JP2006190812A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
基板処理装置の高さを増大させることなく、排気コンダクタンスを増大させ、処理室の圧力を低下させて基板に対する処理が行える様にする。
【解決手段】
基板５０を収容し、該基板上に所望の膜を生成する処理室８５と、該処理室に所望のガスを供給するガス供給手段と、前記処理室と開口５４を介して気密に連設する気密室４３と、該気密室に直接取付けられる排気装置５９とを具備し、前記処理室の雰囲気を前記排気装置により排気する様にした。
【選択図】 図３

Description

本発明はシリコンウェーハ等の基板に酸化膜等の薄膜生成、不純物の拡散、エッチング、アニール処理等の処理を行う基板処理装置に関するものである。

シリコンウェーハ等の基板（以下ウェーハと称する）に酸化膜等の薄膜生成、不純物の拡散、エッチング、アニール処理等の処理を行う基板処理装置としては、ウェーハを１枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置、或は所定枚数を一度に処理するバッチ式の基板処理装置がある。又、バッチ式の基板処理装置の１つに縦型処理炉を有する縦型基板処理装置があり、更に気密室としてのロードロック室を有する縦型基板処理装置がある。

図５に於いて、従来の基板処理装置の縦型処理炉及びロードロック室を説明する。

処理炉１はヒータ２の内部に反応管３を有し、該反応管３はＯリング等のシール材４を介してインレットフランジ５に気密に立設されている。該インレットフランジ５はシール材６を介して前記反応管３と同心に気密室としてのロードロック室７の天板８に気密に立設されている。該天板８には前記インレットフランジ５と同心に開口９が形成されている。又、前記反応管３の内部に処理室１０が画成されている。

前記インレットフランジ５にはガス供給管１１とガス排気管１２とが連通されている。前記ガス供給管１１はガスノズル１３及び図示しないガス供給源に接続されている。該ガスノズル１３の上部開口端から前記処理室１０の上部にガスが供給、拡散される様になっている。尚、前記ガス排気管１２の内径は、図示した従来の基板処理装置では１００ｍｍ程度である。

前記ロードロック室７側面の基板搬送口１４から、前記ロードロック室７内部に設置されたボート１５へ、図示しないウェーハ移載手段により所定枚数のウェーハ１６が移載される。該ウェーハ１６の移載完了後、ロードロックドア１７により前記基板搬送口１４が気密に閉塞され、前記ロードロック室７に設けられた、図示しない排気ラインから、前記ロードロック室７内の雰囲気が排気され、該ロードロック室７が真空引きされる。真空引き完了後に該ロードロック室７に設けられた、図示しない前記ガス供給ラインより、不活性ガスが導入され、前記ロードロック室７内部が前記処理室１０と同圧化される。

昇降モータ１８が駆動されると、上基板１９と下基板２０の間に掛渡したボール螺子２１が回転され、該ボール螺子２１及びガイドシャフト２２に螺合した昇降台２３が上昇される。該昇降台２３に垂設された昇降シャフト２４を介して、該昇降シャフト２４の下端に水平に固着されたアーム２５が上昇される。該アーム２５に設けられたシールキャップ２６にはボート軸２７が設けられ、該ボート軸２７の上端にボート受台２８が設けられ、該ボート受台２８は前記ボート１５を支持している。前記アーム２５の上昇に伴って前記ボート１５が前記処理室１０に装入され、前記シールキャップ２６がシール材２９を介して前記処理炉１を気密に閉塞する。又、前記ロードロック室７と前記昇降台２３との間には前記昇降シャフト２４の突出部を覆うベローズ３０が気密に設けられ、前記ロードロック室７への外気の流入を防止している。

ターボ分子ポンプ３１により前記ガス排気管１２を経て、前記処理室１０の雰囲気が排気され、成膜等の為の処理ガスが前記ガスノズル１３から前記処理室１０に供給され、該処理室１０は所定の圧力に維持される。該処理室１０からの排気ガスは更に、図示しない排気装置（例えばドライ回転ポンプ）により前記ターボ分子ポンプ３１から排気配管３２を経て排気される。前記処理室１０及びウェーハ１６は前記ヒータ２により所定の温度に加熱される。

所定の時間、成膜等の処理が行われた後、前記ガスノズル１３より前記処理室１０に不活性ガスが供給され、ガスパージされて、該処理室１０は前記ロードロック室７内部と同圧化される。同圧化の後、前記ボート１５が前記処理炉１から前記ロードロック室７内へ引出され、冷却後前記ロードロックドア１７が開かれ、前記基板搬出口１４から図示しないウェーハ移載手段によって処理済みの前記ウェーハ１６が払出される。

上記縦型基板処理装置に於いて、排気系のコンダクタンスは略前記ガス排気管１２によって決定される。低圧での処理、例えばシリコンのエピタキシャル成長や粗面化多結晶シリコン（ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｇｒａｉｎｅｄ Ｓｉ；ＨＳＧ）の生成等を行う為には、排気系のコンダクタンスを増大させ、単位時間当りのガス排気量を増大させなければならない。従って、前記ガス排気管１２の径を大きくする必要があるが、該ガス排気管１２の径を大きくする為には、前記インレットフランジ５を高くしなければならない。該インレットフランジ５を高くすると、上記縦型基板処理装置の高さを増大させるか、若しくは前記処理室１０を小型化しウェーハの処理枚数を減らして、上記縦型基板処理装置の大きさを維持しなければならないといった問題があった。

本発明は斯かる実情に鑑み、基板処理装置の高さを増大させることなく、排気経路の排気コンダクタンスを増大させ、処理室の圧力を低下させて基板に対する処理を行える様にするものである。

本発明は、基板を収容し、該基板上に所望の膜を生成する処理室と、該処理室に所望のガスを供給するガス供給手段と、前記処理室と開口を介して気密に連設する気密室と、該気密室に直接取付けられる排気装置とを具備し、前記処理室の雰囲気を前記排気装置により排気す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、基板を収容し、該基板上に所望の膜を生成する処理室と、該処理室に所望のガスを供給するガス供給手段と、前記処理室と開口を介して気密に連設する気密室と、該気密室に直接取付けられる排気装置とを具備し、前記処理室の雰囲気を前記排気装置により排気する様にしたので、基板処理装置の高さを増大させることなく、排気経路の排気コンダクタンスを増大させ、処理室の圧力を低下させて基板に対する処理が行えるという優れた効果を発揮する。

図１〜図４に於いて、本発明が実施される基板処理装置を説明する。

筐体３３内部の前面側には、収納容器授受部としてのカセットステージ３４が設けられ、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３５の授受を行う。前記カセットステージ３４の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ３６が設けられ、該カセットエレベータ３６には搬送手段としてのカセット搬送機３７が取付けられている。前記カセットエレベータ３６の後側には、前記カセット３５の収納手段としてのカセット棚３８が設けられ、該カセット棚３８はスライドステージ３９上に横行可能に設けられている。

又、前記カセット棚３８の上方には前記カセット３５の収納手段としてのバッファカセット棚４０が設けられている。更に、該バッファカセット棚４０の後側にはクリーンユニット４１が設けられ、該クリーンユニット４１はクリーンエアを前記筐体３３の内部を流通させる様に構成されている。

該筐体３３の後部上方には処理炉４２が設けられ、該処理炉４２の下側には、気密室としてのロードロック室４３が連設され、該ロードロック室４３の前面には前記カセット棚３８と対向する位置に基板搬送口４４が形成され、該基板搬送口４４は仕切手段としてのロードロックドア４５によって閉塞される。

前記処理炉４２の後側には昇降手段としてのボートエレベータ４６（後述）が設けられ、該ボートエレベータ４６は前記ロードロック室４３を気密に貫通する昇降シャフト４７、該昇降シャフト４７より延出する昇降基板４８を有する。前記ロードロック室４３内部には、基板保持具としてのボート４９が収納され、該ボート４９はウェーハ５０を水平姿勢で多段に保持し、前記ボートエレベータ４６によって昇降され、前記処理炉４２に装入、引出し可能となっている。

前記ロードロック室４３にはガス供給ライン５１が連通され、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４３と前記カセット棚３８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５２が取付けられている。

前記ロードロック室４３及び前記ボートエレベータ４６について図２、図３を参照して説明する。

前記ロードロック室４３の天板５３には開口５４が形成され、該開口５４と同心に前記処理炉４２が前記天板５３上に立設されている。

前記ロードロック室４３の後面には第１ガス排気口５５及び第２ガス排気口５６が設けられ、前記第１ガス排気口５５に第１ポンプ５７（例えばターボ分子ポンプ）が連通し、前記第２ガス排気口５６に第２ポンプ５８が連設している。前記第１ポンプ５７及び第２ポンプ５８は排気装置５９を構成する。

前記第１ポンプ５７は第１排気分岐管６０に接続され、前記第２ポンプ５８は第２排気分岐管６１に接続されている。前記第１排気分岐管６０及び第２排気分岐管６１は排気配管６２に設けられており、該排気配管６２は図示しない排気装置（例えばドライ回転ポンプ）に接続されている。

前記ロードロック室４３の外側面の上方に下基板６３が設けられ、該下基板６３に立設したガイドシャフト６４の上端に上基板６５が設けられ、前記下基板６３と上基板６５の間に掛渡してボール螺子６６が回転自在に設けられる。該ボール螺子６６は前記上基板６５に設けられた昇降モータ６７により回転される。前記ガイドシャフト６４には昇降台６８が昇降自在に嵌合し、該昇降台６８は前記ボール螺子６６に螺合している。

前記昇降台６８には中空の前記昇降シャフト４７が垂設され、前記下基板６３、ガイドシャフト６４、上基板６５、ボール螺子６６、昇降モータ６７、昇降台６８と共に前記ボートエレベータ４６を構成する。

前記昇降台６８と前記昇降シャフト４７の支持部は気密となっている。該昇降シャフト４７は前記ロードロック室４３の天板５３を遊貫し、前記ロードロック室４３の底面近くに到達する。前記昇降シャフト４７の貫通部は該昇降シャフト４７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、又前記ロードロック室４３と前記昇降台６８との間には前記昇降シャフト４７の突出部を覆うベローズ６９が気密に設けられ、該ベローズ６９は前記昇降台６８の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有し、該ベローズ６９の内径は前記昇降シャフト４７の外径に比べ充分に大きく前記ベローズ６９の伸縮で接触することがない様になっている。

前記昇降シャフト４７の下端には前記昇降基板４８が水平に固着される。該昇降基板４８の下面には駆動部カバー７０が取付けられ、駆動部収納ケース７１が構成されている。前記昇降基板４８と駆動部カバー７０との接合部にはＯリング等のシール材７２が挾設され、前記駆動部収納ケース７１内部は前記ロードロック室４３に対して気密構造となっている。

前記昇降基板４８の下面にはボート回転モータ７３が設けられ、該ボート回転モータ７３には出力軸７４が前記開口５４と同心に設けられ、前記出力軸７４の上端にはボート受台７５が設けられている。又、前記出力軸７４の軸受部７６は磁性流体シール等により気密にシールされており、該軸受部７６には軸受冷却器７７が外嵌している。

電力供給ケーブル７８が前記昇降シャフト４７の上端から該昇降シャフト４７の中空部を通って前記ボート回転モータ７３に導かれて接続されている。又、前記軸受冷却器７７には冷却流路７９が形成されており、該冷却流路７９には冷却水配管８０が接続されている。該冷却水配管８０は前記昇降シャフト４７の中空部を経て導かれて前記軸受冷却器７７に接続されている。

前記処理炉４２について図４を参照して説明する。

前記ロードロック室４３の天板５３にシール材８１を介してインレットフランジ８２が気密に、前記開口５４と同心に立設されている。前記インレットフランジ８２に反応管８３がＯリング等のシール材８４を介して気密に立設されている。前記反応管８３は石英等の耐熱性を有し、前記ウェーハ５０を汚染しない材料であり、下端が開口する有天筒形状となっており、処理室８５が画成されている。前記反応管８３がヒータ８６に囲繞され前記処理炉４２が構成されている。尚、前記インレットフランジ８２の内径は３００ｍｍ程度である。

前記インレットフランジ８２にはガス供給管８７が連通され、該ガス供給管８７の端部にガスノズル８８が設けられ、該ガスノズル８８は前記反応管８３の内壁に沿って前記処理室８５の上方に延び、上端は該処理室８５の上部に開口している。又、前記ガス供給管８７には給気バルブ８９が設けられ、更に前記ガス供給管８７の上流側の端部には第１分岐管９０、第２分岐管９１、第３分岐管９２が接続されている。

前記第１分岐管９０は第１ガス供給源９３に接続され、更に第１バルブ９４、ガスの流量を調節する為の第１マスフローコントローラ（ＭＦＣ）９５が設けられている。同様に前記第２分岐管９１は第２ガス供給源９６に接続され、更に第２バルブ９７、第２マスフローコントローラ９８が設けられ、前記第３分岐管９２は第３ガス供給源９９に接続され、更に第３バルブ１００、第３マスフローコントローラ１０１が設けられている。前記ガス供給管８７、ガスノズル８８、給気バルブ８９、第１分岐管９０、第２分岐管９１、第３分岐管９２、第１バルブ９４、第２バルブ９７、第３バルブ１００、第１マスフローコントローラ９５、第２マスフローコントローラ９８、第３マスフローコントローラ１０１、第１ガス供給源９３、第２ガス供給源９６及び第３ガス供給源９９はガス供給手段１０２を構成する。

前記第１マスフローコントローラ９５、第２マスフローコントローラ９８及び第３マスフローコントローラ１０１は制御装置１０３に接続され、該制御装置１０３によりそれぞれ独立にガス流量が制御される。又、前記第１バルブ９４、第２バルブ９７及び第３バルブ１００は前記制御装置１０３に接続され、該制御装置１０３によりそれぞれ独立に開閉が制御される。更に前記給気バルブ８９は前記制御装置１０３に接続され、該制御装置１０３により開閉が制御され、前記処理室８５へのガス供給量が制御される様になっている。

前記ヒータ８６は、例えば抵抗加熱方式の場合にはヒータ素線と断熱部材によって構成され、該ヒータ８６は前記制御装置１０３に接続され、該制御装置１０３により前記処理室８５の温度が制御される。又、前記ボート回転モータ７３は前記制御装置１０３により駆動制御され、前記ボート４９の回転が制御される。

以下、上記基板処理装置に於ける作動を説明する。

図示しない外部搬送装置から搬送された前記カセット３５は、前記カセットステージ３４に載置され、該カセットステージ３４で前記カセット３５の姿勢は９０゜変更され、前記カセットエレベータ３６の昇降動作、横行動作及び、前記カセット搬送機３７の進退動作の協働により前記カセット棚３８又は、前記バッファカセット棚４０に搬送される。

前記ボート４９が前記ボートエレベータ４６により前記ロードロック室４３内に降下され、前記ロードロックドア４５が開かれる。

前記スライドステージ３９は前記カセット棚３８を水平移動させ、移載の対象となる前記カセット３５を前記ウェーハ移載機５２に対峙する様に位置決めする。該ウェーハ移載機５２は昇降動作、回転動作の協働により前記ウェーハ５０を前記カセット３５より前記ボート４９へと移載する。前記ウェーハ５０の移載はいくつかの前記カセット３５に対して行われ、前記ボート４９へ所定枚数のウェーハ５０の移載が完了した後、前記ロードロックドア４５が閉じられる。

前記第１ポンプ５７及び前記第２ポンプ５８により前記処理室８５及びロードロック室４３の雰囲気が吸引、排気される。前記処理室８５の雰囲気は前記開口５４及びインレットフランジ８２を介し、前記ロードロック室４３を経て前記第１ポンプ５７及び第２ポンプ５８により排気される。前記処理室８５から前記第１ポンプ５７及び前記第２ポンプ５８に至る排気経路中、前記開口５４或は前記インレットフランジ８２が最小の径を持ち、従来例の前記ガス排気管１２に比べて排気経路の最小径は大幅に増大している。

前記第１ポンプ５７及び前記第２ポンプ５８により排出された排気ガスは更に前記第１排気分岐管６０及び前記第２排気分岐管６１から前記排気配管６２を経て図示しない排気装置（例えばドライ回転ポンプ）により排気される。

前記ガス供給ライン５１から前記ロードロック室４３に不活性ガスが供給され、前記第１ポンプ５７及び前記第２ポンプ５８により排気されて、前記処理室８５及びロードロック室４３内部は所定の気圧（０．１Ｐａ〜１０００Ｐａ）に維持される。前記ヒータ８６により前記処理室８５及びウェーハ５０が加熱され、該ウェーハ５０は６００℃〜９００℃の所定の処理温度に保持される。尚、処理内容に対応して、前記処理室８５の圧力、温度設定は選択される。

前記昇降モータ６７を駆動し、前記ボール螺子６６が回転されることで前記昇降台６８、昇降シャフト４７を介して前記駆動部収納ケース７１が上昇する。該駆動部収納ケース７１の上昇に伴って前記ボート４９が上昇し、前記処理室８５に装入される。前記ウェーハ５０に対する処理状態では、前記昇降台６８の位置は、前記昇降基板４８と前記開口５４とが所定の空間を隔てた高さとなっている。而して、前記ウェーハ５０の処理状態で、前記処理室８５と前記ロードロック室４３とは前記空間を介して連通している。

次に前記ウェーハ５０に対してＳｉＧｅエピタキシャル成長の処理が行われる。

前記第１ガス供給源９３から第１処理ガスとしてＳｉＨ4 或はＳｉ2 Ｈ6 が供給され、前記第１処理ガスの流量は前記第１マスフローコントローラ９５により調節される。前記第２ガス供給源９６から第２処理ガスとしてＧｅＨ4 が供給され、前記第２処理ガスの流量は前記第２マスフローコントローラ９８により調節される。前記第３ガス供給源９９から第３処理ガスとして希釈ガス（例えば窒素ガス）が供給され、前記第３処理ガスの流量は前記第３マスフローコントローラ１０１により調節される。

前記第１バルブ９４が開かれ第１処理ガスが前記ガス供給管８７に流入し、前記第２バルブ９７が開かれ第２処理ガスが前記ガス供給管８７に流入し、前記第３バルブ１００が開かれ第３処理ガスが前記ガス供給管８７に流入し、第１処理ガス、第２処理ガス及び第３処理ガスは所定の混合比で混合される。

前記給気バルブ８９が開かれ、混合ガスは前記ガスノズル８８を経て前記処理室８５の上部から前記ウェーハ５０表面に供給され、該ウェーハ５０に対して、所定の成膜圧力（減圧下）の下でＳｉＧｅエピタキシャル成長が行われる。

処理中、前記混合ガス或はウェーハ処理による反応生成物等のガスは前記昇降基板４８と前記開口５４の間の前記空間を介して前記ロードロック室４３へ流入し前記第１ポンプ５７及び前記第２ポンプ５８により排気される。排気ガスは更に前記第１ポンプ５７から前記第１排気分岐管６０を経て前記排気配管６２に排気され、前記第２ポンプ５８から前記第２排気分岐管６１を経て前記排気配管６２に排気され、図示しない排気装置により前記排気配管６２から排気される。

又、前記ボート回転モータ７３が駆動され、前記ボート４９が回転される。該ボート４９が回転することで、前記ウェーハ５０面内での処理の均一性が向上する。前記冷却水配管８０を介して前記冷却流路７９に冷却水を流通させ、前記軸受冷却器７７を介して前記軸受部７６を冷却する。

尚、前記ボート回転モータ７３、ガイドシャフト６４、電力供給ケーブル７８等は前記ロードロック室４３の雰囲気から隔離されており、これらの部材による前記ウェーハ５０の汚染が抑制される。

所定の時間（５分〜１２０分）、処理が継続された後、前記第３マスフローコントローラ９８が不活性ガスの流量を調節し、前記第１バルブ９４及び前記第２バルブ９７が閉じられて、前記混合ガスの供給が停止され不活性ガスに置換される。前記混合ガスは前記第１ポンプ５７及び前記第２ポンプ５８により排気され、更に前記ガス供給ライン５１から前記ロードロック室４３に不活性ガスが供給され、前記処理室８５及び前記ロードロック室４３内部がガスパージされ、大気圧に復圧される。又、前記ボート４９の回転が停止される。

復圧後、前記昇降モータ６７が駆動されて、前記ボート４９が降下され、前記ロードロック室４３内に引出される。処理によって加熱された前記ウェーハ５０が所要の温度（例えば１００℃）迄冷却された後、前記ロードロックドア４５が開かれる。

処理済みのウェーハ５０は前記ウェーハ移載機５２により前記ボート４９から前記カセット棚３８のカセット３５へ移載され、更に前記カセット搬送機３７により、処理済みのウェーハ５０が装填された前記カセット３５は前記カセットステージ３４に搬送され、図示しない外部搬送装置により前記カセット３５は搬出される。

前記カセット搬送機３７、ウェーハ移載機５２等の動作は、搬送制御手段１０４により制御される。

本発明の実施の形態に於いて、前記処理室８５の雰囲気は前記インレットフランジ８２、前記開口５４、前記ロードロック室４３を介して排気される。

ガスの分子流領域では、下記式（１）に表される様に、排気コンダクタンスＣは排気経路の径ｄの３乗に比例し排気経路の長さＬに反比例する。従来例の排気経路では前記ガス排気管１２が最小の径として１００ｍｍ程度を持ち、本発明の排気経路では前記開口５４或は前記インレットフランジ８２が最小の径として３００ｍｍ程度を持つ。本発明の実施の形態に於いては、従来例と比較して９倍以上、排気コンダクタンスが増大され、単位時間当りの排気量が増大される。而して、基板処理装置の高さを増大させることなく、或は前記処理室８５の高さを減少させてウェーハの処理枚数を減少させることなく、前記処理室８５の圧力を低下させることができる。

Ｃ＝１２１×ｄ³ ／Ｌ …（１）
Ｃは排気コンダクタンス、ｄは配管の径、Ｌは配管（排気経路）の長さである。

尚、本発明の実施の形態に於いては、２つのポンプを前記ロードロック室４３に直接取付けたが、前記ロードロック室４３が広い平板の側面を有するので、２つに限らず１つ或は複数個設置してもよい。又、前記第１ポンプ５７及び前記第２ポンプ５８は配管を介して前記ロードロック室４３に取付けてもよい。更に、前記インレットフランジ８２に排気管等を介さず直接ポンプ等の排気装置を設けてもよい。

更に、前記開口５４にゲートバルブを設け、前記処理室８５と前記ロードロック室４３を分離し、前記処理室８５への外気の流入の防止或は該処理室８５から前記ロードロック室４３への熱伝導の抑制を行うことも可能である。

本発明が実施される基板処理装置の斜視図である。 本発明の実施の形態に於ける処理炉及びロードロック室を示す断面図であり、ボートの降下状態を示す図である。 本発明の実施の形態に於ける処理炉及びロードロック室を示す断面図であり、ボートの装入状態を示す図である。 本発明の実施の形態に於ける処理炉の断面図である。 従来の基板処理装置の処理炉及びロードロック室の断面図である。

符号の説明

４３ ロードロック室
５０ ウェーハ
５４ 開口
５５ 第１ガス排気口
５６ 第２ガス排気口
５７ 第１ポンプ
５８ 第２ポンプ
５９ 排気装置
６０ 第１排気分岐管
６１ 第２排気分岐管
８２ インレットフランジ
８５ 処理室
８７ ガス供給管
８８ ガスノズル
８９ 給気バルブ
９０ 第１分岐管
９１ 第２分岐管
９２ 第３分岐管
９３ 第１ガス供給源
９４ 第１バルブ
９５ 第１マスフローコントローラ
９６ 第２ガス供給源
９７ 第２バルブ
９８ 第２マスフローコントローラ
９９ 第３ガス供給源
１００ 第３バルブ
１０１ 第３マスフローコントローラ
１０２ ガス供給手段

Claims (1)

1. 基板を収容し、該基板上に所望の膜を生成する処理室と、該処理室に所望のガスを供給するガス供給手段と、前記処理室と開口を介して気密に連設する気密室と、該気密室に直接取付けられる排気装置とを具備し、前記処理室の雰囲気を前記排気装置により排気する様構成したことを特徴とする基板処理装置。

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