JP2000216105A - 縦型熱処理装置 - Google Patents

縦型熱処理装置

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JP2000216105A JP11017360A JP1736099A JP2000216105A JP 2000216105 A JP2000216105 A JP 2000216105A JP 11017360 A JP11017360 A JP 11017360A JP 1736099 A JP1736099 A JP 1736099A JP 2000216105 A JP2000216105 A JP 2000216105A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の被処理基板を保持具に棚状に保持し、
縦型の反応容器内に軸穴を通じて底部から貫通してなる
回転軸により前記保持具を回転させながら被処理基板に
対して熱処理を行う縦型熱処理装置において、回転軸の
貫通部分をシールするにあたり、反応容器内からシール
部へのガスや水分の侵入を抑え、シール部材に悪影響が
及ぶのを抑えること。 【解決手段】 軸穴３３と回転軸４との間の隙間の空間
を固定部材３４と外殻部材４４との間の空間に連通接続
し、その固定部材３４と外殻部材４４との間に磁気シー
ル部７を設けることによって、反応容器から磁気シール
部７までの軸穴３３の長さを長くし、減圧ＣＶＤを行う
ときに反応容器内から磁気シール部７へガスや水分が侵
入するのを防ぐと共に、加熱炉２１により高温加熱され
ている反応容器からの熱の影響を小さくし、磁性流体の
劣化を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、真空雰囲気下で処
理ガスを用いて被処理基板を熱処理するための反応容器
内に、軸穴を通じて回転軸を貫通してなる縦型熱処理装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウエハ（以下、ウエハとする）を
バッチで熱処理する装置として縦型熱処理装置が知られ
ており、減圧ＣＶＤと呼ばれる成膜処理や、酸化処理、
不純物の拡散処理などに利用されている。いずれの装置
も縦型の反応容器内にウエハを棚状に保持したウエハボ
ートを通常下方側から搬入し、ウエハボートを支持して
いる蓋体により反応容器の下端開口部を気密に塞ぐよう
に構成されている。
【０００３】この種の装置においては、ウエハの面内に
おける熱処理の均一性を向上させるためにウエハボート
を垂直な軸のまわりに回転させる場合があり、その構造
については、蓋体の中を回転軸が貫通し、この回転軸を
介してウエハボートを支持するように構成している。
【０００４】減圧ＣＶＤ炉について、回転軸が蓋体を貫
通して反応容器内に導入されるのに必要な導入機構につ
いて図３を参照しながら説明する。この図は二重管であ
る反応管１０の下部に設けられたマニホールド１１の下
端開口部が蓋体１２により閉じられた状態を示してお
り、回転軸１３は、蓋体１２の下方側に設けられた金属
製の筒状部１４内を貫通し、その上端にはターンテーブ
ル１５が、また下端には図示しないモータで駆動される
プーリ１６が夫々取り付けられている。筒状部１４と回
転軸１３との間には軸受け部１７が設けられ、その上に
は反応容器（この例では反応容器は反応管１０及びマニ
ホールド１１により構成される）内と外部とを気密にシ
ールするための磁気シール部１８が設けられている。
【０００５】磁気シール部１８は、回転軸１３を囲む支
持部材１８ａ及び磁性流体１８ｂからなり、磁性流体１
８ｂにより筒状部１４の反応容器側の内部空間と外部と
の間を気密にシールするものである。支持部材１８ａ
は、縦断面がコ字形の複数の磁路部材を上下方向に配列
して構成されており、各磁路部材の一端部と回転軸１３
との間に磁性流体１８ｂを磁気により閉じ込めている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、成膜処理時に成膜ガスが回転機構内に侵入
すると冷たい部分に接触して反応副生成物が生成され、
これが磁気シール部１８の磁性流体１８ａに付着し、回
転が鈍くなるおそれがある。
【０００７】一方本発明者はマニホールド１１の耐食化
を図ることなどの工夫によりＣＶＤを行う炉と、酸化、
拡散を行う炉との共通化を検討しているが、そうなると
上記従来の構成では、ウェット酸化を行うときに回転機
構内に水分が侵入し、この水分によって磁気シール部１
８の磁性流体１８ａが劣化するという問題がある。
【０００８】そこで蓋体１２を貫通する回転軸１３を設
ける代わりに、マグネットカップリング構造を用いるこ
とも考えられるが、マグネットカップリング構造は潤滑
剤としてラクロン固体を用いているので、耐荷重性が小
さく、大きな荷重がかかると軸がぶれるおそれがある。
またマグネットカップリング構造はセラミック製のベア
リングを用いているが、このベアリングが高温時に膨張
し、擦れてパーティクルを発生するおそれがあるので、
パーティクルの発生を防ぐために少し隙間を設けてあ
り、そのため常温時にがたつきが発生する。
【０００９】それらの原因により、処理後ウエハボート
ごと炉外に移送し、そこでウエハの移載を行う必要があ
る。そうすれば軸が多少ぶれても支障がないからであ
る。しかし、一旦ウエハボートをエレベータから降ろし
て炉外に移送したのでは、スループットが低下してしま
う。従ってエレベータ上にウエハボートを載せたままウ
エハの移載を行うという要請があり、それには軸ぶれの
発生を抑えなければならず、結果としてマグネットカッ
プリング構造の採用は困難である。
【００１０】本発明はこのような事情の下になされたも
のであり、その目的は、真空雰囲気下で成膜処理を行う
反応容器内に回転軸が貫通され、その貫通部分をシール
するにあたり、反応容器内からシール部へのガスや水分
の侵入を抑え、シール部材に悪影響が及ぶのを抑えるこ
とにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、複数の被処理
基板を保持具に棚状に保持し、縦型の反応容器内に軸穴
を通じて底部から貫通してなる回転軸により前記保持具
を回転させながら被処理基板に対して熱処理を行う縦型
熱処理装置において、前記軸穴を有する略筒状の固定部
材と、前記軸穴と前記回転軸との間の隙間の空間を前記
固定部材の外側空間に連通接続するために、その固定部
材の外周を囲み、かつ固定部材の下端部近傍にて、前記
回転軸との間を塞ぐように回転軸に固定された有底筒状
の外殻部材と、この外殻部材の上部開口端寄りの位置に
て、外殻部材と前記固定部材との間に設けられた軸受け
部と、この軸受け部の下方側位置にて、外殻部材の内壁
面と前記固定部材の外壁面との間をシールするシール部
と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】この発明において、前記シール部は、磁性
流体をシール材として用いた磁気シール部で構成されて
いてもよいし、また前記シール部よりも反応容器側の軸
穴内にパージ用ガスを供給するためのガス供給路をさら
に備えた構成としてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態に係る
縦型熱処理装置の全体構成を示す図である。図中２は石
英で作られた内管２ａ及び外管２ｂよりなる二重構造の
反応管であり、この反応管２の周囲には加熱炉２１が設
けられている。この反応管２の下部側には、金属製の筒
状のマニホールド２２がＯリング２２ａを介して気密に
接合して設けられている。マニホールド２２の下端開口
部からは、多数のウエハＷを棚状に保持したウエハボー
ト２３が搬入され、当該開口部は蓋体３により閉じられ
る。このとき蓋体３とマニホールド２２との封止部分は
Ｏリング３ａにより気密状態が保たれる。
【００１４】前記蓋体３は昇降機構であるボートエレベ
ータ３１の上に設けられ、その中央部には回転軸４が垂
直に貫通して設けられている。この回転軸４の下端には
プーリ４１が取り付けられ、このプーリ４１は、ベルト
４２を介してモータ４３により回転されるようになって
いる。回転軸４の上端にはターンテーブル２４が取り付
けられ、このターンテーブル２４の上には保温筒２５を
介して前記ウエハボート２３が載置されている。
【００１５】また内管２ａ内に成膜ガスを供給するため
のガス供給管２６、及び内管２ａと外管２ｂとの間を介
して真空排気するための排気管２７がそれぞれマニホー
ルド２２に接続されている。この例では反応管２とマニ
ホールド２２とにより反応容器が構成される。
【００１６】次に回転軸４の貫通部分について図２を参
照しながら説明する。
【００１７】蓋体３は、回転軸４の軸方向に対して垂直
に展伸し、マニホールド２２の下端開口部を塞ぐ水平部
材３２と、回転軸４が貫通する軸穴３３を有し、かつ回
転軸４の軸方向に延びる略円筒状の固定部材３４とが気
密に一体化された構成となっている。この固定部材３４
の上端は櫛歯状をなして反応容器内に突出しており、こ
の櫛歯状部分３８が、ターンテーブル２４の基端部２４
ａの下面に形成された櫛歯状部分２８に対して隙間を介
して噛み合うことにより、ガス流通路となるラビリンス
３０を形成している。このラビリンスは軸穴３３の、回
転軸４との間にできる隙間に連通接続している。
【００１８】回転軸４は、固定部材３４の外周を囲む有
底筒状の外殻部材４４と気密に一体化されている。従っ
てこの外殻部材４４は回転軸４と共に回転する。
【００１９】外殻部材４４は、その底の中央部に貫通孔
を有し、その貫通孔を回転軸４の下部の細い部分に下方
から外嵌し、さらにその下方から座金６１を介してナッ
ト６２により締め付けられ、回転軸４の軸の太い部分と
の段差部とナット６２との間に固定されている。外殻部
材４４の下端には、ナット６２を収容するキャップ６３
がボルト６４により固定されている。
【００２０】外殻部材４４の底面には、貫通孔の周りに
溝４５が刻設されており、一方固定部材３４の下端は、
その肉厚のおおよそ半分の厚さで外周寄りの部分が内周
寄りの部分よりも下方まで突出しており、その固定部材
３４の下端突出部分３５が、外殻部材４４の底面の溝４
５の中に隙間を介して挿入されていることにより、ガス
流通路４６を形成している。このガス流通路４６は軸穴
３３の、回転軸４との間にできる隙間に連通接続してい
る。
【００２１】外殻部材４４の側壁部４７と固定部材３４
との間には、固定部材３４の底側に磁気シール部７及び
開口端側に軸受け部８１，８２がそれぞれ設けられてい
る。磁気シール部７は、軸穴３３の、回転軸４との間に
できる隙間から、固定部材３４の下端と外殻部材４４の
底面との間のガス流通路４６を通って侵入して来たガス
が軸受け部８１，８２側へ漏出しないように、シールし
ている。
【００２２】磁気シール部７は、従来と同様に磁路部材
７ａと固定部材７４との間に磁性流体７ｂを介在させ、
磁路部材７ａと磁性流体７ｂにより磁気回路を形成して
磁性流体を保持させるようになっている。なお図中７１
は磁気シール７２を保持するためのスペーサであり、外
殻部材４４の底から側壁部４７に沿って設けられてい
る。
【００２３】前記軸受け部８１，８２は、固定部材３４
に固定されたリング状の内輪部材８３と、外殻部材４４
の内面に固定されたリング状の外輪部材８４との間に、
ボールベアリング８５を介設したものである。内輪部材
８３、外輪部材８４及びボールベアリング８５は、それ
ぞれ高炭素クロム軸受鋼でできている。
【００２４】内輪部材８３は、固定部材３４の細い部分
に下方から外嵌し、さらにその下方から座金３６を介し
てナット３７により締め付けられ、固定部材３４の太い
部分との段差部とナット３７との間に固定されている。
【００２５】外輪部材８４は、外殻部材４４の内面に沿
って磁気シール保持用のスペーサ７１の上に積み重ねら
れた軸受け保持用のスペーサ８６と、外殻部材４４の上
端にボルト６５によって固定された内向きのフランジ部
材４８とに挟まれて固定されている。
【００２６】またフランジ部材４８と蓋体３の水平部材
３２との間の高さ位置において、軸穴３３にはその中に
内にパージ用のガスを供給するためのガス供給路９１が
接続されており、このガス供給路９１には不活性ガス例
えば窒素ガスの供給源（図示せず）が接続されている。
【００２７】この実施の形態では磁気シール部７の温度
上昇を抑えるために磁気シール部７から蓋体３の下面ま
での長さを例えばおよそ１００ｍｍとして、磁気シール
部７を反応容器内から遠ざけると共に、回転軸４として
パイプを用い、反応容器から熱が伝わりにくいようにし
ている。
【００２８】次に上述の実施の作用について述べる。先
ず被処理基板である多数のウエハＷが棚状に保持された
ウエハボート２３を、ボートエレベータ３１の上昇によ
り反応容器の下端開口部（マニホールド２２の下端開口
部）から反応容器内に搬入し、当該開口部を蓋体３によ
り気密に閉じる。そして成膜ガスをガス供給管２６から
内管２ａ内に供給しながら、内管２ａと外管２ｂとの間
を介して排気管２７から真空排気し、反応容器内を例え
ば１０-7Ｔｏｒｒのオーダの真空度に保つと共に、加熱
炉２１により所定温度の熱処理雰囲気にする。
【００２９】一方モータ４３の駆動により回転軸４を回
転させることによりウエハボート２３を回転させると共
に、ガス供給路９１から軸穴３３内に例えば窒素ガスを
供給する。成膜ガスが軸穴３３内に入り込んで冷えた部
分即ち軸穴３３の内壁、回転軸４及び磁気シール部７の
磁性流体などに接触すると、そこで副生成物が生成され
るが、軸穴３３内に窒素ガスが吹き込まれることによっ
て、副生成物が吹き飛ばされる。特に磁気シール部７よ
りも反応容器側で軸穴３３内に窒素ガスが吹き込まれ、
その窒素ガスがラビリンス３０を介して反応容器内へ流
れるので、磁性流体への副生成物の付着を防止すること
ができ、回転軸４の回転が鈍くなるといったことがなく
なる。
【００３０】成膜処理の例としては、ＳｉＨ4 ガスによ
るポリシリコン膜の成膜や、ＳｉＨ2 Ｃ１2 ガス及びＮ
Ｈ3 ガスによる窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｈ4 ）膜の成膜な
どを挙げることができ、特に後者の場合副生成物として
塩化アンモニウムが多量に生成されるので、窒素ガスの
吹き込みは有効である。なお本発明では減圧ＣＶＤを行
うにあたり、軸穴３３内を真空排気し、ガスの吹き込み
を行わないようにしてもよい。
【００３１】またパージ用ガスの軸穴３３への供給は、
減圧ＣＶＤを行った後反応容器内を例えばＨＣ１ガスに
よりクリーニングするときに行うことも有効であり、Ｈ
Ｃ１ガスの軸穴３３への侵入を防止することができる。
【００３２】上述実施の形態によれば、軸穴３３と回転
軸４との間の隙間の空間が固定部材３４と外殻部材４４
との間の空間に連通接続され、その固定部材３４と外殻
部材４４との間に磁気シール部７が設けられている。即
ち回転軸４と固定部材３４との隙間が反応容器の底部か
ら下方に伸び、更に外側に折り曲げられて上方に伸びて
いる格好になっている。従って反応容器から磁気シール
部７までの軸穴３３の長さが大きくなると共に屈曲して
おり、減圧ＣＶＤを行うときに反応容器内から磁気シー
ル部７へガスや水分が侵入するのを防ぐことができると
共に、加熱炉２１により高温加熱されている反応容器か
らの熱の影響も小さくなるので、磁性流体の劣化を防止
することができる。そして軸穴３３を外側に折り曲げて
いるので、軸穴３３の長さが大きくなっても、回転軸４
の上下方向の長さは小さく抑えることができるので反応
容器の下方側の空間（ボートエレベータ３１の昇降空
間）の高さを大きくしなくて済む。
【００３３】ここで前記軸穴３３において反応容器に近
い部位はガスが入り込みやすいので反応副生成物が付着
しない温度になっていることが好ましい。上述の例では
反応容器側からの熱によって回転軸４における軸穴３３
の下端に至るまでの部位の温度は１００℃を越える温度
に保たれている。その温度は反応容器に近いほうが高い
が、軸穴３３の中央部付近では１５０℃を少し越えた温
度となっている。このように反応容器に近い軸穴３３の
温度を１５０℃以上に保っておけば、回転軸４の外周面
及び軸穴３３の周り（固定部材３４の内周面）に反応副
生成物たとえば上述の塩化アンモニウムの付着を抑える
ことができる。以上において本発明は、ＨＣ１ガスやＨ
2 Ｏガス等の腐食性ガスを反応容器内に供給しながら常
圧で酸化処理や不純物の拡散処理を行うための常圧酸
化、拡散炉にも適用できる。
【００３４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、複数の被
処理基板を保持具に棚状に保持し、縦型の反応容器内に
軸穴を通じて底部から貫通してなる回転軸により前記保
持具を回転させながら被処理基板に対して熱処理を行う
縦型熱処理装置において、回転軸の貫通部分をシールす
るにあたり、反応容器内からシール部へのガスや水分の
侵入を抑え、シール部材に悪影響が及ぶのを抑えること
ができる。また熱によるシール部材への悪影響も抑制で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る縦型熱処理装置の全
体構成を示す図である。
【図２】上記の縦型熱処理装置における回転軸の貫通部
分を示す断面図である。
【図３】従来の縦型熱処理装置における回転軸の貫通部
分を示す断面図である。
【符号の説明】
Ｗ ウエハ（被処理基板） ２ 反応管（反応容器） ２２ マニホールド（反応容器） ３３ 軸穴 ３４ 固定部材 ４ 回転軸 ４４ 外殻部材 ７ 磁気シール部 ８１，８２ 軸受け部 ９１ ガス供給路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F045 AA06 AB03 AB33 AC05 AC12 AC13 AC15 AE07 BB14 DP19 EB10 EC01 EC02 EG01 EK06 EN01 EN05

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の被処理基板を保持具に棚状に保持
    し、縦型の反応容器内に軸穴を通じて底部から貫通して
    なる回転軸により前記保持具を回転させながら被処理基
    板に対して熱処理を行う縦型熱処理装置において、 前記軸穴を有する略筒状の固定部材と、 前記軸穴と前記回転軸との間の隙間の空間を前記固定部
    材の外側空間に連通接続するために、その固定部材の外
    周を囲み、かつ固定部材の下端部近傍にて、前記回転軸
    との間を塞ぐように回転軸に固定された有底筒状の外殻
    部材と、 この外殻部材の上部開口端寄りの位置にて、外殻部材と
    前記固定部材との間に設けられた軸受け部と、 この軸受け部の下方側位置にて、外殻部材の内壁面と前
    記固定部材の外壁面との間をシールするシール部と、を
    備えたことを特徴とする縦型熱処理装置。
  2. 【請求項２】 前記シール部は、磁性流体をシール材と
    して用いた磁気シール部であることを特徴とする請求項
    １記載の縦型熱処理装置。
  3. 【請求項３】 前記シール部よりも反応容器側の軸穴内
    にパージ用ガスを供給するためのガス供給路をさらに備
    えたことを特徴とする請求項１または２記載の縦型熱処
    理装置。
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