(57)【要約】  【課題】  ボートと反応管の芯ずれによるウェーハ面内の膜厚のばらつきの発生や、反応管とボートとの擦れによるパーティクルの発生の防止に寄与することのできる基板処理装置を提供する。  【解決手段】  略円筒面状の内面を有する処理空間を形成するとともに、該処理空間内に収容された基板を処理する処理管と、前記処理空間内にて基板を保持する基板保持手段を支持するための支持部とを備えた基板処理装置において、前記支持部は、前記処理空間の内面の中心軸と略一致する軸を中心として回転可能であり、前記支持部に着脱可能に支持されるセンサ部であって、前記支持部と共に回転しながら、該センサ部から前記処理空間の内面までの距離を検出する前記センサ部を有する。  【選択図】  図４
2005217271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒面状の内面を有する処理空間を形成するとともに、該処理空間内に収容された基板を処理する処理管と、
前記処理空間内にて基板を保持する基板保持手段を支持するための支持部とを備えた基板処理装置において、
前記支持部は、前記処理空間の内面の中心軸と略一致する軸を中心として回転可能であり、
前記支持部に着脱可能に支持されるセンサ部であって、前記支持部と共に回転しながら、該センサ部から前記処理空間の内面までの距離を検出する前記センサ部を有する
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、基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板処理装置における、基板を収容し処理する空間を形成する反応管と、基板を多段に保持するボートを支えるアームとの芯ずれの調整時には、図９に示すように、反応管を支えるベース３０１に配置されたベース中心位置決め治具３０４の中心から振り下げ重りＤを、アーム３０３の中心に向けて垂れ下げ、ベース中心位置とアーム中心位置とのずれを目視で確認し、ずれがある場合はベースを位置調整して両者の芯合わせを行っていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような目視確認による芯合わせでは、調整作業者のレベルによってその精度にばらつきがある。また、アーム位置がボート昇降エレベータの下限位置近傍でベースとの距離があるため、エレベータ昇降時の高さ位置の誤差や上述のような調整のばらつきによる誤差がボートと反応管の芯ずれに影響を与えていた。また、装置組み立て時等における取り付け誤差により、ベースと反応管の中心位置にもずれが生じる。さらに、反応管本体の精度によってもばらつきがある。
【０００４】
また、ボートや反応管は使用方法の性質上、金属や有機の汚染を極端に嫌うため機械的な接触式測定を行うことはできないという問題がある。
【０００５】
実際に、ボートと反応管の芯ずれが発生すると、成膜時にウェーハ面内の膜厚分布への影響や、反応管へのボート挿入時や挿入後のボート回転時に反応管とボートに擦れが発生し、それがパーティクルとなって成膜ウェーハに影響を与える。
【０００６】
加えて、ロードロック装置（８，１２インチ共）では、芯ずれが発生していてもベース側、アーム側共に芯ずれ調整機構が存在しなかった。
【０００７】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、ボートと反応管の芯ずれによるウェーハ面内の膜厚のばらつきの発生や、反応管とボートとの擦れによるパーティクルの発生の防止に寄与することのできる基板処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するため、本発明に係る基板処理装置は、略円筒面状の内面を有する処理空間を形成するとともに、該処理空間内に収容された基板を処理する処理管と、前記処理空間内にて基板を保持する基板保持手段を支持するための支持部とを備えた基板処理装置において、前記支持部は、前記処理空間の内面の中心軸と略一致する軸を中心として回転可能であり、前記支持部に着脱可能に支持されるセンサ部であって、前記支持部と共に回転しながら、該センサ部から前記処理空間の内面までの距離を検出する前記センサ部を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
以上に詳述したように本発明によれば、ボートと反応管の芯ずれによるウェーハ面内の膜厚のばらつきの発生や、反応管とボートとの擦れによるパーティクルの発生の防止に寄与することのできる基板処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
図１および図２は、本実施の形態による基板処理装置の一例である半導体製造装置の概略を説明するための図である。
【００１２】
筐体１０１内部の前面側には、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の授受を行う保持具授受部材としてのカセットステージ１０５が設けられ、該カセットステージ１０５の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ１１５が設けられ、該カセットエレベータ１１５には搬送手段としてのカセット移載機１１４が取りつけられている。又、前記カセットエレベータ１１５の後側には、前記カセット１００の載置手段としてのカセット棚１０９が設けられると共に前記カセットステージ１０５の上方にも予備カセット棚１１０が設けられている。前記予備カセット棚１１０の上方にはクリーンユニット１１８が設けられクリーンエアを前記筐体１０１の内部を流通させるように構成されている。
【００１３】
前記筐体１０１の後部上方には、処理炉２０２が設けられ、該処理炉２０２の下方には基板としてのウェーハ２００を水平姿勢で多段に保持する基板保持手段としてのボート２１７を該処理炉２０２に昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ１２１が設けられ、該ボートエレベータ１２１に取りつけられた昇降部材１２２の先端部には蓋体としてのシールキャップ２１９が取りつけられ該ボート２１７を垂直に支持している。前記ボートエレベータ１２１と前記カセット棚１０９との間には昇降手段としての移載エレベータ１１３が設けられ、該移載エレベータ１１３には搬送手段としてのウェーハ移載機１１２が取りつけられている。又、前記ボートエレベータ１２１の横には、開閉機構を持ち前記処理炉２０２の下面を塞ぐ遮蔽部材としての炉口シャッタ１１６が設けられている。
【００１４】
前記ウェーハ２００が装填された前記カセット１００は、図示しない外部搬送装置から前記カセットステージ１０５に該ウエハ２００が上向き姿勢で搬入され、該ウエハ２００が水平姿勢となるよう該カセットステージ１０５で９０°回転させられる。更に、前記カセット１００は、前記カセットエレベータ１１５の昇降動作、横行動作及び前記カセット移載機１１４の進退動作、回転動作の協働により前記カセットステージ１０５から前記カセット棚１０９又は前記予備カセット棚１１０に搬送される。
【００１５】
前記カセット棚１０９には前記ウェーハ移載機１１２の搬送対象となる前記カセット１００が収納される移載棚１２３があり、前記ウェーハ２００が移載に供される該カセット１００は前記カセットエレベータ１１５、前記カセット移載機１１４により該移載棚１２３に移載される。
【００１６】
前記カセット１００が前記移載棚１２３に移載されると、前記ウェーハ移載機１１２の進退動作、回転動作及び前記移載エレベータ１１３の昇降動作の協働により該移載棚１２３から降下状態の前記ボート２１７に前記ウェーハ２００を移載する。
【００１７】
前記ボート２１７に所定枚数の前記ウェーハ２００が移載されると前記ボートエレベータ１２１により該ボート２１７が前記処理炉２０２に挿入され、前記シールキャップ２１９により前記処理炉２０２が気密に閉塞される。気密に閉塞された前記処理炉２０２内では前記ウェーハ２００が加熱されると共に処理ガスが該処理炉２０２内に供給され、前記ウェーハ２００に処理がなされる。
【００１８】
前記ウェーハ２００への処理が完了すると、該ウエハ２００は上記した作動の逆の手順により、前記ボート２１７から前記移載棚１２３の前記カセット１００に移載され、該カセット１００は前記カセット移載機１１４により該移載棚１２３から前記カセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により前記筐体１０１の外部に搬出される。尚、前記炉口シャッタ１１６は、前記ボート２１７が降下状態の際に前記処理炉２０２の下面を塞ぎ、外気が該処理炉２０２内に巻き込まれるのを防止している。前記カセット移載機１１４等の搬送動作は、搬送制御手段１２４により制御される。
【００１９】
図３は、本実施の形態による基板処理装置の酸化・拡散処理炉について説明するための図である。
【００２０】
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、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（処理管に相当）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。この反応管２０３は略円筒面状の内面を有する処理空間を形成している。
【００２１】
反応管２０３の下部には例えば石英からなるガスの供給管２３２と排気管２３１が連結されていて、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内部に至る。排気管２３１は反応管２０３の排気口２３５に接続される。ガスは供給管２３２から反応管２０３天井部から内部にガスを流し、反応管２０３下部に接続された排気管２３１から排気されるようになっている。
【００２２】
反応管２０３の導入口２３４にはガスの供給管２３２により、処理用のガスが反応管２０３内に供給されるようになっている。このガスの供給管２３２はガスの流量制御手段（以下マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１）若しくは水分発生器（図示しない）に連結されており、ＭＦＣ２４１はガス流量制御部に接続されており、供給するガス若しくは水蒸気（Ｈ２Ｏ）の流量を所定の量に制御し得る。
【００２３】
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が接続されており、反応管２０３内を流れるガスを排出し、反応管２０３内をＡＰＣ２４２により圧力を制御することにより、所定の圧力にするよう圧力検出手段（以下圧力センサ２４５）により検出し、圧力制御部により制御する。
【００２４】
反応管２０３の下端開口部には、例えば石英からなる円盤状の保持体（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あり、ベース２５７は円盤状の蓋体（以下シールキャップ２１９）の上に取りつけられている。又、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により、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（以下ウェーハ２００）を回転させる。又、シールキャップは昇降手段（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を所定のスピードにするように、駆動制御部により制御する。
【００２５】
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、反応管２０３内の温度を所定の処理温度にするよう温度検出手段（以下熱電対２６３）により温度を検出し、温度制御部により制御する。
【００２６】
図３に示した処理炉による酸化、拡散処理方法の一例を説明すると、まず、ボートエレベータ１１５によりボート２１７を下降させる。ボート２１７に複数枚のウェーハ２００を保持する。次いで、ヒータ２０７により加熱しながら、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により、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。反応管２０３内を所定の圧力に保った後、回転軸２５４により、ボート２１７及びボート２１７上に保持されているウェーハ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若しく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を下降し、ウェーハ２００に対して均等に供給される。
【００２７】
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ＡＰＣ２４２により圧力が制御され、所定時間、酸化・拡散処理を行う。
【００２８】
このようにして酸化・拡散処理が終了すると、次のウェーハ２００の酸化・拡散処理に移るべく、反応管２０３内のガスを不活性ガスで置換するとともに、圧力を常圧にし、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及び処理済のウェーハ２００を反応管２０３から取出す。反応管２０３から取出されたボート２１７上の処理済のウェーハ２００は、未処理のウェーハ２００と交換され、再度前述同様にして反応管２０３内に上昇され、酸化・拡散処理が成される。
【００２９】
続いて、本実施の形態による基板処理装置におけるボートと反応管の芯ずれ等を検出するためのセンサ部および検出した芯ずれを調整するための構成について説明する。
【００３０】
図４は、本実施の形態におけるセンサ部周辺の構成を説明するための図である。同図に示すように、センサ部９０１は、センサＳ１、センサＳ２、これら両センサを支持する支持部材４０１から構成されている。また、本実施の形態による基板処理装置は、不図示の制御部を有しており、この不図示の制御部はこれらセンサＳ１およびセンサＳ２における検出信号を受信し、所定の処理を行う。なお、レベル出しプレートＬＰ、芯出しプレートＳＰを備えた支持部Ｍが構成されており、この支持部Ｍによってボートを支持する構成となっている。この支持部Ｍは、反応管の内面の中心軸と略一致する軸（ボート回転軸Ｔ）を中心として回転可能に配置されている。
【００３１】
具体的には、センサ部９０１は、アーム３０３上に配置されたレベル出しプレートＬＰ上に（すなわち、支持部Ｍに対して）着脱可能に支持されており、かつボート回転軸Ｔを中心として、反応管２０３内をレベル出しプレートＬＰおよび芯出しプレートＳＰと共に（支持部Ｍと共に）回転可能となっている。同図に示すように、センサＳ１とセンサＳ２とは高さ方向において異なる位置（ここでは、Ａ位置とＢ位置）で支持部材４０１により支持されている。
【００３２】
図５は、アームの芯ずれ調整機構について説明するための図である。同図では、図４において示しているレベル出しプレートＬＰを上方から見た構造を示している。このように、芯出しプレートＳＰを調整機構ＣｘおよびＣｙによって、Ｘ方向およびＹ方向に移動させることができるようになっている。この調整を行うとき、レベル出しプレートＬＰも芯出しプレートＳＰとともに移動する。
【００３３】
図６は、アームの水平レベル調整機構について説明するための図である。同図は、図５において示している構成を矢印Ｅ方向から見た図である。このように、レベル出しプレートＬＰを調整機構Ｃｚによって、傾斜方向に傾けることにより、レベル出しプレートＬＰのボートが載置される側の面の法線と、反応管の中心軸とが略平行となるように調整する。
【００３４】
このように、アームの芯ずれ調整機構および水平レベル調整機構ともに、センサ部９０１を配置した状態で調整作業が可能な構成となっており、センサ部９０１における測定値を確認しながらボートと反応管の芯ずれ調整を実施することができる。
【００３５】
図７は、ベースの水平レベル調整機構について説明するための図である。同図に示すように、処理炉のベース３０１とベース固定部３０２との高さ方向における相対位置を調整機構Ｃｂの調整用ボルトＢ１およびＢ２によって調整し、反応管２０２の中心軸とボート回転軸Ｔとを略一致させる。このようにして最適な位置に調整した後、固定用ボルトＢ３によってベース３０１とベース固定部３０２とを固定する。なお、この調整機構Ｃｂは、ベースの４箇所に配置されている。
【００３６】
この他、ここでは示していないが、ベース３０１とベース固定部３０２の中心軸のずれを補正するための芯ずれ調整機構を配置することにより、さらに高精度な芯ずれ調整が可能となることは言うまでもない。
【００３７】
なお、従来技術でも述べたように、ボートと反応管は汚染を極端に嫌うため機械的な接触式芯ずれ測定方法は採用できなかった。加えて、ボートや反応管の材質には透過率が高い石英やＳｉＣが用いられるため、レーザや光学的な測定方法では測定不能か測定誤差が大きく実用的ではない。そこで、本実施の形態におけるセンサＳ１およびセンサＳ２には、非接触でなおかつ物理的形状のみで透過率の影響を受けない超音波センサを採用している。
【００３８】
超音波を測定媒体に使用する場合の注意点として測定対象の形状や大きさ、音波反射面の粗さや吸音率が影響を与えるが、今回の測定対象である反応管２０３の内面は円柱状の連続的な閉曲面を有する形状であり、超音波センサをボート中心で回転させて測定する場合、どの角度で測定しても形状変化による影響は少ない。
【００３９】
また、反応管内面はガラス鏡面のように滑らかで超音波を乱反射させる心配もなく、材質密度も高く安定しているため、吸音による測定誤差も影響しにくい。
【００４０】
図８（ａ）はセンサ部９０１を反応管２０３内において回転させながらセンサＳ１から反応管２０３の内面までの距離を検出した場合の断面Ａ−Ａ位置における検出結果（距離データ）を示す図、図８（ｂ）はセンサＳ２から反応管２０３の内面までの距離を検出した場合の断面Ｂ−Ｂ位置における検出結果を示す図である。ここでは、３０°分割で反応管２０３の内面を検出している。このように、反応管内の高さが異なる２点で測定することで、ボートに対する反応管の芯ずれと倒れの両方を検出することができる。
【００４１】
以上のように、本実施の形態によれば、基板を収容し処理するとともに、略円筒面状の内面を有する処理空間を形成する処理管と、前記処理空間内にて基板を保持する基板保持手段を支持するための支持部とを備えた基板処理装置において、前記支持部は、前記処理空間の内面の中心軸と略一致する軸を中心として回転可能であり、前記支持部に着脱可能に支持されるセンサ部であって、前記支持部と共に回転しながら、該センサ部から前記処理空間の内面までの距離を検出する前記センサ部を有することを特徴とする基板処理装置を提供することができる。
【００４２】
換言すれば、基板を収容し処理する空間を形成する処理管と、非接触で距離を測定するセンサ部とを有し、前記センサ部を前記処理管内で回転させ、前記距離測定手段と前記処理管との距離を測定して処理管の設置姿勢を検出するようにしたことを特徴としている。すなわち、処理管にボートが挿入された位置状態で、超音波センサを処理管内部で回転させボート中心と処理管内面との距離を測定することで芯ずれ量を決定するものである。
【００４３】
本発明は、基板処理装置組み立て時、メンテナンス時、およびボートや処理管の位置の変更時などにおいて、ボートと処理管の位置ずれの再調整を行うために使用されるものである。
【００４４】
また、上述したように、少なくとも２つのセンサ部を前記処理管内で回転させ、前記センサ部と前記処理管との距離を測定して処理管の設置姿勢を検出する構成とすることも有効である。
【００４５】
なお、本実施の形態では、センサ部を処理管内で回転させるための機構には、装置のボート回転機構を使用しているが、これに限られるものではなく、センサに個別の回転機構を設けるようにしてもよい。
【００４６】
また、略円筒面状の内面を有する処理空間を形成するとともに、該処理空間内に収容された基板を処理する処理管の前記処理空間の内面の中心軸と略一致する軸を中心として回転可能であり、前記処理空間内にて基板を保持する基板保持手段を支持可能な支持部に着脱可能に支持されるセンサ部であって、前記支持部と共に回転しながら、該センサ部から前記処理空間の内面までの距離を検出する前記センサ部を構成することも可能である。
【００４７】
さらに、上述のようにしてセンサ部により検出した距離データに基づいて、不図示の制御部によって、芯ずれ量を算出させるようにすることも可能である。このとき、２つのセンサＳ１およびＳ２からのデータ両方を利用することにより、ボートと反応管の相対的な傾斜角も算出することができる。
【００４８】
なお、本実施の形態では、センサ部に２つのセンサを設ける構成となっているが、これに限られるものではなく、例えば１つのセンサをボートエレベータ１２１により上下方向（例えば、ボート回転軸Ｔと略平行な方向）に移動させ、少なくとも２つの高さ位置で該センサを回転させる構成としても、センサ部に２つのセンサを設ける構成と同様な効果を奏する。
【００４９】
このように、本実施の形態による基板処理装置によれば、ボートと反応管のずれを従来の目視による方法よりも正確に把握することができ、この把握した芯ずれに関するデータに基づいた芯ずれの調整を行うことで、ボートと反応管の芯ずれを原因とする問題の発生を回避することができる。
【００５０】
また、成膜種類によっては、ボートにおけるウェーハの最外周から反応管の内面までの距離とウェーハ間ピッチの割合によって成膜性能が決定される場合がある。芯ずれ誤差を調整してウェーハの最外周から反応管の内面までの距離を最小にできたならば、その割合分だけウェーハピッチを小さくし１バッチ当たりの生産枚数を増やすことができる。
【００５１】
面内均一性を向上させるためにボート回転機構を用いる場合、成膜時に発生する副生産物による回転機構動作不良、パーティクル影響、磁気シール部品などの短期消耗品などの問題があるが、ボートと反応管の芯ずれを高精度に補正することができるようになることで、ボート回転機構なしでの成膜品質を向上させることができる。
【００５２】
また、個々の部品の精度や組み付け時の誤差などを原因として生ずるボートと反応管の芯ずれにばらつきがあったとしても、最終的な反応管内面の中心軸とボート回転軸との芯ずれを測定した後に芯ずれ調整を行うため、問題はない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１の実施の形態による基板処理装置の一例である半導体製造装置の概略を説明するための図である
【図２】本実施の形態による基板処理装置の一例である半導体製造装置の概略を説明するための図である
【図３】本実施の形態による基板処理装置の酸化・拡散処理炉について説明するための図である。
【図４】本実施の形態におけるセンサ部周辺の構成を説明するための図である。
【図５】アームの芯ずれ調整機構について説明するための図である。
【図６】アームの水平レベル調整機構について説明するための図である。
【図７】ベースの水平レベル調整機構について説明するための図である。
【図８】センサ部を反応管内において回転させて反応管の内面を検出した場合のセンサにおける検出結果を示す図である。
【図９】従来の基板処理装置における反応管とアームの芯ずれ調整について説明するための図である。
【符号の説明】
【００５４】
１００  カセット、１０１  筐体、１０５  カセットステージ、１０９  カセット棚、１１０  予備カセット棚、１１２  ウェーハ移載機、１１３  移載エレベータ、１１４  カセット移載機、１１５  カセットエレベータ、１１６  炉口シャッタ、１１８  クリーンユニット、１２１  ボートエレベータ、１２２  昇降部材、１２３  移載棚、１２４  搬送制御手段、２００  ウェーハ、２０２  処理炉、２０７  ヒータ、２１７  ボート、２１９  シールキャップ。
【図１】
2005217271.tif 000003
【図２】
2005217271.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005217271.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
2005217271.tif 000011