JP6775533B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法、基板保持具、および小型保持具 - Google Patents
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Description
本発明は、基板処理装置および半導体装置の製造方法に関する。
一般に、半導体装置の製造工程で用いられる縦型基板処理装置は、基板処理を行う筐体と、基板処理装置の動作を制御する装置や筐体内の処理炉にガスを供給するガス供給源等を収容するユーティリティＢＯＸとで構成されている。筐体内には、複数枚の基板を収容するポッドを一時的に収納するポッド収納室が設けられている（例えば特許文献１参照）。
しかしながら、上述のような基板処理装置の構成では、装置が大型化することがある。
本発明の目的は、基板処理装置を小型化することが可能な技術を提供することにある。
本発明の一態様によれば、
基板保持具に保持された基板を処理する処理室と、
前記処理室内に前記基板保持具を搬送する搬送機構と前記搬送機構に前記基板保持具を移送する移送機構とが内部に配置され、前記処理室と連通可能に構成された準備室と、を有し、
前記移送機構は、前記基板保持具を脱着する前記準備室の外部の脱着位置と、前記搬送機構に前記基板保持具を移載する前記準備室の内部の受け渡し位置と、の間で、基板を保持した一又は複数の前記基板保持具を移送するよう構成される基板処理装置およびその関連技術が提供される。
基板保持具に保持された基板を処理する処理室と、
前記処理室内に前記基板保持具を搬送する搬送機構と前記搬送機構に前記基板保持具を移送する移送機構とが内部に配置され、前記処理室と連通可能に構成された準備室と、を有し、
前記移送機構は、前記基板保持具を脱着する前記準備室の外部の脱着位置と、前記搬送機構に前記基板保持具を移載する前記準備室の内部の受け渡し位置と、の間で、基板を保持した一又は複数の前記基板保持具を移送するよう構成される基板処理装置およびその関連技術が提供される。
本発明によれば、基板処理装置を小型化することが可能となる。
＜本発明の一実施形態＞
以下、本発明の一実施形態について、図面を用いて説明する。
以下、本発明の一実施形態について、図面を用いて説明する。
（１）基板処理装置の構成
図１に示すように、基板処理装置２は、内部に処理炉１０等が配置される筐体４を備えている。筐体４の背面側には、電源ＢＯＸ、ガス制御ＢＯＸ、ガス排気系および外部燃焼装置等が設置されている。筐体４の正面側であり、後述の搬送口に設けられた開閉扉６の上部（上方）には、後述の操作部１０２が設置されている。
図１に示すように、基板処理装置２は、内部に処理炉１０等が配置される筐体４を備えている。筐体４の背面側には、電源ＢＯＸ、ガス制御ＢＯＸ、ガス排気系および外部燃焼装置等が設置されている。筐体４の正面側であり、後述の搬送口に設けられた開閉扉６の上部（上方）には、後述の操作部１０２が設置されている。
図２に示すように、筐体４内の空間は上下に区画されており、下部空間には準備室８が配置され、上部空間には後述の処理炉１０が配置されている。準備室８の天井壁には、後述の基板保持具１２が通過し得る形状および大きさに形成された開口である炉口部１８が設けられている。準備室８と処理炉１０（後述の処理室２２）とは、炉口部１８を介して連通可能に構成されている。筐体４の正面壁には、基板としてのウエハＷを保持する基板保持具１２を、準備室８内外へ搬入および搬出する（搬送する）ための搬入搬出口（搬送口）が、筐体４の外部と準備室８の内部とを連通するように設けられている。搬送口には、開閉部（開閉機構）としての開閉扉６が設けられており、開閉扉６が開く（開放する）ことにより、準備室８内外への基板保持具１２の出し入れを可能としている。開閉扉６は、例えば、観音開き（両開き）形状に形成されている。開閉扉６には開閉制御機構としてのロック機構が設けられており、その開閉が制御されるよう構成される。開閉扉６の開閉制御は、後述する温度センサ４０の値に基づいて行われる。
（準備室）
準備室８では、後述の搬送機構１６への後述の基板保持具１２の載置、すなわちウエハＷの載置、又は搬送機構１６からの基板保持具１２の取り外し、すなわちウエハＷの取り外しを行う。準備室８内には、基板保持具１２を準備室８内外に搬送し、搬送機構１６に基板保持具１２を移送する移送機構（移載機構）１４と、基板保持具１２を準備室８から処理炉１０（処理室２２）内に搬送する搬送機構１６と、が配置されている。移送機構１４は準備室８内の開閉扉６側に配置されている。移送機構１４は、例えば、搬送口に接するように準備室８の内側面に沿った位置に配置されている。搬送機構１６は、炉口部１８の下方位置、すなわち、上下に（垂直方向に）昇降されることで炉口部１８を通過することが可能な位置に配置されている。
準備室８では、後述の搬送機構１６への後述の基板保持具１２の載置、すなわちウエハＷの載置、又は搬送機構１６からの基板保持具１２の取り外し、すなわちウエハＷの取り外しを行う。準備室８内には、基板保持具１２を準備室８内外に搬送し、搬送機構１６に基板保持具１２を移送する移送機構（移載機構）１４と、基板保持具１２を準備室８から処理炉１０（処理室２２）内に搬送する搬送機構１６と、が配置されている。移送機構１４は準備室８内の開閉扉６側に配置されている。移送機構１４は、例えば、搬送口に接するように準備室８の内側面に沿った位置に配置されている。搬送機構１６は、炉口部１８の下方位置、すなわち、上下に（垂直方向に）昇降されることで炉口部１８を通過することが可能な位置に配置されている。
図３に示すように、移送機構１４は、後述の基板保持具１２を保持（載置）する載置部（載置台）１４Ｂと、載置部１４Ｂに接続され、前後方向（水平方向）に進出可能（伸縮可能）なアーム部１５と、アーム部１５に接続される基部１４Ｄと、を備えている。
移送機構１４は、載置部１４Ｂが、受け渡し位置Ｐ１、ホーム位置Ｐ２および脱着位置Ｐ３の少なくとも３カ所の間で駆動可能（水平移動可能）なように構成されている。すなわち、移送機構１４は、受け渡し位置Ｐ１と脱着位置Ｐ２との２カ所の間で基板保持具１２を移送可能に構成されている。例えば、移送機構１４は、受け渡し位置Ｐ１（の中心）と脱着位置Ｐ２（の中心）とを結ぶ直線Ｌ１に沿って基板保持具１２を移送するように構成されている。また、移送機構１４は、開閉扉６が閉じている場合、準備室８内の所定の位置で待機するように構成されており、このとき、載置部１４Ｂはホーム位置Ｐ２に位置するように構成されている。移送機構１４は駆動制御機構としてのストッパを備えており、ストッパを解除することにより、載置部１４Ｂを駆動させることができるように構成されている。
ここで、受け渡し位置Ｐ１とは、準備室８の内部の位置であって、移送機構１４による搬送機構１６（後述の蓋部１６Ａ上）への基板保持具１２の移載が行われる位置である。脱着位置Ｐ３とは、準備室８の外部の位置であって、移送機構１４への基板保持具１２の脱着が行われる位置、すなわち、作業者が、載置部１４Ｂ上に基板保持具１２を載置したり、載置部１４Ｂから基板保持具１２を取り外したり（搬出したり）する位置である。ホーム位置（待機位置）Ｐ２とは、準備室８の内部であって受け渡し位置Ｐ１と脱着位置Ｐ３との間の位置であり、移送機構１４が準備室８内の所定位置で待機している時の載置部１４Ｂの位置である。言い換えると、ホーム位置Ｐ２は、アーム部１５が伸びていない時、すなわち、アーム部１５が折り畳まれている時の載置部１４Ｂの位置である。ホーム位置Ｐ２は、例えば基部１４Ｄの上方に位置する。
基部１４Ｄは、準備室８内であって、受け渡し位置Ｐ１と脱着位置Ｐ３との間に設置されている。基部１４Ｄは、例えば中央部分（中心）が上述の直線Ｌ１上に配置されるように設置されている。
水平移動する移送機構１４と後述のように昇降する搬送機構１６との協調動作により、搬送機構１６（蓋部１６Ａ上）に基板保持具１２を装填したり、搬送機構１６から基板保持具１２を取り外したりすることが可能となっている。移送機構１４および搬送機構１６の詳細については後述する。
準備室８を構成する筐体４の側壁（一側面）には、準備室８内にエア（例えば常温の空気）を供給するエア供給機構としてのクリーンユニット９が設置されている。準備室８を構成する筐体４のクリーンユニット９が設けられた側壁の対面側（すなわち、この側壁と対向する側壁）には、準備室８内の雰囲気を排気する排気部が設置されている。クリーンユニット９から準備室８内に供給されたエアは、準備室８内を流れ排気部より排出される。
準備室８内のクリーンユニット９の対面側には、準備室８内の温度を検出する温度検出部(温度センサ)４０が設置されている。温度センサ４０は、クリーンユニット９から準備室８内に供給されるエアの風下側（風下位置）に設置されることが好ましい。温度センサ４０がエアの風上側に配置されると、クリーンユニット９から供給されるエアの温度を測ることとなり、準備室８内の温度を正確に測れないことがある。温度センサ４０により検出された温度情報に基づいて開閉扉６のロック解除が行われる。
（処理炉）
図４に示すように、ウエハＷを処理する処理炉１０は、加熱手段（加熱機構）としてのヒータユニット３０を有する。ヒータユニット３０は円筒形状であり、保持板に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータユニット３０は、ガスを熱で活性化（励起）させる活性化機構（励起部）としても機能する。
図４に示すように、ウエハＷを処理する処理炉１０は、加熱手段（加熱機構）としてのヒータユニット３０を有する。ヒータユニット３０は円筒形状であり、保持板に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータユニット３０は、ガスを熱で活性化（励起）させる活性化機構（励起部）としても機能する。
ヒータユニット３０の内側には、ヒータユニット３０と同心円状に反応管２０が配設されている。反応管２０は、例えば石英（ＳｉＯ２）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性を有する非金属材料から構成され、上端部が閉塞し下端部が開放（開口）した円筒形状に形成されている。反応管２０の下方には、反応管２０と同心円状にマニホールド２４が配設されている。マニホールド２４は、例えばステンレス鋼等の金属材料から構成され、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド２４の上端部は、反応管２０の下端部に係合しており、反応管２０を下端部側から縦向きに支持するように構成されている。主に、反応管２０とマニホールド２４とにより処理容器（反応容器）が構成される。処理容器の筒中空部（反応管２０の内部）には、処理室２２が形成されている。処理室２２は、ウエハＷを収容可能に構成されている。
処理室２２内には、ノズル２４９が、マニホールド２４の側壁を貫通するように設けられている。ノズル２４９には、ガス導入管２６ａが接続されている。
ガス導入管２６ａにはガス流の上流側から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１ａおよび開閉弁であるバルブ２４３ａが設けられている。ガス導入管２６ａのバルブ２４３ａよりも下流側には、ガス導入管２６ｂが接続されている。ガス導入管２６ｂには、ガス流の上流側から順に、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂがそれぞれ設けられている。
ノズル２４９は、反応管２０の内壁とウエハＷとの間における平面視において円環状の空間に、反応管２０の内壁の下部より上部に沿って、ウエハＷの配列方向上方に向かって立ち上がるようにそれぞれ設けられている。すなわち、ノズル２４９は、ウエハＷが配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うようにそれぞれ設けられている。ノズル２４９の側面には、ガスを供給するガス供給孔２５０が設けられている。ガス供給孔２５０は、反応管２０の中心を向くようにそれぞれ開口しており、ウエハＷに向けてガスを供給することが可能となっている。ガス供給孔２５０は、反応管２０の下部から上部にわたって複数設けられている。
ガス導入管２６ａからは、原料（原料ガス）として、例えば、所定元素（主元素）としてのＳｉおよびハロゲン元素を含むハロシラン系ガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９を介して処理室２２内へ供給される。原料ガスとは、気体状態の原料、例えば、常温常圧下で液体状態である原料を気化することで得られるガスや、常温常圧下で気体状態である原料等のことである。ハロシラン系ガスとしては、例えば、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２、略称：ＤＣＳ）ガスを用いることができる。
ガス導入管２６ｂからは、原料とは化学構造（分子構造）が異なる反応体（リアクタント、反応ガス）として、例えば、Ｏ含有ガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９を介して処理室２２内へ供給される。Ｏ含有ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ２）ガスを用いることができる。
ガス導入管２６ａ，２６ｂからは、不活性ガスとして、例えば、窒素（Ｎ２）ガスが、それぞれＭＦＣ２４１ａ，２４１ｂ、バルブ２４３ａ，２４３ｂ、ノズル２４９を介して処理室２２内へ供給される。Ｎ２ガスは、パージガス、キャリアガスとして作用する。
主に、ガス導入管２６ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、原料供給系が構成される。また、主に、ガス導入管２６ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより、反応体供給系が構成される。また、主に、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ａ，２４１ｂ、バルブ２４３ａ，２４３ｂにより、不活性ガス供給系が構成される。
マニホールド２４の側壁には、処理室２２内の雰囲気を排気する排気管２８が接続されている。排気管２８には、処理室２２内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ２４５および圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４４を介して、排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。ＡＰＣバルブ２４４は、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室２２内の真空排気および真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ２４６を作動させた状態で、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて弁開度を調節することで、処理室２２内の圧力を調整することができるように構成されている。主に、排気管２８、ＡＰＣバルブ２４４、圧力センサ２４５により、ガス排気系が構成される。真空ポンプ２４６をガス排気系に含めて考えてもよい。
反応管２０内には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されている。温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータユニット３０への通電具合を調整することで、処理室２２内の温度が所望の温度分布となる。温度センサ２６３は、反応管２０の内壁に沿って設けられている。
マニホールド２４の下端部には、上述の炉口部１８に接続される開口が形成されている。炉口部１８は、搬送機構１６が備える蓋部（炉口蓋体、シールキャップ）１６Ａによって密閉するように（気密に閉塞可能に）構成されている。蓋部１６Ａは、例えばＳＵＳ等の金属からなり、円盤状に形成されている。蓋部１６Ａは、反応管２０の外部、すなわち準備室８内に配置された搬送機構（ボートエレベータ）１６に設置されており、この搬送機構１６によって上下に（垂直方向に）昇降されるように構成されている。
（搬送機構）
搬送機構１６は、基板処理前後の待機時等には、蓋部１６Ａを、受け渡し位置Ｐ１よりも低い位置（待機位置）まで下降させ、蓋部１６Ａ上への基板保持具１２の移載時や、蓋部１６Ａ上から移送機構１４への基板保持具１２の移載時等には、蓋部１６Ａを受け渡し位置Ｐ１まで昇降させるように構成されている。また、搬送機構１６は、蓋部１６Ａ上に基板保持具１２が載置された状態で、蓋部１６Ａを上下に駆動させる（昇降させる）ことで、処理炉１０（処理室２２）内外に基板保持具１２すなわちウエハＷを搬入および搬出させるように構成されている。
搬送機構１６は、基板処理前後の待機時等には、蓋部１６Ａを、受け渡し位置Ｐ１よりも低い位置（待機位置）まで下降させ、蓋部１６Ａ上への基板保持具１２の移載時や、蓋部１６Ａ上から移送機構１４への基板保持具１２の移載時等には、蓋部１６Ａを受け渡し位置Ｐ１まで昇降させるように構成されている。また、搬送機構１６は、蓋部１６Ａ上に基板保持具１２が載置された状態で、蓋部１６Ａを上下に駆動させる（昇降させる）ことで、処理炉１０（処理室２２）内外に基板保持具１２すなわちウエハＷを搬入および搬出させるように構成されている。
（移送機構）
上述のように、移送機構１４は、載置部１４Ｂと、アーム部１５と、基部１４Ｄと、を備えている。
上述のように、移送機構１４は、載置部１４Ｂと、アーム部１５と、基部１４Ｄと、を備えている。
図３および図６に示すように、アーム部１５は、左右一対の第１アーム（下部アーム、第１アーム部）１５Ａと、左右一対の第２アーム（上部アーム、第２アーム部）１５Ｂと、を備えている。アーム部１５は、平面視において、上述の直線Ｌ１に対して線対称（左右対称）に構成されている。
一対の下部アーム１５Ａの一端部はそれぞれ基部１４Ｄ上であって、基部１４Ｄの例えば中央付近に設置されている。一対の下部アーム１５Ａの一端部は、シャフト１４Ｅを介して基部１４Ｄに対してそれぞれ回転（回動）可能に接続（連結）されている。一対の下部アーム１５Ａの他端部上には、一対の上部アーム１５Ｂの一端部がそれぞれ設置されている。下部アーム１５Ａの他端部と上部アーム１５Ｂの一端部とは例えばシャフトを介して回動可能に接続されている。すなわち、上部アーム１５Ｂは下部アーム１５Ａに対して回動可能に接続されている。下部アーム１５Ａおよび上部アーム１５Ｂはそれぞれ、下部アーム１５Ａと上部アーム１５Ｂとを接続する一対の接続部分を起点として、互いに逆方向に等しい角度だけ回動する。一対の上部アーム１５Ｂの他端部上には、載置部１４Ｂが設置されている。一対の上部アーム１５Ｂの他端部はそれぞれ載置部１４Ｂに対してシャフト等により回動可能に接続されている。
アーム部１５は、下部アーム１５Ａと上部アーム１５Ｂとの接続部分を起点として回動可能（屈曲可能）に構成されている。これにより、アーム部１５は基部１４Ｄを挟んで前後両方向に伸縮することができる。その結果、移送機構１４は、載置部１４Ｂを直線Ｌ１に沿って移動させることができる。
載置部１４Ｂは、上部アーム１５Ｂの端部から（上部アーム１５Ｂと下部アーム１５Ａとの接続部分とは反対側に）突出するように、上部アーム１５Ｂに設置されている。これにより、アーム部１５に干渉されることなく、載置部１４Ｂから搬送機構１６へ基板保持具１２を移載することができる。
載置部１４Ｂには、載置部１４Ｂを前後に駆動（移動）させる取手部１４Ｃが設置されている。取手部１４Ｃは、例えば直線Ｌ１に対して線対称となるように設置されている。この取手部１４Ｃを作業者が押し引きすることにより、載置部１４Ｂを水平に保ったまま、載置部１４Ｂを前後方向に移動させることができる。取手部１４Ｃは、載置部１４Ｂ上の手前側（搬送口に近い位置）に、上方から取手部１４Ｃを持つことができるように立設（設置）されていることが好ましく、これにより作業者が取手部１４Ｃを押し引きしやすくなる。その結果、載置部１４Ｂを移動させる際に、載置部１４Ｂ上の基板保持具１２に作業者が触れてしまうことを抑制でき、基板保持具１２の位置ずれや転倒を防止することができる。
図７に示すように、移送機構１４は、載置部１４Ｂの位置を検知する第１〜第３センサ（位置センサ）４２Ａ〜４２Ｃを備えている。第１センサ４２Ａは、載置部１４Ｂが受け渡し位置Ｐ１に位置することを検知するセンサ（受け渡し位置センサ）である。第２センサ４２Ｂは、載置部１４Ｂがホーム位置Ｐ２に位置することを検知するセンサ（ホーム位置センサ）である。第３センサ４２Ｃは、載置部１４Ｂが脱着位置Ｐ３に位置することを検知するセンサ（脱着位置センサ）である。第１〜第３センサ４２Ａ〜４２Ｃは、例えば、光センサで構成されている。
第１〜第３センサ４２Ａ〜４２Ｃは、上述のシャフト１４Ｅに連結された検知部としての板状部材１４Ｆを検知することができる位置に設置されている。本実施形態では、板状部材１４Ｆは一対のシャフト１４Ｅのそれぞれに設置されているが、いずれかのシャフト１４Ｅに設置されていればよい。板状部材１４Ｆがシャフト１４Ｅの下部に設置されている場合（例えば、シャフト１４Ｅが基部１４Ｄを貫通しており、板状部材１４Ｆが基部１４Ｄよりも下方でシャフト１４Ｅに連結されている場合）、第１〜第３センサ４２Ａ〜４２Ｃは、基部１４Ｄ（の裏面）に設置されている。
板状部材１４Ｆは、円形（円盤状）に形成されており、所定の位置に印１７が付されている。載置部１４Ｂを移動させると、シャフト１４Ｅが回転し、その回転量は載置部１４Ｂの移動量（移動距離）に関連（依存）する。第１〜第３センサ４２Ａ〜４２Ｃを（板状部材１４Ｆの円周方向に沿って）互いに異なる位置に設置し、シャフト１４Ｅが回転することで移動した板状部材１４Ｆの印１７の位置を第１〜第３センサ４２Ａ〜４２Ｃでそれぞれ検知することにより、載置部１４Ｂの位置を検知することができる。
例えば、本実施形態では、載置部１４Ｂがホーム位置Ｐ２に位置する時を基準位置とし、すなわち、シャフト１４Ｅの回転量がゼロの位置とし、この位置に板状部材１４Ｆの印１７がくるように板状部材１４Ｆの位置合わせを行わっている。本実施形態のように２枚の板状部材１４Ｆを設置する場合は、各板状部材１４Ｆの印１７の位置が各板状部材１４Ｆを重ねたときに一致する位置となるように、各板状部材１４Ｆの位置合わせを行う。第２センサ４２Ｂは、基準位置にある板状部材１４Ｆの印１７を検知できる位置に設置されている。ホーム位置Ｐ２から受け渡し位置Ｐ１へ載置部１４Ｂを移動させると、一対のシャフト１４Ｅが互いに逆方向に等しい角度だけ回転する。シャフト１４Ｅの回転に応じて、板状部材１４Ｆが回転し、板状部材１４Ｆの印１７の位置が移動する。載置部１４Ｂが受け渡し位置Ｐ１に移動した際における板状部材１４Ｆの印１７を検知できる位置に、第１センサ４２Ａが設置されている。同様にして、載置部１４Ｂを脱着位置Ｐ３に移動させ、この時の板状部材１４Ｆの印１７を検知できる位置に、第３センサ４２Ｃが設置されている。これにより、受け渡し位置Ｐ１、ホーム位置Ｐ２、脱着位置Ｐ３のいずれの位置に載置部１４Ｂが位置するかを第１〜第３センサ４２Ａ〜４２Ｃによって検知することができる。
（接続部）
図６に示すように、移送機構１４と搬送機構１６との間で基板保持具１２を受け渡しする際、接続部５２を介して受け渡しを行う。接続部５２は、載置部１４Ｂによって支持される円形板状（円盤状）の上面部と、蓋部１６Ａに係合する下面部と、上面部と下面部とを架橋する柱部と、で構成されている。上面部と下面部との間には、載置部１４Ｂが進退できる空間が形成されている。接続部５２は基板保持具１２の受け渡し時以外の時は、蓋部１６Ａ上に載置されている。
図６に示すように、移送機構１４と搬送機構１６との間で基板保持具１２を受け渡しする際、接続部５２を介して受け渡しを行う。接続部５２は、載置部１４Ｂによって支持される円形板状（円盤状）の上面部と、蓋部１６Ａに係合する下面部と、上面部と下面部とを架橋する柱部と、で構成されている。上面部と下面部との間には、載置部１４Ｂが進退できる空間が形成されている。接続部５２は基板保持具１２の受け渡し時以外の時は、蓋部１６Ａ上に載置されている。
（基板保持具）
図４および図５に示すように、本実施形態では、基板保持具１２として、複数枚、例えば２５枚のウエハＷを収納する小型保持具（カセット３２）を用い、このカセット３２を上下方向（縦方向）に複数個積載させて（積み重ねて、段積みして）いる。カセット３２は、天板３２Ａと、底板３２Ｂと、天板３２Ａおよび底板３２Ｂに接続され、ウエハＷを保持する保持溝が複数段形成された柱部３２Ｃと、で構成されている。底板３２Ｂには位置合わせのための孔部３２Ｄが形成されており、天板３２Ａには孔部３２Ｄに係合する凸部３２Ｅが形成されている。
図４および図５に示すように、本実施形態では、基板保持具１２として、複数枚、例えば２５枚のウエハＷを収納する小型保持具（カセット３２）を用い、このカセット３２を上下方向（縦方向）に複数個積載させて（積み重ねて、段積みして）いる。カセット３２は、天板３２Ａと、底板３２Ｂと、天板３２Ａおよび底板３２Ｂに接続され、ウエハＷを保持する保持溝が複数段形成された柱部３２Ｃと、で構成されている。底板３２Ｂには位置合わせのための孔部３２Ｄが形成されており、天板３２Ａには孔部３２Ｄに係合する凸部３２Ｅが形成されている。
カセット３２はウエハＷの大きさ（直径、インチ）に応じて、柱部３２Ｃの設置位置が異なっている。また、カセット３２はウエハＷの厚さに応じて、柱部３２Ｃに形成される保持溝の数や位置が異なっていてもよい。ウエハＷの大きさや厚さ等に応じて形成した各種のカセット３２は、天板３２Ａと底板３２Ｂとの構成を共通化することにより、異なる種類のカセットでも積み重ねることが可能である。これらにより、異なる種類（異なる大きさ、厚さ）のウエハＷも同時に処理することができる。
カセット３２にはウエハＷと同様な形状に形成されたトレーを設置することができる。トレーは、例えばシリコンで形成されている。トレー上に割れた基板や欠けた箇所を有する基板を載置することにより、このような基板上にも所望の処理を実施することが可能となる。
上述では、横置きの基板を縦方向に保持するカセットについて説明したが、縦置きの基板を横方向に保持するカセットであっても良い。カセットを上下に積み重ねる際の上下の接触面（天板３２Ａおよび底板３２Ｂ）に、共通化された凸部３２Ｅと孔部３２Ｄとを形成することにより、縦置きのカセットであっても上下方向に複数積載することが可能となる。また、接触面を共通化することにより、横置きのカセットと縦置きのカセットとを混載することもできる。
制御部（制御手段）であるコントローラ１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、記憶装置、Ｉ／Ｏポートを備えたマイクロプロセッサ（コンピュータ）として構成されている。ＲＡＭ、記憶装置、Ｉ／Ｏポートは、内部バスを介して、ＣＰＵとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ１００には、例えばタッチパネル等として構成された操作部（入出力装置）１０２が接続されている。
記憶装置は、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置内には、基板処理装置２の動作を制御する制御プログラムや、後述する成膜処理の手順や条件等が記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する成膜処理における各手順をコントローラ１００に実行させ、所定の結果を得ることができるように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、プロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。また、プロセスレシピを、単に、レシピともいう。本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、レシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。ＲＡＭは、ＣＰＵによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。
Ｉ／Ｏポートは、上述の移送機構１４、搬送機構１６、ＭＦＣ２４１ａ，２４１ｂ、バルブ２４３ａ，２４３ｂ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、ヒータユニット３０、温度センサ４０，２６３、第１〜第３センサ４２Ａ〜４２Ｃ、ロック機構等に接続されている。
ＣＰＵは、記憶装置から制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置１０２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置からレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵは、読み出したレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ２４１ａ，２４１ｂによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ，２４３ｂの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉動作および圧力センサ２４５に基づくＡＰＣバルブ２４４による圧力調整動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、温度センサ２６３に基づくヒータユニット３０の温度調整動作、温度センサ４０に基づく開閉扉６のロック解除動作、搬送機構１６によるカセット３２の昇降動作等を制御するように構成されている。
コントローラ１００は、記憶媒体としての記憶部（外部記憶装置、例えば、ハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ等の半導体メモリ）１０４に格納された上述のプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。記憶装置や記憶部１０４は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成されている。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置単体のみを含む場合、記憶部１０４単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、記憶部１０４を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。
（２）基板処理工程
次に、本実施形態にかかる基板処理装置２を用いて、半導体デバイス製造の一工程として、基板としてのウエハＷ上に膜を形成する処理（成膜処理）について説明する。ここでは、ウエハＷに対して、原料ガスとしてのＤＣＳガスと、反応ガスとしてのＯ２ガスとを供給することで、ウエハＷ上にシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜を形成する例について説明する。以下の説明において、基板処理装置２を構成する各部の動作はコントローラ１００により制御される。
次に、本実施形態にかかる基板処理装置２を用いて、半導体デバイス製造の一工程として、基板としてのウエハＷ上に膜を形成する処理（成膜処理）について説明する。ここでは、ウエハＷに対して、原料ガスとしてのＤＣＳガスと、反応ガスとしてのＯ２ガスとを供給することで、ウエハＷ上にシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜を形成する例について説明する。以下の説明において、基板処理装置２を構成する各部の動作はコントローラ１００により制御される。
（第1搬送工程）
第1搬送工程では、次の準備ステップ、載置ステップ、受け渡しステップを順次実行する。
第1搬送工程では、次の準備ステップ、載置ステップ、受け渡しステップを順次実行する。
［準備ステップ］
温度センサ４０で検出された準備室８内の温度が所定の温度（例えば５０℃）未満であり、開閉扉６のロックが解除されていることを確認し、開閉扉６を開放する。なお、温度センサ４０で検出された準備室８内が所定の温度以上であると、開閉扉６のロックが解除されず、開閉扉６を開くことができない。
温度センサ４０で検出された準備室８内の温度が所定の温度（例えば５０℃）未満であり、開閉扉６のロックが解除されていることを確認し、開閉扉６を開放する。なお、温度センサ４０で検出された準備室８内が所定の温度以上であると、開閉扉６のロックが解除されず、開閉扉６を開くことができない。
開閉扉６を開放したら、受け渡し位置Ｐ１よりも低い位置（待機位置）にあり、接続部５２が載置された蓋部１６Ａを、搬送機構１６により受け渡し位置Ｐ１まで上昇させる（持ち上げる）。ストッパを解除し、移送機構１４により載置部１４Ｂを受け渡し位置Ｐ１まで移動させ、このとき、接続部５２の空間内に載置部１４Ｂを挿入してストッパを固定する。第１センサ４２Ａにより載置部１４Ｂが受け渡し位置Ｐ１に到達した（位置する）ことが検知されると、搬送機構１６により蓋部１６Ａを待機位置まで下降させ、蓋部１６Ａ上の接続部５２を載置部１４Ｂ上に載置する。なお、第１センサ４２Ａにより載置部１４Ｂが受け渡し位置Ｐ１に位置することが検知されない場合、搬送機構１６を駆動させることができない。
［載置ステップ］
接続部５２を載置部１４Ｂ上に載置したら、ストッパを解除し、作業者が取手部１４Ｃを持って、載置部１４Ｂを、ホーム位置Ｐ２を経由して脱着位置Ｐ３まで引き出す（移動させる）。脱着位置Ｐ３にてストッパを固定し、ウエハＷを保持した基板保持具１２を移送機構１４上、すなわち、載置部１４Ｂ上（接続部５２上）に載置する。すなわち、載置部１４Ｂ上にウエハＷを保持した複数のカセット３２を上下方向に積み重ねる。
接続部５２を載置部１４Ｂ上に載置したら、ストッパを解除し、作業者が取手部１４Ｃを持って、載置部１４Ｂを、ホーム位置Ｐ２を経由して脱着位置Ｐ３まで引き出す（移動させる）。脱着位置Ｐ３にてストッパを固定し、ウエハＷを保持した基板保持具１２を移送機構１４上、すなわち、載置部１４Ｂ上（接続部５２上）に載置する。すなわち、載置部１４Ｂ上にウエハＷを保持した複数のカセット３２を上下方向に積み重ねる。
［受け渡しステップ］
移送機構１４（載置部１４Ｂ）上に基板保持具１２を載置したら、ストッパを解除し、載置部１４Ｂを受け渡し位置Ｐ１まで移動させることで、基板保持具１２（複数のカセット３２）を脱着位置Ｐ３から受け渡し位置Ｐ１まで、上下方向に積み重ねた状態で移送する。載置部１４Ｂが受け渡し位置Ｐ１まで到達するとストッパを固定する。第１センサ４２Ａにより載置部１４Ｂが受け渡し位置Ｐ１に到達したことが検知されると、蓋部１６Ａが搬送機構１６によって受け渡し位置Ｐ１まで上昇される。蓋部１６Ａが受け渡し位置Ｐ１まで上昇されると、受け渡し位置Ｐ１にて、基板保持具１２を移送機構１４から搬送機構１６に移載する。すなわち、接続部５２および基板保持具１２を（接続部５２上に基板保持具１２を載置した状態で）載置部１４Ｂから蓋部１６Ａ上に移載する。基板保持具１２を搬送機構１６に移載した後、ストッパを解除し、載置部１４Ｂをホーム位置Ｐ２まで後退させ、ホーム位置Ｐ２にてストッパを固定し、開閉扉６を閉めてロックする。
移送機構１４（載置部１４Ｂ）上に基板保持具１２を載置したら、ストッパを解除し、載置部１４Ｂを受け渡し位置Ｐ１まで移動させることで、基板保持具１２（複数のカセット３２）を脱着位置Ｐ３から受け渡し位置Ｐ１まで、上下方向に積み重ねた状態で移送する。載置部１４Ｂが受け渡し位置Ｐ１まで到達するとストッパを固定する。第１センサ４２Ａにより載置部１４Ｂが受け渡し位置Ｐ１に到達したことが検知されると、蓋部１６Ａが搬送機構１６によって受け渡し位置Ｐ１まで上昇される。蓋部１６Ａが受け渡し位置Ｐ１まで上昇されると、受け渡し位置Ｐ１にて、基板保持具１２を移送機構１４から搬送機構１６に移載する。すなわち、接続部５２および基板保持具１２を（接続部５２上に基板保持具１２を載置した状態で）載置部１４Ｂから蓋部１６Ａ上に移載する。基板保持具１２を搬送機構１６に移載した後、ストッパを解除し、載置部１４Ｂをホーム位置Ｐ２まで後退させ、ホーム位置Ｐ２にてストッパを固定し、開閉扉６を閉めてロックする。
（処理工程）
処理工程では、次の搬入ステップ、成膜ステップ、搬出ステップを順次実行する。
処理工程では、次の搬入ステップ、成膜ステップ、搬出ステップを順次実行する。
［搬入ステップ］
第２センサ４２Ｂにより載置部１４Ｂがホーム位置Ｐ２に位置することが検知されると、搬送機構１６が駆動する。基板保持具１２（複数のカセット３２）は、搬送機構１６により上昇されて（持ち上げられて）、準備室８内から処理室２２内へ搬入される（ボートローディング）。この状態で、蓋部１６Ａは、マニホールド２４の下端開口（炉口部１８）をシールした状態となる。
第２センサ４２Ｂにより載置部１４Ｂがホーム位置Ｐ２に位置することが検知されると、搬送機構１６が駆動する。基板保持具１２（複数のカセット３２）は、搬送機構１６により上昇されて（持ち上げられて）、準備室８内から処理室２２内へ搬入される（ボートローディング）。この状態で、蓋部１６Ａは、マニホールド２４の下端開口（炉口部１８）をシールした状態となる。
［成膜ステップ］
まず、処理室２２内、すなわち、ウエハＷが存在する空間が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ２４６によって処理室２２内が真空排気（減圧排気）される。この際、処理室２２内の圧力は圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ２４４がフィードバック制御される。また、処理室２２内のウエハＷが所望の温度となるように、ヒータユニット３０によって処理室２２内が加熱される。この際、処理室２２内が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータユニット３０への通電具合がフィードバック制御される。
まず、処理室２２内、すなわち、ウエハＷが存在する空間が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ２４６によって処理室２２内が真空排気（減圧排気）される。この際、処理室２２内の圧力は圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ２４４がフィードバック制御される。また、処理室２２内のウエハＷが所望の温度となるように、ヒータユニット３０によって処理室２２内が加熱される。この際、処理室２２内が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータユニット３０への通電具合がフィードバック制御される。
そして、処理室２２内の加熱および排気を実施しながら、ガス導入管２６ａ，２６ｂから処理室２２内のウエハＷに対してＤＣＳガス、Ｏ２ガスを供給する。これにより、ウエハＷの表面にＳｉＯ２膜が形成される。
［搬出ステップ］
成膜ステップが終了した後、すなわちウエハＷ上に所望膜厚の膜が形成されたら、ガス導入管２６ａ，２６ｂからパージガスとしての不活性ガスを処理室２２内へ供給し、処理室２２内の雰囲気を不活性ガスに置換するとともに、処理室２２内の圧力を常圧（大気圧）に復帰させる。
成膜ステップが終了した後、すなわちウエハＷ上に所望膜厚の膜が形成されたら、ガス導入管２６ａ，２６ｂからパージガスとしての不活性ガスを処理室２２内へ供給し、処理室２２内の雰囲気を不活性ガスに置換するとともに、処理室２２内の圧力を常圧（大気圧）に復帰させる。
その後、搬送機構１６によって蓋部１６Ａが下降され、マニホールド２４の下端が開口されるとともに、処理済のウエハＷが、基板保持具１２に支持された状態で処理室２２内から準備室８へ搬出（ボートアンローディング）される。
（第２搬送工程）
温度センサ４０で検出された準備室８内の温度が所定の温度（例えば５０℃）未満となり、開閉扉６のロックが解除されたら、開閉扉６を開放する。その後は、第１搬送工程と逆の手順により、基板保持具１２を基板処理装置２外へ搬出する。
温度センサ４０で検出された準備室８内の温度が所定の温度（例えば５０℃）未満となり、開閉扉６のロックが解除されたら、開閉扉６を開放する。その後は、第１搬送工程と逆の手順により、基板保持具１２を基板処理装置２外へ搬出する。
このようにして、本実施形態にかかる基板処理装置２による基板処理工程の一連の処理動作が完了する。
（３）本実施形態による効果
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。
（ａ）従来装置に設置されるポッド収納室やウエハ移載機等の構成を省略することができるため、基板処理装置を省スペース化することができ、小型化することができる。また、ウエハ移載機やポッド搬送機といった駆動系の構造を省略することができるため、基板処理装置の構造がシンプルであり、メンテナンス費用など運用コストを削減することができる。さらに、老朽化した既存設備からの置換えの際、設置面積の検討が容易となる。
（ｂ）カセットを段積みして基板保持具とする構成にすることにより、任意の処理枚数での処理が可能となる。これにより、少数多品種生産等、様々な生産形態に柔軟に対応することができ、生産性を向上させることができる。
（ｃ）カセットを基板の形状（インチ、厚さ、外径等）に適合させた構造であるが、積み上げに必要な個所（上下接触面）を統一構造とすることにより、異なる種類の基板を同時に処理することができ、少量多品種の様々な基板を処理することができる。
（ｄ）縦型基板処理装置において、基板を縦向きに保持した状態で処理することができるため、ウエハスリップ対策が可能となる。
＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。但し、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。但し、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
上述の実施形態では、基板保持具１２としての複数のカセット３２が上下方向に積み重ねられた状態で移送機構１４により移送される場合を例に説明したが、これに限定されず、基板保持具１２として１つのカセット３２を用いてもよい。
例えば、上述においては基板上に酸化膜（ＳｉＯ２膜）を形成する例について説明したが、酸化膜に限らず、金属膜や窒化膜を形成する場合においても、好適に適用可能である。また、成膜処理に限らず、酸化処理、拡散処理、アニール処理、エッチング処理等の処理を行う場合にも、好適に適用可能である。
上述の実施形態では、ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用できる。
これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の実施形態等と同様なシーケンス、処理条件にて成膜を行うことができ、これらと同様の効果が得られる。
また、上述の実施形態等は、適宜組み合わせて用いることができる。このときの処理手順、処理条件は、例えば、上述の実施形態の処理手順、処理条件と同様とすることができる。
２ 基板処理装置
１２ 基板保持具
１４ 移送機構
１６ 搬送機構
３２ カセット
１２ 基板保持具
１４ 移送機構
１６ 搬送機構
３２ カセット
Claims (12)
- 基板を収納する小型保持具により構成される基板保持具と、
前記基板保持具に保持された基板を処理する処理室と、
前記処理室内に前記基板保持具を搬送する搬送機構と、
前記搬送機構に前記基板保持具を移送する移送機構が内部に配置され、前記処理室と連通可能に構成された準備室と、を有し、
前記移送機構は、前記基板保持具を脱着する前記準備室の外部の脱着位置と、前記搬送機構に前記基板保持具を移載する前記準備室の内部の受け渡し位置と、の間で、前記基板保持具を移送するよう構成され、
前記小型保持具は、位置合わせのために設けられた凸部が形成されている天板と、位置合わせのために設けられた孔部を有する底板と、前記天板および前記底板にそれぞれ接続され、前記基板を保持する保持溝が複数段形成された柱部と、で構成され、
前記基板保持具は、前記孔部に前記凸部を係合させつつ複数の前記小型保持具を上下方向に積載させて構成されており、
前記小型保持具は、前記基板の大きさに応じて、前記柱部の設置位置を異ならせている基板処理装置。 - 前記移送機構は、
前記脱着位置の中心と前記受け渡し位置の中心とを結ぶ直線に沿って水平移動させて前記基板保持具を移送するよう構成される請求項１に記載の基板処理装置。 - 前記移送機構は、
前記基板保持具を載置する載置部と、
前記載置部に接続されるアーム部と、
前記アーム部に接続される基部と、を備える請求項２に記載の基板処理装置。 - 前記基部は、前記準備室内であって前記脱着位置と前記受け渡し位置との間に設置され、
前記移送機構は、前記基部を中心に前記脱着位置と前記受け渡し位置との間を移送するように構成されている請求項３に記載の基板処理装置。 - 前記アーム部は、
一端部が前記基部に接続される一対の第１アームと、
それぞれの一端部が一対の前記第１アームのそれぞれの他端部に接続され、それぞれの他端部が前記載置部に接続される一対の第２アームと、を備え、
前記第１アームと前記第２アームとの接続部分を起点として回動可能に構成される請求項３に記載の基板処理装置。 - 前記第１アームおよび前記第２アームは、
前記第１アームと前記第２アームとを接続する一対の接続部分を起点として、互いに等しい角度だけ回動するよう構成される請求項５に記載の基板処理装置。 - 前記移送機構は、
前記載置部の位置を検知するセンサを備える請求項３に記載の基板処理装置。 - 前記センサは、
前記載置部が前記脱着位置に位置することを検知する第１センサと、
前記載置部が前記受け渡し位置に位置することを検知する第２センサと、
前記載置部が前記準備室内における待機位置に位置することを検知する第３センサと、
を備える請求項７に記載の基板処理装置。 - 前記小型保持具は、積み重ねる際の前記天板と前記底板の構成が共通化されている請求項１に記載の基板処理装置。
- 基板を保持した一または複数の位置合わせのために設けられた凸部が形成されている天板と、位置合わせのために設けられた孔部を有する底板と、前記天板および前記底板にそれぞれ接続され、前記基板を保持する保持溝が複数段形成された柱部と、で構成される小型保持具を前記孔部に前記凸部を係合させつつ上下方向に積層させて構成され、前記小型保持具は、前記基板の大きさに応じて、前記柱部の設置位置を異ならせる基板保持具を載置する工程と、
準備室の外部の脱着位置から前記準備室の内部の受け渡し位置まで前記基板保持具を移送し、前記受け渡し位置にて、前記基板保持具を前記準備室内に配置された搬送機構に移載する工程と、
前記搬送機構を駆動させ、前記基板保持具を前記準備室に連通可能に構成された処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内で前記基板を処理する工程と、を有する半導体装置の製造方法。 - 基板を収納する小型保持具により構成される基板保持具であって、
前記基板保持具は、前記孔部に前記凸部を係合させつつ複数の前記小型保持具を上下方向に積載させて構成されており、
前記小型保持具は、位置合わせのために設けられた凸部が形成されている天板と、位置合わせのために設けられた孔部を有する底板と、前記天板および前記底板にそれぞれ接続され、前記基板を保持する保持溝が複数段形成された柱部と、で構成され、
前記小型保持具は、前記基板の大きさに応じて、前記柱部の設置位置を異ならせている基板保持具。 - 基板を収納する小型保持具であって、
位置合わせのために設けられた凸部が形成されている天板と、位置合わせのために設けられた孔部を有する底板と、前記天板および前記底板にそれぞれ接続され、前記基板を保持する保持溝が複数段形成された柱部と、で構成され、
前記基板の大きさに応じて、前記柱部の設置位置を異ならせている小型保持具。
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