基板処理装置、半導体装置の製造方法、天井断熱体及び加熱装置
【課題】天井断熱材のクラックの発生を少なくし、天井断熱材の破損、落下のおそれを低減することができる基板処理装置、半導体装置の製造方法及び天井断熱材を提供する。
【解決手段】基板処理装置は、基板を処理する反応容器の外側に設けられたヒータ２０６を有する。このヒータ２０６は、環状の側壁断熱材１２と、側壁断熱材１２に載置される天井断熱材１６と、側壁断熱材１２の内側に設けられる発熱体１４とを有する。ヒータ２０６の天井断熱材１６には、応力緩和部が天井断熱材１６の中心側から周縁側に向かって複数設けられている。
【解決手段】基板処理装置は、基板を処理する反応容器の外側に設けられたヒータ２０６を有する。このヒータ２０６は、環状の側壁断熱材１２と、側壁断熱材１２に載置される天井断熱材１６と、側壁断熱材１２の内側に設けられる発熱体１４とを有する。ヒータ２０６の天井断熱材１６には、応力緩和部が天井断熱材１６の中心側から周縁側に向かって複数設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法、天井断熱体及び加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板処理装置の一例として、半導体製造装置があり、さらに半導体製造装置の一例として、縦型拡散・ＣＶＤ装置が知られている。このような基板処理装置においては、基板を加熱するための加熱装置が使用される。
【０００３】
特許文献１は、上記加熱装置の一例として、反応容器の外側に設けられ、環状の側壁断熱体と、側壁断熱体に載置される天井断熱体と、側壁断熱体の内側に設けられる発熱体と、を有するものを示す。また、特許文献２は、熱変形による問題を解消するため縦型ウェーハボートの天板に中心から外周に向かって放射状にスリットを設ける技術を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−５５８１１号公報
【特許文献２】特開２００７−６７２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、加熱装置における断熱体の中で、特に天井断熱体についてはクラックが発生しやすく、このクラックが発展して天井部分が割れることにより天井断熱体が脱落してしまうという問題があったが、従来から天井断熱体のクラックに対する対応について考慮されてこなかった。
【０００６】
本発明は、天井断熱体のクラックの発生を少なくし、天井断熱体の破損、落下のおそれを低減することができる基板処理装置、半導体装置の製造方法、天井断熱体及び加熱装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の特徴とするところは、基板を処理する反応容器と、該反応容器の外側を囲う、少なくとも、側壁断熱体と、該側壁断熱体に載置される天井断熱体と、前記側壁断熱体の内側に設けられる発熱体と、を有する加熱装置とを備え、前記天井断熱体には、該天井断熱体の中心側から周縁部に至る途中まで形成された溝が複数設けられている基板処理装置にある。
【０００８】
本発明の他の特徴とするところは、反応容器の外側を囲う、少なくとも、側壁断熱体と、該側壁断熱体に載置される天井断熱体と、を有する半導体装置の製造方法であって、前記天井断熱体の中心側から周縁部に至る途中まで形成された溝が前記天井断熱体に発生する応力を緩和しつつ前記側壁断熱体の内側に設けられた発熱体が前記反応容器内の基板を加熱処理する半導体装置の製造方法にある。
【０００９】
また、本発明の他の特徴とするところは、基板処理装置に用いられる加熱装置における側壁断熱体に載置される天井断熱体であって、該天井断熱体の中心側から周縁側に向かって前記天井断熱体の中心側から周縁部に至る途中まで形成された溝が複数設けられている天井断熱体にある。
【００１０】
また、本発明の他の特徴とするところは、側壁断熱体と、前記側壁断熱体の内側に設けられる発熱体と、前記側壁断熱体に載置される天井断熱体であって、該天井断熱体の中心側から周縁側に向かって前記天井断熱体の中心側から周縁部に至る途中まで形成された溝が複数設けられている天井断熱体と、を備える加熱装置にある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、天井断熱体のクラックの発生を少なくし、天井断熱体の破損、落下のおそれを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る基板処理装置の断面図である。
【図２】本発明の実施形態に用いた急速冷却機構を有しないヒータを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図３】本発明の実施形態に用いた急速冷却機構を有するヒータを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図４】従来のヒータにおいて、クラックが生じた天井断熱材を示し、（ａ）は急速冷却機構を有しないヒータの天井断熱材の裏面図、（ｂ）は急速冷却機構を有するヒータの天井断熱材の裏面図である。
【図５】本発明の実施形態において、天井断熱材の下側層を中心で断面化し、昇温時における温度分布を解析した図である。
【図６】本発明の実施形態において、天井断熱材の下側層を中心で断面化し、昇温時における応力分布を解析した図である。
【図７】本発明の実施形態において、天井断熱材の下側層の降温時における応力分布を解析した図である。
【図８】本発明の実施形態に用いた急速冷却機構を有しないヒータの天井断熱材の種々の例を示す裏面図である。
【図９】本発明の実施形態に用いた急速冷却機構を有するヒータの天井断熱材の下側層の種々の例を示す裏面図である。
【図１０】本発明の実施形態における応力緩和部の種々の例を示し、（ａ）応力緩和部が溝である天井断熱材の下側層の裏面図とＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は応力緩和部がスリットである天井断熱材の下側層の裏面図とＢ−Ｂ線断面図
【図１１】本発明の実施形態に用いた急速冷却機構を有しないヒータの天井断熱材の載置箇所の変形例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図１２】本発明の実施形態に用いた急速冷却機構を有するヒータの天井断熱材の載置箇所の変形例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図１３】本発明の実施形態における第１の変形例を示す天井断熱材の斜視図である。
【図１４】本発明の実施形態における応力緩和部が分割ラインである天井断熱材の下側層の裏面図である。
【図１５】本発明の実施形態における第２の変形例を示す天井断熱材の裏面図である。
【図１６】本発明の実施形態における第３の変形例を示す天井断熱材の下側層の裏面図である。
【図１７】本発明の実施形態における第４の変形例を示し、（ａ）は天井断熱材の裏面図、（ｂ）はＣ−Ｃ線断面図である。
【図１８】本発明の実施形態における第５の変形例を示し、（ａ）は天井断熱材の裏面図、（ｂ）はＤ−Ｄ線断面図であり、応力緩和部が分割ラインである一例を示し、（ｃ）はＤ−Ｄ線断面図であり、応力緩和部が分割ラインである他の例を示す。
【図１９】本発明の実施形態における第６の変形例を示す天井断熱材の下側層の裏面図である。
【図２０】本発明の実施形態における第７の変形例を示す天井断熱材の下側層の裏面図である。
【図２１】本発明の実施形態における第８の変形例を示す天井断熱材の下側層の裏面図である。
【図２２】本発明の実施形態における第９の変形例を示し、（ａ）は天井断熱材の下側層の裏面図（炉内側）、（ｂ）はＥ−Ｅ線断面図であり、（ｃ）は天井断熱材の下側層の表面図（天板側）、（ｄ）はＦ−Ｆ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態で好適に用いられる基板処理装置の処理炉２０２の概略構成図であり、縦断面図として示されている。
【００１４】
図１に示されているように、処理炉２０２は加熱装置としてのヒータ２０６を有する。ヒータ２０６は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース２５１に支持されることにより垂直に据え付けられている。
【００１５】
ヒータ２０６の内側には、ヒータ２０６と同心円状に反応容器としてのプロセスチューブ２０３が配設されている。プロセスチューブ２０３は内部反応容器としてのインナーチューブ２０４と、その外側に設けられた外部反応容器としてのアウターチューブ２０５とから構成されている。インナーチューブ２０４は、例えば石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。インナーチューブ２０４の筒中空部には処理室２０１が形成されており、基板としてのウエハ２００を後述するボート２１７によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。アウターチューブ２０５は、例えば石英または炭化シリコン等の耐熱性材料からなり、内径がインナーチューブ２０４の外径よりも大きく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナーチューブ２０４と同心円状に設けられている。
【００１６】
アウターチューブ２０５の下方には、アウターチューブ２０５と同心円状にマニホールド２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス等からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド２０９は、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５に係合しており、これらを支持するように設けられている。なお、マニホールド２０９とアウターチューブ２０５との間にはシール部材としてのＯリング２２０ａが設けられている。マニホールド２０９がヒータベース２５１に支持されることにより、プロセスチューブ２０３は垂直に据え付けられた状態となっている。プロセスチューブ２０３とマニホールド２０９により反応容器が形成される。
【００１７】
後述するシールキャップ２１９にはガス導入部としてのノズル２３０が処理室２０１内に連通するように接続されており、ノズル２３０にはガス供給管２３２が接続されている。ガス供給管２３２のノズル２３０との接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１を介して図示しない処理ガス供給源や不活性ガス供給源が接続されている。ＭＦＣ２４１には、ガス流量制御部（ガス流量コントローラ）２３５が電気的に接続されており、供給するガスの流量が所望の量となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００１８】
マニホールド２０９には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。排気管２３１は、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５との隙間によって形成される筒状空間２５０の下端部に配置されており、筒状空間２５０に連通している。排気管２３１のマニホールド２０９との接続側と反対側である下流側には圧力検出器としての圧力センサ２４５および圧力調整装置２４２を介して真空ポンプ等の真空排気装置２４６が接続されており、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。圧力調整装置２４２および圧力センサ２４５には、圧力制御部（圧力コントローラ）２３６が電気的に接続されており、圧力制御部２３６は圧力センサ２４５により検出された圧力に基づいて圧力調整装置２４２により処理室２０１内の圧力が所望の圧力となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００１９】
マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９はマニホールド２０９の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ２１９は例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面にはマニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｂが設けられる。シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側には、ボートを回転させる回転機構２５４が設置されている。回転機構２５４の回転軸２５５はシールキャップ２１９を貫通して、後述するボート２１７に接続されており、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。シールキャップ２１９はプロセスチューブ２０３の外部に垂直に設備された昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート２１７を処理室２０１に対し搬入搬出することが可能となっている。回転機構２５４及びボートエレベータ１１５には、駆動制御部（駆動コントローラ）２３７が電気的に接続されており、所望の動作をするよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００２０】
基板保持具としてのボート２１７は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなり、複数枚のウエハ２００を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。なおボート２１７の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる円板形状をした断熱部材としての断熱板２１６が水平姿勢で多段に複数枚配置されており、ヒータ２０６からの熱がマニホールド２０９側に伝わりにくくなるよう構成されている。
【００２１】
プロセスチューブ２０３内には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されている。ヒータ２０６と温度センサ２６３には、電気的に温度制御部２３８が接続されており、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０６への通電具合を調整することにより処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。この温度センサ２６３には所定温度以上となると作動する温度スイッチ（図示省略）が設けられている。
【００２２】
また処理室２０１周辺には冷却水本管（図示省略）は配設されており、この冷却水本管には、冷却水が所定量以下となると作動するフロースイッチ（図示省略）、水冷式ラジエータ（図示省略）及び水冷式サイリスタ設けられている。これら水冷式ラジエータ及び水冷式サイリスタには所定温度以上となると作動する温度スイッチ（図示省略）が設けられている。
【００２３】
ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、温度制御部２３８は、操作部、入出力部をも構成し、基板処理装置全体を制御する主制御部（メインコントローラ）２３９に電気的に接続されている。これら、ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、温度制御部２３８、主制御部２３９はコントローラ２４０として構成されている。
【００２４】
次に、上記構成に係る処理炉２０２を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、ＣＶＤ法によりウエハ２００上に薄膜を形成する方法について説明する。尚、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ２４０により制御される。
【００２５】
複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、図１に示されているように、複数枚のウエハ２００を保持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１に搬入（ボートローディング）される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０ｂを介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。
【００２６】
処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように真空排気装置２４６によって真空排気される。この際、処理室２０１内の圧力は、圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力に基づき圧力調節器２４２が、フィードバック制御される。また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータ２０６によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０６への通電具合がフィードバック制御される。続いて、回転機構２５４により、ボート２１７が回転されることで、ウエハ２００が回転される。
【００２７】
次いで、処理ガス供給源から供給され、ＭＦＣ２４１にて所望の流量となるように制御されたガスは、ガス供給管２３２を流通してノズル２３０から処理室２０１内に導入される。導入されたガスは処理室２０１内を上昇し、インナーチューブ２０４の上端開口から筒状空間２５０に流出して排気管２３１から排気される。ガスは処理室２０１内を通過する際にウエハ２００の表面と接触し、この際に熱ＣＶＤ反応によってウエハ２００の表面上に薄膜が堆積（デポジション）される。
【００２８】
予め設定された処理時間が経過すると、不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、処理室２０１内が不活性ガスに置換されるとともに、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される。
【００２９】
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、マニホールド２０９の下端が開口されるとともに、処理済ウエハ２００がボート２１７に保持された状態でマニホールド２０９の下端からプロセスチューブ２０３の外部に搬出（ボートアンローディング）される。その後、処理済ウエハ２００はボート２１７より取出される（ウエハディスチャージ）。
【００３０】
なお、一例まで、本実施の形態の処理炉にてウエハを処理する際の処理条件としては、例えば、ＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）の成膜においては、処理温度４００〜８００℃、処理圧力１〜５０Ｔｏｒｒ、成膜ガス種ＳｉＨ２Ｃｌ２，ＮＨ３、成膜ガス供給流量ＳｉＨ２Ｃｌ２：０．０２〜０．３０ｓｌｍ，ＮＨ３：０．１〜２．０ｓｌｍが例示され、また、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜（ポリシリコン膜）の成膜においては、処理温度３５０〜７００℃、処理圧力１〜５０Ｔｏｒｒ、成膜ガス種ＳｉＨ４、成膜ガス供給流量０．０１〜１．２０ｓｌｍが例示され、それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することでウエハ２００に処理がなされる。
【００３１】
さらにヒータ２０６について詳述する。
ヒータ２０６には、急速冷却機構を有しないものと有さないものとがある。図２は急速冷却機構を有するヒータ２０６を示し、図３は急速冷却機構を有するものを示す。
【００３２】
図２において、急速冷却機構を有しないヒータ２０６は、環状に形成された（好ましくは円筒状に形成された）側壁断熱材（側壁断熱体ともいう）１２を有する。この側壁断熱材１２の内側（好ましくは内周に沿って）に発熱体１４が配置されている。また、側壁断熱材１２の上部に例えば円板状の天井断熱材（天井断熱体ともいう）１６が載置されている。側壁断熱材１２及び天井断熱材１６とに囲まれた空間に前述した反応容器としてのプロセスチューブ２０３が配設されている。
【００３３】
図３において、急速冷却機構を有するヒータ２０６は、図２に示した急速冷却機構を有しないものと比較して、天井断熱材１６の構成を異にしている。天井断熱材１６は、側壁断熱材１２に載置された下側層１８と、この下側層１８上に載置された中間層２０と、この中間層２０上に載置された上側層２２とを有する。下側層１８の中心には、排気孔２４が形成されている。また、中間層２０には、排気溝２６が形成されている。この排気溝２６は、側端から中心部を越えて形成され、一端が排気孔２４に接続され、他端がヒータ２０６の側面に開口している。この開口している他端には、ラジエータ２８を介して冷却ファン３０が接続され、この冷却ファン３０が作動することにより、ヒータ２０６内の気体が排気孔２４、排気溝２６及びラジエータ２８を介して排気され、ヒータ２０６内が急速に冷却される。
【００３４】
側壁断熱材１２及び天井断熱材１６は、酸化アルミニウム又は酸化シリコン等から構成されている。
なお、図２において急速冷却機構を有しないヒータ２０６の天井断熱材１６を複数層で形成してもよい。また、図３において下側層１８、中間層２０、上側層２２のうち少なくとも１つ以上をさらに複数層として形成してもよい。
【００３５】
このようなヒータ２０６においては、従来、天井断熱材１６にクラックが発生しやすく、このクラックが発展して天井部分が割れることにより天井断熱材の一部が脱落してしまうという問題があった。また、クラックを介して熱が外部に漏れるので、処理室内の温度制御に悪影響を及ぼしたり、熱エネルギーがヒータ外部へ漏れることによるエネルギーの無駄が生じるおそれがあった。
【００３６】
即ち、急速冷却機構を有しないヒータの天井断熱材１６には、図４（ａ）に示すように、略中央部から複数にわかれてクラック３２が形成される。クラック３２に囲まれた天井断熱材１６の一部が脱落し、ヒータ内に落下する。また、クラック３２を介して予期せぬ位置から熱が逃げることになる。一方、急速冷却機構を有するヒータの天井断熱材１６、特に下側層１８においては、図４（ｂ）に示すように、排気孔２４と周縁とを接続するようにクラック３２が複数発生し、急速冷却機構を有しない場合と同様に、クラック３２に囲まれた下側層１８の一部が脱落し、ヒータ内に落下する。また、クラック３２を介して予期せぬ位置から熱が逃げることになる。
【００３７】
次に、クラック３２が発生するメカニズムについて、特に急速冷却機構を有するヒータの天井断熱材１６の下側層１８を対象に説明する。
【００３８】
基板処理装置に用いられるヒータ２０６は、処理室内で基板の処理を行うにあたって、例えばローディング工程、アンローディング工程時には４００℃、基板処理時には１１００℃というように、昇温と降温とを繰り返す。
【００３９】
図５は、昇温時における下側層１８の温度分布を示す。図６は、昇温時における下側層１８の応力分布を示す。
図５に示すように、排気孔２４を含む中央部の温度は炉内側からの熱により１１００℃程度まで上昇するが、周縁部は室温に近い。周縁部は側壁断熱材が当っているためである。したがって、中央部は温度上昇により熱膨張しようとするが、周縁部はほとんど膨張しない。図６に示すように、このときの膨脹差により周縁部近傍に引張応力が集中する。また、周縁部で、天井断熱材１６の自重を支持していることにより、中央部の自重によるモーメント（応力）が周縁部に集中する。これらの応力が下側層１８の引張強度を越えるとクラックが周縁部（特に下面部分）に発生する。尚、上方外壁側と炉内側とを比較しても、炉内側からの熱により下側層１８の炉内側は１１００℃程度まで上昇するが、上方外壁側は、約４００〜６００℃となり、温度が低い。これにより、応力は少なからず発生するが、周縁部と中央部との温度差の様な急激な温度勾配はないため、発生する応力も少ないものとなる。そのため、天井断熱材１６の炉内側と上方外壁側との間には、周縁部にくらべてクラックが発生しにくいが、好ましくは、天井断熱材を複数層で形成し、層間を接着せずにそれぞれの層を自由に伸縮させることにより、炉内側と上方外壁側との間にクラックが発生することを防ぐことができる。
【００４０】
図７は、降温時における下側層１８の応力の受け方を示す。まず排気孔２４から熱せられた雰囲気を排気するため、下側層１８の中心部分が一時的に上昇する。次に発熱体への通電がＯＦＦになることにより降温し、下側層１８の下面より収縮する。降温開始直後は下側層１８の内部は蓄熱しており、膨脹状態のため、内部と外部とに膨脹、収縮の変形量に差が発生する。次に下側層１８の下面である初期冷却部分に引張応力が発生して垂直方向のクラックとなる。下側層１８の周縁にクラックがすでに発生していた場合は、この引張応力によりクラックが中心に向けて伝播し、ついには排気孔２４まで達するようになる。
【００４１】
このようなクラックの発生を防止するために、単に天井断熱材１６を分割しても、各断熱材を密着させてしまうと、これら断熱材の熱膨張・熱収縮により発生する応力を吸収しきれず、断熱材が欠けたり、割れたりしてしまう。また、天井断熱材１６の落下対策として、落下途中で落下物を受け止めるための断熱クロス材からなるセーフティネット（受け網）を設ける場合も考えられる。しかし、セーフティネットは高価であり、網状に形成されているため、落下途中でセーフティネットが天井断熱材１６を受け止めたとしても、網目から断熱材のかけらが落下してしまい、このかけらがパーティクルの原因になってしまうし、断熱材が落下してしまうことにより、天井部分の断熱特性に変化が生じてしまう。また、天板部分に急冷用の排気口を設けている場合、セーフティネットが受け止めている断熱材も前記排気口から排気されてしまうという問題がある。
【００４２】
したがって、このようなクラックの発生を防止するために、天井断熱材１６（下側層１８）に複数の応力緩和部を設ける。上述したように、天井断熱材１６にクラックが入る要因として、ヒータ２０６内の温度上昇、下降に伴う熱膨張、収縮による応力発生が考えられ、この応力を緩和してクラックの発生を抑止する。
【００４３】
図８は、急速冷却機構を有しない天井断熱材１６に応力緩和部３４を設けた例を示す。応力緩和部３４は、溝（定義については後述）からなり、天井断熱材１６を中央部（この実施形態においては天井断熱材１６の中心軸）から周縁部に向けて複数設けられている。応力緩和部３４は、図８（ａ）では２つ１８０度隔てた位置に、図８（ｂ）では４つ９０度隔てた位置に、図８（ｃ）では６つ６０度隔てた位置に、図８（ｄ）では８つ４５度隔てた位置にそれぞれ形成されている。
【００４４】
図９は、急速冷却機構を有する天井断熱材１６の下側層１８に応力緩和部３４を設けた例を示す。応力緩和部３４は、下側層１８を中央部（この実施形態においては排気孔２４）から周縁部に向けて複数設けられている。応力緩和部３４は、図９（ａ）では２つ１８０度隔てた位置に、図９（ｂ）では４つ９０度隔てた位置に、図９（ｃ）では６つ６０度隔てた位置に、図９（ｄ）では８つ４５度隔てた位置にそれぞれ形成されている。
【００４５】
このように、応力緩和部３４を１８０度以下の角度をなすようにしたのは、天井断熱材１６は、中心側に対して周方向に膨張するが、好ましくは、１８０度以下に少なくとも一箇所に応力緩和部３４がないと、応力緩和部３４のない側の応力を緩和できにくいが、１８０度以下に少なくとも一箇所応力緩和部３４があると、全域の膨張を吸収できるからである。また、応力緩和部３４間の角度を均一とすることにより、全体として均一に応力を緩和することができる。
【００４６】
図１０（ａ）は、天井断熱材１６に応力緩和部３４として、溝３４aで構成した急速冷却機構を有する天井断熱材１６を例にして示す。図１０（ａ）において、溝３４aは、天井断熱材１６を円周方向に分割することなく、且つ上面まで貫通することなく切り欠いたものである。
【００４７】
ここで、図３に示した急速冷却機構を有するヒータ２０６の下側層１８に応力緩和部３４を設けた場合を例にして説明する。
図３に示すように、天井断熱材１６を、例えば下側層１８、中間層２０及び上側層２２に縦分割して形成した場合、天井断熱材１６の一部の落下やクラックの発生を防げる。好ましくは、天板断熱材１６の下側層１８にスリット３４ｂを形成する。尚、スリット３４ｂとは、図１０（ｂ）において、天井断熱材１６を分割することなく、上面と下面との間を貫通するように切り欠いたものである。これにより、下側層１８を一体化することができ、ヒータ２０６を製造する際の作業性が改善される。より好ましくは、下側層１８の下面に上述の溝３４aを形成する。これにより、天井断熱材１６の上方外壁側からの熱逃げを抑止できる。より好ましくは、下側層１８の中心側から途中まで、好ましくは側壁断熱材１２の内側面までのＳ間に形成する。側端部までスリット３４ｂ又は溝３４aを形成すると、このスリット３４ｂ又は溝３４aを介してヒータ２０６内の熱が逃げるのに対し、天井断熱材１６の中心側から途中まで３４ｂ又は溝３４aを形成することにより、熱逃げを防止することができる。これにより、省エネルギー化することができ、周縁部等基板の円周方向での不均一な熱逃げによる温度制御性の悪化、膜厚均一性の悪化を防ぐことができる。尚、スリット３４ｂとして説明したが、下側層１８、中間層２０及び上側層２２を合わせた天井断熱材１６全体からみると、スリットは溝と定義することができる。この場合、前述した溝３４aとはスリットが層間と連通していることにより層間から熱逃げが起こる点で劣るものの他は同様な効果を奏する。
【００４８】
図１１は、急速冷却機構を有しないヒータ２０６の天井断熱材１６が側壁断熱材１２に載置される載置箇所の変形例である。
天井断熱材１６を複数層で形成し、炉内側の層を炉内側層１７とする。炉内側層１７の天井断熱材１６の周縁側に環状の凸部、この凸部に対向する側壁断熱材１２に環状の凹部を設ける。これにより、天井断熱材１６を側壁断熱材１２に嵌合しやすくなる。また、載置箇所からの熱逃げを防止することができる。尚、このような構成の場合、炉内側層の中心から途中まで、好ましくは天井断熱材１６の炉内側層１７の凸部まで応力緩和部３４を形成すると良い。
【００４９】
図１２は、急速冷却機構を有するヒータ２０６の天井断熱材１６の下側層１８が側壁断熱材１２に載置される載置箇所の変形例である。
上述と同様に、天井断熱材１６の下側層１８を複数層で形成し、炉内側の層を炉内側層１７とする。上述同様、炉内側層１７の下側層１８の周縁側に環状の凸部、この凸部に対向する側壁断熱材１２に環状の凹部を設けることで、下側層１８を側壁断熱材１２に嵌合しやすくなり、載置箇所からの熱逃げを防止することができる。さらに、上述同様、炉内側層の中心から途中まで、好ましくは下側層１８の炉内側層１７の凸部まで応力緩和部３４を形成すると良い。
【００５０】
さらに応力緩和部３４の種々の変形例について説明する。
図１３は、第１の変形例を示す。この第１の変形例においては、応力緩和部３４の天井断熱材１６の下面に開口する角部を面取り処理し、テーパ部３８が応力緩和部３４の長手方向に沿って形成されている。応力緩和部３４の下面に開口する部分が９０度の角度のままであれば、角の部分が組立作業中の行為により誤って欠けたり、ヒータ使用中の昇降温による熱衝撃で欠ける危険性がある。しかし、テーパ部３８を設けることにより、角度を大きく出来るのでこれらの危険性は低くなる。テーパ部３８は面取りだけではなく、丸みを付けることでも同様の効果が得られる。なお、このテーパ部３８は、応力緩和部３４として、溝３４ａのみならず応力緩和部３４がスリット３４ｂ、分割ライン３４ｃのいずれである場合にも設けることができる。また、分割ライン３４ｃとは、図１４において、天井断熱材１６を複数の分割片３６に分割（この例では６個の分割片に分割）したものである。
【００５１】
図１５は、第２の変形例を示す。この第２の変形例は急速冷却機構を有しないヒータの天井断熱材１６に適用されたもので、応力緩和部３４は、４分割された分割ライン３４ｃであり、周縁側より中心側の応力緩和部３４の幅を大きくしている。この例では、より好ましい態様として、周縁側より中心側（中心軸）に向けて徐々に拡がっている。炉内温度は中心部が最も高くなるので、この部分の隙間を大きく採ることで熱膨張分を吸収することが出来る。応力緩和部３４は、好ましくは、溝３４ａにすると上方外壁側からの熱逃げを抑止できる。尚、第２の変形例は、急速冷却機構を有するヒータの天井断熱材１６にも当然適用可能である。この場合、中心軸に排気孔２４を設ければよい。
【００５２】
図１６は、第３の変形例を示す。この第３の変形例は急速冷却機構を有するヒータの天井断熱材１６の下側層１８に適用されたもので、応力緩和部３４は６本のスリット３４ｂであり、周縁部に至らない途中から排気孔２４に向けて形成され、周縁側より排気孔２４（中心側）の応力緩和部の幅を大きくしている。この例では、より好ましい態様として、周縁部から排気孔２４に近づくにつれて徐々に拡がるように形成されている。排気孔２４部分の温度が最も高くなるので、この部分の隙間を大きく採ることで熱膨張分を吸収することが出来る。また、周縁部分が繋がり一体構造となっているので、部品点数を少なくすることが出来る。この場合も、第２の変形側と同様、応力緩和部３４は、好ましくは溝３４ａにすると、上方外壁側からの熱逃げを抑止できる。 尚、第３の変形例は、急速冷却機構を有しないヒータの天井断熱材１６にも当然適用可能である。この場合、周縁部に至らない途中から中心側（中心軸）に向けて徐々に拡がるように形成すれば良い。
【００５３】
図１７は、第４の変形例を示す。この第４の変形例は急速冷却機構を有しないヒータの天井断熱材１６に適用されたもので、応力緩和部３４は４本の溝３４ａであり、周縁部に至らない途中から中心側に向けて形成され、中心軸に近づくにつれて徐々に拡がるように形成され、かつ、天井断熱材１６の下面（内壁）側より上面（外壁）側の溝幅を狭くしている。この例では、より好ましい態様として、断面が三角形状をなし、天井断熱材１６の下面に開口している。これにより、より温度の高くなる炉内側に広い隙間がある事で熱膨張分を吸収し、温度の低い内部側は狭くする事で熱逃げを最小限にする事が出来る。尚、上述の断面は、三角形状でなくても、溝底をＲ面やフラット面にして、天井断熱材１６の下面から溝底に近づくにしたがって徐々に応力緩和部の幅を狭くするようにしても良い。
【００５４】
図１８は、第５の変形例を示す。この第５の変形例は急速冷却機構を有しないヒータの天井断熱材１６に適用されたもので、応力緩和部３４は４分割された分割ライン３４ｃであり、周縁部から中心側に向けて形成され、中心側に近づくにつれて徐々に拡がるように形成され、かつ、天井断熱材１６の下面（内壁）側より上面（外壁）側の溝幅を狭くしている。この例では、より好ましい態様として、断面が三角形状をなし、天井断熱材１６の下面側が拡がっている。図１８（ｂ）に示すように、分割ライン３４ｃの全体を断面三角形状としてもよいし、図１８（ｃ）に示すように、分割ライン３４ｃの上面に至る手前までを断面三角形状とし、残りの部分を直線状に形成してもよい。尚、上述の断面は、三角形状でなくても、溝底をＲ面やフラット面にして、天井断熱材１６の下面から溝底に近づくにしたがって徐々に応力緩和部の幅を狭くするようにしても良い。また、第４、第５の変形例は、周縁部や周縁部に至らない途中から中心側に向けて徐々に拡がるように形成した方が、応力が緩和しやすい点ですぐれるものの、周縁部や周縁部に至らない途中から中心側に向けて徐々に拡がるように形成しなくても良い。さらに、第４、第５の変形例は、急速冷却機構を有するヒータの天井断熱材１６にも当然適用可能である。この場合、中心軸に排気孔２４を設ければ良い。
【００５５】
図１９は、第６の変形例を示す。第６の変形例は、急速冷却機構を有するヒータの天井断熱材１６に適用されたもので、分割ライン３４ｃに応力緩和部３４として溝３４ａまたはスリット３４ｂの少なくとも１つ以上を混合したものである。天井断熱材１６が分割されることにより、製作しやすくなる。また、応力緩和部３４により、応力を緩和することができる。
【００５６】
図２０は、第７の変形例を示す。第７の変形例は、急速冷却機構を有するヒータの天井断熱材１６に適用されたもので、応力緩和部３４として天井断熱材１６の中心側から周縁側に向かって設けられた溝３４ａまたはスリット３４ｂの少なくとも１つ以上の長さを異ならせたものである。加熱装置内は熱輻射・熱伝導・熱対流作用により、天井断熱材１６の中心側になるに従い温度が高くなるため、中心側に近くなるに従い断熱材の熱膨張が大きくなる。また、スリットまたは溝の数が多くなれば多い分、熱逃げが起こることになる。上記のように構成することにより、熱膨張量に応じた緩和量、熱逃げ量にすることができる。尚、天井断熱材１６の中心側から周縁側に向かって設けられた溝３４ａまたはスリット３４ｂの少なくとも１つ以上の長さを異ならせるに限らず、好ましくは、中心側より周縁側の応力緩和部３４が形成されている表面積を小さく形成すると良い。
【００５７】
図２１は、第８の変形例を示す。第８の変形例は、急速冷却機構を有するヒータの天井断熱材１６に適用されたもので、応力緩和部３４として溝３４ａまたはスリット３４ｂの形態を天井断熱材１６の中心側から周縁側に向かって設けた後、中心側と周縁側との間で周方向に延在するようにしたものである。このように構成すると、溝３４ａまたはスリット３４ｂの中心側から周縁側に向かって設けられた部分の延長線上に応力が集中するような場合であっても、中心側と周縁側との間で周方向に延在する部分に前記応力を分散することができ、亀裂が中心側と周縁側との間で周方向に延在する部分で起こるのを防ぐことができる。
【００５８】
図２２は、第９の変形例を示す。第９の変形例は、天井断熱材１６の応力緩和用の溝３４ａに対向する反対面に出っ張り（凸部）４０を設けたものである。これにより、天井断熱材１６の強度低下を防止することができるとともに、溝部分の断熱性低下を防止することができる。
【００５９】
第６乃至第９の変形例では、急速冷却機構を有しないヒータの天井断熱材１６にも当然適用可能である。この場合、排気孔２４に代えて、中心軸を有するようにすれば良い。
【００６０】
なお、その他の変形例として、分割ライン３４ｃに沿って、溝３４ａ又はスリット３４ｂを設けるようにしても良い。具体的には、突き合わさる各断熱体の側面（突き当て面）に溝３４ａまたはスリット３４ｂを設ける。これにより、断熱体上方・断熱体側方（加熱装置側方）からの放熱を防止できるとともに、熱膨張・熱収縮により発生する応力を緩和して断熱体が欠けたり、割れたりすることを抑制できる。尚、溝３４aは、突き合せられる各断熱体の側面（突き当て面）にそれぞれ設けて形成するようにしても良いし、一方の断熱体の側面（突き当て面）のみに設けても良い。溝３４aを天井断熱材１６の内壁面に対して垂直に設ける場合のみならず、内壁面に対して傾斜して設けても良い。さらに好ましくは、溝３４aを近傍の発熱体１４からの発熱線の進行方向と異なる方向に向けて傾斜するように設けると良い。このように構成すると、さらに放熱を防ぐことができる。尚、加熱装置の側壁断熱体は、環状に限らず、角状であっても良い。
【００６１】
本発明は、特許請求の範囲に記載した事項を特徴とするが、さらに次に記載した事項も含まれる。
（１）基板を処理する反応容器と、該反応容器の外側を囲う、少なくとも、側壁断熱体と、該側壁断熱体に載置され、応力緩和用の溝が複数設けられている天井断熱体と、前記側壁断熱体の内側に設けられる発熱体と、を有する加熱装置とを備える基板処理装置。
（２）前記溝は、前記天井断熱体の中心側から周縁側に向かって設けられている（１）記載の基板処理装置。
（３）前記溝は、前記天井断熱体の中心側から周縁部に至る途中まで形成されている（１）又は（２）記載の基板処理装置。
（４）反応容器の外側を囲う、少なくとも、側壁断熱体と、該側壁断熱体に載置される天井断熱体に複数設けられている溝が前記天井断熱体に発生する応力を緩和しつつ前記発熱体が前記反応容器内の基板を加熱処理する半導体装置の製造方法。
（５）基板処理装置に用いられる加熱装置における側壁断熱体に載置される天井断熱体であって、応力緩和用の溝が複数設けられている天井断熱体。
（６）前記溝は、前記天井断熱体の周縁側の幅より中心側の幅が大きい（２）記載の基板処理装置。
加熱装置内は熱輻射・熱伝導・熱対流作用により、天井断熱体の周縁側より中心側のほうの温度が高くなるため、周縁側より中心側のほうが断熱体の熱膨張が大きくなる。また、溝部分が大きくなると、その部分から少なからず熱逃げが起こることになる。上記のように構成することにより、熱膨張量に応じた緩和量、熱逃げ量にすることができる。
（７）前記溝は、前記天井断熱体の周縁側から中心側になるに従い幅が大きくなる（２）記載の基板処理装置。
加熱装置内は熱輻射・熱伝導・熱対流作用により、天井断熱体の中心側になるに従い温度が高くなるため、中心側に近くなるに従い断熱体の熱膨張が大きくなる。また、溝部分が大きくなると、その部分から少なからず熱逃げが起こることになる。上記のように構成することにより、熱膨張量に応じた緩和量、熱逃げ量にすることができる。
（８）前記溝は、前記天井断熱体の内壁側の幅より前記天井断熱体の外壁側の幅が狭くなっている（１）又は（２）記載の基板処理装置。
加熱装置内は熱輻射・熱伝導・熱対流作用により、天井断熱体の内壁側の方が温度が高くなるため、内壁側の方が断熱体の熱膨張が大きくなる。上記のように構成することにより、熱膨張量に応じた緩和量、熱逃げ量にすることができる。
（９）前記溝は、前記天井断熱体の内壁側から前記天井断熱体の外壁側になるに従い幅が狭くなっている（１）又は（２）記載の基板処理装置。
加熱装置内は熱輻射・熱伝導・熱対流作用により、天井断熱体の内壁側になるに従い温度が高くなるため、内壁側に近くなるに従い断熱体の熱膨張が大きくなる。上記のように構成することにより、熱膨張量に応じた緩和量、熱逃げ量にすることができる。
（１０）前記溝を形成する側壁は、前記天井断熱体の内側面が面取り処理されている（１）記載の基板処理装置。
（１１）前記天井断熱体は、複数に分割されており、前記溝は、前記分割された箇所に設けられている（１）又は（２）記載の基板処理装置。
（１２）前記溝は、複数設けられ、其々１８０度以下の角度を成して設けられている（２）記載の半導体製造装置。
中心側に対して周方向に膨張するが、好ましくは、１８０度以下に少なくとも一箇所に溝がないと、溝の内側の応力を緩和されにくいが、１８０度以下に少なくとも一箇所溝があると、全域の膨張を吸収できる。
（１３）前記溝が、少なくとも３箇所形成されており、それぞれの前記溝が９０度より大きく１８０度未満の角度を成して放射状に設けられている（２）記載の半導体製造装置。
（１４）前記天板断熱体の中心側には、ヒータユニット内部の雰囲気を排気する排気孔が設けられている（１）記載の半導体製造装置。
前記排気孔が設けられる場合、処理室を冷却する際に排気孔から熱せられた雰囲気を排気するため、天井断熱体の中心部が特に温度が上がりやすく、熱膨張量が顕著に大きくなってしまうが、上記（１）のように構成すると天井断熱体の一部の落下やクラックの発生を防げる。
（１５）前記天井断熱体は、複数に分割されており、前記溝は、前記分割された箇所とは別の箇所に設けられている（１）又は（２）記載の基板処理装置。
（１６）前記天井断熱体には、スリットが設けられており、前記溝は、前記スリットとは、別の箇所に設けられている（１）又は（２）記載の基板処理装置。
（１７）前記溝は２種類以上の長さで設けられている（２）記載の基板処理装置。
（１８）前記天井断熱体には、前記溝が設けられている箇所の上端側（反対側）に凸部が設けられている（１）記載の基板処理装置。
（１９）基板処理装置に用いられる加熱装置であって、側壁断熱体と該側壁断熱体に載置され内側面に応力緩和用の溝が複数設けられる天井断熱体とを備える加熱装置。
（２０）基板を処理する反応容器と、該反応容器の外周を囲う、少なくとも側壁断熱体と、該側壁に載置され、周縁側の幅より中心側の幅を広くした応力緩和部が設けられる天井断熱体と、前記側壁断熱体の内側に設けられる発熱体と、で構成される加熱装置とを備える基板処理装置。
（２１）基板を処理する反応容器と、該反応容器の外周を囲う、少なくとも側壁断熱体と該側壁に載置され、内壁側の幅より外壁側の幅を狭くした応力緩和部が設けられる天井断熱体と、前記側壁断熱体の内側に設けられる発熱体と、で構成される加熱装置とを備える基板処理装置。
（２２）前記面取り処理は、テーパ状もしくは曲面形状に処理されている前記（１０）の基板処理装置。
（２３）基板を処理する反応容器の外周に設けられる加熱装置の、側壁断熱体に載置される天井断熱体の内側面に複数設けられる応力緩和用の溝が発生する応力を緩和しつつ前記側壁断熱体の内側に設けられる発熱体が前記反応容器内の基板を加熱処理する半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００６２】
２０２ 基板処理装置
２０６ 加熱装置（ヒータ）
１２ 側壁断熱材
１４ 発熱体
１６ 天井断熱材
１８ 下側層
２０ 中間層
２２ 上側層
２４ 排気孔
３２ クラック
３４ 応力緩和部
３４ａ 溝
３４ｂ スリット
３４ｃ 分割ライン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法、天井断熱体及び加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板処理装置の一例として、半導体製造装置があり、さらに半導体製造装置の一例として、縦型拡散・ＣＶＤ装置が知られている。このような基板処理装置においては、基板を加熱するための加熱装置が使用される。
【０００３】
特許文献１は、上記加熱装置の一例として、反応容器の外側に設けられ、環状の側壁断熱体と、側壁断熱体に載置される天井断熱体と、側壁断熱体の内側に設けられる発熱体と、を有するものを示す。また、特許文献２は、熱変形による問題を解消するため縦型ウェーハボートの天板に中心から外周に向かって放射状にスリットを設ける技術を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−５５８１１号公報
【特許文献２】特開２００７−６７２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、加熱装置における断熱体の中で、特に天井断熱体についてはクラックが発生しやすく、このクラックが発展して天井部分が割れることにより天井断熱体が脱落してしまうという問題があったが、従来から天井断熱体のクラックに対する対応について考慮されてこなかった。
【０００６】
本発明は、天井断熱体のクラックの発生を少なくし、天井断熱体の破損、落下のおそれを低減することができる基板処理装置、半導体装置の製造方法、天井断熱体及び加熱装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の特徴とするところは、基板を処理する反応容器と、該反応容器の外側を囲う、少なくとも、側壁断熱体と、該側壁断熱体に載置される天井断熱体と、前記側壁断熱体の内側に設けられる発熱体と、を有する加熱装置とを備え、前記天井断熱体には、該天井断熱体の中心側から周縁部に至る途中まで形成された溝が複数設けられている基板処理装置にある。
【０００８】
本発明の他の特徴とするところは、反応容器の外側を囲う、少なくとも、側壁断熱体と、該側壁断熱体に載置される天井断熱体と、を有する半導体装置の製造方法であって、前記天井断熱体の中心側から周縁部に至る途中まで形成された溝が前記天井断熱体に発生する応力を緩和しつつ前記側壁断熱体の内側に設けられた発熱体が前記反応容器内の基板を加熱処理する半導体装置の製造方法にある。
【０００９】
また、本発明の他の特徴とするところは、基板処理装置に用いられる加熱装置における側壁断熱体に載置される天井断熱体であって、該天井断熱体の中心側から周縁側に向かって前記天井断熱体の中心側から周縁部に至る途中まで形成された溝が複数設けられている天井断熱体にある。
【００１０】
また、本発明の他の特徴とするところは、側壁断熱体と、前記側壁断熱体の内側に設けられる発熱体と、前記側壁断熱体に載置される天井断熱体であって、該天井断熱体の中心側から周縁側に向かって前記天井断熱体の中心側から周縁部に至る途中まで形成された溝が複数設けられている天井断熱体と、を備える加熱装置にある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、天井断熱体のクラックの発生を少なくし、天井断熱体の破損、落下のおそれを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る基板処理装置の断面図である。
【図２】本発明の実施形態に用いた急速冷却機構を有しないヒータを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図３】本発明の実施形態に用いた急速冷却機構を有するヒータを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図４】従来のヒータにおいて、クラックが生じた天井断熱材を示し、（ａ）は急速冷却機構を有しないヒータの天井断熱材の裏面図、（ｂ）は急速冷却機構を有するヒータの天井断熱材の裏面図である。
【図５】本発明の実施形態において、天井断熱材の下側層を中心で断面化し、昇温時における温度分布を解析した図である。
【図６】本発明の実施形態において、天井断熱材の下側層を中心で断面化し、昇温時における応力分布を解析した図である。
【図７】本発明の実施形態において、天井断熱材の下側層の降温時における応力分布を解析した図である。
【図８】本発明の実施形態に用いた急速冷却機構を有しないヒータの天井断熱材の種々の例を示す裏面図である。
【図９】本発明の実施形態に用いた急速冷却機構を有するヒータの天井断熱材の下側層の種々の例を示す裏面図である。
【図１０】本発明の実施形態における応力緩和部の種々の例を示し、（ａ）応力緩和部が溝である天井断熱材の下側層の裏面図とＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は応力緩和部がスリットである天井断熱材の下側層の裏面図とＢ−Ｂ線断面図
【図１１】本発明の実施形態に用いた急速冷却機構を有しないヒータの天井断熱材の載置箇所の変形例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図１２】本発明の実施形態に用いた急速冷却機構を有するヒータの天井断熱材の載置箇所の変形例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図１３】本発明の実施形態における第１の変形例を示す天井断熱材の斜視図である。
【図１４】本発明の実施形態における応力緩和部が分割ラインである天井断熱材の下側層の裏面図である。
【図１５】本発明の実施形態における第２の変形例を示す天井断熱材の裏面図である。
【図１６】本発明の実施形態における第３の変形例を示す天井断熱材の下側層の裏面図である。
【図１７】本発明の実施形態における第４の変形例を示し、（ａ）は天井断熱材の裏面図、（ｂ）はＣ−Ｃ線断面図である。
【図１８】本発明の実施形態における第５の変形例を示し、（ａ）は天井断熱材の裏面図、（ｂ）はＤ−Ｄ線断面図であり、応力緩和部が分割ラインである一例を示し、（ｃ）はＤ−Ｄ線断面図であり、応力緩和部が分割ラインである他の例を示す。
【図１９】本発明の実施形態における第６の変形例を示す天井断熱材の下側層の裏面図である。
【図２０】本発明の実施形態における第７の変形例を示す天井断熱材の下側層の裏面図である。
【図２１】本発明の実施形態における第８の変形例を示す天井断熱材の下側層の裏面図である。
【図２２】本発明の実施形態における第９の変形例を示し、（ａ）は天井断熱材の下側層の裏面図（炉内側）、（ｂ）はＥ−Ｅ線断面図であり、（ｃ）は天井断熱材の下側層の表面図（天板側）、（ｄ）はＦ−Ｆ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態で好適に用いられる基板処理装置の処理炉２０２の概略構成図であり、縦断面図として示されている。
【００１４】
図１に示されているように、処理炉２０２は加熱装置としてのヒータ２０６を有する。ヒータ２０６は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース２５１に支持されることにより垂直に据え付けられている。
【００１５】
ヒータ２０６の内側には、ヒータ２０６と同心円状に反応容器としてのプロセスチューブ２０３が配設されている。プロセスチューブ２０３は内部反応容器としてのインナーチューブ２０４と、その外側に設けられた外部反応容器としてのアウターチューブ２０５とから構成されている。インナーチューブ２０４は、例えば石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。インナーチューブ２０４の筒中空部には処理室２０１が形成されており、基板としてのウエハ２００を後述するボート２１７によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。アウターチューブ２０５は、例えば石英または炭化シリコン等の耐熱性材料からなり、内径がインナーチューブ２０４の外径よりも大きく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナーチューブ２０４と同心円状に設けられている。
【００１６】
アウターチューブ２０５の下方には、アウターチューブ２０５と同心円状にマニホールド２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス等からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド２０９は、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５に係合しており、これらを支持するように設けられている。なお、マニホールド２０９とアウターチューブ２０５との間にはシール部材としてのＯリング２２０ａが設けられている。マニホールド２０９がヒータベース２５１に支持されることにより、プロセスチューブ２０３は垂直に据え付けられた状態となっている。プロセスチューブ２０３とマニホールド２０９により反応容器が形成される。
【００１７】
後述するシールキャップ２１９にはガス導入部としてのノズル２３０が処理室２０１内に連通するように接続されており、ノズル２３０にはガス供給管２３２が接続されている。ガス供給管２３２のノズル２３０との接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１を介して図示しない処理ガス供給源や不活性ガス供給源が接続されている。ＭＦＣ２４１には、ガス流量制御部（ガス流量コントローラ）２３５が電気的に接続されており、供給するガスの流量が所望の量となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００１８】
マニホールド２０９には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。排気管２３１は、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５との隙間によって形成される筒状空間２５０の下端部に配置されており、筒状空間２５０に連通している。排気管２３１のマニホールド２０９との接続側と反対側である下流側には圧力検出器としての圧力センサ２４５および圧力調整装置２４２を介して真空ポンプ等の真空排気装置２４６が接続されており、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。圧力調整装置２４２および圧力センサ２４５には、圧力制御部（圧力コントローラ）２３６が電気的に接続されており、圧力制御部２３６は圧力センサ２４５により検出された圧力に基づいて圧力調整装置２４２により処理室２０１内の圧力が所望の圧力となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００１９】
マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９はマニホールド２０９の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ２１９は例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面にはマニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｂが設けられる。シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側には、ボートを回転させる回転機構２５４が設置されている。回転機構２５４の回転軸２５５はシールキャップ２１９を貫通して、後述するボート２１７に接続されており、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。シールキャップ２１９はプロセスチューブ２０３の外部に垂直に設備された昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート２１７を処理室２０１に対し搬入搬出することが可能となっている。回転機構２５４及びボートエレベータ１１５には、駆動制御部（駆動コントローラ）２３７が電気的に接続されており、所望の動作をするよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００２０】
基板保持具としてのボート２１７は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなり、複数枚のウエハ２００を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。なおボート２１７の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる円板形状をした断熱部材としての断熱板２１６が水平姿勢で多段に複数枚配置されており、ヒータ２０６からの熱がマニホールド２０９側に伝わりにくくなるよう構成されている。
【００２１】
プロセスチューブ２０３内には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されている。ヒータ２０６と温度センサ２６３には、電気的に温度制御部２３８が接続されており、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０６への通電具合を調整することにより処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。この温度センサ２６３には所定温度以上となると作動する温度スイッチ（図示省略）が設けられている。
【００２２】
また処理室２０１周辺には冷却水本管（図示省略）は配設されており、この冷却水本管には、冷却水が所定量以下となると作動するフロースイッチ（図示省略）、水冷式ラジエータ（図示省略）及び水冷式サイリスタ設けられている。これら水冷式ラジエータ及び水冷式サイリスタには所定温度以上となると作動する温度スイッチ（図示省略）が設けられている。
【００２３】
ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、温度制御部２３８は、操作部、入出力部をも構成し、基板処理装置全体を制御する主制御部（メインコントローラ）２３９に電気的に接続されている。これら、ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、温度制御部２３８、主制御部２３９はコントローラ２４０として構成されている。
【００２４】
次に、上記構成に係る処理炉２０２を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、ＣＶＤ法によりウエハ２００上に薄膜を形成する方法について説明する。尚、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ２４０により制御される。
【００２５】
複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、図１に示されているように、複数枚のウエハ２００を保持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１に搬入（ボートローディング）される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０ｂを介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。
【００２６】
処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように真空排気装置２４６によって真空排気される。この際、処理室２０１内の圧力は、圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力に基づき圧力調節器２４２が、フィードバック制御される。また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータ２０６によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０６への通電具合がフィードバック制御される。続いて、回転機構２５４により、ボート２１７が回転されることで、ウエハ２００が回転される。
【００２７】
次いで、処理ガス供給源から供給され、ＭＦＣ２４１にて所望の流量となるように制御されたガスは、ガス供給管２３２を流通してノズル２３０から処理室２０１内に導入される。導入されたガスは処理室２０１内を上昇し、インナーチューブ２０４の上端開口から筒状空間２５０に流出して排気管２３１から排気される。ガスは処理室２０１内を通過する際にウエハ２００の表面と接触し、この際に熱ＣＶＤ反応によってウエハ２００の表面上に薄膜が堆積（デポジション）される。
【００２８】
予め設定された処理時間が経過すると、不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、処理室２０１内が不活性ガスに置換されるとともに、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される。
【００２９】
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、マニホールド２０９の下端が開口されるとともに、処理済ウエハ２００がボート２１７に保持された状態でマニホールド２０９の下端からプロセスチューブ２０３の外部に搬出（ボートアンローディング）される。その後、処理済ウエハ２００はボート２１７より取出される（ウエハディスチャージ）。
【００３０】
なお、一例まで、本実施の形態の処理炉にてウエハを処理する際の処理条件としては、例えば、ＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）の成膜においては、処理温度４００〜８００℃、処理圧力１〜５０Ｔｏｒｒ、成膜ガス種ＳｉＨ２Ｃｌ２，ＮＨ３、成膜ガス供給流量ＳｉＨ２Ｃｌ２：０．０２〜０．３０ｓｌｍ，ＮＨ３：０．１〜２．０ｓｌｍが例示され、また、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜（ポリシリコン膜）の成膜においては、処理温度３５０〜７００℃、処理圧力１〜５０Ｔｏｒｒ、成膜ガス種ＳｉＨ４、成膜ガス供給流量０．０１〜１．２０ｓｌｍが例示され、それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することでウエハ２００に処理がなされる。
【００３１】
さらにヒータ２０６について詳述する。
ヒータ２０６には、急速冷却機構を有しないものと有さないものとがある。図２は急速冷却機構を有するヒータ２０６を示し、図３は急速冷却機構を有するものを示す。
【００３２】
図２において、急速冷却機構を有しないヒータ２０６は、環状に形成された（好ましくは円筒状に形成された）側壁断熱材（側壁断熱体ともいう）１２を有する。この側壁断熱材１２の内側（好ましくは内周に沿って）に発熱体１４が配置されている。また、側壁断熱材１２の上部に例えば円板状の天井断熱材（天井断熱体ともいう）１６が載置されている。側壁断熱材１２及び天井断熱材１６とに囲まれた空間に前述した反応容器としてのプロセスチューブ２０３が配設されている。
【００３３】
図３において、急速冷却機構を有するヒータ２０６は、図２に示した急速冷却機構を有しないものと比較して、天井断熱材１６の構成を異にしている。天井断熱材１６は、側壁断熱材１２に載置された下側層１８と、この下側層１８上に載置された中間層２０と、この中間層２０上に載置された上側層２２とを有する。下側層１８の中心には、排気孔２４が形成されている。また、中間層２０には、排気溝２６が形成されている。この排気溝２６は、側端から中心部を越えて形成され、一端が排気孔２４に接続され、他端がヒータ２０６の側面に開口している。この開口している他端には、ラジエータ２８を介して冷却ファン３０が接続され、この冷却ファン３０が作動することにより、ヒータ２０６内の気体が排気孔２４、排気溝２６及びラジエータ２８を介して排気され、ヒータ２０６内が急速に冷却される。
【００３４】
側壁断熱材１２及び天井断熱材１６は、酸化アルミニウム又は酸化シリコン等から構成されている。
なお、図２において急速冷却機構を有しないヒータ２０６の天井断熱材１６を複数層で形成してもよい。また、図３において下側層１８、中間層２０、上側層２２のうち少なくとも１つ以上をさらに複数層として形成してもよい。
【００３５】
このようなヒータ２０６においては、従来、天井断熱材１６にクラックが発生しやすく、このクラックが発展して天井部分が割れることにより天井断熱材の一部が脱落してしまうという問題があった。また、クラックを介して熱が外部に漏れるので、処理室内の温度制御に悪影響を及ぼしたり、熱エネルギーがヒータ外部へ漏れることによるエネルギーの無駄が生じるおそれがあった。
【００３６】
即ち、急速冷却機構を有しないヒータの天井断熱材１６には、図４（ａ）に示すように、略中央部から複数にわかれてクラック３２が形成される。クラック３２に囲まれた天井断熱材１６の一部が脱落し、ヒータ内に落下する。また、クラック３２を介して予期せぬ位置から熱が逃げることになる。一方、急速冷却機構を有するヒータの天井断熱材１６、特に下側層１８においては、図４（ｂ）に示すように、排気孔２４と周縁とを接続するようにクラック３２が複数発生し、急速冷却機構を有しない場合と同様に、クラック３２に囲まれた下側層１８の一部が脱落し、ヒータ内に落下する。また、クラック３２を介して予期せぬ位置から熱が逃げることになる。
【００３７】
次に、クラック３２が発生するメカニズムについて、特に急速冷却機構を有するヒータの天井断熱材１６の下側層１８を対象に説明する。
【００３８】
基板処理装置に用いられるヒータ２０６は、処理室内で基板の処理を行うにあたって、例えばローディング工程、アンローディング工程時には４００℃、基板処理時には１１００℃というように、昇温と降温とを繰り返す。
【００３９】
図５は、昇温時における下側層１８の温度分布を示す。図６は、昇温時における下側層１８の応力分布を示す。
図５に示すように、排気孔２４を含む中央部の温度は炉内側からの熱により１１００℃程度まで上昇するが、周縁部は室温に近い。周縁部は側壁断熱材が当っているためである。したがって、中央部は温度上昇により熱膨張しようとするが、周縁部はほとんど膨張しない。図６に示すように、このときの膨脹差により周縁部近傍に引張応力が集中する。また、周縁部で、天井断熱材１６の自重を支持していることにより、中央部の自重によるモーメント（応力）が周縁部に集中する。これらの応力が下側層１８の引張強度を越えるとクラックが周縁部（特に下面部分）に発生する。尚、上方外壁側と炉内側とを比較しても、炉内側からの熱により下側層１８の炉内側は１１００℃程度まで上昇するが、上方外壁側は、約４００〜６００℃となり、温度が低い。これにより、応力は少なからず発生するが、周縁部と中央部との温度差の様な急激な温度勾配はないため、発生する応力も少ないものとなる。そのため、天井断熱材１６の炉内側と上方外壁側との間には、周縁部にくらべてクラックが発生しにくいが、好ましくは、天井断熱材を複数層で形成し、層間を接着せずにそれぞれの層を自由に伸縮させることにより、炉内側と上方外壁側との間にクラックが発生することを防ぐことができる。
【００４０】
図７は、降温時における下側層１８の応力の受け方を示す。まず排気孔２４から熱せられた雰囲気を排気するため、下側層１８の中心部分が一時的に上昇する。次に発熱体への通電がＯＦＦになることにより降温し、下側層１８の下面より収縮する。降温開始直後は下側層１８の内部は蓄熱しており、膨脹状態のため、内部と外部とに膨脹、収縮の変形量に差が発生する。次に下側層１８の下面である初期冷却部分に引張応力が発生して垂直方向のクラックとなる。下側層１８の周縁にクラックがすでに発生していた場合は、この引張応力によりクラックが中心に向けて伝播し、ついには排気孔２４まで達するようになる。
【００４１】
このようなクラックの発生を防止するために、単に天井断熱材１６を分割しても、各断熱材を密着させてしまうと、これら断熱材の熱膨張・熱収縮により発生する応力を吸収しきれず、断熱材が欠けたり、割れたりしてしまう。また、天井断熱材１６の落下対策として、落下途中で落下物を受け止めるための断熱クロス材からなるセーフティネット（受け網）を設ける場合も考えられる。しかし、セーフティネットは高価であり、網状に形成されているため、落下途中でセーフティネットが天井断熱材１６を受け止めたとしても、網目から断熱材のかけらが落下してしまい、このかけらがパーティクルの原因になってしまうし、断熱材が落下してしまうことにより、天井部分の断熱特性に変化が生じてしまう。また、天板部分に急冷用の排気口を設けている場合、セーフティネットが受け止めている断熱材も前記排気口から排気されてしまうという問題がある。
【００４２】
したがって、このようなクラックの発生を防止するために、天井断熱材１６（下側層１８）に複数の応力緩和部を設ける。上述したように、天井断熱材１６にクラックが入る要因として、ヒータ２０６内の温度上昇、下降に伴う熱膨張、収縮による応力発生が考えられ、この応力を緩和してクラックの発生を抑止する。
【００４３】
図８は、急速冷却機構を有しない天井断熱材１６に応力緩和部３４を設けた例を示す。応力緩和部３４は、溝（定義については後述）からなり、天井断熱材１６を中央部（この実施形態においては天井断熱材１６の中心軸）から周縁部に向けて複数設けられている。応力緩和部３４は、図８（ａ）では２つ１８０度隔てた位置に、図８（ｂ）では４つ９０度隔てた位置に、図８（ｃ）では６つ６０度隔てた位置に、図８（ｄ）では８つ４５度隔てた位置にそれぞれ形成されている。
【００４４】
図９は、急速冷却機構を有する天井断熱材１６の下側層１８に応力緩和部３４を設けた例を示す。応力緩和部３４は、下側層１８を中央部（この実施形態においては排気孔２４）から周縁部に向けて複数設けられている。応力緩和部３４は、図９（ａ）では２つ１８０度隔てた位置に、図９（ｂ）では４つ９０度隔てた位置に、図９（ｃ）では６つ６０度隔てた位置に、図９（ｄ）では８つ４５度隔てた位置にそれぞれ形成されている。
【００４５】
このように、応力緩和部３４を１８０度以下の角度をなすようにしたのは、天井断熱材１６は、中心側に対して周方向に膨張するが、好ましくは、１８０度以下に少なくとも一箇所に応力緩和部３４がないと、応力緩和部３４のない側の応力を緩和できにくいが、１８０度以下に少なくとも一箇所応力緩和部３４があると、全域の膨張を吸収できるからである。また、応力緩和部３４間の角度を均一とすることにより、全体として均一に応力を緩和することができる。
【００４６】
図１０（ａ）は、天井断熱材１６に応力緩和部３４として、溝３４aで構成した急速冷却機構を有する天井断熱材１６を例にして示す。図１０（ａ）において、溝３４aは、天井断熱材１６を円周方向に分割することなく、且つ上面まで貫通することなく切り欠いたものである。
【００４７】
ここで、図３に示した急速冷却機構を有するヒータ２０６の下側層１８に応力緩和部３４を設けた場合を例にして説明する。
図３に示すように、天井断熱材１６を、例えば下側層１８、中間層２０及び上側層２２に縦分割して形成した場合、天井断熱材１６の一部の落下やクラックの発生を防げる。好ましくは、天板断熱材１６の下側層１８にスリット３４ｂを形成する。尚、スリット３４ｂとは、図１０（ｂ）において、天井断熱材１６を分割することなく、上面と下面との間を貫通するように切り欠いたものである。これにより、下側層１８を一体化することができ、ヒータ２０６を製造する際の作業性が改善される。より好ましくは、下側層１８の下面に上述の溝３４aを形成する。これにより、天井断熱材１６の上方外壁側からの熱逃げを抑止できる。より好ましくは、下側層１８の中心側から途中まで、好ましくは側壁断熱材１２の内側面までのＳ間に形成する。側端部までスリット３４ｂ又は溝３４aを形成すると、このスリット３４ｂ又は溝３４aを介してヒータ２０６内の熱が逃げるのに対し、天井断熱材１６の中心側から途中まで３４ｂ又は溝３４aを形成することにより、熱逃げを防止することができる。これにより、省エネルギー化することができ、周縁部等基板の円周方向での不均一な熱逃げによる温度制御性の悪化、膜厚均一性の悪化を防ぐことができる。尚、スリット３４ｂとして説明したが、下側層１８、中間層２０及び上側層２２を合わせた天井断熱材１６全体からみると、スリットは溝と定義することができる。この場合、前述した溝３４aとはスリットが層間と連通していることにより層間から熱逃げが起こる点で劣るものの他は同様な効果を奏する。
【００４８】
図１１は、急速冷却機構を有しないヒータ２０６の天井断熱材１６が側壁断熱材１２に載置される載置箇所の変形例である。
天井断熱材１６を複数層で形成し、炉内側の層を炉内側層１７とする。炉内側層１７の天井断熱材１６の周縁側に環状の凸部、この凸部に対向する側壁断熱材１２に環状の凹部を設ける。これにより、天井断熱材１６を側壁断熱材１２に嵌合しやすくなる。また、載置箇所からの熱逃げを防止することができる。尚、このような構成の場合、炉内側層の中心から途中まで、好ましくは天井断熱材１６の炉内側層１７の凸部まで応力緩和部３４を形成すると良い。
【００４９】
図１２は、急速冷却機構を有するヒータ２０６の天井断熱材１６の下側層１８が側壁断熱材１２に載置される載置箇所の変形例である。
上述と同様に、天井断熱材１６の下側層１８を複数層で形成し、炉内側の層を炉内側層１７とする。上述同様、炉内側層１７の下側層１８の周縁側に環状の凸部、この凸部に対向する側壁断熱材１２に環状の凹部を設けることで、下側層１８を側壁断熱材１２に嵌合しやすくなり、載置箇所からの熱逃げを防止することができる。さらに、上述同様、炉内側層の中心から途中まで、好ましくは下側層１８の炉内側層１７の凸部まで応力緩和部３４を形成すると良い。
【００５０】
さらに応力緩和部３４の種々の変形例について説明する。
図１３は、第１の変形例を示す。この第１の変形例においては、応力緩和部３４の天井断熱材１６の下面に開口する角部を面取り処理し、テーパ部３８が応力緩和部３４の長手方向に沿って形成されている。応力緩和部３４の下面に開口する部分が９０度の角度のままであれば、角の部分が組立作業中の行為により誤って欠けたり、ヒータ使用中の昇降温による熱衝撃で欠ける危険性がある。しかし、テーパ部３８を設けることにより、角度を大きく出来るのでこれらの危険性は低くなる。テーパ部３８は面取りだけではなく、丸みを付けることでも同様の効果が得られる。なお、このテーパ部３８は、応力緩和部３４として、溝３４ａのみならず応力緩和部３４がスリット３４ｂ、分割ライン３４ｃのいずれである場合にも設けることができる。また、分割ライン３４ｃとは、図１４において、天井断熱材１６を複数の分割片３６に分割（この例では６個の分割片に分割）したものである。
【００５１】
図１５は、第２の変形例を示す。この第２の変形例は急速冷却機構を有しないヒータの天井断熱材１６に適用されたもので、応力緩和部３４は、４分割された分割ライン３４ｃであり、周縁側より中心側の応力緩和部３４の幅を大きくしている。この例では、より好ましい態様として、周縁側より中心側（中心軸）に向けて徐々に拡がっている。炉内温度は中心部が最も高くなるので、この部分の隙間を大きく採ることで熱膨張分を吸収することが出来る。応力緩和部３４は、好ましくは、溝３４ａにすると上方外壁側からの熱逃げを抑止できる。尚、第２の変形例は、急速冷却機構を有するヒータの天井断熱材１６にも当然適用可能である。この場合、中心軸に排気孔２４を設ければよい。
【００５２】
図１６は、第３の変形例を示す。この第３の変形例は急速冷却機構を有するヒータの天井断熱材１６の下側層１８に適用されたもので、応力緩和部３４は６本のスリット３４ｂであり、周縁部に至らない途中から排気孔２４に向けて形成され、周縁側より排気孔２４（中心側）の応力緩和部の幅を大きくしている。この例では、より好ましい態様として、周縁部から排気孔２４に近づくにつれて徐々に拡がるように形成されている。排気孔２４部分の温度が最も高くなるので、この部分の隙間を大きく採ることで熱膨張分を吸収することが出来る。また、周縁部分が繋がり一体構造となっているので、部品点数を少なくすることが出来る。この場合も、第２の変形側と同様、応力緩和部３４は、好ましくは溝３４ａにすると、上方外壁側からの熱逃げを抑止できる。 尚、第３の変形例は、急速冷却機構を有しないヒータの天井断熱材１６にも当然適用可能である。この場合、周縁部に至らない途中から中心側（中心軸）に向けて徐々に拡がるように形成すれば良い。
【００５３】
図１７は、第４の変形例を示す。この第４の変形例は急速冷却機構を有しないヒータの天井断熱材１６に適用されたもので、応力緩和部３４は４本の溝３４ａであり、周縁部に至らない途中から中心側に向けて形成され、中心軸に近づくにつれて徐々に拡がるように形成され、かつ、天井断熱材１６の下面（内壁）側より上面（外壁）側の溝幅を狭くしている。この例では、より好ましい態様として、断面が三角形状をなし、天井断熱材１６の下面に開口している。これにより、より温度の高くなる炉内側に広い隙間がある事で熱膨張分を吸収し、温度の低い内部側は狭くする事で熱逃げを最小限にする事が出来る。尚、上述の断面は、三角形状でなくても、溝底をＲ面やフラット面にして、天井断熱材１６の下面から溝底に近づくにしたがって徐々に応力緩和部の幅を狭くするようにしても良い。
【００５４】
図１８は、第５の変形例を示す。この第５の変形例は急速冷却機構を有しないヒータの天井断熱材１６に適用されたもので、応力緩和部３４は４分割された分割ライン３４ｃであり、周縁部から中心側に向けて形成され、中心側に近づくにつれて徐々に拡がるように形成され、かつ、天井断熱材１６の下面（内壁）側より上面（外壁）側の溝幅を狭くしている。この例では、より好ましい態様として、断面が三角形状をなし、天井断熱材１６の下面側が拡がっている。図１８（ｂ）に示すように、分割ライン３４ｃの全体を断面三角形状としてもよいし、図１８（ｃ）に示すように、分割ライン３４ｃの上面に至る手前までを断面三角形状とし、残りの部分を直線状に形成してもよい。尚、上述の断面は、三角形状でなくても、溝底をＲ面やフラット面にして、天井断熱材１６の下面から溝底に近づくにしたがって徐々に応力緩和部の幅を狭くするようにしても良い。また、第４、第５の変形例は、周縁部や周縁部に至らない途中から中心側に向けて徐々に拡がるように形成した方が、応力が緩和しやすい点ですぐれるものの、周縁部や周縁部に至らない途中から中心側に向けて徐々に拡がるように形成しなくても良い。さらに、第４、第５の変形例は、急速冷却機構を有するヒータの天井断熱材１６にも当然適用可能である。この場合、中心軸に排気孔２４を設ければ良い。
【００５５】
図１９は、第６の変形例を示す。第６の変形例は、急速冷却機構を有するヒータの天井断熱材１６に適用されたもので、分割ライン３４ｃに応力緩和部３４として溝３４ａまたはスリット３４ｂの少なくとも１つ以上を混合したものである。天井断熱材１６が分割されることにより、製作しやすくなる。また、応力緩和部３４により、応力を緩和することができる。
【００５６】
図２０は、第７の変形例を示す。第７の変形例は、急速冷却機構を有するヒータの天井断熱材１６に適用されたもので、応力緩和部３４として天井断熱材１６の中心側から周縁側に向かって設けられた溝３４ａまたはスリット３４ｂの少なくとも１つ以上の長さを異ならせたものである。加熱装置内は熱輻射・熱伝導・熱対流作用により、天井断熱材１６の中心側になるに従い温度が高くなるため、中心側に近くなるに従い断熱材の熱膨張が大きくなる。また、スリットまたは溝の数が多くなれば多い分、熱逃げが起こることになる。上記のように構成することにより、熱膨張量に応じた緩和量、熱逃げ量にすることができる。尚、天井断熱材１６の中心側から周縁側に向かって設けられた溝３４ａまたはスリット３４ｂの少なくとも１つ以上の長さを異ならせるに限らず、好ましくは、中心側より周縁側の応力緩和部３４が形成されている表面積を小さく形成すると良い。
【００５７】
図２１は、第８の変形例を示す。第８の変形例は、急速冷却機構を有するヒータの天井断熱材１６に適用されたもので、応力緩和部３４として溝３４ａまたはスリット３４ｂの形態を天井断熱材１６の中心側から周縁側に向かって設けた後、中心側と周縁側との間で周方向に延在するようにしたものである。このように構成すると、溝３４ａまたはスリット３４ｂの中心側から周縁側に向かって設けられた部分の延長線上に応力が集中するような場合であっても、中心側と周縁側との間で周方向に延在する部分に前記応力を分散することができ、亀裂が中心側と周縁側との間で周方向に延在する部分で起こるのを防ぐことができる。
【００５８】
図２２は、第９の変形例を示す。第９の変形例は、天井断熱材１６の応力緩和用の溝３４ａに対向する反対面に出っ張り（凸部）４０を設けたものである。これにより、天井断熱材１６の強度低下を防止することができるとともに、溝部分の断熱性低下を防止することができる。
【００５９】
第６乃至第９の変形例では、急速冷却機構を有しないヒータの天井断熱材１６にも当然適用可能である。この場合、排気孔２４に代えて、中心軸を有するようにすれば良い。
【００６０】
なお、その他の変形例として、分割ライン３４ｃに沿って、溝３４ａ又はスリット３４ｂを設けるようにしても良い。具体的には、突き合わさる各断熱体の側面（突き当て面）に溝３４ａまたはスリット３４ｂを設ける。これにより、断熱体上方・断熱体側方（加熱装置側方）からの放熱を防止できるとともに、熱膨張・熱収縮により発生する応力を緩和して断熱体が欠けたり、割れたりすることを抑制できる。尚、溝３４aは、突き合せられる各断熱体の側面（突き当て面）にそれぞれ設けて形成するようにしても良いし、一方の断熱体の側面（突き当て面）のみに設けても良い。溝３４aを天井断熱材１６の内壁面に対して垂直に設ける場合のみならず、内壁面に対して傾斜して設けても良い。さらに好ましくは、溝３４aを近傍の発熱体１４からの発熱線の進行方向と異なる方向に向けて傾斜するように設けると良い。このように構成すると、さらに放熱を防ぐことができる。尚、加熱装置の側壁断熱体は、環状に限らず、角状であっても良い。
【００６１】
本発明は、特許請求の範囲に記載した事項を特徴とするが、さらに次に記載した事項も含まれる。
（１）基板を処理する反応容器と、該反応容器の外側を囲う、少なくとも、側壁断熱体と、該側壁断熱体に載置され、応力緩和用の溝が複数設けられている天井断熱体と、前記側壁断熱体の内側に設けられる発熱体と、を有する加熱装置とを備える基板処理装置。
（２）前記溝は、前記天井断熱体の中心側から周縁側に向かって設けられている（１）記載の基板処理装置。
（３）前記溝は、前記天井断熱体の中心側から周縁部に至る途中まで形成されている（１）又は（２）記載の基板処理装置。
（４）反応容器の外側を囲う、少なくとも、側壁断熱体と、該側壁断熱体に載置される天井断熱体に複数設けられている溝が前記天井断熱体に発生する応力を緩和しつつ前記発熱体が前記反応容器内の基板を加熱処理する半導体装置の製造方法。
（５）基板処理装置に用いられる加熱装置における側壁断熱体に載置される天井断熱体であって、応力緩和用の溝が複数設けられている天井断熱体。
（６）前記溝は、前記天井断熱体の周縁側の幅より中心側の幅が大きい（２）記載の基板処理装置。
加熱装置内は熱輻射・熱伝導・熱対流作用により、天井断熱体の周縁側より中心側のほうの温度が高くなるため、周縁側より中心側のほうが断熱体の熱膨張が大きくなる。また、溝部分が大きくなると、その部分から少なからず熱逃げが起こることになる。上記のように構成することにより、熱膨張量に応じた緩和量、熱逃げ量にすることができる。
（７）前記溝は、前記天井断熱体の周縁側から中心側になるに従い幅が大きくなる（２）記載の基板処理装置。
加熱装置内は熱輻射・熱伝導・熱対流作用により、天井断熱体の中心側になるに従い温度が高くなるため、中心側に近くなるに従い断熱体の熱膨張が大きくなる。また、溝部分が大きくなると、その部分から少なからず熱逃げが起こることになる。上記のように構成することにより、熱膨張量に応じた緩和量、熱逃げ量にすることができる。
（８）前記溝は、前記天井断熱体の内壁側の幅より前記天井断熱体の外壁側の幅が狭くなっている（１）又は（２）記載の基板処理装置。
加熱装置内は熱輻射・熱伝導・熱対流作用により、天井断熱体の内壁側の方が温度が高くなるため、内壁側の方が断熱体の熱膨張が大きくなる。上記のように構成することにより、熱膨張量に応じた緩和量、熱逃げ量にすることができる。
（９）前記溝は、前記天井断熱体の内壁側から前記天井断熱体の外壁側になるに従い幅が狭くなっている（１）又は（２）記載の基板処理装置。
加熱装置内は熱輻射・熱伝導・熱対流作用により、天井断熱体の内壁側になるに従い温度が高くなるため、内壁側に近くなるに従い断熱体の熱膨張が大きくなる。上記のように構成することにより、熱膨張量に応じた緩和量、熱逃げ量にすることができる。
（１０）前記溝を形成する側壁は、前記天井断熱体の内側面が面取り処理されている（１）記載の基板処理装置。
（１１）前記天井断熱体は、複数に分割されており、前記溝は、前記分割された箇所に設けられている（１）又は（２）記載の基板処理装置。
（１２）前記溝は、複数設けられ、其々１８０度以下の角度を成して設けられている（２）記載の半導体製造装置。
中心側に対して周方向に膨張するが、好ましくは、１８０度以下に少なくとも一箇所に溝がないと、溝の内側の応力を緩和されにくいが、１８０度以下に少なくとも一箇所溝があると、全域の膨張を吸収できる。
（１３）前記溝が、少なくとも３箇所形成されており、それぞれの前記溝が９０度より大きく１８０度未満の角度を成して放射状に設けられている（２）記載の半導体製造装置。
（１４）前記天板断熱体の中心側には、ヒータユニット内部の雰囲気を排気する排気孔が設けられている（１）記載の半導体製造装置。
前記排気孔が設けられる場合、処理室を冷却する際に排気孔から熱せられた雰囲気を排気するため、天井断熱体の中心部が特に温度が上がりやすく、熱膨張量が顕著に大きくなってしまうが、上記（１）のように構成すると天井断熱体の一部の落下やクラックの発生を防げる。
（１５）前記天井断熱体は、複数に分割されており、前記溝は、前記分割された箇所とは別の箇所に設けられている（１）又は（２）記載の基板処理装置。
（１６）前記天井断熱体には、スリットが設けられており、前記溝は、前記スリットとは、別の箇所に設けられている（１）又は（２）記載の基板処理装置。
（１７）前記溝は２種類以上の長さで設けられている（２）記載の基板処理装置。
（１８）前記天井断熱体には、前記溝が設けられている箇所の上端側（反対側）に凸部が設けられている（１）記載の基板処理装置。
（１９）基板処理装置に用いられる加熱装置であって、側壁断熱体と該側壁断熱体に載置され内側面に応力緩和用の溝が複数設けられる天井断熱体とを備える加熱装置。
（２０）基板を処理する反応容器と、該反応容器の外周を囲う、少なくとも側壁断熱体と、該側壁に載置され、周縁側の幅より中心側の幅を広くした応力緩和部が設けられる天井断熱体と、前記側壁断熱体の内側に設けられる発熱体と、で構成される加熱装置とを備える基板処理装置。
（２１）基板を処理する反応容器と、該反応容器の外周を囲う、少なくとも側壁断熱体と該側壁に載置され、内壁側の幅より外壁側の幅を狭くした応力緩和部が設けられる天井断熱体と、前記側壁断熱体の内側に設けられる発熱体と、で構成される加熱装置とを備える基板処理装置。
（２２）前記面取り処理は、テーパ状もしくは曲面形状に処理されている前記（１０）の基板処理装置。
（２３）基板を処理する反応容器の外周に設けられる加熱装置の、側壁断熱体に載置される天井断熱体の内側面に複数設けられる応力緩和用の溝が発生する応力を緩和しつつ前記側壁断熱体の内側に設けられる発熱体が前記反応容器内の基板を加熱処理する半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００６２】
２０２ 基板処理装置
２０６ 加熱装置（ヒータ）
１２ 側壁断熱材
１４ 発熱体
１６ 天井断熱材
１８ 下側層
２０ 中間層
２２ 上側層
２４ 排気孔
３２ クラック
３４ 応力緩和部
３４ａ 溝
３４ｂ スリット
３４ｃ 分割ライン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する反応容器と、
該反応容器の外側を囲う、少なくとも、側壁断熱体と、該側壁断熱体に載置される天井断熱体と、前記側壁断熱体の内側に設けられる発熱体と、を有する加熱装置とを備え、
前記天井断熱体には、該天井断熱体の中心側から周縁部に至る途中まで形成された溝が複数設けられている基板処理装置。
【請求項２】
反応容器の外側を囲う、少なくとも、側壁断熱体と、該側壁断熱体に載置される天井断熱体と、を有する半導体装置の製造方法であって、前記天井断熱体の中心側から周縁部に至る途中まで形成された溝が前記天井断熱体に発生する応力を緩和しつつ前記側壁断熱体の内側に設けられた発熱体が前記反応容器内の基板を加熱処理する半導体装置の製造方法。
【請求項３】
基板処理装置に用いられる加熱装置における側壁断熱体に載置される天井断熱体であって、該天井断熱体の中心側から周縁側に向かって前記天井断熱体の中心側から周縁部に至る途中まで形成された溝が複数設けられている天井断熱体。
【請求項４】
側壁断熱体と、
前記側壁断熱体の内側に設けられる発熱体と、
前記側壁断熱体に載置される天井断熱体であって、該天井断熱体の中心側から周縁側に向かって前記天井断熱体の中心側から周縁部に至る途中まで形成された溝が複数設けられている天井断熱体と、を備える加熱装置。
【請求項１】
基板を処理する反応容器と、
該反応容器の外側を囲う、少なくとも、側壁断熱体と、該側壁断熱体に載置される天井断熱体と、前記側壁断熱体の内側に設けられる発熱体と、を有する加熱装置とを備え、
前記天井断熱体には、該天井断熱体の中心側から周縁部に至る途中まで形成された溝が複数設けられている基板処理装置。
【請求項２】
反応容器の外側を囲う、少なくとも、側壁断熱体と、該側壁断熱体に載置される天井断熱体と、を有する半導体装置の製造方法であって、前記天井断熱体の中心側から周縁部に至る途中まで形成された溝が前記天井断熱体に発生する応力を緩和しつつ前記側壁断熱体の内側に設けられた発熱体が前記反応容器内の基板を加熱処理する半導体装置の製造方法。
【請求項３】
基板処理装置に用いられる加熱装置における側壁断熱体に載置される天井断熱体であって、該天井断熱体の中心側から周縁側に向かって前記天井断熱体の中心側から周縁部に至る途中まで形成された溝が複数設けられている天井断熱体。
【請求項４】
側壁断熱体と、
前記側壁断熱体の内側に設けられる発熱体と、
前記側壁断熱体に載置される天井断熱体であって、該天井断熱体の中心側から周縁側に向かって前記天井断熱体の中心側から周縁部に至る途中まで形成された溝が複数設けられている天井断熱体と、を備える加熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１２−１８２４８９（Ｐ２０１２−１８２４８９Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１２０４５７（Ｐ２０１２−１２０４５７）
【出願日】平成２４年５月２８日（２０１２．５．２８）
【分割の表示】特願２００８−３５８８９（Ｐ２００８−３５８８９）の分割
【原出願日】平成２０年２月１８日（２００８．２．１８）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年５月２８日（２０１２．５．２８）
【分割の表示】特願２００８−３５８８９（Ｐ２００８−３５８８９）の分割
【原出願日】平成２０年２月１８日（２００８．２．１８）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
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