JPH0554690B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (a) 産業上の利用分野 本発明は、縦型炉に係り、特に、半導体装置の
主要構成品である半導体チツプを製造するウエハ
の熱処理に使用される縦型炉に関す。

前記ウエハの熱処理には、例えば、熱酸化膜の
形成、化学気相成長（CVD）による膜の形成、
不純物の拡散などがある。

これらのいずれの場合も、量産に使用される縦
型炉には、被処理体であるウエハを多数個一括し
て均一に処理出来ることが要請され、このため、
該縦型炉におけるウエハが配置されるセンターゾ
ーンの温度は、加熱状態で均一であることが望ま
れる。この要望は、生産量の増大に伴いウエハが
大型化しても変わることがない。

(b) 従来の技術 第２図は従来の縦型炉の代表的構成を模式的に
示した側断面図で、図示の縦型炉は、縦方向に配
設され下方が開口している管状の例えば石英ガラ
スからなる炉芯管１、炉芯管１の開口を蓋する例
えば石英ガラスからなるキヤツプ２、炉芯管１の
周囲に配設され炉芯管１を加熱する主ヒータ３、
下ヒータ４、上ヒータ５、例えば石英ガラスウー
ルなどの断熱材料からなりヒータ３〜５の外側お
よび炉芯管１の露出部を覆つて炉芯管１やヒータ
３〜５の放熱を抑える断熱層６などからなつてい
る。なお、１ａ，１ｂはそれぞれ炉芯管１に具え
られ炉芯管１内にガスを通す場合のガス導入口、
ガス導出口である。

主ヒータ３は、炉芯管１におけるウエハＡが挿
入配置されて熱処理されるセンターゾーンａ領域
に位置してセンターゾーンａを加熱し、下ヒータ
４は、センターゾーンａの下に連なるエンドゾー
ンｂ領域に位置してエンドゾーンｂを加熱し、上
ヒータ５は、センターゾーンａの上に連なるエン
ドゾーンｃ領域に位置してエンドゾーンｃを加熱
する。なお、ＢはウエハＡを支持し前記挿入する
ための支持杆である。

上及び下ヒータ４及び５の長さ（縦方向）は、
略同一で主ヒータ３の長さの凡そ1/2弱程度であ
り、これらのヒータ３〜５は、同一の例えばカン
タル線などの発熱線が、炉芯管１の周囲に、例え
ば同一間隔で巻かれると言つた具合に略同一の密
度で配設されてなつている。

この構成でなる縦型炉で、ウエハＡを熱処理す
る場合には、センターゾーンａの温度を均一にす
ることが望まれ、それを実現する際の、炉芯管１
内の縦方向の温度分布は、第３図図示のようにな
る。

即ち、主ヒータ３のみで加熱した場合には、セ
ンターゾーンａの上下部の温度が、上下方向の放
熱のため中央部の温度より低くなる。この放熱を
相殺するため、下ヒータ４および上ヒータ５が設
けられているのであるが、上下ヒータ４および５
を主ヒータ３と同じ加熱度合（長さ当りの加熱
量）で加熱しても、炉芯管１の上下端部の放熱に
より、前記相殺は充分になされない。勿論、上下
ヒータ４および５が充分に長ければ、炉芯管１端
部の影響は除去されるが、センターゾーンａの相
対的長さが短くなり実用的なものになり得なくな
る。

従つて、センターゾーンａの温度を均一にする
ためには、上下ヒータ４および５の加熱度合を主
ヒータ３より大きくする必要がある。このことか
ら、前記温度分布は、第３図図示のようになる。

ここで、炉芯管１の開口側の断熱性が反対側よ
り低いことのために、エンドゾーンｂにおける最
高温度は、エンドゾーンｃにおけるよりも高くな
つている。加えて、縦型炉の特質として、炉芯管
１内の熱が炉芯管１内において上方に移動するの
で、下ヒータ４の加熱度合は、他のヒータ３およ
び５に比較して大きくする必要がある。ウエハＡ
が大型化する即ち炉芯管１の口径が大きくなれ
ば、エンドゾーンｂにおける最高温度は更に高く
なり、且つ前記移動くる熱も多すなるので、下ヒ
ータ４の加熱度合は極めて大きくすることが必要
となる。

以上のことから、本構成の縦型炉においては、
特に大型ウエハ用として炉芯管１の口径が大きい
場合、ヒータ３〜５の構成を、主ヒータ３または
上ヒータ５の加熱度合に合わせて形成すれば、下
ヒータ４は過負荷になつて該縦型炉の寿命が短く
なり、また、下ヒータ４の加熱度合に合わせて形
成すれば、発熱線の格上げ等により該縦型炉は高
価なものになる問題を有し、更に、ウエハＡのセ
ンターゾーンａに対する出し入れに際して、ウエ
ハＡがエンドゾーンｂを通過するために、熱処理
温度が高温である場合には、ウエハＡが劣化する
と言う問題もある。

なお、縦型炉には、炉芯管の開口が上方になつ
ているものもあるが、先に述べた炉芯管の両端に
おける断熱性の差の影響よりも、炉芯管内の熱の
移動の影響の方が大きいので、下ヒータの事情は
多少緩和されるとしても大差がない。

(c) 発明が解決しようとする問題点 本発明が解決しようとする問題点は、大型ウエ
ハのために炉芯管の口径が大きくなつた場合、従
来のヒータ構成を有する縦型炉は、寿命が短くな
るか、または高価になること、熱処理温度が高温
である場合に、ウエハを劣化させることである。

(d) 問題点を解決するための手段 上記問題点は、炉芯管が縦方向に配設され、該
炉芯管の周囲に、被処理体が配置される該炉芯管
のセンターゾーンを加熱する主ヒータと、該セン
ターゾーンの下に連なるエンドゾーンを加熱する
下ヒータ及び該センターゾーンの上に連なるエン
ドゾーンを加熱する上ヒータを有し、該下ヒータ
と上ヒータを該主ヒータより高温に加熱すること
によつて該センターゾーンの均熱性が確保される
縦型炉であつて、該下ヒータと上ヒータとの構成
が異なつている本発明による縦型炉によつて解決
される。

本発明の実施においては、下ヒータの長さを、
上ヒータの長さより長くしたり、下ヒータの長さ
当たりの加熱許容能力を、上ヒータの該能力より
大きくしている。

(e) 作 用 第２図図示の縦型炉において、下ヒータ４の長
さを従来より長くすれば、センターゾーンａの下
部に対する炉芯管１の下端部の放熱の影響は減少
するので、下ヒータの加熱度合を従来より小さく
することが可能になり、同時にエンドゾーンｂに
おける最高温度を下げることが可能になる。ま
た、この加熱度合に上ヒータ５の加熱度合を合わ
せることにより、上ヒータの長さは短くなり、下
ヒータが長くなつても、センターゾーンａの長さ
は、短くなることはなく、むしろ長くすることが
可能になる。かくして、炉芯管１の口径が大きく
なつても、経済的に縦型炉の短寿命化を抑えるこ
とが可能になり、然も、熱処理温度が高温である
場合でも、ウエハの劣化を従来に比較して低減さ
せることが可能になる。

一方、下ヒータの前記加熱許容能力を大きくす
るのは、炉芯管１の口径が大きくなつた場合に過
負荷になつて縦型炉の寿命を支配する下ヒータの
みに対して、過負荷を防ぐ手段を講ずるもので、
やはり経済的に縦型炉の短寿命化を抑えることが
可能である。但し、第３図図示の温度分布は従来
と変わらないので、先のものより低温で熱処理す
る場合に適する。

なお、炉芯管の開口が上方になつている縦型炉
においても、上記事情は同様である。

(f) 実施例 以下本発明による実施例を図により説明する。
全図を通じ同位置号は同一対象物を示す。

第１図は本発明による縦型炉の一実施例の構成
を模式図に示した側断面図、第４図は同じく他の
実施例の構成を模式的に示した側断面図、第５図
はそれらと第２図図示の縦型炉の温度分布を比較
して示した図である。

第１図図示の縦型炉は、第２図図示構成の従来
の縦型炉を改造したもので、従来の主ヒータ３、
下ヒータ４、上ヒータ５のそれぞれが、その長さ
のみを変更し、発熱線とその配設密度は従来のま
まである主ヒータ３ａ、下ヒータ４ａ、上ヒータ
５ａに置換されており、その他は従来と変わらな
い。なお、この改造に伴い、センターゾーンａと
エンドゾーンｂおよびｃの各領域は、ヒータ３ａ
〜５ａの配列に倣い、従来と異なつたものになつ
ている。

改造前後の各ヒータの長さおよびセンターゾー
ンａの温度を均一にする際の各ヒータの加熱度合
の比率は下表の通りである。

改造前 改造後 ヒータの長さ ３、3a 約100cm 約105cm ４、4a 約40cm 約50cm ５、5a 約40cm 約25cm ヒータの加熱度合比率 ３、3a 1.0 1.0 ４、4a 約1.4 約1.2 ５、5a 約1.1 約1.2 このように加熱した場合な炉芯管１内の縦方向
の温度分布は第５図図示のようになり、線は改
造前の場合を、線は改造後の場合を示してい
る。

改造前においては、先に述べたように、エンド
ゾーンｂの最高温度はエンドゾーンｃの最高温度
より高かつたが、改造後においては、エンドゾー
ンｂの最高温度は従来より低く、エンドゾーンｃ
の最高温度は従来より高くなつて、両者は略同じ
温度になつている。

第４図図示の縦型炉は、第２図図示構成の従来
の縦型炉の下ヒータ４のみを下ヒータ４ｂに置換
したもので、ヒータ４ｂは、ヒータ４に対して、
長さが同一、発熱線の太さが約1.1倍、その配設
密度が約1.2倍である。

かくすることにより、ヒータ４ａの加熱許容能
力がヒータ４の約1.3倍になつて過負荷になるこ
とを防ぐことが出来、当該縦型炉の短寿命化を抑
えることが可能になる。

なお、この縦型炉においては、センターゾーン
ａおよびエンドゾーンｂ、ｃの領域は、従来と同
様であり、また、加熱した場合の炉芯管１内の縦
方向の温度分布も、第５図図示の線のようにな
つて、従来の場合の線と同様である。

(g) 発明の効果 以上に説明したように、本発明による手段を講
ずることにより、縦型炉において、大型ウエハの
ために炉芯管の口径が大きくなつても、経済的に
短寿命化を抑えること、また、熱処理温度が高温
である場合でも、ウエハの劣化を従来に比較して
低減させることを可能にさせる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による縦型炉の一実施例の構成
を模式的に示した側断面図、第２図は従来の縦型
炉の代表的構成を模式的に示した側断面図、第３
図はその温度分布を示した図、第４図は同じく他
の実施例の構成を模式的に示した側断面図、第５
図は第１図、第２図および第４図図示の縦型炉の
温度分布を比較して示した図である。 図面において、１は炉芯管、１ａはガス導入
口、１ｂはガス導出口、２はキヤツプ、３，４，
５，３ａ，４ａ，５ａ，４ｂはヒータ、６は断熱
層、Ａはウエハ、Ｂは支持杆、をそれぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉芯管が縦方向に配設され、該炉芯管の周囲
   に、被処理体が配置される該炉芯管のセンターゾ
   ーンを加熱する主ヒータと、該センターゾーンの
   下に連なるエンドゾーンを加熱する下ヒータ及び
   該センターゾーンの上に連なるエンドゾーンを加
   熱する上ヒータを有し、該下ヒータと上ヒータを
   該主ヒータより高温に加熱することによつて該セ
   ンターゾーンの均熱性が確保される縦型炉であつ
   て、前記下ヒータの縦方向の長さが、前記上ヒー
   タの該長さより長いことを特徴とする縦型炉。 ２ 炉芯管が縦方向に配設され、該炉芯管の周囲
   に、被処理体が配置される該炉芯管のセンターゾ
   ーンを加熱する主ヒータと、該センターゾーンの
   下に連なるエンドゾーンを加熱する下ヒータ及び
   該センターゾーンの上に連なるエンドゾーンを加
   熱する上ヒータを有し、該下ヒータと上ヒータを
   該主ヒータより高温に加熱することによつて該セ
   ンターゾーンの均熱性が確保される縦型炉であつ
   て、前記下ヒータの縦方向の長さ当たりの加熱許
   容能力が、前記上ヒータの該能力より大きいこと
   を特徴とする縦型炉。