JPH0722137B2 - 半導体基板の熱処理炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本発明は、例えば酸化炉や拡散炉、CVD（chemical vap
or deposition）装置の反応炉等のように、炉芯管内に
収容した半導体基板（以下単に基板と称する）を越熱す
るのに用いられる熱処理炉に関するものである。

《従来技術》 この種の熱処理炉としては従来より、例えば第５図・第
６図に示すものが知られている。

それは基板102を収容する石英ガラス製の反応炉芯管103
と、反応炉芯管103の外周を囲うようにして設けたニク
ロム線ヒータ104と、ニクロム線ヒータ104を螺線溝106
内に埋設支持する断熱性筒体105と、熱断性筒体105に外
嵌した外筒体108とを備えて成る。

なお、符号101はこの熱処理炉全体を表わす。

上記の熱処理炉101は、例えば第７図に示すように炉体
収納ケース125内に複数本が多段に配置・収納され、集
中管理による制御がなされる場合がある。

この図中符号126は炉体収納ケース125の上部に設けられ
たラジエータであり、熱処理炉101の外へ漏れ出た熱は
炉体収納ケース125内を対流上昇してラジエータによっ
て吸熱排除されるようになっている。矢印は炉体収納ケ
ース125内の対流の方向を示している。

《発明が解決しようとする問題点》 しかしながら、上記従来例の熱処理炉は外筒体108の内
側へ断熱材料で形成した筒体105を内嵌収容しているた
め、保温性に優れるがそれゆえに熱の伝達速度が小さ
く、また熱容量が大きいために、熱処理炉を迅速に温度
制御する場合には不都合である。例えば、あらかじめ定
められた熱処理条件に基づき、所定時間内で所定温度へ
昇温し、所定温度で平衡維持し、所定時間内で所定温度
へ降温する等の熱処理工程において、熱容量が大きくて
熱の伝達速度が小さい断熱性筒体105を用いる従来例の
ものでは温度制御における時間的な遅れが極めて大きい
ため、迅速に温度の軌道修正をすることができず、また
降温速度も速くできないからある一定温度以下でないと
基板を炉から取り出すことのできない工程などでは生産
性が低いという問題がある。

上記断熱性筒体105を適宜熱容量の小さい材料や熱の伝
達速度の速い材料に変更すること、例えば断熱材を使用
せずにヒータの周囲を水冷板等で囲む等が考えられる
が、そうすると、熱損失が大幅に増える。これを防ぐた
めにヒータの周囲を熱線反射ミラーのみで構成すると熱
損失は減少するが、第７図のように炉体収納ケース125
内に複数本の熱処理炉101を配置・収容する場合には、
ある熱処理炉から漏れた熱が他の熱処理炉の温度制御を
乱し、温度管理を困難にするという不都合がある。

また、熱線反射ミラーから放出される輻射熱を炉体収納
ケース外に放出させないための断熱材及び対流熱を除去
するとためのラジエータが必要となる。

本発明はこれらの事情に鑑みてなされたもので、炉内の
熱損失を小さく抑えながら、炉外の環境温度に影響を与
えず又影響を受けず、しかも迅速に炉内の温度制御可能
な熱処理炉を提供することをその目的とする。

《問題点を解決するための手段》 本発明は上記目的を達成するものとして以下のように構
成される。

即ち、基板を収容する反応炉芯管と、反応炉芯管を囲う
ように配置したヒータと、反応炉芯管及びヒータを内部
に収容する外筒とを備えて成り、反応炉芯管内に収容し
た基板を加熱処理するように構成した半導体基板の熱処
理炉において、外筒の内側ヒータを囲うようにして内筒
を設け、内筒を熱線反射ミラーに形成し、内筒と外筒と
の間の空間内に内筒を囲うように熱交換式冷却手段を設
けるとともに、当該空間内の空気を排出する強制排気手
段を設け、上記熱交換式冷却手段を複数の冷媒流通管と
冷媒流通管に付設した多数の吸熱用フィンとから構成し
たことを特徴とするものである。

《作 用》 本発明では、上記のように断熱材料を用いることなく、
熱線反射ミラーに形成した内筒で反応炉芯管及びヒータ
を囲つて輻射熱を炉内に閉じ込める。一方、内筒を介し
てその外側すなわち内筒と外筒との間の空間内へ漏れ出
る熱（内筒からの輻射熱、伝導・対流熱）は当該空間内
に設けた熱交換式冷却手段及び強制排気手段で当該空間
内の空気を排出することにより吸熱排除され、外筒から
外部へ漏れ出て炉外の環境温度に及ぼす悪影響や、逆に
炉外の環境温度による悪影響を遮断する。

即ち、熱交換式冷却手段は、複数の冷媒流通管と冷媒流
通管に付設した閉数の吸熱用フィンとから成り、当該空
間内へ漏れ出たほとんどの熱を冷媒流通管と吸熱用フィ
ンとにより吸熱する。

また、内筒と外筒との間の空間内の空気を強制排気手段
で排出することにより、当該空間内を冷却する。つま
り、排気流が冷却風として、冷媒流通管、吸熱用フィ
ン、内筒及び外筒に効果的に作用し、外筒の温度上昇を
も防止する。これにより、熱容量の非常に小さい、熱の
伝達速度の大きい炉が実現し、炉内の加熱と内筒を介し
ての冷却作用とを拮抗可能とし、熱処理工程における温
度制御を迅速ならしめる。

つまり、冷却手段を設けた前記空間は、昇温時降温時を
問わず炉外に対しては熱遮断空間として、又降温時には
炉内冷却空間としても機能する。

さらに、熱処理炉内で熱の除去が完結しているから、炉
体収納ケース側に断熱材やラジエータを必要としない。

《実 施 例》 第１図は一実施例を示す熱処理炉の断面図、第２図は第
１図のII−II線矢視断面図であり、図中符号１は熱処理
炉全体を表わす。

この熱処理炉１は基板２を収容する石英ガラス製の反応
炉芯管３と、反応炉芯管３を囲うように配置したヒータ
４と、反応炉芯管３及びヒータ４を内部に収容し内周面
を熱線反射ミラー６に形成した内筒５と、内筒の外側に
空間７を形成するように外嵌した外筒８と、空間７内に
あつて内筒５を囲うように配置した熱交換冷却手段10と
を具備して成る。

ヒータ４、内部５、冷却手段10及び外筒８はそれぞれ両
端部が一対のフランジ15・15によつて支持され、反応炉
芯管３は両端部が上記一対のフランジ15・15の外側中央
部に固定した吸排気用フランジ20・20によつて支持され
ている。

ヒータ４はニクロム材料製の帯状発熱体4aを螺旋状に巻
きつけたものを４本の支持棒4bで支え、反応炉芯管３の
外周に均熱隙間を形成するように外嵌されている。な
お、ヒータ４は例えばカンタル線（カンタルガデリウス
社製品名）等のようにニクロム線以外の発熱体を用いて
もよい。

内筒５は耐熱性石英ガラスで形成され、その内周面に熱
線反射ミラー６として金（Au）の蒸着膜が被着形成され
ている。

なお、熱線反射ミラー６は、耐熱性石英ガラスの外周面
に被着形成してもよく、また、金（Ao）以外を用いても
よいが、耐熱性を考慮する必要がある。

熱交換式冷却手段10は内筒５を囲うようにして、空間７
内に設けられており、複数の冷媒流通管11と冷媒流通管
11に付設された多数の円環状の吸熱用フィン12aとから
成る。冷媒流通管11は内筒５を囲うように、かつ炉の軸
心と平行をなすように、ドーナツ状に形成した多数の吸
熱用フィン12aを串差し状に貫通し、その両端は一対の
フランジ15・15内に形成された冷媒用ポート16・16に連
通されている。

なお第３図は上記熱交換式冷却手段10の要部拡大斜視図
であり、第４図は吸熱用フィン12bを鍔状に形成した変
形例を示す要部拡大斜視図である。

冷媒用ポート16には冷媒を圧送する冷却ポンプ17が連通
連結され、空間７内へ漏れ出る内筒５からの輻射熱、伝
導・対流熱を熱交換式冷却手段10の吸熱用フィン12a又
は12bで吸熱し、冷媒を介して炉外に排除するように構
成されている。冷媒としては水やその他の液体・冷媒用
ガス等が用いられる。

外筒８の上辺部と下辺部にはそれぞれ上辺及び下辺に沿
つて多数の通気孔8a・8bがあけられており、これらの通
気孔8aは排気用ダクト9a及び吸気用ダクト9bによつて覆
われ、空間内７の空気を強制排気手段18で排除するよう
に構成されている。

反応炉芯管３を支持する吸排気用フランジ20・20にはそ
れぞれ吸気ポート20a及び排気ポート20bが形成されてお
り、炉内温度を常温付近まで急速に昇温させる際にはブ
ロア21により冷却風を送り込んで反応芯管３と内筒５と
の間隙内に流通させることにより炉内の蓄熱ガスを一気
に排出するとともに、ヒータ４及び反応炉芯管３を直接
冷却することにより速冷効果を一層高めるように構成さ
れている。なお、速冷効果をそれほど必要としない熱処
理炉の場合にはかかる吸排気用フランジ20等は必要とせ
ず、前記冷却手段10及び強制排気手段18で十分に降温制
御が可能である。

上記実施例では軸心が水平となるように設置する横型の
熱処理炉について説明したが縦型の熱処理炉についても
同様に本発明を実施し恵ることは云うまでもない。

《発明の効果》 本発明に係る熱処理炉は、前記のように構成され、以下
のような特有の効果を奏する。

イ．熱線反射ミラーにより輻射熱を内筒内に閉じ込め、
冷媒流通管と吸熱用フィンとから成る熱交換式冷却手段
は吸熱作用に優れ、加えて、内筒と外筒との間の空間内
の空気を強制排気手段で排出するようにしたので、当該
空間は炉内に対しては冷却空間として、炉外に対しては
熱遮断空間として機能し、熱容量が小さく、熱の伝達速
度が大きい特徴をもちながらも、炉内の保温性を高める
ことができる。

ロ．上記空間を介して内筒内の加熱と外筒の冷却とを同
時に可能とすることにより、熱処理工程における迅速な
温度制御を可能にすることができる。

ハ．また前記空間は炉外に対しては断熱空間として機能
し、炉外の環境温度を乱したり、逆に炉外の環境温度に
よつて影響を受けることもない。従つて炉体収納ケース
内に複数本の熱処理炉を収容して一括集中管理する場合
には、適正な温度制御が可能となる。

ニ．さらに、熱処理炉内で熱の除去が完結しているか
ら、炉体収納ケース側に断熱材やラジエータを必要とせ
ず構造的にも簡単になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す熱処理炉の断面図、第
２図は第１図のII−II線矢視断面図、第３図及び第４図
はそれぞれ冷却手段の要部拡大斜視図、第５図は従来の
熱処理炉の部分断面図、第６図は第５図をVI−VI線矢視
断面図、第７図は炉体ケース内に複数の熱処理炉を収納
して集中管理する場合の従来例を示す斜視図である。 ２……基板、３……反応炉芯管、４……ヒータ、 ５……内筒、６……熱線反射ミラー、７……空間、 ８……外筒、10……熱交換式冷却手段、11……冷媒流通
管、 12a・12b……吸熱用フィン、18……強制排気手段、 20……吸排気用フランジ、20a……吸気ポート、 20b……排気ポート、21……強制送風手段（ブロア）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板を収容する反応炉芯管と、反応炉芯管
   を囲うように配置したヒータと、反応炉芯管及びヒータ
   を内部に収容する外筒とを備えて成り、反応炉芯管内に
   収容した基板を加熱処理するように構成した半導体基板
   の熱処理炉において、 外筒の内側にヒータを囲うようにして内筒を設け、内筒
   を熱線反射ミラーに形成し、内筒と外筒との間の空間内
   に内筒を囲うように熱交換式冷却手段を設けるととも
   に、当該空間内の空気を排出する強制排気手段を設け、 上記熱交換式冷却手段を複数の冷媒流通管と冷媒流通管
   に付設した多数の吸熱用フィンとから構成したことを特
   徴とする半導体基板の熱処理炉。
2. 【請求項２】前記反応炉芯管と前記内筒の各両端部に一
   対の吸排気用フランジを介装し、一対の吸排気用フラン
   ジの一方に吸気ポートを、他方に排気ポートを形成し、
   前記反応炉芯管と前記内筒の間隙内に冷却風に送風する
   強制送風手段を設けて構成した特許請求の範囲第１項に
   記載した半導体基板の熱処理炉。