JP3785247B2

JP3785247B2 - 半導体製造装置

Info

Publication number: JP3785247B2
Application number: JP17144197A
Authority: JP
Inventors: 直人中村
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1997-06-27
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2017-06-27
Also published as: JPH1116846A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造工程のうち前処理工程に属する拡散・ＣＶＤ（化学気相成長）を行う半導体製造装置に係り、特に炉口部構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７により縦型炉を備えた半導体製造装置の概略を説明する。
【０００３】
この半導体製造装置は、筐体１の内部上方に、ヒーター２の内部に反応管３を備えている。反応管３は、炉口（本図では見えず）を下向きにして鉛直に立てられたもので、反応管３の下には炉口部材（インレットフランジ）（本図では見えず）がある。その下方にはボートエレベータ（昇降機構）４が設けられている。ボートエレベータ４の昇降スライダ５には、炉口部材を閉塞するシールキャップ６が設けられ、シールキャップ６上に配した設置台７には、石英又はＳｉＣ製のボート８が設置されている。ボート８には、被処理物であるウェーハ１０が水平姿勢で多段に載置される。
【０００４】
ボートエレベータ４の側方にはウェーハ移載機１１が設置され、該ウェーハ移載機１１の更に側方に、カセットストッカ１３が設置されている。カセットストッカ１３は、ウェーハカセット１４を所要数格納できるもので、ウェーハ１０の半導体装置への搬入、搬出はウェーハカセット１４に装填した状態で行われる。
【０００５】
ウェーハ１０の処理を行う場合は、ボートエレベータ４を上昇側に駆動して、ウェーハ１０の載置されているボート８を反応管３に挿入する。その際、同時に上昇するシールキャップ６が最後に炉口部材を閉塞することで、処理の開始が可能となる。所定の処理が完了したら、ボートエレベータ４を下降側に駆動する。そうすると、シールキャップ６が下降して炉口が開放する共に、ボート８が反応管３より引出される。
【０００６】
図８は上記例と同様に配された縦型炉２０のＣＶＤ装置の場合の下部構造の詳細例を示している。この場合の炉本体２１は、外側にヒータ２２を備え、ヒータ２２の内周側に、反応室となる外側と内側の二重の反応管２３、２４を備えたものであり、反応管２３、２４の下端に、下方に向いた炉口２５を形成する炉口部材２６が設けられている。炉口部材２６の周壁部には、炉内ガスの導入口２７及び排出口２８が設けられており、導入口２７より炉内ガスを導入すると、炉内ガスが、内側反応管２４の内部を上向きに流通し、その後、外側反応管２３と内側反応管２４の間の隙間を下向きに通って、排出口２８より外部に排出するようになっている。
【０００７】
符号３０で示すものは、ウェーハ（図示略）を水平に多段に載置するためのボートである。このボート３０は内側反応管２４内に挿抜自在とされ、設置台３１の上に取り付けられている。設置台３１の下側には、シールキャップ３２が配されている。シールキャップ３２は、炉口２５をシールリング３３を介して気密に封止するもので、ボートエレベータの昇降スライド（本図では図示せず）に保持されている。このシールキャップ３２の下側には、シールキャップ３２と共に昇降するように回転機構３５の本体部３６が保持されている。この回転機構３５の回転軸３７は、本体部３６から上方に突出しており、シールキャップ３２の中心孔３８を貫通して設置台３１に固定されている。従って、回転軸３７を図示しないモータ等で駆動することで、設置台３１を介してボート３０を水平面内で回転させることができる。
【０００８】
回転機構３５の本体部３６とシールキャップ３２の間には、回転機構３５の本体部３６側に配した回転軸シール３９を、シールキャップ３２より離間させて、炉内の高温雰囲気から遠ざけるための連結筒４０が介在されている。この連結筒４０の上下両端のフランジに回転機構３５の本体部３６とシールキャップ３２をそれぞれ接合することにより、回転機構３５の本体部３６とシールキャップ３２とが相互に連結されている。この場合の回転軸シール３９は、磁性流体シールよりなる。
【０００９】
この構造によれば、基板処理用のガスを反応室内に導入し基板を処理する際に、ヒータ２２を駆動すると共に、回転機構３５を駆動してボート３０を回転させることにより、内側反応管２４の内部に挿入したボート３０上のウェーハを均一に処理することができる。この場合、ボート３０を回転させることにより、ＣＶＤ法により成膜処理した時には膜厚の均一性向上を図ることができ、拡散処理法により不純物拡散処理を行った時には拡散の均一性向上を図ることができる。
【００１０】
ところで、この種の半導体製造装置では、腐食性のガスを縦型炉２０内に導入して、反応管２３、２４やボート３０等のクリーニングを行うことがあり、また基板処理用のガスに腐食性成分が含まれる場合がある。その処理時間が長くなると、前記の回転軸シール３９に腐食性ガスが回り込んで、回転軸シール３９を腐食させるおそれがある。
【００１１】
それを防ぐため、上記の構造では、連結筒４０に、窒素ガス等の不活性ガスをパージガスとして導入するための導入ポート５０を設け、連結筒内４０内にパージガスを導入するようにしている。このようにパージガスを導入すると、回転軸シール３９を腐食性ガスから保護することができる。
【００１２】
図９に従来のパージガスの供給経路を示す。
【００１３】
パージガスを導入する部分（連結筒４０）は、ボート（本図では図示略）と一緒に昇降する可動部分であるため、従来ではパージガス導入配管７０として、合成樹脂もしくは金属製のフレキシブルチューブを用いている。そして、パージガス導入配管７０を、他の配線系統と一緒にケーブルベア７１に沿って通し、ボートエレベータ４の昇降スライド５を介して、連結筒４０に設けたパージガス導入ポート５０に接続している。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のように、パージガス導入用の配管として、金属製や合成樹脂製のフレキシブルチューブを用いた場合、次のような問題が生じるおそれがあった。
【００１５】
即ち、合成樹脂製のフレキシブルチューブの場合、ガス透過性があるので、パージガスに不純ガスが混入し、それが反応管内に入って反応管内を汚染したり、パージガスが配管外に漏れるおそれがあった。従って、高純度の炉内雰囲気が要求される場合には利用できなかった。
【００１６】
また、金属製のフレキシブルチューブの場合は、変形を繰り返した場合の耐久性に問題があり、長期間使用すると、チューブの損傷によるガス漏れが発生する可能性があった。
【００１７】
本発明は、上記事情を考慮し、回転軸シールを保護するためのパージガスの導入経路に改良を加えることで、パージガスへの外部不純ガスの混入を防止し、且つパージガスの外部への漏れを防止するようにした半導体製造装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下端の炉口よりウェーハを載せたボートが挿入及び引出される炉本体と、炉口を開閉するべく昇降機構によってボートの設置台と共に昇降させられるシールキャップと、このシールキャップより下側に該シールキャップと共に昇降するよう本体部が配設され、上方に突出した回転軸がシールキャップの中心孔を貫通して前記設置台に固定され、回転軸を駆動することで設置台を水平面内で回転させる回転機構と、該回転機構の本体部側に配した回転軸シールをシールキャップより離間させるべく、回転機構の本体部とシールキャップとの間に介在された連結筒とを備えた半導体製造装置において、前記連結筒に、パージガスを該連結筒内に導入するための導入ポートを設けると共に、該導入ポートにパージガス導入管の先端を接続して、該パージガス導入管の基端開口を、前記シールキャップの炉口に対する合わせ面レベルに上向きに設け、一方、前記炉本体側にパージガス供給管を設け、該パージガス供給管の先端開口を、前記シールキャップが炉口を塞いだとき前記パージガス導入管の基端開口と気密に連通する位置に下向きに設けたことを特徴とする。
【００１９】
この構造では、シールキャップが上昇し炉本体を塞ぐのと同時に、パージガス供給管とパージガス導入管が接続状態になり、これらの管路を通してパージガスを連結筒内に導入できるようになる。このように、パージガスの管路を可動側
（連結筒側）と固定側（炉本体側）で切り離し、シールキャップで炉口を塞いだ時点で両者が接続されるようにしたので、管路をボートの動きに追従させるように、敢えてフレキシブルにする必要がなくなる。また、フレキシブルチューブを用いた場合でも、動きを極めて少なくすることができる。
【００２０】
本発明において、前記パージガス導入管の基端開口及びパージガス供給管の先端開口を、シールキャップと炉本体の合わせ面に設けた炉内気密保持用のシールリングよりも、内側に配することが好ましい。この構造では、シールリングによってシールされる領域の内側に、パージガス導入管とパージガス供給管の連通部分が位置するので、もしパージガスが連通部分より漏れた場合であっても、シールリングによって炉外への漏れが防止される。
【００２１】
また本発明において、前記パージガス導入管の基端開口及びパージガス供給管の先端開口を、シールキャップと炉本体の合わせ面に設けた炉内気密保持用のシールリングよりも、外側に配するようにしてもよい。この構造では、シールリングの外側に、パージガス導入管とパージガス供給管の連通部分が位置するので、これらパージガス導入管とパージガス供給管を炉外、つまり反応室やシールキャップの外側に設けることができ、構成の簡略化を図ることができる。
【００２２】
上記発明において、前記パージガス導入管の基端開口及びパージガス供給管の先端開口の周縁部合わせ面間に、該基端開口と先端開口の連通部分のみを包囲するＯリングを設けることが好ましい。この構造では、Ｏリングによって連通部分の気密性が保持される。
【００２３】
また上記発明において、前記パージガス導入管の基端開口及びパージガス供給管の先端開口の周縁部合わせ面同士が接触する際に、両合わせ面の接触を強める方向にパージガス供給管を付勢する付勢手段を設けることが好ましい。この構造では、パージガス導入管とパージガス供給管の連通用開口の周縁部合わせ面の密着度を付勢手段で高めることができるので、連通部分の気密保持性能が高まる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１〜図３は第１実施形態を示し、図１はシールキャップ３２で炉口２５を塞ぐ前の状態を示す側断面図、図２は図１のII矢視図、図３はシールキャップ３２で炉口２５を塞いだ状態を示す側断面図である。なお、図８を用いて説明した部分と同じ部分には同符号を付して説明を省略する。
【００２６】
図１に示すように、この縦型炉の下部構造では、反応管２３、２４の下部に設けられている炉口部材２６の下端に、大きめの水平なフランジ２６ａが設けられると共に、シールキャップ３２側も、それに合わせて外径が拡大されている。一方、回転機構３５の本体部３６とシールキャップ３２は連結筒４０で結合され、その連結筒４０の周壁部にパージガスの導入ポート５０が設けられている。
【００２７】
この導入ポート５０には、固定形状に構成されたパージガス導入管５１の先端が接続されている。パージガス導入管５１はシールキャップ３２の外周部付近にまで延ばされた上で、シールキャップ３２に下側から接合されている。そして、パージガス導入管５１の基端開口５２が、シールキャップ３２の上面（合わせ面）３２ａに、垂直上向きの姿勢で形成されている。この基端開口５２の位置は、シールキャップ３２と炉口部材２６間の気密を保つシールリング３３よりも内周側であり、この基端開口５２の周囲には、図２に示すように、環状溝に嵌められてＯリング５３が配設されている。
【００２８】
また、炉口部材２６に設けた水平なフランジ２６ａの上側にはパージガス供給管５５が接続されている。このパージガス供給管５５も固定形状の配管で構成されており、その先端開口５６が前記フランジ２６ａの下面（合わせ面）に垂直下向きに設けられている。この先端開口５６は、シールキャップ３２の上面３２ａを炉口部材２６側のフランジ２６ａの下面に密着させることで、パージガス導入管５１の基端開口５２と気密に連通する。なお、炉内ガスの排出口は、本図では図示を省略してある。
【００２９】
次に作用を説明する。
【００３０】
この構造では、図３に示すように、ボートエレベータを駆動してボート３０を上昇させると、上昇動作の最後にシールキャップ３２が炉口部材２６のフランジ２６ａの下面に密着し、炉口２５を塞ぐ。そして、それと同時に、パージガス供給管５５とパージガス導入管５１が接続状態になり、シールキャップ３２を貫通する形でパージガスの導入経路が構成され、その経路を介してパージガスを連結筒４０内に導入できるようになる。その際、パージガス導入管５１とパージガス供給管５５の連通部分を取り囲むように、周縁部合わせ面（シールキャップ３２とフランジ２６ａの密着面）にＯリング５３が配置されているので、高い気密接続が達成される。
【００３１】
このように、パージガスの管路を可動側（連結筒４０側）と固定側（炉本体２１側）で切り離し、シールキャップ３２で炉口２５を塞いだ時点で両者が接続されるようにしたので、パージガスを導入するための管路を、ボートエレベータの昇降スライド等の可動部を通さずに配設することができ、ボート３０の動きに追従させるように、敢えてフレキシブルにする必要がなくなる。従って、炉本体２１側のパージガス供給管５５の基端部には金属製の固定配管を接続すれば良くなり、従来のフレキシブルチューブを用いた場合の問題点を無くすことができる。なお、金属製のフレキシブルチューブを用いた場合も、動きがほとんどないので損傷による漏れの心配がなくなる。
【００３２】
また、この実施形態のものは、シールリング３３によってシールされる領域の内側で、パージガス導入管５１とパージガス供給管５５を連通させるので、もしパージガスが連通部分より漏れた場合であっても、シールリング３３によって炉外への漏れを確実に防止することができる。
【００３３】
図４は第２実施形態の要部を示す。
【００３４】
この構造では、炉口部材２６の周壁に貫通させてパージガス供給管６５が設けられており、パージガス供給管６５の先端部が下方にＬ字形に曲げられている。そして、先端開口６６の位置が、炉口部材２６のフランジ２６ａの下面（合わせ面）と同レベルに設定され、シールキャップ３２をフランジ２６ａに密着させた際に、パージガス供給管６５の先端開口６６が、下側のパージガス導入管５１の基端開口５２と連通するようになっている。パージガス導入管５１側の構成は第１実施形態と同様である。なお、反応管２３、２４内を高温にする場合、炉内に近い側にＯリングがあると熱で溶けるおそれがあるので、この構造では、パージガス供給管６５とパージガス導入管５１の開口５２、６６の周縁のＯリングは省略してある。この場合、パージガスを流通させる際の気密性は落ちるものの、外周側にシールリング３３があるので、炉外に漏れるおそれはない。
【００３５】
図５は第３実施形態の要部を示す。
【００３６】
この構造では、シールキャップ３２を貫通しない形でパージガスの導入経路を構成するべく、炉外に、パージガス導入管７１とパージガス供給管７５が配されている。即ち、シールリング３３の外側において両者が接続されるように、パージガス導入管７１とパージガス供給管７５が、シールリング３３の外側に設けられている。パージガス導入管７１の先端は、第１実施形態と同様に、連結筒の導入ポートに接続されている（図示せず）。また、パージガス導入管７１の基端開口７２は、シールキャップ３２の上面（合わせ面）３２ａとほぼ同レベルの位置に、上向き垂直に配されている。
【００３７】
一方、パージガス供給管７５の先端開口７６は、シールキャップ２６のフランジ２６ａの下面（合わせ面）とほぼ同レベルの位置に、下向き垂直に配されている。そして、シールキャップ３２を炉口部材２６のフランジ２６ａに密着させた際に、同時に、上側のパージガス供給管７５の先端開口７６と下側のパージガス導入管７１の基端開口７２が連通するようになっている。この場合、パージガス供給管７５とパージガス導入管７１の突き合わせ面（＝開口の周縁部合わせ面）には、接続時の気密性保持のためのＯリング７３が配されている。なお、符号７７で示すものは固定金具である。パージガス導入管７１側にも、必要であれば固定金具を設ける。
【００３８】
図６は第４実施形態の要部を示す。
【００３９】
この第４実施形態の構造は、第３実施形態のものに新たに、パージガス供給管７５とパージガス導入管７１の先端突き合わせ面の密着性をより強めるための要素を付加したものである。即ち、上側のパージガス供給管７５を下向きに付勢するためのバネ（付勢手段）８３を新たに設け、バネ８３の力で、パージガス導入管７１とパージガス供給管７５の連通用開口の周縁部合わせ面の密着度を高めるようにしている。
【００４０】
この場合、固定金具７７に一方のバネ受部８２を設け、パージガス供給管７５の下端に他方のバネ受部８１を設け、両バネ受部８１、８２間に圧縮バネ８３を介在させることで、パージガス供給管７５の先端部に下向きの付勢力を与えている。そして、固定金具７７の下端に設けたストッパ８４で、パージガス供給管７５の下降限位置を、フランジ２６ａの下面位置よりも下位レベルに定めることで、パージガス導入管７１を上昇させてパージガス供給管７５の下端に突き合わせせた際に、突き合わせ面間に必要な密着力が発生するようになっている。このようにバネ８３の力で密着させることにより、確実に連通部分の気密保持性能を高めることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、パージガスを連結筒に供給する管路のうち、管路の先端部分であるパージガス導入管を可動側（連結筒側）に設け、管路の基端部分であるパージガス供給管を固定側（炉本体側）に設け、シールキャップで炉口を塞いだときに、パージガス供給管とパージガス導入管が接続されるように構成したので、パージガス配管をボートエレベータの昇降スライダ等の可動部分を通す必要がなくなる。従って、配管をボートの動きに追従させるようにフレキシブルにする必要がなくなり、金属製の固定配管で構成することができる。その結果、外部不純ガスのパージガスへの混入を防止することができると共に、配管の損傷による外部へのパージガス漏れも確実に防止することができる。よって、炉内雰囲気を高純度に保つことができて、生成膜の特性向上と腐食防止等の種々の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のボートを挿入する前の状態を示す側断面図である。
【図２】図１のII矢視図である。
【図３】本発明の第１実施形態のボートを挿入した後の状態を示す側断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態の要部断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態の要部断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態の要部断面図である。
【図７】本発明で問題とする縦型炉を備えた半導体製造装置の概略斜視図である。
【図８】従来の縦型炉の下部構造の側断面図である。
【図９】従来の縦型炉の下部構造において、パージガスの供給経路の通し方を示す側面図である。
【符号の説明】
２０縦型炉
２５炉口
２１炉本体
３０ボート
３１設置台
３２シールキャップ
３２ａ上面（合わせ面）
３３シールリング
３５回転機構
３６本体部
３７回転軸
３８中心孔
３９回転軸シール
４０連結筒
５０導入ポート
５１パージガス導入管
５２基端開口
５５パージガス供給管
５６先端開口

Claims

下端の炉口よりウェーハを載せたボートが挿入及び引出される炉本体と、
前記炉口を開閉するべく昇降機構によって前記ボートの設置台と共に昇降させられるシールキャップと、
このシールキャップより下側に該シールキャップと共に昇降するよう本体部が配設され、回転軸を駆動することで設置台を水平面内で回転させる回転機構と、前記回転機構の本体部と前記シールキャップとの間に介在された連結筒とを備えた半導体製造装置において、
前記連結筒に、不活性ガスをパージガスとして該連結筒内に導入するための導入ポートを設けると共に、該導入ポートにパージガス導入管の先端を接続して、該パージガス導入管の基端開口を上向きに設け、一方、前記炉本体側にパージガス供給管を設け、該パージガス供給管の先端開口を、前記シールキャップが炉口を塞いだとき前記パージガス導入管の基端開口と気密に連通する位置に下向きに設けたことを特徴とする半導体製造装置。
下端の炉口よりウェーハを載せたボートが挿入及び引出される炉本体と、
前記炉口を開閉するべく昇降機構によって前記ボートの設置台と共に昇降させられるシールキャップと、
このシールキャップより下側に該シールキャップと共に昇降するよう本体部が配設され、回転軸を駆動することで設置台を水平面内で回転させる回転機構と、前記回転機構の本体部と前記シールキャップとの間に介在された連結筒とを備えた半導体製造装置において、
前記連結筒に、不活性ガスをパージガスとして該連結筒内に導入するための導入ポートを設けると共に、該導入ポートにパージガス導入管の先端を接続して、該パージガス導入管の基端開口を上向きに設け、一方、前記炉本体側にパージガス供給管を設け、該パージガス供給管の先端開口を、前記シールキャップが炉口を塞いだとき前記パージガス導入管の基端開口と気密に連通する位置に下向きに設け、前記パージガス供給管の先端開口と前記パージガス導入管の基端開口が、前記炉本体と前記シールキャップを密閉するシールリングの外側に位置することを特徴とする半導体製造装置。
下端の炉口よりウェーハを載せたボートが挿入及び引出される炉本体と、
前記炉口を開閉するべく昇降機構によって前記ボートの設置台と共に昇降させられるシールキャップと、
このシールキャップより下側に該シールキャップと共に昇降するよう本体部が配設され、回転軸を駆動することで設置台を水平面内で回転させる回転機構と、前記回転機構の本体部と前記シールキャップとの間に介在された連結筒とを備えた半導体製造装置において、
前記連結筒に、不活性ガスをパージガスとして該連結筒内に導入するための導入ポートを設けると共に、該導入ポートにパージガス導入管の先端を接続して、該パージガス導入管の基端開口を、前記シールキャップの炉口に対する合わせ面レベルに上向きに設け、一方、前記炉本体側にパージガス供給管を設け、該パージガス供給管の先端開口を、前記シールキャップが炉口を塞いだとき前記パージガス導入管の基端開口と気密に連通する位置に下向きに設け、前記パージガス供給管の先端開口と前記パージガス導入管の基端開口が、前記炉本体と前記シールキャップを密閉するシールリングの外側に位置することを特徴とする半導体製造装置。