JP4399222B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体デバイス等の基板を処理するための基板処理装置に関する。

この種の基板処理装置として、基板を収容する処理管の周囲に加熱手段（ヒータユニット）を設け、このヒータユニットにより処理管内の基板を加熱するようにしたものは周知である。

このような基板処理装置において、ヒータユニットの熱を処理管の炉口付近で遮断するために断熱部材を設けることも公知である（例えば特許文献１）。

特開平９−９７７６７号公報

断熱部材を保持するために断熱部材受けが設けられる。この断熱部材受けは、加工性や強度を考慮してステンレス等の金属から構成されることがある。
しかしながら、このように断熱部材受けを金属から構成した場合、処理温度が例えば１２００°Ｃというように高温になると、断熱部材受けが処理管からの輻射熱を受けることにより断熱部材受けから金属物質が拡散し、処理管を汚染し、処理後に基板が金属汚染されるおそれがある。

本発明の目的は、高温処理する場合でも金属汚染を少なくすることができる基板処理装置を提供することにある。

本発明の特徴とするところは、基板を収容する処理管と、この処理管の周囲に設けられ、前記基板を加熱する加熱手段と、該加熱手段の下部近傍で前記処理管の周囲に設けられた断熱部材と、この断熱部材を保持する金属で形成された断熱部材受けとを有し、前記断熱部材は、前記断熱部材受けの少なくとも前記処理管に対峙する対峙面を囲む遮蔽部を有し、前記断熱部材受けは、冷却手段を有する基板処理装置にある。

好適には、断熱部材はセラミックスからなり、さらに好適には石英であり、さらに好適には、高純度不透明石英である。

好適には、断熱部材受けは、冷却手段を有する。冷却手段は、例えば断熱部材受けに冷却用通路を形成し、この冷却用通路に液体又は気体を流すことにより断熱部材受けを冷却する。好適には、冷却するための媒体は水である。

本発明の基板処理装置によれば、金属からなる断熱部材受けの少なくとも処理管に対峙する対峙面を断熱部材に設けられた遮蔽部により遮蔽するようにしたので、断熱部材受けの少なくとも対峙面に処理管から輻射熱を直接受けるのを防止することができ、断熱部材受けから金属物質が拡散するのを防止し、もって基板が金属汚染されるのを防止することができる。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本発明の実施形態に係る基板処理装置１０が示されている。この基板処理装置１０は、例えば縦型であり、主要部が配置された筺体１２を有する。この筐体１２内部の前面側には、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット１４の授受を行う保持具授受部材としてのカセットステージ１６が設けられ、該カセットステージ１６の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ１８が設けられ、該カセットエレベータ１８には搬送手段としてのカセット移載機２０が取り付けられている。カセットエレベータ１８の後側には、カセット１４の載置手段としてのカセット棚２２が設けられ、このカセット棚２２はスライドステージ２３上に横行可能に設けられている。また、カセット棚２２の上方にはカセット１４の載置手段としてのバッファカセット棚２４が設けられている。このバッファカセット棚２４の後側にはクリーンユニット２６が設けられ、クリーンエアを前記筺体１２の内部を流通させるように構成されている。

筐体１２の後部上方には、処理炉２８が設けられている。この処理炉２８内には、基板３６に処理を行う処理室２９が形成されている。この処理炉２８の下側には、半円筒形状の気密室としてのロードロック室３０が仕切弁としてのゲートバルブ３２により連接され、このロードロック室３０の前面にはカセット棚２２と対向する位置に仕切手段としてのロードロックドア３４が設けられている。ロードロック室３０内には、基板３６を水平姿勢で多段に保持する基板支持体（ボート）３８を、処理室２９に昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ４０が内設され、このボートエレベータ４０には蓋体としてのシールキャップ４２が取り付けられ、基板支持体３８を垂直に支持している。ロードロック室３０とカセット棚２２との間には図示しない昇降手段としての移載エレベータが設けられ、この移載エレベータには搬送手段としての基板移載機４４が取り付けられている。また、ロードロック室３０には、パージガスを導入するためのパージノズル４６が接続されている。

なお、前記カセット移載機２０等の搬送動作を制御する搬送制御手段４８がカセットステージ１６の下方に設けられている。

以下、基板処理装置１０における一連の動作を説明する。
図示しない外部搬送装置から搬送されたカセット１４は、カセットステージ１６に載置され、このカセットステージ１６でカセット１４はその姿勢を９０度変換され、更に、カセットエレベータ１８の昇降動作、横行動作及びカセット移載機２０の進退動作の協働によりカセット棚２２又はバッファカセット棚２４に搬送される。

基板移載機４４によりカセット棚２２から基板支持体３８へ基板３６が移載される。この基板３６を移載する準備として、基板支持体３８が前記ボートエレベータ４０により降下され、ゲートバルブ３２により処理室２９が閉塞され、更にロードロック室３０の内部にパージノズル４６から窒素ガス等のパージガスが導入される。ロードロック室３０が大気圧に復圧された後、ロードロックドア３４が開かれる。

スライドステージ２３はカセット棚２２を水平移動させ、移載の対象となるカセット１４を基板移載機４４に対峙するように位置決めする。基板移載機４４は昇降動作、回転動作の協働により基板３６をカセット１４から基板支持体３８へと移載する。基板３６の移載はいくつかのカセット１４に対して行われ、基板支持体３８に所定枚数の基板３６の移載が完了した後、ロードロックドア３４が閉じられ、ロードロック室３０が真空引きされる。

真空引きが完了した後に再びパージノズル４６よりパージガスが導入され、ロードロック室３０内部が大気圧に復圧されるとゲートバルブ３２が開かれ、ボートエレベータ４０により基板支持体３８が処理室２９内に挿入され、ゲートバルブ３２が閉じられる。尚、真空引き完了後に前記ロードロック室３０内部を大気圧に復圧させず大気圧未満の状態で基板支持体３８を処理室２９内に挿入しても良い。処理室２９内で基板３６に所定の処理が為された後、ゲートバルブ３２が開かれ、ボートエレベータ４０により基板支持体３８が引き出され、さらにロードロック室３０内部を大気圧に復圧させた後にロードロックドア３４が開かれる。

図２において、上記処理炉２８の詳細が示されている。処理炉２８は、例えば炭化珪素からなる処理管５０を有する。この処理管５０は、上端が閉鎖された円筒状のもので、この処理管５０内に前述した処理室２９が構成されている。この処理管５０の下端には、例えば石英からなる円筒状のアダプタ５２が接続固定されている。このアダプタ５２の側壁には、処理室２９に反応ガスを導入するためのガス導入口５４と、処理室２９からガスを排気するための排気口５６とが形成されており、ガス導入口５４にはガス導入管５８が、排気口５６には排気管６０がそれぞれ接続されている。ガス導入口５４の処理室２９側には、ガス導入ノズル６２が接続されており、このガス導入ノズル６２は、他端が処理室２９の上端付近まで延び、このガス導入ノズル６２の適宜位置に多数形成された孔からガスを処理室２９に導入するようになっている。

前述したボートエレベータに設けれらたシールキャップ４２は、アダプタ５２の下端に密着し、処理室２９の気密を保つようにしてある。このシールキャップ４２にボート受け６４を介して基板支持体３８が立設固定され、基板支持体３８に支持された多数の基板３６が処理室２９に収容される。

処理管５０の周囲には、加熱手段としてのヒータユニット６６が設けられ、このヒータユニット６６により処理室２９に収容された基板３６が加熱されるようになっている。このヒータユニット６６の下部には、ヒータ断熱部６８及び水冷板７０が設けられおり、ヒータユニット６６は、ヒータベース７２に支持されている。水冷板７０とヒータベース７２との間にはシール材７４が設けられている。さらにヒータベース７２は、図示しない支持ブロックを介して処理炉本体に支持されている。

また、ヒータユニット６６の下部近傍で処理管５０の周囲には、リング状の断熱部材７６が設けられている。この断熱部材７６は、例えば高純度の不透明石英が用いられている。ここで、高純度とは、重金属の含有量が１ｐｐｍ以下（Ａｌは２０ｐｐｍ以下）であることをいう。高純度の不透明石英としては、例えばＮａが０．５ｐｐｍ、Ｋが０．６ｐｐｍ、Ｌｉが０．５ｐｐｍ、Ａｌが１５ｐｐｍ、Ｃｕが０．１ｐｐｍ未満、Ｆｅが０．２ｐｐｍのものが市販されている。
なお、この実施形態においては、断熱部材７６を石英から構成するようにしたが、他の実施形態として、アルミナのウールをクロス材で編み込んだもの等を用いることができる。

上記断熱部材７６は、同じくリング状に形成された断熱部材受け７８に保持されている。この断熱部材受け７８はステンレス等の金属製であり、ステンレスとしてはＳＵＳ３１６Ｌが特に好ましいが、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１０Ｓも使用できる（ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１０ＳはいずれもＪＩＳ規格）。この断熱部材受け７８は、前述した水冷板７０の下部内側周囲に固定されている。

図３に詳しく示すように、断熱部材受け７８は、前述した処理管５０に対峙する対峙面８０を有する。そして、断熱部材受け７８の対峙面８０の周囲を囲むように、断熱部材７６には遮蔽部８２が下方に突出するように形成されている。したがって、遮蔽部８２により断熱部材受け７８の対峙面８０の周囲が処理管５０から遮蔽されているので、処理管５０から断熱部材受け７８に到達しようとする輻射熱を遮断することができ、断熱部材受け７８が加熱するのを抑えることができる。

また、断熱部材受け７８には、冷却手段としての水冷溝８４が断熱部材受け７８の下面周囲で対峙面８０の近傍に形成されている。この水冷溝８４は、蓋体８６により下方が閉鎖されていると共に、断熱部材受け７８の下面に開口する冷却水入り口８８及び冷却水出口９０に接続されている。この冷却水入り口８８と冷却水出口９０とは互いに近傍に配置され、また、冷却水入り口８８と冷却水出口９０との間で水冷溝８４に設けられた仕切り板９２により近傍での連通が遮断されるようになっている。冷却水入り口８８及び冷却水出口９０には、それぞれ冷却配管９４が接続され、一つの冷却配管９４から冷却水入り口８８を介して水冷溝８４に水が入り、この水が水冷溝８４を流れて冷却水出口９０から他の冷却配管９４へ排出され、断熱部材受け７８を冷却する。したがって、このような冷却手段により断熱部材受け７８が冷却されるので、断熱部材受け７８が加熱するのを抑えることができる。

このように構成された処理炉２８において、基板３６を処理する場合は、まず多数の基板３６を支持した基板支持体３８を、ヒータユニット６６により例えば６００°Ｃ程度の温度に設定された処理室２９内に挿入し、シールキャップ４２により処理室２９を密閉する。次に、炉内温度を熱処理温度まで昇温させてガス導入口５４から処理ガスを導入する。処理ガスには、窒素、アルゴン、水素、酸素等が含まれる。熱処理温度は例えば１２００°Ｃである。基板３６の熱処理を終了すると、炉内温度を例えば６００°Ｃ程度の温度に降温した後、基板支持体３８を処理室２９からアンロードし、基板支持体２９に支持された基板３８の全てが冷却するまで、所定位置で待機させる。

このような熱処理中にあっては、ヒータユニット６６からの熱が処理管２８に反射し、金属製の断熱部材受け７８を加熱させようとする。しかしながら、断熱部材受け７８の処理管２８に対峙する対峙面８０は、断熱部材７６の遮蔽部８２により遮蔽されるので、断熱部材受け７８に到達しようとする輻射熱を遮断することができる。また、このような熱処理中にあっては、断熱部材受け７８の水冷溝８４に水が流されているので、断熱部材受け７８が水冷され、断熱部材受け７８の加熱が抑えられる。このため、金属製の断熱部材受け７８から金属物質が拡散するのを防止することができ、処理管２９の汚染を防止し、基板３６の汚染を防止することができるものである。
尚、本発明は炉口付近の構造に特徴があるものであり、本実施の形態ではロードロック室を備えた基板処理装置を例に説明したが、ロードロック装置を備えない基板処理装置にも本発明を適用することができる。

本発明は、基板の金属汚染が問題となる基板処理装置に利用することができる。

本発明の実施形態に係る基板処理装置全体を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置に用いた処理炉の炉口周辺を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施形態に係る基板処理装置に用いたヒータユニットの下部周辺を示す断面図であり、（ｂ）は断熱部材受けの水平方向で切った断面図である。

符号の説明

１０ 基板処理装置
２８ 処理炉
２９ 処理室
３６ 基板
３８ 基板支持体
５０ 処理管
５２ アダプタ
６６ ヒータユニット
７６ 断熱部材
７８ 断熱部材受け
８０ 対峙面
８２ 遮蔽部
８４ 水冷溝

Claims (4)

1. 基板を収容する処理管と、この処理管の周囲に設けられ、前記基板を加熱する加熱手段と、該加熱手段の下部近傍で前記処理管の周囲に設けられた断熱部材と、この断熱部材を保持する金属で形成された断熱部材受けとを有し、前記断熱部材は、前記断熱部材受けの少なくとも前記処理管に対峙する対峙面を囲む遮蔽部を有し、前記断熱部材受けは、冷却手段を有することを特徴とする基板処理装置。
2. 前記冷却手段は、前記断熱部材受けに冷却用通路が形成され、該冷却用通路に液体又は気体を流すことにより前記断熱部材受けが冷却されるように構成されている請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記冷却用通路は、前記断熱部材受けの下面周囲で前記対峙面とは反対側の面より前記対峙面の近傍に形成されている請求項２記載の基板処理装置。
4. 加熱手段が周囲に設けられた処理管内に基板を収容して前記加熱手段で前記処理管内を加熱し、前記処理管内で基板を処理する際に、前記加熱手段の下部近傍で前記処理管の周囲に設けられた断熱部材を保持する金属で形成された断熱部材受けに有る冷却手段が前記断熱部材受けを冷却するとともに、前記断熱部材受けの少なくとも前記処理管に対峙する対峙面を囲む遮蔽部が前記処理管からの輻射熱を遮断することを特徴とする基板処理方法。

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