JPH04183868A - 加熱装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、加熱装置に関し、特に、被処理体の高温処理
を行なうための加熱装置に関する。

（従来の技術） 加熱装置としては、例えば、半導体ウェハの製造二［程
において使用される、ＣｖＤ装置或いはエピタキシャル
成長装置等の各種薄膜形成装置や、熱拡散装置等のドー
ピング装置などに使用されているものが知られている。

従来、この種の加熱装置では、例えば、被処理体を収容
する容器としてのプロセスチューブの周囲を発熱体とし
てのヒータ線で巻装して熱処理炉を構成し、このヒータ
線を流れる電流により生じるジュール熱でプロセスチュ
ーブを加熱することによって、このプロセスチューブ内
に収容された被処理体としての半導体ウェハの高温処理
を行なっている。

（発明が解決しようとする課題） 半導体ウェハの製造上程において、薄膜形成や熱拡散処
理等の高温処理を行なう場合、プロセスチューブ内が設
定温度に達しなければ処理を開始することができない。

したがって、生産効率を向上させるためには、プロセス
チューブ内の温度を、なるべく短時間で設定温度まで上
昇させる必要がある。

プロセスチー−ブを所望の温度にまで加熱讐るために要
する時ｒｌｒ１（加熱時＃ｉ）を短くするためには、ヒ
ータ線に流す電流値を大きくして、このヒータ線の発熱
量を大きくする方法が考えられる。

しかし、あまりに過大な電流を流しヒータ線の許容電流
以上を流すと、ヒータ線の温度が上昇し過ぎて断線する
恐れがある。また、このヒータ線を形成する材料として
抵抗値が温度の上昇にしたがって増加する材料を使用し
たとき、高温時に所定の電流が流れるような電圧を印加
すると、加熱の開始時に常温で許容される電流値の最大
値以上が流れてしまい、ヒータ線が断線する可能性があ
るという改善点を有していた。

特に、近年、この種の加熱装置においては、半導体ウェ
ハの大口径化等によってプロセスチューブの大型化が進
んでいること等の理由により、このプロセスチューブの
熱容量が増大する傾向にある。このため、加熱時間は逆
に長時間化しており、加熱時間の短い加熱装置が嘱望さ
れている。

本発明は、温度によって抵抗値が大幅に変化するヒータ
を用いた場合のこのような従来技術の課題に鑑みて試さ
れたものであり、容器内を短い加熱時間で設定温度まで
上昇させることのできる加熱装置を提供することを目的
とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の加熱装置は、被処理体を収容する容器と、 この容器内の温度を検出する温度検知器と、前記容器を
加熱する常温時に比べ所定の高温時に抵抗値が少なくと
も３倍以上高くなる発熱体と、この発熱体に電流を供給
する電源と、 この電源から前記発熱体に供給される電流を、前記容器
の温度が所定値よりも低いときはｐめ設定された電流値
となるように制御し、前記容器の温度が所定値よりも高
いときは前記温度検知器によって検出された前記容器の
温度が設定温度となるように電流値を制御する制御器と
、 を具備することを特徴とする。

（作　用） 低温時抵抗値が低く温度」二昇と共に高くなるヒータ線
を用いたヒータにより加熱するに際し、容器内が所定の
温度に達するまでの初期期間は、電源から発熱体にｌｌ
ｊ給される電流が予め設定された電流値となるように制
御することにより、発熱体の抵抗値が変化しても、この
発熱体に常に許容される電流値の最大値以上が流れない
ようにする。

また、容器内の温度が所定の温度に達すると、容器内の
温度が設定温度となるように、温度検知器を用いて電流
値の制御を行なうことによりヒータの温度補償をしつつ
高速急熱制御を可能にしたものである。

（実施例） 以下、本発明の一実施例として、本発明に係わる加熱装
置をＣＶＤ装置に適用した場合を例にとって説明する。

第１図は、本実施例のＣＶＤ装置に使用される熱処理炉
の構成を概略的に示す断面図である。

図において、１０は例えば石英等の耐熱材料で形成され
たプロセスチューブであり、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
ている。また、このプロセスチューブ１０内には、保温
筒１８と、この保温筒１８に載置されたボー１−２０が
設けられている。

ボート２０は、例えば石英等の耐熱材料で形成されてお
り、多数枚（例えば１５０枚）の半導体ウェハ２２を水
平方向に等間隔で配列支持するための溝部（図示せず）
を有している。ボート２ｏに配列支持された半導体ウェ
ハ２２には、図示していない処理ガス供給源よりプロセ
スチューブ１゜内に供給される処理ガスによって、気相
成長処理が行なわれる。なお、保温筒１８はフランジキ
ャップ２４上に搭載されており、さらに、このフランジ
キャップ２４は図示しないエレベータアームに取り付け
られている。このため、このエレベータアームの昇降に
より保温筒１８およびボート２０を上下に移動させるこ
とができ、この移動によって、保温筒１８およびボート
２０の、プロセスチューブ１０からの着脱を行っている
。エレベータアームが上昇し、保温筒１８およびボート
２０がプロセスチューブ１０内に挿入されたときは、こ
のプロセスチューブ１０のボート挿入口２６とフランジ
キャップ２４とにより、プロセスチューブ１０内が密閉
される。また、ボート２０に配列支持された半導体ウェ
ハ２２列を交換するときは、エレベータアームを下降さ
せ、ボート２０をプロセスチューブ１０外へ抜き出せば
よい。

プロセスチューブ１０の外側には、低温時抵抗値が低く
温度上昇により高くなる第３図の如く特性のヒータ線、
例えばニケイ化モリブデンＭ　ｏ　Ｓ　ｉ　２線によっ
て形成されたヒータ３０が配置され、このヒータ３０が
プロセスチューブ１０を囲繞している。かかる構成によ
れば、このヒータ３０に流れる電流で発生するジュール
熱により、プロセスチューブ１０内を加熱することがで
きる。

また、ジュール熱の熱量は電流値の二乗に比例するので
（ジュールの法則）、このヒータ３０に流れる電流値に
より、プロセスチューブ１０内の温度を制御することが
できる。

なお、本実施例では、このヒータ３０を、プロセスチュ
ーブ１０の例えば上部、中央部、Ｆ部の３ゾーンに分割
して、それぞれ独立させて設け、　　　□各部をそれぞ
れ別々に加熱できるように構成している。これにより、
プロセスチューブ１０の内部の温度を、５００〜１２０
０’Ｃの範囲で、それぞれ独立に温度制御することがで
きる。また、ヒータ３０の外側は断熱材３４で覆われて
おり、これによって、ヒータ３０から発生した熱が熱処
理炉の外に伝わることを防止している。さらに、この断
熱材３４は、シェル３６で覆われている。

また、本実施例ではヒータ３０をＭ　ｏ　Ｓ　ｉ　２線
によって形成したので、従来用いられている例えばＦｅ
ＣｒＡｌ線で形成されたヒータと比べて、発熱量を格段
に増加させることができる。例えば、１２００℃での最
大表面負荷はＦｅＣｒＡｌ線で形成されたヒータでは２
　Ｗ　／　ｃ　ｍ　２であるのにに＝７してＭ　ｏ　Ｓ
　ｉ　２線で形成されたヒータでは２０　Ｗ　／　ｃ　
ｍ　２であり、これにより、得られる温度上昇はＦｅＣ
ｒＡｌ線で形成されたヒータでは１０℃／分であるのに
対しＭ　ＯＳ　ｉ　Ｚ線で形成されたヒータでは１００
℃／分となる。

第２図は、本実施例に係わるＣＶＤ装置の電気回路系を
概略的に示すブロック図である。プロセスチューブ１０
内の温度制御は、ヒータ３０に流れる電流値を、この電
気回路系で制御することによって行われる。

図において、電源４０から出力された交流電力は、変圧
器４２で変圧された後、電力制御器４４に入力される。

電力制御器４４は、あらかじめ設定された電流値ＩＭＡ
Ｘ（ここでは２００［Ａｌとする）と温度コントローラ
４６から入力される制御信号とにしたがって、出力電流
、すなわちヒータ３０に流れる電流を制御する。

なお、温度コントローラ４６が出力する制御信号の信号
値は、温度センサ４８によってｎ１定されるプロセスチ
ューブ１０内の温度に応じて変化する。本実施例では、
この制御信号の信号値は、０［ｖ］〜１０［Ｖ］の範囲
で変化するものとし、温度コントローラ４６が電力制御
器４４に出力電力を０％とするように要求するとき（す
なわち、出力を行わないよう要求するとき）は制御信号
の信号値が０［Ｖ］となり、出力電力を１．００％とす
るように要求するとき（すなわち、人力した電力をすべ
て出力するように要求するとき）は制御信号の信号値が
１．０［Ｖ］となることとする。

温度センサ４８としては、例えば熱電対が使用可能であ
る。

また、電力制御器４４としては、例えば、サイリスク（
ＳＣＲ）を用いて位相制御により出力電流値の制御を行
なう形式のものが使用可能である。

電力制御器４４では、プロセスチューブ１．０　内の温
度が、ある所定温度（以下、制御切換温度）よりも高い
場合と低い場合とで、異なる方法で制御を行なう。

プロセスチューブ１０内の温度が制御切換温度に達する
までは、温度コントローラ４６が出力ずる制御信号の信
号値は１０［Ｖ］となる。すなわち、温度コントローラ
４６は、電力制御器４４に、入力した電力を１〔〕０％
出力するように指示する。

このとき電力制御器４４は、ヒータ３０を流れる電流値
がＩ　ＭＡつとなるように、出力電力を制御する。すな
わち、電力制御器４４は、ヒータ３０の抵抗値が変化し
ても、常にこのヒータ３０に電流値■い□の電流が流れ
るように制御を行なう。電流を制御する方法としては、
例えば、上述したように、サイリスクを用いて位相制御
を行なう方法がある。サイリスタは、アノードがカソー
ドに対して正電位であるときに適当なゲート電流を流す
とアノード・カソード間が導通し、−度導通するとゲー
ト電流が零になってもアノード電圧が零になる間でオフ
にならないという特徴を有している。

したがって、アノード電圧の位相から一定量ずらしてゲ
ートトリガ（電流パルス）をあたえることにより、出力
電流（すなわち、第４図の如くヒータ３０を流れる平均
電流Ｉ　ＭＡＸ　）を制御することができる。この電流
値Ｉ　ＭＡＸとして、過電流による不都合（例えばヒー
タ３０の断線等）が生じないよう゛な電流値のうち許容
される最大値を選択することにより、プロセスチューブ
１０内の温度が制御切換温度に達するまでの時間を最大
限に短縮することができる。

また、プロセスチューブ１０内の温度が」二連の制御切
換温度を越えると、温度コントローラ４６は、温度セン
サ４８によって測定されたプロセスチューブ１０内の温
度に基づいて、例えばＰＩＤ（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａ
ｌ　ｐｌｕｓ　ｉｎｔｅｇｒａｌ　ｐｌｕｓ　ｄｅｒｉ
ｖａＬｉｖｅ）動作等により、出力する制御信号の信号
値を逐次変更する。この制御信号にしたがって電力制御
器４４がヒータ３０に流れる電流を制御することにより
、プロセスチューブ１０内の温度を設定温度で安定させ
ることができる。

このように、本実施例では、プロセスチューブ１０内の
温度が制御切換温度に達するまでは常にヒータ３０に電
流値Ｉ　ＭＡＸの電流が流れるように制御を行ない、プ
ロセスチューブ１０内の７Ｍ　ＢＥか制御切換温度を越
えるとＰＩＤ等による温度制御を行なうので、゛プロセ
スチューブ１０内の温度を短い加熱時間で設定温度まで
上昇させることができ、且つ、設定温度まで上昇した後
は正確な温度制御をすることができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨の範囲内で種々変形実施が可能である。例
えば、本実施例では、本発明の加熱装置をＣＶＤ装置に
適用した場合を例にとって説明したが、他の薄膜形成装
置やドーピング装置等、被処理体の高温処理を行なう装
置であれば、他の装置にも同様に適用できる。また、発
熱体も、上記実施例に用いたＭ　ｏ　Ｓ　ｉ　２以外の
ものであっても、少なくとも低温度時抵抗値が低く温度
が高くなるにしたがって高く変化するものであれば同様
に本発明を利用することができる。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明の加熱装置によれば
、容器内を短い加熱時間で設定温度まで上昇させること
ができる。特に、本発明の加熱装置を、半導体ウェハの
製造工程において高温部理を行なうために使用される各
種装置に適用した場合には、半導体ウエノ１の生産効率
を向上させることができ、したがって、半導体ウエノ１
を安価に製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図は本発明の一実施例に係わる加熱装置
を説明するための図であり、第１図は熱処理炉の構成を
概略的に示す断面図、第２図は電気回路系を概略的に示
すブロック図、第３図は第１図に使用したヒータの温度
対固有抵抗特性図、第４図は第２図の電力制御器で位相
制御された電流波形図である。 １０・・・プロセスチューブ、 １２・・・ベースプレート、１８・・・保温筒、２０・
・・ボート、２２・・・半導体ウェハ、２４・・・フラ
ンジキャップ、３０・・・ヒータ、３４・・・断熱材、
３６・・・シェル、４０・・・電源、４２・・・変圧器
、４４・・・電力制御器、４６・・・温度コントローラ
、４８・・・温度センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被処理体を収容する容器と、 この容器内の温度を検出する温度検知器と、前記容器を
   加熱する常温時に比べ所定の高温時に抵抗値が少なくと
   も３倍以上高くなる発熱体と、この発熱体に電流を供給
   する電源と、 この電源から前記発熱体に供給される電流を、前記容器
   の温度が所定値よりも低いときは予め設定された電流値
   となるように制御し、前記容器の温度が所定値よりも高
   いときは前記温度検知器によって検出された前記容器の
   温度が設定温度となるように電流値を制御する制御器と
   、 を具備することを特徴とする加熱装置。