JP2006093201A

JP2006093201A - 半導体製造装置

Info

Publication number: JP2006093201A
Application number: JP2004273216A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Honda; 繁本田; Tomoshi Taniyama; 智志谷山
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2004-09-21
Filing date: 2004-09-21
Publication date: 2006-04-06

Abstract

【課題】
ボートに関するメンテナンスが安全に而も簡単に実施できる様にし、作業者の負担を軽減すると共に作業性を向上して、保守時間の短縮を図り半導体製造装置の生産性を向上する。
【解決手段】
処理炉３６と、複数の基板を積層方向に保持する基板保持具１７と、該基板保持具が載置される炉口蓋１３と、該炉口蓋を昇降させ前記基板保持具を前記処理炉内に装入、引出しする昇降手段１１とを有する半導体製造装置に於いて、前記炉口蓋は、上下方向に重なる様に配置された蓋体部１５，４３，４４と回転部４７を有し、前記基板保持具は前記回転部の上に載置されると共に、該回転部は前記蓋体部の上側に配置されており、前記基板保持具が前記処理炉内に装入された状態では前記回転部は回転不可能に前記蓋体部に固定手段により固定されており、前記基板保持具を前記処理炉外に出した状態に於いて前記回転部は前記固定手段を解除され回転可能とできる。
【選択図】図３

Description

本発明はシリコンウェーハ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の製造を行う半導体製造装置に関するものである。

半導体製造装置には、基板を一枚ずつ処理する枚葉式と所要枚数を一度に処理するバッチ式とがあり、更にバッチ式の半導体製造装置には基板を積層方向に多段に支持して処理する縦型の半導体製造装置がある。

縦型の半導体製造装置では、基板（ウェーハ）は熱処理炉内で基板保持具（ボート）に多段に保持された状態で処理され、基板保持具は昇降手段（ボートエレベータ）によって熱処理炉内に装入、引出しされる様になっている。又、ボートはウェーハ保持溝が刻設された複数本の支柱を有し、ウェーハはウェーハ保持溝に挿入されることでボートに保持される。

近年では、歩留り、生産性の向上からウェーハの大径化が進んでおり、炉内温度が１０００℃を超える高温熱処理炉ではウェーハの自重による撓みで結晶欠陥であるスリップ欠陥が発生する虞れがある。この為、処理中ウェーハを全周で支持し、撓みを軽減する様にウェーハリングを介してボートに支持させることが行われている。

図６〜図８により、従来の半導体製造装置に於けるボートと熱処理炉について説明する。

ヒータベース１の下面に反応管支持部材２が取付けられ、該反応管支持部材２に反応管３が反応管フランジ４を介して支持されている。前記反応管３は、耐熱性を有し、ウェーハを汚染しない材質である、例えば石英製であり、有天筒状の気密構造となっている。該反応管３は前記ヒータベース１を貫通して上方に延出し、前記反応管３の周囲は均熱管５に覆われ、該均熱管５は前記ヒータベース１に前記反応管３と同心に支持され、好ましくはＳｉＣを材質としている。前記均熱管５の周囲を覆う様にヒータ６が設けられ、該ヒータ６は前記ヒータベース１に立設されている。前記反応管３、前記均熱管５、前記ヒータ６等により熱処理炉が構成される。

前記反応管３の下端には、ガス導入ポート７、排気ポート８が連通され、前記ガス導入ポート７は処理ガス源、或はパージガス源（図示せず）に接続され、前記排気ポート８は排気装置（図示せず）に接続されている。

前記ヒータベース１の下方はウェーハ搬送空間９となっており、該ウェーハ搬送空間９に基板保持具昇降手段（ボートエレベータ）１１が設けられている。

該ボートエレベータ１１は水平方向に延出し、昇降可能な昇降アーム１２を有し、該昇降アーム１２の上側に炉口蓋１３が前記反応管３と同心に設けられている。前記炉口蓋１３は下側の第１蓋体１４、上側の第２蓋体１５によって構成される。

該第２蓋体１５の上面に好ましくは石英製のキャップ１６が載置され、該キャップ１６に好ましくは石英製のボート１７が前記反応管３と同心となる様に載置される。前記キャップ１６、前記ボート１７は基板保持具を構成する。

前記キャップ１６は下端にキャップフランジ１８を有し、該キャップフランジ１８はＯリング等のシール部材１９を介して前記反応管フランジ４の下面に気密に当接する様になっている。而して、前記ボートエレベータ１１により前記ボート１７を前記反応管３内に装入した状態では、前記キャップ１６が前記反応管３の下端開口部（炉口部）を気密に閉塞する様になっている。

前記ボート１７は、基板保持溝２１が所要ピッチで刻設された所要本数の基板保持支柱２２を有し、該基板保持支柱２２はウェーハが挿脱可能な様に半円周上に配設されている（図８参照）。

ウェーハ２３は前記基板保持溝２１に挿入されて保持されるが、保持状態ではウェーハ２３は半円部で支持された片持状態となる。この為、図７で示される様に基板ホルダである基板支持リング２４を介して前記基板保持溝２１に挿入される。前記基板支持リング２４は後述する基板移載機２５のツイーザと干渉しない様に、一部が欠切され、或は凹んでいるリング形状を成し、ウェーハ２３は前記基板支持リング２４を介して前記ボート１７に保持され、又前記基板支持リング２４を介することで、ウェーハ２３の周縁で支持され、自重による撓みが減少される。

図８に示される様に、前記ウェーハ搬送空間９には基板移載機２５が前記ボートエレベータ１１の装置正面側に設けられ、降下状態のボート１７に対して装置正面側からウェーハ２３の移載を行う様になっている。

前記ボート１７の前記基板保持溝２１には予め前記基板支持リング２４が装填されており、降下状態のボート１７に対して前記基板移載機２５によりウェーハ２３の移載が行われる。

所要枚数のウェーハ２３を保持したボート１７は前記ボートエレベータ１１により上昇され、前記反応管３内に装入される。前記ヒータ６によりウェーハ２３が加熱され、前記ガス導入ポート７より処理ガスが導入され、前記排気ポート８より前記反応管３内が処理圧力に維持される様に排気される。

ウェーハ２３の処理が完了すると、前記ボート１７が降下され、前記基板移載機２５により処理済のウェーハ２３が払出される。

上記した様に、前記基板支持リング２４はウェーハ２３と共に処理されるので、基板支持リング２４には反応生成物が付着する。付着した反応生成物はウェーハ２３を汚染するパーティクルの原因となるので、所要処理毎に取外して洗浄する等のメンテナンスをする必要がある。

半導体製造装置内では装置正面側から前記ボート１７にウェーハ２３を搬入出するという搬送経路となっており、この為、前記基板保持支柱２２は装置正面側、即ち基板移載機２５側を開放する様に装置背面側の半円周上に配置されている。又、メンテナンスは、半導体製造装置の機器構成から前記基板移載機２５が障害とならない方向から行う様になっており、通常は筐体２６の背面に保守用の扉が設けられ、装置背面側から行う様になっている。

従って、前記基板支持リング２４を前記ボート１７に挿脱する作業は、図８で示される様に、前記ボート１７の装置正面側から基板支持リング２４を挿脱し、該基板支持リング２４の搬入出は降下状態の前記ボート１７と前記筐体２６の側面間の狭い空間を通って行われていた。

この為、メンテナンス作業は狭小な空間で、不自然な姿勢で行わなければならず、作業者の身体的な負担が大きく、又前記ボート１７に触れない様にしなければならない等注意を要し、更に作業時間が長くなる等、作業性が悪いという問題があった。

本発明は斯かる実情に鑑み、前記基板支持リングの挿脱等、ボートに関するメンテナンスが安全に而も簡単に実施できる様にし、作業者の負担を軽減すると共に作業性を向上して、保守時間の短縮を図り半導体製造装置の生産性を向上するものである。

本発明は、処理炉と、複数の基板を積層方向に保持する基板保持具と、該基板保持具が載置される炉口蓋と、該炉口蓋を昇降させ前記基板保持具を前記処理炉内に装入、引出しする昇降手段とを有する半導体製造装置に於いて、前記炉口蓋は、上下方向に重なる様に配置された蓋体部と回転部を有し、前記基板保持具は前記回転部の上に載置されると共に、該回転部は前記蓋体部の上側に配置されており、前記基板保持具が前記処理炉内に装入された状態では前記回転部は回転不可能に前記蓋体部に固定手段により固定されており、前記基板保持具を前記処理炉外に出した状態に於いて前記回転部は前記固定手段を解除され回転可能とできる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、複数の基板を積層方向に保持する基板保持具と、該基板保持具が載置される炉口蓋と、該炉口蓋を昇降させ前記基板保持具を前記処理炉内に装入、引出しする昇降手段とを有する半導体製造装置に於いて、前記炉口蓋は、上下方向に重なる様に配置された蓋体部と回転部を有し、前記基板保持具は前記回転部の上に載置されると共に、該回転部は前記蓋体部の上側に配置されており、前記基板保持具が前記処理炉内に装入された状態では前記回転部は回転不可能に前記蓋体部に固定手段により固定されており、前記基板保持具を前記処理炉外に出した状態に於いて前記回転部は前記固定手段を解除され回転可能とできるので、基板保持具に対して作業を行う場合は、前記昇降手段で基板保持具を降下させることで、基板保持具を作業し易い向きに自在に回転させることができ、作業性が向上する等の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は本発明が実施される半導体製造装置の一例を示している。尚、図１、図２中で図６〜図８に於いて示したものと同等のものには同符号を付してある。

筐体２６内部の装置正面側には、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２８の授受を行う容器授受手段としてのカセットステージ２９が設けられ、該カセットステージ２９の背面側には昇降手段としてのカセットエレベータ３１が設けられ、該カセットエレベータ３１には搬送手段としてのカセット移載機３２が取付けられている。又、前記カセットエレベータ３１の背面側には、前記カセット２８の載置手段としてのカセット棚３３が設けられると共に前記カセットステージ２９の上方にも予備カセット棚３４が設けられている。該予備カセット棚３４の上方にはクリーンユニット３５が設けられクリーンエアを前記筐体２６の内部に流通させる様に構成されている。

該筐体２６の後部上方には、熱処理炉３６が設けられ、該熱処理炉３６の下方には基板としてのウェーハ２３を水平姿勢で多段に保持する基板保持具としてのボート１７を前記熱処理炉３６内に昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ１１が設けられ、該ボートエレベータ１１に取付けられた昇降アーム１２の先端部には蓋体としての炉口蓋１３が取付けられ前記ボート１７を垂直に支持している。前記ボートエレベータ１１と前記カセット棚３３との間には昇降手段としての移載エレベータ３７が設けられ、該移載エレベータ３７には移載手段としての基板移載機２５が取付けられている。又、前記ボートエレベータ１１の横には、開閉機構を持ち前記熱処理炉３６の炉口部を塞ぐ遮蔽部材としての炉口シャッタ３８が設けられている。

前記ウェーハ２３が装填された前記カセット２８は、図示しない外部搬送装置から前記カセットステージ２９に前記ウェーハ２３が上向き姿勢で搬入され、該ウェーハ２３が水平姿勢となる様前記カセットステージ２９で９０°回転させられる。更に、前記カセット２８は、前記カセットエレベータ３１の昇降動作、横行動作及び前記カセット移載機３２の進退動作、回転動作の協働により前記カセットステージ２９から前記カセット棚３３又は前記予備カセット棚３４に搬送される。

前記カセット棚３３には前記基板移載機２５の搬送対象となる前記カセット２８が収納される移載棚３９があり、前記ウェーハ２３が移載に供される前記カセット２８は前記カセットエレベータ３１、前記カセット移載機３２により前記移載棚３９に移載される。

前記カセット２８が前記移載棚３９に移載されると、前記基板移載機２５の進退動作、回転動作及び前記移載エレベータ３７の昇降動作の協働により前記移載棚３９から降下状態の前記ボート１７に前記ウェーハ２３を移載する。

前記ボート１７に所定枚数の前記ウェーハ２３が移載されると前記ボートエレベータ１１により前記ボート１７が前記熱処理炉３６に挿入され、前記炉口蓋１３により前記熱処理炉３６が気密に閉塞される。気密に閉塞された該熱処理炉３６内では前記ウェーハ２３が加熱されると共に処理ガスが前記熱処理炉３６内に供給され、前記ウェーハ２３に処理がなされる。

該ウェーハ２３への処理が完了すると、該ウェーハ２３は上記した作動の逆の手順により、前記ボート１７から前記移載棚３９の前記カセット２８に移載され、該カセット２８は前記カセット移載機３２により前記移載棚３９から前記カセットステージ２９に移載され、図示しない外部搬送装置により前記筐体２６の外部に搬出される。尚、前記炉口シャッタ３８は、前記ボート１７が降下状態の際に前記熱処理炉３６の下面を塞ぎ、外気が該熱処理炉３６内に巻込まれるのを防止している。

前記カセット移載機３２等の搬送動作は、搬送制御手段４０により制御される。

図３〜図５に於いて、本実施の形態に係るボート支持部について説明する。尚、図３〜図５中、図６〜図８中で示したものと同等のものには同符号を付し、説明の詳細は省略する。

ボートエレベータ１１から水平方向に延出する昇降アーム１２の先端部には、昇降座４１が設けられており、該昇降座４１の中心には反応管３と同心の円孔４２が形成されている。前記昇降座４１上に取付けられる炉口蓋１３は中心部が中空となっているドーナツ状の第１蓋体１４、第２蓋体１５から構成され、該第２蓋体１５の中空部に軸受４３を介して上ボート回転軸４４が回転自在に設けられている。

該上ボート回転軸４４を少なくとも３本のガイドシャフト４５が前記上ボート回転軸４４の軸心と平行に貫通し、前記ガイドシャフト４５は円周３等分した位置に設けられたスライドブッシュ４６を介して前記上ボート回転軸４４に対して摺動自在となっている。前記ガイドシャフト４５の上端には上昇降板４７が固着され、前記ガイドシャフト４５の下端には下昇降板４８が固着され、前記上昇降板４７、前記ガイドシャフト４５、前記下昇降板４８は一体となって回転昇降部を形成し、該回転昇降部は前記炉口蓋１３に対して回転自在に支持されていると共に上下動自在となっている。

前記下昇降板４８の周縁部１箇所には切欠５０が形成され、後述する回転止ピン５７が係合可能となっている。前記上昇降板４７の上面には少なくとも１箇所に回転止突起５８が突設され、該回転止突起５８は前記キャップフランジ１８の下面に形成された回転止凹部５９に嵌脱可能となっている。

前記上ボート回転軸４４の下面からバネガイド４９が前記下昇降板４８を遊貫する様に突設され、前記バネガイド４９を中心に圧縮スプリング５１が前記上ボート回転軸４４と前記下昇降板４８間に挾設され、該下昇降板４８を下方に付勢している。

前記上ボート回転軸４４の下部周面に係止穴５２，５２（一方は図示せず）が２箇所設けられ、２つの係止穴５２は前記上ボート回転軸４４の中心に対して好ましくは１８０°位置がずれている。前記第２蓋体１５の下側にはインデックスプランジャ５３が設けられており、該インデックスプランジャ５３は係止片５４を電動又は手動により突出、後退させることができ、該係止片５４は前記係止穴５２に係合可能となっている。

而して、前記第２蓋体１５と前記軸受４３と前記ボート回転軸４４は蓋体部を構成し、前記上昇降板４７即ち回転部の固定手段は、前記回転部が前記ガイドシャフト４５により昇降し前記回転部が前記蓋体部に乗載された場合には固定され、前記回転部が前記蓋体部から離された状態で前記ボート回転軸４４の作用を受けて回転可能となる。

前記上ボート回転軸４４等の可動部はカバー５５によって覆われており、該カバー５５には排気口５６が設けられ、該排気口５６を介して前記カバー５５内の雰囲気ガスは半導体製造装置外に排気される様になっている。

熱処理炉３６の下方、筐体２６の底面にボート受け具６０が設けられる。

該ボート受け具６０は、前記筐体２６底面に固着されたリング状の固定フランジ６１を有し、該固定フランジ６１は前記上ボート回転軸４４の回転軸心の下方延長上に、該回転軸心と同心に配置される。

前記固定フランジ６１に軸受６２を介して回転自在に下ボート回転軸６３が内嵌されている。該下ボート回転軸６３はリング形状をしており、上面の少なくとも一箇所に回転止ピン５７が突設されている。該回転止ピン５７は前記切欠５０と係合離脱可能である。

図４、図５に於いて基板支持リング２４の挿脱作業について説明する。

前記回転止ピン５７の位置を前記切欠５０と対応する様に位置合せし、前記ボートエレベータ１１により前記昇降アーム１２を最下位置（保守作業位置）迄降下させる。保守作業位置は、装置のプロセス中に前記ボート１７にウェーハ２３を移載する位置（プロセス位置）より更に下方となっている。

前記昇降アーム１２の保守作業位置では、前記回転止ピン５７が前記切欠５０と嵌合し、前記下昇降板４８が前記下ボート回転軸６３に当接し、更に前記圧縮スプリング５１に抗し前記ガイドシャフト４５を介して前記上昇降板４７を押上げる。該上昇降板４７の上昇によって前記キャップフランジ１８が前記第２蓋体１５から離反し、前記回転止突起５８は前記回転止凹部５９に嵌合する。

前記圧縮スプリング５１が介在することで、前記下昇降板４８と前記下ボート回転軸６３が当接する際の衝撃を緩和し、又前記軸受４３、前記軸受６２にスラスト力を付与して回転を安定させる。

前記インデックスプランジャ５３を作動して、前記係止片５４を前記係止穴５２から離脱させる。この状態では、前記上ボート回転軸４４、前記下ボート回転軸６３の回転を拘束するものはなく、前記キャップフランジ１８は自在に回転し得る状態である。

図５に示される様に、装置背面側から、前記キャップフランジ１８を持って前記ボート１７を１８０°回転させる。１８０°回転された位置で前記インデックスプランジャ５３により前記係止穴５２と前記係止片５４とを係合させ、前記上ボート回転軸４４の回転を拘束する。

前記ボート１７を１８０°回転させることで、基板保持支柱２２が装置正面側に移動し、装置背面側が開放された状態となる。従って、装置背面側から基板支持リング２４をボート１７に対して挿脱可能となる。装置背面側には障害物がなく、作業は簡単且つ安全である。

前記ボート１７への基板支持リング２４の挿入作業が完了すると、前記インデックスプランジャ５３による拘束を解除し、前記ボート１７を１８０°回転して元に戻し、前記インデックスプランジャ５３により前記上ボート回転軸４４を拘束する。

前記ボートエレベータ１１により前記昇降アーム１２を上昇させることで、前記下昇降板４８が前記下ボート回転軸６３から離反し、前記上昇降板４７が前記上ボート回転軸４４に対して降下し、前記キャップフランジ１８が前記第２蓋体１５に載置され、保守作業が完了する。

而して、作業者が誤ってボート１７に触れたり、倒したりする虞れが無くなり、清浄な環境が維持でき、ボートに関する保守作業について作業時間が短縮し、スループットの向上が図れる。

（付記）
尚、本発明は下記の実施の態様を含む。

（付記１）処理炉と、複数の基板を積層方向に保持する基板保持具と、中心に中空部を有し前記基板保持具が載置される炉口蓋と、該炉口蓋を昇降させ前記基板保持具を前記処理炉内に装入、引出しする昇降手段と、前記炉口蓋の中空部に回転且つ昇降可能に設けられ、上昇時に前記基板保持具を回転可能に支持する回転昇降部と、前記昇降手段の最下降位置で前記回転昇降部を押上げる受け具とを具備することを特徴とする半導体製造装置。

（付記２）反応炉から蓋体の載置されたボートが降ろされている状態で、ボートの基板を搬入搬出する前面部が移載機に向いている場合に、前記蓋体が装置筐体の扉側に向く様に回転させ、前記ボートの支柱溝部には基板ホルダを挿入、又は既に入っていた基板ホルダを取外し、再び前記蓋体をボートが装置筐体の扉側から移載機に向く様に回転させ、該移載機により基板を前記基板ホルダに装填し、前記反応炉へボートを挿入して前記基板へ処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。

本発明の実施の形態を示す斜視図である。本発明の実施の形態を示す側断面図である。本発明の実施の形態の要部を示す部分断面図である。本発明の実施の形態に於ける作動を示す説明図である。（Ａ）（Ｂ）は本発明の実施の形態に於ける作動を示す説明図である。従来例の要部を示す断面図である。図６のＡ部拡大図である。従来の保守作業についての説明図である。

符号の説明

３反応管
４反応管フランジ
５均熱管
６ヒータ
１１ボートエレベータ
１３炉口蓋
１５第２蓋体
１６キャップ
１７ボート
１８キャップフランジ
２２基板保持支柱
２４基板支持リング
３６熱処理炉
４４上ボート回転軸
４５ガイドシャフト
４７上昇降板
４８下昇降板
５３インデックスプランジャ
５５カバー
５７回転止ピン
５８回転止突起
６０ボート受け具
６１固定フランジ
６３下ボート回転軸

Claims

処理炉と、複数の基板を積層方向に保持する基板保持具と、該基板保持具が載置される炉口蓋と、該炉口蓋を昇降させ前記基板保持具を前記処理炉内に装入、引出しする昇降手段とを有する半導体製造装置に於いて、前記炉口蓋は、上下方向に重なる様に配置された蓋体部と回転部を有し、前記基板保持具は前記回転部の上に載置されると共に、該回転部は前記蓋体部の上側に配置されており、前記基板保持具が前記処理炉内に装入された状態では前記回転部は回転不可能に前記蓋体部に固定手段により固定されており、前記基板保持具を前記処理炉外に出した状態に於いて前記回転部は前記固定手段を解除され回転可能とできることを特徴とする半導体製造装置。