WO2007023855A1 - 基板処理装置及びこれに用いられる加熱装置並びにこれらを利用した半導体の製造方法 - Google Patents

基板処理装置及びこれに用いられる加熱装置並びにこれらを利用した半導体の製造方法 Download PDF

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WO2007023855A1
WO2007023855A1 PCT/JP2006/316501 JP2006316501W WO2007023855A1 WO 2007023855 A1 WO2007023855 A1 WO 2007023855A1 JP 2006316501 W JP2006316501 W JP 2006316501W WO 2007023855 A1 WO2007023855 A1 WO 2007023855A1
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WO
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heating element
heating
pin
heat insulating
insulating material
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PCT/JP2006/316501
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Inventor
Toshimitsu Miyata
Akira Hayashida
Masakazu Shimada
Kimio Kitamura
Kenji Tanaka
Original Assignee
Hitachi Kokusai Electric Inc.
Teitokusha Co., Ltd.
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67109—Apparatus for thermal treatment mainly by convection
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/62—Heating elements specially adapted for furnaces
    • H05B3/64—Heating elements specially adapted for furnaces using ribbon, rod, or wire heater

Definitions

  • Substrate processing apparatus heating apparatus used therefor, and semiconductor manufacturing method using the same
  • the present invention relates to a substrate processing apparatus for manufacturing a semiconductor device on a substrate such as a silicon wafer or a glass substrate, a heating apparatus used therefor, and a semiconductor manufacturing method using them.
  • An apparatus for manufacturing a semiconductor device includes a substrate processing apparatus that performs thin film formation, annealing, impurity diffusion, etching, etc. on a substrate such as a silicon wafer or a glass substrate.
  • a substrate processing apparatus that performs thin film formation, annealing, impurity diffusion, etching, etc. on a substrate such as a silicon wafer or a glass substrate.
  • the batch type substrate processing apparatus there is a vertical substrate processing apparatus having a vertical furnace or a horizontal substrate processing apparatus having a horizontal furnace.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 11-67424
  • Patent Document 2 JP 2005-150101 A
  • a cylindrical heating device 2, a soaking tube 3 inside the heating device 2, and reaction tubes 4 are provided concentrically in the soaking tube 3, and a boat 5 is inserted into the reaction tube 4.
  • the boat 5 holds the wafers 12 in a horizontal posture in multiple stages, and is placed on an elevator cap 7 via a boat cap 6, and the elevator cap 7 is installed in a boat elevator (not shown). It can be moved up and down.
  • a gas introduction pipe 8 is communicated with the upper end of the reaction pipe 4, and an exhaust port 9 is provided at the lower end of the reaction pipe 4.
  • the lower end of the gas introduction pipe 8 is connected to the gas supply pipe 10, and the exhaust Vent 9 is connected to exhaust pipe 11!
  • reaction tube 4 With the boat 5 pulled out from the reaction tube 4, a required number of woofers 12 are held by the boat 5, and the boat 5 is lifted by the boat elevator (not shown). Charge into reaction tube 4. The inside of the reaction tube 4 is heated to a predetermined temperature by the heating device 2 and a reaction gas is introduced into the reaction tube 4 through the gas supply tube 10 and the gas introduction tube 8 to form a thin film on the surface of the wafer 12. The gas after the reaction is exhausted through the exhaust port 9 and the exhaust pipe 11.
  • Cylindrical peripheral heat insulating materials 15 and 16 are provided concentrically with the reaction tube 4, and the upper ends of the peripheral heat insulating materials 15 and 16 are closed by a ceiling heat insulating material 17.
  • the outer surface of the surrounding heat insulating material 15 is covered with a heater case (not shown).
  • a holding member 18 extending in the vertical direction is provided at a position of the inner wall of the surrounding heat insulating material 16 equally divided in the circumference.
  • the holding member 18 is formed by connecting a number of holding pieces 19 made of alumina, containing 94.2% alumina in the vertical direction, and holding holes 22 between the holding pieces 19 and the holding pieces 19. And a heating wire 21 to be described later is inserted into the holding hole 22.
  • a heating wire 21 that is a heating element is provided so as to surround the soaking tube 3, and the heating wire 21 has a circular cross section and is coiled, and the heating wire 21 has the holding hole 22. Inserted and supported by the holding member 18 at a position where the circumference is equally divided.
  • the heating wire 21 generates heat and expands, so that the coil diameter of the heating wire 21 is expanded and the holding member 18 has the A force acts in the direction opposite to the center of the vertical furnace 1, and the holding member 18 moves along with the heating wire 21 in the direction opposite to the center of the vertical furnace 1. Further, the surrounding heat insulating material 16 also becomes hot and expands due to the heat generated by the heating wire 21.
  • the relative displacement in the circumferential direction between the holding pieces is not restricted due to the structure of the holding piece, so that the heating wire, The heat insulating material repeatedly expands and contracts, the holding piece is pulled out of the heat insulating material, and further, relative displacement in the circumferential direction occurs between the holding pieces, the connection between the holding pieces is disconnected, and the heat generating wires come into contact with each other. There is a risk of a short circuit accident.
  • the heating wire when the heating wire expands or contracts, the heating wire moves in the radial direction of the vertical furnace together with the holding piece, or deforms irregularly due to thermal strain, and when the deformation is in the circumferential direction, the heating wire There is a possibility that they will come into contact with each other, or when the deformation is in the radial direction, the heating wire may come into contact with a conductive soaking tube.
  • Patent Document 2 there is known a structure in which only one end of a heating element is fixed and the other end is free and supported by a pin or the like.
  • no measures have been taken against thermal deformation of the intermediate portion of the heating element, and further measures have been required for practical use in semiconductor processes.
  • the object of the present invention is to reliably support the heating element without hindering uniform heating of the heating element, and to suppress the occurrence of thermal distortion of the heating element and between the heating elements or
  • the purpose of this is to prevent the heat generating body from contacting the heat equalizing tube and other structures, thereby extending the life of the heat generating body.
  • a feature of the substrate processing apparatus is that it includes a processing chamber for storing and processing a substrate, a heating element and a heat insulating material.
  • a heating device for heating the substrate is provided, and the heating element is formed so that only one end is held by a holding part, and the heat insulating material protrudes toward the processing chamber at an intermediate part of the heating element and is close to or in contact with the heating element.
  • a pin having an enlarged portion is provided in an intermediate portion of the heating element. In other words, the enlarged portion is brought close to or in contact with the heating element through the heating element and the heat insulating material.
  • “proximity” means “approaching” instead of contact.
  • projection and Z or enlarged part” should “contact” so as to suppress deformation when the heating element is deformed!
  • Proximity or treatment is hereinafter referred to as “proximity”.
  • the apparatus includes a processing chamber for storing and processing a substrate, and a heating device that has a heating element and heats the processing chamber by the heating element. Only when the heating element is heated and the strength is reduced, the buckling phenomenon is prevented and the occurrence of thermal distortion in the heating element is suppressed. It exhibits excellent effects such as preventing the heating element from coming into contact with a structure such as a soaking tube and extending the life of the heating element.
  • the intermediate portion of the heating element is separated from the insulator, the heat dissipation efficiency is high and uniform heating is possible.
  • the heating element is held only at one end by the holding part, it can be reliably supported without the possibility of dropping even if thermal expansion or deformation occurs, and it must be manufactured inexpensively without requiring assembly accuracy. Can do.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a vertical furnace of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view in which the lowermost part of the heating device of the vertical furnace is partially omitted.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an inner layer insulator of the heating device.
  • FIG. 4 is a perspective view of a heating element of the heating device.
  • FIG. 5 is a schematic plan view showing a connection state of heating elements.
  • FIG. 6 is a view corresponding to FIG. 3, showing another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a conventional substrate processing apparatus.
  • FIG. 8 is an elevational sectional view of the conventional heating device.
  • FIG. 9 is a cross-sectional plan view of the conventional heating device.
  • FIG. 10 is a partial cross-sectional view of the conventional heating device.
  • a heat equalizing tube 3 and a reaction tube 4 are provided concentrically inside the cylindrical heating device 2, and a processing chamber is formed in the reaction tube 4, and the wafers 12 are held in multiple stages in the processing chamber.
  • boat elevator (not shown).
  • a reaction gas introduction pipe 31 and an exhaust pipe 32 are communicated with the reaction pipe 4, a flow rate controller 33 is provided in the reaction gas introduction pipe 31, and a pressure controller 34 is provided in the exhaust pipe 32.
  • Establishment Thus, the exhaust gas is discharged so that the reaction gas is introduced at a predetermined flow rate and the inside of the reaction tube 4 is maintained at a predetermined pressure.
  • the boat 5, the boat elevator and the like are the same as those of the conventional substrate processing apparatus described above, and a description thereof is omitted.
  • the heating device 2 includes a heat generating part 25 and a heater case 26 that surrounds the heat generating part 25 and forms a cylindrical space 24 between the heat generating part 25.
  • a ceiling portion 27 is provided at the upper ends of the heater case 26 and the heat generating portion 25, and an elbow-shaped exhaust conduit 28 that opens to the lower surface and the side surface is formed in the ceiling portion 27.
  • a forced exhaust line having an exhaust blower (not shown) that performs forced exhaust is connected to the exhaust conduit 28.
  • a cooling gas introduction duct 36 is provided so as to surround the lower portion of the heat generating portion 25, and the cooling gas introduction duct 36 communicates with the cylindrical space 24.
  • a cooling gas supply line 37 is communicated with the cooling gas introduction duct 36, and a cooling gas supply line 38 is communicated with a soaking tube inner space 39 formed between the soaking tube 3 and the reaction tube 4.
  • the cooling gas supply lines 37 and 38 are provided with air valves 40 and 41, respectively.
  • the heater case 26 includes a metal heater cover 55 and a cylindrical outer layer heat insulator 42.
  • the heat generating section 25 is composed of a heat generating body 43 and an inner layer heat insulating body 45 that supports the heat generating body 43, and the heat generating body 43 is provided over the entire inner surface of the inner layer heat insulating body 45.
  • the materials of the outer layer heat insulator 42 and the inner layer heat insulator 45 are mainly composed of alumina (aluminum oxide: Al 2 O 3) and silica (SiO 2), for example.
  • the heating element 43 has a rapid calorific value.
  • a heat-generating material that can be heated such as an Fe-Al-Cr alloy, is used, and the cross section is shaped like a flat plate so that the heat-generating surface area is large.
  • the heat generating section 25 is configured by stacking a plurality of heat generating step sections 57 as will be described later, and the heat generating element 43 is provided for each heat generating step section 57.
  • the heating element 43 is divided into required zones in the axial direction of the heating device 2, and zone control is possible.
  • Each zone has a heater temperature for detecting the heating temperature of each zone.
  • a detector 52 is provided.
  • the heating element 43 has the same molding pattern in each zone. Thus, the heat generation amount may be made uniform in each zone.
  • the processing state of the wafer 12 processed in the reaction tube 4 is controlled by the main control unit 47.
  • the main control unit 47 includes a temperature control unit 48 for controlling the temperature in the furnace, a gas flow rate control unit 49 for controlling the flow rate of the processing gas and the flow rate of the cooling gas, and a pressure control for controlling the pressure in the reaction tube 4.
  • An in-furnace temperature detector 53 is erected along the inner surface of the reaction tube 4.
  • the exhaust pressure is controlled via the vessel 34 to control the pressure in the reaction tube 4.
  • the inner-layer heat insulator 45 is composed of heat insulating members 56 (refer to FIG. 2), which are short cylindrical insulators, concentrically stacked in the required steps, and the heating element covers the inner wall surface of the heat insulating member 56 at each step. 43 is provided. As will be described later, the heating element 43 for each stage is heated and controlled, and the heating element 43 and the heat insulating member 56 constitute a heating stage 57, and the heating part 25 includes the heating stage 57. Concentric required stacks. Further, the heat insulating member 56 is provided with protrusions 56t and insertion holes 56h at appropriate intervals.
  • the protrusion 56t has a substantially trapezoidal cross section, and a gap is formed between the heating element 43 and the heat insulating member 56. This gap suppresses heat escape due to contact with the heat insulating material, improves the radiation efficiency of the heat generating element 43, enables more effective heating, and makes the heat generating element 43 closer to the heat insulating member 56. Deformation can also be suppressed.
  • the protrusion 56t has a substantially hemispherical cross section, the strength of the protrusion 56t can be maintained, and the contact with the heating element becomes a line contact, further suppressing heating loss due to heat escape to the heat insulating material. it can.
  • the insertion hole 56h is formed so as to communicate with the cylindrical space 24, the furnace space 35 formed between the heat generating portion 25 and the heat equalizing tube 3, and a pin 46 having an enlarged portion 46a is provided. Inserted.
  • the pin 46 is formed in a cylindrical shape and has a through hole 46b in the inside thereof. 3 is passed through the slit 65a and passed through the insertion hole 56h. One end of the pin 46 opens on the inside of the heating element 43, and the other end is connected to the cylindrical space 24. And the heat generating body 43 is supported through the enlarged part 46a wider than the width of the slit 65a.
  • the pin 46 also serves as a supply path for the cooling gas into the furnace.
  • the enlarged portion 46a is constituted by a washer, and the pin 46 having the enlarged portion has a two-piece structure of the washer and the pin, and the structure in which the pin and the washer are fixed with an adhesive reduces the production cost. Can be made.
  • the washer 46a and the pin 46 are formed of a heat-resistant insulator. A short circuit between the heating elements 43 can be prevented by using an insulator that does not cause a problem even when the heating element temperature becomes high.
  • the pin 46 is formed in a cylindrical column shape and is attached to the heat insulating material 56 so as not to contact the heating element 43, it is possible to prevent the heating element 43 from being locally cooled by the cooling gas via the pin 46. As a result, it is possible to prevent local deformation of the heating element 43, cracking due to twisting, and disconnection.
  • the pin 46 Even if the heating element 43 comes into contact with the pin 46 due to deformation caused by the temperature rise and fall of the heating element 43, the pin 46 has a cylindrical column shape, so that the contact is a line contact and is caused by the contact with the pin 46. Local cooling of the heating element 43 can be suppressed.
  • FIG. 2 shows the lowermost heat generating step portion 57.
  • 58 shows a ring-shaped heat insulating portion base which is a heat insulating material, and the heat insulating portion base 58 is provided with the outer layer heat insulating body. 42, the inner layer insulation 45 is mounted.
  • Support members 59 and 59 which are heater holding portions, are disposed on the lower end and the upper end of the heat insulating member 56, respectively, and the heater holding portion 59 is further superposed on the lower holding member 61 and the lower holding member 61.
  • the upper holding member 62 is used.
  • the lower holding member 61 has a ring plate shape, an outer diameter matches the heat insulating member 56, an inner diameter is smaller than the heat insulating member 56, and an inner end (substrate side) End, see Figure 1
  • the upper holding member 62 has a ring plate shape, an outer diameter matches the heat insulating member 56, an inner diameter is smaller than the lower holding member 61, and an inner end portion is Lower holding member 6 A protrusion 63 is formed on the inner end of the upper holding member 62 and protrudes downward. The inner end of the upper holding member 62 has a hook shape.
  • the heating element 43 will be described with reference to FIG.
  • the developed shape of the heating element 43 is a folded shape in which slits 65a and 65b are alternately engraved on the strip at a predetermined pitch from both width edges of the strip.
  • the bent portion 43a which is the upper end portion of the band plate, is bent outward in a horizontal direction with an obtuse angle slightly larger than a right angle, and the bent portion 43a is interposed between the lower holding member 61 and the upper holding member 62. It is held.
  • the main body 43b of the heating element 43 is suspended along the protrusion 56t of the heat insulating member 56, and is supported by a pin 46 having an enlarged portion in the vicinity of the center.
  • the main body 43b is in contact with the inner end of the upper holding member 62 of the lower heater holding portion 59, and is also supported by the pin 46 having an enlarged portion at the lower end of the main body 43b.
  • the lower end of the main body 43b may be provided when deformation of the heating element 43 toward the processing chamber becomes large at a high temperature or the like. Thereby, the movement of the heating element 43 toward the processing chamber can be further suppressed.
  • the main body 43b is bent in a convex shape or bent at an obtuse angle by directing the force toward the center. It should be noted that a part of the main body 43b may be a convex curve or an obtuse angle that is directed toward the center.
  • the lower end of the heating element 43 of the upper heat generating stepped portion 57 is not in contact with or close to the inner end of the upper holding member 62, and the lower side Since the gap is formed at least by the length of the protrusion 63 with respect to the upper end of the heating element 43 of the heat generating step portion 57, there is a gap between the lower end of the upper heating element 43 and the upper end of the lower heating element 43.
  • the upper heating element 43 does not come into contact with the lower heating element 43 even if the upper heating element 43 expands downward due to thermal expansion.
  • the heating element 43 is curved along the inner wall surface of the heat insulating member 56. As shown in FIG. 5, a gap is formed between both ends of the heat generating element 43 and the heat generating element 43 expands in the circumferential direction. In this case, both ends are not in contact with each other, and the terminals 43x and 43y at both ends of the heating element 43 are connected to the temperature control unit 48, so that the heating element 43 and the temperature control unit 48 are connected to each other.
  • the connection is flexible so that both ends can be displaced.
  • the temperature control unit 48 controls the temperature independently for each heating element 43 of the heat generating step unit 57.
  • the boat 5 loaded with the wafer 12 is loaded into the reaction tube 4 by a boat elevator (not shown) and rapidly heated to a predetermined temperature by the heating of the heating device 2.
  • the in the state where the wafer 12 is heated to a predetermined temperature by the heating device 2 the reaction gas is introduced from the reaction gas introduction pipe 31, and the exhaust gas is discharged through the exhaust pipe 32. The required heat treatment is performed.
  • the boat 5 is kept at a required temperature, for example, 550 ° C before charging the boat 5, and after the boat 5 is charged, the temperature is maintained at a wafer processing temperature, for example, 850 ° C. Is done. Note that the temperature before processing and the processing temperature are appropriately selected according to the processing content in the substrate processing apparatus.
  • the heating stage 57 of each stage of the heating section 25 is temperature-controlled as an independent zone by the temperature control section 48, and the heating element 43 of the heating stage 57 of each stage is one continuous heating element. Therefore, when there is an abnormality in the heating element 43, for example, when there is a disconnection, it can be detected immediately, and the deterioration state of the heating element at each stage can be easily grasped.
  • the heating element 43 of the heating stage 57 of each stage of the heating unit 25 is configured such that no gap is formed between the upper and lower sides, so that a non-heating part does not occur. Further, since the heating element 43 is provided up to the lowermost heating stage 57, and the heating part 25 has no non-heating part, the soaking area in the furnace can be increased and the uniformity of wafer processing is improved.
  • the heat generating element 43 is thermally expanded by the heat generated by the heat generating element 43, the lower end is free, and a gap is formed between the main body 43b and the heat insulating member 56.
  • the thermal deformation of the heating element 43 is free without restraining the vertical thermal strain of the heating element 43.
  • the bent portion 43a is held with play, the circumferential direction, the radial direction
  • the thermal strain in the circumferential direction is absorbed by the slits 65a and 65b, and the heating element 43 has a vertical direction and a circumferential direction.
  • the generation of thermal stress is suppressed in both radial directions. Further, the deformation of the heating element 43 is also suppressed by the protrusion 56t and the enlarged portion 46a.
  • the furnace Upon completion of the treatment, the furnace is rapidly cooled to a woofer temperature, for example, 550 ° C.
  • a woofer temperature for example, 550 ° C.
  • the air valves 40 and 41 are opened, and an inert gas such as air or nitrogen gas is supplied from the cooling gas supply lines 37 and 38 as a cooling gas.
  • the cooling gas from the cooling gas supply line 38 is supplied to the soaking tube inner space 39.
  • the cooling gas from the cooling gas supply line 37 is supplied to the cooling gas introduction duct 36 and introduced into the cylindrical space 24.
  • the flowability of the cooling gas is good because there is little pressure loss and no significant change in direction.
  • the cooling gas that rises in the cylindrical space 24 also has an opening force that opens on the heating element 43 side of the pin 46 through the through hole 46b inside the pin 46 inserted into the insertion hole 56h formed in the heat insulating member 56. It flows into the inner space 35 and rapidly cools the heat generating portion 25 from both the outer and inner surfaces.
  • the pin 46 has a perforated cylindrical shape, one end opens inside the heating element 43, and the other end is connected to the cooling gas supply line 37 via the cylindrical space 24.
  • the cooling gas is supplied into the heater from the opening of the pin 46, the cooling rate of the heater, and thus the cooling rate of the wafer can be improved, and the throughput of the wafer processing can be improved.
  • the pin 43 serves as both a heating element holder and a cooling gas supply pipe. Therefore, it is not necessary to provide a separate gas pipe for cooling the heater. Therefore, the heating element area on the heater inner wall can be improved.
  • the cooling element prevents the heating element 43 from being locally cooled, and as a result, the heating element 43 is locally localized. Deformation, twisting and cracking can be suppressed, and as a result, disconnection of the heating element 43 and contact with the reaction tube 4 can be prevented.
  • the cooling gas introduced into the cylindrical space 24 is dispersed through the cooling gas introduction duct 36 having a large volume, so that the cooling gas uniformly flows into the cylindrical space 24, thereby causing uneven cooling. Is prevented.
  • the cooling gas introduction duct 36 itself has a large heat dissipation characteristic, the heat insulating part base 58 is interposed, and the heat transfer coefficient in the radial direction is the same as the other parts. The increase in the heat radiation amount is suppressed.
  • the cooling gas rises in the cylindrical space 24, the furnace space 35, and the soaking tube space 39 and is exhausted from the exhaust conduit 28.
  • the inner layer insulator 45 is cooled by the cooling gas that rises in the cylindrical space 24 and the furnace space 35, and the soaking tube 3 and the reaction tube 4 rise in the furnace space 35 and the soaking tube space 39. It is cooled rapidly by the cooling gas.
  • the wafer 12 in the reaction tube 4 is rapidly cooled.
  • a ceramic heating element as the heating element 43, rapid heating and high-temperature heating are possible, and rapid cooling is possible by cooling the heating device 2 with a cooling gas.
  • the boat 5 When the cooling is completed, the boat 5 is lowered by a boat elevator (not shown), and the processed wafer 12 is discharged from the boat 5. In the case of decompression, the boat 5 is lowered after the reaction chamber is returned to atmospheric pressure.
  • the meandering heating element is not limited to a flat plate shape, and a wire rod developed in a meandering shape may be used.
  • the heating element is not only arranged vertically in the vertical direction, but the plane of the heating element may be arranged inclined in the vertical direction or arranged horizontally.
  • the pin having the enlarged portion has a two-piece structure of a washer and a pin.
  • the washer and the pin may be integrally formed.
  • a cooling gas supply pipe to the furnace may be provided separately without providing a through hole inside the pin. I don't know.
  • the pin is preferably formed in a columnar shape.
  • the support mode of the heating element in the support body 59 is not limited to the above-described embodiment as long as it can sufficiently prevent the heating element 43 from falling off.
  • a through hole 59a may be formed in the support body 59 and fixed to the heat insulating member 56 by an L-shaped fixing nail 59b.
  • An insulating piece 66 which is a small soot tube (insulator), is inserted into the upper open slit of the bent portion 43a of the heat generator 43 to prevent a short circuit between the heat generators 43 sandwiching the upper open slit.
  • the insulating piece 66 is housed in a heating element holding groove 64 surrounded by the upper holding member 62 and the lower holding member 61, and is prevented from falling off.
  • the heat insulating member 56 of the heat generating step portion 57 is integrally formed.
  • the heat insulating member 56 may be configured by laminating a plurality of divided bodies 56a to 56d.
  • the divided body having an insertion hole for inserting a pin, the divided body having a protrusion, and the like are appropriately combined and laminated.
  • the insulating material constituting the support, protrusion, enlarged portion (washer), pin, soot tube, insulating piece, etc. is mainly composed of alumina, alumina silica, mullite, zircon or cordierite. Various materials such as ceramics, silicon carbide and silicon nitride can be used.
  • the heat insulating refractory constituting the heat insulating member (insulator) 56 various materials such as ceramic fibers and ceramic powders mixed with organic or inorganic binders can be used. The types and blends of the materials constituting the heat insulator and the support can be appropriately changed according to the operating temperature of the electric heater.
  • the protrusions and the pins are arranged with appropriate intervals.
  • the arrangement is not limited to the arrangement shown in the figure, and a plurality of protrusions may be provided on the heat insulating material, and the pins may be arranged between the plurality of protrusions. You can place the protrusion between the pins.
  • the present invention has been described as a substrate processing apparatus. Can also be expressed as a heating device used in a substrate processing apparatus.
  • the substrate processing apparatus of the present invention includes a processing chamber for storing and processing a substrate, a heating element, and a heat insulating material, and a heating device for heating the substrate in the processing chamber by the heating element is provided.
  • the heat insulating material is provided with a protrusion that protrudes toward the processing chamber at the intermediate portion of the heating element and is close to or in contact with the heating element. In the intermediate part of the heating element, the enlarged part is brought close to or in contact with the heating element through the heating element and the heat insulating material.
  • a plurality of the protrusions may be provided on the heat insulating material, and the pin may be disposed between the plurality of protrusions.
  • a plurality of pins having the enlarged portion may be provided, and the protrusion may be disposed between the plurality of pins! /.
  • a pin having the enlarged portion may be provided under the heating element and penetrate the heating element and the heat insulating material so that the enlarged portion is brought close to or in contact with the heating element.
  • the enlarged portion may be a washer and the pin may be cylindrical. It is desirable that the enlarged portion and the pin be an insulator.
  • the pin has a perforated cylindrical shape, and one end of the pin opens on the heat generating body side, and the other end is connected to a gas supply path. Good.
  • a heating apparatus is used in a substrate processing apparatus including a processing chamber for storing and processing a substrate, and includes a heating element and a heat insulating material, and the heating element is used to form a substrate in the processing chamber.
  • a heating device for heating wherein the heating element is formed so that only one end is held by a holding part, and the heat insulating material protrudes toward a processing chamber at an intermediate part of the heating element and is close to or in contact with the heating element. Protrusions are provided, and a pin having an enlarged portion is passed through the heating element and the heat insulating material at an intermediate portion of the heating element to bring the enlarged portion close to or in contact with the heating element.
  • a plurality of the protrusions may be provided on the heat insulating material of the previous heating device, and the pin may be disposed between the plurality of protrusions.
  • a plurality of pins having the enlarged portion may be provided, and the protrusion may be disposed between the plurality of pins.
  • the pin having the enlarged portion may be passed through the heating element and the heat insulating material at the lower part of the heating element so that the enlarged part is close to or in contact with the heating element.
  • the enlarged portion may be a washer and the pin may be cylindrical.
  • the enlarged portion and It is desirable that the pin is an insulator.
  • the pin may have a perforated cylindrical shape, one end of the pin may be opened inside the heating element, and the other end may be connected to a gas supply path.
  • the method for manufacturing a semiconductor according to the present invention includes a step of housing a substrate in a processing chamber, a heating element and a heat insulating material, and the heating element is formed so that only one end is held by a holding part,
  • the heat insulating material is provided with a protrusion that protrudes toward the processing chamber at an intermediate portion of the heating element and is close to or in contact with the heating element, and a pin having an enlarged portion is provided at the intermediate portion of the heating element and the heat insulating material.
  • the pin has a perforated cylindrical shape, one end of the pin is opened inside the heat generating body, the other end is connected to a gas supply path, and the gas supply at the other end of the pin is performed.
  • the road force gas further has a step of flowing the opening force gas through the pin.
  • the gas is a cooling gas for cooling the processing chamber.
  • the substrate processing apparatus is used for a substrate processing apparatus for manufacturing a semiconductor device, such as a silicon wafer, a glass substrate, or the like for forming a thin film, annealing, impurity diffusion, etching, or the like. It can be applied from room temperature to 1400 ° C.
  • the heating apparatus according to the present invention can be used as a heating apparatus used in a substrate processing apparatus that performs the above-described processing.

Abstract

　基板を収納し処理する処理室と、発熱体と断熱材とを有し、この発熱体により処理室内の基板を加熱する加熱装置を設ける。前記発熱体は一端のみを保持部によって保持されるように形成され、前記断熱材には発熱体の中間部で処理室側に突出し発熱体に近接又は接当する突起を設けてある。拡大部を有するピンを前記発熱体の中間部において発熱体及び断熱材に貫通させて前記拡大部を発熱体に近接又は接当させる。前記断熱材に前記突起を複数設け、これら複数の突起間に前記ピンを配置してもよい。

Description

明 細 書
基板処理装置及びこれに用いられる加熱装置並びにこれらを利用した半 導体の製造方法
技術分野
[0001] 本発明はシリコンゥエーハ、ガラス基板等の基板に半導体装置を製造する基板処 理装置及びこれに用いられる加熱装置並びにこれらを利用した半導体の製造方法 に関するものである。
背景技術
[0002] 半導体装置を製造する装置に、シリコンゥエーハ、ガラス基板等の基板に薄膜の生 成、ァニール処理、不純物の拡散、エッチング等の処理を行う基板処理装置があり、 基板処理装置としては基板を 1枚、或は複数枚処理する枚葉式の基板処理装置、所 定枚数を一度に処理するバッチ式の基板処理装置がある。又、バッチ式の基板処理 装置としては縦型炉を有する縦型の基板処理装置、或は横型炉を有する横型の基 板処理装置がある。
[0003] 以下、従来の基板処理装置として縦型炉を有するバッチ式の基板処理装置があり 、例えば特許文献 1に示されるものがある。また、電気ヒーターとしては、特許文献 2 に記載の如きものが知られて 、る。
特許文献 1：特開平 11— 67424号公報
特許文献 2：特開 2005— 150101号公報
[0004] 図 7に於いて、従来の基板処理装置の縦型炉 1について説明する。
円筒状の加熱装置 2、該加熱装置 2内部に均熱管 3、該均熱管 3内部に反応管 4が 同心多重に設けられており、該反応管 4にはボート 5が装入される。該ボート 5はゥェ ーハ 12を水平姿勢で多段に保持するものであり、ボートキャップ 6を介してエレべ一 タキヤップ 7に載置され、該エレベータキャップ 7は図示しないボートエレベータに設 けられ昇降可能である。
[0005] 前記反応管 4の上端にはガス導入管 8が連通され、前記反応管 4の下端には排気 口 9が設けられている。前記ガス導入管 8の下端はガス供給管 10と接続され、前記排 気口 9は排気管 11と接続されて!、る。
[0006] 前記ボート 5を前記反応管 4より引出した状態で、所要枚数のゥ ーハ 12を前記ボ ート 5により保持し、前記ボートエレベータ（図示せず）により前記ボート 5を上昇させ 前記反応管 4内に装入する。前記加熱装置 2で前記反応管 4内を所定の温度に加 熱し、前記ガス供給管 10、ガス導入管 8より反応ガスを前記反応管 4内に導入し、前 記ゥエーハ 12表面に薄膜を生成し、反応後のガスは前記排気口 9、排気管 11を経 て排気される。
[0007] 次に、図 8〜図 10に於いて前記加熱装置 2について説明する。
円筒形状の周囲断熱材 15, 16が前記反応管 4と同心に設けられ、前記周囲断熱 材 15, 16は天井断熱材 17によって上端が閉塞されている。前記周囲断熱材 15の 外面は図示しな 、ヒータケースにより覆われて 、る。
[0008] 前記周囲断熱材 16の内壁の、円周所要等分した位置に鉛直方向に延びる保持部 材 18が設けられている。該保持部材 18は、ノ、ィアルミナ（アルミナ 94. 2%含有)製 の保持ピース 19が鉛直方向に多数個連結されたものであり、該保持ピース 19と保持 ピース 19との間に保持孔 22が形成され、該保持孔 22には後述する発熱線 21が挿 通する様になつている。
[0009] 前記均熱管 3の周りを囲む様に発熱体である発熱線 21が設けられ、該発熱線 21 は断面が円形でコイル状となっており、該発熱線 21は前記保持孔 22を挿通し、前記 保持部材 18により円周を所要等分した位置で支持されて 、る。
[0010] 前記縦型炉 1内で前記ゥエーハ 12に成膜処理中、前記発熱線 21が発熱し膨脹す ることにより、該発熱線 21のコイル直径が拡大し、前記保持部材 18には前記縦型炉 1の反中心方向に力が作用し、前記保持部材 18は前記発熱線 21と共に前記縦型 炉 1の反中心方向に移動する。又、前記周囲断熱材 16も前記発熱線 21の発熱の影 響で高温となり膨脹する。
[0011] 成膜処理完了後、前記発熱線 21が発熱を停止すると、該発熱線 21の温度が降下 し、コイルの直径が収縮することにより前記保持部材 18には前記縦型炉 1の中心方 向の力が作用し、前記保持部材 18は前記発熱線 21と共に前記縦型炉 1の中心方 向に移動する。又、前記周囲断熱材 16も前記発熱線 21の温度降下の影響で温度 が降下し収縮する。
[0012] 前記縦型炉 1内で前記ゥエーハ 12に成膜処理が施される度に、前記縦型炉 1内は 昇温、降温を繰返し、前記発熱線 21、周囲断熱材 16は前述した様に膨脹、収縮を 繰返す。
[0013] 上記した従来の加熱装置では各保持ピース間の円周方向の相対変位は保持ピー スの構造上規制されていないので、炉内の昇温、降温が繰返されることにより、発熱 線、断熱材が膨脹、収縮を繰返し、保持ピースが前記断熱材より抜脱し、更に前記 保持ピース間で円周方向の相対変位が生じて、各保持ピース間の連結が外れ、発 熱線同士が接触し短絡事故が発生する虞れがある。
[0014] 又、発熱線の拡大、収縮により発熱線が保持ピースと共に縦型炉の半径方向に移 動し、或は熱歪みで不規則に変形し、変形が円周方向の場合は発熱線同士が接触 する虞れがあり、或は変形が半径方向の場合は前記発熱線が導電性のある均熱管 と接触する虞れがある。
[0015] 一方、上記特許文献 2によれば、発熱体の一端のみを固定し、他端を自由にすると 共にピン等で支持する構成のものが知られている。しかし、発熱体中間部の熱変形 に対する対策は講じられておらず、半導体プロセスでの実用に対してより一層の対策 が求められていた。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0016] 力かる実情に鑑み、本発明の目的は、発熱体の均一加熱を妨げることなく発熱体 を確実に支持し、しかも、発熱体の熱歪みの発生を抑止すると共に発熱体間或は発 熱体の均熱管等構造物への接触を防止して、発熱体の長寿命化を図ることにある。 課題を解決するための手段
[0017] 上記目的を達成するため、本発明に係る基板処理装置の特徴は、基板を収納し処 理する処理室と、発熱体と断熱材とを有し、前記発熱体により前記処理室内の基板 を加熱する加熱装置を設け、前記発熱体は一端のみを保持部によって保持されるよ うに形成され、前記断熱材には発熱体の中間部で処理室側に突出し発熱体に近接 又は接当する突起を設けてあり、拡大部を有するピンを前記発熱体の中間部におい て発熱体及び断熱材に貫通させて前記拡大部を発熱体に近接又は接当させたこと にある。ここで、「近接」とは接触ではなく「近づく」ことを意味する。そして、発熱体の 変形時に変形を抑制するように「突起及び Z又は拡大部」が「接当」すればよ!、。「近 接又は接当」を以下、「近接等」とする。
発明の効果
[0018] 上記本発明の特徴によれば、基板を収納し処理する処理室と、発熱体を有し該発 熱体により前記処理室内を加熱する加熱装置とを具備し、前記発熱体は一端のみを 保持部によって保持される様に形成されたので、発熱体が高温となり強度が低下し た場合も、座屈現象が防止され、発熱体に於ける熱歪みの発生が抑制され、発熱体 間或は発熱体の均熱管等構造物への接触を防止して、発熱体の長寿命化を図るこ とができる等の優れた効果を発揮する。
[0019] 同発熱体の中間部を絶縁体力 離隔させてあるので、放熱効率が良く均一な加熱 が可能となる。し力も、前記発熱体は一端のみを保持部によって保持されるので、熱 膨張や変形が発生しても脱落の恐れがなくて確実に支持でき、組み付け精度も要せ ずに安価に製造することができる。
[0020] 発熱体裏面方向への変位を中間部の突起にて抑制し、処理室側への変位を拡大 部により抑制して、発熱体下方向への変位のみをフリーとした。これにより、熱膨張に よる発熱体の伸びを無理に押さえ込むことによって発生する発熱体の捩れ、亀裂を 防止するとともに、発熱体中間部での熱変形に基づく発熱体と反応管との接触、断 熱材との接触 (断熱材への不測の接触に基づく熱損失)を防止でき、半導体プロセス での実用に耐えうる厳格な温度調整も可能となった。
[0021] 本発明の他の目的、構成及び効果については以下に示す発明の実施の形態の項 で明らかになるであろう。
図面の簡単な説明
[0022] [図 1]本発明の実施の形態に係る基板処理装置の縦型炉の断面概略図である。
[図 2]該縦型炉の加熱装置の最下段部分の一部省略した断面図である。
[図 3]該加熱装置の内層断熱体の断面図である。
[図 4]該加熱装置の発熱体の斜視図である。 [図 5]発熱体の結線状態を示す概略判面図である。
[図 6]本発明の他の実施形態を示す図 3相当図である。
[図 7]従来の基板処理装置を示す断面図である。
[図 8]該従来例の加熱装置の立断面図である。
[図 9]該従来例の加熱装置の平断面図である。
[図 10]該従来例の加熱装置の部分断面図である。
符号の説明
[0023] 2:加熱装置、 3:均熱管、 4:反応管、 5:ボート、 12:ゥ ーハ、 24:円筒空間、 25:発 熱部、 26:ヒータケース、 27:天井部、 28:排気導路、 31:反応ガス導入管、 32:排気 管、 33:流量制御器、 34:圧力制御器、 35:炉内空間、 36:冷却ガス導入ダクト、 37 、 38:冷却ガス供給ライン、 39:均熱管内空間、 40、 41:エアバルブ、 42:外層断熱 体、 43:発熱体、 43a:折曲部、 43b:本体部、 43x、 43y:端子、 45:内層断熱体、 4 6：ピン、 46a：拡大部（ヮッシャ）、 46b：貫通孔、 47：主制御部、 48：温度制御部、 49 ：ガス流量制御部、 50:圧力制御部、 51:駆動制御部、 52:ヒータ温度検出器、 53: 炉内温度検出器、 55:ヒータカバー、 56:断熱材 (絶縁体、断熱部材)、 56a〜d:第 一〜第四分割体、 56h:挿入孔、 56t:突起、 57:発熱段部、 59:支持体 (ヒータ保持 部）、 59a:貫通孔、 59b:固定釘 61:下保持部材、 62:上保持部材、 63:突条、 64: 発熱体保持溝、 65:スリット、 65a:下開放スリット、 65b:上開放スリット、 66:絶縁片 発明を実施するための最良の形態
[0024] 以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。
先ず、図 1に於いて本発明に係る基板処理装置の概略を説明する。尚、図 1中、図
5中と同符号で示すものは、同等のものを示す。
[0025] 円筒状の加熱装置 2の内部に均熱管 3、更に反応管 4が同心に設けられ、該反応 管 4内に処理室が形成され、該処理室にはゥヱーハ 12を水平多段に保持するボート
5が収納され、該ボート 5は図示しないボートエレベータにより、装入、引出し可能で ある。
[0026] 前記反応管 4内には反応ガス導入管 31及び排気管 32が連通され、前記反応ガス 導入管 31には流量制御器 33が設けられ、前記排気管 32には圧力制御器 34が設け られ、反応ガスが所定流量で導入されると共に前記反応管 4内が所定圧力に維持さ れる様に、排気ガスが排出される様になつている。尚、前記ボート 5、ボートエレべ一 タ等は上記した従来の基板処理装置と同様であり説明を省略する。
[0027] 前記加熱装置 2は、発熱部 25と、該発熱部 25を囲繞し該発熱部 25との間に円筒 空間 24を形成するヒータケース 26とから構成され、該ヒータケース 26は外側断熱部 として機能し、該ヒータケース 26と前記発熱部 25の上端に天井部 27が設けられ、該 天井部 27には下面と側面に開口するエルボ状の排気導路 28が形成されている。
[0028] 該排気導路 28には強制排気を行う排気ブロア (図示せず)を具備した強制排気ラ インが接続されている。
[0029] 前記発熱部 25の下部を囲繞する様に冷却ガス導入ダクト 36が設けられ、該冷却ガ ス導入ダクト 36は前記円筒空間 24に連通している。
[0030] 冷却ガス供給ライン 37が前記冷却ガス導入ダクト 36に連通され、冷却ガス供給ライ ン 38が前記均熱管 3と前記反応管 4との間に形成される均熱管内空間 39に連通さ れ、前記冷却ガス供給ライン 37, 38にはそれぞれエアバルブ 40, 41が設けられて いる。
[0031] 前記ヒータケース 26は、金属製のヒータカバー 55及び円筒状の外層断熱体 42か ら構成されている。又、前記発熱部 25は発熱体 43及び該発熱体 43を支持する内層 断熱体 45等から構成され、該内層断熱体 45の内面全体に亘り前記発熱体 43が設 けられている。
[0032] 前記外層断熱体 42、内層断熱体 45の材質としては、例えばアルミナ（酸化アルミ ユウム: Al O )とシリカ（SiO )を主成分としている。又、前記発熱体 43には急速カロ
2 3 2
熱が可能である発熱材料、例えば Fe—Al—Cr合金が用いられ、発熱表面積が大き くなる様に、断面は平板形状等の形状が採用される。
[0033] 前記発熱部 25は、後述する様に複数段の発熱段部 57が積上げられて構成され、 各段の発熱段部 57毎に前記発熱体 43が設けられている。該発熱体 43は、後述す る様に前記加熱装置 2の軸心方向に所要のゾーンに区分けされ、ゾーン制御が可能 となっており、各ゾーンには各ゾーンの加熱温度を検出するヒータ温度検出器 52が 設けられている。又、前記発熱体 43は各ゾーンの成形パターンを同じにすることによ り、発熱量を各ゾーンとも均一にする様にしてもよい。
[0034] 前記反応管 4内で処理される前記ゥ ーハ 12の処理状態は主制御部 47によって 制御される。該主制御部 47は、炉内の温度を制御する温度制御部 48、処理ガスの 流量、冷却ガスの流量を制御するガス流量制御部 49、前記反応管 4内の圧力を制 御する圧力制御部 50、前記ボートエレベータ等の機構部を制御する駆動制御部 51 を備えている。
[0035] 前記反応管 4の内面に沿って炉内温度検出器 53が立設され、該炉内温度検出器 53で検出された炉内検出温度、前記ヒータ温度検出器 52が検出したヒータ温度は、 前記温度制御部 48に入力される。前記エアバルブ 40, 41の開閉が前記ガス流量制 御部 49により制御されると共に該ガス流量制御部 49は前記流量制御器 33によりガ ス導入量を制御し、前記圧力制御部 50は前記圧力制御器 34を介して排気圧力を制 御し、前記反応管 4内の圧力を制御している。
[0036] 前記発熱部 25について説明する。
前記内層断熱体 45は短円筒状の絶縁体である断熱部材 56 (図 2参照）が同心に 所要段積上げられて構成され、各段毎に断熱部材 56の内壁面を覆う様に前記発熱 体 43が設けられている。後述する様に、各段毎の発熱体 43は加熱制御されており、 該発熱体 43と前記断熱部材 56とにより発熱段部 57を構成し、前記発熱部 25は前 記発熱段部 57を同心に所要段積上げたものとなっている。また、断熱部材 56には、 適宜間隔をお 、て突起 56t及び揷入孔 56hが設けられて 、る。
[0037] 突起 56tは、断面略台形を呈し、発熱体 43と断熱部材 56との間に隙間を形成させ る。この隙間により、断熱材との接触による熱逃げが抑制されるとともに、発熱体 43の 輻射効率が向上し、より効果的に加熱を行うことができるとともに、断熱部材 56側へ の発熱体 43の変形をも抑制することができる。尚、好ましくは、突起 56tを断面略半 球形状とすれば、突起 56tの強度を維持できるとともに、発熱体との接触が線接触と なるので、断熱材への熱逃げによる加熱ロスをさらに抑制できる。
[0038] 挿入孔 56hは、円筒空間 24と前記発熱部 25と前記均熱管 3との間に形成される炉 内空間 35とを連通するよう形成されており、拡大部 46aを有するピン 46が挿入される 。このピン 46は円筒形状に形成され、その内部に貫通孔 46bを有しており、発熱体 4 3のスリット 65aに貫通されて揷入孔 56hに通される。ピン 46の一端は発熱体 43の内 側で開口し、他端は円筒空間 24と接続されている。そして、スリット 65aの幅より幅広 の拡大部 46aを介して発熱体 43を支持する。これにより、処理室側方向への発熱体 43の変形を抑制するとともに、ピン 46が冷却ガスの炉内への供給路をも兼ねる。本 実施形態において拡大部 46aはヮッシャにより構成され、拡大部を有するピン 46はヮ ッシャ及びピンの 2ピース構造をなし、ピンとヮッシャを接着剤にて固定する構造とす れば、生産コストを低減させることができる。
[0039] このヮッシャ 46a及びピン 46は耐熱性を有する絶縁体により形成される。発熱体温 度が高温になっても問題はなぐ絶縁体で構成することにより、発熱体 43間の短絡を 防止することができる。又、ピン 46は円筒柱状に形成され、発熱体 43に接触しないよ うに断熱材 56に取り付けられているため、冷却ガスによりピン 46を介して発熱体 43 が局所的に冷却されることを抑制し、その結果、発熱体 43の局所的な変形、捩れに よる亀裂、延いては断線を防止できる。尚、発熱体 43の昇降温に伴う変形により、発 熱体 43がピン 46に接触したとしても、ピン 46は円筒柱状であるため、その接触は線 接触となり、ピン 46との接触に起因する発熱体 43の局所冷却を抑制することができ る。
[0040] 図 2、図 3により該発熱段部 57について更に説明する。
図 2は、最下段の該発熱段部 57を示しており、図 2、図 3中、 58は断熱材であるリン グ形状の断熱部ベースを示し、該断熱部ベース 58に前記外層断熱体 42、内層断熱 体 45が載設されている。
[0041] 前記断熱部材 56の下端、上端にはそれぞれヒータ保持部である支持体 59, 59が 配設され、該ヒータ保持部 59は更に下保持部材 61、該下保持部材 61に重合される 上保持部材 62により構成される。
[0042] 前記下保持部材 61は、リング板形状をしており、外径は前記断熱部材 56と合致し ており、内径は前記断熱部材 56に対して小径であり、内端部 (基板側端部、図 1参照
)が内側に向かって庇状に突出している。
[0043] 前記上保持部材 62は、リング板形状をしており、外径は前記断熱部材 56と合致し ており、内径は前記下保持部材 61に対して小径であり、内端部は前記下保持部材 6 1より内側に向かって庇状に突出し、前記上保持部材 62の内端には下側に突出する 突条 63が形成され、前記上保持部材 62の内端部は鉤形状となっている。
[0044] 該上保持部材 62と前記突条 63との間には、内側に向力つて開放された断面鉤状 の発熱体保持溝 64がリング状に形成され、該発熱体保持溝 64に前記発熱体 43の 折曲部 43aが保持される様になつている。該折曲部 43aと前記発熱体保持溝 64とは 上下方向、半径方向ともに適宜な遊びが形成され、又前記突条 63は前記折曲部 43 aが中心側に抜脱する事を抑止している。
[0045] 前記発熱体 43について図 4を参照して説明する。
該発熱体 43の展開形状は、帯板に所定ピッチで該帯板の両幅縁から交互にスリツ ト 65a, 65bが刻設された、葛折り形状となっている。前記帯板の上端部である折曲 部 43aが外側に向力つて直角よりやや大きい鈍角で水平方向に折曲げられ、該折曲 部 43aは前記下保持部材 61と前記上保持部材 62間に挾持されている。
[0046] 前記発熱体 43の本体部 43bは、前記断熱部材 56の突起 56tに沿って垂下され、 中央部近傍において、拡大部を有するピン 46により支持される。また本体部 43bは、 下側のヒータ保持部 59の上保持部材 62内端に当接しており、前記本体部 43bの下 端においても、拡大部を有するピン 46により支持される。なお、本体部 43bの下端に ぉ 、ては、高温時等の発熱体 43の処理室側への変形が大きくなる場合に設ければ よい。これにより、発熱体 43の処理室側への移動をさらに抑制することができる。又、 該本体部 43bは中心側に向力つて凸状に湾曲、又は鈍角に屈曲されている。尚、前 記本体部 43bの一部が、中心側に向力つて凸状に湾曲、又は鈍角に屈曲されたもの であってもよい。
[0047] 前記発熱段部 57を上下に積上げた状態では、上側発熱段部 57の発熱体 43の下 端が、前記上保持部材 62の内端に当接ないし、近接しており、下側の発熱段部 57 の発熱体 43の上端に対して少なくとも前記突条 63分だけ間隙が形成されるので、上 側の発熱体 43の下端と下側の発熱体 43の上端とを隙間を空けることなく或はォー ノラップする様に設けることができ、又上側の発熱体 43が熱膨張で下側に伸長して も下側の発熱体 43に接触することはな 、。
[0048] 前記発熱体 43は前記断熱部材 56の内壁面に沿って湾曲され、全体形状としては 該断熱部材 56と同心で略円筒形状となっており、図 5に示すように、前記発熱体 43 の始端と終端との両端間には隙間が形成され、該発熱体 43が周方向に膨張した場 合も両端が接触しない様になっており、又前記発熱体 43の両端の端子 43x、 43y〖こ は前記温度制御部 48が接続され、前記発熱体 43と前記温度制御部 48との接続部 は、両端が変位可能な様にフレキシブルな接続となっている。前記発熱段部 57の発 熱体 43毎に独立して前記温度制御部 48によって温度制御される様になつている。
[0049] 以下、作用につ 、て説明する。
前記ゥエーハ 12の処理は、該ゥエーハ 12が装填された前記ボート 5がボートエレべ ータ（図示せず）により前記反応管 4に装入され、前記加熱装置 2の加熱により所定 温度迄急速加熱される。該加熱装置 2により前記ゥ ーハ 12を所定温度に加熱した 状態で前記反応ガス導入管 31より反応ガスが導入され、前記排気管 32を介して排 気ガスが排出され、前記ゥ ーハ 12に所要の熱処理がなされる。
[0050] 通常、前記ボート 5の装入前は所要の温度、例えば 550°Cに保温しておき、該ボー ト 5が装入された後はゥエーハ処理温度、例えば 850°C迄昇温保持される。尚、装入 前の温度、処理温度は基板処理装置での処理内容に応じて適切な温度が選択され る。
[0051] 前記発熱部 25の各段の発熱段部 57は前記温度制御部 48によって独立したゾー ンとして温度制御され、又各段の発熱段部 57の発熱体 43は連続した 1つの発熱体 であるので、該発熱体 43に異常があった場合、例えば断線があった場合も直ちに発 見でき、各段の発熱体の劣化状態も容易に把握することができる。
[0052] 前記発熱部 25の各段の前記発熱段部 57の発熱体 43は上下間で隙間が生じない 様になっているので、非加熱部が生じない。又、最下段の発熱段部 57迄、発熱体 43 が設けられており、発熱部 25に非加熱部はないので、炉内の均熱領域は大きくとれ 、ゥエーハ処理の均一性が向上する。
[0053] 前記発熱体 43の発熱により、該発熱体 43は熱膨張するが、下端が自由となってお り、而も本体部 43bと前記断熱部材 56とは間隙が形成されているので、前記発熱体 43の上下方向の熱歪みが拘束されることなぐ該発熱体 43の熱変形は自由となって いる。又、前記折曲部 43aは遊びを持って保持されているので、円周方向、半径方 向に対しても拘束がなく而も前記スリット 65a, 65bが形成されているので、円周方向 の熱歪みは前記スリット 65a, 65bによって吸収され、前記発熱体 43には上下方向、 円周方向、半径方向のいずれに対しても熱応力の発生が抑制される。さらに、突起 5 6t及び拡大部 46aによっても発熱体 43の変形は抑制される。
[0054] 又、前記発熱体 43の下端が何らかの原因で上下方向間の熱膨張が拘束されたと しても、前記本体部 43bが内側に向力つて湾曲しているので、該本体部の熱変形は 本体部が内側に向かって更に膨出する様に誘導され、不規則な熱変形が生じること が防止される。又、前記発熱体 43は上端のみが保持されているので、該発熱体 43 が高温となり強度が低下した場合も、例えば、下端も拘束された場合、発生した応力 により発生する座屈現象が防止される等、不規則な変形が生じることを防止できる。 発熱体 43は折曲部 43aにて折曲げられており、発熱体 43自身の強度が増している ので変形し難くなつている。
[0055] 処理が完了すると、ゥ ーハ出炉温度、例えば 550°C迄急速冷却される。該ゥ ー ノ、 12処理後の冷却は、前記エアバルブ 40, 41が開かれ、空気或は窒素ガス等不活 性ガスが冷却ガスとして前記冷却ガス供給ライン 37, 38より供給される。
[0056] 該冷却ガス供給ライン 38からの冷却ガスは、前記均熱管内空間 39に供給される。
又、前記冷却ガス供給ライン 37からの冷却ガスは、前記冷却ガス導入ダクト 36に供 給され、前記円筒空間 24に導入される。前記冷却ガス導入ダクト 36から前記円筒空 間 24に至る流路には大きな方向変更がなぐ圧力損失が少なぐ冷却ガスの流れ性 はよい。前記円筒空間 24を上昇する冷却ガスは更に、断熱部材 56に形成した挿入 孔 56hに挿入されたピン 46内部の貫通孔 46bを通ってピン 46の発熱体 43側で開口 した開口部力も前記炉内空間 35に流入し、前記発熱部 25を外面、内面の両側から 急速に冷却する。
[0057] 上述の如ぐピン 46は有孔筒形状であり、一端は発熱体 43内側で開口し、他端は 円筒空間 24を介して冷却ガス供給ライン 37に接続されているから、ヒータ冷却時に ピン 46の開口部から冷却ガスをヒータ内部に供給すれば、ヒータの冷却速度、延ぃ てはゥエーハの冷却速度を向上させることができ、ゥエーハ処理のスループットを向 上させることができる。また、このピン 43は発熱体押さえと冷却ガス供給管とを兼ねて いるため、別途ヒータ冷却用のガス管を設ける必要がなぐそれ故、ヒータ内壁にお ける発熱体面積を向上させることができる。さらに、ピン 46の開口部は発熱体 43より も内側にて開口しているので、冷却ガスにより発熱体 43が局所的に冷却されることを 防止し、その結果、発熱体 43の局所的な変形、捩れ、亀裂を抑制し、延いては、発 熱体 43の断線、反応管 4との接触を防止できる。
[0058] 前記円筒空間 24に導入される冷却ガスが、容積の大きな前記冷却ガス導入ダクト 36を経て分散されることで、前記円筒空間 24に均一に冷却ガスが流入し、冷却むら の発生が防止される。前記冷却ガス導入ダクト 36自体は放熱特性が大きいが、前記 断熱部ベース 58が介在し、他の部分と半径方向の熱伝達率が同一とされているの で、前記加熱装置 2としては下端部の放熱量の増大が抑制される。
[0059] 冷却ガスは、前記円筒空間 24、前記炉内空間 35、前記均熱管内空間 39を上昇し て前記排気導路 28より排気される。前記内層断熱体 45は前記円筒空間 24、前記炉 内空間 35を上昇する冷却ガスにより冷却され、前記均熱管 3、前記反応管 4は前記 炉内空間 35、前記均熱管内空間 39を上昇する冷却ガスにより急速に冷却される。
[0060] 而して、前記反応管 4内の前記ゥ ーハ 12は急速冷却される。前記発熱体 43にセ ラミック発熱体を採用することで、急速加熱、高温加熱が可能となり、更に冷却ガスに よる前記加熱装置 2の冷却により急速冷却が可能となっている。
[0061] 冷却が完了すると、図示しないボートエレベータにより前記ボート 5が降下され、該 ボート 5から処理済のゥエーハ 12が払出される。尚、減圧処理の場合は、反応室を大 気圧迄復帰させた後、前記ボート 5が降下される。
[0062] 最後にその他の実施形態について説明する。
上記実施形態において、蛇行状の発熱体は平板状に限られず、線材を蛇行状に 展開させたものでも構わな 、。
[0063] 上記実施形態において、発熱体は、上下方向に垂直に配置するのみならず、発熱 体の平面を鉛直方向に傾斜状に配置したり水平に配置しても構わな ヽ。
[0064] 上記実施形態において、拡大部を有するピンをヮッシャ及びピンの 2ピース構造と した。しかし、ヮッシャ及びピンを一体に形成しても構わない。また、ピンは有孔筒形 状としたが、ピン内部に貫通孔を設けず炉内への冷却ガス供給管を別に設けても構 わない。しかし、発熱体面積を増やし加熱効率を向上させるためには冷却ガス供給 管を兼ねるピンとすることが望ましい。なお、冷却ガス供給管を別に設けた場合にお いて、ピンは円柱状に形成されていることが望ましい。発熱体の昇降温に伴う変形に より、発熱体がピンに接触したとしても、ピンは円柱状であるため、その接触は線接触 となり、ピンとの接触に起因する発熱体の局所冷却を抑制することができる。
[0065] また、支持体 59における発熱体の支持態様は、発熱体 43の脱落を十分に防止で きる態様であればよぐ上記実施形態に限られるものではない。例えば図 6に示すよ うに、支持体 59に貫通孔 59aを形成し、 L字型の固定釘 59bにより断熱部材 56に固 定しても構わない。発熱体 43の折曲部 43aのうち上開放スリットには小さな碍管（絶 縁体)である絶縁片 66が挿入され、上開放スリットを挟む発熱体 43同士の短絡を防 いでいる。この絶縁片 66は、上保持部材 62と下保持部材 61との間で囲まれる発熱 体保持溝 64に収納されて脱落が防がれる。
[0066] また、上記実施形態にお!ヽて、発熱段部 57の断熱部材 56は一体に形成した。しか し、図 6に示すように、断熱部材 56を複数の分割体 56a〜dを積層させて構成しても 構わない。本実施形態において、ピンを挿入する挿入孔を有する分割体や突起を有 する分割体等を適宜組み合わせて積層させる。
[0067] 上記支持体、突起、拡大部 (ヮッシャ)、ピン、碍管、絶縁片等を構成する絶縁材料 としては、アルミナ質、アルミナシリカ質、ムライト質、ジルコン質又はコージライトを主 体とするセラミックスや炭化けい素、窒化けい素等、様々なものを用いることができる
。また、上記断熱部材 (絶縁体) 56を構成する断熱耐火物としては、セラミックスフアイ バーやセラミックス粉末に有機.無機のバインダーを混入したものなど、様々なものを 用いることが可能である。これら断熱体及び支持体を構成する材料の種類や配合は 、電気ヒーターの使用温度等に応じて適宜変更することができる。
[0068] 上記実施形態にお!、て、突起及びピンを適宜間隔をお!、て配置した。しかし、図に 示した配置に限られるものではなぐ断熱材に突起を複数設け、これら複数の突起間 に前記ピンを配置してもよぐまた、前記拡大部を有するピンを複数設け、これら複数 のピン間に前記突起を配置してもよ 、。
[0069] なお、上記実施形態にお!、て、本発明を基板処理装置として説明した力 本発明 は基板処理装置に用いられる加熱装置としても表現することができる。
本発明の実施形態は上述の如く構成されるが、さらに包括的には次に列挙するよう な構成を備えてもよい。
本発明の基板処理装置は、基板を収納し処理する処理室と、発熱体と断熱材とを 有し、前記発熱体により前記処理室内の基板を加熱する加熱装置を設け、前記発熱 体は一端のみを保持部によって保持されるように形成され、前記断熱材には発熱体 の中間部で処理室側に突出し発熱体に近接又は接当する突起を設けてあり、拡大 部を有するピンを前記発熱体の中間部にお 、て発熱体及び断熱材に貫通させて前 記拡大部を発熱体に近接又は接当させてある。
そして、前記断熱材に前記突起を複数設け、これら複数の突起間に前記ピンを配 置するとよい。前記拡大部を有するピンを複数設け、これら複数のピン間に前記突起 を配置してもよ!/、。前記拡大部を有するピンを前記発熱体の下部にお!、て発熱体及 び断熱材に貫通させて前記拡大部を発熱体に近接又は接当させてもよい。前記拡 大部をヮッシャとし、前記ピンを円柱状としてもよい。前記拡大部及びピンは絶縁体で あることが望ましぐ前記ピンは有孔筒形状であり、前記ピンの一端は前記発熱体内 側で開口し、他端はガス供給路に接続されていてもよい。
一方、本発明に係る加熱装置は、基板を収容し処理する処理室を具備する基板処 理装置に用いられ、発熱体と断熱材とを有し、前記発熱体により前記処理室内の基 板を加熱する加熱装置であって、前記発熱体が一端のみを保持部によって保持され るように形成され、前記断熱材には発熱体の中間部で処理室側に突出し発熱体に 近接又は接当する突起を設けてあり、拡大部を有するピンを前記発熱体の中間部に おいて発熱体及び断熱材に貫通させて前記拡大部を発熱体に近接又は接当させた ことにある。
ここで、先の加熱装置の前記断熱材に前記突起を複数設け、これら複数の突起間 に前記ピンを配置するとよい。前記拡大部を有するピンを複数設け、これら複数のピ ン間に前記突起を配置してもよい。前記拡大部を有するピンを前記発熱体の下部に おいて発熱体及び断熱材に貫通させて前記拡大部を発熱体に近接又は接当させて もよい。前記拡大部をヮッシャとし、前記ピンを円柱状としてもよい。前記拡大部及び ピンは絶縁体であることが望ましぐ前記ピンは有孔筒形状であり、前記ピンの一端 は前記発熱体内側で開口し、他端はガス供給路に接続されていてもよい。
本発明に係る半導体の製造方法は、処理室に基板を収容する工程と、発熱体と断 熱材とを有し、前記発熱体は一端のみを保持部によって保持されるように形成され、 前記断熱材には発熱体の中間部で処理室側に突出し発熱体に近接又は接当する 突起を設けてあり、拡大部を有するピンを前記発熱体の中間部にお 、て発熱体及び 断熱材に貫通させて前記拡大部を発熱体に近接又は接当された加熱装置の前記 発熱体により前記処理室内の基板を加熱し該処理室に収容された基板を処理する 工程と、前記基板を処理室外に引出す工程とを有している。
この製造方法において、前記ピンは有孔筒形状であり、前記ピンの一端は前記発 熱体内側で開口し、他端はガス供給路に接続されており、前記ピンの他端のガス供 給路力 ガスが前記ピン内を通って前記開口力 ガスを流す工程をさらに有する。前 記ガスは前記処理室内を冷却するための冷却ガスである。
産業上の利用可能性
本発明に係る基板処理装置は、半導体装置を製造する装置に、シリコンゥエーハ、 ガラス基板等の基板に薄膜の生成、ァニール処理、不純物の拡散、エッチング等の 処理を行う基板処理装置に使用することができ、室温から 1400°Cに至る加温まで適 用可能である。また、本発明に係る加熱装置は、上述の処理を行う基板処理装置に 用いられる加熱装置として利用することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 基板を収納し処理する処理室と、発熱体と断熱材とを有し、前記発熱体により前記処 理室内の基板を加熱する加熱装置を設け、前記発熱体は一端のみを保持部によつ て保持されるように形成され、前記断熱材には発熱体の中間部で処理室側に突出し 発熱体に近接又は接当する突起を設けてあり、拡大部を有するピンを前記発熱体の 中間部において発熱体及び断熱材に貫通させて前記拡大部を発熱体に近接又は 接当させた基板処理装置。
[2] 前記断熱材に前記突起を複数設け、これら複数の突起間に前記ピンを配置する請 求項 1記載の基板処理装置。
[3] 前記拡大部を有するピンを複数設け、これら複数のピン間に前記突起を配置する請 求項 1記載の基板処理装置。
[4] 前記拡大部を有するピンを前記発熱体の下部において発熱体及び断熱材に貫通さ せて前記拡大部を発熱体に近接又は接当させた請求項 1記載の基板処理装置。
[5] 前記拡大部はヮッシャであり、前記ピンは円柱状である請求項 1記載の基板処理装 置。
[6] 前記拡大部及びピンは絶縁体である請求項 1記載の基板処理装置。
[7] 前記ピンは有孔筒形状であり、前記ピンの一端は前記発熱体内側で開口し、他端は ガス供給路に接続されている請求項 1記載の基板処理装置。
[8] 基板を収容し処理する処理室を具備する基板処理装置に用いられ、発熱体と断熱 材とを有し、前記発熱体により前記処理室内の基板を加熱する加熱装置であって、 前記発熱体が一端のみを保持部によって保持されるように形成され、前記断熱材に は発熱体の中間部で処理室側に突出し発熱体に近接又は接当する突起を設けてあ り、拡大部を有するピンを前記発熱体の中間部において発熱体及び断熱材に貫通 させて前記拡大部を発熱体に近接又は接当させた加熱装置。
[9] 前記断熱材に前記突起を複数設け、これら複数の突起間に前記ピンを配置する請 求項 8記載の加熱装置。
[10] 前記拡大部を有するピンを複数設け、これら複数のピン間に前記突起を配置する請 求項 8記載の加熱装置。
[11] 前記拡大部を有するピンを前記発熱体の下部において発熱体及び断熱材に貫通さ せて前記拡大部を発熱体に近接又は接当させた請求項 8記載の加熱装置。
[12] 前記拡大部はヮッシャであり、前記ピンは円柱状である請求項 8記載の加熱装置。
[13] 前記拡大部及びピンは絶縁体である請求項 8記載の加熱装置。
[14] 前記ピンは有孔筒形状であり、前記ピンの一端は前記発熱体内側で開口し、他端は ガス供給路に接続されて ヽる請求項 8記載の加熱装置。
[15] 処理室に基板を収容する工程と、
発熱体と断熱材とを有し、前記発熱体は一端のみを保持部によって保持されるように 形成され、前記断熱材には発熱体の中間部で処理室側に突出し発熱体に近接又は 接当する突起を設けてあり、拡大部を有するピンを前記発熱体の中間部にお 、て発 熱体及び断熱材に貫通させて前記拡大部を発熱体に近接又は接当された加熱装 置の前記発熱体により前記処理室内の基板を加熱し該処理室に収容された基板を 処理する工程と、
前記基板を処理室外に引出す工程とを有する半導体の製造方法。
[16] 前記ピンは有孔筒形状であり、前記ピンの一端は前記発熱体内側で開口し、他端は ガス供給路に接続されており、前記ピンの他端のガス供給路力 ガスが前記ピン内を 通って前記開口力 ガスを流す工程をさらに有する請求項 15記載の半導体の製造 方法。
[17] 前記ガスは前記処理室内を冷却するための冷却ガスである請求項 16記載の半導体 の製造方法。
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