JP3088419B1 - 縦型加熱炉用円筒状ヒータ - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 加熱物２８をその周囲から効率よく加熱する
ことができ、そのため昇温時間を短くすることができ、
これにより１サイクルの処理時間を短縮できると共に、
併せて消費電力の低減が可能な円筒状ヒータ。 【解決手段】 ヒータ部材３１と同じ数の導体製の接続
ブロック３２を互いに絶縁した状態で円状に配列し、ヒ
ータ部材３１の一対の上端部を隣接する接続ブロック３
２に固定する。これにより、複数のヒータ部材３１を円
周方向に間隔を置いて円筒状に配列すると共に、隣接す
るヒータ部材３１の上端部を前記接続ブロック３２を介
して電気的に接続する。これにより、複数のヒータ部材
３１が閉じたサークル状に直列に接続される。離れた３
つの接続ブロック３２に電極３６を設け、三相電源から
円筒状ヒータ１２に電力を供給する

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、縦に長い単体加熱
物または縦に積層された複数の複合加熱物を、その周囲
から加熱する縦型加熱炉に使用するのに好適な円筒形の
ヒータに関し、例えば、半導体ウエハを縦に積層した状
態で熱ＣＶＤ処理を行うため、それら半導体ウエハを周
囲から均一に加熱することを目的とした縦型加熱炉用円
筒状ヒータに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造プロセスにおけるキーテクノ
ロジーは、高精度な熱コントロールである。大型集積回
路（超ＬＳＩ）のますますの微細化と高速化、さらには
低コスト化が要求されるに伴って、超ＬＳＩの製造プロ
セスで形成される薄膜は、さらに薄く、高品位が要求さ
れようになっている。

【０００３】半導体製造装置の中でも最も古くから主要
装置として使われてきているバッチ式熱拡散装置（縦型
拡散装置）においても、次のような特性条件が求められ
ている。 （オ)処理温度は８００〜１１００℃と高温、（カ）面
内温度分布が±３℃以下、（キ）処理温度が高いので重
金属汚染が一切ないこと、（ク）昇温降温速度１００℃
／ｍｉｎ以上が望めること、（ケ）エコロジーの観点か
ら省電力型でなければならないこと、

【０００４】多数枚（１００枚以上）の半導体ウエハを
一度に処理する拡散装置は、プロセス技術の発達の初期
段階においては、多数の半導体ウエハをボート上に縦向
きに並べる横型から発達した。しかし、半導体ウエハの
大口径化と、クリンルーム内に占める床面積を最小にす
るために途中から縦型拡散装置が多用されるようになっ
た。この縦型拡散装置は、ラック状のボートに半導体ウ
エハを５〜６ｍｍ間隔に積層し、その周囲からウエハを
加熱し、そこに反応ガスを導入し、熱ＣＶＤの手段で処
理するものである。

【０００５】この縦型拡散装置は、アウターチューブと
称される石英または金属シリコンを含浸させた炭化ケイ
素焼結体の反応管の中に、ガス流路を形成するためもイ
ンナーチューブと称される周面に小さな穴を多数開けた
石英または炭化ケイ素焼結体のパイプを配置し、このイ
ンナーチューブの中にボートが配置される構造になって
いる。反応性ガスはアウターチューブとインナーチュー
ブの間の隙間を流れ、半導体ウエハ上にドーパンドが拡
散し、或いは熱−化学反応によって薄膜が形成される。
アウターチューブの外側は、一般に大気圧となってお
り、所定の温度を得るため、アウターチューブを囲むよ
うに配置された断熱材の内側に発熱線を配線した電気炉
が構成されている。

【０００６】このような電気炉においては、ヒータが酸
素を含む大気中に置かれるので、耐酸化性の高い金属製
のが選ばれている。現在最も高温に耐えるヒータはドイ
ツのカンタル社製の発熱線である。この発熱線は、Ｃｒ
が２２％、Ａｌが５．５％、残部がＦｅの合金発熱線で
あり、その最高発熱温度は約１３００℃である。炉全体
に必要とされる電力は、６０〜８０ｋＷの大電力である
ため、線径４〜５ｍｍのカンタル社製の発熱線を１０〜
３０ｍｍのコイル状とし、これをファインセラミック製
の断熱材の内側に埋め込み、その一部を断熱材から露出
させて、１ブロック分のヒータとしている。

【０００７】

【発明が解決しようとしている課題】前記の縦型拡散装
置において、アウターチューブを１０００℃以上の温度
に加熱するためには、発熱線を１３００℃近くまで発熱
させる必要があり、高温でヒータが断線しやすい。また
円筒形の炉壁に対して発熱線は線状であるため、円筒面
内の温度分布が一様になりなりにくい。さらには、ヒー
タの温度上限が１３００℃に制限されるため、アウター
チューブの昇温速度は５〜１０℃／ｍｉｎが限界とな
る。そのため、常温から処理可能な温度である１０００
℃以上の温度に加熱するまでに時間がかかってしまい、
１処理サイクルの時間が長くなる。

【０００８】本発明は、このような従来の縦型拡散装置
に使用されるヒータの課題に鑑み、加熱物をその周囲か
ら効率よく加熱することができ、そのため昇温時間を短
くすることができ、これにより１サイクルの処理時間を
短縮できると共に、併せて消費電力の低減が可能な縦型
加熱炉用円筒状ヒータを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、前記の目的
を達成するため、加熱物２８を囲むように真空空間３を
形成し、この真空空間３内に円筒状ヒータ１２を設け
る。円筒状ヒータ１２は、Ｕ字状に連なった板状のグラ
ファイトからなる長尺板状のヒータ部材３１とグラファ
イトからなる接続ブロック３２とを使用した円筒状ヒー
タ１２と、その端面側に配置した円板状ヒータ１３とに
より構成する。接続ブロック３２を円周状に互いに絶縁
した状態で配列し、複数のヒータ部材３１の一対の上端
を隣接する接続ブロック３２に固定する。これにより、
複数のヒータ部材３１を円筒形に配置すると共に、複数
のヒータ部材３１を閉じたサークル状に直列接続する。
さらに、ヒータブロック３２の３点で三相電源を接続
し、ヒータ部材３１に電力を供給するものである。

【００１０】本発明による縦型加熱炉内で加熱物２８を
加熱するヒータは、長尺板状のＵ字形に連なった複数の
ヒータ部材３１が円周方向に間隔を置いて、前記加熱物
２８の周囲を囲むように円筒状に配列されると共に、隣
接するヒータ部材３１の端部が互いに接続されることに
より、それら複数のヒータ部材３１が閉じたサークル状
に直列に接続されている円筒状ヒータ１２と、隣接する
前記ヒータ部材３１が接続されているそれらの端部側に
あって、前記加熱物２８に対向するよう配置された円板
状ヒータ１３とを有するものである。このような円筒状
ヒータ１２を真空空間に配置する場合、ヒータ部材３１
としてグラファイトからなるものを使用できる。

【００１１】このような円筒状ヒータ１２のような円筒
状面発熱ヒータでは、円周方向の温度のばらつきが±
０．３℃以下という均熱性が得られる。そして、面発熱
で高電気抵抗を有するヒータ部材３１を得るには、極め
て薄いヒータ部材３１としなければならない。この点に
ついて、ヒータ部材３１を上から下に吊り下げるように
して円筒状に配置することにより、ごく薄いヒータ部材
３１でも容易に円筒形に配置することができる。

【００１２】より具体的な円筒状ヒータの構造として
は、ヒータ部材３１と同じ数の導体製の接続ブロック３
２を互いに絶縁した状態で円状に配列し、ヒータ部材３
１の一対の上端部を隣接する接続ブロック３２に固定す
る。これにより、複数のヒータ部材３１を円周方向に間
隔を置いて円筒状に配列すると共に、隣接するヒータ部
材３１の上端部を前記接続ブロック３２を介して電気的
に接続する。円筒状ヒータを真空空間に配置する場合、
ヒータ部材３１と同様に、接続ブロック３２としてグラ
ファイトからなるものを使用することができる。

【００１３】このような構造を採用することにより、グ
ラファイトヒータの成形体からなる板状のヒータ部材３
１を円筒形に容易に配列することができると共に、それ
らを閉じたサークル状に接続することができる。そし
て、このヒータ部材３１を接続する離れた３つの接続ブ
ロック３２に電極３６を設けることにより、トライアン
グル状の三相結線ヒータを構成することができ、安価な
商用三相電源から円筒状ヒータ１２に電力を供給するこ
とが可能となる。

【００１４】このような円筒状ヒータ１２の構造におい
ては、前記ヒータ部材３１、３１のそれらが接続された
側の端部と反対側の端部側の一部をトリミングすること
により、部分的な電気抵抗を調整することができる。す
なわち、ヒータ部材３１、３１のトリミングされた部分
では、トリミングされていない部分より電気の流れに対
して直交する断面の面積が小さくなるため、電気抵抗が
大きくなり、発熱量が増大する。他方、これらのヒータ
部材３１、３１のそれらが接続された端部側に円板状ヒ
ータ１３を配置し、加熱物２８に対向させることによ
り、ヒータ部材３１、３１のトリミングされた反対側の
端部側でも、温度分布の調整が可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
まず、図１により、本発明による円筒状ヒータが使用さ
れる縦型加熱炉について説明する。図１では、ラック状
のボート２７に円板形の半導体ウエハである加熱物２８
を装填し、この加熱物２８を上下に間隔をあけて並べて
保持した状態で熱ＣＶＤ処理する縦型加熱炉の全体を示
している。

【００１６】前記のボート２７は、円盤状の耐熱部材か
らなるベース板１に取り付けたエレベータ２３に取り付
けられ、ベース板１の上方で上下動される。べース板１
からは円筒形のインナーチューブ８が立設され、このイ
ンナーチューブ８が前記ボート２７に搭載された加熱物
２８をその周囲から囲む。このインナーチューブ８は、
石英または金属シリコンを含浸させた炭化ケイ素焼結体
等の化学的、熱的に安定した材料で形成されている。こ
のインナーチューブ８の周壁には多数の通孔が開設さ
れ、インナーチューブ８の上端は開口している。

【００１７】ベース板１は、その上面外周部分がリング
状の耐熱部材からなる継手２に気密に接合されており、
この継手２には、円筒形の真空容器４の下部周壁５の下
端部が気密に接合されている。すなわち、真空容器４の
下部周壁５の下端部が前記継手２を介して気密に取り付
けた前記ベース板１によって閉じられている。

【００１８】真空容器４は、下部周壁５と上部周壁６と
を有し、これら円筒形の下部周壁５と上部周壁６とがフ
ランジ継手７を介して気密に接合され、全体として円筒
形の周壁が構成されている。さらに、真空容器４は、円
板状の蓋体１６を有し、この蓋体１６が前記上部周壁６
の上端を気密に閉じる。下部周壁５と上部周壁６、その
下端を閉じるベース板１及び上端を閉じる蓋体１６によ
り、真空容器４は気密な圧力容器として構成されてい
る。

【００１９】真空容器４の外面には、冷却パイプ２０が
取り付けられ、この冷却パイプ２０に流通する水、その
他の冷却液により、真空容器４が冷却されるようになっ
ている。真空容器４の下部周壁５には、真空バルブ２２
を介して真空ポンプ２１が接続されている。また、真空
容器４の蓋体１６には、ガス導入口１８が接続され、こ
のガス導入口１８はマスフローコントローラ１９を介し
てガス供給源（図示せず）に接続されている。

【００２０】真空容器４の内面、具体的には真空容器４
の下部周壁５、上部周壁６及び蓋体１６の内側にグラフ
ァイト製等の断熱材１０が挿入されている。この断熱材
１０は、真空容器４の内側に赤外線を反射する反射部材
に代えることができ、また断熱材１０の内面に反射面を
形成してもよい。

【００２１】真空容器４の下部周壁５の下端に内側に張
り出したフランジを有し、このフランジと前記継手２の
内側に張り出したフランジとの間に、アウターチューブ
９の下端部から外側に張り出したフランジが気密に挟持
され、これによってアウターチューブ９が真空容器４の
内部に立設されている。また、ベース板１と継手２は水
路（図示せず）を有し、その流水によって冷却される。
このアウターチューブ９は、インナーチューブ８と同様
に石英または金属シリコンを含浸させた炭化ケイ素焼結
体等の化学的、熱的に安定した材料で形成されている。

【００２２】アウターチューブ９は上端を閉じた円筒形
を呈し、その下端部のフランジは、真空容器４の下部周
壁５と継手２との間に気密に挟持されているため、この
アウターチューブ９は、前記インナーチューブ８の周囲
を気密に囲み、その内側に気密な空間を形成している。
また、このアウターチューブ９の外側は、真空容器４と
共に気密な空間３を形成しており、前記真空ポンプ２１
を稼働してこの空間３からガス分子を排除することによ
り、アウターチューブ９と真空容器４との間に真空空間
３を形成することができる。この真空空間３は、アウタ
ーチューブ９の周囲と上面を囲んでいる。

【００２３】この真空空間３の断熱材１０の内側には、
前記のアウターチューブ９を囲んでヒータ１２、１３が
配置されている。アウターチューブ９の周囲には、円筒
状ヒータ１２が配置され、この円筒状ヒータ１２は、ア
ウターチューブ９の周囲を円筒状に囲んでいる。後述す
るように、この円筒状ヒータ１２の３本の端子２６を絶
縁した状態で真空容器４の外に取り出し、電源に接続す
る。

【００２４】また、アウターチューブ９の上端面には、
円板状ヒータ１３が対向している。この円板状ヒータ１
３の端子５６を絶縁状態で真空容器４の外に取り出し、
電源に接続する。前記ベース板１には、インナーチュー
ブ８とアウターチューブ９との間の空間に反応ガスを導
入する反応ガス導入口２４と、インナーチューブ８の内
側の空間から反応ガスを排出する反応ガス排出口２５と
が設けられている。

【００２５】このような構造を有する縦型加熱炉では、
真空空間３に配置された円筒状ヒータ１２と円板状ヒー
タ１３とでアウターチューブ９をその周囲から加熱し、
加熱物２８を加熱処理するとき、アウターチューブ９の
周囲が真空断熱層となる真空空間３で囲まれているの
で、高い断熱性が得られる。これにより、円筒状ヒータ
１２と円板状ヒータ１３によるアウターチューブ９の加
熱を効率よく行うことができ、アウターチューブ９内の
昇温速度を速く、且つ加熱物の円周方向の温度の均熱性
を保って加熱することが可能となる。

【００２６】また、ヒータ１２、１３が真空空間３に配
置されているので、ヒータ１２、１３の高温下での酸化
によるヒータ１２、１３の早期の断線等が起こりにくく
なる。むしろ、酸化を考慮せずに任意のヒータ１２、１
３を選択することができ、前述のようなグラファイトか
らなるヒータ１２、１３を使用することができる。

【００２７】さらに、加熱物２８の加熱処理が終わり、
ヒータ１２、１３の発熱を停止したとき、前記ガス導入
口１８から真空空間３にガスを導入することにより、ア
ウターチューブ９内をその周囲から強制冷却することも
できる。これにより、加熱処理後のアウターチューブ９
内の降温速度を早くすることができ、アウターチューブ
９内を短時間で常温に戻すことができる。

【００２８】冷却ガスは真空ポンプ２１で排気しなが
ら、常に冷えた冷却ガスを導入する。真空空間３内の温
度が高いときは、冷却ガスとして窒素ガスやアルゴンガ
ス等の不活性ガスを使用する。そして、真空空間３内の
温度が或る程度下がったときに、冷却ガスとして空気を
使用するようにすれば、真空容器４の酸化やヒータ１
２、１３の焼失等が起こらない。

【００２９】図２に、アウターチューブ９の周囲を囲む
本発明による円筒状ヒータ１２の例を示す。この円筒状
ヒータ１２は、長尺な板状のヒータ部材３１、このヒー
タ部材３１の上端を接続するための接続ブロック３２、
この接続ブロック３２を放射状に固定するための固定リ
ング３３及び一部の接続ブロック３２に取り付けられる
棒状の端子３６とを有する。図示の例では、ヒータ部材
３１と接続ブロック３２とが１２個ずつ使用され、端子
３６が３本使用されている。ヒータ部材３１と接続ブロ
ック３２の数は、ヒータ１２の全体としての径の大きさ
等に応じて任意に設定できる。

【００３０】固定リング３３は、Ａｌ₂Ｏ₃、ＢＮ、Ｓｉ
₃Ｎ₄等の耐熱性絶縁セラミックからなるリング状のもの
である。グラファイトやセラミック等で作られたネジ３
５により、固定リング３３の外周側に１２個の接続ブロ
ック３２を等角度間隔で放射状に固定するもので、その
ためのネジ孔を有している。

【００３１】接続ブロック３２は、後述するヒータ部材
３１と同材質のグラファイトからなるもので、図３に示
すように、個々の接続ブロック３２は、平面形状が５角
形を呈している。その幅は、円を１２等分した幅よりや
や狭い。この接続ブロック３２の基端側の上面は一段低
くなっており、そこにはネジ孔４０が設けられている。
さらに、先端面は、対象な２つの面が１５０゜の角度で
交差しておりそれら２つの先端面には、ネジ孔３９が設
けられている。

【００３２】接続ブロック３２の少なくとも３個には、
その基端側より一段高くなった先端側の上面に、電極３
６の下端を固定するためのネジ孔３８が設けられてい
る。また、図２に示すように、接続ブロック３２の少な
くとも３個には、前記のネジ孔３８に代えて、電極３６
より径の大きな通孔４６が設けられている。

【００３３】図２及び図３に示すように、ヒータ部材３
１は、上端から下端近くまで中央にスリット４２を設け
た長尺なグラファイト板からなっている。すなわち、こ
のヒータ部材３１は、上端から下端近くまでスリット４
２を入れ、事実上Ｕ字形に連なった長尺板状のグラファ
イト板である。その上端には、ネジを通す通孔４１が設
けられている。

【００３４】図２に示すように、接続ブロック３２は、
固定リング３３の外周側に等角度間隔で配列され、この
状態で接続ブロック３２の上面が一段低くなった基端側
が固定リング３３のネジ孔に通したグラファイト製のネ
ジ３５で固定される。このネジ３５は、図３に示した接
続ブロック３２の前記ネジ孔４０に締め込まれる。この
状態では、接続ブロック３２が円周方向に間隔を置いた
状態で固定リング３３の外周に放射状に配列される。

【００３５】なお、電極３６を取り付けるためのネジ孔
３８を有する接続ブロック３２が３つおきに配置され
る。そしてこれらの接続ブロック３２のネジ孔３８に電
極３６の下端のネジ３７をねじ込み、電極３６を固定す
る。また、通孔４６を有する接続ブロック３２も３つお
きに配置され、ネジ孔３８を有する接続ブロック３２と
通孔４６を有する接続ブロック３２との間に１つずつの
接続ブロック３２が配置される。

【００３６】接続ブロック３２の先端面には、前記ヒー
タ部材３１の上端を固定し、隣接するヒータ部材３１を
接続ブロック３２を介して順次接続する。すなわち、ヒ
ータ部材３１のスリット４２の両側の一対の上端を隣接
する接続ブロック３２の先端面に当て、ヒータ部材３１
の上端の通孔４１（図３参照）にネジ３４を通し、これ
を接続ブロック３２の先端面のネジ孔３９（図３参照）
にねじ込んで締め込む。このようにして、１２本のヒー
タ部材３１の一対の上端を隣接する接続ブロック３２の
先端面にそれぞれ固定し、これらヒータ部材３１を円筒
状に配列すると共に、これらヒータ部材３１を接続ブロ
ック３２を介して閉じたループ状に直列に接続する。

【００３７】このようにして組み立てられたヒータ１２
は、図１に示すようにして真空容器４とアウターチュー
ブ９との間に挿入され、真空空間３に配置される。電極
３６は、真空容器４の蓋体２６から絶縁部材を介して真
空容器４の外部に気密に引き出し、電源に接続する。互
いに離れた３つの接続部材３２に前記の電極３６を、を
設けることにより、閉じたループ状に接続されたヒータ
部材３１の３カ所設けた電極３６を介して電源を接続す
ることになる。これにより、トライアングル状の三相結
線ヒータを構成することができ、三相電源からヒータに
電力を供給することが可能となる。

【００３８】図４は、前述のようなヒータ１２に使用さ
れるヒータ部材３１の例を示すものである。図４（ａ）
は、図１及び図２により前述したヒータ部材３１であ
り、その断面形状は、上下両端を除いて全体に等しい。
この図４（ａ）のヒータ部材３１を標準的なものとする
と、図４（ｂ）〜（ｄ）は、ヒータ部材３１の下端をト
リミングし、その断面積を一部小さくしている。

【００３９】図４（ｂ）は、ヒータ部材３１の下端側の
両側をトリミングして切欠４３を設け、これによりヒー
タ部材３１の下端側の断面積を一部小さくしている。図
４（ｃ）は、ヒータ部材３１の下端側の両側に孔４４を
設け、これによりヒータ部材３１の下端側の断面積を一
部小さくしている。さらに、図４（ｄ）は、ヒータ部材
３１の下端側を厚さ方向にトリミングして削除部４５設
け、これによりヒータ部材３１の下端側の断面積を一部
小さくしている。何れの場合も、ヒータ部材３１の下端
側の断面積が一部小さくなることにより、単位面積当た
りの電流密度がその分だけ大きくなり、電気抵抗が増大
し、ヒータ部材３１の下端部の発熱量を増大させること
ができる。

【００４０】図５は、図１に示すような縦型加熱炉の試
験機を使用し、加熱試験を行った結果であり、加熱時に
おける円筒状ヒータ１２の中心軸上の温度分布を測定し
た結果を示している。真空容器３はＡｌ製とし、その高
さは１２０４ｍｍ、直径５００ｍｍとした。円筒状ヒー
タ１２は、高さ１００２ｍｍ、幅８５．２ｍｍ、スリッ
ト幅８ｍｍ、厚さ５ｍｍのグラファイト製長尺板状の１
２枚のヒータ部材３１を、直径３６０ｍｍの円筒形配列
とした。

【００４１】加熱物２８としては、高さ８６０ｍｍ、直
径２６６ｍｍのＳｉＣ製のインナーチューブ８の中のボ
ート２７に８インチのシリコンウエハを１００枚装填し
た。ここでは、加熱物である半導体ウエハのボート上の
装填ピッチを６．３５ｍｍとし、温度測定位置をその半
導体ウエハの位置（ボートの段数）で表してある。１段
目が最上位である。真空空間３を１×１０^-46Ｐａに減
圧した状態で、前記円筒状ヒータ１２、円板状ヒータ１
３に電流３８０〜３９０Ａ、電圧７５Ｖ、電力５０ｋＷ
の三相交流を流し、加熱試験を行っている。

【００４２】所定の温度に位置すべき領域の最下段位置
（目標均熱最下段位置）を上から８０段目までとし、ヒ
ータ１２、１３の加熱温度調整は、最上段（上面温調位
置）と、前記目標均熱最下段位置のほぼ中間位置（側面
温調位置＝４８段）との２点で行った。

【００４３】白印が円筒状ヒータ１２と円板状ヒータ１
３の双方に電力を供給して発熱させた結果であり、黒印
が側面（周面）の円筒状ヒータ１２のみに電力を供給し
て発熱させた結果である。何れも、合計で毎時３ｋＷ、
４．２ｋＷ、５．４ｋＷ、６．５ｋＷの電力を供給し、
加熱開始から１０分以上経過し、温度が定常状態に達し
たときの測定結果を示す。

【００４４】また図６は、円筒状ヒータ１２のみに７ｋ
Ｗの電力を供給し、加熱開始から１０分以上経過し、温
度が定常状態に達したときの温度測定結果を示す。この
グラフは、図５に比べて縦軸の温度を拡大して示してあ
る。これら図５及び図６に示すように、段数１００段ま
での温度分布を見ると、円筒状ヒータ１２のみを発熱さ
せた場合、温度分布は、縦軸の温度分布をｙ、横軸のウ
エハ段数１〜１００段をθとした場合θが約０〜１８０
゜の範囲の正弦曲線に近似する。また、円筒状ヒータ１
２と円板状ヒータ１３の双方を発熱させ、両ヒーター１
２、１３が共に９００℃になるよう温度を調節した場合
は、温度分布は、縦軸の温度分布をｙ、横軸のウエハ段
数１〜１００段をθとした場合、θが約０〜１８０゜の
範囲の余弦曲線に近似し、１段目がθ＝０となる。

【００４５】この結果例えば、図４に示すようなトリミ
ング手段により、ヒータ部材３１の電流の流れと垂直な
断面Ａを温度分布に対応した正弦曲線や余弦曲線とする
ことにより、加熱物を加熱するエリアの温度分布を一定
にすることができることになる。

【００４６】図７は図４（ｄ）に示すように、５ｍｍ板
厚のグラファイト製のヒータ部材３１の先端部を２ｍｍ
までトリミングしたものを使用した円筒状ヒータ１２
と、図４（ａ）に示すようなトリミングしていないヒー
タ部材３１を使用した円筒状ヒータ１２とについて、加
熱温度分布を比較したグラフである。

【００４７】トリミングされたヒータ部材３１は、上か
らウエハの８０枚目に対応する位置まで５ｍｍの厚さで
あり、８０枚以降に対応するヒータ部材３１の厚さは２
ｍｍまで薄くしてある。トリミングされていない均一な
５ｍｍの厚さのヒータ部材３１を使用した場合、余弦曲
線のθ＝０がウエハの１枚目であるのに対して、５ｍｍ
−２ｍｍにトリミングしたヒータ部材３１の場合、その
余弦曲線のθ＝０は、ウエハの７０枚目までシフトした
曲線になっている。すなわち約７０枚目までは均一加熱
が達成されたことになる。

【００４８】このときトリミングされたヒータ部材３１
でも、トリミングされていないヒータ部材３１でも、９
００℃を維持するために必要な電力は上面の円板状ヒー
タ１３が２ｋＷ、周囲の円筒状ヒータ１２が５ｋＷでそ
のトータル７ｋＷは同じである。すなわち、トリミング
された部分の電気抵抗が上がり、ここの部分の発熱量が
増すために、余弦曲線がシフトしていることを意味して
いる。従って、トリミング比を５：２以上に増すことに
よって、またその位置を右側にシフトし、余弦曲線のθ
＝０の位置を８０枚以上に延ばせることになる。

【００４９】また図７に示した加熱平衡状態において、
同一ウエハ内の１２点の温度計測点の温度のバラツキ
は、ウエハの７段目から６７段目のすべてにおいて±
０．３℃に治まっており、本発明の効異が発揮されてい
ることがわかる。これはとりもなおさず、板状のグラフ
ァイト製のヒータ部材３１が円筒状に複数配置された円
筒状面発熱体の中心軸上に加熱物が配置された効果であ
る。

【００５０】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明による縦型加
熱炉用円筒状ヒータでは、加熱効率のより板状のヒータ
部材３１を円筒形に配列して円筒形のヒータを構成して
いるので、短時間でアウターチューブを高温に加熱でき
る。これにより、１サイクルの処理時間を短縮できると
共に、消費電力の低減が可能な縦型加熱炉を容易に構成
できる。

【００５１】さらに、互いに絶縁した状態でヒータ部材
３１と同じ数の導体製の接続ブロック３２を円状に配列
し、隣接するヒータ部材３１の一対の上端部を前記の接
続ブロック３２に固定することにより、板状のヒータ部
材３１を円筒形に容易に配列することができると共に、
接続ブロック３２を介して、ヒータ部材３１を閉じたサ
ークル状に接続することができる。

【００５２】また、このヒータ部材３１を接続する離れ
た３つの接続ブロック３２に電極３６を設けることによ
り、三相電源からヒータ１２に電力を供給することが可
能となる。さらに、本発明による円筒状ヒータでは、前
記ヒータ部材３１、３１のそれらが接続された側の端部
と反対側の端部側の一部をトリミングすることにより、
部分的な電気抵抗を調整することができ、その中心軸方
向に所望の温度分布を容易に形成できる円筒状ヒータを
得ることが可能となる。また、これらのヒータ部材３
１、３１の他方の端部側に円板状ヒータ１３を配置する
ことにより、ヒータ部材３１、３１のトリミングされた
反対側の端部側でも、温度分布の調整が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による縦型加熱炉の例を示す概略縦断側
面図である。

【図２】同縦型加熱炉に使用される円筒形ヒータの一例
を示す斜視図である。

【図３】同円筒形ヒータの一部の構成部材を示す分解斜
視図である。

【図４】同円筒形ヒータに使用される板状のヒータ部材
の各例を示す斜視図である。

【図５】前記縦型加熱炉の例により加熱試験を行った結
果として半導体ウエハの装填位置と温度分布との関係を
示すグラフである。

【図６】前記縦型加熱炉の例により加熱試験を行った結
果として半導体ウエハの装填位置と温度分布との関係を
示すグラフである。

【図７】本発明による縦型加熱装置において、トリミン
グされたヒータ部材を使用した円筒状ヒータとトリミン
グされてないヒータ部材を使用した円筒状ヒータとの加
熱比較試験を行った結果として半導体ウエハの装填位置
と温度分布との関係を示すグラフである。

【符号の説明】１２ 円筒状ヒータ １３ 円板状ヒータ ２８ 加熱物 ３１ ヒータ部材 １２ 円筒状ヒータ ３２ 接続ブロック ３６ 電極

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−166195（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−89790（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−33440（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−96844（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−106261（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−161725（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−102915（ＪＰ，Ａ) 実開 昭52−115944（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−106398（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−198497（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭49−37062（ＪＰ，Ｂ１) 実公 昭46−15576（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 3/64

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 縦型加熱炉内で加熱物（２８）を加熱す
   るヒータであって、長尺板状のＵ字形に連なった複数の
   ヒータ部材（３１）が円周方向に間隔を置いて、前記加
   熱物（２８）の周囲を囲むように円筒状に配列されると
   共に、隣接するヒータ部材（３１）の端部が互いに接続
   されることにより、それら複数のヒータ部材（３１）が
   閉じたサークル状に直列に接続されている円筒状ヒータ
   （１２）と、隣接する前記ヒータ部材（３１）が接続さ
   れているそれらの端部側にあって、前記加熱物（２８）
   に対向するよう配置された円板状ヒータ（１３）とを有
   することを特徴とする縦型加熱炉用円筒状ヒータ。
2. 【請求項２】 前記ヒータ部材（３１）はグラファイト
   からなることを特徴とする請求項１に記載の縦型加熱炉
   用円筒状ヒータ。
3. 【請求項３】 前記長尺板状のＵ字形に連なったヒータ
   部材（３１）が上から吊り下げられた状態で円周方向に
   並べて複数本配置されていることを特徴とする請求項１
   または２に記載の縦型加熱装置。
4. 【請求項４】 ヒータ部材（３１）と同じ数の導体製の
   接続ブロック（３２）を互いに絶縁した状態で円状に配
   列し、ヒータ部材（３１）の一対の上端部を隣接する接
   続ブロック（３２）に固定することにより、複数のヒー
   タ部材（３１）を円周方向に間隔を置いて円筒状に配列
   すると共に、隣接するヒータ部材（３１）の上端部を前
   記接続ブロック（３２）を介して電気的に接続したこと
   を特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の縦型加熱炉
   用円筒状ヒータ。
5. 【請求項５】 前記接続ブロック（３２）はグラファイ
   トからなることを特徴とする請求項４に記載の縦型加熱
   炉用円筒状ヒータ。
6. 【請求項６】 互いに離れた３つ接続ブロック（３２）
   が電極（３６）を介して三相結線されていることを特徴
   とする請求項４または５に記載の縦型加熱炉用円筒状ヒ
   ータ。
7. 【請求項７】 前記ヒータ部材（３１）は、それらが接
   続された側の端部と反対側の端部側の一部をトリミング
   して部分的な電気抵抗が調整されていることを特徴とす
   る請求項１〜６の何れかに記載の縦型加熱炉用円筒状ヒ
   ータ。