CN101288158B - 热处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热处理装置，其具有：多层地收纳多个被处理体，并且对该被处理体实施规定的热处理的处理容器；以覆盖所述处理容器的方式设置的，可以加热所述被处理体的筒状的加热器；用以排出所述加热器和所述处理容器之间的空间内的气氛的排热系统；和向所述空间内喷出冷却流体，用于冷却所述处理容器的冷却单元。所述加热器具有筒状的隔热材料和配设在该隔热材料的内周的发热电阻体。所述冷却单元具有埋设在所述隔热材料中的多个喷出喷嘴。各喷出喷嘴形成为其入口和出口不以直线相连接的形状。

Description

热处理装置
技术领域
本发明涉及热处理装置。
背景技术
在半导体设备的制造中，为了对被处理体(例如半导体晶片)进行氧化、扩散、CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积)等处理，使用各种处理装置(半导体制造装置)。并且，作为其中的一种，公知的是能够一次实施多枚被处理体的处理(例如热处理)的批量式热处理装置(例如立式热处理装置)。
在立式热处理装置中，一般的地，将多枚晶片以规定间隔多层地搭载保持在作为保持具的船形器皿中，容纳于处理容器内。然后，通过以覆盖该处理容器的方式设置的筒状的加热器加热上述晶片，并进行规定的热处理。上述加热器通常是在筒状的隔热材料的内周上配设线状的发热电阻体的结构。
在这样的立式热处理装置中，提出了以下方案：为了在热处理结束时使晶片迅速降温，达到处理的迅速化和生产量(throughput)的提高，以能够排出在加热器和处理容器之间的空间内的气氛的方式构成，并且是以可以向该空间内导入冷却流体强制冷却处理容器的方式构成(例如，参照日本特开平7-99164号公报、日本特开平11-260744号公报)。
近年来，在热处理装置中，随着晶片的处理枚数的增加，加热器以及内置物(例如处理容器和船形器皿)长度具有变长的倾向。因此，在上述的强制冷却工序时，容易发生内置物的冷却温度不均。由此引发晶片的产品品质不均的问题。
另一方面，当为了增加冷却流体的流量而增大冷却流体管口的口径时，由于辐射光从冷却流体管口泄漏引起热扩散变大，因此加热器内部的均热性恶化，同时存在导致加热器外部的温度上升的问题。
此外，在日本特开11-260744号公报公开的技术中，因为在成型隔热材料中设置向斜上方开口的骤冷口，并且由该骤冷口导入的冷却介质形成旋转流动，所以能够在一定程度上抑制强制冷却工序时的内置物的温度不均的发生。但是，为了向骤冷口供给冷却介质，必须在成型隔热材料中设置所需要数目的上下延伸的冷却介质导入通路，从而使结构复杂化。
发明内容
本发明是考虑到上述情况而完成的，其目的在于提供一种热处理装置，能够防止辐射光从冷却流体管口泄漏，能够抑制加热器内部的均热性的恶化和加热器外部的温度上升。此外，本发明的目的在于提供一种热处理装置，能够抑制冷却温度不均，并且实现结构的简化。
本发明提供一种热处理装置，其特征在于，包括：将多个被处理体收纳在多层中，并且对该被处理体实施规定的热处理的处理容器；以覆盖上述处理容器的方式设置，能够加热上述被处理体的筒状的加热器；用于将上述加热器和上述处理容器之间的空间内的气氛排出的排热系统；和用于向上述空间内喷出冷却流体以冷却上述处理容器的冷却单元，其中，上述加热器具有筒状的隔热材料和配设在该隔热材料的内周的发热电阻体；上述冷却单元具有埋设在上述隔热材料中的多个喷出喷嘴；各喷出喷嘴形成为其入口和出口不以直线相连接的形状。
根据本发明，因为埋设在隔热材料中的多个喷出喷嘴的各个入口和出口形成为不以直线相连接的形状，所以能够防止辐射光从喷出喷嘴泄漏，能够抑制加热器内部的均热性的恶化和加热器外部的温度上升。
优选各喷出喷嘴形成为在侧视图中为大致为Z字状，其下侧端形成入口，其上侧端形成出口。在这样的情况下，可以防止辐射光或者辐射热从各喷出喷嘴泄漏或者逃逸。
此外，为了形成沿着上述空间的周向旋转的冷却流体的流动，优选各喷出喷嘴在俯视图中，相对于加热器的中心方向倾斜大致45°。在这样的情况下，通过形成冷却流体的旋转流动，能够有效地抑制冷却温度不均的发生。
此外，优选上述隔热材料的外周由外壳覆盖，在该外壳上设置有与各喷出喷嘴的入口连通的冷却流体导入部。在这样的情况下，能够以极为简单的结构向喷出喷嘴供给冷却流体。
此外，本发明提供一种加热器，其特征在于：具有筒状的隔热材料和配设在该隔热材料的内周的发热电阻体，为了形成沿着上述隔热材料的内周旋转的冷却流体的流动，形成为在侧视图中大致为Z字状的多个冷却流体喷出喷嘴，以在俯视图中相对于加热器的中心方向倾斜大致45°的状态埋设在上述隔热材料中。
根据本发明，能够防止辐射光从冷却流体喷出喷嘴泄漏，并且能够抑制加热器内部的均热性的恶化和加热器外部的温度上升，其结果是能够有效地抑制冷却温度不均的发生。
此外，本发明提供一种加热器的制造方法，该方法是包括筒状的隔热材料和配设在该隔热材料内周的发热电阻体的加热器的制造方法，其特征在于，包括：在上述隔热材料的内周配设发热电阻体的工序；和为了形成沿着上述隔热材料的内周旋转的冷却流体的流动，将形成为在侧视图中大致为Z字状的多个冷却冷流体喷出喷嘴，以在俯视图中相对加热器的中心方向倾斜大致45°的状态埋设在上述隔热材料中的工序。
根据本发明，能够防止辐射光从冷却流体喷出喷嘴泄漏，并且能够抑制加热器内部的均热性的恶化和加热器外部的温度上升，其结果是可以有效的抑制冷却温度不均的发生，另一方面能够实现结构的简化。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的热处理装置的概略结构的纵截面图。
图2A是表示图1的热处理装置的主要部分的扩大截面图。图2B是表示图2A的冷却介质导入部的正面图。
图3是表示喷出喷嘴的配置例的加热器的大致的横截面图。
图4是表示图3的主要部分的扩大截面图。
图5A和图5B是用于说明加热器的制造方法的示意图。
图6是表示图4的喷出喷嘴的一部分的变形例的截面图。
图7是表示喷出喷嘴的进一步的变形例的斜视图。
图8是表示设置在隔热材料上的喷出喷嘴的变形例的截面图。
具体实施方式
以下，根据附图对用于实施本发明的最佳方式进行详细叙述。
图1是表示本发明的一个实施方式的热处理装置的大致结构的截面图。图2A是表示图1的热处理装置的主要部分的扩大截面图。图2B是表示图2A的冷却介质导入部的正面图。图3是表示喷出喷嘴的配置例的加热器的大致横截面图。图4是表示图3的主要部分的扩大截面图。
如这些附图所示的，本实施方式的热处理装置1即所谓的立式热处理装置。热处理装置1具有用于将多个被处理体(例如半导体晶片w)收纳在多层并进行规定的热处理的处理容器2；和以覆盖该处理容器2的方式设置的加热晶片w的筒状加热器3。这些加热器3和处理容器2构成所谓的热处理炉。
处理容器2也被称为处理管(process tube)。本实施方式的处理容器2为石英制，上端闭塞，下端开口，形成纵长的筒状(例如圆筒状)。本实施方式的处理容器2可以为单层管结构，也可以为双层管结构。
在处理容器2的开口端，形成向外的凸缘4。该凸缘4通过图中没有表示出的凸缘压板被支承于底板5上。在底板5上形成有用于从下方向上方插入处理容器2的开口部6。在处理容器2的下侧部设置有用于向处理容器2内导入处理气体、不活泼气体等的导入管部7和用于对处理容器2内的气体进行排气的图中没有表示出的排气管部。而且，在底板5的开口部6上以覆盖底板5和处理容器2之间的间隙的方式设置有隔热材料8。
在处理容器2的下方设置有闭塞处理容器2的下端开口部(炉口)的可以在上下方向开关的盖体9，并能够通过图中没有表示的升降机构进行升降移动。在盖体9的上部装载有作为炉口的保温单元的例如保温筒10。在保温筒10的上部装载有石英制的船型器皿11作为以规定的间隔在上下方向上搭载例如直径为300mm的多枚(例如150枚左右)晶片w的保持具。在盖体9上设置有使船型器皿11围绕其轴心旋转的旋转机构12。可以通过盖体9的下降移动从处理容器2将船型器皿11搬出(卸载)到下方的装载区内。然后，船型器皿11在移换晶片w之后，通过盖体9的上升移动被搬入(装载)到处理容器2内。
加热器3设置在底板5上。加热器3是通过在筒状(例如圆筒状)的隔热材料13的内周上配设发热电阻体14而形成。本实施方式中，在隔热材料13的内周以蛇行状配设线状的发热电阻体14。此外，发热电阻体14分别对应于在加热器3的高度方向上划分的多个区域(zone)进行配设，可以控制每一个区域的温度。此外，考虑发热电阻体14的施工性，优选隔热材料13为对开式。
由金属制(例如不锈钢制)的外壳(shell)16覆盖隔热材料13的外周。在外壳16上设置有与喷出喷嘴23的入口23a连通的冷却流体导入部26(参照图2A)。本实施方式的隔热材料13隔着外侧隔热材料15由外壳16覆盖。此外，本实施方式的外壳16由内侧外壳16a和外侧外壳16b构成。通过在内侧外壳16a和外侧外壳16b之间配设流通冷却流体(例如冷却水)的冷却管(图中没有表示)，构成冷却套(jacket)。由此，能够有效地抑制对加热器外部的热影响。
另一方面，在隔热材料13的顶部设置有覆盖这些的上部隔热材料17(参照图1)。在上部隔热材料17的上部设置有覆盖外壳16的顶部的顶板18(参照图1)。此外，在加热器3中设置有用于将加热器3和处理容器2之间的空间19内的气氛向外部排出的排热系统20。排热系统20主要由例如设置在加热器3上部的排气口21和连接该排气口21与图中没有表示的工厂排气系统的排热管(图中没有表示)构成。在该排热管上可以设置图中没有表示的排气扇和热交换器。
在加热器3上设置有用于向上述空间19内喷出冷却流体(例如冷却空气)，强制冷却加热器3内部的冷却单元22。冷却单元22具有埋设在加热器3的隔热材料13中的多个喷出喷嘴23(参照图1)。各喷出喷嘴23的入口23a和出口23b形成为不以直线相连接的形状。具体而言，本实施方式中各喷出喷嘴23形成为在侧视图中呈Z字状。即，各喷出喷嘴23形成为入口23a和出口23b的位置在偏移的不同层的形状。在这种情况下，由于热是上升气流，为了防止热从出口侧向入口侧的流动，所以优选各喷出喷嘴23以下侧端为入口23a，上侧端为出口23b的方式形成。
此外，如图3和图4所示，为了形成沿着上述空间19的周向螺旋状旋转的冷却流体的流动，本实施方式的各喷出喷嘴23设置为在俯视图中，相对于加热器3的中心方向(朝向中心的方向)倾斜大致45°。在加热器3的空间19内通过从上部排气口21的吸引排气产生上升气流。由此，各喷出喷嘴23的出口23b不必朝向斜上方形成。因此，图示例中为朝向水平方向。当然，也可以朝向斜上方形成。优选各喷出喷嘴23由具有耐热性和不透光性的材质(例如陶瓷)形成。因为各喷出喷嘴23的材质具有透光性时，加热器内部的辐射光或者辐射热(红外线)会通过各喷出喷嘴向外部泄漏。
制造本实施方式的加热器3时，如图5A所示，首先从外部挖掘形成在隔热材料13中用于埋入喷出喷嘴23的槽24。该槽24以在俯视图中相对加热器3的中心方向倾斜45°的方式形成(参照图4)。接着，如图5B所示，在上述槽24中插入喷出喷嘴23，在槽24的空隙部填充隔热材料(例如后述的辅助隔热材料)使得喷出喷嘴23不从槽24脱离。这样，在隔热材料13中，以连通隔热材料13的内侧与外侧的方式埋设喷出喷嘴23。
这样，相对隔热材料13在其上下方向和周向上以适当的间隔埋设多个喷出喷嘴23，再隔着外侧隔热材料15由外壳16覆盖隔热材料13的外周。然后，如图2A所示，在外壳16的喷出喷嘴23的入口23a的附近设置冷却流体导入部26。此外，在外侧隔热材料15上设置连接喷出喷嘴23的入口23a和冷却流体导入部26的通路(开口部)27。
冷却流体导入部26主要由形成在内侧外壳16a上的开口部28；和以覆盖开口部28的方式通过固定器具(例如螺钉29)安装在内侧外壳16a的外面的冷却流体导入部件(冷却流体导入金属零件)30构成。冷却流体导入部件30具有与开口部28连通的凹状的室30a。为了防止冷却流体导入部件30的加热，优选在凹状的室30a的内周上设置辅助隔热材料31。此外，在冷却流体导入部件30上连接有冷却流体供给单元的冷却流体供给管(图中没有表示)。也可以在冷却流体供给管上设置流量调整机构。
在安装冷却流体导入部件30之前，在外侧隔热材料15上形成贯通内外的通路(开口部)27。此外，在该通路27的内周上设置辅助隔热材料32。此外，在外侧外壳16b上设置用于冷却流体导入部件30的安装操作的开口部33。
冷却流体供给单元(图中没有表示)例如具有送风机(图中没有表示)，该送风机用于将设置热处理装置1的洁净室内的空气作为冷却流体进行吸引，同时通过冷却流体供给管将该冷却流体加压输送供给至各喷出喷嘴23。
根据由以上结构构成的热处理装置1，因为具有：将多个晶片w收纳在多层，并且对该晶片w实施规定的热处理的处理容器2；以覆盖处理容器2的方式设置的，可以加热晶片w的筒状的加热器3；用以排出加热器3和处理容器2之间的空间19内的气氛的排热系统20；和用于向空19间内喷出冷却流体以冷却处理容器2的冷却单元22，其中，上述加热器3具有筒状的隔热材料13和配设在该隔热材料13的内周的发热电阻体14；上述冷却单元22具有埋设在上述隔热材料13中的多个喷出喷嘴23；各喷出喷嘴23形成为其入口23a和出口23b不以直线相连接的形状，因此可以防止辐射光从喷出喷嘴23的泄漏，能够抑制加热器内部的均热性的恶化和加热器外部(气氛)的温度上升。
此外，本实施方式中，因为各喷出喷嘴23形成为在侧视图中大致为Z字状，其下侧端形成入口23a，其上侧端形成出口23b，从而既可以是简单的结构又可以辐射光或辐射热从各喷出喷嘴23的泄漏或逃逸。
此外，本实施方式中，因为为了形成沿着上述空间19的周向旋转的冷却流体的流动，各喷出喷嘴23在俯视图中相对加热器3的中心方向大概倾斜45°，所以能够有效地抑制冷却温度不均的发生，实现晶片w的产品品质的均一性的提高。
此外，本实施方式中，因为隔着外侧隔热材料15由外壳16覆盖隔热材料13的外周，在外壳16的喷出喷嘴23的入口23a附近设置冷却流体导入部26，在外侧隔热材料15上设置连接喷出喷嘴23的入口23a和冷却流体导入部26的通路27，所以可以以简单的结构向喷出喷嘴23供给冷却流体。
此外，依据本实施方式的加热器3的制造方法，包括：在隔热材料13的内周配设发热电阻体14的工序；和为了形成沿着隔热材料13的内周旋转的冷却流体的流动，将形成为侧面看大致Z字状的多个喷出喷嘴23，以在俯视图中相对加热器3(即隔热材料13)的中心方向倾斜大致45°的状态埋设在隔热材料13中的工序，由此可以防止辐射光从喷出喷嘴23的泄漏，抑制加热器内部的均热性的恶化和加热器外部的温度上升，其结果是能够有效地抑制冷却温度不均的发生，另一方面实现结构的简化。
此外，图6是表示图4的喷出喷嘴的一部分的变形例的截面图。对在图6中与图4相同的部分标注相同的符号。在图6的例子中，以使喷出喷嘴23的出口部分与隔热材料13的内周面在同一面内的方式切断喷出喷嘴23的出口部分。
此外，图7为表示喷出喷嘴的另一变形例的斜视图。在图7的例子中，喷出喷嘴23由纵长的中空箱部23c；和在该中空箱部23c的前面部和后面部上以相互不同层地设置的出口部23b和入口部23a构成。
以上，参照附图对本发明的实施方式进行了详细的叙述，但本发明并不限定于上述实施方式，可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种设计的变更等。例如，如图8所示的，喷出喷嘴23也可以在隔热材料中作为截面为Z字状的通路与隔热材料形成一体。

Claims (4)

1.一种热处理装置，其特征在于，包括：
将多个被处理体以分层的方式收纳的、并且用于对该被处理体实施热处理的处理容器；
以覆盖所述处理容器的方式设置，能够加热所述被处理体的筒状的加热器；
用于将所述加热器和所述处理容器之间的空间内的气氛排出的排热系统；和
用于向所述空间内喷出冷却流体以冷却所述处理容器的冷却单元，其中，
所述加热器具有筒状的隔热材料和配设在该隔热材料的内周的发热电阻体，
所述冷却单元具有埋设在所述隔热材料中的多个喷出喷嘴，
各喷出喷嘴形成为在侧视时大致为Z字状，其下侧端形成有入口，其上侧端形成有出口，
为了形成沿着所述空间的周向旋转的冷却流体的流动，各喷出喷嘴在俯视时相对于加热器的中心方向倾斜大致45°。
2.根据权利要1所述的热处理装置，其特征在于：
所述隔热材料的外周由外壳覆盖，
在该外壳上设置有与各喷出喷嘴的入口连通的冷却流体导入部。
3.一种加热器，其特征在于，包括：
筒状的隔热材料；和
配设在该隔热材料的内周的发热电阻体，其中，
为了形成沿着所述隔热材料的内周旋转的冷却流体的流动，形成为在侧视时大致为Z字状的多个冷却流体喷出喷嘴，以在俯视时相对于加热器的中心方向倾斜大致45°的状态埋设在所述隔热材料中。
4.一种加热器的制造方法，其是包括筒状的隔热材料和配设在该隔热材料内周的发热电阻体的加热器的制造方法，其特征在于，包括：
在所述隔热材料的内周配设发热电阻体的工序；和
为了形成沿着所述隔热材料的内周旋转的冷却流体的流动，将形成为在侧视时大致为Z字状的多个冷却流体喷出喷嘴，以在俯视时相对于加热器的中心方向倾斜大致45°的状态埋设在所述隔热材料中的工序。
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