열처리로 및 종형 열처리 장치 document_id A220623056046

반도체 장치의 제조에 있어서는, 피처리체인 반도체 웨이퍼에 산화, 확산, CVD(Chemical Vapor Deposition) 등의 처리를 실시하기 위해, 각종 열처리 장치가 이용되고 있다. 일반적인 열처리 장치는 반도체 웨이퍼를 수용하여 열처리하기 위한 처리 용기(반응관)와, 이 처리 용기의 주위를 덮도록 설치되어 처리 용기 내의 웨이퍼를 가열하는 히터(가열 장치)로 주로 구성되는 열처리로를 구비하고 있다. 상기 히터는 원통 형상의 단열재와, 이 단열재의 내주에 지지체를 통해 설치된 발열 저항체로 주로 구성되어 있다. 상기 발열 저항체로서는, 예를 들어 배치 처리가 가능한 열처리 장치의 경우, 원통 형상의 단열재의 내벽면을 따라서 배치되는 나선 형상의 히터 선(발열 저항선)이 이용된다. 이는, 노 내를, 예를 들어 800 내지 1000 ℃ 정도의 고온으로 가열할 수 있다. 또한, 상기 단열재로서는, 예를 들어 세라믹 파이버 등으로 이루어지는 단열 재료를 원통 형상으로 소성하여 이루어지는 것이 이용된다. 이는, 복사열 및 전도열로서 빼앗기는 열량을 감소시켜, 효율이 좋은 가열을 조장할 수 있다. 상기 지지체로서는, 예를 들어 세라믹제의 것이 이용된다. 이는, 상기 히터 선을 열팽창 및 열수축 가능한 상태에서 소정의 피치로 지지할 수 있다. 그런데, 상기 열처리로에 있어서는, 히터 선이 나선 형상으로 형성되어 있지만, 히터 선이 열팽창 및 열수축 가능하도록, 히터 선과 단열재 사이에 간극이 형성된 상태에서 지지되어 있다. 그리고, 히터 선은 고온 하에서 사용됨으로써, 크리프 왜곡이 생겨, 그 선 길이가 시간과 함께 서서히 신장된다. 또한, 가열 시에 있어서, 히터 선은 열팽창을 일으킨다. 한편, 강온 시에 히터 선에 공기를 불어냄으로써 히터 선의 급속 냉각을 행한다는 타입의 장치도 있지만, 승강온을 반복함으로써 히터 선이 변형되면, 인접하는 히터 선과 쇼트하여 단선이 발생하는 경우가 있다. 특히, 종형 열처리로의 경우에는 승강온에 의한 열팽창 및 열수축의 반복에 의해, 히터 선이 지지체 내에서 이동하고, 중력에 의해 약간씩 히터 선은 하방으로 이동하여, 최하 턴의 개소에 상기 이동분이 축적된다. 즉, 히터 선의 이동의 축적에 의해 최하 턴의 감김 직경이 커진다. 이것이 단열재의 내면까지 도달하고, 또한 외측으로는 팽창할 수 없게 되면, 상하 방향으로 변형된다. 이에 의해, 인접하는 히터 선과 쇼트하여 단선이 발생하는 경우가 있다. 이와 같은 문제를 해소하기 위해, 히터 선의 크리프나 열팽창 등에 의한 신장의 일단부측으로의 누적을 방지하기 위해, 히터 선의 외측부에 노의 반경 방향 외측으로 돌출되는 축 형상 등의 고정 부재를 용접으로 설치하고, 상기 고정 부재의 선단부를 단열재 중에 매립하여 고정한다는 구성이 제안되어 있다(일본 특허 출원 공개 평10-233277호 공보 참조). 그러나, 전술한 바와 같이 단순히 히터 선의 외측부에 고정 부재를 용접으로 접합한 구성에서는 접합부가 고온에 노출될 뿐만 아니라, 발열 저항체의 열팽창 및 열수축에 수반하여 접합부에 응력이 집중되기 쉬우므로, 내구성의 저하(단수명화)를 초래할 수 있다. 또한, 고정 부재가 막대축 형상이면, 단열재로부터 빠지기 쉬워 충분한 유지력을 확보하는 것이 어렵다. 또한, 웨이퍼의 급속 승강온 처리를 하고 싶은 경우에는, 급속 승온 시에 히터 선에 큰 파워를 걸 필요가 있다. 그러나, 지금까지의 일반적인 히터 선에서는 부하가 지나치게 커서 단선되기 쉽다. 이로 인해, 큰 파워를 걸 수 없어, 급속 승강온 처리에는 한계가 있었다. 이를 해소하기 위해, 단선되기 어려운 고가의 히터 선을 이용하는 경우에는, 비용의 증대라는 문제가 있다. 한편, 히터 선의 부하를 저감시켜 장기 수명화(내구성의 향상)를 도모하기 위해서는, 투입 파워에 대한 히터 선 표면적(엘리먼트 표면적)의 비율을 늘리는 것이 효과적이다. 히터 선 표면적을 늘리면, 히터 표면 온도가 저하되어 히터 선의 부하가 저감되기 때문이다. 소위 스파이럴 타입(나선형)의 히터 선은 부하 저감의 디자인으로서 적합하여, 원하는 공간에 효율적으로 배치할 수 있으므로, 널리 이용되고 있다. 그러나, 스파이럴 타입의 히터 선을 이용한 히터 내지 열처리로에 있어서는, 예를 들어 도9에 도시한 바와 같이 히터 선(18)을 고정하기 위해 단열재(16) 중에 히터 선(18)을 매립한다는 구성이 채용된다. 이로 인해, 로 중심의 가열 대상물에 대해, 단열재(16)를 개재한 가열이 되므로, 급속으로 승온시키는 처리는 곤란하다. 또한, 강온에 대해서도 단열재(16)를 개재하여 히터 선(18)이 냉각되므로, 또한 단열재(16)의 열용량이 늘어나는 효과도 있으므로, 급속 강온도 어렵다. 또한, 히터 선(18)의 팽창분의 간극이 확보되어 있지 않으므로, 히터 선 자체가 팽창될 때에 스트레스를 받아, 히터 선의 내구성의 저하를 초래하고 있다.