JP2010225799A - 縦型ウエハ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】縦型ウエハ処理装置において、反応管のフランジの厚みが薬液洗浄により減少した場合であっても、追加で緩衝材を挿入することなく、反応管とマニホールドの気密性を確保する。
【解決手段】反応管１のフランジ１ａの上面を金属管７側に付勢するために金属管７に着脱可能に取り付けられた金属製のフランジ押え部２９を備えている。フランジ押え部２９は、金属管７の上方に配置される金属管側フランジ押え部材３１と、突起部３３ａでフランジ１ａの上面を付勢するするフランジ側フランジ押え部材３３と、金属管側フランジ押え部材３１及びフランジ側フランジ押え部材３３の互いに対向する面に取り付けられた金属製バネ３５とを備えている。フランジ押え部２９の高さは可変になっている。フランジ押え部２９は、フランジ側フランジ押え部材３３が取付けネジの締め付けによって金属管７に固定されることによって金属管７に取り付けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、縦型ウエハ処理装置に関し、特に、下部にフランジを有する反応管と、ウエハ保持部を反応管内に出し入れするために昇降可能な支持部との間に金属管を備えた縦型ウエハ処理装置に関するものである。

ウエハに熱処理やＣＶＤ（chemical vapor deposition）処理、ＰＶＤ（physical vapor deposition）処理などを施す装置の一例として、複数枚のウエハをバッチで処理する縦型ウエハ理装置が知られている（例えば特許文献１，２を参照。）。
図５は、縦型ウエハ処理装置の一例を一部断面で模式的に示す側面図である。

縦型ウエハ処理装置は、内部でウエハを加熱するための石英製の外側反応管１及び内側反応管３を備えている。外側反応管１の下部にはフランジ（図示は省略）が設けられている。外側反応管１の周囲に反応管１，３内部を加熱するためのヒータ５が設けられている。反応管１，３はＳＵＳ（ステンレス鋼）製マニホールド７の上に配置されている。

内側反応管３内に収容されるウエハを保持するための石英製ボート９が設けられている。ボート９は、昇降可能なシールキャップ１１上に、ベース石英１３、フィン保温筒１５及び石英製保温筒１７を介して配置されている。

シールキャップ１１上に円盤状のベース石英１３が配置されている。ベース石英１３上に、石英からなりフィンを備えたフィン保温筒１５が設置されている。フィン保温筒１５上に保温筒１７が配置され、さらにその上にボート９が設置されている。

シールキャップ１１は例えばボールスクリューとガイドレールを備えた昇降機構１９に支持されている。
昇降機構１９によりシールキャップ１１が上昇されてボート９が内側反応管３内に配置される。このとき、シールキャップ１１の上面がマニホールド７に接触して反応管１，３は封止される。

図６は、従来の縦型ウエハ処理装置における反応管とマニホールドのシール部分を概略的に示す断面図である。
外側反応管１は下部にフランジ１ａを備えている。マニホールド７の上面にオーリング２１とオーリング押え２３が設けられている。マニホールド７の上面の周縁部に、環状のＳＵＳ製フランジ押え部２５が取り付けられている。フランジ押え部２５は、その内側側面上部にフランジ押え部２５の中央側に突出する突起部２５ａを備えている。

フランジ押え部２５がネジを用いてマニホールド７に取り付けられることにより、フランジ１ａの上面がフランジ押え部２５の突起部２５ａによってマニホールド７側へ付勢され、フランジ１ａの下面がマニホールド７の上面に押え付けられる。これにより、外側反応管１とマニホールド７の間の気密性が確保される。

また、図７に示すように、フランジ１ａの上面とフランジ押え部２５の突起部２５ａとの間にガスケット２７が配置されることもある。ガスケット２７は例えばアルミニウム製であり、フランジ１ａの破損を防止するための緩衝材として機能する。フランジ１ａを挟み込む形でフランジ押え部２５をマニホールド７に取り付けた際、ガスケット２７は若干変形し、フランジ押え部２５の付勢力をフランジ１ａに伝達させ、外側反応管１とマニホールド７の気密性を確保している。

縦型ウエハ装置の使用により、反応管１，３の内壁に異物の付着等が生じるので、薬液を用いて反応管１，３を洗浄する作業が行われる。例えば、縦型デポジション装置の場合、シリコンウエハに所定の不純物付着処理を施す際に、反応管１，３の内壁にも同時に不純物膜が付着する。不純物膜の付着が進行すると、シリコンウエハに異物が付着する原因となる。したがって、反応管１，３に付着した不純物膜を薬液によって除去する作業が必要になる。

薬液による反応管１，３の洗浄処理では、除去対象の不純物膜を除去できるが、同時に石英製の反応管１，３もエッチングしてしまう。エッチングされた反応管１，３は厚みの減少を引き起こす。反応管１，３の洗浄処理は、反応管１，３全体を薬液に浸して行なうため、反応管１のフランジ１ａにおいても厚みの減少が発生する。

図８は、従来の縦型ウエハ処理装置における反応管とマニホールドのシール部分で起こる不具合を概略的に示す断面図である。図８中の２点鎖線は反応管１の厚みが減少する前の反応管１の輪郭の位置を示す。

反応管１のフランジ１ａの厚みが減少すると、フランジ１ａをフランジ押え部２５で挟み込む形で反応管１をマニホールド７に取り付けた際に、フランジ１ａの上面とフランジ押え部２５の突起部２５ａの下面との間に隙間が生じる。また、当該隙間が生じるに至らない場合であっても、フランジ１ａの厚みの減少によりフランジ押え部２５がフランジ１ａを付勢する力が減少する。したがって、外側反応管１とマニホールド７の気密性を確保できなくなる。図７のようにガスケット２７を備えている場合も同様である。

外側反応管１とマニホールド７の気密性の減少によるリークトラブルは、縦型デポジッション装置の構造から一旦発生すると頻発するという特徴がある。反応管１のフランジ１ａの厚みの減少に起因して反応管１とマニホールド７の気密性が低下していると、反応管１内部の圧力が処理中の真空状態から処理終了時の大気状態に戻る時、フランジ１ａの底面がマニホールド７から離れる現象を引き起こす。この時、離れた僅かな隙間に、炉内の高温雰囲気が侵入し、シール部材であるフッ素系オーリング２１を溶かしてしまい、リークが発生する。リークトラブルの初期のうちは、オーリング２１が完全には溶解しないため、真空引きを再度行なったり、真空引き時間を延長するなどを行なったりすることでリークトラブルを回避できる。しかし、オーリング２１が炉内の高温雰囲気に繰り返して晒されると、最終的にはオーリングは完全に溶解し、シール部材としての機能を果たさなくなる。そして、リークトラブルが避けられない状態になる。
従来、新品の反応管１を数回薬液洗浄すると、フランジ１ａの厚みの減少によりリークトラブルが発生し、反応管１の交換を余儀なくされていた。

フランジ１ａの厚みの減少に起因するフランジ１ａとフランジ押え部２５との間の隙間を埋める方法として、例えば耐熱性樹脂からなる緩衝材等をフランジ１ａの上面とフランジ押え部２５の突起部２５ａの下面との間に追加して挿入する方法が考えられる。
しかし、反応管は縦型ウエハ処理装置１台に対して複数本用意されるのが通常であり、反応管の洗浄回数に応じて反応管毎にフランジ１ａの厚みが異なるので、反応管の本数分だけ緩衝材を用意する必要が生じ、製造コストの増加を招く。
また、反応管のフランジの厚みの減少が進行すると、緩衝材では隙間を埋める事ができなくなるという不具合も発生する。

本発明は、反応管のフランジの厚みが薬液洗浄により減少した場合であっても、追加で緩衝材を挿入することなく、反応管とマニホールドの気密性を確保できる縦型ウエハ処理装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る縦型ウエハ処理装置は、下部にフランジを有する石英製の反応管と、上記反応管の周囲に設置された加熱部と、
一端面が上記フランジの下面に対向して配置された金属管と、上記反応管内に収容されるウエハを保持するためのウエハ保持部と、上記ウエハ保持部を上記反応管内に出し入れするために昇降可能であって上記ウエハ保持部が上記反応管内に配置された状態で上記金属管の他端面側の開口を封止するための支持部と、上記フランジの上面を上記金属管側に付勢するために上記金属管に着脱可能に取り付けられた金属製のフランジ押え部を備えている。上記フランジ押え部は、上記金属管の上方に配置される金属管側フランジ押え部材と、上記金属管側フランジ押え部材の上方に配置され上記フランジの上面を付勢するするフランジ側フランジ押え部材と、上記金属管側フランジ押え部材及び上記フランジ側フランジ押え部材の互いに対向する面に取り付けられた金属製バネとを備えている。上記フランジ押え部は、上記フランジ側フランジ押え部材が取付けネジの締め付けによって上記金属管に固定されることによって上記金属管に取り付けられる。

本発明の縦型ウエハ処理装置において、上記フランジ側フランジ押え部材は、上記フランジの上面に接触する部分が上記反応管の周囲を囲んで環状に設けられている例を挙げることができる。ただし、フランジ側フランジ押え部材のフランジ上面に接触する部分は環状でなくてもよい。

また、本発明の縦型ウエハ処理装置の具体例として、例えば、上記反応管の内側に第２反応管を備え、上記第２反応管内に上記ウエハ保持部が配置される縦型ＣＶＤ処理装置や縦型ＰＶＤ処理装置を挙げることができる。ただし、本発明の縦型ウエハ処理装置は、縦型ＣＶＤ処理装置や縦型ＰＶＤ処理装置に限定されるものではなく、反応管が２層のものに限定されるものでもなく、反応管は単層であってもよいし、３層以上であってもよい。

本発明の縦型ウエハ処理装置では、フランジの上面を金属管側に付勢するためのフランジ押え部は、金属管の上方に配置される金属管側フランジ押え部材と、金属管側フランジ押え部材の上方に配置されフランジの上面を付勢するするフランジ側フランジ押え部材と、金属管側フランジ押え部材及びフランジ側フランジ押え部材の互いに対向する面に取り付けられた金属製バネとを備えているようにした。これにより、フランジ押え部の高さを可変にできる。そして、フランジ押え部は、フランジ側フランジ押え部材が取付けネジの締め付けによって金属管に固定されることによって金属管に取り付けられる。したがって、反応管のフランジの厚みが薬液洗浄により減少した場合であっても、フランジ押え部を金属管に固定するための取付けネジの締め具合を調整することによって、反応管のフランジを金属管側へ適切な力で付勢することができ、追加で緩衝材を挿入することなく、反応管とマニホールドの気密性を確保できる。
さらに、反応管のフランジの厚みが薬液洗浄により減少した場合であっても、反応管とマニホールドの気密性を確保できるので、処理完了後に真空引きを再度行なったり、真空引き時間を延長するなどを行なったりする必要はなく、製造コストの増加を抑制できる。
さらに、反応管の交換サイクルを延長することができるので、製造コストの低減を図ることができる。

本発明の縦型ウエハ処理装置において、フランジ側フランジ押え部材は、フランジの上面に接触する部分が反応管の周囲を囲んで環状に設けられているようにすれば、フランジ側フランジ押え部材からフランジに加わる力を分散させることができ、フランジの破損を防止できる。

また、本発明の縦型ウエハ処理装置が、反応管の内側に第２反応管を備え、第２反応管内にウエハ保持部が配置される縦型ＣＶＤ処理装置や縦型ＰＶＤ処理装置である場合には、石英製の反応管に付着した不純物膜を除去するための薬液洗浄の機会が他の縦型ウエハ処理装置に比べて多くなるので、本発明は特に有効である。

一実施例における反応管とマニホールドのシール部分を金属製バネの断面を含んで概略的に示す断面図である。 同実施例における反応管とマニホールドのシール部分を取付けネジの断面を含んで概略的に示す断面図である。 同実施例のフランジ押え部を概略的に示す斜視図である。 同実施例において、厚みが減少した反応管とマニホールドのシール部分を金属製バネの断面を含んで概略的に示す断面図である。 縦型ウエハ処理装置の一例を一部断面で模式的に示す側面図である。 従来の縦型ウエハ処理装置における反応管とマニホールドのシール部分の一例を概略的に示す断面図である。 従来の縦型ウエハ処理装置における反応管とマニホールドのシール部分の他の例を概略的に示す断面図である。 従来の縦型ウエハ処理装置における反応管とマニホールドのシール部分で起こる不具合を概略的に示す断面図である。

図１は、一実施例における反応管とマニホールドのシール部分を金属製バネの断面を含んで概略的に示す断面図である。図２は、この実施例における反応管とマニホールドのシール部分を取付けネジの断面を含んで概略的に示す断面図である。図３は、この実施例のフランジ押え部を概略的に示す斜視図である。この実施例の全体の概略的な構成は図５と同じである。

外側反応管１は下部にフランジ１ａを備えている。マニホールド（金属管）７の上面に例えばフッ素系樹脂からなるオーリング２１と金属材料からなるオーリング押え２３が設けられている。マニホールド７の上面の周縁部に、環状のフランジ押え部２９が取り付けられている。

フランジ押え部２９は、マニホールド側フランジ押え部材３１、フランジ側フランジ押え部材３３及び金属製バネ３５によって構成されている。
フランジ押え部材３１，３５は反応管１の外周に配置されるように環状に形成されている。マニホールド側フランジ押え部材３１はマニホールド７の周縁部の上に配置されている。

フランジ側フランジ押え部材３３はマニホールド側フランジ押え部材３１の上方に配置されている。フランジ側フランジ押え部材３３は、その内側側面上部にフランジ押え部２９の中央側に突出する突起部３３ａを備えている。
フランジ押え部材３１，３３は例えばＳＵＳ製である。

フランジ押え部材３１，３３の互いに対向する面に金属製バネ３５が例えば溶接によって取り付けられている。金属製バネ３５は、耐熱性及び高温耐食非磁性に優れたニッケル合金によって形成されている。この実施例では８個の金属製バネ３５が等間隔に配置されている。
フランジ押え部２９は、金属製バネ３５の伸縮性によって高さ寸法が可変になっている。

図２に示すように、フランジ押え部２９は取付けネジ３７によってマニホールド７に取り付けられている。フランジ押え部２９の取付け作業を説明すると、フランジ１ａ上に環状のアルミニウム製ガスケット２７を配置した状態で、マニホールド７上にフランジ押え部２９を配置する。フランジ押え部材３１，３３に設けられた貫通孔をマニホールド７に設けられたネジ穴の位置に合わせする。取付けネジ３７を締め付けることによってフランジ側フランジ押え部材３３をマニホールド７に固定する。取付けネジ３７を締め付ける段階で、金属製バネ３５が収縮し、突起部３３ａがガスケット２７を介してフランジ１ａをマニホールド７側に付勢する。ガスケット２７は若干変形する。取付けネジ３７の締め具合を調整することによって、フランジ１ａをマニホールド７側へ適切な力で付勢することができる。これにより、反応管１とマニホールド７の気密性を確保できる。

図４は、上記実施例において、厚みが減少した反応管とマニホールドのシール部分を金属製バネの断面を含んで概略的に示す断面図である。図４中の２点鎖線は反応管１の厚みが減少する前の反応管１の輪郭の位置を示す。

フランジ押え部２９は、金属製バネ３５の伸縮性によって高さ寸法が可変になっているので、フランジ１ａの厚みが減少した場合であっても、図１のときよりも取付けネジ３７を締め付け方向に多く回転させることによって金属製バネ３５をより収縮させてフランジ側フランジ押え部材３３をよりマニホールド７側で固定できる。これにより、従来技術のようには突起部３３ａ、ガスケット２７及びフランジ１ａの間に隙間が形成されることはなく、取付けネジ３７の締め付け具合を調整することによって、フランジ１ａをマニホールド７側へ適切な力で付勢することができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。

上記実施例ではフランジ押え部２９は環状であるが、本発明の縦型ウエハ処理装置においてフランジ押え部は環状でなくてもよい。例えば、金属管側フランジ押え部材もしくはフランジ側フランジ押え部材の一方又は両方が環状でなくてもよい。両方が環状でない場合、フランジ押え部は複数個になる。
また、ガスケット２７を備えていなくてもよい。

また、上記の実施例では、反応管が２層になっているが、本発明の縦型ウエハ処理装置において反応管は単層であってもよいし、３層以上であってもよい。
また、金属製バネ３５はコイルバネに限定されるものではない。例えば板バネや皿バネなど、金属製のバネであって伸縮性があるものであれば、どのようなバネであってもよい。
また、金属製バネ３５の個数及び取付けネジ３７の個数は実施例に限定されるものではない。

本発明は、例えば縦型ＣＶＤ処理装置や縦型ＰＶＤ処理装置など、反応管を用いて熱処理を行なう縦型ウエハ処理装置に適用できる。

１ 外側反応管（反応管）
３ 内側反応管
５ ヒータ
７ マニホールド（金属管）
９ ボート（ウエハ保持部）
１１ シールキャップ（支持部）
２９ フランジ押え部
３１ マニホールド側フランジ押え部材（金属管側フランジ押え部材）
３３ フランジ側フランジ押え部
３５ 金属製バネ
３７ 取付けネジ

特開２０００−５８４５９号公報 特開２００６−２０３２４３号公報

Claims (3)

1. 下部にフランジを有する石英製の反応管と、
   前記反応管の周囲に設置された加熱部と、
   一端面が前記フランジの下面に対向して配置された金属管と、
   前記反応管内に収容されるウエハを保持するためのウエハ保持部と、
   前記ウエハ保持部を前記反応管内に出し入れするために昇降可能であって前記ウエハ保持部が前記反応管内に配置された状態で前記金属管の他端面側の開口を封止するための支持部と、
   前記フランジの上面を前記金属管側に付勢するために前記金属管に着脱可能に取り付けられた金属製のフランジ押え部を備え、
   前記フランジ押え部は、前記金属管の上方に配置される金属管側フランジ押え部材と、前記金属管側フランジ押え部材の上方に配置され前記フランジの上面を付勢するフランジ側フランジ押え部材と、前記金属管側フランジ押え部材及び前記フランジ側フランジ押え部材の互いに対向する面に取り付けられた金属製バネとを備え、
   前記フランジ押え部は、前記フランジ側フランジ押え部材が取付けネジの締め付けによって前記金属管に固定されることによって前記金属管に取り付けられる縦型ウエハ処理装置。
2. 前記フランジ側フランジ押え部材は、前記フランジの上面に接触する部分が前記反応管の周囲を囲んで環状に設けられている請求項１に記載の縦型ウエハ処理装置。
3. 前記反応管の内側に第２反応管を備え、
   前記第２反応管内に前記ウエハ保持部が配置される縦型ＣＶＤ処理装置又は縦型ＰＶＤ処理装置である請求項１又は２に記載の縦型ウエハ処理装置。

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