JP3112672B1

JP3112672B1 - 縦型加熱装置

Info

Publication number: JP3112672B1
Application number: JP11331010A
Authority: JP
Inventors: 文夫渡辺; 重崇芳賀
Original assignee: Sukegawa Electric Co Ltd
Current assignee: Sukegawa Electric Co Ltd
Priority date: 1999-11-22
Filing date: 1999-11-22
Publication date: 2000-11-27
Anticipated expiration: 2019-11-22
Also published as: JP2001148351A

Abstract

【要約】【課題】容器１内の真空を解除し、気圧を高めること
なく、真空状態のままその内部の加熱物の冷却を幅射冷
却だけで急速冷却する。【解決手段】縦型加熱装置は、加熱処理される加熱物
が収納され、外部側がほぼ室温となった容器１と、この
容器１に収納され、その内部の加熱物を周囲から加熱す
るヒータ１２と、容器１に収納され、その内部の加熱物
を外部に対して断熱または遮熱する断熱部材７、１０と
を有する。少なくとも断熱部材７、１０の一部を、加熱
物の周囲の位置とその位置から離れた位置との間で移動
自在に配置する。例えば、一部の断熱部材７が容器１の
周囲部分を開閉するよう容器１の縦方向に移動される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、縦に長い単体加熱
物または縦に積層された複数の複合加熱物を、その周囲
から加熱する縦型加熱装置に関し、例えば、半導体ウエ
ハを縦に積層した状態で熱ＣＶＤ処理を行うため、それ
ら半導体ウエハを周囲から均一に加熱することを目的と
した縦型加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】容器中にヒータを組み込んで加熱物を加
熱する縦型加熱装置は、容器内を真空にした状態で加熱
することで、加熱物の超高温、省電力、均一加熱、酸化
防止等の効果を期待している。しかし、この種の縦型加
熱装置の最大の欠点は、真空断熱のため、加熱物を冷却
する時にその降温速度が遅いことである。すなわち縦型
加熱装置において、容器内を真空にする目的は、加熱物
の酸化防止の他、伝熱の三要素である幅射、対流、伝導
のうちの対流と伝導を押えることにより、放熱の防止効
果を狙ったものである。そのため逆に、加熱物の冷却時
は、幅射による放熱手段でしか冷却することが出来な
い。

【０００３】さらに、このような縦型加熱装置は、加熱
物の超高温、省電力、均一加熱を目的としているため
に、高温物体からの幅射熱を炉内に閉じ込める構造にな
っている。すなわち、加熱物を加熱するヒータを含め
て、容器内を積層体であるリフレクタや断熱部材で囲む
遮熱構造となっている。この遮熱構造が加熱物を冷却す
るときの放熱の妨げとなり、降温速度が非常に遅くな
る。すなわち、加熱装置は高性能であればあるほど、降
温速度が悪化する。

【０００４】この問題を解決する手段の一つとして、加
熱装置の冷却時には、容器内の真空を解除し、容器内に
冷却ガスを導入する手段が多く採用されている。しか
し、冷却ガスとして空気を導入すると、加熱物やヒータ
が酸化されてしまうので、冷却ガスとして高価なアルゴ
ンやへリウムなどの不活性ガスを導入する必要がある。
しかし、導入されるガス分子のモル数に比べれば、加熱
物やヒータは固体であり、そのモル数は導入ガスの１０
０倍から１００００倍も大きいので、ガス導入によって
運ばれる熱量は極めて少ない。

【０００５】そこで、縦型加熱装置の容器の内または外
に水冷パイプを配管させ、ここにガスをファンによって
送風循環させ、間接的に高温物体を冷却するという非常
に複雑な方法が採られている。しかし、冷却時にガスを
導入する方法は、加熱装置の本来の目的には全くそぐわ
ない冷却手段である。

【０００６】これらの冷却時の降温速度の遅さの問題
は、半導体のプロセスに使われる縦型ＣＶＤ装置や縦型
拡散炉と称される熱処理装置においても事情は全く同じ
である。半導体ウエハを８００〜１０００℃に加熱した
状態で薄膜を形成したり、ドーパンド拡散処理を行い、
その後ウエハを炉から引き出すまでに非常に長い時間を
要する。この対策として現在は超高純度窒素ガスをアウ
ターチューブ内のウエハ側にパージさせ、ガス循環によ
って降温を早め、６００℃程度まで温度が下がったとこ
ろで、アウターチューブを含むウエハ全体を炉から引き
抜いて、大気中に放熱して冷却し、次の処理作業が可能
な温度の室温程度まで降温するようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとしている課題】この方法には２つ
大きな問題が含まれている。一つに、超高純度のガスと
はいっても、反応ガスの通気管を通して導入されるの
で、ガスは超高純度ではなくなり、水分等が混入して半
導体ウエハに形成される膜質が不均一になりやすい。リ
ソグラフィイがサブミクロンの時代になり、この微妙な
膜質の不均一が半導体デバイスの特性に大きな影響を及
ばすようになってきている。二つには、作業員が放出す
る特にナトリウム等の不純物が６００℃の高温にある半
導体ウエハの表面に取り込まれ、デバイスの膜質に影響
を与える恐れがある。

【０００８】本発明は、前記のような従来の加熱装置に
おける課題に鑑みてなされたものであって、その目的と
するところは、容器内の真空状態を解除し、気圧を高め
ることなく、真空状態のままその内部の加熱物の冷却を
幅射冷却だけで急速冷却する手段を提供し、前記の課題
を解決することである。

【課題を解決するための手段】

【０００９】本発明では、前記の目的を達成するため、
容器１内において真空を解除しないで、加熱物を保温す
る断熱材や遮熱材等の断熱部材７、７’を移動させるこ
とで断熱部材７、７’、１０、１０’、１０”の少なく
とも一部を開閉できるようにしたものである。これによ
り、加熱時は、断熱部材７、７’を閉じて断熱効果を高
め、冷却時は断熱部材７、７’を開放することにより、
容器１内部から外部への輻射熱の放出経路を形成し、そ
の熱の幅射量を飛躍的に増大させて冷却させる。

【００１０】すなわち、本発明による縦型加熱装置は、
加熱処理される加熱物が収納され、外部側がほぼ室温と
なった容器１と、この容器１に収納され、その内部の加
熱物を周囲から加熱するヒータ１２と、容器１に収納さ
れ、その内部の加熱物を外部に対して断熱または遮熱す
る断熱部材７、７’、１０、１０’、１０”とを有する
ものである。そして、少なくとも断熱部材７、７’、１
０、１０’、１０”の一部を、加熱物を覆った状態と開
放した状態との間で移動自在に配置したものである。例
えば、一部の断熱部材７が加熱物の周囲部分を開閉する
よう容器１の縦方向に移動したり、或いは断熱部材７’
が加熱物の周囲で回転する。

【００１１】この縦型加熱装置では、前記断熱部材７、
７’を移動させて、断熱部材７、７’、１０、１０’、
１０”の一部を開放することにより、容器１内部から外
部への輻射熱の放出を可能とし、その熱の幅射量を増大
させるものである。このため、断熱部材７、７’を加熱
物の周囲から開放状態とした時、加熱物から直接熱の輻
射を受ける容器１の内壁は、その幅射率を高めて熱を吸
収しやすいようにすることが大切である。例えば、容器
１の内壁にグラファイト等の高輻射膜をコーテングする
と共に、容器１は熱伝導良好なアルミニウム合金などで
作り、輻射により受けた熱を速やかに水冷等で移動させ
る手段を講ずることが望ましい。

【００１２】ここで、断熱部材７、７’が加熱物の周囲
を開放した時に得られる断熱部材７、７’、１０、１
０’、１０”の開口率が大きい程、輻射熱の放出による
冷却効果が大きい。そのため、加熱物の周囲の位置から
断熱部材７を待避するように設けて断熱部材７を開放す
る場合は、待避した断熱部材７を収納する断熱部材収納
部１７を容器１に設けると、断熱部材７の移動ストロー
クが大きくとれ、それだけ断熱部材７、１０の開口率を
大きくとることができる。

【００１３】また容器１内に不活性ガス等の冷却ガスを
導入して冷却を行う方式の加熱装置においても、ガス圧
は数１０００Ｐａ（数１０Ｔｏｒｒ）以上ではガス分子
の平均自由行程が数センチメール以下になる。このた
め、それ以上のガス圧であっても、ガス中を伝わる熱伝
導での冷却は期待できなくなる。しかし、前記のような
熱輻射による冷却手段を併用する事により、伝熱効果の
遥かに大きい幅射冷却が期待できるので、急速降温が可
能になる。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
図１は、本発明による縦型加熱装置の全体を示してお
り、ラック状のボート２７に円板形の半導体ウエハであ
る加熱物を装填し、この加熱物を上下に間隔をあけて並
べて保持した状態で熱ＣＶＤ処理する縦型拡散装置に縦
型加熱装置を適用した例である。

【００１５】容器１は、全体として円筒形の周壁４を有
し、この周壁４の上面が蓋体１６により気密に閉じられ
ている。さらに周壁４の下端面は、リング状の継手３を
介して底板２の上面外周部分に気密に接合されている。
すなわち、容器１の周壁４の下端部が前記継手２を介し
て気密に取り付けた前記底板２によって閉じられてい
る。これにより容器１は気密な圧力容器として構成され
ている。容器１の周壁４や蓋体１６は、アルミニウム等
の熱伝導が良好な金属により形成され。特に周壁４の内
面には、グラファイト塗装等、輻射熱を吸収しやすいよ
うな表面処理が施されている。

【００１６】容器１の内部において、底板２の上面中央
部にモリブデンやタングステン等の高融点金属板からな
るリフレクタ５が１０枚程度積層され、その上に前記ボ
ート２７の底盤をなすベース板１１が載せられている。
ボート２７は、このベース板１１の上に立設されてい
る。

【００１７】前記ベース板１１からは円筒形のインナー
チューブ８が立設され、このインナーチューブ８が前記
ボート２７をその周囲から囲む。このインナーチューブ
８は、石英または金属シリコンを含浸させた炭化ケイ素
焼結体等の化学的、熱的に安定した材料で形成されてい
る。このインナーチューブ８の周壁には多数の通孔が開
設され、インナーチューブ８の上端は開口している。

【００１８】容器１の外面には、冷却パイプ２０が取り
付けられ、この冷却パイプ２０に流通する水、その他の
冷却液により、容器１が冷却されるようになっている。
容器１の蓋体１６には、真空バルブ１９を介して真空ポ
ンプ（図示せず）が接続されている。

【００１９】容器１の周壁４の下端と前記継手３の間
に、アウターチューブ９の下端部から外側に張り出した
フランジが気密に挟持され、これによってボート２７及
びインナーチューブ８の周囲と上面を囲むように、アウ
ターチューブ９が容器１の内部に立設されている。この
アウターチューブ９は、インナーチューブ８と同様に石
英または金属シリコンを含浸させた炭化ケイ素焼結体等
の化学的、熱的に安定した材料で形成されている。

【００２０】アウターチューブ９は上端を閉じた円筒形
を呈し、その下端部のフランジは、容器１の周壁４の下
端部と継手２との間に気密に挟持されている。このた
め、アウターチューブ９は、前記ボート２７及びインナ
ーチューブ８の周囲を気密に囲み、その内側に気密な空
間を形成している。また、このアウターチューブ９の外
側は、容器１と共に気密な空間を形成している。前記真
空バルブ１９を介して蓋体１６に接続した真空ポンプに
より、アウターチューブ９の外側の空間を真空とするこ
とができる。

【００２１】なお、ダストシールド１８の外側の空間を
真空とするのは、真空断熱効果を得るのと、ヒータ１
２、１３や容器１の酸化を防止するためであるが、断熱
部材７、１０により十分な断熱効果が得られ、ヒータ１
２、１３や容器１の酸化が問題とならない場合は、その
空間を真空とすることは必ずしも必要ではない。

【００２２】前記容器１の底板２には、インナーチュー
ブ８とアウターチューブ９との間の空間に反応ガスを導
入する反応ガス導入口２４と、インナーチューブ８の内
側の空間から反応ガスを排出する反応ガス排出口２５と
が設けられている。また、この反応ガス排出口２５を通
して、真空ポンプ（図示せず）により、アウターチュー
ブ９の内部からガス分子を排除することにより、アウタ
ーチューブ９の内側の空間が真空状態とされる。容器１
内にあって、前記のアウターチューブ９の周囲には、ヒ
ータ１２、１３が配置されている。

【００２３】アウターチューブ９の周囲には、円筒形の
第一のヒータ１２が配置され、この第一のヒータ１２
は、アウターチューブ９の周囲を円筒状に囲んでいる。
後述するように、この第一のヒータ１２の３本の端子２
６を絶縁した状態で容器１の外に取り出し、電源（図示
せず）に接続する。端子２６は、冷却パイプ２１により
冷却される。

【００２４】また、アウターチューブ９の上端面には、
円板状の第二のヒータ１３が対向している。後述するよ
うに、この第二のヒータ１３の３本の端子５６を絶縁状
態で容器１の外に取り出し、電源（図示せず）に接続す
る。この端子５６もまた、冷却パイプ２１により冷却さ
れる。

【００２５】図２は、アウターチューブ９の周囲を囲む
円筒状の第一のヒータ１２の例を示す。この第一のヒー
タ１２は、長尺な板状のヒータ部材３１、このヒータ部
材３１の上端を接続するための接続ブロック３２、この
接続ブロック３２を放射状に固定するための固定リング
３３及び一部の接続ブロック３２に取り付けられる棒状
の端子３６とを有する。図示の例では、ヒータ部材３１
と接続ブロック３２とが１２個ずつ使用され、端子３６
が３本使用されている。ヒータ部材３１と接続ブロック
３２の数は、ヒータ１２の全体としての径の大きさ等に
応じて任意に設定できる。

【００２６】固定リング３３は、Ａｌ₂Ｏ₃、ＢＮ、Ｓｉ
₃Ｎ₄等の耐熱性絶縁セラミックからなるリング状のもの
である。グラファイトやセラミック等で作られたネジ３
５により、固定リング３３の外周側に１２個の接続ブロ
ック３２を等角度間隔で放射状に固定するもので、その
ためのネジ孔を有している。

【００２７】接続ブロック３２は、後述するヒータ部材
３１と同材質のグラファイトからなるもので、個々の接
続ブロック３２は、平面形状が５角形を呈している。そ
の幅は、円を１２等分した幅よりやや狭い。接続ブロッ
ク３２の少なくとも３個には、その先端側の上面に、電
極３６の下端が固定される。また、接続ブロック３２の
少なくとも３個には、電極３６より径の大きな通孔４６
が設けられている。

【００２８】ヒータ部材３１は、中央にスリット４２を
有する長尺なグラファイト板からなっている。すなわ
ち、このヒータ部材３１は、上端から下端近くまでスリ
ット４２を入れ、事実上Ｕ字形に連なった長尺板状のグ
ラファイト板である。その上端には、ネジを通す通孔４
１が設けられている。

【００２９】図示のヒータ部材３１の下端側は、その厚
さ方向にトリミングされ、これによりヒータ部材３１の
下端側の断面積が一部小さくなっている。このトリミン
グにより、ヒータ部材３１の下端側の断面積が一部小さ
くなるため、単位面積当たりの電流密度がその分だけ大
きくなり、電気抵抗が増大し、ヒータ部材３１の下端部
の発熱量を増大させることができる。

【００３０】接続ブロック３２は、固定リング３３の外
周側に等角度間隔で配列され、この状態で接続ブロック
３２の基端側が固定リング３３にネジ３５で固定され
る。この状態では、接続ブロック３２が円周方向に間隔
を置いた状態で固定リング３３の外周に放射状に配列さ
れる。

【００３１】なお、電極３６を取り付ける接続ブロック
３２が３つおきに配置される。そしてこれらの接続ブロ
ック３２に電極３６の下端が固定され、立設される。ま
た、通孔４６を有する接続ブロック３２も３つおきに配
置され、電極３６を有する接続ブロック３２と通孔４６
を有する接続ブロック３２との間に１つずつの接続ブロ
ック３２が配置される。

【００３２】接続ブロック３２の先端面には、前記ヒー
タ部材３１の上端を固定し、隣接するヒータ部材３１を
接続ブロック３２を介して順次接続する。すなわち、ヒ
ータ部材３１のスリット４２の両側の一対の上端を隣接
する接続ブロック３２の先端面に当て、ヒータ部材３１
の一対の上端を隣接する接続ブロック３２の先端面にそ
れぞれネジ３４で固定する。これにより、前記ヒータ部
材３１を円筒状に配列すると共に、これらヒータ部材３
１を接続ブロック３２を介して閉じたループ状に直列に
接続する。

【００３３】このようにして組み立てられたヒータ１２
は、図１に示すようにして容器１とアウターチューブ９
との間に挿入され、アウターチューブ９の周囲を囲むよ
うに配置される。電極３６は、容器１の蓋体２６に対し
て絶縁部材を介して絶縁された状態で容器１の外部に気
密に引き出し、電源に接続する。互いに離れた３つの接
続部材３２に前記の電極３６を、を設けることにより、
閉じたループ状に接続されたヒータ部材３１の３カ所設
けた電極３６を介して電源を接続することになる。これ
により、トライアングル状の三相結線ヒータを構成する
ことができ、三相電源からヒータに電力を供給すること
が可能となる。

【００３４】図３と図４は、アウターチューブ９の上面
に対向させた第二のヒータ１３を示している。これらの
図に示すように、第二のヒータ１３は、グラファイトか
らなるヒータ部材５１からなり、このヒータ部材５１
は、中央にセンターホール５２を有するドーナツ円板状
のものである。このヒータ部材５１は、そのセンターホ
ール５２の周囲の部分が厚く、外周部分にわたって次第
に薄くなるような勾配を有している。

【００３５】ヒータ部材５１の内周と外周から円周方向
に交互に放射状にスリット５３、５４が形成され、これ
によりヒータ部材５１は、その円周方向に向けて蛇行す
るように連続している。これにより、グラファイト製の
成形体であるヒータ部材５１を閉じたサークル状に接続
することができる。そして、ヒータ部材５１の外周部の
１２０゜ずつはなれた３点には、部分的に平面の電極取
付部５５が形成され、ここに棒状のグラファイトからな
る電極５６が立設されている。

【００３６】前記電極５６は、前述した第一のヒータ１
２の接続ブロック３２の通孔４６を非接触で貫通し、さ
らに容器１の蓋体２６に対して絶縁部材を介して絶縁さ
れた状態で容器１の外部に気密に引き出し、電源に接続
する。前記の電極５６は、閉じたループ状に接続された
ヒータ部材５１の３カ所に等間隔で設けられているた
め、トライアングル状の三相結線ヒータを構成すること
ができ、三相電源からヒータに電力を供給することが可
能となる。

【００３７】このようなヒータ部材５１の形状では、ヒ
ータ部材５１の内周側に比べて外周側のスリット５３、
５４の間の幅が広くなる。その分だけヒータ部材５１の
内周側より外周側の厚さを薄くすることにより、ヒータ
部材５１の内周側と外周側との電流の流れと直交する断
面の面積を概ね均等に調整し、発熱量のばらつきを解消
することができる。

【００３８】容器１の内側、具体的には容器１の周壁４
及び蓋体１６の内側であって、前記第一と第二のヒータ
１２、１３の外側に、グラファイト等の第一の断熱部材
１０が挿入されている。この第一の断熱部材１０は、容
器１の内部に固定されており、その周壁部分の上部と中
間部の間は開いている。この断熱部材１０は、赤外線を
反射する反射部材に代えることができ、また前記のよう
な断熱部材１０の内面に反射面を形成してもよい。

【００３９】さらに、この第一の断熱部材１０の周壁部
分の外側に、同第一の断熱部材１０と同様の材質からな
る円筒形の第二の断熱部材７が配置されている。この第
二の断熱部材７は、容器１の外部からの遠隔操作によ
り、上下に移動出来るように設けられている。図１に実
線で示すように、第二の断熱部材７が下方にあるとき、
この第二の断熱部材７は、前記第一の断熱部材１０の下
部周壁部分の外側にあり、その上の部分は断熱部材７、
１０が無い状態となる。これに対し、図１に二点鎖線で
示すように、第二の断熱部材７が上方に移動すると、こ
の第二の断熱部材７は、前記第一の断熱部材１０の開い
た部分の外側にあり、これら断熱部材７、１０の内側
は、２つの断熱部材７、１０によって完全の覆われた状
態となる。

【００４０】このような構造を有する縦型加熱装置で
は、容器１の内部に配置された第一と第二のヒータ１
２、１３でアウターチューブ９をその周囲から加熱し、
加熱物を加熱処理する。このとき、図１に二点鎖線で示
すように、第二の断熱部材７を上方に移動させた状態で
加熱する。こうすることにより、アウターチューブ９の
周囲が、２つの断熱部材７、１０で完全に囲まれるの
で、高い断熱性が得られる。これにより、第一と第二の
ヒータ１２、１３によるアウターチューブ９の加熱を効
率よく行うことができ、アウターチューブ９内の昇温速
度を速く、且つ加熱物の円周方向の温度分布の均一性を
保って加熱することが可能となる。

【００４１】さらに、加熱物の加熱処理が終わり、ヒー
タ１２、１３の発熱を停止したとき、図１に実線で示す
ように、第二の断熱部材７を下方に移動させる。これに
より、断熱部材７、１０の一部が開き、アウターチュー
ブ９の内側から断熱部材７、１０が開いた部分を通して
輻射熱が容器１の周壁４側に放射され、同周壁４に吸収
される。周壁４に吸収された熱は、冷却パイプ２０を通
して送られてくる冷却水に吸収され、循環する冷却水に
より搬送される。これにより、加熱処理後のアウターチ
ューブ９内の降温速度を早くすることができ、アウター
チューブ９内を短時間で常温に戻すことができる。

【００４２】図６は、図１に示すような縦型加熱装置の
試験機を使用し、加熱・冷却試験を行った結果である。
容器３はＡｌ製とし、その高さは１２０４ｍｍ、直径５
００ｍｍとした。アウターチューブ９はＳｉＣ製とし、
その高さは９７０ｍｍ、直径３０２ｍｍとした。第一の
ヒータ１２は、高さ１００２ｍｍ、幅８５．２ｍｍ、ス
リット幅８ｍｍ、厚さ５ｍｍのグラファイト製長尺板状
の１２枚のヒータ部材３１を、直径３６０ｍｍの円筒形
配列とした。第二のヒータ１３は、グラファイト製と
し、その外径３００ｍｍ、内径６０ｍｍ、中央部厚さは
２３ｍｍ、周辺部厚さは５ｍｍとした。

【００４３】アウターチューブ９の外側を１×１０^-4Ｐ
ａに減圧した状態で、ボート２７に黒鉛製のダミーウエ
ハを１５２枚装填し、上から３５段目のダミーウエハの
温度を測定しならが、ヒータ１２、１３で９００℃まで
加熱し、その加熱を停止した後の時間を温度の変化を図
６の上のグラフに示している。このとき、第二の断熱部
材７を下方に移動し、ボート２７の１段目から６０段目
までの部分の断熱部材７、１０を開き、断熱部材７、１
０の開口率を２５％とした場合と、同様にして断熱部材
７、１０の２５％の部分を開き、なお且つ容器１内に冷
却ガスとしてＨｅガスを導入した場合、さらに第二の断
熱部材７を移動させず、断熱部材７、１０を閉じた状態
で冷却した場合の３つのケースをそれぞれ示している。

【００４４】図６の上のグラフから明らかなように、ウ
エハ１５２枚チャージした真空断熱縦型拡散炉では、上
から３５段目のダミーウエハを９００℃まで加熱し、そ
の後断熱部材７、１０を閉じた状態で真空中に放置した
場合、ダミーウエハが２００℃まで降温するのに８時間
以上を要する。

【００４５】これに対して、冷却時に第二の断熱部材７
を移動させ、ボート２７の１段目から６０段目までの部
分の断熱部材７、１０を開いたケースでは、その開口率
が全体の２５％程度と十分でないのにもかかわらず、急
速な冷却効果が見られ、２００℃まで冷却する時間が４
時間と約半分になっている。

【００４６】ここでグラフがカーブしているのは、断熱
材が２重になってしまった６０段目から１５２段目まで
のウエハの熱が、逆に逃げにくくなったためである。す
なわち、ウエハは一種のリフレクタの役目をしまってい
るので、上から６０段目より下のウエハの熱がウエハの
間を順次幅射放熱されながら、開放部に伝わり、冷却に
時間がかかったものである。

【００４７】容器１内に冷却ガスとしてへリウムガスを
導入した場合、このガスによってウエハ間の熱伝導が加
速されるため、２００℃までの冷却はさらに半分にな
る。従って全側面を開放する別図の様な構造を採れば、
アウターチューブ９に内側にガスを導入することなく、
その内部を真空にしたまま１時間以内で略室温までの急
速冷却が可能になる。

【００４８】図６の下のグラフは、冷却時の断熱部材
７、１０の開口率を２５％とし、なお且つ容器１内に冷
却ガスとしてＨｅガスを導入した場合の排出冷却水の温
度の変化を示す。断熱部材７、１０の一部を開くと、ア
ウターチューブ３の内側から放射される輻射熱が容器１
の周壁４に吸収され、これが冷却水に吸収される。この
ため、断熱部材７、１０の一部を開くと排出冷却水の温
度は急激に上昇する。その後は、アウターチューブ３の
内側の冷却と共に、輻射熱量が漸次少なくなり、排出冷
却水の温度も漸次低下する。

【００４９】図５は、本発明の実施形態による縦型加熱
装置の他の例を示すもので、図１と同じ部分は同じ符号
で示して。この図５に示した縦型加熱装置の例では、リ
フレクタに代えて、ボート２７の下面に対向するよう
に、その下に第三のヒータ１５を配置している。容器１
の底板２の中央に石英や炭化ケイ素等の化学的に安定な
材料からなるキャップ６を挿入し、さらにこれをキャッ
プ封止蓋２３で気密に閉じている。このキャップ６の中
には、前記ボート２７の底面に対向するようにリング状
円板の第三のヒータ１５を配置し、この端子１４を前記
キャップ封止蓋２３から外部に気密に引き出し、電源に
接続する。前記キャップ封止蓋２３の内側であって、第
三のヒータ１５の下に断熱部材２２が充填されている。
なお図示の例では、反応ガス排出口２５がキャップ６の
中心に一体的に形成されている。

【００５０】またこの縦型加熱装置の例では、容器１の
蓋体１６の外周部分に、円筒形の内部空間を有する断熱
部材収納部１７を立ち上げ、上方に移動させた第二の断
熱部材７をこの断熱部材収納部１７内に収納することが
できるようにしている。これにより、図５に実線で示す
ように、第二の断熱部材７が下方にあるときは、この第
二の断熱部材７がアウターチューブ９の周囲を完全に覆
うが、図５に二点差線で示すように、第二の断熱部材７
を上方に移動させ、断熱部材収納部１７内に収納したと
きは、第二の断熱部材７がアウターチューブ９の周囲か
ら完全に待避させられる。従って、前述のような冷却時
に、断熱部材７の移動ストロークが大きくとれ、それだ
け断熱部材７、１０の開口率を大きくとることができ
る。特に図５に示すように、第一の断熱部材１０のアウ
ターチューブ９の周囲を覆う部分を無くしておくこと
で、アウターチューブ９の周囲部分の断熱部材７、１０
の開口率をほぼ１００％とすることができる。これによ
り、さらに短時間での冷却が可能となる。

【００５１】断熱部材収納部１７は、容器１の底板２側
に設けてもよく、この場合は、第二の断熱部材７を下方
に待避させて断熱部材収納部１７内に収納する。また、
断熱部材収納部１７は、容器１の蓋体１６と底板２の双
方側に設けてもよく、この場合は、第二の断熱部材７を
上下に分け、それぞれ上方と下方に待避させて断熱部材
収納部１７内に収納する。

【００５２】さらにこの縦型加熱装置の例では、容器１
の内部に、アウターチューブ９を気密に囲むように、石
英や炭化ケイ素等の化学的に安定なダストシールド１８
を設けている。これにより、ヒータ１２、１３、断熱部
材７、１０或いは容器１の内壁等から発生する塵からア
ウターチューブ９の内側や外側を保護することができ
る。また、アウターチューブ９の内側を清掃する等のメ
ンテナンス時に、ヒータ１２、１３、断熱部材７、１０
或いは容器１の内壁等から発生する塵がクリーンルーム
に飛散するのが防止できる。

【００５３】図７と図８は、縦型加熱装置のさらに他の
例を示す。この例では、縦に長尺な複数の断熱部材７’
を、円筒状のヒータ１２を囲むように並べ、それぞれの
断熱部材の中心を縦の軸２８で回転自在に蓋体１６に軸
支したものである。軸２８は、蓋体１６にの中心の回り
に縦に設けた耐熱性の軸受けを介して蓋体２８を貫通
し、外から断熱部材７’を回転できるようになってい
る。これら軸２８は互いに連動させて、同時に回転でき
るようにするとよい。

【００５４】図８（ａ）は、図７のＡ−Ａ線断面図であ
り、図８（ｂ）は、図７において、断熱部材７’が二点
鎖線で示したように９０゜回転した状態の同じ箇所の断
面図を示している。図８（ａ）に示した状態では、断熱
部材７’は円筒状に連なっており、従って、ヒータ１２
の内側は断熱部材７’で閉じられている。これに対し、
図８（ｂ）に示すように、それぞれの断熱部材７’が９
０゜回転すると、断熱部材７’が容器１の中心に対して
放射状となる。従って、断熱部材７’が開かれる。これ
により、前記図１や図５に示すように、一部の断熱部材
７がヒータ１２の周囲から待避したのと同様の作用、効
果が得られる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明による縦型加
熱装置では、容器１内において真空を解除しないで、加
熱物を保温する断熱材や遮熱材等の断熱部材７を加熱物
の周囲から待避させ、容器１内部から外部への輻射熱の
放出経路を形成し、その熱の幅射量を飛躍的に増大させ
て冷却するので、加熱後に加熱物を常温まで冷却する時
間を短くすることができる。これにより、半導体ウエハ
等の加熱処理を能率的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による縦型加熱装置の例を示す概略縦断
側面図である。

【図２】同縦型加熱装置に使用される円筒形ヒータの一
例を示す斜視図である。

【図３】同縦型加熱装置に使用される円板形ヒータの一
例を示す平面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ線縦断側面図である。

【図５】本発明による縦型加熱装置の他の例を示す概略
縦断側面図である。

【図６】本発明による縦型加熱装置の例により加熱・冷
却試験を行った結果として加熱時間と冷却温度との関係
を示すグラフである。

【図７】本発明による縦型加熱装置のさらに他の例を示
す概略縦断側面図である。

【図８】図７のＡ−Ａ線断面図と、図７において断熱部
材が９０゜回転した状態の同じ箇所の断面図である。

【符号の説明】

１容器７断熱部材１０断熱部材１２ヒータ１３ヒータ１７断熱部材収納部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/22 - 21/24 H01L 21/31 H01L 21/365 H01L 21/38 - 21/40 H01L 21/469 H01L 21/86

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱処理される加熱物が収納され、外部
側がほぼ室温となった容器（１）と、この容器（１）に
収納され、その内部の加熱物を周囲から加熱するヒータ
（１２）と、容器（１）に収納され、その内部の加熱物
を外部に対して断熱または遮熱する断熱部材（７）とを
有する縦型加熱装置において、少なくとも断熱部材
（７）、（７’）、（１０）、（１０’）、（１０”）
の一部を、加熱物を覆った状態と開放した状態との間で
移動自在に配置し、さらに容器（１）の内壁に、輻射率
を高める表面処理を施したことを特徴とする縦型加熱装
置。
【請求項２】断熱部材（７）は、加熱物の周囲部分を
開閉するよう容器（１）の縦方向に移動されることを特
徴とする請求項１に記載の縦型加熱装置。
【請求項３】容器（１）に加熱物の周囲の位置から待
避した断熱部材（７）を収納する断熱部材収納部（１
７）を有することを特徴とする請求項１または２に記載
の縦型加熱装置。
【請求項４】断熱部材（７’）は、加熱物の周囲部分
を開閉するよう加熱物の周囲で回転することを特徴とす
る請求項１に記載の縦型加熱装置。