JP4705905B2 - 熱処理装置用冷却装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に対して所定の熱処理を施す熱処理装置に関し、特に、これに用いられる冷却装置とその製造方法に関する。

一般に、半導体集積回路を製造するためにはシリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理、改質処理等の各種の熱処理が行なわれる。このような熱処理を行うために、一般的に、熱処理装置の処理容器の外周に、ウエハを加熱する加熱ヒーターや、保温及び熱的安全性のためのアルミナやシリカ等からなる断熱層が設けられている。

ところが、最近、高温状態になっている断熱層に含まれるＢ、Ｆｅ、Ｃｕ等の金属不純物が石英製の処理容器を次第に透過して容器内部に侵入し、ウエハを僅かに汚染してしまうという可能性が指摘されている。そして、その可能性を排除するために、断熱層を用いない熱処理装置も開発されてきた。また、処理容器の昇降温の速度を上げてスループットを向上させる必要から、加熱炉の熱容量を小さくする目的でも断熱材を用いない熱処理装置が使用されている。

このような断熱材を使用しない熱処理装置の一例について概略を説明する。図９は従来の熱処理装置の一例である。図９において、この熱処理装置１０２は、内筒１０４と外筒１０６とよりなる石英製の２重管構造の縦型の処理容器１０８を有している。内筒１０４内の処理空間には、被処理体を保持するための石英製のウエハボート１１０が収容される。

この処理容器１０８には、下方を開閉するためのキャップ１１２が設けられ、キャップ１１２には磁性流体シール１１４を介して回転する回転軸１１６が設けられる。回転軸１１６の上端には回転テーブル１１８が設けられ、ウエハボート１１０が保温筒１２０を介して載置される。上記キャップ１１２は昇降可能なボートエレベータ１２２のアーム１２４に取り付けられており、従って、ウエハボート１１０は処理容器１０８内へ、下方から挿脱が可能となっている。

処理容器１０８の下端開口部には、熱処理、例えば成膜に必要な種々の処理ガスを処理容器１０８内へ導入するための複数のガスノズル１２８Ａ、１２８Ｂが貫通して設けられたマニホールド１２６が接合されている。そして、各ガスノズル１２８Ａ、１２８Ｂには、それぞれガス供給系１３０Ａ、１３０Ｂが接続され、各ガス供給系１３０Ａ、１３０Ｂには、ガス流量を制御する例えばマスフローコントローラのような流量制御器１３２Ａ、１３２Ｂが介設されている。

また、マニホールド１２６の側壁には、排気口１３４が設けられており、この排気口１３４には、真空ポンプ(図示せず)等が介設されて処理容器１０８内を真空引きするようになっている。従って、各ガスノズル１２８Ａ、１２８Ｂより供給された各処理ガスは、内筒１０４内のウエハの収容領域を上昇して天井部で下方へ折り返し、そして内筒１０４と外筒１０６との間隙内を流下して排出されることになる。

処理容器１０８の外周には、棒状の加熱ヒーター１３６が設けられており、内側に位置するウエハを所定の温度に加熱するようになっている。そして、この加熱ヒーター１３６の更に外周には、断熱層を設けることなく筒体状の冷却ジャケット１３８が設けられており、外部に対して熱的安全性を保っている。

冷却ジャケット１３８は、例えばステンレススチールよりなる筒体状の内側シェル１３８Ａと筒体状の外側シェル１３８Ｂとを所定の間隔を隔てて接合し構成され、内部の空間に多数の通路仕切板１４０を溶接接合して冷却通路１４２を形成し、この冷却通路１４２に例えば冷却水を流すことにより、熱処理装置１０２自体の熱的安全性を確保するようになっている。

上述した熱処理装置１０２では、冷却ジャケット１３８内を流れる冷却水の圧力が、例えば５ｋｇ／ｃｍ² 程度と比較的高い。この圧力に耐えるために、内側及び外側シェル３８Ａ、３８Ｂの厚さは、例えば６ｍｍ程度に設定され、重量が非常に重くなってしまうという問題点があった。また、冷却ジャケット１３８の構造上、通路仕切板１４０の溶接接合がかなり困難で製造が複雑であることからコスト高になるという問題点もあった。更に、溶接不良が発生した場合に冷却水の流れに短絡が生じることなどに起因して、冷却ムラや熱処理中のウエハの面間における温度ムラが生じてしまうといった問題もあった。

そこで、特許文献１に示されるように、処理容器の外周側壁に冷却パイプを巻回してろう付けする方法及び冷却パイプを上下方向で接触するように螺旋状に巻回して筒体状の冷却ジャケットを形成する方法が提案されている。

しかし、冷却パイプを上下方向で接触するように螺旋状に巻回して筒体状の冷却ジャケットを形成する場合、内周が均一な径の円筒形に形成することが困難である。径が異なれば、その部分において冷却ムラが生じてしまう。また、ろう付け等をしない限り、冷却パイプ上下方向において隙間が形成されることを抑制できないが、接触面積の少ない部分のろう付けは高度な技術が要求されることから、隙間が形成されてしまう場合があり、その部分において冷却ムラが生じてしまう。以上より、冷却ジャケットによっては冷却ムラの発生をあまり抑制できないという問題があった。更に、筒対状の冷却ジャケットは、処理容器との密着性が確保できないため、処理容器に冷却パイプを直接巻回した場合に比して冷却効率が劣るという問題が解決できない。

一方、処理容器の外周側壁に冷却パイプを巻回してろう付けする方法は、特に冷却パイプに角パイプを使用した場合処理容器に接触する面積が大きいため冷却効果を高めることができる点で優れている。しかし、この方法においても、冷却パイプと処理容器のろう付け部分において未接合部分が発生した場合、当該部分の冷却効率が劣り、冷却ムラが発生してしまう。従って、当該方法による場合、単に接合するだけでなく、ろう付け部分における接合率を一定割合以上確保することが求められる。特に半導体ウエハの製造においては、接合率が高率であることが求められる。なお、接合率とは、ろう付けする接合面において、接合すべき全面積から空隙が形成された部分の面積を差し引いた面積が、接合すべき全面積に占める割合をいう。

なお、被冷却体を冷却する方法として、特許文献２に示されたように、螺旋状の冷却管を被冷却体に巻回する方法が知られている。
特開２００３−２５７８７２号公報 特開平８−２２２３９７号公報

本発明は、処理容器の冷却ムラ並びに熱処理中のウエハの面間における温度ムラを効果的に抑制するために、処理容器外周側壁面に冷却パイプが螺旋状に巻回されてろう付けされた冷却装置を有する熱処理装置において、ろう付け部分の接合率が高い冷却装置及びその製造方法並びに前記冷却装置を有する熱処理装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態によれば、筒体の外周側壁に螺旋状に巻回されてろう付けされた冷却管を備え、前記冷却管は、前記筒体の外周側壁に近接する第２の部分及び該第２の部分に対向する第１の部分のそれぞれの内面及び外面が該冷却管の外部方向に向かって湾曲し、且つ前記第２の部分の曲率が前記第１の部分の曲率よりも小さいことを特徴とする冷却装置が提供される。

また、本発明に一実施形態によれば、筒体の外周側壁に螺旋状に巻回されてろう付けされた冷却管を備え、前記冷却管と前記筒体とのろう付け接合面の超音波探傷検査による接合率が８０％以上であることを特徴とする冷却装置が提供される。

更に、本発明の一実施形態によれば、筒体の外周側壁に略矩形の冷却管をろう材を介して螺旋状に巻回して固定し、前記冷却管にガスを封入して密閉し、固定した前記筒体と前記冷却管とを加熱炉において減圧状態で加熱することを特徴とする冷却装置の製造方法が提供される。

また更に、本発明の一実施形態によれば、筒体の外周側壁に略矩形の冷却管をろう材を介して螺旋状に巻回して固定し、前記冷却管に室温において第１の圧力でガスを封入して密閉し、前記筒体に密閉蓋を配設して室温において前記第１の圧力より小さい第２の圧力でガスを封入して密閉し、固定した前記筒体と前記冷却管とを加熱炉において減圧状態で加熱することを特徴とする冷却装置の製造方法が提供される。

本発明によれば、処理容器外周側壁面に冷却パイプが螺旋状に巻回されてろう付けされた冷却装置を有する熱処理装置において、ろう付け部分の接合率が高い冷却装置及びその製造方法並びに前記冷却装置を有する熱処理装置が提供される。

以下、本発明の一実施形態に係る冷却装置及びその製造方法並びに前記冷却装置を有する熱処理装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるわけではない。また、各実施形態において、同様の構成については同じ符号を付し、改めて説明しない場合がある。

（第１の実施形態）
本発明の一実施形態に係る冷却装置及び前記冷却装置を有する熱処理装置について、図を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る冷却装置４０を有する熱処理装置２の概略構成図である。また、図２は、本発明の一実施形態に係る冷却装置４０を有する熱処理装置２の加熱炉４の炉体３０の概略構成図である。図１において、本発明の一実施形態に係る冷却装置４０を有する熱処理装置２は、加熱炉４と反応炉８及び冷却装置４０から構成される。

加熱炉４は、概略、本体を構成する炉体３０と、炉体３０の中心をなす内管３１、内管３１に嵌合される蓋体３２、内管３１内に組み込まれた、反応炉８を加熱するためのヒーター３３から構成される。また、加熱炉４の内管３１の外周側壁には、冷却装置４０の一部である冷却管３４が配設される。加熱炉４は、下部が開口し、上部に蓋体３２を有する円筒形の炉である。シリコン基板等よりなる半導体ウエハの製造工程における成膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理、改質処理等の各種の熱処理の際に、内部に組み込まれたヒーター３３によって、前記加熱炉４下部から挿入された反応炉８を所定の温度に加熱し、前記反応炉８内に収納された半導体ウエハを加熱するのに用いられる。

炉体３０は、概略内管３１と蓋体３２及び内管３１内部に組み込まれたヒーター３３から構成される。

炉体３０の中心をなす内管３１は、例えばステンレス材の両端が開口した円筒形の管である。内管３１は、内径が概略１メートル前後と大きな円筒形であるため、ステンレス鋼板を円筒形に巻いて端部を溶接接合したうえで、接合部分を研磨し、熱処理を施して応力を開放して形成される。その際、熱伝導率を高めるため、内管３１は限りなく真円に近い円筒形に形成される。そのうえで、内周側壁部にヒーター３３を収納する窪みが形成され、熱伝導率を高めるために内周側壁を鏡面仕上げ処理される。なお、内管３１の材質はステンレス材に限定される訳ではなく、アルミニウム等の材質とすることができる。更に、内管３１内周側壁は、必ずしも鏡面仕上げが必要なわけではなく、要求される熱伝導率等に応じて行われる。

また、内管３１の外周側壁には、上述したように冷却装置４０の一部である冷却管３４が配設される。冷却管３４は、内管３１の外周側壁に螺旋状に巻回され、ろう付けによって内管３１に密着接合される。本発明の一実施形態における冷却装置４０においては、冷却管３４が内管３１に８０％以上の接合率でろう付け接合されている。従って、内管３１は、冷却管３４がろう付けされることで強度が高まる。そこで、本発明の一実施形態に係る熱処理装置２においては、板厚が５ｍｍ〜６ｍｍ程度であった従来の熱処理装置のように板厚を厚くする必要はなく、内管３１は１．５ｍｍ程度の板厚である。この結果、炉体３０の重量を４０％程度軽減できる。なお、冷却管３４は、内管３１の外周側壁の大半の部分に巻回して配設される。この冷却管３４によって、ヒーター３３で加熱された加熱炉４を冷却するが、上述のとおり内管３１の外周側壁の大半が冷却管３４で覆われているため、本発明の一実施形態に係る熱処理装置２は、高い冷却効果を得ることができる。なお、内管３１の板圧等は例示であり、これに限定されるわけではない。

なお、図１及び図２においては、冷却管３４は、内管３１の外周側壁に形成した窪みに巻回してろう付けしている。窪みに巻回することで巻回しやすくするためである。しかし、これは一例であり、これに限定されるわけではなく、窪みを形成しないで、直接内管３１の外周側壁に巻回してもよい。

蓋体３２は、内管３１に嵌合し、加熱炉４内部の上部密閉を確保するもので、従って、所定の重量を有し、図示しないが例えばＯリング等のシール部材が介設されて密閉性を高めている。また、ヒーター３３は、内管３１の内周側壁に設けられた窪みに配設され、反応炉８の外周側を均一に加熱する。従って、例えば、Ｕ字形の電気ヒーター８個が所定の間隔で配設される。ヒーター３３の個数はこれに限定されず、また形状はＵ字型に限定されず、棒状であってもよし、円形のものを内管３１の内周側壁の垂直方向に等間隔で配設してもよい。

反応炉８は、概略、支持部８１、反応管８３、マニホールド８４から構成される。反応炉８は、半導体ウエハの製造工程等において、例えば減圧処理したうえでガス反応等によって成膜する工程等で使用される。この場合、反応炉８は、上述した加熱炉４の下部開口部から加熱炉４内に挿入され、密閉されて真空引きされ、所定のプロセス圧力とされたうえで、加熱炉４の内周側壁に配設されたヒーター３３によって加熱され、その後各種処理ガスが導入されて反応炉８内部に収納された半導体ウエハが処理される。

支持部８１は、円形で、例えばＯリング等のシール部材（図示せず）が介設されており、反応炉８の下部の蓋の役割を果たす。また、支持部８１の上部中央に配設される保温筒２０、保温筒２０上に配設されて熱処理が施される半導体ウエハを支持するウエハボート１０、支持部８１の外周部に配設されるマニホールド８４、マニホールド８４の上部に配設される反応管８３を支持する役割を果たす。

支持部８１の中央には、回転軸（図示せず）が磁性流体シール等を介して気密にシールしつつ回転可能に貫通され、上述した保温筒２０の下部に配設された回転テーブル（図示せず）を支持する。回転軸は、ボートエレベーター等の昇降装置（図示せず）に取り付けられる。従って、昇降装置によって、回転軸に支持された反応炉８、その内部の保温筒２０及びウエハボート１０等を一体的に昇降することができ、加熱炉４内への反応炉８の挿出が可能となる。

反応管８３は、上部がドーム状に閉口し下部が開口した円筒形で、石英で形成される。反応管８３は、下部開口部にＯリング等のシール部材（図示せず）を有し、シール部材を介してマニホールド８４に支持される。

マニホールド８４は、円筒状で、ステンレス材等で形成される。マニホールド８４の側壁には、ガスノズル８５及び排気口８８が側壁を貫通して設けられる。本実施形態では、ガスノズル８５が２個設けられた例を示しているが、これに限定される訳ではなく、ガスノズル８５は供給するガスの種類に応じて、必要な数を設けることができる。ガスノズル８５には、流量制御器８７が設けられたガス供給系８６が接続される。熱処理時には、流量制御器８７で制御された必要なガス量が、ガス供給系８６からガスノズル８５を通じて反応炉８内に供給される。一方、処理が終了すると、真空ポンプ（図示せず）等が介設された排気口８８から、不要のガスが排出される。また、排気口８８は、反応炉８内を真空引きする際にも使用される。なお、ガスノズル８５及び排気口８８は、反応管８３に直接設けてもよい。

冷却装置４０は、概略、冷却管３４と冷媒供給手段４１とから構成される。そして冷却管３４には、冷媒入口ノズル３５及び冷媒出口ノズル３６が付属し、一方冷媒供給手段４１は、冷媒循環ライン４２、冷媒循環ポンプ４３及び冷媒用熱交換器４４から構成される。

冷却管３４は、加熱炉４の内管３１の外周側壁に螺旋状に巻回してろう付けされ、加熱炉４を外周側から均一に冷却する役割を果たす。冷却管３４は、ステンレス材の角パイプで形成され、内部に主として冷却水等の冷媒が、所定の流速を持って循環される。従って、冷却管３４は、冷媒の循環圧力に耐える強度を有すればよく、また、上述のように内管３１にろう付けされることにより強度が増すため、冷却管３４の肉厚は薄いものでよい。本実施例においては肉厚１．５ｍｍの角パイプが用いられている。なお、材質はステンレスに限られず、アルミニウムや銅等であってもよい。また、肉厚も材質によって、冷媒の循環圧力に耐える厚さであればよい。更に、冷却管３４は内管３１の外周の大半を覆うように巻回されるため、通常の角パイプでは巻回しきれない場合が生じる。このような場合は、数本の角パイプを溶接接合して所定の長さとしてうえで巻回される。この際、溶接接合面が冷媒循環の障害となって澱みができ、冷却ムラが発生しないように、角パイプの溶接接合面は、外周側及び内周側の双方とも研磨されて平坦化され、更に熱処理されて応力が開放されたうえで使用される。

冷却管３４の下端には、冷媒入口ノズル３５が設けられ、一方冷却管３４の上端には、冷媒出口ノズル３６が設けられる。冷媒は、冷媒循環ライン４２から冷媒入口ノズル３５を介して冷却管３４の下端から流入され、冷却管３４内を循環して、冷却管３４の上端の冷媒出口ノズル３６から冷媒循環ライン４２に流出される。冷媒を冷却管３４の下端から流入するのは、冷却管３４内に冷媒を充満させ、冷媒の空房部分が形成されることで冷却ムラが発生するのを防止するためである。本実施例においては、冷媒入口ノズル３５及び冷媒出口ノズル３６が各１個ずつ配設された例を示しているが、これに限られるわけではない。冷却効率を高めるため、冷媒入口ノズル３５及び冷媒出口ノズル３６を冷却管３４にそれぞれ複数配設してもよい。この場合は、冷却循環ライン４２は、複数の冷媒入口ノズル３５及び複数の冷媒出口ノズル３６に並列して設置される。

冷媒供給手段４１は、冷媒循環ライン４２、冷媒循環ポンプ４３及び冷媒用熱交換器４４から構成される。冷媒循環ライン４２は、一端が冷媒入口ノズル３５に接続され、他端が冷媒出口ノズル３６に接続される。冷媒循環ポンプ４３は、冷媒循環ライン４２の冷媒入口ノズル３５側の端部と、冷媒出口ノズル３６側の端部の間に設置され、冷媒が所定の流速で循環するように、一定の圧力で冷媒をポンプで押し出す。冷媒用熱交換器４４は、冷媒循環ポンプ４３と冷媒入口ノズル３５の間に設置され、冷却管３４内を循環して冷媒循環ライン４２に戻ってきた冷却効果が失われた冷媒を、再度冷却して冷却管３４に流入させる役割を果たす。なお、冷媒供給手段４１を設けて冷媒を循環使用しないで、冷媒を１回の使用で廃棄してもよい。また、冷媒は主として冷却水が用いられるが、これに限定されず、例えばガルデン（登録商標）、フロリナート（登録商標）等他の冷媒を用いてもよい。また、冷媒用熱交換器４４の配設位置は、冷媒循環ポンプ４３と冷媒入口ノズル３５の間に限られず、冷媒循環ポンプ４３と冷媒出口ノズル３６の間であってもよい。

以上説明したような構成からなる本発明の一実施形態に係る冷却装置４０及び前記冷却装置４０を有する熱処理装置２は、冷却装置４０の冷却管３４が、加熱炉４の内管３１の外周側壁に螺旋状に巻回されて、真空ろう付け法によってろう付けされている。ここで、半導体ウエハの熱処理に用いる熱処理装置においては、詳細は後述するが、冷却管３４と内管３１との接合面において未接合部分が発生すると、冷却ムラによって、反応炉８内において温度ムラが生じる。従って、冷却管３４と内管３１とのろう付けにおいては、単に接合するだけでなく、ろう付け部分における接合率が高率であることが求められる。しかし、従来の熱処理装置においては、この接合率が高率ではなかったため、反応炉８内において温度ムラが生じる場合があった。本発明の一実施形態に係る冷却装置４０及び前記冷却装置４０を有する熱処理装置２は、この接合率を非常に高率で確保できることに特徴がある。本発明の一実施形態における冷却装置４０においては、冷却管３４が内管３１に８０％以上の接合率でろう付け接合されている。以下この点について説明する。

まず、冷却管３４と内管３１の一般的な真空ろう付け方法、及びろう付けにおいて未接合部分が発生した場合について、図を基に説明する。図１０は、冷却管３４と内管３１の一般的な真空ろう付けを示す図である。また、図１１は、ろう付け部分に未接合部分が発生した場合の模式図であり、図１２は、図１１に示す未接合部分Ａの拡大図である。

まず、一般的な真空ろう付け法について説明する。図１０に示すように、冷却管３４と内管３１とを真空ろう付けする場合、接合面に油汚れや酸化膜があるとなじみが悪くなるため、冷却管３４と内管３１（以下、接合される前記２つの部材を母材という。）の表面を洗浄する。次に、母材の接合面にろう材５０を塗布し、必要に応じて固定治具を使用して固定する。母材を加熱炉２００において、真空度１０^-6〜１０^−４Ｔｏｒｒ、ろう付け温度１，０５０℃で２〜４時間加熱し、その後冷却を行う。

上述の方法によって、冷却管３４と内管３１とがろう付けされるが、この様な方法によって製造された冷却装置４０を用いた従来の熱処理装置２によって半導体ウエハを製造した場合、反応炉８内に温度ムラが生じる場合が有ることが指摘された。原因を調査した結果、熱処理装置２内で冷却ムラが発生することが原因であることが判明したが、この冷却ムラが発生する原因の特定が困難であった。

その後、本発明の発明者等が、冷却ムラが生じた熱処理装置２について多方面にわたって分析したが原因を特定するに至らなかったため、最終的に非破壊検査を行って材質面等についても分析をすることとなった。ところが、非破壊検査を行うにあたって、当該熱処理装置２の冷却装置４０は冷却管３４が加熱炉４の内管３１とろう付け接合されているため、外側から超音波探傷試験（以下、ＵＴ試験という。）によって接合状態を測定することが困難であった。

そこで、本発明の発明者等は、冷却管３４と内管３１のろう付け部分をＵＴ試験によって検査することができるように、以下で詳述する検査装置を独自に開発し検査を行った。

上述の方法によって検査した結果、従来の熱処理装置２においては、ろう付け接合面に未接合部分６０がある程度発生してしまい、この未接合部分６０が冷却ムラを発生させていることが判明するに至った。この原因を分析した結果、以下のことが判明した。即ち、図１１に示すように、冷却管３４と、内管３１との間にろう材５０を介したうえで、減圧状態３００で加熱処理するが、ろう材５０は所定の温度で融け出し母材上に濡れ（Ｗｅｔｔｉｎｇ）及び広がる（Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ 又は Ｆｌｏｗｉｎｇ）ため、一般的に垂直方向下部に流れ落ちることが生じる。従って、接合面の垂直方向上部においては、ろう材５０が不足する部分が生じ、未接合部分６０が生じることが判明した。また、上述したように、内管３１は、ステンレス鋼板を円筒状に巻いて、端部を溶接接合して形成される。溶接接合面においても未接合部分６０が生じることも判明した。これは、溶接接合面が外周側及び内周側の両側共に平坦化され、更に熱処理されて応力が開放されても、局所的な変形等があるためと考えられる。更に、上述したように、冷却管３４は内管３１の外周側壁の大半を巻回されるため、通常の角パイプで長さが足りない場合、複数本が溶接接合されて所定の長さの冷却管３４が形成される。従って、上述した内管３１の溶接接合面と同様に、冷却管３４の溶接部分においてもろう材５０の融け方が一様でない部分が生じ、未接合部分６０が発生してしまうことも判明した。

未接合部分６０において冷却ムラが発生する原因は以下のとおりである。図１２に、図１１に示した未接合部分Ａを拡大して示すが、未接合部分６０は、冷却管３４と内管３１との間に空隙が生じ、冷却管３４と内管３１とは直接接することがない。冷却管３４と内管３１との間には、熱伝導率の異なる空気層が介在することになる。空隙が発生していない部分は、冷却管３４と内管３１との間に再結晶化したろう材５０が薄く介在するが、それぞれが直接接しているため、熱伝導がよい。従って、空隙が発生していない部分においては、冷却管３４を循環する冷媒の冷却熱（冷却するための熱）が内管３１内側に直接的に伝導するのに対して、未接合部分６０においては上記冷媒の冷却熱は冷却管３４から空気層に直接的に伝導し、更に空気層から内管３１内側に伝導する。即ち、間に空気層が介在し間接的に伝導するため熱伝導が劣り、結果として炉体３０内側に冷却ムラが生じてしまうのである。

ここで、上述した未接合部分６０の発見及び接合率の測定にあたって、本発明の発明者等が開発した超音波探傷試験（ＵＴ試験）の検査装置及び検査方法について説明する。

一般的に、製造物を破壊しないで検査する所謂非破壊検査の方法としては、放射線検査による方法、超音波による方法等がある。金属材料や溶接部の検査には、記録を残すことが必要なことから従来は放射線検査が用いられていたが、ＵＴ試験でも記録を残すことが容易になったこと、及び放射線検査では発見しにくい金属の結晶粒界の剥離のような微細な割れ等の検出が可能なことから、近年はＵＴ試験が利用されている。ＵＴ試験は、被検査物（以下、被検体という。）に対して超音波を発信して、反射した音波を受信することで、被検体内部の異質物やキズを検査する方法である。超音波は、気体、液体及び固体中を振動で伝播するが、光のように指向性が鋭いため、直進した超音波は異なった物体又は空隙との境界面や内部に含まれている異質物やキズ等で反射する性質を有している。ＵＴ試験は、超音波のこの性質を利用したものである。

一般に、ＵＴ試験においては、被検体をターンテーブルに乗せて、ターンテーブルを回転させながら被検体の外側から超音波を発信し、反射する音波の反射率を測定する方法が採られる。しかし、冷却管３４が巻回された内管３１の検査の場合、被検体である内管３１の外側から超音波を発信しても、検査すべきろう付け接合面である冷却管３４の内周側の面に直接超音波を発信することができず、冷却管３４の外周側の面を介しての発信となる。従って、従来冷却管３４と内管３１とのろう付け面の検査においては、ＵＴ試験では有効な検査を行うことができなかった。

しかし、これについて、本発明の発明者等は、内管３１側から直接ろう付け接合面に超音波を発信することを工夫し、ＵＴ試験によって有効にろう付け接合面の探傷検査を行う方法を確立した。具体的に、図を基に説明する。図７は、本発明の一実施形態に係る冷却装置４０および前記冷却装置４０を有する熱処理装置２のＵＴ試験方法を示す平面模式図である。図７に示すように、冷却管（図示せず）を巻回した内管３１を、同期して回転する２つのローラー１５５上に横置きに乗せ、内管３１内にパルス発信機１５０と反射した音波を受信する受信機１５１を有する探触子１５２を備えたアーム１５４を挿入し、ローラー１５５で内管３１を所定の角度をもって一定方向に回転させながら検査する方法である。

一例として、所定の角度を６度とした場合の検査方法について説明する。内管３１の中心を通る垂線に接する時計の１２時位置（時計の長針については０分の位置）を０度とすると６時位置（時計の長針については３０分の位置）が１８０度の位置に相当するが、例えば検査を、この６時の位置から開始する。アーム１５４を内管３１の開口部の一端から挿入し、開口部側から内管３１中央まで直線的にアーム１５４を移動させる。このとき探触子１５２は、超音波を発信し反射した音波を受信する。従って、開口部側から内管３１中央まで直線的に検査される。図示の都合上、図７において、超音波は水平方向に発信されているが、実際には、垂直方向上部から下部に向かって発信される。探触子１５２の発信部（図示せず）が中央まで到達した時点で、ローラー１５５で内管３１を６度時計回りに回転させ、１７４度の位置、即ち時計の長針については２９分の位置が、１８０度の位置、即ち６時の位置に位置するようにし、内管３１の中央まで到達したアーム１５４を開口部側まで引戻しながら次の検査を行う。アーム１５４が開口部まで引戻されると、更にローラー１５５で内管３１を６度時計回りに回転させ、再度アーム１５４を開口部側から内管３１中央部まで異動させながら検査する。以下、この動作を繰り返す。一方の開口部からの検査が終了すると、一端アーム１５４が内管３１の外部に引戻される。この状態で、内管３１を搭載したままローラー１５５ごと検査台（図示せず）を１８０度回転させ、内管３１の他の開口部がアーム１５４側に面するようにし、再びアーム１５４を内管３１内に挿入して検査を続ける。従って６度刻みの測定が、２方向から行われることになり、内管３１の回転は計１２０回行われることになる。

測定結果は、内管３１の一の開口部から中央までの結果と、前記開口部の反対側の開口部から中央までの結果の２つのデータとして出力部１５３から出力される。従って、この２つの測定結果をコンピュータで合成し、内管３１の一開口部側から反対側の開口部までのデータとして出力する。検査結果は、音波の反射率によって色分けされて出力されるため、接合部分の接合状況が簡単に把握できる。正常な接合ができた部分は白色で表示され、正常な接合ができた部分と反射率の異なる部分は、未接合部分６０である。従って、測定した面積に対して、未接合部分６０（図面に表示したデータ上で、色の濃淡のついた部分。）の面積が容易に把握でき、内管３１の全面積に対する未接合部分６０の面積を接合率として把握できる。なお、アーム１５４の長さが長くなってしまうが、アームを一方の開口部から他方の開口部まで直線的に動かしてもよい。この場合、内管３１の回転は６０回行われ、測定結果も１つのデータとなる。

以上説明した検査方法によれば、冷却管３４を巻回した内管３１のろう付け接合面を、ＵＴ試験によって簡易に検査することができる。そしてこの検査方法によって、従来の製造方法による熱処理装置２を分析したところ、ろう付け接合面の接合率が平均して７０％前後であることが判明した。図１３は、従来の製造方法によって製造された冷却装置４０及び前記冷却装置４０を有する熱処理装置２について、上述したＵＴ試験によって検査した試験データである。本試験データにおいて、縦軸は内管３１の高さを示し、横軸は内管３１の内周を表す。また、データにおいて、色の濃淡の部分は、正常なろう付け接合が行われた部分と超音波の反射率が異なる部分を示し、この様な部分は、いわゆる空隙が発生している未接合部分６０である。ここで本試験における接合率は、上述したように、ろう付けする接合面において、接合すべき全面積から空隙が形成された部分の面積を差し引いた面積が、接合すべき全面積に占める割合をいう。なお、データにおいて、色の相違は反射率の相違を色分けしたものに過ぎず、接合率に影響を与えるものではない。

試験データを分析した結果、上述したように、未接合部分６０が内管３１の溶接接合面及び冷却管３４の溶接接合面近傍に発生することが把握できた。そこで、本発明の発明者等は、溶接部分の改善を試行錯誤したが、接合率を上げるには至らなかった。更に研究を重ねた結果本発明を完成したが、発明の完成は、上述したＵＴ試験装置及び該試験装置を用いた検査方法による試験結果のフィードバックによる。

即ち、上述した検査方法によって、ろう付け接合面を検査した結果、冷却管３４と内管３１とをろう材を介して接合しただけでは、高い接合率を確保することが容易でないことが判明し、またその対策として、以下に詳述する方法によってろう付け接合することで、高い接合率で冷却管３４と内管３１とをろう付け接合することが可能となったのである。具体的には、単にろう付け接合しただけでは、冷却管３４と内管３１との接合率は図１３に示したように７０％前後であるのに対し、本発明の一実施形態に係る冷却装置４０及び前記冷却装置４０を有する熱処理装置２においては、８０％以上の接合率を確保できる。

なお、このＵＴ試験によって、未接合が特定の箇所で発生することが多いことも判明している。即ち、検査結果を基に、超音波の反射率から空隙等（即ち、冷却管と内管との間に隙間が存在する箇所であり、未接合部分６０である。）が存在すると判定された箇所を位置関係から特定して分析したところ、内管３１の溶接接合面及び冷却管３４の溶接接合面に面した箇所において、このような空隙が多いことが判明したのである。これは、溶接接合面は、研磨されて平坦化されその後熱処理が施されて応力が開放されているものの、この様な処理を行っても局所的な変形等があるためと考えられる。従って、溶接接合面においても確実なろう付け接合を実現するためには、単にろう材を介して熱処理を行うだけでなく、熱処理時に更に接合面に対して外的な圧力を加えて、接合を圧力によって補助することが考えられる。しかし、例えば冷却管３４と内管３１とを、冷却管３４の外周側と内管３１の内周側とから、単に固定治具で固定する方法では、加熱炉内でろう付けの熱処理を行っている際に圧力を強めることができず、また、熱処理前から強い圧力をかけたのでは、冷却管３４が変形してしまうことも想定され、現実的でない。そこで、ろう付けの熱処理を行っている際にのみ、接合面に対して外的な圧力をかける方法が必要になる。本発明の一実施形態に係る冷却装置４０は、ろう付けの熱処理を行っている際にのみ、接合面に対して外的な圧力をかける製造方法によって製造されたものである。以下、この製造方法について図を基に説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る冷却装置４０の製造方法を示す模式図である。

図３において、本発明の一実施形態に係る冷却装置４０の製造方法は、まず冷却装置４０の冷却管３４を加熱炉４の内管３１にろう材５０を介して螺旋状に巻回する。図３において、冷却管３４と内管３１との間にろう材５０が介在しているのがわかる。次に、必要に応じて固定治具（図示せず）によって固定するが、この固定は接合面の密着を確保するためのもので、外的な圧力をかけるものではない。以上の点は従来の製造方法と同様である。しかし、従来の製造方法と異なり、ろう付けの熱処理を行っている際にのみ接合面に加圧する点に特徴を有する。即ち、以上説明した方法の後に、両端が閉じられ、冷媒入口ノズル３５及び冷媒出口ノズル３６を取り付けるための取付け口（図示せず）が設けられた冷却管３４内に、所定のガスを封入して冷却管３４を密閉する。図３において、冷却管３４内に冷却管内ガス圧７０がかかっているのがわかる。その後、母材を加熱炉２００において減圧状態３００（真空度１０^-6〜１０^−４Ｔｏｒｒ）において、ろう付け温度１，０５０℃で４時間加熱し、その後冷却を行う。以上が、本発明の一実施形態に係る冷却装置４０の製造方法である。

以上説明したように、本発明の一実施形態に係る冷却装置４０は、ろう付けする冷却管３４内に所定のガスを封入して密閉した後に、真空ろう付けによってろう付けされる。この場合、冷却管３４内に封入されたガスが、減圧状態３００において膨張し、冷却管３４を内部からろう材５０及び内管３１に押し付ける圧力（冷却管内ガス圧７０）として働く。従って、ろう付け接合部分に外的な圧力が加わることになり、接合率を高率で確保することができる。しかも、減圧状態３００は、ろう付けの熱処理の段階で行われるため、ろう材５０が融け出した段階で外的な圧力が加わることになって効果的であり、また、熱処理前の状態ではガスが膨張していないので冷却管３４を変形してしまうこともない。なお、本実施形態においては、ガスにはアルゴンガスを用い、冷却管３４内に、ガスの圧力が室温において１０．６ｋＰａとなるように封入して密閉したが、これに限定されるわけではなく、他のガスを使用してもよい。また、封入圧力は室温において冷却管３４を変形させない圧力であればよい。更に、ろう材５０はＮｉろう材を使用し、ろう材５０中にＳｉを添加してペースト状にしたうえで特殊バインダーでシート状にして用いたが、これに限定されるわけではない。ろう材５０は、ろう付けする冷却管３４及び内管３１の材質に応じて適宜選択可能である。

上述したように、冷却管３４内に封入されたガスは、減圧状態３００で膨張し、冷却管３４をろう材５０及び内管３１に押し付ける外的な圧力（冷却管内ガス圧７０）として働くが、前記冷却管内ガス圧７０は冷却管３４の４面に均等に掛かる。従って、冷却管内ガス圧７０は、冷却管３４を接合面側、即ち内管３１側に押し付けるだけではなく、該冷却管３４に接する上下の冷却管３４側及び該冷却管３４の外周側にも押し付ける圧力として働く。この点について図を基に説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る冷却装置４０の製造工程における、冷却管３４内部に掛かる冷却管内ガス圧７０を示す拡大模式図である。

図４において、加熱炉２００内部に収納された、内管３１の外周に螺旋状に巻回された冷却管３４には、減圧状態３００において、該冷却管３４内に封入されたガスの膨張圧力（冷却管内ガス圧７０）が掛かる。冷却管内ガス圧７０は、冷却管３４の内部の４つの部分（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ及び３４ｄ）に対して均等に掛かるが、該冷却管３４は、図４に向かって垂直方向の一の部分、即ち内管３１の外周側壁に近接する部分３４ｃ（以下、第２の部分という。）がろう材５０を介して内管３１に接し（即ち、近接し）、水平方向の２つの部分３４ｂ及び３４ｄ（以下、いずれの部分も第３の部分という。）が上下に隣接する冷却管３４に接している。一方、垂直方向の他の部分、即ち内管３１の外周に螺旋状に巻回された冷却管３４の外周側の部分、言い換えれば内管３１の外周側壁に近接する第２の部分３４ｃに対向する部分３４ａ（以下、第１の部分という。）は、接する物がない。減圧状態３００において冷却管３４内のガスが膨張すると、冷却管内ガス圧７０によって、冷却管３４の４つの部分（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ及び３４ｄ）が膨張しようとするが、第２の部分３４ｃ並びに第３の部分３４ｂ及び３４ｄは、隣接する物があるため膨張が抑えられる。一方、第１の部分３４ａは、接するものがないため、強度が弱い中央を中心として膨張して該部分３４aの内面及び外面とも湾曲する。第２の部分３４ｃは、上述した通りろう材５０を介して内管３１に接しているが、内管３１側からは圧力がかかっていない。ここで、冷却管３４と内管３１は強度が異なり、内管３１が若干ながら冷却管３４よりも強度が低い。従って、第２の部分３４ｃは、内管３１を押しながら該部分３４ｃの中央を中心に若干ながら膨張して該部分３４ｃの内面及び外面とも湾曲するが、第２の部分３４ｃは内管３１と接しているため、第１の部分３４ａよりもゆるく湾曲する。第３の部分３４ｂ及び３４ｄも、冷却管内ガス圧７０がかかり膨張しようとするが、隣接する冷却管３４内にも同じ圧力の冷却管内ガス圧７０がかかっており、更に同じ冷却管３４同士であるため強度も同じである。従って圧力が均衡し、該部分３４ｂ及び３４ｄが湾曲することはない。

以上説明したとおり、本発明の一実施形態に係る冷却装置４０の冷却管３４は、内管３１の外周側壁に近接する第２の部分３４ｃ及び該第２の部分３４ｃに対向する第１の部分３４ａのそれぞれの内面及び外面が該冷却管３４の外部方向に向かって湾曲し、且つ前記第２の部分３４ｃの曲率が前記第１の部分３４ａの曲率よりも小さい形状を有する。

また、冷却管３４の４つの部分の肉厚は、当該部分に掛かる圧力及び隣接する物体の有無等により異なる。内側から圧力がかかり隣接する物体のない、内管３１の外周側壁に近接する第２の部分３４ｃに対向する第１の部分３４ａは、形状が膨張して大きく湾曲するため、肉厚Ｔ１が薄くなる。双方向から圧力がかかり、且つ隣接する物体がある内管３１の外周側壁に垂直な第３の部分３４ｂ及び３４ｄは、加えられる圧力が同じ圧力であり、且つ隣接する物体が同じ冷却管３４で強度が同じであることから、圧力が均衡するためほとんど変形せず、且つ肉厚Ｔ３もほとんど変わらない。内側から圧力がかかり、隣接する物体がある内管３１の外周側壁に近接する第２の部分３４ｃは、隣接する内管３１の強度が冷却管３４の強度よりも小さいため小さく湾曲し、且つ肉厚Ｔ２が若干薄くなる。従って、内管３１の外周側壁に近接する第２の部分に対向する第１の部分３４ａの肉厚Ｔ１が最も薄い形状となる。

上述した製造方法によって製造された、本発明の一実施形態に係る冷却装置４０及び前記冷却装置４０を有する熱処理装置２は、上述したＵＴ試験によって検査した結果、冷却装置４０の冷却管３４と加熱炉４の炉体３０の内管３１とのろう付け接合部分が、８０％以上の接合率で接合されている（図示せず）。従って、本発明の一実施形態に係る冷却装置４０および前記冷却装置４０を有する熱処理装置２は、冷却効率が向上する。また、未接合を起因とする冷却ムラが少ないため、反応炉８内の半導体ウエハの面間温度に温度ムラが発生するのを抑制することができ、面間温度の均一性を確保できるため、半導体ウエハの製造において歩留まりの向上を図ることができる。

また、本発明の一実施形態に係る冷却装置４０及び前記冷却装置４０を有する熱処理装置２は、冷却装置４０の冷却管３４と、加熱炉４の炉体３０の内管３１とのろう付け接合部分の接合率が高いため、加熱炉４全体の強度が増加する。従って、冷却管３４及び内管３１の板厚を薄くしても、加熱炉４全体の強度を確保することができる。この結果、加熱炉４全体の軽量化を図ることができる。

なお、本実施形態においては、加熱炉４及び反応炉８を有する熱処理装置２について説明したが、本発明の一実施形態に係る冷却装置４０及びその製造方法は、処理容器と冷却ジャケット等とから構成される熱処理装置の冷却ジャケットについても応用することができ、又その効果も同様である。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について説明する。本発明の第２の実施形態に係る冷却装置４０及び前記冷却装置４０を有する熱処理装置２の構成は、上述した本発明の第１の実施形態に係る冷却装置４０及び前記冷却装置４０を有する熱処理装置２と同様である。即ち、加熱炉４の炉体３０の内管３１の側壁部分に、冷却管３４が螺旋状に巻回されてろう付け接合される構成である。又、ろう付けは真空ろう付けによって行われる。しかし、本発明の第２の実施形態に係る冷却装置４０及び前記冷却装置４０を有する熱処理装置２は、製造方法において第１の実施形態とは異なり、結果として、冷却管３４と内管３１とのろう付け接合部分の接合率が、極めて高いことを特徴とする。本発明の第２の実施形態においては９５％以上の接合率を確保できる。以下、図を用いて説明する。

本発明の第２の実施形態に係る冷却装置４０の製造方法について説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係る冷却装置４０の製造方法を示す模式図である。まず、冷却装置４０の冷却管３４を加熱炉４の内管３１にろう材５０を介して螺旋状に巻回する。図５において、冷却管３４と内管３１との間にろう材５０が介在しているのがわかる。次に、必要に応じて固定治具（図示せず）によって固定するが、この固定は接合面の密着を確保するためのもので、外的な圧力をかけるものではない。次に、両端が閉じられ、冷媒入口ノズル３５及び冷媒出口ノズル３６を取り付けるための取付け口（図示せず）が設けられた冷却管３４内に、所定のガスを封入して冷却管３４を密閉する。図５において、冷却管３４内に冷却管内ガス圧７０がかかっているのがわかる。次に、内管３１の上下の開口部に密閉葢９０を設置して内管３１内部を密閉できる状態にする。次に、内管３１に所定のガスを封入して内管３１を密閉する。なお、内管３１に封入するガス圧は、冷却管３４に封入するガスのガス圧よりも低く設定する。図５において、内管３１内に内管内ガス圧７１がかかっているのがわかる。次に、母材を加熱炉２００で、減圧状態３００（真空度１０^-6〜１０^−４Ｔｏｒｒ）において、ろう付け温度１，０５０℃で４時間加熱し、その後冷却を行う。以上が、本発明の第２の実施形態に係る冷却装置４０の製造方法である。

以上説明したように、本発明の第２の実施形態に係る冷却装置４０は、ろう付けする冷却管３４内に所定のガスを封入して密閉した後に、真空ろう付けによってろう付けされる。この点は、本発明の第１の実施形態に係る冷却装置４０と同様である。しかし、上述のように内管３１にもガスを封入して密閉する点で大きく異なる。この場合、冷却管３４内に封入されたガスが、減圧状態３００において膨張し、冷却管３４を内部からろう材５０及び内管３１に押し付ける圧力（冷却管内ガス圧７０）として働く。一方、内管３１内に封入されたガスも、減圧状態３００において膨張し、内管３１を内部からろう材５０及び冷却管３４に押し付ける圧力（内管内ガス圧７１）として働く。従って、本発明の第１の実施形態に係る冷却装置４０の製造方法と異なり、ろう付け接合部分には、冷却管３４側と内管３１側の双方から外的な圧力が加わることになる。この結果、ろう付け接合部分の接合率を、極めて高率で確保することができる。図８は、本発明の第２の実施形態に係る冷却装置４０及び前記冷却装置４０を有する熱処理装置２について、ＵＴ試験によって検査した試験データである。図８においては、接合率９６．９％を示しているが、テストの結果、本発明の第２の実施形態に係る冷却装置４０及び前記冷却装置４０を有する熱処理装置２においては、冷却管３４と内管３１とのろう付け接合部分について９５％以上の接合率を確保できると判断される。従来方法によれば、接合率は７０％前後であり、飛躍的に接合率を高めることができる。図１３と、図８を比較すれば、本発明の第２の実施形態に係る冷却装置４０及び前記冷却装置４０を有する熱処理装置２が、未接合部分６０が圧倒的に少ないことが理解できる。この結果、本発明の第２の実施形態に係る冷却装置４０及び前記冷却装置４０を有する熱処理装置２は、冷却ムラがほとんど発生せず、信頼性の高い半導体ウエハを製造できることも理解される。

なお、本実施形態においては、冷却管３４及び内管３１に封入するガスには、いずれもアルゴンガスを用いた。又封入するガスの圧力は、冷却管３４には室温において１０．６ｋＰａとなるように封入し、一方内管３１には室温において２．１２ｋＰａとなるように封入して密閉したが、これに限定されるわけではなく、他のガスでもよいし、又、封入するガスの圧力は室温において冷却管３４及び内管３１を変形させない圧力であればよい。但し、冷却管３４の強度は内管３１の強度より強度が高く、また、密着度を考慮すると冷却管３４が内管３１内に埋まるような状態になることが望ましいため、封入するガスの圧力は、冷却管３４内のガス圧を高くし、内管３１内のガス圧を低くするように設定する。これによってろう付けした場合の密着性が増す。更に、ろう材５０は、Ｎｉろう材を使用し、ろう材５０中にＳｉを添加してペースト状にしたうえで、特殊バインダーでシート状にして用いたが、これに限定されるわけではない。ろう材５０は、ろう付けする冷却管３４及び内管３１の材質に応じて、適宜選択可能である。

上述したように、冷却管３４内に封入されたガスは、減圧状態３００で膨張し、冷却管３４をろう材５０及び内管３１に押し付ける外的な圧力（冷却管内ガス圧７０）として働く。一方内管３１内に封入されたガスも、減圧状態３００で膨張し、内管３１をろう材５０及び冷却管３４に押し付ける外的な圧力（内管内ガス圧７１）として働く。前記冷却管内ガス圧７０は冷却管３４の４面に均等に掛かるが、一方前記内管内ガス圧７１は、冷却管３４の内管３１に接する面にのみ間接的に掛かることになる。従って、冷却管３４に掛かる圧力は、本発明の第１の実施形態に係る冷却装置４０の製造工程におけるものとは異なる。この点について図を基に説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係る冷却装置４０の製造工程における、冷却管３４に掛かる冷却管内ガス圧７０及び内管内ガス圧７１を示す拡大模式図である。

図６において、減圧状態３００の加熱炉２００内部に収納された内管３１の外周に螺旋状に巻回された冷却管３４に対して、該冷却管３４内に封入されたガスの膨張圧力（冷却管内ガス圧７０）が掛かる。また、内管３１にもガスが封入されて密閉されているため、内管３１に内管内ガス圧７１が掛かり、この圧力は、ろう材５０を介して前記冷却管３４の内管３１に近接する第２の部分３４ｃにも掛かる。この場合の冷却管３４の４つの部分（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ及び３４ｄ）に掛かる圧力は、以下のとおりである。即ち、第１の部分３４aには、内面に冷却管内ガス圧７０が掛かる。第２の部分３４ｃには、内面に冷却管内ガス圧７０が掛かり、外面に内管３１及びろう材５０を介して内管内ガス圧７１が掛かる。第３の部分３４ｂ及び３４ｄには、内面に冷却管内ガス圧７０が掛かり、外面に隣接する冷却管３４を介して同じ冷却管内ガス圧７０が掛かる。以上より、第１の部分３４aは、接するものがなく、且つ外部側が減圧状態３００であるため、減圧状態３００において冷却管３４内のガスが膨張すると、冷却管内ガス圧７０によって強度が弱い中央を中心として膨張し内面及び外面が大きく湾曲する。第２の部分３４ｃには、上述した通り内面に冷却管内ガス圧７０、外面にろう材５０を介して内管内ガス圧７１が掛かる。ここで前記２つのガス圧を比較すると、冷却管内ガス圧７０が内管内ガス圧７１よりも大きい。又、冷却管３４の強度が内管３１の強度よりも高い。従って、第２の部分３４ｃは、内管３１を押しながら該部分３４ｃの中央を中心に若干ながら膨張して湾曲する。この場合、双方向から圧力が掛かるため、本発明の第１の実施形態における第２の部分３４ｃの湾曲よりも小さな湾曲となる。勿論、第１の部分３４ａの湾曲よりも小さい。第３の部分３４ｂ及び３４ｄは、冷却管内ガス圧７０が掛かり膨張しようとするが、隣接する冷却管３４内にも同じ圧力の冷却管内ガス圧７０が掛かっており、更に同じ冷却管３４同士で強度も同じであるため圧力が均衡し、該部分３４ｂ及び３４ｄが湾曲することはない。以上説明したとおり、本発明の第２の実施形態に係る冷却装置４０の冷却管３４は、内管３１の外周側壁に近接する第２の部分３４ｃ及び該第２の部分３４ｃに対向する第１の部分３４ａのそれぞれの内面及び外面が該冷却管３４の外部方向に向かって湾曲し、且つ前記第２の部分３４ｃの曲率が前記第１の部分３４ａの曲率よりも小さい形状を有する。

また、冷却管３４の４つの部分の肉厚は、当該部分に掛かる圧力及び隣接する物体の有無により異なる。内側から圧力がかかり、隣接する物体のない第１の部分３４ａは、形状が膨張して大きく湾曲するため、肉厚Ｔ１が薄くなる。双方向から圧力が掛かり、且つ隣接する物体がある第３の部分３４ｂ及び３４ｄは、加えられる圧力が同じ圧力であり、且つ隣接する物体が同じ冷却管３４で強度が同じであることから、圧力が均衡するためほとんど変形せず、且つ肉厚Ｔ３もほとんど変わらない。双方向から圧力が掛かり、隣接する物体がある、内管３１の外周側壁に接する第２の部分３４ｃは、隣接する内管３１の強度が冷却管３４の強度よりも小さいため小さく湾曲し、且つ肉厚Ｔ２が若干薄くなる。従って、内管３１の外周側壁に近接する第２の部分に対向する第１の部分３４ａの肉厚Ｔ１が最も薄い形状となる。

上述した製造方法によって製造された、本発明の一実施形態に係る冷却装置４０及び前記冷却装置４０を有する熱処理装置２は、冷却装置４０の冷却管３４と、加熱炉４の炉体３０の内管３１とのろう付け接合部分が、上述したとおり９５％以上の接合率で接合されている。従って、冷却効率が飛躍的に向上する。また、未接合を起因とする冷却ムラがほとんど生じないため、反応炉８内の半導体ウエハの面間温度に温度ムラが発生するのを抑制することができ、面間温度の均一性を確保できるため、半導体ウエハの製造において歩留まりの向上を図ることができる。

また、本発明の一実施形態に係る冷却装置４０及び前記冷却装置４０を有する熱処理装置２は、冷却装置４０の冷却管３４と、加熱炉４の炉体３０の内管３１とのろう付け接合部分の接合率が極めて高いため、加熱炉４全体の強度が増加する。従って冷却管３４及び内管３１の板厚をより一層薄くしても、加熱炉４全体の強度を確保することができる。この結果、加熱炉４全体の更なる軽量化を図ることができる。

なお、本実施形態においては、加熱炉４及び反応炉８を有する熱処理装置２について説明したが、本発明の第２の実施形態に係る冷却装置４０及びその製造方法は、処理容器と冷却ジャケット等とから構成される熱処理装置の冷却ジャケットについても応用することができ、又その効果も同様である。

本発明の一実施形態に係る冷却装置４０を有する熱処理装置２の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る冷却装置４０を有する熱処理装置２の加熱炉４の炉体３０の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る冷却装置４０の製造方法を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る冷却装置４０の製造工程における、冷却管３４内部に掛かる冷却管内ガス圧７０を示す拡大模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る冷却装置４０の製造方法を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る冷却装置４０も製造工程における、冷却管３４に掛かる冷却管内ガス圧７０及び内管内ガス圧７１を示す拡大模式図である。 本発明の一実施形態に係る冷却装置４０及び前記冷却装置４０を有する熱処理装置２のＵＴ試験方法を示す平面模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る冷却装置４０及び前記冷却装置４０を有する熱処理装置２について、ＵＴ試験によって検査した試験データである。 従来の熱処理装置の一例の構成図である。 冷却管３４と内管３１の一般的な真空ろう付けを示す図である。 ろう付け部分に未接合部分が発生した場合の模式図である。 図１１に示す未接合部分Ａの拡大図である。 従来の製造方法によって製造された冷却装置４０及び前記冷却装置４０を有する熱処理装置２について、ＵＴ試験によって検査した試験データである。

符号の説明

２：熱処理装置
４：加熱炉
８：反応炉
３０：炉体
３１：内管
３４、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ：冷却管
４０：冷却装置
５０：ろう材
６０：未接合部分
７０：冷却管内ガス圧
７１：内管内ガス圧
９０：密閉蓋
１０２：熱処理装置
１０４：内筒
１０６：外筒
１０８：処理容器
１５２：探触子
１５４：アーム
１５５：ローラー
２００：加熱炉
３００：減圧状態

Claims (11)

1. 筒体の外周側壁に螺旋状に巻回されてろう付けされた冷却管を備え、
   前記冷却管は、前記筒体の外周側壁に近接する第２の部分及び該第２の部分に対向する第１の部分のそれぞれの内面及び外面が該冷却管の外部方向に向かって湾曲し、且つ前記第２の部分の曲率が前記第１の部分の曲率よりも小さいことを特徴とする冷却装置。
2. 前記冷却管と前記筒体とのろう付け接合面の超音波探傷検査による接合率が８０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記接合率は、更に９５％以上であることを特徴とする請求項２に記載の冷却装置。
4. 前記冷却管は、略矩形であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の冷却装置。
5. 前記筒体は加熱炉の炉体であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の冷却装置。
6. 前記筒体は冷却ジャケットの本体であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の冷却装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに一に記載の冷却装置と、
   処理容器と、
   加熱手段と、
   前記処理容器および前記加熱手段の外周に配設された前記筒体と、を有する熱処理装置。
8. 筒体の外周側壁に略矩形の冷却管をろう材を介して螺旋状に巻回して固定し、
   前記冷却管にガスを封入して密閉し、
   固定した前記筒体と前記冷却管とを加熱炉において減圧状態で加熱することを特徴とする冷却装置の製造方法。
9. 筒体の外周側壁に略矩形の冷却管をろう材を介して螺旋状に巻回して固定し、
   前記冷却管に室温において第１の圧力でガスを封入して密閉し、
   前記筒体に密閉蓋を配設して室温において前記第１の圧力より小さい第２の圧力でガスを封入して密閉し、
   固定した前記筒体と前記冷却管とを加熱炉において減圧状態で加熱することを特徴とする冷却装置の製造方法。
10. 前記減圧状態は、１０^−６〜１０^−４Ｔｏｒｒであることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の冷却装置の製造方法。
11. 請求項８又は請求項９に記載の製造方法によって製造された冷却装置を有する熱処理装置。