JP2011040636A - ガスポート構造及び処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス管のシール部から処理容器内へ空気がリークして侵入することを防止することが可能なガスポート構造を提供する。
【解決手段】被処理体に処理を行うために真空排気が可能な処理容器内へガスを導入するガスポート構造において、処理容器の端部に設けられてガスノズルを挿通するためのノズル挿通孔が形成されたガス導入ポートと、ノズル挿通孔に挿通されたガスノズルの端部を挿入して連結されるガス導入管と、ガス導入管の端部とガス導入ポートとの間に介在されるシール部材と、シール部材の外周側に空間を隔てて覆うように設けられた覆い体と、ガスノズルとガス導入管との連結部をシールするためにガス導入管をガス導入ポート側へ付勢してシール部材を押圧する押圧部材と、空間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に成膜処理等の熱処理を施す処理装置及びガスポート構造に関する。

一般に、半導体集積回路を製造するためにはシリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理、改質処理、自然酸化膜の除去処理等の各種の処理が行なわれる。これらの処理を特許文献１〜３に開示されている縦型の、いわゆるバッチ式の処理装置にて行う場合には、まず、処理容器の下方に位置するＮ_２ 雰囲気中のウエハ移載室中にて半導体ウエハを複数枚、例えば２５枚程度収容できるカセットから、半導体ウエハを縦型のウエハボートへ移載してこれに多段に支持させる。

このウエハボートは、例えばウエハサイズにもよるが３０〜１５０枚程度のウエハを載置できる。このウエハボートは、数１００℃の温度に予熱されている処理容器内にその下方のウエハ移載室より搬入（ロード）された後、処理容器内が気密に維持される。そして、処理ガスの流量、プロセス圧力、プロセス温度等の各種のプロセス条件を制御しつつ所定の熱処理が施される。

ここで、ウエハを処理容器内へ搬入した直後には、原料ガス等が処理容器外へ洩れ出るか否かを検査するためのリークチェックがバッチ処理毎に行われている。このリークチェックは以下のように行われる。すなわち、ウエハを処理容器内へ搬入して処理容器内を密閉した後に、全てのガスの供給を停止した状態でこの処理容器内を真空ポンプでベース圧まで真空引きする。そして、その後に、真空排気系の開閉弁も完全に閉じて処理容器内を孤立化させた状態で数分間に亘って処理容器内の圧力動向を監視するようになっている。尚、上記ベース圧とは、上記真空ポンプの排気能力で当該処理容器内が到達できる最高の真空度をいう。

このリークチェックでは、処理容器の内壁面や内部構造物の表面に付着していたガスが少しずつ脱離することから処理容器内の圧力は僅かずつ上昇するが、この圧力上昇程度が許容値以下の場合には、安全であるとして、次の成膜処理等の実際の熱処理へ移行して行くことになる。

特開平０６−１５１３１２号公報 特開平１１−１３５４４８号公報 特開２００４−００６８０１号公報

ところで、上記処理容器には、これに連結されるガス導入系やガス排気系等のガス管が処理容器内の気密性を維持するためにＯリング等のシール部材を介して接続されており、このシール部材は経年変化等によってそのシール性が少しずつ劣化して非常に僅かではあるがリークが発生するのは避けられない。そして、上記したリークチェック時には、処理容器内の圧力が最も低下するので、外部より処理容器内へ侵入する僅かなガスのリーク量が最も多くなる傾向となる。

この場合、ウエハの表面状態が、リークにより入り込む空気に対して耐久性を有していれば特に問題は生じないが、ウエハの表面状態が空気、例えば空気中に含まれる酸素や水分等と容易に反応し易い状態の場合には、このウエハ表面の材質と上記リークした酸素や水分等とが反応して膜質特性等を劣化させてしまう、といった問題があった。例えばウエハの表面にタングステン膜が露出した状態になっている場合には、このタングステン膜は、室温程度の低い温度の場合には、空気と接しても特に問題は生じないが、処理容器の予熱温度である数１００℃程度の温度になると、処理容器内へリークする僅かな空気、すなわち酸素と反応してその膜質特性を劣化させてしまう、といった問題があった。この膜質特性の劣化は、上記したリークチェックでも合格してしまうような微量な空気のリークでも発生してしまう、といった問題があった。

この場合、ウエハの搬入時の処理容器の温度を、酸素とタングステン膜とが反応しない温度である室温近くまで低下させることも考えられるが、これではその後の処理温度までの昇温操作に過大な時間を要してスループットを低下させてしまうので、現実的ではない。

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明は、リークチェック時に処理容器内の圧力をベース圧まで低下させても、ガス管のシール部から処理容器内へ空気がリークして侵入することを防止することが可能なガスポート構造及び処理装置を提供する。

請求項１の発明は、被処理体に対して所定の処理を行うために真空排気が可能になされた処理容器内からガスを排出するガスポート構造において、前記処理容器の端部に設けられてフランジ部を有するガス排出ポートと、フランジ部を有して前記ガス排出ポートに連結されるガス排気管と、前記ガス排出ポートの前記フランジ部と前記ガス排気管の前記フランジ部との間に押圧された状態で介在されるシール部材と、前記シール部材の外周側に空間を隔てて覆うように設けられた覆い体と、前記空間に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給手段と、を備えたことを特徴とするガスポート構造である。

このように、被処理体に対して所定の処理を行うために真空排気が可能になされた処理容器内からガスを排出するガスポート構造において、処理容器の端部に設けられてフランジ部を有するガス排出ポートと、フランジ部を有してガス排出ポートに連結されるガス排気管との間に、ガス排出ポートのフランジ部とガス排気管のフランジ部との間に押圧された状態でシール部材を介在させ、このシール部材の外周側に空間を隔てて覆うように覆い体を設け、上記空間に不活性ガス供給手段により不活性ガスを供給するようにしたので、リークチェック時に処理容器内の圧力をベース圧まで低下させても、ガス管のシール部から処理容器内へ空気がリークして侵入することを防止することが可能となる。

請求項７の発明は、被処理体に対して所定の処理を行うために真空排気が可能になされた処理容器内へガスを導入するガスポート構造において、前記処理容器の端部に設けられてガスを導入するガスノズルを挿通するためのノズル挿通孔が形成されたガス導入ポートと、前記ノズル挿通孔に挿通された前記ガスノズルの端部であるガス入口側をその端部に挿入して連結されるガス導入管と、前記ガス導入管の端部と前記ガス導入ポートとの間に介在されるシール部材と、前記シール部材の外周側に空間を隔てて覆うように設けられた覆い体と、前記ガスノズルと前記ガス導入管との連結部をシールするために前記ガス導入管を前記ガス導入ポート側へ付勢して前記シール部材を押圧する押圧部材と、前記空間に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給手段と、を備えたことを特徴とするガスポート構造である。

このように、被処理体に対して所定の処理を行うために真空排気が可能になされた処理容器内へガスを導入するガスポート構造において、処理容器の端部に設けられてガスを導入するガスノズルを挿通するためのノズル挿通孔が形成されたガス導入ポートにガスノズルを挿通し、この端部であるガス入口側にガス導入管の端部を挿入して連結し、このガス導入管の端部とガス導入ポートとの間にシール部材を介在し、このシール部材の外周側に空間を隔てて覆うように覆い体を設け、ガスノズルとガス導入管との連結部をシールするためにガス導入管をガス導入ポート側へ付勢してシール部材を押圧するように押圧部材を設け、上記空間に不活性ガス供給手段により不活性ガスを供給するようにしたので、リークチェック時に処理容器内の圧力をベース圧まで低下させても、ガス管のシール部から処理容器内へ空気がリークして侵入することを防止することが可能となる。

請求項１４の発明は、被処理体に対して所定の処理を施す処理装置において、筒体状の処理容器と、前記被処理体を複数枚保持すると共に前記処理容器内へ挿脱可能になされた保持手段と、前記処理容器の外側に設けられて前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記処理容器内へ必要とするガスを供給するガス供給系と、前記処理容器内の雰囲気を排気する真空排気系と、請求項１乃至６のいずれか一項に記載されたガスポート構造及び／又は請求項７乃至１３のいずれか一項に記載されたガスポート構造と、を備えたことを特徴とする処理装置である。

本発明に係るガスポート構造及び処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１及びこれを引用する請求項の発明によれば、被処理体に対して所定の処理を行うために真空排気が可能になされた処理容器内からガスを排出するガスポート構造において、処理容器の端部に設けられてフランジ部を有するガス排出ポートと、フランジ部を有してガス排出ポートに連結されるガス排気管との間に、ガス排出ポートのフランジ部とガス排気管のフランジ部との間に押圧された状態でシール部材を介在させ、このシール部材の外周側に空間を隔てて覆うように覆い体を設け、上記空間に不活性ガス供給手段により不活性ガスを供給するようにしたので、リークチェック時に処理容器内の圧力をベース圧まで低下させても、ガス管のシール部から処理容器内へ空気がリークして侵入することを防止することができる。

請求項７及びこれを引用する請求項の発明によれば、被処理体に対して所定の処理を行うために真空排気が可能になされた処理容器内へガスを導入するガスポート構造において、処理容器の端部に設けられてガスを導入するガスノズルを挿通するためのノズル挿通孔が形成されたガス導入ポートにガスノズルを挿通し、この端部であるガス入口側にガス導入管の端部を挿入して連結し、このガス導入管の端部とガス導入ポートとの間にシール部材を介在し、このシール部材の外周側に空間を隔てて覆うように覆い体を設け、ガスノズルとガス導入管との連結部をシールするためにガス導入管をガス導入ポート側へ付勢してシール部材を押圧するように押圧部材を設け、上記空間に不活性ガス供給手段により不活性ガスを供給するようにしたので、リークチェック時に処理容器内の圧力をベース圧まで低下させても、ガス管のシール部から処理容器内へ空気がリークして侵入することを防止することができる。

本発明に係るガスポート構造を有する処理装置の一例を示す構成図である。 ガス排気側のガスポート構造を示す拡大断面図である。 ガス導入側のガスポート構造を示す拡大断面図である。 ガス導入側のガスポート構造の分解図である。 本発明の処理装置を動作させた時の処理容器内の温度と圧力の変化の一例を示すグラフである。 本発明の処理装置と従来の処理装置における処理容器内の圧力と酸素指標との変化の一例を示すグラフである。

以下に、本発明に係るガスポート構造及び処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係るガスポート構造を有する処理装置の一例を示す構成図、図２はガス排気側のガスポート構造を示す拡大断面図、図３はガス導入側のガスポート構造を示す拡大断面図、図４はガス導入側のガスポート構造の分解図である。

図示するように、この処理装置２は、被処理体である半導体ウエハＷを収容する処理容器４を有している。ここでは、この処理容器４は、耐熱性の大きな石英により円筒体状に成形された天井に排気口を有する容器本体６により形成されており、垂直方向に起立されて縦型の処理容器４として構成されている。処理容器本体６の直径は、例えば処理されるウエハＷの直径が３００ｍｍの場合には、３５０〜４５０ｍｍ程度の範囲に設定されている。

この石英製の容器本体６の下端部は開口されて、後述するようにウエハＷを搬入、搬出できるようになっている。上記容器本体６の下端部の側壁は、肉厚に形成されると共に半径方向外方に向けて僅かに延びてリング状の容器フランジ部８が形成されている。そして、上記容器本体６の端部である容器フランジ部８に、処理容器４内へ必要なガスを導入する、ガス導入側のガスポート構造１０が設けられている。そして、このガスポート構造１０に、石英製のガスノズル１２を貫通させるようにして設けられており、外部からガスを導入するようになっている。

上記ガスノズル１２へガスを供給するためにガス供給系１４が設けられる。このガス供給系１４は上記ガスノズル１２へ連通される金属、例えばステンレススチール製のガス導入管１６を有しており、このガス導入管１６の途中には、マスフローコントローラのような流量制御器１８及び開閉弁２０が順次介設されて、処理ガスを流量制御しつつ供給できるようになっている。他の必要な処理ガスも同様に構成されたガスポート構造１０を介して供給される。このガスポート構造１０は、図示例では１つしか記載していないが、実際には、必要なガスの種類に応じて複数個、例えば５〜６個程度設けられている。このガスポート構造１０については後述する。

上記容器本体６の容器フランジ部８の周辺部は、例えばステンレススチールにより形成されたベースプレート２２により支持されており、このベースプレート２２により容器本体６の荷重を支えるようになっている。このベースプレート２２の下方は、図示しないウエハ移載機構を有するウエハ移載室２４となっており、略大気圧の窒素ガス雰囲気になっている。またベースプレート２２の上方は通常のクリーンルームの清浄な空気の雰囲気となっている。上記容器本体６内には、複数枚のウエハＷを多段に所定のピッチで保持する保持手段として石英製のウエハボート２６が収容されている。

このウエハボート２６は、石英製の保温筒２８を介してテーブル３０上に載置されており、このテーブル３０は、上記容器本体６の下端開口部を開閉する蓋部３２を貫通する回転軸３４の上端部に支持される。そして、この回転軸３４の貫通部には、例えば磁性流体シール３６が介設され、この回転軸３４を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部３２の周辺部と上記容器本体６の下端部には、例えばＯリング等よりなるシール部材３８が介設されており、処理容器４内のシール性を保持している。

上記した回転軸３４は、例えばボートエレベータ等の昇降機構４０に支持されたアーム４２の先端に取り付けられており、ウエハボート２６及び蓋部３２等を一体的に昇降できるようになされている。尚、上記テーブル３０を上記蓋部３２側へ固定して設け、ウエハボート２６を回転させることなくウエハＷの処理を行うようにしてもよい。

また容器本体６の端部である天井部には、開口された排気口４４が設けられると共に、この排気口４４にガス排出側のガスポート構造４６が設けられる。このガスポート構造４６の構成については後述する。そして、このガスポート構造４６に処理容器４内の雰囲気を排気する真空排気系４８が接続されている。具体的には、上記真空排気系４８は、上記ガスポート構造４６に連結される例えばステンレススチールよりなる金属製のガス排気管５０を有している。このガス排気管５０の内径は、例えば１１０ｍｍ程度である。そして、このガス排気管５０の途中には、開閉弁５２、バタフライバルブのような圧力調整弁５４及び真空ポンプ５６が順次介設されており、処理容器４内の雰囲気を圧力調整しつつ真空引きできるようになっている。

そして、上記処理容器４の側部には、これを取り囲むようにして例えば特開２００３−２０９０６３号公報に記載されたカーボンワイヤ製のヒータよりなる加熱手段５８が設けられており、この内側に位置する上記半導体ウエハＷを加熱し得るようになっている。またこの加熱手段５８の外周には、断熱材６０が設けられており、この熱的安定性を確保するようになっている。

そして、上記ガス排出側のガスポート構造４６は、上記排気口４４から延びて例えば直角に横方向へＬ字状に屈曲された石英管製のガス排出ポート６２を有している。このガス排出ポート６２の内径は、上記ガス排気管５０の内径と同じに設定されており、例えば１１０ｍｍ程度になっている。図２にも示すように、このガス排出ポート６２の先端には、拡径されたリング状のフランジ部６４が形成されている。そして、上記金属製のガス排気管５０の端部には、上記フランジ部６４よりも直径が少し大きくなされたフランジ部６６が形成されており、この両フランジ部６４、６６間に、例えばＯリングよりなるシール部材６８が押圧状態で介在されて、この部分をシールするようになっている。

そして、上記シール部材６８の外周側に、空間７０を隔てて覆うようにして覆い体７２が設けられている。この空間７０は非常に微小な且つ僅かなリング状の空間となっている。上記覆い体７２は、上記ガス排気ポート６２側のフランジ部６４の側面に当接される例えばステンレススチールのような金属製のリング状のプレート７２Ａと、このプレート７２Ａと上記ガス排気管５０側のフランジ部６６の周縁部との間に介在される例えばステンレススチールのような金属製の円環状のカラー部材７２Ｂとよりなり、上記フランジ部６６とカラー部材７２Ｂとプレート７２Ａとを、その円方向に沿って所定の間隔で設けた複数のネジ７４によって締め付けて固定するようになっている。

この場合、上記ガス排気ポート６２側の石英製のフランジ部６４と金属製の覆い体７２との間には、例えばテフロン（登録商標）よりなる緩衝部材７６が介設されている。これにより、上記空間７０内は、緩い密閉状態になされている。ここで緩い密閉状態とは、Ｏリングよりなるシール部材６８を設けた接合部はシール性が高いが、両フランジ部６４、６６とプレート７２Ａとカラー部材７２Ｂとの各接合部のシール性は上記シール部材６８の接合部のシール性よりも低く、外側との間で通気性をある程度許容してしまう、という程度の気密性である。

そして、上記緩い密閉状態になされた微小な空間７０に不活性ガスを供給するためにガス排出側の本発明の特徴とする不活性ガス供給手段７８が設けられている。具体的には、上記不活性ガス供給手段７８は、上記微小な空間７０に連通される不活性ガス通路８０を有している。この不活性ガス通路８０は、例えばステンレス管よりなり、その先端は例えばフランジ部６６に形成されたガス流通孔８２に接続されて、上記空間７０に連通されている。

上記不活性ガス通路８０の途中には、開閉弁８４及びマスフローコントローラのような流量制御器８６が順次介設されており、不活性ガスを供給の停止も含めて流量制御しつつ供給できるようになっている。ここでは、不活性ガスとしてＮ_２ ガスを用いているが、これに限定されず、Ａｒ、Ｈｅ等の希ガスを用いてもよい。そして、この不活性ガスの流量や供給の開始及び停止は、コンピュータよりなるガス制御部８８（図１参照）により指示されるようになっている。

また容器本体６の下端部に設けられるガス導入側のガスポート構造１０は、図３及び図４にも示すように、上記肉厚な石英製の容器フランジ部８に、水平方向に向けて貫通させたノズル挿通孔９０が形成されたガス導入ポート９２を有している。そして、このノズル挿通孔９０内に、Ｌ字状に屈曲成形された石英製のガスノズル１２の基端部を遊嵌状態で挿通させるようになっていると共に、ガス入口側であるその基端部をノズル挿通孔９０よりも僅かな長さだけ容器フランジ部８よりも外側へ突出させて設けるようにしている。上記ノズル挿通孔９０の内径は例えば１０ｍｍ程度である。

ここで処理ガスを供給する金属製のガス導入管１６の先端部は、その内径及び外径が共に僅かに拡大された拡大ソケット部９４となっている。この拡大ソケット部９４の内径Ｈ１は、上記ガスノズル１２の基端部の外径Ｈ２よりも僅かに大きく設定されており（図４参照）、この拡大ソケット部９４内にガスノズル９０の基端部を挿入して互いに連結させるようになっている。

そして、上記拡大ソケット部９４の先端面は、この拡大ソケット部９４の軸心方向に向かって内向きに傾斜したテーパ面として形成されており、ここに先端押圧面９６を設けている。この先端押圧面９６に対向する容器フランジ部８のガス導入ポート９２の入口にはリング状にシール受け段部９８が形成されており、このガス導入ポート９２のシール受け段部９８と上記拡大ソケット部９４の先端押圧面９６との間にＯリング等のシール部材１００が介在されている。

そして、上記シール部材１００の外周側に空間１０２を隔てて覆うようにして覆い体１０４が設けられている。この覆い体１０４は、容器フランジ部８の円周方向に沿って延びる円形リング状の上側押さえ板１０４Ａと、同じく円形リング状に形成された下側押さえ板１０４Ｂと、両押さえ板１０４Ａ、１０４Ｂ間に介在される中央補助板１０６とよりなり、これらは例えばステンレススチールのような金属により形成されている。また、上記中央補助板１０６には、上記拡大ソケット部９４を挿通できる大きさの開口１０８（図４参照）が形成されており、これに拡大ソケット部９４を挿通させるようになっている。そして、上記上側押さえ板１０４Ａと下側押さえ板１０４Ｂとの間に上記中央補助板１０６と容器フランジ部８とを挟み込んだ状態で、上記上側押さえ板１０４Ａと下側押さえ板１０４Ｂとを図示しないボルト等で締め付けることにより、上記中央補助板１０６を固定するようになっている。

この場合、石英製の容器フランジ部８と、金属製の上側押さえ板１０４Ａ及び下側押さえ板１０４Ｂとの間には、それぞれ例えばテフロン（登録商標）よりなる薄い円形リング状の緩衝部材１１０Ａ、１１０Ｂが介在されている。そして、ここに上記ガスノズル１２とガス導入管１６との連結部をシールするために上記ガス導入管１６を上記ガス導入ポート側へ付勢して上記シール部材１００を押圧する押圧部材１１２が設けられている。具体的には、この押圧部材１１２は、例えばステンレススチールのような金属よりなり、上記拡大ソケット部９４を挿通できる大きさの開口１１４を有する雌ネジブロック１１２Ａと、上記ガス導入管１６を挿通できる大きさの開口１１６を有する雄ネジブロック１１２Ｂとにより構成されている。

上記雌ネジブロック１１２Ａの開口１１４の内壁には、ネジ山１１８が形成されて雌ネジとなっており、この雌ネジブロック１１２Ａは、ボルト１２０等によって上記中央補助板１０６に取り付け固定されている。また上記雄ネジブロック１１２Ｂの先端は拡径されると共に、本体部分の外周にはネジ山１２２が形成されて雄ネジとなっており、上記雌ネジブロック１１２Ａのネジ山１１８に螺合するようになっている。この場合、上記拡大ソケット部９４の外径Ｈ３は、上記雄ネジブロック１１２Ｂの開口１１６の内径Ｈ４よりも僅かに大きく設定されており、上記螺合時には上記雄ネジブロック１１２Ｂの先端が、上記拡大ソケット部９４の段部状の基端部に当接して、これを押圧するようになっている。これにより、上記拡大ソケット部９４の先端押圧面９６とシール受け段部９８とガスノズル１２の外周面との間でシール部材１００が押圧されてこの部分を気密にシールするようになっている。

この結果、上記空間１０２内は、緩い密閉状態になされている。ここで緩い密閉状態とは、Ｏリングよりなるシール部材１００を設けた接合部はシール性が高いが、両押さえ板１０４Ａ、１０４Ｂと容器付フランジ部８の接合部や両押さえ板１０４Ａ、１０４Ｂと中央補助板１０６との接合部や中央補助板１０６と拡大ソケット部９４との間の嵌め込み隙間や中央補助板１０６と押圧部材１１２との接合部のシール性は上記シール部材１００の接合部のシール性よりも低く、外側との間で通気性をある程度許容してしまう、という程度の気密性である。

そして、上記緩い密閉状態になされた微小な空間１０２に不活性ガスを供給するためにガス導入側の本発明の特徴とする不活性ガス供給手段１２４が設けられている。具体的には、上記不活性ガス供給手段１２４は、上記微小な空間１０２に連通される不活性ガス通路１２６を有している。この不活性ガス通路１２６は、例えばステンレス管よりなり、その先端は例えば下側押さえ板１０４Ｂに形成されたガス流通孔１２８に接続されて、上記空間１０２に連通されている。尚、このガス流通孔１２８を上側押さえ板１０２Ａや中央補助板１０６に設けるようにしてもよい。

上記不活性ガス通路１２６の途中には、開閉弁１３０及びマスフローコントローラのような流量制御器１３２が順次介設されており、不活性ガスを供給の停止も含めて流量制御しつつ供給できるようになっている。ここでは、不活性ガスとしてＮ_２ ガスを用いているが、これに限定されず、Ａｒ、Ｈｅ等の希ガスを用いてもよい。そして、この不活性ガスの流量や供給の開始及び停止は、コンピュータよりなるガス制御部８８（図１参照）により指示されるようになっている。

上述したようなガス導入側のガスポート構造１０は、他の処理ガス系に対するガスポート構造についても同様に構成されている。尚、ここでは、上記ガス制御部８８を、ガス排出側のガスポート構造４６とガス導入側のガスポート構造１０とに対して共通に用いるようにしたが、これに限定されず、ガス制御部８８をそれぞれ個別に設けるようにしてもよい。

そして、図１へ戻って、この処理装置の全体の動作を制御するために例えばコンピュータ等よりなる装置制御部１３４が設けられている。この装置制御部１３４は、この処理装置２の動作を制御する時に用いるプログラムを記憶するために記憶媒体１３６を有している。この記憶媒体１３６としては、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等を用いることができる。そして、上記ガス制御部８８は、上記装置制御部１３４の支配下で動作するようになっている。

次に、上述のように構成された処理装置２の動作について説明する。図５は本発明の処理装置を動作させた時の処理容器内の温度と圧力の変化の一例を示すグラフ、図６は本発明の処理装置と従来の処理装置における処理容器内の圧力と酸素指標との変化の一例を示すグラフである。

まず、一連の流れについて説明すると、ベースプレート２２の下方の窒素ガス雰囲気となっているウエハ移載室２４内にて、アンロードされて降下しているウエハボート２６上に、未処理の多数枚の半導体ウエハＷを図示しない移載機構を用いて移載し、これに多段に支持させる。このウエハ移載室２４内の圧力は大気圧程度に設定されている。この場合、上記ウエハＷの表面は、３５０℃程度以上の温度では酸素と容易に反応して膜質劣化を生ぜしめてしまう金属、例えばタングステン膜が露出した状態となっている。

上記ウエハの移載が完了したならば、多数枚のウエハＷを支持している上記ウエハボート２６を上昇させて、これを処理容器４内へロード（搬入）し、処理容器４の下端開口部を蓋部３２により密閉する。ここでは処理容器４はスループット向上のためにプロセス温度にもよるが、プロセス温度よりもある程度低い温度、例えば６００℃程度に予熱されている。また処理容器４内へは全てのガスの供給が停止されている。

上記処理容器４内を密閉したならば、真空排気系４８により処理容器４内の雰囲気を真空引きして処理容器４内の圧力をベース圧まで低下させる。尚、真空ポンプ５６は、常時回転駆動されている。このベース圧は、例えば０．０００４Ｐａ程度である。

このようにして、処理容器４内の圧力がベース圧に到達したならば、ガス供給系１４の開閉弁２０の閉状態を維持して処理容器４内への全てのガスの供給を停止した状態で、真空排気系４８の開閉弁５２も閉状態として処理容器４内を完全に孤立化させ、大きなガス洩れが生じていないか否かを調べるリークチェックを行う。このリークチェックの間にウエハＷの温度を昇温してこれをプロセス温度、例えば６３０〜６８０℃程度まで加熱する。そして、所定の時間のリークチェックを行って、リークチェックが完了したならば、必要な処理ガスを流し、プロセス温度及びプロセス圧力を維持して所定の処理、例えば成膜処理等を行うことになる。例えば成膜処理としてシリコン窒化膜を形成する場合には、処理ガスとしてジクロロシランやアンモニア等が用いられる。

そして、上記所定の処理が完了したならば、処理容器４の温度をアンロードが可能な予熱温度まで低下させると共に、処理ガスの供給を停止してパージガスを流し、処理容器４内の圧力を大気圧まで復帰させる。尚、パージガスとしては、一般的にＮ_２ ガスが用いられる。このように処理容器４内の圧力が大気圧復帰したならば、ウエハボート２６を降下させて処理容器４内からウエハＷをアンロードさせて処理が完了することになる。

ところで、上記一連の動作において、リークチェックする時には、処理容器４内の雰囲気をベース圧まで低下させるので、処理容器４の内外の圧力差が最大になる。この場合、ガス排出側のガスポート構造４６に設けたシール部材６８やガス導入側のガスポート構造１０に設けたシール部材１００が経年変化等によって劣化していると、この部分のシール性が劣って外側の清浄空気が僅かに処理容器４内へ侵入してウエハＷの表面に露出しているタングステン膜と反応する、という不都合が生ずる恐れがある。

しかしながら、本発明の場合には、上記各ガスポート構造１０、４６にそれぞれ設けた不活性ガス供給手段１２４、７８から不活性ガスとしてＮ_２ ガスを供給してシール部材１００、６０の外側雰囲気をＮ_２ 雰囲気にしているので、上述のようにシール部材１００、６０が劣化しても処理容器４内に酸素が侵入することを防止することができる。すなわち、ガス排出側のガスポート構造４６では、図２に示すように不活性ガス供給手段７８の不活性ガス通路８０から流量制御されたＮ_２ ガスがシール部材６８の外周側の僅かな空間７０中に供給されている。従って、この僅かな空間７０中は主にＮ_２ ガス雰囲気になっているので、シール部材６８が劣化している状態で処理容器４内をベース圧にするリークチェックが行われても、処理容器４内へは空間７０中のＮ_２ ガスが侵入するだけであって、大気中の酸素や水分が侵入することを防止することができる。

また、この場合、この僅かな空間７０は、緩い密閉状態になっており、特許文献１の特開平６−１５１３１２号公報の構造とは異なってＮ_２ ガス排出口を積極的には設けていないので、この空間７０より外側へ洩出するＮ_２ ガスは非常に少なく、この結果、使用するＮ_２ ガスを大幅に削除することができる。

また、ガス導入側のガスポート構造１０では、図３に示すように不活性ガス供給手段１２４の不活性ガス通路１２６から流量制御されたＮ_２ ガスがシール部材１００の外周側の僅かな空間１０２中に供給されている。従って、この僅かな空間１０２中は主にＮ_２ ガス雰囲気になっているので、シール部材１００が劣化している状態で処理容器４内をベース圧にするリークチェックが行われても、処理容器４内へは空間１０２中のＮ_２ ガスが侵入するだけであって、大気中の酸素や水分が侵入することを防止することができる。

また、この場合、先のガス排出側のガスポート構造４６と同様に、この僅かな空間１０２は、緩い密閉状態になっており、特許文献１の特開平６−１５１３１２号公報の構造とは異なってＮ_２ ガス排出口を積極的には設けていないので、この空間１０２より外側へ洩出するＮ_２ ガスは非常に少なく、この結果、使用するＮ_２ ガスを大幅に削除することができる。

上述の場合、各空間７０、１０２へはＮ_２ ガスを常時供給するようにしてもよいが、少なくともリークチェックを行うために処理容器４内の減圧を開始した時からＮ_２ ガスを供給するのが好ましく、成膜処理を開始した時にはＮ_２ ガスの供給を停止するようにしてもよい。このように、Ｎ_２ ガスの供給時間を制限すれば、Ｎ_２ ガスの使用量を削減することができる。また、上記各空間７０、１０２中の酸素濃度は１％以下になるようにＮ_２ ガスを供給しておれば、万一、この空間７０、１０２中の雰囲気が処理容器４内へリークして侵入してもタングステン膜へは悪影響を与えることがない。また、より好ましくは酸素濃度を０．２％以下になるようにＮ_２ ガスを供給する。

また、上記したように空間７０、１０２中の酸素濃度を１％以下になるように設定するには、ガス導入側のガスポート構造１０に関しては、１つのガスポート構造に対して３ｓｌｍ以上のＮ_２ ガスを流せばよく、ガス排出側のガスポート構造４６に対しては３．０ｓｌｍ以上のＮ_２ ガスを流せばよい。

このように、本発明によれば、被処理体に対して所定の処理を行うために真空排気が可能になされた処理容器内へガスを導入するガスポート構造において、処理容器の端部に設けられてガスを導入するガスノズルを挿通するためのノズル挿通孔が形成されたガス導入ポートにガスノズルを挿通し、この端部であるガス入口側にガス導入管の端部を挿入して連結し、このガス導入管の端部とガス導入ポートとの間にシール部材を介在し、このシール部材の外周側に空間を隔てて覆うように覆い体を設け、ガスノズルとガス導入管との連結部をシールするためにガス導入管をガス導入ポート側へ付勢してシール部材を押圧するように押圧部材を設け、上記空間に不活性ガス供給手段により不活性ガスを供給するようにしたので、リークチェック時に処理容器内の圧力をベース圧まで低下させても、ガス管のシール部から処理容器内へ空気がリークして侵入することを防止することが可能となる。

また、被処理体に対して所定の処理を行うために真空排気が可能になされた処理容器内からガスを排出するガスポート構造において、処理容器の端部に設けられてフランジ部を有するガス排出ポートと、フランジ部を有してガス排出ポートに連結されるガス排気管との間に、ガス排出ポートのフランジ部とガス排気管のフランジ部との間に押圧された状態でシール部材を介在させ、このシール部材の外周側に空間を隔てて覆うように覆い体を設け、上記空間に不活性ガス供給手段により不活性ガスを供給するようにしたので、リークチェック時に処理容器内の圧力をベース圧まで低下させても、ガス管のシール部から処理容器内へ空気がリークして侵入することを防止することが可能となる。

［本発明の評価実験］
次に、本発明の処理装置の評価実験を行ったので、その評価結果について説明する。図６は処理装置の評価実験を行った時の処理容器内の圧力と酸素指標とを示すグラフである。図６（Ａ）は従来の処理装置の場合を示し、図６（Ｂ）は本発明の処理装置の場合を示す。両処理装置共にシールチェック時にＮＧ（ノーグッド）にならない程度まで劣化してリークが生じるようなＯリングを用いている。

ここで右側縦軸の酸素指標とは、酸素濃度と同義である。処理容器内の圧力は、真空引きにより大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）からベース圧まで変化している。また本発明の処理装置では、１つのガスポート構造に対して２ｓｌｍのＮ_２ ガスを供給している。尚、酸素指標の初期時の大きな振幅は測定機器の動作が不安定な時の値である。

図６（Ａ）に示すように、従来の処理装置の場合には、処理容器内をベース圧にすると酸素指標は１２００〜１４００程度に達してかなりの量のＯ_２ がリークにより侵入していることが判る。これに対して、図６（Ｂ）に示す本発明装置の場合には、処理容器内をベース圧にしても酸素指標は５００以下であり、リークが発生しても処理容器内へはＯ_２ がほとんど侵入していなくて、良好な結果が得られることが判る。

また、他の評価実験として従来の処理装置において、劣化のない新品のＯリングを用いてシール部でリークが生じないようにし、リークチェック時に意図的に２ｓｃｃｍの大気を処理容器内へ導入してリークと同様な現象を生じさせた結果、リークチェックの結果はＮＧにはならなかったが、ウエハ表面上のタングステン膜は酸化しており、膜特性が劣化していた。

これに対して、先に図６（Ｂ）で説明したように、シール性がある程度まで劣化したＯリングを用いた本発明の処理装置において、リークチェック時に１つのガスポート構造に対して２ｓｌｍの流量でＮ_２ ガスを流したところ、ウエハ表面上のタングステン膜は酸化されておらず、本発明の有効性を確認することができた。

尚、上記実施例にあっては、処理容器４の全体を石英製の容器本体６で形成した場合を例にとって説明したが、これに限定されず、容器本体６の下端部にガスノズル取付用の例えばステンレススチール等の金属製のマニホールドを設けてなる処理容器４に対しても、本発明を適用することができるのは勿論である。また、ここでは処理容器４を垂直に起立させて設けた縦型の処理装置を例にとって説明したが、これに限定されず、処理容器を水平方向に設置した横型の処理装置に対しても本発明を適用することができる。

更に、ここではタングステン膜を成膜する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、他の膜種を成膜する場合にも本発明を適用することができ、更には、成膜処理に限らず、他の処理、例えばアニール処理、酸化拡散処理、改質処理等を行う場合にも本発明を適用することができる。

また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、この半導体ウエハにはシリコン基板やＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。

２ 処理装置
４ 処理容器
６ 容器本体
１０ ガスポート構造（ガス導入側）
１２ ガスノズル
１４ ガス供給系
１６ ガス導入管
１８ 流量制御器
２０ 開閉弁
２６ ウエハボート（保持手段）
４６ ガスポート構造（ガス排出側）
４８ 真空排気系
５８ 加熱手段
６２ ガス排出ポート
７０ 空間
７２ 覆い体
７８，１２４ 不活性ガス供給手段
８０，１２６ 不活性ガス通路
８４，１３０ 開閉弁
８６，１３２ 流量制御器
８８ ガス制御部
１０２ 空間
１０４Ａ 上側押さえ板
１０４Ｂ 下側押さえ板
１０６ 中央補助板
１１２ 押圧部材
１１２Ａ 雌ネジブロック
１１２Ｂ 雄ネジブロック
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

Claims (14)

1. 被処理体に対して所定の処理を行うために真空排気が可能になされた処理容器内からガスを排出するガスポート構造において、
   前記処理容器の端部に設けられてフランジ部を有するガス排出ポートと、
   フランジ部を有して前記ガス排出ポートに連結されるガス排気管と、
   前記ガス排出ポートの前記フランジ部と前記ガス排気管の前記フランジ部との間に押圧された状態で介在されるシール部材と、
   前記シール部材の外周側に空間を隔てて覆うように設けられた覆い体と、
   前記空間に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給手段と、
   を備えたことを特徴とするガスポート構造。
2. 前記不活性ガス供給手段は、
   前記空間に連通された不活性ガス通路と、
   前記不活性ガス通路の途中に介設された流量制御器と、
   前記流量制御器に対してガス流量を指示するガス制御部と、
   を有することを特徴とする請求項１記載のガスポート構造。
3. 前記不活性ガス通路の途中には、開閉弁が介設されており、前記ガス制御部は前記開閉弁の開閉を制御することを特徴とする請求項２記載のガスポート構造。
4. 前記ガス制御部は、前記処理容器内を密閉して前記処理容器内をベース圧にするリークチェックが行われる時に前記不活性ガスを流すように制御することを特徴とする請求項３記載のガスポート構造。
5. 前記シール部材は、Ｏリングであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のガスポート構造。
6. 前記処理容器内へ搬入される前記被処理体の表面にはタングステン膜が露出されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のガスポート構造。
7. 被処理体に対して所定の処理を行うために真空排気が可能になされた処理容器内へガスを導入するガスポート構造において、
   前記処理容器の端部に設けられてガスを導入するガスノズルを挿通するためのノズル挿通孔が形成されたガス導入ポートと、
   前記ノズル挿通孔に挿通された前記ガスノズルの端部であるガス入口側をその端部に挿入して連結されるガス導入管と、
   前記ガス導入管の端部と前記ガス導入ポートとの間に介在されるシール部材と、
   前記シール部材の外周側に空間を隔てて覆うように設けられた覆い体と、
   前記ガスノズルと前記ガス導入管との連結部をシールするために前記ガス導入管を前記ガス導入ポート側へ付勢して前記シール部材を押圧する押圧部材と、
   前記空間に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給手段と、
   を備えたことを特徴とするガスポート構造。
8. 前記不活性ガス供給手段は、
   前記空間に連通された不活性ガス通路と、
   前記不活性ガス通路の途中に介設された流量制御器と、
   前記流量制御器に対してガス流量を指示するガス制御部と、
   を有することを特徴とする請求項７記載のガスポート構造。
9. 前記不活性ガス通路の途中には、開閉弁が介設されており、前記ガス制御部は前記開閉弁の開閉を制御することを特徴とする請求項８記載のガスポート構造。
10. 前記ガス制御部は、前記処理容器内を密閉して前記処理容器内をベース圧にするリークチェックが行われる時に前記不活性ガスを流すように制御することを特徴とする請求項９記載のガスポート構造。
11. 前記シール部材は、Ｏリングであることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか一項に記載のガスポート構造。
12. 前記処理容器内へ搬入される前記被処理体の表面にはタングステン膜が露出されていることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか一項に記載のガスポート構造。
13. 前記ガス導入管の端部であって前記シール部材と接する先端面は、前記ガス導入管の軸心方向に向かって内向きに傾斜したテーパ面として形成されていることを特徴とする請求項７乃至１２のいずれか一項に記載のガスポート構造。
14. 被処理体に対して所定の処理を施す処理装置において、
    筒体状の処理容器と、
    前記被処理体を複数枚保持すると共に前記処理容器内へ挿脱可能になされた保持手段と、
    前記処理容器の外側に設けられて前記被処理体を加熱する加熱手段と、
    前記処理容器内へ必要とするガスを供給するガス供給系と、
    前記処理容器内の雰囲気を排気する真空排気系と、
    請求項１乃至６のいずれか一項に記載されたガスポート構造及び／又は請求項７乃至１３のいずれか一項に記載されたガスポート構造と、
    を備えたことを特徴とする処理装置。

Images