(57)【要約】【課題】処理容器内の温度安定性を向上させることができる技術を提供する。【解決手段】本開示の一態様による熱処理装置は、縦長の処理容器と、前記処理容器を囲むように設けられたヒータ装置と、を備え、前記ヒータ装置は、天井面を有し、下端が開口した円筒体状の第１の断熱部材と、前記第１の断熱部材の内周側に周方向に沿って設けられた発熱体と、前記発熱体と隣り合う位置に、前記第１の断熱部材の周方向に沿って配置された第２の断熱部材と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦長の処理容器と、
前記処理容器を囲むように設けられたヒータ装置と、
を備え、
前記ヒータ装置は、
天井面を有し、下端が開口した円筒体状の第１の断熱部材と、
前記第１の断熱部材の内周側に周方向に沿って設けられた発熱体と、
前記発熱体と隣り合う位置に、前記第１の断熱部材の周方向に沿って配置された第２の断熱部材と、
を有する、
熱処理装置。
【請求項２】
前記発熱体は、螺旋状に巻回して設けられ、
前記第２の断熱部材は、隣り合う前記発熱体の間に配置されている、
請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記第２の断熱部材は、前記第１の断熱部材の開口側に設けられている、
請求項１又は２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記第２の断熱部材は、前記発熱体よりも前記処理容器の側に突出している、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記第２の断熱部材は、複数に分割されて形成されている、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【請求項６】
複数に分割されて形成された前記第２の断熱部材の各々は、前記処理容器の長手方向から見たときの形状が円弧形状である、
請求項５に記載の熱処理装置。
【請求項７】
前記第２の断熱部材は、前記処理容器の長手方向の断面形状が矩形である、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【請求項８】
前記第２の断熱部材は、前記処理容器の長手方向の断面形状が矩形であり、前記処理容器の側の角がＲ加工されている、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【請求項９】
前記第２の断熱部材は、前記処理容器の長手方向の断面形状が三角形である、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【請求項１０】
前記発熱体は、前記処理容器の長手方向において複数に分割されている、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数枚の基板に対して一括で熱処理を行うバッチ式の縦型熱処理装置が知られている。縦型熱処理装置では、基板を収容する縦長の処理容器の外周側に、処理容器を囲むように基板を加熱するヒータ装置が設けられる。ヒータ装置は、例えば円筒体状の断熱層の内周側に、ヒータ素線を螺旋状に巻回して形成される（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２０１２−３９００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、処理容器内の温度安定性を向上させることができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様による熱処理装置は、縦長の処理容器と、前記処理容器を囲むように設けられたヒータ装置と、を備え、前記ヒータ装置は、天井面を有し、下端が開口した円筒体状の第１の断熱部材と、前記第１の断熱部材の内周側に周方向に沿って設けられた発熱体と、前記発熱体と隣り合う位置に、前記第１の断熱部材の周方向に沿って配置された第２の断熱部材と、を有する。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、処理容器内の温度安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】熱処理装置の構成例を示す断面図
【図２】ヒータ装置の構成例を示す断面図
【図３】ヒータ装置の構成例を示す斜視図
【図４】ヒータ装置の別の構成例を示す断面図
【図５】ヒータ装置の更に別の構成例を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
【０００９】
（熱処理装置）
本開示の一実施形態に係る熱処理装置について説明する。本開示の一実施形態に係る熱処理装置は、多数枚の基板に対して一括で熱処理を行うバッチ式の縦型熱処理装置である。図１は、熱処理装置の構成例を示す断面図である。図２は、ヒータ装置の構成例を示す断面図である。図３はヒータ装置の構成例を示す斜視図であり、図１のヒータ装置を下方から見たときの図である。
【００１０】
図１に示されるように、熱処理装置１は、長手方向が垂直である縦長の処理容器４を有する。処理容器４は、有天井の外筒６と、外筒６の内側に同心的に配置された円筒体状の内筒８と、を有する、二重管構造で構成されている。
【００１１】
外筒６及び内筒８は、石英などの耐熱性材料により形成されている。外筒６及び内筒８は、例えばステンレス製のマニホールド１０によって、下端が保持されている。マニホールド１０は、ベースプレート１２に固定されている。なお、マニホールド１０を設けず、処理容器４全体を、例えば石英によって形成する構成であってもよい。
【００１２】
マニホールド１０の下端の開口には、例えばステンレス鋼から形成される円盤状のキャップ部１４が、Ｏリングなどのシール部材１６を介して気密封止可能に取り付けられている。キャップ部１４の略中心部には、例えば磁性流体シール１８によって気密状態で回転可能な回転軸２０が挿通されている。回転軸２０の下端は回転機構２２に接続されており、上端は例えばステンレス鋼により形成されるテーブル２４が固定されている。
【００１３】
テーブル２４上には、例えば石英製の保温筒２６が設置されている。保温筒２６上には、例えば石英製のウエハボート２８が載置されている。
【００１４】
ウエハボート２８には、多数枚（例えば５０〜１５０枚）の半導体ウエハ（以下「ウエハＷ」という。）が、所定の間隔（例えば１０ｍｍ程度のピッチ）で収容されている。ウエハボート２８、保温筒２６、テーブル２４、及びキャップ部１４は、例えばボートエレベータである昇降機構３０により、処理容器４内に一体となってロード、アンロードされる。
【００１５】
マニホールド１０の下部には、処理容器４内に処理ガスを導入するためのガス導入手段３２が設けられている。ガス導入手段３２は、マニホールド１０を気密に貫通するように設けられたガスノズル３４を有する。なお、図１では、ガス導入手段３２が１つ設けられている場合を示したが、使用するガス種の数などに応じて複数のガス導入手段３２が設けられていてもよい。ガスノズル３４から処理容器４へと導入されるガスは、流量制御機構（図示せず）により、流量が制御される。
【００１６】
マニホールド１０の上部には、ガス出口３６が設けられている。ガス出口３６には、排気系３８が連結される。排気系３８は、ガス出口３６に接続された排気通路４０と、排気通路４０の途中に介設された圧力調整弁４２及び真空ポンプ４４と、を含む。排気系３８により、処理容器４内の圧力を調整しながら排気することができる。
【００１７】
処理容器４の外周側には、処理容器４を囲むようにしてウエハＷを加熱するヒータ装置４８が設けられている。ヒータ装置４８は、第１の断熱部材５０と、保護カバー５１と、発熱体５２と、第２の断熱部材５４と、を有する。
【００１８】
第１の断熱部材５０は、天井面を有し、下端が開口した円筒体状に形成されている。第１の断熱部材５０の下端は、ベースプレート１２に支持されている。第１の断熱部材５０は、例えば熱伝導性が低く、比較的柔らかい無定形のシリカ及びアルミナの混合物により形成されている。第１の断熱部材５０は、その内周が処理容器４の外面に対して所定の距離だけ離間して配置されている。
【００１９】
保護カバー５１は、第１の断熱部材５０の外周の全面を覆うように取り付けられている。保護カバー５１は、例えばステンレス鋼により形成されている。
【００２０】
発熱体５２は、第１の断熱部材５０の内周側に、螺旋状に巻回して配置されている。発熱体５２は、電源に接続されており、電力が供給されることで発熱し、ウエハボート２８に保持されたウエハＷを加熱する。発熱体５２は、例えば図３に示されるように、第１の断熱部材５０の内周側に所定の巻径及び所定の配列ピッチで螺旋状に巻回して配置された断面形状が矩形の薄板部材により形成されるヒータ素線である。薄板部材は、例えば波形状に加工されており、ピンにより第１の断熱部材５０に固定されている。但し、発熱体５２は、例えば断面形状が円形の線材により形成されるヒータ素線であってもよい。また、発熱体５２は、ピンによる固定に代えて、第１の断熱部材５０の内周側に螺旋状に溝部を形成し、溝部に嵌めこまれて固定されていてもよい。また、発熱体５２は、上下方向において複数のゾーンに分割されていてもよい。発熱体５２が上下方向において複数のゾーンに分割されている場合、ゾーンごとに発熱体５２の発熱量を制御することで、処理容器４の上下方向の温度を調節することができる。
【００２１】
第２の断熱部材５４は、上下方向において隣り合う発熱体５２の間に周方向に沿って設けられている。第２の断熱部材５４は、例えば第１の断熱部材５０の下部（開口側）に設けられている。第２の断熱部材５４は、第１の断熱部材５０の内壁から処理容器４の側に延びて庇状に形成されており、例えば発熱体５２よりも処理容器４の側に突出して形成されている。第２の断熱部材５４により、処理容器４の外壁との間に僅かな隙間が形成される。また、第２の断熱部材５４は、例えば図３に示されるように、複数に分割されて形成されており、複数に分割された第２の断熱部材５４の各々は、処理容器４の長手方向から見たときの形状が円弧形状である。但し、第２の断熱部材５４は、複数に分割されることなく一体として形成されていてもよい。また、第２の断熱部材５４は、例えば図２に示されるように、処理容器４の長手方向の断面形状が矩形である。第２の断熱部材５４の構成材料は、絶縁性及び耐熱性があればよく、例えばセラミック材であってよい。セラミック材としては、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いることができる。
【００２２】
本開示の一実施形態に係る熱処理装置によれば、上下方向において隣り合う発熱体５２の間に周方向に沿って第２の断熱部材５４が設けられているので、発熱体５２が発熱することで生じる上下方向における温度差に起因する自然対流を抑制できる。このため、処理容器内の温度安定性が向上する。また、第１の断熱部材５０の開口への放熱を抑制できるので、第１の断熱部材５０の下部の温度低下が小さくなり、処理容器４内を所定の温度に維持するために発熱体５２に供給する電力を低減できる。
【００２３】
特に、発熱体５２が上下方向において複数に分割され、各々の発熱体５２に供給する電力を独立制御する場合、第１の断熱部材５０の開口への放熱が大きいと、開口に近い発熱体５２に供給する電力を大きくすることで、上下方向の温度均一性が良好となる。しかし、開口に近い発熱体５２に供給する電力を大きくすると、該発熱体５２近傍の温度が、該発熱体５２よりも上方の発熱体５２近傍の温度よりも高くなり、処理容器４と第１の断熱部材５０との間の空間に上昇気流（自然対流）が生じるという課題がある。本開示の一実施形態に係る熱処理装置では、上下方向において隣り合う発熱体５２の間に周方向に沿って第２の断熱部材５４が設けられているので、処理容器４と第１の断熱部材５０との間の空間に生じる自然対流を抑制できる。
【００２４】
また、本開示の一実施形態に係る熱処理装置によれば、第２の断熱部材５４は、発熱体５２よりも処理容器４の側に突出している。これにより、自然対流の抑制効果及び放熱の抑制効果を特に高めることができる。
【００２５】
また、本開示の一実施形態に係る熱処理装置によれば、第２の断熱部材５４は、複数に分割されて形成されている。これにより、発熱体５２を第１の断熱部材５０の内周側に配置した後に第２の断熱部材５４を容易に取り付けることができ、製造コストを低減できる。また、新設のヒータ装置に加えて既設のヒータ装置にも第２の断熱部材５４を容易に取り付けることができる。
【００２６】
なお、上記の実施形態では、ヒータ装置４８が処理容器４の長手方向の断面形状が矩形である第２の断熱部材５４を有する場合を説明したが、これに限定されない。例えば、図４に示されるように、ヒータ装置４８は処理容器４の長手方向の断面形状が処理容器４の側を鋭角とする三角形である第２の断熱部材５４Ａを有していてもよい。断面形状が三角形であることにより、部材の使用量を低減できるので、製造コストが安くなる。また、例えば図５に示されるように、ヒータ装置４８は処理容器４の長手方向の断面形状が矩形であり、処理容器４の側の角がＲ加工されている第２の断熱部材５４Ｂを有していてもよい。処理容器４の側の角がＲ加工されていることにより、処理容器４の外面に接触しても処理容器４が破損することを抑制できる。なお、図４はヒータ装置の別の構成例を示す断面図であり、図５はヒータ装置の更に別の構成例を示す断面図である。
【００２７】
（実施例）
本開示の一実施形態に係る熱処理装置１による効果を確認するために行った実施例について説明する。
【００２８】
実施例では、独立制御できる７つのゾーンに分割された発熱体５２と、最下部のゾーンの発熱体５２と対応して設けられた第２の断熱部材５４と、を有する熱処理装置１により、各ゾーンのウエハ温度が５００℃となるように発熱体５２への供給電力を制御した。また、比較のために、独立制御できる７つのゾーンに分割された発熱体５２を有し、第２の断熱部材５４を有していない熱処理装置により、各ゾーンのウエハ温度が５００℃となるように発熱体５２への供給電力を制御した。そして、それぞれの熱処理装置において、各ゾーンのウエハ温度が５００℃に安定したときの発熱体５２への供給電力を測定した。
【００２９】
実施例では、各ゾーンの発熱体５２への供給電力は、上部から下部に向かって順に、定格電力の１．２４％、０．７１％、０．７０％、０．８２％、１．１１％、１．７０％、６．６３％であった。これに対し、比較例では、各ゾーンの発熱体５２への供給電力は、上部から下部に向かって順に、定格電力の１．２６％、０．６８％、０．７０％、０．７８％、１．０２％、１．６５％、７．６８％であった。
【００３０】
上記の結果によれば、最下部のゾーンの発熱体５２と対応する位置に第２の断熱部材５４を設けることで、最下部のゾーンの発熱体５２への供給電力が約１３ポイント（定格電力の７．６８％から６．６３％）減少していることが分かる。
【００３１】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
【００３２】
上記の実施形態では、発熱体５２が、第１の断熱部材５０の内周側に、螺旋状に巻回して配置されている場合を説明したが、これに限定されない。発熱体５２は、第１の断熱部材５０の内周側に周方向に沿って設けられていればよく、例えば上下に蛇腹状に屈曲しながら、第１の断熱部材５０の内周側に、全周に亘って配置されていてもよい。この場合、第２の断熱部材５４は、発熱体５２の上側の屈曲部よりも上方、及び発熱体５２の下側の屈曲部よりも下方の少なくともいずれか一方に配置される。
【００３３】
上記の実施形態では、処理容器が内管と外管とを有する二重管構造である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、処理容器は一重管構造であってもよい。
【００３４】
上記の実施形態では、処理容器の下端位置から処理ガスを処理容器内に供給する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、ウエハボートの長手方向に沿ってガスノズルを配置してサイドフロー方式で処理ガスを供給する構成であってもよい。
【００３５】
上記の実施形態では、熱処理装置により処理される基板が半導体ウエハである場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、基板はフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ：Flat Panel Display)用の大型基板、ＥＬ素子又は太陽電池用の基板であってもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１    熱処理装置
４    処理容器
４８  ヒータ装置
５０  第１の断熱部材
５２  発熱体
５４  第２の断熱部材
【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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