(57)【要約】【課題】ピンホール発生のアラーム値を任意の値に設定できるようにすることによって設定時の調整を容易にし、かつ処理中の製品が排出されたのちに製造装置を停止するようにしてオーバーメンテナンスを防止する。【解決手段】薬液１３を入れた薬液槽１２に石英管ヒーター１を投入し薬液１３を昇温させて製品の薬液処理を行なう際、石英管ヒーター１の内部に充填された窒素ガスの圧力変動を検知して石英管ヒーター１のピンホール発生を検出する石英管ヒーターのピンホール検出装置において、石英管ヒーター１に接続された窒素ガス配管１４にデジタル圧力センサー６を設置し、このデジタル圧力センサー６によりピンホール径の経時変化をガス圧力の変動として捉え、この信号を予知ユニット７に送り、ガス圧力が予め設定された圧力値以下になるとピンホール発生による異常と判断し警報を発するようにしている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薬液を入れた薬液槽に石英管ヒーターを投入し薬液を昇温させて製品の薬液処理を行なう際、石英管ヒーターの内部に充填された窒素ガスの圧力変動を検知して石英管ヒーターのピンホール発生を検出する石英管ヒーターのピンホール検出装置において、前記石英管ヒーターに接続された窒素ガス配管にデジタル圧力センサーを設置し、このデジタル圧力センサーによりピンホール径の経時変化をガス圧力の変動として捉え、ガス圧力が予め設定された圧力値以下になるとピンホール発生による異常と判断することを特徴とする石英管ヒーターのピンホール検出装置。
【請求項２】
前記ピンホール径の経時変化につれて拡大するピンホールに薬液が浸入し始めたことを確認し、その時のガス圧力を前記デジタル圧力センサーで捉えて予知ユニットに出力し、ピンホール発生の異常を知らせるアラームを発することを特徴とする請求項１記載の石英管ヒーターのピンホール検出装置。
【請求項３】
前記ピンホールに薬液が浸入し始めた時のガス圧力値を基準としてアラーム値を設定することを特徴とする請求項２記載の石英管ヒーターのピンホール検出装置。
【請求項４】
前記アラーム値をピンホールに薬液が侵入し始める時のガス圧力値よりもプラス側に設定することを特徴とする請求項２記載の石英管ヒーターのピンホール検出装置。
【請求項５】
前記ピンホール径とガス圧力との相関関係を予め求めておき、この相関関係に基づいてアラーム値を設定することを特徴とする請求項２記載の石英管ヒーターのピンホール検出装置。
【請求項６】
前記ピンホールの発生から薬液浸入までの間の任意のタイミングでアラーム設定を可能としたことを特徴とする請求項２記載の石英管ヒーターのピンホール検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハなどの製品を薬液に浸漬させ、薬液を昇温させてエッチングや洗浄を行なう際に使用する石英管ヒーターの劣化を検出する装置に関するもので、特に石英管ヒーターのピンホール検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体ウエハの製造工程には各種の薬液処理工程があり、薬液槽内に半導体ウエハを浸漬させて薬液を加熱昇温させ、エッチング処理や洗浄処理を行なっている。この薬液の昇温には、いわゆる投げ込み式の石英管ヒーターが使用されている。図４、図５の配管構成図に示すように、この石英管ヒーター１は石英管の内部にニクロム線等のヒーター線１０をコイル状にして挿通し、石英管内に窒素ガスを２０ＫＰａ程度の圧力で封じ込めた構造となっている。
【０００３】
このような石英管ヒーターを薬液槽に投入し、半導体ウエハを浸漬した薬液を加熱して一定時間薬液処理を行なう。石英管自体は高温状態において各種の酸あるいはアンモニアなどの薬液に晒されるため、時間の経過とともに腐食などの劣化が進行し、ついには石英管にピンホールが発生する。ピンホールは劣化が進むにつれて穴径が大きくなり、石英管内の窒素ガスが管外に漏れ出して管内のガス圧力が次第に低下して行く。それにつれて逆に管外から薬液が浸入し始め、ヒーター線と接触する。この接触によってヒーター線が溶出し、ヒーター線を構成する金属物質が薬液中に流出して半導体ウエハが金属汚染されるという事態が発生する。
【０００４】
この金属汚染を防止するために、ピンホールの発生を自動的に検出する手段が従来から色々と提案されている。例えば、図４に示すエアーセンサー５あるいは図５に示すアナログ型の圧力センサー１５などを用いて石英管内のガス圧力の低下を検知し、その信号に基づいてヒーター線への電力供給を停止させたり、製造装置自体の搬送機構を停止させたり、またはアラーム警報を出すなどの手段が採られている。
【０００５】
このように、従来は、窒素ガス圧力の低下を検知するエアーセンサーの構造が、圧力変動によってダイヤフラムを可動させマイクロスイッチをＯＮ−ＯＦＦさせる構造であるため圧力の設定範囲を広く取ることができず、また、アナログ型の圧力センサーの構造が、ブルドン管式アナログ圧力計による圧力センサー（例えば、特許文献１参照。）であるため、窒素ガス圧力を設定（アラーム値の設定）する際はこのアナログ圧力計を確認しながら行なわなければならず、アラーム値の正確な調整が難しいという問題がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−１８７９５６号公報（［０００７］、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来、図４に示すように、石英管ヒーター１内に窒素ガスを供給する窒素ガス配管１４は、工場側から供給される窒素ガスを２段階のレギュレーター２及び３を通して２０ＫＰａまで減圧し、石英管ヒーター１に接続している。そして、石英管ヒーター１の手前の窒素ガス配管１４には、石英管ヒーター１内の窒素ガス圧力を検知するエアーセンサー５が設けられている。
【０００８】
従来は、このエアーセンサー５を用いて石英管ヒーター１に発生したピンホールによる窒素ガス圧力の低下を検知し、その信号を製造装置側へ出力するようにしているが、その際、アラーム警報を出すとともにヒーター出力を停止するだけではなく、同時に搬送機構を含む製造装置全体を停止する構造となっている。その結果、薬液槽内で処理中の半導体ウエハなどの製品が処理途中の状態で停滞したままとなってしまい、製品に異常が発生して不良品が大量に製造されてしまうという問題があった。
【０００９】
また従来は、窒素ガス圧力の低下を検知するエアーセンサーの構造が、ダイヤフラム式であるため圧力の設定範囲を広く取ることができず、また、窒素ガス圧力を設定（アラーム値の設定）する際はアナログ圧力計を確認しながら行なっているため、アラーム値の正確な調整が難しいという問題がある。
【００１０】
このように従来は、石英管ヒーターにピンホールが発生すると同時にアラーム値を検出するようになっているため、製造装置内にまだ処理中の製品が残っているにもかかわらず装置が停止してしまい、多量の不良品を発生させたり、あるいは途中停止した装置から不良品を取り除き、装置を再稼動するための過剰なメンテナンス（オーバーメンテナンス）を必要としたりする問題が発生していた。
【００１１】
本発明は、これらの問題点を解決するためになされたもので、アラーム値を任意の値に設定できるようにすることによって設定時の調整を容易にし、かつ処理中の製品が排出されたのちに製造装置を停止するようにしたことによってオーバーメンテナンスを防止することができる石英管ヒーターのピンホール検出装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、薬液を入れた薬液槽に石英管ヒーターを投入し薬液を昇温させて製品の薬液処理を行なう際、石英管ヒーターの内部に充填された窒素ガスの圧力変動を検知して石英管ヒーターのピンホール発生を検出する石英管ヒーターのピンホール検出装置において、前記石英管ヒーターに接続された窒素ガス配管にデジタル圧力センサーを設置し、このデジタル圧力センサーによりピンホール径の経時変化をガス圧力の変動として捉え、ガス圧力が予め設定された圧力値以下になるとピンホール発生による異常と判断するようにしたものである。
【００１３】
また、本発明は、前記ピンホール径の経時変化につれて拡大するピンホールに薬液が浸入し始めたことを確認し、その時のガス圧力を前記デジタル圧力センサーで捉えて予知ユニットに出力し、ピンホール発生の異常を知らせるアラームを発するようにし、また、ピンホールに薬液が浸入し始めた時のガス圧力値を基準としてアラーム値を設定するようにしている。
【００１４】
また、本発明は、前記アラーム値をピンホールに薬液が侵入し始める時のガス圧力値よりもプラス側に設定するようにし、また、ピンホール径とガス圧力との相関関係を予め求めておき、この相関関係に基づいてアラーム値を設定するようにし、ピンホールの発生から薬液浸入までの間の任意のタイミングでアラーム設定を可能としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の石英管ヒーターのピンホール検出装置における一実施形態について図面を参照して説明する。図１は一実施の形態を示す配管構成図である。なお、従来技術と同一の部品は同じ符号を用いて説明する。
【００１６】
図１に示すように、半導体ウエハなどの製品の薬液処理を行なう際、硫酸、過水アンモニアなどの薬液１３を入れた薬液槽１２内に石英管ヒーター１をセットし、ヒーターを加熱することによって薬液１３の温度を昇温させるようになっている。石英管ヒーター１は、内部にニクロム線等のヒーター線１０がコイル状に巻かれて挿入されており、同時に窒素ガスが２０ＫＰａの圧力で封じ込められている。そして、石英管ヒーター１の一端は薬液１３から外に出てその開口部からヒーター線１０が導出され、同時に窒素ガスを送り込む窒素ガス配管１４が挿入されている。この状態で開口部はキャップ１１等によって気密に封止されている。
【００１７】
窒素ガス配管１４はガス圧力調整手段を有し、工場側から供給される元のガス圧力をまずレギュレーター２で３５ＫＰａまで減圧し、さらに、工場側の圧力変動を受けずに安定したガス圧力を供給するためにレギュレーター３で２０ＫＰａまで減圧し、フィルター４を介して石英管ヒーター１に導入するようになっている。そして、フィルター４と石英管ヒーター１との間には、石英管ヒーター１内のガス圧力の変動を検知するエアーセンサー５を設け、さらに、このエアーセンサー５と石英管ヒーター１との間にはデジタル圧力センサー６設け、このデジタル圧力センサー６からの信号により異常警報を発するための予知ユニット７及びパトライトブザー８を備えている。
【００１８】
このように構成されている石英管ヒーターのピンホール検出装置において、薬液処理の際に薬液の種類や温度、超音波振動などの影響によって石英管自体がエッチングされてピンホールが発生し、通常は一定ガス圧力に保たれている石英管ヒーター１内の窒素ガスが薬液１３中に漏れ出してガス圧力が低下する。石英管は劣化が進むにつれてピンホール径が大きくなるが、ガス圧力はピンホール径に反比例して徐々に低下する。このガス圧力の低下をデジタル圧力センサー６で常に捉え、ガス圧力がデジタル圧力センサー６にセットされたアラーム値以下になるとデジタル圧力センサー６から予知ユニット７へ出力し、予知ユニット７にてパトライトブザー８を発報させ異常を知らせる。オペレーターはこの知らせを受け、製造装置への製品供給を停止し、処理中の製品が排出された後に製造装置を停止する。
【００１９】
次に、アラーム値を設定する方法について説明する。アラーム値の設定に際しては、下記の理由に基づいて行なう。すなわち、ピンホールが発生した直後は石英管ヒーター内の窒素ガス圧力は低下し始めたばかりなので、直ちに薬液が内部に浸入してくることはない。しかし、その後、時間の経過とともに劣化が進行してピンホール径が大きくなると、内部のガス圧力低下とともに薬液の侵入が始まる。この薬液の浸入が始まる時のガス圧力を確認し、このガス圧力をアラーム値設定の基準とする。これにより、ピンホールが発生したと同時に警報を発することがなくなる。
【００２０】
この薬液浸入が始まる時のガス圧力を確認するために、図２の配管構成図に示すような擬似ピンホール治具９を使用する。この擬似ピンホール治具９は石英管ヒーターとほぼ同じ寸法の石英管を使用し、両端を封止して一方に窒素ガスを送り込む窒素ガス配管１４が挿通されている。そして、石英管にはピンホールに相当する小穴１６が複数個開けられている。擬似ピンホール治具９以外の配管系及びデジタル圧力センサー６等は上記の一実施の形態と同じである。なお、擬似ピンホール治具９に開けられた複数の小穴１６は、直径（ｍｍ）が０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１．０、２．０の１１個が開けられている。そして、実験の際、必要とする小穴以外は全て栓をして使用する。
【００２１】
この擬似ピンホール治具９を石英管ヒーターの替わりに純水１７で置換した薬液槽１２内にセットし、擬似ピンホール治具９内に約２０ＫＰａの窒素ガスを導入し、穴径の変化に伴うガス圧力変化をデジタル圧力センサー６により確認して行く。まず、穴径が０．１ｍｍの時のガス圧力確認から始めて順に穴径の大きい方に移り（０．１ｍｍから２．０ｍｍまで）、ガス圧力の変化を読み取って行く。この穴径とガス圧力との関係を実験的に求めたグラフが図３である。なお、図３では参考として従来のエアセンサー５の動作を合わせて示している。すなわち、従来はピンホールの発生とほぼ同時にスイッチがＯＮする状態を示している。
【００２２】
こうして順に大きい穴径に移行するにつれて、ある穴径のところから純水の侵入が始まり、この浸入を目視により確認し、その時のガス圧力をデジタル圧力センサー６で確認してピンホールが発生した石英管ヒーターの使用限界点圧力とする。そして、その確認したガス圧力に５ＫＰａをプラスした圧力値をアラーム値としてデジタル圧力センサー６に入力する。アラーム値をプラス５ＫＰａにする理由は、窒素ガスが石英管ヒーター内部から薬液槽へ流れ出ている限りは製品の汚染は発生しないが、穴径の拡大に伴うガス圧力の低下により薬液が石英管ヒーター内に浸入した場合、薬液によりヒーター線が侵され金属物質が槽内に流出すると製品の金属汚染に繋がるからである。
【００２３】
このように、本発明はあらかじめ擬似ピンホール治具を用いてピンホールの穴径と圧力との相関関係を事前調査しておき、その結果に基づいてアラーム値をデジタル圧力センサーに設定しているので、よりきめ細かなピンホール検出が可能である。また、本発明では、デジタル圧力センサーを使用したことによって従来のエアセンサーは不要となるが、万一デジタル圧力センサーが故障したような場合に備えてそのまま残しておいてもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べてきたように、従来はエアーセンサーあるいはアナログ式の圧力計による圧力センサーなどを用いてアラーム設定範囲から外れた場合のみ異常を検出するデジタル出力であったのに対し、本発明ではガス圧力の変化量をアナログ的に認識することが可能となったので、ピンホール発生から液漏れまでの経時変化をとらえた予知が可能である。
【００２５】
また、従来はアナログ圧力計を確認しながらのアラーム設定であるため正確なアラーム値の調整が難しく、しかも石英管ヒーターへのピンホール発生と同時に異常を検出するためオーバーメンテナンスの可能性があった。これに対し本発明はアラーム設定範囲が広く、圧力センサーのデジタル表示を確認しながら任意の位置でアラーム設定ができるため、調整のやり易さとともにオーバーメンテナンスが防止できる。
【００２６】
このように、本発明はエアーセンサーと石英管ヒーターとの間にデジタル圧力センサーを設置することによって調整の簡略化を図り、装置停止以前に異常を知らせ、製品処理後にオペレーターによって装置を停止させるようにしたことで従来の問題点を解決している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す配管構成図である。
【図２】本発明に用いるアラーム値を予め設定するための配管構成図である。
【図３】ピンホール径の変化に伴うガス圧力の変化を示すグラフである。
【図４】従来の一例を示す配管構成図である。
【図５】従来の他の例を示す配管構成図である。
【符号の説明】
１    石英管ヒーター
２、３    レギュレーター
４    フィルター
５    エアーセンサー
６    デジタル圧力センサー
７    予知ユニット
８    パトライトブザー
９    擬似ピンホール治具
１０    ヒーター線
１１    キャップ
１２    薬液槽
１３    薬液
１４    窒素ガス配管
１５    圧力センサー
１６    小穴
１７    純水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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