WO2007097199A1 - 熱処理装置、ヒータ及びその製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a heat treatment apparatus, a heater, and a method for manufacturing the same, in which a flow path structure of a cooling fluid for rapidly lowering the temperature inside the heater is improved.
- processing devices semiconductor manufacturing devices
- processing such as oxidation, diffusion, and C VD (Chemical Vapor Deposition)
- C VD Chemical Vapor Deposition
- a batch type heat treatment apparatus such as a vertical heat treatment apparatus capable of performing treatment such as heat treatment on a large number of objects to be processed at one time.
- This heat treatment apparatus generally has a processing container for storing a large number of wafers in a state of being mounted and held in multiple stages on a boat as a holder at a predetermined interval, and a cylindrical shape provided so as to cover the processing container
- the heater is heated by the heater to perform a predetermined heat treatment.
- the heater has a cylindrical heat insulating material and a linear heating resistor provided on the inner periphery of the heat insulating material.
- Cooling fluid is distributed, and flexible pipes are connected to the outlet holes (outlet nozzles) arranged from the distribution pipes to the center of the heat insulating material at appropriate intervals in the circumferential direction at each height position of the heat insulating material.
- the flow path structure is taken.
- an annular intake air supplied with a cooling fluid via an intake conduit force inlet valve is used.
- a manifold is installed in the lower part of the heater, and the cooling fluid is distributed to a plurality of intake ducts arranged in the height direction at a position equally divided from the intake manifold to the outer periphery of the heater.
- the cooling fluid is distributed from the intake ducts to the upper and lower two-stage outlet holes (intake communication passages) that pass horizontally through the heater side wall in the direction of the center of the heater.
- Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-195808
- the present invention eliminates the above-mentioned problems of the prior art, and adjusts the temperature drop speed of each part of the heater by designing the blowout holes without requiring an adjustment valve that increases the degree of freedom in the design of the blowout holes. It is an object of the present invention to provide a heat treatment apparatus, a heater, and a method for manufacturing the same, which have a simple flow path structure, facilitate sealing, and reduce costs.
- the present invention relates to a processing container for storing a target object in multiple stages and performing a predetermined heat treatment, a cylindrical heater for covering the outer periphery of the processing container and heating the target object, and the heater
- a waste heat system that exhausts the atmosphere in the space between the processing container and a cooling means that blows and cools the cooling fluid into the space, and the heater includes a cylindrical heat insulating material and a heat insulating material for the heat insulating material.
- a heat generating resistor disposed on the inner periphery; and an outer skin covering the outer periphery of the heat insulating material; and the cooling means is formed between the heat insulating material and the outer skin, an annular flow path through which the cooling fluid flows, and the heat insulating material And a blowout hole for blowing out the cooling fluid in the annular flow path to the inside of the heat insulating material.
- a plurality of annular channels are formed in the height direction between the heat insulating material and the outer skin. It is the heat processing apparatus characterized by these.
- the present invention is a heat treatment apparatus characterized in that a common supply duct for supplying a cooling fluid to each annular flow path is provided outside the outer skin so as to extend in the height direction.
- the present invention is a heat treatment apparatus characterized in that an annular flow path is formed between a heat insulating material and a skin by providing a belt-shaped annular external heat insulating material on the outer periphery of the heat insulating material.
- the present invention is a heat treatment apparatus characterized in that the blowout hole of the heat insulating material is formed so as to be oriented in the center direction or the central oblique direction of the heat insulating material.
- the present invention includes a cylindrical heat insulating material, a heating resistor disposed on the inner periphery of the heat insulating material, and an outer skin that covers the outer periphery of the heat insulating material, and between the heat insulating material and the outer skin.
- An annular flow path through which a cooling fluid flows is formed, and a heater is provided with a blowout hole through which the cooling fluid in the annular flow path is blown into the heat insulating material.
- the present invention provides a cylindrical heat insulating material in a method for manufacturing a heater having a cylindrical heat insulating material, a heating resistor disposed on the inner periphery of the heat insulating material, and an outer skin covering the outer periphery of the heat insulating material.
- a step of preparing a material a step of forming a band-shaped annular external heat insulating material on the outer periphery of the heat insulating material, a step of forming an annular groove on the outer periphery of the heat insulating material, a step of forming a blow hole in the heat insulating material, and a heat insulating material And a step of forming an annular flow path in which a cooling fluid flows between the heat insulating material and the outer skin.
- the present invention includes a processing container for storing a target object in multiple stages and performing a predetermined heat treatment, a cylindrical heater that covers the outer periphery of the processing container and heats the target object, and the heater A waste heat system that exhausts the atmosphere in the space between the processing container and a cooling means that blows and cools the cooling fluid into the space, and the heater includes a cylindrical heat insulating material and a heat insulating material for the heat insulating material.
- a heat generating resistor disposed on the inner periphery; and an outer skin covering the outer periphery of the heat insulating material; and the cooling means is formed between the heat insulating material and the outer skin, an annular flow path through which the cooling fluid flows, and the heat insulating material And a blowout hole for blowing out the cooling fluid in the annular flow path to the inside of the heat insulating material.
- the present invention is also a heat treatment apparatus characterized in that a plurality of annular channels are formed in the height direction between the heat insulating material and the outer skin. Further, the present invention is a heat treatment apparatus characterized in that the blowout hole of the heat insulating material is formed so as to be directed toward the center direction or the oblique direction of the center of the heat insulating material.
- the temperature lowering speed of each part of the heater can be adjusted by the design of the blow hole without the need for an adjustment valve with a high degree of freedom in the design of the blow hole, the flow path structure is simple, Sealing can be facilitated and cost can be reduced.
- the present invention is a heat treatment apparatus characterized in that a common supply duct for supplying a cooling fluid to each annular flow path is provided outside the outer skin so as to extend in the height direction. For this reason, a cooling fluid can be easily supplied to each annular flow path.
- the present invention is a heat treatment apparatus characterized in that an annular flow path is formed between a heat insulating material and a skin by providing a belt-shaped annular external heat insulating material on the outer periphery of the heat insulating material.
- the present invention is also a heat treatment apparatus characterized in that an annular channel is formed between the heat insulating material and the outer skin by forming an annular groove on the outer periphery of the heat insulating material. For this reason, an annular flow path can be easily formed on the outer periphery of the heat insulating material.
- the present invention has a cylindrical heat insulating material, a heat generating resistor disposed on the inner periphery of the heat insulating material, and an outer skin covering the outer periphery of the heat insulating material, and between the heat insulating material and the outer skin.
- An annular flow path through which a cooling fluid flows is formed, and a heater is provided with a blowout hole through which the cooling fluid in the annular flow path is blown into the heat insulating material.
- the present invention provides a cylindrical heat insulating material in a method for manufacturing a heater having a cylindrical heat insulating material, a heating resistor disposed on the inner periphery of the heat insulating material, and an outer skin covering the outer periphery of the heat insulating material.
- a step of preparing a material a step of forming a band-shaped annular external heat insulating material on the outer periphery of the heat insulating material, a step of forming an annular groove on the outer periphery of the heat insulating material, a step of forming a blow hole in the heat insulating material, and a heat insulating material And a step of forming an annular flow path in which a cooling fluid flows between the heat insulating material and the outer skin.
- FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a perspective view of a heater in the heat treatment apparatus.
- FIG. 3 is a cross-sectional perspective view of the heater.
- FIG. 4 is a cross-sectional view of the heater.
- FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a heater.
- FIG. 6 is a graph showing the temperature lowering performance of the heater.
- FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
- this heat treatment apparatus 1 is a so-called vertical heat treatment apparatus, which is a treatment container (reaction tube) for accommodating a workpiece, for example, semiconductor wafers w in multiple stages and performing a predetermined heat treatment such as a CVD treatment. 2) and a cylindrical heater 3 that covers the outer periphery of the processing vessel 2 and can be controlled to heat the wafer w to a predetermined temperature, for example, 300 to 1200 ° C.
- These heater 3 and processing container 2 constitute a complete heat treatment furnace!
- the processing container 2 includes, for example, a quartz cylindrical outer tube 2a with an upper end closed and a lower end opened, and a quartz cylindrical tube housed in the outer tube 2a and opened at both upper and lower ends.
- the inner pipe 2b In the illustrated example, the processing container 2 has a double tube structure including an outer tube 2a and an inner tube 2b, but may have a single tube structure including only an outer tube.
- a gas introduction pipe part (gas introduction port) 4 for introducing a processing gas and a purge inert gas into the processing container 2 and an exhaust pipe part for exhausting the inside of the processing container 2
- a stainless steel annular mold 6 having an (exhaust port) 5 is connected in an airtight manner.
- the gas introduction pipe section 4 is connected to a gas supply system pipe, and the exhaust pipe section 5 is connected to an exhaust system pipe having a vacuum pump, a pressure control valve, and the like capable of reducing the pressure in the processing container 2. (Not shown).
- the mother hold 6 is attached to a base plate 8 having an opening 7 for accommodating the processing container 2 via attachment means (not shown).
- the hold 6 is the furnace port of the heat treatment furnace 9 is formed, and a lid body 10 for opening and closing the furnace roll 9 is provided below the heat treatment furnace so as to be lifted and lowered by a lifting mechanism 11.
- the lid 10 comes into contact with the opening end of the hold 6 and seals the furnace port 9! /.
- lid 10 for example, heat treatment made of quartz, for example, supporting a large number of wafers w of a large diameter, for example, 300 mm, for example, about 75 to: LOO, in a horizontal state with multiple intervals in the vertical direction.
- a work boat (also simply referred to as a boat) 12 is placed via a heat insulating cylinder 13 which is a means for insulating the furnace.
- the boat 12 is loaded (loaded) into the processing container 2 when the lid body 10 is raised by the elevating mechanism 11, and the internal force of the processing container 2 is unloaded (unloaded) when the lid body 10 is lowered.
- the boat 12 includes a plurality of, for example, three to four columns 14, and a top plate 15 and a bottom plate 16 provided at the upper and lower ends of the columns 14, respectively. Grooves (not shown) for mounting (holding) in multiple stages via direct or ring-shaped support plates are formed.
- the heater 3 is installed on the base plate 8.
- the heater 3 has a cylindrical (for example, cylindrical) heat insulating material 17 as shown in FIGS.
- the heat insulating material 17 is mainly composed of silica and alumina.
- the thickness of the heat insulating material 17 is, for example, 30 to 40 mm.
- a linear heating resistor 18 is disposed on the inner periphery of the heat insulating material 17 in a spiral shape (see FIGS. 3 and 5) or a meandering shape.
- the heating resistor 18 is divided into a plurality of zones in the height direction of the heater 3 so that the temperature can be controlled.
- the heat insulating material 17 may be halved in consideration of the workability of the heating resistor 18 and the like.
- the heating resistor 18 is held on the inner peripheral surface of the heat insulating material 17 via a holding member 19 (see FIG. 4).
- the outer periphery of the heat insulating material 17 is covered with a metal outer skin (outer shell) 20, for example.
- the outer periphery of the outer skin 20 is covered with a water cooling jacket 21 in order to suppress the heat influence on the outside of the heater (see FIGS. 4 and 5).
- An upper heat insulating material 22 that covers the top of the heat insulating material 17 is provided, and a stainless steel top plate 23 that covers the top (upper end) of the outer skin 20 is provided on the upper heat insulating material 22.
- the heater 3 is introduced with a heat exhaust system 25 that exhausts the atmosphere in the space 24 between the heater 3 and the processing vessel 2 to the outside, and a cooling fluid (for example, air) is introduced into the air space 24.
- a cooling fluid for example, air
- cooling means 26 for forcibly cooling.
- the exhaust heat system 25 is mainly composed of, for example, an exhaust port 27 provided in the upper part of the heater 3 and an exhaust port 27 not shown and connecting the exhaust port 27 to a factory exhaust system! Yes.
- the exhaust heat pipe is provided with an exhaust blower and heat exchange (not shown).
- the cooling means 26 includes a plurality of annular flow paths 28 formed in the height direction between the heat insulating material 17 and the outer skin 20, and a cooling fluid blown out from each annular flow path 28 in a direction oblique to the center of the heat insulating material. And a blowout hole 29 provided in the heat insulating material 17 so as to generate a swirling flow in the circumferential direction of the space 24.
- the annular flow path 28 is formed by attaching a belt-like or annular external heat insulating material 30 to the outer periphery of the heat insulating material 17 or by cutting the outer periphery of the heat insulating material 17 into an annular shape.
- annular outer heat insulating materials 30 having a predetermined thickness (about 15 to 20 mm) and a predetermined width (about 30 to 50 mm) are formed, and these annular outer heat insulating materials 30 are cylindrical.
- the heat insulating material 17 is fitted on the outer periphery of the heat insulating material 17 at a predetermined interval in the height direction (axial direction) and fixed with an adhesive.
- a cylindrical outer skin 20 is fitted to the outside of the cylindrical heat insulating material 17 via an annular external heat insulating material 30, so that a plurality of annular flow paths 28 are formed in the height direction on the outer periphery of the cylindrical heat insulating material 17. .
- the blow-out holes 29 are provided in the annular heat insulating material 30 for each annular flow path 28, and a plurality of, for example, 4 to 15 at regular intervals in the circumferential direction, 1 to 2 steps in the height direction, and the designed temperature drop rate of each part of the heater. Correspondingly installed.
- the blowout hole 29 is formed, for example, by drilling a hole with an inner or outer force against the heat insulating material 17 before mounting the outer skin 20 with a drill or the like.
- blowout hole 29 Since an updraft is generated in the space 24 in the heater 3 by suction and exhaust from the upper exhaust port 27, the blowout hole 29 does not need to be formed obliquely upward, and in the illustrated example, it faces the horizontal direction. The force formed may be formed to face obliquely upward. Blowing out The hole 29 may be the one in which the blowing nozzle is embedded in the heat insulating material 17. In this case, the blowing nozzle may have a tip protruding so as to penetrate between the adjacent heating resistors 18.
- a common supply duct 31 for distributing and supplying the cooling fluid to each annular channel 28 is provided along the height direction.
- the outer skin 20 is formed with a communication port 32 that communicates the inside of the supply duct 31 with each annular channel 28.
- a cooling fluid supply source (for example, a blower) (not shown) is connected to the introduction port 34 of the supply duct 31 through an open / close valve.
- the bottom of the heater 3 is provided with a bottom plate 33 having an opening 33a at the center, and the bottom plate 33 is fixed on the base plate 8 with bolts or the like.
- the heat treatment apparatus 1 is configured, and the method for manufacturing the heater 3 includes the force of attaching the strip-shaped or annular external heat insulating material 30 to the outer periphery of the heat insulating material 17 as described above, or The step of forming a plurality of annular flow paths 28 between the heat insulating material 17 and the outer skin 20 by cutting the outer periphery of the heat insulating material 17 into a groove shape, and the heat insulating material 17 from each annular flow path 28 to the heat insulating material 17 At least a step of forming a blowout hole 29 that blows out the cooling fluid in a direction oblique to the center of the tube to generate a swirling flow.
- the heat treatment apparatus 1 includes a processing container 2 for storing wafers w in multiple stages and performing a predetermined heat treatment, a cylindrical heater 3 for heating the wafer w so as to cover the outer periphery of the processing container 2, An exhaust heat system 25 that exhausts the atmosphere in the space 24 between the heater 3 and the processing container 2 and a cooling means 26 that blows and cools the cooling fluid into the space 24 are provided.
- the heater 3 includes a cylindrical heat insulating material 17 and a heating resistor 18 disposed on the inner periphery of the heat insulating material 17, and the outer periphery of the heat insulating material 17 is covered with a skin 20.
- the cooling means 26 includes an annular flow path 28 formed in the height direction between the heat insulating material 17 and the outer skin 20, and a cooling fluid is blown out from each annular flow path 28 toward the center slanting direction of the heat insulating material 17.
- a blowout hole 29 provided in the heat insulating material 17 is provided to generate a swirling flow in the circumferential direction of the space 24. For this reason, the temperature drop rate of each part of the heater can be adjusted by the design of the blow-out hole 29 without the need for an adjustment valve that increases the degree of freedom in the design of the blow-out hole 29, the flow path structure is simple, and the seal Simplify and reduce costs.
- the heat insulating material 17 An appropriate number of blowout holes 29 can be provided in the circumferential direction corresponding to the annular flow path 28 of each stage.
- the number of outlet holes 29 can be changed in the annular flow passage 28 of each stage, and each part of the heater can be changed by changing the number and arrangement of the outlet holes 29 and the degree of freedom in designing the number of outlet holes 29. You can set the cooling rate.
- each annular flow path 28 is provided.
- the annular flow path 28 is formed by applying a band or annular external heat insulating material 30 to the outer periphery of the heat insulating material 17 or by cutting the outer periphery of the heat insulating material 17 into a groove shape.
- An annular channel 28 can be easily formed between the outer periphery and the outer skin 20.
- the heater 3 includes a cylindrical heat insulating material 17, a heating resistor 18 disposed on the inner periphery of the heat insulating material 17, and a skin 20 provided on the outer periphery of the heat insulating material 17. .
- a plurality of annular flow paths 28 are formed in the height direction between the heat insulating material 17 and the outer skin 20, and the cooling fluid is blown into the heat insulating material 17 from each of the annular flow paths 28 in the oblique direction to the center of the heat insulating material 17.
- a blowout hole 29 is provided to generate For this reason, the temperature drop speed of each part of the heater can be adjusted by the design of the blowout hole without the need for an adjustment valve with a high degree of freedom in the design of the blowout hole 29, the flow path structure is simple, and the seal is easy In addition, the cost can be reduced.
- a strip-shaped or annular external heat insulating material 30 is attached to the outer periphery of the heat insulating material 17 or the outer periphery of the heat insulating material 17 is cut into a groove shape.
- the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
- the design can be changed.
- a plurality of annular channels are formed in the height direction.
- the number of annular channels may be single (single) instead of plural.
- the blowout hole may be provided so as to blow the cooling fluid in a direction oblique to the center of the heat insulating material, and the force blowout hole may be provided so as to blow the cooling fluid in the center direction of the heat insulating material.
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Abstract
本発明は、吹出し孔の設計の自由度が高く、吹出し孔の設計により調整バルブを必要とすることなくヒータ各部の降温速度を調整することができ、流路構造が単純で、シールの容易化及びコストの低減が図れる熱処理装置を提供する。 熱処理装置１は、熱処理体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２と、該処理容器２の外周を覆って被処理体ｗを加熱する筒状のヒータ３と、該ヒータ３と処理容器２との間の空間２４内の雰囲気を排出する排熱系２５と、上記空間２４内に冷却流体を吹出して冷却する冷却手段２６とを備えている。上記ヒータ３は筒状の断熱材１７と、この断熱材１７の内周に設けられた発熱抵抗体１８と、断熱材１７の外周に設けられた外皮２０とを有している。上記冷却手段２６は上記断熱材１７と外皮２０の間に高さ方向に単数もしくは複数形成された環状流路２８と、各環状流路２８から断熱材１７の中心方向もしくは中心斜め方向へ冷却流体を吹き出すべく断熱材１７に設けられた吹出し孔２９とを有する。
Description
明 細 書
熱処理装置、ヒータ及びその製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、ヒータ内部温度を急速降温するための冷却流体の流路構造を改良した 熱処理装置、ヒータ及びその製造方法に関するものである。
背景技術
[0002] 半導体装置の製造においては、被処理体例えば半導体ウェハに、酸化、拡散、 C VD (Chemical Vapor Deposition)などの処理を施すために、各種の処理装置（半導 体製造装置）が用いられている。そして、その一つとして、一度に多数枚の被処理体 の処理例えば熱処理が可能なバッチ式の熱処理装置例えば縦型熱処理装置が知ら れている。
[0003] この熱処理装置は、一般的に、多数枚のウェハを保持具であるボートに所定間隔 で多段に搭載保持した状態で収納する処理容器と、該処理容器を覆うように設けた 筒状のヒータとを備え、ヒータにより上記ウェハを加熱して所定の熱処理を施すように なっている。上記ヒータは、筒状の断熱材と、この断熱材の内周に設けられた線状の 発熱抵抗体とを有している。
[0004] このような熱処理装置にお!、ては、熱処理後、ウェ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、ヒータと処理容器との間の空間内の雰囲 気を外部に排出するようにすると共に、上記空間内に冷却流体 (例えば空気)を導入 して強制的に冷却するようにしている。この場合、従来の熱処理装置の一例 (前者と いう）としては、高さ方向に配置した一本の共通の空気供給ダクトからヒータの外周の 各高さ位置に配置した複数本の分配用配管に冷却流体を分配し、更に各分配用配 管から断熱材の各高さ位置における周方向適宜間隔位置に断熱材の中心方向に向 カゝつて配設した吹出し孔（吹出しノズル）にフレキシブル配管を介して冷却流体を分 配すると 、う流路構造がとられて 、る。
[0005] また、従来の熱処理装置の他の例（後者という）としては、引用文献 1に記載されて いるように、吸気導管力 導入口バルブを介して冷却流体が供給される環状の吸気
マ-ホールドをヒータの下部に設置し、この吸気マ-ホールドからヒータの外周所要 等分した位置に高さ方向に配置した複数の吸気ダクトに冷却流体を分配する。次に 各吸気ダクトからヒータの側壁をヒータの中心方向に向力つて水平に貫通して設けら れた上下 2段の吹出し孔（吸気連絡流路）に冷却流体を分配している。
[0006] 特許文献 1：特開 2000— 195808号公報
[0007] し力しながら、前者の熱処理装置においては、ヒータ各部の降温速度を調整するた めに各分配用配管に調整バルブないし調整ダンパーを設ける必要があり、ヒータ内 部を強制空冷するための流路構造が複雑で、構成部品が多ぐコストの増大及びシ ールの困難ィ匕を招いている。また、吹出し孔（吹出しノズル）に分配用配管から分岐 したフレキシブル配管を接続する構造であるため、吹出し孔の位置や数等が制限さ れ、吹出し孔の設計の自由度が低い。後者の熱処理装置においても、吸気ダクトに より吹出し孔の位置や数等が制限され、吹出し孔の設計の自由度が低ぐヒータ各部 の降温速度を調整するために各吹出し孔への冷却流体の供給量を調整することも困 難である。
発明の開示
[0008] 本発明は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、吹出し孔の設計の自由度 が高ぐ調整バルブを必要とすることなく吹出し孔の設計によりヒータ各部の降温速 度を調整することができ、流路構造が単純で、シールの容易化及びコストの低減が図 れる熱処理装置、ヒータ及びその製造方法を提供することを目的とする。
[0009] 本発明は、被処理体を多段に収容して所定の熱処理を行うための処理容器と、該 処理容器の外周を覆って被処理体を加熱する筒状のヒータと、該ヒータと処理容器と の間の空間内の雰囲気を排出する排熱系と、上記空間内に冷却流体を吹出して冷 却する冷却手段とを備え、上記ヒータは筒状の断熱材と、この断熱材の内周に配設 された発熱抵抗体と、断熱材の外周を覆う外皮とを有し、上記冷却手段は、断熱材と 外皮との間に形成され冷却流体が流れる環状流路と、断熱材に設けられ環状流路 内の冷却流体を断熱材内部に吹き出す吹出し孔とを有することを特徴とする熱処理 装置である。
[0010] 本発明は、断熱材と外皮との間に、環状流路が高さ方向に複数形成されていること
を特徴とする熱処理装置である。
[0011] 本発明は、外皮の外側に、各環状流路に冷却流体を供給する共通の供給ダクトが 高さ方向に延びて設けられて ヽることを特徴とする熱処理装置である。
[0012] 本発明は、断熱材の外周に帯状の環状外部断熱材を設けることにより、断熱材と外 皮との間に環状流路が形成されることを特徴とする熱処理装置である。
[0013] 本発明は、断熱材の外周に環状溝を形成することにより、断熱材と外皮との間に環 状流路が形成されることを特徴とする請求項 1記載の熱処理装置。
[0014] 本発明は、断熱材の吹出孔は断熱材の中心方向あるいは中心斜め方向に向って 形成されて!ゝることを特徴とする熱処理装置である。
[0015] 本発明は、筒状の断熱材と、この断熱材の内周に配設された発熱抵抗体と、断熱 材の外周を覆う外皮とを有し、断熱材と外皮との間に冷却流体が流れる環状流路が 形成され、断熱材に環状流路内の冷却流体を断熱体内部に吹き出す吹出し孔を設 けたことを特徴とするヒータである。
[0016] 本発明は、筒状の断熱材と、この断熱材の内周に配設された発熱抵抗体と、断熱 材の外周を覆う外皮とを有するヒータの製造方法において、筒状の断熱材を準備す る工程と、断熱材の外周に帯状の環状外部断熱材を設けるか、断熱材の外周に環 状溝を形成する工程と、断熱材に吹出し孔を形成する工程と、断熱材の外周を外皮 で覆って、断熱材と外皮との間に冷却流体が流れる環状流路を形成する工程と、を 備えたことを特徴とするヒータの製造方法である。
[0017] 本発明は、被処理体を多段に収容して所定の熱処理を行うための処理容器と、該 処理容器の外周を覆って被処理体を加熱する筒状のヒータと、該ヒータと処理容器と の間の空間内の雰囲気を排出する排熱系と、上記空間内に冷却流体を吹出して冷 却する冷却手段とを備え、上記ヒータは筒状の断熱材と、この断熱材の内周に配設 された発熱抵抗体と、断熱材の外周を覆う外皮とを有し、上記冷却手段は、断熱材と 外皮との間に形成され冷却流体が流れる環状流路と、断熱材に設けられ環状流路 内の冷却流体を断熱材内部に吹き出す吹出し孔とを有することを特徴とする熱処理 装置である。また本発明は、断熱材と外皮との間に、環状流路が高さ方向に複数形 成されて!/ゝることを特徴とする熱処理装置である。
また、本発明は、断熱材の吹出孔は断熱材の中心方向あるいは中心斜め方向に 向って形成されて ヽることを特徴とする熱処理装置である。
本発明によれば、吹出し孔の設計の自由度が高ぐ調整バルブを必要とすることな く吹出し孔の設計によりヒータ各部の降温速度を調整することができ、流路構造が単 純で、シールの容易化及びコストの低減が図れる。
[0018] 本発明は、外皮の外側に、各環状流路に冷却流体を供給する共通の供給ダクトが 高さ方向に延びて設けられていることを特徴とする熱処理装置である。このため、各 環状流路に冷却流体を容易に供給することができる。
[0019] 本発明は、断熱材の外周に帯状の環状外部断熱材を設けることにより、断熱材と外 皮との間に環状流路が形成されることを特徴とする熱処理装置である。また、本発明 は、断熱材の外周に環状溝を形成することにより、断熱材と外皮との間に環状流路が 形成されることを特徴とする熱処理装置である。このため、断熱材の外周に環状流路 を容易に形成することができる。
[0020] 本発明は、筒状の断熱材と、この断熱材の内周に配設された発熱抵抗体と、断熱 材の外周を覆う外皮とを有し、断熱材と外皮との間に冷却流体が流れる環状流路が 形成され、断熱材に環状流路内の冷却流体を断熱体内部に吹き出す吹出し孔を設 けたことを特徴とするヒータである。このため吹出し孔の設計の自由度が高ぐ調整バ ルブを必要とすることなく吹出し孔の設計によりヒータ各部の降温速度を調整すること ができ、流路構造が単純で、シールの容易化及びコストの低減が図れる。
[0021] 本発明は、筒状の断熱材と、この断熱材の内周に配設された発熱抵抗体と、断熱 材の外周を覆う外皮とを有するヒータの製造方法において、筒状の断熱材を準備す る工程と、断熱材の外周に帯状の環状外部断熱材を設けるか、断熱材の外周に環 状溝を形成する工程と、断熱材に吹出し孔を形成する工程と、断熱材の外周を外皮 で覆って、断熱材と外皮との間に冷却流体が流れる環状流路を形成する工程と、を 備えたことを特徴とするヒータの製造方法である。このため吹出し孔の設計の自由度 が高ぐ調整バルブを必要とすることなく吹出し孔の設計によりヒータ各部の降温速 度を調整することができ、流路構造が単純で、シールの容易化及びコストの低減が図 れるヒータを容易に製造することができる。
図面の簡単な説明
[0022] [図 1]図 1は、本発明の実施の形態である熱処理装置を概略的に示す縦断面図であ る。
[図 2]図 2は、熱処理装置におけるヒータの斜視図である。
[図 3]図 3は、ヒータの断面斜視図である。
[図 4]図 4は、ヒータの横断面図である。
[図 5]図 5は、ヒータの縦断面図である。
[図 6]図 6は、ヒータの降温性能を示すグラフである。
発明を実施するための最良の形態
[0023] 以下に、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基いて詳述する。
[0024] 図 1は本発明の実施の形態である熱処理装置を概略的に示す縦断面図である。図 1に示すように、この熱処理装置 1は、いわゆる縦型熱処理装置であり、被処理体例 えば半導体ウェハ wを多段に収容して所定の熱処理例えば CVD処理等を行うため の処理容器 (反応管ともいう） 2と、この処理容器 2の外周を覆ってウェハ wを所定の 温度例えば 300〜 1200°Cに加熱する加熱制御可能な筒状のヒータ 3とを備えてい る。これらヒータ 3及び処理容器 2が ヽゎゆる熱処理炉を構成して!/ヽる。
[0025] 処理容器 2は、例えば、上端が閉塞され、下端が開放された石英製の円筒状の外 管 2aと、この外管 2a内に収容され上下両端が開放された石英製の円筒状の内管 2b とを有している。なお、処理容器 2は、図示例では外管 2aと内管 2bの二重管構造とさ れているが、外管のみの単管構造であってもよい。
[0026] 処理容器 2の下部には、処理容器 2内に処理ガスやパージ用の不活性ガスを導入 するガス導入管部 (ガス導入ポート) 4と、処理容器 2内を排気する排気管部 (排気ポ ート） 5とを有する例えばステンレス製の環状のマ-ホールド 6が気密に接続されて!ヽ る。上記ガス導入管部 4にはガス供給系の配管が接続され、上記排気管部 5には処 理容器 2内を減圧制御可能な真空ポンプや圧力制御弁等を有する排気系の配管が 接続されている（図示省略)。
[0027] 上記マ-ホールド 6は、処理容器 2を収納する開口部 7を有するベースプレート 8に 図示しない取付手段を介して取付けられている。マ-ホールド 6は、熱処理炉の炉口
9を形成しており、熱処理炉の下方には炉ロ 9を開閉する蓋体 10が昇降機構 11によ り昇降可能に設けられている。上記蓋体 10は、マ-ホールド 6の開口端に当接して 炉口 9を密閉するようになって!/、る。
[0028] この蓋体 10上には、大直径例えば直径 300mmで多数枚例えば 75〜： LOO枚程度 のウェハ wを水平状態で上下方向に間隔をお 、て多段に支持する例えば石英製の 熱処理用ボート（単にボートともいう。 ) 12が炉ロ断熱手段である保温筒 13を介して 載置されている。上記ボート 12は、昇降機構 11による蓋体 10の上昇により処理容器 2内にロード (搬入)され、蓋体 10の下降により処理容器 2内力もアンロード (搬出）さ れるようになっている。
[0029] 上記ボート 12は、複数例えば 3本ないし 4本の支柱 14と、これら支柱 14の上端及 び下端にそれぞれ設けられた天板 15及び底板 16とからなり、支柱 14にはウェハ w を直接又はリング状の支持板を介して多段に搭載 (保持)するための溝部（図示省略 )が形成されている。
[0030] 上記ヒータ 3は上記ベースプレート 8上に設置されている。ヒータ 3は、図 2〜図 5に 示すように筒状 (例えば円筒状)の断熱材 17を有している。断熱材 17はシリカ及びァ ルミナを主成分として形成されている。断熱材 17の厚さは、例えば 30〜40mmとさ れている。断熱材 17の内周には線状の発熱抵抗体 18が螺旋状（図 3,図 5参照)又 は蛇行状に配設されている。発熱抵抗体 18はヒータ 3の高さ方向に複数のゾーンに 分けて温度制御が可能なようにされている。なお、断熱材 17は発熱抵抗体 18等の 施工性を考慮して半割りにされていても良い。発熱抵抗体 18は断熱材 17の内周面 に保持部材 19を介して保持されている（図 4参照)。
[0031] 断熱材 17の形状を保持すると共に断熱材 17を補強するために、断熱材 17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） 20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 20の外周は水冷ジャケット 21で覆われて いる（図 4,図 5参照)。断熱材 17の頂部にはこれを覆う上部断熱材 22が設けられ、こ の上部断熱材 22の上部には外皮 20の頂部（上端部）を覆うステンレス製の天板 23 が設けられている。
[0032] 熱処理後にウェ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 3にはヒータ 3と処理容器 2との間の空間 24内の雰囲気を外部に排 出する排熱系 25と、上記空問 24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 26とが設けられている。上記排熱系 25は、例えばヒータ 3の上部 に設けられた排気口 27と、該排気口 27と図示しな 、工場排気系とを結ぶ図示しな!ヽ 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翻 が設けられている。
[0033] 上記冷却手段 26は、上記断熱材 17と外皮 20の間に高さ方向に複数形成された 環状流路 28と、各環状流路 28から断熱材の中心斜め方向へ冷却流体を吹き出して 上記空間 24の周方向に旋回流を生じさせるよう断熱材 17に設けられた吹出し孔 29 とを有している。上記環状流路 28は、断熱材 17の外周に帯状又は環状の外部断熱 材 30を貼り付ける力、或いは断熱材 17の外周を環状に削ることにより形成されてい る。
[0034] 図示例では、所定の厚さ（15〜20mm程度）及び所定の幅（30〜50mm程度）を 有する環状の外部断熱材 30を複数形成し、これらの環状外部断熱材 30が円筒状断 熱材 17の外周に高さ方向（軸方向）に所定の間隔で嵌められ、接着剤で固定されて いる。この円筒状断熱材 17の外側に環状外部断熱材 30を介して円筒状の外皮 20 を嵌めることにより、円筒状断熱材 17の外周に環状流路 28が高さ方向に複数段形 成される。
[0035] 吹出し孔 29は環状断熱材 30に各環状流路 28について、周方向に略等間隔で複 数例えば 4〜15個、高さ方向に 1〜2段、ヒータ各部の設計降温速度に対応して設 けられている。吹出し孔 29は上記空間 24の周方向に沿って螺旋状に旋回する玲却 流体の流れを形成するために平面視でヒータ 3の中心方向に対して所定の角度 Θ、 例えば 0 = 35で傾斜して設けられている。吹出し孔 29は、例えば外皮 20を装着す る前に断熱材 17に対して内側又は外側力もドリル等で孔を開けることにより形成され る。
[0036] ヒータ 3内の空間 24には上部の排気口 27からの吸引排気により上昇気流が生じる ため、吹出し孔 29は斜め上方を向いて形成されている必要がなぐ図示例では水平 方向を向いて形成されている力 斜め上方を向いて形成されていても良い。吹出し
孔 29としては、断熱材 17に吹出しノズルを埋め込んだものであっても良ぐまたその 場合、吹出しノズルは隣接する発熱抵抗体 18の間を突き抜けるように先端部が突出 していても良い。
[0037] 上記外皮 20の外面には、各環状流路 28に冷却流体を分配供給するための共通 の 1本の供給ダクト 31が高さ方向に沿って設けられている。外皮 20には供給ダクト 3 1内と各環状流路 28とを連通する連通口 32が形成されている。供給ダクト 31の導入 口 34にはクリーンルーム内の空気を冷却流体として吸弓 I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。なお、上 記ヒータ 3の底部には中央に開口部 33aを有する底板 33が設けられ、この底板 33が ベースプレート 8上にボルト等で固定されている。
[0038] 以上のように熱処理装置 1は構成されており、そのヒータ 3の製造方法は、上述した ように断熱材 17の外周に帯状又は環状の外部断熱材 30を貼り付ける力、或 、は断 熱材 17の外周を溝状に削ることにより断熱材 17と外皮 20の間に環状流路 28を高さ 方向に複数形成する工程と、断熱材 17に各環状流路 28から断熱材 17の中心斜め 方向へ冷却流体を吹き出して旋回流を生じさせる吹出し孔 29を形成する工程とを少 なくとも備えている。
[0039] 上記熱処理装置 1は、ウェハ 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 2と、該処理容器 2の外周を覆ってウェハ wを加熱する筒状のヒータ 3と、該ヒー タ 3と処理容器 2との間の空間 24内の雰囲気を排出する排熱系 25と、上記空間 24 内に冷却流体を吹出して冷却する冷却手段 26とを備えている。上記ヒータ 3は筒状 の断熱材 17と、断熱材 17の内周に配設された発熱抵抗体 18とを有し、断熱材 17の 外周は外皮 20で覆われている。上記冷却手段 26は上記断熱材 17と外皮 20の間に 高さ方向に複数形成された環状流路 28と、各環状流路 28から断熱材 17の中心斜 め方向へ冷却流体を吹き出して上記空間 24の周方向に旋回流を生じさせるべく断 熱材 17に設けられた吹出し孔 29とを有している。このため、吹出し孔 29の設計の自 由度が高ぐ調整バルブを必要とすることなく吹出し孔 29の設計によりヒータ各部の 降温速度を調整することができ、流路構造が単純で、シールの容易化及びコストの 低減が図れる。
[0040] すなわち、断熱材 17と外皮 20との間に周方向に沿った環状流路 28を高さ方向（軸 方向）に複数 (複数段ないし多段に)設けているため、断熱材 17に各段の環状流路 2 8に対応して周方向に適宜個数吹出し孔 29を設けることができる。また各段の環状 流路 28において吹出し孔 29の数を変えて設けることができ、吹出し孔 29の配置や 個数の設計の自由度が高ぐ吹出し孔 29の数や配置を変えることによりヒータ各部の 降温速度を設定することができる。
[0041] また、上記外皮 20の外面には、各環状流路 28に冷却流体を分配供給するための 共通の供給ダクト 31が高さ方向に沿って設けられているため、各環状流路 28に冷却 流体を容易に供給することができると共に、流路構造の簡素化が図れる。上記環状 流路 28は、断熱材 17の外周に帯状又は環状の外部断熱材 30を貼り付ける力 或い は断熱材 17の外周を溝状に削ることにより形成されているため、断熱材 17の外周と 外皮 20との間に環状流路 28を容易に形成することができる。
[0042] 上記ヒータ 3は、筒状の断熱材 17と、該断熱材 17の内周に配設された発熱抵抗体 18と、断熱材 17の外周に設けられた外皮 20とを備えている。上記断熱材 17と外皮 2 0の間に環状流路 28が高さ方向に複数形成され、断熱材 17に各環状流路 28から断 熱材 17の中心斜め方向へ冷却流体を吹き出して旋回流を生じさせる吹出し孔 29が 設けられている。このため、吹出し孔 29の設計の自由度が高ぐ調整バルブを必要と することなく吹出し孔の設計によりヒータ各部の降温速度を調整することができ、流路 構造が単純で、シールの容易化及びコストの低減が図れる。また、ヒータの製造方法 によれば、上記断熱材 17の外周に帯状又は環状の外部断熱材 30を貼り付けるか、 或いは断熱材 17の外周を溝状に削ることにより断熱材 17と外皮 20の間に環状流路 28を高さ方向に複数形成する工程と、断熱材 17に各環状流路 28から断熱材 17の 中心斜め方向へ冷却流体を吹き出して旋回流を生じさせる吹出し孔 29を形成する 工程とを備えている。このため、吹出し孔 29の設計の自由度が高ぐ調整バルブを必 要とすることなく吹出し孔 29の設計によりヒータ各部の降温速度を調整することがで き、流路構造が単純で、シールの容易化及びコストの低減が図れるヒータを容易に 製造することができる。
[0043] 本実施の形態に係る熱処理装置のヒータと従来の熱処理装置のヒータの降温性能
について同等条件 (ヒータ内の内容物は同等、送風機性能は同等)で比較試験を行 つた結果、図 6のグラフに示すような試験結果 (データ）が得られた。この試験結果に よれば、 600度から 200°Cに降温させるのに従来の熱処理装置のヒータでは概ね 60 分力かっているのに対し、本実施の形態の熱処理装置のヒータによれば概ね 40分に 短縮することができた。
以上、本発明の実施の形態ないし実施例を図面により詳述してきたが、本発明は 上記実施の形態ないし実施例に限定されるものではなぐ本発明の要旨を逸脱しな い範囲での種々の設計変更等が可能である。上記実施の形態では、環状流路が高 さ方向に複数形成されて 、るが、環状流路は複数でなく単数 (単一)であってもよ 、。 上記実施の形態では、吹出し孔が冷却流体を断熱材の中心斜め方向へ吹き出すよ うに設けられて 、る力 吹出し孔は断熱材の中心方向へ冷却流体を吹き出すように 設けられていてもよい。
Claims
[1] 被処理体を多段に収容して所定の熱処理を行うための処理容器と、
該処理容器の外周を覆って被処理体を加熱する筒状のヒータと、
該ヒータと処理容器との間の空間内の雰囲気を排出する排熱系と、
上記空間内に冷却流体を吹出して冷却する冷却手段とを備え、
上記ヒータは筒状の断熱材と、この断熱材の内周に配設された発熱抵抗体と、断 熱材の外周を覆う外皮とを有し、
上記冷却手段は、断熱材と外皮との間に形成され冷却流体が流れる環状流路と、 断熱材に設けられ環状流路内の冷却流体を断熱材内部に吹き出す吹出し孔とを有 することを特徴とする熱処理装置。
[2] 断熱材と外皮との間に、環状流路が高さ方向に複数形成されていることを特徴とす る請求項 1記載の熱処理装置。
[3] 外皮の外側に、各環状流路に冷却流体を供給する共通の供給ダクトが高さ方向に 延びて設けられていることを特徴とする請求項 2記載の熱処理装置。
[4] 断熱材の外周に帯状の環状外部断熱材を設けることにより、断熱材と外皮との間に 環状流路が形成されることを特徴とする請求項 1記載の熱処理装置。
[5] 断熱材の外周に環状溝を形成することにより、断熱材と外皮との間に環状流路が形 成されることを特徴とする請求項 1記載の熱処理装置。
[6] 断熱材の吹出孔は断熱材の中心方向あるいは中心斜め方向に向って形成されて
Vヽることを特徴とする請求項 1記載の熱処理装置。
[7] 筒状の断熱材と、この断熱材の内周に配設された発熱抵抗体と、断熱材の外周を 覆う外皮とを有し、断熱材と外皮との間に冷却流体が流れる環状流路が形成され、 断熱材に環状流路内の冷却流体を断熱体内部に吹き出す吹出し孔を設けたことを 特徴とするヒータ。
[8] 筒状の断熱材と、この断熱材の内周に配設された発熱抵抗体と、断熱材の外周を 覆う外皮とを有するヒータの製造方法にぉ ヽて、
筒状の断熱材を準備する工程と、
断熱材の外周に帯状の環状外部断熱材を設けるか、断熱材の外周に環状溝を形
成する工程と、
断熱材に吹出し孔を形成する工程と、
断熱材の外周を外皮で覆って、断熱材と外皮との間に冷却流体が流れる環状 を形成する工程と、
を備えたことを特徴とするヒータの製造方法。
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