(57)【要約】【課題】  蓋体の破損を生じることがない蓋体の位置決め構造を提供する。【解決手段】  基板保持具に保持された基板の処理を行う処理室と、該処理室を形成し、底部に開口部を有する反応容器と、該反応容器の外周に配置され前記処理室の内部を加熱する加熱手段と、前記反応容器の開口部を閉鎖するとともに、外周側面の一部に形成される位置決め部と、底面中心部に形成される第１嵌合部とを備えた第１の蓋体と、該第１の蓋体よりも熱膨張率の大きい材質で形成されるとともに、前記第１の蓋体の前記第１嵌合部に回転自在に嵌め合わされる第２嵌合部を備え、前記第１の蓋体を支持する第２の蓋体と、該第２の蓋体に設置され、前記位置決め部と相対する位置に配設される前記第１の蓋体よりも弾性力の大きい材質で形成される位置ずれ防止部材とを備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板保持具に保持された基板の処理を行う処理室と、
該処理室を形成し、底部に開口部を有する反応容器と、
該反応容器の外周に配置され前記処理室の内部を加熱する加熱手段と、
前記反応容器の開口部を閉鎖するとともに、外周側面の一部に形成される位置決め部と、底面中心部に形成される第１嵌合部とを備えた第１の蓋体と、
該第１の蓋体よりも熱膨張率の大きい材質で形成されるとともに、前記第１の蓋体の前記第１嵌合部に回転自在に嵌め合わされる第２嵌合部を備え、前記第１の蓋体を支持する第２の蓋体と、
該第２の蓋体に設置され、前記位置決め部と相対する位置に配設される前記第１の蓋体よりも弾性力の大きい材質で形成される位置ずれ防止部材とを備える基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、縦型の反応室内で半導体基板の処理を行う基板処理装置に関し、特に、反応室を開閉するための蓋体の位置決め機構を有する縦型の基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
縦型の反応室を有する基板処理装置としては、例えば、縦型炉を具備した熱処理装置などが知られている（例えば、特許文献１参照）。この熱処理装置は、反応管、均熱管、及びヒータが同心状に設けられ、反応管内部で基板に熱処理が施されるように構成された装置であって、反応管と均熱管との間に第１空間が形成され、かつ均熱管とヒータとの間に第２空間が形成されていて、第１空間に冷却ガスを供給して均熱管の上端より排出すると共に、ヒータの外周囲から第２空間に冷却ガスを供給してヒータの上端より排出するように構成されている。これによって、熱容量の小さい反応管が冷却ガスによって直接冷却されるので、基板に対する冷却効果が大きく、かつ反応管と共に均熱管を同時に直接冷却するので、大きな降温速度が得られる。さらに、均熱管を外部から補充的に冷却するので、冷却の形態を任意に選択することができる。例えば、反応管の上部を部分的に冷却して降温時における熱分布を均一にすることなどができる。
【０００３】
図９は、一般的な縦型の反応炉の概略的な構成図である。図１０は、第１の蓋体５及び第２の蓋体６部分を示す斜視図、図１１は、第１の蓋体５及び第２の蓋体６部分の断面図である。
図９に示すように、反応炉１０は、垂直に設けられたヒータ１の内部に石英からなる反応管２が設けられている。また、反応管２の内部には基板（ウェハ）を保持するボート３と、ボート３を支持するボート支持体４とが設けられている。さらに、ボート支持体４の下部には第１の蓋体５と第２の蓋体６とが設けられている。第１の蓋体５には石英などの材料が使用され、第２の蓋体６にはＳＵＳ（ステンレス）などの材料が使用されている。また、第１の蓋体５と第２の蓋体６は、例えば、第２の蓋体６に設けられる２本の位置決め用のピン７０ａ，７０ｂが第１の蓋体に形成される２つの位置決め用のピン穴７２ａ，７２ｂに挿入されることによって第１の蓋体５及び第２の蓋体６の中心と回転方向の位置決めが行われている。
【特許文献１】特開２００２−１６４２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、図９に示すような一般的な縦型の反応炉においては、反応管２の内部の基板は１２００℃程度の高温プロセスで処理が行われているため、蓋体の位置の温度は１００℃〜５００℃程度となり、このような温度領域では殆んど熱変形しない石英製の第１の蓋体５に比べて、ＳＵＳ製の第２の蓋体６はかなり大きく熱変形する。このため、第１の蓋体５の位置決めを行うための位置決め用のピン穴７２ａ（または、ピン穴７２ｂ）と、熱により膨張した第２の蓋体６に固定された位置決め用のピン７０ａ（または、ピン７０ｂ）とが接触し、第２の蓋体６の膨張力により第１の蓋体５を破損させてしまうなどの不具合が生じる場合がある。
【０００５】
また、前述の特許文献１に開示されているような熱処理装置においても、大きな降温速度で各部分に温度勾配が生じる過程において、蓋体の位置決めを行うピンとピン穴の壁面との間に蓋体それぞれの材料の熱膨張係数の違いによって生じる応力が作用して、ピンや蓋体を破損させてしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、反応炉の蓋体の部分における熱変形を考慮した蓋体の位置決め機構を有する基板処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するため、本発明における基板処理装置は、基板保持具に保持された基板の処理を行う処理室と、該処理室を形成し、底部に開口部を有する反応容器と、該反応容器の外周に配置され前記処理室の内部を加熱する加熱手段と、前記反応容器の開口部を閉鎖するとともに、外周側面の一部に形成される位置決め部と、底面中心部に形成される第１嵌合部とを備えた第１の蓋体と、該第１の蓋体よりも熱膨張率の大きい材質で形成されるとともに、前記第１の蓋体の前記第１嵌合部に回転自在に嵌め合わされる第２嵌合部を備え、前記第１の蓋体を支持する第２の蓋体と、該第２の蓋体に設置され、前記位置決め部と相対する位置に配設される前記第１の蓋体よりも弾性力の大きい材質で形成される位置ずれ防止部材と、を備えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の基板処理装置によれば、第１の蓋体と第２の蓋体の中心の位置決めを、第１の蓋体に形成した第１嵌合部と第２の蓋体に形成した第２嵌合部とにより行い、第１の蓋体と第２の蓋体の回転方向の位置決めを第１の蓋体の外周部の一部に形成した位置決め部と、第２の蓋体に形成した位置ずれ防止部材とにより行うことができる。このように、回転方向の位置決めを第１の蓋体の外周部で行うことができるため、第１の蓋体が第２の蓋体の膨張力の影響を受けずに済み、第１の蓋体の破損を防止することができる。また、従来のように位置決めピンを設ける必要がないため、熱により位置決めピンが膨張して、この膨張力により第１の蓋体を破損するということがない。
【０００９】
また、第１の蓋体と第２の蓋体との中心及び回転方向の位置決めを行うことができるため、第１の蓋体が回転し、第２の蓋体との間でこすれが生じ、これによりパーティクルが発生し、ウェハにパーティクル汚染を誘発することもない。
さらには、第１の蓋体の破損を防止することができるため、これによるパーティクルの発生やガス漏れなどを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態において、半導体装置の製造方法における基板処理工程を実施する基板処理装置の実施の形態について詳細に説明するが、本発明に適用される基板処理装置の全体構成について、縦型酸化拡散処理炉を例に挙げて説明する。
【００１１】
図１は、本発明に適用される縦型酸化拡散処理炉の構成図である。この縦型酸化拡散処理炉は均熱管のある拡散処理炉であり、３００〜１２００℃未満での熱処理として使用される拡散処理炉である。図１において、均熱管２０６は、例えばＳＩＣ等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞され、かつ下端に開口を有する円筒状の形態である。例えば石英（ＳｉＯ2）等の耐熱性材料からなる反応容器（以下、反応管２０３）は、下端に開口を有する円筒状の形態を有し、均熱管２０６内に同心円状に配置されている。反応管２０３の下部には例えば石英からなるガス供給管２３２と排気管２３１が連結されている。ガス供給管２３２と連結する導入口２３４は、反応管２０３下部から反応管２０３の側部に添って例えば細管状に立ち上がり、天井部で反応管２０３内部に連通している。
【００１２】
排気管２３１は反応管２０３の排気口２３５に接続されている。供給されるガスはガス供給管２３２から反応管２０３の天井部を介して内部に流れ、反応管２０３の下部に接続された排気管２３１から排気される。ガス供給管２３２は、ガス流量制御部３０２が制御するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１、または水分発生器（図示せず）に連結されている。ＭＦＣ２４１はガス流量制御部３０２に接続されていて供給するガスまたは水蒸気（Ｈ2Ｏ）の流量を所定の量に制御する。
【００１３】
反応管２０３の排気口２３５には、圧力調節器（例えばＡＰＣ２４２）に連結されたガスの排気管２３１が接続されている。ＡＰＣ２４２は反応管２０３内の圧力を所定の圧力に制御する。ＡＰＣ２４２は、圧力検出手段（以下圧力センサ２４５）によって検出された検出圧力に基づいて圧力制御部３０３によって制御される。
【００１４】
反応管２０３の下端開口部には、例えば石英からなる第１の蓋体としての円盤状の保持体（以下ベース２５７）が、Ｏリング２２０を介して気密シール可能に着脱自在に設けられ、ベース２５７は第２の蓋体としての円盤状の蓋体（以下シールキャップ２１９）の上側に取付けられている。また、シールキャップ２１９には、回転手段（以下回転軸２５４）が連結されており、回転軸２５４がキャップ受け２９０を介して、保持体（以下石英キャップ２１８）及び基板保持手段（以下ボート２１７）、ボート２１７上に保持されている基板（以下ウェハ２００）を回転させる。また、シールキャップ２１９は昇降手段（以下ボートエレベータ１１５）に連結されていて、ボート２１７を昇降させる。回転軸２５４、及びボートエレベータ１１５は駆動制御部３０４により駆動制御される。
【００１５】
均熱管２０６の外周には加熱手段（以下ヒータ２０７）が同心円状に配置されている。ヒータ２０７は、温度検出手段（輻射温度計２６３）により検出された温度に基づいて、反応管２０３内の温度を所定の処理温度にするように温度制御部３０１によって制御される。また、温度検出手段２６３としては、輻射温度計と保護カバーが用いられている。これにより、均熱管からの赤外線のみを検出することが可能になる。
【００１６】
次に、図１に示す縦型酸化拡散処理炉による酸化、拡散処理の方法の一例を説明する。まず、ボートエレベータ１１５によってボート２１７を下降させる。そして、ボート２１７に複数枚のウェハ２００を保持する。続いて、ヒータ２０７によって加熱しながら反応管２０３内の温度を所定の処理温度にする。ガスの供給管２３２に接続されたＭＦＣ２４１により予め反応管２０３内を不活性ガスで充填しておき、ボートエレベータ１１５によってボート２１７を上昇させて反応管２０３内に移し、反応管２０３の内部温度を所定の処理温度に維持する。例えば予め反応管２０３の内部温度と輻射温度計２６３の検出する温度との相関関係を求めておき、偏差を補正するようにして制御してもよい。
【００１７】
反応管２０３内を所定の圧力に保った後、回転軸２５４がキャップ受け２９０を介してボート２１７及びボート２１７上に保持されているウェハ２００を回転させる。同時に、ガスの供給管２３２から処理用のガスを供給するか、または水分発生器から水蒸気を供給する。供給されたガスは反応管２０３内を下降してウェハ２００に対して均等に供給される。酸化・拡散処理中の反応管２０３内は排気管２３１を介して排気され、所定の圧力になるようにＡＰＣ２４２により圧力が制御され、所定時間に亘って酸化・拡散処理が行われる。
【００１８】
このようにして酸化・拡散処理が終了すると、次のウェハ２００の酸化・拡散処理に移るために、反応管２０３内のガスを不活性ガスに置換すると共に圧力を常圧にする。その後、ボートエレベータ１１５によりボート２１７を下降させて、ボート２１７及び処理済のウェハ２００を反応管２０３から取り出す。反応管２０３から取り出されたボート２１７上の処理済のウェハ２００は、未処理のウェハ２００と交換され、再び前述と同様にして反応管２０３内に上昇され、酸化・拡散処理が行われる。
【００１９】
（第１の実施の形態）
次に、本発明の特徴である基板処理装置における反応炉の蓋体が熱で変形しても、蓋体が破損しないような機構について説明する。ここで、蓋体は図１に示したシールキャップ２１９に対応している。図２は本発明に適用される蓋体の構成を示す分解斜視図、図３は図２の蓋体を上方から見た平面図、図４は蓋体の概略断面図、図５は位置決め部及び位置ずれ防止部を示す部分断面図、図６はキーを示す斜視図（ａ）、第１の蓋体５を示す斜視図（ｂ）、第１の蓋体５を示す側面断面図（ｃ）である。
【００２０】
図２及び図３に示すように、第１の蓋体５は従来と同様に石英などの材料で形成されており、これの外周面の一部にＤカット部が形成され、これにより位置決め部５ａが構成される。また、図４に示すように、第１の蓋体５の底面中心部には、中心部の位置決めを行う凸部（第１嵌合部）５ｂが形成されている。一方、第２の蓋体６は、第１の蓋体５よりも熱膨張率の大きい材質、例えば従来と同様にＳＵＳ（ステンレス）などの材料で形成されており、第１の蓋体５を支持する。
【００２１】
第２の蓋体６には、第１の蓋体５の位置決め部５ａに相対する位置に、第１の蓋体５よりも弾性力の大きい材質である図２〜５、図６（ａ）で示されるような樹脂製部品（例えばＰＴＦＥ製）のキー（位置ずれ防止部材）７が配設されているとともに、図２〜図５、図６（ｂ）、（ｃ）で示されているように、第１の蓋体５の凸部５ｂと相対する位置に凸部５ｂと回転自在に嵌合可能な凹部６ａが形成されている。
【００２２】
なお、第２の蓋体６に対するキー７の配設位置は、好適には、作業性が良く目視確認が容易なメンテナンス扉側に設けるのがよいが、この位置に特に限定されるものではない。
【００２３】
図４及び図５に示されるように、第１の蓋体５と第２の蓋体６とを閉じた状態において、位置決め部５ａとキー７とが当接することにより回転が拘束され、第１の蓋体５と第２の蓋体６との回転方向の位置決めが行われる。また、同時に、凸部５ｂと凹部６ａとが嵌合して第１の蓋体５と第２の蓋体６との中心の位置決めが行われるとともに、第２の蓋体６が第１の蓋体５を支持する。
【００２４】
(第２の実施の形態)
図７は、第２の実施の形態のキー７を示す斜視図（ａ）、第１の蓋体５を示す斜視図（ｂ）、第１の蓋体５を示す側面断面図（ｃ）である。図８は、第１の実施の形態の図５と同様に位置決め部及び位置ずれ防止部を示す部分断面図である。
なお、第２の実施の形態は、第１の蓋体５及び第２の蓋体６の回転方向への位置決め機構以外は第１の実施の形態と同様の構成を有するため、回転方向への位置決め機構のみ説明するものとする。
【００２５】
第１の蓋体５の外周部には、これの外径方向へ突出する突起が形成され、位置決め部５ａを構成している。一方、第２の蓋体６の位置決め部５ａと相対する位置には、第１の蓋体５方向に突出する突出部７ａを有するキー７が配設されており、キー７は、第１の実施の形態と同様に第１の蓋体５よりも弾性力の大きい材質である樹脂製部品（例えばＰＴＦＥ製）で構成されている。
【００２６】
図８に示されるように、第１の蓋体５と第２の蓋体６とを閉じた状態において、位置決め部５ａがキー７の突出部７ａに当接することにより回転が拘束され、第１の蓋体５と第２の蓋体６との回転方向の位置決めが行われる。なお、第１の蓋体５と第２の蓋体６との中心の位置決めは、第１の実施の形態に示したように凸部と凹部とが嵌合することにより行われる。
【００２７】
また、基板保持具であるボート支持体４の底部は、ボート３の底部であっても良いし、石英キャップや断熱板ホルダの底部であっても良い。それらの石英キャップや断熱板ホルダの底部に設けられた第１の蓋体の外周部に位置決め部を、また底部に第１嵌合部をそれぞれ形成してもよい。
【００２８】
また、図９に示すようなボート３や第１の蓋体５及び第２の蓋体６（シールキャップ）に加えて、図１に示すように円盤状の蓋体（シールキャップ）２１９とは別のキャップ受け２９０に載せるタイプの反応炉（拡散処理炉）を備えた基板処理装置であっても、シールキャップ２１９にキーを設けるとともに、第２嵌合部を形成し、ベース２５７で第１の蓋体を形成し、位置決め部及び第１嵌合部をそれぞれ形成することにより本発明を適用することができる。尚、キャップ受け２９０にキーを設けるとともに第２嵌合部を形成し、石英キャップ２１８の底部で第１の蓋体を形成し、位置決め部及び第１嵌合部をそれぞれ形成することにより、本発明を適用しても良い。
【００２９】
さらに、図９に示すようなボート３や第１の蓋体５及び第２の蓋体６（シールキャップ）に加えて、例えば、同一出願人による特開２００３−１００７３０号公報の基板処理装置のように、キャップを設けずにロングボート形状として、直接、蓋体や受け台に載せるタイプの基板処理装置でも本発明を適用することができる。
【００３０】
また、本発明は以下のような構成とすることもできる。すなわち、
基板保持具に保持された基板の処理を行う処理室と、
該処理室を形成し、底部に開口部を有する反応容器と、
該反応容器の外周に配置され前記処理室の内部を加熱する加熱手段と、
前記反応容器の開口部を閉鎖するとともに、略円盤形状の形状を有しており、外周側面の一部に形成される位置決め部と、底面中心部に形成される円筒形状の突起部とをそれぞれ備えた第１の蓋体と、
ステンレス製の材質で形成されるとともに、前記第１の蓋体の突起部に回転自在に嵌め合わされる円筒形状の凹部もしくは孔部を備え、前記第１の蓋体を支持する第２の蓋体と、
該第２の蓋体に設置され、前記位置決め部と相対する位置に配設されるフッ素系樹脂製の材質で形成される位置ずれ防止部材と、
を備える基板処理装置。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に適用される縦型酸化拡散処理炉の構成図である。
【図２】本発明に適用される蓋体の部分の構成を示す分解斜視図である。
【図３】第１の蓋体の平面図である。
【図４】蓋体の部分の断面図である。
【図５】位置決め部及び位置ずれ防止部を示す部分断面図である。
【図６】（ａ）はキーを示す斜視図であり、（ｂ）は第１の蓋体５を示す斜視図であり、（ｃ）は第１の蓋体５を示す側面断面図である。
【図７】（ａ）は第２の実施の形態のキー７を示す斜視図であり、（ｂ）は第１の蓋体５を示す斜視図であり、（ｃ）は第１の蓋体５を示す側面断面図である。
【図８】位置決め部及び位置ずれ防止部を示す部分断面図である。
【図９】一般的な縦型の反応炉の概略的な構成図である。
【図１０】第１の蓋体及び第２の蓋体を示す斜視図である。
【図１１】第１の蓋体及び第２の蓋体を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  ヒータ（加熱手段）
２、２０３  反応管（処理室、反応容器）
５  第１の蓋体
５ａ  位置決め部
５ｂ  凸部（第１嵌合部）
６  第２の蓋体
６ａ  凹部（第２嵌合部）
７  キー(位置ずれ防止部材)
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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