JP2001255069A - 熱処理装置およびその抵抗発熱体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミック系抵抗発熱体からなる螺旋状の抵
抗発熱体の製造を容易にし、生産性、品質および温度均
一性の向上を図る。 【解決手段】 被処理体ｗを収容して熱処理するための
処理容器２と、この処理容器２の周囲を取囲む筒状の断
熱材３の内周に抵抗発熱体４を設けてなる加熱装置５と
を備えた熱処理装置１において、前記加熱装置５の抵抗
発熱体４がセラミック系抵抗発熱体からなる円弧状もし
くは１ないし数ターンの複数の抵抗発熱体構成片４ａを
接合して螺旋状に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱処理装置およびその
抵抗発熱体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造においては、被処
理体例えば半導体ウエハに、酸化、拡散、ＣＶＤ（Chem
ical Vapor Deposition）などの処理を行うために、
各種の熱処理装置が用いられている。そして、その一般
的な熱処理装置は、半導体ウエハを収容して熱処理する
ための処理容器と、この処理容器の周囲を取囲む筒状の
断熱材の内周に抵抗発熱体を設けてなる加熱装置とを備
えている。

【０００３】このような熱処理装置においては、加熱装
置の高温性能が求められる場合、急速な昇温性能が求め
られる場合、あるいは、その両方が求められる場合、例
えばカンタル（商品名）線等の金属系の抵抗発熱体より
も耐高温性、昇温性能に優れるセラミック系抵抗発熱体
例えば二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ₂）からなる抵抗発
熱体が好適に用いられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、セラミック
系抵抗発熱体は、加工性等の問題から、金属系の抵抗発
熱のように螺旋状で大口径や長く加工することが困難で
ある。このため、抵抗発熱体の構成片として、Ｕ字状の
ものや、直線状のものを形成しておき、これらを組合わ
せて接合することにより周方向に連続した波形状やミア
ンダ（蛇行）状の抵抗発熱体を形成しているのが現状で
ある。

【０００５】しかしながら、加熱装置を高さ方向に複数
の領域に分けて加熱制御可能に構成する場合、前記ミア
ンダ状の抵抗発熱体を断熱材の内周に高さ方向に複数配
設しなければならず、高さ方向に隣り合う領域間には、
抵抗発熱体が連続しない空間部が発生するため、温度均
一性に悪影響を与える要因となっている。

【０００６】また、加熱装置を製造する場合、先ずＵ字
状および直線状の抵抗発熱体構成片を形成し、これら抵
抗発熱体構成片を組合わせ接合してミアンダ状の抵抗発
熱体を形成し、この抵抗発熱体を断熱材の内周に取付け
ると共に高さ方向に複数取付けなければならないため、
製造に多くの手間がかかり、生産性および品質に悪影響
を及ぼす要因となっている。

【０００７】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的は、抵抗発熱体が耐高温性および昇温性
能に優れることは勿論のこと、加熱装置を高さ方向に複
数の領域に分けて加熱制御可能に構成する場合、ミアン
ダ状の抵抗発熱体と異なり、温度均一性の向上が図れる
熱処理装置を提供することにある。また、本発明の目的
は、セラミック系抵抗発熱体からなる螺旋状の抵抗発熱
体を容易に製造することができ、生産性、品質および温
度均一性の向上が図れる熱処理装置の抵抗発熱体の製造
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】本発明のうち、請求項１
記載の発明は、被処理体を収容して熱処理するための処
理容器と、この処理容器の周囲を取囲む筒状の断熱材の
内周に抵抗発熱体を設けてなる加熱装置とを備えた熱処
理装置において、前記加熱装置の抵抗発熱体がセラミッ
ク系抵抗発熱体からなる円弧状もしくは１ないし数ター
ンの複数の抵抗発熱体構成片を接合して螺旋状に形成さ
れていることを特徴とする。

【０００９】請求項２の発明は、被処理体を収容して熱
処理するための処理容器と、この処理容器の周囲を取囲
む筒状の断熱材の内周に抵抗発熱体を設けてなる加熱装
置とを備えた熱処理装置における前記抵抗発熱体の製造
方法において、セラミック系抵抗発熱体からなる円弧状
もしくは１ないし数ターンの複数の抵抗発熱体構成片を
形成する工程と、これら抵抗発熱体構成片を接合して螺
旋状の抵抗発熱体を形成する工程とを備えていることを
特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例を添付図
面に基づいて詳述する。図１は本発明の実施の形態であ
る熱処理装置を示す縦断面図、図２は同熱処理装置の加
熱装置の一部を示す斜視図、図３は同加熱装置の部分的
拡大横断面図、図４は抵抗発熱体の製造工程を示す図で
ある。

【００１１】図１において、１は縦型の熱処理装置で、
被処理体例えば半導体ウエハｗを収容して所定の処理ガ
ス雰囲気下で所定の熱処理例えば減圧ＣＶＤを施すため
の処理容器２と、この処理容器２の周囲を取囲む筒状の
断熱材３の内周に抵抗発熱体４を設けてなる加熱装置
（ヒータ）５とを備えている。前記処理容器２は、例え
ば石英製の反応管（プロセスチューブ）により構成され
ている。この反応管は、例えば同心状に配置した内管２
ａと外管２ｂの二重管構造とされている。

【００１２】内管２ａは、上端および下端が開口されて
いる。外管２ｂは、上端が閉塞され、下端が開口されて
いる。外管２ｂの下端部には、フランジ部２ｆが形成さ
れている。内管２ａは、実質的な処理空間を形成してお
り、内管２ａと外管２ｂとの間の環状空間が処理ガスの
排気通路６を形成している。

【００１３】前記処理容器２は、下部に、炉口７を形成
すると共にガス導入部８および排気部９を有するマニホ
ールド１０を備えている。このマニホールド１０は、耐
熱性および耐食性を有する材料例えばステンレス鋼によ
り前記外管２ｂとほぼ同径の短管状に形成されており、
その上端部には前記外管２ｂの下端フランジ部２ｆを接
合支持するためのフランジ部１０ｆが形成されている。
マニホールド１０の上端フランジ部１０ｆ上面には、外
管２ｂの下端フランジ部２ｆが気密材例えばフッ素系の
Ｏリングを介して載置され、フランジ押え１１により接
合固定されている。

【００１４】また、マニホールド１０内には、前記内管
２ａの下端部を支持する内管支持部１２が設けられてい
る。マニホールド１０の管壁（側部）には、内管２ａ内
の方に処理ガスや不活性ガスを導入するガス導入部８が
設けられていると共に、前記排気通路６を介して処理容
器２内を排気するための短管状の排気部９が設けられて
いる。ガス導入部８は、ガス種に応じて複数設けられお
り、ガス導入部８には図示しないガス供給系が接続され
ている。前記排気部９には、処理容器２内を所定の減圧
ないし真空度に減圧排気可能な図示しない減圧ポンプお
よび排気弁を備えた排気系が接続されている。

【００１５】マニホールド１０は、処理容器２を下方か
ら挿通する開口部１３ａを有するベースプレート１３の
下部に取付けられている。また、ベースプレート１３の
上部には、炉（処理容器２）内を所定の温度に加熱制御
可能な円筒状の加熱装置５が設置されている。

【００１６】一方、処理容器２の下方には、炉口７を密
閉する開閉可能な蓋体１５が昇降機構１４により昇降可
能に設けられている。この蓋体１５は、例えばステンレ
ス鋼により形成されている。この蓋体１５には、マニホ
ールド１０の下部開口端との間を気密にシールするため
の気密材例えばフッ素系のＯリングが設けられている。

【００１７】前記蓋体１５の上部には、多数例えば１５
０枚程度のウエハｗを水平状態で上下方向に所定間隔で
支持搭載する石英製のボート１６が炉口７の断熱手段で
ある石英製の保温筒１７を介して載置されるようになっ
ている。ウエハｗを面内均一に熱処理するために、蓋体
１５に回転導入部１８を介して回転テーブル１９を設
け、この回転テーブル１９上に保温筒１７を介してボー
ト１６を載置するように構成されていてもよい。

【００１８】前記加熱装置５は、図２ないし図３に示す
ように、円筒状の断熱材３と、この断熱材３の内周に設
けられた螺旋状の抵抗発熱体４とから主に構成されてい
る。この断熱材３の外側は、冷却機能を有する図示しな
いアウターシェルで覆われている。前記抵抗発熱体４
は、図４に示すように、セラミック系抵抗発熱体例えば
二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ₂）からなる例えば円弧状
の複数の抵抗発熱体構成片４ａを接合して螺旋状に形成
されている。

【００１９】この螺旋状の抵抗発熱体４には、図２に示
すように、前記断熱材３を貫通して外部に延出された電
極接続用の端子板２０が断熱材３の軸方向に適宜間隔で
設けられ、上下方向（高さ方向）に複数の領域に分けて
温度制御ができるように構成されている。この端子板２
０は抵抗発熱体９と同じ材質からなり、溶断防止と放熱
量の抑制の観点から所要断面積の例えば板状に形成され
ている。

【００２０】前記抵抗発熱体４は、耐熱性及び電気絶縁
性材料例えばセラミックからなる支持体２１を介して前
記断熱材３の内壁面に所要の隙間Ｇを隔てて取付けられ
ている。この支持体２１は断熱材３の軸方向に複数に分
割されており、各支持体２１は抵抗発熱体４の内側に位
置される基部２１ａに抵抗発熱体４の隣り合うピッチ間
を通って径方向外方へ延出する複数本（実施例では４
本）の支持片（支持脚）２１ｂを一体形成してなり、い
わゆる櫛歯状に形成されている。このように形成された
支持体２１は支持片２１ｂの先端部を断熱材３に埋設さ
せた状態で断熱材３の軸方向に直列に配置されると共
に、周方向に等間隔例えば円周角が３０度程度の間隔で
配置されている。

【００２１】次に、前記抵抗発熱体４の製造方法につい
て説明する。先ず、例えば二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ
₂）からなる粘土状の材料を押出成形機により棒状に押
出し、この棒状に押出された材料を成形型により円弧状
に成形し、この円弧状に成形された材料（成形体）を焼
成することにより、螺旋の一部をなす例えば図４の
（ａ）に示すような円弧状の抵抗発熱体構成片４ａを複
数形成する。次に、図４の（ｂ）に示すように、これら
抵抗発熱体構成片４ａを例えば熱溶着により順に直列に
接合して行くことにより、螺旋状の抵抗発熱体４を得
る。この場合、図４の（ｂ）に示すように、抵抗発熱体
構成片４ａを順に直列に接合して１ピッチの円形状（１
ターン）のものを複数形成し、これら円形状のものを接
合することにより、螺旋状の抵抗発熱体４を形成するよ
うにしてもよい。

【００２２】一方、加熱装置５の製造方法は、図５ない
し図６に示すように、前記二珪化モリブデンからなる螺
旋状の抵抗発熱体４を支持体２１を介して治具２２に取
付けると共に抵抗発熱体４の外周に濾過材２３を配置す
る工程と、前記抵抗発熱体４を断熱材料をなす無機質繊
維を含む懸濁液２４中に浸漬させて抵抗発熱体４の内側
からの吸引により前記濾過材２３上に前記断熱材料を堆
積させる工程と、前記濾過材２３上に堆積した断熱材料
を乾燥させて断熱材３を形成する工程と、この断熱材３
と抵抗発熱体４との間から濾過材２３を除去すると共に
抵抗発熱体４から治具２２を除去する工程とを備えてい
る。

【００２３】先ず、外側に軸方向に適宜間隔に端子板２
０を設けた螺旋状の前記抵抗発熱体４と、支持体２１
と、これら支持体２１および抵抗発熱体４を支持する治
具２２とを準備する。この治具２２は、中空状の支軸２
５上に放射状のスポーク２６を介して円環状の基盤２７
を軸方向に沿って適宜間隔で設け、これら基盤２７の外
周に外向きに開放したチャンネル形状のガイド部材２８
を軸方向に掛け渡すと共に周方向に等間隔で配置するこ
とにより、ドラム状に形成されている。

【００２４】この治具２２のガイド部材２８内に前記支
持体２１が取付けられる。また、前記支軸２５の周面に
は複数の吸引孔２９が設けられている。このように構成
された治具２２を回転させながらこの治具２２上にその
一端から前記螺旋状の抵抗発熱体４を支持体２１の支持
片２１ｂ間に通して螺合させるようにして装着する。

【００２５】前記抵抗発熱体４の外周に前記端子板２０
および支持体２１の支持片２１ｂを避けて濾過材２３を
配置し、この濾過材２３上に前記抵抗発熱体４の軸方向
に沿う細径の棒材３０を周方向に適宜間隔で配置する。
前記濾過材２３としては、例えば網目の細かいアルミニ
ウム製のメッシュ等が好適であり、また、前記棒材３０
としては、例えば直径が１〜２ｍｍ程度のステンレスス
チール製の丸棒が好適である。前記濾過材２３を前記抵
抗発熱体４の外周全面に前記支持片２１ｂおよび端子板
２０を避けるようにして、且つ軸方向から抜取可能にし
て所定の厚さで配置し、その濾過材２３上に前記棒材３
０を配置して糸や輪ゴム等で固定する。

【００２６】前記抵抗発熱体４を、断熱材料をなす無機
質繊維を含む懸濁液２４中に浸漬させて抵抗発熱体４の
内側からの吸引により前記濾過材２３上に前記断熱材料
を堆積させる。この場合、図６に示すように抵抗発熱体
４における治具２２の軸方向両端部を塞いだ状態にして
抵抗発熱体４を治具２２ごと懸濁液槽３１内に浸漬す
る。前記懸濁液２４としては、例えばシリカ、アルミナ
或いは珪酸アルミナを含む無機質繊維と、水及びバイン
ダからなるスラリー状のものが用いられる。

【００２７】前記治具２２の中空状の支軸２５に吸引ポ
ンプ３２を接続することにより、支軸２５の吸引孔２９
を介して抵抗発熱体４の内部を減圧すると、懸濁液２４
が濾過材２３の表面に吸い寄せられて濾過材２３を透過
しない断熱材料である繊維質成分が濾過材２３上に積層
される。なお、濾過材２３を透過した水分並びに繊維質
成分は吸引ポンプ３２の吐出パイプ３３を介して回収さ
れるが、再度懸濁液槽３１内に循環させるようにしても
よい。

【００２８】また、この場合、支軸２５を介して治具２
２を回転させることにより、懸濁液槽３１内の懸濁液２
４を撹拌することができると共に、濾過材２３上に均一
な厚さで断熱材料を堆積させることができる。このよう
にして濾過材２３上に断熱材料が堆積されることによ
り、所望の層厚の断熱材３が形成され、支持体２１の支
持片２１ｂの先端部が断熱材３中に埋設されることにな
る。

【００２９】この工程においては、懸濁液２４の密度を
変えることにより図３に示すように断熱材３を内側の高
密度層３Ａと外側の低密度層３Ｂの二層構造或いは複数
層構造とすることが可能であるが、単一層構造であって
も勿論構わない。図示例の場合、高密度層３Ａにより支
持体２１の支持強度の向上が図れ、低密度層３Ｂにより
断熱性の向上及び軽量化が図れる。

【００３０】前記工程で濾過材２３上に所望の厚さの断
熱材３が形成されたなら、これを治具ごと懸濁液槽３１
から引き上げ、濾過材２３上に堆積した断熱材料を自然
或いは強制的に乾燥させる。これにより円筒状の断熱材
３が得られる。乾燥後に、前記断熱材３と前記濾過材２
３との間から前記棒材３０を軸方向から抜き取り、更に
断熱材３と前記抵抗発熱体４との間から前記濾過材２３
を抜き取る。

【００３１】棒材３０は細径で断熱材３との接触面積が
小さいため容易に抜き取ることができ、また、棒材３０
を抜き取ることで断熱材３と濾過材２３との間に多少の
隙間が生じるので、濾過材２３を比較的容易に抜き取る
ことができる。この濾過材２３を抜き取ることにより、
断熱材３と抵抗発熱体４との間には隙間が形成され、こ
の隙間により抵抗発熱体４の熱膨張による径方向外方へ
の変位を許容することができる。

【００３２】次に、支持体２１を支えている治具２２を
断熱材３の軸方向から引き抜くことにより、治具２２を
前記抵抗発熱体４から除去する。そして、前記断熱材３
の表面処理等を行うことにより、円筒状の断熱材３の内
壁面に支持体２１を介して螺旋状の抵抗発熱体４が設け
られた状態の加熱装置５が得られる。

【００３３】次に、以上の構成からなる熱処理装置の作
用を述べる。昇降機構１４により蓋体１５を上昇させて
ボート１６および保温筒１７を処理容器２内に搬入する
と共に炉口７を蓋体１５で密閉する。そして、先ず、排
気部９の排気系を介して処理容器２内を減圧排気すると
共に、ガス導入部８を介して処理容器２内に不活性ガス
例えば窒素（Ｎ₂）ガスを導入して処理容器２内をパー
ジする。

【００３４】次に、加熱装置５の作動により処理容器２
内のウエハｗを所定の熱処理温度に加熱昇温させると共
に、ガス供給系からガス導入部８を介して処理容器２内
のウエハｗに所定の処理ガスを供給し、所定の熱処理例
えば減圧ＣＶＤによる成膜処理を行う。熱処理が終了し
たら、加熱装置５の作動および処理ガスの供給を停止
し、不活性ガスを導入して処理容器２内をパージした
後、処理容器２内を常圧に復帰させてから蓋体１５を降
下させてボート１６および保温筒１７を処理容器２外に
搬出すればよい。

【００３５】前記構成からなる熱処理装置によれば、被
処理体例えば半導体ウエハｗを収容して熱処理するため
の処理容器２と、この処理容器２の周囲を取囲む筒状の
断熱材３の内周に抵抗発熱体４を設けてなる加熱装置５
とを備え、前記加熱装置５の抵抗発熱体４がセラミック
系抵抗発熱体例えば二珪化モリブデンからなる円弧状の
複数の抵抗発熱体構成片４ａを接合して螺旋状に形成さ
れているため、抵抗発熱体４が耐高温性および昇温性能
に優れることは勿論のこと、加熱装置５を高さ方向に複
数の領域に分けて加熱制御可能に構成する場合、従来の
ミアンダ状の抵抗発熱体と異なり、高さ方向に隣り合う
領域間に抵抗発熱体が連続しない空間部が発生すること
がなく、従って、温度均一性の向上が図れる。

【００３６】また、前記熱処理装置１における抵抗発熱
体４の製造方法によれば、セラミック系抵抗発熱体例え
ば二珪化モリブデンからなる円弧状の抵抗発熱体構成片
４ａを複数形成する工程と、これら抵抗発熱体構成片４
ａを接合して螺旋状の抵抗発熱体４を形成する工程とを
備えているため、セラミック系抵抗発熱体例えば二珪化
モリブデンからなる螺旋状の抵抗発熱体４を容易に製造
することができ、生産性、品質および温度均一性の向上
が図れる。すなわち、従来では、ミアンダ状の抵抗発熱
体を製造するために、Ｕ字状と直線状の２種類の抵抗発
熱体構成片を形成し、これら２種類の抵抗発熱体構成片
をミアンダ状に接合して行くため、製造に多くの手間が
かかっていたのに対して、本実施の形態では、円弧状の
１種類の抵抗発熱体構成片４ａを形成し、その１種類の
抵抗発熱体構成片４ａを螺旋状に接合して行けばよい。
従って、抵抗発熱体４を効率良く高精度で容易に製造す
ることが可能となり、生産性、品質および温度均一性の
向上が図れると共に、コストの低減も図れる。

【００３７】以上、本発明の実施の形態を図面により詳
述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の
設計変更等が可能である。例えば、処理容器は、二重管
構造に限定されず、単管構造であってもよい。被処理体
としては、半導体ウエハＷ以外に、例えばガラス基板や
ＬＣＤ基板等であってもよい。また、本発明が適用され
る熱処理装置としては、減圧ＣＤＶ以外に、例えば酸
化、拡散、アニール等の処理に適するものであってもよ
い。前記実施の形態では、抵抗発熱体構成片４ａを円弧
状に形成した例が示されているが、抵抗発熱体構成片４
ａとしては、円弧状以外に、例えば図７（ａ）に示すよ
うに１ターンであってもよく、図７（ｂ）に示すように
数ターンであってもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な効果を奏することができる。

【００３９】（１）請求項１の発明によれば、被処理体
を収容して熱処理するための処理容器と、この処理容器
の周囲を取囲む筒状の断熱材の内周に抵抗発熱体を設け
てなる加熱装置とを備えた熱処理装置において、前記加
熱装置の抵抗発熱体がセラミック系抵抗発熱体からなる
円弧状もしくは１ないし数ターンの複数の抵抗発熱体構
成片を接合して螺旋状に形成されているため、抵抗発熱
体が耐高温性および昇温性能に優れることは勿論のこ
と、加熱装置を高さ方向に複数の領域に分けて加熱制御
可能に構成する場合、ミアンダ状の抵抗発熱体と異な
り、高さ方向に隣り合う領域間に抵抗発熱体が連続しな
い空間部が発生することがなく、温度均一性の向上が図
れる。

【００４０】（２）請求項２の発明によれば、被処理体
を収容して熱処理するための処理容器と、この処理容器
の周囲を取囲む筒状の断熱材の内周に抵抗発熱体を設け
てなる加熱装置とを備えた熱処理装置における前記抵抗
発熱体の製造方法において、セラミック系抵抗発熱体か
らなる円弧状もしくは１ないし数ターンの抵抗発熱体構
成片を複数形成する工程と、これら抵抗発熱体構成片を
接合して螺旋状の抵抗発熱体を形成する工程とを備えて
いるため、セラミック系抵抗発熱体からなる螺旋状の抵
抗発熱体を容易に製造することができ、生産性、品質お
よび温度均一性の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態である熱処理装置を示す縦
断面図である。

【図２】同熱処理装置の加熱装置の一部を示す斜視図で
ある。

【図３】同加熱装置の部分的拡大横断面図である。

【図４】抵抗発熱体の製造工程を示す図である。

【図５】発熱抵抗体を治具に取付ける工程を示す斜視図
である。

【図６】発熱抵抗体の外周に断熱材を積層する工程を示
す断面図である。

【図７】抵抗発熱体構成片の他の例を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

ｗ 半導体ウエハ（被処理体） １ 熱処理装置 ２ 処理容器 ３ 断熱材 ４ 抵抗発熱体 ４ａ 抵抗発熱体構成片 ５ 加熱装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理体を収容して熱処理するための処
   理容器と、この処理容器の周囲を取囲む筒状の断熱材の
   内周に抵抗発熱体を設けてなる加熱装置とを備えた熱処
   理装置において、前記加熱装置の抵抗発熱体がセラミッ
   ク系抵抗発熱体からなる円弧状もしくは１ないし数ター
   ンの複数の抵抗発熱体構成片を接合して螺旋状に形成さ
   れていることを特徴とする熱処理装置。
2. 【請求項２】 被処理体を収容して熱処理するための処
   理容器と、この処理容器の周囲を取囲む筒状の断熱材の
   内周に抵抗発熱体を設けてなる加熱装置とを備えた熱処
   理装置における前記抵抗発熱体の製造方法において、セ
   ラミック系抵抗発熱体からなる円弧状もしくは１ないし
   数ターンの複数の抵抗発熱体構成片を形成する工程と、
   これら抵抗発熱体構成片を接合して螺旋状の抵抗発熱体
   を形成する工程とを備えていることを特徴とする熱処理
   装置の抵抗発熱体の製造方法。