JP2005150584A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【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、装置価格低減、装置の小型化を図る。
【解決手段】反応室２と、第１の気密室４と、基板を保持するボート１６と、該ボート１６を昇降させるボートエレベータ５とを具備する半導体製造装置に於いて、前記第１の気密室４に第２の気密室５０を貫通孔５１を介して連設し、前記ボートエレベータ５を前記第２の気密室５０の内部に設け、昇降シャフト２４を前記貫通孔５１を介して前記第２の気密室５０から前記第１の気密室４内に遊貫させ、前記昇降シャフト２４を介してボート１６が昇降可能に支持され、前記第１の気密室４に設けられたガス供給口６０から不活性ガスを供給し、前記貫通孔５１を介して前記第２の気密室５０に設けられた排気口６１から前記不活性ガスを排気する様にした。
【選択図】 図１

Description

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。

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。

図３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。

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。

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。

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１７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。

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。

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。

該ボート１６が反応管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。

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１７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。

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。

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。

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１４により前記反応管２内で
回転される。

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。

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。

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。

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。

この問題を解決するため、図２に示すような構成を有する基板処理装置が提案された（特
許文献１参照）。即ち、反応室に気密室４を連設し、ボートエレベータ５を前記気密室４
の外部に設けて、前記ボートエレベータ５が支持した昇降シャフト２４を前記気密室４内
に遊貫させる。そして、その貫通孔５１をベローズ２５で気密にシールすることで、前記
気密室４内の雰囲気とボートエレベータ５の雰囲気とを隔離し、ガイドシャフト６やボー
ル螺子７からの発生する汚染物質が気密室４内、ひいては反応室内に侵入するのを防止し
ている。また、前記昇降シャフト２４を介して昇降座３５が昇降可能に支持され、該昇降
座３５の上側に前記ボート１６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４と隔離した空間を形成し、前記ボート受台１５を回転するボート回転モータ３
１を前記空間に収納されるように設ける。そして、前記空間内にケーブル３７を挿入する
ようにすることで、前記ケーブル３７の被覆から発生する蒸気が前記気密室４、ひいては
反応室に侵入しないようにしている。
特開２００２−２８９６００号公報

しかしながら、上述した図２に示す装置構成では、以下のような問題がある。即ち、（１
）昇降シャフト２４は、重量物であるボート１６やボート回転手段、昇降基板２６などを
支えるために、外径を大きくして剛性を高める必要がある。その結果として、ベローズ２
５の外径も大きくする必要があるが、径の大きなベローズは製作コストが高く、装置の価
格が上昇するという問題がある。（２）また、ボート１６の昇降動作に伴うベローズ２５
の伸縮動作により、ベローズ２５が金属疲労を起こして破損し、ボートエレベータ５から
発生する汚染物質が気密室４内に侵入するという問題が生じる。（３）さらに、図２に示
すように、ボート１６が最下端に位置してベローズ２５が最も縮むような状況であっても
、ベローズにはある程度の長さがあるため、天板４と昇降台１２の間には、縮んだベロー
ズ２５が入るだけのスペースを確保する必要がある。その結果、ボートエレベータ５の高
さが高くなり、装置の全高が高くなる（大型化する）という問題があった。

本発明は斯かる実情に鑑み、気密室４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、装置価格低減、装置の小型化を図るものであ
る。

本発明は、反応室と、該反応室に連設される第１の気密室と、基板を保持するボートと、
該ボートを前記反応室と前記第１の気密室との間で昇降させるボートエレベータとを具備
する半導体製造装置に於いて、前記第１の気密室に第２の気密室を貫通孔を介して連設し
、前記ボートエレベータを前記第２の気密室の内部に設け、前記ボートエレベータに支持
される昇降シャフトを前記貫通孔を介して前記第２の気密室から前記第１の気密室内に遊
貫させ、前記昇降シャフトを介してボートが昇降可能に支持され、前記第１の気密室に設
けられたガス供給口から不活性ガスを供給し、前記貫通孔を介して前記第２の気密室に設
けられた排気口から前記不活性ガスを排気する様にしたことを特徴とする半導体製造装置
に係るものである。

本発明によれば、反応室と、該反応室に連設される第１の気密室と、基板を保持するボー
トと、該ボートを前記反応室と前記第１の気密室との間で昇降させるボートエレベータと
を具備する半導体製造装置に於いて、前記第１の気密室に第２の気密室を貫通孔を介して
連設し、前記ボートエレベータを前記第２の気密室の内部に設け、前記ボートエレベータ
に支持される昇降シャフトを前記貫通孔を介して前記第２の気密室から前記第１の気密室
内に遊貫させ、前記昇降シャフトを介してボートが昇降可能に支持され、前記第１の気密
室に設けられたガス供給口から不活性ガスを供給し、前記貫通孔を介して前記第２の気密
室に設けられた排気口から前記不活性ガスを排気する様にしたので、ボートエレベータの
駆動部、ボート回転手段の駆動部は第１の気密室の内部から隔離されると共に、昇降シャ
フトが遊貫する貫通孔を介して不活性ガスを第１の気密室から第２の気密室へ向かうよう
に導入・排気するので、駆動部からの汚染物質が第１の気密室内に浸入することを完全に
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第１
の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て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。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。

図１中、図２，３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を示している。

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。

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。

前記昇降台１２には中空の昇降シャフト２４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。前記天板４ａに設けられた貫通孔５１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程度の大きさに作られている。即ち、
貫通孔５１の大きさは、昇降シャフト２４の外径よりも大きくなっている。そして、前述
の「遊貫する」とは、貫通孔５１と昇降シャフト２４とは、溶接などで固着されてなく、
貫通孔５１を介して昇降シャフト２４が自由に昇降動できる様を表現している。また、ガ
イドシャフト６及びボール螺子７を囲むような気密室５０（第２の気密室）を気密室４（
第１の気密室）に連設し、前記気密室５０には、気密室５０内の雰囲気を排出する排出口
６１が設けられる。前記気密室５０は昇降シャフト２４の昇降動に対して、昇降シャフト
２４や昇降台１２が気密室５０の内壁に接触することがないよう十分な余裕がある。また
、前記気密室４には、気密室４内に窒素などの不活性ガスを供給する不活性ガス供給口６
０が設けられており、前記不活性ガス供給口６０から供給された不活性ガスは前記貫通孔
５１を介して前記気密室５０に設けられた排気口６１から排出されるようになっている。

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。

前記昇降基板２６にはボート回転手段が設けられる。

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。

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３５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。

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３４ａ，
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。

前記冷却水配管３８は前記昇降シャフト２４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。

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。

図１に示す待避状態から、前記ボート１６を前記反応炉１に装入する作動を説明する。

気密室４に設けられた不活性ガス供給口６０から不活性ガスを気密室４内に供給する。気
密室４内に供給された不活性ガスは、貫通孔５１を介して前記気密室５０に設けられた排
気口６１から排気される。また、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
。

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。該炉口１８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。

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。

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（気密室５０内）に
設けられ、前記気密室４内とは隔離されている。また、不活性ガスを気密室４から供給し
、前記不活性ガスを気密室５０から排気することで、気密室４から気密室５０に向かう気
流の流れを形成する。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も同様に露出してなく、また、気密室４から気密室５
０に向かう気流の流れを形成するようにしたので、気密室５０内の雰囲気が貫通孔５１を
通じて気密室４内に侵入することはない。

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。また、本発明は、図２に示す従来例のように、ボートエレ
ベータの駆動部から発生する汚染物質が気密室４内に侵入するのを防止するためのベロー
ズを用いない構成としたので、装置の製作コストを減少させると共に、ベローズの金属疲
労によりベローズが破損し、ボートエレベータから発生する汚染物質が気密室４内、ひい
ては反応室内に侵入するのを防止する。また、本発明の構成では、天板４と昇降台１２と
の間にベローズを入れるためのスペースが不要となるので、そのスペースの分だけ装置の
全高を低くできる。

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。

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２
４、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２８
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。

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。

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。また、気密室４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、装置価格低減、装置の小型化
を図ることができる。

尚、図１に示す本発明の実施形態では、ボートエレベータを気密室４の上方に設けたが、
これに限定されない。即ち、ボートエレベータを気密室４の下に設置して貫通孔５１を気
密室４の底面に設けるようにしても良いし、ボートエレベータを気密室４の横に設置する
ようにしても良い。

本発明は適用される半導体製造装置の概略縦断面図である。 従来例の半導体製造装置の概略縦断面図である。 従来例の半導体製造装置の概略縦断面図である。

符号の説明

１ 反応炉
２ 反応管
４ 気密室（第１の気密室）
５ ボートエレベータ
１６ ボート
２４ 昇降シャフト
３１ ボート回転モータ
３５ 昇降座
４５ 昇降シャフト
５０ 気密室（第２の気密室）
５１ 貫通孔
６０ 不活性ガス供給口
６１ 排気口

Claims (1)

1. 反応室と、
   該反応室に連設される第１の気密室と、
   基板を保持するボートと、
   該ボートを前記反応室と前記第１の気密室との間で昇降させるボートエレベータと
   を具備する半導体製造装置に於いて、
   前記第１の気密室に第２の気密室を貫通孔を介して連設し、
   前記ボートエレベータを前記第２の気密室の内部に設け、
   前記ボートエレベータに支持される昇降シャフトを前記貫通孔を介して前記第２の気密室
   から前記第１の気密室内に遊貫させ、
   前記昇降シャフトを介してボートが昇降可能に支持され、
   前記第１の気密室に設けられたガス供給口から不活性ガスを供給し、前記貫通孔を介して
   前記第２の気密室に設けられた排気口から前記不活性ガスを排気する様にしたこと
   を特徴とする半導体製造装置。
   

Images