JP4483040B2 - 熱処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に所定の熱処理を施す熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路を製造するためには半導体ウエハに対して成膜、エッチング処理、酸化拡散等の各種の処理が施される。例えば一度に多数枚のウエハ表面に成膜するＣＶＤ装置においては、ウエハボート上に半導体ウエハを例えば等ピッチで載置し、これを所定の温度に加熱しながら所定の減圧下にてウエハ表面に成膜用のガスを供給し、このガスの分解生成物或いは反応生成物をウエハ上に堆積させて膜形成を行なうようになっている。
【０００３】
図５は従来の一般的な縦型の熱処理装置を示す構成図である。図示するように、この熱処理装置２は、例えば石英製の内筒４と外筒６とよりなる２重管構造の処理容器８を有しており、この処理容器８の外周には加熱ヒータ１０を設け、加熱炉を形成している。また、この処理容器８の下端には、処理ガスを導入する処理ガスノズル１２や図示しない真空排気系に接続される排気口１４を形成した例えばステンレススチール製の筒体状のマニホールド１６が接続されている。そして、このマニホールド１６の下端開口部は、例えばボートエレベータのような昇降機構１８により昇降可能になされた例えばステンレススチール製の平板状の蓋体２０によりＯリングよりなるシール部材２２を介して気密に塞がれてシールされる。
そして、この蓋体２０上には、半導体ウエハＷを所定のピッチで多段に支持したウエハボート２４が、保温筒２６を介して設置されており、上記蓋体２０と共に一体的に昇降可能になされている。また、上記蓋体２０の中央には、磁性流体シール２８を介してこれを気密に回転自在に貫通した回転軸３０が設けられ、この回転軸３０上に設けた回転テーブル３２上に上記保温筒２６を載置している。そして、この回転テーブル３２を回転しつつ真空雰囲気下において半導体ウエハに成膜などの熱処理を施すようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体ウエハの熱処理時には、周知のように、製品歩留りを向上させるために不純な成分が処理容器８内へ侵入することを避けなければならない。このような状況下において、上記シール部材２２は一般的にはフッ素系のシリコンゴム等よりなる耐熱性、シール性及び耐腐食性の高いＯリング等を用いているが、このシール部材２２から非常に僅かではあるが、Ｏ2 成分、Ｈ2 成分、フッ素ガス成分等の不純物ガスがアウトガスとして排出することは避けられず、この不純物ガスが真空引きされている処理容器８内に侵入してウエハ表面中に付着し、電気特性を劣化するなど、熱処理に悪影響を与える場合がある、といった問題があった。
【０００５】
更には、蓋体２０に設けた磁性流体シール２８には磁性流体を用いているが、この磁性流体が僅かではあるがウエハ表面を汚染する、といった問題もあった。
そこで、本出願人は、特開平３−２４９９３６号公報や特開平１０−２３１９３２号公報において開示されているように、マニホールド１６と蓋体２０との接合部を鏡面仕上げし、ここに多段に排気溝を設けてこれを真空引きしたり、或いはシール部材の内側に微小な環状空間を形成してこれを真空引きするなどの排気シール構造を提案した。
しかしながら、この場合にはマニホールド１６と蓋体２０との両端面の接合部に、微小なゴミ等が介在する場合があり、このゴミ等が両端面間にて摩擦等により粉砕されてしまい、これがパーティクルとなって処理容器８内に飛散してしまう、といった新たな不都合があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、高いシール性を維持でき、しかも被処理体に対する汚染の恐れもない熱処理装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に規定する発明は、縦長の処理容器内にその下端の開口部から、昇降可能になされたキャップ手段上に設置された被処理体を挿入して収容すると共に前記開口部を前記キャップ手段により塞ぎ、前記被処理体を回転しつつこれに所定の熱処理を施す熱処理装置において、前記キャップ手段は、回転可能になされ且つ熱処理時に前記開口部の周囲に形成された接合フランジ部に対して微小間隙だけ隔てて位置されるキャップ本体を有し、前記接合フランジ部の端面側に環状の複数の排気溝部を形成し、前記排気溝部を真空引きする溝部排気手段を設けるようにし、前記キャップ本体の中央には、前記処理容器内側へ突出された筒体状の被処理体設置台を設け、前記被処理体設置台内には、これを加熱する設置台加熱手段を設けるように構成したものである。
これにより、処理容器の下端の開口部を塞ぐキャップ本体は、接合フランジ部に対して微小間隙だけ隔てて位置され、この微小間隙の部分を溝部排気手段により真空引きすることによりシールするので、従来装置と略同様に高いシール性を維持することが可能となる。また、この場合、従来装置において用いていたＯリング等のシール部材を用いていないので、アウトガスによる問題も解消することが可能となる。
また、被処理体設置台が加熱されるので、被処理体間の温度分布の均一性を向上させることが可能となる。
【０００７】
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記接合フランジ部の端面と、これに対向する前記キャップ本体の端面とは、共に高度に平面仕上げされている。
【０００８】
請求項３に規定する発明は、縦長の処理容器内にその下端の開口部から、昇降可能になされたキャップ手段上に設置された被処理体を挿入して収容すると共に前記開口部を前記キャップ手段により塞ぎ、前記被処理体を回転しつつこれに所定の熱処理を施す熱処理装置において、前記キャップ手段は、回転可能になされ且つ熱処理時に前記開口部の周囲に形成された接合フランジ部に対して微小間隙だけ隔てて位置される内側キャップ本体と、前記内側キャップ本体の外側に配置されて熱処理時にその周縁部が前記接合フランジ部に対して間隙シール部材を介して接合され且つ前記内側キャップ本体と所定の間隔だけ離間して位置される外側キャップ本体とを有し、前記接合フランジ部の端面側に環状の排気溝部を形成し、前記排気溝部を真空引きする溝部排気手段を設けるようにし、前記内側キャップ本体の中央には、前記処理容器内側へ突出された筒体状の被処理体設置台を設け、前記被処理体設置台内には、これを加熱する設置台加熱手段を設けるように構成したことを特徴とする熱処理装置である。
これにより、処理容器の下端の開口部を塞ぐ内側キャップ本体は、接合フランジ部に対して微小間隙だけ隔てて位置され、この微小間隙の部分を溝部排気手段により真空引きすることによりシールするので、従来装置と略同様に高いシール性を維持することが可能となる。
また、外側キャップ本体は、間隙シール部材を介して接合フランジ部に気密にシールされているので、シール性を一層高めることが可能となる。
更に、ここで使用したシール部材から発生するアウトガスは溝部排気手段によって系外へ排出されてしまうので、これが処理容器内へ侵入することはほとんどなく、このアウトガスによる問題も解消することが可能となる。
更には、内側キャップ本体の外側に、外側キャップ本体を設けるようにしたので、処理容器内とその外側の大気との圧力差は外側キャップ本体で受けられ、内側キャップ本体に大きな荷重がかかることを防止することが可能となる。
また、被処理体設置台が加熱されるので、被処理体間の温度分布の均一性を向上させることが可能となる。
請求項４に係る発明は、縦長の処理容器内にその下端の開口部から、昇降可能になされたキャップ手段上に設置された被処理体を挿入して収容すると共に前記開口部を前記キャップ手段により塞ぎ、前記被処理体を回転しつつこれに所定の熱処理を施す熱処理装置において、前記キャップ手段は、回転可能になされ且つ熱処理時に前記開口部の周囲に形成された接合フランジ部に対して微小間隙だけ隔てて位置される内側キャップ本体と、前記内側キャップ本体の外側に配置されて熱処理時にその周縁部が前記接合フランジ部に対して間隙シール部材を介して接合され且つ前記内側キャップ本体と所定の間隔だけ離間して位置される外側キャップ本体とを有し、前記接合フランジ部の端面側に環状の排気溝部を形成し、前記排気溝部を真空引きする溝部排気手段を設けるようにし、前記内側キャップ本体と前記外側キャップ本体との間にキャップ加熱手段を設けるように構成したことを特徴とする熱処理装置である。
これにより、処理容器の下端の開口部を塞ぐ内側キャップ本体は、接合フランジ部に対して微小間隙だけ隔てて位置され、この微小間隙の部分を溝部排気手段により真空引きすることによりシールするので、従来装置と略同様に高いシール性を維持することが可能となる。
また、外側キャップ本体は、間隙シール部材を介して接合フランジ部に気密にシールされているので、シール性を一層高めることが可能となる。
更に、ここで使用したシール部材から発生するアウトガスは溝部排気手段によって系外へ排出されてしまうので、これが処理容器内へ侵入することはほとんどなく、このアウトガスによる問題も解消することが可能となる。
更には、内側キャップ本体の外側に、外側キャップ本体を設けるようにしたので、処理容器内とその外側の大気との圧力差は外側キャップ本体で受けられ、内側キャップ本体に大きな荷重がかかることを防止することが可能となる。
また、内側キャップ本体全体も加熱することができるので、被処理体間の温度分布の均一性を更に向上させることが可能となる。
【０００９】
この場合、例えば請求項５に規定するように、前記接合フランジ部の端面と、これに対向する前記内側キャップ本体の端面とは、共に高度に平面仕上げされている。
また、請求項６に規定するように、前記接合フランジ部の排気溝部の内周側に、環状のガスパージ溝部を形成し、このガスパージ溝部に対して不活性ガスを供給するパージガス供給手段を設けるようにしてもよい。これによれば、間隙シール部材から発生したアウトガスは、この不活性ガスにより処理容器内へ侵入することを阻止されるので、アウトガスによる問題を、一層確実に解消することが可能となる。この場合、例えば請求項７に規定するように、前記間隙シール部材は、前記排気溝部の外周側に位置されている。
【００１０】
また、請求項８に規定するように、前記排気溝部は、複数形成されているようにしてもよい。
【００１１】
また、例えば前記微小間隙は、数μｍ〜１０数μｍの範囲内である。
更に、本発明の関連技術は、上記した熱処理装置のシール方法であり、縦長の処理容器内にその下端の開口部から被処理体を挿入し、前記開口部をキャップ手段により塞ぎつつこれを回転させることによって前記被処理体を回転させて所定の熱処理を施すようにした熱処理装置のシール方法であって、前記キャップ手段を前記開口部の周囲に形成される接合フランジ部に対して微小間隙だけ隔てた位置で回転し、前記微小間隙を真空引きするようにしている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る熱処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る熱処理装置の一実施例を示す構成図、図２は本発明装置の要部を示す部分拡大図である。この熱処理装置４０は、例えば石英製の内筒４２と、外筒４４と、この外筒４４の下端に接続される例えばステンレス製の筒体状のマニホールド４６より主に構成される処理容器４８を有している。
具体的には、上記外筒４４は天井を有して円筒体状に成形され、その下端は上記マニホールド４６の上端に例えばシール部材５０を介して接合されている。また、このマニホールド４６の上部は、例えばステンレススチールよりなるベースプレート５２に支持されており、ここで装置全体の荷重を受けている。そして、上記内筒４２は円筒体状に成形され、その下端は上記マニホールド４６の内壁面にリング状に設けた支持凸部５４により支持されており、上記外筒４４とにより２重管構造になっている。また、上記処理容器４８の外周全体には後述する被処理体を加熱する加熱ヒータ５６が設けられており、ここに加熱炉を形成している。そして、上記内筒４２の内側には、例えば石英製のウエハボート６２に所定のピッチで多段に支持された被処理体としての半導体ウエハＷが、ロード及びアンロード可能に設定されており、これに所定の熱処理を施すようになっている。
【００１３】
また、上記マニホールド４６には、処理容器４８内へ成膜ガス等の処理ガスを供給する処理ガスノズル５８が設けられると共に、上記内筒４２と外筒４４との間の空間に連通する排気口６０が設けられており、この排気口６０には、処理容器４８内を真空引きする図示しない真空排気系が接続される。
上記マニホールド４６の下端の周囲には、その外方へ突出させてなるリング状の接合フランジ部７２が形成されており、そして、このマニホールド４６の下端の開口部６４は、本発明の特徴とするキャップ手段６６により開閉可能に塞がれる。具体的には、このキャップ手段６６は、例えばステンレススチールよりなるキャップ本体６８を有しており、その周縁部はリング状に略平板状になされていると共に、中心部は処理容器４８内側へ突出された有天井の筒体状となってこれにより被処理体設置台７０を形成している。そして、この被処理体設置台７０上に上記ウエハボート６２の下端を設置してこの全体を支持している。
【００１４】
このキャップ本体６８の被処理体設置台７０の天井部内側には、その下方に延びる回転軸７４の上端が固定されており、この回転軸７４の下端は、ボートエレベータのような昇降機構７６のアーム７８の先端に設けたベアリング等を内蔵する軸受け部８０に回転可能になされている。これにより、このキャップ本体６８の回転移動と昇降移動を可能としている。この回転軸７４の回転は、上記アーム７８内に内蔵される図示しない動力伝達機構によって行なわれる。そして、熱処理時には、上記接合フランジ部７２の下側の端面７２Ａに対して、上記キャップ本体６８の周縁部の上側の端面６８Ａ（図２参照）は所定の微小距離ｔだけ離間させて微小間隙８２を形成し得る位置に設置されるようになっている。すなわち、上記両端面６８Ａ、７２Ａは熱処理時においても接触することはなく、微小距離ｔだけ隔てて離間されている。この距離ｔは例えば数μｍ〜１０数μｍ程度の範囲内であり、しかも両端面６８Ａ、７２Ａは例えば平面度が１０μｍ以下に、共に鏡面仕上げされている。
【００１５】
そして、上記接合フランジ部７２の端面７２Ａには、下側を上記微小間隙８２側に開放させて複数の、図示例にあっては２つの環状、或いはリング状の排気溝部８４、８６が同心円状に形成されている。この排気溝部８４、８６の幅は、例えば５ｍｍ程度、高さは例えば１０ｍｍ程度である。
そして、上記各排気溝部８４、８６には、それぞれ溝部排気通路８８、９０が接続されると共に、この溝部排気通路８８、９０は、例えば真空ポンプよりなる溝部排気手段９２に共通に接続されており、上記各排気溝部８４、８６を介して微小間隙８２内を真空引きできるようになっている。この場合、上記各溝部排気通路８８、９０にそれぞれ圧力調整弁９４、９６を介設させて、各排気溝部８４、８６内が同圧となるように真空引きしてもよいし、或いは両排気溝部８４、８６間に僅かな圧力差を形成するように、例えば一方の排気溝部８４内の圧力が僅かに高くなるように真空引きするようにしてもよいし、またはその逆の圧力関係となるように真空引きしてもよい。
そして、上記被処理体設置台７０の内側の上部には、例えば円板状の抵抗加熱ヒータよりなる設置台加熱手段９８がその下方の回転機構８０側より延びる支持ロッド１００により支持固定されており、この被処理体設置台７０を所定の温度に加熱し得るようになっている。
【００１６】
次に、以上のように構成された本発明装置の動作及びシール方法について説明する。
まず、昇降機構７６を駆動してキャップ手段６６及びこの上に設置されているウエハボート６２等を、処理容器４８内から降下させてアンロードした状態で、このウエハボート６２に未処理の多数枚の半導体ウエハＷを所定のピッチで載置する。そして、上記昇降機構７６を駆動してキャップ手段６６及びウエハＷを載置したウエハボート６２を上昇させ、これを処理容器４８のマニホールド４６の下端の開口部６４より、予め加熱されている処理容器４８内へロードして収容し、キャップ手段６６のキャップ本体６８によりこの開口部６４を塞ぐ。
この場合、前述したように、キャップ本体６８の周縁部の上側端面６８Ａは、接合フランジ部７２の下側端面７２Ａとは接することなく両端面６８Ａ、７２Ａ間は所定の距離ｔ（図２参照）だけ離間させておき、ここに微小間隙８２を形成しておく。
【００１７】
この状態で加熱ヒータ５６によりウエハＷを所定のプロセス温度まで昇温して維持する。そして、処理ガスノズル５８より所定の処理ガス、例えば成膜ガスを処理容器４８内へ導入しつつ排気口６０より処理容器４８内を真空引きして所定のプロセス圧力を維持し、熱処理、例えば成膜処理を開始する。また、この成膜処理時には、回転機構８０を駆動することにより、ウエハボート６２と共にキャップ本体６８も回転させてこの状態を維持する。この際、上記排気口６０からの真空引きと同時に溝部排気手段９２も駆動して、接合フランジ部７２に形成した排気溝部８４、８６内及び微小間隙８２内も真空引きを行なう。
【００１８】
このように、排気溝部８４、８６内や微小間隙８２内を真空引きすることにより排気シールの作用を示し、処理容器４８の外側大気より上記微小間隙８２を介して処理容器４８内へ侵入しようとする空気は、上記排気溝部８４、８６側へ真空引きされるので、処理容器４８内側へ侵入することはない。この場合、この溝部排気手段９２による真空引きの程度は、処理容器４８内のプロセス圧力にも依存するが、処理容器４８内の圧力よりも僅かに低い圧力を維持するように真空引きすれば、処理容器４８内の雰囲気も上記排気溝部８４、８６側へ真空引きされることになるので、大気側の空気が処理容器４８内へ侵入することを確実に防止し、シール性を高く維持することが可能となる。
このように、接合フランジ部７２とキャップ手段６６との接合部に、従来装置で用いていたＯリング等のシール部材を用いる必要がないので、アウトガス問題をなくすことができ、ウエハＷを不純物ガスで汚染することもない。また、回転しているキャップ本体６８は接合フランジ部７２に接することなく僅かに離間されているので、両者が接した状態となっている従来装置ではゴミ等を挟み込んでこれを砕くことによりパーティクルが発生する問題があったが、本実施例ではそのようなパーティクルの問題は発生せず、また、微小間隙８２に侵入したゴミ等は排気溝部８６を介して系外へ排出されてしまうことになる。
【００１９】
また、キャップ本体６８の端面６８Ａと接合フランジ部７２の端面７２Ａは、共に鏡面仕上げされているので、キャップ本体６８が回転しても両端面６８Ａ、７２Ａが接することはない。
また、熱処理時には、被処理体設置台７０内に設けた設置台加熱手段９８に通電して設置台７０を所定の温度に維持しているので、加熱量が劣る傾向にあるウエハボート６２の下端部近傍のウエハＷに対して温度補償を行なって十分に熱量を加えることができ、上下方向に位置されるウエハ間の温度分布をなくしてこれを均一な温度分布状態に維持することが可能となる。また、この部分に不要な反応副生成物が付着することも防止できる。
【００２０】
また、ここでは両排気溝部８４、８６から真空引きする際に、共通の真空ポンプ、すなわち溝部排気手段９２により真空引きするようにしているが、これに限定されず、内側の排気溝部８６は真空到達度が高い真空ポンプ、例えばターボ分子ポンプを用いて真空引きし、外側の排気溝部８４は大排気量の真空ポンプ、例えばドライポンプを用いるなど、両溝部８４、８６を別々の真空ポンプで吸引するようにしてもよい。また、ここでは排気溝部８４、８６は２段設けたが、この段数には制限がなく、プロセス圧力に鑑みてシール性を高めるためには更に多くの排気溝部を同心円状に形成してもよい。
ここで図３を参照して排気溝部の段数と各段の溝部の到達圧力と微小間隙の距離ｔとの関係について説明する。
図中では、微小間隙の距離ｔを０μｍ、１５μｍ、３０μｍ、６０μｍの場合のデータを記してあり、また、このシミュレーションでは処理容器内の圧力を完全真空として設定している。尚、各段の排気溝部の排気速度は１０リットル／分に設定してある。
【００２１】
この図３によれば、例えば距離ｔを１５μｍに設定した時には、３段程度の排気溝部を形成すれば、１．３３Ｐａ（１×１０-2Ｔｏｒｒ）程度まで真空引きが可能であることが判明する。従って、この図３を基にして、必要な距離ｔや排気溝部の段数を適宜設定することができる。
上記実施例では、キャップ手段６６として１枚のキャップ本体６８を用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、キャップ手段６６として図４に示す本発明装置の変形例のように２枚のキャップ本体１０２、１０４を用いるようにしてもよい。尚、図４においては、図２に示す構成部分と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
具体的には、図４に示すキャップ手段６６では、図２に示したキャップ本体６８と同様な構造のものを内側キャップ本体１０２として用いており、更に、この外側、図示例では下方にこれを覆うようにして略円板状の外側キャップ本体１０４を設けている。この場合にも、接合フランジ部７２の下側の端面７２Ａと内側キャップ本体１０２の上側の端面１０２Ａとの間は前記実施例と同様に距離ｔだけ離間されており、ここに微小間隙８２を積極的に形成している。
【００２２】
一方、これに対して、外側キャップ本体１０４は、上記内側キャップ本体１０２よりも一回り大きく形成されており、その周縁部は上方に略直角に屈曲されており、このリング状の屈曲部の上端は、Ｏリング等の間隙シール部材１０６を介して接合フランジ部７２の下側の端面７２Ａの周辺部に気密に直接接触してシールされている。そして、この外側キャップ本体１０４は、その中央部にて、軸受け部８０側に高さ調整ネジ１０８でもって高さ調整可能に支持固定されている。これにより、上記内側キャップ本体１０２は回転軸７４に接合されてこれと一体的に回転するが、この外側キャップ本体１０４は、回転することなく固定された状態となる。そして、上記回転軸７４を挿通するために上記外側キャップ本体１０４の中央部に成形した挿通孔１１０の周囲には、この外側キャップ本体１０４と上記軸受け部８０との間に気密に接合された例えば金属製の伸縮可能なベローズ１１２が介在されており、処理容器４８内の気密性を維持している。
【００２３】
また、上記内側キャップ本体１０２と外側キャップ本体１０４との間は所定の間隔Ｔ、例えば２０ｍｍ程度だけ離間されており、この間隔の部分に、例えば薄い円板状の抵抗加熱ヒータよりなるキャップ加熱手段１１４が設置されて、主に上記内側キャップ本体１０２の周縁部を加熱するようになっている。このキャップ加熱手段１１４は、上記外側キャップ本体１０４を貫通する支持ロッド１１６（兼電力導入端）により、軸受け部８０側へ支持されている。そして、上記支持ロッド１１６及び設置台加熱手段９８を支持する支持ロッド１００の上記外側キャップ本体１０４に対する貫通部には、Ｏリング１１８等が介在されており、気密性を保持している。
また、図２に示す先の実施例では、接合フランジ部７２には２つの排気溝部８４、８６を設けたが、ここでは図４に示すように外側の一方の溝を排気溝部８４として用い、内側の溝をガスパージ溝部１２０として用いている。そして、このガスパージ溝部１２０にはガス通路１２２を介して不活性ガス供給手段１２４が接続されており、Ｎ2 ガス等の不活性ガスを流量制御器１２６により流量制御しつつ上記ガスパージ溝部１２０へ供給し得るようになっている。尚、本実施例の場合にも、先の実施例と同様に複数の排気溝部を形成してそれぞれを真空引きするようにしてもよい。
【００２４】
そして、上記外側キャップ本体１０４の周縁部の屈曲部には、排気ポート１２８が形成されており、これには途中に圧力調整弁１３０を介設した間隙排気通路１３２が接続されている。この間隙排気通路１３２は、溝部排気通路８８と共に、溝部排気手段９２へ接続されており、上記微小間隙８２内の雰囲気や内側及び外側キャップ本体１０２、１０４間の空隙部分の雰囲気を真空引きできるようになっている。そして、この外側キャップ本体１０４内には、冷却媒体を流すための冷却ジャケット１３４が形成されており、プロセス時にこの外側キャップ本体１０４を所定の温度まで冷却するようになっている。
更には、マニホールド４６の側壁部分、上記ガスパージ溝部１２０及び外側キャップ本体１０４の屈曲部には、それぞれ圧力計１３６Ａ、１３６Ｂ、１３６Ｃが設けられており、例えば各圧力値が略同一値となるように不活性ガスであるＮ2 ガスの供給量、溝部排気手段９２の排気量、各圧力調整弁９４、１３０等が制御されることになる。
【００２５】
この実施例においては、プロセス時には内側キャップ本体１０２は接合フランジ部７２に対して非接触でウエハＷと共に一体的に回転するが、外側キャップ本体１０４は固定されており、接合フランジ部７２に対して間隙シール部材１０６を介して気密に接触している。従って、図２にて説明した先の実施例の場合よりも、シール性を大幅に向上させることが可能となる。換言すれば、シール性が高くなった分だけ、排気溝部の数を減少させることができる。
そして、本実施例の場合には、上記間隙シール部材１０６からアウトガスが発生するが、このアウトガスは、この間隙シール部材１０６よりも内周側に設けた排気溝部８４及び外側キャップ本体１０４に設けた排気ポート１２８より真空引きされているので、これを介して系外へ排出されることになる。特に、最内周側に設けたガスパージ溝部１２０に不活性ガスとしてＮ2 ガスを微量ずつ供給しているので、このＮ2 ガスが微小間隙８２を介してその外周側に位置する排気溝部８４へと流れるガス流が形成される。このため、処理容器４８内へ流入しようとするアウトガスの流れは、上記Ｎ2 ガスのガス流によって阻止され、上述のように排気溝部８４からＮ2 ガスと共に系外へ排出されるので、アウトガスによるウエハＷの汚染を一層確実に阻止することが可能となる。
【００２６】
また、各圧力計１３６Ａ、１３６Ｂ、１３６Ｃの圧力値が略同一になるように設定することにより、図２に示した先の実施例と比較して内側キャップ本体１０２の上下面間における圧力差がなくなるので、この変形を防止できるのみならず、軸受け部８０に対する負荷を大幅に軽減することもできる。
更に、ここでは設置台加熱手段９８のみならず、キャップ加熱手段１１４も設けているので、内側キャップ本体１０２の全体を加熱することができ、ウエハＷ間の温度分布の均一性を更に向上させることが可能となる。
尚、以上の各実施例ではキャップ手段６６としてステンレススチールを用いた場合を例にとって説明したが限定されず、ＳｉＣなどのセラミックス、或いは石英を用いるようにしてもよい。
【００２７】
また、ここでは外筒４４の下端にステンレス製のマニホールド４６を接合してなる処理容器４８を例にとって説明したが、これに限定されず、外筒４４とマニホールド４６とを全て石英で形成してこれらを一体化した石英一体型の処理容器にも本発明を適用することができるのは勿論である。また、本発明装置は、２重管構造の熱処理装置のみならず、単管構造の熱処理装置にも適用できる。
更には、ここでは保温筒を設けない場合を例にとって説明したが、従来装置と同様に保温筒を用いた熱処理装置にも本発明を適用することができる。また、本発明装置は、成膜処理のみならず、エッチング処理、酸化拡散処理、アニール処理、改質処理、結晶化処理等の各種の熱処理についても適用できるのは勿論である。
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板等にも適用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の熱処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１及びこれを引用する請求項に係る発明によれば、処理容器の下端の開口部を塞ぐキャップ本体は、接合フランジ部に対して微小間隙だけ隔てて位置され、この微小間隙の部分を溝部排気手段により真空引きすることによりシールするので、従来装置と略同様に高いシール性を維持することができる。また、この場合、従来装置において用いていたＯリング等のシール部材を用いていないので、アウトガスによる問題も解消することができる。
また被処理体設置台が加熱されるので、被処理体間の温度分布の均一性を向上させることができる。
請求項３及びこれを引用する請求項に係る発明によれば、処理容器の下端の開口部を塞ぐ内側キャップ本体は、接合フランジ部に対して微小間隙だけ隔てて位置され、この微小間隙の部分を溝部排気手段により真空引きすることによりシールするので、従来装置と略同様に高いシール性を維持することができる。
また、外側キャップ本体は、間隙シール部材を介して接合フランジ部に気密にシールされているので、シール性を一層高めることができる。
更に、ここで使用したシール部材から発生するアウトガスは溝部排気手段によって系外へ排出されてしまうので、これが処理容器内へ侵入することはほとんどなく、このアウトガスによる問題も解消することができる。
更には、内側キャップ本体の外側に、外側キャップ本体を設けるようにしたので、処理容器内とその外側の大気との圧力差は外側キャップ本体で受けられ、内側キャップ本体に大きな荷重がかかることを防止することができる。
また、被処理体設置台が加熱されるので、被処理体間の温度分布の均一性を向上させることができる。
特に請求項６に係る発明によれば、間隙シール部材から発生したアウトガスは、この不活性ガスにより処理容器内へ侵入することを阻止されるので、アウトガスによる問題を、一層確実に解消することができる。
請求項４及びこれを引用する請求項に係る発明によれば、処理容器の下端の開口部を塞ぐ内側キャップ本体は、接合フランジ部に対して微小間隙だけ隔てて位置され、この微小間隙の部分を溝部排気手段により真空引きすることによりシールするので、従来装置と略同様に高いシール性を維持することができる。
また、外側キャップ本体は、間隙シール部材を介して接合フランジ部に気密にシールされているので、シール性を一層高めることができる。
更に、ここで使用したシール部材から発生するアウトガスは溝部排気手段によって系外へ排出されてしまうので、これが処理容器内へ侵入することはほとんどなく、このアウトガスによる問題も解消することができる。
更には、内側キャップ本体の外側に、外側キャップ本体を設けるようにしたので、処理容器内とその外側の大気との圧力差は外側キャップ本体で受けられ、内側キャップ本体に大きな荷重がかかることを防止することができる。
また、内側キャップ本体全体も加熱することができるので、被処理体間の温度分布の均一性を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱処理装置の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明装置の要部を示す部分拡大図である。
【図３】排気溝部の段数と各段の溝部の到達圧力と微小間隙の距離ｔとの関係を示す図である。
【図４】本発明装置の変形例を示す図である。
【図５】従来の一般的な縦型の熱処理装置を示す構成図である。
【符号の説明】
４０ 熱処理装置
４２ 内筒
４４ 外筒
４６ マニホールド
４８ 処理容器
６６ キャップ手段
６８ キャップ本体
７０ 被処理体設置台
７２ 接合フランジ部
８２ 微小間隙
８４，８６ 排気溝部
９２ 溝部排気手段
９８ 設置台加熱手段
１０２ 内側キャップ本体
１０４ 外側キャップ本体
１０６ 間隙シール部材
１１４ キャップ加熱手段
１２０ ガスパージ溝部
１２４ 不活性ガス供給手段
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に所定の熱処理を施す熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路を製造するためには半導体ウエハに対して成膜、エッチング処理、酸化拡散等の各種の処理が施される。例えば一度に多数枚のウエハ表面に成膜するＣＶＤ装置においては、ウエハボート上に半導体ウエハを例えば等ピッチで載置し、これを所定の温度に加熱しながら所定の減圧下にてウエハ表面に成膜用のガスを供給し、このガスの分解生成物或いは反応生成物をウエハ上に堆積させて膜形成を行なうようになっている。
【０００３】
図５は従来の一般的な縦型の熱処理装置を示す構成図である。図示するように、この熱処理装置２は、例えば石英製の内筒４と外筒６とよりなる２重管構造の処理容器８を有しており、この処理容器８の外周には加熱ヒータ１０を設け、加熱炉を形成している。また、この処理容器８の下端には、処理ガスを導入する処理ガスノズル１２や図示しない真空排気系に接続される排気口１４を形成した例えばステンレススチール製の筒体状のマニホールド１６が接続されている。そして、このマニホールド１６の下端開口部は、例えばボートエレベータのような昇降機構１８により昇降可能になされた例えばステンレススチール製の平板状の蓋体２０によりＯリングよりなるシール部材２２を介して気密に塞がれてシールされる。
そして、この蓋体２０上には、半導体ウエハＷを所定のピッチで多段に支持したウエハボート２４が、保温筒２６を介して設置されており、上記蓋体２０と共に一体的に昇降可能になされている。また、上記蓋体２０の中央には、磁性流体シール２８を介してこれを気密に回転自在に貫通した回転軸３０が設けられ、この回転軸３０上に設けた回転テーブル３２上に上記保温筒２６を載置している。そして、この回転テーブル３２を回転しつつ真空雰囲気下において半導体ウエハに成膜などの熱処理を施すようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体ウエハの熱処理時には、周知のように、製品歩留りを向上させるために不純な成分が処理容器８内へ侵入することを避けなければならない。このような状況下において、上記シール部材２２は一般的にはフッ素系のシリコンゴム等よりなる耐熱性、シール性及び耐腐食性の高いＯリング等を用いているが、このシール部材２２から非常に僅かではあるが、Ｏ2 成分、Ｈ2 成分、フッ素ガス成分等の不純物ガスがアウトガスとして排出することは避けられず、この不純物ガスが真空引きされている処理容器８内に侵入してウエハ表面中に付着し、電気特性を劣化するなど、熱処理に悪影響を与える場合がある、といった問題があった。
【０００５】
更には、蓋体２０に設けた磁性流体シール２８には磁性流体を用いているが、この磁性流体が僅かではあるがウエハ表面を汚染する、といった問題もあった。
そこで、本出願人は、特開平３−２４９９３６号公報や特開平１０−２３１９３２号公報において開示されているように、マニホールド１６と蓋体２０との接合部を鏡面仕上げし、ここに多段に排気溝を設けてこれを真空引きしたり、或いはシール部材の内側に微小な環状空間を形成してこれを真空引きするなどの排気シール構造を提案した。
しかしながら、この場合にはマニホールド１６と蓋体２０との両端面の接合部に、微小なゴミ等が介在する場合があり、このゴミ等が両端面間にて摩擦等により粉砕されてしまい、これがパーティクルとなって処理容器８内に飛散してしまう、といった新たな不都合があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、高いシール性を維持でき、しかも被処理体に対する汚染の恐れもない熱処理装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に規定する発明は、縦長の処理容器内にその下端の開口部から、昇降可能になされたキャップ手段上に設置された被処理体を挿入して収容すると共に前記開口部を前記キャップ手段により塞ぎ、前記被処理体を回転しつつこれに所定の熱処理を施す熱処理装置において、前記キャップ手段は、回転可能になされ且つ熱処理時に前記開口部の周囲に形成された接合フランジ部に対して微小間隙だけ隔てて位置されるキャップ本体を有し、前記接合フランジ部の端面側に環状の複数の排気溝部を形成し、前記排気溝部を真空引きする溝部排気手段を設けるようにし、前記キャップ本体の中央には、前記処理容器内側へ突出された筒体状の被処理体設置台を設け、前記被処理体設置台内には、これを加熱する設置台加熱手段を設けるように構成したものである。
これにより、処理容器の下端の開口部を塞ぐキャップ本体は、接合フランジ部に対して微小間隙だけ隔てて位置され、この微小間隙の部分を溝部排気手段により真空引きすることによりシールするので、従来装置と略同様に高いシール性を維持することが可能となる。また、この場合、従来装置において用いていたＯリング等のシール部材を用いていないので、アウトガスによる問題も解消することが可能となる。
また、被処理体設置台が加熱されるので、被処理体間の温度分布の均一性を向上させることが可能となる。
【０００７】
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記接合フランジ部の端面と、これに対向する前記キャップ本体の端面とは、共に高度に平面仕上げされている。
【０００８】
請求項３に規定する発明は、縦長の処理容器内にその下端の開口部から、昇降可能になされたキャップ手段上に設置された被処理体を挿入して収容すると共に前記開口部を前記キャップ手段により塞ぎ、前記被処理体を回転しつつこれに所定の熱処理を施す熱処理装置において、前記キャップ手段は、回転可能になされ且つ熱処理時に前記開口部の周囲に形成された接合フランジ部に対して微小間隙だけ隔てて位置される内側キャップ本体と、前記内側キャップ本体の外側に配置されて熱処理時にその周縁部が前記接合フランジ部に対して間隙シール部材を介して接合され且つ前記内側キャップ本体と所定の間隔だけ離間して位置される外側キャップ本体とを有し、前記接合フランジ部の端面側に環状の排気溝部を形成し、前記排気溝部を真空引きする溝部排気手段を設けるようにし、前記内側キャップ本体の中央には、前記処理容器内側へ突出された筒体状の被処理体設置台を設け、前記被処理体設置台内には、これを加熱する設置台加熱手段を設けるように構成したことを特徴とする熱処理装置である。
これにより、処理容器の下端の開口部を塞ぐ内側キャップ本体は、接合フランジ部に対して微小間隙だけ隔てて位置され、この微小間隙の部分を溝部排気手段により真空引きすることによりシールするので、従来装置と略同様に高いシール性を維持することが可能となる。
また、外側キャップ本体は、間隙シール部材を介して接合フランジ部に気密にシールされているので、シール性を一層高めることが可能となる。
更に、ここで使用したシール部材から発生するアウトガスは溝部排気手段によって系外へ排出されてしまうので、これが処理容器内へ侵入することはほとんどなく、このアウトガスによる問題も解消することが可能となる。
更には、内側キャップ本体の外側に、外側キャップ本体を設けるようにしたので、処理容器内とその外側の大気との圧力差は外側キャップ本体で受けられ、内側キャップ本体に大きな荷重がかかることを防止することが可能となる。
また、被処理体設置台が加熱されるので、被処理体間の温度分布の均一性を向上させることが可能となる。
請求項４に係る発明は、縦長の処理容器内にその下端の開口部から、昇降可能になされたキャップ手段上に設置された被処理体を挿入して収容すると共に前記開口部を前記キャップ手段により塞ぎ、前記被処理体を回転しつつこれに所定の熱処理を施す熱処理装置において、前記キャップ手段は、回転可能になされ且つ熱処理時に前記開口部の周囲に形成された接合フランジ部に対して微小間隙だけ隔てて位置される内側キャップ本体と、前記内側キャップ本体の外側に配置されて熱処理時にその周縁部が前記接合フランジ部に対して間隙シール部材を介して接合され且つ前記内側キャップ本体と所定の間隔だけ離間して位置される外側キャップ本体とを有し、前記接合フランジ部の端面側に環状の排気溝部を形成し、前記排気溝部を真空引きする溝部排気手段を設けるようにし、前記内側キャップ本体と前記外側キャップ本体との間にキャップ加熱手段を設けるように構成したことを特徴とする熱処理装置である。
これにより、処理容器の下端の開口部を塞ぐ内側キャップ本体は、接合フランジ部に対して微小間隙だけ隔てて位置され、この微小間隙の部分を溝部排気手段により真空引きすることによりシールするので、従来装置と略同様に高いシール性を維持することが可能となる。
また、外側キャップ本体は、間隙シール部材を介して接合フランジ部に気密にシールされているので、シール性を一層高めることが可能となる。
更に、ここで使用したシール部材から発生するアウトガスは溝部排気手段によって系外へ排出されてしまうので、これが処理容器内へ侵入することはほとんどなく、このアウトガスによる問題も解消することが可能となる。
更には、内側キャップ本体の外側に、外側キャップ本体を設けるようにしたので、処理容器内とその外側の大気との圧力差は外側キャップ本体で受けられ、内側キャップ本体に大きな荷重がかかることを防止することが可能となる。
また、内側キャップ本体全体も加熱することができるので、被処理体間の温度分布の均一性を更に向上させることが可能となる。
【０００９】
この場合、例えば請求項５に規定するように、前記接合フランジ部の端面と、これに対向する前記内側キャップ本体の端面とは、共に高度に平面仕上げされている。
また、請求項６に規定するように、前記接合フランジ部の排気溝部の内周側に、環状のガスパージ溝部を形成し、このガスパージ溝部に対して不活性ガスを供給するパージガス供給手段を設けるようにしてもよい。これによれば、間隙シール部材から発生したアウトガスは、この不活性ガスにより処理容器内へ侵入することを阻止されるので、アウトガスによる問題を、一層確実に解消することが可能となる。この場合、例えば請求項７に規定するように、前記間隙シール部材は、前記排気溝部の外周側に位置されている。
【００１０】
また、請求項８に規定するように、前記排気溝部は、複数形成されているようにしてもよい。
【００１１】
また、例えば前記微小間隙は、数μｍ〜１０数μｍの範囲内である。
更に、本発明の関連技術は、上記した熱処理装置のシール方法であり、縦長の処理容器内にその下端の開口部から被処理体を挿入し、前記開口部をキャップ手段により塞ぎつつこれを回転させることによって前記被処理体を回転させて所定の熱処理を施すようにした熱処理装置のシール方法であって、前記キャップ手段を前記開口部の周囲に形成される接合フランジ部に対して微小間隙だけ隔てた位置で回転し、前記微小間隙を真空引きするようにしている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る熱処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る熱処理装置の一実施例を示す構成図、図２は本発明装置の要部を示す部分拡大図である。この熱処理装置４０は、例えば石英製の内筒４２と、外筒４４と、この外筒４４の下端に接続される例えばステンレス製の筒体状のマニホールド４６より主に構成される処理容器４８を有している。
具体的には、上記外筒４４は天井を有して円筒体状に成形され、その下端は上記マニホールド４６の上端に例えばシール部材５０を介して接合されている。また、このマニホールド４６の上部は、例えばステンレススチールよりなるベースプレート５２に支持されており、ここで装置全体の荷重を受けている。そして、上記内筒４２は円筒体状に成形され、その下端は上記マニホールド４６の内壁面にリング状に設けた支持凸部５４により支持されており、上記外筒４４とにより２重管構造になっている。また、上記処理容器４８の外周全体には後述する被処理体を加熱する加熱ヒータ５６が設けられており、ここに加熱炉を形成している。そして、上記内筒４２の内側には、例えば石英製のウエハボート６２に所定のピッチで多段に支持された被処理体としての半導体ウエハＷが、ロード及びアンロード可能に設定されており、これに所定の熱処理を施すようになっている。
【００１３】
また、上記マニホールド４６には、処理容器４８内へ成膜ガス等の処理ガスを供給する処理ガスノズル５８が設けられると共に、上記内筒４２と外筒４４との間の空間に連通する排気口６０が設けられており、この排気口６０には、処理容器４８内を真空引きする図示しない真空排気系が接続される。
上記マニホールド４６の下端の周囲には、その外方へ突出させてなるリング状の接合フランジ部７２が形成されており、そして、このマニホールド４６の下端の開口部６４は、本発明の特徴とするキャップ手段６６により開閉可能に塞がれる。具体的には、このキャップ手段６６は、例えばステンレススチールよりなるキャップ本体６８を有しており、その周縁部はリング状に略平板状になされていると共に、中心部は処理容器４８内側へ突出された有天井の筒体状となってこれにより被処理体設置台７０を形成している。そして、この被処理体設置台７０上に上記ウエハボート６２の下端を設置してこの全体を支持している。
【００１４】
このキャップ本体６８の被処理体設置台７０の天井部内側には、その下方に延びる回転軸７４の上端が固定されており、この回転軸７４の下端は、ボートエレベータのような昇降機構７６のアーム７８の先端に設けたベアリング等を内蔵する軸受け部８０に回転可能になされている。これにより、このキャップ本体６８の回転移動と昇降移動を可能としている。この回転軸７４の回転は、上記アーム７８内に内蔵される図示しない動力伝達機構によって行なわれる。そして、熱処理時には、上記接合フランジ部７２の下側の端面７２Ａに対して、上記キャップ本体６８の周縁部の上側の端面６８Ａ（図２参照）は所定の微小距離ｔだけ離間させて微小間隙８２を形成し得る位置に設置されるようになっている。すなわち、上記両端面６８Ａ、７２Ａは熱処理時においても接触することはなく、微小距離ｔだけ隔てて離間されている。この距離ｔは例えば数μｍ〜１０数μｍ程度の範囲内であり、しかも両端面６８Ａ、７２Ａは例えば平面度が１０μｍ以下に、共に鏡面仕上げされている。
【００１５】
そして、上記接合フランジ部７２の端面７２Ａには、下側を上記微小間隙８２側に開放させて複数の、図示例にあっては２つの環状、或いはリング状の排気溝部８４、８６が同心円状に形成されている。この排気溝部８４、８６の幅は、例えば５ｍｍ程度、高さは例えば１０ｍｍ程度である。
そして、上記各排気溝部８４、８６には、それぞれ溝部排気通路８８、９０が接続されると共に、この溝部排気通路８８、９０は、例えば真空ポンプよりなる溝部排気手段９２に共通に接続されており、上記各排気溝部８４、８６を介して微小間隙８２内を真空引きできるようになっている。この場合、上記各溝部排気通路８８、９０にそれぞれ圧力調整弁９４、９６を介設させて、各排気溝部８４、８６内が同圧となるように真空引きしてもよいし、或いは両排気溝部８４、８６間に僅かな圧力差を形成するように、例えば一方の排気溝部８４内の圧力が僅かに高くなるように真空引きするようにしてもよいし、またはその逆の圧力関係となるように真空引きしてもよい。
そして、上記被処理体設置台７０の内側の上部には、例えば円板状の抵抗加熱ヒータよりなる設置台加熱手段９８がその下方の回転機構８０側より延びる支持ロッド１００により支持固定されており、この被処理体設置台７０を所定の温度に加熱し得るようになっている。
【００１６】
次に、以上のように構成された本発明装置の動作及びシール方法について説明する。
まず、昇降機構７６を駆動してキャップ手段６６及びこの上に設置されているウエハボート６２等を、処理容器４８内から降下させてアンロードした状態で、このウエハボート６２に未処理の多数枚の半導体ウエハＷを所定のピッチで載置する。そして、上記昇降機構７６を駆動してキャップ手段６６及びウエハＷを載置したウエハボート６２を上昇させ、これを処理容器４８のマニホールド４６の下端の開口部６４より、予め加熱されている処理容器４８内へロードして収容し、キャップ手段６６のキャップ本体６８によりこの開口部６４を塞ぐ。
この場合、前述したように、キャップ本体６８の周縁部の上側端面６８Ａは、接合フランジ部７２の下側端面７２Ａとは接することなく両端面６８Ａ、７２Ａ間は所定の距離ｔ（図２参照）だけ離間させておき、ここに微小間隙８２を形成しておく。
【００１７】
この状態で加熱ヒータ５６によりウエハＷを所定のプロセス温度まで昇温して維持する。そして、処理ガスノズル５８より所定の処理ガス、例えば成膜ガスを処理容器４８内へ導入しつつ排気口６０より処理容器４８内を真空引きして所定のプロセス圧力を維持し、熱処理、例えば成膜処理を開始する。また、この成膜処理時には、回転機構８０を駆動することにより、ウエハボート６２と共にキャップ本体６８も回転させてこの状態を維持する。この際、上記排気口６０からの真空引きと同時に溝部排気手段９２も駆動して、接合フランジ部７２に形成した排気溝部８４、８６内及び微小間隙８２内も真空引きを行なう。
【００１８】
このように、排気溝部８４、８６内や微小間隙８２内を真空引きすることにより排気シールの作用を示し、処理容器４８の外側大気より上記微小間隙８２を介して処理容器４８内へ侵入しようとする空気は、上記排気溝部８４、８６側へ真空引きされるので、処理容器４８内側へ侵入することはない。この場合、この溝部排気手段９２による真空引きの程度は、処理容器４８内のプロセス圧力にも依存するが、処理容器４８内の圧力よりも僅かに低い圧力を維持するように真空引きすれば、処理容器４８内の雰囲気も上記排気溝部８４、８６側へ真空引きされることになるので、大気側の空気が処理容器４８内へ侵入することを確実に防止し、シール性を高く維持することが可能となる。
このように、接合フランジ部７２とキャップ手段６６との接合部に、従来装置で用いていたＯリング等のシール部材を用いる必要がないので、アウトガス問題をなくすことができ、ウエハＷを不純物ガスで汚染することもない。また、回転しているキャップ本体６８は接合フランジ部７２に接することなく僅かに離間されているので、両者が接した状態となっている従来装置ではゴミ等を挟み込んでこれを砕くことによりパーティクルが発生する問題があったが、本実施例ではそのようなパーティクルの問題は発生せず、また、微小間隙８２に侵入したゴミ等は排気溝部８６を介して系外へ排出されてしまうことになる。
【００１９】
また、キャップ本体６８の端面６８Ａと接合フランジ部７２の端面７２Ａは、共に鏡面仕上げされているので、キャップ本体６８が回転しても両端面６８Ａ、７２Ａが接することはない。
また、熱処理時には、被処理体設置台７０内に設けた設置台加熱手段９８に通電して設置台７０を所定の温度に維持しているので、加熱量が劣る傾向にあるウエハボート６２の下端部近傍のウエハＷに対して温度補償を行なって十分に熱量を加えることができ、上下方向に位置されるウエハ間の温度分布をなくしてこれを均一な温度分布状態に維持することが可能となる。また、この部分に不要な反応副生成物が付着することも防止できる。
【００２０】
また、ここでは両排気溝部８４、８６から真空引きする際に、共通の真空ポンプ、すなわち溝部排気手段９２により真空引きするようにしているが、これに限定されず、内側の排気溝部８６は真空到達度が高い真空ポンプ、例えばターボ分子ポンプを用いて真空引きし、外側の排気溝部８４は大排気量の真空ポンプ、例えばドライポンプを用いるなど、両溝部８４、８６を別々の真空ポンプで吸引するようにしてもよい。また、ここでは排気溝部８４、８６は２段設けたが、この段数には制限がなく、プロセス圧力に鑑みてシール性を高めるためには更に多くの排気溝部を同心円状に形成してもよい。
ここで図３を参照して排気溝部の段数と各段の溝部の到達圧力と微小間隙の距離ｔとの関係について説明する。
図中では、微小間隙の距離ｔを０μｍ、１５μｍ、３０μｍ、６０μｍの場合のデータを記してあり、また、このシミュレーションでは処理容器内の圧力を完全真空として設定している。尚、各段の排気溝部の排気速度は１０リットル／分に設定してある。
【００２１】
この図３によれば、例えば距離ｔを１５μｍに設定した時には、３段程度の排気溝部を形成すれば、１．３３Ｐａ（１×１０-2Ｔｏｒｒ）程度まで真空引きが可能であることが判明する。従って、この図３を基にして、必要な距離ｔや排気溝部の段数を適宜設定することができる。
上記実施例では、キャップ手段６６として１枚のキャップ本体６８を用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、キャップ手段６６として図４に示す本発明装置の変形例のように２枚のキャップ本体１０２、１０４を用いるようにしてもよい。尚、図４においては、図２に示す構成部分と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
具体的には、図４に示すキャップ手段６６では、図２に示したキャップ本体６８と同様な構造のものを内側キャップ本体１０２として用いており、更に、この外側、図示例では下方にこれを覆うようにして略円板状の外側キャップ本体１０４を設けている。この場合にも、接合フランジ部７２の下側の端面７２Ａと内側キャップ本体１０２の上側の端面１０２Ａとの間は前記実施例と同様に距離ｔだけ離間されており、ここに微小間隙８２を積極的に形成している。
【００２２】
一方、これに対して、外側キャップ本体１０４は、上記内側キャップ本体１０２よりも一回り大きく形成されており、その周縁部は上方に略直角に屈曲されており、このリング状の屈曲部の上端は、Ｏリング等の間隙シール部材１０６を介して接合フランジ部７２の下側の端面７２Ａの周辺部に気密に直接接触してシールされている。そして、この外側キャップ本体１０４は、その中央部にて、軸受け部８０側に高さ調整ネジ１０８でもって高さ調整可能に支持固定されている。これにより、上記内側キャップ本体１０２は回転軸７４に接合されてこれと一体的に回転するが、この外側キャップ本体１０４は、回転することなく固定された状態となる。そして、上記回転軸７４を挿通するために上記外側キャップ本体１０４の中央部に成形した挿通孔１１０の周囲には、この外側キャップ本体１０４と上記軸受け部８０との間に気密に接合された例えば金属製の伸縮可能なベローズ１１２が介在されており、処理容器４８内の気密性を維持している。
【００２３】
また、上記内側キャップ本体１０２と外側キャップ本体１０４との間は所定の間隔Ｔ、例えば２０ｍｍ程度だけ離間されており、この間隔の部分に、例えば薄い円板状の抵抗加熱ヒータよりなるキャップ加熱手段１１４が設置されて、主に上記内側キャップ本体１０２の周縁部を加熱するようになっている。このキャップ加熱手段１１４は、上記外側キャップ本体１０４を貫通する支持ロッド１１６（兼電力導入端）により、軸受け部８０側へ支持されている。そして、上記支持ロッド１１６及び設置台加熱手段９８を支持する支持ロッド１００の上記外側キャップ本体１０４に対する貫通部には、Ｏリング１１８等が介在されており、気密性を保持している。
また、図２に示す先の実施例では、接合フランジ部７２には２つの排気溝部８４、８６を設けたが、ここでは図４に示すように外側の一方の溝を排気溝部８４として用い、内側の溝をガスパージ溝部１２０として用いている。そして、このガスパージ溝部１２０にはガス通路１２２を介して不活性ガス供給手段１２４が接続されており、Ｎ2 ガス等の不活性ガスを流量制御器１２６により流量制御しつつ上記ガスパージ溝部１２０へ供給し得るようになっている。尚、本実施例の場合にも、先の実施例と同様に複数の排気溝部を形成してそれぞれを真空引きするようにしてもよい。
【００２４】
そして、上記外側キャップ本体１０４の周縁部の屈曲部には、排気ポート１２８が形成されており、これには途中に圧力調整弁１３０を介設した間隙排気通路１３２が接続されている。この間隙排気通路１３２は、溝部排気通路８８と共に、溝部排気手段９２へ接続されており、上記微小間隙８２内の雰囲気や内側及び外側キャップ本体１０２、１０４間の空隙部分の雰囲気を真空引きできるようになっている。そして、この外側キャップ本体１０４内には、冷却媒体を流すための冷却ジャケット１３４が形成されており、プロセス時にこの外側キャップ本体１０４を所定の温度まで冷却するようになっている。
更には、マニホールド４６の側壁部分、上記ガスパージ溝部１２０及び外側キャップ本体１０４の屈曲部には、それぞれ圧力計１３６Ａ、１３６Ｂ、１３６Ｃが設けられており、例えば各圧力値が略同一値となるように不活性ガスであるＮ2 ガスの供給量、溝部排気手段９２の排気量、各圧力調整弁９４、１３０等が制御されることになる。
【００２５】
この実施例においては、プロセス時には内側キャップ本体１０２は接合フランジ部７２に対して非接触でウエハＷと共に一体的に回転するが、外側キャップ本体１０４は固定されており、接合フランジ部７２に対して間隙シール部材１０６を介して気密に接触している。従って、図２にて説明した先の実施例の場合よりも、シール性を大幅に向上させることが可能となる。換言すれば、シール性が高くなった分だけ、排気溝部の数を減少させることができる。
そして、本実施例の場合には、上記間隙シール部材１０６からアウトガスが発生するが、このアウトガスは、この間隙シール部材１０６よりも内周側に設けた排気溝部８４及び外側キャップ本体１０４に設けた排気ポート１２８より真空引きされているので、これを介して系外へ排出されることになる。特に、最内周側に設けたガスパージ溝部１２０に不活性ガスとしてＮ2 ガスを微量ずつ供給しているので、このＮ2 ガスが微小間隙８２を介してその外周側に位置する排気溝部８４へと流れるガス流が形成される。このため、処理容器４８内へ流入しようとするアウトガスの流れは、上記Ｎ2 ガスのガス流によって阻止され、上述のように排気溝部８４からＮ2 ガスと共に系外へ排出されるので、アウトガスによるウエハＷの汚染を一層確実に阻止することが可能となる。
【００２６】
また、各圧力計１３６Ａ、１３６Ｂ、１３６Ｃの圧力値が略同一になるように設定することにより、図２に示した先の実施例と比較して内側キャップ本体１０２の上下面間における圧力差がなくなるので、この変形を防止できるのみならず、軸受け部８０に対する負荷を大幅に軽減することもできる。
更に、ここでは設置台加熱手段９８のみならず、キャップ加熱手段１１４も設けているので、内側キャップ本体１０２の全体を加熱することができ、ウエハＷ間の温度分布の均一性を更に向上させることが可能となる。
尚、以上の各実施例ではキャップ手段６６としてステンレススチールを用いた場合を例にとって説明したが限定されず、ＳｉＣなどのセラミックス、或いは石英を用いるようにしてもよい。
【００２７】
また、ここでは外筒４４の下端にステンレス製のマニホールド４６を接合してなる処理容器４８を例にとって説明したが、これに限定されず、外筒４４とマニホールド４６とを全て石英で形成してこれらを一体化した石英一体型の処理容器にも本発明を適用することができるのは勿論である。また、本発明装置は、２重管構造の熱処理装置のみならず、単管構造の熱処理装置にも適用できる。
更には、ここでは保温筒を設けない場合を例にとって説明したが、従来装置と同様に保温筒を用いた熱処理装置にも本発明を適用することができる。また、本発明装置は、成膜処理のみならず、エッチング処理、酸化拡散処理、アニール処理、改質処理、結晶化処理等の各種の熱処理についても適用できるのは勿論である。
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板等にも適用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の熱処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１及びこれを引用する請求項に係る発明によれば、処理容器の下端の開口部を塞ぐキャップ本体は、接合フランジ部に対して微小間隙だけ隔てて位置され、この微小間隙の部分を溝部排気手段により真空引きすることによりシールするので、従来装置と略同様に高いシール性を維持することができる。また、この場合、従来装置において用いていたＯリング等のシール部材を用いていないので、アウトガスによる問題も解消することができる。
また被処理体設置台が加熱されるので、被処理体間の温度分布の均一性を向上させることができる。
請求項３及びこれを引用する請求項に係る発明によれば、処理容器の下端の開口部を塞ぐ内側キャップ本体は、接合フランジ部に対して微小間隙だけ隔てて位置され、この微小間隙の部分を溝部排気手段により真空引きすることによりシールするので、従来装置と略同様に高いシール性を維持することができる。
また、外側キャップ本体は、間隙シール部材を介して接合フランジ部に気密にシールされているので、シール性を一層高めることができる。
更に、ここで使用したシール部材から発生するアウトガスは溝部排気手段によって系外へ排出されてしまうので、これが処理容器内へ侵入することはほとんどなく、このアウトガスによる問題も解消することができる。
更には、内側キャップ本体の外側に、外側キャップ本体を設けるようにしたので、処理容器内とその外側の大気との圧力差は外側キャップ本体で受けられ、内側キャップ本体に大きな荷重がかかることを防止することができる。
また、被処理体設置台が加熱されるので、被処理体間の温度分布の均一性を向上させることができる。
特に請求項６に係る発明によれば、間隙シール部材から発生したアウトガスは、この不活性ガスにより処理容器内へ侵入することを阻止されるので、アウトガスによる問題を、一層確実に解消することができる。
請求項４及びこれを引用する請求項に係る発明によれば、処理容器の下端の開口部を塞ぐ内側キャップ本体は、接合フランジ部に対して微小間隙だけ隔てて位置され、この微小間隙の部分を溝部排気手段により真空引きすることによりシールするので、従来装置と略同様に高いシール性を維持することができる。
また、外側キャップ本体は、間隙シール部材を介して接合フランジ部に気密にシールされているので、シール性を一層高めることができる。
更に、ここで使用したシール部材から発生するアウトガスは溝部排気手段によって系外へ排出されてしまうので、これが処理容器内へ侵入することはほとんどなく、このアウトガスによる問題も解消することができる。
更には、内側キャップ本体の外側に、外側キャップ本体を設けるようにしたので、処理容器内とその外側の大気との圧力差は外側キャップ本体で受けられ、内側キャップ本体に大きな荷重がかかることを防止することができる。
また、内側キャップ本体全体も加熱することができるので、被処理体間の温度分布の均一性を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱処理装置の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明装置の要部を示す部分拡大図である。
【図３】排気溝部の段数と各段の溝部の到達圧力と微小間隙の距離ｔとの関係を示す図である。
【図４】本発明装置の変形例を示す図である。
【図５】従来の一般的な縦型の熱処理装置を示す構成図である。
【符号の説明】
４０ 熱処理装置
４２ 内筒
４４ 外筒
４６ マニホールド
４８ 処理容器
６６ キャップ手段
６８ キャップ本体
７０ 被処理体設置台
７２ 接合フランジ部
８２ 微小間隙
８４，８６ 排気溝部
９２ 溝部排気手段
９８ 設置台加熱手段
１０２ 内側キャップ本体
１０４ 外側キャップ本体
１０６ 間隙シール部材
１１４ キャップ加熱手段
１２０ ガスパージ溝部
１２４ 不活性ガス供給手段
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
Claims (8)
- 縦長の処理容器内にその下端の開口部から、昇降可能になされたキャップ手段上に設置された被処理体を挿入して収容すると共に前記開口部を前記キャップ手段により塞ぎ、前記被処理体を回転しつつこれに所定の熱処理を施す熱処理装置において、前記キャップ手段は、回転可能になされ且つ熱処理時に前記開口部の周囲に形成された接合フランジ部に対して微小間隙だけ隔てて位置されるキャップ本体を有し、前記接合フランジ部の端面側に環状の複数の排気溝部を形成し、前記排気溝部を真空引きする溝部排気手段を設けるようにし、
前記キャップ本体の中央には、前記処理容器内側へ突出された筒体状の被処理体設置台を設け、前記被処理体設置台内には、これを加熱する設置台加熱手段を設けるように構成したことを特徴とする熱処理装置。 - 前記接合フランジ部の端面と、これに対向する前記キャップ本体の端面とは、共に高度に平面仕上げされていることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
- 縦長の処理容器内にその下端の開口部から、昇降可能になされたキャップ手段上に設置された被処理体を挿入して収容すると共に前記開口部を前記キャップ手段により塞ぎ、前記被処理体を回転しつつこれに所定の熱処理を施す熱処理装置において、前記キャップ手段は、回転可能になされ且つ熱処理時に前記開口部の周囲に形成された接合フランジ部に対して微小間隙だけ隔てて位置される内側キャップ本体と、前記内側キャップ本体の外側に配置されて熱処理時にその周縁部が前記接合フランジ部に対して間隙シール部材を介して接合され且つ前記内側キャップ本体と所定の間隔だけ離間して位置される外側キャップ本体とを有し、前記接合フランジ部の端面側に環状の排気溝部を形成し、前記排気溝部を真空引きする溝部排気手段を設けるようにし、
前記内側キャップ本体の中央には、前記処理容器内側へ突出された筒体状の被処理体設置台を設け、前記被処理体設置台内には、これを加熱する設置台加熱手段を設けるように構成したことを特徴とする熱処理装置。 - 縦長の処理容器内にその下端の開口部から、昇降可能になされたキャップ手段上に設置された被処理体を挿入して収容すると共に前記開口部を前記キャップ手段により塞ぎ、前記被処理体を回転しつつこれに所定の熱処理を施す熱処理装置において、前記キャップ手段は、回転可能になされ且つ熱処理時に前記開口部の周囲に形成された接合フランジ部に対して微小間隙だけ隔てて位置される内側キャップ本体と、前記内側キャップ本体の外側に配置されて熱処理時にその周縁部が前記接合フランジ部に対して間隙シール部材を介して接合され且つ前記内側キャップ本体と所定の間隔だけ離間して位置される外側キャップ本体とを有し、前記接合フランジ部の端面側に環状の排気溝部を形成し、前記排気溝部を真空引きする溝部排気手段を設けるようにし、前記内側キャップ本体と前記外側キャップ本体との間にキャップ加熱手段を設けるように構成したことを特徴とする熱処理装置。
- 前記接合フランジ部の端面と、これに対向する前記内側キャップ本体の端面とは、共に高度に平面仕上げされていることを特徴とする請求項３又は４記載の熱処理装置。
- 前記接合フランジ部の排気溝部の内周側に、環状のガスパージ溝部を形成し、このガスパージ溝部に対して不活性ガスを供給するパージガス供給手段を設けるようにしたことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の熱処理装置。
- 前記間隙シール部材は、前記排気溝部の外周側に位置されていることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一項に記載の熱処理装置。
- 前記排気溝部は、複数形成されていることを特徴とする請求項３乃至７のいずれか一項に記載の熱処理装置。
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