JPH02138730A - 処理装置および処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は処理装置および処理方法に関する。

（従来の技術） 半導体デバイス、液晶駆動用回路基板等の製造プロセス
において、加熱反応管内に反応ガスを流して、ウェハ、
回路板等の被処理物に薄膜形成、拡散、酸化、エツチン
グ等の処理を施す熱処理装置が広く利用されている。

上記熱処理装置にあっては、被処理物を収納する反応管
は円筒状に形成された石英管等からなり、典型的には反
応管の外側に炭化ケイ素等からなる円筒状の均熱管が配
設される。また均熱管の周囲にコイル状に形成された加
熱ヒータが巻回され。

更にこのヒータの外側に断熱材層が配設される。

使用時において、反応管内は予め所定の処理温度、例え
ば数百度乃至十数百度に加熱され、反応管−端部の開口
から、ウェハボード上に複数枚載置された半導体ウェハ
等の処理物がロードされる。次にＳｉＨい０２、Ｂ２Ｈ
いＰ］１３等の所定の反応ガスが反応管内に流され、成
膜或いは拡散等の処理が行われる。

この種熱処理装置には、反応管の長手方向軸が水平な横
型と、同軸が垂直な縦型とがあり、最近は設置スペース
が小さくなる縦型が注目されている。

特公昭６２−１４２２３号公報には、縦型装置の一例が
開示されている。この装置にあっては、ウェハボートの
載置台に、ロード及びアンロード用の昇降機構が連携す
ると共に、垂直軸を中心にボートを回転する為の回転機
構が配設される。ウェハは熱処理中に回転機構により回
転され、この操作によリウェハ上により均一な薄膜が形
成される。回転機構には、反応管外に駆動モータが設け
られ、このモータに係合する回転軸が反応管内まで延在
し。

ボート載置台と結合する。回転軸が反応空間を構成する
部分例えば蓋体を貫通する部分にはジャーナル軸受部が
配設される。またジャーナル軸受部に隣接して、磁性流
体を用いたシール部材が設けられ、反応空間の気密性が
保持される。

（９！明が解決しようとする課題） 磁性流体シール部材には次のような問題がある。例えば
シリコンウェハ基板上にシリコン（Ｓｌ）をエピタキシ
ャル成長させる場合に、四塩化シラン（ＳｉＣ１２４）
、　トリクロロシラン（ＳｉＣ１２４）等を水素（１１
□）によって還元する方法がある。この方法を用いた場
合、上記反応ガス間の反応により塩化水素（ＩＩｃＱ）
が発生する。塩化水素ガスはシール部材を形成する磁性
流体と化学的な反応を起こす。この反応によりある種の
ガスが発生してウェハの所期反応に悪影響を及ぼす。ま
たシール部材が腐食され、ひいてはジャーナル軸受部等
の周辺機器が腐蝕されると、反応炉内の気密性や、回転
軸の回転性などが損なわれるという現象も生じる。これ
らの現象は、ウェハの所期反応に悪影響を与えて歩留ま
りの低下を招くだけでなく、メンテナンスが頻繁に必要
となる為、装置の稼働時間の低下を招くこととなる。上
述の問題は、ジャーナル軸受部のシール部材として上記
磁性流体を用いた場合だけでなく、○リング、ベローズ
等、他の手段を用いた場合についても共通する問題であ
る。

従って本発明の目的は、処理ガスにより劣下する処理容
器部分を非腐蝕性ガスにより保護し、処理部に影響しな
い処理装置及び処理方法を提供することである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は処理容器内に収容された被処理体に処理ガスを
供給して被処理体の処理を行う装置において上記処理容
器の一部に設けられた上記処理ガスに対して腐飾性部材
と、この腐飾性部材に対してシールドするガスを供給す
るシールドガス供給管と、このシールドガス供給管から
少なくとも上記処理ガス供給期間シールドガスを供給す
る手段とを具備してなることを特徴とする。

さらに本発明は処理容器内に収容された被処理体を処理
ガスにより処理する方法において、少なくとも上記処理
ガスを上記被処理体に供給している期間上記処理容器構
成部の上記処理ガスに対して反応する部分にシールドガ
スを供給して保護する工程を具備してなることを特徴と
する。

（実施例） 次に、本発明に係る処理装置を気相エピタキシャル成長
用の熱処理装置に適用した実施例を説明する。この実施
例の熱処理装置は処理部１２とローディング部７２とか
らなる。処理部１２には垂直な軸を有する二重構造の反
応管１４が設けられ、該反応管１４は多数の被処理体例
えば半導体ウェハ基板２２を設置した耐熱製例えば石英
製のボート２４を内部に収納する。ローディング部７２
には昇降機構７４が設けられ、該昇降機構７４は、上記
ボート２４を反応管１４の下方の予め定められた位置か
ら上記反応管１４に対してロード、アンロードする。こ
のロードアンロードは上記反応管１４に対し非接触状態
で操作する。

上記反応管１４は外管１６及び内管１８からなり、両管
は耐熱性で反応ガスに対して反応しにくい材質例えば石
英からなる。また両管は共に上面がキャップされた筒形
状をなし、内管１８は外ｔＶＩ１６内に間隙を設け、非
接触状態で設けられる。反応管１４の周囲には、骸骨を
同軸状に包囲するように筒状の加熱機構２６が配設され
、該加熱機構２６は例えばコイル状に巻回された抵抗加
熱ヒータからなる。ヒータは交流電源（図示せず）に接
続され、被処理基板２２の載置される領域を所望の温度
、例えば８００〜１０５０℃に均一に加熱することがで
きる。

上記反応管１４の内管内には、処理ガス例えば所定の反
応ガスを供給する為のガス供給管３２が配設される。ガ
ス供給管３２は、マスフローコントローラ等を介してガ
ス供給源（図示せず）に接続される。ガス供給管３２は
内管１８の内壁に沿って上面まで垂直に延在し、その長
手方向に沿って所定の間隔をおいて多数の孔（図示せず
）が穿設される。

これに対して内管１８には、反応ガスを排気する為の孔
（図示せず）が設けられ、この内管１８に設けられた孔
は、上記ガス供給管３２の孔と夫々対応する高さ位置に
形成される。ガス供給管３２の孔と内管１８の孔との組
合わせにより、内管１８内に多数の基板２２がセットさ
れた状態において、各基板の処理面に水平な反応ガスの
流れを形成することができる。

反応管１４の外管１６には排気管３４が接続され、他方
において排気管３４は、反応管１４内を所望の圧力に減
圧及び反応ガス等を排出可能な真空ポンプ（図示せず）
に接続される。即ち反応ガスを反応管１４内に供給する
と、反応ガスは、内管１８内の各基板２２の配置位置で
水平に流れ、即ち基板２２の表面に沿って流れ、この時
に基板の所望の処理が行われる。そして、内管１８の多
数の孔から外管１６側に排出され、外管下部方向に流れ
て反応管１４外に排出される。

反応管１４内を気密な処理室として設定するように、蓋
体３６が着脱自在に配設される。蓋体３６には基板２２
を載置する為のボート２４が上方に支持され、これは反
応管１４内の予め定められた高さ位置に配置可能となっ
ている。ボート２４と蓋体３６との間には反応管１４の
熱を逃がさないように保温筒３８が配設される。ボート
２４は耐熱性で且つ反応ガスに対して不活性な材質例え
ば石英からなる。ボート２４には、多数の、例えば２５
枚の被処理基板と、上下に夫々数枚ずつのダミー基板と
を、垂直方向に所定の間隔をおいて積載できるようにな
っている。

蓋体３６にはボート回転機構が配設され、処理に際し反
応管１４の垂直軸を中心にボート上の基板２２を回転で
きるようになっている。基板２２の上記回転は基板上に
おけるエピタキシャル層の均一な形成に貢献する。この
回転機構には、上記蓋体３６の下面に当接して駆動モー
タ４２が設けられ、該モータ４２に、蓋体３６の中心を
貫通して反応管１４内に垂直に延びる回転軸４４が係合
する。回転軸４４は蓋体３６を貫通し、その先端は、ボ
ート２４及び保温筒３８を支持する支持台４６に固定さ
れる。また回転軸４４が蓋体３６を貫通する部分には、
ジャーナル軸受部４８が設けられる。

ジャーナル軸受部４８に隣接して蓋体３６の内側にはシ
ール部材５２が配設され、反応空間の気密性が保持され
るようになっている。シール部材５２は、磁性体微粒子
を流体媒体に高濃度に混ぜ合せた公知の磁性流体を用い
たもので、磁性体である回転軸４４と、蓋体３６に設け
られた永久磁石（図示せず）により、磁性流体の位置が
保持されている。このようなシール部材５２は反応ガス
に対して腐蝕する可能性があるため次のような保護手段
が構成される。

支持台４６の周囲縁部から蓋体３６に向けてリング状の
内側障壁５４が突設され、また該内側障壁を囲むように
、蓋体内面からリング状の外側障壁５６が突設される。

両障壁により、支持台４６と蓋体３６との間で１反応空
間２８からシール部材５２を概ね閉鎖的に包囲する空間
５８が形成される。この空間５８に対しては、蓋体３６
を貫通するガス供給ノズル６２が配設され、他方におい
て該ノズル６２は、例えば水素（Ｈ２）ガスの供給源（
図示せず）に接続される。

少なくとも反応処理中、包囲空間５８少なくともシール
部材５２の部分に対しては、ノズル６２から少量のシー
ルドガスが連続的に供給されるようになっている。ガス
の供給量は、上記包囲空間５８の圧力が反応空間２８の
圧力よりも常に５−１０Ｔｏｒｒ程度高くなるように設
定される。従って処理中の反応空間２８の圧力が例えば
１−１０Ｔｏｒｒであれば、包囲空間５８の圧力は６−
２０Ｔｏｒｒとなる。実際の操作上、シールドガスの供
給量は内側障壁５４と外側障壁５６との間の隙間６４、
即ち包囲空間５８と反応空間２８とを繋ぐガス通路の寸
法に依存して決定されるであろう。このように包囲空間
５８を陽圧に保持することにより、反応ガスが包囲空間
５８内に流入することは困難となり、従って磁性流体は
、反応ガス及び反応ガス相互間の反応から発生する塩化
水素（１１Ｃｌ）等のガスから保護される。

包囲空間５８に供給されるシールドガスは、内側障壁５
４と外側障壁５６との間の隙間６４を通過して反応内管
１４内に流入し、その後は反応ガスと同じ路を辿って最
終的に排気管３４から排出される。従って、シールドガ
スは磁性流体に悪影響を及（さないだけでなく１本処理
装置が本来目的としている処理反応に対して悪影響を及
ぼすものであってはならない。本実施例においては、反
応ガスのうちの１つである水素をシールドガスとして選
択しであるが、他のガスとしては窒素（Ｎ２）、アルゴ
ン（Ａｒ）等の不活性ガスを適当なものとして挙げるこ
とができる。

蓋体３６はボール捩子及びモータ等からなる昇降機構７
４に支持され、この昇降機構７４により蓋体３６上方に
設けられたボート２４が昇降可能となる。即ちボート２
４は、処理部１２と、この処理部１２の下方に設けられ
たローディング部７２との間で可動となっている。ロー
ディング部７２では、多数の基板が積載されたボート２
４が搬送装置（図示せず）により保温筒上に取外し及び
取付けされる。

上述の如く気相エピタキシャル成長の為の熱処理装置が
構成され、この装置は制御部（図示せず）により動作制
御及び条件設定制御される。

次に、上記装置により、シリコン半導体ウェハ基板上に
シリコン（Ｓｉ）薄膜を形成する処理方法について説明
する。

先ず、多数のウェハ基板が積載されたボート２４が、ボ
ート搬送装置（図示せず）によりローディング部７２に
搬送され、ローディング部７２に待機している保温筒３
８上に上記ボートを載置する。次に上記ボート２４を昇
降機構７４により所定量上昇させ、反応管１４内の予め
定められた位置に、反応管１４の内壁に接触することな
く搬入する。この時、上記反応管１４下端部と上記蓋体
３６とが当接することにより、自動的にボート２４が位
置決めされると共に、気密な反応空間が形成される。次
に反応空間が所望の低圧状態例えば１−１０Ｔｏｒｒに
保持するように、反応管１４に連携する真空ポンプ（図
示せず）が作動制御される。また減圧操作と並行して、
予めヒータ２６に電圧が印加され、ヒータにより所望の
温度例えば８００〜１０５０℃に設定する。

上記所望の条件の設定後、マスフローコントローラ等で
流量を調整しつつ反応空間内に反応ガスが所定時間供給
される。この際回転機構のモータ４２が駆動し、モータ
に連携する回転軸及び支、持合が例えば２０ｒｐｍで回
転し、従って支持台４６上の保温筒３８、及び基板を載
置したボート２４も回転する。

これにより反応管内に設置された基板表面に、基板と同
一の結晶軸を有するシリコン（ＳＬ）の単結晶薄膜が成
長する。

上記反応ガスの供給に際し、シールドガス供給ノズル６
２から例えば水素ガスを、磁性流体シール部材５２の包
囲空間５８内にも供給する。シールドガスの供給量は包
囲空間５８の圧力が反応空間２８の圧力よりも高くなる
ように設定されている為、供給された水素ガスは常に１
両障壁間の隙間６４を通って包囲空間５８から反応空間
２８に向けて流れた状態となる。従って反応ガスや、処
理に際して発生するガス等が磁性流体５２の設置位置に
流れ込まないようになり、これ等が磁性流体に悪影響を
及ぼすことはなくなる。反応ガス及びシールドガスは、
内管１８に設けられ多数の孔から外管１６内に流れ、外
管に接続された排気管２４から排気される。シールドガ
スが反応空間２８への流入阻止したい場合は排気路へ流
入するように構成してもよい。

上記シールドガスの供給により、シール部材５２を形成
する磁性流体と腐食ガスとの化学的な反応による望まし
くないガスの発生や、シール部材５２及びひいてはジャ
ーナル軸受部４８等の周辺機器の腐蝕が回避される。よ
って従来の構造において問題であった、ウェハの処理反
応に悪影響を与えて歩留まりの低下を招いたり、メンテ
ナンスが頻繁に必要となって、装置の稼働時間の低下を
招いたりするようなことはなくなる。

上記処理後、反応ガスの供給が停止され、反応空間内が
窒素等の不活性ガスにより置換され、常圧に復帰される
。そして上記処理後の基板２２が載置されたボート２４
が昇降機構７４によりローディング部７２に向けて下ろ
され、処理が終了する。

上記構成により、反応ガスや、処理に際して発生するガ
ス等がシール手段表面に接触しないようになり、これ等
のガスがシール手段に悪影響を及ぼすことはなくなる。

上記反応空間形成手段は例えば反応空間を開放及び閉鎖
する蓋体であり、上記シール手段は例えばジャーナル軸
受部のシールに最適な磁性流体である。

望ましくは、上記シール手段の周囲に、該シール手段を
概ね閉鎖的に包囲する包囲空間が形成され、上記シール
ドガスが上記包囲空間に対して供給され、包囲空間の圧
力が反応空間の圧力よりも常に高く、例えば５−１０Ｔ
ｏｒｒ程度高く保持される。

上記包囲空間は上記反応空間と狭い通路を介して連通ず
ることが可能で、この場合供給されたシールドガスは反
応ガスと共通の流路を通って排気されるであろう。

上記シールドガスはシール部材に悪影響を及ぼさない水
素のような、反応ガスのうちから選択された１種類のガ
スからなるか、或いは、窒素、アルゴン等の不活性ガス
からなることが望ましい。

即ち半導体デバイス等の製造プロセスにおいて用いられ
ている、反応ガスにより基板を処理する為の熱処理装置
が開示される。基板の支持台は処理中に回転可能で、そ
の回転軸が反応管の蓋体を貫通する０貫通部にはジャー
ナル軸受部と、磁性流体シール部材とが配設される。シ
ール部材の周囲に、該部材を概ね閉鎖的に包囲する包囲
空間が形成され、包囲空間は反応空間と狭い通路を介し
て連通ずる。処理中包囲空間に対してシールドガスが供
給され、包囲空間は反応空間より陽圧に維持される。従
って反応ガスや、処理に際して発生するガス等がシール
部材に接触しないようになり。

これ等のガスがシール部材に悪影響を及ぼすことはなく
なる。シールドガスは包囲空間から上記通路を通って反
応空間に至り１反応ガスと同じ流路を辿って排気される
。

以上望ましい実施例に従って説明されてきたが。

これら実施例に対しては、本発明の範囲を逸脱すること
なく種々の変更、改良が可能となることは明白である。

例えば、本発明は気相エピタキシャル成長用の処理装置
でなくとも、拡散及び酸化装置、アニール装置等の熱処
理装置、或いは、スパッタリング、エツチング、アッシ
ング、イオン注入等の処理装置にも適用可能である。回
転機構は、モータと回転軸とを直結したものについて説
明したが、例えばモータからの駆動を、プーリとタイミ
ングベルトとを介して回転軸に伝達する構造とすること
ができる。ジャーナル軸受部のシール部材は、磁性流体
を用いた場合だけでなく、０リング、ベローズ等、他の
手段を用いてもよい。被処理体は、半導体ウェハでなく
とも、ＴＶ画面等に用いられる液晶表示基板（ＬＣＤ）
等でもよい。

上記実施例では半導体や液晶表示基板製造工程における
反応工程に適用したが、化学プラントの反応工程でも反
応空間にシール領域を有する構造の反応装置であれば何
れにも適用できる。

（作用効果） 以上説明したように本発明によれば処理ガスに対して腐
蝕性部材を処理期間シールドガスにより保護した状態で
処理するので、所望する処理を実行でき、処理容器の長
寿命化の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である気相エピタキシャル成
長用の熱処理装置を示す要部拡大図、第２図は第１図図
示装置の全体の概要を示す為の縦断正面図である。 図において ２８：反応空間　　　　　３６：蓋　体４４：回転軸　
　　　　　４６：支持台４８：ジャーナル軸受部 ５２：磁性流体シール部材 ５４：内側障壁　　　　　５６：外側障壁５８：包囲空
間

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）処理容器内に収容された被処理体に処理ガスを供
   給して被処理体の処理を行う装置において上記処理容器
   の一部に設けられた上記処理ガスに対して腐飾性部材と
   、この腐飾性部材に対してシールドするガスを供給する
   シールドガス供給管と、このシールドガス供給管から少
   なくとも上記処理ガス供給期間シールドガスを供給する
   手段とを具備してなることを特徴とする処理装置。
2. （２）処理容器内に収容された被処理体を処理ガスによ
   り処理する方法において、少なくとも上記処理ガスを上
   記被処理体に供給している期間上記処理容器構成部の上
   記処理ガスに対して反応する部分にシールドガスを供給
   して保護する工程を具備してなることを特徴とする処理
   方法。