JP2733520B2 - 常圧処理装置 - 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、常圧処理装置に関する。

（従来の技術） この種の常圧処理装置の一例として、第４図及び第５
図に示すような拡散炉を挙げることができる。

第４図において、横型のプロセスチューブ10は、その
一端側にガス導入管12を連結し、他端側に排気管14を連
結している。また、プロセスチューブ10の周囲にはヒー
タ16が設けられ、プロセスチューブ10内を所定のプロセ
ス温度に設定可能としている。そして、このプロセスチ
ューブ10には多数枚のウエハ18がローディングされ、バ
ッチ処理が可能となっている。

前記ガス導入管12には、１種類またはそれ以上のプロ
セスガスが供給されることになるが、この各プロセスガ
スはマス・フロー・コントローラMFCによって一定流量
に制御され、プロセスチューブ10内に導入されることに
なる。

ウエハ10の拡散処理を行うに際しては、前記ガス導入
管12を介してプロセスチューブ10内にプロセスガスを一
定流量で供給しながら、前記排気管14を介して排気ファ
ン20の駆動により排気を行うようにしている。

一方、第５図に示すものは、複数のプロセスチューブ
10…の各排気管14…を共通排気管22に連結し、この共通
排気管22に設けた前記排気ファン20により、複数のプロ
セスチューブ10…の排気駆動を兼用している。

ここで、上記プロセスチューブ10内での拡散処理にあ
たっては、前記ガス導入管12を介してプロセスチューブ
10内に導入され、このプロセスチューブ10内を通過する
プロセスガスが、層流状態にて一様に流れる状態を確保
しなければならない。このような流れを実現しないと、
各ウエハ18での面内均一性あるいは多数枚のウエハ18間
の均一性（面間均一性）を確保できないからである。こ
のような流れ状態を確保するために、従来は第４図及び
第５図に示すように、各排気管14にそれぞれ手動によっ
て排気流量を制御可能な手動バルブ24を設けていた。

（発明が解決しようとする課題） プロセスチューブ10内での上記のような層流状態での
流れを確保するためには、プロセスチューブ10内に供給
される流量と、プロセスチューブ10より排気される流量
とを一致させなければならない。この際、従来はその調
整を手動バルブ24によって行っていたため、その調整作
業が極めて煩雑であった。そして、供給流量と排気流量
とが等しくない場合には、例えばマス・フロー・コント
ローラMFCにて20/minのプロセスガスを導入し、排気
管14で19/minの排気流量が設定された場合には、プロ
セスチューブ10内の圧力が大気圧より高くなり、プロセ
スチューブ10内の流速に乱れが発生してしまう。この結
果、ウエハ18の均一性が悪化してしまう。一方、排気流
量が多くなった場合には、プロセスチューブ10内の圧力
が逆に大気圧より低くなり、同様な現象が生じてしま
う。

一方、第５図に示すように複数のプロセスチューブを
１つの排気管20によって兼用して排気駆動する場合に
は、上記の問題に加えて下記のような問題が生じてい
る。

すなわち、各プロセスチューブ10…での動作タイミン
グをずらして行う場合には、あるプロセスチューブ10に
ウエハ18を搬入出する際には、このプロセスチューブ10
の圧力が大気圧に開放されることになる。この場合に
は、このプロセスチューブ10を介していずれかの排気管
14に大流量（100/min以上）が流れることになってし
まう。このように、各プロセスチューブ10の排気側の圧
力状態は常に変動することになるので、各プロセスチュ
ーブ10に対してMFCを介して一定流量のプロセスガスを
供給したとしても、各プロセスチューブでのガスの流れ
が一定にならず、プロセスの均一性を確保できないとい
う問題があった。

さらに、プロセス中に流量を変更した場合には、この
供給流量に対する排気流量の設定を手動バルブ24を介し
て行ったのでは追従できず、この流量の切り替え時にプ
ロセスチューブ内の圧力変動が生じて均一性が悪化する
という問題点あった。

特に、近年は素子の高密度化が進み、均一性を向上す
ることが強く要求されている。

そこで、本発明の目的とするところは、プロセスチュ
ーブ内でのプロセスガスの乱れのない流れ状態を常時確
保することができ、しかも、複数のプロセスチューブの
排気を１つの駆動源より兼用した場合にも、排気側の圧
力変動にかかわらず各プロセスチューブでのガスの流れ
を一定にすることができ、プロセス中にガス供給流量を
変更した場合にも、排気流量制御を速やかに追従させる
ことができる常圧処理装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 請求項（１）記載の発明は、プロセスチューブ内に流
量制御されたプロセスガスを導入し、上記プロセスチュ
ーブに連結した排気管を介して排気のファンの駆動によ
り排気しながら、上記プロセスチューブ内に設定した被
処理体を常圧下にて処理する常圧処理装置において、 上記排気管途中に連結された分岐管を介して設けら
れ、上記排気管内の排気圧を検出する排気圧検出手段
と、 上記分岐管内に非腐食性ガスを供給する非腐食性ガス
供給手段と、 上記排気管途中に設けられ、排気流量を調整する排気
流量調整手段と、 上記排気圧検出手段で検出される排気圧を一定とする
ように、上記排気流量調整手段を駆動制御する制御手段
とを設けたことを特徴とする。

請求項（２）記載の発明は、複数のプロセスチューブ
の各排気管が連結された共通排気管に上記排気ファンを
配設して排気を行い、上記各排気管途中にそれぞれ上記
圧力検出手段、非腐食性ガス供給手段及び排気流量調整
手段を設け、各排気管に対応して設けられた上記各制御
手段により、それぞれ独立して排気圧制御を行う構成と
した請求項（１）に記載の常圧処理装置である。

（作 用） 本発明では、プロセスチューブの排気管途中の排気圧
を常時排気圧検出手段によって検出している。そして、
この排気圧検出手段によって検出される排気圧が、常時
一定になるように、制御手段を介して排気流量調整手段
での排気流量を調整制御している。排気管途中での排気
圧を一定に制御できれば、これと連通するプロセスチュ
ーブ内の圧力を常時一定に確保でき、この結果、被処理
体の面内均一性及び面間均一性を所定に保つことができ
るプロセスチューブの流れ状態を実現できる。

また、排気管の排気圧は排気圧検出手段によって直接
測定されるのではなく、分岐管によって排気ガスが排気
圧検出手段まで導かれ、排気圧が測定されることにな
る。このように分岐管を介することにより、プロセスチ
ューブ内通過により高温となっているプロセスガスを冷
却することができると共に、腐食性を有するプロセスガ
スが分岐管へ拡散することによりその腐食性を弱めるこ
とができる。加えて、分岐管内には非腐食性ガスが供給
されるので、希釈効果をさらに増大させることができ、
排気圧検出手段の腐食防止がなされる。よって、排気圧
検出手段に対する高温ガス対策をおよび腐食防止が可能
となる。

また、請求項（２）に示すように、複数のプロセスチ
ューブの排気駆動を共通排気管を介して排気ファンによ
り駆動する場合には、各排気管途中の排気圧を検出して
これを一定に維持するような排気流量制御をそれぞれ独
立して行うことにより、ある１つのプロセスチューブに
対する被処理体の搬入出の際に生ずる排気管側での圧力
変動が生じても、各プロセスチューブでのプロセスガス
の流れに悪影響を及ぼすことがない。さらに、請求項１
と同様に、各排気管において、各々の排気圧検出手段に
対する高温対策および腐食防止が可能となる。

（実施例） 以下、本発明を横型拡散炉に適用した一実施例につい
て、図面を参照して具体的に説明する。

第１図は実施例にかかる拡散装置の概略断面図である
が、同図に示す部材のうち、第５図に示す部材と同一機
能を有するものについては、同一符号を付してその詳細
な説明を省略する。

この実施例では、複数のプロセスチューブ10…の排気
駆動を、共通排気管22に配設した１つの排気ファン20に
よって兼用している。

そして、この実施例の特徴的構成としては、複数のプ
ロセスチューブ10…に対応する各排気管14…の配管途中
に、排気圧制御装置30…を配設したことである。この排
気圧制御装置30の詳細について、第２図を参照して説明
する。

まず、前記排気管14途中には分岐管をなすパイプ32の
一端が連結支持され、配管14を通過する排気ガスの一部
が、このパイプ32を通過できるようにしている。そし
て、このパイプ32の他端側に圧力センサ34が設けられて
いる。この圧力センサ34は、例えばダイヤフラム方式に
て構成されている。この圧力センサ34は、容器34aを部
屋A,Bに２分するダイヤフラム34bを有し、このダイヤフ
ラム34bは前記パイプ32を介して導入される排気ガスに
より同図の左右方向に移動可能であるが、板ばね34cに
よって所定位置に維持されている。そして、部屋Ｂ側は
大気圧に開放され、この結果、パイプ32を介して部屋Ａ
に排気ガスを導入することによって、ダイヤフラム34b
の移動位置により大気圧との差圧検出が可能である。

一方、前記排気管14のパイプ32の連結端下流側には、
排気管14の排気ガスの通過横断面積を可変できるバルブ
36が配置され、このバルブ36の開閉動作は、パルスモー
タ等のモータ40によって行われる。制御部38は、前記圧
力センサ34の検出圧力を入力し、この検出結果に基づき
前記モータ40の駆動を制御するものである。そして、こ
の制御部38は、前記圧力センサ34で検出される圧力を常
時一定に制御するように、前記モータ40を介してバルブ
36の開閉動作を制御している。

次に、上記実施例装置の作用、特にプロセスチューブ
10内でのウエハ18の面内均一性及び面間均一性を向上す
るための作用について説明する。

プロセスチューブ10でのウエハ18の拡散処理は、ヒー
タ16を駆動してプロセスチューブ10内の温度を例えば90
0〜1000℃に維持すると共に、マス・フロー・コントロ
ーラMFCを介してプロセスガスを一定の流量にてガス導
入管12を介して導入する。このガス導入と同時に、排気
ファン20を駆動し、排気管14を介してガス排気を行いな
がら、プロセスチューブ10内での常圧下での拡散処理を
実行することになる。

この際、本実施例では、排気管14より分岐されたパイ
プ32を介して、排気ガスを圧力センサ34に導いている。
この配管14の圧力は大気圧に比べて負圧であるため、パ
イプ32を介して圧力センサの部屋Ａに排気ガスを導入す
ると、ダイヤフラム34bは第２図の左領域側に移動し、
このダイヤフラム34cの移動量に応じて、排気管14内部
の排気圧を、大気圧との差圧として検出できる。

ここで、例えば定格0.5KWの排気ファン20は、35m³/mi
nの流量を流すことができ、そのときの排気管内圧力は
大気圧より−28mmH₂Oの差圧となっている。そして、本
発明者は通常のプロセスで要求されるプロセスチューブ
10の排気管14での差圧は、−1mmH₂O〜−5mmH₂Oを維持で
きれば充分であることを確認した。このような排気管14
での差圧を実現するには、バルブ36の開閉制御によって
可能である。

そして、本実施例では前記圧力センサ34での検出結果
を制御部38に出力し、排気管14での差圧を一定にするよ
うに、モータ40を介してバルブ36の開閉の制御を行って
いる。

このように、排気管14での差圧を一定にするように、
モータ40を介してバルブ36の開閉制御を行うことによ
り、プロセスチューブ10内の圧力変動をなくすことがで
き、プロセスチューブ10内のプロセスガスの流速に乱れ
が発生せず、従ってウエハ18のプロセスの均一性を大幅
に向上することができる。

また、プロセス中にプロセスガスの流量を変更した場
合にも、制御部38は排気管14での差圧を一定するように
速やかにバルブ36の開閉制御を行うので、このような流
量変更時にあってもプロセスチューブ10内でのガス流速
の乱れを防止でき、均一性を確保することができる。

さらに、ある１つのプロセスチューブ10に対するウエ
ハ18の搬入出動作を実施する場合には、排気圧制御装置
30の下流側での大幅な圧力変動が生ずるが、この影響に
よって排気圧制御装置30の上流側での圧力変動が生じた
際にも、上述した制御によって排気管14での差圧を一定
に維持するので、他のプロセスチューブ10内でのプロセ
スガスの乱れを防止することができる。

本実施例では、排気管14の排気圧を直接測定せず、パ
イプ32によって圧力センサ34に排気ガスを導いて差圧測
定を行っている。この理由は、圧力センサ34の腐食防止
と高温対策のためである。すなわち、プロセスチューブ
10を通過するプロセスガスは、ヒータ16により加熱され
ているため、この排気管14を通過する排気ガスも高温と
なっている。そこで、パイプ32を通すことによって排気
ガスを冷却し、例えばパイプ32の全長を1mとすることに
より、プロセス排気ガス温度がたとえば200℃であって
も、圧力センサ34での温度は40℃以下とすることができ
る。このため、圧力センサ34として耐熱部材により構成
する必要がなくなる。また、プロセスガスとしては腐食
性ガスを用いる場合がある。そこで、この腐食性ガスを
排気管14よりパイプ32を介して圧力センサ34に導くこと
で、パイプ32の中へは腐食性ガスが拡散して伝達される
ので、腐食の強さを希釈することができ、圧力センサ34
の腐食対策を施すことが可能となる。尚、圧力センサ34
の腐食対策としては、第２図に示すように、パイプ32の
途中に非腐食性ガスを供給するための非腐食性ガス供給
手段をなす非腐食ガス導入管42を連結し、この導入管42
を介して微小流量の非腐食性ガス例えばN₂を流すこと
で、希釈効果をさらに増大させることもできる。この非
腐食性ガスの流量としては、圧力センサ34での差圧検出
に影響を及ぼさない程度の流量とするものが好ましい。

［実験例］ プロセスガスとして、N₂:20/min,Pocl₃:100mg/min
を流し、プロセス温度を900℃に設定して実験を行っ
た。

排気管側の圧力制御をしない場合には、ウエハ18のシ
ート抵抗の均一性は、面内均一性:20％，面間均一性:20
％と悪化していた。

本実施例装置にて、制御部38によって排気管14内部で
の大気圧に対する差圧を−1mmH₂Oに維持するように制御
した結果、シート抵抗の均一性は面内均一性:5％，面間
均一性:5％と均一性を大幅に向上することができた。

［比較例］ 第３図は、既存の流量制御装置を排気管14途中に設け
たものを示している。流量センサ50は、熱式流量センサ
であり、そのセンサ部50aは排気管14途中に挿入支持さ
れている。そして、この流量センサ50にて排気管14の流
量を検出し、制御部52によってモータ40を介してバルブ
36の開閉制御を行うことで、排気管14での排気ガスの流
量すなわち流速を一定にするように制御している。

このような既存の流量制御装置を排気管14途中に設け
た場合には、流量センサ50が熱式流量センサであるた
め、高温の排気ガスが排出された際には測定不能とな
る。

さらに、制御部52での流速の基準値が、マス・フロー
・コントローラMFCでの流速と一致しない場合には、プ
ロセスチューブ10内での圧力変動が生じ、ウエハ18のプ
ロセスの均一性が悪化してしまう。特に、マス・フロー
・コントローラMFCと上記の流量制御装置には通常誤差
として±５％程度であり、制御部52での設定値をたとえ
正しく調整したとしても、プロセスチューブ10内での圧
力変動を防止することはできない。

さらに、プロセス中に流量が変更した場合には、制御
部52での流量設定値をも変更しなければならず、その切
換え時にプロセスチューブ10内の圧力が変動してしま
い、均一性が悪化してしまうことになる。

また、この種の流量センサ50では、センサ部50aを耐
腐食性部材で構成することができず、プロセスガスとし
て腐食性ガスを使用した場合には、腐食によってセンサ
50の寿命を大幅に縮めてしまうことになってしまう。

このように、第３図に示す流量制御装置を使用した場
合には、プロセスチューブ10内でのプロセスガスの乱れ
のない流れ状態を常時確保することができず、また、高
温対策，腐食性ガスの対策を施すことが不可能であっ
た。これに対し、本実施例の場合には排気ガスの一定流
量制御ではなく、排気側の排気圧を一定に制御すること
により、プロセスチューブ10内での圧力変動は生じず、
さらに、パイプ32を通過させて圧力センサ34に排気ガス
を導くことにより、高温対策，腐食性ガス対策をも可能
となる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

本発明は、必ずしも複数のプロセスチューブ10に対し
て排気駆動源を共通化したものに適用するものに限ら
ず、単一のプロセスチューブ10での排気圧制御を行って
も、その単一のプロセスチューブ10内でのガス流速を一
定にできるという効果がある。

また、腐食性ガスを使用せず、かつ、高温処理を要し
ない場合には、必ずしもパイプ32を介して圧力センサに
排気ガスを導く構成を採用する必要はない。この圧力セ
ンサ34としても、大気圧との差圧を検出するものに限ら
ないが、このように大気圧との差圧を測定することによ
って、より緻密なコントロールを可能とすることができ
る。

尚、本発明は必ずしも横型の処理装置に適用されるも
のに限らず、縦型処理装置に適用しても同様の効果を奏
することができ、また常圧処理装置としては上記実施例
のような拡散炉に限らず、酸化炉等常圧下で処理を行う
種々の装置に適用できる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば排気側の排気圧を
常に一定になるように排気流量を制御することによっ
て、プロセスチューブでのガスの流れを常時一定に維持
することができ、たとえばプロセスガスの供給量が変動
あるいは変更されても、プロセスの均一性を大幅に向上
することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明を横型拡散炉に適用した一実施例の概
略断面図、 第２図は、排気管途中に設けられる排気圧制御装置の一
例を説明する概略説明図、 第３図は、本発明の比較例として、排気管途中に流量制
御装置を接続した一例を示す概略説明図、 第４図，第５図はそれぞれ従来の拡散装置を説明するた
めの概略断面図である。 10……プロセスチューブ、 12……ガス導入管、14……排気管、 18……被処理体、20……排気ファン、 22……共通排気管、 30……排気圧制御装置、32……パイプ、 34……排気圧検出手段（圧力センサ）、 36,40……排気流量制御手段、 38……制御手段、42……非腐食性ガス導入管。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プロセスチューブ内に流量制御されたプロ
   セスガスを導入し、上記プロセスチューブに連結した排
   気管を介して排気のファンの駆動により排気しながら、
   上記プロセスチューブ内に設定した被処理体を常圧下に
   て処理する常圧処理装置において、 上記排気管途中に連結された分岐管を介して設けられ、
   上記排気管内の排気圧を検出する排気圧検出手段と、 上記分岐管内に非腐食性ガスを供給する非腐食性ガス供
   給手段と、 上記排気管途中に設けられ、排気流量を調整する排気流
   量調整手段と、 上記排気圧検出手段で検出される排気圧を一定にするよ
   うに、上記排気流量調整手段を駆動制御する制御手段と
   を設けたことを特徴とする常圧処理装置。
2. 【請求項２】複数のプロセスチューブの各排気管が連結
   された共通排気管に上記排気ファンを配設して排気を行
   い、上記各排気管途中にそれぞれ上記圧力検出手段、非
   腐食性ガス供給手段及び排気流量調整手段を設け、各排
   気管に対応して設けられた上記各制御手段により、それ
   ぞれ独立して排気圧制御を行う構成とした請求項（１）
   に記載の常圧処理装置。