(57)【要約】【課題】処理室内にＬ型ガスノズルを設けた縦型熱処理装置において、処理室を減圧した場合や、ガス圧力のかかるガス導入時においても、Ｌ型ガスノズルが処理室内側に引き込まれることを防止する縦型熱処理装置を提供する。【解決手段】縦型熱処理装置を次のように構成する。すなわち、複数の基板を搭載したボートを収容し基板に熱処理を行う処理室と、処理室下部を水平方向に貫通する水平部と処理室内において垂直方向に延伸する垂直部とを有するＬ型ガス導入ノズルと、Ｌ型ガス導入ノズル垂直部とボートとの間に設けられるノズル押さえ部と、処理室内壁に設けられノズル押さえ部が取り付けられるノズル押さえ取付部とを有することを特徴とする縦型熱処理装置。【選択図】図３
2011114069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板を搭載したボートを収容し、基板に熱処理を行う処理室と、
前記処理室下部を水平方向に貫通する水平部と、前記処理室内において垂直方向に延伸する垂直部とを有するＬ型ガス導入ノズルと、
前記Ｌ型ガス導入ノズル垂直部と前記ボートとの間に設けられるノズル押さえ部と、
前記処理室内壁に設けられ、前記ノズル押さえ部が取り付けられるノズル押さえ取付部とを有することを特徴とする縦型熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ（以下、ウェハという。）等の基板を処理するための基板処理装置で使用されるガスノズルの位置を保持するための保持構造に関し、特に、熱処理を行う縦型熱処理装置において、例えば金属露出の少ない処理室内に設けられるガスノズルの保持構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱処理を行うことにより、例えば半導体ウェハの表面に薄膜を形成する場合、基板処理装置として、内部にウェハを搭載するボートを収容する処理室を有する縦型熱処理装置が使用される。縦型熱処理装置の処理室には原料ガス等を導入するガスノズルが設けられており、原料を収納した原料供給用タンクからガスノズルを経由して、原料ガスが処理室内に導入される。
【０００３】
図２に、縦型熱処理装置の処理室例を示す。縦型熱処理装置においては、処理ウェハの面内均一性だけでなく面間均一性も重要な管理基準が定められている。この管理基準を満たすために、ボートに多段に搭載されたウェハに対して処理ガスを均一に流すよう、ガス導入部として、垂直断面がＬ字状のＬ型ガスノズル（図２の２３２）を用いる方法がよく知られている。
図５に、従来例のＬ型ガスノズル５５を、処理室を構成する反応管の側壁５１に保持する構造を示す。図５は、従来例に係るノズル保持構造の垂直断面図である。図５において、Ｌ型ガスノズル５５は、円筒状であり、反応管外部から反応管側壁５１を水平方向に貫通し、反応管内部において、直角に屈曲した後、垂直方向に延伸している。反応管の側壁５１には、Ｌ型ガスノズル５５を保持するための、円筒形状の反応管ポート部５２が設けられている。反応管ポート部５２で、Ｌ型ガスノズル５５の水平部分を押さえることにより、Ｌ型ガスノズル５５が、反応管側壁５１に固定、保持される。
【０００４】
しかし、上記の保持構造では、処理室内を減圧した場合やガス導入時のガス圧力によって、Ｌ型ガスノズルが処理室の中心方向に引き込まれ、ウェハやウェハを搭載したボートに接触するといった問題を生じる恐れがある。このような場合には、Ｌ型ガスノズルの破損に留まらず、最悪の場合には処理室からボートを搬出することが不可能となることもあることから、Ｌ型ガスノズルの内側方向引き込みを防止する必要がある。
【０００５】
また、近年デバイスの微細化が進むことで、金属汚染に関しても管理基準が年々厳しくなっており、ウェハ処理温度が９００℃以上になる拡散系装置だけでなく、比較的処理温度の低いＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）系装置においても腐食ガス対応のために、処理室を構成する材料に石英等の非金属を用いて金属露出を極限まで抑えた処理室が用いられるようになってきている。このため、上記のＬ型ガスノズルの内側引き込み対策は、金属部品を使用せずに実施することが望まれる。
特許文献１には、反応容器内に原料ガスを導入するＬ型ガスノズルを、反応容器に取り付け、保持するための保持構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−０９４４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、特に、処理室内にＬ型ガスノズルを設けた縦型熱処理装置において、処理室を減圧した場合や、ガス圧力のかかるガス導入時においても、Ｌ型ガスノズルが処理室内側に引き込まれることを防止する縦型熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の代表的な構成は、次のとおりである。
複数の基板を搭載したボートを収容し、基板に熱処理を行う処理室と、
前記処理室下部を水平方向に貫通する水平部と、前記処理室内において垂直方向に延伸する垂直部とを有するＬ型ガス導入ノズルと、
前記Ｌ型ガス導入ノズル垂直部と前記ボートとの間に設けられるノズル押さえ部と、
前記処理室内壁に設けられ、前記ノズル押さえ部が取り付けられるノズル押さえ取付部とを有することを特徴とする縦型熱処理装置。
【発明の効果】
【０００９】
上記の構成によれば、処理室内を減圧した場合や、Ｌ型ガスノズルにガス圧力のかかるガス導入時においても、Ｌ型ガスノズルが処理室内側に引き込まれることを防止することができる。これにより、Ｌ型ガスノズルがウェハやウェハを搭載したボートに接触することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例に係るバッチ式縦型熱処理装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例に係るバッチ式縦型熱処理装置の処理炉の垂直断面図である。
【図３】本発明の実施例に係るノズル保持構造の垂直断面図である。
【図４】本発明の実施例に係るノズル保持構造の斜視図である。
【図５】従来例に係るノズル保持構造の垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の１実施形態を、図面を用いて説明する。図１は、本発明の１実施形態に係るバッチ式縦型熱処理装置を示す斜視図である。図２は、本発明の１実施形態に係るバッチ式縦型熱処理装置の処理炉の垂直断面図である。
［縦型熱処理装置の概略］
まず、図１、図２を参照して、本実施形態に係る縦型熱処理装置１０を概略的に説明する。図１に示すように、縦型熱処理装置１０の筐体１０１内部の前面側には、カセットステージ１０５が設けられている。カセットステージ１０５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１００の授受を行う。カセットステージ１０５の後方には、カセット搬送機１１５が設けられている。カセット搬送機１１５の後方には、カセット１００を保管するためのカセット棚１０９が設けられる。また、カセットステージ１０５の上方には、カセット１００を保管するための予備カセット棚１１０が設けられている。予備カセット棚１１０の上方には、クリーンユニット１１８が設けられている。クリーンユニット１１８は、クリーンエアを筐体１０１の内部を流通させる。
【００１２】
筐体１０１の後部上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下方には、ボートエレベータ１２１が設けられている。ボートエレベータ１２１は、ウェハ２００を搭載したボート２１７を、処理炉２０２の内と外の間で昇降させる。ボート２１７は、ウェハ２００を水平姿勢で多段に保持する基板保持具である。ボートエレベータ１２１には、処理炉２０２の下端を塞ぐための蓋体としてのシールキャップ２１９が取り付けられている。シールキャップ２１９は、ボート２１７を垂直に支持する。
ボートエレベータ１２１とカセット棚１０９との間には、ウェハ２００を搬送するウェハ移載機１１２が設けられている。ボートエレベータ１２１の横には、処理炉２０２の下端を気密に閉塞するための炉口シャッタ１１６が設けられている。炉口シャッタ１１６は、ボート２１７が処理炉２０２の外にあるときに、処理炉２０２の下端を閉塞することができる。
【００１３】
ウェハ２００が装填されたカセット１００は、図示しない外部搬送装置からカセットステージ１０５に搬入される。さらに、カセット１００は、カセット搬送機１１５により、カセットステージ１０５からカセット棚１０９または予備カセット棚１１０に搬送される。カセット棚１０９には、ウェハ移載機１１２の搬送対象となるカセット１００が収納される移載棚１２３がある。ボート２１７に対してウェハ２００が移載されるカセット１００は、カセット搬送機１１５により移載棚１２３に移載される。カセット１００が移載棚１２３に移載されると、ウェハ移載機１１２により、移載棚１２３から降下状態のボート２１７に、ウェハ２００を移載する。
【００１４】
ボート２１７に所定枚数のウェハ２００が移載されると、ボートエレベータ１２１により、ボート２１７が処理炉２０２内に挿入され、シールキャップ２１９により、処理炉２０２が気密に閉塞される。気密に閉塞された処理炉２０２内では、ウェハ２００が加熱されると共に、処理ガスが処理炉２０２内に供給され、ウェハ２００に加熱等の処理がなされる。
ウェハ２００の処理が完了すると、上記した動作の逆の手順により、ウェハ２００は、ウェハ移載機１１２により、ボート２１７から移載棚１２３のカセット１００に移載され、カセット１００は、カセット搬送機１１５により、移載棚１２３からカセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により、筐体１０１の外部に搬出される。
ボート２１７が降下状態において、炉口シャッタ１１６は、処理炉２０２の下端を気密に閉塞し、外気が処理炉２０２内に巻き込まれるのを防止している。
【００１５】
［処理炉］
図１、図２に示されているように、本実施形態に係る縦型熱処理装置１０は、処理炉２０２を備えており、処理炉２０２は、石英製の反応管２０３を備えている。反応管２０３は、基板（本例ではウェハ２００）を収容し、加熱処理する反応容器である。反応管２０３は、加熱部（本例では抵抗ヒータ）２０７の内側に設けられている。反応管２０３は、その下端開口をシールキャップ２１９により、気密部材（図示せず）を介して気密に閉塞される。
ヒータ２０７、反応管２０３およびシールキャップ２１９により、処理炉２０２が形成されている。また、反応管２０３、及びシールキャップ２１９により、処理室２０１が形成されている。シールキャップ２１９の上には、基板保持部材（ボート）２１７が立設されている。ボート２１７は、処理炉２０２内に、処理炉２０２の下端開口から挿入される。ボート２１７には、バッチ処理される複数のウェハ２００が、それぞれ水平姿勢で管軸方向（垂直方向）に多段に積載される。ヒータ２０７は、処理炉２０２に挿入されたウェハ２００を、所定の温度に加熱する。
【００１６】
［ガス供給系］
図２に示すように、処理室２０１へ原料ガスを供給するガス供給系としてのＬ型ガスノズル２３２が、反応管２０３の側壁に設けられている。Ｌ型ガスノズル２３２の一端は、反応管２０３の下部を水平方向に貫通するように設けられ、図示しない原料ガス供給源から、流量制御手段としてのＭＦＣ(マスフローコントローラ)、及び開閉弁を介し、原料ガスが供給される。Ｌ型ガスノズル２３２に供給された原料ガスは、Ｌ型ガスノズル２３２の他端、又はＬ型ガスノズル２３２に設けられた複数の孔から、処理室２０１内に導入される。
【００１７】
反応管２０３内の中央部には、複数枚のウェハ２００を多段に同一間隔で載置するボート２１７が設けられており、このボート２１７はボートエレベータ機構１２１（図１参照）により反応管２０３に出入りできるようになっている。
【００１８】
［排気部］
処理室２０１には、処理室２０１内のガスを排気するガス排気管２３１の一端が接続されている。ガス排気管２３１の他端は、図示しない真空ポンプ（排気装置）にＡＰＣ（Auto  Pressure  Controller）バルブを介して接続されている。処理室２０１内は、真空ポンプによって排気される。
【００１９】
［ガスノズル］
次に、本発明の実施例に係るＬ型ガスノズル２３２の保持構造を、図３、図４を用いて説明する。図３は、本発明の実施例に係るノズル保持構造の垂直断面図である。図４は、本発明の実施例に係るノズル保持構造の斜視図である。
従来と同様に、図３において、Ｌ型ガスノズル２３２は、円筒状であり、反応管外部から反応管側壁１１を水平方向に貫通し、反応管２０３内部において、直角に屈曲した後、垂直方向に延伸している。すなわち、Ｌ型ガスノズル２３２は、処理室２０１下部を水平方向に貫通する水平部と、処理室２０１内において垂直方向に延伸する垂直部とを有する。反応管側壁１１には、Ｌ型ガスノズル２３２を保持するための、円筒形状の反応管ポート部１２が設けられている。反応管ポート部１２で、Ｌ型ガスノズル２３２の水平部を押さえることにより、Ｌ型ガスノズル２３２が、反応管側壁１１に固定、保持される。
【００２０】
本実施例においては、図３に示すように、反応管ポート部１２を、反応管２０３の内部（処理室内部）へ延長し、図４に示すように、その延長部を断面がＵ字型となるように、延長部の上部を削除するように形成して、ノズル押さえ取付部１３としている。このように、ノズル押さえ取付部１３は、処理室２０１の内壁に設けられている。ノズル押さえ取付部１３のＵ字型の側壁内面に溝２１を設け、該溝２１内に、ノズル押さえ部１４が挿抜可能に取り付けられる構造となっている。このように、ノズル押さえ部１４は、Ｌ型ガス導入ノズル１５の垂直部と、ボート２１７との間に設けられている。ノズル押さえ部１４により、Ｌ型ガスノズル２３２が、反応管側壁１１方向に押さえられ、処理室内側に引き込まれることを防止するようになっている。つまり、ノズル押さえ部１４は、Ｌ型ガスノズル２３２の垂直部が水平方向に傾かないように保持する。これにより、Ｌ型ガスノズル２３２がウェハ２００やウェハを搭載したボート２１７に接触することを防止することができる。
また、ノズル押さえ部１４には、貫通穴２２が設けられている。この貫通穴２２を用いることにより、ノズル押さえ部１４を溝２１に挿入、又は抜き出すことが容易となる。
【００２１】
なお、処理室２０１内の構成部品である反応管２０３、反応管ポート部１２、Ｌ型ガスノズル２３２等を石英等の非金属で製作し、処理室２０１内の金属露出を極限まで抑えるようにしている場合は、ノズル押さえ部１４も石英等の非金属で製作することで、金属露出を極限まで抑えた処理室２０１の状態を実現することが可能となる。
また、石英同士の接触面に、互いに同じ粗さの焼き仕上げを施したような場合には、４００〜５００℃の温度帯において加圧しなくても自重程度で石英同士の張り付き現象が生じる。よって、特に温度が高くなるような箇所に、ノズル押さえ部１４を設ける場合には、ノズル押さえ部１４には、反応管ポート部１２やＬ型ガスノズル２３２の表面の粗さと異なる粗さとなるよう、表面処理を施すようにする。例えば、反応管ポート部１２やＬ型ガスノズル２３２の表面の粗さよりも粗い表面処理を施すようにする。これにより、熱による石英同士の張り付きを防止することができる。石英表面の粗さ処理は、サンドブラスト処理等により行うことができる。
【００２２】
以上述べたように、本発明を用いることにより、処理室を減圧した場合や、ガス導入時のガス圧力によるＬ型ガスノズル等の内部引き込みを防ぎ、ウェハやウェハを搭載したボートとの接触を防止することができる。また、ノズル押さえ部を石英等の非金属材料で製作する場合は、金属露出を極限に抑えた処理室の状態を実現することが可能となる。また、ノズル押さえ部表面を、反応管ポート部表面の粗さと異なる粗さとなるよう、表面処理を施す場合は、ノズル押さえ部と反応管ポート部とが、熱により張り付くことを防止することができる。
【００２３】
なお、本発明は、Ｌ型ガスノズルに限らず、処理室内に設置するＬ型形状のＴＣ（熱電対）やディフューザ（発泡石英等により構成され、反応室内にガスを導入するノズル状のもの。導入するガスの流速の低下や、パーティクルの抑制等のために用いられる。）などにも適用できる。また、上記実施例では一重反応管構造の処理室を用いて説明したが、二重反応管構造処理室にも同様に適用可能である。
また、本発明は、前記実施例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に変更が可能であることはいうまでもない。
【００２４】
なお、本明細書には、次の発明が含まれる。すなわち、第１の発明は、
複数の基板を搭載したボートを収容し、基板に熱処理を行う処理室と、
前記処理室下部を水平方向に貫通する水平部と、前記処理室内において垂直方向に延伸する垂直部とを有するＬ型ガス導入ノズルと、
前記Ｌ型ガス導入ノズル垂直部と前記ボートとの間に設けられるノズル押さえ部と、
前記処理室内壁に設けられ、前記ノズル押さえ部が取り付けられるノズル押さえ取付部とを有することを特徴とする縦型熱処理装置。
このように縦型熱処理装置を構成すると、処理室を減圧した場合や、ガス導入時のガス圧力によるＬ型ガスノズルの内部引き込みを防ぎ、ウェハやウェハを搭載したボートとの接触を防止することができる。
【００２５】
第２の発明は、前記第１の発明における縦型熱処理装置であって、
前記ノズル押さえ部は非金属材料で構成され、その表面粗さが、前記Ｌ型ガス導入ノズルの表面粗さと異なることを特徴とする縦型熱処理装置。
このように縦型熱処理装置を構成すると、ノズル押さえ部とノズル押さえ取付部とが、熱により張り付くことを防止することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１０…縦型熱処理装置、１１…反応管側壁、１２…反応管ポート部、１３…ノズル押さえ取付部、１４…ノズル押さえ部、２１…溝、２２…穴、５１…反応管側壁、５２…反応管ポート部、５５…Ｌ型ガスノズル、２００…ウェハ、２０１…処理室、２０２…処理炉、２０３…反応管、２０７…ヒータ、２１７…ボート、２１９…シールキャップ、２３１…ガス排気管、２３２…Ｌ型ガスノズル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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