CN101390195A - 热处理装置、加热器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供热处理装置、加热器及其制造方法，能提高喷出孔的设计自由度，无需调整阀只利用喷出孔的设计便能调整加热器各部的降温速度，且流路结构简单，易于实现密封和降低成本。热处理装置包括：多层收容被处理体并对其进行规定热处理的处理容器；覆盖该处理容器的外周并加热被处理体的筒状加热器；排出该加热器与处理容器之间的空间内的氛围气体的排热系统；和向空间内喷出冷却流体进行冷却的冷却单元。加热器具有筒状隔热件、配置在该隔热件内周的发热电阻体和设置在隔热件外周的外皮。冷却单元具有在隔热件和外皮之间沿高度方向形成的单个或多个环状流路、和设在隔热件上于从各环状流路向隔热件中心或中心倾斜方向喷出冷却流体的喷出孔。
Description
技术领域
本发明涉及对用于使加热器内部温度急速降温的冷却流体的流路构造进行了改良的热处理装置、加热器及其制造方法。
背景技术
在半导体装置的制造中，为了对被处理体例如半导体晶片实施氧化、扩散、CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积)等的处理而使用各种处理装置(半导体制造装置)。作为其之一，例如公知有能够一次对多个被处理体进行处理例如进行热处理的批量式的热处理装置，例如立式热处理装置。
该热处理装置一般具有处理容器和筒状的加热器，其中，处理容器以多个晶片按照规定间隔多层搭载保持在作为保持件的舟体上的状态下将晶片收纳，筒状的加热器被设置为覆盖该处理容器，利用加热器对上述晶片进行加热以实施规定的热处理。上述加热器具有筒状的隔热件以及设置在该隔热件的内周的线状的发热电阻体。
在这种热处理装置中，在热处理后，为了使晶片急速降温以实现处理的高速化以及提高生产率，需要对加热器与处理容器之间的空间内的氛围气体向外部进行排气，并且同时向上述空间内导入冷却流体(例如空气)以进行强制冷却。此时，作为现有热处理装置的一个例子(称为“前者”)，具有下述的流路构造，即，从沿着高度方向配置的一条共通的空气供给管路向在加热器的外周的各高度位置配置的多条分配用配管分配冷却流体，进一步从各分配用配管通过可挠性配管向在隔热件的各高度位置的周向适当间隔位置向着隔热件的中心方向配置的喷出孔(喷出喷嘴)分配冷却流体。
此外，作为现有的热处理装置的其他例子(称为“后者”)，如引用文献1中所述，将从吸气导管通过导入喷嘴供给冷却流体的环状的吸气总管(歧管：manifold)配置在加热器的下部，从该吸气总管向沿着高度方向配置在加热器的外周规定等分位置的多个吸气管路分配冷却流体。接着从各吸气管路向向着加热器的中心方向水平贯通加热器的侧壁设置的上下两层的喷出孔(吸气联络流路)分配冷却流体。
专利文献1：日本特开2000—195808
然而，在前者的热处理装置中，为了调整加热器各部的降温速度而有必要在各分配用配管上设置调整阀或者调整节气闸(damper)，从而导致用于对加热器内部进行强制空冷的流路构造复杂，构成部件变多，成本增加以及密封困难。此外，因为是在喷出孔(喷出喷嘴)上连接有从分配用配管分支的可挠性配管的构造，所以对喷出孔的位置以及个数等有所限制，喷出孔的设计自由度降低。在后者的热处理装置中，因吸气管路而限制喷出孔的位置和个数等，导致喷出孔的设计自由度降低，使得为了调整加热器各部的降温速度向各喷出孔的冷却流体的供给量变得困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热处理装置、加热器及其制造方法，能够解决上述现有技术的问题，提高喷出孔的设计自由度，不需要调整阀只需利用喷出孔的设计便能够对加热器各部的降温速度进行调整，并且流路的结构简单，能够很容易实现密封以及降低成本。
本发明的一种热处理装置，其特征在于，包括：用于多层地收容被处理体并且对该被处理体进行规定热处理的处理容器；覆盖该处理容器的外周并且对被处理体进行加热的筒状的加热器；将该加热器与处理容器之间的空间内的氛围气体排出的排热系统；以及向所述空间内喷出冷却流体以进行冷却的冷却单元，所述加热器具有：筒状的隔热件；配置在该隔热件的内周的发热电阻体；和覆盖隔热件的外周的外皮，所述冷却单元具有：形成在隔热件和外皮之间的、用于冷却流体流动的环状流路；和设置在隔热件上的、用于向隔热件内部喷出环状流路内的冷却流体的喷出孔。
本发明的热处理装置，其特征在于：在隔热件与外皮之间，沿着高度方向形成有多个环状流路。
本发明的热处理装置，其特征在于：在外皮的外侧，沿着高度方向延伸设置有向各环状流路供给冷却流体的共通的供给管路。
本发明的热处理装置，其特征在于：通过在隔热件的外周设置带状的环状外部隔热件，在隔热件与外皮之间形成环状流路。
本发明的热处理装置，其特征在于：通过在所述隔热件的外周形成环状槽，在隔热件和外皮之间形成环状流路。
本发明的热处理装置，其特征在于：隔热件的喷出孔向着隔热件的中心方向或者中心倾斜方向形成。
本发明的一种加热器，其特征在于，包括：筒状的隔热件；配置在该隔热件的内周的发热电阻体；和覆盖隔热件的外周的外皮，在隔热件和外皮之间形成有用于冷却流体流动的环状流路，在隔热件上设置有向隔热件内部喷出环状流路内的冷却流体的喷出孔。
本发明的一种加热器的制造方法，该加热器具有筒状的隔热件、配置在该隔热件的内周的发热电阻体和覆盖隔热件的外周的外皮，所述加热器的制造方法的特征在于，包括：准备筒状的隔热件的工序；在隔热件的外周设置带状的环状外部隔热件或者在隔热件的外周设置环状槽的工序；在隔热件上形成喷出孔的工序；和以外皮覆盖隔热件的外周，在隔热件和外皮之间形成冷却流体流动的环状流路的工序。
本发明的一种热处理装置，其特征在于，包括：用于多层地收容被处理体并且对该被处理体进行规定热处理的处理容器；覆盖该处理容器的外周并且对被处理体进行加热的筒状的加热器；将该加热器与处理容器之间的空间内的氛围气体排出的排热系统；以及向所述空间内喷出冷却流体以进行冷却的冷却单元，所述加热器具有：筒状的隔热件；配置在该隔热件的内周的发热电阻体；和覆盖隔热件的外周的外皮，所述冷却单元具有：形成在隔热件和外皮之间的、用于冷却流体流动的环状流路；和设置在隔热件上的、用于向隔热件内部喷出环状流路内的冷却流体的喷出孔。此外，本发明的热处理装置，其特征在于：在隔热件与外皮之间，沿着高度方向形成有多个环状流路。
此外，本发明的热处理装置，其特征在于：隔热件的喷出孔向着隔热件的中心方向或者中心倾斜方向形成。
根据本发明，能够提高喷出孔的设计自由度，不需要调整阀只需利用喷出孔的设计便能够对加热器各部的降温速度进行调整，并且流路的结构简单，能够很容易实现密封以及降低成本。
本发明的热处理装置，其特征在于：在外皮的外侧，沿着高度方向延伸设置有向各环状流路供给冷却流体的共通的供给管路。因此，能够很容易地向各环状流路供给冷却流体。
本发明的热处理装置，其特征在于：通过在隔热件的外周设置带状的环状外部隔热件，在隔热件与外皮之间形成环状流路。此外，本发明的热处理装置，其特征在于：通过在所述隔热件的外周形成环状槽，在隔热件和外皮之间形成环状流路。因此，能够很容易地在隔热件的外周形成环状流路。
本发明的一种加热器，其特征在于，包括：筒状的隔热件；配置在该隔热件的内周的发热电阻体；和覆盖隔热件的外周的外皮，在隔热件和外皮之间形成有用于冷却流体流动的环状流路，在隔热件上设置有向隔热件内部喷出环状流路内的冷却流体的喷出孔。因此，能够提高喷出孔的设计自由度，不需要调整阀，只需利用喷出孔的设计便能够对加热器各部的降温速度进行调整，并且流路的结构简单，能够很容易实现密封以及降低成本
本发明的一种加热器的制造方法，该加热器具有筒状的隔热件、配置在该隔热件的内周的发热电阻体和覆盖隔热件的外周的外皮，所述加热器的制造方法的特征在于，包括：准备筒状的隔热件的工序；在隔热件的外周设置带状的环状外部隔热件或者在隔热件的外周设置环状槽的工序；在隔热件上形成喷出孔的工序；和以外皮覆盖隔热件的外周，在隔热件和外皮之间形成冷却流体流动的环状流路的工序。因此，能够很容易地制造出能够提高喷出孔的设计自由度，不需要调整阀只需利用喷出孔的设计便能够对加热器各部的降温速度进行调整，并且流路的结构简单，能够很容易实现密封以及降低成本的加热器。
附图说明
图1是简要表示作为本实施方式的热处理装置的纵截面图。
图2是表示热处理装置的加热器的立体图。
图3是表示加热器的截面立体图。
图4是表示加热器的横截面图。
图5是表示加热器的纵截面图。
图6是表示加热器的降温性能的图表。
具体实施方式
以下，根据附图对用于实施本发明的最优实施方式进行详细说明。
图1是简要表示作为本实施方式的热处理装置的纵截面图。如图1所示，该热处理装置1为所谓的立式热处理装置，其包括：多层收容被处理体(例如半导体晶片w)并用于对其进行规定的热处理(例如CVD处理等)的处理容器(称为“反应管”)2；和覆盖该处理容器2的外周并且能够将晶片w加热至规定温度例如300℃～1200℃的能够进行加热控制的筒状的加热器3。上述加热器3以及处理容器2构成所谓的热处理炉。
处理容器2具有：例如上端被堵塞并且下端开放的由石英制成的圆筒状的外管2a；和收容在该外管2a内并且上下两端开放的石英制成的圆筒状的内管2b。其中，处理容器2在图示例子中为外管2a和内管2b的双重管构造，但是也可以是仅仅为外管的单管构造。
在处理容器2的下部，气密地(气体密封地)连接有例如由不锈钢(stainless)制成的环状的总管6，该总管6具有：向处理容器2内导入处理气体或者吹扫用的不活泼性气体的气体导入管部(气体导入端口)4；和对处理容器2内进行排气的排气管部(排气端口)5。上述气体导入管部4与气体供给系统的配管连接，上述排气管部5与能够对处理容器2内进行减压控制的具有真空泵和压力控制阀等的排气系统的配管连接(省略图示)。
上述总管6通过图未示出的安装单元而被安装在具有收容处理容器2的开口部6的基体板8上。总管6形成有热处理炉的炉口9，在热处理炉的下方以通过升降机构11能够进行升降的方式设置有用于开闭炉口9的盖体10。上述盖体10与总管6的开口端抵接从而将炉口9密闭。
在该盖体10上，通过作为炉口隔热单元的保温筒13载置有例如由石英制成的热处理用舟体(简称为“舟体”)12，该舟体12以水平状态沿着上下方向隔开间隔多层地支撑有多个例如75～100个左右的大直径(例如直径为300mm)的晶片w。上述舟体12形成为能够通过利用升降机构11进行的盖体10的上升而被装载(搬入)到处理容器2内，通过盖体10的下降而从处理容器2内被卸载(搬出)。
上述舟体12由多个例如3个或者4个支柱14以及分别设置在这些支柱14的上端和下端的顶板15和底板16构成，在支柱14上形成有用于直接或者通过环状的支撑板多层搭载(保持)晶片w的槽部(图未示出)。
上述加热器3被设置在上述基体板8上。加热器3如图2～图5所示，具有筒状(例如圆筒状)的隔热件17。隔热件17以硅石(silica(二氧化硅))和氧化铝(alumina)为主要成分形成。隔热件17的厚度例如为30～40mm。在隔热件17的内周以螺旋状(参照图3、图5)或者蛇行状(蜿蜒状)配置有线状的发热电阻体18。发热电阻体18沿着加热器3的高度方向被分成多个区域，形成为能够进行温度控制。其中，考虑到发热电阻体18的施工性等也可以使隔热件17形成为半分割。发热电阻体18通过保持部件19被保持在隔热件17的内周面(参照图4)。
为了在保持隔热件17的形状的同时增强隔热件17，而以金属制成的例如不锈钢制成的外皮(外套)20覆盖隔热件17的外周。此外，为了抑制对加热器外部的热影响，而利用水冷套筒21覆盖外皮20的外周(参照图4、图5)。在隔热件17的顶部设置有覆盖其的上部隔热件22，在该上部隔热件22的上部设置有覆盖外皮20的顶部(上端部)的不锈钢制成的顶板23。
在热处理后，为了使晶片急速降温以实现处理的高度化以及提高生产率，而在加热器3上设置对加热器3与处理容器2之间的空间24内的氛围气体向外部进行排出的排热系统25、以及向上述空间24导入冷却流体(例如空气)以进行强制冷却的冷却单元26。上述排热系统25主要由例如设置在加热器3的上部的排气口27以及连接该排气口27和图未示出的工厂排气系统的排热管(图未示出)构成。在排热管上设置有图未示出的排气鼓风机(blower)以及热交换器。
上述冷却单元26包括：在上述隔热件17与外皮20之间沿着高度方向形成的多个环状流路28；和以从各环状流路28向着隔热件的中心倾斜方向喷出冷却流体从而在上述空间24的圆周方向产生回旋流的方式设置在隔热件17上的喷出孔29。上述环状流路28通过将带状或者环状的外部隔热件30粘贴在隔热件17的外周或者通过环状地切削隔热件17的外周而形成。
在图示例子中，形成有多个具有规定厚度(15～20mm左右)以及规定宽度(30～50mm左右)的环状的外部隔热件30，这些外部隔热件30以规定间隔沿着高度方向(轴向)嵌在圆筒状隔热件17的外周，利用粘接剂而被固定。通过在该圆筒状隔热件17的外侧经由环状外部隔热件30嵌入圆筒状的外皮20，在圆筒状隔热件17的外周沿着高度方向形成多个环状流路28。
对于喷出孔29而言，在环状隔热件30上针对各环状流路28，与加热器各部的设计降温速度相对应，沿着圆周方向以大致相等的间隔、在高度方向上以1～2段的方式形成多个例如4～15个。喷出孔29为了能够形成沿着上述空间24的周向螺旋状地回旋的冷却流体的流动，而在平面视图中相对于加热器3的中心方向以规定角度θ(例如θ＝35)倾斜设置。喷出孔29例如通过在安装外皮20之前、从内侧或者外侧对隔热件17利用锪孔(镗孔)等技术开设孔而形成。
为了在加热器3的空间24内通过从上述排气口27的吸引排气产生上升气流，没有必要使喷出孔29向斜上方形成，在图示中例如向着水平方向形成，但是也可以向着斜上方形成。作为喷出孔29，将喷出喷嘴埋入在隔热件17中也可以，此外，此时喷出喷嘴也可以使其前端部突出至邻接的发热电阻体18之间。
在上述外皮20的外面，沿着高度方向设置有用于向各环状流路28分配供给冷却流体的共通的一条供给管路31。在外皮20上形成有连通供给管路31内和各环状流路28的连通口32。在供给管路31的导入口34上，通过开闭阀连接有用于吸引并压送供给作为冷却流体的清洁室内的空气的图未示出的冷却流体供给源(例如送风机)。其中，在上述加热器3的底部设置有在中央具有开口部33a的底板33，该底板33通过螺栓等固定在基体板8上。
如上所述构成热处理装置1，其加热器3的制造方法包括下述工序，即，如上所述在隔热件17的外周粘贴带状或者环状的外部隔热件30或者通过将隔热件17的外周切削成槽状而在隔热件17和外皮20之间沿着高度方向形成多个环状流路28的工序；和在隔热件17上形成从各环状流路28向隔热件17的中心方向喷出冷却流体以产生旋回流的喷出孔29的工序。
上述热处理装置1包括：用于多层地收容晶片w并且对该晶片w进行规定的热处理的处理容器2；覆盖该处理容器2的外周并且对晶片w进行加热的筒状的加热器3；将该加热器3与处理容器2之间的空间24内的氛围气体排出的排热系统25；以及向上述空间24内喷出冷却流体以进行冷却的冷却单元26。上述加热器3具有：筒状的隔热件17；和配置在该隔热件17的内周的发热电阻体18，隔热件17的外周被外皮20所覆盖。上述冷却单元26包括：在上述隔热件17与外皮20之间沿着高度方向形成的多个环状流路28；和以从各环状流路28向着隔热件的中心倾斜方向喷出冷却流体从而在上述空间24的圆周方向产生回旋流的方式设置在隔热件17上的喷出孔29。因此，能够提高喷出孔29的设计自由度，没有必要设置调整阀，通过喷出孔29的设计便能够调整加热器各部的降温速度，从而使流路构造简单，能够很容易实现密封以及降低成本。
即，因为在隔热件17和外皮20之间在高度方向(轴向)设置有多个(多层或者多段)沿着圆周方向的环状流路28，所以能够在隔热件17上与各层的环状流路28对应沿着圆周方向设置适当数量的喷出孔29。此外，在各层的环状流路28中，能够改变喷出孔29的数量，能够提高喷出孔29的配置以及数量的设计自由度，通过改变喷出孔29的数量和配置来设定加热器各部的降温速度。
此外，因为在上述外皮20的外面，沿着高度方向设置有用于向各环状流路28分配供给冷却流体的共通的供给管路31，所以能够很容易地向各环状流路28供给冷却流体，并且能够实现流路构造的简化。上述环状流路28因为通过在隔热件17的外周粘贴带状或者环状的外部隔热件30或者通过将隔热件17的外周切削成槽状而形成，所以能够很容易在隔热件17的外周和外皮20之间形成环状流路28。
上述加热器3具有：筒状的隔热件17；配置在该隔热件17的内周的发热电阻体18；和设置在隔热件17的外周的外皮20。在上述隔热件17与外皮20之间沿着高度方向形成有多个环状流路28，在隔热件17上设置有从各环状流路28向着隔热件17的中心倾斜方向喷出冷却流体从而产生回旋流的喷出孔29。因此，能够提高喷出孔29的设计自由度，不需要调整阀只需利用喷出孔的设计便能够调整加热器各部的降温速度，并且流路构造简单，能够实现密封的容易化以及成本的降低。此外，根据加热器的制造方法，包括下述步骤：通过在上述隔热件17的外周粘贴带状或者环状的外部隔热件30或者通过将隔热件17的外周切削成槽状在隔热件17和外皮20之间沿着高度方向形成多个环状流路28的工序；和在隔热件17上形成从各环状流路28向着隔热件17的中心倾斜方向喷出冷却流体从而产生回旋流的喷出孔29的工序。因此，能够提高喷出孔29的设计自由度，不需要调整阀，只需利用喷出孔的设计便能够调整加热器各部的降温速度，并且流路构造简单，能够实现密封的容易化以及成本的降低。
在相同的条件(加热器内的内容物相同，送风机性能相同)下，对本实施方式所涉及的热处理装置的加热器和现有技术的热处理装置的加热器的降温性能进行比较试验，其结果，得到图6的图表所示的实验结果(数据)。根据该实验结果可知，为了从600度降温至200度，现有技术的热处理装置的加热器大概需要60分钟，与此相对，根据本实施方式的热处理装置的加热器能够缩短至大约40分钟。
以上，利用附图对本发明的实施方式或者实施例进行了详细说明，但是本发明并不局限于上述实施方式或者实施例，在不脱离本发明主旨的范围内可以对其进行种种的设计变更等。在上述实施方式中，是沿着高度方向形成有多个环状流路，但是环状流路也可以不是多个而是单个(单一)。在上述实施方式中，喷出孔被设计成向隔热件的中心倾斜方向喷出冷却流体，但是喷出孔也可以被设置成向隔热件的中心方向喷出冷却流体。
Claims (8)
1.一种热处理装置，其特征在于，包括：
用于多层地收容被处理体并且对该被处理体进行规定的热处理的处理容器；
覆盖该处理容器的外周并对被处理体进行加热的筒状的加热器；
将该加热器与处理容器之间的空间内的氛围气体排出的排热系统；以及
向所述空间内喷出冷却流体以进行冷却的冷却单元，其中，
所述加热器具有：筒状的隔热件；配置在该隔热件的内周的发热电阻体；和覆盖隔热件的外周的外皮，
所述冷却单元具有：形成在隔热件和外皮之间、用于冷却流体流动的环状流路；和设置在隔热件上、用于向隔热件内部喷出环状流路内的冷却流体的喷出孔。
2.如权利要求1所述的热处理装置，其特征在于：
在隔热件与外皮之间，沿着高度方向形成有多个环状流路。
3.如权利要求2所述的热处理装置，其特征在于：
在外皮的外侧，沿着高度方向延伸设置有向各环状流路供给冷却流体的共通的供给管路。
4.如权利要求1所述的热处理装置，其特征在于：
通过在隔热件的外周设置带状的环状外部隔热件，在隔热件与外皮之间形成环状流路。
5.如权利要求1所述的热处理装置，其特征在于：
通过在所述隔热件的外周形成环状槽，在隔热件与外皮之间形成环状流路。
6.如权利要求1所述的热处理装置，其特征在于：
隔热件的喷出孔向着隔热件的中心方向或者中心倾斜方向形成。
7.一种加热器，其特征在于，包括：
筒状的隔热件；配置在该隔热件的内周的发热电阻体；和覆盖隔热件的外周的外皮，其中，在隔热件与外皮之间形成有用于冷却流体流动的环状流路，在隔热件上设置有向隔热件内部喷出环状流路内的冷却流体的喷出孔。
8.一种加热器的制造方法，该加热器具有筒状的隔热件、配置在该隔热件的内周的发热电阻体和覆盖隔热件的外周的外皮，所述加热器的制造方法的特征在于，包括：
准备筒状的隔热件的工序；
在隔热件的外周设置带状的环状外部隔热件或者在隔热件的外周设置环状槽的工序；
在隔热件上形成喷出孔的工序；和
以外皮覆盖隔热件的外周，在隔热件与外皮之间形成冷却流体流动的环状流路的工序。
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