(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端付近にアルミナ製のワイヤ支持部（１１，２１，３１，４１）を設け、カーボンファイバーを束ねたカーボンファイバー束を複数本用いてワイヤー形状に編み込んだカーボンワイヤ（１５，２５，３５，４５）をヒータ体として使用し、このカーボンワイヤ（１５，２５，３５，４５）を両ワイヤ支持部（１１，２１，３１，４１）の間で往復させて張り渡し、全体的に筒状の加熱空間（１６，２６，３６，４６）を形成したことを特徴とする半導体熱処理装置用ヒータユニット。
【請求項２】
ワイヤ支持部（１１，２１，３１，４１）が多数の小穴（１２，２２，３２，４２）を有し、小穴（１２，２２，３２，４２）を通してカーボンワイヤ（１５，２５，３５，４５）を案内する構成になっていることを特徴とする請求項１に記載の半導体熱処理装置用ヒータユニット。
【請求項３】
カーボンワイヤ（１５，２５，３５，４５）とワイヤ支持部（１１，２１，３１，４１）の間に、カーボン製ピース（１７）を配置することを特徴とする請求項２に記載の半導体熱処理装置用ヒータユニット。
【請求項４】
ワイヤ支持部（１１，２１，３１，４１）がリング形、馬蹄形、楕円形のような平板もしくは略同形状を形成する分割された平板であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体熱処理装置用ヒータユニット。
【請求項５】
ワイヤ支持部（１１，２１，３１，４１）の鉄不純物濃度が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体熱処理装置用ヒータユニット。
【請求項６】
上記カーボンワイヤ（１５，２５，３５，４５）が、５〜１５μｍのカーボンファイバーを束ねたカーボンファイバー束を３本以上用いてワイヤ形状やテープ形状のような縦長形状に編み込まれたものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体製造装置用カーボンヒータユニット。
【請求項７】
上記カーボンワイヤ（１５，２５，３５，４５）を密閉形の石英ガラスまたは透光性アルミナ容器に封入したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体熱処理装置用ヒータユニット。
【請求項８】
上記容器が二重管形状であり、複数個組み合わせて所定形状のヒーティングゾーンを形成することを特徴とする請求項７に記載の半導体熱処理装置用ヒータユニット。
【請求項９】
上記容器内に窒素、水素または不活性ガスを流入することを特徴とする請求項７又は８に記載の半導体熱処理装置用ヒータユニット。
【請求項１０】
上記容器内が２００ｔｏｒｒ以下に減圧されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の半導体熱処理装置用ヒータユニット。
【請求項１１】
上記小穴（３２）に貫通穴を有する透光性アルミナピン（５１，５４，５７）を挿入し、その貫通穴にカーボンワイヤ（３５）に通す構成にしたことを特徴とする請求項２に記載の半導体熱処理装置用ヒータユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体熱処理装置用ヒータユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置では、例えばシリコンウエハの種々の加熱処理が行われるが、当該処理では厳密な温度管理が求められる。また、加熱処理雰囲気をクリーンに保つことも重要である。
【０００３】
このため、均熱性及び昇温・降温性に優れ、汚染物質を放出しない高性能の半導体製造装置用ヒータの開発、製品化が強く望まれている。
【０００４】
特開平７−１６１７２５号公報は、ウエハ加熱装置において黒鉛−炭素繊維複合材（以下Ｃ／Ｃと記す）をヒーター部材に用いた電極構造を開示している。
【０００５】
また、従来より同装置において平板状渦巻き型のＳｉＣヒータ部材もしくは溶接処理を行なった複雑形状のＭｏ−Ｓｉヒータ部材などが用いられてきた。
【０００６】
一方、半導体熱処理装置用ヒータとして、金属ヒータが用いられることもあった。しかし、金属ヒータは金属汚染を生じ易く、また、品質が不安定になり易い問題があった。
【０００７】
半導体の熱処理効率を向上するためには、急速昇降温の可能なヒータが必要となる。しかし、金属ヒータは熱容量が大きいため、昇降温特性の向上には限界があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記Ｃ／Ｃヒーター部材においては、その構造上薄肉でも２次元各々の長さが充分に採れる形状であれば、極めて高い機械的強度を有するが、例えば１次元の長さつまり幅が５ｍｍ以下の縦長形状とした場合には、充分な機械的強度が得られず、また、半導体製造装置用のヒータとして用いた場合には長さ方向の両端を端子に固定すると、Ｃ／Ｃの熱膨張に伴い、特にこの端子固定部近傍において、熱的負荷が生じ破損し易いといった問題があった。
【０００９】
そこで、前記幅を広くとると、今度は抵抗値が小さくなり、所定の発熱を行うためには、電流値を大幅にアップしなければならず、また、熱容量が大きくなり急速加熱が困難であった。
【００１０】
また、前記特開平７−１６１７２５号公報図３の如き略渦巻き形状のような複雑形状を得ようとすると、均熱構造とするためのスリット加工が難しく、また上述のように高抵抗とするためには、同部材の幅を狭くする必要があるが、このような加工が難しく、コストの増大をまねき、もしくはコストにみあう加工を行うと、均熱性がけっして充分なものとはなっていないのが現状であった。
【００１１】
また、前記ＳｉＣヒーター部材やＭｏ−Ｓｉヒーター部材においては昇華に伴う劣化を抑制するために電気負荷密度を約１０Ｗ／ｃｍ2 程度とすることしかできず、その結果、昇温速度の短縮化に限界があった。また、これらのヒーター部材においても、屈曲部を要するような複雑形状においては充分な耐熱強度が得られていなかった。
【００１２】
このような技術的課題に鑑み、本発明は、均熱性及びフレキシビリティーに優れ、急昇降温が可能であって、低コストで製造できる半導体製造装置用カーボンヒータユニットを提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、両端付近にアルミナ製のワイヤ支持部（１１，２１，３１，４１）を設け、カーボンファイバーを束ねたカーボンファイバー束を複数本用いてワイヤー形状に編み込んだカーボンワイヤ（１５，２５，３５，４５）をヒータ体として使用し、このカーボンワイヤ（１５，２５，３５，４５）を両ワイヤ支持部（１１，２１，３１，４１）の間で往復させて張り渡し、全体的に筒状の加熱空間（１６，２６，３６，４６）を形成したことを特徴とする半導体熱処理装置用ヒータユニットを第１の解決手段としている。
【００１４】
本願発明は、ワイヤ支持部（１１，２１）が多数の小穴（１２，２２）を有し、小穴（１２，２２）を通してカーボンワイヤ（１５，２５）を案内する構成になっていることを特徴とする前記構成の半導体熱処理装置用ヒータユニットを別の解決手段としている。
【００１５】
本願発明は、カーボンワイヤ（１５，２５）とワイヤ支持部（１１，２１）の間に、カーボン製ピース（１７）を配置することを特徴とする前記構成の半導体熱処理装置用ヒータユニットをさらに別の解決手段としている。
【００１６】
本願発明は、ワイヤ支持部（１１，２１）がリング形、馬蹄形、楕円形のような平板もしくは略同形状を形成する分割された平板であることを特徴とする前記構成の半導体熱処理装置用ヒータユニットをさらに別の解決手段としている。  本発明は、ワイヤ支持部（１１，２１）の鉄不純物濃度が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする前記構成の半導体熱処理装置用ヒータユニットをさらに別の解決手段としている。
【００１７】
本発明は、上記カーボンワイヤ（１５，２５）が、５〜１５μｍのカーボンファイバーを束ねたカーボンファイバー束を３本以上用いてワイヤ形状やテープ形状のような縦長形状に編み込まれたものであることを特徴とする前記構成の半導体製造装置用カーボンヒータユニットをさらに別の解決手段としている。
【００１８】
本発明は、上記カーボンワイヤ（１５，２５）を密閉形の石英ガラスまたは透光性アルミナ容器に封入したことを特徴とする前記構成の半導体熱処理装置用ヒータユニットをさらに別の解決手段としている。
【００１９】
本発明は、上記容器が二重管形状であり、複数個組み合わせて所定形状のヒーティングゾーンを形成することを特徴とする前記構成の半導体熱処理装置用ヒータユニットをさらに別の解決手段としている。
【００２０】
本発明は、上記容器内に窒素、水素または不活性ガスを流入することを特徴とする前記構成の半導体熱処理装置用ヒータユニットをさらに別の解決手段としている。
【００２１】
本発明は、上記容器内が２００ｔｏｒｒ以下に減圧されていることを特徴とする前記構成の半導体熱処理装置用ヒータユニットをさらに別の解決手段としている。
【００２２】
本発明は、上記小穴に貫通穴を有する透光性アルミナピンを挿入し、その貫通穴にカーボンやワイヤを通す構成にしたことを特徴とする構成の半導体熱処理装置用ヒータユニットをさらに別の解決手段としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体熱処理装置用ヒータユニットは、両端にアルミナ製のワイヤ支持部を配置し、カーボンファイバーを束ねたカーボンファイバー束を複数本用いてワイヤー形状に編み込んだカーボンワイヤをヒータ体として使用し、このカーボンワイヤを両ワイヤ支持部の間で往復させて張り渡し、全体的に筒状の加熱空間を形成したことを特徴としている。
【００２４】
ワイヤ支持部をアルミナ製にしたのは、カーボンワイヤが高温（例えば１３００℃以下）で石英ガラスや金属と接触すると反応して強度劣化を起こすためである。アルミナ製の支持部材であっても、カーボンワイヤの劣化を防止するため、高純度のアルミナ材料を使用することが好ましい。
【００２５】
特に、鉄不純物を低濃度とすることが重要である。すなわち、アルミナ製ワイヤ支持部の鉄不純物濃度は、１００ｐｐｍ以下が好ましい。鉄不純物のより好ましい濃度は、１０ｐｐｍ以下である。
【００２６】
ワイヤ支持部に多数の小穴を設け、小穴を通してカーボンワイヤを案内する構成にすることができる。
【００２７】
ワイヤ支持部はリング形、馬蹄形、楕円形のような平板で構成することができる。
【００２８】
カーボンヒータの不純物を灰分で１０ｐｐｍ以下にするのが好ましいのは、不純物が１０ｐｐｍを超えると、微量の酸素でも酸化され易くなり、このために異常発熱を起こし易くなるからである。
【００２９】
実際、不純物が灰分で１０ｐｐｍを超える場合には、８００℃の大気中で１０分間で異常発熱を起こし、窒素中に１００ｐｐｍの酸素が存在する雰囲気においては８００℃で１０時間使用すると異常発熱を起こすことが確認されている。
【００３０】
一方、不純物が灰分で１０ｐｐｍ以下の場合には、窒素中に１００ｐｐｍの酸素が存在する雰囲気において８００℃で５０時間以上使用しても異常発熱を起こさないこと、及び、８００℃の大気中においては１０分未満であれば異常発熱を起こさないことが確認されている。
【００３１】
不純物は灰分で５ｐｐｍ以下であることがより好ましい。この場合には、特に異常発熱を抑える効果が大きくなり、より長寿命化を達成できる。
【００３２】
ヒータ部材の抵抗値は、好ましくは１０００℃で２〜１０Ω／ｍである。その理由は、一般的な半導体製造用加熱装置において、従来からのトランス容量にマッチングさせる必要があるからである。
【００３３】
すなわち、抵抗値が１０Ω／ｍを超える場合には、抵抗が大きいためヒータ長を長くとることができず、端子間で熱が奪われて温度むらが生じ易くなる。
【００３４】
一方、抵抗値が２Ω／ｍ未満の場合には、反対に抵抗が低いためヒータ長を必要以上に長くとらなければならず、カーボンワイヤーやカーボンテープのような細長のヒータ部材の組織むらや雰囲気のむらにより温度のばらつきが生じる恐れが大きくなる。従って、カーボンワイヤーを複数本束ねることが有効であり、並列結線することがより好ましい。
【００３５】
ヒーター部材は、５〜１５μｍのカーボンファイバーを例えば３００〜８００本束ねて、撚りを形成したカーボンファイバー束を３本以上用いてワイヤ形状やテープ形状のような縦長形状に編み込んだものであることが好ましい。これによって、ヒーター部材としての高温時の引張強度が確保され、またカーボンファイバーの密着性がその長さ方向において均一になり、よって長さ方向での発熱ムラが低減される。
【００３６】
ヒータ部材を密閉形の石英ガラス容器または透光性アルミナ容器に封入し、半導体製造装置用カーボンヒータを構成することができる。
【００３７】
前記容器の形状は、例えば二重管形状とすることができる。
【００３８】
このような形状の複数個の石英ガラスまたは透光性アルミナ容器を組み合わせて所定形状のヒーティングゾーンを形成することにより、その形状に合致した被処理物を均一に加熱することができる。
【００３９】
また、上記容器内に窒素、水素または不活性ガスを流入したり、容器内を２０ｔｏｒｒ以下の真空にすることが好ましい。これによって、上記カーボンヒータの劣化を防止でき、長寿命化及び均熱性の長時間の持続が可能となる。
【００４０】
以上のようなカーボンヒータユニットは、適宜半導体製造用縦型炉のカーボンヒータとして用いることができる。
【００４１】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００４２】
図１は、半導体熱処理装置用ヒータユニットの実施例を示す斜視図である。図２は、図１のヒータユニットの一部分を拡大して示す斜視図である。
【００４３】
半導体熱処理装置用ヒータユニット１０は、頂部と底部に配置されたワイヤ支持部材１１と、そのワイヤ支持部１１を連結する８本の縦枠部材１３と、縦枠部材１３を相互に連結する横枠部材１４をフレームとしている。頂部と底部のワイヤ支持部１１の間には、ヒータ体としてのカーボンワイヤ１５が所定間隔で平行に張り渡されている。
【００４４】
この実施例では、カーボンワイヤ１５は、両ワイヤ支持部１１の間に円筒型に配置される。そして、ヒータユニット１０の内側には、円筒状の加熱空間１６が形成される。
【００４５】
支持部材１１はアルミナ製であり、リング型の平板形状になっている。支持部材１１の内周に沿った部分には、貫通穴１２が所定間隔をおいて一列に設けられている。カーボンワイヤ１５は、この貫通穴１２を通って方向転換され、両支持部材１１の間で往復して張り渡されている。
【００４６】
支持部材１１の形状はリング型に限らず、馬蹄形、楕円形、多角形等の形状でも良い。支持部材１１は複数片に分割することもできる。また、貫通穴１２は一列ばかりでなく、千鳥足状に配置することもできる。
【００４７】
縦枠部材１３と横枠部材１４は、石英ガラス、炭素、金属等によって形成することができる。
【００４８】
枠部材１３，１４は本来ならアルミナ製が良いが、アルミナは成形が難しく高価になるため、前述の材料で形成する。その中では、石英ガラスが最良であると考えられる。
【００４９】
カーボンワイヤ１５は、抵抗調整のため、途中で電極部を複数本取り出して分割回路にした方が良い。
【００５０】
カーボンワイヤ１５は、複数のカーボンファイバーを束ねたカーボンファイバー束を複数本用いてワイヤー形状に編み込んだものである。
【００５１】
カーボンワイヤ１５の含有不純物量は、灰分で１０ｐｐｍ以下、より好ましくは５ｐｐｍ以下にすることが好ましい。含有不純物が１０ｐｐｍを超えると、異常発熱を起こし易くなる。
【００５２】
カーボンワイヤは異常発熱を起こし易いので、酸化雰囲気下での使用には適さない。このため、半導体熱処理装置用ヒータユニット１０は、石英ガラス容器や金属ドーム内で使用することが好ましい。それゆえ、ヒータユニット１０は厚さを薄くして、コンパクトな構成にすることが望ましい。
【００５３】
カーボンワイヤは、好ましくは１０００℃の抵抗値で２〜１０Ω／ｍに設定する。その理由は、一般的な半導体用加熱装置において、従来からのトランス容量にマッチングさせる必要があるからである。
【００５４】
カーボンワイヤーを円周方向に巻く配線方式では、ワイヤを支えるための碍子の構造が複雑になってしまう。このため、前述の実施例では往復させて配線する方式を採用している。
【００５５】
図１に示すヒータユニット１０を上下に２個以上積み重ねて縦長の加熱空間を構成すれば、電力パワーを制御して温度制御を細かく行うことができる。
【００５６】
また、カーボンワイヤ１５と石英ガラス製の枠部材１３，１４との間に、ガラス状カーボン製反射板を配置することもできる。このような反射板を設けることによって、カーボンワイヤの熱効率を高めると共に、枠部材１３，１４付近の熱逃げによる温度のばらつきを抑制することが可能である。
【００５７】
図５のように、カーボンワイヤ１５支持部材１１の間に、カーボン製ピース１７を配置すると有利である。カーボン製ピース１７を配置することによって、カーボンワイヤ１５と支持部材１１の接触部分を低減して、熱衝撃が支持部材１１に及ぶことを防止できる。
【００５８】
図３は、本発明の他の実施例を示している。
【００５９】
この実施例では、カーボンワイヤ２５を支える支持部材２１が、筒状容器２９に取り付けられている。
【００６０】
支持部材２１は複数の片に分割されており、全体としてリング状に配置される。支持部材２１を分割せずに、筒状容器２９を縦方向に２分割しても良い。
【００６１】
筒状容器２９は二重管形状になっているが、図面では内管は省略されている。また、上下のフタと排管系も省略されている。
【００６２】
排管系を用いて容器内に不活性ガスを導入したり、容器内を例えば２００ｔｏｒｒ以下に減圧することができる。
【００６３】
筒状容器２９は、上部と下部に環状の設定部を有し、そこに支持部材２１を保持する構成になっている。設定部と支持部材２１の間には、図４に示すカーボン製スプリングワッシャ２８が複数個配置され、支持部材２１を固定している。
【００６４】
図６は、本発明の別の実施例を示している。
【００６５】
半導体熱処理用ヒータユニット３０の全体的構成は、図３の実施例と同じである。
【００６６】
本実施例では、ワイヤ支持部３１の小穴３２がやや大きめに形成され、その中に透光性アルミナピン５１を挿入する構成になっている。
【００６７】
透光性アルミナピン５１は、少なくともカーボンワイヤ３５が通過する内壁５２が透光性アルミナから構成されている。ピン５１の高さは、ワイヤ支持部３１の肉厚と同等又はそれ以上になっている。ピン５１は、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように様々な形状にすることができる。
【００６８】
ピン５１を用いることによって、石英製ワイヤ支持部３１とカーボンワイヤ３５との高温時の反応を防止することができる。
【００６９】
ピン５１の頭部には、図７（Ａ）に示すカーボン製リング状部材５３を配置することができる。カーボン製リング状部材５３は、急速昇降温時におけるピン５１の割れを防止する。
【００７０】
図７（Ｂ）に示すカーボン製リング状部材５５は、リングに切り欠き５６が形成されている。この切り欠き５６は、ワイヤが通過できる幅を有する。リング状部材５５が劣化した場合には、切り欠き５６を利用してリング状部材５５のみを交換することができる。また、切り欠き５６は耐熱衝撃性の向上にも役立つ。
【００７１】
図６の下側の支持部３１の左端の小穴３２ａは、切欠部３２ｂを有している。切欠部３２ｂは、カーボンワイヤ３５が通過できる幅を有している。このように支持部３１に切欠部３２ｂを設けた場合には、すべてのピン５１をワイヤ３５に通した後で、１つ１つのピン５１を順次支持部３１の小穴３２にセットすることができるので、ユニットの組立てを簡略化できる。
【００７２】
図８は、さらに別の実施例を示している。
【００７３】
このヒータユニット４０では、筒状容器４９の外側にワイヤ支持部４１が配置され、容器４９の外側にカーボンワイヤ４５が張り渡されている。
【００７４】
この実施例では、容器内の加熱空間４６にカーボンワイヤ４５がないため、よりクリーンな雰囲気での加熱が可能である。
【００７５】
【発明の効果】
本発明の半導体熱処理装置用ヒータユニットは、均熱性及びフレキシビリティーに優れ、急昇降温が可能であって、形状設計を自在に行うことができる。
【００７６】
なお、本発明は前述の実施例に限定されない。例えば、支持部材に穴ではなく溝や突起を形成して、ワイヤを案内することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体熱処理装置用ヒータユニットの実施例を示す斜視図。
【図２】図１の半導体熱処理装置用ヒータユニットの一部分を拡大して示す斜視図。
【図３】本発明の半導体熱処理装置用ヒータユニットの他の実施例を示す斜視図。
【図４】図３の実施例におけるカーボン製スプリングワッシャを示す図。
【図５】カーボン製ピースを用いた状態を示す斜視図。
【図６】本発明の半導体熱処理装置用ヒータユニットの別の実施例を示す斜視図。
【図７】図６の半導体熱処理装置用ヒータユニットに用いる透過性アルミナピンを示す斜視図。
【図８】半導体熱処理装置用ヒータユニットのさらに別の実施例示す斜視図。
【符号の説明】
１０，２０，３０，４０    半導体熱処理装置用ヒータユニット
１１，２１，３１，４１    ワイヤ支持部
１２，２２，３２，４２    貫通穴
１３    縦枠部材
１４    横枠部材
１５，２５，３５，４５    カーボンワイヤ
１６，２６，３６，４６    熱空間
１７    カーボン製ピース
２８    カーボン製スプリングワッシャ
２９，３９，４９    筒状容器
５１，５４，５７    透過性アルミナピン
５３，５５    カーボン製リング状部材
【図１】
0003930119.tif 000002
【図２】
0003930119.tif 000003
【図３】
0003930119.tif 000004
【図４】
0003930119.tif 000005
【図５】
0003930119.tif 000006
【図６】
0003930119.tif 000007
【図７】
0003930119.tif 000008
【図８】
0003930119.tif 000009