処理装置及び半導体製造装置
【課題】処理室内においてガスが生成される処理装置において、副生成物がハウジング等に堆積することを無くすことにより、軸部材等の損傷を防止し、長寿命を達成し、さらに温度制御でなく圧力制御により副生成物の発生を防止することにより、ハウジングその他の要素機器を高温に耐え得る構造にする必要を無くす。
【解決手段】外部領域Ａ内に配置されており、固相化温度が圧力によって変化するガス（塩化アンモニウム）を収容しており、室内の圧力がＰ１である処理室Ｂと、処理室Ｂに取付けられたハウジング６と、ハウジング６の中を通って処理室Ｂの中に出ている軸部材９と、ハウジング６の中であって軸部材９の周りに設けられており処理室Ｂと空間的につながっている減圧室Ｃと、減圧室Ｃ内の圧力Ｐ２が処理室Ｂ内の圧力Ｐ１よりも低く（Ｐ１＞Ｐ２）なるように制御するクリアランスシール１１とを有する処理装置、例えば半導体製造装置である。
【解決手段】外部領域Ａ内に配置されており、固相化温度が圧力によって変化するガス（塩化アンモニウム）を収容しており、室内の圧力がＰ１である処理室Ｂと、処理室Ｂに取付けられたハウジング６と、ハウジング６の中を通って処理室Ｂの中に出ている軸部材９と、ハウジング６の中であって軸部材９の周りに設けられており処理室Ｂと空間的につながっている減圧室Ｃと、減圧室Ｃ内の圧力Ｐ２が処理室Ｂ内の圧力Ｐ１よりも低く（Ｐ１＞Ｐ２）なるように制御するクリアランスシール１１とを有する処理装置、例えば半導体製造装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、室温よりも高温状態であって大気圧よりも減圧状態にある処理室内において２種類以上のガスの反応により薄膜を形成する等といった機能を有する処理装置及び半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記処理装置及び半導体製造装置においては、処理室の内外にわたって軸部材（例えば、回転軸）が設けられ、その軸部材の運動（例えば、回転動）によって処理室内で所定の処理が実行される。例えば、半導体製造装置であれば、処理室内において半導体用基板に薄膜形成処理が行われる。
【０００３】
この処理装置において、処理室の内部の圧力（Ｐ１）が外部領域の圧力（Ｐ３）よりも低く設定されることがある。例えば、半導体製造装置において、大気圧（約１００ｋＰａ（キロパスカル）程度）の外部領域内で処理室内圧力Ｐ１が１〜１０００Ｐａ（パスカル）程度に設定されることがある。このような装置においては、軸部材の周囲で試料室内圧力Ｐ１と外部領域圧力Ｐ３との圧力差を保持するための付帯装置であるシール装置が、処理室に付設される。
【０００４】
上記処理装置において、処理室内においてガスを発生させるような処理が行われることがある。このような処理装置において、処理室内で発生したガスがシール装置の内部に侵入し、さらに冷えることによって固化して軸部材の外周面やシール装置の内部に副生成物として付着することがある。この副生成物が限界量以上に堆積すると、軸部材の適正な運動（例えば、適正回転数の回転）が阻害されたり、正常なシール機能が得られなくなったりするおそれがある。
【０００５】
例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置のような処理装置においては、室温（２０℃〜２５℃）で大気圧（約１００ｋＰａ）の雰囲気中に設置された処理室の内部が所定温度（例えば７００℃〜１０００℃）で所定の減圧状態（例えば、２０Ｐａ）に設定され、その処理室内において半導体装置用の基板上に窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）膜を形成する処理等が行われる。
【０００６】
この処理においては、所定の複数の原料ガスの反応によって窒化シリコン膜を形成するが、その際、副生成物として塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）ガスが生成される。そして、この塩化アンモニウムガスはシール装置内に侵入し、そこで冷却されて固化して、運動軸外周面やシール装置の内部に付着することがある。
【０００７】
このようにガスが軸部材に付着することを防止できる技術を備えた装置として、従来、特許文献１に開示された装置が知られている。この装置は、基板保持手段によって基板を支持し、軸部材である回転軸によって基板保持手段を回転させる構成を有しており、さらに、回転軸近傍に副生成物が付着するのを防止するための加熱部材が設けられている。この装置では、加熱部材によって回転軸近傍の温度を高く維持することにより、ガスの冷却による固化を防止して副生成物の生成及び付着を防止している。
【０００８】
また、ガスが軸部材に付着することを防止できる技術を備えた装置として、従来、特許文献２に開示された装置も知られている。この装置は、軸部材である回転シャフトを包囲したハウジングの部分領域に取り付けられた冷媒ジャケットを有している。そして、この冷媒ジャケットのハウジングに対する取付け位置は、軸部材の軸方向に沿って変更可能となっている。この装置では、ハウジングに対する冷媒ジャケットの取付け位置を変えることにより、ハウジング内のシール部の温度を制御している。
【０００９】
また、特許文献３には、図４に示すように、外部領域Ａ中に置かれた処理室Ｂの壁１０５に取り付けられる回転導入装置１０１が開示されている。この装置１０１は、処理室Ｂの内部を磁気シール装置１０２によって高真空に維持しつつ、外部領域Ａと処理室Ｂ内との間に配置された回転軸１０３によって、処理室Ｂの外部から内部へと回転動力を導入するものである。外部領域Ａの圧力は、例えば１００ｋＰａ程度の大気圧であり、処理室Ｂ内は１×１０−８〜１×１０３Ｐａ程度の高真空状態である。
【００１０】
この回転導入装置１０１は、処理室Ｂと外部領域Ａとの間に中間排気室１０４を有している。そして、中間排気室１０４内は、処理室Ｂ内を不純ガス成分を含まないきれいな高真空状態に維持するために設けられている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−１８４７６９号公報（第２頁、図１）
【特許文献２】特開２００５−０７６７５８号公報（第４〜５頁、図１）
【特許文献３】特開平４−３２１８８２号公報（第３〜４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
回転軸近傍を高温状態にするという特許文献１に開示された装置においては、回転軸やシール装置を耐高温性を備えた構造にしなければならず、さらにその構造に耐久性を持たせなければならないという問題があった。
【００１３】
他方、冷媒ジャケットの取付け位置を調整することによりシール部の温度を調節することにした特許文献２に開示された装置においては、同様に回転軸等に耐高温性を持たせなければならず、さらに耐久性を持たせなければならないという問題があった。
【００１４】
他方、中間排気室を用いた特許文献３に開示された回転導入装置は高真空状態に設定された処理室内を如何にきれいな状態のままに維持するかを課題としており、処理室で何等かのガスが発生したり、そのガスが回転導入装置内で冷却されて固化したりすることは、全く考慮されていない。
【００１５】
本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、処理室内においてガスが生成される処理装置において、副生成物がハウジング等に堆積することを無くすことにより、軸部材等の損傷を防止し、長寿命を達成することを１つの目的とする。
さらに、温度制御により副生成物の発生を防止するのではなく、圧力制御により副生成物の発生を防止することにより、ハウジングや軸部材やそれらに付随する要素機器を高温に耐え得る構造にする必要を無くし、その結果として長寿命を達成することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る処理装置は、外部領域内に配置されており固相化温度が圧力によって変化するガスを収容しており室内の圧力がＰ１である処理室と、該処理室に取り付けられたハウジングと、該ハウジングの中を通って前記処理室の中に出ている軸部材と、前記ハウジングの中であって前記軸部材の周りに設けられており前記処理室と空間的につながっている減圧室と、該減圧室内の圧力Ｐ２が前記処理室内の圧力Ｐ１よりも低く（Ｐ１＞Ｐ２）なるように制御する圧力制御手段とを有することを特徴とする。
【００１７】
この処理装置においては、軸部材の動きを利用して処理室内で所望の処理が行われる。軸部材はハウジングに支持されて処理室の内外にわたって設けられているので、処理室内で発生したガスがハウジングの内部へ侵入して固化し、その固化物が軸部材やハウジングに付着して、軸部材の動きに支障が出たり、軸部材やハウジングが損傷したりするおそれがある。
【００１８】
しかしながら、本発明では、処理室内で発生したガスがハウジング内で冷えて固化することを、ハウジングの温度制御によって防止するのではなく、ハウジング内に設けた減圧室内の圧力制御によって防止することにした。具体的には、減圧室内の圧力Ｐ２を処理室内の圧力Ｐ１よりも低く（Ｐ１＞Ｐ２）することにより、ガスの固相化温度を下げることで、ガスの固化を防止するようにした。
【００１９】
このため、ハウジング、軸部材及びそれらに付属する要素機器は高温にする必要がなく、高温に耐え得る構造を構築する必要がなくなった。また、ハウジング内及びハウジング近傍におけるガスの固化による軸部材の損傷等を防止でき、それ故、処理装置の長寿命化を達成できた。
【００２０】
次に、本発明に係る処理装置において、前記圧力制御手段は、前記処理室と前記減圧室との間に設けられたクリアランスシールを有し、該クリアランスシールによってコンダクタンスを下げて前記減圧室内の圧力Ｐ２と前記減圧室内の圧力Ｐ１との圧力差を保持することができる。クリアランスシールは、一般に、非接触で狭い隙間（例えば、同心円隙間）によりコンダクタンスを小さくする目的のシールである。
【００２１】
次に、本発明に係る処理装置において、前記圧力制御手段は、前記減圧室内のガスを外部へ排出する排気手段を有することができる。この構成により、ハウジング内のガスを減圧室を介して外部へ排出できる。
【００２２】
次に、本発明に係る処理装置において、前記ガスは塩化アンモニウムであり、前記処理室内の圧力Ｐ１は１〜１０００Ｐａであり、前記減圧室内の圧力Ｐ２は１×１０−１Ｐａ以下であることが望ましい。この構成は、半導体製造装置を処理装置とする場合に好適な条件である。
【００２３】
次に、本発明に係る処理装置において、前記軸部材は前記外部領域、前記減圧室、前記処理室にわたって設けられており、前記外部領域の圧力はＰ３であり、前記処理室内圧力Ｐ１、前記減圧室内圧力Ｐ２及び前記外部領域圧力Ｐ３の関係は、
Ｐ３＞Ｐ１＞Ｐ２
であり、前記減圧室と前記外部領域との間にシール手段が設けられており、該シール手段は前記外部領域圧力Ｐ３と前記減圧室内圧力Ｐ２との圧力差を保持することができる。
【００２４】
この構成は、外部領域と減圧室との圧力が異なる構成であり、特に、外部領域の圧力が減圧室及び処理室のいずれの圧力よりも高い場合である。
【００２５】
次に、減圧室と外部領域との間にシール手段を配設した構成を有する本発明に係る処理装置において、前記シール手段は磁性流体を用いた磁性流体シール装置であることが望ましい。磁性流体は、例えば、キャリア流体に界面活性剤と強磁性体粒子を分散させて作製されている。キャリア流体は、例えば、水、ハイドロカーボン、パーフロロポリエーテル等である。界面活性剤は、例えば脂肪酸である。そして、強磁性体粒子はマグネタイト、フェライト等である。
【００２６】
磁性流体シール装置は、ポールピース（磁極片）と軸部材との間に磁性流体膜を形成し、軸部材が運動（例えば回転）する場合でも磁性流体膜の形成を維持し、この磁性流体膜によって圧力差を保持するものである。
【００２７】
次に、本発明に係る処理装置において、前記処理室内の温度ｔ１と、前記処理室と前記減圧室との間の部分の前記ハウジングの温度ｔ２と、前記外部領域の温度ｔ３との関係は、
ｔ１＞ｔ２≧ｔ３
であることが望ましい。この構成により、ハウジング内及びハウジング近傍でガスが固化して付着することを効果的に防止できる。
【００２８】
次に、本発明に係る処理装置は、前記処理室と前記減圧室との間に在る部分の前記ハウジングを加熱する加熱手段を有することが望ましく、さらに、その加熱手段は前記処理室内に在るガスの固相気相特性線図上の固相気相境界線に従って、前記処理室と前記減圧室との間に在る部分の前記ハウジングの温度を、前記外部領域の温度（ｔ３）よりも高くすることが望ましい。固相気相特性線図上の固相気相境界線は、ある圧力下に在るガスが固化する際の温度、すなわち固相化温度を規定するものであり、ハウジングの温度をこの固相気相境界線に従って設定しておけば、ハウジングでのガスの固化を確実に防止できる。
【００２９】
次に、本発明に係る半導体製造装置は、外部領域内に配置されており固相化温度が圧力によって変化するガスを収容しており室内の圧力がＰ１である処理室と、該処理室内に設けられており半導体用の基板を支持する基板支持手段と、該処理室に取り付けられたハウジングと、該ハウジングの中を通って前記処理室の中に出ており前記基板支持手段に連結された軸部材と、該軸部材を回転駆動する回転駆動手段と、前記ハウジングの中であって前記軸部材の周りに設けられており前記処理室と空間的につながっている減圧室と、該減圧室内の圧力Ｐ２が前記処理室内の圧力Ｐ１よりも低く（Ｐ１＞Ｐ２）なるように制御する圧力制御手段とを有し、前記処理室内圧力Ｐ１、前記減圧室内圧力Ｐ２及び前記外部領域圧力Ｐ３の関係は、
Ｐ３＞Ｐ１＞Ｐ２
であり、前記減圧室と前記外部領域との間にシール手段が設けられており、該シール手段は前記外部領域圧力Ｐ３と前記減圧室内圧力Ｐ２との圧力差を保持することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明では、処理室内で発生したガスがハウジング内で冷えて固化することを、ハウジングの温度制御によって防止するのではなく、ハウジング内に設けた減圧室内の圧力制御によって防止することにした。具体的には、減圧室内の圧力Ｐ２を処理室内の圧力Ｐ１よりも低く（Ｐ１＞Ｐ２）することにより、ガスの固相化温度を下げることで、ガスの固化を防止するようにした。このため、ハウジング、軸部材及びそれらに付属する要素機器は高温にする必要がなく、高温に耐え得る構造を構築する必要がなくなった。また、ハウジング内及びハウジング近傍におけるガスの固化により軸部材等が損傷することを防止でき、さらに軸部材及びそれに付属する要素機器の長寿命化が達成できた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明に係る処理装置を実施形態に基づいて説明する。本実施形態では、処理装置の一例である半導体製造装置に本発明を適用するものとする。なお、本発明がこの実施形態に限定されないことはもちろんである。また、これ以降の説明では図面を参照するが、その図面では特徴的な部分を分かり易く示すために実際のものとは異なった比率で構成要素を示す場合がある。
【００３２】
図１は、本発明に係る半導体製造装置の正面断面図である。図２は、図１に示す半導体製造装置の主要部であるシール部を構成する磁性流体シール部の拡大図である。図１において矢印Ｙ０−Ｙ０方向が上下方向（すなわち、重力方向）である。図１において、全体を符号１で示す処理装置としての半導体製造装置は、隔壁２によって外部領域Ａから隔離されている処理室Ｂと、隔壁２に取り付けられたシール装置３とを有している。外部領域Ａは大気圧Ｐ３の領域であり、処理室Ｂの内部は圧力Ｐ１である。
【００３３】
シール装置３は、フランジ４を備えたハウジング６と、ハウジング６の内部に設けられた軸受７ａ，７ｂと、シール部を構成する磁性流体シール部８とを有している。なお、シール部は磁性流体を用いないシール構造とすることもできる。シール装置３はフランジ４をボルト５その他の締結具によって隔壁２の固定することによって処理室Ｂに付設されている。ハウジング６は非磁性材料（すなわち、磁界で磁性を帯びない材料）、例えば非磁性ステンレス鋼によって形成されている。
【００３４】
なお、図示はしていないが、シール装置３には磁性流体シール部８内の磁性流体が過剰な高温になることを防止するために、冷却装置が設けられる。この冷却装置はハウジング６の全体を冷却するものではないが、しかし、ハウジング６の温度はこの冷却装置による冷却作用の影響を受けて低くなる傾向にある。
【００３５】
軸部材としての回転軸９が自身の中心軸線Ｘ０を中心として回転（いわゆる、軸回転）可能に、しかし軸方向移動不能に、軸受７ａ及び７ｂによって支持されている。回転軸９には回転駆動装置１０が連結されている。回転駆動装置１０は回転軸９に回転動力を付与する装置であり、例えば、サーボモータ、パルスモータ等といった回転速度を制御可能な電動モータや、ギヤ、ベルト等といった動力伝達要素等を含んで構成されている。
【００３６】
ハウジング６の内部であって、磁性流体シール部８と処理室Ｂとの間の回転軸９の周囲に、空間領域である減圧室Ｃが軸線Ｘ０を中心としたリング状に形成されている。減圧室Ｃは、排気されることによって差圧が形成されるように動作する室、すなわち差動排気室として機能する。ハウジング６は、減圧室Ｃと処理室Ｂとの間で壁厚が厚くなっており、その内周面が回転軸９の近傍まで膨出している。これにより、ハウジング６の内周面によって回転軸９の周囲にクリアランスシール（すなわち、非接触シール）１１が形成されている。
【００３７】
クリアランスシール１１は、ハウジング６の内周面と回転軸９の外周面との間隙を所定の軸方向長さにわたって一定の微小間隙に設定したものであり、処理室Ｂと減圧室Ｃとの間でコンダクタンスを小さくして（１／１０〜１／１００００の圧力比）圧力差を図る機能を奏する。
【００３８】
クリアランスシール１１を形成しているハウジング６の外周面にヒータ１５が設けられている。ヒータ１５は通電によって発熱してハウジング６を加熱する。このヒータ１５の発熱温度は温度制御回路２０によって制御される。磁性流体シール部８を冷却するための冷却装置（図示せず）の影響によってクリアランスシール１１の部分のハウジング６の温度が低くなる傾向にあることは既述の通りであるが、ヒータ１５はこのようなハウジング６の温度低下を防止するためのものである。なお、場合によっては、ヒータ１５は設けなくても良い。
【００３９】
減圧室Ｃは、ハウジング６の内部圧力、特に処理室Ｂと減圧室Ｃとの間の部分であるクリアランスシール１１部分の圧力を制御するための空間である。
【００４０】
回転軸９は磁性材料、すなわち磁界において磁性を帯びる材料、例えば磁性ステンレス鋼によって形成されている。回転軸９は、外部領域Ａ、減圧室Ｃ、そして処理室Ｂにわたって設けられており、その一方の先端部が隔壁２に設けられた開口１２を通って処理室Ｂ内へ臨出している。そして、その回転軸９の先端に基板支持部材としての支持板１３が固定される。支持板１３の上には、必要に応じて処理の対象物である半導体装置用の基板１４が載置される。
【００４１】
減圧室Ｃの一部には通気管１６が設けられており、この通気管１６に排気装置１７が接続されている。排気装置１７はハウジング６の内部のガスを排気する。排気装置１７は、本実施形態では、気体搬送管１８によって通気管１６に接続された排気ポンプであるドライ回転ポンプ１９を有する。通気管１６から排気ポンプ１９へ至る気体搬送管１８上にバルブ２１及びコールドトラップ２２が設けられている。
【００４２】
ドライ回転ポンプ１９は、油や液体を用いずに内蔵するロータの回転によって排気を行うポンプである。もちろん、必要に応じて他の構造のポンプを用いることができる。バルブ２１は、必要に応じて気体搬送管１８を開閉する。コールドトラップ２２は、気体搬送管１８を流れるガスを冷却して固化させて捕獲する機器である。コールドトラップ２２は、排気ポンプ１９に副生成物が堆積することを防止する。
【００４３】
次に、磁性流体シール部８は、図２に示すように、複数（本実施形態では３つ）のポールピース（磁極片）２３ａ，２３ｂ，２３ｃと、それらのポールピース間に設けられた磁石（本実施形態では永久磁石）２４ａ，２４ｂと、回転軸９とポールピース２３ａ，２３ｂ，２３ｃとの間に充填された磁性流体２６とを有する。ポールピース２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、軸線Ｘ０を中心とするリング形状を有する。磁石２４ａ，２４ｂも軸線Ｘ０を中心とするリング形状を有する。
【００４４】
磁石２４ａ，２４ｂはリング状ではなく、複数のボタン状（すなわち、単体状）のものを回転軸９の断面域内でリング状に配置するようにしても良い。磁石２４ａ，２４ｂは回転軸９の軸方向に沿った片面がＮ極であり、反対面がＳ極であり、磁石２４ａと磁石２４ｂとでは同極が互いに向かい合っている。
【００４５】
ポールピース２３ａ，２３ｂ，２３ｃの内周面、すなわち回転軸９の外周面に対向する面は、先端が鋭角形状である断面三角形状の多数のエッジ２７となっている。エッジ２７の軸線Ｘ０方向の先端幅は例えば０．２〜０．３ｍｍである。エッジ２７の数は中央の最も幅が広いポールピース２３ｂにおいて６〜２０個である。すなわち、エッジ２７の軸線Ｘ０に沿った段数は６〜２０段である。エッジ２７の先端と回転軸９の外周面との間隔δは、例えば約５０μｍである。この間隔δ内に磁性流体２６がディスペンサによって適量、充填されている。
【００４６】
磁性流体２６は、例えば、キャリア流体に界面活性剤と強磁性体粒子を分散させて作成されている。キャリア流体は、例えば、水、ハイドロカーボン、パーフロロポリエーテル等である。界面活性剤は、例えば脂肪酸である。そして、強磁性体粒子はマグネタイト、フェライト等である。
【００４７】
磁石２４ａ，２４ｂは軸線Ｘ０方向の一端面がＮ極に着磁され、反対面がＳ極に着磁されている。このため、Ｎ極から出た磁力線は、ポールピース２３ａ，２３ｂ，２３ｃの片側内部を通り、回転軸９の内部を通り、そしてポールピース２３ａ，２３ｂ，２３ｃの他の片側内部を通ってＳ極へ到達する。これにより、ポールピース２３ａ，２３ｂ，２３ｃと回転軸９とにわたって磁気回路が形成され、従って、ポールピース２３ａ，２３ｂ，２３ｃと回転軸９との間に磁界が形成される。
【００４８】
ポールピース２３ａ，２３ｂ，２３ｃのエッジ２７と回転軸９との間に充填された上記の磁性流体２６は上記の磁界の作用により、エッジ２７及び回転軸９表面に磁気的に吸着し、これにより、両者間に磁性流体膜が形成されている。本明細書では、磁性流体及び磁性流体膜の両方を符号２６によって示すことにする。エッジ２７の先端部は鋭角形状となっているので、エッジ２７と回転軸９との間にはエッジ２７ごとに磁束が集中しており、これらの集中磁束ごとに磁性流体膜２６が形成される。
【００４９】
これらの磁性流体膜２６は回転軸９が回転する場合でもエッジ２７と回転軸９の表面との間に形成され続ける。そして、これらの磁性流体膜２６の作用により、減圧室Ｃ内の雰囲気すなわち環境（例えば圧力）と、外部領域Ａ内の雰囲気すなわち環境（例えば圧力）との間で回転軸９がシール、すなわち密封、すなわち封止される。例えば、減圧室Ｃ内の圧力がＰ２で外部領域Ａ内の圧力が大気圧Ｐ３にそれぞれ維持され、さらに外部領域Ａ内の塵等が減圧室Ｃへ侵入することが防止される。
【００５０】
ポールピース２３ａ，２３ｂ，２３ｃのエッジ２７と回転軸９は非接触であるので、ポールピース２３ａ，２３ｂ，２３ｃ、回転軸９及び磁性流体膜２６によって形成された磁性流体シール部は長期間にわたって所望のシール機能を維持する。つまり、長寿命のシール機能が達成される。
【００５１】
以下、上記構成よりなる半導体製造装置１の動作を説明する。
本実施形態では、図１の半導体製造装置がＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置として機能するものとする。この場合、外部領域Ａの温度は室温、一般的には２０℃〜２５℃である。外部領域Ａの圧力Ｐ３は大気圧、すなわち約１００ｋＰａである。
【００５２】
処理室Ｂ内の温度は、図示しない温度制御装置の働きによって、基板１４を処理するのに適した７００℃〜１０００℃に設定される。また、処理室Ｂ内の圧力Ｐ１は、図示しない減圧装置の作用によって、基板１４を処理するのに適した数パスカル、例えば２０Ｐａに設定される。
【００５３】
クリアランスシール１１の周囲の温度は、温度制御回路２０によるヒータ１５の発熱制御により、室温以上の適宜の温度、例えば１２０℃以上の温度に設定される。減圧室Ｃ内の温度も、ほぼクリアランスシール１１の部分と同じである。
【００５４】
減圧室Ｃ内の圧力Ｐ２はクリアランスシール１１及び排気装置１７の作用により、１×１０−１Ｐａ以下に設定される。つまり、半導体製造装置１に関する圧力は、大気圧Ｐ３が約１００ｋＰａ、処理室Ｂの圧力Ｐ１が約０〜１０００Ｐａ、そして減圧室Ｃの圧力Ｐ２が約１０−１Ｐａ以下であるから、
Ｐ３＞Ｐ１＞Ｐ２
に設定されている。
【００５５】
上記の環境条件の下、回転駆動装置１０によって駆動されて回転軸９が所定の回転速度で回転する。これにより、回転軸９に固定された支持板１３上に載置された複数の基板１４が回転する。処理室Ｂの内部には、原料ガスとして、ＳｉＨ４とＮＨ３の組合せ、又はＳｉＨ２Ｃｌ２とＮＨ３の組合せが供給され、基板１４上に窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）膜が成膜される。
【００５６】
以上の処理が行われている間、排気装置１７は減圧室Ｃ内のガスを外部へ排出すると共に、減圧室Ｃ内の圧力を所定の圧力Ｐ２に維持する。クリアランスシール１１は処理室Ｂと減圧室Ｃの圧力差（１／１０〜１／１００００の圧力比）を維持する。また、磁性流体シール部８内の複数の磁性流体膜２６（図２参照）は回転軸９をシール、すなわち軸封して、大気圧Ｐ３と減圧室Ｃ内の圧力Ｐ２との圧力差を維持する。
【００５７】
処理室Ｂ内において窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）膜が成膜されるときには、副生成物として塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）が生成される。この塩化アンモニウムはクリアランスシール１１の部分やシール部８にガス状に流れ出る。
【００５８】
図３は塩化アンモニウムの固相気相特性図を示している。このデータは「Chemistry and Physics」のＣＲＣハンドブックから入手できるものである。この特性図の横軸は塩化アンモニウムの温度（℃）を示し、縦軸は圧力（Ｐａ）を示している。
【００５９】
図３の特性図内に描かれた直線Ｌが、塩化アンモニウムの固相と液相との境界線を示している。例えば、塩化アンモニウムの周囲圧力が１０Ｐａであれば温度１２０℃付近に気相と液相の境界があり、温度がそれ以下であれば塩化アンモニウムは固相を呈し、温度がそれ以上であれば塩化アンモニウムは気相を呈する。また、塩化アンモニウムが固化する温度は、圧力が０．１Ｐａであれば５８℃であり、圧力が０．０１Ｐａであれば３４℃である。
【００６０】
本実施形態においては、図１の排気装置１７の作用により、減圧室Ｃ内の圧力Ｐ２が１×１０−１Ｐａ以下程度になるように制御される。つまり、クリアランスシール１１の部分や磁性流体シール部８が１×１０−１Ｐａ以下の圧力に維持される。そして、シール装置３は磁性流体を冷却するための図示しない冷却装置によって冷却されることがあるが、その場合でもシール装置３は高温である処理室Ｂに取り付けられていることもあり、シール装置３の全体の温度は固相温度よりも高い温度に保持される。
【００６１】
従って、図３の特性図に従えば、シール装置３に流れ出た塩化アンモニウムのガスは、気相状態を維持し、固化しない。そして、このガスは減圧室Ｃの所で排気装置１７によって引かれてハウジング６の外部へ排出される。以上により、処理室Ｂ内にあった塩化アンモニウムのガスは冷却によって固化されることなく、従って、クリアランスシール１１や、その他のハウジング６の内部に付着することなく、外部へ排出される。
【００６２】
以上のように本実施形態によれば、塩化アンモニウムガスが冷えて固化するのを防止することを、シール装置３の温度制御によって行うのではなく、ハウジング６の内部、例えば減圧室Ｃ内の圧力を図３に示す固相気相特性線図に基づいて固相圧力以下に制御することにより、ガスの固相化温度を下げることによって達成できる。このため、ハウジング６、軸部材９、及びそれらに付属する要素機器である磁性流体シール部８は高温にする必要がなく、それらを耐高温性の構造として構築する必要がなくなった。また、ハウジング６内及びその近傍におけるガスの固化による軸部材９の損傷等の防止、及び軸部材９及び磁性流体シール部８の長寿命化ができるようになった。
【００６３】
なお、図１において、隔壁２の温度が低い場合には、ハウジング６の温度が固相化温度より下がってしまうおそれもある。クリアランスシール１１を形成するハウジング６の外周面に設けたヒータ１５は、ハウジング６の温度が低くなり過ぎることを防止して、ガスの固化を防止するためのものである。
【００６４】
ヒータ１５は、ハウジング６の温度を、外部領域Ａの温度（すなわち、室温）より高い温度、例えば１２０℃以上の適宜の温度となるように制御する。１２０℃というのは、図３の特性図から分かるように、処理室Ｂ内の圧力である１０Ｐａに対応した塩化アンモニウムガスの固相化温度であり、従って、ハウジング６の温度をこの温度以上に保持すれば、ガスの固化、従ってハウジング６等への固化物の付着を確実に防止できる。
【００６５】
（他の実施形態）
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものでなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。
例えば、上記実施形態では、処理室Ｂ内の圧力が１０Ｐａであることを勘案して図３の境界線Ｌに従ってハウジング６の温度を１２０℃以上に調整することにしたが、これに代えて、処理室Ｂと減圧室Ｃとの間の部分であるクリアランスシール１１部分に在るガスの固相気相特性が図３の固相気相特性線図上の気相領域（GAS PHASE）に入るように、減圧室Ｃ内の圧力Ｐ２をクリアランスシール１１によって調整し、さらにハウジング６の温度をヒータ１５及び温度制御回路２０によって調整するように構成できる。
【００６６】
また、本発明は半導体製造装置以外の処理装置にも適用できる。図１において、ヒータ１５は必ずしも用いなくても良い。シール部８は磁性流体を用いない構成のシール装置によって形成することもできる。図１では外部領域Ａが大気圧領域であったが、外部領域Ａは大気圧以外の圧力領域である場合もある。図１では軸部材９が回転軸であったが、場合によっては直動軸であることもある。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係る処理装置の一実施形態を示す正面断面図である。
【図２】図１の処理装置の要部であるシール部を拡大して示す図である。
【図３】図１の処理装置の処理室で発生する塩化アンモニウムの固相気相特性線図を示す図である。
【図４】従来の回転導入装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１．半導体製造装置（処理装置）、 ２．隔壁、 ３．シール装置、 ４．フランジ、
５．ボルト、 ６．ハウジング、 ７ａ，７ｂ．軸受
８．磁性流体シール部（シール部）、 ９．回転軸（軸部材）、
１１．クリアランスシール（非接触シール）、 １２．開口、
１３．支持板（基板支持手段）、 １４．基板、 １５．ヒータ、 １６．通気管、
１７．排気装置、 １８．気体搬送管、 １９．排気ポンプ、 ２１．バルブ、
２２．コールドトラップ、 ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ．ポールピース、
２４ａ，２４ｂ．磁石、 ２６．磁性流体、 ２７．エッジ、 Ｘ０．軸線 δ．間隙、
Ａ．外部領域、 Ｂ．処理室、 Ｃ．減圧室
【技術分野】
【０００１】
本発明は、室温よりも高温状態であって大気圧よりも減圧状態にある処理室内において２種類以上のガスの反応により薄膜を形成する等といった機能を有する処理装置及び半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記処理装置及び半導体製造装置においては、処理室の内外にわたって軸部材（例えば、回転軸）が設けられ、その軸部材の運動（例えば、回転動）によって処理室内で所定の処理が実行される。例えば、半導体製造装置であれば、処理室内において半導体用基板に薄膜形成処理が行われる。
【０００３】
この処理装置において、処理室の内部の圧力（Ｐ１）が外部領域の圧力（Ｐ３）よりも低く設定されることがある。例えば、半導体製造装置において、大気圧（約１００ｋＰａ（キロパスカル）程度）の外部領域内で処理室内圧力Ｐ１が１〜１０００Ｐａ（パスカル）程度に設定されることがある。このような装置においては、軸部材の周囲で試料室内圧力Ｐ１と外部領域圧力Ｐ３との圧力差を保持するための付帯装置であるシール装置が、処理室に付設される。
【０００４】
上記処理装置において、処理室内においてガスを発生させるような処理が行われることがある。このような処理装置において、処理室内で発生したガスがシール装置の内部に侵入し、さらに冷えることによって固化して軸部材の外周面やシール装置の内部に副生成物として付着することがある。この副生成物が限界量以上に堆積すると、軸部材の適正な運動（例えば、適正回転数の回転）が阻害されたり、正常なシール機能が得られなくなったりするおそれがある。
【０００５】
例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置のような処理装置においては、室温（２０℃〜２５℃）で大気圧（約１００ｋＰａ）の雰囲気中に設置された処理室の内部が所定温度（例えば７００℃〜１０００℃）で所定の減圧状態（例えば、２０Ｐａ）に設定され、その処理室内において半導体装置用の基板上に窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）膜を形成する処理等が行われる。
【０００６】
この処理においては、所定の複数の原料ガスの反応によって窒化シリコン膜を形成するが、その際、副生成物として塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）ガスが生成される。そして、この塩化アンモニウムガスはシール装置内に侵入し、そこで冷却されて固化して、運動軸外周面やシール装置の内部に付着することがある。
【０００７】
このようにガスが軸部材に付着することを防止できる技術を備えた装置として、従来、特許文献１に開示された装置が知られている。この装置は、基板保持手段によって基板を支持し、軸部材である回転軸によって基板保持手段を回転させる構成を有しており、さらに、回転軸近傍に副生成物が付着するのを防止するための加熱部材が設けられている。この装置では、加熱部材によって回転軸近傍の温度を高く維持することにより、ガスの冷却による固化を防止して副生成物の生成及び付着を防止している。
【０００８】
また、ガスが軸部材に付着することを防止できる技術を備えた装置として、従来、特許文献２に開示された装置も知られている。この装置は、軸部材である回転シャフトを包囲したハウジングの部分領域に取り付けられた冷媒ジャケットを有している。そして、この冷媒ジャケットのハウジングに対する取付け位置は、軸部材の軸方向に沿って変更可能となっている。この装置では、ハウジングに対する冷媒ジャケットの取付け位置を変えることにより、ハウジング内のシール部の温度を制御している。
【０００９】
また、特許文献３には、図４に示すように、外部領域Ａ中に置かれた処理室Ｂの壁１０５に取り付けられる回転導入装置１０１が開示されている。この装置１０１は、処理室Ｂの内部を磁気シール装置１０２によって高真空に維持しつつ、外部領域Ａと処理室Ｂ内との間に配置された回転軸１０３によって、処理室Ｂの外部から内部へと回転動力を導入するものである。外部領域Ａの圧力は、例えば１００ｋＰａ程度の大気圧であり、処理室Ｂ内は１×１０−８〜１×１０３Ｐａ程度の高真空状態である。
【００１０】
この回転導入装置１０１は、処理室Ｂと外部領域Ａとの間に中間排気室１０４を有している。そして、中間排気室１０４内は、処理室Ｂ内を不純ガス成分を含まないきれいな高真空状態に維持するために設けられている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−１８４７６９号公報（第２頁、図１）
【特許文献２】特開２００５−０７６７５８号公報（第４〜５頁、図１）
【特許文献３】特開平４−３２１８８２号公報（第３〜４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
回転軸近傍を高温状態にするという特許文献１に開示された装置においては、回転軸やシール装置を耐高温性を備えた構造にしなければならず、さらにその構造に耐久性を持たせなければならないという問題があった。
【００１３】
他方、冷媒ジャケットの取付け位置を調整することによりシール部の温度を調節することにした特許文献２に開示された装置においては、同様に回転軸等に耐高温性を持たせなければならず、さらに耐久性を持たせなければならないという問題があった。
【００１４】
他方、中間排気室を用いた特許文献３に開示された回転導入装置は高真空状態に設定された処理室内を如何にきれいな状態のままに維持するかを課題としており、処理室で何等かのガスが発生したり、そのガスが回転導入装置内で冷却されて固化したりすることは、全く考慮されていない。
【００１５】
本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、処理室内においてガスが生成される処理装置において、副生成物がハウジング等に堆積することを無くすことにより、軸部材等の損傷を防止し、長寿命を達成することを１つの目的とする。
さらに、温度制御により副生成物の発生を防止するのではなく、圧力制御により副生成物の発生を防止することにより、ハウジングや軸部材やそれらに付随する要素機器を高温に耐え得る構造にする必要を無くし、その結果として長寿命を達成することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る処理装置は、外部領域内に配置されており固相化温度が圧力によって変化するガスを収容しており室内の圧力がＰ１である処理室と、該処理室に取り付けられたハウジングと、該ハウジングの中を通って前記処理室の中に出ている軸部材と、前記ハウジングの中であって前記軸部材の周りに設けられており前記処理室と空間的につながっている減圧室と、該減圧室内の圧力Ｐ２が前記処理室内の圧力Ｐ１よりも低く（Ｐ１＞Ｐ２）なるように制御する圧力制御手段とを有することを特徴とする。
【００１７】
この処理装置においては、軸部材の動きを利用して処理室内で所望の処理が行われる。軸部材はハウジングに支持されて処理室の内外にわたって設けられているので、処理室内で発生したガスがハウジングの内部へ侵入して固化し、その固化物が軸部材やハウジングに付着して、軸部材の動きに支障が出たり、軸部材やハウジングが損傷したりするおそれがある。
【００１８】
しかしながら、本発明では、処理室内で発生したガスがハウジング内で冷えて固化することを、ハウジングの温度制御によって防止するのではなく、ハウジング内に設けた減圧室内の圧力制御によって防止することにした。具体的には、減圧室内の圧力Ｐ２を処理室内の圧力Ｐ１よりも低く（Ｐ１＞Ｐ２）することにより、ガスの固相化温度を下げることで、ガスの固化を防止するようにした。
【００１９】
このため、ハウジング、軸部材及びそれらに付属する要素機器は高温にする必要がなく、高温に耐え得る構造を構築する必要がなくなった。また、ハウジング内及びハウジング近傍におけるガスの固化による軸部材の損傷等を防止でき、それ故、処理装置の長寿命化を達成できた。
【００２０】
次に、本発明に係る処理装置において、前記圧力制御手段は、前記処理室と前記減圧室との間に設けられたクリアランスシールを有し、該クリアランスシールによってコンダクタンスを下げて前記減圧室内の圧力Ｐ２と前記減圧室内の圧力Ｐ１との圧力差を保持することができる。クリアランスシールは、一般に、非接触で狭い隙間（例えば、同心円隙間）によりコンダクタンスを小さくする目的のシールである。
【００２１】
次に、本発明に係る処理装置において、前記圧力制御手段は、前記減圧室内のガスを外部へ排出する排気手段を有することができる。この構成により、ハウジング内のガスを減圧室を介して外部へ排出できる。
【００２２】
次に、本発明に係る処理装置において、前記ガスは塩化アンモニウムであり、前記処理室内の圧力Ｐ１は１〜１０００Ｐａであり、前記減圧室内の圧力Ｐ２は１×１０−１Ｐａ以下であることが望ましい。この構成は、半導体製造装置を処理装置とする場合に好適な条件である。
【００２３】
次に、本発明に係る処理装置において、前記軸部材は前記外部領域、前記減圧室、前記処理室にわたって設けられており、前記外部領域の圧力はＰ３であり、前記処理室内圧力Ｐ１、前記減圧室内圧力Ｐ２及び前記外部領域圧力Ｐ３の関係は、
Ｐ３＞Ｐ１＞Ｐ２
であり、前記減圧室と前記外部領域との間にシール手段が設けられており、該シール手段は前記外部領域圧力Ｐ３と前記減圧室内圧力Ｐ２との圧力差を保持することができる。
【００２４】
この構成は、外部領域と減圧室との圧力が異なる構成であり、特に、外部領域の圧力が減圧室及び処理室のいずれの圧力よりも高い場合である。
【００２５】
次に、減圧室と外部領域との間にシール手段を配設した構成を有する本発明に係る処理装置において、前記シール手段は磁性流体を用いた磁性流体シール装置であることが望ましい。磁性流体は、例えば、キャリア流体に界面活性剤と強磁性体粒子を分散させて作製されている。キャリア流体は、例えば、水、ハイドロカーボン、パーフロロポリエーテル等である。界面活性剤は、例えば脂肪酸である。そして、強磁性体粒子はマグネタイト、フェライト等である。
【００２６】
磁性流体シール装置は、ポールピース（磁極片）と軸部材との間に磁性流体膜を形成し、軸部材が運動（例えば回転）する場合でも磁性流体膜の形成を維持し、この磁性流体膜によって圧力差を保持するものである。
【００２７】
次に、本発明に係る処理装置において、前記処理室内の温度ｔ１と、前記処理室と前記減圧室との間の部分の前記ハウジングの温度ｔ２と、前記外部領域の温度ｔ３との関係は、
ｔ１＞ｔ２≧ｔ３
であることが望ましい。この構成により、ハウジング内及びハウジング近傍でガスが固化して付着することを効果的に防止できる。
【００２８】
次に、本発明に係る処理装置は、前記処理室と前記減圧室との間に在る部分の前記ハウジングを加熱する加熱手段を有することが望ましく、さらに、その加熱手段は前記処理室内に在るガスの固相気相特性線図上の固相気相境界線に従って、前記処理室と前記減圧室との間に在る部分の前記ハウジングの温度を、前記外部領域の温度（ｔ３）よりも高くすることが望ましい。固相気相特性線図上の固相気相境界線は、ある圧力下に在るガスが固化する際の温度、すなわち固相化温度を規定するものであり、ハウジングの温度をこの固相気相境界線に従って設定しておけば、ハウジングでのガスの固化を確実に防止できる。
【００２９】
次に、本発明に係る半導体製造装置は、外部領域内に配置されており固相化温度が圧力によって変化するガスを収容しており室内の圧力がＰ１である処理室と、該処理室内に設けられており半導体用の基板を支持する基板支持手段と、該処理室に取り付けられたハウジングと、該ハウジングの中を通って前記処理室の中に出ており前記基板支持手段に連結された軸部材と、該軸部材を回転駆動する回転駆動手段と、前記ハウジングの中であって前記軸部材の周りに設けられており前記処理室と空間的につながっている減圧室と、該減圧室内の圧力Ｐ２が前記処理室内の圧力Ｐ１よりも低く（Ｐ１＞Ｐ２）なるように制御する圧力制御手段とを有し、前記処理室内圧力Ｐ１、前記減圧室内圧力Ｐ２及び前記外部領域圧力Ｐ３の関係は、
Ｐ３＞Ｐ１＞Ｐ２
であり、前記減圧室と前記外部領域との間にシール手段が設けられており、該シール手段は前記外部領域圧力Ｐ３と前記減圧室内圧力Ｐ２との圧力差を保持することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明では、処理室内で発生したガスがハウジング内で冷えて固化することを、ハウジングの温度制御によって防止するのではなく、ハウジング内に設けた減圧室内の圧力制御によって防止することにした。具体的には、減圧室内の圧力Ｐ２を処理室内の圧力Ｐ１よりも低く（Ｐ１＞Ｐ２）することにより、ガスの固相化温度を下げることで、ガスの固化を防止するようにした。このため、ハウジング、軸部材及びそれらに付属する要素機器は高温にする必要がなく、高温に耐え得る構造を構築する必要がなくなった。また、ハウジング内及びハウジング近傍におけるガスの固化により軸部材等が損傷することを防止でき、さらに軸部材及びそれに付属する要素機器の長寿命化が達成できた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明に係る処理装置を実施形態に基づいて説明する。本実施形態では、処理装置の一例である半導体製造装置に本発明を適用するものとする。なお、本発明がこの実施形態に限定されないことはもちろんである。また、これ以降の説明では図面を参照するが、その図面では特徴的な部分を分かり易く示すために実際のものとは異なった比率で構成要素を示す場合がある。
【００３２】
図１は、本発明に係る半導体製造装置の正面断面図である。図２は、図１に示す半導体製造装置の主要部であるシール部を構成する磁性流体シール部の拡大図である。図１において矢印Ｙ０−Ｙ０方向が上下方向（すなわち、重力方向）である。図１において、全体を符号１で示す処理装置としての半導体製造装置は、隔壁２によって外部領域Ａから隔離されている処理室Ｂと、隔壁２に取り付けられたシール装置３とを有している。外部領域Ａは大気圧Ｐ３の領域であり、処理室Ｂの内部は圧力Ｐ１である。
【００３３】
シール装置３は、フランジ４を備えたハウジング６と、ハウジング６の内部に設けられた軸受７ａ，７ｂと、シール部を構成する磁性流体シール部８とを有している。なお、シール部は磁性流体を用いないシール構造とすることもできる。シール装置３はフランジ４をボルト５その他の締結具によって隔壁２の固定することによって処理室Ｂに付設されている。ハウジング６は非磁性材料（すなわち、磁界で磁性を帯びない材料）、例えば非磁性ステンレス鋼によって形成されている。
【００３４】
なお、図示はしていないが、シール装置３には磁性流体シール部８内の磁性流体が過剰な高温になることを防止するために、冷却装置が設けられる。この冷却装置はハウジング６の全体を冷却するものではないが、しかし、ハウジング６の温度はこの冷却装置による冷却作用の影響を受けて低くなる傾向にある。
【００３５】
軸部材としての回転軸９が自身の中心軸線Ｘ０を中心として回転（いわゆる、軸回転）可能に、しかし軸方向移動不能に、軸受７ａ及び７ｂによって支持されている。回転軸９には回転駆動装置１０が連結されている。回転駆動装置１０は回転軸９に回転動力を付与する装置であり、例えば、サーボモータ、パルスモータ等といった回転速度を制御可能な電動モータや、ギヤ、ベルト等といった動力伝達要素等を含んで構成されている。
【００３６】
ハウジング６の内部であって、磁性流体シール部８と処理室Ｂとの間の回転軸９の周囲に、空間領域である減圧室Ｃが軸線Ｘ０を中心としたリング状に形成されている。減圧室Ｃは、排気されることによって差圧が形成されるように動作する室、すなわち差動排気室として機能する。ハウジング６は、減圧室Ｃと処理室Ｂとの間で壁厚が厚くなっており、その内周面が回転軸９の近傍まで膨出している。これにより、ハウジング６の内周面によって回転軸９の周囲にクリアランスシール（すなわち、非接触シール）１１が形成されている。
【００３７】
クリアランスシール１１は、ハウジング６の内周面と回転軸９の外周面との間隙を所定の軸方向長さにわたって一定の微小間隙に設定したものであり、処理室Ｂと減圧室Ｃとの間でコンダクタンスを小さくして（１／１０〜１／１００００の圧力比）圧力差を図る機能を奏する。
【００３８】
クリアランスシール１１を形成しているハウジング６の外周面にヒータ１５が設けられている。ヒータ１５は通電によって発熱してハウジング６を加熱する。このヒータ１５の発熱温度は温度制御回路２０によって制御される。磁性流体シール部８を冷却するための冷却装置（図示せず）の影響によってクリアランスシール１１の部分のハウジング６の温度が低くなる傾向にあることは既述の通りであるが、ヒータ１５はこのようなハウジング６の温度低下を防止するためのものである。なお、場合によっては、ヒータ１５は設けなくても良い。
【００３９】
減圧室Ｃは、ハウジング６の内部圧力、特に処理室Ｂと減圧室Ｃとの間の部分であるクリアランスシール１１部分の圧力を制御するための空間である。
【００４０】
回転軸９は磁性材料、すなわち磁界において磁性を帯びる材料、例えば磁性ステンレス鋼によって形成されている。回転軸９は、外部領域Ａ、減圧室Ｃ、そして処理室Ｂにわたって設けられており、その一方の先端部が隔壁２に設けられた開口１２を通って処理室Ｂ内へ臨出している。そして、その回転軸９の先端に基板支持部材としての支持板１３が固定される。支持板１３の上には、必要に応じて処理の対象物である半導体装置用の基板１４が載置される。
【００４１】
減圧室Ｃの一部には通気管１６が設けられており、この通気管１６に排気装置１７が接続されている。排気装置１７はハウジング６の内部のガスを排気する。排気装置１７は、本実施形態では、気体搬送管１８によって通気管１６に接続された排気ポンプであるドライ回転ポンプ１９を有する。通気管１６から排気ポンプ１９へ至る気体搬送管１８上にバルブ２１及びコールドトラップ２２が設けられている。
【００４２】
ドライ回転ポンプ１９は、油や液体を用いずに内蔵するロータの回転によって排気を行うポンプである。もちろん、必要に応じて他の構造のポンプを用いることができる。バルブ２１は、必要に応じて気体搬送管１８を開閉する。コールドトラップ２２は、気体搬送管１８を流れるガスを冷却して固化させて捕獲する機器である。コールドトラップ２２は、排気ポンプ１９に副生成物が堆積することを防止する。
【００４３】
次に、磁性流体シール部８は、図２に示すように、複数（本実施形態では３つ）のポールピース（磁極片）２３ａ，２３ｂ，２３ｃと、それらのポールピース間に設けられた磁石（本実施形態では永久磁石）２４ａ，２４ｂと、回転軸９とポールピース２３ａ，２３ｂ，２３ｃとの間に充填された磁性流体２６とを有する。ポールピース２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、軸線Ｘ０を中心とするリング形状を有する。磁石２４ａ，２４ｂも軸線Ｘ０を中心とするリング形状を有する。
【００４４】
磁石２４ａ，２４ｂはリング状ではなく、複数のボタン状（すなわち、単体状）のものを回転軸９の断面域内でリング状に配置するようにしても良い。磁石２４ａ，２４ｂは回転軸９の軸方向に沿った片面がＮ極であり、反対面がＳ極であり、磁石２４ａと磁石２４ｂとでは同極が互いに向かい合っている。
【００４５】
ポールピース２３ａ，２３ｂ，２３ｃの内周面、すなわち回転軸９の外周面に対向する面は、先端が鋭角形状である断面三角形状の多数のエッジ２７となっている。エッジ２７の軸線Ｘ０方向の先端幅は例えば０．２〜０．３ｍｍである。エッジ２７の数は中央の最も幅が広いポールピース２３ｂにおいて６〜２０個である。すなわち、エッジ２７の軸線Ｘ０に沿った段数は６〜２０段である。エッジ２７の先端と回転軸９の外周面との間隔δは、例えば約５０μｍである。この間隔δ内に磁性流体２６がディスペンサによって適量、充填されている。
【００４６】
磁性流体２６は、例えば、キャリア流体に界面活性剤と強磁性体粒子を分散させて作成されている。キャリア流体は、例えば、水、ハイドロカーボン、パーフロロポリエーテル等である。界面活性剤は、例えば脂肪酸である。そして、強磁性体粒子はマグネタイト、フェライト等である。
【００４７】
磁石２４ａ，２４ｂは軸線Ｘ０方向の一端面がＮ極に着磁され、反対面がＳ極に着磁されている。このため、Ｎ極から出た磁力線は、ポールピース２３ａ，２３ｂ，２３ｃの片側内部を通り、回転軸９の内部を通り、そしてポールピース２３ａ，２３ｂ，２３ｃの他の片側内部を通ってＳ極へ到達する。これにより、ポールピース２３ａ，２３ｂ，２３ｃと回転軸９とにわたって磁気回路が形成され、従って、ポールピース２３ａ，２３ｂ，２３ｃと回転軸９との間に磁界が形成される。
【００４８】
ポールピース２３ａ，２３ｂ，２３ｃのエッジ２７と回転軸９との間に充填された上記の磁性流体２６は上記の磁界の作用により、エッジ２７及び回転軸９表面に磁気的に吸着し、これにより、両者間に磁性流体膜が形成されている。本明細書では、磁性流体及び磁性流体膜の両方を符号２６によって示すことにする。エッジ２７の先端部は鋭角形状となっているので、エッジ２７と回転軸９との間にはエッジ２７ごとに磁束が集中しており、これらの集中磁束ごとに磁性流体膜２６が形成される。
【００４９】
これらの磁性流体膜２６は回転軸９が回転する場合でもエッジ２７と回転軸９の表面との間に形成され続ける。そして、これらの磁性流体膜２６の作用により、減圧室Ｃ内の雰囲気すなわち環境（例えば圧力）と、外部領域Ａ内の雰囲気すなわち環境（例えば圧力）との間で回転軸９がシール、すなわち密封、すなわち封止される。例えば、減圧室Ｃ内の圧力がＰ２で外部領域Ａ内の圧力が大気圧Ｐ３にそれぞれ維持され、さらに外部領域Ａ内の塵等が減圧室Ｃへ侵入することが防止される。
【００５０】
ポールピース２３ａ，２３ｂ，２３ｃのエッジ２７と回転軸９は非接触であるので、ポールピース２３ａ，２３ｂ，２３ｃ、回転軸９及び磁性流体膜２６によって形成された磁性流体シール部は長期間にわたって所望のシール機能を維持する。つまり、長寿命のシール機能が達成される。
【００５１】
以下、上記構成よりなる半導体製造装置１の動作を説明する。
本実施形態では、図１の半導体製造装置がＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置として機能するものとする。この場合、外部領域Ａの温度は室温、一般的には２０℃〜２５℃である。外部領域Ａの圧力Ｐ３は大気圧、すなわち約１００ｋＰａである。
【００５２】
処理室Ｂ内の温度は、図示しない温度制御装置の働きによって、基板１４を処理するのに適した７００℃〜１０００℃に設定される。また、処理室Ｂ内の圧力Ｐ１は、図示しない減圧装置の作用によって、基板１４を処理するのに適した数パスカル、例えば２０Ｐａに設定される。
【００５３】
クリアランスシール１１の周囲の温度は、温度制御回路２０によるヒータ１５の発熱制御により、室温以上の適宜の温度、例えば１２０℃以上の温度に設定される。減圧室Ｃ内の温度も、ほぼクリアランスシール１１の部分と同じである。
【００５４】
減圧室Ｃ内の圧力Ｐ２はクリアランスシール１１及び排気装置１７の作用により、１×１０−１Ｐａ以下に設定される。つまり、半導体製造装置１に関する圧力は、大気圧Ｐ３が約１００ｋＰａ、処理室Ｂの圧力Ｐ１が約０〜１０００Ｐａ、そして減圧室Ｃの圧力Ｐ２が約１０−１Ｐａ以下であるから、
Ｐ３＞Ｐ１＞Ｐ２
に設定されている。
【００５５】
上記の環境条件の下、回転駆動装置１０によって駆動されて回転軸９が所定の回転速度で回転する。これにより、回転軸９に固定された支持板１３上に載置された複数の基板１４が回転する。処理室Ｂの内部には、原料ガスとして、ＳｉＨ４とＮＨ３の組合せ、又はＳｉＨ２Ｃｌ２とＮＨ３の組合せが供給され、基板１４上に窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）膜が成膜される。
【００５６】
以上の処理が行われている間、排気装置１７は減圧室Ｃ内のガスを外部へ排出すると共に、減圧室Ｃ内の圧力を所定の圧力Ｐ２に維持する。クリアランスシール１１は処理室Ｂと減圧室Ｃの圧力差（１／１０〜１／１００００の圧力比）を維持する。また、磁性流体シール部８内の複数の磁性流体膜２６（図２参照）は回転軸９をシール、すなわち軸封して、大気圧Ｐ３と減圧室Ｃ内の圧力Ｐ２との圧力差を維持する。
【００５７】
処理室Ｂ内において窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）膜が成膜されるときには、副生成物として塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）が生成される。この塩化アンモニウムはクリアランスシール１１の部分やシール部８にガス状に流れ出る。
【００５８】
図３は塩化アンモニウムの固相気相特性図を示している。このデータは「Chemistry and Physics」のＣＲＣハンドブックから入手できるものである。この特性図の横軸は塩化アンモニウムの温度（℃）を示し、縦軸は圧力（Ｐａ）を示している。
【００５９】
図３の特性図内に描かれた直線Ｌが、塩化アンモニウムの固相と液相との境界線を示している。例えば、塩化アンモニウムの周囲圧力が１０Ｐａであれば温度１２０℃付近に気相と液相の境界があり、温度がそれ以下であれば塩化アンモニウムは固相を呈し、温度がそれ以上であれば塩化アンモニウムは気相を呈する。また、塩化アンモニウムが固化する温度は、圧力が０．１Ｐａであれば５８℃であり、圧力が０．０１Ｐａであれば３４℃である。
【００６０】
本実施形態においては、図１の排気装置１７の作用により、減圧室Ｃ内の圧力Ｐ２が１×１０−１Ｐａ以下程度になるように制御される。つまり、クリアランスシール１１の部分や磁性流体シール部８が１×１０−１Ｐａ以下の圧力に維持される。そして、シール装置３は磁性流体を冷却するための図示しない冷却装置によって冷却されることがあるが、その場合でもシール装置３は高温である処理室Ｂに取り付けられていることもあり、シール装置３の全体の温度は固相温度よりも高い温度に保持される。
【００６１】
従って、図３の特性図に従えば、シール装置３に流れ出た塩化アンモニウムのガスは、気相状態を維持し、固化しない。そして、このガスは減圧室Ｃの所で排気装置１７によって引かれてハウジング６の外部へ排出される。以上により、処理室Ｂ内にあった塩化アンモニウムのガスは冷却によって固化されることなく、従って、クリアランスシール１１や、その他のハウジング６の内部に付着することなく、外部へ排出される。
【００６２】
以上のように本実施形態によれば、塩化アンモニウムガスが冷えて固化するのを防止することを、シール装置３の温度制御によって行うのではなく、ハウジング６の内部、例えば減圧室Ｃ内の圧力を図３に示す固相気相特性線図に基づいて固相圧力以下に制御することにより、ガスの固相化温度を下げることによって達成できる。このため、ハウジング６、軸部材９、及びそれらに付属する要素機器である磁性流体シール部８は高温にする必要がなく、それらを耐高温性の構造として構築する必要がなくなった。また、ハウジング６内及びその近傍におけるガスの固化による軸部材９の損傷等の防止、及び軸部材９及び磁性流体シール部８の長寿命化ができるようになった。
【００６３】
なお、図１において、隔壁２の温度が低い場合には、ハウジング６の温度が固相化温度より下がってしまうおそれもある。クリアランスシール１１を形成するハウジング６の外周面に設けたヒータ１５は、ハウジング６の温度が低くなり過ぎることを防止して、ガスの固化を防止するためのものである。
【００６４】
ヒータ１５は、ハウジング６の温度を、外部領域Ａの温度（すなわち、室温）より高い温度、例えば１２０℃以上の適宜の温度となるように制御する。１２０℃というのは、図３の特性図から分かるように、処理室Ｂ内の圧力である１０Ｐａに対応した塩化アンモニウムガスの固相化温度であり、従って、ハウジング６の温度をこの温度以上に保持すれば、ガスの固化、従ってハウジング６等への固化物の付着を確実に防止できる。
【００６５】
（他の実施形態）
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものでなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。
例えば、上記実施形態では、処理室Ｂ内の圧力が１０Ｐａであることを勘案して図３の境界線Ｌに従ってハウジング６の温度を１２０℃以上に調整することにしたが、これに代えて、処理室Ｂと減圧室Ｃとの間の部分であるクリアランスシール１１部分に在るガスの固相気相特性が図３の固相気相特性線図上の気相領域（GAS PHASE）に入るように、減圧室Ｃ内の圧力Ｐ２をクリアランスシール１１によって調整し、さらにハウジング６の温度をヒータ１５及び温度制御回路２０によって調整するように構成できる。
【００６６】
また、本発明は半導体製造装置以外の処理装置にも適用できる。図１において、ヒータ１５は必ずしも用いなくても良い。シール部８は磁性流体を用いない構成のシール装置によって形成することもできる。図１では外部領域Ａが大気圧領域であったが、外部領域Ａは大気圧以外の圧力領域である場合もある。図１では軸部材９が回転軸であったが、場合によっては直動軸であることもある。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係る処理装置の一実施形態を示す正面断面図である。
【図２】図１の処理装置の要部であるシール部を拡大して示す図である。
【図３】図１の処理装置の処理室で発生する塩化アンモニウムの固相気相特性線図を示す図である。
【図４】従来の回転導入装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１．半導体製造装置（処理装置）、 ２．隔壁、 ３．シール装置、 ４．フランジ、
５．ボルト、 ６．ハウジング、 ７ａ，７ｂ．軸受
８．磁性流体シール部（シール部）、 ９．回転軸（軸部材）、
１１．クリアランスシール（非接触シール）、 １２．開口、
１３．支持板（基板支持手段）、 １４．基板、 １５．ヒータ、 １６．通気管、
１７．排気装置、 １８．気体搬送管、 １９．排気ポンプ、 ２１．バルブ、
２２．コールドトラップ、 ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ．ポールピース、
２４ａ，２４ｂ．磁石、 ２６．磁性流体、 ２７．エッジ、 Ｘ０．軸線 δ．間隙、
Ａ．外部領域、 Ｂ．処理室、 Ｃ．減圧室
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部領域内に配置されており、固相化温度が圧力によって変化するガスを収容しており、室内の圧力がＰ１である処理室と、
該処理室に取り付けられたハウジングと、
該ハウジングの中を通って前記処理室の中に出ている軸部材と、
前記ハウジングの中であって前記軸部材の周りに設けられており前記処理室と空間的につながっている減圧室と、
該減圧室内の圧力Ｐ２が前記処理室内の圧力Ｐ１よりも低く（Ｐ１＞Ｐ２）なるように制御する圧力制御手段と、
を有することを特徴とする処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の処理装置において、
前記圧力制御手段は、前記処理室と前記減圧室との間に設けられたクリアランスシールを有し、
該クリアランスシールによって前記減圧室内の圧力Ｐ２と前記処理室内の圧力Ｐ１との圧力差が保持される
ことを特徴とする処理装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の処理装置において、前記減圧室内のガスを外部へ排出する排気手段を有することを特徴とする処理装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の処理装置において、前記ガスは塩化アンモニウムであり、前記処理室内の圧力Ｐ１は１〜１０００Ｐａであり、前記減圧室内の圧力Ｐ２は１×１０−１Ｐａ以下であることを特徴とする処理装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の処理装置において、
前記軸部材は前記外部領域、前記減圧室、前記処理室にわたって設けられており、
前記外部領域の圧力はＰ３であり、
前記処理室内圧力Ｐ１、前記減圧室内圧力Ｐ２及び前記外部領域圧力Ｐ３の関係は、
Ｐ３＞Ｐ１＞Ｐ２
であり、
前記減圧室と前記外部領域との間にシール手段が設けられており、該シール手段は前記外部領域圧力Ｐ３と前記減圧室内圧力Ｐ２との圧力差を保持する
ことを特徴とする処理装置。
【請求項６】
請求項５記載の処理装置において、前記シール手段は前記外部領域と前記減圧室とを磁性流体によって遮蔽する磁性流体シール部であることを特徴とする処理装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の処理装置において、
前記処理室内の温度ｔ１、前記処理室と前記減圧室との間の部分の前記ハウジング内の温度ｔ２、外部領域の温度ｔ３との関係は、
ｔ１＞ｔ２≧ｔ３
であることを特徴とする処理装置。
【請求項８】
請求項７記載の処理装置において、
前記処理室と前記減圧室との間の部分の前記ハウジングを加熱する加熱手段を有し、
該加熱手段は前記処理室内に在るガスの固相気相特性線図上の固相気相境界線に従って、前記処理室と前記減圧室との間に在る部分の前記ハウジングの温度を、前記外部領域の温度よりも高くする
ことを特徴とする処理装置。
【請求項９】
請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の処理装置において、
前記処理室と前記減圧室との間の部分の前記ハウジングを加熱する加熱手段を有し、
前記圧力制御手段及び前記加熱手段は、前記処理室と前記減圧室との間の部分に在るガスの固相気相特性が前記固相気相特性線図上の気相領域に入るように、それぞれ、前記減圧室内の圧力Ｐ２及び前記ハウジングの温度を調整する
ことを特徴とする処理装置。
【請求項１０】
外部領域内に配置されており、固相化温度が圧力によって変化するガスを収容しており、室内の圧力がＰ１である処理室と、
該処理室内に設けられており半導体用の基板を支持する基板支持手段と、
前記処理室に取り付けられたハウジングと、
該ハウジングの中を通って前記処理室の中に出ており、前記基板支持手段に連結された軸部材と、
該軸部材を回転駆動する回転駆動手段と、
前記ハウジングの中であって前記軸部材の周りに設けられており前記処理室と空間的につながっている減圧室と、
該減圧室内の圧力Ｐ２が前記処理室内の圧力Ｐ１よりも低く（Ｐ１＞Ｐ２）なるように制御する圧力制御手段とを有し、
前記処理室内圧力Ｐ１、前記減圧室内圧力Ｐ２及び前記外部領域圧力Ｐ３の関係は、
Ｐ３＞Ｐ１＞Ｐ２
であり、
前記減圧室と前記外部領域との間にシール手段が設けられており、該シール手段は前記外部領域圧力Ｐ３と前記減圧室内圧力Ｐ２との圧力差を保持する、
ことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１】
外部領域内に配置されており、固相化温度が圧力によって変化するガスを収容しており、室内の圧力がＰ１である処理室と、
該処理室に取り付けられたハウジングと、
該ハウジングの中を通って前記処理室の中に出ている軸部材と、
前記ハウジングの中であって前記軸部材の周りに設けられており前記処理室と空間的につながっている減圧室と、
該減圧室内の圧力Ｐ２が前記処理室内の圧力Ｐ１よりも低く（Ｐ１＞Ｐ２）なるように制御する圧力制御手段と、
を有することを特徴とする処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の処理装置において、
前記圧力制御手段は、前記処理室と前記減圧室との間に設けられたクリアランスシールを有し、
該クリアランスシールによって前記減圧室内の圧力Ｐ２と前記処理室内の圧力Ｐ１との圧力差が保持される
ことを特徴とする処理装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の処理装置において、前記減圧室内のガスを外部へ排出する排気手段を有することを特徴とする処理装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の処理装置において、前記ガスは塩化アンモニウムであり、前記処理室内の圧力Ｐ１は１〜１０００Ｐａであり、前記減圧室内の圧力Ｐ２は１×１０−１Ｐａ以下であることを特徴とする処理装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の処理装置において、
前記軸部材は前記外部領域、前記減圧室、前記処理室にわたって設けられており、
前記外部領域の圧力はＰ３であり、
前記処理室内圧力Ｐ１、前記減圧室内圧力Ｐ２及び前記外部領域圧力Ｐ３の関係は、
Ｐ３＞Ｐ１＞Ｐ２
であり、
前記減圧室と前記外部領域との間にシール手段が設けられており、該シール手段は前記外部領域圧力Ｐ３と前記減圧室内圧力Ｐ２との圧力差を保持する
ことを特徴とする処理装置。
【請求項６】
請求項５記載の処理装置において、前記シール手段は前記外部領域と前記減圧室とを磁性流体によって遮蔽する磁性流体シール部であることを特徴とする処理装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の処理装置において、
前記処理室内の温度ｔ１、前記処理室と前記減圧室との間の部分の前記ハウジング内の温度ｔ２、外部領域の温度ｔ３との関係は、
ｔ１＞ｔ２≧ｔ３
であることを特徴とする処理装置。
【請求項８】
請求項７記載の処理装置において、
前記処理室と前記減圧室との間の部分の前記ハウジングを加熱する加熱手段を有し、
該加熱手段は前記処理室内に在るガスの固相気相特性線図上の固相気相境界線に従って、前記処理室と前記減圧室との間に在る部分の前記ハウジングの温度を、前記外部領域の温度よりも高くする
ことを特徴とする処理装置。
【請求項９】
請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の処理装置において、
前記処理室と前記減圧室との間の部分の前記ハウジングを加熱する加熱手段を有し、
前記圧力制御手段及び前記加熱手段は、前記処理室と前記減圧室との間の部分に在るガスの固相気相特性が前記固相気相特性線図上の気相領域に入るように、それぞれ、前記減圧室内の圧力Ｐ２及び前記ハウジングの温度を調整する
ことを特徴とする処理装置。
【請求項１０】
外部領域内に配置されており、固相化温度が圧力によって変化するガスを収容しており、室内の圧力がＰ１である処理室と、
該処理室内に設けられており半導体用の基板を支持する基板支持手段と、
前記処理室に取り付けられたハウジングと、
該ハウジングの中を通って前記処理室の中に出ており、前記基板支持手段に連結された軸部材と、
該軸部材を回転駆動する回転駆動手段と、
前記ハウジングの中であって前記軸部材の周りに設けられており前記処理室と空間的につながっている減圧室と、
該減圧室内の圧力Ｐ２が前記処理室内の圧力Ｐ１よりも低く（Ｐ１＞Ｐ２）なるように制御する圧力制御手段とを有し、
前記処理室内圧力Ｐ１、前記減圧室内圧力Ｐ２及び前記外部領域圧力Ｐ３の関係は、
Ｐ３＞Ｐ１＞Ｐ２
であり、
前記減圧室と前記外部領域との間にシール手段が設けられており、該シール手段は前記外部領域圧力Ｐ３と前記減圧室内圧力Ｐ２との圧力差を保持する、
ことを特徴とする半導体製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−９８１６４（Ｐ２０１０−９８１６４Ａ）
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６８４６０（Ｐ２００８−２６８４６０）
【出願日】平成２０年１０月１７日（２００８．１０．１７）
【出願人】（０００２５０３３９）株式会社リガク (206)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１７日（２００８．１０．１７）
【出願人】（０００２５０３３９）株式会社リガク (206)
【Ｆターム（参考）】
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