(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理炉の排気系に設けられる弁装置であって、前記排気系と連通するガス入口およびガス出口を有する弁室と、該弁室内に設けられ前記ガス入口側を開閉する弁体と、前記弁室外に設けられ前記弁体を弁棒を介して開閉駆動する駆動部と、前記弁室の弁棒貫通部を封止すべく弁室と弁体との間に介設されたベローズと、前記弁室内に設けられ弁体が開弁した時に前記ベローズを格納するベローズ格納室とを備え、前記弁体は開弁した時にベローズ格納室を密閉する気密部材を有していることを特徴とする弁装置。
【請求項２】
熱処理炉の排気系に設けられる弁装置であって、前記排気系と連通するガス入口およびガス出口を有する弁室と、該弁室内に設けられ前記ガス入口側を開閉する弁体と、前記弁室外に設けられ前記弁体を弁棒を介して開閉駆動する駆動部と、前記弁室の弁棒貫通部を封止すべく弁室と弁体との間に介設されたベローズと、前記弁室内に設けられ弁体が開弁した時に前記ベローズを格納するベローズ格納室と、該ベローズ格納室内に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入部とを備えたことを特徴とする弁装置。
【請求項３】
熱処理炉の排気系に弁装置を備えた熱処理装置であって、前記弁装置は、前記排気系と連通するガス入口およびガス出口を有する弁室と、該弁室内に設けられ前記ガス入口側を開閉する弁体と、前記弁室外に設けられ前記弁体を弁棒を介して開閉駆動する駆動部と、前記弁室の弁棒貫通部を封止すべく弁室と弁体との間に介設されたベローズと、前記弁室内に設けられ弁体が開弁した時に前記ベローズを格納するベローズ格納室とを備え、前記弁体は開弁した時にベローズ格納室を密閉する気密部材を有していることを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
熱処理炉の排気系に弁装置を備えた熱処理装置であって、前記弁装置は、前記排気系と連通するガス入口およびガス出口を有する弁室と、該弁室内に設けられ前記ガス入口側を開閉する弁体と、前記弁室外に設けられ前記弁体を弁棒を介して開閉駆動する駆動部と、前記弁室の弁棒貫通部を封止すべく弁室と弁体との間に介設されたベローズと、前記弁室内に設けられ弁体が開弁した時に前記ベローズを格納するベローズ格納室と、該ベローズ格納室内に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入部とを備えたことを特徴とする熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弁装置および熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造においては、被処理体例えば半導体ウエハに、酸化、拡散、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの処理を施すために、各種の熱処理装置が用いられている。この熱処理装置は、半導体ウエハを収容して所定の処理ガス雰囲気下で所定の熱処理を施す熱処理炉と、この熱処理炉の排気系に設けられた弁装置とを備えている。
【０００３】
この弁装置は、前記排気系と連通するガス入口およびガス出口を有する弁室と、該弁室内に設けられ前記ガス入口側を開閉する弁体と、前記弁室外に設けられ前記弁体を弁棒を介して開閉駆動する駆動部と、前記弁室の弁棒貫通部を封止すべく弁室と弁体との間に介設されたベローズとを備えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記排気系を介して排気される排気ガス中には熱処理時に未反応の処理ガス（反応ガス）が含まれているため、排気系の弁装置等に反応生成物が付着する問題がある。そのため、これを防止する目的で、弁室にはこれを一定の温度例えば１７０℃に加熱する加熱手段が設けられている。
【０００５】
しかしながら、構造上、ベローズを均一に加熱することは困難である。このため、ベローズの表面に反応生成物が付着するのを抑制することは難しく、ベローズの表面に付着した反応性生成物がベローズの伸縮動により剥離してパーティクルとなり、熱処理炉内に逆流してウエハの汚染源になる恐れがある。
【０００６】
本発明は、前記事情を考慮してなされたもので、弁室内のベローズの表面に反応生成物が付着するのを抑制することができる弁装置および熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のうち、請求項１の発明は、熱処理炉の排気系に設けられる弁装置であって、前記排気系と連通するガス入口およびガス出口を有する弁室と、該弁室内に設けられ前記ガス入口側を開閉する弁体と、前記弁室外に設けられ前記弁体を弁棒を介して開閉駆動する駆動部と、前記弁室の弁棒貫通部を封止すべく弁室と弁体との間に介設されたベローズと、前記弁室内に設けられ弁体が開弁した時に前記ベローズを格納するベローズ格納室とを備え、前記弁体は開弁した時にベローズ格納室を密閉する気密部材を有していることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、熱処理炉の排気系に設けられる弁装置であって、前記排気系と連通するガス入口およびガス出口を有する弁室と、該弁室内に設けられ前記ガス入口側を開閉する弁体と、前記弁室外に設けられ前記弁体を弁棒を介して開閉駆動する駆動部と、前記弁室の弁棒貫通部を封止すべく弁室と弁体との間に介設されたベローズと、前記弁室内に設けられ弁体が開弁した時に前記ベローズを格納するベローズ格納室と、該ベローズ格納室内に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入部とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、熱処理炉の排気系に弁装置を備えた熱処理装置であって、前記弁装置は、前記排気系と連通するガス入口およびガス出口を有する弁室と、該弁室内に設けられ前記ガス入口側を開閉する弁体と、前記弁室外に設けられ前記弁体を弁棒を介して開閉駆動する駆動部と、前記弁室の弁棒貫通部を封止すべく弁室と弁体との間に介設されたベローズと、前記弁室内に設けられ弁体が開弁した時に前記ベローズを格納するベローズ格納室とを備え、前記弁体は開弁した時にベローズ格納室を密閉する気密部材を有していることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、熱処理炉の排気系に弁装置を備えた熱処理装置であって、前記弁装置は、前記排気系と連通するガス入口およびガス出口を有する弁室と、該弁室内に設けられ前記ガス入口側を開閉する弁体と、前記弁室外に設けられ前記弁体を弁棒を介して開閉駆動する駆動部と、前記弁室の弁棒貫通部を封止すべく弁室と弁体との間に介設されたベローズと、前記弁室内に設けられ弁体が開弁した時に前記ベローズを格納するベローズ格納室と、該ベローズ格納室内に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入部とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基いて詳述する。図１は本発明の第１の実施の形態を示す熱処理装置の構成図である。
【００１２】
図１に示すように、熱処理装置１は、被処理体例えば半導体ウエハＷを収容し、所定の処理ガス雰囲気下および所定の高温下で熱処理する熱処理炉２を備え、この熱処理炉２の排気系３には弁装置である例えばメインバルブ４が設けられている。図示例の熱処理炉１は、上端が閉塞され下端が開放した縦長円筒状の耐熱性を有する例えば石英製の反応管（処理容器）５を備え、多数枚例えば１５０枚程度のウエハｗを一度に熱処理可能な縦型のバッチ式炉として構成されている。
【００１３】
また、図示例の反応管５は、内管５ａと外管５ｂを同心円状に配置した二重管構造とされているが、単一管構造であってもよい。この反応管５は、炉口として開放した下端開口部が蓋体６で気密に閉塞されることにより、気密性の高い熱処理炉２を構成するようになっている。前記蓋体６上には、多数枚のウエハＷを水平状態で上下方向に間隔をおいて多段に支持する基板支持具である例えば石英製のウエハボート７が回転可能なボート載置台８を介して載置されている。
【００１４】
蓋体６は、図示しない昇降機構により、処理炉２内へのウエハボート７のロード（搬入）ならびにアンロード（搬出）および炉口の開閉を行うように構成されている。また、前記反応管５の周囲には、炉内を所定の温度例えば３００〜１０００℃に加熱制御可能な抵抗発熱体からなるヒーター１１が設けられている。ヒーター１１の周囲は冷却ジャケット１２で覆われている。
【００１５】
反応管５の下側部には、処理ガスを導入するガス導入管部１３が設けられ、このガス導入管部１３に処理ガス供給系が接続されている。また、前記反応管５の下側部には、反応管５内を排気するための排気管部１４が設けられ、この排気管部１４には排気系３が接続されている。この排気系３は、例えばステンレス製の配管（排気管）からなり、下流には減圧ポンプ（真空ポンプ）１５や図示しない除害装置が接続されている。
【００１６】
前記排気系３には、メインバルブ４をバイパスするバイパス管１６が接続され、このバイパス管１６にはサブバルブ（補助弁）１７が設けられている。バイパス管１６は、排気系３の配管よりも小口径とされ、反応管５内を真空引きする最初の段階でパーティクルを巻き上げないようにスロー排気する場合などに用いられるようになっている。前記排気系３のメインバルブ４と減圧ポンプ１５との間（バイパス管１６の下流接続部よりも下流）には、圧力制御を行うためのバタフライ弁１８が設けられている。
【００１７】
排気系３の熱処理炉２とメインバルブ４との間には、圧力センサ１９が設けられ、この圧力センサ１９による検出圧力（検出値）を基に、熱処理炉２内すなわち反応管５内の圧力が所望の設定圧力（設置値）になるよう制御部（コントローラ）２０により前記バタフライ弁１８の開度が制御されるようになっている。また、制御部２０によりメインバルブ４とサブバルブ１７が切換えられると共に開閉（オン、オフ）の制御がされるようにようになっている。
【００１８】
一方、前記メインバルブ４は、前記排気系３と連通するガス入口２１およびガス出口２２を有する弁室２３を備えている。弁室２３の下部にガス入口２１が設けられ、弁室２３の側部にガス出口２２が設けられ、メインバルブ４は、いわゆるアングル弁として構成されている。弁室２３内には、前記ガス入口２１側を開閉する円形の弁体２４が設けられ、弁室２３の上部（弁室外）には前記弁体２４を弁棒２５を介して開閉駆動する駆動部（アクチュエータ）２６が設けられている。駆動部２６は、エアシリンダによる駆動方式であることが好ましいが、電動モータによる駆動方式であってもよい。
【００１９】
前記弁室２３内のガス入口２１側には、弁体２４が着座する弁座２７が設けられ、弁体２４の下部には閉弁時に弁座２７との間をシールする気密部材例えばＯリング２８が設けられている。前記弁棒２５は、弁室２３の天井部を貫通しており、その弁室２３の弁棒貫通部２９を封止すべく弁室２３の天井部と弁体２４の上部との間に跨って例えばステンレス製の伸縮可能なベローズ３０が介設されている。ベローズ３０は、弁棒２５を囲繞する如く弁棒２５と同心円状に設けられている。
【００２０】
そして、前記弁室２３内には、弁体２４が上方に移動されて開弁した時に、弁体２４の上昇移動に伴って収縮される前記ベローズ３０を格納するためのベローズ格納室３１が形成されている。このベローズ格納室３１は、弁室２３内を上下に仕切る如く弁室２３内に設けられた仕切壁３２によって弁室２３内の上部領域に形成されている。この仕切壁３２には、ベローズ３０が緩く貫通する開口部（ベローズ格納室の開口部）３３が形成されている。
【００２１】
弁体２４が開弁した時に、熱処理炉２内から排出されて弁室２３内をガス入口２１からガス出口２２へ流れる排気ガスがベローズ格納室３１内へ侵入するのを防止するために、弁体２４の上部には、前記仕切壁３２の下面に当接してベローズ格納室３１を密閉する気密部材例えばＯリング３４が設けられている。この場合、弁体２４は、仕切壁３２の開口部３３よりも直径が大きく形成されており、開弁した弁体２４によりベローズ格納室３１の開口部３３を覆う（塞ぐ）ことができるようになっているが、その時の気密性を持たせるために弁体２４と仕切壁３２との間をシールするＯリング３４が設けられていることが好ましい。熱処理炉１内から排出される排気ガスには未反応の処理ガスが含まれており、その処理ガス成分が所定の温度例えば１５０度を下回ると反応生成物として析出するので、これを防止するために排気系３の配管やメインバルブ４には、排気ガスが接する部分を所定の温度例えば１７０℃に加熱（加温）する加熱手段例えば抵抗発熱体が取付けられている（図示省略）。
【００２２】
次に、以上の構成からなるメインバルブおよび熱処理装置の作用を述べる。熱処理炉２の反応管５内にウエハｗを搭載したウエハボート７を搬入して炉口を蓋体６で密閉したなら、先ずメインバルブ４を閉、サブバルブ１７を開にして、減圧ポンプ１５の駆動により反応管５内を所定の圧力までスロー排気により減圧し、次いでメインバルブ４を開に切換えて、処理圧力まで減圧する。
【００２３】
そして、ヒーター１１によりウエハｗを所定の熱処理温度に加熱昇温させると共に、反応管５内に処理ガスを導入することによりウエハｗに所定の熱処理例えばＣＶＤ処理を施す。この熱処理の過程では、反応管５内の圧力が圧力センサ１９の検出圧力を基に所定の設定圧力になるように制御部２０によるバタフライ弁１８の開度制御により制御されている。また、熱処理炉２の反応管５からの排気ガスは、排気系３のメインバルブ４を経由して排気されている。
【００２４】
排気ガス中には未反応の処理ガスも含まれているが、排気系３の配管やメインバルブ４の弁室２３、場合によっては弁体２４も予め加熱手段例えば抵抗発熱体により所定の温度に加熱されているため、排気ガスと接しても反応生成物が付着生成され難いが、構造上加熱が困難で表面積の大きいベローズ３０の表面には処理ガスが接すると反応生成物が付着生成され易い。
【００２５】
しかしながら、前記メインバルブ４においては、弁体２４が開弁した時にベローズ３０を格納するベローズ格納室３１が弁室２３内に設けられているため、ベローズ３０に排気ガスが接し難くなり、弁室２３内のベローズ３０の表面に反応生成物が付着するのを抑制することができる。特に、上記実施の形態のメインバルブ４においては、前記弁体２４にその開弁時にベローズ格納室３１の開口部３３を密閉するＯリング３４が設けられているため、ベローズ格納室３１内への排気ガスの侵入を阻止ないし防止することができ、弁室２３内のベローズ３０の表面に反応生成物が付着するのを十分に抑制ないし防止することができる。
【００２６】
従って、前記メインバルブ４および熱処理装置１によれば、メインバルブ４のベローズ３０の表面に反応性生成物が付着し難いので、ウエハｗの汚染源になるのを抑制ないし防止することができる。また、弁室２３内のベローズ格納室３１内における反応生成物の付着が抑制されるため、弁室２３におけるベローズ格納室３１部分の加熱が不用になり、弁室全体を加熱した従来のメインバルブに比して加熱範囲を少なくすることができる。
【００２７】
図２は本発明の第２の実施の形態を示す熱処理装置の構成図である。本実施の形態において、図１の実施の形態と同一部分は同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明を加える。本実施の形態の熱処理装置１においては、メインバルブ４の弁体２４にベローズ格納室３１を密閉するためのＯリングが設けられていない代りに、ベローズ格納室３１内に不活性ガス例えば窒素ガスＮ２を導入するための不活性ガス導入部３５が設けられている。
【００２８】
この不活性ガス導入部３５は、不活性ガスを導入するための配管である不活性導入管３６を有し、この不活性ガス導入管３６の一端が前記ベローズ格納室３１内に連通接続されている。また、前記不活性ガス導入管３６の他端は、流量制御装置（Ｍａｓｓ  Ｆｌｏｗ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）３７および図示しない開閉弁を介して不活性ガスのガス源に接続されている。前記流量制御装置３７は、圧力センサ１９による検出圧力を基に所定流量の不活性ガスをベローズ格納室３１内に導入するように制御部２０により制御されるように構成されている。前記不活性ガスは、弁室２３内の弁体２４やベローズ３０の表面を冷却しないように例えば不活性ガス導入管３６に加熱手段例えば抵抗発熱体を設けることにより所定の温度例えば１７０℃に加熱されていることが好ましい。
【００２９】
このように構成されたメインバルブ４および熱処理装置１によれば、図１の実施の形態と同様の効果が得られる他に、前記ベローズ格納室３１内に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入部３５を備えているため、ベローズ格納室３１内への排気ガスの侵入を不活性ガスにより抑制ないし防止でき、弁室２３内のベローズ３０の表面に反応生成物が付着するのを十分に抑制することができる。また、排気系３に不活性ガスを導入するバラスト圧力制御が可能となる。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更等が可能である。例えば、熱処理装置としては、バッチ式に限定されず、被処理体を一枚ずつ熱処理する枚葉式であってもよい。被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、例えばガラス基板、ＬＣＤ基板等が適用可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【００３２】
（１）請求項１の発明によれば、熱処理炉の排気系に設けられる弁装置であって、前記排気系と連通するガス入口およびガス出口を有する弁室と、該弁室内に設けられ前記ガス入口側を開閉する弁体と、前記弁室外に設けられ前記弁体を弁棒を介して開閉駆動する駆動部と、前記弁室の弁棒貫通部を封止すべく弁室と弁体との間に介設されたベローズと、前記弁室内に設けられ弁体が開弁した時に前記ベローズを格納するベローズ格納室とを備え、前記弁体は開弁した時にベローズ格納室を密閉する気密部材を有しているため、ベローズ格納室内への排気ガスの侵入を防止でき、弁室内のベローズの表面に反応生成物が付着するのを十分に抑制することができる。
【００３３】
（２）請求項２の発明によれば、熱処理炉の排気系に設けられる弁装置であって、前記排気系と連通するガス入口およびガス出口を有する弁室と、該弁室内に設けられ前記ガス入口側を開閉する弁体と、前記弁室外に設けられ前記弁体を弁棒を介して開閉駆動する駆動部と、前記弁室の弁棒貫通部を封止すべく弁室と弁体との間に介設されたベローズと、前記弁室内に設けられ弁体が開弁した時に前記ベローズを格納するベローズ格納室と、該ベローズ格納室内に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入部とを備えているため、ベローズ格納室内への排気ガスの侵入を不活性ガスにより防止でき、弁室内のベローズの表面に反応生成物が付着するのを十分に抑制することができる。また、排気系に不活性ガスを導入するバラスト圧力制御が可能となる。
【００３４】
（３）請求項３の発明によれば、熱処理炉の排気系に弁装置を備えた熱処理装置であって、前記弁装置は、前記排気系と連通するガス入口およびガス出口を有する弁室と、該弁室内に設けられ前記ガス入口側を開閉する弁体と、前記弁室外に設けられ前記弁体を弁棒を介して開閉駆動する駆動部と、前記弁室の弁棒貫通部を封止すべく弁室と弁体との間に介設されたベローズと、前記弁室内に設けられ弁体が開弁した時に前記ベローズを格納するベローズ格納室とを備え、前記弁体は開弁した時にベローズ格納室を密閉する気密部材を有しているため、ベローズ格納室内への排気ガスの侵入を防止でき、弁室内のベローズの表面に反応生成物が付着するのを十分に抑制することができる。
【００３５】
（４）請求項４の発明によれば、熱処理炉の排気系に弁装置を備えた熱処理装置であって、前記弁装置は、前記排気系と連通するガス入口およびガス出口を有する弁室と、該弁室内に設けられ前記ガス入口側を開閉する弁体と、前記弁室外に設けられ前記弁体を弁棒を介して開閉駆動する駆動部と、前記弁室の弁棒貫通部を封止すべく弁室と弁体との間に介設されたベローズと、前記弁室内に設けられ弁体が開弁した時に前記ベローズを格納するベローズ格納室と、該ベローズ格納室内に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入部とを備えているため、ベローズ格納室内への排気ガスの侵入を不活性ガスにより防止でき、弁室内のベローズの表面に反応生成物が付着するのを十分に抑制することができる。また、排気系に不活性ガスを導入するバラスト圧力制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す熱処理装置の構成図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す熱処理装置の構成図である。
【符号の説明】
１  熱処理装置
２  熱処理炉
３  排気系
４  メインバルブ（弁装置）
２１  ガス入口
２２  ガス出口
２３  弁室
２４  弁体
２５  弁棒
２６  駆動部
２９  弁棒貫通部
３０  ベローズ
３１  ベローズ格納室
３５  不活性ガス導入部
【図１】
0003594079.tif 000002
【図２】
0003594079.tif 000003