JP2007027427A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】石英製の配管に合成樹脂製の排気導管を連結した基板処理装置に於いて、連結部が高温となった状態でも基板処理装置からのガス漏れを確実に抑止する基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板を処理する処理室１９を形成する反応管２と、該反応管の周囲に設けられ前記基板を加熱する加熱装置と、前記処理室に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記反応管の下端部から処理室を排気する様設けられた排気管４と、該排気管４に該排気管４と熱膨張率の異なる材料で形成された管継手３４を介して接続される排気導管３１と、前記管継手３４を前記排気管４に向って付勢する付勢手段５１とを具備する。
【選択図】図２

Description

本発明はシリコンウェーハ等の基板に酸化膜等薄膜の生成、不純物の拡散等、基板処理を行い半導体装置を製造する基板処理装置に関するものである。

半導体装置を製造する行程の１つに基板（以下ウェーハ）の表面に酸化膜等の薄膜の生成、不純物の拡散等の基板処理が行われる。処理される基板は、石英製の反応管内に収納され、加熱され、処理ガスが導入されると共に所定の処理圧に維持される様に排気される。

処理ガスは、例えば反応管の上端から導入され、反応後のガスは反応管下端部に連結された排気管を介して排気される。

反応管に連結される排気管は、反応管と同材質の例えば石英製であり、該排気管に連結される排気導管にはフッ素樹脂等の耐熱合成樹脂が用いられる。該排気導管と前記排気管とはフッ素樹脂製等の耐熱合成樹脂の管継手で連結される。

前記反応管から排出される排気ガスは、高温となっており、前記管継手は排気ガスによって加熱される。この為、排気管と排気導管とを気密に接合させているナット、フェルール（ブッシュ）が膨張、或は軟化して接合状態に緩みを生じる場合がある。この為、接合状態に緩みを生じることで排気管と排気導管との連結部でガス漏れを生じる虞れがある。

連結部からのガス漏れを防止するには、ナットの再締を行えばよいが、処理中高温となった状態でナットを再締することは実際には困難である。

尚、排気管に排気装置の排気導管が接続された基板処理装置を示すものとしては、特許文献１に示されるものがある。

特開平８−３３９９６８号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、石英製の配管に合成樹脂製の排気導管を連結した基板処理装置に於いて、連結部が高温となった状態でも基板処理装置からのガス漏れを確実に抑止するものである。

本発明は、基板を処理する処理室を形成する反応管と、該反応管の周囲に設けられ前記基板を加熱する加熱装置と、前記処理室に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記反応管の下端部から処理室を排気する様設けられた排気管と、該排気管に該排気管と熱膨張率の異なる材料で形成された管継手を介して接続される排気導管と、前記管継手を前記排気管に向って付勢する付勢手段とを具備する基板処理装置に係るものである。

本発明によれば、基板を処理する処理室を形成する反応管と、該反応管の周囲に設けられ前記基板を加熱する加熱装置と、前記処理室に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記反応管の下端部から処理室を排気する様設けられた排気管と、該排気管に該排気管と熱膨張率の異なる材料で形成された管継手を介して接続される排気導管と、前記管継手を前記排気管に向って付勢する付勢手段とを具備するので、処理中高温の排気ガスが前記管継手を通過し、該管継手が加熱されても、前記付勢手段で前記管継手と前記排気管との密着性が維持され、ガスの漏出が防止され、更に加熱により前記管継手の接合部に緩みが生じた場合に半導体製造装置の筐体外部には、ガス漏れすることがない為半導体製造装置を停止させてガス漏れ対策を講じる必要がなく、稼働率の向上が図れる等の優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

先ず、図１に於いて、本発明が実施される基板処理装置の概略を説明する。

ヒータベース２１に加熱手段であるヒータ１０が立設され、該ヒータ１０内に炭化珪素製の均熱管１が同心に収納され、該均熱管１内に炭化珪素製又は石英製の反応管２が同心に配設され、該反応管２は処理室１９を画成する。

該反応管２の下端部には導入口５が取付けられ、該導入口５はガス供給管３を介して図示しない処理ガス供給源、或は窒素ガス等の不活性ガス（パージガス）供給源に接続され、前記ガス供給管３には流量制御手段、例えばマスフローコントローラ２２が設けられている。又前記反応管２の下端部には排気ポート９が連通され、該排気ポート９はガス排気管４を介して図示しない排気装置に接続され、前記ガス排気管４には圧力センサ２３、圧力調整器２４が設けられている。

前記導入口５には導管６が連通され、該導管６は前記反応管２の外面に沿って上昇し、該反応管２の上端面に設けられたガス溜め部７に連通し、該ガス溜め部７は分散孔８を介して前記処理室１９と連通している。

該処理室１９には炭化珪素製のボート１６が装入、引出し可能となっており、該ボート１６はボートキャップ１５、ベース１２を介してシールキャップ１３に載置され、該シールキャップ１３は前記反応管２の下端開放面を気密に閉塞可能である。前記シールキャップ１３はボートエレベータ１８によって支持され、該ボートエレベータ１８は前記シールキャップ１３を介して前記ボートキャップ１５、前記ボート１６を昇降可能であり、昇降によって該ボート１６が前記処理室１９に装脱可能となっている。

前記ボートキャップ１５は前記ベース１２に対して回転可能であり、前記ボートキャップ１５は回転手段１４によって回転可能となっている。

図１中、２５は主制御部を示し、該主制御部２５は温度制御部２６、ガス流量制御部２７、駆動制御部２８、圧力制御部２９を具備している。

炉内の所要箇所の温度を検出する熱電対１１からの検出結果は前記温度制御部２６に入力され、該温度制御部２６は温度検出結果を基に前記処理室１９が所定温度、例えばプロセス温度となる様に前記ヒータ１０を制御する。又、前記ガス流量制御部２７は前記導入口５から導入される反応ガスを所定流量に制御し、前記圧力制御部２９は、前記圧力センサ２３から入力される圧力を基に前記圧力調整器２４を制御して前記処理室１９の圧力を所定圧力、例えばプロセス圧力に制御する。

前記駆動制御部２８は、前記回転手段１４を制御して処理中の前記ボート１６を所定の回転速度で回転させ、又前記ボートエレベータ１８を制御して、前記ボート１６の昇降を行わせる。

以下、基板処理の一例、例えば、酸化・拡散処理・アニール処理を説明する。

前記ボートエレベータ１８を駆動して、前記ボート１６を降下させる。

図示しないウェーハ移載機により前記ボート１６にウェーハ１７を１バッチ分の所定枚数移載する。前記ヒータ１０により前記反応管２が前記均熱管１を介して加熱され、前記熱電対１１により検出される前記処理室１９の温度に基づいて、該処理室１９の温度が処理温度、例えば６００℃に制御される。尚、予め前記処理室１９は前記導入口５、前記導管６、前記ガス溜め部７、前記分散孔８を介して不活性ガスが供給され、不活性ガスが充填されている。

未処理ウェーハ１７が装填された前記ボート１６が前記ボートエレベータ１８により前記反応管２に装入される。前記ボート１６の装入状態では、前記ベース１２が前記反応管２の下端開口部を気密に閉塞する。前記処理室１９の温度を、例えば処理温度としての１２００℃に昇温しつつ前記圧力センサ２３の検出圧力を基に前記処理室１９の圧力が処理圧、例えば７５０Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒに維持される。

前記回転手段１４が駆動され、前記ボート１６を介して前記ウェーハ１７が回転される。同時に前記ガス供給管３から反応ガス若しくは水分発生器（図示せず）から水蒸気が供給される。供給された反応ガス若しくは水蒸気は、前記ガス溜め部７から前記分散孔８を通って前記反応管２を下降し、前記ウェーハ１７に対して均等に供給され、酸化・拡散・アニールの所要の処理がなされる。酸化・拡散・アニール処理中の前記処理室１９は、前記ガス排気管４を介して排気ガスが排気され、所定の圧力になる様前記圧力調整器２４により圧力が制御される。

基板処理が完了すると、前記処理室１９が不活性ガスによりガスパージされ、前記ボートエレベータ１８により前記ボート１６が降下され、処理済のウェーハ１７が払出される。

空となった前記ボート１６に未処理ウェーハ１７が移載され、上記した処理が繰返される。

尚、本発明で処理される基板の処理条件は、一例としてアニール処理に於いては、処理室温度は１２００℃、ガス種供給量はアルゴン（Ａｒ）ガス、０．０３ｍ³ ／ｍｉｎ、処理圧力は７５５Ｔｏｒｒである。

次に、図２〜図４に於いて、前記ガス排気管４と排気導管３１との連結部について説明する。

図２は前記反応管２と連結部との関係を示しており、図２中、３２は筐体のパネルを示し、該パネル３２を境に上方が筐体内部、下方が筐体外部となっている。

筐体内部は処理中には、前記ヒータ１０の下端部からの熱漏れ、前記反応管２内で熱せられた排気ガスの持つ熱の影響により、高温状態（例えば処理室温度１２００℃の時、２００℃）となっている。一方、筐体外部は処理中でも、前記ヒータ１０の下端部からの熱漏れ等の影響を殆ど受けず、室温状態となっている。又筐体内部は、図示はしないが反応管２と連結部周辺の雰囲気を排気できる様になっていて連結部から反応ガス等が漏れても安全に排気できる様になっている。

前記反応管２は筐体内部に収納されており、上記した様に前記反応管２の下端部に石英製の前記排気ポート９が設けられ、該排気ポート９にはＯリング等のシール部材３３を介して前記ガス排気管４が気密に接続され、該ガス排気管４の開放端部は前記パネル３２を貫通して突出している。尚、前記反応管２を交換したり、洗浄したりする際には、前記ヒータ１０を前記ヒータベース２１に載置したまま、反応管２を下降させ、ヒータ１０下端から抜出す様にする為、前記反応管２の前記排気ポート９とガス排気管４との接続は筐体内部に収納する必要がある。

管継手３４が前記パネル３２の外側に設けられ、前記ガス排気管４の突出部分は前記管継手３４に連結される。

該管継手３４について、図３、図４を参照して説明する。

石英製の前記ガス排気管４より熱伝導性が低く、熱膨張率の異なるフッ素樹脂等の耐熱合成樹脂からなる管継手ブロック３５を有し、該管継手ブロック３５の内部にはＬ字状の流路３６が形成される。該流路３６は軸心上に形成され筐体内部に向って開口する穴と、軸心に交差する方向に形成され前記管継手ブロック３５側面に開口する穴とで構成され、前記流路３６の筐体内部に向って開口する端口には前記ガス排気管４が連通され、前記流路３６の前記管継手ブロック３５側面に開口する側口には前記排気導管３１が連通される。

前記管継手ブロック３５の前記パネル３２側の端部には外周面が凸曲面となっている樽形状の固定部３７が形成され、該固定部３７は２分割された継手固定板３８，３８によって挾持され、該継手固定板３８がボルト３９により取付け板４１に固着されることで、前記管継手ブロック３５が前記継手固定板３８，３８を介して前記取付け板４１に固定され、該取付け板４１が前記パネル３２にボルト（図示せず）により固着されることで、前記管継手ブロック３５が前記パネル３２に取付けられる様になっている。

前記継手固定板３８の前記固定部３７との当接面は、該固定部３７の凸曲面に契合する凹曲面となっており、又前記継手固定板３８の前記ボルト３９が貫通するボルト孔は分割方向に対して直交する長孔となっており、又前記取付け板４１のボルトが貫通するボルト孔４２は前記分割方向と平行な長孔となっている。又、前記取付け板４１、前記パネル３２には前記固定部３７に対して充分大きい逃げ孔４３が形成されている。

而して、前記管継手ブロック３５は図３に於いて、紙面に対して垂直、紙面に対して平行、軸心に対して任意な方向の回転と３方向の調整が可能となっている。

前記管継手ブロック３５と前記ガス排気管４との連結は、該ガス排気管４の外端部が前記管継手ブロック３５に嵌入され、石英製のガス排気管４より熱伝導性が低く、熱膨張率の異なるフッ素樹脂等の耐熱合成樹脂からなるナット４４を締込むことでなされる。筐体内部で該ナット４４の締込みで内在するフェルール等のブッシュが前記ガス排気管４に押圧され、気密に連結される。即ち、筐体内部の安全に排気された雰囲気下でガス排気管４とナット４４の連結はなされる。

又、前記排気導管３１の先端部にはテーパネジ部４５が形成され、該テーパネジ部４５が前記管継手ブロック３５に螺子込まれることで、前記排気導管３１と前記管継手ブロック３５との連結がなされる。

筐体外部で前記継手固定板３８には少なくとも１対のロッド４６，４６が螺着立設され、該ロッド４６，４６は前記管継手ブロック３５より高く、先端部にはガイド部４７が形成され、該ガイド部４７の少なくとも先端部はネジ部となっている。該ガイド部４７の基端は、前記管継手ブロック３５の先端より低くなっており、前記ガイド部４７の基端部と前記管継手ブロック３５の先端部とはオーバラップする関係となっている。

前記ガイド部４７には２枚の短冊状のプレート、即ち押えプレート４８、バネ受けプレート４９が嵌合され、該押えプレート４８、前記バネ受けプレート４９は前記ガイド部４７に対して摺動自在となっている。

前記押えプレート４８と前記バネ受けプレート４９とを前記ガイド部４７に嵌合させ、前記押えプレート４８と前記バネ受けプレート４９との間に圧縮スプリング５１を圧縮状態で挾設し、前記バネ受けプレート４９から突出する前記ガイド部４７の先端部にナット５２を螺合する。

前記圧縮スプリング５１の反発力で、前記管継手ブロック３５の先端に前記押えプレート４８が押圧される。尚、前記押えプレート４８と前記管継手ブロック３５との片当りを防止する為、前記管継手ブロック３５の先端は球面となってもよい。

前記押えプレート４８を介して前記圧縮スプリング５１の反発力が前記管継手ブロック３５に作用することで、前記管継手ブロック３５は前記ガス排気管４に押圧される様に付勢される。又、これにより、上述の処理中に熱せられたガス排気管４が、前記管継手ブロック３５に熱膨張したとしても、前記圧縮スプリング５１により吸収される為、ガス排気管４や排気ポート９に余計な応力が加わるのを防ぐことができ、ガス排気管４や排気ポート９が割れたり破損することを防止することができる。

又、前記管継手ブロック３５に対する付勢力は、前記ナット５２の締込み量により前記圧縮スプリング５１の撓み量を調整することで、最適な値に設定することができる。筐体外部に設置されているので、当該調整を容易にすることができる。

尚、前記管継手ブロック３５を前記ガス排気管４に付勢する手段としては、前記圧縮スプリング５１に限らず、前記押えプレート４８と前記バネ受けプレート４９との間に皿バネ、板バネ等を介設してもよく、或は前記継手固定板３８と前記押えプレート４８との間に引張りバネを設けてもよく、更に前記押えプレート４８、前記バネ受けプレート４９、前記圧縮スプリング５１に代え、湾曲した板バネを前記ロッド４６，４６に掛渡して設けてもよい。

上述した様に、前記継手固定板３８は前記ガス排気管４に向って、付勢された状態となっているので、半導体製造装置を稼働し、前記ガス排気管４、前記管継手ブロック３５を通って高温の排気ガスが前記排気導管３１より排出されることで、前記管継手３４が加熱され、前記ナット４４の締付け状態に緩みが生じたとしても、前記圧縮スプリング５１の付勢力で、前記ガス排気管４と前記管継手３４との気密状態が維持され、前記排気ガスが前記ガス排気管４と前記管継手３４との連結部分から漏出することが防止される。又、万一連結部分から漏出したとしても連結部分が筐体内部にある為筐体外部のクリーンルーム（作業空間）に漏出することが防止される。

尚、排気ポート９にガス排気管４を介して管継手３４を接続する様に説明したが、排気ポート９を設けず直接ガス排気管４を反応管２に固着する様にしてもよい。又、上記実施の形態では、ガス排気管４と排気導管３１とが交差して連結される管継手３４について説明したが、ガス排気管４と排気導管３１とを直線的に連結される管継手３４についても実施可能であることは言う迄もない。

又フェルール、管継手ブロック等、排気管との連結部に用いる材料はフッ素樹脂等の耐熱合成樹脂として特にＰＴＦＥ材とするとよい。ＰＴＦＥ材は最高使用温度２６０℃であり、耐薬品性に優れ、熱伝導率０．２５ｗ／ｍ・Ｋと、石英の１〜３ｗ／ｍ・Ｋよりはるかに低い。又石英の様に割れ易くもない。尚熱膨張率は０．１４×１０^-6 ［１／Ｋ］と石英の０．５×１０^-6 ［１／Ｋ］と異なる。

本発明の実施の形態に於ける基板処理装置を示す立断面図である。 該基板処理装置の排気部を示す部分平断面図である。 該基板処理装置の管継手の平面図である。 該基板処理装置の管継手の正面図である。

符号の説明

１ 均熱管
２ 反応管
３ ガス供給管
４ ガス排気管
９ 排気ポート
３１ 排気導管
３４ 管継手
３５ 管継手ブロック
３７ 固定部
３８ 継手固定板
３９ ボルト
４１ 取付け板
４２ ボルト孔
４４ ナット
４６ ロッド
４８ 押えプレート
４９ バネ受けプレート
５１ 圧縮スプリング

Claims (1)

1. 基板を処理する処理室を形成する反応管と、該反応管の周囲に設けられ前記基板を加熱する加熱装置と、前記処理室に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記反応管の下端部から処理室を排気する様設けられた排気管と、該排気管に該排気管と熱膨張率の異なる材料で形成された管継手を介して接続される排気導管と、前記管継手を前記排気管に向って付勢する付勢手段とを具備することを特徴とする基板処理装置。

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