JPH07263369A

JPH07263369A - 熱処理装置

Info

Publication number: JPH07263369A
Application number: JP5369094A
Authority: JP
Inventors: Satoyuki Ishibashi; 智行石橋
Original assignee: KOYO RINDOBAAGU KK
Current assignee: KOYO RINDOBAAGU KK
Priority date: 1994-03-24
Filing date: 1994-03-24
Publication date: 1995-10-13

Abstract

(57)【要約】【目的】炉芯管内の急速かつ均一な降温を可能とす
る。【構成】炉芯管3 とヒータ周壁8 との間に冷却ガス通
路が形成されており、ヒータ周壁8 の上方、中程および
下方に、冷却ガス通路に冷却ガスを導入するインジェク
タノズル22,32,42が設けられている。各インジェクタノ
ズル22,32,42に接続される配管24,34,44途中に、冷却ガ
ス導入量調節バルブ25,35,45が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体の酸化、拡
散、ＣＶＤ等に用いられる熱処理装置に関する。

【０００２】この明細書において、ヒータとは、発熱部
およびこれを支持する断熱壁よりなる筒状のものをいう
ものとするが、その一端が断熱壁等で閉鎖されて使用さ
れる態様も含めて便宜上同じ表現を用いることにする。

【０００３】

【従来の技術】従来、この種の熱処理装置としては、被
処理物を収納する炉芯管と、炉芯管を取り囲むように配
置されたヒータとを備え、ヒータの周壁下部に冷却ガス
導入口が設けられ、炉芯管とヒータの周壁との間に冷却
ガス通路が形成され、ヒータの頂部に冷却ガス排気口が
設けられているものが知られている。

【０００４】この種の熱処理装置では、処理時間の短縮
および被処理物の品質向上の点から炉芯管内の急速かつ
均一な降温が要求されているが、上記熱処理装置では、
炉芯管内の下部の温度は速く下がるが、炉芯管内の上部
の温度は下がるのが遅いという問題があった。

【０００５】そこで、特開平４−３６９２１４号公報に
は、冷却ガスを、ヒータの周壁の下部に排気口を設け、
ヒータの頂壁から導入するとともに、ヒータの周壁の中
央部からも導入することにより、炉芯管内の急速かつ均
一な降温を行おうとする熱処理装置が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に開示された熱処理装置は、炉芯管内の急速かつ均一
な降温という点において、従来よりは改良されているも
のの、まだ十分なレベルには達していないものといえ
る。

【０００７】この発明の目的は、炉芯管内の急速かつ均
一な降温が可能である熱処理装置を提供することにあ
る。

【０００８】また、この発明の他の目的は、炉芯管内の
急速かつ均一な制御降温を可能とする熱処理装置を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明による熱処理装
置は、被処理物を収納する炉芯管と、炉芯管を取り囲む
ように配置されたヒータとを備え、炉芯管とヒータの周
壁との間に冷却ガス通路が形成されている熱処理装置に
おいて、冷却ガス通路に通じる複数の冷却ガス導入部が
ヒータ周壁の長手方向の異なる箇所に設けられているこ
とを特徴とするものである。

【００１０】炉芯管内が均一に降温されるように、各冷
却ガス導入部からの冷却ガス導入量が制御されることが
好ましい。

【００１１】各冷却ガス導入部に接続される配管途中
に、冷却ガス導入量調節バルブが設けられていることが
好ましい。

【００１２】ヒータの発熱部が長手方向に沿ってそれぞ
れ独立して発熱制御可能な複数部分に分割され、炉芯管
内の長手方向の各位置における降温レートが所定のレー
トとなるように、各冷却ガス導入部からの冷却ガス導入
量および各発熱部分の発熱量が制御されることがある。

【００１３】ヒータの発熱部が、周方向に互いに所定間
隔をおいて長手方向に沿ってのびる複数の帯状部分より
なることがある。

【００１４】また、各冷却ガス導入部が、先端が封止さ
れたインジェクタノズルにより形成されていることがあ
る。

【００１５】

【作用】この発明による熱処理装置は、冷却ガス通路に
通じる複数の冷却ガス導入部がヒータ周壁の長手方向の
異なる箇所に設けられているものであるから、降温時に
は各冷却ガス導入部より冷却ガスが導入され、炉芯管内
は、急速にかつ均一に冷却される。

【００１６】炉芯管内が均一に降温されるように、各冷
却ガス導入部からの冷却ガス導入量が制御されるもので
は、炉芯管内に温度差が生じた場合に、この差をなくす
ように各冷却ガス導入部毎に冷却ガス導入量が増減され
る。

【００１７】各冷却ガス導入部に接続される配管途中
に、冷却ガス導入量調節バルブが設けられているもので
は、冷却ガス導入量調節バルブを操作して冷却ガスの導
入量を調整する。

【００１８】ヒータの発熱部が長手方向に沿ってそれぞ
れ独立して発熱制御可能な複数部分に分割され、炉芯管
内の長手方向の各位置における降温降温レートが所定の
レートとなるように、各冷却ガス導入部からの冷却ガス
導入量および各発熱部分の発熱量が制御されるもので
は、任意の降温レートで均一な制御降温ができる。

【００１９】ヒータの発熱部が、周方向に互いに所定間
隔をおいて長手方向に沿ってのびる複数の帯状部分より
なるものでは、帯状発熱部分の間であれば任意の位置に
障害なく冷却ガス導入孔をあけることができる。

【００２０】各冷却ガス導入部が、先端が封止されたイ
ンジェクタノズルにより形成されているものでは、冷却
ガスが炉芯管またはこれを取り囲むライナー管に直接当
たらない。

【００２１】

【実施例】この発明の実施例を、以下図面を参照して説
明する。

【００２２】図１は、この発明の熱処理装置を示してお
り、同装置は、下端が開口し上端が閉鎖された石英製炉
芯管(3) と、これを取り囲むように配置されたヒータ
(1) と、多数の基板(6) が支持されたボート(5) を炉芯
管(3) 内にローディングするための昇降自在のエレベー
タ(7) とを備えている。

【００２３】ヒータ(1) は、電熱線(2a)により形成され
た発熱部(2) と、円筒状の断熱材製周壁(8) と、冷却ガ
ス排気口(10)が設けられた断熱材製頂壁(9) とよりな
る。炉芯管(3) とヒータ(1) の周壁(8) との間には、冷
却ガス通路となる空間が形成されている。

【００２４】ヒータ(1) の発熱部(2) は、上下方向に沿
って、それぞれ独立して発熱制御可能な３つの部分、す
なわち、ボトム部発熱部(27)、センター部発熱部(37)お
よびトップ部発熱部(47)に分けられている。センター部
発熱部(37)は相対的に大きく、トップ部発熱部(47)は相
対的に小さくなされている。

【００２５】炉芯管(3) とヒータ(1) との間には、ボト
ム部発熱部(27)に対応して外温測定用ボトム部熱電対(2
8)、センター部発熱部(37)に対応して外温測定用センタ
ー部熱電対(38)、トップ部発熱部(47)に対応して外温測
定用トップ部熱電対(48)がそれぞれ設けられている。

【００２６】この実施例では、ヒータ(1) として、特公
平５−５０１１７号公報に開示されているものが用いら
れている。すなわち、図２に示すように、ヒータ周壁
(8) は真空成形され、かつヒータ周壁(8) には円周方向
に一定間隔をおいて上下にのびる溝(8a)が設けられてい
る。各発熱部(27)(37)(47)は、周方向に互いに所定間隔
をおいて長手方向に沿ってのびる複数の帯状部分よりな
る。各帯状部分は、電熱線(2a)が蛇行状に曲げられたも
ので、直線部分と湾曲部分とが連続して形成されてお
り、湾曲部分が、ヒータ周壁(8) の溝(8a)の両側壁内に
埋め込まれている。

【００２７】ヒータ(1) の周壁(8) には、冷却ガス導入
用のボトム部インジェクタノズル(22)、センター部イン
ジェクタノズル(32)およびトップ部インジェクタノズル
(42)がそれぞれ４つずつ互いに９０°離れた位置に設け
られている。ボトム部インジェクタノズル(22)はセンタ
ー部発熱部(37)の下端より若干上方に位置させられ、セ
ンター部インジェクタノズル(32)はセンター部発熱部(3
7)の中程に位置させられ、トップ部インジェクタノズル
(42)はセンター部発熱部(37)の上端より若干下方に位置
させられている。

【００２８】炉芯管(3) 内には、各インジェクタノズル
(22)(32)(42)と同レベルの位置に、内温測定用ボトム部
熱電対(21)、内温測定用センター部熱電対(31)、内温測
定用トップ部熱電対(41)がそれぞれ設けられている。

【００２９】各インジェクタノズル(22)(32)(42)は、石
英またはセラミック製で同一形状であり、図３にはセン
ター部インジェクタノズル(32)が示されているものとす
る。同図に示すように、インジェクタノズル(32)は円筒
状で、基端部近くにフランジ(32a) が設けられており、
発熱部(2) の帯状部分の間の断熱材部分にあけられた貫
通孔に挿入され、基端部がヒータ(1) 外でホルダー(43)
により保持されている。

【００３０】各インジェクタノズル(22)(32)(42)には、
ブロア(15)によりボトム部、センター部およびトップ部
送風パイプ(24)(34)(44)を経て冷却ガス（空気または窒
素）が送られる。ボトム部送風パイプ(24)の途中には、
ボトム部冷却ガス導入量調整用バルブ(25)およびボトム
部電磁バルブ(26)、センター部送風パイプ(34)の途中に
は、センター部冷却ガス導入量調整用バルブ(35)および
センター部電磁バルブ(36)、トップ部送風パイプ(44)の
途中には、トップ部冷却ガス導入量調整用バルブ(45)お
よびトップ部電磁バルブ(46)がそれぞれ設けられてい
る。

【００３１】ボトム部インジェクタノズル(22)より導入
された冷却ガスは、炉芯管(3) に当たってボトム部(20)
を冷却し、さらにセンター部(30)およびトップ部(40)を
冷却して頂壁(9) の冷却ガス排気口(10)から排出され
る。センター部インジェクタノズル(32)より導入された
冷却ガスは、炉芯管(3) に当たってセンター部(30)を冷
却し、さらにトップ部(40)を冷却して頂壁(9) の冷却ガ
ス排気口(10)から排出される。トップ部インジェクタノ
ズル(42)より導入された冷却ガスは、炉芯管(3)に当た
ってトップ部(40)を冷却して頂壁(9) の冷却ガス排気口
(10)から排出される。このように、ボトム部(20)だけで
なくセンター部(30)およびトップ部(40)にも直接冷却ガ
スが導入されることにより、ヒータ(1) 内は急速に降温
される。均一性についても、ヒータ下部より冷却ガスを
導入し、これをヒータの頂壁より排出するようになされ
ている従来装置に比べると、非常に向上する。なお、ヒ
ータ(1) の周壁(8) の表面は真空成形により硬化してい
るので、周壁(8) が冷却ガスによって削られて消耗する
ことがない。

【００３２】上記において、各インジェクタノズル(22)
(32)(42)から同じ量の冷却ガスを導入したのでは、必ず
しも各部(20)(30)(40)の温度が同じように下がらない。
このときには、各冷却ガス導入量調整用バルブ(25)(35)
(45)の開閉度合いを調整する。例えば、トップ部(40)の
温度の下がりが遅ければ、トップ部調整用バルブ(45)を
開いてトップ部(40)の冷却ガス冷却ガス導入量を増やせ
ばよい。この様に冷却ガスの導入量を調整することによ
り、各部(20)(30)(40)の温度を均一に下げることができ
る。

【００３３】また、上記の冷却ガス導入量の調整だけで
は、降温する温度域によっては、直線的に、またはあら
かじめ設定されたパターンによって決められる所定のレ
ートで、降温できないという問題が残る場合がある。こ
の場合には、冷却ガス導入量と発熱部(2) の発熱量を同
時に制御すればよい。すなわち、外温測定用熱電対(28)
(38)(48)および内温測定用熱電対(21)(31)(41)により得
られる各部(20)(30)(40)の外温および内温の両測定値に
基づくカスケード制御により、各インジェクタノズル(2
2)(32)(42)からの冷却ガス導入量および各発熱部分(27)
(37)(47)の発熱量を制御する。このように、外温および
内温の変化量を捕らえて冷却ガス導入量および発熱量を
制御することにより、任意の降温レートにより直線的に
かつ均一に降温することができる。また、単に炉芯管
(3) 内を均一にできるだけ速く急冷したい場合は、発熱
はなく、冷却ガスの導入量の制御のみでよいことは明ら
かである。

【００３４】図４には、この発明の熱処理装置の他の実
施例を示している。この実施例では、炉芯管(3) とヒー
タ(1) の周壁(8) との間に、炉芯管(3) と同芯の炭化け
い素製ライナー管(51)が配置されている。そして、イン
ジェクタノズル(52)は、先端が封止されており、ノズル
(52)の先端部分の周壁に冷却ガス吹出し用スリット(53)
があけられて、冷却ガスがノズル径方向に吹き出される
ようになされている。ノズル(52)の基端部近くにはフラ
ンジ(52a) が設けられており、基端部がヒータ(1) 外で
ホルダー(43)により保持されている。炭化けい素は、急
激に冷却すると破損しやすいが、このインジェクタノズ
ル(52)を使用することにより、冷却ガスがライナー管(5
1)に直接当たることはなく、ライナー管(51)が破損する
ほど急激に冷却されることはない。このインジェクタノ
ズル(52)は、炭化けい素以外にも、石英に比べて耐熱衝
撃性が劣る材質からなる管とともに使用する場合には特
に適している。

【００３５】図５にこの発明の熱処理装置の内温測定用
熱電対(21)(31)(41)による昇降温度曲線を、図６に従来
の熱処理装置の同位置での昇降温度曲線を示している。
図５の降温カーブは、冷却ガス導入量とヒータ発熱量を
同時に制御して降温させた場合に得られたものである。
また、従来の熱処理装置は、ヒータの周壁下部の１か所
より冷却ガスを導入し、これをヒータの頂壁より排出す
るようになされているものである。

【００３６】両図の比較から明らかなように、従来の熱
処理装置では、降温し始めるとすぐにボトム部、センタ
ー部およびトップ部の降温曲線（それぞれＢ、Ｃ、Ｔで
示す）が分かれていくのに対して、本発明の熱処理装置
では、ボトム部(20)、センター部(30)およびトップ部(4
0)の降温曲線（同じくＢ、Ｃ、Ｔで示す）がほぼ重なっ
ており、極めて均一な降温が行われている。しかも、昇
温前の温度に戻るのに必要な冷却時間も大幅に短くなっ
ている。

【００３７】上記実施例では、各部(20)(30(40) に設け
られるインジェクタノズル(22)(32)(42)の数は４つとさ
れているが、この数は、その取付位置とともに、炉芯管
(3)内の温度が均一になるように適宜変更される。ま
た、各部(20)(30(40) のインジェクタノズル(22)(32)(4
2)は、平面から見て、同じ位置に設けてもよいし、例え
ば上下に隣り合うもの同士４５度ずつずらすようにして
もよい。上述したように、発熱部(2) が、周方向に互い
に所定間隔をおいてヒータ周壁(8) に固定された複数の
帯状部分よりなるので、帯状部分同士の間にインジェク
タノズル(22)(32)(42)挿入用の貫通孔をあけることは容
易であり、長手方向は任意の位置に、円周方向はかなり
自由な位置にインジェクタノズル(22)(32)(42)を配置す
ることができる。なお、ヒータの発熱体形状としては蛇
行状のもののみならず、コイル状のもの等他の形状のも
のであってもよい。また、必ずしも本実施例に開示した
ものに限定するものでない。

【００３８】また、ヒータ(1) 内が、ボトム部(20)、セ
ンター部(30)およびトップ部(40)の３つの部分に区分さ
れて制御されているが、例えばセンター部がさらに２つ
に区分されて計４つの部分となされてもよく、この場合
には、熱処理装置は、４つの部分ごとに温度制御ができ
るように構成される。また、上記実施例の熱処理装置は
縦型とされているが、横型であっても同様にして、各部
ごとの温度制御ができる。

【００３９】また、ブロア(15)により冷却ガスを送風す
る代わりに、排気側を負圧にして吸引方式としてもよい
し、ブロア(15)を使わずに、高圧エアとマスフローコン
トローラとを併用することによっても、同様の効果が得
られる。

【００４０】さらにまた、ブロア(15)をインバータによ
り制御し、ブロア(15)の回転数を変えることにより冷却
ガス導入量をかえてもよい。インバータ制御を行うこと
により、温度域が広い場合でも、精度のよい降温制御が
できる。

【００４１】

【発明の効果】この発明の熱処理装置によると、降温時
には各冷却ガス導入部より冷却ガスが導入され、炉芯管
内は、急速にかつ均一に冷却されるので、半導体基板等
の被処理物の品質向上および処理時間の短縮が可能とな
る。

【００４２】炉芯管内が均一に降温されるように、各冷
却ガス導入部からの冷却ガス導入量が制御されるもので
は、炉芯管内に温度差が生じた場合に、この差をなくす
ように各冷却ガス導入部毎に冷却ガス導入量が増減さ
れ、これにより、より均一な制御降温ができる。

【００４３】各冷却ガス導入部に接続される配管途中
に、冷却ガス導入量調節バルブが設けられているもので
は、冷却ガス導入量調節バルブを操作して冷却ガスの導
入量を調整すればよく、簡単な構成で上記均一な制御降
温が可能となる。

【００４４】ヒータの発熱部が長手方向に沿ってそれぞ
れ独立して発熱制御可能な複数部分に分割され、炉芯管
内の長手方向の各位置における降温レートが所定のレー
トとなるように、各冷却ガス導入部からの冷却ガス導入
量および各発熱部分の発熱量が制御されるものでは、任
意の降温レートで均一に冷却することができ、より厳密
な温度プロセスへの要求に応えることができるだけでな
く、新たなプロセス技術の開発にも大いに役立つ。

【００４５】ヒータの発熱部が、周方向に互いに所定間
隔をおいて長手方向に沿ってのびる複数の帯状部分より
なるものでは、帯状発熱部分の間であれば任意の位置に
障害なく冷却ガス導入孔をあけることができるので、急
速かつ均一な降温を得るのに効果的な位置より冷却ガス
を導入することができる。

【００４６】各冷却ガス導入部が、先端が封止されたイ
ンジェクタノズルにより形成されているものでは、冷却
ガスが炉芯管またはこれを取り囲むライナー管に直接当
たらないので、炉芯管またはライナー管が炭化けい素の
ように急激に冷却されると破損しやすい材質で形成され
ている場合に、これらの管の破損を未然に防ぐことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による熱処理装置を概略的に示す垂直
断面図である。

【図２】ヒータの一部を示す斜視図である。

【図３】図１の要部の拡大水平断面図である。

【図４】この発明による熱処理装置の他の実施例を示す
図３に相当する水平断面図である。

【図５】この発明による熱処理装置により処理するさい
の昇降温度曲線の一例を示すグラフである。

【図６】従来の熱処理装置により処理するさいの昇降温
度曲線の一例を示すグラフである。

【符号の説明】

(1) ヒータ (2) 発熱部 (3) 炉芯管 (8) ヒータ周壁 (15) ブロア (22)(32)(42) インジェクタノズル（冷却ガス導入
部） (25)(35)(45) 冷却ガス導入量調整用バルブ (27)(37)(47) 発熱部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理物を収納する炉芯管と、炉芯管を
取り囲むように配置されたヒータとを備え、炉芯管とヒ
ータ周壁との間に冷却ガス通路が形成されている熱処理
装置において、冷却ガス通路に通じる複数の冷却ガス導
入部がヒータ周壁の長手方向の異なる箇所に設けられて
いることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】炉芯管内が均一に降温されるように、各
冷却ガス導入部からの冷却ガス導入量が制御されること
を特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【請求項３】各冷却ガス導入部に接続される配管途中
に、冷却ガス導入量調節バルブが設けられている請求項
２記載の熱処理装置。
【請求項４】ヒータの発熱部が長手方向に沿ってそれ
ぞれ独立して発熱制御可能な複数部分に分割され、炉芯
管内の長手方向の各位置における降温レートが所定のレ
ートとなるように、各冷却ガス導入部からの冷却ガス導
入量および各発熱部分の発熱量が制御されることを特徴
とする請求項２記載の熱処理装置。
【請求項５】ヒータの発熱部が、周方向に互いに所定
間隔をおいて長手方向に沿ってのびる複数の帯状部分よ
りなる請求項１記載の熱処理装置。
【請求項６】各冷却ガス導入部が、先端が封止された
インジェクタノズルにより形成されている請求項１記載
の熱処理装置。