(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の基板をボートに保持した状態で処理を施す処理室と、この処理室の真下に形成されて前記ボートが前記処理室に対する搬入搬出を待機する待機室と、前記ボートを昇降させて前記処理室に搬入搬出するボートエレベータとを備えている半導体製造装置において、
前記ボートエレベータが前記待機室の外部に設置されているとともに、このボートエレベータと前記ボートを支持する昇降台とが前記待機室に挿通された昇降シャフトによって連結されており、
前記昇降シャフトを筒形状に形成し、その筒内に内筒を設け、
前記昇降シャフトの筒壁と前記内筒とによって形成される中空部に冷却媒体を流通させて、前記昇降シャフトを冷却することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
複数枚の基板をボートに保持した状態で処理を施す処理室と、この処理室の真下に形成されて前記ボートが前記処理室に対する搬入搬出を待機する待機室と、前記ボートを昇降させて前記処理室に搬入搬出するボートエレベータとを備えている半導体製造装置において、
前記ボートエレベータが前記待機室の外部に設置されているとともに、このボートエレベータと前記ボートを支持する昇降台とが前記待機室に挿通された昇降シャフトによって連結されており、
前記昇降シャフトを筒形状に形成し、その筒内に内筒を設け、
前記昇降シャフトは、前記基板が前記処理室での処理完了後、少なくとも前記ボートを前記処理室から前記待機室へ搬出した際に、前記昇降シャフトの筒壁と前記内筒とによって形成される中空部に冷却媒体を流通させて、前記昇降シャフトを冷却することを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置に関し、特に、密閉室内における搬送技術に係り、例えば、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。特に、４００〜７００℃という低温で実施する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の装置に利用して有効なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウエハに熱処理を施す熱処理装置として、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を備えているバッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置が、広く使用されている。従来のバッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置においては、ボートエレベータは送りねじ軸装置によって構成されて待機室に縦形に設置されており、送りねじ軸は下端が待機室において支持され、上端において待機室の外部に設置されたモータによって回転駆動されるようになっている。
【０００３】
ところが、従来のこのようなバッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置においては、ボートエレベータが待機室の内部に設置されているため、送りねじ軸装置やガイドレールにおいて使用されたグリースや配線ケーブル等から有機物質が飛散することにより、ウエハを汚染する原因になるという問題点がある。そして、熱処理されて高温度になったボートが待機室に下降されて来て待機室の温度が上昇すると、有機物質の蒸発量は多くなる。このため、処理室における熱処理完了後に、処理室にボードを存置したままで、ボートやウエハ群を温度が例えば１００℃以下になるまで冷却し、ボートやウエハ群の温度が充分に下がってから、ボートを処理室から搬出することが実施されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ボートやウエハ群の温度が充分に下がってからボートを処理室から搬出していたのでは、バッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置のスループットが低下してしまう。そこで、ボートエレベータを待機室の外部に設置するとともに、ボートエレベータの昇降体とボートとを昇降シャフトによって連結することにより、ボートエレベータからの有機物質の飛散を防止することを、提案することができる。
【０００５】
ところが、この場合においては、ボートやウエハ群が高い温度のまま待機室に下降されて来ると、昇降シャフトが加熱されて熱膨張することにより、ボートの基準高さに対する位置がずれるため、ウエハをボートから脱装（ディスチャージング）することができなくなるという問題点があることが、本発明者によって明らかにされた。この対策としては、昇降シャフトの温度が下がり、ボートが定常の基準高さに戻るのを待つことが考えられるが、それでは結局、バッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置のスループットが低下してしまうことになる。また、ボートの高さが若干変化しても脱装し得るようにボートのウエハ保持溝の間隔を広く設定することが考えられるが、それでは処理枚数が減少したりボートやプロセスチューブの全長が長くなったりするため、結局、スループットが低下したり、バッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置が大形になったりしてしまう。
【０００６】
本発明の目的は、スループットの低下や大形化を防止しつつボートエレベータによる汚染を防止することができる半導体製造装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る基板処理装置は、複数枚の基板をボートに保持した状態で処理を施す処理室と、この処理室の真下に形成されて前記ボートが前記処理室に対する搬入搬出を待機する待機室と、前記ボートを昇降させて前記処理室に搬入搬出するボートエレベータとを備えている半導体製造装置において、
前記ボートエレベータが前記待機室の外部に設置されているとともに、このボートエレベータと前記ボートとが前記待機室に挿通された昇降シャフトによって連結されており、この昇降シャフトが冷却されるように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
前記した手段によれば、ボートエレベータが待機室の外部に設置されているため、ボートエレベータの有機物質が待機室に飛散するのを必然的に防止することができる。また、ボートが待機室に高温度のまま下降されて来ても、ボートとボートエレベータとを連結している昇降シャフトを強制的に冷却することにより、昇降シャフトの熱膨張は抑止することができるため、ウエハのボートからの脱装作業は冷却時間を置くことなく直ちに実施することができる。つまり、自然冷却の待ち時間を省略することができるため、スループットの低下を防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【００１０】
本実施の形態において、本発明に係る半導体製造装置は、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。
【００１１】
図１に示されているように、バッチ式熱処理装置１は筐体２を備えており、筐体２にはボート１３が待機する待機室３が形成されている。待機室３は大気圧未満の圧力を維持可能な気密性能を有する密閉室に構成されており、ボート１３を収納可能な容積に形成されている。筐体２の前面壁にはウエハ搬入搬出口４が開設されており、ウエハ搬入搬出口４はゲート５によって開閉されるようになっている。筐体２の天井壁にはボート搬入搬出口６が開設されており、ボート搬入搬出口６はシャッタ７によって開閉されるようになっている。筐体２の上にはヒータユニット８が垂直方向に設置されており、ヒータユニット８の内部には処理室９を形成するプロセスチューブ１０が配置されている。プロセスチューブ１０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８に同心円に配置されており、プロセスチューブ１０の円筒中空部によって処理室９が構成されている。プロセスチューブ１０の下端部にはプロセスチューブ１０の円筒中空部によって形成された処理室９に原料ガスやパージガス等を導入するためのガス導入管１１と、プロセスチューブ１０の内部を排気するための排気管１２とが接続されている。
【００１２】
筐体２の待機室３の外部には据付台１９が設置されており、据付台１９の上にはボートを昇降させるためのボートエレベータ２０が据え付けられている。ボートエレベータ２０は上側取付板２１および下側取付板２２によって垂直にそれぞれ敷設されたガイドレール２３および送りねじ軸２４を備えており、ガイドレール２３には昇降体２５が垂直方向に昇降自在に嵌合されている。昇降体２５は送りねじ軸２４に垂直方向に進退自在に螺合されている。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２４と昇降体２５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２４の上端部は上側取付板２１を貫通しており、上側取付板２１に設置されたモータ２６によって正逆回転駆動されるように連結されている。
【００１３】
昇降体２５の側面にはアーム２７が水平に突設されており、アーム２７の先端には円筒形状に形成された昇降シャフト２８が垂直方向下向きに固定されている。昇降シャフト２８の中空部２９には昇降シャフト２８の内径よりも小径の外径を有する円筒形状に形成された内筒３０が同心円に配置されて固定されている。昇降シャフト２８は筐体２の天井壁に開設された挿通孔３１を挿通して下端部が待機室３に挿入されており、筐体２の天井壁の上面とアーム２７の下面との間には挿通孔３１を気密封止するベローズ３２が介設されている。昇降シャフト２８の待機室３の下端にはボートを昇降させるための昇降台３３が水平に配置されて固定されている。昇降台３３は上面が開口した箱形状に形成された本体３４と、平面形状が本体３４と同一の平板形状に形成された蓋体３５とを備えており、本体３４に蓋体３５がシールリング３６を挟んで被せ付けられることにより、気密室３７を形成するようになっている。
【００１４】
昇降台３３の気密室３７の天井面である蓋体３５の下面には磁性流体シール装置３８によってシールされた軸受装置３９が設置されており、軸受装置３９は蓋体３５を垂直方向に挿通した回転軸４０を回転自在に支持しており、回転軸４０はボート回転駆動用モータ４１によって回転駆動されるようになっている。回転軸４０の上端にはボート１３が垂直に立脚するように設置されている。ボート１３は複数枚（例えば、２５枚、５０枚、１００枚、７５枚、１００枚ずつ等）のウエハ１４をその中心を揃えて水平に支持した状態で、プロセスチューブ１０の処理室９に対してボートエレベータ２０による昇降台３３の昇降に伴って搬入搬出するように構成されている。昇降台３３の上面にはシールキャップ４３がシールリング４２を介されて設置されている。シールキャップ４３は処理室９の炉口になる筐体２のボート搬入搬出口６をシールするように構成されている。
【００１５】
磁性流体シール装置３８の外側には磁性流体シール装置３８や軸受装置３９およびボート回転駆動用モータ４１を冷却するための冷却装置４４が設置されており、冷却装置４４には冷却水供給管４５が接続されている。冷却水供給管４５は気密室３７から内筒３０の中空部を通じて待機室３の外部に引き出されており、冷却水供給源４７に可変流量制御弁４６を介して接続されるようになっている。シールキャップ４３の内部には冷却水４８が流通する通水路４９が開設されており、通水路４９には冷却装置４４の冷却水が導入側連絡管５０によって導入されるようになっている。通水路４９には導出側連絡管５１の一端が接続されており、導出側連絡管５１の他端は昇降シャフト２８の中空部２９の下端に接続されている。昇降シャフト２８の中空部２９の上端には冷却水排出管５２が接続されており、冷却水排出管５２は冷却水供給源４７に接続されようになっている。したがって、昇降シャフト２８の中空部２９には冷却水４８が下端の導出側連絡管５１から導入されて上端の冷却水排出管５２から排出されることによって流通するようになっている。なお、内筒３０の中空部にはボート回転駆動用モータ４１の電力供給電線５３が挿通されて、外部に引き出されている。
【００１６】
以下、前記構成に係るバッチ式熱処理装置を使用した成膜工程を説明する。
【００１７】
これから成膜すべきウエハ１４は筐体２のウエハ搬入搬出口４を通して待機室３にウエハ移載装置（wafer transfer equipment )によって搬入され、ボート１３に装填（チャージング）される。この際、図１に示されているように、ボート搬入搬出口６がシャッタ７によって閉鎖されることにより、処理室９の高温雰囲気が待機室３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１４および装填されたウエハ１４が高温雰囲気に晒されることはなく、ウエハ１４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。
【００１８】
予め指定された枚数のウエハ１４がボート１３へ装填されると、図２に示されているように、ウエハ搬入搬出口４はゲート５によって閉鎖され、ボート搬入搬出口６がシャッタ７によって開放される。
【００１９】
続いて、昇降台３３に支持されたシールキャップ４３およびボート１３がボートエレベータ２０のモータ２６によって昇降体２５および昇降シャフト２８を介して上昇されて、プロセスチューブ１０の処理室９にボート搬入搬出口６から搬入（ボートローディング）される。ボート１３が上限に達すると、シールキャップ４３の上面の周辺部がボート搬入搬出口６をシール状態に閉塞するため、プロセスチューブ１０の処理室９は気密に閉じられた状態になる。ボート１３を処理室９へ搬入する際に、昇降シャフト２８が上昇すると、ベローズ３２は上方向に伸張する。
【００２０】
その後、プロセスチューブ１０の処理室９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１２によって排気され、ヒータユニット８によって所定の温度に加熱され、所定の原料ガスがガス導入管１１によって所定の流量だけ供給される。これにより、予め設定された処理条件に対応する所望の膜がウエハ１４に形成される。この際、ボート１３がボート回転駆動用モータ４１によって回転されることにより、原料ガスがウエハ１４の表面に均一に接触されるため、ウエハ１４にはＣＶＤ膜が均一に形成される。
【００２１】
ここで、冷却水４８が冷却水供給管４５および冷却水排出管５２を通じて、冷却装置４４およびシールキャップ４３の通水路４９に流通されることにより、熱によるシールキャップ４３のシールリング４２や磁性流体シール装置３８および軸受装置３９の劣化が防止される。このとき、冷却水４８が昇降シャフト２８の中空部２９を流通するため、昇降シャフト２８および内筒３０も冷却されることになる。
【００２２】
予め設定された処理時間が経過すると、図１に示されているように、ボート１３およびシールキャップ４３を支持した昇降台３３が昇降シャフト２８および昇降体２５を介してボートエレベータ２０のモータ２６によって下降されることにより、処理済みウエハ１４を保持したボート１３が待機室３に搬出（ボートアンローディング）される。この際、ベローズ３２は昇降シャフト２８の下降に伴って下方向に短縮する。
【００２３】
ここで、昇降シャフト２８が冷却されない状態で、処理済みのボート１３やウエハ１４群が高い温度のまま待機室３に下降されて来ると、昇降シャフト２８が加熱されて熱膨張することにより、ボート１３の基準高さに対する位置がずれるため、ウエハ１４をボート１３からウエハ移載装置によって脱装（ディスチャージング）することができなくなる。
【００２４】
本実施の形態においては、冷却水４８が昇降シャフト２８の中空部２９に流通されて昇降シャフト２８が強制的に冷却されていることにより、昇降シャフト２８が熱膨張するのを防止されているため、ボート１３が待機室３に高温度のまま下降されて来ても、ボート１３の基準高さがずれることはない。したがって、ウエハ移載装置によるウエハ１４のボート１３からの脱装作業は、昇降シャフト２８の自然冷却を待つことなく直ちに実施することができる。つまり、昇降シャフト２８の自然冷却の待ち時間を省略することができるため、ウエハ１４のボート１３からの脱装作業のスループットの低下を防止することができる。
【００２５】
ボート１３が処理室９から待機室３に搬出されると、ボート搬入搬出口６がシャッタ７によって閉鎖される。次いで、待機室３のウエハ搬入搬出口４がゲート５によって開放され、ボート１３の処理済みウエハ１４がウエハ移載装置によって脱装（ディスチャージング）される。この際、昇降シャフト２８の熱膨張が防止されることにより、ボート１３の基準高さがずれるのを防止されているため、ウエハ移載装置による処理済みウエハ１４のボート１３からの脱装作業は適正かつ迅速に実行されることになる。
【００２６】
以降、前述した作用が繰り返されることにより、ウエハ１４が例えば、２５枚、５０枚、１００枚、７５枚、１００枚ずつ、バッチ式熱処理装置１によってバッチ処理されて行く。
【００２７】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００２８】
1)  ボートエレベータを待機室の外部に設置することにより、ボートエレベータの有機物質が待機室に飛散するのを防止することができるため、有機物質によるウエハの汚染を未然に防止することができる。ウエハの汚染があると、曇り等の異常成膜が発生してしまう４００〜７００℃という低温で実施する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の成膜処理を行う半導体製造装置に利用して有効である。
【００２９】
2)  ボートとボートエレベータとを連結している昇降シャフトを強制的に冷却することにより、昇降シャフトの熱膨張を防止することができるため、ウエハのボートからの脱装作業を冷却時間を置くことなく直ちに実施することができる。
【００３０】
3)  昇降シャフトの自然冷却の待ち時間を省略して、ウエハのボートからの脱装作業を直ちに実施することができるため、バッチ式ＣＶＤ装置および成膜工程のスループットを高めることができる。
【００３１】
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。
【００３２】
例えば、昇降シャフトを強制的に冷却するための冷却装置の冷却水の流通経路は、磁性流体シール装置や軸受装置およびシールキャップの冷却水の流通経路に直列に接続して構成しているが、これらと独立するように構成してもよい。
【００３３】
昇降シャフトの中空部に内筒を同心円に配置した二重構造に構成して中間に冷却水を流通させるように構成するに限らず、昇降シャフトの中空部に冷却水を流通させるように構成してもよいし、昇降シャフトの外側に冷却水の流通経路を構成してもよい。
【００３４】
冷却媒体は冷却水に限らず、エチレングリコール水溶液や弗素系冷却液等の他の冷却液体であってもよいし、圧縮空気や窒素ガスおよび不活性ガス等の冷却気体であってもよい。
【００３５】
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。
【００３６】
前記実施の形態で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、半導体製造装置全般に適用することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体製造装置においてスループットの低下や大形化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるバッチ式熱処理装置を示す側面断面図である。
【図２】ボート搬入時を示す側面断面図である。
【符号の説明】
１…バッチ式熱処理装置（半導体製造装置）、２…筐体、３…待機室（密閉室）、４…ウエハ搬入搬出口、５…ゲート、６…ボート搬入搬出口、７…シャッタ、８…ヒータユニット、９…処理室、１０…プロセスチューブ、１１…ガス導入管、１２…排気管、１３…ボート、１４…ウエハ（基板）、１９…据付台、２０…ボートエレベータ、２１…上側取付板、２２…下側取付板、２３…ガイドレール、２４…送りねじ軸、２５…昇降体、２６…モータ、２７…アーム、２８…昇降シャフト、２９…中空部、３０…内筒、３１…挿通孔、３２…ベローズ、３３…昇降台、３４…本体、３５…蓋体、３６…シールリング、３７…気密室、３８…磁性流体シール装置、３９…軸受装置、４０…回転軸、４１…ボート回転駆動用モータ、４２…シールリング、４３…シールキャップ、４４…冷却装置、４５…冷却水供給管、４６…可変流量制御弁、４７…冷却水供給源、４８…冷却水、４９…通水路、５０…導入側連絡管、５１…導出側連絡管、５２…冷却水排出管、５３…電力供給電線。
【図１】
0004203252.tif 000002
【図２】
0004203252.tif 000003