(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体を収容して熱処理する処理容器と、
該処理容器の周囲を覆う断熱材と、
該断熱材の内周面に沿って配置されたヒータとを備え、
断熱材は内側断熱材と、内側断熱材と別体に設けられた外側断熱材とを有し、
外側断熱材は圧縮された微粉シリカ材を含み、外側断熱材の少なくとも外面は微粉シリカ材の飛散を防止する飛散防止材により覆われ、
外側断熱材の外面を覆う飛散防止材の外側に、飛散防止材との間で強制冷却用の流路を形成する外皮が設けられ、飛散防止材、外側断熱材および内側断熱材を貫通して強制冷却用冷却媒体吹出し孔が設けられていることを特徴とする熱処理炉。
【請求項２】
被処理体を収容して熱処理する処理容器と、
該処理容器の周囲を覆う断熱材と、
該断熱材の内周面に沿って配置されたヒータとを備え、
断熱材は内側断熱材と、内側断熱材と別体に設けられた外側断熱材とを有し、
外側断熱材は圧縮された微粉シリカ材を含み、外側断熱材の少なくとも外面は微粉シリカ材の飛散を防止する飛散防止材により覆われ、
外側断熱材の内面を覆って飛散防止材が設けられ、内側断熱材と外側断熱材の内面側の飛散防止材との間に強制冷却用の流路が形成され、内側断熱材を貫通して強制冷却用冷却媒体吹出し孔が設けられていることを特徴とする熱処理炉。
【請求項３】
外側断熱材は、更に微粉炭化ケイ素又は微粉チタニアを含むことを特徴とする請求項１または２記載の熱処理炉。
【請求項４】
外側断熱材は縦方向に分割され、境界面を介して互いに接する複数の分割部分からなり、各分割部分は短冊形状を有することを特徴とする請求項１または２記載の熱処理炉。
【請求項５】
外側断熱材の分割部分の境界面は、放射状に延びることを特徴とする請求項４記載の熱処理炉。
【請求項６】
外側断熱材の分割部分の境界面は、放射方向に対して傾斜して延びることを特徴とする請求項４記載の熱処理炉。
【請求項７】
外側断熱材の分割部分の境界面に、圧縮された微粉シリカ材からなる充てん材が介在されていることを特徴とする請求項４記載の熱処理炉。
【請求項８】
外側断熱材は内面側から外面側に向って多層に配置された複数の円周状薄板からなり、各円周状薄板は平板状の薄板を湾曲させて形成されていることを特徴とする請求項４記載の熱処理炉。
【請求項９】
各円周状の薄板は、縦方向に分割され境界面を介して互いに接する複数の薄板分割部分からなることを特徴とする請求項８記載の熱処理炉。
【請求項１０】
強制冷却用の流路は、仕切り部材により上下方向に区画された複数の環状流路を含み、各環状流路毎に強制冷却用冷却媒体吹出し孔が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の熱処理炉。
【請求項１１】
強制冷却用の流路の各環状流路毎に、強制冷却用の冷却媒体の流量が調整されることを特徴とする請求項１０記載の熱処理炉。
【請求項１２】
強制冷却用の冷却媒体吹出し孔のうち、外側断熱材に対応する部分は、飛散防止材により覆われていることを特徴とする請求項１記載の熱処理炉。
【請求項１３】
内側断熱材の内周面に、縦方向に延びるスリットが設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の熱処理炉。
【請求項１４】
内側断熱材は縦方向に分割され境界面を介して互いに接する複数の分割部分からなり、内側断熱材の境界面は外側断熱材の境界面に対して円周方向にずれていることを特徴とする請求項４記載の熱処理炉。
【請求項１５】
下部が炉口として開放され被処理体を収納して熱処理するための熱処理炉と、
上記炉口を閉塞する蓋体と、
該蓋体上に載置され被処理体を多段に保持する保持具と、
蓋体および保持具を昇降させて蓋体の開閉と上記熱処理炉内への保持具の搬入搬出を行なう昇降機構とを備え、
前記熱処理炉は、
被処理体を収容して熱処理する処理容器と、
該処理容器の周囲を覆う断熱材と、
該断熱材の内周面に沿って配置されたヒータとを備え、
断熱材は内側断熱材と、内側断熱材と別体に設けられた外側断熱材とを有し、
外側断熱材は圧縮された微粉シリカ材を含み、外側断熱材の少なくとも外面は微粉シリカ材の飛散を防止する飛散防止材により覆われ、
外側断熱材の外面を覆う飛散防止材の外側に、飛散防止材との間で強制冷却用の流路を形成する外皮が設けられ、飛散防止材、外側断熱材および内側断熱材を貫通して強制冷却用冷却媒体吹出し孔が設けられていることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１６】
下部が炉口として開放され被処理体を収納して熱処理するための熱処理炉と、
上記炉口を閉塞する蓋体と、
該蓋体上に載置され被処理体を多段に保持する保持具と、
蓋体および保持具を昇降させて蓋体の開閉と上記熱処理炉内への保持具の搬入搬出を行なう昇降機構とを備え、
前記熱処理炉は、
被処理体を収容して熱処理する処理容器と、
該処理容器の周囲を覆う断熱材と、
該断熱材の内周面に沿って配置されたヒータとを備え、
断熱材は内側断熱材と、内側断熱材と別体に設けられた外側断熱材とを有し、  外側断熱材は圧縮された微粉シリカ材を含み、外側断熱材の少なくとも外面は微粉シリカ材の飛散を防止する飛散防止材により覆われ、
外側断熱材の内面を覆って飛散防止材が設けられ、内側断熱材と外側断熱材の内面側の飛散防止材との間に強制冷却用の流路が形成され、内側断熱材を貫通して強制冷却用冷却媒体吹出し孔が設けられていることを特徴とする熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理炉及び該熱処理炉を備えた熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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と、この処理容器の周囲を覆う円筒状の断熱材と、断熱材の内周面に設けられ処理容器内のウエハを加熱するヒータとを含む熱処理炉を備えている。上記ヒータは、円筒状の断熱材の内周面に設けられたヒータエレメントからなる。
【０００３】
上記ヒータエレメントとしては、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支持体によって支持される材料が用いられ、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。
【０００４】
ところで熱処理炉の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が、断熱材からの放熱を抑制するための種々の手法が採用されている。
【０００５】
例えば断熱材からの放熱を抑制するため断熱材の層厚を大きくすることも考えられるが、この場合、断熱材の厚みをかなり大きくする必要があり、かつ断熱材の熱容量の増加に伴って昇温、降温性能が低下するとともに、ヒータ容量を大きくする必要がある。
【０００６】
また断熱材の断熱性を高めるため、真空断熱体を利用することも考えられるが、金属製の真空容器を使用した真空断熱体では、耐熱性の問題があり、高温領域では使用できない。また大型の真空断熱体は重量の増加や製造コストの増加にもつながる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２６３１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、断熱材の総厚を過度に大きくすることなく、放熱を可能な限り抑制することができる熱処理炉および熱処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、被処理体を収容して熱処理する処理容器と、該処理容器の周囲を覆う断熱材と、該断熱材の内周面に沿って配置されたヒータとを備え、断熱材は内側断熱材と、内側断熱材と別体に設けられた外側断熱材とを有し、外側断熱材は圧縮された微粉シリカ材を含み、外側断熱材の少なくとも外面は微粉シリカ材の飛散を防止する飛散防止材により覆われ、外側断熱材の外面を覆う飛散防止材の外側に、飛散防止材との間で強制冷却用の流路を形成する外皮が設けられ、飛散防止材、外側断熱材および内側断熱材を貫通して強制冷却用冷却媒体吹出し孔が設けられていることを特徴とする熱処理炉である。
本発明は、被処理体を収容して熱処理する処理容器と、該処理容器の周囲を覆う断熱材と、該断熱材の内周面に沿って配置されたヒータとを備え、断熱材は内側断熱材と、内側断熱材と別体に設けられた外側断熱材とを有し、外側断熱材は圧縮された微粉シリカ材を含み、外側断熱材の少なくとも外面は微粉シリカ材の飛散を防止する飛散防止材により覆われ、外側断熱材の内面を覆って飛散防止材が設けられ、内側断熱材と外側断熱材の内面側の飛散防止材との間に強制冷却用の流路が形成され、内側断熱材を貫通して強制冷却用冷却媒体吹出し孔が設けられていることを特徴とする熱処理炉である。
【００１０】
本発明は、外側断熱材は、更に微粉炭化ケイ素又は微粉チタニアを含むことを特徴とする熱処理炉である。
【００１３】
本発明は、外側断熱材は縦方向に分割され、境界面を介して互いに接する複数の分割部分からなり、各分割部分は短冊形状を有することを特徴とする熱処理炉である。
【００１４】
本発明は、外側断熱材の分割部分の境界面は、放射状に延びることを特徴とする熱処理炉である。
【００１５】
本発明は、外側断熱材の分割部分の境界面は、放射方向に対して傾斜して延びることを特徴とする熱処理炉である。
【００１６】
本発明は、外側断熱材の分割部分の境界面に、圧縮された微粉シリカ材からなる充てん材が介在されていることを特徴とする熱処理炉である。
【００１７】
本発明は、外側断熱材は内面側から外面側に向って多層に配置された複数の円周状薄板からなり、各円周状薄板は平板状の薄板を湾曲させて形成されていることを特徴とする熱処理炉である。
【００１８】
本発明は、各円周状の薄板は、上下方向に分割され境界面を介して互いに接する複数の薄板分割部分からなることを特徴とする熱処理炉である。
【００１９】
本発明は、強制冷却用の流路は、仕切り部材により縦方向に区画された複数の環状流路を含み、各環状流路毎に強制冷却用冷却媒体吹出し孔が設けられていることを特徴とする熱処理炉である。
【００２０】
本発明は、強制冷却用の流路の各環状流路毎に、強制冷却用の冷却媒体の流量が調整されることを特徴とする熱処理炉である。
【００２１】
本発明は、強制冷却用の冷却媒体吹出し孔のうち、外側断熱材に対応する部分は、飛散防止材により覆われていることを特徴とする熱処理炉である。
【００２２】
本発明は、内側断熱材の内周面に、縦方向に延びるスリットが設けられていることを特徴とする熱処理炉である。
【００２３】
本発明は、内側断熱材は縦方向に分割され境界面を介して互いに接する複数の分割部分からなり、内側断熱材の境界面は外側断熱材の境界面に対して円周方向にずれていることを特徴とする熱処理炉である。
【００２４】
本発明は、下部が炉口として開放され被処理体を収納して熱処理するための熱処理炉と、上記炉口を閉塞する蓋体と、該蓋体上に載置され被処理体を多段に保持する保持具と、蓋体および保持具を昇降させて蓋体の開閉と上記熱処理炉内への保持具の搬入搬出を行なう昇降機構とを備え、前記熱処理炉は、被処理体を収容して熱処理する処理容器と、該処理容器の周囲を覆う断熱材と、該断熱材の内周面に沿って配置されたヒータとを備え、断熱材は内側断熱材と、内側断熱材と別体に設けられた外側断熱材とを有し、外側断熱材は圧縮された微粉シリカ材を含み、外側断熱材の少なくとも外面は微粉シリカ材の飛散を防止する飛散防止材により覆われ、外側断熱材の外面を覆う飛散防止材の外側に、飛散防止材との間で強制冷却用の流路を形成する外皮が設けられ、飛散防止材、外側断熱材および内側断熱材を貫通して強制冷却用冷却媒体吹出し孔が設けられていることを特徴とする熱処理装置である。
本発明は、下部が炉口として開放され被処理体を収納して熱処理するための熱処理炉と、上記炉口を閉塞する蓋体と、該蓋体上に載置され被処理体を多段に保持する保持具と、蓋体および保持具を昇降させて蓋体の開閉と上記熱処理炉内への保持具の搬入搬出を行なう昇降機構とを備え、前記熱処理炉は、被処理体を収容して熱処理する処理容器と、該処理容器の周囲を覆う断熱材と、該断熱材の内周面に沿って配置されたヒータとを備え、断熱材は内側断熱材と、内側断熱材と別体に設けられた外側断熱材とを有し、  外側断熱材は圧縮された微粉シリカ材を含み、外側断熱材の少なくとも外面は微粉シリカ材の飛散を防止する飛散防止材により覆われ、外側断熱材の内面を覆って飛散防止材が設けられ、内側断熱材と外側断熱材の内面側の飛散防止材との間に強制冷却用の流路が形成され、内側断熱材を貫通して強制冷却用冷却媒体吹出し孔が設けられていることを特徴とする熱処理装置である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、断熱材は、内側断熱材と、圧縮された微粉シリカ材を含む外側断熱材とを含み、外側断熱材の外面が微粉シリカ材の飛散を防止する飛散防止材により覆われているため、微粉シリカ材の高断熱性能を利用して断熱材の厚みを小さく抑えることができる。また外側断熱材の外面を飛散防止材で覆うことにより、微粉シリカ材が外方へ飛散することを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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。
【図２】図２は熱処理炉の断熱材を示す斜視図。
【図３】図３は熱処理炉の断熱材及び強制空冷用の流路を示す図。
【図４】図４は断熱材の厚さと側面放熱量比率との関係を示す図。
【図５】図５（ａ）−（ｃ）は断熱材の変形例を示す図。
【図６】図６（ａ）−（ｅ）は断熱材の外側断熱材の変形例を示す横断面図。
【図７】図７（ａ）−（ｅ）は断熱材の更なる変形例を示す横断面図。
【図８】図８（ａ）−（ｄ）は断熱材の更なる変形例を示す横断面図。
【図９】図９（ａ）−（ｂ）は断熱材の更なる変形例を示す縦断面図。
【図１０】図１０は熱処理装置の変形例を示す縦断面図。
【図１１】図１１は熱処理装置の変形例を示す縦断面図。
【図１２】図１２（ａ）は外側断熱材と外皮との間に環状流路を形成した構造を示す図、図１２（ｂ）は内側断熱材と外側断熱材との間に環状流路を形成した構造を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の実施の形態
以下に、本発明を実施するための形態について、図１乃至図４により詳述する。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、図２は熱処理炉の断熱材を示す斜視図、図３は熱処理炉の断熱材および強制冷却用の流路を示す図、図４は断熱材の厚さと側面放熱量比率との関係を示す図である。
【００２８】
図１において、符号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３と、該処理容器３の周囲を覆う円筒状の断熱材１６と、断熱材１６の内周面に沿って設けられたヒータ５とを備えている。
【００２９】
このうち断熱材１６は、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る内側断熱材１６ａと、内側断熱材１６ａとは別体に設けられた外側断熱材１６ｂとを有している。内側断熱材１６ａは、上述のように無機質繊維からなる断熱材の材料から構成されるが、外側断熱材１６ｂは圧縮された微粉シリカ材を含み、外側断熱材１６ｂの外面は、緩衝材１６ｄを介して微粉シリカ材の飛散を防止する飛散防止材１６ｃにより覆われている（図２参照）。なお、断熱材１６の詳細については後述する。
【００３０】
また上記熱処理装置１は、断熱材１６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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
上記ヒータ５は、円筒状の断熱材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に配置されたヒータエレメント１８を有している。
【００３４】
断熱材１６は、縦方向に二分割されていることがヒータエレメント１８の組付上好ましい。
【００３５】
ヒータエレメント１８は、帯状の材料を波形に成形（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）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。
【００３６】
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冷却時の冷却媒体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。
【００３７】
断熱材１６の内周面に設けられたヒータエレメント１８は、断熱材１６の縦方向において複数、例えば５つに区分されている。
【００３８】
そしてこのように区分されたヒータエレメント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に対応して半割り状（円弧状）に形成されることが組付上好ましい。上記のように区分されたヒータエレメント１８に関し、その接続（結線）パターンとしては、各段のヒータエレメント１８の両端が径方向外方に突出するように折り曲げられており、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と二段目の始端とが接続板を介して接続され、二段目の終端と三段目の始端とが接続板を介して接続される。
【００３９】
なお、縦方向に区分されたヒータエレメント１８毎に、その両端部には外部電源に接続される端子部２２ａ、２２ｂが接続されている。
【００４０】
なお、ヒータ５を構成するヒータエレメント１８としては、上記の構成に限定されるものではなく、種々の構成をとることができる。
【００４１】
またヒータエレメント１８を断熱材１６の溝部２１内に収納し、断熱材１６の棚部１７によって支持するとともに、ピン部材２０により保持する例を示したが、これに限らず他の手法によりヒータエレメント１８を支持してもよい。
【００４２】
また断熱材１６と処理容器３との間の空間３３には、温度センサ５０が設けられ、温度センサ５０からの信号は制御部５１に送られる。そして制御部５１が温度センサ５０からの信号に基づいて、電源（図示せず）を作動させ、この電源からヒータエレメント１８に対して必要な電力を供給して、空間３３内の温度制御を行なうようになっている。
【００４３】
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および図３に示すように、断熱材１６の飛散防止材１６ｃ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。
【００４４】
熱処理後にウエハＷ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、断熱材１６には断熱材１６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内に冷却媒体を導入して強制的に冷却する強制冷却手段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。
【００４５】
ここで冷却媒体としては、空気、不活性ガス（窒素ガス）または水を使用することができる。
【００４６】
上記強制冷却手段３６は、上記断熱材１６の飛散防止材１６ｃと外皮２８の間に上下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の中心斜め方向へ冷却媒体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に設けられた強制冷却用冷却媒体吹出し孔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性仕切り部材４１を貼り付けることにより形成されている。上記冷却媒体吹出し孔４０は、上記のように各環状流路に対応して設けられ、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。このように冷却媒体吹出し孔４０を棚部１７に設けることにより、ヒータエレメント１８に邪魔されることなく冷却媒体を上記空間３３に噴出することができる。
【００４７】
図１、図３および図１２（ａ）に示すように、上記外皮２８の外周面には、各環状流路３８に冷却媒体を分配供給するための共通の１本の供給ダクト４９が高さ方向に沿って設けられ、外皮２８には供給ダクト４９内と各環状流路３８とを連通する連通口２８ａが形成されている。供給ダクト４９には、圧送供給する図示しない冷却媒体供給源（例えば送風機）が開閉バルブ４９Ａを介して接続されている。
【００４８】
本実施の形態において、複数の環状流路３８に接続された共通の１本の供給ダクト４９に開閉バルブ４９Ａを接続することにより、環状流路３８内を流れる冷却媒体の流量を一括して調整することができる。この場合、供給ダクト４９内を各環状流路３８毎に区画し、各環状流路３８に対応する供給ダクト４９の区画された領域毎に開閉バルブ４９Ａを接続してもよい。このように各環状流路３８に対応して、各々開閉バルブ４９Ａを接続することにより、各環状流路３８内に流れる冷却媒体の流量を個別に調整することができる。
【００４９】
次に断熱材１６について、以下詳述する。上述のように、断熱材１６はアルミナ、シリカからなる内側断熱材１６ａと、圧縮された微粉シリカ材を含む外側断熱材１６ｂと、外側断熱材１６ｂの外面に緩衝材１６ｄを介して設けられた飛散防止材１６ｃとを有している（図１および図２参照）。
【００５０】
このうち外側断熱材１６ｂは、少なくとも圧縮された微粉シリカ材を含み、その断熱性能がきわめて高くなっている。このため断熱材１６を一般的な断熱材の材料からなる内側断熱材１６ａのみから構成する場合に比べて、断熱材１６の全体の厚みの増加を抑えて断熱材の断熱性能を向上させることができる。
【００５１】
さらに外側断熱材１６ｂの内面は、一般的な断熱材の材料からなる内側断熱材１６ａにより覆われ、外側断熱材１６ｂの外面は緩衝材１６ｄを介して設けられた飛散防止材１６ｃにより覆われているため、飛散し易い外側断熱材１６ｂの微粉シリカ材が外側断熱材１６ｂの内面側から外方へ飛散することはなく、かつ外側断熱材１６ｂの外面側から外方へ飛散することも防止することができる。
【００５２】
なお外側断熱材１６ｂは、少なくとも圧縮された微粉シリカ材を含んでいるが、その他微粉シリカ材に微粉炭化ケイ素を加えてもよく、あるいは微粉チタニアを加えてもよい。このように外側断熱材１６ｂは少なくとも微粉シリカ材を含み、更に微粉炭化ケイ素あるいは微粉チタニアを加えた材料を圧縮することにより得られる。
【００５３】
次に外側断熱材１６ｂの構造について詳述する。
【００５４】
（構造・成分）
無機質ファイバーで補強したセラミック粉末成形体であって０．１μｍ以下の非閉鎖セル構造物。
【００５５】
主成分は粉径５〜３０ｎｍ程のＳｉＯ２であって、ここに赤外線の不透過材としてＳｉＣ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等が所望により加えられている。
【００５６】
（伝熱特性）
・固体の伝熱特性
極めて小さい材料を使用しているため接触部分が非常に小さく熱伝導度が小さい。
【００５７】
・気体の伝熱特性
形成セルが０．１μｍであり、これは空気の平均自由工程よりも小さいため分子間の衝突が阻止され熱伝導度が小さい。
【００５８】
・赤外透過特性
ＳｉＣ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等の赤外線の不透過材を加えることにより、幅射熱を遮断して透過を最小限におさえることができる。
【００５９】
以上より静止空気の熱伝導度をも下まわる優れた断熱特性を有する。
【００６０】
ここで圧縮された微粉シリカ材の熱伝導度をアルミナ、シリカ等の無機質繊維と静止空気と比較して、表１に示す。
【表１】
0005743746.tif 000002
【００６１】
また外側断熱材１６ｂの外面に設置される緩衝材１６ｄは、材料の熱膨張を吸収するために設置することが望ましく、例えば柔軟性と耐熱性に優れたブラケット（繊維化したセラミックファイドを積層してブラケット状にしたもの）のような材料が考えられるが、外側断熱材１６ｂの外面に緩衝材１６ｄを設けることなく飛散防止材１６ｃを直接設けてもよく、外側断熱材１６ｂの外面に緩衝材１６ｄを設けることなく、外側断熱材１６ｂと飛散防止材１６ｃとの間に空気層を介在させてもよい。
【００６２】
また、飛散防止材１６ｃは、微粉シリカ材の飛散を防止するものであり、ステンレスのような金属製の飛散防止材を用いることができ、その他飛散防止材１６ｃとして、石英、もしくはアルミナ等のセラミック製の飛散防止材、あるいは内側断熱材１６ａと同様のシリカ、アルミナを含む無機質繊維からなる飛散防止材を用いることができる。
【００６３】
ところで、上述のように断熱材１６の飛散防止材１６ｃと外皮２８との間に、環状流路３８が高さ方向に複数形成されて、断熱材１６の内側断熱材１６ａ、外側断熱材１６ｂ、および飛散防止材１６ｃを貫通して環状流路３８と内部空間３３とを連通する冷却媒体吹出し孔４０が形成されている（図３参照）。この場合、冷却媒体吹出し孔４０内面のうち、外側断熱材１６ｂに対応する部分は飛散防止材１６ｃにより覆われている。
【００６４】
このように冷却媒体吹出し孔４０内面のうち外側断熱材１６ｂに対応する部分が飛散防止材１６ｃにより覆われているため、外側断熱材１６ｂが冷却媒体吹出し孔４０内側に露出することはなく、外側断熱材１６ｂ中の微粉シリカ材が冷却媒体吹出し孔４０内へ飛散して内部空間３３側へ送られることを防止できる。
【００６５】
なお、図３および図１２（ａ）において、断熱材１６の飛散防止材１６ｃと外皮２８との間に環状流路３８が形成されているが、これに限らず、断熱材１６の内側断熱材１６ａと外側断熱材１６ｂとの間に空間を形成し、この内側断熱材１６ａと外側断熱材１６ｂとの間を強制冷却用の環状流路３８として用いてもよい（図１２（ｂ）参照）。
【００６６】
この場合、外側断熱材１６ｂの外面を飛散防止材１６ｃで覆うとともに外側断熱材１６ｂの内面も飛散防止材１６ｅで覆う必要があり、内側断熱材１６ａを貫通して冷却媒体吹出し孔４０が形成される。
【００６７】
このように本実施の形態によれば、断熱材１６は一般的な断熱材の材料からなる内側断熱材１６ａと、圧縮された微粉シリカ材からなる外側断熱材１６ｂと、外側断熱材１６ｂの外面に緩衝材１６ｄを介して設けられた微粉シリカ材の飛散を防止する飛散防止材１６ｃとを有するので、外側断熱材１６ｂの断熱性能を利用することにより、断熱材１６の厚みを過度に増加させることなく、断熱材１６全体の断熱性能を向上させることができる。
【００６８】
ここで、図４に厚み３５ｍｍの通常の材料からなる断熱材（内側断熱材に相当）に対し、圧縮された微粉シリカ材を設けた場合の本発明による側面放熱量比率Ａと、厚み３５ｍｍの通常の材料からなる断熱材（内側断熱材に相当）に加え、同様に通常の材料からなる断熱材を設けて通常の材料からなる断熱材の厚みを単に大きくした場合の比較例による側面放熱量比率Ｂを示す。
【００６９】
図４において、横軸に断熱材の厚さを示し、縦軸に側面放熱量比率を示す。ここで側面放熱量比率は、断熱材の外面と内面の温度差から測定した断熱材の側面放熱量比率である。
【００７０】
図４からわかるように、厚み３５ｍｍの通常の材料からなる断熱材に対して圧縮された微粉シリカ材を設けた場合（本発明）、圧縮された微粉シリカ材の厚みが４０ｍｍまでは側面放熱量比率が大きく減少し、断熱材１６の断熱性能が向上する。また圧縮された微粉シリカ材の厚みを４０ｍｍ以上に大きくしても、側面放熱量比率の変動は小さいため、圧縮された微粉シリカ材の厚みは４０ｍｍ程度が好ましい。
【００７１】
圧縮された微粉シリカ材の厚みを４０ｍｍ程度にすると、断熱材１６の全体としての厚みは７５ｍｍとなる。
【００７２】
図４に示すように、比較例において通常の材料からなる断熱材の厚みを全体として７５ｍｍとして場合の側面放熱量比率（４５％）に比べると、本発明によれば、圧縮された微粉シリカ材の厚みを４０ｍｍとし断熱材１６の全体としての厚みを７５ｍｍとした場合の側面放熱量比率は２０％となり、側面放熱量比率を格段に減少させることができる。
【００７３】
また本発明によれば、圧縮された微粉シリカ材を含む外側断熱材１６ｂは飛散防止材１６ｃにより覆われているため、外側断熱材１６ｂ中の微粉シリカ材が外方へ飛散することはない。
【００７４】
本発明の変形例
次に本発明の変形例について図５乃至図１１により説明する。
【００７５】
なお図５乃至図１１に示す変形例において、図１乃至図４に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７６】
図５（ａ）−（ｃ）に示すように、断熱材１６は通常の材料からなる内側断熱材１６ａと、圧縮された微粉シリカ材を含む外側断熱材１６ｂと、飛散防止材１６ｃとを有している。
【００７７】
このうち外側断熱材１６ｂは縦方向に分割され放射状に延びる境界面６１を介して互いに接する複数の分割部分６０からなっている。また内側断熱材１６ａの内周面には、縦方向に延びる断面矩形状のスリット８０が形成されている（図５（ａ））。このように外側断熱材１６ｂが境界面６１を介して互いに接する複数の分割部分６０からなり、内側断熱材１６ａの内周面にスリット８０を設けることにより、加熱、冷却の際、外側断熱材１６ｂおよび内側断熱材１６ａが熱膨張あるいは熱収縮しても、この熱膨張あるいは熱収縮を外側断熱材１６ｂの境界面６１および内側断熱材１６ａのスリット８０により吸収することができる。
【００７８】
ここで外側断熱材１６ｂの各分割部分６０は、圧縮された微粉シリカ材からなりある程度の厚みをもつ原材料を短冊状に切り出すことにより得られる（図５（ｃ）参照）。
【００７９】
なお、内側断熱材１６ａの内周面に断面矩形状のスリット８０を形成した例を示したが、内側断熱材１６ａの内周面に断面三角状のスリット８０を形成してもよい（図５（ｂ）参照）。
【００８０】
次に外側断熱材１６ｂの変形例について図６（ａ）−（ｅ）により説明する。
【００８１】
図６（ａ）に示すように、外側断熱材１６ｂは縦方向に分割され放射状に延びる境界面６１を介して互いに接する複数の分割部分６０からなっている。
【００８２】
図６（ａ）において、横断面からみて境界面６１は段部６１ａを有しており、このため隣り合う分割部分６０同士をこの段部６１ａにおいて嵌め合い結合させることができる。
【００８３】
また図６（ｂ）に示すように、外側断熱部１６ｂは縦方向に分割され、放射状に延びる境界面６１を介して互いに接する複数の分割部分６０からなり、境界面６１の外側に外側断熱部１６ｂと同様の材料、すなわち圧縮された微粉シリカ材からなる充てん材６３が介在されている。このように境界面６１の外側に充てん材６３を介在させることにより、分割部分６０同士がわずかに離間しても境界面６１を通過する熱をこの充てん材６３により遮へいすることができ、外側断熱部１６ｂの断熱性能を向上させることができる。
【００８４】
さらに図６（ｃ）に示すように、外側断熱部１６ｂは縦方向に分割され境界面６１を介して互いに接する複数の分割部分６０からなっている。また境界面６１は放射方向に対して傾斜している。
【００８５】
このように境界面６１が放射方向に対して傾斜しているため、分割部分６０同士がわずかに離間しても、外側断熱材１６ｂの内面から外面に放熱される熱量を小さく抑えることができる。
【００８６】
次に図６（ｄ）（ｅ）に示すように、外側断熱材１６ｂは内面側から外面側に向って多層に配置された複数の円周状薄板６５、６５を有していてもよい。この場合、各円周状薄板６５は圧縮された微粉シリカ材からなっている。
【００８７】
また図６（ｄ）において、各円周状薄板６５は、縦方向に分割され段部を有する境界面６６を介して互いに接する複数の薄板分割部分６５ａからなっている。各薄板分割部分６５ａは圧縮された微粉シリカ材からなる平板状の原材料を湾曲することにより形成されている。各円周状薄板６５は段部を有する境界面６１を介して互いに接する複数の薄板分割部分６５ａからなるので、隣り合う薄板分割部分６５ａ同士を境界面の段部において嵌め合い結合することができる。
【００８８】
また内層側の円周状薄板６５の境界面６６と、外層側の円周状薄板６５の境界面６６は、円周方向に互いにずれており、このため外側断熱部１６ｂの内面から外面へ放熱される熱量を小さく抑えることができる。
【００８９】
なお、図６（ｄ）に示すように、各円周状薄板６５に段部を有する境界面６６を設ける代わりに、図６（ｅ）に示すように、各円周状薄板６５に放射状に直線状に延びる境界面６６を設けてもよい。
【００９０】
次に図７（ａ）−（ｅ）により、断熱材１６の更なる変形例について説明する。
【００９１】
図７（ａ）に示すように、断熱材１６は通常の断熱材料からなる内側断熱材１６ａと、圧縮された微粉シリカ材からなる外側断熱材１６ｂと、外側断熱材１６ｂの外面を覆う飛散防止材１６ｃとを有している。
【００９２】
このうち、内側断熱材１６ａは縦方向に分割され境界面７１を介して互いに接する複数の分割部分７０、７０からなる。外側断熱材１６ｂは縦方向に分割され境界面６１を介して互いに接する複数の分割部分６０、６０からなる。
【００９３】
この場合、内側断熱材１６ａ、外側断熱材１６ｂおよび飛散防止材１６ｃは、各々断面八角形状をなしている。
【００９４】
図７（ｂ）に示すように、断熱材１６は通常の断熱材料からなる内側断熱材１６ａと、圧縮された微粉シリカ材からなる外側断熱材１６ｂと、外側断熱材１６ｂの外面を覆う飛散防止材１６ｃとを有している。
【００９５】
このうち、内側断熱材１６ａは縦方向に分割され境界面７１を介して互いに接する複数の分割部分７０、７０からなる。外側断熱材１６ｂは縦方向に分割され境界面６１を介して互いに接する複数の分割部分６０、６０からなる。
【００９６】
この場合、内側断熱材１６ａ、外側断熱材１６ｂおよび飛散防止材１６ｃは、各々多角筒状、例えば八角筒状をなし、各々の断面はこのため多角形状、例えば八角形状となっている。
【００９７】
また内側断熱材１６ａの境界面７１と外側断熱材１６ｂの境界面６１は円周方向に互いにずれて、断熱材１６の内面側から外面側への熱の放出を抑えている。
【００９８】
図７（ｃ）に示すように、断熱材１６は通常の断熱材料からなる内側断熱材１６ａと、圧縮された微粉シリカ材からなる外側断熱材１６ｂと、外側断熱材１６ｂの外面を覆う飛散防止材１６ｃとを有している。
【００９９】
このうち、外側断熱材１６ｂは縦方向に分割され境界面６１を介して互いに接する複数の分割部分６０、６０からなる。
【０１００】
この場合、内側断熱材１６ａは断面円筒形をなし、外側断熱材１６ｂおよび飛散防止材１６ｃは、各々断面多角形状、例えば八角形状をなし、外側断熱材１６ｂの内面は断面円形状となっている。
【０１０１】
図７（ｄ）に示すように、断熱材１６は通常の断熱材料からなる内側断熱材１６ａと、圧縮された微粉シリカ材からなる外側断熱材１６ｂと、外側断熱材１６ｂの外面を覆う飛散防止材１６ｃとを有している。
【０１０２】
このうち、内側断熱材１６ａは縦方向に分割され境界面７１を介して互いに接する複数の分割部分７０、７０からなる。外側断熱材１６ｂは縦方向に分割され境界面６１を介して互いに接する複数の分割部分６０、６０からなる。
【０１０３】
この場合、外側断熱材１６ｂおよび飛散防止材１６ｃは、各々断面多角形状、例えば八角形状をなし、また内側断熱材１６ａは外面が断面多角形状、例えば八角形状をなし内面が断面円形状をなしている。また内側断熱材１６ａの境界面７１と外側断熱材１６ｂの境界面は円周方向に互いにずれて、断熱材１６の内面側から外面側への熱の放出を抑えている。
【０１０４】
図７（ｅ）に示すように、断熱材１６は通常の断熱材料からなる内側断熱材１６ａと、圧縮された微粉シリカ材からなる外側断熱材１６ｂと、外側断熱材１６ｂの外面を覆う飛散防止材１６ｃとを有している。
【０１０５】
このうち、内側断熱材１６ａは縦方向に分割され境界面７１を介して互いに接する複数の分割部分７０、７０からなる。外側断熱材１６ｂは縦方向に分割され境界面６１を介して互いに接する複数の分割部分６０、６０からなる。
【０１０６】
この場合、内側断熱材１６ａ、外側断熱材１６ｂおよび飛散防止材１６ｃは、各々断面多角形状、例えば四角形状をなしている。
【０１０７】
次に図８（ａ）−（ｄ）により、断熱材１６の更なる変形例について説明する。
【０１０８】
図８（ａ）に示すように、断熱材１６は通常の断熱材料からなる内側断熱材１６ａと、圧縮された微粉シリカ材からなる外側断熱材１６ｂと、外側断熱材１６ｂの外面を覆う飛散防止材１６ｃとを有している。
【０１０９】
このうち、外側断熱材１６ｂは縦方向に分割され境界面６１を介して互いに接する複数の分割部分６０、６０からなる。
【０１１０】
この場合、内側断熱材１６ａ、外側断熱材１６ｂおよび飛散防止材１６ｃは、各々断面多角形状、例えば八角形状をなしている。
【０１１１】
図８（ｂ）に示すように、断熱材１６は通常の断熱材料からなる内側断熱材１６ａと、圧縮された微粉シリカ材からなる外側断熱材１６ｂと、外側断熱材１６ｂの外面を覆う飛散防止材１６ｃとを有している。
【０１１２】
このうち、外側断熱材１６ｂは縦方向に分割され段部６１ａを有する境界面６１を介して互いに接する複数の分割部分６０、６０からなる。
【０１１３】
この場合、内側断熱材１６ａ、外側断熱材１６ｂおよび飛散防止材１６ｃは、各々断面多角形状、例えば八角形状をなしている。
【０１１４】
図８（ｃ）に示すように、断熱材１６は通常の断熱材料からなる内側断熱材１６ａと、圧縮された微粉シリカ材からなる外側断熱材１６ｂと、外側断熱材１６ｂの外面を覆う飛散防止材１６ｃとを有している。
【０１１５】
このうち、外側断熱材１６ｂは縦方向に分割され境界面６１を介して互いに接する複数の分割部分６０、６０からなる。
【０１１６】
この場合、内側断熱材１６ａは断面円筒状をなし、外側断熱材１６ｂおよび飛散防止材１６ｃは、各々断面多角形状、例えば八角形状をなすとともに、外側断熱材１６ｂの内面は断面円形となっている。
【０１１７】
図８（ｄ）に示すように、断熱材１６は通常の断熱材料からなる内側断熱材１６ａと、圧縮された微粉シリカ材からなる外側断熱材１６ｂと、外側断熱材１６ｂの外面を覆う飛散防止材１６ｃとを有している。
【０１１８】
このうち、外側断熱材１６ｂは縦方向に分割され境界面６１を介して互いに接する複数の分割部分６０、６０からなる。
【０１１９】
また外側断熱材１６ｂの境界面６１外方には、圧縮された微粉シリカ材からなる充てん材６３が設けられている。
【０１２０】
この場合、内側断熱材１６ａ、外側断熱材１６ｂおよび飛散防止材１６ｃは、各々断面多角形状、例えば八角形状をなしている。
【０１２１】
次に図９（ａ）（ｂ）により断熱材１６の更に他の変形例について説明する。
【０１２２】
図９（ａ）（ｂ）は断熱材１６を示す縦断面図である。
【０１２３】
図９（ａ）に示すように、断熱材１６は通常の断熱材料からなる内側断熱材１６ａと、圧縮された微粉シリカ材からなる外側断熱材１６ｂと、外側断熱材１６ｂの外面を覆う飛散防止材１６ｃとを有している。
【０１２４】
このうち内側断熱材１６ａは境界面６６を介して多段に積層された複数の分割部分６５を有し、外側断熱材１６ｂは境界７６を介して多段に積層された複数の分割部分６５を有している。
【０１２５】
図９（ｂ）に示すように、断熱材１６は通常の断熱材料からなる内側断熱材１６ａと、圧縮された微粉シリカ材からなる外側断熱材１６ｂと、外側断熱材１６ｂの外面を覆う飛散防止材１６ｃとを有している。
【０１２６】
このうち内側断熱材１６ａは段部６６ａを有する境界面６６を介して多段に積層された複数の分割部分６５を有し、外側断熱材１６ｂは段部７６ａを有する境界７６を介して多段に積層された複数の分割部分６５を有している。
【０１２７】
次に図１０により熱処理装置１の変形例について説明する。
【０１２８】
図１０に示すように熱処理装置１は断熱材１６と、断熱材１６の上部に設けられた上部断熱材３１とを有する熱処理炉２を備えている。
【０１２９】
このうち断熱材１６は通常の断熱材料からなる内側断熱材１６ａと、圧縮された微粉シリカ材からなる外側断熱材１６ｂと、外側断熱材１６ｂの外面を覆う飛散防止材１６ｃとを有している。
【０１３０】
また上部断熱材３１は、通常の断熱材料からなる上部内側断熱材３１ａと、圧縮された微粉シリカ材からなる上部外側断熱材３１ｂと、上部外側断熱材３１ｂの外面を覆う飛散防止材３１ｃとを有している。
【０１３１】
さらに断熱材１６の下部には、処理容器３側へ延びる下部内側断熱材１６ｅが設けられている。
【０１３２】
次に図１１により熱処理装置１の他の変形例について説明する。
【０１３３】
図１１に示すように熱処理装置１は断熱材１６と、断熱材１６の上部に設けられた上部断熱材３１とを有する熱処理炉２を備えている。
【０１３４】
このうち断熱材１６は通常の断熱材料からなる内側断熱材１６ａと、圧縮された微粉シリカ材からなる外側断熱材１６ｂと、外側断熱材１６ｂの外面を覆う飛散防止材１６ｃとを有している。
【０１３５】
また上部断熱材３１は、通常の断熱材料からなる上部内側断熱材３１ａと、圧縮された微粉シリカ材からなる上部外側断熱材３１ｂと、上部外側断熱材３１ｂの外面を覆う飛散防止材３１ｃとを有している。
【０１３６】
さらに断熱材１６の下部には、処理容器３側へ延びる下部内側断熱材１６ｅが設けられている。
【０１３７】
また処理容器３の下方を覆って蓋体１０が設けられており、この蓋体１０は通常の断熱材料からなる蓋体用内側断熱材１０ａと、圧縮された微粉シリカ材からなる蓋体用外側断熱材１０ｂと、蓋体用外側断熱材１０ｂの外面を覆う飛散防止材１０ｃとを有している。
【符号の説明】
【０１３８】
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
１  熱処理装置
２  熱処理炉
３  処理容器
３ａ  炉口
１６  断熱材
１６ａ  内側断熱材
１６ｂ  外側断熱材
１６ｃ  飛散防止材
１６ｄ  緩衝材
１８  ヒータエレメント
３８  環状流路
４０  強制冷却用冷却媒体吹出し孔
６０  分割部分
６１  境界面
６３  充てん材
６５  円周状薄板
６５ａ  薄板分割部分
６６  境界面
７０  分割部分
７１  境界面
８０  スリット
【図１】
0005743746.tif 000003
【図２】
0005743746.tif 000004
【図３】
0005743746.tif 000005
【図４】
0005743746.tif 000006
【図５】
0005743746.tif 000007
【図６】
0005743746.tif 000008
【図７】
0005743746.tif 000009
【図８】
0005743746.tif 000010
【図９】
0005743746.tif 000011
【図１０】
0005743746.tif 000012
【図１１】
0005743746.tif 000013
【図１２】
0005743746.tif 000014