(57)【要約】      （修正有）【課題】ガス供給管の処理室への配管本数を増加することが容易な基板処理装置を提供する。【解決手段】プロセスチューブ３０に形成された処理室３１と、ボート６１が待機する待機室２３とを備えたロードロック方式のバッチ式熱処理装置において、複数本のガス供給管３５Ｂ、３５Ｃを待機室２３内から待機室２３の天井壁を貫通して処理室３１内に挿入する。これらガス供給管３５Ｂ、３５Ｃは待機室２３に開設されたボート搬入搬出口２６の周囲であって処理室３１の炉口３３の直径以下の領域に配管する。プロセスチューブ３０周りの構造に影響を受けずに複数本のガス供給管を処理室内に配管できる。複数本のガス供給管の配管作業を作業領域が比較的に限定されない待機室内において実施することにより、配管作業を適正かつ効率的に実施できるので、不充分な接続によるリークの発生を防止できる。【選択図】図３
2007141929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の処理空間を提供し第一の開口を有するプロセスチューブと、
前記プロセスチューブに連接された予備室であって、前記第一の開口の直径よりも小さい直径の第二の開口が前記第一の開口に連通可能な位置に設けられた予備室と、を備えており、
ガス供給管が前記予備室の内部空間から前記予備室の壁を貫通して前記処理室内に挿入されているとともに、前記ガス供給管は前記第二の開口の周囲であって、前記第一の開口の直径以下の領域にある前記予備室の壁に貫通されてい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、基板処理装置に関し、特に、処理室に対するガスの供給技術に係り、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法において、半導体素子を含む半導体集積回路が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に拡散、ＣＶＤまたはエピタキシャル成長等の熱処理（thermal treatment ）を施す熱処理装置（furnace)に利用して有効なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ＩＣの製造方法において、ウエハにシリコンエピタキシャル成長またはシリコンゲルマニウムエピタキシャル成長を処理するのに、バッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置（以下、熱処理装置という。）が使用される場合がある。
従来のこの種の熱処理装置としては、複数枚のウエハをボートに保持した状態で熱処理を施す処理室が形成されたプロセスチューブと、このプロセスチューブの真下に形成されてボートが処理室に対する搬入搬出を待機する待機室と、ボートを昇降させて処理室に搬入搬出するボートエレベータと、処理室内を加熱するヒータユニットと、処理室内を排気する排気管と、処理室内に原料ガスを供給するガス供給管とを備えているものがある。例えば、特許文献１参照。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２８１８８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の熱処理装置においては、ガス供給管がプロセスチューブの一方向（通常は熱処理装置の背面側）に配管されているために、ＩＣの膜種の多様化や膜厚および膜質の均一性の厳格化等の要求に伴って、複数のガス種の供給や複数のガス供給形態（ガス供給の仕様ないしはレシピ）に対応することができない事態が発生している。
そこで、複数本のガス供給管をプロセスチューブまたはマニホールドの側壁に配管することが一般的に考えられる。
しかしながら、プロセスチューブまたはマニホールドの側壁の全周（全方位）に配管が可能な構造になっていないために、ガス供給管の配管本数は制約を受けることになる。
また、配管作業においては作業領域が限定されているために、ガス供給管の本数が増加すると、配管作業が悪化し、不充分な接続によるリーク（漏洩）の発生の可能性が高くなってしまう。
【０００５】
本発明の目的は、前記した問題点を回避しつつガス供給系統を増加することができる基板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】
【０００６】
前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
基板の処理空間を提供し第一の開口を有するプロセスチューブと、
前記プロセスチューブに連接された予備室であって、前記第一の開口の直径よりも小さい直径の第二の開口が前記第一の開口に連通可能な位置に設けられた予備室と、を備えており、
ガス供給管が前記予備室の内部空間から前記予備室の壁を貫通して前記処理室内に挿入されているとともに、前記ガス供給管は前記第二の開口の周囲であって、前記第一の開口の直径以下の領域にある前記予備室の壁に貫通されていることを特徴とする基板処理装置。
【発明の効果】
【０００７】
前記した手段によれば、ガス供給管を第二の開口の周囲であって第一の開口の直径以下の領域に配管し、予備室の内部空間から予備室の壁を貫通して処理室内に挿入することにより、プロセスチューブ周りの構造に影響を受けずに複数本のガス供給管を処理室内に配管することができる。
しかも、複数本のガス供給管の配管作業は作業領域が比較的に限定されない予備室内において実施することにより、配管作業を適正かつ効率的に実施することができるので、不充分な接続によるリーク（漏洩）の発生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】
【０００８】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【０００９】
本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、半導体装置の製造方法にあってウエハに熱処理を施すバッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置（以下、バッチ式熱処理装置という。）として構成されている。
【００１０】
図１に示されているように、バッチ式熱処理装置１０は筐体１１を備えており、筐体１１の前面にはカセット授受ユニット１２が設備されている。
カセット授受ユニット１２はウエハ１のキャリアであるカセット２を二台載置することができるカセットステージ１３を備えており、カセットステージ１３は外部搬送装置（図示せず）によって搬送されて来たカセット２がカセットステージ１３に垂直姿勢（カセット２に収納されたウエハ１が垂直になる状態）で載置されると、９０度回転することにより、カセット２を水平姿勢にさせるようになっている。
カセットステージ１３の後側にはカセットエレベータ１４が設置されており、カセットエレベータ１４はカセット移載装置１５を昇降させるように構成されている。
カセットエレベータ１４の後側にはスライドステージ１６によって横行されるカセット棚１７が設置されており、カセット棚１７の上方にはバッファカセット棚１８が設置されている。
バッファカセット棚１８の後側にはクリーンエアを筐体１１の内部に流通させるクリーンユニット１９が設置されている。
また、カセット棚１７の後側にはウエハ１を複数枚一括して、または、一枚宛移載することができるウエハ移載装置（wafer transfer equipment )２０が回転および昇降可能に設備されている。
【００１１】
筐体１１の後端部の下部には大気圧未満の圧力に排気する排気管２１を有する耐圧筐体２２が設置されており、耐圧筐体２２はロードロック方式の予備室２３を形成している。予備室２３はボートが待機する待機室を構成しているので、以下、待機室２３という。
耐圧筐体２２の前面壁にはウエハ搬入搬出口２４が開設されており、ウエハ搬入搬出口２４はロードロックドア２５によって開閉されるようになっている。
なお、ロードロック方式は、ゲートバルブ等の隔離バルブを用いて処理室と予備室とを隔離し、処理室への空気の流入を防止したり、温度や圧力等の外乱を小さくして処理を安定化させる方式、である。
【００１２】
図２、図３および図４に示されているように、耐圧筐体２２の天井壁には、第二の開口としてのボート搬入搬出口２６が開設されており、耐圧筐体２２の天井壁の下面にはシールリング２７がボート搬入搬出口２６を取り囲むように敷設されている。
ボート搬入搬出口２６はロードロック方式の隔離バルブとしてのシャッタ２８によって開閉されるようになっている。
【００１３】
耐圧筐体２２の上にはヒータユニット２９が垂直方向に設置されており、ヒータユニット２９の内部にはプロセスチューブ３０が配置されている。
プロセスチューブ３０は上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されてヒータユニット２９に同心円に配置されており、プロセスチューブ３０の円筒中空部によって処理室３１が構成されている。
プロセスチューブ３０の下側にはマニホールド３２が同軸上に配設されており、プロセスチューブ３０はマニホールド３２を介して耐圧筐体２２に支持されている。マニホールド３２は上下が開口した円筒形状に形成されており、下端開口が第一の開口としての炉口３３を形成している。第一の開口である炉口３３の直径は第二の開口であるボート搬入搬出口２６の直径よりも大きくなっている。
マニホールド３２の側壁の一部には処理室３１を排気するための排気管３４が接続されている。
【００１４】
本実施の形態に係るバッチ式熱処理装置１０は、第一ガス供給管３５Ａ、第二ガス供給管３５Ｂおよび第三ガス供給管３５Ｃを備えており、これらのガス供給管３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃは待機室２３内から待機室２３の天井壁を貫通して処理室３１内に挿入されている。すなわち、第一ガス供給管３５Ａ、第二ガス供給管３５Ｂおよび第三ガス供給管３５Ｃは、第二の開口であるボート搬入搬出口２６の周囲であって第一の開口である炉口３３の直径以下の領域にある待機室２３の天井壁にそれぞれ貫通されている。
第一ガス供給管３５Ａ、第二ガス供給管３５Ｂおよび第三ガス供給管３５Ｃの上端はいずれも、処理室３１内の天井面付近に配置されている。
【００１５】
第一ガス供給管３５Ａ、第二ガス供給管３５Ｂおよび第三ガス供給管３５Ｃの下端は、待機室２３内に配管された第一配管３６Ａ、第二配管３６Ｂおよび第三配管３６Ｃにそれぞれ接続されており、第一ガス供給管３５Ａ、第二ガス供給管３５Ｂおよび第三ガス供給管３５Ｃは第一配管３６Ａ、第二配管３６Ｂおよび第三配管３６Ｃによって、それぞれ垂直に支持されている。
第一配管３６Ａ、第二配管３６Ｂおよび第三配管３６Ｃの他端はいずれも、待機室２３外に引き出されている。図示しないが、第一配管３６Ａ、第二配管３６Ｂおよび第三配管３６Ｃの他端は、第一ガス供給源、第二ガス供給源および第三ガス供給源にそれぞれマスフローコントローラ等を介して接続されている。
【００１６】
図３に示されているように、耐圧筐体２２の側面には固定台４０が隣接して設置されている。固定台４０の上にはボートを昇降させるためのボートエレベータ４１が据え付けられている。
ボートエレベータ４１は上側取付板４２および下側取付板４３によって垂直にそれぞれ敷設されたガイドレール４４および送りねじ軸４５と、送りねじ軸４５に垂直方向に相対的に進退自在に螺合されて送りねじ軸４５の回転運動を直線運動に変換するナット４６とを備えている。ナット４６はガイドレール４４に昇降自在に支承された昇降台４７に固定的に設置されており、送りねじ軸４５の回転運動を直線運動に変換することにより、昇降台４７を昇降させるようになっている。
なお、作動やバックラッシュを良好なものとするために、送りねじ軸４５とナット４６との螺合部にはボールねじ機構が使用されている。
送りねじ軸４５の上端部は上側取付板４２を貫通しており、上側取付板４２に設置されたモータ４８によって正逆回転駆動されるように連結されている。
【００１７】
昇降台４７には中空体の昇降シャフト５１が垂下されて支持されており、昇降シャフト５１は耐圧筐体２２の天井壁の対応する部位に開設された挿通孔４９を通して待機室２３内に挿入されている。
耐圧筐体２２の上面と昇降台４７の下面との間にはベローズ５０が介設されている。ベローズ５０は昇降台４７の昇降移動を許容しつつ、挿通孔４９を気密封止するように構成されている。
【００１８】
昇降台４７の下端にはベース５２が水平に設けられており、ベース５２の下面にはカバー５３が被せ付けられている。ベース５２とカバー５３とによって駆動部収納ケース５４が形成されている。ベース５２とカバー５３との合わせ面にはシール部材５５が介設されており、駆動部収納ケース５４の内部は待機室２３内の雰囲気と隔離されている。
ベース５２の下面にはボート回転装置５６が設けられており、ボート回転装置５６の周辺は冷却装置５７によって冷却されるようになっている。
昇降シャフト５１の中空部内には電力供給ケーブル５８が外部から引き込まれており、電力供給ケーブル５８はボート回転装置５６に接続されている。
また、昇降シャフト５１の中空部内には冷却水配管５９が外部から引き込まれており、冷却水配管５９はボート回転装置５６およびシールキャップ６０を冷却するように配管されている。
【００１９】
ロードロック方式の隔離バルブとしてのシールキャップ６０は、ベース５２の上面に気密に設置されている。シールキャップ６０は耐圧筐体２２のボート搬入搬出口２６をシールリング２７を押し潰してシールするように構成されている。
【００２０】
シールキャップ６０の上側にはボート６１が配置されており、ボート６１はボート回転装置５６の回転軸５６ａの上端に垂直に立脚するように支持されている。
ボート６１は複数枚（例えば、２５枚、５０枚、７５枚、１００枚、１５０枚ずつ等）のウエハ１をその中心を揃えて水平に支持した状態で、処理室３１に対してボートエレベータ４１による昇降台４７の昇降に伴って搬入搬出するように構成されている。
【００２１】
以下、前記構成に係るバッチ式熱処理装置を使用した熱処理工程を説明する。
【００２２】
複数枚のウエハ１が収納されたカセット２は、カセット授受ユニット１２のカセットステージ１３に外部搬送装置によって供給される。供給されたカセット２はカセットステージ１３が９０度回転することにより水平姿勢になる。水平姿勢になったカセット２はカセット棚１７またはバッファカセット棚１８へカセット移載装置１５によって搬送されて移載される。
【００２３】
これから成膜すべきカセット２に収納されたウエハ１は、耐圧筐体２２のウエハ搬入搬出口２４を通して待機室２３にウエハ移載装置２０によって搬入され、ボート６１に装填（チャージング）される。
この際には、図２に示されているように、ボート搬入搬出口２６がシャッタ２８によって閉鎖されることにより、処理室３１の高温雰囲気が待機室２３に流入することは防止されている。このため、装填途中のウエハ１および装填されたウエハ１が高温雰囲気に晒されることはなく、ウエハ１が高温雰囲気に晒されることによる自然酸化等の弊害の派生は防止されることになる。
【００２４】
予め指定された枚数のウエハ１がボート６１へ装填されると、ウエハ搬入搬出口２４はロードロックドア２５によって閉鎖され、ボート搬入搬出口２６がシャッタ２８によって開放される。
【００２５】
続いて、送りねじ軸４５がボートエレベータ４１のモータ４８によって正方向に回転されると、ナット４６が送りねじ軸４５の回転運動を直線運動に変換するので、昇降台４７がガイドレール４４を案内にして垂直に上昇する。
この昇降台４７の上昇によって、昇降台４７に支持された昇降シャフト５１が上昇されるために、昇降シャフト５１に駆動部収納ケース５４を介して支持されたボート６１が、処理室３１にボート搬入搬出口２６から搬入（ボートローディング）されて行く。
【００２６】
図４に示されているように、ボート６１が上限に達すると、シールキャップ６０の上面の周辺部がボート搬入搬出口２６をシールリング２７を押し潰してシール状態に閉塞するために、処理室３１は気密に閉じられた状態になる。
ボート６１を処理室３１へ搬入する際に、昇降台４７および昇降シャフト５１が上昇すると、ベローズ５０は上方向に短縮する。
【００２７】
その後、処理室３１は気密に閉じられた状態で、所定の圧力となるように排気管３４によって排気され、ヒータユニット２９によって所定の温度に加熱され、所定の原料ガスが第一ガス供給管３５Ａ、第二ガス供給管３５Ｂおよび第三ガス供給管３５Ｃによって所定の流量だけ供給される。
例えば、ウエハ１にエピタキシャル−シリコンゲルマニウム膜を形成する場合には、第一ガス供給管３５Ａからモノシラン（ＳｉＨ4 ）ガスまたはジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）ガスが供給され、第二ガス供給管３５Ｂから水素化ゲルマニウム（ＧｅＨ4 ）ガスが供給され、第三ガス供給管３５Ｃから水素（Ｈ2 ）ガスが供給される。
これにより、ウエハ１にはエピタキシャル−シリコンゲルマニウム膜が形成される。
この際、ボート６１がボート回転装置５６によって回転されることにより、供給された処理ガスがウエハ１の表面に均一に接触されるため、ウエハ１にはエピタキシャル−シリコンゲルマニウム膜が均一に形成される。
【００２８】
予め設定された処理時間が経過すると、送りねじ軸４５がボートエレベータ４１のモータ４８によって逆方向に回転される。
送りねじ軸４５が逆方向に回転されると、ナット４６が送りねじ軸４５の回転運動を直線運動に変換するので、昇降台４７がガイドレール４４を案内にして垂直に下降する。
この昇降台４７の下降によって、昇降台４７に支持された昇降シャフト５１が下降されるために、昇降シャフト５１に駆動部収納ケース５４を介して支持されたボート６１が、処理室３１にボート搬入搬出口２６から搬出（ボートアンローディング）されて行く。
ボート６１を処理室３１から搬出する際に、昇降台４７が下降すると、ベローズ５０は下方向に伸長する。
【００２９】
ボート６１が処理室３１から待機室２３に搬出されると、ボート搬入搬出口２６がシャッタ２８によって閉鎖され、待機室２３のウエハ搬入搬出口２４がロードロックドア２５によって開放される。
その後、ボート６１の処理済みウエハ１はウエハ移載装置２０によって脱装（ディスチャージング）されるとともに、空のカセット２に収納される。
所定枚数の処理済のウエハ１が収納されたカセット２はカセット授受ユニット１２にカセット移載装置１５によって移載される。
【００３０】
以降、前述した作用が繰り返されることによって、例えば、２５枚、５０枚、７５枚、１００枚、１５０枚ずつ、ウエハ１がバッチ式熱処理装置１０によってバッチ処理されて行く。
【００３１】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００３２】
1)  ガス供給管をボート搬入搬出口の周囲であって炉口の直径以下の領域に配管し、待機室内から待機室の天井壁を貫通して処理室内に挿入することにより、プロセスチューブやマニホールドの周りの構造に影響を受けずに、複数本のガス供給管を処理室内に配管することができる。
【００３３】
2)  複数本のガス供給管を処理室に配管することにより、複数のガス種の供給や複数のガス供給形態に対応することができるので、ＩＣの膜種の多様化や膜厚および膜質の均一性の厳格化等の要求に応ずることができる。
【００３４】
3)  複数本のガス供給管の配管作業を作業領域が比較的に限定されない待機室内において実施することにより、配管作業を適正かつ効率的に実施することができるので、不充分な接続によるリーク（漏洩）の発生を防止することができる。
【００３５】
なお、本発明は前記実施の形態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。
【００３６】
例えば、処理室内に挿入するガス供給管の本数は、３本に限らず、２本または４本以上であってもよい。
【００３７】
マニホールドは省略してもよいし、プロセスチューブは一本のものに限らず、アウタチューブとインナチューブとから構成されるものであってもよい。
マニホールドが省略される場合には、第一の開口はプロセスチューブ自体によって構成されることになるし、プロセスチューブがアウタチューブとインナチューブとから構成される場合には第一の開口はインナチューブによって構成されることになる。
【００３８】
バッチ式熱処理装置は成膜処理に使用するに限らず、酸化膜形成処理や拡散処理およびアニーリング等の熱処理にも使用することができる。
【００３９】
前記実施の形態においてはバッチ式熱処理装置の場合について説明したが、本発明はこれに限らず、処理室に挿入されるガス供給管を備えた基板処理装置全般に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施の形態であるバッチ式熱処理装置の全体を示す一部省略斜視図である。
【図２】その一部省略側面断面図である。
【図３】図２のIII −III 線に沿う正面断面図である。
【図４】ボート搬入時を示す主要部の側面断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１…ウエハ（基板）、２…カセット、１０…バッチ式熱処理装置（基板処理装置）、１１…筐体、１２…カセット授受ユニット、１３…カセットステージ、１４…カセットエレベータ、１５…カセット移載装置、１６…スライドステージ、１７…カセット棚、１８…バッファカセット棚、１９…クリーンユニット、２０…ウエハ移載装置、２１…排気管、２２…耐圧筐体、２３…待機室（予備室）、２４…ウエハ搬入搬出口、２５…ロードロックドア、２６…ボート搬入搬出口（第二の開口）、２７…シールリング、２８…シャッタ（隔離バルブ）、２９…ヒータユニット、３０…プロセスチューブ、３１…処理室、３２…マニホールド、３３…炉口（第一の開口）、３４…排気管、３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ…ガス供給管、３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ…第一配管、４０…固定台、４１…ボートエレベータ、４２…上側取付板、４３…下側取付板、４４…ガイドレール、４５…送りねじ軸、４６…ナット、４７…昇降台、４８…モータ、４９…挿通孔、５０…ベローズ、５１…昇降シャフト、５２…ベース、５３…カバー、５４…駆動部収納ケース、５５…シール部材、５６…ボート回転装置、５６ａ…回転軸、５７…冷却装置、５８…電力供給ケーブル、５９…冷却水配管、６０…シールキャップ（隔離バルブ）、６１…ボート。
【図１】
2007141929.tif 000003
【図２】
2007141929.tif 000004
【図３】
2007141929.tif 000005
【図４】
2007141929.tif 000006