WO2006068260A1 - 半導体ウエハ縦型熱処理装置用磁性流体シールユニット - Google Patents

半導体ウエハ縦型熱処理装置用磁性流体シールユニット Download PDF

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WO2006068260A1
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fluid seal
unit
shaft
reaction vessel
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PCT/JP2005/023693
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Inventor
Yasuyuki Shimazaki
Manabu Noguchi
Original Assignee
Rigaku Corporation
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4409—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber characterised by sealing means
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67126—Apparatus for sealing, encapsulating, glassing, decapsulating or the like

Definitions

  • a plurality of substrates to be processed are held by a holder at a predetermined interval in the vertical direction, and the reaction container is rotated while rotating the holder in a high-temperature reaction container of slight preload or vacuum.
  • the present invention relates to a magnetic fluid seal unit incorporated in a vertical heat treatment apparatus configured to perform heat treatment on a substrate to be processed.
  • This type of vertical heat treatment apparatus is used for semiconductor wafer film formation, oxidation treatment, annealing treatment, impurity diffusion treatment, and the like.
  • a wafer boat holding semiconductor wafers at regular intervals in the vertical direction is accommodated in the reaction vessel from below, and then the lower end opening of the reaction vessel is covered with the bottom lid. It is configured to be sealed by the body.
  • the holder is rotationally driven in the reaction vessel in order to uniformly heat the semiconductor wafer.
  • a magnetic fluid seal unit is incorporated at the bottom of the reaction vessel.
  • the magnetic fluid seal unit has a bearing that rotatably supports a rotating shaft that penetrates the bottom lid of the reaction vessel, and a leak that prevents the reaction gas supplied into the reaction vessel from leaking.
  • the unit has a built-in seal to prevent outside air from entering.
  • the unit main body is formed in a cylindrical shape, and is attached to the bottom lid so that the hollow portion communicates with the shaft hole of the bottom lid of the reaction vessel.
  • the bearing is built in the lower part of the unit body and supports the rotating shaft.
  • the seal part is generally built in the upper part of the unit body, and seals the gap between the unit body and the rotating shaft. In this seal part Magnetic fluid is used. The reason why the magnetic fluid seal is provided in the upper part of the unit body is that the contamination generated from the bearing does not enter the reaction vessel and that the reaction gas and reaction byproducts used in the heat treatment This is in order not to impair the function.
  • the reactive gas and reaction by-product gas supplied into the reaction vessel contact the magnetic fluid in the seal portion through the shaft hole.
  • reaction by-products are generated, which adhere to the magnetic fluid, the surface of the rotating shaft, and the surface of the shaft hole of the unit body.
  • magnetic by-products, reaction by-products adhering to the surface of the rotating shaft, and the surface of the shaft hole of the unit body cause particles.
  • the seal part provided in the upper part of the unit main body is close to the bottom cover body of a high temperature reaction container, it is easy to receive high heat, and it is necessary to prevent deterioration of magnetic fluid by this.
  • a water cooling part is provided inside the unit body on the outer periphery of the seal part for cooling. Cooling not only lowers the temperature of the magnetic fluid but also the surrounding temperature, so it promotes adhesion of reaction byproducts and induces the generation of particles.
  • an outer shell member 1 0 1 is attached to the lower end of the rotary shaft 1 100, A structure in which a seal portion 10 3 (magnetic fluid seal portion) and a bearing portion 10 4 are arranged outside the main body 10 2 (fixing member) to separate them from the bottom lid 10 5 of the reaction vessel Is adopted. Further, a gas supply path 10 06 for supplying purge gas to a gap between the rotating shaft 100 and the unit body 10 2 is provided on the bottom cover body 10 5 side of the reaction vessel with respect to the seal portion 10 3. This prevents the reaction gas and reaction by-product gas from the reaction vessel from coming into contact with the seal portion 103.
  • the magnetic fluid seal unit is constructed as in the prior art shown in FIG.
  • the purge gas supply part by the gas supply path 10 6 is separated from the seal part. Therefore, a gas flow is formed in the gap A from the purge gas supply part 10 6 to the magnetic fluid seal part 10 3.
  • Contamination, impure gas (water vapor, reaction by-product gas, etc.), particles, etc. are likely to stay and contaminate the semiconductor wafer being heat-treated for some reason and entering the reaction vessel. In the long term, it may cause deterioration of the magnetic fluid.
  • the bearing section 10 4 is located near the bottom cover 10 5 of the reaction vessel where the temperature is high, it is easily affected by high heat, and the bearing performance may be deteriorated or the function may be stopped. There is a possibility that a cooling part must be provided above the part. And this has the possibility of inducing the generation of the above-mentioned particles.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and a retention portion in which contamination, impure gas (water vapor, reaction by-product gas, etc.), particles, and the like are retained between the unit main body and the rotating shaft. Eliminates cooling by water cooling and eliminates air cooling and the corresponding structure. Adsorption of high heat and impure gas, deterioration of magnetic fluid due to adhesion of reaction byproducts, generation of particles, high temperature bearing The purpose is to suppress performance degradation, function stop, and generation of particles. Disclosure of the invention
  • a plurality of substrates to be processed are held at a certain interval in the vertical direction by a holding tool, and the holding tool is rotated in a reaction container having a high pre-pressure or vacuum temperature.
  • a magnetic fluid seal unit incorporated in a vertical heat treatment apparatus configured to perform heat treatment on a substrate to be processed,
  • a rotating shaft that enters the reaction vessel through a shaft hole formed in the bottom of the reaction vessel and transmits a rotational driving force to the holder;
  • a cylindrical unit body that is mounted on the outside of the bottom of the reaction vessel, has a support hole communicating with the shaft hole, and the rotation shaft is inserted into the support hole;
  • An outer shell member that is fixed to the lower end of the rotating shaft and goes around from the lower part of the unit body to the outer periphery; a magnetic fluid seal portion that seals a gap between the rotating shaft and the unit body using a magnetic fluid;
  • a bearing provided at the lower end of the unit body between the unit body and the outer shell member
  • the magnetic fluid seal portion is incorporated in a lower position of the unit body that reduces the influence of heat.
  • a heat radiating means is formed in the unit main body between the portion attached to the bottom of the reaction vessel and the portion where the magnetic fluid seal portion is incorporated.
  • the heat dissipating means can be configured to have a minimum necessary cross-sectional area in which the cross-sectional area of the unit body is smaller than the part where the magnetic fluid seal portion is incorporated. This minimizes heat conduction.
  • the heat dissipating means can also be composed of heat dissipating fins formed on the outer surface of the unit body.
  • the rotating shaft has a hollow portion formed on the central axis over a certain length from the lower end, and a heat conducting shaft formed of a material having a higher thermal conductivity than the rotating shaft is inscribed in the hollow portion. It is preferable to have a built-in configuration.
  • the heat conduction axis has a function of forming a probe for efficiently conducting heat, and is inscribed at an arbitrary position on the inner wall of the hollow portion in consideration of the intended heat conduction efficiency. Is preferred.
  • the heat conduction axis is movable in the axial direction.
  • a pair or a plurality of concentric labyrinths having the same center as that of the rotating shaft between the rotating shaft and the unit main body at a position near the shaft hole formed at the bottom of the reaction vessel. Is preferably formed. As a result, a uniform gas purge can be performed around the rotating shaft, and a gas retention portion can be eliminated.
  • the purge gas is uniformly supplied from the gas supply unit to the gap between the rotary shaft and the unit body at a position near the magnetic fluid seal unit.
  • the purge gas is uniformly supplied from the gas supply unit to the gap between the rotary shaft and the unit body at a position near the magnetic fluid seal unit.
  • impure gas water vapor, reaction by-product gas, etc.
  • particles, etc. between the fluid seal and contamination of the heat-treated wafer or deterioration of the magnetic fluid over the long term. No fear.
  • water cooling since water cooling is not used, supercooling is eliminated and adhesion of reaction byproducts can be prevented, and generation of particles can be suppressed.
  • the heat conduction shaft that can be installed in the hollow portion of the rotating shaft extends the heat treatment temperature range in which the magnetic fluid seal can be set to the optimum temperature for different heat treatment temperatures, and can suppress deterioration of the magnetic fluid due to high heat.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a vertical heat treatment apparatus in which a magnetic fluid seal unit according to an embodiment of the present invention is incorporated.
  • FIG. 2 is a front sectional view showing a configuration example of the magnetic fluid seal unit according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a front sectional view showing another configuration example of the magnetic fluid seal unit according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a front sectional view showing still another configuration example of the magnetic fluid seal unit according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a front sectional view showing a configuration example of a conventional magnetic fluid seal unit.
  • BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A preferred embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a vertical heat treatment apparatus in which a magnetic fluid seal unit according to an embodiment of the present invention is incorporated.
  • the bottom of the reaction vessel 1 is open, and the bottom opening is closed by the bottom lid 2.
  • this bottom lid 2 also forms part of the reaction vessel 1.
  • the bottom cover 2 can be moved up and down, and a shaft hole 2 a is formed at the center thereof.
  • the upper part of the rotary shaft 20 protrudes to the upper surface side through the shaft hole 2 a.
  • a turntable 3 is mounted on the upper end of the rotary shaft 20, and a wafer boat 5 (holding tool) is placed on the upper surface of the turntable 3 via a heat insulating cylinder 4.
  • the wafer boat 5 is a member that holds the semiconductor wafers W (substrates to be processed) at regular intervals in the vertical direction.
  • the turntable 3, the heat insulating cylinder 4 and the wafer boat 5 are also moved up and down together with the bottom cover 2.
  • the reaction vessel 1 has an exhaust pipe 6 and a gas supply pipe 7 communicating with each other.
  • the reaction vessel 1 is evacuated through the exhaust pipe 6 and then the reaction gas is supplied from the gas supply pipe 7 into the reaction vessel 1. Is done.
  • a heating furnace 8 is disposed on the outer periphery of the reaction vessel 1, and the semiconductor wafer W held in the wafer port 5 is heated and heat-treated by the radiant heat from the heating furnace 8.
  • a magnetic fluid seal unit 10 according to this embodiment is attached to the bottom lid 2.
  • FIGS. 2 to 4 are front sectional views showing the configuration of the magnetic fluid seal unit according to the present embodiment.
  • the magnetic fluid seal unit 10 includes the rotary shaft 20 described above, the unit main body 30, the magnetic fluid seal portion 40, the gas supply path 50, the outer shell member 60, and the bearing portion 70.
  • main The main part is configured.
  • the unit body 30 is made of a non-magnetic material, and a support hole 31 through which the rotary shaft 20 is inserted is formed in the center shaft portion so as to penetrate vertically. Further, a flange 32 is formed at the upper end of the unit body 30, and this flange 32 constitutes a mounting portion for the bottom lid 2. The flange 3 2 is attached to the lower surface of the bottom lid 2 with a fastener such as Porto.
  • a concave groove 2 b is formed around the lower surface of the bottom lid 2 around the shaft hole 2 a, while a convex portion that fits into the concave groove 2 b is formed on the upper surface of the flange 3 2.
  • 3 2 a is formed.
  • An O-ring 33 is provided at the step between the groove 2 b and the convex 3 2 a, and the fitting portion is hermetically sealed by the O-ring 33.
  • the protrusion 3 2 a of the flange 3 2 has a notch 3 2 b formed continuously from the support hole 3 1 at the center of the upper surface, and the bottom surface of the notch 3 2 b has a concentric upward shape. Multiple ridges are formed.
  • a disk member 3 4 is attached to a portion of the outer periphery of the rotary shaft 20 facing the notch 3 2 b, and a plurality of downward protrusions are formed concentrically on the lower surface of the disk member 3 4. It is. These ridges mesh with each other, forming a zigzag labyrinth 35 between them.
  • a slight gap is formed between the upper surface of the disk member 3 4 mounted on the outer periphery of the rotary shaft 20 and the ceiling surface of the concave groove 2 b formed in the bottom lid 2. This gap communicates with the gap between the shaft hole 2a and the rotary shaft 20. Further, the gap between the disk member 3 4 and the bottom cover 2 communicates with the outer opening of the labyrinth 35, and the inner opening of the labyrinth 35 is formed below the disk member 3 4.
  • the flange 3 2 communicates with the gap between the body and the rotary shaft 20.
  • a magnetic fluid seal portion 40 is provided along the support hole 31 at the lower position of the unit body 30.
  • the magnetic fluid seal portion 40 is filled in a gap between the cylindrical pole piece 41 attached to the unit body 30 and the inner peripheral surface of the pole piece 41 and the outer peripheral surface of the rotary shaft 20.
  • the magnetic fluid is composed of 4 and 2.
  • the pole piece 4 1 has a permanent magnet 4 3 incorporated therein.
  • the rotating shaft 20 is made of a magnetic metal. For this reason, a magnetic circuit is formed between the permanent magnet 4 3 incorporated in the pole piece 41 and the rotating shaft 20 via the magnetic fluid 42, and the magnetic fluid 4 has a magnetic force acting on the magnetic circuit. 2 is held in the gap.
  • the gas supply path 50 is closer to the reaction vessel 1 than the magnetic fluid seal portion 40 and in the vicinity of the magnetic fluid seal portion 40, and is between the rotary shaft 20 and the unit body 30.
  • a purge gas such as nitrogen gas is supplied to the gap from this portion.
  • a group 51 having a larger volume than the other gaps is formed in the gap where the purge gas is supplied from the gas supply path 50.
  • the group 51 can be formed by providing concave stripes on the inner wall of the unit body 30 or the outer periphery of the rotary shaft 20.
  • the outer shell member 60 is formed into a shallow bottomed cylindrical shape (a bowl shape), the center portion is fixed to the lower end of the rotating shaft 20, and rotates integrally with the rotating shaft 20.
  • the inner bottom surface of the outer shell member 60 faces the bottom surface of the unit body 30, and the inner side surface of the outer shell member 60 faces the outer peripheral surface of the unit body 30. That is, the outer shell member 60 is arranged so as to go around from the lower side of the unit main body 30 to the outer periphery. Between the inner surface of the outer shell member 60 and the outer peripheral surface of the unit main body 3 ⁇ , a bearing portion 70 made of ball bearing or the like is provided.
  • a driven gear 80 is fixed to the outer peripheral surface of the outer shell member 60, and meshes with the drive gear 8 2 mounted on the drive shaft of the drive motor 8 1 to rotate the rotational drive force from the drive motor 8 1.
  • Each gear constitutes a speed reduction mechanism.
  • the unit body 30 has an intermediate part sandwiched between the flange 3 2 which is the attachment part to the bottom lid 2 of the reaction vessel 1 and the magnetic fluid seal part 40 and the magnetic fluid seal part 40.
  • the small-diameter portion 36 has a smaller cross-sectional area than the portion. Furthermore, this small diameter part
  • the outer surface of 36 is formed with heat dissipating fins 37 to ensure a large surface area.
  • the rotary shaft 20 has a hollow portion 21 formed on the center axis from the lower end over a certain length.
  • the heat conduction shaft 2 2 is detachable in the hollow portion 21.
  • a female screw is formed on the inner wall of the hollow portion 21, and a male screw is formed on the outer peripheral surface of the heat conduction shaft 22, and the heat conduction shaft 22 is formed by screwing the female screw and the male screw. Can be moved to any position.
  • the heat conduction axis 22 is formed of a material having a higher thermal conductivity than the rotation axis 20.
  • the heat conduction shaft 22 can be made of aluminum alloy or copper alloy.
  • the magnetic fluid seal part 40 is provided at the lower position of the unit body 30 that is remote from the reaction vessel 1, so that the rotary shaft 20 is passed through the reaction vessel 1. There is little influence of transmitted heat.
  • the small diameter portion 36 of the unit body 30 having a small cross-sectional area is interposed between the reaction vessel 1 and the magnetic fluid seal portion 40, the amount of heat conduction is reduced here.
  • the heat dissipating fins 37 are formed on the outer surface of the small diameter portion 36, it is difficult for heat to be transmitted to the magnetic fluid seal portion 40 as heat is dissipated to the atmosphere. By providing such heat radiation means, it is possible to suppress deterioration of the magnetic fluid 42 filled in the magnetic fluid seal portion 40 due to heat.
  • a hollow portion 21 is formed in the central shaft portion of the rotary shaft 20, and the temperature of the magnetic fluid seal portion 40 is reduced by making the heat conduction shaft 22 2 detachable from the hollow portion 21. Can be adjusted by the position of the heat conduction axis 22. Since the outer periphery of the rotary shaft 20 is close to the atmosphere via the unit body 30, heat is easily cooled, while the central shaft portion of the rotary shaft 20 is hot. For this reason, the amount of heat transmitted through the rotary shaft 20 is large at the central shaft portion. By forming the hollow portion 21 in the central shaft portion, it becomes possible to further delay heat conduction.
  • the magnetic fluid 42 in the magnetic fluid seal part 40 is raised to an appropriate temperature, so that the heat in the reaction vessel 1 must be positively transferred to the magnetic fluid seal part 40. May occur. In this case, for example, as shown in FIG. If 2 is inserted into the hollow portion 21, heat can be quickly transferred to the magnetic fluid seal portion 40 via the heat conduction shaft 22.
  • the amount of heat transfer can be adjusted somewhat depending on the diameter of the heat conducting shaft 22 and the length and position of insertion into the hollow portion 21. If you want to lower the temperature of the magnetic fluid seal, place the tip of the heat transfer shaft 2 2 slightly above the vicinity of the upper end of the magnetic fluid seal, for example, as shown in Figure 3, and the base end is the lower end of the rotating shaft. By projecting more outward, and forming the radiation fins 22a at the projecting portions, heat can be efficiently dissipated to the atmosphere, and the temperature of the magnetic fluid seal portion 40 can be lowered.
  • a male screw portion 2 2 b is formed only at the distal end portion of the heat conduction shaft 22, and this distal end portion is inscribed in the hollow portion inner wall of the rotary shaft 20, and the base end is
  • the structure that protrudes to the outside from the lower end surface of the rotating shaft and the heat radiation fins 2 2 a are formed at the projected portions can also efficiently dissipate heat to the atmosphere, and the temperature of the magnetic fluid seal 40 can be lowered.
  • the intermediate portion of the heat conduction shaft 22 has a small diameter and is not inscribed in the hollow portion inner wall of the rotating shaft 20.
  • the purge gas supplied from the gas supply path 50 reaches the shaft hole 2 a of the bottom lid 2 through the labyrinth 35 through the gap between the unit body 30 and the rotary shaft 20, and the shaft hole 2 a Are fed into the reaction vessel 1. Therefore, the reaction gas filling the reaction vessel 1 leaks from the shaft hole 2a.
  • the purge gas supply section is provided close to the magnetic fluid seal section 40, contamination, impure gas (water vapor, reaction by-product gas, between the purge gas supply section and the magnetic fluid section 40, Others), there is no possibility of particles or the like remaining, and there is no risk of contamination of the heat-treated wafer and deterioration of the magnetic fluid over the long term.
  • the purge gas is uniformly supplied from the gas supply unit to the gap between the rotary shaft and the unit body at a position near the magnetic fluid seal unit.
  • the purge gas is uniformly supplied from the gas supply unit to the gap between the rotary shaft and the unit body at a position near the magnetic fluid seal unit.
  • impure gas water vapor, reaction by-product gas, etc.
  • particles, etc. between the fluid seal and contamination of the heat-treated wafer or deterioration of the magnetic fluid over the long term. No fear.
  • water cooling since water cooling is not used, supercooling is eliminated and adhesion of reaction byproducts can be prevented, and generation of particles can be suppressed.
  • the heat conduction shaft that can be installed in the hollow portion of the rotating shaft extends the heat treatment temperature range in which the magnetic fluid seal can be set to the optimum temperature for different heat treatment temperatures, and can suppress deterioration of the magnetic fluid due to high heat.

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Abstract

回転軸(20)の下端には、ユニット本体(30)の下方から外周へと回り込む外殻部材(60)が固定されている。回転軸(20)とユニット本体(30)との間の隙間は、磁性流体シール部(40)によって磁気シールされている。また、ユニット本体(30)と外殻部材(60)との間あって、ユニット本体(30)の下端部分に、軸支部(70)が設けられている。さらに、磁性流体シール部(40)よりも反応容器側であってかつ磁性流体シール部(40)の近傍位置において、回転軸(20)とユニット本体(30)との間の隙間にパージガスが供給される。

Description

明 細 書 半導体ウェハ縦型熱処理装置用磁性流体シールユニット
技術分野
この発明は、 複数の被処理基板を保持具によつて縦方向に一定間隔をあけて保持 するとともに、 微予圧ないし真空の高温の反応容器内で当該保持具を回転させなが ら、 反応容器内の被処理基板に対し熱処理を行う構成の縦型熱処理装置に組み込ま れる磁性流体シールュニットに関する。 背景技術
この種の縦型熱処理装置は、 半導体ウェハの成膜処理や、 酸化処理、 ァニ一ル処 理、 不純物の拡散処理などに利用されている。
この種の縦型熱処理装置は、 半導体ウェハを縦方向に一定間隔をおいて保持した ウェハボート （保持具） を、 反応容器内へ下方から収容した後、 反応容器の下端開 口部を底部蓋体によって密閉する構成となっている。
保持具は、 半導体ウェハを均一に熱処理するため反応容器内で回転駆動される。 このため、 反応容器の底部には磁性流体シールユニットが組み込まれている。 磁性 流体シールュニットは、 反応容器の底部蓋体を貫通する回転軸を回転自在に支持す る軸受け部と、 反応容器内に供給される反応ガスのリーク（漏れ）を防止するためと 反応容器内に外気が侵入することを防止するためのシール部とをュニット本体に内 蔵している。
一般に、 ユニット本体は、 筒状に構成され、 その中空部が反応容器の底部蓋体の 軸孔と連通するように、 底部蓋体に装着してある。 軸受け部はユニット本体の下部 に内蔵されて回転軸を支持する。 シール部は、 概ね、 ユニット本体の上部に内蔵さ れており、 ユニット本体と回転軸との間の隙間をシールしている。 このシール部に は磁性流体が用いられている。 磁性流体によるシール部が、 ユニット本体の上部に 設けられている理由は軸受けから発生するコンタミネーションゃパーティクルを反 応容器内に侵入させないことと熱処理に用いられる反応ガスや反応副生成物により 軸受けの機能を損なわないようにするためである。
上記構成の磁性流体シールュニットは、 シール部が反応容器の近くに位置するた め、 反応容器内に供給される反応性ガスや反応副生成ガスが、 軸孔を通してシール 部の磁性流体に接触して磁性流体に吸着されたりまた冷やされると、 反応副生成物 が生成され、 これが磁性流体、 回転軸表面、 ユニット本体の軸孔表面に付着するな どして、 磁性流体の劣化を生じ、 磁性流体の短寿命化、 リーク、 回転軸の固着など を生じる原因となる。 さらに、 磁性流体、 回転軸表面、 ユニット本体の軸孔表面に 付着した反応副生成物はパーティクル発生の原因となる。
そして、 ュニット本体の上部に設けられているシール部は高温の反応容器の底部 蓋体に近いため高熱を受けやすく、 これによる磁性流体の劣化を防止する必要があ る。
一般には、 磁性流体シール部を冷却するためにシール部の外周のュニット本体内 部に水冷部を設け冷却している。 冷却は磁性流体の温度のみならず周囲の温度を下 げるため反応副生成物の付着を促進しパーティクルの発生を誘因する。
そこで、 特開 2 0 0 0— 2 1 6 1 0 5号公報に開示された従来技術では、 図 5に 示すように、 回転軸 1 0 0の下端に外殻部材 1 0 1を取り付け、 ユニット本体 1 0 2 (固定部材） の外側にシール部 1 0 3 (磁性流体シール部） と軸受部 1 0 4とを 配置することで、 これらを反応容器の底部蓋体 1 0 5から離間させる構成を採用し ている。 さらに、 シール部 1 0 3よりも反応容器の底部蓋体 1 0 5側において、 回 転軸 1 0 0とュニット本体 1 0 2との間の隙間にパージガスを供給するガス供給路 1 0 6を連通させ、 これにより反応容器からの反応ガスや反応副生成ガスがシール 部 1 0 3に接触することを防止している。
しかしながら、 磁性流体シールュニットを図 5に示した上記従来技術のように構 成した場合、 ガス供給路 1 0 6によるパージガスの供給部がシール部と離間してい るため、 パージガス供給部 1 0 6から磁性流体シール部 1 0 3にかけての隙間 Aは、 ガスの流れが形成されない滞留部となりコンタミネーシヨン、 不純ガス（水蒸気、 反応副生成ガス、 その他）、 パーティクルなどが滞留し易く何らかの原因により反 応容器に侵入し熱処理される半導体ゥェハを汚染する可能性がある。 長期的にみれ ば磁性流体の劣化の原因にもなるおそれがある。
さらに軸受け部 1 0 4が高温になる反応容器の底部蓋体 1 0 5の近くに位置する ため高熱の影響を受けやすく軸受けの性能低下、 機能停止等のおそれと、 これを防 止するため軸受け部の上方に冷却部を設けなければならない可能性もある。 そして、 これが上述したパーティクルの発生を誘因する可能性をもっている。
本発明は、 上述した事情に鑑みてなされたもので、 ユニット本体と回転軸との間 にコンタミネーシヨン、 不純ガス（水蒸気、 反応副生成ガス、 その他）、 パーテイク ルなどが滞留する滞留部を完全になくすとともに、 水冷による冷却を廃し、 空冷と それに対応する構造を採用し.、. 高熱や不純ガスの吸着、 反応副生成物の付着による 磁性流体の劣化、 パーティクルの発生、 高温による軸受けの性能低下または機能停 止、 パーティクルの発生等を抑制することを目的とする。 発明の開示
本発明は、 複数の被処理基板を保持具によつて縦方向に一定間隔をあけて保持す るとともに、 微予圧ないし真空の高温の反応容器内で当該保持具を回転させながら、 反応容器内の被処理基板に対し熱処理を行う構成の縦型熱処理装置に組み込まれる 磁性流体シールュニッ卜であって、
反応容器の底部に形成された軸孔を通して反応容器内に進入し、 保持具に回転駆 動力を伝達する回転軸と、
反応容器の底部外側に装着されるとともに、 軸孔と連通する支持孔を有し、 この 支持孔内に回転軸が挿通される筒状のュニット本体と、 回転軸の下端に固定され、 ュニット本体の下方から外周へと回り込む外殻部材と、 回転軸とユニット本体との間の隙間を、 磁性流体を用いてシールする磁性流体シ ール部と、
ュニット本体と外殻部材との間で前記ュニット本体の下端部に設けられた軸受部 と、
磁性流体シール部よりも反応容器側であってかつ磁性流体シール部の近傍位置に おいて、 回転軸とュニット本体との間の隙間にパージガスを供給するガス供給路と、 を備えたことを特徴とする。
ここで、 磁性流体シール部は、 熱の影響を小さくするユニット本体の下部位置に 組み込むことが好ましい。
また、 ユニット本体には、 反応容器の底部への装着部と磁性流体シール部の組込 み部分との間に、 放熱手段を形成することが好ましい。
放熱手段は、 ュニット本体の横断面積が磁性流体シール部の組込み部分よりも小 さくした必要最小限の横断面積の構成とすることができる。 これにより熱の伝導量 を最小限にすることができる。 また、 放熱手段は、 ユニット本体の外表面に形成し た放熱フィンで構成することもできる。
回転軸は、 中心軸上に下端から一定長さにわたり形成された中空部を有し、 かつ この中空部に当該回転軸よりも熱伝導率の高い材料で形成された熱伝導軸が内接し て組み込んだ構成とすることが好ましい。 ここで、 熱伝導軸は、 効率的に熱を伝導 するためのプリッジを形成する機能を有しており、 意図する熱伝導効率を考慮して、 中空部内壁における任意の箇所に内接させることが好ましい。 なお、 熱伝導軸は、 軸方向に移動可能とする。
ガス供給路からパージガスが供給される隙間部分には、 他の隙間部分よりも大き な容積を有するグループを形成することが好ましい。
さらに、 反応容器の底部に形成された軸孔の近傍位置で、 回転軸とユニット本体 との間に前記回転軸と中心を同一とする同心円状の一対または複数対のラビリンス を形成することが好ましい。 これにより、 回転軸の周囲に均等なガスパージが可能 となり、 ガスの滞留部をなくすことができる。
上記構成の本発明によれば、 磁性流体シール部の近傍位置において、 ガス供給部 から回転軸とュニット本体との間の隙間にパージガスが均等に供給されるので、 当 該パージガスの供給部と磁性流体シール部との間で、 コンタミネーシヨン、 不純ガ ス（水蒸気、 反応副生成ガス、 その他）、 パーティクルなどが滞留するおそれがなく 熱処理されるウェハの汚染や長期的にみた磁性流体の劣化のおそれがなくなる。 ま た水冷を使用しないことから過冷却がなくなり反応副生成物の付着を防止できパー ティクルの発生を抑制できる。
さらに高熱による軸受けの性能低下、 機能停止も抑制することができる。
回転軸の中空部に装着可能な熱伝導軸により磁性流体シール部を異なる熱処理温 度に対して最適温度に設定可能な熱処理温度範囲が広がり高熱による磁性流体の劣 化を抑制できる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施の形態に係る磁性流体シールュニットが組み込まれる縦型 熱処理装置の構成例を示す図である。
図 2は、 本発明の実施形態に係る磁性流体シールュニッ卜の構成例を示す正面断 面図である。
図 3は、 本発明の実施形態に係る磁性流体シールュニッ卜の他の構成例を示す正 面断面図である。
図 4は、 本発明の実施形態に係る磁性流体シールュニッ卜の更に他の構成例を示 す正面断面図である。
図 5は、 従来の磁性流体シールュニッ卜の構成例を示す正面断面図である。 発明を実施するための最良の形態 本発明に係る好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。
まず、 図 1を参照して縦型熱処理装置の反応容器とその底部近傍の構成を説明す る。 図 1は本発明の実施の形態に係る磁性流体シールュニッ卜が組み込まれる縦型 熱処理装置の構成例を示す図である。
反応容器 1は底部が開口しており、 この底部開口部は底部蓋体 2によって閉塞さ れる。 図 1に示す構成では、 この底部蓋体 2も反応容器 1の一部を構成する。 底部 蓋体 2は、 昇降自在となっており、 その中心部に軸孔 2 aが形成されており、 この 軸孔 2 aを貫通して回転軸 2 0の上部が上面側に突き出している。
回転軸 2 0の上端にはターンテーブル 3が装着され、 このターンテーブル 3の上 面に保温筒 4を介してウェハボート 5 (保持具） が载置されている。 ウェハボート 5は、 半導体ウェハ W (被処理基板） を縦方向に一定間隔をあけて保持する部材で ある。 これらターンテーブル 3、 保温筒 4およびウェハボート 5も底部蓋体 2と一 体に昇降する。
そして、 下降位置にてウェハボート 5に半導体ウェハ Wが配置され、 上昇位置で はウェハボート 5が反応容器 1内に収容されるとともに、 同容器 1の底部開口部が 底部蓋体 2によって閉塞される。 反応容器 1内には、 排気管 6とガス供給管 7が連 通しており、 排気管 6を通して反応容器 1内が真空排気され、 続いてガス供給管 7 から反応ガスが反応容器 1内へ供給される。
さらに、 反応容器 1の外周には加熱炉 8が配設してあり、 加熱炉 8からの放射熱 によってウェハポート 5に保持された半導体ウェハ Wが加熱され熱処理される。 底部蓋体 2には、 本実施形態に係る磁性流体シールュニット 1 0が装着されてい る。
図 2乃至図 4は本実施形態に係る磁性流体シールュニットの構成を示す正面断面 図である。
磁性流体シールユニット 1 0は、 上述した回転軸 2 0と、 ユニット本体 3 0と、 磁性流体シール部 4 0と、 ガス供給路 5 0と、 外殻部材 6 0と、 軸受部 7 0とで主 要部が構成されている。
ユニット本体 3 0は、 非磁性体で構成されており、 中心軸部に回転軸 2 0を挿通 する支持孔 3 1が上下に貫通して形成してある。 さらに、 ユニット本体 3 0の上端 部にはフランジ 3 2が形成してあり、 このフランジ 3 2が底部蓋体 2への装着部を 構成している。 フランジ 3 2は、 ポルト等の締結具により底部蓋体 2の下面に装着 される。
ここで、 底部蓋体 2には軸孔 2 aを中心としてその下面周囲に凹溝 2 bが形成し てあり、 一方、 フランジ 3 2の上面にはこの凹溝 2 bに嵌合する凸部 3 2 aが形成 してある。 凹溝 2 bと凸部 3 2 aとの間の段差部分には O—リング 3 3が設けてあ り、 この O—リング 3 3により嵌合部分が密閉されている。
フランジ 3 2の凸部 3 2 aには、 その上面中央部に支持孔 3 1から連続して切欠 部 3 2 bが形成してあり、 切欠部 3 2 bの底面には同心円状に上向きの突条が複数 形成してある。 また、 回転軸 2 0の外周において、 切欠部 3 2 bに対向する部位に は円盤部材 3 4が装着してあり、 この円盤部材 3 4の下面に下向きの突条が同心円 状に複数形成してある。 これらの突条がかみ合って、 その間にジグザグ状のラビリ ンス 3 5が形成されている。
回転軸 2 0の外周に装着された円盤部材 3 4の上面と、 底部蓋体 2に形成した凹 溝 2 bの天井面との間には、 僅かな隙間が形成されるようになっており、 この隙間 が軸孔 2 aと回転軸 2 0との間の隙間に連通している。 さらに円盤部材 3 4と底部 蓋体 2との間の隙間はラビリンス 3 5の外側開口部に連通しており、 ラビリンス 3 5の内側開口部は、 円盤部材 3 4よりも下側に形成されたフランジ 3 2本体と回転 軸 2 0との間の隙間に連通している。
ュニット本体 3 0の下部位置には、 支持孔 3 1に沿って磁性流体シール部 4 0が 設けられている。
磁性流体シール部 4 0は、 ュニット本体 3 0に装着された円筒状のポールピース 4 1と、 このポールピース 4 1の内周面と回転軸 2 0の外周面との間の隙間に充填 された磁性流体 4 2とで構成されている。 ポールピース 4 1には永久磁石 4 3が組 み込まれている。 回転軸 2 0は磁性体金属で構成してある。 このため、 磁性流体 4 2を介して、 ポールピース 4 1に組み込まれた永久磁石 4 3と、 回転軸 2 0との間 に磁気回路が形成され、 この磁気回路に作用する磁力をもって磁性流体 4 2が隙間 に保持されている。
ガス供給路 5 0は、 磁性流体シール部 4 0よりも反応容器 1側であってかつ磁性 流体シール部 4 0の近傍位置において、 回転軸 2 0とュニット本体 3 0との間の隙 間に連通しており、 この部分から当該隙間に窒素ガス等のパージガスを供給する。 ガス供給路 5 0からパージガスが供給される隙間部分には、 他の隙間部分よりも大 きな容積を有するグループ 5 1が形成してある。 グループ 5 1は、 ュニット本体 3 0の内壁または回転軸 2 0の外周に凹条を設けることで形成することができる。 外殻部材 6 0は浅い有底円筒状 （椀状） に形成してあり、 中心部が回転軸 2 0の 下端に固定され、 回転軸 2 0と一体に回転する。 外殻部材 6 0の内底面はユニット 本体 3 0の底面と対向しており、 さらに外殻部材 6 0の内側面はュニット本体 3 0 の外周面と対向している。 すなわち、 外殻部材 6 0は、 ユニット本体 3 0の下方か ら外周へと回り込むように配置されている。 そして、 外殻部材 6 0の内側面とュニ ット本体 3◦の外周面との間に、 ボールべァリング等からなる軸受部 7 0が設けて ある。
外殻部材 6 0の外周面には従動歯車 8 0が固定してあり、 駆動モータ 8 1の駆動 軸に装着した駆動歯車 8 2と嚙み合い、 駆動モータ 8 1からの回転駆動力を回転軸
2 0に伝達している。 なお、 各歯車は減速機構を構成している。
ュニット本体 3 0は、 反応容器 1の底部蓋体 2への装着部であるフランジ 3 2と 磁性流体シール部 4 0の組込み部分とに挟まれた中間部が、 磁性流体シール部 4 0 の組込み部分よりも横断面積が小さい小径部 3 6としてある。 さらに、 この小径部
3 6の外表面は、 放熱フィン 3 7を形成して表面積を広く確保してある。
また、 回転軸 2 0には、 中心軸上に下端から一定長さにわたり中空部 2 1が形成 してあり、 この中空部 2 1に熱伝導軸 2 2が揷脱自在となっている。 本実施形態で は、 中空部 2 1の内壁に雌ねじが形成するとともに、 熱伝導軸 2 2の外周面に雄ね じを形成し、 これら雌ねじと雄ねじの螺合によつて熱伝導軸 2 2を任意の位置まで 移動可能としてある。
熱伝導軸 2 2は、 回転軸 2 0よりも熱伝導率の高い材料で形成してある。 例えば、 回転軸 2 0を磁性ステンレスで構成した場合は、 熱伝導軸 2 2はアルミ合金や銅合 金で構成することができる。
次に、 上述した構成の磁性流体シールュニット 1 0の作用を説明する。
まず、 本実施形態の磁性流体シールュニット 1 0は、 磁性流体シール部 4 0を、 反応容器 1から離れたュニット本体 3 0の下部位置に設けたので、 反応容器 1内か ら回転軸 2 0を通して伝わってくる熱の影響が少ない。 しかも、 反応容器 1と磁性 流体シール部 4 0の間に、 横断面積が小さいュニット本体 3 0の小径部 3 6が介在 しているので、 ここで熱の伝導量が小さくなる。 加えて、 小径部 3 6の外表面に放 熱フィン 3 7が形成してあるので、 熱が大気へ放散されていつそう磁性流体シール 部 4 0に熱が伝わりにくくなる。 このような放熱手段を設けることで、 磁性流体シ ール部 4 0に充填した磁性流体 4 2の熱による劣化を抑制することができる。
また、 回転軸 2 0の中心軸部には中空部 2 1が形成してあり、 この中空部 2 1に 熱伝導軸 2 2を揷脱自在としたことにより、 磁性流体シール部 4 0の温度を熱伝導 軸 2 2の位置によって調整することが可能となる。 回転軸 2 0の外周はュニット本 体 3 0を介して大気に近いため熱が冷却されやすく、 一方、 回転軸 2 0の中心軸部 分は高温になっている。 このため、 回転軸 2 0を伝わる熱の伝導量は中心軸部がも つとも大きい。 この中心軸部に中空部 2 1を形成することで、 いっそう熱の伝導を 遅らせることが可能となる。
一方、 熱処理温度が比較的低い場合は、 逆に磁性流体シール部 4 0の磁性流体 4 2を適温まで上げるため、 反応容器 1内の熱を積極的に磁性流体シール部 4 0へ伝 える必要が生じることもある。 この場合は、 例えば図 2に示すように、 熱伝導軸 2 2を中空部 2 1内に挿入すれば、 熱伝導軸 2 2を介して磁性流体シール部 4 0に熱 を速やかに伝えることが可能となる。
熱の伝達量は、 熱伝導軸 2 2の直径、 中空部 2 1内への挿入長さと位置によって 多少調節することが可能である。 磁性流体シール部の温度を下げたい場合は、 例え ば図 3に示すように、 磁性流体シール部の上端付近より少し上方に熱伝導軸 2 2の 先端を配置し、 基端は回転軸下端面より外部へ突き出るようにし、 この突き出た部 分に放熱フィン 2 2 aを形成することで効率良く熱を大気に放熱させ磁性流体シー ル部 4 0の温度を下げることができる。
また、 図 4に示すように、 熱伝導軸 2 2の先端部分のみに雄ねじ部 2 2 bを形成 して、 この先端部分で回転軸 2 0の中空部内壁に内接させるとともに、 基端は回転 軸下端面より外部へ突き出るようにし、 この突き出た部分に放熱フィン 2 2 aを形 成する構成によっても、 効率良く熱を大気に放熱させ磁性流体シール部 4 0の温度 を下げることができる。 なお、 熱伝導軸 2 2の中間部は径を細くして、 回転軸 2 0 の中空部内壁に内接させていない。
ガス供給路 5 0から供給されたパージガスは、 ュニット本体 3 0と回転軸 2 0の 間の隙間からラビリンス 3 5を経由して底部蓋体 2の軸孔 2 aに至り、 軸孔 2 aか ら反応容器 1内に送り込まれる。 このため、 反応容器 1内に充満する反応ガスが、 軸孔 2 aから漏れ出
すおそれがない。
ガス供給路 5 0からのパージガスの供給部には、 グループ 5 1が形成してあるの で、 ここでパ一ジガスが滞留することなく均一に回転軸の周囲の隙間内を流動して いく。 パージガスの供給部は、 磁性流体シール部 4 0に近接して設けてあるので、 パージガスの供給部と磁性流体部 4 0との間でコンタミネーシヨン、 不純ガス（水 蒸気、 反応副生成ガス、 その他）、 パーティクルなどが滞留するおそれがなく熱処 理されるウェハの汚染や長期的にみた磁性流体の劣化のおそれがなくなる。
なお、 本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、 種々の変形実施ま たは応用実施が可能であることは勿論である。 産業上の利用可能性 .
上記構成の本発明によれば、 磁性流体シール部の近傍位置において、 ガス供給部 から回転軸とュニット本体との間の隙間にパージガスが均等に供給されるので、 当 該パージガスの供給部と磁性流体シール部との間で、 コンタミネーシヨン、 不純ガ ス（水蒸気、 反応副生成ガス、 その他）、 パーティクルなどが滞留するおそれがなく 熱処理されるウェハの汚染や長期的にみた磁性流体の劣化のおそれがなくなる。 ま た水冷を使用しないことから過冷却がなくなり反応副生成物の付着を防止できパー ティクルの発生を抑制できる。
さらに高熱による軸受けの性能低下、 機能停止も抑制することができる。
回転軸の中空部に装着可能な熱伝導軸により磁性流体シール部を異なる熱処理温 度に対して最適温度に設定可能な熱処理温度範囲が広がり高熱による磁性流体の劣 化を抑制できる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 複数の被処理基板を保持具によつて縦方向に一定間隔をあけて保持するとと もに、 微予圧ないし真空の高温の反応容器内で当該保持具を回転させながら、 前記 反応容器内の被処理基板に対し熱処理を行う構成の縦型熱処理装置に組み込まれる 磁性流体シールュニットであって、
前記反応容器の底部に形成された軸孔を通して反応容器内に進入し、 前記保持具 に回転駆動力を伝達する回転軸と、
前記反応容器の底部外側に装着されるとともに、 前記軸孔と連通する支持孔を有 し、 この支持孔内に前記回転軸が挿通される筒状のュニット本体と、
前記回転軸の下端に固定され、 前記ュニット本体の下方から外周へと回り込む外 殻部材と、
前記回転軸とュニット本体との間の隙間を、 磁性流体を用いてシールする磁性流 体シール部と、
前記ュニット本体と外殻部材との間で前記ュニット本体の下端部に設けられた軸 受部と、
前記磁性流体シール部よりも反応容器側であってかつ前記磁性流体シール部の近 傍位置において、 前記回転軸とュニット本体との間の隙間にパージガスを供給する ガス供給路と、 を備えた磁性流体シールュニット。
2 . 前記磁性流体シール部は、 前記ユニット本体の下部位置に組み込まれている ことを特徴とする請求の範囲 1の磁性流体シールュニット。
3 . 前記ユニット本体は、 前記反応容器の底部への装着部と前記磁性流体シール 部の組込み部分との間に、 放熱手段が形成されている請求の範囲 1の磁性流体シー ノレュニッ 卜。
4 . 前記放熱手段は、 前記ユニット本体の横断面積が前記磁性流体シール部の組 込み部分よりも小さくした構成である請求の範囲 3の磁性流体シールュニット。
5 . 前記放熱手段は、 前記ユニット本体の外表面に形成した放熱フィンである請 求の範囲 3の磁性流体シールュニット。
6 . 前記回転軸は、 中心軸上に下端から一定長さにわたり形成された中空部を有 し、 かっこの中空部に当該回転軸よりも熱伝導率の高い材料で形成された熱伝導軸 が内接して組み込まれており、
前記熱伝導軸は、 軸方向に移動可能である請求の範囲 1の磁性流体シールュニッ 卜。
7 . 前記ガス供給路からパージガスが供給される前記隙間部分に、 他の隙間部分 よりも大きな容積を有するグループを形成した請求の範囲 1の磁性流体シールュニ ッ卜。
8 . 前記反応容器の底部に形成された軸孔の近傍位置で、 前記回転軸とユニット 本体との間に前記回転軸と中心を同一とする同心円状の一対または複数対のラビリ ンスを形成した請求の範囲 1の磁性流体シールュニット。
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