JPH03239900A

JPH03239900A - 石英配管システムおよびその配管部品の接続装置

Info

Publication number: JPH03239900A
Application number: JP3703090A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Maekawa; 前川　俊一
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-02-17
Filing date: 1990-02-17
Publication date: 1991-10-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、例えば、半導体製造装置の処理室内部に純水
、ガス、薬品等の流体を導入あるいは排出するための配
管システムおよびその配管部品の接続装置に関する。

〈従来の技術〉半導体素子等の製造工程において、その歩留りを決定す
る一つの要因としては微粒子（Ｐａｒｔｉｃｌｅ）があ
る。このＰａｒｔｉｃｌｅの発生源はいろいろあるが、
従来、最大の源であった人間の問題は工程の自動化によ
りほぼ解決された。そこで、現状では製造装置や、その
装置内に純水、ガス、薬品等を導入あるいは排出する配
管等がＰａｒｔｉｃｌｅの発生源として最も大きな問題
となってきている。例えば１６Ｍ　ｂ　ｉ　を以上のＤ
ＲＡＭにおいては、その装置や配管等から発生するＰａ
ｒｔｉｃｌｅが歩留りを決定してしまうとまでいわれて
いる。

〈発明が解決しようとする課題〉ところで、上述のＰａｒｔｉｃｌｅが発生する確率は、
半導体製造装置とその接続配管系を比較した場合、配管
系の方がきわめて高い。これは、半導体製造装置はその
処理室が石英等によって製作されているのに対し、接続
配管系では、配管材料として、通常、５Ｏ３３１６等の
金属、ポリエチレン、テフロン、塩化ビニール等のプラ
スチック系材料、あるいはガラス等が用いられており、
これらの材料は、いずれも発塵、汚染、腐食等に対する
特性があまりよくないこと、また、配管系の長さが処理
室に対して非常に長く、かつ、その構造が複雑であるこ
と等による。従って、現状では、配管系におけるＰａｒ
ｔｉｃｌｅの発生を抑えることが先決問題とされている
。

ここで、配管系のＰａｒｔｉｃｌｅ発生を抑えるには、
その配管材料として、発塵、汚染、腐食に対して極めて
優れた特性を持つ石英を使用することが考えられるが、
この場合、以下に述べる新たな問題が生じる。

（１）石英製パイプの接続は、例えば１６００　’Ｃ以
上の高温で行う必要があり、しかも専門的な技術が必要
で、使用現場レベルでの組立は極めて困難である。

（２）石英製パイプは機械的な衝撃に弱い。

（３）上記の（１）、　（２）の問題は解決できたとし
ても、配管系に不可決なバルブや流量コントローラ等の
機能部品が、通常、金属やプラスチック等によって製造
されているので、その機能部品からのＰａｒｔｉｃｌｅ
の発生が無視できず、結局、パイプのみを石英製として
もその効果はあまりない。

本発明の目的は、基本的には石英によって製造され、使
用現場において容易に組立可能な配管システムおよびそ
の接続装置を提供することにある。

く課題を解決するための手段〉本発明の配管システムは、パイプ、バルブ、継手および
フィルタの配管部品の一つもしくは複数の部品によって
構築され、そのパイプ、継手およびフィルタのそれぞれ
は、少なくとも流体が接触する部分および他の部品との
接続部が石英によって形成され、かつ、その接続部が他
の部品の接続部と互いに面接触できる形状に加工されて
おり、バルブは少なくとも流体が接触する個所の大部分
および他の部品との接続が石英によって形成され、かつ
、その接続部が他の部品の接続部と互いに面接触できる
形状に加工されている。

また、本発明の配管部品の接続装置においては、上記の
各配管部品が互いに面接触する部分の周囲に設置自在で
、かつ、その接触面を局所的に加熱することができる熱
源を備えている。

〈作用〉２枚の石英板等の端面を、それぞれ鏡面程度にまで研磨
して互いに接触させ、かつ、その接触面に対して垂直方
向に適当な圧力を加えた状態で加熱すると、石英の融点
、１６００″Ｃ以下の加熱温度であってもその両者を溶
接することがで、きる。

そこで、各部品の接続部を石英とし、かつ、その各端面
をそれぞれ互いに面接触できる形状とすることで、その
接続部を、例えば第１０図に示す装置を用いて加熱する
のみで、その各部品の接続を容易に行うことができる。

また、例えば接続部の近傍を除く外部表面をＦＲＰ等に
よって被覆しておき、さらに、上記の溶接後にその接続
部を同じ＜　ＦＲＰ等により被覆しておくことで、機械
的衝撃にも耐える構造とすることができる。

〈実施例〉第１図は本発明実施例の概略構成を示す系統図で、シリ
コンウェハ表面にドープトオキサイド層を形成するため
のＣＶＤ装置に本発明を適用した例を示す。

ＣＶＤ装置の石英製炉芯管１には、その内部に連通ずる
配管系Ａが接続されている。この配管系Ａは主にパイプ
２、エルボ３およびチーズ４によって構築されており、
その適宜個所にバルブ５゜マスフローコントローラ７お
よびフィルタ６が接続されている。

配管系Ａは、主に三つの系統ａｌ＋ａＺおよびａ。

によって構成され、ａｌおよびａ２系統はともに窒素ボ
ンベ１０１が、また、ａ、系統には酸素ボンベ１０２が
それぞれ接続されている。さらにａ２系統にはリン、ボ
ロン等のドーピングソース混入用の蒸発容器１０３が接
続され、また、ａ、系統にはシリコンソース混入用の蒸
発容器１０４が接続されている。

以上の構成により、炉芯管１内部には、ドーピングソー
スの有機化合物を窒素ガスに飽和したものと、シリコン
の有機化合物を酸素ガスに飽和したもの、さらには窒素
ガスをそれぞれ規定量混合した混合ガスがフィルタ６を
通して導入される。

そして、導入された混合ガスは加熱分解され、これによ
り炉芯管１内に設置されたシリコンウェハ（図示せず）
表面にドープトオキサイド層が形成される。

次に、各配管部品を第２図乃至第９図を参照して説明す
る。

まず、パイプ２は、第２図（ａ）に示すように、石英製
パイプ２ａの外周面をＦＲＰ２ｂによって被覆したもの
で、その長さは搬送および取扱いが容易な程度に裁断さ
れている。また、エルボ３およびチーズ４は、同図（ｂ
）および（ｃ）に示すように、−般に使用されているエ
ルボやチーズと同様な形状に成形された石英製の本体３
ａおよび４ａを、同しくＦＲＰ３ｂおよび４ｂによって
被覆したものである。

バルブ５は、第３図に示すように、人口・出口管５ａお
よび５ｂを備えた石英製本体５ｏと、その入口管５ａに
連通する筒状の石英製弁座５ｃの二重構造となっており
、その弁座５ｃの上方に石英製の弁５ｄが配設されてい
る。この石英製弁５ｄは石英製ダイアフラム５ｅによっ
て保持され、その上面にはベローズ５ｆが設けられてい
る。このベローズ５ｆ内には、圧縮空気源（図示せず）
からの空気が供給され、その空気圧に従って伸縮し、こ
のベローズ５ｆの伸縮により弁５ｄが上下方向に移動し
、これによって弁通路断面が変化する。

また、弁５ｄを弁座５ｃに所定の圧力で押圧することに
よって流体の流れは遮断される。

なお、弁５１ｄを保持するダイアフラム５１ｅとしては
、バネ性のある石英薄板を、第４図（ａ）に示すように
波形状に成形したもの、あるいは同図（ｂ）に示すよう
にジグザク状に折り曲げたもの等を用いる。

このような構造とすることにより、従来の二ドルバルブ
では、流体の流れを遮断する際にニードルの先端部の面
と弁座の面とが擦り合わされて発塵が生じていたのに対
し、この構造のバルブでは弁５ｄと弁座５ｃとの面が互
いに垂直に接触するだけで、面同士が擦れ合うことがな
いので、発塵の問題は起こらない。なお、バルブを遮断
したときに、その気密性がさらに要求される場合には、
第５図に示すように、弁座５ｃの上端部に、石英よりも
柔らかく、かつ、化学的に安定な材料、例えば硬質ポリ
エチレン、白金、金等のリング５ｇを嵌め込んでおけば
よい。

また、バルブ５としては、上述した空、気駆動式バルブ
の他、例えば第６図に示すようなソレノイドバルブを用
いることもできる。このソレノイドバルブは、弁５１ｄ
の上面に強磁性体５１ｇが設けられており、この弁５１
ｄ全体が第７図に示すように、石英製スプリング５１ｅ
によって保持されている。そして、本体５１の外周部に
配設されたソレノイド５１ｆによって弁５１ｄが上下方
向に移動するよう構成されている。なお、弁の駆動方式
としては、上述の二つの方式の他、例えば積層圧電体の
変位を利用する等、種々の方式を適用することができる
。また、これらの駆動方式に加えて、バルブを閉鎖する
際において、弁座近傍までは急速に弁を移動させ、弁座
接触直前において速度を落とす二段階駆動方式を採用す
れば、弁が弁座に接触する際の衝撃を緩和することがで
き石英製である弁の破損を防止できる。

フィルタ６としては、第８図（ａ）に示すように、石英
バイブロａの途中に石英の微粉末を板状に焼結した濾材
６ｂを固着した構造のもの、また、同図（ｂ）に示すよ
うに、石英の微粉末を筒状に焼結した濾材６１ｂを石英
製の入口管６１ａに一体形成し、その濾材６１ｂの外方
周囲を石英製の管６１ｃで包んだ構造のもの、等を用い
る。このように濾材として化学的に安定な石英の微粉末
を焼結したものを用いることにより、従来の濾材、セラ
ミックの焼結体、プラスチックあるいは紙等において問
題とされていた発塵や不純物の滲み出し等の問題は解消
される。

マスフローコントローラ７は、第９図に示すように、石
英製パイプ７１ａに石英製キャピラリ管７１ｂによるバ
イパスラインを形成した測定管７１に、先に述べたバル
ブ５を接続した構造である。

キャピラリ管７１ｂの上流側および下流側の外周には、
それぞれ抵抗線７２および７３が巻き付けられ、その上
流側の抵抗線７２は加熱用として使用され、また、下流
側の抵抗線７３は温度検出のためのセンサとして使用さ
れる。この２本の抵抗線７２および７３はブリッジ回路
７４に接続されており、流体の流れによって熱が上流か
ら下流に移動することによって、ブリッジ回路７．４の
バランスがくずれ、流体の温度、圧力と無関係の質量流
量に比例した信号が得られる。そして、ブリッジ回路７
４の出力信号は比較制御回路７５に入力され、ここで設
定電圧信号と比較され、その比較結果に基づいてバルブ
５の開度を調節することによって、流体流量が設定値に
保たれる。

以上の各配管部品のそれぞれの接続端面は、研磨によっ
て鏡面程度に仕上げられている。

次に、上述した各配管部品の接続方法を、以下に述べる
。

まず、接続に使用する加熱装置を、第１０図を参照して
説明する。

この加熱装置１０は、同一円周に沿って等ピッチで配列
された複数個のランプ１１・・１１と、このランプ群の
外方周囲に配設された断面形状が凹面の熱りフレフタ１
２等によって構成されている。

この熱りフレフタ１２の曲率は、各ランプ１１・・・１
１からの熱線全てが、配管部品の接続部に集まるように
設定されている。また、この加熱装置１０は円周方向に
おいて分割自在な構造となっており、配管部品の接続部
周囲に容易に設置できるように構成されている。なお、
熱源としてはランプの外、レーザ光源やソリッドヒータ
等の発熱体、あるいは小型酸水素バーナやアーク等、配
管部品の接続部を局所的に加熱でき、かつ、その接続部
を石英の融点近くまで加熱できるものであれば特に限定
されない。

さて、接続手順を同じく第１０図を参照して説明する。

まず、接続すべき２本のパイプ２を、適当な治具を用い
て突き合わせ、かつ、その接触面に対して垂直方向に適
当の圧力を加えておく。次いで、その突き合わせ部周囲
に加熱装置１０を配置する。このとき、それぞれのパイ
プ２外被のＦＲＰ２ｂ端部に水冷用配管１３を巻付けて
おき、この状態で全てのランプ１１・・・１１を所定時
間点灯する。これにより接続部分が溶接される。この溶
接作業が終了した後に、各ランプ１１・・・１１の出力
強度を落とした状態で、再び熱線を接続部に照射してそ
の接続部分の焼きなましを行う。そして接続部の温度が
常温程度まで降下した時点で、第１１図に示すように、
接続部をＦＲＰ製のカバー管２０によって被覆しておく
。なお、この手順ではパイ１２同士の接続について説明
したが、パイプ２と他の配管部品との接続も同様にして
行うことができる。

以上の手順により、熟練者でなくても使用現場において
、各配管部品の接続を容易に、かつクリーンな状態で行
うことができる。しかも、２枚の石英板のそれぞれの端
面を鏡面状に仕上げ、その端面同士を密接した状態でそ
の部分を加熱すると、石英の融点以下の低温、例えば１
０００〜１６００℃であってもその両者を溶接できるこ
とから、その溶接時における高温に対する問題も解消で
きる。

なお、各配管部品の端面を、例えば第１２図（ａ）に示
すようなテーバ面に加工しておけば、接続時における位
置合わせが容易になり、しかも、接続面積が広くなって
接続強度が強化される。また、同図（ｂ）に示すように
、接続面を円周面に加工すると、ユニバーサルジヨイン
トとして使用することができる。

以上の本発明実施例においては、各配管部品の流体が通
過する部分全てを石英によって製作しているが、Ｐａｒ
ｔｉｃｌｅの発生による影響がないレベルであれば、金
属、プラスチック等の他の材料を適宜に併用してもよい
。

なお、本発明は、ＣＶＤ装置等の半導体製造装置の外、
例えばシリコンウェハの表面洗浄装置等、流体中にＰａ
ｒｔｉｃｌｅが混在することを防止する必要があり、か
つ、耐蝕・耐熱性を必要とする他の装置等に適用できる
ことは勿論である。

〈発明の効果〉以上説明したように、本発明によれば、システムのほぼ
全体を石英によって構築したので、半導体製造装置等に
導入する純水、ガス、薬品等の流体が、その経路途中に
おける発塵、不純物の滲み出し、腐食等によって汚染さ
れることがなく、しかも、従来の配管システムに比して
高温での使用に耐えることができる。これにより、本発
明を例えば高真空装置に適用した場合、配管系を含めた
システム全体を高温加熱による脱ガスを１行うことがで
きので、超高真空を容易に得ることが可能となる。

ここで、本発明の配管システムは、各配管部品を標準化
することも可能で、例えば、工場において各配管部品を
量産してその各部品をストックしておき、使用現場にお
いて必要な配管部品をその都度発注するようにすれば、
価格の適性化もはかることができる。また、使用現場に
おいて、未熟練者であっても、小型の接続装置や適当な
治具等を使用して容易に組み立てることができ、さらに
配管材料として石英を使用することによる高温の問題も
解消できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の概略構成を示す系統図である。第２図乃至第９図はその実施例の各配管部品の構造説明
図で、第２図はパイプ２．チーズ３およびエルボ４の構
造を、また第３図乃至第７図はバルブ５の構造を示して
いる。さらに第８図および第９図はそれぞれフィルタ６
およびマスフローコントロデラ７の構造を示している。第１０図は本発明の石英配管システムを組み立てる際に
使用する接続装置の使用状態を示す図である。第１１図は本発明実施例の配管部品の接続部の断面図で
、第１２図は各配管部品の接続部端面の変形例を示す断
面図である。１・・・ＣＶＤ装置の炉芯管２・・・２・・・石英パイプ３・・・３・・・チーズ４・・・４・・・エルボ５・・・５・・・パルプ６・　・　・フィルタ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体製造装置等に接続された配管システムにお
いて、下記（ａ）〜（ｄ）の配管部品の一つもしくは複
数の部品によって構築されていることを特徴とする、石
英配管システム。（ａ）構成部材のうち、少なくとも流体が接触する部分
および他の部品との接続部が石英によって構成され、か
つ、その接続部が他の部品の接続部と互いに面接触でき
る形状に加工されたパイプ。（ｂ）構成部材のうち、少なくとも流体が接触する部分
および他の部品との接続部が石英によって構成され、か
つ、その接続部が他の部品の接続部と互いに面接触でき
る形状に加工された継手。（ｃ）構成部材のうち、少なくとも流体が接触する個所
の大部分および他の部品との接続部が石英によって構成
され、かつ、その接続部が他の部品の接続部と互いに面
接触できる形状に加工されたバルブ。（ｄ）構成部材のうち、少なくとも流体が接触する部分
および他の部品との接続部が石英によって構成され、か
つ、その接続部が他の部品の接続部と互いに面接触でき
る形状に加工されたフィルタ。
（２）上記各配管部品をそれぞれを互いに接続するため
の装置であって、上記各部品が互いに面接触する部分の
周囲に設置自在で、かつ、その接触面を局所的に加熱す
ることができる熱源を備えていることを特徴とする、配
管部品の接続装置。