TW201531660A - 熱處理裝置 - Google Patents
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Abstract
於石英管之爐口設置有門，該門係可藉由開閉機構進行開閉。門係具有配置在石英管側之石英板、被保持在門之內側之隔熱材料、及將石英板與隔熱材料加以保持之門框。開閉機構係具有於前端支撐門框且與門一同被驅動至接近或遠離石英管之方向之驅動臂、及驅動驅動臂之驅動手段，並且藉由驅動手段之驅動力加以驅動門，而將石英管之爐口加以開放或閉鎖。門傾斜調整構件係以可傾斜之方式被加以支撐於驅動臂之前端，並且被安裝在門框上，且以可調整傾斜之方式支撐門。
Description
本發明係關於一種用以對矽基板等之工件進行熱處理之熱處理裝置。
於太陽電池單元等之製造加工過程中，實施有使雜質於工件即矽基板(半導體晶圓)之表面擴散的擴散處理等之熱處理。用以進行此熱處理之熱處理裝置，係具備收納工件且用以實施熱處理之反應管及加熱器。
反應管係例如為石英管，其內部收納彼此間設置既定之間隙而保持複數片半導體晶圓之晶舟。加熱器係圍繞反應管之外側而配置，並將反應管之內部加熱至既定之溫度。
日本專利特開2001-185501號公報所揭示之構成中，於反應管之一端形成有供晶舟出入之開口，且設置有開閉此開口之門。藉由利用門將開口閉鎖，可將反應管之內部密閉。
於半導體晶圓之擴散處理時，於密閉之反應管內導入有例如三氯一氧化磷(POCl3)、三溴化硼(BBr3)等之氣體。
門之內面係露出於高溫之反應管內，外面則曝露於外部的空氣中被冷卻。因此，若門之內面與外面之間沒有達成充分之隔熱，於熱處理過程中，反應管之開口附近就會經由門而被冷卻。
此外，若門之內面與反應管之端面的密接性不充分，
反應管之開口附近就會因自兩者之間隙侵入反應管內之外部的空氣而被冷卻。於半導體晶圓之擴散處理時，若反應管之開口附近被冷卻，則會招致以下之事態，即、於門之內面及反應管之開口附近，自POCl3析出五氧化二磷(P2O5)。
此外，藉由侵入反應管內之外部的空氣所含有之水蒸氣與反應管內的POCl3及P2O5之反應而產生之磷酸水溶液，恐有使支撐門之金屬製框架產生腐蝕、或者污染反應管內之工件之虞。
本發明之目的在於提供一種熱處理裝置，其藉由將門之內面與外面之間確實加以隔熱，並提高門之內面與反應管之端面之密閉性，可抑制造成框架腐蝕及工件污染之原因之副生成物之產生。
本發明熱處理裝置係具備反應管、門、開閉機構及門傾斜調整構件。
反應管係呈筒狀，且一端封閉，另一端形成有開口(爐口)，被熱處理之工件係通過開口而被收納於內部。門係對反應管之開口進行開閉。
門係具有內面構件、隔熱材料及門框。內面構件係配置於反應管側。隔熱材料係配置於內面構件之外側。門框係配置於隔熱材料之外側，用以保持內面構件及隔熱材料。
開閉機構係具有驅動臂及驅動手段。驅動臂係於前端支撐門框。驅動臂係與門一起被朝接近反應管之一方向及遠離反應
管的另一方向驅動。驅動手段係藉由其驅動力來驅動驅動臂，使門動作而將反應管之開口開放或閉鎖。
門傾斜調整構件係可調整傾斜地支撐門。並且，其可傾斜地被支撐於門驅動臂之前端，並安裝於門框上。
1‧‧‧熱處理裝置
2‧‧‧反應管(石英管)
2A‧‧‧爐口
3‧‧‧擴散
4‧‧‧晶舟
5‧‧‧排氣管
7‧‧‧加熱器
10‧‧‧門
11‧‧‧石英板
12‧‧‧隔熱材料
13‧‧‧門框
14‧‧‧止動件
20‧‧‧開閉機構
21‧‧‧驅動臂
23‧‧‧驅動手段
24‧‧‧第1轉軸
25‧‧‧第2轉軸
26‧‧‧第1連桿
27‧‧‧固定支架
28‧‧‧第2連桿
30‧‧‧門傾斜調整構件
31‧‧‧桿端軸承
32‧‧‧搖動軸
33‧‧‧角度調節頭
34‧‧‧角度調節塊
34A‧‧‧開口
40‧‧‧門旋轉限制構件
41‧‧‧旋轉限制板
41A‧‧‧開口
42‧‧‧旋轉限制頭
43‧‧‧支撐塊
131‧‧‧圓盤部
132‧‧‧筒狀部
231‧‧‧缸管
232‧‧‧活塞桿
241‧‧‧支柱
242‧‧‧套管
311‧‧‧球面內圈
321‧‧‧固定配件
411、412‧‧‧兩端片
G‧‧‧箭頭
R1、R2‧‧‧箭頭
W‧‧‧工件
圖1為顯示本發明之實施形態例之熱處理裝置的要部之俯視圖。
圖2為顯示門及驅動臂之局部剖開之俯視圖。
圖3為顯示門傾斜調整構件之構成且為沿圖2中之III-III箭視線所作之剖視圖。
圖4為說明門傾斜調整構件之動作之說明圖。
圖5為顯示門旋轉限制構件之構成且為沿圖2中之V-V箭視線所作之剖視圖。
圖6為顯示開閉機構、門傾斜調整構件及門旋轉限制構件之構成之前視圖。
以下，參照圖式對本發明之實施形態之熱處理裝置進行說明。
作為一例，熱處理裝置1係將本發明之反應管即石英管2作為一種臥式爐(horizontal furnace)而將其長邊方向水平配置而成的構成，如圖1所示，其具有使用開閉機構20可開閉地將門10設置於形成收納有工件W之擴散室3的石英管2之開口(爐口)2A之基本構造。工件W例如為太陽電池單元用之矩形矽基板。晶舟4
係保持垂直等間隔地配置複數片之工件W之狀態，且藉由傳動輪行進而經由爐口2A將工件W搬出搬入擴散室3。
於擴散室3使用設於圖1中省略圖示之石英管2的封閉之一端側之擴散用氣體氣流導入裝置(未圖示)，導入有包含擴散源(例如，POCl3)之擴散用氣體。
具體而言，擴散用氣體氣流導入裝置係構成為，藉由來源氣體使液體擴散源起泡(bubbling)，且將包含液體擴散源之飽和蒸氣之來源氣體與載體氣體合流而作為擴散用氣體氣流，如箭頭G所示自石英管2之一端導入此擴散用氣體氣流。
於石英管2之爐口2A之附近周面連接有排氣管5。供工件W之處理之擴散用氣體，係自排氣管5被排出至爐外。為了防止擴散用氣體自爐口2A之漏氣，擴散室3呈負壓。
於石英管2之外周配置有加熱裝置。加熱裝置例如採用具備如圖示之加熱器7的構成。藉由自擴散用氣體導入裝置將擴散源導入利用加熱裝置之動作而加熱之擴散室3，進行使雜質(例如，磷)擴散於工件W之處理。再者，加熱裝置還可於石英管2與加熱器7之間具備均熱管(soaking tube)。
石英管2之爐口2A係由開閉式之門10所封閉。門10係藉由後述之開閉機構20進行轉動而對爐口2A進行開閉。
如圖2所示，門10係具備石英板11、隔熱材料12及門框13。石英板11係由石英製作之圓盤，其相當於本發明之內面構件。門框13係保持石英板及隔熱材料。石英板11存在於門10之內面側，當將門10關閉時，其按壓於石英管2之爐口2A。
門框13係將圓盤部131及筒狀部132一體形成之形
狀之構件。門框13係由不鏽鋼等之具有剛性之材料所形成。圓盤部131存在於門10之外面側。筒狀部132係構成門10之側面部。
隔熱材料12係填充於由門框13之筒狀部132所包圍之空間。隔熱材料12係由門框13之圓盤部131與石英板11所挾持，且藉由安裝於門框13之筒狀部132的外周面及石英板11之周圍部之圓周方向的複數個部位之止動件14所固定。如此，石英板11與隔熱材料12被組裝於門框13上。於門10上，隔熱材料12係配置於石英板11之與擴散室3(參照圖1)之相反側。
其次，對開閉機構20之構成進行說明。開閉機構20具備驅動臂21及驅動手段23。驅動臂21係藉由驅動手段23而與門10一起被朝靠近石英管2之一方向(參照圖1之箭頭R1方向)及遠離石英管2之另一方向(參照同圖之箭頭R2方向)驅動。如此，藉由對驅動臂21進行驅動，驅動門10將石英管2之爐口2A開放或閉鎖。
本實施形態中，作為驅動手段23係藉由缸筒機構所構成，該缸筒機構具備往返移動之活塞桿232、及收納活塞桿232之缸管231，且接受流體壓力之供給而使活塞桿232相對於缸管231前進、後退而傳遞動力。在此，缸筒機構係使用氣壓式缸筒。
驅動臂21係與關閉石英管2之爐口2A之門10的面大致平行地延伸而設置。
驅動臂21之基端係經由第1連桿26及第2連桿28連結於活塞桿232之前端。
於石英管2之爐口2A之側旁，相對於熱處理裝置固定有固定支架(固定件)27。固定支架27之長邊方向係被規定為與石
英管2之軸向正交之方向。固定支架27係設置為使一端部較另一端部位於更靠近石英管2之位置。於此固定支架27之長邊方向之一端部及另一端部分別設置有第1轉軸24及第2轉軸25。
第1轉軸24係由固定於固定支架27之圓柱狀之支柱241、及可旋轉自如地配置於支柱241周圍之圓筒狀的套管242所構成。於固定支架27之一端部，藉由第1轉軸24可旋轉地支撐驅動臂21之基端部及第1連桿26之一端部，以使驅動臂21與第1連桿26一起旋轉。
第1連桿26之另一端部係可彼此旋轉地與活塞桿232之前端部連結。第1連桿26之另一端部及活塞桿232之前端部，係經由可相對於第1連桿26進行旋轉之第2連桿28所連結。
第2轉軸25係藉由於固定支架27凸設一銷，且將可供銷嵌合之孔設置於缸管231等，而可由單純的凹凸嵌合加以實現。於固定支架27之另一端部，藉由第2轉軸25可旋轉地支撐缸管231。
驅動手段23係使驅動臂21之轉動自動化之裝置。然後關於驅動手段23，若活塞桿232自缸管231前進，則驅動臂21進行旋轉而朝石英管2之爐口2A靠近，以使門10朝關閉方向轉動。然後，門10按壓於爐口2A上，將石英管2內密閉。
另一方面，若活塞桿232相對於缸管231後退，則驅動臂21進行旋轉而自石英管2之爐口2A遠離，以使門10朝開啟方向轉動。再者，若藉由未特別圖示之控制器對驅動手段23進行控制，則可自動地控制驅動臂21之驅動。
門框13係藉由配置於驅動臂21前端之門傾斜調整構
件30而可傾斜(搖動)自如地被支撐。
具體而言，如圖3所示，門傾斜調整構件30係具備桿端軸承31及搖動軸32。桿端軸承31係安裝於驅動臂21之前端。搖動軸32係藉由桿端軸承31支撐而可使軸心傾斜。搖動軸32係使用固定配件321而固定於門框13之中心。利用固定配件321固定於門框13之搖動軸32，係插通於安裝在驅動臂21之前端上面之桿端軸承31的球面內圈311。
桿端軸承31可使用公知之桿端軸承(日本專利特開2003-247540號公報、日本實開平2-78808號公報)而構成，於形成在內側之球面狀之安裝孔內可搖動地保持球面內圈311。搖動軸32係與球面內圈311一起可傾斜地被保持。
於搖動軸32之相對於安裝在門框13之一端部為相反側之另一端部設置有角度調節頭33。於驅動臂21之前端安裝有角度調節塊34。於角度調節塊34形成有供角度調節頭33貫通之開口34A。開口34A之尺寸係設定為可允許角度調節頭33之傾斜的尺寸。
藉由以上之門傾斜調整構件30之構成，如圖4所示，門10相對於驅動臂21可傾斜自如地被支撐。門10之傾斜角度之最大角度α，係藉由角度調節頭33之外徑與角度調節塊之開口34A的內徑之相對關係而限制(調節)。
並且，於門框13及驅動臂21設置有限制門10之繞中心之旋轉之門旋轉限制構件40。如圖6所示，門旋轉限制構件40係設於自門10之關閉石英管2的爐口2A之面的中心偏離之位置上，且對門10之旋轉進行限制。
本實施形態中，如圖5所示，門旋轉限制構件40具備旋轉限制頭42及旋轉限制板41。旋轉限制頭42係固定於驅動臂21。旋轉限制板41係固定於門框13。再者，也可相反地，採用將旋轉限制頭42固定於門框13，將旋轉限制板41固定於驅動臂21之構成。
旋轉限制板41係例如將窄條形狀(reed shape)之金屬板於其長度方向之2個部位上經彎曲加工成大致Z字狀而製作。旋轉限制頭42係朝門10突出而安裝於支撐塊43，支撐塊43係垂直固定於驅動臂21之與門10之相反側。
旋轉限制板41係使用相互平行之兩端片411、412的一者411，藉由螺絲固定等固定於門框13之圓盤部131。於形成在旋轉限制板41之另一個端片412之開口41A內貫通有旋轉限制頭42。開口41A之尺寸係設定為將旋轉限制頭42之旋轉限制在一定範圍內之尺寸。具體而言，門10之傾斜角度係經對旋轉限制頭42及開口41A進行調整以使旋轉限制頭42能於上述角度α之範圍內可變更地插通於開口41A。
藉由以上之門旋轉限制構件40之構成，門10之繞搖動軸32之旋轉受到限制。藉此，可保持石英管2之爐口2A與門內面之石英板11之間的滑接之再現性。
根據本發明，由於門10內置有隔熱材料12，即使於門10之內側及外側具有溫度差，仍可抑制門內面之石英板11的溫度降低。藉此，可防止於石英管2之爐口2A附近析出自擴散用氣體產生之副生成物。
門10係將隔熱材料挾持於門框13與石英板11之間
的構造。因此，即使門10為具有隔熱材料12之構造，藉由以驅動臂21支撐門外面之門框13而使其可轉動自如之開閉機構20，仍可無障礙地對門10進行開閉。
此外，藉由驅動手段23將驅動臂21朝石英管2之爐口2A側附加勢能，且藉由設於此驅動臂21前端之門傾斜調整構件30來支撐門框13，即可使門內面之石英板11以沿石英管2之爐口2A之形狀進行追隨的形式，提高兩者之密閉性。藉此，可防止大氣自石英管2之爐口2A之侵入，且可防止與大氣反應而產生副生成物之情況，進而可防止門之腐蝕及爐內之污染，加長保養周期。
上述實施形態之說明，於所有方面皆為例示而已，應認為不是用以限制本發明者。本發明之範圍不是由上述實施形態，而是由申請專利範圍所揭示。又，於本發明之範圍內意指包含與申請專利範圍相等之意義及範圍內之所有變更。
1‧‧‧熱處理裝置
2‧‧‧反應管(石英管)
2A‧‧‧爐口
3‧‧‧擴散
4‧‧‧晶舟
5‧‧‧排氣管
7‧‧‧加熱器
10‧‧‧門
11‧‧‧石英板
12‧‧‧隔熱材料
13‧‧‧門框
14‧‧‧止動件
20‧‧‧開閉機構
21‧‧‧驅動臂
23‧‧‧驅動手段
24‧‧‧第1轉軸
25‧‧‧第2轉軸
26‧‧‧第1連桿
27‧‧‧固定支架
28‧‧‧第2連桿
30‧‧‧門傾斜調整構件
40‧‧‧門旋轉限制構件
231‧‧‧缸管
232‧‧‧活塞桿
241‧‧‧支柱
242‧‧‧套管
G‧‧‧箭頭
R1、R2‧‧‧箭頭
W‧‧‧工件
Claims (7)
- 一種熱處理裝置，其特徵在於具備有：反應管，其一端被加以封閉，並且於另一端形成有開口，且經由上述另一端之開口，而收納有被熱處理之工件；門，其對該反應管之開口進行開閉；及開閉機構，其以對上述開口進行開閉之方式而使上述門產生動作，上述門係具有配置在上述反應管側之內面構件、配置在上述內面構件之外側之隔熱材料、及配置在上述隔熱材料之外側，且用於保持上述內面構件及上述隔熱材料之門框，上述開閉機構係具有：驅動臂，其於前端支撐上述門框，並且與上述門一同被驅動至接近上述反應管之一方向及遠離反應管之另一方向；及驅動手段，其驅動上述驅動臂；且以如下之方式加以構成：藉由上述驅動手段之驅動力加以驅動上述門，而將上述反應管之開口加以開放或者閉鎖；並且具備有門傾斜調整構件，其以可傾斜之方式被加以支撐於上述驅動臂之前端，並且被安裝在上述門框上，且以可調整傾斜之方式支撐上述門。
- 如申請專利範圍第1項之熱處理裝置，其中，上述門傾斜調整構件係具備有被安裝在上述驅動臂之前端的桿端軸承，及藉由上述桿端軸承而以軸心為可傾斜之方式被加以支撐之搖動軸，且上述搖動軸係被安裝在上述門框。
- 如申請專利範圍第2項之熱處理裝置，其中，於上述搖動軸之相對於安裝在門框之一端部之為相反側之另一端部，設置有角度調 節頭，於上述驅動臂之前端，安裝有角度調節塊，並且於該角度調節塊形成有供上述角度調節頭貫通且允許上述角度調節頭之傾斜之尺寸的開口。
- 如申請專利範圍第3項之熱處理裝置，其中，於上述門框及上述驅動臂上，設置有門旋轉限制構件，該門旋轉限制構件係在上述門之位置(偏離將上述反應管之開口加以關閉之面的中心)，而將繞著上述門之中心的旋轉加以限制。
- 如申請專利範圍第4項之熱處理裝置，其中，上述門旋轉限制構件係具備有：旋轉限制頭，其設置在上述門框或上述驅動臂之任一者；及旋轉限制板，其設置在上述門框或上述驅動臂之另一者，且形成有供上述旋轉限制頭貫通，並且將上述旋轉限制頭之旋轉加以限制在一定範圍內之尺寸的開口。
- 如申請專利範圍第1至5項中任一項之熱處理裝置，其中，作為上述驅動手段而藉由缸筒機構加以構成，該缸筒機構係具備有往返移動之活塞桿、及將上述活塞桿加以收納之缸管，且接受流體壓力之供給而使活塞桿相對於缸管產生前進後退，以傳遞驅動力，並且上述驅動臂之基端係被連結至上述活塞桿。
- 如申請專利範圍第6項之熱處理裝置，其中，上述驅動臂係設置為與將上述反應管之開口加以關閉之上述門的面以大致呈平行之方式延伸，於固定在該熱處理裝置之固定支架之一端部，以使上述驅動臂與上述第l連桿一同旋轉之方式，將上述驅動臂之基端部及上述第1 連桿之一端部加以可旋轉地支撐，於上述固定支架之另一端部，將上述缸管加以可旋轉地支撐，並且上述第1連桿之另一端部係以彼此可旋轉之方式與上述活塞桿之前端部產生連結，上述固定支架係設置為一端部相較於另一端部成為位在更靠近該反應管之位置。
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