JP6820766B2

JP6820766B2 - ガス導入機構及び熱処理装置

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Publication number: JP6820766B2
Application number: JP2017039197A
Authority: JP
Inventors: 朋幸永田; 庸之岡部
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2017-03-02
Filing date: 2017-03-02
Publication date: 2021-01-27
Anticipated expiration: 2037-03-02
Also published as: KR20180101199A; KR102274966B1; CN108538748A; JP2018145460A; CN108538748B

Description

本発明は、ガス導入機構及び熱処理装置に関する。

従来から、処理容器の下端を支持するマニホールドに直管形状のインジェクタを取り付け、インジェクタを介して処理容器内にガスを供給する基板処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−１８５５７８号公報

ところで、直管形状のインジェクタを有する基板処理装置では、マニホールドに対し、容易にインジェクタを取り付け可能とするために、マニホールドとインジェクタとの接続部分に、僅かな隙間が設けられている場合がある。この場合、インジェクタを介して処理容器内にガスを導入する際、上記の隙間から処理容器内にガスが漏れる虞がある。

そこで、本発明の一態様では、マニホールドとインジェクタとの接続部分でのガス漏れを防止することが可能なガス導入機構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ガス導入機構は、縦長の処理容器と、前記処理容器の内周壁の長手方向に沿って、少なくとも前記処理容器の下部において前記内周壁と間隔を有して設けられたインジェクタと、前記インジェクタを下方から支持するマニホールドと、前記インジェクタの下部において、前記インジェクタに対し、下方から上方に向かう押圧力を加える押圧力発生部材と、前記インジェクタが上方へ移動するのを規制する規制部材と、を有し、前記インジェクタは、下端部に形成された挿入部と、前記挿入部の上方において外周面から半径方向の外方に延びて形成され、前記規制部材に当接可能な鍔部と、を有し、前記マニホールドは、前記挿入部を外嵌支持可能な凹部を有し、前記凹部は、前記挿入部が挿入される小径部と、前記小径部よりも上方に設けられ、前記小径部よりも開口径が大きい大径部と、前記小径部と前記大径部とを接続する段部とを有する。

開示のガス導入機構によれば、マニホールドとインジェクタとの接続部分でのガス漏れを防止することができる。

第１実施形態に係るガス導入機構及び熱処理装置の一例の概略図第１実施形態に係るガス導入機構の一例の概略図（１）第１実施形態に係るガス導入機構の一例の概略図（２）第１実施形態に係るガス導入機構の一例の概略図（３）第２実施形態に係るガス導入機構の一例の概略図（１）第２実施形態に係るガス導入機構の一例の概略図（２）第２実施形態に係るガス導入機構の一例の概略図（３）第２実施形態に係るガス導入機構の一例の概略図（４）

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。

〔第１実施形態〕
第１実施形態に係るガス導入機構及び熱処理装置について説明する。図１は、第１実施形態に係るガス導入機構及び熱処理装置の一例の概略図である。

第１実施形態に係るガス導入機構は、処理対象、処理内容は特に限定されず、ガスを処理容器内に供給して処理を行う種々の基板処理装置に適用可能であるが、第１実施形態では、基板に熱処理を行う熱処理装置に適用した場合を例に挙げて説明する。

図１に示されるように、熱処理装置は、半導体ウエハ（以下単に「ウエハＷ」という。）を収容する縦長の処理容器１０を有している。

処理容器１０は、耐熱性の高い石英により略円筒体状に成形され、天井に排気口１１を有する。処理容器１０は、鉛直方向（上下方向）に延びる縦型の形状に構成されている。処理容器１０の直径は、例えば処理されるウエハＷの直径が３００ｍｍの場合には、３５０〜４５０ｍｍ程度の範囲に設定される。処理容器１０の天井部の排気口１１には、ガス排気ポート２０が接続される。

ガス排気ポート２０は、例えば排気口１１から延びて直角に横方向へＬ字状に屈曲された石英管により形成される。ガス排気ポート２０には、処理容器１０内の雰囲気を排気する真空排気系３０が接続される。

真空排気系３０は、ガス排気ポート２０に連結されるガス排気管３１を有している。ガス排気管３１は、例えばステンレス鋼等の金属により形成される。ガス排気管３１の途中には、開閉弁３２、バタフライバルブ等の圧力調整弁３３、及び真空ポンプ３４が順次介設されており、処理容器１０内の圧力を調整しながら真空に排気できるようになっている。なお、ガス排気ポート２０の内径は、ガス排気管３１の内径と同じに設定されている。

加熱手段４０は、処理容器１０の外周に、処理容器１０を取り囲むようにして設けられている。加熱手段４０は、処理容器１０内に位置するウエハＷを加熱し得るようになっている。加熱手段４０の外周には断熱材５０が設けられており、熱的安定性を確保するようになっている。

蓋体６０は、処理容器１０の下端部の開口を開閉可能に設けられている。蓋体６０を移動させて開口を開くことで、ウエハＷを搬入出できるようになっている。

昇降機構７０は、例えばボートエレベータであり、先端に回転軸７２が取り付けられたアーム７１を支持する。昇降機構７０は、蓋体６０、ウエハボート８０等を一体的に昇降させる。

ウエハボート８０は、上下方向に複数枚のウエハＷを離間した状態で保持する。ウエハボート８０が保持するウエハの枚数は特に限定されないが、例えば５０〜１５０枚とすることができる。ウエハボート８０は、石英により形成された保温筒７５を介してテーブル７４上に載置されている。テーブル７４は、処理容器１０の下端開口部を開閉する蓋体６０を貫通する回転軸７２の上端部に支持される。回転軸７２の貫通部には、例えば磁性流体シール７３が介設され、回転軸７２を気密にシールした状態で回転可能に支持している。また、蓋体６０の周辺部と処理容器１０の下端部には、例えばＯ−リング等のシール部材６１が介設されており、処理容器１０内のシール性を保持している。なお、テーブル７４を、蓋体６０側へ固定して設け、ウエハボート８０を回転させることなくウエハＷの処理を行うようにしてもよい。

マニホールド９０は、処理容器１０の下端部に設けられ、処理容器１０の内周壁に沿って延びる部分と、半径方向の外方に向けて延びるフランジ状の部分とを有する。マニホールド９０は、処理容器１０とは別部品で構成されるが、処理容器１０の側壁と一体的に設けられ、処理容器１０の側壁の一部を構成するように設けられる。マニホールド９０は、インジェクタ１００を支持する。

インジェクタ１００は、処理容器１０内にガスを供給するためのガス供給手段であり、石英により形成される。即ち、インジェクタ１００は、石英管とすることができる。インジェクタ１００は、処理容器１０の内周壁の長手方向に沿って、少なくとも処理容器１０の下部において内周壁と間隔を有して設けられている。インジェクタ１００には、その長さ方向に沿って複数の吐出孔１０２が所定の間隔を有して形成されており、各々の吐出孔１０２から水平方向に向けて略均一にガスを吐出できるようになっている。

ガス供給系１１０は、インジェクタ１００へガスを供給する。ガス供給系１１０は、インジェクタ１００へ連通されるガス配管１１１を有している。ガス配管１１１は、例えばステンレス鋼等の金属により形成される。ガス配管１１１の途中には、マスフローコントローラ等の流量制御器１１３、及び開閉弁１１２が順次介設されて、処理ガスの流量を制御しながら供給できるようになっている。熱処理に必要な他の処理ガスも、同様のガス供給系１１０及びマニホールド９０を介して供給される。

ベースプレート１２０は、処理容器１０の下端部のマニホールド９０の周辺部を支持する部材であり、例えばステンレス鋼により形成される。ベースプレート１２０は、処理容器１０の荷重を支持する。ベースプレート１２０の下方は、図示しないウエハ移載機構を有するウエハ移載室となっており、略大気圧の窒素ガス雰囲気になっている。また、ベースプレート１２０の上方は、通常のクリーンルームの清浄な空気の雰囲気となっている。

規制部材１３０は、マニホールド９０により支持されたインジェクタ１００が上方へ移動するのを規制する部材である。規制部材１３０の詳細については後述する。

次に、第１実施形態に係る熱処理装置におけるガス導入機構について詳細に説明する。図２から図４は、第１実施形態に係るガス導入機構の一例の概略図である。図２はガス導入機構の概略斜視図であり、図３は図２における規制部材を取り付ける前のガス導入機構の概略斜視図であり、図４は図３のガス導入機構を矢印Ａの方向から見たときの概略斜視図である。

図２から図４に示されるように、ガス導入機構は、マニホールド９０と、インジェクタ１００と、規制部材１３０と、溶接ベローズ１４０とを有する。

マニホールド９０は、インジェクタ支持部９１と、ガス導入部９８とを有する。インジェクタ支持部９１は、処理容器１０の内周壁に沿って上下方向に延びる部分であり、インジェクタ１００の下端部を外嵌支持可能な凹部９２を有する。凹部９２は、インジェクタ１００の下端部が挿入されたときに、インジェクタ１００を鉛直に立たせた状態で支持できる高さを有する。凹部９２にインジェクタ１００の下端部である挿入部１０３が挿入されることで、インジェクタ１００が支持される。凹部９２は、小径部９３と、小径部９３よりも開口径が大きい大径部９４と、小径部９３と大径部９４とを接続する段部９５とを有する。大径部９４は、小径部９３の上方に形成されている。ガス導入部９８は、インジェクタ支持部９１から半径方向の外方に延び、処理容器１０の外側に露出する部分であり、ガス導入路９９を有する。

インジェクタ１００は、直管部１０１と、吐出孔１０２と、挿入部１０３と、鍔部１０４と、開口部１０５と、を有する。直管部１０１は、処理容器１０の内周壁の長手方向に沿って設けられている。吐出孔１０２は、直管部１０１の長さ方向に沿って所定の間隔を有して複数形成されており、各々の吐出孔１０２から水平方向に向けて略均一にガスを吐出できるようになっている（図１参照）。挿入部１０３は、インジェクタ１００の下端部に形成されており、小径部９３に挿入される部分である。挿入部１０３の外径は、小径部９３の開口径と同一又は僅かに小さくなるように形成されている。これにより、挿入部１０３が小径部９３に挿入可能となっている。挿入部１０３の長さは、小径部９３の高さよりも長く、大径部９４と小径部９３の合計の高さよりも小さくなるように形成されている。そのため、挿入部１０３の外周面と大径部９４の内周面との間には隙間が形成されている。鍔部１０４は、直管部１０１と挿入部１０３との間において、外周面から半径方向の外方に延びて形成された部分である。鍔部１０４の下面と段部９５との間には、大径部９４の内周面、段部９５、挿入部１０３の外周面、及び鍔部１０４の下面によって囲まれた空間Ｓが形成されている。鍔部１０４は、空間Ｓに配置される溶接ベローズ１４０を介して段部９５と係合可能となっている。鍔部１０４の外径は、小径部９３の開口径よりも大きく、大径部９４の開口径よりも僅かに小さくなるように形成されている。これにより、インジェクタ１００を凹部９２に挿入した際、鍔部１０４の外周面と大径部９４の内周面との間には隙間Ｄが形成される。また、鍔部１０４の上面は、溶接ベローズ１４０の弾性力によって規制部材１３０の下面に当接可能になっている。開口部１０５は、挿入部１０３の側面に形成されており、ガス導入路９９と連通する。ガス供給系１１０から供給されるガスは、ガス導入路９９、開口部１０５、及び吐出孔１０２を通って、処理容器１０内に供給される。

規制部材１３０は、凹部９２に挿入されたインジェクタ１００が凹部９２から抜けるのを規制する部材である。規制部材１３０は、内径が直管部１０１の外径よりも大きく、鍔部１０４の外径よりも小さい挿通孔１３１を有する。規制部材１３０は、インジェクタ１００を凹部９２に挿入した後、インジェクタ支持部９１の上面に固定ネジ等を用いて取り付けられる。これにより、インジェクタ１００が凹部９２から上方に抜ける方向の力が加わった場合、鍔部１０４の上面が規制部材１３０の下面に当接し、インジェクタ１００が凹部９２から抜けるのが規制される。また、鍔部１０４と規制部材１３０との位置合わせやズレ防止の観点から、鍔部１０４の上面及び規制部材１３０の下面に凹凸等の係合部を形成することが好ましい。

溶接ベローズ１４０は、凹部９２内に設けられ、インジェクタ１００に対し、凹部９２から抜ける方向の押圧力を加えてインジェクタ１００を規制部材１３０に当接させる押圧力発生部材である。溶接ベローズ１４０は、空間Ｓに設けられ、一端（下端）が段部９５に固定され、他端（上端）が鍔部１０４の下面に固定されている。これにより、空間Ｓは、溶接ベローズ１４０を挟んで挿入部１０３側の空間Ｓ１と凹部９２の側面側の空間Ｓ２とに分離される。これにより、ガス導入路９９と開口部１０５との連通部分から凹部９２内の空間Ｓ１にガスが漏れた場合であっても、空間Ｓ１が溶接ベローズ１４０によって封止されているので、空間Ｓ１から空間Ｓ２へガスが漏れるのを防止できる。また、溶接ベローズ１４０の弾性力により、鍔部１０４に押圧力が加えられ、鍔部１０４の上面が規制部材１３０の下面に当接している。このように、溶接ベローズ１４０の弾性変形により生じる力によって、鍔部１０４は規制部材１３０の下面に常時押し当てられているので、マニホールド９０に対するインジェクタ１００のガタツキを抑制することができる。

以上に説明したように、第１実施形態に係るガス導入機構では、凹部９２内の空間Ｓにおいて、一端が段部９５に固定され、他端が鍔部１０４の下面に固定された溶接ベローズ１４０を有する。これにより、マニホールド９０のガス導入路９９とインジェクタ１００の開口部１０５との連通部分から空間Ｓ１にガスが漏れた場合であっても、空間Ｓ１が溶接ベローズ１４０によって封止されているので、空間Ｓ１から空間Ｓ２へガスが漏れるのを防止できる。即ち、マニホールド９０とインジェクタ１００との接続部分でのガス漏れを防止することができる。

また、マニホールド９０とインジェクタ１００の接続部分から処理容器１０内へのガスの漏れを防止できるので、処理容器１０内のウエハＷには、インジェクタ１００の吐出孔１０２のみからガスが吐出される。そのため、ウエハＷに成膜される膜の面内均一性及び面間均一性が向上する。これに対し、マニホールド９０とインジェクタ１００の接続部分から処理容器１０内へのガスの漏れがある場合、処理容器１０内のウエハＷには、インジェクタ１００の吐出孔１０２からだけでなく、処理容器１０の下方からもガスが吐出される。そのため、処理容器１０内の下方に位置するウエハＷでは、中心部よりも周辺部の膜厚が厚くなる等、面内均一性が悪化する場合がある。また、処理容器１０の上方に位置するウエハＷに吐出されるガスの量と、下方に位置するウエハＷに吐出されるガスの量とのバランスが崩れるため、面間均一性が悪化する場合がある。

また、第１実施形態に係るガス導入機構では、溶接ベローズ１４０の弾性力により、鍔部１０４に押圧力が加えられ、鍔部１０４の上面が規制部材１３０の下面に当接している。このように、溶接ベローズ１４０の弾性変形により生じる力によって、鍔部１０４は規制部材１３０の下面に常時押し当てられているので、マニホールド９０に対するインジェクタ１００のガタツキを抑制することができる。特に、インジェクタ１００に大流量のガスを供給した場合に、インジェクタ１００が浮き上がる等、上下方向に移動することを防止することができる。

〔第２実施形態〕
第２実施形態に係るガス導入機構及び熱処理装置について説明する。図５から図８は、第２実施形態に係るガス導入機構の一例の概略図である。図５はガス導入機構を分解したとき概略斜視図であり、図６はガス導入機構の概略上面図であり、図７は図６における一点鎖線Ａ−Ａにおいて切断した断面図であり、図８は図６における一点鎖線Ｂ−Ｂにおいて切断した断面図である。

第２実施形態に係るガス導入機構及び熱処理装置は、マニホールド９０と一体として形成された規制部材である規制部９６を有している点で、第１実施形態と異なっている。その他の構成については、第１実施形態に係るガス導入機構及び熱処理装置と同様であるので、対応する構成要素には同一の参照符号を付してその説明を省略する。

図５から図８に示されるように、ガス導入機構は、マニホールド９０と一体として形成され、嵌合孔９７を有する規制部９６と、嵌合孔９７に嵌合する鍔部１０４を有するインジェクタ１００とを有する。

規制部９６は、マニホールド９０に形成された凹部９２（大径部９４）の上方に形成されている。規制部９６は、マニホールド９０により支持されたインジェクタ１００が凹部９２から抜けるのを規制する部分である。規制部９６には、上下方向に貫通する嵌合孔９７が形成されている。嵌合孔９７は、挿入部１０３及び鍔部１０４を挿通可能に構成されている。嵌合孔９７は、例えば図５及び図６に示されるように、孔の形状が二面カット形状に形成された二面カット孔であってよい。また、嵌合孔９７は、孔の形状がＤ字形状に形成されたＤカット孔であってもよい。

鍔部１０４は、嵌合孔９７に嵌合し、溶接ベローズ１４０の弾性力が加わることで規制部９６に当接するように構成されている。例えば嵌合孔９７が二面カット孔である場合、鍔部１０４は二面カット孔に対応して外周形状が二面カット形状に加工された二面カット部とすることができる。そして、嵌合孔９７にインジェクタ１００の挿入部１０３及び鍔部１０４を挿入し、９０°回転させることで、溶接ベローズ１４０の弾性力によって規制部９６の下面に鍔部１０４の上面が当接する。また、例えば嵌合孔９７がＤカット孔である場合、鍔部１０４はＤカット孔に対応して外周形状がＤ字形状に加工されたＤカット部とすることができる。そして、嵌合孔９７にインジェクタ１００の挿入部１０３及び鍔部１０４を挿入し、９０°回転させることで、溶接ベローズ１４０の弾性力によって規制部９６の下面に鍔部１０４の上面が当接する。また、鍔部１０４と規制部９６との位置合わせやズレ防止の観点から、鍔部１０４の上面及び規制部９６の下面に凹凸等の係合部を形成することが好ましい。

以上に説明したように、第２実施形態に係るガス導入機構では、第１実施形態と同様、凹部９２内の空間Ｓにおいて、一端が段部９５に固定され、他端が鍔部１０４の下面に固定された溶接ベローズ１４０を有する。これにより、マニホールド９０のガス導入路９９とインジェクタ１００の開口部１０５との連通部分から空間Ｓ１にガスが漏れた場合であっても、空間Ｓ１が溶接ベローズ１４０によって封止されているので、空間Ｓ１から空間Ｓ２へガスが漏れるのを防止できる。即ち、マニホールド９０とインジェクタ１００との接続部分でのガス漏れを防止することができる。

また、第２実施形態に係るガス導入機構では、溶接ベローズ１４０の弾性力により、鍔部１０４に押圧力が加えられ、鍔部１０４の上面が規制部９６の下面に当接している。このように、溶接ベローズ１４０の弾性変形により生じる力によって、鍔部１０４は規制部９６の下面に常時押し当てられているので、マニホールド９０に対するインジェクタ１００のガタツキを抑制することができる。特に、インジェクタ１００に大流量のガスを供給した場合に、インジェクタ１００が浮き上がる等、上下方向に移動することを防止することができる。

特に、第２実施形態では、規制部９６の嵌合孔９７にインジェクタ１００の挿入部１０３及び鍔部１０４を挿通させた後、インジェクタ１００を９０°回転させることで、インジェクタ１００をマニホールド９０に取り付けることができる。即ち、ワンタッチでインジェクタ１００の脱着が可能である。そのため、インジェクタ１００の取り付けに要する工数を削減することができる。また、部材点数を削減できるので、コスト低減を図ることができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

上記の各実施形態では、押圧力発生部材が溶接ベローズ１４０である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。押圧力発生部材は、凹部９２内に設けられ、インジェクタ１００に凹部９２から抜ける方向の押圧力を加えてインジェクタ１００を規制部材１３０（又は規制部９６）に当接させることが可能であればよく、例えば他の弾性部材であってもよい。他の弾性部材を使用した場合であっても、凹部９２内に設けられる押圧力発生部材の弾性力により、インジェクタ１００に押圧力が加えられ、インジェクタ１００の鍔部１０４の上面が規制部材１３０（又は規制部９６）の下面に当接する。そのため、ガス導入路９９と開口部１０５との連通部分から空間Ｓにガスが漏れた場合であっても、鍔部１０４の上面と規制部材１３０（規制部９６）の下面との間に隙間がないので、空間Ｓから外部へガスが漏れるのを防止することができる。

１０処理容器
４０加熱手段
９０マニホールド
９２凹部
９３小径部
９４大径部
９５段部
９６規制部
９７嵌合孔
１００インジェクタ
１０３挿入部
１０４鍔部
１３０規制部材
１４０溶接ベローズ

Claims

縦長の処理容器と、
前記処理容器の内周壁の長手方向に沿って、少なくとも前記処理容器の下部において前記内周壁と間隔を有して設けられたインジェクタと、
前記インジェクタを下方から支持するマニホールドと、
前記インジェクタの下部において、前記インジェクタに対し、下方から上方に向かう押圧力を加える押圧力発生部材と、
前記インジェクタが上方へ移動するのを規制する規制部材と、
を有し、
前記インジェクタは、下端部に形成された挿入部と、前記挿入部の上方において外周面から半径方向の外方に延びて形成され、前記規制部材に当接可能な鍔部と、を有し、
前記マニホールドは、前記挿入部を外嵌支持可能な凹部を有し、
前記凹部は、
前記挿入部が挿入される小径部と、
前記小径部よりも上方に設けられ、前記小径部よりも開口径が大きい大径部と、
前記小径部と前記大径部とを接続する段部とを有する、
ガス導入機構。
前記鍔部の外径は、前記小径部の開口径よりも大きく、前記大径部の開口径よりも小さい、
請求項１に記載のガス導入機構。
前記押圧力発生部材は、一端が前記段部に固定され、他端が前記鍔部の下面に固定された弾性部材である、
請求項１又は２に記載のガス導入機構。
前記弾性部材は、溶接ベローズである、
請求項３に記載のガス導入機構。
前記規制部材は、前記マニホールドの上面に固定されて設けられている、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のガス導入機構。
前記規制部材は、前記大径部の上方に前記マニホールドと一体として形成され、前記挿入部及び前記鍔部を挿通可能な嵌合孔を有する、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のガス導入機構。
前記嵌合孔は、孔の形状が二面カット形状に形成された二面カット孔であり、
前記鍔部は、前記嵌合孔に対応して外周形状が二面カット形状に加工された二面カット部である、
請求項６に記載のガス導入機構。
前記嵌合孔は、孔の形状がＤカット形状に形成されたＤカット孔であり、
前記鍔部は、前記嵌合孔に対応して外周形状がＤカット形状に加工されたＤカット部である、
請求項６に記載のガス導入機構。
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のガス導入機構と、
前記処理容器を外側から加熱する加熱手段と、
を備える熱処理装置。