(57)【要約】【課題】装置全体の断熱性能を向上させ、半導体製造装置の製作コストの低減、保守性の向上を図る。【解決手段】反応室を加熱するヒータユニット３を具備し、該ヒータユニットは外層にヒータケース１６を備え、該ヒータケースの内面にセラミックコーティングした。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室を加熱するヒータユニットを具備し、該ヒータユニットは外層にヒータケースを備え、該ヒータケースの内面にセラミックコーティングしたことを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシリコンウェーハ、ガラス基板等の基板に成膜処理、不純物の拡散、エッチング等の処理をして半導体装置を製造する半導体製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置は、反応炉を具備し、該反応炉内で基板を加熱し、反応ガスを導入して基板表面に薄膜の生成等の処理を行う。
【０００３】
図７により従来の半導体製造装置について説明する。尚、図７は半導体製造装置の要部である反応炉（図示では縦型反応炉）を示している。
【０００４】
図中、１は反応室を画成する反応管、２は該反応管１と同心に設けられた均熱管、３は該均熱管２と同心に設けられたヒータユニットである。
【０００５】
前記反応管１の上端には反応ガス導入管４が連通され、前記反応管１の下端部には排気管５が連通されている。該排気管５にはジャケットヒータ（図示せず）が設けられ、該ジャケットヒータは前記排気管５を所定温度に加熱し、処理後の排ガス中に含まれる副生成物が排気管５内壁に付着堆積するのを防止する。
【０００６】
前記ヒータユニット３は多層の断熱材壁の内面にヒータ素線が配設されたものであり、前記ヒータユニット３の天井部中央部には下方に開口する排気口６が形成され、該排気口６には排気ダクト７が連通し、該排気ダクト７の途中には冷却器８が設けられている。前記ヒータユニット３には軸心方向に沿って所要間隔で温度検出器１０が設けられ、該温度検出器１０は前記ヒータユニット３を貫通して、該ヒータユニット３内部の温度を検出し、前記温度検出器１０の検出結果はヒータの温度制御に反映されている。
【０００７】
又、前記排気ダクト７からの放熱を防止する為、該排気ダクト７の周囲には断熱材が巻設されている。
【０００８】
図示していないが、前記ヒータユニット３は遮熱ケースで囲われており、該遮熱ケースの内面には冷却板（図示せず）が貼付けられている。該冷却板は、ステンレス鋼板に銅製の冷却パイプがジグザグ状に固着され、前記冷却パイプに冷却水が流通されることで、前記ヒータユニット３からの輻射熱を吸収遮断する様になっている。
【０００９】
前記反応管１の下方から基板保持具（ボート）９が、図示しないボートエレベータにより装入される様になっており、該ボート９は処理中前記反応管１内でウェーハ１１を保持するものであり、処理される基板、例えばウェーハ１１を水平姿勢で多段に保持する。
【００１０】
前記反応管１の下端開口部（炉口部）は、前記ボートエレベータに昇降可能に支持されたシールキャップ１２により閉塞可能であり、該シールキャップ１２に前記ボート９がボートキャップ１３を介して載置される。該ボートキャップ１３の内部には遮熱の為、断熱材が詰められている。
【００１１】
前記シールキャップ１２と前記反応管１下端との間にはシールリング１４が介設され、前記シールキャップ１２が炉口部を閉塞した状態では気密となっている。尚、前記シールリング１４は熱に弱く、前記シールキャップ１２には冷却路が設けられ、該冷却路に冷却水を流通して前記シールリング１４を冷却している。
【００１２】
基板処理について概略を説明する。
【００１３】
前記ボート９が降下状態で、未処理基板が図示しない基板移載機により、該ボート９に所定数装填され、ボートエレベータ（図示せず）により前記反応管１に装入され、炉口部は前記シールキャップ１２により気密に閉塞される。
【００１４】
前記ヒータユニット３によりウェーハ１１が加熱され、前記反応ガス導入管４より反応ガスが導入され、熱化学反応により前記ウェーハ１１表面に成膜等の処理が為される。処理中、反応後の排気ガスは前記排気管５より排出される。
【００１５】
処理が完了すると、前記排気ダクト７より前記ヒータユニット３内の雰囲気ガスが吸引排気され、前記反応管１内が冷却される。前記ウェーハ１１が所要温度迄冷却されると、図示しないボートエレベータにより前記ボート９が降下され、図示しない基板移載機より前記ウェーハ１１が前記ボート９より払出される。
【００１６】
尚、縦型反応炉を具備し、該縦型反応炉を遮熱ケース内に収納した半導体製造装置として、例えば特許文献１に示すものがある。
【００１７】
【特許文献１】
特開平１１−２６０７２５号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の半導体製造装置に於いて、前記冷却板は冷却パイプを固着する等、構造が複雑であり、コスト上昇の一因となり、又銅管の冷却パイプが腐食等すると、管詰り、或は腐食した錆により基板を汚染する虞れも生じていた。
【００１９】
又、前記ヒータユニット３は断熱材の多層構造であり、断熱材自身から粉塵を発生して環境を悪化させる。多層構造の断熱材により前記ヒータユニット３は重量物となっており、メンテナンス、ヒータユニット３の交換等の作業は、作業者に大きな負担となっていた。
【００２０】
又、該ヒータユニット３には前記温度検出器１０が貫通して設けられているが、該温度検出器１０の貫通箇所から放熱現象があり、図６の温度に見られる様に前記温度検出器１０の貫通箇所で温度降下が生じ、炉内温度分布の不均一を招き処理品質の均一化に影響を及していた。
【００２１】
又、前記シールリング１４は、前記シールキャップ１２に設けられた冷却路から冷却されているが、炉口部側からは冷却されてなく、前記シールリング１４は炉口部側から加熱され、炉口部側のシール面に貼付く虞れがあり、前記シールリング１４が貼付くと、前記ボート９を降下する際に前記シールリング１４が剥がれた時の振動でボートが揺れたり、ウェーハ１１がずれたりする虞れがあった。
【００２２】
更に、処理がＣＶＤ処理の場合、低温部に副生成物の付着があるので、炉口部を冷却するのも好ましくない。
【００２３】
又、前記排気管５は、処理後の排ガス中の副生成物が該排気管５内壁に付着堆積するのを防止する為、前記ジャケットヒータ（図示せず）により所定温度に加温しているが、該ジャケットヒータ取付け時のスペースが必要であり、又取付け作業の困難性が問題であり、装置製作コストが上昇する一因となっている。
【００２４】
本発明は斯かる実情に鑑み、装置全体の断熱性能を向上させ、半導体製造装置の製作コストの低減、保守性の向上を図るものである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、反応室を加熱するヒータユニットを具備し、該ヒータユニットは外層にヒータケースを備え、該ヒータケースの内面にセラミックコーティングした半導体製造装置に係るものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００２７】
図１は本発明に係る半導体製造装置に於ける反応炉（図示では縦型反応炉）を示している。
【００２８】
図１中、図７中に示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００２９】
有天筒状のヒータユニット３の内部に、該ヒータユニット３と同心に均熱管２、更に均熱管２の内部に反応管１が配設され、前記ヒータユニット３の周囲は遮熱ケース１５により囲われている。該遮熱ケース１５の内面には、ＳｉＯ２  、ＳｉＺｒＯ４  、ＺｒＯ２  等を主成分とするセラミックコーティングが施されている。
【００３０】
前記ヒータユニット３の天井部には排気口６が形成され、該排気口６には冷却器８が設けられた排気ダクト７が連通している。該排気ダクト７の内面又は外面についても、セラミックコーティングが施されている。
【００３１】
図２により、前記ヒータユニット３について説明する。
【００３２】
該ヒータユニット３は外層として金属製（例えばアルミニウム）のヒータケース１６を有し、該ヒータケース１６の内面に積層された断熱層１７，１８及び該断熱層１８の内面全体に亘りヒータ素線１９が略均等となる様に配設されている。
【００３３】
該ヒータ素線１９は前記ヒータユニット３の軸心方向に沿って所要のゾーンに分割され、該ゾーン毎に発熱状態が制御される様になっている。前記ヒータケース１６の外面には、所要位置にそれぞれ端子板２１が設けられ、該端子板２１に設けられたヒータ端子２２を介して前記ヒータ素線１９が図示しないヒータ電源に接続されている。
【００３４】
又、前記ヒータケース１６、前記断熱層１７，１８を貫通して温度検出器１０が設けられ（図５参照）、該温度検出器１０はヒータ制御部（図示せず）に温度検出信号を送出し、該ヒータ制御部は温度検出信号を基に炉内の温度制御を行っている。
【００３５】
前記ヒータケース１６の内面及び前記端子板２１の露出面、前記温度検出器１０の貫通孔にはセラミックコーティングが為されている。又、前記断熱層１８の内面下部には所要範囲に亘って、セラミックが吹付けられる等の方法で塗布され、セラミック層２３が形成されている。
【００３６】
図３は炉口部の詳細を示している。
【００３７】
前記ヒータユニット３はヒータベース２４上に立設され、該ヒータベース２４に金属製の炉口フランジ２５が支持され、該炉口フランジ２５に前記反応管１が立設されている。該反応管１の下端開口及び前記炉口フランジ２５は炉口部２６を構成し、該炉口部２６の下端はシールキャップ１２により気密に閉塞される。
【００３８】
該シールキャップ１２には前記炉口フランジ２５下端に気密に密着するＯリング２７が設けられており、該Ｏリング２７に対向して冷却路２８が形成され、該冷却路２８には冷却水が流通する様になっている。前記シールキャップ１２の中心を貫通してボート回転軸２９が設けられ、該ボート回転軸２９は磁気シールユニット３１により気密にシールされている。又、前記ボート回転軸２９は図示しないボート回転モータに連結されている。
【００３９】
上記した様に前記断熱層１８の内面下部は前記セラミック層２３でコーティングされている。前記炉口フランジ２５の内面、及び下端面はセラミックコーティングされ、更に前記シールキャップ１２の上面、及び前記ボート回転軸２９の上端支持部３２の炉内露出面にはそれぞれセラミックコーティングが為されている。図３中、セラミックコーティングされた部分は太線で示している。
【００４０】
前記炉口フランジ２５には排気管５が連通されており、該排気管５の内路面にもセラミックコーティングが為されている。
【００４１】
上記したセラミックコーティングは主にＳｉＯ２  、ＳｉＺｒＯ４  、ＺｒＯ２  を主材料とするセラミック材質であり、耐熱性、断熱性に富み、ＳｉＯ２  では４００℃〜１１００℃、ＳｉＺｒＯ４  では１５００℃、ＺｒＯ２  では２０００℃の耐熱性が有り、それぞれ希釈材に溶融させた状態で、５０μ〜２ｍｍ程度の膜厚で塗布し、吹付けし、その後加熱等して硬化させる。
【００４２】
以下、作用について説明する。尚、基板の処理については従来例で説明したと同様であるので、説明を省略する。
【００４３】
前記反応管１内部が加熱された基板処理状態で、前記ヒータケース１６の内面がセラミックコーティングされているので、該セラミックコーティングが断熱層として作用し、前記ヒータケース１６の熱伝達率を大幅に低下し、該ヒータケース１６からの放熱量を低減する。又、前記端子板２１及び前記温度検出器１０の貫通箇所もセラミックコーティングされているので、前記端子板２１及び前記温度検出器１０の貫通箇所からの局部的な放熱が抑制される。
【００４４】
而して、軸心方向の炉内温度分布を見ると、図５に示される様に、略変化がない。従って、炉内の温度均一性が向上し、基板処理品質が安定する。
【００４５】
更に、前記排気ダクト７にセラミックコーティングしてあるので、該排気ダクト７からの放熱が抑制されるので、断熱材を巻設しなくてもよい。従って、断熱材を巻設することが困難な部分へのセラミックコーティングが可能であり、従来断熱材の巻設が困難であった部分からの放熱も充分に抑制できる。
【００４６】
更に、前記炉口フランジ２５、ヒータユニット３の下部にセラミックコーティングしてあるので、炉口部からの放熱を抑制でき、炉口部近傍の温度降下を抑制でき、炉内の均熱範囲を増大できる。
【００４７】
更に、前記シールキャップ１２の上面、上端支持部３２、ボート回転軸２９にセラミックコーティングしてあるので、炉内の温度が前記磁気シールユニット３１に伝達されるのを抑制でき、該磁気シールユニット３１の熱による劣化を防止でき、寿命の延長が可能となる。又、前記炉口フランジ２５の下面にセラミックコーティングしてあるので、前記Ｏリング２７はセラミック層を介して前記炉口フランジ２５に当接することになり、該炉口フランジ２５からの熱伝達が抑制され、前記Ｏリング２７の熱劣化を抑制でき、前記炉口フランジ２５の下面に貼付くことが防止され、前記Ｏリング２７の交換時期を長くできる。
【００４８】
（付記）
尚、本発明は下記の実施の態様を含む。
【００４９】
（付記１）反応室を加熱するヒータユニットを具備し、該ヒータユニットの上端部に連通する排気ダクトにセラミックコーティングした半導体製造装置。
【００５０】
（付記２）反応室を加熱するヒータユニット及び該ヒータユニットを貫通して設けられる温度検出器を具備し、該温度検出器の貫通箇所にセラミックコーティングした半導体製造装置。
【００５１】
（付記３）反応室を加熱するヒータユニット、反応室の炉口部下端を閉塞するシールキャップ、該シールキャップを気密にシールするＯリングを有し、該Ｏリングの少なくとも炉内側の当接面にセラミックコーティングした半導体製造装置。
【００５２】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、反応室を加熱するヒータユニットを具備し、該ヒータユニットは外層にヒータケースを備え、該ヒータケースの内面にセラミックコーティングしたので、該ヒータケースに冷却板を設けることなく、充分な放熱抑制効果があり、コストの低減が図れ、冷却板に使用された銅製の配管等が無くなるので、管詰り、銅錆による汚染が防止でき、保守性、製品の品質が向上する等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の要部を示す一部断面斜視図である。
【図２】該実施の形態に於けるヒータユニットの一部断面斜視図である。
【図３】該実施の形態に於ける炉口部の詳細図である。
【図４】該実施の形態に於ける炉口部のシール部分を示す部分拡大図である。
【図５】本発明の実施の形態に於ける炉内温度分布を示す図である。
【図６】従来例に於ける炉内温度分布を示す図である。
【図７】従来例の断面図である。
【符号の説明】
１          反応管
２          均熱管
３          ヒータユニット
５          排気管
７          排気ダクト
１０        温度検出器
１２        シールキャップ
１５        遮熱ケース
１６        ヒータケース
１９        ヒータ素線
２１        端子板
２２        ヒータ端子
２３        セラミック層
２７        Ｏリング
【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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