(57)【要約】【課題】気密室内の温度が変化しても、ボート（処理基板）の位置を正確に把握し、基板移載機による正確な処理基板の搬送が行えるようにする。【解決手段】基板を収容し処理する反応室と、前記基板を保持するボートと、前記ボートを支持するボート支持手段と、前記ボートを前記ボート支持手段と共に昇降し、前記ボートを反応室に挿入するボートエレベータとを有する半導体製造装置であって、非接触で距離を測定する距離測定手段を装置に対して固定し、前記距離測定手段を用いて前記距離測定手段とボート支持手段との距離を測定し、測定した距離から前記ボートの位置を検知するようにした。  【選択図】    図１
2005150585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容し処理する反応室と、
前記基板を保持するボートと、
前記ボートを支持するボート支持手段と、
前記ボートを前記ボート支持手段と共に昇降させるボートエレベータと
を有する半導体製造装置であって、
非接触で距離を測定する距離測定手段を装置に対して固定し、
前記距離測定手段を用いて前記距離測定手段とボート支持手段との距離を測定し、測定し
た距離から前記ボートの位置を検知するようにしたこと
を特徴とする半導体製造装置
【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半導体基板に薄膜の生成、不純物の拡散、エッチング等所
要の処理を行い半導体デバイスを製造する半導体製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高清浄度が要求される処理に対応する半導体製造装置では、反応室下方に反応室への大気
の浸入を防止する為の気密室を有し、該気密室を真空状態とし、或は不活性ガス雰囲気と
して反応室への基板の装入、引出しを行っている。
【０００３】
図４により、気密室を具備した従来の半導体製造装置について説明する。
【０００４】
反応炉１は反応管２、該反応管２を囲繞するヒータユニット３から成り、前記反応管２の
下方には気密室４が気密に連設されている。
【０００５】
該気密室４内部にはボートエレベータ５が設けられている。該ボートエレベータ５は鉛直
方向に延びるガイドシャフト６、ボール螺子７を具備し、該ガイドシャフト６、ボール螺
子７は下基板８、上基板９により支持され、前記ボール螺子７の上端は前記気密室４の天
井を気密に貫通し、前記ボール螺子７の突出端には昇降モータ１１が連結されている。前
記ガイドシャフト６に摺動自在に嵌合し、前記ボール螺子７に螺合する昇降台１２には昇
降座１３が設けられ、該昇降座１３にはボート回転装置１４が取付けられている。
【０００６】
該ボート回転装置１４はボート受台１５を回転自在に支持し、該ボート受台１５にはボー
ト１６が載置される。該ボート１６はウェーハ等の被処理基板１７を水平姿勢で多段に保
持するものであり、該被処理基板１７は前記反応管２内で前記ボート１６に保持された状
態で処理される。尚、前記反応管２と気密室４とは炉口１８を介して連通し、該炉口１８
は前記昇降座１３又は炉口蓋（図示せず）により気密に閉塞可能となっている。
【０００７】
前記ボート１６には該ボート１６の降下状態で、前記気密室４の側面に設けた基板搬送口
１９から図示しない基板移載機により被処理基板１７が移載される様になっており、前記
基板搬送口１９はゲート弁２１により気密に閉塞される様になっている。
【０００８】
基板を処理する場合は、前記気密室４内を真空、或は不活性ガス雰囲気とし、図示しない
炉口蓋を開き、前記昇降モータ１１を駆動することで、前記ボートエレベータ５により前
記ボート１６が前記反応管２内に装入される。即ち、前記ボール螺子７が回転され、前記
昇降台１２、昇降座１３、ボート受台１５を介して被処理基板１７を保持した前記ボート
１６が上昇され、前記反応管２内に前記ボート１６が装入される。
【０００９】
該ボート１６が前記反応管２内に完全に装入されると、前記炉口１８は前記昇降座１３に
より気密に閉塞される。
【００１０】
前記反応管２内が前記ヒータユニット３により加熱され、反応ガスが導入されて前記被処
理基板１７に所要の処理が成される。処理が行われている間、前記ボート回転装置１４に
より前記ボート受台１５を介して前記ボート１６が回転される。該ボート１６の回転によ
り前記被処理基板１７面内での処理状態が均一化する。
【００１１】
処理が完了すると、前記ボートエレベータ５により前記ボート１６が降下され、前記炉口
１８が図示しない炉口蓋で閉塞されると、前記気密室４内がガスパージされ、所要の雰囲
気となったところで前記ゲート弁２１が前記基板搬送口１９を開き、図示しない基板移載
機により処理済の基板が搬出される。未処理基板が再び前記ボート１６に移載され、処理
が続行される。
【００１２】
前記気密室４は前記反応管２内（反応室）に大気の浸入、即ち基板処理に於いて有害な物
質が反応室に浸入することを防止する目的で設けられている。
【００１３】
上記した様に、前記ボート１６は前記ボートエレベータ５により前記反応管２に装入、引
出しされ、又処理中は前記ボート１６は前記ボート回転装置１４により前記反応管２内で
回転される。
【００１４】
上記した従来の半導体製造装置では前記ボートエレベータ５、ボート回転装置１４はそれ
ぞれ前記気密室４内に設けられ、前記ガイドシャフト６、ボール螺子７は前記気密室４内
に露出している。斯かるガイドシャフト６、ボール螺子７には潤滑の為、グリース等の潤
滑剤が塗布されている。又、前記ボート回転装置１４はモータ等の発動機を有しており、
該発動機に対して給電する為のケーブルが前記気密室４内に配線されている。
【００１５】
高清浄下では、前記潤滑剤の蒸気、ケーブルの被覆材から発生する蒸気も有害物質となり
、更に前記ボール螺子７が回転することで、又前記昇降台１２が昇降することで、有機汚
染物質が飛散する。斯かる有機汚染物質が前記被処理基板１７に付着した場合は、膜成長
不良の原因となる。
【００１６】
又、加熱されたボート１６、処理後の余熱を持っているボート１６を前記気密室４内に降
下（待避）させた場合、該気密室４内部の温度が上昇し、前記有機汚染物質の蒸発量が多
くなり、基板に汚染物質が付着する可能性が一層高くなるという問題があった。
【００１７】
この為、処理後反応管２内の温度が１００℃以下になる迄冷却し、前記ボート１６の温度
が充分に下がってから、前記気密室４内に引出す場合もあった。然し、この場合、前記反
応管２内部の温度、ボート１６の温度が下がる迄の冷却時間が長く、スループットが低下
するという問題があった。
【００１８】
この問題を解決するため、図３に示すような構成を有する基板処理装置が提案された（特
許文献１参照）。即ち、反応室に気密室４を連設し、ボートエレベータ５を前記気密室４
の外部に設けて、前記ボートエレベータ５が支持した昇降シャフト２４を前記気密室４内
に遊貫させる。そして、その貫通孔５１をベローズ２５で気密にシールすることで、前記
気密室４内の雰囲気とボートエレベータ５の雰囲気とを隔離し、ガイドシャフト６やボー
ル螺子７からの発生する汚染物質が気密室４内、ひいては反応室内に侵入するのを防止し
ている。また、前記昇降シャフト２４を介して昇降座３５が昇降可能に支持され、該昇降
座３５の上側に前記ボート１６が載置されるボート受台１５を回転可能に設け、下側に前
記気密室４と隔離した空間を形成し、前記ボート受台１５を回転するボート回転モータ３
１を前記空間に収納されるように設ける。そして、前記空間内にケーブル３７を挿入する
ようにすることで、前記ケーブル３７の被覆から発生する蒸気が前記気密室４、ひいては
反応室に侵入しないようにしている。
【特許文献１】特開２００２−２８９６００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
図３に示すような装置構成では、汚染源が気密室４から隔離されているので、基板処理後
、反応管２、ボート１６が高温状態であっても、ボート１６を気密室４内に降下すること
ができ、温度の低い気密室４で冷却させることによりボート１６の冷却速度を短縮するこ
とができる。しかしながら、高温状態のボート１６を気密室４内に降下させるため、前記
気密室４、及び昇降シャフト２４の温度が上昇する。昇降シャフト２４の温度が上昇する
と熱膨張によりその長さが長くなるが、昇降シャフト２４は、気密室４の上方にある昇降
台１２からボート１６の下端部に渡って延在しているためその全長は長く、熱膨張による
昇降シャフト２４の長さの変化量は大きい。従来の半導体製造装置では、ボート１６の現
在位置やボート１６の停止位置は、ボート１６から遠く離れた昇降台１２の位置から逆算
した値をもとに決めているため、昇降台１２の位置が同じであっても、基板処理前（常温
時）と基板処理後（昇温時）のボート位置（即ち、処理基板１７の載置位置）は、昇降シ
ャフト２４の熱膨張により大きく変化する。従って、基板移載機により処理済みの処理基
板を気密室４から搬出するとき、基板移載機がボートに接触してボートを倒したり、基板
移載機が処理基板に接触して処理基板を破損させるという問題がある。この問題を解決す
るために、反応室にてボート１６及び処理基板１７が十分に冷却されるまで、ボート１６
を降下させないという方法も考えられるが、処理後の反応室は高温状態であると共に、反
応室の熱容量は大きい（断熱性が高い）ので、ボート１６及び処理基板１７の温度が十分
に低下するのに多くの時間がかかる（スループットの低下）。従って、気密室４（昇降シ
ャフト２４）の温度に依存せずに、ボートの位置を正確に測定する必要がある。
【００２０】
本発明は斯かる実情に鑑み、気密室内の温度が変化しても、ボート１６（処理基板１７）
の位置を正確に把握し、基板移載機による正確な処理基板の搬送が行えるようにするもの
である。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、基板を収容し処理する反応室と、前記基板を保持するボートと、前記ボートを
支持するボート支持手段と、前記ボートを前記ボート支持手段と共に昇降し、前記ボート
を反応室に挿入するボートエレベータとを有する半導体製造装置であって、非接触で距離
を測定する距離測定手段を装置に対して固定し、前記距離測定手段を用いて前記距離測定
手段とボート支持手段との距離を測定し、測定した距離から前記ボートの位置を検出する
ようにしたことを特徴とする半導体製造装置に係るものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、基板を収容し処理する反応室と、前記基板を保持するボートと、前記ボ
ートを支持するボート支持手段と、前記ボートを前記ボート支持手段と共に昇降し、前記
ボートを反応室に挿入するボートエレベータとを有する半導体製造装置であって、非接触
で距離を測定する距離測定手段を装置に対して固定し、前記距離測定手段を用いて前記距
離測定手段とボート支持手段との距離を測定し、測定した距離から前記ボートの位置を検
出するようにしたので、ボートの位置を正確に取得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００２４】
図１、図２中、図３，図４中で示したものと同等のものには同符号を付し説明を省略する
。又、図１はボートの待避状態、図２は図１における距離測定手段付近の拡大図を示して
いる。
【００２５】
気密室４の外面に下基板８が設けられ、該下基板８に立設したガイドシャフト６の上端に
上基板９が設けられ、前記下基板８と上基板９間に掛渡してボール螺子７が回転自在に設
けられる。該ボール螺子７は前記上基板９に設けられた昇降モータ１１により回転される
。前記ガイドシャフト６には昇降台１２が昇降自在に嵌合し、該昇降台１２は前記ボール
螺子７に螺合している。
【００２６】
半導体製造装置が複数台配置される場合には、基板搬送口１９を有する側面と隣接する側
面側に配置されていくので、該基板搬送口１９の対面壁はメンテナンスの為開放可能に作
られるので、その場合、前記下基板８は基板搬送口１９を有する側面と隣接する側面に設
ける。
【００２７】
前記昇降台１２には中空の昇降シャフト２４が垂設され、前記昇降台１２と昇降シャフト
２４の支持部は気密となっている。該昇降シャフト２４は前記気密室４の天板４ａを遊貫
し、前記気密室４の底面近くに到達する。前記昇降シャフト２４の貫通部は該昇降シャフ
ト２４の昇降動に対して接触することがない様充分な余裕があり、又前記気密室４と前記
昇降台１２間には前記昇降シャフト２４の突出部を覆うベローズ２５が気密に設けられ、
該ベローズ２５は前記昇降台１２の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有し、前記ベロー
ズ２５の内径は前記昇降シャフト２４の外形に比べ充分に大きく前記ベローズ２５の伸縮
で接触することがない様になっている。
【００２８】
前記昇降シャフト２４の下端には昇降基板２６が水平に固着される。該昇降基板２６の下
面には駆動部カバー２７が取付けられ、駆動部収納ケース２８が構成されている。前記昇
降基板２６と駆動部カバー２７との接合部にはＯリング等のシール部材２９が挾設され、
前記駆動部収納ケース２８内部は前記気密室４に対して気密構造となっている。
【００２９】
前記昇降基板２６にはボート回転手段が設けられる。
【００３０】
前記昇降基板２６の下面にはボート回転モータ３１が設けられ、該ボート回転モータ３１
の出力軸３２は反応管２と同心であり、上端にはボート受台１５が設けられている。又、
前記出力軸３２の軸受部３３は磁性流体シール等により気密にシールされており、該軸受
部３３には軸受冷却器３４が外嵌している。即ち、ボート１６は、ボート受台１５，出力
軸３２，軸受部３３，ボート回転モータ３１を介して、昇降基板２６に支持されている。
本発明では、昇降基板２６の下面に駆動部カバー２７が設けられているので、前記昇降基
板２６及び駆動部カバー２７で形成される部材（駆動部収納ケース２８）をボート支持手
段と呼ぶ。尚、前記駆動部収納ケース２８の大きさ（高さ）は、前記昇降シャフト２４の
大きさ（長さ）に比べて十分小さい。
【００３１】
前記昇降基板２６の上面には昇降座３５がシール材３６を介して気密に取付けられ、前記
昇降座３５は前記出力軸３２と同心であり、該出力軸３２は前記昇降座３５を遊貫してい
る。
【００３２】
電力供給ケーブル３７が前記昇降シャフト２４の上端から該昇降シャフト２４の中空部を
通って前記ボート回転モータ３１に導かれて接続されている。又、前記軸受冷却器３４、
昇降座３５にはそれぞれ冷却流路３４ａ，３５ａが形成されており、該冷却流路３４ａ，
３５ａには冷却水配管３８，３９が接続されている。尚、該冷却水配管３８，３９、特に
冷却水配管３９は被処理基板１７に対して金属汚染等汚染を起こさない金属等の材質が採
用される。
【００３３】
前記冷却水配管３８は前記昇降シャフト２４の中空部を経て導かれて前記軸受冷却器３４
に接続され、前記冷却水配管３９は前記昇降シャフト２４の中空部を経て導かれて更に前
記昇降基板２６を貫通して前記昇降座３５に接続されている。前記冷却水配管３９の昇降
基板２６貫通部は管継手４１により気密となっている。
【００３４】
次に、気密室４の底面に設けられた距離測定手段５３について、図１を参照しながら説明
する。図１中、５０はＯリング、５１は気密室４を形成する壁に設けられた開口部、５２
は窓、５３は距離測定手段を示している。図１に示すように、気密室４の底面に開口部５
１を設け、前記開口部５１に石英などで形成された窓５２をＯリングを介して気密に嵌め
込む。前記気密室４の外であって前記窓５２に対向する位置に距離測定手段、例えばレー
ザー変位計５３を装置に対して固定する。前記開口部５１に嵌め込まれた石英製の窓５２
は、前記レーザー変位計５３から照射されるレーザー光に対して透明な部材である。前記
レーザー変位計５３から照射されたレーザー光は、窓５３を透過してボート支持手段（即
ち、駆動部収納ケース２８の底面）にて反射され、再び前記窓５２を透過して前記レーザ
ー変位計５３にて検出され、その干渉波を分析することでレーザー変位計５３からボート
支持手段（駆動部収納ケース２８の底面）までの距離を算出する。そして、前記算出され
たボート支持手段までの距離からボートの位置を算出する。
【００３５】
以下、作動について説明する。尚、被処理基板１７の処理、ボート１６への基板の移載に
ついては従来例と同様であるので説明を省略する。
【００３６】
図２に示す待避状態から、前記ボート１６を前記反応炉１に装入する。
【００３７】
前記冷却水配管３８，３９を介して前記冷却流路３４ａ，３５ａに冷却水を流通させ、前
記軸受冷却器３４を介して前記軸受部３３を冷却し、前記昇降座３５を冷却する。前記昇
降モータ１１を駆動し、前記ボール螺子７を回転することで前記昇降台１２、昇降シャフ
ト２４を介して前記駆動部収納ケース２８を上昇させる。駆動部収納ケース２８の上昇は
、前記駆動部収納ケース２８の底面の位置をレーザー変位計５３により適宜測定し、ボー
ト１６の位置を確認しながら行う。
【００３８】
前記昇降台１２の上死点近傍で前記昇降座３５が前記炉口１８を閉塞する。該炉口１８の
下面にはシールリング４２が設けられており、前記炉口１８は気密に閉塞される。該炉口
１８の閉塞状態で、前記シールリング４２は前記昇降座３５を介して冷却水により冷却さ
れる。前記被処理基板１７の処理が開始されると前記ボート回転モータ３１が駆動され、
前記ボート１６が回転される。
【００３９】
処理が完了すると前記ボート１６の回転が停止され、前記昇降モータ１１が駆動されて、
前記ボート１６が降下される。駆動部収納ケース２８の下降は、前記駆動部収納ケース２
８の底面の位置をレーザー変位計５３により適宜測定し、ボート１６の位置を確認しなが
ら行う。
【００４０】
本実施の形態に於いて、前記ボート回転モータ３１は前記駆動部収納ケース２８に収納さ
れ、前記気密室４内とは隔離されている。又、前記電力供給ケーブル３７は駆動部カバー
２７及び昇降シャフト２４に収納され、前記気密室４内とは隔離されている。又、前記ガ
イドシャフト６、ボール螺子７等駆動部については前記気密室４の外に設けられている。
従って、該気密室４内には駆動機構の摺動部分、回転部分が露出してなく、前記電力供給
ケーブル３７も同様に露出していない。
【００４１】
この為、駆動部に用いられている潤滑剤の蒸気、ケーブルの被覆材から発生する蒸気が前
記気密室４内に浸入することがなく、該気密室４は有機汚染物質から完全に清浄雰囲気を
保持する。尚、前記反応管２、処理後ボート１６が高温状態で該ボート１６を降下させ、
前記気密室４内の温度が上昇したとしても、同様に有機汚染物質によって該気密室４内の
清浄度が損われることはない。
【００４２】
また、ボート１６の近傍にある駆動部収納ケース２８の位置をレーザー変位計５３により
測定することにより、基板処理後、高温のボートを気密室４内に降下させて昇降シャフト
が熱膨張し、その長さが変わったとしても、正確なボートの位置を検出できる。尚、駆動
部収納ケース２８の高さ（駆動部カバー２７の底面からボート１６までの長さ）は、昇降
シャフト２４の高さ（昇降台１２からボート１６までの長さ）に比べて十分小さいので、
熱膨張により駆動部収納ケース２８が熱膨張したとしても、その変化量は小さく、ボート
に保持された処理基板を移載機にて搬出するのに問題のないレベルである。これにより、
気密室内の温度が高い場合であっても、ボートの位置を正確に知ることができるので、処
理基板１７を気密室４外に搬出する場合、基板移載機がボート１６や処理基板１７に接触
し、これらを損傷させることを防止する。
【００４３】
また、気密室４に開口部を設けて前記開口部を石英の窓にて気密に蓋し、レーザー変位計
５３を気密室４の外に設置したので、レーザー変位計から発生する不純物が気密室内の雰
囲気を汚染することがなく、又、気密室４が高温状態になったとしても、レーザー変位計
の破損を防止する
【００４４】
尚、図１，２に示す本発明の実施例においては、気密室４の底面に開口部を設けて駆動部
収納ケースの下部をレーザー変位計にて測定するようにしたが、これに限定されない。即
ち、気密室４の上面（天板４ａ）に開口部を設けて、前記開口部を窓で気密に蓋し、レー
ザー変位計を前記気密室４の上面に設置して、駆動部収納ケースの上面（昇降基板）の位
置（距離）を検出するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態を示す拡大概略断面図である。
【図２】本発明の実施の形態を示す概略断面図である。
【図３】従来例を示す概略断面図である。
【図４】従来例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１      反応炉
２      反応管
４      気密室
５      ボートエレベータ
１２    昇降台
１５    ボート受台
１６    ボート
２４    昇降シャフト
２５    ベローズ
２７    駆動部カバー
２８    駆動部収納ケース
３１    ボート回転モータ
３５    昇降座
４５    昇降シャフト
５０    Ｏリング
５１    開口部
５２    窓
５３    レーザー変位計
【図１】
2005150585.tif 000003
【図２】
2005150585.tif 000004
【図３】
2005150585.tif 000005
【図４】
2005150585.tif 000006