JP2015526594A - プロセスチャンバー及び基板処理装置 - Google Patents

Abstract

本発明はプロセスチャンバー及び基板処理装置に関し、本発明に係るプロセスチャンバーは、複数枚の基板が上下に互いに離隔して積層されるボートと、ボートを上昇させて内部空間に位置させ、側壁から工程ガスを水平方向に噴射し、この工程ガスを互いに離隔して積層された基板の間に流し込んで外部に排出するチャンバーハウジングと、ボートをチャンバーハウジングの内部に昇降させるボート昇降手段と、チャンバーハウジングの一方の側壁が貫通される基板搬送ゲートとを備える。また、本発明に係る基板処理装置は、複数枚の基板を互いに離隔させて積層するボートを備え、回転しながらボート内に互いに離隔して積層された基板の間に工程ガスを噴射して外部に排出するプロセスチャンバーと、真空状態から大気状態へと、または大気状態から真空状態へと切り替わるロードロックチャンバーと、ロードロックチャンバー内において搬送された基板をプロセスチャンバーに搬送し、プロセスチャンバーから搬送された基板をロードロックチャンバーに搬送するトランスファチャンバーとを備える。

Description

本発明は、プロセスチャンバー及び基板処理装置に係り、さらに詳しくは、基板処理能力を向上させることのできるプロセスチャンバー及びこれを用いて基板を処理する基板処理装置に関する。

半導体素子のスケールが次第に縮小することに伴い、極薄膜に対する要求が次第に高まりつつあり、コンタクト孔のサイズが減少することに伴い、段差塗布性に対する問題も次第に深刻化しつつある。

一般に、半導体装置の製造に際して、薄膜を均一に蒸着するためにスパッタリング法、化学気相蒸着（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、原子層蒸着（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を適用する。化学気相蒸着（ＣＶＤ）装置または原子層蒸着（ＡＬＤ）装置の場合、シャワーヘッド方式またはノズル方式により工程ガスを噴射する。

なかでも、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法は最も汎用される蒸着技術であり、反応ガス及び分解ガスを用いて所望の厚さを有する薄膜を基板の上に蒸着する。化学気相蒸着（ＣＶＤ）法は、まず、様々なガスをプロセスチャンバーに注入し、熱、光、プラズマなどの高エネルギーにより誘導されたガスを化学反応させることにより、基板の上に所望の厚さの薄膜を蒸着する。また、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法においては、反応エネルギーに見合う分だけ印加されたプラズマまたはガスの比及び量を通じて反応条件を制御することにより蒸着率を高める。しかしながら、反応が早いため原子の熱力学的な安定性を制御することが非常に困難であり、しかも、薄膜の物理的、化学的及び電気的な特性を低下させる。

一方、原子層蒸着（ＡＬＤ）法は、ソースガス（反応ガス）及びパージガスを交互に供給して原子層を蒸着するための方法であり、これにより形成された薄膜は良好な被覆特性を有し、大口径の基板及び極薄膜に適用され、しかも、電気的及び物理的な特性に優れている。一般に、原子層蒸着（ＡＬＤ）法は、まず、第１のソースガスを供給して基板の表面に１層の第１のソースを化学的に吸着させ、余分の物理的に吸着されたソースはパージガスを流し込んでパージさせた後、１層のソースに第２のソースガスを供給して１層の第１のソースと第２のソースガスとを化学的に反応させて所望の原子層薄膜を蒸着し、余分の反応ガスはパージガスを流し込んでパージさせる過程を１サイクルとして薄膜を蒸着する。上述したように、原子層蒸着（ＡＬＤ）法は、表面反応メカニズム（ｓｕｒｆａｃｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）を用いることにより、安定した薄膜が得られるだけではなく、均一な薄膜が得られる。また、原子層蒸着（ＡＬＤ）法は、ソースガスと反応ガスとを互いに分離して順次に注入及びパージさせるので、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法と比べて気相反応によるパーティクルの生成を抑えることができる。

図１は、シャワーヘッド方式の原子層薄膜蒸着装置の構成を示す概略図である。

シャワーヘッド方式の原子層薄膜蒸着装置は、反応ガス及びパージガスがこの順に供給されて基板３に原子層蒸着が行われる反応空間１を有するプロセスチャンバー２と、前記プロセスチャンバー２の下部に配設され、基板３が載置される基板支持台４と、前記基板台４と対向してガスを反応空間１に噴射するシャワーヘッド５と、前記シャワーヘッド５に供給される供給路にそれぞれ配設されてガスの供給を断続する弁６と、を備える。ここで、前記プロセスチャンバー２は、反応空間１に供給されるガスを外部に排出するためのポンピング手段と連結される。このように、従来の原子層薄膜蒸着装置は、基板３の上に反応ガス及びパージガスの密度を均一に露出させるために、反応空間１への高速なガス供給及び反応空間１からの高速なガス排出のための小さな体積のプロセスチャンバー２を備える。

化学気相蒸着（ＣＶＤ）装置や原子層薄膜蒸着（ＡＬＤ）装置の場合、基板処理能力があまり大きくないという問題がある。これは、たとえ基板支持台の平面の上に複数枚の基板が載置されて化学気相蒸着（ＣＶＤ）または原子層薄膜蒸着（ＡＬＤ）が行われるとしても、基板支持台の上に載置可能な基板の枚数は制限的であるため、同時に多数枚の基板を処理することができないという限界があるためである。

大韓民国公開特許１０−２００５−００８０４３３号

本発明の技術的課題は、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法、原子層蒸着（ＡＬＤ）法などの基板処理工程を行うことのできるプロセスチャンバー及び基板処理装置を提供することにある。

また、本発明の他の技術的課題は、基板処理能力を向上させることのできるプロセスチャンバー及び基板処理装置を提供することにある。

さらに、本発明のさらに他の技術的課題は、従来の垂直噴射型構造の工程ガス噴射手段ではなく、水平噴射型構造の工程ガス噴射手段を採用するプロセスチャンバー及び基板処理装置を提供することにある。

本発明の実施形態によるプロセスチャンバーは、複数枚の基板が上下に互いに離隔して積層されるボートと、前記ボートを上昇させて内部空間に位置させ、側壁から工程ガスを水平方向に噴射し、この工程ガスを互いに離隔して積層された基板の間に流し込んで外部に排出するようにするチャンバーハウジングと、前記ボートを前記チャンバーハウジングの内部に昇降させるボート昇降手段と、前記チャンバーハウジングの一方の側壁が貫通される基板搬送ゲートと、を備える。

また、前記チャンバーハウジングは、内部空間である第１の内部空間を有する下層チャンバーハウジングと、前記下層チャンバーハウジングの上層に配設され、内部空間である第２の内部空間を有し、側壁から工程ガスを水平方向に噴射し、この工程ガスを互いに離隔して積層された基板の間に流し込んで外部に排出する上層チャンバーハウジングと、を備える。

さらに、前記ボートは、上部プレートと、下部プレートと、前記上部プレートと下部プレートとを繋ぐ複数の支持棒と、前記支持棒の側壁に形成される複数枚の基板載置溝と、を備える。

さらに、前記ボート昇降手段は、前記下部プレートを支持するボート支持台と、前記下層チャンバーハウジングの底面を貫通して前記ボート支持台を昇降させる昇降回転駆動軸と、を備える。なお、前記昇降回転駆動軸は、ボート支持台を回転させる。

さらに、前記上層チャンバーハウジングは、開放された下側を介して上昇したボートが収納される上層チャンバー内部ハウジングと、前記上層チャンバー内部ハウジングの上面及び側壁から離隔して前記上層チャンバー内部ハウジングを取り囲む上層チャンバー外部ハウジングと、前記上層チャンバー内部ハウジングの一方の内壁から工程ガスを噴射する工程ガス噴射手段と、前記上層チャンバー内部ハウジングの内部空間における基板の処理に用いられた後に残った工程ガスを外部に排出する工程ガス排出手段と、を備える。

さらに、前記工程ガス噴射手段は、内部空間を有する工程ガス流入空間体と、前記ボートに臨む工程ガス流入空間体の壁面に形成される多数のガス噴射孔と、前記工程ガス流入空間体の内部空間に工程ガスを流し込む工程ガス供給管と、を備える。

さらに、前記工程ガス排出手段は、内部空間を有する工程ガス排出空間体と、前記ボートに臨む工程ガス排出空間体の壁面に形成される多数のガス排出孔と、前記工程ガス排出空間体の内部空間にある工程ガスを外部にポンピングする排出ポンプと、前記工程ガス排出空間体の内部空間と前記排出ポンプとを繋ぐ工程ガス排出管と、を備える。

さらに、前記工程ガス流入空間体及び工程ガス排出空間体は、前記上層チャンバー内部ハウジングの壁体に形成され、前記工程ガス流入空間体及び工程ガス排出空間体は、向かい合う個所に形成される。

さらに、前記プロセスチャンバーは、前記上層チャンバーハウジングにプラズマ電圧を印加するプラズマ発生手段を備える。前記プラズマ発生手段は、前記上層チャンバー内部ハウジングと上層チャンバー外部ハウジングとの間に配設され、前記プラズマ発生手段は、Ｕ字状のプラズマアンテナにより実現される。

さらに、前記プラズマアンテナは、電圧が印加される一方の先端及び接地連結点である他方の先端が上層チャンバーハウジングの上側に位置し、一方の先端と他方の先端との連結線路が上層チャンバー内部ハウジングと上層チャンバー外部ハウジングとの間をＵ字状に横切る。

また、本発明の実施形態による基板処理装置は、複数枚の基板を互いに離隔させて積層するボートを備え、回転しながらボート内に互いに離隔して積層された基板の間に工程ガスを噴射して外部に排出するプロセスチャンバーと、真空状態から大気状態へと、または大気状態から真空状態へと切り替わるロードロックチャンバーと、前記ロードロックチャンバー内において搬送された基板をプロセスチャンバーに搬送し、前記プロセスチャンバーから搬送された基板をロードロックチャンバーに搬送するトランスファチャンバーと、を備える。

また、前記基板処理装置の前記上層チャンバーハウジングは、開放された下側を介して上昇したボートが収納される上層チャンバー内部ハウジングと、前記上層チャンバー内部ハウジングの上側及び側壁から離隔して前記上層チャンバー内部ハウジングを取り囲む上層チャンバー外部ハウジングと、前記上層チャンバー内部ハウジングの一方の内壁から他方の内壁に向かって工程ガスを流し込む工程ガス噴射手段と、前記他方の内壁に達した工程ガスを外部に排出する工程ガス排出手段と、を備える。

本発明の実施形態によれば、上下に互いに離隔して積層された基板を回転させながら基板の側壁から水平方向に工程ガスを噴射することにより、基板処理能力を向上させることができる。また、様々な工程処理方式を行うことができる、例えば、化学気相蒸着（ＣＶＤ）装置、原子層蒸着（ＡＬＤ）装置などに適用可能である。さらに、プラズマ発生手段を提供することにより、基板処理能力の効率性を高めることができる。なお、既存のシャワーヘッド方式の膜質特性の低下を防いで膜質の特性を向上させることができる。

図１は、シャワーヘッド方式の原子層薄膜蒸着装置の構成を示す概略図である。 図２は、本発明の実施形態によるプロセスチャンバーの外観斜視図である。 図３は、本発明の実施形態によるプロセスチャンバーの分解図である。 図４は、本発明の実施形態によりボートが上昇または下降される様子のプロセスチャンバーの断面図である。 図５は、本発明の実施形態によりボートに基板が実装されることによりボートが段階別に上昇する様子を示す図である。 図６は、本発明の実施形態により上層内部ハウジングの内部の側壁に工程ガス流入空間体と、工程ガス排出空間体及びプラズマ発生手段が配設された様子を示す図である。 図７は、本発明の実施形態によるプロセスチャンバーの上側から眺めた工程ガスの流れを示す図である。 図８は、本発明の実施形態により上層チャンバー内部ハウジングとボートとが互いに封合される様子を示す図である。 図９は、本発明の実施形態により基板がボートに搬入されてチャンバーハウジング内において基板処理された後に搬出される過程を示す図である。 図１０は、本発明の実施形態による基板処理装置を示す概念図である。

以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態についてより詳細に詳述する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施形態に限定されるものではなく、異なる様々な形態に具体化可能であり、単に、これらの実施形態は、本発明の開示を完全たるものにし、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。なお、図中、同じ符号は同じ構成要素を示す。

図２は、本発明の実施形態によるプロセスチャンバーの外観斜視図であり、図３は、本発明の実施形態によるプロセスチャンバーの分解図であり、図４は、本発明の実施形態によりボートが上昇または下降される様子のプロセスチャンバーの断面図であり、図５は、本発明の実施形態によりボートに基板が実装されることによりボートが段階別に上昇する様子を示す図であり、図６は、本発明の実施形態により上層内部ハウジングの内部の側壁に、工程ガス流入空間体、工程ガス排出空間体及びプラズマ発生手段が配設された様子を示す図である。

プロセスチャンバーは、基板処理能力を向上させるために、複数枚の基板を上下に互いに離隔させて積層した後、互いに離隔して積層された基板の間に工程ガスを流し込んで基板の表面に蒸着及びエッチングなどの基板処理を行う。このために、プロセスチャンバーは、複数枚の基板が互いに離隔して積層されるボート３００と、前記ボート３００を上昇させて内部空間に位置させ、側壁から工程ガスを水平方向に噴射し、この工程ガスを互いに離隔して積層された基板の間に流し込んで外部に排出するようにするチャンバーハウジング１００、２００と、前記ボート３００を前記チャンバーハウジング１００、２００の内部に昇降させるボート昇降手段４００と、前記チャンバーハウジング２００の一方の側壁が貫通される基板搬送ゲート５００と、を備える。

ボート３００には複数枚の基板が上下に互いに離隔して積層され、積層された基板の間に隙間が存在し、この隙間に工程ガスが流れ込んで反対側に排出される。このため、基板の上部面に工程ガスがぶつかって基板の上に蒸着またはエッチングなどの基板処理が行われる。基板を互いに離隔させて積層するために、ボート３００は、上部プレート３１０と、下部プレート３２０と、上部プレート３１０と下部プレート３２０とを繋ぐ複数の支持棒３３０（３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ）と、前記支持棒３３０の側壁に形成される複数枚の基板載置溝と、を備える。基板載置溝は、支持棒３３０の側壁に刻設される溝であり、このような溝に各基板が載置される。ボート３００は回転しながら順次にソースガス、パージガス及び反応ガスに基板を繰り返し露出させる。

基板搬送ゲート５００は、下層チャンバーハウジング２００の一方の側壁に形成されて基板がボート３００に出入りするゲートである。それぞれの基板のボート３００への搬入またはそれぞれの基板のボート３００からの搬出は、基板搬送ゲート５００を介して行われる。

ボート昇降手段４００は、ボート３００を上層チャンバーハウジング１００の内部空間と下層チャンバーハウジング２００の内部空間との間において上昇または下降させ、前記ボート昇降手段４００は、ボート支持台４２０及び昇降回転駆動軸４１０を備える。ボート支持台４２０は、上部面において下部プレート３２０を支持し、昇降回転駆動軸４１０が下層チャンバーハウジング２００の底面を貫通してボート３００の下部面、すなわち、ボート３００の下部プレート３２０を支持する。ボート支持台４２０の下部面は昇降回転駆動軸４１０に連結されてモーターなどの上下往復駆動源の駆動により昇降し、上下ピストン往復運動をしながらボート３００を上昇または下降させる。また、昇降回転駆動軸４１０は、ボート３００の昇降（上昇／下降）動作時に一括してボート３００を昇降させるわけではなく、段階別にボート３００を上昇または下降させる。例えば、図５（ａ）に示すように、基板搬送ゲートを介して基板がボート３００の基板載置溝に載置される場合、図５（ｂ）に示すように、ボート昇降手段はボート３００をさらに１段階上昇させて次の基板載置溝を基板搬送ゲートに到達させる。このように段階別にボート３００を上昇させて基板を各基板載置溝に載置して、最終的に、図５（ｃ）に示すように、各基板載置溝に基板を載置し、上層チャンバーハウジング１００の内部空間に嵌め込む。また、昇降回転駆動軸はボート支持台を回転させることにより、結果的にボート支持台に連結されたボート３００を回転させる。このため、化学気相蒸着（ＣＶＤ）工程、原子層蒸着（ＡＬＤ）工程とは無関係に、工程が行われるときにボート３００が回転しながら該ボート３００の上に載置された基板がソースガス、パージガス及び反応ガスに順次に繰り返し露出される。

チャンバーハウジング１００、２００は、前記ボート３００を上昇させて内部空間に位置させ、一方の内壁から工程ガスを水平方向に噴射して互いに離隔して積層された基板の間に流し込んで外部に排出する。本発明の実施形態によるチャンバーハウジングは、下層チャンバーハウジング２００と、上層チャンバーハウジング１００と、を備える。

下層チャンバーハウジング２００は、上側が開放されて内部空間（以下、「第１の内部空間」と称する。）を有する。工程が終わった後に基板が搬出された状態では、図４（ｂ）に示すように、下降されたボート３００は下層チャンバーハウジング２００の第１の内部空間に位置し、逆に、基板がボート３００の各基板載置溝に段階別に搬入されて上昇すると、ボート３００は下層チャンバーハウジング２００の第１の内部空間に存在しなくなる。

上層チャンバーハウジング１００は、下側が開放されたままで下層チャンバーハウジング２００の上層に配設されて内部空間（以下、「第２の内部空間」と称する。）を有する。上層チャンバーハウジング１００の第２の内部空間には下層チャンバーハウジング２００の第１の内部空間から上昇したボート３００が位置し、このようなボート３００には各基板載置溝に基板が互いに離隔して積層されて載置されている。上層チャンバーハウジング１００の一方の内壁から工程ガスが噴射され、この工程ガスはボート３００に互いに離隔して積層された基板の間に流れ込んで上層チャンバーハウジング１００の他方の内壁を通過して外部に排出される。

上層チャンバーハウジング１００の一方の内壁から他方の内壁に向かって工程ガスが噴射される場合、上層チャンバーハウジング１００は単一の壁により実現されるが、二重の壁により実現されてもよい。すなわち、上層チャンバーハウジング１００は、上層チャンバー内部ハウジング１１０と、上層チャンバー内部ハウジング１１０から離隔して前記上層チャンバー内部ハウジング１１０を取り囲む上層チャンバー外部ハウジング１２０と、を有する二重構造に形成されてもよい。内側に配設される上層チャンバー内部ハウジング１１０には、下層チャンバーハウジング２００から上昇したボート３００が収納され、外側に配設される上層チャンバー外部ハウジング１２０は、上層チャンバー内部ハウジング１１０の上面及び側壁から離隔して前記上層チャンバー内部ハウジング１１０を取り囲む。

上層チャンバー内部ハウジング１１０の一方の内壁には、この内壁と対向する他方の内壁に向かって工程ガスを噴射する工程ガス噴射手段と、ハウジング内部の工程ガスを外部に排出する工程ガス排出手段と、が配設される。一方の内壁からこの内壁と対向する他方の内壁に向かって工程ガスを噴射することにより、上層チャンバーハウジング１００の内部空間に存在するボート３００に工程ガスを流し込むことができる。

工程ガス噴射手段１３０は、図６に示すように、内部空間を有する工程ガス流入空間体１３１と、前記ボートに臨む工程ガス流入空間体１３１の壁面に形成される多数のガス噴射孔１３２と、前記工程ガス流入空間体１３１の内部空間に工程ガスを流し込む工程ガス供給管１３３と、を備える。工程ガス流入空間体１３１は、上下左右の壁体により形成される内部空間を有する空間体であり、内部空間に工程ガス供給管１３３から流れ込んだガスが存在する。工程ガス流入空間体１３１の内部空間に連通される多数のガス噴射孔１３２が工程ガス流入空間体１３１の壁面に形成され、このようなガス噴射孔１３２を介して工程ガスが上層チャンバー内部ハウジング１１０の内部空間に流れ込む。ガス噴射孔１３２は、ボートに実装された各基板の隙間と対応する個所に複数形成される。工程ガス流入空間体１３１の壁面は、ボートに臨む壁面である。工程ガス供給管１３３は、工程ガス流入空間体１３１の内部空間に工程ガスを流し込み、すなわち、工程ガス貯溜タンクに貯溜された工程ガスを工程ガス流入空間体１３１に供給する。このため、工程ガス供給管１３３は、工程ガス貯溜タンクに連結された導管を上層チャンバー内部ハウジング１１０の壁体の内部に沿って形成して、工程ガス流入空間体１３１に工程ガスを供給する。

また、上層チャンバー内部ハウジング１１０は、基板の処理に用いられた後に残った工程ガスを外部に排出する工程ガス排出手段１４０を備える。工程ガス排出手段１４０は、図６に示すように、工程ガス排出空間体１４１、ガス排出孔１４２、工程ガス排出管１４３及び排出ポンプ（図示せず）を備える。工程ガス排出空間体１４１は、上下左右の壁体により形成される内部空間を有する空間体であり、上層チャンバー内部ハウジング１１０の内部における基板の処理に用いられた後に残った工程ガスが流れ込んで空間体の内部に存在する。ガス排出孔１４２は、工程ガス排出空間体１４１の面に多数形成されて、上層チャンバー内部ハウジング１１０の内部空間における基板の処理に用いられた後に残った工程ガスがガス排出孔１４２を介して工程ガス排出空間体１４１の内部に流れ込む。

ガス排出孔が形成される工程ガス排出空間体１４１の壁面は、ボートに臨む壁面である。工程ガス排出管１４３は、工程ガス排出空間体１４１の内部空間と排出ポンプとを繋ぐ。工程ガス排出管１４３は、工程ガス排出空間体１４１の内部と連結されて、上層チャンバー内部ハウジング１１０の壁体の内部に沿って外部の排出ポンプ（図示せず）と連結される。このため、工程ガス排出空間体１４１の内部の工程ガスは、工程ガス排出管１４３を経て外部に排出される。排出ポンプ（図示せず）は、工程ガス排出管１４３を介して工程ガスを外部に排出するためのポンピングを行う。

上述したように、内部空間を有する工程ガス流入空間体１３１及び工程ガス排出空間体１４１が上層チャンバー内部ハウジング１１０の壁体に形成され、且つ、工程ガス流入空間体１３１及び工程ガス排出空間体１４１はボートを間に挟んで対向する個所に形成される。工程ガス流入空間体１３１から噴射される工程ガスは、ポンピング排出圧によりボートに実装された基板間の隙間を横切って工程ガス排出空間体１４１の内部に流れ込んだ後に外部に排出される。工程ガス流入空間体１３１及び工程ガス排出空間体１４１は上層チャンバー内部ハウジング１１０の側壁に埋め込まれるが、別途の機構物として側壁の内部面に一体に形成されてもよい。

参考までに、図７は、本発明の実施形態によるプロセスチャンバーの上側から眺めた工程ガスの流れを示すものであり、工程ガスが上層チャンバー内部ハウジング１１０の一方の側壁から他方の側壁に流れ込む様子を示す図である。工程ガス流入空間体１３０のガス噴射孔から噴射された工程ガスは、上層チャンバー内部ハウジング１１０の内部空間を水平に横切って対向する個所の他方の側壁に配設される工程ガス排出空間体１４０に流れ込むということが分かる。工程ガス排出空間体１４０に連結されているポンプの排出圧により工程ガスの流れを誘導することができる。

一方、ボート３００に基板が載置されて上層チャンバー内部ハウジング１１０の内部空間に上昇すると、ボート３００及び上層チャンバーハウジング１００は外部との密閉性を維持するために封合されなければならない。このような密閉性（気密性）のために、ボート支持台４２０及び上層チャンバー内部ハウジング１１０はＯリングなどの封止材により封合される。このために、図８（ａ）に示すように、ボート支持台４２０の外周の外側上部面にはＯリング溝４２１が形成される。外周の外側上部面は、上層チャンバー内部ハウジング１１０の底面に臨む面である。ボート支持台４２０に臨む上層チャンバー内部ハウジング１１０の底面におけるボート支持台のＯリング溝４２１と対向する個所には、Ｏリング１１１が形成される。このため、ボート３００が上昇して上層チャンバー内部ハウジング１１０に収納されると、図８（ｂ）に示すように、上層チャンバー内部ハウジング１１０の底面に形成されるＯリング１１１がボート支持台４２０の上部面に形成されるＯリング溝４２１に嵌合されて密閉性を維持することができる。

図９は、本発明の実施形態により基板がボートに搬入されてチャンバーハウジング内において基板処理された後に搬出される過程を示す図である。

まず、基板を搬入する過程について説明すると、図９（ａ）に示すように、基板搬送ゲートを介してボートの最後段の基板載置溝から基板が搬送されて載置される。基板が載置されると、次の基板載置溝が基板搬送ゲートに位置するようにボートが上昇し、搬送される基板が当該基板載置溝に載置される。このため、図９（ｂ）に示すように、ボートが上昇して各基板載置溝に基板が載置される。ボートの上昇により基板が載置された後には、図９（ｃ）に示すように、基板載置溝に基板が載置されたボートが上層チャンバー内部ハウジングに収納される。次いで、図９（ｄ）に示すように、工程ガスが側壁から流出されて基板の上部面にぶつかって基板処理が行われる。基板処理工程が終わると、図９（ｅ）に示すように、基板が基板搬送ゲートを介して外部に搬出される。基板の搬出が完全に終わると、図９（ｆ）に示すように、ボートは下層チャンバーハウジングの内部空間に収納される。

一方、基板処理の効率を高めるために、基板の処理に用いられる工程ガスをプラズマ状態に励起させて処理する。このために、本発明の実施形態による基板処理装置は、プラズマ発生手段を備える。プラズマ発生手段は、工程ガスをプラズマ状態に励起させるために用いられる。プラズマ発生手段は、上層チャンバーハウジングの内部に配設され、二重構造の上層チャンバーハウジングである場合、上層チャンバー内部ハウジングと上層チャンバー外部ハウジングとの間にプラズマ発生手段が配設される。このようなプラズマ発生手段は、Ｕ字状のプラズマアンテナにより実現される。すなわち、図６に示すように、電圧が印加される一方の先端６００ａ及び接地連結点である他方の先端６００ｂが上層チャンバー内部ハウジング１１０の外表面に位置して、一方の先端６００ａと他方の先端６００ｂとの連結線路６００ｃが上層チャンバー内部ハウジングと上層チャンバー外部ハウジングとの間にＵ字状に貫通するプラズマアンテナとして形成される。参考までに、前記Ｕ字状のプラズマアンテナは、ＲＦを用いてプラズマを励起させる容量結合プラズマ（ＣＣＰ：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式により駆動される。

一方、基板処理に際して熱源を提供するために、ボートまたは上層チャンバーハウジングに基板を加熱する熱線などの基板加熱手段が配設される。

図１０は、本発明の実施形態による基板処理装置を示す概念図である。

ロードロックチャンバー３０は、基板を基板処理工程が行われるプロセスチャンバー１０に搬送する前に、プロセスチャンバー１０内の環境条件に近い環境条件を造成し、プロセスチャンバー１０内の環境条件への外部からの影響を遮断する役割を果たす。なお、基板保管容器５０（ＦＯＵＰ：Ｆｒｏｎｔ−Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）に連結されたローダー部４０からロードロックチャンバー３０へと基板が提供される。

このようなロードロックチャンバー３０の一方の面はローダー部４０と連結され、他方の面はロードロックゲートを介してトランスファチャンバー２０と連結される。このため、工程を行う前や工程を行った後の基板がロードロックチャンバー３０内に位置する。ローダー部４０を介して基板が大気状態で基板保管容器５０（ＦＯＵＰ）から搬送されてきた後には、ロードロックチャンバー３０の内部がプロセスチャンバー１０と同じ状態である真空状態に切り替わる。また、プロセスチャンバー１０における基板処理が行われた後に、基板処理の終わった基板がトランスファチャンバー２０を経てロードロックチャンバー３０に搬送されてくると、ロードロックチャンバー３０の内部が大気状態に切り替わった後に外部の基板保管容器５０（ＦＯＵＰ）に基板が搬送される。

トランスファチャンバー２０は、ロードロックチャンバー３０とプロセスチャンバー１０とを繋ぐ構成要素であり、所定の真空状態で基板を搬送する。トランスファチャンバー２０は、基板処理を行うために、ロードロックチャンバー３０内において搬送される基板をプロセスチャンバー１０に搬送する。また、基板処理が終わった後に、プロセスチャンバー１０から搬送される基板をロードロックチャンバー３０に引き渡す。プロセスチャンバー１０は、複数枚の基板を互いに離隔させて積層するボートを備え、回転しながらボート内に互いに離隔して積層された基板の間に工程ガスを噴射して外部に排出する。プロセスチャンバー１０は、図１から図６に示すように、複数枚の基板を互いに離隔させて積層するボート３００と、上側が開放されたままで第１の内部空間を有する下層チャンバーハウジング２００と、下側が開放されたままで第２の内部空間を有し、一方の内壁からボート３００内に互いに離隔して積層された基板の間に工程ガスを噴射して他方の内壁を介して外部に排出する上層チャンバーハウジング１００と、前記下層チャンバーハウジング２００の第１の内部空間と前記上層チャンバーハウジング１００の第２の内部空間との間において前記ボート３００を昇降させるボート昇降手段４００と、前記下層チャンバーハウジングの一方の側壁に貫設される基板搬送ゲート５００と、を備える。なお、ボート及び上層チャンバーハウジングの構造については上述した通りであるため、ここではこれらについての詳細な説明を省略する。

一方、本発明の実施形態によるプロセスチャンバー及び基板処理装置は、化学気相蒸着（ＣＶＤ）装置、原子層蒸着（ＡＬＤ）装置など様々な工程装置に適用可能である。また、本発明の実施形態により側壁からガスを噴射して他方側に排出するプロセスチャンバーを用いて、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子、メモリ素子などの半導体を製造することができ、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、液晶表示素子（ＬＣＤ）、ＳＯＬＡＲ(太陽光発電システム）などのフラットパネル基板の製作にも適用可能である。

加えて、上述した本発明の実施形態によるプロセスチャンバーは、下層チャンバーハウジングが基板搬入チャンバーとしての役割を果たし、且つ、上層チャンバーハウジングが工程ガスを噴射するプロセスチャンバーとしての役割を果たす。本発明は、これに何ら限定されるものではなく、下層チャンバーハウジングが工程ガスを噴射するプロセスチャンバーとしての役割を果たし、且つ、上層チャンバーハウジングが基板搬入チャンバーとしての役割を果たすような構成にも適用可能であるということはいうまでもない。

以上、本発明について添付図面及び上述した好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに何ら限定されるものではなく、後述する特許請求の範囲により限定される。よって、この技術分野における通常の知識を有する者であれば、後述する特許請求の範囲の技術的思想から逸脱しない範囲内において本発明を種々に変形及び修正することができる。

Claims (26)

1. 複数枚の基板が上下に互いに離隔して積層されるボートと、
   前記ボートを上昇させて内部空間に位置させ、側壁から工程ガスを水平方向に噴射し、この工程ガスを互いに離隔して積層された基板の間に流し込んで外部に排出するようにするチャンバーハウジングと、
   前記ボートを前記チャンバーハウジングの内部に昇降させるボート昇降手段と、
   前記チャンバーハウジングの一方の側壁が貫通される基板搬送ゲートと、
   を備えるプロセスチャンバー。
2. 前記チャンバーハウジングは、
   内部空間である第１の内部空間を有する下層チャンバーハウジングと、
   前記下層チャンバーハウジングの上層に配設され、内部空間である第２の内部空間を有し、側壁から工程ガスを水平方向に噴射し、この工程ガスを互いに離隔して積層された基板の間に流し込んで外部に排出するようにする上層チャンバーハウジングと、
   を備える請求項１に記載のプロセスチャンバー。
3. 前記基板搬送ゲートは、前記下層チャンバーハウジングの一方の側壁に貫設される請求項２に記載のプロセスチャンバー。
4. 前記ボートは、
   上部プレートと、
   下部プレートと、
   前記上部プレートと下部プレートとを繋ぐ複数の支持棒と、
   前記支持棒の側壁に形成される複数枚の基板載置溝と、
   を備える請求項２に記載のプロセスチャンバー。
5. 前記ボート昇降手段は、
   前記下層チャンバーハウジングの第１の内部空間と前記上層チャンバーハウジングの第２の内部空間との間において前記ボートを昇降させる請求項４に記載のプロセスチャンバー。
6. 前記ボート昇降手段は、基板搬送ゲートを介して基板載置溝に基板が載置されると、次の基板載置溝に他の基板を載置するために１段階ずつボートを上昇させる請求項４に記載のプロセスチャンバー。
7. 前記ボート昇降手段は、
   前記下部プレートを支持するボート支持台と、
   前記下層チャンバーハウジングの底面を貫通して前記ボート支持台を昇降させる昇降回転駆動軸と、
   を備える請求項４に記載のプロセスチャンバー。
8. 前記昇降回転駆動軸は、前記ボート支持台を回転させる請求項７に記載のプロセスチャンバー。
9. 前記上層チャンバーハウジングは、
   開放された下側を介して上昇した前記ボートが収納される上層チャンバー内部ハウジングと、
   前記上層チャンバー内部ハウジングの上面及び側壁から離隔して前記上層チャンバー内部ハウジングを取り囲む上層チャンバー外部ハウジングと、
   前記上層チャンバー内部ハウジングの一方の内壁から工程ガスを噴射する工程ガス噴射手段と、
   前記上層チャンバー内部ハウジングの内部空間における基板の処理に用いられた後に残った工程ガスを外部に排出する工程ガス排出手段と、
   を備える請求項２に記載のプロセスチャンバー。
10. 前記工程ガス噴射手段は、
    内部空間を有する工程ガス流入空間体と、
    前記ボートに臨む前記工程ガス流入空間体の壁面に形成される多数のガス噴射孔と、
    前記工程ガス流入空間体の内部空間に工程ガスを流し込む工程ガス供給管と、
    を備える請求項９に記載のプロセスチャンバー。
11. 前記工程ガス排出手段は、
    内部空間を有する工程ガス排出空間体と、
    前記ボートに臨む前記工程ガス排出空間体の壁面に形成される多数のガス排出孔と、
    前記工程ガス排出空間体の内部空間にある工程ガスを外部にポンピングする排出ポンプと、
    前記工程ガス排出空間体の内部空間と前記排出ポンプとを繋ぐ工程ガス排出管と、
    を備える請求項１０に記載のプロセスチャンバー。
12. 前記工程ガス流入空間体及び工程ガス排出空間体は、前記上層チャンバー内部ハウジングの壁体に形成されている請求項１１に記載のプロセスチャンバー。
13. 前記工程ガス流入空間体及び工程ガス排出空間体は、向かい合う個所に形成される請求項１１に記載のプロセスチャンバー。
14. 前記上層チャンバーハウジングにプラズマ電圧を印加するプラズマ発生手段を備える請求項２に記載のプロセスチャンバー。
15. 前記プラズマ発生手段は、前記上層チャンバー内部ハウジングと前記上層チャンバー外部ハウジングとの間に配設される請求項１４に記載のプロセスチャンバー。
16. 前記プラズマ発生手段は、Ｕ字状のプラズマアンテナにより実現される請求項１５に記載のプロセスチャンバー。
17. 前記プラズマアンテナは、電圧が印加される一方の先端及び接地連結点である他方の先端が前記上層チャンバーハウジングの上側に位置し、一方の先端と他方の先端との連結線路が前記上層チャンバー内部ハウジングと前記上層チャンバー外部ハウジングとの間をＵ字状に横切る請求項１６に記載のプロセスチャンバー。
18. 複数枚の基板を互いに離隔させて積層するボートを備え、回転しながらボート内に互いに離隔して積層された基板の間に工程ガスを噴射して外部に排出するプロセスチャンバーと、
    真空状態から大気状態へと、または大気状態から真空状態へと切り替わるロードロックチャンバーと、
    前記ロードロックチャンバー内において搬送された基板を前記プロセスチャンバーに搬送し、前記プロセスチャンバーから搬送された基板を前記ロードロックチャンバーに搬送するトランスファチャンバーと、
    を備える基板処理装置。
19. 前記プロセスチャンバーは、
    複数枚の基板を互いに離隔させて積層するボートと、
    上側が開放されたままで第１の内部空間を有する下層チャンバーハウジングと、
    下側が開放されたままで第２の内部空間を有し、一方の内壁からボート内に互いに離隔して積層された基板の間に工程ガスを噴射して他方の内壁を介して外部に排出する上層チャンバーハウジングと、
    前記下層チャンバーハウジングの第１の内部空間と前記上層チャンバーハウジングの第２の内部空間との間において前記ボートを昇降させるボート昇降手段と、
    前記下層チャンバーハウジングの一方の側壁に貫設される基板搬送ゲートと、
    を備える請求項１８に記載の基板処理装置。
20. 前記ボートは、
    上部プレートと、
    下部プレートと、
    前記上部プレートと下部プレートとを繋ぐ複数の支持棒と、
    前記支持棒の側壁に形成される複数枚の基板載置溝と、
    を備える請求項１９に記載の基板処理装置。
21. 前記上層チャンバーハウジングは、
    開放された下側を介して上昇した前記ボートが収納される上層チャンバー内部ハウジングと、
    前記上層チャンバー内部ハウジングの上側及び側壁から離隔して前記上層チャンバー内部ハウジングを取り囲む上層チャンバー外部ハウジングと、
    前記上層チャンバー内部ハウジングの一方の内壁から他方の内壁に向かって工程ガスを流し込む工程ガス噴射手段と、
    前記他方の内壁に達した工程ガスを外部に排出する工程ガス排出手段と、
    を備える請求項１９に記載の基板処理装置。
22. 前記工程ガス噴射手段は、
    内部空間を有する工程ガス流入空間体と、
    前記ボートに臨む前記工程ガス流入空間体の壁面に形成される多数のガス噴射孔と、
    前記工程ガス流入空間体の内部空間に工程ガスを流し込む工程ガス供給管と、
    を備える請求項２１に記載の基板処理装置。
23. 前記工程ガス排出手段は、
    内部空間を有する工程ガス排出空間体と、
    前記ボートに臨む前記工程ガス排出空間体の壁面に形成される多数のガス排出孔と、
    前記工程ガス排出空間体の内部空間にある工程ガスを外部にポンピングする排出ポンプと、
    前記工程ガス排出空間体の内部空間と前記排出ポンプとを繋ぐ工程ガス排出管と、
    を備える請求項２１に記載の基板処理装置。
24. プラズマ電圧を印加するプラズマ発生手段は、前記上層チャンバー内部ハウジングと上層チャンバー外部ハウジングとの間に配設される請求項２１に記載の基板処理装置。
25. 前記プラズマ発生手段は、Ｕ字状のプラズマアンテナにより実現される請求項２４に記載の基板処理装置。
26. 前記プラズマアンテナは、電圧が印加される一方の先端及び接地連結点である他方の先端が前記上層チャンバーハウジングの上側に位置し、一方の先端と他方の先端との連結線路が前記上層チャンバー内部ハウジングと前記上層チャンバー外部ハウジングとの間をＵ字状に横切る請求項２５に記載の基板処理装置。

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