(57)【要約】【課題】  高温下で繰り返し使用した場合でも、目皿と天板の横方向への変形を抑制できるようにしたプロセスチューブ及びその製造方法を提供する。【解決手段】  円筒形のチューブ本体１と、チューブ本体１の上端に取り付けられた天板２と、チューブ本体１の内側面の天板２から離れた位置に取り付けられた目皿３と、を有するプロセスチューブ１００であって、天板２と、目皿３とがそれぞれドーム状であり、かつ、天板２とチューブ本体１との接合部ａと、目皿３とチューブ本体１との接合部ｂとを含む当該チューブ本体１の上端部位５が、当該上端部位５以外の部位よりも厚くなっている。【選択図】  図１
2006310453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形のチューブ本体と、前記チューブ本体の上端に取り付けられた天板と、前記チューブ本体の内側面の前記天板から離れた位置に取り付けられた目皿と、を有するプロセスチューブであって、
前記天板の少なくとも周辺部と、前記目皿の少なくとも周辺部とがそれぞれ球面状であり、かつ、
前記天板と前記チューブ本体との接続部分と、前記目皿と前記チューブ本体との接続部分とを含む当該チューブ本体の上端部位が、当該チューブ本体の該上端部位以外の部位よりも厚くなっている、ことを特徴とするプロセスチューブ。
【請求項２】
円筒形のチューブ本体と、前記チューブ本体の上端に取り付けられた天板と、前記チューブ本体の内側面の前記天板から離れた位置に取り付けられた目皿と、を有するプロセスチューブであって、
前記天板の少なくとも周辺部と、前記目皿の少なくとも周辺部とがそれぞれ球面状であり、かつ、
前記天板と前記チューブ本体との接続部分と、前記目皿と前記チューブ本体との接続部分との間の当該チューブ本体には拡径抑制用肉厚部が設けられている、ことを特徴とするプロセスチューブ。
【請求項３】
円筒形のチューブ本体と、前記チューブ本体の上端に取り付けられた天板と、前記チューブ本体の内側面の前記天板から離れた位置に取り付けられた目皿と、を有するプロセスチューブの製造方法であって、
前記天板の少なくとも周辺部と、前記目皿の少なくとも周辺部とをそれぞれ球面状に成形する工程と、
前記天板と前記チューブ本体との接続部分と、前記目皿と前記チューブ本体との接続部分とを含む当該チューブ本体の上端部位を、当該チューブ本体の該上端部位以外の部位よりも厚くする工程と、を含むことを特徴とするプロセスチューブの製造方法。
【請求項４】
円筒形のチューブ本体と、前記チューブ本体の上端に取り付けられた天板と、前記チューブ本体の内側面の前記天板から離れた位置に取り付けられた目皿と、を有するプロセスチューブの製造方法であって、
前記天板の少なくとも周辺部と、前記目皿の少なくとも周辺部とをそれぞれ球面状に成形する工程と、
前記天板と前記チューブ本体との接続部分と、前記目皿と前記チューブ本体との接続部分との間の当該チューブ本体に拡径抑制用肉厚部を設ける工程と、を含むことを特徴とするプロセスチューブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロセスチューブ及びその製造方法に関し、特に、高温下で繰り返し使用した場合でも目皿と天板の横方向への変形を抑制できるようにしたプロセスチューブ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来の技術としては、例えば特許文献１に開示されたものがある。即ち、この特許文献１にあっては、縦型熱処理炉内で使用するプロセスチューブ（石英（ガラス）チューブ）が開示されており、かかるチューブにあっては、図５（Ａ）に示すように、円筒形のチューブ本体３０１の上端に取り付けた天板３０２がドーム状となっていた。このような構成であると、天板３０２にかかる自重と外圧とが球面に沿ってその最外周部に伝わり、天板３０２の中央部の下方向への垂れ下がりが抑制されるので、天板３０２の変形防止及び長寿命化に効果的であった。
【特許文献１】特開２００３−１５１９１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明者は、上記広報に開示されたプロセスチューブ３００（図５（Ａ）参照。）を実際に作成し、石英（ガラス）の軟化点を越える１２００［℃］付近で実験的に繰り返し使用してみた。１２００［℃］付近は、例えばウェル拡散層を形成する際の熱処理温度であり、ウエーハＷに対する熱処理温度の中でも最も高い温度である。
その結果、図５（Ｂ）に示すように、天板３０２自体の変形は小さかったものの、目皿３０３の中央部が下方向に垂れてしまい、目皿３０３とボートＢとの隙間（クリアランス）が小さくなってしまう、という結果が得られた。目皿３０３の下方向への垂れ下がりは自重によるものと考えられる。
【０００４】
このような結果を受け、本発明者は、図６（Ａ）に示すように、天板４０２だけでなく、目皿４０３もドーム状であるプロセスチューブ４００を作成し、このプロセスチューブ４００を１２００［℃］付近で実験的に繰り返し使用してみた。その結果、図６（Ｂ）に示すように、目皿４０３の中央部の下方向への垂れ下がりは十分小さくなったが、その代わりに、チューブ本体４０１の上端部位が横方向に広がってしまう（即ち、拡径してしまう）という新たな問題に直面した。これは、天板４０２と目皿４０３の両方がその球面に沿って横方向へ延びるように変形し、この変形する力に押されてチューブ本体４０１の上端部分も横方向に広がってしまうから、と考えられる。
【０００５】
チューブ本体４０１の上端部位が横方向に広がると、この上端部位に接続しているガス導入管が意図しない形状に変形してしまう等の不具合が想定され、そのような理由から、図６（Ａ）に示したプロセスチューブ４００を１２００［℃］付近で使用する場合には、その寿命は期待するほど長くはならない、ということが明らかとなった。
本発明は、このような解決すべき問題に着目してなされたものであって、高温下で繰り返し使用した場合でも、目皿と天板の横方向への変形を抑制できるようにしたプロセスチューブ及びその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
〔発明１〕  上記目的を達成するために、発明１のプロセスチューブは、円筒形のチューブ本体と、前記チューブ本体の上端に取り付けられた天板と、前記チューブ本体の内側面の前記天板から離れた位置に取り付けられた目皿と、を有するプロセスチューブであって、前記天板の少なくとも周辺部と、前記目皿の少なくとも周辺部とがそれぞれ球面状であり、かつ、前記天板と前記チューブ本体との接続部分と、前記目皿と前記チューブ本体との接続部分とを含む当該チューブ本体の上端部位が、当該チューブ本体の該上端部位以外の部位よりも厚くなっている、ことを特徴とするものである。
【０００７】
ここで、上端部位は、「天板とチューブ本体との接続部分」から「目皿とチューブ本体との接続部分」にかけての部位でも良いし、「天板とチューブ本体との接続部分」から「「目皿とチューブ本体との接続部分」よりも僅かに下側」までの部位でも良い。また、チューブ本体、天板及び目皿は、例えばその全てが石英ガラスからなるものである。
このような構成であれば、目皿と天板の両方をその周辺側から支えるチューブ本体の上端部位は肉厚化によってその強度が大きくなっており、高温下での使用によって目皿と天板の両方が軟化して横方向に延びようとしても、この横方向に延びようとする力は上端部位によってある程度押し止められる。従って、高温下で繰り返し使用した場合でも、目皿と天板の横方向への変形を抑制することができる。プロセスチューブを長寿命化することができる。
【０００８】
〔発明２〕  発明２のプロセスチューブは、円筒形のチューブ本体と、前記チューブ本体の上端に取り付けられた天板と、前記チューブ本体の内側面の前記天板から離れた位置に取り付けられた目皿と、を有するプロセスチューブであって、前記天板の少なくとも周辺部と、前記目皿の少なくとも周辺部とがそれぞれ球面状であり、かつ、前記天板と前記チューブ本体との接続部分と、前記目皿と前記チューブ本体との接続部分との間の当該チューブ本体には拡径抑制用肉厚部が設けられている、ことを特徴とするものである。
【０００９】
このような構成であれば、高温下での使用によって目皿と天板の両方が軟化して横方向に延びようとしても、この横方向に延びようとする力は拡径抑制用肉厚部によってある程度押し止められる。従って、高温下で繰り返し使用した場合でも、目皿と天板の横方向への変形を抑制することができる。プロセスチューブを長寿命化することができる。
【００１０】
〔発明３〕  発明３のプロセスチューブの製造方法は、円筒形のチューブ本体と、前記チューブ本体の上端に取り付けられた天板と、前記チューブ本体の内側面の前記天板から離れた位置に取り付けられた目皿と、を有するプロセスチューブの製造方法であって、前記天板の少なくとも周辺部と、前記目皿の少なくとも周辺部とをそれぞれ球面状に成形する工程と、前記天板と前記チューブ本体との接続部分と、前記目皿と前記チューブ本体との接続部分とを含む当該チューブ本体の上端部位を、当該チューブ本体の該上端部位以外の部位よりも厚くする工程と、を含むことを特徴とするものである。
このような構成であれば、高温下で繰り返し使用した場合でも目皿と天板の横方向への変形を抑制することができ、長寿命のプロセスチューブを提供することが可能である。
【００１１】
〔発明４〕  発明４のプロセスチューブの製造方法は、円筒形のチューブ本体と、前記チューブ本体の上端に取り付けられた天板と、前記チューブ本体の内側面の前記天板から離れた位置に取り付けられた目皿と、を有するプロセスチューブの製造方法であって、前記天板の少なくとも周辺部と、前記目皿の少なくとも周辺部とをそれぞれ球面状に成形する工程と、前記天板と前記チューブ本体との接続部分と、前記目皿と前記チューブ本体との接続部分との間の当該チューブ本体に拡径抑制用肉厚部を設ける工程と、を含むことを特徴とするものである。
【００１２】
このような構成であれば、高温下で繰り返し使用した場合でも目皿と天板の横方向への変形を抑制することができ、長寿命のプロセスチューブを提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（１）第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係るプロセスチューブ１００の構成例を示す断面図である。図１に示すように、このプロセスチューブ１００は、縦型熱処理炉内で使用されるものであり、円筒形のチューブ本体１と、天板２と、目皿３と、ガス導入管４と、を含んだ構成となっている。
【００１４】
図１に示すチューブ本体１は、水晶粉などの天然の二酸化珪素粉末を電気溶融したり、酸水素火炎で溶融したりすることで製造される溶融石英ガラスのインゴット、又は、四塩化珪素を酸水素（火）炎で加水分解することで製造される合成石英ガラスのインゴットから成形したものである。
天板２は、一定厚の円板材を均一に加熱してドーム状（即ち、中央部から周辺部にかけて一様に球面状）に成形したものであり、その直径はチューブ本体１の外径とほぼ同一である。この天板２は、チューブ本体１と同様に石英ガラスからなり、その下面の周辺部がチューブ本体１の上端に隙間なく接合されている。この天板２とチューブ本体１との接合部分を、以下で接合部ａという。
【００１５】
目皿３は、チューブ本体１内に配置されるボート方向にガスを均一に流すための治具である。目皿３は、一定厚の円板材を均一に加熱してドーム状に成形したものであり、その直径はチューブ本体１の内径とほぼ同一である。また、この目皿３の外形であるドームの曲率半径も例えば天板２の外形と同じ値である。この目皿３は、チューブ本体１と同様に石英ガラスからなり、天板２から所定距離離れたチューブ本体１の内側面に接合されている。図示しないが、この目皿３には、その表面から裏面にかけて複数の小さな貫通孔が設けられており、この貫通孔を通して所定のプロセスガスがボートＢ方向に流れるようになっている。
【００１６】
この目皿３とチューブ本体１との接合部分を、以下で接合部ｂという。また、チューブ本体１であって、接合部ａから接合部ｂよりも僅かに下側までの部分を、チューブ本体１の上端部位５という。図１に示すように、このプロセスチューブ１００では、チューブ本体１の上端部位５は、チューブ本体１の上端部位５以外の部位よりも厚くなっている。例えば、上端部位５の厚さは、上端部位５よりも下側の部位に対して１．２５倍以上の厚さ、好ましくは１．５倍以上の厚さである。
【００１７】
図２は、プロセスチューブ１００の各部位の厚さを示す概念図である。図２に示すように、チューブ本体１の上端部位５以外の部位の厚さをＴ１、天板２の厚さをＴ２、目皿３の厚さをＴ３、上端部位５の厚さをＴ５とする。一例を挙げると、チューブ本体の外径φが例えば３００［ｍｍ］の場合、Ｔ１＝４［ｍｍ］、Ｔ２＝５［ｍｍ］、Ｔ３＝５［ｍｍ］、Ｔ５＝６［ｍｍ］程度である。
【００１８】
図１に戻って、チューブ本体１の上端部位５の側面にはガス導入管４が貫設されており、ガス導入管４の先端は天板２と目皿３との間に配されている。このガス導入管４は、チューブ本体１と同様に石英ガラスからなり、その貫設部分は石英ガラスによって隙間なく埋め込まれている。このガス導入管４を通して、縦型熱処理炉のガス供給系からチューブ本体１の内側にプロセスガスが供給されるようになっている。
【００１９】
次に、このプロセスチューブ１００の製造方法について説明する。
図３（Ａ）〜（Ｄ）は、プロセスチューブ１００の製造方法を示す工程図である。
図３（Ａ）に示すように、まず始めに、上端と下端とが共に開口し、かつ下端にフランジが設けられたチューブ本体１´を用意する。次に、図３（Ｂ）に示すように、ドーム状の目皿３を用意し（目皿３は予め製造しておく。）、この目皿３の下面の周辺部をチューブ本体１´の上端に重ね合わせて溶接する。この溶接作業は、例えばバーナとコテとを用いての手作業により行う。
【００２０】
次に、図３（Ｃ）に示すように、チューブ本体１´と内径及び外径がほぼ同一で、且つその厚さがチューブ本体１´よりも厚い石英（ガラス）製のリング（円筒）５を用意する。このリングが、上述したドーム本体の上端部位である。そして、このリング５の下端を目皿３の上面の周辺部に重ね合わせて溶接する。この溶接作業も、例えばバーナとコテとを用いての手作業により行う。これにより、上述したチューブ本体１が完成すると同時に、チューブ本体１の内側面に目皿３が溶接された形となる。
【００２１】
その後、図３（Ｄ）に示すように、ドーム状の天板２を用意し（天板２は予め製造しておく。）、この天板２の下面の周辺部をリング（上端部位）５の上端に重ね合わせて接合する。この溶接作業も例えばバーナとコテとを用いての手作業により行う。これにより、図１に示したプロセスチューブ１００が完成する。
本発明の第１実施形態に係るプロセスチューブ１００によれば、目皿３と天板２の両方をその周辺側から支えるチューブ本体１の上端部位５は肉厚化によってその強度が大きくなっており、高温下での使用によって目皿３と天板２の両方が軟化し横方向に延びようとしても、この横方向に延びようとする力は上端部位５によってある程度押し止められる。
【００２２】
従って、高温下で繰り返し使用した場合でも、目皿３と天板２の横方向への変形を抑制することができる。また、目皿３と天板２はそれぞれドーム状となっているので、下方向への垂れ下がりも少ない。これにより、プロセスチューブを長寿命化することができる。
例えば、図１に示したプロセスチューブ１００を１２００［℃］付近で使用する場合、図６（Ａ）に示したプロセスチューブ４００と比べてその寿命を数倍に延ばすことが可能である。
【００２３】
さらに、従来の技術では、１２００℃付近での熱処理を行う場合、通常、プロセスチューブには石英（ガラス）ではなくＳｉＣが使用されてきた。これは、石英（ガラス）よりもＳｉＣの方が耐熱性が高く、変形しにくいからである。しかしながら、周知のように、ＳｉＣは材料自体が高価である。また、多くの場合、縦型拡散炉は石英（ガラス）チューブに対応しており、このような縦型拡散炉にＳｉＣチューブを使用する場合には炉側の仕様を変更する必要があった。
【００２４】
これに対して、本発明によれば、１２００℃付近で繰り返し使用した場合でも変形が少なく長寿命の石英（ガラス）チューブを提供することができる。従って、ＳｉＣチューブを用いる場合と比べて、縦型拡散炉にかかる設備コストの低減も期待される。
この第１実施形態では、プロセスチューブ１００が本発明１，３の「プロセスチューブ」に対応し、接合部ａが本発明１，３の「天板とチューブ本体との接続部分」に対応している。また、接合部ｂが本発明１，３の「目皿とチューブ本体との接続部分」に対応している。
【００２５】
なお、この第１実施形態では、接合部ａから接合部ｂよりも僅かに下側までの部分を、チューブ本体１の上端部位５とした。しかしながら、本発明では、上端部位５を接合部ａから接合部ｂまでの間の部分、としても良い。接合部ａから接合部ｂまでの間の部分だけを肉厚化し、接合部ｂよりも下側の部分は通常の厚さとした場合であっても、目皿３と天板２の横方向への変形を抑制することができ、プロセスチューブを長寿命化することが可能である。
【００２６】
また、この第１実施形態では、図３（Ｃ）に示したように、チューブ本体１´と内径及び外径がほぼ同一で、且つその厚さがチューブ本体１´よりも厚い石英（ガラス）製のリング５を用意し、これをチューブ本体１´の上端に溶接する場合について説明した。しかしながら、上端部位５を厚く成形する方法はこれに限られることはない。
例えば、図３（Ｃ）において、チューブ本体１´と内径及び外径がほぼ同一で、且つその厚さもチューブ本体１´とほぼ同一の石英（ガラス）製のリング５を用意する。そして、このリング５をチューブ本体１´に溶接する前後で、リング５の内側面を石英ガラスで肉盛りしても良い。この肉盛りは、例えばバーナとコテとを用いての手作業により行う。
【００２７】
このような方法であっても、上端部位５を厚く形成することが可能であり、長寿命のプロセスチューブ１００を提供することが可能である。
（２）第２実施形態
図４（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第２実施形態に係るプロセスチューブ２００の構成例を示す断面図である。図４（Ａ）及び（Ｂ）において、図１に示したプロセスチューブ１００と同一の機能を有する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２８】
図４（Ａ）に示すように、このプロセスチューブ２００では、プロセスチューブ１００と異なり、チューブ本体１の上端部位の厚さ（即ち、Ｔ５）は、上端部以外の部分の厚さ（即ち、Ｔ１）とほぼ同じとなっている。その代わりに、このプロセスチューブ２００では、チューブ本体１の上端部位の内側面に拡径抑制用のリング（円筒）６が溶接されている。このリング６は、チューブ本体１と同様に石英（ガラス）製である。
【００２９】
図４（Ｂ）に示すように、この拡径抑制用のリング６の溶接位置は、上端部位の内側面に限られることはなく、その外側面でも良い。
本発明の第２実施形態に係るプロセスチューブ２００によれば、高温下での使用によって目皿３と天板２の両方が軟化して横方向に延びようとしても、この横方向に延びようとする力は上端部位に取り付けられた拡径抑制用のリング６によってある程度押し止められる。従って、高温下で繰り返し使用した場合でも、目皿３と天板２の横方向への変形を抑制することができるので、プロセスチューブを長寿命化することができる。
【００３０】
この第２実施形態では、プロセスチューブ２００が本発明２，４の「プロセスチューブ」に対応し、接合部ａが本発明２，４の「天板とチューブ本体との接続部分」に対応している。また、接合部ｂが本発明４，４の「目皿とチューブ本体との接続部分」に対応し、リング６が本発明２，４の「拡径抑制用肉厚部」に対応している。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１実施形態に係るプロセスチューブ１００の構成例を示す図。
【図２】プロセスチューブ１００の各部位の厚さを示す図。
【図３】プロセスチューブ１００の製造方法を示す図。
【図４】第２実施形態に係るプロセスチューブ２００の構成例を示す図。
【図５】従来例１に係るプロセスチューブ３００の構成例とその問題点を示す図。
【図６】従来例２に係るプロセスチューブ４００の構成例とその問題点を示す図。
【符号の説明】
【００３２】
１  チューブ本体、２  天板、３  目皿、４  ガス導入管、５  上端部位、６  （拡径抑制用の）リング、１００，２００  プロセスチューブ、Ｂ  ボート、Ｗ  ウエーハ、ａ，ｂ  接合部
【図１】
2006310453.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006310453.tif 000007
【図６】
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