CN101499410A - 热处理炉 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种热处理炉。该热处理炉包括：围绕用于收纳被处理体(w)并对其进行热处理的处理容器(3)的筒状的隔热部件(4)；以螺旋状设置于隔热部件(4)的内周面上的电阻发热体(5)；和设置于隔热部件(4)的内周面上，并以使得电阻发热体(5)能够在径向热膨胀收缩的方式支撑该电阻发热体(5)的支撑体(13)。热处理炉还包括：设置于电阻发热体(5)上，并通过与支撑体(13)的一个侧面抵接而阻止该电阻发热体(5)向下方移动的移动阻止部件(15)。
Description
相关申请的交叉参考
本发明主张2008年1月31日在日本提出的专利申请2008—021231号的优先权，在此参照并引用该专利申请2008—021231号的全部内容。
技术领域
本发明涉及一种用于对收纳的被处理体实施热处理的热处理炉。
背景技术
在半导体装置的制造中，为了对作为被处理体的半导体晶片实施氧化、扩散、CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积)等处理，使用各种热处理装置。并且，一般的热处理装置由用于收纳半导体晶片并对其进行热处理的处理容器(反应管)、设置于处理容器的周围的电阻发热体、和设置于该电阻发热体的周围的隔热部件构成热处理炉，电阻发热体隔着支撑体配置在该隔热部件的内壁面上。
作为上述电阻发热体，例如言及能够进行批式(batch)处理的热处理装置的情况时，使用沿着圆筒状的隔热部件的内壁面配置的螺旋状的加热线，能够将炉内加热到例如800～1000℃左右的高温。另外，作为上述隔热部件，例如使用通过将由陶瓷纤维等构成的隔热部件烧制成圆筒状而构成的结构物，能够使作为辐射热和传导热而损失的热量减少，有助于实现效率良好的加热。作为上述支撑体，例如使用陶瓷制的结构物，以使得上述加热线能够热膨胀且能够热收缩的方式以规定的间距支撑该加热线。
但是，在上述热处理炉中，上述加热线形成为螺旋状，并且以在其与隔热部件之间留有空隙的方式被支撑，以使该加热线能够进行热膨胀和热收缩。但是，加热线在高温下使用时会产生畸变(clipdistortion)，其线长随着时间的推移而逐渐伸长。另外，在加热时，加热线也会热膨胀。进一步，还有在降温时对加热线吹空气而进行快速冷却的类型。这样反复进行升降温而使得加热线变形，存在与相邻的加热线短路而发生断线的情况。
特别是在立式的热处理炉的情况下，由于升降温而反复进行热膨胀和热收缩，加热线在支撑体内移动时因重力而使得加热线每次向下方移动少许，移动量积蓄在最下圈，由于加热线的移动的蓄积而使得卷绕直径变大，当到达隔热部件的内表面时，因不能向外侧膨胀而使得加热线向上下变形，当与相邻的加热线短路时，产生的热使加热线断线。
另外，为了解决这样的问题，提出有以下的技术方案：为了防止加热线的畸变和热膨胀等引起的伸长蓄积在一端侧，通过熔接在电阻发热体的外侧部安装向炉的半径方向外侧突出的轴状等的固定部件，将该固定部件的前端埋入隔热部件中固定(参照日本特开平10—233277号公报)。
但是，认为，如上所述，因为将固定部件接合在电阻发热体的外侧部上并将该固定部件埋设在隔热部件中，由此固定电阻发热体，所以，限制电阻发热体伴随热膨胀收缩而向径向移动，应力容易集中在电阻发热体与固定部件的接合部上，会引起耐久性降低(使用寿命变短)。另外，由于固定部件是棒轴状，所以容易从隔热部件拔出，保持性差，难以维持电阻发热体的固定性能，会引起耐久性的降低。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种热处理炉，该热处理炉能够容许电阻发热体伴随热膨胀收缩而向径向移动，同时能够防止电阻发热体向下方移动，能够提高电阻发热体的耐久性。
本发明的热处理炉包括：
围绕用于收纳被处理体并对其进行热处理的处理容器的筒状的隔热部件；
以螺旋状设置于上述隔热部件的内周面上的电阻发热体；
设置于上述隔热部件的内周面上，并以使得上述电阻发热体能够在径向热膨胀收缩的方式支撑该电阻发热体的支撑体；和
设置于上述电阻发热体上，并通过与上述支撑体的一个侧面抵接而阻止该电阻发热体向下方移动的移动阻止部件。
在本发明的热处理炉中，优选还包括设置于上述电阻发热体上、并在径向贯通上述隔热部件伸出到外部的多个端子板。
在本发明的热处理炉中，优选上述移动阻止部件以不向上述隔热部件侧突出且向上下方向伸出的形状通过熔接固定在电阻发热体上。
在本发明的热处理炉中，优选上述支撑体具有：前端被埋设在上述隔热部件中并沿水平方向延伸的水平部，和设置于该水平部的后端并沿铅直方向延伸的垂直部，其中，
上述水平部的上表面和上述垂直部的正面形成为曲面状。
在这样的热处理炉中，优选在上述水平部的下表面上设置有沿着长度方向的槽。
在本发明的热处理炉中，优选上述移动阻止部件设置有多个，
一个移动阻止部件相对于在上下方向相邻的其它移动阻止部件配置于在上述隔热部件周方向上错开的位置。
在这样的热处理炉中，优选上述支撑体沿着上述隔热部件的周方向设置有多个，
一个移动阻止部件能够抵接的支撑体相对于在上下方向相邻的其它移动阻止部件能够抵接的支撑体，在上述隔热部件的周方向上配置于不同的位置。
在本发明的热处理炉中，优选上述移动阻止部件以与上述电阻发热体相同的材料形成。
根据本发明，因为在筒状的隔热部件的内周面上沿轴方向以规定间距设置有支撑体，其中，该支撑体以使得螺旋状的电阻发热体能够在径向热膨胀收缩的方式支撑该螺旋状的电阻发热体，并且在电阻发热体上按每规定的圈设置有与支撑体的一个侧面抵接、从而阻止电阻发热体向下方移动的移动阻止部件，所以能够容许电阻发热体伴随热膨胀收缩而向径向移动，同时能够防止电阻发热体向下方移动，能够提高包括电阻发热体的热处理炉的耐久性。
附图说明
图1是概略表示本发明的热处理炉的实施方式的纵剖面图。
图2是表示该热处理炉的一部分的立体图。
图3是该热处理炉的局部的横剖面图。
图4是该热处理炉的局部的纵剖面图。
图5是局部表示电阻发热体上的端子部件的安装结构的图和该图的侧面图。
图6是表示支撑体的立体图。
图7是表示支撑体和移动阻止部件的关系的图。
图8是移动阻止部件的立体图。
图9是电阻发热体的侧面图。
图10是说明移动阻止部件的其它配置例的说明图。
图11是说明移动阻止部件的其它形状例的说明图。
具体实施方式
以下，根据附图详细说明用于实施本发明的优选实施方式。图1是概略表示本发明的热处理炉的实施方式的纵剖面图，图2是表示该热处理炉的一部分的立体图，图3是该热处理炉的局部的横剖面图，图4是该热处理炉的局部的纵剖面图。
在图1中，1表示作为一个半导体制造装置的立式热处理装置，该热处理装置1具有立式的热处理炉2，该热处理炉2能够一次收纳多个作为被处理体的例如半导体晶片w并对其进行氧化、扩散、减压CVD等热处理。该热处理炉2主要包括：用于分多层收纳晶片w并进行规定的热处理的处理容器(也称为反应管)3、围绕该处理容器3的筒状的隔热部件4、和沿着该隔热部件4的内周面配置的螺旋状的电阻发热体(也称加热线)5。通过隔热部件4和电阻发热体5构成加热器(加热装置)6。
上述热处理装置1具有用于设置加热器6的基体板7。在该基体板7上形成有用于从下方向上方插入处理容器3的开口部8，在该开口部8上以覆盖基体板7和处理容器3之间的间隙的方式设置有未图示的隔热部件。
上述处理容器3也称为处理管，是石英制，形成为上端被闭塞、下端开口的纵长的圆筒状。在处理容器3的开口端形成有朝外的凸缘3a，该凸缘3a通过未图示的凸缘固定部被支撑在上述基体板7上。图示例的处理容器3在下侧部设置有用于将处理气体、不活泼气体等导入处理容器3内的导入孔(导入口)9和用于对处理容器2内的气体进行排气的未图示的排气孔(排气口)。在导入孔9上连接有气体供给源，在排气孔上连接有具有能够减压控制到例如10～10-8Torr(1.3～1.3×10-9kPa)左右的真空泵的排气系统。
在处理容器3的下方，用于闭塞处理容器3的下端开口部(炉口)且能够在上下方向上进行开闭的盖体10，以通过未图示的升降机构能够升降移动的方式设置。在该盖体10的上部载置有作为炉口的保温机构的例如保温筒11，在该保温筒11的上部载置有作为保持工具的石英制的晶舟12，该晶舟12能够在上下方向上以规定的间隔装载多个例如100～150个左右的例如直径为300mm的晶片w。在盖体10上设置有使晶舟12绕其轴心旋转的旋转机构55。晶舟12通过盖体10的下降移动能够从处理容器3内被搬出到下方的装载区域(卸载)，在交换晶片w后，通过盖体10的上升移动被搬入(加载)处理容器3内。
图5是局部地表示电阻发热体上的端子部件的安装结构的图，(a)是平面图，(b)是侧面图，图6是表示支撑体的立体图，图7是表示支撑体和移动阻止部件的关系的图，图8是移动阻止部件的立体图，图9是电阻发热体的侧面图。
如图2～图5所示，上述加热器6包括：上述隔热部件4；沿着该隔热部件4的内周配置的螺旋状的电阻发热体5；在上述隔热部件4的内周面上在轴方向上以规定的间距设置的支撑上述电阻发热体5的支撑体13；在径向贯通以适当的间隔沿轴方向配置于电阻发热体5的外侧的隔热部件4并向外部延伸的多个端子板14；和按每规定的圈(例如1.5圈)设置在电阻发热体5上、并通过与上述支撑体13的一个侧面抵接从而阻止电阻发热体5向下方移动的移动阻止部件(stopper)15。
电阻发热体5由作为例如铁(Fe)、铬(Cr)和铝(Al)的合金线的坎塔尔(Kanthal)线构成。该电阻发热体5的粗细根据热处理炉2的规格不同而不同，例如能够使用直径4mm左右的电阻发热体5。
上述电阻发热体5沿着上述隔热部件4的内壁面以不与隔热部件4接触的规定的卷绕直径和规定的间距形成为螺旋状。隔热部件的内径例如为600mm。电阻发热体5通过由具有耐热性和电绝缘性的材料例如陶瓷构成的支撑体13，在隔开能够确保规定热量的规定的排列间距例如10mm、和与隔热部件4的内壁面相距规定的间隙s例如s＝10mm的状态，以能够热膨胀和热收缩(能够向螺旋的半径方向和周方向移动)的方式被支撑在圆筒状的隔热部件4的内侧。
如图3、图6和图7所示，上述支撑体13具有前端埋设在上述隔热部件4中并在水平方向上延伸的水平部13a、和设置于该水平部13a的后端并在铅直方向上延伸(从后端立起)的垂直部13b。在此情况下，为了降低电阻发热体5因热膨胀收缩而滑动时的摩擦阻力，优选上述水平部13a的至少上表面和上述垂直部13b的正面即能够与电阻发热体5接触的部分被形成为曲面状。在本实施方式中，如图6所示，在水平部13a的上表面形成有上部R部16，在垂直部13b的正面形成有炉心方向R部17。为了减小支撑体13的热容量，在水平部13a的下表面上沿着长度方向设置有槽18。
另外，在水平部13a的下表面的槽18的两侧部上形成有下部R部19，即使万一电阻发热体5接触水平部13a的下表面，也能够降低其摩擦阻力。在水平部13a的前端部为了阻止从隔热部件4脱落而设置有向两侧突出的突出部20。在上述支撑体13的垂直部13b的上端部和下端部形成有能够相互卡合的凹部21和凸部22，如图7所示，使凹部21与凸部22卡合，在上下重叠配置支撑体13的垂直部13b，由此，支撑体13能够以规定的间距在隔热部件4的轴方向上配置成一列。支撑体13沿周方向以规定的间隔例如30度的间隔配置于隔热部件4的内周面。隔热部件4的内壁面与支撑体13的垂直部13b的正面的间隔t例如为10mm，在上下的支撑体13的水平部13a之间形成的槽部23的间隙h例如为5mm。
如图4～图9所示，在电阻发热体5上，在隔热部件4的轴方向上以适当的间隔设置有贯通上述隔热部件4并延伸至外部的电极连接用的端子板14，以能够将作为热处理炉2内的处理容器3内在上下方向上分成多个区域而进行温度控制的方式构成。该端子板14由与电阻发热体5相同的材料构成，从防止熔断和抑制散热量的观点出发，形成为所需要的截面积的板状。
为了安装端子板14，如图5所示，上述电阻发热体5在中间位置被端子板14的安装部分切断，该被切断的两端部5a被向隔热部件4的半径方向外侧折弯，该被折弯的两端部5a通过熔接被固定在端子板14的两个面上。特别是，为了缓和应力向熔接接合部集中，上述电阻发热体5的被切断的两端部5a的折弯部24被进行R弯曲加工。
在铅直方向上配置的螺旋状的电阻发热体5在每个区域均通过端子板14被固定在隔热部件4上，但因为通过支撑体13以能够热膨胀和热收缩的方式被支撑，所以，如果保持该状态，则在因畸变或热膨胀等而伸长的情况下，存在该伸长因重力而积累至各区域的下侧的倾向。因此，为了防止电阻发热体5的因畸变和热膨胀等引起的伸长由于重力而积累至各区域下侧，如图7～图9所示，在上述电阻发热体5上按每规定的圈设置有移动阻止部件15，该移动阻止部件15通过与上述支撑体13的一个侧面(在图7中，因为电阻发热体朝右方下降倾斜，所以为左侧面)抵接而阻止电阻发热体5向下方移动。
在将移动阻止部件15按电阻发热体5的每一圈配置的情况下，因为担心移动阻止部件15因上下相邻而相互接触，发生短路，所以优选一个移动阻止部件15相对于在上下方向上相邻的其它移动阻止部件15，被配置于在隔热部件的周方向上错开的位置。更具体而言，例如如图10(a)或(b)所示，一个移动阻止部件15能够抵接的支撑体13相对于在上下方向上相邻的其它移动阻止部件15能够抵接的支撑体13配置于在隔热部件4的周方向上不同的位置(移动阻止部件15以在上下不相邻的方式在周方向上每隔支撑体13的一个间距或数个间距错开位置配置)。由此，能够防止移动阻止部件15彼此接触而短路。
该移动阻止部件15由与电阻发热体5相同的材料形成。如图8所示，移动阻止部件15与电阻发热体5相比，以向隔热部件一侧(半径方向外侧)不突出并向上下方向伸出的形状通过熔接部25固定在电阻发热体5上。在图示的例中，优选移动阻止部件15为将能够嵌合于电阻发热体5的外周上的环切断成一半的形状(半环状或大致C字状)，在使移动阻止部件15的凹槽15a卡合在电阻发热体的内周侧的状态下通过上下两处的熔接部25被固定。通过以这种方式设置，能够防止移动阻止部件15接触隔热部件4，确保电阻发热体5的径向的自由移动，并且能够防止在移动阻止时在电阻发热体5上产生力矩或应力集中。
图11表示移动阻止部件的其它形状的示例。作为移动阻止部件15，可以如图11(a)所示那样，是在上下方向上为较长的长方体状且在其上下方向中间部形成有凹槽15a的形状，或也可以如图11(b)所示那样，是将圆棒轴状体固定在电阻发热体5的上下的形状，或如图11(c)所示那样，将四角轴状体固定在电阻发热体5的上下的形状。
为了保持隔热部件4的形状并辅助增强隔热部件4，如图1所示，隔热部件4的外周被金属制例如不锈钢制的外皮(outer shell)26覆盖。另外，为了抑制对加热器外部的热影响，外皮26的外周由水冷外套27覆盖。在隔热部件4的顶部设置有覆盖它的上部隔热部件28，在该上部隔热部件28的上部设置有覆盖外皮26的顶部(上端部)的不锈钢的顶板29。
为了在热处理后使晶片快速降温，实现处理的快速化，提高生产率，在加热器6上设置有用于将加热器6与处理容器3之间的空间30内的气体排出至外部的排热系统31、和将冷却流体(例如空气)导入上述空间30中强制地进行冷却的冷却机构32。上述排热系统31主要由例如设置于加热器6的上部的排气口33、和连接该排气口33与未图示的工厂排气系统的未图示的排热管构成。在排热管上设置有未图示的排气鼓风机和热交换器。
上述冷却机构32具有：在上述隔热部件28与外皮26之间在高度方向上形成的多个的环状流路34、和为了从各环状流路34向上述空间30吹出冷却流体而设置于隔热部件4上的吹出孔35。
在上述外皮26的外表面上，沿着高度方向设置有用于向各环状流路34分配供给冷却流体的共用的一根未图示的供给管道，在外皮26上形成有连通供给管道内与各环状流路34的连通口。在供给管道上经由开闭阀连接有未图示的冷却流体供给源(例如送风机)，该冷却流体供给源吸引洁净室(clean room)内的空气作为冷却流体并将其压送供给。
根据以上述方式构成的热处理炉2，因为在筒状的隔热部件4的内周面上以规定的间距沿轴方向设置有支撑体13，该支撑体13支撑螺旋状的电阻发热体5使其能够在径向热膨胀收缩，并且按每规定的圈在电阻发热体5上设置有移动阻止部件15，该移动阻止部件15与支撑体13的一个侧面接触从而阻止电阻发热体5向下方移动，所以能够防止发生由电阻发热体5的畸变、热膨胀等引起的伸长积累至一端侧的现象。因此，由于不会发生电阻发热体5的一端侧的卷绕直径变大而接触隔热部件4的内周面的情况，所以电阻发热体5不会因弯曲等变形或短路而发生断裂，能够提高电阻发热体5的耐久性。另外，由于不是如以往的固定部件那样将电阻发热体自身固定，能够容许电阻发热体5的径向的热膨胀收缩移动，所以不会在电阻发热体5上产生力矩或发生应力集中，能够提高电阻发热体5乃至热处理炉2的耐久性(使用寿命长)。
而且，本发明不限于上述的实施方式，在本发明的宗旨的范围内能够进行各种设计变更。例如，作为处理容器，也可以使用在下端部连接具有导入管部和排气管部的耐热金属制例如不锈钢制的圆筒状的总管而成的结构，另外还可以使用二重管结构。
Claims (8)
1.一种热处理炉，其特征在于，包括：
围绕用于收纳被处理体并对其进行热处理的处理容器的筒状的隔热部件；
以螺旋状设置于所述隔热部件的内周面上的电阻发热体；
设置于所述隔热部件的内周面上，并以使得所述电阻发热体能够在径向热膨胀收缩的方式支撑该电阻发热体的支撑体；和
设置于所述电阻发热体上，并通过与所述支撑体的一个侧面抵接而阻止该电阻发热体向下方移动的移动阻止部件。
2.如权利要求1所述的热处理炉，其特征在于，还包括：
设置于所述电阻发热体上、并在径向贯通所述隔热部件伸出到外部的多个端子板。
3.如权利要求1所述的热处理炉，其特征在于：
所述移动阻止部件以不向所述隔热部件侧突出并向上下方向伸出的形状通过熔接固定在电阻发热体上。
4.如权利要求1所述的热处理炉，其特征在于：
所述支撑体具有：前端被埋设在所述隔热部件中并沿水平方向延伸的水平部，和设置于该水平部的后端并沿铅直方向延伸的垂直部，其中，
所述水平部的上表面和所述垂直部的正面形成为曲面状。
5.如权利要求4所述的热处理炉，其特征在于：
在所述水平部的下表面上设置有沿着长度方向的槽。
6.如权利要求1所述的热处理炉，其特征在于：
所述移动阻止部件设置有多个，
一个移动阻止部件相对于在上下方向相邻的其它移动阻止部件配置于在所述隔热部件周方向上错开的位置。
7.如权利要求6所述的热处理炉，其特征在于：
所述支撑体沿着所述隔热部件的周方向设置有多个，
一个移动阻止部件能够抵接的支撑体相对于在上下方向相邻的其它移动阻止部件能够抵接的支撑体，配置于在所述隔热部件的周方向上不同的位置。
8.如权利要求1所述的热处理炉，其特征在于：
所述移动阻止部件由与所述电阻发热体相同的材料形成。
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