JP2008263170A - Heat treatment furnace and vertical heat treatment equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱処理炉及び該熱処理炉を備えた縦型熱処理装置に関する。 The present invention relates to a heat treatment furnace and a vertical heat treatment apparatus including the heat treatment furnace.
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、この処理容器の周囲を覆うように設けられ処理容器内のウエハを加熱するヒータ(加熱装置)とから主に構成される熱処理炉を備えている。上記ヒータは、円筒状の断熱材と、この断熱材の内周面に支持体を介して設けられた発熱抵抗体とから主に構成されている。 In the manufacture of semiconductor devices, various heat treatment apparatuses are used to perform processes such as oxidation, diffusion, and CVD (Chemical Vapor Deposition) on a semiconductor wafer that is an object to be processed. The general heat treatment apparatus includes a processing container (reaction tube) for housing and heat-treating a semiconductor wafer, and a heater (heating) provided to cover the periphery of the processing container and heating the wafer in the processing container. A heat treatment furnace mainly composed of an apparatus. The heater is mainly composed of a cylindrical heat insulating material and a heating resistor provided on the inner peripheral surface of the heat insulating material via a support.
上記発熱抵抗体としては、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ヒータエレメント(ヒータ線、発熱抵抗体ともいう)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のものが用いられ、上記ヒータエレメント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。 As the heat generating resistor, for example, in the case of a heat treatment apparatus capable of batch processing, a spiral heater element (also referred to as a heater wire or a heat generating resistor) disposed along the inner wall surface of a cylindrical heat insulating material. Can be used, and the inside of the furnace can be heated to a high temperature of, for example, about 800 to 1000 ° C. In addition, as the heat insulating material, for example, a heat insulating material made of a ceramic fiber or the like is fired into a cylindrical shape, and the amount of heat taken as radiant heat and conduction heat is reduced to promote efficient heating. it can. As the support, for example, ceramic is used, and the heater element is supported at a predetermined pitch so as to be capable of thermal expansion and contraction.
ところで、上記熱処理炉においては、上記ヒータエレメントが螺旋状に形成されていると共に熱膨張および熱収縮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。しかし、ヒータエレメントは高温下で使用されることによりクリープ歪を生じ、その線長は時間とともに徐々に伸びて行く。また、加熱時においても、ヒータエレメントは熱膨張を起こす。さらに、降温時には、ヒータエレメントに空気を吹付けて急速冷却を行うタイプのものもある。このように昇降温を繰り返すことによりヒータエレメントが変形し、隣接するヒータエレメントとショートして断線が発生する場合がある。 By the way, in the heat treatment furnace, the heater element is formed in a spiral shape and supported with a clearance from the heat insulating material so as to be capable of thermal expansion and contraction. However, when the heater element is used at a high temperature, creep distortion occurs, and its line length gradually increases with time. Also, the heater element undergoes thermal expansion during heating. Furthermore, there is a type that performs rapid cooling by blowing air to the heater element when the temperature is lowered. In this way, the heater element is deformed by repeatedly raising and lowering the temperature, and a short circuit may occur with an adjacent heater element to cause disconnection.
特に、縦型の熱処理炉の場合、昇降温による熱膨張と熱収縮の繰り返しによりヒータエレメントが支持体内で移動する際に重力により僅かずつヒータエレメントが下方に移動し、最下ターンに移動分が蓄積していき、ヒータエレメントの移動の蓄積により巻き径が大きくなり、断熱材の内周面まで達して外側に膨張できなくなったヒータエレメントが上下に変形し、隣接するヒータエレメントとショートすると断線が発生する。 In particular, in the case of a vertical heat treatment furnace, when the heater element moves in the support body due to repeated thermal expansion and contraction due to temperature rise and fall, the heater element moves gradually by gravity and the amount of movement is at the bottom turn. As the heater element accumulates, the winding diameter increases due to the accumulation of movement of the heater element, the heater element that reaches the inner peripheral surface of the heat insulating material and cannot expand outward is deformed up and down, and disconnection occurs when it is short-circuited with the adjacent heater element appear.
なお、このような問題を解消するためにヒータエレメントのクリープや熱膨張等による伸びの一端側への累積を防止するために、ヒータエレメントの外側部に炉の半径方向外方に突出した軸状等の固定部材を溶接で取付け、この固定部材の先端を断熱材中に埋め込んで固定するようにしたものも提案されている(特許文献1参照)。 In addition, in order to eliminate such problems, in order to prevent the heater element from accumulating at one end side due to creep or thermal expansion, an axial shape projecting radially outward of the furnace is formed on the outer side of the heater element. A fixing member such as the above-mentioned fixing member is welded, and the tip of the fixing member is embedded and fixed in a heat insulating material (see Patent Document 1).
しかしながら、前述のように単にヒータエレメントの外側部に固定部材を溶接で接合しただけのものでは、接合部が高温に晒されるだけでなく、発熱抵抗体の熱膨張収縮に伴い接合部に応力が集中し易く、耐久性の低下(短寿命化)を招くことが考えられると共に、固定部材が棒軸状であると、断熱材から抜け易く十分な保持力を確保することが難しい。 However, in the case where the fixing member is simply joined to the outer portion of the heater element by welding as described above, the joint is not only exposed to a high temperature, but stress is also applied to the joint due to the thermal expansion and contraction of the heating resistor. It is easy to concentrate and it is considered that the durability is lowered (short life), and if the fixing member is in the shape of a rod shaft, it is easy to come off from the heat insulating material and it is difficult to secure a sufficient holding force.
ウエハの急速昇降温処理をしたい場合、急速昇温時にヒータエレメントに大きなパワーを掛ける必要があるが、今までの一般的なヒータエレメントでは負荷が大きすぎて断線し易いため、大きなパワーを掛けることができず、急速昇降温処理に限界があった。なお、この問題を解消するには断線しにくい高価なヒータエレメントを用いる必要があり、コストの増大を招く問題がある。 If you want to heat and cool the wafer rapidly, it is necessary to apply a large amount of power to the heater element when the temperature is rapidly increased. However, a conventional heater element is too heavy and easily breaks, so apply a large amount of power. There was a limit to the rapid heating and cooling process. In order to solve this problem, it is necessary to use an expensive heater element that is difficult to be disconnected, and there is a problem that the cost is increased.
一方、ヒータエレメントの負荷を低減させ、長寿命化(耐久性の向上)を図るには、投入パワーに対してのヒータエレメント表面積(エレメント表面積)の割合を増やすことが効果的である。ヒータエレメント表面積を増やすと、ヒータ表面温度が低下してヒータエレメントの負荷が低減されるからである。いわゆるスパイルタイプ(螺旋型)のヒータエレメントにあっては、所定の空間に効率的にエレメントを配置できるため、負荷低減のデザインとして用いられている。しかしながら、このスパイラルタイプのヒータエレメントを用いたヒータないし熱処理炉においては、例えば図14に示すように、ヒータエレメント18を固定するために断熱材16の中にヒータエレメント18を埋め込んだ構造になっているため、炉心の加熱対象物に対して断熱材16を介しての加熱となり、急速に昇温させることが困難である。降温の際にも断熱材16を介してのヒータエレメント18の冷却となり、また断熱材16の熱容量増もあり、急速降温も難しい。更に、ヒータエレメント18の膨張分のクリアランスが確保されていないため、ヒータエレメント自体が膨張時にストレスを受けてしまい、耐久性の低下を招いている。
On the other hand, increasing the ratio of the heater element surface area (element surface area) to the input power is effective for reducing the load on the heater element and extending the life (improvement of durability). This is because when the heater element surface area is increased, the heater surface temperature is lowered and the load on the heater element is reduced. A so-called spill type (spiral type) heater element is used as a load reduction design because the element can be efficiently arranged in a predetermined space. However, in a heater or heat treatment furnace using this spiral heater element, as shown in FIG. 14, for example, the
また、ヒータエレメントとしては、帯状の発熱抵抗部材を波形に成形してなるものが知られており(特許文献2)、これもスパイラルタイプのものと同様に表面積を増やすことが可能であるが、円筒状の断熱材内に設置する構造において同様の問題を有している。 Moreover, as a heater element, what formed the strip | belt-shaped heating resistance member in the waveform is known (patent document 2), and this can also increase a surface area similarly to the spiral type, The structure installed in the cylindrical heat insulating material has the same problem.
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、急速昇降温が可能で且つ耐久性の向上及びコストの低減が図れる熱処理炉及び縦型熱処理装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a heat treatment furnace and a vertical heat treatment apparatus that can rapidly increase and decrease the temperature, improve the durability, and reduce the cost.
上記目的を達成するために、本発明のうち、第1の発明は、被処理体を収容して熱処理するための処理容器と、該処理容器の周囲を覆うように設けられ被処理体を加熱する円筒状のヒータとを備えた熱処理炉において、上記ヒータは、円筒状の断熱材と、該断熱材の内周面に沿って配置された発熱抵抗体とを具備し、上記発熱抵抗体は帯状のものを波形に曲げ加工してなり、上記断熱材には上記発熱抵抗体を適宜間隔でヒータの径方向に移動可能に保持するピン部材を配設したことを特徴とする。 In order to achieve the above object, among the present inventions, the first invention includes a processing container for containing a target object for heat treatment, and heating the target object provided so as to cover the periphery of the processing container. In the heat treatment furnace including a cylindrical heater, the heater includes a cylindrical heat insulating material and a heat generating resistor disposed along an inner peripheral surface of the heat insulating material, A band-shaped member is bent into a corrugated shape, and the heat insulating material is provided with a pin member for holding the heating resistor movably in the radial direction of the heater at appropriate intervals.
第2の発明は、下部が炉口として開放され被処理体を収容して熱処理するための縦長の処理容器の周囲に上記被処理体を加熱する円筒状のヒータを設けてなる熱処理炉と、上記炉口を閉塞する蓋体と、該蓋体上に被処理体を多段に保持する保持具を載置し、該蓋体を昇降させて蓋体の開閉と上記処理容器内への保持具の搬入搬出を行う昇降機構と備えた縦型熱処理装置において、上記ヒータは、円筒状の断熱材と、該断熱材の内周面に配置された発熱抵抗体とを具備し、上記発熱抵抗体は帯状のものを波形に曲げ加工してなり、上記断熱材には上記発熱抵抗体を適宜間隔でヒータの径方向に移動可能に保持するピン部材を配設したことを特徴とする。 A second invention is a heat treatment furnace in which a lower part is opened as a furnace port and a cylindrical heater for heating the object to be processed is provided around a vertically long processing container for accommodating and heat-treating the object to be processed. A lid that closes the furnace port and a holder that holds the object to be processed in multiple stages are placed on the lid, and the lid is moved up and down to open and close the lid and the holder in the processing container In the vertical heat treatment apparatus equipped with an elevating mechanism for carrying in and out of the heater, the heater includes a cylindrical heat insulating material and a heat generating resistor disposed on an inner peripheral surface of the heat insulating material, and the heat generating resistor. Is formed by bending a belt-like member into a corrugated shape, and the heat insulating material is provided with a pin member for holding the heating resistor movably in the radial direction of the heater at appropriate intervals.
上記ピン部材は、発熱抵抗体の内面が谷形になった部分を支持すべくコ字状に形成され、その両脚部が断熱材を内側から外側に貫通し、外側で折り曲げられて断熱材の外周面に係止されていることが好ましい。 The pin member is formed in a U shape so as to support the valley portion of the inner surface of the heating resistor, and both legs penetrate the heat insulating material from the inside to the outside and are bent on the outside to be It is preferable to be locked to the outer peripheral surface.
上記断熱材の内周面には上記発熱抵抗体の全部または一部を収容する周方向に連続した溝部が上下方向に適宜間隔で複数形成されていることが好ましい。 It is preferable that a plurality of circumferentially continuous grooves that accommodate all or part of the heating resistor are formed on the inner peripheral surface of the heat insulating material at appropriate intervals in the vertical direction.
上記断熱材には、上下に隣接する発熱抵抗体の間において内外に貫通する強制空冷用空気吹出し孔が周方向に適宜間隔で複数形成されているが好ましい。 In the heat insulating material, it is preferable that a plurality of forced air-cooling air blowing holes penetrating inward and outward between heating resistors adjacent vertically are formed at appropriate intervals in the circumferential direction.
上記断熱材は縦に二分割されており、上記発熱抵抗体も断熱材に対応して分割されていると共に、その上下に隣接する発熱抵抗体を直列に接続すべく端部同士が接続板を介して接続され、該接続板が上記断熱材の分割面部に配置されていることが好ましい。 The heat insulating material is vertically divided into two, and the heating resistor is also divided corresponding to the heat insulating material, and the end portions are connected to each other in order to connect the heating resistors adjacent to the upper and lower sides in series. It is preferable that the connection plate is disposed on the divided surface portion of the heat insulating material.
上記接続板が上記断熱材の分割面部にピン等の固定部材で固定されていることが好ましい。 It is preferable that the connection plate is fixed to a split surface portion of the heat insulating material with a fixing member such as a pin.
上記接続板には上記断熱材の外周面に掛止される掛止部が設けられていることが好ましい。 It is preferable that the connection plate is provided with a latching portion that is latched on the outer peripheral surface of the heat insulating material.
上記接続板には上記断熱材の中に入り込んで固定される固定片が形成されていることが好ましい。 It is preferable that a fixing piece is formed on the connection plate so as to enter and be fixed in the heat insulating material.
上記断熱材には、断熱材の内周面より波形に凹凸となった上記発熱抵抗体の適宜箇所の凸部を下方に倒れないように保持するための倒れ防止ピンが設けられていることが好ましい。 The heat insulating material may be provided with a fall prevention pin for holding the convex portion at an appropriate location of the heating resistor, which is corrugated from the inner peripheral surface of the heat insulating material, so as not to fall down. preferable.
上記断熱材には、断熱材の内周面より波形に凹凸となった上記発熱抵抗体の適宜箇所の凸部の下部を下方に倒れないように支持するための倒れ防止板が設けられていることが好ましい。 The heat insulating material is provided with a fall prevention plate for supporting the lower part of the convex portion at an appropriate location of the heating resistor, which is corrugated from the inner peripheral surface of the heat insulating material, so as not to fall downward. It is preferable.
本発明によれば、帯状のものを波形に加工した発熱抵抗体を断熱材の内周面に沿って露出した状態で設置しているため、急速昇降温が可能であると共に耐久性の向上及びコストの低減が図れる。 According to the present invention, since the heating resistor processed into a corrugated strip is installed in a state exposed along the inner peripheral surface of the heat insulating material, rapid heating and cooling are possible and durability is improved and Cost can be reduced.
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は本発明の実施の形態である縦型熱処理装置を概略的に示す縦断面図、図2は図1のA部拡大横断面図、図3はA部拡大縦断面図、図4はヒータエレメントの平面図、図5はヒータエレメントの側面図である。 The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a vertical heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of part A of FIG. 1, FIG. 3 is an enlarged longitudinal sectional view of part A, and FIG. FIG. 5 is a side view of the heater element.
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を収容して熱処理するための処理容器(反応管ともいう)3と、該処理容器3の周囲を覆うように設けられウエハwを加熱する円筒状のヒータ(加熱装置)5とを備えている。
In FIG. 1,
上記熱処理装置1は、ヒータ5を設置するためのベースプレート6を備えている。このベースプレート6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7が形成されており、この開口部7にはベースプレート6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。
The
上記処理容器3は、石英製で、上端が閉塞され、下端が炉口3aとして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3bが形成され、該フランジ3b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6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)8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8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。
The
処理容器3の下方には、処理容器3の下端開口部(炉口)3a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13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15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。
Below the
上記ヒータ5は、図2〜図5にも示すように、円筒状の断熱材16と、該断熱材16の内周面に軸方向(図示例では上下方向)に多段に形成された溝状の棚部17と、各棚部17に沿って配置されたヒータエレメント(ヒータ線、発熱抵抗体)18とを具備している。断熱材は、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からなっている。断熱材は、縦に二分割されていることがヒータエレメントの組付上及びヒータの組立上好ましい。
As shown in FIGS. 2 to 5, the
ヒータエレメント18は、帯状の発熱抵抗体を波形に成形(折り曲げ加工)して成る。このコルゲートタイプ(波形)のヒータエレメント18は、例えば鉄(Fe)、クロム(Cr)およびアルミニウム(Al)の合金(いわゆるカンタル材)からなっている。このヒータエレメント18は、例えば肉厚が1〜2mm程度、幅が14〜18mm程度、波形部分の振幅が11〜15mm程度、波形部分のピッチpが28〜32mm程度とされている。また、ヒータエレメント18の波形部分の頂角θは90度程度とされ、各頂点部(凸部または山部ともいう)18aはR曲げ加工が施されていることが断熱材16の棚部17上におけるヒータエレメント18の周方向のある程度の移動を許容し得ると共に屈曲部の強度の向上が図れる点で好ましい。
The
上記断熱材16には上記ヒータエレメント18を適宜間隔で径方向に移動可能に且つ棚部17から脱落ないし脱出しないように保持するピン部材20が配設されている。上記円筒状の断熱材16の内周面にはこれと同心の環状の溝部21が軸方向に所定ピッチで多段に形成され、隣り合う上部の溝部21と下部の溝部21との間に周方向に連続した環状の上記棚部17が形成されている。上記溝部21におけるヒータエレメント18の上部と下部、及び溝部21の奥壁21aとヒータエレメント18との間にはヒータエレメント18の熱膨張収縮及び径方向の移動を許容し得る十分な隙間が設けられており、またこれらの隙間により強制空冷時の冷却空気がヒータエレメント18の背面に回り込み、ヒータエレメント18を効果的に冷却できるようになっている。
The
上記ピン部材20は、ヒータエレメント18の内周面の谷部18bを基部20aで支持すべく側面コ字状に形成され、その両脚部20bが断熱材16を内側から外側に貫通し、該両脚部20bの端部20cが互いに離反する方向に折り曲げられて断熱材16の外周面に係止されていることが好ましい。ピン部材20はヒータエレメント18と同材質であることが好ましい。また、ヒータエレメント18は、図3に示すように径方向の外側略半分が溝部21内に収容されており、径方向の内側略半分が溝部21外に露出していることが好ましい。
The
上記ヒータエレメント18は、従来のヒータエレメントのように上下方向に螺旋状に連続しているのではなく、図2ないし図3に示すように各段の棚部17上に配置され、各段で終結している。このため、ヒータエレメント18が自重で下方に移動して蓄積(集積)するようなことはない。また、ヒータエレメント18は、図5に示すように隣り合う上段と下段との間で渡し込まれ(接続され)、複数段(図示例では7段)ごとに直列に接続されていると共に複数段ごとの各グループの最下段の始端18eと最上段の終端18rとに電極接続用の端子板22がそれぞれ接続されている。これにより、ヒータ5は熱処理炉2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。
The
ヒータエレメント18は、断熱材16の棚部17ないし溝部21に沿って環状に配置されていても良いが、二分割された断熱材16に対応して図4に示すように半割り状(円弧状)に形成されることが組付上好ましい。ヒータエレメント18の接続(結線)パターンとしては、例えば図4ないし図5に示すものが考えられる。この接続パターンにおいては、各段のヒータエレメント18の両端18、18f、18g…18rが径方向外方に突出するように折り曲げられており、一段目(最下段)始端(右端)18eと、最上段の終端(左端)18rに端子板22、22がそれぞれ接合されている。そして、上下に隣接する発熱抵抗体18を直列に接続すべく端部同士例えば一段目の終端18fと二段目の始端18gとが接続板23を介して接続され、二段目の終端18hと三段目の始端18iとが接続板23を介して接続されるという具合に順に接続されている。
The
ヒータエレメントの端部と接続板23は溶接で接合されている。上記端子板22は断熱材16を径方向に貫通するように設けられている。上記接続板23は、ヒータエレメント18の端部との溶接部が高温に晒されるのを防止するために断熱材16中に埋設されていることが好ましい。なお、ヒータエレメント18の接続パターンとしては上記以外のものも適用可能である。上記端子板22及び接続板23はヒータエレメント18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ことが好ましい。
The end of the heater element and the
断熱材16の形状を保持すると共に断熱材16を補強するために、図1に示すように、断熱材16の外周面は金属製例えばステンレス製の外皮(アウターシェル)28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28の外周面は水冷ジャケット30で覆われている。断熱材16の頂部にはこれを覆う上部断熱材31が設けられ、この上部断熱材31の上部には外皮28の頂部(上端部)を覆うステンレス製の天板32が設けられている。
In order to maintain the shape of the
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5にはヒータ5と処理容器3との間の空間33内の雰囲気を外部に排出する排熱系35と、上記空間33内に常温(20〜30℃)の空気を導入して強制的に冷却する強制空冷手段36とが設けられている。上記排熱系35は、例えばヒータ5の上部に設けられた排気口37と、該排気口37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。
In order to rapidly cool the wafer after the heat treatment to improve the processing speed or improve the throughput, the
上記強制空冷手段36は、上記断熱材16と外皮28の間に高さ方向に複数形成された環状流路38と、各環状流路38から断熱材16の中心斜め方向へ空気を吹き出して上記空間33の周方向に旋回流を生じさせるべく断熱材16に設けられた強制空冷用空気吹出し孔40とを有している。上記環状流路38は、断熱材16の外周面に帯状又は環状の断熱材41を貼り付けるか、或いは断熱材16の外周面を環状に削ることにより形成されている。上記空気吹出し孔40は、図6(a)、(b)に示すように断熱材16における上下に隣接するヒータエレメント18の間である棚部17にこれを径方向の内外に貫通するように形成されていることが好ましい。このように空気吹出し孔40を棚部17に設けることにより、ヒータエレメントに邪魔されることなく空気を上記空間33に噴出することができる。
The forced air cooling means 36 includes a plurality of
上記外皮28の外周面には、各環状流路38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28には供給ダクト内と各環状流路38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。
A common supply duct (not shown) for distributing and supplying the cooling fluid to each
以上のように構成された熱処理炉2ないし縦型熱処理装置1によれば、ウエハwを収容して熱処理するための処理容器3と、該処理容器3の周囲を覆うように設けられウエハwを加熱する円筒状のヒータ5とを備え、上記ヒータ5は、円筒状の断熱材16と、該断熱材16の内周面に軸方向に多段に形成された溝状の棚部17と、各棚部17に沿って配置されたヒータエレメント18とを具備し、上記ヒータエレメント18は帯状のものを波形に成形してなり、上記断熱材16には上記ヒータエレメント18を適宜間隔でヒータ5の径方向に移動可能に且つ棚部17から脱落しないように保持するピン部材20を配設しているため、断熱材16の内周面の各段の棚部17にコルゲートタイプのヒータエレメント5を露出した状態で設置することができ、急速昇降温が可能であると共に耐久性の向上及びコストの低減が図れる。コルゲートタイプのヒータエレメント18を用いることにより、エレメント表面積の割合を効果的に増やしてヒータ表面温度の低下によるヒータエレメントの負荷の低減が図れ、破断を抑制することができるため、ヒータエレメント18に大パワーを投入して急速昇温させることできる。また、断線が抑制されるため、耐久性の向上・長寿命化が図れると共に、ヒータエレメント18として安価なカンタル材を用いることが可能となり、コストの低減が図れる。
According to the
上記断熱材16における上下に隣接するヒータエレメント18の間である棚部17には、該棚部17を内外に貫通する強制空冷用空気吹出し孔40が形成されているため、ヒータエレメントに邪魔されることなく空気を容易に吹き出すことができる。上記断熱材16は、縦に二分割されており、上記ヒータエレメント18も断熱材に対応して分割されているため、ヒータエレメントを断熱材に容易に組付けることができ、組立性の向上が図れる。
A forced air-cooling
図7は発熱抵抗体の端部の接続板を断熱材に固定する構造の一例を示す図で、(a)は要部拡大斜視図、(b)は固定状態の断面図である。ヒータエレメント18の折り返し部分(Uターン部)である上記接続板23の変形を抑制ないし防止するために、接続板23が上記断熱材16の端部(分割面部)にピン等の固定部材(図示例ではコ字状のピン)45で固定されていると共に、上記接続板23には上記断熱材16の外周面に掛止される掛止部46が設けられている。
FIGS. 7A and 7B are diagrams showing an example of a structure for fixing the connecting plate at the end of the heating resistor to the heat insulating material. FIG. 7A is an enlarged perspective view of a main part, and FIG. In order to suppress or prevent the deformation of the
図8は発熱抵抗体の端部の接続板を断熱材に固定する構造の他の例を示す断面図である。断熱材16の端部には接続板23が固定部材45で固定されると共に、その接続板23を覆うように補助断熱材47が設けられている。補助断熱材47は、断熱材16の端部(分割面部)間に介在ないし充填される。固定部材45としては、ピン以外にパイプ、丸棒、角棒等であってもよい。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing another example of a structure for fixing the connecting plate at the end of the heating resistor to the heat insulating material. At the end of the
図9は発熱抵抗体の端部の接続板を断熱材に固定する構造の他の例を示す断面図である。接続板23には断熱材16又は補助断熱材47の中に入り込んで固定される固定片48が形成されている。この固定片48は、例えば接続板23の先端部を直角に折り曲げることにより形成されている。断熱材16の端部には接続板23を覆うように補助断熱材47が設けられている。固定片48は断熱材16側に入り込んでいる方が好ましいが(図9(b)参照)、補助断熱材47側に入り込んでいてもよい(図9(a)参照)。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing another example of a structure for fixing the connecting plate at the end of the heating resistor to the heat insulating material. The connecting
図10は発熱抵抗体の凸部を倒れ防止ピンで保持する構造を示す図で、(a)は部分的斜視図、(b)は倒れ防止ピンの概略的斜視図である。断熱材16には、断熱材16の内周面より波形に凹凸となったヒータエレメント18の適宜箇所の凸部18aを下方に倒れないように保持するための倒れ防止ピン49が設けられている。この倒れ防止ピン49は、鋼線等の線材を折り曲げ加工することにより形成されている。一本の線材を二つに折り曲げ、これを更にコ字状に折り曲げ、先端の折り曲げ部を押し広げてループ状ないし略三角形の拡大部49aとしてある。この倒れ防止ピン49のコ字状部分49bの内側にヒータエレメント18の凸部18aを受け入れ、下の拡大部49aが断熱材16側近傍例えば溝部21又は棚部17の上部に位置される。倒れ防止ピン49の上の両端49c、49cは、断熱材16を貫通して外周面側に突出され、これら両端49c、49cを左右に折り曲げることにより掛止部として断熱材16の外周面に掛止される。
FIGS. 10A and 10B are diagrams showing a structure in which the convex portion of the heating resistor is held by a fall prevention pin, where FIG. 10A is a partial perspective view, and FIG. 10B is a schematic perspective view of the fall prevention pin. The
このような取付け方法により倒れ防止ピン49は、断熱材16のヒータエレメント18の周方向に適宜間隔で且つ断熱材16の軸方向に複数列例えば片方の断熱材に3列配置される。上記倒れ防止ピン49によれば、ヒータエレメント18の倒れや垂れ下がりを防止することができ、これにより断熱材16の溝部21の深さないし棚部(庇)17の突出量を減少することが可能となり、溝部21ないし棚部17をなくすことも可能となる。
By such an attachment method, the fall prevention pins 49 are arranged in a plurality of rows, for example, three rows in one heat insulating material at appropriate intervals in the circumferential direction of the
図11は倒れ防止ピンの他の例を示す斜視図である。倒れ防止ピン49としては、一本の線材をコ字状に折り曲げたもの(図11(a)参照)、或いは一本の線材を二つに折り曲げ、これをコ字状に折り曲げたものであってもよい(図11(b)参照)。なお、両端49、49cは掛止部として折り曲げられる。
FIG. 11 is a perspective view showing another example of the fall prevention pin. As the
図12は発熱抵抗体の凸部を倒れ防止板で保持する構造を示す図で、(a)は部分的斜視図、(b)は倒れ防止板の概略的斜視図である。断熱材16には、断熱材16の内周面より波形に凹凸となったヒータエレメント18の適宜箇所の凸部18aの下部を下方に倒れないように支持するための倒れ防止板50が設けられている。この倒れ防止板50は、例えばセラミック製の長方形の板からなり、その長手方向の一端にはこれを断熱材に突き刺して固定するための先鋭部50aが形成されていることが好ましい。この倒れ防止板50がヒータエレメント18の凸部18aの下部を水平に支持することにより、ヒータエレメント18の倒れや垂れ下がりを防止することができ、これにより上記実施形態と同様、溝部21ないし棚部17をなくすことも可能となる。
12A and 12B are diagrams showing a structure in which the convex portion of the heating resistor is held by the fall prevention plate. FIG. 12A is a partial perspective view, and FIG. 12B is a schematic perspective view of the fall prevention plate. The
図13は断熱材の他の例を示す斜視図である。ヒータ5の断熱材16としては、熱膨張収縮による内部応力により内周面に亀裂を生じる場合があるので、これを防止するために図12に示すように、内周面に軸方向に沿った切れ込み(スリット)42が形成されていることが好ましい。また、ヒータの組立性を考慮して、断熱材16は、各棚部17の下面位置で上下に分割されていることが好ましい。すなわち、断熱材16は上下方向に多段に分割された分割ブロック16aからなっており、一段目の分割ブロック16aの棚部17にヒータエレメントを設置したら、二段目の分割ブロック16aを積み上げて該二段目の分割ブロック16aの棚部17にヒータエレメント18を設置するという具合にヒータエレメント18を各段の棚部17に容易に設置することができ、組立性の向上が図れる。この場合、上下に隣接する分割ブロック16aには互いに係合する位置決め用の凹部43aと凸部43bが対向面に周方向に沿って形成されていることが好ましい。
FIG. 13 is a perspective view showing another example of a heat insulating material. As the
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。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various design change is possible within the range of the summary of this invention. For example, the processing container may be formed by connecting a cylindrical manifold made of a heat-resistant metal such as stainless steel having an introduction pipe part and an exhaust pipe part to the lower end part, and has a double pipe structure. May be.
w 半導体ウエハ(被処理体)
1 縦型熱処理装置
2 熱処理炉
3 処理容器
3a 炉口
16 断熱材
17 棚部
18 ヒータエレメント(発熱抵抗体)
20 ピン部材
20b 脚部
23 接続板
40 強制空冷用空気吹出し孔
45 固定部材
46 掛止部
47 補助断熱材
48 固定片
49 倒れ防止ピン
50 倒れ防止板
w Semiconductor wafer (object to be processed)
DESCRIPTION OF
20
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