JP2005285926A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
処理後のボート、ウェーハと昇降駆動部間の熱遮蔽性を向上させ、ウェーハの処理品質、歩留りの向上を図る。
【解決手段】
処理炉６と、基板１６を保持する基板保持具１５と、該基板保持具が設けられる蓋体１４と、アーム１１を介して前記蓋体に接続され前記基板保持具を前記処理炉に出入れする駆動部９と、該駆動部の基板保持具側に設けられ駆動部への輻射熱を遮断する熱遮蔽板４９とを具備し、前記アームは前記熱遮蔽板を迂回して前記蓋体に接続された。
【選択図】 図２

Description

本発明はシリコンウェーハ等の基板に酸化膜等の膜生成、不純物の拡散、エッチング、アニール処理等の処理を行い半導体装置を製造する半導体製造装置に関するものである。

半導体製造装置としては、基板（以下ウェーハと称す）を１枚ずつ処理する枚葉式の半導体製造装置、或は所定枚数を一度に処理するバッチ式の半導体製造装置がある。更に、バッチ式の半導体製造装置の１つに縦型処理炉を具備する縦型半導体製造装置がある。

縦型の半導体製造装置は、基板保持具であるボートによりウェーハを処理炉内で水平姿勢で多段に保持し、所要の処理を行う様になっており、又ボートを処理炉内に装入、引出しするボートエレベータを具備している。

又、処理炉下側に気密に連設されたロードロック室を有する半導体製造装置があり、斯かる半導体製造装置では前記ボートエレベータはロードロック室内に設けられている。

ロードロック室を有する従来の半導体製造装置について、図７により概略を説明する。

ヒータベース１上に円筒状のヒータ２が立設され、該ヒータ２内に同心に均熱管３が立設されている。該均熱管３内に同心に反応管４が設けられ、該反応管４は後述するロードロック室５に気密に立設されている。前記ヒータ２、均熱管３、反応管４によって処理炉６が構成され、前記反応管４によって処理室７が画成される。

前記ロードロック室５内にはボートエレベータ８が設けられており、該ボートエレベータ８は昇降駆動部９及び該昇降駆動部９によって昇降されるアーム１１、該アーム１１に設けられた昇降台１２、該昇降台１２にバネ等の弾性部材１３を介して設けられた蓋体１４を具備し、該蓋体１４にウェーハ保持具であるボート１５が垂直に立設されている。該ボート１５にはウェーハ１６が水平姿勢で多段に保持される様になっており、前記ボート１５には図示しない基板移載機によりウェーハ１６が移載される様になっている。

図中、１８は前記蓋体１４と炉口部１７間をシールするＯリング等のシール部材であり、１９は昇降位置を検出する位置センサである。

図８は、前記昇降駆動部９を示している。

下ベース２１と上ベース２２間にガイドシャフト２３が設けられると共にボール螺子等の螺子ロッド２４が回転自在に設けられ、該螺子ロッド２４は図示しないモータにより回転される様になっている。前記ガイドシャフト２３、前記螺子ロッド２４には昇降ブロック２５が設けられ、該昇降ブロック２５より前記アーム１１（図７参照）が水平方向に延出している。

前記昇降駆動部９の前記ボート１５に対峙する側には熱遮蔽板２６が設けられ、該熱遮蔽板２６は前記アーム１１と干渉しない様に、３分割され、上下方向に延びる２本のスリット間隙２７が形成され、前記アーム１１は前記スリット間隙２７内を非接触で昇降する様になっている。前記熱遮蔽板２６は、輻射熱を反射する様に、鏡面仕上げされたステンレス板が用いられている。

前記ボートエレベータ８により前記ボート１５が上昇され、前記処理室７に装入される。前記ボート１５の装入状態では、前記蓋体１４により前記炉口部１７が気密に閉塞される。

前記ウェーハ１６の処理は、前記処理室７が減圧され、前記ヒータ２により炉内が加熱され、前記処理室７に所要の処理ガスが導入され、前記ウェーハ１６は前記ボート１５に保持された状態で所要の処理がなされる様になっている。

前記ウェーハ１６の処理が終ると、前記ボートエレベータ８により前記ボート１５が降下され、前記ロードロック室５内に引出され、所要の温度迄冷却される。

処理後の前記ボート１５、前記ウェーハ１６は高温となっており、前記ウェーハ１６からの熱輻射等の放熱で、前記昇降駆動部９が加熱される。該昇降駆動部９の可動部には潤滑等の為にグリース等が塗布されており、加熱によりグリース等が蒸発すると、処理後のウェーハ１６を汚染する。前記熱遮蔽板２６は前記ボート１５、前記ウェーハ１６からの輻射熱等を遮蔽する。

図９は前記ボートエレベータ８に於けるボート１５、ウェーハ１６と、昇降駆動部９との関係を具体的に示すものである。

上記した様に、前記熱遮蔽板２６は前記アーム１１との緩衝を避ける為に、前記スリット間隙２７が形成されて、該スリット間隙２７の部分は熱遮蔽効果がなく、図９中斜線で示す様に該スリット間隙２７部分を透過した輻射熱が前記昇降駆動部９、特に前記ガイドシャフト２３、前記螺子ロッド２４を加熱する様になっており、完全な遮蔽効果が得られていない。例えば、前記処理炉６内の温度が、６５０℃の時、前記ガイドシャフト２３、螺子ロッド２４の雰囲気温度は約２００℃迄上昇する。

この為、従来の半導体製造装置では、可動部に塗布されているグリースの蒸発が考えられ、蒸発したグリースにより処理後のウェーハ１６を汚染する虞れがあった。

更に、前記ガイドシャフト２３、前記螺子ロッド２４が加熱されることで熱膨張し、前記ボートエレベータ８に支持された前記ボート１５の上下方向の位置に変位が生じ、該ボート１５にウェーハ１６を移載する際に、図示しない基板移載機のウェーハ載置部と干渉する虞れが生じる。

本発明は斯かる実情に鑑み、処理後のボート、ウェーハと昇降駆動部間の熱遮蔽性を向上させ、ウェーハの処理品質、歩留りの向上を図るものである。

本発明は、処理炉と、基板を保持する基板保持具と、該基板保持具が設けられる蓋体と、アームを介して前記蓋体に接続され前記基板保持具を前記処理炉に出入れする駆動部と、該駆動部の基板保持具側に設けられ駆動部への輻射熱を遮断する熱遮蔽板とを具備し、前記アームは前記熱遮蔽板を迂回して前記蓋体に接続された半導体製造装置に係るものである。

本発明によれば、処理炉と、基板を保持する基板保持具と、該基板保持具が設けられる蓋体と、アームを介して前記蓋体に接続され前記基板保持具を前記処理炉に出入れする駆動部と、該駆動部の基板保持具側に設けられ駆動部への輻射熱を遮断する熱遮蔽板とを具備し、前記アームは前記熱遮蔽板を迂回して前記蓋体に接続されたので、処理後高温となっている基板保持具、基板からの輻射熱が駆動部に到達することがなく、駆動部の潤滑剤の蒸発を防止し、基板の汚染を防止し、更に駆動部の熱膨張を抑制し、基板保持具の位置ずれによる基板移載時の基板の傷付きを防止し、歩留りの向上が図れ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。

図１、図２に於いて、本発明が実施される半導体製造装置について説明する。尚、図１中、図７中で示したものと同等のものには同符号を付してある。

筐体３１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３２の授受を行う収納容器授受部としてのカセットステージ３３が設けられ、該カセットステージ３３の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ３４が設けられ、該カセットエレベータ３４には搬送手段としてのカセット搬送機３５が取付けられている。前記カセットエレベータ３４の後側には、前記カセット３２の載置手段としてのカセット棚３６が設けられ、該カセット棚３６はスライドステージ３７上に横行可能に設けられている。

又、前記カセット棚３６の上方には前記カセット３２の載置手段としてのバッファカセット棚３８が設けられている。更に、該バッファカセット棚３８の後側にはクリーンユニット３９が設けられ、該クリーンユニット３９はクリーンエアを前記筐体３１の内部を流通させる様に構成されている。

該筐体３１の後部上方には処理炉６が設けられ、該処理炉６の下側には、気密室としてのロードロック室５が仕切弁としてのゲートバルブ４１を介して連設され、前記ロードロック室５の前面には前記カセット棚３６と対向する位置に仕切手段としてのロードロックドア４２が設けられている。

前記ロードロック室５には、前記処理炉６に対して昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ８が内設され、該ボートエレベータ８には蓋体としてのシールキャップ１４が取付けられ、該シールキャップ１４には基板保持具であるボート１５が垂直に載置され、該ボート１５はウェーハ１６を水平姿勢で多段に保持している。

前記ロードロック室５には排気ライン４３、ガス供給ライン４４が連通され、前記ロードロック室５内が真空引きされ、又窒素ガス等の不活性ガスがガスパージ等の目的で供給可能となっている。

前記ロードロック室５と前記カセット棚３６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、該移載エレベータには基板移載手段としてのウェーハ移載機４５が取付けられている。

以下、半導体製造装置に於ける一連の作動を説明する。

図示しない外部搬送装置から搬送された前記カセット３２は、前記カセットステージ３３に載置され、該カセットステージ３３で前記カセット３２の姿勢を９０゜変更され、前記カセットエレベータ３４の昇降動作、横行動作及び、前記カセット搬送機３５の進退動作の協働により前記カセット棚３６又は、前記バッファカセット棚３８に搬送される。

前記ウェーハ移載機４５により前記カセット棚３６から前記ボート１５へ前記ウェーハ１６が移載される。該ウェーハ１６を移載する準備として、前記ボート１５が前記ボートエレベータ８により前記ロードロック室５内に降下され、前記ゲートバルブ４１により前記処理炉６が閉塞され、更に前記ロードロック室５の内部に前記ガス供給ライン４４から窒素ガス等のパージガスが導入される。前記ロードロック室５が大気圧に復圧された後、前記ロードロックドア４２が開かれる。

前記スライドステージ３７は前記カセット棚３６を水平移動させ、移載の対象となる前記カセット３２を前記ウェーハ移載機４５に対峙する様に位置決めする。該ウェーハ移載機４５は昇降動作、回転動作の協働により前記ウェーハ１６を前記カセット３２より前記ボート１５へと移載する。前記ウェーハ１６の移載はいくつかの前記カセット３２に対して行われ、前記ボート１５へ所定枚数のウェーハの移載が完了した後、前記ロードロックドア４２が閉じられ、前記ロードロック室５が真空引きされる。真空引きが完了後に前記ガス供給ライン４４よりガスが導入され、前記ロードロック室５内部が処理室７内と同圧化される。前記ロードロック室５内を真空雰囲気、或は窒素ガス等不活性ガス雰囲気とすることで、前記ウェーハ１６の自然生成が抑制される。

前記ゲートバルブ４１が開かれ、前記ボートエレベータ８により前記ボート１５が前記処理炉６内に装入され、前記ゲートバルブ４１が閉じられる。

前記ウェーハ１６の処理は、減圧雰囲気でヒータ２により４００℃〜９５０℃（処理の内容により加熱温度が選択される）で炉内が加熱され、前記処理室７に処理ガス供給ライン４６が導入され、排気ライン４７により反応後のガスが排気され、前記処理室７が所定の温度、気圧に保持された状態で前記ウェーハ１６に所要の処理がなされる様になっている。

前記処理炉６内で前記ウェーハ１６に所定の処理がなされた後、前記ゲートバルブ４１が開かれ、前記ボートエレベータ８により窒素ガス雰囲気とされた前記ロードロック室５内に前記ボート１５が引出され、前記ロードロック室５内で処理済の前記ウェーハ１６が所要の温度迄冷却される。

前記ロードロック室５が真空引きされた状態の場合は、該ロードロック室５内部を窒素ガスにより大気圧に復圧させた後に前記ロードロックドア４２が開かれる。前記ロードロック室５内を真空雰囲気、或は窒素ガス等不活性ガス雰囲気とすることで、前記ウェーハ１６の自然生成が抑制される。

処理後の前記ウェーハ１６は上記した作動の逆の手順により前記ボート１５から前記カセット棚３６を経て前記カセットステージ３３に移載され、図示しない外部搬送装置により搬出される。

前記カセット搬送機３５、ウェーハ移載機４５等の動作は、搬送制御手段４８により制御される。

図３、図４により前記ボートエレベータ８について、更に説明する。

下ベース２１と上ベース２２間にガイドシャフト２３が設けられると共にボール螺子等の螺子ロッド２４が回転自在に設けられ、該螺子ロッド２４は図示しないモータにより回転される様になっている。前記ガイドシャフト２３、前記螺子ロッド２４には昇降ブロック２５が設けられ、前記下ベース２１と前記上ベース２２間に熱遮蔽板４９が取付けられ、該熱遮蔽板４９と干渉しない様にアーム１１が前記昇降ブロック２５に設けられ、前記アーム１１は昇降台１２、弾性部材１３を介して前記シールキャツプ１４に接続されている。

前記熱遮蔽板４９の形状は、後述する様に処理後のボート１５、ウェーハ１６からの輻射熱が少なくとも前記ガイドシャフト２３、螺子ロッド２４に到達しない様に、輻射熱を遮断する幅を有している。

前記アーム１１は前記昇降ブロック２５に固着されるアーム支持部５１と該アーム支持部５１から水平方向に延出するアーム部５２から構成され、前記アーム支持部５１は、前記熱遮蔽板４９を迂回して水平方向に延出する形状となっており、例えば矩形のリング状であり、該熱遮蔽板４９は前記アーム支持部５１の内部を非接触で上下に貫通した状態となっている。

前記熱遮蔽板４９は、昇降駆動部９のボート側を覆い、略矩形形状をしており、材料としては熱伝導率の大きい材質、例えばアルミニウムが使用される。又、アルミニウムが使用された場合、表面処理を施した場合、表面処理時に凹部、孔部（例えば螺子孔等）に残置した水分等で真空引きし難くなることから、前記熱遮蔽板４９の表面は未処理とする。

次に、該熱遮蔽板４９の熱遮蔽効果を向上させる為、該熱遮蔽板４９を水冷構造とする。

該熱遮蔽板４９の内部に冷却路を形成、該冷却路に水等の冷媒を流通させることで、前記熱遮蔽板４９から積極的に抜熱して熱遮蔽効果を高める。

冷却路５３を形成した熱遮蔽板４９の一例を図５に示す。

前記昇降駆動部９の上部が高温になることから、前記冷却路５３の上部の冷却能力が大きくなる様に、該冷却路５３は上部５３ａで水平方向に蛇行し、冷却能力が小さくてよい中部５３ｂ、下部５３ｃは上下方向に蛇行する様に形成されている。又、前記中部５３ｂ、下部５３ｃで冷却路５３が垂直方向に蛇行することで、圧損が少なくて済み、前記上部５３ａでの圧損を補うものとなる。

又、該上部５３ａを上流側として、温度の低い冷却水が前記上部５３ａを流通する様にする。

尚、前記冷却路５３は、熱負荷の高い熱遮蔽板４９の上部５３ａのみに形成してもよい等、形状、設ける場所等は状況に合わせて適宜変更が可能である。

前記熱遮蔽板４９に前記冷却路５３を形成した場合は、該冷却路５３での腐食を考慮し、白アルマイト処理等の防錆処理を行う。

尚、前記冷却路５３の形成方法としては、前記熱遮蔽板４９を２枚を重合した構造とし、接合面に水路を形成する、或は冷却路５３に形成したパイプを熱遮蔽板４９に固着する等種々の方法が考えられる。

該熱遮蔽板４９を設けた場合の、輻射熱の遮蔽作用を図４により説明する。該熱遮蔽板４９を一体構造とすることで、輻射熱が到達する部分は、図中斜線部分で示される前記昇降駆動部９の周辺部分のみとなり、前記ガイドシャフト２３、前記螺子ロッド２４には直接到達しないことが分る。

従って、少なくとも前記ガイドシャフト２３、前記螺子ロッド２４が処理後の前記ボート１５、前記ウェーハ１６からの輻射熱で加熱されることが防止される。

更に、前記熱遮蔽板４９を冷却することで、熱遮蔽効果が増大し、更に該熱遮蔽板４９で処理後の前記ボート１５、前記ウェーハ１６を冷却する作用があり、処理後の該ウェーハ１６の冷却時間を短縮することができ、半導体製造装置のスループットが向上する。

図６は、従来の熱遮蔽板２６と本発明の熱遮蔽板４９の炉内処理温度に対応する昇降駆動部９上部の温度の比較を示している。

本発明を実施することで、該降駆動部９上部の温度が、７０℃近く迄降下しており、熱遮蔽効果が増大していることが分る。

更に、炉内温度が５５０℃の時の従来の熱遮蔽板２６の昇降駆動部９上部の温度と、炉内温度が５７５℃の時の本発明の熱遮蔽板４９の昇降駆動部９の上部の温度を比較すると、本発明の熱遮蔽板４９が冷却をしてなく、炉内温度が高いにも拘らず、本発明の方が３０℃以上も低く、前記熱遮蔽板４９単独でも充分な熱遮蔽効果があることを示している。

本発明が実施される半導体製造装置の斜視図である。 本発明の実施の形態の要部を示す立断面図である。 本発明の実施の形態に於ける昇降駆動部の斜視図である。 本発明の実施の形態に於ける熱遮蔽板の作用を示す説明図である。 本発明の実施の形態に於ける熱遮蔽板の説明図である。 本発明と従来例との熱遮蔽効果の比較を示す図である。 従来例の要部を示す立断面図である。 従来の昇降駆動部の斜視図である。 従来の熱遮蔽板の作用を示す説明図である。

符号の説明

４ 反応管
６ 処理炉
７ 処理室
８ ボートエレベータ
９ 昇降駆動部
１１ アーム
１２ 昇降台
１４ シールキャップ
１５ ボート
１６ ウェーハ
２３ ガイドシャフト
２４ 螺子ロッド
４９ 熱遮蔽板
５１ アーム支持部
５２ アーム部
５３ 冷却路

Claims (1)

1. 処理炉と、基板を保持する基板保持具と、該基板保持具が設けられる蓋体と、アームを介して前記蓋体に接続され前記基板保持具を前記処理炉に出入れする駆動部と、該駆動部の基板保持具側に設けられ駆動部への輻射熱を遮断する熱遮蔽板とを具備し、前記アームは前記熱遮蔽板を迂回して前記蓋体に接続されたことを特徴とする半導体製造装置。

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