JPH0634479A - 半導体用熱処理炉のガスリーク検知方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成で半導体用熱処理炉のプロセス管
からのガスリークを迅速且つ確実に検出できるようにす
る。 【構成】 ガス圧検知器１７は、プロセス管１１からの
排出ガス圧を検知してガス圧情報をバルブ制御装置１８
に送る。バルブ制御装置１８は、ガス圧情報に基づいて
制御信号をバルブ１９に送りその流量を調整する。演算
装置２０は、前記制御信号に基づき基準ガス排出量との
偏差を演算し、その偏差が基準偏差より大きい場合は異
状報知器２１、ガス供給装置１５及びガス強制排出装置
２２に異状信号を送る。異状報知器２１は異状発生を報
知し、ガス供給装置１５は水素ガスの供給を停止し、ガ
ス強制排出装置２２はプロセス管１１内の水素ガスを排
出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体ウエハを熱処
理するのに用いる半導体用熱処理炉のガスリーク検知方
法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の半導体用熱処理炉は、一般に、
ヒーターを備えたプロセス管の内部に半導体ウエハを配
置し、前記プロセス管を加熱しながらその内部に処理用
ガスを供給すると共に徐々に排出することによって前記
半導体ウエハの熱処理を行なうものである。

【０００３】この半導体用熱処理炉では、作動中のプロ
セス管の内圧は、処理の各段階で、ガスの供給量と排出
量との関係に応じてその外圧より高くなったり低くなっ
たりする。プロセス管の内圧が外圧より低くなった場合
には、プロセス管に接続されているガス排出管の接合部
やプロセス管の蓋のシール部などから外部ガス（例えば
空気中の酸素ガス）が入り込む恐れがある。また、半導
体ウエハの出し入れのためにプロセス管の蓋を開いた時
にも外部ガスがプロセス管内に入り込む恐れがある。そ
こで、従来より一般に、圧力制御装置を設けてプロセス
管の内圧が外圧よりも常に高くなるように調整し、水素
などの処理用ガスと酸素ガスの混合による爆発事故を防
止している。

【０００４】このような圧力制御装置を備えた半導体用
熱処理炉の一例が、特開昭６３−３０４６２０号公報に
開示されている。この炉では、プロセス管の内圧を常時
検知し、得られた内圧データを所定の設定圧と比較して
設定圧からの偏差を算出する。次に、算出した前記偏差
に対応する信号を生成し、その信号をガス排出量を調節
する流量調節装置（バルブ）に送出する。そのバルブ
は、前記信号に応じてその開度を調整する。こうして、
プロセス管の内圧が外圧よりも常に高くなるように排出
ガス流量が制御される。

【０００５】また、特開平３−１５１６３３号公報に
は、排出ガス中の水素分圧と酸素分圧と全ガス圧とを常
時検知し、得られた水素分圧データに応じてプロセス管
の蓋の開閉を制御すると共に、得られた酸素分圧と全ガ
ス圧とに応じてプロセス管内に供給するガスを選択する
ようにした半導体用熱処理炉が開示されている。

【０００６】この炉では、処理ガスとして可燃性の水素
ガスを使用する場合、まずプロセス管内に窒素ガスを供
給して滞留していた空気（酸素ガス）を排出する。そし
て、プロセス管内の酸素ガス圧が所定の基準値より小さ
くなると、窒素ガスの供給を停止し、代わりに水素ガス
を供給する。水素ガスによってプロセス管内の窒素ガス
は排出される。次に、水素ガス圧が所定の基準値より大
きくなり且つ全ガス圧も所定の基準値より大きくなる
と、半導体ウエハの熱処理が開始される。この時の全ガ
ス圧は、プロセス管に亀裂などが生じて酸素ガスが侵入
するのを防止するため、全ガス圧の基準値よりも高く維
持される。熱処理が終了すると、水素ガスの供給を停止
し、代わりに窒素ガスを供給してプロセス管から水素ガ
スを排出する。なお、プロセス管に亀裂などが生じる
と、プロセス管内の全ガス圧が所定の基準値よりも低下
するので、それを検知してプロセス管内に窒素ガスを供
給し水素ガスを排出する。

【０００７】したがって、特開平３−１５１６３３号公
報に開示された炉では、プロセス管内に水素ガスが存在
している間に酸素ガスが侵入することが防止され、ま
た、プロセス管に生じた亀裂などによりガスリークが生
じると、プロセス管内の水素ガスは迅速に排出される。
その結果、プロセス管内部で水素と酸素が反応して爆発
事故を起こす恐れがなくなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】特開昭６３−３０４６
２０号公報に開示された従来の熱処理炉では、プロセス
管に亀裂が生じたり配管などのプロセス管との接続部に
シール不良が生じたりしてプロセス管内のガスが外部に
リークした場合、リークによって生じるプロセス管内の
ガス圧の低下を補うために流量調整バルブを絞って自動
的に排出ガス流量を減少させてしまう。したがって、こ
の炉では、流量調整バルブによってはガス圧の調整がで
きないような事態になるまでガスリークを検知すること
ができないという問題がある。

【０００９】特開平３−１５１６３３号公報に開示され
た炉では、プロセス管よりガスリークが生じると、それ
によって生じるプロセス管内の全ガス圧の低下を検知し
てプロセス管内の水素ガスを排出する。したがって、こ
の動作によってガスリークの発生を知ることは可能であ
る。しかし、この動作はリーク量がある程度大きくなっ
てからでないと生じないため、ガスリークを早期に発見
することができないという問題がある。また、水素ガス
と酸素ガスの分圧と全ガス圧を検知するので、構成が複
雑であるという問題もある。

【００１０】そこで、この発明の目的は、簡単な構成で
プロセス管やその近傍からのガスリークを迅速且つ確実
に検出することができる半導体用熱処理炉のガスリーク
検知方法および装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の半導体用熱処
理炉のガスリーク検知方法は、内部に半導体を配置した
プロセス管にガスを導入および排出しながら前記半導体
の熱処理を行なう半導体用熱処理炉のガスリーク検知方
法であって、前記プロセス管内のガスの排出量情報に基
づいて所定の基準排出量との偏差を演算し、得られた偏
差を所定の基準偏差と比較してその偏差が前記基準偏差
より大きい場合には異状信号を送出して異状を報知する
ことを特徴とする。

【００１２】この発明の半導体用熱処理炉のガスリーク
検知装置は、内部に半導体を配置したプロセス管にガス
を導入および排出しながら前記半導体の熱処理を行なう
半導体用熱処理炉のガスリーク検知装置であって、前記
プロセス管内のガスの排出量を検知する検知手段と、前
記検知手段によって得た排出量情報に基づいて所定の基
準排出量との偏差を演算し、得られた偏差が所定の基準
偏差より大きい場合には異状信号を送出する演算手段
と、前記異状信号を受けて異状を報知する報知手段とを
備えてなることを特徴とする。

【００１３】

【作用】プロセス管内のガス圧を自動的に所定値に調整
する装置を持つ半導体用熱処理炉では、プロセス管の亀
裂などによってガスリークが生じると、プロセス管内の
ガス圧を所定値に保持するためにガス排出量が減少せし
められる。この減少量は、正常作動時に生じるガス排出
量の変動範囲を越えるものである。

【００１４】そこで、正常作動時に生じるガス排出量の
変動範囲を越えるように基準偏差を設定しておき、検知
した実際のガス排出量から得られた偏差を前記基準偏差
と比較すれば、得られた偏差が基準偏差より大きくなっ
た時にガスリークが発生したと判定することができる。
よって、実際のガス排出量から得られた偏差が基準偏差
より大きくなった場合には、異状信号を送出してその旨
をオペレータに報知するようにすれば、ガスリークの発
生を迅速且つ確実に検出することができる。

【００１５】また、プロセス管からの実際のガス排出量
を検知するだけでよく、従来のように異なる種類のガス
の分圧や全圧を検知するといった構成が不要なので、簡
単な構成で実現することができる。

【００１６】

【実施例】以下、添付図面にしたがってこの発明の実施
例を説明する。図１は、この発明の１実施例のガスリー
ク検知装置を備えた半導体用熱処理炉の概略構成図、図
２は、同ガスリーク検知装置の動作を示すフローチャー
トである。

【００１７】［実施例の構成］図１の半導体用熱処理炉
１０は、ボートＢに載置した半導体ウエハＷを内部の処
理室１１ｂに収容できるようにした石英製のプロセス管
１１を備えている。このプロセス管１１の処理室１１ｂ
には、ガス供給装置１５により、上端に設けたガス供給
口１１ｃから処理用ガスが供給される。処理室１１ｂ内
に供給されたガスは、プロセス管１１の下端に設けたガ
ス排出口１１ｄから管路１６を通って外部に排出され
る。

【００１８】プロセス管１１の外側には、それを囲繞す
るようにヒーター１２が設けてある。このヒーター１２
により、プロセス管１１ひいてはその内部の半導体ウエ
ハＷが加熱される。

【００１９】プロセス管１１の下端部には、処理室１１
ｂに通じる開口を開閉する蓋１１ａが取り付けてあり、
この蓋１１ａを開いて半導体ウエハＷを載置したボート
Ｂの出し入れを行なう。ボートＢを載せるテーブル１３
は、処理室１１ｂの内部で、矢印の方向に回転可能なシ
ャフト１４の上端に固定してある。

【００２０】管路１６の途中には、排出されるガスの流
量を調整するバルブ１９が設けてある。管路１６にはま
た、排出されるガスの圧力を検知するガス圧検知器１７
が接続管路１６ｂを介して取り付けてある。ガス圧検知
器１７は、検知したガス圧に対応する圧力信号をバルブ
制御装置１８に送る。

【００２１】バルブ制御装置１８は、ガス圧検知器１７
からの圧力信号に応じてバルブ制御信号を生成してバル
ブ１９に送り、排出されるガスの流量が所定値になるよ
うにバルブ１９の開度を制御する。こうして、処理室１
１ｂのガス圧が常にプロセス管１１の周囲のガス圧より
も高くなるようにしている。なお、前記バルブ制御信号
は同時に演算装置２０にも送られる。

【００２２】演算装置２０は、 バルブ制御装置１８が
出力した前記バルブ制御信号を受けて、その時の排出ガ
スの流量を演算した後、予め設定・記憶されている「基
準排出量」との偏差を演算する。そして、得られた偏差
が予め設定・記憶されている「基準偏差」より大きい場
合には、異状信号を異状報知器２１、ガス強制排出装置
２２およびガス供給装置１５に送る。なお、この基準偏
差は、正常作動時に生じるガス排出量の変動範囲を越え
る値に設定される。

【００２３】異状報知器２１は、前記異状信号を受け
て、表示パネル上のランプを点滅させたりブザー音を発
生させたりして、異状発生を視覚的あるいは聴覚的にオ
ペレータに報知する。ガス強制排出装置２２は、前記異
状信号を受けて、管路１６を介して処理室１１ｂ内のガ
スを強制的に排出する。ガス供給装置１５は、前記異状
信号を受けて、処理室１１ｂ内への処理用ガス（例えば
水素ガス）の供給を停止し、代わりに処理室１１ｂ内の
処理用ガスを排出するためのガス（例えば窒素ガス）を
供給する。

【００２４】この実施例では、ガスリーク検知装置はガ
ス圧検知器１７、バルブ制御装置１８、流量調整バルブ
１９、演算装置２０、ガス強制排出装置２１および異状
報知器２２から構成される。また、このガスリーク検知
装置のガス排出量検知手段は、ガス圧検知器１７とバル
ブ制御装置１８から構成される。

【００２５】ガスの供給量と排出量を検知して両流量を
比較する手段を付加的に設けてもよい。この場合、ガス
リークを二重にチェックできる利点が生じる。

【００２６】ガスの供給量または排出量の変動状況を予
め測定しておき、得られた変動率に基づいて正常動作時
の流量値（制御信号値）を補正する手段を設けてもよ
い。

【００２７】［実施例の動作］次に、以上の構成を持つ
半導体用熱処理炉１０の動作について説明する。

【００２８】まず、熱処理を行なう半導体ウエハＷをボ
ートＢに収容した後、プロセス管１１の蓋１１ａを開
き、そのボートＢを図１に示すような姿勢でテーブル１
３上に載置する。次に、蓋１１ａを閉じてからヒーター
１２を作動させ、プロセス管１１ひいては半導体ウエハ
Ｗを加熱する。この加熱は、処理中ずっと継続する。

【００２９】演算装置２０には、正常作動時に生じるガ
ス排出量の変動範囲を越えるように、排出ガス流量の
「基準偏差」情報を設定し、記憶させておく。

【００３０】次に、ガス供給装置１５により、ガス供給
口１１ｃを介して処理室１１ｂに各種ガス（例えば窒素
ガスや水素ガス）を供給する。処理室１１ｂ内のガス
は、ガス排出口１１ｄおよび排出管路１６を通って外部
に徐々に排出される。通常は、最初に処理室１１ｂに窒
素ガスを供給し、そこに滞留しているガスを排出する。
次に、処理用の水素ガスを供給し、半導体ウエハＷの熱
処理を行なう。処理が終了すると、水素ガスの供給を停
止し、代わりに窒素ガスを供給して水素ガスを処理室１
１ｂから除去する。

【００３１】排出管路１６を通って排出されるガスの圧
力は常時、ガス圧検知器１７によって検知され、得られ
たガス圧情報はバルブ制御装置１８に送られる。バルブ
制御装置１８は、そのガス圧情報に応じて流量調整バル
ブ１９にバルブ制御信号を送り、排出されるガスの流量
が所定値になるようにバルブ１９の開度を調整する。例
えば、水素ガスを供給している場合、処理室１１ｂ内の
水素ガス圧が常時、例えば１５ｍｍＨ₂Ｏに維持される
ように、排出される水素ガスの流量を例えば２０リット
ル／ｍｉｎに調整する。こうして、処理室１１ｂのガス
圧が常にプロセス管１１の周囲のガス圧よりも高く保持
される。

【００３２】以上の動作は、先に述べた従来の熱処理炉
（特開昭６３−３０４６２０号公報参照）の動作と同じ
である。

【００３３】次に、図２に基づいてこの発明のガスリー
ク検知装置の動作を説明する。

【００３４】ステップＳ１では、ガス圧検知器１７によ
り、処理室１１ｂから排出されるガスのガス圧が検知さ
れる。ガス圧検知器１７は、検知した圧力に応じた圧力
信号をバルブ制御装置１８に送る。

【００３５】ステップＳ２では、前記圧力信号を受けて
バルブ制御信号が生成される。このバルブ制御信号は、
流量調整バルブ１９に送られ、流量調整バルブ１９の制
御に用いられる。この演算はバルブ制御装置１８が行な
う。

【００３６】ステップＳ３では、前記バルブ制御信号に
基づいて、その時の排出ガス流量が演算される。この演
算は演算装置２０が行なう。

【００３７】ステップＳ４では、得られた排出ガス流量
と予め設定・記憶されている「基準流量」との間で減算
し、両者の偏差を算出する。この演算は演算装置２０が
行なう。

【００３８】ステップＳ５では、得られた偏差情報を予
め設定・記憶されている「基準偏差」と比較する。そし
て、得られた偏差がその「基準偏差」より小さいかそれ
に等しい場合には、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１
〜Ｓ５の動作を繰り返す。得られた偏差がその「基準偏
差」より大きい場合には、ステップＳ６に進む。この演
算は演算装置２０が行なう。

【００３９】「基準偏差」は種々の形態で設定できる。
例えば、「基準偏差」をバルブ制御信号の正常値に対し
て−１０％〜＋１０％の範囲に設定し、その範囲を越え
ると異状信号を発生するようにしてもよいし、流量調整
バルブ１９の「基準開度」を例えば４０％に設定し、そ
れより減少すれば異状信号を発生させるようにしてもよ
い。

【００４０】ステップＳ６では、得られた偏差がその
「基準偏差」より大きい場合に、異状の発生を報知す
る。この動作は、演算装置２０からの異状信号を受けて
異状報知器２１が行なう。これによって、オペレータは
ガスリークなどの異状が発生したことを知ることができ
る。

【００４１】ステップＳ７では、処理室１１ｂへの水素
ガスの供給が停止される。それと同時に、処理室１１ｂ
に窒素ガスが供給され、処理室１１ｂ内に滞留している
水素ガスが排出せしめられる。この動作は、演算装置２
０からの異状信号を受けてガス供給装置１５が行なう。
これによって、処理室１１ｂ内に滞留している水素ガス
と空気中の酸素ガスが混合して爆発事故を起こすような
恐れがなくなる。

【００４２】ステップＳ８では、処理室１１ｂ内に滞留
している水素ガスが強制的に排出される。これにより、
ステップＳ７の窒素ガス供給動作と相まって、極めて短
時間で水素ガスの排出が完了する。この動作は、演算装
置２０からの異状信号を受けてガス強制排出装置２２が
行なう。

【００４３】なお、熱処理を開始する前に、正規の処理
条件と同じ圧力および流量に設定して処理室１１ｂ内に
水素ガスの代わりに窒素ガスを供給し、その時にバルブ
制御装置１８が生成するバルブ制御信号を調査するステ
ップを設けてもよい。こうすると、得られた制御信号の
値によってガスリークの有無と、リークがある場合はそ
のリーク量を予め検知することができる。そこで、得ら
れた情報に基づいて基準偏差などを設定すれば、より確
実にガスリークを検知することができる利点がある。

【００４４】以上述べたように、このガスリーク検知装
置１０は熱処理中に、例えばプロセス管１１に亀裂が生
じて処理室１１ｂ内のガスがリークした場合、それによ
って生じる処理室１１ｂの内圧低下を補償する流量調整
バルブ１９の動作をバルブ制御信号の変化を介して検知
し、それが一定限度を越える場合には直ちに異状を報知
するので、迅速且つ確実にガスリークの発生を知ること
ができる。また、プロセス管１１内に酸素が混入するの
を確実に防止することもできる。

【００４５】さらに、このガスリーク検知装置１０によ
れば、プロセス管１１だけでなく、プロセス管１１に接
続されている各種管路の接合箇所のシール不良や亀裂な
ども、同様に検知することができる。また、水素ガスと
酸素ガスの分圧検知用の検知器など面倒な構成も不要で
ある。

【００４６】なお、上記実施例では、排出ガス圧および
バルブ制御信号から排出ガスの流量を検知しているが、
流量計によって排出ガス流量を直接的に検知してもよい
し、他の方法によってもよい。また、異状報知器２１で
ガスリークを報知すると同時にガス強制排出装置２２に
よりガスを排出するようにしているが、異状報知器２１
の報知に応じてオペレータがガスを強制的に排出できる
ように構成すれば、ガス強制排出装置２２は設けなくて
も実施可能である。

【００４７】

【発明の効果】この発明の半導体用熱処理炉のガスリー
ク検出方法および装置によれば、簡単な構成でプロセス
管やその近傍からのガスリークを迅速且つ確実に検出す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の１実施例のガスリーク検知装置を備
えた半導体用熱処理炉の概略構成図である。

【図２】図１の半導体用熱処理炉のガスリーク検知装置
の動作を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０ 半導体用熱処理炉 １１ プロセス管 １１ａ プロセス管の蓋 １１ｂ プロセス管の処理室 １１ｃ プロセス管のガス供給口 １１ｄ プロセス管のガス排出口 １２ ヒーター １３ テーブル １４ シャフト １５ ガス供給装置 １６ 排出管路 １６ａ 接続管路 １７ ガス圧検知器 １８ バルブ制御装置 １９ 流量調整バルブ ２０ 演算装置 ２１ 異状報知器 ２２ ガス強制排出装置 Ｂ ウエハボート Ｗ 半導体ウエハ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に半導体を配置したプロセス管にガ
   スを導入および排出しながら前記半導体の熱処理を行な
   う半導体用熱処理炉のガスリーク検知方法であって、前
   記プロセス管内のガスの排出量情報に基づいて所定の基
   準排出量との偏差を演算し、得られた偏差が所定の基準
   偏差より大きい場合には異状信号を送出して異状を報知
   することを特徴とする半導体用熱処理炉のガスリーク検
   知方法。
2. 【請求項２】 内部に半導体を配置したプロセス管にガ
   スを導入および排出しながら前記半導体の熱処理を行な
   う半導体用熱処理炉のガスリーク検知装置であって、前
   記プロセス管内のガスの排出量を検知する検知手段と、
   前記検知手段によって得た排出量情報に基づいて所定の
   基準排出量との偏差を演算し、得られた偏差が所定の基
   準偏差より大きい場合には異状信号を送出する演算手段
   と、前記異状信号を受けて異状を報知する報知手段とを
   備えてなることを特徴とする半導体用熱処理炉のガスリ
   ーク検知装置。