JPH0254751A - 金属酸化処理装置及び金属酸化処理方法並びに金属装入方法 - Google Patents

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】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は金属酸化処理装置に係り、特に超高正常なガス
配管系や超高真空の装置に用いられる金属部品で曲がり
部を有する管状の部品の不動態化処理を行う金属酸化処
理装置に関する。

［従来技術］ 近年、超高真空を実現する技術や、あるいは真空チャン
バ内に所定のガスを小流量流し込み超高清浄な減圧雰囲
気をつくり出す技術が非常に重要となってきている。こ
れらの技術は、材料特性の研究、各種薄膜の形成、半導
体デバイスの製造等に広く用いられており、その結果益
々高い真空度が実現されているが、さらに、不純物元素
および不純物分子の混入を極限まで減少させた減圧雰囲
気を実現することが非常に強く望まれている。

例えば、半導体デバイスを例にとれば、集積回路の集積
度を向上させるため、単位素子の寸法は年々小さくなっ
ており、１μｍからサブミクロン、さらに、０．５μｍ
以下の寸法を持つ半導体デバイスの実用化のために盛ん
に研究開発が行われている。

このような半導体デバイスの製造は、薄膜を形成する工
程や、形成された薄膜を所定の回路パターンにエツチン
グする工程等をくり返して行われる。そしてこのような
プロセスは、通常シリコンウェハを真空チャンバ内に入
れ、超高真空状態、あるいは所定のガスを導入した減圧
７囲気で行われるのが普通である。これらの工程に、も
し不純物が混入すれば、例えば薄膜の膜質が劣化したり
、微細加工の精度が得られなくなるなどの問題を生じる
。これが超高真空、超高清浄な減圧雰囲気が要求される
理由である。

超高真空や、超高清浄な減圧雰囲気の実現をこれまで阻
んでいた最大の原因の一つとして、チャンバやガス配管
などに広く用いられているステンレス鋼の表面から放出
されるガスがあげられる。

特に、表面に吸着していた水分が真空あるいは減圧雰囲
気中において脱離してくるのが最も大きな汚染源となっ
ていた。

第９図は、各種装置におけるガス配管系および反応チャ
ンバを合わせたシステムのトータルリーク量（配管系お
よび反応チャンバ内表面からの放出ガス量と外部リーク
との和）とガスの汚染の関係を示したグラフである。な
お、もとのガスは全く不純物を含まないものとしている
。図中の複数の線は、ガスの流量をパラメータとして様
々な値に変化させた場合の結果について示している。当
然のことながら、ガス流量が少なくなる程、内表面から
の放出ガスの影響が顕在化し、相対的に不純物濃度は高
くなる。

半導体プロセスは、ハイアスペクト比の穴開は及び穴埋
め等のより精度の高いプロセスを実現するためガスの流
量を益々少なくする傾向にあり、例えば数１０　ｃｃ／
ｍｉｎやそれ以下の流量を用いるのがサブミクロンＵＬ
ＳＩのプロセスでは普通となっている。かりに、１０　
ｃｃ／ｍｉｎの流量を用いたとすると、現在広く用いら
れている装置のように１０−”−１０−６Ｔｏｒｒ−Ｉ
ｔ　／　ｓｅｃ程度のシステムトータルリークがあると
ガスの純度は１％〜１０ｐｐｍになり、高清浄プロセス
とは程遠いものになってしまう。

本発明者は、超高清浄ガス供給システムを発明し、シス
テムの外部からのリーク量を現状の検出器の検出限界で
ある１　ｘ　１０−”　Ｔｏｒｒ−１２／ｓｅｃ以下に
抑えこむことに成功している。しかし、システム内部か
らのリーク、すなわち、前述のステンレス鋼の表面から
の放出ガス成分のため、減圧雰囲気の不純物濃度を下げ
ることができなかった。現在の超高真空技術における表
面処理により得られている表面放出ガス量の最小値は、
ステンレス鋼の場合、１　ｘ　１０−”　Ｔｏｒｒ　−
Ｉｔ　／　ｓｅｃ−ｃｍ”であり、チャンバの内部に露
出している表面積を例えば１ｍ’と最も小さく見積った
としても、トータルでは１　ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ　−
Ｉｌ／　ｓｅｃのリーク量となり、ガス流量１０　ｃｃ
／ｍｉｎに対しｉｐｐｍ程度の純度のガスしか得られな
い。ガス流量をさらに小さくすると、さらに純度が落ち
ることは言うまでもない。

チャンバ内表面からの脱ガス成分を、トータルシステム
の外部リーク量と同じｌＸｌ０−”Ｔｏｒｒ−１１／　
ｓｅｃと同程度まで下げるには、ステンレス鋼の表面か
らの脱ガスをｌＸｌ０−”Ｔｏｒｒ−ＩＩ　／　ｓｅｃ
−ｃｍ２以下とする必要があり、そのため、ガス放出量
を少なくするステンレス鋼の表面の処理技術が強く求め
られていた。

また、半導体製造プロセスでは、比較的安定な一般ガス
（０２，Ｎ２．Ａｒ、Ｎ２．Ｈｅ）から反応性、腐食性
及び毒性の強い特殊ガスまで、多種多様なガスが使用さ
れる。通常これらのガスを扱う配管やチャンバの材料に
は、反応性、耐腐食性、高強度、２次加工性の容易さ、
溶接の容易さ、及び内表面の研磨の施し易さからステン
レス鋼が使用されることが多い。

ステンレス鋼は、乾燥ガス雰囲気中では耐食性に優れて
いる。しかしながら、特殊ガスの中には７囲気中に水分
が存在すると加水分解して塩酸やフッ酸を生成し強い腐
食性を示す三塩化ホウ素ＣＢＣＩ１３　）や三フッ化ホ
ウ素（ＢＦ３）等があり、上述のＢＣＪＺ３やＢＦ３の
ような塩素系やフッ素系のガス雰囲気中で水分が存在す
る場合にはステンレス鋼は容易に腐食されてしまう。こ
のため、ステンレス鋼の表面研磨後には耐腐食性処理が
不可欠となる。

耐腐食性処理方法としてはステンレス鋼に耐食性の強い
金属を被覆するＮ１−Ｗ−Ｐコーティング（クリーンニ
スコーティング法）等があるが、この方法ではクラック
、ピンホールが生じ易いばかりでなく、湿式メツキを用
いる方法であるために内表面の水分の吸着量や溶液残留
成分が多くなる等の問題を有している。他の方法として
は金属表面に薄い酸化物皮膜を作る不動態化処理による
耐腐食性処理が挙げられる。ステンレス鋼は液中に十分
な酸化剤があれば浸漬しただけで不動態化するので、こ
の方法では通常は常温あるいは若干温度を上げた状態で
硝酸溶液に浸漬し、不動態化処理を行っている。しかし
この方法も湿式の方法であるため、配管やチャンバ内面
に水分および処理溶液の残留分が多く存在する。以上の
方法において、特に内表面に吸着された水分の存在は、
塩素系、フッ素系ガスを流した場合、ステンレス鋼に痛
烈なダメージを与えることになる。

従って、腐食性ガスに対してもダメージをうけることな
く、かつ水分の吸蔵や吸着の少ない、不動態膜を形成し
たステンレスによりチャンバやガス供給系を構成するこ
とが、超高真空技術や半導体プロセスに非常に重要であ
る。

例えば、ステンレス鋼管の不動態化処理については、水
分の含有量が１０ｐｐｂ以下といった高清浄な７囲気で
加熱酸化処理を行った時に、脱ガス特性に優れた不動態
膜が得られている。

第１０図は、内面処理状態の異なるステンレス鋼管を常
温でパージした時にパージガス中に含まれる水分量の変
化を示している。実験は、全長２ｍの３／８“のステン
レス鋼管にＡｒガスを１．２Ｉｌ／ｍｉｎの流量で流し
、出口のＡｒガス中に含まれる水分量をＡＰＩＭＳ　（
大気圧イオン化質量分析装置）で測定した。

テストしたステンレス鋼管の種類は、ステンレス鋼管の
内面を電界研磨したもの（Ａ）、電界研磨後、硝酸によ
る不動態化処理を行ったもの（Ｂ）、及び電界研磨後、
高清浄でドライな霊囲気で加熱酸化によって不動態膜を
形成したもの（Ｃ）の３種類であり、第１０図ではそれ
ぞれＡ、Ｂ、Ｃの線で示されている。各ステンレス鋼管
は相対湿度５０％、温度２０℃のクリーンルームに約１
週間放置した後、本実験を行った。

第１０図のＡ、Ｂから明らかなように、電界研磨管（Ａ
）、硝酸による不動態化処理を行った電界研磨管（Ｂ）
のいずれも多量の水分が検出されていることが分かる。

約１時間通ガスした後もＡでは６８ｐｐｂ、Ｂでは３６
ｐｐｂもの水分が検出されており、２時間後も水分量は
Ａ、Ｂそれぞれ４１ｐｐｂ、２７ｐｐｂで、なかなか水
分量が減少しない。これに対し、高清浄ドライ雰囲気で
不動態膜を形成したＣでは、通ガス後５分後には７ｐｐ
ｂに落ち、１５分以降はバックグラウンドのレベル３ｐ
ｐｂ以下になってしまった。このように、Ｃは極めて優
れた吸着ガスの脱ガス特性を持っていることが分かって
いる。

ところが、第１０図のＣに示したようなステンレス鋼管
をつくるための水分含有量１０ｐｐｂ以下の超高清浄な
酸化雰囲気を実現するためには、高度の条件制御が必要
であり、高コストで生産効率が悪く、量産に適したもの
とはいえなかった。

すなわち、従来−膜内に使用されていた金属酸化処理装
置及び金属酸化処理方法では、このような超高清浄の酸
化雰囲気を実現することができなかった。

また、特に１／４″、３／８″及び１／２″といった内
径が小さいステンレス鋼管や曲がり部を有するステンレ
ス鋼管等では、ガスが流れにくく滞留しやすいため、ス
テンレス鋼管の内部は大気雰囲気に晒されて汚染された
ままの状態で酸化処理が行われてしまっていた。これで
は耐腐食性に優れ、かつ水分の吸蔵、吸着の少ない良質
の不動態膜を形成することはできない。また、ステンレ
ス鋼管の外側は、超高純度ガスの供給には直接関係ない
ため、表面の荒さ、汚さによって酸化処理後の表面は汚
くなってしまう。このステンレス鋼管の外側が酸化され
るということは、見た目が汚なく、クリーンルーム内に
配管した場合にパーティクルが発生するといった問題の
原因となる。

したがって、ステンレス鋼管等の被酸化処理金属の不動
態化処理の量産化技術において、その内表面に耐腐食性
に優れ、かつ水分の吸蔵、吸着の少ない不動態膜を形成
するとともに、その外面が酸化されない技術を確立する
ことが望まれていた。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、金属酸化
処理装置内での曲がり部を有するステンレス鋼管等の被
酸化処理金属表面からの放出ガスや水分等の不純物によ
る汚染を減少させ、優れた耐蝕性を有する超高真空、超
高清浄な減圧装置及びガス供給系配管用のステンレス鋼
管等を量産できる金属酸化処理装置を提供することを目
的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の第１の要旨は、酸化炉と、前記酸化炉内にガス
を導入するためのガスの導入口と、前記酸化炉内からガ
スを排気するための排気口と、前記酸化炉を所定の温度
に加熱する加熱器と、曲がり部を有する管状の被酸化処
理金属（以下、被酸化処理金属曲管と称す）を前記酸化
炉内に固定する接続継ぎ手を兼ねたホルダーとを有し、
前記導入口が前記被酸化処理金属曲管の一端に接するよ
うに配置されており、前記排気口が前記被酸化処理金属
曲管の他端に接するように配置されており、前記被酸化
処理金属曲管の内部にガスを流しながらドライ酸化雰囲
気で前記被酸化処理金属曲管を加熱酸化するようにした
ことを特徴とする曲がり部を有するステンレス鋼管等の
被酸化処理金属曲管の表面に不動態膜を形成するための
金属酸化処理装置に存在する。

本発明の第２の要旨は、第１の要旨において、前記被酸
化処理金属曲管の一端に接しないように配置された前記
酸化炉内にパージ用ガスを導入するための前記導入口と
は別の他の導入口と、前記被酸化処理金属曲管の他端に
接しないように配置された前記酸化炉内からガスを排気
するための前記排気口とは別の他の排気口とを有し、前
記被酸化処理金属曲管の外側が酸化されることを防止す
るようにしたことを特徴とする金属酸化処理装置に存在
する。

本発明の第３の要旨は、第１又は第２の要旨において、
前記被酸化処理金属曲管を前記酸化炉内に配置又は固定
する際には前記酸化炉を前記排気口、又は前記排気口及
び他の排気口側から開放する構成とされており、前記導
入口、又は前記導入口及び他の導入口に開放時にパージ
用ガスを導入するためのパージ用ガスラインが接続され
ており、前記被酸化処理金属曲管を前記酸化炉内に配置
又は固定する際に大気に晒されることを防止するように
したことを特徴とする金属酸化処理装置に存在する。

本発明の第４の要旨は、第１乃至第３の要旨のいずれか
１つにおいて、前記ガスの導入口にパージ用ガスと酸化
処理雰囲気ガスとを切り替えできるシステムとしたガス
ラインが接続されており、前記ガスラインのパージ用ガ
スラインと酸化処理雰囲気ガスラインのうち前記酸化炉
にガスを供給していないラインを常時排気する手段を有
し、酸化処理雰囲気を高清浄に保つようにしたことを特
徴とする金属酸化処理装置に存在する。

本発明の第５の要旨は、第１乃至第４の要旨のいずれか
１つにおいて、前記導入口、又は前記導入口及び前記他
の導入口に接続された酸化処理雰囲気ガスライン及びパ
ージ用ガスラインに加熱ヒーターが設けられており、前
記酸化炉内に供給するガスの温度を酸化処理雰囲気の温
度まで加熱するようにしたことを特徴とする金属酸化処
理装置に存在する。

［作用］ 本発明では、まず酸化炉の閉鎖時に酸化雰囲気中から水
分等の不純物を効率的に排除することに主眼を置き、被
酸化処理金属曲管の内部に常に新しいガスを導入し、か
つ被酸化処理金属曲管の内部から常にガスを排気するこ
とでこれを実現した。

すなわち、本発明の最大の特徴は、内径が小さく曲がり
部を有するステンレス鋼管等のガスの流れにくい被酸化
処理金属曲管の内部の酸化処理を行う場合に、ガスの導
入口と排気口を曲管の両端に接する形で配置し、一方か
らガスを導入しつつ他方で常に排気することにより曲管
の内部に酸化処理雰囲気ガスを強制的に流し、酸化炉内
で被酸化処理金属曲管表面から脱離した水分等の不純物
を酸化炉外に排気し、被酸化処理金属曲管をドライな酸
化処理雰囲気中で加熱酸化せしめることにある。これに
より、酸化処理雰囲気中の水分濃度を目的とする値以下
（例えばステンレス鋼の場合１０ｐｐｂ以下）まで下げ
ることができ、被酸化処理金属曲管の表面に良好な不動
態膜を形成することを可能とするものである。

また、曲管の外面の酸化を防止するためには、酸化炉内
の曲管の外部に不活性ガスを流して酸化処理を行い、よ
って、曲管の外面を酸化せずに曲管の内面にのみ不動態
膜を形成することができる。この作用をより確実に得る
ためには、曲管外部の不活性ガスの圧力を曲管内部の酸
化雰囲気ガスの圧力よりも高くし、これにより曲管内部
から曲管外部へのガスの流れを抑制し、曲管外部に酸化
雰囲気ガスが漏れにくくすればよい。

次に本発明では、酸化炉の閉鎖前の汚染に着目し、酸化
炉の開放時に酸化炉内に水分等の不純物が混入すること
を防止しようと考えた。酸化炉を開放して酸化炉内に被
酸化処理金属曲管を配置又は固定する際に、酸化炉内部
及び被酸化処理金属曲管が不純物を含む大気に晒される
ことを極力防止するためには、開放部を酸化炉の排気口
側に開放部を設け、導入口からは常にパージ用ガスを導
入しておき、酸化炉内から開放部へ向かうガスの流れを
つくることが非常に有効である。これにより、大気が開
放中の酸化炉内部に入りにくくするができ、先に述べた
通ガスで酸化処理雰囲気中の水分濃度を目的値以下（例
えばｔｏｐｐｂ以下）まで下げることに要する時間を短
縮することができる。

また、以上の作用をより効果的なものとするためには、
導入されるガスの供給系を高純度なガスを常に供給でき
るものとすることも重要である。

特に、パージ用ガスのラインと酸化雰囲気ガスのライン
のような２つのガスラインが導入口に接続されている場
合に、パージ用ガスから酸化霊囲気ガスへ、又は酸化雰
囲気ガスからパージ用ガスヘのガス切り替えを行うと、
水分を中心とする不純物が系内の汚染を生じていた。こ
れは、供給するガス（例えば酸化雰囲気ガスである０２
）が停止状態になフていた間に、配管内壁からの水分を
中心とする放出ガスによって汚染されてしまうことが大
きな原因となっていた。

金属を酸化処理雰囲気中で加熱酸化する場合には、酸化
炉内に被酸化処理金属曲管を配置又は固定したのち、ま
ず酸化炉及び被酸化処理金属曲管のベーキング及びパー
ジを行う。ベーキングは、酸化処理温度と同じ温度で、
排気されるガス中の水分量が充分に低く（例えば１０ｐ
ｐｂ以下）なるまで行う。このパージ用ガスによるベー
キング及びパージが終了した後、被酸化処理金属曲管内
部に供給するガスを酸化処理雰囲気ガス（例えば０２）
に切り替えて酸化処理（不動態化処理）を開始するが、
このガスの切り替えの際に水分を中心とする汚染物質が
系内に混入すると、結局水分を含む雰囲気中で加熱酸化
を行うことになる。そこで、酸化炉内の温度を一度室温
まで低下させ、ガスをパージ用ガスから酸化処理雰囲気
ガス（例えば０□）に切り替えて、酸化炉内で酸化反応
が進まない状態で酸化処理雰囲気ガスを十分パージし、
汚染物質を完全に除去した後、酸化炉の温度を上げ酸化
処理を行うようにしなければならない。ところが、この
降温処理には１２〜２４時間といった長時間を要するの
で、酸化処理時間を短縮する上でも、このガス切り替え
時の系内の汚染を極力抑え込むことのできるシステムと
することが望ましい。

そこで、不活性ガスの供給系と酸化７囲気ガスの供給系
とを４つのバルブを一体化したデッドスペースの極めて
少ないモノブロックバルブで切り換え、かつ、不活性ガ
スの供給系と酸化霊囲気ガスの供給系のうち酸化炉にガ
スを供給していない方の供給系は常に排気されるシステ
ムとし、これによりガスの滞留を防止し、超高純度なガ
スの供給を実現した。本システムとすることにより、供
給されるガスの超高純度を安定して良好に保ち、ガスの
切り換えも極めて容易に行え、切り換え時に酸化炉が高
温であっても、切り換え時の不純物の混入やその影響を
心配する必要がない。すなわち、酸化炉内の雰囲気の水
分濃度を一旦目的値以下１１１ｆ　１０　Ｐ　ｐｂ以下
）とすれば確実にこれを維持でき、酸化炉の温度を下げ
たり醇化炉内を切り替え後のガスで長時間パージする等
の手順をふまずに切り換えができる。

さらに、ガスの供給系にもヒーターを設けることによっ
て、導入されるガスの温度を酸化炉内の酸化処理雰囲気
温度の温度まで加熱し、よって酸化処理雰囲気温度を均
一に保ち、酸化炉内の温度制御を確実に行え、酸化処理
効率を向上させることができる。

以上に述べた作用により、被酸化処理金属曲管の表面に
均一な不動態膜を設けることができ、表面からの放出ガ
スによる不純物を減少させ、反応性、腐食性を有するガ
スに対しても優れた耐食性を有する超高真空、超高清浄
な減圧装置及びガス供給配管系用の部品を提供できる金
属酸化処理装置を実現することができる。

［実施例コ 以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明において、エルボ−を酸化処理する場合
の一実施例を示す装置の概略図である。

第１図において、１０１は曲がり部を有する被酸化処理
金属官であるエルボ−であり、通常ステンレス鋼管の内
面に電界研磨を施した５ＵＳ３１６Ｌ材で、直径１／４
”、３／８”、及び１／２″程度の規格品が、２０〜１
００本収納されている。上記以外の直径であってもよい
ことはいうまでもない。１０２は酸化炉であり、石英管
でもよいが、加熱酸化処理を行ったとき、エルボ−１０
１の熱膨張及びガスの気密性等を考慮すると、ステンレ
ス鋼の内面電界研磨、不動態化処理を施したステンレス
鋼で作ることが好ましい。

１０３．１０４はエルボ−１０１に気密性を持たせてガ
スを流すための一種のガスケットを兼ねたホルダーであ
り、エルボ−を挿入して加熱した時に気密性を持たせる
ためには、熱膨張率がステンレス鋼よりも小さく、内面
処理が施し易く、放出ガス等の影響のできる限り少ない
材質（例えばニッケル合金等）が望ましい。また、ホル
ダー１０３はエルボ−を上向きに固定するためのガイド
を備えている。

第７図（ａ）、（ｂ）にホルダー１０３の概略図を示す
。第７図（ａ）はホルダー１０３を上面から見た図であ
り、本例では３４木のエルボ−を装填できるホルダーが
示されている。７０１はエルボ−を固定するための溝状
のガイド、７０２はエルボ−差し込み部である。第７図
（ｂ）はホルダー１０３を側面から見た図であり、左半
分は側面透視図、右半分は中心線に沿っての断面図で描
かれている。エルボ−差し込み部７０２はエルボ−の一
端が差し込まれるようになっており、さらに、エルボ−
の一端に接するようにガスの導入ロア０３が設けられて
いる。

以下、第１図によって説明を続ける。１０５゜１０６は
フランジであり、ガスの流れが各エルボ−に対し均一に
なるような形状にしである。

１０７は各エルボ−の内部にパージ用ガス（例えばＡｒ
）及び酸化処理温度気ガス（例えば０２）を供給するた
めのガス導入管、１０８はエルボ−の外面を不活性雰囲
気にしエルボ−の外面が酸化されることによって汚れる
ことを防止するための不活性ガス（例えばＡｒ）を供給
するためのパージ用ガス導入管、１１４，１１５はそれ
ぞれエルボ−の内部及び外部に流れるガスの排気ライン
であり、以上のガス導入管１０７，１０８、排気ライン
１１４，１１５は、３／８″、１／２”等の配管径の内
面電界研磨５ＵＳ３１６Ｌ管で構成されている。ガス導
入管１０７から酸化炉１０２内に至る開口部が導入口、
ガス導入管１０８から酸化炉１０２内に至る開口部が他
の導入口、排気ライン１１４から酸化炉１０２内に至る
開口部が排気口、排気ライン１１５から酸化炉１０２内
に至る開口部が他の排気口である。１１８は浮き子式流
量計、１０９，１１０はマスフローコントローラーであ
り、酸化炉１０２内を流れるそれぞれのガスの流量を調
整し、１０９，１１０と１１８からエルボ−１０１に流
れるガス量ケ算出する。もちろん、１１８にマスフロー
コントローラー１０９．１１０にニードルバルブ付き浮
き子式流量計を用いても構わないが、酸化炉１０２内の
雰囲気を高清浄に保つという立場から、１０９゜１１０
はマスフローコントローラーを用いることが望ましい。

また、流量計１１８は排気ライン１１５側に設置されて
いるが、もちろん排気ライン１１４側に設置してもよい
し、排気ライン１１４．１１５の両方に設置してもかま
わない。

１１６．１１７はＭＣＧ　（メタルＣリングタイプ）継
ぎ手であり、フランジ１０６を取り外す場合に排気ライ
ン１１４，１１５を切り離すための継ぎ手であり、外部
リークフリー、パーティクルフリーの立場から、ＭＣＧ
継ぎ手を用いることが好ましい。１１９は加熱用のヒー
ターであり、操作性、酸化処理温度の均−化等を考慮す
ると、２つ割型の電気炉で、配線を縦方向にしたものが
好ましい。１２０，１２１は断熱材であり、電気炉の縦
方向への放熱を防止し、酸化炉１０２内の温度をできる
だけ均一にするための保温材である。ｔｔｉ、１１２，
１１３は酸化炉１０２内に導入するガスを酸化処理温度
まで加熱するためのヒーターである。１２２はエルボ−
１０１の位置を固定し、エルボ−１０１のエンドが容易
にホルダー１０４に入るようにするためのガイドである
。１２３，１２４，１２５，１２６，１２７は酸化炉１
０２とフランジ１０５及び１０６とをシールするバッキ
ングであり、加熱酸化処理温度を考慮すると５００℃を
越えても弾性を有する材質（例えばニッケル合金）にす
ることが望ましい。

次に、この装置の機能、操作手順を図面を用いて説明す
る。

第２図は、酸化炉１０２を開放したときの状態図であり
、エルボ−を収納する前の準備状態である。不動態化処
理技術において、その処理雰囲気の清浄度は、形成され
る不動態膜の膜厚、膜質に大きな影響を与えるため、で
きるだけクリーンな雰囲気で開放することが必要である
。このため、第２図の状態はできるだけ短時間にし、大
気成分が酸化炉１０２内を汚染することを極力防止する
ようにする。

本実施例では、フランジ１０６側を開放する側としてい
る。開放する側はフランジ１０５の側であってもよいが
、上記の大気による汚染を考慮すると、本実施例に示す
ように、開放するフランジを１０６側にし、１０５側か
らはパージ用ガス（例えばＡｒ）を流し続けていき、大
気成分が酸化炉１０２内に混入することを防止する方法
を取ることが最も好ましい。。

第３図は、第２図の状態とした後、酸化炉１０２内にエ
ルボ−１０１を収納した状態を示す図である。エルボ−
１０１は、ホルダー１０３のガイド（第７図（コ）に示
すガイド７０１）に沿フて挿入し、ホルダー１０３のエ
ルボ−差し込み部（第７図（ａ）、（ｂ）に示すエルボ
−差し込み部７０２）にはめ込む。この時も前述の第２
図と同様に、大気成分の混入を極力防止する。また、パ
ーティクルの発生を防止するためにガス導入管！０．７
．１０８からガスを流しておく。ざらにガイド１２２を
中心部に入れて固定する。

第４図は、第３図の状態の後、エルボ−１０１をセット
した酸化炉１０２にホルダー１０４及びフランジ１０６
を取り付けた状態を示す図である。

第５図は、第４図の状態の後、継ぎ手１１６゜１１７で
排気ライン１１４，１１５を接続した状態を示す図であ
る。この状態で、エルボ−１０１の内部及び酸化炉１０
２内にパージ用ガス（例えばＡｒ）を流し、大気に晒さ
れて汚染された酸化炉１０２内の雰囲気を不活性ガス雰
囲気に置換する。パージ用ガスの流量は一度にＩＡ理で
きるエルボ−の本数、酸化炉１０２の大きさによっても
ちろん異なるが、例えば、流速２〜１０ｍ／ｓｅｃとい
った大量のガスで２〜４時間程度パージを行い、酸化炉
１０２内の水分を中心とした汚染物を除去する。

第６図は、第５図の状態にヒーター１１９、保温材１２
１をセットした状態である。この状態で、まず、酸化炉
１０２及びエルボ−１０１のベーキング及びパージを行
う。ベーキングは、酸化処理温度（例えば４００℃〜５
５０℃）と同じ温度で、出口からのガス中の水分量が、
５ｐｐｂ程度以下になるまで行う。このときガス導入配
管のヒーター１１１，１１２，１１３も同時に加熱し、
酸化炉１０２内に導入するガスの温度が酸化処理温度（
例えば４００℃〜５５０℃）になるように温度設定を行
い、ガス導入による酸化炉１０２内の温度低下を防止す
る。パージ用ガスによるベーキング、パージが終了した
後、エルボ−１０１内部に供給するガスを酸化処理雰囲
気ガス（例えば０２）に切り替えて、酸化処理（不動態
化処理）を開始する。

このガスの切り替えの際には、水分を中心とする汚染物
質が必ず系内に混入する。このため、酸化炉１０２内の
温度を一度室温まで低下させ、ガスをパージ用ガスから
酸化処理雰囲気ガス（例えば０２）に切り替えて、酸化
炉１０２内で酸化反応が進まない状態で酸化処理７囲気
ガスを十分パージし、汚染物質を完全に除去した後、酸
化炉１０２の温度を上げ酸化処理を行う必要がある。

ところが、この降温処理には１２〜２４時間といった長
時間を要する。そこで酸化処理時間を短縮する上では、
ガス切り替え時の系内の水分を中心とする汚染を極力抑
えた配管システムにし、降温処理を無くし、酸化炉１０
２が高温のままの状態でガスの切り替えを行えるように
し、酸化処理時間を短縮することが望ましい。

パージ用ガスから酸化雰囲気ガスへ、又は酸化：囲気ガ
スからパージ用ガスへのガス切り替え時の水分を中心と
する系内の汚染は、供給するガス（例えば０２）が停止
状態になっていたために配管内壁からの水分を中心とす
る放出ガスによって汚染されていたことが大きな原因と
なっていた。

したがって、酸化処理雰囲気ガス及びパージ用ガスを常
時パージできるシステムとし、このガス切り替え時の系
内の汚染を極力抑え込むことが望ましい。

第８図は、このガス切り替え時の系内の汚染を防止する
配管システムの例である。１０７及び１０９はそれぞれ
第１図に示したガス導入管及びマスフローコントローラ
ーに相当する。８０１は酸化処理雰囲気ガス（例えば０
２）の供給ライン、８０２はパージ用ガス（例えばＡｒ
）の供給ラインであり、もちろん酸化処理を行うステン
レス鋼管の本数、酸化炉１０２の大きさによっても異な
るが、３／８”又は１／２”程度の内面電界研磨５ＵＳ
３１６Ｌ管で構成される。８０３゜８０４．８０５，８
０６はストップバルブであり、４個のバルブを一体化し
、デッドスペースを極力小さくしたモノブロックバルブ
である。

８０７．８０８は排気口からの大気成分の逆拡散による
混入を防止するためのスパイラル管、８０９．８１０は
ニードルバルブ付き浮き子式流量計である。もちろん８
０９，８１０はニードルバルブと浮き子式流量計とを分
離したもの、又はマスフローコントローラーのいずれを
用いても構わない。８１１，８１２は排気ラインであり
、それぞれのガスを適切な排気処理を行って放出するラ
インである。８１３は７囲気ガス供給ラインであり、第
１図に示す酸化炉１０２ヘガスを供給するラインである
。

次に、第８図の配管システムの操作について説明する。

まず、酸化炉内のパージを行う時には、バルブ８０３．
８０６を閉じ、８０４を開け、パージ用ガスを８０２か
らガス導入管１０７、マスフローコントローラー１０９
を経由してガス供給ライン８１３に供給する。この時、
バルブ８０５を開け、酸化処理７囲気ガスをガス供給ラ
イン８０１からスパイラル管８０７、ニードルバルブ付
き浮き子式流量計８０９を経由して排気ライン８１１ヘ
パージしておく。酸化炉内のパージが終了したら、次に
バルブ８０４，８０５を閉、８０３を開にし、酸化処理
雰囲気ガスを雰囲気ガス供給ライン８１３へ供給する。

この時、バルブ８０６を開にし、パージ用ガスを排気ラ
イン８１２ヘパージしておく。パージ用ガスから酸化雰
囲気ガスへ、または酸化雰囲気ガスからパージ用ガスへ
の切り替え時の水分を中心とする系内の汚染は、供給す
るガス（例えば０２）が停止状態になっていたために配
管内壁からの水分を中心とする放出ガスによって汚染さ
れていたことが大きな原因となっていた。したがって、
上記のような酸化処理雰囲気ガス及びパージ用ガスを常
時パージできるシステムとし、このガス切り替え時の系
内に汚染を極力抑え込むことが望ましい。

また、第６図において酸化炉１０２内に酸化処理雰囲気
ガスを供給する時に、エルボ−１０１の外部を流れる不
活性ガス（ガス導入管１０８から導入されるＡｒ）より
も内部を流れる酸化処理雰囲気ガス（ガス導入管１０７
から導入される０２）の供給圧力を０．　１〜０．３ｋ
ｇ／ｃｍ’程度低くして、ホルダー１０３，１０４から
外部へ酸化処理雰囲気ガスが流出しないようにし、エル
ボ−１０１の外側が酸化されることを防止し、エルボ−
の外部が酸化されて汚くならないようにすることが望ま
しい。ただし、エルホーの外側が酸化されて汚くなって
も構わないと考える場合には、このエルボ−の内部と外
部とを流れるガスの差圧をもたせることはもちろん、エ
ルボ−の外側を不活性雰囲気とすることも不要である。

本実施例で、排気口から排気されるガス中の水分量を測
定したところ、酸化処理中は安定して１０ｐｐｂ以下の
値を達成していた。特に、第７図の構成とした場合には
１０ｐｐｂ以下に達するまでの時間を短縮でき、また、
第８図の配管システムを用いた場合にはガスの切り替え
時にも１０ｐＰｂ以下の値を保ち続けることができた。

さらに、本実施例を用いて得られた全長２ｍの３／８”
のステンレス鋼管について、相対湿度５０％、温度２０
℃のクリーンルームに約１週間放置した後、Ａｒガスを
１．２λ／　ｍ　ｉ　ｎの流量で流し、出口のＡｒガス
中に含まれる水分量をＡＰＩＭＳ（大気圧イオン化質量
分析装置）で測定したところ、第１０図のグラフのＣに
示されるように、通ガス後５分後には７ｐｐｂに落ち、
１５分以降はバックグラウンドのレベル３ｐｐｂ以下と
なった。すなわち、本実施例を用いて得られたエルボ−
は極めて優れた吸着ガスの脱ガス特性を持っており、こ
の結果も、水分の含有量が１０ｐｐｂ以下の超高清浄な
雰囲気で加熱酸化処理が行われたことを示している。

以上に述べたように、本実施例によって、従来−膜内に
使用されていた金属酸化処理装置及び金属酸化処理方法
では実現することができなかった水分含有：１ｔｌＯｐ
ｐｂ以下の超高清浄な酸化雰囲気を、低コストで生産効
率も良く実現することができた。

なお、以上の実施例では直角の曲がり部を有するステン
レス鋼管のエルボ−の不動態化処理を行う第１図の装置
について説明をしたが、これはエルボ−の不動態化処理
だけでなく、その他の材質・形状の金属、例えばＮｉ、
Ａｊ２等の曲がり部を有するバイブや配管部品、高清浄
な減圧装置部品等の不動態化処理にも適用できることは
明らかである。曲がり部の位置・数・角度もどのような
ものでもよく、対象とする被酸化処理金属管の形状に対
応して、ガスの導入口及び排気口を適切な位置に設けれ
ばよい。また、本実施例の装置は、酸化処理を施すエル
ボ−の位置決めが容易になるように、縦型の酸化炉１０
２で示したが、横型であってもよい。

［発明の効果］ 本発明によれば、以下のような効果を得ることができた
。

■（請求項１乃至請求項５） 酸化処理雰囲気中から水分を効率的に排除でき、よって
細いエルボ−等、内部にガスの流れにくい曲がり部を有
する管状の被酸化処理金属を、水分等の不純物の極めて
少ない、超高清浄でドライな酸化処理雰囲気で加熱酸化
でき、前記被酸化処理金属の表面に水分等のガス放出の
少ない良好な不動態膜を容易かつ効率良く形成すること
が可能となった。

■（請求項２乃至請求項５） 上記■の効果に加え、エルボ−等、曲がり部を有する管
状の被酸化処理金属の内面のみに不動態膜を形成し、か
つ外側が酸化されることを防止することが可能となフた
。これにより、酸化処理後の外表面が荒くなったり汚な
くなることがなく、クリーンルーム内に配管した場合に
もパーティクルが発生するどいフた問題を防止できた。

■（請求項３乃至請求項５） 上記の、■の効果に加え、曲がり部を有する管状の被酸
化処理金属の酸化炉内への配置又は固定の際の大気から
の水分等による汚染を効果的に防止でき、超高清浄でド
ライな酸化処理雰囲気に達するまでの時間を短縮でき、
より効率よく良好な不動態膜を形成をすることが可能と
なった。

■（請求項４、請求項５） 上記■乃至■の効果に加え、パージ用ガスから酸化雰囲
気ガスへ、又は酸化雰囲気ガスからパージ用ガスへのガ
ス切り替え時の水分を中心とする系内の汚染を確実に防
止でき、超高清浄な雰囲気を常に、特にガス切り替え時
にも、安定して保つことが可能となった。よって不動態
膜をより良好に形成できるのみでなく、操作も簡単化で
き、さらにガス切り替え時の酸化炉の降温処理を不要と
することが可能となり、これにより、工程に要する時間
を短縮でき、かつ、酸化炉の再加熱を必要としないため
エネルギーを節約でき、大幅な低コスト化が可能となっ
た。

■（請求項５） 上記■乃至■の効果に加え、ガスの温度を酸化処理雰囲
気の温度まで加熱して供給することで、酸化処理温度を
均一に保て、よって、処理条件の制御が確実に安定して
行え、酸化処理効率が向上した。

以上、■乃至■に示したように、本発明により、耐腐食
性に優れ、かつガス放出の極めて少ない不動態膜を有す
るステンレス鋼のエルボ−等の金属部品の量産が実現で
き、これにより得られたエルボ−等によりプロセス装置
等に超高純度ガスを短時間で供給することのできるシス
テムを容易かつ低コストに提供すること・が可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す酸化処理装置の概略図
であり、第２図乃至第６図は本発明の酸化処理装置の操
作手順を説明する図であり、第７図（ａ）、（ｂ）は本
発明の酸化処理装置のホルダーを示す図であり、第８図
は第６図に示す操作方法を改善する場合の配管例を示す
図である。 第９図は従来のガス供給配管系のリーク量と不純物濃度
との関係を示すグラフであり、第１０図は各種エルボ−
で脱ガス特性を調べた実験結果を示すグラフである。 １０１・・・エルボ−１０２・・・酸化炉、１０３゜１
０４・・・ホルダー　１０５，１０６・・・フランジ、
１０７・・・ガス導入管、１０８・・・パージ用ガス導
入管、１０９，１１０・・・マスフローコントローラー
　１１１，１１２，１１３・・・ヒーター１１４．１１
５・・・排気ライン、１１６，１１７・・・ＭＣＧ継ぎ
手、１１８・・・浮き子式流量計、１１９・・・ヒータ
ー　１２０，１２１・・・断熱材、１２２・・・ガイド
、１２３，１２４，１２５，１２６・・・バッキング、
７０１・・・ガイド、７０２・・・エルボ−差し込み部
、７０３・・・導入口、８０１・・・酸化処理雰囲気ガ
ス供給ライン、８０２・・・パージ用ガス供給ライン、
８０３，８０４，８０５，８０６・・・ストップパルプ
、８０３乃至８０６・・・モノブロックバルブ、８０７
，８０８・・・スパイラル管、８０９゜８１０・・・ニ
ードルバルブ付き浮き子式流量計、８１１．８１２・・
・排気ライン、８１３・・・７囲気ガス供給ライン。 第 図 １０／ １０日 第 図 （Ｊｌｊ 第 図 第 図 第 ア 図 第 図 装！の全リーク量 （Ｔｏｒｒ−Ｊ／ｓｅｃ） 手糸売ネ甫正書 平成 元年 ８月／ダ日

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸化炉と、前記酸化炉内にガスを導入するための
   ガスの導入口と、前記酸化炉内からガスを排気するため
   の排気口と、前記酸化炉を所定の温度に加熱する加熱器
   と、曲がり部を有する管状の被酸化処理金属（以下、被
   酸化処理金属曲管と称す）を前記酸化炉内に固定する接
   続継ぎ手を兼ねたホルダーとを有し、前記導入口が前記
   被酸化処理金属曲管の一端に接するように配置されてお
   り、前記排気口が前記被酸化処理金属曲管の他端に接す
   るように配置されており、前記被酸化処理金属曲管の内
   部にガスを流しながらドライ酸化雰囲気で前記被酸化処
   理金属曲管を加熱酸化するようにしたことを特徴とする
   曲がり部を有するステンレス鋼管等の被酸化処理金属曲
   管の表面に不動態膜を形成するための金属酸化処理装置
   。
2. （２）前記被酸化処理金属曲管の一端に接しないように
   配置された前記酸化炉内にパージ用ガスを導入するため
   の前記導入口とは別の他の導入口と、前記被酸化処理金
   属曲管の他端に接しないように配置された前記酸化炉内
   からガスを排気するための前記排気口とは別の他の排気
   口とを有し、前記被酸化処理金属曲管の外側が酸化され
   ることを防止するようにしたことを特徴とする請求項１
   に記載の金属酸化処理装置。
3. （３）前記被酸化処理金属曲管を前記酸化炉内に配置又
   は固定する際には前記酸化炉を前記排気口、又は前記排
   気口及び他の排気口側から開放する構成とされており、
   前記導入口、又は前記導入口及び他の導入口に開放時に
   パージ用ガスを導入するためのパージ用ガスラインが接
   続されており、前記被酸化処理金属曲管を前記酸化炉内
   に配置又は固定する際に大気に晒されることを防止する
   ようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記
   載の金属酸化処理装置。
4. （４）前記ガスの導入口にパージ用ガスと酸化処理雰囲
   気ガスとを切り替えできるシステムとしたガスラインが
   接続されており、前記ガスラインのパージ用ガスライン
   と酸化処理雰囲気ガスラインのうち前記酸化炉にガスを
   供給していないラインを常時排気する手段を有し、酸化
   処理雰囲気を高清浄に保つようにしたことを特徴とする
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の金属酸化
   処理装置。
5. （５）前記導入口、又は前記導入口及び前記他の導入口
   に接続された酸化処理雰囲気ガスライン及びパージ用ガ
   スラインに加熱ヒーターが設けられており、前記酸化炉
   内に供給するガスの温度を酸化処理雰囲気の温度まで加
   熱するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項
   ４のいずれか１項に記載の金属酸化処理装置。