特許 6010183 連続拡散処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6010183

(24)【登録日】2016年9月23日

(45)【発行日】2016年10月19日

(54)【発明の名称】連続拡散処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/22 20060101AFI20161006BHJP

   H01L 21/677 20060101ALI20161006BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/22 501B

   H01L21/22 501S

   H01L21/68 A

【請求項の数】5

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-102370(P2015-102370)

(22)【出願日】2015年5月20日

(62)【分割の表示】特願2010-144528(P2010-144528)の分割

【原出願日】2010年6月25日

(65)【公開番号】特開2015-188095(P2015-188095A)

(43)【公開日】2015年10月29日

【審査請求日】2015年6月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000167200

【氏名又は名称】光洋サーモシステム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000280

【氏名又は名称】特許業務法人サンクレスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森川 清彦

(72)【発明者】

【氏名】笠次 克尚

(72)【発明者】

【氏名】西村 圭介

(72)【発明者】

【氏名】芦田 忍

【審査官】 桑原 清

(56)【参考文献】

【文献】 特公昭４３−０２６８０９（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開平０９−１４８２５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６０−１４６３３９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０９−１８１００８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５４−１０３７５０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５２−０４２０７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０９７７６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０３−０９５６３２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０１−２２８１２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２３５４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭６０−０２９２９５（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開平０７−３２６７８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２２

Ｈ０１Ｌ ２１／６７７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数枚の板状の被処理物を載せる搬送台と、
前記搬送台を搬入する搬入部から当該搬送台を搬出する搬出部まで直線状に延びる筒状の加熱炉と、
前記加熱炉内に前記搬送台を前記搬入部から順次搬入し、当該加熱炉内を搬送した前記搬送台を前記搬出部から順次搬出する搬送装置と、
前記加熱炉内のガスを炉外に排出するための排出パイプと、
前記排出パイプに接続されたガス排出装置と、
前記加熱炉内を通過する前記搬送台に載せた前記被処理物を加熱する加熱装置とを備え、
前記加熱炉内の前記搬入部から前記搬出部までの間を、被処理物に対してそれぞれ異なる処理を施すための複数のゾーンに分け、
前記排出パイプは、前記加熱炉内から搬入部および搬出部の外側まで延びて、加熱炉内のガスを炉外に排出するように構成され、
前記排出パイプには、前記加熱炉内のガスを吸引するための吸引口が前記各ゾーン毎に設けられ、
前記排出パイプは、夫々前記加熱炉の外部で反転し当該加熱炉の延在方向に沿って中心方向に相互に接近するように延び、前記ガス排出装置によって、加熱炉内のガスを当該中心位置の近傍から外部に排出するように構成されることを特徴とする連続拡散処理装置。

【請求項2】

前記ガス排出装置は、前記加熱炉の外部に設けられたガス排出器を有し、前記各排出パイプの両端部と前記ガス排出器は排出ガスの流量を調整するためのバルブを介して接続され、
制御装置と、前記ゾーン毎にそれぞれの圧力を検出するセンサとを有し、前記排出ガス用のバルブを制御することによって各ゾーンにおける加熱炉内の圧力を個別に調整する請求項１記載の連続拡散処理装置。

【請求項3】

前記搬送台は、その底部に当該搬送台の移動を補助する一対の移動手段を有し、前記排出パイプは、加熱炉内において、前記一対の移動手段の間に配置されている請求項１又は２に記載の連続拡散処理装置。

【請求項4】

前記排出パイプを内部に格納する箱体が備えられる排気構造部を有し、
当該排気構造部は、前記一対の移動手段の間に配置され、上端を覆う上壁にガスが流入する貫通穴が形成され、前記加熱炉内のガスが当該貫通穴を通過して前記排出パイプの吸引口に流入する請求項１〜３のいずれか一項に記載の連続拡散処理装置。

【請求項5】

前記排気構造部の、前記搬送台の搬送方向に向かって左右の側面が、当該搬送台の一対の移動手段を搬送方向に直線的に誘導するガイド機能を有する請求項４に記載の連続拡散処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、連続拡散処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、結晶シリコンによる太陽電池セルの製造では、シリコン製の被処理物（ウエハ）の表面に、所定の元素からなる不純物を付着させ、この不純物を被処理物の内部に拡散させる拡散処理が行われる。このような拡散処理を行う拡散処理装置として、例えば、バッチ式のものがあり、このバッチ式の装置は、被処理物を加熱する加熱炉を備え、加熱炉は、複数の被処理物の載せたトレイを格納するだけの大きさを有している。
この加熱炉においては、被処理物を投入した後、当該加熱炉内に不純物を含むガスを供給し、加熱炉内を昇温し不純物を被処理物の内部に拡散させる。その後、加熱炉内を降温してから、被処理物を加熱炉から取り出している。

【0003】

このようなバッチ式の加熱炉を用いる場合、処理品質の向上を望めるが、実際に加熱炉内で拡散処理を行う時間の前後に、炉内を所定温度まで昇温する時間、及び、炉内を降温させる時間が必要となり、被処理物を連続して処理することができず、生産効率を高めるのは困難である。

【0004】

そこで、特許文献１に開示されているように、筒状の加熱炉と、被処理物を並べて加熱炉内を搬送するコンベアと、加熱炉内を通過する被処理物を加熱する加熱装置と、加熱炉内に不純物を含むガスを供給するガス供給装置とを備えた連続拡散処理装置がある。
さらに、この装置では、加熱炉の内部の雰囲気と外気とを遮断するために、加熱炉の両端部において、上から下に向けて窒素ガスが吹き出されており、ガスカーテンが形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平９−２９８１６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載の装置によれば、被処理物を連続的に処理することができ、バッチ式と比べて、生産効率を高めることができる。
しかし、前記のとおり、ガスカーテンによって加熱炉の内部の雰囲気と外気とを遮断しているが、加熱炉の内部は、拡散処理を実際に行うゾーンと、その他のゾーンとが、明確に区画されていない。このため、ゾーン毎の雰囲気を制御するのは困難となり、バッチ式と比べると、被処理物の処理品質が低くなるおそれがある。

【0007】

そこで、本発明は、生産効率の向上と処理品質の向上とを両立させることが可能となる連続拡散処理装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の連続拡散処理装置は、複数枚の板状の被処理物を載せる搬送台と、前記搬送台を搬入する搬入部から当該搬送台を搬出する搬出部まで直線状に延びる筒状の加熱炉と、前記加熱炉内に前記搬送台を前記搬入部から順次搬入し、当該加熱炉内を搬送した前記搬送台を前記搬出部から順次搬出する搬送装置と、前記加熱炉内のガスを炉外に排出するための排出パイプと、前記排出パイプに接続されたガス排出装置と、前記加熱炉内を通過する前記搬送台に載せた前記被処理物を加熱する加熱装置とを備え、前記加熱炉内の前記搬入部から前記搬出部までの間を、被処理物に対してそれぞれ異なる処理を施すための複数のゾーンに分け、前記排出パイプは、前記加熱炉内から搬入部および搬出部の外側まで延びて、加熱炉内のガスを炉外に排出するように構成され、前記排出パイプには、前記加熱炉内のガスを吸引するための吸引口が前記各ゾーン毎に設けられ、前記排出パイプは、夫々前記加熱炉の外部で反転し当該加熱炉の延在方向に沿って中心方向に相互に接近するように延び、前記ガス排出装置によって、加熱炉内のガスを当該中心位置の近傍から外部に排出するように構成されることを特徴とする。

【0009】

本発明によれば、搬送台に載せた被処理物を、加熱炉内を搬送しながら拡散処理することができ、従来のバッチ式と比べて、生産性を高めることができる。そして、加熱炉内が隔壁部材によって複数のゾーンに区画されており、ゾーン毎に個別にガスが供給されると共に、ゾーン毎に個別にガスが排出されるので、加熱炉内のゾーン毎の雰囲気を制御することができ、品質の高い被処理物を得ることが可能となる。

【0010】

また、前記加熱装置は、前記加熱炉の外周に設けられたヒータと、前記ヒータと共に前記加熱炉を覆う筒状の断熱材とを備え、前記ヒータを制御することにより前記ゾーン毎に個別に炉内の温度調整を行う制御装置を備えているのが好ましい。
この場合、加熱炉内の各ゾーンの温度を制御することが可能となり、品質の高い被処理物を得ることが可能となる。

【0011】

また、前記隔壁部材は、前記搬送方向に沿って移動可能として前記加熱炉内に設置されているのが好ましく、この場合、ゾーンの長さの変更が可能となる。

【0012】

また、前記搬送台の搬送方向の長さは、前記隔壁部材によって区画された各ゾーンの搬送方向の長さよりも小さいのが好ましい。
この場合、各ゾーンに、少なくとも１台の搬送台の全体を位置させることができる。このため、同じ搬送台に載せた複数枚の被処理物に対して、ゾーン毎で同じ雰囲気の条件により処理を行うことが可能となり、これら複数の被処理物の品質を均一にすることができる。

【0013】

また、前記加熱装置は、前記加熱炉の外周に設けられたヒータと、前記ヒータと共に前記加熱炉を覆う筒状の断熱材とを備え、前記断熱材は、前記搬送方向に沿って切断された分割構造であるのが好ましい。
この場合、断熱材を分割構造することにより、内側にある加熱炉の脱着が可能となる。

【0014】

また、前記ガス給排装置は、拡散処理を行うためのゾーンに拡散処理のためのガスを供給するガス供給装置と、当該ゾーンのガスを排出するガス排出装置とを有し、前記ガス供給装置は、前記加熱炉の上部に配置され、前記加熱炉は、前記拡散処理を行うためのゾーンにおける前記搬送台が通過する搬送路を、上から及び左右両側から覆うと共に、多数の貫通穴が形成されているカバーを有しているのが好ましい。
拡散処理を行うためのゾーンでは、加熱炉の上部から供給されたガスは広がりながら底部へと流れ、ガスの流れに乱れが生じることがあるが、前記カバーによれば、貫通穴を通過するガスは整流され、ガスの流れの乱れを防ぎ、搬送台に載せた被処理物の周囲のガス濃度（雰囲気）を均質化することができる。

【0015】

また、前記加熱炉内の前記搬入部から前記搬出部までの間は、前記隔壁部材によって、当該搬入部側から昇温ゾーン、均熱ゾーン及び降温ゾーンに区画されており、前記降温ゾーンのガスを前記昇温ゾーンに供給するバイパス流路を備えているのが好ましい。
この場合、被処理物からの廃熱によって高温となった降温ゾーンのガスを昇温ゾーンに与えることができ、昇温ゾーンで加熱炉内を昇温させるために必要となる消費電力の削減が可能となる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、被処理物を、加熱炉内を搬送しながら拡散処理することができ、生産性を高め、かつ、加熱炉内のゾーン毎の雰囲気を制御することで、品質の高い被処理物を得ることができる。つまり、生産効率の向上と処理品質の向上とを両立させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】連続拡散処理装置の斜視図である。

【図2】搬送台の斜視図である。

【図3】加熱炉、搬送装置及び加熱装置を説明する縦断面図である。

【図4】搬送装置の説明図である。

【図5】搬送装置の説明図である。

【図6】連続拡散処理装置の横断面図である。

【図7】加熱炉内を説明するための加熱炉の横断面図である。

【図8】隔壁部材の斜視図である。

【図9】ガス排出装置の説明図である。

【図10】加熱炉の底部を示している説明図である。

【図11】搬送台の車輪部の説明図である。

【図12】搬送台に載せたスペーサの説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［１．全体構成について］
図１は、本発明の連続拡散処理装置の斜視図である。この連続拡散処理装置は、被処理物に対して拡散処理を行うための装置である。例えば、結晶シリコンによる太陽電池セルの製造において、シリコン製のウエハ（被処理物）の表面に、所定の元素からなる不純物を付着させ、この不純物を当該ウエハの内部に拡散させるための装置である。図１では、被処理物の記載を省略している。

【0019】

連続拡散処理装置は、複数枚の板状の被処理物を載せる搬送台５０と、筒状の加熱炉１と、複数の搬送台５０を搬送する搬送装置２と、加熱炉１内を加熱するヒータ３０を有する加熱装置３と、加熱炉１内へのガスの供給及び当該加熱炉１内のガスの排出を行うガス給排装置４とを備えている。さらに、連続拡散処理装置は、搬送装置２等の各装置を制御する制御装置５を備えている。加熱炉１の長手方向（図１では左右方向）と、搬送台５０が搬送される方向とは、一致しており、この方向を前後方向と呼ぶ。また、搬送台５０が搬送される方向に直交する水平方向を左右方向と呼ぶこともある。

【0020】

［２．搬送台５０の概略構成について］
図２は、搬送台５０の斜視図である。搬送台５０は、複数枚の板状の被処理物Ｗを、等間隔で垂直に立てた状態として載せる本体部５１と、本体部５１に取り付けられ加熱炉１の底面を転がる車輪部５２とを有している。
本体部５１には、被処理物Ｗが、前後方向に直交する姿勢で載せられる。本体部５１は、複数本の円柱形状の棒部材５１ａによって直方体形状の枠体として組み立てられている。なお、搬送台５０の詳細な構成については、後に説明する。

【0021】

［３．加熱炉１、搬送装置２及び加熱装置３の構成について］
図３は、加熱炉１、搬送装置２及び加熱装置３を説明する縦断面図である。図３では、被処理物の記載を省略している。
加熱炉１（一般的に炉芯管と呼ばれる）は、前後方向に長く、搬送台５０を搬入する搬入部１１から、搬送台５０を搬出する搬出部１２まで直線状に延びる構成である。加熱炉１は、石英ガラス又はセラミックスからなり、断面が円形の筒からなる。加熱炉１は、連続拡散処理装置が有しているステージ６（図１参照）上に設置されている。
この加熱炉１は、搬入部１１から搬出部１２まで途切れず一体物であり、内部のガスが漏れるのを防いでいる。加熱炉１の一端部の搬入部１１及び他端部の搬出部１２は開放されている。しかし、後に説明するパージガスによって、加熱炉１内の両端部にはガスカーテンが形成されており、加熱炉１内の雰囲気は、加熱炉１外の大気と遮断されている。

【0022】

搬送装置２は、加熱炉１内に搬送台５０を搬入部１１から順次搬入すると共に、搬入した搬送台５０を加熱炉１内を搬送し、さらに、搬出部１２から搬送台５０を順次搬出する機能を有している。図４と図５とは、搬送装置２の説明図である。
搬送装置２は、複数の搬送台５０を、加熱炉１内を列状として搬送する押し込み駆動部２１を有している。押し込み駆動部２１は、搬送台５０に接触するプッシャー２２と、このプッシャー２２が取り付けられている可動片２３と、この可動片２３を前後方向に往復移動させる駆動装置２４とを有している。プッシャー２２、可動片２３及び駆動装置２４は、前記ステージ６（図１参照）上に配置されており、これらは、加熱炉１外に設置されている。

【0023】

駆動装置２４は、前記制御装置５の制御により、前後方向に沿って、可動片２３の進退移動を繰り返す。可動片２３が前進することにより（図５参照）、プッシャー２２は搬送台５０を搬入部１１側へ向かって押す。
この搬送装置２によれば、搬入部１１の上流側（手前）のゾーンＡ０に位置する搬送台５０（図４と図５では５０−１）を、搬入部１１側へ向かって押すことにより、当該搬送台５０−１を、加熱炉１内へ搬入すると共に、この搬入した搬送台５０−１によって、先に搬入されている搬送台５０（５０−２，５０−３）を搬出部１２側へ押して、複数の搬送台５０（５０−２，５０−３）を、同時に、加熱炉１内を列状として搬送することができる。そして、搬出部１２から加熱炉１外にあるゾーンＡ４に、搬送台５０を搬出することができる。

【0024】

プッシャー２２のストロークＳ、つまり、押し込み駆動部２１による搬送台５０の押し込みストロークＳは、搬送台５０の長さＬとほぼ同一である。なお、ほぼ同一とは、搬送台５０を加熱炉１に搬入する準備作業の際、搬送台５０を搬入部１１の上流側のゾーンＡ０に置くために必要となる余裕代Ｋ（空間）を、搬送台５０の長さＬに含めた全長が、前記ストロークＳと同一となる場合を含むことを意味している。
また、図５において、１回の押し込みストロークＳにより加熱炉１に搬入された搬送台５０−１の左側の端部は、加熱炉１の左側の端部と、前後方向の位置についてほぼ一致する。このように、１回の押し込みストロークＳにより、搬送台５０を１台ずつ搬入部１１から加熱炉１内へ搬入し、かつ、搬送台５０を１台ずつ加熱炉１から搬出させることが可能となる。

【0025】

図３において、加熱装置３は、加熱炉１の外周に設けられ前後方向に並べられた複数のヒータ３０と、各ヒータ３０と共に加熱炉１を外周側から覆う筒状の断熱材３１とを備えている。加熱装置３は、加熱炉１内を加熱し、加熱炉１内を通過する搬送台５０に載っている被処理物を加熱する。
後に説明するが、加熱炉１内は、複数のゾーンに区画されており、複数のゾーンの内の、ゾーンＡ１−２，Ａ２−１，Ａ２−２，Ａ３−１の外周側に、ヒータ３０がそれぞれ設けられている。ヒータ３０は、例えば筒型のヒータである。

【0026】

断熱材３１は、少なくともゾーンＡ１−２，Ａ２−１，Ａ２−２，Ａ３−１の外周側に設置されている。図６は、拡散処理装置の横断面図である。断熱材３１は、全体が筒形状であるが、分割構造であり、前後方向（図６では紙面方向）に沿って切断されており、前後方向に長い分割面３２を有している。
断熱材３１と同様に、リング型の前記ヒータ３０も前後方向に沿って切断された分割構造であり、分割面３２と同じ位置で分割されている。
断熱材３１の外周側には、分割面３２を挟んだ直径方向両側に、ヒンジ部３３とロック部３４とを有している。ロック部３４を固定状態（図６の状態）から固定解除状態とすることで、ヒンジ部３３を中心として、分割構造である断熱材３１を展開することが可能となる。断熱材３１及びヒータ３０を分割構造とすることにより、断熱材３１の内側にある加熱炉１の脱着が可能となり、装置のメンテナンスが容易となる。

【0027】

図３において、加熱炉１内には、複数の隔壁部材７が設けられている。隔壁部材７は、加熱炉１内の搬入部１１から搬出部１２までの間を、前後方向に複数のゾーンに区画している。本実施形態では、５個の隔壁部材７によって、６つのゾーンＡ１−１，Ａ１−２，Ａ２−１，Ａ２−２，Ａ３−１，Ａ３−１に区画している。
第１と第２のゾーンＡ１−１，Ａ１−２は、昇温ゾーンＡ１であり、この内の第１ゾーンＡ１−１では、前記ガスカーテンが形成され、第２ゾーンＡ１−２では、その外周側に設けられたヒータ３０により、炉内が加熱され、第２ゾーンＡ１−２を通過する被処理物Ｗの温度を高める。

【0028】

第３と第４のゾーンＡ２−１，Ａ２−２は、炉内温度が一定に維持される均熱ゾーンＡ２であり、その外周側に設けられたヒータ３０により、炉内温度を例えば８５０〜９００℃に維持し、均熱ゾーンＡ２を通過する被処理物の温度を一定に保つ。第３ゾーンＡ２−１では、拡散処理を行うためのガスが炉内に供給され、第４ゾーンＡ２−２では、前記ガスに含まれていた不純物がその表面に付着した被処理物に対して、実際の拡散処理が行われる。
第５と第６のゾーンＡ３−１，Ａ３−２は、降温ゾーンＡ３であり、この内の第５ゾーンＡ３−１では、その外周側に設けられたヒータ３０を用いて、炉内温度を所定の温度から徐々に降温させ、第６ゾーンＡ３−２では、前記ガスカーテンが形成される。

【0029】

図７は、加熱炉１内を説明するための加熱炉１の横断面図である。図８は、隔壁部材７の斜視図である。図８に示しているカバー１３については後に説明する。隔壁部材７は、板状の壁部７ａと、この壁部７ａの下部に固定され当該壁部７ａを起立させる左右の脚部７ｂとを有している。壁部７ａには、被処理物Ｗを載せた搬送台５０の通過を許容する開口７ｃが形成されている。また、壁部７ａには、複数の貫通穴７ｄが形成されており、後に説明する供給パイプ４４の他に、温度センサのケーブル（収納管）、圧力センサのケーブル（収納管）、各ゾーンのガスをサンプリングするためのパイプ等を挿通させる。
各隔壁部材７は、前後方向に沿って移動可能として加熱炉１内に設置されており、各ゾーンの前後方向の長さを変更することができる。つまり、脚部７ｂが加熱炉１の底部に載った状態にあり、隔壁部材７は加熱炉１の内周面に永久的に固定されていない。

【0030】

［４．ガス給排装置４について］
図１において、ガス給排装置４は、加熱炉１内にガスを供給するガス供給装置４１と、加熱炉１内のガスを当該加熱炉１外へ排出するガス排出装置４２とを有している。
図３において、ガス供給装置４１は、ガス源４３と、このガス源４３と接続され加熱炉１内へと延びている供給パイプ４４とを備えている。本実施形態では、ガス源４３から、搬入部１１側を通過する複数本の供給パイプ４４と、搬出部１２側を通過する複数本の供給パイプ４４とが設けられている。

【0031】

各供給パイプ４４には、ガスを噴出する噴出口（穴）が複数設けられており、供給パイプ４４毎に噴出口の前後方向の位置が異なっている。また、供給パイプ４４毎に種類の異なるガスがガス源４３から送られ、供給パイプ４４毎に異なる種類のガスを噴出する。このため、前後方向で複数存在しているゾーン毎に、異なるガスを供給することができる。また、ガス供給装置４１は、各ゾーンに供給するガスの流量をゾーン毎で調整するバルブ４９ａを有している。

【0032】

本実施形態（図３参照）では、第１ゾーンＡ１−１には、ガスカーテンを形成するために、窒素ガス（パージガス）が供給される。炉内を昇温させる第２ゾーンＡ１−２では、窒素及び酸素を含むガスが供給される。第３ゾーンＡ２−１には、拡散処理を行わせるためのガスとして、オキシ塩化リンと酸素とを含むガスが供給される。拡散処理が実際に行われる第４ゾーンＡ２−２には、窒素及び酸素を含むガスが供給される。炉内を降温させる第５ゾーンＡ３−１では、窒素ガスが供給される。そして、第６ゾーンＡ３−２には、ガスカーテンを形成するために、窒素ガス（パージガス）が供給される。なお、各ゾーンで噴出させるガスの種類は、処理内容等に応じて変更可能である。

【0033】

前記ガス供給装置４１によれば、被処理物に対して拡散処理を行うための均熱ゾーンＡ２に、拡散処理のためのガスを供給することができると共に、昇温ゾーンＡ１及び降温ゾーンＡ３に所定のガスを供給することができる。
そして、均熱ゾーンＡ２において、第３ゾーンＡ２−１では、所定の濃度の不純物（オキシ塩化リン）を含むガス中に、被処理物を滞在させることにより、当該不純物を被処理物の表面に付着させる。そして、第４ゾーンＡ２−２では、被処理物に対して不純物を所定の分布（所定の拡散深さ）で拡散させる。

【0034】

図９は、ガス排出装置４２の説明図である。ガス排出装置４２は、ガスを排出する排出器（ポンプ）４７と、この排出器４７と接続され加熱炉１内へと延びている排出パイプ４８とを備えている。排出パイプ４８の一部は、加熱炉１の底部に設置されている。排出器４７から、搬入部１１側を通過する複数本の排出パイプ４８と、搬出部１２側を通過する複数本の排出パイプ４８とが設けられている。また、ガス排出装置４２は、加熱炉１内から排出するガスの流量を、ゾーン毎に調整するバルブ４９ｂを有している。

【0035】

図１０は、加熱炉１の底部の説明図である。加熱炉１内において、前記排出パイプ４８それぞれには、ガスを吸引する吸引口（穴）４８ａが複数設けられており、排出パイプ４８毎に吸引口４８ａの前後方向の位置が異なっている。また、排出パイプ４４毎で異なる種類のガスを吸引し、排出パイプ４８毎に種類の異なるガスが流れる。このため、ゾーン毎で異なるガスを炉外に排出することができる。

【0036】

加熱炉１の底部には、排気構造部４５が設けられており、この排気構造部４５は、加熱炉１内のガスを加熱炉１外へ導出する排気流路４６を内部に有している。本実施形態では、排気流路４６は前記排出パイプ４８からなる。つまり、排気構造部４５内に、排出パイプ４８が格納されている。
排気構造部４５は、前後方向に長い左右の側壁４５ｂと、前後方向に長い上壁４５ａとを有し、３本の排出パイプ４８を格納している箱体からなる。そして、上壁４５ａには、複数の貫通穴４５ｃが形成されている。各ゾーンのガスは、この貫通穴４５ｃ及び前記吸引口４８ａを通過し、加熱炉１の外部へ排出される。

【0037】

本実施形態のガス排出装置４２（図９参照）の場合、第１ゾーンＡ１−１では、ガスカーテンを形成した窒素ガスを吸引する。第２ゾーンＡ１−２では、炉内に供給された窒素及び酸素を含むガスが吸引される。第３ゾーンＡ２−１では、拡散処理を行わせるためのガス（オキシ塩化リンと酸素とを含むガス）が吸引される。拡散処理を行う第４ゾーンＡ２−２では、炉内に供給された窒素及び酸素を含むガスが吸引される。第５ゾーンＡ３−１では、炉内に供給された窒素ガスが吸引される。そして、第６ゾーンＡ３−２では、ガスカーテンを形成した窒素ガスが吸引される。
このガス排出装置４２によれば、拡散処理を行うための均熱ゾーンＡ２の余剰のガスを排出することができると共に、昇温ゾーンＡ１及び降温ゾーンＡ３のガスを排出することができる。

【0038】

以上のように、前記ガス排出装置４２及び前記ガス供給装置４１を備えたガス給排装置４は、ゾーン毎に個別にガスを供給すると共に、ゾーン毎に個別にガスを排出することができる。
また、ガス供給装置４１の供給パイプ４４は、取り外し可能であり、噴出口の配置パターンが異なる供給パイプ４４に交換することができる。また、排気構造部４５の上壁４５ａ及び排出パイプ４８は取り外し可能であり、貫通穴４５ｃ及び吸引口４８ａの配置パターンが異なる上壁４５ａ及び排出パイプ４８に交換することができる。

【0039】

また、排気構造部４５は、加熱炉内１のガスを外部へ排出する機能の他に、搬送台５０をガイドする機能を有している。
図９に示しているように、排気構造部４５は、加熱炉１内において、前後方向に沿って直線的にかつ連続して配置されている。また、この排気構造部４５は、加熱炉１外（図３参照）のゾーンＡ０とゾーンＡ４にも延長されている。このように、排気構造部４５は、搬送台５０の搬送方向に沿って直線的に配置されており、搬送装置２によって搬送される複数の搬送台５０を前後方向に沿って搬入部１１から搬出部１２へと導くことができる。

【0040】

このガイド機能について具体的に説明する。図１０に示しているように、排気構造部４５は、左右の側壁４５ｂ、上壁４５ａの他に、前後方向に長い底板４５ｄを有している。底板４５ｄの左右両側には、側壁４５ｂから左右の両側方へ延びかつ前後方向に連続している走行面４５ｅが形成されている。搬送台５０の左右の車輪部５２は、前記走行面４５を転がり、搬送台５０は左右の側壁４５ｂ及び上壁４５ａを跨いだ状態にある。
また、後にも説明するが、搬送台５０は、側壁４５ｂに摺接するガイドブロック５３を有しており、このガイドブロック５３によって、搬送台５０は排気構造部４５に沿って直線的に誘導される。
以上のように、ガスの排出機能を有している排気構造部４５を、搬送台５０を前後方向に導くガイドとして兼用することができる。

【0041】

排気構造部４５は、前後方向に複数に分割可能である。図９の実施形態では、上壁４５ａ及び側壁４５ｂは、ゾーンの分割数と同じ６分割であり、その分割位置が、ゾーンの境界と一致している。底板４５ｄは、中央で分割され、２分割の構造である。上壁４５ａ及び側壁４５ｂは、２分割された底板４５ｄそれぞれに固定可能である。底板４５ｄ同士の分割部（接合面）は、組み立てを容易とするためにテーパ面４５ｆとなっている。接合面をテーパ面４５とすることにより、接合面は、車輪部５２の進行方向に対して傾斜し、車輪部５２は、スムーズに接合面上を乗り越えることができる。

【0042】

［５．制御装置５について］
制御装置５は、処理装置（ＣＰＵ）及び記憶装置を有するコンピュータによって構成されており、記憶装置に記憶させたコンピュータプログラムを前記処理装置が実行することで、搬送装置２（駆動装置２４）、加熱装置２（ヒータ３０）等の各装置が制御される。
例えば、加熱装置３は、ゾーンＡ１−２，Ａ２−１，Ａ２−２，Ａ３−１それぞれの温度を検出する温度センサを有しており、この温度センサの検出結果に基づいて、制御装置５は各ヒータ３０を制御することにより、各ゾーンの炉内の温度を個別に調整する。この制御装置５の機能により、加熱炉１内の雰囲気温度を、ゾーン毎に精度良く制御することが可能となる。

【0043】

また、ガス給排装置４は、ゾーンＡ１−２，Ａ２−１，Ａ２−２，Ａ３−１それぞれの圧力を検出する圧力センサを有しており、この圧力センサの検出結果に基づいて、制御装置５は、炉内に供給するガスの流量（供給流量を調整する前記バルブ４９ａ：図３）及び炉内から排出するガスの流量（排出流量を調整する前記バルブ４９ｂ：図９）の一方又は双方を制御することにより、各ゾーンの炉内の圧力を個別に調整する。この制御装置５の機能により、加熱炉１内の圧力を、ゾーン毎に精度良く制御することが可能となる。
［６．拡散処理装置が備えているその他の構成について］

【0044】

図３において、ガス供給装置４１の供給パイプ４４は、加熱炉１の上部に配置され、ガス排出装置４２の排出パイプ４８は加熱炉１の下部に設置されていることから、加熱炉１内において、ガスは上部から下部へと各ゾーンで広がりながら流れる。
そこで、拡散処理を行うためのゾーンである、第３ゾーンＡ２−１及び第４ゾーンＡ２−２では、当該ゾーンＡ２−１，Ａ２−２において搬送台が通過する搬送路１４（図８参照）を、上から及び左右両側から覆うカバー１３が設けられている。このカバー１３は、前後方向に隣り合う隔壁部材７，７間に設置される。カバー１３の上部及び左右の両側部には、多数の貫通穴１５が形成されており、供給パイプ４４から噴出されたガスは、この貫通穴１５を通過し、排出パイプ４８から排出される。

【0045】

前記ゾーンＡ２−１，Ａ２−２では、前記のとおり、加熱炉１の上部から供給されたガスは広がりながら下部（搬送台５０）側へと流れ、ガスの流れに乱れが生じることがあるが、前記カバー１３によれば、貫通穴１５を通過するガスは整流され、ガスの流れの乱れを防ぎ、搬送台５０に載せた被処理物Ｗの周囲のガス濃度（雰囲気）を均質化することができる。このため、拡散処理した複数の被処理物Ｗをより一層、均質化することが可能となる。

【0046】

また、図３において、前記のとおり、加熱炉１内は、隔壁部材７によって、搬入部１１側から昇温ゾーンＡ１、均熱ゾーンＡ２及び降温ゾーンＡ３に区画されている。
そこで、降温ゾーンＡ３の第６ゾーンＡ３−２の窒素ガスを、昇温ゾーンＡ１の第１ゾーンＡ１−１に供給するバイパス流路１７が設けられている。バイパス流路１７はパイプからなる。さらに、第６ゾーンＡ３−２の外周側には、窒素ガスを強制的に排出するためのファン１８が設置されており、このファン１８によって排出した窒素ガスが、前記バイパス流路１７を通って第１ゾーンＡ１−１に供給される。なお、バイパス流路１７は、ガスカーテンを形成するために窒素ガスを流している供給パイプ４４に繋がっており、バイパス流路１７内の窒素ガスが、第１ゾーンＡ１−１に供給する窒素ガスに、混ざるようにしてもよい。なお、第６ゾーンＡ３−２は降温ゾーンＡ３に含まれており、加熱された後の被処理物Ｗが通過することから、当該第６ゾーンＡ３−２の窒素ガスは、第１ゾーンＡ１−１の窒素ガスよりも高温である。

【0047】

このバイパス流路１７によれば、第６ゾーンＡ３−２（高温となった被処理物Ｗ）の廃熱を、第１ゾーンＡ１−１に与えることができ、第２ゾーンＡ１−２で加熱する被処理物を、この廃熱によって予備加熱することができ、被処理物を加熱するために必要となる消費電力の削減が可能となる。

【0048】

また、廃熱利用のために、ガス排出装置４２の排出パイプ４８のうち、高温となったガスを流している排出パイプ４８（例えば均熱ゾーンＡ２のガスを流す排出パイプ４８）と、ガス供給装置４１の供給パイプ４４のうち、オキシ塩化リンを含むガスを流す供給パイプ４４とを併設し、これらパイプ４８，４４を、共通する断熱材で包囲する構成としてもよい。この場合、排出パイプ４８の熱を、オキシ塩化リンを含むガスに与えることができ、オキシ塩化リンの凝縮を防ぐために必要となるヒータの消費電力の削減が可能となる。なお、併設させるパイプ４８，４４は、加熱炉１外に存在しているものである。

【0049】

［７．搬送台５０の構成について］
搬送台５０についてさらに説明する。図２と図１０において、搬送台５０は、被処理物Ｗを載せる本体部５１と、加熱炉１の底面（底板４５ｄ）を転がる車輪部５２とを備えている。搬送台５０は、高温となる加熱炉１内を通過することから、耐熱性を要し、このために、本体部５１及び車輪部５２は全て、ガラス又はセラミックスからなり、例えば、石英ガラスや窒化珪素からなる。

【0050】

本体部５１は、棒部材５１ａによって直方体形状の枠体として構成され被処理物Ｗの左右の側端を保持する上部６１と、上部６１で保持された被処理物Ｗを下から支える下部６２とを有している。上部６１の左右両側にある棒部材５１ａには、複数の縦溝６３が形成されており、この縦溝６３に被処理物Ｗの側端が挟み入れられることで、被処理物Ｗは起立した姿勢に保持される。そして、下部６２が有している前後方向に延びた棒部材５１ａ上に、被処理物Ｗが載った状態となる。本体部５１には、１００枚程度の被処理物Ｗを載せることができる。

【0051】

車輪部５２は、本体部５１の前後左右の４箇所に設けられており、各車輪部５２は、転がり軸受６０を有している。図２及び図１１において、各車輪部５２は、前記下部６２の左右両側に固定されたガイドブロック５３から左右方向外側に向かって突出している車軸５６と、この車軸５６に取り付けられ外周面に凹曲面からなる内転動面５７ａを有する内輪５７と、この内輪５７の径方向外側に設けられ内周面に外転動面５８ａを有する外輪５８と、内輪５７と外輪５８との間に介在し内外の転動面５７ａ，５８ａを転動する複数の玉（転動体）５９とを備えている。
本実施形態では、内輪５７、外輪５８及び玉５９を有する転がり軸受６０は、アンギュラ玉軸受である。また、外輪５８が、加熱炉１の底面（底板４５ｄ）を転がる部材として用いられている。さらに、転がり軸受６０は、玉５９を保持する保持器を有しておらず、総玉軸受からなる。

【0052】

車軸５６の先端部には上下方向に貫通している穴５６ａが形成されており、この穴５６ａにピン６５が挿し入れられている。ピン６５の頭部６５ａは車軸５６の外周面から突出した状態にあり、内輪５７は、この頭部６５ａとガイドブロック５３との間に設けられ、内輪５７は、左右方向両側に抜け止めされた状態で車軸５６に取り付けられている。このピン６５により、内輪５７の脱落を防止すると共に、転がり軸受６０の組み立てが可能となり、また、メンテナンスのために分解可能となる。

【0053】

外輪５８は、左右方向内側（図１１では左側）の肩部５８ｂが、玉５９と下部６２（ガイドブロック５３）との間に位置することにより、左右方向両側へ抜け止めされる。
外輪５８の左右方向外側（図１１では右側）の肩部５８ｃの内径Ｄ１は、外軌道面５８ａの内径とほぼ同一、又は、当該内径よりも大きく設定されている。これは、前記のとおり、転がり軸受６０は耐熱性の高い材質であり、当該材質は一般的に線膨張係数が小さいためである。つまり、例えば常温の環境で使用する一般的な深溝転がり軸受では、鋼材が用いられ、熱膨張を利用して転がり軸受の組み立てが可能であるが、線膨張係数が小さい材質からなる転がり軸受は、組み立てが困難となる。しかし、本実施形態の転がり軸受６０によれば、玉５９を内輪５７と外輪５８との間に組み入れる作業が簡単となる。

【0054】

図１０において、前記のとおり、加熱炉１の底部には、排気構造部４５が設けられており、この排気構造部４５は、搬送台５０の搬送方向に沿って直線的に配置されている。
搬送台５０の本体部５１は、この排気構造部４５の上方に位置しており、ガイドブロック５３は、排気構造部４５（側壁４５ｂ）の左右両側との間に隙間を有して配置されている。左右のガイドブロック５３，５３の間には空間部が形成されており、左右のガイドブロック５３それぞれに、独立して回転する車輪部５２が設けられている。つまり、左右の車輪部５２，５２で共通する長い車軸を有していない。
このため、ガイドブロック５３，５３の間の前記空間部に、排気構造部４５が位置することができる。さらに、拡散処理装置とは異なる場所において、被処理物Ｗを搬送台５０から取り出すための搬送ロボットのアームを、前記空間部に位置させることができ、搬送ロボットによる作業の自動化に役立つ。

【0055】

ガイドブロック５３及び排気構造部４５により、搬送台５０は、排気構造部４５を左右に跨ぐ状態となり、搬送装置２によって搬送される搬送台５０は、前後方向に導かれる。排気構造部４５の左右の側壁４５ｂに、ガイドブロック５３が接触することで、搬送台５０は左右方向に脱線せずに導かれる。また、ガイドブロック５３の側壁４５ｂへの接触部は、図２に示しているように、前後方向両側から中央部５３ａに向かって隆起する傾斜面５３ｂとなっている。これにより、側壁４５ｂへの接触面積を狭くし、接触抵抗を小さくしている。
また、図７に示しているように、車輪部５２は、被処理物Ｗの下に位置し、当該被処理物Ｗの幅よりも狭い範囲内に設置されている。これにより、搬送台５０が左右方向に大きくなるのを防いでいる。

【0056】

図３において、搬送台５０の前後方向の長さは、隔壁部材７によって区画された各ゾーンの前後方向の長さよりも小さく設定されている。本実施形態では、隔壁部材７が等間隔に設置されていることにより、各ゾーンは同じ長さに設定されており、しかも、各ゾーンの長さと、２台の搬送台５０の全長とが、同じとなっている。
この構成によれば、各搬送台５０は、連続する３つのゾーンに跨って位置することがない。例えば、オキシ塩化リンを含むガスが供給される第３ゾーンＡ２−１、拡散処理が実際に行われる第４ゾーンＡ２−２及び降温が行われる第５ゾーンＡ３−１に、１台の搬送台５０が跨ることがない。

【0057】

さらに、押し込み駆動部２１による、搬送台５０の押し込みストロークＳを（図４、図５参照）、搬送台５０の長さとほぼ同一とし、ストローク毎で、搬送台５０の前後方向の端部（一方側）が、ゾーン間の境界部と一致する（図３の状態）。
これにより、１回の押し込みストロークＳにより、搬送台５０を１台ずつ、各ゾーンへ搬入し、かつ、搬送台５０を１台ずつ、各ゾーンから搬出させることが可能となる。
そして、ストローク毎で、同じ搬送台５０に載った被処理物Ｗの全てを、例えば、第４ゾーンＡ２−２に配置させることが可能となる。このため、同じ搬送台５０に載せた全ての被処理物Ｗに対して、第４ゾーンＡ２−２で同じ雰囲気の条件により拡散処理が行われ、これら複数の被処理物Ｗの品質を均一にすることができる。なお、本実施形態では、ストローク毎に、２台の搬送台５０が、各ゾーンに位置する。

【0058】

図１２は、列を成して搬送される２台の搬送台５０，５０を横から見た図である。右側の搬送台５０は、前記プッシャー２２側（左側）にある隣りの搬送台５０の前端部と接触し、当該前端部によって押され、搬出部１２側（右側）へと進む。さらに、図示しないが、この右側の搬送台５０は、搬出部１２側にある隣の搬送台５０の後端部と、接触し、当該後端部を押し、隣の搬送台５０を進める。
このように、複数の搬送台５０は、前後方向に列を成して加熱炉１内を搬送されるが、隣り合う搬送台５０，５０それぞれに載っている被処理物Ｗ，Ｗの間には、搬送台５０を構成する棒部材５１ａ，５１ａによって、前後方向に大きな隙間が生じる。この隙間は、同じ搬送台５０に載せた被処理物Ｗ，Ｗ間のピッチよりも大きい。
このような隙間が存在していると、当該隙間によって、加熱炉１内のガスの流れに乱れが発生し、搬送台５０の端部側に載せられた被処理物Ｗと、中央部に載せられた被処理物Ｗとの間で、処理品質にバラツキが生じるおそれがある。

【0059】

そこで、各搬送台５０の前後方向の両端部には、スペーサ５４が設けられている。スペーサ５４は、本体部５１に一体的に取り付けられる。スペーサ５４は、本体部５１に取り付けられる縦長の第１部５４ａと、この第１部５４ａの上端から水平方向に延びている第２部５４ｂとを有している。この第２部５４ｂの上面は、本体部５１に支持された被処理物Ｗの上面と同じ高さに位置し、さらに、第２部５４ｂの左右方向の幅は、当該被処理物Ｗの左右方向の幅と同じである。

【0060】

このスペーサ５４，５４によって、加熱炉１内で、一方（図１２では左側）の搬送台５０に載せている被処理物Ｗと、その隣りの他方（図１２では右側）の搬送台５０に載っている被処理物Ｗとの間に生じる大きな隙間が、埋められた状態となる。このため、スペーサ５４によって、加熱炉１内のガスの流れの乱れを防ぐことができ、拡散処理において、被処理物Ｗの処理品質の均一化が可能となる。また、搬送台５０それぞれにおいて、スペーサ５４の第２部５４ｂを、作業者が掴む取っ手として用いることができる。

【0061】

また、図１０において、搬送台５０は、加熱炉１の底面（底板４５ｄの上面）に接触するブラシ５５を有している。さらに、本実施形態では、排気構造部４５（上壁４５ａの上面）に接触するブラシ５５も有している。これらブラシ５５は、搬送台５０の下部に取り付けられており、搬送装置２によって搬送台５０を搬送すると、ブラシ５５によって、加熱炉１の底面及び排気構造部４５の上面に堆積している異物を、加熱炉１外に掃き出すことができる。ブラシ５５は、石英からなる繊維の束によって構成されている。

【0062】

［８．本実施形態の連続拡散処理装置について］
以上のように構成された連続拡散処理装置によれば、搬送台５０に載せた被処理物Ｗを、加熱炉１内を搬送しながら拡散処理することができ、被処理物Ｗの拡散処理が連続的に実行され、従来のバッチ式と比べて、生産性を高めることができる。例えばバッチ式の４倍の処理能力を有することができる。
そして、搬送装置２の押し込み駆動部２１は、搬入部１１の上流側に位置する搬送台５０を押すことにより、この搬送台５０を順次、加熱炉１内へ搬入すると共に、この搬入した搬送台５０によって、先に搬入されている搬送台５０を搬出部１２側へ押して加熱炉１内を列状として搬送することができる。このため、搬送装置２を、加熱炉１内に設置する必要がなく、加熱炉１外に設置することができる。この結果、被処理物Ｗの大きさとは関係のない要因によって、加熱炉１が大きくなるのを防ぐことができ、装置全体が大型化するのを防止することが可能となる。
さらに、加熱炉１内は高温となるため、従来では、搬送装置のうち加熱炉内に設置される部分については、高温に耐えるための構成や材質が必要であったが、本実施形態では、搬送装置２を、加熱炉１内に設置する必要がないため、このような構成や材質は不要となる。

【0063】

また、加熱炉１内は、隔壁部材７によって複数のゾーンに区画されており、ゾーン毎に個別にガスが供給されると共に、ゾーン毎に個別にガスが排出される。このため、各ゾーンでは、被処理物Ｗに対して処理内容や処理条件をそれぞれ異ならせることができる。
具体的には、第３ゾーンＡ２―１では、拡散処理のためのガスが供給され、第４ゾーンＡ２−２は、区画された領域にほぼ密閉される。このため、第３ゾーンＡ２−１におけるガス濃度等の雰囲気を、精度良く制御することが可能となり、また、第４ゾーンＡ２−２の雰囲気を、精度良く制御することが可能となり、品質の高い被処理物Ｗを得ることが可能となる。さらに、全ての被処理物Ｗが、同じ熱履歴及び同じガス履歴を有することができ、品質を一定に維持することができる。

【0064】

また、従来のバッチ式の拡散処理装置では、拡散処理の前後に、昇温と降温とが必要となり、エネルギーロスが大きかったが、本実施形態の拡散処理装置によれば、ゾーン毎に炉内温度を一定に保つことができるため、省エネルギーに貢献することができる。
さらに、昇温ゾーンＡ１及び均熱ゾーンＡ２では、降温の必要がないため、断熱性能の高い断熱材を用いることができ、加熱装置３における消費電力を低減することが可能となる。

【0065】

また、搬送台５０は、加熱炉１の底面を転がる車輪部５２を備えているので、摺動を伴う従来の構成に比べて、加熱炉１内での摩耗による粉塵の発生を抑えることができる。つまり、搬送台５０上の被処理物Ｗを搬送する際に、当該被処理物Ｗの処理品質に悪影響を与えるような粉塵の発生を抑えることが可能となる。

【0066】

本発明の拡散処理装置は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。加熱炉１の断面を円形として説明したが、円形以外に矩形であってもよい。なお、円形とした場合、図７に示しているように、矩形の被処理物Ｗと、加熱炉１の内周面との間のデッドスペースに、車輪部５２や搬送台５０をガイドする排気構造部４５を配置することができ、加熱炉１内の空間を有効に利用することができる。
また、各ゾーンの長さ（つまり、隣り合う隔壁部材７，７間の距離）が、２台の搬送台５０の全長と同一である場合を説明したが、これ以外であってもよく、各ゾーンの長さを、ｎ台（ｎ＝自然数）の搬送台５０の全長と同一としてもよい。

【符号の説明】

【0067】

１：加熱炉、 ２：搬送装置、 ３：加熱装置、 ４：ガス給排装置、 ５：制御装置、 ７：隔壁部材、 １１：搬入部、 １２：搬出部、 １３：カバー、 １４：搬送路、 １５：貫通穴、 １７：バイパス流路、 ２１：押し込み駆動部、 ３０：ヒータ、 ３１：断熱材、 ３２：分割面、 ４１：ガス供給装置、 ４２：ガス排出装置、 ４５：排気構造部、 ４６：排気流路、 ５０：搬送台、 Ａ１：昇温ゾーン、 Ａ２：均熱ゾーン、 Ａ３：降温ゾーン、 Ｓ：ストローク、 Ｌ：搬送台の長さ、 Ｗ：被処理物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】