JP2001015440A - 半導体製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 真空容器内への大気成分混入を抑制する二重
Ｏリング方式において、Ｏリング間を真空引きすること
なく、高品質の薄膜形成または熱処理を可能とし、経済
性を高める。 【解決手段】 半導体製造方法は、減圧下において、シ
リコンウェハなどの基板上に、薄膜形成や熱処理を行
う。真空容器２１は半導体製造装置を構成するウェハカ
セット室、搬送ロボット室、あるいは反応室などであ
り、二重Ｏリング２６、２７によりシールされる。不活
性ガスを導入する導入路２８を二重Ｏリング２６、２７
間に連通する一方、真空ポンプなどの排気装置に連通せ
ず、単位大気開放された排出路２９を設ける。真空引き
しないで、単にＮ₂ガスなどの不活性ガスで二重Ｏリン
グ２６、２７間をパージする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、減圧下の真空容器
内で基板上に薄膜を形成あるいは基板を熱処理する半導
体製造方法及び装置に係り、特に真空容器のシール方法
を改善したものに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置は基板を処理する真空容
器を備える。その真空容器は基板を搬入及び搬出するた
めの開口部を有し、その開口部の大気との遮断を行うシ
ール部材（封止手段）には通常Ｏリングやエラストマー
ガスケットなどが使用される。横置きタイプの真空容
器、例えば図８に示すものでは、左右が開口した円筒形
の真空容器１の左側開口部に配管２を接続し、右側開口
部を蓋体３で塞いでいる。左右とも接合フランジ面にＯ
リング４を使用している。また縦置きの真空容器の場合
でも、図９に示すように、上が閉じ下が開口した円筒形
の真空容器５の下側開口部に炉口フランジ６を接続し、
その接合フランジ面にＯリング７を使用している。な
お、符号８は真空容器内部、９は大気側を示す。

【０００３】ところがシール部材、特にＯリングは完全
にリークタイトなものではなく、若干量のガスを透過す
る性質がある。また、熱劣化、反応ガスによる劣化、お
よび経時的な変形（圧縮永久ひずみ）が発生するとシー
ル性能が著しく衰える。このため、真空容器５のフラン
ジのシール面から微小なリーク（漏れ）が発生して、真
空容器５内に大気成分が混入して、基板の膜生成に悪影
響を与えて品質を悪化させたり、大気中の水分や酸素に
より基板上に自然酸化膜が形成されるという問題があっ
た。特に水分が混入すると真空容器内の構成部材を腐食
させるという問題が突発的に起こる場合もあった。さら
に使用条件にもよるが、Ｏリングを頻繁に交換する場合
もあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで上記対策とし
て、図１０に示すように真空容器１１の下部接合部を二
重Ｏリング構造として、内外Ｏリング１３、１４の間に
真空ポンプに通じる排出路１５を形成し、その排出路１
５を介して内外Ｏリング１３、１４間を真空ポンプによ
り真空排気することにより、真空容器１１内への大気成
分の混入を抑制するものが提案されている（例えば、実
開平１−１２３３３６号参照）。しかし上記提案のもの
は、中間引き用の高価な真空ポンプが必要となるため経
済性に問題があった。

【０００５】本発明の課題は、上述した従来技術の問題
点を解決して、良好で安定したシール性能を確保しなが
ら経済性に優れる半導体製造方法及び装置を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明方法は、減圧下の
真空容器内で基板に処理を施す半導体製造方法におい
て、前記真空容器の開口部の接続部分を、前記開口部を
囲む第１の封止手段と、該第１の封止手段の外周を囲む
第２の封止手段とで二重にシールし、前記第１封止手段
と第２封止手段との間を真空引きすることなく不活性ガ
スでパージするようにした半導体製造方法である。

【０００７】半導体製造方法は、Ｓｉウェハなどの基板
上に薄膜形成や熱処理を行うものである。ウェハカセッ
ト室や搬送ロボット室や反応室などを構成する真空容器
を備え、真空容器は大気圧よりも減圧される。第１の封
止手段は例えばＯリングがよい。第２の封止手段は例え
ばＯリングでも、テフロンリングでも、エラストマーガ
スケットでもよい。第１の封止手段と第２の封止手段と
の間を真空引きすることなく単に不活性ガスによりパー
ジするだけでも、不活性ガスの導入量を適量に設定すれ
ば、真空容器内に大気中のガス成分が混入しない。した
がって真空容器内への外気の流入を安価かつ確実に抑え
ることができる。上記適量は、真空容器に応じて異な
り、一義的には定められないが、真空容器内に大気中の
ガス成分が混入しないような十分な量である。

【０００８】本発明装置は、減圧下の真空容器内で基板
に処理を施す半導体製造装置において、前記真空容器の
開口部の接続部分を二重にシールする封止手段であっ
て、前記開口部を囲む第１の封止手段、及び該第１の封
止手段の外周を囲む第２の封止手段と、前記第１封止手
段と第２封止手段との間を真空引きすることなく不活性
ガスでパージするパージ手段とを備えた半導体製造装置
である。

【０００９】本半導体製造装置は、二重にシールした第
１及び第２の封止手段の間にパージ手段をつなぎ、第１
及び第２の封止手段の間を不活性ガスでパージするよう
にしだけの簡単な構造で、第１及び第２の封止手段の間
を真空引きしなくても、不活性ガスの導入量を適量に設
定すれば、真空容器内に大気中のガス成分が混入しない
ようにすることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。

【００１１】図１は第１の実施の形態を示し、半導体製
造方法を実施する縦型の真空容器２１、例えばウェハカ
セット室を示す。シリコンウェハを収納したカセットを
保存する真空容器２１は、例えばステンレスでできてお
り、上部が閉じ、下部が開口して偏平な円筒形をしてい
る。開口部２２は円板状の蓋体２３によって閉じられて
いる。

【００１２】この開口部２２の開口端面には、真空容器
２１の開口部２２を囲む第１の環状溝２４と、第１の環
状溝２４の外周を同心状に囲む第２の環状溝２５とが設
けられる。これら第１の環状溝２４と第２の環状溝２５
とに、それぞれ第１の封止手段としての第１のＯリング
２６と、第１のＯリング２６の外側に第２の封止手段と
しての第２のＯリング２７が嵌合され、蓋体２３を開口
端面に圧接することにより、真空容器２１の開口部２２
を蓋体２３で密封するようになっている。

【００１３】また、開口部２２の第１の環状溝２４と第
２の環状溝２５との間の少なくとも一箇所に、Ｎ₂ガス
やＡｒガスなどの不活性ガスを供給する導入路２８が設
けられ、前記箇所と対向する第１の環状溝２４と第２の
環状溝２５との間に不活性ガスを排出する排出路２９が
少なくとも一箇所設けられ、第１のＯリング２６と第２
のＯリング２７との間を不活性ガスによりパージするよ
うになっている。前記導入路２８は図示しない不活性ガ
ス供給源に連通しているが、排出路２９の方は真空ポン
プなどの排気装置には接続されておらず、単に図示しな
い排気管に接続されているだけである。

【００１４】開口部２２の開口端面の径方向に前記第１
の環状溝２４、第２の環状溝２５、および導入路２８ま
たは排出路２９を設けるために、真空容器２１の上部３
０よりも胴部３１を肉厚としてある。なお、前記第１の
環状溝２４、第２の環状溝２５、導入路２８および排出
路２９を、真空容器２１側ではなく、蓋体２３側に設け
るようにしてもよい。このように蓋体２３側に設けれ
ば、特に真空容器２１の胴部３１を肉厚にする必要はな
い。さらに、これら第１の環状溝２４、第２の環状溝２
５、および導入路２８または排出路２９を真空容器２１
と蓋体２３との両方に振り分けてもよい。

【００１５】上記構成における導入路２８、該導入路２
８に接続された図示しない不活性ガス供給源、及び排出
路２９は第１封止手段と第２封止手段との間を真空引き
することなく不活性ガスでパージするパージ手段を構成
している。

【００１６】上述したようにＯリング２６、２７を二重
にしてＯリング２６、２７間に一箇所以上設けた導入路
２８からＮ₂ガスやＡｒガスなどの不活性ガスを供給
し、同じく一箇所以上設けた排出路２９から真空引きす
ることなく排出して、内外の二重Ｏリング２６、２７間
をパージする。これにより内側のＯリング２６から真空
容器２１内へリークするガスを、大気ガスではなく不活
性ガスとすることができるので、大気中の成分ガスが真
空容器２１内に混入しなくなる。また真空引きしないで
単に不活性ガスでパージしているだけなので、高価な真
空引きポンプを必要とせず、非常に経済的である。

【００１７】上述した実施の形態では第２の封止手段も
Ｏリング２７としたが、これを他の気密性のある封止手
段としてもよい。図２に示す第２の実施形態は、第２の
封止手段を高分子材リングやエラストマーガスケット３
２で構成したものである。高分子材としてはテフロン
（商標）などがある。なお、以下に示す実施の形態につ
いても、第２のＯリングは上述した他の封止手段とする
ことができる。

【００１８】上述した実施の形態はいずれも縦型真空容
器について説明したが、横型真空容器にも適用できる。
図３は、そのような第３の実施の形態を示すものであ
る。左右が開口した円筒形の真空容器３３、例えば搬送
ロボット室の左右開口部３４にそれぞれ接続配管３６、
３６が接続される。開口部３４と配管端部３５の双方の
接合面にフランジ３８、３９が径方向外方に突出するよ
うに設けられる。配管端部３５のフランジ３９に真空容
器３３の開口部３４を囲む第１の環状溝４０と、第１の
環状溝４０の外周を同心状に囲む第２の環状溝４１とが
設けられる。

【００１９】これら第１の環状溝４０と第２の環状溝４
１とに、それぞれ第１の封止手段としての第１のＯリン
グ４２と、第１のＯリング４２の外側に第２の封止手段
としての第２のＯリング４３が嵌合され、接続配管３６
を真空容器３３のフランジ３８に圧接することにより、
真空容器３３の左右開口部３４を接続配管３６でそれぞ
れ密閉接続する。図示例では、配管端部３５のフランジ
３９に二重環状溝４０、４１を設けるようにしたので配
管端部３５を肉厚にしてあるが、反対に真空容器３３の
方に設けるようにした場合には、真空容器３３のフラン
ジ３８を厚くする必要がある。

【００２０】また、接続配管３６のフランジ３９の第１
の環状溝４０と第２の環状溝４１との間の少なくとも一
箇所に、Ｎ₂ガスやＡｒガスなどの不活性ガスを供給す
る導入路４４が設けられ、前記箇所と対向する第１の環
状溝４０と第２の環状溝４１との間に不活性ガスを排出
する排出路４５が少なくとも一箇所設けられ、第１のＯ
リング４２と第２のＯリング４３との間を不活性ガスに
よりパージするようになっている。

【００２１】上述したようにＯリング４２、４３を二重
にしてＯリング４２、４３間に一箇所以上設けた導入路
４４からＮ₂ガスやＡｒガスなどの不活性ガスを供給
し、同じく一箇所以上設けた排出路４５から真空引きす
ることなく排出して、内外の二重Ｏリング４２、４３間
をパージする。したがって、内側のＯリング４２から真
空容器３３内へリークするガスを、大気ガスではなく不
活性ガスとすることができるので、横型の真空容器であ
っても大気中の成分ガスが真空容器内に混入しなくな
る。

【００２２】図４は第４の実施の形態による縦型ＣＶＤ
装置を示す。図示しないヒータの内部に外部反応管５１
が設けられ、石英製の外部反応管５１の内部には上端が
開放された石英製の内部反応管５２が同心状に配設され
る。外部反応管５１および内部反応管５２が反応室を構
成する真空容器になる。外部反応管５１、内部反応管５
２は炉口フランジ５３上に立設される。炉口開閉用のシ
ールキャップ５５にボート５０が立設される。ボート５
０には処理されるウェハ５４が水平姿勢で多段に装填さ
れる。炉口フランジ５３の内部反応管５２下方の位置に
ガス導入ノズル４６が連通され、また外部反応管５１と
内部反応管５２との間に形成される円筒状の空間下端に
連通する様に、排気管４７が炉口フランジ５３に接続さ
れている。

【００２３】前述した外部反応管５１と炉口フランジ５
３の上端の接触部分は二重Ｏリング５６、５７によりシ
ールされている。そして各Ｏリング５６、５７間に導入
路６１、排出路６２を設ける。また炉口フランジ５３の
下端はシールキャップ５５により閉塞されるが、炉口フ
ランジ５３の下端とシールキャップ５５の接触部分は二
重Ｏリング５８、５９により気密に封止されている。そ
して各Ｏリング５８、５９間に導入路６３、排出路６４
を設ける。図５に外部反応管５１と炉口フランジ５３の
上端の接触部分に導入路６１を設けたシール構造部分を
詳細に示す。肉厚にした炉口フランジ５３にＯリング５
６、５７間に通じる導入路６１を設け、これより不活性
ガスを導入できるようにしてある。

【００２４】上述したように外部反応管５１と炉口フラ
ンジ５３の接触部分、炉口フランジ５３とシールキャッ
プ５５の接触部分に、それぞれ内、外側のＯリング５
６、５７、および５８、５９を設け、内、外側Ｏリング
５６、５７間、および５８、５９間に不活性ガスを供給
して、二重の内、外側Ｏリング間を単にパージする。こ
れにより反応管５１、５２内への大気成分の混入を有効
に防止し、内外部反応管５１、５２内の大気成分圧力を
低くできる。その結果ウェハ５４の表面のＣＶＤ膜を高
清浄で高品質な膜質にでき、かつ自然酸化膜ができにく
くなり、結晶欠陥の低減を図ることができる。また、大
気中の酸素や水分が混入しないので安全性も向上する。

【００２５】なお、上述したいずれの実施の形態でも、
不活性ガスを導入路を介してダイレクトに二重Ｏリング
間に供給するようにしているが、不活性ガスをパージボ
ックスで溜めてから二重Ｏリング間に供給することもで
きる。図６はそのようにした第５の実施の形態を示す。
二重Ｏリング５６、５７の間に反応管５１側から環状の
パージボックス６０を設置して、このパージボックス６
０に不活性ガス導入路６１を一箇所以上接続する。また
排出路６２をパージボックス６０の他の部分に一箇所以
上接続する。

【００２６】不活性ガスは一箇所以上設けた導入路６１
から導入して、同じく一箇所以上設けた排出路６２から
排出する。したがって、反応管５１に接している内側Ｏ
リング５６の外側はパージボックス６０内の不活性ガス
で充満しているため、反応管５１内部への大気成分の混
入量を極端に低減させることができる。また、Ｏリング
５６、５７のシール能力が低下した場合でも、大気が反
応管５１内部へ混入することを防ぐことができ、安定し
たプロセス性能を得ることができる。

【００２７】なお、上記実施の形態では、パージボック
ス６０を反応管５１側に設けたが、炉口フランジ５３側
に設けるようにしてもよい。またパージボックス６０を
別体に設けたが、反応管５１または炉口フランジ５３に
一体に設けるようにしてもよい。

【００２８】また、図６に示すように、不活性ガスパー
ジラインとなる排出路６２の下流にガス検知器６５を設
置すると、反応ガスの漏洩を即座に検知することが可能
となり安全性が向上する。また、図６ではＯリング５
６、５７を二重にしたが、このパージボックス方式で
は、気密性が優れているため、外側のＯリング５７を省
略してもよい。図７はその様にした第６の実施の形態を
示す。その場合、気密性はやや劣るが実使用には十分耐
えられる。

【００２９】本実施の形態による効果をまとめると以下
の通りである。

【００３０】（１）二重Ｏリング中間真空引き方式に比
べて、真空引きポンプを必要としないので大幅にコスト
低減できる。

【００３１】（２）真空容器の接合部で大気との遮断を
行うシール部材（Ｏリング、エラストマーガスケットな
ど）の外側を不活性ガスでパージすることにより、大気
成分の反応室内部への混入量を従来の１／１０００程度
に抑え、到達酸素分圧を１×１０^-6Ｐａ程度に改善する
ことができる。これにより良質で安定した膜の生成が可
能な半導体製造方法を実現することができる。

【００３２】（３）真空容器内への大気成分混入を防止
することにより、高品質の薄膜形成または熱処理が可能
となり、また薄膜形成温度の低温化が可能となる。

【００３３】（４）熱劣化、反応ガスによる劣化、およ
び経時的な変形（圧縮永久ひずみ）に伴いＯリングなど
のシール部材のシール能力が低下した場合でも、大気が
反応室内部へ混入することを防ぐことができるため、安
定したプロセス性能を得ることができる。

【００３４】（５）不活性ガスパージラインにガス検知
器を設置することにより、反応ガスの漏洩を即座に検知
することが可能となり安全性が向上する。

【００３５】

【発明の効果】本発明方法によれば、二重にした封止手
段の間を真空引きしないで単にパージだけにしたので、
真空引きする方式に比べて、大幅にコストを低減でき
る。また真空容器内への大気成分混入が抑制できるの
で、良好で安定したシール性能を確保できる。また本発
明装置によるときは、上記効果を簡単な構造によって適
切に得ることができ、経済的である。なお、外側となる
第２の封止手段は簡便なものでよく、この場合、さらな
るコスト低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態による半導体製造方法を実施す
る真空容器のシール構造を示す断面図である。

【図２】第２の実施形態による半導体製造方法を実施す
る真空容器のシール構造を示す断面図である。

【図３】第３の実施形態による半導体製造方法を実施す
る真空容器のシール構造を示す断面図である。

【図４】第４の実施形態による縦型ＣＶＤ装置の反応室
を示す断面図である。

【図５】図４の要部の詳細図である。

【図６】第５の実施の形態による縦型ＣＶＤ装置の反応
室の要部構造を示す断面図である。

【図７】図６において外側のＯリングを省略した第６の
実施の形態による縦型ＣＶＤ装置の反応室の要部構造を
示す断面図である。

【図８】従来例による真空容器の一重シール構造の断面
図である。

【図９】従来例による真空容器の一重シール構造の断面
図である。

【図１０】従来例による二重Ｏリング中間真空引き方式
を説明する断面図である。

【符号の説明】

２１ 真空容器 ２２ 開口部 ２３ 蓋体 ２６ 第１のＯリング（第１の封止手段） ２７ 第２のＯリング（第２の封止手段） ２８ 導入路 ２９ 排出路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井ノ口 泰啓 東京都中野区東中野三丁目14番20号 国際 電気株式会社内 (72)発明者 室田 淳一 宮城県仙台市青葉区土樋１−６−23−403 Ｆターム(参考） 5F045 EB10 EE14

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】減圧下の真空容器内で基板に処理を施す半
   導体製造方法において、 前記真空容器の開口部の接続部分を、前記開口部を囲む
   第１の封止手段と、該第１の封止手段の外周を囲む第２
   の封止手段とで二重にシールし、 前記第１封止手段と第２封止手段との間を真空引きする
   ことなく不活性ガスでパージするようにした半導体製造
   方法。
2. 【請求項２】減圧下の真空容器内で基板に処理を施す半
   導体製造装置において、 前記真空容器の開口部の接続部分を二重にシールする封
   止手段であって、前記開口部を囲む第１の封止手段、及
   び該第１の封止手段の外周を囲む第２の封止手段と、 前記第１封止手段と第２封止手段との間を真空引きする
   ことなく不活性ガスでパージするパージ手段とを備えた
   半導体製造装置。