(57)【要約】【課題】炉口シール部や管接続部シール等の経年劣化やメンテナンス時の組み付け不良に起因するガスリークを、熱処理装置を停止させることなく、簡易な構成で予防することが可能な熱処理装置、熱処理方法、熱処理装置用プログラムを提供する。【解決手段】  熱処理装置１００は、炉体１０、ガス供給部５０、ガス選択部６０、表示装置７０および制御部２０を備える。制御部２０は、フロアプレート２２によってプロセスチューブ１２内にワークが封入された後であってワークに対する熱処理が開始される前に、プロセスチューブ１２内に不活性ガスを導入する。続いて、制御部２０は、プロセスチューブ１２内がシステムの耐圧を超えない範囲の所定圧力に達した後の所定期間における圧力降下率が所定値以上か否かを判定し、圧力降下率が所定値以上の場合には熱処理を行うことなくリーク発生を通知する。【選択図】  図２
2008270279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に開口を有するプロセスチューブと、前記開口を選択的に密閉するように構成された密閉手段とを備え、前記プロセスチューブ内に封入されたワークに対する熱処理を行う熱処理装置であって、
ガス導入路を介して前記プロセスチューブ内に雰囲気ガスを供給するように構成されたガス供給手段と、
ガス排出路を介して前記プロセスチューブ内のガスを排出するように構成されたガス排出手段と、
前記プロセスチューブ内の圧力を測定可能な圧力測定手段と、
前記圧力測定手段の測定結果に基づいて、前記ガス供給手段および前記ガス排出手段の動作を制御するように構成された制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記密閉手段によって前記プロセスチューブ内にワークが封入された後であって前記ワークに対する熱処理が開始される前に、前記プロセスチューブ内に不活性ガスを導入し、前記プロセスチューブ内がシステムの耐圧を超えない範囲の所定圧力に達した後の所定期間における圧力降下率が所定値以上か否かを判定し、圧力降下率が所定値以上の場合には熱処理を行うことなくリーク発生を通知する
熱処理装置。
【請求項２】
一端に開口を有するプロセスチューブと、前記開口を選択的に密閉するように構成された密閉手段とを備え、前記プロセスチューブ内に封入されたワークに対する熱処理を行う熱処理装置に適用される熱処理方法であって、
前記密閉手段によって前記プロセスチューブ内にワークを封入するステップと、
前記プロセスチューブ内に不活性ガスを導入することによって、前記プロセスチューブ内がシステムの耐圧を超えない範囲の所定圧力になるように加圧するステップと、
前記プロセスチューブ内が前記所定圧力に達した後の所定期間における圧力降下率が所定値以上か否かを判定するステップと、
圧力降下率が所定値未満の場合には熱処理に移行する一方で、圧力降下率が所定値以上の場合には熱処理を行うことなくリーク発生を通知するステップと、
を含む熱処理方法。
【請求項３】
請求項２に記載の熱処理方法を熱処理装置に実行させる熱処理装置用プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークに対する熱処理を行うための熱処理装置、熱処理方法、および熱処理装置用プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱処理装置に用いられるプロセスチューブには、高い気密性が求められる。その理由は、プロセスチューブ内には危険なガスが封入されることがあるとともに、プロセスチューブ内に大気が混入するとワークに悪影響を与える虞があるからである。
【０００３】
そこで、従来、プロセスチューブに真空排気手段とリーク検知手段とを接続して真空排気を行った後、外部からガスを吹き付けることによってプロセスチューブのガスリーク検査を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この技術によれば、ガスリーク無しであると判断されたプロセスチューブを用いることによって安定した熱処理が可能になるとされている。
【特許文献１】特開２００５−３２７７６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、熱処理装置におけるガスリークは、炉口シール部やプロセスチューブ周りの配管系統（開閉バルブから開閉バルブまで）のシール部や各部材の経年劣化やメンテナンス時の組み付け不良などによっても発生し得る。このようなガスリークへの防止対策の例として、ガスリーク検知器を設置したり、定期的にメンテナンス時間を設けたりすることが挙げられるが、これらの対策では次のような不都合がある。例えば、ガスリーク検知器は、ガスリークの発生は検知できても、ガスリークを予防することができない。また、メンテナンスを定期的に行うためには、熱処理装置を定期的に停止させる必要が生じる。
【０００５】
この発明の目的は、炉口シール部や、その他のプロセスチューブ周りの配管系統に使用される各部材の経年劣化やメンテナンス時の組み付け不良に起因するガスリークを、熱処理装置を停止させることなく、簡易な構成で予防することが可能な熱処理装置、熱処理方法、熱処理装置用プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る熱処理装置は、一端に開口を有するプロセスチューブと、この開口を選択的に密閉するように構成された密閉手段とを備え、プロセスチューブ内に封入されたワークに対する熱処理を行う。この熱処理装置は、ガス供給手段、ガス排出手段、圧力測定手段、および制御手段を備える。
【０００７】
ガス供給手段は、ガス導入路を介してプロセスチューブ内に雰囲気ガスを供給するように構成される。ガス排出手段は、ガス排出路を介してプロセスチューブ内のガスを排出するように構成される。ガス排出路には、制御手段によって開閉切換自在のバルブが設けられることが好ましい。圧力測定手段は、プロセスチューブ内の圧力を測定可能に構成される。圧力測定手段は、通常の熱処理時の負圧測定用と、ガスリーク検査時の微加圧測定用との２つを設けることが好ましい。
【０００８】
制御手段は、圧力測定手段の測定結果に基づいて、ガス供給手段およびガス排出手段の動作を制御するように構成される。制御手段は、密閉手段によってプロセスチューブ内にワークが封入された後であってワークに対する熱処理が開始される前に、プロセスチューブ内に不活性ガスを導入し、プロセスチューブ内がシステムの耐圧を超えない範囲の所定圧力に達した後の所定期間における圧力降下率が所定値以上か否かを判定し、圧力降下率が所定値以上の場合には熱処理を行うことなくリーク発生を通知する。ここで、システムの耐圧の基準としては、密閉手段における炉口シール面のクラッキング圧やプロセスチューブの耐圧が挙げられる。
【０００９】
この構成においては、プロセスチューブに不活性ガスの加圧封入を行い、シール部等の経年劣化やメンテナンス時の組み付け不良などによるリークがないことが確認されない限り熱処理が実行されない。このため、熱処理時に危険ガスがプロセスチューブを含む密閉系からリークすることが予防される。
【００１０】
また、一連の熱処理の流れの中でガスリーク検査が自動的に行われるため、ガスリーク検査時に熱処理装置を停止させる必要がない。このため、炉内温度を常温まで落とす必要がなく、処理効率が向上する。
【００１１】
さらに、プロセスチューブを不活性ガスで耐圧内の微圧に加圧封入するため、ガスリーク検査中に外部よりエアやパーティクル等が入り込むことによってプロセスチューブ内が汚染されることがない。また、プロセスチューブを真空排気してガスリーク検査をする場合に比較して、ガスリーク検査に要する時間が短縮される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、炉口シール部等の経年劣化やメンテナンス時の組み付け不良に起因するガスリークを、熱処理装置を停止させることなく、簡易な構成で予防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】
図１を用いて、本発明の実施形態に係る縦型熱処理装置１００の概略を説明する。熱処理装置１００は、Ｓｉ基板などの半導体基板やガラス基板等のワークに対して熱処理を行うように構成される。熱処理の例として、酸化膜形成処理、拡散処理、およびアニール処理が挙げられる。熱処理装置１００は、炉体１０、ガス供給部５０、ガス選択部６０、表示装置７０および制御部２０を備える。
【００１４】
炉体１０は、石英製のプロセスチューブ１２、石英製のフロアプレート２２、ヒータ１４、ステンレス製の導入管４０、石英製の排気管４２を備える。プロセスチューブ１２は、その底面に開口を有しており、熱処理が行われる処理室を画定する。フロアプレート２２は、図示しないエレベータ装置に昇降自在に支持されており、プロセスチューブ１２の開口を選択的に密閉するように構成される。プロセスチューブ１２とフロアプレート２２との間には、バイトン製のシール部材（本実施形態ではフェイスシール）が設けられる。なお、熱処理装置１００におけるシール部材の素材としては、バイトン以外にも、シリコンやカルレッツ（商標）を用いることが可能である。ヒータ１４は、プロセスチューブ１２の周囲に配置されており、プロセスチューブ１２内のワークを加熱するように構成される。導入管４０は、ガス選択部６０とプロセスチューブ１２とを連通する。
【００１５】
排気管４２は、シール部材（本実施形態ではＯリング）を介してプロセスチューブ１２に接続される。排気管４２は、プロセスチューブ１２と排気部２８とを連通する。排気管４２には、エアバルブ３４およびマニュアルバルブ３２が設けられる。一方で、プロセスチューブ１２と排気管４２との接続部は、ウォータートラップ３６およびエアバルブ３８を介してドレイン部３０に接続される。
【００１６】
炉体１０はさらに、第１の圧力センサ２４および第２の圧力センサ２６を備える。第１の圧力センサ２４は、熱処理時におけるプロセスチューブ１２内の負圧を検出する。一方、第２の圧力センサ２６は、後述の微加圧処理時におけるプロセスチューブ１２内の圧力を検出する。
【００１７】
ガス供給部５０は、プロセスチューブ１２に供給すべきガスをそれぞれ供給する複数のガス供給部を備える。この実施形態では、ガス供給部５０は、ＨＣｌ供給部５２、Ｈ2 供給部５４、Ｏ2 供給部５６、およびＮ2 供給部５８を備える。ガス供給部５０の構成はこれに限定されるものではないが、少なくとも１種類の不活性ガスを供給可能であることが好ましい。
【００１８】
ガス選択部６０は、ガス供給部５０とプロセスチューブ１２とを中継するように構成される。ガス選択部６０は、制御部２０から供給される制御信号に基づいて、ＨＣｌ供給部５２、Ｈ2 供給部５４、Ｏ2 供給部５６、およびＮ2 供給部５８のそれぞれから供給されるガスを選択的にプロセスチューブ１２に導入する。
【００１９】
表示装置７０は、制御部２０からの制御信号に基づいて作業者に通知すべき情報を表示するように構成される。この実施形態では、表示装置７０は、主として、リークが発生したことを作業者に通知するために用いられる。
【００２０】
制御部２０は、複数のプログラムが記録された記録部２５を備えており、記録部２５に記録されたプログラムに基づいて熱処理装置１００の動作を統括的に制御する。
【００２１】
熱処理装置１００は、処理と処理の間に、プロセスチューブ１２の炉口シール部および排気管４２等を含む密閉系のガスリーク検査を簡易に行うことを特徴とする。以下、図２のフローチャートを用いて、ガスリーク検査時における制御部２０の動作手順を説明する。
【００２２】
まず、制御部２０は、プロセスチューブ１２内にワークを導入するとともに、フロアプレート２２によってプロセスチューブ１２の開口を閉じる（Ｓ１）。
【００２３】
続いて、制御部２０は、微加圧ステップに移行する。具体的には、ガス供給部５０およびガス選択部６０を制御することによって、Ｎ2 をプロセスチューブ１２に導入することによってプロセスチューブ１２を加圧する（Ｓ２）。このとき、制御部２０は、急激にシステムを加圧することがないように、プロセスチューブ１２の容積や内部温度による体積膨張等を考慮に入れてＮ2ガスの流量を変化させる。
【００２４】
ここで、図３を用いて、Ｓ２のステップ実行時におけるガス供給部５０と炉体１０との接続状態の概略を簡単に説明する。Ｓ２のステップ実行時には、Ｎ2 供給部５８はプロセスチューブ１２に接続されるが、その間にはマニュアルバルブ６０２、フィルタ６０４、レギュレータ６２０、エアバルブ６２２、マスフローコントローラ６２４、チェックバルブ６２６、フィルタ６２８、およびパイロ装置６３０が介在する。一方で、フィルタ６０４とレギュレータ６２０との間には、接続部が設けられる。この接続部は、レギュレータ６０６、マスフローメータ６１０、ニードルバルブ６１２、エアバルブ６１４、フィルタ６１８を介してプロセスチューブ１２に接続される。レギュレータ６０６とマスフローメータ６１０との間には、圧力センサ６１０が設けられる。Ｓ２のステップでは、制御部２０は、エアバルブ６２２を開くとともに、エアバルブ６１４、エアバルブ３４、およびエアバルブ３８を閉じる。
【００２５】
Ｓ２の微加圧ステップに続いて、制御部２０は、第２の圧力センサ２６の検出値をモニタしつつ、プロセスチューブ１２内が所定圧力に達するまで待機する（Ｓ３）。ここで、所定圧力とは、システムの耐圧を超えない範囲の微圧を意味する。この実施形態では、システムの耐圧を超えない範囲の微圧として２ｋＰａを採用している。その理由は、この実施形態では、プロセスチューブ１２とフロアプレート２２との間のシール面のクラッキング圧が２．５〜３．０ｋＰａに設計されているからである。微加圧ステップ時の圧力値は２ｋＰａに限定されるものではなく、システムの耐圧を超えない範囲で任意の値を採用することが可能である。
【００２６】
Ｓ３の待機ステップにおいて、プロセスチューブ１２内が２ｋＰａに達すると、制御部２０は、所定期間における圧力降下率を測定するためにタイマをスタートさせる（Ｓ４）。
【００２７】
続いて、制御部２０は、所定期間が経過するまで待機する（Ｓ５）。ここでは、所定期間の長さは５分程度に設定される。その理由は、期間が短すぎると圧力降下を適切に計測することができない一方で、期間が長すぎると熱処理までにかかる時間が延びて作業効率が低下するからである。
【００２８】
Ｓ５の待機ステップにおいて、所定期間が経過すると、制御部２０は、第２の圧力センサ２６の検出値を取得する（Ｓ６）。さらに、制御部２０は、圧力降下率が適切であるか否かを判断する（Ｓ７）。Ｓ７の判断ステップでは、制御部２０は、所定期間における平均リークレートが閾値未満であれば圧力降下率が適切であると判断する一方で、所定期間における平均リークレートが閾値以上であれば圧力降下率が適切でないと判断する。この実施形態では、リークレートの閾値は、平均１．０×１０-2Ｐａ・ｍ3／ｓに設定されているが、リークレートの閾値はこの値に限定されるものではない。
【００２９】
図４は、プロセスチューブ１２内の圧力降下の例を示す図である。同図において、Ｌ１は、リークレートの閾値を示している。もし、Ｌ３に示すように、閾値を超えるリークレートにて圧力が降下している場合には、プロセスチューブ１２を含む密閉系においてガスリークが発生している可能性が高い。一方で、Ｌ２に示すように、閾値未満のリークレートにて圧力が降下している場合には、プロセスチューブ１２を含む密閉系においてガスリークが発生している可能性が低い。
【００３０】
Ｓ７の判断ステップにおいて、圧力降下率が適切であると判断された場合には、熱処理に移行する（Ｓ８）。このとき、微加圧状態でプロセスチューブ１２を含む密閉系のガスリークがないことが確認されているため、プロセスチューブ１２を含む密閉系が負圧状態となる熱処理中でガスリークが発生することはまずないと言える。
【００３１】
これに対して、圧力降下率が適切でないと判断された場合には、熱処理に移行せず、表示装置７０にリーク発生を示す警告通知をさせる（Ｓ９）。この実施形態では、安全なＮ2 ガスによってリーク検査を行うため、プロセスチューブ１２を含む密閉系のガスリークが発生しても安全面での問題はない。また、プロセスチューブ１２を含む密閉系のガスリークが発生していればＨＣｌガスの供給がされないため、熱処理装置１００を使用中にＨＣｌガスがリークするという不都合は発生しない。
【００３２】
上述の実施形態では、専らガスリークを検査するために熱処理装置１００に設けられた構成要素はエアバルブ３４および第２の圧力センサ２６だけであるため、簡易な構成によってガスリーク検査の実行が可能になっている。ガスリーク検査時にはシステムが加圧されるため、ガスリーク検査時に外部よりエア、パーティクル等が入り込み、プロセスチューブ１２内が汚染されることがない。さらに、熱処理の一連の流れの中で自動的かつ容易にガスリーク検査を実行することが可能になるため、定期的に熱処理装置１００を停止させることが不要になる。
【００３３】
上述の実施形態では、熱処理開始前に必ずガスリーク検査を実行しているが、数回の熱処理が実行される毎にガスリーク検査を実行するようにしても良い。
【００３４】
上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】熱処理装置の概略を示す図である。
【図２】ガスリーク検査時における制御部の動作手順を示すフローチャートである。
【図３】微加圧処理時におけるガス供給部と炉体との接続状態の概略を示す図である。
【図４】プロセスチューブ内の圧力降下率の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０−炉体
１２−プロセスチューブ
２０−制御部
２２−フロアプレート
３４−エアバルブ
４０−導入管
４２−排気管
【図１】
2008270279.tif 000003
【図２】
2008270279.tif 000004
【図３】
2008270279.tif 000005
【図４】
2008270279.tif 000006