JP2016084990A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、領域毎に断熱能力の調整が可能な熱処理装置を提供することを目的とする。【解決手段】処理容器４と、該処理容器の周囲に設けられた発熱体４８と、該発熱体の周囲に、該発熱体の異なる領域をカバーするように分割して設けられた複数の断熱手段５１と、該複数の断熱手段の各々に接続された複数の排気管７０と、該複数の排気管に接続された真空排気手段９０と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、熱処理装置に関する。

従来から、反応管の周囲に発熱体を設け、この初滅体により反応管内を加熱して被処理体を熱処理する熱処理装置において、発熱体の周囲に気密な空間を介して設けられた熱輻射板と、気密な空間を減圧する減圧手段とを備え、反応管を昇温させるときには減圧手段により気密な空間を減圧することを特徴とする熱処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−２８３１６０号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載の構成では、１つの気密な空間が発熱体の周囲全体を覆っているため、減圧による調整は常に全体に対して行われ、領域毎に異なる減圧調整を行うことはできなかった。

ところが、反応管は熱処理の対象となる基板の搬入・搬出のための開口を確保する必要があるため、発熱体を反応管の周囲全体に均一に設けることは不可能であり、そのため、熱処理時の反応管内の温度を均一に保つことは困難であった。上述の特許文献１に記載の構成では、領域毎の個別の断熱能力の調整は不可能であり、反応管の温度分布を考慮した領域毎の断熱能力の制御は不可能であった。

そこで、本発明は、領域毎に断熱能力の調整が可能な熱処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る熱処理装置は、処理容器と、
該処理容器の周囲に設けられた発熱体と、
該発熱体の周囲に、該発熱体の異なる領域をカバーするように分割して設けられた複数の断熱手段と、
該複数の断熱手段の各々に接続された複数の排気管と、
該複数の排気管に接続された減圧排気手段と、を有する。

本発明によれば、断熱手段の断熱能力を領域毎に調整することができる。

本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置の一例の概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置について、断熱カバー部に関連する構成を中心に示した図である。 第１の構成例に係る断熱ユニットを示した図である。 第２の構成例に係る断熱ユニットを示した図である。 第３の構成例に係る断熱ユニットを示した図である。 第４の構成例に係る断熱ユニットを示した図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置の一例の減圧排気構造を示した図である。 本発明の第２の実施形態に係る熱処理装置の一例の構成を示した図である。 第２の実施形態に係る熱処理装置の部分的変形例を示した図である。 第１の構成例に係るヒータエレメントを示した図である。 第２の構成例に係るヒータエレメントを示した図である。 第３の構成例に係るヒータエレメントを示した図である。 第１の構成例に係る断熱ユニットの積載構造を示した図である。 第２の構成例に係る断熱ユニットの積載構造を示した図である。 第３の構成例に係る断熱ユニットの構造を示した図である。図１５（ａ）は、第３の構成例に係る断熱ユニットの個々の構造を示した図である。図１５（ｂ）は、第３の構成例に係る断熱ユニットの積載構造を示した図である。 第４の構成例に係る断熱ユニットの構造を示した図である。 第５の構成例に係る断熱ユニットの積載構造を示した図である。 第６の構成例に係る断熱ユニットの積載構造を示した図である。 第７の構成例に係る断熱ユニットの積載構造を示した図である。 第８の構成例に係る断熱ユニットの積載構造を示した図である。 第９の構成例に係る断熱ユニットの積載構造を示した図である。 第１０の構成例に係る断熱ユニットの構造を示した図である。 第１１の構成例に係る断熱ユニットの構造を示した図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置の一例の概略構成図である。なお、本明細書においては、一例として半導体装置を形成するための縦型熱処理装置の例について説明する。しかしながら、本発明はこの点において限定されず、他の種々のタイプの熱処理装置であっても良い。

図１に示すように、縦型の熱処理装置２は、長手方向が垂直である処理容器４を有する。処理容器４は、有天井の外筒６と、外筒６の内側に同心的に配置された円筒体の内筒８とを有する、２重管構造で構成される。

外筒６及び内筒８は、石英などの耐熱性材料から形成される。外筒６及び内筒８は、ステンレスなどから形成されるマニホールド１０によって、その下端部が保持される。マニホールド１０は、ベースプレート１２に固定される。なお、マニホールド１０を設けず、処理容器４全体を、例えば石英により形成する構成であっても良い。

マニホールド１０の下端部の開口には、例えばステンレススチール等からなる円盤状のキャップ部１４が、Ｏ−リング等のシール部材１６を介して気密封止可能に取り付けられている。つまり、キャップ部１４は、処理容器４の下端部の開口を開閉可能に設けられた蓋体である。また、キャップ部１４の略中心部には、例えば磁性流体シール１８により気密状態で回転可能な回転軸２０が挿通されている。この回転軸２０の下端は回転機構２２に接続されており、回転軸２０の上端は、例えばステンレススチールよりなるテーブル２４が固定されている。

テーブル２４上には、例えば石英製の保温筒２６が設置されている。また、保温筒２６上には、支持具として例えば石英製のウエハボート２８が載置される。ウエハボート２８は、ウエハＷを載置保持可能な保持部材である。

ウエハボート２８には、例えば５０〜１５０枚の基板としての半導体ウエハWが、所定の間隔、例えば１０ｍｍ程度のピッチで収容される。ウエハボート２８、保温筒２６、テーブル２４及びキャップ部１４は、例えばボートエレベータである昇降機構３０により、処理容器４内に一体となってロード、アンロードされる。

このように、キャップ部１４には、磁気流体シール１８、回転軸２０、テーブル２４及び保温筒２６が設けられ、これらを介してウエハボート２８を載置支持することができる。

マニホールド１０の下部には、処理容器４内に処理ガスを導入するための、ガス導入手段３２が設けられる。ガス導入手段３２は、マニホールド１０を気密に貫通するように設けられたガスノズル３４を有する。

なお、図１では、ガス導入手段３２が１つ設置される構成を示したが、本発明はこの点において限定されない。使用するガス種の数などに依存して、複数のガス導入手段３２を有する熱処理装置であっても良い。また、ガスノズル３４から処理容器４へと導入されるガスは、図示しない流量制御機構により、流量制御される。

マニホールド１０の上部には、ガス出口３６が設けられており、ガス出口３６には排気系３８が連結される。排気系３８は、ガス出口３６に接続された排気通路４０と、排気通路４０の途中に順次接続された圧力調整弁４２及び真空ポンプ４４とを含む。排気系３８により、処理容器４内の雰囲気を圧力調整しながら排気することができる。

処理容器４の外周側には、処理容器４の周囲を囲むようにしてウエハWなどの基板を加熱するヒータエレメント４８が設けられる。ヒータエレメント４８は、処理容器４及び処理容器４内のウエハＷを加熱するための加熱手段であり、発熱体から構成される。ヒータエレメント４８は、処理容器４及びウエハＷを加熱できれば、種々の手段から構成されてよいが、例えば、抵抗発熱線から構成されてもよい。ヒータエレメント４８が抵抗発熱線で構成されている場合、ヒータエレメント４８に電流を流すことにより、ヒータエレメント４８が発熱し、処理容器４及び内部のウエハＷを加熱することができる。

ヒータエレメント４８の外周側には、断熱カバー部５０が設けられる。断熱カバー部５０は、熱処理装置２の全体を断熱しつつカバーしている。断熱カバー部５０は、分割された複数の断熱ユニット５１、５４を備え、全体として１つの断熱カバー部５０として構成されている。断熱ユニット５１は、ケーシング５２と、断熱部材５２とを備える。また、同様に、断熱ユニット５４も、ケーシング５５と、断熱部材５６とを備える。断熱ユニット５１と断熱ユニット５４は、形状が異なるだけであり、構造自体は同じである。具体的には、断熱ユニット５１は、略円筒状の処理容器４及びヒータエレメント４８の側面を覆うため、円筒形状に構成されている。一方、断熱ユニット５４は、処理容器４及びヒータエレメント４８の上面を覆うため、円盤形状に構成されている。上面を覆う断熱ユニット５４は、１つだけであるが、側面の一部を覆う断熱ユニット５１は、複数積み重ねられるように設けられ、全体で処理容器４及びヒータエレメント４８の側面全体をカバーしている。

なお、ケーシング５２は、密閉空間を形成するための筐体であり、個々のケーシング５２は、排気管を介して減圧排気が可能に構成される。図１には、紙面の都合上、そのような構成が記載されていないが、断熱ユニット５１の構成の詳細については後述する。また、ケーシング５２は、内部に断熱部材５３を収容可能に構成される。断熱部材５３は、いわゆる断熱材の他、リフレクター等、断熱に関連する種々の構成部品を含む。ケーシング５２は、用途に応じて種々の材料から構成されてよいが、例えば、石英から構成されてもよい。石英は、耐熱性が高く、パーティクルも発生し難いので、半導体製造プロセスに好適に使用され得る。本実施形態においても、処理容器４は石英で形成されており、断熱ユニット５１のケーシング５２も、石英で構成されることが好ましい。

なお、上述のように、ケーシング５２は、減圧排気により減圧が可能な程度の密閉性を有するので、内部に収容している断熱部材５３から粉飛散があった場合であっても、飛散した粉がケーシング５１の外部にまで飛散することを防ぐ。構成的にも、ケーシング５１は、断熱部材５２の周囲全体を覆っているので、断熱部材５２からの飛散物の流出を防ぐことができる。よって、断熱部材５２に用いる断熱材としては、粉飛散の少ないセラミックファイバーのみならず、粉飛散が多いヒュームドシリカ系の断熱材も使用することができる。ヒュームドシリカ系の断熱材は、主成分がシリカ（ＳｉＯ_２）であり、添加物として炭化ケイ素（ＳｉＣ）や酸化チタン（ＴｉＯ_２）等が加えられた断熱材であり、従来から熱処理装置２に用いられているセラミックファイバーよりも高い断熱性能を有するため、本実施形態に係る断熱ユニット５１及びこれから構成される断熱カバー部５０は、従来の断熱材よりも高性能に構成することができる。

図１に示すように、ヒータエレメント４８は、断熱部材５０のケーシング５１の内周面上に、螺旋状に巻回して配置されてもよい。図１において、ヒータエレメント４８は、断熱層５０の内周側に、側面の軸方向全体に亘って巻回して設けられている。なお、ヒータエレメント４８は、実際には、断熱部材５０のケーシング５１の内周面に設けられた保持構造により保持されて設けられるが、図１では、そのような詳細の構成は省略している。

また、ヒータエレメント４８は、軸方向において、複数のゾーン（例えば４つのゾーン）に分割されて構成されてもよい。例えば、各々のゾーン毎に断熱部材５０に設けられる図示しない熱電対により検出した温度に基づいて、図示しない制御部により、各ゾーン毎に独立して個別に温度制御できる構成とされてもよい。

次に、図２を用いて、本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置の構成をより詳細に説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置について、断熱カバー部５０に関連する構成を中心に示した図である。

図２において、断熱カバー部５０は、処理容器４及びヒータエレメント４８の側面を覆う複数の円筒形状の断熱ユニット５１と、処理容器４及びヒータエレメント４８の上面を覆う１つの円盤形状の断熱ユニット５４とを備える。更に、断熱カバー部５０は、必要に応じて、ヒータエレメント４８の下端の更に下方に設けられた円筒形状の断熱ユニット５７と、処理容器４の下部に設けられた円柱形状の断熱ユニット６０と、断熱ユニット５７、６０の更に下方に設けられた断熱ユニット６３とを備える。

断熱ユニット５１、５４、５７、６０、６３は、各々排気管７０を有し、各々の排気管７０には、バルブ８０が設けられている。また、各排気管７０は、共通排気管７２を介して、真空ポンプ９０に接続されている。

断熱ユニット５７は、キャップ部１４の周縁部上であって、ヒータエレメント４８の下端の更に下方に設けられる。つまり、ヒータエレメント４８を下方から覆うように設けられる。一方、断熱ユニット６０は、キャップ部１４の中央部上であって、処理容器４の下部に設けられる。熱処理時には、ウエハＷが保持されたウエハボート２８が処理容器４内に収容されているので、熱処理中は、断熱ユニット６０は、ウエハボート２８の直下に設けられる。なお、断熱ユニット６０は、図１で示された保温筒２６に該当する。つまり、図１の保温筒２６の具体的内部構成が、断熱ユニット６０の構成となっている。断熱ユニット５１、５４、５７、６０は、全体としては処理容器４及びヒータエレメント４８の周囲に配置され、処理容器４及びヒータエレメント４８をカバーしている。

また、断熱ユニット６３は、断熱ユニット５７、６０の双方の下面を下方から覆うように設けられ、更に断熱効果を高めている。断熱ユニット６３は、水平方向に延び、縦長の断熱ユニット５７、６０を遮る方向に延在し、断熱ユニット５７、６０同士の間の隙間も覆っているので、断熱ユニット５７、６０の断熱効果を別の角度から補うことができる。なお、断熱ユニット６３は、キャップ部１４に相当し、キャップ部１４の内部構成が、断熱ユニット６３の構成となっていることを意味する。

なお、断熱ユニット５７はケーシング５８と、ケーシング５８内に収容された断熱部材５９を有し、これらは、断熱ユニット５１のケーシング５１と断熱部材５３に相当する。同様に、断熱ユニット６０も、ケーシング６１とその内部に収容された断熱部材６２を有するが、これらはそれぞれ断熱ユニット５１のケーシング５１と断熱部材５３に相当する。また同様に、断熱ユニット６３も、ケーシング６４とその内部に収容された断熱部材６５を有するが、これらはそれぞれ断熱ユニット５１のケーシング５１と断熱部材５３に相当する。よって、断熱ユニット５１、５４、５７、６０、６３の構成は、以後、断熱ユニット５１を代表例として説明する。そして、断熱ユニット５１に関する説明は、断熱ユニット５４、５７、６０、６３にも適用可能であり、断熱ユニット５４、５７、６０、６３の個別の説明は省略する。

図２に示す第１の実施形態に係る熱処理装置２において、断熱カバー部５０は複数に分割され、各々が排気管７０、７２、バルブ８０、真空ポンプ９０からなる真空ラインに接続されている。ここで、バルブ８０はバルブ開度の調整により圧力を調整する圧力調整手段であり、真空ポンプ９０は、排気管７０、７２を介して断熱ユニット５１、５４、５７、６０を真空排気する排気手段である。各断熱ユニット５１、５４、５７、６０が個別の真空ラインに接続された構成により、用途に応じて各断熱ユニット５１、５４、５７、６０、６３の断熱性能を変化させることができる。

例えば、省エネモードで熱処理装置２を使用する場合や、高温プロセスでの熱処理装置２の使用時には、断熱ユニット５１、５４、５７、６０からの排気量を増加させ、全体の断熱性能を上げて使用するようにする。一方、低温プロセスでの熱処理装置２の使用時、又は熱処理装置２自体が高温であることを許容する状態では、各断熱ユニット５１、５４、５７、６０からの排気量を減少させ、全体の断熱性能を低下させて使用する。また、処理容器４内の昇降温スピードを揃えたい場合には、処理容器４のボトム側にある断熱ユニット５１、５７、６０からの排気量を増加させて断熱性能を向上させる一方、トップ側にある断熱ユニット５１、５４からの排気量を減少させて断熱性能を低下させて使用する。これは、一般的に、ボトム側からの熱の流出が大きく、トップ側の熱の流出は小さいため、ボトム側の断熱性能をトップ側より高めた方が、昇降温スピードは均一化されるからである。更に、制御し難いゾーンにある断熱ユニット５１、５４、５７、６０だけ制御し易くなるように断熱性能を低下させる筒、用途に応じて種々の使用方法が可能である。このように、領域毎に分割された断熱ユニット５１、５４、５７、６０を設けるとともに、この排気量を個別に制御して断熱能力を個別に調整可能とすることにより、用途に応じた柔軟で多様な使用方法が可能となる。

図２に示すように、ヒータエレメント４８が領域毎に分割して構成され、複数設けられている場合、断熱ユニット５１、５４は、ヒータエレメント４８に１対１に対応させて設けるようにしてもよい。これにより、各ヒータエレメント４８に対応して各断熱ユニット５１、５４の断熱能力を調整することができ、より高精度な断熱能力の制御を行うことができる。

なお、かかる制御は、制御部１００で行うようにしてよい。制御部１００は、真空ポンプ９０の排気量及びバルブ７０のバルブ開度を調整可能に構成される。制御部１００は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置）、メモリ等を備え、プログラムを読み込むことにより動作するプロセッサとして構成されてもよいし、特定の用途に開発されたＡＳＩＣ（Application Specified Integrated Circuit）等の集積回路で構成されてもよい。また、制御部１００がバルブ７０を制御する場合には、バルブ７０は電磁バルブとして構成することが好ましい。

次に、図３〜６を用いて、断熱ユニット５１、５４、５７、６０の種々の構成例について説明する。上述のように、断熱ユニット５１を代表例として採り上げて説明する。

図３は、第１の構成例に係る断熱ユニット５１０を示した図である。第１の構成例に係る断熱ユニット５１０は、ケーシング５２と、ケーシング５２内に収容されたリフレクター５３０を有する。リフレクター５３０は、光を反射して遮光し、断熱性能を向上させるための手段であり、遮光手段として機能する。例えば、鉛直方向に中心軸を有する円筒形状のリフレクター５３０を収容することにより、ヒータエレメント４８からの輻射熱を反射し、断熱ユニット５１０の断熱性能を向上させることができる。なお、リフレクター５３０は、遮光機能を有すれば、種々の材料から構成されてよいが、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｔやこれらの金属を含む合金等、又はＳｉＣ、ＴｉＯ_２等から構成されてもよい。更に、図３においては、板状のリフレクター５３０が複数枚、具体的には２枚、ケーシング５２内に設けられた例が示されているが、リフレクター５３０の代わりに、上述のＡｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｔやこれらの金属を含む合金等、又はＳｉＣ、ＴｉＯ_２等の材料からなる反射層を石英のケーシング５２に直接溶射等でコーティングし、これを反射による遮光で断熱能力を高める遮光手段として機能させてもよい。

なお、第１の構成例に係る断熱ユニット５１０には、断熱材が設けられていないが、ケーシング５２の内部を真空排気することにより、断熱能力は十分高めることができる。つまり、真空排気により、ケーシング５２の内部の分子を排気し、対流を減少させるとともに、分子の熱運動を減少させることができ、断熱ユニット５１０の断熱能力を高めることができる。

図４は、第２の構成例に係る断熱ユニット５１１を示した図である。第２の構成例に係る断熱ユニット５１１は、複数に分割された断熱材５３１と、リフレクター５３０とをケーシング５２の内部に備える。リフレクター５３０の両面を、断熱材５３１で挟むことにより、リフレクター５３０を保持することができる。図４においては、２枚のリフレクター５３０が、３個に分割された断熱材５３１に挟まれて保持された例が示されているが、リフレクター５３０の枚数及び断熱材５３１の個数は、用途に応じて適宜適切な数とすることができる。

なお、断熱材５３１には、従来から用いられているセラミックファイバーからなる断熱材５３１の他、セラミックアルミニウムからなる断熱材５３１、高性能のヒュームドシリカ系断熱材５３１等を、用途に応じて選択することができる。

図５は、第３の構成例に係る断熱ユニット５１２を示した図である。第３の構成例に係る断熱ユニット５１２は、断熱材５３２をケーシング５２内に収容して構成される。断熱材５３２は、上述のように、従来から用いられているセラミックファイバーからなる断熱材５３１の他、アルミナファイバーからなる断熱材５３１、高性能のヒュームドシリカ系断熱材５３１等を、用途に応じて選択することができる。

また、断熱材５３２には、ＳｉＯ_２、ＳｉＣ、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等の微粒子又はファイバーや、発砲石英等を用いてもよい。また、単体ではなく、複数の材料の組み合わせであってもよい。

図６は、第４の構成例に係る断熱ユニット５１３を示した図である。第４の構成例に係る断熱ユニット５１３では、ケーシング５２の完成品自体は他の構成例と同様であるが、ケーシング５２が箱体５２ａと蓋体５２ｂとを有し、箱体５２ａ内に断熱材５３３を収容してから、封止部５２ｃにおいて箱体５２ａと蓋体５２ｂとを溶接接合して断熱ユニット５１３を形成する。そして、ケーシング５２の封止（溶接接合）を行う際、断熱材５３３の耐熱性が不十分であると、断熱材５３３の断熱能力が損なわれてしまうことから、封止部５２ｃの付近に耐熱性の高い断熱材５３５を配置した構成の断熱材５３３を用いている。なお、断熱材５３３の大半を示す断熱材５３４には、例えば、ヒュームドシリカ系高性能断熱材を用い、耐熱性の高い断熱材５３５として、アルミナファイバーからなる断熱材を用いるようにしてもよい。

なお、図４〜６に示したように、断熱材５３１〜５３３がケーシング５２の内部に設けられている場合には、必要に応じて、断熱材５３１〜５３３とケーシング５２の内周面との間に所定のクリアランスが設けられてもよいし、更にクリアランスに緩衝剤が充填されていてもよい。

図７は、本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置の一例の真空排気構造を示した図である。図７において、断熱ユニット５１のケーシング５２に排気管７０がフランジ７１を介して連通接続され、バルブ８０を介して真空ポンプ９０に接続された構成が示されている。排気管７０に設置されたバルブ８０を開閉するとともに、バルブ開度でケーシング５２内の圧力を調整可能な構造とされている。バルブ８０は単体で設けられても、複数設けられてもよい。例えば、バルブ８０を２個設けた場合、開閉用と圧力調整用に分けることも可能である。また、排気用ラインを、排気管７０又はケーシング５２に設置してもよい。図７において、仮想的に、排気用ラインを排気管７０、ケーシング５２に設置した例が破線で示されている。

第１の実施形態に係る熱処理装置によれば、複数に分割された断熱ユニット５１、５４、５７、６０を処理容器４及びヒータユニット４８の周囲に配置し、断熱ユニット５１、５４、５７、６０の各々を個別に真空排気可能に構成することにより、各断熱ユニット５１、５４、５７、６０の断熱能力を個別に制御することができる。

図８は、本発明の第２の実施形態に係る熱処理装置の一例の構成を示した図である。第２の実施形態に係る熱処理装置３は、処理容器４と、ヒータエレメント４８とを一体化した構成を有する。図８において、処理容器４と、断熱ユニット５１４とが示されており、他の構成要素は省略されている。他の構成要素は、実施形態１に係る熱処理装置２と同様であってよく、図８には、実施形態１に係る熱処理装置２と異なる部分のみ示す。

ヒータエレメント４８は、カーボンワイヤーヒータが用いられ、ヒータエレメント４８が石英保護管４９で覆われた構成を有する。処理容器４も石英で構成されているので、石英保護管４９は、処理容器４に溶接接合等で容易に取り付けることができる。このように、処理容器４と、ヒータエレメント４８とを、一体的に構成してもよい。また、断熱ユニット５１４は、石英のケーシング５２内に、断熱部材５３５とともにヒータエレメント４８及び石英保護管４９を収容している。このように、断熱ユニット５１４内に断熱部材５３５のみならず、ヒータエレメント４８及び石英保護管４９を収容する構成としてもよい。

かかる一体化構成により、部品点数を削減することができる。また、処理容器４側にヒータエレメント４８を固定できるので、ヒータエレメント４８が断線したときの交換がし易くなるというメインテナンス上の利点もある。更に、部品点数の削減とともに、熱処理装置３のスペースを削減することができる。

なお、断熱材等の断熱部材５３６は、図８に示すように、石英保護管４９の外周面に沿うような波型の形状に構成してもよいし、他の構成としてもよい。

また、石英保護管４９に収容されたヒータエレメント４８を処理容器４に接合させず、組み立て式として処理容器４の外周面上に固定してもよい。更に、ヒータエレメント４８は、カーボンワイヤーヒータに限らず、処理容器４と接合や組み付けする一体化が可能であれば、例えば金属、セラミックエレメント等の種々の材料からなるヒータエレメント４８を使用することができる。

なお、図８には図示していないが、各断熱ユニット５１４には、個別の排気管７０、バルブ８０、共通排気管７２、真空ポンプ９０が接続され、個々に断熱能力の調整が可能に構成される。この点は、第１の実施形態に係る熱処理装置２と同様である。

図９は、第２の実施形態に係る熱処理装置３の部分的変形例を示した図である。図９は、図８と同様に、ヒータエレメント４８は、石英保護管４９に覆われて処理容器４と一体化されて構成されているが、断熱ユニット５１５が、ヒータエレメント４８及び石英保護管４９を収容しておらず、ヒータエレメント４８及び石英保護管４９の外部に設けられている例を示している。このように、断熱ユニット５１５は、ヒータエレメント４８を取り込まず、ヒータエレメント４８と別体として構成されてもよい。なお、断熱ユニット５１５は、ケーシング５２０の内部に断熱部材５３７を収容しており、基本的構成は今まで説明した断熱ユニット５１、５４、５７、６０と同様である。図９に示す構成の場合も、処理容器４、ヒータエレメント４８、石英保護管４９及び断熱ユニット５１５は一体的に構成され、図８の場合と同様に、部品点数の削減、ヒータエレメント４８の断線時の交換の容易性、及び省スペースという利点を有する。

図１０〜１２は、本発明の実施形態２に係る熱処理装置３のヒータエレメント４８の種々の構成例を示した図である。

図１０は、第１の構成例に係るヒータエレメント４８０を示した図である。図１０に示すように、第１の構成例に係るヒータエレメント４８０は、処理容器４の周囲に螺旋状に巻回して設けられてもよい。

図１１は、第２の構成例に係るヒータエレメント４８１を示した図である。図１１に示すように、第２の構成例に係るヒータエレメント４８１は、処理容器４の周囲に１回巻回されてから鉛直方向に移動するつづら折りに構成され、分割領域の全体をカバーするように設けられてもよい。

図１２は、第３の構成例に係るヒータエレメント４８２を示した図である。図１２に示すように、第３の構成例に係るヒータエレメント４８２は、処理容器４の周囲に、分割領域を縦に波打って移動する波型に構成され、分割領域の全体をカバーするように設けられてもよい。

図１０〜１２に示したように、ヒータエレメント４８０〜４８２の形状は、用途に応じて種々の構成とすることができる。

図１３〜２３は、第１及び第２の実施形態に係る熱処理装置２、３の双方に適用可能な断熱ユニットの種々の積載構成例を示した図である。

図１３は、第１の構成例に係る断熱ユニット５１００、５１０１の積載構造を示した図である。図１３において、上段の断熱ユニット５１００は、外側に下方に突出した突出部５１００ａを有し、下段の断熱ユニット５１０１は、内側に上方に突出した突出部５１０１ａを有する。そして、突出部５１００ａ、５１０１ａ同士が係合し、段違いの構造で下段の断熱ユニット５１０１の上に上段の断熱ユニット５１００が積載された構造となっている。かかる段違い構造により、断熱ユニット５１００、５１０１の境界面からの熱漏れを抑制することができる。つまり、断熱ユニット５１００、５１０１同士の境界面が直線的でなくなり、熱の流出経路が長くかつ複雑になるため、熱漏れを効果的に抑制することができる。

図１４は、第２の構成例に係る断熱ユニット５１０２、５１０３の積載構造を示した図である。第２の構成例に係る断熱ユニット５１０２、５１０３は、外形的には第１の構成例に係る断熱ユニット５１００、５１０１と同一の形状を有する。よって、上段の断熱ユニット５１０２は、外側に下方に突出した突出部５１０２ａを有し、下段の断熱ユニット５１０３は、内側に上方に突出した突出部５１０３ａを有する。そして、突出部５１０２ａ、５１０３ａ同士が係合し、段違いの構造で下段の断熱ユニット５１０３の上に上段の断熱ユニット５１０２が積載された構造となっている点で、第１の構成例に係る断熱ユニット５１００、５１０１と共通する。第２の構成例に係る断熱ユニット５１０２、５１０３は、内部にリフレクター５１０４を備える点で、第１の構成例に係る断熱ユニット５１００、５１０１と異なっている。なお、リフレクター５１０４の両面を、断熱材５１０５が挟んで支持してよい点は、図４で説明した通りである。第２の構成例に係る断熱ユニット５１０２、５１０３によれば、第１の構成例に係る断熱ユニット５１００、５１０１と同様に、段違い構造により、断熱ユニット５１０２、５１０３の境界面からの熱漏れを抑制することができるとともに、リフレクター５１０４による遮光で更に断熱機能を高めることができる。

図１５は、第３の構成例に係る断熱ユニット５１０６、５１０７の構造を示した図である。第３の構成例に係る断熱ユニット５１０６、５１０７は、形状的及び構造的には第１の構成例に係る断熱ユニット５１００、５１０１と同様の形状及び構造を有する。よって、上段の断熱ユニット５１０６は、外側に下方に突出した突出部５１０６ａを有し、下段の断熱ユニット５１０７は、内側に上方に突出した突出部５１０７ａを有する。そして、突出部５１０６ａ、５１０７ａ同士が係合し、段違いの構造で下段の断熱ユニット５１０７の上に上段の断熱ユニット５１０７が積載された構造となっている点で、第１及び第２の構成例に係る断熱ユニット５１００、５１０１と共通する。第３の構成例に係る断熱ユニット５１０６、５１０７は、各々の外周面が、係合面も含めて総てケーシング５１０８で覆われている点で、係合面のケーシングが共通している第１の構成例に係る断熱ユニット５１００、５１０１と異なっている。

図１５（ａ）は、第３の構成例に係る断熱ユニット５１０６、５１０７の個々の構造を示した図であり、図１５（ｂ）は、第３の構成例に係る断熱ユニット５１０６、５１０７の積載構造を示した図である。図１５（ａ）に示されるように、個々の断熱ユニット５１０６、５１０７は完全に独立している。図１５（ｂ）に示されるように、断熱ユニット５１０６、５１０７を積載した場合には、両者の境界面が二重のケーシング５１０８構造となる。このように、個々の断熱ユニット５１０６、５１０７を完全にブロック化して独立させ、積載させて組み立てる方式としてもよい。作用効果は、第１の構成例と同様であるので、その説明を省略する。

図１６は、第４の構成例に係る断熱ユニット５１０９の構造を示した図である。第４の構成例に係る断熱ユニット５１０９は、内部の断熱材５１１０、５１０１の形状としては、第１の構成例に係る断熱ユニット５１００、５１０１と同様の形状を有する。よって、上段の断熱材５１１０は、外側に下方に突出した突出部５１１０ａを有し、下段の断熱材５１１１は、内側に上方に突出した突出部５１１１ａを有する。そして、突出部５１１０ａ、５１１１ａ同士が係合し、段違いの構造で下段の断熱ユニット５１１１の上に上段の断熱ユニット５１１０が積載された構造となっている点で、第１の構成例に係る断熱ユニット５１００、５１０１と共通する。第４の構成例に係る断熱ユニット５１０９は、ケーシング５１１２が１個であり、これが積層構造の断熱材５１１０、５１１１の双方を共通に１個のブロックとして覆っている点で、第１の構成例に係る断熱ユニット５１００、５１０１と異なっている。このように、ケーシング５１１２の強度が十分強ければ、１つのケーシング５１１２で複数の積層構造の断熱材５１１０、５１１１を収容してもよい。この場合、収容する断熱材５１１０、５１１１の数は、２個に限らず、更に多数個であってもよい。

図１７は、第５の構成例に係る断熱ユニット５１１３、５１１４の積載構造を示した図である。図１７において、上段の断熱ユニット５１１３は、中央部に下方に突出した凸部５１１３ａを有し、下段の断熱ユニット５１１３は、対応する中央部に下方に窪んだ凹部５１１４ａを有する。そして、凸部５１１３ａと凹部５１１４ａ同士が係合し、段違いの構造で下段の断熱ユニット５１１４の上に上段の断熱ユニット５１１３が積載された構造となっている。かかる段違い構造により、断熱ユニット５１１３、５１１４の境界面からの熱漏れを抑制することができる。つまり、断熱ユニット５１１３、５１１４同士の境界が直線的でなくなり、熱の流出経路が長くかつ複雑になるため、熱漏れを効果的に抑制することができる。なお、第５の構成例に係る断熱ユニット５１１３、５１１４においても、第１の構成例に係る断熱ユニット５１００、５１０１を変形した第２〜第４の構成例に係る断熱ユニット５１０２、５１０３、５１０６、５１０７、５１０９のような変形が可能である。

図１８は、第６の構成例に係る断熱ユニット５１１５、５１１６の積載構造を示した図である。図１８において、上段の断熱ユニット５１１５は、内側に下方に突出した傾斜部５１１５ａを有し、下段の断熱ユニット５１１６は、外側に上方に突出した傾斜部５１１６ａを有する。そして、傾斜部５１１５ａ、５１１６ａ同士が互いの斜面で係合し、傾斜構造で下段の断熱ユニット５１１６の上に上段の断熱ユニット５１１５が積載された構造となっている。かかる傾斜構造により、断熱ユニット５１１５、５１１６の境界面からの熱漏れを抑制することができる。つまり、断熱ユニット５１１５、５１１６同士の境界面が水平面でなくなり、熱の流出経路が長くなるとともに、水平面と交わる面になるため、熱漏れを効果的に抑制することができる。なお、第６の構成例に係る断熱ユニット５１１５、５１１６においても、第１の構成例に係る断熱ユニット５１００、５１０１を変形した第２〜第４の構成例に係る断熱ユニット５１０２、５１０３、５１０６、５１０７、５１０９のような変形が可能である。

図１９は、第７の構成例に係る断熱ユニット５１１７、５１１８の積載構造を示した図である。図１９において、上段の断熱ユニット５１１７は、内側に下方に突出した突出部５１１７ａを有し、下段の断熱ユニット５１１８は、対応する内側に上方に突出した突出部５１１８ａを有する。そして、突出部５１１７ａ、５１１８ａ同士が接触するとともに、形成された外側の隙間に挿入部材５１０８が挿入され、挿入部材５１０８による段違いの構造を有しつつ、下段の断熱ユニット５１１８の上に上段の断熱ユニット５１１７が積載された構造となっている。かかる挿入部材５１０８により形成された段違い構造により、断熱ユニット５１１７、５１１８の境界面からの熱漏れを抑制することができる。つまり、断熱ユニット５１１７、５１１８同士の境界面を遮るように挿入部材５１０８が挿入され、熱の流出経路が長くかつ複雑になるため、熱漏れを効果的に抑制することができる。なお、第７の構成例に係る断熱ユニット５１１７、５１１８においても、第１の構成例に係る断熱ユニット５１００、５１０１を変形した第２〜第４の構成例に係る断熱ユニット５１０２、５１０３、５１０６、５１０７、５１０９のような変形が可能である。

図２０は、第８の構成例に係る断熱ユニット５１２０、５１２１の積載構造を示した図である。図１３において、上段の断熱ユニット５１２０は、内側及び外側の双方に下方に突出した突出部５１２０ａを有し、下段の断熱ユニット５１２１は、対応する内側及び外側の双方に上方に突出した突出部５１２１ａを有する。そして、突出部５１２０ａ、５１２１ａ同士が接触するとともに、形成された中央の隙間に挿入部材５１２２が挿入され、挿入部材５１２２による段違いの構造を有しつつ、下段の断熱ユニット５１２１の上に上段の断熱ユニット５１２０が積載された構造となっている。かかる挿入部材５１２２により形成された段違い構造により、断熱ユニット５１２０、５１２１の境界面からの熱漏れを抑制することができる。つまり、断熱ユニット５１２０、５１２１同士の境界面を遮るように挿入部材５１２２が挿入され、熱の流出経路が長くかつ複雑になるため、熱漏れを効果的に抑制することができる。なお、第８の構成例に係る断熱ユニット５１２０、５１２１においても、第１の構成例に係る断熱ユニット５１００、５１０１を変形した第２〜第４の構成例に係る断熱ユニット５１０２、５１０３、５１０６、５１０７、５１０９のような変形が可能である。

図２１は、第９の構成例に係る断熱ユニット５１２３、５１２４の積載構造を示した図である。図１３において、上段の断熱ユニット５１２３に隣接して挿入部材５１２５、下段の断熱ユニット５１２４に隣接して挿入部材５１２６が設けられ、断熱ユニット５１２３、５１２４同士の境界面と、挿入部材５１２５、５１２６同士の境界面の高さが異なり、段違い構造を形成している。かかる断熱ユニット５１２３、５１２４及び挿入部材５１２５、５１２６により形成された段違い構造により、断熱ユニット５１２５、５１２６の境界面からの熱漏れを抑制することができる。つまり、断熱ユニット５１２５、５１２６同士の境界面を遮るように挿入部材５１２６が設けられ、熱の流出経路が長くかつ複雑になるため、熱漏れを効果的に抑制することができる。なお、第１０の構成例に係る断熱ユニット５１２３、５１２４においても、第１の構成例に係る断熱ユニット５１００、５１０１を変形した第２〜第４の構成例に係る断熱ユニット５１０２、５１０３、５１０６、５１０７、５１０９のような変形が可能である。

図２２は、第１０の構成例に係る断熱ユニット５１２７の構造を示した断面図である。第１０の構成例に係る断熱ユニット５１２７は、上下方向ではなく、処理容器４及びヒータエレメント４８の周方向において複数に分割された構造を有する。図２１においては、４個の円弧状の断熱ユニット５１２７で、環状の形状を構成し、処理容器４及びヒータユニット４８を覆うことができる構造となっている。また、断熱ユニット５１２７は、内周側の突起部５１２７ａと、外周側の突起部５１２７ｂが両端に形成され、突起部５１２７ａと突起部５１２７ｂとが係合し、隣接する同一形状の断熱ユニット５１２７同士が係合している。隣接する断熱ユニット５１２７とは、水平方向において係合し、境界面は、鉛直方向に延びる面となる。このように、処理容器４及びヒータユニット４８の周方向において、この一部をカバーする断熱ユニット５１２７同士を水平方向に係合させ、処理容器４及びヒータユニット４８の周囲を覆うように断熱ユニット５１２７を構成してもよい。なお、境界面は、処理容器４の中心から半径方向に放射状に延びる方向と交わる方向に延びる面が存在するので熱の漏れを防止することができる。

図２３は、第１１の構成例に係る断熱ユニット５１２８の構造を示した断面図である。第１１の構成例に係る断熱ユニット５１２８も、第１０に係る断熱ユニット５１２７と同様に、上下方向ではなく、処理容器４及びヒータエレメント４８の周方向において複数に分割された構造を有する。図２２においては、４個の縦長の板状の断熱ユニット５１２８で、正方形を構成し、処理容器４及びヒータユニット４８を覆うことができる構造となっている。また、断熱ユニット５１２８は、突起部５１２８ａが両端に形成され、隣接する同一形状の断熱ユニット５１２８同士で係合している。隣接する断熱ユニット５１２８とは、水平方向において係合し、境界面は、鉛直方向に延びる面となる。このように、断熱ユニット５１２８は、円筒形状のみならず、四角柱等の角柱状に形成してもよい。また、第１１の構成例に係る断熱ユニット５１２８においても、境界面は、処理容器４の中心から半径方向に放射状に延びる方向と交わる方向に延びる面が存在するので熱の漏れを防止することができる。

図２２、２３に示したように、断熱ユニット５１２７、５１２８は、上下方向のみならず、処理容器４及びヒータエレメント４８の周方向を囲む方向に分割して構成することができ、また、その形状も、円筒形、角柱形等、種々の形状とすることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

２、３ 熱処理装置
４ 処理容器
６ 外筒
８ 内筒
１４ キャップ部
２６ 保温部
２８ ウエハボート
４８、４８０〜４８２ ヒータエレメント
４９ 石英保護管
５０ 断熱カバー部
５１、５４、５７、６０、５１０〜５１５ 断熱ユニット
５２、５５、５８、６１、５２０ ケーシング
５３、５６、５９、６２、５３６、５３７ 断熱部材
５３０ リフレクター
５３１〜５３５ 断熱材
７０、７２ 排気管
８０ バルブ
９０ 真空ポンプ
１００ 制御ユニット
Ｗ ウエハ

Claims (23)

1. 処理容器と、
   該処理容器の周囲に設けられた発熱体と、
   該発熱体の周囲に、該発熱体の異なる領域をカバーするように分割して設けられた複数の断熱手段と、
   該複数の断熱手段の各々に接続された複数の排気管と、
   該複数の排気管に接続された真空排気手段と、を有する熱処理装置。
2. 前記複数の排気管の各々には、個々に圧力調整が可能な圧力調整手段が設けられている請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記断熱手段は、石英のケーシングを有する請求項１又は２に記載の熱処理装置。
4. 前記断熱手段は、遮光手段を備えている請求項３に記載の熱処理装置。
5. 前記遮光手段は板状のリフレクターからなり、前記ケーシング内に収容されている請求項４に記載の熱処理装置。
6. 前記リフレクターは、前記ケーシング内に複数枚収容されている請求項５に記載の熱処理装置。
7. 前記遮光手段は、反射層として前記ケーシングにコーティングされている請求項４又は５に記載の熱処理装置。
8. 前記遮光手段は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｔ及びこれらを含む合金、ＳｉＣ又はＴｉＯ_２からなる請求項４乃至７のいずれか一項に記載の熱処理装置。
9. 前記断熱手段は、前記ケーシング内に断熱材を有する請求項３乃至８のいずれか一項に記載の熱処理装置。
10. 前記断熱手段は、前記ケーシング内に断熱材を有し、
    前記遮光手段は、反射層として前記断熱材にコーティングされている請求項４に記載の熱処理装置。
11. 前記断熱材は、ヒュームドシリカ系断熱材を含む請求項９又は１０に記載の熱処理装置。
12. 前記ケーシングは箱体と蓋体とが溶接接合されて形成され、
    溶接接合部付近の前記断熱材は、前記ヒュームドシリカ系断熱材よりも耐熱性が高い断熱材が使用されている請求項１１に記載の熱処理装置。
13. 前記断熱手段は、前記ケーシング内に複数のバルク状の断熱材を有し、該複数のバルク状の断熱材で前記リフレクターを挟んで前記リフレクターを保持する請求項５又は６に記載の熱処理装置。
14. 前記断熱手段は、前記処理容器の下部に更に設けられている請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の熱処理装置。
15. 前記発熱体は、前記処理容器の外周面に一体的に取り付けられている請求項３乃至１４のいずれか一項に記載の熱処理装置。
16. 前記処理容器は石英から構成され、
    前記発熱体は、石英保護管で覆われた金属ヒータ、セラミックヒータ又はカーボンワイヤーヒータであり、
    前記石英保護管が前記処理容器に接合されることにより前記発熱体が前記処理容器の前記外周面に一体的に取り付けられる請求項１５に記載の熱処理装置。
17. 前記処理容器は石英から構成され、
    前記発熱体は、石英保護管で覆われた金属ヒータ、セラミックヒータ又はカーボンワイヤーヒータであり、組み立て式で前記処理容器の外周面に固定されている請求項１５に記載の熱処理装置。
18. 前記ケーシングは、前記発熱体を収容する請求項１５又は１６に記載の熱処理装置。
19. 前記ケーシングは、前記石英保護管の外周面に一体的に接合される請求項１６に記載の熱処理装置。
20. 前記発熱体は、前記異なる領域毎に分割されて複数設けられ、
    前記断熱手段は、複数の前記発熱体に１対１に対応して設けられる請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の熱処理装置。
21. 前記複数の断熱手段は、上下に積み重ねられて配置された分割箇所を含み、
    該分割箇所は、境界面が縦方向の成分を含む形状又は他の挿入部材により遮断される形状を有するように係合される請求項１乃至２０のずれか一項に記載の熱処理装置。
22. 前記複数の断熱手段は、前記発熱体の周方向において前記発熱体の異なる領域をカバーするように分割された請求項１乃至２０のいずれか一項に記載の熱処理装置。
23. 前記発熱体の昇温時には前記排気手段の排気量を増加させ、前記発熱体の降温時には前記排気手段の排気量を減少させる制御を行うとともに、前記処理容器内の温度分布に基づいて前記複数の断熱手段の各々に対応して設けられた前記圧力調整手段を個別に制御する制御手段を更に有する請求項２乃至２２のいずれか一項に記載の熱処理装置。

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