JPH10321530A - 加熱炉 - Google Patents

加熱炉

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JPH10321530A
JPH10321530A JP13214797A JP13214797A JPH10321530A JP H10321530 A JPH10321530 A JP H10321530A JP 13214797 A JP13214797 A JP 13214797A JP 13214797 A JP13214797 A JP 13214797A JP H10321530 A JPH10321530 A JP H10321530A
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JP
Japan
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lamp
furnace
heating furnace
wall
heating
Prior art date
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Pending
Application number
JP13214797A
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English (en)
Inventor
Koichi Toyosaki
孝一 豊崎
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱手段としてランプを用いた、生産性が向
上するとともに、構造が簡単化した加熱炉を提供する。 【解決手段】 炉11内に加熱手段としてランプ12を
設けた加熱炉において、ランプ12は、その電極部12
aが炉11外に位置し、かつ、その軸方向が調整可能
に、炉壁11aを貫通して炉壁11aの支持部である穴
11bに支持部材13、14、15、16で支持されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は加熱炉に関し、特
に、ランプ加熱方式の密封炉、真空炉に関するものであ
り、半導体の気相成長装置、分子線エピタキー装置、真
空乾燥炉、蒸着装置、単結晶育成装置、単結晶ウェハア
ニール装置、真空焼き入れ・焼き戻し装置などの改良に
関する。
【0002】
【従来の技術】気相成長装置やMBE装置などの加熱炉
においては、加熱手段として熱容量が小さく、温度制御
性に優れるランプ加熱方式が採用される場合があり、多
くの場合、これらの加熱炉は炉内を密閉したり、真空に
することが必要である。
【0003】例えば、気相成長装置を用いて、加熱炉内
のサセプタ上にウェハを保持させ、該サセプタを高温に
加熱した状態で該加熱炉内にアルシン(AsH3 )、ト
リメチルガリウム(TMG)、トリメチルアルミニウム
(TMAl)などの原料ガスを水素よりなるキャリアガ
スと共に流し、ウェハに化合物半導体を気相成長させて
形成されたエピタキシャルウェハは、衛星放送用,携帯
電話用などのFET、HEMT、HBTデバイスの材料
として、近年、大量に使われている。
【0004】図6は、気相成長装置の説明図である。図
6において、1は加熱炉であり、加熱炉1の上部にガス
供給口1a、周囲にガス排気口1bとを有している。2
はサセプタであり、カーボンで形成されたガス流の整流
・余熱部2aとウェハ7を載置するトレー部2bとによ
り構成されている。3は回転軸であり、加熱炉1の底部
のシール部8で回転自在に支持され、図示していない電
動機により回転駆動される。また、回転軸3の上端部3
aはサセプタ2の中心部、下側に締結されている。4は
加熱炉1の内部に設けられている加熱手段となるランプ
であり、5はランプ4へ電力供給するためのフィードス
ルーであり、6はランプ4を原料ガスから保護するため
に設けられている石英円板、9はランプ4のリフレクタ
ーである。ランプ4を加熱手段として用いる場合、図6
に示すように、加熱炉1内を石英板6で上側のプロセス
ゾーン1Aと下側の電極ゾーン1Bに気密に仕切り、ラ
ンプ4の電極部やシール部分を原料ガスから保護してい
る。また、最近の気相成長装置では、減圧成長が行われ
たり、加熱炉が大口径化しているため、プロセスゾーン
1Aの圧力PPと電極ゾーン1Bの圧力PDの圧力をP
P≒PDとして、石英板6の破損を防ぐ必要がある。そ
のため、電極ゾーン1Bには圧力計10a、圧力コント
ロールバルブ10b、真空ポンプ10c、ガス供給管1
0dからなる圧力制御機構10が設けられている。
【0005】上記装置では、ランプ4に電力が供給され
ると、トレー部2bが加熱され、それに伴いトレー部2
bに装填されているウェハ7が加熱される。原料ガスと
キャリアガスとを混合した反応ガスはガス供給口1aか
ら加熱炉1内に供給され、サセプタ2の整流・余熱部2
a上とウェハ7の表面を通り、ガス排気口1bから排出
される。そしてこの間、加熱されたウェハ7にエピタキ
シャル層が形成される。
【0006】従来、気相成長装置の加熱源としては高周
波加熱方式が一般的に用いられてきていたが、この方式
は温度分布制御が困難であることから、温度分布制御が
比較的容易な抵抗加熱方式に移行している。抵抗加熱方
式のなかでも、ランプは熱容量が小さいフィラメントを
熱源としているため、急速加熱・冷却が可能であるの
で、この利点を生かして加熱手段としてランプを用いた
上述したようなが気相成長装置が多用されるようになっ
た。
【0007】上述したようにして製作されたエピタキシ
ャルウェハに求められる特性としては、純度や均一な膜
質特性などが挙げられる。純度については、装置を構成
する配管材料の性能向上、使用機器の性能向上および原
料の高純度化によりレベルが上がっている。又、均一な
膜質特性については、ウェハ面内の均一性はウェハ自体
を回転(自転、公転)させること等により大幅に向上し
てきている。また、携帯電話の爆発的な売れ行きなどに
より、安価なデバイスが求められているので、そのデバ
イス作製に用いられるエピタキシャルウェハには生産性
の向上が求められている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、加熱手
段としてランプを用いると、次のような問題があった。
即ち、 1)ウェハを450〜800℃程度の範囲で加熱するた
め、ランプの電極部分が高温になると、ランプの寿命が
短くなるという問題があった。従って、ランプが切れた
場合には、装置を停止させ、ランプの交換を行って温度
設定などを再度見直しする必要があるため、生産性が阻
害されるという問題があった。因みに、ハロゲンランプ
では、電極部分の温度が300℃から400℃に上昇す
ると、寿命は数分の1に短くなる。
【0009】2)そこで、ランプの電極部分を冷却する
方法が検討されている。しかしながら、ランプは石英管
で構成されているため外形の寸法精度がばらつくこと、
また、フィラメントが変形し、寿命が短縮するのを防ぐ
ため、ランプはその軸が所定の傾き(例えば水平に対し
て数度以内)を保持する必要があることなどのため、電
極部を効果的に冷却するのは困難であるという問題があ
った。また、気相成長装置では有毒原料ガスを使用し、
冷却水漏れが重大な事故に繋がる可能性があるので、安
全性を考慮した電極部の冷却方法が求められているが、
安全性を考慮すると、電極部の冷却効率を上げるのが困
難であるという問題があった。
【0010】3)さらに、加熱炉内をプロセスゾーンと
ランプの電極ゾーンに気密に仕切る必要があるため、装
置が複雑になり、高価になるという問題があった。これ
らの問題は、密閉方式あるいは真空方式の加熱炉の加熱
手段としてランプ加熱を採用した場合に起こる。
【0011】本発明の目的は、密閉方式あるいは真空方
式の加熱炉の加熱手段としてランプを使用する加熱炉を
改善し、生産性の向上と、構造の簡単化を目的とするも
のである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決すべくなされたもので、請求項1記載の発明は、炉内
に加熱手段としてランプを設けた加熱炉において、ラン
プは、その電極部が炉外に位置し、かつ、その軸方向に
垂直な面内で調整可能に、炉壁を貫通して炉壁の支持部
に支持部材で支持されていることを特徴とするものであ
る。また、請求項2記載の発明は、炉壁に支持部となる
ランプ挿入口を有し、前記ランプ挿入口よりも小径のラ
ンプを前記ランプ挿入口に挿入支持する加熱炉であっ
て、ランプ挿入口内におけるランプ支持位置を調整可能
に構成したことを特徴とするものである。さらに、請求
項3記載の発明は、請求項1又は2記載の発明におい
て、炉壁の支持部または支持部材は冷媒流路を有するこ
とを特徴とするものである。
【0013】請求項1記載の発明では、ランプの電極部
(シール部を含む)が炉外に出ているため、電極部は空
冷され、電極部の温度上昇を従来の場合(電極部が炉内
に位置している)よりも抑えることができるので、ラン
プの寿命を長くすることができる。また、ランプは、そ
の軸方向に垂直な面内で調整可能に、炉壁に支持するこ
とができるので、軸の傾きを所定の傾きにして短寿命の
原因となるフィラメントの変形を防ぐことができるとと
もに、ランプの外形寸法がばらついても、確実に支持す
ることができる。さらに、ランプの電極部が炉外に出て
いるので、従来のように炉内をプロセスゾーンとランプ
の電極ゾーンに気密に仕切る必要がなく、装置が簡単化
し、安価になる。また、請求項2記載の発明において
も、炉壁の支持部となるランプ挿入口内におけるランプ
支持位置が調整可能になっているので、ランプの電極部
を炉外に出し、ランプの軸の傾きを所定の傾きにして短
寿命の原因となるフィラメントの変形を防ぐことができ
る。
【0014】さらに、請求項3記載の発明では、ランプ
を支持する炉壁の支持部または支持部材が冷媒流路を有
するため、前記冷媒流路に冷媒を流すことにより、ラン
プの支持部を積極的に冷却して、電極部の温度上昇を一
層抑えることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。 (実施形態1)図1は、本発明にかかる加熱炉の一実施
形態である気相成長装置の要部断面図であり、加熱炉1
1の加熱手段となる直線状のランプ12の支持部分の断
面図である。本実施形態では、加熱炉壁11aにランプ
12の支持部となる一対の取り付け穴11b、11bを
設ける。取り付け穴11bの内径はランプ12の外径よ
りも大きくなっている。ランプ12は穴11bを貫通し
て、両端の電極部12aが加熱炉11外に位置するよう
に支持される。
【0016】ランプ12は加熱炉壁11aに以下のよう
に支持される。即ち、 1)先ず、ランプ12を2個の穴11bに挿入し、加熱
炉壁11a外側にあるランプ12の両端部に支持部材と
なるランプホルダー13、ランプホルダー13用のOリ
ング14、Oリング押し付けリング15、リング押し付
けネジ16をはめ込む。 2)次いで、ランプホルダー13を加熱炉壁11aのO
リング17を介して、加熱炉壁11aにネジ留めして取
り付ける。ここで、ランプホルダー13のネジ穴13a
の径を、ランプ軸のずれ量の最大値をxとして、ネジ止
め用穴径(JIS規定)+2xとし、2個のランプホル
ダー13の加熱炉壁11aに対する取り付け位置の微調
整を可能にし、ランプ12の軸ずれ量を吸収可能にす
る。 3)次いで、リング押し付けネジ16をネジ込んで、O
リング押し付けリング15でOリング14を変形させ、
Oリング17とOリング14で加熱炉11とランプ12
の間をシールする。
【0017】本実施形態では、ウェハを800℃に加熱
して、1000時間以上の寿命を実現することができ
た。因みに、図6に示した従来の装置では上記条件で1
000時間の寿命を達成することは極めて困難である。
また、本実施形態では、ランプ12の電極12aが加熱
炉11外にあるため、従来のように加熱炉11内をプロ
セスゾーンとランプ電極ゾーンに気密に仕切る必要がな
く、装置が簡単化する。
【0018】なお、ランプ12の形状は直線状に限定さ
れることはない。例えば、ランプ12がリング状である
場合には、図2に示すように、電極部12a、12aの
間隔Dを所定の間隔に支持することが必要であるが、ラ
ンプホルダー13の取り付け位置を調整することによ
り、間隔Dを精度よく保ちながら、電極部12a、12
aを加熱炉11外に出して、ランプ12をシール性よく
支持することができる。
【0019】(実施形態2)図3は、本発明にかかる他
の実施形態の要部断面図であり、加熱炉11の加熱手段
となるランプ12の支持部の断面図である。本実施形態
は、前記実施形態1において、加熱炉壁11aの穴11
bの近傍に冷媒流路11cを設け、また、ランプホルダ
ー13に冷媒流路13bを設けたものである。本実施形
態では、冷媒流路11c、13bに水を流し、ランプ1
の支持部を積極的に冷却することにより、実施形態1よ
りもさらに寿命が延びるとともに、ランプ12の支持部
のシール性も損なわれることがなかった。
【0020】なお、ランプ12の電極部12a近傍を積
極的に冷却する手段としては、図4に示すように、加熱
炉壁11aを内壁11a1 と外壁11a2 とからなる二
重壁で構成し、内壁11a1 と外壁11a2 の間に冷媒
を流してランプ12の支持部を冷媒で直接冷却してもよ
い。ランプ12と内壁11a1 および外壁11a2
は、Oリング18、19でシールする。このようにラン
プ12を冷媒で直接冷却すると、ウェハの加熱温度が1
000℃程度と高い場合など、加熱炉11内の輻射熱が
大きい場合に効果がある。
【0021】なお、本実施形態では気相成長装置を例に
とり説明したが、密閉あるいは真空を要する他の加熱炉
(MBE装置など)にも適用することができる。また、
ランプ12を位置調整可能に気密保持する手段として
は、上記実施形態では、ランプホルダー13のネジ穴1
3aの径をネジ止め用穴径よりも大きくしたが、これに
限定されることはない。例えば、図5に示すように、加
熱炉壁11aの穴11bの位置にリング状の中間部材2
0を取り付け、ランプホルダー13を中間部材20にフ
レキシブル管21を介して連結してもよい。あるいは、
ランプホルダー13を磁性材で構成し、このランプホル
ダー13を加熱炉壁11aに磁力で位置調整可能に気密
に吸着させてもよい。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、ランプを加熱手段とし
た加熱炉において、ランプの寿命が長くなり、生産性が
向上するとともに、装置が簡単化し、安価になるという
優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る加熱炉の一実施形態の要部断面図
である。
【図2】他の実施形態の要部断面図である。
【図3】他の実施形態の要部断面図である。
【図4】他の実施形態の要部断面図である。
【図5】さらなる他の実施形態の要部断面図である。
【図6】従来の気相成長装置の断面説明図である。
【符号の説明】
11 加熱炉 11a 加熱炉壁 11a1 内壁 11a2 外壁 11b 穴 11c、13b 冷媒流路 12 ランプ 12a 電極部 13 ランプホルダー 13a ネジ穴 14、17、18、19 Oリング 15 Oリング押し付けリ
ング 16 リング押し付けネジ 20 中間部材 21 フレキシブル管

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炉内に加熱手段としてランプを設けた加
    熱炉において、ランプは、その電極部が炉外に位置し、
    かつ、その軸方向に垂直な面内で調整可能に、炉壁を貫
    通して炉壁の支持部に支持部材で支持されていることを
    特徴とする加熱炉。
  2. 【請求項2】 炉壁に支持部となるランプ挿入口を有
    し、前記ランプ挿入口よりも小径のランプを前記ランプ
    挿入口に挿入支持する加熱炉であって、ランプ挿入口内
    におけるランプ支持位置を調整可能に構成したことを特
    徴とする加熱炉。
  3. 【請求項3】 炉壁の支持部または支持部材は冷媒流路
    を有することを特徴とする請求項1又は2記載の加熱炉
JP13214797A 1997-05-22 1997-05-22 加熱炉 Pending JPH10321530A (ja)

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Cited By (3)

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