JP2010093131A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
基板処理装置に於いて、ガスノズルの交換を容易とし、作業時間を短縮し、作業者の負担を軽減し、更にガスノズルの損傷の虞れを軽減する。
【解決手段】
基板７を収納する処理室１と、該処理室の下方に気密に連設されるロードロック室４と、前記処理室に立設され処理ガスを供給するガスノズル１１とを具備し、前記ロードロック室の天板部４ａには前記処理室に開口するガスノズル保持孔が垂直方向に形成され、前記ガスノズルは前記ガスノズル保持孔に下方から貫通し、該ガスノズル保持孔により前記ガスノズルの下端部が前記処理室、前記ロードロック室に対して気密になる様に保持され、前記ガスノズルの下端部に連絡孔が穿設され、前記天板部にはガス供給源と接続されるガス流路１９が形成され、該ガス流路は前記連絡孔を介して前記ガスノズルに連通する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ウェーハ、ガラス基板等の基板に、酸化処理、拡散処理、アニール処理、薄膜の生成等の処理を行う基板処理装置に関するものである。

半導体装置の処理工程の１つとして、シリコンウェーハ等の基板に酸化処理、拡散処理、アニール処理、薄膜の生成等の処理を行う基板処理工程があり、該基板処理工程を実行する装置として基板処理装置があり、又縦型処理炉を具備し、所定枚数の基板を一度に処理する縦型基板処理装置がある。

図３は、縦型処理炉の一例の概略を示している。

処理室１を画成し、石英製の有天筒状の反応管２が筒状のマニホールド３に同心に立設され、該マニホールド３は気密室であるロードロック室４の上面に気密に連設される。

該ロードロック室４の天井部には該ロードロック室４と同心の炉口５が開設され、前記ロードロック室４の内部と前記処理室１とは前記炉口５を介して連通している。

前記処理室１には基板保持具であるボート６が収納され、該ボート６は基板（ウェーハ）７を水平姿勢で多段保持する様になっており、前記ボート６は前記炉口５を気密に閉塞するシールキャップ８に支持される。

該シールキャップ８は、図示しないボートエレベータによって支持され、該ボートエレベータにより前記ボート６が前記ロードロック室４から前記処理室１に装入され、或は装脱される様になっている。

基板を処理する場合は、ウェーハ７を保持した前記ボート６が前記処理室１に気密に収納され、前記シールキャップ８により前記炉口５を気密に閉塞させる。前記マニホールド３に連通したガス排気管９を介して前記処理室１が排気される。又、該処理室１には石英製のガスノズル１１が前記反応管２と平行に立設されており、前記ガスノズル１１は下端部が前記マニホールド３を水平に貫通しており、前記ガスノズル１１より前記処理室１に処理ガスが供給される。更に、前記反応管２を囲繞する様に配設されたヒータ１２により前記処理室１、及びウェーハ７が加熱され、基板に所要の処理がなされる様になっている。

基板処理が完了すると、ボートエレベータにより前記ボート６が前記処理室１から引出され、前記ロードロック室４内でウェーハ７が所定温度迄冷却され、更に基板搬送装置（図示せず）により払出される。

上記した様に、縦型処理炉は処理ガスを供給する為の前記ガスノズル１１を具備しており、該ガスノズル１１は、前記反応管２の内壁面と平行に延びる鉛直部１１ａと該鉛直部１１ａの下端から水平方向に延びる水平部１１ｂを有し、該水平部１１ｂが前記マニホールド３に形成されたポート１３を水平方向に貫通し、該ポート１３に前記水平部１１ｂがナット１４により固定されることで、前記ガスノズル１１が支持される様になっている。

該ガスノズル１１を前記マニホールド３に取付ける場合は、図４に示される様に前記処理室１の内部から前記水平部１１ｂを前記ポート１３に対して水平に挿入し、前記ナット１４によって前記水平部１１ｂを前記ポート１３に固定している。

前記ガスノズル１１は、基板処理に伴い反応生成物が付着堆積するので、所定期間毎に洗浄する必要があり、洗浄の為の交換作業が行われる。

前記ガスノズル１１の取付けは、前記ロードロック室４からの作業となり、長尺の前記ガスノズル１１を前記炉口５を通して前記処理室１に挿入し、更に水平部１１ｂを前記ポート１３に嵌合させ、前記ガスノズル１１の姿勢を調整しつつ、更に前記反応管２の外側から前記ナット１４を取付ける様になる。

前記ガスノズル１１の姿勢調整、前記水平部１１ｂの前記ポート１３への微妙な芯合せ、嵌合等、作業者は手元が見えない状態で作業をしなければならず、而も前記ロードロック室４から無理な姿勢での作業となる。更に、前記ガスノズル１１は石英製であり破損し易い。従って、該ガスノズル１１の取付け、取外しは時間の掛る、又作業者にとって負担の掛る困難な作業となっていた。

特開平９−２６０２９８号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、ガスノズルの交換を容易とし、作業時間を短縮し、作業者の負担を軽減し、更にガスノズルの損傷の虞れを軽減するものである。

本発明は、基板を収納する処理室と、該処理室の下方に気密に連設されるロードロック室と、前記処理室に立設され処理ガスを供給するガスノズルとを具備し、前記ロードロック室の天板部には前記処理室に開口するガスノズル保持孔が垂直方向に形成され、前記ガスノズルは前記ガスノズル保持孔に下方から貫通し、該ガスノズル保持孔により前記ガスノズルの下端部が前記処理室、前記ロードロック室に対して気密になる様に保持され、前記ガスノズルの下端部に連絡孔が穿設され、前記天板部にはガス供給源と接続されるガス流路が形成され、該ガス流路は前記連絡孔を介して前記ガスノズルに連通する基板処理装置に係るものである。

本発明によれば、基板を収納する処理室と、該処理室の下方に気密に連設されるロードロック室と、前記処理室に立設され処理ガスを供給するガスノズルとを具備し、前記ロードロック室の天板部には前記処理室に開口するガスノズル保持孔が垂直方向に形成され、前記ガスノズルは前記ガスノズル保持孔に下方から貫通し、該ガスノズル保持孔により前記ガスノズルの下端部が前記処理室、前記ロードロック室に対して気密になる様に保持され、前記ガスノズルの下端部に連絡孔が穿設され、前記天板部にはガス供給源と接続されるガス流路が形成され、該ガス流路は前記連絡孔を介して前記ガスノズルに連通するので、ガスノズルの挿脱は、ロードロック室から簡単に行え、又取付け時のガスノズルの姿勢調整が不要になり、ガスノズル交換の作業性が著しく向上するという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。

先ず、本発明が実施される基板処理装置について概略説明する。

図１は、基板処理装置のロードロック室４、処理炉１６、ボートエレベータ３３を含む基板処理部を示している。尚、図１中、図３中で示したものと同等のものには同符号を付してある。

前記処理炉１６は加熱機構としてのヒータ１２を有する。該ヒータ１２は円筒形状であり、ヒータ素線とその周囲に設けられた断熱部材より構成され、図示しない保持体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１２近傍には、処理室１内の温度を検出する温度検出体としての温度センサ（図示せず）が設けられる。前記ヒータ１２及び前記温度センサには、電気的に温度制御部２０が接続されており、温度センサにより検出された温度情報に基づき前記ヒータ１２への通電具合を調節することにより前記処理室１内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。

前記ヒータ１２の内側には、該ヒータ１２と同心に反応管２が配設されている。該反応管２は、石英（ＳｉＯ2 ）又は炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料から成り、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。前記反応管２は前記処理室１を画成し、前記ボート６を収納し、ウェーハ７は前記ボート６に保持された状態で前記処理室１に収納される。

前記反応管２の下方には、該反応管２と同心にマニホールド３が配設され、前記反応管２は前記マニホールド３に立設されている。該マニホールド３は、例えば、ステンレス鋼等から成り、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。尚、前記マニホールド３と前記反応管２との間には、シール部材としてのＯリングが設けられている。前記マニホールド３が保持体、例えば前記ロードロック室４に支持されることにより、前記反応管２は垂直に設置された状態となっている。該反応管２と前記マニホールド３により反応容器が形成される。

前記マニホールド３には、ガス排気管９が設けられると共に、該ガス排気管９の下流側には、図示しない圧力検出器としての圧力センサ及び圧力調整器としてのＡＰＣバルブ１７を介して真空ポンプ等の真空排気装置１８が接続されている。該真空排気装置１８は、排気能力の高い３次真空ポンプ、例えば分子ターボポンプ＋機械ブースとポンプ＋ドライポンプ等が用いられることが好ましい。

前記ロードロック室４の天板部４ａには水平方向に延びるガス流路１９が穿設され、該ガス流路１９の一端は前記処理室１に開口し、他端は前記ロードロック室４の側面に開口している。

前記処理室１内には垂直状態で石英製のガスノズル１１が設けられ、該ガスノズル１１は前記ガス流路１９の一端に接続され、他端にはガス供給管２１が接続されている。該ガス供給管２１は、上流側で３つに分岐し、バルブ２２，２３，２４とガス流量制御装置としてのＭＦＣ２５，２６，２７を介して第１ガス供給源２８、第２ガス供給源２９、第３ガス供給源３０にそれぞれ接続されている。

前記第１ガス供給源２８、前記第２ガス供給源２９、前記第３ガス供給源３０にはそれぞれ処理ガスとして、ＳｉＨ4 又はＳｉ2 Ｈ6 、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 、ＢＣｌ3 、ＧｅＨ4 、Ｈ2 が封入されている。

前記ＭＦＣ２５，２６，２７及び前記バルブ２２，２３，２４には、ガス流量制御部３２が電気的に接続されており、該ガス流量制御部３２は供給するガスの流量が所望の流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。

圧力センサ及び前記ＡＰＣバルブ１７には、圧力制御部４０が電気的に接続されており、該圧力制御部４０は、圧力センサにより検出された圧力に基づいて前記ＡＰＣバルブ１７の開度を調節することにより、前記処理室１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構成されている。

前記処理炉１６の構成に於いて、第１の処理ガスは、前記第１ガス供給源２８から供給され、前記ＭＦＣ２５でその流量が調節された後、前記バルブ２２を介して、前記ガス供給管２１により前記処理室１内に導入される。第２の処理ガスは、前記第２ガス供給源２９から供給され、前記ＭＦＣ２６でその流量が調節された後、前記バルブ２３を介して前記ガス供給管２１により前記処理室１内に導入される。第３の処理ガスは、前記第３ガス供給源３０から供給され、前記ＭＦＣ２７でその流量が調節された後、前記バルブ２４を介して前記ガス供給管２１より前記処理室１内に導入される。又、該処理室１内のガスは、前記ガス排気管９に接続された前記真空排気装置１８により、前記処理室１から排気される。

次に、前記ボートエレベータ３３について説明する。

該ボートエレベータ３３の駆動機構部３４は、前記ロードロック室４の側壁に設けられている。

前記駆動機構部３４は、平行に立設されたガイドシャフト３５、ボール螺子３６を具備し、該ボール螺子３６は回転自在に支持され、昇降モータ３７により、回転される様になっている。昇降台３８が前記ガイドシャフト３５に摺動自在に嵌合すると共に前記ボール螺子３６に螺合し、前記昇降台３８には前記ガイドシャフト３５と平行に中空の昇降シャフト３９が垂設されている。

該昇降シャフト３９は、前記ロードロック室４の天井面を遊貫して内部に延出しており、下端には中空の駆動部収納ケース４１が気密に設けられている。前記昇降シャフト３９を非接触で覆う様にベローズ４２が設けられ、該ベローズ４２の上端は前記昇降台３８の下面に、又前記ベローズ４２の下端は前記ロードロック室４の上面にそれぞれ気密に固着され、前記昇降シャフト３９及び該昇降シャフト３９の遊貫部は気密にシールされている。

前記ロードロック室４の天井部には前記マニホールド３と同心に炉口５が設けられ、該炉口５は前記マニホールド３の下端開口より小さく穿設され、又前記炉口５はシールキャップ８によって下方から気密に閉塞可能となっている。該シールキャップ８は、例えばステンレス等の金属から成り、円盤状に形成され、前記駆動部収納ケース４１の上面に気密に固着されている。

該駆動部収納ケース４１は気密構造となっており、内部は前記ロードロック室４内の雰囲気と隔離される。前記駆動部収納ケース４１の内部にはボート回転機構４３が設けられ、該ボート回転機構４３の回転軸は前記駆動部収納ケース４１の天板、前記シールキャップ８を遊貫して上方に延出し、上端にはボート載置台４４が固着され、該ボート載置台４４に前記ボート６が載置される。

前記シールキャップ８、前記ボート回転機構４３はそれぞれ水冷式の冷却機構４５，４６によって冷却されており、該冷却機構４５，４６への冷却水管４７は前記昇降シャフト３９を通過して外部の冷却水源（図示せず）に接続されている。又、前記ボート回転機構４３への給電は、前記昇降シャフト３９を通して配線された電力供給ケーブル４８を介して行われる。

前記ボート回転機構４３及び前記昇降モータ３７には、駆動制御部４９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構成されている。

前記温度制御部２０、前記ガス流量制御部３２、前記圧力制御部４０、前記駆動制御部４９は、操作部、入出力部をも構成し、前記基板処理装置全体を制御する主制御部５０に電気的に接続されている。

次に、前記処理炉１６を用いて、半導体デバイスの製造工程の１工程として、ウェーハ７等の基板に成膜処理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、前記主制御部５０により制御される。

所定枚数のウェーハ７が前記ボート６に装填されると、前記昇降モータ３７の駆動で前記ボール螺子３６が回転され、前記昇降台３８、前記昇降シャフト３９を介して前記駆動部収納ケース４１が上昇し、前記ボート６が前記処理室１に装入される。この状態で、前記シールキャップ８はＯリングを介して前記炉口５を気密に閉塞する。

前記処理室１内が所望の圧力（真空度）（例えば１〜１００Ｐａ）となる様に前記真空排気装置１８によって真空排気される。この際、前記処理室１内の圧力は、圧力センサで測定され、この測定された圧力に基づき前記ＡＰＣバルブ１７がフィードバック制御される。又、前記処理室１内が所望の温度、所望の温度分布となる様に前記ヒータ１２により加熱され、加熱状態は温度センサが検出した温度情報に基づき前記温度制御部２０によりフィードバック制御される。続いて、前記ボート回転機構４３により、前記ボート６が回転されることでウェーハ７が回転する。

前記第１ガス供給源２８、前記第２ガス供給源２９、前記第３ガス供給源３０からそれぞれの処理ガスが供給される。所望の流量となる様に前記ＭＦＣ２５，２６，２７の開度が調節された後、前記バルブ２２，２３，２４が開かれ、それぞれの処理ガスが前記ガス供給管２１を流通して、前記処理室１の上部から該処理室１内に導入される。導入された処理ガスは、前記処理室１内を通り、前記ガス排気管９から排気される。処理ガスは、前記処理室１内を通過する際にウェーハ７と接触し、ウェーハ７の表面上にＥＰＩ膜が成長し、堆積（デポジション）される。

予め設定された時間が経過すると、図示しない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１内が不活性ガスで置換されると共に、該処理室１内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３３により前記シールキャップ８が降下されて、前記炉口５が開口されると共に前記ボート６が前記炉口５から前記ロードロック室４内に搬出される。該ロードロック室４でウェーハ７が所要温度となる迄、冷却された後、前記ゲートバルブ５３が開放され、処理済のウェーハ７は、前記基板移載機（図示せず）によって前記ボート６より払出される。

基板処理が所定回数実施されると、前記ガスノズル１１には反応生成物が付着堆積し、該ガスノズル１１の流路が狭まる、或は閉塞してしまうので、定期的に前記ガスノズル１１の交換を行う必要がある。従って、該ガスノズル１１は容易に交換可能な構造となっている。

以下、図２により説明する。

前記ロードロック室４の天板部４ａには垂直方向にガスノズル保持孔５５が穿設される。該ガスノズル保持孔５５の位置は、前記マニホールド３の内面と前記炉口５の外周との間となっている。前記ガスノズル保持孔５５は上側から下側に向って階段状に直径が大きくなっており、上端がノズル挿通部５６、中間が管継手収納部５７、下端がフランジ収納部５８となっている。前記ノズル挿通部５６は後述するガスノズル本体部６１より若干大径であり、前記管継手収納部５７は後述する管継手部６２より大径であり、前記フランジ収納部５８は後述するフランジ６３より大径となっている。又、前記管継手収納部５７と前記ノズル挿通部５６間の段差面、該ノズル挿通部５６と前記フランジ収納部５８間の段差面にはそれぞれシール部材であるＯリング６６，６７が嵌設される。

前記ガスノズル保持孔５５には前記ガスノズル１１が下方から貫通する様になっており、該ガスノズル１１は前記反応管２の内壁面に沿って立設される前記ガスノズル本体部６１と該ガスノズル本体部６１下端に連続する管継手部６２を有し、該管継手部６２の下端にはフランジ６３が固着されている。

前記管継手部６２は前記管継手収納部５７に収納される様になっており、前記管継手部６２から前記ガスノズル１１に径変化する部分はテーパとなっている。又、前記管継手部６２の外径は、前記管継手収納部５７の内径よりも小さくなっており、前記管継手部６２が前記管継手収納部５７に収納された状態で、前記管継手部６２の周囲に間隙が形成される様になっている。該管継手部６２の外周面の所要位置には、連絡孔６４が穿設されている。

前記ロードロック室４の天板部４ａには前述した様にガス流路１９が水平方向に穿設されており、該ガス流路１９の一端は前記管継手収納部５７に開口している。又、前記ガス流路１９と前記連絡孔６４との位置関係は、前記管継手部６２が前記管継手収納部５７に収納された状態で、前記ガス流路１９の軸心上に前記連絡孔６４の中心が合致することが好ましい。

先ず、前記ガスノズル１１を取付ける場合を説明する。

該ガスノズル１１を前記ロードロック室４の内部から前記ガスノズル保持孔５５に挿入、貫通させる。尚、該ガスノズル保持孔５５は前記ロードロック室４の内部から見ることができ、前記ガスノズル１１の前記ガスノズル保持孔５５への挿入は、目視しながらの作業が可能である。

前記ガスノズル１１を、最後迄押込むと、前記フランジ６３が前記フランジ収納部５８に嵌合する。この状態では、前記管継手部６２の上端部によって前記Ｏリング６６が押圧され、又前記フランジ６３が前記Ｏリング６７を押圧する。又、前記連絡孔６４が前記ガス流路１９と対峙する。尚、前記連絡孔６４と前記ガス流路１９とは必ずしも合致していなくともよい。該ガス流路１９は前記管継手収納部５７と前記管継手部６２間の間隙、及び前記連絡孔６４を介して前記ガスノズル１１と連通する。

前記フランジ６３をボルト６８により前記天板部４ａに固着する。前記フランジ６３を前記天板部４ａに固着することで前記ガスノズル１１の取付けが完了する。尚、該ガスノズル１１を前記ガスノズル保持孔５５に挿入貫通することで、前記ガスノズル１１は位置決めされ、該ガスノズル１１の傾斜の調整は必要ないか、或は殆ど必要ない。

前記フランジ収納部５８の深さは、前記フランジ６３の厚み以上となっており、又前記ボルト６８が挿通する孔には座刳りが形成されており、前記フランジ６３、前記ボルト６８が前記天板部４ａの下面より突出しない様になっている。従って、前記シールキャップ８が前記フランジ６３に干渉することはない。

前記ガス供給管２１から供給されたガスは前記ガス流路１９を通って前記連絡孔６４より前記管継手部６２内部に流入し、更に前記ガスノズル本体部６１を経て前記処理室１に供給される。又、前記ガスノズル保持孔５５は前記Ｏリング６６，６７によって前記処理室１及び前記ロードロック室４内部に対してそれぞれ気密にシールされている。

次に、前記ガスノズル１１を取外す場合は、前記ボルト６８を外し、前記ガスノズル１１を前記ロードロック室４の内部に向って下方に引抜けばよい。

而して、前記ガスノズル１１の取付けは、目視している状態で極めて簡単に行え、更に組立時の前記ガスノズル１１の調整は不要となる等、該ガスノズル１１の交換作業は容易に行える。

尚、該ガスノズル１１を位置決めピン等により軸心を中心とした回転方向の位置決めを行う様にし、前記連絡孔６４と前記ガス流路１９を完全に合致させる様にすれば、前記管継手収納部５７は前記管継手部６２に密着して嵌合する様にしてもよい。

本発明の実施の形態に係る基板処理装置を示す概略断面図である。 本発明で実施されるガスノズル取付け部の説明図であり、（Ａ）は取付け、或は取外しの途中を示し、（Ｂ）は組立てた状態を示している。 従来の処理炉を示す概略断面図である。 従来の処理炉に於けるガスノズルの着脱を示す説明図であり、（Ａ）は取付けの途中を示し、（Ｂ）は組立てた状態を示している。

符号の説明

１ 処理室
２ 反応管
３ マニホールド
４ ロードロック室
４ａ 天板部
５ 炉口
１１ ガスノズル
１２ ヒータ
１６ 処理炉
１９ ガス流路
２１ ガス供給管
５５ ガスノズル保持孔
５７ 管継手収納部
６１ ガスノズル本体部
６２ 管継手部
６４ 連絡孔
６６，６７ Ｏリング

Claims (1)

1. 基板を収納する処理室と、該処理室の下方に気密に連設されるロードロック室と、前記処理室に立設され処理ガスを供給するガスノズルとを具備し、前記ロードロック室の天板部には前記処理室に開口するガスノズル保持孔が垂直方向に形成され、前記ガスノズルは前記ガスノズル保持孔に下方から貫通し、該ガスノズル保持孔により前記ガスノズルの下端部が前記処理室、前記ロードロック室に対して気密になる様に保持され、前記ガスノズルの下端部に連絡孔が穿設され、前記天板部にはガス供給源と接続されるガス流路が形成され、該ガス流路は前記連絡孔を介して前記ガスノズルに連通することを特徴とする基板処理装置。

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