JP2003297760A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボートエレベータから発生する有機物質によ
る汚染を防止する。 【解決手段】 ウエハ１４群をボート１３に保持した状
態で処理する処理室９と、処理室９の真下に形成されて
ボート１３が待機する待機室３と、ボート１３を昇降さ
せて処理室９に搬入搬出するボートエレベータ２０とを
有するバッチ式熱処理装置において、ボートエレベータ
２０が待機室３の外部に設置され、ボートエレベータ２
０とボート１３を支持した昇降台３３とが待機室３に挿
通された昇降シャフト２８によって連結されており、昇
降シャフト２８の中空部２９には冷却水４８が流通され
ている。 【効果】 ボートエレベータの有機物質が待機室に飛散
するのを防止できる。昇降シャフトを強制冷却すること
で昇降シャフトの熱膨張を防止でき、ウエハのボートか
らの脱装作業を直ちに実施でき、スループットの低下を
防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置に
関し、特に、密閉室内における搬送技術に係り、例え
ば、半導体素子を含む半導体集積回路が作り込まれる半
導体ウエハ（以下、ウエハという。）に拡散、ＣＶＤま
たはエピタキシャル成長等の熱処理（thermaltreatment
）を施す熱処理装置（furnace)に利用して有効なもの
に関する。特に、４００〜７００℃という低温で実施す
るシリコンエピタキシャル成長またはシリコンゲルマニ
ウムエピタキシャル成長の装置に利用して有効なものに
関する。 【０００２】 【従来の技術】ウエハに熱処理を施す熱処理装置とし
て、複数枚のウエハをボートに保持した状態で熱処理を
施す処理室が形成されたプロセスチューブと、このプロ
セスチューブの真下に形成されてボートが処理室に対す
る搬入搬出を待機する待機室と、ボートを昇降させて処
理室に搬入搬出するボートエレベータとを備えているバ
ッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置が、広く使用さ
れている。従来のバッチ式縦形ホットウオール形熱処理
装置においては、ボートエレベータは送りねじ軸装置に
よって構成されて待機室に縦形に設置されており、送り
ねじ軸は下端が待機室において支持され、上端において
待機室の外部に設置されたモータによって回転駆動され
るようになっている。 【０００３】ところが、従来のこのようなバッチ式縦形
ホットウオール形熱処理装置においては、ボートエレベ
ータが待機室の内部に設置されているため、送りねじ軸
装置やガイドレールにおいて使用されたグリースや配線
ケーブル等から有機物質が飛散することにより、ウエハ
を汚染する原因になるという問題点がある。そして、熱
処理されて高温度になったボートが待機室に下降されて
来て待機室の温度が上昇すると、有機物質の蒸発量は多
くなる。このため、処理室における熱処理完了後に、処
理室にボードを存置したままで、ボートやウエハ群を温
度が例えば１００℃以下になるまで冷却し、ボートやウ
エハ群の温度が充分に下がってから、ボートを処理室か
ら搬出することが実施されている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ボート
やウエハ群の温度が充分に下がってからボートを処理室
から搬出していたのでは、バッチ式縦形ホットウオール
形熱処理装置のスループットが低下してしまう。そこ
で、ボートエレベータを待機室の外部に設置するととも
に、ボートエレベータの昇降体とボートとを昇降シャフ
トによって連結することにより、ボートエレベータから
の有機物質の飛散を防止することを、提案することがで
きる。 【０００５】ところが、この場合においては、ボートや
ウエハ群が高い温度のまま待機室に下降されて来ると、
昇降シャフトが加熱されて熱膨張することにより、ボー
トの基準高さに対する位置がずれるため、ウエハをボー
トから脱装（ディスチャージング）することができなく
なるという問題点があることが、本発明者によって明ら
かにされた。この対策としては、昇降シャフトの温度が
下がり、ボートが定常の基準高さに戻るのを待つことが
考えられるが、それでは結局、バッチ式縦形ホットウオ
ール形熱処理装置のスループットが低下してしまうこと
になる。また、ボートの高さが若干変化しても脱装し得
るようにボートのウエハ保持溝の間隔を広く設定するこ
とが考えられるが、それでは処理枚数が減少したりボー
トやプロセスチューブの全長が長くなったりするため、
結局、スループットが低下したり、バッチ式縦形ホット
ウオール形熱処理装置が大形になったりしてしまう。 【０００６】本発明の目的は、スループットの低下や大
形化を防止しつつボートエレベータによる汚染を防止す
ることができる半導体製造装置を提供することにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明に係る基板処理装
置は、複数枚の基板をボートに保持した状態で処理を施
す処理室と、この処理室の真下に形成されて前記ボート
が前記処理室に対する搬入搬出を待機する待機室と、前
記ボートを昇降させて前記処理室に搬入搬出するボート
エレベータとを備えている半導体製造装置において、前
記ボートエレベータが前記待機室の外部に設置されてい
るとともに、このボートエレベータと前記ボートとが前
記待機室に挿通された昇降シャフトによって連結されて
おり、この昇降シャフトが冷却されるように構成されて
いることを特徴とする。 【０００８】前記した手段によれば、ボートエレベータ
が待機室の外部に設置されているため、ボートエレベー
タの有機物質が待機室に飛散するのを必然的に防止する
ことができる。また、ボートが待機室に高温度のまま下
降されて来ても、ボートとボートエレベータとを連結し
ている昇降シャフトを強制的に冷却することにより、昇
降シャフトの熱膨張は抑止することができるため、ウエ
ハのボートからの脱装作業は冷却時間を置くことなく直
ちに実施することができる。つまり、自然冷却の待ち時
間を省略することができるため、スループットの低下を
防止することができる。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面に即して説明する。 【００１０】本実施の形態において、本発明に係る半導
体製造装置は、半導体装置の製造方法にあってウエハに
熱処理を施すバッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置
（以下、バッチ式熱処理装置という。）として構成され
ている。 【００１１】図１に示されているように、バッチ式熱処
理装置１は筐体２を備えており、筐体２にはボート１３
が待機する待機室３が形成されている。待機室３は大気
圧未満の圧力を維持可能な気密性能を有する密閉室に構
成されており、ボート１３を収納可能な容積に形成され
ている。筐体２の前面壁にはウエハ搬入搬出口４が開設
されており、ウエハ搬入搬出口４はゲート５によって開
閉されるようになっている。筐体２の天井壁にはボート
搬入搬出口６が開設されており、ボート搬入搬出口６は
シャッタ７によって開閉されるようになっている。筐体
２の上にはヒータユニット８が垂直方向に設置されてお
り、ヒータユニット８の内部には処理室９を形成するプ
ロセスチューブ１０が配置されている。プロセスチュー
ブ１０は上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成さ
れてヒータユニット８に同心円に配置されており、プロ
セスチューブ１０の円筒中空部によって処理室９が構成
されている。プロセスチューブ１０の下端部にはプロセ
スチューブ１０の円筒中空部によって形成された処理室
９に原料ガスやパージガス等を導入するためのガス導入
管１１と、プロセスチューブ１０の内部を排気するため
の排気管１２とが接続されている。 【００１２】筐体２の待機室３の外部には据付台１９が
設置されており、据付台１９の上にはボートを昇降させ
るためのボートエレベータ２０が据え付けられている。
ボートエレベータ２０は上側取付板２１および下側取付
板２２によって垂直にそれぞれ敷設されたガイドレール
２３および送りねじ軸２４を備えており、ガイドレール
２３には昇降体２５が垂直方向に昇降自在に嵌合されて
いる。昇降体２５は送りねじ軸２４に垂直方向に進退自
在に螺合されている。なお、作動やバックラッシュを良
好なものとするために、送りねじ軸２４と昇降体２５と
の螺合部にはボールねじ機構が使用されている。送りね
じ軸２４の上端部は上側取付板２１を貫通しており、上
側取付板２１に設置されたモータ２６によって正逆回転
駆動されるように連結されている。 【００１３】昇降体２５の側面にはアーム２７が水平に
突設されており、アーム２７の先端には円筒形状に形成
された昇降シャフト２８が垂直方向下向きに固定されて
いる。昇降シャフト２８の中空部２９には昇降シャフト
２８の内径よりも小径の外径を有する円筒形状に形成さ
れた内筒３０が同心円に配置されて固定されている。昇
降シャフト２８は筐体２の天井壁に開設された挿通孔３
１を挿通して下端部が待機室３に挿入されており、筐体
２の天井壁の上面とアーム２７の下面との間には挿通孔
３１を気密封止するベローズ３２が介設されている。昇
降シャフト２８の待機室３の下端にはボートを昇降させ
るための昇降台３３が水平に配置されて固定されてい
る。昇降台３３は上面が開口した箱形状に形成された本
体３４と、平面形状が本体３４と同一の平板形状に形成
された蓋体３５とを備えており、本体３４に蓋体３５が
シールリング３６を挟んで被せ付けられることにより、
気密室３７を形成するようになっている。 【００１４】昇降台３３の気密室３７の天井面である蓋
体３５の下面には磁性流体シール装置３８によってシー
ルされた軸受装置３９が設置されており、軸受装置３９
は蓋体３５を垂直方向に挿通した回転軸４０を回転自在
に支持しており、回転軸４０はボート回転駆動用モータ
４１によって回転駆動されるようになっている。回転軸
４０の上端にはボート１３が垂直に立脚するように設置
されている。ボート１３は複数枚（例えば、２５枚、５
０枚、１００枚、７５枚、１００枚ずつ等）のウエハ１
４をその中心を揃えて水平に支持した状態で、プロセス
チューブ１０の処理室９に対してボートエレベータ２０
による昇降台３３の昇降に伴って搬入搬出するように構
成されている。昇降台３３の上面にはシールキャップ４
３がシールリング４２を介されて設置されている。シー
ルキャップ４３は処理室９の炉口になる筐体２のボート
搬入搬出口６をシールするように構成されている。 【００１５】磁性流体シール装置３８の外側には磁性流
体シール装置３８や軸受装置３９およびボート回転駆動
用モータ４１を冷却するための冷却装置４４が設置され
ており、冷却装置４４には冷却水供給管４５が接続され
ている。冷却水供給管４５は気密室３７から内筒３０の
中空部を通じて待機室３の外部に引き出されており、冷
却水供給源４７に可変流量制御弁４６を介して接続され
るようになっている。シールキャップ４３の内部には冷
却水４８が流通する通水路４９が開設されており、通水
路４９には冷却装置４４の冷却水が導入側連絡管５０に
よって導入されるようになっている。通水路４９には導
出側連絡管５１の一端が接続されており、導出側連絡管
５１の他端は昇降シャフト２８の中空部２９の下端に接
続されている。昇降シャフト２８の中空部２９の上端に
は冷却水排出管５２が接続されており、冷却水排出管５
２は冷却水供給源４７に接続されようになっている。し
たがって、昇降シャフト２８の中空部２９には冷却水４
８が下端の導出側連絡管５１から導入されて上端の冷却
水排出管５２から排出されることによって流通するよう
になっている。なお、内筒３０の中空部にはボート回転
駆動用モータ４１の電力供給電線５３が挿通されて、外
部に引き出されている。 【００１６】以下、前記構成に係るバッチ式熱処理装置
を使用した成膜工程を説明する。 【００１７】これから成膜すべきウエハ１４は筐体２の
ウエハ搬入搬出口４を通して待機室３にウエハ移載装置
（wafer transfer equipment )によって搬入され、ボー
ト１３に装填（チャージング）される。この際、図１に
示されているように、ボート搬入搬出口６がシャッタ７
によって閉鎖されることにより、処理室９の高温雰囲気
が待機室３に流入することは防止されている。このた
め、装填途中のウエハ１４および装填されたウエハ１４
が高温雰囲気に晒されることはなく、ウエハ１４が高温
雰囲気に晒されることによる自然酸化等の弊害の派生は
防止されることになる。 【００１８】予め指定された枚数のウエハ１４がボート
１３へ装填されると、図２に示されているように、ウエ
ハ搬入搬出口４はゲート５によって閉鎖され、ボート搬
入搬出口６がシャッタ７によって開放される。 【００１９】続いて、昇降台３３に支持されたシールキ
ャップ４３およびボート１３がボートエレベータ２０の
モータ２６によって昇降体２５および昇降シャフト２８
を介して上昇されて、プロセスチューブ１０の処理室９
にボート搬入搬出口６から搬入（ボートローディング）
される。ボート１３が上限に達すると、シールキャップ
４３の上面の周辺部がボート搬入搬出口６をシール状態
に閉塞するため、プロセスチューブ１０の処理室９は気
密に閉じられた状態になる。ボート１３を処理室９へ搬
入する際に、昇降シャフト２８が上昇すると、ベローズ
３２は上方向に伸張する。 【００２０】その後、プロセスチューブ１０の処理室９
は気密に閉じられた状態で、所定の圧力となるように排
気管１２によって排気され、ヒータユニット８によって
所定の温度に加熱され、所定の原料ガスがガス導入管１
１によって所定の流量だけ供給される。これにより、予
め設定された処理条件に対応する所望の膜がウエハ１４
に形成される。この際、ボート１３がボート回転駆動用
モータ４１によって回転されることにより、原料ガスが
ウエハ１４の表面に均一に接触されるため、ウエハ１４
にはＣＶＤ膜が均一に形成される。 【００２１】ここで、冷却水４８が冷却水供給管４５お
よび冷却水排出管５２を通じて、冷却装置４４およびシ
ールキャップ４３の通水路４９に流通されることによ
り、熱によるシールキャップ４３のシールリング４２や
磁性流体シール装置３８および軸受装置３９の劣化が防
止される。このとき、冷却水４８が昇降シャフト２８の
中空部２９を流通するため、昇降シャフト２８および内
筒３０も冷却されることになる。 【００２２】予め設定された処理時間が経過すると、図
１に示されているように、ボート１３およびシールキャ
ップ４３を支持した昇降台３３が昇降シャフト２８およ
び昇降体２５を介してボートエレベータ２０のモータ２
６によって下降されることにより、処理済みウエハ１４
を保持したボート１３が待機室３に搬出（ボートアンロ
ーディング）される。この際、ベローズ３２は昇降シャ
フト２８の下降に伴って下方向に短縮する。 【００２３】ここで、昇降シャフト２８が冷却されない
状態で、処理済みのボート１３やウエハ１４群が高い温
度のまま待機室３に下降されて来ると、昇降シャフト２
８が加熱されて熱膨張することにより、ボート１３の基
準高さに対する位置がずれるため、ウエハ１４をボート
１３からウエハ移載装置によって脱装（ディスチャージ
ング）することができなくなる。 【００２４】本実施の形態においては、冷却水４８が昇
降シャフト２８の中空部２９に流通されて昇降シャフト
２８が強制的に冷却されていることにより、昇降シャフ
ト２８が熱膨張するのを防止されているため、ボート１
３が待機室３に高温度のまま下降されて来ても、ボート
１３の基準高さがずれることはない。したがって、ウエ
ハ移載装置によるウエハ１４のボート１３からの脱装作
業は、昇降シャフト２８の自然冷却を待つことなく直ち
に実施することができる。つまり、昇降シャフト２８の
自然冷却の待ち時間を省略することができるため、ウエ
ハ１４のボート１３からの脱装作業のスループットの低
下を防止することができる。 【００２５】ボート１３が処理室９から待機室３に搬出
されると、ボート搬入搬出口６がシャッタ７によって閉
鎖される。次いで、待機室３のウエハ搬入搬出口４がゲ
ート５によって開放され、ボート１３の処理済みウエハ
１４がウエハ移載装置によって脱装（ディスチャージン
グ）される。この際、昇降シャフト２８の熱膨張が防止
されることにより、ボート１３の基準高さがずれるのを
防止されているため、ウエハ移載装置による処理済みウ
エハ１４のボート１３からの脱装作業は適正かつ迅速に
実行されることになる。 【００２６】以降、前述した作用が繰り返されることに
より、ウエハ１４が例えば、２５枚、５０枚、１００
枚、７５枚、１００枚ずつ、バッチ式熱処理装置１によ
ってバッチ処理されて行く。 【００２７】前記実施の形態によれば、次の効果が得ら
れる。 【００２８】1) ボートエレベータを待機室の外部に設
置することにより、ボートエレベータの有機物質が待機
室に飛散するのを防止することができるため、有機物質
によるウエハの汚染を未然に防止することができる。ウ
エハの汚染があると、曇り等の異常成膜が発生してしま
う４００〜７００℃という低温で実施するシリコンエピ
タキシャル成長またはシリコンゲルマニウムエピタキシ
ャル成長の成膜処理を行う半導体製造装置に利用して有
効である。 【００２９】2) ボートとボートエレベータとを連結し
ている昇降シャフトを強制的に冷却することにより、昇
降シャフトの熱膨張を防止することができるため、ウエ
ハのボートからの脱装作業を冷却時間を置くことなく直
ちに実施することができる。 【００３０】3) 昇降シャフトの自然冷却の待ち時間を
省略して、ウエハのボートからの脱装作業を直ちに実施
することができるため、バッチ式ＣＶＤ装置および成膜
工程のスループットを高めることができる。 【００３１】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変
更が可能であることはいうまでもない。 【００３２】例えば、昇降シャフトを強制的に冷却する
ための冷却装置の冷却水の流通経路は、磁性流体シール
装置や軸受装置およびシールキャップの冷却水の流通経
路に直列に接続して構成しているが、これらと独立する
ように構成してもよい。 【００３３】昇降シャフトの中空部に内筒を同心円に配
置した二重構造に構成して中間に冷却水を流通させるよ
うに構成するに限らず、昇降シャフトの中空部に冷却水
を流通させるように構成してもよいし、昇降シャフトの
外側に冷却水の流通経路を構成してもよい。 【００３４】冷却媒体は冷却水に限らず、エチレングリ
コール水溶液や弗素系冷却液等の他の冷却液体であって
もよいし、圧縮空気や窒素ガスおよび不活性ガス等の冷
却気体であってもよい。 【００３５】バッチ式熱処理装置は成膜処理に使用する
に限らず、酸化膜形成処理や拡散処理およびアニーリン
グ等の熱処理にも使用することができる。 【００３６】前記実施の形態ではバッチ式熱処理装置の
場合について説明したが、本発明はこれに限らず、半導
体製造装置全般に適用することができる。 【００３７】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体製造装置においてスループットの低下や大形化を
防止することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施の形態であるバッチ式熱処理装
置を示す側面断面図である。 【図２】ボート搬入時を示す側面断面図である。 【符号の説明】 １…バッチ式熱処理装置（半導体製造装置）、２…筐
体、３…待機室（密閉室）、４…ウエハ搬入搬出口、５
…ゲート、６…ボート搬入搬出口、７…シャッタ、８…
ヒータユニット、９…処理室、１０…プロセスチュー
ブ、１１…ガス導入管、１２…排気管、１３…ボート、
１４…ウエハ（基板）、１９…据付台、２０…ボートエ
レベータ、２１…上側取付板、２２…下側取付板、２３
…ガイドレール、２４…送りねじ軸、２５…昇降体、２
６…モータ、２７…アーム、２８…昇降シャフト、２９
…中空部、３０…内筒、３１…挿通孔、３２…ベロー
ズ、３３…昇降台、３４…本体、３５…蓋体、３６…シ
ールリング、３７…気密室、３８…磁性流体シール装
置、３９…軸受装置、４０…回転軸、４１…ボート回転
駆動用モータ、４２…シールリング、４３…シールキャ
ップ、４４…冷却装置、４５…冷却水供給管、４６…可
変流量制御弁、４７…冷却水供給源、４８…冷却水、４
９…通水路、５０…導入側連絡管、５１…導出側連絡
管、５２…冷却水排出管、５３…電力供給電線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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） 4K030 CA04 GA13 KA04 KA26 KA49 LA15 5F045 AB01 AD08 AD09 AD10 AF03 BB08 BB14 DP19 EC02 EJ09 EM10 EN04

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 複数枚の基板をボートに保持した状態で
   処理を施す処理室と、この処理室の真下に形成されて前
   記ボートが前記処理室に対する搬入搬出を待機する待機
   室と、前記ボートを昇降させて前記処理室に搬入搬出す
   るボートエレベータとを備えている半導体製造装置にお
   いて、前記ボートエレベータが前記待機室の外部に設置
   されているとともに、このボートエレベータと前記ボー
   トとが前記待機室に挿通された昇降シャフトによって連
   結されており、この昇降シャフトが冷却されるように構
   成されていることを特徴とする半導体製造装置。