JP2005259927A

JP2005259927A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2005259927A
Application number: JP2004068503A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Noda; 孝暁野田; Bunichi Takeuchi; 文一竹内; Yutaka Teguri; 豊手操; Junji Asahi; 順司朝日
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2004-03-11
Publication date: 2005-09-22

Abstract

【課題】基板を処理する処理室に連設されるロードロック室の腐食を抑制または防止できる基板処理装置を提供する。
【解決手段】ウエハ２００を収容し処理する処理室２０１と、処理室に連設されるロードロック室１０２とを有し、処理後のウエハ２００を処理室２０１からロードロック室１０２を経由してロードロック室１０２外に排出する際、処理後のウエハ２００基板をロードロック室２０１内に収容させた状態でロードロック室２０１内を真空排気する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板処理装置に関し、特に、基板処理室に連接したロードック室を備える基板処理装置であって、反応ガスとしてジクロールシラン、塩化水素、塩素、三塩化ホウ素等の腐食性ガスを使用する基板処理装置に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイスを製造する工程おいては、減圧ＣＶＤ法（減圧化学気相成長法）によって、半導体シリコン基板（ウエハ）上に薄膜を形成することが行われている。近年、処理室にウエハを導入する際の自然酸化膜の増加や、不純物の付着等の問題を解決するために、処理室の直前に前室（ロードロック室）を設置し、ロードロック室を減圧することによってロードロック室内で十分に酸素、水分、有機物等を除去し、ロードロック室内を窒素置換した後、ウエハを処理室内に導入する方法が用いられている。また、処理室内においては、多様な化学反応を用いてウエハ上に薄膜を形成することが行われており、反応ガスとしてジクロールシラン、塩化水素、塩素、三塩化ホウ素等の腐食性ガスを使用する場合もある。

反応ガスとしてジクロールシラン、塩化水素、塩素、三塩化ホウ素等の腐食性ガスを使用する場合または反応ガスの一部としてこういった腐食性ガス使用する場合、処理室内で石英ボートに搭載されたウエハ上に薄膜を形成後、ロードロック室に石英ボートを降ろし、ロードロック室からウエハを取り出す際にロードロック室の外側の搬送室側からロードロック室内に大気が流入する。ここで、上記の腐食性ガスは大気中の水分と反応して金属類を腐食させる性質を有しているため、ロードロック室に上記ガスが残留していた場合、ロードロック室内の金属部が腐食する。

このことをさらに詳細に説明する。腐食性ガス（塩素含有ガス）を処理ガスとして用いる場合は、塩素成分（腐食成分）も副生成物として残留している。ウエハ処理後、処理室内をサイクルパージ（真空排気と不活性ガス置換を繰返す）し、処理室内の雰囲気や内壁、ボートなどに残留する未反応ガス・副生成物を除去している。しかしながら、処理室内は温度が高い（４００℃位）ため、内壁やボートに付着した副生成物であっても脱離しやすい状態であり、サイクルパージを行ったとしても全ての副生成物を取り去ることはできず、サイクルパージをした先から副生成物が脱離してくる状況である。なお、サイクルパージを長時間行えば、これらの副生成物は除去できると考えられるが、スループットの関係上、サイクルパージを長時間実施することはできない。

サイクルパージを終え、窒素の常圧雰囲気のロードロック室にボートを排出するために、処理室内の排気を止めて処理室内を窒素の大気圧雰囲気に戻すときにも、処理室内の副生成物の脱離は起こる。その結果、処理室内雰囲気に腐食成分を含む副生成物が混入する。

この様な状況下で、ボートをロードロック室に搬出すると、処理室内に存在する腐食成分がロードロック室に流入し、ロードロック室からウエハを取り出すためにロードロック室を大気開放したとき、腐食成分を含む副生成物が大気中の水分と反応し、ロードロック室内の金属部分を腐食する。

従って、本発明の主な目的は、基板を処理する処理室に連設されるロードロック室（気密室）の腐食を抑制または防止できる基板処理装置を提供することにある。

本発明によれば、
基板を収容し処理する処理室と
前記処理室に連設される気密室と
を有する基板処理装置であって、
処理後の基板を処理室から気密室を経由して気密室外に排出する際、処理後の基板を気密室内に収容させた状態で前記気密室内を真空排気すること
を特徴とする基板処理装置が提供される。

腐食性ガス（塩素含有ガス）を処理ガスとして用いる場合または腐食性ガス（塩素含有ガス）を処理ガスの一部として用いる場合は、塩素成分（腐食成分）も副生成物として残留している。基板処理後、処理室内の雰囲気や内壁、基板を搭載するボート等の基板搭載体などに残留する未反応ガス・副生成物を除去するために、処理室内をサイクルパージ（真空排気と不活性ガス置換を繰返す）することが考えられる。しかしながら、処理室内の温度が高いと、例えば４００℃位であると、処理室の内壁や基板を搭載するボート等の基板搭載体に付着した副生成物であっても脱離しやすい状態であり、たとえ処理室のサイクルパージを行ったとしても全ての副生成物を取り去ることはできず、サイクルパージをした先から副生成物が脱離してくる状況である。なお、サイクルパージを長時間行えば、これらの副生成物は除去できると考えられるが、スループットの関係上、サイクルパージを長時間実施することはできない。

サイクルパージを終え、窒素等の不活性ガスの常圧雰囲気の処理室に連設される気密室（ロードロック室等）にボート等の基板搭載体を排出するために、処理室内の排気を止めて処理室内を窒素等の不活性ガスの大気圧雰囲気に戻すときにも、処理室内の副生成物の脱離は起こる。その結果、処理室内雰囲気に腐食成分を含む副生成物が混入する。

この様な状況下で、ボート等の基板搭載体を処理室に連設される気密室（ロードロック室等）に搬出すると、処理室内に存在する腐食成分が気密室（ロードロック室等）に流入する。

処理室に連設される気密室（ロードロック室等）は通常温度が低い（室温）ため、気密室（ロードロック室等）内では高温のボート等の基板搭載体が冷却され、副生成物が脱離しにくい状態になる。従って、処理室に連設される気密室（ロードロック室等）内を真空排気すると、気密室（ロードロック室等）の雰囲気に含まれる副生成物が除去されると共に、ボート等の基板搭載体から新たな副生成物が脱離しにくいため、気密室（ロードロック室等）内雰囲気の腐食成分の残留が減少する。その結果、ウエハ等の基板を取り出すために気密室（ロードロック室等）を開放時、気密室（ロードロック室等）内の腐食は減少する。

なお、ロードロック室内の腐食成分の残留を減少させるために、真空雰囲気のロードロック室にボートを搬出することも考えられるが、その方法が好ましくないのは、真空雰囲気のロードロック室にボートを搬出すると、ボートからの熱影響と、減圧状態では物質が気化しやすいという現象との相乗効果により、ボートエレベータなどの可動部に塗布しているグリースが気化し、有機汚染やパーティクルの問題となり、また、真空雰囲気のロードロック室にボートを搬出すると、ボートの温度にもよるが、ボートからの熱と、真空による圧力負荷によりロードロック室の覗き窓が割れる虜があるからである。

本発明においては、好ましくは、処理される基板として半導体ウエハが用いられ、また、本発明が好適に適用されるウエハの処理は、ドーパントガスとしてＢＣｌ_３を用いる、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ、Ｐｏｌｙ−ＳｉＧｅ、Ｅｐｉ−Ｓｉ、Ｅｐｉ−ＳｉＧｅなどの成膜処理がある。

本発明によれば、基板を処理する処理室に連設されるロードロック室（気密室）の腐食を抑制または防止できる基板処理装置が提供される。

次に、図面を参照して、本発明の好ましい実施例を説明する。

図１は、本実施例における減圧ＣＶＤ装置を説明するための概略構造縦断面図であり、図２は、本実施例における減圧ＣＶＤ装置の処理炉を説明するための概略構造縦断面図であり、図３は、本実施例における減圧ＣＶＤ装置を説明するための概略斜視図である。

図３に示すように、筐体１０１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１００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１０５が設けられ、カセットステージ１０５の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ１１５が設けられ、カセットエレベータ１１５には搬送手段としてのカセット移載機１１４が取りつけられている。カセットエレベータ１１５の後側には、カセット１００の載置手段としてのカセット棚１０９が設けられ、カセット棚１０９はスライドステージ１２２上に横行可能に設けられている。又、カセット棚の上方にはカセット１００の載置手段としてのバッファカセット棚１１０が設けられている。更に、バッファカセット棚１１０の後側にはクリーンユニット１１８が設けられ、クリーンエアを筐体１０１の内部を流通させるように構成されている。

筐体１０１の後部上方には、処理炉２０２が設けられている。この処理炉２０２内には、ウエハ２００に所定の処理を行う処理室２０１が形成されている。処理炉２０２の下側には、気密室としてのロードロック室１０２が仕切弁としてのゲートバルブ２４４により連接され、ロードロック室１０２の前面にはカセット棚１０９と対向する位置に仕切手段としてのロードロックドア１２３が設けられている。ロードロック室１０２内には、基板としてのウエハ２００を水平姿勢で多段に保持する基板保持手段としてのボート２１７を、処理室２０１とロードロック室１０２との間で昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ１２１が内設され、ボートエレベータ１２１には蓋体としてのシールキャップ２１９が取りつけられボート２１７を垂直に支持している。ロードロック室１０２とカセット棚１０９との間には図示しない昇降手段としての移載エレベータが設けられ、移載エレベータには搬送手段としてのウエハ移載機１１２が取りつけられている。

カセット移載機１１４等の搬送動作は、搬送制御手段１２４により制御される。

図１、２に示すように、処理炉２０２は、アウタチューブ２０５とインナチューブ２０４よりなる反応管と、ガス排気管２３１と、ガス供給管２３２と、マニホールド２０９と、マニホールド２０９の下端部（炉口１６１）を蓋し処理室２０１を密閉するシールキャップ２１９と、シールキャップ２１９上に設けられウエハ２００を垂直方向に多段に搭載するウエハ搭載体としてのボート２１７を回転する回転機構１５６と、図示しないヒータ素線と断熱部材より有しウエハ２００を加熱するヒータ２０７等を備えている。

この処理炉２０２の構成において、処理ガスは、第１のガス供給源１８０、第２のガス供給源１８１、第３のガス供給源１８２および第４のガス供給源１８７から供給され、ガス流量制御手段としてのＭＦＣ（マスフローコントローラー）１８３、ＭＦＣ１８４、ＭＦＣ１８５およびＭＦＣ１８５でその流量がそれぞれ制御された後、バルブ１７７、１７８、１７９、１８６をそれぞれ介して一本のガス供給管２３２より処理室２０１の下部から導入される。その後、インナチューブ２０４内を上昇し、その後、アウタチューブ２０５とインナチューブ２０４との間の隙間を通って、ガス排気管２３１に接続された排気手段（例えば真空ポンプ２４６）により、処理室２０１から排気される。なお、ガス供給管２３２にはバルブ１７６が設けられ、ガス排気管２３１にはバルブ１７５が設けられている。

気密室としてのロードロック室１０２の前面の側壁１０３にはウエハ搬送口１２５が開口し、ウエハ搬送口１２５を閉鎖するように、仕切手段としてのロードロックドア１２３が設けられている。また、ロードロック室１０２の前面の側壁１０３の上部には残留ガス検知器３０１がロードロック室１０２に連通して設けられている。

気密室としてのロードロック室１０２の後面の側壁１０４の上部にはパージノズル２３４がロードロック室１０２に連通して設けられ、側壁１０４の下部には排気管２３６がロードロック室１０２に連通して設けられている。パージノズル２３４にはバルブ２３５が設けられ、排気管２３６には、バルブ２３７が設けられている。パージノズル２３４からは、不活性ガスとしての窒素ガスがロードロック室１０２内に供給される。

気密室としてのロードロック室１０２の底板２５１に下基板２５３が設けられ、下基板２５３に立設したガイドシャフト１４６の上端に上基板２５４が設けられ、下基板２５３と上基板２５４間に掛渡してボール螺子１４４が回転自在に設けられている。上基板２５４はロードロック室１０２の天板２５２に取り付けられている。ボール螺子１４４は天板２５２に設けられた昇降モータ１４８により回転される。ガイドシャフト１４６は昇降台１４９が昇降自在に嵌合し、昇降台１４９はボール螺子１４４に螺合している。

昇降台１４９にはシールキャップ２１９が気密に設けられている。昇降モータ１４８を駆動し、ボール螺子１４４を回転することで昇降台１４９を介してシールキャップ２１９を昇降させる。昇降台１４９、ボール螺子１４４、昇降モータ１４８、ガイドシャフト１４６、上基板２５４および下基板２５３によりボートエレベータ１２１を構成している。

昇降台１４９の上死点近傍でシールキャップ２１９が処理炉２０２の開口部である炉口１６１を閉塞し、ウエハ処理が可能な状態とする。ウエハの処理が完了すると、昇降モータ１４８を駆動して、ボート２１７をロードロック室１０２内に降下する。

ヒータ２０７、回転機構１５６、ＭＦＣ１８３、１８４、１８５、１８８、バルブ１７５、１７６、１７７、１７８、１７９、１８６、２３５、２３７、昇降モータ１４８（ボートエレベータ１１５）、ロードロックドア１２３、ゲートバルブ２４４等は制御装置１６２によって制御され、ウエハ２００を搭載したボート２１７の処理室２０１とローロック室１０２との間の昇降、ゲートバルブ２４４やロードロックドア１２３の開閉、処理炉２０２内の温度制御、処理室２０１内への処理ガスの供給および処理室２０１の排気、ロードロック室１０２への不活性ガスとしての窒素ガスの供給、ロードロック室１０２の排気等が制御装置１６２によって制御される。

次に、本実施例の基板処理装置である減圧ＣＶＤ装置における半導体ウエハ２００の処理の一例として、半導体シリコンウエハにドーパントガスとしてＢＣｌ_３を用いてＥｐｉ−ＳｉＧｅ膜（エピタキシャルＳｉＧｅ膜）を成膜する場合を説明する。

図示しない外部搬送装置から搬送されたカセット１００は、カセットステージ１０５に載置され、カセットステージ１０５でカセット１００の姿勢を９０°変換され、更に、カセットエレベータ１１５の昇降動作、横行動作及び、カセット移載機１１４の進退動作の協働によりカセット棚１０９又は、バッファカセット棚１１０に搬送される。

ウエハ移載機１１２によりカセット棚１０９からボート２１７へウエハ２００が移載される。ボート２１７へウエハ２００を移載する準備として、ボート２１７がボートエレベータ１２１により降下され、ゲートバルブ２４４により処理室２０１が閉塞され、更にロードロック室１０２の内部にパージノズル２３４から窒素ガスのパージガスが導入される。ロードロック室１０２が大気圧に復圧された後、ロードロックドア１２３が開かれる。

水平スライド機構１２２はカセット棚１０９を水平移動させ、移載の対象となるカセット１００をウエハ移載機１１２に対峙する様に位置決めする。ウエハ移載機１１２は昇降動作、回転動作の協働によりウエハ２００をカセット１００よりボート２１７へと移載する。ウエハ２００の移載はいくつかのカセット１００に対して行われ、ボート２１７へ所定枚数ウエハの移載が完了した後、ロードロックドア１２３が閉じられ、ロードロック室１０２が排気管２３６を介して真空引きされる。

真空引き完了後にガスパージノズル２３４より窒素ガスが導入され、ロードロック室１０２内部が窒素ガスにより大気圧に復圧されるとゲートバルブ２４４が開かれ、昇降モータ１４８を駆動することによりボートエレベータ１２１によりボート２１７が処理室２０１内に挿入され、シールキャップ２１９により処理炉２０２の開口部である炉口１６１を閉塞することによって処理室２０１を閉塞する。ボート２１７を処理室２０１内に挿入する際には、処理室２０１内の温度は２００℃に保たれている。ロードロック室１０２は、ウエハ２００の処理が終了して再びボート２１７がロードロック室１０２に下降してくるまでは窒素ガスによりほぼ大気圧に保たれている。

次に、排気バルブ１７５を開けて、処理室２０１内の雰囲気を排気し、処理室２０１の圧力を０．１Ｐａ程度に減圧する。そして、制御装置１６２によりヒータ２０７を制御し、処理室２０１内の温度、ひいてはウエハ２００の温度を４５０〜５５０℃に維持する。その後、回転機構１５６が駆動してボート２１７を所定の回転数で回転する。

第１のガス供給源１８０、第２のガス供給源１８１、第３のガス供給源１８２には、処理ガスとして、ＳｉＨ_４、ＧｅＨ_４、Ｈ_２がそれぞれ封入されており、それぞれの流量はＭＦＣ１８３、ＭＦＣ１８４、ＭＦＣ１８５によってそれぞれ制御される。また、第４のガス供給源１８２からドーパントガスとしてのＢＣｌ_３が供給され、その流量はＭＦＣ１８８によって制御される。ガス供給管を開閉するバルブ１７６，１７７，１７８、１８６を開き、バルブ１７６を開いて、処理ガスをガス供給管２３２を通じて、処理室２０１に供給し、一方では、ガス排気管２３６によって排気することによって処理室２０１内の圧力を３０Ｐａに保って、減圧ＣＶＤ法により、ウエハ２００にＢ（ボロン）をドーピングしたｅｐｉ−ＳｉＧｅ膜を成膜する。

処理室２０１内でウエハ２００に所定の成膜処理がなされた後、処理室２０１内をパージガスとしての窒素ガスで置換する。すなわち、成膜後、（１）処理室２０１内を０．１Ｐａ程度までガス排気管２３１を介して減圧し、その後窒素ガス（Ｎ_２）をガス供給管２３２より処理室２０１内が３０Ｐａ程度になるまで流して処理室２０１内をパージし、その後、（２）窒素ガスを止めて、再度処理室２０１内を０．１Ｐａ程度までガス排気管２３１を介して減圧し、その後窒素ガスをガス供給管２３２より処理室２０１内が３０Ｐａ程度になるまで流して処理室２０１内をパージする。この（１）、（２）の操作をパージ３ｍｉｎ、減圧３ｍｉｎで４回繰り返す。その後ガス供給管２３２より窒素ガスを処理室２０１内に導入し、窒素ガスで処理室２０１内をほぼ大気圧まで戻す。なお、ロードロック室１０２は、上述のとおり、窒素ガスによりほぼ大気圧に保たれている。

この状態で、昇降モータ１４８を駆動することによりボートエレベータ１２１によりウウエハ２００を搭載したボート２１７が処理室２０１からロードロック室１０２内に下降し、ゲートバルブ２４４が閉じられる。

その後、排気管２３６を介してロードロック室１０２内を１０Ｔｏｒｒ以下まで真空引きし、その後、窒素ガスをパージノズル２３４より処理室２０１内に導入してロードロック室１０２内を大気圧まで窒素ガスで戻す。

その後、ロードロックドア１２３を開き、処理後のウエハ２００は上記した操作の逆の手順によりボート２１７からカセット棚１０９を経てカセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により搬出される。

このように、処理室２０１でウエハ２００上にｅｐｉ−ＳｉＧｅ膜を形成した後、処理室内２０１およびロードロック室１０２を窒素置換して大気圧に戻し、ボート２１７をアンロードするが、この時、０．５ｐｐｍまでの残留ガス（主に塩化水素）測定が可能な測定器（残留ガス検知器３０１）により、残留ガスのモニタリングを行った。各種条件で行った残留ガス測定結果を表１に示す。ボートアンロード後、排気管２３６を開して、ロードロック室１０２を１０ｍｉｎ排気することで、残留ガスを除去することが可能となることがわかる。その結果、ロードロック室１０２内の金属部の腐食性ガスによる腐食を防止または抑制することができるようになる。

上述したように、反応ガスとしてジクロールシラン、塩化水素、塩素、三塩化ホウ素等の腐食性ガスを使用して、または反応ガスの一部としてこういった腐食性ガス使用して、減圧ＣＶＤ法（減圧化学気相成長法）によって、半導体ウエハ上に薄膜を形成する場合、半導体ウエハ上に薄膜を形成後、ロードロック室内にボートを下降（ボートアンロード）させた後に、ロードロック室内の真空引きを行うことにより、ロードロック室内金属部の上記腐食性ガスによる腐食を防止または抑制することができる。

本発明の好ましい実施例における減圧ＣＶＤ装置を説明するための概略構造縦断面図である。本発明の好ましい実施例における減圧ＣＶＤ装置の処理炉を説明するための概略構造縦断面図である。本発明の好ましい実施例における減圧ＣＶＤ装置を説明するための概略斜視図である。

符号の説明

１００…カセット
１０１…筐体
１０２…ロードロック室
１０３、１０４…側壁
１０４…側壁
１０９…カセット棚
１１２…ウエハ移載機
１１６…ゲートバルブ
１１８…クリーンユニット
１１９…ベローズ
１２１…ボートエレベータ
１２３…ロードロックドア
１２４…搬送制御手段
１２５…ウエハ搬送口
１４８…昇降モータ
１４９…昇降台
１６１…炉口
１６２…制御装置
１７５…排気バルブ
１７６、１７７、１７８、１７９、１８６、２３５、２３７…バルブ
１８３、１８４、１８５、１８８…ＭＦＣ
１８０…第１のガス供給源
１８１…第２のガス供給源
１８２…第３のガス供給源
１８７…第４のガス供給源
２００…ウエハ
２０１…処理室
２０２…処理炉
２０４…インナチューブ
２０５…アウターチューブ
２０７…ヒータ
２０９…マニホールド
２１７…ボート
２１９…シールキャップ
２３１…ガス排気管
２３２…ガス供給管
２３４…パージノズル
２３６…排気管
２４４…ゲートバルブ
２４６…真空ポンプ
３０１…残留ガス検知器

Claims

基板を収容し処理する処理室と
前記処理室に連設される気密室と
を有する基板処理装置であって、
処理後の基板を処理室から気密室を経由して気密室外に排出する際、処理後の基板を気密室内に収容させた状態で前記気密室内を真空排気すること
を特徴とする基板処理装置。