JP2000353665A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ウェーハの高温プロセス処理に於いて、ウェー
ハを均一に成膜処理し、均一で高品質の成膜処理ウェー
ハを歩留りよく製造する。 【解決手段】基板１０が装填されるボート６が回転可能
に支持されると共に回転支持部３１が気密にシールさ
れ、該回転支持部を冷却ガスにより空冷する様構成し、
減圧下、高温下での使用を可能とする軸受部を提供し、
前記反応管内に於ける高温プロセス処理の際、ボートを
回転することにより、ウェーハを均一に成膜処理し、品
質を向上すると共に歩留りを向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば真空チャン
バを有する縦型拡散半導体製造装置等の基板処理装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】基板処理装置の１つである真空チャンバ
を有する縦型拡散半導体製造装置を図３に於いて説明す
る。

【０００３】真空チャンバ１の上側に反応管３が前記真
空チャンバ１に気密に立設され、前記反応管３の周囲に
はヒータ４が設けられ、該ヒータ４により前記反応管３
内部が加熱される様になっている。

【０００４】前記真空チャンバ１内に炉口蓋を兼ねる可
動部５が、図示しない昇降機構により昇降可能に支持さ
れ、前記可動部５にボート６が立設されている。

【０００５】前記真空チャンバ１の側面にドアバルブ８
が開閉可能に且つ気密に設けられている。該ドアバルブ
８を挟み前記ボート６に対向してウェーハ移載機９が配
設され、該ウェーハ移載機９により下降状態の前記ボー
ト６にウェーハ１０が水平姿勢で多段に装填される様に
なっている。

【０００６】ウェーハ移載機９によりドアバルブ８を通
してウェーハ１０がボート６に多段に装填される。該ボ
ート６は前記可動部５と共に昇降機構（図示せず）によ
り上昇され、前記ボート６が前記反応管３に装入され、
該反応管３は前記可動部５により気密に閉塞される。

【０００７】前記反応管３はヒータ４により加熱される
と共に、図示しない反応ガス供給管により反応ガスが前
記反応管３内に供給されつつ、図示しない真空ポンプに
より排気される。斯かる高温プロセス処理により前記ウ
ェーハ１０表面に所要の成膜がなされる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記反応管３内の温度
は前記成膜処理の種類により異なり、前記高温プロセス
処理では約１０００℃に達するが、前記反応管３は上下
方向に長い為、該反応管３内部の温度分布は必ずしも均
一ではない。又該反応管３内に於ける前記反応ガスの濃
度分布も不均一になりやすい。

【０００９】更に、前記ウェーハ１０は前記ボート６内
に多段に装填されている為、反応ガスも全長及び全周に
亘って均等に供給することが困難であり、前記各ウェー
ハ１０間の間隙に前記反応ガスを均一に流すのは難し
い。

【００１０】その為、前記ウェーハ１０表面に形成され
る成膜の厚さに不均一を生じることがあり、又前記ボー
ト６内の各ウェーハ１０間に於いても前記成膜の不均一
が生じやすい。

【００１１】従って、前記反応管３内に於いて温度分布
及び反応ガス分布が不均一になりやすい範囲にはダミー
ウェーハ等を配置し対応している。然し、前記製品用の
ウェーハの中にも、成膜の均一性が充分でないウェーハ
ができることがあるのが現状である。成膜の均一性を向
上させるには、前記反応管３内に於ける前記ボート６を
回転させることが効果があることが知られている。

【００１２】然し、前記反応管３内は減圧下に於いて約
１０００℃になる為、前記回転軸の軸受部のシール材の
耐熱温度を越えてしまう。前記シール材を水冷すること
も考えられるが、前記真空チャンバ１内も高温になると
共に減圧状態にあるので、該真空チャンバ１内に冷却水
配管を引回す工事が大掛かりとなり、工事費が高くつ
き、更に前記真空チャンバ１内で致命的ともいえる水漏
の虞れがある等の理由で、前記シール材の水冷は行われ
ていない。その為、前記反応管３内に於いて前記ボート
６を成膜処理中に回転することは、真空チャンバ１を有
する基板処理装置では未だ実用化されていない。

【００１３】本発明は斯かる実情に鑑み、減圧下、高温
下での使用を可能とする軸受部を提供し、前記反応管内
に於ける高温プロセス処理の際、ボートを回転すること
により、ウェーハを均一に成膜処理し、品質を向上する
と共に歩留りを向上するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板が装填さ
れるボートが回転可能に支持されると共に回転支持部が
気密にシールされ、該回転支持部を冷却ガスにより空冷
する様構成した基板処理装置に係り、又真空チャンバ内
に昇降可能に支持されたボートが反応管に装入され、該
反応管内で基板を成膜処理する様にした基板処理装置に
於いて、前記ボートを支持する軸が磁気シールユニット
により回転自在且つ気密に支持され、該磁気シールユニ
ットへ向けて冷却ガスノズルが配設された基板処理装置
に係り、更に又、冷却ガスがパージ用の不活性ガスであ
る基板処理装置に係るものである。

【００１５】被処理基板が装填されたボートは反応管に
装入され、前記被処理基板は加熱されると共に反応ガス
が供給されて高温プロセス処理される際、前記ボートが
回転し前記各被処理基板が均等に成膜処理され、均一で
良好な品質の処理済基板が歩留りよく製造される。

【００１６】窒素ガス等の不活性ガスが磁気シールユニ
ットに吹付けられるので、前記反応管から前記磁気シー
ルユニットに伝達される熱は前記窒素ガスにより抜熱さ
れる。前記磁気シールユニットは温度上昇が防止される
ので、シール性能が保持され、長期間安定して使用可能
になる。

【００１７】前記冷却用フィンに吹付けられた不活性ガ
スにより真空チャンバ内が不活性ガス置換されるので、
前記未処理基板又は処理済基板の自然酸化が防止され
る。

【００１８】更に、前記不活性ガスは清浄である為、該
清浄な不活性ガス流により前記処理済基板の汚染源とな
るパーティクルが前記真空チャンバ内から排出され、前
記高温プロセス処理後の冷却工程にある処理済基板の汚
染が防止される。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態を説明する。

【００２０】図１及び図２に於いて本発明の実施の形態
を説明する。

【００２１】尚、図１及び図２中、図３中と同等のもの
には同符号を付してある。

【００２２】真空チャンバ１の上側には炉口２が開口さ
れ、該炉口２と同心に反応管３が前記真空チャンバ１に
気密に立設され、前記反応管３の下端にフランジ部１３
が形成され、該フランジ部１３と前記炉口２上周縁部と
の間に反応管用Ｏリング１４が挾設され、両者は気密に
シールされる様になっている。

【００２３】前記反応管３の外側には均熱管１５が同心
に設けられ、該均熱管１５の外周はヒータ４により包囲
されている。

【００２４】前記真空チャンバ１内の昇降機構により昇
降される可動ブロック（いずれも図示せず）に炉口蓋１
６が支持され、該炉口蓋１６の上面に蓋用Ｏリング１７
が前記炉口２と同心に配設され、前記蓋用Ｏリング１７
が前記炉口２下周縁部に当接し、前記炉口２と前記炉口
蓋１６とを気密にシールし得る様になっている。

【００２５】前記炉口蓋１６に貫通孔１８が前記炉口２
と同心に穿設され、前記炉口蓋１６の下面に磁気シール
ユニット２０が前記貫通孔１８と同心に固着されてい
る。

【００２６】前記磁気シールユニット２０のユニット筒
体２１の上端面と前記貫通孔１８下周縁部との間に軸受
用Ｏリング２２が挾設され、両者は気密にシールされる
様になっている。前記ユニット筒体２１の外周面には環
状の冷却用フィン２３が所要数（本実施の形態では３
枚）設けられ、前記ユニット筒体２１の円筒状孔内には
太径回転軸２５が上下の軸受２６，２７により回転自在
に支持され、該上下の軸受２６，２７間に磁性流体シー
ル２９が配置され、該磁性流体シール２９は永久磁石に
より保持され、前記磁性流体シール２９により前記太径
回転軸２５と前記ユニット筒体２１とが気密にシールさ
れる様になっている。

【００２７】前記太径回転軸２５の上端面に回転支持軸
３１の下端が同心に固着され、該回転支持軸３１の他端
側は前記貫通孔１８に挿通され、該貫通孔１８から突出
する前記回転支持軸３１の上端にはボート６が同心に取
付けられている。該ボート６にはシリコン製のウェーハ
１０が水平姿勢で多段に装填し得る様になっている。

【００２８】前記ユニット筒体２１の下端部に駆動部ケ
ーシング３４が駆動部用Ｏリング３５を介在して気密に
取付けられ、前記太径回転軸２５の下端部にウォーム歯
車３６が同心に固着され、該ウォーム歯車３６に噛合す
るウォーム３７がモータ３８の回転軸３９に嵌着されて
いる。前記モータ３８は前記駆動部ケーシング３４内に
気密に収納されている。

【００２９】前記真空チャンバ１の側面上部に不活性ガ
スパージノズル４２が気密に貫通され、該不活性ガスパ
ージノズル４２の先端は前記冷却用フィン２３近傍に開
口している。

【００３０】前記不活性ガスパージノズル４２の基端に
は不活性ガス供給用配管４３が接続され、該不活性ガス
供給用配管４３は窒素ガスボンベ等の不活性ガス供給源
４４に接続されている。

【００３１】前記真空チャンバ１の側面下部に排気口４
７が穿設され、該排気口４７に排気管４８が接続され、
該排気管４８の他端は真空ポンプ４９に接続されてい
る。

【００３２】以下、作用について説明する。

【００３３】真空チャンバ１内のボート６にウェーハ１
０が多段に装填された後、図示しない昇降機構により前
記ボート６及び炉口蓋１６が上昇し、前記ボート６が反
応管３に装入され、該反応管３の炉口２は前記炉口蓋１
６及び蓋用Ｏリング１７により気密にシールされる。

【００３４】前記反応管３はヒータ４により予め加熱さ
れており、前記ボート６が前記反応管３へ装入された
後、前記反応管３内が減圧にされると共に該反応管３に
反応ガスが供給される。

【００３５】前記炉口２が前記炉口蓋１６により閉塞さ
れるのと同時に、モータ３８が駆動され、回転軸３９、
ウォーム３７、ウォーム歯車３６を順次介して太径回転
軸２５が回転される。

【００３６】該太径回転軸２５は上端部及び下端部に於
いて軸受２６，２７により夫々回転自在に支持される。
該各軸受２６，２７により前記太径回転軸２５に接合さ
れた回転支持軸３１の荷重、及び該回転支持軸３１の先
端に取付けられたボート６の荷重が支持される。前記磁
性流体シール２９により前記太径回転軸２５と前記ユニ
ット筒体２１との間が気密にシールされる。

【００３７】然し、前記反応管３内の雰囲気は約１００
０℃に加熱されており、該雰囲気に曝される前記磁気シ
ールユニット２０も熱伝導により昇温する。該磁気シー
ルユニット２０の磁性流体シール２９は熱に非常に弱く
シール性能が低下しやすいので、該磁性流体シール２９
の温度上昇を防止しなければならない。

【００３８】その為、不活性ガス供給源４４から、例え
ば窒素ガスが不活性ガス供給用配管４３に供給され、該
窒素ガスは不活性ガスパージノズル４２から前記ユニッ
ト筒体２１外側面の冷却用フィン２３に吹付けられる。
而して、前記磁気シールユニット２０に伝達された熱は
前記冷却用フィン２３から前記窒素ガスにより抜熱さ
れ、前記磁気シールユニット２０の昇温が防止され、前
記磁性流体シール２９は前記反応管３からの伝達熱から
保護される。

【００３９】従って、前記磁気シールユニット２０は前
記反応管３からの熱により熱損傷することなく、前記太
径回転軸２５の回転中、常に前記シール性能が安定して
発揮される。尚、冷却用のガスとして窒素ガス等の不活
性ガスを使用しているので真空チャンバ１内の雰囲気に
悪影響を与えるものではない。

【００４０】前記太径回転軸２５の回転と共に、前記回
転支持軸３１及び前記ボート６も前記反応管３内で回転
される。前記ボート６内に装填された各ウェーハ１０も
夫々回転され高温プロセス処理される。

【００４１】該高温プロセス処理の際、前記ボート６及
び各ウェーハ１０の回転により、前記反応管３内で加熱
された反応ガスにウェーハ１０が均一に接し、又前記反
応管３内の温度分布に不均一があったとしても回転によ
り均一化されるので、前記各ウェーハ１０の表面に均一
な成膜が形成される。

【００４２】而して、ウェーハ１０は個々に均一な厚さ
に成膜されるばかりでなく、各ウェーハ１０間でも均一
な厚さに成膜され、個体差の少ない良好な品質の成膜処
理ウェーハが歩留りよく製造される。

【００４３】前記冷却用フィン２３に吹付けられた窒素
ガスは前記真空チャンバ１内に拡散する。該真空チャン
バ１内は真空ポンプ４９により排気されている為、前記
真空チャンバ１内は徐々に窒素ガス雰囲気に置換され、
前記反応管３内に於ける高温プロセス処理が終了する迄
には前記真空チャンバ１内は完全に窒素ガス置換され
る。

【００４４】又前記窒素ガスは処理済基板を汚染するパ
ーティクル等の物質を含まない清浄ガスであり、前記真
空チャンバ１内の雰囲気が前記真空ポンプ４９により排
気されることにより、前記真空チャンバ１内部雰囲気が
前記清浄な窒素ガスにより置換され、該真空チャンバ１
内のパーティクルは著しく低減される。

【００４５】前記ウェーハ１０への成膜形成が終了した
後、前記炉口蓋１６が下降され、前記磁気シールユニッ
ト２０、前記回転支持軸３１及び前記ボート６も一体に
下降され、該ボート６は前記真空チャンバ１内に戻され
る。然る後、前記成膜処理ウェーハは放冷される。該放
冷の間、前記ボート６は回転を継続されている。

【００４６】前記真空チャンバ１内が前記窒素ガス雰囲
気により置換され、前記真空チャンバ１内の酸素及びパ
ーティクル濃度が著しく低い為、放冷されている前記成
膜処理済ウェーハ１０の品質の維持に都合がよい。即
ち、真空チャンバ内では空気中の酸素によりウェーハ１
０が自然酸化され、特に高温下ではウェーハ１０表面へ
の酸化膜の形成が著しい為、成膜処理済ウェーハ１０の
品質が低下しやすいが、前記真空チャンバ１内が不活性
な窒素ガス雰囲気に置換されていることにより自然酸化
膜の形成が防止される。且つ、前記窒素ガス雰囲気は清
浄であり、パーティクルによる成膜処理済ウェーハ１０
の汚染も防止される。

【００４７】更に、前記放冷の間、前記ボート６及び各
成膜処理済ウェーハ１０は回転されているので各成膜処
理済ウェーハ１０の隙間の奥まで窒素ガス雰囲気が行き
渡り、該各成膜処理済ウェーハ１０は均一に放冷される
為自然酸化されることなく良好な品質が維持され、且つ
放冷時間も短くなるので、放冷工程時間が短縮され、基
板処理装置の生産効率が向上する。

【００４８】更に、本実施の形態では、ボート６の回転
支持軸３１の軸受として磁気シールユニット２０が用い
られ、該磁気シールユニット２０に設けられた冷却用フ
ィンを不活性ガスパージノズル４２からの窒素ガスによ
り冷却する様にしたので、冷却水配管等による冷却に比
べ配管工事も容易で且つ材料費も安価であり、更に水漏
の問題もなく、むしろ前記真空チャンバ１内の雰囲気の
改善にも役に立つ。

【００４９】尚、本発明の基板処理装置は、上述の実施
の形態に限定されるものではなく、回転支持軸にボート
を固定するばかりでなく、前記回転支持軸に前記ボート
の載置固定部を設けてボートを着脱可能に載置して、ボ
ートの交換を容易に行える様にしてもよい。ボートを支
持軸に対し着脱可能にすることにより、ボートの交換が
可能になり、２ボート式縦型拡散半導体製造装置にも適
用できる。

【００５０】

【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、被処理
基板が装填されたボートは反応管内で高温プロセス処理
される際、ボートが回転される為、前記各被処理基板が
均等に成膜処理され、均一で良好な品質の処理済基板が
歩留りよく製造される。

【００５１】不活性ガスパージノズルから窒素ガス等の
不活性ガスが磁気シールユニットの冷却用フィンに吹付
けられるので、前記反応管から前記磁気シールユニット
に伝達される熱は前記冷却用フィンから前記不活性ガス
により抜熱される。前記磁気シールユニットは温度上昇
が抑制され、シール性能が保持される。

【００５２】前記不活性ガスパージノズルの構造は簡単
で配設も容易であり、且つ前記冷却用フィンに吹付けら
れた不活性ガスにより真空チャンバ内が不活性ガス置換
され、真空チャンバ内での前記未処理基板又は処理済基
板の自然酸化が防止される。

【００５３】更に、前記不活性ガスは清浄である為、該
清浄な不活性ガス流により前記処理済基板の汚染源とな
るパーティクルが前記真空チャンバ内から排出され、前
記高温プロセス処理後の冷却工程にある処理済基板の汚
染が防止される等種々の優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す断面図である。

【図２】該実施の形態に於ける磁気シールユニットの断
面図である。

【図３】従来例の説明図である。

【符号の説明】

１ 真空チャンバ ３ 反応管 ４ ヒータ ６ ボート １０ ウェーハ １６ 炉口蓋 ２０ 磁気シールユニット ２３ 冷却用フィン ２５ 太径回転軸 ２９ 磁性流体シール ３１ 回転支持軸 ３４ 駆動部ケーシング ４２ 不活性ガスパージノズル ４７ 排気口 ４９ 真空ポンプ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板が装填されるボートが回転可能に支
   持されると共に回転支持部が気密にシールされ、該回転
   支持部を冷却ガスにより空冷する様構成したことを特徴
   とする基板処理装置。