JP2006216566A

JP2006216566A - ヒータ支持装置及び半導体製造装置及び半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2006216566A
Application number: JP2006104351A
Authority: JP
Inventors: Yoshikatsu Kanamori; 芳勝金盛; Yasunori Takakuwa; 康憲高桑
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2006-04-05
Filing date: 2006-04-05
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2017-08-20
Also published as: JP4145328B2

Abstract

【課題】
保持用ピースのずれ、外れ、破損等を防止し、耐久性、安全性及び経済性の向上が図れるヒータ支持装置を提供する。
【解決手段】
半導体製造装置の加熱装置に用いられ、鉛直方向にコイル状に成形された発熱線３１が配設され、上面と下面の少なくともどちらか一方に凹部を設けると共に他方に該凹部に嵌合可能な突起部を設けた保持用ピース３２が鉛直方向に多数連設され、隣接する保持用ピースの前記凹部及び前記突起部間に径方向に長い長円の空洞部４１が形成され、前記発熱線が前記空洞部を挿通し、前記保持用ピースを介して支持された。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体製造装置及び半導体装置の製造方法に関し、特に縦型炉に使用される半導体製造装置用ヒータの改良に関するものである。

半導体製造工程の１つに拡散、化学気相成長工程があり、斯かる工程を行う装置として縦型炉がある。

該縦型炉は炉内を加熱しつつ反応ガスを供給してウェーハ等被処理基板表面に各種薄膜を生成するものであり、加熱装置としてヒータを具備している。

先ず、図１１に於いて従来の半導体製造装置用ヒータを具備する縦型炉の概略を説明する。

該縦型炉１は筒状のヒータ２、該ヒータ２内部に均熱管３、該均熱管３内部に反応管４が同心多重に設けられており、該反応管４にはボート５が装入される。該ボート５はボートキャップ６を介してエレベータキャップ７に載置され、該エレベータキャップ７は図示しないボートエレベータに設けられ昇降可能である。

前記反応管４の上端にはガス導入管８が連通され、前記反応管４の下端には排気口９が設けられている。前記ガス導入管８の下端はガス供給管１０と接続され、前記排気口９は排気管１１と接続されている。

前記ボート５を前記反応管４より引出した状態で、所要枚数のウェーハ１２を前記ボート５に装填し、前記ボートエレベータ（図示せず）により前記ボート５を上昇させ前記反応管４内に装入する。前記ヒータ２で前記反応管４内を所定の温度に加熱し、前記ガス供給管１０、ガス導入管８より反応ガスを前記反応管４内に導入し、前記ウェーハ１２表面に薄膜を生成し、反応後のガスは前記排気口９、排気管１１を経て排気される。

次に、図１１〜図１５に於いて前記ヒータ２について説明する。

前記均熱管３の周りを囲む様にコイル状の発熱線１３が設けられ、該発熱線１３は断面が円形で、保持用ピース１４により円周を所要等分した位置で支持されている。

該保持用ピース１４はハイアルミナ（アルミナ９４．２％含有）製で、鉛直方向に多数個連結されている。

前記各保持用ピース１４の上面１５には２個の外側斜め上方に延出する突起部１６，１７が形成され、該突起部１６の肉厚は前記突起部１７の肉厚より厚く、前記突起部１６の外側側面が前記上面１５と成す内角と前記突起部１７の外側側面が前記上面１５と成す内角とは等しくなっている。前記２個の突起部１６，１７の間には半円柱形状の上向凹曲面１８が形成され、該上向凹曲面１８の直径は前記発熱線１３の直径より若干大きくしてある。又、前記保持用ピース１４の下面には凹部１９が設けられ、該凹部１９は逆台形状の嵌合部２０と、該嵌合部２０に連続して形成された下向き半円形の下向凹曲面２１とで形成され、前記嵌合部２０は前記突起部１６，１７と嵌合可能となっている。前記突起部１６，１７と前記嵌合部２０が嵌合することにより、前記各保持用ピース１４間の鉛直方向及び前記縦型炉１の径方向の相対変位は規制されると共に前記上向凹曲面１８と前記下向凹曲面２１とで円形断面の空洞部２２を形成する様になっている。

更に、多数の前記保持用ピース１４が鉛直方向に連結されることで、鉛直方向に等間隔で多数の前記空洞部２２が形成され、該空洞部２２内に前記発熱線１３が挿通され支持される。

該発熱線１３の外周囲には２重に断熱材２３，２４が巻設され、内側の断熱材２３は前記保持用ピース１４の一端部を円周方向から挾持している。更に、前記断熱材２４の外面は図示しないヒータケースにより覆われている。

前記縦型炉１内で前記ウェーハ１２に成膜処理中、前記発熱線１３が発熱し膨脹することにより、前記発熱線１３のコイル直径が拡大し、前記保持用ピース１４には前記縦型炉１の反中心方向に力が作用し、該保持用ピース１４は前記発熱線１３と共に前記縦型炉１の反中心方向に移動する。又、前記断熱材２３も前記発熱線１３の発熱の影響で高温となり膨脹する。

成膜処理完了後、前記発熱線１３が発熱を停止すると、該発熱線１３の温度が降下し、コイルの直径が収縮することにより前記保持用ピース１４には前記縦型炉１の中心方向の力が作用し、該保持用ピース１４は前記発熱線１３と共に前記縦型炉１の中心方向に移動する。又、前記断熱材２３も前記発熱線１３の温度降下の影響で温度が降下し収縮する。

前記縦型炉１内で前記ウェーハ１２に成膜処理が施される度に、前記縦型炉１内は昇温、降温を繰返し、前記発熱線１３、断熱材２３は前述した様に膨脹、収縮を繰返す。

上記した従来のヒータでは各保持用ピース間の円周方向の相対変位は保持用ピースの構造上規制されていないので、炉内の昇温、降温が繰返されることにより、発熱線、断熱材が膨脹、収縮を繰返し、保持用ピースが前記断熱材より抜脱し、更に前記保持用ピース間で円周方向の相対変位が生じて、各保持用ピース間の連結が外れ、発熱線同士が接触し短絡事故が発生する虞れがある。

又、発熱線の拡大、収縮により発熱線が保持用ピースと共に縦型炉の径方向に移動し、発熱線が導電性のある均熱管と接触し、漏電事故が発生する虞れがある。

更に、搬送時等に外部から衝撃が加わると、連結された保持用ピースの縦型炉の中心方向及び反中心方向の動きが規制されていない為、連結された状態で保持用ピースが縦型炉の中心方向に移動すると、断熱材による保持用ピースの支持が外れる。更に、各保持用ピース間の円周方向の相対変位が構造上規制されていない為、各保持用ピース間の連結が円周方向にずれたり外れることがあった。更に又、各保持用ピース間の連結が外れた衝撃等により保持用ピース等が破損することもあり、部品の取替えや再組立てが必要となり不経済であった。

本発明は斯かる実情に鑑み、保持用ピースのずれ、外れ、破損等を防止し、耐久性、安全性及び経済性の向上が図れる半導体製造装置及び該半導体製造装置を用いた半導体製造方法を提供しようとするものである。

本発明は、半導体製造装置の加熱装置に用いられ、鉛直方向にコイル状に成形された発熱線が配設され、上面と下面の少なくともどちらか一方に凹部を設けると共に他方に該凹部に嵌合可能な突起部を設けた保持用ピースが鉛直方向に多数連設され、隣接する保持用ピースの前記凹部及び前記突起部間に径方向に長い長円の空洞部が形成され、前記発熱線が前記空洞部を挿通し、前記保持用ピースを介して支持されたヒータ支持装置に係り、又前記凹部、突起部をそれぞれ左右非対称としたヒータ支持装置に係り、又前記保持用ピースが鉛直方向に連設されたピースホルダに水平方向の動きが規制される様支持され、該ピースホルダが前記発熱線の周りに設けられた周囲断熱材に支持されたヒータ支持装置に係り、又前記保持用ピースと前記ピースホルダの少なくともどちらか一方に凹部を設けると共に該凹部側面に係止溝を形成し、他方に該係止溝に係合可能な係止凸部を形成し、前記保持用ピースが前記ピースホルダに前記係止溝を介して嵌脱可能としたヒータ支持装置に係り、又前記ピースホルダの上端面と下端面の少なくともどちらか一方に凹部を設け、他方に該凹部に嵌合可能な凸部を設けたヒータ支持装置に係るものである。

又本発明は、被処理基板を処理する炉と、該被処理基板の周りに配設され、上面と下面の少なくともどちらか一方に凹部を設けると共に他方に該凹部に嵌合可能な突起部を設けた保持用ピースが鉛直方向に多数連設され、隣接する保持用ピース間の前記凹部及び前記突起部間に径方向に長い長円の空洞部が形成され、発熱線が前記空洞部を挿通し、前記保持用ピースを介して支持された加熱装置とを備える半導体製造装置に係るものである。

更に又本発明は、被処理基板を処理する炉と、該被処理基板の周りに鉛直方向に配設され、上面と下面の少なくともどちらか一方に凹部を設けると共に他方に該凹部に嵌合可能な突起部を設けた保持用ピースが鉛直方向に多数連設され、隣接する保持用ピース間の前記凹部及び前記突起部間に径方向に長い長円の空洞部が形成され、発熱線が前記空洞部を挿通し、前記保持用ピースを介して支持された加熱装置と、前記炉内に反応ガスを導入するガス導入管と、前記炉内を排気する排気口とを備える半導体製造装置を用いて被処理基板を処理する半導体装置の製造方法であって、前記発熱線が前記炉内を加熱する工程と、前記ガス導入管により前記反応ガスを前記炉内に導入する工程と、前記排気口により前記炉内を排気する工程とを有する半導体装置の製造方法に係り、前記発熱線の発熱により被加熱体を加熱すると共に前記発熱線が温度変化により膨脹、収縮し、前記空洞部内を前記被加熱体の径方向に移動する。又、前記保持用ピースは前記ピースホルダに水平方向の動きを規制され、該ピースホルダは前記段差部及び前記隆起部により中心方向の動きを規制されると共に前記周囲断熱材により反中心方向及び円周方向の動きを規制される。

本発明によれば、発熱線は保持用ピースに相対移動可能に支持されている為、発熱線のコイル径の拡大、縮小により連結されている保持用ピースに力が作用することがなく、又、保持用ピースはピースホルダに対して、縦型炉の径方向及び円周方向の相対変位が規制され、更に、連結されているピースホルダの縦型炉の中心方向の動きは天井断熱材の段差部及びヒータコイル受けの隆起部により規制されている。従って、発熱線の膨脹、収縮により保持用ピースの連結等が外れ、部品が破損したり、発熱線同士が接触して短絡を起したり、又、発熱線が導電性のある他の部品と接触し、漏電事故が発生するのを防止でき、耐久性、安全性の向上が図れる。又、搬送時等に保持用ピースの連結等が外れ、部品が破損することがないので再組立作業を要することがない。更に、保持用ピースの凹部及び突起部の形状が左右対称でないので間違って左右逆に組立てることがなく作業性、生産性及び経済性の向上が図れる。更に又、保持用ピース及びピースホルダをそれぞれ複数個連結させることで、発熱線の膨脹、収縮により水平方向の力が保持用ピース及びピースホルダに作用しても連結部分に力を吸収するだけの逃げを作ることができる為、保持用ピースの破損や発熱線の折損を防止することができる等種々の優れた効果を発揮する。

以下、図１〜図１０を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

被加熱体である図示しない均熱管と同心にコイル状の発熱線３１が設けられ、該発熱線３１は断面が円形で、連結された保持用ピース３２により円周を所要等分した位置で支持されている。

該保持用ピース３２はハイアルミナ（アルミナ９６％含有）製で、鉛直方向に多数個連結されている。

前記各保持用ピース３２の上面３３には上方が左右離反方向に延出する２個の突起部３４，３５が形成され、前記突起部３４の外側側面が前記上面３３と成す内角ａは前記突起部３５の外側側面が前記上面３３と成す内角ｂより小さくなっている。前記２個の突起部３４，３５の間には断面が半長円形の上向凹曲面３６が形成されている。又、前記保持用ピース３２の下面には凹部３７が設けられ、該凹部３７は逆台形状で前記突起部３４，３５と嵌合可能な嵌合部３８と、該嵌合部３８に連続して設けられた半長円形の下向凹曲面３９とで形成されている。又、保持用ピース３２の反中心側の一側面には鉛直方向に延びる略半円柱形状の係止凸部４０が形成されている。

前記突起部３４，３５と前記嵌合部３８が嵌合することにより、前記各保持用ピース３２間の鉛直方向及び縦型炉（図示せず）の径方向の相対変位は規制され、又、前記上向凹曲面３６と前記下向凹曲面３９とで縦型炉の径方向に長い長円形状の空洞部４１を形成する様になっている。前記保持用ピース３２が鉛直方向に多数連結されることで、鉛直方向に等間隔で多数の前記空洞部４１が形成される。

前記連結された保持用ピース３２の最上位置には前記上向凹曲面３６と後述する段差部５４で挾持された最上位の空洞部４１ａが形成され、最下位置には前記保持用ピース３２の前記嵌合部３８に前記突起部３４，３５と前記上向凹曲面３６を有する最下位用保持用ピース４２が嵌合することにより最下位の空洞部４１ｂが形成されている。前記発熱線３１は非発熱時の最も収縮した状態で前記空洞部４１の中心側に位置し、前記空洞部４１の前記縦型炉の反中心側に空隙を保つ様、前記空洞部４１に挿通され支持される。

前記保持用ピース３２の前記縦型炉の反中心側はピースホルダ４３に嵌合されている。該ピースホルダ４３は縦長の直方体に鉛直方向に貫通する凹部４４を刻設し形成され、水平断面が略コの字状を成し、該凹部４４の一内側面には半円柱状の係止溝４５が刻設されている。

前記ピースホルダ４３の上端面４６には前記凹部４４の縁に沿って凸部４７が形成され、該凸部４７の外周縁部はテーパ面となっている。又、前記ピースホルダ４３の下端面４８には前記凹部４４の縁に沿って凹部４９が形成され、前記凸部４７は前記凹部４９と契合可能となっている。而して、前記凸部４７と前記凹部４９との契合により、前記各ピースホルダ４３間の水平方向の相対変位が規制される様になっている。

前記ピースホルダ４３は継目が前記保持用ピース３２の継目と一致しない様、鉛直方向に連結され、前記保持用ピース３２の前記縦型炉の反中心側は前記凹部４４に嵌合可能であり、前記係止溝４５に前記係止凸部４０が嵌合することにより、前記保持用ピース３２の前記ピースホルダ４３に対する前記縦型炉の径方向及び円周方向の相対変位が規制される様になっている。

該ピースホルダ４３の周囲には前記発熱線３１と同心に円筒形状の周囲断熱材５０，５１が２重に設けられている。該周囲断熱材５０には円周を所要等分した各位置に該周囲断熱材５０の上端から下端に亘り鉛直方向にそれぞれ溝５２が刻設され、該溝５２に前記ピースホルダ４３が反中心方向側及び円周方向側の３側面を当接させ支持されている。連結された前記ピースホルダ４３の最上位置には最上位用ピースホルダ４３ａが連結され、最下位置には最下位用ピースホルダ４３ｂが連結され、連結された前記ピースホルダ４３の高さは前記周囲断熱材５０の高さと同一となっている。更に、前記周囲断熱材５１の外面は図示しないヒータケースにより覆われている。

連結された前記ピースホルダ４３及び前記周囲断熱材５０，５１の上端には円盤形状の天井断熱材５３が水平姿勢で設けられている。該天井断熱材５３の下面には該天井断熱材５３より一回り小さい円盤形状の段差部５４が下方に突出し、該段差部５４の外周縁に前記最上位用ピースホルダ４３ａの中心側側面の上部が当接する様になっている。該段差部５４は最上位の前記発熱線３１の上端が略当接する厚さになっている。

前記ピースホルダ４３及び前記周囲断熱材５０，５１は断熱シート５５を介して円環状のヒータコイル受け５６に立設され、該ヒータコイル受け５６上面には内周縁に沿って、前記最下位用ピースホルダ４３ｂの中心側側面の下部が当接する隆起部５７が形成されている。該隆起部５７の外周縁は前記段差部５４の外周縁と同心且同径の円形を成し、前記隆起部５７の上に前記断熱シート５５を介して前記最下位用保持用ピース４２が支持されている。又、前記ヒータコイル受け５６の外周面及び下面にはそれぞれ前記断熱シート５５が貼設されている。

而して、前記最上位用ピースホルダ４３ａの中心側側面の上部が前記段差部５４の外周縁に当接し、更に、前記最下位用保持用ピース４２が前記隆起部５７上に支持される分、前記ピースホルダ４３が下方に突出し、突出した部分が前記隆起部５７に当接し、前記ピースホルダ４３の中心方向への動きは規制される。

以下作動を説明する。尚、従来と同等のものについては説明を省略する。

前記縦型炉（図示せず）内でウェーハに成膜処理が行われている間、前記縦型炉内は前記発熱線３１により加熱され該発熱線３１自体も高温となる。該発熱線３１は膨脹し、コイル径が拡大し、前記保持用ピース３２に支持されている部分を含め全周に亘り前記縦型炉の反中心方向に移動する。前記空洞部４１は前記縦型炉の反中心側に空隙を残置している為、前記発熱線３１の前記空洞部４１での反中心方向の移動を許容し前記保持用ピース３２に力が作用することがなく、又、連結された前記ピースホルダ４３の反中心方向側側面は前記断熱材５０により支持されているので、連結された前記ピースホルダ４３が前記縦型炉の反中心方向に移動することはない。又、前記断熱材５０は前記発熱線３１の発熱により高温となり膨脹する。

成膜処理完了後、前記発熱線３１は発熱を停止し、該発熱線３１自体の温度が降下する。該発熱線３１のコイル径は縮小し、全周に亘り前記縦型炉の中心方向に移動する。前記発熱線３１は最も収縮した状態で前記空洞部４１の中心側に位置する様予め設定されている為、前記発熱線３１のコイル径の縮小により、連結された前記保持用ピース３２に中心方向に力が作用することがなく、又、連結された前記ピースホルダ４３の最上部及び最下部がそれぞれ前記段差部５４及び前記突起部５７に当接している為、連結された前記ピースホルダ４３が前記縦型炉の中心方向に移動することはない。前記断熱材５０は温度降下につれて収縮するが、前記発熱線３１のコイル径の縮小により前記ピースホルダ４３の移動を引起すことはない。

尚、上記実施の形態に於いては、前記保持用ピース３２の上面３３に前記突起部３４，３５が設けられ、下面に前記凹部３７が形成されているが、前記上面３３に前記凹部３７が設けられ、下面に前記突起部３４，３５が設けられていてもよく、又、両面に突起部及び凹部がそれぞれ嵌合可能に設けられていてもよい。又、前記ピースホルダ４３の下面に前記凸部４７が設けられ、上面に前記凹部４９が設けられていてもよく、又、両面に凸部及び凹部がそれぞれ嵌合可能に設けられていてもよい。更に、前記保持用ピース３２は鉛直方向に所定の間隔で連結されているが、外側部分に前記発熱線３１挿通用の切欠部を設ける等該発熱線３１の挿通手段を考慮し、連結間隔をより長くしてもよく、又、一体型としてもよい。又、前記ピースホルダ４３の連結間隔も長くしてもよく、又、一体型としてもよい。更に又、前記凹部４４は前記保持用ピース３２と前記ピースホルダ４３とが嵌合可能で且前記保持用ピース３２の動きが規制されれば、他の形状でもよく、どちらか一方或は両方に凹部と凸部がそれぞれ嵌合可能に設けられていてもよく、更に、前記保持用ピース３２とピースホルダ４３は一体であってもよい。

更に上記実施の形態は半導体製造装置に実施した場合であるが、半導体製造装置以外の炉を有する装置に実施可能であることは言う迄もない。

本発明の実施の形態を示す断面図である。図１のＡ−Ａ矢視図である。図２のＢ部拡大図である。該実施の形態に於ける保持用ピースの正面図である。該保持用ピースの平面図である。該保持用ピースの側面図である。該実施の形態に於けるピースホルダの側面図である。該ピースホルダの平面図である。図１のＣ部拡大図である。図１のＤ部拡大図である。従来の縦型炉を示す断面図である。図１１のＥ部拡大図である。従来例に於ける保持用ピースの取付け状態を示す部分詳細図である。従来例に於ける保持用ピースの正面図である。該保持用ピースの平面図である。

符号の説明

３１発熱線
３２保持用ピース
４１空洞部
４３ピースホルダ
５０周囲断熱材
５１周囲断熱材
５３天井断熱材
５４段差部
５６ヒータコイル受け
５７隆起部

Claims

半導体製造装置の加熱装置に用いられ、鉛直方向にコイル状に成形された発熱線が配設され、上面と下面の少なくともどちらか一方に凹部を設けると共に他方に該凹部に嵌合可能な突起部を設けた保持用ピースが鉛直方向に多数連設され、隣接する保持用ピースの前記凹部及び前記突起部間に径方向に長い長円の空洞部が形成され、前記発熱線が前記空洞部を挿通し、前記保持用ピースを介して支持されたことを特徴とするヒータ支持装置。
前記凹部、突起部をそれぞれ左右非対称とした請求項１のヒータ支持装置。
前記保持用ピースが鉛直方向に連設されたピースホルダに水平方向の動きが規制される様支持され、該ピースホルダが前記発熱線の周りに設けられた周囲断熱材に支持された請求項１のヒータ支持装置。
前記保持用ピースと前記ピースホルダの少なくともどちらか一方に凹部を設けると共に該凹部側面に係止溝を形成し、他方に該係止溝に係合可能な係止凸部を形成し、前記保持用ピースが前記ピースホルダに前記係止溝を介して嵌脱可能とした請求項３のヒータ支持装置。
前記ピースホルダの上端面と下端面の少なくともどちらか一方に凹部を設け、他方に該凹部に嵌合可能な凸部を設けた請求項３又は請求項４のヒータ支持装置。
被処理基板を処理する炉と、該被処理基板の周りに配設され、上面と下面の少なくともどちらか一方に凹部を設けると共に他方に該凹部に嵌合可能な突起部を設けた保持用ピースが鉛直方向に多数連設され、隣接する保持用ピース間の前記凹部及び前記突起部間に径方向に長い長円の空洞部が形成され、発熱線が前記空洞部を挿通し、前記保持用ピースを介して支持された加熱装置とを備えることを特徴とする半導体製造装置。
被処理基板を処理する炉と、該被処理基板の周りに鉛直方向に配設され、上面と下面の少なくともどちらか一方に凹部を設けると共に他方に該凹部に嵌合可能な突起部を設けた保持用ピースが鉛直方向に多数連設され、隣接する保持用ピース間の前記凹部及び前記突起部間に径方向に長い長円の空洞部が形成され、発熱線が前記空洞部を挿通し、前記保持用ピースを介して支持された加熱装置と、前記炉内に反応ガスを導入するガス導入管と、前記炉内を排気する排気口とを備える半導体製造装置を用いて被処理基板を処理する半導体装置の製造方法であって、前記発熱線が前記炉内を加熱する工程と、前記ガス導入管により前記反応ガスを前記炉内に導入する工程と、前記排気口により前記炉内を排気する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。