JP3170573B2 - 縦型加熱炉用円板状ヒータ - Google Patents

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、その上面
等から加熱する縦型加熱炉に使用するのに好適な円板形
のヒータに関し、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
上面等から加熱することを目的とした縦型加熱炉用円板
状ヒータに関する。

【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】このような電気炉においては、ヒータが酸
素を含む大気中に置かれるので、耐酸化性の高い金属製
のが選ばれている。現在最も高温に耐えるヒータはドイ
ツのカンタル社製の発熱線である。この発熱線は、Ｃｒ
が２２％、Ａｌが５．５％、残部がＦｅの合金発熱線で
あり、その最高発熱温度は約１３００℃である。炉全体
に必要とされる電力は、６０〜８０ｋＷの大電力である
ため、線径４〜５ｍｍのカンタル社製の発熱線を１０〜
３０ｍｍのコイル状とし、これをファインセラミック製
の断熱材の内側に埋め込み、その一部を断熱材から露出
させて、１ブロック分のヒータとしている。

【０００７】

【発明が解決しようとしている課題】前記の縦型拡散装
置において、アウターチューブを１０００℃以上の温度
に加熱するためには、発熱線を１３００℃近くまで発熱
させる必要があり、高温でヒータが断線しやすい。また
円筒形の炉壁に対して発熱線は線状であるため、円筒面
内の温度分布が一様になりなりにくい。さらには、ヒー
タの温度上限が１３００℃に制限されるため、アウター
チューブの昇温速度は５〜１０℃／ｍｉｎが限界とな
る。そのため、常温から処理可能な温度である１０００
℃以上の温度に加熱するまでに時間がかかってしまい、
１処理サイクルの時間が長くなる。

【０００８】本発明は、このような従来の縦型拡散装置
に使用されるヒータの課題に鑑み、加熱物をその囲りか
ら効率よく加熱することができ、そのため昇温時間を短
くすることができ、これにより１サイクルの処理時間を
短縮できると共に、併せて消費電力の低減が可能な縦型
加熱炉用円板状ヒータ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、加熱物２８を囲むように真空空間３を
形成し、この真空空間３内に円板状ヒータ１３を設け
る。円板状ヒータ１３は、ドーナツ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を入れて円周方向に蛇行状に連続させたも
のである。このヒータ部材５１の互いに離れた３つの位
置に電極５６を設け、この電極５６を介して三相電源を
接続し、ヒータ部材５１に電力を供給するものである。

【００１０】すなわち、本発明による縦型加熱炉内で加
熱物２８を加熱する円板状ヒータは、ドーナツ円板形の
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を入れて円周方向に蛇行状に連
続しているものである。こうすることにより、グラファ
イトヒータ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。

【００１１】このヒータ部材５１の互いに離れた３つの
位置に電極５６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に電力を供給することが可能とな
る。

【００１２】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。

【００１３】

【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。
まず、図１により、本発明による円板状ヒータが使用さ
れる縦型加熱炉について説明する。図１では、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２８
を装填し、この加熱物２８を上下に間隔をあけて並べて
保持した状態で熱ＣＶＤ処理する縦型加熱炉の全体を示
している。

【００１４】前記のボート２７は、円盤状の耐熱部材か
らなるベース板１に取り付けたエレベータ２３に取り付
けられ、ベース板１の上方で上下動される。べース板１
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に搭載された加熱物
２８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。

【００１５】ベース板１は、その上面外周部分がリング
状の耐熱部材からなる継手２に気密に接合されており、
この継手２には、円筒形の真空容器４の下部周壁５の下
端部が気密に接合されている。すなわち、真空容器４の
下部周壁５の下端部が前記継手２を介して気密に取り付
けた前記ベース板１によって閉じられている。

【００１６】真空容器４は、下部周壁５と上部周壁６と
を有し、これら円筒形の下部周壁５と上部周壁６とがフ
ランジ継手７を介して気密に接合され、全体として円筒
形の周壁が構成されている。さらに、真空容器４は、円
板状の蓋体１６を有し、この蓋体１６が前記上部周壁６
の上端を気密に閉じる。下部周壁５と上部周壁６、その
下端を閉じるベース板１及び上端を閉じる蓋体１６によ
り、真空容器４は気密な圧力容器として構成されてい
る。

【００１７】真空容器４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、真空容器４が冷却されるようになっ
ている。真空容器４の下部周壁５には、真空バルブ２２
を介して真空ポンプ２１が接続されている。また、真空
容器４の蓋体１６には、ガス導入口１８が接続され、こ
のガス導入口１８はマスフローコントローラ１９を介し
てガス供給源（図示せず）に接続されている。

【００１８】真空容器４の内面、具体的には真空容器４
の下部周壁５、上部周壁６及び蓋体１６の内側にグラフ
ァイト製等の断熱材１０が挿入されている。この断熱材
１０は、真空容器４の内側に赤外線を反射する反射部材
に代えることができ、また断熱材１０の内面に反射面を
形成してもよい。

【００１９】真空容器４の下部周壁５の下端に内側に張
り出したフランジを有し、このフランジと前記継手２の
内側に張り出したフランジとの間に、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、これによってアウターチューブ９が真空容器４の
内部に立設されている。また、ベース板１と継手２は水
路（図示せず）を有し、その流水によって冷却される。
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、真空容器４の下部周
壁５と継手２との間に気密に挟持されているため、この
アウターチューブ９は、前記インナーチューブ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、真空容器４と
共に気密な空間３を形成しており、前記真空ポンプ２１
を稼働してこの空間３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と真空容器４との間に真空空間
３を形成することができる。この真空空間３は、アウタ
ーチューブ９の周囲と上面を囲んでいる。

【００２１】この真空空間３の断熱材１０の内側には、
前記のアウターチューブ９を囲んでヒータ１２、１３が
配置されている。アウターチューブ９の周囲には、円筒
状ヒータ１２が配置され、この円筒状ヒータ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、この円筒状ヒータ１２の３本の端子２６を絶
縁した状態で真空容器４の外に取り出し、電源に接続す
る。

【００２２】また、アウターチューブ９の上端面には、
後述する円板状ヒータ１３が対向している。この円板状
ヒータ１３の端子５６を絶縁状態で真空容器４の外に取
り出し、電源に接続する。前記ベース板１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。

【００２３】このような構造を有する縦型加熱炉では、
真空空間３に配置された円筒状ヒータ１２と円板状ヒー
タ１３とでアウターチューブ９をその周囲から加熱し、
加熱物２８を加熱処理するとき、アウターチューブ９の
周囲が真空断熱層となる真空空間３で囲まれているの
で、高い断熱性が得られる。これにより、円筒状ヒータ
１２と円板状ヒータ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の均熱性
を保って加熱することが可能となる。

【００２４】さらに、ヒータ１２、１３が真空空間３に
配置されているので、ヒータ１２、１３の高温下での酸
化によるヒータ１２、１３の早期の断線等が起こりにく
くなる。むしろ、酸化を考慮せずに任意のヒータ１２、
１３を選択することができ、前述のようなグラファイト
からなるヒータ１２、１３を使用することができる。

【００２５】さらに、加熱物２８の加熱処理が終わり、
ヒータ１２、１３の発熱を停止したとき、前記ガス導入
口１８から真空空間３にガスを導入することにより、ア
ウターチューブ９内をその周囲から強制冷却することも
できる。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。

【００２６】冷却ガスは真空ポンプ２１で排気しなが
ら、常に冷えた冷却ガスを導入する。真空空間３内の温
度が高いときは、冷却ガスとして窒素ガスやアルゴンガ
ス等の不活性ガスを使用する。そして、真空空間３内の
温度が或る程度下がったときに、冷却ガスとして空気を
使用するようにすれば、真空容器４の酸化やヒータ１
２、１３の焼失等が起こらない。

【００２７】図２に、アウターチューブ９の周囲を囲む
円筒状ヒータ１２の例を示す。この円筒状ヒータ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。

【００２８】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。

【００２９】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、図３に示
すように、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。この接続ブロック３２の基端側の上面は一段低
くなっており、そこにはネジ孔４０が設けられている。
さらに、先端面は、対象な２つの面が１５０゜の角度で
交差しておりそれら２つの先端面には、ネジ孔３９が設
けられている。

【００３０】接続ブロック３２の少なくとも３個には、
その基端側より一段高くなった先端側の上面に、電極３
６の下端を固定するためのネジ孔３８が設けられてい
る。また、図２に示すように、接続ブロック３２の少な
くとも３個には、前記のネジ孔３８に代えて、電極３６
より径の大きな通孔４６が設けられている。

【００３１】図２及び図３に示すように、ヒータ部材３
１は、上端から下端近くまで中央にスリット４２を設け
た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４
２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４１が設
けられている。

【００３２】図２に示すように、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の上面が一段低くなった基端側
が固定リング３３のネジ孔に通したグラファイト製のネ
ジ３５で固定される。このネジ３５は、図３に示した接
続ブロック３２の前記ネジ孔４０に締め込まれる。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。

【００３３】なお、電極３６を取り付けるためのネジ孔
３８を有する接続ブロック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のネジ孔３８に電
極３６の下端のネジ３７をねじ込み、電極３６を固定す
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、ネジ孔３８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。

【００３４】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
の上端の通孔４１（図３参照）にネジ３４を通し、これ
を接続ブロック３２の先端面のネジ孔３９（図３参照）
にねじ込んで締め込む。このようにして、１２本のヒー
タ部材３１の一対の上端を隣接する接続ブロック３２の
先端面にそれぞれ固定し、これらヒータ部材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。

【００３５】このようにして組み立てられたヒータ１２
は、図１に示すようにして真空容器４とアウターチュー
ブ９との間に挿入され、真空空間３に配置される。電極
３６は、真空容器４の蓋体２６から絶縁部材を介して真
空容器４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。

【００３６】図４は、前述のようなヒータ１２に使用さ
れるヒータ部材３１の例を示すものである。図４（ａ）
は、図１及び図２により前述したヒータ部材３１であ
り、その断面形状は、上下両端を除いて全体に等しい。
この図４（ａ）のヒータ部材３１を標準的なものとする
と、図４（ｂ）〜（ｄ）は、ヒータ部材３１の下端をト
リミングし、その断面積を一部小さくしている。

【００３７】図４（ｂ）は、ヒータ部材３１の下端側の
両側をトリミングして切欠４３を設け、これによりヒー
タ部材３１の下端側の断面積を一部小さくしている。図
４（ｃ）は、ヒータ部材３１の下端側の両側に孔４４を
設け、これによりヒータ部材３１の下端側の断面積を一
部小さくしている。さらに、図４（ｄ）は、ヒータ部材
３１の下端側を厚さ方向にトリミングして削除部４５設
け、これによりヒータ部材３１の下端側の断面積を一部
小さくしている。何れの場合も、ヒータ部材３１の下端
側の断面積が一部小さくなることにより、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。

【００３８】図５は、アウターチューブ９の上面に対向
させた本発明による円板状ヒータ１３を示している。こ
れらの図に示すように、円板状ヒータ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。

【００３９】図５（ａ）に示すように、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５
３、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。

【００４０】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
らに真空容器４の蓋体２６から絶縁部材を介して真空容
器４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５
１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。

【００４１】このようなヒータ部材５１の形状では、図
５（ａ）に示すように、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。図
５（ｂ）に示すように、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。

【００４２】図６は、図１に示すような縦型加熱炉の試
験機を使用し、加熱試験を行った結果であり、加熱時に
おける円筒状ヒータ１２の中心軸上の温度分布を測定し
た結果を示している。真空容器３はＡｌ製とし、その高
さは１２０４ｍｍ、直径５００ｍｍとした。円筒状ヒー
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１
２枚のヒータ部材３１を、直径３６０ｍｍの円筒形配列
とした。

【００４３】加熱物２８としては、高さ８６０ｍｍ、直
径２６６ｍｍのＳｉＣ製のインナーチューブ８の中のボ
ート２７に８インチのシリコンウエハを１００枚装填し
た。ここでは、加熱物である半導体ウエハのボート上の
装填ピッチを６．３５ｍｍとし、温度測定位置をその半
導体ウエハの位置（ボートの段数）で表してある。１段
目が最上位である。真空空間３を１×１０^-4Ｐａに減圧
した状態で、前記円筒状ヒータ１２、円板状ヒータ１３
に電流３８０〜３９０Ａ、電圧７５Ｖ、電力５０ｋＷの
三相交流を流し、加熱試験を行っている。

【００４４】所定の温度に位置すべき領域の最下段位置
（目標均熱最下段位置）を上から８０段目までとし、ヒ
ータ１２、１３の加熱温度調整は、最上段（上面温調位
置）と、前記目標均熱最下段位置のほぼ中間位置（側面
温調位置＝４８段）との２点で行った。

【００４５】白印が円筒状ヒータ１２と円板状ヒータ１
３の双方に電力を供給して発熱させた結果であり、黒印
が側面（周面）の円筒状ヒータ１２のみに電力を供給し
て発熱させた結果である。何れも、合計で毎時３ｋＷ、
４．２ｋＷ、５．４ｋＷ、６．５ｋＷ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す。

【００４６】また、図７は、円筒状ヒータ１２のみに７
ｋＷ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温度測定結果を示す。こ
のグラフは、図６に比べて縦軸の温度を拡大して示して
ある。これら図６及び図７に示すように、段数１００段
までの温度分布を見ると、円筒状ヒータ１２のみを発熱
させた場合、温度分布は、縦軸の温度分布をｙ、横軸の
ウエハ段数１〜１００段をθとした場合θが約０〜１８
０゜の範囲の正弦曲線に近似する。また、円筒状ヒータ
１２と円板状ヒータ１３の双方を発熱させ、両ヒーター
１２、１３が共に９００℃になるよう温度を調節した場
合は、温度分布は、縦軸の温度分布をｙ、横軸のウエハ
段数１〜１００段をθとした場合、θが約０〜１８０゜
の範囲の余弦曲線に近似し、１段目がθ＝０となる。

【００４７】この結果、本発明による円板状ヒータ１３
を前記のような円筒状ヒータ１２と組み合わせ、円筒状
ヒータ１２の上端側に円板状ヒータ１３を配置し、この
円板状ヒータ１３への電力の供給をオン−オフすること
により、円筒状ヒータ１２の中心軸上の温度分布を、正
弦曲線と余弦曲線とに切り替えることができる。また例
えば、図４に示すようなトリミング手段により、ヒータ
部材３１の電流の流れと垂直な断面Ａを温度分布に対応
した正弦曲線や余弦曲線とすることにより、加熱物を加
熱するエリアの温度分布を一定にすることもできる。

【００４８】図８は図４（ｄ）に示すように、５ｍｍ板
厚のグラファイト製のヒータ部材３１の先端部を２ｍｍ
までトリミングしたものを使用した円筒状ヒータ１２
と、図４（ａ）に示すようなトリミングしていないヒー
タ部材３１を使用した円筒状ヒータ１２とについて、加
熱温度分布を比較したグラフである。

【００４９】トリミングされたヒータ部材３１は、上か
らウエハの８０枚目に対応する位置まで５ｍｍの厚さで
あり、８０枚以降に対応するヒータ部材３１の厚さは２
ｍｍまで薄くしてある。トリミングされていない均一な
５ｍｍの厚さのヒータ部材３１を使用した場合、余弦曲
線のθ＝０がウエハの１枚目であるのに対して、５ｍｍ
−２ｍｍにトリミングしたヒータ部材３１の場合、その
余弦曲線のθ＝０は、ウエハの７０枚目までシフトした
曲線になっている。すなわち約７０枚目までは均一加熱
が達成されたことになる。

【００５０】このときトリミングされたヒータ部材３１
でも、トリミングされていないヒータ部材３１でも、９
００℃を維持するために必要な電力は上面の円板状ヒー
タ１３が２ｋＷ、周囲の円筒状ヒータ１２が５ｋＷでそ
のトータル７ｋＷは同じである。すなわち、トリミング
された部分の電気抵抗が上がり、ここの部分の発熱量が
増すために、余弦曲線がシフトしていることを意味して
いる。従って、トリミング比を５：２以上に増すことに
よって、またその位置を右側にシフトし、余弦曲線のθ
＝０の位置を８０枚以上に延ばせることになる。

【００５１】また図８に示した加熱平衡状態において、
同一ウエハ内の１２点の温度計測点の温度のバラツキ
は、ウエハの７段目から６７段目のすべてにおいて±
０．３℃に治まっており、本発明の効異が発揮されてい
ることがわかる。これはとりもなおさず、板状のグラフ
ァイト製のヒータ部材３１が円筒状に複数配置された円
筒状面発熱体の中心軸上に加熱物が配置された効果であ
る。

【００５２】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明による縦型加
熱炉用円板状ヒータでは、加熱効率のより円板状のヒー
タ部材５１を円周方向に蛇行状に連続させているので、
短時間でアウターチューブの上端を高温に加熱できる。
これにより、１サイクルの処理時間を短縮できると共
に、消費電力の低減が可能な縦型加熱炉を容易に構成で
きる。

【００５３】また、このヒータ部材５１の離れた３つの
位置に電極５６を設けることにより、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。さらに、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、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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による縦型加熱炉の例を示す概略縦断側
面図である。

【図２】同縦型加熱炉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】同円筒形ヒータの一部の構成部材を示す分解斜
視図である。

【図４】同円筒形ヒータに使用される板状のヒータ部材
の各例を示す斜視図である。

【図５】本発明による縦型加熱装炉用円板形ヒータの一
例を示す平面図とそのＡ−Ａ線縦断側面図である。

【図６】前記縦型加熱炉により加熱試験を行った結果と
して半導体ウエハの装填位置と温度分布との関係を示す
グラフである。

【図７】前記縦型加熱炉の例により加熱試験を行った結
果として半導体ウエハの装填位置と温度分布との関係を
示すグラフである。

【図８】本発明による縦型加熱装置において、トリミン
グされたヒータ部材を使用した円筒状ヒータとトリミン
グされてないヒータ部材を使用した円筒状ヒータとの加
熱比較試験を行った結果として半導体ウエハの装填位置
と温度分布との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

３ 真空空間 １３ 円板状ヒータ ５１ ヒータ部材 ５３ ヒータ部材のスリット ５４ ヒータ部材のスリット ５６ 電極

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 3/14 H01L 21/22 511 H05B 3/03 H05B 3/64 H05B 3/20

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱物（２８）を加熱する円板状のヒー
   タであって、ドーナツ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（５
   ３）、（５４）を入れて円周方向に蛇行状に連続してい
   ると共に、ヒータ部材（５１）の内周側より外周側のス
   リット（５３）、（５４）の間の幅が広くなる分だけヒ
   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均等化したことを特
   徴とする縦型加熱炉用円板状ヒータ。
2. 【請求項２】 ヒータ部材（５１） はグラファイトか
   らなることを特徴とする請求項１に記載の縦型加熱炉用
   円板状ヒータ。
3. 【請求項３】 ヒータ部材（５１）の互いに離れた３つ
   の位置に設けた電極（５６）により、三相結線されてい
   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
   炉用円板状ヒータ。