JP2008300722A - 熱処理炉及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】抵抗発熱体の熱膨張収縮時の支持体と抵抗発熱体との間の摩擦抵抗を低減して抵抗発熱体の残留応力による永久歪の発生を抑制し、耐久性の向上を図る。
【解決手段】被処理体ｗを収容して熱処理するための処理容器３を囲繞する筒状の断熱材４と、該断熱材４の内周面に沿って配置される螺旋状の抵抗発熱体５と、上記断熱材４の内周面に軸方向に沿って設けられ抵抗発熱体５を所定ピッチで支持する支持体１３と、上記抵抗発熱体５の外側に軸方向に適宜間隔で配置され断熱材４を径方向に貫通して外部に延出された複数の端子板１４とを備えた熱処理炉において、上記支持体１３は抵抗発熱体５の内側に位置する基部１７と、該基部１７から抵抗発熱体５のピッチ間を通って炉の半径方向外方へ延出する複数の支持片１８とを有するように櫛状に形成され、該支持片１８の上面部が抵抗発熱体５の熱膨張収縮移動時の摩擦抵抗を低減するべく曲面状に形成されている。
【選択図】図６
【解決手段】被処理体ｗを収容して熱処理するための処理容器３を囲繞する筒状の断熱材４と、該断熱材４の内周面に沿って配置される螺旋状の抵抗発熱体５と、上記断熱材４の内周面に軸方向に沿って設けられ抵抗発熱体５を所定ピッチで支持する支持体１３と、上記抵抗発熱体５の外側に軸方向に適宜間隔で配置され断熱材４を径方向に貫通して外部に延出された複数の端子板１４とを備えた熱処理炉において、上記支持体１３は抵抗発熱体５の内側に位置する基部１７と、該基部１７から抵抗発熱体５のピッチ間を通って炉の半径方向外方へ延出する複数の支持片１８とを有するように櫛状に形成され、該支持片１８の上面部が抵抗発熱体５の熱膨張収縮移動時の摩擦抵抗を低減するべく曲面状に形成されている。
【選択図】図６
Description
本発明は、熱処理炉及びその製造方法に関する。
半導体装置の製造においては、被処理体である半導体ウエハに酸化、拡散、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）などの処理を施すために、各種の熱処理装置が用いられている。そして、その一般的な熱処理装置は、半導体ウエハを収容して熱処理するための処理容器（反応管ともいう。）と、この処理容器の周囲に設けられた抵抗発熱体（ヒータ線、エレメントともいう。）と、この抵抗発熱体の周囲に設けられた断熱材とで熱処理炉を構成し、その断熱材の内壁面に抵抗発熱体が支持体を介して配置されている（特許文献１参照）。
上記抵抗発熱体としては、例えばバッチ処理が可能な熱処理装置の場合でいうと、円筒状の断熱材の内壁面に沿って配置される螺旋状の抵抗発熱体が用いられ、炉内を例えば８００〜１０００〓程度に高温に加熱することができる。また、上記断熱材としては、例えばセラミックファイバ等からなる断熱材料を円筒状に焼成してなるものが用いられ、輻射熱および伝導熱として奪われる熱量を減少させて効率のよい加熱を助長することができる。上記支持体としては、例えばセラミック製で櫛状（櫛形）のものが用いられ、上記ヒータ線を熱膨張および熱収縮可能に所定のピッチで支持するようになっている。このような熱処理炉においては、上記抵抗発熱体が螺旋状に形成されていると共に熱膨張および熱収縮が可能なように断熱材との間にクリアランスをとって支持されているため、断熱材中に抵抗発熱体を埋設して成るものと異なり、抵抗発熱体自体に熱こもりがなく、また、加熱対象物（ウエハ）を直接加熱できるため、抵抗発熱体の耐久性の向上（長寿命化）省エネ化及び急速昇降温制御が可能となる。
しかしながら、従来の熱処理炉においては、図２１に示すように抵抗発熱体５を支持する支持体１３における支持片１８の断面形状が方形に形成されていたことから、支持片１８の角部５０で抵抗発熱体５を支持するようになり、このため、抵抗発熱体５の熱膨張収縮時に支持体１３の支持片１８と抵抗発熱体５との間に大きな摩擦抵抗が発生して抵抗発熱体の移動が阻害され、これにより抵抗発熱体に残留応力による永久歪が発生し、抵抗発熱体の耐久性（寿命）の低下を招いている。特に、抵抗発熱体の加熱・熱膨張後の冷却・熱収縮の際に、支持体と抵抗発熱体との間の摩擦抵抗によって抵抗発熱体に残留応力による永久伸び（永久歪）が助長され、抵抗発熱体の耐久性の低下を招く傾向がある。
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、抵抗発熱体の熱膨張収縮時の支持体と抵抗発熱体との間の摩擦抵抗を低減して抵抗発熱体の残留応力による永久歪の発生を抑制することができ、耐久性の向上が図れる熱処理炉及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明のうち、請求項１に係る発明は、被処理体を収容して熱処理するための処理容器を囲繞する筒状の断熱材と、該断熱材の内周面に沿って配置される螺旋状の抵抗発熱体と、上記断熱材の内周面に軸方向に沿って設けられ抵抗発熱体を所定ピッチで支持する支持体と、上記抵抗発熱体の外側に軸方向に適宜間隔で配置され断熱材を径方向に貫通して外部に延出された複数の端子板とを備えた熱処理炉において、上記支持体は抵抗発熱体の内側に位置する基部と、該基部から抵抗発熱体のピッチ間を通って炉の半径方向外方へ延出する複数の支持片とを有するように櫛状に形成され、該支持片の上面部が抵抗発熱体の熱膨張収縮移動時の摩擦抵抗を低減するべく曲面状に形成されていることを特徴とする。
請求項２に係る発明は、上記支持体の各支持片は、断面方形に形成され、上記抵抗発熱体が螺旋状に傾斜した状態で接する支持片の上面部における少なくとも一方の角部が曲面状もしくは面取りした形状に形成されていることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、被処理体を収容して熱処理するための処理容器を囲繞する筒状の断熱材と、該断熱材の内周面に沿って配置される螺旋状の抵抗発熱体と、上記断熱材の内周面に軸方向に沿って設けられ抵抗発熱体を所定ピッチで支持する支持体と、上記抵抗発熱体の外側に軸方向に適宜間隔で配置され断熱材を径方向に貫通して外部に延出された複数の端子板とを備えた熱処理炉において、上記支持体は断熱材に一端が埋め込まれ、他端が径方向内方へ突出された複数本の管状部材から成り、該管状部材の曲面状の上面部に上記抵抗発熱体が支持されていることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、上下に隣り合う上記管状部材の先端部間には、上記抵抗発熱体の脱落を防止するための線状部材が掛け渡され、該線状部材の両端部が上下の上記管状部材の軸孔を通り断熱材中に埋設されて固定されていることを特徴とする。
請求項５に係る発明は、上下方向に配設された複数の上記抵抗発熱体の先端部に位置させて、上記抵抗発熱体の脱落を防止するための支柱が上下方向に設けられていることを特徴とする請求項３記載の熱処理炉。
請求項６に係る発明は、上記管状部材の先端部には、上記抵抗発熱体の脱落を防止するための円環部材が嵌合されていることを特徴とする。
請求項７に係る発明は、上記管状部材は、強制的に冷却するための吹出しノズルとして構成されていることを特徴とする。
請求項８に係る発明は、上記管状部材は、先端側が下降傾斜した状態に設けられていることを特徴とする。
請求項９に係る発明は、被処理体を収容して熱処理するための処理容器を囲繞する筒状の断熱材と、該断熱材の内周面に沿って配置される螺旋状の抵抗発熱体と、断熱材の内周面に軸方向に設けられ抵抗発熱体を所定ピッチで支持する支持体とを備えた熱処理炉の製造方法であって、外側の軸方向に沿って配置された複数の端子板を有する螺旋状の抵抗発熱体と、該抵抗発熱体の内側に位置する基部に抵抗発熱体のピッチ間を通って炉の半径方向外方へ延出する複数の支持片を有し、該支持片の上面部が抵抗発熱体の熱膨張収縮移動時の摩擦抵抗を低減するべく曲面状に形成されている櫛状の支持体と、該支持体を抵抗発熱体の周方向で所定位置に位置決めして軸方向に整列させる治具と、を準備し、該治具を回転させながら治具上に上記支持体を介して上記抵抗発熱体を装着する工程と、
上記抵抗発熱体の外周に上記端子板及び支持体の支持片を避けて濾過材を配置し、該濾過材上に上記抵抗発熱体の軸方向に沿って細径の棒材を周方向に適宜間隔で配置する工程と、
上記抵抗発熱体を断熱材料をなす無機質繊維を含む懸濁液中に浸漬させて抵抗発熱体の内側からの吸引により上記濾過材上に上記断熱材料を堆積させる工程と、
上記濾過材上に堆積した断熱材料を乾燥させ断熱材を形成する工程と、乾燥後に上記断熱材と上記濾過材との間から上記棒材を抜き取り、更に上記断熱材と上記抵抗発熱体との間から上記濾過材を抜き取る工程と、
上記治具を上記支持体から除去する工程と、を含むことを特徴とする。
上記抵抗発熱体の外周に上記端子板及び支持体の支持片を避けて濾過材を配置し、該濾過材上に上記抵抗発熱体の軸方向に沿って細径の棒材を周方向に適宜間隔で配置する工程と、
上記抵抗発熱体を断熱材料をなす無機質繊維を含む懸濁液中に浸漬させて抵抗発熱体の内側からの吸引により上記濾過材上に上記断熱材料を堆積させる工程と、
上記濾過材上に堆積した断熱材料を乾燥させ断熱材を形成する工程と、乾燥後に上記断熱材と上記濾過材との間から上記棒材を抜き取り、更に上記断熱材と上記抵抗発熱体との間から上記濾過材を抜き取る工程と、
上記治具を上記支持体から除去する工程と、を含むことを特徴とする。
請求項１０に係る発明は、被処理体を収容して熱処理するための処理容器を囲繞する筒状の断熱材と、該断熱材の内周面に沿って配置される螺旋状の抵抗発熱体と、断熱材の内周面に軸方向に設けられ抵抗発熱体を所定ピッチで支持する支持体とを備えた熱処理炉の製造方法であって、外側の軸方向に沿って配置された複数の端子板を有する螺旋状の抵抗発熱体と、該抵抗発熱体のピッチ間を通って炉の半径方向へ配置される管状部材から成る支持体と、該支持体を抵抗発熱体の周方向で所定位置に位置決めして軸方向に整列させる治具と、を準備し、該治具を回転させながら治具上に上記支持体を介して上記抵抗発熱体を装着する工程と、
上記抵抗発熱体の外周に上記端子板及び支持体の支持片を避けて濾過材を配置し、該濾過材上に上記抵抗発熱体の軸方向に沿って細径の棒材を周方向に適宜間隔で配置する工程と、
上記抵抗発熱体を断熱材料をなす無機質繊維を含む懸濁液中に浸漬させて抵抗発熱体の内側からの吸引により上記濾過材上に上記断熱材料を堆積させる工程と、
上記濾過材上に堆積した断熱材料を乾燥させて断熱材を形成する工程と、乾燥後に上記断熱材と上記濾過材との間から上記棒材を抜き取り、更に上記断熱材と上記抵抗発熱体との間から上記濾過材を抜き取る工程と、
上記治具を上記支持体から除去する工程と、を含むことを特徴とする。
上記抵抗発熱体の外周に上記端子板及び支持体の支持片を避けて濾過材を配置し、該濾過材上に上記抵抗発熱体の軸方向に沿って細径の棒材を周方向に適宜間隔で配置する工程と、
上記抵抗発熱体を断熱材料をなす無機質繊維を含む懸濁液中に浸漬させて抵抗発熱体の内側からの吸引により上記濾過材上に上記断熱材料を堆積させる工程と、
上記濾過材上に堆積した断熱材料を乾燥させて断熱材を形成する工程と、乾燥後に上記断熱材と上記濾過材との間から上記棒材を抜き取り、更に上記断熱材と上記抵抗発熱体との間から上記濾過材を抜き取る工程と、
上記治具を上記支持体から除去する工程と、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、抵抗発熱体の熱膨張収縮時の支持体と抵抗発熱体との間の摩擦抵抗が低減されるため、抵抗発熱体の残留応力による永久歪の発生を抑制することができ、耐久性の向上が図れる。
以下に、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を基に詳述する。図１は本発明の熱処理炉の実施の形態を概略的に示す縦断面図、図２は同熱処理炉の一部を示す斜視図、図３は同熱処理炉の部分的横断面図、図４は同熱処理炉の部分的縦断面図である。
図１において、１は半導体製造装置の一つである縦型の熱処理装置であり、この熱処理装置１は、被処理体である例えば半導体ウエハｗを一度に多数枚収容して酸化、拡散、減圧ＣＶＤ等の熱処理を施すことができる縦型の熱処理炉２を備えている。この熱処理炉２は、ウエハｗを多段に収容して所定の熱処理を行うための処理容器（反応管ともいう）３と、該処理容器３を囲繞する筒状の断熱材４と、該断熱材４の内周面に沿って配置される螺旋状の抵抗発熱体（ヒータ線ともいう）５とを主に備えている。断熱材４と抵抗発熱体５によりヒータ（加熱装置）６が構成されている。なお、後述する熱処理炉２の製造方法においては、特にヒータ６の製造方法について説明している。
上記熱処理装置１は、ヒータ６を設置するためのベースプレート７を備えている。このベースプレート７には処理容器３を下方から上方に挿入するための開口部８が形成されており、この開口部８にはベースプレート７と処理容器３との間の隙間を覆うように図示しない断熱材が設けられている。
上記処理容器３は、プロセスチューブとも称し、石英製で、上端が閉塞され、下端が開口された縦長の円筒状に形成されている。処理容器３の開口端には外向きのフランジ３ａが形成され、該フランジ３ａが図示しないフランジ押えを介して上記ベースプレート７に支持されている。図示例の処理容器３は、下側部に処理ガスや不活性ガス等を処理容器３内に導入する導入ポート（導入口）９及び処理容器３内のガスを排気するための図示しない排気ポート（排気口）が設けられている。導入ポート９にはガス供給源が接続され、排気ポートには例えば１０〜１０−８Ｔｏｒｒ程度に減圧制御が可能な真空ポンプを備えた排気系が接続されている。
処理容器３の下方には、処理容器３の下端開口部（炉口）を閉塞する上下方向に開閉可能な蓋体１０が図示しない昇降機構により昇降移動可能に設けられている。この蓋体１０の上部には、炉口の保温手段である例えば保温筒１１が載置され、該保温筒１１の上部には例えば直径が３００ｍｍのウエハｗを多数枚例えば１００〜１５０枚程度上下方向に所定の間隔で搭載する保持具である石英製のボート１２が載置されている。蓋体１０には、ボート１２をその軸心回りに回転する回転機構５３が設けられている。ボート１２は、蓋体１０の下降移動により処理容器３内から下方のローディングエリア内に搬出（アンロード）され、ウエハｗの移替え後、蓋体１０の上昇移動により処理容器３内に搬入（ロード）される。
図５は支持体を示す斜視図、図６は支持片の断面形状を説明する説明図である。上記ヒータ６は、図２〜図４、図９〜図１１に示すように、円筒状の断熱材４と、該断熱材４の内周に沿って配置される螺旋状の抵抗発熱体（エレメント）５と、上記断熱材４の内周面に軸方向に設けられ上記抵抗発熱体５を所定ピッチで支持する支持体１３と、抵抗発熱体５の外側に軸方向に適宜間隔で配置され断熱材４を径方向に貫通して外部に延出された複数の端子板１４とを備えている。また、ヒータ６は、図９ないし図１０に示すように抵抗発熱体５の外側に適宜間隔で配置され断熱材４中に固定される複数の固定板１５を備えている。抵抗発熱体５は、例えば鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）およびアルミニウム（Ａｌ）の合金線であるカンタル線からなっている。この抵抗発熱体５の太さは、熱処理炉２の仕様によっても異なるが、例えば直径が３．５ｍｍ程度のもの或いは８．５ｍｍ程度のものが用いられる。
鉛直方向に配置された螺旋状の抵抗発熱体５は、ゾーン毎に端子板１４を介して断熱材４に固定されていると共に、櫛状の支持体１３を介して熱膨張および熱収縮可能に支持されているため、この状態のままでは、クリープや熱膨張等による伸びを生じた場合、その伸びが重力によって各ゾーンの下側へ累積する傾向がある。そこで、抵抗発熱体５のクリープや熱膨張等による伸びの重力による各ゾーン下側への累積を防止するために、上記抵抗発熱体５は、適宜ターン毎に又は各ゾーンのターン数を複数に分割する分割点に固定板１５が取付けられ、これら固定板１５および端子板１４により上記断熱材４に固定されている。固定板１５は、例えば図８に示すように、隣り合う端子板１４間のターン上に適宜に取付けられる。
上記抵抗発熱体５は、上記断熱材４の内壁面に沿って、断熱材４と接触しない所定の巻径および所定のピッチで螺旋状に形成されている。この螺旋状の抵抗発熱体５には、上記断熱材４を貫通して外部に延出された電極接続用の端子板１４が断熱材４の軸方向に適宜間隔で設けられており、熱処理炉２内である処理容器３内を上下方向に複数のゾーンに分けて温度制御ができるように構成されている。この端子板１４は抵抗発熱体５と同じ材質からなり、溶断防止と放熱量の抑制の観点から所要断面積の板状に形成されている。
端子板１４を取付けるために、上記抵抗発熱体５は、中間位置において端子板１４の取付部分で切断され、その切断された両端部５ａが断熱材４の半径方向外方に折り曲げられ、その折り曲げられた両端部５ａが端子板１４の両面に溶接で固定されている。特に、溶接接合部への応力集中を緩和するために、上記抵抗発熱体５の切断された両端部５ａの折り曲げ部１６はＲ曲げ加工とされている。
上記固定板１５は、端子板１４と同材質で例えば同一断面形状であり、且つ端子板１４よりも長さが短く形成されており、断熱材中に埋設され（埋め込まれ）、外部に突出していない。固定板１５は抵抗発熱体５に端子板１４と同一取付構造で取付けられている。すなわち、固定板１５を取付けるために、上記抵抗発熱体５は、中間位置において固定板１５の取付部分で切断され、その切断された両端部５ａが断熱材４の半径方向外方に折り曲げられ、その折り曲げられた両端部５ａが固定板１５の両面に溶接で固定され、その折り曲げ部１６がＲ曲げ加工とされている。なお、固定板（固定手段）の他の例を図１９に示す。図１９（ａ）は抵抗発熱体の外周に丸棒状もしくは角棒状の固定部材１５を設けた例を示し、図１９（ｂ）は抵抗発熱体の外周に平板状の固定板１５を設けた例を示し、図１９（ｃ）は抵抗発熱体の外周に丸棒状の固定部材１５を設けると共に該固定部材１５を摺動可能に支持する円筒状の受け部材５９を設けた例を示している。また、図１９（ｄ）は抵抗発熱体５の支持体１３よりも上流側に棒状の固定部材１５を設けた例を示し、図１９（ｅ）は抵抗発熱体５の支持体１３よりも上流側及び下流側に棒状の固定部材１５をそれぞれ設けた例を示している（固定部材の向きは図示例のように炉心方向もしくは上方又は下方である）。
上記抵抗発熱体５は、耐熱性および電気絶縁性を有する材料例えばセラミックからなる支持体１３を介して円筒状の断熱材４の内側に所定熱量を確保できる配列ピッチおよび断熱材４の内壁面から所定の隙間ｓを隔てた状態で、熱膨張および熱収縮可能に取付けられている。この支持体１３は、断熱材４の軸方向に複数に分割されており、各支持体１３は、図５にも示すように、抵抗発熱体５の内側に位置される基部１７に抵抗発熱体５の隣り合うピッチ間を通って径方向外方へ延出する複数本の支持片１８を櫛歯状に一体形成してなり、隣り合う支持片１８間の溝１９に挿入して抵抗発熱体５を熱膨張および熱収縮可能（螺旋の半径方向および周方向へ移動可能）に所定のピッチで緩く支持するようになっている。
上記支持体１３は、支持片１８の先端部を断熱材４中に埋設することにより、断熱材４の内側に取付けられている。この場合、支持体１３が断熱材４から抜けないように取付強度の向上を図るために、支持片１８の先端部は適宜長く形成されていると共に先端部には拡大部ないし突起部２０が形成されていることが好ましい。支持体１３は、支持片１８の先端部を断熱材４に埋設させた状態で断熱材４の軸方向に沿って直列に配置されると共に、周方向に所定の間隔例えば３０度の間隔で配置されている。
上記支持体１３における各支持片１８の上面部は、図６に示すように抵抗発熱体５の熱膨張収縮移動時の摩擦抵抗を低減するべく曲面状もしくは面取りした形状に形成されている。この曲面状に形成された部分（上部曲面部）として符号４９で示す。具体的には、各支持片１８は、断面方形に形成され、上記抵抗発熱体５が螺旋状に傾斜した状態で接する支持片１８の上面部における少なくとも一方（例えば抵抗発熱体５が左から右下がりに傾斜している場合、右側）の角部が上部曲面部４９として曲面状に形成されていることが好ましい。なお、図６において、右側の角部だけでなく、左側の角部５０も曲面状に形成されていてもよく、或いは図７に示すように支持片１８の上面部全体が曲面状に形成されていることが好ましい。または、図２０（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように支持片１３は、上面だけでなく、下面もＲ形状もしくは曲面形状であることが更に好ましい。上記上部曲面部４９は、セラミックの焼成前には成形型により、セラミックの焼成後には切削加工により形成される。
断熱材４の形状を保持すると共に断熱材４を補強するために、図１に示すように、断熱材４の外周は金属製例えばステンレス製の外皮（アウターシェル）２１で覆われている。また、ヒータ外部への熱影響を抑制するために、外皮２１の外周は水冷ジャケット２２で覆われている。断熱材４の頂部にはこれを覆う上部断熱材２３が設けられ、この上部断熱材２３の上部には外皮２１の頂部（上端部）を覆うステンレス製の天板２４が設けられている。
熱処理後にウエハを急速降温させて処理の迅速化ないしスループットの向上を図るために、ヒータ６にはヒータ６と処理容器３との間の空間２５内の雰囲気を外部に排出する排熱系２６と、上記空間２５内に冷却流体（例えば空気）を導入して強制的に冷却する冷却手段２７とが設けられている。上記排熱系２６は、例えばヒータ６の上部に設けられた排気口２８と、該排気口２８と図示しない工場排気系とを結ぶ図示しない排熱管とから主に構成されている。排熱管には図示しない排気ブロワ及び熱交換器が設けられている。
上記冷却手段２７は、上記断熱材４と外皮２１の間に高さ方向に複数形成された環状流路２９と、各環状流路２９から断熱材４の中心方向又は中心斜め方向へ冷却流体を吹き出して上記空間２５に空気流又は空間２５の周方向に旋回流を生じさせるべく断熱材４に設けられた吹出し孔３０とを有している。上記環状流路２９は、断熱材４の外周に帯状又は環状の断熱材３１を貼り付けるか、或いは断熱材４の外周を環状に削ることにより形成されている。
上記外皮２１の外面には、各環状流路２９に冷却流体を分配供給するための共通の１本の図示しない供給ダクトが高さ方向に沿って設けられ、外皮２１には供給ダクト内と各環状流路２９とを連通する連通口が形成されている。供給ダクトにはクリーンルーム内の空気を冷却流体として吸引し、圧送供給する図示しない冷却流体供給源（例えば送風機）が開閉バルブを介して接続されている。
以上のように構成された熱処理炉２によれば、上記支持体１３は抵抗発熱体５の内側に位置する基部１７と、該基部１７から抵抗発熱体５のピッチ間を通って炉の半径方向外方へ延出する複数の支持片１８とを有するように櫛状に形成され、該支持片１８の上面部（抵抗発熱体５が螺旋状に傾斜した状態で接する支持片１８の上面部における少なくとも一方の角部）が抵抗発熱体５の熱膨張収縮移動時の摩擦抵抗を低減するべく曲面状に形成（Ｒ加工）されているため、抵抗発熱体５の熱膨張収縮時の支持体１３と抵抗発熱体５との間の摩擦抵抗が低減され、抵抗発熱体５の残留応力による永久歪の発生を抑制し、耐久性の向上を図る。特に、抵抗発熱体５の加熱・熱膨張後の冷却・熱収縮の際に、支持体１３と抵抗発熱体５との間の摩擦抵抗によって抵抗発熱体５に残留応力による永久伸びが助長されるのを抑制でき、耐久性の向上を図る。
また、上記熱処理炉２によれば、抵抗発熱体５の外側に適宜間隔で配置され断熱材中に固定される複数の固定板１５を備え、該固定板１５は抵抗発熱体５に端子板１４と同一取付構造で取付けられているため、固定板１５の接合部の温度上昇及び応力集中を抑制できると共に固定板１５が断熱材４から抜け難く保持性に優れ、抵抗発熱体５を含む熱処理炉２の耐久性の向上が図れる。抵抗発熱体５が適宜ターン毎に固定板１５により上記支持体１３および端子板１４とは別に上記断熱材４に固定されているため、抵抗発熱体５のクリープや熱膨張等による伸びが一端側へ累積する現象を防止することが可能となる。従って、抵抗発熱体５の一端側の巻径が増大して断熱材４の内周面と接触することがなくなるため、抵抗発熱体５の座屈等の変形や破断が発生することがなくなり、抵抗発熱体５の耐久性の向上が図れる。
図１１は支持体の他の例を概略的に示す断面図である。図１１の実施形態において、図４の実施形態と同一部分は同一符号を付して説明を省略する。図１１の実施形態において、支持体１３は断熱材４に一端が埋め込まれ、他端が径方向内方へ水平ないし略水平に突出された複数本の管状部材（パイプ）５１から成り、該管状部材５１の曲面状の上面部（上部曲面部４９）に上記抵抗発熱体５が載置されて支持されている。この管状部材５１は、セラミック製であり、断熱材４中に埋設される一端（基端部）には断熱材４から管状部材５１が引き抜けるのを防止するための拡径部５２が形成されていることが好ましい。この拡径部５２は、例えば管状部材５１の一端に該管状部材５１よりも一回り大きい円環部材５３を嵌合して設けることにより形成されている。
上記管状部材５１の熱容量を小さくして迅速な昇降温を可能とするために、管状部材５１の中空部である軸孔５４には断熱材が充填されていないことが好ましい。また、上下に隣り合う上記管状部材５１の先端部間には、上記抵抗発熱体５の脱落を防止するための手段（ストッパー）として線状部材５５が掛け渡され、該線状部材５５の両端部５５ａが上下の上記管状部材５１の軸孔５４を通り断熱材４中に埋設されて固定されていることが好ましい。線状部材５５の材質とてしては、例えば抵抗発熱体５と同じ材質が好ましい。なお、抵抗発熱体５の脱落を防止する手段としては、図１３に示すように上下の管状部材５１の先端部に跨るように支柱５６を上下方向に立設してもよく、或いは図１４に示すように各管状部材５１の先端部に円環部材５７を嵌合して設けてもよい。
このように構成された管状部材５１を有する熱処理炉２によれば、上記支持体１３は断熱材４に一端が埋め込まれ、他端が径方向内方へ突出された複数本の管状部材５１から成り、該管状部材５１の曲面状の上面部に上記抵抗発熱体５が支持されているため、抵抗発熱体５の熱膨張収縮時の支持体１３と抵抗発熱体５との間の摩擦抵抗が低減され、抵抗発熱体５の残留応力による永久歪の発生を抑制でき、耐久性の向上を図る。
なお、上記管状部材５１としては、図１５に示すように冷却流体例えば室温の空気を吹き出して熱処理炉２内を強制的に冷却するための吹出しノズルとして構成されていてもよい。すなわち、管状部材５１の軸孔５４が冷却流体を吹き出すための吹出し孔３０になっている。管状部材５１の一端は断熱材４を貫通して環状流路２９と連通されている。このように構成された管状部材５１を有する熱処理炉によれば、管状部材５１を利用して強制空冷を行うことができるため、別途吹出し孔を設ける必要がなく、構造の簡素化が図れると共に、上記管状部材５１が上下の抵抗発熱体５，５間を貫通しているため、冷却流体を抵抗発熱体５に邪魔されずに処理容器３に効果的に吹付けることができる。
図１６は支持体の他の例を概略的に示す断面図である。図１６の実施形態において、上記実施形態と同一部分は同一符号を付して説明を省略する。図１６の実施形態に係る熱処理炉のヒータの支持体１３を構成する管状部材５１は、先端側が下降傾斜した状態に設けられている。管状部材５１の傾斜角度θとしては、５〜２０°程度が好ましい。このように管状部材５１を先端側が下降傾斜するように配置することにより、螺旋状の抵抗発熱体５が冷却時に収縮する際に管状部材５１の傾斜した上面に沿って滑りつつ半径方向内方に容易に縮径移動することができ、熱収縮時の引張応力を低減し、抵抗発熱体５の永久伸びを抑制することができ、耐久性の更なる向上が図れる。なお、本実施形態の熱処理炉のヒータにおいても、図１２（抵抗発熱体の脱落防止用の線状部材を有する構成）、図１３（抵抗発熱体の脱落防止用の支柱を有する構成）、図１４（抵抗発熱体の脱落防止用の円環部材を有する構成）、或いは図１５（強制冷却用の吹出しノズルとしての構成）に示すように構成されていてもよい。
次に、上記熱処理炉２具体的にはヒータ６の製造方法の一例について図１７，図１８を用いて説明する。図１７は本発明を適用した熱処理炉の製造方法において用いられる治具の構成を説明するための斜視図、図１８は本発明の熱処理炉の製造方法において濾過材上に断熱材を堆積させる工程を説明するための模式図である。
先ず、予め螺旋状に成型されると共に端子板１４および固定板１５が設けられた抵抗発熱体５と、この抵抗発熱体５を支持するための支持体１３と、この支持体１３を支持するためのドラム状の治具３２とを準備する。支持体１３は、複数の支持片１８を有する櫛状とされ、各支持片１８の上面部が抵抗発熱体５の熱膨張収縮移動時の摩擦抵抗を低減するべく曲面状に形成されている。なお、支持体１３としては、抵抗発熱体５のピッチ間を通って炉の半径方向へ配置される管状部材５１から成っていてもよい。治具３２は、中空状の支軸３３上に放射状のスポーク３４を介して円環状の基板３５を軸方向に適宜間隔で設け、これら基板３５の外周に外向きに開放した断面Ｕ字状のガイド部材３６を軸方向に基板３５に放射状に設けた溝を用いて掛け渡すと共に周方向に等間隔で配置することにより、ドラム状に形成されている。治具３２のガイド部材３６内に支持体１３が直列に取付けられる。又、支軸３３の周囲には複数の吸引孔３７が設けられている。このように構成された治具３２を回転させながらこの治具３２の上にその一端から螺旋状の抵抗発熱体５を支持体１３の支持片１８間の溝１９又は管状部材間の隙間に通して螺旋状に巻き付けて装着する。
次に、上記治具３２における抵抗発熱体５の外側に上記端子板１４、固定板１５および支持体１３の支持片１８を避けた状態でメッシュ状の濾過材３８を配置し、この濾過材３８上に抵抗発熱体５の軸方向に沿う細径の棒材３９を周方向に適宜間隔で配置する。濾過材３８としては、例えば網目の細かいアルミニウム製のメッシュ等が好適である。また、棒材３９としては、例えば直径１〜２ｍｍ程度のステンレス鋼製の丸棒が好適である。濾過材３８を抵抗発熱体５の外周全面に支持片１８、端子板１４及び固定板１５を避けるようにして、かつ軸方向から抜取可能にして所定の厚さで配置し、その濾過材３８上に棒材３９を配置して糸、ゴム輪で固定する。
この治具３２を断熱材料をなす無機質繊維を含む懸濁液４０中に浸漬させ、治具３２の内側から吸引することにより上記濾過材３８上に断熱材料を堆積させる。この場合、治具３２を回転させることにより、断熱材料の懸濁液４０を攪拌することができると共に、濾過材３８上に均一な厚さで断熱材料を堆積させることができる。この懸濁液４０としては、例えばシリカ、アルミナあるいは珪酸アルミナを含む無機質繊維と、水及びバインダからなるスラリー状のものが用いられる。
治具３２の中空状の支軸３３に吸引ポンプ４１を接続することにより、支軸３３の吸引孔４２を介して抵抗発熱体５の内部を減圧すると、懸濁液４０が濾過材３８の表面に吸い寄せられて濾過材３８を透過しない断熱材料である繊維質成分が濾過材３８上に積層される。なお、濾過材３８を透過した水分並びに繊維質成分は吸引ポンプ４１の吐出パイプ４３を介して回収されるが、再度懸濁液槽４４内に循環させるようにしてもよい。
また、この場合、支軸３３を介して治具３２を回転させることにより、懸濁液槽４４内の懸濁液４０を攪拌することができるとともに、濾過材３８上に均一な厚さで断熱材料を堆積させることができる。尚、この回転操作には、軸受４５に填め込まれた一方の支軸３３と連結されたモータ４６を駆動することにより操作してもよい。その際、懸濁液槽４４と支軸３３との間には、例えば、気密性を有するシール材４７を設け、懸濁液槽４４からの液漏れを防ぐようにするとよい。この工程で、所望の層厚の断熱材４が形成され、支持体１３の支持片１８の先端部および端子板１４及び固定板１５が断熱材４中に埋設される。
次に、上記治具３２を懸濁液４０中から引き上げ、濾過材３８上に堆積した断熱材料を自然或いは強制的に乾燥させることにより、円筒状の断熱材４を得る。乾燥後に、断熱材４と濾過材３８との間から棒材３９を軸方向から抜き取り、さらに断熱材４と抵抗発熱体５との間から濾過材３８を抜き取る。棒材３９は細径で断熱材４との接触面積が小さいため容易に抜き取ることができ、また、棒材３９を抜き取ることで断熱材４と濾過材３８との間に多少の隙間が生じるので、濾過材３８を比較的容易に抜き取ることができる。この濾過材３８を抜き取ることにより、断熱材４と抵抗発熱体５との間には隙間ｓ（濾過材３８と棒材３９の厚さに相当）が形成され、この隙間ｓにより抵抗発熱体５の熱膨張による半径方向外方への変位を許容することができる。
支持体１３を支えている治具３２を断熱材４の軸方向から引き抜くことにより、治具３２を支持体１３から除去する。そして、断熱材４の表面処理等を行うことにより、円筒状の断熱材４の内壁面に支持体１３を介して抵抗発熱体５が設置された状態の熱処理炉２すなわちヒータ６が得られる。
このような工程からなる熱処理炉２の製造方法によれば、抵抗発熱体５の熱膨張収縮時の支持体１３と抵抗発熱体５との間の摩擦抵抗を低減して抵抗発熱体５の残留応力による永久歪の発生を抑制することができ、耐久性の高い熱処理炉２が得られる。また、固定板１５の接合部の温度上昇及び応力集中を抑制できると共に固定板１５が断熱材４から抜け難く保持性に優れ、耐久性の高い抵抗発熱体５を有する熱処理炉２が得られる。また、抵抗発熱体５が予め螺旋状に形成されており、この抵抗発熱体５の内側に位置する基部１７にその抵抗発熱体５のピッチ間を通って半径方向外方へ延出する複数本の支持片１８を形成してなる支持体１３及びこの支持体１３を抵抗発熱体５の周方向で所定位置に位置決めして軸方向に整列させる治具３２を用い、この治具３２を回転させながらこの治具３２上に上記支持体１３を介して抵抗発熱体５を装着するため、抵抗発熱体５を螺旋状に巻き付ける手間が省ける。しかも、支持体１３の複数本の支持片１８又は管状部材によって抵抗発熱体５の配列ピッチが自動的に設定されることから配列の手間も省けるとともに配列ピッチの精度が向上する。
また、本発明では、抵抗発熱体５の外側に断熱材４を設ける場合には、単に懸濁液４０中に浸漬された抵抗発熱体５の内側からの吸引のみで抵抗発熱体５の外側に濾過材３８を介して断熱材料を堆積させることにより断熱材４を抵抗発熱体５の外側に形成することができるので、型枠の組立や離型作業が不要である。しかも、断熱材４は乾燥するだけでよく、焼成工程が不要であることから、短時間で断熱材４を形成することが可能となる。さらに、成形後、抵抗発熱体５と断熱材４との間に介設された濾過材３８を抜取る場合には、濾過材３８と断熱材４との間に介設された棒材３９を抜取ることにより濾過材３８と断熱材４との間に隙間ができること、及び端子板１４の板面が断熱材４の軸方向に配置されていて濾過材３８が端子板１４に引っ掛かり難いことから、濾過材３８を容易に断熱材４から抜取ることが可能となる。以上により熱処理炉３を製造する場合における作業性の向上及び製造時間の短縮が図れるとともに、抵抗発熱体５の配列ピッチの配置精度の向上が図れる。
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の設計変更が可能である。例えば、処理容器としては、導入管部及び排気管部を有する耐熱金属例えばステンレス鋼製の円筒状のマニホールドを下端部に接続してなるものであってもよく、また、二重管構造であってもよい。
ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
２ 熱処理炉
３ 処理容器
４ 断熱材
５ 抵抗発熱体
１３ 支持体
１４ 端子板
１７ 基部
１８ 支持片
３２ 治具
３８ 濾過材
３９ 棒材
４０ 懸濁液
５１ 管状部材
５５ 線状部材
５６ 支柱
５７ 円環部材
２ 熱処理炉
３ 処理容器
４ 断熱材
５ 抵抗発熱体
１３ 支持体
１４ 端子板
１７ 基部
１８ 支持片
３２ 治具
３８ 濾過材
３９ 棒材
４０ 懸濁液
５１ 管状部材
５５ 線状部材
５６ 支柱
５７ 円環部材
Claims (10)
- 被処理体を収容して熱処理するための処理容器を囲繞する筒状の断熱材と、該断熱材の内周面に沿って配置される螺旋状の抵抗発熱体と、上記断熱材の内周面に軸方向に沿って設けられ抵抗発熱体を所定ピッチで支持する支持体と、上記抵抗発熱体の外側に軸方向に適宜間隔で配置され断熱材を径方向に貫通して外部に延出された複数の端子板とを備えた熱処理炉において、上記支持体は抵抗発熱体の内側に位置する基部と、該基部から抵抗発熱体のピッチ間を通って炉の半径方向外方へ延出する複数の支持片とを有するように櫛状に形成され、該支持片の上面部が抵抗発熱体の熱膨張収縮移動時の摩擦抵抗を低減するべく曲面状に形成されていることを特徴とする熱処理炉。
- 上記支持体の各支持片は、断面方形に形成され、上記抵抗発熱体が螺旋状に傾斜した状態で接する支持片の上面部における少なくとも一方の角部が曲面状もしくは面取りした形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱処理炉。
- 被処理体を収容して熱処理するための処理容器を囲繞する筒状の断熱材と、該断熱材の内周面に沿って配置される螺旋状の抵抗発熱体と、上記断熱材の内周面に軸方向に沿って設けられ抵抗発熱体を所定ピッチで支持する支持体と、上記抵抗発熱体の外側に軸方向に適宜間隔で配置され断熱材を径方向に貫通して外部に延出された複数の端子板とを備えた熱処理炉において、上記支持体は断熱材に一端が埋め込まれ、他端が径方向内方へ突出された複数本の管状部材から成り、該管状部材の曲面状の上面部に上記抵抗発熱体が支持されていることを特徴とする熱処理炉。
- 上下に隣り合う上記管状部材の先端部間には、上記抵抗発熱体の脱落を防止するための線状部材が掛け渡され、該線状部材の両端部が上下の上記管状部材の軸孔を通り断熱材中に埋設されて固定されていることを特徴とする請求項３記載の熱処理炉。
- 上下方向に配設された複数の上記抵抗発熱体の先端部に位置させて、上記抵抗発熱体の脱落を防止するための支柱が上下方向に設けられていることを特徴とする請求項３記載の熱処理炉。
- 上記管状部材の先端部には、上記抵抗発熱体の脱落を防止するための円環部材が嵌合されていることを特徴とする請求項３記載の熱処理炉。
- 上記管状部材は、強制的に冷却するための吹出しノズルとして構成されていることを特徴とする請求項３記載の熱処理炉。
- 上記管状部材は、先端側が下降傾斜した状態に設けられていることを特徴とする請求項３記載の熱処理炉。
- 被処理体を収容して熱処理するための処理容器を囲繞する筒状の断熱材と、該断熱材の内周面に沿って配置される螺旋状の抵抗発熱体と、断熱材の内周面に軸方向に設けられ抵抗発熱体を所定ピッチで支持する支持体とを備えた熱処理炉の製造方法であって、外側の軸方向に沿って配置された複数の端子板を有する螺旋状の抵抗発熱体と、該抵抗発熱体の内側に位置する基部に抵抗発熱体のピッチ間を通って炉の半径方向外方へ延出する複数の支持片を有し、該支持片の上面部が抵抗発熱体の熱膨張収縮移動時の摩擦抵抗を低減するべく曲面状に形成されている櫛状の支持体と、該支持体を抵抗発熱体の周方向で所定位置に位置決めして軸方向に整列させる治具と、を準備し、該治具を回転させながら治具上に上記支持体を介して上記抵抗発熱体を装着する工程と、
上記抵抗発熱体の外周に上記端子板及び支持体の支持片を避けて濾過材を配置し、該濾過材上に上記抵抗発熱体の軸方向に沿って細径の棒材を周方向に適宜間隔で配置する工程と、
上記抵抗発熱体を断熱材料をなす無機質繊維を含む懸濁液中に浸漬させて抵抗発熱体の内側からの吸引により上記濾過材上に上記断熱材料を堆積させる工程と、
上記濾過材上に堆積した断熱材料を乾燥させ断熱材を形成する工程と、乾燥後に上記断熱材と上記濾過材との間から上記棒材を抜き取り、更に上記断熱材と上記抵抗発熱体との間から上記濾過材を抜き取る工程と、
上記治具を上記支持体から除去する工程と、を含むことを特徴とする熱処理炉の製造方法。 - 被処理体を収容して熱処理するための処理容器を囲繞する筒状の断熱材と、該断熱材の内周面に沿って配置される螺旋状の抵抗発熱体と、断熱材の内周面に軸方向に設けられ抵抗発熱体を所定ピッチで支持する支持体とを備えた熱処理炉の製造方法であって、外側の軸方向に沿って配置された複数の端子板を有する螺旋状の抵抗発熱体と、該抵抗発熱体のピッチ間を通って炉の半径方向へ配置される管状部材から成る支持体と、該支持体を抵抗発熱体の周方向で所定位置に位置決めして軸方向に整列させる治具と、を準備し、該治具を回転させながら治具上に上記支持体を介して上記抵抗発熱体を装着する工程と、
上記抵抗発熱体の外周に上記端子板及び支持体の支持片を避けて濾過材を配置し、該濾過材上に上記抵抗発熱体の軸方向に沿って細径の棒材を周方向に適宜間隔で配置する工程と、
上記抵抗発熱体を断熱材料をなす無機質繊維を含む懸濁液中に浸漬させて抵抗発熱体の内側からの吸引により上記濾過材上に上記断熱材料を堆積させる工程と、
上記濾過材上に堆積した断熱材料を乾燥させ断熱材を形成する工程と、乾燥後に上記断熱材と上記濾過材との間から上記棒材を抜き取り、更に上記断熱材と上記抵抗発熱体との間から上記濾過材を抜き取る工程と、
上記治具を上記支持体から除去する工程と、を含むことを特徴とする熱処理炉の製造方法。
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