CN102031567A - 热处理装置和冷却方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不需要特殊的高价的高温用换热器，能用耐热性低的通用且廉价的换热器的热处理装置。热处理装置用于对多个被处理体进行热处理，包括：形成为筒状体的处理容器；支承部件，能够插入收容到处理容器内或从处理容器内退出；加热炉，用于加热被处理体，以隔着冷却空间而围绕该处理容器的方式设置在处理容器的外周侧。在加热炉上设有在热处理后降温时用于向冷却空间导入冷却气体的冷却气体导入部件。在加热炉上设有从冷却空间排出已升温的冷却气体的冷却气体排出部件。在换热器上游侧的气体排出通道上连接有向已升温的冷却气体导入降温用气体而使两气体的混合气体降温的降温用气体导入部件。

Description

热处理装置和冷却方法
技术领域
本发明涉及对半导体晶圆等被处理体实施热处理的分批式的热处理装置和冷却方法。
背景技术
一般而言，为了制造半导体器件，对由硅基板等构成的半导体晶圆反复进行成膜处理、蚀刻处理、氧化扩散处理、退火处理等各种处理。而且，在利用能够一次对多张半导体晶圆进行处理的分批式的热处理装置来进行成膜处理等热处理的情况下，为了提高产品的生产率，需要在不对半导体晶圆造成滑移等损伤的范围内尽可能以高速冷却处于高温状态的半导体晶圆。
因此，作为以往的分批式的热处理装置，提出有以下的热处理装置，即，对半导体晶圆的热处理结束的情况作出响应，使冷却空气流向收容有多张半导体晶圆的纵长的处理容器的外周侧，由此，通过从处于高温状态例如800～1000℃左右的处理容器急剧地吸收热量，以高速冷却处理完毕的高温的半导体晶圆(例如专利文献1～5)。
而且，上述冷却空气被吹入用鼓风机送入处理容器的侧壁的周围的冷却空间，被吸出用鼓风机从该冷却空间吸出。在该情况下，虽然也取决于处理方式，但是冷却了处理容器的冷却空气升温到400～500℃左右而成为高温状态的空气，所以若该高温状态的空气直接流入上述吸出用鼓风机，则会对吸出用鼓风机本身造成热损伤。因此，在上述吸出用鼓风机的上游侧设有换热器，利用上述换热器将处于高温状态的空气冷却到规定的温度例如50℃左右，使吸出用鼓风机不受到热损伤。
专利文献1：日本特开平08-031707号公报
专利文献2：日本特开平09-190982号公报
专利文献3：日本特开平11-260725号公报
专利文献4：日本特开2002-110576号公报
专利文献5：日本特开2008-078196号公报
另外，在上述那样的热处理装置的情况下，成为400～500℃左右的高温状态的空气不流入吸出用鼓风机，而流入设于吸出用鼓风机的上游侧的换热器。因此，不得不对该换热器本身的构造进行高温设计来提高耐热性。因此，具有以下的问题，即，形成换热器的材质、构造本身也较为特殊，此外，尺寸也大型化，装置本身的成本高。
发明内容
本发明是着眼于以上那样的问题点，为了有效地解决该问题点而发明的。本发明的第1目的在于提供一种热处理装置和冷却方法，在换热器的上游侧使降温用气体混合于通过与处理容器进行热交换而升温的冷却气体中，从而降低混合气体的温度，由此，不需要特殊的高价的高温用换热器，能使用耐热性低的通用且廉价的换热器。
本发明的第2目的在于提供一种热处理装置和冷却方法，使朝向处理容器去的冷却气体的一部分分流，并在换热器的上游侧使该分流的冷却气体混合于通过与处理容器进行热交换而升温的冷却气体中，从而降低混合气体的温度，由此，不需要特殊的高价的高温用换热器，能使用耐热性低的通用且廉价的换热器。
本发明的热处理装置是对多个被处理体进行热处理的热处理装置，其特征在于，包括：处理容器；支承部件，其一边支承多张上述被处理体一边能够插入到上述处理容器内或从上述处理容器内退出地进行移动；加热炉，其以隔着气体通过的冷却空间而围绕上述处理容器方式设置在上述处理容器的外周侧；冷却气体导入部件，其设于上述加热炉，用于向冷却空间导入冷却上述处理容器的冷却气体，其包括吹入用鼓风机和气体导入通道；冷却气体排出部件，其设于上述加热炉，用于从冷却空间排出已升温的上述冷却气体，其包括气体排出通道、换热器和吸出用鼓风机；降温用气体导入部件，其设在上述冷却空间和上述换热器之间。
本发明的热处理装置的特征在于，上述加热炉以隔着规定的宽度的冷却空间而围绕上述处理容器方式设置在上述处理容器的外周侧，在上述气体排出通道上从上游侧朝向下游侧依次设有换热器和吸出用鼓风机，上述降温用气体导入部件设于换热器上游侧的上述气体排出通道，向上述已升温的冷却气体导入降温用气体而使其降温。
本发明的热处理装置的特征在于，上述降温用气体导入部件包括：降温用气体导入通道，其与上述气体排出通道连接；阀，其设于上述降温用气体导入通道的中途，用于控制上述降温用气体的流动；气体温度测量部件，其设于上述气体排出通道的换热器的上游侧，用于对流入上述换热器的气体的温度进行测量；阀控制部，其基于上述气体温度测量部件的温度测量值控制上述阀，使得上述气体的温度成为规定的温度以下。
本发明的热处理装置的特征在于，上述阀是能够调整阀开度的开闭阀。
本发明的热处理装置的特征在于，在上述气体排出通道和上述降温用气体导入通道的连接部设有混合器。
本发明的热处理装置的特征在于，上述降温用气体导入部件包括：降温用气体导入通道，其与上述气体排出通道连接；降温用鼓风机，其与上述降温用气体导入通道连接；阀，其设于上述降温用气体导入通道的中途，用于控制上述降温用气体的流动；阀控制部，其以冷却开始为起点而以预定的时间控制上述阀，使得流入上述换热器的气体的温度成为规定的温度以下。
这样，在对多张被处理体同时实施热处理的热处理装置中，因为在换热器上游侧使降温用气体混合于因与处理容器进行热交换而升温的冷却气体中，从而降低混合气体的温度，所以不需要特殊的高价的高温用换热器，能用耐热性低的通用且廉价的换热器。
本发明的热处理装置是对多个被处理体进行热处理的热处理装置，其特征在于，包括：处理容器；支承部件，其一边支承多张上述被处理体一边能够插入到上述处理容器内或从上述处理容器内退出地进行移动；加热炉，其以隔着气体通过的冷却空间而围绕上述处理容器方式设置在上述处理容器的外周侧；冷却气体导入部件，其设于上述加热炉，用于向冷却空间导入冷却上述处理容器的冷却气体，其包括吹入用鼓风机和气体导入通道；冷却气体排出部件，其设于上述加热炉，用于从冷却空间排出已升温的上述冷却气体，其包括气体排出通道、换热器和吸出用鼓风机；分流部件，其根据需要将上述气体导入通道和上述气体排出通道连通，使上述冷却气体的一部分分流。
本发明的热处理装置的特征在于，上述加热炉以隔着规定的宽度的冷却空间而围绕该处理容器方式设置在上述处理容器外周侧，在上述气体排出通道上从上游侧朝向下游侧依次设有换热器和吸出用鼓风机。
本发明的热处理装置的特征在于，上述分流部件包括：分流通道，其用于将上述气体导入通道的上述吹入用鼓风机的下游侧和设于上述气体排出通道上的上述换热器的上游侧连通；阀，其设于上述分流通道的中途，用于控制被分流的气体的流动；气体温度测量部件，其用于测量流入上述换热器的气体的温度；阀控制部，其基于上述气体温度测量部件的温度测量值控制上述阀，使得上述气体的温度成为规定的温度以下。
本发明的热处理装置的特征在于，上述阀是能够调整阀开度的开闭阀。
本发明的热处理装置的特征在于，在上述气体排出通道和上述分流通道的连接部设有混合器。
本发明的热处理装置的特征在于，上述分流部件包括：分流通道，其用于将上述气体导入通道的上述吹入用鼓风机的下游侧和设于上述气体排出通道上的上述换热器的上游侧连通；阀，其设于上述分流通道的中途，用于控制被分流的气体的流动；阀控制部，其以冷却开始为起点而以预定的时间控制上述阀，使得已流过上述冷却空间的冷却气体和已流过上述分流通道的气体的混合气体的温度成为规定的温度以下。
这样，在对多张被处理体同时实施热处理的热处理装置中，因为使向处理容器去的冷却气体的一部分分流，在换热器上游侧使该分流出的冷却气体混合于因与处理容器进行热交换而升温的冷却气体中，从而降低混合气体的温度，所以不需要特殊的高价的高温用换热器，能用耐热性低的通用且廉价的换热器。
本发明的热处理装置的冷却方法是对多个被处理体同时实施热处理的热处理装置的冷却方法，其特征在于，包括：冷却工序，将冷却气体导入到规定的宽度的冷却空间来冷却处理容器，并且排出已升温的上述冷却气体，上述冷却空间形成在筒体状的上述处理容器和加热炉之间，上述处理容器用于收容上述被处理体，上述加热炉用于加热上述被处理体，以围绕上述处理容器方式设置在上述处理容器的外周侧；混合工序，向自上述冷却空间排出的上述已升温的冷却气体中导入降温用气体，使两气体的混合气体的温度成为规定的温度以下。
本发明的热处理装置的冷却方法的特征在于，上述规定的温度是设于上述混合气体流动的下游侧的换热器的耐热温度。
本发明的热处理装置的冷却方法是对多个被处理体同时实施热处理的热处理装置的冷却方法，其特征在于，包括：冷却工序，将冷却气体导入到规定的宽度的冷却空间来冷却处理容器，并且排出已升温的上述冷却气体，上述冷却空间形成在筒体状的上述处理容器和加热炉之间，上述处理容器用于收容上述被处理体，上述加热炉用于加热上述被处理体，以围绕上述处理容器方式设置在上述处理容器的外周侧；混合工序，使朝向上述冷却空间流动的上述冷却气体的一部分分流，向自上述冷却空间排出的已升温的冷却气体中导入该分流出的冷却气体，使两气体的混合气体的温度成为规定的温度以下。
根据本发明的热处理装置和冷却方法，能发挥如下那样的优异的作用效果。
根据本发明，在对多张被处理体同时实施热处理的热处理装置中，因为在换热器上游侧使降温用气体混合于因与处理容器进行热交换而已升温的冷却气体中，从而降低混合气体的温度，所以不需要特殊的高价的高温用换热器，能用耐热性低的通用且廉价的换热器。
根据本发明，在对多张被处理体同时实施热处理的热处理装置中，因为使向处理容器去的冷却气体的一部分分流，在换热器上游侧使该分流出的冷却气体混合于因与处理容器进行热交换而升温的冷却气体中，从而降低混合气体的温度，所以不需要特殊的高价的高温用换热器，能用耐热性低的通用且廉价的换热器。
附图说明
图1是表示本发明的热处理装置的第1实施例的构成图。
图2是表示在冷却处理容器时流入换热器的气体的温度和降温用气体的流量之间的关系的曲线图。
图3是表示第1实施例的热处理装置的冷却方法的各工序的流程图。
图4是表示本发明的热处理装置的第2实施例的一部分的构成图。
图5是表示本发明的热处理装置的第3实施例的构成图。
图6是表示在冷却处理容器时流入换热器的气体的温度和分流通道的阀的开闭动作之间的关系的曲线图。
图7是表示第3实施例的热处理装置的冷却方法的各工序的流程图。
具体实施方式
以下，基于附图详述本发明的热处理装置和冷却方法的一实施例。
第1实施例
图1是表示本发明的热处理装置的第1实施例的构成图。如图1所示，该热处理装置2具有成形为纵长的筒体状的处理容器4。该处理容器4主要由内筒6和外筒8构成，具有二重管构造，该内筒6被成形为圆筒体状，由石英构成；该外筒8由石英构成，在该内筒6的外侧，隔着规定的间隔地覆盖该内筒6。
上述外筒8的上部被封闭，形成为有顶状，下端部开口，在该开口部气密地连接有例如由不锈钢等构成的圆筒状的歧管10。而且，在该歧管10上设有气体导入部件12，该气体导入部件12具有对所需的气体进行流量控制且向处理容器4内导入所需的气体的气体喷嘴。此外，在上述外筒8的底部的侧壁设有气体排气口14，在该气体排气口14连接有具有压力调整阀、真空泵(未图示)的排气系统16。
由此，从处理容器4内的下部被导入的气体在内筒6内上升并在顶部折回，在内筒6和外筒8之间的空间流动，从上述气体排气口14排出。在该情况下，根据处理方式，处理容器4内有时成为常压环境，也有时像图示例那样成为真空环境。另外，也有不设置上述歧管10的热处理装置。
而且，在处理容器4内设有支承部件18，该支承部件18一边在多层范围内支承作为被处理体的半导体晶圆W一边能够从该处理容器4的下方插入到处理容器4中或从处理容器4退出。该支承部件18例如由石英制的半导体晶圆舟皿构成，在该半导体晶圆舟皿中以规定的节距呈多层支承多张例如50～150张左右的半导体晶圆W。此外，该半导体晶圆舟皿被设置在石英制的保温筒20上。
而且，上述歧管10的下端的开口部被例如由不锈钢等构成的盖部22气密地封闭，并且该盖部22与由舟皿升降机构成的升降机构24连结而能够升降。而且，上述保温筒20支承在能够旋转且气密地贯穿上述盖部22的旋转轴26上，从而能够旋转。因此，通过使上述升降机构24升降，由上述晶圆舟皿构成的支承部件18能够从处理容器4的下方插入到处理容器4内或从处理容器4内经由处理容器4的下方退出。
而且，在该处理容器4的外周侧以隔着规定的空间围绕处理容器4的方式设有加热炉30，加热炉30用于加热位于加热炉30的内侧的处理容器4、半导体晶圆W。具体而言，该加热炉30具有以围绕上述处理容器4的侧部和顶部的方式设置的绝热部件32。而且，沿着该绝热部件32的内壁的大致整个面设有电阻加热器34，利用来自该电阻加热器34的热像上述那样加热半导体晶圆W等。而且，上述处理容器4和加热炉30之间的上述规定的空间构成为冷却空间28。
该冷却空间28的下端部由密封件35密封，将冷却空间28内密封。而且，在上述加热炉30上连接有：冷却气体导入部件36，其用于在热处理后降温时向上述冷却空间28内导入冷却气体；冷却气体排出部件38，其用于从上述冷却空间28排出升温后的上述冷却气体；降温用气体导入部件40，其作为本发明的特征，用于向上述升温后的冷却气体中导入降温用气体而使两气体的混合气体降温。
具体而言，上述冷却气体导入部件36具有用于使冷却气体流动的气体导入通道42，在该气体导入通道42的上游侧连接有用于输送冷却气体的吹入用鼓风机44。在此，作为冷却气体，例如能用室温的空气。此外，在上述处理容器4的下部的周边部且上述冷却空间28的下方以将处理容器4围绕的方式设有环状的送风集管43，在该送风集管43上连接有上述气体导入通道42。而且，从该送风集管43相对于上述冷却空间28延伸出多支气体喷嘴46。该气体喷嘴46沿着送风集管43的周向以规定的间隔配置。由此，从上述气体喷嘴46对处理容器4的外周面喷射冷却气体，冷却处理容器4。
另一方面，在上述加热炉30的顶部形成有用于排出由于上述冷却而升温的冷却气体的排气口48，在该排气口48上设有在热处理时被关闭而在冷却时被打开的排气开闭器(shutter)50。而且，上述冷却气体排出部件38具有与上述排气口48连接的气体排出通道52，供升温的冷却气体在该气体排出通道52中流动。在该气体排出通道52上从上游侧朝向下游侧依次设有换热器54和吸出用鼓风机56。而且，在上述换热器54中流动有制冷剂，将在该换热器54中通过的温度高的冷却气体冷却到安全温度，将冷却到安全的温度的冷却气体向外部放出。
而且，作为本发明的特征的上述降温用气体导入部件40在上述换热器54上游侧具有与上述气体排出通道52连接的降温用气体导入通道58。在该降温用气体导入通道58和气体排出通道52的连接部设有对两气体进行高效率混合的混合器60。而且，在上述降温用气体导入通道58的中途设有用于控制降温用气体的流动的阀62，在降温用气体导入通道58的端部连接有降温用鼓风机64，以输送降温用气体。作为该降温用气体，能用室温的空气。
而且，在上述混合器60和换热器54之间的气体排出通道52上，作为气体温度测量部件设有例如热电偶66，能够测量在该气体排出通道52中流动的升温的冷却气体和降温用气体的混合气体的温度。即，利用该热电偶66能够测量流入换热器54的气体的温度。
而且，为了控制上述阀62的动作和降温用鼓风机64的动作，设有例如由计算机等构成的阀控制部68，该阀控制部68基于由上述热电偶66测量的温度测量值来控制上述阀62的开闭动作以使上述气体的温度成为规定的温度以下。作为上述规定的温度，使用上述换热器54的耐热温度例如300℃。
在实际的控制中，如后述的图2所示，在测量到比上述规定的温度稍低的温度t1时，开始导入降温用气体，在温度经过峰值而降温时，测量到温度t2时，停止导入降温用气体。
而且，该热处理装置2的整体的动作被例如由计算机等构成的装置控制部70控制，除了用于热处理的各气体的控制、压力控制、温度控制等之外，还进行各鼓风机44、56的动作控制等。上述装置控制部70具有存储介质72，该存储介质72存储上述动作所需的能够在计算机中读取的计算机程序。该存储介质72例如由软盘、CD(Compact Disc)、硬盘、闪存或DVD等构成。此外，上述阀控制部68在上述装置控制部70的支配下动作。
冷却方法的说明
接着，也参照图2和图3说明像以上那样形成的热处理装置的冷却方法。图2是表示在冷却处理容器时流入换热器的气体的温度和降温用气体的流量之间的关系的曲线图，图3是表示第1实施例的热处理装置的冷却方法的各工序的流程图。另外，在图2中，曲线A表示不用降温用气体的以往的装置的情况，曲线B表示用了降温用气体的本发明的第1实施例的热处理装置的情况。
在此，将换热器54的耐热温度像上述那样设定为例如300℃，在热电偶66检测到成为比300℃稍低的温度t1℃时，开始导入降温用气体，在经过温度的峰值而成为比300℃低的温度t2℃时，停止导入降温用气体。上述温度t1℃和t2℃根据经验求得，也取决于降温用气体的每单位时间的送风量，但是设定为例如比作为耐热温度的300℃低5～40℃左右的温度。
另外，对插入处理容器4内的半导体晶圆W进行热处理，在热处理完成时，因为该热处理刚刚完成之后的处理容器4和在该处理容器4中的半导体晶圆W由加热炉30的电阻加热器34加热，所以虽然也取决于处理方式，但被加热到例如500℃左右。作为该热处理的种类，对应有CVD(Chemical Vapor Deposition)成膜处理、氧化扩散处理、退火处理等。
而且，像上述那样热处理完成时，为了提高产品的生产率，必须在保持半导体晶圆W不产生滑移那样的适当的降温速度的状态下以高速冷却，直到能够将半导体晶圆W从处理容器4内排出的卸载的温度。
首先，说明一般的概略流程。在冷却方法开始进行时，打开设于加热炉30的排气口48的排气开闭器50，使冷却气体导入部件36的吹入用鼓风机44启动(S1)。于是，作为冷却气体的室温的空气在气体导入通道42中流动，到达送风集管43，从设于该送风集管43上的各气体喷嘴46朝向冷却空间28内喷射。该喷射的室温的冷却气体与处于高温状态的处理容器4即外筒8的外周面接触并且冷却该外筒8的外周面，随之内筒6和该内筒6内侧的半导体晶圆W也依次被冷却。
由于该冷却，冷却气体相反地升温而成为高温状态，从设于顶部的排气口48流向冷却气体排出部件38的气体排出通道52内。在该气体排出通道52中流动的冷却气体的温度高于规定的值的情况下，降温用气体导入通道58的降温用鼓风机64启动，且打开设于降温用气体导入通道58的阀62，向上述高温冷却气体中导入降温用气体即室温的空气，降低该混合气体的温度。然后，该温度已降低的混合气体流入换热器54内，在换热器54内被制冷剂进一步冷却，被吸出用鼓风机56向外排出。
接着，更加详细地说明上述的操作。首先，在如上述那样启动吹入用鼓风机44(S1)时，作为冷却气体的室温的空气流入冷却空间28内，开始冷却处理容器4等。如图2所示，开始冷却的最初，因为残留在气体排出通道52内的低温的空气流出，所以流入换热器54的空气的温度最初较低，但是因为冷却空间28内的空气逐渐流入，所以开始后，空气的温度在很短的时间内急剧上升。而且，在该气体排出通道52内流动的空气(冷却气体)的温度由设于该气体排出通道52的中途的热电偶66测量，向阀控制部68输入。
在该测量温度值低于t1℃的情况(S2的否)下，在该状态下继续上述动作，但是在测量温度值成为t1℃以上时(S2的是)，打开降温用气体导入部件40的阀62，且启动降温用鼓风机64，开始输送降温用气体即室温的空气(S3)。而且，与此同时，吸出用鼓风机56也启动，开始吸出冷却体(S3)。上述降温用气体在降温用气体导入通道58内流动，通过打开的阀62到达混合器60，在该混合器60内与在气体排出通道52内流来的被升温而成为高温的空气(冷却气体)混合，降低该混合气体的温度。然后，该混合气体在吸出用鼓风机56的作用下向下游流动。此时的导入的降温用气体的流量是恒定的，其流量Qb[m3/min]由下式预先确定。
Qb＝Qa·(Ta-Tp)/(Tp-Tr)
Qa：在气体排出通道内流来的风量[m3/min]
Ta：以往的装置的冷却气体的最大值[℃](参照图2)
Tp：换热器的耐热温度[℃](参照图2)
Tr：室温[℃]
在该情况下，由热电偶66测量的温度测量值如下进行变化：在导入降温用气体后的一段时间内，混合气体的温度上升，在短时间内测量温度值成为峰值(S4的是)，之后，混合气体的温度逐渐一点一点地降低。上述峰值点与在图2中曲线A成为峰值的点重合。在该情况下，曲线B的峰值比作为换热器54的耐热温度的Tp(300℃)低，由此能够防止换热器54遭受热损伤。因此，作为该换热器54无需使用特殊的耐热性高的换热器，能够使用小型且廉价的具有通用性的换热器。
而且，在上述混合气体的温度成为t2℃以下(S5的是)时，阀控制部68使降温用鼓风机64停止，且关闭阀62，停止导入降温用气体(S6)。该t2℃的值根据经验求得，只要设定为处理容器4的温度成为换热器54的耐热温度Tp时的混合气体的温度即可。
之后，判断是否自停止导入降温用气体起经过了规定的时间(S7)。该规定的时间的长度根据经验求得，设定为在该气体排出通道52内流动的冷却气体降温到安全温度以下的长度。而且，如果经过了该规定的时间(S7的是)，停止驱动吹入用鼓风机44，并停止驱动吸出用鼓风机56，还关闭排气开闭器50(S8)，结束冷却操作。在此之后，使冷却了的半导体晶圆W从处理容器4内下降、卸载，并搬出该半导体晶圆W。
这样，根据本发明，在对多张被处理体同时实施热处理的热处理装置中，因为在换热器54上游侧使降温用气体混合于因与处理容器4进行热交换而升温的冷却气体中，从而降低混合气体的温度，所以不需要特殊的高价的高温用换热器，能用耐热性低的通用且廉价的换热器。
另外，在上述实施例中，设于降温用气体导入通道58的阀62的动作只是开闭动作，然而，除此之外也可以用能调整阀开度的阀。若用能调整该阀开度的阀，则例如如图2中点划线所示的特性C那样，自完全打开阀62之后经过一段时间起(例如经过了温度峰值Ta的时刻起)，一点一点地缩小阀开度，能够将降温用气体的流量控制成逐渐减小。
此外，在上述第1实施例中，作为降温用气体导入部件40的一部分而设置降温用鼓风机64来促进降温用气体的导入，但是不限于此，也可以不设置该降温用鼓风机64，使降温用气体导入通道58的顶端向无尘室内等大气侧开放。在该情况下，通过使吸出用鼓风机56动作，降温用气体导入通道58内成为负压，通过控制阀62，能够与上述同样地导入降温用气体。
第2实施例
接着说明本发明的热处理装置的第2实施例。上述的第1实施例在降温用气体导入部件40中设有用于测量流入换热器的气体的温度的由热电偶66构成的气体温度测量部件，但是不限定于此，也可以不设置而省略气体温度测量部件。
图4是表示这样的本发明的热处理装置的第2实施例的一部分的构成图。另外，在图4中，对与图1所示的构成部分相同的构成部分标注相同的附图标记，省略其说明。如图4所示，在此，在气体排出通道52上未设有图1所示的由热电偶66构成的气体温度测量部件。在该情况下，阀控制部68接受来自装置控制部70侧的开始冷却指令，通过时间管理进行阀62的开闭动作、降温用鼓风机64的启动或停止。
具体而言，图2中的温度t1、t2的各时刻(时间)能够通过实验或经验获知，各时刻的时期作为以开始冷却为起点的数据而预先求得。而且，使该数据预先存储在上述阀控制部68中，由此，能够进行与上述第1实施例同样的动作。在该情况下，也能够发挥与上述第1实施例同样的作用效果。此外，在该第2实施例中，也可以与在上述第1实施例中说明同样地不设有上述降温用鼓风机64，使降温用气体导入通道58的顶端向无尘室内等大气侧开放。在该情况下，通过使吸出用鼓风机56动作，降温用气体导入通道58内成为负压，通过控制阀62，能够与上述同样地导入降温用气体。
第3实施例
接着说明本发明的第3实施例。在上述第1和第2实施例中，作为降温用气体，从另外设置的降温用气体导入部件40导入作为降温用气体的室温的空气，然而在该第3实施例中，使由吹入用鼓风机吹入的冷却气体(室温的空气)分支出一部分而分流，使该分流的冷却气体向通过冷却空间而升温的冷却气体中导入，将两气体混合。图5是表示这样的本发明的热处理装置的第3实施例的构成图，图6是表示冷却处理容器时流入换热器的气体的温度和分流通道的阀的开闭动作之间的关系的曲线图，图7是表示第3实施例的热处理装置的冷却方法的各工序的流程图。
另外，在图6中，曲线A表示不用分流的冷却气体的以往的装置的情况，曲线D表示用了分流的气体的本发明的第3实施例的热处理装置的情况。此外，在图5～图7中，对与上述图1～图3所示的构成部分相同的构成部分标注相同的附图标记，省略其说明。
如图5所示，在此，替代在第1和第2实施例中设有的降温用气体导入通道58，根据需要，设有使冷却气体的一部分分流的分流部件76。具体而言，该分流部件76具有将冷却气体导入部件36的气体导入通道42和冷却气体排出部件38的气体排出通道52之间连通的分流通道78。在该情况下，该分流通道78的一端在上述吹入用鼓风机44的下游侧与上述气体导入通道42连接，另一端在上述换热器54的上游侧与气体排出通道52连接，在该连接点设有混合器60。
而且，在上述分流通道78的中途夹设有阀62，控制被分流的气体的流动。而且，在上述换热器54和混合器60之间的气体排出通道52上，作为测量流过上述冷却空间而升温的冷却气体和在上述分流通道78中流动的气体的混合气体的温度的气体温度测量部件，设有例如热电偶66。即，能够利用该热电偶66测量流入换热器54的气体温度。而且，与第1和第2实施例相同，阀控制部68基于作为气体温度测量部件的热电偶66的温度测量值来控制上述阀62，以使上述气体成为规定的温度以下。
冷却方法的说明
该第3实施例的动作除了关于降温用鼓风机64这一点之外基本上与第1实施例的情况大致相同，图7中的S21～S28与图3中的S1～S8相对应。
首先，说明一般的概略流程。最初旁通阀62关闭，冷却操作开始时，打开设于加热炉30的排气口48的排气开闭器50，使冷却气体导入部件36的吹入用鼓风机44启动(S21)。于是，作为冷却气体的室温的空气在气体导入通道42中流动，到达送风集管43，从设于该送风集管43上的各气体喷嘴46朝向冷却空间28内喷射。该喷射的室温的冷却气体与处于高温状态的处理容器4即外筒8的外周面接触并且冷却该外筒8的外周面，随之内筒6和该内筒6内侧的半导体晶圆W也依次被冷却。
由于该冷却，冷却气体相反地升温而成为高温状态，从设于顶部的排气口48向冷却气体排出部件38的气体排出通道52内流动。在该气体排出通道52中流动的冷却气体的温度高于规定的值的情况下，打开设于分流通道78的阀62，流入上述气体导入通道42中的冷却气体的一部分被分支，流入分流通道78内，该气体与通过冷却空间28而升温的冷却气体混合，降低该混合气体的温度。然后，该温度降低了的混合气体流入换热器54内，在换热器54内被制冷剂进一步冷却，并被吸出用鼓风机56向外排出。
接着，更加详细地说明上述的操作。首先，在如上述那样启动吹入用鼓风机44(S21)时，作为冷却气体的室温的空气流入冷却空间28内，开始冷却处理容器4等。如图6所示，开始冷却的最初，因为残留在气体排出通道52内的低温的空气流出，所以流入换热器54的空气的温度最初较低，但是因为冷却空间28内的空气逐渐流入，所以开始后，空气的温度在很短的时间内急剧上升。而且，在该气体排出通道52内流动的空气(冷却气体)的温度由设于该气体排出通道52的中途的热电偶66测量并向阀控制部68输入。
在该测量温度值低于t1℃的情况下(S22的否)，继续上述动作，但是在测量温度值成为t1℃以上时(S22的是)，打开设于分流通道78的阀62，使在气体导入通道42内流动的冷却气体的一部分分支而分流。而且，与此同时，吸出用鼓风机56也启动，开始吸出冷却体(S23)。上述被分支出的冷却气体在分流通道78内流动，通过打开的阀62到达混合器60，在该混合器60内与在气体排出通道52内流来的被升温而成为高温的空气(冷却气体)混合且该混合气体的温度下降。然后，该混合气体在吸出用鼓风机56的作用下向下游流动。此时，向分流通道78侧分支而流入的冷却气体的量也取决于装置设计，但是例如是由吹入用鼓风机44吹入的冷却气体的整体流量的一半左右。
在此，由热电偶66测量的温度测量值如下这样变化：在导入被分流的冷却气体后的一段时间内，混合气体的温度上升，在短时间内温度测量值成为峰值(S24的是)，之后，混合气体的温度逐渐一点一点地降低。上述峰值点与在图6中曲线A成为峰值的点重合。在该情况下，曲线D的峰值的值比作为换热器54的耐热温度的Tp(300℃)低，由此能够防止换热器54遭受热损伤。因此，作为该换热器54无需使用特殊的耐热性高的换热器，能够使用小型且廉价的具有通用性的换热器。
而且，在上述混合气体的温度成为t2℃以下时(S25的是)，阀控制部68关闭阀62且停止导入被分流的气体(S26)。该t2℃的值根据经验求得，只要设定为处理容器4的温度成为换热器54的耐热温度Tp时的混合气体的温度即可。
之后，判断是否自停止导入被分流的气体起经过了规定的时间(S27)。该规定的时间的长度与第1和第2实施例的情况相同地根据经验求得，设定为在该气体排出通道52内流动的冷却气体降温到安全温度以下的长度。而且，如果经过了该规定的时间(S27的是)，停止驱动吹入用鼓风机44，并停止驱动吸出用鼓风机56，还关闭排气开闭器50(S28)，从而结束冷却操作。在此之后，使冷却了的半导体晶圆W从处理容器4内下降、卸载，并搬出该半导体晶圆W。
这样，根据本发明，在对多张被处理体同时实施热处理的热处理装置中，因为使朝向处理容器4去的冷却气体的一部分分流，在换热器54的上游侧使该分流的冷却气体混合于因与处理容器4进行热交换而升温的冷却气体中，从而降低混合气体的温度，所以不需要特殊的高价的高温用换热器，能用耐热性低的通用且廉价的换热器。
另外，在上述实施例中，设于分流通道78的阀62的动作只是开闭动作，然而，除此之外也可以用能调整阀开度的阀。若用能调整该阀开度的阀，则例如如图6中点划线所示的特性C那样，自完全打开阀62之后经过一段时间起(例如经过了温度峰值Ta的时刻起)，一点一点地缩小阀开度，能够将分流气体的流量控制成逐渐减小。
第4实施例
接着说明本发明的热处理装置的第4实施例。上述第3实施例在分流部件76中设有用于测量混合气体的温度的由热电偶66构成的气体温度测量部件，但是不限定于此，也可以不设置而省略气体温度测量部件。在该情况下，与上述第2实施例相同，阀控制部68接受来自装置控制部70侧的开始冷却指令，通过时间管理进行阀62的开闭动作。
具体而言，图6中的温度t1、t2的各时刻能够通过实验或经验获知，各时刻的时期作为以开始冷却为起点的数据而预先求得。而且，使该数据预先存储在上述阀控制部68中，由此，能够进行与上述第3实施例同样的动作。在该情况下，也能够发挥与上述第3实施例同样的作用效果。
此外，在该第3和第4实施例的情况下，因为在冷却操作的中途被导入冷却空间28内的冷却气体的流量比第1和第2实施例的情况少，所以相应地降低冷却速度，但是，在此，因为从吹入用鼓风机44和吸出用鼓风机56流出的流量始终相同，所以具有能用相同的送风容量的鼓风机的优点。
另外，在上述各实施例中，作为冷却气体或降温用气体而使用了室温的空气，但是不限于此，也可以将空气预先冷却到比室温低的温度而使用，或也可以替代空气而使用N2气体或由He等稀有气体构成的惰性气体。
此外，在上述各实施例中，以二重管构造的处理容器4为例进行了说明，但是该处理容器只不过仅表示一个例子，也可以用单管构造的处理容器，气体导入部件12也不限定于由上述实施例说明的构成。
此外，在此，作为被处理体以半导体晶圆为例进行了说明，但是该半导体晶圆也包括硅基板、GaAs、SiC、GaN等化合物半导体基板，而且不限定于这些基板，本发明也能够适用于液晶显示装置的玻璃基板、陶瓷基板等。

Claims (20)

1.一种热处理装置，其是对多个被处理体进行热处理的热处理装置，其特征在于，包括：
处理容器；
支承部件，其一边支承多张上述被处理体一边能够插入到上述处理容器内或从上述处理容器内退出地进行移动；
加热炉，其以隔着气体通过的冷却空间而围绕上述处理容器的方式设置在上述处理容器的外周侧；
冷却气体导入部件，其设于上述加热炉，用于向上述冷却空间导入冷却上述处理容器的冷却气体，其包括吹入用鼓风机和气体导入通道；
冷却气体排出部件，其设于上述加热炉，用于从上述冷却空间排出已升温的上述冷却气体，其包括气体排出通道、换热器和吸出用鼓风机；
降温用气体导入部件，其设在上述冷却空间和上述换热器之间。
2.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，
上述加热炉以隔着规定宽度的冷却空间而围绕该处理容器的方式设置在上述处理容器的外周侧，
在上述气体排出通道上从上游侧朝向下游侧依次设有换热器和吸出用鼓风机，
上述降温用气体导入部件在换热器上游侧设于上述气体排出通道上，向上述已升温的冷却气体导入降温用气体并使其降温。
3.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，
上述降温用气体导入部件包括：
降温用气体导入通道，其与上述气体排出通道连接；
阀，其设于上述降温用气体导入通道的中途，用于控制上述降温用气体的流动；
气体温度测量部件，其设于上述气体排出通道的换热器的上游侧，用于对流入上述换热器的气体的温度进行测量；
阀控制部，其基于上述气体温度测量部件的温度测量值来控制上述阀，以使上述气体的温度成为规定的温度以下。
4.根据权利要求3所述的热处理装置，其特征在于，
上述阀是能够调整阀开度的开闭阀。
5.根据权利要求3所述的热处理装置，其特征在于，
在上述气体排出通道和上述降温用气体导入通道的连接部设有混合器。
6.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，
上述降温用气体导入部件包括：
降温用气体导入通道，其与上述气体排出通道连接；
降温用鼓风机，其与上述降温用气体导入通道连接；
阀，其设于上述降温用气体导入通道的中途，用于控制上述降温用气体的流动；
阀控制部，其以冷却开始为起点并以预定的时间控制上述阀，使得流入上述换热器的气体的温度成为规定的温度以下。
7.根据权利要求6所述的热处理装置，其特征在于，
上述阀是能够调整阀开度的开闭阀。
8.根据权利要求6所述的热处理装置，其特征在于，
在上述气体排出通道和上述降温用气体导入通道的连接部设有混合器。
9.一种热处理装置，其是对多个被处理体进行热处理的热处理装置，其特征在于，包括：
处理容器；
支承部件，其一边支承多张上述被处理体一边能够插入到上述处理容器内或从上述处理容器内退出地进行移动；
加热炉，其以隔着气体通过的冷却空间而围绕上述处理容器的方式设置在上述处理容器的外周侧，；
冷却气体导入部件，其设于上述加热炉，用于向上述冷却空间导入冷却上述处理容器的冷却气体，其包括吹入用鼓风机和气体导入通道；
冷却气体排出部件，其设于上述加热炉，用于从上述冷却空间排出已升温的上述冷却气体，其包括气体排出通道、换热器和吸出用鼓风机；
分流部件，其根据需要将上述气体导入通道和上述气体排出通道连通，并使上述冷却气体的一部分分流。
10.一种热处理装置，其特征在于，
上述加热炉以隔着规定的宽度的冷却空间而围绕处理容器的方式设置在上述处理容器的外周侧，
在上述气体排出通道上从上游侧朝向下游侧依次设有换热器和吸出用鼓风机。
11.根据权利要求9所述的热处理装置，其特征在于，
上述分流部件包括：
分流通道，其用于将上述气体导入通道的上述吹入用鼓风机的下游侧和设于上述气体排出通道上的上述换热器的上游侧连通；
阀，其设于上述分流通道的中途，用于控制被分流的气体的流动；
气体温度测量部件，其用于对流入上述换热器的气体的温度进行测量；
阀控制部，其基于上述气体温度测量部件的温度测量值来控制上述阀，使得上述气体的温度成为规定的温度以下。
12.根据权利要求11所述的热处理装置，其特征在于，
上述阀是能够调整阀开度的开闭阀。
13.根据权利要求11所述的热处理装置，其特征在于，
在上述气体排出通道和上述分流通道的连接部设有混合器。
14.根据权利要求9所述的热处理装置，其特征在于，
上述分流部件包括：
分流通道，其用于将上述气体导入通道的上述吹入用鼓风机的下游侧和设于上述气体排出通道上的上述换热器的上游侧连通；
阀，其设于上述分流通道的中途，用于控制被分流的气体的流动；
阀控制部，其以冷却开始为起点并以预定的时间控制上述阀，使得已流过上述冷却空间的冷却气体和已流过上述分流通道的气体的混合气体的温度成为规定的温度以下。
15.根据权利要求14所述的热处理装置，其特征在于，
上述阀是能够调整阀开度的开闭阀。
16.根据权利要求14所述的热处理装置，其特征在于，
在上述气体排出通道和上述分流通道的连接部设有混合器。
17.一种热处理装置的冷却方法，其是对多个被处理体同时实施热处理的热处理装置的冷却方法，其特征在于，包括：
冷却工序，将冷却气体导入规定宽度的冷却空间来冷却处理容器，并且排出已升温的上述冷却气体，该冷却空间形成在筒体状的上述处理容器和加热炉之间，上述处理容器用于收容上述被处理体，上述加热炉用于加热上述被处理体，以围绕上述处理容器的方式设置在上述处理容器的外周侧；
混合工序，向自上述冷却空间排出的上述已升温的冷却气体中导入降温用气体，并使两气体的混合气体的温度成为规定的温度以下。
18.根据权利要求17所述的热处理装置的冷却方法，其特征在于，上述规定的温度是设于上述混合气体流动的下游侧的换热器的耐热温度。
19.一种热处理装置的冷却方法，其是对多个被处理体同时实施热处理的热处理装置的冷却方法，其特征在于，包括：
冷却工序，将冷却气体导入规定宽度的冷却空间来冷却处理容器，并且排出已升温的上述冷却气体，上述冷却空间形成在筒体状的上述处理容器和加热炉之间，上述处理容器用于收容上述被处理体，上述加热炉用于加热上述被处理体，以围绕上述处理容器的方式设置在上述处理容器的外周侧；
混合工序，使朝向上述冷却空间流动的上述冷却气体的一部分分流，并向自上述冷却空间排出的上述已升温的冷却气体中导入该分流出的冷却气体，使两气体的混合气体的温度成为规定的温度以下。
20.根据权利要求19所述的热处理装置的冷却方法，其特征在于，
上述规定的温度是设于上述混合气体流动的下游侧的换热器的耐热温度。
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