JP4860373B2 - 基板処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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従来のこの種の熱処理装置としては、自然酸化膜がウエハに大気中の酸素(O2 )によって形成されるのを防止するために、ウエハが露出した状態になる待機室に不活性ガスとしての窒素ガスを循環させるための循環路と、循環路からの窒素ガスを排出するクリーンユニットとを備えているものがある。例えば、特許文献1参照。
1) クリーンユニットの排出面がウエハ領域に限られているために、待機室の下部領域に窒素ガスが殆ど流れず、待機室の下部領域に澱みが発生する。
その結果、待機室内の有機物が滞留し、ウエハにおける有機物汚染の要因になる。また、ウエハ面内の膜厚均一性の劣化につながる。
なお、有機物汚染源としてはボートエレベータの昇降軸のグリースやケーブル類およびウエハ移載装置等が挙げられる。これらが熱処理後にアンローディングされたボートによって熱せられることにより有機物を発生する。
2) 窒素ガスを待機室の下部領域にまで流通させ得る大型のクリーンユニットを設置する場合には、熱処理装置全体の設計変更が必要になるばかりでなく、熱処理装置の幅を拡大しなければならず、熱処理装置のフットプリントが拡大してしまう。
3) 窒素ガスを待機室の下部領域にまで流通させるための部品を追加する場合には、待機室内に取り付けるスペース的余裕が無いために、待機室内におけるメンテナンス等のための作業スペースが狭くなってしまう。
(1) 基板を基板保持具に保持しつつ処理する処理室と、
前記処理室の下方に連設し前記基板保持台が待機する待機室と、
前記待機室に清浄化した雰囲気を供給するように設けられた送風機と、
前記送風機と対向する位置に第一開口率をもって設けられ、前記送風機から送風された雰囲気を前記待機室に供給するように前記待機室の一側面に面して設けられた第一風速平均化部と、
前記送風機と対向しない位置に前記第一開口率よりも大きい第二開口率をもって設けられ、前記送風機から送風された雰囲気を前記待機室に供給するように前記待機室の一側面に面して設けられた第二風速平均化部と、
を備えていることを特徴とする基板処理装置。
(2) 基板を基板保持具に保持しつつ処理する処理室と、
前記処理室の下方に連設し前記基板保持台が待機する待機室と、
前記待機室に清浄化した雰囲気を供給するように設けられた送風機と、
前記送風機から送風された雰囲気を前記待機室に供給するように前記待機室の一側面に面して設けられた第一風速平均化部と、
前記送風機から送風された雰囲気を前記待機室に供給するように前記待機室の一側面に面して設けられ、前記第一風速平均化部から供給される雰囲気の風速よりも大きい風速で供給する第二風速平均化部と、
を備えていることを特徴とする基板処理装置。
(3) 待機室内で基板を基板保持具に装填するステップと、
前記基板を装填した前記基板保持具を前記待機室から処理室に搬入するステップと、
前記処理室内で前記基板を処理するステップと、
処理後の前記基板を装填した前記基板保持具を前記処理室から前記待機室に搬出するステップと、
前記待機室内で処理後の前記基板を前記基板保持具から取り出すステップと、を有し、
前記各ステップでは、前記待機室の一側面の一部から前記待機室内に清浄化した雰囲気を第一の風速で供給するとともに、前記待機室の一側面の他の一部から前記待機室内に清浄化した雰囲気を前記第一の風速よりも大きい第二の風速で供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。
ところで、ウエハを収容して搬送するためのキャリア(搬送治具)としては、互いに対向する一対の面が開口された略立方体の箱形状に形成されているオープンカセットと、一つの面が開口された略立方体の箱形状に形成され開口面にキャップが着脱自在に装着されているFOUP(front opening unified pod 。以下、ポッドという。)とがある。
ウエハのキャリアとしてポッドが使用される場合には、ウエハが密閉された状態で搬送されることになるため、周囲の雰囲気にパーティクル等が存在していたとしてもウエハの清浄度(クリーン度)は維持することができる。
そこで、本実施の形態においては、ウエハ1のキャリアとしてはポッド2が使用されている。
筐体11の正面壁には取付板12が垂直に立設されており、取付板12にはウエハ1をローディングおよびアンローディングするためのポート(以下、ウエハローディングポートという。)13が、上下で一対設定されている。
ウエハローディングポート13に対応する位置にはウエハ1を出し入れするためのウエハ搬入搬出口14が開設されており、ウエハ搬入搬出口14にはポッド2のキャップ3を着脱してポッド2を開閉するポッドオープナ15が設置されている。
ウエハ移載装置17はウエハ移載装置エレベータ18によって昇降されるように構成されており、ウエハローディングポート13とボート21との間でウエハ1を搬送してポッド2およびボート21に受け渡すようになっている。
待機室16の後側の空間にはボートエレベータ19が垂直に設置されており、ボートエレベータ19はボート21を支持したシールキャップ20を垂直方向に昇降させるように構成されている。すなわち、シールキャップ20はマニホールド25を介してプロセスチューブ24をシール可能な円盤形状に形成されており、シールキャップ20の中心線上にはボート21が垂直に立脚されている。
ボート21は被処理基板としてのウエハ1を多数枚、中心を揃えて水平に配置した状態で保持するように構成されている。ボート21はシールキャップ20のボートエレベータ19による昇降によってプロセスチューブ24の処理室23に対して搬入搬出されるようになっている。
図1に示されているように、マニホールド25には処理室23に原料ガスやパージガス等を導入するためのガス導入管26と、処理室23を真空排気するための排気管27が接続されている。
プロセスチューブ24の外側にはヒータユニット28が同心円に配されて筐体11に支持されており、ヒータユニット28は処理室23を全体にわたって均一または所定の温度分布に加熱するように構成されている。
処理室23の下端部にある開口(炉口)はシャッタ29によって開閉されるようになっている。
循環ダクト32は吸込口33がボートエレベータ19とウエハ移載装置エレベータ18の昇降移動範囲にそれぞれ縦長に大きく開設された吸込側ダクト部34を備えている。
吸込側ダクト部34は待機室16における一方の側面である右側面に、ボートエレベータ19とウエハ移載装置エレベータ18とを隔離するように略全体面にわたって垂直に延在するように敷設されている。
吸込側ダクト部34の下端部における前端には、メイン連絡ダクト部35の吸込側端が接続されており、メイン連絡ダクト部35は待機室16の外部におけるウエハローディングポート13の下方を横切るように水平に敷設されている。メイン連絡ダクト部35の待機室16に面する側壁には、吸込口36が横長に大きく開設されている。
吸込側ダクト部34の下端部における略中央位置には、サブ連絡ダクト部37の吸込側端が接続されており、サブ連絡ダクト部37は待機室16内の底面上で左右方向に横切るように敷設されている。
吹出側ダクト部39の吹出口38には、待機室16に清浄化した雰囲気を供給するクリーンユニット40Aと40Bとが建て込まれている。
クリーンユニット40Aは待機室16の前側の空間の左側面に配置され、パーティクルを捕集するフィルタ41Aと、清浄化した雰囲気を送風する送風機42Aとを備えており、フィルタ41Aが待機室16に露出するとともに、送風機42Aの下流側になるように構成されている。
また、クリーンユニット40Bは待機室16の後側の空間の左側面に配置され、パーティクルを捕集するフィルタ41Bと、上下2ケ所に配設され、清浄化した雰囲気を送風する送風機42B、42Cとを備えており、フィルタ41Bが送風機42B、42Cの下流側になるように構成されている。
図3に示されているように、メイン連絡ダクト部35の吸込側端部には、循環路31から窒素ガス30を排出する排出路としての排出管44が接続されており、排出管44には開閉弁45が介設されている。
そして、ボート21が処理室23から搬出される際には、待機室16から排出管44によって排出される所定の流量の窒素ガス30を待機室16に供給管43から供給し、ボート21が処理室23に搬入されている際には、窒素ガス30を待機室16に循環路31によって循環させるような制御が可能なように、開閉弁45は構成されている。
また、図3に示されているように、循環ダクト32の吹出側ダクト部39の上端には、クリーンエアを導入するクリーンエア導入管46が接続されており、クリーンエア導入管46には止め弁47が介設されている。
バッファダクト部51には、送風機42B、42Cから送風された雰囲気を待機室16に供給するように待機室16の一側面に面して設けられた風速平均化部52A、52Bが構成されている。
風速平均化部52A、52Bには、それぞれ小径の円形形状に形成された吹出孔53A、53Bが多数個、それぞれ略全面にわたって均等に配置されて開設されている。
このとき、風速平均化部52Aより風速平均化部52Bの開口率を小さくするように構成される。すなわち、吹出孔53A、53Bのそれぞれの開設数は変えずに吹出孔53Aより吹出孔53Bの大きさを小さくしたり、反対に吹出孔53A、53Bの大きさは変えずに吹出孔53Aより吹出孔53Bの開設数を少なくしたりするように構成される。
なお、好ましくは、風速平均化部52Aの開口率は約20%とし、風速平均化部52Bの開口率は約10%に設定するとよい。
なお、風速平均化部52A、52Bはバッファダクト部51に直接的に吹出孔53A、53Bを開設して構成してもよいし、吹出孔53A、53Bが開設された所謂パンチングプレートにて建て付けて構成してもよい。また、吹出孔53の形状は、長方形形状でも、多角形形状でもよい。
澱み防止ダクト部54の第二間隔G2が構成した空間における待機室16に面する一側面には、風速平均化部52A、52Bから供給される雰囲気の風速よりも大きい風速で雰囲気を供給する風速平均化部55が構成されている。
なお、好ましくは、スリット群の開口率は約50%に設定するとよい。
スリットプレート57の表側面には上下で一対のフィン59、59がそれぞれ水平方向に延在するように敷設されており、上下のフィン59、59はスリット58から吹き出す雰囲気を下方に整流するように設定されている。
なお、スリットプレート57および一対のフィン59、59は澱み防止ダクト部54の側壁にボルト(図示せず)によって締結されている。
ウエハローディングポート13においてポッド2が開放されると、ポッド2に収納された複数枚のウエハ1はウエハ移載装置17によってボート21に移載されて装填(チャージング)される。
予め指定された枚数のウエハ1が装填されると、ボート21はボートエレベータ19によって上昇されることにより、プロセスチューブ24の処理室23に搬入(ボートローディング)される。
ボート21が上限に達すると、ボート21を保持したシールキャップ20の上面の周辺部がプロセスチューブ24の下面にシール状態に当接するために、処理室23は気密に閉じられた状態になる。
次いで、所定の処理ガスが処理室23にガス導入管26から所定の流量だけ供給される。
これにより、所望の熱処理がウエハ1に施される。
すなわち、供給管43から循環路31に供給された窒素ガス30は、図2に示されているように、循環ダクト32の吹出側ダクト部39に建て込まれたクリーンユニット40A、40Bから待機室16に吹き出し、待機室16を流通して吸込口33から吸込側ダクト部34に吸い込まれる。吸込側ダクト部34に吸い込まれた窒素ガス30は、メイン連絡ダクト部35およびサブ連絡ダクト部37を経由して吹出側ダクト部39に戻り、クリーンユニット40から待機室16に再び吹き出す。以降、窒素ガス30は以上の流れを繰り返すことにより、待機室16と循環路31とを循環する。
ちなみに、この窒素ガス30の循環ステップにおいては、排出管44の開閉弁45およびクリーンエア導入管46の止め弁47は閉じられている。
ボート21が処理室23から搬出されると、処理室23はシャッタ29によって閉じられる。
すなわち、供給管43によって循環路31に供給された窒素ガス30は循環ダクト32の吹出側ダクト部39に建て込まれたクリーンユニット40A、40Bから待機室16に吹き出し、待機室16を流通して吸込側ダクト部34の吸込口33を通じて排出管44によって排気される。
待機室16を流通する間に、窒素ガス30は熱処理されて高温になったウエハ1群およびこれを保持したボート21に接触して熱交換することにより、これらを冷却する。
この際に、窒素ガス30は供給管43によって供給された直後の冷えた新鮮な窒素ガス30であるので、ウエハ1群およびボート21を高い熱交換効率をもって冷却することができる。
また、ウエハ1群およびボート21を冷却して温度が上昇した窒素ガス30は、排出管44によって循環路31から一部は直ちに排気され、一部は循環路31に介設された冷却器48により冷却された後に、クリーンユニット40A、40Bを通過することとなるため、クリーンユニット40A、40Bを温度上昇させることはない。したがって、クリーンユニット40A、40Bから有機汚染物質が発生することもない。
さらに、高温になったウエハ1に接触するのは不活性ガスである窒素ガス30であるので、ウエハ1の表面に自然酸化膜が生成されることはない。
ちなみに、クリーンエア導入管46の止め弁47は閉じられている。
ポッド2が処理済みウエハ1によって満たされると、ポッド2はポッドオープナ15によってキャップ3を装着されて閉じられた後に、ウエハローディングポート13から他の場所へ移送される。
また、待機室16におけるシールキャップ20の下方空間は、待機室16のウエハ移載装置17側の領域からサブ連絡ダクト部37によって隔離された状態になっているために、澱み60が特に形成されてしまい易い。
すなわち、図5に示されているように、窒素ガス30はクリーンユニット40の送風機42A、42Bのフィルタ41からバッファダクト部51へ吹き出して拡散するとともに、風速平均化部52Bの開口率を小さくしているので、その一部がバッファダクト部51から澱み防止ダクト部54内に流れ込む。
ちなみに、バッファダクト部51において拡散した窒素ガス30の大部分は、風速平均化部52Aの吹出孔53A群からボート21に向かって均等に吹き出すとともに、風速平均化部52Bの吹出孔53B群からボート21に向かって、均等に吹き出し、前述した循環路31を経由して循環する。
澱み防止ダクト部54内に流れ込んだ窒素ガス30は、澱み防止ダクト部54内で拡散するとともに、澱み防止ダクト部54の吹出口56に建て付けられた風速平均化部52Bの開口率より大きい開口率の風速平均化部55を構成するスリットプレート57の各スリット58から均等に吹き出す。すなわち、風速平均化部52Bの開口率より大きくしているので、優先的に各スリット58から風速平均化部52Bより大きい風量、風速で吹き出させることができる。
各スリット58から均等に吹き出した窒素ガス30は、全てのスリット58にわたって配置された上下のフィン59、59によって下方に流れるように制御されることにより、待機室16におけるシールキャップ20の下方空間に流れ込む。
なお、送風機42Bの風量より、送風機42Cの風量が大きくなるように設定すると、より一層優先的に澱み防止ダクト部54内に窒素ガスが流れ込むようにすることができる。
待機室16におけるシールキャップ20の下方空間の雰囲気は、この下方空間に流れ込んだ窒素ガス30によって強制的に押し流されるために、待機室16におけるシールキャップ20の下方空間に澱み60が形成されてしまう現象が発生するのを未然に防止することができる。
シールキャップ20の下方空間の澱み60を押し流した窒素ガス30は、吸込口33から吸込側ダクト部34に吸い込まれ、循環路31を経由してクリーンユニット40に戻り、フィルタ41によって清浄化された後に、クリーンユニット40から再び吹き出すか、もしくは、一部は循環路31から直ちに排気されることとなる。
バッファダクト部51の吹出孔53B群から吹き出す瞬間の窒素ガス30の風速は20〜30cm毎秒。フィン59、59によって整流された直後の窒素ガス30の水平方向の風速は60cm毎秒。
つまり、澱み防止ダクト部54のフィン59、59からの吹き出し風速は、バッファダクト部51の吹出孔53群からの吹き出し風速の二倍〜三倍程度に設定することが、望ましい。
他方、熱処理装置10全体のサイズをコンパクトに構築するためには、循環路31はできる限り迂回せずにコンパクトに構成した方がよい。
そこで、本実施の形態においては、サブ連絡ダクト部37を流通して熱せられた窒素ガス30を冷却するための冷却器48は、サブ連絡ダクト部37の吹出側端が接続された吹出側ダクト部39の下端部であって、クリーンユニット40の直前に設置されている。
すなわち、冷却器48はコンパクトな構成をもって、サブ連絡ダクト部37を流通して熱せられた窒素ガス30を効率よく冷却することができる。
このメンテナンス作業の安全性を確保するために、メンテナンス作業に際しては、待機室16の窒素ガス30は除去される。
すなわち、メンテナンス作業の前に、供給管43からの窒素ガス30の供給および循環路31の循環は停止され、クリーンエア導入管46の止め弁47が開かれて、クリーンエアがクリーンエア導入管46によって循環ダクト32の吹出側ダクト部39に導入される。吹出側ダクト部39に導入されたクリーンエアはクリーンユニット40から待機室16に吹き出し、待機室16を流通して吸込側ダクト部34の吸込口33を通じて排出管44によって排気される。これにより、待機室16の窒素ガス30は安全なクリーンエアに置換される。
表1はその実験結果を示すものである。
表1中、TOP、CENTER、BOTTOMとは、それぞれ、ボートの上部、中央部、下部を指している。
従来例とは図6の熱処理装置すなわちクリーンユニット40Bにバッファダクト部51、澱み防止ダクト部54が設置されていない熱処理装置を用いて成膜した場合、本実施の形態とは図5の熱処理装置すなわちクリーンユニット40Bにバッファダクト部51、澱み防止ダクト部54が設置されている熱処理装置を用いて成膜した場合を示している。
表1によれば、本実施の形態により、ウエハ面内の膜厚均一性がボートの全長にわたって改善されていることが検証されている。
なお、その実験における処理条件は次の通りである。
ウエハに成膜した膜は酸化膜であり、処理枚数は120枚、処理温度は820℃、処理圧力は1950Pa、処理ガスはO2 、ガス流量は3000sccm、である。
クリーンユニットに設置されるフィルタは、パーティクルを捕集するタイプであればよいが、好ましくは、パーティクルを除去するタイプと有機物を捕集するタイプや酸・アルカリを捕集するタイプとを設置するとよい。
Claims (3)
- 基板を基板保持台に保持しつつ処理する処理室と、
前記処理室の下方に連設し前記基板保持台が待機する待機室と、
前記待機室に清浄化した雰囲気を供給するように設けられた送風機と、
前記送風機と対向する位置に第一開口率をもって設けられ、前記送風機から送風された雰囲気を前記待機室に供給するように前記待機室の一側面に面して設けられた第一風速平均化部と、
前記送風機と対向しない位置に前記第一開口率よりも大きい第二開口率をもって設けられ、前記送風機から送風された雰囲気を前記待機室に供給するように前記待機室の一側面に面して設けられた第二風速平均化部と、
を備えていることを特徴とする基板処理装置。 - 前記第二風速平均化部は、前記第一風速平均化部から供給される雰囲気の風速よりも大きい風速で前記雰囲気を前記待機室に供給することを特徴とする請求項1に記載の基板処理装置。
- 待機室内で基板を基板保持台に装填するステップと、
前記基板を装填した前記基板保持台を前記待機室から処理室に搬入するステップと、
前記処理室内で前記基板を処理するステップと、
処理後の前記基板を装填した前記基板保持台を前記処理室から前記待機室に搬出するステップと、
前記待機室内で処理後の前記基板を前記基板保持台から取り出すステップと、を有し、 前記各ステップでは、前記待機室の一側面であって、送風機と対向する位置に第一開口率をもって設けられた第一風速平均化部が前記待機室内に清浄化した雰囲気を供給するとともに、前記待機室の一側面であって前記送風機と対向しない位置に前記第一開口率よりも大きい第二開口率をもって設けられた第二風速平均化部が前記待機室内に清浄化した雰囲気を供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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