JP4259942B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェーハ、ガラス基板等の基板に薄膜を生成し、或は不純物の拡散、エッチング等の処理を行う基板処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
基板処理装置の１つに、所要枚数の基板（以下ウェーハ）を処理するバッチ式の基板処理装置があり、該基板処理装置は縦型処理炉及び該縦型処理炉に連設される気密室（ロードロック室）を具備するものがある。
【０００３】
ウェーハは前記縦型処理炉の処理室で基板保持具（以下ボート）に保持された状態で処理される。該ボートは前記ロードロック室内に設けられた昇降装置（以下ボートエレベータ）により該ロードロック室を介してウェーハを処理炉に装入、引出しすることで基板の自然酸化、パーティクルの付着を防止しているものがある。
【０００４】
近年では搬送中にパーティクルがウェーハに付着することを防止する為、搬送時にはウェーハを密閉構造の基板搬送容器（ＦＯＵＰ：ｆｒｏｎｔ ｏｐｅｎｉｎｇ ｕｎｉｆｉｅｄ ｐｏｄ）に所定枚数（例えば２５枚）を収納して行っている。
【０００５】
該基板搬送容器が基板処理装置に搬送されると基板移載機により、前記ロードロック室で待機しているボートにウェーハが移載され、前記ボートエレベータにより縦型処理炉内にボートエレベータが装入され、ウェーハの処理が行われる。
【０００６】
処理が終了すると前記ボートが出炉されるが、出炉状態でのウェーハは６００℃の高温であり、前記基板搬送容器の耐熱温度は約１００℃であるので直ちにウェーハを基板搬送容器に移載することはできず、前記ロードロック室で自然冷却により約１００℃迄冷却し、その後前記基板移載機により前記ボートから前記基板搬送容器に払出していた。
【０００７】
尚、ロードロック室内に引出されたボート、ウェーハを冷却する方法として、ロードロック室内に窒素ガスを循環させ、不活性ガス雰囲気として、ロードロック室内で冷却するものがあり、例えば特許文献１に示される半導体製造装置がある。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−３４９７４９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の基板処理装置では、ロードロック室内でボート、ウェーハを自然冷却するので、冷却に時間を要し、基板処理のサイクルタイムが長くなる要因に１つとなっていた。
【００１０】
本発明は斯かる実情に鑑み、処理後の基板を短時間で冷却できる様にしたものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板を処理する処理室と、該基板処理室に連設される気密室と、該気密室にガスを供給するガス供給手段とを有する基板処理装置であって、前記ガス供給手段は前記処理室の近傍でガスの単位時間に於ける単位面積当りの供給量を他の部分より多く供給する様構成した基板処理装置に係るものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１〜図３に於いて、基板処理装置の１つである縦型処理炉を具備する基板処理装置について説明する。
【００１４】
基板処理装置は、基板搬送容器授受部２１、該基板搬送容器授受部２１に気密に連設される基板搬送部２２、該基板搬送部２２に気密に連結される基板処理部２３により主に構成され、前記基板搬送容器授受部２１と前記基板搬送部２２間にはゲートバルブ２４が設けられ、前記基板搬送部２２と前記基板処理部２３間にはゲートバルブ２５が設けられている。
【００１５】
前記基板搬送容器授受部２１について説明する。
【００１６】
基板は、基板搬送容器２７により収納された状態で搬送される様になっており、図示される該基板搬送容器２７は密閉式の搬送容器であるＦＯＵＰとなっている。筐体２６の前部には前記基板搬送容器２７の授受テーブル２８が設けられており、前記筐体２６の内部には前記授受テーブル２８に対峙して容器搬送装置２９が設けられ、該容器搬送装置２９は昇降、横行、進退（図１中左右方向）可能な移載部（図示せず）を有し、後述する容器蓋開閉装置３１或は搬送容器保管棚（図示せず）に前記基板搬送容器２７を搬送可能となっている。前記筐体２６の前記基板搬送部２２側の壁面には前記容器蓋開閉装置３１が設けられ、該容器蓋開閉装置３１は前記容器搬送装置２９により搬送された前記基板搬送容器２７を受載する容器受け台３２を有し、該容器受け台３２に載置された前記基板搬送容器２７の蓋を開閉する様になっている。
【００１７】
前記基板搬送部２２は気密な搬送室３４及び基板移載装置３５を具備し、該基板移載装置３５は前記搬送室３４内で進退、回転するロボットアーム３６を有し、該ロボットアーム３６はウェーハを載置可能となっている。
【００１８】
前記基板処理部２３は前記基板搬送部２２に前記ゲートバルブ２５を介して気密に連設する気密室（ロードロック室）３７及び該ロードロック室３７の上側に立設された熱処理炉３８を有し、該熱処理炉３８と前記ロードロック室３７間には前記熱処理炉３８の炉口を開閉する炉口ゲートバルブ３９が設けられている。
【００１９】
前記ロードロック室３７の内部には基板保持具（ボート）４１を昇降させ、前記熱処理炉３８内に装入、引出するボートエレベータ４２が設けられ、該ボートエレベータ４２に載置される前記ボート４１は基板（ウェーハ）４３を水平姿勢で多段に保持する。前記ロードロック室３７の一壁面に沿ってクリーンユニット１が設けられ、該クリーンユニット１と対向する壁面に排気口２が設けられ、前記クリーンユニット１から前記排気口２に向って清浄気体の定常流れが形成される様になっている。
【００２０】
降下状態の前記ボート４１に対向し、該ボート４１に平行に冷却ガス噴出ノズル３が設けられ、該冷却ガス噴出ノズル３の上端（上流端）は、流量制御器４を介してクリーン窒素ガス等の不活性ガスを冷却ガスとして供給する不活性ガス供給源（図示せず）に接続されている。前記流量制御器４はガス流量制御部５９（後述）からの制御信号に基づき冷却ガスの噴出量を制御している。
【００２１】
前記冷却ガス噴出ノズル３には、軸心に沿って所要数のガス噴出口が穿設されており、該ガス噴出口は上部でピッチが小さく、下部に行くに従ってピッチが大きくなっている。従って、前記冷却ガス噴出ノズル３の下方に向って生じる圧力降下と、ガス噴出口のピッチの増大と相俟って、前記ボート４１の上部（高温側）でより多くの量の冷却ガスが噴出され、下方に向って噴出流量が少なくなっている。又、前記冷却ガス噴出ノズル３から噴出される冷却ガスの範囲は、前記ボート４１に前記ウェーハ４３が保持された範囲より充分大きく、特に前記熱処理炉３８からの熱の影響を抑制する為、前記ボート４１の上方所要範囲に亘って冷却ガスが噴出される様になっている。
【００２２】
尚、ボート４１に対して上部（処理室（後述）に近接したロードロック室３７の上部）で冷却ガスがより多く流れる様にするガス供給手段としては、その他以下に例示する様に種々考えられる。
【００２３】
流路抵抗を下流側に向って増大させる為、前記ガス噴出口の径を下流側に向って、漸次、或は段階的に小さくしてもよい。又、長さの異なる複数本の冷却ガス噴出ノズル３を設け、上部に行くに従い、冷却ガスを噴出する冷却ガス噴出ノズル３の本数が増える様にしてもよい。この場合、冷却ガス噴出ノズル３に個々に、或はグループ毎に流量制御器４を設け、上部で冷却ガスの噴出量が多くなる様に流量コントロールをしてもよい。
【００２４】
或は、前記冷却ガス噴出ノズル３内に所要数の絞りを設け、冷却ガス噴出ノズル３内の圧力が下流に向って減少する様にしてもよい。或は、前記冷却ガス噴出ノズル３を、軸心方向に沿って複数分割し、連通していないノズル分管によって構成し、各ノズル分管にそれぞれ流量制御器を介して不活性ガス供給源に連通し、上部で冷却ガスの噴出量が多くなる様に流量コントロールをしてもよい。
【００２５】
前記熱処理炉３８について、図２を参照して説明する。
【００２６】
前記ロードロック室３７の上面に炉口フランジ４４が設けられ、該炉口フランジ４４の上端に有天筒状の外管４５が立設され、該外管４５と同心に上端が開放された内管４６が配設され、該内管４６は下端を前記炉口フランジ４４に支持されている。前記内管４６内は前記ボート４１を収納する処理室が画成される。
【００２７】
炉口蓋５３に処理ガス導入ノズル４７が連通され、該処理ガス導入ノズル４７はガス供給ライン５０を介して処理ガス供給源（図示せず）、或は窒素ガス等不活性ガス供給源（図示せず）に接続されている。又、前記炉口フランジ４４の前記内管４６の下端より上方に排気管４８が連通され、該排気管４８は排気装置（図示せず）に接続されている。
【００２８】
前記外管４５と同心に筒状のヒータユニット４９が配設され、該ヒータユニット４９はヒータベース５１に立設されている。
【００２９】
前記ボートエレベータ４２が支持する昇降台５２には前記炉口蓋５３が設けられ、該炉口蓋５３は前記炉口フランジ４４の下端開口部（炉口部）を気密に閉塞する。前記炉口蓋５３の下面にはボート回転装置５４が設けられ、該ボート回転装置５４の回転軸５５が前記炉口蓋５３を気密に貫通している。前記回転軸５５の上端にボート受台５６が設けられ、該ボート受台５６に前記ボート４１が載置される。
【００３０】
前記熱処理炉３８で処理される前記ウェーハ４３の処理状態は主制御部５７によって制御される。該主制御部５７は、炉内の温度を制御する温度制御部５８、処理ガスの流量を制御するガス流量制御部５９、前記外管４５内の圧力を制御する圧力制御部６１、前記ボート回転装置５４を制御する駆動制御部６２を備えている。
【００３１】
前記内管４６と前記外管４５との間には温度検出器６３が設けられ、該温度検出器６３は前記外管４５内の温度を検出し、前記温度制御部５８には温度検出信号が入力される。前記ガス供給ライン５０にガス流量制御器６４が設けられ、前記ガス流量制御部５９により所要のガス流量に制御される。前記排気管４８には圧力検出器６５が設けられ、前記排気管４８は排気ライン６６を介して図示しない排気装置に接続され、前記排気ライン６６には圧力制御弁６７が設けられている。前記圧力検出器６５により排気圧力が検出され、排気圧力の圧力検出信号は前記圧力制御部６１に入力され、該圧力制御部６１は前記圧力制御弁６７を制御して前記外管４５内の圧力の制御を行う。
【００３２】
以下、作用について説明する。
【００３３】
前記基板搬送容器２７が外部搬送装置（図示せず）により前記授受テーブル２８に搬入されると、前記容器搬送装置２９が前記移載部（図示せず）を介して前記容器受け台３２に前記基板搬送容器２７を移載する。前記ゲートバルブ２４、前記ゲートバルブ２５が開放される。
【００３４】
該ゲートバルブ２５が開放される状態では前記ボート４１が前記ボートエレベータ４２により降下され、前記炉口ゲートバルブ３９が閉塞され、前記搬送室３４内部と前記ロードロック室３７内部とは大気圧に同圧化されている。
【００３５】
前記容器蓋開閉装置３１により前記基板搬送容器２７の蓋が開けられ、前記ロボットアーム３６が駆動され、前記基板搬送容器２７から未処理前記ウェーハ４３が前記ゲートバルブ２５を通して前記ボート４１に移載される。該ボート４１に所定枚数の前記ウェーハ４３が移載される。前記ボート４１への移載枚数が前記基板搬送容器２７の収納枚数より多い場合は、前記容器搬送装置２９により新しい基板搬送容器２７に交換される。
【００３６】
前記ボート４１への前記ウェーハ４３の移載が完了すると、前記ゲートバルブ２５が閉塞され、更に窒素ガス等の不活性ガスによりガスパージされ、前記炉口ゲートバルブ３９が開放される。
【００３７】
前記ボートエレベータ４２により、前記ボート４１が前記外管４５内に装入され、前記炉口蓋５３により炉口部（図示せず）が気密に閉塞され、前記ウェーハ４３の処理が行われる。
【００３８】
前記ヒータユニット４９により前記外管４５内部を加熱し、該外管４５内部が所定の処理温度に維持される様、前記温度制御部５８により前記ヒータユニット４９が制御される。前記排気管４８を介して図示しない排気装置により前記外管４５内部が真空状態迄排気され、前記外管４５内部の圧力は前記圧力検出器６５の検出結果に基づき前記圧力制御部６１によって前記圧力制御弁６７を介して制御される。前記駆動制御部６２により前記ボート回転装置５４が駆動され、前記ボート４１が回転されると共に前記処理ガス導入ノズル４７を介して処理ガスが前記外管４５内に導入される。処理ガスの導入量は前記ガス流量制御器６４を介し、前記ガス流量制御部５９によって制御される。
【００３９】
尚、ウェーハの処理の一例として、ウェーハの成膜を行う場合は、ウェーハ温度５３０℃、処理ガスはＳｉＨ4 及びＰＨ3 ／Ｈｅ、各ガス流量は８０（sccm）及び１０（sccm）、処理圧力は２００Ｐａである。
【００４０】
前記ウェーハ４３の処理が完了すると、前記外管４５内が窒素ガス等の不活性ガスによりガスパージされ、前記ロードロック室３７内部と同圧化され、ウェーハに温度斑が生じない様に前記ボート４１が回転された状態で、前記ボートエレベータ４２により前記ボート４１が前記ロードロック室３７内部に降下される。
【００４１】
前記ボート４１が完全に降下されると、前記炉口フランジ４４の炉口部が前記炉口ゲートバルブ３９により閉鎖される。尚、該ボート回転装置５４による前記ボート４１の回転は、処理完了で停止し、前記ボート４１が前記ロードロック室３７内部に降下された後、再び回転させる様にしてもよい。
【００４２】
前記ロードロック室３７内には前記クリーンユニット１から送出され、前記排気口２から排出される清浄な不活性ガスの定常流れが形成されている。
【００４３】
前記ボートエレベータ４２により前記ボート４１が降下開始されるのと同期して、或は降下が完了するのと同期して前記ガス流量制御部５９からの指令により前記流量制御器４が制御され、前記冷却ガス噴出ノズル３より冷却ガスが前記ボート４１及び該ボート４１に保持された前記ウェーハ４３に向って、水平方向に噴出される。
【００４４】
冷却ガスは、前記ウェーハ４３の間を通って前記排気口２より排出される。前記冷却ガスが前記ウェーハ４３を通過する過程で該ウェーハ４３を強制冷却する。又、冷却ガスは、前記ボート４１が回転された状態で噴出される為、前記ウェーハ４３を均一に冷却できる。
【００４５】
該ウェーハ４３の温度は、前記熱処理炉３８の影響により上部で温度が高く、又下部から先に出炉されるので下部がより冷却される傾向にあり、前記ボート４１の上部にあるウェーハ４３が温度が高く、下部にあるウェーハ４３の温度が低い傾向にある。
【００４６】
前記冷却ガス噴出ノズル３から噴出される冷却ガスは、該冷却ガス噴出ノズル３の上部が下部より多く噴出される様になっているので、冷却ガスは上部のウェーハ４３からより多く抜熱し、前記ボート４１全体に亘って均一に冷却する。
【００４７】
尚、前記冷却ガス噴出ノズル３の上部、中部、下部から噴出される冷却ガスの流量（単位時間に於ける単位面積当りの供給量、例えばｃｍ³ ／ｃｍ² ・ｍｉｎ（単位時間、単位面積当りに供給されるガスの量））は、予め実験等により適正な値を取得し、該冷却ガス噴出ノズル３の径、或はピッチを設定する。
【００４８】
尚、前記冷却ガス噴出ノズル３を複数設け、或は該冷却ガス噴出ノズル３を複数に分割した場合は、流量制御器４により上下方向で噴出流量を制御し、前記ウェーハ４３が前記ボート４１全体に亘って均一に冷却される様にする。又、この場合、前記ロードロック室３７に降下状態の前記ボート４１に対して温度センサを設け、温度センサによりウェーハ４３の温度を検出し、検出温度に基づき前記冷却ガス噴出ノズル３からの噴出流量を制御してもよい。
【００４９】
上記した様に、冷却ガスにより前記ウェーハ４３を強制冷却するので、又前記ボート４１の上下で均一に冷却される様に冷却ガスの流量調整しているので、前記ボート４１全体に亘り前記ウェーハ４３を均一に冷却することができ、更に冷却中前記ボート４１を回転するのでウェーハ単体に於いても均一冷却が行える。
【００５０】
又、前記排気口２より排気しているので、前記ロードロック室３７の温度上昇が効果的に抑制される。
【００５１】
前記ウェーハ４３が所定温度迄冷却されると、前記ロボットアーム３６により前記ウェーハ４３が前記ボート４１より払出され、空の前記基板搬送容器２７に移載される。尚、処理後の前記ウェーハ４３の移載作動については、上述した処理前の移載作動の逆の手順によって行われる。
【００５２】
尚、上記実施の形態は縦型基板処理装置について説明したが、横型基板処理装置についても実施可能であるし、ウェーハ４３が冷却されるロードロック室３７の圧力は、減圧、常圧、陽圧のいずれの圧力状態であってもよいことは言う迄もない。
【００５３】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、基板を処理する処理室と、該基板処理室に連設される気密室と、該気密室にガスを供給するガス供給手段とを有する基板処理装置であって、前記ガス供給手段は前記処理室の近傍でガスの単位時間に於ける単位面積当りの供給量を他の部分より多く供給する様構成したので、処理済の基板が気密室に収納された場合、処理室からの熱の影響を抑制して冷却でき、均一且つ迅速に冷却が可能であるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す概略側面図である。
【図２】同前本発明の実施の形態に於ける熱処理炉の概略図である。
【図３】同前本発明の実施の形態に於けるロードロック室の概略図である。
【符号の説明】
１ クリーンユニット
２ 排気口
３ 冷却ガス噴出ノズル
４ 流量制御器
２１ 基板搬送容器授受部
２２ 基板搬送部
２７ 基板搬送容器
３５ 基板移載装置
３７ ロードロック室
３８ 熱処理炉
３９ 炉口ゲートバルブ
４１ ボート
４２ ボートエレベータ
４３ ウェーハ
４５ 外管
５４ ボート回転装置
５７ 主制御部
５９ ガス流量制御部

Claims (1)

1. 基板保持具に基板を水平姿勢で多段に保持しつつ処理する処理室と、該基板処理室の下端に連設される気密室と、前記基板および前記基板保持具を前記処理室と前記気密室との間で昇降させる昇降装置と、該昇降装置により前記処理室から前記気密室に降下した状態の前記基板保持具に前記基板が保持された範囲より大きい範囲で対向し設けられる前記基板保持具に保持された基板および前記基板保持具に冷却ガスを供給するガス供給手段と、該ガス供給手段と接続されるガス供給源とを有する基板処理装置であって、前記ガス供給手段は、上端が前記ガス供給源と接続されており、前記処理室の近傍でガスの単位時間に於ける単位面積当りの供給量を他の部分より多く供給する様構成したことを特徴とする基板処理装置。

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