JP2005277259A

JP2005277259A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2005277259A
Application number: JP2004091158A
Authority: JP
Inventors: Akinori Ishii; 昭紀石井
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】Ｏリングからの脱ガスを抑え、かつ半導体ウエハの金属汚染を抑制できる基板処理装置を提供する。
【解決手段】ウエハ２００を加熱するヒータ２０７と、所望の処理ガスが供給され、ウエハ２００を加熱処理する空間を提供し、基板搬入出口１６１を有する処理室２０１と、少なくとも搬入出口と搬入出口を塞ぐシールキャップ２１９との間に設けられたＯリングを冷却する冷却用流体が流通する冷却水経路１５９と、を有した基板処理装置であって、処理室２０１にて処理されたウエハ２００を処理室２０１から搬出した後、冷却水経路１５９から冷却用流体を取り除くようにした基板処理装置。
【選択図】図３

Description

本発明は基板処理装置に関し、特に冷却水供給手段を備えた縦型ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置に関する。

一般的な縦型ＣＶＤ装置では、被処理基板としての半導体ウエハを処理室に搬入出する搬入出口と、その搬入出口を塞ぐ蓋体との間にＯリングが用いられている。基板を処理する際に、てＯリングの温度上昇を抑制し、Ｏリングからの脱ガスを抑えるために、搬入出口付近のフランジに冷却水経路を設けている。

しかしながら、このような構造の縦型ＣＶＤ装置で、成膜用のガスとして、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＨＣｌ等を含むガスを用いた場合に、半導体ウエハの金属汚染が生じるという問題があった。

従って、本発明の主な目的は、Ｏリングからの脱ガスを抑え、かつ半導体ウエハの金属汚染を抑制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、
基板を加熱する加熱手段と、
所望の処理ガスが供給され、基板を加熱処理する空間を提供し、基板搬入出口を有する処理室と、
少なくとも前記搬入出口と搬入出口を塞ぐ蓋体との間に設けられた気密手段を冷却する冷却用流体が流通する冷却経路と、を有した基板処理装置であって、
前記処理室にて処理された基板を前記処理室から搬出した後、前記冷却経路から冷却用流体を取り除くことを特徴とする基板処理装置が提供される。

本発明によれば、Ｏリングからの脱ガスを抑え、かつ半導体ウエハの金属汚染を抑制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。

本実施例では、装置内の特定部分を冷却する構成において、任意に冷却水を止めて、水抜きをするための配管、バルブ構成を備えている。

図１は、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り、図２は、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り、図３は、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り、図４は、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部分縦断面図であり、図５は、本発明の好ましい実施例における減圧ＣＶＤ装置の処理炉の冷却水系統図であり、図６は、本発明の好ましい実施例における減圧ＣＶＤ装置の処理炉の冷却水系統図である。

図１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。

次に、本実施例の基板処理装置である減圧ＣＶＤ装置の処理炉周辺の構成を図２を参照して説明する。

気密室としてのロードロック室１０２の外面に下基板１４５が設けられ、下基板１４５に立設したガイドシャフト１４６の上端に上基板１４７が設けられ、下基板１４５と上基板１４７間に掛渡してボール螺子１４４が回転自在に設けられる。ボール螺子１４４は上基板１４７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には昇降台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には中空の昇降シャフト１５０が垂設され、昇降台１４９と昇降シャフト１５０の支持部は気密となっている。昇降シャフト１５０はロードロック室１０２の天板１５１を遊貫し、ロードロック室１０２の底面近くに到達する。天板１５１の貫通部は昇降シャフト１５０の昇降動に対して接触することがない様充分な余裕があり、又ロードロック室１０２と昇降台１４９間には昇降シャフト１５０の突出部を覆う伸縮性を有する壁（例えばベローズ１１９）が気密に設けられ、ベローズ１１９は昇降台１４９の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有し、ベローズ１１９の内径は昇降シャフト１５０の外形に比べ充分に大きくベローズ１１９の伸縮で接触することがない様になっている。

昇降シャフト１５０の下端には昇降基板１５２が水平に固着される。昇降基板１５２の下面には駆動部カバー１５３が取付けられ、駆動部収納ケース１５４が構成されている。昇降基板１５２と駆動部カバー１５３との接合部にはＯリング等のシール部材により密閉される。従って、駆動部収納ケース１５４内部はロードロック室１０２内の雰囲気と隔離される。

また、昇降基板１５２の下面にはボート２１７の回転機構１５６が設けられ、回転機構１５２の周辺は、冷却手段１５７により、冷却される。

電力供給ケーブル１５８が昇降シャフト１５０の上端から昇降シャフト１５０の中空部を通って回転機構１５６に導かれて接続されている。また、冷却手段１５７および後述するマニホールド（インレットアダプター）２０９には冷却水経路１５９が形成されており、冷却水経路１５９には冷却水を供給する冷却水配管１６０が接続され、冷却水配管１６０は昇降シャフト１５０の上端から昇降シャフト１５０の中空部を通っている。

昇降基板１５２の上面には、シールキャップ２１９が気密に設けられる。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、昇降シャフト１５０を介して駆動部収納ケース１５４を上昇させる。

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。ウエハ処理が完了すると、昇降モータ１４８が駆動されて、ボート２１７が降下され、ウエハを外部に搬出できる状態となる。

次に、本実施例の基板処理装置である減圧ＣＶＤ装置の処理炉の詳細を図３、図４を参照して説明する。

図３、４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（インレットアダプタ）２０９と、マニホールド（インレットアダプタ）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および第３のガス供給源１８２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。

マニホールド（インレットアダプタ）２０９は、筒３０１とその上下に取り付けられたフランジ３０２、３０３とを備えている。上側のフランジ３０２とアウターチューブ２０５のフランジ３５１との間にはＯリング３４０が設けられ、下側のフランジ３０３とシールキャップ２１９との間にはＯリング３４１が設けられている。マニホールド（インレットアダプタ）２０９の冷却水経路１５９は、冷却水経路３１１、冷却水経路３１２および冷却水経路３１３を備えている。上側のフランジ３０２には冷却水経路３１１が設けられ、筒３０１には冷却水経路３１３が設けられ、下側のフランジ３０３には冷却水経路３１２が設けられている。冷却水経路３１１には冷却水導入経路３２１と冷却水排出経路３３１が接続され、冷却水が冷却水導入経路３２１から供給され、冷却水経路３１１を経由して冷却水排出経路３３１から排出される。冷却水経路３１２には冷却水導入経路３２２と冷却水排出経路３３２が接続され、冷却水が冷却水導入経路３２２から供給され、冷却水経路３１２を経由して冷却水排出経路３３２から排出される。冷却水経路３１３には冷却水導入経路３２３と冷却水排出経路３３３が接続され、冷却水が冷却水導入経路３２３から供給され、冷却水経路３１３を経由して冷却水排出経路３３３から排出される。冷却水経路３１１、３１２、３１３によりマニホールド（インレットアダプタ）２０９が冷却され、それによってＯリング３４０、３４１の温度上昇が抑えられている。なお、マニホールド（インレットアダプタ）２０９は、ステンレス（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６Ｌ）、ハステロイ等の金属で構成されている。

なお、ヒータ２０７、回転機構１５６、ＭＦＣ１８３、１８４、１８５、バルブ１７５、１７６、１７７、１７８、１７９、昇降モータ１４８、ロードロックドア１２３、ゲートバルブ２４４、後述するバルブ３６１〜３６４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、マニホールド（インレットアダプタ）２０９の冷却水経路１５９への冷却水の供給および停止等が制御装置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ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＨＣｌおよびＨ_２を用いてエピタキシャルＳｉ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７５０℃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_２Ｃｌ_２、ＨＣｌおよび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。ガス供給管を開閉するバルブ１７７，１７８，１７８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１００Ｐａに保って、減圧ＣＶＤ法により、ウエハ２００にエピタキシャルＳｉ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。

例えば、Ｓｉ、あるいはＳｉＧｅ等のエピタキシャルＣＶＤの場合には、マニホールド（インレットアダプタ）２０９と反応管２０５との間に設置されるＯリング３４０、マニホールド（インレットアダプタ）２０９とガス供給管２３２およびガス排気管２３１との接続部にそれぞれ設置されるＯリング（図示せず）がヒータ２０７によって加熱されるため、これらのＯリングから脱ガス（酸素、フッ素、炭素等）が生じ、それによってエピタキシャル膜の膜質劣化を引き起こすため大きな問題となる。そこで、図３、図４に示すように、マニホールド（インレットアダプタ）２０９に冷却水径路１５９を設け、冷却水を流してＯリングの温度上昇を抑制し、脱ガスを抑える構造としている。

しかしながら、成膜ガスとして、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＨＣｌ等を用いた場合、マニホールド（インレットアダプタ）２０９が水冷されて温度が低くなっているため、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＨＣｌ等が再液化するという問題や、塩化シランポリマ等の副生成物が付着し易いと言う問題がある。液化したＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＨＣｌや、塩化シランポリマ等は、水分と反応すると金属を腐食させ、ウエハの金属汚染の原因となり、その結果、エピタキシャル膜の膜質劣化を引き起こしてしまう。

そこで、本実施例では、ウエハ２００が処理室２０１内に設置されている場合は、図５に示すように、バルブ３６１を開きマニホールド（インレットアダプタ）２０９に冷却水を流しＯリングからの脱ガスを抑制する。成膜処理が終了し、ウエハ２００が処理室２０１外に出された後には、バルブ３６１を閉じ、バルブ３６２を開けてマニホールド（インレットアダプタ）２０９内の冷却水を空気、あるいはＮ_２等の気体で押出し、水冷を止める。冷却水が止まることにより上部のヒータ２０７の熱影響でマニホールド（インレットアダプタ）２０９の温度も上昇し、付着したＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＨＣｌや塩化シランポリマを気化して排気することができる。

なお、装置構成、条件によってマニホールド（インレットアダプタ）２０９の温度がヒータ２０７の影響のみで上がらない場合は、別途マニホールド（インレットアダプタ）２０９の周囲にヒータを設け、バルブ３６１、３６２と連動して加熱する事も有効である。

また、設備の関係で冷却水系統に空気、あるいはＮ_２等の気体をあまり流す事が望ましくない場合は、図６に示すように、マニホールド（インレットアダプタ）２０９の二次側にバルブ３６３、３６４を設けて冷却水と気体の排気径路を切り換えることもできる。

なお、冷却水を止めることによるマニホールド（インレットアダプタ）２０９の温度の上昇に伴い、Ｏリングの温度も上昇するが、ウエハ２００が処理室２０１外にある状態ではＯリングの脱ガスは問題にはならない。また、冷却水がマニホールド（インレットアダプタ）２０９の冷却水経路１５９に流れず留まっていると、冷却水の温度が上昇し、水蒸気となり、冷却水経路１５９内が加圧状態となり、安全面で問題があるので、マニホールド（インレットアダプタ）２０９の冷却水経路１５９内の冷却水を空気、あるいはＮ_２等の気体で押出すようにしている。

本実施例の冷却水系統を実施する事により、Ｏリングからの脱ガスを抑え、かつ金属汚染を抑制した高清浄雰囲気での成膜が可能である。

なお、従来技術では図７に示すように常時冷却水を流してマニホールド（インレットアダプタ）２０９インレットアダプタを冷却していたので、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＨＣｌ等が再液化するという問題や、塩化シランポリマ等の副生成物が付着し易すく、液化したＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＨＣｌや、塩化シランポリマ等が、水分と反応して金属を腐食させ、ウエハの金属汚染の原因となり、その結果、エピタキシャル膜の膜質劣化を引き起こしてしまうという問題があった。

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。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装置の処理炉を説明するための概略構造部分縦断面図である。本発明の好ましい実施例における減圧ＣＶＤ装置の処理炉の冷却水系統図である。本発明の好ましい実施例における減圧ＣＶＤ装置の処理炉の冷却水系統図である。従来の減圧ＣＶＤ装置の処理炉の冷却水系統図である。

符号の説明

１００…カセット
１０１…筐体
１０２…ロードロック室
１０９…カセット棚
１１２…ウエハ移載機
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
１４８…昇降モータ
１４９…昇降台
１５９…冷却水経路
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
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（インレットアダプタ）
２１７…ボート
２１９…シールキャップ
２３１…ガス排気管
２３２…ガス供給管
２３６…排気管
２４４…ゲートバルブ
２４６…真空ポンプ
３０１…筒
３０２、３０３…フランジ
３１１、３１２、３１３…冷却水経路
３２１、３２２、３２３…冷却水導入経路
３３１、３３２、３３３…冷却水排出経路
３４０、３４１…Ｏリング
３５１…フランジ
３６１〜３６４…バルブ

Claims

基板を加熱する加熱手段と、
所望の処理ガスが供給され、基板を加熱処理する空間を提供し、基板搬入出口を有する処理室と、
少なくとも前記搬入出口と搬入出口を塞ぐ蓋体との間に設けられた気密手段を冷却する冷却用流体が流通する冷却経路と、を有した基板処理装置であって、
前記処理室にて処理された基板を前記処理室から搬出した後、前記冷却経路から冷却用流体を取り除くことを特徴とする基板処理装置。