JP2005093489A

JP2005093489A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2005093489A
Application number: JP2003320927A
Authority: JP
Inventors: Masaru Kojima; 賢児島
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】開閉扉の副生成物付着を起因とする基板の汚染を防止することができる基板処理装置を提供する。
【解決手段】処理室の炉口を開閉する炉口シャッタ４６は、基板処理中には、退避位置にある。この炉口シャッタ４６の周囲を囲む囲み部１１２が設けられ、この囲み部１１２には排気管１１６が接続されており、炉口シャッタ４６が退避位置にある場合、囲み部１１２内が強制排気され、炉口シャッタ４６に付着した副生成物を排出できるようにしてある。炉口シャッタ４６には加熱手段を設けて炉口シャッタ４６を加熱するようにしてもよい。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体デバイス等の基板を処理するための基板処理装置に関する。

この種の基板処理装置は、基板を処理する処理室を有し、この処理室に形成された炉口から基板を処理室に搬入し、処理室内で基板を処理し、処理された基板を炉口から搬出するようになっている。

このような基板処理装置において、基板の炉口を開閉する開閉扉を設けることは公知である（例えば特許文献１）。

特開平６−６１１６４号公報

しかしながら、従来においては、上記開閉扉が炉口から開位置（退避位置）に移動すると開閉扉をそのまま放置していたので、退避位置に移動した開閉扉は、時間の経過とともに冷え、開閉扉の特に炉口側面に付着した副生成物が固まる。この副生成物を放置すると開閉扉に錆等が発生し、これにより炉内及び装置内を汚染し、基板の汚染の原因となる。

本発明の目的は、開閉扉の副生成物付着を起因とする基板の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。

本発明の特徴とするところは、基板を出し入れする炉口を有する処理室と、この処理室に隣接する予備室と、前記処理室の炉口を開閉する開閉扉と、前記予備室よりも小さく、且つ前記開閉扉の開位置において前記開閉扉の周囲の少なくも一部を囲む囲み部と、この囲み部内を強制的に排気する排気手段とを有する基板処理装置にある。

好適には、開閉扉を加熱する加熱手段を設ける。開閉扉が開位置にある場合、加熱手段により開閉扉を加熱することにより開閉扉に付着した副生成物が固化するのを防止し、副生成物を排気手段により排気することができる。

加熱手段による開閉扉の加熱温度は、好適には１００°Ｃ〜２００°Ｃ、さらに好適には１２０°Ｃ〜１５０°Ｃである。

本発明の基板処理装置によれば、開閉扉の開位置において開閉扉の周囲の少なくも一部を囲む囲み部と、この囲み部内を強制的に排気する排気手段とを設けたので、開閉扉に付着した副生成物が固まるのを防止することができ、基板の汚染を防止することができる。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２において本発明が適用される基板処理装置１０の一例である半導体製造装置についての概略を説明する。

基板処理装置１０は筐体１２を有し、この筐体１２内部の前面側には、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット１４の授受を行う保持具授受部材としてのカセットステージ１６が設けられ、該カセットステージ１６の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ１８が設けられ、該カセットエレベータ１８には搬送手段としてのカセット移載機２０が取り付けられている。また、カセットエレベータ１８の後側には、カセット１４の載置手段としてのカセット棚２２が設けられていると共に、カセットステージ１６の上方にもバッファカセット棚２４が設けられている。このバッファカセット棚２４の上方にはクリーンユニット２６が設けられ、クリーンエアを前記筺体１２の内部を流通させるように構成されている。

筐体１２の後部上方には、処理室２９を構成する処理炉２８が設けられ、この処理炉２８の下側は予備室３０となっており、この予備室３０には、基板３６を水平姿勢で多段に保持する基板支持体（ボート）３８を、処理室２９に昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ４０が設けられている。このボートエレベータ４０には昇降部材３２が取り付けられ、この昇降部材３２の先端部には蓋体としてのシールキャップ（第１の開閉扉）４２が取り付けられ、このシールキャップ４２上に基板支持体３８が垂直に支持されている。ボートエレベータ４０とカセット棚２２との間には昇降手段としての移載エレベータ３４が設けられ、この移載エレベータ３４には搬送手段としての基板移載機４４が取り付けられている。また、ボートエレベータ４０の横には、開閉機構を持ち処理炉２８の下面を塞ぐ遮蔽部材としての炉口シャッタ（第２の開閉扉）４６が設けられている。

基板３６が装填されたカセット１４は、図示しない外部搬送装置からカセットステージ１６に該基板３６が上向き姿勢で搬入され、該基板３６が水平姿勢となるよう該カセットステージ１６で９０°回転させられる。さらに、カセットエレベータ１８の昇降動作、横行動作及びカセット移載機２０の進退動作の協働によりカセット棚２２又はバッファカセット棚２４に搬送される。

前述したカセット棚２２には基板移載機４４の搬送対象となるカセット１４が収納される移載棚４８があり、基板３６が移載に供される該カセット１４はカセットエレベータ１６、カセット移載機２０により該移載棚４８に移載される。

カセット１４が移載棚４８に移載されると、基板移載機４４の進退動作、回転動作及び移載エレベータ３４の昇降動作の協働により該移載棚４８から降下状態の基板支持体３８に基板３６を移載する。

基板支持体３８に所定枚数の基板３６が移載されるとボートエレベータ４０により基板支持体３８が基板３６とともに処理室２９に挿入され、シールキャップ４２により処理室２９が気密に閉鎖される。気密に閉鎖された処理室２９では基板３６が加熱されると共に処理ガスが処理室２９に供給され、基板３６の処理がなされる。

基板３６の処理が完了すると、基板３６は上記した作動の逆の手順により、基板支持体３８から移載棚４８のカセット１４に移載され、該カセット１４はカセット移載機２０により該移載棚４８からカセットステージ１６に移載され、図示しない外部搬送装置により筐体１２の外部に搬出される。

炉口シャッタ４６は、基板支持体３８が降下状態にある場合、処理炉２８の炉口を塞ぎ、予備室３０内の気体が処理室２９に巻き込まれるのを防止する。

なお、カセット移載機２０等の搬送動作は、搬送制御部５０により制御されるようになっている。

図３において、上記処理炉２８の詳細が示されている。処理炉２８は、縦型減圧ＣＶＤ炉で、例えば石英（ＳｉＯ_２）等の耐熱性材料からなるアウターチューブ５２を有する。このアウターチューブ５２は、上端が閉鎖され、下端に開口を有する円筒状の形態である。このアウターチューブ５２内には同心円状にインナーチューブ５４が配置されている。アウターチューブ５２とインナーチューブ５４との間には筒状空間５６が設けられている。インナーチューブ５４の上部開口から上昇したガスは、筒状空間５６を通過して排気管５８から排気されるようになっている。

アウターチューブ５２及びインナーチューブ５４の下端には、例えばステンレス等よりなるマニホールド５９が係合され、このマニホールド５９にアウターチューブ５２及びインナーチューブ５４が保持されている。このマニホールド５９は、保持手段としてのヒータベース６０に固定されている。

マニホールド５９の下端は、炉口６２となっており、基板処理時においては、前述したシールキャップ４２により気密的に閉鎖されている。このシールキャップ４２は、例えばステンレス等により円板状に形成されている。このシールキャップ４２には、アウターチューブ５２の下方側に設けられたガス供給管６４により処理用のガスがアウターチューブ５２内に供給される。ガス供給管６４は、ガスの流量制御を行うマスフローコントローラ６６に連結され、このマスフローコントローラ６６がガス流量制御部に接続されており、このガス流量制御部からの指示に基づいてマスフローコントローラ６６が制御され、供給するガスの流量を所定の量に制御し得るようになっている。

マニホールド５９の上部には、圧力調節器（ＡＰＣ、Ｎ２バラスト制御器等がある）６８及び排気装置（真空ポンプ）７０に連結された排気管５８が接続されており、この排気管５８からアウターチューブ５２とインナーチューブ５４との間の筒状空間５６を流れるガスを排出し、アウターチューブ５２内を圧力調節器６８により圧力を制御することにより、所定の圧力の減圧雰囲気にするよう圧力検出手段としての圧力センサ７２により検出し、圧力制御部により制御する。

シールキャップ４２には、回転手段としての回転軸７４が連結されており、この回転軸７４により、基板支持体３８及びこの基板支持体３８に支持された基板３６を回転させる。また、シールキャップ４２は、前述したように、ボートエレベータ４０に連結され、基板支持体３８を昇降させる。回転軸７４及びボートエレベータ４０を所定のスピードで回転又は昇降させるように、駆動制御部により制御する。また、前述した炉口シャッタ４６の開閉動作も駆動制御部により制御する。

アウターチューブ５２の外周には、加熱手段としてのヒータ７６が同心円状に配置されている。このヒータ７６は、ヒータベース６０に保持され、アウターチューブ５２内の温度を所定の処理温度にするよう温度検出手段としての熱電対７８により温度を検出し、温度制御部により制御する。

図３に示した処理炉２８による減圧ＣＶＤ処理方法の一例を説明すると、まず、ボートエレベータ４０により基板支持体３８を下降させる。基板支持体４０に多数の基板３６を保持する。次いで、ヒータ７６により加熱しながら、アウターチューブ５２内の温度を所定の処理温度にする。ガスの供給管６４内を不活性ガスで充填しておき、ボートエレベータ４０により、基板支持体３８をアウターチューブ５２内に移し、アウターチューブ５２内を所定の真空状態まで排気した後、回転軸７４により、基板支持体３８及び基板３６を回転させる。同時にガスの供給管６４から処理用のガスを供給する。供給されたガスは、アウターチューブ５２内を上昇し、基板３６に対して均等に供給される。

減圧ＣＶＤ処理中のアウターチューブ５２内は、排気管５８を介して排気され、所定の真空となるよう圧力調節器６８により圧力が制御され、所定時間減圧ＣＶＤ処理を行う。

このようにして減圧ＣＶＤ処理が終了すると、次の基板３６の減圧ＣＶＤ処理に移るべく、アウターチューブ５２内のガスを不活性ガスで置換するとともに、圧力を常圧にし、その後、ボートエレベータ４０により基板支持体３８を下降させて、基板支持体３８及び処理済の基板３６をアウターチューブ５２から取り出す。アウターチューブ５２から取り出された基板支持体３８上の処理済の基板３６は、未処理の基板３６と交換され、再度前述同様にしてアウターチューブ５２内に上昇され、減圧ＣＶＤ処理がなされる。

なお、一例まで、本実施形態の処理炉１０で処理される処理条件は、Ｓｉ_３Ｎ_４膜の成膜において、基板温度は７８０°Ｃ、ガス種供給量はＮＨ_３，４００ｓｃｃｍ、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２，４０ｓｃｃｍ、処理圧力は３０Ｐａである。

図４及び図５に炉口シャッタ４６の周辺構造が示されている。前述したように、処理炉２８による基板処理前及び処理後においては、処理炉２８の炉口６２は炉口シャッタ４６により気密的に閉鎖される。炉口シャッタ４６は、例えばステンレス等の耐熱性材料から円板状に構成され、処理炉２８側の面は、気密部材としてのＯリング８０を介して炉口６２の周縁に密着する。また、炉口シャッタ４６周縁近傍には、冷却水路８２が同心円状に形成され、この冷却水路８２に接続された冷却水管８４から冷却水が導入され、炉口シャッタ４６を冷却するようになっている。

また、炉口シャッタ４６は、保持手段としての保持板８６に弾性的に保持されている。即ち、保持板８６には、複数の保持ピン８８が保持板８６から突出するように設けられ、該保持ピン８８に炉口シャッタ４６が摺動自在に連結され、保持ピン８８の周囲に配置された弾性手段としてのばね９０により炉口シャッタ４６が上方に付勢されている。

保持板８６の他端は、回動アーム９２に連結固定されている。この回動アーム９２は、上板９４と下板９６との間に回動自在に設けられた回動軸９８に、上下動自在で且つ回動不能であるように連結されている。上板９４と下板９６とは、立板１００を介して前述した筐体１２に固定されている。例えば上板９４には、駆動源としての回動モータ１０２が設けられている。この回動モータ１０２は、駆動ギア１０４及び従動ギア１０６を介して回動軸９８に連結されており、回動モータ１０２の駆動により回動アーム９２が回動するようにしてある。また、回動軸９８の下部にはシリンダ保持アーム１０８が固定されている。このシリンダ保持アーム１０８にシリンダ１１０が設けられ、このシリンダ１１０のロッドが回動アーム９２に連結されており、シリンダ１１０の駆動により回動アーム９２が上下動するようにしてある。

基板処理中にあっては、炉口シャッタ４６は、図５の２点鎖線で示す開位置（退避位置）に退避される。この退避位置には、炉口シャッタ４６を囲む囲み部１１２が設けられている。この囲み部１１２は、図１に示した予備室３０内にあって、予備室３０よりも小さく、この実施形態においては、炉口シャッタ４６の移動方向のみが開放されるように、炉口シャッタ４６の上下面及び側面を囲むようにしてある。この囲み部１１２は、筐体１２に固定されており、この囲み部１１２が固定された筐体１２の部分には排気口１１４が形成されている。そして、この排気口１１４に排気管１１６が接続されており、この排気管１１６を介して囲み部１１２内と予備室外とが連通するようになっている。排気管１１６には、さらに図示しない真空ポンプ（図３に示した真空ポンプ７０と共用してもよいし、別個に設けてもよい）に接続され、囲み部１１２内を強制的に排気できるようにしてある。

図６に示すように、炉口シャッタ４６の内部には、炉口シャッタ４６を加熱する加熱手段としてのヒータ配線１１８が施してある。ヒータ配線１１８は例えばニクロム等の抵抗線から構成され、炉口シャッタ４６の表面（炉口側面）を均一に加熱するように、例えば図６（ｂ）に示すように、櫛状に形成したり、図６（ｃ）に示すように、渦巻き状に形成されている。ヒータ配線１１８は、これらの形状に限定されるものではなく、例えば同心円状、マトリックス状等であってもよい。このヒータ配線１１４には、図示しない電力源から電力が供給され、炉口シャッタ４６を所定温度に加熱できるようにしてある。

次に炉口シャッタ４６の制御動作について説明すると、基板処理がなされない場合は、前述した基板支持体が処理炉２８から下降した位置にあり、炉口シャッタ４６は、図５実線で示すように炉口４６を閉鎖する閉位置にある。この閉位置にあっては、シリンダ１１０が伸長し、回動アーム９２及び保持板８６が上位置にあり、ばね９０により炉口シャッタ４６が処理炉２８の炉口６２の周縁に付勢され、Ｏリング８０により処理室２９が密閉される。処理室２９を密閉している間、あるいは密閉している間の所定時間、炉口シャッタ４６の冷却水管８４から冷却水が導入され、Ｏリング８０が高温により劣化するのを防止する。

基板を処理するために基板支持体を処理室２９に挿入する前には炉口４６を開くために、炉口シャッタ４６は、図５の２点鎖線で示す退避位置まで退避される。即ち、まずシリンダ１１０を短縮して回動アーム９２及び保持板８６を下位置まで降下させ、ばね９０による炉口シャッタ４６への付勢を解き、次に回動モータ１０２を駆動し、回動軸９８を回動し、回動アーム９２、保持板８６とともに炉口シャッタ４６を図５の２点鎖線で示す退避位置まで移動させる。この退避位置においては、炉口シャッタ４６は、囲み部１１２内に収納される。このように炉口シャッタ４６が退避位置に移動したのと同時又は前後に排気管１１６を介して囲み部１１２内の強制排気を開始し、また、ヒータ配線１１４に通電して炉口シャッタ４６を所定温度に加熱する。ここで、炉口シャッタ４６の加熱温度は、好適には１００°Ｃ〜２００°Ｃ、さらに好適には１２０°Ｃ〜１５０°Ｃとする。このような囲み部１１２内の強制排気と炉口シャッタ４６の加熱は、炉口シャッタ４６が退避位置にある間、あるいは炉口シャッタ４６が退避位置にある間の所定時間行われる。

炉口シャッタ４６が処理炉２８の炉口６２を閉鎖している間には、処理炉２８内で生成した副生成物が炉口シャッタ４６の特に表面（炉口側面）に付着する。このため、炉口シャッタ４６を退避位置に移動させて炉口シャッタ４６が冷却すると、炉口シャッタ４６に付着した副生成物が固まることになるが、上記実施形態においては、炉口シャッタ４６が退避位置にある場合には、囲み部１１２内の強制排気と炉口シャッタ４６の加熱を行うので、炉口シャッタ４６に付着した副生成物は炉口シャッタ４６に固着する前に排気管１１６を介して予備室外へ排出される。したがって、副生成物の固着による炉口シャッタ４６の錆び等を防止することができ、基板の汚染を防止することができるものである。
また、この実施形態においては、図１に示したクリーンユニット２６とは別に、予備室３０よりも小さい囲み部１１２で退避位置にある炉口シャッタ４６を囲み、囲み部１１２内を強制排気するようにしたので、炉口シャッタ４６から発生する脱ガスや副生成物が装置内に拡散するを防止することができる。

図７において、本発明に係る他の実施形態が示されている。この実施形態においては、炉口シャッタ４６は、例えば筐体１２に設けられたレール１２０により平行移動し、閉位置と開位置（退避位置）に移動できるようにしてある。また、囲み部１１２に連通する排気管１１６が筐体１２の上部に設けられている。この実施形態においても、前述した実施形態と同様に、炉口シャッタ４６は、退避位置にある場合、予備室３０よりも小さい囲み部１１２に囲まれており、炉口シャッタ４６が所定温度に加熱されると共に、囲み部１１２内が排気管１１６を介して排気される。
なお、１２２は装置内のエアフローを示し、また、処理炉２８には置換用ガスライン１２４、処理用ガスライン１２６及び排気ライン１２８が接続されている。

なお、上記２つの実施形態においては、炉口シャッタ４６が退避位置にある場合、炉口シャッタ４６を加熱手段により加熱するようにしたが、必ずしも必要ではなく、炉口シャッタ４６が所定の温度を保っている間に強制排気することにより炉口シャッタ４６に付着した副生成物を排出することが可能である。また、上記２つの実施形態においては、炉口シャッタ４６を対象にしたが、これに限定されるものではなく、第１の開閉扉であるシールキャップ４２を対象としてもよいし、さらにはロードロック装置の炉口ゲートバルブを対象とすることもできる。

以上述べたように、本発明は、特許請求の範囲に記載した事項を特徴とするが、さらに次の事項が含まれる。
（１）基板を出し入れする炉口を有する処理室と、この処理室の炉口を開閉する開閉扉と、この開閉扉の周囲の少なくも一部を囲む囲み部と、この囲み部内を強制的に排気する排気手段とを有することを特徴とする基板処理装置。
（２）基板を出し入れする炉口を有する処理室と、この処理室の炉口を開閉する開閉扉と、この開閉扉を加熱する加熱手段とを有することを特徴とする基板処理装置。
（３）基板を基板支持体に収納し処理する処理室と、前記処理室に隣接する予備室と、前記基板支持体を載置可能で、処理室に設けられた開口部に対し離反移動可能な第１の開閉扉と、前記基板支持体を載置不可能で前記処理室の開口部に対し移動可能な第２の開閉扉とを備える基板処理装置において、前記予備室には、前記第２の開閉扉が前記開口部から退避した位置において、前記予備室より小さく且つ前記第２の開閉扉の少なくとも一部を覆う囲み部が設けられ、さらに前記囲み部と予備室外とを連通する排気管が設けられたことを特徴とする基板処理装置。
（４）基板を基板支持体に収納し処理する処理室と、前記処理室に隣接する予備室と、前記基板支持体を載置可能で、処理室に設けられた開口部に対し離反移動可能な第１の開閉手段と、前記基板支持体を載置不可能で前記処理室の開口部に対し移動可能な第２の開閉手段とを備える基板処理装置において、前記第２の開閉手段は内部に加熱手段を有することを特徴とする基板処理装置。

本発明は、基板を処理する処理室の開口部を開閉する開閉扉を有する基板処理装置において、開閉扉に付着した副生成物を原因とする基板の汚染を防止する必要性があるものに利用することができる。

本発明の実施形態に係る基板処理装置全体を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る基板処理装置全体を示す断面図である。本発明の実施形態に係る基板処理装置に用いた処理炉の炉口周辺を示す断面図である。本発明の実施形態に係る基板処理装置に用いた炉口シャッタ付近の構成を示す断面図である。本発明の実施形態に係る基板処理装置に用いた炉口シャッタ付近の構成を示す平面図である。本発明の実施形態に係る基板処理装置に用いた炉口シャッタを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は第１例の平面図、（ｃ）は第２例の平面図である。本発明の他の実施形態に係る基板処理装置を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。

符号の説明

１０基板処理装置
２８処理炉
２９処理室
３０予備室
３６基板
３８基板支持体
４２シールキャップ
４６炉口シャッタ
６２炉口
１１２囲み部
１１６排気管
１１８ヒータ配線

Claims

基板を出し入れする炉口を有する処理室と、この処理室に隣接する予備室と、前記処理室の炉口を開閉する開閉扉と、前記予備室よりも小さく、且つ前記開閉扉の開位置において前記開閉扉の周囲の少なくも一部を囲む囲み部と、この囲み部内を強制的に排気する排気手段とを有することを特徴とする基板処理装置。