ｄの隣りに次のグループの最長
の冷却流体パイプ２６Ａが位置している。そし
て、この発明では、冷却流体パイプ２６の噴出口
を軸線方向の異なる位置にそれぞれ設け、別個の
冷却流体で反応管１２のそれぞれの部分を冷却し
ている。そのため、反応管１２の各部分は、周囲
から熱を奪つて加熱化された冷却流体でなく、加
熱されていない新鮮な冷却流体で常に冷却され
る。従つて、反応管１２のそれぞれの部分は均一
に急速冷却される。

無論、冷却流体パイプ２６は、反応管１２の各
部分に別個の新鮮な冷却流体を噴出して冷却する
よう構成されれば足り、冷却流体パイプの本数、
組合せ、配列等は、実施例に限定されない。

更に、この発明では、反応管１２の均一な急速
冷却を確保するために、クローズループ制御シス
テムが設けられている。つまり、第２図に示すよ
うに、長さの等しい冷却流体パイプは、それぞれ
連結され、冷却流体パイプに送られる冷却流体の
流量は、流量制御手段２８によつて制御されてい
る。流量制御手段２８は、たとえば、パルスモー
タによつて絞り量が規制される絞り弁２９Ａない
し２９Ｄを備え、パルスモータの動作は、中央制
御手段３０によつて制御されている。中央制御手
段３０は、ヒートコイルの電流制御手段１７およ
び熱電対２０にも接続されている。なお、中央制
御手段３０を設けることなく、流量制御手段の絞
り弁２９Ａないし２９Ｄを手動操作で制御しても
よい。

熱処理終了後、ヒートコイル１６への電流の供
給を断ち、反応管１２を冷却するため、冷却流体
パイプ２６から冷却流体が、均熱管１８の周囲つ
まりは反応管１２の周囲に流される。反応管１２
のそれぞれの部分の内部温度は、熱電対２０によ
つて連続的に検出され、熱電対からの信号に基づ
き、温度の降下状態が中央制御手段３０に把握さ
れる。中央制御手段３０は、反応管１２の上端
部、中央部、下端部の内部温度の降下状態が一致
するように作用する。つまり、たとえば、反応管
１２の上端部における温度降下が他よりも遅けれ
ば、中央制御手段３０は、冷却流体パイプ２６Ａ
に送られる冷却流体の流量を増加するように、流
量制御手段２８に信号を送る。流量制御手段２８
は、送られた信号に基づき、パルスモータを駆動
して絞り弁２９Ａの絞りを少なくし、冷却流体パ
イプ２６Ａに流れる冷却流体を増加させる。そし
て、均熱管１８を介して、反応管１２の上端部を
強力に冷却して、上端部を他と同一状態で冷却す
る。逆に、たとえば、反応管１２の下端部におけ
る温度降下が、他に比較して急激に生じれば、絞
り弁２９Ｄを絞り、通過する流量を減少させるよ
うに、中央制御手段３０が流量制御手段２８を制
御する。

反応管１２のそれぞれの部分を均一に冷却する
ため、冷却流体パイプ２６から噴出される冷却流
体の流量を制御するとともに、または流量を制御
することなく、ヒートコイルの対応するセクシヨ
ンを加熱するように、中央制御手段３０によつ
て、電流制御手段１７を制御してもよい。たとえ
ば、反応管１２の下端部における温度降下が他に
比較して急激に生じれば、中央制御手段３０から
の信号に応じて、ヒートコイル１６のセクシヨン
１６Ｃの電流が流される。そして、均熱管１８を
介して、反応管１２の下端部が間接的に加熱され
て、温度降下が緩和される。

この発明は、拡散炉に限定されず、CVD処理
など種々の熱処理のための半導体熱処理装置の応
用できる。また、実施例では、反応管は垂直に配
設されているが、反応管が水平に位置する半導体
熱処理装置に応用してよい。更に、均熱管を介し
て反応管を間接的に加熱、冷却する代りに、均熱
管を除去して、反応管を直接的に加熱、冷却して
もよい。

〔発明の効果〕

上記のように、この発明に係る半導体熱処理装
置によれば、反応管が炉体内に配設され、複数の
セクシヨンを持つヒートコイルが、炉体と反応管
との間で反応管の軸線方向に配設されて反応管を
加熱している。そして、複数の熱電対が、ヒート
コイルのセクシヨンに対応した、反応管のそれぞ
れの部分の内部温度を検出可能に配設されてい
る。更に、複数の冷却流体パイプが、反応管と炉
体との間で軸線方向にそれぞれのび、軸線方向の
異なる位置にある噴出口から冷却流体を噴出させ
て、反応管を冷却させている。流量制御手段が、
それぞれの冷却流体パイプに供給される冷却流体
の流量を、熱電対の検出した反応管の内部温度に
応じて、制御するように設けられている。

また、必要に応じて、中央制御手段が配設さ
れ、この中央制御手段は、反応管のそれぞれの部
分の内部温度に関する、熱電対からの信号を受
け、流量制御手段に制御信号を送つている。

このように、冷却流体パイプの噴出口から、冷
却流体が噴出されるため、反応管は急速に冷却さ
れる。また、冷却流体のパイプの噴出口が、軸線
方向の異なる位置にそれぞれ設けられているた
め、新鮮な冷却流体によつて、直接的または均熱
管を介して間接的に、反応管が常に冷却され、従
つて、均一な急速冷却が可能となる。

そして、反応管のそれぞれの部分に、冷却流体
パイプから新鮮な冷却流体を供給するだけでな
く、更に、熱電対の検出した反応管のそれぞれの
部分の内部温度に対応して冷却流体の流量が、手
動的にまたは中央制御手段によつて自動的に、制
御されている。このような流量制御の下では、反
応管のそれぞれの部分における内部温度の降下状
態を容易に同一化でき、反応管の均一な急速冷却
が正確に行なわれる。

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。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係る半導体熱処理装置の
縦断面図、第２図は、半導体熱処理装置における
概略制御系統図、第３図は、冷却流体パイプの配
列を示す、半導体熱処理装置の部分斜視図であ
る。１０：半導体熱処理装置、１２：反応管、１
４：炉体、１６：ヒートコイル、１６Ａ，１６
Ｂ，１６Ｃ：ヒートコイルのセクシヨン、１７：
電流制御手段、２０，２０Ａ，２０Ｂ−１，２０
Ｂ−２，２０Ｃ：熱電対、２６，２６Ａ，２６
Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ：冷却流体パイプ、２８：流
量制御手段、２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ，２９Ｄ：
絞り弁、３０：中央制御手段。

Claims

【特許請求の範囲】１炉体内に配設される反応管と、複数のセクシヨンを持ち、炉体と反応管との間
で反応管の軸線方向に配設されて反応管を加熱す
るヒートコイルと、ヒートコイルのセクシヨンに対応した、反応管
の各部分の内部温度を検出可能にそれぞれ配設さ
れた複数の熱電対と、反応管と炉体と間で反応管の軸線方向にそれぞ
れのび、軸線方向の異なる位置にある噴出口から
冷却流体を噴出させて、反応管を冷却する複数の
冷却流体パイプと、それぞれの冷却流体パイプに供給される冷却流
体の流量を、熱電対の検出した反応管のそれぞれ
の部分の内部温度に応じて、制御する流量制御手
段と、を具備する半導体熱処理装置。２均熱管が、ヒートコイルと反応管との間に配
設された、冷却流体パイプは、均熱管と反応管と
の間に位置している特許請求の範囲第１項記載の
半導体熱処理装置。３炉体内に配設される反応管と、複数のセクシヨンを持ち、炉体と反応管との間
で反応管の軸線方向に配設されて反応管を加熱す
るヒートコイルと、ヒートコイルのセクシヨンに対応した、反応管
の各部分の内部温度を検出可能にそれぞれ配設さ
れた複数の熱電対と、反応管と炉体と間で反応管の軸線方向にそれぞ
れのび、軸線方向の異なる位置にある噴出口から
冷却流体を噴出させて、反応管を冷却する複数の
冷却流体パイプと、それぞれの冷却流体パイプに供給される冷却流
体の流量を、熱電対の検出した反応管のそれぞれ
の部分の内部温度に応じて、制御する流量制御手
段と、反応管のそれぞれの部分の内部温度に関する、
熱電対からの信号を受け、流量制御手段に制御信
号を送つて、流量制御手段の動作を制御する中央
制御手段と、を具備する半導体熱処理装置。４均熱管が、ヒートコイルと反応管との間に配
設された、冷却流体パイプは、均熱管と反応管と
の間に位置している特許請求の範囲第３項記載の
半導体熱処理装置。５中央制御手段は、ヒートコイルのそれぞれの
セクシヨンを流れる電流量を制御可能に構成され
ている特許請求の範囲第３項または第４項記載の
半導体熱処理装置。