JP2002289600A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】気密室を有する半導体製造装置に於いて、気密
室内が高温状態でも高清浄雰囲気に維持し、処理品質の
信頼性を向上すると共に生産性の向上を図る。 【解決手段】反応室と、該反応室に連設される気密室４
と、基板を保持するボート１６と、該ボートを前記反応
室と気密室間で昇降するボートエレベータ５を具備する
半導体製造装置に於いて、前記ボートエレベータを前記
気密室の外部に設け、前記ボートエレベータが支持した
昇降シャフト２４を前記気密室内に遊貫させ、貫通部を
ベローズ２５で気密にシールし、前記昇降シャフトを介
して昇降座３５が昇降可能に支持され、該昇降座の上側
に前記ボートが載置されるボート受台１５を回転可能に
設け、下側に前記気密室と隔離した空間２８を形成し、
前記ボート受台を回転するボート回転手段３１を前記空
間に収納される様に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウェーハ
等半導体基板に薄膜の生成、不純物の拡散、エッチング
等所要の処理を行い半導体デバイスを製造する半導体製
造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高清浄度が要求される処理に対応する半
導体製造装置では、反応室下方に反応室への大気の浸入
を防止する為の気密室を有し、該気密室を真空状態と
し、或は不活性ガス雰囲気として反応室への基板の装
入、引出しを行っている。

【０００３】図４により、気密室を具備した従来の半導
体製造装置について説明する。

【０００４】反応炉１は反応管２、該反応管２を囲繞す
るヒータユニット３から成り、前記反応管２の下方には
気密室４が気密に連設されている。

【０００５】該気密室４内部にはボートエレベータ５が
設けられている。該ボートエレベータ５は鉛直方向に延
びるガイドシャフト６、ボール螺子７を具備し、該ガイ
ドシャフト６、ボール螺子７は下基板８、上基板９によ
り支持され、前記ボール螺子７の上端は前記気密室４の
天井を気密に貫通し、前記ボール螺子７の突出端には昇
降モータ１１が連結されている。前記ガイドシャフト６
に摺動自在に嵌合し、前記ボール螺子７に螺合する昇降
台１２には昇降座１３が設けられ、該昇降座１３にはボ
ート回転装置１４が取付けられている。

【０００６】該ボート回転装置１４はボート受台１５を
回転自在に支持し、該ボート受台１５にはボート１６が
載置される。該ボート１６はウェーハ等の被処理基板１
７を水平姿勢で多段に保持するものであり、該被処理基
板１７は前記反応管２内で前記ボート１６に保持された
状態で処理される。尚、前記反応管２と気密室４とは炉
口１８を介して連通し、該炉口１８は前記昇降座１３又
は炉口蓋（図示せず）により気密に閉塞可能となってい
る。

【０００７】前記ボート１６には該ボート１６の降下状
態で、前記気密室４の側面に設けた基板搬送口１９から
図示しない基板移載機により被処理基板１７が移載され
る様になっており、前記基板搬送口１９はゲート弁２１
により気密に閉塞される様になっている。

【０００８】基板を処理する場合は、前記気密室４内を
真空、或は不活性ガス雰囲気とし、図示しない炉口蓋を
開き、前記昇降モータ１１を駆動することで、前記ボー
トエレベータ５により前記ボート１６が前記反応管２内
に装入される。即ち、前記ボール螺子７が回転され、前
記昇降台１２、昇降座１３、ボート受台１５を介して被
処理基板１７を保持した前記ボート１６が上昇され、前
記反応管２内に前記ボート１６が装入される。

【０００９】該ボート１６が前記反応管２内に完全に装
入されると、前記炉口１８は前記昇降座１３により気密
に閉塞される。

【００１０】前記反応管２内が前記ヒータユニット３に
より加熱され、反応ガスが導入されて前記被処理基板１
７に所要の処理が成される。処理が行われている間、前
記ボート回転装置１４により前記ボート受台１５を介し
て前記ボート１６が回転される。該ボート１６の回転に
より前記被処理基板１７面内での処理状態が均一化す
る。

【００１１】処理が完了すると、前記ボートエレベータ
５により前記ボート１６が降下され、前記炉口１８が図
示しない炉口蓋で閉塞されると、前記気密室４内がガス
パージされ、所要の雰囲気となったところで前記ゲート
弁２１が前記基板搬送口１９を開き、図示しない基板移
載機により処理済の基板が搬出される。未処理基板が再
び前記ボート１６に移載され、処理が続行される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前記気密室４は前記反
応管２内（反応室）に大気の浸入、即ち基板処理に於い
て有害な物質が反応室に浸入することを防止する目的で
設けられている。

【００１３】上記した様に、前記ボート１６は前記ボー
トエレベータ５により前記反応管２に装入、引出しさ
れ、又処理中は前記ボート１６は前記ボート回転装置１
４により前記反応管２内で回転される。

【００１４】上記した従来の半導体製造装置では前記ボ
ートエレベータ５、ボート回転装置１４はそれぞれ前記
気密室４内に設けられ、前記ガイドシャフト６、ボール
螺子７は前記気密室４内に露出している。斯かるガイド
シャフト６、ボール螺子７には潤滑の為、グリース等の
潤滑剤が塗布されている。又、前記ボート回転装置１４
はモータ等の発動機を有しており、該発動機に対して給
電する為のケーブルが前記気密室４内に配線されてい
る。

【００１５】高清浄下では、前記潤滑剤の蒸気、ケーブ
ルの被覆材から発生する蒸気も有害物質となり、更に前
記ボール螺子７が回転することで、又前記昇降台１２が
昇降することで、有機汚染物質が飛散する。斯かる有機
汚染物質が前記被処理基板１７に付着した場合は、膜成
長不良の原因となる。

【００１６】又、加熱されたボート１６、処理後の余熱
を持っているボート１６を前記気密室４内に降下（待
避）させた場合、該気密室４内部の温度が上昇し、前記
有機汚染物質の蒸発量が多くなり、基板に汚染物質が付
着する可能性が一層高くなるという問題があった。

【００１７】この為、処理後反応管２内の温度が１００
℃以下になる迄冷却し、前記ボート１６の温度が充分に
下がってから、前記気密室４内に引出す場合もあった。
然し、この場合、前記反応管２内部の温度、ボート１６
の温度が下がる迄の冷却時間が長く、スループットが低
下するという問題があった。

【００１８】本発明は斯かる実情に鑑み、気密室内が高
温状態でも高清浄雰囲気に維持し、処理品質の信頼性を
向上させると共に生産性の向上を図るものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、反応室と、該
反応室に連設される気密室と、基板を保持するボート
と、該ボートを前記反応室と気密室間で昇降するボート
エレベータを具備する半導体製造装置に於いて、前記ボ
ートエレベータを前記気密室の外部に設け、前記ボート
エレベータが支持した昇降シャフトを前記気密室内に遊
貫させ、貫通部をベローズで気密にシールし、前記昇降
シャフトを介して昇降座が昇降可能に支持され、該昇降
座の上側に前記ボートが載置されるボート受台を回転可
能に設け、下側に前記気密室と隔離した空間を形成し、
前記ボート受台を回転するボート回転手段を前記空間に
収納される様に設けた半導体製造装置に係るものであ
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態を説明する。

【００２１】図１、図２中、図４中で示したものと同等
のものには同符号を付し説明を省略する。又、図１はボ
ートの待避状態、図２はボートの装入状態を示してい
る。

【００２２】気密室４の外面に下基板８が設けられ、該
下基板８に立設したガイドシャフト６の上端に上基板９
が設けられ、前記下基板８と上基板９間に掛渡してボー
ル螺子７が回転自在に設けられる。該ボール螺子７は前
記上基板９に設けられた昇降モータ１１により回転され
る。前記ガイドシャフト６には昇降台１２が昇降自在に
嵌合し、該昇降台１２は前記ボール螺子７に螺合してい
る。

【００２３】半導体製造装置が複数台配置される場合に
は、基板搬送口１９を有する側面と隣接する側面側に配
置されていくので、該基板搬送口１９の対面壁はメンテ
ナンスの為開放可能に作られるので、その場合、前記下
基板８は基板搬送口１９を有する側面と隣接する側面に
設ける。

【００２４】前記昇降台１２には中空の昇降シャフト２
４が垂設され、前記昇降台１２と昇降シャフト２４の支
持部は気密となっている。該昇降シャフト２４は前記気
密室４の天板４ａを遊貫し、前記気密室４の底面近くに
到達する。前記昇降シャフト２４の貫通部は該昇降シャ
フト２４の昇降動に対して接触することがない様充分な
余裕があり、又前記気密室４と前記昇降台１２間には前
記昇降シャフト２４の突出部を覆うベローズ２５が気密
に設けられ、該ベローズ２５は前記昇降台１２の昇降量
に対応できる充分な伸縮量を有し、前記ベローズ２５の
内径は前記昇降シャフト２４の外形に比べ充分に大きく
前記ベローズ２５の伸縮で接触することがない様になっ
ている。

【００２５】前記昇降シャフト２４の下端には昇降基板
２６が水平に固着される。該昇降基板２６の下面には駆
動部カバー２７が取付けられ、駆動部収納ケース２８が
構成されている。前記昇降基板２６と駆動部カバー２７
との接合部にはＯリング等のシール部材２９が挾設さ
れ、前記駆動部収納ケース２８内部は前記気密室４に対
して気密構造となっている。

【００２６】前記昇降基板２６にはボート回転手段が設
けられる。

【００２７】前記昇降基板２６の下面にはボート回転モ
ータ３１が設けられ、該ボート回転モータ３１の出力軸
３２は反応管２と同心であり、上端にはボート受台１５
が設けられている。又、前記出力軸３２の軸受部３３は
磁性流体シール等により気密にシールされており、該軸
受部３３には軸受冷却器３４が外嵌している。

【００２８】前記昇降基板２６の上面には昇降座３５が
シール材３６を介して気密に取付けられ、前記昇降座３
５は前記出力軸３２と同心であり、該出力軸３２は前記
昇降座３５を遊貫している。

【００２９】電力供給ケーブル３７が前記昇降シャフト
２４の上端から該昇降シャフト２４の中空部を通って前
記ボート回転モータ３１に導かれて接続されている。
又、前記軸受冷却器３４、昇降座３５にはそれぞれ冷却
流路３４ａ，３５ａが形成されており、該冷却流路３４
ａ，３５ａには冷却水配管３８，３９が接続されてい
る。尚、該冷却水配管３８，３９、特に冷却水配管３９
は被処理基板１７に対して金属汚染等汚染を起こさない
金属等の材質が採用される。

【００３０】前記冷却水配管３８は前記昇降シャフト２
４の中空部を経て導かれて前記軸受冷却器３４に接続さ
れ、前記冷却水配管３９は前記昇降シャフト２４の中空
部を経て導かれて更に前記昇降基板２６を貫通して前記
昇降座３５に接続されている。前記冷却水配管３９の昇
降基板２６貫通部は管継手４１により気密となってい
る。

【００３１】以下、作動について説明する。尚、被処理
基板１７の処理、ボート１６への基板の移載については
従来例と同様であるので説明を省略する。

【００３２】図１に示す待避状態から、前記ボート１６
を前記反応炉１に装入する。

【００３３】前記冷却水配管３８，３９を介して前記冷
却流路３４ａ，３５ａに冷却水を流通させ、前記軸受冷
却器３４を介して前記軸受部３３を冷却し、前記昇降座
３５を冷却する。前記昇降モータ１１を駆動し、前記ボ
ール螺子７を回転することで前記昇降台１２、昇降シャ
フト２４を介して前記駆動部収納ケース２８を上昇させ
る。

【００３４】前記昇降台１２の上死点近傍で前記昇降座
３５が前記炉口１８を閉塞する（図２参照）。該炉口１
８の下面にはシールリング４２が設けられており、前記
炉口１８は気密に閉塞される。該炉口１８の閉塞状態
で、前記シールリング４２は前記昇降座３５を介して冷
却水により冷却される。前記被処理基板１７の処理が開
始されると前記ボート回転モータ３１が駆動され、前記
ボート１６が回転される。

【００３５】処理が完了すると前記ボート１６の回転が
停止され、前記昇降モータ１１が駆動されて、前記ボー
ト１６が降下される。

【００３６】本実施の形態に於いて、前記ボート回転モ
ータ３１は前記駆動部収納ケース２８に収納され、前記
気密室４内とは隔離されている。又、前記電力供給ケー
ブル３７は駆動部カバー２７及び昇降シャフト２４に収
納され、前記気密室４内とは隔離されている。又、前記
ガイドシャフト６、ボール螺子７等駆動部については前
記気密室４の外に設けられている。従って、該気密室４
内には駆動機構の摺動部分、回転部分が露出してなく、
前記電力供給ケーブル３７も同様に露出していない。

【００３７】この為、駆動部に用いられている潤滑剤の
蒸気、ケーブルの被覆材から発生する蒸気が前記気密室
４内に浸入することがなく、該気密室４は有機汚染物質
から完全に清浄雰囲気を保持する。尚、前記反応管２、
処理後ボート１６が高温状態で該ボート１６を降下さ
せ、前記気密室４内の温度が上昇したとしても、同様に
有機汚染物質によって該気密室４内の清浄度が損われる
ことはない。

【００３８】従って、前記反応管２、ボート１６が冷却
するのを待つ時間が節約され、スループットが向上す
る。

【００３９】又、上記実施の形態に於いて、冷却ガス導
入管（図示せず）を設け、前記昇降シャフト２４、駆動
部収納ケース２８内部に空気、不活性ガス等の冷却ガス
を導入する様にし、更に前記昇降シャフト２４の上端部
から排気し、該昇降シャフト２４、駆動部収納ケース２
８内部に冷却ガス流れが形成される様にし、昇降シャフ
ト２４、駆動部収納ケース２８、特に昇降シャフト２４
を冷却してもよい。

【００４０】更に、該昇降シャフト２４を冷却する手段
としては、該昇降シャフト２４を２重管構造とし、該昇
降シャフト２４の内面に冷却流路を形成し、冷却水その
他の冷却液を循環させることで、昇降シャフト２４を冷
却する様にしてもよい。該昇降シャフト２４を冷却する
ことで、該昇降シャフト２４の熱膨張が抑制され、前記
ボート１６の垂直方向の位置精度が向上し、被処理基板
１７移載時の位置合わせが容易となる。

【００４１】次に、図３により他の実施の形態について
説明する。

【００４２】図３中、図１中で示したものと同様のもの
には同符号を付してある。

【００４３】気密室４の下面に上基板９が固着され、該
上基板９に対向して下基板８が配設され、該下基板８と
前記上基板９間にガイドシャフト６が設けられると共に
ボール螺子７が回転自在に設けられている。前記ガイド
シャフト６に昇降台１２が摺動自在に設けられ、該昇降
台１２には前記ボール螺子７が螺合している。前記昇降
台１２は水平方向に延出しており、該昇降台１２に昇降
シャフト４５が立設されている。

【００４４】前記気密室４の底板にはシャフト孔４６が
穿設されており、前記昇降シャフト４５は前記シャフト
孔４６を貫通して前記気密室４内に延出している。前記
昇降シャフト４５の上端には昇降座３５が固着され該昇
降座３５の下面にボート回転モータ３１が設けられてい
る。該ボート回転モータ３１の回転部は、図１で示した
と同様磁気シールされており、又軸受冷却器（図示せ
ず）により冷却されている。前記昇降座３５内部にも図
１で示した様に、冷却流路が形成されており、該冷却水
路には冷却水配管３８，３９を介して冷却水が循環され
る様になっている。

【００４５】前記昇降座３５と前記気密室４の底面との
間にはベローズ４７が前記昇降シャフト４５を覆う様に
設けられ、該昇降シャフト４５の貫通部を気密にシール
している。又、前記ベローズ４７は前記昇降座３５の昇
降に対応できるだけの伸縮量を有している。

【００４６】前記ボート回転モータ３１には電力供給ケ
ーブル３７が接続され、軸受冷却器（図示せず）には冷
却水配管３８を介して冷却水が供給される。前記ボート
回転モータ３１の出力軸３２の上端にはボート受台１５
が設けられ、該ボート受台１５にはボート１６が載置さ
れる。

【００４７】以下、作動を説明する。

【００４８】昇降モータ１１の駆動により、前記ボール
螺子７が回転され、前記昇降台１２、昇降シャフト４５
を介して前記昇降座３５が上昇し、前記ボート１６が前
記反応管２内に装入される。完全に装入された状態では
前記昇降座３５は炉口１８を気密に閉塞し、又シール部
材（図示せず）は前記冷却水配管３８から供給される冷
却水により冷却される。

【００４９】又、処理後は前記昇降モータ１１の駆動に
より、前記ボート１６が降下される。

【００５０】上記他の実施の形態に於いて、前記ボート
回転モータ３１、及びガイドシャフト６、ボール螺子７
等のボートエレベータ５駆動機構部は前記ベローズ４７
で前記気密室４とは完全に隔離され、該気密室４の外に
設けられている。

【００５１】従って、該気密室４内には駆動機構の摺動
部分、回転部分が露出してなく、前記電力供給ケーブル
３７も同様に露出していない。

【００５２】この為、駆動部に用いられている潤滑剤の
蒸気、ケーブルの被覆材から発生する蒸気が前記気密室
４内に浸入することがなく、該気密室４は有機汚染物質
から完全に清浄雰囲気を保持する。尚、前記反応管２、
処理後ボート１６が高温状態で該ボート１６を降下さ
せ、前記気密室４内の温度が上昇したとしても、同様に
有機汚染物質によって該気密室４内の清浄度が損われる
ことはない。更に、前記ボート１６の降下状態では前記
昇降シャフト４５は前記気密室４の下方に位置し、該気
密室４内の熱の影響を受けないので、熱膨張の対策を講
じなくてもよい。

【００５３】従って、基板処理品質を向上すると共に反
応管２、ボート１６が冷却するのを待つ時間が節約さ
れ、スループットが向上する。

【００５４】

【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、反応室
と、該反応室に連設される気密室と、基板を保持するボ
ートと、該ボートを前記反応室と気密室間で昇降するボ
ートエレベータを具備する半導体製造装置に於いて、前
記ボートエレベータを前記気密室の外部に設け、前記ボ
ートエレベータが支持した昇降シャフトを前記気密室内
に遊貫させ、貫通部をベローズで気密にシールし、前記
昇降シャフトを介して昇降座が昇降可能に支持され、該
昇降座の上側に前記ボートが載置されるボート受台を回
転可能に設け、下側に前記気密室と隔離した空間を形成
し、前記ボート受台を回転するボート回転手段を前記空
間に収納される様に設けたので、ボートエレベータの駆
動部、ボート回転手段の駆動部は気密室の内部から完全
に隔離されるので、駆動部からの汚染物質の浸入を完全
に防止でき、高清浄雰囲気で良質な膜を生成することが
でき、又、高温状態のボートを気密室に待避させても、
熱により汚染物質の浸入が助長されないので、温度が低
く冷却効果の高い気密室内でのボートの冷却が行え、冷
却時間を短縮でき、生産性を向上させることが可能であ
る等の優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す概略断面図である。

【図２】同前本発明の実施の形態の作動を示す概略断面
図である。

【図３】本発明の他の実施の形態を示す概略断面図であ
る。

【図４】従来例の概略断面図である。

【符号の説明】

１ 反応炉 ２ 反応管 ４ 気密室 ５ ボートエレベータ １２ 昇降台 １５ ボート受台 １６ ボート ２４ 昇降シャフト ２５ ベローズ ２８ 駆動部収納ケース ３１ ボート回転モータ ３５ 昇降座 ４５ 昇降シャフト ４７ ベローズ

フロントページの続き (72)発明者 高見 哲 東京都中野区東中野三丁目14番20号 株式 会社日立国際電気内 (72)発明者 嶋 信人 東京都中野区東中野三丁目14番20号 株式 会社日立国際電気内 (72)発明者 三部 誠 東京都中野区東中野三丁目14番20号 株式 会社日立国際電気内 Ｆターム(参考） 5F045 AA06 BB08 BB14 BB15 DP19 EB02 EB08 EN01 EN02 EN05

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応室と、該反応室に連設される気密室
   と、基板を保持するボートと、該ボートを前記反応室と
   気密室間で昇降するボートエレベータを具備する半導体
   製造装置に於いて、前記ボートエレベータを前記気密室
   の外部に設け、前記ボートエレベータが支持した昇降シ
   ャフトを前記気密室内に遊貫させ、貫通部をベローズで
   気密にシールし、前記昇降シャフトを介して昇降座が昇
   降可能に支持され、該昇降座の上側に前記ボートが載置
   されるボート受台を回転可能に設け、下側に前記気密室
   と隔離した空間を形成し、前記ボート受台を回転するボ
   ート回転手段を前記空間に収納される様に設けたことを
   特徴とする半導体製造装置。