JP2018004245A - 熱処理装置用のチャンバ、および、熱処理装置 - Google Patents

熱処理装置用のチャンバ、および、熱処理装置 Download PDF

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Abstract

【課題】熱処理装置用のチャンバについて、大型であっても製作にかかる手間をより少なくできるようにする。
【解決手段】熱処理装置1のチャンバ4は、被処理物を取り囲むための筒状の側壁12と、側壁12の一方の開口部12bを塞ぐ端壁13と、を有している。チャンバ4は、酸化珪素を主成分とする複数の部材(側壁12,端壁13,第1連結部材14、第2連結部材15が機械結合されて形成されている
【選択図】 図2

Description

本発明は、加熱された雰囲気下で被処理物を処理するための、熱処理装置のチャンバ、および熱処理装置に関する。
ガラス基板等の処理基板に熱処理を行うための、熱処理装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。熱処理装置の一例として、特許文献1に記載の熱処理装置は、熱処理容器を有している。この熱処理容器は、石英チューブである。
特開2010−177653号公報([0017])
近年、処理基板の大型化に伴い、石英チューブのサイズも大型化する傾向にある。ここで、強度上の理由などにより、石英チューブに代えて金属製のチューブを用いることは困難である。したがって、よりサイズの大きな石英チューブが求められている。しかしながら、大型の石英チュ−ブを製作することは、難易度が高い。具体的には、上記の石英チューブは、単一部材である。このため、たとえば、石英チューブ制作時には、石英チューブの側壁と端壁とを別々に製作し、その後、これら大型の側壁と端壁とを溶接する作業が生じる。このような溶接作業は、手間がかかる。
本発明は、上記事情に鑑みることにより、熱処理装置用のチャンバについて、大型であっても製作にかかる手間をより少なくできるようにすることを目的とする。
(1)上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる熱処理装置用のチャンバは、被処理物を取り囲むための筒状の側壁と、前記側壁の一方の開口部を塞ぐ端壁と、を備え、前記チャンバは、酸化珪素を主成分とする複数の部材が機械結合されて形成されており、前記複数の部材は、前記側壁を形成する複数の平板状部材を含み、複数の前記平板状部材は、全体として筒形状を構成するように配列されており、前記複数の部材は、梁状の連結部材を含み、前記梁状の連結部材は、複数の前記平板状部材同士を連結するように複数の前記平板状部材に架けられる。
なお、上記の「機械結合」とは、複数の部材が互いに別個の部材である(分離可能である)状態を維持された状態で、互いに結合されていることをいう。
この構成によると、チャンバは、酸化珪素を主成分とする部材によって形成されている。これにより、チャンバは、強度および耐熱性に優れ、高温環境下での使用に十分に耐えることができる。また、チャンバは、複数の部材が機械結合されて形成されている。この構成により、チャンバの制作時、複数の部材を溶接させるという、手間のかかる作業を可及的に少なくできる。このため、チャンバのサイズに拘わらず、チャンバの製作にかかる手間をより少なくできる。以上の次第で、本発明によると、熱処理装置用のチャンバについて、大型であっても製作にかかる手間をより少なくできる。さらに、複数の平板状部材を組み合わせることで、筒状の側壁を実現できる。また、複数の平板状部材は、たとえば、重ねられた状態で搬送され得る。このため、平板状部材の搬送作業、すなわち、側壁の搬送作業を容易に行うことができる。また、平面的な形状である平板状部材を組み合わせることで、立体的な形状である側壁を形成できる。よって、側壁の製造にかかる手間を、より少なくできる。さらに、複数の平板状部材は、梁状の連結部材によって互いに結合される。これにより、側壁の平板状部材が倒れることを防止できる。
(2)好ましくは、前記複数の部材の材質は、ガラス、石英、およびセラミックの少なくとも1つを含む。
この構成によると、強度および耐熱性に優れたチャンバを比較的容易に実現できる。
(3)好ましくは、前記複数の部材は、隣接する前記平板状部材同士を連結する柱状の連結部材をさらに含む。
(4)好ましくは、前記端壁は、前記側壁の一端に載せられている。
この構成によると、側壁の一端に端壁を載せるという簡易な作業で、側壁の一端を端壁で覆う構成を実現できる。
(5)好ましくは、前記端壁は、前記梁状の連結部材に載せられている。
(6)上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる熱処理装置は、上記の熱処理装置用のチャンバと、前記チャンバ内の空間の気圧を前記チャンバ外の空間の気圧よりも高くするための気圧調整機構と、を備えている。
この構成によると、チャンバは、酸化珪素を主成分とする部材によって形成されている。これにより、チャンバは、強度および耐熱性に優れ、高温環境下での使用に十分に耐えることができる。また、チャンバは、複数の部材が機械結合されて形成されている。この構成により、チャンバの制作時、複数の部材を溶接させるという、手間のかかる作業を可及的に少なくできる。このため、チャンバのサイズに拘わらず、チャンバの製作にかかる手間をより少なくできる。以上の次第で、本発明によると、熱処理装置用のチャンバについて、大型であっても製作にかかる手間をより少なくできる。また、気圧調整機構は、チャンバ内の空間の気圧が、チャンバ外の空間の気圧よりも高くなるように動作する。これにより、チャンバの外部に存在する異物(パーティクル)がチャンバ内の空間に侵入することを抑制できる。したがって、仮に、組立式のチャンバの側壁と端壁の間などに隙間が生じていても、チャンバの外部の異物がチャンバ内の空間に侵入することを抑制できる。このため、上記異物が被処理物に付着することを、抑制できる。よって、本発明の熱処理措置によると、チャンバが単一部品として形成された場合と同様に、被処理物への異物付着に起因する、被処理物の不良発生を抑制できる。
本発明によると、熱処理装置用のチャンバについて、大型であっても製作にかかる手間をより少なくできる。
本発明の実施形態に係る熱処理装置の断面図である。 熱処理装置のチャンバの斜視図である。 チャンバの分解斜視図である。 チャンバの断面図であり、チャンバを上方から見た状態を示している。 図3の主要部の拡大図である。 変形例の主要部の断面図である。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。尚、本発明は、被処理物を熱処理するための熱処理装置として広く適用することができる。
図1は、本発明の実施形態に係る熱処理装置1の断面図であり、熱処理装置1を側方から見た状態を示している。図2は、熱処理装置1のチャンバ4の斜視図である。図3は、チャンバ4の分解斜視図である。図4は、チャンバ4の断面図であり、チャンバ4を上方から見た状態を示している。
図1を参照して、熱処理装置1は、被処理物100の表面に熱処理を施すことが可能に構成されている。より具体的には、熱処理装置1は、被処理物100に向けて加熱されたガスを供給することで、被処理物100の表面に熱処理を施すことが可能に構成されている。
被処理物100は、たとえば、ガラス基板または半導体基板などであり、本実施形態では、矩形の平板状に形成されている。
熱処理装置1は、ベース板2と、ヒータ3と、チャンバ4と、シール部材5,6と、ボート7と、昇降機構8と、ガス供給装置9と、を有している。
ベース板2は、ヒータ3およびチャンバ4を支持する部材として設けられている。ベース板2の中央には、貫通孔が形成されている。この貫通孔を上方から塞ぐようにして、ヒータ3が配置されている。
ヒータ3は、たとえば電熱ヒータであり、本実施形態では、600℃程度まで気体を加熱することが可能に構成されている。ヒータ3は、全体として箱状に形成されており、下向きに開放された開口部3aを有している。ヒータ3の開口部3aは、ベース板2によって受けられている。ヒータ3に取り囲まれた空間に、チャンバ4が配置されている。
チャンバ4は、被処理物100を熱処理するための処理室として構成されている。チャンバ4は、全体として箱状に形成されており、下向きに開放された開口部4aを有している。チャンバ4の開口部4aは、シール部材5と接触しており、このシール部材5を介してベース板2に受けられている。シール部材5は、耐熱性を有する環状部材であり、チャンバ4の開口部4aとベース板2の上面との間を気密的にシールしている。チャンバ4内の空間4bは、ベース板2の貫通孔を通して、ベース板2の下方の空間に連続している。チャンバ4の詳細な構成は、後述する。熱処理装置1における熱処理動作時、チャンバ4内の空間4bには、被処理物100が配置される。被処理物100は、たとえば、垂直に立てられた状態で、ボート7に支持される。
ボート7は、被処理物100をチャンバ4内に配置するために設けられている。ボート7は、たとえば、円板状に形成されており、中央に台座を有している。この台座に、複数の被処理物100の下端部が固定される。各被処理物100は、互いに平行に配列された状態で、台座に支持されている。ボート7の外周部の上面には、シール部材6が配置されている。シール部材6は、耐熱性を有する環状部材であり、ボート7の外周部の上面と、ベース板2の下面との間を気密的にシールしている。ボート7は、昇降機構8によって支持されており、昇降機構8の動作によって、被処理物100とともに上下方向に変位可能である。ボート7には、ガス供給装置9が取り付けられている。
ガス供給装置9は、チャンバ4の内部に熱処理のためのガスを供給するように構成されている。ガス供給装置9は、本発明の「気圧調整装置」の一例である。ガス供給装置9は、ガス管10と、ポンプ11とを有している。ガス管10は、ボート7を貫通しており、ガス管10の一端は、チャンバ4内の空間4bに開放されている。ポンプ11は、図示しないガスタンクからのガスを、ガス管10を通してチャンバ4内の空間4bへ供給する。これにより、チャンバ4内の空間4bが僅かながら加圧(微加圧)される。よって、チャンバ4内の空間4bの気圧は、チャンバ4外の気圧よりも高くされる。
熱処理装置1における熱処理時の動作としては、まず、被処理物100が、ボート7に支持された状態でチャンバ4内の空間4bに配置される。次に、ガス供給装置9がガスを空間4b内に供給しつつ、ヒータ3による加熱動作が行われる。これにより、チャンバ4内の空間4bが加熱され、被処理物100の熱処理が行われる。
次に、チャンバ4の詳細な構成を説明する。図1〜図4を参照して、チャンバ4は、酸化珪素(SiO)を主成分とする複数の部材が機械的に結合されて形成されている。
具体的には、チャンバ4は、側壁12と、端壁13と、第1連結部材14と、第2連結部材15と、を有している。
本実施形態では、チャンバ4の各部材(側壁12、端壁13、第1連結部材14、第2連結部材15)は、全て、石英製の材料である。なお、チャンバ4の各部材の材質は、石英に限らず、ガラスでもよいし、セラミックでもよい。このように、チャンバ4は、たとえば、ガラス、石英、および、セラミックの少なくとも1つを含んでいればよい。
側壁12は、被処理物100を取り囲むために設けられており、全体として筒状に形成されている。本実施形態では、側壁12は、全体として、多角形形状(八角形形状)に形成されている。側壁12は、複数の被処理物100を収容可能な大きさに形成されている。
側壁12は、複数(本実施形態では、8つ)の平板状部材16(16a〜16h)を有している。なお、複数の平板状部材16a〜16hを総称する場合は、単に平板状部材16という。
各平板状部材16は、矩形の平板状に形成されている。各平板状部材16の厚みは、たとえば、数mm程度である。平板状部材16は、互いに重ねられた状態で搬送され得る。各平板状部材16の縁部は、機械加工によって整形されている。平板状部材16は、全体として筒状となるように配列されている。具体的には、隣り合う2つの平板状部材16が、平面視において互いに傾斜した状態で配置されている。隣り合う2つの平板状部材16は、第1連結部材14によって互いに連結されている。
図5は、図3の主要部の拡大図である。図3〜図5を参照して、本実施形態では、第1連結部材14の数は、平板状部材16の数と同じである。第1連結部材14は、隣り合う2つの平板状部材16間に配置されている。
各第1連結部材14は、上下に細長く延びる柱部材であり、本実施形態では、四角柱状に形成されている。各第1連結部材14は、一対の溝部14a,14bを有している。
溝部14a,14bは、隣接する2つの平板状部材16を連結する部分として設けられている。溝部14a,14bは、第1連結部材14の一対の側面に形成されており、第1連結部材14の上端から下端まで延びている。平面視において、溝部14a,14bは、互いに傾斜する向きに形成されている。溝部14a,14bは、対応する平板状部材16の一縁部と嵌合している。これにより、隣接する2つの平板状部材16は、第1連結部材14を介して連結されている。各第1連結部材14の上面には、凸部14cが形成されている。この凸部14cは、端壁13の後述する貫通孔に嵌め込まれる突起として設けられている。上記の構成により、複数の平板状部材16は、柱状の第1連結部材14によって側壁12の周方向に沿って順次連結され、多角形状(筒状)の閉じた側面を形成する。
第2連結部材15は、2つの平板状部材16a,16eを連結する梁状の部材として設けられており、これらの平板状部材16a,16eに架けられる。
本実施形態では、第2連結部材15は、2つ設けられている。各第2連結部材15は、互いに平行に並ぶ2つの平板状部材16a,16e同士を連結している。
各第2連結部材15は、梁部15aと、一対の端部15b,15cとを有している。
梁部15aは、細長い棒状に形成されており、本実施形態では、四角柱状に形成されている。梁部15aは、互いに平行に並ぶ2つの平板状部材16a,16eの上端部間に配置されている。梁部15aに、一対の端部15b,15cが形成されている。
一対の端部15b,15cは、対応する平板状部材16a,16eに結合される部分として設けられている。一対の端部15b,15cは、それぞれ、ブロック状に形成されている。一対の端部15b,15cは、それぞれ、対応する平板状部材16a,16eの上端部に結合されている。
具体的には、平板状部材16aの上端部には、溝部18a,18aが形成され、平板状部材16eの上端部には、溝部18b,18bが形成されている。溝部18a,18aは、第2連結部材15の一方の端部15b,15bに対応して形成されている。各溝部18a,18aは、たとえば、側面視で矩形に形成された溝である。溝部18a,18aに、一方の端部15b,15bが嵌め込まれている。一方の端部15b,15bの下面には、それぞれ、窪み部15dが形成されている。この窪み部15dは、対応する溝部18a,18aの底部に受けられている。なお、各第2連結部材15の他方の端部15cと平板状部材16eの対応する溝部18bとの機械的な結合の態様についても上記と同様であるので、説明を省略する。
上記の構成により、第1連結部材14の上面の高さと、第2連結部材15の上面の高さと、平板状部材16(16a〜16h)の上端部の高さと、が揃えられている。各第2連結部材15の一対の端部15b,15cの上面には、凸部15eがたとえば2つ形成されている。この凸部15eは、端壁13の後述する貫通孔に嵌め込まれる突起として設けられている。
図2、図3および図5を参照して、端壁13は、側壁12の上部の開口部12aを塞ぐ部分として設けられている。端壁13は、全体として平板状に形成されており、側壁12の上端に載せられる。平面視において、端壁13の形状は、側壁12の形状に対応している。具体的には、本実施形態では、端壁13は、八角形形状に形成されている。本実施形態では、端壁13の厚みは、側壁12の厚みと同じに設定されている。
端壁13は、複数(本実施形態では、3つ)の平板状部材19(19a〜19c)を有している。なお、平板状部材19a〜19cを総称していう場合は、単に平板状部材19という。
平板状部材19bは、矩形の平板状に形成されている。平板状部材19a,19cは、概ね台形状に形成されている。平板状部材19a,19b,19cの順に、これら平板状部材19が配置されており、これにより、全体として八角形形状の端壁13が形成されている。平板状部材19a〜19cは、互いに重ねられた状態で搬送され得る。各平板状部材19a〜19cの縁部は、機械加工によって整形されている。
端壁13の平板状部材19には、第1連結部材14の凸部14cに嵌合する貫通孔と、第2連結部材15の凸部15eに嵌合する貫通孔と、が形成されている。端壁13の平板状部材19のこれらの貫通孔に、対応する凸部14c,15eが嵌め込まれる。また、端壁13の平板状部材19が、側壁12の平板状部材16、第1連結部材14、および第2連結部材15に受けられる。
これにより、端壁13は、第1連結部材14、第2連結部材15、および、側壁12の平板状部材16と機械的に結合される。上記の構成により、側壁12と端壁13とで囲まれた空間が、チャンバ4内の空間4bとなる。
チャンバ4の各部材(側壁12、端壁13、第1連結部材14、第2連結部材15)間には、特にシール機構を設けられていない。このため、チャンバ4の外部の空間に浮遊するパーティクルなどが、たとえば、平板状部材16と第1連結部材14との間、または、平板状部材16と端壁13との間から侵入する可能性が考えられる。しかしながら、図1に示すガス供給装置9によって、チャンバ4内の空間4bの気圧がチャンバ4の外部の気圧よりも高く設定されている。これにより、チャンバ4の各部材間にシール構造が設けられていなくても、チャンバ4内の空間4bへのパーティクルの侵入は抑制される。
上記の構成を有するチャンバ4は、搬送時には、分解された状態となる。チャンバ4の搬送時には、側壁12の各平板状部材16および端壁13の各平板状部材19は、たとえば、重ね合わされた状態で搬送される。そして、作業員がチャンバ4を組み立てる際、作業員は、まず、第1連結部材14を用いて、隣接する2つの平板状部材16同士を互いに結合する。これにより、側壁12が完成する。次に、作業員は、側壁12の互いに平行な2つの平板状部材16a,16e間に、第2連結部材15を架け渡す。これにより、側壁12の各平板状部材16が倒れることを防止する。次に、作業員は、端壁13を側壁12の上端に設置する。端壁13は、第1連結部材14、第2連結部材15および平板状部材16に受けられることで、撓みを抑制される。これにより、チャンバ4が完成する。
以上説明したように、本実施形態にかかる熱処理装置1によると、チャンバ4は、酸化珪素を主成分とする部材(側壁12、端壁13、第1連結部材14、および、第2連結部材15)によって形成されている。これにより、チャンバ4は、強度および耐熱性に優れ、高温環境下での使用に十分に耐えることができる。また、チャンバ4は、複数の部材(側壁12、端壁13、第1連結部材14、および、第2連結部材15)が機械結合されて形成されている。この構成により、チャンバ4の制作時、複数の部材を溶接させるという、手間のかかる作業を可及的に少なくできる。このため、チャンバ4のサイズに拘わらず、チャンバ4の製作にかかる手間をより少なくできる。以上の次第で、熱処理装置1のチャンバ4について、大型であっても製作にかかる手間をより少なくできる。
ここで、溶接などによって複数の部材が一体化された従来の石英製の大型チャンバについて説明すると、このようなチャンバであれば、制作時に工具などが石英に接触しやすく、石英チャンバに破損が生じ易い。また、従来の大型チャンバは、搬送される際に、分解できず、接触などに起因する破損を生じないように慎重に扱われる必要があり、取り扱いが難しい。また、大型チャンバは、製造コストが高くなる。
これに対し、本実施形態にかかるチャンバ4によると、チャンバ4の制作時には、チャンバ4の個々の部品(側壁12、端壁13、第1連結部材14、第2連結部材15)が別個に形成される。このため、チャンバ4の制作時に工具などが接触するおそれを少なくでき、その結果、チャンバ4に破損が生じ難い。また、チャンバ4の搬送時には、上記個々の部品を別々に搬送することができる。よって、チャンバ4の搬送時に、上記個々の部品が工具などと接触して破損することを、容易に抑制できる。よって、チャンバ4の取り扱いが容易である。また、チャンバ4の上記個々の部品を溶接などによって一体化する必要がなく、チャンバ4の製造コストをより低くできる。
また、熱処理装置1によると、チャンバ4の材質は、ガラス、石英、およびセラミックの少なくとも1つ(本実施形態では、石英)を含む。この構成によると、強度および耐熱性に優れたチャンバを比較的容易に実現できる。
また、熱処理装置1によると、複数の平板状部材16(16a〜16h)を組み合わせることで、筒状の側壁12を実現できる。また、各平板状部材16a〜16hは、たとえば、重ねられた状態で搬送され得る。このため、平板状部材16の搬送作業、すなわち、側壁12の搬送作業を容易に行うことができる。また、平面的な形状である平板状部材16を組み合わせることで、立体的な形状である側壁12を形成できる。よって、側壁12の製造にかかる手間を、より少なくできる。
また、熱処理装置1によると、複数の平板状部材16a,16eは、梁状の第2連結部材15によって互いに結合される。これにより、側壁12の平板状部材16が倒れることを防止できる。
また、熱処理装置1によると、端壁13は、平板状に形成されており、側壁12の上端に載せられている。この構成によると、側壁12の上端に平板状の端壁13を載せるという簡易な作業で、側壁12の上端を端壁13で覆う構成を実現できる。
また、熱処理装置1によると、ガス供給装置9は、チャンバ4内の空間4bの気圧が、チャンバ4外の空間の気圧よりも高くなるように動作する。これにより、チャンバ4の外部に存在する異物(パーティクル)がチャンバ4内の空間4bに侵入することを抑制できる。したがって、仮に、組立式のチャンバの側壁12と端壁13の間などに隙間が生じていても、チャンバ4の外部の異物がチャンバ4の内部の空間に侵入することを抑制できる。このため、上記異物が被処理物100に付着することを、抑制できる。よって、チャンバ4が単一部品として形成された場合と同様に、被処理物100への異物付着に起因する、被処理物100の不良発生を抑制できる。
以上、本発明の実施形態について説明したけれども、本発明は上述の実施の形態に限られるものではない。本発明は、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。
(1)上記実施形態では、チャンバ4の下方に配置されたガス供給装置9によって、チャンバ4内の空間4bの気体が加圧される形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。たとえば、柱状の第1連結部材14と側壁12の平板状部材16との間に、窒素などの不活性ガスを導入する構成が用いられてもよい。不活性ガスをチャンバ4内の空間4bに導入する構成であれば、低酸素濃度のプロセスに本発明を適用することができる。
(2)また、上述の実施形態では、平面視において側壁12が八角形形状である形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。たとえば、側壁12は、平面視において四角形形状であってもよい。この場合、図6に示すように、第1連結部材14の溝部14a,14bは、平面視において互いに直交するように形成される。この場合、平板状部材16は4枚用いられ、端壁13は、矩形に形成される。
本発明は、加熱された雰囲気下で被処理物を処理するための、熱処理装置用のチャンバ、および、熱処理装置として、広く適用することができる。
1 熱処理装置
4 チャンバ
9 ガス供給装置(気圧調整機構)
12 側壁(複数の部材)
13 端壁(複数の部材)
14 第1連結部材(複数の部材)
15 第2連結部材(複数の部材)
16 平板状部材
100 被処理物

Claims (6)

  1. 熱処理装置用のチャンバであって、
    被処理物を取り囲むための筒状の側壁と、
    前記側壁の一方の開口部を塞ぐ端壁と、を備え、
    前記チャンバは、酸化珪素を主成分とする複数の部材が機械結合されて形成されており、
    前記複数の部材は、前記側壁を形成する複数の平板状部材を含み、
    複数の前記平板状部材は、全体として筒形状を構成するように配列されており、
    前記複数の部材は、梁状の連結部材を含み、
    前記梁状の連結部材は、複数の前記平板状部材同士を連結するように複数の前記平板状部材に架けられることを特徴とする、熱処理装置用のチャンバ。
  2. 請求項1に記載の熱処理装置用のチャンバであって、
    前記複数の部材の材質は、ガラス、石英、およびセラミックの少なくとも1つを含むことを特徴とする、熱処理装置用のチャンバ。
  3. 請求項1または請求項2に記載の熱処理装置用のチャンバであって、
    前記複数の部材は、隣接する前記平板状部材同士を連結する柱状の連結部材をさらに含むことを特徴とする、熱処理装置用のチャンバ。
  4. 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の熱処理装置用のチャンバであって、
    前記端壁は、前記側壁の一端に載せられていることを特徴とする、熱処理装置用のチャンバ。
  5. 請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の熱処理用のチャンバであって、
    前記端壁は、前記梁状の連結部材に載せられていることを特徴とする、熱処理装置用のチャンバ。
  6. 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の熱処理装置用のチャンバと、
    前記チャンバ内の空間の気圧を前記チャンバ外の空間の気圧よりも高くするための気圧調整機構と、
    を備えていることを特徴とする、熱処理装置。
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