(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハに所定の熱処理を行う反応室と、
前記反応室の外側に設けられた加熱手段と、
前記加熱手段の外側に設けられた保温手段と、
前記反応室と前記加熱手段との間に設けられた第１の冷却用ガス経路と、
前記加熱手段と前記保温手段との間に設けられた第２の冷却用ガス経路と、
前記第１及び第２の冷却用ガス経路それぞれに所定のガスを流すことにより、前記反応室を冷却する冷却手段と、
前記冷却手段により冷却中の前記反応室の内部の温度を測定する測定手段を有し、この測定手段により測定された温度情報に基づいて前記冷却手段を制御する制御手段とを具備し、
前記第１の冷却用ガス経路のガスの進行方向は、前記第２の冷却用ガス経路のそれに対して逆方向とされていることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記反応室が特定の冷却速度で冷却されるように、前記冷却手段を制御するものであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記冷却手段により前記反応室を冷却する際の冷却速度が前記半導体ウェーハに欠陥が生じない速度となるように制御するものであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記半導体ウェーハに欠陥が生じない冷却速度で前記反応室が冷却されるように、前記冷却手段を制御するものであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造装置。
【請求項５】
ウェーハに所定の熱処理を行う反応室と、
前記反応室の外側に設けられたヒータと、
前記ヒータの外側に設けられた断熱材と、
前記反応室と前記ヒータとの間に設けられた第１の冷却用ガス経路と、
前記ヒータと前記断熱材との間に設けられた第２の冷却用ガス経路と、
前記反応室を冷却する際に、前記第１及び第２の冷却用ガス経路それぞれに所定のガスを流すブロワーと、
前記反応室が特定の冷却速度で冷却されるように、前記ブロワーのオン・オフを制御する制御手段とを具備し、
前記制御手段は、前記第２の冷却用ガス経路に所定のガスを流すことにより前記半導体ウェーハが６００℃〜７００℃付近の温度まで冷却された後、前記第１及び第２の冷却用ガス経路に所定のガスを流すことにより前記半導体ウェーハが前記温度より低い温度に冷却されるように制御することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項６】
ウェーハに所定の熱処理を行う反応室と、
前記反応室の外側に設けられたヒータと、
前記ヒータの外側に設けられた断熱材と、
前記反応室と前記ヒータとの間に設けられた第１の冷却用ガス経路と、
前記ヒータと前記断熱材との間に設けられた第２の冷却用ガス経路と、
前記反応室を冷却する際に、前記第１及び第２の冷却用ガス経路それぞれに所定のガスを流すブロワーと、
前記ブロワーに接続されたインバータと、
前記インバータを制御することにより、前記反応室を冷却する際の冷却速度を制御する制御手段とを具備し、
前記制御手段は、前記第２の冷却用ガス経路に所定のガスを流すことにより前記半導体ウェーハが６００℃〜７００℃付近の温度まで冷却された後、前記第１及び第２の冷却用ガス経路に所定のガスを流すことにより前記半導体ウェーハが前記温度より低い温度に冷却されるように制御することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項７】
ウェーハに所定の熱処理を行う反応室と、
前記反応室の外側に設けられたヒータと、
前記ヒータの外側に設けられた断熱材と、
前記反応室と前記ヒータとの間に設けられた第１の冷却用ガス経路と、
前記ヒータと前記断熱材との間に設けられた第２の冷却用ガス経路と、
前記反応室を冷却する際に、前記第１及び第２の冷却用ガス経路それぞれに所定のガスを流すブロワーと、
前記第１及び第２の経路それぞれを開閉させるシャッターと、
前記反応室を冷却する際の冷却速度を制御する制御手段とを具備し、
前記制御手段は、前記第２の冷却用ガス経路に所定のガスを流すことにより前記半導体ウェーハが６００℃〜７００℃付近の温度まで冷却された後、前記第１及び第２の冷却用ガス経路に所定のガスを流すことにより前記半導体ウェーハが前記温度より低い温度に冷却されるように制御することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記シャッターの開閉を制御することを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記反応室を冷却する際の冷却速度が前記半導体ウェーハに組成変形が生じない速度となるように制御するものであることを特徴とする請求項５、６又は７記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１０】
前記所定のガスは、空気又は不活性ガスであることを特徴とする請求項１、５、６又は７記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１１】
前記反応室は、等温球体型反応室であることを特徴とする請求項１、５、６又は７記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１２】
前記加熱手段及び前記保温手段それぞれは、球体型であることを特徴とする請求項１１記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１３】
前記ヒータ及び前記断熱材それぞれは、球体型であることを特徴とする請求項１１記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１４】
前記第１の冷却用ガス経路のガスの進行方向は、前記第２の冷却用ガス経路のそれに対して逆方向とされていることを特徴とする請求項５、６又は７記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１５】
半導体ウェーハに所定の熱処理を行う反応室と、
前記反応室の外側に設けられた加熱手段と、
前記加熱手段の外側に設けられた保温手段と、
前記反応室と前記加熱手段との間に設けられた第１の冷却用ガス経路と、
前記加熱手段と前記保温手段との間に設けられ、前記第１の冷却用ガス経路のガスの進行方向に対して逆方向のガスの進行方向を有する第２の冷却用ガス経路と、
前記第１及び第２の冷却用ガス経路それぞれに所定のガスを流すことにより、前記反応室を冷却する冷却手段と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項１６】
複数の半導体ウェーハが挿入されている反応室チューブと、そのチューブの外側に設けられたヒータと、そのヒータの外側に設けられた断熱材とがあって、前記反応室チューブと前記ヒータとの間に冷却用ガスを所定の方向に流すと共に、前記ヒータと前記断熱材との間に冷却用ガスを前記所定の方向と逆の方向に流すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
半導体ウェーハを収容する反応室と、
前記反応室の外側に設けられ、前記反応室を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段の外側に設けられ、前記反応室を保温する断熱手段と、
前記反応室と前記加熱手段との間に設けられた第１の冷却用ガス経路と、
前記加熱手段と前記断熱手段との間に設けられた第２の冷却用ガス経路と、
前記第１の冷却用ガス経路及び前記第２の冷却用ガス経路を通じて冷却用ガスを流すことによって前記反応室を冷却する冷却手段と、
前記冷却手段を制御し、半導体ウェーハを任意の設定温度と設定温度範囲内に冷却するために第２の冷却用ガス経路にガスを流し、半導体ウェーハを更に冷却するために前記第１の冷却用ガス経路及び前記第２の冷却用ガス経路にガスを流す制御手段と
を具備することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項１８】
前記反応室は、反応室チューブと、この反応室チューブの外側に設けられた均熱管とを備えることを特徴とする請求項１７記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１９】
前記反応室の温度を測定する温度測定手段を更に具備し、前記制御手段は前記温度測定手段によって測定される前記反応室の温度と予め記憶された冷却特性とに基づいて前記冷却手段を制御することを特徴とする請求項１７又は１８記載の半導体装置の製造装置。
【請求項２０】
前記第１の冷却用ガス経路を流れるガスの温度を測定する複数の温度測定手段を更に具備し、前記制御手段は前記温度測定手段によって測定される前記反応室の温度と、前記複数の温度測定手段によって測定されるガスの温度と、予め記憶された冷却特性とに基づいて前記冷却手段を制御することを特徴とする請求項１９記載の半導体装置の製造装置。
【請求項２１】
半導体ウェーハを収容する反応室と、
前記反応室の外側に設けられ、前記反応室を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段の外側に設けられ、前記反応室を保温する断熱手段と、
前記反応室と前記加熱手段との間に設けられた第１の冷却用ガス経路と、
前記加熱手段と前記断熱手段の間に設けられた第２の冷却用ガス経路と、
前記反応室内と前記第１の冷却用ガス経路内の温度をそれぞれ測定する温度測定手段と、
前記第１の冷却用ガス経路及び前記第２の冷却用ガス通路にガスを流すことにより、前記反応室を冷却する冷却手段と、
前記反応室の降温を行う冷却手段を制御するための冷却特性のデータが記憶された記憶手段を有し、前記測定手段によって測定される前記反応室内の温度と前記第１の冷却用ガス経路を流れるガスの温度とに基づいて、前記反応室を冷却する冷却手段を制御する制御手段と
を具備することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、半導体基板を熱処理する際、この半導体基板におけるスリップ等の欠陥の発生を防止すると共に、各半導体基板の冷却速度を均一にした半導体装置の製造装置及び製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、従来の半導体装置の製造装置を示す構成図である。反応室チュ−ブ１内には、複数の半導体ウェ−ハ２を載置するウェ−ハ装着治具３が設けられている。この反応室チュ−ブ１の外側には加熱ヒ−タ４が設けられており、このヒ−タ４と反応室チュ−ブ１との間には矢印５の方向に図示せぬ冷却用のガスを通すための冷却用ガス経路６が設けられている。この冷却用ガス経路６の一端６ａは、第１のチュ−ブ７によりブロワ−８を介してラジエタ−９と接続されている。このラジエタ−９は第２のチュ−ブ１０により冷却用ガス経路６の他端６ｂと接続されている。
【０００３】
上記構成において、先ず、ウェ−ハ装着治具３には複数の半導体ウェ−ハ２が装着され、これら半導体ウェ−ハ２はウェ−ハ装着治具３と共に反応室チュ−ブ１の内部に挿入される。この後、前記半導体ウェ−ハ２には半導体装置の製造工程における所定の熱処理が行われる。
【０００４】
次に、半導体ウェ−ハ２の温度を降温するため、ブロワ−８が作動されることにより、冷却用ガス経路６に図示せぬ冷却用のガスが矢印５の方向に強制的に流される。この後、冷却用ガス経路６を通ることにより温度が上昇したガスは、ラジエタ−９により冷却される。そして、この冷却されたガスは、第２のチュ−ブ１０を通って、再び冷却用ガス経路６に入れられる。このようにして、ヒ−タ４の内側面及び反応室チュ−ブ１の外側面が冷却されることにより、反応室チュ−ブ１内の半導体ウェ−ハ２は冷却される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の半導体装置の製造装置では、装置の稼働効率を向上させる場合又は素子のジャンクション制御を目的に冷却時にエア−ブロ−による急冷を行う場合、より効率を上げるために空冷用ブロワ−の容量を増加させて対応していた。このような対応では、例えば８００℃〜１２００℃のエリアでの冷却速度を速くすることは可能であるが、８００℃以下のエリアでのそれを速くすることはできない。これに対して、ウェ−ハの面内温度差によるスリップの発生率は、これとは逆の傾向がある。すなわち、冷却速度を同じにした場合、８００℃〜１２００℃の高温のエリアではスリップが発生し、８００℃以下の低温のエリアではスリップが発生しないという傾向にある。したがって、上記従来の製造装置では、高温のエリアでの冷却速度のコントロ−ルを適切に行うことができないため、冷却速度を上げると、半導体ウェ−ハにスリップが発生する。
【０００６】
また、上記製造装置では、冷却用ガス経路６の下部から上部に向けて冷却用のガスを流す構成としているため、反応室チュ−ブ１内の下部に装着している半導体ウェ−ハ２の冷却速度がその上部に装着しているウェ−ハ２のそれより大きくなる。このような反応室チュ−ブ１内の冷却速度のばらつきにより、ウェ−ハ２の相互間における半導体装置の特性が変動するという問題が起こる。
【０００７】
この発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その第１の目的は、反応室を冷却する冷却速度を各温度範囲においてコントロ−ルできる半導体装置の製造装置及び製造方法を提供することにある。
第２の目的は、反応室内において冷却速度を均一にした半導体装置の製造装置及び製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の一態様に係る半導体装置の製造装置は、半導体ウェーハに所定の熱処理を行う反応室と、前記反応室の外側に設けられた加熱手段と、前記加熱手段の外側に設けられた保温手段と、前記反応室と前記加熱手段との間に設けられた第１の冷却用ガス経路と、前記加熱手段と前記保温手段との間に設けられた第２の冷却用ガス経路と、前記第１及び第２の冷却用ガス経路それぞれに所定のガスを流すことにより、前記反応室を冷却する冷却手段と、前記冷却手段により冷却中の前記反応室の内部の温度を測定する測定手段を有し、この測定手段により測定された温度情報に基づいて前記冷却手段を制御する制御手段とを具備し、前記第１の冷却用ガス経路のガスの進行方向は、前記第２の冷却用ガス経路のそれに対して逆方向とされている。
【０００９】
また、前記制御手段は、前記反応室が特定の冷却速度で冷却されるように、前記冷却手段を制御するものであることを特徴としている。
また、前記制御手段は、前記冷却手段により前記反応室を冷却する際の冷却速度が前記半導体ウェ−ハに欠陥が生じない速度となるように制御するものであることを特徴としている。
【００１０】
また、この発明の一態様に係る半導体装置の製造装置は、ウェーハに所定の熱処理を行う反応室と、前記反応室の外側に設けられたヒータと、前記ヒータの外側に設けられた断熱材と、前記反応室と前記ヒータとの間に設けられた第１の冷却用ガス経路と、前記ヒータと前記断熱材との間に設けられた第２の冷却用ガス経路と、前記反応室を冷却する際に、前記第１及び第２の冷却用ガス経路それぞれに所定のガスを流すブロワーと、前記反応室が特定の冷却速度で冷却されるように、前記ブロワーのオン・オフを制御する制御手段とを具備し、前記制御手段は、前記第２の冷却用ガス経路に所定のガスを流すことにより前記半導体ウェーハが６００℃〜７００℃付近の温度まで冷却された後、前記第１及び第２の冷却用ガス経路に所定のガスを流すことにより前記半導体ウェーハが前記温度より低い温度に冷却されるように制御する。
【００１１】
また、この発明の一態様に係る半導体装置の製造装置は、ウェーハに所定の熱処理を行う反応室と、前記反応室の外側に設けられたヒータと、前記ヒータの外側に設けられた断熱材と、前記反応室と前記ヒータとの間に設けられた第１の冷却用ガス経路と、前記ヒータと前記断熱材との間に設けられた第２の冷却用ガス経路と、前記反応室を冷却する際に、前記第１及び第２の冷却用ガス経路それぞれに所定のガスを流すブロワーと、前記ブロワーに接続されたインバータと、前記インバータを制御することにより、前記反応室を冷却する際の冷却速度を制御する制御手段とを具備し、前記制御手段は、前記第２の冷却用ガス経路に所定のガスを流すことにより前記半導体ウェーハが６００℃〜７００℃付近の温度まで冷却された後、前記第１及び第２の冷却用ガス経路に所定のガスを流すことにより前記半導体ウェーハが前記温度より低い温度に冷却されるように制御する。
【００１２】
また、この発明の一態様に係る半導体装置の製造装置は、ウェーハに所定の熱処理を行う反応室と、前記反応室の外側に設けられたヒータと、前記ヒータの外側に設けられた断熱材と、前記反応室と前記ヒータとの間に設けられた第１の冷却用ガス経路と、前記ヒータと前記断熱材との間に設けられた第２の冷却用ガス経路と、前記反応室を冷却する際に、前記第１及び第２の冷却用ガス経路それぞれに所定のガスを流すブロワーと、前記第１及び第２の経路それぞれを開閉させるシャッターと、前記反応室を冷却する際の冷却速度を制御する制御手段とを具備し、前記制御手段は、前記第２の冷却用ガス経路に所定のガスを流すことにより前記半導体ウェーハが６００℃〜７００℃付近の温度まで冷却された後、前記第１及び第２の冷却用ガス経路に所定のガスを流すことにより前記半導体ウェーハが前記温度より低い温度に冷却されるように制御する。
【００１３】
また、この発明の一態様に係る半導体装置の製造装置は、複数の半導体ウェーハが挿入されている反応室チューブと、そのチューブの外側に設けられたヒータと、そのヒータの外側に設けられた断熱材とがあって、前記反応室チューブと前記ヒータとの間に冷却用ガスを所定の方向に流すと共に、前記ヒータと前記断熱材との間に冷却用ガスを前記所定の方向と逆の方向に流す。
【００１４】
【作用】
この発明は、反応室と加熱手段との間に第１の冷却用ガス経路を設け、前記加熱手段と保温手段との間に第２の冷却用ガス経路を設け、第１及び第２の冷却用ガス経路それぞれに所定のガスを流すことにより、前記反応室を冷却する構成としている。この冷却の際、冷却手段を制御手段によって制御することにより、反応室内の冷却速度を各温度範囲においてコントロ−ルすることができる。
【００１５】
また、第２の冷却用ガス経路のガスの進行方向を第１の冷却用ガス経路のそれに対して逆方向とすることにより、反応室内の各領域における冷却速度を均一にすることができる。つまり、第１、第２の冷却用ガス経路それぞれのガスの進行方向を同一方向とすると、前記冷却用ガス経路において、ガスが吸気される側の冷却速度が速くなり、ガスが排気される側の冷却速度が遅くなるのに対して、前記ガスの進行方向を逆方向とすると、反応室内の各領域における冷却速度を均一にすることができる。
【００１６】
【実施例】
以下、図面を参照してこの発明を実施例により説明する。
図１は、この発明の第１の実施例による半導体装置の製造装置を示す構成図である。石英又はＳｉＣからなる反応室チュ−ブ１１内には、複数の半導体ウェ−ハ１２を載置するウェ−ハ載置台１３が設けられている。前記反応室チュ−ブ１１の外側には均熱管１４が設けられている。この均熱管１４の外側には均熱管１４を覆うように加熱ヒ−タ１５が設けられており、このヒ−タ１５と均熱管１４との間には第１の矢印１６の方向に図示せぬ冷却用のガスを通すための第１の冷却用ガス経路１７が設けられている。前記加熱ヒ−タ１５の下には断熱クロス１８が設けられている。前記加熱ヒ−タ１５の外側及び均熱管１４の上には断熱材１９が設けられており、この断熱材１９と加熱ヒ−タ１５との間には第２の矢印２０の方向に図示せぬ冷却用のガスを通すための第２の冷却用ガス経路２１が設けられている。
【００１７】
前記第１の冷却用ガス経路１７の一端１７ａは、第１のチュ−ブ２２により第１のラジエタ−２３を介して第１のブロワ−２４と接続されている。前記第２の冷却用ガス経路２１の一端２１ａは、第２のチュ−ブ２５により第２のラジエタ−２６を介して第２のブロワ−２７と接続されている。前記第２の冷却用ガス経路２１の他端２１ｂは、第３のチュ−ブ２８により第１及び第２のブロワ−２４、２７と接続されている。これら第１及び第２のブロワ−２４、２７は制御手段２９に接続されており、この制御手段２９は内部熱電対３０ａと接続されている。この内部熱電対３０ａは、反応室チュ−ブ１１内の温度を測定するために、このチュ−ブ１１内に挿入されている。前記第１の冷却用ガス経路１７内には、この第１の経路１７内の温度を測定するために、第１乃至第４の外部熱電対３０ｂ〜３０ｅが挿入されている。
【００１８】
前記制御手段２９には記憶部２９ａが設けられており、この記憶部２９ａには後述する冷却特性の入力デ−タが入力されている。この冷却特性とは、反応室チュ−ブ１１を冷却する際の冷却時間と内部熱電対３０ａにより測定された反応室チュ−ブ１１内の温度との特定の関係である。
【００１９】
図２は、この発明及び従来それぞれの半導体装置の製造装置の冷却特性および半導体ウェ−ハにスリップ等の組成変形が生じる冷却特性の境界を示すものである。このスリップは、半導体ウェ−ハにおける中央部と周辺部との温度差により生じるものである。参照符号３２は、この発明の半導体装置の製造装置において半導体ウェ−ハにスリップ等の欠陥が発生する冷却特性の境界となる冷却時間と反応室チュ−ブ内の温度との関係を示すもの、即ちシミュレ−ションにより出されたスリップ発生時の半導体ウェ−ハの各外周温度におけるウェ−ハ面内の温度差から概算したものである。参照符号３３は、従来の半導体装置の製造装置においてウェ−ハを冷却した際の冷却時間と反応室チュ−ブ内の熱電対により測定した温度との関係を示すものである。参照符号３４は、半導体ウェ−ハにスリップが発生する境界条件３２にスリップが発しいない側のマ−ジンを持たせた冷却特性の一例であり、この発明の半導体装置の製造装置における制御手段の記憶部に入力される入力デ−タを示すものである。
【００２０】
この図から、従来の半導体装置の製造装置の冷却特性では半導体ウェ−ハにスリップ等の組成変形が発生することがわかり、この発明の半導体装置の製造装置の冷却特性では半導体ウェ−ハにスリップ等が発生しないことがわかる。
【００２１】
前記参照符号３４についてはこの発明の冷却特性の単なる一例を示すものであり、参照符号３２に示す曲線より右側に位置する冷却特性であれば、半導体ウェ−ハにスリップ等が発生することがない。
【００２２】
上記構成において、図１に示すように、先ず、ウェ−ハ載置台１３には複数の半導体ウェ−ハ１２が載置され、これら半導体ウェ−ハ１２はウェ−ハ載置台１３と共に反応室チュ−ブ１１の内部に挿入される。この後、反応室チュ−ブ１１は加熱ヒ−タ１５により１０００℃以上の温度まで加熱され、前記半導体ウェ−ハ１２には半導体装置の製造工程における所定の熱処理が行われる。
【００２３】
次に、半導体ウェ−ハ１２の温度を降温するため、内部熱電対３０ａ、外部熱電対３０ｂ〜３０ｅそれぞれの温度測定結果を用いた、ＰＩＤ（比例、積分、微分値）制御によって制御されるカスケ−ド制御方式により、前記加熱ヒ−タ１５のパワ−は制御される。これと共に、第２のブロワ−２７が作動されることにより、第２の冷却用ガス経路２１に図示せぬ冷却用のＮ２  が第２の矢印２０の方向に強制的に流される。この後、第２の冷却用ガス経路２１を通ることにより温度が上昇したＮ２  は、第２のラジエタ−２６により冷却される。そして、この冷却されたＮ２  は、第２、第３のチュ−ブ２５、２８を通って、再び第２の冷却用ガス経路２１に入れられる。このようにして、ヒ−タ１５の外側面及び断熱材１９の内側面が冷却されることにより、反応室チュ−ブ１１内は約６００℃〜７００℃付近まで冷却される。このとき、前記加熱ヒ−タ１５は６００℃〜８００℃の間でオフされる。
【００２４】
この際の冷却速度は、記憶部２９ａに記憶されている半導体ウェ−ハ１２にスリップ等が発生しない速度である図２の参照符号３４に示す速度となるように、制御手段２９によって制御される。つまり、前記速度となるように、制御手段２９において、内部熱電対３０ａにより測定された温度情報に基づいて、第２のブロワ−２７のオン・オフがコントロ−ルされる。
【００２５】
この後、第１のブロワ−２４が作動されることにより、第１の冷却用ガス経路１７に図示せぬ冷却用のＮ２  が第１の矢印１６の方向に強制的に流される。この後、第１の冷却用ガス経路１７を通ることにより温度が上昇したＮ２  は、第１のラジエタ−２３により冷却される。この結果、第１及び第２の冷却用ガス経路１７、２１の両方に冷却用のＮ２  が流され、反応室チュ−ブ１１内の冷却速度は増加する。このように冷却速度を増加させると、半導体ウェ−ハ１２における面内温度差が大きくなるが、半導体ウェ−ハ１２の外周温度が低い場合は前記面内温度差が大きくてもスリップが発生しない。
【００２６】
前記反応室チュ−ブ１１内の温度が約６００℃〜７００℃付近以下となった時のチュ−ブ１１内の冷却速度においても、記憶部２９ａに記憶されている図２の参照符号３４に示す速度となるように、制御手段２９によって制御される。つまり、前記速度となるように、制御手段２９において、内部熱電対３０ａにより測定された温度情報に基づいて、第１及び第２のブロワ−２４、２７それぞれのオン・オフがコントロ−ルされる。
【００２７】
上記第１の実施例によれば、制御手段２９によって第１、第２のブロワ−２４、２７のオン・オフをコントロ−ルすること、及び高温のエリアでは第２の冷却用ガス経路２１のみに冷却用のＮ２  を流すことにより、図２の参照符号３４に示す条件で半導体ウェ−ハ１２を冷却することができる。すなわち、制御手段における記憶部２９ａに冷却速度のデ−タを入力することにより、このデ−タ通りの適切な冷却速度、つまりスリップの発生しない冷却速度で半導体ウェ−ハ１２を冷却することができる。これと共に、第１及び第２の経路１７、２１を用いているため、従来の製造装置より冷却速度を上げることができる。特に、８００℃以下の低温のエリアでの冷却速度を従来の装置より増加させることができる。
【００２８】
尚、上記第１の実施例では、第１及び第２の冷却用経路１７、２１に流すガスとしてＮ２  ガスを用いているが、他の不活性ガス又は空気を用いることも可能である。
【００２９】
図３は、この発明の第２の実施例による半導体装置の製造装置を示す構成図であり、図１と同一部分には同一符号を付し、第１の実施例と異なる部分についてのみ説明する。
【００３０】
第１及び第２のブロワ−２４、２７それぞれは、第１及び第２のインバ−タ３６、３７を有している。これら第１及び第２のインバ−タ３６、３７は、制御手段２９に接続されている。
【００３１】
上記構成において、図３に示すように、半導体ウェ−ハ１２を約６００℃〜７００℃付近まで降温させる際の冷却速度が図２の参照符号３４に示す速度となるように、制御手段２９によって第２のインバ−タ３７を有する第２のブロワ−２７が制御される。
【００３２】
この後、半導体ウェ−ハ１２をさらに冷却するときの冷却速度においても、図２の参照符号３４に示す速度となるように、制御手段２９によって第１及び第２のインバ−タ３６、３７を有する第１及び第２のブロワ−２４、２７が制御される。
【００３３】
上記第２の実施例においても第１の実施例と同様の効果を得ることができる。図４は、この発明の第３の実施例による半導体装置の製造装置を示す構成図であり、図１と同一部分には同一符号を付し、第１の実施例と異なる部分についてのみ説明する。
【００３４】
第１の冷却用ガス経路１７の他端１７ｂには第１のシャッタ−４０が設けられている。第１及び第２のブロワ−２４、２７それぞれは、第３のチュ−ブ２８により第２の冷却用ガス経路２１の他端２１ｂと接続されており、この第２の経路２１の他端２１ｂには第２のシャッタ−４１が設けられている。これら第１及び第２のシャッタ−４０、４１それぞれは制御手段２９と接続されている。
【００３５】
上記構成において、図４に示すように、半導体ウェ−ハ１２の温度を降温する際、第１のシャッタ−４０が閉じた状態とされ、第２のシャッタ−４１が開いた状態とされ、第１及び第２のブロワ−２４、２７が作動される。この結果、第２の冷却用ガス経路２１に図示せぬ冷却用のＮ２  が流される。これにより、反応室チュ−ブ１１内は約６００℃〜７００℃付近まで冷却される。この際の冷却速度は、図２の参照符号３４に示す速度となるように、制御手段２９によって制御される。つまり、前記速度となるように、制御手段２９において、内部熱電対３０ａにより測定された温度情報に基づいて、第２のシャッタ−４１の開閉がコントロ−ルされる。
【００３６】
この後、第１のシャッタ−４０を開くことにより、第１の冷却用ガス経路１７に冷却用のＮ２  が流される。これによって反応室チュ−ブ１１内をさらに冷却する際の冷却速度においても、図２の参照符号３４に示す速度となるように、制御手段２９によって制御される。つまり、前記速度となるように、制御手段２９において、内部熱電対３０ａにより測定された温度情報に基づいて、第１及び第２のシャッタ−４０、４１それぞれの開閉がコントロ−ルされる。
【００３７】
上記第３の実施例においても第１の実施例と同様の効果を得ることができる。図５は、この発明の第４の実施例による半導体装置の製造装置を示す構成図であり、図１と同一部分には同一符号を付し、第１の実施例と異なる部分についてのみ説明する。
【００３８】
複数の半導体ウェ−ハ１２が載置される等温球体型反応室４２の外側には反応室４２を覆うように球体型の加熱ヒ−タ４３が設けられている。このヒ−タ４３と反応室４２との間には第１の矢印１６の方向に図示せぬ冷却用のガスを通すための第１の冷却用ガス経路１７が設けられている。前記加熱ヒ−タ４３の外側には球体型の断熱材４４が設けられており、この断熱材４４と加熱ヒ−タ４３との間には第２の矢印２０の方向に図示せぬ冷却用のガスを通すための第２の冷却用ガス経路２１が設けられている。
【００３９】
前記第１の冷却用ガス経路１７の排気口１７ｃは、第１のチュ−ブ２２により第１のラジエタ−２３を介して第１のブロワ−２４と接続されている。前記第２の冷却用ガス経路２１の排気口２１ｃは、第２のチュ−ブ２５により第２のラジエタ−２６を介して第２のブロワ−２７と接続されている。前記第１の冷却用ガス経路１７の吸気口１７ｄは、第３のチュ−ブ２８により第１及び第２のブロワ−２４、２７と接続されている。前記第１の冷却用ガス経路１７内には、第１乃至第４の外部熱電対が挿入されていない。
【００４０】
上記構成において、図５に示すように、反応室４２内には複数の半導体ウェ−ハ１２が挿入され、これら半導体ウェ−ハ１２には所定の熱処理が行われる。
次に、半導体ウェ−ハ１２の温度を降温するため、第２のブロワ−２７が作動されることにより、第２の冷却用ガス経路２１に図示せぬ冷却用のＮ２  が流される。これにより、ヒ−タ４３の外表面及び断熱材４４の内表面が冷却され、等温球体型反応室４２内は約６００℃〜７００℃付近まで冷却される。この際の冷却速度は、図２の参照符号３４に示す速度となるように、制御手段２９によって制御される。
【００４１】
この後、第１のブロワ−２４が作動されることにより、第１の冷却用ガス経路１７に図示せぬ冷却用のＮ２  が第１の矢印１６の方向に流される。次に、第１の冷却用ガス経路１７を通ることにより温度が上昇したＮ２  は、第１のラジエタ−２３により冷却される。そして、この冷却されたＮ２  は、第３のチュ−ブ２８を通って、再び第１の冷却用ガス経路１７に入れられる。この結果、第１及び第２の冷却用ガス経路１７、２１の両方に冷却用のＮ２  が流され、反応室チュ−ブ１１内の冷却速度は増加する。
【００４２】
上記第４の実施例においても第１の実施例と同様の効果を得ることができる。また、上記実施例では、等温球体型反応室４２、球体型の加熱ヒ−タ４３及び球体型の断熱材４４を用いているため、小スペ−ス化、小ロット化、しかも省エネルギ−化が可能となる。すなわち、従来のチュ−ブ型の拡散炉と比較してコンパクトで余分な均熱ゾ−ンを必要としないため、省エネルギ−化、小スペ−ス化が可能となる。しかも、反応室内の温度をコントロ−ルするのに必要な熱電対も１本で足りる。従って、制御系を含めて装置コストを下げることができる。さらに、昇温速度、降温速度の両方を制御することが可能であり、スリップフリ−で高速昇降温可能である。
【００４３】
図６は、この発明の第５の実施例による半導体装置の製造装置を示す構成図であり、図５と同一部分には同一符号を付し、第４の実施例と異なる部分についてのみ説明する。
【００４４】
第１及び第２のブロワ−２４、２７それぞれは、第１及び第２のインバ−タ３６、３７を有している。これら第１及び第２のインバ−タ３６、３７は、制御手段２９に接続されている。
【００４５】
上記構成において、図６に示すように、半導体ウェ−ハ１２を約６００℃〜７００℃付近まで降温させる際の冷却速度が図２の参照符号３４に示す速度となるように、制御手段２９によって第２のインバ−タ３７を有する第２のブロワ−２７が制御される。
【００４６】
この後、半導体ウェ−ハ１２をさらに冷却するときの冷却速度においても、図２の参照符号３４に示す速度となるように、制御手段２９によって第１及び第２のインバ−タ３６、３７を有する第１及び第２のブロワ−２４、２７が制御される。
【００４７】
上記第５の実施例においても第４の実施例と同様の効果を得ることができる。図７は、この発明の第６の実施例による半導体装置の製造装置を示す構成図であり、図５と同一部分には同一符号を付し、第４の実施例と異なる部分についてのみ説明する。
【００４８】
第１及び第２のブロワ−２４、２７それぞれは、第３のチュ−ブ２８により第１の冷却用ガス経路１７の吸気口１７ｄと接続されており、この第１の経路１７の吸気口１７ｄには第１のシャッタ−４０が設けられている。第２の冷却用ガス経路２１の吸気口２１ｄには図示せぬ第２のシャッタ−が設けられている。これら第１及び第２のシャッタ−４０それぞれは制御手段２９と接続されている。
【００４９】
上記構成において、図７に示すように、半導体ウェ−ハ１２の温度を降温する際、第１のシャッタ−４０が閉じた状態とされ、第２のシャッタ−４１が開いた状態とされ、第１及び第２のブロワ−２４、２７が作動される。この結果、第２の冷却用ガス経路２１に図示せぬ冷却用のＮ２  が流される。これにより、等温球体型反応室４２内は約６００℃〜７００℃付近まで冷却される。この際の冷却速度は、図２の参照符号３４に示す速度となるように、制御手段２９によって制御される。つまり、前記速度となるように、制御手段２９において、内部熱電対３０ａにより測定された温度情報に基づいて、第２のシャッタ−４１の開閉がコントロ−ルされる。
【００５０】
この後、第１のシャッタ−４０を開くことにより、第１の冷却用ガス経路１７に冷却用のＮ２  が流される。これによって反応室４２内をさらに冷却する際の冷却速度においても、図２の参照符号３４に示す速度となるように、制御手段２９によって制御される。つまり、前記速度となるように、制御手段２９において、内部熱電対３０ａにより測定された温度情報に基づいて、第１及び第２のシャッタ−４０、４１それぞれの開閉がコントロ−ルされる。
【００５１】
上記第６の実施例においても第４の実施例と同様の効果を得ることができる。図８は、この発明の第７の実施例による半導体装置の製造装置を示す構成図であり、図１と同一部分には同一符号を付し、第１の実施例と異なる部分についてのみ説明する。
【００５２】
断熱材１９と加熱ヒ−タ１５との間には第２の矢印５１の方向に図示せぬ冷却用のガスを通すための第２の冷却用ガス経路２１が設けられている。
第１の冷却用ガス経路１７の一端１７ａは、第１のチュ−ブ２２により第１のラジエタ−２３を介して流量の調節が可能な第１のバルブ５２の一方側と接続されている。この第１のバルブ５２の他方側は第２のチュ−ブ５３の第１の端部５３ａと接続されている。この第２のチュ−ブ５３の第２の端部５３ｂはブロワ−５４と接続されており、第２のチュ−ブ５３の第３の端部５３ｃは流量の調節が可能な第２のバルブ５５の一方側と接続されている。
【００５３】
前記第２の冷却用ガス経路２１の一端２１ａは第３のチュ−ブ５６により前記ブロワ−５４と接続されている。第２の冷却用ガス経路２１の他端２１ｂは第４のチュ−ブ５７により第２のラジエタ−２６を介して第２のバルブ５５の他方側と接続されている。
【００５４】
上記構成において、図８に示すように、半導体ウェ−ハ１２の温度を降温する際、第１及び第２のバルブ５２、５５が開かれた状態で、ブロワ−５４が作動される。これにより、第１及び第２の冷却用ガス経路１７、２１それぞれに図示せぬ冷却用のＮ２  が第１及び第２の矢印１６、２０の方向に流される。このとき、第１の冷却用ガス経路１７を通ることにより温度が上昇したＮ２  は、第１のラジエタ−２３により冷却される。そして、この冷却されたＮ２  は、第１乃至第３のチュ−ブ２２、５３、５６を通って、第２の冷却用ガス経路２１に入れられる。また、第２の冷却用ガス経路２１を通ることにより温度が上昇したＮ２  は、第２のラジエタ−２６により冷却される。そして、この冷却されたＮ２  は、第２乃至第４のチュ−ブ５３、５６、５７を通って、再び第２の冷却用ガス経路２１に入れられる。このように半導体ウェ−ハ１２の温度を降温する際は、第１乃至第４の外部熱電対３０ｂ〜３０ｅで各ゾ−ンの温度がモニタ−される。この情報に基づいて、前記各ゾ−ンにおける降温速度が均一になるように、冷却用のＮ２  の流量が第１及び第２のバルブ５２、５５により調節される。
【００５５】
上記第７の実施例によれば、第２の冷却用ガス経路２１の冷却用のＮ２  の流れる方向を第１の冷却用ガス経路１７のそれの方向に対して逆方向としている。これにより、反応室チュ−ブ１１内の各ゾ−ンにおける降温速度のばらつきをなくすこと、即ち各ゾ−ンにおける降温速度を均一にすることができる。つまり、第２の冷却用ガス経路２１の冷却用のＮ２  の流れる方向を、第１の冷却用ガス経路１７のそれと同じにすると、第１乃至第４の外部熱電対３０ｂ〜３０ｅそれぞれにおいて測定された冷却速度は次のようになった。この冷却速度は、反応室チュ−ブを６４０℃〜３００℃まで冷却させたものである。
【００５６】
第１の外部熱電対３０ｂによる測定結果は３９．１℃／ｍｉｎ  であり、第２及び第３の外部熱電対３０ｃ、３０ｄそれぞれによる測定結果は４２．６℃／ｍｉｎ  であり、第４の外部熱電対３０ｅによる測定結果は７８．３℃／ｍｉｎ  であった。
【００５７】
これに対して、冷却用のＮ２  の流れる方向を上記第７の実施例のようにした場合、第１乃至第４の外部熱電対３０ｂ〜３０ｅそれぞれによる冷却速度の測定結果は均一なものとなる。したがって、従来技術のような各ゾ−ンにおける冷却速度のばらつきによって生じる各半導体ウェ−ハ相互間における半導体装置の特性の変動を防止することができる。
【００５８】
また、反応室チュ−ブ１１内の冷却速度を、従来の半導体装置の製造装置のそれに比べ、速くすることができる。これは、従来の製造装置では上記実施例の第１の冷却用ガス経路１７に相当する部分のみに冷却用のガスを流していたのに対して、上記実施例の場合、第１及び第２の冷却用ガス経路１７、２１の両方に冷却用のガスを流す構成としたからである。
【００５９】
また、第１及び第２のバルブ５２、５５を用いることにより、ブロワ−５４を一つにしている点では、第１乃至第６の実施例によるものより、コストを低くすることができる。
【００６０】
尚、前記各実施例の構成要素を任意に選択的に組合せ、これにより前記各実施例とは同等若しくは異なる機能を有する装置を構成し、これを新たな実施例としてもよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明によれば、反応室を冷却する冷却速度を各温度範囲においてコントロ−ルできる半導体装置の製造装置及び製造方法を提供することができる。また、反応室内において冷却速度を均一にした半導体装置の製造装置及び製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例による半導体装置の製造装置を示す構成図。
【図２】この発明及び従来それぞれの半導体装置の製造装置の冷却特性および半導体ウェ−ハにスリップ等の組成変形が生じる冷却特性の境界を示すグラフ。
【図３】この発明の第２の実施例による半導体装置の製造装置を示す構成図。
【図４】この発明の第３の実施例による半導体装置の製造装置を示す構成図。
【図５】この発明の第４の実施例による半導体装置の製造装置を示す構成図。
【図６】この発明の第５の実施例による半導体装置の製造装置を示す構成図。
【図７】この発明の第６の実施例による半導体装置の製造装置を示す構成図。
【図８】この発明の第７の実施例による半導体装置の製造装置を示す構成図。
【図９】従来の半導体装置の製造装置を示す構成図。
【符号の説明】
１１…反応室チュ−ブ、１２…半導体ウェ−ハ、１３…ウェ−ハ載置台、１４…均熱管、１５…ヒ−タ（加熱手段）、１６…第１の矢印、１７…第１の冷却用ガス経路、１７ａ  …第１の冷却用ガス経路の一端、１７ｂ  …第１の冷却用ガス経路の他端、１７ｃ  …第１の冷却用ガス経路の排気口、１７ｄ  …第１の冷却用ガス経路の吸気口、１８…断熱クロス、１９…断熱材、２０…第２の矢印、２１…第２の冷却用ガス経路、２１ａ  …第２の冷却用ガス経路の一端、２１ｂ  …第２の冷却用ガス経路の他端、２１ｃ  …第２の冷却用ガス経路の排気口、２１ｄ  …第２の冷却用ガス経路の吸気口、２２…第１のチュ−ブ、２３…第１のラジエタ−、２４…第１のブロワ−、２５…第２のチュ−ブ、２６…第２のラジエタ−、２７…第２のブロワ−、２８…第３のチュ−ブ、２９…制御手段、２９ａ  …記憶部、３０ａ  …内部熱電対、３０ｂ  …第１の外部熱電対、３０ｃ  …第２の外部熱電対、３０ｄ  …第３の外部熱電対、３０ｅ  …第４の外部熱電対、３２…この発明の半導体装置の製造装置において半導体ウェ−ハにスリップ等の欠陥が発生する冷却特性の境界となる冷却時間と反応室チュ−ブ内の温度との関係、３３…従来の半導体装置の製造装置においてウェ−ハを冷却した際の冷却時間と反応室チュ−ブ内の熱電対により測定した温度との関係、３４…半導体ウェ−ハにスリップが発生する境界条件３２にスリップが発しいない側のマ−ジンを持たせた冷却特性の一例、３６…第１のインバ−タ、３７…第２のインバ−タ、４０…第１のシャッタ−、４１…第２のシャッタ−、４３…球体型の加熱ヒ−タ、４４…球体型の断熱材、５１…第２の矢印、５２…第１のバルブ、５３…第２のチュ−ブ、５３ａ  …第２のチュ−ブの第１の端部、５３ｂ  …第２のチュ−ブの第２の端部、５３ｃ  …第２のチュ−ブの第３の端部、５４…ブロワ−、５５…第２のバルブ、５６…第３のチュ−ブ、５７…第４のチュ−ブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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