JP2974030B2 - 熱処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体ウェハ製造工程の熱処理装置に関す
る。

［従来の技術］ 従来から、半導体ウェハ製造工程におけるCVD装置、
エピタキシャル装置、酸化膜形成装置、拡散装置等の成
膜装置にはバッチ式熱処理装置が多用されている。この
熱処理装置は、半導体ウェハを多数支持した石英製のウ
ェハボートが収容される反応管と、この反応管の外周に
巻回されるコイルヒータと、これらを被覆する断熱材等
を備え、反応管内に反応ガスを供給して800〜1200℃の
温度で半導体ウェハ上の成膜を行うものである。このよ
うな熱処理装置の反応管は例えば2mと長いものであっ
て、管軸に垂直に所定の間隔で積層されて配置された半
導体ウェハを処理するのであるが、半導体ウェハの高集
積化、大口径化が進むにつれ、膜厚が高精度に均一であ
ること、即ち、成膜速度を一定にするための反応管内の
温度均一が重要な問題となっている。

［発明が解決しようとする課題］ このような問題に対処すべく反応管内の温度分布を均
一にするため、コイルヒータをいくつかのゾーンに分割
し、各ゾーンに対して適宜加熱温度の調整を行うことが
できるよう、供給電量の増減を行うようにしている。し
かしながら、コイルヒータの端子引出し部は断熱材を貫
通して設けられるため、この端子引出し部を通って熱の
逃げが生じてしまい、例えば1000℃で±３℃の断面温度
差が生じ、この温度分布を除去するのは容易なことでは
なかった。そのため、コイルヒータに一端を接続された
端子引出し線を断熱材中でこの部位から屈曲させ、管軸
方向に沿って変位させ、この変位させた部位から断熱材
外に引出すようにしたり、あるいは断熱材層が薄い場合
は、この部分に断熱材層を加え、厚くして上記のように
引出し部位を変位させていた（実公平１−20640号、実
公昭53−40761号公報）。また、この引出し部に接続さ
れる電流供給導線との熱伝導を遮断するため、引出し部
の中間に断面積の小さい部分を設け、この部分で発熱さ
せたりしていた（実公平１−34866号公報）。

しかしながら、これらの端子引出し部は、良導体で構
成されているため、コイルヒータとの温度差は非常に大
きくコイルヒータからの熱の逃げは避けられないもので
あり、1200℃の加熱温度においては断面温度分布が生じ
てしまい、断面均熱は十分でなかった。

本発明は上記の欠点を解消するためになされたもので
あって、コイルヒータの端子引出し部から生ずる反応管
内の温度分布をなくし、高精度に均一な断面温度を保持
し、高品位な半導体ウェハの成膜可能な熱処理装置を提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達接するため、本発明の熱処理装置は、
反応管と、反応管の外周に設けられたコイルヒータと、
反応管及びコイルヒータを被覆する断熱材と、断熱材を
貫通して設けられたコイルヒータの端子引出し部とを備
えた熱処理装置において、端子引出し部はコイルヒータ
の単位長さの発熱量以上の発熱量を有する抵抗発熱体で
構成したものである。

さらに、抵抗発熱体は、網線または撚線であってもよ
く、好もしくは、コイルヒータとの接続部位と、断熱材
からの引出し部位が反応管の長手方向に変位してなるも
のである。

［作用］ 熱処理装置は、反応管と、反応管の外周に設けられる
コイルヒータと、コイルヒータからの熱が反応管を効率
よく加熱するよう断熱材と、断熱材を貫通する端子引出
し部等から成っている。

そのため、コイルヒータに供給する電流は、断熱材を
貫通して設けられる端子引出し部を介して供給されるよ
うになっている。この端子引出し部にコイルヒータの単
位長さあたりの発熱量と同程度もしくはそれ以上の発熱
量を有する抵抗発熱体を設け、端子引出し部を積極的に
加熱することにより端子引出し部からの熱の逃げを防止
することができる。従って、反応管内の軸方向のみでな
く、断面においても温度の不均一を生じることがない。
そのため、高精度に均一な半導体ウェハを製造すること
ができる。

また、端子引出し部の抵抗発熱体を網線または撚線と
することで発熱により膨張した体積変化を断熱材層中で
網線または撚線が変形して吸収できる。そのため、耐久
性も向上させることができる。

［実施例］ 本発明の熱処理装置を適用した一実施例を図面を参照
して説明する。

第１図に示すバッチ式縦型熱処理装置１は、半導体ウ
ェハを複数枚水平に支持したウェハボート３が内部に配
置される反応管４を備える。反応管４はウェハボート３
の搬入出を行う開口部５を有し、開口部５を開閉する蓋
体６、開口部５の反対側に反応ガス供給系（図示せず）
に接続された反応ガス供給口７及び開口部５の近傍に排
気系（図示せず）に接続された排気口８を備える。この
反応管４の外周にはコイルヒータ９が端子引出し部91、
92、93及び94を有して３つのゾーン95、96及び97に分割
されて半導体ウェハ配列領域を均熱にする制御が可能に
設けられる。電力を供給する端子引出し部91、92、93及
び94はコイルヒータ９の外周に設けられる断熱材10を貫
通して図示しない外部電源に接続される。端子引出し部
91、92、93及び94は、第２図に示すようにコイルヒータ
９と同じ材質でコイルヒータ９の外径と同じかあるいは
それより細い外径（例えばコイルヒータ９の外径がφ9m
mであればφ９〜8mm）を有する抵抗発熱体であるクラン
ク管11と、さらにこのクランク管11に接続される同じく
抵抗発熱体から成る板状体12とから成っている。クラン
ク管11は断熱材10中で屈曲され、コイルヒータ９に接続
される部位13と断熱材10から突出する部位14が反応管の
長手方向に変位（例えば50〜150mm）して形成される、
この変位量はコイルヒータ９の加熱温度や、断熱材10の
厚さ等により適宜選択され得る。クランク管11はコイル
ヒータ９及び板状体12に溶接される。板状体12はクラン
ク管11より大きな断面積（例えば6mm×30mm）を有し、
長さ50mm以上に形成され、他端に図示しない導線がねじ
止めされている。

ここで、コイルヒータ９の材質は、例えばFeCrAlやMo
Si₂等の抵抗発熱体であって、端子引出し部91〜94を構
成するクランク管11や板状体12もこのような抵抗発熱体
で形成される。端子引出し部をコイルヒータと同じよう
な抵抗発熱体で形成することにより、コイルヒータと同
程度に発熱し、端子引出し部を積極的に加熱することで
端子引出し部から熱の逃げを無くし反応管内の温度低下
を防止する。

以上のような構成の熱処理装置の作用を説明する。半
導体ウェハ２を支持したウェハボート３が反応管４の開
口部５から挿入され蓋体６が閉じられると、排気系によ
り反応管４内が減圧される。コイルヒータ９の端子引出
し部91〜94を介して各ゾーン95、96、97により所望の電
流が供給されるよう調整された電流がコイルヒータ９に
供給されコイルヒータ９の発熱のため反応管４が加熱さ
れる。この時、コイルヒータ９の各ゾーン95、96、97に
はそれぞれ板状体12及びクランク管11を通過して電流が
供給されるが、クランク管11はコイルヒータ９の断面と
同じか小さいため、コイルヒータ９と同じまたはより高
く発熱し、しかもクランク管11のコイルヒータ９の接続
部位13と断熱材10から突出する部位14とが変位している
ため、より熱の逃げが起こりにくい。従来の断面の温度
分布が±３℃前後生じてしまったものを±1.2℃に減少
することができ、しかもクランク管11はクランク管11の
断面より大きい断面を有する板状体12を介して導線に接
続されるため、クランク管11の発熱を緩衝し導線の熱に
よる劣化を防ぐことができる。

他の実施例として、クランク管とコイルヒータとの接
続方法は、コイルヒータを切断し、クランク管11を挟持
するようにしてもよい。また、屈曲したクランク管11を
用いず、この部分を直管にしても同様の効果を得ること
ができる。

さらに、他の実施例として、端子引出し部のクランク
管を第３図及び第４図に示すように細線15の網線16や撚
線17で形成してもよい。細線15はコイルヒータを同様の
単位長さあたりの発熱量を有する抵抗発熱体であるため
この網線16や撚線17を介してコイルヒータに電流を供給
すれば、同温度もしくはそれ以上の温度に発熱する。し
かも細線15の集合体であるため、端部をコイルヒータと
板状態に溶接され固定されていても加熱による熱膨張は
断熱材内で柔軟に変形できるため吸収されて固定部分に
応力がかかることがない。

上記の説明は本発明の一実施例の説明であって、本発
明は、これに限定されることはない。即ち、コイルヒー
タはFeCrAlで形成されるものとは限定されず、他の公知
のものであってよく、これに接続される端子の材質はコ
イルヒータと同じものでなくともよく、コイルヒータと
単位長さあたりの発熱量が同じもしくはそれ以上であれ
ば好適に使用できる。

［発明の効果］ 以上の実施例からも明らかなように、本発明の熱処理
装置のコイルヒータの端子引出し部をコイルヒータの単
位長さあたりの発熱量と同程度もしくはそれ以上の発熱
量を有するものとしたため、端子引出し部を積極的に加
熱して端子引出し部を通してコイルヒータの熱が逃げる
ことがない。そのため、反応管内の長手方向の均熱のみ
でなく断面均熱も高精度に保持することができる。従っ
て、半導体ウェハ上に形成される成膜の速度は一定であ
って、膜厚を均一にして高品位な半導体ウェハの製造を
行うことができる。しかも端子引出し部を抵抗発熱体の
細線の網線や撚線にすることで熱膨張による体積変化を
吸収し、端子接続部位の劣化を防止することができ、経
済的でもある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の熱処理装置を適用した一実施例の構成
図、第２図は第１図に示す一実施例の要部を示す図、第
３図及び第４図は他の実施例を示す図である。 １……熱処理装置 ４……反応管 ９……コイルヒータ 91、92、93、94……端子引出し部 15……細線 16……網線 17……撚線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/22 H01L 21/31

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反応管と、前記反応管の外周に設けられた
   コイルヒータと、前記反応管及び前記コイルヒータを被
   覆する断熱材と、前記断熱材を貫通して設けられた前記
   コイルヒータの端子引出し部とを備えた熱処理装置にお
   いて、前記端子引出し部は前記コイルヒータの単位長さ
   の発熱量以上の発熱量を有する抵抗発熱体で構成したこ
   とを特徴とする熱処理装置。
2. 【請求項２】前記抵抗発熱体は、網線または撚線である
   ことを特徴とする第１項記載の熱処理装置。
3. 【請求項３】前記抵抗発熱体は、前記コイルヒータとの
   接続部位と、前記断熱材からの引出し部位が前記反応管
   の長手方向に変位してなることを特徴とする第１または
   第２項記載の熱処理装置。