JP2005260062A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
基板処理装置に於いてベローズ継手部分を効果的に加熱することを可能にする。
【解決手段】
処理室４１に基板３を収納し、前記処理室に処理ガスを導入しつつ排気ガスを排気し、基板を加熱して基板の処理を行う基板処理装置に於いて、排気ガスを排気する排気管４８，４９の所要位置にベローズ継手６１，６３が設けられ、該ベローズ継手が同心の２重のベローズにより形成される密閉された空間を有し、該空間に熱媒体を流通させる様構成した。
【選択図】 図３

Description

本発明は、シリコンウェーハ、ガラス基板等の基板に薄膜の生成、不純物の拡散、エッチング等の処理を行い半導体装置を製造する基板処理装置に関するものである。

基板処理装置には、所要枚数の基板を一度に処理するバッチ式の基板処理装置と、１枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置とがある。

枚葉式の基板処理装置は、基板を処理する基板処理室、該基板処理室に基板を搬送する基板搬送室、基板授受を行うロード・アンロード室等を具備している。

前記基板処理室は搬入された基板を保持する基板支持台を有し、該基板支持台は基板が載置される基板載置板（サセプタ）、基板加熱装置を有している。基板の処理は、基板がサセプタに載置され、該サセプタを介して基板が前記基板加熱装置により加熱され、更に前記基板処理室に反応ガスが導入されることで、所要の処理がなされる様になっている。

処理後に発生する排気ガスは、排気ラインを介して排気ガス処理装置に導かれ処理される。排気ガスには基板処理過程で発生する反応生成物が含まれており、該反応生成物は排気ガスが冷却されると析出し、排気ラインの配管内面に付着し、配管を詰らせる場合がある。この為、配管にはテープヒータ等が巻設され、該テープヒータにより反応生成物の析出温度以上に配管を加熱する様にしている。

又、排気ラインの配管の所要位置、例えば屈曲部、或はバルブが設けられている箇所等にはベローズ継手が介設されている。該ベローズ継手は、配管に圧力が作用した場合の配管の伸縮、配管が加熱された場合の熱膨張による伸縮を吸収し、配管固定部に過度の負荷が発生しない様にするものであり、又バルブのメンテナンス時にバルブの着脱を容易にするものである。

配管が加熱される様に、ベローズ継手も加熱され、排気ガス中の反応生成物が析出することが防止される。

ところが、ベローズ継手には表面が葛折状となっているので、テープヒータ等を巻設しても、ヒータはベローズ継手に密着せず、充分に加熱することができないという問題があった。

本発明は斯かる実情に鑑み、基板処理装置に於いてベローズ継手部分を効果的に加熱することを可能にするものである。

本発明は、処理室に基板を収納し、前記処理室に処理ガスを導入しつつ排気ガスを排気し、基板を加熱して基板の処理を行う基板処理装置に於いて、排気ガスを排気する排気管の所要位置にベローズ継手が設けられ、該ベローズ継手が同心の２重のベローズにより形成される密閉された空間を有し、該空間に熱媒体を流通させる様構成した基板処理装置に係るものである。

本発明によれば、処理室に基板を収納し、前記処理室に処理ガスを導入しつつ排気ガスを排気し、基板を加熱して基板の処理を行う基板処理装置に於いて、排気ガスを排気する排気管の所要位置にベローズ継手が設けられ、該ベローズ継手が同心の２重のベローズにより形成される密閉された空間を有し、該空間に熱媒体を流通させる様構成したので、熱媒体によりベローズを効果的に加熱、冷却することができるという優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

先ず、図１、図２に於いて、本発明の実施の対象となる枚葉式基板処理装置の概略を説明する。

尚、本発明が適用される基板処理装置に於いては、ウェーハ等の基板を搬送するキャリアとしては、ＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ：以下、ポッドという。）が使用されている。又、以下の説明に於いて、前後左右は図１を基準とする。即ち、図１が示されている紙面に対して、前は紙面の下、後ろは紙面の上、左右は紙面の左右とする。

図１及び図２に示されている様に、基板処理装置は真空状態等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１の搬送室１を備えており、該第１の搬送室１の筐体２は平面視が６角形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。前記第１の搬送室１には負圧下で２枚のウェーハ３を同時に移載する第１の基板移載機４が設置されている。該第１の基板移載機４は、エレベータ５によって、前記第１の搬送室１の気密性を維持しつつ昇降できる様に構成されている。

前記筐体２の６枚の側壁の内、前側に位置する２枚の側壁には、搬入用の予備室６と搬出用の予備室７とがそれぞれゲートバルブ８，９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。更に、前記予備室６には搬入用の基板置き台１１が設置され、前記予備室７には搬出用の基板置き台１２が設置されている。

前記予備室６及び予備室７の前側には、略大気圧下で用いられる第２の搬送室１３が、ゲートバルブ１４，１５を介して連結されている。前記第２の搬送室１３には２枚のウェーハ３を同時に移載する第２の基板移載機１６が設置されている。該第２の基板移載機１６は前記第２の搬送室１３に設置されたエレベータ１７によって昇降される様に構成されていると共に、リニアアクチュエータ１８によって左右方向に往復移動される様に構成されている。

図１に示されている様に、前記第２の搬送室１３の左側には基板姿勢合せ（オリフラ合わせ）装置１９が設置されている。又、図２に示されている様に、前記第２の搬送室１３の上部にはクリーンエアを供給するクリーンユニット２１が設置されている。

図１及び図２に示されている様に、前記第２の搬送室１３の筐体２２には、ウェーハ３を前記第２の搬送室１３に対して搬入搬出する為のウェーハ搬入搬出口２３と、該前記ウェーハ搬入搬出口２３を閉塞する蓋２４と、ポッドオープナ２５がそれぞれ設置されている。該ポッドオープナ２５は、Ｉ／Ｏステージ２６に載置されたポッド２７のキャップ及び前記ウェーハ搬入搬出口２３を閉塞する蓋２４を開閉するキャップ開閉機構２８とを備えており、前記Ｉ／Ｏステージ２６に載置されたポッド２７のキャップ及び前記ウェーハ搬入搬出口２３を閉塞する蓋２４を前記キャップ開閉機構２８によって開閉することにより、ポッド２７に対するウェーハ３の出入れを可能にする。又、ポッド２７は図示しない工程内搬送装置（ＲＧＶ）によって、前記Ｉ／Ｏステージ２６に、供給及び搬出される様になっている。

図１に示されている様に、前記筐体２の６枚の側壁のうち背面側に位置する２枚の側壁には、ウェーハ３に所望の処理を行う第１の処理炉２９と、第２の処理炉３１とがそれぞれ隣接してゲートバルブ３２，３３を介して連結されている。前記筐体２に於ける６枚の側壁のうちの残りの互いに対向する２枚の側壁には、第３の処理炉としての第１のクーリングユニット３４と、第４の処理炉としての第２のクーリングユニット３５とがそれぞれ連結されており、前記第１のクーリングユニット３４及び第２のクーリングユニット３５はいずれも処理済みのウェーハ３を冷却する様に構成されている。

以下、処理工程を説明する。

未処理のウェーハ３は２５枚がポッド２７に収納された状態で、処理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くる。図１及び図２に示されている様に、搬送されてきたポッド２７は前記Ｉ／Ｏステージ２６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２７のキャップ及び前記ウェーハ搬入搬出口２３を開閉する蓋２４が前記キャップ開閉機構２８によって取り外され、ポッド２７のウェーハ出し入れ口が開放される。

ポッド２７が前記ポッドオープナ２５により開放されると、前記第２の搬送室１３に設置された前記第２の基板移載機１６はポッド２７からウェーハ３を２枚ずつピックアップし、前記予備室６に搬入し、２枚のウェーハ３を前記基板置き台１１に移載する。この移載作業中には、前記第１の搬送室１側のゲートバルブ８は閉じられており、前記第１の搬送室１の負圧は維持されている。ウェーハ３の前記基板置き台１１への移載が完了すると、前記ゲートバルブ１４が閉じられ、前記予備室６が排気装置（図示せず）によって負圧に排気される。

前記予備室６が予め設定された圧力値に減圧されると、前記ゲートバルブ８，３２が開かれ、前記予備室６、第１の搬送室１、第１の処理炉２９が連通される。続いて、前記第１の搬送室１の第１の基板移載機４は前記基板置き台１１からウェーハ３を２枚ずつピックアップして前記第１の処理炉２９に搬入する。そして、該第１の処理炉２９内に処理ガスが供給され、所望の処理がウェーハ３に行われる。

前記第１の処理炉２９で前記処理が完了すると、処理済みの２枚のウェーハ３は前記第１の搬送室１の第１の基板移載機４によって前記第１の搬送室１に搬出される。

而して、前記第１の基板移載機４は前記第１の処理炉２９から搬出したウェーハ３を前記第１のクーリングユニット３４へ搬入し、処理済みのウェーハ３を冷却する。

前記第１のクーリングユニット３４に２枚のウェーハ３を移載すると、前記第１の基板移載機４は前記予備室６の基板置き台１１に予め準備された２枚のウェーハ３を前記第１の処理炉２９に前述した作動によって移載し、該第１の処理炉２９内に処理ガスが供給され、所望の処理がウェーハ３に行われる。

前記第１のクーリングユニット３４に於いて予め設定された冷却時間が経過すると、冷却済みのウェーハ３は前記第１の基板移載機４によって前記第１のクーリングユニット３４から前記第１の搬送室１に搬出される。

冷却済みの２枚のウェーハ３が前記第１のクーリングユニット３４から前記第１の搬送室１に搬出された後、前記ゲートバルブ９が開かれる。そして、前記第１の基板移載機４は前記第１のクーリングユニット３４から搬出した２枚のウェーハ３を前記予備室７へ搬送し、前記基板置き台１２に移載した後、前記予備室７は前記ゲートバルブ９によって閉じられる。

前記予備室７が前記ゲートバルブ９によって閉じられると、前記予備室７内が不活性ガスにより略大気圧に戻される。前記予備室７内が略大気圧に戻されると、前記ゲートバルブ１５が開かれ、前記第２の搬送室１３の予備室７に対応した前記ウェーハ搬入搬出口２３を閉塞する蓋２４と、前記Ｉ／Ｏステージ２６に載置された空のポッド２７のキャップが前記ポッドオープナ２５によって開かれる。続いて、前記第２の搬送室１３の第２の基板移載機１６は前記基板置き台１２から２枚のウェーハ３をピックアップして前記第２の搬送室１３に搬出し、該第２の搬送室１３のウェーハ搬入搬出口２３を通してポッド２７に収納していく。処理済みの２５枚のウェーハ３のポッド２７への収納が完了すると、ポッド２７のキャップと前記ウェーハ搬入搬出口２３を閉塞する蓋２４が前記ポッドオープナ２５によって閉じられる。閉じられたポッド２７は前記Ｉ／Ｏステージ２６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いく。

以上の作動が繰り返されることにより、ウェーハ３が、２枚ずつ順次、処理されていく。以上の作動は第１の処理炉２９及び第１のクーリングユニット３４が使用される場合を例にして説明したが、第２の処理炉３１及び第２のクーリングユニット３５が使用される場合についても同様の作動が実施される。

尚、上述の基板処理装置では、予備室６を搬入用、予備室７を搬出用としたが、予備室７を搬入用、予備室６を搬出用としてもよい。又、第１の処理炉２９と第２の処理炉３１は、それぞれ同じ処理を行ってもよいし、別の処理を行ってもよい。第１の処理炉２９と第２の処理炉３１で別の処理を行う場合、例えば第１の処理炉２９でウェーハ３にある処理を行った後、続けて第２の処理炉３１で別の処理を行わせてもよい。又、第１の処理炉２９でウェーハ３にある処理を行った後、第２の処理炉３１で別の処理を行わせる場合、第１のクーリングユニット３４（又は第２のクーリングユニット３５）を経由する様にしてもよい。

以下、処理炉としてホットウォール式の処理炉の一例を図３、図４に於いて説明する。

尚、前記第１の処理炉２９と前記第２の処理炉３１とは同一構造であるので、以下は第１の処理炉２９について説明する。

石英製、炭化珪素製、又はアルミナ製の反応容器であり、処理室を画成する反応管４１は水平方向に扁平な空間を有しており、内部に基板としてのウェーハ３を収容する。

前記反応管４１内部にはウェーハ３を支持する基板保持手段としてのウェーハ支持台４２が設けられ、前記反応管４１の両端には気密にマニホールドとしてのガス導入フランジ４３、ガス導入フランジ４４が設けられ、一方のガス導入フランジ４３には更に前記ゲートバルブ３２を介して前記第１の搬送室１が連設されている。

前記ガス導入フランジ４３、ガス導入フランジ４４にはそれぞれガス導入ラインとしての供給管４５，４６、排気ラインとしての排気管４８，４９が連通される。前記供給管４５，４６には、前記反応管４１内に導入するガスの流量を制御する流量制御手段５１，５２がそれぞれ設けられている。前記排気管４８，４９には、前記反応管４１内の圧力を制御する圧力制御手段５３，５４がそれぞれ設けられている。

前記排気管４８の所要位置にはベローズ継手６１及び開閉弁６２が設けられ、前記排気管４９の所要位置には同様にしてベローズ継手６３及び開閉弁６４が設けられ、前記ベローズ継手６１、前記ベローズ継手６３にはそれぞれベローズ加熱装置６５，６６が設けられている。又、前記排気管４８，４９にはテープヒータ等所要の加熱手段が設けられ、該加熱手段、前記ベローズ加熱装置６５，６６は後述する主制御部５９によって制御される。

前記反応管４１の上下にはそれぞれ加熱手段としての上ヒータ５５、下ヒータ５６が設けられ、前記反応管４１内部を均一に又は所定の温度勾配を生じさせて加熱する様になっている。前記上ヒータ５５、前記下ヒータ５６には、それぞれのヒータ温度を制御する温度制御手段５７が接続されている。又、前記上ヒータ５５、前記下ヒータ５６及び前記反応管４１を覆う様に断熱部材としての断熱材５８が設けられている。前記反応管４１内の温度、圧力、前記反応管４１内に供給するガスの流量は、それぞれ前記温度制御手段５７、前記圧力制御手段５３，５４、前記流量制御手段５１，５２により、所定の温度、圧力、流量となる様制御される。又、前記温度制御手段５７、前記圧力制御手段５３，５４、前記流量制御手段５１，５２は、前記主制御部５９により制御される。

前記ベローズ継手６１，６３、前記ベローズ加熱装置６５，６６は、それぞれ同一構造であり、以下図５に於いて、ベローズ継手６１、ベローズ加熱装置６５を説明する。

前記排気管４８に接続されるフランジ６８，６９間に内側ベローズ７１、外側ベローズ７２を同心で且つ気密に設け、前記内側ベローズ７１と前記外側ベローズ７２間に円筒状の空間７３を形成する。

前記外側ベローズ７２に熱媒体循環路７４の流入端７５、流出端７６をそれぞれ接続し、前記熱媒体循環路７４を前記空間７３に連通させる。前記熱媒体循環路７４の所要位置に熱媒体加熱循環装置７７を設け、該熱媒体加熱循環装置７７により熱媒体を加熱し、前記熱媒体循環路７４、前記空間７３に加熱した熱媒体を循環させる。熱媒体としては、空気、或はヘリウムガス等の気体、水或は油等の液体等流体が使用される。

前記流入端７５の近傍には入側温度センサ７８、前記流出端７６の近傍には出側温度センサ７９が設けられ、前記空間７３に流入する熱媒体の温度、流出する熱媒体の温度を検出し、検出結果を温度検出器８１に出力する。該温度検出器８１は、熱媒体の流入時の温度、流出時の温度を検出すると共に温度偏差を演算して加熱制御部８２に出力する。該加熱制御部８２は、前記温度検出器８１から入力された信号を基に前記熱媒体加熱循環装置７７による熱媒体の加熱を制御する。

次に、半導体装置の製造工程の一工程として、上述した処理炉を用いて基板を処理する方法について説明する。

前記反応管４１内の温度が前記ヒータ５５，５６により処理温度に維持された状態で、前記ゲートバルブ３２が開かれ、前記第１の基板移載機４により図３中左方より前記反応管４１内にウェーハ３が搬入され、前記ウェーハ支持台４２に載置される。本例ではウェーハ支持台４２には２枚のウェーハ３が載置され、２枚のウェーハ３が同時に処理される。尚、同時に処理する２枚のウェーハ３の熱履歴を等しくする為にウェーハ３は２枚同時に前記反応管４１内に搬送される。ウェーハ３が前記反応管４１内に搬入されると同時にウェーハ３の処理温度迄の昇温が開始される。

前記第１の基板移載機４が後退して前記ゲートバルブ３２が閉じられた後、前記反応管４１内の圧力は処理圧力となる様前記圧力制御手段５３，５４により制御され（圧力安定化）、前記反応管４１内の温度はウェーハ温度が処理温度となる様前記温度制御手段５７により制御される（温度安定化）。前記反応管４１内の圧力安定化、ウェーハ３の温度安定化の際、前記反応管４１内には供給管４５，４６より不活性ガスが導入されつつ前記排気管４８，４９より排気され、前記反応管４１内は、不活性ガス雰囲気とされる。

該反応管４１内の圧力が処理圧力に安定化し、ウェーハ３の温度が処理温度に安定化した後、前記反応管４１内に前記供給管４５，４６より処理ガスが導入され、前記排気管４８，４９より排気されることにより、ウェーハ３が処理される。

この際、処理の均一性を確保する為、処理ガスは対角に向って交互に流すのが好ましい。即ち、例えば、先ず処理ガスを前記供給管４５から前記排気管４９に向ってウェーハ３の表面に対して略水平な方向に流し、その後、それとは反対向きに、即ち前記供給管４６から前記排気管４８に向ってウェーハ３の表面に対して略水平な方向に流し、所要時間毎に流れの向きを変更するのが好ましい。尚、処理の均一性が処理ガスの流れの向きに依存しない様な場合は、処理ガスは一方向に向って流れる様にしてもよい。即ち、例えば前記供給管４５から前記排気管４９に向ってウェーハ３の表面に対して略水平な方向に、或は前記供給管４６から前記排気管４８に向ってウェーハ３の表面に対して略水平な方向に流れる様にしてもよい。

基板の処理中、排気ガスは前記排気管４８、排気管４９より、排出される。処理中、前記排気管４８及び前記排気管４９はテープヒータ等の前記加熱手段によってそれぞれ排気ガス中の反応生成物が析出する温度以上に加熱される。

又、前記ベローズ継手６１、ベローズ継手６３は前記ベローズ加熱装置６５、ベローズ加熱装置６６によって、加熱される。即ち、前記熱媒体加熱循環装置７７によって加熱された熱媒体が前記空間７３を循環されることで、前記内側ベローズ７１が反応生成物の析出温度以上の温度に加熱維持される。

尚、該内側ベローズ７１の温度は直接検出することはできないが、熱媒体の前記流入端７５の温度、及び該流入端７５の温度と前記流出端７６の温度との温度偏差を知ることで、前記内側ベローズ７１の温度は実験的、或は計算によって求めることができる。而して、前記加熱制御部８２は前記温度検出器８１からの信号を基に熱媒体の温度が所要の温度となる様、前記熱媒体加熱循環装置７７を制御する。

ウェーハ３処理中、前記排気管４８，４９内に圧力変動が生じ、該排気管４８，４９の各部位に変位が発生するが、前記ベローズ継手６１、ベローズ継手６３によって変位が吸収され、前記排気管４８，４９に過剰な負荷が発生することはない。又、該排気管４８，４９内に高温のガスが流通することで、熱膨張が発生するが、熱膨張による前記排気管４８，４９の変位も同様に前記ベローズ継手６１、ベローズ継手６３によって吸収される。

ウェーハ３の処理が完了すると、前記反応管４１内の残留ガスを除去する為に、該反応管４１内には、前記供給管４５，４６より不活性ガスが導入されつつ、前記排気管４８，４９より排気され、前記反応管４１内がパージされる。尚、ウェーハ処理時の処理ガスの供給流量、ウェーハ処理前又は後の不活性ガスの供給流量は前記流量制御手段５１，５２により制御される。

前記反応管４１内のパージ後、該反応管４１内の圧力を前記圧力制御手段５３，５４により、ウェーハ搬送圧力となる様調整する。前記反応管４１内の圧力が搬送圧力となった後、前記ゲートバルブ３２が開かれ、ウェーハ３は、前記第１の基板移載機４によって前記反応管４１から前記第１の搬送室１へ搬出される。

尚、上述の圧力制御手段５３，５４による反応管４１内の圧力制御、温度制御手段５７による反応管４１内の温度制御、流量制御手段５１，５２による反応管４１内へのガス流量制御、前記ベローズ継手６１，６３の加熱制御は、主制御部５９が各制御手段を制御することにより行われる。

尚、前記開閉弁６２，６４を保守の為着脱する作業は、前記ベローズ継手６１，６３が介在するので、容易に行われる。

又、前記ベローズ継手６１，６３については加熱したが、排気ラインが冷却を必要とする場合は、前記空間７３に冷却用の熱媒体を流通させてもよい。更に前記ベローズ継手６１，６３は処理ガス導入ラインに設けてもよい。

本発明の実施の実施の対象となる基板処理装置の概略平断面図である。 本発明の実施の実施の対象となる基板処理装置の概略立断面図である。 該基板処理装置の処理室の要部を示す概略立断面図である。 該基板処理装置の処理室の要部を示す概略平断面図である。 該基板処理装置に用いられるベローズ継手、ベローズ加熱装置の概略説明図である。

符号の説明

３ ウェーハ
４ 第１の基板移載機
２７ ポッド
２９ 第１の処理炉
３１ 第２の処理炉
４８，４９ 排気管
６１，６３ ベローズ継手
６２，６４ 開閉弁
６５，６６ ベローズ加熱装置
７１ 内側ベローズ
７２ 外側ベローズ
７３ 空間
７４ 熱媒体循環路
７７ 熱媒体加熱循環装置
７８ 入側温度センサ
７９ 出側温度センサ
８１ 温度検出器
８２ 加熱制御部

Claims (1)

1. 処理室に基板を収納し、前記処理室に処理ガスを導入しつつ排気ガスを排気し、基板を加熱して基板の処理を行う基板処理装置に於いて、排気ガスを排気する排気管の所要位置にベローズ継手が設けられ、該ベローズ継手が同心の２重のベローズにより形成される密閉された空間を有し、該空間に熱媒体を流通させる様構成したことを特徴とする基板処理装置。

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