JP2590351B2 - 熱処理炉 - 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（12）はヒートシール、（13）は炉口スリーブを示す。

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。

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。

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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。