(57)【要約】【課題】従来のヒーターユニットは、（１）断熱材２２の断熱作用が不完全なためヒーター２３電力が余分に要る、（２）断熱材２２の熱容量が大きいため昇温、降温に時間がかかる、（３）強制冷却のため冷却ガスを吹き込むと断熱材２２からパーティクルが発生してウェハを汚染する、（４）長期間使用すると断熱材２２が劣化して温度が不安定になる。【解決手段】従来の断熱材を真空容器１１に変え、加熱時には真空容器１１の内部を真空にして断熱層１２として使う。強制冷却時には真空バルブ１５を閉め、冷却ガスバルブ１７とリークバルブ１９を開けて、真空容器１１の中に連続的に冷却ガスを流す。冷却ガスがウェハ側に流れないため冷却ガスによってパーティクルが飛び散りウェハに付着するような問題が生じない。また真空容器１１は経時劣化をしないので、長期間使用しても温度が不安定になることもない。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒーター素線を円筒形の真空容器で囲んだ天井付き円筒形のヒーターユニットにおいて、前記真空容器の一端に真空バルブとリークバルブを設け、他端に冷却ガスバルブを設け、加熱時には前記真空容器を真空にし、冷却時には前記真空容器に冷却ガスを流すことを特徴とするヒーターユニット。
【請求項２】
請求項１記載のヒーターユニットにおいて、前記真空容器の材質が１８／８ステンレス鋼であることを特徴とするヒーターユニット。
【請求項３】
請求項１記載のヒーターユニットにおいて、前記冷却ガスが窒素ガスまたはドライエアーであることを特徴とするヒーターユニット。
【請求項４】
請求項３記載のヒーターユニットにおいて、前記冷却ガスの圧力が０．１２ＭＰａ〜０．２ＭＰａ（１．２気圧〜２気圧）であることを特徴とするヒーターユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体の縦型拡散炉、ＬＰ−ＣＶＤ装置などでウェハの加熱に使われる円筒型のヒーターユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は従来の円筒型のヒーターユニットの一例（第一従来例）２０の部分断面図である。このヒーターユニット２０は天井付きの円筒形で、外側から金属外壁２１、断熱材２２（グラスウールなど）、ヒーター素線２３で構成され、内側は中空である。ヒーター素線２３はコイル状で、ウェハ（図示せず）をこのヒーター素線２３の内側の中空部に入れて加熱する。天井には冷却口２４があり、ヒーターユニット２０を強制冷却するときはこの冷却口２４から冷却ガス（通常窒素）を中空部に吹き込む。またヒーターユニット２０を加熱するときは冷却口２４を閉じておく。
【０００３】
ヒーターユニットの第一従来例２０には以下の問題がある。
（１）断熱材２２の断熱作用が不完全なためヒーター素線２３の熱がかなり金属外壁２１側に逃げる。そのためヒーター電力が余分に要る。
（２）断熱材２２の熱容量が大きいためヒーターユニット２０の昇温、降温に時間がかかる。
（３）強制冷却のため冷却口２４から冷却ガスを吹き込むと、断熱材２２からパーティクル（図示せず）が発生してウェハ（図示せず）を汚染する。
（４）長期間使用すると断熱材２２が劣化して断熱作用が低下し温度が不安定になる。
【０００４】
上述したヒーターユニットの第一従来例２０の欠点を補うため、図３のヒーターユニットの出願がされている（特開平６−１６８８９９号公報）。これをヒーターユニットの第二従来例３０とする。図３において、ヒーターユニット３０の外壁となる部分は、内部が真空断熱層３１である円筒容器３２で、その円筒容器３２の内側にはコイル状の発熱体３３、電気絶縁体３４、発熱体支持器３５がある。また円筒容器３２の内側面は鏡面加工してある。天井部には冷却口３６があり、ヒーターユニット３０を強制冷却するときはここから冷却ガスを吹き込む。
【０００５】
この第二従来例３０はヒーターユニット３０の保温に関して優れている。しかしヒーターユニット３０を強制冷却するとき冷却ガスを吹き込むことに問題がある。電気絶縁体３４はセラミックスであるため、温度上昇・下降により細かいひび割れが発生する。そこから第一従来例２０の断熱材２２ほどでないにしても、冷却ガスにあおられてパーティクル（図示せず）が発生し、ウェハ（図示せず）を汚染するおそれがある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−１６８８９９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ヒーターユニットの第一従来例２０には、
（１）断熱材２２の断熱作用が不完全なためヒーター２３電力が余分に要る、
（２）断熱材２２の熱容量が大きいため昇温、降温に時間がかかる、
（３）強制冷却のため冷却ガスを吹き込むと断熱材２２からパーティクルが発生してウェハを汚染する、
（４）長期間使用すると断熱材２２が劣化して断熱作用が低下し温度が不安定になる、
といった問題がある。
【０００８】
またヒーターユニットの第二従来例３０には、強制冷却のため冷却口３６から冷却ガスを吹き込んだとき、電気絶縁体３４からパーティクルが発生してウェハを汚染するという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、保温性能に優れているのでヒーター電力が少なくて済み、しかも強制冷却のときもウェハが汚染される心配のないヒーターユニットを実現することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のヒーターユニットにおいては、まず従来の断熱材を真空容器に変えた。加熱時には真空容器の内部を真空にして断熱層として使う。それだけでは魔法瓶にすぎないが、本発明は強制冷却時に真空容器を冷却ガスの流路として利用するところに特徴がある。すなわち強制冷却時には真空バルブを閉め、冷却ガスバルブとリークバルブを開けて、真空容器の中に連続的に冷却ガスを流す。それによってヒーターユニットを強制冷却する。この構成の優れた点は、冷却ガスがウェハ側に全く流れないことである。そのため冷却ガスによってパーティクルが飛び散りウェハに付着するような問題が生じない。
【００１１】
請求項１記載の発明は、ヒーター素線を円筒形の真空容器で囲んだ天井付き円筒形のヒーターユニットにおいて、前記真空容器の一端に真空バルブとリークバルブを設け、他端に冷却ガスバルブを設け、加熱時には前記真空容器を真空にし、冷却時には前記真空容器に冷却ガスを流すことを特徴とするヒーターユニットである。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のヒーターユニットにおいて、前記真空容器の材質が１８／８ステンレス鋼であることを特徴とするヒーターユニットである。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のヒーターユニットにおいて、前記冷却ガスが窒素ガスまたはドライエアーであることを特徴とするヒーターユニットである。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項３記載のヒーターユニットにおいて、前記冷却ガスの圧力が０．１２ＭＰａ〜０．２ＭＰａ（１．２気圧〜２気圧）であることを特徴とするヒーターユニットである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のヒーターユニットの一実施例１０の部分断面図である。このヒーターユニット１０は天井付きの円筒形であって、外側から、外壁を兼ねる金属製の真空容器１１、真空断熱層１２、電気絶縁を兼ねた薄い断熱材１３、ヒーター素線１４で構成され、内側は中空である。ヒーター素線１４はコイル状で、ウェハ（図示せず）をこのヒーター素線１４の内側の中空部に入れて加熱する。しかし第一従来例２０、第二従来例３０と異なり、天井には冷却口が無い。真空容器１１の材料は熱伝導率が低く錆びない１８／８ステンレス鋼が適している。
【００１６】
本発明のヒーターユニット１０の特徴は、真空容器１１が真空バルブ１５を介して真空ポンプ１６につながり、また冷却ガスバルブ１７を介して冷却ガス配管１８につながり、リークバルブ１９を介して大気とつながっていることである。なお第二従来例３０の真空容器３２は孤立していて外部とのつながりは無い。冷却ガスはドライエアーか窒素が適している。
【００１７】
ヒーターユニット１０を加熱するときは、あらかじめ冷却ガスバルブ１７とリークバルブ１９を閉じ、真空バルブ１５を開け、真空ポンプ１６を働かせて真空容器１１内を必要な真空度（０．０１Ｐａで十分である）にし、その後真空バルブ１５を閉じておく。そしてヒーター素線１４を通電・発熱させる。断熱材１３は薄くて熱容量が小さく、真空容器１１は熱伝導が極めて低いので、ヒーター素線１４から外側に逃げる熱は非常に少なく、またヒーターユニット１０の実質的な熱容量が小さいので、ヒーターユニット１０の温度は従来より少ない電力で速く上がる。したがって待ち時間が少なく、また省エネルギーもできる。
【００１８】
また停電やヒーター素線１４切れで予期せぬヒーターダウンが発生したときも、ヒーターユニット１０の温度低下が従来より緩やかなため、ウェハ（図示せず）への悪影響が少なくて済む。
【００１９】
ヒーターユニット１０の強制冷却を行なうときはまずヒーター素線１４の通電を止める。次に冷却ガスバルブ１７を開き冷却ガスを真空容器１１に満たす。冷却ガスの圧力は大気圧より少し高い、０．１２ＭＰａ〜０．２ＭＰａ（１．２気圧〜２気圧）程度が適当である。次にリークバルブ１９を開け、冷却ガスを連続的に冷却ガスバルブ１７から入れ、真空容器１１の中を流して、リークバルブ１９から逃がすようにする。ヒーターユニット１０の熱は流れる冷却ガスに奪われ、速やかに温度が下げられる。これが本発明のヒーターユニット１０の強制冷却法である。
【００２０】
ここで本発明に特徴的なのは、冷却ガスの流れが真空容器１１の中に限られていて、ウェハのある中空部に全く行かないことである。従来は冷却ガスが中空部に行っていたので、断熱材や絶縁体のパーティクルが飛ばされてウェハに付着するという問題があった。本発明でも断熱材１３を使っているが、強制冷却のさいに断熱材１３に冷却ガスが当ることがないので、パーティクルが飛ばされるウェハに付着するようなことは無い。これが本発明のヒーターユニット１０の特徴である。
【００２１】
【発明の効果】
本発明のヒーターユニット１０においては、まず従来の断熱材を真空容器１１に変えた。加熱時には真空容器１１の内部を真空にして断熱層１２として使う。それだけでは魔法瓶にすぎないが、本発明は強制冷却時に真空容器１１を冷却ガスの流路として利用するところに特徴がある。すなわち強制冷却時には真空バルブ１５を閉め、冷却ガスバルブ１７とリークバルブ１９を開けて、真空容器１１の中に連続的に冷却ガスを流す。それによってヒーターユニット１０を強制冷却する。この構成の優れた点は、冷却ガスがウェハ側に全く流れないことである。そのため冷却ガスによってパーティクルが飛び散りウェハに付着するような問題が生じない。また真空容器１１は従来の断熱材１３のような経時劣化をしないので、長期間使用しても断熱効果が変化しない。そのため温度が不安定になることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のヒーターユニットの一実施例１０の部分断面図
【図２】従来のヒーターユニットの第一例２０の部分断面図
【図３】従来のヒーターユニットの第二例３０の部分断面図
【符号の説明】
１０  本発明のヒーターユニット
１１  真空容器
１２  真空断熱層
１３  断熱材
１４  ヒーター素線
１５  真空バルブ
１６  真空ポンプ
１７  冷却ガスバルブ
１８  冷却ガス配管
１９  リークバルブ
２０  従来のヒーターユニット
２１  金属外壁
２２  断熱材
２３  ヒーター素線
２４  冷却口
３０  従来のヒーターユニット
３１  真空断熱層
３２  円筒容器
３３  発熱体
３４  電気絶縁体
３５  発熱体支持器
３６  冷却口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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