(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部を有する発熱体と、
前記発熱体の外周を囲うように設けられ、内壁に前記固定部が固定される断熱体と、
を備え、基板処理に用いられる加熱装置であって、
少なくとも前記発熱体が室温状態の時に、前記発熱体と前記断熱体の内壁との間の距離が、前記固定部から離れるにつれて大きくなるように設定されており、
少なくとも前記発熱体が基板処理時の温度状態の時に、前記固定部から離れるにつれて大きくなるように設定された前記発熱体と前記断熱体の内壁との距離が略均一となるように設定されている
ことを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
前記固定部が前記発熱体の周方向に沿って複数設けられ、
少なくとも前記発熱体が室温状態の時に、前記発熱体と前記断熱体の内壁との間の距離が、隣接する前記固定部間の中央位置から前記固定部に近づくにつれて小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記発熱体は、基板処理時の温度状態の時に前記固定部を起点に径方向外側に膨らむように変位することを特徴とする請求項１または２に記載の加熱装置。
【請求項４】
前記発熱体は、少なくとも一部に弧を備えるとともに、少なくとも２箇所の前記固定部で固定されており、
一方の固定部は、前記発熱体における他方の固定部の前記弧を挟んだ反対側に位置するように設けられることを特徴とする請求項３に記載の加熱装置。
【請求項５】
固定部を有する発熱体と、前記発熱体の外周を囲うように設けられ、内壁に前記固定部が固定される断熱体と、を備えた加熱装置と、
前記加熱装置の前記発熱体の内側に設けられ、基板を処理する処理室と、を有し、
前記加熱装置は、少なくとも前記発熱体が室温状態の時に、前記発熱体と前記断熱体の内壁との間の距離が、前記固定部から離れるにつれて大きくなるように設定されており、少なくとも前記発熱体が基板処理時の温度状態の時に、前記固定部から離れるにつれて大きくなるように設定された前記発熱体と前記断熱体の内壁との距離が略均一となるように設定されていることを特徴とする基板処理装置。
【請求項６】
固定部を有する発熱体と、前記発熱体の外周を囲うように設けられ、内壁に前記固定部が固定される断熱体と、を備え、少なくとも前記発熱体が室温状態の時に前記発熱体と前記断熱体の内壁との間の距離が前記固定部から離れるにつれて大きくなるように設定されており、少なくとも前記発熱体が基板処理時の温度状態の時に、前記固定部から離れるにつれて大きくなるように設定された前記発熱体と前記断熱体の内壁との距離が略均一となるように設定された加熱装置の前記発熱体の内側に設けられた処理室内に基板を搬入する工程と、
前記発熱体を昇温させて前記処理室内の基板を加熱して処理する工程と、
を有することを特徴とする基板処理方法。
【請求項７】
固定部を有する発熱体と、前記発熱体の外周を囲うように設けられ、内壁に前記固定部が固定される断熱体と、を備え、少なくとも前記発熱体が室温状態の時に前記発熱体と前記断熱体の内壁との間の距離が前記固定部から離れるにつれて大きくなるように設定されており、少なくとも前記発熱体が基板処理時の温度状態の時に、前記固定部から離れるにつれて大きくなるように設定された前記発熱体と前記断熱体の内壁との距離が略均一となるように設定された加熱装置の前記発熱体の内側に設けられた処理室内に基板を搬入する工程と、
前記発熱体を昇温させて前記処理室内の基板を加熱して処理する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＲＡＭ等の半導体装置の製造方法の一工程として、シリコンウエハ等の基板を加熱して処理する基板処理工程が実施されることがある。係る工程は、基板を収容して処理する処理室と、該処理室内を加熱する加熱装置と、を備えた基板処理装置により実施される。加熱装置は、処理室の外周を囲う環状の発熱体と、発熱体の外周を囲うように設けられる断熱体と、発熱体を断熱体の内壁に固定する保持部材と、を備えている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−３１８９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の加熱装置においては、昇温に伴い発熱体が熱膨張すると、発熱体と断熱体とが接触してしまい、これらの部材が損傷を受けてしまう場合があった。特に、発熱体の変位量は保持部材から離れるにつれて累積的に大きくなることから、保持部材から離れた場所で発熱体と断熱体との接触が生じ易かった。
【０００５】
そこで本発明は、発熱体が熱膨張した際における発熱体と断熱体との接触、あるいは発熱体とピン部材との干渉を抑制し、加熱装置の構成部材の損傷を低減することが可能な加熱装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、環状に形成された発熱体と、前記発熱体の外周を囲うように設けられる断熱体と、前記発熱体を前記断熱体の内壁に固定する固定部と、を備えた加熱装置であって、少なくとも前記発熱体が室温状態の時に、前記発熱体と前記断熱体の内壁との間の距離が、前記固定部から離れるにつれて大きくなるように設定されている加熱装置が提供される。
【０００７】
本発明の他の態様によれば、環状に形成された発熱体と、前記発熱体の外周を囲うように設けられる断熱体と、前記発熱体を前記断熱体の内壁に固定する固定部と、を備えた加熱装置の前記発熱体の内側に設けられた処理室内に基板を搬入する工程と、前記発熱体を昇温させて前記処理室内の基板を加熱して処理する工程と、を有し、少なくとも前記発熱体が室温状態の時に、前記発熱体と前記断熱体の内壁との間の距離が、前記固定部から離れるにつれて大きくなるように設定する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る加熱装置及び半導体装置の製造方法によれば、発熱体が熱膨張した際における発熱体と断熱体との接触を抑制でき、加熱装置の構成部材の損傷を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の垂直断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るヒータユニットの斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るヒータユニットの部分拡大図である。
【図４】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る発熱体を構成し得る線状材料を例示する概略図であり、（ｂ）は該発熱体を構成し得る板状材料を例示する概略図である。
【図５】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る給電部周辺の部分拡大図であり、（ｂ）は拡大部分の側面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る昇温前のヒータユニットの水平断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る昇温後のヒータユニットの水平断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る発熱体の膨張方向を示す概略図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る発熱体の熱膨張に関する測定結果を例示する概略図である。
【図１０】（ａ）は本発明の第２の実施形態に係るダミー端子周辺の部分拡大図であり、（ｂ）は拡大部分の側面図である。
【図１１】（ａ）は本発明に係る固定部の変形例としてのピン部材周辺の部分拡大図であり、（ｂ）は拡大部分の側面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る昇温前のヒータユニットの水平断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る昇温後のヒータユニットの水平断面図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る発熱体の膨張方向を示す概略図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る発熱体の熱膨張に関する測定結果を例示する概略図である。
【図１６】室温状態において発熱体と断熱体とが同心円状になるようにした場合の発熱体の熱変形の様子を示す概略図であり、（ａ）は昇温前の様子を、（ｂ）は昇温後の様子をそれぞれ示している。
【図１７】発熱体の熱変形の様子を示す部分拡大図であり、（ａ）は昇温前の様子を、（ｂ）は昇温後の様子を、（ｃ）は熱変形により保持部材の剪断、発熱体の割れ、発熱体の短絡が生じた様子を、（ｄ）は熱変形により保持部材の抜けが生じる様子をそれぞれ示している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜第１の実施形態＞
以下に本発明の第１の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の垂直断面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係るヒータユニットの斜視図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係るヒータユニットの部分拡大図である。図４（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る発熱体を構成する線状材料を例示する概略図であり、図４（ｂ）は該発熱体を構成する板状材料を例示する概略図である。図５（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る給電部周辺の部分拡大図であり、図５（ｂ）は拡大部分の側面図である。
【００１２】
（１）基板処理装置の構成
【００１３】
以下、本発明の一実施に係る基板処理装置の構成について説明する。本実施形態に係る基板処理装置は、図１に例示するようにバッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置として構成されている。
【００１４】
本実施形態に係る基板処理装置は、垂直に支持された縦形のプロセスチューブ１１を備
えている。プロセスチューブ１１は、アウタチューブ１２とインナチューブ１３とを備えている。アウタチューブ１２及びインナチューブ１３は、例えば石英（ＳｉＯ２）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性の高い材料によってそれぞれ一体成形されている。アウタチューブ１２は、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。インナチューブ１３は、上下両端が開口した円筒形状に形成されている。アウタチューブ１２の内径は、インナチューブ１３の外径よりも大きく構成されている。アウタチューブ１２は、インナチューブ１３の外側を取り囲むように、インナチューブ１３に対して同心円状に設けられている。インナチューブ１３内には、基板保持具としてのボート２２によって水平姿勢で多段に積層されたウエハ１を収納して処理する処理室１４が形成されている。インナチューブ１３の下端開口は、ボート２２を出し入れするための炉口１５を構成している。
【００１５】
アウタチューブ１２とインナチューブ１３との間の下端部は、円形リング形状に形成されたマニホールド１６によってそれぞれ気密に封止されている。マニホールド１６は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）により形成される。マニホールド１６は、インナチューブ１３およびアウタチューブ１２についての交換等のために、インナチューブ１３およびアウタチューブ１２にそれぞれ着脱自在に取り付けられている。マニホールド１６がヒータベース１９により水平姿勢で支持されることで、プロセスチューブ１１は垂直に据え付けられた状態になっている。
【００１６】
マニホールド１６の側壁には、排気管１７の上流端が接続されている。排気管１７内は、インナチューブ１３とアウタチューブ１２との間に円筒形状の中空体（隙間）として形成された排気路１８内に連通している。排気路１８の横断面形状は、例えば一定幅の円形リング形状になっている。排気管１７は、円筒形状の中空体である排気路１８の最下端部に接続された状態になっている。排気管１７には、上流から順に、圧力センサ１７ａ、圧力調整バルブとしてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ１７ｂ、真空排気装置１７ｃが設けられている。真空排気装置を作動させつつ、圧力センサにより検出された圧力に基づいてＡＰＣバルブの開度を制御することで、処理室１４内の圧力が所定の圧力（真空度）とすることが可能ように構成されている。主に排気管１７、圧力センサ１７ａ、ＡＰＣバルブ１７ｂ、真空排気装置１７ｃにより、処理室１４内の雰囲気を排気する排気ラインが構成されている。圧力センサ１７ａ、ＡＰＣバルブ１７ｂ、真空排気装置１７ｃは、制御部としてのコントローラ２８０に接続されている。コントローラ２８０は、圧力センサ１７ａにより検出された圧力情報に基づいて、ＡＰＣバルブ１７ｂの弁開度を制御することで、処理室１４内の圧力を所定の処理圧力とすることが可能なように構成されている。
【００１７】
マニホールド１６には、マニホールド１６の下端開口を閉塞する円盤形状のシールキャップ２０が、垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ２０の外径は、アウタチューブ１２、マニホールド１６の外径と略等しく構成されている。シールキャップ２０は、プロセスチューブ１１の外部に設備されたボートエレベータ２１（一部のみが図示されている。）によって垂直方向に昇降されるように構成されている。シールキャップ２０の下方には回転機構２５が設けられている。回転機構２５の回転軸はシールキャップ２０を垂直に貫通している。回転機構２５の回転軸上には、上述のボート２２が垂直に立脚されて支持されている。上述したように、ボート２２は、複数枚のウエハ１を水平姿勢かつ互いに中心を揃えた状態で多段に積層させて保持するように構成されている。回転機構２５を作動させることで、処理室１４内でボート２２を回転させることが可能なように構成されている。
【００１８】
シールキャップ２０には、ガス導入管２３が垂直方向に接続されている。ガス導入管２３の上流側端（下端）には、原料ガス供給装置２３ａおよびキャリアガス供給装置２３ｂがそれぞれ接続されている。ガス導入管２３の下流側端（上端）は、処理室１４内に向け
てガスを供給（噴出）するように構成されている。ガス導入管２３から処理室１４内（インナチューブ１３内）に供給されたガスは、処理室１４内に保持された各ウエハ１の表面を流通した後、インナチューブ１３の上端開口から排気路１８内に流出して排気管１７から排気される。主に、ガス導入管２３、原料ガス供給装置２３ａ、キャリアガス供給装置２３ｂにより、処理室１４内にガスを供給するガス供給ラインが構成されている。原料ガス供給装置２３ａ、キャリアガス供給装置２３ｂは、制御部としてのコントローラ２８０に接続されている。コントローラ２８０は、原料ガス供給装置２３ａおよびキャリアガス供給装置２３ｂを制御することで、処理室１４内へ所定のタイミングで所定の流量の原料ガス及びキャリアガスを供給することが可能なように構成されている。
【００１９】
また、アウタチューブ１２とインナチューブ１３との間の隙間には、温度センサ２４が鉛直方向に配設されている。温度センサ２４は、コントローラ２８０に接続されている。コントローラ２８０は、温度センサ２４により検出された温度情報に基づいて、後述するヒータユニット３０が備える各発熱体４２への通電具合（一対の給電部４５，４６による電力供給）を制御することで、処理室１４内に保持されているウエハ１の表面温度を所定の処理温度とすることが可能ように構成されている。
【００２０】
（２）ヒータユニットの構成
アウタチューブ１２の外部には、プロセスチューブ１１の内部を加熱する加熱装置としてのヒータユニット３０が、アウタチューブ１２の周囲を囲うように設けられている。ヒータユニット３０は、環状に形成された発熱体４２と、発熱体４２の外周を囲うように設けられる断熱体３３と、発熱体４２の両端にそれぞれ接続される固定部としての一対の給電部４５，４６と、断熱体３３の外側を囲うケース３１と、を備えている。
【００２１】
発熱体４２は、アウタチューブ１２の周囲を囲うように、鉛直方向に少なくとも１つ以上設けられている。図２、図３に示すように、発熱体４２は、アウタチューブ１２の外周を囲うように環状に構成されている。発熱体４２の両端部は、接触することなく近接して固定されており、電気的には非接触の状態となっている。すなわち、発熱体４２は、電気的には完全な円形ではなく、例えばＣ字状のリング形状に構成されている。発熱体４２を構成する材料としては、例えばＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金、ＭｏＳｉ２、ＳｉＣ等の抵抗発熱材料を用いることが可能であり、その形状は、図４（ａ）に示すような線状材料であっても良く、（ｂ）に示すような板状材料であっても良い。なお、図２，図３，図５に例示するように、発熱体４２の上下端には、山部（突出部）４２ａと谷部（切り欠け部）４２ｂとがそれぞれ交互に複数連なっている。すなわち、発熱体４２は蛇行状（波状）に形成されている。
【００２２】
上述の発熱体４２の両端部には、一対の給電部４５，４６の端部がそれぞれ接続されている。一対の給電部４５，４６は、後述する断熱体３３（側壁部３５）を貫通して断熱体３３に固定されている。すなわち、一対の給電部４５，４６は、発熱体４２を断熱体３３の内壁に固定する固定部として機能する。図５（ａ）に、発熱体４２の中心側から見た（プロセスチューブ１１側から見た）給電部４５，４６周辺の部分拡大図（平面図）を示す。このように、発熱体４２は、固定部としての一対の給電部４５，４６により、１箇所（発熱体４２の端部）のみで固定されている。すなわち、一対の給電部４５，４６以外では、ピンなどの保持体を用いた固定を行わないようにしている。
【００２３】
一対の給電部４５，４６は、金属などの導電性材料により構成されている。一対の給電部４５，４６を介して発熱体４２の一端から他端に向けて電流を流すことで、発熱体４２が加熱されてプロセスチューブ１１内が昇温されるように構成されている。一対の給電部４５，４６を介した発熱体４２への給電は、コントローラ２８０により制御される。
【００２４】
断熱体３３は、発熱体４２の外周を囲うように設けられている。断熱体３３は、上下端が開口した円筒状の側壁部３５と、側壁部３５の上部開口を覆う天井壁部３４と、を備えており、下端が開口した円筒形状に形成されている。断熱体３３は、アウタチューブ１２に対して同心円状に設けられている。側壁部３５と天井壁部３４とは、例えば、繊維状または球状のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やシリカ（ＳｉＯ２）等の断熱材料により形成されている。側壁部３５と天井壁部３４は、それぞれ例えばバキュームフォーム法等によって一体成形されている。なお、側壁部３５は、一体成型されている場合に限らず、複数の円形の断熱材が複数積み上げられることで構成されていてもよい。このように構成することで、側壁部３５に応力が加わったときの側壁部３５の破損を抑制したり、メンテナンス性を向上させたりすることが可能となる。
【００２５】
ケース３１は、断熱体３３の外周を囲うように設けられている。ケース３１は、例えば上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。ケース３１は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）より形成されている。断熱体３３の外周面とケース３１の内周面との間の隙間３２は、空冷のための空間として機能する。なお、天井壁部３４およびケース３１の天井壁を貫通する排気口を設け、断熱体３３とアウタチューブ１２との間の雰囲気を強制空冷させるように構成してもよい。
【００２６】
発熱体４２は、加熱されると熱膨張により周方向や半径方向に伸びる特性がある。その結果、発熱体４２と断熱体３３の内壁とが接触・干渉してしまうことがある。特に、本実施形態のように発熱体４２が蛇行状に形成されていると、伸び量が大きくなり、接触が生じ易くなる。発熱体４２と断熱体３３の内壁とが接触・干渉すると、発熱体４２の局所的な温度上昇（異常温度上昇）が発生し、発熱体４２が溶断してしまうことがある。また、発熱体４２や断熱体３３に応力が加わり、これらの部材の損傷が生じてしまう恐れがある。また、発熱体４２の半径方向への伸長により、発熱体４２と断熱体３３の内壁との間の距離が発熱体４２の周方向にわたり不均一となると、発熱体４２の温度分布の均一性が周方向に渡り低下し、基板処理の品質が低下してしまう場合がある。すなわち、発熱体４２と断熱体３３の内壁との距離が近い箇所で発熱体４２の温度が異常上昇したり、発熱体４２と断熱体３３の内壁との距離が遠い箇所で発熱体４２の温度が低下したりすることがある。
【００２７】
そこで本実施形態では、少なくとも発熱体４２が室温状態の時に、発熱体４２と断熱体３３の内壁との間の距離が、固定部としての給電部４５，４６から離れるにつれて大きくなるようにすることで、上述の課題を解決している。図６は、本実施形態に係る昇温前の（室温状態の）ヒータユニット３０の水平断面図である。図６に示すように、少なくとも発熱体４２が室温状態の時には、発熱体４２と断熱体３３の内壁との間の距離が、一対の給電部４５，４６から遠のくに従って徐々に大きくなり、図中ではＡ＜Ｂ＜Ｃとなっている。
【００２８】
この状態で、発熱体４２を例えば基板処理時の温度にまで昇温すると、発熱体４２の各部は、熱膨張により図８に示す方向に伸長する。図８は、発熱体４２の各部の変位方向及び変位量を、矢印の向き及び長さでそれぞれ示している。発熱体４２が一対の給電部４５，４６により１箇所で固定されているため、発熱体４２の各部は、一対の給電部４５，４６付近の領域（符号Ａ１で示す領域）を起点として、外側へ膨らむように（一対の給電部４５，４６から遠ざかるように）変位する。なお、発熱体４２の変位量は、一対の給電部４５，４６から離れるにつれて大きくなる。
【００２９】
その結果、少なくとも発熱体４２が基板処理時の温度状態の時に、発熱体４２と断熱体３３の内壁との間の距離が、発熱体４２の周方向にわたり同等となる。図７は、本実施形態に係る昇温後の（基板処理時の温度状態の）ヒータユニット３０の水平断面図である。
図７に示すように、少なくとも発熱体４２が基板処理時の温度状態の時には、発熱体４２と断熱体３３の内壁との間の距離が、熱膨張によって発熱体４２の周方向にわたり同等となり、図中ではＡ≒Ｂ≒Ｃとなっている。
【００３０】
（３）基板処理工程
次に、上述の基板処理装置により実施される基板処理（加熱処理）工程の一例としての成膜工程を簡単に説明する。以下の説明において、基板処理装置の各部の動作はコントローラ２８０によって制御される。
【００３１】
図１に示すように、複数枚のウエハ１を装填（ウエハチャージ）したボート２２を、ボートエレベータ２１によって持ち上げて処理室１４内に搬入（ボートローディング）する。この状態で、シールキャップ２０はマニホールド１６の下端開口をシールした状態となる。
【００３２】
プロセスチューブ１１の内部が所定の圧力（真空度）となるように排気管１７を介して真空排気する。また、プロセスチューブ１１の内部が所定の温度となるようにヒータユニット３０によって加熱する。すなわち、一対の給電部４５，４６を介して発熱体４２の一端から他端に向けて電流を流すことで、蛇行状の発熱体４２を加熱してプロセスチューブ１１内を昇温する。この際、処理室１４内が所定の温度分布となるように、温度センサ２４が検出した温度情報に基づきヒータユニット３０の発熱体４２への通電具合をフィードバック制御する。続いて、回転機構２５を作動させ、ウエハ１の回転を開始させる。
【００３３】
次いで、所定の流量に制御された原料ガスを、ガス導入管２３を通じて処理室１４内へ導入する。導入した原料ガスは、処理室１４内を流通した後、インナチューブ１３の上端開口から排気路１８内に流出して排気管１７から排気される。原料ガスは処理室１４内を通過する際にウエハ１の表面と接触し、この際に、ウエハ１が処理され、例えば熱ＣＶＤ反応によってウエハ１の表面上に所望の薄膜が堆積（デポジション）される。
【００３４】
予め設定された処理時間が経過したら、不活性ガス供給源（図示せず）から不活性ガスを供給し、処理室１４内を不活性ガスに置換するとともに、処理室１４内の圧力を常圧に復帰する。また、回転機構２５の動作を停止させる。
【００３５】
その後、ボートエレベータ２１によりシールキャップ２０を下降して、マニホールド１６の下端を開口するとともに、処理済のウエハ１を保持したボート２２を、マニホールド１６の下端からプロセスチューブ１１の外部に搬出（ボートアンローディング）する。その後、処理済のウエハ１をボート２２から取り出す（ウエハディスチャージ）。
【００３６】
（４）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す（ａ）〜（ｅ）のうち一つ又は複数の効果を奏する。
【００３７】
（ａ）本実施形態によれば、少なくとも発熱体４２が室温状態の時に、発熱体４２と断熱体３３の内壁との間の距離が、固定部としての給電部４５，４６から離れるにつれて大きくなるようにしている。その結果、発熱体４２が基板処理時の温度状態の時に、発熱体４２と断熱体３３の内壁との間の距離が、熱膨張により発熱体４２の周方向にわたり同等となる。これにより、発熱体４２と断熱体３３の内壁との不要な接触・干渉を防ぐことができる。そして、ヒータユニット３０の構成部材の損傷を抑制することができる。例えば、発熱体４２の局所的な温度上昇（異常温度上昇）の発生を防ぐことができ、発熱体４２の溶断を回避することができる。また例えば、発熱体４２と断熱体３３の内壁とが接触しなくなることから、これらの部材に加わる応力を低減できる。
【００３８】
（ｂ）本実施形態によれば、少なくとも発熱体４２が基板処理時の温度状態の時に、発熱体４２と断熱体３３の内壁との間の距離が、熱膨張により発熱体４２の周方向にわたり同等となる。その結果、ウエハ１に対し、発熱体４２の周方向に渡り均一に加熱することができる。その結果、基板処理の面内均一性を向上させることができる。
【００３９】
（ｃ）本実施形態によれば、発熱体４２を、固定部としての一対の給電部４５，４６により１箇所（端部）のみで固定している。すなわち、一対の給電部４５，４６以外では、ピンなどの保持体を用いた固定を行わないようにしている。その結果、熱膨張による発熱体４２の損傷や短絡等を抑制することができる。すなわち、本実施形態に係る発熱体４２は、給電部４５，４６との接続箇所以外の部位では拘束されておらず、熱膨張が妨げられないため、発熱体４２や保持部材へ加わる応力を低減でき、その結果、発熱体４２の変形、損傷、短絡等を抑制することができる。
【００４０】
参考までに、室温状態において発熱体４２’と断熱体３３’の内壁とが同心円状になるようにした場合の発熱体４２’の熱変形の様子を、図１６を用いて説明する。
【００４１】
図１６の（ａ）は発熱体４２’の昇温前の様子を、（ｂ）は発熱体４２’の昇温後の様子をそれぞれ示している。図１６（ａ）によれば、昇温前においては発熱体４２’と断熱体３３’の内壁との間の距離は発熱体４２’の全周に渡り均一である。しかしながら、図１６（ｂ）に示すように、発熱体４２’を例えば基板処理時の温度にまで昇温すると、発熱体４２’は径方向へ伸長し、発熱体４２’と断熱体３３’の内壁との間の距離は発熱体４２’の周方向にわたり不均一となる（図中Ａ＞Ｂ＞Ｃとなる）。すなわち、一対の給電部４５’，４６’は断熱体３３’に固定されているため、発熱体４２’の各部は、一対の給電部４５’，４６’付近の領域を基点に膨張する。そして、一対の給電部４５’，４６’から離れるに従って発熱体４２’と断熱体３３’の内壁との間の距離が徐々に短くなり、一対の給電部４５’，４６’から最も離れた領域で、発熱体４２’と断熱体３３’とが接触してしまうことがある。その結果、発熱体４２’の局所的な温度上昇（異常温度上昇）が発生し、発熱体４２’が溶断してしまうことがある。また、発熱体４２’等に加わる応力が増加し、これらの部材が損傷してしまうことがある。また、発熱体４２’の温度分布の均一性が低下してしまうことがある。
【００４２】
また、参考までに、複数の保持体４１’により各断熱体の内壁に固定され、熱膨張による各部の変位が規制された発熱体４２’の様子を、図１７を用いて説明する。
【００４３】
図１７（ａ）は、発熱体４２’の昇温前の様子を示している。発熱体４２’の上下端には、山部４２ａ’と谷部４２ｂ’とがそれぞれ交互に複数連なっており、発熱体４２’は蛇行状（波状）に形成されている。発熱体４２’は、保持体４１’によって各谷部４２ｂ’が断熱体（図示しない）の内周側壁にそれぞれ固定されることにより、断熱体の内周側に保持されている。なお、保持体４１’は谷部４２ｂ’内に直接配置されている。図１７（ｂ）は、発熱体４２’の昇温後の様子を示している。上述したように、蛇行状の発熱体４２’は熱膨張により周方向に伸びることになる。図１７（ｂ）は、発熱体４２’の周方向の伸び量が一定量を超え、発熱体４２’の周方向に沿った動き代がなくなった様子（保持体４１’と発熱体４２’とが干渉している様子）を示している。発熱体４２’が更に伸びると図１７（ｃ）に示す状態となる。図１７（ｃ）は、熱変形により保持体４１’の剪断、発熱体４２’の割れ、発熱体４２’の短絡が生じた様子を示している。上述したように、周方向の伸び量が一定量を超えると、保持体４１’が発熱体４２’に干渉し、発熱体４２’に塑性応力が加わり、発熱体４２’が変形することになる。符号Ａ６に示す領域には、保持体４１’が谷部４２ｂ’により両側から挟まれて剪断される様子を、符号Ａ４に示す領域には、発熱体４２’に割れが発生した様子を、符号Ａ５に示す領域には、発熱体４２’に短絡が発生した様子をそれぞれ示している。図１７（ｄ）は、図１７（ｃ）に示
す発熱体４２’の側面図であり、熱変形により保持体４１’の抜けが生じる様子を示している。符号Ａ６に示す領域には、発熱体４２’の変形により保持体４１’が断熱体から持ち上げられ、引き抜かれようとしている様子を示している。
【００４４】
＜第２の実施形態＞
以下に、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００４５】
本実施形態では、固定部が１つではなく複数設けられている。すなわち、発熱体４２は、固定部としての一対の給電部４５，４６と、他の固定部としてのダミー端子４５ｄ，４６ｄとを用いて、複数箇所（本実施形態では２箇所）で固定されている。なお、一対の給電部４５，４６及び一対のダミー端子４５ｄ，４６ｄは、発熱体４２を周方向にわたり概ね２等分するように配置されている。
【００４６】
図１０（ａ）は、本実施形態に係る固定部としてのダミー端子４５ｄ，４６ｄ周辺の部分拡大図であり、図１０（ｂ）は拡大部分の側面図である。一対のダミー端子４５ｄ、４６ｄは、発熱体４２における一端部（給電部４５，４６との接続箇所の反対側）に接続されると共に、断熱体３３（側壁部３５）を貫通して断熱体３３に固定されている。すなわち、一対のダミー端子４５ｄ、４６ｄは、一対の給電部４５，４６と同様に、発熱体４２を断熱体３３の内壁に固定する固定部として機能する。なお、ダミー端子４５ｄ、４６ｄは、給電部４５，４６と同様に金属などの導電性材料により構成されている。一対のダミー端子４５ｄ、４６ｄを介して、発熱体４２の一端から他端に向けて電流を流すことで、発熱体４２が加熱されてプロセスチューブ１１内が昇温されるように構成されている。なお、一対の給電部４５，４６を介した発熱体４２への給電は、コントローラ２８０により制御される。なお、ダミー端子４５ｄ、４６ｄは、電力は供給されないように構成されていても良い。この場合、ダミー端子４５ｄ、４６ｄは必ずしも導電性材料で構成されている必要はなく、耐熱性の絶縁材料から構成されていても良い。
【００４７】
また、本実施形態では、少なくとも発熱体４２が室温状態の時に、発熱体４２と断熱体３３の内壁との間の距離が、隣接する固定部間の中央位置にて最大となり、係る中央位置から固定部（一対の給電部４５，４６又は一対のダミー端子４５ｄ、４６ｄ）に近づくにつれて小さくなるように設定されている。
【００４８】
図１２は、本実施形態に係る昇温前のヒータユニット３０の水平断面図である。図１２によれば、発熱体４２と断熱体３３の内壁との間の距離（図中Ｂ）は、一対の給電部４５，４６と一対のダミー端子４５ｄ，４６ｄとの間の中央位置でそれぞれ最大となるように構成されている。そして、発熱体４２と断熱体３３の内壁との間の距離は、係る中央位置から給電部４５，４６またはダミー端子４５ｄ，４６ｄに近づくにつれて、徐々に小さくなるように構成されている。すなわち、図中ではＢ＞ＡでありＢ＞Ｃとなっている。
【００４９】
この状態で、発熱体４２を例えば基板処理時の温度にまで昇温すると、発熱体４２の各部は、熱膨張により図１４に示す方向に伸長する。図１４は、発熱体４２の各部の変位方向及び変位量を、矢印の向き及び長さでそれぞれ示している。発熱体４２が、一対の給電部４５，４６と、一対のダミー端子４５ｄ、４６ｄと、により２箇所で固定されているため、発熱体４２の各部は、一対の給電部４５，４６付近の領域（符号Ａ２ａで示す領域）及び一対のダミー端子４５ｄ、４６ｄ付近の領域（符号Ａ２ｂで示す領域）のそれぞれを起点として、外側へ膨らむように（すなわち図中で上下に伸びるように）変位する。なお、発熱体４２の変位量は、一対の給電部４５，４６と一対のダミー端子４５ｄ，４６ｄとの間の中央位置（図中の上下端）に近づくにつれて大きくなり、係る中間位置で最大となる。
【００５０】
その結果、少なくとも発熱体４２が基板処理時の温度状態の時に、発熱体４２と断熱体３３の内壁との間の距離が、発熱体４２の周方向にわたり同等の距離となる。図１３は、本実施形態に係る昇温後の（基板処理時の温度状態の）ヒータユニット３０の水平断面図である。図１３に示すように、少なくとも発熱体４２が基板処理時の温度状態の時には、発熱体４２と断熱体３３の内壁との間の距離が、熱膨張によって発熱体４２の周方向にわたり同等となり、図中ではＡ≒Ｂ≒Ｃとなっている。
【００５１】
本実施形態によれば、第１の実施形態で示した効果に加え、以下（ａ）〜（ｃ）のうち一つ又は複数の効果を奏する。
【００５２】
（ａ）本実施形態によれば、発熱体４２の最大変位量を小さくできる。その結果、発熱体４２と断熱体３３との接触をより確実に防ぐことができる。
【００５３】
図９は、第１の実施形態に係る発熱体の熱膨張に関する測定結果を例示する概略図であり、図１５は、第２の実施形態に係る発熱体４２の熱膨張に関する測定結果を例示する概略図である。図９及び図１５に示す評価では、いずれも室温（２０℃）で直径φが４８１ｍｍである環状の発熱体４２を、基板処理温度である１２２０℃にそれぞれ昇温させ、発熱体４２の各部の変位量を測定した。なお、発熱体４２は、２０℃〜１２５０℃の温度領域で線膨張係数が１５×１０−６であるカンタルＡＰＭ（登録商標）により、蛇行状に形成した。なお、昇温による発熱体４２外周の伸び量は、（発熱体４２の長さ）×（１２５０−２０）×１５×１０−６ｍｍとなる。
【００５４】
その結果、第１の実施形態における発熱体４２では、直径φが４８１ｍｍから４９０．２ｍｍに増加した。また、発熱体４２の各部の位置ずれ量は、図示するとおり、一対の給電部４５，４６から離れるにつれて徐々に大きくなり（符合Ａ１で示す領域を基点に３．８ｍｍ、６．５ｍｍ、８．６ｍｍ）、一対の給電部４５，４６から最も離れた箇所で最大の９．２ｍｍとなった。なお、一対の給電部４５，４６から最も離れた箇所では、周方向（接線方向）にはほとんど位置ずれせずに、半径方向にのみ位置ずれすることとなった。
【００５５】
これに対し、第２の実施形態における発熱体４２では、固定部（一対の給電部４５，４６又は一対のダミー端子４５ｄ、４６ｄ）から離れるにつれて徐々に大きくなり、隣接する固定部間の中央位置（一対の給電部４５，４６と一対のダミー端子４５ｄ，４６ｄとの間の中央位置）で最大の７．５ｍｍとなった。すなわち、本実施形態によれば、第１の実施形態に比べて、発熱体４２の最大変位量を２０％程度小さくすることができた。なお、変位量が最大となる中央位置では、周方向（接線方向）には位置ずれせずに、半径方向への位置ずれが主体となった。
【００５６】
（ｂ）本実施形態によれば、一対の給電部４５，４６との接続箇所を固定すると共に、その反対側を一対のダミー端子４５ｄ，４６ｄでさらに固定している。そのため、発熱体４２の各部の変位方向を、図１４に示すように発熱体４２の半径方向（断熱体３３の内壁に垂直な方向）とほぼ一致させることができる。特に、変位量が最大となる中央位置（一対の給電部４５，４６と一対のダミー端子４５ｄ，４６ｄとの間の中央位置）では、周方向（接線方向）には位置ずれさせず、半径方向にのみ位置ずれさせることができる。その結果、係る中央位置に、固定部としてブリッジ型やＴ字型のピン部材を追加で設けた場合でも、熱膨張による発熱体４２とピン部材との接触・干渉を抑制することができる。すなわち、本実施形態によれば、発熱体４２の変形、損傷、短絡等を防ぎつつ、発熱体４２の保持強度をさらに高めることが可能となる。
【００５７】
なお、給電部４５，４６との接続箇所の反対側を固定していない第１の実施形態では、図８に例示したように、例えば一対の給電部４５，４６から９０°ずれた位置（第２の実
施形態における一対の給電部４５，４６と一対のダミー端子４５ｄ，４６ｄとの間の中央位置に相当）における発熱体４２の変位方向が、発熱体４２の半径方向と一致せず、接線方向にやや近くなる。そのため、仮に一対のダミー端子４５ｄ，４６ｄで固定することなく、一対の給電部４５，４６から９０°ずれた位置に上述のピン部材を追加で設けることとすれば、熱膨張によって発熱体４２とピン部材との接触・干渉が生じ、発熱体４２の変形、損傷、短絡等を招いてしまう。
【００５８】
（ｃ）本実施形態によれば、発熱体４２の各部の変位方向と発熱体４２の半径方向とがほぼ一致するため、例えばブリッジ型やＴ字型の保持部材を固定部として追加で設けた場合でも、発熱体４２と保持部材との接触・干渉を回避するための切り欠き（伸び代穴）を、発熱体４２側に設ける必要がない。そのため、発熱体４２の強度低下や発熱量低下を回避できる。なお、仮に一対のダミー端子４５ｄ，４６ｄで固定することなく、一対の給電部４５，４６から９０°ずれた位置に上述のピン部材を設けることとすれば、発熱体４２と保持部材との接触・干渉を回避するために切り欠きを設ける必要が生じ、発熱体４２の強度低下や発熱量低下を招いてしまう恐れがある。
【００５９】
＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００６０】
例えば、上述の実施形態では、断熱体３３の内壁に発熱体４２を固定する固定部として、一対の給電部４５，４６や一対のダミー端子４５ｄ，４６ｄを例に挙げて説明したが、本発明は係る形態に限定されない。すなわち、これらの部材は必ずしも対をなしていなくてもよい。また例えば、断熱体３３の内壁に固定されるピン部材を固定部として用いてもよい。図１１（ａ）は固定部の変形例としてのブリッジ型のピン部材４５ｂ周辺の部分拡大図であり、（ｂ）は拡大部分の側面図である。また、図示しないがＴ字型のピン部材や、Ｌ字型のピン部材を、固定部として用いることも可能である。
【００６１】
また例えば、上述の実施形態では、固定部により発熱体４２を固定する場所を１箇所或いは２箇所としたが、本発明は係る場合に限定されず、例えば３箇所以上で固定するようにしてもよい。この場合においても、少なくとも発熱体が室温状態の時に、発熱体と断熱体の内壁との間の距離が、隣接する固定部間の中央位置にて最大となり、係る中央位置から固定部に近づくにつれて小さくなるようにする。固定箇所を増やすほど、最大変位量を減らすことが可能となり、また、発熱体４２の保持強度を向上させることが可能となる。なお、複数の固定部は、発熱体４２の周方向にわたり均等な間隔で配置するとよい。
【００６２】
また、上述の場合、複数の固定部は、一対の給電部４５，４６や一対のダミー端子４５ｄ，４６ｄのような貫通部材で統一してもよく、ブリッジ型のピン部材４５ｂのようなピン部材で統一してもよく、或いはこれらを混在させても良い。
【００６３】
また例えば、本発明は、発熱体４２の上下端に山部（突出部）４２ａと谷部（切り欠け部）４２ｂとが設けられている場合に限定されない。すなわち、発熱体４２は、蛇行状（波状）に形成されている場合に限らず、長尺状に形成されていても良い。
【００６４】
また、本発明は半導体製造装置に限らず、ＬＣＤ装置のようなガラス基板を処理する装置であっても好適に適用できる。また、プロセスチャンバの構成も上述の実施形態に限定されない。すなわち、基板処理の具体的内容は不問であり、成膜処理だけでなく、アニール処理、酸化処理、窒化処理、拡散処理等の処理であってもよい。また、成膜処理は、例えばＣＶＤ、ＰＶＤ、酸化膜、窒化膜を形成する処理、金属を含む膜を形成する処理であってもよい。さらには、フォトリソグラフィで実施される露光処理や、レジスト液やエッ
チング液の塗布処理であってもよい。
【００６５】
＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
【００６６】
本発明の一態様によれば、
環状に形成された発熱体と、
前記発熱体の外周を囲うように設けられる断熱体と、
前記発熱体を前記断熱体の内壁に固定する固定部と、を備えた加熱装置であって、
少なくとも前記発熱体が室温状態の時に、前記発熱体と前記断熱体の内壁との間の距離が、前記固定部から離れるにつれて大きくなるように設定されている
加熱装置が提供される。
【００６７】
好ましくは、
前記固定部が前記発熱体の周方向に沿って複数設けられ、
少なくとも前記発熱体が室温状態の時に、前記発熱体と前記断熱体の内壁との間の距離が、隣接する前記固定部間の中央位置から前記固定部に近づくにつれて小さくなるように設定されている。
【００６８】
また好ましくは、
少なくとも前記発熱体が室温状態の時に、前記発熱体と前記断熱体の内壁との間の距離が、隣接する前記固定部間の中央位置にて最大となるように設定されている。
【００６９】
また好ましくは、
前記発熱体と前記断熱体の内壁との間の距離が、少なくとも前記発熱体が加熱処理時の温度状態の時に、前記発熱体の周方向にわたり同等となるように設定されている。
【００７０】
また好ましくは、
複数の前記固定部は、前記発熱体の周方向にわたり均等な間隔で配置されている。
【００７１】
また好ましくは、
前記固定部のうち少なくとも１つは、前記断熱体を貫通して前記断熱体に固定され、前記発熱体の両端にそれぞれ接続される一対の給電部として構成されている。
【００７２】
また好ましくは、
複数の前記固定部のうち少なくとも１つの前記固定部は、前記断熱体を貫通して前記断熱体に固定される貫通部材として構成されている。
【００７３】
また好ましくは、
複数の前記固定部のうち少なくとも１つの前記固定部は、前記断熱体の内壁に固定されるピン部材として構成されている。
【００７４】
本発明の他の態様によれば、
環状に形成された発熱体と、前記発熱体の外周を囲うように設けられる断熱体と、前記発熱体を前記断熱体の内壁に固定する固定部と、を備えた加熱装置の前記発熱体の内側に設けられた処理室内に基板を搬入する工程と、
前記発熱体を昇温させて前記処理室内の基板を加熱して処理する工程と、を有し、
少なくとも前記発熱体が室温状態の時に、前記発熱体と前記断熱体の内壁との間の距離が、前記固定部から離れるにつれて大きくなるように設定する、
半導体装置の製造方法が提供される。
【符号の説明】
【００７５】
１      ウエハ（基板）
１４    処理室
３０    ヒータユニット（加熱装置）
３３    断熱体
４２    発熱体
４２ａ  山部
４２ｂ  谷部
４５，４６    給電部（固定部）
４５ｄ，４６ｄ    ダミー端子（固定部）
４５ｂ    ピン部材（固定部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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