(57)【要約】      （修正有）【課題】基板処理装置並びに基板処理装置用電気ヒーターに於いて、発熱体の熱歪みの発生を抑止する。また、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。【解決手段】基板１２を収納し処理する処理室と、発熱体４３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２とを具備する。前記発熱体は一端のみを保持部によって保持されている。また、発熱体は少なくとも一部が前記基板に向かって凸となる様に形成されている。【選択図】図１
2006100755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、少なくとも一部が前記基板に向かって凸となる様に形成されたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
蛇行状の発熱体（４３）の上側端を支持体（５９）に固定し、前記発熱体（４３）の下側端を上下方向に移動自在な状態とし、これら上側端と下側端とを近接させ、同発熱体（４３）の中間部を絶縁体（５６）から離隔させてある基板処理装置用電気ヒーター。
【請求項３】
前記発熱体（４３）の前記上側端よりも前記下側端を前記絶縁体（５６）から離隔させたことを特徴とする請求項２記載の基板処理装置用電気ヒーター。
【請求項４】
前記発熱体（４３）の上側端に折曲部（４３ａ）を形成してこの折曲部（４３ａ）を支持体（５９）に掛止したことを特徴とする請求項２又は３記載の基板処理装置用電気ヒーター。
【請求項５】
前記折曲部（４３ａ）が略直角に折り曲げられ、前記支持体（５９）の掛止部（７４）もこの折曲部（４３ａ）を受け入れる略直角に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の基板処理装置用電気ヒーター。
【請求項６】
前記掛止部（７４）は折曲部（４３ａ）が掛止される下壁部（６１ａ）と下壁部（６１ａ）に略平行で折曲部（４３ａ）の上側への抜けを防止する上壁部（７２ｂ）と折曲部（４３ａ）の水平方向への脱落を防止するための上壁部（６２ｂ）から垂下する横壁部（６２ａ）とを備え、下壁部（６１ａ）は上壁部（６２ｂ）及び横壁部（６２ａ）とは分割可能であることを特徴とする請求項５に記載の基板処理装置用電気ヒーター。
【請求項７】
前記発熱体（４３）の上解放スリット（６５ｂ）における前記折曲部（４３ａ）にこの上解放スリット（６５ｂ）間での発熱体（４３）の短絡を防ぐ第一絶縁片（６６）を介在させてあることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の基板処理装置用電気ヒーター。
【請求項８】
前記発熱体（４３）の上側端を固定するための前記支持体（５９）が、前記発熱体（４３）の下解放スリット（６５ａ）を貫通することを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載の基板処理装置用電気ヒーター。
【請求項９】
前記支持体（５９）が前記発熱体（４３）と前記絶縁体（５６）との間に介在する絶縁片（６８）を貫通することを特徴とする請求項８に記載の基板処理装置用電気ヒーター。
【請求項１０】
前記発熱体（４３）の下端側は下固定体（５２）をスリット（１１）に貫通させ、スリット（１１）長手方向に移動自在で且つスリット（１１）垂直方向の移動を規制する状態で絶縁体（５６）に保持したことを特徴とする請求項２〜９のいずれかに記載の基板処理装置用電気ヒーター。
【請求項１１】
下側の発熱体（４３）の上端を支持する支持体（５９）に上側の発熱体（４３）の下端を水平方向視で重ねてあることを特徴とする請求項２〜１０のいずれかに記載の基板処理装置用電気ヒーター。
【請求項１２】
発熱体（４３）の上端と下端との間に放熱側に対するオフセット距離を設けながら、発熱体（４３）の一部を垂下させるように発熱体（４３）の上部側に湾曲部（７３）を形成したことを特徴とする請求項２〜１１のいずれかに記載の基板処理装置用電気ヒーター。
【請求項１３】
発熱体（４３）の上下方向中間部を絶縁体（５６）とは反対側に突出するよう湾曲させたことを特徴とする請求項２〜１１のいずれかに記載の基板処理装置用電気ヒーター。  
【請求項１４】
請求項２〜１３のいずれかに記載の基板処理装置用電気ヒーターを備えた基板処理装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシリコンウェーハ、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並びに基板処理装置用電気ヒーター及びこれを備えた基板処理装置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、シリコンウェーハ、ガラス基板等の基板に薄膜の生成、アニール処理、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。図２２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はウェーハ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を介してエレベータキャップ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。
【０００４】
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と接続されている。
【０００５】
前記ボート５を前記反応管４より引出した状態で、所要枚数のウェーハ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、前記ウェーハ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。
【０００６】
次に、図２３?図２５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の外面は図示しないヒータケースにより覆われている。
【０００７】
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、ハイアルミナ（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が挿通する様になっている。
【０００８】
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いる。
【０００９】
前記縦型炉１内で前記ウェーハ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。
【００１０】
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。
【００１１】
前記縦型炉１内で前記ウェーハ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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【特許文献１】特開平１１?６７４２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
斯かる実情に鑑み、本発明の第一の目的は、発熱線の熱歪みの発生を抑止し、又発熱線間或は発熱線の均熱管等構造物への接触を防止して、発熱線の長寿命化を図ることにある。
【００１５】
また、本発明の第二の目的は、より均一な加熱を行うことの可能な基板処理装置用電気ヒーター及びこれを備えた基板処理装置を提供することにある。  本発明の第三の目的は、発熱体を確実に支持することの可能な基板処理装置用電気ヒーター及びこれを備えた基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
第一の目的を達成するため、本発明は、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、少なくとも一部が前記基板に向かって凸となる様に形成された基板処理装置に係るものである。
【００１７】
上記第二、第三の目的を達成するため、本発明に係る基板処理装置用電気ヒーターの特徴は、蛇行状発熱体の上側端を支持体に固定し、前記発熱体の下側端を上下方向に移動自在な状態とし、これら上側端と下側端とを近接させ、同発熱体の中間部を絶縁体から離隔させたことにある。上側端と下側端とを近接させてあるので、発熱体間の距離が開かずにより均一な加熱が可能となる。この場合、前記発熱体の前記上側端よりも前記下側端を前記絶縁体から離隔させることが望ましい。
【００１８】
発熱体を固定するに際しては、前記発熱体の上側端に折曲部を形成してこの折曲部を支持体に掛止するとよい。この場合、前記折曲部が略直角に折り曲げられ、前記支持体の掛止部もこの折曲部を受け入れる略直角に形成すればよい。例えば、前記掛止部は折曲部が掛止される下壁部と下壁部に略平行で折曲部の上側への抜けを防止する上壁部と折曲部の水平方向への脱落を防止するための上壁部から垂下する横壁部とを備え、下壁部は上壁部及び横壁部とは分割可能である。
【００１９】
前記発熱体の上解放スリットにおける前記折曲部にこの上解放スリット間での発熱体の短絡を防ぐ第一絶縁片を介在させてもよい。
発熱体を他の手段で固定するには、前記発熱体の上側端を固定するための前記支持体を、前記発熱体の下解放スリットを貫通させてもよい。この場合、前記支持体が前記発熱体と前記絶縁体との間に介在する絶縁片を貫通する。
【００２０】
前記発熱体の下端側は下固定体（ピン）をスリットに貫通させ、スリット長手方向に移動自在で且つスリット垂直方向の移動を規制する状態で絶縁体に保持してもよい。
【００２１】
上記各特徴において、下側の発熱体の上端を支持する支持体に上側の発熱体の下端を水平方向視で重ねるとよい。また、発熱体の上端と下端との間に放熱側に対するオフセット距離を設けながら、発熱体の一部を垂下させるように発熱体の上部側に湾曲部を形成してもよい。さらに、発熱体の上下方向中間部を絶縁体とは反対側に突出するよう湾曲させてもよい。
上記いずれかの特徴に記載の電気ヒーターはこれを備えた基板処理装置として実施することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、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、少なくとも一部が前記基板に向かって凸とな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、又発熱体が熱膨張した場合は発熱体の凸形状により変形が基板側に誘導され、又熱収縮した場合は変形が凸形状によって吸収されるので、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。
【００２３】
一方、上記本発明に係る基板処理装置用電気ヒーター及びこれを備えた基板処理装置の特徴によれば、上側端と下側端とを近接させてあるので、加熱が均一に行える。また、同発熱体の中間部を絶縁体から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。しかも、上側端を固定し、下側端は自由であるので、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が可能である。
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。
【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、該処理室にはウェーハ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っている。尚、前記ボート５、ボートエレベー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。
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。前記発熱部２５には、前記内層断熱体４５を貫通するガス吹出し孔４６が所要の分布で多数穿設され、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と前記円筒空間２４とを連通している。
【００３１】
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（酸化アルミニウム：Ａｌ2 Ｏ3 ）とシリカ（ＳｉＯ2 ）を主成分としている。又、前記発熱体４３には急速加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。
【００３２】
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。
【００３３】
前記反応管４内で処理される前記ウェーハ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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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６１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。
【００４０】
該上保持部材６２と前記突条６３との間には、内側に向かっ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っている。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４３ａが中心側に抜脱する事を抑止している。
【００４１】
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ット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が外側に向かっ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。
【００４２】
前記発熱体４３の本体部４３ｂは、前記断熱部材５６に沿って垂下され、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の下端は拘束されてなく、自由状態となっている。又、該本体部４３ｂは中心側に向かって凸状に湾曲、又は鈍角に屈曲されている。尚、前記本体部４３ｂの一部が、中心側に向かって凸状に湾曲、又は鈍角に屈曲されたものであってもよい。
【００４３】
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の上端とを隙間を明けることなく或はオーバ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い。
【００４４】
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には前記温度制御部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っている。
【００４５】
以下、作用について説明する。
前記ウェーハ１２の処理は、該ウェーハ１２が装填された前記ボート５がボートエレベータ（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により前記ウェーハ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、前記ウェーハ１２に所要の熱処理がなされる。
【００４６】
通常、前記ボート５の装入前は所要の温度、例えば５５０℃に保温しておき、該ボート５が装入された後はウェーハ処理温度、例えば８５０℃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。
【００４７】
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。
【００４８】
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、ウェーハ処理の均一性が向上する。
【００４９】
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く、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。
【００５０】
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が内側に向かっ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っている。
【００５１】
処理が完了すると、ウェーハ出炉温度、例えば５５０℃迄急速冷却される。該ウェーハ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。
【００５２】
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く、圧力損失が少なく、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、前記ガス吹出し孔４６を通って更に前記スリット６５ａ，６５ｂを通って前記炉内空間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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
而して、前記反応管４内の前記ウェーハ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。
【００５６】
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から処理済のウェーハ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。
【００５７】
次に、図６〜８を参照しながら、本発明の第二の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態や改変例においては、上記と同様の部材には同様の符号を附してある。
【００５８】
本実施形態の下側部分では、絶縁体（断熱部材）５６が複数の分割体５６ａを積層することで構成されている。支持体（ヒーター保持部）５９には貫通孔５９ａが形成され、Ｌ字型の固定釘５９ｂにより絶縁体に固定されている。発熱体４３の折曲部４３ａのうち上解放スリット６５ｂには小さな碍管（絶縁体）である第一絶縁片６６が挿入され、上解放スリット６５ｂを挟む発熱体４３同士の短絡を防いでいる。この第一絶縁片６６は、上支持部６２と下支持部６１との間で囲まれる掛止部７４に収納されて脱落が防がれる。発熱体４３の下部は絶縁体である下固定ピン５２をスリット６５に貫通させ、スリット６５長手方向に移動自在で且つスリット６５垂直方向の移動を規制された状態で絶縁体である第二絶縁片６７を介して絶縁体５６に固定される。また、下固定ピン５２による固定は上解放スリット６５ｂの他、符号５２ｘに示すような下解放スリット６５ａの位置で行っても構わない。
【００５９】
図６の上側部分では、発熱体４３が絶縁体である上固定ピン５３により吊り下げ支持される。絶縁体５６は第二〜第四分割体５６ｂ〜ｄを積層して構成してある。各下解放スリット６５ａに上固定ピン５３を貫通させ、絶縁体である第三絶縁片６８を介して発熱体４３を絶縁体５６に固定している。
【００６０】
各発熱体４３，４３の間の適宜箇所には、ガスを吹き出すためのノズル６９を絶縁体５９を貫通させてガス吹出口６９ａを形成してある。各ガス吹出口６９ａは各発熱体４３，４３の間に位置し、吹き出したガスが発熱体４３に直接的に当たらないように配置する。これにより、直接的に発熱体４３にガスが当たることにより、局所的に一部のみが冷却され、熱むらが起こりやすくなることを防止し、発熱体４３の劣化を防ぐ。
【００６１】
本実施形態では、最下段のゾーンを折曲部４３ａを利用して発熱体４３を支持し、中段のゾーンをピン５３を利用して発熱体４３を支持している。このように、最下段及び／又は最上段のゾーンに対し折曲部４３ａを利用した発熱体のユニット（上記発熱段部）を配置し、その他の部分には他の支持を用いた発熱体を配置することで、各ゾーンの中でも最も外乱の影響（ボート出入時の熱の逃げや、加熱装置の下端開口部からの熱の逃げ等）により、温度がバラツきやすいのを支持体５９に至るまでオーバーラップして発熱体４３を設けることで、温度制御範囲を広げることができる。また、例えば、上下に４つのゾーンを形成する際にその中の１つのゾーンのみを本発明に係る発熱段部５７としてもよいし、２つとしても３つとしてもよい。そのことにより、各ゾーンの中でも最も外乱の影響により、過負荷になり易い最下段のゾーンの発熱体の劣化を防ぐことができる。
【００６２】
次に、図９及び図１０を参照しながら、本発明の第三の実施形態について説明する。図９に示すように、本発明に係る電気ヒーターＨは、大略、複数の発熱体４３と、この発熱体４３を支持する支持体５９と、支持体５９を支持する絶縁体であり断熱部材であるセラミックボード５６とからなる。
【００６３】
発熱体４３には、発熱体４３の長手方向に交差する複数のスリット６５が形成してあり、発熱体４３が蛇行状の回路を構成している。また、図１０（ａ）に示すように、発熱体４３の一方の先端には、支持体５９に掛止させるための略Ｌ字状、すなわち略直角に折り曲げられた折曲部４３ａが設けられている。また、発熱体４３は、幅方向に対して平面状に連続している。
【００６４】
支持体５９は、図１０（ａ）に示すように、上支持部６２と下支持部６１との間に略Ｌ字状の掛止部７４を形成してなる。この掛止部７４は折曲部４３ａが掛止される下壁部６１ａと、下壁部６１ａに略平行で折曲部４３ａの上側への抜けを防止する上壁部６２ｂと、折曲部４３ａの水平方向への脱落を防止するための上壁部６２ｂから垂下する横壁部６２ａとを備えている。
【００６５】
発熱体４３は、掛止部７４によってのみ支持されるので、発熱体４３からの熱の逃げが抑制されるため、熱効率がよい。そして、発熱体４３の下端は、水平方向視（又は、電気ヒーターＨ全体の発熱面に対する直交方向Ｄｈ）で支持体５９と重なり、発熱体４３の上端よりもセラミックボード５６から隔たっているので、たとえ発熱体４３が熱膨張しても上下端が接触する恐れがない。この場合、発熱体４３の下端は、横壁部６２ａの上に乗り上げ、又は、横壁部６２ａとの間に隙間を有してもよい。発熱体４３の下端と上端との水平方向の隔たりは、両者間での加熱が均一に行われるように調整すればよい。なお、断熱体であるセラミックボード５６は幅方向に対して平面状に連続している。
【００６６】
次に、本発明の第三の実施形態の改変例について説明する。
図１０（ｂ）に示す改変例では、図１０（ａ）に示す改変例と発熱体４３の形状が異なる。発熱体４３に湾曲部７３を形成し、発熱体４３の上端と下端との間に放熱側に対するオフセット距離を設けながら、発熱体４３の大半を垂直に垂下させるように構成している。
【００６７】
図１０（ｃ）に示す改変例は、発熱体４３の下端が横壁部６２ａに乗り上げず、支持体５９から熱膨張分だけ隔たっている。
図１０（ｄ）に示す改変例では、下支持部６１の形状が（ａ）と異なると共に、隣接する上支持部６２の先端部に絶縁体である突起７５を設けている。下支持部６１は、平坦に整形されており、また、突起７５により、発熱体４３が熱変形してその下端が前側に突出することを防いでいる。
【００６８】
図１１（ａ），図１２に示す第四の実施形態では、図１２に示すように、発熱体４３、支持体５９及びセラミックボード５６が湾曲したものを用いており、固定具７７により発熱体４３を支持した支持体５９をセラミックボード５６に固定する点で第三の実施形態と異なる。図１１に示すように、固定具７７は、ボルト７８ａ，ナット７８ｂ，ワッシャ７８ｃよりなり、適宜間隔に止金７８ｄを取り付けた支持体５９をボルト７８ａによりステンレス板７６を取り付けたセラミックボード５６に取り付け、ボルト７８ａにワッシャ７８ｃを挟みナット７８ｂを締め付け固定する。支持体５９は、適宜間隔をおいて固定具７７によりセラミックボード５６に固定することにより強度を高めている。
【００６９】
また、図１１（ｂ）に第四の実施形態の改変例を示す。本改変例では、支持体の構造が異なる。支持体７９は、セラミックボード５６に固定される固定部８１と、固定部８１に挿脱可能な調整部８２と、掛止部８３とよりなる。固定部８１には、発熱体４３の折曲部４３ａを掛止するための先の下壁部に相当する凹部８１ａが設けられ、調整部８２は、固定部８１に挿脱するために把握され横壁部として機能するつまみ８２ａと、先の上壁部として機能する挿入軸８２ｂとよりなる。この調整部８２の挿入位置を調整することにより、挿入軸８２ｂが折曲部４３ａの脱落を防止する上壁部となる共に、発熱体４３の取り外し等の保守作業が容易となる。
【００７０】
次に、図１３に示す第五の実施形態では、図１３（ｂ）に示すように、支持体８５は、Ｌ字状のハンガーピン８６と、スペーサー８７と、碍子８８とよりなり、発熱体４３には折曲部４３ａを設けず、平坦に形成してなる。なお、図１３〜１９は、図１０の実施形態と同様に、支持体５９及びセラミックボード５６が湾曲したものを用いている。ハンガーピン８６を適宜間隔をおいて同一高さとなるようセラミックボード５６に固定し、スリット６５によりハンガーピン８６に発熱体４３を掛止させる。そして、ハンガーピン８６に取り付けたスペーサー８７と、ハンガーピン８６の突出部に取り付けた碍子８８により発熱体４３を挟持させる。また、発熱体４３の下側端は、隣接する碍子８８に乗り上げないし隙間を空けてオーバーラップする様に近接し、発熱体４３の上側端と近接している。
【００７１】
ここで、図１４〜１８を参照しながら第五の実施形態の改変例について説明する。  図１４に示す改変例では、碍子８８の形状が相違し、水平方向に対し幅広に成形することにより、発熱体４３の安定性を高めている。
【００７２】
図１５に示す改変例は、碍子８８を用いずセラミックボード５６に設けた凸部５６ｘにより、発熱体４３の下側端を上側端よりもセラミックボード５６から離隔させ、下側端と上側端とを近接させている。
【００７３】
図１６に示す改変例では、図１５に示す凸部５６ｘと異なる高さの凸部５６ｙをセラミックボード５６に設け、発熱体４３の上側端と下側端とを近接させている。さらに、凸部５６ｘにハンガーピン８６を用い、発熱体４３の上解放スリット６５ａの下端に貫通させることにより、発熱体４３はスリット６５の長手方向に移動自在であるがスリットの垂直方向への移動をハンガーピン８６により規制している。
【００７４】
図１７に示す改変例は、セラミックボード５６に固定した板状の絶縁体である碍子８９により、発熱体４３の上側端と下側端とを近接させている。
図１８に示す改変例は、発熱体４３の厚みとほぼ同一幅の凹部８６ａを設けたハンガーピン８６を用い、凹部８６ａにスリット６５を嵌合させ、発熱体４３を掛止させている。
【００７５】
図１９に示す第六の実施形態は、発熱体４３の形状の改変に関する。発熱体４３は、熱膨張によりセラミックボード５６側に変形してしまう。そのため、発熱体４３の上下方向中間部が、あらかじめセラミックボード５６から離反するよう、この中間部をセラミックボード５６とは反対側に突出するよう湾曲させておき、変形による支持体からの脱落を防止している。さらに、湾曲させたことにより、変形が湾曲した側つまり、セラミックボード５６とは、反対側に大きく突き出るようになってしまう場合、絶縁体であるハンガーピン８６を用い、発熱体４３のスリット６５に貫通させて、一番大きく湾曲した箇所に配置することで発熱体４３の湾曲した側への変形を所定の大きさまでとするように規制する。
【００７６】
図２０（ａ）の参考の実施形態は、主として天井部に用いられ、支持体の構造が異なる。セラミックボード５６に固定具７７を介して固定された支持体９０は、セラミックボード５６に固定される固定部９０ａと、固定部９０ａに挿脱可能な調整部９０ｂよりなる。固定部９０ａには、発熱体４３の両端部に設けられた折曲部４３ａが掛止するための差込部９１が設けられている。折曲部４３ａを支持体９０の差込部９１に差し込み、調整部９０ｂを固定部９０ａに挿嵌し、発熱体４３を固定する。
【００７７】
また図２０（ｂ）には、本実施形態の改変例を示す。本改変例は、止金を取り付けることなく支持体９２を固定具７７によりセラミックボード５６に固定している。また、支持体９２の両側には、発熱体を取り付けやすくするよう形成した差込部９４を備えている。その差込部９４は、図２０（ａ）に示す差込部９１とは反対方向に凹みを形成しており、差込部９４に折曲部４３ａを掛止させ、発熱体４３を固定している。
【００７８】
さらに、図２０（ｃ）に示す改変例では、湾曲したセラミックボード５６において、支持体９３に設けた差込部９５に発熱体４３の折曲部４３ａをそれぞれ差し込み、発熱体４３の反発力により、支持体９３をセラミックボード５６に固定している。本改変例は、湾曲していれば、天井部に限らず、壁面部であっても用いることができる。
【００７９】
図２１（ａ）に示す参考の実施形態では、発熱体４３の歪みによる脱落を防止する突出部９８を有している。突出部９８は、突出部９８の先端部がほぼ発熱体４３の中央部に位置するようセラミックボード５６，５６間に設け、突出部９８の先端部と発熱体４３の中央部とは接近している。そのため、発熱体４３にセラミックボード５６側への歪みが生じても突出部９８により歪みが抑制され、発熱体４３の上先端部が挿入している差込部９７からの発熱体４３の脱落を防止することができる。
【００８０】
また、図２１（ｂ）、（ｃ）には本実施形態の改変例を示す。図２１（ｂ）に示す改変例は、セラミックボード５６のほぼ中央部に凸部５６ｚを設けることで突出部突出部９８と同一の役割を果たしている。また、図２１（ｃ）に示す改変例は、発熱体４３，セラミックボード５６間にわずかな隙間Ｃを設けている。この隙間Ｃにより、熱による歪みが生じた発熱体４３がセラミックボード５６ｚと当接し、歪みによる発熱体４３の脱落を防止することができる。  尚、本発明は前記実施の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に変更が可能である。
【００８１】
図６〜２１の実施形態に示す電気ヒーターは図１〜５に示す基板処理装置に使用することが可能である。また、上記各実施形態では、図９，１０，２０（ａ）（ｂ）の実施形態では発熱体４３の長手方向に対し発熱体４３及び断熱体５６が直線的に連続し、図１〜８，１１〜１９，２０（ｃ），２１の実施形態・改変例では発熱体４３の長手方向に対し発熱体４３及び断熱体５６が曲面的に連続した。しかし、図９，１０，２０（ａ）（ｂ）の実施形態では発熱体４３の長手方向に対し発熱体４３及び断熱体５６が曲面的に連続し、図１〜８，１１〜１９，２０（ｃ），２１の実施形態では発熱体４３の長手方向に対し発熱体４３及び断熱体５６が直線的に連続しても構わない。
【００８２】
上記各実施形態・改変例において、蛇行ヒーター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い。
上記各実施形態・改変例において、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い。
【００８３】
上記支持体、突起、固定ピン、絶縁片、碍子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、窒化けい素等の他、断熱体の断熱耐火物よりも硬質かつ良熱伝導性のものであれば、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、セラミックスファ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。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明に係る基板処理装置並びに基板処理装置用電気ヒーター及びこれを備えた基板処理装置は、半導体装置を製造する装置に、シリコンウェーハ、ガラス基板等の基板に薄膜の生成、アニール処理、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、本発明の基板処理装置用電気ヒーターは室温から１４００℃に至る加温まで適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【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】本発明に係る基板処理装置の第二の実施形態を示し、（ａ）は電気ヒーターの正面図（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図７】図６（ｂ）の支持体部の拡大図である。
【図８】発熱体上部と絶縁片との関係を示す図である。
【図９】本発明に係る基板処理装置に適用可能な電気ヒーターの第三の実施形態の正面図である。
【図１０】（ａ）は図９のＢ−Ｂ断面図であり、（ｂ）〜（ｄ）は（ａ）の改変例を示す断面図である。
【図１１】（ａ）は本発明の第四の実施形態を示す図１０（ａ）相当図、（ｂ）は（ａ）の改変例を示す断面図である。
【図１２】図１１（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図１３】（ａ）は本発明の第五の実施形態を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
【図１４】（ａ）は本発明の第五の実施形態の改変例を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。
【図１５】（ａ）は本発明の第五の実施形態の改変例を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。
【図１６】（ａ）は本発明の第五の実施形態の改変例を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ断面図である。
【図１７】（ａ）は本発明の第五の実施形態の改変例を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ断面図である。
【図１８】（ａ）は本発明の第五の実施形態の改変例を示す正面図、（ｂ）は、（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。
【図１９】（ａ）は本発明の第六の実施形態を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＪ−Ｊ断面図である。
【図２０】（ａ）は参考の実施形態を示す図１０（ａ）相当図、（ｂ）、（ｃ）は（ａ）の改変例を示す断面図である。
【図２１】（ａ）は参考の実施形態を示す図１０（ａ）相当図、（ｂ）、（ｃ）は（ａ）の改変例を示す断面図である。
【図２２】従来の基板処理装置を示す断面図である。
【図２３】該従来例の加熱装置の立断面図である。
【図２４】該従来例の加熱装置の平断面図である。
【図２５】該従来例の加熱装置の部分断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
Ｈ：電気ヒーター，２：加熱装置，３：均熱管，４：反応管，５：ボート，１２：ウェーハ，２５：発熱部，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，４３：発熱体，４３ａ：折曲部，５２：下固定ピン，５３：上固定ピン，５６：セラミックボード（絶縁体、断熱部材），５６ａ〜ｄ：第一〜第四分割体，５６ｘ、５６ｙ、５６ｚ：凸部，５７：発熱段部，５９：支持体，５９ａ：貫通孔，５９ｂ：固定釘，６１：下支持部，６１ａ：先端部，６２：上支持部，６２ａ：横壁部，６２ｂ：上壁部，６３：突条，６５：スリット，６５ａ：下開放スリット，６５ｂ：上開放スリット，６６：第一絶縁片，６７：第二絶縁片，６８：第三絶縁片，６９：ノズル，７２：縁部，７３：湾曲部，７４：掛止部，７５：突起，７６：ステンレス板，７７：固定具，７８ａ：ボルト，７８ｂ：ナット，７８ｃ：ワッシャ，７８ｄ、７８ｅ：止金，７９：支持体，８１：固定部，８１ａ：凹部（先端部），８２：調整部，８２ａ：つまみ（横壁部），８２ｂ：挿入軸（上壁部），８３：掛止部，８５：支持体，８６：ハンガーピン，８６ａ：凹部，８７：スペーサー，８８、８９：碍子，９０：支持体，９０ａ：固定部，９０ｂ：調整部，９１：差込部，９２、９３：支持体，９４，９５：差込部，９６：支持体，９７：差込部，９８：突出部，１００：ヒーター，１０１、１０１ａ：発熱体，１０２：支持体，１０２ａ：差込部，１０３：成形体
【図１】
2006100755.tif 000003
【図２】
2006100755.tif 000004
【図３】
2006100755.tif 000005
【図４】
2006100755.tif 000006
【図５】
2006100755.tif 000007
【図６】
2006100755.tif 000008
【図７】
2006100755.tif 000009
【図８】
2006100755.tif 000010
【図９】
2006100755.tif 000011
【図１０】
2006100755.tif 000012
【図１１】
2006100755.tif 000013
【図１２】
2006100755.tif 000014
【図１３】
2006100755.tif 000015
【図１４】
2006100755.tif 000016
【図１５】
2006100755.tif 000017
【図１６】
2006100755.tif 000018
【図１７】
2006100755.tif 000019
【図１８】
2006100755.tif 000020
【図１９】
2006100755.tif 000021
【図２０】
2006100755.tif 000022
【図２１】
2006100755.tif 000023
【図２２】
2006100755.tif 000024
【図２３】
2006100755.tif 000025
【図２４】
2006100755.tif 000026
【図２５】
2006100755.tif 000027