JP3556804B2 - 処理装置及び処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空雰囲気下で成膜ガスを用いて被処理体を成膜処理するための反応容器内に、軸穴を通じて駆動軸を貫通してなる処理装置及び処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）をバッチで熱処理する装置として縦型熱処理装置が知られている。熱処理の中には減圧ＣＶＤと呼ばれる成膜処理や、酸化処理、不純物の拡散処理などがあり、減圧ＣＶＤを行う炉と酸化、拡散を行う炉とでは処理温度、処理圧力更にはガスの供給の仕方も異なるなどの理由から装置構造が多少異なる。いずれの装置も縦型の反応容器内にウエハを棚状に保持したウエハボートを通常下方側から搬入し、ウエハボートを支持している蓋体により反応管の下端開口部を気密に塞ぐように構成されている。
【０００３】
この種の装置においては、ウエハの面内における熱処理の均一性を向上させるためにウエハボートを垂直な軸のまわりに回転させる場合があり、その構造については、蓋体の中を回転軸が貫通し、この回転軸を介してウエハボートを支持するように構成している。
【０００４】
ここで減圧ＣＶＤ炉を例にとって、回転軸が蓋体を貫通して反応容器内に導入されるのに必要な導入機構について図３を参照しながら説明する。この図は二重管である反応管１０の下部に設けられたマニホールド１１の下端開口部が蓋体１２により閉じられた状態を示しており、回転軸１３は、蓋体１２の下方側に設けられた金属製の筒状部１４内を貫通し、その上端にはターンテーブル１５が、また下端には図示しないモータで駆動されるプーリ１６が夫々取り付けられている。筒状部１４と回転軸１３との間には軸受け部１７が設けられ、その上には反応容器（この例では反応容器は反応管１０及びマニホールド１１により構成される）内と外部とを気密にシールするための磁気シール部１８が設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら処理雰囲気の真空度が高くなると例えば１０^−７Ｔｏｒｒ程度にもなると、回転機構内の不純物や磁性流体からの蒸発物が処理雰囲気に流入するようになる。一方半導体デバイスの回路パターンの微細化が進んでいることから、ウエハに対する汚染の限度が相当厳しくなっており、こうした不純物も素子の特性に影響を及ぼすようになってくる。更にまた成膜ガスが回転機構内に侵入すると冷たい部分に接触して反応副生成物が生成され、これが磁性流体に付着し、回転が鈍くなるおそれがある。
【０００６】
一方本発明者はマニホールド１１の耐食化を図ることなどの工夫によりＣＶＤを行う炉と、酸化、拡散を行う炉との共通化を検討しているが、そうなるとウェット酸化を行うときに回転機構内に水分が侵入し、この水分が減圧ＣＶＤ時に処理領域内に放出され、特に絶縁膜を形成する場合に膜の絶縁性を低下させる。更には酸化処理時に用いられる塩化水素ガスが回転機構内に侵入すると金属部分が腐食し、また磁気シール部の磁性流体が劣化し、シール機能を損うおそれもある。特に水分が内部で結露している場合には腐食性が極めて大きいので、各部の劣化が激しくなる。
【０００７】
本発明はこのような事情の下になされたものでありその目的は、真空雰囲気下での成膜処理と常圧雰囲気下での腐食性ガスを用いた処理との両方を行うことができる装置において、駆動軸の貫通部分から脱ガスなどが反応容器内へ流出することを防止でき、また貫通部分内の腐食やシール部材の劣化を抑えることにある。
【０００８】
本発明は、常圧雰囲気下で腐食性ガスを用いて行なう被処理体の処理と、真空雰囲気下で成膜ガスを用いて行なう成膜処理とを共通の反応容器内で行ない、この反応容器の外部から軸穴を通じて反応容器内に駆動軸を貫通してなる処理装置において、
前記軸穴に設けられた軸受部と、
この軸受部よりも反応容器側に設けられ、軸穴の内壁と駆動軸との間をシールするシール部と、
このシール部よりも反応容器側の軸穴にパージ用ガスを供給するためのガス供給路と、
前記シール部よりも反応容器側の軸穴の内壁に接続された排気路と、
前記反応容器内にて常圧雰囲気下で腐食性ガスを用いて被処理体を処理するときに、前記ガス供給路から前記軸穴にパージ用ガスを供給することが可能なパージ用ガス供給手段と、
前記反応容器内にて真空雰囲気下で成膜ガスを用いて被処理体を成膜処理するときに、前記軸穴を排気路を通じて真空排気手段により真空排気することが可能な真空排気手段と、を備えたことを特徴とする。
ただし常圧雰囲気とは、大気圧に一致している場合に限るものではなく、多少陽圧あるいは負圧の場合も含まれる。また腐食性ガスとは、酸素などの酸化ガスも含む意味である。この場合、真空雰囲気下で成膜ガスを用いて被処理体を成膜処理するときには、軸穴を真空排気しながら、前記ガス供給路または別のガス供給路から軸穴にガスを供給することが好ましく、また常圧雰囲気下で腐食性ガスを用いて被処理体を処理するときには軸穴にパージ用ガスを供給しながら前記排気路または別に設けた排気路から軸穴を排気することすることが好ましい。
【０００９】
他の発明は、 反応容器と、この反応容器の外部から軸穴を通じて反応容器内に貫通された駆動軸と、前記軸穴に設けられ、前記駆動軸を支持する軸受部と、この軸受部よりも反応容器側に設けられ、軸穴の内壁と駆動軸との間をシールするシール部と、を備えた処理装置を用いて被処理体に対して処理する方法において、
前記シール部よりも反応容器側の軸穴に設けられたガス供給路からパージ用ガスを当該軸穴に供給しながら、前記反応容器内にて常圧雰囲気下で腐食性ガスを用いて被処理体を処理する工程と、
前記シール部よりも反応容器側の軸穴の内壁に接続された排気路を通じて当該軸穴を真空排気手段により真空排気しながら前記反応容器内にて真空雰囲気下で成膜ガスを用いて被処理体を成膜処理する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態に係る縦型熱処理装置の全体構成を示す図である。図中２は石英で作られた内管２ａ及び外管２ｂよりなる二重構造の反応管であり、この反応管２の周囲には加熱炉２１が設けられている。この反応管２の下部側には、金属製の筒状のマニホールド２２がＯリング２２ａを介して気密に接合して設けられている。マニホールド２２の下端開口部からは、多数のウエハＷを棚状に保持したウエハボート２３が搬入され、当該開口部は蓋体３により閉じられる。このとき蓋体３とマニホールド２２との封止部分はＯリング３ａにより気密状態が保たれる。
【００１１】
前記蓋体３は昇降機構であるボートエレベータ３１の上に設けられ、その中央部には回転軸４が垂直に貫通して設けられている。この回転軸４の下端にはプーリ４１が取り付けられ、このプーリ４１は、ベルト４２を介してモータ４３により回転されるようになっている。回転軸４の上端にはターンテーブル２４が取り付けられ、このターンテーブル２４の上には保温筒２５を介して前記ウエハボート２３が載置されている。
【００１２】
この実施の形態に係る縦型熱処理装置は、減圧ＣＶＤと酸化、拡散処理とを行うことができるように構成されており、つまり減圧ＣＶＤ炉と酸化、拡散炉とを共用している。このためにマニホールド２２は、特殊な耐食構造となっており、また減圧ＣＶＤ時に用いられる第１のガス供給管２６及び第１の排気管２７と、酸化、拡散時に用いられる第２のガス供給管２８及び第２の排気管２９とがマニホールド２２に接続されている。この例では反応管２とマニホールド２２とにより反応容器が構成される。
【００１３】
次に回転軸４の貫通部分について図２を参照しながら説明する。
【００１４】
蓋体３の中央部に孔部３２が穿設され、この孔部３２を囲む位置にて蓋体３の下面側がリング状に突出し、その突出端がフランジ部３３として形成されている。このフランジ部３３の下面側には例えばステンレス製のケーシング５がＯリング５ａを介して気密に接続されると共に、内周面には例えばステンレス製の筒状部３０が嵌合されている。ケーシング５とフランジ部３３との接合部分にはリング状に排気溝５１が形成されており、この溝５１を排気路５２を介して排気することによって、Ｏリング５ａから発生したガスが処理雰囲気内に流入することを防止している。
【００１５】
前記フランジ部３３の上側にはリング体３４が係合して設けられ、このリング体３４とケーシング５の上部のフランジ部とが図示しないボルト等により前記フランジ部３３を挟んで固定されている。なお前記排気溝５１よりも内方側におけるケーシング５とフランジ部３３との接合面は鏡面仕上げとされ、高い気密性が確保されるようになっている。
【００１６】
前記蓋体３の孔部３２、筒状部３０の内部空間及びケーシング５の内部空間は、回転軸４が貫通される軸穴６に相当するものであり、この軸穴６の上部側は、減圧ＣＶＤ処理時は差動排気室６１をなすものである。この差動排気室６１の上部付近及び下部付近の位置において、回転軸４にはラビリンス空間を形成するための鍔部４４、４５が夫々設けられている。
【００１７】
前記軸穴６における差動排気室６１の下方側にはシール部である磁気シール部７が設けられている。この磁気シール部７は、回転軸４を囲む、縦断面がコ字形の複数の磁路部材を上下方向に配列し、各磁路部材の一端部と回転軸４との間に磁性流体を磁気により閉じ込めて、軸穴６の反応容器側と外部との間を気密にシールするものである。この磁気シール部７の支持部７１内には冷却水路７２が設けられ、冷却水を通流することにより磁性流体の温度上昇を抑えている。前記軸穴６における磁気シール部７の下方側には軸受け部７３、７４が設けられている。
【００１８】
前記差動排気室６１の下部側の鍔部４５よりも上方位置には排気路８１が接続されており、この排気路８１はバルブＶ１を介して真空排気手段である真空ポンプＰ１に接続されている。この真空ポンプＰ１としては反応容器内を真空排気する真空ポンプを共用することができる。またこの排気路８１は途中から分岐されてバルブＶ２を介して簡易ポンプ（排気ポンプ）Ｐ２に接続されている。
【００１９】
また前記差動排気室６１の鍔部４５よりも下方位置には、ガス供給路８２が接続されており、このガス供給路８２には不活性ガス例えば窒素ガスの供給源（図示せず）が接続されている。
【００２０】
更にこの実施の形態では磁気シール部７の温度上昇を抑えるために前記差動排気室６１の上下の長さを大きくとり、例えば磁気シール部７から蓋体３の下面までの長さをおよそ７０ｍｍとして、磁気シール部７を反応容器内から遠ざけると共に、回転軸４としてパイプを用い、反応容器から熱が伝わりにくいようにしている。
【００２１】
次に上述の実施の作用について述べる。先ず被処理体である多数のウエハＷが棚状に保持されたウエハボート２３を、ボートエレベータ３１の上昇により反応容器の下端開口部（マニホールド２２の下端開口部）から反応容器内に搬入し、当該開口部を蓋体３により気密に閉じる。ここで減圧ＣＶＤを行う場合には、成膜ガスを第１のガス供給管２６から内管２ａ内に供給しながら、内管２ａと外管２ｂとの間を介して排気管２７から真空排気し、反応容器内を例えば１０^−７Ｔｏｒｒのオーダの真空度に保つと共に、加熱炉２１により所定温度の熱処理雰囲気にする。
【００２２】
一方モータ４３の駆動により回転軸４を回転させることによりウエハボート２３を回転させ、また前記バルブＶ１を開き、バルブＶ２を閉じることにより回転軸４が貫通されている軸穴６内を排気路８１を介して例えば１０^−７Ｔｏｒｒのオーダまで真空排気すると共に、ガス供給路８２から軸穴６内に例えば窒素ガスを供給する。高真空下では磁気シール部７の磁性流体からガスが発生し、更に軸穴６の内壁などから不純物が放出されるが、これらは排気路８１を介して排出される。
【００２３】
また成膜ガスが蓋体３の孔部３２から軸穴内に入り込んで冷えた部分即ち軸穴６の内壁、回転軸６及び磁性流体などに接触すると、そこで副生成物が生成されるが、軸穴６内に窒素ガスが吹き込まれるので副生成物が吹き飛ばされる。特に磁気シール部７と回転軸４の鍔部４５との間に窒素ガスが吹き込まれるので磁性流体への副生成物の付着を防止することができ、回転軸４の回転が鈍くなるといったことがなくなる。
【００２４】
成膜処理の例としては、ＳｉＨ_４ ガスによるポリシリコン膜の成膜や、ＳｉＨ_２ Ｃｌ_２ ガス及びＮＨ_３ ガスによる窒化シリコン（Ｓｉ_３ Ｈ_４ ）膜の成膜などを挙げることができ、特に後者の場合副生成物として塩化アンモニウムが多量に生成されるので、窒素ガスの吹き込みは有効である。なお本発明では減圧ＣＶＤを行うにあたり、軸穴６内の真空排気のみを行い、ガスの吹き込みを行わないようにしてもよい。
【００２５】
次いでウエハに対して酸化処理を行う場合について述べる。この場合は第２のガス供給管２８から内管２ａと外管２ｂとの間に腐食性ガス例えばＨＣｌガス及びＨ_２ Ｏガスを供給しながら第２の排気管２９から排気し、反応容器内を常圧に維持すると共に、加熱炉２１により熱処理雰囲気を例えば１０００℃に加熱し、ウエハＷ表面部の例えばポリシリコン膜あるいは窒化シリコン膜などを酸化してＳｉＯ_２ 膜を形成する。
【００２６】
一方軸穴６内の雰囲気については、ガス供給路８２からパージ用ガスである窒素ガスを軸穴６内に例えば毎分０．０２リットルの流量で供給してパージする。このため反応容器内の処理ガスはパージ用ガスにより軸穴６内への侵入が抑えられ、ＨＣｌガスによる軸穴６の内壁等の腐食や磁性流体の劣化を防止することができる。また軸穴６内における水分の結露も防止されるので、減圧ＣＶＤを行うときに軸穴６内から熱処理雰囲気中に水分が飛散するおそれもなくなる。
【００２７】
この場合バルブＶ１、Ｖ２を閉じておいて軸穴６内の排気を行わなくてもよいが、バルブＶ２を開いて排気ポンプＰ２で排気（弱い排気）を行い、パージ用ガスが反応容器内に流出することを抑えるようにしてもよい。パージ用ガスとしては不活性ガスに限定されるものではなく、例えばＯ_３ （オゾン）ガスを用いて酸化処理を行う場合には、Ｏ_２ ガスを用いてもよく、この場合Ｏ_２ ガスはオゾンガスと同種のものなので反応容器内に流出しても悪影響が少ないと考えられる。
【００２８】
またパージ用ガスの軸穴６への供給は、減圧ＣＶＤを行った後反応容器内を例えばＨＣｌガスによりクリーニングするときに行うことも有効であり、ＨＣｌガスの軸穴６への侵入を防止することができる。
【００２９】
上述の実施の形態によれば減圧ＣＶＤを行うときに磁性流体からの脱ガスなどが熱処理雰囲気に流出することを防止することができ、また減圧ＣＶＤ炉及び酸化炉（拡散炉）を兼用する縦型熱処理装置を構成するにあたって、酸化処理時における軸穴６内へのＨＣｌガスやＨ_２ Ｏの侵入を抑え、磁性流体の劣化や軸穴６内の金属部分の腐食を防止することができる。
【００３０】
以上において軸穴６内の真空排気を行うための構成を採用した減圧ＣＶＤ炉のみについても本発明は成立するものである。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、真空雰囲気下での成膜処理と常圧雰囲気下での腐食性ガスを用いた処理との両方を行うことができる装置において、駆動軸の貫通部分から脱ガスなどが反応容器内へ流出することを防止でき、また貫通部分内の腐食やシール部材の劣化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る縦型熱処理装置の全体構成を示す図である。
【図２】上記の縦型熱処理装置における回転軸の貫通部分を示す断面図である。
【図３】従来の縦型熱処理装置における回転軸の貫通部分を示す断面図である。
【符号の説明】
２ａ 内管
２ｂ 外管
２２ マニホールド
２３ ウエハボート
２４ ターンテーブル
３ 蓋体
４ 回転軸
４１ プーリ
５ ケーシング
６ 軸穴
６１ 差動排気室
７ 磁気シール部
７３、７４ 軸受け部
８１ 排気路
８２ ガス供給路
Ｐ１ 真空ポンプ
Ｐ２ 排気ポンプ

Claims (6)

1. 常圧雰囲気下で腐食性ガスを用いて行なう被処理体の処理と、真空雰囲気下で成膜ガスを用いて行なう成膜処理とを共通の反応容器内で行ない、この反応容器の外部から軸穴を通じて反応容器内に駆動軸を貫通してなる処理装置において、
   前記軸穴に設けられた軸受部と、
   この軸受部よりも反応容器側に設けられ、軸穴の内壁と駆動軸との間をシールするシール部と、
   このシール部よりも反応容器側の軸穴にパージ用ガスを供給するためのガス供給路と、
   前記シール部よりも反応容器側の軸穴の内壁に接続された排気路と、
   前記反応容器内にて常圧雰囲気下で腐食性ガスを用いて被処理体を処理するときに、前記ガス供給路から前記軸穴にパージ用ガスを供給することが可能なパージ用ガス供給手段と、
   前記反応容器内にて真空雰囲気下で成膜ガスを用いて被処理体を成膜処理するときに、前記軸穴を排気路を通じて真空排気手段により真空排気することが可能な真空排気手段と、を備えたことを特徴とする処理装置。
2. 真空雰囲気下で成膜ガスを用いて被処理体を成膜処理するときに、
   軸穴を真空排気することが可能な真空排気手段と、
   前記ガス供給路または別のガス供給路から軸穴にパージ用ガスを供給することが可能なパージ用ガス供給手段と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の処理装置。
3. 常圧雰囲気下で腐食性ガスを用いて被処理体を処理するときに、
   軸穴にパージ用ガスを供給することが可能なパージ用ガス供給手段と、
   前記排気路または別に設けた排気路から軸穴を排気することが可能な排気手段と、を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の処理装置。
4. 反応容器と、この反応容器の外部から軸穴を通じて反応容器内に貫通された駆動軸と、前記軸穴に設けられ、前記駆動軸を支持する軸受部と、この軸受部よりも反応容器側に設けられ、軸穴の内壁と駆動軸との間をシールするシール部と、を備えた処理装置を用いて被処理体に対して処理する方法において、
   前記シール部よりも反応容器側の軸穴に設けられたガス供給路からパージ用ガスを当該軸穴に供給しながら、前記反応容器内にて常圧雰囲気下で腐食性ガスを用いて被処理体を処理する工程と、
   前記シール部よりも反応容器側の軸穴の内壁に接続された排気路を通じて当該軸穴を真空排気手段により真空排気しながら前記反応容器内にて真空雰囲気下で成膜ガスを用いて被処理体を成膜処理する工程と、を備えたことを特徴とする処理方法。
5. 真空雰囲気下で成膜ガスを用いて被処理体を成膜処理するときには、軸穴を真空排気しながら、前記ガス供給路または別のガス供給路から軸穴にパージ用ガスを供給することを特徴とする請求項４記載の処理方法。
6. 常圧雰囲気下で腐食性ガスを用いて被処理体を処理するときには軸穴にパージ用ガスを供給しながら前記排気路または別に設けた排気路から軸穴を排気することを特徴とする請求項４または５記載の処理方法。

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