JP5139734B2

JP5139734B2 - 基板処理装置及びこれに用いられる加熱装置

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Publication number: JP5139734B2
Application number: JP2007167004A
Authority: JP
Inventors: 晃林田; 誠世中嶋; 正昭上野; 真一島田; 公男北村; 健司田中; 淳一西原
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc; Teitokusha Co Ltd
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc; Teitokusha Co Ltd
Priority date: 2007-06-25
Filing date: 2007-06-25
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2027-06-25
Also published as: JP2009004715A

Description

本発明は、半導体製造技術、特に、被処理基板を処理室に収容して発熱体により加熱した状態で処理を施す熱処理技術に関し、基板処理装置及びこれに用いられる加熱装置に関する。

図１に従来の加熱装置を用いた処理炉５００の概略断面図を示す。加熱装置は、略円筒形状で上端が蓋された金属製のケーシング５０１と、このケーシング５０１の内側に設けられた略円筒形状の断熱材５０２と、この断熱材５０２の内壁に設けられた発熱線５０３とを有する。この加熱装置の内側に、均熱管５０４及び処理室を形成する反応管５０５が設けられ、この反応管５０５中でウエハ５０６に所望の熱処理が施される。

近年、メタル配線プロセス(Ｃｕアニールなど)で、プロセス温度の低温化(３００℃以下)と、さらなるスループット向上が求められている。よって、ウエハの昇降温時間の短縮が重要とされている。しかし、かかる要請に図１に記載の如き加熱装置で応じると、現状のヒータは中高温領域で使用できるように大容量の断熱材を持っているため、昇降温特性が悪く、スループットの向上が困難であった。したがって、熱容量が少なく、高応答性の加熱装置が必要とされている。

また、特許文献１に係る基板処理装置では、発熱体に複数のピンを貫通させ、このピンから加熱空間に冷却ガスを送り込むことで、急激な冷却を可能としている。そして、冷却特性に着目することで、加熱装置の応答性を向上させている。

しかし、いずれの従来技術においても、加熱装置の応答性の向上は不十分であり、さらに適切な加熱装置の構造が必要とされていた。
ＷＯ２００７／０２３８５５

かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、応答性を向上させうる加熱装置の新規な構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る基板処理装置の特徴は、基板を処理する反応容器と、この反応容器内の基板を加熱する加熱装置とを備えた構成であって、この加熱装置は、前記反応容器の外周を包囲する側壁内層、この側壁内層の外周を包囲する側壁中層及びこの側壁中層の外周を包囲する側壁外層を有し、少なくとも前記側壁内層及び前記側壁中層が導電性を有し、前記側壁内層は発熱体を保持し、側壁内層に固定された絶縁部材を介して側壁中層が外側から第一の留め材により固定され、この第一の留め材と重なる位置に前記側壁外層の外側から固定されこの第一の留め材の脱落を防止する第二の留め材を備えていることにある。

上記本発明に係る基板処理装置の特徴によれば、側壁内層及び側壁中層は導電性材料で構成されるため、熱容量が少なくて応答性を向上させることができる。しかも、第一の留め材は第二の留め材により脱落が防止され、側壁内層及び側壁中層の絶縁接続は維持される。

本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。

次に、適宜添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態としての第一の実施形態を説明する。

図２〜７に示すように、基板処理装置１は、大略、処理室３０８を形成する反応容器３０９と、この反応容器の外周に配置された加熱装置３と、主制御装置４とを備えている。

加熱装置３は、大略、天井部１０、円筒状の中間部１１、下部１２及び端子ケース１３を有し、中間部１１には発熱体２０が支持されている。天井部１０には下面と側面に開口するエルボ状の排気導路８１が形成され、さらにその下部に反射装置９０を有している。中間部１１は、発熱体２０を支持するインナシェル５０を絶縁状態でアウタシェル６０により包囲し、さらに外周を化粧パネル７０で包囲している。インナシェル５０とアウタシェル６０とは導電性の材料から構成されており、例えば、ステンレス材等の金属材から構成されている。

中間部１１の上部と吸気アタッチメント７ｘとの間には冷却ガス導入ダクト７ｙが取り付けられる。吸気アタッチメント７ｘの開口には開閉バルブ７ａとして例えばバタフライバルブが装着され、流路が開閉できるようになっている。吸気アタッチメント７ｘは冷却ガス供給ライン７に接続される。インナシェル５０及びアウタシェル６０の間に円筒状の冷却媒体流通通路としての気道１４が形成される。冷却ガス導入ダクト７ｙは環状に略均等に配置された複数のパイプ６１により気道１４と連通している。一方、排気導路８１には強制排気を行う排気ブロア８ａを備えた強制排気ライン８が接続され、加熱装置３の内部空間である加熱空間の強制排気が行われる。そして、冷却ガス供給ライン７から導入された空気若しくは不活性ガス等のガスは気道１４及び後述の複数の碍子孔から加熱空間１８に冷却ガスとして供給され、強制排気ライン８から排気される。

反応容器３０９は、加熱空間１８に順次同心に配置される均熱管３１５及び反応管３１０を備え、この反応管３１０内に処理室３０８が形成される。この処理室３０８にはウェーハ３０５を水平多段に保持するボート３００が収納される。このボート３００は図示しないボートエレベータにより、処理室内３０８へ装入、引出し可能である。

反応管３１０内には反応ガス導入管５ｘ及び排気管６ｘが連通される。反応ガス導入管５ｘには流量制御器５ａが設けられ、排気管６ｘには圧力制御器６ａが設けられる。反応ガスが所定流量で導入されると共に前記反応管３１０内が所定圧力に維持される様に、排出口６ｙから内部ガスが排気され、排気管６ｘを通じて処理室外に排出される。

他の冷却ガス供給ライン５ｙは、均熱管３１５と反応管３１０との間に形成される均熱管内空間３１７に連通される。前記冷却ガス供給ライン５ｙには流量制御器５ｂが設けられる。また、吸気アタッチメント７ｘには開閉バルブ７ａが設けられる。強制排気ライン８には排気装置としての排気ブロア８ａが設けられる。すなわち、均熱管内空間３１７と加熱空間１８の双方に対して冷却ガスを適宜導入・調整することが可能である。

発熱体２０は中間部１１の円筒の軸心方向に対し、所要のゾーンＺ１〜Ｚ５に複数段に区分けされ、ゾーン制御が可能となっている。各ゾーンには各ゾーンの加熱温度を検出する温度検出器が設けられている。なお、発熱体２０は各ゾーンそれぞれの成形パターンを同じにすることにより、発熱量を各ゾーンとも均一にする様にしてもよい。

基板処理装置１の各部は主制御装置４によって制御され、例えば、反応管３１０内で処理されるウェーハ３０５の処理状態は、主制御装置４によって制御される。この主制御装置４は、温度モニタ部４ａ、加熱制御部（加熱制御装置）４ｂ、反射制御部４ｃ、第一流量制御部４ｄ、反応管３１０内の圧力を制御する圧力制御部４ｅ、第二流量制御部４ｆ、排気制御部４ｇ及び前記ボートエレベータ等の機構部を制御する駆動制御部４ｈを備えている。

温度モニタ部４ａは第一〜第三温度検出器ＴＣ１〜ＴＣ３の温度を検出する。ここで、第一温度検出器ＴＣ１は発熱体２０近傍で各ゾーンＺ１〜Ｚ５毎に設けられる。第二温度検出器ＴＣ２は反応管３１０内の周部における前記各ゾーンＺ１〜Ｚ５毎に設けられる。さらに、第３温度検出器ＴＣ３は反応管３１０より上方若しくは反応管３１０の上部中央を含む範囲に設けられている。

加熱制御部４ｂは、温度モニタ部４ａの検出結果に基づき各ゾーンＺ１〜Ｚ５の発熱体２０の発熱量を制御する。また、反射制御部４ｃは、温度モニタ部４ａの検出結果に基づき反射装置９０の駆動装置としてのアクチュエータ９９を制御する。そして、下面が鏡面仕上げされた反射体（リフレクタ）９１を適宜傾斜させて発熱体２０から反応管３１０の上部中央に対する集光度を変更し、同部分の温度制御を行う。

第一流量制御部４ｄは流量制御器５ａを制御し、圧力制御部４ｅは圧力制御器６ａを制御し、反応ガスの導入と圧力を制御する。また、第二流量制御部４ｆは流量制御器５ｂを制御し、排気制御部４ｇは開閉バルブ７ａ及び排気ブロア８ａを制御し、冷却ガスの導入と排出とを制御する。

図４に図２中のＡ部の拡大図を示す。発熱体（ヒータ素線）２０は、アルミナ等の絶縁素材としての吊り碍子３０によりインナシェル５０に固定されている。前記発熱体２０には急速加熱が可能である発熱材料、例えばＦｅ−Ａｌ−Ｃｒ合金が用いられ、発熱表面積が大きくなる様に、断面は平板形状等の形状が採用され、面状発熱体として構成されている。発熱体２０は上下に蛇行状の折返部２１，２２を有しており、中間部は上折返部２１と下折返部２２とをそれぞれ半ピッチずらして接続する素線部２３と、各素線部２３間に位置する隙間２４から構成されている。また、発熱体２０の上部は吊り碍子３０に保持される折曲部２０ａとして折り曲げ加工がなされている。インナシェル５０内面は鏡面仕上げされており、発熱体の素線部２３裏面から輻射される熱線を前記内面で反射させ、隙間２４から加熱空間１８に向かって放射する。

絶縁材料としての吊り碍子３０はアルミナ等の耐熱絶縁材料よりなる上碍子３１及び下碍子３２からなり、上金具３３と下金具３４で発熱体２０の上部における折曲部２０ａを挟んで、ピン３５で溶着固定されている。下金具３４は二カ所の折曲部においてボルト３６によりインナシェル５０に取り付けられる。

インナシェル５０には中央に貫通孔４０ａを有し気道１４内の冷却ガスをインナシェル５０内部に供給する複数の急冷パイプ４０がインナシェル５０の内壁から加熱空間１８側に向かって突出するように設けられている。急冷パイプ４０はアルミナ等の絶縁耐熱材料により形成されている。この急冷パイプ４０は、隙間２４において発熱体２０を貫通する貫通部４０ｄと、この貫通部４０ｄが発熱体２０を貫通する貫通方向Ｖに交差する方向にこの貫通部４０ｄよりも突出する突出部としての略円形の鍔４０ｂ、４０ｃにより発熱体２０の中腹の動きを制限する。すなわち、一対の鍔４０ｂ、４０ｃ間の貫通部４０ｄに溝を形成する。さらに発熱体２０の下端を下段の吊り碍子３０の上端位置に重なる位置に設け、発熱体２０の下端の急冷パイプ４０の貫通方向に対する動きを制限する。

インナシェル５０の裏面には冷却媒体流通通路としての水冷管５９が設けられている。この水冷管５９は、インナシェル５０の外面に軸心方向に螺旋状に巻き付けられて溶着される。例えば給・排水経路５９ａ，５９ｂを介して冷却水等の冷却媒体を流すことによりインナシェル５０の温度上昇を防ぎ、ほぼ一定に保つ。

インナシェル５０の外側には複数の接続碍子５１を介して絶縁状態でアウタシェル６０が取り付けられる。接続碍子５１は絶縁性と耐熱性を有するアルミナ材で製作されているため、不測に発熱体２０とインナシェル５０とが接触し、インナシェル５０に電流が伝わる等により例えば短絡しても、接続碍子５１により電流がアウタシェル６０に伝わることはない。

接続碍子５１の内側はインナシェル５０に対し第一のボルト５２で固定される。一方、接続碍子５１の外側はアウタシェル６０に対し絶縁耐熱材料としての環状中空状のカラー５３を介して第二のボルト５４で固定される。カラー５３はアウタシェルの取付孔を貫通して設けられ、アウタシェル６０の肉厚よりも厚く形成され、第二のボルト５４の頭部下面と接続碍子５１外面との間にクリアランス（隙間）を設けている。インナシェル５０が熱膨張によって膨らんでも、その変形分をこのクリアランスにより吸収し、アウタシェル６０に熱応力が作用することを防ぎ、アウタシェル６０の変形を防止している。

アウタシェル６０のさらに外側には柱６２を介して最外殻である側壁外層としての化粧パネル７０が設けられている。この化粧パネル７０はフランジを有する柱６２を介してアウタシェル６０と例えば金属製のリべット６２ａにより固定アウタシェル６０の上部には円筒状の前記気道１４に連通する開口６１ａが設けられ、この開口６１ａにパイプ６１の一端が溶接される。パイプ６１は化粧パネル７０を貫通し、その他端が冷却ガス導入ダクト７ｙに連通している。

図４に示すように、インナシェル５０は上下に複数分割されている。分割された上側のシェルとこれに隣接する下側のシェルとの間には隙間５０ｓが設けられている。そして、インナシェル５０のうち上側のシェルである上側シェルに設けられた第一フランジ５０ｔと下側シェルの水冷管５９との間にセラミックファイバー等の断熱部材よりなる断熱ブランケット５０ａを介在させ、隙間５０ｓからの熱逃げを防ぎ、熱的に上下のシェルを分断している。

図７に示すように、中間部１１の下部では、インナシェル５０の外側に張り出した第二フランジ５０ｘとアウタシェル６０の内側に張り出した第三フランジ６０ｘとの間に断熱及び絶縁部材としての断熱ブランケット５０ｙを介在させてある。これにより、インナシェル５０とアウタシェル６０との間は絶縁されると共に断熱ブランケット５０ｙにより気密状態が保たれる。また、第三フランジ６０ｘと底蓋７２ａとの間に断熱部材としての断熱ブランケット６０ｙを設け、インナシェル５０内部空間の気密を保っている。中間部１１と天井部１０との間にも同趣旨の構造が採用され、絶縁状態と気密状態が保たれる。最下段の発熱体２０の下部は発熱体２０の中腹の動きを制限する急冷パイプ４０とは別に設けられた急冷パイプ４２により支持されている。

図７に示すように、底部１２では、側壁外層としての化粧パネル７０に底蓋７２ａがリべット留めされ、加熱装置の底を形成している。底蓋７２ａにコイルウケ７２ｂを取り付け、図示しない発熱体ベースの開口から加熱空間１８の内部に空気が流入することを防止する。これにより、均熱長の変化や昇降温特性の変化などの機差の原因となることを防いでいる。

ここで、側壁内層としてのインナシェル５０の下端は、底蓋７２ａとの絶縁を確保するために非接触とし、インナシェル５０と側壁中層としてのアウタシェル６０の絶縁を確保する必要がある。また、インナシェル５０は熱により膨張するので、膨張の「逃げ」も作る必要がある。さらに、インナシェル５０下端と底蓋との隙間から、空気が加熱空間内部に流入するのを防止するため、気密性も確保する必要がある。すなわち、インナシェル５０の下端と底蓋７２ａは、絶縁性・気密性を確保すると同時に、熱膨張による「逃げ」も設ける必要がある。

加えて、アウタシェル６０の下端についても、熱膨張による「逃げ」を設けつつ、アウタシェル６０外側の空気が、アウタシェル６０下端と底蓋７２ａの隙間を通って気道１４へ流入するのを防止する必要がある。また、アウタシェル６０とインナシェル５０との接触も防止する必要がある。

そこで、インナシェル５０の下端に第二フランジ５０ｘを設け、アウタシェル６０の下端に第三フランジ６０ｘを設ける。また、第二フランジ５０ｘと第三フランジ６０ｘとの間の空間を第一の断熱ブランケット５０ｙで塞ぎ、第三フランジ６０ｘと下蓋７２ａとの間を他の断熱ブランケット６０ｙで塞ぐようにした。断熱材としての断熱ブランケット（断熱クッション）は伸縮性があるため、インナシェル５０やアウタシェル６０が熱により膨張伸縮したとしても、気密性が損なわれることはない。また、断熱クッションはアルミナ・ファイバーで製作されているため、絶縁性が高く、また、耐熱性も有するので、高温下においても品質が安定している。

これにより、インナシェル５０の下端と底蓋７２ａは、絶縁性・気密性を確保すると同時に、熱膨張による「逃げ」を設けることができる。また、アウタシェル６０の下端と底蓋７２ａは、気密性を確保すると同時に、熱膨張による「逃げ」を設けることができる。図１１に示すように、なお、化粧パネル７０とアウタシェル６０との間には、下部の吸引口７０ａから外部雰囲気が取り込まれ、上部の排出口７０ｂから排出されて自然冷却が行われる。

次に、上記柱６２とカラー５３等によるアウタシェル６０と化粧パネル７０との固定構造について説明する。

図４，５において、第一、第二ボルト５２，５４は金属製であり、接続碍子５１はアルミナ製である。よって、高トルクで締結できない上に、熱膨張、収縮により緩みやすいという問題がある。第一ボルト５２はインナシェル５０に対し、点溶接を行い緩み止め対策を行なえるが、第二ボルト５４（第一の留め材）は耐熱性、伸縮性が高い絶縁材としてのカラー５３を介して接続碍子５１に接続されるため、アウタシェル６０に対して常時フリクションが作用しにくい。

そこで、化粧パネル７０及び柱６２を貫通するネジ７１（第二の留め材）の位置を、ボルト５４と同一位置（同一高さ、同一径方向）とし、ネジ７１の先端をボルト５４の頭部と重なる位置に配する。これにより、第二ボルト５４が緩んだとしても完全に外れることを防止する。これにより、第二ボルト５４の外れによるインナシェル５０の脱落を防止できる。尚、ネジ７１の緩みに関しては、柱６２はアウタシェル６０に取り付けられ、アウタシェル６０は水冷されたインナシェル５０の外側に設けられているので、比較的温度が低く熱変動量又は熱変動幅が少ないことと、柱６２、ネジ７１は共にステンレス製であり、規定のトルクで締結すれば緩まないものと考える。なお、定期点検による増し締め、または、化粧パネルへの溶接留めを行なえばより効果的である。

次に、図３〜６を参照しながら、発熱体２０の吊り構造について説明する。発熱体２０は上折返部２１としての上端が外に折り曲げられた円筒形状で構成されている、この折曲部２０ａを吊り碍子３０で支持し、発熱体下側に向かって垂設されている。

吊り碍子３０は発熱体２０の１ターン毎に設けられ、熱による変形で、上金具３３や下金具３４や隣のターンの発熱体への接触による短絡を防止する。また、吊り碍子３０は耐熱性を有し、高強度の絶縁物であるアルミナを用いて製作されている。吊り碍子３０間に隙間を設けるようにし、吊り碍子の大きさ、幅と奥行きを減らしている。

なお、アルミナは熱容量が大きく、発熱体の折り曲げ部の全て全周に渡って吊り碍子で支持すれば、発熱体全体の熱容量が増大し、発熱体２０の制御性(昇降温特性)が悪化する。また、吊り碍子３０の厚みを減らせば、上金具３３、下金具３４との絶縁距離が少なくなるので問題となる。このような点から、上記構造が優れていることが伺える。

より具体的には、絶縁体としての吊り碍子３０を構成する上碍子３１及び下碍子３２にはそれぞれピン貫通用の孔３１ａ，３２ａが形成され、上碍子３１外側下面の凸部３１ｂと下碍子３２の外側上面の凹部３２ｂとが嵌め合わされる。これにより、上碍子３１の内側下面３１ｃと下碍子３２の内側上面３２ｃとの間に先の折曲部２０ａを挟み込む隙間を形成する。上碍子３１は内側縁部３１ｄが下方に突出し、挟み込まれた折曲部２０ａの脱落を阻止するように保持する。

下碍子３２には、略四角柱形状の突起３２ｄが設けられ、この突起の両側に先の内側上面３２ｃが位置する。下碍子３２は複数個が間隔を隔ててピン３５に貫通され、隣り合う内側上面３２ｃ間に折曲部２０ａが配置される。発熱体２０は円筒状のインナシェル５０の内面の円弧方向Ｒに沿って配置されるが、折曲部２０ａの両端が先の突起３２ｄにそれぞれ接当することにより、円弧方向Ｒに対する移動が制限される。また、吊り碍子３０は、この円弧方向Ｒに対して間欠的に配置されるので、熱容量の大きな碍子の総量を減少させることにより全体の熱容量を減少させ、発熱体２０全体の応答性を向上させている。

発熱体２０とその外側に位置するインナシェル５０の間には、発熱体２０の熱変形による短絡を防止するため、比較的大きな空間(発熱体２０と反応管との距離と同程度、以下、「短絡防止空間」とする。)が設けられている。これにより、加熱空間１８内部に対流が発生し、発熱体下部から上部に向かう温度勾配が顕著化する虞がある。例えば、図２に示す第三ゾーンＺ３では、発熱体２０を三段分並列接続して温度制御している。このため、対流により第三ゾーンＺ３内の上部と下部で温度勾配が発生し、ウエハの均熱特性が悪化する。

そこで、比較的熱容量の小さなステンレス製の上金具３３間及び／又は下金具３４間の距離を狭め、短絡防止空間を異なる発熱体２０間で遮断している。これにより、複数の発熱体２０全体に渡る上下の温度勾配の発生を防止する。

吊り碍子３０の上金具３３及び下金具３４は剛性の点では上記円弧方向Ｒに連続していることが望ましい。しかし、発熱体２０の加熱時の熱膨張による熱変形による短寿命化を防ぐため、分断の必要もある。そこで、適宜個数の吊り碍子３０毎に上金具３３及び下金具３４を分断することで、捻り剛性を保ちつつ熱膨張による下金具３４間の隙間３４ａを最小限に留めている。また、各下金具３４間に各上金具３３を跨らせることで、さらに捻り剛性を向上させている。上金具３３間及び／又は下金具３４の各間の隙間３４ａは、熱膨張による接触を防げる距離であることが望ましく、本実施形態では１ｍｍ程度としてある。

側壁材としてのインナシェル５０及びアウタシェル６０は熱容量の小さなステンレス鋼等の全属製材料で構成され、大気雰囲気で使用できる発熱体２０を絶縁した状態で固定することができる。なお、導電性のある物質の殆どは、金属等の低熱容量の物質であり、導電性のない物質の殆どは、アルミナ、石英などの高熱容量の物質であり、このような構造により、加熱装置の応答性をさらに向上させている。

次に、上記基板処理装置１の動作について説明する。
ウェーハ３０５の処理は、このウェーハ３０５が装填された前記ボート３００がボートエレベータにより前記反応管３１０に装入され、前記加熱装置３の加熱により所定温度迄急速加熱される。この加熱装置３により前記ウェーハ３０５を所定温度に加熱した状態で前記反応ガス導入管５ｘより反応ガスが導入され、前記排気管６ｘを介して排気ガスが排出され、前記ウェーハ３０５に所要の熱処理がなされる。

通常、前記ボート３００の装入前は所要の温度、例えば５５０℃に保温しておき、このボート３００が装入された後はウェーハ処理温度、例えば８５０℃迄昇温保持される。尚、装入前の温度、処理温度は基板処理装置での処理内容に応じて適切な温度が選択される。

前記発熱体２０の各段の発熱体２０は温度モニタ部４ａによって独立したゾーン毎に測定され、発熱体２０及び反射装置９０により温度制御される。各ゾーンの発熱体２０は連続した１つの発熱体であるので、この発熱体２０に異常があった場合、例えば断線があった場合も直ちに発見でき、各段の発熱体の劣化状態も容易に把握することができる。

処理が完了すると、ウェーハ出炉温度、例えば５５０℃迄急速冷却される。このウェーハ３０５処理後の冷却は、前記流量制御器５ａ及びエアバルブ７ａが開かれ、空気或は窒素ガス等不活性ガスが冷却ガスとして前記冷却ガス供給ライン５ｙ、７より供給される。前記冷却ガス供給ラインから供給された冷却ガスは急冷パイプ４０の貫通孔４０ａを通じて加熱空間１８に流入し、発熱体２０を外面、内面の両側から急速に冷却する。

このような冷却パイプ４０を用いた構成では、ヒータの冷却速度、延いてはウェーハの冷却速度を向上させることができ、ウェーハ処理のスループットを向上させることができる。また、冷却パイプ４０は発熱体押さえと冷却ガス供給管とを兼ねているため、別途ヒータ冷却用のガス管を設ける必要がなく、それ故、ヒータ内壁における発熱体面積を向上させることができる。さらに、冷却パイプ４０の貫通孔４０ａの開口部は発熱体２０よりも内側にて開口しているので、冷却ガスにより発熱体２０が局所的に冷却されることを防止する。その結果、発熱体２０の局所的な変形、捩れ、亀裂を抑制し、延いては、発熱体２０の断線、反応管３１０との接触を防止できる。

円筒状の気道１４に導入される冷却ガスは、容積の大きな冷却ガス導入ダクト７ｙを経て分散されることで、気道１４に均一に冷却ガスが流入し、冷却むらの発生が防止される。その後、冷却ガスは、複数のパイプ６１、気道１４、複数の急冷パイプ４０を介して加熱空間１８に吹き込まれ、加熱空間１８を上昇して排気導路８１より排気される。インナシェル５０内面は加熱空間１８を上昇する冷却ガスにより冷却され、均熱管３１５及び反応管３１０は加熱空間１８及び均熱管内空間３１７を上昇する冷却ガスにより急速に冷却される。これらにより反応管３１０内のウェーハ３０５は急速冷却される。発熱体２０にＦｅ−Ｃｒ−Ａｌやカーボン、ＳｉＣ等の発熱体を採用することで、急速加熱、高温加熱が可能となり、更に冷却ガスによる加熱装置３の冷却により急速冷却が可能となっている。

冷却が完了すると、ボートエレベータによりボート３００が降下され、このボート３００から処理済のウェーハ３０５が払出される。尚、減圧処理の場合は、反応室を大気圧迄復帰させた後、ボート３００が降下される。

本明細書は以下の発明をも含むものとする。
１）反応容器内で基板を処理する基板処理装置に用いられる加熱装置であって、前記反応容器の外周を包囲する側壁内層、この側壁内層の外周を包囲する側壁中層及びこの側壁中層の外周を包囲する側壁外層を有し、少なくとも前記側壁内層及び前記側壁中層が導電性を有し、前記側壁内層は発熱体を保持し、側壁内層に固定された絶縁部材を介して側壁中層が外側から第一の留め材により固定され、この第一の留め材と重なる位置に前記側壁外層の外側から固定されこの第一の留め材の脱落を防止する第二の留め材を備えている加熱装置。

２）基板を収納し処理する処理室と、この処理室内の基板を加熱する側壁内層に垂設された発熱体と、この発熱体の上端を挟んで支持する吊り碍子（絶縁体）と、この吊り碍子を支持すると共に側壁内層と発熱体との間の空間を分断する金具とを有し、この金具を前記発熱体の長手方向に対し複数に分割し、金具同士が並び合う隙間を小さくした基板処理装置、加熱装置及び発熱体の保持構造。なお、隙間は、熱膨張による接触を防げる距離であることが望ましい。

３）基板を収納し処理する処理室と、この処理室内の基板を加熱する発熱体とを有し、この発熱体は、インナシェルと、アウタシェルと、化粧パネルと、この化粧パネルに取付けられる下蓋とを有し、インナシェルの下端にフランジを設け、アウタシェルの下端に他のフランジを設け、さらに両フランジ間の空間を第一の断熱クッションで塞ぎ、他のフランジと下蓋との空間を第二の断熱クッションで塞ぐ基板処理装置、加熱装置及び発熱体の保持構造。

４）筒状に形成された側壁と、複数の隙間を有する板状の発熱体とを備え、側壁の内面は熱線を反射可能に仕上げられ、前記側壁の筒状の内面に沿って発熱体を設け、発熱体の素線部表面は加熱空間に向かって熱線を輻射し、前記素線部裏面から輻射される熱線は前記内面により反射され前記隙間を通過して前記加熱空間に輻射される加熱装置、基板処理装置及び発熱体の保持構造。この構造では、素線部２３の幅に比較して隙間２４の幅を十分にとり、内面からの反射による熱線を有効活用できる幅としてある。この筒状の中心軸に沿って隙間を形成し、中心軸上側を前記保持部材により支持すると、輻射熱を尤も有効に活用すると共に発熱体の面密度を向上させることができるし、発熱体の線量を減少させて熱応答性を向上させることができる。また、筒状の内面を凹曲面とすることで、反射された熱線が隙間を通過して加熱空間内に輻射される効率を向上させることができ、この凹曲面は円弧面であることが望ましい。

本発明は上記実施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の改変が可能である。

反応容器は、均熱管及び反応管の双方を備えるように説明したが、均熱管を備えずに反応管のみであってもよい。その他、２重管のみならず、１管や３重管以上の管数に構成されていてもよい。

上記熱処理は酸化処理や拡散処理及び拡散だけでなく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処理等に限らず、成膜処理等の熱処理であってもよい。基板はウエハに限らず、ホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、光ディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。バッチ式熱処理装置および枚葉式熱処理装置に限らず、ヒータユニットを備えた半導体製造装置全般に適用することができる。上記インナシェル５０及び反射体９１の鏡面仕上げ部は、ステンレス鋼の研磨により鏡面とする他、金、白金等の貴金属によるメッキを施しても構わない。

本発明は、例えば、半導体集積回路装置(半導体デバイス)が作り込まれる半導体ウエハに酸化処理や拡散処理、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やアニール及び熱ＣＶＤ反応による成膜処理などに使用される基板処理装置に利用することができる。本発明は、このような基板処理装置のうち、特に低温領域でプロセスに対して有効なものである。

従来の加熱装置を用いた処理炉の概略断面図である。本発明における基板処理装置の概略を示す縦断面図である。図２の天井部近傍における横断面図である。図２におけるＡ部拡大図である。図３におけるＢ部拡大図である。図２におけるＣ部拡大図である。図２におけるＤ部拡大図である。吊り碍子の上碍子を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図である。吊り碍子の下碍子を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図である。上金具を外した状態における図５相当図である。加熱装置の側面図である。

符号の説明

1：基板処理装置，3：加熱装置，4：主制御装置，4a：温度モニタ部，4b：加熱制御部，4c：反射制御部，4d：第一流量制御部，4e：圧力制御部，4f：第二流量制御部，4g：排気制御部，4h：駆動制御部，5a：流量制御器，5b：流量制御器，5x：反応ガス導入管，5y：冷却ガス供給ライン，6a：圧力制御器，6x：反応ガス排気管，7：冷却ガス供給ライン，7a：開閉バルブ，7ｂ：急冷パイプ，７x：吸気アタッチメント，７y：冷却ガス導入ダクト，8：強制排気ライン，8a：排気ブロア，10：天井部，11：中間部，12：下部，13：端子ケース，14：気道（冷却媒体流通通路），18：加熱空間，20：発熱体，20a：折曲部，21：上折返部，22：下折返部，23：素線部，24：隙間，30：吊り碍子，31：上碍子，32：下碍子，33：上金具，34：下金具，34a：隙間，35：ピン，36：ボルト，40：急冷パイプ，40a：貫通孔，40b：鍔，40c：鍔，40d：貫通部，42：急冷パイプ，50：インナシェル（側壁内層），50s：隙間，50t：第一フランジ，50u：断熱ブランケット，50x：第二フランジ，50y：断熱ブランケット，51：接続碍子，52：第一のボルト，53：カラー，54：第二のボルト，55a：開口（第一の開口），55b：箱（隔壁体），55c：鍔，55x：ねじ，59：水冷管，60：アウタシェル（側壁中層），60x：第三フランジ，60y：断熱ブランケット，61：パイプ，61a：開口，62：柱，62a：リベット，65：開口（第二の開口），65a：隙間，70：化粧パネル（側壁外層），71：ネジ，72a：底蓋，72b：コイルウケ，81：排気導路，81a：排気口，82：第一の開口，83：第二の開口，90：反射装置，91：反射体，91a：隙間，92：移動機構，93：シャフト，94：中央板，95：ボルト，99：アクチュエーター，100：取付構造，101：温度センサ（温度検出器），102：熱電対接点（温度検出体），103：保護管，103x：隙間，103y：隙間，104：碍子管，105：内鍔，106：外鍔，107：碍子，108：端子，109a：金属管，109b：止めねじ，111：第一パッキン，111a：孔，112：第二パッキン，112a：孔，120a〜c：ねじ，121：温度センサ（温度検出器），125：内鍔，126：外鍔，127：内箱，128：外箱，129：パッキン，131：温度センサ（温度検出器），132：温度センサ（温度検出器），133：保護管，135a〜ｃ：鍔，300：ボート，305：ウエハ，308：処理室，309：反応容器，310：反応管，315：均熱管，317：均熱管内空間，320：L型温度センサ（温度検出器），321：接点（温度検出体），322：接点（温度検出体），330：温度センサ（温度検出器），Z1〜Z5：ゾーン，Ｈ１〜Ｈ３：貫通孔，Ｒ：円弧方向，Ｖ：貫通方向

Claims

基板を処理する反応容器と、この反応容器内の基板を加熱する加熱装置とを備えた基板処理装置であって、この加熱装置は、前記反応容器の外周を包囲する側壁内層、この側壁内層の外周を包囲する側壁中層及びこの側壁中層の外周を包囲する側壁外層を有し、少なくとも前記側壁内層及び前記側壁中層が導電性を有し、前記側壁内層は発熱体を保持し、側壁内層に固定された絶縁部材を介して側壁中層が外側から第一の留め材により固定され、この第一の留め材と重なる位置に前記側壁外層の外側から固定されこの第一の留め材の脱落を防止する第二の留め材を備えている基板処理装置。
反応容器内で基板を処理する基板処理装置に用いられる加熱装置であって、前記反応容器の外周を包囲する側壁内層、この側壁内層の外周を包囲する側壁中層及びこの側壁中層の外周を包囲する側壁外層を有し、少なくとも前記側壁内層及び前記側壁中層が導電性を有し、前記側壁内層は発熱体を保持し、側壁内層に固定された絶縁部材を介して側壁中層が外側から第一の留め材により固定され、この第一の留め材と重なる位置に前記側壁外層の外側から固定されこの第一の留め材の脱落を防止する第二の留め材を備えている加熱装置。