JPH048911B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、半導体ウエハの酸化、拡散処理やボ
ート法による単結晶成長やGaAsエピタキシヤル
結晶成長等の各種半導体及び化合物半導体プロセ
スにおいて、ウエハ等のワークを収容した横置型
処理炉に係り、特に該処理炉のまわりに捲回され
る半導体プロセス用コイルヒータの改良に関す
る。

［発明の技術的背景とその問題点］ この種のコイルヒータとしては、例えば、直径
が６mm〜12mmのヒータ素線に断熱材を被覆してス
パイラル状に一定方向に捲回した構造のものが一
般に使用されている。

第７図及び第８図には、この一例を示してあ
り、内部にワークＷを収容した横置型の処理炉５
０のまわりに円形状に捲回したコイルヒータ５１
を炉体５２に配設してなるものである。

当該コイルヒータ５１は第８図のように、例え
ば、右巻きで炉軸Ｘ−X′方向に捲回され両端部
に所定の電圧を印加して、抵抗加熱により所要の
加熱温度を処理炉に付与する構成となつている。

そして、コイルヒータを用いて炉の温度設定を
行なうとき、炉軸方向に均熱のフラツトゾーンを
長くとる場合、コイルヒータを３ゾーンから６ゾ
ーンなどに、いわゆるゾーン分割して、各ゾーン
の温度を適宜設定し、これを合成して均一なフラ
ツトゾーンを得る。特にこの場合、炉の両端部は
中央に比して冷え易いので、エンドゾーンのコイ
ルヒータの設定温度を中央より若干高くなるよう
に温度勾配を設定し、結果として長い均一なフラ
ツトゾーンを得るように制御する。

又、処理すべきワークによつては、ゾーンの一
部に、例えば、第９図に示すような温度勾配が生
じるようにコイルヒータの温度制御を行なう場合
もある。

いずれにしても、かかる半導体プロセス用のコ
イルヒータでは、炉軸方向に沿つて何らかの温度
勾配を設定して使用することが通常である。

そして、炉軸方向の温度制御が精度良くなされ
ることが望まれるが、他方、同一の横断面位置、
すなわち、炉軸に直角のラジアル面内において
は、炉心Ｐを通る横断方向Ｙ−Y′（第７図）沿つ
て均一な温度となることが望ましい。いわゆる断
面均熱が求められるのである。

特に、単結晶成長の場合には、かかる均熱性の
良否が品質に大きな影響を与えるものである。

ところが、スパイラル状コイルヒータを用いて
場合には、実際上、炉の前後で温度差が生じ、横
断方向Ｙ−Y′について、例えば、第７図に破線
Ｑで示すような温度勾配が生じ、断面均熱性が得
られない問題があつた。実例をあげれば、温度傾
斜１度（℃）／cm（1250℃（℃）時）で断面の前
後の温度差は、1.5度（℃）にも達することが見
出された。

このような断面の前後で温度差の生じる原因を
検討するに、例えば、第７図及び第８図に示す右
巻きスパイラル状コイルヒータについて、第９図
のごとく炉軸方向に沿つて下降する温度勾配が設
定されている場合を例にとると、横断方向Ｙ−
Y′を境とし当該ヒータ巻線の上半部５１ａ（第１
０図ａ）と下半部５１ｂ（第１０図ｂ）が横断方
向Ｙ−Y′の位置について寄与する加熱効果を考
察する。

第１０図ａ，ｂは各ヒータ巻線を上方より見た
態様で示してあり、従つて、巻線の上半部５１ａ
と下半部５１ｂの傾斜方向は丁度逆になつている
とともに巻線の巻方向は図において実線の矢印で
示した通りである。

温度勾配はコイルの巻線の進行方向に沿つて下
降する設定であるから、当該コイルヒータ５１の
温度は炉軸方向Ｘ−X′に沿つて下降し、各巻線
の周囲のほぼ同一の温度分布を示す領域、すなわ
ち、ホツトエリア５３は炉軸方向に沿つて小さく
なると考えられる。

従つて、巻線の上半部５１ａでは、第１０図ａ
の上側、すなわち炉の後側５４の温度が高くな
り、他方、巻線の下半分５１ｂについては逆に第
１０図ｂの下側、すなわち炉の前側の温度が高く
なると考えられる。

そして、上下の巻線部の加熱効果を合わせる
と、各横断面について炉の前後の温度偏位が互い
に補正され平均化して断面均熱が得られると考え
られる。

ところが、実際には、熱は常に上方へ逃る性質
があるため、その横断方向Ｙ−Y′の断面に関し
て寄与する加熱効果は、下半部５１ｂと上半部５
１ａとでは、６：４ないし７：３の比率になり、
下半部分の巻線部５１ｂが大となることが認めら
れた。

このため、第１０図ｂで示す下半部の巻線部５
１ｂの温度効果が横断方向Ｙ−Y′について、よ
り多く影響し、実際上は炉の前側５５の温度が後
側５４より高くなり、これがために第７図に破線
で示すごとき温度勾配が生ずることがわかつた。

なお、このようにスパイラル状のコイルヒータ
を使用すると炉の前後で熱の偏りが生じること自
体は、製作現場で経験的に知られており、かかる
温度勾配を極力回避するために、例えば、炉体５
２の天井部の放熱窓５６を炉心Ｐを通る縦軸Ｚ−
Z′に沿つた実線位置より鎖線で示すようにオフセ
ツトさせるなど工夫したものが見られるが、均熱
性について未だ充分な効果をあげるに至つていな
い。

上述のように、スパイラル状コイルヒータの場
合には、各ヒータ巻線が炉軸に対して直角のラジ
アル面に合致していないために、実際上、炉の前
後の温度差が避けられないので、これを解消する
ものとして第１１図に示すごとく、Ｕターン型平
行ヒータが提案されている。

当該ヒータ６０は、その各巻線６１を中心軸線
Ｘ−X′に対して直角のラジアル面に沿つて互い
に平行に配し、折返し部６２で隣接する巻線６１
をＵターンさせて順次連接した構成としたもので
ある。

そして、当該ヒータの折返し部６２は、一般に
第１２図ａに示すごとく曲げ加工でＵ字形に一体
に形成するか、あるいは第１２図ｂに示すごとく
溶接部６３で連結して形成するが、前者にあつて
は、曲げ加工が難しいとともにスプリングバツク
による加工後の形状の不安定が大であり、又、後
者にあつては、溶接作業が面倒であるとともに溶
接部の不安定さが避けられない。

しかも、いずれにおいても、この構造では基本
的にいつて各巻線が閉断面を形成せず、軸方向に
間隙６４が残されて、いわゆるオープエンドの構
造となるので、熱変形や座屈などの形状の不安定
や強度上の欠陥を生じ易く、これがヒータの性能
や寿命を損なう問題があつた。

［発明の目的］ 本発明は、上記従来の諸事情にかんがみなされ
たもので、その目的は、従来の欠点を解消し、製
作が容易で強度も充分に得られ、しかも、半導体
プロセス用として使用して高精度の断面均熱性を
得ることができる特に横置型処理における新規な
半導体プロセス用コイルヒータを提供するにあ
る。

［発明の概要］ 上記本発明の目的を達成するために、本発明に
おいては基本的にいつて、横置型処理炉において
該処理炉のまわりに捲回される半導体プロセス用
コイルヒータであつて、各ヒータ巻線についてそ
の角度範囲の一部を除いて当該ヒータの中心軸線
に対して直角をなすラジアル面に沿い互いに平行
に離間配置された平行部と、前記角度範囲の一部
において当該平行部の一方の端部から折曲して前
記ラジアル面に対して傾斜して延出した傾斜部と
を各ヒータ巻線に形成し、当該各ヒータ巻線の傾
斜部の延出端を隣接するヒータ巻線の平行部の他
方の端部に折曲して連接し、前記各ヒータ巻線の
傾斜部を該処理炉の炉軸に沿つて処理炉の天井部
に対応するように位置づけたことを特徴とする構
成のものを提案するものである。

上基本発明の構成のよれば、コイルヒータの各
巻線は、その角度範囲の大部分がラジアル面に沿
う平行部として構成されるので、従来のスパイラ
ル状コイルヒータにおける不具合を解消できると
ともに従来のＵターン型平行ヒータと異なり閉断
面を維持するので、熱変形等にも充分な強度を発
揮し、その傾斜部の形成は簡単な曲げ加工ですむ
ので、製作も容易で加工後もその形状を安定して
保持できるものであり、特に本発明では、各ヒー
タ巻線の傾斜部を横置型処理炉の、ワークに対し
て最も熱影響の少ない天井部に対応させて位置づ
け、当該傾斜部を加熱効果に重要な役割をもつ炉
の下半部分に位置させない構成としたので、断面
均熱性に優れたコイルヒータを提供できる。

［発明の実施例］ 以下、図面第１図ないし第６図を参照して本発
明の実施例を説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例として、横置
型処理炉における半導体プロセス用コイルヒータ
１の基本的構成を示すものである。

当該コイルヒータ１においては、円形状をなす
各ヒータ巻線２をコイルの中心軸線Ｘ−X′に対
して直角をなすラジアル面に沿い互いに平行に離
間配置した平行部２ａと、軸線Ｘ−X′を中心と
する円形の角度範囲の一部に設けた傾斜部２ｂと
より構成し、この傾斜部２ｂによつて隣接するヒ
ータ巻線２どうしを互いに連接して一体に構成し
たものである。傾斜部２ｂは、平行部２ａの一方
の端部３から折曲してラジアル面に対し傾斜した
状態で延出し、その延出端が隣接する他のヒータ
巻線２の平行部２ａの他方の端部４に折曲して連
接する構成で、この構成を各ヒータ巻線２につき
順次繰り返して横断面が閉断面をなすコイルヒー
タが形成される。

そして、第２図に示すごとく、当該コイルヒー
タ１を、その中心軸線が処理炉５の炉軸Ｘ−
X′に合致した状態で炉のまわりに捲回して配設
し、その両端部のターミナル６，６を介して当該
ヒータ１に所定の電圧を印加して、炉５を抵抗加
熱により温度制御する構成である。

第２図は、横置型の処理炉５の上面より見たも
ので、各ヒータ巻線２の傾斜部２ｂは、ラジアル
面に対して傾斜するとともに互いに平行になつて
いて、相互に干渉し合うことない。そして、各傾
斜部は、処理炉５の天井部５ａに対応するように
位置づけられる。すなわち、第３図で示すように
傾斜部２ｂは、炉５の天井部５ａに対応して位置
づけられる。そして、当該傾斜部２ｂが炉心Ｐを
中心として占める角度範囲は、約35度〜45度の狭
い範囲に設定する。

従つて、炉５の横断面について、傾斜部２ｂ
は、横断方向Ｙ−Y′を境として、その下半部７、
すなわち、炉５内に収容されたワークＷに対し熱
影響が大である領域は勿論のこと、それより影響
の小さい上半部８の大部分も平行部２ａが占め、
最もワークＷに対する熱影響の少ない天井部５ａ
に対応して配置したので、スパイラル状コイルヒ
ータに比して炉内の横断方向に均熱性を著しく改
善することができる。

上記構成のコイルヒータ１を製作するには、第
４図に示すようにラジアル面に沿つて平行にコイ
ルガイド溝１０ａを外周に設けた円筒状の金属製
マンドレル１０を用い、そのダイド溝１０ａに沿
つてコイルヒータ１の巻線２を捲回して平行部２
ａを形成し、次いでマンドレル１０の外周に周方
向に間隔をおいて立設させた一対のピン１１，１
２をガイドとして、ここで折曲して傾斜部２ｂを
形成し、これを破線の矢印で示すように順次繰り
返すことにより、コイルヒータ１が製作される。

従つて、ここでは、ピン１１，１２の部分で曲
げ加工が加わるが、この曲げ角度は、従来のＵタ
ーン型平行ヒータに比して極めて小さく、加工作
業が容易であり、又、加工後のスプリングバツク
も少ないので、形状の安定性が保たれる。

前記のピン１１，１２は、例えば、第５図に示
すように、マンドレル１０内壁に設けたガイドレ
ール状のホルダー１３に対して、マグネツトプレ
ート１４をスライド自在に装着して、そのプレー
ト１４でピン内端部を吸着して受けることによ
り、突設状態に保持し、コイルヒータ１の加工作
業終了後には、当該マグネツトプレート１４をホ
ルダー１３のレール部分に沿いスライドさせて抜
き出して、ピン１１，１２の外端部を矢印で示す
ごとくハンマー等で内方にたたくことにより、鎖
線で示すようにマンドレル１０内に落下させるこ
とができる。従つて、加工後のコイルヒータ１を
マンドレル１０から容易に取外すことができると
ともにピン１１，１２のセツトも容易にできる。

第６図に示す本発明の第２の実施例は、上述し
た第１の実施例の基本構成を処理炉５の路軸Ｘ−
X′方向に沿つて複数個長く組合わせた構成を提
案するものである。図は、第２図と同様、横置型
処理炉５の上面より見た状態で示してあり、ここ
では、各ヒータ巻線２が平行部２ａと傾斜部２ｂ
を備えた上述の基本形のコイルヒータ１を３組、
炉軸Ｘ−X′方向に配列し、これらヒータ１の端
部どうしを折返し部１５でそれぞれ一体に連接す
るとともに隣接する各組のコイルヒータの傾斜部
２ｂの傾斜方向を、図でわかるように、交互に逆
方向となるように組合せる。

前述したように、各基本形のコイルヒータ１
は、傾斜部２ｂの曲げ加工の度合が小さいために
加工後のスプリングバツクによる形状の不安定
は、きわめて少ないが、しかし、より長尺のコイ
ルヒータを製作した場合には、わずかの変形で
も、全体として大きくなる可能性がある。そこ
で、第２の実施例のように、互いに逆向きの傾斜
部２ｂをもとコイルヒータ１を組合せることによ
り、変形作用を相殺させることができ、全体とし
て、より安定した一体のコイルヒータが可能とな
つた。これは特にゾーン分割の温度制御に適し
た、より長尺のコイルヒータを簡単に製作でき
る。

なお、各組のコイルヒータ１を連結する折返し
部１５はＵターン形状をなすが、その数はわずか
であるから、従来のＵターン型平行ヒータのごと
き問題は解消される。

［発明の効果］ 以上のように、本発明においては、コイルヒー
タの各巻線は、その角度範囲の大部分がラジアル
面に沿う平行部をして構成されるので、従来のス
パイラル状コイルヒータにおける不具合を解消で
き、又、従来のＵターン型平行ヒータと異なり、
各巻線が閉断面を構成するので、熱変形等にも充
分な強度を発揮し、その傾斜部も簡単な曲げ加工
ですむので、製作が容易で、加工後も安定した形
状を保持できるものであり、特に、このコイルヒ
ータの傾斜部２ｂを横置型処理炉の天井部に対応
して位置づける構成としたので、炉の横断面につ
いて炉内のワークに対して熱影響の最も大きい下
半部は勿論のこと、上半部の大部分がヒータ巻線
の平行部が占め、傾斜部は、最も熱影響の小さい
天井部にあるため、従来のスパイラル状コイルヒ
ータに比して炉の前後における熱偏位を大幅に解
消して断面均熱性の高い半導体プロセス用コイル
ヒータを提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のコイルヒータの基
本構成を線で示した外観斜視図、第２図は第１図
に示す当該コイルヒータと横置型処理炉との配置
関係を示す上面図、第３図は第２図の横断面図、
第４図は本発明のコイルヒータをマンドレルで製
作する態様を示す概要図、第５図は第４図の要部
拡大断面図、第６図は第１図の基本構成を連接し
た本発明の第２の実施例を処理炉とともに示す上
面図、第７図は、従来のスパイラル状コイルヒー
タを備えた炉体の横断面図、第８図は第７図の上
面図、第９図は傾斜した炉の温度設定態様を示す
グラフ、第１０図ａ及びｂは、それぞれ第７図に
示すコイルヒータの巻線の上半部及び下半部につ
いてその熱の作用態様を分析して説明するための
説明図、第１１図は従来のＵターン型平行ヒータ
の概要斜視図、第１２図ａ及びｂは第１１図のヒ
ータの折返し部のそれぞれ異なる形状を示す要部
拡大図である。 １……コイルヒータ、２……ヒータ巻線、２ａ
……平行部、２ｂ……傾斜部、５……処理炉、５
ａ……天井部、１０……マンドレル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 横置型処理炉において該処理炉のまわりに捲
   回される半導体プロセス用コイルヒータであつ
   て、各ヒータ巻線についてその角度範囲の一部を
   除いて当該ヒータの中心軸線に対して直角をなす
   ラジアル面に沿い互いに平行に離間配置された平
   行部と、前記角度範囲の一部において当該平行部
   の一方の端部から折曲して前記ラジアル面に対し
   傾斜して延出した傾斜部とを各ヒータ巻線に形成
   し、当該各ヒータ巻線の傾斜部の延出端を隣接す
   るヒータ巻線の平行部の他方の端部に折曲して連
   接し、前記各ヒータ巻線の傾斜部を該処理炉の炉
   軸に沿つて処理炉の天井部に対応するように位置
   づけてなることを特徴とする横置型処理炉におけ
   る半導体プロセス用コイルヒータ。 ２ 前記各ヒータ巻線の傾斜部の傾斜方向が同一
   の複数のヒータ巻線よりなる第１のコイルヒータ
   と、傾斜部の傾斜方向が第１のコイルヒータと逆
   方向をなす複数のヒータ巻線よりなる第２のコイ
   ルヒータとを設け、これら第１及び第２のコイル
   ヒータの端部を折り返し部で連接してなる特許請
   求の範囲第１項記載の横置型処理炉における半導
   体プロセス用コイルヒータ。