JP2004111788A

JP2004111788A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2004111788A
Application number: JP2002274763A
Authority: JP
Inventors: Tetsuaki Inada; 稲田　哲明; Masanobu Higashida; 東田　将伸; Takeshi Yasui; 保井　毅
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2022-09-20
Also published as: JP4357821B2

Abstract

【課題】メンテナンス性を向上させることができる基板処理装置を提供する。
【解決手段】本発明は、基板を処理する処理室と、前記処理室の処理ガスを排気する排気手段と、前記処理室と前記排気手段とを連結する第１の排気管と、前記排気手段から排出される処理ガスを流通する第２の排気管と、を有する基板処理装置において、前記第１の排気管の周囲に前記第１の排気管を加熱する加熱手段を設けたことと、少なくとも前記第２の排気管の一部に鉛直成分を持つ部分を設け、前記鉛直成分を持つ部分の下端に、前記第２の排気管で液化した前記処理ガスを収集する回収容器を設けたことを特徴とするものである。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はウエハ等の基板に薄膜の生成、不純物の拡散、エッチング等の処理を行う基板処理装置に関するものであり、特に排気管内に付着する付着物の防止、及び排気管内で液化した物質の回収方法に関わる。
【０００２】
【従来技術】
従来の基板処理装置の反応ガス供給系と処理ガス排気系の構成を、図５を用いて説明する。
【０００３】
図５に示すように基板処理装置には、基板（ウエハ）２００を処理する処理室２０１が設けられる。基板処理に用いる室温で液体の原料物質は、原料タンク１に保存され、前記原料タンク１の原料物質を処理室２０１に供給する第１のガス供給管１５が設けられる。また、前記第１のガス供給管１５には、図示しない気化器が設けられる。第３のガス供給管１４より圧送ガスを前記原料タンク１内に送り、前記圧送ガスの圧力で前記液体の原料物質を前記気化器に送り、液体の前記原料物質を気化する。また前記第１のガス供給管１５には、不活性ガス供給管１３に接続され不活性ガスと前記原料物質を混合して第１の反応ガスを生成し、その流量を調整する第１のバルブ１１が設けられる。また、前記第１のガス供給管１５には、前記第１のガス供給管１５を加熱する第１の加熱手段１７が設けられる。前記加熱手段１７は図示しないヒータと図示しない断熱材で構成され、前記気化器で気化した原料物質が再度液化しないようにしている。また、前記処理室２０１には第２の反応ガスを供給する第２のガス供給管１２が設けられ、前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスを用いて、前記処理室２０１内の基板２００に所望の基板処理を行う。
【０００４】
前記処理室２０１には、前記処理室２０１内の処理ガスを排気する第１のガス排気管１８が設けられ、前記第１のガス排気管１８は、例えば真空ポンプなどの真空排気手段５に接続される。ここで、前記処理ガスには、未反応の前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスと、前記基板処理により生成したガスを含み、前記処理ガスの中には室温で液体の成分（例えば、未反応の前記第１の反応ガス中の前記原料物質など）が含まれる。前記第１のガス排気管１８には、前記第１のガス排気管１８を開閉するメインバルブ９が設けられる。前記メインバルブ９の下流には、前記第１のガス排気管１８が枝分かれする第１の枝分かれ部分１９が設けられ、前記第１の枝分かれ部分１９に第２のガス排気管２０が接続される。前記第２のガス排気管２０には、第２のガス排気管２０を開閉する第２のバルブ８が設けられると共に、前記第２のガス排気管２０にて液化する前記処理ガスを回収する回収容器４が設けられる。また前記処理室２０１と前記第１の枝分かれ部分１９の間の第１のガス排気管には、その部分を加熱するための第２の加熱手段７が設けられ、前記第２の加熱手段７は図示しないヒータと図示しない断熱材で構成される。前記第２の加熱手段７は、前記第１の枝分かれ部分１９より上流側の前記第１のガス排気管１８内で、前記処理ガスが液化することを防止している。前記真空排気手段５の下流には、第３のガス排気管２１を介して、前記真空排気手段５から排気される処理ガスの有害成分を除去する除害装置６が設けられる。また、前記メインバルブ９より上流の前記第１のガス排気管１８と前記第３のガス排気管２１とを連結するベントライン２２が設けられ、前記ベントライン２２には、前記ベントラインを開閉する第３のバルブ１０が設けられる。前記ベントライン２２は、不活性ガスを用いて処理室２０１を大気圧で維持する時に用いられ、基板処理中は前記第３のバルブ１０によって閉じられている。なお、上記説明で用いた「上流」・「下流」は、反応ガスが処理室２０１に供給されて、真空排気手段により排気されてゆく方向に沿って用いる（以後も同意味で使用する）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の基板処理装置では、処理ガスの中の室温で液化する成分を、液化させ、回収容器に効率よく回収することができなかった。これは、一般的に気体は圧力が高く、温度が低いほど液化し易いという傾向があり、従来の基板処理装置では、回収容器が排気手段の上流の高真空な場所に設置してあったので、前記処理ガスが液化しにくいと考えられる。そして、回収できなかった処理ガスの中の室温で液化する成分は、加熱手段のない前記第１の枝分かれ部分１９より下流の第１のガス排気管１８の内壁や、略大気圧であると共に加熱手段のない前記第３のガス排気管２１の内壁に液化し付着する。そして、前記処理室２０１をメンテナンスするときなど、前記処理室２０１内部、及び各排気管を外気にさらした場合に、この液化して付着した液化物は、外気に含まれる水分と反応し、固体の物質となり排気管内壁に固着する。その結果、配気管を閉塞させたり、ガスの流通を妨げる原因となる。また、前記固体の物質は、反応室内をクリーニングする際使用するガスに含まれる成分（例えば、塩素やフッ素など）と反応し、有害な気体を発生させる。さらに、前記処理ガスに含まれる未反応の室温で液体の原料物質を有効に回収できず、原料の再利用の効率が悪いという問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、基板を処理する処理室と、前記処理室の処理ガスを排気する排気手段と、前記処理室と前記排気手段とを連結する第１の排気管と、前記排気手段から排出される処理ガスを流通させる第２の排気管と、を有する基板処理装置において、前記第１の排気管の周囲に前記第１の排気管を加熱する加熱手段を設けるとともに、少なくとも前記第２の排気管の一部に鉛直成分を持つ部分を設け、前記鉛直成分を持つ部分の下方に、前記第２の排気管で液化した前記処理ガスを収集する回収容器を設けたこと、を特徴とするものである。
【０００７】
【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。
【０００８】
図３および図４に於いて、本発明が適用される基板処理装置の概要を説明する。なお、図３、４中、図５と同一のものには、同符号を付し説明を省略する。
【０００９】
なお、本発明が適用される基板処理装置においてはウエハ搬送用キャリヤとしては、ＦＯＵＰ（ｆｒｏｎｔ　ｏｐｅｎｉｎｇ　ｕｎｉｆｉｅｄ　ｐｏｄ　。以下、ポッドという。）が使用されている。また、以下の説明において、前後左右は図３を基準とする。すなわち、第二の搬送室１２１側が前側、その反対側すなわち第一の搬送室１０３側が後側、搬入用予備室１２２側が左側、搬出用予備室１２３側が右側とする。
【００１０】
図３および図４に示されているように、基板処理装置は真空状態などの大気圧未満の圧力（負圧）に耐えるロードロックチャンバ構造に構成された第一の搬送室１０３を備えており、第一の搬送室１０３の筐体１０１は平面視が六角形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。第一の搬送室１０３には負圧下でウエハ２００を移載する第一のウエハ移載機１１２が設置されている。前記第一のウエハ移載機１１２は、エレベータ１１５によって、第一の搬送室１０３の気密性を維持しつつ昇降できるように構成されている。
【００１１】
筐体１０１の六枚の側壁のうち正面側に位置する二枚の側壁には、搬入用予備室１２２と搬出用予備室１２３とがそれぞれゲートバルブ２４４，１２７を介して連結されており、それぞれ負圧に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成されている。さらに、搬入用予備室１２２には搬入室用基板仮置き台１４０が設置され、搬出用予備室１２３には搬出室用基板仮置き台１４１が設置されている。
【００１２】
搬入用予備室１２２および搬出用予備室１２３の前側には、略大気圧下で用いられる第二の搬送室１２１がゲートバルブ１２８、１２９を介して連結されている。第二の搬送室１２１にはウエハ２００を移載する第二のウエハ移載機１２４が設置されている。第二のウエハ移載機１２４は第二の搬送室１２１に設置されたエレベータ１２６によって昇降されるように構成されているとともに、リニアアクチュエータ１３２によって左右方向に往復移動されるように構成されている。
【００１３】
図３に示されているように、第二の搬送室１２１の左側にはオリフラ合わせ装置１０６が設置されている。また、図４に示されているように、第二の搬送室１２１の上部にはクリーンエアを供給するクリーンユニット１１８が設置されている。
【００１４】
図３および図４に示されているように、第二の搬送室１２１の筐体１２５には、ウエハ２００を第二の搬送室１２１に対して搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口１３３、１３４、１３５が設けられ、ポッドオープナ１０８がそれぞれ設置されている。ポッドオープナ１０８は、ＩＯステージ１０５に載置されたポッド１００のキャップ及びウエハ搬入搬出口１３４を開閉するキャップ開閉機構とを備えており、ＩＯステージ１０５に載置されたポッド１００のキャップ及びウエハ搬入搬出口１３４をキャップ開閉機構によって開閉することにより、ポッド１００のウエハ出し入れを可能にする。また、ポッド１００は図示しない工程内搬送装置（ＲＧＶ）によって、前記ＩＯステージ１０５に、供給および排出されるようになっている。
【００１５】
図３に示されているように、筐体１０１の六枚の側壁のうち背面側に位置する二枚の側壁には、ウエハに所望の処理を行う第一の処理室２０１と、第二の処理室１３７とがそれぞれ隣接して連結されている。また、筐体１０１における六枚の側壁のうちの残りの互いに対向する二枚の側壁には、第三の処理室としての第一のクーリングユニット１３８と、第四の処理室としての第二のクーリングユニット１３９とがそれぞれ連結されており、第一のクーリングユニット１３８および第二のクーリングユニット１３９はいずれも処理済みのウエハ２００を冷却するように構成されている。
【００１６】
以下、前記構成をもつ基板処理装置を使用した成膜工程を説明する。
【００１７】
未処理のウエハ２００は２５枚がポッド１００に収納された状態で、成膜工程を実施する基板処理装置へ工程内搬送装置によって搬送されて来る。図３および図４に示されているように、搬送されて来たポッド１００はＩＯステージ１０５の上に工程内搬送装置から受け渡されて載置される。ポッド１００のキャップ及びウエハ搬入搬出口１３４がキャップ開閉機構によって取り外され、ポッド１００のウエハ出し入れ口が開放される。
【００１８】
ポッド１００がポッドオープナ１０８により開放されると、第二の搬送室１２１に設置された第二のウエハ移載機１２４はポッド１００からウエハ２００をピックアップし、搬入用予備室１２２に搬入し、ウエハ２００を搬入室用基板仮置き台１４０に移載する。この移載作業中には、第一の搬送室１０３側のゲートバルブ２４４は閉じられており、第一の搬送室１０３の負圧は維持されている。ウエハ２００の搬入室用基板仮置き台１４０への移載が完了すると、ゲートバルブ１２８が閉じられ、搬入用予備室１２２が排気装置（図示せず）によって負圧に排気される。
【００１９】
搬入用予備室１２２が予め設定された圧力値に減圧されると、ゲートバルブ２４４、１３０が開かれ、搬入用予備室１２２、第一の搬送室１０３、第１の処理室２０１が連通される。続いて、第一の搬送室１０３の第一のウエハ移載機１１２は搬入室用基板仮置き台１４０からウエハ２００をピックアップして第一の処理室２０１に搬入する。そして、第１の処理室２０１内に反応ガスが供給され、所望の処理がウエハ２００に行われる。
【００２０】
第一の処理室２０１で前記処理が完了すると、処理済みウエハ２００は第一の搬送室１０３の第一のウエハ移載機１１２によって第一の搬送室１０３に搬出される。
【００２１】
そして、第一のウエハ移載機１１２は第一の処理室２０１から搬出したウエハ２００を第一のクーリングユニット１３８の処理室（冷却室）へ搬入し、処理済みのウエハを冷却する。
【００２２】
第一のクーリングユニット１３８にウエハ２００を移載すると、第一のウエハ移載機１１２は搬入用予備室１２２の搬入室用基板仮置き台１４０に予め準備されたウエハ２００を第一の処理室２０１に前述した作動によって移載し、第１の処理室２０１内に反応ガスが供給され、所望の処理がウエハ２００に行われる。
【００２３】
第一のクーリングユニット１３８において予め設定された冷却時間が経過すると、冷却済みのウエハ２００は第一のウエハ移載機１１２によって第一のクーリングユニット１３８から第一の搬送室１０３に搬出される。
【００２４】
冷却済みのウエハ２００が第一のクーリングユニット１３８から第一の搬送室１０３に搬出されたのち、ゲートバルブ１２７が開かれる。そして、第１のウエハ移載機１１２は第一のクーリングユニット１３８から搬出したウエハ２００を搬出用予備室１２３へ搬送し、搬出室用基板仮置き台１４１に移載した後、搬出用予備室１２３はゲートバルブ１２７によって閉じられる。
【００２５】
搬出用予備室１２３がゲートバルブ１２７によって閉じられると、前記排出用予備室１２３内が不活性ガスにより略大気圧に戻される。前記搬出用予備室１２３内が略大気圧に戻されると、ゲートバルブ１２９が開かれ、第二の搬送室１２１の搬出用予備室１２３に対応したウエハ搬入搬出口１３４と、ＩＯステージ１０５に載置された空のポッド１００のキャップがポッドオープナ１０８によって開かれる。続いて、第二の搬送室１２１の第二のウエハ移載機１２４は搬出室用基板仮置き台１４１からウエハ２００をピックアップして第二の搬送室１２１に搬出し、第二の搬送室１２１のウエハ搬入搬出口１３４を通してポッド１００に収納して行く。処理済みの２５枚のウエハ２００のポッド１００への収納が完了すると、ポッド１００とウエハ搬入搬出口１３４がポッドオープナ１０８によって閉じられる。閉じられたポッド１００はＩＯステージ１０５の上から次の工程へ工程内搬送装置によって搬送されて行く。
【００２６】
以上の作動が繰り返されることにより、ウエハが、順次、処理されて行く。以上の作動は第一の処理室２０１および第一のクーリングユニット１３８が使用される場合を例にして説明したが、第二の処理室１３７および第二のクーリングユニット１３９が使用される場合についても同様の作動が実施される。
【００２７】
次に、図１により、本発明で用いる基板処理装置の原料供給系・排気系の構成を説明する。なお、図１中、図３、４、５と同一のものには、同符号を付し説明を省略する。
【００２８】
図１に示すように、本発明の基板処理装置には、基板２００を処理する処理室２０１が設けられる。基板処理に用いる室温で液体の原料物質は、原料タンク１に保存され、前記原料タンク１の原料物質を処理室２０１に供給する第１のガス供給管１５を設ける。また、前記第１のガス供給管１５には、図示しない気化器が設けられる。第３のガス供給管１４より圧送ガスを前記原料タンク１内に送り、前記圧送ガスの圧力で前記液体の原料物質を前記気化器に送り、液体の前記原料物質を気化する。また、前記第１のガス供給管１５には、不活性ガス供給管１３に接続され不活性ガスと前記原料物質を混合して第１の反応ガスを生成し、その流量を調整する第１のバルブ１１が設けられる。また、前記第１のガス供給管１５には、前記第１のガス供給管１５を加熱する第１の加熱手段１７が設けられる。前記加熱手段１７は図示しないヒータと図示しない断熱材で構成され、前記気化器で気化した原料物質が再度液化しないようにしている。また、前記処理室２０１には第２の反応ガスを供給する第２のガス供給管１２が設けられ、前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスを用いて、前記処理室２０１内の基板に所望の基板処理を行う。
【００２９】
前記処理室２０１には、前記処理室２０１内の処理ガスを排気する第１のガス排気管１８が設けられ、前記第１のガス排気管１８は、例えば真空ポンプなどの真空排気手段５に接続される。前記第１のガス排気管１８には、前記第１のガス排気管１８を開閉するメインバルブ９が設けられる。また前記第１のガス排気管１８の全体にわたって第３の加熱手段３が設けられる。前記加熱手段３は図示しないヒータと図示しない断熱材で構成され、前記第１のガス排気管１８の中で、処理ガスの中の室温で液化する成分が液化し、前記第１のガス排気管１８の内壁に付着しないようになっている。また、前記真空排気手段５は、気体を圧縮し排気する過程で発熱し、通常８０℃〜１２０℃になるので、前記真空排気手段５の内部で処理ガスの成分が液化し付着することを抑制する。なお、処理ガスの中に８０℃〜１２０℃で液化する成分が含まれているときは、前記真空排気手段を冷却する冷却液の流量を減少させることで、前記真空排気手段５内部を１８０℃程度まで上昇させることができ、前記真空排気手段５の内部で処理ガスの成分が液化し付着することを、さらに抑制できる。
【００３０】
前記真空排気手段５の下流には第３のガス排気管２１が設けられ、前記第３のガス排気管２１は除害装置６に接続される。除害装置６は、前記第３の排気管２１を流れる処理ガスに含まれる有害物質を、燃焼させたり、触媒に通して中和させたり、溶媒に溶かし込んだりして、処理ガス中から除去するものである。
【００３１】
また、前記第３のガス排気管２１に第２の枝分かれ部分２３を設け、第４のガス排気管２４の一端が接続される。前記第４のガス排気管２４には、前記第４のガス排気管２４を開閉する第４のバルブ１４が設けられると共に、前記第４のガス排気管２４の他端には液化した処理ガスの成分を回収する回収容器４が接続される。図１に示すように、前記第３のガス排気管２１は、前記第２の枝分かれ部分２３よりも下流側で鉛直上方向に伸びる鉛直部分２５を有し、前記回収容器４は前記第２の枝分かれ部分２３の鉛直下方向に設けられる。なお、鉛直方向とは、重力の作用する方向とその逆の方向を指しており、鉛直下方向は重力が作用する方向、鉛直上方向はその逆方向を指している。
【００３２】
前記第３のガス排気管２１と前記第４のガス排気管２４は、前記真空排気手段５の下流側に設置されているため、略大気圧となっており、さらに、前記第３のガス排気管２１及び前記第４のガス排気管２４には、前記第３のガス排気管２１及び前記第４のガス排気管２４を加熱する加熱手段が設けられていない。従って、前記真空排気装置５から排気された処理ガスの内、室温で液化する成分は液化し、前記鉛直部分２５の内壁に付着する。上述のように前記鉛直部分２５は鉛直に配置されているので、前記鉛直部分２５の内壁に付着した液化物は、重力の作用により流れ落ち、前記第２の枝分かれ部２３、ひいては、前記回収手段４に収集される。
【００３３】
次に、図２を用いて、本発明の別の実施例を説明する、なお、図２中、図１、３、４と同一のものには同符号を付し、説明を省略する。
【００３４】
図２に示す実施例が、前記図１に示す実施例と異なる点は、真空排気手段５、回収容器４，除害装置６の位置関係である。つまり、前記真空排気手段５の下に前記回収容器４を設け、前記真空排気手段５と前記回収容器４とを鉛直下向きの第５のガス排気管２６で連結する。前記第５のガス排気管２６は、すべて鉛直下向きに配置されるので、前記第５のガス排気管２６で液化した液化物は全て前記回収容器４に捕捉され、液化物の回収効率がさらに高まる。
【００３５】
なお、上記した本発明の実施例では、前記第３のガス排気管２１の一部、前記第４のガス排気管２４、及び前記第５のガス排気管２６を鉛直方向に配置したが、必ずしも鉛直方向でなくとも、液化物が重力の作用により流れ落ちる方向であればよい。つまり、前記第３のガス排気管２１の一部、前記第４のガス排気管２４、及び前記第５のガス排気管２６を斜め方向（即ち、少なくとも鉛直成分を持つ方向）に配置してもよい。また、図１、２では、前記第３のガス排気管２１の一部、前記第４のガス排気管２４、及び前記第５のガス排気管２６を直線で描いているが、必ずしも直線である必要はなく、液化物が重力の作用で流れ落ちれば、曲線であっても良い。また、前記第３のガス排気管２１の一部、前記第４のガス排気管２４、及び前記第５のガス排気管２６を螺旋状にて形成すれば、省スペースで、より多くの管長を稼げるため、液化物質の回収率はさらに向上する。
【００３６】
また、前記処理室２０１をメンテナンスする場合などに、前記処理室２０１及び排気管を外気にさらす場合は、前記排気手段５を用いて前記処理室２０１内の雰囲気を排気しながら、不活性ガス供給管１３から不活性ガスを、前記処理室２０１に供給し、その後、供給停止するという作業を数回繰り返す。前記作業を行うことで、前記第１のガス排気管１８に残留する処理ガス、前記第３のガス排気管２１に残留する処理ガスを基板処理装置の外に排出できる。また、前記第３のガス排気管２１に付着する液化物は、前記不活性ガスを排気する過程で、前記不活性ガス中に気化し、基板処理装置の外に排出できる。
【００３７】
また、前記回収容器４を、例えば水などの冷却液で冷却すれば、前記回収容器４内に収集された液化物が、再度、気化し、ガス排気管内に拡散することを防止できる。
【００３８】
なお、本発明は、第１の処理室２０１の場合を例にして説明したが、第２の処理室１３７を用いて基板処理する場合にも適用できる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、真空度の低い排気手段の下流側に回収容器を設けると共に、処理室と排気手段の間の第１のガス排気管に、処理ガス中の室温で液化する成分の液化を防止する加熱手段を設けた。さらに、前記回収容器は、排気手段の下流側の排気管の鉛直成分を持つ部分の下方に設け、前記鉛直成分を持つ排気管で液化した液化物を、重力の作用により流れ落とし回収できるようにした。
【００４０】
このような構成にしたので、処理ガス中の室温で液化する成分を有効に回収できると共に、第１のガス排気管及び前記鉛直成分を持つ排気管以外の排気管に液化物が付着するのを防止する。従って、前記液化物が外気の水分により固着し、排気管を閉塞、或いはガスの流通を妨げることはなく、さらに、第１のガス排気管内に付着した付着物が処理室に逆拡散し、処理室内を汚染することもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例におけるガス供給・排気系を示す模式図。
【図２】本発明の第２の実施例におけるガス供給・排気系を示す模式図。
【図３】本発明が適用される基板処理装置の全体構成の模式図。
【図４】本発明が適用される基板処理装置の全体構成の模式図。
【図５】従来例におけるガス供給・排気系を示す模式図。
【符号の説明】
１　　　　　原料タンク
３　　　　　第３の加熱手段
４　　　　　回収容器
５　　　　　真空排気手段
６　　　　　除害装置
１８　　　　　第１のガス排気管
２１　　　　　第３の排気管
２５　　　　　鉛直部分

Claims

基板を処理する処理室と、
前記処理室の処理ガスを排気する排気手段と、
前記処理室と前記排気手段とを連結する第１の排気管と、
前記排気手段から排出される処理ガスを流通させる第２の排気管と、
を有する基板処理装置において、
前記第１の排気管の周囲に前記第１の排気管を加熱する加熱手段を設けるとともに、
少なくとも前記第２の排気管の一部に鉛直成分を持つ部分を設け、前記鉛直成分を持つ部分の下方に、前記第２の排気管で液化した前記処理ガスを収集する回収容器を設けたこと、
を特徴とする基板処理装置。