JP3343402B2 - 縦型熱処理装置 - Google Patents

縦型熱処理装置

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JP3343402B2 JP17226793A JP17226793A JP3343402B2 JP 3343402 B2 JP3343402 B2 JP 3343402B2 JP 17226793 A JP17226793 A JP 17226793A JP 17226793 A JP17226793 A JP 17226793A JP 3343402 B2 JP3343402 B2 JP 3343402B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、縦型熱処理装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】一般に半導体ウエハに対してCVD、酸
化あるいは熱拡散などの熱処理を行う装置として縦型熱
処理装置が知られている。この装置は、半導体ウエハを
保持具であるウエハボートに上下に棚状に配列して保持
させ、垂立した反応管内にその下端開口部より導入して
開口部を密閉し、所定の熱処理を行うものであり、処理
の均一化を図るためにウエハボートを鉛直軸のまわりに
回転させる場合もある。図4は酸化・拡散を行うための
従来の縦型熱処理装置を示す図であり、反応管1は、例
えば石英で作られた内管1a及び外管1bよりなる二重
管構造として構成され、内管1aの天井部には多数のガ
ス導入孔1cが形成されている。反応管1の外側にはこ
れを囲むようにヒータ11が配置され、反応管1の下方
には例えばボールネジにより昇降されるボートエレベー
タ2が設置されている。このボートエレベータ2には、
反応管1の下端開口部をOリング21を介して密閉する
ためのキャップ部22が設けられており、キャップ部2
2の中心部には上下に伸びる回転軸31を回転させる回
転機構3が取り付けられている。回転軸31の上端は回
転テーブル12を介して保温筒13が載置され、保温筒
13の上にはウエハを上下に棚状に配列して保持する保
持具であるウエハボート14が置かれている。また反応
管1にはガス供給管15及び排気管4が接続されてい
る。
【0003】前記回転機構3は、鉛直軸のまわりに回転
可能なプーリ32を備え、このプーリ32がモータMに
よりベルト23を介して回転したときに磁気結合により
回転軸31が回転するように構成されている。従ってモ
ータMを駆動すると回転軸31が回転してウエハボート
14が回転することになる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記回転機構3は、磁
気結合を利用して回転力を伝達しているため、回転軸3
1の軸受空間が外部から密閉されるが、軸受空間には、
ウエハの汚染源となる潤滑油を使用しなくて済むように
例えばステンレスの内輪及び外輪とセラミックの転動体
とを備えたセラミック軸受が用いられている。しかしな
がらこのセラミック軸受からは僅かではあるがパーティ
クルが発生する。
【0005】また磁気結合に用いられる、耐熱性に優れ
て磁力も強い希土類元素よりなる磁石は脆い特性を有す
るためコーティングされているが、何らかの衝撃により
コーティングが剥離してパーティクルを発生し、特に磁
石材料が露出すると軸受空間内に侵入する腐食性の処理
ガスにより腐食して増々パーティクルを発生する。
【0006】ここでウエハボート14を反応管1内に搬
入した後反応管1内を排気管4により真空排気するが、
このとき回転機構3内に溜まっていたパーティクルが反
応管1内に飛散し、ウエハWを汚染するという問題があ
った。
【0007】本発明は、このような事情のもとになされ
たものであり、その目的は、回転機構から発生するパー
ティクルが反応管内に飛散することを防止することので
きる縦型熱処理装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、被処理体の保
持具を回転軸を介して回転機構により支持し、反応管内
にて保持具を回転させながら被処理体に対して熱処理を
行う縦型熱処理装置において、前記反応管内に連通する
回転機構内の軸受空間と、 被処理体に対して熱処理を行
う前に反応管内を真空排気するための第1の排気管と、
前記軸受空間に一端側が開口し、反応管の外に他端が位
置する第2の排気管と、この第2の排気管を介して軸受
空間を真空排気するための手段と、前記反応管内を第1
の排気管を介して真空排気する前に、第2の排気管を介
して軸受空間を真空排気するように制御する制御部と、
を有してなることを特徴とする。この発明においては、
回転機構内の軸受空間に不活性ガスを供給するガス供給
手段を設けることが好ましい。また回転軸の内部には、
軸受空間における軸受部の上側領域と下側領域とを連通
する連通管が形成されていることが好ましい。回転機構
は、例えば回転軸に設けられた従動側磁石と、軸受空間
の外側に前記従動側磁石と磁気的に結合しつつこれを回
転させる駆動側磁石とを備えたものである。
【0009】
【作用】保持具に多数の被処理体を搭載して反応管内に
搬入する。その後反応管内を真空排気するが、その前に
回転機構例えば磁気的結合を利用した回転機構内の軸受
空間を真空排気する。軸受空間には軸受や磁石などから
発生したパーティクルが滞留しているが、先ず軸受空間
を真空排気することによりパーティクルが外部に排出さ
れる。従って反応管内を真空排気するときには軸受空間
からのパーティクルの飛散が抑えられ、被処理体の汚染
を防止できる。
【0010】
【実施例】図1及び図2は夫々本発明の実施例及びその
要部を示す図であり、図4と同一部分は同符号を付して
ある。反応管1は、例えば石英で作られた内管1a及び
外管1bよりなる二重管構造として構成され、内管1a
の天井部には多数のガス導入孔1cが形成されている。
反応管1の外側にはこれを囲むようにヒータ11が配置
され、反応管1の下方には例えばボールネジにより昇降
されるボートエレベータ2が設置されている。
【0011】このートエレベータ2には、反応管1の下
端開口部をOリング21を介して密閉するためのキャッ
プ部22が設けられており、キャップ部22の中心部に
は上下に伸びる回転軸31を回転させる回転機構3が取
り付けられている。回転軸31の上端は回転テーブル1
2を介して保温筒13が載置され、保温筒13の上には
ウエハを上下に棚状に配列して保持する保持具であるウ
エハボート14が置かれている。
【0012】前記反応管1には、内管1a及び外管1b
間に処理ガスを供給するためのガス供給管15の一端が
接続されており、このガス供給管15の他端側はバルブ
V1を介して図示しないガス供給源に接続されている。
また反応管1には、内管1aの内側から排気するための
排気管4の一端が接続されており、この排気管4の他端
側はメインバルブV2を介して真空ポンプ51に接続さ
れている。この排気管4には、真空排気初期時に急激な
排気を避けるためにメインバルブV2と並列にサブバル
ブV3が設けられている。
【0013】前記回転機構3は、鉛直軸のまわりに回転
可能な回転軸31を備える一方、ウエハボート14には
モータMが設けられ、プーリ32とモータMとの間には
ベルト23が掛けられている。回転機構3の構造につい
て図2を参照しながら簡単に述べると、回転軸31は、
キャップ部22に固定された内側ケ−シング51にセラ
ミック軸受5A、5Bを介して回転自在に支承されると
共に、内側ケ−シング51の外側にセラミック軸受5
C、5Dを介して外側ケーシング52が回転自在に支承
されている。回転軸31、及び内側ケ−シング51と外
側ケーシング52との間には夫々従動側永久磁石53及
び駆動側永久磁石54が設けられ、従って外側ケーシン
グ52の下端に設けられたプーリ32が回転すると磁気
結合により回転軸31が回転する。
【0014】そして回転軸31と内側ケ−シング51と
の間には、反応管1内に連通する軸受空間Sが形成され
ており、内側ケ−シング51には、軸受空間Sの例えば
上側領域に夫々開口するように不活性ガス供給管61及
び不活性ガス排気管62が接続されている。不活性ガス
供給管61にはバルブV4が設けられる一方、不活性ガ
ス排気管62はバルブV5を介して、前記排気管5にお
けるバルブV2の真空ポンプ51側に接続されている。
この実施例では、不活性ガス排気管62及び真空ポンプ
51により真空排気手段が構成される。
【0015】またこの例では従動側永久磁石54から発
生するパーティクルが軸受空間Sに飛散しないように当
該永久磁石54を覆うカバー55が回転軸31に設けら
れている。ただし本発明ではこのカバー55はなくても
よい。更に回転軸31内には、軸受空間Sにおける隅々
まで排気できるように軸受空間Sの上側領域と下側領域
とを連通する連通管56が形成されている。なおこの回
転機構3には例えば水冷機構を組み込んで冷却するよう
にしてもよい。
【0016】そしてこの縦型熱処理装置は、上述の各バ
ルブV1〜V5について後述のように開閉シーケンス制
御を行う制御部10を備えている。
【0017】次に上述実施例の作用について述べる。先
ず多数枚の被処理体であるウエハWが搭載されたウエハ
ボート14をボートエレベータ2により上昇させて反応
管1内に搬入し、キャップ部21により反応管1の下端
開口部を気密にシールする。反応管1内はヒータ11に
より予め例えば600℃程度に加熱されており、ウエハ
ボート14が搬入された後例えば900〜1200℃の
熱処理温度まで昇温される。
【0018】一方反応管1内には図示しないガス供給管
から不活性ガス例えば窒素ガスが供給されており、ウエ
ハボート14が反応管1内に搬入された後、制御部10
により所定のシーケンスプログラムにもとづいて窒素ガ
スの供給を停止し、続いてバルブV5を開き、不活性ガ
ス排気管62を通して真空ポンプ51により回転機構3
内の軸受空間Sを例えば10秒間真空排気する。
【0019】次いでバルブV5を閉じ、サブバルブV3
を開いて反応管1内を例えば30秒間真空排気した後メ
インバルブV2を開く。そして反応管1内の圧力が例え
ば1×10-3Torrになった後、バルブV2を閉じ、
バルブV1を開いて酸化あるいは熱拡散などに必要な処
理ガスをガス供給管15より反応管1内に導入すると共
に、排気管4を通じて図示しない排気ポンプにより反応
管1内を常圧に維持し、ウエハWに対して所定の熱処理
を行う。
【0020】また例えばバルブV1を開くと同時にバル
ブV4及びバルブV5を開き、不活性ガス供給管61よ
り回転機構3の軸受空間Sに例えば窒素ガスを例えば毎
分0.5リットルの流量で供給しながら不活性ガス排気
管62を通じて軸受空間S内を排気し、こうして反応管
1内の処理ガスが軸受空間Sに侵入するのを防止して軸
受などの腐食を防止している。そしてモータMによりベ
ルト23を介して回転機構3のプーリ32が回転し、先
述したように磁気結合により回転軸31が回転してウエ
ハボート14が回転する。
【0021】ところで回転軸31を回転させることによ
り回転機構3のセラミック軸受けからパーティクルが発
生し、軸受空間Sに窒素ガスが流れているのでパーティ
クルの一部は外部に排出されるが、残りのパーティクル
はセラミック軸受5A、5Bや隅部などに付着滞留して
いる。そこで上述実施例のようにウエハWを反応管1内
にロードした後先ず軸受空間Sを真空排気すれば軸受空
間S内のパーティクルが外部に排出される。従ってその
後に反応管1内を真空排気しても軸受空間Sからはパー
ティクルが全くあるいはほとんど全く反応管1内に飛散
しないのでウエハWの汚染が防止される。なお回転機構
3においてカバー55を用いない場合には従動側永久磁
石54もパーティクルの発生源になり、この場合ここか
らのパーティクルは同様に不活性ガス排気管62を通じ
て予め外部に排気される。
【0022】以上において軸受空間Sに供給する不活性
ガスとしては窒素ガスの他にアルゴンガスやネオンガス
などであってもよい。また軸受空間Sの真空排気のため
の真空ポンプは、反応管1内を真空排気するための真空
ポンプとは別のものを用いてもよいし、反応管1内を真
空排気しているときに軸受空間Sを真空排気していても
よい。そして本発明の縦型熱処理装置は酸化、拡散処理
に限らず、CVD、エッチング、アッシングなどを行う
ものであってもよい。
【0023】次に他の発明について図3を参照しながら
述べると、図3はエッチングやCVDあるいはイオン注
入などの真空処理を行う真空処理装置の一部である真空
をなすロードロック室71を示し、このロードロック室
71はゲートバルブG1、G2及びウエハの搬送機構8
を備えている。またロードロック室71には排気管72
が接続され、この排気管72はバルブ73を介して真空
ポンプ74に接続されている。
【0024】前記搬送機構8は例えば3本のアーム81
〜83を有し、アーム間の関節部における例えばベルト
が掛けられたプーリなどの駆動伝達部81a、82aに
は、これらを覆うようにカバー81b、82bが設けら
れると共に、アーム83を駆動する駆動機構84とこの
駆動機構84の駆動伝達部83aを覆うようにカバー8
3bが設けられている。そして各カバー81b、82
b,83b内の空間が互いに連通するようにアーム8
2、83内に連通路80が形成されている。
【0025】前記カバー83bには排気管75が接続さ
れ、この排気管75はバルブ76を介して前記真空ポン
プ74に接続されている。バルブ73、76は制御部9
により次のように制御される。即ちウエハWが搬送機構
8によりロードロック室71内に搬入された後、バルブ
73を開く前にバルブ76が開かれて搬送機構8の駆動
伝達部81a、82a、83aを取り囲む空間が真空排
気され、次いでバルブ73を開いてロードロック室71
内が真空排気される。従って駆動伝達部81a、82
a、83aから発生したパーティクルが反応管1内に飛
散するのを防止できる。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、反応管内を真空排気す
る前に回転機構例えば磁気結合を利用した回転機構の軸
受空間を真空排気しているため、反応管を真空排気する
ときには軸受空間からの反応管内へのパーティクルの飛
散が抑えられ、被処理体の汚染を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の縦型熱処理装置の実施例を示す断面図
である。
【図2】本発明の縦型熱処理装置の実施例に係る回転機
構を示す断面図である。
【図3】本発明の真空装置の実施例を示す縦断側面図で
ある。
【図4】従来の縦型熱処理装置を示す断面図である。
【符号の説明】
1 反応管 14 ウエハボート 15 ガス供給管 4 排気管 3 回転機構 31 回転軸 5A〜5D セラミック軸受 51、74 真空ポンプ 61 不活性ガス供給管 62 不活性ガス排気管 9、10 制御部
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/22 511

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被処理体の保持具を回転軸を介して回転
    機構により支持し、反応管内にて保持具を回転させなが
    ら被処理体に対して熱処理を行う縦型熱処理装置におい
    て、前記反応管内に連通する回転機構内の軸受空間と、 被処理体に対して熱処理を行う前に反応管内を真空排気
    するための第1の排気管と、 前記軸受空間に一端側が開口し、反応管の外に他端が位
    置する第2の排気管と、 この第2の排気管を介して軸受空間を真空排気するため
    の手段と、 前記反応管内を第1の排気管を介して真空排気する前
    に、第2の排気管を介して軸受空間を真空排気するよう
    に制御する制御部と、 を有してなることを特徴とする縦型熱処理装置。
  2. 【請求項2】 回転機構内の軸受空間に不活性ガスを供
    給するガス供給手段を有していることを特徴とする請求
    項1記載の縦型熱処理装置。
  3. 【請求項3】 回転機構は、回転軸に設けられた従動側
    磁石と、軸受空間の外側に前記従動側磁石と磁気的に結
    合しつつこれを回転させる駆動側磁石とを備えたもので
    あることを特徴とする請求項1または2記載の縦型熱処
    理装置。
  4. 【請求項4】 回転軸の内部には、軸受空間における軸
    受部の上側領域と下側領域とを連通する連通管が形成さ
    れていることを特徴とする請求項1ないしのいずれか
    に記載の縦型熱処理装置。
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