JP2009094342A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
ガス検知器による稼働時間の低下を無くすと共に有毒ガスの非検知状態を解消することで、作業の安全性を向上させる。
【解決手段】
基板２３を処理する反応管１８と、該反応管内にガスを供給する供給系２９と、前記反応管内を排気する排気系３３と、前記供給系又は前記排気系に設けられ、ガスを検知する少なくとも２以上のガス検知器１４ａ，１４ｂと、前記少なくとも２以上のガス検知器の内少なくともいずれか１は常時ガスを検知できる様制御するコントローラ４９とを具備する。
【選択図】 図２

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、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。

半導体装置を製造する１工程として、シリコンウェーハ等の基板に薄膜の生成、不純物の拡散、アニール処理、エッチング処理等の基板処理を行う工程があり、基板処理を行うものとして基板処理装置があり、基板を１枚ずつ処理するものに枚葉式基板処理装置があり、所定枚数を一度に処理するものにバッチ式の基板処理装置がある。

図３は、バッチ式の基板処理装置１の外観を示しており、該基板処理装置１は縦型処理炉２を具備し、該縦型処理炉２は加熱装置、処理室を具備し、該処理室には処理ガス導入系（図示せず）、ガス排気系３が接続されている。

前記処理室に基板（以下ウェーハ）を水平姿勢で多段に収納し、前記加熱装置により基板を処理温度に加熱し、前記処理ガス導入系より処理ガスを導入し、前記ガス排気系３より排気ガスを排気し、処理室を処理圧に維持して所要の基板処理を行う。

処理ガス、排気ガスの成分としては有害ガスを含む場合があり、処理ガス、排気ガス中に含まれる有害ガス濃度を検知し、検知したガス濃度が規定値以下である状態で基板処理装置が稼働されていた。

図３に示す基板処理装置では、前記排気系３の所要箇所（図示では２箇所）にガス検知器４，５が設けられ、排気ガス中の有害ガスのガス濃度を検知している。

前記ガス検知器４，５が異常を検知すると、基板処理装置１を停止等の強制処理が実行される様になっており、前記ガス検知器４，５は安全作業上不可欠である。

一方で、前記ガス検知器４，５の寿命は、基板処理装置の使用年数より短く、前記ガス検知器４，５の故障、検知能力の低下があった場合、該ガス検知器４，５の交換が行われる。又、必要に応じて定期点検及び校正も行われる。

従来の基板処理装置では、１箇所に１つのガス検知器が設けられており、前記ガス検知器４，５を交換等する場合は、前記基板処理装置１を停止して交換作業が行われていた。

この為、ガス検知器４，５の交換等を行うことで前記基板処理装置１の稼働率が低下し、更に作業の間は有毒ガスを検知できない状態となり、安全性が低下するという問題を有していた。

本発明は斯かる実情に鑑み、ガス検知器による稼働時間の低下を無くすと共に有毒ガスの非検知状態を解消することで、作業の安全性を向上させようとするものである。

本発明は、基板を処理する反応管と、該反応管内にガスを供給する供給系と、前記反応管内を排気する排気系と、前記供給系又は前記排気系に設けられ、ガスを検知する少なくとも２以上のガス検知器と、前記少なくとも２以上のガス検知器の内少なくともいずれか１は常時ガスを検知できる様制御するコントローラとを具備する基板処理装置に係るものである。

又本発明は、基板を処理する反応管と、該反応管内にガスを供給する供給系と、前記反応管内を排気する排気系と、前記供給系又は前記排気系に設けられ、同一箇所にガスを検知する少なくとも２以上のガス検知器と、前記少なくとも２以上のガス検知器の内少なくともいずれか１は常時ガスを検知できる様制御するコントローラとを具備する基板処理装置に係るものである。

本発明によれば、基板を処理する反応管と、該反応管内にガスを供給する供給系と、前記反応管内を排気する排気系と、前記供給系又は前記排気系に設けられ、ガスを検知する少なくとも２以上のガス検知器と、前記少なくとも２以上のガス検知器の内少なくともいずれか１は常時ガスを検知できる様制御するコントローラとを具備するので、基板処理装置を停止することなく、ガス検知器の交換が可能であり、又検知器の保守作業に於いて有毒ガス非検知状態が生じることがなく作業の安全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は本発明に係る基板処理装置１１の外観を示しており、該基板処理装置１１は縦型処理炉１２を具備し、該縦型処理炉１２は加熱装置、処理室を具備し、該処理室には処理ガス導入系（図示せず）、ガス排気系１３が接続されている。該ガス排気系１３の所要箇所（図示では２箇所）にそれぞれ２つずつガス検知器１４，１４、及びガス検知器１５，１５が設けられている。

検知器が１箇所に２つずつ設けられることで、同じ部位でのガス濃度を２つのガス検知器で検出することで、ガス検知器までの距離を統一し、２つのガス検知器に対して同等量のガスを供給する様にする。これにより、有毒ガス検出の信頼性が向上すると共にいずれか一方でガス検知を継続させた状態で他方のガス検知器を交換することができ、基板処理装置の稼働率を向上させることができ、更に有毒ガス非検知状態が生じることがなく作業の安全性が向上する。

次に、図２に於いて、本発明に用いられる前記縦型処理炉１２の一例を説明する。

図２に示されている様に、前記縦型処理炉１２は加熱機構としてのヒータ１６を有する。該ヒータ１６は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース１７に支持されることにより垂直に据付けられている。

前記ヒータ１６の内側には、該ヒータ１６と同心円状に反応管１８が配設されている。該反応管１８は内部反応管１９と、その外側に設けられた外部反応管２１とから構成されている。

前記内部反応管１９は、例えば石英（ＳｉＯ2 ）又は炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端及び下端が開口した円筒形状となっており、前記内部反応管１９の筒中空部は処理室２２が形成されている。該処理室２２には基板としてのウェーハ２３が基板保持具（ボート）２４によって保持された状態で収容される様になっている。

前記外部反応管２１は、例えば石英又は炭化シリコン等の耐熱性材料からなり、内径が前記内部反応管１９の外径よりも大きく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状となっており、前記内部反応管１９と同心に設けられている。

前記外部反応管２１の下方には、該外部反応管２１と同心にマニホールド２５が配設されている。該マニホールド２５は、例えばステンレス等からなり、上端及び下端が開口した円筒形状である。該マニホールド２５は、前記内部反応管１９と前記外部反応管２１に係合しており、これらを支持する様に設けられている。尚、前記マニホールド２５と前記外部反応管２１との間にはシール部材としてのＯリング２６が設けられている。前記マニホールド２５が前記ヒータベース１７に支持されることにより、前記反応管１８は垂直に据付けられた状態となっている。前記反応管１８と前記マニホールド２５により反応容器が形成される。

前記マニホールド２５の下端開口部は炉口を形成し、該炉口は炉口蓋であるシールキャップ２７によって気密に閉塞される様になっている。該シールキャップ２７にはガス導入部としてのノズル２８が前記処理室２２に連通する様に接続されており、前記ノズル２８にはガス供給管２９が接続されている。

前記ガス供給管２９の前記ノズル２８との接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）３１を介して図示しない処理ガス供給源や不活性ガス供給源が接続されている。前記ＭＦＣ３１には、ガス流量制御部３２が電気的に接続されており、供給するガスの流量が所望の量となる様所望のタイミングにて制御する様に構成されている。

前記マニホールド２５には、前記処理室２２の雰囲気を排気する排気管３３が設けられている。該排気管３３は、前記内部反応管１９と前記外部反応管２１との隙間によって形成される筒状空間３４の下端部に連通している。前記排気管３３の前記マニホールド２５との接続側と反対側である下流側には圧力検出器としての圧力センサ３５及び圧力調整装置３６を介して真空ポンプ等の真空排気装置３７が接続されており、前記処理室２２の圧力が所定の圧力（真空度）となる様、真空排気し得る様に構成されている。

前記圧力調整装置３６及び前記圧力センサ３５には、圧力制御部３８が電気的に接続されており、該圧力制御部３８は前記圧力センサ３５により検出された圧力に基づいて前記圧力調整装置３６により前記処理室２２の圧力が所望の圧力となる様所望のタイミングにて制御する様に構成されている。

又、前記排気管３３の所要位置、例えば前記圧力調整装置３６の上流側に有毒ガスの濃度を検出するガス検知器１４ａ，１４ｂを２つそれぞれバルブ５１ａ，５１ｂを介して接続する。前記ガス検知器１４ａ，１４ｂは主制御部４８に接続され、前記ガス検知器１４ａ，１４ｂの検知結果は前記主制御部４８に送出される。尚、図２では、前記ガス検知器１４を１箇所のみ設け、図示を簡略してあるが、図１に示される様に、配管系が分岐している場合は、分岐した配管毎に設けられるのが好ましい。本発明では、前記ガス検知器１４は、同一箇所、或は略同一の箇所に２つ以上設けられることで、前記ガス検知器１４のガス濃度検出精度が向上する。更に、前記ガス検知器１４は、排気系（排気管３３）のみならず、供給系（ガス供給管２９）に設けることも可能である。

前記シールキャップ２７は、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。前記シールキャップ２７の上面には前記マニホールド２５の下端と当接するシール部材としてのＯリング３９が設けられる。前記シールキャップ２７の下側には、前記ボート２４を回転させる回転機構４１が設置されている。該回転機構４１の回転軸４２は前記シールキャップ２７を貫通して、前記ボート２４に接続されており、該ボート２４を回転させることでウェーハ２３を回転させる様に構成されている。

前記反応管１８の下方には昇降機構としてのボートエレベータ４３が設けられ、前記シールキャップ２７は前記ボートエレベータ４３によって垂直方向に昇降される様に構成され、前記処理室２２に搬入搬出可能となっている。前記回転機構４１及び前記ボートエレベータ４３には、駆動制御部４４が電気的に接続されており、所望の動作をする様所望のタイミングにて制御する様に構成されている。

前記ボート２４は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなり、所定枚数のウェーハ２３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。前記ボート２４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４５が水平姿勢で多段に複数枚配置されており、前記ヒータ１６からの熱が前記マニホールド２５側に伝わり難くなる様構成されている。

前記反応管１８内には、温度検出器としての温度センサ４６が設置されている。前記ヒータ１６と前記温度センサ４６には、温度制御部４７が電気的に接続されており、前記温度センサ４６により検出された温度情報に基づき前記ヒータ１６への通電状態を調整することにより前記処理室２２の温度が所望の温度分布となる様所望のタイミングにて制御する様に構成されている。

前記ガス流量制御部３２、前記圧力制御部３８、前記駆動制御部４４、前記温度制御部４７は、操作部、入出力部をも構成し、基板処理装置全体を制御する前記主制御部４８に電気的に接続されている。これら、前記ガス流量制御部３２、前記圧力制御部３８、前記駆動制御部４４、前記温度制御部４７、前記主制御部４８はコントローラ４９として構成されている。

又、前記主制御部４８は、前記ガス検知器１４ａ，１４ｂからの送出されるガスの濃度検知結果に基づき、ガス濃度が設定した許容値を超えた場合は、前記ガス流量制御部３２、前記圧力制御部３８、前記駆動制御部４４、前記温度制御部４７に非常措置指令を発し、ガスの供給停止、排気の停止等、所要の非常措置を実行する。具体的には、各システムに予め設定された処置動作を行い、安全状態となる。又、場合によってはＨｏｌｄ、監視状態となる。

更に、前記ガス検知器１４ａ，１４ｂの点検、交換等の保守作業を実行する場合は、いずれか一方ずつ、交互に行う。例えば前記ガス検知器１４ａに対して保守作業を行う場合は、前記バルブ５１ａを閉塞し、前記ガス検知器１４ｂによりガス濃度の検知状態を維持する。従って、前記ガス検知器１４ａ，１４ｂについての保守作業を行う場合に、基板処理装置の稼働を停止することなく行え生産性を低下させることがない。又、ガス検知が行われていない状態が存在しないので、安全性が向上する。

次に、上記構成に係る縦型処理炉１２を用いて、半導体装置の製造工程の１工程として、ＣＶＤ法によりウェーハ２３上に薄膜を形成する方法について説明する。尚、以下の説明に於いて、基板処理装置を構成する各部の動作は前記コントローラ４９により制御される。

ウェーハ２３が前記ボート２４に所定枚数装填されると、図２に示されている様に、ウェーハ２３を保持した前記ボート２４は、前記ボートエレベータ４３によって上昇されて前記処理室２２に搬入される。この状態で、前記シールキャップ２７は前記Ｏリング３９を介して炉口を気密にシールした状態となる。

前記処理室２２が所望の圧力（真空度）となる様に前記真空排気装置３７によって真空排気される。この際、前記処理室２２の圧力は、前記圧力センサ３５で測定され、この測定された圧力に基づき前記圧力調整装置３６が、フィードバック制御される。又、前記処理室２２が所望の温度となる様に前記ヒータ１６によって加熱される。この際、前記処理室２２が所望の温度分布となる様に前記温度センサ４６が検出した温度情報に基づき前記ヒータ１６への通電具合がフィードバック制御される。続いて、前記回転機構４１により、前記ボート２４が回転されることで、ウェーハ２３が回転され、処理の均一化が図られる。

次いで、処理ガス供給源から供給され、前記ＭＦＣ３１にて所望の流量となる様に制御されたガスは、前記ガス供給管２９を流通して前記ノズル２８から前記処理室２２に導入される。導入されたガスは前記処理室２２を上昇し、前記内部反応管１９の上端開口から前記筒状空間３４を流下して前記排気管３３から排気される。ガスは前記処理室２２を通過する際にウェーハ２３の表面と接触し、この際に熱ＣＶＤ反応によってウェーハ２３の表面上に薄膜が堆積される。

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が供給され、前記処理室２２が不活性ガスに置換されると共に、該処理室２２の圧力が常圧に復帰される。

その後、前記ボートエレベータ４３により前記シールキャップ２７が降下されて、前記マニホールド２５の下端が開口されると共に、処理済ウェーハ２３が前記ボート２４に保持された状態で前記反応管１８の外部に搬出される。その後、処理済ウェーハ２３は前記ボート２４より払出される。

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、ＳｉＮ膜の成膜に於いては、処理温度４００〜８００℃、処理圧力２〜１０００Ｐａ、ガス種、ガス供給流量ＤＣＳ（ジクロロシラン）、１０〜２００ｓｃｃｍ、ＮＨ3 （アンモニア）、５０〜１０００ｓｃｃｍ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。

尚、本発明はバッチ式の基板処理装置に限らず、枚葉式の基板処理装置にも実施可能であることは言う迄もない。

本発明が実施される基板処理装置の斜視図である。 該基板処理装置に用いられている縦型処理炉の立断面図である。 従来の基板処理装置の斜視図である。

符号の説明

１２ 縦型処理炉
１４ ガス検知器
１５ ガス検知器
１６ ヒータ
１８ 反応管
２３ ウェーハ
２４ ボート
２９ ガス供給管
３１ ＭＦＣ
３２ ガス流量制御部
３３ 排気管
３６ 圧力調整装置
３７ 真空排気装置
３８ 圧力制御部
４４ 駆動制御部
４７ 温度制御部
４８ 主制御部
４９ コントローラ
５１ バルブ

Claims (1)

1. 基板を処理する反応管と、該反応管内にガスを供給する供給系と、前記反応管内を排気する排気系と、前記供給系又は前記排気系に設けられ、ガスを検知する少なくとも２以上のガス検知器と、前記少なくとも２以上のガス検知器の内少なくともいずれか１は常時ガスを検知できる様制御するコントローラとを具備することを特徴とする基板処理装置。

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