WO2004044969A1 - 弁装置および熱処理装置 - Google Patents

Abstract

熱処理炉１の排気系１２の配管１３に介装する主弁１８の弁箱２１に２つのバイパス通路３２、３３を形成する。各バイパス通路３２、３３は、弁箱２１に取り付けた補助弁３０、３１により開閉する。一方の補助弁３１は、流量調整可能に構成する。主弁１８は、主弁１８に設けた固定板５４を用い、ボルトおよびナットにより熱処理装置の筐体１４に固定する。排気系の配管回りを簡素化することができ、熱処理装置の保守作業性の向上が図れる。

Description

弁装置および熱処理装置 技術分野

本発明は、 熱処理装置、 特にその排気系に好適に用いることができる弁装置、 並びにこの弁装置を備えた熱処理装置に関する。 発明の背景

半導体デバイスの製造プロセスにおいて、 半導体ウェハ等の被処理体に C VD (化学気相成長） 等の熱処理を施すために、 熱処理装置が使用されている。 この 熱処理装置は、 ウェハを収容する熱処理炉と、 熱処理炉内に処理ガス等のガスを 供給するガス供給系と、 熱処理炉内を減圧排気する排気系とを備えている。

このような熱処理装置では、 炉内を真空引きする際にパーティクルを巻き上げ ないように、 真空引き初期には吸引流量を低く押さえたいわゆるスローバキュー ムを行っている。 この目的のため、 排気系は図 6に示すように構成されている。 排気系 1 2は所定の管径例えば 3インチの配管 1 3を有し、 この配管 1 3には、 アングル弁からなる主弁 （主開閉弁） 1 8と、 バタフライ弁からなる主圧力制御 弁 （図示せず） と、 減圧ポンプ （図示せず） とが順に設けられている。 配管 1 3 には主弁 1 8をバイパスする 1 /4インチ程度の小径のバイパス管 6 0が接続さ れている。 バイパス管.6 0には、 第 1の補助弁 6 1および第 2の補助弁 6 2が並 列に設けられている。 バイパス管 6 0には、 第 2 Φ補助弁 6 2と直列に、 流量調 整用の二一ドル弁 6 3が設けられている。

炉内を大気圧から所定の処理圧力に減圧する場合には、 まずスローバキューム を行うために主弁 1 8および第 1の補助弁 6 1を閉じ、 第 2の補助弁 6 2を開け て、 二一ドル弁 6 3にて設定した微少流量で真空引きを開始する。 次に、 第 1の 補助弁 6 2、 主弁 6 1を順次開いてゆき、 この状態で所定の処理圧力まで真空引 きする。

しかしながら、 上記従来の熱処理装置においては、 配管 1 3にバイパス管 6 0 を接続して第 1および第 2の補助弁 6 1、 6 2等を設けているので、 広いスぺー ス S a (図 6 ( b ) 参照） を要するだけでなく、 配管 1 3回りの構成が煩雑にな つて保守作業性が悪いという問題がある。

また、 主弁 1 8を所定位置に固定するために、 主弁 1 8の上流側または下流側 の配管 1 3を固定金具 7 0を介して熱処理装置の筐体 1 4に固定する必要が有る。 このことは配管 1 3回りの構成を更に煩雑にする。 それだけでなく、 配管 1 3が 加温配管の場合、 固定金具 7 0から熱が逃げるので、 配管 1 3内に反応副生成物 が発生する問題もある。 発明の開示

• 本発明は、 上記事情を考慮してなされたもので、 補助弁およびバイパス通路を 主弁に一体化することにより、 弁装置をコンパクトに構成することを目的として いる。 本発明の更なる目的は、 このようなコンパクトな弁装置を用いることによ り、 熱処理装置の排気系の配管回りの構成を簡素化することにある。

上記目的を達成するため、 本発明は、 熱処理炉と、 前記熱処理炉に接続された 前記熱処理炉内の雰囲気を排気するための排気管と、 前記排気管に介装される主 弁であって、 入口ポートおよび出口ポートと前記入口および出口ポートを接続す る主通路とが形成された弁箱と、 前記弁箱に設けられて前記主通路を開閉する弁 体と、 を有する主弁と、 を備えた熱処理装置において、 前記主弁の弁箱に、 前記 入口および出口ポ一トを連通する第 1バイパス通路および第 2バイパス通路が並 列に形成されており、 前記主弁の弁箱に、 前記第 1のバイパス通路を開閉する第 1の補助弁と、 前記第 2のバイパス通路を開閉する第 2の補助弁と、 を設けたこ とを特徴とする熱処理装置を提供する。

好適な実施形態においては、 前記第 1および第 2のバイパス通路は、 前記弁箱 の壁体に形成された孔である。

また、 好適な実施形態においては、 前記第 2の補助弁が流量調整可能に構成さ れている。

また、 好適な実施形^においては、 前記主弁の弁箱に固定部材が設けられてお り、 この固定部材を介して前記主弁がこの熱処理装置の筐体に固定されている。 本発明の第 2の観点によれば、 入口ポートおよび出口ポートと、 前記入口およ び出口ポートを接続する主通路とが形成された弁箱と、 前記弁箱に設けられて前 記主通路を開閉する弁体と、 を備えた弁装置において、 前記弁箱に形成され、 前 記弁体を迂回して前記入口および出口ポートの連通を可能とする第 1バイパス通 路と、 前記第 1パイパス通路と並列に前記弁箱に形成され、 前記弁体を迂回して 前記入口および出口ポートの連通を可能とする第 2バイパス通路と、 前記第 1バ ィパス通路を開閉する第 1の補助弁と、 前記第 2バイパス通路を開閉する第 2の 補助弁と、 を備えた弁装置が提供される。

本発明の更なる特徴および利点は、 添付図面を参照してなされる下記の実施形 態の説明により明らかになる。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明による熱処理装置の一実施形態の概略的構成を示す図である。 図 2は、 図 1に示す主弁の斜視図である。

図 3は、 図 2に示す主弁の要部断面図である。

図 4は、 図 2に示す第 2の補助弁の拡大断面図であり、 図 3における IV— IV線 に沿った断面を示す図。

図 5は、 主弁の周囲の部品配置を示す図であって、 （a ) は側面図、 （b ) は 平面図である。

図 6は、 従来技術における主弁の周囲の部品配置を示す図であって、 （a ) は 側面図、 （b ) は平面図である。 好適な実施形態の説明

以下に、 本発明の実施の形態を添付図面に基いて詳述する。

熱処理装置の概略的構成を示す図 1において、 符号 1は半導体ウェハ Wを収容 して所定の熱処理例えば C VD処理を行う熱処理炉である。 図示された実施形態 においては、 熱処理炉 1はバッチ式の縦型炉である。 熱処理炉 1は、 石英製の処 理容器 （反応管） 2と、 処理容器 2の周囲に処理容器 2を囲んで設けられた円筒 状のヒータ 3とを備えている。 処理容器 2は、 図示された実施形態では内管 2 aおよび外管 2 bを有する二重 管構造とされているが、 一重管構造であっても良い。 処理容器 2の下端は開口さ れている。 処理容器 2の下端には、 処理容器 2内に処理ガス等のガスを導入する ガス導入部 4と処理容器 2内の雰囲気を排気する排気部 5とを有する円環状のマ 二ホ一ルド 6が気密に接続されている。 マ二ホールド 6の下端は炉ロ 7として開 口されている。 炉ロ 7の下方には、 炉ロ 7を気密に閉塞する蓋体 8が設けられて いる。 蓋体 8は昇降機構 9により昇降して炉ロ 7を開閉する。 蓋体 8上には、 多 数枚例えば 1 5 0枚のウェハ Wを上下方向に所定間隔をおいて搭載することがで きる石英製のウェハボート 1 0 (基板保持具） が、 保温筒 1 1を介して載置され ている。 昇降機構 9によって、 ボート 1 0が処理容器 2内に搬入および搬出され る。

ガス導入部 4にはガス供給源に通じる図示しないガス供給系の配管が接続され、 排気部 5には排気系 1 2の配管 （排気管ともいう） 1 3が接続されている。 熱処 理炉 1は熱処理装置の筐体 1 4内に設置されている （図 5参照） 。 筐体 1 4内に は処理容器 2を下方から揷通可能な開口を有するベースプレート 1 5が設けられ ている。 ベースプレート 1 5にマ二ホールド 6が取付金具 （図示せず） を介して 取付けられている。 ベースプレート 1 5上には、 ヒ一夕 3が設置されている。 ベ —スプレート 1 5よりも下方には、 ウェハボート 1 0を口一ド Zアン口一ドする ための作業領域であるローデイングェリアが設けられている。

排気系 1 2の配管 1 3は、 筐体 1 4内から筐体 1 4外に引き出されて、 下方に ある減圧ポンプ 1 7に接続されている。 排気系 1 2の配管 1 3には、 アングル弁 からなる主弁 1 8、 バタフライ弁からなる圧力制御弁 1 9および副生成物を捕捉 するトラップ 2 0が上流側から順に設けられている。 排気系 1 2は、 配管 1 3お よびこの配管 1 3に設けられた主弁 1 8、 圧力制御弁 1 9、 減圧ポンプ 1 7およ びトラップ 2 0により構成されている。

次に、 図 2〜図 4を参照して、 主弁 1 8およびそれに付随する機構について説 明する。 主弁 1 8は、 弁箱 2 1 (弁本体） と、 弁箱 2 1の内部に設けられた弁体 2 6とを有する。 弁箱 2 1の側部および下部には、 フランジ接続可能な入口ポー ト 2 2および出口ポート 2 3がそれそれ設けられている。 図 3に示すように、 弁 箱 2 1内には、 両ポート 2 2、 2 3を連通する主通路 2 4が形成されている。 主 通路 2 4内には弁座 2 5が設けられており、 主弁 1 8の閉弁時には、 弁座 2 5に 弁体 2 6が着座する。

弁箱 2 1の上部には、 弁棒 2 7を介して弁体 2 6を上下方向に移動させて、 主 弁 1 8の開閉を行うァクチユエ一夕 2 8が設けられている。 弁棒 2 7はべローズ 2 9により囲まれており、 ベローズ 2 9の上端は弁箱 2 1に、 ベロ一ズ 2 9の下 端は弁体 2 6の上面に接続されている。 ベロ一ズ 2 9はァクチユエ一夕 2 8を腐 食性ガスから保護する。

主弁 1 8の弁箱 2 1には、 入口ポート 2 2と出口ポート 2 3を連通する互いに 分離独立した第 1のバイパス通路 3 2および第 2のバイパス通路 3 3が並列に設 けられている。 これらバイパス通路 3 2、 3 3は、 弁箱 2 1の壁体に形成された 孔である。 弁箱 2 1の側面には、 第 1のバイパス通路 3 2を開閉する第 1の補助 弁 3 0および第 2のバイパス通路 3 3を開閉する第 2の補助弁 3 1が設けられて いる。 第 1および第 2のバイパス通路 3 2、 3 3は、 流体を主通路 2 4の弁座 2 5と弁体 2 6との間の部分を通過させることなく、 流体を入口ポート 2 2から出 口ポート 2 3に流すことができる。

図 3に示すように、 第 1のバイパス通路 3 2は、 その途中で、 弁箱 2 1の側面 に開口している。 第 1のバイパス通路 3 2の開口端の周囲の弁箱 2 1の側面が弁 座 3 4になる。 第 1の補助弁 3 0は、 弁箱 2 1の側部に取り付けられた弁箱 3 6 と、 弁箱 3 6内に設けられ図示しないパネにより閉弁方向 （弁座 3 4に着座する 方向） に付勢された弁体 3 7とを有する。 弁箱 3 6には、 弁体 3 7をパネの付勢 力に杭して開弁方向 （弁座 3 4から離れる方向） に駆動するために、 圧縮空気を 供給する空気圧供給系の配管 3 8が接続されている。 第 1の補助弁 3 0の弁体 3 7、 空気圧が供給されない場合には弁座 3 4に着座して第 1のバイパス通路 3 2 を遮断し、 圧縮空気が供給されると弁座 3 4から離れて第 1のバイパス通路 3 2 を開通させる。

図 4に示すように、 第 2のパイパス通路 3 3は、 その途中で、 弁箱 2 1の側面 に開口している。 第 1のバイパス通路 3 3の開口端の周囲の弁箱 2 1の側面が弁 座 3 5になる。 第 2の補助弁 3 1は、 弁箱 2 1の側部に取り付けられた弁箱 3 9 と、 弁箱 3 9内に設けられパネ 4 0により閉弁方向 （弁座 3 5に着座する方向） に付勢された弁体 4 1とを有する。 弁箱 3 9には、 弁体 4 1をパネ 4 0の付勢力 に杭して開弁方向 （弁座 3 5から離れる方向） に駆動するために、 圧縮空気を供 給する空気圧供給系の配管 4 2が接続されている。 第 2の補助弁 3 1の弁体 4 1 は、 空気圧が供給されない場合は弁座 3 5に着座して第 2のバイパス通路 3 3を 遮断し、 圧縮空気が供給されると弁座 3 5から離れて第 2のバイパス通路 3 3を 開通させる。

弁体 4 1には弁棒 4 3を介してビストン 4 4が連結され、 このビストン 4 4が 弁箱 3 9に形成されたシリンダ 4 5内に摺動可能に嵌挿されている。 シリンダ室 4 5内の一端にはビストン 4 4を閉弁方向に付勢するバネ 4 0が内蔵され、 シリ ンダ室 4 5内の他端には圧縮空気によってピストン 4 4を開弁方向に駆動するた めの圧力室 4 6が形成されている。 ピストン 4 4には、 空気圧供給系の配管 4 2 から圧縮空気を前記圧力室 4 6に導入するための導入通路 4 7が形成されている。 導入通路 4 7は、 ピストン 4 4の軸線に沿って延び、 圧力室 4 6に開口している。 第 2の補助弁 3 1の弁箱 3 9の先端部には、 流量調整つまみ 4 8が設けられて いる。 この流量調整つまみ 4 8の内周面にはねじが形成され、 弁箱 3 9の先端部 の外周に形成された雄ねじ部 4 9に螺合している。 また、 流量調整つまみ 4 8に はピストン 4 4の移動範囲 （すなわち弁体のリフト量） dを規制するスリーブ 5 0が設けられている。 スリープ 5 0はピストン 4 4と同軸に設けられており、 ス リーブ 5 0内にはピストン 4 4の先端に設けられた軸部 5 1が摺動可能に嵌挿さ れている。 従って、 流量調整つまみ 4 8を回転させることにより弁体 4 1のリフ ト量 dを変更することができ、 これにより第 2のパイパス通路 3 3を流れる流体 の流量を調節できるようになつている。

第 2の補助弁 3 1は、 流量調整可能である点において、 流量固定タイプの第 1 の補助弁 3 0と異なる。 すなわち、 第 1の補助弁 3 0は、 第 2の補助弁 3 1から 流量調整機能に関する部材を除くことにより形成することができる。

再度図 1を参照すると、 排気系 1 2の配管 1 3の主弁 1 8よりも上流側には、 配管 1 3内の圧力を検出する圧力センサ 5 2が設けられている。 圧力センサ 5 2 の検出信号はコントローラ 5 3に入力される。 コントローラ 5 3は予め設定され た制御プログラムに基づいて、 主弁 1 8、 圧力制御弁 1 9および第 1、 第 2の補 助弁 3 0 , 3 1の開閉制御を行い、 排気系 1 2内および熱処理炉 1内の圧力を調 整する。

主弁 1 8の弁箱 2 1には、 固定板 5 4が設けられ、 この固定板 5 4を介して主 弁 1 8の弁箱 2 1が装置の筐体 1 4に固定されている。 固定板 5 4は、 主弁 1 8 の弁箱 2 1に適当な固定手段例えばネジ 5 5で取付けられている。 固定板 5 4に は、 この固定板 5 4を適当な支持部材にねじ止めするための孔 5 6が設けられて いる。 例えば、 図 5に示すように、 熱処理装置の装置の筐体 1 4にブラケット 5 7を取付け、 このブラケヅト 5 7に固定板 5 4をボルトおよびナツトにより固定 することにより、 熱処理装置の筐体 1 4に主弁 1 8を確実に固定することができ る o

次に、 熱処理装置の作用について、 熱処理炉 1内を大気圧から所定の処理圧力 に減圧する場合について説明する。 急激な減圧 （すなわち大流量での減圧） を行 うと、 処理容器 2内における反応副生成物の舞い上がり， およびボート 1 0上で の半導体ウェハ Wのズレが発生するおそれがある。 従って、 まず、 主弁 1 8およ び第 1の補助弁 3 0を閉じ、 第 2の補助弁 3 1を開け、 減圧ポンプ 1 7を駆動し、 微少流量での真空引き （スローバキューム） を開始する。 このときの流量は、 流 量調整つまみ 4 8にて適当な値に設定することができる。 熱処理炉 1内の雰囲気 は、 マ二ホールド 6の排気部 5に設けられた排気管および排気系 1 2の配管 1 3 を通り、 更に主弁 1 8の第 2のバイパス通路 3 3を通って排気される。

熱処理炉 1内が第 1の所定の減圧に達したなら、 第 1の補助弁 3 0を開け、 第 1および第 2のバイパス通路 3 2、 3 3を通して、 流量を増や μて真空引きを行 なう。 熱処理炉内が第 2の所定の減圧に達したなら、 主弁 1 8を開け、 第 1およ び第 2のバイパス通路 3 2、 3 3並びに主弁 1 8の主通路 2 4を通して大流量で 真空引きを行い、 目標の最終圧力まで真空引きする。

上記の実施形態によれば、 主弁 1 8をバイパスする通路を主弁 1 8の弁箱 2 1 に組み込んだため、 バイパス通路用の配管を配管 1 3と別に設ける必要がない。 このため、 排気系 1 2のパイピングを簡素化することができ、 省スペース化およ び保守作業性の向上が図れる。 省スペースについては、 図 5の （b ) における S わと、 図 6の （b ) における S aとを比較参照されたい。 また、 第 2の補助弁 3 1が流量調整機能を備えているため、 流量調整機能を持つ弁例えば二一ドル弁を 別に設ける必要がない。 このため、 排気系 1 2の構成を更に簡素化できる。

また、 固定板 5 4により主弁 1 8の弁箱 2 1が装置の筐体 1 4に固定されるた め、 主弁 1 8の前後の配管 1 3を固定金具で固定する必要がない。 このため配管 1 3およびその近傍の構成を更に簡素化できる。 また、 配管 1 3の固定金具を使 用しないため、 配管 1 3が加温配管であっても、 熱が逃げることがなく、 配管 1 3内の反応副生成物の発生を抑制できる。 なお、 この観点からは、 固定板 5 4は 弁箱 2 1内の主通路 2 4から離した位置に設けた方がより好ましい。 図示された 実施形態においては、 固定板 5 4は主通路 2 4から離れたァクチユエ一夕 2 8に 近接して設けている。 '

以上、 本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、 本発明は前記実施の 形態に限定されるものではなく、 本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計 変更等が可能である。 例えば、 熱処理炉としては、 縦型に限定されず、 横型であ つてもよく、 またバッチ式に限定されず、 枚葉式であってもよい。 熱処理として は、 C VD以外に、 酸化、 拡散、 ァニール等であってもよい。 被処理体としては、 半導体ウェハ以外に、 例えばガラス基板や L C D基板等であってもよい。

Claims

請求 の範 囲

1 . 熱処理炉と、

前記熱処理炉に接続された前記熱処理炉内の雰囲気を排気するための排気管と、 前記排気管に介装される主弁であって、 入口ポートおよび出口ポートと前記入 口および出口ポートを接続する主通路とが形成された弁箱と、 前記弁箱に設けら れて前記主通路を開閉する弁体と、 を有する主弁と、

を備えた熱処理装置において、

前記主弁の弁箱に、 前記入口および出口ポートを連通する第 1バイパス通路お よび第 2バイパス通路が並列に形成されており、

前記主弁の弁箱に、 前記第 1のバイパス通路を開閉する第 1の補助弁と、 前記 第 2のパイパス通路を開閉する第 2の補助弁と、 を設けた

ことを特徴とする熱処理装置。

2 . 前記第 1および第 2のバイパス通路は、 前記弁箱の壁体に形成された孔 であることを特徴とする、 請求項 1記載の熱処理装置。

3 . 前記第 2の補助弁が流量調整可能に構成されていることを特徴とする、 請求項 1記載の熱処理装置。

4 . 前記主弁の弁箱に固定部材が設けられており、 この固定部材を介して前 記主弁がこの熱処理装置の筐体に固定されていることを特徴とする、 請求項 1記 載の熱処理装置。

5 . 入口ポートおよび出口ポートと、 前記入口および出口ポートを接続する 主通路とが形成された弁箱と、 前記弁箱に設けられて前記主通路を開閉する弁体 と、 を備えた弁装置において、

前記弁箱に形成され、 前記弁体を迂回して前記入口および出口ポートの連通を 可能とする第 1バイパス通路と、 前記第 1バイパス通路と並列に前記弁箱に形成され、 前記弁体を迂回して前記 入口および出口ポートの連通を可能とする第 2バイパス通路と、

前記第 1バイパス通路を開閉する第 1の補助弁と、

前記第 2バイパス通路を開閉する第 2の補助弁と、

を更に備えたことを特徴とする弁装置。

6 . 前記第 1および第 2のバイパス通路は、 前記弁箱の壁体に形成された孔 であることを特徴とする、 請求項 5記載の弁装置。

7 . 前記第 2の補助弁が流量調整可能に構成されていることを特徴とする、 請求項 5記載の弁装置。

8 . 熱処理炉と、

前記熱処理炉に接続された前記熱処理炉内の雰囲気を排気するための排気管と、 前記排気管に介装された請求項 5乃至 7のいずれか一項に記載の弁装置と、， を備えたことを特徴とする熱処理装置。