JP2011089645A - 断熱ブロック - Google Patents

Abstract

【課題】断熱壁体の製造コストを減少させる。
【解決手段】ヒータユニット２０はケース２１内に隙間２２をとって同心円に設置された断熱壁体２３と、断熱壁体２３の内周に敷設されたヒータ３４とを備え、断熱壁体２３は円盤形状の天井壁部２４と円筒形状の側壁部２５とから構成され、側壁部２５は複数個の断熱ブロック２６が積み重ねられて構成されている。断熱ブロック２６は断熱材を用い成形型でドーナツ形状に成形された本体２７を備え、本体２７の上端部の印籠結合雄部２８と下端部の印籠結合雌部２９とを印籠結合されて側壁部２５に組み立てられる。ヒータ３４を構成する発熱体３２は断熱ブロック２６の内周面の取付溝３０にそれぞれ取り付けられる。断熱ブロックは断熱壁体の長さ仕様に関わらず同一のものを複数個、成形型で一体成形すればよいため、断熱壁体の製造コストを低減できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、断熱ブロックに関する。
例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）が作り込まれる基板としての半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に窒化シリコン（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）やポリシリコン等を堆積（デポジション）させる減圧ＣＶＤ装置や、酸化処理や拡散だけでなくイオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフロー等にも利用される拡散装置等の基板処理装置に利用して有効なものに関する。

ＩＣの製造方法において、ウエハに窒化シリコンやポリシリコン等のＣＶＤ膜をデポジションするのにバッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置が広く使用されている。
バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置（以下、ＣＶＤ装置という。）は、ウエハが搬入される処理室を形成するインナチューブおよびこのインナチューブを取り囲むアウタチューブから構成され縦形に設置されたプロセスチューブと、インナチューブ内に原料ガスを導入するガス導入管と、プロセスチューブ内を排気する排気管と、プロセスチューブ外に敷設されてプロセスチューブ内を加熱するヒータユニットとを備えており、複数枚のウエハがボートによって垂直方向に整列されて保持された状態でインナチューブ内に下端の炉口から搬入され、インナチューブ内に原料ガスがガス導入管から導入されるとともに、ヒータユニットによってプロセスチューブ内が加熱されることにより、ウエハにＣＶＤ膜がデポジションされるように構成されている。

このようなＣＶＤ装置においては、ヒータユニットはプロセスチューブを全体的に被覆する長い円筒形状に形成された断熱壁体の内周に長大に形成された発熱体が敷設されている。
そして、従来のこの種の断熱壁体はアルミナやシリカ等の断熱材が使用されてバキュームフォーム（真空吸着成形）法によって一体成形されている。

しかしながら、バキュームフォーム成形法による断熱壁体においては、ＣＶＤ装置のプロセスチューブの仕様毎に専用の成形型を製作したり、仕様が変更される度に成形型を作り直す必要があるため、ＣＶＤ装置の製造コストの増大を招来するという問題点がある。

本発明の目的は、製造コストを減少させることができる断熱壁体のための断熱ブロックを提供することにある。

前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
基板処理装置の断熱ブロックであって、該断熱ブロックは、断熱材により筒形状に形成され、該断熱ブロックの内周には溝が形成され、該溝には発熱体が一巻き巻回されることを特徴とする断熱ブロック。

前記した手段によれば、断熱壁体の製造コストを低減することができる。

本発明の一実施の形態に係るＣＶＤ装置を示す正面断面図である。 本発明の一実施の形態に係るヒータユニットを示す一部切断斜視図である。 本発明の一実施形態である断熱壁体の製造方法を示しており、（ａ）は断熱ブロックを示す一部切断斜視図であり、（ｂ）は発熱体の一部省略展開図、（ｃ）は（ｂ）のｃ−ｃ線に沿う断面図であり、（ｄ）は断熱ブロックの発熱体の取付状態を示す一部省略展開図、（ｅ）は（ｄ）のｅ−ｅ線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態２に係る断熱ブロックを示す斜視図である。 本発明の実施の形態３に係る断熱ブロックを示す斜視図である。 本発明の実施の形態４に係る断熱ブロックを示す斜視図である。

以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である断熱壁体の製造方法によって製造された断熱壁体を使用するＣＶＤ装置を示している。
本発明に係る基板処理装置の一実施の形態であるＣＶＤ装置（バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置）は、図１に示されているように、垂直に配されて固定的に支持された縦形のプロセスチューブ１を備えている。
プロセスチューブ１はインナチューブ２とアウタチューブ３とから構成されており、インナチューブ２は石英（ＳｉＯ₂ ）もしくは炭化シリコン（ＳｉＣ）が使用されて円筒形状に一体成形され、アウタチューブ３は石英ガラスが使用されて円筒形状に一体成形されている。インナチューブ２は上下両端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ２の筒中空部はボートによって垂直方向に整列した状態に保持された複数枚のウエハが搬入される処理室４を実質的に形成している。インナチューブ２の下端開口は被処理基板としてのウエハを出し入れするための炉口５を実質的に構成している。したがって、インナチューブ２の内径は取り扱うウエハの最大外径よりも大きくなるように設定されている。

アウタチューブ３は内径がインナチューブ２の外径よりも大きく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ２にその外側を取り囲むように同心円に被せられている。
インナチューブ２とアウタチューブ３との間の下端部は円形リング形状に形成されたマニホールド６によって気密封止されており、マニホールド６はインナチューブ２およびアウタチューブ３についての交換等のためにインナチューブ２およびアウタチューブ３にそれぞれ着脱自在に取り付けられている。マニホールド６がＣＶＤ装置の機枠１７に支持されることにより、プロセスチューブ１は垂直に据え付けられた状態になっている。

マニホールド６の側壁の上部には排気管７が接続されており、排気管７は高真空排気装置（図示せず）に接続されて処理室４を所定の真空度に真空排気し得るように構成されている。排気管７はインナチューブ２とアウタチューブ３との間に形成された隙間に連通した状態になっており、インナチューブ２とアウタチューブ３との隙間によって排気路８が、横断面形状が一定幅の円形リング形状に構成されている。排気管７がマニホールド６に接続されているため、排気管７は円筒形状の中空体を形成されて垂直に延在した排気路８の最下端部に配置された状態になっている。

マニホールド６の側壁の下部にはガス導入管９がインナチューブ２の炉口５に連通するように接続されており、ガス導入管９には原料ガス供給装置およびキャリアガス供給装置（いずれも図示せず）に接続されている。ガス導入管９によって炉口５に導入されたガスはインナチューブ２の処理室４内を流通して排気路８を通って排気管７によって排気される。

マニホールド６には下端開口を閉塞するシールキャップ１０が垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ１０はアウタチューブ３の外径と略等しい円盤形状に形成されており、プロセスチューブ１の外部に垂直に設備されたエレベータ（図示せず）によって垂直方向に昇降されるように構成されている。
シールキャップ１０の中心線上には被処理基板としてのウエハＷを保持するためのボート１１が垂直に立脚されて支持されるようになっている。

ボート１１は上下で一対の上側端板１２および下側端板１３と、上側端板１２と下側端板１３との間に垂直に立脚された複数本（本実施の形態においては三本とする。）の保持部材１４とを備えており、三本の保持部材１４には多数の保持溝１５が長手方向に等間隔に配されて互いに対向して開口するように刻設されている。ボート１１は三本の保持部材１４の保持溝１５間にウエハＷを挿入されることにより、複数枚のウエハＷを水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持するようになっている。

ボート１１とシールキャップ１０との間には断熱キャップ部１６が配置されており、断熱キャップ部１６はボート１１をシールキャップ１０の上面から持ち上げた状態に支持することにより、ボート１１の下端を炉口５の位置から適当な距離だけ離間させるように構成されている。

アウタチューブ３の外部にはプロセスチューブ１の内部を加熱するヒータユニット２０がアウタチューブ３の周囲を包囲するように同心円に設備されている。
図２に示されているように、ヒータユニット２０はステンレス鋼（ＳＵＳ）が使用されて上端閉塞で下端開口の円筒形状に形成されたケース２１を備えており、ケース２１の内径および全長はアウタチューブ３の外径および全長よりも大きく設定されている。

ケース２１の内部にはアウタチューブ３の外径および全長よりも若干大きめの円筒形状に構築された断熱壁体２３が、ケース２１の内周面との間に空冷のための空間としての隙間２２をとって同心円に設置されている。
断熱壁体２３はケース２１の内径と等しい外径を有する円盤形状の天井壁部２４と、アウタチューブ３の外径よりも若干大径の内径およびケース２１の内径よりも小径の外径を有する円筒形状の側壁部２５とを備えている。天井壁部２４は側壁部２５の上端面に開口を閉塞するように被せられており、天井壁部２４の上端面はケース２１の天井壁の下面に当接されている。側壁部２５の外径がケース２１の内径よりも小径に設定されていることにより、側壁部２５とケース２１との間には空冷空間としての隙間２２が形成されている。そして、断熱壁体２３の側壁部２５は図３に示された断熱ブロック２６が複数個、垂直方向に積み重ねられて一本の筒体に構築されている。

図３（ａ）に示されているように、断熱ブロック２６は短尺の円筒形状であるドーナツ形状の本体２７を備えており、本体２７は繊維状または球状のアルミナやシリカ等の断熱材が使用されてバキュームフォーム法の成形型によって一体成形されている。
本体２７の上端部には印籠結合雄部２８が外周の一部を円形リング形状に切り欠かれた状態に形成されており、本体２７の下端部には印籠結合雌部２９が内周の一部を円形リング形状に切り欠かれた状態に形成されている。本体２７の内周面における上端と印籠結合雌部２９の上端との間には、発熱体を取り付けるための取付溝３０が一定深さ一定高さに没設されており、取付溝３０の内周面には発熱体を位置決め保持するためのスペーサ３１が複数個、周方向に等間隔に配置されて突設されている。

発熱体３２はＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金やＭＯＳｉ₂ およびＳｉＣ等の抵抗発熱材料が使用されて、図３（ｂ）、（ｃ）に示されているように、波形の平板形状にプレス加工やレーザ切断加工等によって一体成形されている。
図３（ｄ）、（ｅ）に示されているように、発熱体３２は各スペーサ３１、３１が波形の隙間３３にそれぞれ嵌入するように取付溝３０に建て込まれて取り付けられる。

次に、ヒータユニット２０の構築作業について説明する。

ヒータユニット２０の構築に当たり、前記構成に係る断熱ブロック２６は断熱壁体２３の側壁部２５の長さに対応して指定された個数が準備される。この際、断熱ブロック２６は断熱壁体２３の長さ仕様に関わらず同一のものを複数個、バキュームフォーム法の成形型によって一体成形すればよいため、断熱壁体２３の製造コストをきわめて小さく抑えることができる。すなわち、バキュームフォーム法のランニングコストはそれに使用される成形型の製造費用に大きく依存するため、断熱壁体２３の長さ仕様に関わらず断熱ブロック２６の成形型の製作費用を一定とすることにより、断熱壁体２３の全体としての製造コストを大幅に低減することができる。

複数個の断熱ブロック２６による断熱壁体２３の組み立て作業の前に、各断熱ブロック２６の取付溝３０には発熱体３２が取り付けられる。下段の断熱ブロック２６の印籠結合雄部２８に上段の断熱ブロック２６の印籠結合雌部２９が嵌入されて上下の断熱ブロック２６、２６が印籠結合されつつ、複数個の断熱ブロック２６が次々に積み重ねられて行くことにより、指定された長さの断熱壁体２３の側壁部２５が組み立てられる。
印籠結合雄部２８と印籠結合雌部２９とが印籠結合されることにより、上下の断熱ブロック２６、２６同士の径方向および周方向のずれは防止された状態になる。

上下の断熱ブロック２６、２６の積み重ねに際して、上下の断熱ブロック２６、２６の発熱体３２、３２同士が互いに電気的に直列に接続される。これにより、一本の断熱壁体２３が組み立てられた状態において、図１および図２に示されているように、複数本の発熱体３２は一本の螺旋状のヒータ３４の状態になる。しかも、各発熱体３２は波形に形成されているため、ヒータ３４の全長はきわめて長大のものとなる。したがって、ヒータ３４の線密度はきわめて大きくなり、温度リカバリー時間等のヒータ特性はきわめて良好なものとなる。

指定された長さの側壁部２５が複数個の断熱ブロック２６によって組み立てられた後に、側壁部２５の外周面には、アルミナやシリカ等の断熱材によって形成された断熱クロス３５が巻かれる。この断熱クロス３５によって隣合う断熱ブロック２６、２６同士の上方向への抜けが防止されるとともに、周方向のずれも確実に防止されることになる。
ちなみに、断熱クロス３５は断熱ブロック２６が積み上げられる毎に巻いてもよい。

以上のようにして組み立てられた側壁部２５には天井壁部２４が被せられる。
その後、側壁部２５と天井壁部２４との組立体である断熱壁体２３にはケース２１が被せられ、ヒータユニット２０が構築される。ちなみに、天井壁部２４が天井壁下面に敷設されたケース２１を側壁部２５に被せてもよい。

断熱壁体２３にケース２１が被せられてなるヒータユニット２０における断熱壁体２３の外周とケース２１の内周との間に形成された隙間２２は、それ自体で良好な断熱層を形成する。但し、隙間２２に送風すると、断熱壁体２３を強制冷却することができるため、ヒータユニット２０の温度下降速度を早く設定することができる。

以上のように構築されたヒータユニット２０成膜工程における作用は従来のヒータユニットのそれと同様であるから、前記構成に係るＣＶＤ装置による成膜工程の作用の説明は省略する。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、図４、図５および図６に示されているように構成することにより、隣合う断熱ブロック２６、２６間の周方向のずれを防止することができる。

図４に示された実施の形態２においては、断熱ブロック２６の本体２７に一対の回り止め孔３６、３６が厚さ方向に貫通するようにそれぞれ開設されており、両回り止め孔３６、３６にアルミナやシリカ等の断熱材によって形成された一対の回り止め棒３７、３７がそれぞれ挿通されている。

図５に示された実施の形態３においては、断熱ブロック２６の本体２７の印籠結合雄部２８の上端面に一対の回り止め穴３８、３８が厚さ方向にそれぞれ没設されているとともに、印籠結合雌部２９の底面の対向位置に一対の回り止め穴３９、３９が厚さ方向にそれぞれ没設されており、互いに対向した回り止め穴３８と３９とにアルミナやシリカ等の断熱材によって形成された各回り止めピン４０がそれぞれ挿入されている。

図６に示された実施の形態４においては、断熱ブロック２６の本体２７の印籠結合雄部２８の上端面に回り止め穴４１が厚さ方向に没設されているとともに、１８０度離れた位置に回り止めピン４２が厚さ方向にそれぞれ突設されており、他方、印籠結合雌部２９の底面における回り止め穴４１に対向する位置に回り止めピン４３が突設されているとともに、回り止めピン４２に対向する位置に回り止め穴４４が没設されており、下段の断熱ブロック２６の印籠結合雄部２８と上段の断熱ブロック２６の印籠結合雌部２９とが印籠結合された状態において、回り止め穴４１に回り止めピン４３が嵌入し、回り止め穴４４に回り止めピン４２が嵌入することができる。

また、発熱体は断熱ブロックに一つのターン（一巻き）だけ巻回するに限らず、二つのターン（二巻き）以上巻回してもよい。
また、発熱体の取付構造は前記実施の形態のように取付溝にスペーサによって取り付けるように構成するに限らず、発熱体に突設したアンカを断熱ブロックの本体に挿入して取り付けるように構成してもよいし、発熱体を断熱ブロックに取付ピンによって取り付けるように構成してもよい。

断熱壁体とケースとの間に隙間を介設するに限らず、ケースは断熱壁体に密着するように被せてもよい。断熱クロスは省略してもよい。

ヒータユニット、断熱壁体およびケース等は円筒形状に形成するに限らず、四角形筒形状や多角形筒形状に形成してもよい。

ＣＶＤ装置はバッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置に限らず、横形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置等の他のＣＶＤ装置であってもよい。

さらに、半導体製造装置はＣＶＤ装置に限らず、酸化処理や拡散だけでなくイオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフロー等にも使用される拡散装置にも適用することができる。

前記実施の形態ではウエハに処理が施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。

Ｗ…プロダクトウエハ（基板）、１…プロセスチューブ、２…インナチューブ、３…アウタチューブ、４…処理室、５…炉口、６…マニホールド、７…排気管、８…排気路、９…ガス導入管、１０…シールキャップ、１１…ボート、１２、１３…端板、１４…保持部材、１５…保持溝、１６…断熱キャップ部、１７…機枠、２０…ヒータユニット、２１…ケース、２２…隙間、２３…断熱壁体、２４…天井壁部、２５…側壁部、２６…断熱ブロック、２７…本体、２８…印籠結合雄部、２９…印籠結合雌部、３０…取付溝、３１…スペーサ、３２…発熱体、３３…隙間、３４…ヒータ、３５…断熱クロス、３６…回り止め孔、３７…回り止め棒、３８、３９…回り止め穴、４０…回り止めピン、４１、４４…回り止め穴、４２、４３…回り止めピン。

Claims (1)

1. 基板処理装置の断熱ブロックであって、該断熱ブロックは、断熱材により筒形状に形成され、該断熱ブロックの内周には溝が形成され、該溝には発熱体が一巻き巻回されることを特徴とする断熱ブロック。

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