JP2008198930A - 基板処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】
基板処理装置に於いて、基板保持具が垂下された昇降軸で片持支持された場合に、振動、揺れを抑制し、基板移載時の搬送、移載精度の向上を図る。
【解決手段】
基板保持具4に保持された基板を収納し、処理する処理室6と、該処理室下方に連設される予備室9と、前記基板保持具を支持し、前記処理室を閉塞する炉口蓋12と、該炉口蓋を支持する炉口蓋支持部22と、該炉口蓋支持部を支持する昇降軸21と、該昇降軸を吊下げ支持しつつ昇降させる昇降手段14と、前記基板保持具に基板を搬入出する基板移載手段29とを備え、前記基板保持具に基板を搬入出する際に、前記炉口蓋支持部の振動を抑制する振動抑制手段を前記予備室内に設けた。
【選択図】 図1

Description

本発明はシリコンウェーハ等の被処理基板に対して、CVD、ドライエッチング、スパッタ等所要の処理を行う基板処理装置に関し、特に処理室に連設された予備室を具備する基板処理装置及び該基板処理装置による半導体装置の製造方法に関するものである。
シリコンウェーハ等の基板にCVD、ドライエッチング、スパッタ等所要の処理を行い半導体装置を製造する装置として基板処理装置があり、基板処理装置には基板を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とがある。
バッチ式の基板処理装置では所定数の基板(以下、ウェーハ)が基板保持具(以下、ボート)に水平姿勢で多段に保持され、該ボートをボート装脱手段(以下、ボートエレベータ)により処理室に装入、引出しする様にし、前記ボートエレベータにより前記ボートを前記処理室に収納させ、ウェーハを前記ボートに保持させた状態で、所要の処理を行い、処理後は前記ボートエレベータにより前記ボートを前記処理室から引出している。
前記ボートエレベータを予備室内に設けた場合、潤滑剤から発生した有機物質によるウェーハの有機汚染、或はボートエレベータ摺動部から発生するパーティクルによる汚染が問題となるところから、特許文献1に示される様にボートエレベータの機構部が予備室外に設けられた基板処理装置がある。
前記ボートエレベータの機構部が前記予備室外に設けられた場合、前記機構部は前記予備室の天井部を貫通する昇降軸により前記ボートが支持される。前記昇降軸は構造上上端を支持されるので、片持支持となり、剛性の低下は免れなく、更に下端に重量の大きいボート支持台、ボートを支持することとなるので、前記昇降軸は横荷重が作用した場合に揺易い。この為、ボートエレベータの昇降時等、基板処理装置の機構部の振動の影響による揺れが生じ易い。又基板処理装置の設置状態によっては、基板処理装置が床からの振動等を受ける場合もあり、前記昇降軸に支持されたボートはやはり揺易くなる。
一方、前記ボートへのウェーハの移載、払出しは、前記ボートが前記ボートエレベータに支持された状態で実行され、ウェーハの移載、払出し状態で、前記ボートが振動、揺れを起した場合、移載したウェーハに位置ずれを生じる。この為、搬送、移載精度の信頼性が損われる。
特開2005−259752号公報
本発明は斯かる実情に鑑み、ボートが垂下された昇降軸で片持支持された場合に、振動、揺れを抑制し、ウェーハ移載時の搬送、移載精度の向上を図るものである。
本発明は、基板保持具に保持された基板を収納し、処理する処理室と、該処理室下方に連設される予備室と、前記基板保持具を支持し、前記処理室を閉塞する炉口蓋と、該炉口蓋を支持する炉口蓋支持部と、該炉口蓋支持部を支持する昇降軸と、該昇降軸を吊下げ支持しつつ昇降させる昇降手段と、前記基板保持具に基板を搬入出する基板移載手段とを備え、前記基板保持具に基板を搬入出する際に、前記炉口蓋支持部の振動を抑制する振動抑制手段を前記予備室内に設けた基板処理装置に係るものである。
本発明によれば、基板保持具に保持された基板を収納し、処理する処理室と、該処理室下方に連設される予備室と、前記基板保持具を支持し、前記処理室を閉塞する炉口蓋と、該炉口蓋を支持する炉口蓋支持部と、該炉口蓋支持部を支持する昇降軸と、該昇降軸を吊下げ支持しつつ昇降させる昇降手段と、前記基板保持具に基板を搬入出する基板移載手段とを備え、前記基板保持具に基板を搬入出する際に、前記炉口蓋支持部の振動を抑制する振動抑制手段を前記予備室内に設けたので、基板移載時の炉口蓋支持部、即ち基板保持具の振動、揺れが防止され、基板の移載精度が向上すると共に基板と基板保持具との干渉が避けられ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4により、本発明に係る基板処理装置の概略を説明する。
図1に示す様に、処理炉5は、処理室6を画成する反応管7、該反応管7を囲繞するヒータユニット8から成り、前記反応管7の下方には予備室9が気密に連設されている。前記反応管7下端の炉口部11は後述する炉口蓋12によって気密に閉塞されると共に前記炉口部11は炉口ゲートバルブ13によって開閉され、ボート4の降下状態では前記炉口ゲートバルブ13によって気密に閉塞される様になっている。
前記予備室9の上面にはボートエレベータ14が設けられ、前記予備室9内に収納されたボート4を昇降する様になっている。
前記ボートエレベータ14について説明する。
駆動部ボックス15が設けられ、該駆動部ボックス15はアクチュエータとして減速機を備えた昇降モータ(図示せず)を具備している。
前記駆動部ボックス15にガイドシャフト16が立設され、該ガイドシャフト16の上端に上基板17が設けられている。前記駆動部ボックス15と前記上基板17間に掛渡って前記ガイドシャフト16と平行に立設されたボール螺子(図示せず)が回転自在に設けられ、該ボール螺子は前記駆動部ボックス15により回転される。前記ガイドシャフト16には昇降ブロック18が昇降自在に嵌合し、該昇降ブロック18は前記ボール螺子に螺合している。
前記昇降ブロック18にブラケット19が設けられ、該ブラケット19に気密な中空構造の昇降軸21が前記予備室9の天板を非接触で貫通し、垂直下方に延出する様取付けられている。前記昇降軸21の下端に炉口蓋支持部22が取付けられている。該炉口蓋支持部22は水平に延び、先端部上面には前記反応管7の前記炉口部11を気密に閉塞する前記炉口蓋12が取付けられ、該炉口蓋12には前記ボート4が載置される。
前記昇降軸21の貫通部は該昇降軸21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、又前記予備室9と前記ブラケット19間には前記昇降軸21の前記予備室9から突出する部分を覆うベローズ23が気密に設けられ、該ベローズ23は前記昇降ブロック18の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有し、前記ベローズ23の内径は前記昇降軸21の外形に比べ充分に大きく前記ベローズ23の伸縮で接触することがない様になっている。
前記炉口蓋支持部22は気密な中空構造となっており、該炉口蓋支持部22内にボート回転手段(図示せず)が設けられ、該ボート回転手段は前記炉口蓋12を貫通するボート回転軸60(図5参照)を有しており、該ボート回転軸60を介して前記ボート4を回転可能となっている。
前記ボート回転手段に対する給電用のケーブル、駆動制御用のケーブル等は前記昇降軸21を通して配線されている。又、前記炉口蓋12、前記ボート回転手段のシールを冷却する為の冷却流路(図示せず)が形成されており、該冷却流路に冷却水を循環する為の冷却水配管(図示せず)も前記昇降軸21内を通して配管されている。尚、前記冷却水配管はウェーハに対して金属汚染等汚染を起こさない金属等の材質が採用されている。
前記駆動部ボックス15により前記ボール螺子が回転され、前記昇降ブロック18が昇降し、前記ブラケット19、前記昇降軸21を介して前記炉口蓋支持部22が前記予備室9内で昇降する。
前記ベローズ23によって、前記予備室9の気密性が維持され、又前記ボートエレベータ14の機構部が前記予備室9内部と完全に隔離される。従って、前記駆動部ボックス15の駆動で前記炉口蓋支持部22が昇降した場合、前記ボートエレベータ14の機構部の潤滑油からの有機物が前記予備室9に浸入することがなく、又摺動部からの発塵で該予備室9の雰囲気が汚染されることがない。
前記炉口蓋支持部22の昇降により、前記ボート4が前記処理室6に装脱され、前記炉口蓋支持部22の最上位置では前記ボート4が前記処理室6に収納されると共に前記炉口蓋12が前記炉口部11を気密に閉塞する。
前記炉口蓋支持部22の一端(前記予備室9の内壁面に対峙する側の端)にはローラ26が回転自在に設けられ、前記予備室9の内壁面の下端部には支持機構(後述)を介して振動抑制片24が設けられている。該振動抑制片24及び支持機構(後述)は振動抑制手段25を構成し、前記ローラ26が前記振動抑制片24に当接した状態で、前記ローラ26と前記振動抑制片24との間で所定の押圧力が作用する様にし、前記炉口蓋支持部22の振動を抑制する。
前記予備室9の側壁には、基板搬送口27が設けられ、該基板搬送口27はゲートバルブ28によって開閉される。
前記基板搬送口27に対向して基板移載手段である基板移載機29が配設される。該基板移載機29は、ウェーハを支持するウェーハ支持プレート31を具備し、該ウェーハ支持プレート31は進退、回転、昇降可能となっている。
前記ボート4が前記予備室9内に収納された状態(ボート4の降下状態)で、前記基板搬送口27を介して前記基板移載機29により、前記ボート4へのウェーハの移載、前記ボート4からウェーハの払出しが行われる。
前記振動抑制手段25について図2〜図4に於いて、更に説明する。尚、図2では、前記炉口蓋12、及びその支持機構については省略している。
前記昇降軸21の下端には水平方向に延出する前記炉口蓋支持部22が設けられ、該炉口蓋支持部22の前記昇降軸21との連結部近傍(前記予備室9の内壁面に対峙した側の端部)には、前記炉口蓋支持部22の両側面にそれぞれ第1ローラ固定部材33を介して前記ローラ26が取付けられる。
前記第1ローラ固定部材33は、前記炉口蓋支持部22の側面と平行な部位33aと、前記側面に対して垂直な部位33bから成り、前記部位33aには水平方向に長い固定長孔34が穿設され、該固定長孔34を介してボルト35によって前記炉口蓋支持部22に固定され、前記部位33aに支持軸36を介して前記ローラ26が枢着されている。
前記第1ローラ固定部材33の前記部位33bに対向して第2ローラ固定部材37が前記炉口蓋支持部22に固定される。前記第2ローラ固定部材37には前記部位33bに当接する押し螺子38が螺合されており、前記第1ローラ固定部材33を仮止めした状態で、前記押し螺子38により、前記第1ローラ固定部材33の水平方向の位置調整が可能となっている。
前記振動抑制片24は、抑制片固定金具39を介して前記予備室9に取付けられる。前記抑制片固定金具39は、前記予備室9の底面に平行な固定部39a、前記予備室9の内壁面に平行な抑制片支持部39bとを有し、前記固定部39aを介して前記予備室9の底面に固定され、前記抑制片支持部39bに前記振動抑制片24が固定支持される様になっている。
又、前記抑制片支持部39bには壁面に対して垂直な調整螺子41が螺合されており、該調整螺子41を回転することで、前記抑制片支持部39bからの突出量が変化し、前記振動抑制片24の水平方向の位置が調整される様になっている。
該振動抑制片24は、前記予備室9の内壁よりも高弾性を有し、又該予備室9内の雰囲気を汚染しない様な合成樹脂製の材質が用いられる。例えば、熱可塑性樹脂であればよいが、所定の硬度を有し、又摩擦抵抗の少ないものである、エンジニアリングプラスチック(PPE(変形ポリフェニレンエーテル)、PC(ポリカーボネート)、PA(ポリアミド)、POM(ポリアセタール)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)等)が使用される。特に好ましくは、PEEK(ピーク)材が使用される。又、前記振動抑制片24の形状は、上部がテーパ状となった台形形状をしており、前記炉口蓋支持部22が降下した場合に前記ローラ26が円滑に前記振動抑制片24に乗上げる様になっている。
次に、図5を参照して前記処理炉5ついて説明する。
外管(以下アウタチューブ43)は例えば石英(SiO2 )等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞され、下端に開口を有する円筒状の形態である。内管(以下インナチューブ44)は、上端及び下端の両端に開口を有する円筒状の形態を有し、前記アウタチューブ43内に同心に配置されている。該アウタチューブ43、前記インナチューブ44により前記反応管7が構成され、該反応管7によって前記処理室6が画成される。
前記アウタチューブ43と前記インナチューブ44との間の空間は筒状空間45を形成し、前記インナチューブ44の上部開口から上昇したガスは、該インナチューブ44の上端で折返し、前記筒状空間45を流下して後述する排気管46から排気される様になっている。
前記アウタチューブ43及び前記インナチューブ44の下端には、例えばステンレス等よりなるマニホールド47が設けられ、該マニホールド47の上端に前記アウタチューブ43が気密に立設され、前記マニホールド47の内側中途部に前記インナチューブ44が支持されている。前記マニホールド47は保持手段(以下ヒータベース48)に固定される。
前記マニホールド47の下端開口部は、前記炉口部11となっており、該炉口部11は前記炉口蓋12によって気密に閉塞可能、又開放可能となっており、前記炉口蓋12は例えばステンレス等よりなる円盤状である。
該炉口蓋12には、ガス供給ノズル49が貫通する様設けられ、該ガス供給ノズル49により、処理用のガスが前記アウタチューブ43内に供給される様になっている。前記ガス供給ノズル49はガス供給管51を介して図示しないガス供給源に接続され、該ガス供給管51にはガス流量制御手段(以下マスフローコントローラ(MFC)52)が設けられ、該MFC52はガス流量制御部53に接続されており、該ガス流量制御部53は供給するガスの流量を所定の量に制御し得る。
前記マニホールド47の上部には前記排気管46が接続され、該排気管46に圧力調節器(例えばAPC(自動圧力調節器)、N2 バラスト制御器があり、以下ここではAPC54とする)及び、排気装置(以下真空ポンプ55)が接続されており、前記筒状空間45を流下したガスが排出される。前記アウタチューブ43内の圧力は、圧力検出手段(以下圧力センサ56)により検出され、該圧力センサ56の検出結果に基づき圧力制御部57が前記APC54を制御して前記アウタチューブ43内を、所定の圧力の減圧雰囲気となる様圧力制御する。
前記炉口蓋12にはボート回転装置58が設けられており、該ボート回転装置58はボート載置部59を有し、該ボート載置部59は前記ボート回転装置58の前記ボート回転軸60に連結されている。前記ボート載置部59に前記ボート4が載置され、前記ボート回転装置58により前記ボート回転軸60、前記ボート載置部59を介して前記ボート4が回転される。
該ボート4は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなり、複数枚のウェーハ71を水平姿勢で且つ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持する様に構成されている。尚、前記ボート4の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる円板形状をした断熱部材としての断熱板72が水平姿勢で多段に複数枚配置されており、前記処理室6からの熱が前記マニホールド47側に伝わり難くなる様構成されている。
前記基板移載機29、前記ボート回転装置58、及び前記ボートエレベータ14は所定のスピード、所定のタイミングで駆動される様に、駆動制御部62により制御される。尚、該駆動制御部62及び温度制御部63、前記ガス流量制御部53、前記圧力制御部57等により主制御部64が構成され、該主制御部64は前記処理炉5及び基板処理装置を統括して制御する。
前記アウタチューブ43の外周には加熱手段(以下ヒータ65)が同心に配置されている。前記アウタチューブ43内の温度は、熱電対等の温度検出手段66により検出され、該温度検出手段66からの検出温度に基づき、前記温度制御部63が前記ヒータ65による加熱状態を制御し、前記処理室6を所定の温度となる様にする。
尚、上記振動抑制片24が設けられる位置は、前記予備室9の底面近傍でなくともよく、ウェーハ71が移載される前記ボート4の位置に対して設けられ、ウェーハ71の移載時にボートの震度、揺れが抑制される様にすればよい。
又、前記押し螺子38は、螺子止め方式での水平方向の位置調整方式としたが、これに限らず、例えば、ボルト止め方式、ナット止め方式であってもよい。要するに所定の水平位置で固定でき、水平方向に位置調整可能であればよい。
次に、図1、図5に示した処理炉による減圧CVD処理方法の一例を説明する。
先ず、前記ボートエレベータ14により前記ボート4を降下させ、前記炉口ゲートバルブ13によって前記炉口部11を閉塞する。
前記ボート4が前記処理室6に収納され、基板移載位置に位置決めされると、前記ローラ26が前記振動抑制片24に乗上げる。前記ローラ26が前記振動抑制片24に乗上げた状態では、前記ローラ26が前記予備室9の壁面より離反方向に押され、前記ローラ26と前記振動抑制片24間で所要の反発力が作用する様にする。
尚、反発力が適正となる様に、前記押し螺子38により前記ローラ26の水平方向の位置決めが行われ、更に前記調整螺子41を捩込むことで、前記振動抑制片24が前記予備室9の壁面から浮上がり、又捩戻すことで、前記振動抑制片24が前記壁面に近接する。従って、前記調整螺子41により、前記振動抑制片24の位置の微調整が行える。適宜な反発力の設定がされることで、前記炉口蓋支持部22の振動の発生、揺れの発生が抑制される。該炉口蓋支持部22の振動、揺れの抑制は、即ち、該炉口蓋支持部22に支持されている前記ボート4の振動、揺れの抑制となる。
位置決めされた前記ボート4に前記基板移載機29により所定枚数のウェーハ71を移載する。前記ボート4は適正位置に、位置決めされ、又振動、揺れが抑制されているので、前記基板移載機29によるウェーハ71の移載精度は高く、又移載途中での前記ボート4とウェーハ71との接触等が避けられる。
前記ヒータ65により加熱しながら、前記処理室6の温度を所定の処理温度にする。前記MFC52により予め前記アウタチューブ43内を不活性ガスで充填しておく。
前記予備室9内を真空、或は不活性ガス雰囲気とし、前記炉口ゲートバルブ13を開き、前記駆動部ボックス15を駆動することで、前記炉口蓋支持部22が上昇し、ウェーハ71を保持した前記ボート4が上昇され、前記処理室6に前記ボート4が装入される。
該ボート4が完全に前記処理室6に収納された状態では、前記炉口蓋12が前記炉口部11を気密に閉塞する。
前記温度検出手段66の検出結果に基づき前記温度制御部63により前記ヒータ65を制御して、前記処理室6の内部温度を所定の処理温度、所定の温度分布に維持する。
又、前記アウタチューブ43内が前記真空ポンプ55によって真空排気される。この際、前記処理室6の圧力は、前記圧力センサ56で検出され、検出結果に基づき、前記APC54が前記圧力制御部57によって制御され、前記処理室6が所定の真空状態とされる。
前記ボート回転装置58により、前記ボート4及び該ボート4上に保持されているウェーハ71が回転される。同時に前記ガス供給ノズル49から処理用のガスを供給する。供給されたガスは、前記アウタチューブ43内を上昇し、ウェーハ71に対して均等に供給される。処理ガスが、ウェーハ71表面を流通して所要の薄膜が生成される。前記ボート4の回転によりウェーハ71面内での処理状態が均一化する。
減圧CVD処理中の前記アウタチューブ43内は、前記排気管46を介して排気され、所定の真空になる様前記APC54により圧力が制御され、所定時間減圧CVD処理が行われる。
予め設定された処理時間が経過すると、不活性ガス供給源から不活性ガス、例えば窒素ガスが供給され、前記処理室6が不活性ガスに置換されると共に前記処理室6が常圧に復帰される。その後、前記ボートエレベータ14により前記ボート4を降下させる。
前記ゲートバルブ28が開かれ、前記処理済ボート4上の処理済ウェーハ71は、前記基板移載機29により払出される。
全ての処理済ウェーハが搬出された後、空となったボート4に未処理ウェーハの装填が実行される。
上述した工程が繰返し実行され、ウェーハ71のバッチ処理が連続して繰返される。
尚、一例迄、本実施の形態の処理炉にてウェーハを処理する際の処理条件としては、例えば、D−Poly膜の成膜に於いては、処理温度500〜850℃、処理圧力20〜130Pa、ガス種SiH4 、PH3 、ガス供給流量4000sccmが例示され、それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することでウェーハに処理がなされる。
(付記)
又、本発明は以下の実施の態様を含む。
(付記1)基板保持具に保持された基板を収納し、処理する処理室と、該処理室下方に連設される予備室と、前記基板保持具を支持し、前記処理室を閉塞する炉口蓋と、該炉口蓋を支持する炉口蓋支持部と、該炉口蓋支持部を支持する昇降軸と、該昇降軸を吊下げ支持しつつ昇降させる昇降手段と、前記基板保持具に基板を搬入出する基板移載手段とを備え、前記基板保持具に基板を搬入出する際に、前記炉口蓋支持部の振動を抑制する振動抑制手段を前記予備室内に設けたことを特徴とする基板処理装置。
(付記2)前記昇降手段は前記予備室の外部に設けられ、前記昇降軸は前記予備室内外を貫通し、上端を前記予備室外で前記昇降手段に連結され、下端を前記予備室内で前記炉口蓋支持部に連結される付記1の基板処理装置。
(付記3)前記炉口蓋支持部は水平方向に延在し、前記振動抑制手段は前記炉口蓋支持部に設けられた回転可能なローラと、該ローラに当接可能に前記予備室に設けられ、前記ローラは前記予備室壁面より高弾性の材質から成る振動抑制片とを具備する付記1の基板処理装置。
(付記4)付記1の基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法であって、前記振動抑制手段により振動を抑制された状態の前記炉口蓋支持部に前記炉口蓋を介して支持された前記基板保持具に基板を移載する工程と、基板を保持した前記基板保持具を前記昇降手段により上昇させる行程と、前記基板保持具が前記処理室に収納され、前記炉口蓋が前記処理室を閉塞する工程と、該処理室で基板を処理する工程とを有する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に係る基板処理装置の概略図である。 該基板処理装置の振動抑制手段部分の部分斜視図である。 該振動抑制手段部分の側面図である。 該振動抑制手段の拡大図である。 本発明の実施の形態に係る基板処理装置に用いられる処理炉の一例を示す断面図である。
符号の説明
4 ボート
5 処理炉
6 処理室
7 反応管
14 ボートエレベータ
21 昇降軸
22 炉口蓋支持部
24 振動抑制片
25 振動抑制手段
26 ローラ
29 基板移載機
39 抑制片固定金具
41 調整螺子
71 ウェーハ

Claims (1)

  1. 基板保持具に保持された基板を収納し、処理する処理室と、該処理室下方に連設される予備室と、前記基板保持具を支持し、前記処理室を閉塞する炉口蓋と、該炉口蓋を支持する炉口蓋支持部と、該炉口蓋支持部を支持する昇降軸と、該昇降軸を吊下げ支持しつつ昇降させる昇降手段と、前記基板保持具に基板を搬入出する基板移載手段とを備え、前記基板保持具に基板を搬入出する際に、前記炉口蓋支持部の振動を抑制する振動抑制手段を前記予備室内に設けたことを特徴とする基板処理装置。
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