JP3129480B2 - ガスシールド装置及び熱処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスシールド装置及び
熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造工程に於ける熱拡
散工程や成膜工程で使用される熱処理装置として、被処
理体の均熱処理化およびローディングの容易さ等を図る
ことの出来る縦型熱処理装置が用いられるようになって
きた。

【０００３】このような縦型熱処理装置は、耐熱性材料
例えば石英ガラス等からなり、円筒状に形成されたプロ
セスチューブがほぼ垂直に設けられており、このプロセ
スチューブを囲続する如く筒状ヒータ及び筒状断熱材料
層が設けられている。前記プロセスチューブ内均熱部に
は、被処理体例えば半導体ウェハを各々水平状態で複数
枚縦方向に所定間隔で配列し支持したウェハボートが配
置されている。そして前記プロセスチューブには図示し
ないガス供給装置に接続された石英ガラス製のガス導入
配管および図示しない排気装置に接続された石英ガラス
製のガス排気配管が設けられており、熱処理中は排気が
継続され、所定の圧力に減圧されたプロセスチューブ内
に所定の処理ガス例えばオキシ塩化りん（ＰＯＣＩ₃ ）
を含んだＯ₂ 、Ｎ₂ を導入して半導体ウェハにリンドー
ピングを行うようにしてある。このＰＯＣＩ₃ は腐食性
ガスである。また熱処理終了後にはパージングと称し、
窒素等の不活性ガスを導入し前記処理ガスを排気するこ
とが出来るように構成されている。また前記プロセスチ
ューブの下端開口部は、前記ウェハボートを支持する蓋
体例えば材質が石英ガラス等により熱処理中常に密着封
止される。

【０００４】このような熱処理装置では、熱処理の内容
に応じてプロセスチューブ内は約９００℃から１２００
℃の高温に加熱される工程が多いので、前記プロセスチ
ューブと前記蓋体及び前記ガス導入配管や排気配管など
の接合部の温度は数百度℃と高温となる。このため前記
プロセスチューブと前記蓋体及び前記ガス導入配管や排
気配管の接合部の封止にはＯリング等のシール材を使用
することが出来ないので、封止接合面を平滑に例えば摺
合わせ加工して接合したり、ガス道入配管や排気配管の
接続部には、両方の配管端部にフランジを形成し、接合
フランジ面を平滑に例えば摺合わせ加工して当接させる
いわゆるフラットジョイントを使用している。

【０００５】また、実開平１−１２３３３６号公報によ
れば、二重Ｏリングを利用して、その中間を真空引きす
る方法が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、Ｏリン
グをシール部材として用いた場合、このＯリングは柔軟
な部材でフッ素ゴム等からなるもので、一般に耐熱温度
が２００℃前後である。熱処理装置においてシール部材
がこの温度以上になると、Ｏリングが溶けて変形し所望
のシール効果が得られなくなるという課題点を有する。
このため、Ｏリングの近傍に冷却機構を設け、所定の温
度に冷却するので残留処理ガスが、この冷却された近傍
に堆積し、パーティクルが発生するという改善点また構
造が大型化、複雑化するという改善点を有する。

【０００７】上記の材質例えば石英ガラスからなるプロ
セスチューブの下端開口部の封止には、プロセスチュー
ブのフランジ面と蓋体を平滑に加工し、密着することに
より封止機能をもたせている。またガス導入配管や排気
配管等では、フラットジョイントまたはボールジョイン
トが用いられているが、前記プロセスチューブのフラン
ジ封止部及び前記フラットジョイントやボールジョイン
トは、その接合部が擦り合わせであるため、完全なシー
ルが出来ず、若干のリークの発生が起きるという欠点が
ある。

【０００８】この発明は、上記点に鑑みなされたもの
で、苛酷な高温状態であっても優れた耐久性を有し、接
合封止部分におけるガス漏れ等の事故を生じる事なく、
長期にわたり安定且つ封止効果の高いガスシールド装置
を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の本発明は、封
止面を、互いに当接されて封止する平滑な面からなる接
合面によって構成するとともに、この接合面内に中間溝
を設け、前記封止面から漏洩するガスを、前記中間溝か
ら排気もしくは、前記中間溝にガスを圧送してシールド
することを特徴とする。

【００１０】請求項２の本発明は、反応管にガス導入配
管またはガス排気配管が気密に設けられた熱処理装置に
おいて、前記ガス導入配管または前記ガス排気配管等の
外部連通配管との封止面を、互いに当接されて封止する
平滑な面からなる接合面によって構成するとともに、こ
の接合面内に中間溝を設け、前記封止面から漏洩するガ
スを、前記中間溝から排気もしくは、前記中間溝にガス
を圧送してシールドすることを特徴する。請求項３の本
発明は、請求項２に記載の装置において、接合面及び中
間溝は環状であることを特徴とする。

【００１１】

【作用】中間溝を排気する場合、封止面に内側接合面と
外側接合面及び中間部に中間溝を設ける事により、内部
より内側接合面を通してリーク例えば処理ガス等を封止
面中間部の中間溝を排気することにより封止面部の外部
には漏洩させないこと、及び外部より外側接合面を通し
てリークした空気等を封止面の中間部の中間溝を介して
排気することにより封止面部の外部には漏洩させないこ
と、及び外部より外側接合面を通してリークした空気等
を封止面の中間部の中間溝を介して排気することにより
封止接合部の漏洩を防止し、封止機能を確実なものにす
る。

【００１２】中間溝にガス圧力をかける場合、また、内
部の圧力より高い圧力で中間溝にガスを圧送し、内部よ
り内側接合面を通過するリークを防止すること、及び外
部の圧力より高い圧力で中間溝にガスを圧送し、外部よ
り外側接合面を通過するリークを防止することにより封
止接合部の漏洩を防止し、封止機能を確実なものにす
る。

【００１３】

【実施例１】以下、本発明を縦型熱拡散炉に実施した、
一実施例を図面を参照して説明する。 図１に示すよう
に、耐熱性材料例えば石英ガラスにより円筒状に形成さ
れたプロセスチューブ１０は、内管１４と外管１２とか
らなる二重構造とされており、ほぼ垂直に立設されてい
る。なお、内管１４の頂部には、ガス流入路を形成する
如く多数の細孔が設けられている。また、前記プロセス
チューブ１０の外周囲には、プロセスチューブ１０を囲
繞する如く筒状ヒータ１６が設けられており、プロセス
チューブ１０内を所望温度例えば９００℃から１２００
℃の範囲で選択して加熱処理可能に構成されている。

【００１４】前記プロセスチューブ１０の下端側壁部に
は、所定の拡散処理ガス例えばＰＯＣＩ₃ を導入するた
め、又熱処理終了後パージガスと称して前記処理ガスを
排出するために不活性ガス例えばＮ₂ を導入するための
ガス導入配管２０およびプロセスチューブ１０内を所定
の圧力例えば７００Ｔｏｒｒに減圧するための、図示し
ないガス導入配管２０やガス排気配管等の枝管が複数例
えば３つ突出する如く設けられている。また、プロセス
チューブ１０の下端部には被処理体例えば半導体ウェハ
を搬入及び搬出するための開口部１８が設けられ、この
開口部１８の外周にはガス漏洩防止接触を得る接合面を
形成するためにフランジ２０が外側に突出する如く設け
られている。このフランジ２０のフランジ面２２には
々環状に、内側接合面２４、図示しない排気系に接続さ
れる中間溝２６及び外側接合面２８が設けられており、
前記中間溝２６の一ケ所に、ガスシールド配管３０を設
けている。またガスシールド配管３０は、図示しない排
気装置に接続されており、縦型熱拡散炉が拡散処理の稼
働運転中は所定の圧力例えば５ｍｍＨ₂ Ｏで排気されて
いる。

【００１５】上記プロセスチューブ１０は、図示しない
筒体内に設けられたベースプレート３２に、水冷フラン
ジ３４を介して固定されている。この水冷フランジ３４
はリンク状に形成されており、ガスシールド配管３０に
対向する部分に切り欠き部３６が形成されている。ま
た、水冷フランジ３４内には冷却水循環用配管３８が設
けられており、図示しない冷却水供給用配管及び冷却水
供給装置に接続されている。

【００１６】さらに、プロセスチューブ１０の下方部に
は、上下動可能に構成されたポートエレベータ４０が設
けられている。このボートエレベータ４０は蓋体４２を
上方に移動させ、プロセスチューブ１０のフランジ面２
２と当接しプロセスチューブ１０を密着封止する操作を
行う如く設けられ、この蓋体４２は材質例えば石英ガラ
スからなる。この蓋体４２上に被処理体を均熱領域に設
定するためのウェハボート載置台４４が設けられ、更に
その上に被処理体例えば半導体ウェハを複数例えば１５
０枚収納されたウェハボート４６が設けられ、上記エレ
ベータ４０の上下動によりプロセスチューブ１０内に搬
入及び搬出する。以上の如く縦型熱拡散炉は構成されて
いる。

【００１７】次に上記構成の縦型熱拡散炉による拡散処
理工程を説明する。ヒータ１６に通電することにより、
予めプロセスチューブ１０内を所定温度例えば１０００
℃に加熱しておき、ボートエレベータ４０上に複数枚例
えば１５０枚の半導体ウェハを所定間隔で配列したウェ
ハボート４６を載置し、プロセスチューブ１０内に搬入
し、蓋体４２を前記プロセスチューブ１０のフランジ面
２２に当接させ密着封止する。次に排気配管から図示し
ない排気装置により排気を行いプロセスチューブ１０内
を所定の圧力例えば７００Ｔｏｒｒに減圧する。排気継
続し、ガス導入配管２０からプロセスチューブ１０内に
所定の処理ガス例えばＰＯＣＩ₃ を供給し、プロセスチ
ューブ１０内を所定の処理ガス雰囲気として、半導体ウ
ェハに所定の例えばリンドープ処理を施す。なお、プロ
セスチューブ１０内に供給された処理ガスは、内管１４
と外管１２との間を通って一旦上昇し、内管１４の頂部
に設けられた細孔部を通って内管１４内に流入する。

【００１８】所定の熱処理が終了すると、プロセスチュ
ーブ１０内の腐食性残留処理ガス例えばＰＯＣＩ₃ を排
出するために例えば窒素等の不活性ガスを所定の圧力例
えば２．５Kg／cm² で所定時間例えば１０分間導入す
る。プロセスチューブ１０内が窒素等の不活性ガスで置
換されるとボートエレベータ４０が下降し、被処理体で
ある半導体ウェハがプロセスチューブ１０の下部に搬出
される。

【００１９】以上の如く、被処理体である半導体ウェハ
は熱処理される。

【００２０】この熱処理中において、プロセスチューブ
１０の下端開口部１８が蓋体４２により密着封止され
て、プロセスチューブ１０内が減圧に保たれ所定の処理
ガスが導入された際、従来前記プロセスチューブ１０の
フランジ２０封止部においてリークが生じ外部より空気
等の流入があった。このため処理ガスの濃度に変化が生
じ、熱処理が不安定であった。しかるに、上記実施例で
は、上記構成の気密構造即ち中間溝２６を有しているの
でリークが中間溝２６を介して排気され、処理ガスの濃
度が変化せず高精度な熱処理が可能になった。

【００２１】また、熱処理終了後に腐食性残留処理ガス
を窒素等のパージガスで排出する際プロセスチューブ１
０内が陽圧となる。従来この時前記プロセスチューブ１
０のフランジ２０部において、プロセスチューブ１０内
より処理ガスがわずかながら外部に漏洩して、装置のフ
ランジ２０回りを腐食するなどの悪影響を及ぼしてい
た。しかるに上記実施例では上記の中間溝２６を有し、
漏洩した残留腐食性ガスが中間溝２６を介して排気され
るので、前記腐食性残留処理ガスが熱処理炉外へ漏洩す
る事なく封止され、周囲への影響が著しく減少した。

【００２２】

【実施例２】次に第２の実施例装置について説明する。
本発明の装置を上記第１の実施例のガス導入配管４８に
おけるフラットジョイント部に適用した一実施例につい
て図２を参照して具体的に説明する。上記縦型熱処理装
置のプロセスチューブ１０に処理ガスを導入するガス導
入配管４８は、図示しないガス供給装置を接続するガス
導入接続配管５０とフラットジョイント部で接続されて
いる。前記ガス導入配管４８とガス導入接続配管５０は
材質例えば石英ガラスで作製され、フランジ面２２は、
平滑度例えば加工精度０．０１に仕上げられている。

【００２３】また、ガス導入接続配管５０のフランジ面
２２には、環状の内側接合面２４、中間溝２６、及び外
側接合面２８が設けられており、前記中間溝２６の少な
くとも一カ所にはガスシールド配管３０が設けられてい
る。図示しない排気装置に接続され、所定の圧力例えば
５ｍｍＨ₂ Ｏで排気される。前記、ガスシールド配管３
０は材質例えば石英ガラスで例えば外径６ｍｍ、内径３
ｍｍ及び例えば７０ｍｍの長さＬ１を持つ管状体で、ガ
ス導入接続配管５０から所定量例えば１５ｍｍの冷却用
の逃げＬ２を設けている。

【００２４】また、フランジ面２２より所定量例えば３
０ｍｍ離れたところにガス導入接続配管５０とガスシー
ルド配管３０を継ぐ補強ブリッジ５４を設け、ガスシー
ルド配管３０の強度を保っている。ガス導入配管４８と
ガス導入接続配管５０との接合は、材質例えばステンレ
ススチールの環状板材５６を介し止めネジ５８を用いて
締め付け操作により行う。以上の如く本実施例は構成さ
れている。

【００２５】次に、図３はガスシールド装置をボールジ
ョイント部に用いた他の実施例である。上記第２の実施
例と同様に筒状体の接続に用いられているが、フランジ
面２２が球外周面状に形成されているので水平、垂直方
向に所定量例えば±１０゜の自由角度をもって接続でき
るものである。前記ボールジョイントの構造は上記第２
の実施例と同様であるのでその詳細な説明は省略する。

【００２６】上記図２及び図３の実施例において、熱処
理中にプロセスチューブ１０内が減圧され所定の圧力に
保たれ、所定の処理ガスが導入されたとき、従来前記ガ
ス導入配管４８とガス導入接続配管５０のフランジ２０
封止部においてリークが生じ外部より空気等の流入があ
り、処理ガスの濃度に変化が生じ、熱処理が不安定であ
った。しかるに、上記実施例の封止では上記構造の中間
溝２６を有しているので空気等のリークが中間溝２６を
介して排気され、処理ガスの濃度が変化せず高精度な熱
処理が可能になった。

【００２７】また、熱処理終了後に腐食性残留処理ガス
を窒素等のパージガスで排気する際、プロセスチューブ
１０内及び導入配管４８が所定時間陽圧となる。従来こ
の時前記ガス導入配管４８のフランジ２０部において、
ガス導入配管４８内より処理ガスがわずかながら外部に
漏洩して、装置のフランジ２０回りを腐食するなどの悪
影響を及ぼしていた。しかるに、上記実施例では上記封
止構造の中間溝２６を有しているので残留腐食性ガスが
中間溝２６を介して排気され、前記腐食性残留処理ガス
が熱処理炉外へ漏洩する事なく、封止され周囲への影響
が著しく減少した。 図４は、ガスシールド装置をフラ
ットジョイント部に用いた、他の実施例である。中間溝
２６は一重の環状のみの構成ではなく図４に示す如く二
重にしてもよく、前記中間溝２６に所定のガス例えば不
活性ガスである窒素ガス等を所定の圧力で圧送し、内部
の処理ガス等の外部へのリークを防止したり、外部の空
気等の内部へのリークを防止することが可能である。

【００２８】図５は、中間溝２６を不連続に配置し、ガ
スシールド配管とフランジ内部で連通させた他の実施例
である。

【００２９】上記実施例では縦型熱拡散炉について説明
を行ったが、減圧ＣＶＤ装置や常圧熱処理装置等の熱処
理装置に応用しても良く、縦型装置に限らず横型装置に
応用できるのは当然のことである。

【００３０】また、中間溝２６はフランジ面２２の両面
または片面のどちら側に設けても好適に使用でき、前記
中間溝２６の断面形状は四角形に限定されるものではな
い。更に、本発明は熱処理装置に限らず、封止機構であ
ればエッチング装置やイオン注入装置等何れにも適用で
きると共に、常温、低温雰囲気でも使用して同様な効果
の得られる事は、説明するまでもないことである。

【００３１】

【発明の効果】以上のことから明らかなように本発明に
よると次のような優れた効果がある。苛酷な高温部に於
いてもガス流に対して良好な封止装置を簡単な構造で小
型化出来る。長期にわたり安定且つ気密効果の高いガス
シールド装置を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の縦型拡散炉の構成を示す図
である。

【図２】本発明の他の実施例のフラットジョイント部の
構成を示す図である。

【図３】本発明の他の実施例のボールジョイント部の構
成を示す図である。

【図４】本発明の他の実施例、中間溝にガスを圧送し、
二重環状中間溝の構造を示す図である。

【図５】本発明の他の実施例、中間溝を不連続に配置し
た構成を示す図である。

【符号の説明】

１０………プロセスチューブ １２………外管 １４………内管 １５………細孔 １６………ヒータ １８………開口部 ２０………フランジ ２２……フランジ面 ２４………内側接合面 ２６………中間溝 ２８………外側接合面 ３０………ガスシールド配管 ３２………ベースプレート ３４………水冷フランジ ３６………切り欠き部 ３８………冷却水循環用配管 ４０………ボートエレベータ ４２………蓋体 ４４………載置台 ４６………ウェハボート ４８………ガス導入配管 ５０………ガス導入接続配管 ５４………補強ブリッジ ５６………環状板材 ５８………止めネジ Ｗ………ウェハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｅ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 封止面を、互いに当接されて封止する平
   滑な面からなる接合面によって構成するとともに、この
   接合面内に中間溝を設け、前記封止面から漏洩するガス
   を、前記中間溝から排気もしくは、前記中間溝にガスを
   圧送してシールドすることを特徴とするガスシールド装
   置。
2. 【請求項２】 反応管にガス導入配管またはガス排気配
   管が気密に設けられた熱処理装置において、 前記ガス導入配管または前記ガス排気配管等の外部連通
   配管との封止面を、互いに当接されて封止する平滑な面
   からなる接合面によって構成するとともに、この接合面
   内に中間溝を設け、前記封止面から漏洩するガスを、前
   記中間溝から排気もしくは、前記中間溝にガスを圧送し
   てシールドすることを特徴する熱処理装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の装置において、 接合面及び中間溝は環状であることを特徴とする熱処理
   装置。