JP2006049489A - Board processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、処理室へ駆動軸を挿入して基板載置台を昇降させる基板処理装置に係り、特にその駆動軸のシール部に関する。 The present invention relates to a substrate processing apparatus that inserts a drive shaft into a processing chamber to raise and lower a substrate mounting table, and particularly relates to a seal portion of the drive shaft.
半導体製造装置やLCD製造装置等といった基板処理装置は、基板にガスを供給することにより基板への薄膜形成、不純物ドーピング、表面処理などを行う。このような処理を行う基板処理装置として、枚葉式CVD装置が知られている。 Substrate processing apparatuses such as semiconductor manufacturing apparatuses and LCD manufacturing apparatuses perform thin film formation, impurity doping, surface treatment, and the like on a substrate by supplying a gas to the substrate. A single wafer CVD apparatus is known as a substrate processing apparatus for performing such processing.
図5は、そのような従来の枚葉式熱CVD装置の構成要素となる処理炉の概略図を示す。
処理炉は真空引き可能な処理室201を備える。この処理室201内に、ウェハ200を載置して加熱するヒータユニット327が設けられる。このヒータユニット327は、処理室201の底部から挿入される昇降駆動軸体としての支持体376によって昇降自在に支持される。ヒータユニット327が上昇した処理位置(図示状態)でウェハ処理が行われ、ヒータユニット327が下降したウェハ搬入出位置でウェハ200の搬入出が行われる。
この支持体376の外側にベローズ(筒状伸縮部材)279が設けられる。ベローズ279は、支持体376の処理室201への挿入部378をシールして、処理室202の真空状態を保持する。ベローズ279下部からの窒素パージを行うことで、ベローズ279と支持体376との隙間への処理ガスの回り込みを防止していた。
FIG. 5 shows a schematic view of a processing furnace as a component of such a conventional single wafer thermal CVD apparatus.
The processing furnace includes a
A bellows (tubular elastic member) 279 is provided outside the
しかしながら、上述した基板処理装置の筒状伸縮部材は、その加熱手段をもっていない。このため、ガスが筒状伸縮部材部分に拡散により入り込み、温度の低い伸縮部材部分に処理ガスが接することにより、処理ガスの温度が低下し、処理ガスが固化し、低温部に付着するという問題があった。低温部の伸縮部材に処理ガスが固化付着し、伸縮部材が動いた際に固着部が剥がれて、パーティクルの発生の要因となっていた。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、筒状伸縮部材の温度低下を防止して、パーティクルの発生を抑制することが可能な基板処理装置を提供することにある。
However, the cylindrical elastic member of the substrate processing apparatus described above does not have the heating means. For this reason, the gas enters the cylindrical elastic member portion by diffusion, and the processing gas comes into contact with the low temperature elastic member portion, so that the temperature of the processing gas is lowered and the processing gas is solidified and adheres to the low temperature portion. was there. The processing gas was solidified and adhered to the expansion / contraction member in the low temperature portion, and when the expansion / contraction member moved, the fixing portion was peeled off, causing generation of particles.
An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of solving the above-described problems of the prior art, preventing a temperature drop of a cylindrical elastic member, and suppressing generation of particles.
第1の発明は、基板を収容する処理室と、前記処理室に収容された基板を載置する基板載置台と、前記処理室に昇降自在に挿入されて前記基板載置台を昇降させる駆動軸と、前記駆動軸を覆って前記処理室への挿入部をシールする筒状の伸縮部材とを備え、前記処理室内にガスを供給しつつ排気することにより前記基板を処理する基板処理装置であって、前記伸縮部材の外周に、前記伸縮部材と所定の空間を介して、前記伸縮部材を加熱する筒状の加熱手段を設け、前記筒状加熱手段を、径の異なる複数の筒状ヒータではめ込み可能に構成したことを特徴とする基板処理装置である。 A first invention includes a processing chamber for storing a substrate, a substrate mounting table for mounting the substrate stored in the processing chamber, and a drive shaft that is inserted into the processing chamber so as to be movable up and down to raise and lower the substrate mounting table. And a cylindrical expansion / contraction member that covers the drive shaft and seals the insertion portion into the processing chamber, and is a substrate processing apparatus that processes the substrate by exhausting while supplying gas into the processing chamber. A cylindrical heating means for heating the expansion / contraction member via a predetermined space with the expansion / contraction member on the outer periphery of the expansion / contraction member, and the cylindrical heating means is composed of a plurality of cylindrical heaters having different diameters. A substrate processing apparatus characterized in that it can be fitted.
伸縮部材が筒状加熱手段によって加熱されるので、処理室から挿入部へ流れ込むガスが、伸縮部材に接触しても冷却されることがない。また、伸縮部材の外側に、所定の空間を介して筒状加熱手段を設けたので、所定の空間による断熱効果が発揮され、伸縮部材を有効に加熱できる。また、筒状の加熱手段を、はめ込み可能な複数の筒状ヒータで構成したので、伸縮部材の伸縮運動を許容できる。 Since the expansion / contraction member is heated by the cylindrical heating means, the gas flowing from the processing chamber into the insertion portion is not cooled even if it contacts the expansion / contraction member. Moreover, since the cylindrical heating means is provided outside the expansion / contraction member via a predetermined space, the heat insulating effect by the predetermined space is exhibited, and the expansion / contraction member can be effectively heated. Moreover, since the cylindrical heating means is composed of a plurality of cylindrical heaters that can be fitted, the expansion and contraction movement of the expansion and contraction member can be allowed.
本発明によれば、伸縮部材での処理ガスの固化を防止できるので、パーティクルの発生を抑止できる。 According to the present invention, it is possible to prevent the processing gas from being solidified by the elastic member, and thus it is possible to suppress the generation of particles.
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
図2および図3において、本発明が適用される基板処理装置の概要を説明する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
2 and 3, an outline of a substrate processing apparatus to which the present invention is applied will be described.
なお、本発明が適用される基板処理装置においてはウェハなどの基板を搬送するキャリヤとしては、FOUP(front opening unified pod :以下、ポッドという。)が使用されている。また、以下の説明において、前後左右は図2を基準とする。すなわち、図2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。 In the substrate processing apparatus to which the present invention is applied, a FOUP (front opening unified pod: hereinafter referred to as a pod) is used as a carrier for transporting a substrate such as a wafer. Further, in the following description, front, rear, left and right are based on FIG. That is, with respect to the paper surface shown in FIG. 2, the front is below the paper surface, the back is above the paper surface, and the left and right are the left and right sides of the paper surface.
図2および図3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には負圧下でウェハ200を移載する第一のウェハ移載機112が設置されている。前記第一のウェハ移載機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。
As shown in FIGS. 2 and 3, the substrate processing apparatus includes a
筐体101の六枚の側壁のうち前側に位置する二枚の側壁には、搬入用の予備室122と搬出用の予備室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、予備室122には搬入室用の基板置き台140が設置され、予備室123には搬出室用の基板置き台141が設置されている。
The two side walls located on the front side of the six side walls of the
予備室122および予備室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にはウェハ200を移載する第二のウェハ移載機124が設置されている。第二のウェハ移載機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。
A
図2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3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。
As shown in FIG. 2, an orientation
図2および図3に示されているように、第二の搬送室121の筐体125には、ウェハ200を第二の搬送室121に対して搬入搬出するためのウェハ搬入搬出口134と、前記ウェハ搬入搬出口を閉塞する蓋142と、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のキャップおよびウェハ搬入搬出口134を閉塞する蓋142を開閉するキャップ開閉機構136とを備えており、IOステージ105に載置されたポッド100のキャップおよびウェハ搬入搬出口134を閉塞する蓋142をキャップ開閉機構136によって開閉することにより、ポッド100のウェ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。
As shown in FIGS. 2 and 3, a wafer loading / unloading
図2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、ウェハに所望の処理を行う第一の処理炉202と、第二の処理炉137とがそれぞれ隣接して連結されている。第一の処理炉202および第二の処理炉137はいずれもコールドウオール式の処理炉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、第三の処理炉としての第一のクーリングユニット138と、第四の処理炉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ェハ200を冷却するように構成されている。
As shown in FIG. 2, two side walls located on the back side among the six side walls of the
以下、前記構成をもつ基板処理装置を使用した処理工程を説明する。 Hereinafter, a processing process using the substrate processing apparatus having the above-described configuration will be described.
未処理のウェハ200は25枚がポッド100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来る。図2および図3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のキャップおよびウェハ搬入搬出口134を開閉する蓋142がキャップ開閉機構136によって取り外され、ポッド100のウェハ出し入れ口が開放される。
In a state where 25
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ェハ移載機124はポッド100からウェハ200をピックアップし、予備室122に搬入し、ウェハ200を基板置き台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。ウェハ200の基板置き台140への移載が完了すると、ゲートバルブ128が閉じられ、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。
When the
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、130が開かれ、予備室122、第一の搬送室103、第一の処理炉202が連通される。続いて、第一の搬送室103の第一のウェハ移載機112は基板置き台140からウェハ200をピックアップして第一の処理炉202に搬入する。そして、第一の処理炉202内に処理ガスが供給され、所望の処理がウェハ200に行われる。
When the
第一の処理炉202で前記処理が完了すると、処理済みのウェハ200は第一の搬送室103の第一のウェハ移載機112によって第一の搬送室103に搬出される。
When the processing is completed in the
そして、第一のウェハ移載機112は第一の処理炉202から搬出したウェハ200を第一のクーリングユニット138へ搬入し、処理済みのウェハを冷却する。
Then, the first
第一のクーリングユニット138にウェハ200を移載すると、第一のウェハ移載機112は予備室122の基板置き台140に予め準備されたウェハ200を第一の処理炉202に前述した作動によって移載し、第一の処理炉202内に処理ガスが供給され、所望の処理がウェハ200に行われる。
When the
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、冷却済みのウェハ200は第一のウェハ移載機112によって第一のクーリングユニット138から第一の搬送室103に搬出される。
When a preset cooling time has elapsed in the
冷却済みのウェハ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のウェハ移載機112は第一のクーリングユニット138から搬出したウェハ200を予備室123へ搬送し、基板置き台141に移載した後、予備室123はゲートバルブ127によって閉じられる。
After the cooled
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123内が不活性ガスにより略大気圧に戻される。前記予備室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の予備室123に対応したウェハ搬入搬出口134を閉塞する蓋142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の第二のウェハ移載機124は基板置き台141からウェハ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のウェハ搬入搬出口134を通してポッド100に収納して行く。処理済みの25枚のウェハ200のポッド100への収納が完了すると、ポッド100のキャップとウェハ搬入搬出口134を閉塞する蓋142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。
When the
以上の作動が繰り返されることにより、ウェハが、順次、処理されて行く。以上の作動は第一の処理炉202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、第二の処理炉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。
By repeating the above operations, the wafers are sequentially processed. The above operation has been described by taking the case where the
なお、上述の基板処理装置では、予備室122を搬入用、予備室123を搬出用としたが、予備室123を搬入用、予備室122を搬出用としてもよい。また、第一の処理炉202と第二の処理炉137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。第一の処理炉202と第二の処理炉137で別の処理を行う場合、例えば第一の処理炉202でウェハ200にある処理を行った後、続けて第二の処理炉137で別の処理を行わせてもよい。また、第一の処理炉202でウェハ200にある処理を行った後、第二の処理炉137で別の処理を行わせる場合、第一のクーリングユニット138(または第二のクーリングユニット139)を経由するようにしてもよい。
In the above-described substrate processing apparatus, the
図4に示されているように、本発明に係る処理炉202は、枚葉式CVD炉(枚葉式コールドウオール形CVD炉)として構成されており、被処理基板としてのウェハ(半導体ウェハ)200を処理する処理室201を形成したチャンバ223を備えている。チャンバ223は上側キャップ224と円筒カップ225と下側キャップ226とが組み合わされて、上下の端面がいずれも閉塞した円筒形状に形成されている。
As shown in FIG. 4, the
チャンバ223の円筒カップ225の円筒壁の中間部にはゲートバルブ244によって開閉されるウェハ搬入搬出口250が水平方向に横長に開設されており、ウェハ搬入搬出口250は被処理基板であるウェハ200を処理室201に図4に図示しないウェハ移載装置によって搬入搬出し得るように形成されている。すなわち、ウェハ200はウェハ移載装置によって下から機械的に支持された状態で、ウェハ搬入搬出口250を搬送されて処理室201に対して搬入搬出されるようになっている。
A wafer loading / unloading
円筒カップ225のウェハ搬入搬出口250と対向する壁面の上部には、真空ポンプ等からなる排気装置(図示せず)に接続された排気口235が処理室201に連通するように開設されており、処理室201内は排気装置によって排気されるようになっている。
また、円筒カップ225の上部には排気口235に連通する排気バッファ空間249が円環状に形成され、カバープレート248とともにウェハ200の前面に対し、均一に排気が行われるように作用している。
なお、カバープレート248は、ウェハ200のエッジ部を覆うように一部のサセプタ(基板保持手段)217上に延在しており、ウェハ200のエッジ部に成膜されるCVD膜を制御するために用いられる。
An
Further, an
The
チャンバ223の上側キャップ224には処理ガスを供給するシャワーヘッド236が一体的に組み込まれている。すなわち、上側キャップ224の天井壁にはガス供給管232が挿入されており、各ガス供給管232には例えば原料ガスやパージガス等の処理ガスA、Bを導入するため開閉バルブ243、流量制御装置(マスフローコントローラ=MFC)241からなるガス供給装置が接続されている。上側キャップ224の下面には円板形状に形成されたシャワープレート(以下、プレートという。)240がガス供給管232から間隔を置いて水平に固定されており、プレート240には複数個のガス吹出口(以下、吹出口という。)247が全面にわたって均一に配置されて上下の空間を流通させるように開設されている。
上側キャップ224の内側面とプレート240の上面とが画成する内側空間によってバッファ室237が形成されており、バッファ室237はガス供給管232に導入された処理ガス230を全体的に均等に拡散させて各吹出口247から均等にシャワー状に吹き出させるようになっている。
A
A
チャンバ223の下側キャップ226の中心には挿通孔278が円形に開設されており、挿通孔278の中心線上には円筒形状に形成された支持軸276が処理室201に下方から挿通されている。支持軸276はエアシリンダ装置等が使用された昇降機構(昇降手段)268によって昇降されるようになっている。
An
支持軸276の上端には加熱ユニット251が同心に配されて水平に固定されており、加熱ユニット251は支持軸276によって昇降されるようになっている。すなわち、加熱ユニット251は円板形状に形成された支持板258を備えており、支持板258は支持軸276の上端開口に同心円に固定されている。支持板258の上面には支柱を兼ねる複数本の電極253が垂直に立脚されており、これら電極253の上端間には円板形状に形成され複数領域に分割制御されるヒータ(加熱手段)207が架橋されて固定されている。これら電極253に対する電気配線257は支持軸276の中空部内を挿通されている。
また、ヒータ207の下方には反射板252が支持板258に固定されて設けられ、ヒータ207から発せられた熱をサセプタ217側に反射させて、効率のよい加熱に作用している。
A
Further, a
また、温度検出手段である放射温度計264が、支持軸276の下端から導入され、放射温度計264の先端がサセプタ217の裏面に対し所定の隙間を設けて設置されている。放射温度計264は、石英からなるロッドと光ファイバとの組み合わせから構成され、サセプタ217の裏面(例えばヒータ207の分割領域に対応する裏面)から発せられる放射光を検出し、サセプタ217の裏面温度を算出するのに用いられ(予め取得したウェハ200とサセプタ217の温度の関係によりウェハ200の温度を算出することも可能)、この算出結果に基づきヒータ207の加熱具合を制御している。
Further, a
下側キャップ226の挿通孔278の支持軸276の外側には、支持軸276よりも大径の円筒形状に形成された回転軸277が同心円に配置されて処理室201に下方から挿通されており、回転軸277はエアシリンダ装置等が使用された昇降機構268によって支持軸276と共に昇降されるようになっている。回転軸277の上端には回転ドラム227が同心に配されて水平に固定されており、回転ドラム227は回転軸277によって回転されるようになっている。すなわち、回転ドラム227はドーナツ形の平板に形成された回転板229と、円筒形状に形成された回転筒228を備えており、回転板229の内周縁辺部が円筒形状の回転軸277の上端開口に固定されて、回転板229の上面の外周縁辺部に回転筒228が同心円に固定されている。回転ドラム227の回転筒228の上端には炭化シリコンや窒化アルミニウム等が使用されて円板形状に形成されたサセプタ217が回転筒228の上端開口を閉塞するように被せられている。
On the outside of the
図4に示されているように、回転ドラム227にはウェハ昇降装置275が設置されている。ウェハ昇降装置275は円形リング形状に形成された2つの昇降リングのそれぞれに突上ピン(基板突上手段)266、274を突設したものから構成されており、下側の昇降リング(以下、回転側リングという。)は回転ドラム227の回転板229の上に支持軸276と同心円に配置されている。回転側リングの下面には複数本(本実施の形態においては三本とする。)の突上ピン(以下、回転側ピンという。)274が周方向に等間隔に配置されて垂直方向下向きに突設されており、各回転側ピン274は回転板229に回転筒228と同心円の線上に配置されて垂直方向に開設された各ガイド孔255にそれぞれ摺動自在に嵌入されている。各回転側ピン274の長さは回転側リングを水平に突き上げ得るように互いに等しく設定されているとともに、ウェハのサセプタ上からの突き上げ量に対応するように設定されている。各回転側ピン274の下端は処理室201の底面すなわち下側キャップ226の上面に離着座自在に対向されている。
As shown in FIG. 4, a
加熱ユニット251の支持板258には円形リング形状に形成されたもう一つの昇降リング(以下、ヒータ側リングという。)が支持軸276と同心円に配置されている。ヒータ側リングの下面には複数本(本実施の形態においては三本とする。)の突上ピン(以下、ヒータ側ピンという。)266が周方向に等間隔に配置されて垂直方向下向きに突設されており、各ヒータ側ピン266は支持板258に支持軸276と同心円の線上に配置されて垂直方向に開設された各ガイド孔254にそれぞれ摺動自在に嵌入されている。これらのヒータ側ピン266の長さはヒータ側リングを水平に突き上げ得るように互いに等しく設定されているとともに、その下端が回転側リングの上面に適度のエアギャップを置いて対向されている。つまり、これらのヒータ側ピン266は回転ドラム227の回転時に回転側リングに干渉しないようになっている。
On the
また、ヒータ側リングの上面には複数本(本実施の形態においては三本とする。)の突上ピン(以下、突上部という。)266が、周方向に等間隔に配置されて垂直方向上向きに突設されており、突上部266の上端はヒータ207およびサセプタ217の挿通孔256に対向するようになっている。これらの突上部266の長さはヒータ207およびサセプタ217の挿通孔256を下から挿通してサセプタ217に載置されたウェハ200をサセプタ217から水平に浮かせるように互いに等しく設定されている。また、これらの突上部266の長さはヒータ側リングが支持板258に着座した状態において、その上端がヒータ207の上面から突出しないように設定されている。つまり、これらの突上部266は回転ドラム227の回転時にサセプタ217に干渉しないように、かつ、ヒータ207の加熱を妨げないようになっている。
In addition, a plurality of (three in the present embodiment) protruding pins (hereinafter referred to as protruding portions) 266 are arranged on the upper surface of the heater side ring at equal intervals in the circumferential direction. The upper end of the protruding
図4に示されているように、チャンバ223は複数本の支柱280によって水平に支持されている。これらの支柱280には各昇降ブロック281がそれぞれ昇降自在に嵌合されており、これら昇降ブロック281間にはエアシリンダ装置等が使用された昇降駆動装置(図示せず)によって昇降される昇降台282が架設されている。昇降台282の上にはサセプタ回転装置が設置されており、サセプタ回転装置とチャンバ223との間にはベローズ279が、回転軸277の外側を気密封止するように介設されている。
As shown in FIG. 4, the
昇降台282に設置されたサセプタ回転機構(回転手段)267にはブラシレスDCモータが使用されており、出力軸(モータ軸)が中空軸に形成されて回転軸277として構成されている。サセプタ回転機構267はハウジング283を備えており、ハウジング283が昇降台282の上に垂直方向上向きに据え付けられている。ハウジング283の内周面には電磁石(コイル)によって構成された固定子(ステータ)284が固定されている。すなわち、固定子284はコイル線材(エナメル被覆銅線)286が鉄心(コア)285に巻装されて構成されている。コイル線材286には図示しないリード線がハウジング283の側壁に開設された図示しない挿通孔を挿通して電気的に接続されており、固定子284はブラシレスDCモータのドライバ(図示せず)から電力をコイル線材286にリード線を通じて供給されることにより、回転磁界を形成するように構成されている。
A brushless DC motor is used for the susceptor rotating mechanism (rotating means) 267 installed on the
固定子284の内側には回転子(ロータ)289がエアギャップ(隙間)を設定されて同心円に配置されており、回転子289はハウジング283に上下のボールベアリング293を介して回転自在に支承されている。すなわち、回転子289は円筒形状の本体290と鉄心(コア)291と複数個の永久磁石292とを備えており、本体290には回転軸277がブラケット288によって一体回転するように固定されている。鉄心291は本体290に嵌合されて固定されており、鉄心291の外周には複数個の永久磁石292が周方向に等間隔に固定されている。鉄心291と複数個の永久磁石292とによって環状に配列された複数の磁極が形成されており、固定子284の形成する回転磁界が複数個の磁極すなわち永久磁石292の磁界を切ることにより、回転子289が回転するようになっている。
Inside the
上下のボールベアリング293は回転子289の本体290の上下端部にそれぞれ設置されており、上下のボールベアリング293には本体290の熱膨張を吸収するための隙間が適宜設定されている。このボールベアリング293の隙間は本体290の熱膨張を吸収する一方で、最小のがたつきに抑制するために、5〜50μmに設定されている。なお、ボールベアリングの隙間とはボールをアウタレースまたはインナレースのいずれか片側に寄せた場合に反対側に発生する隙間を意味している。
The upper and
固定子284と回転子289との対向面には二重筒壁を構成する外側と内側の囲い部材であるカバー287とが互いに対向されて、ハウジング283の内周面と本体290の外周面とにそれぞれ固定されており、それぞれのカバー287との間には所定のエアギャップ(隙間)が設定されている。カバー287は非磁性体であるステンレス鋼が使用されて、筒壁の厚さが極薄い円筒形状にそれぞれ形成されており、円筒の上下開口端においてハウジング283および本体290に電子ビーム溶接によって全周にわたって確実かつ均一に固着されている。カバー287は非磁性体であるステンレス鋼で極薄く形成されているため、磁束の拡散を防止してモータ効率の低下を防止するばかりでなく、固定子284のコイル線材286および回転子289の永久磁石292の腐食を防止することができ、かつまた、コイル線材286等による処理室201の内部の汚染を確実に防止することができる。カバー287は固定子284を気密シール状態に囲うことにより、固定子284を真空雰囲気となる処理室201の内部から完全に隔絶している。
The opposing surface of the
また、サセプタ回転装置には磁気式ロータリーエンコーダ294が設置されている。すなわち、磁気式ロータリーエンコーダ294は磁性体からなる被検出体としての被検出リング296を備えており、被検出リング296は鉄等の磁性体が使用されて円形リング形状に形成されている。被検出リング296の外周には被検出部としての歯が多数個環状に配列されている。
Further, a magnetic
ハウジング283の被検出リング296の対向位置には被検出リング296の被検出部である各歯を検出する磁気センサ295が設置されている。磁気センサ295の先端面と被検出リング296の外周面との隙間(センサギャップ)は、0.06〜0.17mmに設定されている。磁気センサ295は被検出リング296の回転にともうこれらの対向位置における磁束変化を磁気抵抗素子によってそれぞれ検出するように構成されている。磁気センサ295の検出結果はブラシレスDCモータすなわちサセプタ回転機構267の駆動制御部302に送信されて、サセプタ217の位置認識に使用されるとともに、サセプタ217の回転量の制御に使用される。なお、本処理炉202は、ガス制御部301、駆動制御部302、加熱制御部303、温度検出部304、等から構成される主制御部300を有する。ガス制御部301はMFC241、開閉バルブ243に接続され、ガス流量、供給を制御する。駆動制御部302はサセプタ回転機構267、昇降ブロック281に接続され、これらの駆動を制御する。加熱制御部303は配線257を介しヒータ207に接続され、ヒータ207の加熱具合を制御する。温度検出部304は放射温度計264に接続され、サセプタ217の温度を検出し、加熱制御部303と連携してヒータ207の加熱制御に用いられる。
A
次に、以上の構成に係る処理炉の作用を説明することにより、本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法における成膜工程について説明する。 Next, by describing the operation of the processing furnace according to the above configuration, a film forming process in the method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described.
ウェハ200の搬出搬入に際しては、回転ドラム227および加熱ユニット251が回転軸277および支持軸276によって下限位置に下降される。すると、ウェハ昇降装置275の回転側ピン274の下端が処理室201の底面すなわち下側キャップ226の上面に突合するため、回転側リングが回転ドラム227および加熱ユニット251に対して相対的に上昇する。上昇した回転側リングはヒータ側ピン266を突き上げることにより、ヒータ側リングを持ち上げる。ヒータ側リングが持ち上げられると、ヒータ側リングに立脚された三本の突上部266がヒータ207およびサセプタ217の挿通孔256を挿通して、サセプタ217の上面に載置されたウェハ200を下方から支持してサセプタ217から浮き上がらせる。
When the
ウェハ昇降装置275がウェハ200をサセプタ217の上面から浮き上がらせた状態になると、ウェハ200の下方空間すなわちウェハ200の下面とサセプタ217の上面との間に挿入スペースが形成された状態になるため、図4に図示しないウェハ移載機に設けられた基板保持プレートであるツィーザがウェハ搬入搬出口250からウェハ200の挿入スペースに挿入される。ウェハ200の下方に挿入されたツィーザは上昇することによりウェハ200を移載して受け取る。ウェハ200を受け取ったツィーザはウェハ搬入搬出口250を後退してウェハ200を処理室201から搬出する。そして、ツィーザによってウェハ200を搬出したウェハ移載機は、処理室201の外部の空ウェハカセット等の所定の収納場所にウェハ200を移載する。
When the
次いで、ウェハ移載機は実ウェハカセット等の所定の収納場所から次回に成膜処理するウェハ200をツィーザによって受け取って、ウェハ搬入搬出口250から処理室201に搬入する。ツィーザはウェハ200をサセプタ217の上方においてウェハ200の中心がサセプタ217の中心と一致する位置に搬送する。ウェハ200を所定の位置に搬送すると、ツィーザは若干下降することによりウェハ200をサセプタ217に移載する。ウェハ200をウェハ昇降装置275に受け渡したツィーザは、ウェハ搬入搬出口250から処理室201の外へ退出する。ツィーザが処理室201から退出すると、ウェハ搬入搬出口250はゲートバルブ(仕切弁)244によって閉じられる。
Next, the wafer transfer machine receives a
ゲートバルブ244が閉じられると、処理室201に対して回転ドラム227および加熱ユニット251が回転軸277および支持軸276を介して昇降台282によって上昇される。回転ドラム227および加熱ユニット251の上昇により、突上ピン266、274が回転ドラム227および加熱ユニット251に対し相対的に下降し、図4に示されているように、ウェハ200はサセプタ217の上に完全に移載された状態になる。回転軸277および支持軸276は突上部266の上端がヒータ207の下面に近接する高さになる位置にて停止される。このときの回転ドラム227および加熱ユニット251の位置が成膜位置となる。
When the
一方、処理室201が排気口235に接続された排気装置(図示せず)によって排気される。この際、処理室201の真空雰囲気と外部の大気圧雰囲気とはベローズ279によって隔絶されている。
On the other hand, the
続いて、回転ドラム227が回転軸277を介してサセプタ回転機構267によって回転される。すなわち、サセプタ回転機構267が運転されると、固定子284の回転磁界が回転子289の複数個の磁極の磁界を切ることにより、回転子289が回転するため、回転子289に固定された回転軸277によって回転ドラム227が回転する。この際、サセプタ回転機構267に設置された磁気式ロータリーエンコーダ294によって回転子289の回転位置が時々刻々と検出されて駆動制御部302に送信され、この信号に基づいて回転速度等が制御される。
Subsequently, the
回転ドラム227の回転中には、回転側ピン274は処理室201の底面から離座し、ヒータ側ピン266は回転側リングから離座しているため、回転ドラム227の回転がウェハ昇降装置275に妨げられることはなく、しかも、加熱ユニット251は停止状態を維持することができる。すなわち、ウェハ昇降装置275においては、回転側リングと回転側ピン274が回転ドラム227と共に回転し、ヒータ側リングとヒータ側ピン266が加熱ユニット251と共に停止した状態になっている。
During the rotation of the
ウェハ200の温度が処理温度まで上昇し、排気口235の排気量および回転ドラム227の回転作動が安定した時点で、図4に実線矢印で示されているように、処理ガス230が供給管232に導入される。ガス供給管232に導入された処理ガス230は、ガス分散空間として機能するバッファ室237に流入するとともに、径方向外向きに放射状に拡散して、シャワープレート240の各ガス吹出口247からそれぞれが略均等な流れになって、ウェハ200に向かってシャワー状に吹き出す。吹出口247群からシャワー状に吹き出した処理ガス230はカバープレート248の上方空間を通って、排気バッファ空間249を経由して排気口235に吸い込まれて排気されて行く。
When the temperature of the
この際、回転ドラム227に支持されたサセプタ217の上のウェハ200は回転しているため、吹出口247群からシャワー状に吹き出した処理ガス230はウェハ200の全面にわたって均等に接触する状態になる。処理ガス230がウェハ200の全面にわたって均等に接触するため、ウェハ200に処理ガス230によって形成されるCVD膜の膜厚分布や膜質分布はウェハ200の全面にわたって均一になる。
At this time, since the
また、加熱ユニット251は支持軸276に支持されることにより回転しない状態になっているため、回転ドラム227によって回転されながら加熱ユニット251によって加熱されるウェハ200の温度分布は全面にわたって均一に制御される。このようにウェハ200の温度分布が全面にわたって均一に制御されることにより、ウェハ200に熱化学反応によって形成されるCVD膜の膜厚分布や膜質分布はウェハ200の全面にわたって均一に制御される。
なお、一例まで、本実施例の処理炉202にて処理される処理条件は、ポリシリコン膜の成膜において、ウェハ温度610℃、ガス種およびガス供給量は、SiH4:0.3slm、PH3:0.3slm、処理圧力は36000Paである。
Since the
Note that, up to one example, the processing conditions processed in the
予め選定された所定の処理時間が経過すると、サセプタ回転機構267の運転が停止される。この際、サセプタ217すなわち回転子289の回転位置はサセプタ回転機構267に設置された磁気式ロータリーエンコーダ294によって時々刻々と監視されているため、サセプタ217は予め設定された回転位置において正確に停止される。すなわち、突上部266とヒータ207およびサセプタ217の挿通孔256は正確かつ再現性よく合致される。
When a predetermined processing time selected in advance elapses, the operation of the
サセプタ回転機構267の運転が停止されると、前述に示されているように、回転ドラム227および加熱ユニット251は回転軸277および支持軸276を介して昇降台282によって搬入搬出位置に下降される。前述したように、下降の途中において、ウェハ昇降装置275の作用によりウェハ200をサセプタ217の上から浮き上げる。この際、突上部266とヒータ207およびサセプタ217の挿通孔256とは正確かつ再現性よく合致されているため、突上部266がサセプタ217およびヒータ207を突き上げる突き上げミスが発生することはない。
When the operation of the susceptor
以降、前述した作業が繰り返されることにより、次のウェハ200にCVD膜が成膜処理されて行く。
Thereafter, by repeating the above-described operation, a CVD film is formed on the
ところで、上述したCVD炉では、低温部のベローズ279に処理ガスが固化付着し、ベローズが動いた際に固着部が剥がれて、パーティクルの要因となるという問題があったことは前述した通りである。そこで、実施の形態では、ベローズを加熱することによって、そのような問題を解決している。
By the way, as described above, in the above-described CVD furnace, the processing gas is solidified and attached to the
図1は、そのような実施の形態による枚葉式CVD炉の概略断面図である。このCVD炉は、図4で説明したCVD炉との基本構成は同じである。主に異なる点は、筒状加熱手段380が設けられている点である。
なお、図1では、炉の説明を簡略化するために、回転機構を省略し、昇降機構のみとしており、図4の回転ドラム227に設けられる支持軸276と回転軸277は、ヒータユニット327に設けられる支持体376として一体化されている場合を示しているが、本実施の形態は回転機構が設けられている場合にも共通する。
以下に図1の概略構成を説明するが、図4を用いて説明した部分と同じ部分には同符号を付して、説明を簡略化する。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a single wafer CVD furnace according to such an embodiment. This CVD furnace has the same basic configuration as the CVD furnace described in FIG. The main difference is that a cylindrical heating means 380 is provided.
In FIG. 1, in order to simplify the explanation of the furnace, the rotation mechanism is omitted and only the lifting mechanism is provided. The
The schematic configuration of FIG. 1 will be described below, but the same parts as those described with reference to FIG.
枚葉式CVD炉はチャンバ223を有する。チャンバ223は、ウェハ200を搬送室からチャンバ223の処理室201に搬入するためのウェハ搬入搬出口250を有する。また、処理室201に処理ガスを供給するガス供給管232と、ガスを排気するための排気口235とが設けられる。ガス供給管232が設けられる処理室201の上部にはプレート240が設けられる。
The single wafer CVD furnace has a
処理室201内に、処理室201に収容されたウェハ200を載置する基板載置台としてのヒータユニット327が設けられる。このヒータユニット327は、サセプタ217およびヒータ207を備える。サセプタ217は、その表面にウェハ200を載置するとともに、載置した状態でヒータ207からの熱を均一化して、ウェハ200を加熱する。
ヒータユニット327は、中空体から構成され、上部にサセプタ217を装着するユニット筒328を有し、ユニット筒328の底部に設けた底板229に筒状の支持体376を有する。この支持体376によってヒータユニット327は昇降されるようになっている。ヒータユニット327は、そのユニット筒328にサセプタ217が装着されることにより密閉構造となる。
A
The
カバープレート248は、ヒータユニット327が成膜位置に上昇したときは、チャンバ223内側の段差部に設けた保持ピン375からヒータユニット327に移載されて、サセプタ217上のウェハ200の周辺部を覆うようになっている。また、カバープレート248は、ヒータユニット327がウェハ搬入搬出位置に向かって下降したときは、保持ピン375に移載されて、ヒータユニット327から降ろされるようになっている。
When the
中空体をしたヒータユニット327の内部に、底板229に支持された支持板258によって加熱ユニット251が固定されている。加熱ユニット251は、サセプタ217に対向する位置にヒータ207を有する。このヒータ207の下方には複数枚積層された反射板252が設けられ、ヒータ207から発せられた熱をサセプタ217側に反射させて、加熱効率を向上させている。
A
上述した支持体376は、チャンバ223の底部中央に設けた挿通孔278から処理室201内に挿入されて、処理室201内のヒータユニット327を支持するとともに、直線軸運動をしてヒータユニット327を処理室201内で昇降させる。支持体376の外側に支持体376を覆う筒状伸縮部材としての筒状ベローズ279が設けられる。このベローズ279の上端はチャンバ223底部の挿入孔278のまわりに固着され、下端は昇降台282に固着される。ベローズ279は、支持体376の直線軸運動を許容しつつ、支持体376の処理室201への挿入部378をシールして、処理室201内の気密性を保つ。
The above-described
なお、昇降台282には、パージガス供給管385が挿入され、ベローズ279下部からのベローズ279と支持体376との隙間(以下ベローズ部分)357に窒素パージを行うことで、ベローズ部分357への処理ガスの回り込みを防止するようになっている。
In addition, a purge
上述したベローズ279の外側に、筒状のベローズ279を加熱する加熱源となる筒状加熱手段380を設ける。この筒状加熱手段380は、ベローズ279と所定の空間388を介して、ベローズ279と同軸的に設ける。筒状加熱手段380は、例えば、外側に設けた筒状反射板380aと、この筒状反射板380aの内側に貼り付けたヒータ380bとから構成することができる。
A
筒状加熱手段380は、ベローズ279の伸縮にともなって伸縮するようにはめ込み式の径の異なる2つの筒状ヒータ381、382で構成する。2つの筒状ヒータ381、382は、例えば、ヒータユニット327の底板229に垂設した上部円筒ヒータ381と、昇降台282に立設した下部円筒ヒータ382とで構成する。図示例では、上部円筒ヒータ381の内径を下部円筒ヒータ382の外径よりも大きくしているが、逆に下部円筒ヒータ382の内径を上部円筒ヒータ381の外径よりも大きくしてもよい。
The cylindrical heating means 380 includes two
次に、上述したような筒状加熱手段380を備えたCVD炉の構成における作用を説明する。
処理ガスを処理室201内に流して、ウェハ200を加熱して成膜するCVD炉において、ベローズ279が筒状加熱手段380によって加熱されているので、高温の処理ガスがベローズ部分357内に拡散してベローズ279に接しても、冷却されることがない。従って、ベローズ部分357で処理ガスが経時変化を起こすこともなく、ベローズ279の内側に副生成物が固化して付着することもない。その結果、ベローズ279内におけるパーティクルの発生を抑止でき、安定な成膜工程を行うことができる。
Next, the operation of the configuration of the CVD furnace provided with the cylindrical heating means 380 as described above will be described.
Since the
また、筒状加熱手段380を、ベローズ279の外側にベローズ279と同軸的に設けるとともに、はめ込み式の上下の筒状ヒータ381、382で構成したので、ベローズ279が上下に伸縮運動しても、ヒータ381、382が、その伸縮運動を干渉することがなく、ヒータユニット327の円滑な昇降を確保できる。
In addition, the cylindrical heating means 380 is provided outside the
また、ベローズ279の外側に、ベローズ279と所定の空間388を介して、筒状ヒータ381、382を設けたことにより、所定の空間388による断熱効果が発揮されるので、はめ込み式の筒状ヒータ381、382間に隙間があっても、ベローズ279を有効に加熱できる。
Further, since the
また、ベローズ279は、支持体376の昇降にともなって伸縮する。そのため、加熱源となるベローズ加熱用のヒータ380bが断線するなどの不具合が生じるおそれがあり、ヒータを直接ベローズ279に貼り付けることは困難である。この点で、実施の形態では、ベローズ279に直接貼り付けるのではなく、伸縮しない筒状反射板380aにヒータ380bを貼り付けるているので、ヒータ380bの貼付けは容易である。
Further, the
なお、実施の形態では、ベローズ加熱用の筒状加熱手段を、はめ込み式の径の異なる2つの筒状ヒータ381、382で構成したが、支持可能であれば、3つ以上の筒状ヒータで構成してもよい。
In the embodiment, the cylindrical heating means for heating the bellows is configured by two
200 ウェハ(基板)
210 処理室
327 ヒータユニット(基板載置台)
376 支持体(駆動軸)
279 ベローズ(伸縮部材)
232 ガス供給管
235 排気口
380 筒状加熱手段
381、382 筒状ヒータ
200 wafer (substrate)
210
376 Support (drive shaft)
279 Bellows (Expandable member)
232
Claims (1)
前記処理室に収容された基板を載置する基板載置台と、
前記処理室に昇降自在に挿入されて前記基板載置台を昇降させる駆動軸と、
前記駆動軸を覆って前記処理室への挿入部をシールする筒状の伸縮部材と
を備え、前記処理室内にガスを供給しつつ排気することにより前記基板を処理する基板処理装置であって、
前記伸縮部材の外周に、前記伸縮部材と所定の空間を介して、前記伸縮部材を加熱する筒状の加熱手段を設け、
前記筒状加熱手段を、径の異なる複数の筒状ヒータではめ込み可能に構成したことを特徴とする基板処理装置。 A processing chamber for accommodating the substrate;
A substrate mounting table for mounting a substrate accommodated in the processing chamber;
A drive shaft that is inserted into the processing chamber so as to be movable up and down to raise and lower the substrate mounting table;
A cylindrical processing member that covers the drive shaft and seals the insertion portion into the processing chamber, and processes the substrate by exhausting while supplying gas into the processing chamber,
A cylindrical heating means for heating the elastic member via the elastic member and a predetermined space is provided on the outer periphery of the elastic member,
A substrate processing apparatus, wherein the cylindrical heating means is configured to be fitted with a plurality of cylindrical heaters having different diameters.
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