JP2019009370A - クリーニングノズル付蓋体、熱処理装置及び熱処理装置用蓋体のクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓋体上面に付着、堆積したパーティクルを除去することができ、従来よりも精度の高いパーティクル管理を行うことができるクリーニングノズル付蓋体を提供する。【解決手段】熱処理装置用処理容器の開閉をするための蓋体１４と、蓋体１４に設けられ、蓋体１４に対して回転可能であり、上部に被熱処理体を保持する保持具が載置されるシャフト２０と、シャフトから外周方向に延びるように設けられ、複数個のガス噴出孔を有し、ガス噴出孔から蓋体１４の処理容器側の面に向けてクリーニングガスを吹き付けつつ、シャフトの回転によって蓋体１４の処理容器側の面に沿って移動するクリーニングノズル７０とを有蓋体とする。【選択図】図２

Description

本発明は、クリーニングノズル付蓋体、熱処理装置及び熱処理装置用蓋体のクリーニング方法に関する。

一般に、半導体ウエハ（以下ウエハという）に対して成膜処理、酸化処理、拡散処理等の熱処理を施す装置として、縦型熱処理装置が知られている。大気の巻き込みが少ない等の理由から、縦型熱処理装置は広く使用されている。縦型熱処理装置は、加熱炉内に縦型の処理容器を設け、処理容器の下端開口部を開閉する蓋体の上にウエハ保持具を搭載し、このウエハ保持具に多数のウエハを棚状に保持し、蓋体の上昇によりウエハ保持具を処理容器内に搬入し、所定の熱処理を行う。

また、特許文献１には、被熱処理体が処理容器に搬入された後、被熱処理体の温度を速やかに安定させることができる縦型熱処理装置が開示されている。

特開２００２−３３４８４４号公報

ところで、熱処理装置の処理容器内では、さまざまな要因でパーティクルが発生し、自重により蓋体上面に付着、堆積する場合がある。パーティクルが蓋体上面に付着した状態では、蓋体の開閉時の圧力変動、あるいはチャンバー等の気流変動等により、蓋体上面に付着したパーティクルの巻き上がりが発生し、ウエハに付着する可能性がある。

ウエハに形成されるパターンの微細化は益々進んでいることから、パーティクルがウエハに付着すると加工不良となる可能性が高くなってきている。従来よりも精度の高いパーティクル管理が求められている。

本実施形態の一観点のクリーニングノズル付蓋体によれば、熱処理装置用処理容器の下端開口部を開閉するための蓋体と、前記蓋体に設けられ、前記蓋体に対して回転可能であり、上部に被熱処理体を保持する保持具が載置されるシャフトと、前記シャフトから外周方向に延びるように設けられ、複数個のガス噴出孔を有し、前記ガス噴出孔から前記蓋体の前記処理容器側の面に向けてクリーニングガスを吹き付けつつ、前記シャフトの回転によって前記蓋体の前記処理容器側の面に沿って移動するクリーニングノズルとを有することを特徴とする。

開示のクリーニングノズル付蓋体によれば、蓋体上面に付着、堆積したパーティクルを除去することができ、従来よりも精度の高いパーティクル管理を行うことができる。

本発明の実施形態に係る熱処理装置の一例を示した概略図である。 本発明の第１実施形態に係る熱処理装置の要部断面図である。 本発明の第１実施形態に係る熱処理装置の蓋体の一例の断面図（Ａ）、斜視図（Ｂ）〜（Ｃ）である。 本発明の第１実施形態に係る熱処理装置の蓋体の動作を説明する斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る熱処理装置の蓋体の動作を説明する正面図である。 本発明の第１実施形態に係る熱処理装置の蓋体の一例を示す斜視図（Ａ）、シャフトの一例を示す斜視図（Ｂ）である。 本発明の第１実施形態に係る熱処理装置の蓋体の一例を示す斜視図（Ａ）、シャフトの一例を示す斜視図（Ｂ）である。 本発明の第１実施形態に係る熱処理装置のクリーニングノズルのガス噴出孔の向きの一例を示す模式図（Ａ）〜（Ｂ）である。 本発明の第１実施形態に係る熱処理装置のクリーニングノズルの一例を示す斜視図（Ａ）〜（Ｄ）である。 本発明の第１実施形態に係る熱処理装置の蓋体の一例を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る熱処理装置の蓋体の一例を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る熱処理装置の蓋体の一例を示す斜視図（Ａ）〜（Ｂ）である。 本発明の実施例に係る熱処理装置のクリーニングノズルの寸法を示す正面図（Ａ）、側面図（Ｂ）、断面図（Ｃ）である。 本発明の実施例に係るシミュレーション結果を示す図（Ａ）〜（Ｃ）である。 本発明の実施例に係るシミュレーション結果を示す図（Ａ）〜（Ｃ）である。 本発明の実施例に係る熱処理装置のクリーニングノズルの寸法を示す断面図（Ａ）と、シミュレーション結果を示す図（Ｂ）である。

本発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。

実施形態の熱処理装置について、図１を参照して説明する。図１は実施形態に係る熱処理装置の一例を示した概略図である。

図１に示すように、熱処理装置２は、長手方向が垂直に配設された円筒状の処理容器４を有する。処理容器４は、耐熱性材料、例えば石英から形成される。処理容器４は、ステンレスなどからなるマニホールド１０によって、その下端部が保持される。また、マニホールド１０は、ベースプレート１２に固定される。

処理容器４の下端部の開口部には、例えばステンレススチール等からなる円盤状の蓋体１４が、Ｏリング等のシール部材１６を介して気密封止可能に開閉するように取り付けられている。また、蓋体１４の略中心部には、例えば磁性流体シール１８により気密状態で回転可能な回転軸２１が挿通されている。この回転軸２１の下端は、モータなどの駆動機構によって回転する回転機構２２に接続されている。

回転軸２１の上端には、接続部材２３を介してシャフト２０が取り付けられ、シャフト２０の上部にボート支持部２７が設けられており、その上部に半導体ウエハを保持するウエハ保持具としてのウエハボート２８が戴置される。また、シャフト２０の周囲には、例えば石英製の支柱２６ａと遮熱板２６ｂを有する保温筒２６が設置されている。ウエハボート２８には、例えば５０〜１５０枚の被熱処理体としてのウエハＷが、所定の間隔、例えば１０ｍｍ程度間隔のピッチで収容される。ウエハボート２８、保温筒２６及び蓋体１４は、例えばボートエレベータである昇降機構３０により、処理容器４内に一体となってロード、アンロードされる。

マニホールド１０の側面には、不図示の複数のガス導入ポートが形成され、処理容器４内へ原料ガスや不活性ガスなどの成膜処理に必要なガス（例えば原料ガスと不活性ガスの一方または双方）を導入するための配管３２が処理容器４のフランジ部４ａを貫通して取り付けられる。また、ガス導入ポートには石英製のガスノズル３４が挿入され、ナットなどの継手部材により配管３２とガスノズル３４が連通可能なように気密に取り付けられている。通常、ガスノズル３４から処理容器４へと導入されるガスは、図示しないマスフローコントローラ等の流量制御機構により、流量制御される。なお、ガスノズル３４は、図１においては、１本のみ記載されているが、用いるガス種に応じて、複数本設けても良い。

処理容器４の上部には、ガス出口３６が設けられており、ガス出口３６には排気系３８が連結される。排気系３８は、ガス出口３６に接続された排気通路４０と、排気通路４０の途中に順次接続された、圧力調整弁４２と真空ポンプ４４と、を含む。排気系３８により、処理容器４内の雰囲気を圧力調整しつつ排気することができる。

処理容器４の外周側には、処理容器４を囲むようにしてウエハＷなどの被熱処理体を加熱する加熱装置４５が設けられる。加熱装置４５は、円筒状に形成された有天井の断熱層４６を有する。断熱層４６は、例えば熱伝導性が低く、柔らかい無定形のシリカ及びアルミナの混合物により形成される。また、断熱層４６の内面は、処理容器４の外面よりも所定の距離だけ離間されている。さらに、断熱層４６の外周面には、例えばステンレススチールよりなる保護カバー４７が、断熱層４６全体を覆うように取り付けられている。

断熱層４６の内周側には、加熱部４８が、螺旋状に巻回して配置されている。加熱部４８は、例えば、断熱層４６の側面の全体に亘って巻回して設けられており、処理容器４の高さ方向の全体をカバーできる構成になっている。即ち、加熱部の外周側に断熱層４６を設けた構造となっている。

また、処理容器４の内側には、不図示の熱電対が挿入され、処理容器４内の温度（即ち、ウエハＷ近傍の温度）を測定できる構成となっている。

〔第１実施形態〕
第１実施形態の熱処理装置と、それに用いられるクリーニングノズル付蓋体について、図２を参照して説明する。図２は第１実施形態に係る熱処理装置の要部断面図であり、図１における蓋体１４、保温筒２６及びウエハボート２８の部分に相当する。

熱処理装置用処理容器の下端開口部を開閉するための蓋体１４は、ステンレススチール等からなる金属製の蓋体１４ｅと石英製の蓋体１４ｆにより構成されている。石英製の蓋体１４ｆの周縁部には円環状の押え板１４ｇが取り付けられており、ネジ等の固定手段により金属製の蓋体１４ｅと石英製の蓋体１４ｆとが一体に形成されている。蓋体１４の中心部には、当該蓋体１４を垂直に貫通する貫通孔１４ｃが形成されており、磁性流体シール１８により気密状態で回転可能な回転軸２１が挿通され、回転軸２１の下端に回転機構２２が設けられている。

回転軸２１の上端にはインコネル（登録商標）などの耐熱性および耐蝕性を有する材料で形成された接続部材２３が取り付けられ、接続部材２３の上部に石英製のシャフト２０が取り付けられている。さらに、シャフト２０の上部には石英製のボート支持部２７が設けられており、その上部にウエハボート２８が戴置される。ボート支持部２７の上端面に形成された凸部とウエハボート２８の下端面に形成された凹部とが係合することで、ウエハボート２８がボート支持部２７の上に支持される。なお、図２では上記のボート支持部２７の凸部とウエハボート２８の凹部の表示は省略している。

駆動機構である不図示のモータが蓋体１４に対して固定されて設けられている。モータと回転機構２２とは不図示のベルト等で接続されており、モータの回転により回転機構２２が軸周りに回転する。それによってシャフト２０に接続されたボート支持部２７が周方向に回転し、ボート支持部２７上のウエハボート２８も回転する。そのようにウエハボート２８が回転することで、ウエハＷが周方向に回転する。

蓋体１４上には例えば石英により構成される保温筒２６が設けられている。この保温筒２６は、ウエハボート２８の底板よりも下方に位置し、処理容器４内における保温筒２６より上側と下側の雰囲気とを断熱する。保温筒２６は、複数本の垂直な支柱２６ａと複数枚の水平な遮熱板２６ｂとにより構成されている。各支柱２６ａは、当該蓋体１４の周方向に沿って配置されている。遮熱板２６ｂは円形状に構成され、上下に間隔をおいて互いに重なるように設けられており、遮熱板２６ｂは、支柱２６ａに沿って棚状に配列されている。図２に示す上下に互いに隣接する遮熱板２６ｂの間隔は、例えば７ｍｍ〜２５ｍｍである。なお、遮熱板２６ｂを半円形状に形成し、シャフト２０の両側から嵌め込んで全体として円形状になるように構成されてもよい。

本実施形態の熱処理装置は、シャフト２０から外周方向に延びるように、複数個のガス噴出孔を有するクリーニングノズル７０が設けられている。クリーニングノズル７０は、ガス噴出孔７０ａから蓋体１４の処理容器４側の面に向けてクリーニングガスを吹き付けつつ、シャフト２０の回転によって蓋体１４の処理容器４側の面に沿って移動する。クリーニングガスとしては、例えば窒素ガス、あるいはアルゴンなどの不活性ガスを用いることができる。

図３（Ａ）は本実施形態に係る熱処理装置の蓋体１４の一例の断面図である。クリーニングガスを移送する第１の流路１４ａと第２の流路２０ａが、蓋体１４とシャフト２０の内部において連通して設けられている。クリーニングガス供給源９０に、蓋体１４中を貫通する第１の流路１４ａとシャフト２０中を貫通する第２の流路２０ａが連通して接続され、さらに第２の流路２０ａとクリーニングノズル７０が連通するように接続されている。クリーニングノズル７０には、例えば複数個のガス噴出孔７０ａが形成されている。クリーニングガスは、クリーニングガス供給源９０から第１の流路１４ａと第２の流路２０ａを通じてクリーニングノズル７０の内部に供給され、ガス噴出孔７０ａから蓋体１４の上面に向けて吹き付けられる。吹き付けられたクリーニングガスは、蓋体１４の上部近傍において気流を生じさせた後、蓋体１４の上面に形成された排気部１５から排気される。排気部１５には、排気ライン（１７，９５，９１）が接続される。尚、必要に応じて、クリーニングガス供給源９０からクリーニングノズル７０に供給するガス量を制御するマスフローコントローラ９２、流路の開閉を行うバルブ９３が設けられてもよい。また、排気ライン（１７，９５，９１）の流路において、流路の開閉を行うバルブ９４が設けられてもよい。詳細は後述する。

図３（Ｂ）〜（Ｃ）は本実施形態に係る熱処理装置の蓋体１４の一例の斜視図である。

図３（Ｂ）に示すように、蓋体１４の処理容器４側の面に、クリーニングガスを排気するための排気スリット１５ａが設けられている。あるいは、図３（Ｃ）に示すように、同様に排気ポート１５ｂが設けられている。本実施形態においては、蓋体１４の処理容器４側の面の外周側に、排気スリット１５ａまたは排気ポート１５ｂが設けられている。例えば、排気ポート１５ｂには、排気ライン１７などが接続されて排気される。排気スリット１５ａには、スリット内において複数個所、排気ライン等に接続されたポートが形成されている。

図４は本実施形態に係る熱処理装置の蓋体１４の動作を説明する斜視図である。熱処理装置の処理容器４内では、さまざまな要因でパーティクルＰＡが発生している。クリーニングノズル７０のガス噴出孔７０ａから蓋体１４の処理容器４側の面に向けてクリーニングガスを吹き付けつつ、シャフト２０の回転によって蓋体１４の処理容器４側の面に沿って移動させることで、クリーニングガスをパーティクルＰＡに吹き付けて蓋体１４の外周側へ移動させる。蓋体１４の外周側には排気スリット１５ａが設けられているので、パーティクルＰＡを排気スリット１５ａへと排出して除去することができ、従来よりも精度の高いパーティクル管理を行うことができる。排気スリットの代わりに排気ポートが形成されていても同様にパーティクルを除去することができる。

図５は本実施形態に係る熱処理装置の蓋体１４の動作を説明する正面図である。蓋体１４上に付着したパーティクルＰＡは、クリーニングノズル７０のガス噴出孔７０ａからクリーニングガスを吹き付けられると、壁面せん断応力によって蓋体１４の外周側へと移動する。例えばクリーニングノズル７０が複数回回転して、クリーニングガスが複数回吹き付けられると、パーティクルＰＡは排気スリット１５ａ近傍に到達し、排気されている排気スリット１５ａに吸い込まれて除去される。

上記のように、本実施形態のクリーニングノズル付蓋体は、シャフト２０から外周方向に延びるように、複数個のガス噴出孔７０ａを有するクリーニングノズル７０が設けられており、クリーニングノズル７０は、ガス噴出孔７０ａから蓋体１４の処理容器４側の面に向けてクリーニングガスを吹き付けつつ、シャフト２０の回転によって蓋体１４の処理容器４側の面に沿って移動する。これにより、蓋体１４の上部近傍にクリーニングガスの気流を作り、蓋体１４の上面に付着したパーティクルＰＡを排気スリット１５ａ等の排気部１５へと移動させ、処理容器４外へと排出することができ、蓋体１４の上面でのパーティクルＰＡの堆積を抑制することができる。蓋体１４の上面のクリーン度を維持し、蓋体１４上のパーティクル数を減少させ、パーティクルＰＡの巻き上げに起因するトラブルを防止することができる。このように、本実施形態のクリーニングノズル付蓋体と、それを用いた熱処理装置によれば、蓋体１４の上面に付着、堆積したパーティクルＰＡを除去することができ、従来よりも精度の高いパーティクル管理を行うことができる。

図６（Ａ）は本実施形態に係る熱処理装置の蓋体１４の一例を示す斜視図であり、図６（Ｂ）はシャフトの一例を示す斜視図である。蓋体１４がシャフト２０の形状に対応する凹部１４ｄを有している。この凹部１４ｄにシャフト２０が取り付けられ、図６（Ａ）の蓋体１４と図６（Ｂ）のシャフト２０は組み合わせて用いるが、図６（Ａ）〜（Ｂ）では分解して描いている。図６（Ａ）に示す凹部１４ｄにおけるシャフト２０の表面と対向する蓋体１４の表面（凹部１４ｄ内における蓋体１４の側壁表面）に、クリーニングガスを移送する流路となるリング状の溝１４ｂが形成されている。図６（Ａ）の蓋体１４と図６（Ｂ）のシャフト２０を組み合わせた時に、シャフト２０内を貫通する第２の流路２０ａの端部２０ａｔが常時リング状の溝１４ｂに対向している状態となり、シャフト２０の回転中でも安定してクリーニングノズル７０からクリーニングガスを吹き付けることができる。なお、シャフト２０と蓋体１４の凹部１４ｄとの間には、シャフト２０を回転できるように隙間が形成されているが、第１の流路１４ａと第２の流路２０ａの径寸法やリング状の溝１４ｂの深さ寸法などを当該隙間寸法に比べて十分大きくなるように設定し、流路内のコンダクタンスが当該隙間のコンダクタンスより大きくなるようにすることで、クリーニングガス供給源９０から供給されたクリーニングガスをクリーニングノズル７０のガス噴出孔７０ａから蓋体１４の上面に向けて吹き付けることが可能となる。一部のクリーニングガスは当該隙間を通って処理容器内へと流出することになるが、僅かな量の不活性ガスであるため成膜処理に対する影響はほとんどない。

図７（Ａ）は本実施形態に係る熱処理装置の蓋体１４の一例を示す斜視図であり、図７（Ｂ）はシャフトの一例を示す斜視図である。蓋体１４がシャフト２０の形状に対応する凹部１４ｄを有している。この凹部１４ｄにシャフト２０が取り付けられ、図７（Ａ）の蓋体１４と図７（Ｂ）のシャフト２０は組み合わせて用いるが、図７（Ａ）〜（Ｂ）では分解して描いている。図７（Ａ）に示す凹部１４ｄにおける蓋体１４の表面（蓋体１４の凹部１４ｄ内の側壁表面）と対向するシャフト２０の表面に、クリーニングガスを移送する流路となるリング状の溝２０ｂが形成されている。図７（Ａ）の蓋体１４と図７（Ｂ）のシャフト２０は組み合わせた時に、蓋体１４内を貫通する第１の流路１４ａの端部１４ａｔが常時リング状の溝２０ｂに対向している状態となり、シャフト２０の回転中でも安定してクリーニングノズル７０からクリーニングガスを吹き付けることができる。図７（Ａ）〜（Ｂ）の実施形態においても、流路内のコンダクタンスが当該隙間のコンダクタンスより大きくなるようにすることで、クリーニングガスをクリーニングノズル７０のガス噴出孔７０ａから蓋体１４の上面に向けて吹き付けることが可能となる。

また、図６（Ａ）の蓋体１４と図７（Ｂ）のシャフト２０を組み合わせて用いることも可能である。

図８（Ａ）及び（Ｂ）は本実施形態に係る熱処理装置のクリーニングノズル７０のガス噴出孔の向きの一例を示す模式図である。例えば、図８（Ａ）に示すように、クリーニングガスはクリーニングノズル７０から蓋体１４の処理容器４側の面に対して垂直に吹き付けられる。あるいは、図８（Ｂ）に示すように、クリーニングガスはクリーニングノズル７０から蓋体１４の処理容器４側の面に対して斜めに角度をつけて吹き付けられる。蓋体１４の処理容器４側の面に対する斜めの角度は、例えば４５°である。図８（Ａ）に示す蓋体１４の処理容器４側の面に対する垂直のクリーニングガス吹き付けは、クリーニングノズル７０のガス噴出孔７０ａを、蓋体１４に対して垂直に向くように形成することで実現できる。図８（Ｂ）に示す蓋体１４の処理容器４側の面に対する斜めのクリーニングガス吹き付けは、クリーニングノズル７０のガス噴出孔７０ａを、蓋体１４の処理容器４側の面に対して斜めに角度をつけて形成することで実現できる。蓋体１４の処理容器４側の面に対する斜めの角度は、４５°以外の何度でもよい。

図８（Ａ）に示す蓋体１４の処理容器４側の面に対してクリーニングガスを垂直に吹き付ける場合と、図８（Ｂ）に示す斜めに角度をつけて吹き付ける場合では、発生させる気流や壁面せん断応力等が異なる。対象とするパーティクルの除去に対してより好ましいガス吹き付け条件を選択することができる。

図９（Ａ）〜（Ｄ）は本実施形態に係る熱処理装置のクリーニングノズル７０の一例を示す斜視図である。図９（Ａ）に示すクリーニングノズル７０は、１つのシャフト２０に対して２つのクリーニングノズル７０が設けられたものである。２つのクリーニングノズル７０は、例えば９０°の角度をつけてシャフト２０から外周方向に延伸するように設けられている。図９（Ｂ）に示すクリーニングノズルは、１つのシャフト２０に対して４つのクリーニングノズル７０が設けられたものである。４つのクリーニングノズル７０は、シャフト２０から外周方向に放射状に延伸するように、即ち４本のクリーニングノズル７０は十字状の形状となるように、それぞれ配置して設けられている。図９（Ａ）及び図９（Ｂ）の各クリーニングノズルは、図２〜図８を参照して説明した上述のクリーニングノズルと同様である。このように、クリーニングノズル７０を複数個有することで、より高精度に、蓋体の上面に付着、堆積したパーティクルを除去することができ、従来よりも精度の高いパーティクル管理を行うことができる。また、図９（Ｃ）に示すクリーニングノズル７１は、プレート状である。例えばクリーニングノズル７１は中空構造となっており、蓋体１４の処理容器４側の面に対向する面において高い自由度を持って複数箇所のガス噴出孔を配置することができる。また、図９（Ｄ）に示すクリーニングノズル７２は、円盤状である。例えばクリーニングノズル７２は中空構造となっており、図９（Ｃ）のプレート状の場合と同様に、蓋体１４の処理容器４側の面に対向する面において高い自由度を持って複数箇所のガス噴出孔を配置することができる。図９（Ｄ）の図面上は、ガス噴出孔を十字状に配置したものを示している。このように、ガス噴出孔の配置の自由を高めたクリーニングノズルとすることで、より高精度に、蓋体の上面に付着、堆積したパーティクルを除去することができ、従来よりも精度の高いパーティクル管理を行うことができる。

図１０は本実施形態に係る熱処理装置の蓋体１４の一例を示す斜視図である。複数個のガス噴出孔が、クリーニングノズル７３に非直線的に配置されている。クリーニングノズル７３が非直線的形状、例えば湾曲した形状であることにより実現できる。例えば、クリーニングノズル７３を屈曲した形状としてもよい。また、上記の図９（Ｃ）及び図９（Ｄ）に示すようなガス噴出孔をあけることのできる面がある程度以上の広さを有して、ガス噴出孔の位置に自由度がある場合、この面においてガス噴出孔を非直線的に配置することができる。図１０に示すように、クリーニングノズル７３の先端部におけるガス噴出孔を排気スリット１５ａの側を向くように配置することで、蓋体１４の上面の外周側に寄せ集められたパーティクルＰＡを効率よく排気スリット１５ａから除去することが可能になる。

ガス噴出孔７０ａの大きさは、クリーニングノズル７０の大きさ、クリーニングガスの流速、排気スリット１５ａ等の排気部からの排気速度等に応じて調整可能である。ガス噴出孔７０ａの大きさを内周側と外周側で変えることもできる。例えば、ガス噴出孔７０ａの大きさを内周側で大きく、外周側で小さくすることで、外周側での押し出し量を少なく調整して、過度のクリーニングガスの吹き付けを防止できる。

ガス噴出孔７０ａから吹き付けるクリーニングガスの流量は、図３に示すように、クリーニングガス供給源９０に接続される配管にマスフローコントローラ９２等を設けることで調整することができる。これにより、対象とするパーティクルの粒径に合うように調整した流量でクリーニングガスを吹き付けることができる。また、図３に示すように、クリーニングガス供給源９０に接続される配管にバルブ９３を設けることで、クリーニング工程を実施するタイミングを調整することができる。このように、バルブ９３やマスフローコントローラ９２等を設けることで、クリーニングガスの吹き付けのタイミングや、吹き付け量の調節が可能である。

図３に示すように、排気スリット等の排気部１５からの排気は、排気経路上にバルブ９４を設けることでタイミングを調整することができる。例えば、常時排気する、クリーニングを実施する毎に排気タイミングを指定する、ウエハボートを載置した蓋体をロードまたはアンロードするタイミングで機械動作に伴うように排気タイミングを指定する、その他手動で排気を行う、等の排気タイミングの選択が可能である。

本実施形態に係る熱処理装置用蓋体のクリーニング方法は、上記の本実施形態に係るクリーニングノズル付蓋体を備えた熱処理装置において、ガス噴出孔７０ａから蓋体１４の処理容器４側の面に向けてクリーニングガスを吹き付けつつ、シャフト２０の回転によって蓋体１４の処理容器４側の面に沿ってクリーニングノズルを移動させる。

上記のクリーニングガスを吹き付けつつ、シャフトの回転によってクリーニングノズルを移動させる工程は、処理容器４から蓋体１４を外して大気圧下にて行うことができる。即ち、例えば熱処理装置のメンテナンスのタイミング、または、熱処理と熱処理の間の時間に、必要に応じて実施することができる。あるいは、蓋体１４で処理容器４の下端開口部を閉じて減圧雰囲気において行うことができる。処理容器４内の圧力が真空状態である場合には、気体分子の平均自由工程が長くなってしまいパーティクルを巻き上げてしまう虞があるため、粘性流が生じる減圧雰囲気であることが好ましい。例えば、真空状態で熱処理を行う場合には、熱処理を実施する前後でのルーチンの工程とし、粘性流が生じる減圧雰囲気で熱処理を行う場合には、熱処理とともに行うルーチンの工程とすることで、常時パーティクルを管理した状態を維持することができる。

本実施形態に係る熱処理装置用蓋体のクリーニング方法によれば、蓋体１４の上面に付着、堆積したパーティクルを除去することができ、従来よりも精度の高いパーティクル管理を行うことができる。

〔第２実施形態〕
第２実施形態の熱処理装置と、それに用いられる蓋体１４について、図１１を参照して説明する。図１１は第２実施形態に係る熱処理装置の蓋体１４の一例を示す断面図である。

本実施形態に係る熱処理装置において、回転軸２１の内側と外側に磁性流体シール１８が二重に設けられている。外側の磁性流体シール１８と回転軸２１の間に、蓋体１４に固定された固定筒５０が設けられている。蓋体１４の下面には回転軸２１を取り囲むようにハウジングが５１固定されている。ハウジング５１を貫通して、回転軸２１の内側に不活性ガスを導入するガス管５２が固定されている。ガス管５２はクリーニングガス供給源９０に接続されており、ガス管５２とクリーニングガス供給源９０を接続する流路にガス量を制御するマスフローコントローラ９２と流路の開閉を行うバルブ９３が設けられている。このような構造により、回転軸２１内に不活性ガスを導入するとともに、回転軸２１を気密状態で回転できるようになっている。回転軸２１の上部には、ガス流路が形成された接続部材２３が取り付けられており、その上にシャフト２０が取り付けられている。シャフト２０内には第２の流路２０ａが形成されており、ガス管５２から導入された不活性ガスは、接続部材２３内のガス流路およびシャフト２０内の第２の流路２０ａを通ってクリーニングノズル７０内に供給され、ガス噴出孔７０ａから蓋体１４の上面に吹き付けられる。このように、クリーニングガスを移送する流路が、シャフト２０を貫通してシャフト２０の回転軸方向に延伸して設けられている構成となっている。また、回転軸２１の外周面と固定筒５０の内周面の間隙に連通するガス管５３がハウジング５１を貫通して設けられており、ガス管５３はクリーニングガス供給源９０に接続されており、その流路にマスフローコントローラ９２とバルブ９３が設けられている。ガス管６３から回転軸２１の外周面と固定筒５０の内周面の間隙に不活性ガスを供給することができる。本実施形態では、クリーニングガスを移送する配管を蓋体１４に通す必要がなく、図６あるいは図７に示すような蓋体１４またはシャフト２０上のリング状の溝（１４ｂ，２０ｂ）を形成することなく、シャフト２０の回転中でも安定してクリーニングノズル７０からクリーニングガスを吹き付けることができる。

上記を除いては、第１実施形態と同様である。本実施形態に係るクリーニングノズル付蓋体によれば、第１実施形態と同様に、蓋体１４の上面に付着、堆積したパーティクルＰＡを除去することができ、従来よりも精度の高いパーティクル管理を行うことができる。

〔第３実施形態〕
第３実施形態の熱処理装置と、それに用いられる蓋体１４について、図１２（Ａ）〜（Ｂ）を参照して説明する。図１２（Ａ）〜（Ｂ）は本実施形態に係る熱処理装置の蓋体１４の一例を示す斜視図である。

本実施形態は図１０に示すクリーニングノズルの変形例であり、クリーニングノズル７４は、蓋体１４の外周側で、クリーニングガスを内周側へと吹き付けるように、先端部が屈曲した形状となっている。本実施形態のクリーニングノズルでクリーニングガスを吹き付けると、蓋体１４の上面に付着、堆積したパーティクルＰＡを蓋体１４の内周側に移動させることができる。

上記の形状のクリーニングノズルに適合するように、蓋体１４の処理容器４側の面の内周側に、図１２（Ａ）に示すように排気ポート１５ｃが設けられている。あるいは、図１２（Ｂ）に示すように、排気スリット１５ｄが設けられている。クリーニングガスをパーティクルＰＡに吹き付けて蓋体１４の内周側へ移動させ、蓋体１４の内周側に設けられた排気ポート１５ｃまたは排気スリット１５ｄからパーティクルＰＡを除去することができ、従来よりも精度の高いパーティクル管理を行うことができる。

上記を除いては、第１実施形態と同様である。

〔実施例１〕
本実施例は、上記の第１実施形態の、特に図８（Ｂ）に示す、クリーニングノズル７０から蓋体１４の処理容器４側の面に対して斜めに角度をつけてクリーニングガスを吹き付けるタイプの熱処理装置用のクリーニングノズル付蓋体に関して、下記の条件でシミュレーション解析を行い、気流流線と壁面せん断応力について算出したものである。

図１３（Ａ）は本実施例においてシミュレーションを行ったクリーニングノズルの寸法を示す正面図であり、図１３（Ｂ）は側面図、図１３（Ｃ）は断面図である。

クリーニングノズル７０には、直径１ｍｍのガス噴出孔７０ａが１５ｍｍ間隔で設けられている。さらに、そこから１０ｍｍ離れたクリーニングノズル７０の先端に、直径０．５ｍｍのガス噴出孔７０ｂが設けられている。ガス噴出孔７０ａは、蓋体１４の処理容器４側の面に対して４５°の角度であり、クリーニングノズル７０の長手方向に直行する角度で、クリーニングガスを吹き付けるように形成されている。また、先端のガス噴出孔７０ｂは、蓋体１４の処理容器４側の面に対して４５°の角度であり、クリーニングノズル７０の長手方向に対して４５°の、クリーニングノズルからみてガス噴出孔７０ａの吹き出す向きと同じ側であり、外周方向を向く角度で、クリーニングガスを吹き付けるように形成されている。

上記の形状のクリーニングノズルを用いて、大気圧下、５００℃の条件で窒素ガスを１Ｌ／ｍｉｎの流速で吹き付けるものとした。ここで、蓋体１４には排気スリット１５ａが形成されており、排気速度を１Ｌ／ｍｉｎ、１０Ｌ／ｍｉｎ、１００Ｌ／ｍｉｎとした。本シミュレーションでは、クリーニングノズルは静止状態としている。

図１４（Ａ）〜（Ｃ）は本実施例に係る気流流線のシミュレーション結果を示す図である。ガス噴出孔７０ａから吹きつけられたガスの気流を流線で示したものである。図１４（Ａ）は排気速度が１Ｌ／ｍｉｎ、図１４（Ｂ）は排気速度が１０Ｌ／ｍｉｎ、図１４（Ｃ）は排気速度が１００Ｌ／ｍｉｎの結果である。排気速度１Ｌ／ｍｉｎでは図１４（Ａ）に示すようにガス噴出孔から吹き出されたクリーニングガスは蓋体に衝突した後気流の乱れが生じているが、排気速度を１０Ｌ／ｍｉｎと排気速度を高めると図１４（Ｂ）に示すように気流の乱れが整えられている。さらに排気速度１００Ｌ／ｍｉｎと排気速度を高めると、図１４（Ｃ）に示すように、気流は安定し、排気スリットから排気されていくことが確認された。気流を安定させることで、パーティクルを安定的に排気スリットから排出させることができるものと考えられる。

図１５（Ａ）〜（Ｃ）は本実施例に係る壁面せん断応力のシミュレーション結果を示す図である。図１５（Ａ）は排気速度が１Ｌ／ｍｉｎ、図１５（Ｂ）は排気速度が１０Ｌ／ｍｉｎ、図１５（Ｃ）は排気速度が１００Ｌ／ｍｉｎの結果である。図面上、せん断応力によりパーティクルを吹き飛ばせる範囲をスポットで示している。図１３に示す、クリーニングノズル７０の先端のガス噴出孔７０ｂを除く各ガス噴出孔７０ａから吹き付けられるクリーニングガスに対応するスポットとしては、図１５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、排気速度が１Ｌ／ｍｉｎ、１０Ｌ／ｍｉｎ、１００Ｌ／ｍｉｎのいずれの場合も、同等の大きさのスポットが得られた。クリーニングノズル７０の先端のガス噴出孔７０ｂを除く各ガス噴出孔７０ａから吹き付けられるクリーニングガスによれば、排気速度が１Ｌ／ｍｉｎ、１０Ｌ／ｍｉｎ、１００Ｌ／ｍｉｎの場合に共通して、安定した壁面せん断応力が得られていることがわかった。

図１３に示す、クリーニングノズル７０の先端に設けられたガス噴出孔７０ｂから吹き付けられるクリーニングガスに対応する部分には、図１５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、排気速度が１Ｌ／ｍｉｎ、１０Ｌ／ｍｉｎ、１００Ｌ／ｍｉｎのいずれの場合も、ほとんどスポットとして現れなかった。クリーニングノズル７０の先端のガス噴出孔７０ｂから吹き付けられるクリーニングガスによる壁面せん断応力は、クリーニングノズル７０の先端のガス噴出孔７０ｂを除くガス噴出孔７０ａから吹き付けられるクリーニングガスの壁面せん断応力より弱くなっていた。

〔実施例２〕
本実施例は、実施例１に対して、クリーニングノズルのガス噴出孔の大きさを下記のように変更して、実施例１と同様にシミュレーション解析を行い、壁面せん断応力について算出したものである。

図１６（Ａ）は本実施例に係る熱処理装置のクリーニングノズルの寸法を示す断面図である。図１３（Ａ）〜（Ｃ）に示すクリーニングノズルに対して、クリーニングノズル７０の先端に設けられたガス噴出孔７０ｂの直径を拡大して、１ｍｍとしたものである。

図１６（Ｂ）は図１６（Ａ）のクリーニングノズルを用いた場合の壁面せん断応力のシミュレーション結果を示す図である。図１６（Ａ）に示すクリーニングノズル７０の先端のガス噴出孔７０ｂから吹き付けられるクリーニングガスに対応するスポットは、先端のガス噴出孔７０ｂを除く各ガス噴出孔７０ａから吹き付けられるクリーニングガスに対応するスポットと同等の大きさとなった。即ち、クリーニングノズル７０の先端のガス噴出孔７０ｂから吹き付けられるクリーニングガスの壁面せん断応力は、先端のガス噴出孔７０ｂを除く各ガス噴出孔７０ａから吹き付けられるクリーニングガスの壁面せん断応力と同等であることが確認された。クリーニングノズル７０の先端に設けられたガス噴出孔７０ｂの直径を拡大することで、パーティクルを吹き飛ばして除去できる範囲が広くなっていることがわかった。

以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

また、上記の各実施形態において、クリーニングノズルからクリーニングガスを吹き付けるのではなく、クリーニングノズルから排気することにより、パーティクルを吸い込んで除去することも可能である。クリーニングノズルからの排気は、クリーニングノズルをベントラインや定常排気ライン等の排気系に接続するか、ミニポンプあるいはエゼクタ等を接続することで対応できる。クリーニングノズルとの間にバルブを設けることで、クリーニングノズルからの排気によるクリーニング処理のタイミングを調整することができる。

２ 熱処理装置
４ 処理容器
１０ マニホールド
１２ ベースプレート
１４ 蓋体
１４ａ 第１の流路
１４ａｔ 端部
１４ｂ 溝
１４ｃ 貫通孔
１４ｄ 凹部
１４ｅ 金属製の蓋体
１４ｆ 石英製の蓋体
１４ｇ 押え板
１５ 排気部
１５ａ 排気スリット
１５ｂ 排気ポート
１５ｃ 排気ポート
１５ｄ 排気スリット
１６ シール部材
１７，９１，９５ 排気ライン
１８ 磁性流体シール
２０ シャフト
２０ａ 第２の流路
２０ａｔ 端部
２０ｂ 溝
２２ 回転機構
２６ 保温筒
２６ａ 支柱
２６ｂ 遮熱板
２７ ボート支持部
２８ ウエハボート
３０ 昇降機構
３２ 配管
３４ ガスノズル
３６ ガス出口
３８ 排気系
４０ 排気通路
４２ 圧力調整弁
４４ 真空ポンプ
４５ 加熱装置
４６ 断熱層
４７ 保護カバー
４８ 加熱部
５０ 固定筒
５１ ハウジング
５２，５３ ガス管
７０ クリーニングノズル
７０ａ ガス噴出孔
７０ｂ ガス噴出孔
７１，７２，７３，７４ クリーニングノズル
９０ クリーニングガス供給源
９２ マスフローコントローラ
９３，９４ バルブ

Claims (19)

1. 熱処理装置用処理容器の開閉をするための蓋体と、
   前記蓋体に設けられ、前記蓋体に対して回転可能であり、上部に被熱処理体を保持する保持具が載置されるシャフトと、
   前記シャフトから外周方向に延びるように設けられ、複数個のガス噴出孔を有し、前記ガス噴出孔から前記蓋体の前記処理容器側の面に向けてクリーニングガスを吹き付けつつ、前記シャフトの回転によって前記蓋体の前記処理容器側の面に沿って移動するクリーニングノズルと
   を有することを特徴とするクリーニングノズル付蓋体。
2. 前記蓋体の前記処理容器側の面に、前記クリーニングガスを排気するための排気スリットまたは排気ポートが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のクリーニングノズル付蓋体。
3. 前記クリーニングガスを移送する流路が、前記蓋体と前記シャフトの内部において連通して設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のクリーニングノズル付蓋体。
4. 前記蓋体が前記シャフトの形状の凹部を有して前記凹部に前記シャフトが取り付けられており、前記凹部における前記シャフトの表面と対向する前記蓋体の表面に、前記クリーニングガスを移送するリング状の溝が形成されていることを特徴とする請求項３に記載のクリーニングノズル付蓋体。
5. 前記蓋体が前記シャフトの形状の凹部を有して前記凹部に前記シャフトが取り付けられており、前記凹部における前記蓋体の表面と対向する前記シャフトの表面に、前記クリーニングガスを移送するリング状の溝が形成されていることを特徴とする請求項３に記載のクリーニングノズル付蓋体。
6. 前記クリーニングガスを移送する流路が、前記シャフトを貫通して前記シャフトの回転軸方向に延伸して設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のクリーニングノズル付蓋体。
7. 前記クリーニングノズルから前記蓋体の前記処理容器側の面に対して垂直に前記クリーニングガスを吹き付けるように、前記ガス噴出孔が前記クリーニングノズルに形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のクリーニングノズル付蓋体。
8. 前記クリーニングノズルから前記蓋体の前記処理容器側の面に対して斜めに角度をつけて前記クリーニングガスを吹き付けるように、前記ガス噴出孔が前記クリーニングノズルに形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のクリーニングノズル付蓋体。
9. 前記クリーニングノズルが複数個設けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のクリーニングノズル付蓋体。
10. 前記クリーニングノズルがプレート状であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のクリーニングノズル付蓋体。
11. 前記クリーニングノズルが円盤状であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のクリーニングノズル付蓋体。
12. 複数個の前記ガス噴出孔が、前記クリーニングノズルに非直線的に配置されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のクリーニングノズル付蓋体。
13. 前記クリーニングノズルが非直線的形状であることを特徴とする請求項１２に記載のクリーニングノズル付蓋体。
14. 前記蓋体の前記処理容器側の面の外周側に、前記排気スリットまたは前記排気ポートが設けられていることを特徴とする請求項２に記載のクリーニングノズル付蓋体。
15. 前記蓋体の前記処理容器側の面の内周側に、前記排気スリットまたは前記排気ポートが設けられていることを特徴とする請求項２に記載のクリーニングノズル付蓋体。
16. 処理容器と、
    前記処理容器の開閉をするための蓋体と
    前記蓋体に設けられ、前記蓋体に対して回転可能であるシャフトと、
    前記シャフトの上部に載置され、被熱処理体を保持する保持具と、
    前記処理容器に原料ガス及び不活性ガスの一方または双方を導入する配管と、
    前記処理容器の外周に設けられ、前記処理容器の中で前記保持具に保持された被熱処理体を加熱する加熱部と、
    前記シャフトから外周方向に延びるように設けられ、複数個のガス噴出孔を有し、前記ガス噴出孔から前記蓋体の前記処理容器側の面に向けてクリーニングガスを吹き付けつつ、前記シャフトの回転によって前記蓋体の前記処理容器側の面に沿って移動するクリーニングノズルと
    を有することを特徴とする熱処理装置。
17. 熱処理装置用処理容器の開閉をするための蓋体と、前記蓋体に設けられ、前記蓋体に対して回転可能であり、上部に被熱処理体を保持する保持具が載置されるシャフトと、前記シャフトから外周方向に延びるように設けられ、複数個のガス噴出孔を有するクリーニングノズルとを有するクリーニングノズル付蓋体を備えた熱処理装置において、
    前記ガス噴出孔から前記蓋体の前記処理容器側の面に向けてクリーニングガスを吹き付けつつ、前記シャフトの回転によって前記蓋体の前記処理容器側の面に沿って前記クリーニングノズルを移動させる工程を有することを特徴とする熱処理装置用蓋体のクリーニング方法。
18. 前記ガス噴出孔から前記蓋体の前記処理容器側の面に向けてクリーニングガスを吹き付けつつ、前記シャフトの回転によって前記蓋体の前記処理容器側の面に沿って前記クリーニングノズルを移動させる工程を、前記処理容器から前記蓋体を外して大気圧下にて行うことを特徴とする請求項１７に記載の熱処理装置用蓋体のクリーニング方法。
19. 前記ガス噴出孔から前記蓋体の前記処理容器側の面に向けてクリーニングガスを吹き付けつつ、前記シャフトの回転によって前記蓋体の前記処理容器側の面に沿って前記クリーニングノズルを移動させる工程を、前記蓋体で前記処理容器を閉じて減圧雰囲気において行うことを特徴とする請求項１７に記載の熱処理装置用蓋体のクリーニング方法。