JPH04155822A - 熱処理装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、熱処理装置に関し、特に被処理体を高温下て
熱処理するための熱処理装置に関する。

（従来の技術） 従来から、半導体ウェハ製造工程の各種薄膜形成装置の
ＣＶＤ装置、エキタピシャル成長装置や酸化膜形成装置
、あるいはドーピング装置の熱拡散装置等に熱処理装置
か採用されている。

この種の半導体ウェハの各種熱処理に使用される一般拡
散型の熱処理装置は、被処理体である複数の半導体ウェ
ハが配置される炉室を形成するプロセスチューブと、こ
のプロセスチューブの外周に設けられる発熱抵抗体と、
この発熱抵抗体を包囲して設けられる断熱材とを備え、
この断熱材に固定部材を介して上記発熱抵抗体を取付け
、支持させるようにしている。

この場合、発熱抵抗体としてＦｅＣｒＡｌ製等のスパイ
ラルヒータか用いられ、炉室内を例えば１２００℃程度
まで高温加熱し得るようになっている。

また、断熱材としては、セラミックファイバ等か用いら
れ、輻射熱及び伝導熱として奪われる熱量を減少させて
、効率よく加熱し得るようにしている。

（発明か解決しようとする課題） 上記従来の一般拡散型の熱処理装置にあっては、加熱装
置の発熱抵抗体としてＦｅＣｒＡｌ製のヒータを用いる
こととしており、このヒータは許容電流密度かそれ程高
くないため、炉室内の昇降温速度が例えば１分間で１０
℃程度しか得られず、従って高速昇降温処理ができず、
処理速度が遅いという問題があった。

これに対して、例えば１０秒間で５００〜１０００℃昇
温する昇降温速度の速いランプ加熱型の熱処理装置も知
られているが、この場合には半導体ウェハの面内温度差
が大きく、半導体ウエノ＼の面内温度差が４０℃程度に
もなって、半導体ウェハにスリップが生してしまうこと
となるという問題があった。

また、高温に加熱された発熱抵抗体は、この発熱抵抗体
を支持する支持部と反応を起こし、発熱抵抗体に不純物
か入り込み、もしくは発熱抵抗体の表面保護膜か侵食に
より除去され、上記支持部と接触する発熱抵抗体部分か
変形、断線するという問題かあった。

そこで本発明は、炉室内の高速昇降温処理を可能にして
、被処理体の処理速度を高めることかでき、しかも熱的
反応等により発熱抵抗体が支持部で断線することのない
熱処理装置を提供することを、その解決課題としている
。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、上記課題を解決するためになしたもので、そ
の解決手段として本発明の熱処理装置は、複数の被処理
体が配置される炉室を形成するプロセスチューブと、 前記プロセスチューブの外周に設けられる発熱抵抗体と
、 前記発熱抵抗体を包囲して設けられる断熱材とを備え、 前記発熱抵抗体を固定部材にて前記断熱材に取付は支持
させる熱処理装置において、 前記発熱抵抗体をニケイ化モリブデンにて形成し、 前記固定部材の少なくとも表面を二酸化ケイ素に対して
不活性の材料にて形成した構成としている。

（作用） 上記構成の熱処理装置にあっては、ニケイ化モリブデン
製の発熱抵抗体は、許容される表面負荷密度が１２００
℃で約２０　Ｗ　／　ｃｄと大きい。そのため電源を入
れてから１分間で５０〜１００℃で炉室内は加熱される
。

従って、スリップの発生や結晶欠陥を生じさせることの
ない昇温速度で、炉室内を高速で昇降温処理できること
となる。

また、このニケイ化モリブデン製の発熱抵抗体は、加熱
されると二酸化ケイ素が表面に析出され発熱抵抗体の表
面保護膜を形成することになる。

この二酸化ケイ素は、発熱抵抗体を断熱材に取付け、支
持させる固定部材と反応して、発熱抵抗体を断線させる
原因となるか、固定部材の少なくとも表面を二酸化ケイ
素に対して不活性な材料にて形成しているため、発熱抵
抗体が断線するようなことはない。

密度か１２００℃で約２０　Ｗ　／　ｃ−と大きい。

そのため電源を入れてから１分間に５０〜１００℃で炉
室内は加熱される。

従って、スリップの発生や結晶欠陥を生しさせることの
ない昇温速度で、炉室内を高速で昇降温処理できること
となる。

また、このニケイ化モリブデン製の発熱抵抗体は、加熱
されると二酸化ケイ素が表面に析出され、発熱抵抗体の
表面保護膜を形成することとなる。

上記二酸化ケイ素は、発熱抵抗体を包囲する断熱材と反
応側ると表面保護膜が浸蝕され、ニケイ化モリブデン製
の発熱抵抗体が断線する原因となるが、断熱材の表面を
二酸化ケイ素に対して不活性な材料にて形成しているた
め、上記発熱抵抗体が断線するようなことはない。

（実施例） 以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明す
る。

第１図〜第５図は、本発明の一実施例を示す図である。

この実施例は、半導体ウエノ１の製造に用いる縦形の熱
処理装置を示す。

この熱処理装置は、石英製のプロセスチューブ１０が例
えばステンレススチールからなるベースプレート１２上
に縦方向に立設支持されており、このプロセスチューブ
１０の内側に炉室１４か形成されるようになっている。

また、上記プロセスチューブ１０はケーシング３２内に
納められるようになっている。

このプロセスチューブ１０によって形成される炉室１４
内には、保温筒１８に載置されたボート２０か挿脱可能
となっていて、このボート２０に多数枚の被処理体であ
る半導体ウエノ１２２が水平に等間隔に配列支持され、
図示しない処理ガス供給源よりガスを供給し半導体ウエ
ノ＼２２に対して気相成長処理を実行可能となっている
。なお、保温筒］８は、フランジキャップ２４上に搭載
され、このフランンキャソブ２４は図示せぬエレヘータ
アームに取り付けられて上下移動し、上記保温筒１８及
びボート２０を上下移動させるとともに、上記プロセス
チューブ］０のホード挿入孔２６を密封しつるようにな
っている。

上記プロセスチューブ１０の外周には発熱抵抗体３０か
設けられており、この発熱抵抗体３０の外側には発熱抵
抗体３０を支持、包囲する断熱材３４が設けられている
。

発熱抵抗体３０は、上記炉室１４内を例えばトップ、セ
ンター及びボトムの３ゾーンに分けて、それぞれを好適
な温度条件下で加熱し得るようにトップ側、センター側
及びボトム側のそれぞれの発熱抵抗体３０ａ、３０ｂ、
３０ｃにて構成されるような３ゾ一ン方式をとっている
。なお、ゾーン分割は３ゾーンに限らす５ゾーンなど適
宜必要に応して決めればよい。また、断熱材３４も上記
トップ、センター及びボトムの３ゾーンに対応してトッ
プ側、センター側及びボトム側のそれぞれの断熱部材３
４ａ、３４ｂ、３４ｃにて構成されている。

さらに、これら断熱部材３４ａ、３４ｂ、３４Ｃは、円
筒状のもので、半円筒状のものを２細組合せて形成され
るようになっており、これに対応して上記発熱抵抗体３
０ａ、３０ｂ、３０ｃも半円筒状のものを２個組合せる
ようになっている。

発熱抵抗体３０　ａ　ｓ　３０　ｂ　−３０ｃは、ニケ
イ化モリブデン（ＭｏＳｉ２）製のものとしている。

具体的には、ニケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ２）を主成
分としたヒーター（カンタル社製のカンタルスーパー発
熱体）が採用できる。このニケイ化モリブデン製の発熱
抵抗体３０ａ、３０ｂ、３０Ｃは、常温で抵抗値が非常
に小さく、高温になると抵抗値か大きくなる。ニケイ化
モリブデンは、従来用いられているＦｅＣｒＡ１発熱体
の最大表面負荷が１２００℃において例えば２Ｗ／ｃｒ
ｔｒであるのに対し、２０Ｗ／ｃｒｆと１０倍の発熱量
であって、強力なパワー増加が得られ、従来用いられて
いるＦｅＣｒＡ１発熱体が１０℃／分の温度上昇である
のに対し、１００℃／分と温度上昇を急俊にすることが
できる。

また、発熱抵抗体３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、第３図及
び第５図に示すように、−本の線材を上下部でＵ字状に
折り曲げて、縦形に連続するミャンダ状に形成しである
。

そして、このミャンダ状に形成した発熱抵抗体３０ａ、
３０ｂ、３０ｃをステーブル３６にて上記各断熱部材３
４ａ、３４ｂ、３４ｃの内側面に取付は保持させるよう
になっている。このステープル３６は、発熱抵抗体３０
ａ、３０ｂ、３０ｃの上部では各々の折曲部の頂部に取
り付けて発熱抵抗体３０ａ、３０ｂ、３０ｃを吊下げ支
持するとともに、発熱抵抗体３０ａ、３０ｂ、３０ｃの
下部では各々の折曲部を避けて直線部分を支持して位置
を固定するようにしており、このように発熱抵抗体３０
ａ、３０ｂ、３０ｃの下端を解放状態にしておくことに
よって、発熱抵抗体３０ａ１３０ｂ、３０ｃの熱膨張、
収縮による上下方向の長さ変化を許容できるようにして
いる。

さらに、上記発熱抵抗体３０ａ、３０ｂ、３０Ｃは、加
熱されると表面に二酸化ケイ素（Ｓｉ０２）か析出され
る発熱抵抗体３０の表面保護膜を形成し、発熱抵抗体３
０が大気中の酸素と反応して酸化し、断線することを防
止している。

上記発熱抵抗体３０ａ、３０ｂ、３０ｃと直接接触する
上記ステープル３６の少なくとも表面を例えば１２００
℃という高温においても上記二酸化ケイ素に対して不活
性な材料にて形成し、上記の析出した二酸化ケイ素か浸
蝕され発熱抵抗体３０がステープル３０の接触部で断線
しないようにしている。二酸化ケイ素に対して不活性な
材料としては、例えば、鉄Ｆｅ、銅Ｃｕ、ニッケルＮｉ
などがある。なお、ステープル３６全体を二酸化ケイ素
に対して不活性な材料あるいは発熱抵抗体３０ａ、３０
ｂ、３０Ｃと同一の材料で形成するようにしてもよい。

また、発熱抵抗体３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、第５図に
示すように、隣接する境界部分において、各端部の曲折
部が交互に長短の状態になっており、その長短の曲折部
か交互に噛み合い状態で配設されるようになっている。

従って、発熱抵抗体３０ａ、３０ｂ、３０Ｃは、隣接境
界部分にお（１て隙間なく配設され、その結果ト・ンプ
、センター、ボトムの各ゾーン間の境界部において均一
な加熱力・なし得るようになっている。なお、発熱抵抗
体は、トップ、センター、ボトムの各ゾーン内において
上下に複数組合せるようにしてもよく、その場合には各
隣接部分において上述のように交互に組合せるようにす
ることてゾーン内を均一な温度に維持てきる。また組合
せ状態は上述の例に限らす、均一な温度に維持てきる各
種の組合せか可能である。

断熱材３４は、各断熱部材３４ａ、３４ｂ、３４Ｃがセ
ラミックファイバにて形成されている。

これら各断熱部材３４　ａ、３４　ｂ、３４　ｃは、発
熱抵抗体３０ａ、３０ｂ、３０ｃと反応して腐食しない
ように、その半径ｒ１が発熱抵抗体３０ａ、３０ｂ、３
０ｃの半径「２よりも大きく設定され、発熱抵抗体３０
ａ、３０ｂ、３０ｃと接触しないようになっている。

断熱部材３４ａ、３４ｂ、３４ｃの表面３８を二酸化ケ
イ素に対して不活性な材料で形成するようにして、上記
発熱抵抗体３０ａ、３Ｑｂ。

３０ｃが加熱された際にたとえ変形して断熱部材３４　
ａ、３４　ｂ、３４ｃと接触しても、発熱抵抗体３０ａ
、３０ｂ、３０ｃの表面に形成された二酸化ケイ素膜が
浸蝕され断線することかないようになっている。二酸化
ケイ素に対して不活性な材料としては、上述のように例
えば、鉄Ｆｅ、銅Ｃｕ１ニッケルＮｉなどがある。この
二酸化ケイ素と不活性な材料からなる表面３８の形成は
、塗布によるものでも、積層によるものでもよく、種々
の手段が採用できる。

コノように、断熱部材３４ａ、３４ｂ、３４ｃと、発熱
抵抗体３０ａ、３０ｂ、３０ｃとの非接触構造に加え、
断熱部材３４　ａ　ｓ　３４　ｂ　％　３４　ｃの表面
３８を二酸化ケイ素と不活性な材料にて形成することに
よって、発熱抵抗体３０の表面に形成された二酸化ケイ
素膜の浸食防止を図っている。

本実施例では、上述のように、加熱装置２８の発熱抵抗
体３０ａ、３０ｂ、３０ｃをニケイ化モリブデン製とす
ることによって、高速昇降温かなし得、バッチ処理で半
導体ウェハの処理速度を向上させることが可能となる。

発熱抵抗体３０ａ、３０ｂ、３０ｃを固定するステープ
ル３６の表面を二酸化ケイ素と不活性の材料にて形成す
るようにすることで、発熱抵抗体３０の表面に形成され
た二酸化ケイ素膜の浸食を防止することが可能となる。

さらに、断熱部材３４ａ、３４ｂ、３４ｃと、発熱抵抗
体３０ａ、３０ｂ、３０ｃとの非接触構造に加え、たと
え発熱により発熱抵抗体３０が変形し断熱部材３０と接
触しても断熱部材３４ａ、３４ｂ、３４ｃの表面３８を
二酸化ケイ素と不活性な材料にて形成することによって
、断熱部材３４　ａ　ｓ　３４　ｂ　ｓ　３４　ｃが発
熱抵抗体３０ａ、３０ｂ、３０ｃの表面に析出する二酸
化ケイ素と反応して浸食されるのを防止し発熱抵抗体の
断線を防止することが可能となる。

なお、上記実施例においては、縦型の熱処理装置につい
て説明したか、これに限らず横型の熱処理装置にも適用
できるものである。この場合、各発熱抵抗体は、横型で
折返されるものを使用するのがよく、この発熱抵抗体を
断熱部材に固定する場合には、発熱抵抗体の両端部を固
定せずに、中間の直線部分を固定するようにして、左右
方向の伸縮を可能にするとよい。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明の熱処理装置は、加熱装置
の発熱抵抗体をニケイ化モリブデンにて形成することと
したため、この発熱抵抗体は最大表面負荷が通常うの発
熱抵抗体の１０倍と大きく、炉室内は電源を入れてから
急速に加熱されることとなる。従って、炉室内を高速で
昇降温処理でき、半導体ウェハの処理速度を向上させる
ことができることとなるという効果がある。

また、発熱抵抗体を断熱材に取付け、支持させる固定部
材の少なくとも表面を二酸化ケイ素に対して不活性の材
料にて形成することとしたため、上記ニケイ化モリブデ
ン製の発熱抵抗体が加熱されてその表面に二酸化ケイ素
が析出されても、この二酸化ケイ素か発熱抵抗体と接触
する固定部材と反応することがなく、従って発熱抵抗体
が断線するのを防止することができるという効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る縦形の熱処理装置を示
す概略断面図、 第２図は第１図の発熱抵抗体及び断熱材部分の横断面図
、 第３図は第１図及び第２図に示す発熱抵抗体及び断熱材
の部分斜視図、 第４図は発熱抵抗体及び断熱材の拡大断面図、第５図は
発熱抵抗体の配設状態を示す正面図図である。 １０φ・・プロセスチューブ １４・・・炉室 ２２・・・半導体ウェハ ２８・・・加熱装置 ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ　−−−発熱抵抗体３４・・・
断熱材 ３４ａ、３４ｂ、３４ｃ　・−−断熱部材３６・・・ス
テーブル ３８・・・断熱部材の表面 代理人　弁理士　井　上　　−（他１名）第１図 ２４２６旧　１２ 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　複数の被処理体が配置される炉室を形成するプロセス
   チューブと、 前記プロセスチューブの外周に設けられる発熱抵抗体と
   、 前記発熱抵抗体を包囲して設けられる断熱材とを備え、 前記発熱抵抗体を固定部材にて前記断熱材に取付け支持
   させる熱処理装置において、 前記発熱抵抗体を二ケイ化モリブデンにて形成し、 前記固定部材の少なくとも表面を二酸化ケイ素に対して
   不活性の材料にて形成したことを特徴とする熱処理装置
   。