JP2006100755A - Substrate processing equipment and electric heater for substrate processing equipment, and substrate processing equipment equipped with this - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a substrate processing apparatus for manufacturing a semiconductor device on a substrate such as a silicon wafer and a glass substrate, an electric heater for the substrate processing apparatus, and a substrate processing apparatus including the same.
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。 As a device for manufacturing a semiconductor device, there is a substrate processing apparatus that performs processing such as generation of a thin film, annealing treatment, impurity diffusion, etching, etc. on a substrate such as a silicon wafer, a glass substrate, etc. Alternatively, there are a single-wafer type substrate processing apparatus that processes a plurality of sheets and a batch type substrate processing apparatus that processes a predetermined number of sheets at a time. As a batch type substrate processing apparatus, there is a vertical substrate processing apparatus having a vertical furnace or a horizontal substrate processing apparatus having a horizontal furnace.
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。
Hereinafter, there is a batch type substrate processing apparatus having a vertical furnace as a conventional substrate processing apparatus, for example, one disclosed in
A
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。
A
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。
With the
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。
Next, the
Cylindrical peripheral
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。
A
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。
A
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。
During the film forming process on the
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。
When the
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。
Each time the
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。 In the above-described conventional heating apparatus, the relative displacement in the circumferential direction between the holding pieces is not restricted due to the structure of the holding pieces, so that the heating wire and the heat insulating material are expanded by repeatedly raising and lowering the temperature in the furnace. , Repeated shrinkage, the holding piece is pulled out from the heat insulating material, and the relative displacement in the circumferential direction occurs between the holding pieces, the connection between the holding pieces is disconnected, the heating wires come into contact with each other, and a short circuit accident occurs There is a risk of doing.
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。
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。 In view of such circumstances, the first object of the present invention is to suppress the generation of thermal distortion of the heating wires, and prevent the heating wires from contacting the heating wires or structures such as the soaking tubes. The purpose is to extend the service life.
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。 A second object of the present invention is to provide an electric heater for a substrate processing apparatus capable of performing more uniform heating and a substrate processing apparatus provided with the same. A third object of the present invention is to provide an electric heater for a substrate processing apparatus capable of reliably supporting a heating element and a substrate processing apparatus having the same.
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。 In order to achieve the first object, the present invention includes a processing chamber for storing and processing a substrate, and a heating device that has a heating element and heats the processing chamber by the heating element. Only the substrate is held by the holding unit, and the substrate processing apparatus is formed so that at least a part thereof is convex toward the substrate.
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。 In order to achieve the second and third objects, the electric heater for a substrate processing apparatus according to the present invention is characterized in that the upper end of the serpentine heating element is fixed to a support and the lower end of the heating element is moved up and down. The upper end and the lower end are brought close to each other and the intermediate portion of the heating element is separated from the insulator. Since the upper end and the lower end are close to each other, the distance between the heating elements is not increased, and more uniform heating is possible. In this case, it is desirable to separate the lower end from the insulator rather than the upper end of the heating element.
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。 When fixing the heating element, a bent portion may be formed on the upper end of the heating element, and the bent portion may be hooked on the support. In this case, the bent portion may be bent at a substantially right angle, and the hooking portion of the support may be formed at a substantially right angle for receiving the bent portion. For example, the latching portion is substantially parallel to the lower wall portion and the lower wall portion on which the bent portion is hooked, and the upper wall portion and the bent portion are prevented from falling off in the horizontal direction to prevent the bent portion from being pulled upward. And a horizontal wall portion that hangs down from the upper wall portion, so that the lower wall portion can be divided into the upper wall portion and the horizontal wall portion.
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。
A first insulating piece for preventing a short circuit of the heating element between the upper release slits may be interposed in the bent portion of the upper release slit of the heating element.
In order to fix the heating element by other means, the support for fixing the upper end of the heating element may be passed through the lower release slit of the heating element. In this case, the support passes through an insulating piece interposed between the heating element and the insulator.
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。 The lower end side of the heating element may be held by an insulator in such a manner that a lower fixing body (pin) passes through the slit and is movable in the slit longitudinal direction and restricted in the movement in the slit vertical direction.
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。
In each of the above features, the lower end of the upper heating element may be overlapped with the support supporting the upper end of the lower heating element in the horizontal direction. In addition, a curved portion may be formed on the upper side of the heating element so that a part of the heating element is suspended while providing an offset distance with respect to the heat dissipation side between the upper end and the lower end of the heating element. Furthermore, you may curve so that the intermediate part of the up-down direction of a heat generating body may protrude on the opposite side to an insulator.
The electric heater described in any of the above features can be implemented as a substrate processing apparatus including the electric heater.
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。 According to the present invention, there is provided a processing chamber for storing and processing a substrate, and a heating device that has a heating element and heats the processing chamber by the heating element, and the heating element is held only at one end by the holding portion. Since at least a portion is formed to be convex toward the substrate, the buckling phenomenon is prevented even when the heating element becomes hot and the strength is reduced, and when the heating element is thermally expanded, the heating element Due to the convex shape, deformation is induced to the substrate side, and when the heat shrinks, the deformation is absorbed by the convex shape, so that the generation of thermal distortion in the heating elements is suppressed and the heating elements are uniform or between the heating elements. It exhibits excellent effects such as preventing contact with a structure such as a heat tube and extending the life of the heating element.
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。
On the other hand, according to the characteristics of the electric heater for a substrate processing apparatus and the substrate processing apparatus provided with the same according to the present invention, the upper end and the lower end are close to each other, so that heating can be performed uniformly. Further, since the intermediate portion of the heating element is separated from the insulator, the heat dissipation efficiency is good and uniform heating is possible. In addition, the upper end is fixed and the lower end is free, so there is no risk of dropout even if thermal expansion or deformation occurs, and it can be reliably supported and can be manufactured at low cost without requiring assembly accuracy. is there.
Other objects, configurations, and effects of the present invention will become apparent from the following embodiments of the present invention.
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。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, an outline of a substrate processing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the same reference numerals as those in FIG.
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。
A soaking
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。
A reaction
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。
The
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。
A forced exhaust line having an exhaust blower (not shown) that performs forced exhaust is connected to the
A cooling
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。
A cooling
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。
The
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。
As materials of the outer
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。
As will be described later, the
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。
The processing state of the
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。
A
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。
The
The inner-
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。
The heat generating
FIG. 2 shows the lowermost heat generating
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。
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。
The
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。
The upper holding
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。
Between the upper holding
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。
The
The developed shape of the
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。
A
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。
In the state where the heat generating stepped
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。
The
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。
The operation will be described below.
In the processing of the
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。
Usually, the temperature of the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
Even if the lower end of the
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。
When the process is complete, it is rapidly cooled to the wafer exit temperature, eg, 550 ° C. For cooling after the processing of the
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。
The cooling gas from the cooling
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。
The cooling gas introduced into the
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。
The cooling gas rises in the
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。
Thus, the
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。
When the cooling is completed, the
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。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following embodiments and modifications, members similar to those described above are denoted by the same reference numerals.
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。
In the lower portion of the present embodiment, an insulator (heat insulating member) 56 is configured by stacking a plurality of divided
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。
In the upper part of FIG. 6, the
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。
A
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。
In the present embodiment, the
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。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 9, the electric heater H according to the present invention is roughly a plurality of
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。
The
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。
As shown in FIG. 10A, the
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。
Since the
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。
Next, a modified example of the third embodiment of the present invention will be described.
In the modified example shown in FIG. 10B, the shape of the
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。
In the modified example shown in FIG. 10C, the lower end of the
In the modified example shown in FIG. 10D, the shape of the
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。
In the fourth embodiment shown in FIGS. 11A and 12, as shown in FIG. 12, the
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。
FIG. 11B shows a modified example of the fourth embodiment. In this modification, the structure of the support is different. The
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。
Next, in the fifth embodiment shown in FIG. 13, as shown in FIG. 13B, the
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。
Here, a modified example of the fifth embodiment will be described with reference to FIGS. In the modified example shown in FIG. 14, the shape of the
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。
In the modified example shown in FIG. 15, the lower end of the
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。
In the modified example shown in FIG. 16, a
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。
In the modified example shown in FIG. 17, the upper end and the lower end of the
In the modified example shown in FIG. 18, a
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。
The sixth embodiment shown in FIG. 19 relates to modification of the shape of the
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。
The reference embodiment of FIG. 20A is mainly used for a ceiling portion, and the structure of the support is different. The
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。
FIG. 20B shows a modification of the present embodiment. In this modified example, the
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。
Furthermore, in the modified example shown in FIG. 20C, in the curved
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。
In the reference embodiment shown in FIG. 21A, a
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。
21 (b) and 21 (c) show modified examples of this embodiment. The modified example shown in FIG. 21B plays the same role as the protruding
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。
The electric heater shown in the embodiment of FIGS. 6 to 21 can be used in the substrate processing apparatus shown in FIGS. Further, in each of the above embodiments, in the embodiment of FIGS. 9, 10, 20 (a) and (b), the
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。
In each of the above-described embodiments and modifications, the meandering heater is not limited to a flat plate shape, and a wire rod developed in a meandering shape may be used.
In each of the above embodiments and modifications, the heating element is not only arranged vertically in the vertical direction, but the plane of the heating element may be arranged inclined in the vertical direction or arranged horizontally.
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。 Examples of the insulating material constituting the support, protrusions, fixing pins, insulating pieces, insulators, etc. include ceramics, silicon carbide, silicon nitride mainly composed of alumina, alumina silica, mullite, zircon, or cordierite. In addition to the above, various materials can be used as long as they are harder and have better heat conductivity than the heat-insulating refractory of the heat insulator. As the heat insulating refractory constituting the heat insulating member (insulator) 56, various materials such as ceramic fibers and ceramic powder mixed with organic / inorganic binder can be used. The kind and the mixing | blending of the material which comprise these heat insulation bodies and a support body can be suitably changed according to the operating temperature etc. of an electric heater.
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。 A substrate processing apparatus according to the present invention, an electric heater for the substrate processing apparatus, and a substrate processing apparatus provided with the substrate processing apparatus are used for manufacturing a semiconductor device, forming a thin film on a substrate such as a silicon wafer and a glass substrate, annealing, It can be used in a substrate processing apparatus that performs processing such as diffusion and etching, and the electric heater for a substrate processing apparatus of the present invention can be applied from room temperature to heating up to 1400 ° C.
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
H: Electric heater, 2: Heating device, 3: Soaking tube, 4: Reaction tube, 5: Boat, 12: Wafer, 25: Heat generation part, 42: Outer insulation, 43: Heat generation element, 43a: Bending part, 43b: body part, 43x, 43y: terminal, 45: inner layer insulator, 43: heating element, 43a: bent part, 52: lower fixing pin, 53: upper fixing pin, 56: ceramic board (insulator, heat insulating member) ), 56a to d: first to fourth divided bodies, 56x, 56y, 56z: convex portion, 57: heat generating step portion, 59: support, 59a: through hole, 59b: fixing nail, 61: lower support portion, 61a: tip portion, 62: upper support portion, 62a: lateral wall portion, 62b: upper wall portion, 63: ridge, 65: slit, 65a: lower open slit, 65b: upper open slit, 66: first insulating piece, 67: Second insulating piece, 68: Third insulating piece, 69: Nozzle, 72: Edge 73: curved portion, 74: latching portion, 75: protrusion, 76: stainless steel plate, 77: fixing tool, 78a: bolt, 78b: nut, 78c: washer, 78d, 78e: clasp, 79: support, 81: fixing part, 81a: recess (tip part), 82: adjustment part, 82a: knob (lateral wall part), 82b: insertion shaft (upper wall part), 83: latching part, 85: support, 86: hanger Pin, 86a: recess, 87: spacer, 88, 89: insulator, 90: support, 90a: fixing part, 90b: adjustment part, 91: insertion part, 92, 93: support, 94, 95: insertion Part, 96: support, 97: insertion part, 98: protruding part, 100: heater, 101, 101a: heating element, 102: support, 102a: insertion part, 103: molded article
Claims (14)
The substrate processing apparatus provided with the electric heater for substrate processing apparatuses in any one of Claims 2-13
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