JP5593474B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法、天井断熱体及び加熱装置 - Google Patents
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図1は本発明の実施の形態で好適に用いられる基板処理装置の処理炉202の概略構成図であり、縦断面図として示されている。
ヒータ206には、急速冷却機構を有しないものと有さないものとがある。図2は急速冷却機構を有するヒータ206を示し、図3は急速冷却機構を有するものを示す。
なお、図2において急速冷却機構を有しないヒータ206の天井断熱材16を複数層で形成してもよい。また、図3において下側層18、中間層20、上側層22のうち少なくとも1つ以上をさらに複数層として形成してもよい。
図5に示すように、排気孔24を含む中央部の温度は炉内側からの熱により1100℃程度まで上昇するが、周縁部は室温に近い。周縁部は側壁断熱材が当っているためである。したがって、中央部は温度上昇により熱膨張しようとするが、周縁部はほとんど膨張しない。図6に示すように、このときの膨脹差により周縁部近傍に引張応力が集中する。また、周縁部で、天井断熱材16の自重を支持していることにより、中央部の自重によるモーメント(応力)が周縁部に集中する。これらの応力が下側層18の引張強度を越えるとクラックが周縁部(特に下面部分)に発生する。尚、上方外壁側と炉内側とを比較しても、炉内側からの熱により下側層18の炉内側は1100℃程度まで上昇するが、上方外壁側は、約400〜600℃となり、温度が低い。これにより、応力は少なからず発生するが、周縁部と中央部との温度差の様な急激な温度勾配はないため、発生する応力も少ないものとなる。そのため、天井断熱材16の炉内側と上方外壁側との間には、周縁部にくらべてクラックが発生しにくいが、好ましくは、天井断熱材を複数層で形成し、層間を接着せずにそれぞれの層を自由に伸縮させることにより、炉内側と上方外壁側との間にクラックが発生することを防ぐことができる。
図3に示すように、天井断熱材16を、例えば下側層18、中間層20及び上側層22に縦分割して形成した場合、天井断熱材16の一部の落下やクラックの発生を防げる。好ましくは、天板断熱材16の下側層18にスリット34bを形成する。尚、スリット34bとは、図10(b)において、天井断熱材16を分割することなく、上面と下面との間を貫通するように切り欠いたものである。これにより、下側層18を一体化することができ、ヒータ206を製造する際の作業性が改善される。より好ましくは、下側層18の下面に上述の溝34aを形成する。これにより、天井断熱材16の上方外壁側からの熱逃げを抑止できる。より好ましくは、下側層18の中心側から途中まで、好ましくは側壁断熱材12の内側面までのS間に形成する。側端部までスリット34b又は溝34aを形成すると、このスリット34b又は溝34aを介してヒータ206内の熱が逃げるのに対し、天井断熱材16の中心側から途中まで34b又は溝34aを形成することにより、熱逃げを防止することができる。これにより、省エネルギー化することができ、周縁部等基板の円周方向での不均一な熱逃げによる温度制御性の悪化、膜厚均一性の悪化を防ぐことができる。尚、スリット34bとして説明したが、下側層18、中間層20及び上側層22を合わせた天井断熱材16全体からみると、スリットは溝と定義することができる。この場合、前述した溝34aとはスリットが層間と連通していることにより層間から熱逃げが起こる点で劣るものの他は同様な効果を奏する。
天井断熱材16を複数層で形成し、炉内側の層を炉内側層17とする。炉内側層17の天井断熱材16の周縁側に環状の凸部、この凸部に対向する側壁断熱材12に環状の凹部を設ける。これにより、天井断熱材16を側壁断熱材12に嵌合しやすくなる。また、載置箇所からの熱逃げを防止することができる。尚、このような構成の場合、炉内側層の中心から途中まで、好ましくは天井断熱材16の炉内側層17の凸部まで応力緩和部34を形成すると良い。
上述と同様に、天井断熱材16の下側層18を複数層で形成し、炉内側の層を炉内側層17とする。上述同様、炉内側層17の下側層18の周縁側に環状の凸部、この凸部に対向する側壁断熱材12に環状の凹部を設けることで、下側層18を側壁断熱材12に嵌合しやすくなり、載置箇所からの熱逃げを防止することができる。さらに、上述同様、炉内側層の中心から途中まで、好ましくは下側層18の炉内側層17の凸部まで応力緩和部34を形成すると良い。
図13は、第1の変形例を示す。この第1の変形例においては、応力緩和部34の天井断熱材16の下面に開口する角部を面取り処理し、テーパ部38が応力緩和部34の長手方向に沿って形成されている。応力緩和部34の下面に開口する部分が90度の角度のままであれば、角の部分が組立作業中の行為により誤って欠けたり、ヒータ使用中の昇降温による熱衝撃で欠ける危険性がある。しかし、テーパ部38を設けることにより、角度を大きく出来るのでこれらの危険性は低くなる。テーパ部38は面取りだけではなく、丸みを付けることでも同様の効果が得られる。なお、このテーパ部38は、応力緩和部34として、溝34aのみならず応力緩和部34がスリット34b、分割ライン34cのいずれである場合にも設けることができる。また、分割ライン34cとは、図14において、天井断熱材16を複数の分割片36に分割(この例では6個の分割片に分割)したものである。
(1)基板を処理する反応容器と、該反応容器の外側を囲う、少なくとも、側壁断熱体と、該側壁断熱体に載置され、応力緩和用の溝が複数設けられている天井断熱体と、前記側壁断熱体の内側に設けられる発熱体と、を有する加熱装置とを備える基板処理装置。
(2)前記溝は、前記天井断熱体の中心側から周縁側に向かって設けられている(1)記載の基板処理装置。
(3)前記溝は、前記天井断熱体の中心側から周縁部に至る途中まで形成されている(1)又は(2)記載の基板処理装置。
(4)反応容器の外側を囲う、少なくとも、側壁断熱体と、該側壁断熱体に載置される天井断熱体に複数設けられている溝が前記天井断熱体に発生する応力を緩和しつつ前記発熱体が前記反応容器内の基板を加熱処理する半導体装置の製造方法。
(5)基板処理装置に用いられる加熱装置における側壁断熱体に載置される天井断熱体であって、応力緩和用の溝が複数設けられている天井断熱体。
(6)前記溝は、前記天井断熱体の周縁側の幅より中心側の幅が大きい(2)記載の基板処理装置。
加熱装置内は熱輻射・熱伝導・熱対流作用により、天井断熱体の周縁側より中心側のほうの温度が高くなるため、周縁側より中心側のほうが断熱体の熱膨張が大きくなる。また、溝部分が大きくなると、その部分から少なからず熱逃げが起こることになる。上記のように構成することにより、熱膨張量に応じた緩和量、熱逃げ量にすることができる。
(7)前記溝は、前記天井断熱体の周縁側から中心側になるに従い幅が大きくなる(2)記載の基板処理装置。
加熱装置内は熱輻射・熱伝導・熱対流作用により、天井断熱体の中心側になるに従い温度が高くなるため、中心側に近くなるに従い断熱体の熱膨張が大きくなる。また、溝部分が大きくなると、その部分から少なからず熱逃げが起こることになる。上記のように構成することにより、熱膨張量に応じた緩和量、熱逃げ量にすることができる。
(8)前記溝は、前記天井断熱体の内壁側の幅より前記天井断熱体の外壁側の幅が狭くなっている(1)又は(2)記載の基板処理装置。
加熱装置内は熱輻射・熱伝導・熱対流作用により、天井断熱体の内壁側の方が温度が高くなるため、内壁側の方が断熱体の熱膨張が大きくなる。上記のように構成することにより、熱膨張量に応じた緩和量、熱逃げ量にすることができる。
(9)前記溝は、前記天井断熱体の内壁側から前記天井断熱体の外壁側になるに従い幅が狭くなっている(1)又は(2)記載の基板処理装置。
加熱装置内は熱輻射・熱伝導・熱対流作用により、天井断熱体の内壁側になるに従い温度が高くなるため、内壁側に近くなるに従い断熱体の熱膨張が大きくなる。上記のように構成することにより、熱膨張量に応じた緩和量、熱逃げ量にすることができる。
(10)前記溝を形成する側壁は、前記天井断熱体の内側面が面取り処理されている(1)記載の基板処理装置。
(11)前記天井断熱体は、複数に分割されており、前記溝は、前記分割された箇所に設けられている(1)又は(2)記載の基板処理装置。
(12)前記溝は、複数設けられ、其々180度以下の角度を成して設けられている(2)記載の半導体製造装置。
中心側に対して周方向に膨張するが、好ましくは、180度以下に少なくとも一箇所に溝がないと、溝の内側の応力を緩和されにくいが、180度以下に少なくとも一箇所溝があると、全域の膨張を吸収できる。
(13)前記溝が、少なくとも3箇所形成されており、それぞれの前記溝が90度より大きく180度未満の角度を成して放射状に設けられている(2)記載の半導体製造装置。
(14)前記天板断熱体の中心側には、ヒータユニット内部の雰囲気を排気する排気孔が設けられている(1)記載の半導体製造装置。
前記排気孔が設けられる場合、処理室を冷却する際に排気孔から熱せられた雰囲気を排気するため、天井断熱体の中心部が特に温度が上がりやすく、熱膨張量が顕著に大きくなってしまうが、上記(1)のように構成すると天井断熱体の一部の落下やクラックの発生を防げる。
(15)前記天井断熱体は、複数に分割されており、前記溝は、前記分割された箇所とは別の箇所に設けられている(1)又は(2)記載の基板処理装置。
(16)前記天井断熱体には、スリットが設けられており、前記溝は、前記スリットとは、別の箇所に設けられている(1)又は(2)記載の基板処理装置。
(17)前記溝は2種類以上の長さで設けられている(2)記載の基板処理装置。
(18)前記天井断熱体には、前記溝が設けられている箇所の上端側(反対側)に凸部が設けられている(1)記載の基板処理装置。
(19)基板処理装置に用いられる加熱装置であって、側壁断熱体と該側壁断熱体に載置され内側面に応力緩和用の溝が複数設けられる天井断熱体とを備える加熱装置。
(20)基板を処理する反応容器と、該反応容器の外周を囲う、少なくとも側壁断熱体と、該側壁に載置され、周縁側の幅より中心側の幅を広くした応力緩和部が設けられる天井断熱体と、前記側壁断熱体の内側に設けられる発熱体と、で構成される加熱装置とを備える基板処理装置。
(21)基板を処理する反応容器と、該反応容器の外周を囲う、少なくとも側壁断熱体と該側壁に載置され、内壁側の幅より外壁側の幅を狭くした応力緩和部が設けられる天井断熱体と、前記側壁断熱体の内側に設けられる発熱体と、で構成される加熱装置とを備える基板処理装置。
(22)前記面取り処理は、テーパ状もしくは曲面形状に処理されている前記(10)の基板処理装置。
(23)基板を処理する反応容器の外周に設けられる加熱装置の、側壁断熱体に載置される天井断熱体の内側面に複数設けられる応力緩和用の溝が発生する応力を緩和しつつ前記側壁断熱体の内側に設けられる発熱体が前記反応容器内の基板を加熱処理する半導体装置の製造方法。
206 加熱装置(ヒータ)
12 側壁断熱材
14 発熱体
16 天井断熱材
18 下側層
20 中間層
22 上側層
24 排気孔
32 クラック
34 応力緩和部
34a 溝
34b スリット
34c 分割ライン
Claims (4)
- 基板を処理する反応容器と、
該反応容器の外側を囲う、少なくとも、側壁断熱体と、該側壁断熱体に載置される天井断熱体と、前記側壁断熱体の内側に設けられる発熱体と、を有する加熱装置とを備え、
前記天井断熱体には、前記天井断熱体の上面まで貫通することなく前記天井断熱体の底面を切り欠いた溝であって該天井断熱体の中心側から周縁部に至る途中まで形成された溝が複数設けられている基板処理装置。 - 反応容器の外側を囲う、少なくとも、側壁断熱体と、該側壁断熱体に載置される天井断熱体と、を有する半導体装置の製造方法であって、前記天井断熱体の上面まで貫通することなく前記天井断熱体の底面を切り欠いた複数の溝であって前記天井断熱体の中心側から周縁部に至る途中まで形成された溝が前記天井断熱体に発生する応力を緩和しつつ前記側壁断熱体の内側に設けられた発熱体が前記反応容器内の基板を加熱処理する半導体装置の製造方法。
- 基板処理装置に用いられる加熱装置における側壁断熱体に載置される天井断熱体であって、前記天井断熱体の上面まで貫通することなく前記天井断熱体の底面を切り欠いた溝であって該天井断熱体の中心側から周縁側に向かって前記天井断熱体の中心側から周縁部に至る途中まで形成された溝が複数設けられている天井断熱体。
- 側壁断熱体と、
前記側壁断熱体の内側に設けられる発熱体と、
前記側壁断熱体に載置される天井断熱体であって、前記天井断熱体の上面まで貫通することなく前記天井断熱体の底面を切り欠いた溝であって該天井断熱体の中心側から周縁側に向かって前記天井断熱体の中心側から周縁部に至る途中まで形成された溝が複数設けられている天井断熱体と、を備える加熱装置。
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