JPS6310487A

JPS6310487A - 横置型処理炉における半導体プロセス用コイルヒータ

Info

Publication number: JPS6310487A
Application number: JP15169586A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　亮三
Original assignee: Daiwa Handotai Sochi Kk
Current assignee: Daiwa Handotai Sochi Kk
Priority date: 1986-06-30
Filing date: 1986-06-30
Publication date: 1988-01-18
Also published as: JPH048911B2

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】（発明の技術分野）本発明は、半導体ウェハの酸化、拡散処理やホード法に
よる単結晶成長やＧａＡｓエピタキシャル結晶成長等の
各種半導体及び化合物半導体プロセスにおいて、ウェハ
等のワークを収容した処理炉のまわりに捲回される半導
体プロセス用コイルヒータの改良に関する。

（発明の技術的背景とその問題点）この種のコイルヒータとしては、例えば、直径が６ｍｍ
〜１２ｍｍのヒータ素線に断熱材を被覆してスパイラル
状に一定方向に捲回した構造のものが一般に使用されて
いる。

第７図及び第８図には、この−例を示してあり、内部に
ワークＷを収容した横置型の処理炉５０のまわりに円形
状に捲回したコイルヒータ５１を炉体５２に配設してな
るものである。

当該コイルヒータ５１は第８図のように、例えば、右巻
きで炉軸ｘ−ｘ’方向に捲回され両端部に所定の電圧を
印加して、抵抗加熱により所要の加熱温度を処理炉に付
与する構成となっている。

そして、コイルヒータを用いて炉の温度設定を行なうと
き、炉軸方向に均熱のフラットゾーンを長くとる場合、
コイルヒータを３ゾーンから６ゾーンなどに、いわゆる
ゾーン分割して、各ゾーンの温度を適宜設定し、これを
合成して均一なフラットゾーンを得る。特にこの場合、
炉の両端部は中央に比して冷え易いので、エンドゾーン
のコイルヒータの設定温度を中央より若干高くなるよう
に温度勾配を設定し、結果として長い均一なフラットゾ
ーンを得るように制御する。

又、処理すべきワークによっては、ゾーンの一部に、例
えば、第９図に示すような温度勾配が生じるようにコイ
ルヒータの温度制御を行なう場合もある。

いずれにしても、かかる半導体プロセス用のコイルヒー
タでは、炉軸方向に沿って何らかの温度勾配を設定して
使用することが通常である。

そして、炉軸方向の温度制御が精度良くなされることが
望まれるが、他方、同一の横断面位置。

すなわち、炉軸に直角のラジアル面内においては、炉心
Ｐを通る横断方向Ｙ−Ｙ’（第７図）に沿って均一な温
度となることが望ましい、いわゆる断面均熱が求められ
るのである。

特に、単結晶成長の場合には、かかる均熱性の良否が品
質に大きな影響を与えるものである。

ところが、スパイラル状コイルヒータを用いた場合には
、実際上、炉の前後で温度差が生じ、横断方向Ｙ−Ｙ’
について１例えば、第７図に破線Ｑで示すような温度勾
配が生じ、断面均熱性が得られない問題があった。実例
をあげれば、温度傾斜１度（Ｃ）／ｃｍ（１２５０度（
Ｃ）時）で断面の前後の温度差は、１．５度（Ｃ）にも
達することが見出された。

このような断面の前後で温度差の生じる原因を検討する
に、例えば、第７図及び第８図に示す右巻きスパイラル
状コイルヒータについて、第９図のごとく炉軸方向に沿
って下降する温度勾配が設定されている場合を例にとる
と、横断方向Ｙ−Ｙ′を境とし当該ヒータ巻線の上半部
５１ａ（第１０図（ａ））と下半部５１ｂ（第１０図（
ｂ））が横断方向Ｙ−Ｙ’の位置について寄与する加熱
効果を考察する。

第１０図（Ｌ）、（ｂ）は各ヒータ巻線を上方より見た
態様で示してあり、従って、巻線の上半部５１ａと下半
部５１ｂの傾斜方向は丁度逆になっているとともに巻線
の巻方向は図において実線の矢印で示した通りである。

温度勾配はコイルの巻線の進行方向に沿って下降する設
定であるから、当該コイルヒータ５１の温度は炉軸方向
ｘ−ｘ”に沿って下降し、各巻線の周囲のほぼ同一の温
度分布を示す領域、すなわち、ホットエリア５３は炉軸
方向に沿って小さくなると考えられる。

従って１巻線の上半分５１ａでは、第１０図（ａ）の上
側、すなわち炉の後側５４の温度が高くなり、他方１巻
線の下半分５１ｂについては逆に第１θ図（ｂ）の下側
、すなわち炉の前側の温度が高くなると考えられる。

そして、上下の巻線部の加熱効果を合せると、各横断面
について炉の前後の温度偏位が互いに補正され平均化し
て断面均熱が得られると考えられる。

ところが、実際には、熱は常に上方へ逃る性質があるた
め、その横断方向Ｙ−Ｙ’の断面に関して寄与する加熱
効果は、下半部５１ｂと上半部５１ａとでは、６：４な
いし７：３の比率になり、下半部分の巻線部５１ｂが大
となることが認められた。

このため、第１０図（ｂ）で示す下半部の巻線部５１ｂ
の温度効果が横断方向Ｙ−Ｙ’につぃて、より多く影響
し、実際上は炉の前側５５の温度が後側５４より高くな
り、これがために第７図に破線で示すごとき温度勾配が
生ずることがわかった。

なお、このようにスパイラル状のコイルヒータを使用す
ると炉の前後で熱の偏りが生じること自体は、製作現場
で経験的に知られており、かかる温度勾配を極力回避す
るために、例えば、炉体５２の天井部の放熱窓５６を炉
心Ｐを通る縦軸ｚ−ｚ’に沿った実線位置より鎖線で示
すようにオフセー、トさせるなど工夫したものが見られ
るが、均熱性について未だ充分な効果をあげるに至って
いない。

上述のように、スパイラル状コイルヒータの場合には、
各ヒータ巻線が炉軸に対して直角のラジアル面に合致し
ていないために、実際上、炉の前後の温度差が避けらな
いので、これを解消するものとして第１１図に示すごと
く、Ｕターン型千行ヒータが提案されている。

当該ヒータ６０は、その各巻線６１を中心軸線ｘ−ｘ’
に対して直角のラジアル面に沿って互いに平行に配し、
折返し部６２で隣接する巻線６１をＵターンさせて順次
連接した構成としたものである。

そして、当該ヒータ６０の折返し部６２は、一般に第１
２図（Ｌ）に示すごとく曲げ加工でＵ字形に一体に形成
するか、あるいは第１２図（ｂ）に示すごとく溶接部６
３で連結して形成するが、前者にあっては、曲げ加工が
難しいとともにスプリングバックによる加工後の形状の
不安定が大であり、又、後者にあっては、溶接作業が面
倒であるとともに溶接部の不安定さが避けらない。

しかも、いずれにおいても、この構造では基本的にいっ
て各巻線が閉断面を形成せず、軸方向に間隙６４が残さ
れて、いわゆるオープエンドの構造となるので、熱変形
や座屈などの形状の不安定や強度上の欠陥を生じ易く、
これがヒータの性能や寿命を損なう問題があった。

（発明の目的）本発明は、上記従来の諸事情にかんがみなされたもので
、その目的は、従来の欠点を解消し、製作が容易で強度
も充分に得られ、しかも、半導体プロセス用として使用
して高精度の断面均熱性を得ることができる新規な半導
体プロセス用コイルヒータを提供するにある。

（発明の概要）上記本発明の目的を達成するために、本発明においては
基本的にいって、処理炉のまわりに捲回される半導体プロセス用コイルヒ
ータであって、各ヒータ巻線についてその角度範囲の一部を除いて当該
ヒータの中心軸線に対して直角をなすラジアル面に沿い
互いに平行に離間配置された平行部と、前記角度範囲の
一部において当該平行部の一方の端部から折曲して前記
ラジアル面に対し傾斜して延出した傾斜部とを各ヒータ
巻線に形成し。

当該各ヒータ巻線の傾斜部の延出端を隣接するヒータ巻
線の平行部の他方の端部に折曲して連接してなる構成の
半導体プロセス用コイルヒータを提案するものである。

上記本発明の構成によれば、コイルヒータの各巻線は、
その角度箱゛囲の大部分がラジアル面に沿う平行部とし
て構成されるので、従来のスパイラル状コイルヒータに
おける不具合を解消でき、しかも従来のＵターン型千行
ヒータと異なり閉断面を維持するので、熱変形等にも充
分な強度を発揮し、又その傾斜部の形成は簡単な曲げ加
工ですむので、製作も容易で加工後もその形状を安定し
て保持できるものである。

更に、本発明のコイルヒータの傾斜部を横置型処理炉の
天井部に対応させて位置づければ、当該傾斜部は加熱効
果に重要な役割をもつ炉の下半部分に位置しないことは
勿論、ワークに対してもっとも熱影響の少ない天井部に
位置するので、断面均熱性に優れたコイルヒータを提供
でき、上記本発明の目的を充分に達成するものである。

以下図面第１図ないし第６図を参照して本発明の詳細な
説明する。

（発明の実施例）第１図は、本発明の第１の実施例として、半導体プロセ
ス用コイルヒータｌの基本的構成を示すものである。

当該コイルヒータｌにおいては、円形状をなす各ヒータ
巻線２をコイルの中心軸線ｘ−ｘ’に対して直角をなす
ラジアル面に沿い互いに平行に離間配置した平行部２ａ
と、軸線ｘ−ｘ’を中心とする円形の角度範囲の一部に
設けた傾斜部２ｂとより構成し、この傾斜部２ｂによっ
て隣接するヒータ巻線２どうしを互いに連接して一体に
構成したものである。傾斜部２ｂは、平行部２ａの一方
の端部３から折曲してラジアル面に対し傾斜した状態で
延出し、その延出端が隣接する他のヒータ巻線２の平行
部２ａの他方の端部４に折曲して連接する構成で、この
構成を各ヒータ巻線２につき順次繰り返して横断面が閉
断面をなすコイルヒータが形成される。

そして、第２図に示すごとく、当該コイルヒータ１を、
その中心軸線が処理炉５の炉軸ｘ−ｘ’に合致した状態
で炉のまわりに捲回して配設し、その両端部のターミナ
ル６．６を介して当該ヒータ１に所定の電圧を印加して
、炉５を抵抗加熱により温度制御する構成である。

第２図は、横置型の処理炉５の上面より見たもので、各
ヒータ巻線２の傾斜部２ｂは、ラジアル面に対して傾斜
するとともに互いに平行になっていて、相互に干渉し合
うことない、そして、各傾斜部は、処理炉５の天井部５
ａに対応するように位置づけられる。すなわち、第３図
で示すように傾斜部２ｂは、炉５の天井部５ａに対応し
て位置づけられる。そして、当該傾斜部２ｂが炉心Ｐを
中心として占める角度範囲は、約３５度〜４５度の狭い
範囲に設定する。

従って、炉５の横断面について、傾斜部２ｂは、横断方
向Ｙ−Ｙ’を境として、その下半部７、すなわち、炉５
内に収容されたワークＷに対し熱影響が大である領域は
勿論のこと、それより影響の小さい上半部８の大部分も
平行部２ａが占め、最もワークＷに対する熱影響の少な
い天井部５ａに対応して配置したので、スパイラル状コ
イルヒータに比して炉内の横断方向の均熱性を著しく改
善することができる。

上記構成のコイルヒータｌを製作するには、第４図に示
すようにラジアル面に沿って平行にコイルガイド溝１０
ａを外周に設けた円筒状の金属製マンドレル１０を用い
、そのガイド溝１０ａに沿ってコイルヒータの巻線２を
捲回して平行部２ａを形成し、次いでマンドレル１０の
外周に周方向に間隔をおいて立設させた一対のビン１１
．１２をガイドとして、ここで折曲して傾斜部２ｂを形
成し、これを破線の矢印で示すように順次繰り返すこと
により、コイルヒータ１が製作される。

従って、ここでは、ビン１１．１２の部分で曲げ加工が
加わるが、この曲げ角度は、従来のＵターン型千行ヒー
タに比して極めて小さく、加工作業が容易であり、又加
工後のスプリングバックも少ないので、形状の安定性が
保たれる。

前記のビン１１．１２は、例えば、第５図に示すように
、マンドレル１０内壁に設けたガイドレール状のホルダ
ー１３に対して、マグネットプレート１４をスライド自
在に装着して、そのプレート１４でビン内端部を吸着し
て受けることにより、突設状態に保持し、コイルヒータ
ｌの加工作業終了後には、当該マグネットプレート１４
をホルダー１３のレール部分に沿いスライドさせて抜き
出して、ビン１１．１２の外端部を矢印で示すごとくハ
ンマー等で内方にたたくことにより、鎖線で示すように
マンドレルｌＯ内に落下させることができる。従って、
加工後のコイルヒータｌをマンドレル１０から容易に取
外すことができるとともにビン１１．１２のセットも容
易にできる。

第６図に示す本発明の第２の実施例は、上述した第１の
実施例の基本構成を処理炉５の炉軸Ｘ−Ｘ“方向に沿っ
て複数個長く組合せた構成を提案するものである。図は
、第２図と同様、横置型処理炉５の上面より見た状態で
示してあり、ここでは、各ヒータ巻線２が平行部２ａと
傾斜部２ｂを備えた上述の基本形のコイルヒータｌを３
組、炉軸ｘ−ｘ’方向に配列し、これらヒータｌの端部
どうしを折返し部１５でそれぞれ一体に連接するととも
に隣接する各組のコイルヒータの傾斜部２ｂの傾斜方向
を、図でわかるように、交互に逆方向となるように組合
せる。

前述したように、各基本形のコイルヒータｌは、傾斜部
２ｂの曲げ加工の度合が小さいために、加工後のスプリ
ングバックによる形状の不安定は、きわめて少ないが、
しかし、より長尺のコイルヒータを製作した場合には、
わずかの変形でも、全体として大きくなる可能性がある
。そこで、第２の実施例のように、互いに逆向きの傾斜
部２ｂをもとコイルヒータｌを組合せることにより、変
形作用を相殺させることができ、全体として、より安定
した一体のコイルヒータが可能となった。これは特にゾ
ーン分割の温度制御に適した、より長尺のコイルヒータ
を簡単に製作できる。

なお、各組のコイルヒータ１を連結する折返し位を大幅
に解消して断面均熱性の高い半導体プロ部１５はＵター
ン形状をなすが、その数はわずかであるから、従来のＵ
ターン型千行ヒータのごとき問題は解消される。

（発明の効果）以上のように、本発明においては、コイルヒータの各巻
線は、その角度範囲の大部分がラジアル面に沿う平行部
をして構成されるので、従来のスパイラル状コイルヒー
タにおける不具合を解消でき、しかも、従来のＵターン
型千行ヒータと異なり、各巻線が閉断面を構成するので
、熱変形等にも充分な強度を発揮し、又、その傾斜部も
簡単な曲げ加工ですむので、製作が容易で、加工後も安
定した形状を保持でき、るものであり、更に、このコイ
ルヒータの傾斜部を横置型処理炉の天井部に対応して位
置づける構成とすることにより、炉の横断面について炉
内のワークに対して熱影響の最も大きい下半部は勿論の
こと、上半部の大部分がヒータ巻線の平行部が占め、傾
斜部は、最も熱影響の小さい天井部にあるため、従来の
スパイラル状コイルヒータに比して炉の前後における熱
傷（ｂ）は第１１図のヒータの折返し部のそれぞれ

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のコイルヒータの基本構成を
線で示した外観斜視図、第２図は第１図に示す当該コイ
ルヒータと横置型処理炉との配置関係を示す上面図、第
３図は第２図の横断面図、第４図は本発明のコイルヒー
タをマンドレルで製作する態様を示す概要図、第５図は
第４図の要部拡大断面図、第６図は第１図の基本構成を
連接した本発明の第２の実施例を処理炉とともに示す上
面図、第７図は、従来のスパイラル状コイルヒータを備
えた炉体の横断面図、第８図は第７図の上面図、第９図
は傾斜した炉の温度設定態様を示すグラフ、第１０図（
ａ）及び（ｂ）は、それぞれ第７図に示すコイルヒータ
の巻線の上半部及び下半部についてその熱の作用態様を
分析して説明するための説明図、第１１図は従来のＵタ
ーン型平行ヒータの概要斜視図、第１２図（ａ）及び１
　：　コイルヒータ２　：　ヒータ巻線２ａ：　平行部２ｂ：　傾斜部５　：　処理炉１０　：マンドレル出願人　大和半導体装置株式會社代理人　弁理士　朝　倉　勝　三第１図　　　　第２図第３図　　　　第４図第５図第６図第７図２＠方向第１０図（ａ）（ｂ）臼第１１図　　　　第１２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）処理炉のまわりに捲回される半導体プロセス用コ
イルヒータであって、各ヒータ巻線についてその角度範囲の一部を除いて当該
ヒータの中心軸線に対して直角をなすラジアル面に沿い
互いに平行に離間配置された平行部と、前記角度範囲の
一部において当該平行部の一方の端部から折曲して前記
ラジアル面に対し傾斜して延出した傾斜部とを各ヒータ
巻線に形成し、当該各ヒータ巻線の傾斜部の延出端を隣
接するヒータ巻線の平行部の他方の端部に折曲して連接
してなる半導体プロセス用コイルヒータ。
（２）横置型処理炉において、前記各ヒータ巻線の傾斜
部を当該処理炉の炉軸に沿って処理炉の天井部に対応す
るように位置づけてなる特許請求の範囲第１項記載の半
導体プロセス用コイルヒータ。
（３）前記各ヒータ巻線の傾斜部の傾斜方向が同一の複
数のヒータ巻線よりなる第１のコイルヒータと、傾斜部
の傾斜方向が第１のコイルヒータと逆方向をなす複数の
ヒータ巻線よりなる第２のコイルヒータとを設け、これ
ら第１及び第２のコイルヒータの端部を折返し部で連接
してなる特許請求の範囲第１項記載の半導体プロセス用
コイルヒータ。