JP6457779B2 - 断熱部材及びこれを用いた熱処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、断熱部材及びこれを用いた熱処理装置に関する。

従来から、複数のウエハを所定のウエハ保持具に積載し、反応管内に収容して反応管の周囲から発熱体で加熱して熱処理を行う熱処理装置において、ウエハ保持具の下方に設けた保温筒に用いられる断熱用の構造体を、発砲ガラス体のように多数の微小空間を内部に有し、且つそれ自体は硬質な薄膜石英ガラスが網目状に縦横に張りめぐらされている石英ガラス体で形成した技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。これにより、構造体は、保温性と断熱性を有するとともに、網目状の石英ガラス薄膜がリブ又はかすがい様の補強材として機能し、ガラスウールを封入した場合よりも高耐圧性を有する。

また、類似の熱処理装置において、発熱体の周囲に気密な空間を形成し、この空間内に少なくとも１枚の熱輻射板を設け、昇温時にこの空間を減圧し、輻射効果を高めて発熱体から反応管方向へ向かう熱輻射量を大きくするようにした技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開昭６４−４７０２０号公報 特開平７−２８３１６０号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載の構成では、保温筒も石英で構成される場合が多く、洗浄等の際に保温筒の内面と石英ガラス体がこすれて保温筒の内面に傷が付き、熱処理中の熱膨張により保温筒が割れてしまう場合があるという問題があった。

また、特許文献２に記載の構成では、熱輻射板を収納している空間の外装体に真空ポンプ等の排気手段を接続する構成が必要となり、装置構成が複雑化するという問題があった。

更に、現在断熱材として多用されているセラミックファイバーは、将来、REACH（Registration, Evaluation, Authorization）規則により規制を受けるおそれがあり、セラミックファイバー以外の断熱材で、熱処理装置に使用可能な断熱材を将来的に確保する必要がある。現存するヒュームドシリカＳｉＯ_２＋（ＳｉＣ、ＴｉＯ_２等）系の断熱材は、セラミックファイバーよりも高性能であるが、粉飛散が非常に多く、クリーン度が要求される半導体製造装置では、そのまま表面に露出させて使用することができない。

そこで、本発明は、熱処理時にも破壊のおそれが無く、かつ、粉飛散が多い断熱材を使用可能にする断熱部材及びこれを用いた熱処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る断熱部材は、半導体製造装置に用いる断熱部材であって、
バルク状の断熱体と、
該断熱体の外表面全面に沿った内面形状を有し、該断熱体の外表面の少なくとも３面とクリアランスを有して前記断熱体を収容するケーシングと、
前記クリアランスに充填された前記断熱体よりも硬度の小さい緩衝材、のみからなる。

本発明の他の態様に係る熱処理装置は、下端が開口した筒状の処理容器と、
前記下端の前記開口を開閉可能であるとともに、基板を保持する基板保持具を載置支持可能な蓋体と、
前記処理容器の周囲に設けられた発熱体と、
前記断熱部材で構成され、前記発熱体の周囲に設けられた断熱カバー部と、を有する。

本発明によれば、断熱材のクリーン度に影響されず、種々の断熱材を使用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る断熱部材及びこれを用いた熱処理装置の一例の概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置について、断熱部材の構成を中心に示した図である。 本発明の第２の実施形態に係る断熱部材及び熱処理装置の一例を示した図である。 第１の構成例に係る断熱部材を示した図である。 第２の構成例に係る断熱部材を示した図である。 第３の構成例に係る断熱部材を示した図である。 第４の構成例に係る断熱部材を示した図である。 第５の構成例に係る断熱部材を示した図である。 第１の構成例に係る断熱部材の積載構造を示した図である。 第２の構成例に係る断熱部材の積載構造を示した図である。 第３の構成例に係る断熱部材の積載構造を示した図である。 第４の構成例に係る断熱部材の積載構造を示した図である。 第５の構成例に係る断熱部材の積載構造を示した図である。 第６の構成例に係る断熱部材の積載構造を示した図である。 第７の構成例に係る断熱部材の積載構造を示した図である。 第８の構成例に係る断熱部材の積載構造を示した図である。 第９の構成例に係る断熱部材の積載構造を示した図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る断熱部材及びこれを用いた熱処理装置の一例の概略構成図である。なお、本明細書においては、一例として半導体装置を形成するための断熱部材及び縦型熱処理装置の例について説明する。しかしながら、本発明はこの点において限定されず、他の種々のタイプの断熱部材及びこれを用いた熱処理装置であっても良い。

図１に示すように、縦型の熱処理装置２は、長手方向が垂直である処理容器４を有する。処理容器４は、有天井の外筒６と、外筒６の内側に同心的に配置された円筒体の内筒８とを有する、２重管構造で構成される。

外筒６及び内筒８は、石英などの耐熱性材料から形成される。外筒６及び内筒８は、ステンレスなどから形成されるマニホールド１０によって、その下端部が保持される。マニホールド１０は、ベースプレート１２に固定される。なお、マニホールド１０を設けず、処理容器４全体を、例えば石英により形成する構成であっても良い。

マニホールド１０の下端部の開口には、例えばステンレススチール等からなる円盤状のキャップ部１４が、Ｏ−リング等のシール部材１６を介して気密封止可能に取り付けられている。つまり、キャップ部１４は、処理容器４の下端部の開口を開閉可能に設けられた蓋体である。また、キャップ部１４の略中心部には、例えば磁性流体シール１８により気密状態で回転可能な回転軸２０が挿通されている。この回転軸２０の下端は回転機構２２に接続されており、回転軸２０の上端は、例えばステンレススチールよりなるテーブル２４が固定されている。

テーブル２４上には、例えば石英製の保温筒２６が設置されている。また、保温筒２６上には、支持具として例えば石英製のウエハボート２８が載置される。ウエハボート２８は、ウエハＷを載置保持可能な保持部材である。

ウエハボート２８には、例えば５０〜１５０枚の基板としての半導体ウエハＷが、所定の間隔、例えば１０ｍｍ程度のピッチで収容される。ウエハボート２８、保温筒２６、テーブル２４及びキャップ部１４は、例えばボートエレベータである昇降機構３０により、処理容器４内に一体となってロード、アンロードされる。

このように、キャップ部１４には、磁気流体シール１８、回転軸２０、テーブル２４及び保温筒２６が設けられ、これらを介してウエハボート２８を載置支持することができる。

マニホールド１０の下部には、処理容器４内に処理ガスを導入するための、ガス導入手段３２が設けられる。ガス導入手段３２は、マニホールド１０を気密に貫通するように設けられたガスノズル３４を有する。

なお、図１では、ガス導入手段３２が１つ設置される構成を示したが、本発明はこの点において限定されない。使用するガス種の数などに依存して、複数のガス導入手段３２を有する熱処理装置であっても良い。また、ガスノズル３４から処理容器４へと導入されるガスは、図示しない流量制御機構により、流量制御される。

マニホールド１０の上部には、ガス出口３６が設けられており、ガス出口３６には排気系３８が連結される。排気系３８は、ガス出口３６に接続された排気通路４０と、排気通路４０の途中に順次接続された圧力調整弁４２及び真空ポンプ４４とを含む。排気系３８により、処理容器４内の雰囲気を圧力調整しながら排気することができる。

処理容器４の外周側には、処理容器４を囲むようにしてウエハＷなどの基板を加熱するヒータエレメント４８が設けられる。ヒータエレメント４８は、処理容器４及び処理容器４内のウエハＷを加熱するための加熱手段であり、発熱体から構成される。ヒータエレメント４８は、処理容器４及びウエハＷを加熱できれば、種々の手段から構成されてよいが、例えば、抵抗発熱線から構成されてもよい。ヒータエレメント４８が抵抗発熱線で構成されている場合、ヒータエレメント４８に電流を流すことにより、ヒータエレメント４８が発熱し、処理容器４及び内部のウエハＷを加熱することができる。

ヒータエレメント４８の外周側には、断熱部材５０が設けられる。断熱部材５０は、熱処理装置２の全体を断熱しつつカバーしているので、断熱カバー部と呼んでもよい。断熱部材５０は、ケーシング５１と、断熱体５２とを備える。ケーシング５１は、断熱体５２を収容するための筐体であり、断熱体５２から粉飛散があった場合であっても、飛散した粉がケーシング５１の外部にまで飛散することを防ぐ。この意味で、ケーシング５１は、断熱体５２のカバー体と捉えてもよい。ケーシング５１は、例えば、石英から構成される。

ケーシング５１は、断熱体５２の周囲全体を覆い、断熱体５２からの飛散物の流出を防ぐように構成されている。かかる構成を有するため、断熱体５２に用いる断熱材としては、粉飛散の少ないセラミックファイバーのみならず、粉飛散が多いヒュームドシリカ系の断熱材も使用することができる。ヒュームドシリカ系の断熱材は、主成分がシリカ（ＳｉＯ_２）であり、添加物として炭化ケイ素（ＳｉＣ）や酸化チタン（ＴｉＯ_２）等が加えられた断熱材であり、従来から熱処理装置２に用いられているセラミックファイバーよりも高い断熱性能を有するため、本実施形態に係る断熱部材５０を、従来の断熱材よりも高性能に構成することができる。よって、ヒュームドシリカ系の断熱材の成分は、ＳｉＯ_２＋（ＳｉＣ＋ＴｉＯ_２等）となる。

断熱体５２は、バルク状の形状を有して構成される。これにより、断熱材５２の厚さ及び体積を十分に確保でき、断熱能力を高めることができる。また、詳細は後述するが、バルク状の断熱体５２の表面の少なくとも一部は、ケーシング５１の内面と所定のクリアランスＣを有して構成される。これにより、バルク状の断熱体５２の熱膨張がある程度あったとしても、ケーシング５１の内面へ強い押圧力が印加されるのを防ぐことができ、ケーシング５１の破損を防止することができる。なお、これらの断熱部材５０の詳細な構造は後述する。

図１に示すように、ヒータエレメント４８は、断熱部材５０のケーシング５１の内周面上に、螺旋状に巻回して配置されてもよい。図１において、ヒータエレメント４８は、断熱層５０の内周側に、側面の軸方向全体に亘って巻回して設けられている。なお、ヒータエレメント４８は、実際には、断熱部材５０のケーシング５１の内周面に設けられた保持構造により保持されて設けられるが、図１では、そのような詳細の構成は省略してある。

また、ヒータエレメント４８は、軸方向において、複数のゾーン（例えば４つのゾーン）に分割されて構成されてもよい。例えば、各々のゾーン毎に断熱部材５０に設けられる図示しない熱電対により検出した温度に基づいて、図示しない制御部により、各ゾーン毎に独立して個別に温度制御できる構成とされてもよい。

次に、図２を用いて、本発明の断熱部材５０の構成をより詳細に説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係る断熱部材５０及び熱処理装置２について、断熱部材５０の構成を中心に示した図である。よって、熱処理装置２のその他の構成要素については、省略してある。また、図１と同様の構成要素には、同一の参照符号を付してその説明を省略する。

図２に示されるように、処理容器４の周囲にはヒータエレメント４８が設けられ、更にヒータエレメント４８の周囲を囲むように断熱部材５０が設けられている。断熱部材５０は、バルク状の断熱体５２が、表面の少なくとも一部に所定のクリアランスＣを有してケーシング５１内に収容された構成を有する。なお、図２では断熱部材５０の全体的概略構成を示し、この点は別の例を用いて後述する。ケーシング５０には、例えば、石英が用いられる。断熱体２には、高性能断熱材として知られるヒュームドシリカ系の断熱材を用いてもよいし、セラミックファイバー等の一般的な断熱材を用いてもよい。断熱部材５０は、筒状の側面をなすヒータエレメント４０をやはり筒状に覆うだけでなく、上面も連続的に覆うように構成される。かかる構成により、筒状の処理容器４及びヒータエレメント４８の双方の側面及び上面を含む全体を断熱部材５０で覆い、熱処理装置２の全体の断熱カバー部として機能することができる。

また、ヒータエレメント４８の下端の更に下方には、やはり円筒形状の断熱部材５３が必要に応じて設けられる。図２において、キャップ部１４上の周縁部であって、ヒータエレメント４８と対応する位置に、円筒形の断熱部材５３が設けられている。断熱部材５３は、ケーシング５４と、断熱体５５を有し、ケーシング５４内に断熱体５５が収容されている点は、断熱部材５０と同様である。断熱部材５３は、形状が完全な筒状である点、大きさが断熱部材５０よりも小さい点、及び配置位置がヒータエレメント４８の側面でなく下方である点で、断熱部材５０と異なっている。このように、ヒータエレメント４８の下端より更に下方に断熱部材５３を設け、ヒータエレメント４８を下方から囲み、処理容器４及びヒータエレメント４８の下端から熱が逃げないように構成してもよい。なお、ケーシング５４及び断熱体５５の材料は、断熱部材５０と同様であるので、その説明を省略する。

また、図２において、断熱部材５６が、キャップ部１４の中央部上であって、処理容器４の下部に設けられている。また、断熱部材５６は、図１において、保温筒２６のあった箇所に設けられている。つまり、断熱部材５６は、保温筒２６として設けられ、熱処理中に処理容器４の下方から熱が逃げるのを防止し、処理容器４内を保温するために設けられる。断熱部材５６は、ケーシング５７内に断熱体５８が収容されて設けられている点は、断熱部材５０、５３と同様であるが、形状が円柱形状である点で、断熱部材５０、５３と異なっている。このように、断熱部材５０、５３、５６は、用途、配置位置、役割に応じて、種々の形状及び大きさに構成することができる。いずれの場合であっても、断熱体５２、５４、５８としては、ヒュームドシリカ系の高性能断熱材を含む種々の断熱材をクリーン度に拘わらず用いることができ、高性能の断熱力を発揮させることが可能である。

このように、第１の実施形態に係る断熱部材５０、５３、５６及び熱処理装置２によれば、少なくとも処理容器４及びヒータエレメント４８の側面及び上面を覆う断熱部材５０と、必要に応じてヒータエレメント４８の下端の下方に設けられた断熱部材５３と、やはり必要に応じて処理容器４の下部であって、ウエハボード２８（図１参照）の下端の更に下方に設けられた断熱部材５６とでヒータエレメント４８の周囲を覆うことにより、ウエハボート２８に保持されたウエハＷを汚染すること無くヒータエレメント４８から発生する熱の断熱効率及び保温効率を高め、高効率でクリーンな熱処理を行うことができる。

図３は、本発明の第２の実施形態に係る断熱部材及び熱処理装置の一例を示した図である。図３に示すように、第２の実施形態に係る熱処理装置３は、複数の分割された断熱部材６０、６３からなる断熱カバー部７０を有する点で、第１の実施形態に係る熱処理装置２と異なっている。このように、熱処理装置３の側面及び上面全体を覆う断熱カバー部７０を、複数の分割された断熱部材６０、６３から構成してもよい。断熱部材６０は円筒形状を有し、ケーシング６１と、断熱体６２とを備える。ケーシング６１内に断熱体６２が収容された構造を有する点は、今まで説明した断熱部材５０、５３、５６と同様である。断熱部材６０は、各々が処理容器４及びヒータエレメント４８の側面の一部を覆うことができる径及び高さに構成され、複数の断熱部材６０を積み重ねることにより、処理容器４及びヒータエレメント４８の側面全体を覆う。図３においては、４個の断熱部材６０が積み重ねられている。なお、図３においては、４個の断熱部材６０は総て同じ高さに構成された例が示されているが、積み重ねることにより処理容器４及びヒータエレメント４８の側面全体を覆うことができれば、個々の断熱部材６０は、必ずしも同じ高さに構成されていなくてもよい。但し、上下に積み重ねた断熱部材６０の接触面が同一面であることが好ましいので、断熱部材６０のケーシング６１の内周面及び外周面の径の大きさは、同一であることが好ましい。

断熱部材６３は、処理容器４及びヒータエレメント４８の上面を上から覆うことができるように、円盤形状に形成される。円筒形状の断熱部材６０が積み重ねられて全体で処理容器４及びヒータエレメント４８を覆う断熱カバー部７０の側面を構成したときに、上の方は大きな穴が開いた状態であるので、かかる穴を塞いで上から蓋をするべく、円盤形状の断熱部材６３が最上部の断熱部材６０の上端面上に設けられ、断熱カバー部７０の上面又は天井面を構成する。断熱部材６３も、ケーシング６４内に断熱体６５が収容された構造を有する点で、今まで説明した断熱部材５０、５３、５６、６０と同様の構成を有する。

また、第２の実施形態に係る熱処理装置３においても、第１の実施形態に係る熱処理装置２と同様に、必要に応じて、ヒータエレメント４８の下端より更に下方のキャップ部１４上に設けられた円筒形状の断熱部材５３、処理容器４の下部であって、ウエハボート２８（図１参照）の下端より更に下方のキャップ部１４上に設けられた円柱形状の断熱部材５６を設けてもよい。断熱部材５３、５６は、第１の実施形態に係る熱処理装置２の断熱部材５３、５６と同様であるので、同一の参照符号を付してその説明を省略する。また、熱処理装置３の他の構成要素についても、第１の実施形態に係る熱処理装置２と同様であるので、図１、２と同一の参照符号を付してその説明を省略する。

次に、第２の実施形態に係る熱処理装置３で用いた断熱部材６０の種々の構成例について詳細に説明する。

図４は、第１の構成例に係る断熱部材６０を示した図である。断熱部材６０は、ケーシング６１内に断熱体６２を収容して構成されるが、断熱体６２の表面の少なくとも一部とケーシング６１の内面とは、所定のクリアランスＣを有して構成される。つまり、ケーシング６１は、断熱体６２の表面の全面に接触するのではなく、断熱体６２の表面と所定の間隔を有して断熱体６２を収容する。理想的には、断熱体６２の表面の全面に対して、ケーシング６１の内面はクリアランスＣを有することが好ましいが、断熱体６２をケーシング６１内に載置した場合、載置面（底面）において断熱体６２とケーシング６１とは接触するので、断熱体６２の載置面以外の側面及び上面において、ケーシング６１との間のクリアランスＣを確保する構成としてもよい。また、クリアランスＣは、断熱体６２の熱膨張係数と熱処理時の温度等を考慮し、ケーシング６１に限界以上の荷重が加わらない程度に設けてあればよい。よって、スペースに余裕の無い場合には、更にクリアランスＣを設ける面を減少させたり、クリアランスＣの大きさを最小限としたりする構成としてもよい。

なお、ケーシング６１の材料は、用途に応じて選択することができ、半導体製造装置に用いる場合には、例えば石英で構成することが好ましい点は、今までの説明と同様である。また、断熱体５２も、粉飛散の大小等に拘わらず、高性能ヒュームドシリカ系断熱材、アルミナファイバーの他、従来から多用されているセラミックファイバー等も使用可能である。また、ケーシング６１及び断熱体６２の形状も、両者のクリアランスＣを確保できる限り、用途に応じて種々の形状とすることができる。

図５は、第２の構成例に係る断熱部材６００を示した図である。第２の構成例に係る断熱部材６００は、ケーシング６１内に所定のクリアランスを有して断熱体６２が収容されている点は第１の構成例に係る断熱部材６０と同様であるが、クリアランス内に緩衝材としてブランケット６６が設けられている点で、第１の構成例に係る断熱部材６０と異なっている。このように、断熱体６２とケーシング６１との間に、ブランケット６６を設けるようにしてもよい。ブランケット６６を設けることにより、熱処理時の断熱体６２の熱膨張変形による圧力をより確実に吸収できるとともに、断熱体６２をケーシング６１内で安定して保持することができる。つまり、断熱体６２とケーシング６１内に隙間が存在せず、かつ、振動に対しても吸収力の高いブランケット６６が配置されているので、搬送時にも断熱材６２がケーシング６１内で動くことを防止でき、断熱部材６００の安定した搬送が可能となる。

なお、ブランケット６６は、断熱体６２及びケーシング６１よりも硬度が柔らかく、緩衝材として機能できれば種々の材料から構成されてよいが、例えば、セラミックファイバー系のブランケットを用いてもよい。セラミックス製ブランケットは、綿のような状態であり、硬度が低い状態であるので、緩衝材としても好適に用いることができる。その他、断熱体６２及びケーシング６１よりも硬度が小さく、熱膨張係数があまり大きくない材料であれば、種々の材料をブランケット６６として使用することが可能である。

図６は、第３の構成例に係る断熱部材６０１を示した図である。第３の構成例に係る断熱部材６０１は、ケーシング６１１が、箱体６１１ａと蓋体６１１ｂから構成され、箱体６１１ａ内に断熱体６２０を収容してから、蓋体６１１ｂを箱体６１１ａに封止部６１１ｃにおいて溶接接合し、内部の空間を封止した構成を有する。溶接接合の際、接合箇所となる封止部６１１ｃは高熱となるため、封止部６１１ｃ付近の断熱材６２２の耐熱性が低いと、封止部６１１ｃ近傍の断熱材６２２が熱により劣化するおそれがある。そこで、第３の構成例に係る断熱部材６０１においては、封止部６１１ｃ付近の断熱材６２２に、断熱体６２０の大半を占める断熱体６２１よりも耐熱性の高い断熱材６２２を用いる構成としている。耐熱性の高い断熱材６２２は、封止部６１１ｃ付近に設けられるため、例えば、図６に示す断熱部材６１１が円筒形状の断面の片側である場合には、内周面側上端と外周面側上端に耐熱性の高い断熱材６２２が用いられることになる。この場合には、耐熱性の高い断熱材６２２は、円筒形状の内周面と外周面に沿った環状の形状に構成されることになる。

なお、断熱体６２１と断熱材６２２は、断熱材６２２の耐熱性が断熱体６２１より高ければ、用途に応じて種々の組み合わせとすることができる。例えば、断熱体６２０の大半を占める断熱体６２１をヒュームドシリカ系高性能断熱材で構成し、耐熱性の高い断熱材６２２をアルミナセラミックで構成してもよい。

なお、封止部６１１ｃの封止の際、ケーシング６１１内を減圧して封止し、断熱性能を高めるようにしてもよい。また、断熱体６２０とケーシング６１１の内面との間のクリアランスＣに、図５に示したように、緩衝材からなるブランケット６６を充填してもよい。

図７は、第４の構成例に係る断熱部材６０２を示した図である。第４の構成例に係る断熱部材は、複数の分割されたバルク状の断熱体６２３ａとの間に、リフレクター６７が挿入されて断熱体６２３が構成され、これがケーシング６１に収容された構成を有する。つまり、複数の断熱体６２３ａの間にリフレクター６７が挟まれて一体となり、断熱体６２３が構成されている。リフレクター６７は、光を反射して遮光する遮光機能を有する反射板であり、遮光により断熱体６２３の断熱性能を向上させる役割を果たす。リフレクター６７は、遮光機能を有すれば種々の反射材料から構成されてよいが、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、ＳｉＣ、ＴｉＯ_２等から構成されてもよい。

また、図７においては、３個のバルク状の断熱体６２３ａの各間に、リフレクター６７が各々挿入され、３個の断熱体６２３ａと２枚のリフレクター６７から断熱体６２３が構成されている例が挙げられているが、２個以上の断熱体６２３ａと１枚以上のリフレクター６７を有すれば、種々の断熱体６２３ａとレフレクター６７の組み合わせで断熱体６２３を構成することができる。また、クリアランスＣの箇所に、ブランケット６６を充填してもよい点は、他の構成例と同様である。更に、ケーシング６１を真空封止して構成してもよい点は、図６の第３の構成例と同様である。

更に、図７においては、リフレクター６７を断熱体６２３ａで挟む構成として断熱部材６０２に遮光機能を持たせる構成としているが、ケーシング６１や断熱材６２３ａの表面にＡｕ、Ａｇ、Ａｌ、ＳｉＣ、ＴｉＯ_２等の反射材料を直接溶射して反射層をコーティングし、断熱部材６０２に遮光機能を持たせる構成としてもよい。

図８は、第５の構成例に係る断熱部材６０３を示した図である。第５の構成例に係る断熱部材６０３は、ケーシング６１２が箱体６１２ａと蓋体６１２ｂからなり、箱体６１２ａと蓋体６１２ｂとが、嵌め込み等の係合又は嵌合等により、断熱体６２を取り外し可能に収容している点で、図６の第３の構成例と異なっている。例えば、処理容器４と反対側の最も外側の部分等のように、高い気密性が必ずしも必要無い箇所では、完全封止を行わずに、係合によりケーシング６１２による断熱体６２の囲みを終了してもよい。断熱部材６０３の設置、取り外し等を容易に行うことが可能となる。なお、かかる構成を採用する場合、例えば、箱体６１２ａは、半導体製造プロセスで用いられる石英で構成するが、蓋体６１２ｂはステンレス等の石英以外の材料を用いるようにしてもよい。更に、使用用途に合わせて、蓋体６１２ｂを取り外し、断熱体６２の一部のみを囲ったり、開放した構造にしたりしてもよい。更に、クリアランスＣの部分に、ブランケット６６を充填して構成してもよい。

このように、第２の実施形態に係る熱処理装置３の断熱部材６０は、用途に応じて種々の構成とすることができる。

また、図４〜８で説明した第１〜第５の構成例に係る断熱部材６０、６００〜６０３は、第１の実施形態に係る熱処理装置に用いられている一体型の断熱部材５０と、処理容器４及びヒータエレメント４８の下方に設けられた断熱部材５３、５６にも同様に適用可能である。

次に、図９〜１４を用いて、第２の実施形態に係る断熱部材６０の積載構造の種々の構成例について説明する。図９〜１４は、第２の実施形態に係る分割型の断熱部材の種々の積載構成例を示した図である。

図９は、第１の構成例に係る断熱部材６０００、６００１の積載構造を示した図である。図９において、上段の断熱部材６０００は、外側に下方に突出した突出部６０００ａを有し、下段の断熱部材６００１は、内側に上方に突出した突出部６００１ａを有する。そして、突出部６０００ａ、６００１ａ同士が係合し、段違いの構造で下段の断熱部材６００１の上に上段の断熱部材６０００が積載された構造となっている。かかる段違い構造により、断熱部材６０００、６００１の境界面からの熱漏れを抑制することができる。つまり、断熱部材６０００、６００１同士の境界面が直線的でなくなり、熱の流出経路が長くかつ複雑になるため、熱漏れを効果的に抑制することができる。なお、断熱部材６０００、６００１内には、ケーシング６００２内に断熱体６００３がクリアランスＣを有して収容されている。また、クリアランスＣにブランケット６６が充填されてもよい点は、図５と同様である。

図１０は、第２の構成例に係る断熱部材６００４、６００５の積載構造を示した図である。第２の構成例に係る断熱部材６００４、６００５は、外形的には第１の構成例に係る断熱部材６０００、６００１と同一の形状を有する。よって、上段の断熱部材６００４は、外側に下方に突出した突出部６００４ａを有し、下段の断熱部材６００５は、内側に上方に突出した突出部６００５ａを有する。そして、突出部６００４ａ、６００５ａ同士が係合し、段違いの構造で下段の断熱部材６００５の上に上段の断熱部材６００４が積載された構造となっている点で、第１の構成例に係る断熱部材６０００、６００１と共通する。第２の構成例に係る断熱部材６００４、６００５は、内部にリフレクター６００７を備える点で、第１の構成例に係る断熱部材６０００、６００１と異なっている。なお、リフレクター６００７の両面を、断熱材６００６が挟んで支持してよい点は、図７で説明した通りである。第２の構成例に係る断熱部材６００４、６００５によれば、第１の構成例に係る断熱部材６０００、６００１と同様に、段違い構造により、断熱部材６００４、６００５の境界面からの熱漏れを抑制することができるとともに、リフレクター５１０４による遮光で更に断熱機能を高めることができる。

図１１は、第３の構成例に係る断熱部材６００８、６００９の構造を示した図である。第３の構成例に係る断熱部材６００８、６００９は、形状的及び構造的には第１の構成例に係る断熱部材６０００、６００１と同様の形状及び構造を有する。よって、上段の断熱部材６００８は、外側に下方に突出した突出部６００８ａを有し、下段の断熱部材６００９は、内側に上方に突出した突出部６００９ａを有する。そして、突出部６００８ａ、６００９ａ同士が係合し、段違いの構造で下段の断熱部材６００９の上に上段の断熱部材６００９が積載された構造となっている点で、第１及び第２の構成例に係る断熱部材６０００、６００１と共通する。第３の構成例に係る断熱部材６００８、６００９は、各々の外周面が、係合面も含めて総てケーシング６０１０で覆われている点で、係合面のケーシングが共通している第１の構成例に係る断熱部材６０００、６００１と異なっている。なお、ケーシング６０１０の内部には、断熱体６０１１がケーシング６０１０の内周面とクリアランスＣを有して収容されている。

図１１（ａ）は、第３の構成例に係る断熱部材６００８、６００９の個々の構造を示した図であり、図１１（ｂ）は、第３の構成例に係る断熱部材６００８、６００９の積載構造を示した図である。図１１（ａ）に示されるように、個々の断熱部材６００８、６００９は完全に独立している。図１１（ｂ）に示されるように、断熱部材６００８、６００９を積載した場合には、両者の境界面が二重のケーシング５１０８構造となる。このように、個々の断熱部材６００８、６００９を完全にブロック化して独立させ、積載させて組み立てる方式としてもよい。作用効果は、第１の構成例と同様であるので、その説明を省略する。

図１２は、第４の構成例に係る断熱ユニット６０１０の構造を示した図である。第４の構成例に係る断熱ユニット６０１０は、内部の断熱材６０１１、６０１２の形状としては、第１の構成例に係る断熱ユニット６０００、６００１と同様の形状を有する。よって、上段の断熱材６０１１は、外側に下方に突出した突出部６０１１ａを有し、下段の断熱材６０１２は、内側に上方に突出した突出部６０１２ａを有する。そして、突出部６０１１ａ、６０１２ａ同士が係合し、段違いの構造で下段の断熱ユニット６０１２の上に上段の断熱ユニット６０１１が積載された構造となっている点で、第１の構成例に係る断熱ユニット６０００、６００１と共通する。第４の構成例に係る断熱ユニット６０１０は、ケーシング６０１３が１個であり、これが積層構造の断熱材６０１１、６０１２の双方を共通に１個のブロックとして覆っている点で、第１の構成例に係る断熱ユニット６０００、６００１と異なっている。このように、ケーシング６０１３の強度が十分強ければ、１つのケーシング６０１３で複数の積層構造の断熱材６０１１、６０１２を収容してもよい。この場合、収容する断熱材６０１１、６０１２の数は、２個に限らず、更に多数個であってもよい。

図１３は、第５の構成例に係る断熱部材６０１４、６０１５の積載構造を示した図である。図１３において、上段の断熱部材６０１４は、中央部に下方に突出した凸部６０１４ａを有し、下段の断熱部材６０１４は、対応する中央部に下方に窪んだ凹部６０１５ａを有する。そして、凸部６０１４ａと凹部６０１５ａ同士が係合し、段違いの構造で下段の断熱部材６０１５の上に上段の断熱部材６０１４が積載された構造となっている。かかる段違い構造により、断熱部材６０１４、６０１５の境界面からの熱漏れを抑制することができる。つまり、断熱部材６０１４、６０１５同士の境界が直線的でなくなり、熱の流出経路が長くかつ複雑になるため、熱漏れを効果的に抑制することができる。

なお、第５の構成例に係る断熱部材６０１４、６０１５において、ケーシング、断熱体及びクリアランス等の構成及び材料は、今までの説明と同様であるので、その説明を省略する。また、第５の構成例に係る断熱部材６０１４、６０１５においても、第１の構成例に係る断熱部材６０００、６００１を変形した第２〜第４の構成例に係る断熱部材６００４、６００５、６００８、６００９、６０１０のような変形が可能である。内部構造、変形例の種々の態様については、以後の構成例においても同様であるので、以後の構成例では、その説明を省略し、積層構造についてのみ説明する。

図１４は、第６の構成例に係る断熱部材６０１６、６０１７の積載構造を示した図である。図１１において、上段の断熱部材６０１６は、内側に下方に突出した傾斜部６０１６ａを有し、下段の断熱部材６０１７は、外側に上方に突出した傾斜部６０１７ａを有する。そして、傾斜部６０１６ａ、６０１７ａ同士が互いの斜面で係合し、傾斜構造で下段の断熱部材６０１７の上に上段の断熱部材６０１６が積載された構造となっている。かかる傾斜構造により、断熱部材６０１６、６０１７の境界面からの熱漏れを抑制することができる。つまり、断熱部材６０１６、６０１７同士の境界面が水平面でなくなり、熱の流出経路が長くなるとともに、水平面と交わる面になるため、熱漏れを効果的に抑制することができる。

図１５は、第７の構成例に係る断熱部材６０１８、６０１９の積載構造を示した図である。図１５において、上段の断熱部材６０１８は、内側に下方に突出した突出部６０１８ａを有し、下段の断熱部材６０１９は、対応する内側に上方に突出した突出部６０１９ａを有する。そして、突出部６０１８ａ、６０１９ａ同士が接触するとともに、形成された外側の隙間に挿入部材６０２０が挿入され、挿入部材６０２０による段違いの構造を有しつつ、下段の断熱部材６０１９の上に上段の断熱部材６０１８が積載された構造となっている。かかる挿入部材６０２０により形成された段違い構造により、断熱部材６０１８、６０１９の境界面からの熱漏れを抑制することができる。つまり、断熱部材６０１８、６０１９同士の境界面を遮るように挿入部材６０２０が挿入され、熱の流出経路が長くかつ複雑になるため、熱漏れを効果的に抑制することができる。

図１６は、第８の構成例に係る断熱部材６０２１、６０２２の積載構造を示した図である。図１６において、上段の断熱部材６０２１は、内側及び外側の双方に下方に突出した突出部６０２１ａを有し、下段の断熱部材６０２２は、対応する内側及び外側の双方に上方に突出した突出部６０２２ａを有する。そして、突出部６０２１ａ、６０２２ａ同士が接触するとともに、形成された中央の隙間に挿入部材６０２３が挿入され、挿入部材６０２３による段違いの構造を有しつつ、下段の断熱部材６０２２の上に上段の断熱部材６０２１が積載された構造となっている。かかる挿入部材６０２３により形成された段違い構造により、断熱部材６０２１、６０２２の境界面からの熱漏れを抑制することができる。つまり、断熱部材６０２１、６０２２同士の境界面を遮るように挿入部材６０２３が挿入され、熱の流出経路が長くかつ複雑になるため、熱漏れを効果的に抑制することができる。

図１７は、第９の構成例に係る断熱部材６０２４、６０２５の積載構造を示した図である。図１７において、上段の断熱部材６０２４に隣接して挿入部材６０２６、下段の断熱部材６０２５に隣接して挿入部材６０２７が設けられ、断熱部材６０２４、６０２５同士の境界面と、挿入部材６０２６、６０２７同士の境界面の高さが異なり、段違い構造を形成している。かかる断熱部材６０２４、６０２５及び挿入部材６０２６、６０２７により形成された段違い構造により、断熱部材６０２６、６０２７の境界面からの熱漏れを抑制することができる。つまり、断熱部材６０２６、６０２７同士の境界面を遮るように挿入部材６０２７が設けられ、熱の流出経路が長くかつ複雑になるため、熱漏れを効果的に抑制することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

２、３ 熱処理装置
４ 処理容器
６ 外筒
８ 内筒
１４ キャップ部
２６ 保温部
２８ ウエハボート
４８ ヒータエレメント
５０、５３、５６、６０、６３、６００〜６０３ 断熱部材
５１、５４、５７、６１、６４、６１１、６１２ ケーシング
５２、５５、５８、６２、６５、６２０、６２３ 断熱体
Ｃ クリアランス
Ｗ ウエハ

Claims (19)

1. 半導体製造装置に用いる断熱部材であって、
   バルク状の断熱体と、
   該断熱体の外表面全面に沿った内面形状を有し、該断熱体の外表面の少なくとも３面とクリアランスを有して前記断熱体を収容するケーシングと、
   前記クリアランスに充填された前記断熱体よりも硬度の小さい緩衝材、のみからなる断熱部材。
2. 前記クリアランスは、前記断熱体の載置面以外の総ての表面に対して形成されている請求項１に記載の断熱部材。
3. 前記ケーシングは、石英からなる請求項１又は２に記載の断熱部材。
4. 前記断熱体は、ヒュームドシリカ系断熱材からなる請求項１乃至３のいずれか一項に記載の断熱部材。
5. 前記ケーシングは、溶接接合されて内部を封止する封止部を有する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の断熱部材。
6. 前記ケーシングの内部は、減圧封止されている請求項５に記載の断熱部材。
7. 前記断熱体は、前記封止部の近傍と前記封止部以外の領域で異なる断熱材から構成され、前記封止部の近傍は前記封止部以外の領域よりも耐熱性の高い断熱材で構成された請求項５又は６に記載の断熱部材。
8. 前記断熱体は、複数のバルク状の断熱片が、反射板を介して積層されて構成されている請求項１乃至７のいずれか一項に記載の断熱部材。
9. 前記ケーシングには、反射層がコーティングされている請求項８に記載の断熱部材。
10. 前記反射板及び反射層は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、ＳｉＣ又はＴｉＯ_２からなる請求項８又は９に記載の断熱部材。
11. 前記ケーシングは、前記断熱体を取り出し可能な脱着部を有する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の断熱部材。
12. 前記断熱体及び前記ケーシングは、内周面及び外周面を有する円筒形状部分を含む請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の断熱部材。
13. 前記断熱体及び前記ケーシングは、円柱形状部分又は円盤形状部分を含む請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の断熱部材。
14. 下端が開口した筒状の処理容器と、
    前記下端の前記開口を開閉可能であるとともに、基板を保持する基板保持具を載置支持可能な蓋体と、
    前記処理容器の周囲に設けられた発熱体と、
    請求項１２に記載の断熱部材で構成され、前記発熱体の周囲に設けられた断熱カバー部と、を有する熱処理装置。
15. 前記断熱カバー部は、前記内周面の径及び前記外周面の径の大きさが同じ前記円筒形状部分を有する複数の前記断熱部材を積み重ねて構成された筒状の側面部を有する請求項１４に記載の熱処理装置。
16. 前記複数の前記断熱部材の積載面には、上下で互いに係合する係合部が備えられた請求項１５に記載の熱処理装置。
17. 前記断熱カバー部は、前記筒状の側面部に蓋をする円盤形状の断熱部材を備える請求項１５又は１６に記載の熱処理装置。
18. 前記蓋体の周縁部上の前記発熱体の下端と対応する位置に、円筒状の断熱部材が更に設けられた請求項１４乃至１７のいずれか一項に記載の熱処理装置。
19. 前記蓋体の中央部上に、前記基板保持具を載置保持可能に保温用の断熱部材が更に設けられた請求項１４乃至１８のいずれか一項に記載の熱処理装置。

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