特許 7522899 半導体処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-17

(45)【発行日】2024-07-25

(54)【発明の名称】半導体処理装置

(51)【国際特許分類】

   F16K 51/02 20060101AFI20240718BHJP

   H01L 21/02 20060101ALI20240718BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20240718BHJP

【ＦＩ】

F16K51/02 B

H01L21/02 Z

H01L21/31 F

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023174625

(22)【出願日】2023-10-06

【審査請求日】2023-11-07

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】522245189

【氏名又は名称】蘇州芯慧聯半導体科技有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＳＵＺＨＯＵ ＸＩＮＨＵＩＬＩＡＮ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ．，ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】100120226

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 知浩

(72)【発明者】

【氏名】任潮群

(72)【発明者】

【氏名】ギラセ クルナル ガジェンダラシンク

【審査官】大内 俊彦

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－１３９２５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１２０８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１６２７７０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００２－５０４６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－８９４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３５１４００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－６７６５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２６１０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－３２１５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第７４１６５５４（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ ３９／００－５１／０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３１，２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被処理物を処理する空間部を有する半導体処理装置であって、
前記空間部は、光を透過する部材で構成された加熱源が気密部材を介して支持部で支持される加熱源保持機構を有し、前記気密部材に対して光が照射する光路上であって、前記加熱源の前記気密部材との接触部位に輻射熱を遮断する輻射熱遮断部が設けられ、
前記空間部には、前記被処理物が通過可能となる搬出口が形成され、
前記搬出口には、高温対応真空仕切弁が設けられ、
前記高温対応真空仕切弁は、弁体と、前記弁体に設けられ前記空間部を気密に維持するシール材と、を有し、前記弁体の前記空間部側に露出する表面に輻射熱を遮蔽する輻射熱遮蔽部を施した、半導体処理装置。

【請求項2】

前記輻射熱遮蔽部は、前記弁体の少なくとも一部を覆って前記輻射熱を反射する反射板である、請求項１に記載の半導体処理装置。

【請求項3】

前記反射板は、セラミック材料で形成されている、請求項２に記載の半導体処理装置。

【請求項4】

前記反射板には、前記輻射熱を反射する金属膜が形成される、請求項２に記載の半導体処理装置。

【請求項5】

前記反射板には、前記輻射熱を反射する光学膜が形成される、請求項２に記載の半導体処理装置。

【請求項6】

前記反射板には、前記輻射熱を反射する不透明石英が形成される、請求項２に記載の半導体処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高温対応真空仕切弁を備えた半導体処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の真空熱処理装置として、例えば真空アニール炉、高温酸化炉、高温ＣＶＤ炉、エピタキシャル成長炉等の各装置では、シリコン基板などの被処理物を大気圧環境から処理室の内部に搬送するとき、処理室の内部を汚染しないように、ロードロック室を設け、ロードロック室等の真空予備室において、真空排気又は窒素ガス等の不活性雰囲気に置換して、被処理物に付着している残留水分等を取り除く工程が必要とされている。このため、例えば、大気圧環境とロードロック室との間、またロードロック室と処理室との間には、大気圧と真空を仕切るための仕切弁が設けられている。

【0003】

ここで、シリコン、ＧａＮ、ＳｉＣ等の基板材料を用いた半導体製造において、数百工程に及ぶ熱処理、酸化、窒化、成膜、エッチングの処理工程があり、その多くは真空環境又は気密環境で実行される工程である。大気圧工程において、処理室及び被処理物の表面に酸素や水分を含む不純物が残留していると、プロセス特性に影響を与えることがあるため、ロードロック室等の真空予備室の内部で被処理物の表面から不純物を取り除く必要がある。この場合、大気圧環境側とロードロック室との間、またロードロック室と処理室との間には、仕切弁をそれぞれ設置し、ロードロック室等の真空予備室の内部を大気圧から真空に排気して、被処理物の表面に残留する水分等を除去している。

【0004】

特許文献１に示すように、ロードロック室から真空ロボットを用いて複数の処理室に被処理物を搬送するための搬送室が接続されている場合には、多数の仕切弁が必要になる。仕切弁には、その使用条件により圧力差、環境温度、さらにはＣＶＤやエッチングの場合には材料ガスの種類により雰囲気が影響を受けて、成膜、浸食等が起こる。この結果、製品に歩留まりが生じ、また仕切弁の製品寿命が低下する問題がある、これらの問題を未然に防止するためには、仕切弁は大気圧と真空間の圧力差、及び処理室外部への熱漏れ以外にも、微小異物を排除するための技術的な対策が必要になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０２２－６５５５９号公報

【文献】特開２０２０－１２５８１５号公報

【文献】特開２０１６－４９８５号公報

【文献】国際公開ＷＯ２０１１／４３１８９

【文献】特開２０２０－６１４９３号公報

【文献】特開２０１９－９１９３０号公報

【文献】特開２０１８－５６５６６号公報

【文献】特開２０２２－１７５９８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、処理室の内部が８００～２０００℃の高温に至るため、処理室を仕切る仕切弁が受ける熱エネルギーは、仕切弁を構成する弁体及びシール材を直接に加熱する。これにより、融点の低いシール材が溶融し、消失又は蒸発する。さらには、弁体の材料によっては弁体そのものが変形し、また溶融することがある。

【0007】

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、高温対応真空仕切弁のシール材及び弁体に対する熱による悪影響を防止することができる、半導体処理装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

第１の発明は、被処理物を処理する空間部を有する半導体処理装置であって、前記空間部は、光を透過する部材で構成された加熱源が気密部材を介して支持部で支持される加熱源保持機構を有し、前記気密部材に対して光が照射する光路上であって、前記加熱源の前記気密部材との接触部位に輻射熱を遮断する輻射熱遮断部が設けられ、前記空間部には、前記被処理物が通過可能となる搬出口が形成され、前記搬出口には、高温対応真空仕切弁が設けられ、前記高温対応真空仕切弁は、弁体と、前記弁体に設けられ前記空間部を気密に維持するシール材と、を有し、前記弁体の前記空間部側に露出する表面に輻射熱を遮蔽する輻射熱遮蔽部を施した発明である。

【0009】

第１の発明において、前記輻射熱遮蔽部は、前記弁体の少なくとも一部を覆って前記輻射熱を反射する反射板でもよい。

【0010】

第１の発明において、前記反射板は、セラミック材料で形成されてもよい。

【0011】

第１の発明において、前記反射板に、前記輻射熱を反射する金属膜が形成されてもよい。

【0012】

第１の発明において、前記反射板に、前記輻射熱を反射する光学膜が形成されてもよい。

【0013】

第１の発明において、前記反射板は、前記輻射熱を反射する不透明石英が形成されてもよい。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、シール材及び弁体に対する熱による悪影響を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の一実施形態に係る半導体処理装置の縦断面図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る半導体処理装置を構成する蓋部の縦断面図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る半導体処理装置に用いられる加熱源である石英ヒータの平面図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る半導体処理装置に用いられる加熱源である複数の石英ヒータが環状配置された構成の平面図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る半導体処理装置に用いられる石英ヒータが蓋部に取り付けられる加熱源保持機構を示す拡大縦断面図である。

【図6】半導体処理装置に用いられる石英ヒータで発生する加熱エネルギーの熱伝搬を示した縦断面図である。

【図7】本発明の一実施形態に係る加熱源保持機構の石英ヒータの一部に金属膜を塗布した構成の縦断面図である。

【図8】本発明の一実施形態に係る加熱源保持機構の石英ヒータの一部を不透明石英にした構成の縦断面図である。

【図9】本発明の一実施形態に係る高温対応真空仕切弁が設けられた半導体処理装置の概念図である。

【図10】（Ａ）は本発明の一実施形態に係る高温対応真空仕切弁の一方側に可動可能な反射板を備えた弁体が弁箱の通過口を閉じた状態の構成図であり、（Ｂ）は高温対応真空仕切弁の一方側に可動可能な反射板を備えた弁体が弁箱の通過口を開口（開放）した状態の構成図である。

【図11】（Ａ）は本発明の一実施形態に係る高温対応真空仕切弁の一方側及び他方側に可動可能な反射板を備えた弁体が弁箱の通過口を閉じた状態の構成図であり、（Ｂ）は高温対応真空仕切弁の一方側及び他方側に可動可能な反射板を備えた弁体が弁箱の通過口を開口（開放）した状態の構成図である。

【図12】（Ａ）は本発明の一実施形態に係る高温対応真空仕切弁の一方側に固定された反射板を備えた弁体が弁箱の通過口を閉じた状態の構成図であり、（Ｂ）は高温対応真空仕切弁の一方側に固定された反射板を備えた弁体が弁箱の通過口を開口（開放）した状態の構成図である。

【図13】（Ａ）は本発明の一実施形態に係る高温対応真空仕切弁の一方側及び他方側に固定された反射板を備えた弁体が弁箱の通過口を閉じた状態の構成図であり、（Ｂ）は高温対応真空仕切弁の一方側及び他方側に固定された反射板を備えた弁体が弁箱の通過口を開口（開放）した状態の構成図である。

【図14】（Ａ）は本発明の一実施形態に係る高温対応真空仕切弁の一方側に可動可能で輻射熱遮蔽部を有する反射板を備えた弁体が弁箱の通過口を閉じた状態の構成図であり、（Ｂ）は高温対応真空仕切弁の一方側に可動可能で輻射熱遮蔽部を有する反射板を備えた弁体が弁箱の通過口を開口（開放）した状態の構成図である。

【図15】（Ａ）は本発明の一実施形態に係る高温対応真空仕切弁の一方側及び他方側に可動可能で輻射熱遮蔽部を有する反射板を備えた弁体が弁箱の通過口を閉じた状態の構成図であり、（Ｂ）は高温対応真空仕切弁の一方側及び他方側に可動可能で輻射熱遮蔽部を有する反射板を備えた弁体が弁箱の通過口を開口（開放）した状態の構成図である。

【図16】（Ａ）は本発明の一実施形態に係る高温対応真空仕切弁の一方側に固定され輻射熱遮蔽部を有する反射板を備えた弁体が弁箱の通過口を閉じた状態の構成図であり、（Ｂ）は高温対応真空仕切弁の一方側に固定され輻射熱遮蔽部を有する反射板を備えた弁体が弁箱の通過口を開口（開放）した状態の構成図である。

【図17】（Ａ）は本発明の一実施形態に係る高温対応真空仕切弁の一方側及び他方側に固定され輻射熱遮蔽部を有する反射板を備えた弁体が弁箱の通過口を閉じた状態の構成図であり、（Ｂ）は高温対応真空仕切弁の一方側及び他方側に固定され輻射熱遮蔽部を有する反射板を備えた弁体が弁箱の通過口を開口（開放）した状態の構成図である。

【図18】（Ａ）は本発明の一実施形態に係る高温対応真空仕切弁の冷媒が流れる冷媒流路を備えた弁体が弁箱の通過口を閉じた状態の構成図であり、（Ｂ）は高温対応真空仕切弁の冷媒が流れる冷媒流路を備えた弁体が弁箱の通過口を開口（開放）した状態の構成図である。

【図19】（Ａ）は本発明の一実施形態に係る高温対応真空仕切弁の冷媒が流れる冷媒流路を備え輻射熱遮蔽部を有する弁体が弁箱の通過口を閉じた状態の構成図であり、（Ｂ）は高温対応真空仕切弁の冷媒が流れる冷媒流路を備え輻射熱遮蔽部を有する弁体が弁箱の通過口を開口（開放）した状態の構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本発明の一実施形態に係る半導体処理装置に用いる高温対応真空仕切弁及び高温対応真空仕切弁の輻射熱遮断方法について、図面を参照して説明する。

【0024】

［半導体処理装置の全体構成］
図１に示すように、半導体処理装置１０は、被処理物（例えば、シリコン基板、半導体ウエハ、シリコンウエハともいう。図示省略）を装置内部に形成された空間部１２に収容し、被処理物に対して加熱して熱処理を実行するための装置である。半導体処理装置１０は、被処理物を載せる土台部１４と、土台部１４を上方から覆う蓋部１６と、土台部１４と蓋部１６の周囲を囲む周壁部１８と、で構成されている。土台部１４と蓋部１６と周壁部１８とで囲まれた空間部１２が、熱処理時において被処理物を大気から遮断可能となる気密空間になる。換言すれば、半導体処理装置１０は、熱処理室ともいわれる。また、空間部１２は、処理空間部とも称する。

【0025】

図２に示すように、蓋部１６は、蓋部本体２０と、蓋部本体２０の内面側に配置された加熱源２２と、を有している。加熱源２２は、光を透過する部材、例えばハロゲンヒータで構成され、具体的には石英ヒータが使用される。光が透過する部材であれば、石英のほか、ガラス系、サファイアのセラミック材料、アクリル樹脂、プラスチック樹脂、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウムなどの結晶材で構成されてもよい。以下、加熱源２２として、石英ヒータ２２Ｈを例にあげて説明する。この場合、半導体処理装置１０は、ハロゲンヒータ容器と称する。

【0026】

図３及び図４に示すように、石英ヒータ２２Ｈは、被処理物が平面視において円盤状に形成されていることから、平面視で円形かつ環状に形成されていることが好ましい。

【0027】

ここで、石英ヒータ２２Ｈは、平面視において円周方向に沿って部分的に非連続になる空隙部２４が形成されている。この空隙部２４は非発光部２４Ｎである。例えば、図４に示す石英ヒータでは、円周上に沿って４カ所の非発光部２４Ｎが形成されているが、個数が４個に限定されるものではない。

【0028】

ここで、石英ヒータ２２Ｈは、径方向に沿って径の異なる複数の円形かつ環状の石英ヒータが配置されている。この配置構造の石英ヒータ２２Ｈは、径方向に沿った直線上に複数の非発光部２４Ｎが存在しているが、径方向に沿って隣接する非発光部２４Ｎと非発光部２４Ｎとの間には、石英ヒータ２２Ｈの発光部２５Ｂ（図４参照）が介在している。なお、発光部２５Ｂとは、石英ヒータ２２Ｈの石英管が存在している部位をいう。

【0029】

図１に示すように、蓋部本体２０の内面側には、反射処理板２６が設けられている。反射処理板２６により、石英ヒータ２２Ｈから放出される輻射熱が反射され、蓋部本体２０の内部への伝熱を回避している。これにより、蓋部本体２０への固定伝導熱による熱ダメージを防止できる。反射処理板２６に限定されるものではなく、蓋部本体２０の内面に反射処理膜を塗布して形成してもよい。

【0030】

蓋部本体２０の内部には、冷却液を流すための冷却液流路２８が形成されている。冷却液流路２８に冷却液を流動（流通）させることにより、蓋部１６の全体を冷却している。

【0031】

［加熱源保持機構］
次に、半導体処理装置に用いる加熱源保持機構について説明する。

【0032】

図１及び図２に示すように、石英ヒータ２２Ｈは、蓋部１６に保持されている。蓋部１６には、鉛直方向（重力方向）に延びる取付フランジ３０が形成されている。このため、蓋部１６には、蓋部１６の内面と取付フランジ３０で囲まれた凹部３２が形成されている。石英ヒータ２２Ｈは、この凹部３２に位置している。なお、反射処理板２６は、蓋部１６の内面から取付フランジ３０にわたって設けられており、輻射熱を反射する。

【0033】

図５に示すように、石英ヒータ２２Ｈは、水平方向に延びる第１ヒータ部２３Ａと、第１ヒータ部２３Ａと接続するとともに鉛直方向（重力方向）に延びる第２ヒータ部２３Ｂと、で構成されている。蓋部本体２０には厚み方向に貫通した貫通孔３４が形成されており、石英ヒータ２２Ｈの第２ヒータ部２３Ｂが貫通孔３４に挿通されている。なお、例えば、第２ヒータ部２３Ｂは、第１ヒータ部２３Ａに対して垂直に折り曲げて形成されるが、両者を別部材で形成して相互に接続してもよい。

【0034】

このため、円周方向に隣接する石英ヒータ２２Ｈは、図３及び図４に示すように、第２ヒータ部２３Ｂの部位において非連続になり、非発光部２４Ｎが形成される。また円周方向に隣接する石英ヒータ２２Ｈの第１ヒータ部２３Ａ同士の離間距離を最小距離Ｔ（図５参照）に設定することができ、非発光部２４Ｎを最小化にして半導体処理装置１０の大型化を回避している。

【0035】

石英ヒータ２２Ｈの第２ヒータ部２３Ｂは、例えば、非発熱部として形成される。

【0036】

図５に示すように、蓋部本体２０には厚み方向に貫通した貫通孔３４の内周面には、気密部材３６が配置されている。気密部材３６は、石英ヒータ２２Ｈの第２ヒータ部２３Ｂと押圧することにより、石英ヒータ２２Ｈを保持している。気密部材３６は、例えば、弾性部材であり、Ｏリングで構成される。Ｏリングは、エラストマー材料で形成されている。エラストマー材料として、例えば、バインドゴム又はフッ素ゴムなどが使用される。

【0037】

貫通孔３４の内周面には、気密部材３６に対して押圧するための圧縮リング３８と、圧縮リング３８を蓋部本体２０に固定するための抑えフランジ４０が設けられている。これにより、気密部材３６は、貫通孔３４の内周面に固定される。

【0038】

蓋部１６の上方側（大気側）には、石英ヒータ２２Ｈの第２ヒータ部２３Ｂに接続する電流導入部４２が突出している。電流導入部４２に電圧が印加されて、石英ヒータ２２Ｈの第１ヒータ部２３Ａが発熱し、被処理物が加熱される。電流導入部４２は大気側に露出しているため、電流導入部４２への伝熱がなく、発熱による技術的な問題は生じない。

【0039】

［加熱源保持機構の輻射熱遮断処理］
次に、半導体処理装置１０に用いる加熱源保持機構に対する輻射熱遮断処理について説明する。

【0040】

図７に示すように、石英ヒータ２２Ｈの近傍、すなわち石英ヒータ２２Ｈからの光が気密部材３６に対して照射可能な光路上の位置に、輻射熱を遮断する輻射熱遮断部が施されている。例えば、石英ヒータ２２Ｈの外表面であって気密部材３６との接触部位に、輻射熱を遮断する輻射熱遮断部が施されている。換言すれば、石英ヒータ２２Ｈの第２ヒータ部２３Ｂの外表面には、輻射熱遮断部としての金属膜（金属反射膜）Ｘ１が塗布されている。金属膜Ｘ１は、熱反射率が高くて熱を吸収し難い、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、金、ニッケルなどを単体で又は任意の材質を混合して構成されている。金属膜Ｘ１により石英ヒータ２２Ｈの第１ヒータ部２３Ａからの輻射熱が反射し、第２ヒータ部２３Ｂの内部への伝熱を防止できる。このため、第２ヒータ部２３Ｂは、非発熱部としての機能が維持される。

【0041】

なお、石英ヒータ２２Ｈの第２ヒータ部２３Ｂの外表面に金属膜（金属反射膜）Ｘ１を塗布する構成以外のものとして、例えば、金属膜Ｘ１を別部材で形成し、石英ヒータ２２Ｈの第２ヒータ部２３Ｂの外表面に被せ、又は巻回することも可能である。

【0042】

別の実施形態として、石英ヒータ２２Ｈの第２ヒータ部２３Ｂの外表面には、輻射熱遮断部としての光学膜（光学フィルター膜、赤外線フィルター膜、図示省略）が塗布されている。光学膜により石英ヒータ２２Ｈからの輻射熱が反射し、第２ヒータ部２３Ｂの内部への伝熱を防止できる。このため、第２ヒータ部２３Ｂは、非発熱部としての機能が維持される。光学膜として、例えば、曇りガラス、石英に乱反射する材料、発泡させて光散乱、屈折率を変えて光を透過させない金属を使用してもよい。

【0043】

なお、石英ヒータ２２Ｈの第２ヒータ部２３Ｂの表面には、赤外線フィルター膜（光学フィルター膜）を塗布する構成以外のものとして、例えば、赤外線フィルター膜を別部材で形成し、石英ヒータ２２Ｈの第２ヒータ部２３Ｂの表面に被せ、又は巻回することも可能である。

【0044】

別の実施形態として、図８に示すように、石英ヒータ２２Ｈの第２ヒータ部２３Ｂの材質を不透明石英Ｘ２で構成し、第１ヒータ部２３Ａの材質を透明石英で構成し、不透明石英Ｘ２の端部と透明石英の端部とで融着させて接続してもよい。不透明石英Ｘ２の端部と透明石英の端部との接続部は透明石英になるものの、第２ヒータ部２３Ｂに輻射熱遮断部を形成することができる。これにより、第２ヒータ部２３Ｂは、非発熱部としての機能が維持される。

【0045】

なお、石英ヒータ２２Ｈの第２ヒータ部２３Ｂの材質を不透明石英Ｘ２で構成する以外のものとして、例えば、別部材として不透明石英Ｘ２で形成した輻射熱反射部材を作り、石英ヒータ２２Ｈの第２ヒータ部２３Ｂの外表面に輻射熱反射部材を被せ、又は巻回することも可能である。

【0046】

次に、半導体処理装置１０に用いる加熱源保持機構に対する輻射熱遮断処理の作用について説明する。

【0047】

図５乃至図８に示すように、石英ヒータ２２Ｈの第２ヒータ部２３Ｂを蓋部本体２０の貫通孔３４に挿通し、気密部材３６が第２ヒータ部２３Ｂと接触して保持する構成では、石英ヒータ２２Ｈの第１ヒータ部２３Ａで発生した加熱エネルギー（図６の矢印参照）が第２ヒータ部２３Ｂに向かって熱伝搬していき、第２ヒータ部２３Ｂの温度が高温になる。このとき、第２ヒータ部２３Ｂと接触している気密部材３６にも加熱エネルギーが熱伝搬し、気密部材３６の温度が高温になる。

【0048】

詳細には、一般に石英では、熱エネルギーを可視光４００ｎｍから赤外光２７００ｎｍの範囲で投下することができるが、熱源を中心とした石英管の放射方向（配管断面方向）に透過するとともに、石英管の軸方向にも透過する性質がある。このため、石英ヒータ２２Ｈを気密部材３６で鉛直方向（重力方向）に支持する構成では、気密部材３６は石英管の壁を伝達した可視光～赤外線の熱の影響を受けることになる。この理由により、第２ヒータ部２３Ｂと接触している気密部材３６にも加熱エネルギーが熱伝搬して高温になり、この温度が気密部材３６の耐熱温度以上に至る場合には、気密部材３６が溶融又は焼損するのである。

【0049】

これらの理由から、半導体処理装置１０での熱処理では、気密部材３６が異常な程の高温状態になるため、気密部材３６が溶融又は炭化、さらには弾性劣化する。このため、石英ヒータ２２Ｈと蓋部本体２０の貫通孔３４との間に隙間が形成され、隙間から外部に熱が逃げる技術的問題が生じるおそれがある。外部への熱漏れが生じると、被処理物に対する熱処理が不十分になり、不良の原因になる。また、気密部材３６が溶けると、石英ヒータ２２Ｈを保持する保持力が弱くなり、石英ヒータ２２Ｈが落下する不具合が生じるおそれもある。

【0050】

そこで、本実施形態では、図７に示すように、石英ヒータ２２Ｈの第２ヒータ部２３Ｂの外表面には、輻射熱遮断部としての金属膜（金属反射膜）Ｘ１が塗布されている。このため、石英ヒータ２２Ｈの第１ヒータ部２３Ａで生じた加熱エネルギーは、金属膜Ｘ１で遮断されるため、第２ヒータ部２３Ｂに熱が伝導しない。これにより、第２ヒータ部２３Ｂの温度が高温になることを阻止できる。この結果、第２ヒータ部２３Ｂと接触する気密部材３６の温度が高温になることも回避でき、気密部材３６の劣化を防止できる。

【0051】

気密部材３６の劣化を防止できるため、気密部材３６による第２ヒータ部２３Ｂの保持力を確保できる。このため、外部への熱漏れや石英ヒータ２２Ｈの落下を防止できる。

【0052】

また、石英ヒータ２２Ｈの第２ヒータ部２３Ｂの外表面には、金属や誘電材料等を用いて、輻射熱遮断部としての赤外線フィルター膜（光学フィルター膜）が塗布されている構成でも、同様の作用が得られる。

【0053】

図８に示すように、石英ヒータ２２Ｈの第２ヒータ部２３Ｂの材質を不透明石英Ｘ２で構成しても、同様の作用が得られる。

【0054】

［高温対応真空仕切弁及び高温対応真空仕切弁の輻射熱遮断方法］
次に、半導体処理装置に取り付けられる高温対応真空仕切弁及び高温対応真空仕切弁の輻射熱遮断方法の構成の詳細について説明する。高温対応真空仕切弁及び高温対応真空仕切弁の輻射熱遮断方法は、主として、２つの実施例に分けられる。以下では、第１実施例と、第２実施例と、に分けて説明する。

【0055】

［第１実施例］
第１実施例の高温対応真空仕切弁及び高温対応真空仕切弁の輻射熱遮断方法は、高温対応真空仕切弁に反射板を備えた構成である。「反射板」とは、輻射シールド（以下同様）とも称する。

【0056】

図９に示すように、半導体処理装置１０には、高温対応真空仕切弁５０が設けられている。高温対応真空仕切弁５０は、半導体処理装置１０の大気圧環境側に配置されていることが好ましい。具体的には、半導体処理装置１０の側壁には、被処理物が通過可能となる搬出口１１が形成されている。高温対応真空仕切弁５０は、搬出口１１と連通するように設けられている。

【0057】

高温対応真空仕切弁５０は、搬出口１１に連通した通過口５２を有する弁箱５４と、弁箱５４の通過口５２を開閉可能な弁体５６と、弁体５６の先端部に設けられ弁体５６が弁箱５４の通過口５２を閉鎖した（閉じた）ときに弁箱５４の外筒５８に位置する内壁６０に対して圧接するシール材６２と、を含んで構成されている。

【0058】

外筒５８は、弁箱５４の少なくとも一部を構成している。内壁６０は、外筒５８の少なくとも一部を構成している。

【0059】

シール材６２は、例えば、エラストマー材料、ゴム等で構成されている。シール材６２は、一般の半導体製造装置に用いられる他のシール材と同じ材料で構成されてもよい。

【0060】

図１０乃至図１４に示す弁体５６の内部は、冷却機構が配置されておらず、冷却水等の冷媒も流動（流通）していない。これにより、冷却水等の冷媒が漏洩して半導体処理装置１０の空間部１２に浸入する可能性をゼロにしている。

【0061】

ここで、図９に示すように、半導体処理装置１０の空間部１２では、被処理物の処理時において８００～２０００℃に達する。このため、空間部１２を仕切る高温対応真空仕切弁５０が受ける熱エネルギーは、高温対応真空仕切弁５０を構成する弁体５６及びシール材６２を直接に加熱する。これにより、融点の低いシール材６２が溶融し、消失又は蒸発する。さらには、弁体５６の材料によっては弁体が変形し、また溶融することがある。本実施形態では、これらの技術的課題を解決することができる。

【0062】

図１０に示すように、弁箱５４は、弁体５６が退避するための退避部６４を備えている。退避部６４は、例えば、弁体５６が収納される空間部である。弁箱５４の通過口５２を開口（開放）する場合には、弁体５６が退避部６４に位置した状態になる。一方、弁箱５４の通過口５２を閉じる場合には、弁体５６が退避部６４から送り出されて通過口５２を遮断するように位置した状態になる。また、弁体５６が通過口５２を遮断した位置に移動したときは、シール材６２が弁箱５４の外筒５８の内壁６０に対して圧接され、弾性変形した状態になる。これにより、空間部１２の気密が実現される。

【0063】

なお、弁体５６を駆動させるための駆動源は、図示しないが、モータやシリンダー（エア又は油圧）等が用いられる。

【0064】

弁体５６の空間部１２側に露出した表面には、側面視（図１０参照）にて、凹部６６が形成されている。また、弁体５６の凹部６６を覆うようにして、輻射熱を反射する輻射熱遮断部としての反射板６８が配置されている。このため、反射板６８は、弁体５６の空間部側に露出した表面の少なくとも一部を覆っている。

【0065】

弁体５６と反射板６８との間には、凹部６６が位置しており、所定の隙間７０が形成された構造になる。この隙間７０は、図１０（Ａ）に示すように弁体５６が通過口５２を遮断したときに、弁体５６と反射板６８との離間距離が例えば、１ｍｍ以上となるような深さに設定されることが好ましい。また、図１０（Ｂ）に示すように弁体５６が通過口５２を開口したときに、弁体５６と反射板６８との離間距離が例えば、１ｍｍ以上となるような間隔が開けられていてもよいし、間隔がなくてもよい。

【0066】

図１０（Ｂ）に示すように、弁体５６が退避部６４に収納されるときには、反射板６８が凹部６６の隙間７０に進入する。これにより、反射板６８が弁箱５４の一部に干渉することなく、弁体５６が退避部６４に収納可能になる。一方、図１０（Ａ）に示すように、弁体５６が退避部６４から出て通過口５２を遮断するときは、シール材６２が弁箱５４の外筒５８の内壁６０に対して圧接され、空間部１２（図９参照）が密閉される。この状態では、反射板６８と弁体５６との間には所定の隙間７０が形成されている。

【0067】

なお、反射板６８が凹部６６の隙間７０に進入するための機構又は構造は、図示しないが、例えば、リンク機構やスライド機構を用いてもよい。

【0068】

弁体５６、反射板６８、リンク機構（図示省略）、スライド機構（図示省略）は、被処理物の処理温度に耐え得る融点の高い金属やセラミック材料、その他の材料で形成されていることが好ましい。これらの材料は、加熱源２２の加熱温度よりも融点が高くなる材料を意味する。従来の半導体処理装置に設けられる仕切弁に用いられる材料を利用できる。

【0069】

反射板６８をセラミック材料で形成する場合には、例えば、セラミック材料に対して研磨等を施して反射率を高くすることが好ましい。

【0070】

これにより、被処理物に対する処理が実行されている場合、図１０（Ａ）に示すように、弁体５６が通過口５２を塞いで空間部１２が密閉された状態になるが、加熱源２２からの熱エネルギーは反射板６８に照射しても反射板６８で反射され、弁体５６側に伝熱され難い。特に反射板６８と弁体５６との間に隙間７０が形成されているため、隙間７０により反射板６８で受けた熱が弁体５６側に伝熱され難くなり、熱が空気流により隙間７０を通過する過程で熱が拡散される。

【0071】

ここで、弁体５６に形成された凹部６６は、弁体５６の一方側の表面だけに限定されるものではない。例えば、図１１に示すように、弁体５６の一方側及び他方側の両面に凹部６６が形成されている構造もあり得る。具体的には、被処理物を加熱処理する空間部が弁体５６の一方側及び他方側の両方に設けられている場合、弁体５６の一方側及び他方側に対して空間部７０からの熱エネルギーが照射される。この構成では、弁体５６の一方側及び他方側の両面に凹部６６が形成され、それぞれの凹部６６を覆う反射板６８が設置されており、弁体５６が通過口５２を遮断したときに弁体５６の一方側表面と反射板６８との間に所定の隙間７０が形成される。また弁体５６の他方側表面と反射板６８との間に所定の隙間７０が形成されていれば、空間部１２からの熱エネルギーを反射板６８で遮断することができ、弁体５６に熱エネルギーが照射されることを防止できる。

【0072】

また、弁体５６の表面に凹部６６が形成されていない構成も採用することができる。例えば、図１２に示すように、弁体５６の空間部１２側に露出した表面に反射板６８を配置するが、反射板６８はアーム部材７２により弁体５６側に固定されている。アーム部材７２は、加熱源２２の温度よりも融点が高い金属やセラミック材料、その他の材料で形成されていることが好ましい。

【0073】

反射板６８がアーム部材７２により弁体５６側に固定されている構成では、弁体５６が退避部６４に収納された状態でも、反射板６８が弁体側に近接することがない。弁体５６が通過口５２を遮断している状態でも、弁体５６と反射板６８との離間距離が変わらない。このため、反射板６８が可動して反射板６８と弁体５６との離間距離を変更する機構が不要になり、部品点数を削減することができる。これに伴い、弁体５６の耐久性が増し、メンテナンス効率が向上する。

【0074】

図１３に示すように、弁体５６の一方側及び他方側にアーム部材７２を設け、両側に反射板６８を配置してもよい。

【0075】

以上のように、反射板６８で輻射熱を反射することにより、弁体５６の温度上昇を抑制でき、弁体５６の温度をシール材６２の融点以下の温度になるように制御することができる。また、弁体５６の先端部に配置されているシール材６２に対する弁体５６からの伝熱効果が弱くなり、シール材６２の温度上昇が抑制される。この結果、シール材６２の温度が融点以下になり、シール材６２が溶融又は消失することを防止できる。

【0076】

次に、弁体に対する輻射熱遮断機能を一層向上させる構成（改良例）について説明する。

【0077】

図１４乃至図１７に示すように、弁体５６の近傍には反射板６８が配置されているが、反射板６８の空間部１２側に露出する表面には、輻射熱を反射する輻射熱遮断部としての金属膜（金属反射膜）Ｘ１が塗布されている。金属膜Ｘ１は、熱反射率が高くて熱を吸収し難い、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、金、ニッケルなどを単体で又は任意の材質を混合して構成されている。金属膜Ｘ１により空間部１２からの輻射熱が反射し、反射板６８への伝熱を防止できる。

【0078】

なお、反射板６８に対して金属膜（金属反射膜）Ｘ１を塗布する構成以外のものとして、例えば、金属膜Ｘ１を別部材で形成し、反射板６８の外表面に被せ、又は巻回することも可能である。

【0079】

また、別の実施形態として、反射板６８の外表面には、輻射熱を反射する輻射熱遮断部としての光学膜（光学フィルター膜、赤外線フィルター膜）Ｘ３が塗布されている。光学膜Ｘ３により空間部１２からの輻射熱が反射し、反射板６８への伝熱を防止できる。光学膜Ｘ３として、例えば、曇りガラス、石英に乱反射する材料、発泡させて光散乱、屈折率を変えて光を透過させない金属を使用してもよい。

【0080】

なお、反射板６８の表面には、赤外線フィルター膜（光学フィルター膜）を塗布する構成以外のものとして、例えば、赤外線フィルター膜を別部材で形成し、反射板６８の表面に被せ、又は巻回することも可能である。

【0081】

さらに、別の実施形態として、反射板６８の少なくとも一部の材質を不透明石英Ｘ２で構成してもよい。これにより、反射板６８に輻射熱遮断部を形成することができる。

【0082】

なお、反射板６８の少なくとも一部の材質を不透明石英Ｘ２で構成する以外のものとして、例えば、別部材として不透明石英Ｘ２で形成した輻射熱反射部材を作り、反射板６８の外表面に輻射熱反射部材を被せ、又は巻回することも可能である。

【0083】

反射板６８の表面に施される金属膜、光学膜及び不透明石英による作用効果とは、これらが加熱源２２に施される形態で説明した作用効果（上述したとおり）と同様の輻射熱遮断効果であるため、ここでは説明を省略する。

【0084】

［第２実施例］
第２実施例の高温対応真空仕切弁及び高温対応真空仕切弁の輻射熱遮断方法は、高温対応真空仕切弁の内部に冷媒を流動（流通）させた構成である。なお、第１実施例の構成と重複する構成には、同符号を付し、その説明を適宜省略する。

【0085】

図１８に示すように、弁体５６の内部には、冷却水等の冷媒が流れる流路７４が配置されている。弁箱５４の外筒５８及び退避部近傍の収納壁７６にも、同様にして、冷却水等の冷媒が流れる流路７４が配置されている。冷媒が流路７４を流動（流通）することにより、弁体５６及び弁箱５４が冷却されてシール材６２の融点以下の温度になるように維持される。

【0086】

冷媒とは、例えば、冷却水である。

【0087】

図１９に示すように、弁体５６の表面であってかつ空間部１２に曝される露出表面には、輻射熱を反射する輻射熱遮断部としての金属膜（金属反射膜）Ｘ１が塗布されている。金属膜Ｘ１は、熱反射率が高くて熱を吸収し難い、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、金、ニッケルなどを単体で又は任意の材質を混合して構成されている。金属膜Ｘ１により空間部１２からの輻射熱が反射し、弁体５６への伝熱を防止できる。

【0088】

なお、弁体５６に対して金属膜（金属反射膜）Ｘ１を塗布する構成以外のものとして、例えば、金属膜Ｘ１を別部材で形成し、弁体５６の露出表面に取り付けることも可能である。

【0089】

また、別の実施形態として、弁体５６の露出表面には、輻射熱を反射する輻射熱遮断部としての光学膜（光学フィルター膜、赤外線フィルター膜）Ｘ３が塗布されている。光学膜Ｘ３により空間部１２からの輻射熱が反射し、弁体５６への伝熱を防止できる。光学膜Ｘ３として、例えば、曇りガラス、石英に乱反射する材料、発泡させて光散乱、屈折率を変えて光を透過させない金属を使用してもよい。

【0090】

なお、弁体５６の露出表面には、赤外線フィルター膜（光学フィルター膜）を塗布する構成以外のものとして、例えば、赤外線フィルター膜を別部材で形成し、弁体５６の露出表面に取り付けることも可能である。

【0091】

さらに、別の実施形態として、弁体５６の露出表面の少なくとも一部の材質を不透明石英Ｘ２で構成してもよい。これにより、弁体５６の露出表面に輻射熱遮断部を形成することができる。

【0092】

なお、弁体５６の露出表面の少なくとも一部の材質を不透明石英Ｘ２で構成する以外のものとして、例えば、別部材として不透明石英Ｘ２で形成した輻射熱反射部材を作り、弁体５６の露出表面に輻射熱反射部材を取り付けることも可能である。

【0093】

また、同様にして、弁箱６２の外筒５８の内壁６０であってシール材６２が当接する部位には、輻射熱を反射する輻射熱遮断部としての金属膜（金属反射膜）Ｘ１が塗布されている。金属膜Ｘ１は、熱反射率が高くて熱を吸収し難い、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、金、ニッケルなどを単体で又は任意の材質を混合して構成されている。金属膜Ｘ１により空間部１２からの輻射熱が反射し、外筒５８への伝熱を防止できる。

【0094】

なお、外筒５８に対して金属膜（金属反射膜）Ｘ１を塗布する構成以外のものとして、例えば、金属膜Ｘ１を別部材で形成し、弁箱５４の外筒５８の内壁６０であってシール材６２が当接する部位に取り付けることも可能である。

【0095】

また、弁箱５４の外筒５８の内壁６０であってシール材６２が当接する部位には、輻射熱を反射する輻射熱遮断部としての光学膜（光学フィルター膜、赤外線フィルター膜）Ｘ３が塗布されている。光学膜Ｘ３により空間部１２からの輻射熱が反射し、外筒５８への伝熱を防止できる。光学膜Ｘ３として、例えば、曇りガラス、石英に乱反射する材料、発泡させて光散乱、屈折率を変えて光を透過させない金属を使用してもよい。

【0096】

なお、弁箱５４の外筒５８の内壁６０であってシール材６２が当接する部位には、赤外線フィルター膜（光学フィルター膜）を塗布する構成以外のものとして、例えば、赤外線フィルター膜を別部材で形成し、弁箱５４の外筒５８の内壁６０であってシール材６２が当接する部位に取り付けることも可能である。

【0097】

さらに、別の実施形態として、弁箱５４の外筒５８の内壁６０であってシール材６２が当接する部位の少なくとも一部の材質を不透明石英Ｘ２で構成してもよい。これにより、弁箱５４の外筒５８の内壁６０であってシール材６２が当接する部位に輻射熱遮断部を形成することができる。

【0098】

なお、弁箱５４の外筒５８の内壁６０であってシール材６２が当接する部位の少なくとも一部の材質を不透明石英Ｘ２で構成する以外のものとして、例えば、別部材として不透明石英Ｘ２で形成した輻射熱反射部材を作り、弁箱５４の外筒５８の内壁６０であってシール材６２が当接する部位に輻射熱反射部材を取り付けることも可能である。

【0099】

以上のように、弁体５６及び弁箱５４の外筒５８でシール材６２が接触する部位の温度をシール材６２の融点以下の温度になるように制御することができる。換言すれば、弁体５６の先端部に配置されているシール材６２に対する弁体５６及び外筒からの伝熱効果が弱くなり、シール材６２の温度上昇が抑制される。この結果、シール材６２の温度が融点以下になり、シール材６２が溶融又は消失することを防止できる。

【0100】

なお、弁体５６及び弁箱５４に冷却水等の冷媒が流れる流路７４が配置されていない構成でも、弁体５６及び弁箱５４には、輻射熱を反射する輻射熱遮断部が形成されていてもよい。

【0101】

弁体５６及び弁箱５４に輻射熱を反射する輻射熱遮断部が形成されていない構成でも、弁体５６及び弁箱５４に冷却水等の冷媒が流れる流路７４が配置されている構成を採用してもよい。

【0102】

また、シール材６２に金属（図示省略）が含まれていてもよい。シール材６２に金属を含めることにより、シール材６２自体の熱伝導性が向上する。特にシール材６２を形成する材料に金属が含有されていることにより、シール材６２が弁箱５４の外筒５８の内壁６０に接触したときに、シール材６２と弁箱５４の外筒５８、シール材６２と弁体５６との間で熱の伝導性が高くなり、シール材６２に蓄積される熱量を早期に弁箱５４及び弁体５６に流すことができる。また、シール材６２の表面に金属が露出している構成では、いわゆる冷却フィンの効果によりシール材６２から空気中への放熱が円滑に進む。この結果、シール材６２の温度が融点以下になるように維持できるため、シール材６２が溶融又は消失しない。

【0103】

なお、上記実施形態は、本発明の技術的思想を具現した一例に過ぎないものである。本発明は、当然ながらこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を利用した全ての態様を含むものである。

【符号の説明】

【0104】

１０ 半導体処理装置
１１ 搬出口
１２ 空間部
１４ 土台部
１６ 蓋部（支持部）
１８ 周壁部
２０ 蓋部本体
２２ 加熱源
２２Ｈ 石英ヒータ
２３Ａ 第１ヒータ部
２３Ｂ 第２ヒータ部
２４ 空隙部
２４Ｎ 非発光部
２５Ｂ 発光部
２６ 反射処理板
２８ 冷却液流路
３０ 取付フランジ
３２ 凹部
３４ 貫通孔
３６ 気密部材
３８ 圧縮リング
４０ 抑えフランジ
４２ 電流導入部
５０ 高温対応真空仕切弁
５２ 通過口
５４ 弁箱
５６ 弁体
５８ 外筒
６０ 内壁
６２ シール材
６４ 退避部
６６ 凹部
６８ 反射板
７０ 隙間
７２ アーム部材
７４ 流路
Ｘ１ 金属膜
Ｘ２ 不透明石英
Ｘ３ 光学膜

【要約】

【課題】シール材及び弁体に対する熱による悪影響を防止することができる、半導体処理装置に用いる高温対応真空仕切弁及び高温対応真空仕切弁の輻射熱遮断方法を提供する。
【解決手段】被処理物を処理する空間部１２を有する半導体処理装置１０に用いる高温対応真空仕切弁５０であって、弁体５６と、弁体５６に設けられ空間部１２を気密に維持するシール材６２と、を有し、弁体５６の空間部１２側に露出する表面に輻射熱を遮蔽する輻射熱遮蔽部を施し、輻射熱遮蔽部は弁体５６の少なくとも一部を覆って輻射熱を反射する反射板６８である。
【選択図】 図９

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】