DE68919084T2 - Metalloxydierungsanordnung und verfahren. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Oxidierungsbehandlung von Metall und im speziellen auf eine Oxidierungsbehandlungsvorrichtung und -methode zur Passivierung von metallischen Teilen, die in Röhrensystemen für hochreine Gase oder hochreine Vakuumeinrichtungen genutzt werden sollen.
• Die Technik zum Erhalt von hochreinem Vakuum bzw. die Technik zur Herstellung einer hochreinen Atmosphäre von reduziertem Druck durch Einleiten eines Gases in die Vakuumkammer mit einer geringen Fließgeschwindigkeit, hat in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung gewonnen. Diese Techniken werden für die Erforschung von Materialeigenschaften, für die Bildung von verschiedenen Arten von Dünnfilmen, für die Herstellung von Halbleitereinrichtungen, etc. angewendet. Als Resultat erhält man ein reineres Vakuum, wobei hohe Anforderungen an die reduzierte Atmosphäre gestellt werden, wo die Vermischung von unreinen Elementen und unreinen Molekülen soweit wie möglich reduziert werden könnte.
• Z.B. bei der Herstellung von Halbleitereinrichtungen werden die Abmessungen der Einheiten und der Elemente von Jahr zu Jahr reduziert, um eine höhere Integration der integrierten Schaltkreise zu erreichen. Intensive Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten werden ausgeführt zur praktischen Anwendung von Halbleitervorrichtungen, die Abmessungen von 1 um und weniger oder 0,5 um und weniger haben.
• Solche Halbleitereinrichtungen werden hergestellt, indem der Prozeß der Dünnfilmbildung und der Ätzprozeß des Filmes wiederholt werden, so daß dieser in ein bestimmtes Schaltkreismuster gebracht wird. Gewöhnlich werden diese Prozesse unter Bedingungen hochreinen Vakuums oder in einer Atmosphäre von reduziertem Druck mit dem spezifierten Gas durchgeführt, indem die Silizium-wafer in der Vakuumkammer plaziert werden. Wenn die Unreinheiten während dieses Prozesses untergemischt werden, kann sich die Qualität des Dünnfilmes reduzieren oder die Herstellungsgenauigkeit kann nicht erreicht werden. Dies ist der Grund, warum ein hochreines Vakuum und eine hochreine Atmosphäre reduzierten Druckes gefordert wird.
• Einer der Hauptgründe, der der Herstellung eines hochreinen Vakuums und einer hochreinen Atmosphäre reduzierten Druckes entgegensteht, ist das Gas, welches von der Oberfläche des Edelstahles freigegeben wurde, welcher häufig für die Kammer oder die Gasröhre benutzt wird. Vor allen Dingen die Feuchtigkeit, welche von der Oberfläche adsorbiert wird und welche sich unter Vakuum oder einer Atmosphäre reduzierten Druckes ablöst, war die schlimmste Kontaminationsquelle.
• Fig.9 ist eine grafische Darstellung, die das Verhältnis zwischen der absoluten Leckage des Systems, einschließlich des Gasröhrensystems und der Reaktionskammer in jeder Anordnung (die Summe der Gasquantität, welche von der inneren Oberfläche des Röhrensystems und der Reaktionskammer abgegeben wird mit der externen Leckage) und der Gaskontamination. Es wird hierbei vorausgesetzt, das das Originalgas keine Unreinheiten enthält. Die Linien in dem Diagramm bezeichnen die Resultate wenn die Werte mit der Gasströmgeschwindigkeit als Parameter geändert werden. Natürlich steigt die Konzentration der Unreinheiten an, je niedriger die Gasströmgeschwindigkeit ist, da der Einfluß des von der inneren Oberfläche abgegebenen Gases deutlich sichtbar wird.
• Im Herstellungsprozeß von Halbleitern, gibt es einen Trend dahin, die Gasströmgeschwindigkeit immer weiter zu reduzieren, um den Prozeß mit höherer Genauigkeit durch Öffnen und Füllen der Löcher mit grobem Längenverhältnis zu erreichen. So ist es z.B. normal, eine Strömungsgeschwindigkeit von einigen Zehnteln eines cm³/min oder weniger für den Prozeß der Herstellung von ULSI im Submicrometerbereich zu nutzen. Vorausgesetzt, daß die Strömungsgeschwindigkeit 10 cm³/min beträgt und dar die absolute Leckage des Systems 0,13 bis 1,3x10&supmin;&sup4; Pa.l/s beträgt (10&supmin;³ bis 10&supmin;&sup6; Torr l/sec), wie bei der derzeitig benutzten Anordnung, ist die Reinheit des Gases 1% bis 10 ppm und das ist weit entfernt von einem hochreinem Prozeß.
• Die hiesigen Erfinder haben das hochreine Gasversorgungssystem erfunden und waren erfolgreich in der Verminderung der Leckage von der Außenseite des Systems auf weniger als 1,3x10&supmin;&sup9; Pa.l/s (1x10&supmin;¹¹ Torr l/sec), was der Erfassungsgrenze der derzeitig benutzten Aufnehmer entspricht. Die Konzentration der Unreinheiten in der Atmosphäre reduzierten Druckes konnte jedoch nicht reduziert werden, aufgrund der Leckage von innerhalb des Systems oder aufgrund der Komponenten des von der Oberfläche des besagten Edelstahls freigegebenen Gases. Der minimale Wert der von der Oberfläche freigegebenen Gasquantität, die bei der Oberflächenbehandlung in der hochreinen Vakuumtechnik erreicht wird, ist derzeit 1,3x10&supmin;&sup9; Pa.l/scm² (1x10&supmin;¹¹ Torr l/sec.cm²) bei Edelstahl. Vorausgesetzt, daß der Obeflächenbereich, der auf das Innere der Kammer gerichtet, ist minimal geschätzt wird, d.h. auf 1m², beträgt die absolute Leckage 1x10&supmin;&sup5; Pa.l/s (1x10&supmin;&sup7; Torr l/sec). Das bedeutet, daß nur das Gas mit einer Reinheit von ungefähr 1 ppm bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 10 cm³/min benutzt werden kann. Die Reinheit wird zweifellos verschlechtert, wenn die Gasströmgeschwindigkeit weiter reduziert wird.
• Um das von der inneren Oberfläche der Kammer abgegebene Gas auf 1,3x10&supmin;&sup9; Pa.l/s zu reduzieren (1x10&supmin;¹¹ Torr l/sec), d.h. auf dasselbe Niveau wie die Aussenleckage des gesamten Systems, ist es notwendig, das von der Oberfläche des Edelstahles abgegebene Gas auf weniger als 1,3x10&supmin;¹³ Pa.l/scm² zu reduzieren (1x10&supmin;¹&sup5; Torr l/sec.cm²). Daher resultiert eine große Nachfrage nach der besseren Prozeßtechnik für die Oberfläche von Edelstahl, um eine geringere Gasabgabe zu haben.
• In dem Herstellungsprozeß von Halbleitern wird eine große Vielzahl von Gasen eingesetzt, von dem relativ stabilen allgemeinen Gas (wie z.B. O&sub2;, N&sub2;, Ar, H&sub2;, He) zu speziellen Gasen mit höherer Reaktivität, korrosiven und toxischen Eigenschaften. Als Material für die Röhren und die Kammer für diese Gase, wird normalerweise Edelstahl eingesetzt, aufgrund seiner höheren Reaktivität, Korrosionswiderstandes, höheren Festigkeit, leichten Nachbearbeitung, Schweißbarkeit und leichten Polierbarkeit der inneren Oberflächen.
• Edelstahl zeigt hervorragende Korrosionsresistenzeigenschaften in einer getrockneten Gasatmosphäre. Unter den speziellen Gasen sind jedoch Bortrichlorid (BC&sub1;&sub3;) oder Bortrifluorid (BF&sub3;), die hochkorrosive Eigenschaften entwickeln, in dem Hydrochloridsäure oder Hydrofluoridsäure durch Hydrolyse erzeugt wird, wenn sich Feuchtigkeit in der Atmosphäre befindet. Edelstahl korrodiert daher leicht, wenn Feuchtigkeit in der Gasatmosphäre, die BC&sub1;&sub3; oder BF&sub3; enthält, vorhanden ist. Eine Korrosionsschutzbehandlung nach dem Polieren der Oberfläche des Edelstahles ist daher unausweichlich.
• Als Korrosionsschutzmaßnahmen gibt es Methoden, deren eine die Ni-W-P-Beschichtung (Reinauskleidungsmethode) ist, um das hochkorrosionsresistente Metall auf dem Edelstahl zu beschichten. Es gibt einige Probleme mit dieser Methode, da oftmals Rißbildung und feine Löcher auftreten und die adsorbierte Feuchtigkeit auf der inneren Oberfläche oder den bleibenden Lösungskomponenten zunimmt, da ein galvanischer Metallüberzug vom feuchten Typ angewendet wird. Es existiert eine weitere Korrosionsschutzmethode durch Passivierungsbehandlung, um einen Oxydfilm auf der Metalloberfläche herzustellen. Edelstahl wird passiviert, wenn es in eine Lösung getaucht wird, die eine ausreichende Menge an Oxidationsmittel enthält. Bei dieser Methode wird der Edelstahl normalerweise in eine nitrogensaure Lösung bei normaler oder leicht höherer Temperatur getaucht und die Passivierungsbehandlung wird durchgeführt. Diese Methode ist jedoch auch vom nassen Typ und die Reste der Feuchtigkeit und die Vefahrenslösung verbleiben auf der inneren Oberfläche der Röhren und der Kammer. In den obenbeschriebenen Methoden führt die Existenz der von der inneren Oberfläche adsorbierten Feuchtigkeit zu großen Beschädigungen des Edelstahles, wenn ein Gas vom Chlor- oder Fluortyp eingeleitet wird.
• Für die hochreine Vakuumtechnik oder den Herstellungsprozeß von Halbleitern ist es daher sehr wichtig, die Kammer oder das Gasröhrensystem aus Edelstahl herzustellen, welches einen passivierten Film hat, der nicht aufleichte Weise durch korrosive Gase beschädigt werden kann und der weniger Feuchtigkeit adsorbiert oder diese einschließt.
• Z.B. bei der Passivierungsbehandlung von Edelstahlröhren erhält man einen Passivierungsfilm mit hervorragenden Ausgasungseigenschaften, wenn die Aufheizung und die Oxidierung in einer hochreinen Atmosphäre durchgeführt wird- die einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 10 ppb hat.
• Fig.10 summiert die Veränderungen der Feuchtigkeit, die in dem Klärgas enthalten sind, wenn die Edelstahlröhren mit unterschiedlichen inneren Verfahrensbedingungen bei normaler Temperatur geklärt werden. In dem Experiment wurde Argongas bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1,2 l/min durch eine Edelstahlröhre von 9,5 mm (3/8") mit einer absoluten Länge von zwei Metern-geleitet und der Feuchtigkeitsgehalt im Argongas wurde am Auslaß durch APIMS bestimmt (atmospheric perssure ionization mass spectrometer).
• Bei den getesteten Edelstahlröhren kann zwischen drei verschiedenen Typen unterschieden werden: (A) Edelstahlröhre mit einer inneren Oberfläche, behandelt durch elektrolytisches Polieren; (B) Edelstahlröhre mit einer inneren Oberfläche, behandelt durch eine Passivierungsbehandlung mit stickstoffhaltiger Säure nach elektrolytischem Polieren; (C) Edelstahlröhre, bei der der Passivierungsfilm durch Heizoxidierung in einer hochreinen und trockenen Atmosphäre nach elektrolytischem Polieren hergestellt ist. In Fig.10 werden diese durch die Kurven A, B und C dargestellt. Das Experiment wurde durchgeführt, nachdem jede dieser Edelstahlröhren in einem Reinraum bei einer relativen Feuchtigkeit von 50% und bei einer Temperatur von 20º C für ungefähr eine Woche aufbewahrt wurden.
• Wie aus den Kurven A und B hervorgeht, wurde eine grobe Menge von Feuchtigkeit bei der elektrolytisch polierten Röhre (A) und der elektrolytisch polierten Röhre mit Passivierungsbehandlungen durch stickstoffhaltige Säure (B) festgestellt. Nachdem für ungefähr eine Stunde Gas durchgeleitet worden war, wurde eine Feuchtigkeit von 68 ppb in A festgestellt und 36 ppb in B. Der Feuchtigkeitsgehalt nahm nach 2 Stunden nicht ab, und zeigte 41 ppb und 27 ppb in jeweils A und B. Im Gegensatz dazu senkte sich innerhalb von fünf Minuten nachdem das Gas durch die Röhre (C) mit dem Passivierungsfilm, welcher in einer hochreinen und trockenen Atmosphäre hergestellt worden war, auf 7 ppb ab. Nach 15 Minuten senkte sie sich auf weniger als das Hintergrundniveau, auf 3 ppb. Auf diese Weise wurde demonstriert, daß (C) hervorragende Ausgasungseigenschaften bei Adsorbtionsgas hat. Um jedoch eine hochreine Oxidierungsatmosphäre mit einem Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 10 ppb zu erhalten, um eine Edelstahlröhre ähnlich wie (C) in Fig.10 zu produzieren, ist es von grundlegender Bedeutung, eine hervorragende Kontrolle der Bedingungen zu haben. Das bedeutet höhere Kosten und geringere Produktionseffizienz und eignet sich nicht für die Massenproduktion. In anderen Worten ist es unmöglich, eine hochreine Oxidierungsatmosphäre durch die Metalloxidierungsanordnung und das Metalloxidierungsverfahren zu erhalten, wie es normalerweise angewendet wird.
• Insbesondere in den Edelstahlröhren mit einem kleineren Innendurchmesser, wie z.B. 6,4mm, 9,5mm und 12,7mm (1/4", 3/8" und 1/2") neigt das Gas dazu zu stocken, wobei eine Oxidierungsbehandlung an der Innenseite der Edelstahlröhre, welche der Atmosphärenluft ausgesetzt ist, durchgeführt wird, was in einer Kontamination resultiert. Dies macht es unmöglich, einen Passivierungsfilm von hoher Qualität zu erzeugen, der hervorragende Korrosionsschutzeigenschaften und geringere Feuchtigkeitseinschließung und -adsorbtion hat. Da die äußere Oberfläche einer Edelstahlröhre nicht direkt mit der Versorgung von hochreinem Gas verbunden ist, wird die Oberfläche, aufgrund der Rauheit und der Verschmutzung der Oberfläche, nach der Oxidierungsbehandlung kontaminiert. Die Oxidierung der äußeren Oberfläche der Edelstahlröhren führt zu Problemen, wie z.B. schlechte äußere Erscheinung oder Erzeugung von Partikeln, wenn die Röhren in einem Reinraum installiert werden.
• Es hat daher eine große Nachfrage nach der Einführung einer Massenproduktionstechnik für die Passivierungsbehandlung von Edelstahlröhren gegeben, um den Passivierungsfilm zu bilden, um die innere Oberfläche mit hervorragenden Korrosionsschutzeigenschaften zu versehen und die Feuchtigkeit in geringerem Male einzuschließen oder zu adsorbieren sowie die äußere Oberfläche nicht oxidieren zu lassen.
• Die JP-A-61-281864 offenbart eine Methode und eine Anordnung zur Oxidierung eines Stahlstreifens, um eine oxidierte Schicht zu erhalten, indem ein Ofen vorgesehen wird, der einen Oxidierungsgaseinlaß hat, einen Gasentladeauslaß und Heizelemente.
• Die US-A-4636266 umfaßt die Passivierung der Innenwände von Edelstahlröhren, indem die Innenwände einer oxidierenden Atmosphäre bei erhöhter Temperatur ausgesetzt werden. Das Passivierungsgas fließt wahrscheinlich von einem Ende zum anderen, wobei es an einem Ende in die Röhre eintritt und an dem anderen austritt.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Probleme zu lösen, indem eine Metalloxidierungsbehandlungsanordnung und ein Metalloxidierungsbehandlungsverfahren vorgesehen wird, bei dem die Kontamination, welche durch das abgegebene Gas oder die Unreinheiten wie z.B. Feuchtigkeit von der oxidierten Oberfläche einer Edelstahlröhre reduziert wird und bei dem die Edelstahlröhre für das hochreine Vakuum, die hochreine Atmosphäre reduzierten Druckes und für das Gasversorgungssystem, mit hervorragenden korrosionsresistenten Eigenschaften, in großen Mengen produziert werden kann.
• Eine andere Aufgabe dieser Erfindung ist, eine Metalloxidierungsanordnung zur Verfügung zu stellen, die zur Selbstreinigung und Selbstinstandhaltung zusätzlich zu der obigen Aufgabe in der Lage ist.
• Gemäß der Erfindung ist eine Metalloxidierungsanordnung zur Bildung eines Passivierungsfilmes auf der Oberfläche eines Metalles wie z.B. Edelstahl oder ähnliches vorgesehen, umfassend: einen Oxidierungsofen; einen ersten Gaseinlaß; einen Ausströmauslaß, um das Gas aus dem Ofen ausströmen zu lassen; und ein Heizelement um den Ofen auf eine vorbestimmte Temperatur zu heizen, so daß bei Gebrauch das Metall in einer trockenen Oxidationsatmosphäre beheizt und oxidiert wird, während das Gas durch den Ofen geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dar das zu oxidierende Metall röhrenförmig ist und daß ein Halter für das röhrenförmige Metall in dem Oxidierungsofen vorgesehen ist; wobei der erste Einlaß so angeordnet ist, daß er von der Anordnung her einem Ende des Inneren des röhrenförmigen Metalles entspricht; wobei der Ausströmauslaß so angeordnet ist, daß er init dem Inneren des röhrenförmigen Metalles am anderen Ende korrespondiert, wobei im Gebrauch, die Oxidierung der inneren Oberfläche ausgeführt wird, indem das Gas in das Innere des beheizten röhrenförmigen Metalles geleitet wird; wobei der Apparat weiterhin einen zweiten Einlaß für das Einbringen eines inerten Gases in den Ofen umfaßt, wobei der zweite Einlaß so angeordnet ist, daß er nicht mit dem Inneren des röhrenförmigen Metalles kommuniziert, wobei das Äußere des röhrenförmigen Metalles im Gebrauch vor Oxidierung geschützt ist.
• Der Druck der inerten Gasatmosphäre an der Außenseite des röhrenförmigen Metalles ist vorzugsweise höher als der Druck des Oxidierungsgases an der Innenseite des röhrenförmigen Metalles. Wenn das röhrenförmige Metall in Position gebracht wird, wird der Ofen vorzugsweise geöffnet und von der Einlaß- oder Auslaßseite wird inertes Gas durch den Ofen und/oder das röhrenförmige Metall geleitet, wodurch sowohl die Innenseite als auch die Außenseite des röhrenförmigen Metalles davor geschützt wird, der Atmosphärenluft ausgesetzt zu werden.
• Vor Beginn des Oxidierungsschrittes wird vorzugsweise ein Reinugungsgas anstelle des Oxidierungsgases von dem ersten Gaseinlaß ins Innere des röhrenförmigen Metalles geleitet, um hochreine Bedingungen für die Oxidierungsatmosphäre zu erhalten, wobei zwischen der Reinigungsgaseinleitung und der Oxidierungsgaseinleitung geschaltet wird, ohne daß die Temperatur des Ofens abfällt. Das Gas welches von dem ersten oder zweiten Einlaß eingebracht wird, ist vorzugsweise auf die Oxidierungstemperatur aufgeheizt und die Oxidierungstemperatur wird auf einem konstanten Niveau gehalten.
• In der vorliegenden Erfindung wird insbesondere der effiziente Ausschluß von Unreinheiten aus dem Oxidierungsofen, wenn dieser geschlossen wird, wie z.B. Feuchtigkeit, beachtet und das neue Gas wird kontinuierlich in den Oxidierungsofen eingeleitet, wobei das vorherige Gas aus dem Inneren des Oxidierungsofens ausgeleitet wird.
• Das wichtigste Kennzeichen dieser Erfindung ist insbesondere, daß die Unreinheiten, wie z.B. Feuchtigkeit, die von der Oberfläche des oxidierten Metalles in den Oxidierungsofen abgegeben werden, zur Außenseite des Oxidierungsofens ausgeleitet werden und daß das Metall in einer trockenen Oxidierungsatmosphäre beheizt und oxidiert wird, indem das Gas in den Oxidierungsofen permanent eingeleitet und wieder ausgeleitet wird. Dies macht es möglich, den Feuchtigkeitsgehalt in der Oxidierungsatmosphäre auf weniger als den gewünschten Wert zu senken (d.h. weniger als 10 ppb im Falle von Edelstahl) und einen guten Passivierungsfilm auf der Oberfläche des oxidierten Metalles zu bilden.
• In dem Falle daß eine Oxidierungsbehandlung an der Innenseite von einer oxidierten Metallröhre wie z.B. Edelstahlröhre mit einem kleinen Durchmesser durchgeführt wird, bei der das Gas nur schwerlich fließt, werden Gaseinlaß und -auslaß so angeordnet, daß sie in Kontakt mit den Enden der Röhre kommen, so dar es möglich ist, das Oxidierungsatmosphäregas in die Röhre zu leiten und das oxidierte Metall in einer trockenen und oxidierenden Atmosphäre zu heizen und zu oxidieren. Dies macht es möglich, den Feuchtigkeitsgehalt in der Oxidierungsatmosphäre auf weniger als den gewüsnchten Wert (d.h. weniger als 10 ppb) zu senken und einen guten Passivierungsfilm auf der Obefläche des oxidierten Metalles zu bilden.
• Andererseits ist es zur Vermeidung der Oxidierung der äußeren Oberfläche der Röhre möglich, eine Oxidierung durchzuführen, indem inertes Gas an die Außenseite der Röhre in dem Oxidierungsofen geleitet wird und den Passivierungsfilm nur an der inneren Oberfläche der Röhre zu bilden, ohne daß die äußere Oberfläche der Röhre oxidiert wird. Um diesen Effekt noch zu verbessern, ist es notwendig, den Druck des inerten Gases außerhalb der Röhre auf einen höheren Wert als den Druck des Oxidierungsatmosphäregases innerhalb der Röhre zu erhöhen und die Leckage von Oxidierungsatmosphäregas an die Außenseite der Röhre zu vermeiden, indem der Gasstrom von der Innenseite der Röhre zur Außenseite der Röhre unterdrückt wird.
• Unter Berücksichtigung der Kontamination vor dem Schließen des Oxidierungsofens wurde in dieser Erfindung angestrebt, eine Vermischung der Unreinheiten wie z.B. Feuchtigkeit in dem Oxidierungsofen zu vermeiden, wenn der Oxidierungsofen geöffnet ist. Wenn der Oxidierungsofen geöffnet ist und das oxidierte Metall in dem Oxidierungsofen angeordnet oder befestigt wird, ist es zur Vermeidung eines Kontaktes der Innenseite des Oxidierungsofens sowie des oxidierten Metalles mit der Atmosphärenluft, welche die Unreinheiten enthält, von Vorteil, die Öffnung auf der Seite der Ausströmöffnung des Oxidierungsofens vorzusehen, um permanent Reinigungsgas von dem Einlaß her einzuleiten und einen Gasstrom aufzubauen, welcher von der Innenseite des Oxidierungsofens zu der Öffnung strömt. Dies macht es möglich, ein Eintreten der Atmosphärenluft in den offenen Oxidierungsofen zu vermeiden und die Zeit zu reduzieren, die notwendig ist; um den Feuchtigkeitsgehalt in der Oxidierungsatmosphäre auf einen geringeren gewünschten Wert (d.h. weniger als 10 ppb) zu senken.
• Es ist ebenso wichtig, diesen besseren Effekt zu erhalten, um das Versorgungssystem für das eingeleitete Gas vorzusehen, mit der Funktion, durchgehend hochreines Gas zur Verfügung zu stellen. Insbesondere in dem Fall, wo zwei Gasleitungen, wie z.B. eine Reinigungsgasleitung oder eine Oxidierungsatmosphäregasleitung mit dem Einlaß verbunden sind, tritt oft eine Kontamination innerhalb des Systemes mit Unreinheiten wie z.B. Feuchtigkeit auf, wenn zwischen dem Reinigungsgas und dem Oxidierungsatmosphäregas geschaltet wird oder von dem Oxidierungsatmosphäregas zum Reinigungsgas. Dies wird in erster Linie durch die Kontamination mit dem abgegebenen Gas, insbesondere die Feuchtigkeit von der Innenwand der Röhre hervorgerufen, wenn das Versorgungsgas (d.h. O&sub2; als Oxidierungsatmosphäregas) gestoppt wird.
• Wenn das Metall in der Oxidierungsatmosphäre oxidiert werden soll, nachdem das oxidierte Metall in dem Oxidierungsofen angeordnet oder befestigt worden ist, wird das Backen und die Reinigung für den Oxidierungsofen und die Edelstahlröhre durchgeführt. Das Backen wird bei derselben Temperatur wie die Oxidierungstemperatur durchgeführt, bis der Feuchtigkeitsgehalt in dem Ausströmgas ausreichend niedrig wird. (d.h. weniger als 10 ppb). Nachdem das Backen und die Reinigung mit dem Reinigungsgas beendet sind, wird das Gas, welches in die Edelstahlröhre eingeleitet werden soll, auf das Oxidierungsatmosphäregas (wie z.B. O&sub2;) umgeschaltet, um die Oxidierungsbehandlung (Passivierungsbehandlung) zu beginnen. Wenn die Unreinheiten, meistens Feuchtigkeit, während des Gasumschaltens in dem System untermischt sind, wird die Beheizung und die Oxidierung in einer Atmosphäre durchgeführt, die Feuchtigkeit enthält. Es ist daher notwendig, die Temperatur innerhalb des Oxidierungsofens einmalig auf Raumtemperatur abzusenken, um das Oxidierungsatmosphäregas zu reinigen, wenn noch keine Oxidierung innerhalb des Oxidierungsofens durchgeführt wird, und die Oxidierung durchzuführen, indem die Temperatur des Oxidierungsofens erhöht wird, nachdem die Kontaminierungen vollständig entfernt worden sind. Für die Behandlung durch Erhöhung wird jedoch eine Zeit zwischen 12 und 24 Stunden benötigt und es ist wünschenswert ein System zu haben, welches in der Lage ist die Kontaminierung innerhalb des Systems so praktisch wie möglich zu reduzieren, wenn das Gas geschaltet wird, um die Oxidierungszeit zu verkürzen.
• Aus diesem Grunde wird ein System vorgeschlagen, in dem zwischen der Inertgasversorgungsleitung und der Oxidierungsgasversorgungsleitung durch ein Monoblockventil geschaltet wird, welches durch Integration von vier Ventilen geformt wird, um toten Raum zu minimieren, und daß diejenige Versorgungsleitung von der Inertgasversorgungsleitung und der Oxidierungsatmosphäregasversorgungleitung zu dem Oxidierungsofen immer entleert wird, wodurch ein Anhalten des Gases vermieden wird und hochreines Gas eingeleitet wird. Dieses System macht es möglich, eine hohe Reinheit des versorgten Gases, unter stabilen und befriedigenden Bedingungen, aufrecht zu erhalten, das Gas sehr einfach umzuschalten und die Vermischung und den Einfluß von Unreinheiten während des Umschaltens zu eliminieren, sogar dann, wenn der Oxidierungsofen unter hoher Temperatur steht. Dies kann insbesondere dann aufrecht erhalten werden, wenn der Feuchtigkeitsgehalt der Atmosphäre in dem Oxidierungsofen einmalig auf einen Wert kleiner als den gewünschten ( d.h. weniger als 10 ppb) gesetzt wird, wobei zwischen dem Gas geschaltet werden kann, ohne die Temperatur des Oxidierungsofens abzusenken oder eine Langzeitreinigung durch Gas in dem Oxidierungsofen durchzuführen.
• Weiterhin ist es durch die Installation des Heizelementes in dem Gasversorgungssystem möglich, das eingeleitete Gas auf eine Temperatur aufzuheizen, gleich derjenigen der Oxidierungsatmosphäre in dem Oxidierungsofen - um die Temperatur der Oxidierungsatmosphäre aufrechtzuerhalten, um eine positive Temperaturkontrolle in dem Oxidierungofen durchzuführen, und die Oxidierungseffizienz zu verbessern.
• Es ist daher möglich, einen gleichmäßigen Passivierungsfilm auf der Oberfläche des oxidierten Metalles herzustellen, um die Unreinheiten, welche durch das von der Oberfläche abgegebene Gas hervorgerufen werden, zu reduzieren und eine Metalloxidierungsvorrichtung und ein Metalloxidierungsverfahren vorzusehen, um Teile einer Vorrichtung für hochreines Vakuum und hochreine reduzierte Drücke und Gasversorgungssysteme zur Verfügung zu stellen, die hervorragende korrosionsresistente Eigenschaften gegenüber den Reaktionspartnern und korrosiven Gasen haben.
• Im folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in bezug auf die Zeichnungen beschrieben:
• Fig.1 eine schematische Zeichnung einer Ausführung gemäß der Erfindung.
• Fig.1, 101 eine Edelstahlröhre, d.h. eine zu oxidierende Metallröhre, welche im allgemeinen eine Röhre aus SUS316L mit einem Durchmesser von 6,4mm, 9,5mm und 12,7mm (1/4", 3/8" und 1/2") mit elektropolierter innerer Oberfläche ist. Normalerweise werden 20 bis 100 Stück dieser Röhre mit einer normalen Größe von 2 oder 4 m benutzt. Natürlich kann die Röhre einen anderen Durchmesser als den obigen haben. 102 zeigt einen Oxidierungsofen. Dieser kann aus einer Quarzröhre bestehen, es ist jedoch wünschenswert, ihn aus Edelstahl mit einer inneren Oberfläche herzustellen, die durch Elektropolieren und Passivierungsbehandlung bearbeitet wurde, wenn man die Wärmedehnung und Gasdichte von Edelstahlröhren 101 bedenkt, wenn eine Heizoxidierung durchgeführt wird. 103 und 104 sind die Halter, die gleichzeitig als Dichtungen dienen, um die Edelstahlröhre 101, welche das Gas führen soll, luftdicht zu machen. Um Luftdichtigkeit zu gewährleisten, wenn das Gas in die Edelstahlröhre eingeleitet und beheizt wird, ist es vorzuziehen, diese aus einem Material herzustellen, welches einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als Edelstahl hat, welches sich leichter bearbeiten läßt und weniger von dem abgegebenen Gas beeinflußt wird. 105 und 106 bezeichnen die Flansche, die eine solche Form haben, daß die Gasströmung gleichmäßig in bezug zur - jeweiligen Edelstahlröhre wird. 107 ist eine Einlaßröhre um das Reinigungsgas (wie z.B. Ar) und das Oxidierungsatmosphäregas (wie z.B. O&sub2;) in die Edelstahlröhre einzuleiten, und 108 ist eine Gaseinleitungsröhre, um das Inertgas (wie z.B. Ar) einzuleiten, um eine Inertgasatmosphäre der Edelstahlröhre zur Verfügung zu stellen, und die Kontamination der äußeren Oberfläche der Edelstahlröhre durch Oxidierung zu vermeiden. 109 und 110 zeigen die Gasentladeleitungen, um das Gas, welches innerhalb und außerhalb der Röhre fließt, auszuleiten. Die Gaseinleitungsröhren 107 und 108 sowie die Entladeleitungen 109 und 110 sind SUS316L- Röhren mit einem Durchmesser von 9,5mm, 12,7mm (3/8", 1/2"), mit einer elektropolierten inneren Oberfläche. Die Öffnung der Gaseinleitungsröhre 107 zum Oxidierungsofen 102 ist ein Einlaß und die Öffnung der Gaseinleitungsröhre 108 zum Oxidierungsofen 102 ist ein weiterer Einlaß. Die Öffnung von der Entladeleitung 109 zum Oxidierungsofen 102 ist der Entladeauslaß und die Öffnung von der Entladeleitung 110 zum Oxidierungsofen 102 ist ein weiterer Entladeauslaß. 111 stellt einen schwimmerartigen Durchflußmesser dar, und 116 und 117 sind die Massenstromcontroller welche die Strömungsgeschwindigkeit des Gases in dem Oxidierungsofen 102 regulieren und die Gasmenge welche von 116, 117 und 111 zur Edelstahlröhre 101 flieht zu berechnen. Massenstromkontroller können für 111 benutzt werden und schwimmerartige Durchflußmesser mit einem Nadelventil können für 116 und 117 benutzt werden, es ist aber vorzugsweise ein Massenstromcontroller für 116 und 117 zu benutzen, um die Atmosphäre in dem Oxidierungsofen 102 hochrein zu halten. 112 und 113 sind metallische C-Ringverbindungen, welche dazu benutzt werden, die Gaseinleitungsröhren 107 und 108 von der Gasversorgungsröhre zu trennen, wenn der Flansch 105 unverbunden ist. Es ist vorzugsweise eine metallische C-Ringverbindung zu benutzen, um die Bedingungen frei von externer Leckage und von Partikeln zu halten. 114 und 115 sind die Stoppventile. 118 ist eine Gasversorgungsröhrenleitung, um Inertgas (wie z.B. Ar) und Oxidierungsatmosphäregas (wie z.B. O&sub2;) in die Edelstahlröhre 101 einzuleiten, und 119 ist eine Gasversorgungsröhrenleitung um eine Inertgasatmosphäre (wie z.B. Ar- Atmosphäre) in dem Oxidationsofen 102 zur Verfügung zu stellen. 120 und 121 sind die Ausfuhrleitungen. 122 ist eine Heizung um den Oxidationsofen 102 zu heizen und vorzugsweise ist ein zweiteiliger elektrischer Ofen mit Längsverdrahtung vorzusehen, unter Berücksichtigung der Bewegbarkeit und der gleichmäßigen Oxidationstemperatur. 123 und 124 sind die Isolationsmaterialien um eine Hitzeabstrahlung in Längsrichtung des elektrischen Ofens zu vermeiden und die Temperatur in dem Oxidationsofen 102 so praktisch wie möglich auf einem gleichmäßigen Level zu halten. 125 und 126 sind die Heizungen, um das Gas bis zur Oxidationstemperatur zu heizen, welches in den Oxidationsofen 102 eingeleitet wird. 127, 128 und 129 sind die Platten, die als Halterungen für die Edelstahlröhre 101 dienen, wobei vom Standpunkt der Ausgasfreiheit der partikelfreien Bedingungen oder der thermischen Ausdehnung gesehen, vorzugsweise Edelstahl zu benutzen ist. 130, 131, 132 und 133 sind die Abdichtungen, um den Oxidationsofen 102 und Flansche 105 und 106 gegeneinander abzudichten, wobei vorzugsweise ein Material zu benutzen ist, welches bei 500ºC elastisch ist (wie z.B. eine Nickellegierung), vom Standpunkt des Heizens auf Oxidationstemperatur.
• Im folgenden werden die Funktion und die Benutzungsverfahren dieser Vorrichtung in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben.
• Fig.2 zeigt den Zustand, in dem der Oxidationsofen 102 geöffnet ist und die Edelstahlröhre noch nicht eingebracht ist. Bei der Passivierungsbehandlungstechnik ist es notwendig, diesen in einer Atmosphäre zu öffnen die so sauber wie möglich ist, da die Sauberkeit der Atmosphäre einen großen Einfluß auf die Dicke und Qualität des Passivierungsfilmes hat.
• Aus diesem Grund wird der Zustand der Fig.2 so kurz wie möglich aufrecht erhalten, um die Kontamination innerhalb des Oxidationsofens 102 durch Atmosphärenluft zu minimieren.
• Berücksichtigt man die Kontamination durch Atmosphärenluft, so ist vorzugsweise das Verfahren zu wählen, bei dem der zu öffnende Flansch auf der Seite 106 liegt, das Reinigungsgas (wie z.B. Ar) kontinuierlich von 105 her fließt und eine Vermischung der Atmosphärenluft im Oxidationsofen 102 vermieden wird. In diesem Falle ist es jedoch notwendig, die Verbindung zu installieren, um den Flansch 106 an den Auslaßleitungen 120 und 121 abzutrennen sowie gleichfalls die Verbindungen 112 und 113 wie in Fig.1 gezeigt.
• Fig.3 zeigt den Zustand, wo eine Edelstahlröhre 101 eingebracht ist, um die Oxidationsbehandlung innerhalb des Oxidationsofens unter den Bedingungen nach Fig.2 durchzuführen. Die Edelstahlröhre 101 wird, geführt von den Halterungen 127, 128 und 129, in die Halter 104 eingeführt und fixiert. In Übereinstimmung mit dem Fall in Fig.2 muß eine Vermischung von atmosphärischen Komponenten so praktisch wie möglich vermieden werden. Dieser Vorgang muß so schnell und so vorsichtig wie möglich ausgeführt werden.
• Fig.4 zeigt den Zustand, wo, unter den Bedingungen von Fig.3, der Halter 103 und der Flansch 105 am Oxidationsofen 102 angebracht ist, worin die Edelstahlröhre 101 liegt.
• Fig.5 zeigt den Zustand, wo nach den Bedingungen von Fig.4 die Gasversorgungsröhren 118 und 119 mit den Gaseinleitungsröhren 107 und 108 jeweils verbunden sind. Unter diesen Umständen wird das Reinigungsgas (wie z.B. Ar) in die Edelstahlröhre 101 und den Oxidationsofen 102 eingeleitet, und die Atmosphäre innerhalb des Oxidationsofens 102, welche durch Atmosphärenluft kontaminiert ist, wird durch eine Inertgasatmosphäre ersetzt. Die Strömungsgeschwindigkeit des Reinigungsgases unterscheidet sich natürlich entsprechend der Anzahl gleichzeitig zu bearbeitender Edelstahlröhren und der Größe des Oxidationsofens 102. So wird z.B. die Reinigung mit einer groben Menge von Gas für 2 bis 4 Stunden bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 2 bis 10 m/sec. durchgeführt, um die Kontaminationen, in erster Linie Feuchtigkeit, innerhalb des Oxidationsofens 102 zu eliminieren.
• Fig.6 zeigt den Zustand, wo, unter den Bedingungen von Fig.5, die Heizung 122 eingerichtet wird. Unter diesen Umständen wird das Backen und die Reinigung des Oxidationsofens 102 und der Edelstahlröhre 101 durchgeführt. Das Backen wird bei derselben Temperatur wie die Oxidationstemperatur (d.h. 400 - 550ºC) durchgeführt, bis der Feuchtigkeitsgehalt in dem Gas am Auslag auf weniger als 5 ppb reduziert ist. In diesem Fall werden die Heizungen 125 und 126 der Gaseinlaßröhre auch gleichzeitg beheizt und die Temperatur des in den Oxidationsofen eingeleiteten Gases wird auf die Oxidationstemperatur (d.h. 400 - 550ºC) eingestellt, um einen Temperaturabfall innerhalb des Oxidationsofens 102 aufgrund der Gaseinleitung zu vermeiden. Nachdem das Backen und die Reinigung durch das Reinigungsgas beendet sind, wird das in die Edelstahlröhre 101 eingeleitete Gas auf Oxidationsatmosphärengas (wie z.B. O&sub2;) umgeschaltet und die Oxidation (Passivierungsbehandlung) wird begonnen.
• Während des Umschaltens des Gases gelangen Kontaminationen, meistens Feuchtigkeit, in das System. Aus diesem Grunde ist die Temperatur in dem Oxidationsofen 102 einmalig auf Raumtemperatur zu senken, um von dem Reinigungsgas auf das Oxidationsatmosphärengas (wie z.B. O&sub2;) umzuschalten und die Oxidation durch eine Erhöhung der Temperatur des Oxidationsofens 102 durchzuführen, nach Reinigung des Oxidationsatmosphäregases und vollständiger Entfernung der Kontaminationen, während die Oxidationsreaktionen im Oxidationsofen 102 noch nicht fortgeschritten ist. Es wird jedoch eine Zeit von einer Länge zwischen 12 und 24 Stunden zur Absenkung der Temperatur benötigt.
• Es ist daher notwendig, die Oxidationszeit zu reduzieren, indem ein Röhrensystem zur Minimierung der Kontamination des Systemes während der Gasumschaltung vorgesehen wird und indem das Gas umgeschaltet wird, während der Oxidationsofen 102 eine hohe Temperatur hat.
• Die (meist aus Feuchtigkeit bestehende) Kontamination des Systems während der Umschaltung vom Reinigungsgas zum Oxidationsatmosphärengas oder vom Oxidationsatmosphärengas zum Reinigungsgas wird durch eine Kontamination durch von der Innenwand der Röhre abgegebenes Gas, meistens Feuchtigkeit, hervorgerufen, da das eingeführte Gas (wie z.B. O&sub2;) dort stagniert. Infolge dessen ist vorzugsweise ein System vorzusehen, bei dem das Oxidationsatmosphärengas und das Reinigungsgas durchgehend gereinigt werden kann und bei dem die Kontamination im System während der Gasumschaltung reduziert werden kann.
• Fig.8 zeigt ein Beispiel des Röhrensystems um das System vor einer Kontamination während der Gasumschaltung zu schützen. 116 und 118 beziehen sich auf einen Massenstromcontroller und eine Gasversorgungsröhre wie in Fig.1 gezeigt. 801 zeigt eine Versorgungsleitung für Oxidationsatmosphärengas (wie z.B.O&sub2;) und 802 eine Versorgungsleitung für das Reinigungsgas (wie z.B. Ar). Das Material unterscheidet sich entsprechend der Anzahl von Edelstahlröhren, die zu oxidieren sind und der Größe des Oxidationsofens 102. Es handelt sich hierbei normalerweise um SUS316L-Röhren mit einem Durchmesser von 9,5mm oder 12,7mm (3/8" oder 1/2") mit elektropolierter innerer Oberfläche. 803, 804, 805 und 806 zeigen Stoppventile. Es handelt sich hierbei um Monoblockventile in denen vier Ventile integriert sind, um Totraum zu eliminieren. 807 und 808 sind Spiralröhren, zur Vermeidung der Vermischung aufgrund von Rückdiffusionen atmosphärischer Komponenten von den Entladeausläßen. 809 und 810 sind schwimmerartige Strömungsgeschwindigkeitsmesser mit Nadelventilen. Natürlich können schwimmerartige Durchflußmesser mit separaten Nadelventilen oder Massenstromcontroller als 809 oder 810 eingesetzt werden. 811 und 812 sind die Entladeleitungen, durch welche das Gas nach einer angemessenen Entladebehandlung entladen wird. 813 ist eine Atmosphärengasversorgungsleitung, um den Oxidationsofen 102, gezeigt in Fig.1, mit Gas zu versorgen.
• Im folgenden wird eine Beschreibung des Betriebes des Röhrensystems der Fig.8 gegeben.
• Wenn innerhalb des Oxidationsofens eine Reinigung durchgeführt wird, sind die Ventile 803 und 806 geschlossen sowie 804 geöffnet und das Reinigungsgas wird von 802 durch 118 und 116 eingeleitet. In diesem Falle ist das Ventil 805 geöffnet, um das Oxidationsatmosphärengas von 801 über 807 und 809 zur Entladeleitung 811 zu reinigen. Wenn die Reinigung in dem Oxidationsofen beendet ist, werden die Ventile 804 und 805 geschlossen sowie 803 geöffnet und ein Oxidationsatmosphäregas wird in die Atmosphärengasversorgungsleitung 813 geleitet. In diesem Fall ist das Ventil 806 geöffnet und das Reinigungsgas wird zur Auslaßleitung 812 geleitet.
• Wenn das Oxidationsatmosphäregas in den Oxidationsofen 102 in Fig.6 eingeleitet wird, ist das Oxidationsatmosphäregas vorzugsweise nicht aus den Haltern 103 und 104 zu entlassen, indem der Versorgungsdruck des Oxidatiansatmosphäregases (wie z.B. O&sub2;), zugeführt durch die Gasversorgungsleitung 118, welches innerhalb der Röhre strömt, auf einen Wert unterhalb des Druckes des Inertgases (z.B. Ar, zugeführt durch die Gasversorgungsleitung zur Reinigung 119) außerhalb der Edelstahlröhre 101 bei einem Druck von 9,8 bis 29 kPa (0,1 bis 0,3 kg/cm²) abzusenken, um die Oxidation und Kontamination der äußeren Oberfläche der Edelstahlröhre 101 zu vermeiden. Ist jedoch keine Notwendigkeit zum Schutze der äußeren Oberfläche der Edelstahlröhre vor Oxidation oder Kontamination vorhanden, so ist es natürlich unnötig unterschiedliche Drücke für die Gase, welche innerhalb und außerhalb der Edelstahlröhre fließen vorzusehen sowie eine Inertgasatmosphäre außerhalb der Edelstahlröhre vorzusehen.
• Wurde ein Feuchtigkeitsgehalt in dem durch den Auslaß entladenen Gas in dieser Ausführung gemessen, so erhielt man einen stabilisierten Wert von 10 ppb während der Oxidationsbehandlung. Insbesondere die Zeit um einen Wert von weniger als 10 ppb zu erhalten, konnte bei dieser Ausrüstungskonfiguration wie Fig.7 erreicht werden. In dem Röhrensystem von Fig.8 konnte der Wert von weniger 10 ppb sogar während der Gasumschaltung aufrecht erhalten werden.
• Weiterhin wurde, nachdem die Edelstahlröhre von 9,5mm (3/8") mit einer absoluten Länge von 2m, wie erhalten durch die vorliegende Ausführung, für ungefähr eine Woche in einem Reinraum bei einer relativen Feuchtigkeit von 50% und bei einer Temperatur von 20ºC gehalten wurde, Argongas bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1,2l/min durchgeleitet und der Feuchtigkeitsgehalt in dem Argongas wurde an dem Auslaß durch APIMS (atmospheric pressure ionization mass spectrometer) gemessen. Wie in Fig.C im Diagramm in Fig.10 gezeigt, sank der Wert auf 10 ppb innerhalb von 5 Minuten nachdem das Gas durchgeleitet wurde und auf weniger als das Hintergrundniveau von 3 ppb nach 15 Minuten. Das zeigt, daß die Edelstahlröhre, welche durch die Ausführung dieser Erfindung erhalten wird, exzellente Ausgasungseigenschaften in bezug auf das adsorbierte Gas hat und daß die Heizoxidation in einer hochreinen Atmosphäre durchgeführt wurde, die weniger als 10 ppb enthält.
• Wie oben beschrieben, kann die Ausführung gemäß der Erfindung eine hochreine Oxidationsatmosphäre mit einem Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 10 ppb zur Verfügung stellen, was die konventionelle Metalloxidationsanordnung und das Metalloxidationsverfahren nicht erreichen könnten, wobei all das bei geringen Kosten mit höherer Produktionseffizienz erreicht wird.
• In dieser obigen Ausführung wurde eine Vorrichtung nach Fig.1 für die Passivierungsbehandlung von Edelstahlröhren beschrieben, wobei offensichtlich ist, daß die Erfindung nicht nur auf die Passivierungsbehandlung von Edelstahlröhren anwendbar ist, sondern genauso auf die Behandlung von Metallen mit anderen Materialien und Formen, d.h. Röhren, Ventile, etc. aus Ni, Al, etc. oder für die Passivierungsbehandlung der Teile einer hochreinen reduzierten Druckvorrichtung. Ebenso kann es sich bei dem Oxidationsofen 102, der in der vorliegenden Ausführung als horizontaler Typ gezeigt ist, um einen vertikalen Typ handeln.
• Die folgenden Ergebnisse können durch diese Erfindung erzielt werden:
• (1)
• Die Erfindung macht es möglich, auf effiziente Weise die Feuchtigkeit aus einer Oxidationsatmosphäre zu entfernen, eine Heizoxidation für oxidiertes Metall, wie z.B. Edelstahl, in einer hochreinen und trockenen Oxidationsatmosphäre, die sehr wenige Unreinheiten, wie z.B. Feuchtigkeit enthält, durchzuführen und einen Passivierungsfilm mit weniger abgegebenem Gas auf der Oberfläche des besagten oxidierten Metalles, welches Feuchtigkeit enthält, in einfacher und wirkungsvoller Weise zu formen.
• (2)
• Sogar auf den inneren Obeflächen von oxidiertem Metall, welches eine Gasströmung behindernde Form hat, wie z.B. dünne Edelstahlröhren, kann durch die Erfindung eine Heizoxidation in hochreinen und trockenen Oxidationsatmosphäre mit sehr wenigen Unreinheiten wie z.B. Feuchtigkeit durchgeführt werden und kann ein befriedigender Passivierungsfilm mit weniger abgegebenem Gas, welches Feuchtigkeit enthält, in einfacher und wirkungsvoller Weise gebildet werden.
• (3)
• Zusätzlich zu den obigen Wirkungen von (1) und (2) macht es die Erfindung möglich, den Passivierungsfilm nur auf die innere Oberfläche des röhrenförmigen oxidierten Metalles wie z.B. der Edelstahlröhre zu bilden, und die Oxidation der äußeren Oberfläche zu vermeiden. Dies trägt zur Unterdrückung von Problemen wie z.B. dem Aufbau oder der Kontamination von äußeren Oberflächen nach der Oxidationsbehandlung oder der Bildung von Partikeln, wenn das Röhrensystem in einen Reinraum installiert ist, bei.
• (4)
• Zusätzlich zu den obigen Auswirkungen von (3) macht es die Erfindung möglich, die Oxidation der äußeren Oberfläche des röhrenförmigen oxidierten Metalles, wie z.B. einer Edelstahlröhre, zu vermeiden.
• (5)
• Zusätzlich zu den obigen Effekten (1) bis (4) trägt die Erfindung zur effektiven Vermeidung der Kontamination durch Feuchtigkeit von Atmosphärenluft bei, wenn das oxidierte Metall innerhalb des Oxidationsofens angeordnet oder befestigt ist. Um die Zeit zu reduzieren, die notwendig ist, um eine hochreine und trockene Oxidationsatmosphäre zu erhalten, und auf effizientere Weise einen befriedigenden Passivierungsfilm zu bilden.
• (6)
• Zusätzlich zu den obigen Effekten von (1) bis (5), macht es die Erfindung möglich, Kontamination innerhalb des Systemes, meistens durch Feuchtigkeit während des Umschaltens von Reinigungsgas zu Oxidationsatmosphäregas oder Oxidationsatmosphäregas zu Reinigungsgas, zu vermeiden und durchgehend eine hochreine Atmosphäre, sogar während des Umschaltens, aufrecht zu erhalten. Dementsprechend ist es nicht nur möglich auf befriedigende Art den Passivierungsfilm zu bilden, sondern auch die Benutzung zu vereinfachen, wobei keine Notwendigkeit besteht, die Temperatur in dem Oxidationsofen während des Gaswechsels zu senken. Dies trägt zur Verminderung der für den Prozeß notwendigen Zeit bei, zur Einsparung von Energie, da keine Wiederaufheizung des Oxidationsofens notwendig ist, und zu einer erheblichen Kostensenkung.
• (7)
• Zusätzlich zu den obigen Wirkungen von (1) bis (6) trägt die Erfidnung zum Erhalt einer gleichförmigen Temperatur der Oxidationsbehandlung bei, indem das Gas auf die Temperatur der Oxidationsatmosphäre geheizt wird, zur stabilisierten Steuerung der Prozeßbedingungen und zur Verbesserung der Oxidationseffizienz.
• Wie in (1) bis (7) beschrieben, macht es die Erfindung möglich, eine Massenproduktion der metallischen Teile, wie z.B. Edelstahl oder Edelstahlröhren, durchzuführen, die einen Passivierungsfilm mit sehr geringer Ausgasung und hervorragenden Korrosionsschutzeigenschaften haben. Mit so erhaltenen Edelstahlröhren ist es nun mdglich, ein System vorzusehen, welches die Prozeßausrüstung mit hochreinem Gas innerhalb kurzer Zeit versorgen kann, auf einfache Weise und zu niedrigen Kosten.

Claims (9)

1. Metalloxidierungsvorrichtung zur Bildung eines Passivierungsfilmes auf der Oberfläche eines Metalles (101), wie etwa rostfreier Stahl oder dgl., mit einem Oxidationsofen (102), einem ersten Gaseinlaß (107), einem Ausströmauslaß (109) für die Abfuhr des Gases aus dem Ofen und eine Heizung (122), um den Ofen auf eine vorbestimmte Temperatur zu heizen, so daß beim Gebrauch das Metall (101) in einer trockenen Oxidationsatmosphäre erwärmt und oxidiert wird, während das Gas durch den Ofen geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dar das zu oxidierende Metall eine rohrartige Form (101) aufweist und ein Halter (103,104) in dem Oxidationsofen (102) für das rohrförmige Metall (101) vorgesehen ist, wobei der erste Einlaß (107) angeordnet ist, um mit dem Inneren des rohrförmigen Metalles (101) an einem Ende in Verbindung zu stehen, und der Ausströmauslaß (109) angeordnet ist, um am anderen Ende mit dem Inneren des rohrförmigen Metalls (101) in Verbindung zu stehen, wodurch im Betrieb die Oxidation der inneren Oberfläche davon durchgeführt wird, indem das Gas in das Innere des geheizten röhrförmigen Metalls (101) geleitet wird, wobei die Vorrichtung ferner einen zweiten Einlaß (108) für die Einführung eines Inertgases in den Ofen (101) umfaßt und der zweite Einlaß so angeordnet ist, daß er nicht mit dem Inneren des rohrförmigen Metalles (101) in Verbindung steht, wodurch das Äußere des rohrförmigen Metalles während des Gebrauchs an einer Oxidation gehindert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten Ausströmauslaß, der zur Abfuhr über den zweiten Einlaß zugeführten Inertgaseses aus dem Ofen angeordnet ist, wobei der zweite Auslaß nicht in Verbindung mit dem Inneren des rohrförmigen Metalls steht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dar die Halter (103, 104) Stützungsdichtungen für jedes Ende des rohrförmigen Metalls (101) beinhalten, die so angeordnet sind, daß sie das rohrförmige Metall (101) in Form einer Vielzahl von Rohren aufnehmen.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch entsprechende Heizungen (125, 126) auf der Oxidationsgasversorgungsleitung (107) und der Inertgasversorgungsleitung (108).

5. Verfahren zur Bildung eines Passivierungsfilmes auf der Oberfläche eines Metalles (101), wie etwa rostfreier Stahl oder dgl., durch Oxidation in einem Ofen (102), umfassend das Einleiten eines Oxidierungsgases in den Ofen (102) durch einen ersten Gaseinlaß (107), das Abführen des Gases aus dem Ofen durch einen Ausströmauslaß (109) und das Heizen des Ofens auf eine vorbestimmte Temperatur durch eine Heizung (122), wobei das Metall in einer trockenen Oxidatiosatmosphäre erwärmt und oxidiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zu oxidierende Metall eine rohrartige Form (101) besitzt und in dem Ofen durch einen Halter (103, 104) gehalten wird, wobei das Gas an einem Ende in das Innere des rohrförmigen Metalls eingeführt und am anderen Ende herausgeführt wird, eine Inertgasatmosphäre außen an dem rohrförmigen Metall (101) durch einen zweiten Gaseinlaß (108) vorgesehen ist, wodurch die äußere Oberfläche des rohrförmigen Metalls vor der Oxidation geschützt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der Inertgas- bzw. Schutzgasatmosphäre außen an dem rohrförmigen Metall (101) größer als der Druck des Oxidierungsgases im Inneren des rohrförmigen Metalls ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenn das rohrförmige Metall (101) in Position gebracht wird, der Ofen (102) von der Einlaß- oder Ausströmseite geöffnet wird und Inertgas durch den Ofen (102) und/oder das rohrförmige Metall (101) hindurchgeleitet wird, wodurch verhindert wird, dar das Innere und Äußere des rohrförmigen Metalles (101) der Luft der Atmosphäre ausgesetzt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Beginn der Oxidationsstufe ein Reinigungsgas anstelle des Oxidationsgases aus dem ersten Gaseinlaß (107) in das Innere des rohrförmigen Metalles (101) geführt wird, um die Oxidationsatmosphäre in einem sehr sauberen Zustand aufrechtzuerhalten, wobei die Reinigungsgasversorgung und die Oxidationsgasversorgung geschaltet werden, ohne daß die Ofentemperatur abnimmt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem ersten und zweiten Einlaß (107, 108) gelieferte Gas auf Oxidationstemperatur geheizt wird und die Oxidationstemperatur auf einem konstanten Level aufrechterhalten wird.