JP6486160B2

JP6486160B2 - 熱処理装置

Info

Publication number: JP6486160B2
Application number: JP2015060130A
Authority: JP
Inventors: 大毅藤原; 庸之岡部
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2015-03-23
Filing date: 2015-03-23
Publication date: 2019-03-20
Anticipated expiration: 2035-03-23
Also published as: KR102105225B1; JP2016181563A; KR20160113977A

Description

本発明は、熱処理装置に関する。

従来から、基板を収容し、排気路が接続された処理容器に、処理ガス流路と、処理ガスと置換するための置換ガス供給流路とを突入し、処理ガス流路における処理容器近傍にバルブを介設し、排気路には圧力調整手段を介設した熱処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

処理容器近傍の処理ガス流路の配管には、一般的にはステンレス鋼からなるフレキシブル配管が用いられており、メインテナンス時に取り外しが容易な構成とされている。即ち、柔軟性を有せず硬い、いわゆるリジッド配管を用いると、処理容器の分解が困難となるため、処理ガスを処理容器に導入する導入配管には、ステンレス鋼からなるフレキシブル配管が用いられる場合が多い。

特開２００２−２９９３２７号公報

しかしながら、ステンレス鋼のフレキシブル配管を用いた場合、残留ガスの影響により、腐食が発生する場合があるという問題があった。かかる腐食を防止するために、導入配管内をパージガスで置換する対応も考えられるが、フレキシブル配管はリジッド配管に比べて内面の表面積が大きいため、導入配管内を十分に置換するには長時間を要するという問題があった。また、パージの条件を確立することも困難であり、どの程度パージを行えば十分になるかの把握も困難であり、パージは十分な対策とはなり得ないという問題もあった。

一方、導入配管をリジッド配管とすれば、パージによる腐食防止も可能となるが、リジッド配管では、処理容器等の分解及び組み立てが困難となり、メインテナンスを行うのが困難となるため、現実的な対策とはなり得ないという問題があった。

そこで、本発明はステンレス鋼のフレキシブル配管と同様の柔軟な性質を確保しつつ、腐食を低減させることができる熱処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る熱処理装置は、熱処理を行う処理容器と、
該処理容器と離間して設けられたバルブユニットと、
該バルブユニットと前記処理容器の所定のガス導入部との間に変形可能に連結され、前記バルブユニットを介して処理ガスを前記処理容器内に導入可能なフッ素樹脂チューブと、を有し、
前記フッ素樹脂チューブは、前記処理容器及び前記バルブユニットと、少なくとも１つの継手を介して着脱可能に連結されており、
前記フッ素樹脂チューブと前記処理容器との間には、前記継手を介して、金属からなる短管が接続されており、
前記処理容器と前記フッ素樹脂チューブとの間の前記短管は、複数の短管からなり、各々が前記継手を介して接続されている。

本発明によれば、メインテナンスの作業性を確保しつつ、導入配管の腐食を低減させることができる。

本発明の実施形態に係る熱処理装置の一例を示す全体概略図である。本発明の実施形態に係る熱処理装置の一例の処理容器を示す縦断面図である。本発明の実施形態に係る熱処理装置の一例の処理容器の水平断面図である。本発明の実施形態に係る熱処理装置の一例のガス導入配管の構成を示した斜視図である。本発明の実施形態に係る熱処理装置のガス導入配管の処理容器側と処理容器との間の短管及び継手の連結構造の一例を示した図である。ガス導入配管とガス導入部との間に、１つの短管を設けた例を示した図である。短管をガス導入部に継手を介して接続固定する段階を示した図である。短管とガス導入配管とを継手を介して接続する段階を示した図である。短管と短管とを継手を介して接続する段階を示した図である。本発明の実施形態に係る熱処理装置の一例のガス導入配管の断面構成を示した図である。本発明の実施形態に係る熱処理装置の他の例のガス導入配管の断面構成を示した図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。

図１は、本発明の実施形態に係る熱処理装置の一例を示す全体概略図であり、ここでは縦型熱処理装置を用いた場合を例に説明を行う。本実施形態に係る熱処理装置は、縦型熱処理装置本体をなす処理容器２の周辺部とその配管系とに大別できるが、ここでは先ず処理容器２の周辺部について説明を行う。

図２は、本発明の実施形態に係る熱処理装置の一例の処理容器２を示す縦断面図である。図２に示されるように、処理容器２は、例えば石英により構成される反応管２１を有する。反応管２１は、例えば内管２２及び外管２３からなる二重管構造となっており、外管２３は上端を塞いで内管２２と同心円上に設けられ、その下方側には金属性の筒状体であるマニホールド２４が気密に接続されている。一方の内管２２は上方側が開口し、外管２３と適宜間隔を形成するように設けられ、マニホールド２４の内周面に突出して形成されている支持リング２５に支持される構成とされている。

内管２２には、ボートエレベータ２６によりマニホールド２４下方側の開口部からウエハボート（保持具）が搬入される。ウエハボート（保持具）２７にはウエハＷが棚状に載置される。内管２２は、かかるウエハＷの熱処理雰囲気を形成する。ボートエレベータ２６には、マニホールド２４下方側の開口部を塞ぐことが可能な蓋体２８が設けられている。また、反応管２１の周囲にはこれを取り囲むように断熱体２９ａが設けられており、その内壁面には例えば抵抗加熱体からなるヒータ２９ｂが備えられ、加熱炉２９を構成している。

マニホールド２４における支持リング２５よりも下方部位の外側面には、処理ガスを処理容器２内に導入するための配管系をなす複数のガス導入配管５０（図示の便宜上一つだけ描いてある）が設けられている。ガス導入配管５０は、継手６０、６２を介して処理容器２の外側面の下端部に設けられたガス導入部３５に接続されている。また、処理容器２の内部には、インジェクタ５５が設けられ、ガス導入配管５０と継手６０、６２、６４を介して接続されている。インジェクタ５５は、処理ガスを内管２２の内側に供給できるように、その先端部は上方に屈曲した構成になっている。また、ガス導入配管５０の上流側は、継手６１、６３を介してバルブユニット７０に接続されている。また、バルブユニット７０の上流側は、ガス配管８０を介して、ガス供給源９０に接続されている。

一方、マニホールド２４における支持リング２５よりも上方部位の周面には排気ポート３０が形成され、また内管２２と外管２３との薄膜の付着を防止するため窒素ガス導入用のガス管４が設けられている。

排気ポート３０には排気路をなす排気管３が気密に接続されており、この排気管３の下流側には圧力調整手段３１を介して真空ポンプ３２が接続されている。圧力調整手段３１は処理容器２内の圧力を測定する圧力計１０１から得た圧力測定値に応じ、制御部１００により開度調整を行うように構成されている。なお図示しないが、制御部１００は圧力調整手段３１の開閉制御のみならず、本実施形態において用いられる全てのバルブについても開閉制御を行う。

次に、図３を参照しながら、上述の内管２２内側にガスを導入するための複数のガス導入配管５０について説明する。図３は、本発明の実施形態に係る熱処理装置の一例の処理容器の水平断面図である。

図３に示すように、ガス導入配管５０は複数設けられてよい。図３においては、例示的にガス導入配管５０が３本設けられているが、熱処理を行う際、処理容器２内に導入されるガスの種類に応じて、もっと多くの本数が設けられもよい。

ガス導入配管５０は、処理容器２の外周面のガス導入部３５に接続される継手６４に、複数の継手６０、６２を介して先端部が接続されている。継手６４は、処理容器２内のインジェクタ５５に連通しており、ガス導入配管５０を介して供給された処理ガスは、継手６０、６２、６４を介してインジェクタ５５から処理容器２の内部に供給される。

バルブユニット７０は、個々のガス導入配管５０及びガス配管８０に対応して、バルブモジュール７１を備える。また、各々のバルブモジュール７１は、図１に示すように、第１の開閉手段であるバルブ７２と第２の開閉手段であるバルブ７３とを組み合わせたものである。

バルブ７２は、ガス配管８０とガス導入配管５０との連通を開閉するものであり、バルブ７３は、バルブ７２の直ぐ上流側から分岐して排気管３に合流するバイパス路３３を開閉するものである。なお各々のバイパス路３３は途中で合流し、排気管３の接続点Ｐ１にて接続される。

このように、バルブモジュール７１は、ガス配管８０とガス導入配管５０との連通を開閉するバルブ７２と、ガス配管８０とバイパス路３３との連通を開閉するバルブ７３とを備え、一体となってバルブモジュール７１を構成するが、本実施形態に係る熱処理装置は、ガス導入配管５０の構成に特徴を有し、バルブ７３は必要に応じて設けられればよく、必須の構成ではないので、以後の説明では、バルブ７２との関連性を中心に説明する。

図４は、本発明の実施形態に係る熱処理装置の一例のガス導入配管５０の構成を示した斜視図である。ガス導入配管５０は、下流側の端部が継手６０に接続され、上流側の端部が継手６１に接続されている。ガス導入配管５０の下流側は、継手６０に加え、更に短管５１、継手６２、短管５２及び継手６４を介して処理容器２の外側面の下端側のガス導入部３５に連結される。また、ガス導入配管５０の上流側は、継手６１に加え、更に短管５３及び継手６３を介してバルブユニット７０に連結される。つまり、ガス導入配管５０は、バルブユニット７０と処理容器２とを連結接続している。

ガス導入配管５０は、フッ素樹脂からなるフッ素樹脂チューブとして構成される。フッ素樹脂チューブは、ステンレス鋼（ＳＵＳ）からなるフレキシブル配管のような金属ではないので、処理ガスの残留ガスにより腐食が発生することは殆ど無い。即ち、フレキシブル配管を介して処理ガスを処理容器２内に供給して熱処理を行い、熱処理が終わった後に不活性ガスを流してフレキシブル配管の内表面や処理容器２内に付着した処理ガスをパージするが、フレキシブル配管の内表面積はフッ素樹脂チューブの内表面積に比べてはるかに大きいため、僅かに処理ガスが残留する場合がある。この場合、メインテナンス等で処理容器２を開放した際に大気中の水分等がフレキシブル配管に入り込んでしまい、残留ガスと水分等が反応してステンレス鋼（ＳＵＳ）からなるフレキシブル配管の内表面を腐食する場合がある。しかしながら、本発明の実施形態に係るガス導入配管５０は、フッ素樹脂チューブを用いているため、フッ素樹脂チューブの内表面に処理ガスが残留しても腐食することはない。また、フッ素樹脂チューブの内表面積はフレキシブル配管に比べてはるかに小さいため、パージに要する時間を大幅に短縮することができる。

なお、フッ素樹脂チューブは、種々のフッ素樹脂から構成されてよいが、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）又はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン（４フッ化））から構成されてもよい。その他、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（４．６フッ化））、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体）等も使用可能である。

これらのフッ素樹脂チューブは、変形可能であるため、処理容器２等をメインテナンスする際も、分解及び組み立てが容易であり、高い作業性を保つことができる。また、例えば、ＰＦＡチューブは２６０℃の耐熱性能を併せ持っているため、従来のＳＵＳ配管と同等の１５０℃加温も可能であり、十分な耐熱性を維持できる。

また、図４に示すように、ガス導入配管５０は、両端が継手６０、６１を介して短管５１、５３に各々接続されており、ガス導入配管５０の下流側は更に継手６２と短管５２及び継手６４を介して処理容器２に接続され、ガス導入配管５０の上流側は継手６３を介してバルブユニット７０に接続されている。短管５１〜５３は、金属からなる短い配管であり、例えば、ステンレス鋼で構成される。ガス導入配管５０と処理容器２及びガス導入配管５０とバルブユニット７０の間に短管５１〜５３を設けることにより、継手６０、６１を利用してガス導入配管５０のみを容易に取り外すことが可能であり、交換も容易である。また、処理容器２のガス導入部３５の直近で継手６０、６２、６４を準備し、配管を複数の短管５１、５２で分割することにより、ガス導入配管５０の着脱時における処理容器２の負荷を軽減することができるが、この点の詳細については後述する。更に、ガス導入配管５０にＰＦＡチューブを用いた場合には、ＰＦＡチューブ用のＳＵＳ継手（Ｅｐ−ｆｉｔ）を使用し、真空と大気圧との間の圧力変動にも十分に対応可能である。

なお、図４には、ガス導入配管５０の両端に継手６０、６１を設けるとともに、処理容器２及びバルブユニット７０にも継手６４、６３を設け、更に継手６０と継手６４との間に継手６２を設ける構成を示したが、継手６０、６１を設けず、処理容器２及びバルブユニット７０の継手６４、６３に直接ガス導入配管５０の両端を各々接続する構成であってもよい。

また、図４において、符号が付されたガス導入配管５０は、フッ素樹脂チューブを用いているが、比較のため、他のガス導入配管は、従来のステンレス鋼のフレキシブル配管を用いている。このように、一部にフッ素樹脂チューブを用いてもよいが、好ましくは、総てのガス導入配管５０をフッ素樹脂チューブで構成することが好ましい。

次に、図５乃至図９を用いて、複数の短管５１、５２をガス導入配管５０と処理容器２のガス導入部３５との間に設けることの利点について説明する。

図５は、本発明の実施形態に係る熱処理装置のガス導入配管５０の処理容器２側と処理容器２との間の短管５１、５２及び継手６０、６２、６４の連結構造の一例を示した図である。

図５に示されるように、処理容器２（図示せず）の外側面の下端部付近に設けられたガス導入部３５にインジェクタ５５が連通して設けられ、ガス導入部３５に継手６４が直接接続されている。そして、ガス導入配管５０の継手６０と継手６４との間には、２つの短管５１、５２が設けられ、継手６２を介して短管５１、５２同士が接続されるとともに、継手６０を介して短管５１とガス導入配管５０が接続され、継手６４を介して短管５２が接続されている。短管５１、５２は、上述のように、ステンレス鋼等からなる金属で構成されてよい。

図６は、ガス導入配管５０とガス導入部３５との間に、１つの短管５３を設けた例を示した図である。ガス導入配管５０がフッ素樹脂チューブからなる場合、ガス導入配管５０が柔軟な材質であるため、外力が加わると短管５３にも作用してしまい（例えば図６の矢印のように）、インジェクタ５５が傾く恐れがある。

すなわち、継手６４は、Ｏ−リング等のシール部材を介してインジェクタ５５に連結される構造となるため、短管５３に外力が加わった際や継手６４を締結する際、Ｏ−リングを介して継手６４の螺合締結の回転力がインジェクタ５５に伝達してしまい、インジェクタ５５が傾くおそれがある。インジェクタ５５は、処理容器２の内周壁に平行に鉛直方向に延びて複数設けられているので、インジェクタ５５が傾くと、インジェクタ５５同士の接触や、インジェクタ５５と処理容器２との接触が発生するおそれがある。処理容器２及びインジェクタ５５は石英で形成されている場合が多いので、石英同士が接触すると、パーティクルが発生するおそれがある。よって、ガス導入配管５０を処理容器２に連結する際のインジェクタ５５の傾きは確実に防止できる構成であることが好ましい。

図７乃至図９は、そのようなインジェクタ５５の傾きを防止するガス導入配管５０の連結構造及び連結手順の一例を示している。

図７は、短管５２をガス導入部３５に継手６４を介して接続固定する段階を示した図である。図７に示すように、最初に、短管５２をガス導入部３５に継手６４を介して接続する。なお、継手６４は、短管５２を保持可能であるとともに、外周側にねじ山が形成された構造を有してよく、ガス導入部３５の内周側に形成されたねじ山と螺合可能に構成されてよい。ガス導入部３５は、インジェクタ５５が連通可能であるとともに、短管５２が連通可能である連通穴３６を有する。インジェクタ５５及び短管５２をガス導入部３５に連結することにより、インジェクタ５５と短管５２とを連通することが可能となる。なお、短管５２をガス導入部３５に接続する際には、継手６４の締結時の回転をインジェクタ５５に影響しないように作業を行うことにより、インジェクタ５５の傾きを防ぐことができる。

図８は、短管５１とガス導入配管５０とを継手６０を介して接続する段階を示した図である。図８に示すように、ガス導入配管５０は、継手６０を介して、短管５１に容易に接続することができる。

図９は、短管５２と短管５１とを継手６２を介して接続する段階を示した図である。図９に示すように、２つの短管５１、５２を設けることにより、最終的なガス導入配管５０のガス導入部３５への連結は、短管５１、５２同士の接続とすることができる。短管５１、５２は、金属で構成されているため、十分な剛性を有する。短管５２は、既にガス導入部３５に固定されているため、短管５１を短管５２に接続する際、継手６２を回しても、インジェクタ５５は傾かない。

このように、ガス導入配管５０と処理容器２のガス導入部３５との間に複数の短管５１、５２を設けることにより、ガス導入配管５０をガス導入部３５に連結する際にインジェクタ５５が傾くことを防止できる。なお、図７乃至図９においては、２つの短管５１、５２でガス導入配管５０とガス導入部３５とを連結する例を挙げて説明したが、短管５１、５２は、複数設けられていればよく、２つより多く設けてもよい。短管５１、５２は、用途に応じて適宜適切な個数とすることができる。

図１０は、本発明の実施形態に係る熱処理装置の一例のガス導入配管５０の断面構成を示した図である。図１０に示すように、ガス導入配管５０は、フッ素樹脂チューブ５１の外周面をカバー部材５２で覆った二重化構造を有してもよい。フッ素樹脂チューブ５１は、処理ガスの耐腐食性には優れるが、場合によっては、処理ガスを微量に透過させてしまうおそれがある。よって、そのような透過のおそれがある場合には、フッ素樹脂チューブ５１の周囲を、透過性の低い部材からなるカバー部材５２で覆うようにしてもよい。

カバー部材５２は、処理ガスの透過を防ぐことができれば、種々の材料から構成されてよいが、例えば、金属材料から構成されてもよい。上述のように、金属材料は、処理ガスとの反応により腐食するおそれがある材料であるが、フッ素樹脂チューブ５１から透過する処理ガスは極めて微量であり、金属材料をカバー部材５２に用いても、腐食に至るおそれは殆ど無い。金属材料は、金属箔や金属テープといった、カバー部材５２として極めて容易かつ安価に利用できるものが多く存在するので、好適に利用できる。金属材料の種類としては、用途に応じて適切な金属を適宜選択できるが、例えば、アルミニウムからなるアルミニウム箔や、アルミニウムテープ等をカバー部材５２として利用してもよい。

また、カバー部材５２は、金属材料以外の材料も、処理ガスの透過を防止できれば種々の材料を用いることができる。例えば、カバー部材５２を、更にフッ素樹脂チューブで構成し、フッ素樹脂チューブの二重構造としてもよい。二重構造とすれば、フッ素樹脂チューブ同士の組み合わせであっても、フッ素樹脂チューブ５１の透過を効果的に防止できる。

図１１は、本発明の実施形態に係る熱処理装置の他の例のガス導入配管５０ａの断面構成を示した図である。図１１に示すように、ガス導入配管５０ａは、フッ素樹脂チューブ５１の外周面を、管状のカバー部材５３で覆った二重管構造を有してもよい。管状のカバー部材５３は、処理ガスの透過を防ぐことができれば、種々の材料から構成されてよいが、例えば、金属材料から構成されてもよい。管状のカバー部材５３は、例えば、ステンレス鋼のフレキシブル配管から構成されてもよく、この場合も、フッ素樹脂チューブ５１からの処理ガスの透過量は極めて微量であるので、腐食のおそれなくＳＵＳフレキシブル配管を用いることができる。なお、管状のカバー部材５３についても、金属材料以外の材料も、フッ素樹脂チューブを含めて、処理ガスの透過を防止できれば種々の材料を用いることができることは言うまでもない。

このように、本発明の実施形態に係る熱処理装置によれば、ガス導入配管５０にフッ素樹脂チューブ５１を用いることにより、残留ガスによる腐食を防止しつつ、高いメインテナンス性を維持することができる。

なお、図２を参照して本発明の実施形態に係る熱処理装置の動作を説明する。まず、ウエハボート２７に複数枚のウエハＷを載置し、ボートエレベータ２６によりマニホールド２４下方側の開口部からウエハボート２７を処理容器２内に搬入する。ボートエレベータ２６が上昇したら、マニホールド２４下方側の開口部は蓋体２８により塞がれる。そして、ヒータ２９ｂでウエハＷを加熱するとともに、ガス導入配管５０を介して、インジェクタ５５から処理容器２内に処理ガスが導入される。このようにして、処理ガスを供給しながらウエハＷを加熱することにより、ウエハＷの表面上に成膜が行われる。熱処理後は、ボートエレベータ２６を下降させ、処理済みのウエハＷを処理容器２から搬出し、更にウエハボート２７から処理済みのウエハＷを一枚ずつ搬出する。例えば、このような動作により、ウエハＷの熱処理が行われる。熱処理を行う際、ガス導入配管５０を経て処理ガスが処理容器２内に導入されるが、処理ガスがガス導入配管５０に残留しても、ガス導入配管５０は腐食し難いフッ素樹脂チューブ５１が用いられるため、腐食を防止することができる。また、定期的なメインテナンスを行う場合も、ガス導入配管５０は変形可能なフッ素樹脂チューブ５１を用いているため、ガス導入配管５０の着脱は容易である。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

２処理容器
２７ウエハボート
５０ガス導入配管
５１フッ素樹脂チューブ
５２、５３カバー部材
５５インジェクタ
６０、６１、６２、６３、６４継手
７０バルブユニット
７１バルブモジュール
７２、７３バルブ
８０ガス配管
９０ガス供給源

Claims

熱処理を行う処理容器と、
該処理容器と離間して設けられたバルブユニットと、
該バルブユニットと前記処理容器の所定のガス導入部との間に変形可能に連結され、前記バルブユニットを介して処理ガスを前記処理容器内に導入可能なフッ素樹脂チューブと、を有し、
前記フッ素樹脂チューブは、前記処理容器及び前記バルブユニットと、少なくとも１つの継手を介して着脱可能に連結されており、
前記フッ素樹脂チューブと前記処理容器との間には、前記継手を介して、金属からなる短管が接続されており、
前記処理容器と前記フッ素樹脂チューブとの間の前記短管は、複数の短管からなり、各々が前記継手を介して接続されている熱処理装置。
前記処理容器を貫通し、前記処理容器内に前記処理ガスを供給するインジェクタを有し、
該インジェクタは、前記所定のガス導入部に連結され、
前記複数の短管の１つは、前記継手を介して前記所定のガス導入部に直接接続されている請求項１に記載の熱処理装置。
前記フッ素樹脂チューブと前記バルブユニットとの間には、前記継手を介して、金属からなる短管が接続された請求項１又は２に記載の熱処理装置。
前記処理容器の前記所定のガス導入部は、前記処理容器の下端付近の外側面に設けられている請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱処理装置。
前記フッ素樹脂チューブは、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体又はテトラフルオロエチレンからなる請求項１乃至４のいずれか一項に記載の熱処理装置。
前記フッ素樹脂チューブの外周面を覆うカバー部材を更に有する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の熱処理装置。
前記カバー部材は、前記フッ素樹脂チューブと同一材料からなる請求項６に記載の熱処理装置。
前記カバー部材は、前記フッ素樹脂チューブと異なる材料からなる請求項６に記載の熱処理装置。
前記カバー部材は、金属からなる請求項８に記載の熱処理装置。
前記カバー部材は、金属箔又は金属テープである請求項９に記載の熱処理装置。
前記金属箔又は金属テープはアルミニウム箔又はアルミニウムテープである請求項１０に記載の熱処理装置。
前記カバー部材は、金属管である請求項９に記載の熱処理装置。
前記金属管はステンレス鋼からなる請求項１２に記載の熱処理装置。
前記バルブユニットには、複数の前記フッ素樹脂チューブが集約的に接続された請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の熱処理装置。