專利名稱：熱處理爐以及熱處理裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及熱處理爐以及具有該熱處理爐的熱處理裝置。
背景技術：
在半導體裝置的制造過程中，為了對作為被處理體的半導體晶圓實施氧化、擴散、CVD (Chemical Vapor Deposition)等處理,使用各種熱處理裝置。而且,通常的熱處理裝置主要具有熱處理爐，該熱處理爐包括處理容器，其用于收容半導體晶圓并對半導體晶圓進行熱處理；圓筒狀的絕熱部件，其覆蓋該處理容器的周圍；加熱器，其設在絕熱部件的內(nèi)周面上并對處理容器內(nèi)的晶圓進行加熱。上述加熱器由設在圓筒狀的絕熱部件的內(nèi)周面上的加熱元件構成。作為上述加熱元件，例如在采用能夠進行批量處理的熱處理裝置的情況下，使 用沿圓筒狀的絕熱部件的內(nèi)壁面配置且被支承體支承的元件，能夠將爐內(nèi)加熱到例如800°C 1000°C左右的高溫。另外，作為上述絕熱部件，例如使用通過將由陶瓷纖維等構成的絕熱材料燒制成圓筒狀而構成的絕熱部件，能夠減少作為輻射熱以及傳導熱所吸收的熱量，從而能夠促進高效地加熱。作為上述支承體，例如使用陶瓷制的支承體，以規(guī)定的間距支承該加熱元件，以便上述加熱元件能夠熱膨脹以及熱收縮。此外，雖然熱處理爐的絕熱部件例如由包含二氧化硅、氧化鋁或硅酸鋁的無機纖維構成，但是也采用了用于抑制絕熱部件的散熱的各種方法。例如，為了抑制絕熱部件的散熱，也想到增加絕熱部件的層厚的做法，但是在該情況下，需要很大程度地增加絕熱部件的厚度，并且隨著絕熱部件的熱容量的增加，升溫、降溫性能降低，并且需要增大加熱器容量。另外，為了提高絕熱部件的絕熱性能，也想到利用真空絕熱體的做法，但是在使用了金屬制的真空容器的真空絕熱體中，存在耐熱性的問題，因此在高溫區(qū)域內(nèi)無法使用。而且大型的真空絕熱體也關系到重量的增加、制造成本的增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供不會增加絕熱部件的總厚度就能夠盡可能地抑制散熱的熱處理爐以及熱處理裝置。本發(fā)明的一實施方式的熱處理爐具有處理容器，其用于收容至少一個被熱處理體；絕熱部件，其用于覆蓋該處理容器的周圍；加熱單元，其沿該絕熱部件的內(nèi)周面配置。絕熱部件具有內(nèi)側絕熱部件和相對于內(nèi)側絕熱部件獨立地設置的外側絕熱部件，外側絕熱部件包含被壓縮的二氧化硅微粉，且外側絕熱部件的至少外表面被用于防止二氧化硅微粉飛散的飛散防止部件覆蓋。本發(fā)明的另一實施方式的熱處理裝置具有熱處理爐，其具有以下部作為爐口而開放并用于收容一個以上的被熱處理體的處理容器；蓋體，其用于封閉上述爐口 ；保持件，其被載置在該蓋體上并用于多層地保持被熱處理體；升降機構，其用于使蓋體及保持件升降而開閉蓋體并相對于上述處理容器內(nèi)輸入/輸出保持件。上述熱處理爐具有絕熱部件，其用于覆蓋該處理容器的周圍；加熱單元，其沿該絕熱部件的內(nèi)周面配置。絕熱部件具有內(nèi)側絕熱部件和相對于內(nèi)側絕熱部件獨立地設置的外側絕熱部件，外側絕熱部件包含被壓縮的二氧化硅微粉，且外側絕熱部件的至少外表面被用于防止二氧化硅微粉飛散的飛散防止
部件覆蓋。


圖I是概略地表示本發(fā)明的實施方式的熱處理裝置的縱剖視圖。

圖2是表示熱處理爐的絕熱部件的立體圖。圖3是表示熱處理爐的絕熱部件以及強制氣冷用的流路的圖。圖4是表示絕熱部件的厚度與側面散熱量比率之間的關系的圖。圖5A 圖5C是表示絕熱部件的變形例的圖。圖6A 圖6E是表示絕熱部件的外側絕熱部件的變形例的橫剖視圖。圖7A 圖7E是表示絕熱部件的另一變形例的橫剖視圖。圖8A 圖8D是表不絕熱部件的又一變形例的橫剖視圖。圖9A以及圖9B是表示絕熱部件的再一變形例的縱剖視圖。圖10是表示熱處理裝置的變形例的縱剖視圖。圖11是表示熱處理裝置的變形例的縱剖視圖。圖12A是表示在外側絕熱部件與外皮之間形成有環(huán)狀流路的結構的圖，圖12B是表示在內(nèi)側絕熱部件與外側絕熱部件之間形成有環(huán)狀流路的結構的圖。
具體實施例方式以下，利用圖I 圖4詳細地說明本發(fā)明的實施方式。圖I是概略地表示本發(fā)明的實施方式的熱處理裝置的縱剖視圖，圖2是表示熱處理爐的絕熱部件的立體圖，圖3是表示熱處理爐的絕熱部件以及強制氣冷用的流路的圖，圖4是表示絕熱部件的厚度與側面散熱量比率之間的關系的圖。在圖I中，附圖標記I是作為半導體制造裝置之一的立式的熱處理裝置，該熱處理裝置I具有立式的熱處理爐2，該立式的熱處理爐2能夠一次收容多個被處理體、例如半導體晶圓W并對該被處理體實施氧化、擴散、減壓CVD等熱處理。該熱處理爐2具有處理容器3，其用于收容晶圓W并對晶圓W進行熱處理；絕熱部件16，其呈圓筒狀并覆蓋該處理容器3的周圍；加熱單元5 (例如加熱器)，其沿絕熱部件16的內(nèi)周面設置。其中，如圖2所示，絕熱部件16具有內(nèi)側絕熱部件16a和外側絕熱部件16b，該內(nèi)側絕熱部件16a例如由包含二氧化硅、氧化鋁或硅酸鋁的無機纖維構成，該外側絕熱部件16b與內(nèi)側絕熱部件16a彼此獨立地設置。內(nèi)側絕熱部件16a如上所述由以無機纖維構成的絕熱部件的材料構成，但是外側絕熱部件16b包含被壓縮的二氧化硅微粉，且外側絕熱部件16b的外表面隔著緩沖部件16d被用于防止二氧化硅微粉飛散的飛散防止部件16c覆蓋。另外，在后述中說明有關絕熱部件16的詳細內(nèi)容。另外，上述熱處理裝置I具有用于設置絕熱部件16的底板6。在該底板6中形成有用于從下方向上方插入處理容器3的開口部7，在該開口部7上以覆蓋底板6和處理容器3之間的間隙的方式設有未圖示的絕熱部件。上述處理容器是石英制的，并形成為上端封閉且下端作為爐口 3a而開口的縱長的圓筒狀。在處理容器3的開口端形成有朝外的凸緣3b，該凸緣3b借助未圖示的凸緣壓板支承于上述底板6。圖示例的處理容器3在下側部設有用于向處理容器3內(nèi)導入處理氣體、非活性氣體等的導入部(導入口)8以及用于將處理容器3內(nèi)的氣體排出的未圖示的排氣部(排氣口)。導入口 8與氣體供給源連接，排氣口與排氣系統(tǒng)連接，該排氣系統(tǒng)具有能夠將處理容器3內(nèi)的壓力減壓控制在例如IOTorr 10 ' 8Torr左右的真空泵。在處理容器3的下方設有沿上下方向移動的蓋體10，該蓋體10借助升降機構14能夠升降移動，從而能夠開閉處理容器3的下端開口部(即爐口 3a)。在該蓋體10的上部載置有作為爐口 3a的保溫部件的例如保溫筒11，在該保溫筒11的上部載置有作為保持件的石英制的舟皿12，該舟皿12用于沿上下方向以規(guī)定的間隔搭載多張、例如100張 150張 左右例如直徑是300mm的晶圓W。在蓋體10上設有用于使舟皿12圍繞舟皿12的軸心線旋轉的旋轉機構13。利用蓋體10的下降移動將舟皿12自處理容器3內(nèi)輸出(卸載)到下方的加載區(qū)域15內(nèi)，在移換晶圓W之后，利用蓋體10的上升移動將舟皿12輸入(裝載)到處理容器3內(nèi)。上述加熱器5具有槽狀的架部17和加熱元件18，該架部17沿軸線方向(在圖示例中為上下方向)以多層形成在圓筒狀的絕熱部件16的內(nèi)周面上，該加熱元件18沿該架部17配置。采用該實施方式，為了裝配加熱器5，絕熱部件16也可以沿縱向被一分為二。加熱元件18是通過將帶狀的材料成形為波形(彎折加工)而成的。該波紋型(波形)的加熱元件18例如由鐵(Fe)、鉻(Cr)以及鋁(Al)的合金構成。采用其他實施方式，該加熱元件18分別被設成例如壁厚為Imm 2mm左右，寬度為14mm 18mm左右,波形部分的振幅為Ilmm 15mm左右，波形部分的間距P為28mm 32mm左右。另外，從能夠允許絕熱部件16的架部17上的加熱材料18在周向上進行一定程度的移動并且謀求提高彎曲部的強度這方面考慮，優(yōu)選加熱元件18的波形部分的頂角Θ被設為90度左右，且各頂點部(也稱其為凸部或峰部)被施以R彎曲加工。在上述絕熱部件16上配置有銷構件20，該銷構件20以使該加熱元件18能夠在徑向上移動并且不會從架部17上脫落及脫離的方式以適當間隔保持加熱元件18。在上述圓筒狀的絕熱部件16的內(nèi)周面上，沿軸線方向以規(guī)定間距多層地形成有環(huán)狀的槽部21，該環(huán)狀的槽部21與該圓筒狀的絕熱部件16同心，在相鄰的上部的槽部21和下部的槽部21之間形成有沿周向連續(xù)的環(huán)狀的上述架部17。在上述槽部21與加熱元件18的上部之間、上述槽部21與加熱元件18的下部之間以及槽部21的里側端壁與加熱元件18的背面之間設有能夠允許加熱元件18熱膨脹、熱收縮以及在徑向上移動的充分的間隙，另外，由于上述的間隙，在進行強制冷卻時冷卻介質能夠蔓延到加熱元件18的背面，能夠高效地冷卻加熱元件18。設在絕熱部件16的內(nèi)周面上的加熱元件18在絕熱部件16的縱向上被劃分成多個、例如5個。采用該實施方式，被如此劃分成的加熱元件18可以沿絕熱部件16的架部17及槽部21呈環(huán)狀地配置，但并不限定于此。例如，從裝配方面考慮，優(yōu)選使加熱元件18與沿縱向被一分為二的絕熱部件16相對應而形成為一半形狀(圓弧狀)。對于如上所述被劃分成的加熱元件18，作為其連接(連結線)方式，以向徑向外側突出的方式彎折各層的加熱元件18的兩端，為了串聯(lián)連接上下相鄰的加熱元件18，例如借助第I連接板(未圖示)來連接兩端、例如第I層的終端與第2層的始端，借助第2連接板(未圖示)來連接兩端、例如第2層的終端與第3層的始端。期望注意的是，加熱元件18的連接方式并不限定于上述例子。另外，在每一個沿縱向被劃分成的加熱元件18的兩端部連接有用于與外部電源(未圖示)連接的端子部22a、22b。另外，作為構成加熱器5的加熱元件18，并不限定于上述結構，能夠采用各種結構。另外，雖然列舉了如下例子，即，將加熱元件18收容到絕熱部件16的槽部21內(nèi)，
并利用絕熱部件16的架部17支承該加熱元件18，并且利用銷構件20保持該加熱元件18，但是并不限于此，也可以利用其他的方法來支承加熱元件18。另外，在絕熱部件16和處理容器3之間的空間33內(nèi)設有溫度傳感器50，來自溫度傳感器50的信號被送到控制部51。然后,控制部51基于來自溫度傳感器50的信號使電源(未圖示)運轉，由該電源對加熱元件18供給規(guī)定的電力，從而進行空間33內(nèi)的溫度控制。為了保持絕熱部件16的形狀并且加強絕熱部件16，如圖I以及圖3所示，以金屬制、例如不銹鋼制的外皮(outer shell)28來覆蓋絕熱部件16的飛散防止部件16c的外周面。當然，也可以使用其他的金屬制的構件。另外，采用該實施方式，為了抑制加熱器5對外部的熱影響，也可以用水冷套30覆蓋外皮28的外周面。在絕熱部件16的頂部設有用于覆蓋絕熱部件16的頂部的上部絕熱部件31，在該上部絕熱部件31的上部設有用于覆蓋外皮28的頂部(上端部)的不銹鋼制的頂板32。為了在熱處理后使晶圓W急速降溫而謀求提高處理的速度及生產(chǎn)率，在加熱器5上設有排熱系統(tǒng)35和強制冷卻部件36，該排熱系統(tǒng)35用于將絕熱部件16與處理容器3之間的空間33內(nèi)的氣氛氣體排出到外部，該強制冷卻部件36用于將冷卻介質導入到上述空間33內(nèi)而強制冷卻處理容器3。上述排熱系統(tǒng)35主要由例如設在加熱器5的上部的排氣口 37和用于將該排氣口 37與未圖示的工場排氣系統(tǒng)連結的未圖示的排熱管構成。在排熱管上設有未圖不的排氣鼓風機以及換熱器。采用該實施方式，作為冷卻介質，能夠使用空氣、非活性氣體(氮氣)或水。上述強制冷卻部件36具有多個環(huán)狀流路38，其沿上下方向形成在上述絕熱部件16的飛散防止部件16c和外皮28之間；強制冷卻用冷卻介質噴射孔40，其設在絕熱部件16上，用于從各環(huán)狀流路38向絕熱部件16的中心沿傾斜方向噴射冷卻介質，從而在上述空間33的周向上產(chǎn)生回旋流。上述環(huán)狀流路38是通過在絕熱部件16的外周面上粘貼帶狀或環(huán)狀的絕熱性分隔構件41而形成的。如上所述，上述冷卻介質噴射孔40是對應各環(huán)狀流路而設置的，并且以貫穿架部17的徑向上的內(nèi)外的方式形成在絕熱部件16上的上下相鄰的加熱元件18之間的該架部17上。通過這樣在架部17上設置冷卻介質噴射孔40，能夠不會干擾加熱元件18地向上述空間33噴出冷卻介質。如圖I、圖3以及圖12A所示，在上述外皮28的外周面上，沿高度方向設有用于向各環(huán)狀流路38分配供給冷卻介質的I根共用的供給管道49，并且在外皮28上形成有用于將供給管道49內(nèi)與各環(huán)狀流路38連通起來的連通口 28a。在供給管道49上經(jīng)由開閉閥49A連接有用于進行壓送供給的未圖示的冷卻介質供給源(例如鼓風機)。在本實施方式中，通過在與多個環(huán)狀流路38連接的I根共用的供給管道49上連接開閉閥49A，能夠統(tǒng)一調整在環(huán)狀流路38內(nèi)流動的冷卻介質的流量。采用該實施方式，也可以按照環(huán)狀流路38來對供給管道49內(nèi)進行劃分，并針對供給管道49的與各環(huán)狀流路38相對應地被劃分成的區(qū)域連接開閉閥。通過這樣與各環(huán)狀流路38相對應地連接各開閉閥，能夠單獨調整在各環(huán)狀流路38內(nèi)流動的冷卻介質的流量。接著，以下詳細敘述絕熱部件16。如上所述，絕熱部件16具有由氧化鋁、二氧化硅構成的內(nèi)側絕熱部件16a、包含被壓縮的二氧化硅微粉的外側絕熱部件16b和隔著緩沖部件16d設在外側絕熱部件16b的外表面上的飛散防止部件16c (參照圖I以及圖2)。其中，外側絕熱部件16b至少包含被壓縮 的二氧化硅微粉，極大地提高了該外側絕熱部件16b的絕熱性能。因此，與僅由以普通的絕熱部件的材料構成的內(nèi)側絕熱部件16a來構成絕熱部件16的情況相比，能夠抑制絕熱部件16的整體厚度的增加，能夠提高絕熱部件的絕熱性能。而且，由于外側絕熱部件16b的內(nèi)表面被由普通絕熱部件的材料構成的內(nèi)側絕熱部件16a覆蓋，并且外側絕熱部件16b的外表面被隔著緩沖部件16d設置的飛散防止部件16c覆蓋，因此，易于飛散的外側絕熱部件16b的二氧化硅微粉不會從外側絕熱部件16b的內(nèi)表面?zhèn)认蛲鈧蕊w散，并且也能夠防止該二氧化硅微粉從外側絕熱部件16b的外表面?zhèn)认蛲鈧蕊w散。另外，外側絕熱部件16b至少包含被壓縮的二氧化硅微粉，但是并不限定與此。例如，除此以外，也可以在二氧化硅微粉中添加碳化硅微粉或二氧化鈦微粉。這樣，通過對至少包含二氧化硅微粉、進而添加了碳化硅微粉或二氧化鈦微粉的材料進行壓縮而能夠獲得外側絕熱部件16b。接著，詳細地敘述外側絕熱部件16b的結構。(結構·成分)外側絕熱部件16b的結構·成分是以無機纖維進行加強而成的陶瓷粉末成形體，且是O. I μπι以下的非封閉微小空間(cell)構造物(日文非閉鎖七 > 構造物)。該外側絕熱部件16b的主要成分是粉徑5nm 30nm左右的SiO2,并根據(jù)需要對其加入作為紅外線的非透過材料的SiC、ZrO2, TiO2^Al2O3等。(導熱特性)·固體的導熱特性由于使用極小的材料，因此接觸部分非常小且導熱率也較小。·氣體的導熱特性由于形成微小空間(cell)的尺寸是O. I μ m，該尺寸比空氣的平均自由行程小，因此阻止了分子間的沖突，導熱率較小。·紅外透過特性通過加入SiC、ZrO2, TiO2, Al2O3等紅外線的非透過材料，能夠阻隔輻射熱，而將紅外線的透過抑制成最小限度。由于以上的結構和成分，外側絕熱部件16b具有也使靜止空氣的導熱率降低的優(yōu)異的絕熱特性。
在此，將被壓縮的二氧化硅微粉的導熱率與氧化鋁、二氧化硅等無機纖維以及靜止空氣相比較，結果如表I所示。[表 I]
權利要求
1.一種熱處理爐，其中， 該熱處理爐具有 處理容器，其用于收容至少一個被熱處理體； 絕熱部件，其用于覆蓋該處理容器的周圍； 加熱單元，其沿該絕熱部件的內(nèi)周面配置， 絕熱部件具有內(nèi)側絕熱部件和相對于內(nèi)側絕熱部件獨立地設置的外側絕熱部件，外側絕熱部件包含被壓縮的二氧化硅微粉，且外側絕熱部件的至少外表面被用于防止二氧化硅微粉飛散的飛散防止部件覆蓋。
2.根據(jù)權利要求I所述的熱處理爐，其中， 外側絕熱部件還包含碳化硅微粉或二氧化鈦微粉。
3.根據(jù)權利要求I所述的熱處理爐，其中， 在用于覆蓋外側絕熱部件的外表面的飛散防止部件的外側設有外皮，該外皮用于在其與飛散防止部件之間形成強制冷卻用的流路，以貫穿飛散防止部件、外側絕熱部件以及內(nèi)側絕熱部件的方式設有強制冷卻用冷卻介質噴射孔。
4.根據(jù)權利要求I所述的熱處理爐，其中， 以覆蓋外側絕熱部件的內(nèi)表面的方式設有飛散防止部件，在內(nèi)側絕熱部件與外側絕熱部件的內(nèi)表面?zhèn)鹊娘w散防止部件之間形成有強制冷卻用的流路，以貫穿內(nèi)側絕熱部件的方式設有強制冷卻用冷卻介質噴射孔。
5.根據(jù)權利要求I所述的熱處理爐，其中， 外側絕熱部件被沿縱向分割，由借助界面相互接觸的多個分割部分構成，各分割部分具有長方形形狀。
6.根據(jù)權利要求5所述的熱處理爐，其中， 外側絕熱部件的分割部分的界面呈放射狀延伸。
7.根據(jù)權利要求5所述的熱處理爐，其中， 外側絕熱部件的分割部分的界面相對于放射方向傾斜地延伸。
8.根據(jù)權利要求5所述的熱處理爐，其中， 由被壓縮的二氧化硅微粉構成的填充材料介于外側絕熱部件的分割部分的界面處。
9.根據(jù)權利要求5所述的熱處理爐，其中， 外側絕熱部件由從內(nèi)表面?zhèn)瘸蛲獗砻鎮(zhèn)榷鄬拥嘏渲玫亩鄠€圓周狀薄板構成， 各圓周狀薄板是通過使平板狀的薄板彎曲而形成的。
10.根據(jù)權利要求9所述的熱處理爐，其中， 各圓周狀薄板被沿縱向分割，由借助界面相互接觸的多個薄板分割部分構成。
11.根據(jù)權利要求3所述的熱處理爐，其中， 強制冷卻用的流路包括被分隔部件在上下方向上劃分成的多個環(huán)狀流路，針對每個環(huán)狀流路設有強制冷卻用冷卻介質噴射孔。
12.根據(jù)權利要求11所述的熱處理爐，其中， 針對強制冷卻用的流路的每個環(huán)狀流路調整強制冷卻用的冷卻介質的流量。
13.根據(jù)權利要求3所述的熱處理爐，其中， 強制冷卻用的冷卻介質噴射孔中的與外側絕熱部件相對應的部分被飛散防止部件覆蓋。
14.根據(jù)權利要求I所述的熱處理爐，其中， 在外側絕熱部件的內(nèi)周面上設有沿縱向延伸的狹縫。
15.根據(jù)權利要求5所述的熱處理爐，其中， 內(nèi)側絕熱部件被沿縱向分割，由借助界面相互接觸的多個分割部分構成，內(nèi)側絕熱部件的界面相對于外側絕熱部件的界面在圓周方向上錯開。
16.一種熱處理裝置，其中， 該熱處理裝置具有 熱處理爐，其具有以下部作為爐口而開放并用于收容一個以上的被熱處理體的處理容器； 蓋體，其用于封閉上述爐口 ； 保持件，其被載置在該蓋體上并用于多層地保持被熱處理體； 升降機構，其用于使蓋體及保持件升降而開閉蓋體并相對于上述處理容器內(nèi)輸入/輸出保持件， 上述熱處理爐具有 絕熱部件，其用于覆蓋該處理容器的周圍； 加熱單元，其沿該絕熱部件的內(nèi)周面配置， 絕熱部件具有內(nèi)側絕熱部件和相對于內(nèi)側絕熱部件獨立地設置的外側絕熱部件，外側絕熱部件包含被壓縮的二氧化硅微粉，且外側絕熱部件的至少外表面被用于防止二氧化娃微粉飛散的飛散防止部件覆蓋。
全文摘要
本發(fā)明提供一種熱處理爐以及熱處理裝置。該熱處理爐具有處理容器，其用于收容一個以上的被熱處理體；絕熱部件，其用于覆蓋該處理容器的周圍；加熱單元，其沿該絕熱部件的內(nèi)周面配置。該絕熱部件具有內(nèi)側絕熱部件和相對于內(nèi)側絕熱部件獨立地設置的外側絕熱部件，外側絕熱部件包含被壓縮的二氧化硅微粉。該外側絕熱部件的至少外表面被用于防止二氧化硅微粉飛散的飛散防止部件覆蓋。
文檔編號H01L21/324GK102856231SQ201210217199
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月27日 優(yōu)先權日2011年6月27日
發(fā)明者小林誠 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社