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JP2004311631A - Steam annealing method - Google Patents

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JP2004311631A
JP2004311631A JP2003101548A JP2003101548A JP2004311631A JP 2004311631 A JP2004311631 A JP 2004311631A JP 2003101548 A JP2003101548 A JP 2003101548A JP 2003101548 A JP2003101548 A JP 2003101548A JP 2004311631 A JP2004311631 A JP 2004311631A
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JP
Japan
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annealing
pure water
temperature
pressure
container
Prior art date
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Pending
Application number
JP2003101548A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaru Kawahara
勝 河原
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Kyoshin Engineering KK
Original Assignee
Kyoshin Engineering KK
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Publication date
Application filed by Kyoshin Engineering KK filed Critical Kyoshin Engineering KK
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  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem of conventional high pressure annealing procedure in which a processed work is often spoiled with spotlike stains. <P>SOLUTION: When the temperature (T) in a processing chamber 19 becomes higher by Δt than the saturation temperature (t) for the inner pressure of the processing chamber 19 after preheating (H1), heating means 25c and 25d are actuated to evaporate pure water by heating a pure water holding chamber 20 thus raising the saturation temperature (t) for the inner pressure of the processing chamber 19 and the saturation steam pressure (P) in the annealing chamber 19. After the saturation steam pressure (P), the saturation temperature (t) and the temperature (T) in the processing chamber 19 are settled at specified levels (H2), annealing work is started while sustaining the saturation temperature (t) and the saturation steam pressure (P) at constant levels. After ending the annealing work (H3), the T, t and P are returned gradually back to initial levels while sustaining the temperature (T) at a level higher by Δt than the saturation temperature (t). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、液晶用ガラス基板やシリコンウエーハ等を高圧アニール処理する方法に関し、特に、液晶用ガラス基板やシリコンウエーハ等に形成する酸化膜にしみを発生しないための高圧アニール水蒸気処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶用ガラス基板やシリコンウエーハ等をアニール処理する場合には、液晶用ガラス基板やシリコンウエーハ等の表面を600℃またはそれ以上の高温まで加熱し表面を酸化してそこに酸化膜を形成する方法が広く知られている。しかしこの方法は軟化点が500〜600℃程度のソーダガラスではかかる高熱に耐えることが出来ずガラスの表面が溶解する事故が発生した。そこでソーダガラスの代わりに軟化点が1400〜1700℃程度の石英ガラスの使用が要求された。然しながら、石英ガラスは一般に高価であり経済的でない。
【0003】
そこで考え出された方法が、ガラス表面だけを瞬間的に酸化させることが出来るレーザーアニール方法である。この方法によればソーダガラスを使用したときでも表面が溶けるということが無く、高価な石英ガラスの使用は必要ない。しかしこのレーザーアニール方法は精度の高い酸化膜を形成することが困難であり高精度なガラスの酸化膜形成が期待出来ない。
【0004】
そこで今日では、図6に示すような高圧アニール装置によって酸化膜を成形する高圧アニール水蒸気処理方法が広く使用されている。この高圧アニール装置は、下方内部容器1内にて加熱手段2、3により加熱された高温の水蒸気を、流路4を介してガラス基板カセット5へ配置された液晶用ガラス基板即ちワーク6を配置した高圧状態の反応容器7内へ供給して高圧アニール水蒸気処理を施すものである。このとき反応容器7が容器内方からの高圧高温ガスによって破壊されるのを防止するため、当該反応容器7全体を大きな圧力容器8内へ収容し、かつ当該圧力容器8と反応容器7との間に画定される空間を加圧することで当該反応容器7の内外圧力のバランスを取っている。更に、処理反応を迅速化しかつ高品質な酸化膜形成を可能とするため、圧力容器8と反応容器7との間において反応容器7の周囲に第1付加的加熱ヒーター9aを、更に反応容器7の上方部分に第2付加的加熱ヒーター9bを設けて当該反応容器7内の水蒸気を更に加熱し反応を促進するのである(例えば特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】
特願2002−285383号公報(第4図)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
現在では、アニール処理作業においては、高圧アニール水蒸気処理方法が広く用いられている。しかして、今日の高圧アニール水蒸気処理においては、水蒸気を発生させる液体として純水を使用している。これは、結晶用ガラス基板やシリコンウエーハ等のワークへ酸化膜を形成するときに当該酸化膜へ金属イオンが付着すると、酸化膜の絶縁性が阻害されて酸化膜の品質が劣化するからである。そのため、製品の品質保持上、使用する純水中へ金属イオンや空気中の塵や埃等が混入することを極力防止する必要がある。しかして、これまで純水は、一回のアニール処理作業に必要な量を予め特定し、その量だけを純水容器へ注入し、その純水容器を圧力容器の中の所定位置へ設置してアニール作業を行なっている。そして、次の作業においては、再度同様な手順によって純水を補充している。このような作業手順のため、純水の補給作業には極めて高度な清潔さが要求されている。然しながら、しばしば、純水中へ不純物が混入し、その結果、所定の品質が得られない。
【0007】
そのため、図6に示すように、圧力容器8内の純水容器内へ一回のアニール処理作業に必要な量の純水を外部から供給するという方法が開発された。その結果、純水中に不純物が混入する機会は少なくなった。しかしながら、この方法では一回のアニール処理作業に必要な量の純水をアニール処理作業開始の度毎に供給するため、もし純水容器の破損、反応容器からの漏洩などが発生した場合には純水が不足する。そのため、作業を一端停止して不足した分だけ再度純水を送り直さなければならない。
【0008】
しかし実際には反応容器は頑丈な鋼材から形成されており、さらには加熱手段や各種の配管類が詰まっているため純水容器の内部が見えない。その結果、純水が不足しているのかどうかの判断は出来ない。そのため、しばしば空焚き状態が発生し、反応容器が破損する事故が発生するという課題があった。通常、反応容器は高価な石英ガラスで形成されており、その破損は今日の価格で数千万円の損失を伴う。その上、今日のアニール処理装置には、漏水等により不足した純水の量を知る手段も存在していない。そのため、再度供給すべき純水の量も知ることが出来ないという課題がある。その上更に、アニール作業は極めて高い圧力状態(通常、数10気圧)で行なうため、そのような高圧状態の圧力容器内へ純水を供給することが出来る弁装置は今日存在していない。
【0009】
また、これまでの高圧アニール処理手順によるとしばしば処理後のワークへ斑点状のしみが発生するという課題があった。その原因に関して発明者が種々研究を重ねた結果、これまで、高圧アニール処理においては、全てのセッテング作業を完了した後に、初めに加熱手段による純水保持室内部の加熱作業に先立って加熱手段によるアニール処理室内部の予備加熱作業を行なっているが、その後の実際のアニール処理作業中に関しては、アニール処理室の加熱条件と純水保持室の加熱条件に関して特別の注意を払っていないことにその原因があることを発見した。そこでこの発明は、アニール処理室の加熱手段と、純水保持室の加熱手段と、を常に特定の制御関係に置くことによりこの課題を解消するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
第1の発明によるアニール水蒸気処理方法では、圧力室内に配置されたアニール処理容器内の飽和蒸気圧力(P)と、当該処理容器の内部圧力に対する飽和温度(t)と、当該処理容器内の温度(T)と、を特定することにより、高温高圧下で純水を使用してワークへ酸化膜を形成するためのアニール水蒸気処理方法において、処理容器内の温度を上昇するために圧力室内に配置した加熱装置25a、25bを起動させて、ワークを予備加熱する予備加熱工程と、当該処理容器内の温度が、処理容器の内部圧力に対する飽和温度(t)よりもΔtだけ高い温度に成った後(H1)に、加熱手段25c、25dを起動して当該処理容器の内部圧力に対する飽和温度(t)と、アニール処理容器内の飽和蒸気圧力(P)と、を上昇させながら、ワークを徐々に準備加熱する準備加熱工程と、アニール処理容器内の飽和蒸気圧力(P)と、当該処理容器の内部圧力に対する飽和温度(t)と、当該処理容器内の温度(T)と、が所定の値になった後(H2)に、処理容器の内部圧力に対する飽和温度(t)と、アニール処理容器内の飽和蒸気圧力(P)と、をそれぞれ一定の値に維持しながらアニール処理作業を行なうアニール処理作業工程と、アニール処理作業が完了(H3)したなら、アニール処理容器内の飽和蒸気圧力(P)と、当該処理容器の内部圧力に対する飽和温度(t)と、をそれぞれ初期の値(0位置)迄徐々に戻す(H4)戻し工程と、の諸段階よりなり、準備加熱工程、アニール処理作業工程及び戻し工程を通して、処理容器内の温度(T)を処理容器の内部圧力に対する飽和温度(t)よりも常にΔtだけ高い温度に維持する。これにより、アニール処理後のワークへ対する斑点状のしみの発生が防止出来る。
【0011】
第2の発明によるアニール水蒸気処理方法では、Δtが、少なくとも10℃以上500℃以下である。これにより最適な斑点防止処理加工が可能となる。
【0012】
第3の発明によるアニール水蒸気処理方法では、処理容器内の温度(T)と処理容器の内部圧力に対する飽和温度(t)を、加熱手段を加熱したときに累乗的に上昇する蒸気圧力を圧力計によって計測することにより特定する。これによりより一層的確な温度制御が可能となり、高品質のアニール処理が達成出来る。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1は本発明にかかるアニール水蒸気処理方法を実行するための純水自動供給システム10を示している。このシステム10は、概括的には、純水を使用することによりアニール作用を行なう高圧アニール装置11と、高圧アニール装置11へ純水を供給するため当該装置外にあって内部へ純水を収容している純水収容タンク即ち外部流体源12と、当該タンク12から純水をアニール装置11へ供給する弁装置13と、から構成されている。
【0014】
高圧アニール装置11は、一般に鋼製の頑丈な圧力容器即ち外缶15を有している。この圧力容器15は上部半体16と、下部半体17と、から構成されており、両半体16、17はシール手段を介して密封状態に緊結されている。更に、圧力容器15には当該容器の外壁を冷却するための水冷用の水を収容する水冷室(図示無し)が当該圧力容器15を包囲するように配置されている。この密封状態の圧力容器15の内部には例えば石英ガラス、パイレックス(R)、又はその他のガラス部材より成る反応容器即ち内缶18が収容され所定位置へ固定されている。反応容器18は、上方のアニール処理室19と、下方の純水保持室即ち内部流体源20と、より構成されている。アニール処理室19の内部には、液晶用ガラス基板やシリコンウエーハ等の高圧アニール処理されるべき薄板即ちワーク21及びこれらのワーク21を所定の間隔に保持するためのカセット22が収容されている。このアニール処理室19の下部はエンドキャップ23により閉じられており、通路24がアニール処理室19と純水保持室20とを連通している。また、エンドキャップ23は公知のシール手段を介して圧力容器15の内部と反応容器18の内部とを封止分断している。
【0015】
圧力容器15内において反応容器18の側方及び上方には加熱手段25a、25bが配置されている。更に、圧力容器15内においてエンドキャップ23の下方であって通路24の周囲及び純水保持室20の下方には同様の加熱手段25c、25dが配置されている。更に、圧力容器15にはその内部の圧力調整をするための手段26a及び温度測定をするための手段(図示無し)が設けられている。同様に、反応容器18にはその内部の圧力調整をするための手段26b及び温度測定をするための手段(図示無し)が設けられている。ここで、圧力容器15の内部圧力と反応容器18の内部圧力とは常にほぼ同一の圧力となるように調整されており、これにより作動時に反応容器18の内部圧力のみが上昇して当該反応容器を破損するような事故を防止しているが、好ましくは、反応容器18の内部圧力が圧力容器15の内部圧力よりも僅かに大きい圧力となっている。これは圧力容器15内の気体が反応容器18内へ流れ込んで反応容器内のワークを汚染するのを防止するためである。
【0016】
更に、圧力容器15を構成している下部半体17の望ましくは中央最下部にはドレン溜27が形成されている。このドレン溜27には、何らかの理由(例えば、アニール処理室19又は純水保持室20の破損又は封止手段の損傷等)によりアニール保持室19若しくは純水保持室20の上方部分から圧力容器15内へ漏れ出た水蒸気が周囲を冷水で冷却されている上部半体16若しくは下部半体17へ接して圧力容器15内で凝縮した液体、又は純水保持室20から漏洩した純水が溜まる。ドレン溜27には、この溜27内に溜まったドレンの量やドレンの流入速度等を検知するセンサー手段28と、そこへ溜まったドレンを圧力容器15の外部へ排出するためのドレン排出弁29とが設けてある。
【0017】
反応容器18内の純水保持室20には外部の純水収容タンク12から純水流路30a、弁装置13及び純水案内流路30bを介して純水が供給される。更に、該純水保持室20にはそこへ保持された純水を圧力容器15の外部へ排出するための排出手段31が設置されている。
【0018】
純水収容タンク12は、密封状態にあるタンク本体33と、当該タンク本体33内へ純水を供給するための供給ライン34と、タンク本体33内の気圧を調整するための開閉弁35を備えた通気ライン36と、タンク本体33内へ高圧の不活性ガス(例えば窒素ガス)を強制的に供給して、タンク本体33内を高圧状態とし、該タンク本体33内の純水を純水流路30a内へ強制的に送給するための供給ライン37と、を有している。供給ライン34及び純水流路30aには夫々開閉弁43a、43bが設けてある。また、タンク本体33には純水の液位を検知するため、上限警報センサー38、上限検知センサー39、逆流による漏洩検知センサー40、下限検知センサー41及び下限警報センサー42が設置されている。
【0019】
次に弁装置13の構造の一例について図2を参照しながら述べる。なお、この弁装置13は純水以外の流体の搬送にも有効に使用できるが、説明容易のため、ここでは被搬送流体を純水として述べる。この弁装置13は圧力容器15を構成している上部半体16又は下部半体17の適切な位置へ装着され得る。図示の例では、弁装置13は下部半体17と一体をなすフランジ状の金具44へ設けた中央貫通孔45内を貫通して装着されているが、これに限定されるものではなく、例えば、下部半体17に形成した開口部へフランジ状の金具44を溶接等で固着し、この金具44へ対して弁装置13を装着することも可能である。
【0020】
弁装置13は、長手方向に伸張している弁本体46と、純水を外部から弁装置13内へ受け入れる受入部材即ち外部流体連結部材47と、受け入れた純水を弁装置13から送り出す送出部材即ち内部流体連結部材48と、弁本体46の内部を長手方向に移動可能な弁体49と、弁本体46をフランジ44へ締め付け保持する保持部材即ち後述するねじ59へ螺合係合する係合部材50と、弁体49を上下方向に起動する起動部材51と、起動部材51と弁体49とを連結する連結部材52と、弁本体46の下端部へ取り付けられており、弁体49の下端部と起動部材51と連結部材52とを包囲しているカバー部材53と、により構成されている。
【0021】
長手方向に伸張している弁本体46は、長手方向軸線に沿って伸び上下方向に連通しており、内部を弁体49が摺動する細長い孔55を有している。この孔55は、上方部分の拡径直径孔55aと、これに連通しており該拡径直径孔よりも幾分小さい直径を有する下方部分の縮径直径孔55bと、更に上方部分と下方部分との連結部分に下方へ向かって傾斜して形成された円錐形状の弁座55cと、を有している。更に、孔55aの上端部には内ねじが形成されている。一方、孔55bの中間部にはそこから横方向に向かって伸びる横孔57が形成され、この横孔57にも内ねじが形成されている。また、弁本体46の上方部分には拡径フランジ58が形成されている。この拡径フランジ58の直径は前記金具44に設けた中央貫通孔45の直径よりも大きく、弁本体46は前記金具44の上方には抜け出すことが出来るが、下方には抜け出すことが出来ないようになっている。更に、弁本体46のほぼ中央位置の外表面には外ねじ59が形成されている。
【0022】
純水を外部から弁装置13内へ受け入れる受入部材47は、中空部材から構成されている。受入部材47の一端部には純水流路30aを構成している導管等を受入れ易いようテーパーが付されている。また、受入部材47の他端部には外ねじが形成されており、この外ねじが弁本体46の横孔57の内ねじへ螺合している。これにより該受入部材47の中空孔へ導入される純水は該横孔57を介して弁本体46の長手方向の孔55b内へ導通される。
【0023】
受け入れた純水を弁装置13から送り出す送出部材48は、同様に中空部材から構成されている。送出部材48の一端部には圧力容器15内にて純水を純水保持室20へ導入する導管等から成る純水案内流路30bを受入れ易いようテーパーが付されている。また、送出部材48の他端部には外ねじが形成されており、この外ねじが弁本体46の長手方向に伸びている孔55aの上端部に形成された内ねじへ螺合している。これにより受入部材47の中空孔へ導入される純水は該横孔57を介して次いで弁本体46の長手方向の孔55b、55aを経て送出部材48の中空孔を通り、案内流路30bを介して純水保持室20まで送り出される。
【0024】
弁本体46の内部において長手方向に伸びるように形成された細長い孔55を介して長手方向に移動可能な弁体49は、該細長い孔55の上方拡径孔55a内にあり概ねコマ形状を有する上端部60と、該細長い孔55の下方縮径孔55bの直径よりも小さい直径を有する中間軸部61と、該細長い孔55の下方縮径孔55bの直径とほぼ同様の直径を有する下方軸部62と、を有しており、これらは望ましくは一体的に形成されている。コマ形状を有する弁体49の上端部60は、前記弁座55cへ衝接して純水が送出部材48側から受入部材47側へ流れるのを防止するが、受入部材47側から送出部材48側へ流れることを許容している。そのため、該コマ形状を有する上端部60の下部傾斜面にはOリング等の封止手段63が装着され、このOリング63が弁座55cへ密接するようになっている。しかし必要なら弁座55cへOリング等の封止手段を設けてもよい。中間軸部61は細長い孔55の下方縮径孔55bの直径よりも小さい直径を有しているため、孔55内へ圧入された純水は当該孔55bと中間軸部61との間に画定される空間を介して容易に上方へ移動出来る。これは、下方軸部62は細長い孔55の下方縮径孔55bの直径とほぼ同様の直径を有し、純水が当該孔55の下方へ流出しないようにしているためである。なお、該下方軸部62にはOリング64(図示の例では2個設けているがこれに限定されず、1個でも3個以上でも良い)が設けてあり、そこからの純水漏洩を完全に防止している。
【0025】
弁本体46をフランジ金具44へ締め付け保持している保持部材50は、弁本体46の中間部に形成した外ねじ59へ螺合する締付部材である。この締付部材50を締付けることにより、弁本体46の拡径フランジ58に装着したOリング65が金具44の上面へ対して強圧される。これによって、圧力容器15内の圧力は維持され、更に弁本体46の取付けが的確かつ迅速に達成されるのである。
【0026】
孔55内にて弁体49を上下方向に起動する起動部材51は、例えば、エアシリンダ、ソレノイドバルブ、油圧装置等から成る。この起動部材51はタンク本体33から純水保持室20へ純水を送り出す高圧不活性ガス供給ライン37内の開放弁と連動して作動する。また起動部材51は連結部材52を介して弁体49の下端部へ接続されている。このため、高圧不活性ガスがタンク本体33へ供給されると、起動部材51が起動して弁体49を上方へ移動して弁座55aを開放し、これにより弁装置13の横孔57内へ導入された純水は細長い孔55を介し送出部材48を経て純水案内流路30bを介して純水保持室20内へ導入される。作動時には、通常、反応容器18及び純水保持室20は高気圧状態となっているので、作動時に純水を供給する場合には、起動部材51はその高気圧に抗して弁体49を上方へ押し上げる必要があるが、純水の導入を停止する場合には、起動部材51の作動を停止すると、純水保持室20内の高圧力によって弁体49が弁座56へ密接することにより導入が阻止される。勿論、起動部材51を起動させて弁体49を下方へ引寄せて弁体49と弁座56とを強制的に密接させても良い。
【0027】
起動部材51と弁体49とを連結している連結部材52は、例えば弁体49の下端部が螺合するねじ孔と起動部材51の起動子が螺合するねじ孔とを上方及び下方の端部に有し両者の位置関係を調整可能なそれ自体公知のねじ部材である。しかし両者を連結するものであれば、ねじ部材以外の連結片であっても良く、また、ある場合には省略することも出来る。なお、図示の例では、ゆるみ防止のためセットねじで両者を固定している。
【0028】
弁本体46の下端部へ取り付けられており、弁体49の下端部と起動部材51と連結部材52とを包囲しているカバー部材53は、起動部材51及び連結部材52を保護するためのカバーである。なお、起動部材51が適切に起動するように純水収容タンク側からの情報を適切に受け入れるための起動部材51の端子がカバー部材53の外部に具備されている。
【0029】
被供給流体が純水の場合には、少なくとも、これらの部材46、47、48、49は、純水中に金属イオンが混入しないようにするため、例えば、ポリアセタール、テフロン(R)と呼ばれているようなポリテトラフルオロエチレン、ポリカーボネート、その他のエンジニアリングプラスチック材料で成形することが望ましい。しかしながら、被供給流体が金属イオン等の混入を許容するものである場合には、金属部材で成形することも出来る。また、純水収容タンク12、弁装置13、流路30a、30b、純水保持室20は異物が混入しないように閉鎖通路を形成している。
【0030】
図3は、別の具体例を示す図2と同様の弁装置である。図3に示す実施例が図2に示す実施例と異なる点は、弁本体を図1に示す圧力容器15へ装着する手段にあり、その他の点は実質的に両者は同一である。図2においては、フランジ状の取付金具44の長さ寸法が予め特定されており、その寸法に合わせて弁装置を構成したので、弁装置全体の長さが幾分長くなっている。然しながら図3の実施例では、圧力容器15の弁装置を装着したい場所に予め装着孔を形成しそこへ弁装置を装着することが出来る。このため、取付金具の寸法を自由に設定出来、この具体例によれば弁装置全体の寸法を図2に示す弁装置全体の約半分の長さとすることが出来る利点がある。即ち、図3に示す弁装置は、圧力容器15を構成する下部半体17又はその他の適当な位置へ自由に設置することが出来る。以下、図3に示す弁装置70に関して、図2に示す弁装置13との相違点に付いてのみ述べる。
【0031】
図3においては、弁装置70は圧力容器15を構成している下部半体17へ装着されるものとする。初めに、弁装置70を装着するため圧力容器15を構成している下部半体17の特定の位置へ対して所定の大きさを有する装着孔69を形成する。この弁装置70は、長手方向に伸張している弁本体71と、純水を外部から弁装置70内へ受け入れる受入部材即ち外部流体連結部材72と、受け入れた純水を弁装置70から送り出す送出部材即ち内部流体連結部材73と、弁本体71の内部を長手方向に移動可能な弁体74と、圧力容器15を構成している下部半体17(図1参照)へ弁装置70を締結する締結部材即ち後述するねじ81へ螺合係合する係合部材75と、弁体74を上下方向に起動する起動部材76と、起動部材76と弁体74とを連結する連結部材77と、弁本体71の下端部へ取り付けられ弁体74の下端部と起動部材76と連結部材77とを包囲しているカバー部材78と、により構成されている。
【0032】
長手方向に伸張している弁本体71は、内部に長手方向軸線に沿って伸び上下方向に連通しており内面を前記弁体74が摺動する細長い孔79を有している。また、弁本体71の上方部分には拡径フランジ80が形成されている。更に、弁本体71の外表面であって弁本体のほぼ中央位置から拡径フランジ80の下方部分にかけて外ねじ81が形成されている。
【0033】
また、弁本体71を受け入れる締結部材75は長手方向に貫通する中央貫通孔82を有しており、この貫通孔82は内ねじ83を具備している。そして弁本体71の拡径フランジ80の外径は前記締結部材75に設けた中央貫通孔82の直径よりも大きく、弁本体71は前記締結部材75の上方には抜け出すことが出来るが、下方には抜け出すことが出来ないようになっている。更に弁本体71の外ねじ81が締結部材75の内ねじ83へ螺合している。従って、締結部材75を締付けることにより、弁本体71の拡径フランジ80に装着したOリング84が締結部材75の上面へ対して強圧される。これによって、弁本体71と締結部材75との間の密封が達成される。こうして、弁装置70へ締結部材75を封止状態に組み込んだ弁装置ユニット85を形成する。
【0034】
その後、当該弁装置70を装着しようとする圧力容器15の所定位置へ予め形成している装着孔69へ対して弁装置ユニット85を配置し、該ユニット85を装着孔69へ溶接86によって封止状態に装着固定する。溶接作業を容易かつ確実に行うため、圧力容器15へ形成する装着孔69は、締結部材75の外形形状と同様な形状を有し、更に装着孔69の寸法は締結部材75の外径寸法と概ね等しいかそれよりも幾分大きい寸法を持つように形成することが望ましい。更には、締結部材75は、図3に示すように、装着孔69を圧力容器15の外方へ貫通する縮小寸法部分87と、それより幾分大きく装着孔69を貫通しない拡大寸法部分88とを備え段付き形状とすることが望ましい。これにより圧力容器15の装着孔69へ対する弁装置ユニット85、特に、締結部材75の位置決めが容易となり、その後の溶接作業が容易かつ確実迅速になし得るからである。また、この締結部材75にはその外側部から中央貫通孔82の内ねじ83に至り次いで弁本体71の外ねじ81を押圧するセットねじ(図示なし)を係合させ、当該締結部材75のゆるみを阻止することが出来る。
【0035】
なお、弁装置70を構成している弁本体71以外の各部材72、73、74、76、77、78の構造や作用及び機能は図2に記載の実施例のものと同様であり、更に純水収容タンクからの純水の供給方法及び停止方法等も先の実施例のものと同様であるので詳述はしない。更に、被供給流体が純水の場合には、これらの部材71、72、73、74、75等は、純水中に金属イオンが混入しないようにするため、例えば、ポリアセタール、テフロン(R)と呼ばれているようなポリテトラフルオロエチレン、ポリカーボネート、その他のエンジニアリングプラスチック材料で成形することが望ましい。しかしながら、被供給流体が金属イオン等の混入を許容するものである場合には、金属部材で成形することも出来る。
【0036】
ここで、金具44若しくは締結部材75は、それぞれ弁本体46、71の拡径直径部の周囲を取り囲むように配置されており、弁装置13、70を圧力容器15へ装着する機能に加え、弁本体46、71が反応容器18内の高圧力によって弁本体の拡径直径部内に大きな圧力が付加されても当該拡径直径部が拡張することを防止しかつ破壊するのを阻止する機能をも有している。よって、金具44及び締結部材75は金属製であることが望ましい。
【0037】
この純水自動供給システム10においてアニール処理作業を行なう場合、反応室18内のカセット22に被加工部材即ちワーク21をセットし次いで純水収容タンク12から純水保持室20内へ純水を供給する。純水収容タンク12から純水保持室20内へ純水を供給する場合には、初めに当該純水収容タンク12のタンク本体33へ純水を入れ、その後、当該タンク本体33から純水保持室20へ純水を供給する。
【0038】
初めに、当該純水収容タンク12のタンク本体33へ純水を入れる方法について述べる。タンク本体33へ純水を入れるときには、初めに純水流路30aへ設けてある弁装置13及び開閉弁43bを閉鎖する。ここで、弁装置13は純水を純水保持室20へ導入する弁であり、開閉弁43bはタンク本体33から純水を抜き出すための弁である。次いで、通気ライン36の開閉弁35を開けタンク本体33の内部を大気中に連通する。この状態で純水供給ライン34の開閉弁43aを開け、図示していない純水供給源からタンク本体33内へ純水を供給する。タンク本体33内には、純水の液位を検知するため、上限警報センサー38、上限検知センサー39、逆流による漏洩検知センサー40、下限検知センサー41及び下限警報センサー42が設置されている。これらのセンサーは、純水中への異物特に金属イオンの混入を阻止するために、プラスチック製のフロートスイッチが好ましい。しかして、純水供給ライン34から供給された純水はタンク本体33内へ溜まる。純水が適正位置まで溜まると上限検知センサー39が作動する。このとき開閉弁43aを閉じて純水の供給を停止する。しかし、もし更に純水がタンク本体33内へ不用意に供給されると、上限警報センサー38が作動し、タンク本体33内に収容される純水の量がこれ以上のレベルになると危険であることを知らせる。この場合には開閉弁43aを閉じて、開閉弁43bを開放して余分な純水をタンク本体33から抜き出す。タンク本体の純水が適正量になったなら、通気ライン36の開閉弁35を閉じる。これによりタンク本体33内には適正量の純水が保有される。
【0039】
次に、当該タンク本体33から純水保持室20へ純水を供給する手順について述べる。このときには初めに圧力調整手段26b及び純水排出手段31を開放して反応容器18を大気中に連通すると共に、純水保持室20内に残っている純水を廃棄する。ついで、純水排出手段31のみを閉じたまま弁手段13を開放し、更に高圧不活性ガス供給源からその供給ライン37を介して例えば窒素ガス等の高圧不活性ガスをタンク本体33内へ供給する。この結果、タンク本体33内の純水は純水流路30a、弁本体13及び純水案内流路30bを介して不活性ガスにより圧力搬送される。これにより純水保持室20内へ提供される純水中に金属イオンその他の異物が混入することが防止されている。高圧ガスによる純水の提供は、タンク本体33内の純水のレベルが、下限検知センサー41が作動する位置に至るまで継続する。下限検知センサー41はタンク本体33内に収容されている純水の適正量の下限値を知らせるものだからである。もし、不注意により純粋保持室20へ更に高圧ガスによって純水を提供し、タンク本体33内のレベルが下限警報センサー42の位置まで下降すると、下限警報センサー42が作動してタンク本体33内に収容される純水の量がこれ以下のレベルになると危険であることを知らせる。
【0040】
ここで分かることは、タンク本体33内の下限検知センサー41と上限検知センサー39との間の純水の量が純水保持室20内に収容される純水の最適量、即ち一回のアニール作業において使用される純水量であろうと言うことである。適正量の純水を純水保持室20へ供給した後、高圧不活性ガス供給を停止しかつ弁装置13を閉鎖し、このような状態にて高温高圧でのアニール作業を開始する。しかして、もし、アニール作業中に何らかの理由(例えば、弁装置13の損傷等)により純水保持室20から弁装置13を介してタンク本体33内へ純水が逆流してくると、当該タンク本体33内の純水のレベルがスイッチ41の位置から上昇する。そしてそのレベルが漏洩検知センサー40の位置に達すると、当該センサー40が起動する。こうして逆流による漏洩検知センサー40は純水が純水保持室20から逆流して来たことを知らせる。このときには直ちにその理由を正すためにシステム10の作動を停止して点検する必要がある。これまでは閉鎖通路のためこのような逆流する純水を外部から認識することが出来ず、その上、かかる逆流検知手段は存在していなかったので、しばしば空焚きが発生して反応室18の破損その他の損傷をもたらすことがあったがこの装置においてはかかる心配は完全に解消することが出来る。
【0041】
更にこのシステム10においては、圧力容器即ち外缶15を構成している下部半体17の下底付近にドレン溜27を有している。前述の様に、このドレン溜27には主に反応容器18から圧力容器15内へ不慮に漏洩して結露したドレンが溜まる。従って、このシステム10を起動するときには、初めに、ドレン排出弁29を開放してドレン溜27内のドレンを完全に廃棄しておくことが望ましい。純水は非導電性物質であるが圧力容器15の壁面へ結露してドレン溜27へ流れ込んだ液体又は純水保持室から下部半体17を介してドレン溜27へ流れ込んだ液体は、周辺の塵芥を拾い込むことにより、導電性液体となっている。センサー手段28はドレン溜27内に流れ込んだ液体の全体量又は該ドレン溜27へ流れ込むドレンの流量変動を計測する。このドレン溜27は、純水保持室20内の全ての純水が漏洩することを考慮して、一回のアニール処理作業に必要とされる純水の量を収容出来る程度の大きさがあることが好ましい。
【0042】
ドレン溜27内に配置されるスイッチ手段28は例えば図4に示すようにドレン溜27の夫々異なる深さ位置にセットした複数個のフロートスイッチ28a、28b、28c、28dにより構成されている。ここでフロートスイッチ28a、28b、28cは夫々例えばドレン溜27の容積の1/4、2/4及び3/4の液体がドレン溜27内に溜まったときに、そして最も高い位置にセットされているスイッチ28dは一回のアニール処理作業に必要とされる純水の量と同量の液体がドレン溜27内に溜まったときに作動する。さらにこれらのスイッチ28a、28b、28c、28dは互にシーケンス制御されており、各スイッチが作動する時間差が判別され、これによりドレン溜27内に流れ込む時間当たりのドレンの量が分かる。スイッチ28aが作動することにより圧力容器15内にて漏洩が発生していることが分かる。しかしながらアニール作業を開始してからスイッチ28aが作動するまでの時間、更にはスイッチ28aが作動してからスイッチ28bが作動するまでの時間がアニール処理時間に要する時間に比較して幾分長い場合には純水の補充やシステム10の停止を行なうことなくアニール作業を継続することが出来るが、もしその時間が短い場合には純水の補充又はアニール作業の停止を検討する必要がある。これにより反応容器18の空焚きによる事故を予め防止することが可能となる。勿論フロートスイッチをより多く配置して一層細かい漏洩管理を行なうことも出来る。
【0043】
これまでのシステムにおいて使用する圧力容器には、かかるドレン溜は存在していなかったため、そのようなドレンをもたらす純水の漏洩に気が付かず、しばしば反応容器18の空焚きを行ない、その結果、反応容器の破損等の甚大な損害やアニール作業のやり直し、又は多大な不良品の発生等を発生することがあったが、このシステムによれば、そのような問題は完全に解消される。
【0044】
更に、このシステムにおいては、新規な高圧アニール作業手順について開示している。これまでの高圧アニール処理手順によると処理後のワークへ斑点状のしみが発生するという事故がしばしば発生した。その原因に関して発明者が種々研究を重ねた結果、これまで、高圧アニール処理においては、全てのセッテング作業を完了した後に、初めに加熱手段25c、25dによる純水保持室20内部の加熱作業に先立って加熱手段25a、25bによるアニール処理室19内部の予備加熱作業を行なっているが、その後の実際のアニール処理作業中に関しては、アニール処理室19の加熱条件と純水保持室20の加熱条件に関して特別の注意を払っていないことにその原因があることを発見した。
【0045】
そこでこの発明者は、アニール処理室19の加熱手段25a、25bと、純水保持室20の加熱手段25c、25dと、を常に特定の制御関係に置こうとするものである。以下、図5を参照しながら述べる。この新規な高圧アニール処理方法においては、アニール処理室19内の飽和蒸気圧力をPと、当該処理室19の内部圧力に対する飽和温度をtと、当該処理室19内の温度をTと、した時に、初めに処理室19内の温度を上昇するために加熱装置25a、25bを起動させる。いわゆる予備加熱である。その後、当該処理室19内の温度(T)が、処理室19の内部圧力に対する飽和温度(t)よりもΔtだけ高い温度に成った後(H1)に、加熱手段25c、25dを起動して純水保持室20を加熱して純水を気化し、当該処理室19の内部圧力に対する飽和温度(t)と、アニール処理室19内の飽和蒸気圧力(P)と、を上昇させる。この作業中、処理室19内の温度(T)は処理室19の内部圧力に対する飽和温度(t)よりも常にΔtだけ高い温度に維持する。ここで、処理室19内の温度というのは実質的にワーク21の温度と同一である。
【0046】
次いで、アニール処理室19内の飽和蒸気圧力(P)と、当該処理室19の内部圧力に対する飽和温度(t)と、当該処理室19内の温度(T)と、が所定の値になった後(H2)に、処理室19の内部圧力に対する飽和温度(t)と、アニール処理室19内の飽和蒸気圧力(P)と、をそれぞれ一定の値に維持しながらアニール処理作業に入る。このときも処理室19内の温度(T)は処理室19の内部圧力に対する飽和温度(t)よりも常にΔtだけ高い温度に維持する。アニール処理作業が完了(H3)したなら、処理室19内の温度(T)を処理室19の内部圧力に対する飽和温度(t)よりもΔtだけ高い温度に維持しながら、T、t、Pを徐々に初期値まで戻す。しかして、アニール処理室19内の飽和蒸気圧力(P)と、当該処理室19の内部圧力に対する飽和温度(t)と、がそれぞれ0位置へ戻った時(H4)においても処理室19内の温度(T)は処理室19の内部圧力に対する飽和温度(t)よりも常にΔtだけ高い温度状態を維持する。そのため、当該処理室19内の温度(T)が0位置へ戻るのはH4よりも遅い時間(H5)となる。当業者に明らかなように、アニール処理室19内の圧力変動に伴い、圧力容器15内の圧力にもほぼ同様の圧力変動をもたらし、アニール処理室が破損を生じないように処置するのである。このため、圧力調整手段26a、26b若しくはこれらとは別個に設けた圧力調整手段によりそれぞれ内部に不活性ガスを導入することが出来る。
【0047】
このように処理室19内の温度(T)をアニール処理作業の初めから終わりまで常時所定の温度(例えばΔt)だけ高い温度に維持しておくことにより、ワーク21は純水保持室の温度よりも常に高い温度に保持される。このため、ワークには、結露が発生せず、このためワークにしみが出来るのを阻止出来る。ここで、Δtは、処理室19の内部温度にもよるが、例えば約10℃以上500℃以下であることが望ましい。なお、処理室19内の温度(T)及び処理室19の内部圧力に対する飽和温度(t)は温度計によって計測することが出来るが、一般に温度計による計測も可能であるが、これらの温度を温度計によって計測することなく、加熱手段を加熱したときに累乗的に上昇する蒸気圧力を圧力計によって計測することにより,より高精度の測定効果を得ることも出来るのである。
【0048】
【発明の効果】
本発明によれば、処理室19内の温度(T)をアニール処理作業の初めから終わりまで常時所定の温度(例えばΔt)だけ高い温度に維持するのである。これにより、ワーク21は純水保持室の温度よりも常に高い温度に保持され、このため、ワークには、結露が発生せず、このためワークにしみが出来るのを阻止出来るのである。ここで、Δtは、例えば、10℃以上500℃以下(経済性を考慮した場合、10℃以上100℃以下)であることが望ましい。なお、処理室19内の温度(T)及び処理室19の内部圧力に対する飽和温度(t)は温度計によって計測することが出来るが、一般に温度計による計測は正確さに欠けることがある。従って、これらの温度を温度計によって計測することなく、加熱手段を加熱したときに累乗的に上昇する蒸気圧力を圧力計によって計測することにより同様の測定効果を得ることも出来るのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法を実施することが出来る高圧アニール装置の概略図である。
【図2】図1の一部拡大図であって、自動弁装置の第1の実施例を示す断面図である。
【図3】図1の一部拡大図であって、自動弁装置の第2の実施例を示す断面図である。
【図4】図1のドレン溜を拡大して示している図である。
【図5】新規な高圧アニール作業手順を示す説明図である。
【図6】公知の高圧アニール装置を示す図である。
【符号の説明】
10:純水自動供給システム 11:高圧アニール装置
12:純水収容タンク 13:弁装置
15:圧力容器 18:反応容器
19:アニール処理室 20:純水保持室
23:エンドキャップ 24:通路
29:ドレン排出弁 30a:純水流路
30b:純水案内流路 31:排出手段
37:高圧不活性ガス供給ライン 44:フランジ状金具
45:中央貫通孔 46:弁本体
47:受入部材 48:送出部材
49:弁体 50:保持部材
51:起動部材 52:連結部材
53:カバー部材 55:孔
55a:拡径直径孔 55b:縮径直径孔
55c:弁座 57:横孔
58:拡径フランジ 59:外ねじ
60:上端部 61:中間軸部
62:下方軸部 69:装着孔
70:弁装置 71:弁本体
72:受入部材 73:送出部材
74:弁体 75:締結部材
76:起動部材 77:連結部材
78:カバー部材 79:孔
80:拡径フランジ 81:外ねじ
82:中央貫通孔 85:弁装置ユニット
86:溶接 87:縮小寸法部分
88:拡径寸法部分
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention generally relates to a high-pressure annealing method for a liquid crystal glass substrate, a silicon wafer, and the like, and more particularly, to a high-pressure annealing steam treatment method for preventing generation of a stain on an oxide film formed on a liquid crystal glass substrate, a silicon wafer, and the like. About.
[0002]
[Prior art]
When annealing a glass substrate for liquid crystal or a silicon wafer, the surface of the glass substrate for liquid crystal or a silicon wafer is heated to a high temperature of 600 ° C. or more to oxidize the surface and form an oxide film thereon. Is widely known. However, this method cannot withstand such high heat with soda glass having a softening point of about 500 to 600 ° C., and the glass surface melts. Therefore, use of quartz glass having a softening point of about 1400 to 1700 ° C. instead of soda glass has been required. However, quartz glass is generally expensive and uneconomical.
[0003]
The method devised there is a laser annealing method that can instantaneously oxidize only the glass surface. According to this method, even when soda glass is used, the surface does not melt, and it is not necessary to use expensive quartz glass. However, with this laser annealing method, it is difficult to form a highly accurate oxide film, and it is not possible to expect formation of a highly accurate glass oxide film.
[0004]
Therefore, today, a high-pressure annealing steam treatment method of forming an oxide film by a high-pressure annealing apparatus as shown in FIG. 6 is widely used. This high-pressure annealing apparatus disposes the high-temperature steam heated by the heating means 2 and 3 in the lower internal container 1 to the liquid crystal glass substrate or the work 6 placed in the glass substrate cassette 5 via the flow path 4. The high-pressure annealing steam treatment is performed by supplying into the reaction vessel 7 in a high-pressure state. At this time, in order to prevent the reaction vessel 7 from being destroyed by the high-pressure high-temperature gas from inside the vessel, the entire reaction vessel 7 is accommodated in a large pressure vessel 8 and the pressure vessel 8 and the reaction vessel 7 are connected to each other. The internal and external pressures of the reaction vessel 7 are balanced by pressurizing the space defined therebetween. Further, a first additional heater 9a is provided between the pressure vessel 8 and the reaction vessel 7 around the reaction vessel 7 to further accelerate the processing reaction and to form a high-quality oxide film. A second additional heater 9b is provided in the upper part of the above to further heat the steam in the reaction vessel 7 to promote the reaction (for example, see Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application No. 2002-285383 (FIG. 4)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
At present, in the annealing process, a high-pressure annealing steam treatment method is widely used. In today's high-pressure annealing steam treatment, pure water is used as a liquid for generating steam. This is because, when an oxide film is formed on a work such as a crystal glass substrate or a silicon wafer, if metal ions adhere to the oxide film, the insulating property of the oxide film is impaired and the quality of the oxide film is deteriorated. . Therefore, in order to maintain the quality of the product, it is necessary to minimize the entry of metal ions, dust in the air, and the like into pure water to be used. Until now, the amount of pure water required for one annealing operation has been specified in advance, only that amount is injected into the pure water container, and the pure water container is set at a predetermined position in the pressure vessel. Annealing work. Then, in the next operation, pure water is replenished by the same procedure again. Due to such an operation procedure, an extremely high degree of cleanliness is required for the operation of supplying pure water. However, impurities are often mixed into pure water, and as a result, predetermined quality cannot be obtained.
[0007]
For this reason, as shown in FIG. 6, a method has been developed in which an amount of pure water required for one annealing operation is supplied from outside to a pure water container in the pressure vessel 8. As a result, the chance of impurities being mixed into pure water is reduced. However, in this method, since the amount of pure water necessary for one annealing operation is supplied every time the annealing operation is started, if the pure water container is damaged, leakage from the reaction container, etc. occurs. Insufficient pure water. Therefore, the operation must be stopped once and pure water must be sent again only for the shortage.
[0008]
However, in practice, the reaction vessel is made of a sturdy steel material, and furthermore, the inside of the pure water vessel cannot be seen because the heating means and various pipes are clogged. As a result, it cannot be determined whether or not pure water is insufficient. For this reason, there has been a problem that an empty firing state often occurs and an accident occurs in which the reaction vessel is damaged. Usually, the reaction vessel is made of expensive quartz glass, the damage of which costs tens of millions of yen at today's price. In addition, in today's annealing apparatus, there is no means for knowing the amount of pure water shortage due to water leakage or the like. Therefore, there is a problem that the amount of pure water to be supplied again cannot be known. Furthermore, since the annealing operation is performed at an extremely high pressure (usually several tens of atmospheres), there is no valve device that can supply pure water into a pressure vessel under such a high pressure today.
[0009]
Further, according to the conventional high-pressure annealing treatment procedure, there is a problem that a spot-like stain often occurs on the workpiece after the treatment. As a result of various studies by the inventor on the cause, in the past, in the high-pressure annealing treatment, after all the setting operations were completed, the heating unit first performed the heating operation prior to the heating operation inside the pure water holding chamber by the heating unit. Although pre-heating work is performed inside the annealing chamber, no special attention was paid to the heating conditions of the annealing chamber and the heating conditions of the pure water holding chamber during the actual annealing process. I discovered that there was a cause. Therefore, the present invention solves this problem by always setting the heating means for the annealing chamber and the heating means for the pure water holding chamber in a specific control relationship.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In the annealing steam treatment method according to the first invention, the saturation steam pressure (P) in the annealing treatment vessel disposed in the pressure chamber, the saturation temperature (t) with respect to the internal pressure of the treatment vessel, and the temperature in the treatment vessel (T), in an annealing steam treatment method for forming an oxide film on a work using pure water under high temperature and high pressure, is disposed in a pressure chamber in order to raise the temperature in the processing vessel. The heating devices 25a and 25b are activated to pre-heat the workpiece, and after the temperature in the processing container reaches a temperature Δt higher than the saturation temperature (t) with respect to the internal pressure of the processing container. In (H1), the heating means 25c and 25d are activated to increase the saturation temperature (t) with respect to the internal pressure of the processing vessel and the saturated vapor pressure (P) in the annealing processing vessel, while increasing the temperature. A preparatory heating step of gradually preheating the heat, a saturated vapor pressure (P) in the annealing container, a saturation temperature (t) with respect to the internal pressure of the processing container, and a temperature (T) in the processing container. After a predetermined value (H2) is reached, the annealing temperature (t) with respect to the internal pressure of the processing vessel and the saturated vapor pressure (P) in the annealing processing vessel are maintained at constant values, respectively, while the annealing process is performed. When the annealing process and the annealing process are completed (H3), the saturated vapor pressure (P) in the annealing container and the saturation temperature (t) with respect to the internal pressure of the processing container are initialized. (H4) return step, which gradually returns to the value (0 position), through the preparatory heating step, the annealing processing step, and the return step, the temperature (T) in the processing vessel is set to the internal pressure of the processing vessel. To The temperature is always maintained at Δt higher than the saturation temperature (t). This can prevent spots on the workpiece after the annealing.
[0011]
In the annealing steam treatment method according to the second invention, Δt is at least 10 ° C. or more and 500 ° C. or less. This enables optimal spot prevention processing.
[0012]
In the annealing steam treatment method according to the third aspect of the present invention, the pressure inside the processing vessel (T) and the saturation temperature (t) with respect to the internal pressure of the processing vessel are measured by a pressure gauge. Specified by measuring with. This enables more accurate temperature control and achieves high-quality annealing.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows an automatic pure water supply system 10 for performing an annealing steam treatment method according to the present invention. The system 10 generally includes a high-pressure annealing apparatus 11 for performing an annealing action by using pure water, and a pure water outside the apparatus for supplying the high-pressure annealing apparatus 11 with pure water. And a valve unit 13 for supplying pure water from the tank 12 to the annealing device 11.
[0014]
The high pressure anneal apparatus 11 has a rigid pressure vessel or outer can 15, generally made of steel. The pressure vessel 15 is composed of an upper half 16 and a lower half 17, and the two halves 16, 17 are tightly sealed via sealing means. Further, a water cooling chamber (not shown) for accommodating water for cooling water for cooling the outer wall of the pressure vessel 15 is arranged so as to surround the pressure vessel 15. Inside the sealed pressure vessel 15, a reaction vessel or inner can 18 made of, for example, quartz glass, Pyrex (R), or another glass member is accommodated and fixed at a predetermined position. The reaction vessel 18 includes an upper annealing treatment chamber 19 and a lower pure water holding chamber, that is, an internal fluid source 20. Inside the annealing chamber 19, a thin plate or work 21 to be subjected to high-pressure annealing, such as a liquid crystal glass substrate or a silicon wafer, and a cassette 22 for holding these works 21 at predetermined intervals are accommodated. The lower part of the annealing chamber 19 is closed by an end cap 23, and a passage 24 communicates the annealing chamber 19 with the pure water holding chamber 20. Further, the end cap 23 seals and separates the inside of the pressure vessel 15 and the inside of the reaction vessel 18 via a known sealing means.
[0015]
Heating means 25a and 25b are arranged on the side and above the reaction vessel 18 in the pressure vessel 15. Further, similar heating means 25 c and 25 d are arranged in the pressure vessel 15 below the end cap 23, around the passage 24 and below the pure water holding chamber 20. Further, the pressure vessel 15 is provided with a means 26a for adjusting the internal pressure and a means (not shown) for measuring the temperature. Similarly, the reaction vessel 18 is provided with a means 26b for adjusting the pressure therein and a means (not shown) for measuring the temperature. Here, the internal pressure of the pressure vessel 15 and the internal pressure of the reaction vessel 18 are always adjusted to be substantially the same pressure, whereby only the internal pressure of the reaction vessel 18 increases during operation, Although it is possible to prevent an accident such that the pressure vessel 15 is damaged, preferably, the internal pressure of the reaction vessel 18 is slightly higher than the internal pressure of the pressure vessel 15. This is to prevent the gas in the pressure vessel 15 from flowing into the reaction vessel 18 and contaminating the work in the reaction vessel.
[0016]
Further, a drain reservoir 27 is preferably formed in the lowermost half of the lower half 17 constituting the pressure vessel 15. Due to some reason (for example, damage to the annealing chamber 19 or the pure water holding chamber 20 or damage to the sealing means), the drain reservoir 27 is filled with the pressure vessel 15 from the upper part of the annealing holding chamber 19 or the pure water holding chamber 20. The water vapor leaked into the upper half 16 or the lower half 17 whose surroundings are cooled by cold water is condensed in the pressure vessel 15 or pure water leaked from the pure water holding chamber 20 is accumulated. The drain sump 27 has a sensor means 28 for detecting the amount of drain accumulated in the sump 27, the inflow speed of the drain, and the like, and a drain discharge valve 29 for discharging the drain accumulated there to the outside of the pressure vessel 15. Are provided.
[0017]
Pure water is supplied to the pure water holding chamber 20 in the reaction vessel 18 from the external pure water storage tank 12 via the pure water channel 30a, the valve device 13, and the pure water guide channel 30b. Further, the pure water holding chamber 20 is provided with a discharge means 31 for discharging the pure water held therein to the outside of the pressure vessel 15.
[0018]
The pure water storage tank 12 includes a sealed tank main body 33, a supply line 34 for supplying pure water into the tank main body 33, and an opening / closing valve 35 for adjusting the pressure in the tank main body 33. A high-pressure inert gas (for example, nitrogen gas) is forcibly supplied into the ventilation line 36 and the tank main body 33 to bring the inside of the tank main body 33 into a high-pressure state. And a supply line 37 for forcibly feeding into the inside 30a. The supply line 34 and the pure water flow path 30a are provided with on-off valves 43a and 43b, respectively. The tank body 33 is provided with an upper limit alarm sensor 38, an upper limit detection sensor 39, a leak detection sensor 40 due to backflow, a lower limit detection sensor 41, and a lower limit alarm sensor 42 for detecting the level of pure water.
[0019]
Next, an example of the structure of the valve device 13 will be described with reference to FIG. Although the valve device 13 can be effectively used for transporting a fluid other than pure water, the fluid to be transported is described here as pure water for ease of explanation. The valve device 13 can be mounted at an appropriate position on the upper half 16 or the lower half 17 constituting the pressure vessel 15. In the illustrated example, the valve device 13 is mounted so as to pass through a central through hole 45 provided in a flange-shaped metal fitting 44 integrated with the lower half body 17. However, the present invention is not limited to this. It is also possible to fix a flange-shaped fitting 44 to an opening formed in the lower half 17 by welding or the like, and attach the valve device 13 to the fitting 44.
[0020]
The valve device 13 includes a valve body 46 extending in the longitudinal direction, a receiving member that receives pure water from outside into the valve device 13, that is, an external fluid connection member 47, and a delivery member that sends out the received pure water from the valve device 13. That is, the internal fluid connecting member 48, the valve body 49 that can move the inside of the valve body 46 in the longitudinal direction, and the engagement that engages with a holding member that tightens and holds the valve body 46 to the flange 44, that is, a screw 59 described later. A member 50, a starting member 51 for starting the valve element 49 in the vertical direction, a connecting member 52 for connecting the starting member 51 and the valve element 49, and a lower end of the valve body 46, It is constituted by a lower end portion, a cover member 53 surrounding the activation member 51 and the connection member 52.
[0021]
The valve body 46 extending in the longitudinal direction extends along the longitudinal axis and communicates in the vertical direction, and has an elongated hole 55 through which the valve element 49 slides. The hole 55 includes an enlarged diameter hole 55a in the upper portion, a reduced diameter hole 55b in the lower portion communicating therewith and having a diameter slightly smaller than the enlarged diameter hole, and an upper portion and a lower portion. And a conical valve seat 55c formed to incline downward at a connection portion with the valve seat 55c. Further, an inner thread is formed at the upper end of the hole 55a. On the other hand, a lateral hole 57 is formed in the middle of the hole 55b so as to extend laterally therefrom, and the lateral hole 57 is also formed with an internal thread. An enlarged flange 58 is formed in an upper portion of the valve body 46. The diameter of the diameter-enlarged flange 58 is larger than the diameter of the central through hole 45 provided in the metal fitting 44, and the valve body 46 can escape above the metal fitting 44, but cannot escape below. It has become. Further, an outer screw 59 is formed on the outer surface of the valve body 46 at a substantially central position.
[0022]
The receiving member 47 that receives pure water from the outside into the valve device 13 is formed of a hollow member. One end of the receiving member 47 is tapered so that a conduit or the like constituting the pure water flow path 30a can be easily received. An external screw is formed at the other end of the receiving member 47, and the external screw is screwed into an internal screw of the lateral hole 57 of the valve body 46. As a result, pure water introduced into the hollow hole of the receiving member 47 is conducted through the lateral hole 57 into the hole 55b in the longitudinal direction of the valve body 46.
[0023]
The delivery member 48 that sends out the received pure water from the valve device 13 is also formed of a hollow member. One end of the delivery member 48 is tapered so that it can easily receive a pure water guide flow path 30b formed of a conduit for introducing pure water into the pure water holding chamber 20 in the pressure vessel 15. An external thread is formed at the other end of the delivery member 48, and the external thread is screwed into an internal thread formed at the upper end of a hole 55 a extending in the longitudinal direction of the valve body 46. . As a result, pure water introduced into the hollow hole of the receiving member 47 passes through the horizontal hole 57, then passes through the longitudinal holes 55b and 55a of the valve body 46, passes through the hollow hole of the sending member 48, and passes through the guide passage 30b. The water is sent out to the pure water holding chamber 20 through the storage unit.
[0024]
The valve element 49 movable in the longitudinal direction through an elongated hole 55 formed to extend in the longitudinal direction inside the valve body 46, is located in the upper enlarged hole 55a of the elongated hole 55, and has a generally comb shape. An upper end portion 60, an intermediate shaft portion 61 having a diameter smaller than the diameter of the lower diameter reducing hole 55b of the elongated hole 55, and a lower shaft having a diameter substantially similar to the diameter of the lower diameter reducing hole 55b of the elongated hole 55. And a portion 62, which are preferably integrally formed. The upper end portion 60 of the valve body 49 having a top shape contacts the valve seat 55c to prevent pure water from flowing from the sending member 48 side to the receiving member 47 side, but from the receiving member 47 side to the sending member 48 side. Allowed to flow to. Therefore, a sealing means 63 such as an O-ring is attached to the lower inclined surface of the upper end portion 60 having the top shape, and the O-ring 63 comes into close contact with the valve seat 55c. However, if necessary, a sealing means such as an O-ring may be provided on the valve seat 55c. Since the intermediate shaft portion 61 has a diameter smaller than the diameter of the reduced diameter hole 55b below the elongated hole 55, pure water pressed into the hole 55 is defined between the hole 55b and the intermediate shaft portion 61. Can be easily moved upward through the space. This is because the lower shaft portion 62 has substantially the same diameter as the diameter of the reduced diameter hole 55b of the elongated hole 55, and prevents the pure water from flowing out below the hole 55. In addition, the lower shaft portion 62 is provided with an O-ring 64 (two in the illustrated example, but the present invention is not limited to this, and one or three or more may be provided). It is completely prevented.
[0025]
The holding member 50 that tightens and holds the valve body 46 to the flange fitting 44 is a tightening member that is screwed into an external screw 59 formed at an intermediate portion of the valve body 46. By tightening the tightening member 50, the O-ring 65 mounted on the enlarged diameter flange 58 of the valve body 46 is strongly pressed against the upper surface of the fitting 44. As a result, the pressure in the pressure vessel 15 is maintained, and the mounting of the valve body 46 is achieved accurately and quickly.
[0026]
The activation member 51 that activates the valve element 49 in the up and down direction in the hole 55 includes, for example, an air cylinder, a solenoid valve, a hydraulic device, and the like. The activation member 51 operates in conjunction with an opening valve in the high-pressure inert gas supply line 37 that sends out pure water from the tank body 33 to the pure water holding chamber 20. The starting member 51 is connected to the lower end of the valve body 49 via the connecting member 52. Therefore, when the high-pressure inert gas is supplied to the tank body 33, the activation member 51 is activated to move the valve body 49 upward to open the valve seat 55a, thereby opening the inside of the lateral hole 57 of the valve device 13. The pure water introduced into the pure water holding chamber 20 via the feeding member 48 via the elongated hole 55 and the pure water guide channel 30b. During operation, the reaction vessel 18 and the pure water holding chamber 20 are normally in a high pressure state. Therefore, when pure water is supplied during operation, the activation member 51 moves the valve body 49 upward against the high pressure. Although it is necessary to push up, when the introduction of the pure water is stopped, when the operation of the starting member 51 is stopped, the introduction is performed because the valve body 49 comes into close contact with the valve seat 56 by the high pressure in the pure water holding chamber 20. Will be blocked. Of course, the actuating member 51 may be actuated to pull the valve element 49 downward to forcibly bring the valve element 49 and the valve seat 56 into close contact with each other.
[0027]
The connecting member 52 that connects the actuating member 51 and the valve element 49 includes, for example, a screw hole into which a lower end of the valve element 49 is screwed and a screw hole into which an actuating element of the actuating member 51 is screwed. It is a screw member known per se that has an end portion and can adjust the positional relationship between the two. However, a connecting piece other than the screw member may be used as long as it connects the two, and in some cases, the connecting piece may be omitted. In the illustrated example, both are fixed with set screws to prevent loosening.
[0028]
A cover member 53 attached to the lower end portion of the valve body 46 and surrounding the lower end portion of the valve element 49, the activation member 51, and the connection member 52 is a cover for protecting the activation member 51 and the connection member 52. It is. Note that a terminal of the activation member 51 for appropriately receiving information from the pure water storage tank side is provided outside the cover member 53 so that the activation member 51 is appropriately activated.
[0029]
When the fluid to be supplied is pure water, at least these members 46, 47, 48, and 49 are called, for example, polyacetal and Teflon (R) in order to prevent metal ions from being mixed into the pure water. It is desirable to mold it from such polytetrafluoroethylene, polycarbonate, and other engineering plastic materials. However, when the fluid to be supplied is one that allows mixing of metal ions or the like, it can be formed of a metal member. Further, the pure water storage tank 12, the valve device 13, the flow paths 30a and 30b, and the pure water holding chamber 20 form a closed passage so that foreign matter does not enter.
[0030]
FIG. 3 is a valve device similar to FIG. 2 showing another specific example. The embodiment shown in FIG. 3 differs from the embodiment shown in FIG. 2 in the means for mounting the valve body to the pressure vessel 15 shown in FIG. 1, and the other points are substantially the same. In FIG. 2, the length dimension of the flange-shaped mounting bracket 44 is specified in advance, and the valve device is configured according to the dimension, so that the entire length of the valve device is somewhat longer. However, in the embodiment of FIG. 3, it is possible to previously form a mounting hole in the pressure vessel 15 where the valve device is to be mounted, and to mount the valve device there. For this reason, the dimensions of the mounting bracket can be freely set, and according to this specific example, there is an advantage that the dimensions of the entire valve device can be reduced to about half the length of the entire valve device shown in FIG. That is, the valve device shown in FIG. 3 can be freely installed at the lower half 17 constituting the pressure vessel 15 or at another appropriate position. Hereinafter, only the differences between the valve device 70 shown in FIG. 3 and the valve device 13 shown in FIG. 2 will be described.
[0031]
In FIG. 3, it is assumed that the valve device 70 is mounted on the lower half 17 constituting the pressure vessel 15. First, a mounting hole 69 having a predetermined size is formed at a specific position of the lower half 17 constituting the pressure vessel 15 for mounting the valve device 70. The valve device 70 includes a valve body 71 extending in the longitudinal direction, a receiving member for receiving pure water from outside into the valve device 70, that is, an external fluid connection member 72, and a delivery for sending the received pure water from the valve device 70. The valve device 70 is fastened to the member, that is, the internal fluid connecting member 73, the valve body 74 that can move in the longitudinal direction inside the valve body 71, and the lower half 17 (see FIG. 1) constituting the pressure vessel 15. A fastening member that engages with a screw 81 to be described later, an activation member 76 that activates the valve element 74 in the vertical direction, a connection member 77 that connects the activation member 76 and the valve element 74, A lower end of the valve body 74 is attached to a lower end of the main body 71, and includes a cover member 78 surrounding the activation member 76 and the connecting member 77.
[0032]
The valve body 71 extending in the longitudinal direction has an elongated hole 79 extending inside along the longitudinal axis and communicating with the up and down direction, and the valve body 74 slides on the inner surface. Further, an enlarged diameter flange 80 is formed in an upper portion of the valve main body 71. Further, an external thread 81 is formed on the outer surface of the valve main body 71 from a substantially central position of the valve main body to a portion below the enlarged diameter flange 80.
[0033]
The fastening member 75 for receiving the valve body 71 has a central through-hole 82 penetrating in the longitudinal direction, and the through-hole 82 has an internal screw 83. The outer diameter of the enlarged flange 80 of the valve body 71 is larger than the diameter of the central through hole 82 provided in the fastening member 75, and the valve body 71 can escape above the fastening member 75, Is unable to escape. Further, an outer screw 81 of the valve body 71 is screwed to an inner screw 83 of the fastening member 75. Accordingly, by tightening the fastening member 75, the O-ring 84 mounted on the enlarged diameter flange 80 of the valve body 71 is strongly pressed against the upper surface of the fastening member 75. Thereby, sealing between the valve body 71 and the fastening member 75 is achieved. In this manner, a valve device unit 85 in which the fastening member 75 is incorporated in the valve device 70 in a sealed state is formed.
[0034]
After that, the valve device unit 85 is disposed in the mounting hole 69 formed at a predetermined position of the pressure vessel 15 where the valve device 70 is to be mounted, and the unit 85 is sealed to the mounting hole 69 by welding 86. Attach and fix in the state. In order to easily and reliably perform the welding operation, the mounting hole 69 formed in the pressure vessel 15 has a shape similar to the outer shape of the fastening member 75, and the size of the mounting hole 69 is smaller than the outer diameter of the fastening member 75. It is desirable to form them with dimensions that are approximately equal or somewhat larger. Further, as shown in FIG. 3, the fastening member 75 has a reduced size portion 87 that penetrates the mounting hole 69 to the outside of the pressure vessel 15, and an enlarged size portion 88 that is somewhat larger and does not penetrate the mounting hole 69. And a stepped shape. Thereby, the positioning of the valve device unit 85, particularly the fastening member 75, with respect to the mounting hole 69 of the pressure vessel 15 becomes easy, and the subsequent welding operation can be performed easily, reliably and quickly. Further, a set screw (not shown) that reaches the inner screw 83 of the central through hole 82 from the outer portion thereof and then presses the outer screw 81 of the valve body 71 is engaged with the fastening member 75, and the fastening member 75 is loosened. Can be prevented.
[0035]
The structure, operation, and function of each member 72, 73, 74, 76, 77, 78 other than the valve body 71 constituting the valve device 70 are the same as those of the embodiment shown in FIG. The method of supplying pure water from the pure water storage tank, the method of stopping the same, and the like are the same as those in the previous embodiment, and thus will not be described in detail. Further, when the fluid to be supplied is pure water, these members 71, 72, 73, 74, 75, etc. are made of, for example, polyacetal, Teflon (R) to prevent metal ions from being mixed into the pure water. It is desirable to mold it from polytetrafluoroethylene, polycarbonate, or other engineering plastic materials such as those referred to as. However, when the fluid to be supplied is one that allows mixing of metal ions or the like, it can be formed of a metal member.
[0036]
Here, the metal fitting 44 or the fastening member 75 is arranged so as to surround the enlarged diameter portion of each of the valve bodies 46 and 71, and in addition to the function of mounting the valve devices 13 and 70 to the pressure vessel 15, The main bodies 46 and 71 also have a function of preventing the enlarged diameter portion from expanding even if a large pressure is applied to the enlarged diameter portion of the valve body by the high pressure in the reaction vessel 18 and preventing the main body 46, 71 from being broken. Have. Therefore, the metal fitting 44 and the fastening member 75 are desirably made of metal.
[0037]
When performing an annealing process in the automatic pure water supply system 10, a workpiece or a work 21 is set in a cassette 22 in the reaction chamber 18 and then pure water is supplied from the pure water storage tank 12 into the pure water holding chamber 20. I do. When supplying pure water from the pure water storage tank 12 into the pure water holding chamber 20, first, pure water is charged into the tank body 33 of the pure water storage tank 12, and then pure water is stored from the tank body 33. Pure water is supplied to the chamber 20.
[0038]
First, a method for putting pure water into the tank body 33 of the pure water storage tank 12 will be described. When pure water is charged into the tank body 33, the valve device 13 and the opening / closing valve 43b provided in the pure water flow path 30a are first closed. Here, the valve device 13 is a valve for introducing pure water into the pure water holding chamber 20, and the opening / closing valve 43 b is a valve for extracting pure water from the tank body 33. Next, the on-off valve 35 of the ventilation line 36 is opened to communicate the inside of the tank body 33 to the atmosphere. In this state, the open / close valve 43a of the pure water supply line 34 is opened, and pure water is supplied from a pure water supply source (not shown) into the tank body 33. In the tank body 33, an upper limit alarm sensor 38, an upper limit detection sensor 39, a leak detection sensor 40 due to backflow, a lower limit detection sensor 41, and a lower limit alarm sensor 42 are provided for detecting the level of pure water. These sensors are preferably plastic float switches in order to prevent foreign substances, particularly metal ions, from entering the pure water. Thus, the pure water supplied from the pure water supply line 34 accumulates in the tank body 33. When the pure water accumulates to an appropriate position, the upper limit detection sensor 39 operates. At this time, the on-off valve 43a is closed to stop the supply of pure water. However, if pure water is further carelessly supplied into the tank main body 33, the upper limit alarm sensor 38 is activated, and it is dangerous if the amount of pure water stored in the tank main body 33 becomes higher than this. Let me know. In this case, the on-off valve 43a is closed, and the on-off valve 43b is opened to extract excess pure water from the tank body 33. When the amount of pure water in the tank body reaches an appropriate amount, the on-off valve 35 of the ventilation line 36 is closed. Thereby, an appropriate amount of pure water is held in the tank body 33.
[0039]
Next, a procedure for supplying pure water from the tank body 33 to the pure water holding chamber 20 will be described. At this time, first, the pressure adjusting means 26b and the pure water discharging means 31 are opened to communicate the reaction vessel 18 with the atmosphere, and the pure water remaining in the pure water holding chamber 20 is discarded. Next, the valve means 13 is opened while only the pure water discharge means 31 is closed, and a high-pressure inert gas such as nitrogen gas is supplied from the high-pressure inert gas supply source into the tank body 33 via the supply line 37. I do. As a result, the pure water in the tank main body 33 is pressure-conveyed by the inert gas via the pure water flow path 30a, the valve main body 13, and the pure water guide flow path 30b. This prevents metal ions and other foreign matter from entering the pure water provided into the pure water holding chamber 20. The supply of the pure water by the high-pressure gas continues until the level of the pure water in the tank body 33 reaches the position where the lower limit detection sensor 41 operates. This is because the lower limit detection sensor 41 notifies the lower limit of the appropriate amount of pure water contained in the tank body 33. If the pure water is inadvertently supplied to the pure holding chamber 20 by the high-pressure gas and the level in the tank body 33 drops to the position of the lower limit alarm sensor 42, the lower limit alarm sensor 42 is activated and the tank is put into the tank body 33. If the amount of pure water contained falls below this level, it is dangerous.
[0040]
It can be understood that the amount of pure water between the lower limit detection sensor 41 and the upper limit detection sensor 39 in the tank body 33 is the optimal amount of pure water accommodated in the pure water holding chamber 20, that is, one annealing. It would be the amount of pure water used in the operation. After supplying an appropriate amount of pure water to the pure water holding chamber 20, the supply of high-pressure inert gas is stopped and the valve device 13 is closed, and the annealing operation at high temperature and high pressure is started in such a state. If pure water flows back from the pure water holding chamber 20 into the tank body 33 via the valve device 13 for some reason (for example, damage to the valve device 13) during the annealing operation, The level of pure water in the main body 33 rises from the position of the switch 41. When the level reaches the position of the leak detection sensor 40, the sensor 40 is activated. In this way, the backflow leak detection sensor 40 notifies that the pure water has flown back from the pure water holding chamber 20. At this time, it is necessary to stop the operation of the system 10 and check it immediately in order to correct the reason. Until now, such backflowed pure water could not be recognized from the outside because of a closed passage, and furthermore, such backflow detection means did not exist, so that often empty heating occurred and the reaction chamber 18 This fear can be completely eliminated in this device, which may cause breakage or other damage.
[0041]
In addition, the system 10 has a drain reservoir 27 near the lower bottom of the lower half 17 that constitutes the pressure vessel or outer can 15. As described above, in the drain reservoir 27, drain that leaks and condenses from the reaction container 18 into the pressure container 15 is stored. Therefore, when starting up the system 10, it is desirable to first open the drain discharge valve 29 and completely discard the drain in the drain reservoir 27. Pure water is a non-conductive substance, but the liquid that has condensed on the wall surface of the pressure vessel 15 and has flowed into the drain reservoir 27 or the liquid that has flowed into the drain reservoir 27 from the pure water holding chamber via the lower half 17 is By collecting the dust, it becomes a conductive liquid. The sensor means 28 measures the total amount of the liquid flowing into the drain reservoir 27 or the fluctuation of the flow rate of the drain flowing into the drain reservoir 27. The drain reservoir 27 is large enough to accommodate the amount of pure water required for one annealing operation in consideration of leakage of all pure water in the pure water holding chamber 20. Is preferred.
[0042]
The switch means 28 disposed in the drain reservoir 27 is composed of a plurality of float switches 28a, 28b, 28c, 28d set at different depth positions of the drain reservoir 27, for example, as shown in FIG. Here, the float switches 28a, 28b and 28c are respectively set when the liquid of 液体, 1 / and / of the volume of the drain reservoir 27 has accumulated in the drain reservoir 27 and at the highest position. The switch 28d is activated when the same amount of liquid as the amount of pure water required for one annealing process is accumulated in the drain reservoir 27. Further, these switches 28a, 28b, 28c and 28d are sequence-controlled with each other, and the time difference between the activation of the switches is determined, whereby the amount of drain per time flowing into the drain reservoir 27 can be known. By operating the switch 28a, it can be seen that a leak has occurred in the pressure vessel 15. However, when the time from the start of the annealing operation to the time when the switch 28a is activated, and further the time from the time when the switch 28a is activated to the time when the switch 28b is activated, are slightly longer than the time required for the annealing process time, Can continue the annealing operation without replenishing the pure water or stopping the system 10, but if the time is short, it is necessary to consider replenishing the pure water or stopping the annealing operation. This makes it possible to prevent an accident due to the empty firing of the reaction vessel 18 in advance. Of course, more float switches can be arranged to perform more detailed leakage management.
[0043]
Since such a drain reservoir did not exist in the pressure vessel used in the conventional system, the leakage of pure water causing such a drain was not noticed, and the reactor 18 was often emptied by heating. In some cases, serious damage such as breakage of the container, re-annealing work, or generation of a large number of defective products may occur, but such a problem is completely solved by this system.
[0044]
Further, in this system, a novel high-pressure annealing operation procedure is disclosed. According to the conventional high-pressure annealing treatment procedure, an accident often occurs in which spot-like stains are generated on the workpiece after the treatment. As a result of various studies by the inventor on the cause, in the high-pressure annealing process, after completing all the setting operations, first, prior to the heating operation inside the pure water holding chamber 20 by the heating means 25c and 25d. The preheating operation of the inside of the annealing chamber 19 by the heating means 25a and 25b is performed, but during the subsequent actual annealing operation, the heating conditions of the annealing chamber 19 and the heating conditions of the pure water holding chamber 20 are considered. I found that the cause was due to not paying special attention.
[0045]
Therefore, the inventor always tries to set the heating means 25a and 25b of the annealing chamber 19 and the heating means 25c and 25d of the pure water holding chamber 20 in a specific control relationship. This will be described below with reference to FIG. In this novel high-pressure annealing method, when the saturated vapor pressure in the annealing chamber 19 is P, the saturation temperature with respect to the internal pressure of the processing chamber 19 is t, and the temperature in the processing chamber 19 is T, First, the heating devices 25a and 25b are activated to increase the temperature in the processing chamber 19. This is so-called preheating. Thereafter, after the temperature (T) in the processing chamber 19 reaches a temperature that is Δt higher than the saturation temperature (t) with respect to the internal pressure of the processing chamber 19 (H1), the heating units 25c and 25d are activated. The pure water holding chamber 20 is heated to vaporize the pure water, and the saturation temperature (t) with respect to the internal pressure of the processing chamber 19 and the saturated vapor pressure (P) in the annealing processing chamber 19 are increased. During this operation, the temperature (T) in the processing chamber 19 is always maintained at a temperature higher by Δt than the saturation temperature (t) with respect to the internal pressure of the processing chamber 19. Here, the temperature inside the processing chamber 19 is substantially the same as the temperature of the work 21.
[0046]
Next, the saturated vapor pressure (P) in the annealing chamber 19, the saturation temperature (t) with respect to the internal pressure of the processing chamber 19, and the temperature (T) in the processing chamber 19 have become predetermined values. Thereafter (H2), the annealing operation is started while maintaining the saturation temperature (t) with respect to the internal pressure of the processing chamber 19 and the saturated vapor pressure (P) in the annealing processing chamber 19 at constant values. Also at this time, the temperature (T) in the processing chamber 19 is always maintained at a temperature higher by Δt than the saturation temperature (t) with respect to the internal pressure of the processing chamber 19. When the annealing process is completed (H3), T, t, and P are maintained while maintaining the temperature (T) in the processing chamber 19 at a temperature Δt higher than the saturation temperature (t) with respect to the internal pressure of the processing chamber 19. Gradually return to the initial value. Thus, even when the saturated vapor pressure (P) in the annealing chamber 19 and the saturation temperature (t) with respect to the internal pressure in the processing chamber 19 return to the zero position (H4), respectively, The temperature (T) always maintains a temperature state that is higher by Δt than the saturation temperature (t) with respect to the internal pressure of the processing chamber 19. Therefore, the temperature (T) in the processing chamber 19 returns to the position 0 at a time (H5) later than H4. As will be apparent to those skilled in the art, the pressure fluctuation in the annealing chamber 19 causes almost the same pressure fluctuation in the pressure vessel 15, and the annealing chamber is treated so as not to be damaged. Therefore, the inert gas can be introduced into each of the insides by the pressure adjusting means 26a and 26b or the pressure adjusting means provided separately therefrom.
[0047]
By maintaining the temperature (T) in the processing chamber 19 at a predetermined temperature (for example, Δt) at all times from the beginning to the end of the annealing process, the work 21 is kept above the temperature of the pure water holding chamber. Is always kept at a high temperature. For this reason, dew condensation does not occur on the work, thereby preventing the work from being stained. Here, Δt is preferably, for example, about 10 ° C. or more and 500 ° C. or less, depending on the internal temperature of the processing chamber 19. The temperature (T) in the processing chamber 19 and the saturation temperature (t) with respect to the internal pressure of the processing chamber 19 can be measured by a thermometer. In general, measurement by a thermometer is also possible. By measuring with a pressure gauge the steam pressure that rises exponentially when the heating means is heated, without measuring with a thermometer, a higher-precision measurement effect can be obtained.
[0048]
【The invention's effect】
According to the present invention, the temperature (T) in the processing chamber 19 is always maintained at a higher temperature by a predetermined temperature (for example, Δt) from the beginning to the end of the annealing process. As a result, the work 21 is always maintained at a temperature higher than the temperature of the pure water holding chamber, so that no dew condensation occurs on the work and it is possible to prevent the work from being stained. Here, Δt is desirably, for example, 10 ° C. or more and 500 ° C. or less (10 ° C. or more and 100 ° C. or less in consideration of economy). The temperature (T) in the processing chamber 19 and the saturation temperature (t) with respect to the internal pressure of the processing chamber 19 can be measured by a thermometer. However, generally, the measurement by the thermometer may lack accuracy. Therefore, the same measurement effect can be obtained by measuring the steam pressure which rises exponentially when the heating means is heated without using a thermometer to measure these temperatures.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a high-pressure annealing apparatus capable of performing the method of the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG. 1, and is a cross-sectional view showing a first embodiment of the automatic valve device.
FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 1 and is a cross-sectional view showing a second embodiment of the automatic valve device.
FIG. 4 is an enlarged view showing a drain reservoir of FIG. 1;
FIG. 5 is an explanatory view showing a new high-pressure annealing work procedure.
FIG. 6 is a view showing a known high-pressure annealing apparatus.
[Explanation of symbols]
10: Pure water automatic supply system 11: High pressure annealing device 12: Pure water storage tank 13: Valve device 15: Pressure vessel 18: Reaction vessel 19: Annealing treatment chamber 20: Pure water holding chamber 23: End cap 24: Passage 29: Drain discharge valve 30a: pure water flow path 30b: pure water guide flow path 31: discharge means 37: high-pressure inert gas supply line 44: flange-shaped fitting 45: central through hole 46: valve body 47: receiving member 48: sending member 49 : Valve body 50: holding member 51: starting member 52: connecting member 53: cover member 55: hole 55 a: enlarged diameter hole 55 b: reduced diameter hole 55 c: valve seat 57: lateral hole 58: enlarged flange 59: outside Screw 60: Upper end part 61: Intermediate shaft part 62: Lower shaft part 69: Mounting hole 70: Valve device 71: Valve main body 72: Receiving member 73: Sending member 74: Valve body 75: Fastening member 76: Starting part 77: connecting member 78: cover member 79: hole 80: the expanded diameter member 81: external thread 82: a central through-hole 85: the valve device unit 86: Welding 87: reduced dimension of 88: enlarged dimension portion

Claims (3)

圧力室内に配置されたアニール処理容器内の飽和蒸気圧力(P)と、当該処理容器の内部圧力に対する飽和温度(t)と、当該処理容器内の温度(T)と、を特定することにより、高温高圧下で純水を使用してワークへ酸化膜を形成するためのアニール水蒸気処理方法において、
処理容器内の温度を上昇するために圧力室内に配置した加熱装置25a、25bを起動させて、ワークを予備加熱する予備加熱工程と、
当該処理容器内の温度が、処理容器の内部圧力に対する飽和温度(t)よりもΔtだけ高い温度に成った後(H1)に、加熱手段25c、25dを起動して当該処理容器の内部圧力に対する飽和温度(t)と、アニール処理容器内の飽和蒸気圧力(P)と、を上昇させながら、ワークを徐々に準備加熱する準備加熱工程と、
アニール処理容器内の飽和蒸気圧力(P)と、当該処理容器の内部圧力に対する飽和温度(t)と、当該処理容器内の温度(T)と、が所定の値になった後(H2)に、処理容器の内部圧力に対する飽和温度(t)と、アニール処理容器内の飽和蒸気圧力(P)と、をそれぞれ一定の値に維持しながらアニール処理作業を行なうアニール処理作業工程と、
アニール処理作業が完了(H3)したなら、アニール処理容器内の飽和蒸気圧力(P)と、当該処理容器の内部圧力に対する飽和温度(t)と、をそれぞれ初期の値(0位置)迄徐々に戻す(H4)戻し工程と、
の諸段階よりなり、
準備加熱工程、アニール処理作業工程及び戻し工程を通して、処理容器内の温度(T)を処理容器の内部圧力に対する飽和温度(t)よりも常にΔtだけ高い温度に維持することを特徴とするアニール水蒸気処理方法。
By specifying the saturated vapor pressure (P) in the annealing treatment container disposed in the pressure chamber, the saturation temperature (t) with respect to the internal pressure of the treatment container, and the temperature (T) in the treatment container, In an annealing steam treatment method for forming an oxide film on a work using pure water under high temperature and high pressure,
A pre-heating step of activating the heating devices 25a and 25b arranged in the pressure chamber to raise the temperature in the processing chamber to pre-heat the work;
After the temperature in the processing vessel reaches a temperature Δt higher than the saturation temperature (t) with respect to the internal pressure of the processing vessel (H1), the heating means 25c and 25d are activated to activate the heating means 25c and 25d. A preparation heating step of gradually preparing and heating the work while increasing the saturation temperature (t) and the saturation vapor pressure (P) in the annealing container;
After the saturated vapor pressure (P) in the annealing treatment container, the saturation temperature (t) with respect to the internal pressure of the treatment container, and the temperature (T) in the treatment container have reached predetermined values (H2). An annealing operation step of performing an annealing operation while maintaining a saturation temperature (t) with respect to the internal pressure of the processing container and a saturated vapor pressure (P) in the annealing container at constant values, respectively;
When the annealing process is completed (H3), the saturated vapor pressure (P) in the annealing container and the saturation temperature (t) with respect to the internal pressure of the processing container are gradually increased to initial values (0 position), respectively. Return (H4) return step;
Of the various stages,
Annealing steam characterized in that the temperature (T) in the processing vessel is always maintained at a temperature Δt higher than the saturation temperature (t) with respect to the internal pressure of the processing vessel throughout the preparation heating step, the annealing processing step and the return step. Processing method.
請求項1において、Δtが、少なくとも10℃以上500℃以下であることを特徴とするアニール水蒸気処理方法。2. The annealing steam treatment method according to claim 1, wherein Δt is at least 10 ° C. or more and 500 ° C. or less. 処理容器内の温度(T)と処理容器の内部圧力に対する飽和温度(t)とを、加熱手段を加熱したときに累乗的に上昇する蒸気圧力を圧力計によって計測することにより特定することを特徴とするアニール水蒸気処理方法。The temperature (T) in the processing vessel and the saturation temperature (t) with respect to the internal pressure of the processing vessel are specified by measuring a steam pressure which rises exponentially when the heating means is heated by a pressure gauge. Annealing steam treatment method.
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