JP2953744B2 - 熱処理装置 - Google Patents

熱処理装置

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JP2953744B2 JP13087090A JP13087090A JP2953744B2 JP 2953744 B2 JP2953744 B2 JP 2953744B2 JP 13087090 A JP13087090 A JP 13087090A JP 13087090 A JP13087090 A JP 13087090A JP 2953744 B2 JP2953744 B2 JP 2953744B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は熱処理装置に関する。
(従来の技術) 従来の拡散炉等に用いられる横型環状炉において所定
のプロセスが行なわれる炉内の均熱領域を広く取るため
に、環状炉の両端部分を除く中間部において中央部の巻
線密度を密状態にするようにしたものとして特開平1−
114032号公報がある。
またセラミックス等の溝状凹部2個で形成される円筒
状凹部に発熱線を保持するようにしたものとして、実開
昭61−89800号公報がある。
またコイル状に一定の間隔で巻回された発熱線を耐火
断熱材内に設けた複合構造発熱器として、特開昭60−24
6582号公報がある。
(発明が解決しようとする課題) 前者文献の技術では所望均熱領域を広く取るために、
例えば熱処理装置の加熱処理部の内径が変わった場合、
あるいは熱処理装置に挿入されたプロセスチューブの長
さが変わった場合、あるいは熱処理装置炉口部の断熱方
法が変わった場合等において、上記熱処理装置中央部の
発熱線の巻回密度を5〜15%の範囲で最適に設定する必
要がある。
次の文献に記載された発熱線の保持方法は、例えばセ
ラミックス等からなる溝状凹部2個で形成される円筒状
凹部からなる1組の発熱線保持部材を複数組例えば数10
0組設け上記発熱線が通電非通電され熱膨張や収縮がく
り返し行なわれても所定の巻線ピッチが変わらないよう
に構成されている。
従って、上記巻回密度を変える毎に、異なった寸法の
例えばセラミックスからなる例えば数100組の保持部材
を用いなければならない。この保持部材は複雑な形状を
しており、通常金型を用いセラミックス等を焼成して製
作しており、1組の保持部材を製作するのに多大の経費
と日時を要するという問題点を有する。
後者文献の発熱線と耐火断熱材からなる複合構造発熱
器を多数積層配置すれば所望加熱領域の熱処理装置を構
成することはできる。
しかし熱処理装置内の均熱領域を広く取るためには多
数の例えば10の加熱ゾーンが設けられるため、この各加
熱ゾーンを独立して温度制御を行なう時、互いに隣設す
る加熱ゾーンの影響を受け安定な温度制御が困難である
という問題点を有する。
この発明は上記点に鑑みなされたもので、熱処理装置
の所望温度分布特性を得ようとするとき、予め金型等を
用いてセラミックス等を焼成して製作される発熱線保持
部材を用いることなく、簡単で容易に発熱線の巻回密度
を変え発熱密度を所望に設定し、上記所望温度分布特性
を得ることができ、温度安定性のよい熱処理装置を提供
するものである。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 本発明のうち請求項1記載の熱処理装置は、被処理体
を収容する筒状の反応管の周囲に、筒状の耐熱断熱部材
の内壁にコイル状発熱線が設けられた加熱部を設けた熱
処理装置において、上記耐熱断熱部材の内壁に上記発熱
線を保持する溝部を設け、上記発熱線を少なくとも3つ
のゾーンにより構成し、上記溝部に上記発熱線を温度低
下ゾーンにおける巻回ピッチを他のゾーンよりも密にし
て設け、上記耐熱断熱部材の外周に良熱伝導部材からな
る内側カバーを設け、この内側カバーの外周に冷却部を
介して外側カバーを設け、上記耐熱断熱部材の炉口側開
口端に内側カバー及び外側カバーと接合された金属製の
面板を設けたことを特徴とする。
また、請求項2記載の熱処理装置は、請求項1記載の
熱処理装置において、上記外側カバーには絶縁部材を介
して給電端子部が固定され、この給電端子部に上記発熱
線が電気的に接続されていることを特徴とする。
(作用) 請求項1記載の熱処理によれば、耐熱断熱部材の内壁
に上記発熱線を保持する溝部を設け、上記発熱線を少な
くとも3つのゾーンにより構成し、上記溝部に上記発熱
線を温度低下ゾーンにおける巻回ピッチを他のゾーンよ
りも密にして設けたので、特別な発熱線保持部材を用い
ることなく、発熱線を所望領域の巻回密度を変えた状態
で耐熱断熱部材の内壁に設けることができ、もって、所
望の温度分布特性が得られ、均熱領域の拡大及び温度安
定性の向上が図れる。しかも、上記耐熱断熱部材の外周
に良熱伝導部材からなる外側カバーを設け、上記耐熱断
熱部材の炉口側開口端に内側カバー及び外側カバーと接
合された金属製の面板を設けているため、耐熱断熱部材
を空冷手段を用いることなく効果的に冷却することが可
能となり、装置の小型化が図れると共に、耐熱断熱部材
の絶縁抵抗を高く保て、漏洩電流を抑制できる。
また請求項2記載の熱処理装置によれば、上記外側カ
バーには絶縁部材を介して給電端子部が固定され、この
給電端子部に上記発熱線が電気的に接続されているた
め、熱膨張や外力による発熱線及び給電端子部の位置ず
れを防止でき、発熱線及びその給電端子部との接合部の
耐久性の向上が図れる。
(実施例) 以下本発明に係る熱処理装置を半導体ウェハをバッチ
処理する拡散炉に適用した一実施例について図面を参照
して具体的に説明する。
第2図においてコイル状の抵抗発熱線1は例えばFe・
Cr・Alの合金からなり、線直径A=2mm,コイル直径B=
12mm,コイル間隔(巻回ピッチ)C=10mmに構成してい
る。
第1図において上記コイル状の発熱線1を内壁面に設
けられた溝部2に嵌合又は埋込み保持する例えば円筒状
で高さ1000mmで内径350mmの耐熱断熱部材3は例えばセ
ラミックスファイバーとアルミナセメントを混合し熱処
理を施こしたものからなり、発熱線1が通電され発熱膨
張しても、上記コイル状発熱線1と上記耐熱断熱部材3
の間に所定の間隔が残されるような第3図に示す如く空
隙部4が全溝部2の上部に設けられており、以上の如く
加熱部が構成されている。
上記耐熱断熱部材3は、断熱材5例えばアルミナブラ
ンケットを介して、良熱伝導部材例えばアルミニウムか
らなる内側カバー6によって囲繞されるように構成され
ている。
上記内側カバー6の外周には冷却部7が設けられ、こ
の冷却部7は第4図に示す如く例えば冷却水の流通する
銅パイプからなる冷却パイプ8が上記内側カバー6の外
壁面上蛇行状に配設されている。
上記冷却部7を囲繞する如く良熱伝導部材例えばアル
ミニウムからなる円筒状外側カバー9が設けられてい
る。
上記発熱線1は給電端子部10の端子ネジ11と溶着され
ており、この端子ネジ11は第5図の如く例えばセラミッ
クスからなり耐熱性と絶縁性を有し同軸で互いに嵌合可
能な構造の絶縁部材である碍子12,13を2つのナット14
により補助板15に狭持固定するようにされている。
この補助板15は4本のネジ16によって外側カバー9に
取り付けられている。
上記耐熱断熱部材3の下部開口端には、この耐熱断熱
部材3と略同一の穴部が設けられ例えばステンレススチ
ールからなる面板17が設けられており、この面板17と内
側カバー6と外側カバー9を上記面板17の穴部と同軸に
設けられた環状部材18,19に複数ケ所ネジ20,21で取り付
けている。
上記耐熱断熱部材3の上部開口端部には、耐熱断熱性
を有する断熱蓋体22が設けられ、この断熱蓋体22を破っ
て例えばステンレススチールの蓋23が、例えばステンレ
ススチールの上部リング24に取り付けられ、この上部リ
ング24には上記外側カバー9が取り付けられている。
上記内側カバー6と上記上部リング24の間には、熱膨
張により上記内側カバー6が伸張しても、所定の間隔が
残されるような間隙25が設けられている。
上記発熱線1は少なくとも3つのゾーンで構成されて
おり、第4図に示す端子部10Aと10B間で高さ100mmの第
1ゾーン、端子部10Cと10D間で高さ750mmの第2ゾー
ン、端子部10Eと10F間で高さ150mmの第3ゾーンとして
あり、図示しない電力供給源と制御部により上記各ゾー
ンに印加する電力を適宜制御し熱処理装置内の均熱範囲
が広く取れるような構成とされている。
上記各ゾーンには第7図に示す如く温度測定素子例え
ば熱電対34,35,36が加熱部26を貫通して設けられ、外側
カバー9の外側より熱処理装置内の温度を測定可能に構
成されている。
第6図に上記端子部10Cと10D間のコイル状の発熱線1
を耐熱断熱部材3に取り付ける前の状態を示す。
上記端子部10C,10D側は上記説明の如く、コイル間隔
C=10mmに設けられ、中間部は両端部より約5%発熱密
度が多くなるようにコイル間隔D=9.5mmに設けられ、
上記コイル間隔が変わる部分には直線部Eが設けられて
いる。この直線部Eを設けたことにより、発熱線を所定
コイル巻数に巻回後、上記発熱線を所定の発熱部F,G,H
の長さ分引張ることにより、上記コイル間隔C,Dを容易
に設定することができる。
次に耐熱断熱部材3と上記コイル状発熱線1を一体に
製作する方法について以下説明する。
上記コイル状発熱線1を弾性有機質薄膜からなるチュ
ーブで被い、耐熱断熱部材を成型する金型の所定間隔に
配置する。そして上記金型の全空間に焼成後耐熱断熱部
材となる原材料を充填し、これが固化したのち離型,乾
燥および焼成する。この焼成により上記チューブを焼却
するとともに上記原材料を焼成し、耐熱断熱部材3と発
熱線1からなる加熱部が製作される。
従って上記コイル間隔を変えて製作する場合でも、上
記と同様の方法で発熱部を容易に製作することができ
る。
そして第7図に示す如く基台30の上に面板17を所定の
間隔を設け載置固定して加熱部26が配置され、この加熱
部26には耐熱性材料例えば外径300mmで長さ1200mmの石
英からなるプロセスチューブ27が挿入配置されている。
このプロセスチューブ27に被処理体例えばシリコンウェ
ハ28が複数枚例えば170枚水平に石英ボート31に収納さ
れ、このボート31は保持台32に載置されている。この保
持台32は蓋体33に載置され、昇降機構29で上記プロセス
チューブ27の所定の均熱領域に上記ウェハ28を搬入搬出
可能の如く構成されている。上記プロセスチューブ27の
一端には、反応ガスを供給する図示しない反応ガス供給
管が接続され、他端側には、上記プロセスチューブ27内
を所定の圧力に排気する排気ポンプと接続された図示し
ない排気管が設けられている。
次に上記熱処理装置を900℃に加熱した場合について
説明を行なう。
上記プロセスチューブ27内にウェハ28か搬入され、所
定の反応ガスが供給され、予め定められた圧力に上記排
気ポンプにより排気される。上記3ゾーンの発熱線1そ
れぞれに図示しない電力供給源と制御部が接続されてお
り、上記制御部により上記熱電対34,35,36の温度は測定
され、上記発熱線1に印加される電力は適宜制御され
る。
このときプロセスチューブ27内の均熱範囲が最も長く
取れた器の温度分布を第8図に示す。
900℃±1℃以内の均熱長は770mm取れている。
次に第6図に示すコイル間隔をC=10mm,D=10mmと同
一の場合で、均熱範囲が最も長く取れたときの温度分布
を第9図に示す。
900℃±2℃の均熱長は760mmと温度誤差が大きくなっ
ている。
温度誤差を900℃±1℃以内とした場合は第10図のよ
うに均熱長は680mmと短かくなっている。
第9図の如くコイル間隔を一定とした場合に温度分布
が一定にならない理由について以下説明を行なう。
上記実施例の如く下端部が開放された円筒状熱処理装
置においては、下端部への熱放散が多くプロセスチュー
ブ27内の場所による放熱を示す放熱カーフは第11図の下
側に示すようにプロセスチューブ27の下端部側である図
の左側で放熱が多くなっている。
上記熱処理装置で均熱領域が広く取れた場合の各発熱
ゾーンの加熱カーブは第1図上側に示すように熱処理装
置の下側に設けられた第3ゾーンの加熱量が多くなって
いる。このような大きな熱放散を大きな熱印加で炉内温
度を均一化しようとしても均熱にはならず下端部側で温
度誤差が大きくなってしまう。そこで第9図の温度低下
部分、すなわち第8図の第2ゾーンの発熱部G部分がそ
の他の発熱部F,H部分より約5%発熱量が多くなるよう
に発熱線の巻回ピッチを密にしたものが本発明の実施例
であり、第8図の如く良好な均熱特性が得られている。
均熱範囲が長く取れる発熱密度の大きい発熱部G部分
の位置およびコイル間隔C,Dの関係は熱処理炉の長さ,
直径,プロセスチューブの取付け方法,処理ガス流量等
によって変わるので適宜使用条件に合わせて定めればよ
い。
先に述べた如く本発明では発熱線1を保持する特殊形
状のセラミックスブロック等を使用していないため、安
価で容易に短納期で熱処理装置を供給することができ
る。
また上記実施例を用いた耐熱断熱部材3と発熱線1か
らなる加熱部は円筒で一体のものに限らず第12図の如き
円筒状の発熱部を同軸に接続して用いてもよい。
また第13図の如く半円筒状の加熱部を円筒状に接続し
て用いてもよい。
また発熱線1は円形のコイル状に限らず楕円形等どの
様な形状でもよい。
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨の範囲内で種々実施が可能である。上記実
施例では熱処理装置の下端側が開放された縦型熱処理装
置に本発明を利用したが、熱処理装置の両側が開放され
た横型熱処理装置に本発明を利用してもよい。
本発明の熱処理装置は半導体製造装置,液晶製造装置
等に用いられる、CVD装置や酸化拡散装置等装置やプラ
ズマ装置に利用できる。
〔発明の効果〕
本発明のうち請求項1記載の熱処理によれば、耐熱断
熱部材の内壁にコイル状発熱線を保持する溝部を設け、
上記発熱線を少なくとも3つのゾーンにより構成し、上
記溝部に上記発熱線を温度低下ゾーンにおける巻回ピッ
チを他のゾーンよりも密にして設けたので、特別な発熱
線保持部材を用いることなく、発熱線を所望領域の巻回
密度を変えた状態で耐熱断熱部材の内壁に設けることが
でき、もって、所望の温度分布特性が得られ、均熱領域
の拡大及び温度安定性の向上が図れる。しかも、上記耐
熱断熱部材の外周に良熱伝導部材からなる外側カバーを
設け、上記耐熱断熱部材の炉口側開口端に内側カバー及
び外側カバーと接合された金属製の面板を設けているた
め、耐熱断熱部材を空冷手段を用いることなく効果的に
冷却することが可能となり、装置の小型化が図れると共
に、耐熱断熱部材の絶縁抵抗を高く保て、漏洩電流を抑
制できる。
また請求項2記載の熱処理装置によれば、上記外側カ
バーには絶縁部材を介して給電端子部が固定され、この
給電端子部に上記発熱線が電気的に接続されているた
め、熱膨張や外力による発熱線及び給電端子部の位置ず
れを防止でき、発熱線及びその給電端子部との接合部の
耐久性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る熱処理装置の一実施例説明図、第
2図,第3図は第1図の部分説明図、第4図は第1図の
外観図、第5図は第1図の給電端子部説明図、第6図は
第4図の発熱線説明図、第7図は第1図の設置説明図、
第8図は第1図の均熱特性説明図、第9図,第10図は発
熱線の巻回間隔を変えない場合の均熱特性説明図、第11
図,第12図,第13図は第1図の発熱部の他の実施例説明
図。 1…発熱線、3…耐熱断熱部材 6…内側カバー、7…冷却部 9…外側カバー、10…給電端子部 17…面板、24…上部リング 27…プロセスチューブ、28…ウェハ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被処理体を収容する筒状の反応管の周囲
    に、筒状の耐熱断熱部材の内壁にコイル状発熱線が設け
    られた加熱部を設けた熱処理装置において、上記耐熱断
    熱部材の内壁に上記発熱線を保持する溝部を設け、上記
    発熱線を少なくとも3つのゾーンにより構成し、上記溝
    部に上記発熱線を温度低下ゾーンにおける巻回ピッチを
    他のゾーンよりも密にして設け、上記耐熱断熱部材の外
    周に良熱伝導部材からなる内側カバーを設け、この内側
    カバーの外周に冷却部を介して外側カバーを設け、上記
    耐熱断熱部材の炉口側開口端に内側カバー及び外側カバ
    ーと接合された金属製の面板を設けたことを特徴とする
    熱処理装置。
  2. 【請求項2】上記外側カバーには絶縁部材を介して給電
    端子部が固定され、この給電端子部に上記発熱線が電気
    的に接続されていることを特徴とする請求項1記載の熱
    処理装置。
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