JP3471100B2 - 縦型熱処理装置 - Google Patents

縦型熱処理装置

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JP3471100B2 JP29794794A JP29794794A JP3471100B2 JP 3471100 B2 JP3471100 B2 JP 3471100B2 JP 29794794 A JP29794794 A JP 29794794A JP 29794794 A JP29794794 A JP 29794794A JP 3471100 B2 JP3471100 B2 JP 3471100B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、縦型熱処理装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】例えば半導体デバイスの製造において
は、酸化、拡散、ＣＶＤ（Chemical Vapor Depositio
n）などの処理を行うために、各種の熱処理装置が用い
られている。中でも、バッチ処理が可能で且つ設置スペ
ースの削減等が図れるものとして開発された縦型熱処理
装置は、被処理体である半導体ウエハを収容して熱処理
するための縦型の熱処理室（プロセスチューブ）を備
え、この熱処理室の周囲には図７に示すように筒状の断
熱層９が設けられ、この断熱層９の内周には例えばこの
内周に沿って螺旋状に形成された抵抗発熱体（ヒータ）
１０が支持体１９を介して設けられている。上記断熱層
９の外周はアウターシェル１１で覆われ、このアウター
シェル１１の外周には水冷ジャケット１２が設けられて
いる。
【０００３】そして、上記抵抗発熱体１０の温度を管理
する目的で、上記断熱層９には絶縁保護管２０の先端に
熱電対（図示省略）を有する温度測定子２２が外側から
半径方向内方すなわち炉心方向に挿通されている。上記
温度測定子２２の基部側は金属製例えばアルミニウム製
の保持体２８を介して水冷ジャケット１２に固定され、
温度測定子２２の先端部は熱処理室と干渉しない範囲で
断熱層９から抵抗発熱体１０を越えて炉心方向へ延出さ
れている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記縦
型熱処理装置においては、上記温度測定子の取付構成に
起因して、温度測定子により測定（検出）した温度と抵
抗発熱体の実際の温度との間に多少の誤差があると共
に、今一つ応答性及び再現性に欠け、温度管理が難しい
という問題があった。これは、第一に温度測定子の先端
部が抵抗発熱体から離れて配置されていること、第二に
断熱層による温度測定子の断熱範囲が少ないこと、第三
に温度測定子が水冷ジャケットを貫通していてその部分
からの放熱が大きいこと、第四に温度測定子の支持体が
金属製で熱伝導率が高くその部分からの放熱があること
等に起因しているものと考えられる。
【０００５】そこで、本発明の目的は、抵抗発熱体と温
度測定子の温度誤差を減少させると共に応答性及び再現
性の向上を図り、温度管理を容易にした縦型熱処理装置
を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の縦型熱処理装置は、被処理体を収容し
て熱処理する縦型の処理室の周囲を囲むように筒状の断
熱層を設け、この断熱層の内周に抵抗発熱体を設けてな
る縦型熱処理装置において、上記抵抗発熱体の温度を管
理するために、絶縁保護管の先端に熱電対を有する温度
測定子が先端側を上記抵抗発熱体の上面若しくは下面に
接触してその長手方向に添わせるべく抵抗発熱体の接線
方向から上記断熱層に挿通されて設けられていることを
特徴とする。
【０００７】
【０００８】請求項２記載の縦型熱処理装置は、上記断
熱層の外周を覆うアウターシェルに開口部が形成される
と共にこの開口部を覆うように断熱材が充填されたアー
チ状のガイド体が設けられ、このガイド体に上記温度測
定子の基部側が樹脂製の保持体を介して角度調整可能に
設けられていることを特徴とする。
【０００９】
【作用】請求項１記載の縦型熱処理装置においては、絶
縁保護管の先端に熱電対を有する温度測定子が先端側を
上記抵抗発熱体の上面若しくは下面に接触してその長手
方向に添わせるべく抵抗発熱体の接線方向から上記断熱
層に挿通されて設けられているため、温度測定子の先端
側の抵抗発熱体と重なる範囲及び断熱層による温度測定
子の断熱範囲を大きくとることができ、温度測定子から
の放熱を十分に抑制することが可能となると共に抵抗発
熱体と温度測定子の温度誤差を十分に減少させることが
可能となる。これにより、温度測定子による測定精度の
向上が図れると共に応答性及び再現性の向上が図れ、縦
型熱処理装置の温度管理が容易になる。
【００１０】
【００１１】請求項２記載の縦型熱処理装置において
は、上記断熱層の外周を覆うアウターシェルに開口部が
形成されると共にこの開口部を覆うように断熱材が充填
されたアーチ状のガイド体が設けられ、このガイド体に
上記温度測定子の基部側が樹脂製の保持体を介して角度
調整可能に設けられているため、上記温度測定子の基部
側からの放熱を更に抑制することが可能となると共に温
度測定子を抵抗発熱体に添わせて配設する際の温度測定
子の角度調整を容易に行うことが可能になる。
【００１２】
【実施例】以下に、本発明の一実施例を添付図面に基づ
いて詳述する。図１ないし図２において、１は被処理体
である半導体ウエハＷに減圧ＣＶＤによる成膜処理を施
すのに適するように構成された縦型熱処理装置であり、
この縦型熱処理装置１は円形の開口部２ａを有する例え
ばステンレススチール製のベースプレート２を水平に備
えている。
【００１３】このベースプレート２の下部には耐熱性金
属例えばステンレススチール製の短い筒状のマニホール
ド３が前記開口部２ａと軸心を一致させてボルト止めに
より着脱可能に取付けられ、このマニホールド３上には
縦型の熱処理室を形成する耐熱材例えば石英製の上端の
閉塞された円筒状のプロセスチューブ４がＯリング５を
介して取付けられている。本実施例のプロセスチューブ
４は、内側に上下両端の開放された石英製の内管６を同
心状に配置して二重管構造になっているが、内管６を有
しないもの、或いはプロセスチューブ４の外側に例えば
炭化ケイ素（ＳｉＣ）製の均熱管を配置したものであっ
てもよい。
【００１４】上記マニホールド３にはプロセスチューブ
４内に図示しない処理ガス供給源からの処理ガスを導入
するための複数の入口ポート７と、プロセスチューブ４
内を図示しない減圧手段により排気して例えば１０〜１
０-8Ｔｏｒｒ程度に真空引きするための出口ポート８が
設けられている。前記プロセスチューブ４の周囲には例
えばセラミックファイバなどの断熱材からなる上端の閉
塞された円筒状の断熱層９が設けられ、この断熱層９の
内周にはプロセスチューブ４内を高温例えば８００〜１
２００℃程度に加熱するヒータとして後述する抵抗発熱
体１０が設けられている。上記断熱層９の外周は例えば
ステンレススチール製のアウターシェル１１で覆われ、
このアウターシェル１１の外周には水冷ジャケット１２
が設けられ、この水冷ジャケットを含む上記断熱層は上
記ベースプレート２上に支持されている。
【００１５】前記マニホールド３の下方にはその下面開
口（炉口）を開閉する例えばステンレススチール製の蓋
体１３がローディング機構としての昇降機構１４により
昇降可能に設けられ、この蓋体１３上には多数枚例えば
１５０枚程度の半導体ウエハＷを水平状態で上下方向に
間隔をおいて多段に保持する例えば石英製のウエハボー
ト１５が同じ石英製の保温筒１６を介して載置されてい
る。なお、蓋体１３には保温筒１６を回転駆動する回転
機構１７等が設けられている。
【００１６】上記抵抗発熱体１０は、例えば鉄（Ｆ
ｅ）、クロム（Ｃｒ）及びアルミニウム（Ａｌ）の合金
線であるカンタル線からなり、その太さは熱処理炉１の
仕様によっても異なるが、本実施例では例えば直径が
３．５ｍｍのものが用いられている。この抵抗発熱体１
０は、前記断熱層９の内壁面に沿って所要のピッチで螺
旋状に形成されており、この螺旋状の抵抗発熱体１０に
は前記断熱層９を貫通して外部に延出された電極接続用
の端子板１８が断熱層９の軸方向に適宜間隔で設けられ
ている。これにより、炉内を上下方向に複数のゾーン例
えば５ゾーンに分けて後述の温度測定子による温度測定
値をフィードバックしながら制御装置による温度制御が
できるように構成されている。
【００１７】また、上記抵抗発熱体１０は、断熱層９の
内壁にその軸方向に沿うと共に周方向に適宜間隔で設け
られた耐熱性及び絶縁性を有する材料例えばセラミック
からなる支持体（セパレータ）１９を介して前記断熱層
９の内壁面から所要の隙間を隔てて取付けられている。
この支持体１９は図６に示すように断熱層９の軸方向に
複数に分割されており、各支持体１９は抵抗発熱体１０
の内側に位置される基部１９ａから抵抗発熱体１０の隣
り合うピッチ間を通って径方向外方へ延出する複数本
（実施例では４本）の支持片１９ｂ，１９ｃを有するい
わゆる櫛歯状に形成されている。上記支持片１９ｂ，１
９ｃの先端部が断熱層９中に埋設支持される際の支持強
度を得るために、実施例では隣り合うもの同士の長さが
異なるように長さの長い支持片１９ｂと短い支持片１９
ｃが交互に形成されると共に、長い支持片１９ｂの先端
部には断熱層９からの抜け止めのための図示しない突起
が形成されている。
【００１８】そして、上記抵抗発熱体１０の温度を管理
するために、耐熱性及び絶縁性を有する絶縁保護管２０
の先端に熱電対２１を有する温度測定子２２が断熱層９
に外側から挿通されると共に温度測定子２２の先端側を
抵抗発熱体１０に添わせるようにして各ゾーン毎に設け
られている。上記絶縁保護管２０は、図５に示すように
例えばアルミナセラミックにより棒状に形成されると共
に内部に軸方向に沿って熱電対素線２１ａを挿通するた
めの複数例えば４本の挿通孔２３が形成されている。ま
た、上記絶縁保護管２０の先端部には２個の熱電対２１
が設けられ、これらの熱電対素線２１ａは絶縁保護管２
０の挿通孔２３を通って基端部まで導かれた後、補償導
線２４を介して図示しない制御装置の入力端子に接続さ
れている。本実施例の絶縁保護管２０は、直径が２．８
ｍｍの断面円形のものが採用されているが、直径及び断
面形状はこれに限定されるものではなく、断面形状とし
ては楕円、多角形等であってもよい。
【００１９】このように構成された温度測定子２２は、
先端側を抵抗発熱体１０の上面若しくは下面に長手方向
に添わせるべくその接線方向から断熱層９を貫通して設
けられ、先端部（熱電対２１を除く絶縁保護管２０部
分）が抵抗発熱体１０に接触させられている。また、こ
のように温度測定子２２を取付けるために、図３ないし
図４に示すように上記断熱層９の外周を覆うアウターシ
ェル１１には開口部２５が形成されると共にこの開口部
２５を覆うように例えばセラミックファイバからなる断
熱材２６が充填されたアーチ状の例えばステンレススチ
ール製のガイド体２７が設けられ、このガイド体２７に
上記温度測定子２２の基部側が樹脂製の保持体２８を介
して角度調整可能に設けられている。
【００２０】上記ガイド体２７は、左右両側部に上下方
向の長穴２９を有し、これら長穴２９に通したネジ３０
でアウターシェル１１の外面に上下方向の位置調整可能
に取付けられている。また、上記ガイド体２７にはアウ
ターシェル１１の開口部２５に対応するように実施例で
は上下２つの窓３１が形成されると共に、上縁部及び下
縁部に水平のガイドスリット３２が形成されている。上
記保持体２８は合成樹脂である例えば熱伝導性の比較的
低いＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）材により
直方体のブロック状に形成され、断面Ｌ字状の保持板３
３にネジ３４及びナット３５により着脱可能に取付けら
れている。
【００２１】上記保持板３３は上下両端部に上記ガイド
体２７の上縁部及び下縁部を抱える断面Ｕ字状のアーム
３３ａを有し、これらアーム３３ａをガイドスリット３
２に通したネジ３６でガイド体２７の上縁部及び下縁部
に絞め付けることにより所定の範囲θで水平移動による
角度調整可能に取付けられている。また、上記保持体２
８には上記温度測定子２２の基部側をほぼ水平に挿通支
持するための軸孔３７が上記窓３１に対応して実施例で
は２つ形成され、これら軸孔３７に挿通された温度測定
子２２の基部側が止めネジ３８で固定されている。な
お、これらガイド体２７や保持体２８等が水冷ジャケッ
ト１２と干渉しないようにするために、水冷ジャケット
１２には切欠部３９が設けられている。また、上記温度
測定子２２は抵抗発熱体１０の支持体１９との干渉を避
けるために長さの短い支持片１９ｃの近傍を挿通するよ
うに設定されている。
【００２２】以上のように構成された縦型熱処理炉１に
よれば、絶縁保護管２０の先端に熱電対２１を有する温
度測定子２２を断熱層９に外側から挿通させると共に温
度測定子２２の先端側を抵抗発熱体１０に添わせている
ため、温度測定子２２からの放熱を抑制することが可能
となると共に抵抗発熱体１０と温度測定子２２の温度誤
差を減少させることが可能となる。これにより、温度測
定子２２による測定精度の向上が図れると共に応答性及
び再現性の向上が図れ、縦型熱処理装置１の温度管理が
容易になる。
【００２３】すなわち、図１に示すように温度測定子２
２を抵抗発熱体１０の接線方向から断熱層９に斜めに挿
通させて配置したことにより、温度測定子２２の先端側
の抵抗発熱体１０と重なる範囲Ｅ及び断熱層９による温
度測定子２２の断熱範囲Ｆを大きく取ることができ、温
度測定子２２からの放熱を十分に抑制することが可能と
なると共に抵抗発熱体１０と温度測定子２２の温度誤差
を十分に減少させることが可能となった。また、温度測
定子２２の直径を２．８ｍｍと小さくしたので、更に応
答性の向上が図れた。
【００２４】また、上記絶縁保護管２０の先端部が上記
抵抗発熱体１０に接触しているため、更に測定精度の向
上並びに応答性及び再現性の向上が図れる。更に、上記
断熱層９の外周を覆うアウターシェル１１に開口部２５
が形成されると共にこの開口部２５を覆うように断熱材
２６が充填されたアーチ状のガイド体２７が設けられ、
このガイド体２７に上記温度測定子２２の基部側が熱伝
導性の低いＰＥＥＫ材からなる保持体２８を介して角度
調整可能に設けられているため、上記温度測定子２２の
基部側からの放熱を更に抑制することが可能となると共
に温度測定子２２を抵抗発熱体１０に添わせて配設する
際の温度測定子２２の角度調整を容易に行うことが可能
になる。
【００２５】なお、本発明は、前記実施例に限定される
ものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施
が可能である。例えば、実施例の抵抗発熱体１０は、線
状のものが採用されているが、これ以外に例えば帯状の
もの、或いはコイル状のものが採用可能である。また、
上記抵抗発熱体１０は必ずしも断熱層９の内壁の周方向
に沿って螺旋状に形成されている必要はなく、例えば断
熱層９の内壁の軸方向に沿って往復しつつ周方向に蛇行
状に形成されていてもよい。
【００２６】また、温度測定子２２の先端部は必ずしも
抵抗発熱体１０に接触している必要はなく、抵抗発熱体
１０に近接して添わせていれば、非接触であってもよ
い。更に、本発明が適用される縦型熱処理装置によって
熱処理される被処理体としては、半導体ウエハＷ以外
に、例えばＬＣＤ基板等が適用可能である。また、本発
明が適用される縦型熱処理装置としては、減圧ＣＶＤ以
外に、例えば酸化、拡散、アニール等の処理に適するも
のであってもよい。
【００２７】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果が得られる。
【００２８】（１）請求項１記載の縦型熱処理装置によ
れば、絶縁保護管の先端に熱電対を有する温度測定子が
先端側を上記抵抗発熱体の上面若しくは下面に接触して
その長手方向に添わせるべく抵抗発熱体の接線方向から
上記断熱層に挿通されて設けられているため、温度測定
子の先端側の抵抗発熱体と重なる範囲及び断熱層による
温度測定子の断熱範囲を大きくとることができ、温度測
定子からの放熱を十分に抑制することが可能となると共
に抵抗発熱体と温度測定子の温度誤差を十分に減少させ
ることが可能となる。これにより、温度測定子による測
定精度の向上が図れると共に応答性及び再現性の向上が
図れ、縦型熱処理装置の温度管理が容易になる。
【００２９】
【００３０】（２）請求項２記載の縦型熱処理装置によ
れば、上記断熱層の外周を覆うアウターシェルに開口部
が形成されると共にこの開口部を覆うように断熱材が充
填されたアーチ状のガイド体が設けられ、このガイド体
に上記温度測定子の基部側が樹脂製の保持体を介して角
度調整可能に設けられているため、上記温度測定子の基
部側からの放熱を更に抑制することが可能となると共に
温度測定子を抵抗発熱体に添わせて配設する際の温度測
定子の角度調整を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す縦型熱処理装置の一部
省略横断面図である。
【図２】図１の縦型熱処理装置の全体的構成を概略的に
示す縦断面である。
【図３】図１のＡ部拡大断面図である。
【図４】図１のＡ部を正面から見た拡大正面図である。
【図５】抵抗発熱体に添わせて設けられた温度測定子の
先端側を示す斜視図である。
【図６】温度測定子が挿通された断熱層部分を示す断面
図である。
【図７】従来の縦型熱処理装置の部分的横断面図であ
る。
【符号の説明】
１ 縦型熱処理装置 Ｗ 半導体ウエハ（被処理体） ４ プロセスチューブ（熱処理室） ９ 断熱層 １０ 抵抗発熱体 １１ アウターシェル ２０ 絶縁保護管 ２１ 熱電対 ２２ 温度測定子 ２６ 断熱材 ２７ ガイド体 ２８ 保持体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 21/205 21/31 21/31 Ｅ (56)参考文献 特開 平４−171920（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−239842（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−77389（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−118337（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/22 H01L 21/205

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被処理体を収容して熱処理する縦型の処
    理室の周囲を囲むように筒状の断熱層を設け、この断熱
    層の内周に抵抗発熱体を設けてなる縦型熱処理装置にお
    いて、上記抵抗発熱体の温度を管理するために、絶縁保
    護管の先端に熱電対を有する温度測定子が先端側を上記
    抵抗発熱体の上面若しくは下面に接触してその長手方向
    に添わせるべく抵抗発熱体の接線方向から上記断熱層に
    挿通されて設けられていることを特徴とする縦型熱処理
    装置。
  2. 【請求項２】 上記断熱層の外周を覆うアウターシェル
    に開口部が形成されると共にこの開口部を覆うように断
    熱材が充填されたアーチ状のガイド体が設けられ、この
    ガイド体に上記温度測定子の基部側が樹脂製の保持体を
    介して角度調整可能に設けられていることを特徴とする
    請求項１記載の縦型熱処理装置。
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