JPH01236617A - 熱処理炉用ヒータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の構成］ （産業上の利用分野） 本発明は、例えば半導体ウェハの熱処理等に用いられる
熱処理炉用ヒータに関する。

（従来の技術） 例えば、半導体ウェハの拡散炉では、プロセスチューブ
内に配置されたウェハを加熱するために、第７図に示す
ようにプロセスチューブ（図示せず）の外径よりも口径
が大きい螺旋状にヒータ素線１を巻回し、これを断熱材
２で包囲すると共に、さらにその周囲を金属製の外壁３
で覆うようになっている。

そして、このヒータは第７図に示すようにスライダ５上
に固定された２本のバイブ４，４上に載置して支持され
るようになっている。これは、この種のし−タが消耗品
であり、２〜３年に１回は交換する必要があるので、ス
ライダ５上のパイプ４．４の上に単に載置することで着
脱を容易とし、さらには、多段炉の場合には各段のプロ
セスチューブの炉芯間距離を極力短くするために、上述
しまた構成を採用するのが一般的である。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した従来の熱処理炉用ヒータでは、近年処理すべき
ウェハが６インチ等と大口径化し、かつ、処理枚数を増
大してスループットを向上するためにヒータの均熱長を
長くする要求があるため、ヒータの口径も大きくなり（
６インチ対応で例えばヒータ素線の内径２８５ｒｍ）、
その長さも長くする必要が生じている（例えば２ｍ程度
ある）。

ここで、上述した要請によりヒータを大型化すると、ヒ
ータの自体の重量が重くなり、その自重および熱膨張に
よって前記パイプ４．４の中央部が第８図に示すように
外側に拡がるように湾曲変形し、そして、ヒータが第９
図に示すように特に中心部で曲がりによる大きな撓みδ
が発生するという問題があった。

また、ヒータ素線１は、金属製外壁３に固定されたりフ
ティングビース（図示せず）によって上端を吊られるよ
うになっているが、このピースの熱変形と共に、金属製
外壁３は第１０図に示すように、ヒータの断面形状が側
方に広がった真円度の悪い形状となってしまう恐れがあ
るため、ヒータの変形を防止することができなかった。

このような問題は、横型炉用ヒータだけでなく、下端を
支持して垂直に立設される縦型炉用ヒータの場合にも、
垂直軸が撓むという問題があった。

そこで、本発明の目的とするところは、上述した従来の
問題点を解決し、大口径化しかつ均熱長の長いし−タで
あっても、ヒータの曲がり変形を有効に防止することが
できる熱処理炉用ヒータを提供することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するため手段） 本発明は、螺旋状に巻回されたし−タ素線の周囲に断熱
材を配置し、さらにその周囲に筒状の金属製外壁を有す
る筒状の熱処理用ヒータにおいて、 金属製外壁の表面に、曲げ剛性強化処理を施した構成と
している。

、そして、この曲げ剛性強化処理としては、外壁を波形
構造とするか、あるいはリブを形成するようにして外壁
表面の形状加工によるものとするか、外壁に曲げ剛性を
強化するための補強材を固定す゛るものなどを採用する
ことができる。

（作用） 筒状のし−タに曲げ剛性強化処理を断面形状加工あるい
は補強材の固定によって施すことにより、ヒータ口径が
大きく、ヒータ長が長くなって大型化し、その重量が大
きい熱処理炉用ヒータであっても、金属製外壁の曲げ剛
性が高められているので、その自重等による曲がりが低
減する。

したがって、横型炉用ヒータにあっては、パイプ支持で
ある場合であっても、剛性が高められているのでヒータ
の曲がりがなくなり、パイプへの荷重作用点がパイプの
長手方向に均等に分散されるので、パイプの変形もなく
安定して支持可能となる。

また、縦型炉用ヒータの場合でも、下端支持の場合に上
端がブレることなく垂直支持を維持することができる。

（実施例） 以下、本発明を半導体の熱処理炉用ヒータに適用した一
実施例について、第１図、第２図を参照して具体的に説
明する。

ヒータ素線１０は、カンタル線と称されて螺旋状に巻回
され、その口径は処理ずべきウェハの大きさに応じたプ
ロセスチューブが挿入できる大きさとなっていて、本実
施例の場合、６インチウェハを対象としていることから
、太さ９．５ｇのヒータ素１１１０を内径ａが２８５Ｍ
となるように螺旋状に巻回し、その全長すが約１８００
＋ｗ＋となっている。

そして、この螺旋状のし−タ素１１１０には電極１２が
接続され、本実施例では３ゾ一ン方式を採用しているの
で、両端の２か所およびその間の２か所の計４か所に、
例えばヒータ素線１０の２４ターン毎に電ｆｉ１２を接
続している（第２図では２か所のみ図示）。

このヒータ素線１０の周囲には、セラミックファイバー
等で構成された断熱材１４が積層されている。この断熱
材１４は、短冊状に構成された長千片を円周方向に配列
し、これを６〜８屑積層するようにしてヒータ素線１０
を覆うようになってＣ）る、なお、し−夕素ｍｉｏと内
側の断熱材１４との間は、セパレータ１６を介して多少
の空間が形成されるように成っている。

そして、前記断熱材１４の周囲に、本実施例の特徴的構
成を有する金属製外４１２０が形成されている。この金
属製外壁２０は、例えばステンレス等で構成され、その
曲げ剛性強化処理として、少なくとも表面（断面でもよ
い）が波型と成るように屈曲または絞り加工されており
、断熱材１４の周囲への取り付は前にあっては、板状の
金属製外壁２０を予めカール状に形成している。

この波型は第１図に示すように軸方向に平行に山谷を形
成してもよいし、この山谷を第１図での形成方向とは直
行する方向に形成してもよい。

そして、この金属製外壁２０の取り付けは、断熱材１４
の周囲に巻き付けた後にカール状の両端を積層し、この
積層部にセルフタッピングスクリューを立てて断熱材１
４に共締めするようになっている。このようにして形成
される熱処理炉用ヒータの外径Ｃは３８０ｏｍ程度とな
り、その全長ｄは１８５０關となっている。

なお、上述した断熱材１４．金属製外壁２０には、前記
電極１２用の孔が設けられ、ヒータ素線１０への通電を
可能としている。また、炉内温度を計測するため、熱電
対１８が外部よりヒータ索線１０の巻回部内側まで挿入
可能となっている。

また、横型炉用ヒータの場合には、この金属製外壁２０
よりヒータ素線１０の上側を吊り下げて支持するために
、リフティングサポート２２を介して例えば３本のりフ
ティングピース２４を支持し、このリフティングピース
２４の下端によってヒータ素裸１０を吊り下げるように
している。

さらに、前記金属製外壁２０の周囲には、例えば水冷に
よって冷却可能なり−リングチャンパー２６が設けられ
ている。

また、上記のようにして構成されるヒータの両端には、
ソフトチューブ２８が装着され、さらにその外端にエン
ドプレート２９を装着することで、横型熱処理炉用ヒー
タ３０が構成されている。

このようにして構成された熱処理炉用ヒータ３ｂを横型
炉に適用した場合には、第３図に示すようにスライダ３
２上に固定された２本のパイプ３４上に載置され、スラ
イダ３２の引き出しによってパイプ３４上のし−タ３０
の着脱が容易となっていて、このヒータ３０の中心に石
英ガラスで構成されたプロセスチューブ３６を配置する
ことで、横型炉が構成されることになる。また、これを
多段とすることで、模型多段炉（第３図では２段炉を示
す）を構成することができる。

次に、作用について説明する。

横型炉では、プロセスチューブ３６内にウェハを搭載し
たボートを搬入し、ヒータ３０によってプロセス温度に
設定維持することで、プロセスチューブ３６内の均熱領
域を使用して半導体ウェハの各種熱処理が実行される。

ここで、ヒータ３０のうちその外側の金属製外壁２０が
断面波型構造になっているので、従来の平板を単にカー
ルしたものに較べれば、曲げ剛性が大幅に高まり、従来
の第９図に示すような曲がりがなくなって、中央部での
大きな撓みが生ずることがない。

また、このように、曲げ剛性が高められているので、支
持用のパイプ３４に作用する荷重が、パイプ３４の長手
方向で均等に分散されるので、パイプ３４が第８図に示
すように変形することもなく、このことによってもし−
タ３０の変形を従来よりも大幅に防止することができる
。

また、上記実施例のように金ａ製外壁２０の全周で波型
構造を形成しているので、外壁２０の全周で変形が少な
くなり、その自重または熱によって従来の第１０図に示
すような真円度の悪い形状に変形することもなく、プロ
セスチューブ３６の軸心合わせが容易となる。したがっ
て、リフティングサポート２４によるヒータ素線１０の
吊り下げも、外壁２０が変形しないことから確実に実施
することができる。

、また、金属製外壁２０を波型構造とすることで、その
表面積が従来よりも大きくなるので、放熱効果の面でも
優れており、この放熱された熱をクーリングチャンバー
２６によって冷却することで、炉内雰囲気温度の上昇を
防止することができる。

このように、外壁２０の放熱効果が高まることによって
、ウェハに対する熱処理後に要していた冷却時間の短縮
に寄与することも可能となる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるらのではなく、
本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

金属製外壁２０の曲げ剛性強化処理としては、上述した
ように外壁２０自体の加工処理として種々の形状を採用
でき、例えば第４図に示すように、絞り加工の容易な縦
長のりブ４０を形成するものでも良い。

さらに、このような加工を施す領域としては、上記実施
例のように円周方向の全域に限らず、長手状のし−タ３
０の曲げ剛性強化に寄与できるも。

のであれば良く、少なくとも横型炉の場合には下側とな
る領域に上述した加工をするもので曲げ防止効果があり
、好ましくは真円度をも維持するために、第５図に示す
ように断面の上下、左右で外壁４２の長手方向に沿って
曲げ剛性強化処理部４４を施すものが良い。

また、上述した金属製外壁に他の部材を固定して曲げ剛
性を強化する方式を採用することもでき、第６図に示す
ように、例えばカールされた平板状の外壁４６の上下、
左右の４領域に、外壁４６と同種または異種の長手状の
金属片４８を曲げ剛性強化のための補強材とし、これを
溶接等によって固定することでも、同様に曲げ剛性を強
化することができ、ヒータ３０の変形を極力少なくする
ことができる゛。

このような対策は、曲げ変形が生じ易い横型炉用ヒータ
の場合に有効であるが、縦型炉の場合にも下端を支持す
る構成であるので上端がブして軸心が垂直とならないよ
うな変形を生ずるので、同様な処理を施すことによって
、ヒータ３０の変形を防止することができる。

、［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によればヒータの外側を取
り巻く金属製外壁に曲げ剛性強化処理を施すことによっ
て、ヒータの曲げ変形を防止することができ、近年の大
口径化、均熱長の増大化に伴う大型ヒータであっても、
曲げ変形を有効に防止することができ、しかも外壁の処
理によって対処しているので安価かつ容易に対処するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を横型熱処理炉用ヒータに適用した一
実施例の横断面ｔＩ４造を説明するための概略横断面図
、 第２図は、第１図図示Ａ−Ａ線で切断したし−タの概略
縦断面図、 第３図は、第１図のし−タを用いて構成した横型多段炉
を説明するための概略説明図、第４図は、外壁にリブを
形成した変形例を示す概略説明図、 第５図は、外壁の一部に曲げ剛性処理を施した変形例を
説明するための概略説明図、 第６図は、外壁に曲げ剛性強化用の補強材を固定した変
形例を説明するための概略説明図、第７図は、従来の熱
処理炉用ヒータを説明するための概略説明図、 第８図は、従来のヒータ支持用のパイプの変形を説明す
るための概略説明図、 第９図は、従来のし−タの曲がり変形を説明するための
概略説明図、 第１０図は、従来のヒータの真円度の変形を説明するた
めの概略説明図である。 １０・・・ヒータ素線、 １２・・・電極、 １４・・・断熱材、 ２０．４２．４６・・・金属製外壁、 ３０・・・熱処理炉用ヒータ、 ３４・・・ヒータ支持用パイプ、 ３６・・・プロセスチューブ、 ４０・・・リブ、 ４８・・・補強材。 代理人　弁理士　井　上　　−く他１名）第１図 第３図 第４図 第５図 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　螺旋状に巻回されたヒータ素線の周囲に断熱材を配置
   し、さらにその周囲に筒状の金属製外壁を有する筒状の
   熱処理用ヒータにおいて、 金属製外壁の表面に、曲げ剛性強化処理を施したことを
   特徴とする熱処理炉用ヒータ。