JP2004281915A - 加熱炉 - Google Patents

Abstract

【課題】炉体全体の軽量化を図ることができるとともに、組立効率を向上させ、かつ、冷却効率を高めることができる加熱炉を提供すること。
【解決手段】半導体ウエハＰを収納する筒状の内管２１と、内管２１の内壁部に設けられたヒータ２３と、内管２１の外壁面に密着して螺旋状に巻回されるとともに、その内部に冷却水Ｗが通流する冷却管２４とを備えている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置等に用いられる加熱炉に関し、特に効率の良い冷却が可能なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程においては化学蒸着、各種焼鈍、その他シリコンウエハの処理を行うための加熱炉が用いられている（特許文献１参照）。加熱炉は、半導体ウエハ等の被処理体を内部で加熱するための炉体１を備えている。この炉体１は、図４に示すように、内管２と外管３との二重構造となっており、内管２の内壁部２ａには被処理体を加熱するヒータ（不図示）が設けられている。また、内管２の外壁部２ｂには仕切板４が溶接接合されている。そして、内管２と外管３との間には冷却水Ｗが通流されており、炉体１の内部が一定温度に保たれるようにしている。
【０００３】
なお、被冷却体を冷却する方法として、螺旋状の冷却管を被冷却体に巻回する方法が知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−１２１３９４号公報（図１）
【０００５】
【特許文献２】
特開平８−２２２３９７号公報（図３）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した加熱炉であると次のような問題があった。すなわち、炉体１の剛性を保つためには、内管１及び外管２の板厚Ｔを厚く（５ｍｍ程度）しなければならない。このため、炉体１の重量が重くなり（例えば一般的な半導体処理装置において１３０ｋｇ程度）、運搬や設置等が困難であった。
【０００７】
また、仕切板４の溶接作業には時間がかかるといった組立上の問題もあった。さらに、仕切板４の数を減らすと冷却水Ｗの流速が遅くなったり、澱み点が発生することから冷却効率が低下するという問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、炉体を構成する内管等の板厚を薄くすることで炉体全体の軽量化を図ることができるとともに、組立効率を向上させ、かつ、冷却効率を高めることができる加熱炉を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の加熱炉は次のように構成されている。
【００１０】
（１）被処理体を収納する筒状の内管と、この内管の内壁部に設けられたヒータと、上記内管の外壁面に密着して螺旋状に巻回されるとともに、その内部に冷却流体が通流する冷却管とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
（２）上記（１）に記載された加熱炉であって、上記冷却管は密着巻で巻回されていることを特徴とする。
【００１２】
（３）上記（１）に記載された加熱炉であって、上記冷却管の軸方向に直交する断面は少なくとも直線状の辺を有し、当該辺は上記内管側に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
（４）上記（１）に記載された加熱炉であって、上記冷却管の軸方向に直交する断面は少なくとも上記内管の外壁に沿った形状の辺を有し、当該辺は上記内管側に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
（５）上記（１）に記載された加熱炉であって、上記内管と上記冷却管とはろう付け接着されていることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態に係る加熱炉１０を示す断面図、図２は加熱炉１０に組み込まれた炉体２０を示す斜視図、図３は要部を示す断面図である。加熱炉１０は、例えば半導体ウエハ（被処理体）Ｐの反応処理等に用いられるものである。
【００１６】
加熱炉１０は、炉体２０と、炉体２０内部に収容された反応炉３０とを備えている。炉体２０は、筒状で例えばステンレス材製の内管２１と、内管２１の開口部を蓋する蓋体２２と、内管２１の内壁部に設けられたヒータ２３と、内管２１の外壁部に密着するとともに密着巻として巻回された例えばステンレス材製の冷却管２４とを備えている。内管２１と冷却管２４、冷却管２４同士はＮｉろう材によりろう付け接合されている。なお、内管２１及び冷却管２４は厚さ１．５ｍｍ程度の板厚となっている。
【００１７】
Ｎｉろう材は、ステンレス材と同等の強度を有していることから、母材強度を維持できるとともに、炉体２０の加熱・冷却に伴う膨張・収縮に追従できる性質を有している。したがって、Ｎｉろう材の他、内管２１の材質と同等の強度を有し、かつ、母材強度を維持できるとともに、炉体２０の加熱・冷却に伴う膨張・収縮に追従できる性質を有してろう材であれば他の材料を用いても良い。
【００１８】
冷却管２４は全体が螺旋状となっている１本の管体である。なお、冷却管２４の軸方向に直交する方向の断面は例えば１６×３２ｍｍの矩形状で、内管２１の外壁面に沿った壁部２４ａが長く、外壁面に垂直な壁部２４ｂが短く形成されている。冷却管２４の一端は冷却水Ｗの導水口２５、他端は冷却水Ｗの排出口２６となっている。
【００１９】
反応炉３０は、図１中下側に位置する支持部３１と、この支持部３１に設けられるとともに半導体ウエハＰを積層支持するラック３２と、このラック３２を覆うようにして設けられた反応管３３とを備えている。反応管３３には、反応ガスを導入するガス導入口（不図示）及び内部を減圧する排気口（不図示）が設けられている
このように構成された加熱炉１０では、次のようにして半導体ウエハＰの加熱処理を行う。すなわち、半導体ウエハＰをラック３２に載せ、反応管３３内に配置する。
【００２０】
次に、炉体２０のヒータ２３に通電するとともに、導水口２５から冷却水Ｗを導入する。冷却水Ｗを冷却管２４を所定の流量で通流させ、排水口２６から炉体２０外部に排出する。
【００２１】
加熱炉１０においては、剛性の高い冷却管２４を内管２１の外壁面に密着巻により巻回するようにしているので、内管２１の板厚ｔが小さい場合であっても炉体２０自体の剛性を高めることができる。このため、炉体２０の重量を大幅に軽減することができ、４０％程度の重量軽減を図ることができる。
【００２２】
また、内管２１と冷却管２４とは、別々の工程で製造し、加熱炉１０の設置場所で組み立てるのみで炉体２０を構成することができるので、組立効率が向上する。
【００２３】
さらに、冷却管２４の断面積を小さくすることにより流路が狭くなり、内部を通流する冷却水Ｗの流速を早めることができる。このため、乱流が発生し、澱み点の発生を防止できることから熱伝達率を向上させることができる。
【００２４】
さらにまた、断面のうち内管２１側の一辺を少なくとも直線状とすることにより、内管２１により冷却水Ｗを近付けることとなり、
したがって、冷却効率が向上し、冷却水Ｗの流量を減らすことができる。また、ろう付けにより内管２１と冷却管２４とを全面的に接合しているので、炉体２０内部の温度の均一性を図ることができる。
【００２５】
この他、冷却管２４の形状を変えるだけで冷却水路を変更できるため、炉体設計における冷却水路のレイアウトの自由度をあげることができる。
【００２６】
上述したように本実施の形態に係る加熱炉１０によれば、炉体２０全体の軽量化を図ることができるとともに、組立効率を向上させ、かつ、冷却効率を高めることが可能となる。
【００２７】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。すなわち、上述した実施の形態では、冷却管の断面を矩形状としたがこれに限られない。例えば、内管の外壁面に沿って円弧状に形成するようにしてもよい。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、炉体を構成する内管等の板厚を薄くすることで炉体全体の軽量化を図ることができるとともに、組立効率を向上させ、かつ、冷却効率を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る加熱炉を示す断面図。
【図２】同加熱炉に組み込まれた炉体において蓋体を外した状態を示す斜視図。
【図３】同炉体の要部を示す断面図。
【図４】従来の炉体の要部を示す断面図。
【符号の説明】
１０…加熱炉、２０…炉体、２１…内管、２３…ヒータ、２４…冷却管、３０…反応炉、Ｗ…冷却水、Ｐ…半導体ウエハ。

Claims (5)

1. 被処理体を収納する筒状の内管と、
   この内管の内壁部に設けられたヒータと、
   上記内管の外壁面に密着して螺旋状に巻回されるとともに、その内部に冷却流体が通流する冷却管とを備えていることを特徴とする加熱炉。
2. 上記冷却管は密着巻で巻回されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱炉。
3. 上記冷却管の軸方向に直交する断面は少なくとも直線状の辺を有し、当該辺は上記内管側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱炉。
4. 上記冷却管の軸方向に直交する断面は少なくとも上記内管の外壁に沿った形状の辺を有し、当該辺は上記内管側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱炉。
5. 上記内管と上記冷却管とはろう付け接着されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱炉。

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