JP3131205B1 - 縦型加熱装置 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 ボート２７の多くの段で半導体ウエハを、面
方向及び段方向の双方において均一な温度に加熱する。 【解決手段】 縦型加熱装置は、加熱処理される加熱物
が収納される空間を周囲から囲む化学的、熱的に安定し
た材料からなるチューブ８、９と、このチューブ８、９
の内部を加熱するヒータ１２、１３、１５とを有する。
ここで、前記ヒータ１２、１３、１５は、加熱物の周囲
を円筒状に囲んで配置した第一のヒータ１２と、加熱物
の上に対向して配置した第二のヒータ１３と、加熱物の
下に対向して配置した第三のヒータ１５からなる。

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】半導体製造プロセスにおけるキーテクノ
ロジーは、高精度な熱コントロールである。大型集積回
路（超ＬＳＩ）のますますの微細化と高速化、さらには
低コスト化が要求されるに伴って、超ＬＳＩの製造プロ
セスで形成される薄膜は、さらに薄く、高品位が要求さ
れようになっている。

【０００３】半導体製造装置の中でも最も古くから主要
装置として使われてきているバッチ式熱拡散装置（縦型
拡散装置）においても、次のような特性条件が求められ
ている。 （オ)処理温度は８００〜１１００℃と高温、 （カ）面内温度分布が±３℃以下、 （キ）処理温度が高いので重金属汚染が一切ないこと、 （ク）昇温降温速度１００℃／ｍｉｎ以上が望めるこ
と、 （ケ）エコロジーの観点から省電力型でなければならな
いこと、

【０００４】多数枚（１００枚以上）の半導体ウエハを
一度に処理する拡散装置は、プロセス技術の発達の初期
段階においては、多数の半導体ウエハをボート上に縦向
きに並べる横型から発達した。しかし、半導体ウエハの
大口径化と、クリンルーム内に占める床面積を最小にす
るために途中から縦型拡散装置が多用されるようになっ
た。この縦型拡散装置は、ラック状のボートに半導体ウ
エハを５〜６ｍｍ間隔に積層し、その周囲からウエハを
加熱し、そこに反応ガスを導入し、熱ＣＶＤの手段で処
理するものである。

【０００５】この縦型拡散装置は、アウターチューブと
称される石英または金属シリコンを含浸させた炭化ケイ
素焼結体の反応管の中に、ガス流路を形成するためもイ
ンナーチューブと称される周面に小さな穴を多数開けた
石英または炭化ケイ素焼結体のパイプを配置し、このイ
ンナーチューブの中にボートが配置される構造になって
いる。反応性ガスはアウターチューブとインナーチュー
ブの間の隙間を流れ、半導体ウエハ上にドーパンドが拡
散し、或いは熱−化学反応によって薄膜が形成される。
アウターチューブの外側は、一般に大気圧となってお
り、所定の温度を得るため、アウターチューブを囲むよ
うに配置された断熱材の内側に発熱線を配線した電気炉
が構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとしている課題】この縦型拡散装置
は上下に長く、またヒータは大気中に配置されるため、
幾つかの欠点がある。例えば、アウターチューブの上端
や下端から放出される熱により、特にアウターチューブ
の上端や下端に近い部分のボートに搭載された半導体ウ
エハがその間の半導体ウエハより温度が低くなり、ボー
トの段によって温度の部分的なむらが発生する。

【０００７】そのため、均一な温度が確保される部分よ
りボートの長さを長くし、さらにはボートの余分な長さ
の部分にダミーの半導体ウエハを装填し、これらのダミ
ーのウエハを熱リフレクタとして使用する等の手段が採
用されている。この結果、必要以上に長いボートに多数
のダミーウエハを装填する必要があり、装置の高さが高
くなる等の課題があった。

【０００８】本発明は、このような従来の縦型拡散装置
における課題に鑑み、ボートの多くの段で半導体ウエハ
を、面方向及び段方向の双方において均一な温度に加熱
することができ、従ってダミーの半導体ウエハを使用せ
ずに半導体ウエハを加熱処理することが可能な縦型加熱
装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、前記の目的
を達成するため、ボード２７の周囲を加熱するヒータ１
２だけでなく、ボード２７の上端と下端側にもヒータ１
３、１５を配置し、これにより、ボード２７の上端から
下端にわたって、全ての段において半導体ウエハを均一
に加熱できるようにしたものである。

【００１０】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る空間を周囲から囲む化学的及び
熱的に安定した材料からなるチューブ８、９と、このチ
ューブ８、９の内部を加熱するヒータ１２、１３、１５
とを有する。ここで、前記ヒータ１２、１３、１５は、
加熱物の周囲を円筒状に囲んで配置した第一のヒータ１
２と、加熱物の上に対向して配置した第二のヒータ１３
と、加熱物の下に対向して配置した第三のヒータ１５か
らなる。

【００１１】加熱物の周囲を円筒状に囲む第一のヒータ
１２は、加熱物を加熱するメインヒータとして機能す
る。これに対して、加熱物のそれぞれ上と下に対向する
よう配置した第二と第三のヒータ１３、１５は、それぞ
れ加熱物の上面と下面側から逃げる熱を補充し、加熱物
の縦方向の温度分布において、その両端での温度降下を
補償する。これにより、加熱物の上から下にわたって加
熱温度を均一にすることができる。

【００１２】前記加熱物の外周面を囲む第一のヒータ１
２は、長尺板状のＵ字形に連なったヒータ部材３１が加
熱物の周囲に並べて吊り下げられた状態で複数本配置さ
れ、且つ閉じたサークル状に順次直列に接続されてい
る。このような円筒形のヒータ１２は、グラファイトヒ
ータの成形体により、ヒータ部材３１を閉じたサークル
状に接続することができる。そして、このヒータ部材３
１を接続する結線回路の離れた３つの位置に電極３６を
設けることにより、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、安価な商用三相電源からヒータ
１２に電力を供給することが可能となる。

【００１３】このような円筒形の第一のヒータ１２のよ
うな円筒状の面発熱ヒータでは、円周方向の温度のばら
つきが±０．３℃以下という均熱性が得られる。そし
て、面発熱で高電気抵抗を有するヒータ部材３１を得る
には、極めて薄いヒータ部材３１としなければならな
い。この点について、ヒータ部材３１を上から下に吊り
下げるようにして円筒状に配置することにより、ごく薄
いヒータ部材３１でも容易に円筒形に配置することがで
きる。

【００１４】またこのような第一のヒータ１２の構造に
おいては、前記ヒータ部材３１、３１の一部をトリミン
グすることにより、部分的な電気抵抗を調整することが
できる。すなわち、ヒータ部材３１、３１のトリミング
された部分では、トリミングされていない部分より電気
の流れに対して直交する断面の面積が小さくなるため、
抵抗が大きくなり、発熱量が増大する。

【００１５】前記加熱物のそれぞれ上と下に対向するよ
う配置した第二と第三のヒータ１３、１５は、円板形の
ヒータ部材５１、６１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、６３、６４を入れてリ
ング状に連続している。このような円板状のヒータ部材
５１、６１は、グラファイトヒータ等の成形体により、
ヒータ部材５１、６１を閉じたサークル状に接続するこ
とができる。そして、このヒータ部材５１、６１の互い
に離れた３つの位置に電極５６、６６を設けることによ
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、安価な商用三相電源からヒータ１３、１５に電
力を供給することが可能となる。

【００１６】このようなヒータ１３の構造において、ヒ
ータ１３の内周から外周に向かってその断面を薄くする
ことによって、その電気抵抗を調整することができる。
すなわち、円板形のヒータ部材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を入れてヒ
ータ１３を構成した場合、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。

【００１７】さらに、前記加熱物の下面に対向するよう
配置した第三のヒータ１５は、チューブ８、９の下端を
封止し、加熱物を有する空間と気密に仕切られたキャッ
プ６の内部に収納する。こうすることにより、第三のヒ
ータ１５側から加熱物を有する空間側に塵等が進入する
のを防止することができる。さらに、キャップ６の内部
に、そこに収納された第三のヒータ１５を外部に対して
断熱する断熱部材２２を収納し、断熱効果を高めること
もできる。

【００１８】

【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。

【００１９】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。
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。

【００２０】容器１の底板２の中央部は開口しており、
ここに石英や金属シリコンを含浸させた炭化ケイ素等の
化学的に安定な材料からなるキャップ６を気密に嵌め込
み、さらにこれをキャップ封止蓋２３で気密に閉じてい
る。ボート２７は、このキャップ６の上に立設されてい
る。

【００２１】前記底板２から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２
７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。

【００２２】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。

【００２３】容器１の前記底板２と継手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。

【００２４】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。

【００２５】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。図示の例では、反応ガス排出口２５
が前記キャップ６と一体になっており、且つ同キャップ
６の中央を貫通して設けられている。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。

【００２６】容器１の周壁４の下端と前記継手３の間
に、ダストシールド１８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、これによってアウターチュ
ーブ９の周囲と上面を囲むように、ダストシールド１８
が容器１の内部に立設されている。このダストシールド
１８は、インナーチューブ８やアウターチューブ９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。このダストシールド１８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、ダストシールド
１８の外側の空間を真空とすることができる。

【００２７】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。

【００２８】容器１内にあって、前記のダストシールド
１８の周囲には、ヒータ１２、１３が配置されている。
ダストシールド１８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、ダストシー
ルド１８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２６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。

【００２９】また、ダストシールド１８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。

【００３０】さらに、ボート２７の下面に対向してその
下に円板リング状の第三のヒータ１５を配置している。
この第三のヒータ１５は、容器１の底板２の中央に気密
に嵌め込んだ前記キャップ６の中に反応ガス排出口２５
を囲むように配置されている。さらにキャップ封止蓋２
３の内の前記第三のヒータ１５の下には、断熱部材２２
が充填されている。キャップ６の下面の開口部は、キャ
ップ封止蓋２３で気密に閉じられ、第三のヒータ１５の
端子１４をこのキャップ封止蓋２３から外部に気密に引
き出し、電源に接続する。なお、図示はしてないが、キ
ャップ６の内部を真空にするため、前記真空ポンプは、
このキャップ６にも接続する。

【００３１】図２は、ダストシールド１８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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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、ヒータ部材３１を接続ブロ
ック３２から上端から吊り下げると共に、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３１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。

【００３９】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とダストシールド１８
との間に挿入され、ダストシールド１８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。

【００４０】図３と図４は、ダストシールド１８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。

【００４１】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。従って、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１２
０゜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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】図５と図６は、ボート２７の下面に対向さ
せた第三のヒータ１５を示している。これらの図に示す
ように、第三のヒータ１５は、グラファイトからなるヒ
ータ部材６１からなり、このヒータ部材６１は、中央に
センターホール６２を有するドーナツ円板状のものであ
る。

【００４５】ヒータ部材６１の内周と外周から円周方向
に交互に放射状にスリット６３、６４が形成され、これ
によりヒータ部材６１は、その円周方向に向けて蛇行す
るように連続している。従って、グラファイト製の成形
体であるヒータ部材６１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６１の外周部の１２
０゜ずつはなれた３点には、棒状のグラファイトからな
る電極６６が下方に向けて立設されている。

【００４６】前記電極６６は、絶縁状態でキャップ封止
蓋２３の外部に気密に引き出し、電源に接続する。前記
の電極６６は、閉じたループ状に接続されたヒータ部材
６１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。

【００４７】なお、図示の第三のヒータ１５のヒータ部
材６１は、全体に同じ厚さであるが、前記第二のヒータ
１３のように、そのセンターホール６２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
形成してもよい。このようなヒータ部材６１の形状で
は、ヒータ部材６１の内周側に比べて外周側のスリット
６３、６４の間の幅が広くなる。その分だけヒータ部材
６１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６１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。

【００４８】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いる。この第一の断熱部材１０
は、ダストシールド１８の周囲を覆う部分が無く、その
部分が開いている。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。

【００４９】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。

【００５０】また、図示の縦型加熱装置では、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が下方にあるときは、この第二
の断熱部材７がダストシールド１８の周囲を完全に覆
う。他方、図１に二点差線で示すように、第二の断熱部
材７を上方に移動させたとき、この第二の断熱部材７は
前記断熱部材収納部１７内に収納される。この状態で
は、第二の断熱部材７がダストシールド１８の周囲から
完全に待避させられる。従って、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、第一の断熱部材１
０のダストシールド１８の周囲を覆う部分が無く、開い
ているので、ダストシールド１８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。

【００５１】なお、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
を下方に移動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い。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移動させて断
熱部材収納部１７内に収納する。

【００５２】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、第二及び第三のヒ
ータ１２、１３、１５でボート２７をそれぞれその周囲
と上下から加熱し、ボート２７に装填された加熱物を加
熱処理する。このとき、図１に実鎖線で示すように、第
二の断熱部材７を下方に移動させた状態で加熱する。こ
うすることにより、ダストシールド１８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、ヒータ１２、１３、１５によ
るボート２７の加熱を効率よく行うことができ、ボート
２７に装填された加熱物の昇温速度を速く、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。

【００５３】さらに、加熱物の加熱処理が終わり、ヒー
タ１２、１３、１５の発熱を停止したとき、図１に二点
鎖線で示すように、第二の断熱部材７を下方に移動さ
せ、断熱部材収納部１７内に収納する。これにより、ダ
ストシールド１８の周囲の部分の断熱部材７、１０が完
全に開き、ダストシールド１８の内側から輻射熱が容器
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、加熱処理後のダストシールド１８内の
降温速度を早くすることができ、ダストシールド１８内
を短時間で常温に戻すことができる。

【００５４】図７は、図１に示すような縦型加熱装置の
試験機を使用し、加熱試験を行った結果である。加熱経
過時間（分）を横軸に、ボート２７に加熱物として黒鉛
のダミーウエハを装填し、その１、１０、３０、５０、
７０、９０、１１０、１３０、１５０段目のダミーウエ
ハの５カ所の平均温度Ｔ（℃）を縦軸に示した。

【００５５】容器１はＡｌ製とし、その高さは１２０４
ｍｍ、直径５００ｍｍとした。アウターチューブ９はＳ
ｉＣ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８
５．２ｍｍ、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３６
０ｍｍ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。

【００５６】高さ９００ｍｍ、直径２６６ｍｍのＳｉＣ
製のインナーチューブ８の中にボート２７を配置し、こ
のボート２７に上下ピッチ５．２ｍｍで８インチのダミ
ーウエハを１５０枚装填した。ダストシールド１８の外
側を１×１０^-4Ｐａに減圧した状態で、前記第一、第二
及び第三のヒータ１２、１３、１５に三相交流を流し、
加熱しながら前記の段数の各ダミーウエハの中心と周囲
４カ所の合計５カ所の温度を測定し、それらの平均を図
７に示している。

【００５７】図７では、前記ヒータ１２、１３、１５に
それぞれ合計で毎時３．３ｋＷ、４．２ｋＷ、５．９ｋ
Ｗ、６．６ｋＷ、８．８ｋＷの電力を供給し、加熱開始
から１０分以上経過し、温度が定常状態に達したときの
測定結果を示している。それぞれ、６００．５℃、７０
０．６℃、８０１．０℃、９００．７℃、１００１．５
℃の温度で定常状態に達している。

【００５８】図７に示すように、１段目のダミーウエハ
の面内温度のばらつきは±０．６℃〜０．８℃であり、
それぞれの平均温度に対し、±０．０８％〜±０．１２
％である。１３０段目のダミーウエハの面内温度のばら
つきは何れも±０．３℃〜±０．９℃であり、それぞれ
の平均温度に対し、±０．０４％〜±０．１１％であ
る。

【００５９】段方向の温度分布は、１段目から１５０段
目まで、±０．６℃〜±１．５℃であり、それぞれの平
均温度に対し、±０．０７５％〜±０．１７％である。
このように、１５０段の全段にわたってダミーウエハが
極めて均一な温度で加熱されていることが分かる。

【００６０】図８は、図１に示すような縦型加熱装置の
試験機を使用し、第三のヒータ１５を発熱させずに加熱
試験を行った結果である。すなわち、第一と第二のヒー
タ１２、１３にそれぞれ合計で毎時３ｋＷ、３．８ｋ
Ｗ、５．５ｋＷ、６ｋＷ、８ｋＷの電力を供給し、加熱
開始から１０分以上経過し、温度が定常状態に達したと
きの測定結果を示している。第一段目のダミーウエハ
は、前述の加熱試験とほぼ同じ温度で定常状態に達して
いる。

【００６１】図８に示すように、第１段から第７０段目
までのダミーウエハは、面内温度分布及び段方向温度分
布共に、概ね均等な温度を維持している。しかし、それ
以降のダミーウエハの温度は、第１段から第７０段目ま
でのダミーウエハに比べて、温度が急激に低下してい
る。最下段の１５０段目のダミーウエハの温度は、第１
段から第７０段目までのダミーウエハの温度より約２０
０℃〜３２０℃以上低下している。従って、実際の半導
体ウエハの熱処理において、第７０段目以降の半導体ウ
エハは、熱処理に必要な所要の温度が得られず、熱処理
が不完全にならざるを得ない。そのため、歩留まりが低
下するのを避けられない。

【００６２】

【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、ボートの多くの段で半導体ウエハを、面方
向及び段方向の双方において均一な温度に加熱すること
ができる。従ってダミーの半導体ウエハを使用せずに、
換言すると、必要以上に高いボート２７を使用せずに、
半導体ウエハを加熱処理することが可能な縦型加熱装置
を提供することができる。

【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】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６】図５のＢ−Ｂ線縦断側面図である。

【図７】本発明による縦型加熱装置の例により加熱試験
を行った結果としてボートの段数と加熱温度との関係を
示すグラフである。

【図８】本発明による縦型加熱装置の例により第三のヒ
ータを発熱させずに加熱試験を行った結果としてボート
の段数と加熱温度との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 容器 ８ インナーチューブ ９ アウターチューブ １２ 第一のヒータ １３ 第二のヒータ １５ 第三のヒータ ３１ 第一のヒータのヒータ部材 ３６ 第一のヒータの電極 ５１ 第二のヒータのヒータ部材 ５３ 第二のヒータのスリット ５４ 第二のヒータのスリット ５６ 第二のヒータの端子 ６１ 第三のヒータのヒータ部材 ６３ 第三のヒータのスリット ６４ 第三のヒータのスリット ６６ 第三のヒータの端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−189564（ＪＰ，Ａ) 特開2000−12476（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−148315（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−179223（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−139381（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−129335（ＪＰ，Ｕ) (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 (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱処理される加熱物が収納される空間
   を周囲から囲むように立設された円筒形の化学的及び熱
   的に安定した材料からなるチューブ（８）、（９）と、
   このチューブ（８）、（９）の内部を加熱するヒータ
   （１２）、（１３）、（１５）とを有する縦型加熱装置
   において、前記ヒータ（１２）、（１３）、（１５）
   は、加熱物の周囲を円筒状に囲んで配置した第一のヒー
   タ（１２）と、加熱物の上に対向して配置した第二のヒ
   ータ（１３）と、加熱物の下に対向して配置した第三の
   ヒータ（１５）からなり、前記加熱物の周囲にある第一
   のヒータ（１２）は、長尺板状のＵ字形に連なったヒー
   タ部材（３１）が加熱物の周囲に並べて上端から吊り下
   げられた状態で複数本配置され、且つ閉じたサークル状
   に順次直列に接続されていることを特徴とする請求項１
   に記載の縦型加熱装置。
2. 【請求項２】 前記加熱物の周囲にある第一のヒータ
   （１２）は、互いに離れた３つの位置に設けた電極（３
   ６）により、三相結線されていることを特徴とする請求
   項１に記載の縦型加熱装置。
3. 【請求項３】 前記加熱物の上に対向するよう配置した
   第二のヒータ（１３）は、円板形のヒータ部材（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）を入れてリング状に連続しているこ
   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。
4. 【請求項４】 前記加熱物の上に配置した第二のヒータ
   （１３）は、互いに離れた３つの位置に設けた電極（５
   ６）により、三相結線されていることを特徴とする請求
   項３に記載の縦型加熱装置。
5. 【請求項５】 加熱物の上に配置した第二のヒータ（１
   ３）は、内周から外周に向かってその断面を薄くするこ
   とによって電気抵抗が均一化されていることを特徴とす
   る請求項３または４に記載の縦型加熱装置。
6. 【請求項６】 前記加熱物の下に配置した第三のヒータ
   （１５）は、円板形のヒータ部材（６１）の内周と外周
   から円周方向に交互に放射状にスリット（６３）、（６
   ４）を入れてリング状に連続していることを特徴とする
   請求項１〜５の何れかに記載の縦型加熱装置。
7. 【請求項７】 前記加熱物の下に対向するよう配置した
   第三のヒータ（１５）は、互いに離れた３つの位置に設
   けた電極（６６）により、三相結線されていることを特
   徴とする請求項５または６に記載の縦型加熱装置。
8. 【請求項８】 前記加熱物の下に対向するよう配置した
   第三のヒータ（１５）は、チューブ（８）、（９）の下
   端を封止し、加熱物側を有する空間と気密に仕切られた
   キャップ（６）の内部に収納されていることを特徴とす
   る請求項１〜７の何れかに記載の縦型加熱装置。
9. 【請求項９】 キャップ（６）の内部には、そこに収納
   された第三のヒータ（１５）を外部に対して断熱する断
   熱部材（２２）が収納されていることを特徴とする請求
   項８に記載の縦型加熱装置。