JP2011114234A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】処理室内を撮影することができる熱処理装置を提供する。
【解決手段】ウエハ１を処理する処理室１４を構成したプロセスチューブ１３と、処理室１４内を加熱するヒータユニット４０と、処理室１４を閉塞するシールキャップ２５と、シールキャップ２５に支承された回転軸３０と、回転軸３０に立設されたボート３１とを備えている熱処理装置において、シールキャップ２５の周辺部に透明な石英によって形成された保護管７０を立設し、保護管７０内に内視鏡８０を下端部の開口から挿入し、カメラ９０をシールキャップ２５下面以下において内視鏡８０に光学的に連結する。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板処理装置に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法に使用されるＣＶＤ装置や拡散装置、酸化装置およびアニール装置等の熱処理装置（furnace ）に利用して有効なものに関する。

ＩＣの製造方法において、半導体素子を含む集積回路が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に熱処理を施すのに、バッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置が広く使用されている。
バッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置（以下、熱処理装置という。）は、ウエハが搬入される縦形に設置されたプロセスチューブと、プロセスチューブによって形成された処理室にガスを供給するガス供給管と、処理室を排気する排気管と、プロセスチューブ外に敷設されて処理室を加熱するヒータユニットと、ボートエレベータによって昇降されて処理室の炉口を開閉するシールキャップと、シールキャップの上に垂直に設置されて複数枚のウエハを保持するボートとを備えており、複数枚のウエハがボートによって垂直方向に整列されて保持された状態で処理室に下端の炉口から搬入（ボートローディング）され、シールキャップによって炉口が閉塞された状態で、必要に応じて、処理室にガスがガス供給管から供給されるとともに、ヒータユニットによって処理室が加熱されることにより、ウエハに熱処理を施すように構成されている。

ところで、特許文献１には、正確なティーチングを実現するために、スピンチャックを覆う遮断板の回転軸内にＣＣＤカメラを挿入可能に設置することにより、処理室内を撮影することができるように構成した基板処理装置、が提案されている。

特開２００６−１４０３５０号公報

熱処理装置において、ＣＣＤカメラを処理室内に設置して処理室内を撮影するように構成した場合には、ＣＣＤカメラが熱の影響によって故障する可能性がある。

本発明の目的は、処理室内を撮影することができる基板処理装置を提供することにある。

本願において開示される発明のうち代表的なものは、次の通りである。
基板を処理する処理室内に保護管が挿入され、該保護管内に内視鏡が挿入され、前記処理室外にカメラが配置され、前記内視鏡と前記カメラとが接続されていることを特徴とする基板処理装置。

この基板処理装置によれば、処理室内の影響を受けずに、処理室内を撮影することができる。

本発明の一実施形態である熱処理装置を示す一部切断正面図である。 主要部を示す側面断面図である 保護管部分を示す一部省略一部切断側面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。

本実施の形態において、図１および図２に示されているように、本発明に係る基板処理装置は、ウエハに熱処理を施す熱処理装置（バッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置）１０として構成されている。

図１および図２に示されているように、熱処理装置１０は均熱チューブ１２とプロセスチューブ１３とを備えている。均熱チューブ１２とプロセスチューブ１３とはいずれも、石英（ＳｉＯ₂ ）が使用されて、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、互いに同心円にかつ中心線が垂直になるように縦に配されて据え付けられている。
プロセスチューブ１３の筒中空部は、ボートによって長く整列した状態に保持された複数枚のウエハが搬入される処理室１４を形成している。プロセスチューブ１３の下端開口はウエハを出し入れするための炉口１５を構成している。
均熱チューブ１２とプロセスチューブ１３との間の下端部は、略円筒形状に構築されたマニホールド１６によって気密封止されている。マニホールド１６が熱処理装置の筐体２に支持されることにより、プロセスチューブ１３は垂直に据え付けられた状態になっている。

図１に示されているように、マニホールド１６には排気管１８の一端が接続されており、排気管１８の他端には圧力コントローラ２１によって制御される排気装置１９が接続されている。排気管１８の途中には圧力センサ２０が接続されており、圧力コントローラ２１は圧力センサ２０からの測定結果に基づいて排気装置１９をフィードバック制御するように構成されている。
図２に示されているように、マニホールド１６にはガス導入管２２がプロセスチューブ１３の処理室１４に連通するように配設されており、ガス導入管２２にはガス流量コントローラ２４によって制御される処理ガス供給装置および不活性ガス供給装置（以下、ガス供給装置という。）２３が接続されている。ガス導入管２２によって処理室１４に導入されたガスは、処理室１４内を流通して排気管１８によって排気される。

マニホールド１６には下端開口を閉塞するシールキャップ２５が垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ２５はマニホールド１６の外径と略等しい円盤形状に構築されており、筐体２の待機室３に設備されたボートエレベータ２６によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ２６はモータ駆動の送りねじ軸装置およびベローズ等によって構成されており、ボートエレベータ２６のモータ２７は駆動コントローラ２８によって制御されるように構成されている。
シールキャップ２５の中心上には回転軸３０が挿通されて回転自在に支承されており、回転軸３０は駆動コントローラ２８によって制御されるモータ２９によって回転駆動されるように構成されている。回転軸３０の上端にはボート３１が垂直に立脚されて支持されている。

ボート３１は上下で一対の端板３２、３３と、これらの間に架設されて垂直に配設された３本の保持部材３４とを備えており、３本の保持部材３４には多数の保持溝３５が長手方向に等間隔に配されて互いに対向して開口するように刻設されている。ボート３１は３本の保持部材３４の保持溝３５間にウエハ１を挿入されることにより、複数枚のウエハ１を水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持するようになっている。
回転軸３０はボート３１をシールキャップ２５の上面から持ち上げた状態に支持することにより、ボート３１の下端を炉口１５の位置から適当な距離だけ離間させるように構成されている。

図２に示されているように、プロセスチューブ１３の外側にはヒータユニット４０が同心円に配置されて、筐体２に支持された状態で設置されている。ヒータユニット４０はケース４１を備えている。ケース４１はステンレス鋼（ＳＵＳ）が使用されて上端閉塞で下端開口の円筒形状に形成されている。ケース４１の内径および全長は均熱チューブ１２の外径および全長よりも大きく設定されている。
ケース４１の内側にはケース４１よりも小径の円筒形状に構築された断熱槽４２が同心円に設置されている。断熱槽４２の内側には断熱槽４２よりも小径の円筒形状に形成された断熱側壁４３が、均熱チューブ１２との間に間隙をとって同心円に設置されている。断熱側壁４３は短尺の円筒形状に形成された断熱ブロック４４が複数個、垂直方向に積み重ねられて一本の筒体に構築されている。
断熱側壁４３の上には断熱天井壁４５が、断熱側壁４３の上端開口を閉塞するように被せられている。断熱天井壁４５は断熱プレート４６が複数枚、垂直方向に積み重ねられて一枚の円盤に構築されている。断熱プレート４６はケース４１の内径よりも若干だけ小径の外径を有する円板形状に形成されている。

断熱側壁４３の内周面には発熱体４７が各断熱ブロック４４に配置されて敷設されている。発熱体４７はＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金やＭＯＳｉ₂ およびＳｉＣ等の抵抗発熱材料が使用されて、波形の平板形状にプレス加工やレーザ切断加工等によって一体成形されており、断熱ブロック４４の内径よりも若干だけ小径の円形リング形状に丸められている。

図２に示されているように、発熱体４７は発熱体駆動装置５２に接続されており、発熱体駆動装置５２は温度コントローラ５３によって制御されるように構成されている。ヒータユニット４０の側壁部には温度センサ５４が複数、上下方向に間隔を置いて配されて、それぞれ径方向に挿通されており、温度センサ５４は計測結果を温度コントローラ５３に送信するようになっている。温度コントローラ５３は温度センサ５４からの計測温度によって発熱体駆動装置５２をフィードバック制御するようになっている。すなわち、温度コントローラ５３は発熱体駆動装置５２の目標温度と温度センサ５４の計測温度との誤差を求めて、誤差がある場合には誤差を解消させるフィードバック制御を実行するようになっている。温度コントローラ５３は発熱体４７をゾーン制御するように構成されている。

ヒータユニット４０と均熱チューブ１２との間には冷却ガスとしての冷却エアを流通させる冷却エア通路６１が、均熱チューブ１２を全体的に包囲するように形成されている。ヒータユニット４０の断熱側壁４３の下端部には給気ダクト６２が環状に敷設されており、断熱側壁４３には吹出口６３が複数個、周方向に略等間隔に配されて径方向および上下方向にも複数個ずつ開設されている。給気ダクト６２の外周側には冷却エアを供給する給気管６４が接続されており、給気管６４に供給された冷却エアは給気ダクト６２および吹出口６３を通じて冷却エア通路６１の全周に拡散するようになっている。

断熱天井壁４５には冷却エアを冷却エア通路６１から排出するための排気口としての排気孔６５が複数本、同一円形線上で周方向に略等間隔に配置されて上下方向に貫通するように開設されている。各排気孔６５の冷却エア通路６１に連通した上流側開口端６５ａは、冷却エア通路６１の略直上にそれぞれ配置されている。
各排気孔６５の下流側端は排気ダクト６６にそれぞれ接続されており、排気ダクト６６の下流側端は排気ブロア等に接続されるようになっている。

図２および図３に示されているように、シールキャップ２５の周辺部には保護管７０が設置されている。保護管７０は透明な石英が使用されて上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成された本体７１を備えている。本体７１の閉塞した上端部７２は円形ドーム形状に形成されており、本体７１の開口した下端部７３はシールキャップ２５の下面以下に配置されている。本体７１の外径はプロセスチューブ１３内周とボート３１外周との隙間よりも小さく設定されており、本体７１はシールキャップ２５の周辺部におけるプロセスチューブ１３内周とボート３１外周との隙間に対向する部位に配置されて、下端部７３をシールキャップ２５に固定されている。

本体７１の中空部７４内には内視鏡（Borescope ）８０が下端部７３の開口から挿入されている。
図３に示されているように、内視鏡８０は、導波管８１と、導波管８１の上端部に形成された照明部８２と、照明部８２に設置された対物レンズ８３と、対物レンズ８３の光軸上に設置されたプリズム８４と、プリズム８４の光軸上に設置された複数個の中間レンズ８５と、接眼レンズ（図示せず）とを備えている。
内視鏡８０の接眼レンズの光軸上には、照明装置および撮像装置を備えたカメラ（以下、カメラという）９０が設置されており、カメラ９０はシールキャップ２５における処理室１４と反対側に配置されている。すなわち、カメラ９０は処理室１４内の雰囲気の影響を受けないように、処理室１４外に位置するように配慮されている。
カメラ９０は有線または無線による通信回線（図示せず）によってパーティクル発生メカニズム解析装置（図示せず）に接続されており、内視鏡８０を介して撮影した撮像データをパーティクル発生メカニズム解析装置に送信するように構成されている。

次に、前記構成に係る熱処理装置の作用を説明する。

図１に示されているように、予め指定された枚数のウエハ１がボート３１に装填されると、ウエハ１群を保持したボート３１はシールキャップ２５がボートエレベータ２６によって上昇されることにより、プロセスチューブ１３の処理室１４に搬入（ボートローディング）されて行き、シールキャップ２５に支持されたままの状態で処理室１４に存置される。上限に達したシールキャップ２５はマニホールド１６に押接することにより、処理室１４内をシールした状態になる。
続いて、処理室１４内が排気管１８によって排気されるとともに、発熱体４７によって温度コントローラ５３のシーケンス制御の目標温度に加熱される。
また、ボート３１がモータ２９によって回転される。
処理室１４の内圧および温度、ボート３１の回転が全体的に一定の安定した状態になると、必要に応じて、処理室１４には処理ガスがガス供給装置２３によってガス導入管２２から導入される。ガス導入管２２によって導入された処理ガスは、排気管１８によって排気される。

所定の処理時間が経過すると、必要に応じて、処理ガスの導入が停止された後に、窒素ガス等のパージガスが処理室１４の内部にガス導入管２２から導入される。
冷却エアが給気管６４から供給されて吹出口６３から冷却エア通路６１に吹き出し、各排気孔６５および排気ダクト６６によって排気されることにより、冷却エア通路６１に流通される。冷却エア通路６１における冷却エアの流通により、ヒータユニット４０の全体が強制的に冷却されるために、均熱チューブ１２の温度は大きいレート（速度）をもって急速に下降することになる。

処理室１４の温度が所定の温度に低下すると、シールキャップ２５に支持されたボート３１はボートエレベータ２６によって下降されることにより、処理室１４から搬出（ボートアンローディング）される。
以降、前記作用が繰り返されることにより、熱処理装置１０によってウエハ１に対する熱処理が実施されて行く。

ところで、以上の熱処理において、ウエハ１自体の重量や慣性および熱変形またはボート３１の振動によって、ウエハ１が保持部材（ロッド）３４の保持溝３５に局所的に接触することにより、パーティクル（以下、ロッドパーティクルという）が発生する場合がある。このロッドパーティクルはウエハ１上面（ＩＣ作り込み面）における保持部材３４近傍不良の原因となるために、歩留り低下を招来する。

そこで、本実施形態においては、カメラ９０が光学的に連結された内視鏡８０をシールキャップ２５に立設した保護管７０に挿入して、ウエハ１と保持溝３５との接触箇所を撮影することにより、ロッドパーティクルを観察することができるものとした。
例えば、規則（熱処理ステップ毎もしくは複数回置き）または不規則（例えば、熱処理後の外観検査においてロッドパーティクルが発見された場合）に、パーティクル発生メカニズム解析装置がカメラ９０を作動することにより、ウエハ１と保持溝３５との接触箇所を撮影する。
すなわち、図３に示されているように、カメラ９０の照明装置が内視鏡８０の導波管８１や照明部８２および保護管７０の本体７１を経由して正対したウエハ１を照明すると、照明光９１の反射光９２が本体７１、対物レンズ８３、プリズム８４、中間レンズ８５および接眼レンズを経由してカメラ９０の撮像装置に入射するので、カメラ９０は処理室１４内のウエハ１を撮影する。
このとき、対物レンズ８３を広角レンズに構成することにより、正対するウエハ１全面をワンショットにて撮影することができる。また、対物レンズ８３を拡大レンズに構成し、かつ、ボート３１をモータ２９によって回転させることにより、ウエハ１と接触する３箇所の保持溝３５を詳細に撮影することができる。

パーティクル発生メカニズム解析装置はカメラ９０からの撮像データに基づいて、ロッドパーティクル９３（図３参照）の画像を作成し、ロッドパーティクル９３の大きさ（サイズ）や形状および色別の分布図等を編集する。この編集データに基づいて、パーティクル発生メカニズム解析装置またはオペレータは、ロッドパーティクルの発生メカニズムを解析することにより、ロッドパーティクルによる保持部材近傍不良の発生を防止する。

本実施形態によれば、次の効果が得られる。

1) カメラが光学的に連結された内視鏡をシールキャップに立設した保護管に挿入することにより、ウエハと保持溝との接触箇所を撮影することができるので、ロッドパーティクルを観察することができる。

2) ロッドパーティクルを観察することにより、ロッドパーティクルの発生メカニズムを解析することができるので、ロッドパーティクルによる保持部材近傍不良の発生を防止することができ、歩留り低下を防止することができる。

3) シールキャップに保護管を立設し、保護管内に内視鏡を挿入するとともに、カメラをシールキャップ下面以下において内視鏡に光学的に連結することにより、カメラを熱から保護することができるので、熱に弱いカメラの故障を防止することができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、保護管内における内視鏡の位置は、変更可能に構成してもよい。

保護管および内視鏡は固定的に設置するに限らず、取り付け取り外し可能に構成してもよい。

内視鏡およびカメラは、照明系と撮像系とを一体的に構成するに限らず、照明系と撮像系とを別々に構成してもよい。

前記実施形態においては、熱処理装置について説明したが、基板処理装置全般に適用することができる。

被処理基板はウエハに限らず、ホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。

１…ウエハ（基板）、２…筐体、３…待機室、
１０…熱処理装置（基板処理装置）、１２…均熱チューブ、１３…プロセスチューブ、１４…処理室、１５…炉口、１６…マニホールド、１７…排気路、１８…排気管、１９…排気装置、２０…圧力センサ、２１…圧力コントローラ、２２…ガス導入管、２３…ガス供給装置、２４…ガス流量コントローラ、
２５…シールキャップ、２６…ボートエレベータ、２７…モータ、２８…駆動コントローラ、２９…モータ、３０…回転軸、
３１…ボート、３２、３３…端板、３４…保持部材、３５…保持溝、
４０…ヒータユニット、４１…ケース、４２…断熱槽、４３…断熱側壁、４４…断熱ブロック、４５…断熱天井壁、４６…断熱プレート、４７…発熱体、５２…発熱体駆動装置、５３…温度コントローラ、５４…温度センサ、
６１…冷却エア通路、６２…給気ダクト、６３…吹出口、６４…給気管、６５…排気孔、６６…排気ダクト、
７０…保護管、７１…本体、７２…上端部、７３…下端部、７４…中空部、
８０…内視鏡、８１…導波管、８２…照明部、８３…対物レンズ、８４…プリズム、８５…中間レンズ、
９０…カメラ、９１…照明光、９２…反射光、９３…ロッドパーティクル。

Claims (1)

1. 基板を処理する処理室内に保護管が挿入され、該保護管内に内視鏡が挿入され、前記処理室外にカメラが配置され、前記内視鏡と前記カメラとが接続されていることを特徴とする基板処理装置。

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