JP2590351B2 - Heat treatment furnace - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、熱処理炉に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a heat treatment furnace.

従来の技術 半導体ウエハー、たとえば、シリコンウエハーに酸化
膜を形成するために、一般には電気ヒータを利用した処
理炉が用いられる。この種の処理炉は、基本的には、耐
熱金属材からなる外筒内に、石英等からなる内筒即ち炉
芯管を配し、この炉芯管の外周部に均熱管と電気ヒータ
とを配し、又、外筒の内壁には適当な厚さのセラミック
ウール等の断熱層を張設する構成を有す。2. Description of the Related Art In order to form an oxide film on a semiconductor wafer, for example, a silicon wafer, a processing furnace using an electric heater is generally used. This type of processing furnace basically includes an inner tube made of quartz or the like, that is, a furnace core tube, inside an outer tube made of a heat-resistant metal material, and a heat equalizing tube, an electric heater, And a heat insulating layer of ceramic wool or the like having an appropriate thickness is provided on the inner wall of the outer cylinder.

一方、シリコンウエハー等の酸化膜の生成は、処理時
間、温度及び圧力に関係するので、これらの要素の制御
には、充分な注意が払われる。温度について云えば、酸
化膜の生長率を考慮して、炉内温度を1000〜1200℃に保
ってウエハーを処理し、処理済ウエハーを炉外に、取出
す時には、約700℃に均一に降温させて、次に炉内へ搬
入されるウエハーの拡散処理に悪影響を与えないように
制御している。即ち、300〜500℃位の温度範囲で、昇温
・降温を短時間に繰り返し行なう必要性から、炉内温度
の急速な昇温・降温が望まれている。On the other hand, since the formation of an oxide film on a silicon wafer or the like is related to the processing time, temperature and pressure, great care should be taken in controlling these factors. Speaking of temperature, considering the growth rate of the oxide film, the wafer is processed while maintaining the furnace temperature at 1000 to 1200 ° C, and when removing the processed wafer outside the furnace, the temperature is uniformly lowered to about 700 ° C. Thus, control is performed so as not to adversely affect the diffusion processing of the wafer carried into the furnace next. That is, in the temperature range of about 300 to 500 ° C., it is necessary to repeatedly raise and lower the temperature in a short time.

このような要望を満たすため、高温タイプの電気ヒー
タを炉芯管まわりに配し、さらに、電気ヒータの外周側
の断熱層内に、保温促進用或いは冷却促進用のガスを供
給することが成される。この一例が、特開昭59−176586
号公報に開示される。In order to satisfy such demands, a high-temperature type electric heater is disposed around the furnace core tube, and a gas for promoting heat retention or cooling is supplied to the heat insulating layer on the outer peripheral side of the electric heater. Is done. One example of this is disclosed in JP-A-59-176586.
No. 1993.

本発明が解決しようとする問題点 前述した如き従来技術では、保温促進用の熱伝導率の
小さいガス及び冷却促進用の熱伝導率の大きいガスを、
ウエハー処理及び搬入・搬出時に合わせて、断熱層内で
入力換えする必要がある。しかしながら、実際には、た
とえば、炉内温度の降温中にも拘らず、断熱層内に保温
促進用のガスの一部が残り、降温に時間を多く必要とす
る。このため、作業効率が悪い。又、炉の全長に亘り均
一な降温速度が得られ難く、製品の均一性が損われる難
がある。Problems to be Solved by the Invention In the prior art as described above, a gas having a small thermal conductivity for promoting heat retention and a gas having a large thermal conductivity for promoting cooling,
It is necessary to change the input in the heat insulating layer at the time of wafer processing and loading / unloading. However, in practice, for example, despite the fact that the temperature in the furnace is being lowered, a part of the gas for promoting heat retention remains in the heat insulating layer, and a long time is required for the temperature to be lowered. Therefore, work efficiency is poor. In addition, it is difficult to obtain a uniform cooling rate over the entire length of the furnace, and it is difficult to reduce the uniformity of the product.

それ故に、本発明は、新規な炉構造を提供すること
で、前述した従来技術の不具合を解消することを、解決
すべき課題とする。Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned disadvantages of the related art by providing a novel furnace structure.

問題点を解決するための手段 本発明は、前述した問題点を解決するために、基本的
には、セパレータに支持されたフエライト系の電気ヒー
タに吊りピンを係合させ、この吊りピンの先端をモール
ドの外周面に沿わせて延在させ、さらに、モールドの長
手方向ほゞ中央外側に位置するブランケット内に空気室
を配し、この空気室の側壁の孔より冷却空気をブランケ
ット内に供給する技術的手段を用いる。Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the present invention basically engages a hanging pin with a ferrite electric heater supported by a separator, Is extended along the outer peripheral surface of the mold, and further, an air chamber is arranged in a blanket located approximately outside the center in the longitudinal direction of the mold, and cooling air is supplied into the blanket from a hole in a side wall of the air chamber. Use technical means to:

作用 吊りピンは、電子ヒータの予熱及びその周辺の高温を
外筒側へと伝熱し、降温を容易にさせると共に、高温強
度の弱いフエライト系電気ヒータのダレを防止し、ヒー
タの破線を未然に防ぐ。さらに、空気室からブランケッ
ト内に供給された冷却空気は、断熱層内を流通する間に
該断熱層を冷却する。Action The hanging pin transfers the preheating of the electronic heater and the surrounding high temperature to the outer cylinder side, facilitating the temperature drop, preventing the drip of the ferrite electric heater with low high temperature strength, and preventing the broken line of the heater from occurring. prevent. Further, the cooling air supplied from the air chamber into the blanket cools the heat insulating layer while flowing through the heat insulating layer.

本発明では、断熱層の内層を構成するモールドの外側
表面に、電気ヒータに接触してこれを吊る吊りピンの端
部が露出している。In the present invention, the ends of the suspension pins that come into contact with and suspend the electric heater are exposed on the outer surface of the mold that forms the inner layer of the heat insulating layer.

それ故、吊りピンを介して炉内の熱がモールドの外に
容易に放散され、炉内温度の急速な降温を可能にする。
炉内を加熱中は、冷却空気の供給は中断される。この
時、空気室に残された空気は、ヒータの熱によって熱せ
られ、断熱層の一部を形成することになって、昇温の妨
げとならない。Therefore, the heat in the furnace is easily dissipated out of the mold via the hanging pins, allowing a rapid decrease in the furnace temperature.
During heating of the furnace, the supply of cooling air is interrupted. At this time, the air left in the air chamber is heated by the heat of the heater and forms a part of the heat insulating layer, and does not hinder the temperature rise.

実施例 熱処理炉（１）は、耐熱金属材からなる外筒（２）を
有す。この外筒（２）はその長手方向を横にして配さ
れ、この外筒（２）の内壁面一面には、セラミックウー
ルからなる通気性を有するブランケット（３）が張られ
る。このブランケット（３）の内側には、セラミックス
ファイバーをバインダーで固着して一体成形した固形物
からなる円筒状のモールド（４）を配す。若干の通気性
を有するこのモールド（４）の内壁面には、半径方向内
方に開口する複数個の離間した溝（５）が長手方向に延
在するよう設けられ、これらの溝（５）に、絶縁性のア
ルミナよりなるセパレータ（６）を嵌挿する。セパレー
タ（６）は、第２図に示すように、対向する側壁が約15
度傾斜するようにして形成されている溝（７）を有し、
この溝（７）に螺旋状に巻いたフエライト系の電気ヒー
タ（８）を挿入し、セパレータ（６）に電気ヒータ
（８）を保持させる。電気ヒータ（８）としては、Fe−
Cr−Al系のパイロマックスPXDS材（商品名）が好まし
い。EXAMPLE A heat treatment furnace (1) has an outer cylinder (2) made of a heat-resistant metal material. The outer cylinder (2) is arranged with its longitudinal direction being horizontal, and an air-permeable blanket (3) made of ceramic wool is stretched over the entire inner wall surface of the outer cylinder (2). Inside the blanket (3), there is arranged a cylindrical mold (4) made of a solid material integrally formed by fixing ceramic fibers with a binder. On the inner wall surface of the mold (4) having some air permeability, a plurality of spaced grooves (5) which open inward in the radial direction are provided so as to extend in the longitudinal direction, and these grooves (5) are provided. Then, a separator (6) made of an insulating alumina is fitted. The separator (6) has an opposing side wall of about 15 as shown in FIG.
A groove (7) formed so as to be inclined at an angle,
A spirally wound ferrite-based electric heater (8) is inserted into the groove (7), and the separator (6) holds the electric heater (8). As the electric heater (8), Fe-
A Cr-Al-based Pyromax PXDS material (trade name) is preferred.

電気ヒータ（８）の適所に吊りピン（９）を係合させ
る。吊りピン（９）は熱伝導性の良い材料で作られ、略
Ｕ字状をなし、Ｕ字部の底で電気ヒータ（８）に係合さ
せ、ヒータ（８）を吊るようにする。吊りピン（９）の
先端を、モールド（４）の外周面に沿わせて延在させ、
セパレータ（６）と共に電気ヒータ（８）を吊りピン
（９）と共に保持する。吊りピン（９）は、高温強度の
弱いフエライト系の電気ヒータ（８）の高温時のダレを
未然に防止し、又、ヒータの熱を外部方向に放熱する働
きをする。A hanging pin (9) is engaged in place on the electric heater (8). The hanging pin (9) is made of a material having good heat conductivity, has a substantially U-shape, and is engaged with the electric heater (8) at the bottom of the U-shaped portion to suspend the heater (8). The tip of the hanging pin (9) is extended along the outer peripheral surface of the mold (4),
The electric heater (8) is held together with the hanging pins (9) together with the separator (6). The suspending pin (9) functions to prevent sagging of the ferrite electric heater (8) having a low high-temperature strength at a high temperature beforehand and to radiate heat of the heater to the outside.

螺旋状に巻回された電気ヒータ（８）の内側に均熱管
（10）と炉芯管（11）とを配す。均熱管（10）は、電気
ヒータ（８）の発熱エネルギーを受けて、炉芯管（11）
を均一に加熱する作用をし、シリコンカーバイト系の材
料で成形される。炉芯管（11）は石英からなり、別名反
応管とも称せられ、この内部にウエハーが配される。炉
芯管には、ウエハーの搬入・搬出するための開口にキャ
ップ（図示なし）、及びその内部に酸素や水素の如き反
応ガスを供給・排出するためのいくつかのポート（図示
なし）が設けられる。A heat equalizing tube (10) and a furnace core tube (11) are arranged inside a spirally wound electric heater (8). The soaking tube (10) receives the heat generated by the electric heater (8), and receives the heating core tube (11).
And heats uniformly, and is formed of a silicon carbide-based material. The furnace core tube (11) is made of quartz, and is also called a reaction tube, in which a wafer is arranged. The furnace core tube is provided with a cap (not shown) at an opening for loading and unloading a wafer, and several ports (not shown) for supplying and discharging a reaction gas such as oxygen and hydrogen therein. Can be

（12）はヒートシール、（13）は炉口スリーブを示す。(12) shows a heat seal, and (13) shows a furnace opening sleeve.

モールド（４）の長手方向のほゞ中央部の外側に位置
するブランケット内に、断面矩形の半円形の空気室（1
4）を埋込む。この空気室（14）の側壁には多数の孔（1
5）が穿設され、中央ポート（16）から室内に供給され
た冷却空気は、孔（15）を介してブランケット（３）及
びモールド（14）内に供給され、断熱層を冷却すると共
に吊りピン（９）を介して炉内を冷却し、炉芯管（11）
内の急速な冷却を可能にする。第４図に示す如く、炉体
が長い時には前記空気室とは別にブランケット（３）内
に補助空気導入用のパイプ（17）を周方向に埋込み、こ
れに冷却空気を送り、パイプ（17）の小孔より冷却空気
をブランケット（３）内に供給し、断熱層の一様な冷却
を可能にする。パイプ（17）には図示しないポートを付
設する。外筒（１）の適所に空気排出孔（18）を上向き
に複数個穿ける。A semicircular air chamber (1) having a rectangular cross-section is provided in a blanket located outside the central portion in the longitudinal direction of the mold (4).
4) Embed. The side wall of this air chamber (14) has many holes (1
Cooling air supplied into the room from the central port (16) is provided through the hole (15) into the blanket (3) and the mold (14) to cool and suspend the heat insulating layer. The inside of the furnace is cooled through the pins (9) and the furnace core tube (11)
Allows for rapid cooling of the interior. As shown in FIG. 4, when the furnace body is long, a pipe (17) for introducing auxiliary air is buried in the blanket (3) in the circumferential direction separately from the air chamber, and cooling air is sent to the pipe (17). The cooling air is supplied into the blanket (3) from the small holes of the (1), thereby enabling uniform cooling of the heat insulating layer. A port (not shown) is attached to the pipe (17). A plurality of air discharge holes (18) are drilled upward at appropriate places on the outer cylinder (1).

炉内温度を1000〜1200℃に保ってウエハー処理した
後、冷却空気を室（14）に供給して、ブランケット
（３）、モールド（４）及び吊りピン（９）を冷却して
放熱し、炉内温度を約700℃に降温させる。この温度下
で、処理済ウエハーの搬出並びに未処理ウエハーの炉内
への搬入を行なう。未処理ウエハーを炉内へ搬入後、冷
却空気の室（14）への供給を中断し、空気の断熱層を作
る。次いで、電気ヒータ（８）に通電し、電気ヒータ
（８）を発熱させて均熱管（10）を加熱する。均熱管
（10）の輻射熱で炉芯管（11）を加熱し、炉芯管（11）
内を1000〜1200℃に昇温させる。勿論、このウエハーの
拡散処理中、外筒（２）及び炉芯管（11）のキャップを
閉めてそれらの内部を外部から遮断する。After processing the wafer while maintaining the temperature in the furnace at 1000 to 1200 ° C., cooling air is supplied to the chamber (14) to cool the blanket (3), the mold (4), and the hanging pins (9) to radiate heat, The furnace temperature is reduced to about 700 ° C. At this temperature, the processed wafer is unloaded and the unprocessed wafer is loaded into the furnace. After loading the unprocessed wafer into the furnace, the supply of cooling air to the chamber (14) is interrupted to form a heat insulating layer of air. Next, electricity is supplied to the electric heater (8) to cause the electric heater (8) to generate heat and heat the soaking tube (10). The furnace core tube (11) is heated by the radiant heat of the soaking tube (10), and the furnace core tube (11) is heated.
The temperature inside is raised to 1000-1200 ° C. Of course, during the wafer diffusion process, the caps of the outer tube (2) and the furnace core tube (11) are closed to shut off the inside from the outside.

均熱管（10）は、電気ヒータ（８）に対して直交する
ようにその長手方向に延在するパイプ（19）で支え、さ
らに、その両端で石英ウールの断熱材（20）を介してス
リーブ（21）に保持される。The heat equalizing tube (10) is supported by a pipe (19) extending in the longitudinal direction so as to be orthogonal to the electric heater (8), and furthermore, at both ends thereof through a sleeve made of quartz wool insulation (20). (21) is held.

効果 本発明は、吊りピンと冷却室とを採用しているので、
急速な降温が可能となり、作業効率を高め得る。又、冷
却室は炉の中央部に周方向に設けられているので、炉内
の一様な降温を可能とし、均一な熱処理がなされる。Effect Since the present invention employs the hanging pins and the cooling chamber,
Rapid cooling is possible, and the working efficiency can be improved. In addition, since the cooling chamber is provided in the central part of the furnace in the circumferential direction, the temperature inside the furnace can be uniformly lowered, and uniform heat treatment can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第１図は本発明の一例の縦断面図、第２図は第１図の矢
視II−IIよりみた横断面図、第３図は冷却室の斜視図、
第４図はブランケットの平面図、第５図は吊りピンを示
す部分拡大図である。 図中:2……外筒、３……ブランケット、４……モール
ド、６……セパレータ、８……電気ヒータ、９……吊り
ピン、14……冷却室、17……パイプ。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an example of the present invention, FIG. 2 is a transverse sectional view taken along line II-II of FIG. 1, FIG. 3 is a perspective view of a cooling chamber,
FIG. 4 is a plan view of a blanket, and FIG. 5 is a partially enlarged view showing a hanging pin. In the figure: 2 ... outer cylinder, 3 ... blanket, 4 ... mold, 6 ... separator, 8 ... electric heater, 9 ... hanging pin, 14 ... cooling chamber, 17 ... pipe.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】耐熱金属材からなる外筒、該外筒の内壁に
張設したブランケット、このブランケットの内側に配し
たセラミックウールからなるモールド、該モールドの内
壁に離間して形成された溝に嵌合させられたセパレー
タ、このセパレータに対して螺旋状に巻かれたフエライ
ト系の電気ヒータ、電気ヒータに係合し且つその先端が
モールドの外周面に沿って延びた部分を有する複数個の
吊りピン、モールドの長手方向のほゞ中央部外側に位置
するブランケット内に周方向に埋込まれ空気室とを有
し、該空気室に供給された冷却空気が空気室の側壁の孔
を介してブランケット及びモールド内に流入可能とした
ことを特徴とする熱処理炉。1. An outer cylinder made of a heat-resistant metal material, a blanket stretched on an inner wall of the outer cylinder, a mold made of ceramic wool disposed inside the blanket, and a groove formed separately from an inner wall of the mold. A fitted separator, a ferrite-based electric heater spirally wound around the separator, and a plurality of suspensions having a portion engaged with the electric heater and having a tip extending along the outer peripheral surface of the mold. An air chamber circumferentially embedded in a blanket located outside the center of the pin in the longitudinal direction of the mold, and cooling air supplied to the air chamber is supplied through a hole in a side wall of the air chamber. A heat treatment furnace characterized in that it can flow into a blanket and a mold.