JPH0424488A - 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する。

（従来の技術） 従来の拡散炉等に用いられる横型環状炉において所定の
プロセスが行なわれる炉内の均熱領域を広く取るために
、環状炉の両端部分を除く中間部において中央部の巻線
密度を密状態にするようにしたものとして特開平１−１
１４０３２号公報がある。

またセラミックス等の溝状凹部２個で形成される円筒状
四部に発熱線を保持するようにしたものとして、実開昭
６１−８９８００号公報がある。

またコイル状に一定の間隔で巻回された発熱線を耐火断
熱材内に設けた複合構造発熱器として、特開昭６０−２
４６５８２号公報がある。

（発明が解決しようとする課題） 前者文献の技術では所望均熱領域を広く取るために、例
えば熱処理装置の加熱処理部の内径が変わった場合、あ
るいは熱処理装置に挿入されたプロセスチューブの長さ
が変わった場合、あるいは熱処理装置炉口部の断熱方法
が変わった場合等において、上記熱処理装置中央部の発
熱線の巻回密度を５〜１５％の範囲で最適に設定する必
要がある。

次の文献に記載された発熱線の保持方法は、例えばセラ
ミックス等からなる溝状凹部２個で形成される円筒状凹
部からなる１組の発熱線保持部材を複数組例えば数１０
０組設は上記発熱線が通電非通電され熱膨張や収縮がく
り返し行なわれても所定の巻線ピッチが変わらないよう
に構成されている。

従って、上記巻回密度を変える毎に、異なった寸法の例
えばセラミックスからなる例えば数１００組の保持部材
を用いなければならない。この保持部材は複雑な形状を
しており、通常金型を用いセラミックス等を焼成して製
作しており、１組の保持部材を製作するのに多大の経費
と日時を要するという改善点を有する。

後者文献の発熱線と耐火断熱材からなる複合構造発熱器
を多数積層配置すれば所望加熱領域の熱処理装置を構成
することはできる。

しかし熱処理装置内の均熱領域を広く取るためには多数
の例えば１０の加熱ゾーンが設けられるため、この各加
熱ゾーンを独立して温度制御を行なう時、互いに隣接す
る加熱ゾーンの影響を受は安定な温度制御が困難である
という改善点を有するこの発明は上記点に鑑みなされた
もので、熱処理装置の所望温度分布特性を得ようとする
とき、予め金型等を用いてセラミックス等を焼成して製
作される発熱線保持部材を用いることなく、簡単で容易
に発熱線の巻回密度を変え発熱密度を所望に設定し、上
記所望温度分布特性を得ることができ、温度安定性のよ
い熱処理装置を提供するものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） この発明は被処理体を収容する筒状の反応管と。

この反応管の外周囲に配置される上記反応管直径より小
さい径でコイル状発熱線を支持体により支持した構成の
熱処理装置において、 上記反応管内の所望の温度分布特性に上記コイル状発熱
体の巻回ピッチを選択するようにしたものである。

（作用） この発明は耐熱断熱部材の内壁に沿って反応管直径より
小さい径でコイル状発熱線を設けているため、特別な発
熱線保持部材を新たに製作して用いることなく、所望温
度分布特性が得られるように、上記発熱線の巻回ピッチ
間隔を容易に設定できる。

また巻回ピッチ間隔を変えて所望の温度分布を得ること
ができるため、加熱ゾーンを不用に増加する必要がない
ため温度安定性のよい熱処理装置とすることができる。

（実施例） 以下本発明に係る熱処理装置を半導体ウェハをバッチ処
理する拡散炉に適用した一実施例について図面を参照し
て具体的に説明する。

第２図においてコイル状の抵抗発熱線１は例えばＦｅ−
Ｃｒ−Ａβの合金からなり、線面径Ａ＝２１、コイル直
径Ｂ＝１２ｍ、１イル間隔Ｃ＝１０ｍに構成している。

第１図において上記コイル状の発熱線１を内壁面に設け
られた溝部２に嵌合又は埋込み保持する例えば円筒状で
高さ１０００ｍ＋で内径３５０ｍ＋の耐熱断熱部材３は
例えばセラミックスファイバーとアルミナセメントを混
合し熱処理を施こしたものがらなり、発熱線１が通電さ
れ発熱膨張しても、上記コイル状発熱線１と上記耐熱断
熱部材３の間に所定の間隔が残されるような第３図に示
す如く空隙部４が全溝部２の上部に設けられており１以
上の如く発熱部が構成されている。

上記耐熱断熱部材３は、断熱材５例えばアルミナブラン
ケットを介して、良熱伝導部材例えばアルミニウムから
なる内側カバー６によってｖＪｉ続されるように構成さ
れている。

上記内側カバー６の外周には冷却部７が設けられ、この
冷却部７は第４図に示す如く例えば冷却水の流通する銅
パイプからなる冷却パイプ８が上記内側カバー６の外壁
面上蛇行状に配設されている。

上記冷却部７を囲繞する如く良熱伝導部材例えばアルミ
ニウムからなる円筒状外側カバー９が設けられている。

上記発熱線１は給電端子部１ｏの端子ネジ１１と溶着さ
れており、この端子ネジ１１は第５図の如く例えばセラ
ミックスからなり耐熱性と絶縁性を有し同軸で互いに嵌
合可能な構造の碍子１２．１３を２つのナツト１４によ
り補助板１５に挟持固定するようにされている。

この補助板１５は４本のネジ１６によって外側カバー９
に取り付けられている。

上記耐熱断熱部材３の下部開口端には、この耐熱断熱部
材３と時間−の穴部が設けられ例えばステンレススチー
ルからなる面板１７が設けられており、この面板１７と
内側カバー６と外側カバー９を上記面板１７の穴部と同
軸に設けられた環状部材１８゜１９に複数ケ所ネジ２０
．２１で取り付けている。

上記耐熱断熱部材３の上部開口端部には、耐熱断熱性を
有する断熱蓋体２２が設けられ、この断熱蓋体２２を被
って例えばステンレススチールの蓋２３が、例えばステ
ンレススチールの上部リング２４に取り付けられ、この
上部リング２４には上記外側カバー９が取り付けられて
いる。

上記内側カバー６と上記上部リング２４の間には、熱膨
張により上記内側カバー６が伸張しても、所定の間隔が
残されるような間隙２５が設けられている。

上記発熱線１は少なくとも３つのゾーンで構成されてお
り、第４図に示す端子部１０Ａと１０８間で高さ１００
ＷＩ＋の第１ゾーン、端子部１０Ｃと１０Ｄ間で高さ７
５０ｍｍの第２ゾーン、端子部１０ＥとＩＯＦ間で高さ
１５０ｍの第３ゾーンとしてあり、　図示しない電力供
給源と制御部により上記各ゾーンに印加する電力を適宜
制御し熱処理装置内の均熱範囲が広く取れるような構成
とされている。

上記各ゾーンには第７図に示す如く温度測定素子例えば
熱電対３４．３５．３６が加熱部２６を貫通して設けら
れ、外側カバー９の外側より熱処理装置内の温度を測定
可能に構成されている。

第６図に上記端子部１０ＣとＩＯＤ間のコイル状の発熱
線１を耐熱断熱部材３に取り付ける前の状態を示す。

上記端子部１０Ｃ，ＩＯＤ側は上記説明の如く、コイル
間隔Ｃ＝１０ｍ＋に設けられ、中間部は両端部より約５
％発熱害度が多くなるようにコイル間隔Ｄ＝９．５ｍｍ
　に設けられ、上記コイル間隔が変わる部分には直線部
Ｅが設けられている。この直線部Ｅを設けたことにより
、発熱線を所定コイル巻数に巻回後、上記発熱線を所定
の発熱部Ｆ、Ｇ、Ｈの長さ分引張ることにより、上記コ
イル間隔Ｃ，Ｄを容易に設定することができる。

次に耐熱断熱部材３と上記コイル状発熱線１を一体に製
作する方法について以下説明する。

上記・コイル状発熱線１を弾性有機質薄膜からなるチュ
ーブで被い、耐熱断熱部材を成型する金型の所定間隔に
配置する。そして上記金型の全空間に焼成後耐熱断熱部
材となる原材料を充填し、これが固化したのち離型、乾
燥および焼成する。この焼成により上記チューブを焼却
するとともに上記原材料を焼成し、耐熱断熱部材３と発
熱線１からなる発熱部が製作される。

従って上記コイル間隔を変えて製作する場合でも、上記
と同様の方法で発熱部を容易に製作することができる。

そして第７図に示す如く基台３０の上に面板１７を所定
の間隔を設は載置固定して加熱部２６が配置され、この
加熱部２６には耐熱性材料例えば外径３００ｍで長さ１
２００＋ｍ＋の石英からなるプロセスチューブ２７が挿
入配置されている。このプロセスチューブ２７に被処理
体例えばシリコンウェハ２８が複数枚例えば１７０枚水
平に石英ボート３１に収納され、このボート３１は保持
台３２に載置されている。この保持台３２は蓋体３３に
載置され、昇降機構２９で上記プロセスチューブ２７の
所定の均熱領域に上記ウェハ２８を搬入搬呂可能の如く
構成されている。上記プロラスチューブ２７の一端には
５反応ガスを供給する図示しない反応ガス供給管が接続
され、他端側には、上記プロセスチューブ２７内を所定
の圧力に排気する排気ポンプと接続された図示しない排
気管が設けられている。

次に上記熱処理装置を９００℃に加熱した場合について
説明を行なう。

上記プロセスチューブ２７内にウェハ２８が搬入され、
所定の反応ガスが供給され、予め定められた圧力に上記
排気ポンプにより排気される。上記３ゾーンの発熱線１
それぞれに図示しない電力供給源と制御部が接続されて
おり、上記制御部により上記熱電対３４．３５．３６の
温度は測定され、上記発熱線１に印加される電力は適宜
制御される。

このときプロセスチューブ２７内の均熱範囲が最も長く
取れた時の温度分布を第８図に示す。

９００℃±１℃以内の均熱長は７７０ｍ取れている。

次に第６図に示すコイル間隔をＣ＝１０＋ｍ、Ｄ＝１０
ｍｍと同一の場合で、均熱範囲が最も長く取れたときの
温度分布を第９図に示す。

９００℃±２℃の均熱長は７６０ｍｍと温度誤差が大き
くなっている。

温度誤差を９００℃±１℃以内とした場合は第１Ｏ図の
ように均熱長は６８０ｍ＋＋と短かくなっている。

第９図の如くコイル間隔を一定とした場合に温度分布が
一定にならない理由について以下説明を行なう。

上記実施例の如く下端部が開放された円筒状熱処理装置
においては、下端部への熱放散が多くプロセスチューブ
２７内の場所による放熱を示す放熱カーブは第１１図の
下側に示すようにプロセスチューブ２７の下端部側であ
る図の左側で放熱が多くなっている。

上記熱処理装置で均熱領域が広く取れた場合の各発熱ゾ
ーンの加熱カーブは第１１図上側に示すように熱処理装
置の下側に設けられた第３ゾーンの加熱量が多くなって
いる。このような大きな熱放散を大きな熱印加で炉内温
度を均一化しようとしても均熱にはならず下端部側で温
度誤差が大きくなってしまう。そこで第９図の温度低下
部分、すなわち第８図の第２ゾーンの発熱部Ｇ部分がそ
の他の発熱部Ｆ、Ｈ部分より約５％発熱量が多くなるよ
うに発熱線の巻回ピッチを密にしたものが本発明の実施
例であり、第８図の如く良好な均熱特性が得られている
。

均熱範囲が長く取れる発熱密度の大きい発熱部Ｇ部分の
位置およびコイル間隔Ｃ，Ｄの関係は熱処理炉の長さ、
直径、プロセスチューブの取付は方、処理ガス流量等に
よって変わるので適宜使用条件に合わせて定めればよい
。

先に述べた如く本発明では発熱線１を保持する特殊形状
のセラミックスブロック等を使用していないため、安価
で容易に短納期で熱処理装置を供給することができる。

また上記実施例を用いた耐熱断熱部材３と発熱線１から
なる発熱部は円筒で一体のものに限らず第１２図の如き
円筒状の発熱部を同軸に接続して用いてもよい。

また第１３図の如く半円筒状の発熱部を円筒状に接続し
て用いてもよい。

また発熱４＠ｉは円形のコイル状に限らず楕円形等どの
様な形状でもよい。

尚、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実施が可能である。上記実施
例では熱処理装置の下端側が開放された縦型熱処理装置
に本発明を利用したが、熱処理装置の両側が開放された
横型熱処理装置に本発明を利用してもよい。

本発明の熱処理装置は半導体製造装置、液晶製造装置等
に用いられる、ＣＶＤ装置や酸化拡酸装置等装置やプラ
ズマ装置に利用できる。

Ｃ発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、巻線密度の異なる
環状に巻回された発熱線を保持する熱処理装置を、特別
の発熱線保持部材を使用することなく容易に製作するこ
とができ、もって均熱領域の広い熱処理装置を安価で短
期間に製作提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る熱処理装置の一実施例説明図、第
２図、第３図は第１図の部分説明図、第４図は第１図の
外観図、第５図は第１図の給電端子部説明図、第６図は
第４図の発熱ＩｓＩ説明図、第７図は第１図の設Ｗ説明
図、第８図は第１図の均熱特性説明図、第９図、第１０
図は発熱線の巻回間１・・・発熱！！　　　　　３・・
・耐熱断熱部材６・・・内側カバー　　　７・・・冷却
部９・・・外側カバー　　　１０・・・給電端子部１７
・・・面板　　　　　　２４・・・上部リング２７・・
・プロセスチューブ ２８・・・ウェハ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　被処理体を収容する筒状の反応管と、 この反応管の外周囲に配置される上記反応管直径より小
   さい径でコイル状発熱線を支持体により支持した構成の
   熱処理装置において、 上記反応管内の所望の温度分布特性に上記コイル状発熱
   体の巻回ピッチを選択することを特徴とする熱処理装置
   。