JP4384518B2 - 熱処理装置の炉口構造 - Google Patents

Description

本発明は、底部に炉口を有する熱処理容器を炉体内に配置した、縦型の熱処理装置、特に同装置の炉口構造に関する。

縦型の熱処理装置においては、炉口において熱処理容器の底部にあるフランジ部を上下から挟持することで保持し、これを熱処理容器ホルダに固定する。

この固定構造には、従来から、フランジ部の挟持部と、これを保持するホルダ部材がフランジ部周囲に渡って設けられ、容器内の密封を十分な強度で確実に行い、且つ熱によるＯリングの劣化等を防ぐよう、水冷構造（Water Jacket)等が採用されている(例えば、特許文献１参照）。
特開平６−２１６０５４号公報

しかしながら、従来の縦型の熱処理装置では、上記フランジを上下から挟持して保持する構造において、フランジ部の挟持部やこれを保持するホルダ部材を、それぞれ一体物として製造していたため、大型の被処理基板を扱う炉構造の大きな熱処理装置では、次の問題点があった。

（１） フランジ部の挟持部等が一体物であるために、素材の歩留まりが悪く製造コストが高い。また、一定の精度を出すことができない。

（２） フランジ部の挟持部等が一体物であるために、重量が重く、且つ大型化する。このため、製造、組立に複数人の人手が必要となり作業性が悪い。また、作業時の安全性にも問題がある。

（３） フランジ部の挟持部等が一体物であるために、一部が破損してもその破損部を含む挟持部全体を置き換える必要がある。このため、メンテナンス費用が高くなる。

本発明の目的は、組立に際して作業性が良く、且つ一定の精度で低コストで組み立てることを可能にし、且つメンテナンス費用も低コストで済む熱処理装置の炉口構造を提供することにある。

本発明は、炉体内に底部が開口した炉口を備える熱処理容器を配置し、前記熱処理容器の炉口を熱処理容器ホルダに固定する熱処理装置の炉口構造において、
前記熱処理容器の底部のフランジ部を上下から挟持するフランジ挟持部と、前記フランジ挟持部を上下から保持する金属製のホルダ部材と、前記フランジ部の底面と前記金属製ホルダ部材のうち下方のホルダ部材との間で全周囲のシーリングを行うシーリング部材と、前記ホルダ部材を固定する固定部材とを備え、
少なくとも前記フランジ挟持部を前記フランジ部周囲方向に沿って複数に等分割したことを特徴とする。

本発明では、フランジ挟持部をフランジ部周囲方向に沿って複数に等分割したものであるが、Ｏリング等のシーリング部材によってフランジ部底面の全周囲に渡ってシーリングが行われるため、このフランジ挟持部がフランジ部周囲方向に沿って複数に分割されていても問題はない。したがって、分割されたフランジ挟持部間にギャップを形成しても、シーリング部材によるシーリングのためにこの部分の密閉は確保される。

本発明では、この上下のフランジ挟持部をそれぞれ複数に等分割して各部品の重量を軽くすることにより、熱処理装置が大型化しても、組立時の作業性、安全性、低コストを実現できる。また、分割することにより精度が相対的に良くなり、歩留りが良くなる。また、等分割するために、一部が破損しても全体を取り替える必要がない。このため、メンテナンス費用が低減する利点がある。さらに、シーリング部材によってフランジ部底面のシーリングが確実に行われるため、分割された各フランジ挟持部間に熱膨張を見越したギャップを設けることも可能である。このように構成することで各部品に過大応力が加わったり変形したりするのを防止できる。

また、熱処理容器には石英製のものが使用されるが、フランジ挟持部を金属に対し柔軟性に富む耐熱樹脂製にすることで、ボルト等による固定強度を大きくしても、熱処理容器の破損を防止できる。フランジ挟持部が耐熱樹脂製であると、曲げることが容易であるため、熱処理容器の底部フランジ部が円形であっても、フランジ挟持部を円弧状に成型する必要はなく、直線状に成型することで足りる。

本発明の実施形態では、後述のように、上記フランジ挟持部だけではなく、フランジ挟持部を上下から保持する金属製のホルダ部材のうち上方のホルダ部材をも複数に等分割している。このように、フランジ挟持部とともにホルダ部材をも等分割することで、作業性、安全性のさらなる改善を図っている。特に、ホルダ部材は金属製で重量が重いため、これを等分割することで作業性、安全性の改善効果が高くなる。

本発明では、少なくともフランジ挟持部を複数に等分割し、下方のフランジ挟持部に該フランジ部の底面全周囲のシーリングを行うシーリング部材を設けたために、熱処理装置が大型化し、炉口の周囲長が長くなっても、作業性及び安全性が高まり、低コスト化に寄与する。また、等分割することによりメンテナンス費用が低減し、管理も容易である。さらに、上下のフランジ挟持部が熱膨張により膨張の可能性がある場合には、その最大膨張に対応するギャップをフランジ挟持部の各分割片間に設けておくことが容易であるため、フランジ挟持部や他の部品に過大な内部応力や変形が発生するのを未然に防ぐことが出来る。

図１は、本発明の実施形態である熱処理装置の概略構成図である。

本実施形態の熱処理装置は、全体として縦型に構成されるいわゆる縦型熱処理装置である。熱処理装置の炉体内には石英製の熱処理容器が配置され、この中に多数枚の大型基板を置いて熱処理を行うように構成されている。

図１において、熱処理装置の炉体１は、ヒータを内蔵した側部断熱ブロック１０と、上部断熱ブロック１１とで構成される。この炉体１内には後述の炉口構造物に保持され、頂部がドーム状、水平断面が円形となっている石英製の熱処理容器（以下、石英プロセスチューブという）２が固定され、この容器内に、基板保持治具３と、同基板保持治具３の架台４と、熱を下部に逃がさないための遮熱板構造（ヒートバリア）５とが配置されて熱処理が行われる。基板保持治具３、架台４、ヒートバリア５は、エレベータ装置６によりモータ駆動される昇降装置６０を介して昇降自在であり、下降させた状態で多数の被処理物である基板７を基板保持治具３に並設させ、その後全体を上昇させて石英プロセスチューブ２内に収納させる。

上記のように、炉体１に対して、基板７を並設させるための基板保持治具３をエレベータ装置６で昇降できるようにすることで、他の場所で基板保持治具３内の被処理物である基板７を取り替えながら、それらの熱処理を順次行うことができる。なお、吸引口８からは処理の前後に容器内を真空引きし、図外のガス導入口から不活性ガスや処理ガスを導入する。

図２は、上記炉口構造物の断面図を示し，図３は、組立斜視図を示す。

側部断熱ブロック１０は、ヒータ１２を内蔵し、石英プロセスチューブ２の側面周囲を覆っている。その側部断熱ブロック１０の底面断熱部１５と石英プロセスチューブ２間には、断熱リング１３が設けられ、その下部には、ヒータベース１４が設けられている。

石英プロセスチューブ２の底部にはフランジ部２０が形成されている。

炉口構造物３０は、上記フランジ部２０を上下から挟持するフランジ挟持部３００、３０１と、このフランジ挟持部３００、３０１を上下から保持するホルダ部材である、ホルダーリング３０２、チューブホルダ３０３と、下方のフランジ保持部３０１に設けられるシーリング部材のＯリング３０４と、Ｏリング３０４を水平方向に前記フランジ挟持部３０１との間で挟持するフランジ保持部３０５と、上下のホルダリング３０２とチューブホルダ３０３とを固定する固定部材の一例のボルト３０６と、チューブホルダ３０３の下端部に設けられているＯリング３０７と、その他図示しない部材で構成されている。

前記フランジ挟持部３００、３０１、３０５は、耐熱特性を有する樹脂、例えばテフロン（登録商標）製であり、フランジ部２０の周囲方向に沿ってそれぞれ６つに等分割されている。また、ホルダリング３０２、チューブホルダ３０３はＳＵＳ製であり、ホルダリング３０２は、上記フランジ挟持部と同様にフランジ部２０の周囲方向に沿って６つに等分割されている。Ｏリング３０４は、その上下がフランジ部２０の底面とチューブホルダ３０３の上部平面部とに接し、左右両側がフランジ挟持部３０１と３０５とに接し、この部分において炉内と外部間のシーリングを行う。

前記チューブホルダ３０３は、図３に示すように、全体として円筒状の形状を有し、その垂直壁には、内部に冷却水が流通する流通路３０３ａが形成されている。このチューブホルダ３０３の下端部には、前記昇降装置６０に接し、この接する部分において炉内と外部間のシーリングを行うＯリング３０７が設けられている。

前記チューブホルダ３０３の上部には、さらに、内部に冷却用水が流通する流通路３０３ｂが形成され、また、ホルダリング３０２の上面が接するヒータベース１４の底部にも内部に冷却用水が流通する流通路１４ａが形成されている。

図２に示すように、石英プロセスチューブ２のフランジ部２０の全体は、柔軟なテフロン（登録商標）製のフランジ挟持部３００、３０１、３０５によりサンドイッチ状に挟持されているため、この部分を強く固定保持しても、すなわち、ボルト３０６により強固に固定しても、フランジ部２０を破損するようなことはない。

前記フランジ挟持部３００、３０１、３０５は、各分割片間に若干のギャップを形成することができる。このギャップの間隔は、熱膨張により各分割片が最大膨張長さに達しても、つまり、各分割片が最大に膨張しても、各分割片同士が相互いに接し過大な内部応力や変形が生じない程度の長さに設定される。冷却水流通路（ウォータージャケット）３０３ａ、３０３ｂ、１４ａは、石英プロセスチューブ２のフランジ部２０や、炉内に露出しているチューブホルダ３０３の内面から炉口構造物全体に対して伝導される熱を冷却するものであるが、炉口構造物全体が相当に高温となる。特に、フランジ部２０に直接接するフランジ挟持部３００、３０１、３０５はその熱により膨張する可能性が高い。そこで、上記のように、フランジ挟持部３００、３０１、３０５の各分割片間のギャップを適切に設定することで、熱膨張により変形したり、過大な内部応力の発生を防止することができる。なお、上記ギャップを形成しても、Ｏリング３０４により完全にシーリングされているため、ギャップによるシーリング上の問題は生じない。なお、ウォータージャケットによる冷却では、Ｏリング３０１、３０７の高温によるシーリング特性劣化も防止される。

以上の構成によれば、フランジ挟持部３００、３０１、３０５がそれぞれ６つに分割されるため、その全体の周囲、すなわち、石英プロセスチューブ２のフランジ部２０の全周がかなり長くても、この炉口構造部の組立に際しては、フランジ挟持部の各分割片を扱えばよいため、作業性が頗るよい。本実施形態では、ホルダリング３０２も６分割しているため、作業性はさらに良くなる。特に、ホルダリング３０２はＳＵＳ製であるため、その重量はかなりあるから、これを分割することにより作業性の改善効果は相当に認められるようになる。

また、フランジ挟持部３００、３０１、３０５は柔軟なテフロン（登録商標）製であるから、これを分割することで、各分割片を直線状に形成することができる。したがって、組み立ての際に各分割片を適切な円弧なるように曲げればよい。
なお、上記実施形態では、フランジ挟持部３００、３０１、３０５等をそれぞれ６つに分割しているが、熱処理装置の大きさにより適当な数に分割すればよい。

また、フランジ挟持部３００、３０１、３０５の素材としては、テフロン（登録商標）製に限らず、耐熱性の高い他の素材を使用することも可能である。

本発明の実施形態である熱処理装置の概略構成図 炉口構造の断面図 炉口構造の組立説明図

符号の説明

１−炉体
２−熱処理容器（石英プロセスチューブ）
２０−フランジ部
３０−炉口構造物
３００、３０１、３０５−フランジ挟持部
３０２−ホルダリング
３０３−チューブホルダ
３０３ａ、３０３ｂ、１４ａ−冷却水流通路（ウォータージャケット）

Claims (4)

1. 炉体内に底部が開口した炉口を備える熱処理容器を配置し、前記熱処理容器の炉口を熱処理容器ホルダに固定する熱処理装置の炉口構造において、
   前記熱処理容器の底部のフランジ部を上下から挟持するフランジ挟持部と、前記フランジ挟持部を上下から保持する金属製のホルダ部材と、前記フランジ部の底面と前記金属製ホルダ部材のうち下方のホルダ部材との間で全周囲のシーリングを行うシーリング部材と、前記上下のホルダ部材を固定する固定部材とを備え、
   少なくとも前記フランジ挟持部を前記フランジ部周囲方向に沿って複数に等分割したことを特徴とする熱処理装置の炉口構造。
2. 前記フランジ挟持部の各分割片は所定のギャップを介して前記フランジ部周囲方向に沿って配設される請求項１記載の熱処理装置の炉口構造。
3. 前記フランジ挟持部は耐熱樹脂製である請求項１又は２記載の熱処理装置の炉口構造。
4. 前記ホルダ部材のうち上方のホルダ部材を前記フランジ部周囲方向に沿って複数に等分割した請求項１〜３のいずれかに記載の熱処理装置の炉口構造。

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