(57)【要約】【課題】  磁気シールを使用すること無くホットウオール方式の半導体製造装置にウェハ回転機構を導入可能にする。【解決手段】  反応室の内壁に固定される保持台９の頂部に上下移動可能かつ傾倒可能にウェハサセプター１の回転軸２を差し込み、この回転軸の下方に、回転軸の下端と当接可能に支持突起４ａを中央に有する回転軸受４を配設すると共に、その下部に動力伝達面５ａを形成し、上記動力伝達面より下方に、頂部に回転中心より半径方向外側に最先端部６ａを有する回転体６を、昇降可能かつ回転可能に配設し、上記回転体６を上昇させて動力伝達面５ａを突き上げ、上記回転軸受の支持突起４ａを回転軸２の下端に当接させて回転軸受４を突き上げた状態で、回転体６を回転させて最先端部６ａを回転中心軸線Ｌ１の周りに回転させることにより、上記回転軸２を歳差運動させるように構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室の内壁に固定される保持台の頂部に上下移動可能かつ傾倒可能にウェハサセプターの回転軸を差し込み、
この回転軸の下方に、回転軸の下端と当接可能に支持突起を中央に有する回転軸受を配設すると共に、その下部に動力伝達面を形成し、
上記動力伝達面より下方に、頂部に回転中心より半径方向外側に最先端部を有する回転体を、昇降可能かつ回転可能に配設し、
上記回転体を上昇させて動力伝達面を突き上げ、上記回転軸受の支持突起を回転軸の下端に当接させて回転軸受を突き上げた状態で、回転体を回転させて最先端部を回転中心軸線の周りに回転させることにより、上記回転軸を歳差運動させるように構成したことを特徴とするウェハ回転機構。
【請求項２】
請求項１記載のウェハ回転機構を、横型の反応管内に配置したウェハ支持板の回転機構として具備することを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気シールなしでウェハを回転し得るウェハ回転機構、及び、このウェハ回転機構を備えた半導体製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のウェハ回転機構を持つ半導体製造装置では、磁性流体による磁気シールを用いた回転軸を利用し、ウェハ旋回動作によるウェハ成膜均一性の向上を図っている。
【０００３】
図６に、従来のウェハ回転機構を持つ半導体製造装置の構成を示す。このウェハ回転機構は、石英サセプター１を頂部に取り付けた回転軸２を有し、該回転軸２の下部は回転軸受２１及び磁気シール２２を用いた回転軸受機構によって回転可能に支持されている。ウェハ回転機構全体は取付板２３によって反応室内壁（下部内壁）７に取り付けられている。回転軸２は、反応室内壁７の開口から室内に突設された保持台９の頂部開口と、取付板２３の中間部材２４とを貫通しており、この区間をフレキシブルベロー３で被って外部と遮断している。このフレキシブルベロー３の内部は配管２５を利用して窒素によりパージされるように構成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の磁気シールを用いた回転機構では、ウェハのみを加熱する光加熱方式を用いた半導体製造装置など一部の装置でのみウェハ回転が可能であり、従来からの内壁をヒーター加熱するホットウオール方式では、回転に必要な磁気シールが熱に弱い（１２０℃程度から磁気シール性が悪くなる）との理由から、ウェハ回転機構の導入は困難であるという問題点があった。
【０００５】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、従来から用いられている磁気シールを使用すること無く、ウェハ回転軸に偏芯旋回動作（歳差運動）を行わせることで、ホットウオール方式の半導体製造装置にウェハ回転機構を導入可能にするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１の発明に係るウェハ回転機構は、反応室の内壁に固定される保持台の頂部に上下移動可能かつ傾倒可能にウェハサセプターの回転軸を差し込み、この回転軸の下方に、回転軸の下端と当接可能に支持突起を中央に有する回転軸受を配設すると共に、その下部に動力伝達面を形成し、上記動力伝達面より下方に、頂部に回転中心より半径方向外側に最先端部を有する回転体を、昇降可能かつ回転可能に配設し、上記回転体を上昇させて動力伝達面を突き上げ、上記回転軸受の支持突起を回転軸の下端に当接させて回転軸受を突き上げた状態で、回転体を回転させて最先端部を回転中心軸線の周りに回転させることにより、上記回転軸を歳差運動させるように構成したことを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明に係る半導体製造装置は、請求項１記載のウェハ回転機構を、横型の反応管内に配置したウェハ支持板の回転機構として具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。
請求項１に記載のウェハ回転機構によれば、反応室の内壁に固定される保持台の頂部に上下移動可能かつ傾倒可能にウェハサセプターの回転軸を差し込み、この回転軸の下方に、回転軸の下端と当接可能に支持突起を中央に有する回転軸受を配設すると共に、その下部に動力伝達面を形成し、上記動力伝達面より下方に、頂部に回転中心より半径方向外側に最先端部を有する回転体を、昇降可能かつ回転可能に配設し、上記回転体を上昇させて動力伝達面を突き上げ、上記回転軸受の支持突起を回転軸の下端に当接させて回転軸受を突き上げた状態で、回転体を回転させて最先端部を回転中心軸線の周りに回転させることにより、上記回転軸を歳差運動させるように構成したので、磁気シールを用いないウェハ回転機構を得ることができる。
【０００９】
従って、本発明によれば、これまで困難であった成膜温度範囲が３００〜１３００℃程度のホットウオール方式の半導体製造装置において、ウェハ面内均一性向上に有効なウェハ回転機構を提供することができる。これにより、ホットウオール方式が有利な半導体製造工程（生成物が光透過を妨げる等）において、特に大口径ウェハの成膜面内均一性向上を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
まず前提となる、半導体製造装置の概要を説明する。
【００１１】
図５は、本発明のウェハ回転機構を適用可能な半導体製造装置の例として、二枚葉基板処理装置を構成する反応炉の概略縦断面を示したものである。この反応炉はホットウォール式の反応炉であって、所定の温度に加熱されて、ウェハを連続処理する。
【００１２】
石英製の反応容器としての反応管２０３は水平方向に扁平な空間を有しており、内部に基板としての半導体ウェハ（図示せず）を収容する。なお、反応容器は炭化珪素製、又はアルミナ製でもよい。反応管２０３内部には半導体ウェハを支持する支持具としてのウェハ支持板２１７が設けられ、反応管２０３の両端にはマニホールドとしてのガス導入フランジ２０９ａ、ガス導入フランジ２０９ｂが気密に設けられ、一方のガス導入フランジ２０９ａには更に仕切弁としてのゲートバルブ２４４を介して搬送室（図示せず）が連接されている。ガス導入フランジ２０９ａ、ガス導入フランジ２０９ｂにはそれぞれ供給管としてのガス導入ライン２３２ａ、２３２ｂ、排気管としての排気ライン２３１ａ、２３１ｂが連通される。
【００１３】
反応管２０３の上下にはそれぞれ加熱手段としての上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂが設けられ、反応管２０３内部を均一にもしくは所定の温度勾配を生じさせて加熱するようになっている。また、上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂには、それぞれのヒータ温度を制御する温度制御手段（図示せず）が接続されている。また上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂおよび反応管２０３を覆うように断熱部材としての断熱材２０８が設けられている。反応管２０３内の温度、反応管２０３内の圧力、反応管２０３内に供給するガスの流量は、それぞれ図示してない温度制御手段、圧力制御手段、流量制御手段により、所定の温度、圧力、流量となるよう制御される。
【００１４】
上記ウェハ支持板を回転させる手段として適したウェハ回転機構の構成を図１に示す。
このウェハ回転機構においては、図１に示す通り、ウェハサセプター１、該サセプター１の中心を下方から支持するサセプター回転軸２、フレキシブルベロー３と回転軸受４、その裏面の動力伝達面部材５、これらが反応室内壁７に固定される。そして、その回転軸受４けを円周状傾斜動作させる傾斜断面を持つ円柱回転体６より構成される。
【００１５】
詳述するに、反応管２０３の反応室を構成する反応室内壁（下部内壁）７に開口８が設けられ、該開口８から室内に突設された保持台９の頂部開口に、フレキシブルベロー３の頂部３ａが固定されている。
【００１６】
このフレキシブルベロー３の頂部３ａに設けた貫通孔１０には、これを緩く貫通する形でサセプター回転軸２が挿通されており、その頂部に被せた取り付け部材１１を介して、サセプター１の中心が固定されている。なお、このサセプター１上にはウェハ１２が載置される。回転停止時においては、サセプター回転軸２が下降し、サセプター回転軸２の頂部に被せた取り付け部材１１の下端がフレキシブルベロー頂部３ａの表面に当接することにより、サセプター回転軸２の抜けが防止され且つフレキシブルベロー頂部３ａに支持されるように構成されている。
【００１７】
フレキシブルベロー３の下部には、円盤状で中央に支持突起４ａを有する回転軸受４が設けられ、閉鎖された空間１３を形成している。この空間１３内に異物が付着しないよう、回転軸受４には局所排気用フレキシブル配管１４が連接されている。さらに上記回転軸受４の下面には、平坦面から成る摺接面５ａの周囲に下向き縁５ｂを有する受け皿の形をした動力伝達面部材５が固定されており、その下方には傾斜断面を持つ円柱回転体６が、昇降可能かつ垂直軸の周りに回転可能に配設されている。
【００１８】
この図１に示すウェハ回転機構は、ウェハサセプター回転軸２を傾斜させ、そして円周方向に常に同期傾斜（歳差運動）させることにより、ウェハ回転動作を行う構成を安価に構築するものである。これにより、高価な磁気シールを使用すること無く、かつ、それにより、ホットウオール方式でウェハ回転可能な半導体製造装置を提供するものである。
【００１９】
まず、図１に示すウェハ回転停止時においては、円柱回転体６が下降し、ウェハサセプター１、回転軸２、回転軸受４が下降する。その下降位置は、フレキシブルベロー３の取り付け部たる取り付け部材１１と回転軸２とが接触することで規定される。この下降位置において、ウェハ１２のチャージ／ディスチャージを行う。
【００２０】
次に、ウェハ回転時においては、図２に示すように円柱回転体６が上昇し、その最先端６ａが動力伝達面部材５の下面５ａに当接してこれを突き上げることにより、回転軸受４の支持突起４ａが回転軸２の下端凹部（底面の窪み）に当接し、回転軸２を突き上げる。これによりウェハサセプター１、回転軸２、回転軸受４が上昇する。この上昇位置の状態で、回転軸２は、その取り付け部材１１がフレキシブルベロー３の取り付け部たる頂部３ａとの接触固定状態から外れて上に移動し、貫通孔１０の内周に沿って旋回可能な状態となる。なお回転軸２の底面の窪みと回転軸受４けの突起４ａは点接触している。
【００２１】
この時、図３に示すように、回転軸２の中間部はフレキシブルベロー３の固定部である頂部３ａに設けた貫通孔１０と接触する。また、回転軸２の中間部の外周とフレキシブルベロー３の頂部貫通孔１０の内周には、それぞれがかみ合う軸滑り防止溝１５、１６が周方向に所定ピッチで設けてある。この軸滑り防止溝１５、１６は、なめらかな旋回動作をさせるため必要に応じて加工を施すものであり、事情によっては省くこともできる。
【００２２】
その後、円柱回転体６を回転させ、その傾斜面頂部の先端６ａを回転中心軸線Ｌ１の周りに回転させる。そうすると円柱回転体６と動力伝達面５との接触点が円を描いて移動することから、その移動位置に応じて回転軸受４の傾きが円周状に変化して（回転運動はしない）、回転軸２と回転軸受４の点接触位置Ｐ（図４参照）が平面円周運動を行う。それにより、傾斜した回転軸２が全体の中心軸Ｌ１から見て、先程の点接触位置Ｐと１８０度反対方向に倒れ、その中間部外周に設けてある軸滑り防止溝１５がフレキシブルベロー３の頂部貫通孔１０内周に切ってある軸滑り防止溝１６にはまる（図３参照）。そして、その点接触位置Ｐが平面円周運動をすれば、回転軸２は、その中間部外周の軸滑り防止溝１５がフレキシブルベロー３の頂部貫通孔１０内周の軸滑り防止溝１６にかみ合いながら転がるようにして偏芯した旋回動作を行う。
【００２３】
また、フレキシブルベロー３により囲われて空間１３となっている部位についてには、摩擦による異物をウェハに付着させないために、底面のフレキシブル配管１４より局所排気を施す。
【００２４】
本発明によれば、これまで困難であったホットウオール方式の半導体製造装置において、ウェハ面内均一性向上に有効なウェハ回転機構を提供することができる。これにより、ホットウオール方式が有利な半導体製造工程（生成物が光透過を妨げる等）において、特に大口径ウェハの成膜におけるウェハ面内均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のウェハ回転機構の回転停止時の状態を示した断面図である。
【図２】本発明のウェハ回転機構の回転時の状態を示した断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明のウェハ回転機構の動作説明に供する図である。
【図５】本発明のウェハ回転機構を適用した半導体製造装置を示した断面図である。
【図６】従来のウェハ回転機構を示した断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  ウェハサセプター
２  サセプター回転軸
３  フレキシブルベロー
３ａ  頂部
４  回転軸受
４ａ  支持突起
５  動力伝達面部材
５ａ  摺接面
５ｂ  下向き縁
６  円柱回転体
６ａ  先端
７  反応室内壁
８  開口
９  保持台
１０  貫通孔
１１  取り付け部材
１２  ウェハ
１３  空間
１４  局所排気用フレキシブル配管
１５、１６  軸滑り防止溝
【図１】
2005260166.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005260166.tif 000005
【図４】
2005260166.tif 000006
【図５】
2005260166.tif 000007
【図６】
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