JP2011017031A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱回路の断線故障が生じてもチャンバ等の温度を維持して稼働を継続することのできる基板処理装置用の加熱装置を提供する。
【解決手段】加熱ユニット１０１は、インナーシェル１１１とアウターシェル１２１との間に、第１の面状発熱体１３１及び第２の面状発熱体１３２の２つの面状発熱体を保持する。第１の面状発熱体１３１及び第２の面状発熱体１３２には、第１の面状発熱体用リード線１４１及び第２の面状発熱体用リード線１４２を介して個別に電力が供給され、発熱が制御される。いずれか一方の面状発熱体が故障しても、他方の面状発熱体により発熱を維持し、加熱を継続することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ＣＶＤ装置、エッチング装置等の半導体製造装置のチャンバ、ウェーハ等の被処理物体の搬送通路あるいは処理ガス等の給排気管等の内部あるいは壁面を加熱するために用いて好適な加熱装置に関する。

例えばＣＶＤ装置やエッチング装置等の半導体製造装置においては、処理チャンバ内にウェーハを配置し、そのウェーハを高温雰囲気中で反応ガスやプラズマ等に曝すことにより、ウェーハに所望の成膜処理やエッチング処理を施す。このような処理の際、チャンバ内を流れる処理ガスや反応副生成物は、圧力と温度との関係（昇華曲線）によって気体と固体との両相を昇華変化するが、気体から固体へ昇華変化した場合には、副生成物が固体として析出しチャンバ内や排気管等の昇華温度以下の壁面に析出し付着する。その結果、配管が副生成物により閉塞されてしまう場合があり好ましくない。
このような副生成物の析出・堆積を避けるため、あるいは抑制するため、及び、ウェーハに対する成膜処理やエッチング処理を均一にクリーンに行うため、チャンバや配管等の温度は、比較的均一な高温状態に維持するとともに、これを正確に維持管理する必要がある。

従来、チャンバ等の内部を高温に維持するためには、例えばチャンバ等の外側にヒーターを装着する等の方策が採られていた（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、ヒーターをチャンバの外側に配置した従来の方法では、チャンバの内壁を均一に加熱したり、一定の温度差をつけて加熱することが難しく、また、チャンバ内部あるいは内壁の温度を正確に維持管理することは難しかった。
そこで、チャンバや配管の内部に内壁に沿った加熱ユニットを配置し、これにより均一かつ効率よく、また正確にチャンバ内の温度を制御し管理する方法が提案されている（特許文献２参照）。この装置によれば、チャンバや配管等の温度をある程度高温で均一な状態に維持、管理することができ、それまでの装置と比較して副生成物の析出・堆積を抑制することができる。
特開２００３−２７２４０号公報 ＷＯ２００４／１０５１０３公報

ところで、例えば特許文献２に開示されているような従来の装置においてチャンバ内部等を加熱する加熱装置は、表面構造部材の内部に抵抗発熱体を埋設させ、その抵抗発熱体に電力を供給するリード線を細径の配管等を介して外部に導出した構成のものである。発熱回路は堅牢な外被や隔壁（外壁と総称する場合もある）の内部に配設されており、またその外壁は、加熱装置がチャンバ内に配設されるという性格から耐圧性や耐熱性の高い堅牢なものである。外壁部材は溶接等により強固に接合等されて内部に発熱回路が配設されるように形成される。

このような構成の加熱装置において、抵抗発熱体及び抵抗発熱体に電力を供給するためのリード線等を含む発熱回路に、断線等の故障が生じる場合がある。ＣＶＤ装置等のチャンバの加熱装置に故障が生じると、ウェーハの処理に適切な温度にチャンバ内の温度を維持できなくなるため、直ちに装置を停止して修理をする必要がある。しかし、このような基板処理装置においては、装置を停止してチャンバ内の温度が下がるのを待ち、故障箇所の修理を行った後に再びウェーハの処理が可能な温度にまで昇温するには、非常に長い時間を要する。従って、装置の稼働率が大きく低下することとなる。

また、前述したような外壁構造を有する加熱装置においては、断線等の故障が生じた箇所を特定し修復することは非常に面倒で手間がかかる作業であり、実際には、加熱装置の交換により対処する場合が多い。そのような場合も同様に、装置の停止、温度低下待ち、交換、温度上昇待ちという手順を踏まざるを得ず、装置の稼働率が大きく低下することとなる。

そしてその結果、長期に渡って半導体製造ラインが停止することになり、半導体装置の生産効率が低下し生産コストの増大を招くこととなる。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、基板処理装置においてチャンバ等を加熱する加熱装置において、故障が生じた場合にも基板処理装置の稼働を停止することなく基板処理を継続することができる加熱装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、請求項１に係る本発明の加熱装置は、任意の処理チャンバ、搬送通路又は管の内部に配置される加熱装置であって、各々絶縁された複数の発熱体と、前記複数の発熱体を挟持し当該発熱体の周囲を被覆する外壁部材と、前記発熱体に電力を供給する前記複数の発熱体に各々対応した複数の通電手段とを有することを特徴とする。

また、請求項２に係る本発明の加熱装置は、前記複数の発熱体が各々面状発熱体であって、積層されて前記外壁部材内に収容されていることを特徴とする。

また、請求項３に係る本発明の加熱装置は、前記複数の発熱体が、同一面上に配置されて前記外壁部材内に収容されていることを特徴とする。

また、請求項４に係る本発明の加熱装置は、前記複数の発熱体の各々が、前記面状発熱体を筒状に形成した発熱体であって、同心に内周側及び外周側に積層されて筒状の前記外壁部材の壁面内に収容されていることを特徴とする。

また、請求項５に係る本発明の加熱装置は、前記複数の発熱体の各々が、前記面状発熱体を平板状に形成した発熱体であって、当該平板面を重ねる方向に積層されて平板状の前記外壁部材の壁面内に収容されていることを特徴とする。

また、請求項６に係る本発明の加熱装置は、前記複数の発熱体の各発熱体が、加熱対象の前記処理チャンバ、前記搬送通路又は前記給排気管の内部に対する温度分布が、いずれの発熱体が発熱した時でも同一となるように発熱することを特徴とする。

また、請求項７に係る本発明の加熱装置は、前記複数の発熱体の中のいずれかの発熱体に係る回路に故障が生じた場合に、前記複数の発熱体の中の他の発熱体に対して前記電力が供給されて当該発熱体の発熱がなされることを特徴とする。

また、請求項８に係る本発明の加熱装置は、前記複数の発熱体の各発熱体の発熱量が同一であることを特徴とする。

また、請求項９に係る本発明の加熱装置は、前記複数の発熱体の各発熱体の発熱量が異なることを特徴とする。

請求項１に係る本発明の加熱装置によれば、発熱体及び当該発熱体に電力を供給する通電手段という発熱回路を複数具備しているので、いずれかの発熱回路において断線等の故障が生じた場合にも、他の発熱回路を用いて処理チャンバ等の加熱を継続することができ、装置の稼働を停止する必要がない。すなわち、基板処理装置においてチャンバ等を加熱する加熱装置において故障が生じた場合にも、基板処理装置の稼働を停止することなく基板処理を継続することができる加熱装置を提供することができる。

また、請求項２に係る本発明の加熱装置によれば、複数の発熱体により全く同一の発熱領域から同一の温度分布で処理チャンバ等の対象を加熱することができる。

また、請求項３に係る本発明の加熱装置によれば、単一の発熱体を具備する装置と同一の熱容量により、複数の発熱体を有する加熱装置を構成することができ、装置を小型化することができる。

また、請求項４に係る本発明の加熱装置によれば、筒状の加熱装置において、複数の発熱体により全く同一の発熱領域から同一の温度分布で処理チャンバ等の対象を加熱することができる。

また、請求項５に係る本発明の加熱装置によれば、平板状の加熱装置において、複数の発熱体により全く同一の発熱領域から同一の温度分布で処理チャンバ等の対象を加熱することができる。

また、請求項６に係る本発明の加熱装置によれば、いずれかの発熱回路において断線等の故障が生じて他の発熱回路を用いて加熱を継続して基板処理を継続する場合に、全く同じ温度環境で処理を継続することができ、適切な基板処理を継続して処理結果の均一性を保つことができる。

また、請求項７に係る本発明の加熱装置によれば、いずれかの発熱回路において故障が生じた場合には他の発熱回路を用いて処理チャンバ等の加熱を継続することができるので、稼働率の高い信頼性の高い加熱装置を提供することができる。

また、請求項８に係る本発明の加熱装置によれば、同じ機能の複数の発熱体を並列に具備した加熱装置を実現することができ、各発熱体を同様の目的・用途のために同様の制御方法等によって使用することができて有効である。

また、請求項９に係る本発明の加熱装置によれば、機能の異なる複数の加熱装置を具備した加熱装置を実現することができ、複数の発熱体を相補的に使用して所望の環境や目的を効率よく実現し達成することのできる加熱装置を提供することができる。

本発明の一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
本実施形態においては、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition）等の処理に用いる基板処理装置であって、本発明に係る加熱装置を具備する基板処理装置を例示して本発明を説明する。
図１は、その基板処理装置１の要部断面図である。

図１に示すように、基板処理装置１は、内部空間（チャンバ内部空間）１３に処理対象（被処理物体）の半導体ウェーハＷを収容し、ウェーハＷを所望の環境に曝して所望の処理を施す処理チャンバ１０、チャンバ内部空間１３内において処理対象のウェーハＷが載置されるサセプタ２０、処理対象のウェーハＷをチャンバ内部空間１３に搬入出するためのウェーハ搬送管３０、処理ガス等をチャンバ内部空間１３に供給するための給気管４０、チャンバ内部空間１３の気体を排気するための排気管５０、及び、チャンバ内部空間１３等を加熱する本発明に係る加熱ユニット１０１、２０１、２０２、３０１、４０１及び５０１を有する。

処理チャンバ１０は、上部が開口された有底円筒形状の容器であるチャンバ本体１１と、その上部開口を閉塞する蓋部１２とを有する。
蓋部１２は、チャンバ本体１１の上部の図示せぬ連結部により、その上部開口を開閉自在に連結されている。蓋部１２をＯリング１８を介在させてチャンバ本体１１の上縁面上に載置し、図示せぬ締結手段によりチャンバ本体１１に締め付けて固定設置することにより、チャンバ本体１１の上部開口は閉塞され、チャンバ内部空間１３は密封空間とされる。

処理チャンバ１０の内部（チャンバ内部空間１３）の略中央には、処理対象のウェーハＷが載置されるサセプタ２０が設置されている。サセプタ２０は、処理チャンバ１０の底部の開口１４を通過した支持軸２１により上下移動及び回転移動可能に支持される。支持軸２１は、図示せぬ外部の駆動機構に連結され、上下移動及び回転移動される。支持軸２１が通過する処理チャンバ１０の底部開口１４には、図示しない例えば磁性流体シール装置等が配設されており、これにより処理チャンバ１０の内部(チャンバ内部空間１３）と外部とがシールされている。

チャンバ本体１１の側壁には、チャンバ内部空間１３にウェーハＷを搬入及び搬出するための断面矩形の開口１５が形成されている。ウェーハ搬送用開口１５には、チャンバ本体１１の外部において、Ｏリング３１を介在させて矩形筒状のウェーハ搬送管３０が接続されている。

蓋部１２の中央部には、チャンバ内部空間１３に処理ガスを導入するための円形断面の給気口１６が形成されている。給気口１６には、処理チャンバ１０の外部において、Ｏリング４１を介在させて円環状の給気管４０が接続されている。また、給気口１６の内側には、サセプタ２０に載置されたウェーハＷの全体に均一に反応ガス（処理ガス）が供給されるように、シャワーヘッド４２が配設されている。シャワーヘッド４２のサセプタ２０側の表面には、ガスをサセプタ２０に載置されたウェーハＷの上面に均一に流すための開口４３が形成されている。

また、チャンバ本体１１の側壁には、チャンバ内部空間１３のガスを排出するための排気口１７が形成されている。排気口１７には、処理チャンバ１０の外部において、Ｏリング５１を介在させて円環状の排気管５０が接続されている。排気管５０の排気口１７に接続されていない側の端部は、図示しないターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）等の排気手段に接続されており、チャンバ内部空間１３を真空引きする際、あるいは、チャンバ内部空間１３に所望の反応ガスを循環させて所望の処理を行う際に、チャンバ内部空間１３の気体を排気する。

処理チャンバ１０の内部には、その側壁の内周面に沿って、チャンバ内部空間１３を所望の温度に維持するための本発明に係る加熱ユニット１０１、２０１及び２０２が配設されている。また、ウェーハ搬送管３０、給気管４０及び排気管５０の内部には、各々その内周面に沿って、各管の内部を所望の温度に維持するための加熱ユニット３０１、４０１及び５０１が配設されている。
以下、さらに図２及び図３を参照して本発明に係るこれらの加熱ユニットについて説明する。

加熱ユニット１０１は、図１に示すように、処理チャンバ１０のチャンバ本体１１の内側に配設され、後述する加熱ユニット２０１及び加熱ユニット２０２とともに処理チャンバ１０のチャンバ内部空間１３を所望の温度に加熱する。加熱ユニット１０１は、処理チャンバ１０の内周面に沿った壁面を有し、その上下両端は開口状態となっている円筒形状の加熱装置である。
図２は、その加熱ユニット１０１の断面図である。

図２に示すように、加熱ユニット１０１は、インナーシェル１１１、アウターシェル１２１、第１の面状発熱体１３１、第２の面状発熱体１３２、第１の面状発熱体用リード線１４１、第２の面状発熱体用リード線１４２、リード線導出管１５０及びＯリング１５１を有する。

インナーシェル１１１は、金属製で円筒形状の部材である。インナーシェル１１１の外周面には、その周方向の全周に渡って、帯状に凹んだ凹部１１１ａが形成されている。この凹部１１１ａに、第１の面状発熱体１３１及び第２の面状発熱体１３２が収容される。

アウターシェル１２１は、インナーシェル１１１と同じ金属製で円筒形状の部材である。アウターシェル１２１は、インナーシェル１１１の外周側に、インナーシェル１１１の凹部１１１ａを閉塞するように配設され、これにより第１の面状発熱体１３１及び第２の面状発熱体１３２をインナーシェル１１１の凹部１１１ａに収容する。

第１の面状発熱体１３１及び第２の面状発熱体１３２は、各々その周囲が電気的に絶縁された抵抗発熱体である。第１の面状発熱体１３１及び第２の面状発熱体１３２は、図示のごとく重ね合わされて（横に積層されて）、インナーシェル１１１の凹部１１１ａに収容される。第１の面状発熱体１３１及び第２の面状発熱体１３２は、例えば柔軟な素材で形成された薄板状の面状発熱体であって、これをインナーシェル１１１の外周面に沿って曲げながらインナーシェル１１１の全周に配設することにより、結果的にインナーシェル１１１の凹部１１１ａに円筒形態で収容される構成であってもよい。あるいはまた、当初よりインナーシェル１１１の外周面（凹部１１１ａの底面）の曲面に合った曲率の円筒状あるいは断面円弧形状の部材として形成し、これをインナーシェル１１１の凹部１１１ａに配設するようにしてもよい。いずれにしても、同心に重ね合わせられた各々円筒形態の第１の面状発熱体１３１と第２の面状発熱体１３２とは、インナーシェル１１１の凹部１１１ａの表面（底面）とアウターシェル１２１の内周面との間に挟持され、その内部空間に収容される。

インナーシェル１１１とアウターシェル１２１とは、インナーシェル１１１の凹部１１１ａの縁に相当するその接触面において接合され、前述したようにインナーシェル１１１の凹部１１１ａによる内部空間１１２を形成する。
その結果、第１の面状発熱体１３１と第２の面状発熱体１３２とは、インナーシェル１１１とアウターシェル１２１とにより被覆されて加熱ユニット１０１の壁面に埋設された状態となり、加熱ユニット１０１がチャンバ内部空間１３に設置された際にも、チャンバ内部空間１３に供給された処理ガス等に曝されることが防止される。
なお、インナーシェル１１１とアウターシェル１２１との接合は、溶接やロー付けにより行ってもよいし、Ｏリング等を介在させてネジ、ボルトあるいはクランプ等により接合するようにしてもよい。

第１の面状発熱体１３１及び第２の面状発熱体１３２には、各々、電力を供給するための一対のリード線である第１の面状発熱体用リード線１４１及び第２の面状発熱体用リード線１４２が接続されている。第１の面状発熱体用リード線１４１と第２の面状発熱体用リード線１４２とは、ともに加熱ユニット１０１の上縁の所定箇所にＯリング１５１を介在させて接続されたリード線導出管１５０を介して加熱ユニット１０１の外部に導出される。

第１の面状発熱体用リード線１４１と第２の面状発熱体用リード線１４２とは、各々独立に制御される全く別系統の電力供給回路（通電手段）に接続されて使用される。従って、第１の面状発熱体用リード線１４１を介して電力が供給される第１の面状発熱体１３１、及び、第２の面状発熱体用リード線１４２を介して電力が供給される第２の面状発熱体１３２は、各々独立にその発熱量が制御される。

基板処理装置１においては、このような構成の加熱ユニット１０１が、図１に示すように処理チャンバ１０のチャンバ内部空間１３に配設される。加熱ユニット１０１のリード線導出管１５０は、蓋部１２に設けられたリード線導出管通過口１９ａを介して、さらに処理チャンバ１０の外部に引き出される。

また、処理チャンバ１０には、ウェーハを出し入れするためのウェーハ搬送用開口１５及びウェーハ搬送管３０が設けられている。このウェーハ搬送管３０を介して加熱ユニット１０１の内部のサセプタ２０に対してウェーハが適切に搬入及び搬出されるように、加熱ユニット１０１にも、開口部１１５が設けられている。開口部１１５は、処理チャンバ１０のウェーハ搬送用開口１５に対応する位置に設けられる。
同様に、処理チャンバ１０にはチャンバ内部空間１３のガスを排気するための排気口１７及び排気管５０が設けられており、これらを介してチャンバ内部空間１３のガスが適切に排気されるように、加熱ユニット１０１にも、処理チャンバ１０の排気口１７に対応する位置に開口部１１６が設けられている。

なお、インナーシェル１１１及びアウターシェル１２１は、伝熱効率が高く、処理ガスに対して耐腐食性を有する材料により形成される。具体的には、例えばステンレス鋼材（例えばＳＵＳ３１６）あるいはアルミニウム板材（例えばＡ５０５２）等が好適であるが、チタン、アルミニウム合金、ニッケルコバルト合金、あるいは、酸化アルミニウム、炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、酸化珪素の何れかからなるセラミックス等であってもよい。また、耐腐食性をコーティングによって確保することも可能であり、その場合のコーティング材料としては、アルミナ（Ａｌ_２ Ｏ_３ ）、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ_３ Ｎ_４ あるいはＹ_２ Ｏ_３ 等が好ましい。

また、第１の面状発熱体１３１及び第２の面状発熱体１３２は、シリコンラバーヒーター、マイカヒーター、セラミックスヒーターあるいはポリイミドヒーター等の抵抗発熱体により構成される。

加熱ユニット２０１は、処理チャンバ１０の蓋部１２の内側に配設され、加熱ユニット１０１及び後述する加熱ユニット２０２とともに処理チャンバ１０のチャンバ内部空間１３を所望の温度に加熱する。加熱ユニット２０１は、前述した加熱ユニット１０１の上部開口を塞ぐように配設される円板形状の加熱装置である。
図３は、その円板形状の加熱ユニット２０１の構成を示す断面図である。

加熱ユニット２０１は、全体形状が円板形状の加熱装置であるが、その基本的な構成は前述した加熱ユニット１０１と同じである。
なお、加熱ユニット２０１は、チャンバ内部空間１３の上部の蓋部１２の内側に蓋部１２の内面に沿って配設される部材あるため、その中央部にはシャワーヘッド４２から放出されるガスをサセプタ２０に載置されたウェーハＷ方向に流すための開口２６１が形成されている。従って、加熱ユニット２０１は、厳密には円環形状の加熱手段となる。

加熱ユニット２０１は、インナーシェル２１１、アウターシェル２２１、第１の面状発熱体２３１、第２の面状発熱体２３２、第１の面状発熱体用リード線２４１、第２の面状発熱体用リード線２４２、リード線導出管２５０及びＯリング２５１を有する。

インナーシェル２１１及びアウターシェル２２１は、金属製で、中央部に開口２１２及び２２２が形成された円環形状の部材であり、その材質等は前述した加熱ユニット１０１のインナーシェル１１１及びアウターシェル１２１と同じである。インナーシェル２１１の外側の面（上側の面）には、環状の凹部２１３が形成されている。この凹部２１３に、第１の面状発熱体２３１及び第２の面状発熱体２３２が収容される。

第１の面状発熱体２３１及び第２の面状発熱体２３２は、各々その周囲が電気的に絶縁された円環形態の抵抗発熱体であり、図示のごとく重ね合わされて（積層されて）、インナーシェル２１１の凹部２１３に収容される。
インナーシェル２１１とアウターシェル２２１とは、インナーシェル２１１の凹部２１３の縁の上端面を接合面として接合され、インナーシェル２１１の凹部２１３による内部空間２１４を形成する。その結果、第１の面状発熱体２３１と第２の面状発熱体２３２とは、インナーシェル２１１とアウターシェル２２１とにより被覆されて加熱ユニット２０１の内部に埋設された状態となり、加熱ユニット２０１がチャンバ内部空間１３に設置された際にも、チャンバ内部空間１３に供給された処理ガス等に曝されることが防止される。
なお、第１の面状発熱体２３１及び第２の面状発熱体２３２の材質等、インナーシェル２１１とアウターシェル２２１の接合方法等は前述した加熱ユニット１０１と同じである。

第１の面状発熱体２３１及び第２の面状発熱体２３２には、各々、電力を供給するための一対のリード線である第１の面状発熱体用リード線２４１及び第２の面状発熱体用リード線２４２が接続されている。第１の面状発熱体用リード線２４１と第２の面状発熱体用リード線２４２とは、ともに加熱ユニット２０１の上面にＯリング２５１を介在させて接続されたリード線導出管２５０を介して加熱ユニット２０１の外部に導出される。

第１の面状発熱体用リード線２４１と第２の面状発熱体用リード線２４２とは、各々独立に制御される全く別系統の電力供給回路（通電手段）に接続されて使用される。従って、第１の面状発熱体用リード線２４１を介して電力が供給される第１の面状発熱体２３１、及び、第２の面状発熱体用リード線２４２を介して電力が供給される第２の面状発熱体２３２は、各々独立にその発熱量が制御される。

基板処理装置１においては、このような構成の加熱ユニット２０１が、処理チャンバ１０の蓋部１２の内側に配設される。加熱ユニット２０１のリード線導出管２５０は、蓋部１２に設けられたリード線導出管通過口１９ｂを介して、さらに処理チャンバ１０の外部に引き出される。

処理チャンバ１０の内部の加熱ユニット１０１の下部には、円板形状の加熱ユニット２０２が配設される。
加熱ユニット２０２は、加熱ユニット１０１の下部開口を塞ぐように、チャンバ本体１１の底面に沿って配設される円板形状の加熱手段であり、加熱ユニット１０１及び加熱ユニット２０１とともに、処理チャンバ１０のチャンバ内部空間１３を所望の温度に加熱する。
加熱ユニット２０２の構成は、前述した加熱ユニット２０１と実質的に同じなので、その詳細な説明は省略する。

加熱ユニット２０２は、中央部に形成される開口２６２（図１参照）のサイズが、前述した加熱ユニット２０１において中央部に形成される開口２６１とは異なる。
加熱ユニット２０１は、加熱ユニット１０１の上部に配設されるものであり、その中央部の開口２６１は、シャワーヘッド４２から放出されるガスをサセプタ２０に載置されたウェーハＷ方向に流すためのものであった。これに対して加熱ユニット２０２は、加熱ユニット１０１の下部に配設されるものであり、その中央部の開口２６２は、サセプタ２０の支持軸２１を通過させるために形成されている。従って、加熱ユニット２０２の中央部の開口２６２は、加熱ユニット２０１の中央部の開口２６１と比較して非常に小さく、支持軸２１を通過させることができれば十分な径に形成されている。

ウェーハ搬送管３０、給気管４０及び排気管５０の内部には、各々その内周面に沿って、各管の内部を所望の温度に維持するための加熱ユニット３０１、４０１及び５０１が配設されている。
これら加熱ユニット３０１、４０１及び５０１は、図２を参照して前述したチャンバ用の円筒形状の加熱ユニット１０１とほぼ同じ構成の加熱ユニットを用いることができる。すなわち、図２を参照して前述した筒状（前述の例では円筒状）の加熱ユニット１０１について、その断面形状を設置する管の断面形状に合わせ、その断面方向のサイズを管の内側に設置可能なサイズとし、筒の延伸方向の長さを管の加熱対象領域の長さとし、リード線の導出形態を設置する管に適応した形態とすることにより、ウェーハ搬送管３０、給気管４０及び排気管５０を各々加熱する加熱ユニット３０１、４０１及び５０１が構成される。

なお、ウェーハ搬送管３０、給気管４０及び排気管５０の内部に設置される加熱ユニット３０１、４０１及び５０１は、図２に示した加熱ユニット１０１とは異なる構成によって実現することも可能である。
例えば、インナーシェル及びアウターシェルを、各々、半円形状の断面を有する２つの部材を接合することにより構成するものとしてもよい。その場合には、２つの部材の接合部となる箇所の外周側に外径方向に突出して筒の高さ方向に延伸したフランジを設け、各部材のこのフランジをネジ等により接合することにより、インナーシェル及びアウターシェルの各部材、及び、インナーシェルとアウターシェルとを接合するのが好適である。

加熱ユニット３０１、４０１及び５０１からは、各々、その内部の２つの面状発熱体に電力を供給するための２組のリード線がリード線導出管を介して導出されており、これらのリード線は、さらに、各管のリード線導出管通過口を介して各管の外部に引き出される。

加熱ユニット３０１、４０１及び５０１の各々の２組の面状発熱体用リード線は、各々独立に制御される全く別系統の電力供給回路（通電手段）である。従って、加熱ユニット３０１、４０１及び５０１の各々２つの面状発熱体は、各々独立にその発熱量が制御される。

このような構成の基板処理装置１においては、例えば、排気管５０を介してチャンバ内部空間１３が真空引きされた後、加熱ユニット１０１、２０１、２０２、３０１、４０１及び５０１の各面状発熱体に選択的に通電が行われて、チャンバ内部空間１３、ウェーハ搬送管３０、給気管４０及び排気管５０の内部が加熱される。このように、加熱ユニット１０１、２０１、２０２、３０１、４０１及び５０１によりチャンバ内部空間１３、ウェーハ搬送管３０、給気管４０及び排気管５０を直接的に加熱することにより、これらの空間を急速に加熱することができ、チャンバ内部空間１３を迅速に目的の温度とすることができる。また、チャンバ内部空間１３を均一に加熱することができ、温度管理を適切に行うことができる。

チャンバ内部空間１３、ウェーハ搬送管３０、給気管４０及び排気管５０の内部が所望の高温状態となったら、ウェーハ搬送管３０を介して処理対象のウェーハをチャンバ内部空間１３に投入し、給気管４０を介して所望の反応ガスをチャンバ内部空間１３に導入し、また必要に応じて排気管５０からのガスの排出を行い、ＣＶＤによる成膜等の処理を行う。

この際、本実施形態の基板処理装置１においては、加熱ユニット１０１、２０１、２０２によりチャンバ内部空間１３の内表面温度が均一かつ高温に保持されるため、副生成物が堆積することを防ぐことができ、また、副生成物が堆積することによるパーティクルの発生を防ぐことができ、処理の歩留まり向上を期待できる。また、成膜速度の向上・反応速度の向上、成膜の均一性等を図ることができる。

また、基板処理装置１においては、加熱ユニット３０１、４０１及び５０１によりウェーハ搬送管３０、給気管４０及び排気管５０の内部も適切に高温状態としているため、これら配管部分において、温度の低下により反応ガスの成分が昇華析出することを防ぐことができる。すなわち、これら配管部分に副生成物が発生し付着し堆積することを防止、あるいは抑制することができる。
その結果、例えば排気管５０が副生成物で閉塞されることを防ぐことができ、あるいは閉塞するまでの時間を十分長くすることができ、装置のＭＴＢＦ（Mean Time Between Failure）を伸ばし、ＭＴＴＲ（Mean Time To Repair）を短縮し、装置の稼働率を向上させることができる。

そして、本実施形態の基板処理装置１においては、特に、加熱ユニット１０１、２０１、２０２、３０１、４０１及び５０１は、各々、２つの独立な発熱体を具備している。また、これらの２つの発熱体に対しては個別に独立したリード線（通電手段）を介して電力を供給しており、各加熱ユニットにおいて２つの発熱体を独立に制御することができる構成となっている。
この構成により、本実施形態の基板処理装置１は、次のような種々の特徴を有する。

まず、各加熱ユニットが個別制御できる複数の発熱体を具備しているため、各加熱ユニットにおいて、すなわち処理チャンバ１０や各管に対して一層精密な温度環境を設定することができ、ウェーハに対する処理を一層適切に行うことができる。

また、このような構成であれば、各加熱ユニットにおいて一方の発熱体が断線等により故障した場合にも、他方の発熱体を用いれば発熱量を維持し、処理チャンバ及び各管の温度環境を維持することができる。従って、一方の発熱体が故障してもそれを検知して直ちに別の発熱体への通電発熱に切替えて、基板処理を継続することができる。その結果、基板処理装置の稼働率を向上させることができると同時に処理欠陥を発生させることなく、ウェーハ処理を効率よく行うことができる。

また、そのような方法により基板処理装置の稼働を維持することができるので、断線等の故障が発生した発熱体については、ウェーハの処理計画等に基づいて計画的に交換を行うことができる。従って、２つの発熱体がともに故障してしまい、温度低下等によりウェーハ処理が不適切になる等の事態が生じる可能性は極めて低くすることができる。すなわち、加熱ユニットの故障による温度低下等の不具合は、略確実に防ぐことができる。

なお、各加熱ユニットの２つの発熱体の使用形態は、種々の形態が考えられる。
例えば、通常は一方の発熱体のみを使用して加熱ユニットを動作させ、その一方の発熱体が断線等により故障した場合に他方の発熱体に電力を供給して作動させ、処理チャンバ１０の温度環境を維持するような形態でもよい。
その際には、最初の発熱体の断線等の故障を検出する手段を設置しておき、最初の発熱体が故障した場合には自動的に他方の発熱体に電力が供給されるようにしておくのも好適である。

また、２つの発熱体を通常時から同時並列に作動させるような形態でもよい。そのようにしておけば、一方の発熱体が故障した時の温度低下を押さえることができ有効である。また、通常時に各発熱体に供給する電力は少なくすることができ、発熱量も抑えることができるので、断線等の故障が発生する可能性を低減することができ有効である。

また、本実施形態の基板処理装置においては、各加熱ユニットにおいて薄板状の２つの発熱体を重ね合わせて（積層して）配設している。
従って、円筒形状の加熱ユニット（加熱ユニット１０１等）においては、チャンバ内部空間１３に対してその側周面の内外に２つの発熱体が配設されることになり、いずれの発熱体を作動した場合であっても、あるいはその両方を作動させた場合においても、チャンバ内部空間１３に対する発熱エリアは全く同一であり、全く同一の温度分布を形成することができる。従って、前述したような故障等により有効な発熱体の切り替えが生じた場合においても、所望の適切な温度環境を安定して維持することができ有効である。

また、円板形状の加熱ユニット（加熱ユニット２０１等）においては、上下に積層して２つの発熱体が配設されることになり、外部に対する発熱エリア、発熱面積は同一である。従って、いずれの発熱体を作動した場合であっても、あるいはその両方を作動させた場合においても、発熱体の切り替えの前後において全く同一の温度分布を形成することができ、同じく所望の適切な温度環境を安定して維持することができ有効である。
また、２つの発熱体の発熱量は同一であっても異なっても良い。ヒーターは、昇温する際に必要な発熱量は大きく、温度の維持に必要な発熱量はそれに比べて小さい。そのため、一方の発熱体が故障した際に必要となる発熱量は温度を維持するための発熱量であればよく、２つの発熱体の発熱量は必ずしも同一でなくとも構わない。

なお、前述した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。本実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。

例えば、前述した実施形態においては、加熱ユニットに２つの発熱体が具備される場合を例示したが、発熱体は２つに限定されるものではなく、３つ以上であってもよい。

また、加熱ユニットに配設される複数系統の発熱体の発熱容量、作用（発熱）面積等は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
同じである場合には、故障前後において全く同じ条件で使用することができる２系統の発熱体が具備されることになり、故障時には有効である。
また、異なる場合には、例えば一方を故障時の温度低下防止用の非常時使用目的に特化する等、使用形態や想定される故障の形態に応じて、効率よく実装、配設することができる。

また、本実施形態において言うところの面状発熱体とは、使用形態として板状、あるいは扁平な状態に構成されている発熱体を総称しているものである。従って、例えば線状の抵抗発熱体を一定の範囲内に配線することにより全体として実質的に面状に発熱しているような部材・装置をも含む概念である。そして、そのような面状発熱体の詳細な構造、発熱方式等については、何ら限定するものではない。

また、前述した実施形態においては、各加熱ユニットにおいては、板状の２つの発熱体を重ね合わせて（積層して）外壁（シェル）中に配設していた。しかし、２つ、あるいは、３つ以上の発熱体を、同一面内（同一の平面内、同一の周面内等）において設置エリアを分別して設置するようにしてもよい。
そのような形態の加熱ユニットの例について図４〜図９を参照して説明する。

図４に示す加熱ユニット３０２は、図１及び図３を参照して説明したような円板形状の加熱ユニットである。
加熱ユニット３０２は、図３に示した加熱ユニット２０１と同様に、第１の面状発熱体３３１及び第２の面状発熱体３３２なる２つの面状発熱体がインナーシェル３１１とアウターシェル３２１との間に挟持されている構成であり、第１の面状発熱体３３１及び第２の面状発熱体３３２は、各々第１の面状発熱体用リード線３４１及び第２の面状発熱体用リード線３４２を介して個別に電力が供給されて制御される構成となっている。しかしながら、加熱ユニット３０２においては、第１の面状発熱体３３１と第２の面状発熱体３３２とは、同一の面内に設置領域を分別する形態で配設されている。

同一面内に複数の発熱体を配設する形態としては、種々の方法・形態が考えられる。
例えば、図５に示すように、２系統の抵抗発熱体４３１、４３２を、うずまき状に配設するような構成であってもよい。
また、図６に示すように、２系統の抵抗発熱体４３３、４３４を、例えば加熱ユニットの周辺又は中央部に高密度となるような図示のごときパターンで配設するようにしてもよい。各発熱体の配設形態は、例えば求める温度分布等に応じて任意の形態としてよい。

また、図７に示す加熱ユニット５０２は、図１及び図２を参照して説明したような円筒形状の加熱ユニットである。
加熱ユニット５０２は、図２に示した加熱ユニット１０１と同様に、第１の面状発熱体５３１及び第２の面状発熱体５３２なる２つの面状発熱体がインナーシェル５１１とアウターシェル５２１との間に挟持されている構成であり、第１の面状発熱体５３１及び第２の面状発熱体５３２は、各々第１の面状発熱体用リード線５４１及び第２の面状発熱体用リード線５４２を介して個別に電力が供給されて制御される構成となっている。しかしながら、加熱ユニット５０２においては、第１の面状発熱体５３１と第２の面状発熱体５３２とは、同一の面内に設置領域を分別する形態で、すなわち同一面内に配設されている。

円筒形状の加熱ユニットにおいても、同一面内に複数の発熱体を配設する形態としては、種々の方法・形態が考えられる。
例えば、図８に示すように、２系統の線状抵抗発熱体６３１、６３２が、加熱ユニットの円筒形状の周方向に沿って櫛状に交互に配設されるような構成であってもよい。
また、図９に示すように、２系統の線状抵抗発熱体６３３、６３４が、加熱ユニットの円筒形態の軸心方向に交互に配設されるような構成であってもよい。

図４〜図９に示した各加熱ユニットにおいても、複数の発熱体を積層した構成の加熱ユニットと同様に、処理チャンバ等に対して一層緻密な温度環境を設定することができ、一方の発熱体が故障した場合にも他方の発熱体を用いて発熱量を維持し処理チャンバ等の温度環境を維持することができる。
そして、特に、同一面内に複数の発熱体を配設したこの種の加熱ユニットにおいては、発熱体を１系統のみ有する時と同じ容積で複数の発熱体をインナーシェルとアウターシェルとの間に設置することができ、加熱ユニットを小型化することができて有効である。

さらにまた、図１を参照して前述した基板処理装置１において、ウェーハ搬送管３０を加熱する加熱ユニット３０１、及び、排気管５０を加熱する加熱ユニット５０１は、各々、ウェーハ搬送管３０及び排気管５０のチャンバ本体１１との接続部よりもさらにチャンバの内部方向に延伸し、チャンバ本体１１に形成されたウェーハ搬送用開口１５及び排気口１７を通過して、その先端部は加熱ユニット１０１に形成された開口部１１５及び開口部１１６のすぐ外周側の位置に達している。

しかしながら、この加熱ユニット３０１及び５０１をさらにチャンバ内部空間１３方向に延伸させて、加熱ユニット１０１に形成された開口部１１５及び開口部１１６をも通過して、その先端部が加熱ユニット１０１の内部にまで達するような構成としてもよい。その場合には、加熱ユニット１０１に形成された開口部１１５及び開口部１１６を、各々加熱ユニット３０１及び加熱ユニット５０１が通過可能なように拡径する必要がある。
そしてそのような構成によれば、ウェーハの搬送路やガスの流路を隙間無く加熱することができ、より均一な温度管理が可能となり好適である。本発明は、そのような構成により実現してもよい。

本発明の加熱装置は、基板処理装置、エッチング装置、ＣＶＤ装置等の半導体製造装置に適用できる。また、流路あるいは空間を確定する内壁面を内側から直接加熱する必要があるものであれば、その他の装置等においても使用することができる。

図１は、本発明の一実施形態の基板処理装置の構成を示す図である。 図２は、図１に示した基板処理装置の円筒状加熱ユニットの構成を示す図である。 図３は、図１に示した基板処理装置の円板状加熱ユニットの構成を示す図である。 図４は、本発明に係る円板状加熱ユニットの他の例を示す図である。 図５は、図４に示した円板状加熱ユニットにおける発熱体の配設例を示す図である。 図６は、図４に示した円板状加熱ユニットにおける発熱体の他の配設例を示す図である。 図７は、本発明に係る円筒状加熱ユニットの他の例を示す図である。 図８は、図７に示した円筒状加熱ユニットにおける発熱体の配設例を示す図である。 図９は、図７に示した円筒状加熱ユニットにおける発熱体の他の配設例を示す図である。

符号の説明

１…基板処理装置
１０…処理チャンバ
１１…チャンバ本体
１２…蓋部
１３…チャンバ内部空間
１４…サセプタ用底部開口
１５…ウェーハ搬送用開口
１６…給気口
１７…排気口
１８…Ｏリング
１９ａ、１９ｂ…リード線導出管通過口
２０…サセプタ
２１…支持軸
３０…ウェーハ搬送管
３１…Ｏリング
４０…給気管
４１…Ｏリング
４２…シャワーヘッド
４３…ガス流出用開口
５０…排気管
５１…Ｏリング
１０１、２０１、２０２、３０１、３０２、４０１、５０１、５０２…加熱ユニット
１１１、２１１、３１１、５１１…インナーシェル
１１５、１１６、２６１、２６２…開口部
１２１、２２１、３２１、５２１…アウターシェル
１３１、２３１、３３１、４３１、４３３、５３１、６３１、６３３…第１の面状発熱体
１３２、２３２、３３２、４３２、４３４、５３２、６３２、６３４…第２の面状発熱体
１４１、２４１、３４１、５４１…第１の面状発熱体用リード線
１４２、２４２、３４２、５４２…第２の面状発熱体用リード線
１５０…リード線導出管

Claims (9)

1. 被処理物体に所望の処理を行うための処理チャンバ、前記被処理物体の搬送通路又は前記所望の処理に係るガスの給排気管の内部に配置される加熱装置であって、
   各々絶縁された複数の発熱体と、
   前記複数の発熱体を挟持し当該発熱体の周囲を被覆する外壁部材と、
   前記発熱体に電力を供給する前記複数の発熱体に各々対応した複数の通電手段と
   を有することを特徴とする加熱装置。
2. 前記複数の発熱体は各々面状発熱体であって、積層されて前記外壁部材内に収容されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記複数の発熱体は、同一面上に配置されて前記外壁部材内に収容されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
4. 前記複数の発熱体の各々は、前記面状発熱体を筒状に形成した発熱体であって、同心に内周側及び外周側に積層されて筒状の前記外壁部材の壁面内に収容されていることを特徴とする請求項２に記載の加熱装置。
5. 前記複数の発熱体の各々は、前記面状発熱体を平板状に形成した発熱体であって、当該平板面を重ねる方向に積層されて平板状の前記外壁部材の壁面内に収容されていることを特徴とする請求項２に記載の加熱装置。
6. 前記複数の発熱体の各発熱体は、加熱対象の前記処理チャンバ、前記搬送通路又は前記給排気管の内部に対する温度分布が、いずれの発熱体が発熱した時でも同一となるように発熱することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の加熱装置。
7. 前記複数の発熱体の中のいずれかの発熱体に係る回路に故障が生じた場合に、前記複数の発熱体の中の他の発熱体に対して前記電力が供給されて当該発熱体の発熱がなされることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の加熱装置。
8. 前記複数の発熱体の各発熱体の発熱量が同一であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の加熱装置。
9. 前記複数の発熱体の各発熱体の発熱量が異なることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の加熱装置。

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