JP3881937B2 - 半導体製造装置または加熱装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置に関し、特に、基板を加熱するヒータユニットの改良に係り、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）やポリシリコン等を堆積（デポジション）させる減圧ＣＶＤ装置や、酸化膜形成装置や拡散装置、イオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフローおよびアニール等の熱処理（thermal treatment ）に使用される熱処理装置（furnace ）等の半導体製造装置に利用して有効なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣの製造方法において、ウエハに窒化シリコンやポリシリコン等のＣＶＤ膜をデポジションするのにバッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置が広く使用されている。バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置（以下、ＣＶＤ装置という。）は、ウエハが搬入される処理室を形成するインナチューブおよびこのインナチューブを取り囲むアウタチューブから構成されて縦形に設置されたプロセスチューブと、被処理基板である複数枚のウエハを保持してインナチューブの処理室に搬入するボートと、インナチューブ内に原料ガスを導入するガス導入管と、プロセスチューブ内を排気する排気管と、プロセスチューブ外に敷設されてプロセスチューブ内を加熱するヒータユニットとを備えており、複数枚のウエハがボートによって垂直方向に整列されて保持された状態でインナチューブ内に下端の炉口から搬入（ボートローディング）され、インナチューブ内に原料ガスがガス導入管から導入されるとともに、ヒータユニットによってプロセスチューブ内が加熱されることにより、ウエハにＣＶＤ膜がデポジションされるように構成されている。
【０００３】
従来のこの種のＣＶＤ装置において、ヒータユニットはアルミナやシリカ等の断熱材が使用されてバキュームフォーム（真空吸着成形）法によってプロセスチューブを全体的に被覆する長い円筒形状に形成された断熱壁体と、鉄−クロム−アルミニウム（Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ）合金やモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ2 ）が使用されて長大に形成された発熱体と、断熱壁体を被覆するケースとを備えており、発熱体が断熱壁体の内周に敷設されて構成されている。
【０００４】
このようなヒータユニットにおいて３０℃／分以上の急速加熱を実施する場合には、発熱有効面積を大きくするために板形状に形成された発熱体が使用されている。そして、この板形状の発熱体が使用される場合には、この発熱体に通電させるための給電部は次のように構成されている。板形状の発熱体が厚さ方向に直角に屈曲されて断熱壁体を貫通され、この貫通部がさらに直角に屈曲され、この屈曲部に給電端子が接続される。この給電部の屈曲部には発熱時の熱膨張によって暴れるのを防止するために補強を兼ねて別体の発熱体が溶接される。また、外側の屈曲部での上下間の発熱体同士を接続するための渡り線には、発熱体と同形の板形状の別体の発熱体が使用されている。給電端子も同様に板形状の別体の発熱体が使用されており、ケースの外部に引き出されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発熱体同士の屈曲部の間には発熱体が存在しない状態になることにより加熱温度が低くなるため、ウエハ面内の温度分布がこの屈曲部に向かって低くなる。ウエハ面内の温度分布の偏りはそのまま成膜結果に影響するため、この屈曲部側の成膜速度が遅くなり、膜厚分布に重大な悪影響が及ぶ。
【０００６】
本発明の目的は、発熱体の無い給電部での温度低下を防止することができる半導体製造装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第一の手段は、一対の給電部を有する発熱体が筒形状に形成された断熱壁体の内周に敷設されており、前記一対の給電部が耐熱性のホルダによって互いに絶縁された状態で保持されていることを特徴とする。
【０００８】
前記した第一の手段によれば、ホルダによって保持された一対の給電部を互いに接近させることができるため、発熱体の無い給電部での温度低下を最小限度に抑制することができる。
【０００９】
前記課題を解決するための第二の手段は、一対の給電部を有する複数の発熱体が筒形状に形成された断熱壁体の内周に前記筒心と同方向に配列されており、これら発熱体の前記一対の給電部同士が周方向にずらされていることを特徴とする。
【００１０】
前記した第二の手段によれば、発熱体の無い給電部が一列に並ばないため、温度が低下する部分を分散させることができ、複数の発熱体の加熱温度分布への影響を抑制することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【００１２】
本発明に係る半導体製造装置の一実施の形態であるＣＶＤ装置（バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置）は、図１に示されているように、垂直に配されて固定的に支持された縦形のプロセスチューブ１を備えている。プロセスチューブ１はインナチューブ２とアウタチューブ３とから構成されており、インナチューブ２は石英（ＳｉＯ2 ）もしくは炭化シリコン（ＳｉＣ）が使用されて円筒形状に一体成形され、アウタチューブ３は石英ガラスが使用されて円筒形状に一体成形されている。インナチューブ２は上下両端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ２の筒中空部はボート１１によって垂直方向に整列した状態に保持された複数枚のウエハが搬入される処理室４を形成している。インナチューブ２の下端開口はウエハを出し入れするための炉口５を構成している。
【００１３】
アウタチューブ３は内径がインナチューブ２の外径よりも大きく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ２にその外側を取り囲むように同心円に被せられている。インナチューブ２とアウタチューブ３との間の下端部は円形リング形状に形成されたマニホールド６によって気密封止されており、マニホールド６はインナチューブ２およびアウタチューブ３についての交換等のためにインナチューブ２およびアウタチューブ３にそれぞれ着脱自在に取り付けられている。マニホールド６がＣＶＤ装置の筐体１７に支持されることにより、プロセスチューブ１は垂直に据え付けられた状態になっている。
【００１４】
マニホールド６の側壁の上部には排気管７が接続されており、排気管７は排気装置（図示せず）に接続されて処理室４を所定の真空度に真空排気し得るように構成されている。排気管７はインナチューブ２とアウタチューブ３との間に形成された隙間に連通した状態になっており、インナチューブ２とアウタチューブ３との隙間によって排気路８が、横断面形状が一定幅の円形リング形状に構成されている。排気管７がマニホールド６に接続されているため、排気管７は円筒形状の中空体を形成されて垂直に延在した排気路８の最下端部に配置された状態になっている。マニホールド６の側壁の下部にはガス導入管９がインナチューブ２の炉口５に連通するように接続されており、ガス導入管９には原料ガス供給装置およびキャリアガス供給装置（いずれも図示せず）に接続されている。ガス導入管９によって炉口５に導入されたガスはインナチューブ２の処理室４内を流通して排気路８を通って排気管７によって排気される。
【００１５】
マニホールド６には下端開口を閉塞するシールキャップ１０が垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ１０はアウタチューブ３の外径と略等しい円盤形状に形成されており、プロセスチューブ１の外部に垂直に設備されたエレベータ（図示せず）によって垂直方向に昇降されるように構成されている。シールキャップ１０の中心線上には被処理基板としてのウエハＷを保持するためのボート１１が垂直に立脚されて支持されるようになっている。
【００１６】
ボート１１は上下で一対の上側端板１２および下側端板１３と、上側端板１２と下側端板１３との間に垂直に立脚された複数本（本実施の形態においては三本とする。）の保持部材１４とを備えており、三本の保持部材１４には多数の保持溝１５が長手方向に等間隔に配されて互いに対向して開口するように刻設されている。ボート１１は三本の保持部材１４の保持溝１５間にウエハＷを挿入されることにより、複数枚のウエハＷを水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持するようになっている。ボート１１とシールキャップ１０との間には断熱キャップ部１６が配置されており、断熱キャップ部１６はボート１１をシールキャップ１０の上面から持ち上げた状態に支持することにより、ボート１１の下端を炉口５の位置から適当な距離だけ離間させるように構成されている。
【００１７】
アウタチューブ３の外部にはプロセスチューブ１の内部を加熱するヒータユニット２０がアウタチューブ３の周囲を包囲するように同心円に設備されている。ヒータユニット２０はステンレス鋼（ＳＵＳ）が使用されて上端閉塞で下端開口の円筒形状に形成されたケース２１を備えており、ケース２１の内径および全長はアウタチューブ３の外径および全長よりも大きく設定されている。ケース２１の内部にはアウタチューブ３の外径および全長よりも若干大きめの円筒形状に構築された断熱壁体２３が、ケース２１の内周面との間に空冷のための空間としての隙間２２をとって同心円に設置されている。断熱壁体２３はケース２１の内径と等しい外径を有する円盤形状の天井壁部２４と、アウタチューブ３の外径よりも若干大径の内径およびケース２１の内径よりも小径の外径を有する円筒形状の側壁部２５とを備えている。天井壁部２４は側壁部２５の上端面に開口を閉塞するように被せられており、天井壁部２４の上端面はケース２１の天井壁の下面に当接されている。側壁部２５の外径がケース２１の内径よりも小径に設定されていることにより、側壁部２５とケース２１との間には空冷空間としての隙間２２が形成されている。そして、断熱壁体２３の側壁部２５は図２に示された断熱ブロック２６が複数個、垂直方向に積み重ねられて一本の筒体に構築されている。
【００１８】
図２に示されているように、断熱ブロック２６は短尺の円筒形状であるドーナツ形状の本体２７を備えており、本体２７は繊維状または球状のアルミナやシリカ等の断熱材が使用されてバキュームフォーム法の成形型によって一体成形されている。本体２７の下端部には印籠結合雄部２８が外周の一部を円形リング形状に切り欠かれた状態に形成されており、本体２７の上端部には印籠結合雌部２９が内周の一部を円形リング形状に切り欠かれた状態に形成されている。本体２７の内周面における下端と印籠結合雌部２９の上端との間には、発熱体を取り付けるための取付溝３０が一定深さ一定高さに没設されており、取付溝３０の内周面には発熱体を位置決め保持するための保持具３１が複数個、周方向に等間隔に配置されて取り付けられている。
【００１９】
発熱体３２はＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金やＭＯＳｉ2 およびＳｉＣ等の抵抗発熱材料が使用されて、図２に示されているように、波形の平板形状にプレス加工やレーザ切断加工等によって一体成形されており、断熱ブロック２６の取付溝３０の内径よりも若干だけ小径であって一部に切欠部３４を有する円形リング形状に丸められている。図２に示されているように、発熱体３２は取付溝３０の内周面に当接された状態で、各保持具３１、３１が波形の隙間３３にそれぞれ嵌入されることにより保持されている。図２および図３に示されているように、発熱体３２の切欠部３４の両端部には一対の給電部３５、３６が径方向外向きの直角にそれぞれ屈曲されて形成されており、一対の給電部３５、３６の先端部には一対の接続部３７、３８が互いに外向きの直角にそれぞれ屈曲されて形成されている。一対の給電部３５、３６における区間抵抗値を上げることにより給電部３５、３６でも有効に発熱させるために、一対の給電部３５、３６の断面積は従来よりも小さく設定されている。
【００２０】
断熱ブロック２６の本体２７の取付溝３０における一対の給電部３５、３６にそれぞれ対応する位置には一対の挿入溝３９、４０がそれぞれ径方向に延在するように形成されており、両給電部３５、３６は両挿入溝３９、４０に取付溝３０側から本体２７の外周側にそれぞれ挿入されている。取付溝３０の内周面における両挿入溝３９、４０の間にはホルダ嵌入穴４１が径方向に没設されており、ホルダ嵌入穴４１にはホルダ４２が嵌入されている。図３（ａ）、（ｂ）に示されているように、ホルダ４２はアルミナやシリカ等の耐熱性を有するセラミックが使用されて焼結法等の適当な製法によって略直方体に一体成形されており、ホルダ嵌入穴４１に嵌入されることにより本体２７に固定されている。ホルダ４２の上面における両挿入溝３９、４０に対応する位置には一対の保持溝４３、４４がそれぞれ形成されており、両保持溝４３、４４には両挿入溝３９、４０に挿入された両給電部３５、３６がそれぞれ挿入されている。ホルダ４２の両保持溝４３、４４は発熱体３２の給電部３５、３６を保持することにより発熱体３２の暴れを抑えることができるように構成されており、両保持溝４３、４４の間隔および本体２７の挿入溝３９、４０は比較的に狭く（小さく）設定されている。
【００２１】
図３に示されているように、上段側の発熱体３２の一方の接続部（以下、プラス側接続部という。）３７には給電端子４５が溶接されており、他方の接続部（以下、マイナス側接続部という。）３８には渡り線４６の上端部が溶接されている。渡り線４６の下端部は下段側の発熱体３２のプラス側接続部３７に接続されている。したがって、下段側の発熱体３２のプラス側接続部３７は上段側の発熱体３２のマイナス側接続部３８の真下に位置しており、その分だけ下段側の発熱体３２の切欠部３４は上段側の発熱体３２の切欠部３４よりも周方向にずれた状態になっている。このように上下で隣合う発熱体３２、３２の切欠部３４、３４同士が周方向にずれることにより、発熱体３２における発熱しない部分である切欠部３４が一直線上に整列しないため、非発熱部分を分散させることができ、複数の発熱体３２の加熱温度分布への影響を防止することができる。渡り線４６はこの渡り線４６の表面からの放熱を小さく抑制するために、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金やＭＯＳｉ2 およびＳｉＣ等の抵抗発熱材料が使用されて、丸棒形状に形成されている。ちなみに、渡り線４６を丸棒形状に形成することにより、表面積を同一の断面積の角棒形状の２０％程度減少させることができる。但し、渡り線の電流容量の都合によっては、渡り線４６は角棒形状に形成してもよい。
【００２２】
図４に示されているように、ヒータユニット２０のケース２１の外周面における給電端子４５の設置場所に対応する位置には、両接続部３７、３８や渡り線４６を被覆する端子ケース４７が被せ付けられており、端子ケース４７の内部にはガラスウール等の断熱材（図示せず）が充填されている。端子ケース４７には複数個の給電端子４５が絶縁碍子４８を介して挿入されている。
【００２３】
次に、ヒータユニット２０の構築作業について説明する。
【００２４】
ヒータユニット２０の構築に当たり、前記構成に係る断熱ブロック２６は断熱壁体２３の側壁部２５の長さに対応して指定された個数が準備される。この際、断熱ブロック２６は断熱壁体２３の長さ仕様に関わらず同一のものを複数個、バキュームフォーム法の成形型によって一体成形すればよいため、断熱壁体２３の製造コストをきわめて小さく抑えることができる。複数個の断熱ブロック２６による断熱壁体２３の組み立て作業の前に、各断熱ブロック２６の取付溝３０には発熱体３２が取り付けられる。上段の断熱ブロック２６の印籠結合雄部２８に下段の断熱ブロック２６の印籠結合雌部２９が嵌入されて上下の断熱ブロック２６、２６が印籠結合されつつ、複数個の断熱ブロック２６が次々に積み重ねられて行くことにより、指定された長さの断熱壁体２３の側壁部２５が組み立てられる。上下の断熱ブロック２６、２６の積み重ねに際して、上下の断熱ブロック２６、２６の発熱体３２、３２同士が互いに電気的に直列に接続される。これにより、一本の断熱壁体２３が組み立てられた状態において、図１に示されているように、複数本の発熱体３２は一本の螺旋状のヒータ４９の状態になる。しかも、各発熱体３２は波形に形成されているため、ヒータ４９の全長はきわめて長大のものとなる。したがって、ヒータ４９の線密度はきわめて大きくなり、温度リカバリー時間等のヒータ特性はきわめて良好なものとなる。
【００２５】
以上のようにして組み立てられた側壁部２５には天井壁部２４が被せられる。その後、側壁部２５と天井壁部２４との組立体である断熱壁体２３にはケース２１が被せられ、ヒータユニット２０が構築される。ちなみに、天井壁部２４が天井壁下面に敷設されたケース２１を側壁部２５に被せてもよい。断熱壁体２３にケース２１が被せられてなるヒータユニット２０における断熱壁体２３の外周とケース２１の内周との間に形成された隙間２２は、それ自体で良好な断熱層を形成する。但し、隙間２２に送風すると、断熱壁体２３を強制冷却することができるため、ヒータユニット２０の温度下降速度を早く設定することができる。
【００２６】
以上のように構築されたヒータユニット２０の成膜工程における作用は従来のヒータユニットのそれと同様であるから、前記構成に係るＣＶＤ装置による成膜工程の作用の説明は省略する。
【００２７】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００２８】
1) 発熱体の一対の給電部を耐熱性のホルダによって互いに絶縁された状態で保持することにより、ホルダによって保持した一対の給電部を互いに接近させることができるため、発熱体の無い給電部での温度低下を最小限度に抑制することができる。
【００２９】
2) 複数の発熱体の一対の給電部同士を周方向にずらすことにより、発熱体の温度が低下する部分である給電部を分散させることができるため、複数の発熱体の加熱温度分布への影響を抑制することができる。
【００３０】
3) 一対の給電部の断面積を小さく設定することにより、給電部における区間抵抗値を上げて給電部でも有効に発熱させることができるため、非発熱部分である給電部での温度の低下を防止することができる。
【００３１】
4) 渡り線を丸棒形状に形成することにより、渡り線の表面からの放熱を小さく抑制することができるため、発熱体の給電部における温度の低下を防止することができる。
【００３２】
5) ヒータユニットのケースの外周面における給電端子の設置場所に対応する位置に接続部や渡り線を被覆する端子ケースを被せ付け、端子ケースの内部にガラスウール等の断熱材を充填することにより、接続部や渡り線における放熱を抑制することができるため、発熱体の給電部における温度の低下を防止することができる。
【００３３】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００３４】
例えば、発熱体は断熱ブロックに一つのターン（一巻き）だけ巻回するに限らず、二つのターン（二巻き）以上巻回してもよい。また、発熱体の取付構造は前記実施の形態のように取付溝に保持具によって取り付けるように構成するに限らず、発熱体に突設したアンカを断熱ブロックの本体に挿入して取り付けるように構成してもよいし、発熱体を断熱ブロックに取付ピンによって取り付けるように構成してもよい。
【００３５】
断熱壁体とケースとの間に隙間を介設するに限らず、ケースは断熱壁体に密着するように被せてもよい。
【００３６】
ヒータユニット、断熱壁体およびケース等は円筒形状に形成するに限らず、四角形筒形状や多角形筒形状に形成してもよい。
【００３７】
ＣＶＤ装置はバッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置に限らず、横形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置等の他のＣＶＤ装置であってもよい。
【００３８】
さらに、半導体製造装置はＣＶＤ装置に限らず、酸化膜形成装置や拡散装置、イオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフローおよびアニール等の熱処理（thermal treatment ）に使用される熱処理装置（furnace ）等の半導体製造装置全般に適用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、基板面内の温度分布を改善することができるため、単位時間内に処理する枚数を増加させてスループットや生産効率の向上に大きく貢献し、経済性や製品の品質および信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるＣＶＤ装置を示す正面断面図である。
【図２】ヒータユニットの主要部を示しており、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面断面端面図である。
【図３】同じくヒータユニットの主要部を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う矢視図、（ｃ）は正面図である。
【図４】ヒータユニットの斜視図である。
【符号の説明】
Ｗ…ウエハ（基板）、１…プロセスチューブ、２…インナチューブ、３…アウタチューブ、４…処理室、５…炉口、６…マニホールド、７…排気管、８…排気路、９…ガス導入管、１０…シールキャップ、１１…ボート、１２、１３…端板、１４…保持部材、１５…保持溝、１６…断熱キャップ部、１７…筐体、２０…ヒータユニット、２１…ケース、２２…隙間、２３…断熱壁体、２４…天井壁部、２５…側壁部、２６…断熱ブロック、２７…本体、２８…印籠結合雄部、２９…印籠結合雌部、３０…取付溝、３１…保持具、３２…発熱体、３３…隙間、３４…切欠部、３５、３６…給電部、３７、３８…接続部、３９、４０…挿入溝、４１…ホルダ嵌入穴、４２…ホルダ、４３、４４…保持溝、４５…給電端子、４６…渡り線、４７…端子ケース、４８…絶縁碍子、４９…ヒータ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置に関し、特に、基板を加熱するヒータユニットの改良に係り、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）やポリシリコン等を堆積（デポジション）させる減圧ＣＶＤ装置や、酸化膜形成装置や拡散装置、イオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフローおよびアニール等の熱処理（thermal treatment ）に使用される熱処理装置（furnace ）等の半導体製造装置に利用して有効なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣの製造方法において、ウエハに窒化シリコンやポリシリコン等のＣＶＤ膜をデポジションするのにバッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置が広く使用されている。バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置（以下、ＣＶＤ装置という。）は、ウエハが搬入される処理室を形成するインナチューブおよびこのインナチューブを取り囲むアウタチューブから構成されて縦形に設置されたプロセスチューブと、被処理基板である複数枚のウエハを保持してインナチューブの処理室に搬入するボートと、インナチューブ内に原料ガスを導入するガス導入管と、プロセスチューブ内を排気する排気管と、プロセスチューブ外に敷設されてプロセスチューブ内を加熱するヒータユニットとを備えており、複数枚のウエハがボートによって垂直方向に整列されて保持された状態でインナチューブ内に下端の炉口から搬入（ボートローディング）され、インナチューブ内に原料ガスがガス導入管から導入されるとともに、ヒータユニットによってプロセスチューブ内が加熱されることにより、ウエハにＣＶＤ膜がデポジションされるように構成されている。
【０００３】
従来のこの種のＣＶＤ装置において、ヒータユニットはアルミナやシリカ等の断熱材が使用されてバキュームフォーム（真空吸着成形）法によってプロセスチューブを全体的に被覆する長い円筒形状に形成された断熱壁体と、鉄−クロム−アルミニウム（Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ）合金やモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ2 ）が使用されて長大に形成された発熱体と、断熱壁体を被覆するケースとを備えており、発熱体が断熱壁体の内周に敷設されて構成されている。
【０００４】
このようなヒータユニットにおいて３０℃／分以上の急速加熱を実施する場合には、発熱有効面積を大きくするために板形状に形成された発熱体が使用されている。そして、この板形状の発熱体が使用される場合には、この発熱体に通電させるための給電部は次のように構成されている。板形状の発熱体が厚さ方向に直角に屈曲されて断熱壁体を貫通され、この貫通部がさらに直角に屈曲され、この屈曲部に給電端子が接続される。この給電部の屈曲部には発熱時の熱膨張によって暴れるのを防止するために補強を兼ねて別体の発熱体が溶接される。また、外側の屈曲部での上下間の発熱体同士を接続するための渡り線には、発熱体と同形の板形状の別体の発熱体が使用されている。給電端子も同様に板形状の別体の発熱体が使用されており、ケースの外部に引き出されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発熱体同士の屈曲部の間には発熱体が存在しない状態になることにより加熱温度が低くなるため、ウエハ面内の温度分布がこの屈曲部に向かって低くなる。ウエハ面内の温度分布の偏りはそのまま成膜結果に影響するため、この屈曲部側の成膜速度が遅くなり、膜厚分布に重大な悪影響が及ぶ。
【０００６】
本発明の目的は、発熱体の無い給電部での温度低下を防止することができる半導体製造装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第一の手段は、一対の給電部を有する発熱体が筒形状に形成された断熱壁体の内周に敷設されており、前記一対の給電部が耐熱性のホルダによって互いに絶縁された状態で保持されていることを特徴とする。
【０００８】
前記した第一の手段によれば、ホルダによって保持された一対の給電部を互いに接近させることができるため、発熱体の無い給電部での温度低下を最小限度に抑制することができる。
【０００９】
前記課題を解決するための第二の手段は、一対の給電部を有する複数の発熱体が筒形状に形成された断熱壁体の内周に前記筒心と同方向に配列されており、これら発熱体の前記一対の給電部同士が周方向にずらされていることを特徴とする。
【００１０】
前記した第二の手段によれば、発熱体の無い給電部が一列に並ばないため、温度が低下する部分を分散させることができ、複数の発熱体の加熱温度分布への影響を抑制することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【００１２】
本発明に係る半導体製造装置の一実施の形態であるＣＶＤ装置（バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置）は、図１に示されているように、垂直に配されて固定的に支持された縦形のプロセスチューブ１を備えている。プロセスチューブ１はインナチューブ２とアウタチューブ３とから構成されており、インナチューブ２は石英（ＳｉＯ2 ）もしくは炭化シリコン（ＳｉＣ）が使用されて円筒形状に一体成形され、アウタチューブ３は石英ガラスが使用されて円筒形状に一体成形されている。インナチューブ２は上下両端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ２の筒中空部はボート１１によって垂直方向に整列した状態に保持された複数枚のウエハが搬入される処理室４を形成している。インナチューブ２の下端開口はウエハを出し入れするための炉口５を構成している。
【００１３】
アウタチューブ３は内径がインナチューブ２の外径よりも大きく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ２にその外側を取り囲むように同心円に被せられている。インナチューブ２とアウタチューブ３との間の下端部は円形リング形状に形成されたマニホールド６によって気密封止されており、マニホールド６はインナチューブ２およびアウタチューブ３についての交換等のためにインナチューブ２およびアウタチューブ３にそれぞれ着脱自在に取り付けられている。マニホールド６がＣＶＤ装置の筐体１７に支持されることにより、プロセスチューブ１は垂直に据え付けられた状態になっている。
【００１４】
マニホールド６の側壁の上部には排気管７が接続されており、排気管７は排気装置（図示せず）に接続されて処理室４を所定の真空度に真空排気し得るように構成されている。排気管７はインナチューブ２とアウタチューブ３との間に形成された隙間に連通した状態になっており、インナチューブ２とアウタチューブ３との隙間によって排気路８が、横断面形状が一定幅の円形リング形状に構成されている。排気管７がマニホールド６に接続されているため、排気管７は円筒形状の中空体を形成されて垂直に延在した排気路８の最下端部に配置された状態になっている。マニホールド６の側壁の下部にはガス導入管９がインナチューブ２の炉口５に連通するように接続されており、ガス導入管９には原料ガス供給装置およびキャリアガス供給装置（いずれも図示せず）に接続されている。ガス導入管９によって炉口５に導入されたガスはインナチューブ２の処理室４内を流通して排気路８を通って排気管７によって排気される。
【００１５】
マニホールド６には下端開口を閉塞するシールキャップ１０が垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ１０はアウタチューブ３の外径と略等しい円盤形状に形成されており、プロセスチューブ１の外部に垂直に設備されたエレベータ（図示せず）によって垂直方向に昇降されるように構成されている。シールキャップ１０の中心線上には被処理基板としてのウエハＷを保持するためのボート１１が垂直に立脚されて支持されるようになっている。
【００１６】
ボート１１は上下で一対の上側端板１２および下側端板１３と、上側端板１２と下側端板１３との間に垂直に立脚された複数本（本実施の形態においては三本とする。）の保持部材１４とを備えており、三本の保持部材１４には多数の保持溝１５が長手方向に等間隔に配されて互いに対向して開口するように刻設されている。ボート１１は三本の保持部材１４の保持溝１５間にウエハＷを挿入されることにより、複数枚のウエハＷを水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持するようになっている。ボート１１とシールキャップ１０との間には断熱キャップ部１６が配置されており、断熱キャップ部１６はボート１１をシールキャップ１０の上面から持ち上げた状態に支持することにより、ボート１１の下端を炉口５の位置から適当な距離だけ離間させるように構成されている。
【００１７】
アウタチューブ３の外部にはプロセスチューブ１の内部を加熱するヒータユニット２０がアウタチューブ３の周囲を包囲するように同心円に設備されている。ヒータユニット２０はステンレス鋼（ＳＵＳ）が使用されて上端閉塞で下端開口の円筒形状に形成されたケース２１を備えており、ケース２１の内径および全長はアウタチューブ３の外径および全長よりも大きく設定されている。ケース２１の内部にはアウタチューブ３の外径および全長よりも若干大きめの円筒形状に構築された断熱壁体２３が、ケース２１の内周面との間に空冷のための空間としての隙間２２をとって同心円に設置されている。断熱壁体２３はケース２１の内径と等しい外径を有する円盤形状の天井壁部２４と、アウタチューブ３の外径よりも若干大径の内径およびケース２１の内径よりも小径の外径を有する円筒形状の側壁部２５とを備えている。天井壁部２４は側壁部２５の上端面に開口を閉塞するように被せられており、天井壁部２４の上端面はケース２１の天井壁の下面に当接されている。側壁部２５の外径がケース２１の内径よりも小径に設定されていることにより、側壁部２５とケース２１との間には空冷空間としての隙間２２が形成されている。そして、断熱壁体２３の側壁部２５は図２に示された断熱ブロック２６が複数個、垂直方向に積み重ねられて一本の筒体に構築されている。
【００１８】
図２に示されているように、断熱ブロック２６は短尺の円筒形状であるドーナツ形状の本体２７を備えており、本体２７は繊維状または球状のアルミナやシリカ等の断熱材が使用されてバキュームフォーム法の成形型によって一体成形されている。本体２７の下端部には印籠結合雄部２８が外周の一部を円形リング形状に切り欠かれた状態に形成されており、本体２７の上端部には印籠結合雌部２９が内周の一部を円形リング形状に切り欠かれた状態に形成されている。本体２７の内周面における下端と印籠結合雌部２９の上端との間には、発熱体を取り付けるための取付溝３０が一定深さ一定高さに没設されており、取付溝３０の内周面には発熱体を位置決め保持するための保持具３１が複数個、周方向に等間隔に配置されて取り付けられている。
【００１９】
発熱体３２はＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金やＭＯＳｉ2 およびＳｉＣ等の抵抗発熱材料が使用されて、図２に示されているように、波形の平板形状にプレス加工やレーザ切断加工等によって一体成形されており、断熱ブロック２６の取付溝３０の内径よりも若干だけ小径であって一部に切欠部３４を有する円形リング形状に丸められている。図２に示されているように、発熱体３２は取付溝３０の内周面に当接された状態で、各保持具３１、３１が波形の隙間３３にそれぞれ嵌入されることにより保持されている。図２および図３に示されているように、発熱体３２の切欠部３４の両端部には一対の給電部３５、３６が径方向外向きの直角にそれぞれ屈曲されて形成されており、一対の給電部３５、３６の先端部には一対の接続部３７、３８が互いに外向きの直角にそれぞれ屈曲されて形成されている。一対の給電部３５、３６における区間抵抗値を上げることにより給電部３５、３６でも有効に発熱させるために、一対の給電部３５、３６の断面積は従来よりも小さく設定されている。
【００２０】
断熱ブロック２６の本体２７の取付溝３０における一対の給電部３５、３６にそれぞれ対応する位置には一対の挿入溝３９、４０がそれぞれ径方向に延在するように形成されており、両給電部３５、３６は両挿入溝３９、４０に取付溝３０側から本体２７の外周側にそれぞれ挿入されている。取付溝３０の内周面における両挿入溝３９、４０の間にはホルダ嵌入穴４１が径方向に没設されており、ホルダ嵌入穴４１にはホルダ４２が嵌入されている。図３（ａ）、（ｂ）に示されているように、ホルダ４２はアルミナやシリカ等の耐熱性を有するセラミックが使用されて焼結法等の適当な製法によって略直方体に一体成形されており、ホルダ嵌入穴４１に嵌入されることにより本体２７に固定されている。ホルダ４２の上面における両挿入溝３９、４０に対応する位置には一対の保持溝４３、４４がそれぞれ形成されており、両保持溝４３、４４には両挿入溝３９、４０に挿入された両給電部３５、３６がそれぞれ挿入されている。ホルダ４２の両保持溝４３、４４は発熱体３２の給電部３５、３６を保持することにより発熱体３２の暴れを抑えることができるように構成されており、両保持溝４３、４４の間隔および本体２７の挿入溝３９、４０は比較的に狭く（小さく）設定されている。
【００２１】
図３に示されているように、上段側の発熱体３２の一方の接続部（以下、プラス側接続部という。）３７には給電端子４５が溶接されており、他方の接続部（以下、マイナス側接続部という。）３８には渡り線４６の上端部が溶接されている。渡り線４６の下端部は下段側の発熱体３２のプラス側接続部３７に接続されている。したがって、下段側の発熱体３２のプラス側接続部３７は上段側の発熱体３２のマイナス側接続部３８の真下に位置しており、その分だけ下段側の発熱体３２の切欠部３４は上段側の発熱体３２の切欠部３４よりも周方向にずれた状態になっている。このように上下で隣合う発熱体３２、３２の切欠部３４、３４同士が周方向にずれることにより、発熱体３２における発熱しない部分である切欠部３４が一直線上に整列しないため、非発熱部分を分散させることができ、複数の発熱体３２の加熱温度分布への影響を防止することができる。渡り線４６はこの渡り線４６の表面からの放熱を小さく抑制するために、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金やＭＯＳｉ2 およびＳｉＣ等の抵抗発熱材料が使用されて、丸棒形状に形成されている。ちなみに、渡り線４６を丸棒形状に形成することにより、表面積を同一の断面積の角棒形状の２０％程度減少させることができる。但し、渡り線の電流容量の都合によっては、渡り線４６は角棒形状に形成してもよい。
【００２２】
図４に示されているように、ヒータユニット２０のケース２１の外周面における給電端子４５の設置場所に対応する位置には、両接続部３７、３８や渡り線４６を被覆する端子ケース４７が被せ付けられており、端子ケース４７の内部にはガラスウール等の断熱材（図示せず）が充填されている。端子ケース４７には複数個の給電端子４５が絶縁碍子４８を介して挿入されている。
【００２３】
次に、ヒータユニット２０の構築作業について説明する。
【００２４】
ヒータユニット２０の構築に当たり、前記構成に係る断熱ブロック２６は断熱壁体２３の側壁部２５の長さに対応して指定された個数が準備される。この際、断熱ブロック２６は断熱壁体２３の長さ仕様に関わらず同一のものを複数個、バキュームフォーム法の成形型によって一体成形すればよいため、断熱壁体２３の製造コストをきわめて小さく抑えることができる。複数個の断熱ブロック２６による断熱壁体２３の組み立て作業の前に、各断熱ブロック２６の取付溝３０には発熱体３２が取り付けられる。上段の断熱ブロック２６の印籠結合雄部２８に下段の断熱ブロック２６の印籠結合雌部２９が嵌入されて上下の断熱ブロック２６、２６が印籠結合されつつ、複数個の断熱ブロック２６が次々に積み重ねられて行くことにより、指定された長さの断熱壁体２３の側壁部２５が組み立てられる。上下の断熱ブロック２６、２６の積み重ねに際して、上下の断熱ブロック２６、２６の発熱体３２、３２同士が互いに電気的に直列に接続される。これにより、一本の断熱壁体２３が組み立てられた状態において、図１に示されているように、複数本の発熱体３２は一本の螺旋状のヒータ４９の状態になる。しかも、各発熱体３２は波形に形成されているため、ヒータ４９の全長はきわめて長大のものとなる。したがって、ヒータ４９の線密度はきわめて大きくなり、温度リカバリー時間等のヒータ特性はきわめて良好なものとなる。
【００２５】
以上のようにして組み立てられた側壁部２５には天井壁部２４が被せられる。その後、側壁部２５と天井壁部２４との組立体である断熱壁体２３にはケース２１が被せられ、ヒータユニット２０が構築される。ちなみに、天井壁部２４が天井壁下面に敷設されたケース２１を側壁部２５に被せてもよい。断熱壁体２３にケース２１が被せられてなるヒータユニット２０における断熱壁体２３の外周とケース２１の内周との間に形成された隙間２２は、それ自体で良好な断熱層を形成する。但し、隙間２２に送風すると、断熱壁体２３を強制冷却することができるため、ヒータユニット２０の温度下降速度を早く設定することができる。
【００２６】
以上のように構築されたヒータユニット２０の成膜工程における作用は従来のヒータユニットのそれと同様であるから、前記構成に係るＣＶＤ装置による成膜工程の作用の説明は省略する。
【００２７】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００２８】
1) 発熱体の一対の給電部を耐熱性のホルダによって互いに絶縁された状態で保持することにより、ホルダによって保持した一対の給電部を互いに接近させることができるため、発熱体の無い給電部での温度低下を最小限度に抑制することができる。
【００２９】
2) 複数の発熱体の一対の給電部同士を周方向にずらすことにより、発熱体の温度が低下する部分である給電部を分散させることができるため、複数の発熱体の加熱温度分布への影響を抑制することができる。
【００３０】
3) 一対の給電部の断面積を小さく設定することにより、給電部における区間抵抗値を上げて給電部でも有効に発熱させることができるため、非発熱部分である給電部での温度の低下を防止することができる。
【００３１】
4) 渡り線を丸棒形状に形成することにより、渡り線の表面からの放熱を小さく抑制することができるため、発熱体の給電部における温度の低下を防止することができる。
【００３２】
5) ヒータユニットのケースの外周面における給電端子の設置場所に対応する位置に接続部や渡り線を被覆する端子ケースを被せ付け、端子ケースの内部にガラスウール等の断熱材を充填することにより、接続部や渡り線における放熱を抑制することができるため、発熱体の給電部における温度の低下を防止することができる。
【００３３】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００３４】
例えば、発熱体は断熱ブロックに一つのターン（一巻き）だけ巻回するに限らず、二つのターン（二巻き）以上巻回してもよい。また、発熱体の取付構造は前記実施の形態のように取付溝に保持具によって取り付けるように構成するに限らず、発熱体に突設したアンカを断熱ブロックの本体に挿入して取り付けるように構成してもよいし、発熱体を断熱ブロックに取付ピンによって取り付けるように構成してもよい。
【００３５】
断熱壁体とケースとの間に隙間を介設するに限らず、ケースは断熱壁体に密着するように被せてもよい。
【００３６】
ヒータユニット、断熱壁体およびケース等は円筒形状に形成するに限らず、四角形筒形状や多角形筒形状に形成してもよい。
【００３７】
ＣＶＤ装置はバッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置に限らず、横形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置等の他のＣＶＤ装置であってもよい。
【００３８】
さらに、半導体製造装置はＣＶＤ装置に限らず、酸化膜形成装置や拡散装置、イオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフローおよびアニール等の熱処理（thermal treatment ）に使用される熱処理装置（furnace ）等の半導体製造装置全般に適用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、基板面内の温度分布を改善することができるため、単位時間内に処理する枚数を増加させてスループットや生産効率の向上に大きく貢献し、経済性や製品の品質および信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるＣＶＤ装置を示す正面断面図である。
【図２】ヒータユニットの主要部を示しており、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面断面端面図である。
【図３】同じくヒータユニットの主要部を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う矢視図、（ｃ）は正面図である。
【図４】ヒータユニットの斜視図である。
【符号の説明】
Ｗ…ウエハ（基板）、１…プロセスチューブ、２…インナチューブ、３…アウタチューブ、４…処理室、５…炉口、６…マニホールド、７…排気管、８…排気路、９…ガス導入管、１０…シールキャップ、１１…ボート、１２、１３…端板、１４…保持部材、１５…保持溝、１６…断熱キャップ部、１７…筐体、２０…ヒータユニット、２１…ケース、２２…隙間、２３…断熱壁体、２４…天井壁部、２５…側壁部、２６…断熱ブロック、２７…本体、２８…印籠結合雄部、２９…印籠結合雌部、３０…取付溝、３１…保持具、３２…発熱体、３３…隙間、３４…切欠部、３５、３６…給電部、３７、３８…接続部、３９、４０…挿入溝、４１…ホルダ嵌入穴、４２…ホルダ、４３、４４…保持溝、４５…給電端子、４６…渡り線、４７…端子ケース、４８…絶縁碍子、４９…ヒータ。
Claims (6)
- 波形に形成され、両端部に一対の給電部を有し、円形リング形状に丸められて断熱材に保持される発熱体と、
前記発熱体の一対の給電部を互いに絶縁された状態で保持する給電部保持部と、
前記発熱体の波形の隙間に嵌入され、前記断熱壁体に前記発熱体を保持する発熱体保持具とを有し、
前記発熱体は前記断熱壁体の筒心と同方向に配列され、
少なくとも一部の隣り合う一対の給電部同士が周方向にずらされることを特徴とする加熱装置。 - 波形に形成され、両端部に一対の給電部を有し、円形リング形状に丸められて断熱材に保持される発熱体と、
前記発熱体の一対の給電部を互いに絶縁された状態で保持する給電部保持部と、
前記発熱体の波形の隙間に嵌入され、前記断熱壁体に前記発熱体を保持する発熱体保持具と、
被処理基板を処理する基板処理室とを有し、
前記発熱体は前記断熱壁体の筒心と同方向に配列され、
少なくとも一部の隣り合う一対の給電部同士が周方向にずらされることを特徴とする半導体製造装置。 - 前記発熱体保持具は前記断熱壁体を貫通し、該断熱壁体の外壁で、前記保持具とは別体に設けられた固定部材と接続されることを特徴とする請求項１乃至２記載の加熱装置または半導体製造装置。
- 第一の一対の給電部のうち、片方の給電部には給電線が接続され、他方の給電部には渡り線の一端が接続され、第二の一対の給電部のうち片方の給電部は前記渡り線の他端が接続されることを特徴とする請求項１乃至３記載の加熱装置または半導体製造装置。
- 前記第二の一対の給電部は、前記第一の一対の給電部に対して、筒心方向下側に配置されることを特徴とする請求項４記載の加熱装置または半導体製造装置。
- 前記発熱体保持具は、前記波形発熱体の上側凹部と下側凹部で固定され、前記発熱体保持具が斜めになるように前記発熱体を保持することを特徴とする請求項１乃至５記載の加熱装置または半導体製造装置。
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