JP3791648B2 - 高圧加熱炉およびその運転方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、半導体等の熱処理に用いられる加熱炉に係り、特に液晶ディスプレイやイメージセンサ等を作成するために、ガラス基板上に形成される薄膜トランジスタの熱処理に用いられる高圧加熱炉およびその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウエハや、基板上に形成された半導体膜を処理するためのアニール炉、拡散炉、酸化炉や、膜を形成するための減圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）等の加熱炉が従来から多く用いられている。近年、これらの加熱炉は、装置の省スペース化を図るため反応管を横置きするタイプにかわり、縦置きするタイプ（例えば、特開平８−８１９４の図３に開示されている。）が主流となっている。また、酸化炉においては反応管内ガス雰囲気を高圧にすることによって、圧力に依存した高い反応レートを得ることができる（例えば、特開昭５３−１１２０６４、特開昭５６−２４９３８に開示されている。）ことも知られている。また、近年、液晶ディスプレイ等に大面積角型ガラス基板が用いられるため、従来の丸型シリコンウエハに代わって、大面積角型ガラス基板を処理する装置が求められている。
【０００３】
図３は、かかる高圧加熱炉の断面図である。図において、１はステンレス鋼製の密閉容器であり、内部は１〜５０atm に加圧される。密閉容器１は、本体１ｃと蓋体１ｄとからなり、容易に解放可能になっている。２は石英製の反応容器で、内部の圧力はパーティクル等が侵入しないように、密閉容器１内より、高い圧力になっており、その差圧は１atm 以内に制御されている。２ｃは反応容器本体、２ｄは反応容器蓋体である。
【０００４】
３は反応容器２を囲繞して配置したヒータであり、反応容器２内部を６００℃程度まで加熱する。４はホルダであり、多数の液晶用ガラス基板５を保持している。６は水蒸気発生器であり、水導入口７から供給される水を加熱して蒸発させ、水蒸気を反応容器２内に供給する。８は水蒸気排気口で、反応容器２内から水蒸気を外部に放出する。９は昇圧用空気導入口、１０は降圧用空気排出口であり、給排気により密閉容器１内の圧力を調節する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
かかる高圧加熱炉で熱処理を行う場合に、密閉容器１内の昇圧時に、外部ボンベまたはコンプレッサから密閉容器１内に気体（空気）を送入し、熱処理が終了すると密閉容器１内の気体を外部に放出している。密閉容器１内は高圧なので、封入気体が大量に必要であり、高圧の気体を単に外部に放出してしまうのは、エネルギの浪費である。
【０００６】
本発明は、従来技術のかかる問題点に鑑み案出されたもので、密閉容器１内に封入された高圧気体の１部を回収することにより、エネルギの節約を図ることができる高圧加熱炉およびその運転方法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】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明の高圧加熱炉は、高圧密閉容器と、該密閉容器内に配置した反応容器と、該反応容器を囲繞して配置したヒータとを有してなる高圧加熱炉２台以上を連結バルブを介して接続し、密閉容器内の気体を行き来可能にしたものである。
【０００８】
請求項２記載の発明の高圧加熱炉の運転方法は、高圧密閉容器と、該密閉容器内に配置した反応容器と、該反応容器を囲繞して配置したヒータとを有してなる高圧加熱炉２台を連結バルブを介して接続し、一方の加熱炉の熱処理が完了したら、連結バルブを開いて、一方の加熱炉の密閉容器内の気体を他方の加熱炉の密閉容器内に送り、両方の圧力が均衡したら、連結バルブを閉じた後、一方の加熱炉は大気圧まで降圧し、他方の加熱炉は処理圧力まで昇圧するものである。
【０００９】
上記運転方法において、上記加熱炉３台以上を連結バルブを介して接続し、各加熱炉の間で順次密閉容器内の気体を移送するようにしてもよい。
【００１０】
次に、本発明の作用を説明する。
以上説明したように、連結バルブを介して２台の高圧加熱炉を接続し、交互に加熱処理を行う。一方の加熱炉の密閉容器内の気体は、処理圧力（例えば２５ａｔｍ）であり、他方の加熱炉の密閉容器内の気体は、大気圧になっている。一方の加熱炉の熱処理が完了したら、連結バルブを開くと一方の加熱炉の密閉容器内の気体は、他方の加熱炉の密閉容器内に移動し、両方の圧力が均衡する。連結バルブを閉じた後、一方の加熱炉は大気圧まで降圧し、他方は、処理圧力まで昇圧する。このように一方の密閉容器内の気体の半分が、他方の密閉容器の昇圧に利用されるので、それぞれ別々に運転した場合に比べて、気体の容量で半分、昇圧のためのエネルギでは、１／４の節約になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の高圧加熱炉の系統図である。図１において、図３を用いて説明したのと同様の部分については、同一の符号を付しており、重複した説明は省略する。図中１１は、連結バルブである。１２ａは高圧加熱炉Ａ、１２ｂは高圧加熱炉Ｂである。１ａは高圧加熱炉Ａ１２ａの密閉容器Ａであり、１ｂは高圧加熱炉Ｂ１２ｂの密閉容器Ｂである。連結バルブ１１を介して密閉容器Ａ１ａと、密閉容器Ｂ１ｂとが接続しており、内部の気体が互に行き来可能になっている。１３は圧力計である。１４は昇圧気体導入排出口である。１５は反応気体導入口である。１６は反応気体排出口である。１７は制御弁である。
【００１２】
次に本実施形態の作用を説明する。
図２は、高圧加熱炉Ａ１２ａ、Ｂ１２ｂにおける圧力と温度のタイムチャートである。操作手順としては、高圧加熱炉１２同志を連結バルブ１１によって接続し、高圧加熱炉Ａ、高圧加熱炉Ｂを交互に稼働させて処理する。密閉容器Ａ１ａ、Ｂ１ｂ内には石英製の反応容器２が収納されており、密閉容器Ａ１ａ、Ｂ１ｂと圧応容器２内圧力の差圧が１atm 以内になるように常に圧力制御を行う。パーティクル等のゴミを巻き込むのを防ぎ、反応容器２内をクリーンに保つため密閉容器Ａ１ａ、Ｂ１ｂ内の圧力より反応容器２内圧力のほうが高くなるように制御する。密閉容器Ａ１ａ、Ｂ１ｂの圧力および処理温度は図２に示すように制御する。連結バルブ１１を開けることにより、密閉容器Ａ１ａの昇圧および密閉容器Ｂ１ｂの降圧を開始する。連結バルブ１１を開ける時点では高圧加熱炉Ａ１２ａ、Ｂ１２ｂはそれぞれ３００℃、６００℃に保持されている。ここで、３００℃が処理物（ガラス基板）の取り出し、装填する温度であり、６００℃が処理物を処理する温度である。高圧加熱炉Ａ１２ａ、Ｂ１２ｂが同圧になった時点で、連結バルブ１１を閉じ、続いて昇圧気体導入排気口１４のバルブを開いて、昇圧気体（空気）を導入して、密閉容器Ａ１ａの昇圧を続けるとともに昇圧気体導入排気口１４のバルブ１１を開いて、昇圧気体の排気を行って、密閉容器Ｂ１ｂの降圧を続ける。
【００１３】
その後、高圧加熱炉Ａ１２ａは、処理圧力（２０atm ）、処理温度（６００℃）に至った時点より、３時間の処理を行う。次に、連結バルブ１１を開いて密閉容器Ａ１ａは降圧し、密閉容器Ｂ１ｂは昇圧する。以下、同様に繰り返して交互に運転する。この間、反応容器２内と密閉容器１内の差圧は、それぞれ反応気体導入口１５および反応気体排出口１６設けられた制御弁１７の開閉により、１atm 以内になるように制御している。
【００１４】
本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、実施形態では２台の高圧加熱炉を交互に運転する場合について説明したが、３台以上を互に接続し、順次運転するようにしてもよい。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の高圧加熱炉およびその運転方法は、２台以上の高圧加熱炉を連結バルブを介して接続し、交互に運転して一方の密閉容器内の気体を、他方に送るようにしたので、昇圧気体および昇圧のためのエネルギの節約になるなどの優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高圧加熱炉の系統図である。
【図２】高圧加熱炉における圧力と温度のタイムチャートである。
【図３】従来の高圧加熱炉の断面図である。
【符号の説明】
１ 密閉容器
２ 反応容器
３ ヒーター
１１ 連結バルブ

Claims (3)

1. 高圧密閉容器と、該密閉容器内に配置した反応容器と、該反応容器を囲繞して配置したヒータとを有してなる高圧加熱炉２台以上を連結バルブを介して接続し、密閉容器内の気体を互いに行き来可能にして、一方の加熱炉の熱処理が完了したら連結バルブを開いて一方の加熱炉の密閉容器内の気体を他方の加熱炉の密閉容器内に送り、一方の加熱炉の密閉容器内の高圧気体のエネルギの一部を回収するようにしたことを特徴とする高圧加熱炉。
2. 高圧密閉容器と、該密閉容器内に配置した反応容器と、該反応容器を囲繞して配置したヒータとを有してなる高圧加熱炉２台を連結バルブを介して接続し、一方の加熱炉の熱処理が完了したら連結バルブを開いて一方の加熱炉の密閉容器内の気体を他方の加熱炉の密閉容器内に送り、両方の圧力が均衡したら連結バルクを閉じた後一方の加熱炉は大気圧まで降圧し、他方の加熱炉は処理圧力まで昇圧することを特徴とする高圧加熱炉の運転方法。
3. 上記加熱炉３台以上を連結バルブを介して接続し、各加熱炉の間で順次密閉容器内の気体を移送するようにした請求項２記載の高圧加熱炉の運転方法。

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