熱処理装置
【課題】熱処理用のチャンバーの内壁に処理ガスの成分を付着し難くすることができる熱処理装置を提供する。
【解決手段】処理対象物を収容した容器２０が、加熱対象物として熱処理チャンバー１０内で加熱される。ガス供給部から供給される処理ガスがパイプ４２等を通じて容器２０の内部に導入され、その内部のガスがパイプ５２等を通じてポンプ部に排出される。パイプ４２，５２により形成されるガス流路が、熱処理チャンバー１０の空間から隔てられるため、熱処理チャンバー１０内の空間に処理ガスが漏洩し難くなる。
【解決手段】処理対象物を収容した容器２０が、加熱対象物として熱処理チャンバー１０内で加熱される。ガス供給部から供給される処理ガスがパイプ４２等を通じて容器２０の内部に導入され、その内部のガスがパイプ５２等を通じてポンプ部に排出される。パイプ４２，５２により形成されるガス流路が、熱処理チャンバー１０の空間から隔てられるため、熱処理チャンバー１０内の空間に処理ガスが漏洩し難くなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス雰囲気のもとで処理対象物を加熱する熱処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体や金属化合物等の基板の表面に所定機能の薄膜を形成したり、あるいは基板の表面の不要な膜を除去したりするため、所定圧力のガス雰囲気のもとで基板に熱を加える処理を行うことがある。この熱処理は、例えば、基板が収容されたチャンバーを真空に引き、真空状態のチャンバー内に所定の処理ガスを導入して基板を所定圧力のガス雰囲気に晒しながら、赤外線ランプ等で基板を加熱することにより行われる（下記の特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０９４１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のような従来の熱処理装置では、基板とともに熱せられた処理ガスの成分（金属原子等）が比較的温度の低い内壁に付着することがある。特に、外部の赤外線ランプで発生した熱線を透過するようにチャンバーが石英ガラスで形成されている場合、石英ガラスの温度が基板等に比べてかなり低くなるため、処理ガスの成分が付着し易い。石英ガラスが付着物によって汚れると、熱線の透過率が低下するため、正常に熱処理を行えなくなる。また、付着物の種類によってはクリーニングが困難な場合もある。
【０００５】
また、処理ガスとして毒性の高いガスを使用する場合などにおいては、できるだけ処理ガスの使用量を少なくすることが望ましい。しかしながら、従来の熱処理装置では、チャンバーの内部全体に処理ガスが行き渡る構造になっているため、処理対象物（基板等）との反応に供される量よりも多くのガスをチャンバー内に導入しなくてはならず、反応に供されない無駄な処理ガスの使用量が多いという問題がある。
【０００６】
更に、処理ガスを熱分解させて処理対象物（基板等）と反応させる場合、処理対象物の反応面（被処理面）におけるガス濃度の分布は均一であることが望ましい。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、熱処理用のチャンバーの内壁に処理ガスの成分を付着し難くすることができる熱処理装置を提供することにある。また、本発明の第２の目的は、処理ガスの使用量を削減できる熱処理装置を提供することにある。更に、本発明の第３の目的は、処理対象物の被処理面におけるガス濃度の分布の均一性を向上できる熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る熱処理装置は、処理対象物を収容する容器と、前記容器を加熱対象物として収容する熱処理チャンバーと、前記熱処理チャンバー内にキャリアガスを導入する第１ガス導入路と、前記熱処理チャンバー内の空間から隔てられたガス流路であって、前記容器内に処理ガスを導入する第２ガス導入路と、前記熱処理チャンバー内のガスを排出する第１ガス排出路と、前記熱処理チャンバー内の空間から隔てられたガス流路であって、前記容器内からガスを排出する第２ガス排出路とを有する。
【０００９】
好適に、前記熱処理チャンバーは、前記第１ガス導入路につながる第１ガス導入口と、前記第１ガス排出路につながる第１ガス排出口と、前記第１ガス導入口と前記第１ガス排出口との間に設けられ、外部の発熱体からの熱線を透過する熱線透過部とを含む。
【００１０】
好適に、前記容器は、前記第２ガス導入路につながる第２ガス導入口と、前記第２ガス導入口と前記処理対象物の被処理面との間に介在し、前記第２ガス導入口から前記被処理面へ供給される前記処理ガスの流れを前記被処理面付近において前記被処理面と平行な方向に均一に分散する第１分散手段とを含む。
【００１１】
好適に、前記容器は、前記第２ガス排出路につながる第２ガス排出口と、前記第２ガス排出口と前記処理対象物の前記被処理面との間に介在し、前記被処理面から前記第２ガス排出口へ排出されるガスの流れを前記被処理面付近において前記被処理面と平行な方向に均一に分散する第２分散手段とを含む。
【００１２】
好適に、前記第１分散手段は、前記第２ガス導入口から前記被処理面へのガスの流れを遮るとともに、前記被処理面と平行な方向において等間隔に複数のガス流通用の孔が形成された少なくとも１つの仕切り板、及び、前記被処理面と平行な方向において略均一の密度で配置された複数の球体、及び、前記被処理面と平行な方向において略均一の密度で空隙が形成された多孔性部材、及び、前記被処理面と平行な方向における空間の幅が前記第２ガス導入口から前記被処理面に向かって連続的に広がるように前記容器の内壁に形成された第１傾斜部の少なくとも１つを含む。
【００１３】
好適に、前記第２分散手段は、前記被処理面から前記第２ガス排出口へのガスの流れを遮るとともに、前記被処理面と平行な方向において等間隔に複数のガス流通用の孔が形成された少なくとも１つの仕切り板、及び、前記被処理面と平行な方向において略均一の密度で配置された複数の球体、及び、前記被処理面と平行な方向において略均一の密度で空隙が形成された多孔性部材、及び、前記被処理面と平行な方向における空間の幅が前記第２ガス排出口から前記被処理面に向かって連続的に広がるように前記容器の内壁に形成された第２傾斜部の少なくとも１つを含む。
【００１４】
好適に、前記容器は、前記複数の球体の配置領域を区切る網状体であって、前記球体の外形に比べて細かい空隙を持ち、前記第２ガス導入口に比べて前記被処理面に近い前記配置領域の境界面に設けられた網状体を有する。
【００１５】
好適に、前記容器は、前記第２ガス導入口からのガス流を複数のガス流に分流し、当該複数のガス流を前記被処理面のそれぞれ異なる領域に案内する分流手段を有する。
【００１６】
好適に、前記第２ガス導入口と前記第２ガス排出口は、前記容器の一方端と他方端とに離間して形成される。
好適に、前記処理対象物は、前記第２ガス導入口と前記第２ガス排出口との間に、前記第２ガス導入口から前記第２ガス排出口へ向かうガスの流れと前記被処理面とが平行になるように配置される。
好適に、前記分流手段は、前記処理対象物の前記被処理面と平行な壁面によって前記容器内における前記第２ガス導入口側の前記被処理面の上部空間を複数に区分する少なくとも１つの壁部を含む。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、処理対象物を収容した容器へガスを導入する経路と当該容器からガスを排出する経路とを熱処理用のチャンバー内の空間から隔てることによって、チャンバー内の空間に処理ガスが漏洩し難くなり、また、チャンバー内にキャリアガスを流すことによって、熱処理チャンバーの内壁に処理ガスが滞留し難くなるため、熱処理用のチャンバーの内壁に処理ガスの成分を付着し難くすることができる。
【００１８】
また、本発明によれば、処理対象物を収容した容器内へ、熱処理チャンバー内の空間から隔てられたガス流路により処理ガスを導入するため、反応に供されない無駄な処理ガスの使用量を削減できる。
【００１９】
また、本発明によれば、処理対象物の被処理面付近における処理ガスの流れを被処理面と平行な方向に均一に分散する手段を設けることによって、被処理面におけるガス濃度の分布の均一性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る熱処理装置の構成の一例を示す図である。
【図２】加熱処理部の構成の一例を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る熱処理装置において処理対象物を収容する容器の一例を示す斜視図である。
【図４】第１の実施形態に係る熱処理装置において処理対象物を収容する容器の一例を示す断面図である。
【図５】第２の実施形態に係る熱処理装置において処理対象物を収容する容器の一例を示す斜視図である。
【図６】第２の実施形態に係る熱処理装置において処理対象物を収容する容器の一例を示す断面図である。
【図７】第２の実施形態に係る熱処理装置において処理対象物を収容する容器の他の例を示す斜視図である。
【図８】第２の実施形態に係る熱処理装置において処理対象物を収容する容器の他の例を示す断面図である。
【図９】第３の実施形態に係る熱処理装置において処理対象物を収容する容器の一例を示す斜視図である。
【図１０】第３の実施形態に係る熱処理装置において処理対象物を収容する容器の一例を示す断面図である。
【図１１】第４の実施形態に係る熱処理装置において処理対象物を収容する容器の一例を示す第１の断面図である。
【図１２】第４の実施形態に係る熱処理装置において処理対象物を収容する容器の一例を示す第２の断面図である。
【図１３】図１１に示す容器の空間部分に球体を充填した例を示す図である。
【図１４】図１２に示す容器の空間部分に球体を充填した例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る熱処理装置の構成の一例を示す図である。
図１に示す熱処理装置は、処理対象物をガス雰囲気下で加熱するためのチャンバーと加熱手段を備えた加熱処理部１と、加熱処理部１のチャンバーに処理ガスやキャリアガスを供給するガス供給部２と、加熱処理部１のチャンバーから排出される粉体やガス中の成分を取り除くトラップ部３と、トラップ部３の後段で加熱処理部１のチャンバー内のガスを排気するポンプ部４と、ポンプ部４によって排気されたガス中の有害物質を除去する除害部５を有する。
【００２２】
図２は、加熱処理部１の構成の一例を示す図である。
図２に示す加熱処理部１は、加熱対象物を収容する熱処理チャンバー１０と、加熱手段としてのヒーター部３０と、内部に処理対象物を収容する容器２０と、容器２０を保持しつつ熱処理チャンバー１０内に容器２０を出し入れするための機構を備えたマニピュレータ部６０を有する。
【００２３】
熱処理チャンバー１０は、外部のヒーター部３０からの熱線を透過する材質（例えば石英ガラス）で形成された熱線透過部１１を有する。熱線透過部１１は、筒状の形に作られており、その両端が保持部１２によってそれぞれベース台９０に固定される。熱線透過部１１の両端の保持部１２には、それぞれ中継部１３，１５が接続される。中継部１３，１５の端は、フランジ１４，１６によって塞がれる。
【００２４】
中継部１３には、キャリアガス（例えばアルゴン等の不活性ガス）を熱処理チャンバー１０の内部に導入するためのガス導入口（第１ガス導入口）が形成される。このガス導入口に固定された中継管４１は、図示しないパイプを介してガス供給部２のキャリアガス供給源に接続される。
【００２５】
中継部１３の端を塞ぐフランジ１４の中央部（筒状の熱線透過部１１の軸線が通る部分）には、マニピュレータ部６０の容器保持ロッド６１を挿通するための開口部が形成される。容器保持ロッド６１は、熱線によって加熱され難い材質（例えば石英ガラス）によって形成されており、その一方の端部において容器２０を保持する。中継部１３の開口部は、容器保持ロッド６１の他方の端部に固定された蓋部６３によって閉鎖される。マニピュレータ部６０の移動機構６２は、容器保持ロッド６１と蓋部６３を熱線透過部１１の軸線方向において移動自在に保持する。
【００２６】
中継部１５の端を塞ぐフランジ１６の中央部には、熱処理チャンバー１０内部のガスを排出するためのガス排出口（第１ガス排出口）が形成される。このガス排出口に固定された中継管５１（第１ガス排出路）は、図示しないパイプを介してトラップ部３に接続される。
【００２７】
容器２０には、処理ガスを導入するためのパイプ４２（第２ガス導入路）が接続される。パイプ４２は、蓋部６３の中央付近に形成された孔を挿通する。蓋部５３の孔を挿通したパイプ４２は、ガス供給部２の処理ガス供給源に接続される。容器２０内に処理ガスを導入するガス流路が、パイプ４２によって熱処理チャンバー１０内部の空間から隔てられているため、処理ガスが熱処理チャンバー１０内部の空間に漏れ難くなっている。
パイプ４２を通じて容器２０に処理ガスを導入することにより、容器２０内の処理対象物に無駄なく必要な量の処理ガスを導入できる。また、熱線によって熱せられたパイプ４２が処理ガスを効果的に加熱するので、温度を上昇させた状態の処理ガスを処理対象物に供給できる。
【００２８】
容器２０には、内部のガスを排出するためのパイプ５２（第２ガス排出路）が接続される。パイプ５２の先端は、フランジ１６のガス排出口を通って中継管５１の内側に達している。容器２０内に処理ガスを導入するガス流路が、パイプ５２によって熱処理チャンバー１０内部の空間から隔てられているため、処理ガスが熱処理チャンバー１０内部の空間に漏れ難くなっている。また、中継管５１に流れるキャリアガスとパイプ５２から排出されるガスとが混合されてポンプ４により排気されるため、パイプ５２から排出されるガスをキャリアガスによって希釈化できる。
【００２９】
ヒーター部３０は、熱線透過部１１のほぼ中間部の上側と下側にそれぞれ配置された複数の赤外線ランプ３１を含む。複数の棒状の赤外線ランプ３１が、熱線透過部１１の上側と下側においてそれぞれ平行に並んで配置される。図２の例において、赤外線ランプ３１は紙面の垂直方向に延びている。赤外線ランプ３１の背後には、熱線を熱線透過部１１に向けて反射する反射板が配置される。
なお、上側の赤外線ランプ３１の配列方向と下側の赤外線ランプ３１の配列方向とが直角に交差するようにこれらのランプを配置してもよい。例えば上側の赤外線ランプ３１の長手方向が紙面の垂直方向に延び、下側の赤外線ランプ３１の長手方向が紙面の水平方向へ延びるように配置してもよい。これにより、容器２０付近における熱線の平面的な分布がより均一になる。
【００３０】
図３，図４は、処理対象物９を収容する容器２０の一例を示す図である。図３は斜視図を示し、図４はＡ−Ａ'断面図を示す。但し、図３の斜視図では、容器２０の上蓋２１０の図示を省略している。
【００３１】
容器２０は、処理対象物９とともに加熱されることから、処理対象物９の温度を均一にできるとともに処理ガスの温度を高めることができるように、熱線の吸収性がよく耐熱性に優れた材料（例えば高純度のカーボンや炭化ケイ素（ＳｉＣ）など）によって形成される。
【００３２】
図３，図４の例において、容器２０は本体部２０１と上蓋２１０を有する。本体部２０１の内側には、比較的高さが低く横幅の広い空間が形成され、その中にほぼ矩形で板状の処理対象物９（半導体基板、金属化合物の基板など）が配置される。処理対象物９が配置される本体部２０１の底面には、処理対象物９を位置決めするための凹部が形成される。上蓋２１０の縁に沿って突条が形成されており、この突条と嵌り合う溝２６１（座ぐり）が本体部２０１の上面の縁に沿って形成される。本体部２０１の上部を上蓋２１０によって閉じると、処理対象物９はほぼ密閉された空間内に収容された状態となる。
【００３３】
本体部２０１の一側面部の中央には、内部に処理ガスを導入するためのガス導入口２０４（第２ガス導入口）が形成される。ガス導入口２０４は、中継管２０２を介してパイプ４２（図２）に接続される。また、ガス導入口２０４が形成された側面部と対向する本体部２０１の他方の側面部の中央には、内部のガスを排出するためのガス排出口２０５（第２ガス排出口）が形成される。ガス排出口２０５は、中継管２０３を介してパイプ５２（図２）に接続される。
【００３４】
本体部２０１のガス導入口２０４と処理対象物９の被処理面（上面）との間には、ガス導入口２０４から被処理面へ供給される処理ガスの流れを被処理面付近において被処理面と平行なＸ方向に均一に分散するための手段（第１分散手段）が設けられている。Ｘ方向は、図３に示すように、ガス導入口２０４とガス排出口２０５の中央を通る直線に対して垂直な方向になっている。
【００３５】
図３の例において、本体部２０１の側面の内壁に形成された傾斜部２１５は、この第１分散手段を構成する。ガス導入口２０４からハ字状に広がった傾斜部２１５によって、Ｘ方向と平行な方向における空間の幅がガス導入口２０４から被処理面に向かって連続的に広がる。これにより、ガス導入口２０４から被処理面側に向かうガスの流れが被処理面付近においてＸ方向に均一に分散し易くなる。
【００３６】
また図３の例において、２つ仕切り板２１１，２１２も第１分散手段を構成する。仕切り板２１１，２１２は、Ｘ方向と平行に配置されており、その両端が傾斜部２１５に固定される。仕切り板２１１がガス導入口２０４と近い側に配置され、仕切り板２１２が処理対象物９と近い側に配置される。各仕切り板２１１，２１２には、Ｘ方向と平行な方向において等間隔に複数のガス流通用の孔２２０が形成される。
【００３７】
ガス導入口２０４に導入された処理ガスは、まず仕切り板２１１によって流れを遮られて滞留する。この滞留によって、仕切り板２１１の複数の孔２２０を通る処理ガスの流量が均一化する。仕切り板２１１の孔２２０を通った処理ガスは、仕切り板２１２によって流れを遮られて更に滞留する。仕切り板２１２の複数の孔２２０から、流量が均一化された処理ガスが被処理面側に向かって流れる。このように、仕切り板２１１，２１２を設けることによって、ガス導入口２０４から被処理面側に供給される処理ガスの流れが被処理面付近においてＸ方向に均一に分散する。
【００３８】
他方、本体部２０１のガス排出口２０５と処理対象物９の被処理面との間には、被処理面からガス排出口２０５へ流れるガス（処理ガス及び熱処理反応後のガスを含む）の流れを被処理面付近においてＸ方向に均一に分散するための手段（第２分散手段）が設けられている。
【００３９】
図３の例において、本体部２０１の側面の内壁に形成された傾斜部２１６は、この第２分散手段を構成する。ガス排出口２０５からハ字状に広がった傾斜部２１６によって、Ｘ方向と平行な方向における空間の幅がガス排出口２０５から被処理面に向かって連続的に広がる。これにより、被処理面側からガス排出口２０５へ向かうガスの流れが被処理面付近においてＸ方向に均一に分散し易くなる。
【００４０】
また図３の例において、２つ仕切り板２１３，２１４も第２分散手段を構成する。仕切り板２１３，２１４は、Ｘ方向と平行に配置されており、その両端が傾斜部２１６に固定される。仕切り板２１４がガス排出口２０５と近い側に配置され、仕切り板２１３が処理対象物９と近い側に配置される。各仕切り板２１３，２１４には、Ｘ方向と平行な方向において等間隔に複数のガス流通用の孔２２０が形成される。
【００４１】
ガス排出口２０５側へガスが流れるとき、仕切り板２１４によってガスの流れが遮られて滞留が生じるため、仕切り板２１４の複数の孔２２０を通るガスの流量が均一化する。仕切り板２１４の複数の孔２２０を通ってガスが流れると、処理対象物９側からこの複数の孔２２０に向かうガスの流れが生じる。このガスの流れは、仕切り板２１３によって遮られて滞留を生じるため、仕切り板２１３の複数の孔２２０を通るガスの流量が更に均一化する。このように、仕切り板２１３，２１４を設けることによって、被処理面側からガス排出口２０５へ排出されるガスの流れが被処理面付近においてＸ方向に均一に分散する。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態に係る熱処理装置によれば、処理対象物９を収容した容器２０が加熱対象物として熱処理チャンバー１０内で加熱される。ガス供給部２から供給される処理ガスがパイプ４２等を通じて容器２０の内部に導入され、その内部のガスがパイプ５２等を通じてポンプ部４に排出される。そして、パイプ４２，５２により形成されるガス流路が、熱処理チャンバー１０の空間から隔てられている。これにより、熱処理チャンバー１０内の空間に処理ガスが漏洩し難くなるため、処理ガスの成分の付着による熱処理チャンバー１０内の汚染を抑えることができる。
【００４３】
また、本実施形態に係る熱処理装置によれば、ガス供給部２から供給されるアルゴン等のキャリアガスが中継管４１等を通じて熱処理チャンバー１０の内部に導入され、その内部のガスが中継管５１等を通じてポンプ部４に排出される。これにより、熱処理チャンバー１０の内壁に処理ガスが滞留し難くなるため、処理ガスの成分の付着による熱処理チャンバー１０内の汚染をより効果的に抑えることができる。
【００４４】
更に、本実施形態に係る熱処理装置によれば、熱処理チャンバー１０の内部にキャリアガスを導入するための中継管４１が接続されたガス導入口と、熱処理チャンバー１０の内部からガスを排出するための中継管５１が接続されたガス排出口との間に、ヒーター部３０からの熱線を透過する熱線透過部１１が設けられている。これにより、ガス導入口からガス排出口へ向かうキャリアガスの流れの途中に熱線透過部１１が配置されることになり、比較的低温で処理ガスの成分の付着し易い熱線透過部１１の内壁に処理ガスを滞留させ難くすることができるため、熱線透過部１１の汚染をより効果的に抑えることができる。
【００４５】
また、本実施形態に係る熱処理装置によれば、本体部２０１のガス導入口２０４と処理対象物９の被処理面（上面）との間には、ガス導入口２０４から被処理面側へ供給される処理ガスの流れを被処理面付近において被処理面と平行なＸ方向に均一に分散するための手段（第１分散手段）が設けられている。本体部２０１のガス排出口２０５と処理対象物９の被処理面との間には、被処理面側からガス排出口２０５へ流れるガス（処理ガス及び熱処理反応後のガスを含む）の流れを被処理面付近においてＸ方向に均一に分散するための手段（第２分散手段）が設けられている。これにより、Ｘ方向における被処理面の流量の分布を均一化できる。例えば成膜プロセスの場合には、膜厚を均一化できる等の効果が得られる。
【００４６】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
上述した実施形態に係る熱処理装置では、容器２０の一方端と他方端に離間して形成されたガス導入口２０４とガス排出口２０５との間に処理対象物９が配置されており、ガス導入口２０４からガス排出口へ向かうガスの流れと処理対象物９の被処理面とが平行になっている。そのため、ガス導入口２０４から離れるほど、被処理面に供給される熱処理反応前の処理ガスが減少し、逆に熱処理反応後のガスが増大する。その結果、Ｙ方向（ガス導入口２０４とガス排出口２０５の中央を通る直線に対して平行な方向）における処理ガスの供給量が不均一になる。そこで、本実施形態に係る熱処理装置では、このＹ方向における処理ガス供給量の不均一を緩和するため、ガス導入口からのガス流を複数のガス流に分流する分流手段を設ける。
【００４７】
図５，図６は、第２の実施形態に係る熱処理装置における容器２０の一例を示す図である。図５は斜視図を示し、図６はＡ−Ａ'断面図を示す。但し、図５の斜視図では、先に説明した図３と同様に、容器２０の上蓋２１０の図示を省略している。
【００４８】
図５，図６に示す容器２０は分流手段２５０を有しており、また、仕切り板２１２に形成されるガス流通用の孔２２１のサイズが図３，図４に示す容器２０の仕切り板２１２に比べて大きくなっている。図５，図６に示す容器２０のその他の構成は、図３，図４に示す容器２０と同様である。
【００４９】
分流手段２５０は、ガス導入口２０４からのガス流を２つのガス流に分流し、その２つのガス流を被処理面のそれぞれ異なる領域に案内する。
図５，図６の例において、分流手段２５０は、処理対象物９の被処理面と平行な面を持った板部を有する。この板部は、被処理面のガス導入口２０４側における上部の空間を２つに区分する。また板部は、仕切り板２１２の孔２２１のほぼ中央において空間を上下に区分する。これにより、仕切り板２１２の孔２２１を通ったガスは、分流手段２５０の板部の上側と下側に分かれて流れる。板部の下側を流れるガスは、ガス導入口２０４側の末端からガス排出口２０５側の末端まで被処理面の全体を流れる（下側ガス流）。一方、板部の上側に流れるガスは、被処理面の途中からガス排出口２０５側の末端まで流れる（上側ガス流）。仕切り板２１２の板部の上側には、熱処理反応前の処理ガスが流れる。そのため、この新鮮な処理ガスが被処理面の途中から加わることにより、ガス排出口２０５に近い側における熱処理反応前の処理ガスの量を増やすことが可能となり、Ｙ方向における処理ガス供給量の不均一を緩和できる。
【００５０】
なお、分流した処理ガスを被処理面に供給する板部の末端の位置は、種々の条件に応じて任意に調節可能である。図７，図８は、分流手段２５０の板部の末端を図５，図６の例に比べてガス排出口２０５側に延長した例を示す。これにより、被処理面のガス排出口２０５側に近い領域における処理ガスの供給量を増やすことができる。
【００５１】
また、本実施形態の他の例では、分流手段２５０の板部を２枚以上設けることによって、ガス流を３以上に分流することも可能である。この場合、各板部の末端の位置を変えることで、複数のガス流を被処理面のそれぞれ異なる位置まで案内することができる。
【００５２】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００５３】
図９，図１０は、第３の実施形態に係る熱処理装置において処理対象物９を収容する容器２０の一例を示す図である。図９は斜視図を示し、図１０はＡ−Ａ'断面図を示す。但し、図９の斜視図では、容器２０の上蓋２１０の図示を省略している。
図９，図１０に示す容器２０は、図３、図４に示す容器２０と同様の構成を有するとともに、第１分散手段及び第２分散手段として複数の球体２４０を有する。球体２４０は、例えばセラミックス等の耐熱性のある材料で形成される。球体２４０は略同一の大きさを有しており、均一の密度で配置される。図９，図１０の例において、第１分散手段としての球体２４０は仕切り板２１２からガス導入口２０４までの領域に密に充填され、第２分散手段としての球体２４０は仕切り板２１３からガス排出口２０５までの領域に密に充填される。
【００５４】
このような複数の球体２４０を均一な密度で配置するることにより、ガスの流れが球体２４０に遮られて滞留を生じ易くなり、球体２４０の隙間を通り抜けるガスの流量が均一になり易くなる。そのため、被処理面付近におけるガス流をＸ方向へ更に均一に分散させることができる。
【００５５】
＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
【００５６】
図１１，図１２は、本発明の第４の実施形態に係る熱処理装置における容器２０の一例を示す図である。図１１は上述した図４に対応するＡ−Ａ'断面図を示し、図１２は被処理面の上側から見たＢ−Ｂ'断面図を示す。
【００５７】
図１１，図１２に示す容器２０は、第１分散手段として、被処理面の上側にこれと平行な仕切り板２１５を有する。仕切り板２１５には、複数のガス流通孔２２０が形成される。この複数の孔２２０は、例えば２次元的（Ｘ方向及びＹ方向）に等間隔に形成される。ガス導入口２０４において導入される処理ガスは、この仕切り板２１５の各ガス流通孔２２０を通って下側の被処理面に流れる。
【００５８】
また、図１１，図１２に示す容器２０は、第２分散手段として、処理対象物９の被処理面を取り囲む仕切り板２１６を有する。この仕切り板２１６にも、複数のガス流通孔２２０が形成される。仕切り板２１６のＸ方向に延びる部分には、複数の孔２２０がＸ方向に等間隔に形成され、仕切り板２１６のＹ方向に延びる部分には、複数の孔２２０がＹ方向に等間隔に形成される。仕切り板２１６の内側のガスは、仕切り板２１６に形成された各ガス流通孔２２０を通り、容器２０の内側壁と仕切り板２１６とによって囲まれた外側の領域に流れ、そこから容器２０の側壁の一部に開けられたガス排出口２０５を通って容器２０の外部（パイプ５２）に排出される。
【００５９】
このように、複数のガス流通孔２２０が形成された仕切り板２１５を被処理面の上側に配置し、複数のガス流通孔２２０が形成された仕切り板２１６によって被処理面の周囲を取り囲む構造にすることで、被処理面に供給される処理ガスの量の平面的な分布をより均一にすることができる。
【００６０】
以上、本発明の幾つかの実施例について説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、種々のバリエーションを含んでいる。
【００６１】
上述した第３の実施形態では、セラミックス等で形成された複数の球体を均一な密度で配置した領域を設けることによってガス流を均一に分散する例が挙げられているが、本発明はこれに限定されない。本発明の他の例では、空隙の密度が均一な多孔性の部材として、例えばカーボン繊維やカーボンメッシュ材などを複数の球体の替わりに用いてもよい。
【００６２】
また、上述した第３の実施形態では、複数の球体の配置領域を区切るために、孔を開けた仕切り板が流用されているが、本発明はこれに限定されない。本発明の他の実施形態では、球体の外形に比べて細かい空隙を持った網状体を、球体の配置領域の境界面に設けてもよい。
この網状体を、処理ガスの導入口（第２ガス導入口）に比べて処理対象物の被処理面に近い側にある境界面に設けるようにすれば、処理ガスの導入口から処理対象物の被処理面へ向かう処理ガスの流れを、被処理面により近い場所で均一に分散させることができる。
また、この網状体を、処理ガスの排出口（第２ガス排出口）に比べて処理対象物の被処理面に近い側にある境界面に設けるようにすれば、処理対象物の被処理面から排出口へ向かう処理ガスの流れを、被処理面により近い場所で均一に分散させることができる。
【００６３】
また、上述した第２の実施形態や第４の実施形態で説明した容器２０において、ガス導入口２０４と被処理面との間の空間や、被処理面とガス排出口２０５との間の空間には、上述した球体や多孔性部材を適宜配置してもよい。
図１３，図１４に示す容器２０は、上述した図１１，図１２に示す容器２０における仕切り板２１５の上側の空間と、仕切り板２１５の下側かつ仕切り板２１６の外側の空間において、複数の球体２４０を充填した例を示す。この場合、容器２０には、仕切り板２１５，２１６の替わりに網状体を設けてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１…加熱処理部、２…ガス供給部、３…トラップ部、４…ポンプ部、５…除害部、９…処理対象物、１０…熱処理チャンバー、１１…熱線透過部、２０…容器、３０…ヒーター部、４１，５１…中継管、４２，５２…パイプ、２０１…本体部２１０、２０４…ガス導入口、２０５…ガス排出口、２１０…上蓋、２１１〜２１６…仕切り板、２２０，２２１…ガス流通用の孔、２４０…球体、２５０…分流手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス雰囲気のもとで処理対象物を加熱する熱処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体や金属化合物等の基板の表面に所定機能の薄膜を形成したり、あるいは基板の表面の不要な膜を除去したりするため、所定圧力のガス雰囲気のもとで基板に熱を加える処理を行うことがある。この熱処理は、例えば、基板が収容されたチャンバーを真空に引き、真空状態のチャンバー内に所定の処理ガスを導入して基板を所定圧力のガス雰囲気に晒しながら、赤外線ランプ等で基板を加熱することにより行われる（下記の特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０９４１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のような従来の熱処理装置では、基板とともに熱せられた処理ガスの成分（金属原子等）が比較的温度の低い内壁に付着することがある。特に、外部の赤外線ランプで発生した熱線を透過するようにチャンバーが石英ガラスで形成されている場合、石英ガラスの温度が基板等に比べてかなり低くなるため、処理ガスの成分が付着し易い。石英ガラスが付着物によって汚れると、熱線の透過率が低下するため、正常に熱処理を行えなくなる。また、付着物の種類によってはクリーニングが困難な場合もある。
【０００５】
また、処理ガスとして毒性の高いガスを使用する場合などにおいては、できるだけ処理ガスの使用量を少なくすることが望ましい。しかしながら、従来の熱処理装置では、チャンバーの内部全体に処理ガスが行き渡る構造になっているため、処理対象物（基板等）との反応に供される量よりも多くのガスをチャンバー内に導入しなくてはならず、反応に供されない無駄な処理ガスの使用量が多いという問題がある。
【０００６】
更に、処理ガスを熱分解させて処理対象物（基板等）と反応させる場合、処理対象物の反応面（被処理面）におけるガス濃度の分布は均一であることが望ましい。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、熱処理用のチャンバーの内壁に処理ガスの成分を付着し難くすることができる熱処理装置を提供することにある。また、本発明の第２の目的は、処理ガスの使用量を削減できる熱処理装置を提供することにある。更に、本発明の第３の目的は、処理対象物の被処理面におけるガス濃度の分布の均一性を向上できる熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る熱処理装置は、処理対象物を収容する容器と、前記容器を加熱対象物として収容する熱処理チャンバーと、前記熱処理チャンバー内にキャリアガスを導入する第１ガス導入路と、前記熱処理チャンバー内の空間から隔てられたガス流路であって、前記容器内に処理ガスを導入する第２ガス導入路と、前記熱処理チャンバー内のガスを排出する第１ガス排出路と、前記熱処理チャンバー内の空間から隔てられたガス流路であって、前記容器内からガスを排出する第２ガス排出路とを有する。
【０００９】
好適に、前記熱処理チャンバーは、前記第１ガス導入路につながる第１ガス導入口と、前記第１ガス排出路につながる第１ガス排出口と、前記第１ガス導入口と前記第１ガス排出口との間に設けられ、外部の発熱体からの熱線を透過する熱線透過部とを含む。
【００１０】
好適に、前記容器は、前記第２ガス導入路につながる第２ガス導入口と、前記第２ガス導入口と前記処理対象物の被処理面との間に介在し、前記第２ガス導入口から前記被処理面へ供給される前記処理ガスの流れを前記被処理面付近において前記被処理面と平行な方向に均一に分散する第１分散手段とを含む。
【００１１】
好適に、前記容器は、前記第２ガス排出路につながる第２ガス排出口と、前記第２ガス排出口と前記処理対象物の前記被処理面との間に介在し、前記被処理面から前記第２ガス排出口へ排出されるガスの流れを前記被処理面付近において前記被処理面と平行な方向に均一に分散する第２分散手段とを含む。
【００１２】
好適に、前記第１分散手段は、前記第２ガス導入口から前記被処理面へのガスの流れを遮るとともに、前記被処理面と平行な方向において等間隔に複数のガス流通用の孔が形成された少なくとも１つの仕切り板、及び、前記被処理面と平行な方向において略均一の密度で配置された複数の球体、及び、前記被処理面と平行な方向において略均一の密度で空隙が形成された多孔性部材、及び、前記被処理面と平行な方向における空間の幅が前記第２ガス導入口から前記被処理面に向かって連続的に広がるように前記容器の内壁に形成された第１傾斜部の少なくとも１つを含む。
【００１３】
好適に、前記第２分散手段は、前記被処理面から前記第２ガス排出口へのガスの流れを遮るとともに、前記被処理面と平行な方向において等間隔に複数のガス流通用の孔が形成された少なくとも１つの仕切り板、及び、前記被処理面と平行な方向において略均一の密度で配置された複数の球体、及び、前記被処理面と平行な方向において略均一の密度で空隙が形成された多孔性部材、及び、前記被処理面と平行な方向における空間の幅が前記第２ガス排出口から前記被処理面に向かって連続的に広がるように前記容器の内壁に形成された第２傾斜部の少なくとも１つを含む。
【００１４】
好適に、前記容器は、前記複数の球体の配置領域を区切る網状体であって、前記球体の外形に比べて細かい空隙を持ち、前記第２ガス導入口に比べて前記被処理面に近い前記配置領域の境界面に設けられた網状体を有する。
【００１５】
好適に、前記容器は、前記第２ガス導入口からのガス流を複数のガス流に分流し、当該複数のガス流を前記被処理面のそれぞれ異なる領域に案内する分流手段を有する。
【００１６】
好適に、前記第２ガス導入口と前記第２ガス排出口は、前記容器の一方端と他方端とに離間して形成される。
好適に、前記処理対象物は、前記第２ガス導入口と前記第２ガス排出口との間に、前記第２ガス導入口から前記第２ガス排出口へ向かうガスの流れと前記被処理面とが平行になるように配置される。
好適に、前記分流手段は、前記処理対象物の前記被処理面と平行な壁面によって前記容器内における前記第２ガス導入口側の前記被処理面の上部空間を複数に区分する少なくとも１つの壁部を含む。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、処理対象物を収容した容器へガスを導入する経路と当該容器からガスを排出する経路とを熱処理用のチャンバー内の空間から隔てることによって、チャンバー内の空間に処理ガスが漏洩し難くなり、また、チャンバー内にキャリアガスを流すことによって、熱処理チャンバーの内壁に処理ガスが滞留し難くなるため、熱処理用のチャンバーの内壁に処理ガスの成分を付着し難くすることができる。
【００１８】
また、本発明によれば、処理対象物を収容した容器内へ、熱処理チャンバー内の空間から隔てられたガス流路により処理ガスを導入するため、反応に供されない無駄な処理ガスの使用量を削減できる。
【００１９】
また、本発明によれば、処理対象物の被処理面付近における処理ガスの流れを被処理面と平行な方向に均一に分散する手段を設けることによって、被処理面におけるガス濃度の分布の均一性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る熱処理装置の構成の一例を示す図である。
【図２】加熱処理部の構成の一例を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る熱処理装置において処理対象物を収容する容器の一例を示す斜視図である。
【図４】第１の実施形態に係る熱処理装置において処理対象物を収容する容器の一例を示す断面図である。
【図５】第２の実施形態に係る熱処理装置において処理対象物を収容する容器の一例を示す斜視図である。
【図６】第２の実施形態に係る熱処理装置において処理対象物を収容する容器の一例を示す断面図である。
【図７】第２の実施形態に係る熱処理装置において処理対象物を収容する容器の他の例を示す斜視図である。
【図８】第２の実施形態に係る熱処理装置において処理対象物を収容する容器の他の例を示す断面図である。
【図９】第３の実施形態に係る熱処理装置において処理対象物を収容する容器の一例を示す斜視図である。
【図１０】第３の実施形態に係る熱処理装置において処理対象物を収容する容器の一例を示す断面図である。
【図１１】第４の実施形態に係る熱処理装置において処理対象物を収容する容器の一例を示す第１の断面図である。
【図１２】第４の実施形態に係る熱処理装置において処理対象物を収容する容器の一例を示す第２の断面図である。
【図１３】図１１に示す容器の空間部分に球体を充填した例を示す図である。
【図１４】図１２に示す容器の空間部分に球体を充填した例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る熱処理装置の構成の一例を示す図である。
図１に示す熱処理装置は、処理対象物をガス雰囲気下で加熱するためのチャンバーと加熱手段を備えた加熱処理部１と、加熱処理部１のチャンバーに処理ガスやキャリアガスを供給するガス供給部２と、加熱処理部１のチャンバーから排出される粉体やガス中の成分を取り除くトラップ部３と、トラップ部３の後段で加熱処理部１のチャンバー内のガスを排気するポンプ部４と、ポンプ部４によって排気されたガス中の有害物質を除去する除害部５を有する。
【００２２】
図２は、加熱処理部１の構成の一例を示す図である。
図２に示す加熱処理部１は、加熱対象物を収容する熱処理チャンバー１０と、加熱手段としてのヒーター部３０と、内部に処理対象物を収容する容器２０と、容器２０を保持しつつ熱処理チャンバー１０内に容器２０を出し入れするための機構を備えたマニピュレータ部６０を有する。
【００２３】
熱処理チャンバー１０は、外部のヒーター部３０からの熱線を透過する材質（例えば石英ガラス）で形成された熱線透過部１１を有する。熱線透過部１１は、筒状の形に作られており、その両端が保持部１２によってそれぞれベース台９０に固定される。熱線透過部１１の両端の保持部１２には、それぞれ中継部１３，１５が接続される。中継部１３，１５の端は、フランジ１４，１６によって塞がれる。
【００２４】
中継部１３には、キャリアガス（例えばアルゴン等の不活性ガス）を熱処理チャンバー１０の内部に導入するためのガス導入口（第１ガス導入口）が形成される。このガス導入口に固定された中継管４１は、図示しないパイプを介してガス供給部２のキャリアガス供給源に接続される。
【００２５】
中継部１３の端を塞ぐフランジ１４の中央部（筒状の熱線透過部１１の軸線が通る部分）には、マニピュレータ部６０の容器保持ロッド６１を挿通するための開口部が形成される。容器保持ロッド６１は、熱線によって加熱され難い材質（例えば石英ガラス）によって形成されており、その一方の端部において容器２０を保持する。中継部１３の開口部は、容器保持ロッド６１の他方の端部に固定された蓋部６３によって閉鎖される。マニピュレータ部６０の移動機構６２は、容器保持ロッド６１と蓋部６３を熱線透過部１１の軸線方向において移動自在に保持する。
【００２６】
中継部１５の端を塞ぐフランジ１６の中央部には、熱処理チャンバー１０内部のガスを排出するためのガス排出口（第１ガス排出口）が形成される。このガス排出口に固定された中継管５１（第１ガス排出路）は、図示しないパイプを介してトラップ部３に接続される。
【００２７】
容器２０には、処理ガスを導入するためのパイプ４２（第２ガス導入路）が接続される。パイプ４２は、蓋部６３の中央付近に形成された孔を挿通する。蓋部５３の孔を挿通したパイプ４２は、ガス供給部２の処理ガス供給源に接続される。容器２０内に処理ガスを導入するガス流路が、パイプ４２によって熱処理チャンバー１０内部の空間から隔てられているため、処理ガスが熱処理チャンバー１０内部の空間に漏れ難くなっている。
パイプ４２を通じて容器２０に処理ガスを導入することにより、容器２０内の処理対象物に無駄なく必要な量の処理ガスを導入できる。また、熱線によって熱せられたパイプ４２が処理ガスを効果的に加熱するので、温度を上昇させた状態の処理ガスを処理対象物に供給できる。
【００２８】
容器２０には、内部のガスを排出するためのパイプ５２（第２ガス排出路）が接続される。パイプ５２の先端は、フランジ１６のガス排出口を通って中継管５１の内側に達している。容器２０内に処理ガスを導入するガス流路が、パイプ５２によって熱処理チャンバー１０内部の空間から隔てられているため、処理ガスが熱処理チャンバー１０内部の空間に漏れ難くなっている。また、中継管５１に流れるキャリアガスとパイプ５２から排出されるガスとが混合されてポンプ４により排気されるため、パイプ５２から排出されるガスをキャリアガスによって希釈化できる。
【００２９】
ヒーター部３０は、熱線透過部１１のほぼ中間部の上側と下側にそれぞれ配置された複数の赤外線ランプ３１を含む。複数の棒状の赤外線ランプ３１が、熱線透過部１１の上側と下側においてそれぞれ平行に並んで配置される。図２の例において、赤外線ランプ３１は紙面の垂直方向に延びている。赤外線ランプ３１の背後には、熱線を熱線透過部１１に向けて反射する反射板が配置される。
なお、上側の赤外線ランプ３１の配列方向と下側の赤外線ランプ３１の配列方向とが直角に交差するようにこれらのランプを配置してもよい。例えば上側の赤外線ランプ３１の長手方向が紙面の垂直方向に延び、下側の赤外線ランプ３１の長手方向が紙面の水平方向へ延びるように配置してもよい。これにより、容器２０付近における熱線の平面的な分布がより均一になる。
【００３０】
図３，図４は、処理対象物９を収容する容器２０の一例を示す図である。図３は斜視図を示し、図４はＡ−Ａ'断面図を示す。但し、図３の斜視図では、容器２０の上蓋２１０の図示を省略している。
【００３１】
容器２０は、処理対象物９とともに加熱されることから、処理対象物９の温度を均一にできるとともに処理ガスの温度を高めることができるように、熱線の吸収性がよく耐熱性に優れた材料（例えば高純度のカーボンや炭化ケイ素（ＳｉＣ）など）によって形成される。
【００３２】
図３，図４の例において、容器２０は本体部２０１と上蓋２１０を有する。本体部２０１の内側には、比較的高さが低く横幅の広い空間が形成され、その中にほぼ矩形で板状の処理対象物９（半導体基板、金属化合物の基板など）が配置される。処理対象物９が配置される本体部２０１の底面には、処理対象物９を位置決めするための凹部が形成される。上蓋２１０の縁に沿って突条が形成されており、この突条と嵌り合う溝２６１（座ぐり）が本体部２０１の上面の縁に沿って形成される。本体部２０１の上部を上蓋２１０によって閉じると、処理対象物９はほぼ密閉された空間内に収容された状態となる。
【００３３】
本体部２０１の一側面部の中央には、内部に処理ガスを導入するためのガス導入口２０４（第２ガス導入口）が形成される。ガス導入口２０４は、中継管２０２を介してパイプ４２（図２）に接続される。また、ガス導入口２０４が形成された側面部と対向する本体部２０１の他方の側面部の中央には、内部のガスを排出するためのガス排出口２０５（第２ガス排出口）が形成される。ガス排出口２０５は、中継管２０３を介してパイプ５２（図２）に接続される。
【００３４】
本体部２０１のガス導入口２０４と処理対象物９の被処理面（上面）との間には、ガス導入口２０４から被処理面へ供給される処理ガスの流れを被処理面付近において被処理面と平行なＸ方向に均一に分散するための手段（第１分散手段）が設けられている。Ｘ方向は、図３に示すように、ガス導入口２０４とガス排出口２０５の中央を通る直線に対して垂直な方向になっている。
【００３５】
図３の例において、本体部２０１の側面の内壁に形成された傾斜部２１５は、この第１分散手段を構成する。ガス導入口２０４からハ字状に広がった傾斜部２１５によって、Ｘ方向と平行な方向における空間の幅がガス導入口２０４から被処理面に向かって連続的に広がる。これにより、ガス導入口２０４から被処理面側に向かうガスの流れが被処理面付近においてＸ方向に均一に分散し易くなる。
【００３６】
また図３の例において、２つ仕切り板２１１，２１２も第１分散手段を構成する。仕切り板２１１，２１２は、Ｘ方向と平行に配置されており、その両端が傾斜部２１５に固定される。仕切り板２１１がガス導入口２０４と近い側に配置され、仕切り板２１２が処理対象物９と近い側に配置される。各仕切り板２１１，２１２には、Ｘ方向と平行な方向において等間隔に複数のガス流通用の孔２２０が形成される。
【００３７】
ガス導入口２０４に導入された処理ガスは、まず仕切り板２１１によって流れを遮られて滞留する。この滞留によって、仕切り板２１１の複数の孔２２０を通る処理ガスの流量が均一化する。仕切り板２１１の孔２２０を通った処理ガスは、仕切り板２１２によって流れを遮られて更に滞留する。仕切り板２１２の複数の孔２２０から、流量が均一化された処理ガスが被処理面側に向かって流れる。このように、仕切り板２１１，２１２を設けることによって、ガス導入口２０４から被処理面側に供給される処理ガスの流れが被処理面付近においてＸ方向に均一に分散する。
【００３８】
他方、本体部２０１のガス排出口２０５と処理対象物９の被処理面との間には、被処理面からガス排出口２０５へ流れるガス（処理ガス及び熱処理反応後のガスを含む）の流れを被処理面付近においてＸ方向に均一に分散するための手段（第２分散手段）が設けられている。
【００３９】
図３の例において、本体部２０１の側面の内壁に形成された傾斜部２１６は、この第２分散手段を構成する。ガス排出口２０５からハ字状に広がった傾斜部２１６によって、Ｘ方向と平行な方向における空間の幅がガス排出口２０５から被処理面に向かって連続的に広がる。これにより、被処理面側からガス排出口２０５へ向かうガスの流れが被処理面付近においてＸ方向に均一に分散し易くなる。
【００４０】
また図３の例において、２つ仕切り板２１３，２１４も第２分散手段を構成する。仕切り板２１３，２１４は、Ｘ方向と平行に配置されており、その両端が傾斜部２１６に固定される。仕切り板２１４がガス排出口２０５と近い側に配置され、仕切り板２１３が処理対象物９と近い側に配置される。各仕切り板２１３，２１４には、Ｘ方向と平行な方向において等間隔に複数のガス流通用の孔２２０が形成される。
【００４１】
ガス排出口２０５側へガスが流れるとき、仕切り板２１４によってガスの流れが遮られて滞留が生じるため、仕切り板２１４の複数の孔２２０を通るガスの流量が均一化する。仕切り板２１４の複数の孔２２０を通ってガスが流れると、処理対象物９側からこの複数の孔２２０に向かうガスの流れが生じる。このガスの流れは、仕切り板２１３によって遮られて滞留を生じるため、仕切り板２１３の複数の孔２２０を通るガスの流量が更に均一化する。このように、仕切り板２１３，２１４を設けることによって、被処理面側からガス排出口２０５へ排出されるガスの流れが被処理面付近においてＸ方向に均一に分散する。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態に係る熱処理装置によれば、処理対象物９を収容した容器２０が加熱対象物として熱処理チャンバー１０内で加熱される。ガス供給部２から供給される処理ガスがパイプ４２等を通じて容器２０の内部に導入され、その内部のガスがパイプ５２等を通じてポンプ部４に排出される。そして、パイプ４２，５２により形成されるガス流路が、熱処理チャンバー１０の空間から隔てられている。これにより、熱処理チャンバー１０内の空間に処理ガスが漏洩し難くなるため、処理ガスの成分の付着による熱処理チャンバー１０内の汚染を抑えることができる。
【００４３】
また、本実施形態に係る熱処理装置によれば、ガス供給部２から供給されるアルゴン等のキャリアガスが中継管４１等を通じて熱処理チャンバー１０の内部に導入され、その内部のガスが中継管５１等を通じてポンプ部４に排出される。これにより、熱処理チャンバー１０の内壁に処理ガスが滞留し難くなるため、処理ガスの成分の付着による熱処理チャンバー１０内の汚染をより効果的に抑えることができる。
【００４４】
更に、本実施形態に係る熱処理装置によれば、熱処理チャンバー１０の内部にキャリアガスを導入するための中継管４１が接続されたガス導入口と、熱処理チャンバー１０の内部からガスを排出するための中継管５１が接続されたガス排出口との間に、ヒーター部３０からの熱線を透過する熱線透過部１１が設けられている。これにより、ガス導入口からガス排出口へ向かうキャリアガスの流れの途中に熱線透過部１１が配置されることになり、比較的低温で処理ガスの成分の付着し易い熱線透過部１１の内壁に処理ガスを滞留させ難くすることができるため、熱線透過部１１の汚染をより効果的に抑えることができる。
【００４５】
また、本実施形態に係る熱処理装置によれば、本体部２０１のガス導入口２０４と処理対象物９の被処理面（上面）との間には、ガス導入口２０４から被処理面側へ供給される処理ガスの流れを被処理面付近において被処理面と平行なＸ方向に均一に分散するための手段（第１分散手段）が設けられている。本体部２０１のガス排出口２０５と処理対象物９の被処理面との間には、被処理面側からガス排出口２０５へ流れるガス（処理ガス及び熱処理反応後のガスを含む）の流れを被処理面付近においてＸ方向に均一に分散するための手段（第２分散手段）が設けられている。これにより、Ｘ方向における被処理面の流量の分布を均一化できる。例えば成膜プロセスの場合には、膜厚を均一化できる等の効果が得られる。
【００４６】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
上述した実施形態に係る熱処理装置では、容器２０の一方端と他方端に離間して形成されたガス導入口２０４とガス排出口２０５との間に処理対象物９が配置されており、ガス導入口２０４からガス排出口へ向かうガスの流れと処理対象物９の被処理面とが平行になっている。そのため、ガス導入口２０４から離れるほど、被処理面に供給される熱処理反応前の処理ガスが減少し、逆に熱処理反応後のガスが増大する。その結果、Ｙ方向（ガス導入口２０４とガス排出口２０５の中央を通る直線に対して平行な方向）における処理ガスの供給量が不均一になる。そこで、本実施形態に係る熱処理装置では、このＹ方向における処理ガス供給量の不均一を緩和するため、ガス導入口からのガス流を複数のガス流に分流する分流手段を設ける。
【００４７】
図５，図６は、第２の実施形態に係る熱処理装置における容器２０の一例を示す図である。図５は斜視図を示し、図６はＡ−Ａ'断面図を示す。但し、図５の斜視図では、先に説明した図３と同様に、容器２０の上蓋２１０の図示を省略している。
【００４８】
図５，図６に示す容器２０は分流手段２５０を有しており、また、仕切り板２１２に形成されるガス流通用の孔２２１のサイズが図３，図４に示す容器２０の仕切り板２１２に比べて大きくなっている。図５，図６に示す容器２０のその他の構成は、図３，図４に示す容器２０と同様である。
【００４９】
分流手段２５０は、ガス導入口２０４からのガス流を２つのガス流に分流し、その２つのガス流を被処理面のそれぞれ異なる領域に案内する。
図５，図６の例において、分流手段２５０は、処理対象物９の被処理面と平行な面を持った板部を有する。この板部は、被処理面のガス導入口２０４側における上部の空間を２つに区分する。また板部は、仕切り板２１２の孔２２１のほぼ中央において空間を上下に区分する。これにより、仕切り板２１２の孔２２１を通ったガスは、分流手段２５０の板部の上側と下側に分かれて流れる。板部の下側を流れるガスは、ガス導入口２０４側の末端からガス排出口２０５側の末端まで被処理面の全体を流れる（下側ガス流）。一方、板部の上側に流れるガスは、被処理面の途中からガス排出口２０５側の末端まで流れる（上側ガス流）。仕切り板２１２の板部の上側には、熱処理反応前の処理ガスが流れる。そのため、この新鮮な処理ガスが被処理面の途中から加わることにより、ガス排出口２０５に近い側における熱処理反応前の処理ガスの量を増やすことが可能となり、Ｙ方向における処理ガス供給量の不均一を緩和できる。
【００５０】
なお、分流した処理ガスを被処理面に供給する板部の末端の位置は、種々の条件に応じて任意に調節可能である。図７，図８は、分流手段２５０の板部の末端を図５，図６の例に比べてガス排出口２０５側に延長した例を示す。これにより、被処理面のガス排出口２０５側に近い領域における処理ガスの供給量を増やすことができる。
【００５１】
また、本実施形態の他の例では、分流手段２５０の板部を２枚以上設けることによって、ガス流を３以上に分流することも可能である。この場合、各板部の末端の位置を変えることで、複数のガス流を被処理面のそれぞれ異なる位置まで案内することができる。
【００５２】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００５３】
図９，図１０は、第３の実施形態に係る熱処理装置において処理対象物９を収容する容器２０の一例を示す図である。図９は斜視図を示し、図１０はＡ−Ａ'断面図を示す。但し、図９の斜視図では、容器２０の上蓋２１０の図示を省略している。
図９，図１０に示す容器２０は、図３、図４に示す容器２０と同様の構成を有するとともに、第１分散手段及び第２分散手段として複数の球体２４０を有する。球体２４０は、例えばセラミックス等の耐熱性のある材料で形成される。球体２４０は略同一の大きさを有しており、均一の密度で配置される。図９，図１０の例において、第１分散手段としての球体２４０は仕切り板２１２からガス導入口２０４までの領域に密に充填され、第２分散手段としての球体２４０は仕切り板２１３からガス排出口２０５までの領域に密に充填される。
【００５４】
このような複数の球体２４０を均一な密度で配置するることにより、ガスの流れが球体２４０に遮られて滞留を生じ易くなり、球体２４０の隙間を通り抜けるガスの流量が均一になり易くなる。そのため、被処理面付近におけるガス流をＸ方向へ更に均一に分散させることができる。
【００５５】
＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
【００５６】
図１１，図１２は、本発明の第４の実施形態に係る熱処理装置における容器２０の一例を示す図である。図１１は上述した図４に対応するＡ−Ａ'断面図を示し、図１２は被処理面の上側から見たＢ−Ｂ'断面図を示す。
【００５７】
図１１，図１２に示す容器２０は、第１分散手段として、被処理面の上側にこれと平行な仕切り板２１５を有する。仕切り板２１５には、複数のガス流通孔２２０が形成される。この複数の孔２２０は、例えば２次元的（Ｘ方向及びＹ方向）に等間隔に形成される。ガス導入口２０４において導入される処理ガスは、この仕切り板２１５の各ガス流通孔２２０を通って下側の被処理面に流れる。
【００５８】
また、図１１，図１２に示す容器２０は、第２分散手段として、処理対象物９の被処理面を取り囲む仕切り板２１６を有する。この仕切り板２１６にも、複数のガス流通孔２２０が形成される。仕切り板２１６のＸ方向に延びる部分には、複数の孔２２０がＸ方向に等間隔に形成され、仕切り板２１６のＹ方向に延びる部分には、複数の孔２２０がＹ方向に等間隔に形成される。仕切り板２１６の内側のガスは、仕切り板２１６に形成された各ガス流通孔２２０を通り、容器２０の内側壁と仕切り板２１６とによって囲まれた外側の領域に流れ、そこから容器２０の側壁の一部に開けられたガス排出口２０５を通って容器２０の外部（パイプ５２）に排出される。
【００５９】
このように、複数のガス流通孔２２０が形成された仕切り板２１５を被処理面の上側に配置し、複数のガス流通孔２２０が形成された仕切り板２１６によって被処理面の周囲を取り囲む構造にすることで、被処理面に供給される処理ガスの量の平面的な分布をより均一にすることができる。
【００６０】
以上、本発明の幾つかの実施例について説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、種々のバリエーションを含んでいる。
【００６１】
上述した第３の実施形態では、セラミックス等で形成された複数の球体を均一な密度で配置した領域を設けることによってガス流を均一に分散する例が挙げられているが、本発明はこれに限定されない。本発明の他の例では、空隙の密度が均一な多孔性の部材として、例えばカーボン繊維やカーボンメッシュ材などを複数の球体の替わりに用いてもよい。
【００６２】
また、上述した第３の実施形態では、複数の球体の配置領域を区切るために、孔を開けた仕切り板が流用されているが、本発明はこれに限定されない。本発明の他の実施形態では、球体の外形に比べて細かい空隙を持った網状体を、球体の配置領域の境界面に設けてもよい。
この網状体を、処理ガスの導入口（第２ガス導入口）に比べて処理対象物の被処理面に近い側にある境界面に設けるようにすれば、処理ガスの導入口から処理対象物の被処理面へ向かう処理ガスの流れを、被処理面により近い場所で均一に分散させることができる。
また、この網状体を、処理ガスの排出口（第２ガス排出口）に比べて処理対象物の被処理面に近い側にある境界面に設けるようにすれば、処理対象物の被処理面から排出口へ向かう処理ガスの流れを、被処理面により近い場所で均一に分散させることができる。
【００６３】
また、上述した第２の実施形態や第４の実施形態で説明した容器２０において、ガス導入口２０４と被処理面との間の空間や、被処理面とガス排出口２０５との間の空間には、上述した球体や多孔性部材を適宜配置してもよい。
図１３，図１４に示す容器２０は、上述した図１１，図１２に示す容器２０における仕切り板２１５の上側の空間と、仕切り板２１５の下側かつ仕切り板２１６の外側の空間において、複数の球体２４０を充填した例を示す。この場合、容器２０には、仕切り板２１５，２１６の替わりに網状体を設けてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１…加熱処理部、２…ガス供給部、３…トラップ部、４…ポンプ部、５…除害部、９…処理対象物、１０…熱処理チャンバー、１１…熱線透過部、２０…容器、３０…ヒーター部、４１，５１…中継管、４２，５２…パイプ、２０１…本体部２１０、２０４…ガス導入口、２０５…ガス排出口、２１０…上蓋、２１１〜２１６…仕切り板、２２０，２２１…ガス流通用の孔、２４０…球体、２５０…分流手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象物を収容する容器と、
前記容器を加熱対象物として収容する熱処理チャンバーと、
前記熱処理チャンバー内にキャリアガスを導入する第１ガス導入路と、
前記熱処理チャンバー内の空間から隔てられたガス流路であって、前記容器内に処理ガスを導入する第２ガス導入路と、
前記熱処理チャンバー内のガスを排出する第１ガス排出路と、
前記熱処理チャンバー内の空間から隔てられたガス流路であって、前記容器内からガスを排出する第２ガス排出路と、
を有する熱処理装置。
【請求項２】
前記熱処理チャンバーは、
前記第１ガス導入路につながる第１ガス導入口と、
前記第１ガス排出路につながる第１ガス排出口と、
前記第１ガス導入口と前記第１ガス排出口との間に設けられ、外部の発熱体からの熱線を透過する熱線透過部と、
を含む、
請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記容器は、
前記第２ガス導入路につながる第２ガス導入口と、
前記第２ガス導入口と前記処理対象物の被処理面との間に介在し、前記第２ガス導入口から前記被処理面へ供給される前記処理ガスの流れを前記被処理面付近において前記被処理面と平行な方向に均一に分散する第１分散手段と、
を含む、
請求項２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記容器は、
前記第２ガス排出路につながる第２ガス排出口と、
前記第２ガス排出口と前記処理対象物の前記被処理面との間に介在し、前記被処理面から前記第２ガス排出口へ排出されるガスの流れを前記被処理面付近において前記被処理面と平行な方向に均一に分散する第２分散手段と、
を含む、
請求項３に記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記第１分散手段は、
前記第２ガス導入口から前記被処理面へのガスの流れを遮るとともに、前記被処理面と平行な方向において等間隔に複数のガス流通用の孔が形成された少なくとも１つの仕切り板、
及び、
前記被処理面と平行な方向において略均一の密度で配置された複数の球体、
及び、
前記被処理面と平行な方向において略均一の密度で空隙が形成された多孔性部材、
及び、
前記被処理面と平行な方向における空間の幅が前記第２ガス導入口から前記被処理面に向かって連続的に広がるように前記容器の内壁に形成された第１傾斜部、
の少なくとも１つを含む、
請求項３に記載の熱処理装置。
【請求項６】
前記第２分散手段は、
前記被処理面から前記第２ガス排出口へのガスの流れを遮るとともに、前記被処理面と平行な方向において等間隔に複数のガス流通用の孔が形成された少なくとも１つの仕切り板、
及び、
前記被処理面と平行な方向において略均一の密度で配置された複数の球体、
及び、
前記被処理面と平行な方向において略均一の密度で空隙が形成された多孔性部材、
及び、
前記被処理面と平行な方向における空間の幅が前記第２ガス排出口から前記被処理面に向かって連続的に広がるように前記容器の内壁に形成された第２傾斜部、
の少なくとも１つを含む、
請求項４に記載の熱処理装置。
【請求項７】
前記容器は、
前記複数の球体の配置領域を区切る網状体であって、前記球体の外形に比べて細かい空隙を持ち、前記第２ガス導入口に比べて前記被処理面に近い前記配置領域の境界面に設けられた網状体を有する、
及び／又は、
前記複数の球体の配置領域を区切る網状体であって、前記球体の外形に比べて細かい空隙を持ち、前記第２ガス排出口に比べて前記被処理面に近い前記配置領域の境界面に設けられた網状体を有する、
請求項５又は６に記載の熱処理装置。
【請求項８】
前記容器は、前記第２ガス導入口からのガス流を複数のガス流に分流し、当該複数のガス流を前記被処理面のそれぞれ異なる領域に案内する分流手段を有する、
請求項５乃至７の何れか一項に記載の熱処理装置。
【請求項９】
前記第２ガス導入口と前記第２ガス排出口は、前記容器の一方端と他方端とに離間して形成され、
前記処理対象物は、前記第２ガス導入口と前記第２ガス排出口との間に、前記第２ガス導入口から前記第２ガス排出口へ向かうガスの流れと前記被処理面とが平行になるように配置され、
前記分流手段は、前記処理対象物の前記被処理面と平行な壁面によって前記容器内における前記第２ガス導入口側の前記被処理面の上部空間を複数に区分する少なくとも１つの壁部を含む、
請求項８に記載の熱処理装置。
【請求項１】
処理対象物を収容する容器と、
前記容器を加熱対象物として収容する熱処理チャンバーと、
前記熱処理チャンバー内にキャリアガスを導入する第１ガス導入路と、
前記熱処理チャンバー内の空間から隔てられたガス流路であって、前記容器内に処理ガスを導入する第２ガス導入路と、
前記熱処理チャンバー内のガスを排出する第１ガス排出路と、
前記熱処理チャンバー内の空間から隔てられたガス流路であって、前記容器内からガスを排出する第２ガス排出路と、
を有する熱処理装置。
【請求項２】
前記熱処理チャンバーは、
前記第１ガス導入路につながる第１ガス導入口と、
前記第１ガス排出路につながる第１ガス排出口と、
前記第１ガス導入口と前記第１ガス排出口との間に設けられ、外部の発熱体からの熱線を透過する熱線透過部と、
を含む、
請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記容器は、
前記第２ガス導入路につながる第２ガス導入口と、
前記第２ガス導入口と前記処理対象物の被処理面との間に介在し、前記第２ガス導入口から前記被処理面へ供給される前記処理ガスの流れを前記被処理面付近において前記被処理面と平行な方向に均一に分散する第１分散手段と、
を含む、
請求項２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記容器は、
前記第２ガス排出路につながる第２ガス排出口と、
前記第２ガス排出口と前記処理対象物の前記被処理面との間に介在し、前記被処理面から前記第２ガス排出口へ排出されるガスの流れを前記被処理面付近において前記被処理面と平行な方向に均一に分散する第２分散手段と、
を含む、
請求項３に記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記第１分散手段は、
前記第２ガス導入口から前記被処理面へのガスの流れを遮るとともに、前記被処理面と平行な方向において等間隔に複数のガス流通用の孔が形成された少なくとも１つの仕切り板、
及び、
前記被処理面と平行な方向において略均一の密度で配置された複数の球体、
及び、
前記被処理面と平行な方向において略均一の密度で空隙が形成された多孔性部材、
及び、
前記被処理面と平行な方向における空間の幅が前記第２ガス導入口から前記被処理面に向かって連続的に広がるように前記容器の内壁に形成された第１傾斜部、
の少なくとも１つを含む、
請求項３に記載の熱処理装置。
【請求項６】
前記第２分散手段は、
前記被処理面から前記第２ガス排出口へのガスの流れを遮るとともに、前記被処理面と平行な方向において等間隔に複数のガス流通用の孔が形成された少なくとも１つの仕切り板、
及び、
前記被処理面と平行な方向において略均一の密度で配置された複数の球体、
及び、
前記被処理面と平行な方向において略均一の密度で空隙が形成された多孔性部材、
及び、
前記被処理面と平行な方向における空間の幅が前記第２ガス排出口から前記被処理面に向かって連続的に広がるように前記容器の内壁に形成された第２傾斜部、
の少なくとも１つを含む、
請求項４に記載の熱処理装置。
【請求項７】
前記容器は、
前記複数の球体の配置領域を区切る網状体であって、前記球体の外形に比べて細かい空隙を持ち、前記第２ガス導入口に比べて前記被処理面に近い前記配置領域の境界面に設けられた網状体を有する、
及び／又は、
前記複数の球体の配置領域を区切る網状体であって、前記球体の外形に比べて細かい空隙を持ち、前記第２ガス排出口に比べて前記被処理面に近い前記配置領域の境界面に設けられた網状体を有する、
請求項５又は６に記載の熱処理装置。
【請求項８】
前記容器は、前記第２ガス導入口からのガス流を複数のガス流に分流し、当該複数のガス流を前記被処理面のそれぞれ異なる領域に案内する分流手段を有する、
請求項５乃至７の何れか一項に記載の熱処理装置。
【請求項９】
前記第２ガス導入口と前記第２ガス排出口は、前記容器の一方端と他方端とに離間して形成され、
前記処理対象物は、前記第２ガス導入口と前記第２ガス排出口との間に、前記第２ガス導入口から前記第２ガス排出口へ向かうガスの流れと前記被処理面とが平行になるように配置され、
前記分流手段は、前記処理対象物の前記被処理面と平行な壁面によって前記容器内における前記第２ガス導入口側の前記被処理面の上部空間を複数に区分する少なくとも１つの壁部を含む、
請求項８に記載の熱処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１６７８６５（Ｐ２０１２−１６７８６５Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２９２３３（Ｐ２０１１−２９２３３）
【出願日】平成２３年２月１４日（２０１１．２．１４）
【出願人】（０００１９２３８３）アルバック理工株式会社 (26)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１４日（２０１１．２．１４）
【出願人】（０００１９２３８３）アルバック理工株式会社 (26)
【Ｆターム（参考）】
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