JP2575757B2 - 半導体ウエハ処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は例えばプロセスチューブの内部の気体の流れ
を一定の層流にするために使用する半導体ウエハ処理装
置に関する。

（従来の技術） 半導体素子の製造において酸化処理や拡散処理などの
処理を行なう処理装置は、ヒータを備えた処理炉の内部
にプロセスチューブを設け、このプロセスチューブの内
部に半導体ウエハを配置し、処理炉のヒータで半導体ウ
エハを加熱するとともに、プロセスチューブの内部に処
理に使用するガスを流して半導体ウエハに対して必要な
処理を行なうものである。

そして、この処理装置においてプロセスチューブに処
理用ガスを流すためには、ガスをプロセスチューブの上
部に設けた導入口からその内部に送り込んでプロセスチ
ューブの上部から下部に向けて流し、プロセスチューブ
の下部に設けた排気口から外部に導出している。さら
に、導出口から導出したガスは排気ダクトを通して処理
装置の外部に排出している。

しかして、従来の半導体ウエハ用の処理装置において
は、排気ダクトをプロセスチューブの導出口に直接嵌合
した構造が採用されている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記、処理装置より半導体ウエハに対して処理を行な
う場合には、均質な処理を行なうために、処理炉のヒー
タによる加熱の温度分布が均一であることに加えて、プ
ロセスチューブの内部で処理用ガスが安定した層流で流
れることが必要である。そして、プロセスチューブの内
部でガスを層流で流すためには、導入口を通してプロセ
スチューブ内部へ導入される（押込まれる）単位時間当
りのガスの導入量（押込み量）と、導出口を通してプロ
セスチューブから導出されるガスの導出量とが均衡して
いることが必要である。若し、何等かの事情で導入口か
らのガス導入量と導出口からのガス導出量の一方が増
大、または減少して両者の均衡が崩れると、プロセスチ
ューブの内部のガスの流れに乱れを生じて層流が崩れ
る。この結果、プロセスチューブの内部に配置した半導
体基板に対する処理が均質に行なえなくなる。この場合
にはプロセスチューブ内部のガスの流れを層流にするよ
うに調節することが必要である。

しかしながら、従来のようにプロセスチューブの導出
口と排気ダクトとを直接嵌合固定した構造であると、導
出口の部分でガス導出量を調節して変化させることがで
きず、導出口からのガス導出量が排気ダクトの直径に規
定された一定の値に固定される。このため、プロセスチ
ューブ内部のガスの流れが乱れて層流が崩れた場合に、
導出口におけるガス導出量の大きさを調節してプロセス
チューブ内部のガスの流れを層流に戻すように調節する
ことができない。

また、従来の構造では、処理炉のヒータによりプロセ
スチューブが加熱されると、この熱により排気ダクトが
加熱されて変形することがある。この場合には導出口と
排気ダクトとの間の気密が保持できなくなり、プロセス
チューブから導出されるガスが外部に漏出する。もし、
プロセスチューブで使用しているガスが腐蝕性のもので
あった場合には、プロセスチューブの外部周囲の部品が
腐蝕する。

本発明は前記事情に基づいてなされたもので、容器の
導出口からのガス導出量を調節して容器の内部でのガス
の流れを層流にすることができ、さらに導出口からのガ
スの漏出を防止できる半導体ウエハ処理装置を提供する
ことを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 前記目的を達成するために本発明の半導体ウエハ処理
装置は、内部に半導体ウエハが配置され一端部に前記半
導体ウエハに反応するガスを内部に流入させる導入口を
有するとともに他端部に内部のガスを外部へ導出する導
出口を有する容器と、この容器の前記導出口から導出さ
れる前記ガスを排出する排気ダクトと、前記容器の導出
口と前記排気ダクトとの間に配置され一端部が前記導出
口に対して径方向に外部気体流入用の隙間を介して重な
るとともに他端部が前記排気ダクトに接続され且つ前記
導出口と重なる部分の軸方向長さが変化するように軸方
向移動自在に設けられたスライドダクトとを具備するこ
とを特徴とする。

（作用） スライドダクトを軸方向に移動することにより、容器
の導出口とスライドダクトとの間に形成される隙間を通
して吸引する外部の気体の吸引量を変化させて導出口か
らのガスの導出量を調節することができる。このため、
容器内部のガスの流れが乱れた場合に導出口におけるガ
ス導出量を調節して容器内部のガスの流れの乱れを直す
ことができる。

また、容器の導出口とスライドダクトとの間の隙間か
ら外部の気体を吸引することにより、導出口から導出さ
れるガスが外部へ漏出しないように容器の導出口とスラ
イドダクトとの間をシールすることができる。このた
め、容器内部のガスが容器の導出口とスライドダクトと
の間から外部へ漏出して不具合を生じることを防止でき
る。しかも、スライドダクトと排気ダクトは容器の導出
口に直接接触していないので、容器の熱により変形され
ることがない。

（実施例） 以下本発明装置を縦型炉に適用した実施例を図面を参
照して説明する。

石英で形成されたプロセスチューブ１は、上端を閉塞
し下端を開放した円筒体をなしている。このようなプロ
セスチューブ１の上端面部には導入口２が突出して形成
され、下端周壁部には導出口３が突出形成されている。
この導出口３の上側の周壁部には支持鍔４が一体に形成
されている。そして、上記プロセスチューブ１は処理炉
５の内部に立てた状態にして挿入され、支持鍔４がベー
スプレート６に設けた支持部材７で支持されている。処
理炉５は炉体８の内部に上記プロセスチューブ１を囲む
ように円筒状にヒータ９を設けられている。上記ベース
プレート６は上記処理炉５を支持するごとく下側に設け
られ、中央に孔10が形成されており、この孔10を囲んで
支持部材７が取付けられている。プロセスチューブ１は
ベースプレート６の孔10を通して下端が処理炉５から突
出するようにして支持部材７上に載置される。ベースプ
レート６の下側には、スカベンジャ11が設けられてい
る。

また、プロセスチューブ１に処理用のガスを流すため
に、プロセスチューブ１の導入口２には給気ダクト12が
接続されている。上記スカベンジャ11の内部には上記プ
ロセスチューブ１を貫通して円筒形の排気ダクト13が設
けられており、この排気ダクト13の一端にはプロセスチ
ューブ１の導出口３に対向接近した箇所に位置し、他端
はスカベンジャ11を貫通して外部に延出している。排気
ダクト13の一端には円筒形のスライドダクト14がスライ
ド可能に挿入してあり、このスライドダクト14の排気ダ
クト13から突出した端部はプロセスチューブ１の導出口
３の外側周囲を隙間15を存して包囲するようになってい
る。すなわち、スライドダクト14は導出口３よりも大径
をなすもので、排気ダクト13に導出口３と同一中心軸線
上に位置して支持されている。また、スライドダクト14
はその先端がプロセスチューブ１の導出口３の基端から
先端の間を移動するように移動ストロークが設定されて
いる。スライドダクト14の中間部を受け部材16で移動自
在に支持して、スライドダクト14の支持を安定にしてい
る。なお、スライドダクト14は例えば作業者が適宜な部
材を介して手動操作して移動させる。また、自動的に移
動させることも可能である。

また、プロセスチューブ１の下端開口は蓋17で閉塞さ
れるようになっており、この蓋17にはプロセスチューブ
１に挿入する支持筒18が設けられている。蓋17は図示し
ない昇降装置に設けた部材に支持されて昇降する。この
部材としては例えば図示するように蓋の真下に位置する
昇降板19の周縁の分散した複数箇所にスタッド20を上下
方向に貫通して設け、このスタッド20を圧縮コイルばね
21で上方に変位させて蓋17を受ける受け板22を押し上げ
ている。

このように構成された処理装置において、プロセスチ
ューブ１、ガスの導出口３、排気ガクト13およびスライ
ドダクト14により層流形成機構が構成されている。

次に層流形成機構の操作例について説明する。まず、
昇降装置により昇降板19を介して蓋17を下降する。支持
筒18の上に処理すべき多数の半導体ウエハを載置した石
英製ボート（図示せず）を配置し、再び昇降装置により
蓋17を上昇させてボートをプロセスチューブ１の内部に
下方の開口から挿入するとともに蓋17でプロセスチュー
ブ１の下端開口を閉じる。そして、処理炉５のヒータ９
に電流を流しプロセスチューブ１を介して内部の半導体
ウエハを加熱するとともに、プロセスチューブ１の内部
に処理に必要とする反応ガスを流して半導体基板に対し
て所定の処理を行なう。例えばプロセスチューブ１の内
部に酸化用ガスを流して半導体基板の表面に酸化膜を形
成する。

まず、プロセスチューブに処理用のガスを流す場合に
は、図示しないタンクから圧力を持ったガスを給気ダク
トを通し導入口２からプロセスチューブ１の内部に送り
込む。導入されたガスはプロセスチューブ１の内部を上
部から下部に向けて流れ、さらに導出口３からスライド
ダクト14を経て外部に導出される。続いてガスは排気ダ
クト13を通り排出される。このようにガスを流す方法と
しては、排気ダクト13に排気フアンを接続して強制的な
吸引を行なわずに、ガスをタンクから所定の圧力でプロ
セスチューブ１の内部に順次送り込み、これに伴いプロ
セスチューブ１内部のガスを順次導出口３から送り出す
方法が、プロセスチューブ１内部でガスの流れを容易に
安定した層流にすることができる。

ここで上記プロセスチューブ１の導出口３と排気ダク
ト13との間にスライドダクト14が設けられ、このスライ
ドダクト14と導出口３との間に隙間15が存在している。
このため、導出口３からスライドダクト14を通ってガス
が導出されると、スライドダクト14の内部が負圧になる
ので、前記隙間15からプロセスチューブ１の外部にある
空気がスライドダクト14の内部に強制的に吸引される。
ここで、スライドダクト14を軸方向に移動させて導出口
３に対する位置、すなわちスライドダクト14と導出口３
との重なる長さを調節することにより、前記隙間15から
外部の空気をスライドダクト14の内部に吸引する量と、
導出口３からのガス導出量を調節することができる。す
なわち、スライドダクト14を導出口３の基端に向けて移
動させると、隙間15からの外部空気吸引量が減少すると
ともに導出口３でのガス導出量が増大し、スライドダク
ト14を導出口３の先端に向けて移動させると、隙間15で
の外部空気吸引量が増大するとともに導出口３でのガス
導出量が減少する。

上記、プロセスチューブ１にガスを流すに際しては、
プロセスチューブ１の導出口３のガス導出量が導入口２
におけるガス導入量と同じ値となるように導出口３と排
気ダクト13との間に設けたスライドダクト14を軸方向に
スライドさせて、必要とするガス導出量が得られる位置
にスライドダクト14を停止させ位置を調節する。このた
め、プロセスチューブ１の導出口３のガス導出量が導入
口２におけるガス導入量と同じ大きさとなり、プロセス
チューブ１の内部でのガスの流れが安定した層流とな
る。従って、半導体基板に対する処理を均質に行なえ
る。若し、ガスを流している途中で何等かの事情により
導入口２でのガス導入量と導出口３でのガス導出量の均
衡が崩れプロセスチューブ１のガスの層流が崩れた場合
には、前記の操作によりスライドダクト14の位置を変え
てプロセスチューブ１のガスの流れを層流に戻す。

さらに、プロセスチューブ１の導出口３とスライドダ
クト14との間の隙間15から外部の空気が強制的に吸引さ
れるので、この吸引される空気に遮られ導出口３から導
出されるガスがプロセスチューブ１の外部に漏出するこ
とがない。すなわち、導出口３とスライドダクト14との
間の隙間15から外部の空気が強制的に吸引される状態が
ガス導出口３とスライドダクト14および排気ダクト13と
の間のシールを行なうことになる。このため、腐蝕性ガ
スが漏出してプロセスチューブ１の付近に設けた部品を
腐蝕させることがない。しかも、スライドダクト14と排
気ダクト13はガス導出口３に接触していないので、プロ
セスチューブ１の熱により加熱されて熱変形することが
ない。また、仮にプロセスチューブ１と蓋17との間から
プロセスチューブ１内部のガスが外部に漏出した場合
は、導出したガスが前記スライドダクト14と導出口３と
の隙間15から排気ダクト13の内部に吸引されるので安全
である。

このようにスライドダクトをスライドすることによ
り、容器の導出口とスライドダクトとの間に形成される
隙間を通して吸引する外部の気体に吸引量を変化させ、
これにより導出口からの導出量を調節することができ、
さらに導出口とスライドダクトとの間の隙間から外部の
空気を吸引することが両者間にシール作用を与える。

上記導入口２の流量を測定する手段と、導出口３の流
量を測定する手段とを設け、夫々の測定量が等量になる
ように相対的に自動的に制御することが可能である。

さらに、縦型炉に限らず、横型炉にも適用できる。

［発明の効果］ 上説明したように本発明の半導体ウエハ処理装置によ
れば、容器の導出口と排気ダクトとの間に配置したスラ
イドダクトを、このスライドダクトの一端部を導出口に
対して径方向に外部空気流入用の隙間を介して重ねると
ともに他端部を排気ダクトに接続して、導出口と重なる
部分の軸方向長さが変化するように軸方向移動自在に設
けたので、スライドダクトを軸方向に移動することによ
り、容器の導出口とスライドダクトとの間に形成される
隙間を通して吸引する外部の気体の吸引量を変化させて
導出口からのガスの導出量を調節することができる。こ
のため、容器内部のガスの流れが乱れた場合に導出口に
おけるガス導出量を調節して容器内部のガスの流れの乱
れを直すことができる。

また、容器の導出口とスライドダクトとの間の隙間か
ら外部の気体を吸引することにより、導出口から導出さ
れるガスが外部へ漏出しないように容器の導出口とスラ
イドダクトとの間をシールすることができる。このた
め、容器内部のガスが容器の導出口とスライドダクトと
の間から外部へ漏出して不具合を生じることを防止でき
る。しかも、スライドダクトと排気ダクトは容器の導出
口に直接接触していないので、容器の熱により変形され
ることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である縦型炉を示す断面図で
ある。 １……プロセスチューブ、２……導入口、３……導出
口、５……処理炉、12……給気ダクト、13……排気ダク
ト、14……スライドダクト。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部に半導体ウエハが配置され一端部に前
   記半導体ウエハに反応するガスを内部に流入させる導入
   口を有するとともに他端部に内部のガスを外部へ導出す
   る導出口を有する容器と、この容器の前記導出口から導
   出される前記ガスを排出する排気ダクトと、前記容器の
   導出口と前記排気ダクトとの間に配置され一端部が前記
   導出口に対して径方向に外部気体流入用の隙間を介して
   重なるとともに他端部が前記排気ダクトに接続され且つ
   前記導出口と重なる部分の軸方向長さが変化するように
   軸方向移動自在に設けられたスライドダクトとを具備す
   ることを特徴とする半導体ウエハ処理装置。