JP2004281881A

JP2004281881A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2004281881A
Application number: JP2003073735A
Authority: JP
Inventors: Akinori Ishii; 昭紀石井
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-03-18
Also published as: JP4155849B2

Abstract

【課題】ボートエレベータを小型化しそのコストを低減する。
【解決手段】待機室２３からボート５３を上昇させて処理室３１に搬入するボートエレベータ４０を備えたバッチ式熱処理装置１０において、ボートエレベータ４０は待機室２３の内外に延在するように挿通されたガイドレール４３および送りねじ軸４４と、送りねじ軸４４の待機室２３の外側端部に配置され送りねじ軸４４を正逆回転駆動するモータ４７と、ガイドレール４３が摺動自在に挿通されたガイドブロック４６と、ガイドブロック４６に固定されて送りねじ軸４４が螺合されたナット４５とにより構成されている。
【効果】ボートを送りねじ軸によって直接的に昇降できるので、部品点数を減少でき、ボートエレベータの構成各部の機械的強度ないしは剛性を小さく設定でき、ボートエレベータのイニシャルコストやランニングコストを低減できる。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置に関し、特に、処理室に対するボートの搬送技術に係り、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】
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】
ところが、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送りねじ軸に昇降自在に螺合したナットとボートとを昇降シャフトによって連結し、また、昇降シャフトと待機室との間をベローズによって気密封止することにより、ボートエレベータからの有機物質の飛散を防止するバッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−１２０１５９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ボートエレベータを待機室の外部に設置しベローズによって気密封止したバッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置においては、有機汚染を防止することができるが、ボートエレベータが大型化してしまうという問題点がある。また、シールキャップと処理室との気密封止を保持するためにシールリングが一般的に使用されるが、シールリングの潰し率を８％以上とするためには、例えば、シールキャップを約１０Ｎの力で押し上げる必要がある。そして、ボートエレベータが待機室の外部に設置されると、ボートエレベータに作用するモーメントが大きくなるので、ボートエレベータの各構成部品の機械的強度を大きく設定する必要がある。
【０００７】
本発明の目的は、大型化を回避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基板処理装置を提供することにある。
【０００８】
【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、この処理室に連接された待機室と、前記ボートを移動させて前記処理室と前記待機室との間で搬入搬出するボートエレベータとを備えている基板処理装置において、
前記ボートエレベータは前記待機室に開設された挿通孔に前記待機室の内外に延在するように挿通されたガイドレールおよび送りねじ軸と、前記ガイドレールおよび前記送りねじ軸の前記待機室の外側の一端部に設置されたモータ部と、前記ガイドレールが摺動自在に挿通され前記待機室に固定されたガイドブロックと、このガイドブロックに固定されておりモータにより回転する前記送りねじ軸が螺合されたナットと、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
前記した手段によれば、ボートエレベータを構成する送りねじ軸装置のナットを固定し送りねじ軸を昇降するように構成することにより、ボートを送りねじ軸によって直接的に昇降させることができるので、部品点数を減少することができる。ボートの処理室への搬入時に気密封止する際における荷重中心の水平方向の距離を短縮することができ、ガイドレールの支持点と荷重との垂直方向の距離も短縮することができるので、ボートエレベータの構成各部の機械的強度ないしは剛性を小さく設定することができ、ボートエレベータひいては基板処理装置のイニシャルコストやランニングコスト等のコストを大幅に低減することができる。
【００１０】
【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。
【００１１】
本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、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。
【００１２】
図１に示されているように、バッチ式熱処理装置１０は筐体１１を備えており、筐体１１の前面にはカセット授受ユニット１２が設備されている。カセット授受ユニット１２はウエハ１のキャリアであるカセット２を二台載置することができるカセットステージ１３を備えており、カセットステージ１３は外部搬送装置（図示せず）によって搬送されて来たカセット２がカセットステージ１３に垂直姿勢（カセット２に収納されたウエハ１が垂直になる状態）で載置されると、９０度回転することにより、カセット２を水平姿勢にさせるようになっている。カセットステージ１３の後側にはカセットエレベータ１４が設置されており、カセットエレベータ１４はカセット移載装置１５を昇降させるように構成されている。カセットエレベータ１４の後側にはスライドステージ１６によって横行されるカセット棚１７が設置されており、カセット棚１７の上方にはバッファカセット棚１８が設置されている。バッファカセット棚１８の後側にはクリーンエアを筐体１１の内部に流通させるクリーンユニット１９が設置されている。また、カセット棚１７の後側にはウエハ１を複数枚一括して、または、一枚宛移載することができるウエハ移載装置（ｗａｆｅｒｔｒａｎｓｆｅｒｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）２０が回転および昇降可能に設備されている。
【００１３】
筐体１１の後端部の下部には大気圧未満の圧力に排気する排気管２１を有する耐圧筐体２２が設置されており、耐圧筐体２２はボートが待機する待機室２３を形成している。耐圧筐体２２の前面壁にはウエハ搬入搬出口２４が開設されており、ウエハ搬入搬出口２４はロードロックドア２５によって開閉されるようになっている。図２に示されているように、耐圧筐体２２の天井壁にはボート搬入搬出口２６が開設されており、耐圧筐体２２の天井壁の下面にはシールリング２７がボート搬入搬出口２６を取り囲むように敷設されている。ボート搬入搬出口２６はシャッタ２８によって開閉されるようになっている。耐圧筐体２２の上にはヒータユニット２９が垂直方向に設置されており、ヒータユニット２９の内部にはプロセスチューブ３０が配置されている。プロセスチューブ３０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２９に同心円に配置されており、プロセスチューブ３０の円筒中空部によって処理室３１が構成されている。プロセスチューブ３０の下端部にはプロセスチューブ３０の処理室３１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３２と、処理室３１を排気するための排気管３３とが接続されている。
【００１４】
耐圧筐体２２の天井壁におけるボート搬入搬出口２６の近傍には挿通孔３４が開設されており、耐圧筐体２２の天井壁における挿通孔３４の上には固定台３５が設置されている。固定台３５は上端が閉塞した円筒体に形成されており、固定台３５の中空部によってベローズ収容室３６が挿通孔３４に連続するよう形成されている。固定台３５の上にはボートを昇降させるためのボートエレベータ４０が据え付けられている。ボートエレベータ４０は上側取付板４１および下側取付板４２によって垂直にそれぞれ敷設されたガイドレール４３および送りねじ軸４４と、送りねじ軸４４に垂直方向に相対的に進退自在に螺合されて送りねじ軸４４の回転運動を直線運動に変換するナット４５とを備えている。ナット４５は円盤形状に形成されて固定台３５の上に据え付けられたガイドブロック４６によって固定されており、ガイドブロック４６にはガイドレール４３が垂直方向に摺動自在に挿通されている。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４４とナット４５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４４の上端部は上側取付板４１を貫通しており、上側取付板４１に設置されたモータ４７によって正逆回転駆動されるように連結されている。すなわち、上側取付板４１とモータ４７とはガイドレール４３および送りねじ軸４４の待機室２３の外側端部に設置されたモータ部を構成している。
【００１５】
ベローズ収容室３６の天井面と下側取付板４２の上面との間には、ガイドレール４３および送りねじ軸４４を気密封止するベローズ４８が介設されている。下側取付板４２の下面にはアーム４９が水平に突設されており、アーム４９の先端部にはシールキャップ５０がボート回転駆動用モータ５１を介して設置されている。シールキャップ５０は処理室３１の炉口になる耐圧筐体２２のボート搬入搬出口２６をシールリング２７を押し潰してシールするように構成されている。ボート回転駆動用モータ５１の回転軸５２の上端にはボート５３が垂直に立脚するように設置されている。ボート５３は複数枚（例えば、２５枚、５０枚、７５枚、１００枚、１５０枚ずつ等）のウエハ１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３０の処理室３１に対してボートエレベータ４０によるアーム４９の昇降に伴って搬入搬出するように構成されている。
【００１６】
以下、前記構成に係るバッチ式熱処理装置を使用した熱処理工程を説明する。
【００１７】
複数枚のウエハ１が収納されたカセット２は、カセット授受ユニット１２のカセットステージ１３に外部搬送装置によって供給される。供給されたカセット２はカセットステージ１３が９０度回転することにより水平姿勢になる。水平姿勢になったカセット２はカセット棚１７またはバッファカセット棚１８へカセット移載装置１５によって搬送されて移載される。
【００１８】
これから成膜すべきカセット２に収納されたウエハ１は、耐圧筐体２２のウエハ搬入搬出口２４を通して待機室２３にウエハ移載装置２０によって搬入され、ボート５３に装填（チャージング）される。この際には、図１に示されているように、ボート搬入搬出口２６がシャッタ２８によって閉鎖されることにより、処理室３１の高温雰囲気が待機室２３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１および装填されたウエハ１が高温雰囲気に晒されることはなく、ウエハ１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。
【００１９】
予め指定された枚数のウエハ１がボート５３へ装填されると、ウエハ搬入搬出口２４はロードロックドア２５によって閉鎖され、ボート搬入搬出口２６がシャッタ２８によって開放される。
【００２０】
続いて、送りねじ軸４４がボートエレベータ４０のモータ４７によって正方向に回転されると、送りねじ軸４４が螺合したナット４５がガイドブロック４６を介して固定台３５に固定されているために、モータ４７自体が送りねじ軸４４とガイドレール４３と共にガイドブロック４６を案内にして垂直に上昇する。この送りねじ軸４４およびガイドレール４３の上昇によって、送りねじ軸４４およびガイドレール４３に連結されたアーム４９が上昇されるために、アーム４９にシールキャップ５０を介して支持されたボート５３が、プロセスチューブ３０の処理室３１にボート搬入搬出口２６から搬入（ボートローディング）されて行く。図３に示されているように、ボート５３が上限に達すると、シールキャップ５０の上面の周辺部がボート搬入搬出口２６をシールリング２７を押し潰してシール状態に閉塞するために、プロセスチューブ３０の処理室３１は気密に閉じられた状態になる。ボート５３を処理室３１へ搬入する際に、送りねじ軸４４およびガイドレール４３が上昇すると、ベローズ４８は上方向に短縮し、ベローズ収容室３６に収納された状態になる。
【００２１】
その後、プロセスチューブ３０の処理室３１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３３によって排気され、ヒータユニット２９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３２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熱処理がウエハ１に施される。この際、ボート５３がボート回転駆動用モータ５１によって回転されることにより、原料ガスがウエハ１の表面に均一に接触されるため、ウエハ１には熱処理が均一に施される。
【００２２】
予め設定された処理時間が経過すると、送りねじ軸４４がボートエレベータ４０のモータ４７によって逆方向に回転される。送りねじ軸４４が逆方向に回転されると、送りねじ軸４４が螺合したナット４５がガイドブロック４６を介して固定台３５に固定されているために、モータ４７自体が送りねじ軸４４とガイドレール４３と共にガイドブロック４６を案内にして垂直に下降する。この送りねじ軸４４およびガイドレール４３の下降によって、送りねじ軸４４およびガイドレール４３に連結されたアーム４９が下降されるために、図２に示されているように、アーム４９にシールキャップ５０を介して支持されたボート５３がプロセスチューブ３０の処理室３１から搬出（アンボートローディング）されて行く。ボート５３を処理室３１から搬出する際に、送りねじ軸４４およびガイドレール４３が下降すると、ベローズ４８は下方向に伸長し、ベローズ収容室３６から引き出される。
【００２３】
ボート５３が処理室３１から待機室２３に搬出されると、ボート搬入搬出口２６がシャッタ２８によって閉鎖され、待機室２３のウエハ搬入搬出口２４がロードロックドア２５によって開放される。その後、ボート５３の処理済みウエハ１はウエハ移載装置２０によって脱装（ディスチャージング）されるとともに、空のカセット２に収納される。所定枚数の処理済のウエハ１が収納されたカセット２はカセット授受ユニット１２にカセット移載装置１５によって移載される。
【００２４】
以降、前述した作用が繰り返されることにより、例えば、２５枚、５０枚、７５枚、１００枚、１５０枚ずつ、ウエハ１がバッチ式熱処理装置１０によってバッチ処理されて行く。
【００２５】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００２６】
１）ボートエレベータ４０を構成する送りねじ軸装置のナット４５を固定し送りねじ軸４４を昇降するように構成することにより、図４に示されているように、送りねじ軸４４’を固定しナット４５’を昇降するように構成した例の場合に比べて、昇降シャフト６０を省略することができるので、部品点数を減少することができる。
【００２７】
２）図３に示されているように、シールキャップ５０によってシールリング２７を押し潰してボート搬入搬出口２６を気密封止する際における荷重中心の水平方向の距離Ｌ１を、図４に示された例の水平方向の距離Ｌ２に比べて短縮することができる。また、ガイドレール４３の支持点と荷重中心との垂直方向の距離ｈ１も、図４に示された例の垂直方向の距離ｈ２に比べて短縮することができる。さらに、ナット４５およびガイドブロック４６を固定台３５に支持し、かつ、昇降シャフト６０を省略することにより、図４に示された例に比べて、アーム４９の撓み量を低減することができる。したがって、ボートエレベータ４０の構成各部の機械的強度ないしは剛性を小さく設定することにより、ボートエレベータ４０ひいてはバッチ式熱処理装置１０のイニシャルコストやランニングコスト等のコストを大幅に低減することができる。
【００２８】
３）図２に示されているように、ボート５３の待機室２３での待機時のボートエレベータ４０の全高をヒータユニット２９の全高よりも低く設定することができるので、バッチ式熱処理装置１０の据え付け作業や調整作業の能率を向上させることができる。図４に示された例の場合には、ボートエレベータ４０’の全高が３０００ｍｍを超えてしまうために、ボートエレベータ４０’を分解して航空便の最大許容高さである２８００ｍｍ以下に短縮した状態で搬送し、据え付けた後に再組立してからボートエレベータ４０’の作動等を調整する作業を余儀なくされる。
【００２９】
４）ボートエレベータ４０のガイドレール４３および送りねじ軸４４をベローズ４８によって被覆することにより、ガイドレール４３および送りねじ軸４４に塗布されたグリース等の有機物質が待機室２３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１の汚染を未然に防止することができる。
【００３０】
５）処理済みウエハ１を保持したボート５３を処理室３１から直ちにボートアンローディングすることにより、処理済みウエハ１の冷却待ち時間を省略することができるので、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】
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。
【００３３】
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、ボートエレベータを備えた基板処理装置全般に適用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、大型化を回避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。
【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の全体を示す一部省略斜視図である。
【図２】その主要部を示す側面断面図である。
【図３】同じくボート搬入時を示す側面断面図である。
【図４】
比較例の主要部を示す一部切断側面図である。
【符号の説明】
１…ウエハ（基板）、２…カセット、１０…バッチ式熱処理装置（基板処理装置）、１１…筐体、１２…カセット授受ユニット、１３…カセットステージ、１４…カセットエレベータ、１５…カセット移載装置、１６…スライドステージ、１７…カセット棚、１８…バッファカセット棚、１９…クリーンユニット、２０…ウエハ移載装置、２１…排気管、２２…耐圧筐体、２３…待機室、２４…ウエハ搬入搬出口、２５…ロードロックドア、２６…ボート搬入搬出口、２７…シールリング、２８…シャッタ、２９…ヒータユニット、３０…プロセスチューブ、３１…処理室、３２…ガス導入管、３３…排気管、３４…挿通孔、３５…固定台、３６…ベローズ収容室、４０…ボートエレベータ、４１…上側取付板、４２…下側取付板、４３…ガイドレール、４４…送りねじ軸、４５…ナット、４６…ガイドブロック、４７…モータ、４８…ベローズ、４９…アーム、５０…シールキャップ、５１…ボート回転駆動用モータ、５２…回転軸、５３…ボート、６０…昇降シャット、Ｌ１、Ｌ２…水平方向の距離、ｈ１、ｈ２…垂直方向の距離。

Claims

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、この処理室に連接された待機室と、前記ボートを移動させて前記処理室と前記待機室との間で搬入搬出するボートエレベータとを備えている基板処理装置において、
前記ボートエレベータは前記待機室に開設された挿通孔に前記待機室の内外に延在するように挿通されたガイドレールおよび送りねじ軸と、前記ガイドレールおよび前記送りねじ軸の前記待機室の外側の一端部に設置されたモータ部と、前記ガイドレールが摺動自在に挿通され前記待機室に固定されたガイドブロックと、このガイドブロックに固定されておりモータにより回転する前記送りねじ軸が螺合されたナットと、を備えていることを特徴とする基板処理装置。