JPH0758046A

JPH0758046A - 熱処理装置

Info

Publication number: JPH0758046A
Application number: JP21905093A
Authority: JP
Inventors: Wataru Okase; 亘大加瀬
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; Tokyo Electron Tohoku Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd; Tokyo Electron Tohoku Ltd
Priority date: 1993-08-11
Filing date: 1993-08-11
Publication date: 1995-03-03
Anticipated expiration: 2016-12-25
Also published as: JP3241887B2

Abstract

(57)【要約】【目的】コストの上昇を招くことなく熱的特性を自由
に変更することができる構造を備えた熱処理装置を提供
すること。【構成】プロセスチューブ１０の周囲に配置された断
熱材３４は、リング状断熱ピース材３４Ａを積載して構
成されている。そして、リング状断熱ピース材は、上下
に隣接する２つのリング状断熱ピース材間に発熱抵抗体
を収容し、さらにプロセスチューブと対向する領域に輻
射熱を出射するための開口を備えている。このため、縦
方向での温度分布を変更するような場合には、ピース材
３４Ａの大きさあるいは内径を異ならせることで対処す
ることができるので、装置自体の交換などの手間を要し
ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱処理装置に関し、特
に、縦型プロセスチューブを備えた装置の熱源支持構造
に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体ウェハ、ＬＣＤ基板などの
製造においては、酸化、拡散、アニール、ＣＶＤなどの
処理を行なうために、各種の熱処理装置が使用される。
これらの熱処理装置においては、例えばプロセスの高精
度化を達成すること、被処理体の面内の温度分布の均一
性を向上させること、また熱処理の効率を高めることな
どが大きな技術課題となっている。

【０００３】ところで、近年、半導体プロセスはより微
細化が進み、これとともに、ウェハの口径も８インチ〜
１２インチへと、より大口径化が進んでおり、またＬＣ
Ｄ基板などの大型の基板を均一に効率良く処理する熱処
理装置も必要となってきている。このような状況に応じ
てプロセスの微細化が進み、被処理体が大口径化するの
に応じて処理のさらなる高精度化、被処理体の面内での
温度分布のさらなる均一化、熱処理効率のさらなる向上
が必要とされる。しかもこのような大口径化にある被処
理体を製造する場合のスループットの向上も要望され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような被処理体の
大口径化に伴い、被処理体に生じるスリップ、歪みを効
果的に防止し、また、被処理体の面内での温度分布の均
一性の向上を図る必要がある。したがって、このような
要求に対しては、被処理体をいかにして均一な温度に維
持できるか、特に、中央部より周辺部のほうが放熱量が
大きいために生じる中央部と周辺部との温度差をいかに
して少なくするか等が、大きな技術課題となる。

【０００５】また、この種、熱処理装置では、縦方向で
複数のゾーンが設定され、各ゾーンに渡って発熱抵抗体
を延長配置し、各ゾーン毎での温度管理が行なわれるこ
とが多い。そこで、各ゾーン毎に発熱抵抗体を設置する
構造としては、例えば、コイル状に形成された発熱抵抗
体をステープルによって断熱材の表面に固定するように
したり、あるいは、断熱材の表面に発熱抵抗体の外径を
もたせて形成した凹部を設け、この凹部内に発熱抵抗体
を挿填する構造がある。

【０００６】しかしながら、断熱材は縦方向で一体に形
成されており、しかも、上記発熱体を取付けるための配
列ピッチも予め規定されていることが多い。このため、
各ゾーン内での温度分布を変更する場合や各ゾーン間で
の温度勾配を切り換えることが不可能であり、この温度
分布や温度勾配を変更する場合には、装置の構造を変更
する必要が生じ、このためには装置自体を交換する等に
よって対処しているのが現状である。

【０００７】このような対策では、装置のコスト高を招
くことになり、しかも、熱処理装置の熱的特性を自由に
変更することができないという問題があった。

【０００８】そこで、本発明の目的とするところは、上
記従来の熱処理装置における問題に鑑み、コストの上昇
を招くことなく熱的特性を自由に変更することができる
構造を備えた熱処理装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、縦型プロセスチューブの周
囲に、リング状または螺旋状の発熱抵抗体を筒状断熱材
により支持して配置した熱処理装置であって、上記筒状
断熱材は、縦方向に積載される複数のリング状断熱ピー
ス材から構成され、上下に隣接する２つの上記リング状
断熱ピース材間には、上記発熱抵抗体を収容する収容部
が周方向にそって形成され、この収容部は上記縦型プロ
セスチューブと対向する領域に開口を有することを特徴
としている。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１におい
て、上記リング状断熱ピース材は、上面に段差部を有
し、下面に下方のリング状断熱ピース材の段差部に係合
可能な突起を有することを特徴としている。

【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１におい
て、上記縦型プロセスチューブと筒状断熱材との間には
均熱管が配置され、上記均熱管の外壁部または収容部の
開口外壁面に至る途中の領域で、上記発熱抵抗体の収容
位置が上下で異なる箇所からの輻射熱線が交差できる形
状に上記リング状断熱ピース材の形状が設定されている
ことを特徴としている。

【００１２】請求項４記載の発明は、請求項１におい
て、上記発熱抵抗体は、リング状断熱ピース材の厚さを
異ならせることで、その積載方向で配列ピッチを異なら
せたことを特徴としている。

【００１３】請求項５記載の発明は、請求項１におい
て、上記リング状断熱ピース材は、積載方向に沿って上
記発熱抵抗体収容部が異径に設定されていることを特徴
としている。

【００１４】

【作用】本発明では、装置自体の交換等を要することな
く熱的特性、特に、発熱抵抗体の配置状態を変更するこ
とができる。つまり、リング状断熱材は、縦方向に積載
される複数のリング状ピース材で構成され、上下に隣接
する２つのピース材間に発熱抵抗体を収容する収容部が
周方向にそって形成されている。このため、リング状断
熱ピース材の積層個数や大きさを変更するだけで発熱抵
抗体の支持部領域を変更することができる。従って、縦
方向、つまり、リング状断熱ピース材の積層方向での熱
的な特性を自由に変更することができる。

【００１５】また本発明によれば、リング状断熱ピース
材同士での固定保持を確保することができる。つまり、
リング状断熱ピース材同士は段差部および突起の係合に
よりずれをなくして固定保持することができる。

【００１６】さらに本発明によれば、輻射熱を均一に出
射させて非加熱領域が生じるのを防止することができ
る。つまり、リング状断熱ピース材は、均熱管の外壁面
あるいは収容部の開口外壁面に至る途中の領域で、上下
で異なる箇所からの輻射熱線が交差できる形状を備えて
いるので、発熱抵抗体同士から出射した輻射熱線は縦方
向で略一様に照射されることになる。

【００１７】そして本発明によれば、ゾーン毎で適正な
温度特性を得ることができる。つまり、上記リング状断
熱ピース材は積層方向であるいは径方向でピッチあるい
は径を異ならせることで被処理体に対するゾーン同士で
の加熱条件を異ならせることができる。

【００１８】

【実施例】以下、図１乃至図８に示す実施例によって本
発明の詳細を説明する。

【００１９】図１は、半導体ウェハの酸化拡散処理に用
いられる熱処理装置を示している。

【００２０】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上で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が形成されるように
なっている。また、上記プロセスチューブ１０はケーシ
ング１６内に納められるようになっている。

【００２１】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２
０が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ェハ２２が水平に等間隔に配列
支持されている。そしてこれら半導体ウェハ２２は、加
熱されると共に図示しない処理ガス供給源よりガスを供
給されることで処理されるようになっている。なお、保
温筒１８は、フランジキャップ２４上に搭載され、この
フランジキャップ２４は図示せぬエレベータア−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２
０を上下移動させるとともに、上記プロセスチューブ１
０のボート挿入孔２６を密封しうるようになっている。

【００２２】上記プロセスチューブ１０の外周には発熱
抵抗体３０が設けられており、この発熱抵抗体３０の外
側には発熱抵抗体３０を支持、包囲するリング状の断熱
材３４が設けられている。

【００２３】断熱材３４は、図２に示すように、炉室１
４側と反対側の表面にアウタシャル３６および水冷カバ
ー３８とで構成された冷却通路４０を備えている。そし
て、この断熱材３４は、複数のリング状ピース材３４Ａ
によって構成されている。すなわち、ピース材３４Ａ
は、一例として、ムライトあるいはコランダムアルミナ
等の材料を用いた焼結部材あるいは繊維部材を固めて形
成されているものであって、最上位に位置する上ピース
３４Ａ１および最下位に位置する下ピース３４Ａ３とこ
れらの間に位置する中間ピース３４Ａ２で構成されてい
る。そして、ピース材３４Ａは、プロセスチューブ１０
側に対向する開口３００を備え、上面側で周方向に設け
られた凹状部からなる発熱抵抗体３０の載置面３４Ｂ
と、下面側で周方向に設けられていて上面側の載置面と
対向する隙間を設定された収容空間３４Ｃとの一方また
は両方を備えている。両方を備えているピース材３４Ａ
は中間ピース３４Ａ２であり、上ピース３４Ａ１には収
容空間３４Ｃが、そして、下ピース３４Ａ３には載置面
３４Ｂがそれぞれ設けられている。

【００２４】載置面３４Ｂと収容空間３４Ｃとは連続面
を有し、この空間３４Ｃ内の載置面３４Ｂに発熱抵抗体
３０が挿填されるようになっている。このため、収容空
間３４Ｂの幅（Ｌ）は、発熱抵抗体３０の外径（Ｄ）に
比較して小さく設定されることで発熱抵抗体３０が抜出
ないようにすると共に、発熱抵抗体３０の熱膨張を吸収
するようになっている。発熱抵抗体３０の抜け止めは、
載置面３４Ｂの形状によっても行なえる。

【００２５】そして、載置面３４Ｂを有するピース材３
４Ａに相当している中間ピース３４Ａ２および下ピース
３４Ｃの上面側には段差部３４Ｄが形成され、また、収
容空間３４Ｃを有するピース材３４Ａに相当している中
間ピース３４Ａ２および上ピース３４Ｂの下面側には上
記段差部３４Ｄに係合可能な突起部３４Ｅがそれぞれ形
成されている。これら段差部３４Ｄおよび係合部３４Ｅ
は相対的な傾斜面に形成されている。このため、段差部
３４Ｄと突起部３４Ｅとを係合することで各ピース材３
４Ａを径方向にずれることなく積み重ねることができ、
積み重ねた場合には、傾斜面によって、炉室１４の内方
からの熱輻射を遮断することができる。なお、このよう
なピース材３４Ａは、例えば、アウタシェル３６にネジ
止めされるかあるいは紐部材を巻装することで径方向で
の変位を防止される。

【００２６】ところで、図２に示したピース材３４Ａ
は、収容空間をなす壁面が水平面とされている。このた
め、発熱抵抗体３０からの輻射熱の一部は直接出射しに
くくなる。従って、縦方向で輻射熱が出射する範囲が部
分的になり、被処理体への一様な熱輻射が行なえなくな
る。そこで、このような不具合を防止するための構造が
図３に示されている。

【００２７】すなわち、図３に示す構造は、載置面３４
Ｂおよび収容空間３４Ｃにおける内側に、炉心に向け拡
開する傾斜面が載置面３４Ｃおよび収容空間３４Ｄをな
す壁面に連続して形成されている。そして、各傾斜面の
角度は、断熱材３４の近傍に位置する均熱管４２の外壁
面または断熱材３４と均熱管４２との間の領域で発熱抵
抗体３０からの輻射熱線が交差できる角度に設定されて
いる。このため、均熱管４２の外表面あるいはこの均熱
管４２に至る間の領域では、発熱抵抗体３０からの輻射
熱が到達しない部分が存在しないので、一様な加熱が行
なえることになる。

【００２８】本実施例は、以上のような構成であるか
ら、断熱材３４は、ピース材３４Ａのうちの下ピース３
４Ａ３に中間ピース３４Ａ２が積み重ねられる。そし
て、所定高さに達した場合には、中間ピース３４Ａ２に
上ピース３４Ａ１が積み重ねられる。一方、発熱抵抗体
３０は、上段のピース材３４Ａが積み重ねられる前、換
言すれば、ピース材３４Ａの上面が開放されている時に
載置面３４Ｂに落とし込まれて配置される。

【００２９】なお、上記断熱材３４を構成するピース材
３４Ａは、載置面３４Ｂ、収容空間３４Ｃ、段差部３４
Ｄおよび突起部３４Ｅを備えていれば、発熱抵抗体３０
の配置および積み上げの際の位置ずれを防止することが
できるので、各部の形状は種々変更することができる。

【００３０】図４には、上記した各部の形状を変化させ
た場合が示されている。つまり、図４（Ａ）では、収容
空間３４Ｃを構成する壁面を収容空間３４Ｃの一部であ
る円弧部の接線方向に延長した場合が、また、図４
（Ｂ）および（Ｃ）では、載置面３４Ｂの一部あるいは
収容空間３４Ｃをなす円弧状壁面の一部から接線方向に
延長した場合がそれぞれ示されている。

【００３１】一方、上記した実施例では、リング状断熱
材３４に形成される載置面３４Ｂおよび収容空間３４Ｃ
が周方向に形成されているので、この部分に配置される
発熱抵抗体３０も周方向に沿ったリング状に形成される
ことになる。しかし、各載置面に配置された発熱抵抗体
３０毎に配線する手間を考慮すると、発熱抵抗体３０を
例えば縦方向に分割されたゾーンを基準にそのゾーン内
で連続させることが好ましい。そこで、図５には、この
場合を説明するための実施例が示されている。なお、図
５には、線によって発熱抵抗体３０が示されているが、
実際の発熱抵抗体３０は、コイル状に形成されているこ
とを前置しておく。

【００３２】すなわち、断熱材３４を構成するピース材
３４Ａの載置面は、周方向の一部に傾斜溝３４Ｆ（図５
中、二点鎖線で示す部分）が形成されている。一方、発
熱抵抗体３０の周方向一部は、下方に向け上記傾斜溝３
４Ｆに平行した状態で折り曲げられており、この折曲げ
部が上記傾斜溝３４Ｆ内に挿入され、下段に位置する載
置面３４Ｂで周回させられる。そして、再度、下段での
周方向一部が傾斜した状態で折り曲げられて傾斜溝３４
Ｆに挿入される。このような形態が繰返されて、連続し
た状態で発熱抵抗体３０が配置される。このような発熱
抵抗体３０およびピース材３４Ａ側の構造により、発熱
抵抗体３０をゾーン内で１本の素線を用いることができ
る。

【００３３】また、発熱抵抗体３０は、電源部への接続
のために線端を引き出すことが必要である。本実施例で
は、図６に示すように、線端３０ａがコイル状の巻線部
の一部から接線方向に引き出されている。このような線
端構造とすることで、折曲げ等の加工を要しないように
して破損を防止することができる。

【００３４】さらに、本実施例では、図７に示すよう
に、ピース材３４Ａの大きさを縦方向で異ならせること
によってゾーン間あるいはゾーン内で発熱抵抗体３０の
配列ピッチを異ならせることができる。このような配列
ピッチを異ならせる場合としては、下端開放形式のプロ
セスチューブが用いられた時が該当しており、この場合
には、下端での被処理体の搬入出時に発生する放熱を補
うために下方でのゾーンの配列ピッチを他のゾーンより
も小さくして（Ｐ＞Ｌ）発熱量を多くすることができ
る。

【００３５】さらに、本実施例では、断熱材３４が、積
載方向に沿って異径に設定することも可能である。つま
り、図８に示すように、プロセスチャンバーの縦方向で
異径とすることで、被処理体に対する近接距離を異なら
せることができる。このような構造とすることにより、
例えば、プロセスチャンバーの下方側を少径とした場合
には、上記配列ピッチを異ならせた時と同じように被処
理体の下方側での温度を高めることができる。

【００３６】以上のような実施例によれば、発熱抵抗体
３０の載置面が凹状部で構成されているので、発熱抵抗
体３０の転動を防止して発熱抵抗体３０がむやみに載置
面から外れたりするのを防ぐことができる。

【００３７】なお、本発明は、上記実施例に限られるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で種々変形実施する
ことが可能である。

【００３８】例えば、本発明が対象とする被処理体は、
少なくとも面状形状の被処理体であれば良く、半導体ウ
ェハ以外にも例えば、ＬＣＤ等であっても良い。さら
に、本発明が適用される熱処理装置としては、ＣＶＤ装
置以外にも、例えば、酸化、拡散、アニールに適用され
る装置を対象とすることも可能である。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、発熱抵抗
体を支持するための断熱材をリング状断熱ピース材によ
って構成し、このピース材を積み重ねることが可能であ
る。このため、熱処理装置の縦方向での温度分布を変更
する必要がある場合でも、その部分のピース材を取替え
るだけでよく、装置自体の交換等の手間をなくすことが
できる。

【００４０】また、一体構造となっている装置の構造を
変更するのではなく、装置の一部を構成しているピース
材の大きさを異ならせたり異径とすることで、装置全体
での被処理体に対する加熱状態を調整することができ
る。このため、被処理体の温度分布を変化させることが
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す熱処理装置の全体構成を
説明するための断面図である。

【図２】図１に示した熱処理装置に用いられる断熱材の
構造を示す断面図である。

【図３】図１に示した熱処理装置に用いられる断熱材の
一部変形例を示す断面図である。

【図４】図１に示した熱処理装置に用いられる断熱材の
一部の他の例を示す断面図である。

【図５】図１に示した熱処理装置に用いられる発熱抵抗
体の支持構造の変形例を示す模式図である。

【図６】図５に示した発熱抵抗体の線端部の構造を示す
模式図である。

【図７】図１に示した断熱材の変形例を示す断面図であ
る。

【図８】図１に示した断熱材の一部のさらに他の変形例
を示す部分的な断面図である。

【符号の簡単な説明】

１０熱処理位置１２プロセスチューブ３０発熱抵抗体３４断熱材３４Ａピース材３４Ａ１上ピース３４Ａ２中間ピース３４Ａ３下ピース３４Ｂ載置面３４Ｃ収容空間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】縦型プロセスチューブの周囲に、リング
状または螺旋状の発熱抵抗体を筒状断熱材により支持し
て配置した熱処理装置であって、上記筒状断熱材は、縦方向に積載される複数のリング状
断熱ピース材から構成され、上下にて隣接する２つの上記リング状断熱ピース材間に
は、上記発熱抵抗体を収容する収容部が周方向にそって
形成され、この収容部は上記縦型プロセスチューブと対
向する領域に開口を有することを特徴とする熱処理装
置。
【請求項２】請求項１において、上記リング状断熱ピース材は、上面に段差部を有し、下
面に下方のリング状断熱ピース材の段差部に係合可能な
突起を有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】請求項１において、上記縦型プロセスチューブと筒状断熱材との間には均熱
管が配置され、上記均熱管の外壁部または収容部の開口
外壁面に至る途中の領域で、上記発熱抵抗体の収容位置
が上下で異なる箇所からの輻射熱線が交差できる形状に
上記リング状断熱ピース材の形状が設定されていること
を特徴とする熱処理装置。
【請求項４】請求項１において、上記発熱抵抗体は、リング状断熱ピース材の厚さを異な
らせることで、その積載方向で配列ピッチを異ならせた
ことを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】請求項１において、上記リング状断熱ピース材は、積載方向に沿って上記発
熱抵抗体収容部が異径に設定されていることを特徴とす
る熱処理装置。