KR20080085744A - 열처리로 및 종형 열처리 장치 - Google Patents

Abstract

급속 승강온을 가능하게 하는 동시에 내구성의 향상을 도모할 수 있는 열처리로를 제공한다.

열처리로(2)는 피처리체(w)를 수용하여 열처리하기 위한 처리 용기(3)와, 상기 처리 용기(3)의 외주를 덮도록 설치되고 피처리체(w)를 가열하는 원통 형상의 히터(5)를 구비하고 있다. 상기 히터(5)는, 원통 형상의 단열재(16)와, 상기 단열재(16)의 내주면을 따라 배치된 발열 저항체(18)를 구비하고 있다. 상기 발열 저항체(18)는 파형으로 굽힘 가공되어 산부와 곡부를 갖는 띠 형상체로 이루어진다. 상기 단열재(16)에는, 상기 발열 저항체(18)를 적절한 간격으로 히터의 직경 방향으로 이동 가능하게 보유 지지하는 핀 부재(20)가 설치되어 있다.

열처리로, 피처리체, 히터, 발열 저항체, 단열재

Description

열처리로 및 종형 열처리 장치 {HEAT TREATMENT FURNACE AND VERTICAL HEAT TREATMENT APPARATUS}

본 특허 출원은 2007년 3월 20일에 제출된 일본 특허 출원 제2007-72477호 및 2008년 2월 5일에 제출된 일본 특허 출원 제2008-25113호의 이익을 누린다. 이들 선출원에 있어서의 전체 개시 내용은, 본원에 인용함으로써 본 명세서의 일부가 된다.

본 발명은 열처리로 및 상기 열처리로를 구비한 종형 열처리 장치에 관한 것이다.

반도체 장치의 제조에 있어서는, 피처리체인 반도체 웨이퍼에 산화, 확산, CVD(Chemical Vapor Deposition) 등의 처리를 실시하기 위해, 각종 열처리 장치가 이용되고 있다. 그리고, 그 일반적인 열처리 장치는, 반도체 웨이퍼를 수용하여 열처리하기 위한 처리 용기(반응관)와, 이 처리 용기의 주위를 덮도록 설치되고 처리 용기 내의 웨이퍼를 가열하는 히터(가열 장치)를 포함하는 열처리로를 구비하고 있다. 상기 히터는 원통 형상의 단열재와, 이 단열재의 내주면에 지지체를 통해 설치된 발열 저항체를 포함한다.

상기 발열 저항체로서는, 예를 들어 뱃치 처리가 가능한 열처리 장치의 경우로 말하면, 원통 형상의 단열재의 내벽면을 따라 배치되는 나선형의 히터 엘리먼트(히터선, 발열 저항체라고도 함)가 이용되고, 노(爐) 내를 예를 들어 800 내지 1000 ℃ 정도로 고온으로 가열할 수 있다. 또한, 상기 단열재로서는, 예를 들어 세라믹 파이버 등으로 이루어지는 단열 재료를 원통 형상으로 소성하여 이루어지는 것이 이용되고, 복사열 및 전도열로서 빼앗기는 열량을 감소시켜 효율이 좋은 가열을 조장할 수 있다. 상기 지지체로서는, 예를 들어 세라믹제인 것이 이용되고, 상기 히터 엘리먼트를 열팽창 및 열수축 가능하게 소정의 피치로 지지하도록 되어 있다.

그런데, 상기 열처리로에 있어서는, 상기 히터 엘리먼트가 나선형으로 형성되어 있는 동시에 열팽창 및 열수축 가능하도록 단열재와의 사이에 간극을 두고 지지되어 있다. 그러나, 히터 엘리먼트는 고온하에서 사용되는 것에 의해 크립(creep) 변형을 발생시키고, 그 선 길이는 시간과 함께 서서히 신장되어 간다. 또한, 가열시에 있어서도, 히터 엘리먼트는 열팽창을 일으킨다. 또한, 강온시에는 히터 엘리먼트에 공기를 내뿜어 급속 냉각을 행하는 타입인 것도 있다. 이와 같이 승강온을 반복함으로써 히터 엘리먼트가 변형되어, 인접하는 히터 엘리먼트와 쇼트하여 단선이 발생하는 경우가 있다.

특히, 종형 열처리로의 경우, 승강온에 의한 열팽창과 열수축의 반복에 의해 히터 엘리먼트가 지지체 내에서 이동할 때에 중력에 의해 약간씩 히터 엘리먼트가 하방으로 이동하여, 최하 턴으로 이동분이 축적해 간다. 히터 엘리먼트의 이동의 축적에 의해 권취 직경이 커져, 단열재의 내주면까지 도달하여 외측으로 팽창할 수 없게 된 히터 엘리먼트가 상하로 변형되어, 인접하는 히터 엘리먼트와 쇼트하면 단선이 발생한다.

또한, 이러한 문제를 해소하기 위해 히터 엘리먼트의 크립이나 열팽창 등에 의한 신장의 일단부측으로의 누적을 방지하기 위해, 히터 엘리먼트의 외측부에 노의 반경 방향 외측으로 돌출된 축 형상 등의 고정 부재를 용접으로 장착하고, 이 고정 부재의 선단을 단열재 내에 매립하여 고정하도록 한 것도 제안되어 있다(특허 문헌 1 참조).

[특허 문헌 1] 일본 특허 출원 공개 평10-233277호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 출원 공개 제2005-197074호 공보

그러나, 전술한 바와 같이 단순히 히터 엘리먼트의 외측부에 고정 부재를 용접으로 접합하였을 뿐인 것에서는, 접합부가 고온에 노출될 뿐만 아니라, 발열 저항체의 열팽창 수축에 수반하여 접합부에 응력이 집중되기 쉽다. 이 경우, 내구성의 저하(단수명화)를 초래하는 것이 고려되는 동시에, 고정 부재가 막대축 형상이면, 단열재로부터 빠지기 쉬워 충분한 보유 지지력을 확보하는 것이 어렵다.

웨이퍼의 급속 승강온 처리를 하고자 하는 경우, 급속 승온시에 히터 엘리먼트에 큰 파워를 걸 필요가 있는데, 지금까지의 일반적인 히터 엘리먼트에서는 부하가 지나치게 커 단선되기 쉽기 때문에 큰 파워를 걸 수 없어, 급속 승강온 처리에 한계가 있었다. 또한, 이 문제를 해소하기 위해서는 단선되기 어려운 고가의 히터 엘리먼트를 이용할 필요가 있어, 비용의 증대를 초래하는 문제가 있다.

한편, 히터 엘리먼트의 부하를 저감시켜, 수명 장기화(내구성의 향상)를 도모하기 위해서는, 투입 파워에 대한 히터 엘리먼트 표면적(엘리먼트 표면적)의 비율을 증가시키는 것이 효과적이다. 히터 엘리먼트 표면적을 증가시키면, 히터 표면 온도가 저하되어 히터 엘리먼트의 부하가 저감되기 때문이다. 이른바 스파이럴 타입(나선형)의 히터 엘리먼트에 있어서는, 소정의 공간에 효율적으로 엘리먼트를 배치할 수 있으므로, 부하 저감의 디자인으로서 이용되고 있다. 그러나, 이 스파이럴 타입의 히터 엘리먼트를 이용한 히터 또는 열처리로에 있어서는, 예를 들어 도14에 도시하는 바와 같이 히터 엘리먼트(18)를 고정하기 위해 단열재(16) 내에 히터 엘리먼트(18)를 매립한 구조로 되어 있으므로, 노심(爐心)의 가열 대상물에 대해 단열재(16)를 통한 가열로 되어, 급속으로 승온시키는 것이 곤란하다. 강온시에도 단열재(16)를 통한 히터 엘리먼트(18)의 냉각으로 되고, 또한 단열재(16)의 열용량 증가도 있어 급속 강온도 어렵다. 또한, 히터 엘리먼트(18)의 팽창분의 간극이 확보되어 있지 않으므로, 히터 엘리먼트 자체가 팽창시에 스트레스를 받아 버려, 내구성의 저하를 초래하고 있다.

또한, 히터 엘리먼트로서는, 띠 형상의 발열 저항 부재를 파형으로 성형하여 이루어지는 것이 알려져 있고(특허 문헌 2), 이것도 스파이럴 타입인 것과 마찬가지로 표면적을 증가시키는 것이 가능하지만, 원통 형상의 단열재 내에 설치하는 구조에 있어서 동일한 문제를 갖고 있다.

본 발명은 상기 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 급속 승강온이 가능하고 또한 내구성의 향상 및 비용의 저감이 도모되는 열처리로 및 종형 열처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 피처리체를 수용하여 열처리하기 위한 처리 용기와, 상기 처리 용기의 외주를 덮도록 설치되고 피처리체를 가열하는 원통 형상의 히터를 구비하고, 상기 히터는 원통 형상의 단열재와, 상기 단열재의 내주면을 따라 배치된 발열 저항체를 구비하고, 상기 발열 저항체는 파형으로 굽힘 가공되어 산부와 곡부를 갖는 띠 형상체로 이루어지고, 상기 단열재에 상기 발열 저항체를 적절한 간격으로 히터의 직경 방향으로 이동 가능하게 보유 지지하는 핀 부재를 배치한 것을 특징으로 하는 열처리로이다.

본 발명은, 상기 핀 부재는 발열 저항체의 곡부를 지지하도록, 한 쌍의 다리부를 갖는 역ㄷ자 형상으로 형성되고, 그 각 다리부는 단열재를 내측으로부터 외측으로 관통하고, 외측에서 절곡되어 단열재의 외주면에 계지되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리로이다.

본 발명은, 상기 단열재의 내주면에는 둘레 방향으로 연속된 홈부가 상하 방향으로 적절한 간격으로 복수 형성되고, 이에 의해 상기 발열 저항체의 전부 또는 일부를 수용하는 것을 특징으로 하는 열처리로이다.

본 발명은, 상기 단열재에는, 상하에 인접하는 발열 저항체의 사이에 있어서 내외로 관통하는 강제 공랭(空冷)용 공기 취출 구멍이 둘레 방향으로 적절한 간격으로 복수 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리로이다.

본 발명은, 상기 단열재는 종방향으로 연장되는 분할면을 통해 좌우로 2분할되어 있고, 상기 발열 저항체도 단열재에 대응하여 좌우로 분할되어 있는 동시에, 그 상하에 인접하는 발열 저항체는 당해 발열 저항체와 서로의 단부끼리가 접속판을 개재시켜 접속되고, 상기 접속판이 상기 단열재의 분할면부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리로이다.

본 발명은, 상기 접속판은 상기 단열재의 분할면부에 핀으로 이루어지는 고정 부재에 의해 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리로이다.

본 발명은, 상기 접속판에는 상기 단열재의 외주면에 걸려 고정되는 걸림 고정부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리로이다.

본 발명은, 상기 접속판에는 상기 단열재 내에 들어가 고정되는 고정편이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리로이다.

본 발명은, 상기 단열재에는 상기 발열 저항체의 산부를 보유 지지하는 쓰러짐 방지 핀이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리로이다.

본 발명은, 상기 단열재에는 상기 발열 저항체의 산부의 하부를 하방으로 쓰러지지 않도록 지지하는 쓰러짐 방지판이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리로이다.

본 발명은, 하부가 노구로서 개방되고 피처리체를 수용하여 열처리하기 위한 세로로 긴 처리 용기와, 이 처리 용기의 외주에 설치되고 상기 피처리체를 가열하는 원통 형상의 히터를 갖는 열처리로와, 상기 노구를 폐색하는 덮개체와, 상기 덮개체 상에 적재되고 피처리체를 다단으로 보유 지지하는 보유 지지구와, 상기 덮개체를 승강시켜 덮개체의 개폐와 상기 처리 용기 내로의 보유 지지구의 반입 반출을 행하는 승강 기구를 구비하고, 상기 히터는 원통 형상의 단열재와, 상기 단열재의 내주면에 배치된 발열 저항체를 구비하고, 상기 발열 저항체는 파형으로 굽힘 가공되어 산부와 곡부를 갖는 띠 형상체로 이루어지고, 상기 단열재에, 상기 발열 저항체를 적절한 간격으로 히터의 직경 방향으로 이동 가능하게 보유 지지하는 핀 부재를 배치한 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치이다.

본 발명은, 상기 핀 부재는 발열 저항체의 곡부를 지지하도록, 한 쌍의 다리부를 갖는 역ㄷ자 형상으로 형성되고, 그 각 다리부는 단열재를 내측으로부터 외측으로 관통하고, 외측에서 절곡되어 단열재의 외주면에 계지되어 있는 것을 특징으 로 하는 종형 열처리 장치이다.

본 발명은, 상기 단열재의 내주면에는 둘레 방향으로 연속된 홈부가 상하 방향으로 적절한 간격으로 복수 형성되고, 이에 의해 상기 발열 저항체의 전부 또는 일부를 수용하는 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치이다.

본 발명은, 상기 단열재에는 상하에 인접하는 발열 저항체의 사이에 있어서 내외로 관통하는 강제 공랭용 공기 취출 구멍이 둘레 방향으로 적절한 간격으로 복수 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치이다.

본 발명은, 상기 단열재는 종방향으로 연장되는 분할면을 통해 좌우로 2분할되어 있고, 상기 발열 저항체도 단열재에 대응하여 좌우로 분할되어 있는 동시에, 그 상하에 인접하는 발열 저항체는 당해 발열 저항체와 서로의 단부끼리가 접속판을 개재시켜 접속되고, 상기 접속판이 상기 단열재의 분할면부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치이다.

본 발명은, 상기 접속판은 상기 단열재의 분할면부에 핀으로 이루어지는 고정 부재에 의해 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치이다.

본 발명은, 상기 접속판에는 상기 단열재의 외주면에 걸려 고정되는 걸림 고정부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치이다.

본 발명은, 상기 접속판에는 상기 단열재 내에 들어가 고정되는 고정편이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치이다.

본 발명은, 상기 단열재에는 상기 발열 저항체의 산부를 보유 지지하는 쓰러짐 방지 핀이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치이다.

본 발명은, 상기 단열재에는 상기 발열 저항체의 산부의 하부를 하방으로 쓰러지지 않도록 지지하는 쓰러짐 방지판이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치이다.

본 발명에 따르면, 띠 형상인 것을 파형으로 가공한 발열 저항체를 단열재의 내주면을 따라 노출시킨 상태로 설치하고 있으므로, 급속 승강온이 가능한 동시에 내구성의 향상 및 비용의 저감을 도모할 수 있다.

이하에, 본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태에 대해, 첨부 도면을 기초로 하여 상세하게 서술한다. 도1은 본 발명의 실시 형태인 종형 열처리 장치를 개략적으로 도시하는 종단면도, 도2는 도1의 A부 확대 횡단면도, 도3은 A부 확대 종단면도, 도4는 히터 엘리먼트의 평면도, 도5는 히터 엘리먼트의 측면도이다.

도1에 있어서, 부호 1은 반도체 제조 장치의 하나인 종형의 열처리 장치로, 이 열처리 장치(1)는 피처리체, 예를 들어 반도체 웨이퍼(w)를 한 번에 다수매 수용하여 산화, 확산, 감압 CVD 등의 열처리를 실시할 수 있는 종형의 열처리로(2)를 구비하고 있다. 이 열처리로(2)는, 웨이퍼(w)를 수용하여 열처리하기 위한 처리 용기(반응관이라고도 함)(3)와, 상기 처리 용기(3)의 외주 주위를 덮도록 설치되고 웨이퍼(w)를 가열하는 원통 형상의 히터(가열 장치)(5)를 구비하고 있다.

상기 열처리 장치(1)는, 히터(5)를 설치하기 위한 베이스 플레이트(6)를 구비하고 있다. 이 베이스 플레이트(6)에는 처리 용기(3)를 하방으로부터 상방으로 삽입하기 위한 개구부(7)가 형성되어 있고, 이 개구부(7)에는 베이스 플레이트(6)와 처리 용기(3) 사이의 간극을 덮도록 도시하지 않은 단열재가 설치되어 있다.

상기 처리 용기(3)는 석영제로, 상단이 폐색되고, 하단이 노구(3a)로서 개구 된 세로로 긴 원통 형상으로 형성되어 있다. 처리 용기(3)의 개구단에는 외향의 플랜지(3b)가 형성되고, 상기 플랜지(3b)가 도시하지 않은 플랜지 압박부를 통해 상기 베이스 플레이트(6)에 지지되어 있다. 도시예의 처리 용기(3)는, 하측부에 처리 가스나 불활성 가스 등을 처리 용기(3) 내로 도입하는 도입 포트(도입구)(8) 및 처리 용기(3) 내의 가스를 배기하기 위한 도시하지 않은 배기 포트(배기구)를 갖고 있다. 도입 포트(8)에는 가스 공급원이 접속되고, 배기 포트에는 예를 들어 10 내지 10^-8 Torr 정도로 감압 제어가 가능한 진공 펌프를 구비한 배기계가 접속되어 있다.

처리 용기(3)의 하방에는, 처리 용기(3)의 하단 개구부(노구)(3a)를 폐색하는 상하 방향으로 개폐 가능한 덮개체(10)가 승강 기구(10A)에 의해 승강 이동 가능하게 설치되어 있다. 이 덮개체(10)의 상부에는, 노구의 보온 수단인 예를 들어 보온통(11)이 적재되고, 상기 보온통(11)의 상부에는 예를 들어 직경이 300 ㎜인 웨이퍼(w)를 다수매, 예를 들어 100 내지 150매 정도 상하 방향으로 소정의 간격으로 탑재하는 보유 지지구인 석영제 보트(12)가 적재되어 있다. 덮개체(10)에는, 보트(12)를 그것의 축심 주위로 회전시키는 회전 기구(13)가 설치되어 있다. 보트(12)는, 덮개체(10)의 하강 이동에 의해 처리 용기(3) 내로부터 하방의 로딩 영 역(15) 내로 반출(언로드)되고, 웨이퍼(w)의 교체 후, 덮개체(10)의 상승 이동에 의해 처리 용기(3) 내로 반입(로드)된다.

상기 히터(5)는, 도2 내지 도5에도 도시하는 바와 같이 원통 형상의 단열재(16)와, 상기 단열재(16)의 내주면에 축 방향(도시예에서는 상하 방향)으로 다단으로 형성된 홈 형상의 선반부(17)와, 각 선반부(17)를 따라 배치된 히터 엘리먼트(히터선, 발열 저항체)(18)를 구비하고 있다. 단열재는, 예를 들어 실리카, 알루미나 혹은 규산 알루미나를 포함하는 무기질 섬유로 이루어져 있다. 단열재는, 종방향으로 연장되는 분할면(16a)을 사이에 두고 좌우로 2분할되어 있는 것이 히터 엘리먼트의 부착상 및 히터의 조립상 바람직하다.

히터 엘리먼트(18)는, 파형으로 성형(절곡 가공)된 띠 형상체(18A)로 이루어져 있다. 이 콜게이트 타입(파형)의 히터 엘리먼트(18)는, 예를 들어 철(Fe), 크롬(Cr) 및 알루미늄(Al)의 합금[이른바 칸탈(Kanthal)재]으로 되어 있다. 이 히터 엘리먼트(18)는, 예를 들어 두께가 1 내지 2 ㎜ 정도, 폭이 14 내지 18 ㎜ 정도, 파형 부분의 진폭이 11 내지 15 ㎜ 정도, 파형 부분의 피치(p)가 28 내지 32 ㎜ 정도로 되어 있다. 또한, 히터 엘리먼트(18)의 파형 부분의 꼭지각(θ)은 90도 정도로 되고, 각 꼭지점부(볼록부 또는 산부라고도 함)(18a)는 R 굽힘 가공이 실시되어 있다. 이에 의해, 단열재(16)의 선반부(17) 상에 있어서 히터 엘리먼트(18)의 둘레 방향의 어느 정도의 이동을 허용할 수 있는 동시에 굴곡부의 강도의 향상이 도모된다.

상기 단열재(16)에는 상기 히터 엘리먼트(18)를 적절한 간격으로 직경 방향 으로 이동 가능하도록, 또한 선반부(17)로부터 탈락 또는 탈출하지 않도록 보유 지지하는 핀 부재(20)가 배치되어 있다. 상기 원통 형상의 단열재(16)의 내주면에는 이것과 동심의 고리 형상의 홈부(21)가 축 방향으로 소정 피치로 다단으로 형성되고, 인접하는 상부의 홈부(21)와 하부의 홈부(21) 사이에 둘레 방향으로 연속된 고리 형상의 상기 선반부(17)가 형성되어 있다. 상기 홈부(21)에 있어서의 히터 엘리먼트(18)의 상부와 하부 및 홈부(21)의 안쪽 벽(21a)과 히터 엘리먼트(18) 사이에는 히터 엘리먼트(18)의 열팽창 수축 및 직경 방향의 이동을 허용할 수 있는 충분한 간극이 형성되어 있고, 또한 이들 간극에 의해 강제 공랭시의 냉각 공기가 히터 엘리먼트(18)의 배면으로 침투하여, 히터 엘리먼트(18)를 효과적으로 냉각할 수 있도록 되어 있다.

상기 핀 부재(20)는 히터 엘리먼트(18)의 내주면의 곡부(18b)를 기부(基部)(20a)로 지지하기 위해 한 쌍의 다리부(20b)를 포함하는 동시에 측면 역ㄷ자 형상으로 형성되고, 그 양 다리부(20b)가 단열재(16)를 내측으로부터 외측으로 관통한다. 상기 양 다리부(20b)의 단부(20c)가 서로 이격하는 방향으로 절곡되어 단열재(16)의 외주면에 계지되어 있다. 핀 부재(20)는 히터 엘리먼트(18)와 동일한 재질인 것이 바람직하다. 또한, 히터 엘리먼트(18)는, 도3에 도시하는 바와 같이 직경 방향의 외측 대략 절반이 홈부(21) 내에 수용되어 있고, 직경 방향의 내측 대략 절반이 홈부(21) 밖으로 노출되어 있는 것이 바람직하다.

상기 히터 엘리먼트(18)는, 종래의 히터 엘리먼트와 같이 상하 방향으로 나선형으로 연속되어 있는 것은 아니며, 도2 내지 도3에 도시하는 바와 같이 각 단의 선반부(17) 상에 배치되고, 각 단에서 종결되어 있다. 이로 인해, 히터 엘리먼트(18)가 자중에 의해 하방으로 이동하여 축적(집적)되는 것과 같은 일은 없다. 또한, 히터 엘리먼트(18)는, 도5에 도시하는 바와 같이 인접하는 상부단과 하부단 사이에서 걸쳐져(접속되어), 복수단(도시예에서는 7단)째로 직렬로 접속되어 있는 동시에 복수단째의 각 그룹의 최하단의 시단부(18e)와 최상단의 종단부(18r)에 전극 접속용 단자판(22)이 각각 접속되어 있다. 이에 의해, 히터(5)는 열처리로(2) 내를 상하 방향으로 복수의 존(zone)으로 나누어 온도 제어를 할 수 있도록 구성되어 있다.

히터 엘리먼트(18)는, 단열재(16)의 선반부(17) 내지 홈부(21)를 따라 고리 형상으로 배치되어 있어도 좋지만, 분할면(16a)을 따라 2분할된 단열재(16)에 대응하여 도4에 도시하는 바와 같이 절반 분할 형상(원호 형상)으로 형성되는 것이 부착상 바람직하다. 히터 엘리먼트(18)의 접속(결선) 패턴으로서는, 예를 들어 도4 내지 도5에 도시하는 것이 고려된다. 이 접속 패턴에 있어서는, 각 단의 히터 엘리먼트(18)의 양단부(18e, 18f, 18g … 18r)가 직경 방향 외측으로 돌출하도록 절곡되어 있고, 1단째(최하단) 시단부(우측 단부)(18e)와, 최상단의 종단부(좌측 단부)(18r)에 단자판(22, 22)이 각각 접합되어 있다. 그리고, 상하에 인접하는 발열 저항체(18)를 직렬로 접속하기 위해 단부끼리, 예를 들어 1단째의 종단부(18f)와 2단째의 시단부(18g)가 접속판(23)을 개재시켜 접속되고, 2단째의 종단부(18h)와 3단째의 시단부(18i)가 접속판(23)을 개재시켜 접속된다고 하는 식으로 차례로 접속되어 있다. 이 접속판(23)은 단열재(16)의 분할면(16a)에 위치하고 있다.

히터 엘리먼트(18)의 단부와 접속판(23)은 용접으로 접합되어 있다. 상기 단자판(22)은 단열재(16)를 직경 방향으로 관통하도록 설치되어 있다. 상기 접속판(23)은, 히터 엘리먼트(18)의 단부와의 용접부가 고온에 노출되는 것을 방지하기 위해 단열재(16) 내에 매설되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 히터 엘리먼트(18)의 접속 패턴으로서는 상기 이외의 것도 적용 가능하다. 상기 단자판(22) 및 접속판(23)은 히터 엘리먼트(18)와 동일한 재질로 이루어지고, 용단 방지와 방열량 억제의 관점에서 소요 단면적의 판 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

단열재(16)의 형상을 유지하는 동시에 단열재(16)를 보강하기 위해, 도1에 도시하는 바와 같이 단열재(16)의 외주면은 금속제, 예를 들어 스테인리스제 외피(outer shell)(28)로 덮여 있다. 또한, 히터 외부로의 열영향을 억제하기 위해, 외피(28)의 외주면은 수랭(水冷) 재킷(30)으로 덮여 있다. 단열재(16)의 정상부에는 이것을 덮는 상부 단열재(31)가 설치되고, 이 상부 단열재(31)의 상부에는 외피(28)의 정상부(상단부)를 덮는 스테인리스제 천장판(32)이 설치되어 있다.

열처리 후에 웨이퍼를 급속 강온시켜 처리의 신속화 내지 스루풋의 향상을 도모하기 위해, 히터(5)에는 히터(5)와 처리 용기(3) 사이의 공간(33) 내의 분위기를 외부로 배출하는 배열계(35)와, 상기 공간(33) 내에 상온(20 내지 30 ℃)의 공기를 도입하여 강제적으로 냉각하는 강제 공랭 수단(36)이 설치되어 있다. 상기 배열계(35)는, 예를 들어 히터(5)의 상부에 마련된 배기구(37)와, 상기 배기구(37)와 도시하지 않은 공장 배기계를 연결하는 도시하지 않은 배열관으로 주로 구성되어 있다. 배열관에는 도시하지 않은 배기 블로워 및 열교환기가 설치되어 있다.

상기 강제 공랭 수단(36)은, 상기 단열재(16)와 외피(28) 사이에 높이 방향으로 복수 형성된 고리 형상 유로(38)와, 각 고리 형상 유로(38)로부터 단열재(16)의 중심 경사 방향으로 공기를 취출하여 상기 공간(33)의 둘레 방향으로 선회류를 발생시키기 위해 단열재(16)에 마련된 강제 공랭용 공기 취출 구멍(40)을 갖고 있다. 상기 고리 형상 유로(38)는, 단열재(16)의 외주면에 띠 형상 또는 고리 형상의 단열재(41)를 부착하거나, 혹은 단열재(16)의 외주면을 고리 형상으로 깎음으로써 형성되어 있다. 상기 공기 취출 구멍(40)은, 도6의 (a) 및 도6의 (b)에 도시하는 바와 같이 단열재(16)에 있어서의 상하에 인접하는 히터 엘리먼트(18)의 사이에 있는 선반부(17)에 이것을 직경 방향의 내외로 관통하도록 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 공기 취출 구멍(40)을 선반부(17)에 마련함으로써, 히터 엘리먼트에 방해되지 않고 공기를 상기 공간(33)으로 분출할 수 있다.

상기 외피(28)의 외주면에는 각 고리 형상 유로(38)에 냉각 유체를 분배 공급하기 위한 공통된 1개의 도시하지 않은 공급 덕트가 높이 방향을 따라 설치되고, 외피(28)에는 공급 덕트 내부와 각 고리 형상 유로(38)를 연통하는 연통구가 형성되어 있다. 공급 덕트에는 클린룸 내의 공기를 냉각 유체로서 흡인하여, 압송 공급하는 도시하지 않은 냉각 유체 공급원(예를 들어, 송풍기)이 개폐 밸브를 통해 접속되어 있다.

이상과 같이 구성된 열처리로(2) 내지 종형 열처리 장치(1)에 따르면, 웨이퍼(w)를 수용하여 열처리하기 위한 처리 용기(3)와, 상기 처리 용기(3)의 주위를 덮도록 설치되고 웨이퍼(w)를 가열하는 원통 형상의 히터(5)를 구비하고 있다. 상 기 히터(5)는, 원통 형상의 단열재(16)와, 상기 단열재(16)의 내주면에 축 방향으로 다단으로 형성된 홈 형상의 선반부(17)와, 각 선반부(17)를 따라 배치된 히터 엘리먼트(18)를 구비하고 있다. 상기 히터 엘리먼트(18)는 띠 형상인 것을 파형으로 성형하여 이루어지고, 상기 단열재(16)에는 상기 히터 엘리먼트(18)를 적절한 간격으로 히터(5)의 직경 방향으로 이동 가능하도록, 또한 선반부(17)로부터 탈락하지 않도록 보유 지지하는 핀 부재(20)가 배치되어 있다. 이로 인해, 단열재(16)의 내주면의 각 단의 선반부(17)에 콜게이트 타입의 히터 엘리먼트(18)를 노출시킨 상태로 설치할 수 있어, 급속 승강온이 가능한 동시에 내구성의 향상 및 비용의 저감이 도모된다. 콜게이트 타입의 히터 엘리먼트(18)를 이용함으로써, 엘리먼트 표면적의 비율을 효과적으로 증가시켜 히터 표면 온도의 저하에 따른 히터 엘리먼트의 부하의 저감이 도모되어, 파단을 억제할 수 있다. 이로 인해, 히터 엘리먼트(18)에 큰 파워를 투입하여 급속 승온시킬 수 있다. 또한, 단선이 억제되므로, 내구성의 향상 및 수명 장기화가 도모되는 동시에, 히터 엘리먼트(18)로서 저렴한 칸탈재를 이용하는 것이 가능해져, 비용의 저감이 도모된다.

상기 단열재(16)에 있어서의 상하에 인접하는 히터 엘리먼트(18)의 사이에 있는 선반부(17)에는, 상기 선반부(17)를 내외로 관통하는 강제 공랭용 공기 취출 구멍(40)이 형성되어 있으므로, 히터 엘리먼트에 방해되지 않고 공기를 용이하게 취출할 수 있다. 상기 단열재(16)는 종방향으로 연장되는 분할면(16a)을 사이에 두고 2분할되어 있고, 상기 히터 엘리먼트(18)도 단열재에 대응하여 분할되어 있으므로, 히터 엘리먼트를 단열재에 용이하게 부착할 수 있어, 조립성의 향상이 도모 된다.

도7은 발열 저항체의 단부의 접속판을 단열재에 고정하는 구조의 일예를 도시하는 도면으로, 도7의 (a)는 주요부 확대 사시도, 도7의 (b)는 고정 상태의 단면도이다. 히터 엘리먼트(18)의 절첩 부분(U턴부)인 상기 접속판(23)의 변형을 억제 내지 방지하기 위해, 접속판(23)이 상기 단열재(16)의 단부(분할면부)(16a)에 핀 등의 고정 부재(도시예에서는 역ㄷ자 형상의 핀)(45)로 고정되어 있는 동시에, 상기 접속판(23)에는 상기 단열재(16)의 외주면에 걸려 고정되는 걸림 고정부(46)가 설치되어 있다.

도8의 (a) 및 도8의 (b)는 발열 저항체의 단부의 접속판을 단열재에 고정하는 구조의 다른 예를 도시하는 단면도이다. 단열재(16)의 단부에는 접속판(23)이 고정 부재(45)로 고정되는 동시에, 그 접속판(23)을 덮도록 보조 단열재(47)가 설치되어 있다. 보조 단열재(47)는 단열재(16)의 단부(분할면부) 사이에 개재 내지 충전된다. 고정 부재(45)로서는, 핀 이외에 파이프, 둥근 막대, 각이진 막대 등이라도 좋다.

도9의 (a) 및 도9의 (b)는 발열 저항체의 단부의 접속판을 단열재에 고정하는 구조의 다른 예를 도시하는 단면도이다. 접속판(23)에는 단열재(16) 또는 보조 단열재(47) 내에 들어가 고정되는 고정편(48)이 형성되어 있다. 이 고정편(48)은, 예를 들어 접속판(23)의 선단부를 직각으로 절곡함으로써 형성되어 있다. 단열재(16)의 단부에는 접속판(23)을 덮도록 보조 단열재(47)가 설치되어 있다. 고정편(48)은 단열재(16)측으로 들어가 있는 쪽이 바람직하지만[도9의 (b) 참조], 보조 단열재(47)측으로 들어가 있어도 좋다[도9의 (a) 참조]

도10은 발열 저항체의 볼록부를 쓰러짐 방지 핀으로 보유 지지하는 구조를 도시하는 도면으로, 도10의 (a)는 부분적 사시도, 도10의 (b)는 쓰러짐 방지 핀의 개략적 사시도이다. 단열재(16)에는, 단열재(16)의 내주면으로부터 파형으로 요철로 된 히터 엘리먼트(18)의 적절한 부위의 볼록부(18a)가 하방으로 쓰러지지 않도록 보유 지지하기 위한 쓰러짐 방지 핀(49)이 설치되어 있다. 이 쓰러짐 방지 핀(49)은, 강선 등의 선재를 절곡 가공함으로써 형성되어 있다. 1개의 선재를 둘로 절곡하고, 이것을 다시 역ㄷ자 형상으로 절곡하고, 선단의 절곡부를 눌러 펴 루프 형상 내지 대략 삼각형의 확대부(49a)로 하고 있다. 이 쓰러짐 방지 핀(49)의 역ㄷ자 형상 부분(49b)의 내측으로 히터 엘리먼트(18)의 볼록부(18a)를 받아들이고, 하부의 확대부(49a)가 단열재(16)측 근방, 예를 들어 홈부(21) 또는 선반부(17)의 상부에 위치된다. 쓰러짐 방지 핀(49) 상의 양단부(49c, 49c)는, 단열재(16)를 관통하여 외주면측으로 돌출되고, 이들 양단부(49c, 49c)를 좌우로 절곡함으로써 걸림부로 되어 단열재(16)의 외주면에 걸린다.

이러한 장착 방법에 의해 쓰러짐 방지 핀(49)은, 단열재(16)의 히터 엘리먼트(18)의 둘레 방향으로 적절한 간격으로 또한 단열재(16)의 축 방향으로 복수열, 예를 들어 한쪽의 단열재에 3열 배치된다. 상기 쓰러짐 방지 핀(49)에 따르면, 히터 엘리먼트(18)의 쓰러짐이나 아래로 처짐을 방지할 수 있어, 이에 의해 단열재(16)의 홈부(21)의 깊이 내지 선반부(차양)(17)의 돌출량을 감소시키는 것이 가능해지고, 홈부(21) 내지 선반부(17)를 없애는 것도 가능해진다.

도11은 쓰러짐 방지 핀의 다른 예를 도시하는 사시도이다. 쓰러짐 방지 핀(49)으로서는, 1개의 선재를 역ㄷ자 형상으로 절곡한 것[도11의 (a) 참조], 혹은 1개의 선재를 둘로 절곡하고, 이것을 역ㄷ자 형상으로 절곡한 것이라도 좋다[도11의 (b) 참조]. 또한, 양단부(49, 49c)는 걸림부로서 절곡된다.

도12는 발열 저항체의 볼록부를 쓰러짐 방지판으로 보유 지지하는 구조를 도시하는 도면으로, 도12의 (a)는 부분적 사시도, 도12의 (b)는 쓰러짐 방지판의 개략적 사시도이다. 단열재(16)에는 단열재(16)의 내주면으로부터 파형으로 요철로 된 히터 엘리먼트(18)의 적절한 부위의 볼록부(18a)의 하부를 하방으로 쓰러지지 않도록 지지하기 위한 쓰러짐 방지판(50)이 설치되어 있다. 이 쓰러짐 방지판(50)은, 예를 들어 세라믹제의 장방형 판으로 이루어지고, 그 길이 방향의 일단부에는 이것을 단열재에 찔러 고정하기 위한 끝이 뾰족한 부분(50a)이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 쓰러짐 방지판(50)이 히터 엘리먼트(18)의 볼록부(18a)의 하부를 수평으로 지지함으로써, 히터 엘리먼트(18)의 쓰러짐이나 아래로 처짐을 방지할 수 있고, 이에 의해 상기 실시 형태와 마찬가지로 홈부(21) 내지 선반부(17)를 없애는 것도 가능해진다.

도13은 단열재의 다른 예를 도시하는 사시도이다. 히터(5)의 단열재(16)로서는, 열팽창 수축에 따른 내부 응력에 의해 내주면에 균열을 발생시키는 경우가 있으므로, 이것을 방지하기 위해 도13에 도시하는 바와 같이 내주면에 축 방향을 따른 절입부(슬릿)(42)가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 히터의 조립성을 고려하여, 단열재(16)는 각 선반부(17)의 하면 위치에서 상하로 분할되어 있는 것 이 바람직하다. 즉, 단열재(16)는 상하 방향으로 다단으로 분할된 분할 블록(16a)으로 이루어져 있고, 1단째의 분할 블록(16a)의 선반부(17)에 히터 엘리먼트를 설치하면, 2단째의 분할 블록(16a)을 쌓아 올려 상기 2단째의 분할 블록(16a)의 선반부(17)에 히터 엘리먼트(18)를 설치한다고 하는 식으로 히터 엘리먼트(18)를 각 단의 선반부(17)에 용이하게 설치할 수 있어, 조립성의 향상이 도모된다. 이 경우, 상하에 인접하는 분할 블록(16a)에는 서로 결합되는 위치 결정용 오목부(43a)와 볼록부(43b)가 대향면으로 둘레 방향을 따라 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한 본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지의 범위 내에서 다양한 설계 변경이 가능하다. 예를 들어, 처리 용기로서는, 도입관부 및 배기관부를 갖는 내열 금속, 예를 들어 스테인리스 강제의 원통 형상 매니폴드를 하단부에 접속하여 이루어지는 것이라도 좋고, 또한 이중관 구조라도 좋다.

도1은 본 발명의 실시 형태인 종형 열처리 장치를 개략적으로 도시하는 종단면도.

도2는 도1의 A부 확대 횡단면도.

도3은 도1의 A부 확대 종단면도.

도4는 히터 엘리먼트의 평면도.

도5는 히터 엘리먼트의 측면도.

도6의 (a)는 단열재의 일예를 도시하는 평면도, 도6의 (b)는 도6 (a)의 B-B선 단면도.

도7의 (a)는 발열 저항체의 단부의 접속판을 단열재에 고정하는 구조의 일예를 도시하는 주요부 확대 사시도, 도7의 (b)는 고정 상태의 단면도.

도8은 발열 저항체의 단부의 접속판을 단열재에 고정하는 구조의 다른 예를 도시하는 단면도.

도9의 (a) 및 도9의 (b)는 발열 저항체의 단부의 접속판을 단열재에 고정하는 구조의 다른 예를 도시하는 단면도.

도10의 (a)는 발열 저항체의 볼록부를 쓰러짐 방지 핀으로 보유 지지하는 구조를 도시하는 부분적 사시도, 도10의 (b)는 쓰러짐 방지 핀의 개략적 사시도.

도11의 (a) 및 도11의 (b)는 쓰러짐 방지 핀의 다른 예를 도시하는 사시도.

도12의 (a)는 발열 저항체의 볼록부를 쓰러짐 방지판으로 보유 지지하는 구조를 도시하는 부분적 사시도, 도12의 (b)는 쓰러짐 방지판의 개략적 사시도.

도13은 단열재의 다른 예를 도시하는 부분적 사시도.

도14의 (a)는 종래의 히터의 일예를 도시하는 단면도, 도14의 (b)는 히터의 내주면의 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 열처리 장치

3 : 처리 용기

5 : 히터

6 : 베이스 플레이트

7 : 개구부

8 : 도입 포트

10 : 덮개체

11 : 보온통

12 : 보트

16 : 단열재

17 : 선반부

18 : 히터 엘리먼트

20 : 핀 부재

21 : 홈부

35 : 배기계

50 : 쓰러짐 방지판

Claims (20)

1. 피처리체를 수용하여 열처리하기 위한 처리 용기와,

   상기 처리 용기의 외주를 덮도록 설치되고 피처리체를 가열하는 원통 형상의 히터를 구비하고,

   상기 히터는, 원통 형상의 단열재와, 상기 단열재의 내주면을 따라 배치된 발열 저항체를 구비하고,

   상기 발열 저항체는 파형으로 굽힘 가공되어 산부와 곡부를 갖는 띠 형상체로 이루어지고,

   상기 단열재에, 상기 발열 저항체를 적절한 간격으로 히터의 직경 방향으로 이동 가능하게 보유 지지하는 핀 부재를 배치한 것을 특징으로 하는 열처리로.
2. 제1항에 있어서, 상기 핀 부재는, 발열 저항체의 곡부를 지지하도록, 한 쌍의 다리부를 갖는 역ㄷ자 형상으로 형성되고, 그 각 다리부는 단열재를 내측으로부터 외측으로 관통하고, 외측에서 절곡되어 단열재의 외주면에 계지되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리로.
3. 제1항에 있어서, 상기 단열재의 내주면에는 둘레 방향으로 연속된 홈부가 상하 방향으로 적절한 간격으로 복수 형성되고, 이에 의해 상기 발열 저항체의 전부 또는 일부를 수용하는 것을 특징으로 하는 열처리로.
4. 제1항에 있어서, 상기 단열재에는, 상하에 인접하는 발열 저항체의 사이에 있어서 내외로 관통하는 강제 공랭용 공기 취출 구멍이 둘레 방향으로 적절한 간격으로 복수 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리로.
5. 제1항에 있어서, 상기 단열재는 종방향으로 연장되는 분할면을 통해 좌우로 2분할되어 있고, 상기 발열 저항체도 단열재에 대응하여 좌우로 분할되어 있는 동시에, 그 상하에 인접하는 발열 저항체는 당해 발열 저항체와 서로의 단부끼리가 접속판을 개재시켜 접속되고, 상기 접속판이 상기 단열재의 분할면부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리로.
6. 제5항에 있어서, 상기 접속판은 상기 단열재의 분할면부에 핀으로 이루어지는 고정 부재에 의해 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리로.
7. 제5항에 있어서, 상기 접속판에는 상기 단열재의 외주면에 걸려 고정되는 걸림 고정부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리로.
8. 제5항에 있어서, 상기 접속판에는 상기 단열재 내에 들어가 고정되는 고정편이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리로.
9. 제1항에 있어서, 상기 단열재에는, 상기 발열 저항체의 산부를 보유 지지하는 쓰러짐 방지 핀이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리로.
10. 제1항에 있어서, 상기 단열재에는, 상기 발열 저항체의 산부의 하부를 하방으로 쓰러지지 않도록 지지하는 쓰러짐 방지판이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리로.
11. 하부가 노구(爐口)로서 개방되고 피처리체를 수용하여 열처리하기 위한 세로로 긴 처리 용기와, 이 처리 용기의 외주에 설치되고 상기 피처리체를 가열하는 원통 형상의 히터를 갖는 열처리로와,

    상기 노구를 폐색하는 덮개체와,

    상기 덮개체 상에 적재되고 피처리체를 다단으로 보유 지지하는 보유 지지구와,

    상기 덮개체를 승강시켜 덮개체의 개폐와 상기 처리 용기 내로의 보유 지지구의 반입 반출을 행하는 승강 기구를 구비하고,

    상기 히터는, 원통 형상의 단열재와, 상기 단열재의 내주면에 배치된 발열 저항체를 구비하고,

    상기 발열 저항체는 파형으로 굽힘 가공되어 산부와 곡부를 갖는 띠 형상체로 이루어지고,

    상기 단열재에, 상기 발열 저항체를 적절한 간격으로 히터의 직경 방향으로 이동 가능하게 보유 지지하는 핀 부재를 배치한 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 핀 부재는 발열 저항체의 곡부를 지지하도록, 한 쌍의 다리부를 갖는 역ㄷ자 형상으로 형성되고, 그 각 다리부는 단열재를 내측으로부터 외측으로 관통하고, 외측에서 절곡되어 단열재의 외주면에 계지되어 있는 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치.
13. 제11항에 있어서, 상기 단열재의 내주면에는 둘레 방향으로 연속된 홈부가 상하 방향으로 적절한 간격으로 복수 형성되고, 이에 의해 상기 발열 저항체의 전부 또는 일부를 수용하는 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치.
14. 제11항에 있어서, 상기 단열재에는 상하에 인접하는 발열 저항체의 사이에 있어서 내외로 관통하는 강제 공랭용 공기 취출 구멍이 둘레 방향으로 적절한 간격으로 복수 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치.
15. 제11항에 있어서, 상기 단열재는 종방향으로 연장되는 분할면을 통해 좌우로 2분할되어 있고, 상기 발열 저항체도 단열재에 대응하여 좌우로 분할되어 있는 동시에, 그 상하에 인접하는 발열 저항체는 당해 발열 저항체와 서로의 단부끼리가 접속판을 개재시켜 접속되고, 상기 접속판이 상기 단열재의 분할면부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 접속판은 상기 단열재의 분할면부에 핀으로 이루어지는 고정 부재에 의해 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치.
17. 제15항에 있어서, 상기 접속판에는 상기 단열재의 외주면에 걸려 고정되는 걸림 고정부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치.
18. 제15항에 있어서, 상기 접속판에는 상기 단열재 내에 들어가 고정되는 고정편이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치.
19. 제11항에 있어서, 상기 단열재에는 상기 발열 저항체의 산부를 보유 지지하는 쓰러짐 방지 핀이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치.
20. 제11항에 있어서, 상기 단열재에는 상기 발열 저항체의 산부의 하부를 하방으로 쓰러지지 않도록 지지하는 쓰러짐 방지판이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치.

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