(57)【要約】    【課題】  ボート交換式の基板処理装置に於いて、炉口部に無用な空間が形成されることを防止し、ガスの巻込み、異物の混入を防止する。    【解決手段】  基板を収納し、処理する処理室と、該処理室に基板を搬入出する為の開口部４と、該開口部を閉塞する閉塞手段５と、前記処理室で基板を保持し、前記閉塞手段に載置される基板保持具７と、前記処理室から搬出された前記基板保持具を前記閉塞手段に対して着脱する着脱手段とを備え、前記開口部に該開口部の内径を狭める混入防止部材１５を設けた。    【選択図】          図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収納し、処理する処理室と、該処理室に基板を搬入出する為の開口部と、該開口部を閉塞する閉塞手段と、前記処理室で基板を保持し、前記閉塞手段に載置される基板保持具と、前記処理室から搬出された前記基板保持具を前記閉塞手段に対して着脱する着脱手段とを備え、前記開口部に該開口部の内径を狭める混入防止部材を設けたことを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウェーハ等の基板表面に於ける薄膜の生成、不純物の拡散、エッチング等の処理を行う基板処理装置、特に、２台以上の基板保持具が使用される基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板処理装置としては、基板を１枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置と、所要枚数一度に処理するバッチ式の基板処理装置とがあり、バッチ式の基板処理装置では、所要枚数の基板（以下ウェーハ）が、水平姿勢で多段に基板保持具（以下ボート）に装填され、基板保持具昇降手段（以下ボートエレベータ）によりボートが処理室内に装入され、ウェーハはボートに保持された状態で処理室に収納され、ウェーハが加熱されると共に処理ガスが導入され、所要の処理がなされる。
【０００３】
又、複数のボートを用い、一方のボートによりウェーハが処理されている時間を利用して、他方のボートに対し処理済ウェーハの払出し、未処理ウェーハの装填を行いスループットを向上させるボート交換式の基板処理装置がある。
【０００４】
ボート交換式の基板処理装置はボート交換装置を具備し、該ボート交換装置は１対の独立して回転するアームにより未処理ウェーハが装填されボート（以下処理ボート）と処理済みのウェーハが装填されたボート（以下処理済ボート）とを交換する様になっている。
【０００５】
図９は、縦型処理炉の概略を示しており、図９中、１は金属製のインレットフランジ、２は該インレットフランジ１に気密に立設された石英製の反応管を示し、前記インレットフランジ１には排気管３が接続されている。図１０は、前記インレットフランジ１を含まない縦型処理炉を示しており、前記排気管３は前記反応管２の下部に設けられている。尚、図９、図１０共に加熱装置は省略してある。以下、インレットフランジ１を含む縦型処理炉について説明する。
【０００６】
前記インレットフランジ１の下端開口は、炉口４を形成し、該炉口４はボートエレベータ（図示せず）によって昇降されるシールキャップ５により気密に閉塞され、前記インレットフランジ１、前記反応管２、前記シールキャップ５によって処理室６が画成される。
【０００７】
前記シールキャップ５にはボート７がボート交換装置（図示せず）によって載置される様になっており、前記シールキャップ５にはボート受け軸８が設けられ、該ボート受け軸８に前記ボート７がボート受台９を介して載置される様になっている。
【０００８】
図１１（Ａ）は、炉口部とボート交換装置との関連を示している。図１１（Ｂ）は、前記シールキャップ５が降下した状態を示しており、該シールキャップ５にはボート交換装置のアーム１１を介して前記ボート７が載置される。該ボート７は、前記アーム１１に保持された状態で前記シールキャップ５の上方迄移動され、更に前記アーム１１が降下することで、前記ボート７が前記ボート受台９を介して前記ボート受け軸８に支持される。その後、前記アーム１１が後退することでボートのシールキャップ５への移載が完了する。
【０００９】
前記アーム１１により前記シールキャップ５への前記ボート７の授受を行う為には、該ボート７の下方に前記アーム１１が進入、昇降、後退する為の空間が必要であり、前記ボート７が前記処理室６に収納された状態でも前記ボート７下面と前記シールキャップ５間には高さＨの空間１２が形成される。
【００１０】
炉口部に前記空間１２が形成されると、ガスの巻込み、異物の混入があり、パーティクルの要因となり、又異物によるウェーハの汚染の虞れが生じる。
【００１１】
この為、ボート交換式でない基板処理装置では、図１２に示す様に前記空間１２を占有する様な、混入防止部材１３を設けたり、或は図１３に示す様に前記ボート受け軸８を短くする等の対策が採られる。ところが、上記した様にボート交換式の基板処理装置では、前記アーム１１が進入、昇降、後退する為の空間が必要であり、前記混入防止部材１３を設けたり、又前記ボート受け軸８を短くすると、前記アーム１１が前記混入防止部材１３、前記ボート受台９等に干渉するという問題が生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は斯かる実情に鑑み、ボート交換式の基板処理装置に於いても炉口部に無用な空間が形成されることを防止し、ガスの巻込み、異物の混入を防止しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、基板を収納し、処理する処理室と、該処理室に基板を搬入出する為の開口部と、該開口部を閉塞する閉塞手段と、前記処理室で基板を保持し、前記閉塞手段に載置される基板保持具と、前記処理室から搬出された前記基板保持具を前記閉塞手段に対して着脱する着脱手段とを備え、前記開口部に該開口部の内径を狭める混入防止部材を設けた基板処理装置に係るものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、基板を収納し、処理する処理室と、該処理室に基板を搬入出する為の開口部と、該開口部を閉塞する閉塞手段と、前記処理室で基板を保持し、前記閉塞手段に載置される基板保持具と、前記処理室から搬出された前記基板保持具を前記閉塞手段に対して着脱する着脱手段とを備え、前記開口部に該開口部の内径を狭める混入防止部材を設けたので、前記基板保持具を前記処理室に装入した状態で、基板保持具より下方の間隙が小さくなり、ガスの巻込み、異物の混入が抑制されるという優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。
【００１６】
先ず、図１〜図５に於いて本発明が実施される基板処理装置について説明する。
【００１７】
尚、図１〜図５中、図９中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００１８】
基板処理装置２１は、直方体形状の筐体２２を備えている。該筐体２２の左側側壁の後部（左右前後は図２を基準とする。）にはクリーンユニット２３が設置されており、該クリーンユニット２３は前記筐体２２の内部にクリーンエアを供給する様になっている。該筐体２２の内部に於ける後部の略中央には熱処理ステージ２４が設けられ、該熱処理ステージ２４の左脇の前後には空のボートを仮置きして待機させる待機ステージ２５及び処理済ボートを仮置きして冷却する冷却ステージ２６が設けられている。
【００１９】
前記筐体２２内部の前部の略中央には基板移載ステージ２７が設定されており、その手前にはポッドステージ２８が設けられている。前記基板移載ステージ２７の左脇にはノッチ合せ装置２９が設置されている。以下、各ステージの構成について説明する。
【００２０】
図３及び図４に示されている様に、前記熱処理ステージ２４の上部には石英ガラス製で下端が開口した有天筒状の反応管２が、インレットフランジ１上に同心、且つ垂直に、気密に立設されている。前記反応管２、前記インレットフランジ１はウェーハを収納し、処理する処理室６を形成しており、前記インレットフランジ１の下端開口はボート７が装脱される炉口４を構成している。
【００２１】
前記インレットフランジ１の炉口４に臨接する部分に混入防止部材１５（図７参照）が内嵌される。該混入防止部材１５はボート受台９との間隙を狭めてガスの巻込み、異物の混入を防止するものであり、後述する。
【００２２】
前記反応管２の内径は収納するウェーハ、ボートの最大外径よりも大きくなる様に設定され、又前記反応管２の内壁面とウェーハ、ボートとの間には後述するガス導入管３１等が配設される。
【００２３】
前記インレットフランジ１の側壁には排気管３が前記処理室６に連通する様に接続されており、前記排気管３の他端は前記処理室６を所定の真空度に真空排気する為の真空排気装置（図示せず）に接続されている。
【００２４】
前記インレットフランジ１の側壁を貫通する様に前記ガス導入管３１が前記処理室６内に設けられている。前記ガス導入管３１は原料ガスや窒素ガス等のガスを供給する為のガス供給装置（図示せず）に接続され、前記ガス導入管３１より処理ガスが前記処理室６に導入される様になっている。
【００２５】
前記反応管２の外部には加熱装置３２が前記反応管２を囲繞する様に同心円に配設されており、前記加熱装置３２は前記筐体２２に垂直に支持されている。前記加熱装置３２は加熱部制御装置（図示せず）により前記処理室６を全体に亘って均一に加熱する様に構成されている。
【００２６】
前記反応管２の真下には、前記インレットフランジ１の下面に気密に当接し、前記炉口４を気密に閉塞する閉塞手段であるシールキャップ５が同心に配置されており、該シールキャップ５はボートエレベータ３３によって垂直方向に昇降される様になっている。前記シールキャップ５は中心線上にボート受け軸８を介して前記ボート７を垂直に載置する様に構成されている。
【００２７】
該ボート７は２台が交互に前記シールキャップ５に載せられて支持され、前記ボートエレベータ３３によって前記反応管２に装脱される様になっている。
【００２８】
前記ボート７は、石英製であり、ウェーハ３４を水平姿勢で、上下方向に所要ピッチで多段に保持する様になっている。前記ボート７の下部には断熱キャップ部３５が形成されており、該断熱キャップ部３５は前記ボート受け軸８を介して前記シールキャップ５に載置され、前記ボート受け軸８は前記断熱キャップ部３５の下面と前記シールキャップ５との間に後述するボート交換装置３６のアームが挿入、昇降する空間１２を形成する。
【００２９】
前記待機ステージ２５と前記冷却ステージ２６との間には前記ボート７を前記熱処理ステージ２４と前記待機ステージ２５及び前記冷却ステージ２６との間で移送する前記ボート交換装置３６が設けられている。
【００３０】
図５に示されている様に、前記ボート交換装置３６は、ボート着脱手段を具備する。該ボート着脱手段は、前記ボート受け軸８に干渉しない様、円弧形状に形成された第１アーム３７、第２アーム３８であり、前記第１アーム３７、前記第２アーム３８は第１回動部３９、第２回動部４０によって水平面内で約９０度ずつ往復回動可能であると共に第１昇降駆動部４２、第２昇降駆動部４３によって昇降可能となっている。
【００３１】
前記第１アーム３７、前記第２アーム３８は回動、昇降の協働によって前記ボート受け軸８の外側に挿入された状態で前記断熱キャップ部３５に下から係合することにより、前記ボート７全体を垂直に支持する様になっている。
【００３２】
前記待機ステージ２５には前記ボート７を垂直に支持する待機台４４が設置されており、前記第１アーム３７は前記ボート７を前記待機台４４と前記熱処理ステージ２４のシールキャップ５との間で移送する様に構成されている（図２参照）。前記冷却ステージ２６には冷却台４５が設置されており、前記第２アーム３８は前記ボート７を前記冷却台４５と前記熱処理ステージ２４のシールキャップ５との間で移送する様に構成されている。
【００３３】
前記クリーンユニット２３と対向する様に前記筐体２２の右隅には排気用ファン４６が設けられ、前記クリーンユニット２３から前記排気用ファン４６に向ってクリーンエア流れ４７が形成される様になっている。
【００３４】
前記基板移載ステージ２７は基板移載機４９を具備し、該基板移載機４９はウェーハ３４を前記ポッドステージ２８のポッド５０と前記待機ステージ２５の前記ボート７との間で基板を移載する様に構成されている。
【００３５】
前記基板移載機４９は、ウェーハ３４を下から支持するツィーザ４８を複数枚（本実施の形態に於いては５枚）備え、該ツィーザ４８は進退駆動部、回転駆動部、昇降駆動部によって進退、回転、昇降可能に支持され、前記基板移載機４９は前記ツィーザ４８の進退、回転、昇降可能の協働により、基板の移載が可能となっている。
【００３６】
前記ポッドステージ２８にはウェーハ３４を搬送する為のキャリア（基板搬送容器）としてのＦＯＵＰ（ｆｒｏｎｔ  ｏｐｅｎｉｎｇ  ｕｎｉｆｉｅｄ  ｐｏｄ  以下、ポッド５０）が１台ずつ載置される様になっている。
【００３７】
該ポッド５０は１つの面が開口した略立方体の箱形状に形成されており、開口部にはドア５１が着脱自在に装着されている。ウェーハ３４が前記ポッド５０に収納され、密閉状態で搬送されることで、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ェーハ３４の清浄度は維持することができる。
【００３８】
尚、前記ポッドステージ２８にはポッド５０のドア５１を開閉する為のドア開閉装置（図示せず）が設置されている。
【００３９】
図６は基板処理装置の制御システム５２を示すブロック図である。
【００４０】
図６に示されている制御システム５２はいずれもコンピュータによって構築されたメインコントローラ５８と複数のサブコントローラとによって構成されている。サブコントローラとしては、前記処理室６の温度を制御する温度制御サブコントローラ５３と、前記処理室６の圧力を制御する圧力制御サブコントローラ５４と、原料ガスやキャリアガス及びパージガス等のガス流量を制御するガス制御サブコントローラ５５と、各種のエレベータやボート交換装置及び基板移載機等の機械を制御する機械制御サブコントローラ５６とが構築されており、これらサブコントローラは前記メインコントローラ５８に制御ネットワーク５７によって接続されている。
【００４１】
前記メインコントローラ５８には表示手段及び入力手段としてのコンソール（制御卓）５９及びレシピ等を記憶する記憶装置６０が接続されている。前記コンソール５９はディスプレイとキーボード及びマウスとを備えており、ディスプレイにレシピの内容（項目名や制御パラメータの数値等）を表示すると共に、キーボードやマウスによって作業者の指令を伝達する様に構成されている。
【００４２】
以下、基板処理装置による基板処理について説明する。
【００４３】
複数枚のウェーハ３４を収納したポッド５０が前記ポッドステージ２８に供給され、第１ボート７Ａが前記待機台４４に前記ボート交換装置３６によって移載され、前記ポッドステージ２８のポッド５０からウェーハ３４が前記基板移載機４９によって前記第１ボート７Ａに移載される。
【００４４】
前記待機ステージ２５に於いて、指定枚数のウェーハ３４が前記第１ボート７Ａに装填されると、前記ボート交換装置３６の前記第１アーム３７によって前記第１ボート７Ａは前記待機ステージ２５から前記熱処理ステージ２４へ移送され、前記シールキャップ５の上に移載される。移載後、前記第１アーム３７は前記待機ステージ２５に戻る。
【００４５】
前記第１ボート７Ａは前記ボートエレベータ３３によって上昇されて前記処理室６に装入される。前記第１ボート７Ａが上限に達すると、前記シールキャップ５は前記インレットフランジ１の下面に密着し、前記炉口４を気密に閉塞する。
【００４６】
前記処理室６が閉塞されると、前記排気管３を介して排気装置によって前記処理室６が所定の真空度に真空排気され、前記加熱装置３２によって所定の処理温度（例えば、８００〜１０００℃）に亘って均一に加熱される。前記処理室６の温度が安定すると、前記ガス導入管３１を介して処理ガスが前記処理室６に所定の流量供給され、所定の成膜処理がなされる。
【００４７】
前記第１ボート７Ａに対する成膜処理の間に、第２ボート７Ｂが前記待機台４４の上に前記ボート交換装置３６によって移載され、前記ポッド５０のウェーハ３４が前記第２ボート７Ｂに前記基板移載機４９によって装填される。
【００４８】
前記反応管２での成膜処理が完了すると、前記ボートエレベータ３３によって前記第１ボート７Ａが引出される。処理直後の前記第１ボート７Ａ（保持されたウェーハ３４群を含む）は高温の状態になっている。
【００４９】
続いて、処理済みの高温状態の前記第１ボート７Ａは前記冷却ステージ２６へ、前記ボート交換装置３６の前記第２アーム３８により直ちに移載される。該第２アーム３８は処理済みの第１ボート７Ａの前記ボート受け軸８の外側に挿入して前記断熱キャップ部３５の係合部に下から係合することによって、処理済みの第１ボート７Ａを垂直に支持した状態で約９０度回動することにより、処理済みの第１ボート７Ａを前記熱処理ステージ２４のシールキャップ５の上から前記冷却ステージ２６の冷却台４５の上へ移送し載置する。
【００５０】
前記冷却ステージ２６は前記クリーンユニット２３から吹出される前記クリーンエア流れ４７の中にあり、高温状態の第１ボート７Ａは前記クリーンエア流れ４７によって極めて効果的に冷却される。
【００５１】
前記冷却台４５に於いて、例えば１５０℃以下に冷却された第１ボート７Ａは、前記ボート交換装置３６によって前記熱処理ステージ２４を経由して前記待機ステージ２５に移送される。即ち、前記ボート交換装置３６の前記第２アーム３８で前記第１ボート７Ａを前記冷却ステージ２６から前記熱処理ステージ２４へ移送し、次に、前記第１アーム３７が前記熱処理ステージ２４の第１ボート７Ａを前記待機台４４に移載する。
【００５２】
前記第１ボート７Ａが前記待機台４４に戻されると、前記基板移載機４９は前記待機台４４の第１ボート７Ａから処理済みのウェーハ３４を前記ポッドステージ２８のポッド５０に払出す。
【００５３】
全ての処理済みウェーハ３４がポッド５０に戻されると、前記待機台４４の上の第１ボート７Ａには、次に処理すべき未処理のウェーハ３４が前記基板移載機４９によって移載されて行く。
【００５４】
以降、前述した作用が第１ボート７Ａと第２ボート７Ｂとの間で交互に繰返されることにより、多数枚のウェーハ３４が基板処理装置によってバッチ処理されて行く。
【００５５】
次に、図７により、本発明が実施された炉口部１４について説明する。
【００５６】
図７（Ａ）中、図１１中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
【００５７】
前記インレットフランジ１の内面に混入防止部材１５を内嵌する。
【００５８】
該混入防止部材１５は短円筒状であって内径は、前記ボート受台９、又は前記ボート７の底板７ａ等の最大径部分より、前記ボート７の装脱が支障なく行えるだけの隙間Ｇが形成されるものとする。又、前記混入防止部材１５の上部、外周部は前記排気管３の流路を閉塞しない様に、前記インレットフランジ１内面との間に空間１６を形成する細径部１５ａとなっており、前記混入防止部材１５を設けたことによる排気抵抗の増加を抑制している。
【００５９】
尚、前記混入防止部材１５は前記インレットフランジ１に対し着脱可能としてもよい。又、前記混入防止部材１５は、前記インレットフランジ１の内面に前記ボート受台９等と干渉しない様に設けるものであるので、既存の処理炉にも適用可能である。
【００６０】
図７（Ｂ）は、前記第１アーム３７、前記第２アーム３８（以下第１アーム３７）との関係を示している。
【００６１】
前記第１アーム３７が、前記ボート受台９と前記シールキャップ５間に進入するのは、前記シールキャップ５が前記インレットフランジ１から脱し、降下した状態であり、前記混入防止部材１５を設けたことで、前記シールキャップ５に対する前記ボート７の移載動作に支障は生じない。
【００６２】
尚、前記混入防止部材１５の軸長（高さ）は、前記細径部１５ａを除いた高さ、即ち前記排気管３の開口に達しない高さとしてもよい。
【００６３】
前記混入防止部材１５を設けたことで、前記ボート受台９、前記ボート７との間隙が狭まり、ガスの巻込み、異物の混入が抑制される。
【００６４】
図８は他の実施の形態を示しており、図８（Ａ）はボート７が処理室６に挿入された状態、図８（Ｂ）はボート７が降下した状態を示している。他の実施の形態では、前記インレットフランジ１の形状を変更し、前記混入防止部材１５を前記インレットフランジ１に一体に成形したものである。即ち、前記混入防止部材１５は、前記インレットフランジ１の炉口４に臨接部分を肉厚として形成される。前記混入防止部材１５は、図７で示した場合と同様、前記炉口４の開口を狭め内径を小さくして前記ボート受台９、前記ボート７との間隙を小さくしたものである。
【００６５】
図８に示す、他の実施の形態でも、前記インレットフランジ１を交換することで、既存の処理炉に適用が可能である。
【００６６】
尚、本発明は、図１０で示したインレットフランジ１を具備しない、反応管２に対しても実施可能であることは言う迄もない。
【００６７】
（付記）
又、本発明は以下の実施の態様を含む。
【００６８】
（付記１）基板を処理する空間を形成する処理室と、該処理室に設けられた基板を搬入出する為の開口を気密に閉塞する閉塞手段と、前記処理室内で基板を保持し、前記閉塞手段に載置される基板保持手段と、前記処理室から搬出された前記基板保持手段を、前記閉塞手段に対して着脱する着脱手段とを備え、前記基板保持手段は、前記閉塞手段との間に前記着脱手段が挿入される間隙を形成した状態で、前記閉塞手段に載置され、前記処理室の開口側の内壁には、内側に突出する部分が設けられていることを特徴とする基板処理装置。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明が実施される基板処理装置概略斜視図である。
【図２】該基板処理装置の平断面概略図である。
【図３】該基板処理装置の立断面概略図である。
【図４】該基板処理装置のボートを降下した状態の立断面概略図である。
【図５】該基板処理装置のボート交換装置の斜視図である。
【図６】該基板処理装置の制御システムのブロック図である。
【図７】本発明に係る基板処理装置の炉口部の断面図であり、（Ａ）はボートが装入された状態、（Ｂ）はボートが降下された状態を示す。
【図８】本発明に係る基板処理装置の他の炉口部の断面図であり、（Ａ）はボートが装入された状態、（Ｂ）はボートが降下された状態を示す。
【図９】縦型処理炉の一例を示す概略断面図である。
【図１０】縦型処理炉の他の一例を示す概略断面図である。
【図１１】従来の基板処理装置の炉口部の断面図であり、（Ａ）はボートが装入された状態、（Ｂ）はボートが降下された状態を示す。
【図１２】従来の他の基板処理装置の炉口部の断面図である。
【図１３】従来の更に他の基板処理装置の炉口部の断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１              インレットフランジ
２              反応管
４              炉口
５              シールキャップ
６              処理室
７              ボート
８              ボート受け軸
９              ボート受台
１２            空間
１５            混入防止部材
２２            筐体
３３            ボートエレベータ
３４            ウェーハ
３６            ボート交換装置
３７            第１アーム
３８            第２アーム
４９            基板移載機
【図１】
2008227201.tif 000003
【図２】
2008227201.tif 000004
【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】
2008227201.tif 000009
【図８】
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【図９】
2008227201.tif 000011
【図１０】
2008227201.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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