JP4617089B2 - Substrate processing apparatus, exhaust pipe and substrate processing method - Google Patents
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Description
本発明は基板処理装置に関し、特に、処理ガスを用いて半導体ウェーハを処理する基板処理装置に関する。 The present invention relates to a substrate processing apparatus, and more particularly to a substrate processing apparatus that processes a semiconductor wafer using a processing gas.
図１は従来の基板処理装置の配管の構造を示す概略縦断面図である。図１を参照して、配管のフランジ内部に段差がある従来の配管構造を説明する。
配管の管部１０の端部には配管を接合するためのフランジ１１が設けられている。ＩＳＯに定められた規格により、配管のフランジ１１の内径の寸法は管部１０の内径の寸法に比べて小さく、管部１０とフランジ１１とで段差が生じている構造となっている。
また、配管同士の接合部は、配管を接合するフランジ１１間に、配管の接合部を気密にするためのＯリング１２と、Ｏリングを固定するための内側センターリング１３および外側センターリング１４とを両側のフランジ１１で挟んだ構造となっている。
センターリング１３，１４の寸法もＩＳＯの規格に定められており、内側センターリング１３の内径はフランジ１１の内径よりも小さいために、配管内部においてフランジ１１とセンターリング１３とで段差が生じている構造となっている。
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a structure of piping of a conventional substrate processing apparatus. With reference to FIG. 1, the conventional piping structure which has a level | step difference inside the flange of piping is demonstrated.
A flange 11 for joining the pipe is provided at the end of the pipe part 10 of the pipe. According to the standard defined by ISO, the inner diameter of the flange 11 of the pipe is smaller than the inner diameter of the pipe portion 10, and a step is formed between the pipe portion 10 and the flange 11.
Moreover, the joint part of piping is between the flange 11 which joins piping, the O-ring 12 for making the joint part of piping airtight, the inner side center ring 13 and the outer side center ring 14 for fixing an O-ring Is sandwiched between the flanges 11 on both sides.
The dimensions of the center rings 13 and 14 are also stipulated in the ISO standard. Since the inner diameter of the inner center ring 13 is smaller than the inner diameter of the flange 11, there is a step between the flange 11 and the center ring 13 inside the pipe. It has a structure.
図２は従来の配管接合部付近のシュミレーションによるガス流ベクトルを示した図である。シュミレーションの条件は以下の通りである。
配管径：５４．９ｍｍ
ガス流量：ＮＨ３（アンモニア）４．５ｓｌｍ
ＳｉＨ２Ｃｌ２（ジクロロシラン）１．４ｓｌｍ
ガス温度：１５０℃
FIG. 2 is a diagram showing a gas flow vector by simulation in the vicinity of a conventional pipe joint. The simulation conditions are as follows.
Pipe diameter: 54.9mm
Gas flow rate: NH 3 (ammonia) 4.5 slm
SiH 2 Cl 2 (dichlorosilane) 1.4 slm
Gas temperature: 150 ° C
図２より、配管接合部の管部１０とフランジ１１との間の段差と、フランジ１１と内側センターリング１３との間の段差とにより、配管内部にガスを導入した際、段差部でガス流速が小さくなっていることから、ガスが滞留していることが分かる。このガスの滞留により、配管内部に反応生成物の付着する可能性のあるガスを流した際、配管接合部の段差に反応生成物が付着し、配管内部を閉塞することが問題となっている。
配管の接合部内に反応生成物が付着していくプロセスを図７を参照して説明する。図７は配管の接合部に反応生成物が付着していく様子を示したものである。はじめに、ＳＴＥＰ−１で示すように配管接合部の段差にガスが滞留する。次に、ＳＴＥＰ−２に示すように配管接合部の段差によるガスの滞留箇所に反応生成物５０が付着し、ガスの滞留箇所が拡大する。最後に、ＳＴＥＰ−３に示すように反応生成物５０により配管内が閉塞する。
From FIG. 2, when gas is introduced into the pipe due to the step between the pipe portion 10 and the flange 11 of the pipe joint and the step between the flange 11 and the inner center ring 13, It can be seen that gas is stagnant from the fact that is smaller. When a gas that may cause a reaction product to adhere to the inside of the pipe flows due to the retention of the gas, the reaction product adheres to the level difference of the pipe joint, and the inside of the pipe is blocked. .
A process in which reaction products adhere to the joints of the piping will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows a state in which the reaction product adheres to the joint portion of the pipe. First, as shown in STEP-1, gas stagnates at the step of the pipe joint. Next, as shown in STEP-2, the reaction product 50 adheres to the gas staying place due to the step of the pipe joint, and the gas staying area is expanded. Finally, as shown in STEP-3, the inside of the piping is blocked by the reaction product 50.
本発明の主な目的は、配管接合部に反応生成物が付着するのを抑制または防止できる基板処理装置を提供することにある。 The main object of this invention is to provide the substrate processing apparatus which can suppress or prevent that a reaction product adheres to a piping junction part.
本発明によれば、
減圧下の処理室に被処理基板を載置して処理ガスを導入し、被処理基板を処理する基板処理装置において、
前記処理ガスや反応生成物を排気する排気配管に設けられた複数の配管の先端部にフランジが径外方向に突出するように設けられ、
前記複数の配管は、管部から前記先端部に向かって内径が次第に減少するテーパ部が形成されるとともに前記フランジ同士がそれらの間にＯリング、前記Ｏリングの外側に配置された外側センターリング及び前記Ｏリングの内側に配置された内側センターリングを挟んだ状態で接合され、
前記先端部の内径と前記内側センターリングの内径とが等しいことを特徴とする基板処理装置が提供される。
According to the present invention,
In a substrate processing apparatus for processing a substrate to be processed by placing the substrate to be processed in a processing chamber under reduced pressure and introducing a processing gas,
Provided in such a way that a flange protrudes radially outward at the tip of a plurality of pipes provided in the exhaust pipe for exhausting the processing gas and reaction products ,
Wherein the plurality of pipes, the flange each other O-ring between them, the outer center ring disposed on the outside of the O-ring with a tapered portion whose inner diameter gradually decreases toward the tube portion to the tip is formed And joined in a state of sandwiching an inner center ring arranged inside the O-ring ,
A substrate processing apparatus is provided in which an inner diameter of the tip portion is equal to an inner diameter of the inner center ring .
本発明によれば、配管接合部に反応生成物が付着するのを抑制または防止できる基板処理装置が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the substrate processing apparatus which can suppress or prevent that a reaction product adheres to a piping junction part is provided.
次に、本発明の好ましい実施例を説明する。 Next, a preferred embodiment of the present invention will be described.
本実施例では、減圧下の処理室に被処理基板を載置して処理ガスを導入し、被処理基板を処理する基板処理装置において、処理ガスや反応生成物を排気する排気配管の接続フランジの段差部に付着・成長するのを抑制するために、配管内部の接合部の段差を反応生成物の付着による閉塞を防ぐことのできるテーパ付き排気配管形状とし、反応生成物の成長による配管の閉塞を抑制することにより排気配管のメンテナンス周期を延ばすことが可能な基板処理装置を提供する。 In this embodiment, a connection flange of an exhaust pipe for exhausting a processing gas or a reaction product in a substrate processing apparatus for processing a substrate to be processed by placing the substrate to be processed in a processing chamber under reduced pressure. In order to suppress the adhesion / growth at the level difference part of the pipe, the level difference at the joint inside the pipe is made into a tapered exhaust pipe shape that can prevent clogging due to the adhesion of the reaction product. Provided is a substrate processing apparatus capable of extending the maintenance period of exhaust piping by suppressing clogging.
図３は、本発明の実施例１の縦型ＣＶＤ（Chmical Vapor Deposition）装置の配管の構造を示す概略縦断面図である。
配管の管部１０の端部には配管を接合するためのフランジ１１が設けられている。配管同士の接合部は、配管を接合するフランジ１１間に、配管の接合部を気密にするためのＯリング１２と、Ｏリングを固定するための内側センターリング１３および外側センターリング１４とを両側のフランジ１１で挟んだ構造となっている。
配管の管部１０からフランジ１１にかけて円錐状に直径を次第に減少させてテーパ状とすることで、段差の無い構造としている。また、配管のフランジ１１の内径は内側センターリング１３の内径を同じとし、段差の無い構造となっている。
FIG. 3 is a schematic longitudinal cross-sectional view showing the structure of the piping of the vertical CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus of Example 1 of the present invention.
A flange 11 for joining the pipe is provided at the end of the pipe part 10 of the pipe. Between the flanges 11 that join the pipes, the joint part between the pipes has an O-ring 12 for making the joint part of the pipe airtight and an inner center ring 13 and an outer center ring 14 for fixing the O-ring on both sides. The structure is sandwiched between the flanges 11.
By gradually reducing the diameter in a conical shape from the pipe portion 10 of the pipe to the flange 11, a tapered structure is obtained. In addition, the inner diameter of the flange 11 of the pipe is the same as the inner center ring 13, and there is no step.
表１に、本実施例の例として、図３の配管径ｃとテーパーの高さｂとを異ならせた３つのタイプの寸法を示した。テーパ部の長さａは同じであるが、配管径ｃが大きくなるに合わせてテーパーの高さも高くなっている。
図４は、本実施例１の縦型ＣＶＤ装置の配管のガス流ベクトルを示した図である。配管の接合部での段差によるガス流速の小さい領域が小さくなっていることから、ガスが滞留する領域が減少したことが分かる。 FIG. 4 is a diagram showing a gas flow vector of the piping of the vertical CVD apparatus according to the first embodiment. Since the area | region where the gas flow velocity by the level | step difference in the junction part of piping is small has become small, it turns out that the area | region where gas stagnates has decreased.
図５は、本実施例１の縦型ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置の反応管の構造を示す概略縦断面図であり、図５Ｂは概略縦断面図であり、図５Ｂは図５ＡのＡＡ線矢視図である。図６は、本実施例１の基板処理装置のバッチ式縦型ＣＶＤ装置を示した概略斜視図である。 FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view showing the structure of the reaction tube of the vertical CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus of Example 1, FIG. 5B is a schematic longitudinal sectional view, and FIG. 5B is a line AA in FIG. 5A. It is an arrow view. FIG. 6 is a schematic perspective view showing a batch type vertical CVD apparatus of the substrate processing apparatus according to the first embodiment.
複数枚の被処理基板である直径２００ｍｍの半導体ウェーハ２を石英製反応管１内に多段に載置して処理する場合を例として説明する。
ウェーハ２が収納されたカセット３２は、装置前面に設置されたＩ／Ｏステージ３３で装置外部との間で授受を行う。
Ｉ／Ｏステージ３３の内側にはカセットローダがあり、Ｉ／Ｏステージ３３上のカセット３２をカセット棚３４に搬送できるようになっている。
カセット棚３４の内側にはウェーハ２をボート３７に搬送するためのウェーハ移載機３８があり、カセット棚３４のカセット３２と石英製ボート３７との間でウェーハ２の搬送を行うようになっている。
A case will be described as an example in which a plurality of substrates to be processed 200 mm in diameter semiconductor wafers 2 are placed in a quartz reaction tube 1 and processed in multiple stages.
The cassette 32 in which the wafers 2 are stored is exchanged with the outside of the apparatus by an I / O stage 33 installed on the front surface of the apparatus.
A cassette loader is provided inside the I / O stage 33 so that the cassette 32 on the I / O stage 33 can be conveyed to the cassette shelf 34.
Inside the cassette shelf 34, there is a wafer transfer machine 38 for transferring the wafer 2 to the boat 37, and the wafer 2 is transferred between the cassette 32 of the cassette shelf 34 and the quartz boat 37. Yes.
ボート３７はボートエレベータ３６の昇降機構により、反応管１内部に装填され、ボート３７下部のボートエレベータ３６に付属する台座を兼ねたシールフランジ４０によって反応管１は気密に保持される。このように気密に保たれる反応管１内がウェーハ２を処理する処理室となる。なお、ボート３７は、ボート台２１上に載置され、回転軸１９により回転される。 The boat 37 is loaded inside the reaction tube 1 by the lifting mechanism of the boat elevator 36, and the reaction tube 1 is kept airtight by a seal flange 40 that also serves as a base attached to the boat elevator 36 below the boat 37. Thus, the inside of the reaction tube 1 kept airtight becomes a processing chamber for processing the wafer 2. The boat 37 is placed on the boat table 21 and rotated by the rotation shaft 19.
反応管１は、排気ポート４からポンプ４１まで接続された配管（ポンプ系）４３を通り、内部の気体を排気できるようになっている。
ポンプ４１から排気されたガスは、配管（排ガス除外装置系）４４によって排ガス除外装置４２に導かれ処理される。
配管（ポンプ系）４３および配管（排ガス除外装置系）４４には配管の接続部４５がある。
反応管１にはガス導入口８によって種々のガスを供給できるようになっている。
反応管１及びその内部は、反応管１を覆うように設置された筒状ヒータ３９によって所定の温度に加熱できる構造となっている。
The reaction tube 1 passes through a pipe (pump system) 43 connected from the exhaust port 4 to the pump 41 so that the internal gas can be exhausted.
The gas exhausted from the pump 41 is guided to the exhaust gas exclusion device 42 by a pipe (exhaust gas exclusion device system) 44 and processed.
The pipe (pump system) 43 and the pipe (exhaust gas exclusion device system) 44 have a pipe connection 45.
Various gases can be supplied to the reaction tube 1 through a gas inlet 8.
The reaction tube 1 and the inside thereof are configured to be heated to a predetermined temperature by a cylindrical heater 39 installed so as to cover the reaction tube 1.
次に本装置の動作を説明する。
まず、Ｉ／Ｏステージ３３にウェーハ２が収納されたカセット３２をセットする。
次に、Ｉ／Ｏステージ３３にセットされたカセット３２はカセットローダによって順次カセット棚３４に運ばれる。
本実施例のカセット３２には２５枚のウェーハ２が収納されている。
ウェーハ移載機３８はカセット棚３４からウェーハ２を搬出し、石英ボート３７に搬送する。石英ボート３７には例えば１００枚のウェーハ２が装填できるため、上記ウェーハ移載機３８による搬送動作が何度か繰り返される。
Next, the operation of this apparatus will be described.
First, the cassette 32 storing the wafer 2 is set on the I / O stage 33.
Next, the cassettes 32 set on the I / O stage 33 are sequentially carried to the cassette shelf 34 by the cassette loader.
In the cassette 32 of this embodiment, 25 wafers 2 are stored.
The wafer transfer device 38 unloads the wafer 2 from the cassette shelf 34 and transports it to the quartz boat 37. For example, since 100 wafers 2 can be loaded in the quartz boat 37, the transfer operation by the wafer transfer device 38 is repeated several times.
石英ボート３７へのウェーハ２の搬送が終了したら、ボートエレベータ３６によりボート３７は上昇して反応管１のなかに挿入され、ボート３７下部のシールランプ４０によって反応管１内部は気密に保持される。
反応管１のガスは排気ポート４から図示しないポンプで排気し所定の圧力に到達したら反応管１内部に一定流量のＣＶＤ用の反応性ガスを供給し、図示しない圧力調整機構によって反応管１内を一定の圧力の保つ。このとき反応管１及び内部のウェーハ２はヒータ３９によって一定の温度に保持されている。
反応管１の温度を７５０℃とし、ＳｉＨ２Ｃｌ２（ジクロロシラン）とＮＨ３（アンモニア）を供給して１Torrの圧力に保持するとウェーハ２上にＳｉＮｘ（窒化膜）を形成することができる。
When the transfer of the wafer 2 to the quartz boat 37 is completed, the boat 37 is raised by the boat elevator 36 and inserted into the reaction tube 1, and the inside of the reaction tube 1 is kept airtight by the seal lamp 40 below the boat 37. .
The gas in the reaction tube 1 is exhausted from the exhaust port 4 with a pump (not shown), and when a predetermined pressure is reached, a reactive gas for CVD at a constant flow rate is supplied to the inside of the reaction tube 1. Keep a constant pressure. At this time, the reaction tube 1 and the internal wafer 2 are maintained at a constant temperature by the heater 39.
When the temperature of the reaction tube 1 is set to 750 ° C., SiH 2 Cl 2 (dichlorosilane) and NH 3 (ammonia) are supplied and maintained at a pressure of 1 Torr, SiNx (nitride film) can be formed on the wafer 2.
本実施例では、図３に示すように、配管の管部１０からフランジ１１にかけて円錐状に直径を次第に減少させてテーパ状として段差の無い構造とし、また、配管のフランジ１１の内径は内側センターリング１３の内径を同じとし段差の無い構造としているので、配管の接合部４５に反応生成物が付着するのを抑制または防止できる。 In this embodiment, as shown in FIG. 3, the diameter is gradually reduced in a conical shape from the pipe portion 10 to the flange 11 to form a tapered shape without any step, and the inner diameter of the flange 11 of the pipe is the inner center. Since the inner diameter of the ring 13 is the same and there is no step, it is possible to suppress or prevent the reaction product from adhering to the joint 45 of the pipe.
なお、図８に示すような、フランジ１１とセンターリング１３の内径を管部１０の内径と同じにした配管構造とすることも考えられるが、この図８の構造に比べ、本実施例の図３の構造とすることにより、ＩＳＯの規格品から改造する点数が図８の構造ではフランジ１１とセンターリング１３の２点となるのに比べ、図３の構造ではフランジ１１のみの改造でよく、コストが低減できるという利点がある。 Although it is possible to adopt a piping structure in which the inner diameters of the flange 11 and the center ring 13 are the same as the inner diameter of the pipe portion 10 as shown in FIG. With the structure of FIG. 3, the number of points to be modified from the ISO standard product is two points of the flange 11 and the center ring 13 in the structure of FIG. 8, and in the structure of FIG. There is an advantage that the cost can be reduced.
上記のように、本実施例では、反応炉から排ガス除外装置までの配管内で反応生成物の付着による排気配管の閉塞を抑制できることにより、配管内の閉塞による排気速度の変化が抑制され、被処理基板の処理を安定にすることが可能になる。
また、反応生成物の付着による排気配管の閉塞しなくなり、ポンプと除外装置の負担が低減されメンテナンス周期を長くすることが可能である。
さらに、反応生成物の付着による排気配管閉塞がなくなり、ポンプの排気速度を一定に保つことが可能である。
As described above, in this embodiment, the exhaust pipe can be prevented from being blocked due to adhesion of reaction products in the pipe from the reactor to the exhaust gas excluding device, so that the change in the exhaust speed due to the blockage in the pipe can be suppressed. It becomes possible to stabilize the processing of the processing substrate.
In addition, the exhaust pipe is not blocked due to the reaction product adhering, the burden on the pump and the excluding device is reduced, and the maintenance cycle can be extended.
Further, the exhaust pipe is not blocked by the reaction product adhering, and the pumping speed of the pump can be kept constant.
１…反応管
２…被処理基板（ウェーハ）
４…排気ポート
８…ガス導入口
１０…管部
１１…フランジ
１２…Ｏリング
１３…内側センターリング
１４…外側センターリング
１９…回転軸
２１…ボート台
３２…カセット
３３…Ｉ／Ｏステージ
３４…カセット棚
３６…ボートエレベータ
３７…ボート
３８…ウェーハ移載機
３９…ヒータ
４０…シールフランジ
４１…ポンプ
４２…排ガス除外装置
４３…配管（ポンプ系）
４４…配管（排ガス除外装置系）
４５…接合部
５０…反応生成物
1 ... Reaction tube 2 ... Substrate (wafer)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ... Exhaust port 8 ... Gas introduction port 10 ... Pipe part 11 ... Flange 12 ... O-ring 13 ... Inner center ring 14 ... Outer center ring 19 ... Rotating shaft 21 ... Boat stand 32 ... Cassette 33 ... I / O stage 34 ... Cassette Shelf 36 ... Boat elevator 37 ... Boat 38 ... Wafer transfer machine 39 ... Heater 40 ... Seal flange 41 ... Pump 42 ... Exhaust gas exclusion device 43 ... Piping (pump system)
44 ... Piping (exhaust gas exclusion system)
45 ... Junction 50 ... Reaction product
Claims (4)
前記処理ガスや反応生成物を排気する排気配管に設けられた複数の配管の先端部にフランジが径外方向に突出するように設けられ、
前記複数の配管は、管部から前記先端部に向かって内径が次第に減少するテーパ部が形成されるとともに前記フランジ同士がそれらの間にＯリング、前記Ｏリングの外側に配置された外側センターリング及び前記Ｏリングの内側に配置された内側センターリングを挟んだ状態で接合され、
前記先端部の内径と前記内側センターリングの内径とが等しいことを特徴とする基板処理装置。 In a substrate processing apparatus for processing a substrate to be processed by placing the substrate to be processed in a processing chamber under reduced pressure and introducing a processing gas,
Provided in such a way that a flange protrudes radially outward at the tip of a plurality of pipes provided in the exhaust pipe for exhausting the processing gas and reaction products ,
Wherein the plurality of pipes, the flange each other O-ring between them, the outer center ring disposed on the outside of the O-ring with a tapered portion whose inner diameter gradually decreases toward the tube portion to the tip is formed And joined in a state of sandwiching an inner center ring arranged inside the O-ring ,
The substrate processing apparatus , wherein an inner diameter of the tip portion is equal to an inner diameter of the inner center ring .
該排気配管に設けられた複数の配管の先端部にフランジが径外方向に突出するように設けられ、
前記複数の配管は、管部から前記先端部に向かって内径が次第に減少するテーパ部が形成されるとともに前記フランジ同士がそれらの間にＯリング、前記Ｏリングの外側に配置された外側センターリング及び前記Ｏリングの内側に配置された内側センターリングを挟んだ状態で接合され、
前記先端部の内径と前記内側センターリングの内径とが等しいことを特徴とする排気配管。 In order to process a substrate to be processed in a processing chamber under reduced pressure, an exhaust pipe for exhausting a processing gas and a reaction product introduced into the processing chamber,
Provided in such a manner that a flange projects radially outward at the tip of a plurality of pipes provided in the exhaust pipe ,
Wherein the plurality of pipes, the flange each other O-ring between them, the outer center ring disposed on the outside of the O-ring with a tapered portion whose inner diameter gradually decreases toward the tube portion to the tip is formed And joined in a state of sandwiching an inner center ring arranged inside the O-ring ,
An exhaust pipe characterized in that an inner diameter of the tip portion and an inner diameter of the inner center ring are equal .
前記複数の配管の先端部にフランジが径外方向に突出するように設けられ、
前記複数の配管は、管部から前記先端部に向かって内径が次第に減少するテーパ部が形成されるとともに前記フランジ同士がそれらの間にＯリング、前記Ｏリングの外側に配置された外側センターリング及び前記Ｏリングの内側に配置された内側センターリングを挟んだ状態で接合され、
前記先端部の内径と前記内側センターリングの内径とが等しいことを特徴とする被処理基板の処理方法。 Processing a substrate to be processed in which a processing gas is introduced into a processing chamber under reduced pressure, the substrate to be processed is processed in the processing chamber, and the processing gas and reaction products are exhausted in an exhaust pipe connected to a plurality of pipes. A method,
A flange is provided at the tip of each of the plurality of pipes so as to protrude radially outward,
Wherein the plurality of pipes, the flange each other O-ring between them, the outer center ring disposed on the outside of the O-ring with a tapered portion whose inner diameter gradually decreases toward the tube portion to the tip is formed And joined in a state of sandwiching an inner center ring arranged inside the O-ring ,
A processing method of a substrate to be processed , wherein an inner diameter of the tip portion and an inner diameter of the inner center ring are equal .
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