JP3020773B2 - 熱処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱処理装置に関し、特
に、被処理体を高温下で熱処理する際に用いる発熱体の
構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体ウエハ製造工程での各種
薄膜形成装置には、ＣＶＤ装置、エピタキシャル装置や
酸化膜形成装置あるいはドーピング装置の熱拡散装置等
の熱処理装置が用いられている。

【０００３】この種の半導体ウエハの各種熱処理に使用
される一般拡散型の熱処理装置は、被処理体である半導
体ウエハが配置される炉室を形成するプロセスチューブ
と、このプロセスチューブの外周に設けられる発熱抵抗
体と、この発熱抵抗体を包囲して設けられている断熱材
とを備え、この断熱材を介して上記発熱抵抗体が取り付
けられて支持されている。

【０００４】この場合の発熱抵抗体としては、一例とし
て、バッチ処理が可能な熱処理装置の場合でいうと、水
平方向でのスパイラル状に配線されたＦｅＣｒＡｌ製等
からなるヒータが用いられ、炉室内を例えば１２００℃
程度まで高温加熱するようになっている。また、断熱材
としては、一例として、セラミックスファイバ等が用い
られ、輻射熱および伝導熱として奪われる熱量を減少さ
せて効率良く加熱できるようになっている。

【０００５】ところで、縦型熱処理装置では、プロセス
チューブが縦方向で複数のゾーンに分割され、各ゾーン
での温度管理が行なわれるようになっている。これは、
発熱抵抗体への給電効率や温度分布の管理が異なること
に原因しており、このため、前記したスパイラル状の発
熱抵抗体も各ゾーンに対応して結線されていることがあ
る。しかしながら、このような配線を行なうと、各ゾー
ンの境界部で加熱されない部分が発生することが原因し
て安定した温度管理が行なえないことがある。そこで、
従来では、発熱抵抗体の配列方向を水平方向ではなく縦
方向に設定する構造が提案されている（例えば、特開平
４−１５５８２２号公報）。

【０００６】すなわち、上記公報によれば、発熱抵抗体
は、一本の線材を上下部でＵ字状に折返すとともにこの
折返し部を交互に長短状にした形状を有し、この折返し
部を上記各ゾーンの縦方向で相互に噛み合わせた状態に
配置されている。従って、縦方向で相互に噛み合う状態
に発熱抵抗体が配置されていることで各ゾーンの縦方
向、特に、境界部で加熱されない領域をなくして均一な
加熱ゾーンを形成することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、発熱抵抗体の
折返し部を各ゾーンの縦方向で相互に噛み合わせる状態
に配置する場合には、次のような問題があった。

【０００８】すなわち、相互に噛み合わせる場合には、
双方での発熱抵抗体の始端位置と終端位置とが相反する
位置に設定されてしまう。つまり、一方の発熱抵抗体の
始端位置が一方のゾーンの縦方向上部であると他方の発
熱抵抗体の始端位置はゾーンの縦方向で下部になる。こ
のような現象は、配列数にもよるが、一方の発熱抵抗体
の折返し部の数に合わせた配列を行なった場合には発熱
抵抗体の終端においても生じる。従って、給電用電源と
の間での接続のために始端および終端に接続される端子
の取付け位置が異なることでゾーン化されている炉室を
共通な形状とすることができない。このため、炉室の組
立て手順も共通化することができなくなることで組立工
数を低減することができない。特に、例えば、組立てロ
ボットにより炉室を組立てるような場合には、炉室の把
持位置を一々学習しなければならず、組立てに要する制
御内容も複雑になりかねない。しかも、始端および終端
位置は、端子の位置が折返し部の下部に位置した場合に
は、発熱抵抗体が熱膨張した場合に取付け位置が変化す
ることもあり、固定されている端子に剪断力が作用する
ことで折損してしまうことがある。

【０００９】また、縦方向で折返し部が相互に噛み合う
状態で発熱抵抗体を配置した場合には、各ゾーンの周方
向で始端および終端を一致させて配列すると、凸部と凹
部との数が双方で一致しなくなり、これによって双方で
発熱抵抗体の長さが異なることになる。従って、発熱低
抗体双方での抵抗値が異なることになるので給電量が一
致しなくなる。このため、発熱抵抗体は、共通した電源
部からの給電が行なえなくなり、この点からして、電源
部の数が増加することによる構造の複雑化は否めない。
このように、加工手順および組立て手順の違いによりコ
ストが低減できないという問題があった。

【００１０】そこで、本発明の目的とするところは、上
記従来の熱処理装置、特に発熱抵抗体における問題に鑑
み、組立手順および加工手順を共通化してコスト低減が
可能な構造を備えた熱処理装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、縦方向に沿って複数の被処
理体が配置される炉室を有し、その炉室の縦方向に沿っ
て複数の加熱ゾーンが形成されている縦型プロセスチュ
ーブを備えた熱処理装置において、上記各ゾーン毎で同
じ長さの線材が縦方向に延ばされて上下で交互にＵ字状
に折返されて連続する形状を設定され、その折返し部を
上記各ゾーン間での境界位置を越えて相互に入り込ませ
ることにより隣接するゾーン間での折返し部同士が噛み
合う状態に配列された発熱抵抗体を備え、上記発熱抵抗
体は、周方向での最終折返し部を上記各ゾーンの下部側
に位置させ、この最終折返し部を経由して各ゾーンの上
部側にて外部に延長された端部を備え、隣接するゾーン
間での一方が周方向に沿った上記折返し部の配列ピッチ
を異ならせてあることを特徴としている。

【００１２】請求項２記載の発明は、請求項１におい
て、上記一方の発熱抵抗体は、最端部側での配列ピッチ
が中央領域での配列ピッチと異なることを特徴としてい
る。

【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１におい
て、上記一方の発熱抵抗体は、最端側での配列ピッチが
中央領域での配列ピッチよりも大きく設定されているこ
とを特徴としている。

【００１４】

【作用】本発明では、隣接するゾーン間で折返し部を相
互に噛み合わせた双方の発熱抵抗体の端部間長さが同じ
に設定されている。これにより、双方での発熱抵抗体の
抵抗値を同じにして給電量を同じくすることが可能にな
るので、ゾーン毎で同一仕様の電源を用いることができ
る。

【００１５】しかも、発熱抵抗体の双方を同じ長さにし
た場合で、双方での最終折返し部を経由して外部に延長
されて電極端子が取付けられている端部が各ゾーン間で
同じ位置、具体的には、各ゾーンの上部に設定すること
ができる。つまり、折返し部を相互に噛み合わせた状態
で配置した場合には、一方が配列方向の最端側と中央領
域とで折返し部の配列の間隔を異ならせることで一方の
発熱抵抗体における端部および発熱抵抗体の端部とを各
ゾーン毎で統一位置とすることができる。従って、各ゾ
ーン毎での発熱抵抗体同士の端部位置を一致させること
が可能になるので、熱膨張による端子位置の変化を生じ
ることがなく、さらには、プロセスチューブのゾーン毎
での形状および組立て手順を共通化することができる。

【００１６】

【実施例】以下、図１乃至図４に示す実施例によって本
発明の詳細を説明する。

【００１７】図１は、半導体ウェハの酸化拡散処理に用
いられる熱処理装置を示している。

【００１８】この熱処理装置は、石英製のプロセスチュ
ーブ１０が例えばステンレススチールからなるベースプ
レート１２上に縦方向に立設支持されており、このプロ
セスチューブ１０の内側に炉室１４が形成されるように
なっている。また、上記プロセスチューブ１０はケーシ
ング３２内に納められるようになっている。

【００１９】このプロセスチューブ１０によって形成さ
れる炉室１４内には、保温筒１８に載置されたボート２
０が挿脱可能となっていて、このボート２０に多数枚の
被処理体である半導体ウェハ２２が水平に等間隔に配列
支持され、図示しない処理ガス供給源よりガスを供給し
半導体ウェハ２２に対して処理を実行可能となってい
る。なお、保温筒１８は、フランジキャップ２４上に搭
載され、このフランジキャップ２４は図示せぬエレベー
タアームに取り付けられて上下移動し、上記保温筒１８
及びボート２０を上下移動させるとともに、上記プロセ
スチューブ１０のボート挿入孔２６を密封しうるように
なっている。

【００２０】上記プロセスチューブ１０の外周には発熱
抵抗体３０が設けられており、この発熱抵抗体３０の外
側には発熱抵抗体３０を支持、包囲する断熱材３４が設
けられている。

【００２１】発熱抵抗体３０は、上記炉室１４内を例え
ばトップ、センター及びボトムの３ゾーンに分けて、そ
れぞれを好適な温度条件下で加熱し得るようにトップ
側、センター側及びボトム側のそれぞれの発熱抵抗体３
０ａ，３０ｂ，３０ｃにて構成されるような３ゾーン方
式を採用されている。なお、ゾーン分割は３ゾーンに限
らず５ゾーンなど適宜必要に応じて決めればよい。ま
た、断熱材３４も上記トップ、センター及びボトムの３
ゾーンに対応してトップ側、センター側及びボトム側の
それぞれの断熱部材３４ａ，３４ｂ，３４ｃに分割して
構成されている。

【００２２】さらに、これら断熱部材３４ａ，３４ｂ，
３４ｃは、円筒状のもので、半円筒状のものを２個組合
せて形成されるようになっており、これに対応して上記
発熱抵抗体３０ａ，３０ｂ，３０ｃも半円筒状のものを
２個組合せるようになっている。

【００２３】発熱抵抗体３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、二
ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ₂ ）製のものとしている。
具体的には、二ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ₂ ）を主成
分としたヒーター（カンタル社製のカンタルスーパー発
熱体）が採用できる。この二ケイ化モリブデン製の発熱
抵抗体３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、常温で抵抗値が非常
に小さく、高温になると抵抗値が大きくなる。二ケイ化
モリブデンは、従来用いられているＦｅＣｒＡｌ発熱体
の最大表面負荷が１２００℃において例えば２Ｗ／ｃｍ
² であるのに対し、２０Ｗ／ｃｍ² と１０倍の発熱量で
あって、強力なパワー増加が得られ、従来用いられてい
るＦｅＣｒＡｌ発熱体が１０℃／分の温度上昇であるの
に対し、１００℃／分と温度上昇を急俊にすることがで
きるので、高速熱処理炉での昇温特性を得るために適用
しやすい。

【００２４】また、図２において、両端に端子３０ｄ，
３０ｄをそれぞれ有する発熱抵抗体３０ａ，３０ｂ，３
０ｃは、その端子３０ｄ，３０ｄ間の長さが一定に設定
された１本の線材にて形成され、各一本の線材を縦方向
に延ばし、上下で交互にＵ字状に折返されて連続する形
状（以下、この形状をミヤンダ状という）に設定されて
いる。

【００２５】そして、このミヤンダ状に形成した発熱抵
抗体３０ａ，３０ｂ，３０ｃをステープル３６にて上記
各断熱部材３４ａ，３４ｂ，３４ｃの内側面に取付け保
持させるようになっている。このステープル３６は、図
２および図３に示すように、発熱抵抗体３０ａ，３０
ｂ，３０ｃの上部では各々の折曲部の頂部に取り付けて
発熱抵抗体３０ａ，３０ｂ，３０ｃを吊下げ支持すると
ともに、発熱抵抗体３０ａ，３０ｂ，３０ｃの下部では
各々の折曲部を避けて直線部分を傾斜した状態で打ち込
まれた状態で位置を固定されており、このように発熱抵
抗体３０ａ，３０ｂ，３０ｃの下端を解放状態にしてお
くことによって、発熱抵抗体３０ａ，３０ｂ，３０ｃの
熱膨張、収縮による上下方向の長さ変化を許容できるよ
うにしている。さらに、傾斜した状態でステープル３６
が打ち込まれることで、図３（Ｂ）に示すように、水平
方向に打ち込んだ場合の幅（Ｄ）よりも水平方向で示す
幅（Ｄ１）を小さくして隣り合う発熱抵抗体同士の間隔
を密にして配列することができる。

【００２６】さらに、上記発熱抵抗体３０ａ，３０ｂ，
３０ｃは、加熱されると表面に二酸化ケイ素（Ｓｉ
Ｏ₂ ）が析出される発熱抵抗体３０の表面保護膜を形成
し、発熱抵抗体３０が大気中の酸素と反応して酸化し、
断線することを防止している。上記発熱抵抗体３０ａ，
３０ｂ，３０ｃと直接接触する上記ステープル３６の少
なくとも表面を例えば１２００℃という高温においても
上記二酸化ケイ素に対して不活性な材料にて形成し、上
記の析出した二酸化ケイ素が浸蝕され発熱抵抗体３０が
ステープル３０の接触部で断線しないようにしている。
二酸化ケイ素に対して不活性な材料としては、例えば、
鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）などがあ
る。なお、ステープル３６全体を二酸化ケイ素に対して
不活性な材料あるいは発熱抵抗体３０ａ，３０ｂ，３０
ｃと同一の材料で形成するようにしてもよい。

【００２７】また、発熱抵抗体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ
は、図２に示すように、各ゾーン毎の上下で折返された
位置までの延長部が周方向で交互に長短を設定され、こ
の長短をなす折返し部を各ゾーン間での境界部分を越え
て相互に入り込ませることで隙間なく配設され、その結
果、トップ、センター、ボトムの各ゾーン間の境界部に
おいて均一な加熱がなし得るようになっている。なお、
発熱抵抗体は、トップ、センター、ボトムの各ゾーン内
において上下に複数組合せるようにしてもよく、その場
合には各隣接部分において上述のように交互に組合せる
ようにすることでゾーン内を均一な温度に維持できる。
また組合せ状態は上述の例に限らず、均一な温度に維持
できる各種の組合せが可能である。

【００２８】一方、発熱抵抗体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ
は、炉室内の各ゾーンの境界部分で相互に噛み合うもの
同士で長さが同じに設定されて最終折返し部が下部側に
位置され、この最終折返し部を経由して端部が各ゾーン
の上部側で断熱材３４の外部に取り出されているが、本
実施例では、周方向で２分割された炉室を対象としてそ
の長さが設定されている。また、この取り出された端部
には、図２に示すように電極端子３０ｄが取付けられて
いる。

【００２９】ところで、このように、折曲げ部を相互に
噛み合わせた場合には、凸部および凹部の数が双方で異
なることになる。しかも、端子が接続される始端および
終端の位置が相反する関係となる。

【００３０】そこで、本実施例では、折曲げ部が相互に
噛み合う発熱抵抗体の一方において、折曲げ間隔を始端
側および終端側の最端側での間隔とこれら各端部の間の
中央領域での折曲げ間隔を異ならせている。

【００３１】図４は、図１に示した熱処理炉のように、
発熱抵抗体が３ゾーンに区分されているうちのトップ部
の発熱抵抗体３０ａとセンター部の発熱抵抗体３０ｂと
の関係を説明するための展開図である。発熱抵抗体のひ
とつ、つまり、３ゾーンのうちセンター部の発熱抵抗体
の折返し部の配列間隔、所謂、抵抗線の配列ピッチ
（Ｌ）は周方向に沿って全て同じ間隔に設定されてい
る。一方、この発熱抵抗体３０ｂに対して長短状の折返
し部が噛み合う他のひとつに相当するトップ部の発熱抵
抗体３０ａは、外部に取り出される前の最終折返し部、
つまり、最端位置で下部の折返し部での抵抗線の一往復
分に相当する配列間隔（Ｌ１）がこれら各端部の間であ
る中央領域での配列間隔（Ｌ）と異ならせてある。本実
施例では、最端側の配列間隔（Ｌ１）が中央領域のそれ
（Ｌ）よりも大きくされている。このような配列間隔を
設定することにより、トップ部の発熱抵抗体３０ａは、
センター部の発熱抵抗体３０ｂの長さと一致させた場合
でも、外部に取り出される端部の位置をセンター部の発
熱抵抗体３０ｂでの端部の位置と同じく、炉室内の各ゾ
ーンで上部に統一させることができる。つまり、各発熱
抵抗体同士での折返し部を相互に噛み合わせた場合、端
部位置を発熱抵抗体同士で同じ位置にすることで噛み合
う数を同じにしないで、始端位置および終端位置の折曲
げ部での間隔を前記始端および終端の位置に適合させる
ように調整することになる。従って、端部位置を取り出
す直前に位置する折返し部は、一方の折返し部が他方の
折返し部に対して折返し部の曲率半径を異にしながらも
略近似的に噛み合う状態を呈するので、一方の発熱抵抗
体は、端部位置を折返し部から上方に位置させることが
できる。なお、図４は、トップ部とセンター部での発熱
抵抗体のうち、トップ部に位置する発熱抵抗体３０ａを
対象として端部位置での配列間隔をこれら端部間での配
列間隔と異ならせたが、センター部の発熱抵抗体を挟ん
で対称位置にあるボトム部での発熱抵抗体３０ｃも同じ
ような配列間隔を設定されている。要は、奇数位置で相
互に噛み合う場合にはセンター部の発熱抵抗体を挟んで
その上下部の発熱抵抗体での配列間隔を前記関係に設定
し、また、偶数位置で交互に噛み合う場合には上下の発
熱抵抗体の一方に前記関係を設定すればよい。

【００３２】本実施例は以上のような構成であるから、
発熱抵抗体の端部間の長さが隣接するゾーンに設置され
ている発熱抵抗体同士で同じ長さに設定される。従っ
て、端部位置に接続される端子３０ｄ間での抵抗値は各
発熱抵抗体同士で同じ値が得られるので、前記端子３０
ｄが結線された発熱抵抗体は、ゾーン毎で同一給電量を
設定された電源を接続すればよいことになる。

【００３３】一方、前記のごとく同一長さにより電源に
結線された発熱抵抗体は、その一方が配列間隔を異なら
せることで端部位置を炉室内の各ゾーンで統一した位
置、つまり、上部に位置させることができるので、各発
熱抵抗体における端子３０ｄの取付け位置が共通化され
る。従って、炉室で分割された各ゾーンでの端子３０ｄ
の配置位置が共通化されるので、炉室の形状を同じもの
とすることができる。なお、端子３０ｄの位置は、周方
向でも同じ位置に設定されている。つまり、発熱抵抗体
３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、半円筒状のものを２組組合
せることでプロセスチャンバーの周方向での加熱源とし
て構成されているので、一定の長さを基にした場合に周
方向での始端位置および終端位置を同じ位置とすること
ができる。従って、例えば、組立ての際の周方向での把
持位置を共通化することが可能になる。

【００３４】本実施例によれば、炉室内への組込前に、
予め折返し部を有する発熱抵抗体を形成しておくだけ
で、端子３０ｄの位置を炉室の各ゾーンで同じ位置に設
置することが可能である。すなわち、等間隔で配列され
た折返し部を有する発熱抵抗体と対峙する発熱抵抗体
は、始端位置および終端位置での折返し部の配列間隔を
異ならせるだけで一定長さでの始端位置および終端位置
を同じ位置に設定することが可能である。従って、一定
長さを全ての発熱抵抗体に対して設定することで同一給
電量の電源を用いるようにしても、電源の規格は同一な
ものでよく、各ゾーン毎での電源仕様の変更を要しない
ですむ。

【００３５】なお、本発明は、上記実施例に限られるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で種々変形すること
が可能である。

【００３６】例えば、本発明が対象とする被処理体は、
少なくとも面状形状の被処理体であればよく、半導体ウ
ェハ以外にも、例えば、ＬＣＤ基板等であっても良い。
さらに本発明が適用される熱処理装置としては、酸化、
拡散装置以外にも、例えば、ＣＶＤ、アニールに適用さ
れる装置を対象とすることも可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
隣接するゾーン間の周方向で折返し部を交互に噛み合わ
せた双方の発熱抵抗体の長さが同じに設定されている。
これにより、双方での抵抗値を同じにして給電量を同じ
くすることが可能になるので、同一の電源を用いること
ができる。

【００３８】しかも、発熱抵抗体の双方を同じ長さにし
た場合、断熱材から外側に取り出される双方の発熱抵抗
体の端部位置が各ゾーン間で統一された位置に設定され
ている。つまり、折返し部を交互に噛み合わせた状態で
配置した場合には、一方の発熱抵抗体での折返し部の配
列間隔を端部側と端部間とで異ならせることで双方の発
熱抵抗体の端部の位置を各ゾーン間で統一した位置とす
ることができる。従って、各ゾーン毎での発熱抵抗体の
端部の位置、特に、各ゾーンの縦方向上部の位置に一致
させることが可能になるので、発熱抵抗体が熱膨張した
場合での端子の折損を来すことがなく、また、ゾーン毎
での形状および組立て手順を共通化することができる。
従って、炉室構造での形状の共通化および組立て手順で
の共通化が可能なことで加工コストを含めたコストの低
減が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例による熱処理装置の一例を示す模
式的な断面図である。

【図２】図１に示した熱処理装置に用いられる発熱抵抗
体の構造を示す斜視図である。

【図３】図２に示した発熱抵抗体の固定構造を示す一部
断面図であり、（Ａ）は側面視的な断面図、（Ｂ）は
（Ａ）中、符号Ｂで示す方向の矢視図である。

【図４】本発明実施例による熱処理装置の要部構造を示
す展開図である。

【符号の説明】

１０ プロセスチューブ ３０ 発熱抵抗体 ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ ゾーン毎に設置された発熱抵
抗体 ３０ｄ 端子 ３６ ステープル Ｌ 始端位置および終端位置の間での折返し部の配列間
隔 Ｌ１ 始端位置および終端位置での折返し部の配列間隔

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 16/00 - 16/56 F27B 17/00 F27D 7/00 - 15/02 H01L 21/22 H01L 21/205 H01L 21/31 H01L 21/324 H05B 3/40 - 3/82

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 縦方向に沿って複数の被処理体が配置さ
   れる炉室を有し、その炉室の縦方向に沿って複数の加熱
   ゾーンが形成されている縦型プロセスチューブを備えた
   熱処理装置において、 上記各ゾーン毎で同じ長さの線材が縦方向に延ばされて
   上下で交互にＵ字状に折返されて連続する形状を設定さ
   れ、その折返し部を上記各ゾーン間での境界位置を越え
   て相互に入り込ませることにより隣接するゾーン間での
   折返し部同士が噛み合う状態に配列された発熱抵抗体を
   備え、 上記発熱抵抗体は、周方向での最終折返し部を上記各ゾ
   ーンの下部側に位置させ、この最終折返し部を経由して
   各ゾーンの上部側にて外部に延長された端部を備え、隣
   接するゾーン間での一方が周方向に沿った上記折返し部
   の配列ピッチを異ならせてあることを特徴とする熱処理
   装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 上記一方の発熱抵抗体は、最端部側での配列ピッチが中
   央領域での配列ピッチと異なることを特徴とする熱処理
   装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、 上記一方の発熱抵抗体は、最端側での配列ピッチが中央
   領域での配列ピッチよりも大きく設定されていることを
   特徴とする熱処理装置。