JP2005223115A

JP2005223115A - 基板処理装置

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Publication number: JP2005223115A
Application number: JP2004028983A
Authority: JP
Inventors: Yukiari Hirochi; 志有広地
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2004-02-05
Filing date: 2004-02-05
Publication date: 2005-08-18

Abstract

【課題】サーモスイッチによるヒータや断熱材の過温保護が正確に行える基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板を収容し処理する処理室と、前記処理室に処理ガスを供給するガス供給管５と、前記ガス供給管を加熱する配管加熱システムとを有する基板処理装置であって、前記配管加熱システムは、前記配管を覆うように設けられる加熱手段６と、前記加熱手段に設けられ、前記加熱手段が所定の温度以上に達したとき、前記加熱手段に供給される電力を遮断する温度感応式遮断器８と、前記加熱手段及び前記温度感応式遮断器とを覆うように設けられる断熱材７とを有することを特徴とする基板処理装置としたので、温度感応式遮断器は加熱手段の温度を直接測定し、温度感応式遮断器の取り付け位置の違いに起因する作動温度のずれを防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造技術、特に、被処理基板を処理室に収容してヒータによって加熱
した状態で処理を施す熱処理技術に関し、例えば、半導体集積回路装置（半導体デバイス
）が作り込まれる半導体ウエハに酸化処理や拡散処理、イオン打ち込み後のキャリア活性
化や平坦化のためのリフローやアニール及び熱ＣＶＤ反応による成膜処理などに使用され
る基板処理装置に利用して有効なものに係わる。

処理室内に収容された基板に処理を行うとき使用する処理ガスとして、常温常圧で液体
の原料を気化して用いる場合、前記液体の原料を気化器で気化させたのち、前記気化した
液体原料を加熱した配管を介して処理室に供給するようにしている。

図６を用いて従来の気化したした液体原料を流通させる配管について説明する。気化し
た液体原料を流通させる配管５は、前記配管５内を流れる気体が前記配管５内で再液化す
るのを防止するため、配管加熱システム１０によって所望の温度に加熱されている。

従来の配管加熱システム１０は、配管５に取り付けられ配管５を加熱するヒータ６と、
前記ヒータ６の外周を覆う断熱材７と、前記断熱材７内の所定の位置に埋め込まれたサー
モスイッチ８と、前記配管５に設けられ前記ヒータの温度（配管５）を測定する制御用熱
電対９を有する。

前記サーモスイッチ８は、前記ヒータ６の温度を監視し、前記温度が所定の温度以上に
なったとき、スイッチを開放することで前記ヒータへの電力供給を停止し、前記ヒータ６
による過加熱を防止するものである。前記ヒータが、設定した温度より過剰に加熱した場
合、ヒータ６自身や断熱材７などの焼損・融解などの問題や、前記配管５内を流通する気
化した液体原料が熱分解されるという問題が生じるので、前記サーモスイッチ８によるヒ
ータ６の過加熱防止を行い、ヒータ６や断熱材７の過温保護を行う必要がある。

また、ヒータ６や断熱材７は、使用温度域に応じてその材質を変更するため、ヒータの
設定温度に応じて過温保護の温度値（過温保護値）が決められている。しかしながら、従
来のサーモスイッチ８を用いた基板処理装置は、スイッチを開放する作動温度（以下、単
に作動温度と呼ぶ）の値が固定されているため（従来例では１３０℃）、前記ヒータが過
温保護値になったとき断熱材内で１３０℃になる位置（即ち、ヒータから所定距離だけ離
れた位置）にサーモスイッチを取り付けるようにしている。そして、実際の基板処理時な
どで、前記サーモスイッチが１３０℃を検出したとき、前記ヒータは過温度保護値になっ
ていると判断する。

図７に、作動温度が１３０℃のサーモスイッチを使用した場合におけるヒータの設定温
度と、過温保護値と、サーモスイッチのヒータからの距離Ｔを示す。図７を例えば１行目
の数値を例に説明すると、ヒータの設定温度が１５０℃で過温保護値が１８０℃のとき、
サーモスイッチをヒータから１０ｍｍ離した位置に設置すれば、前記サーモスイッチで１
３０度を検知しスイッチを開放したとき、ヒータは過温度保護値である１８０℃であると
いうことが分かる。

しかしながら、上述のように、サーモスイッチは断熱材内の決められた位置に埋め込ま
れているため、作業者によって埋め込みの位置（ヒータからの距離）が微妙に変化し、サ
ーモスイッチが作動したときの実際のヒータの温度が変わる問題（即ち、過温保護値の値
が変わってしまう問題）がある。また、サーモスイッチが埋め込まれた位置の断熱材に何
らかの力が加えられ変形した場合も、やはりサーモスイッチの埋め込み位置が変化し、過
温保護値の値が変化する問題がある。

また、サーモスイッチの位置が変化し、サーモスイッチが誤動作すれば、例えば実際に
はヒータの温度は過温保護値以下にも係わらずヒータの電源をシャットダウンしたり、逆
に、ヒータの温度が過温保護値以上にも係わらず、ヒータの電源をシャットダウンしなか
ったりする。このようなサーモスイッチの誤動作が確認された場合、サーモスイッチの埋
め込み位置を再調整する必要があり、装置の休止時間が増大する。また、サーモスイッチ
を取り付ける位置が干渉物などのある小さな隙間であれば、サーモスイッチの取り付け作
業が困難になり、サーモスイッチの位置が変化しやすい。

従って、本発明の目的は、サーモスイッチによるヒータや断熱材の過温保護が正確に行
える基板処理装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は特許請求の範囲に記載のような構成とするもので
ある。すなわち、本発明は請求項１に記載のように、基板を収容し処理する処理室と、前
記処理室に処理ガスを供給するガス供給管と、前記ガス供給管を加熱する配管加熱システ
ムとを有する基板処理装置であって、前記配管加熱システムは、前記配管を覆うように設
けられる加熱手段と、前記加熱手段に設けられ、前記加熱手段が所定の温度以上に達した
とき、前記加熱手段に供給される電力を遮断する温度感応式遮断器と、前記加熱手段及び
前記温度感応式遮断器とを覆うように設けられる断熱材とを有することを特徴とする基板
処理装置。

本発明によれば、基板を収容し処理する処理室と、前記処理室に処理ガスを供給するガ
ス供給管と、前記ガス供給管を加熱する配管加熱システムとを有する基板処理装置であっ
て、前記配管加熱システムは、前記配管を覆うように設けられる加熱手段と、前記加熱手
段に設けられ、前記加熱手段が所定の温度以上に達したとき、前記加熱手段に供給される
電力を遮断する温度感応式遮断器と、前記加熱手段及び前記温度感応式遮断器とを覆うよ
うに設けられる断熱材とを有することを特徴とする基板処理装置としたので、温度感応式
遮断器は加熱手段の温度を直接測定し、温度感応式遮断器の取り付け位置の違いに起因す
る作動温度のずれを防止することができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。

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、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、Ｆ
ＯＵＰ（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。

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。

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。

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。

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。

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、１３
４、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。

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。第一の処理室２０１および第二の処理室１３７はいずれも
ランプ加熱型のコールドウオール式の基板処理装置によってそれぞれ構成されている。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。

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。

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。

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。

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、１
３０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。

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１
０３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。

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。

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１
１２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。

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１３
８から第一の搬送室１０３に搬出される。

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１２
７によって閉じられる。

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１
２３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。

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。

次に、図５により、本発明で用いる基板処理装置の原料供給系の構成を説明する。なお
、図５中、図３、４と同一のものには、同符号を付し説明を省略する。

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液体原料１６は原料タンク１０に貯蔵される
。

前記原料タンク１０は密閉構造となっており、液体原料１６を流通させるための第２の
原料供給管３７と、前記原料タンク１０に圧送ガスを供給するための第２の圧送ガス供給
管３８が設けられる。前記第２の原料供給管３７には、第１の継ぎ手部分３５を介して、
第１の原料供給管１５が取り外し可能に接続される。また、前記第２の圧送ガス供給管３
８には、第２の継ぎ手部分３６を介して、第１の圧送ガス供給管１４が取り外し可能に接
続される。

前記第１の原料供給管１５には、前記液体原料１６を気化する気化器３０、前記第１の
原料供給管１５を流れる前記液体原料１６の流量を制御する液体流量制御手段３１が設け
られる。また、前記気化器３０で気化した液体原料１６を、処理室２０１に供給するため
の第２の原料供給管４２が、前記気化器３０と前記処理室２０１を連結するよう設けられ
る。また、前記第１の圧送ガス供給管１４には、第１のガス流量制御手段３２を介して、
第１の圧送ガス供給源３３が接続される。前記第１の圧送ガス供給源３３より供給される
圧送ガスを、前記原料タンク１０に供給することで、前記液体原料１６を、前記液体流量
制御手段３１、前記気化器３０、ひいては前記処理室２０１に供給することができる。

前記第１の原料供給管１５、及び前記液体流量制御手段３１には、第１の配管加熱シス
テム２０が設けられる。前記第１の配管加熱システム２０は、前記第１の原料供給管１５
、及び前記液体流量制御手段３１を、２５〜４５℃に維持し、前記液体原料１６の粘性を
下げて流れやすくしている。また、前記第２の原料供給管４２と前記気化器３０には、第
２の配管加熱システム２１が設けられる。前記第２の配管加熱システム２１は、前記気化
器３０で気化した液体原料が再度液化、又は熱分解しないように、前記第２の原料供給管
４２と前記気化器３０を所定の温度に加熱している。

さらに、前記処理室２０１には、原料ガス供給管４１と図示しない真空排気手段が接続
される。前記原料ガス供給管４１は、第２のカ゛ス流量制御手段４０を介して原料ガス供
給源３９に接続されており、気体の原料ガスを処理室２０１に供給できるようになってい
る。そして、前記原料ガスと前記気化器３０で気化された液体原料を用いて、基板２００
に所望の処理を行うことができるようになっている。前記真空排気手段は、例えば真空ポ
ンプからなり、前記処理室２１０内の雰囲気を排気することができる。

次に、上述した第１の配管加熱システム２０、第２の配管加熱システム２１を詳細に説
明する。尚、第１の配管加熱システム２０、第２の配管加熱システム２１の構成は同様で
あるため、第２の配管加熱システム２１を例に図１、２を用いて説明する。

第２の配管加熱システム２１は、ガス供給管としての第２の原料供給管４２に取り付け
られ前記原料供給管４２を加熱する加熱手段としてのヒータ６と、前記ヒータ６に直接取
付られる温度感応式遮断機としてのサーモスイッチ８と、前記ヒータ６及び前記サーモス
イッチ８の外周を覆う断熱材７を有する。また、前記原料供給管４２には、前記ヒータ６
の温度（原料供給管４２の温度）を測定し、前記ヒータ６の出力値を制御する制御用熱電
対９が設けられている。

前記サーモスイッチ８は、前記ヒータ６の温度を直接監視し、前記温度が所定の温度以
上になったとき、スイッチを開放することで前記ヒータへの電力供給を停止し、前記ヒー
タ６による過加熱を防止するものである。ヒータ６や断熱材７は、ヒータの使用温度域に
応じてその材質を変更するため、ヒータの設定温度に応じて過温保護の温度値（過温保護
値）が決められている。

本発明で使用されるサーモスイッチ８は、直接ヒータ６に取り付けられ、図２に示され
るように過温保護値と略同一の作動温度を有するものが使用される。この様に、サーモス
イッチ８を直接ヒータに取り付け、前記サーモスイッチ８の作動温度を過温保護値と略同
一としたので、従来のような、作業者による取付け位置の微妙な変化や変形による取り付
け位置の変化に起因する過温保護値の変化を防止し、サーモスイッチ８の誤動作を防止す
ることができる。

次に、本発明の上記構成による作用を説明する。

第１の圧送ガス供給源３３から圧送ガスＣが前記第１の原料タンク１０に供給され、前
記供給された圧送ガスＣの圧力で前記第１の原料タンク１０に貯蔵された液体の液体原料
Ａは、液体流量制御手段３１に供給される。前記液体流量制御手段３１にて、所定量の流
量に制御された液体原料Ａは気化器３０にて気化され、処理室２０１に供給される。また
、前記原料ガス供給源４４に貯蔵された原料ガスＢは、前記第２のカ゛ス流量制御手段４
０によって所望の流量に制御されたのち、前記処理室２０１に供給される。そして、処理
室２０１にて、ウエハ２００を図示しない基板加熱手段により所望の温度に設定し、前記
ウエハ２００と前記気化した液体原料Ａと前記原料ガスＢとを反応させ、前記ウエハ２０
０上に生成膜Ｄを形成する。

本発明における配管加熱システムを示す概略図。本発明の実施例におけるヒータの設定温度と、過温保護値と、サーモスイッチとヒータとの距離との関係を示す図本発明の実施例における基板処理装置の概略横断面図。本発明の実施例における基板処理装置の概略縦断面図。本発明の実施の形態にかかる基板処理装置の処理ガス供給系を示す概略図。従来例における配管加熱システムを示す概略図。従来例におけるヒータの設定温度と、過温保護値と、サーモスイッチとヒータとの距離との関係を示す図

符号の説明

５配管
６ヒータ
７断熱材
８サーモスイッチ
９制御用熱電対
１０従来の配管加熱システム
２０本発明の第１の配管加熱システム
２１本発明の第２の配管加熱システム
２００ウエハ
２０１処理室

Claims

基板を収容し処理する処理室と、
前記処理室に処理ガスを供給するガス供給管と、
前記ガス供給管を加熱する配管加熱システムと
を有する基板処理装置であって、
前記配管加熱システムは、
前記配管を覆うように設けられる加熱手段と、
前記加熱手段に設けられ、前記加熱手段が所定の温度以上に達したとき、前記加熱手段に
供給される電力を遮断する温度感応式遮断器と、
前記加熱手段及び前記温度感応式遮断器とを覆うように設けられる断熱材と
を有すること
を特徴とする基板処理装置。