JP2009231522A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地震または火災等の非常事態における被害の拡大の防止を、低コストで実現することが可能な熱処理装置を提供する。
【解決手段】熱処理装置１００は、ヒータ１４、ソフトシェル部１６１、および壁部１６２を少なくとも備える。ヒータ１４は、プロセスチューブ１２の周囲に配置され、プロセスチューブ１２を加熱するように構成される。ソフトシェル部１６１および壁部１６２は、少なくともヒータ１４を気密的に包囲する気密空間を形成するように構成される。ソフトシェル部１６１は、気密空間の内圧に応じて気密空間の容積を変更させるように構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、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関し、特に、地震または火災等の非常事態における被害拡大を低コストで防止するように工夫された熱処理装置に関する。

熱処理装置では、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際に多種多様のガスや蒸気がプロセスチューブ内に導入される。プロセスチューブ内に導入されるガスの中には可燃性ガスのように発火性または爆発性を有する危険ガスも含まれるため、このような危険ガスの漏洩を防止するための技術が従来開発されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に係る技術では、爆発性ガスを収納する原料タンクの周囲を気密構造の筐体によって覆うとともに、発火または爆発を検知した際には筐体内に供給する不活性ガスの供給量を増大させるようにしている。このような構成を採用することによって特許文献１に係る技術では、不活性ガスによる迅速な消化が可能であり、筐体外部に延焼することを防止することが可能である、とされている。
特開２００６−１５６６５０号公報

しかしながら、熱処理装置は、通常時における危険ガスの漏洩を防止できるだけでなく、地震または火災等の非常事態における被害拡大を防止できるように構成されることが好ましい。

例えば、半導体基板やガラス基板に対して熱処理を行うためのプロセスチューブが破損すると、筐体内部の急激な圧力変化によって筐体が破損し、その結果、危険ガスが筐体から漏出したり、装置外部の酸素が熱源に触れることによって被害が拡大したりする虞があった。プロセスチューブは、製品の清浄度を確保するために石英ガラスやＳｉＣ等の比較的破損し易い素材によって構成されているため、地震または火災等の非常事態発生時にはプロセスチューブが破損し得ることを想定しておく必要がある。このとき、プロセスチューブの周囲を覆う筐体をすべて耐圧部材によって構成するという対策を採ることも可能ではあるが、プロセスチューブを囲う筐体をすべて耐圧部材で構成することは非常にコストがかかるという問題がある。

この発明の目的は、地震または火災等の非常事態における被害の拡大の防止を、低コストで実現することが可能な熱処理装置を提供することである。

この発明に係る熱処理装置は、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ように構成される。この熱処理装置は、加熱手段、気密空間形成手段、および容積変更手段を備える。加熱手段は、プロセスチューブの周囲に配置され、プロセスチューブを加熱するように構成される。

気密空間形成手段は、少なくとも加熱手段を気密的に包囲する気密空間を形成するように構成される。気密空間形成手段は、例えば、ヒータを外気に触れさせないように気密空間の気密性を保つ性質を備えた隔壁によって構成される。

容積変更手段は、気密空間形成手段に設けられ、かつ気密空間の内圧に応じて気密空間の容積を変化させるように構成される。容積変更手段の構成例としては、気密空間の内圧に応じて撓むように構成された可撓性を有する隔壁、および気密空間に連通するタンクであって、気密空間の内圧に応じて収縮または膨張するように構成されたタンクが挙げられるが、これらに限定されることはない。

この構成においては、プロセスチューブが破損して気密空間の内圧が急変した場合にも、気密空間を画定する気密空間形成手段が破損しないため、プロセスチューブが破損した後にも、ヒータ等の加熱手段やプロセスチューブの周囲の気密性が保たれる。この結果、加熱手段が外からの酸素と触れることがないため、プロセスチューブから漏洩した可燃性ガスと加熱手段とが接触した場合であっても爆発や火災が発生することがない。

また、加熱手段の周囲の酸素濃度を可能な限り下げることを考慮すると、気密空間における酸素濃度を計測する酸素濃度検出手段、および気密空間における酸素濃度が所定濃度を超えたときに気密空間内に不活性ガスを導入するように構成された不活性ガス導入手段を設けることが好ましい。

本発明によれば、地震または火災等の非常事態における被害の拡大の防止を、低コストで実現することが可能になる。

図１を用いて、本発明の実施形態に係る熱処理装置１００の概略を説明する。熱処理装置１００は、例えば、半導体基板やガラス基板に対して減圧状態で熱処理を行うように構成される。熱処理の例として、化学気相成長処理、拡散処理、およびアニール処理などが挙げられる。

熱処理装置１００は、炉体１０、ガス供給部５０、ガス選択部６０、排出部４０、および各構成要素を統括的に制御する制御部（図示せず）を少なくとも備える。

炉体１０は、石英ガラス製のプロセスチューブ１２、石英ガラス製のフロアプレート２２、およびヒータ１４を少なくとも備える。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。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。

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第１〜第４のガス供給部（５２、５４、５６、５８）を備える。この実施形態では、第１のガス供給部５２からＳｉＨ₄ （シラン）、第２のガス供給部５４からＡｒ、第３のガス供給部５６からＮ₂ がそれぞれ供給されるが、第１〜第４のガス供給部（５２、５４、５６、５８）から供給されるガスの種類はこの組み合わせに限定されるものでない。また、ガス供給部の数も４つに限定されることはなく、適宜、ガス供給部の数を増減させることが可能である。

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、制御部から供給される制御信号に基づいて、第１〜第４のガス供給部（５２、５４、５６、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。

排出部４０は、例えば、エアバルブおよびマニュアルバルブ等が設けられた排気管を有しており、プロセスチューブ１２からの排気を行うように構成される。また、排出部４０は、プロセスチューブ内を減圧するための減圧ポンプ（例えば、真空ポンプ）を備える。

続いて、縦型熱処理装置１００に適用される防爆システム１６について説明する。防爆システム１６は、プロセスチューブ１２の上部およびヒータ１４を気密的に包囲する気密空間を形成するように構成された気密空間形成部を備える。この実施形態では、気密空間形成部は、ソフトシェル１６１、壁部１６２、および炉体１０の底部によって構成される。ソフトシェル１６１は、気密空間を画定する隔壁の役割を果たしており、例えば、図示しないフレーム部材等の支持部材に支持されることによって炉体１０の内部の所定位置に配置される。ソフトシェル１６１は、気密空間の内圧に応じて撓むように可撓性を有する部材によって構成される。ソフトシェル１６１の構成の例としては、アルミガラスクロス等の、ガラスクロスをアルミ箔で被覆し樹脂等で接着してなる構成などが挙げられ、市販のものを利用することが可能である。ただし、ソフトシェル１６１は、耐熱機能、気密性を保つ機能、および内外の圧力差を吸収する機能を備えるものであれば良く、上述の素材に限定されることはない。なお、この実施形態では、ソフトシェル１６１が本発明の容積変更手段に対応する。

壁部１６２は、炉体１０の底部に立設されており、圧力計３０、温度計２８、および冷却装置２４を支持するように構成される。圧力計３０は、気密空間内の圧力を測定する。温度計２８は、気密空間内の温度を測定する。冷却装置２４はファンおよびラジエータ等を有しており、気密空間内の空気を吸引し、これを冷却した後に気密空間に戻すように構成される。また、冷却装置２４には、大気を選択的に導入するように構成された大気導入バルブ２６が接続される。壁部１６２には、図２に示すように、メンテナンス用の扉１６４が設けられる。扉１６４は、シール部材によってシールされる。扉１６４は、本発明における任意的構成要素であり、本発明の実施の際に必ずしも必要ではない。

防爆システム１６は、さらに、気密空間における酸素濃度を計測する酸素濃度計１８、気密空間に対して不活性ガスを導入するように構成された不活性ガス供給部２０、および気密空間のガスを選択的に排気する逆止バルブ３２を備える。この実施形態では、不活性ガス供給部２０から気密空間に対して窒素が供給される。また、不活性ガス供給部２０は、気密空間における酸素濃度が所定濃度（例えば、５％以上）を超えたときに気密空間内に窒素を導入するように制御される。なお、気密空間に導入された窒素は、ブロア２５によって吸入口２３から吸引され吹出ノズル２７からヒータ内部に導入される。

以上の構成において、地震等によりプロセスチューブ１２が破損した場合には、プロセスチューブ１２の減圧雰囲気の影響で気密空間の圧力が急減するが、この内圧の減少がソフトシェル１６１によって吸収される。具体的には、ソフトシェル１６１が内側に撓むことによって気密空間の容積が減少する。このように、気密空間の内圧の減少をソフトシェル１６１が吸収することによって、プロセスチューブ１２が破損した後も、プロセスチューブ１２やヒータ１４の周囲を気密的に保つことが可能になる。このため、プロセスチューブ１２が破損したことにより、可燃性ガスが外部に漏洩したり、外部からの酸素がヒータ１４に触れたりすることがない。このため、ヒータ１４が気密空間外からの酸素と触れることがないため、プロセスチューブ１２から漏洩した可燃性ガスとヒータ１４が接触するような場合であっても爆発や火災が発生することがない。

さらに、ソフトシェル１６１を用いることにより、プロセスチューブ１２やヒータ１４の周囲をすべて耐圧部材によって囲う場合に比較して、コストを削減することが可能になる。

続いて、図３を用いて、本発明の他の実施形態を説明する。この実施形態に係る熱処理装置２００の基本的構成は先の実施形態に係る熱処理装置１００と同様である。ただし、熱処理装置２００では、ソフトシェル１６１に換えてハードシェル１６６が用いられている。ハードシェル１６６によって気密空間を画定する場合には、図３を示すように、可撓性を備えたタンク４２を機密空間に連通させると良い。このような構成においては、気密空間の内圧に応じてタンク４２が収縮または膨張するため、ハードシェル１６６に耐圧部材を用いなくとも、プロセスチューブ１２の破損によりハードシェル１６６が破損することを防止できる。

また、図４の熱処理装置３００のように、ソフトシェル１６１および可撓性を備えたタンク４２の両方を併用することも可能である。

以上の実施形態に係る構成によれば、水素等の可燃性ガスおよびシラン等の危険ガスが熱処理プロセスに使用される場合であっても、プロセスチューブ１２の破損により爆発が発生することを防止できる。

上述の実施形態では、プロセスチューブ内を減圧状態にして熱処理を行う例を説明したが、プロセスチューブ１２を常圧状態にして熱処理を行う場合にもこの発明を適用することは可能である。

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。

本発明の実施形態に係る熱処理装置の概略を示す図である。 本発明の実施形態に係る熱処理装置の概略を示す図である。 本発明の実施形態に係る熱処理装置の他の例を示す図である。 本発明の実施形態に係る熱処理装置の他の例を示す図である。

符号の説明

１０−炉体
１２−プロセスチューブ
１４−ヒータ
１６−防爆システム
１８−酸素濃度計
２０−不活性ガス供給部
１６１−ソフトシェル
１６２−壁部

Claims (4)

1. 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、
   前記プロセスチューブの周囲に配置され、前記プロセスチューブを加熱するように構成された加熱手段と、
   少なくとも前記加熱手段を気密的に包囲する気密空間を形成するように構成された気密空間形成手段と、
   前記気密空間形成手段に設けられ、かつ前記気密空間の内圧に応じて前記気密空間の容積を変化させるように構成された容積変更手段と、
   を備えた熱処理装置。
2. 前記気密空間における酸素濃度を計測する酸素濃度検出手段と、
   前記気密空間における酸素濃度が所定濃度を超えたときに前記気密空間内に不活性ガスを導入するように構成された不活性ガス導入手段と、
   をさらに備えた請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記容積変更手段は、前記気密空間を画定する隔壁であって、前記気密空間の内圧に応じて撓むように構成された可撓性を有する隔壁を備える請求項１または２に記載の熱処理装置。
4. 前記容積変更手段は、前記気密空間に連通するタンクであって、前記気密空間の内圧に応じて収縮または膨張するように構成されたタンクを備える請求項１または２に記載の熱処理装置。

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