JP6566904B2 - 基板処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、基板処理装置に関する。
従来から、加熱装置によって外周を囲うように設けられた反応管の内部に設けられた処理室に基板処理面に対して垂直方向に複数枚配置された基板を搬入する工程と、反応管の内部であって基板を処理する領域における反応管の側面に少なくとも加熱装置の外側まで達するように設けられたガス導入管にガスを導入し、基板処理面に対して垂直方向に少なくとも複数枚の基板に跨るような大きさでスリット状に設けられた噴出口から処理室にガスを噴出し、基板を処理する工程とを有する半導体装置の製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
かかる半導体装置の製造方法においては、基板処理工程で、ガス導入管内に設けられた基板処理面に対して垂直方向に区画壁によって区画された複数のガス導入区画部にガスを導入し、複数のガス導入区画部それぞれに設けられた噴出口から処理室にガスを噴出し、複数のガス導入区画部毎にサイドフローを形成し、基板間に入るガス量を均一にし、複数枚の基板の面内・面間の均一性を向上させようとしている。
特開２００９−１３５５５１号公報
しかしながら、上述の特許文献１に記載の構成では、ガス導入区画部が区画壁によって区画されていても、区画壁と基板との間には、垂直方向に区画されていない隙間があり、その隙間を通じてガスが上下に行き来できる状態となっているため、ガス導入区画部内に均一なガス量を有するサイドフローを形成することは困難であるという問題があった。
また、処理室内では、上部と下部にパーティクルが発生し易いが、そのようなパーティクルも上述の隙間で上下に自由に移動可能であるため、基板上にパーティクルが散布することを効果的に抑制することは困難であった。
そこで、本発明は、ガス及びパーティクルの区画領域間の往来を抑制でき、面間均一性及び面内均一性が良好であるとともに、パーティクルの基板上への散布を抑制できる基板処理装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る基板処理装置は、複数の基板を鉛直方向に間隔を有して多段に積載可能であり、前記複数の基板が積載される領域を鉛直方向に仕切る複数の円板形状の仕切板を有する基板保持具と、
該基板保持具を収容可能な処理容器と、
該処理容器内の前記仕切板の外周側面と対向する内周壁面から前記仕切板の外周側面に向かって内側に突出するように延び、突出した先端に形成された内周側面と前記仕切板の外周側面との間に隙間を形成する突出部と、
該突出部の前記内周側面と前記仕切板の外周側面との間に形成された前記隙間に不活性ガスを供給して前記複数の基板が積載される領域よりも圧力が高い環状陽圧部を形成可能なガス供給手段と、を有する。
本発明によれば、複数の基板に均一な基板処理を行うことができる。
本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の一例の全体構成を示した図である。 本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置のウエハボート及びインナー管の対向面付近の構成を拡大して示した断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置の一例を示した断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る基板処理装置の一例を示した断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る基板処理装置の一例を示した断面図である。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の一例の全体構成を示した図である。図１を参照すると、基板処理装置は、内部に複数枚の基板（以下、ウエハＷ）が上下方向に所定の間隔で積層されて収容される処理容器４と、処理容器４の側面及び上面を覆う加熱装置４８とを有している。
処理容器４は、有蓋の円筒形状を有するアウター管６と、有蓋の円筒形状を有し、アウター管６の内側に同心状に配置されるインナー管８と、から構成される。アウター管６及びインナー管８は、耐熱性を有する材料、例えば石英から形成される。また、アウター管６及びインナー管８は、その下端部から、例えばステンレススチールやアルミニウムなどの金属から作製されるマニホールド１０により保持される。また、マニホールド１０は、ベースプレート１２に固定される。
マニホールド１０の下端部の開口部には、例えばステンレススチールやアルミニウムなどの金属から作製される円盤状のキャップ部１４が、Ｏリング等のシール部材１６を介して気密に取り付けられている。また、キャップ部１４の中心部には、例えば磁性流体シール１８により気密で回転可能な回転軸２０が挿通されている。この回転軸２０の下端は、回転機構２２に接続されている。回転軸２０の上端は、例えば金属よりなるテーブル２４が固定されている。
テーブル２４上には、例えば石英製の保温筒２６が設けられている。また、保温筒２６上には、基板保持具として例えば石英製のウエハボート６０が戴置される。ウエハボート６０には、例えば５０〜１５０枚のウエハＷが、所定の間隔、例えば１０ｍｍ程度間隔のピッチで、鉛直方向に積載される。ウエハボート６０は、例えば３〜４本の支柱６１を有する。そして、支柱６１の内周面に形成され、水平方向に掘られた溝（図示せず）の底面上にウエハＷが載置される。ウエハボート６０、保温筒２６、テーブル２４、及びキャップ部１４は、例えばボートエレベータである昇降機構３０により、処理容器４内に一体となってロードされ、アンロードされる。
ウエハボート６０は、積載されたウエハＷを鉛直方向に仕切る複数枚の仕切板６２を有する。仕切板６２は、鉛直方向に仕切られた複数の領域をウエハボート６０に形成し、仕切られた領域毎にサイドフローを形成して処理ガスを供給し、ウエハＷに均一な基板処理を行うために設けられる。仕切板６２は、ウエハＷよりも厚さの厚い板状部材で構成される。ウエハＷは基本的に円盤状の形状を有し、インナー管８も円筒形状を有するので、仕切板も円盤形状を有する円板部材として構成される。
仕切板６２は、鉛直方向における区画壁としての機能を有するので、ウエハＷ及びウエハＷを支持している支柱６１よりも外側に外周端がはみ出すように構成され、ウエハＷと平行に水平に設けられる。ウエハボート６０には、このような直径が支柱６１よりも大きく、厚さもウエハＷより厚い仕切板６２が複数箇所に設けられ、積載された複数枚のウエハＷを鉛直方向に複数の領域に分割して仕切る。
図１に示されるように、仕切板６２は、少なくとも上端及び下端には設けられることが好ましい。詳細は後述するが、インナー管８内部の下部には、常圧復帰時のガスの巻き上げ等からパーティクルが発生し易く、また、上部からはパーティクルが落下してくるため、やはりパーティクルが発生し易い。よって、パーティクルの侵入を防止する観点から、仕切板６２は、少なくとも積載されたウエハＷの上端及び下端を囲むように、積載された最上段のウエハＷよりも上方、最下段のウエハＷよりも下方に設けられることが好ましい。
インナー管８の内周壁面８０の仕切板６２と対向する位置には、仕切板６２の外周側面に向かって内側に突出する突出部８１が設けられる。突出部８１は、ほぼ仕切板６２の厚さと同程度の厚さを有して、仕切板６２の外周側面に向かって突出した形状を有する。よって、仕切板６２の外周側面と、突出部８１の内周側面とは対向し、対向空間に狭い隙間７０が形成される。詳細は後述するが、隙間７０に不活性ガスが供給されて周囲と比較して陽圧とされ、陽圧部が形成される。これにより、仕切版６２及び突出部８１とで形成される領域が仕切られ、領域内にサイドフローを形成することが可能となる。なお、仕切板６２が円盤形状を有していれば、突出部８１の内周面も円形となり、陽圧部は円環状の環状陽圧部となる。
インナー管８の内周壁面８０の突出部８０同士の間の領域には、排気口８５が設けられる。これにより、仕切板６２で仕切られた領域内での処理ガスの供給と個別排気が可能となり、サイドフローを形成し易くなる。
なお、これらの仕切板６２に関連した構成についての詳細は後述するものとし、他の構成要素について説明する。
マニホールド１０の下部には、一端部においてマニホールド１０を気密に貫通し、インナー管８の内周面に沿って上方へ屈曲するガスノズル３４が設けられている。ガスノズル３４の他端部は、所定の配管を介して図示しないガス供給源に接続されている。また、配管には、例えばマスフローコントローラなどの流量制御装置や開閉バルブ（不図示）が設けられており、これによりガスノズル３４から処理容器４内に供給されるガスの供給開始、供給停止、及び流量などが制御される。なお、図１においては、１本のガスノズル３４が記載されているが、用いるガス種に応じて複数本のガスノズル３４を設けても良い。例えば、基板処理装置によりウエハＷに酸化シリコン膜を成膜する場合には、シリコン含有ガス用のガスノズル３４、酸化ガス用のガスノズル３４、及びパージガス用のガスノズル３４を設けて良い。
マニホールド１０の上部にはガス排気口３６が設けられており、ガス排気口３６には排気系３８が連結されている。排気系３８は、ガス排気口３６に接続された排気通路４０と、排気通路４０の途中に順次接続される圧力調整弁４２及び真空ポンプ４４とを有している。排気系３８により、処理容器４へ供給されたガスが排気されるとともに、処理容器４内の圧力が調整される。
なお、マニホールド１０を設けず、処理容器４全体が例えば石英により作製されても良い。
加熱装置４８は、有蓋の円筒体状を有する断熱体５０を有する。断熱体５０は、例えば熱伝導性が低く、無定形のシリカ及びアルミナの混合物により形成される。断熱体５０の厚さは、通常、約３０ｍｍから約４０ｍｍである。また、断熱体５０の内径は、処理容器４の外径よりも所定の長さだけ大きく、これにより、断熱体５０の内面と処理容器４の外面との間に所定の空間が形成される。さらに、断熱体５０の外周面には、例えばステンレススチールよりなる保護カバー５１が、断熱体５０全体を覆うように取り付けられている。
また、断熱体５０の内面にはヒータ素線５２がコイル状に巻き回されており、全体として円筒状に処理容器４を囲むヒータを構成している。
次に、仕切板６２及び突出部８１に関連する構成について、より詳細に説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置のウエハボート及びインナー管の対向面付近の構成を拡大して示した断面図である。なお、図２においては、ウエハボート６０の仕切板６２とインナー管８の突出部８２との位置関係が、図１とは左右逆に示されているが、図１の裏面側から見ればそのような構成となるので、図１と矛盾するものではない。
図２に示されるように、ウエハボート６０のウエハＷが積載された領域の上端よりも上方、下端よりも下方に仕切板６２が設けられ、その間に２枚の仕切板６２が更に設けられ、鉛直方向に３つの領域１００に複数枚のウエハＷが分割されている。ウエハＷは、例えば、５０〜１００枚と多数のウエハＷが載置されるため、仕切板６２で仕切られた複数の領域１００内の各々に複数枚のウエハＷが保持されている。
仕切板６２の各々は、ウエハＷ及び支柱６１よりも大きな直径を有し、外側に突出しており、仕切板６２の外周側面６３は、ウエハＷ及び支柱６１よりも外側になるように設けられている。仕切板６２の厚さは、ウエハＷを数枚合わせた厚さよりも遥かに厚く構成されている。
インナー管８の内周壁面８０のうち、ウエハボート６０の仕切板６２と対向する領域には、内側に、仕切板６２の外周側面６３に向かって突出して延びる突出部８１が設けられている。突出部８１は、仕切板６２の外周側面６３近くまで延び、突出部８１の内周側面８２と仕切板６２の外周側面６３との間に、隙間７０が形成されている。
ウエハボート６０の支柱６１及び仕切板６２の内部には、ガス供給管路９０が設けられている。ガス供給管路９０は、隙間７０に不活性ガスを供給するためのガス供給手段である。ガス供給管路９０は、支柱６１の内部を貫通して設けられる合流管路９１と、各仕切板６２の内部を貫通して設けられる分岐管路９２とを有する。合流管路９１から供給された不活性ガスは、各分岐管路９２に分岐し、仕切板６２の外周側面６３と突出部８１の内周側面８２との間に形成された隙間７０に、不活性ガスを供給する。これにより、隙間７０を周囲の雰囲気よりも圧力が高い陽圧とすることができ、仕切板６２で仕切られた領域１００同士の処理ガスの往来を防止することができる。
なお、図２に示されるように、インナー管８の突出部８１には、突出部８１の上面に沿って更に内側に突出した突出構造部８３が設けられ、仕切板６２には、仕切板の下面に沿って更に外側に突出した突出構造部６４が設けられている。突出構造部６４、８３は、隙間７０を囲むように設けられたラビリンス構造部である。つまり、突出構造部６４、８３が互いに協働してラビリンスシールを構成する。これにより、仕切板６２に仕切られた複数の領域１００同士を確実にシールすることができる。
なお、ラビリンス構造部を設けることは必須ではなく、隙間７０への不活性ガスの供給のみで十分であれば、突出構造部６４、８３は必ずしも設ける必要は無く、突出部８２の内周側面８３及び仕切板６２の外周側面６３を平坦面に構成してもよい。
また、逆に、もっとシール性を高めたい場合には、突出構造部６４、８３の数を増加させてもよい。
なお、隙間７０にガス供給管路９０を介して供給する不活性ガスは、処理ガスと反応しないガスであれば、種々のガスを用いてよいが、例えば、窒素やアルゴンを用いるようにしてもよい。
また、インナー管８の内周壁面８０には、各領域１００毎に排気口８５を設けることが好ましい。つまり、突出部８１の間の内周壁面８０に、排気口８５を形成することが好ましい。これにより、仕切板６２で仕切られた各領域１００毎に処理ガスが供給されたときに、各領域１００毎に処理ガスの排気を行うことができ、各領域１００内でサイドフローを形成し易くなる。サイドフローの形成により、各領域１００内で一方向（水平方向）の層流を形成でき、ウエハＷの中心領域、外周領域に大きな差の無い均一流を形成することができる。このような処理ガスの供給を行うことができれば、ウエハＷの基板処理のウエハ間（縦方向）及びウエハ面内（水平方向）における均一性を両方とも高めることができる。
また、仕切板６２の数は、用途に応じて適宜定められてよいが、最上段に配置されたウエハＷよりも上方に１枚仕切板６２を設け、最下段に配置されたウエハＷよりも下方に１枚仕切板６２を設けることが好ましい。インナー管８の下部では、真空から常圧に復帰した際に巻き上げられるパーティクルが多く発生し、上部では、天井から落下するパーティクルが多く発生するため、これらのパーティクルの侵入を上端及び下端で防止する構成とすることが好ましい。
また、パーティクルが領域１００に侵入した場合であっても、隙間７０が陽圧とされ、環状陽圧部を構成しているため、パーティクルの上下間の往来は抑制される。
このように、本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置によれば、処理ガス及びパーティクルの双方とも、仕切板６２で仕切られた領域１００同士の往来が抑制され、領域１００間の完全な分断が可能となり、面間及び面内均一性の高い基板処理を行うことができる。
なお、図２において、仕切板６２は、上段から下段に向かって徐々に直径が大きくなり、それに伴って突出部８１も、上段から下段に向かって突出量が小さくなるように構成されている。これは、ウエハボート６０の搬出時に、突出構造部６４が下段の突出構造部８３に接触しない構造とするためである。つまり、仕切板６２を総て同じ直径とし、図２のように構成すると、ウエハボート６０を搬出する際、仕切板６２の突出構造部６４が下方にある突出部８１の突出構造部８３に引っ掛かってしまい、ウエハボート６０が抜けなくなってしまう。
よって、このような末広がりの構成で仕切板６２を構成している。
〔第２の実施形態〕
図３は、本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置の一例を示した断面図である。図３に示されるように、本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置においては、ガス供給管路９０ａを、ウエハボート６０の内部では無く、インナー管８に設けている。このように、ガス供給管路９０は、ウエハボート６０ではなく、インナー管８に設けてもよい。
図３に示されるように、分岐管路９２ａは、突出部８１の内部を貫通するように設けられている。一方、合流管路９１ａは、インナー管８の外側に設けられている。このように、インナー管８の外部に合流管路９１ａを設け、分岐管路９２ａのみ突出部８１の内部を貫通させて設けてもよい。また、合流管路９１ａもインナー管８の内部を貫通させて設けた方がよければ、そのように構成してもよい。
このように、隙間７０に不活性ガスを供給できれば、ガス供給管路９０、９０ａは種々の位置に設けることができる。第１及び第２の実施形態では、ガス供給管路９０、９０ａをウエハボート６０及びインナー管８に設けた例を挙げて説明したが、これらに限られるものではなく、隙間７０に不活性ガスを供給し、隙間７０を陽圧とできれば、専用のガス供給管路９０、９０ａを種々の位置に設けることができる。
なお、第２の実施形態において、他の構成要素については、第１の実施形態と同様であるので、対応する構成要素に同一の参照符号を付すとともに、その説明を省略する。
第２の実施形態に係る基板処理装置によれば、ガス供給管路９０ａを、移動の無いインナー管８内に固定して設けることができ、安定したガスの供給が可能となる。
〔第３の実施形態〕
図４は、本発明の第３の実施形態に係る基板処理装置の一例を示した断面図である。図４に示されるように、本発明の第３の実施形態に係る基板処理装置は、ラビリンス構造部を構成する突出構造部８３ａが上下ともインナー管８の突出部８１ａの内周側面８２ａから突出しており、仕切板６２ａの外周側面６３ａは平坦面となっている点で、第１の実施形態に係る基板処理装置と異なっている。
このように、インナー管８側の突出部８１ａにのみ、ラビリンス構造部を設けるようにしてもよい。この場合であっても、上下において対向面同士の間隔が狭い部分が構成され、ラビリンスシールを構成することができ、上下の領域１００同士の気密性を確保することができる。
かかる構成を採用することにより、ウエハボート６０ａの複数の仕切板６２ａの直径を総て同じにすることができるとともに、その外周側面６３ａを総て平坦面とすることができ、ウエハボート６０ａの構造を簡素化することができる。
なお、ガス供給管路９０も、第２の実施形態のようなインナー管８側に設けるように構成すれば、更にウエハボート６０ａを簡素化することができる。
このように、第３の実施形態に係る基板処理装置によれば、ウエハボート６０ａの構成を簡素化しつつ、基板処理の面間及び面内均一性を高めることができる。
なお、その他の構成要素について、第１の実施形態に係る基板処理装置と同様であるので、対応する構成要素に同一の参照符号を付すとともに、その説明を省略する。
〔第４の実施形態〕
図５は、本発明の第４の実施形態に係る基板処理装置の一例を示した断面図である。図５に示されるように、本発明の第４の実施形態に係る基板処理装置は、ラビリンス構造部を構成する突出構造部６４ｂが上下ともウエハボート６０ｂの仕切板６２ｂの外周側面６３ｂから突出しており、インナー管８の突出部８１ｂの内周側面８２ｂは平坦面となっている点で、第１の実施形態に係る基板処理装置と異なっている。
このように、ウエハボート６０ｂの仕切板６２ｂにのみ、ラビリンス構造部を設けるようにしてもよい。この場合であっても、上下において対向面同士の間隔が狭い部分が構成され、ラビリンスシールを構成することができ、上下の領域１００同士の気密性を確保することができる。
また、かかる構成を採用することにより、インナー管８の複数の突出部８１ｂの突出量を総て同じにすることができるとともに、その内周側面８２ｂを総て平坦面とすることができ、インナー管８の内周壁面８０ｂの構造を簡素化することができる。
また、ウエハボート６０ｂについても、仕切板６０ｂの内周側面６３ｂの構造は複雑化するが、仕切板６２ｂの直径は総て同じにすることができ、取扱いを容易にすることができる。
なお、ガス供給管路９０も、第２の実施形態のようなインナー管８側に設けるように構成すれば、更にウエハボート６０ｂを簡素化することができる。
このように、第４の実施形態に係る基板処理装置によれば、インナー管８の突出部８１ｂの構成を簡素化しつつ、基板処理の面間及び面内均一性を高めることができる。
なお、その他の構成要素について、第１の実施形態に係る基板処理装置と同様であるので、対応する構成要素に同一の参照符号を付すとともに、その説明を省略する。
このように、本発明の第１乃至第４の実施形態に係る基板処理装置によれば、環状陽圧部を設けることにより、仕切板６２、６２ａ、６２ｂで仕切られた領域１００同士のシール性を高め、互いの領域１００を往来する処理ガス及びパーティクルを抑制し、基板処理の面間及び面内均一性を向上させることができる。
なお、第１乃至第４の実施形態では示していないが、ラビリンス構造については、仕切板６２の外周側面６３及び突出部８１の内周側面８２の双方に互いに対向する突出構造が設けられるような構造も可能である。
また、第１乃至第４の実施形態では、ウエハＷが円形でインナー管８が円筒形の例を示したが、処理対象の基板が多角形である場合であっても、処理容器の内周側面の突出部の内周側面が、基板の外周側面に一定距離の隙間を有して対向する構造であれば、そのような基板処理装置にも適用可能である。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
４ 処理容器
８ インナー管
３４ ガスノズル
４８ 加熱装置
５２ ヒータ素線
６０ ウエハボート
６１ 支柱
６２、６２ａ、６２ｂ 仕切板
６３、６３ａ、６３ｂ 外周側面
６４、６４ｂ、８３、８３ａ 突出構造部
７０ 隙間
８０ 内周壁面
８１、８１ａ、８１ｂ 突出部
８２、８２ａ、８２ｂ 内周側面
９０、９０ａ ガス供給管路
９１、９１ａ 合流管路
９２、９２ａ 分岐管路
１００ 領域

Claims (8)

  1. 複数の基板を鉛直方向に間隔を有して多段に積載可能であり、前記複数の基板が積載される領域を鉛直方向に仕切る複数の円板形状の仕切板を有する基板保持具と、
    該基板保持具を収容可能な処理容器と、
    該処理容器内の前記仕切板の外周側面と対向する内周壁面から前記仕切板の外周側面に向かって内側に突出するように延び、突出した先端に形成された内周側面と前記仕切板の外周側面との間に隙間を形成する突出部と、
    該突出部の前記内周側面と前記仕切板の外周側面との間に形成された前記隙間に不活性ガスを供給して前記複数の基板が積載される領域よりも圧力が高い環状陽圧部を形成可能なガス供給手段と、を有する基板処理装置。
  2. 前記ガス供給手段は、前記仕切板及び前記突出部の少なくとも一方の内部を貫通して設けられている請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記突出部の前記内周側面及び前記仕切板の外周側面の少なくとも一方にはラビリンス構造が設けられている請求項１又は２に記載の基板処理装置。
  4. 前記ラビリンス構造は、対向面に向かって突出する複数の突出構造を有し、
    該複数の突出構造は、前記突出部の前記内周側面及び前記仕切板の外周側面の少なくとも一方の上面と、前記突出部の前記内周側面及び前記仕切板の外周側面の少なくとも一方の下面に沿って設けられた突出構造を含む請求項３に記載の基板処理装置。
  5. 前記複数の仕切板及び前記突出部は、前記基板が積載される領域の上端及び下端を囲むように設けられる仕切板及び突出部を含む請求項１乃至４のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  6. 前記処理容器内の鉛直方向に亘って横方向に処理ガスを吐出する処理ガス供給手段を更に有し、
    前記処理容器内の前記内周壁面の前記突出部の間の領域には排気口が設けられ、前記仕切板の間の領域でサイドフローの形成が可能に構成された請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  7. 前記処理容器は縦長の反応管であり、
    前記処理容器内の前記内周壁面は前記反応管内に設けられたインナー管の内周壁面であり、
    前記処理容器の周囲には、前記複数の基板を加熱するヒータが設けられた請求項１乃至６のいずれか一項に記載された基板処理装置。
  8. 前記突出部の前記内周側面と前記仕切板の外周側面との間に形成された前記隙間は、前記ガス供給手段が前記不活性ガスを供給する箇所の上下において間隔が狭い部分が構成され、前記環状陽圧部は前記隙間の間隔が狭い部分に上下から挟まれた領域に形成される請求項１乃至７のいずれか一項に記載の基板処理装置。
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