(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を搬入出する開口部を有し、内部で基板を処理する反応容器と、前記開口部を開閉する蓋体と、前記反応容器の中心線と平行で軸心方向に進退する出力軸を有し、前記蓋体乃至前記反応容器に対して前記出力軸と一体に回転及び往復移動可能に設けられ、回転及び往復移動により前記蓋体と前記反応容器とを係合解除可能なロック部材と、該ロック部材を回転及び往復移動させる移動機構とを具備し、前記ロック部材が前記蓋体と前記反応容器の係合を解除する時には、前記出力軸を突出させた後に前記ロック部材を回転させ、該ロック部材が前記蓋体と前記反応容器を係合させる時には、前記ロック部材を回転させた後に該ロック部材を前記蓋体乃至前記反応容器に押圧させることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
基板を搬入しつつ蓋体により反応容器の開口部を閉じる工程と、移動機構が前記反応容器の中心線と平行で軸心方向に進退する出力軸と一体に回転及び往復移動可能なロック部材を、前記蓋体乃至前記反応容器に対して回転させた後押圧させて前記蓋体と前記反応容器とを係合させる工程と、前記反応容器内で基板を処理する工程と、前記移動機構が前記出力軸を突出させて前記ロック部材を前記蓋体乃至前記反応容器に対して離反させた後に回転させて、前記蓋体と前記反応容器との係合を解除する工程と、基板を搬出しつつ前記蓋体により前記反応容器の開口部を開ける工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
基板を搬入しつつ蓋体により反応容器の開口部を閉じる工程と、移動機構が前記反応容器の中心線と平行で軸心方向に進退する出力軸と一体に回転及び往復移動可能なロック部材を、前記蓋体乃至前記反応容器に対して回転させた後押圧させて前記蓋体と前記反応容器とを係合させる工程と、前記反応容器内で基板を処理する工程と、前記移動機構が前記出力軸を突出させて前記ロック部材を前記蓋体乃至前記反応容器に対して離反させた後に回転させて、前記蓋体と前記反応容器との係合を解除する工程と、基板を搬出しつつ前記蓋体により前記反応容器の開口部を開ける工程とを有することを特徴とする基板処理方法。
【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を処理炉内で、薄膜の生成、酸化処理、拡散処理、アニール処理、エッチング処理等を行う基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板処理装置には、所要枚数の基板を一度に処理するバッチ式の基板処理装置があり、バッチ式の基板処理装置に於いては、所要枚数の基板が基板保持具に保持された状態で処理炉内の反応容器内に該反応容器の下端開口（以下炉口）より装入され、該反応容器が蓋体により密閉され、反応容器内が減圧雰囲気とされ、薄膜の生成等、所要の処理がなされる。
【０００３】
前記基板保持具は、蓋体（以下炉口蓋）に支持されており、前記基板保持具が反応容器内に装入されることで、前記炉口蓋が前記炉口を気密に閉塞する様になっている。又、前記基板保持具は基板保持具装脱装置によって、反応容器内に装入され、又引出される。
【０００４】
近年、基板（以下ウェーハ）の大口径化が進み、例えば４５０ｍｍの直径を有するウェーハの処理が行われる様になっている。
【０００５】
ウェーハの大口径化に追従して、前記炉口も大口径化し、該炉口を閉塞する炉口蓋も大口径化している。反応容器内部を完全な気密状態とするには、前記炉口蓋が前記炉口の全周で均一に密着され、又所定の面圧が必要となる。
【０００６】
斯かる密閉状態を前記基板保持具装脱装置の推力でのみ達成するのは困難である。この為、特許文献１に示される様に、炉口周辺に所要数のクランプ装置が設けられ、該クランプ装置により、炉口蓋を炉口に全周均一に密着させ、更に必要な面圧が得られる様にしている。
【０００７】
特許文献１で示されるクランプ装置は、炉口蓋にロックシリンダを設け、該ロックシリンダによってクランプブロックを水平方向に進退させ、該クランプブロックを反応容器側に設けたクランプ受けに契合させている。前記クランプブロック、クランプ受けはそれぞれテーパ面を有し、テーパ面の契合により得られた楔作用により、炉口蓋を反応容器に密着させている。
【０００８】
上記したクランプ装置では、ロック状態が達成される為に、クランプブロックとクランプ受け間での摺動動作を伴う。摺動動作は発塵の原因となり、ウェーハ汚染を誘起する虞れがある。又、クランプ力は、テーパ面の角度によって決定されるが、摺動動作を少なくするにはテーパ角度を大きくする必要があるが、テーパ角度を大きくするとクランプ方向の分力が小さくなり、大容量のロックシリンダが必要となる。
【０００９】
又、テーパ角度を小さくすると、大きなクランプ力が得られるが、摺動動作が大きくなり、多くの発塵を招く。更に、前記クランプ受けからクランプブロックを完全に離脱させる為にはロックシリンダに大きなストロークが必要となり、シリンダが大型化する。
【００１０】
更に、クランプ力はテーパ面の噛合い状態で敏感に影響を受ける。この為、クランプ装置でのクランプブロックとクランプ受けの間の位置合せが微妙となり、複数のクランプ装置によるクランプ力を均一化することが難しいという問題があった。
【００１１】
【特許文献１】特開平８−１９５３５４号公報
【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、クランプ力の管理、クランプ力の均一化が容易であり、又小型化が可能であるクランプ装置を具備した基板処理装置を提供するものであり、又係る基板処理装置による半導体装置の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、基板を搬入出する開口部を有し、内部で基板を処理する反応容器と、前記開口部を開閉する蓋体と、該蓋体乃至前記反応容器に対して回転及び往復移動可能に設けられ、回転及び往復移動により前記蓋体と前記反応容器とを係合解除可能なロック部材と、該ロック部材を回転及び往復移動させる移動機構とを具備する基板処理装置に係るものである。
【００１４】
又本発明は、基板を搬入しつつ蓋体により反応容器の開口部を閉じる工程と、移動機構がロック部材を前記蓋体乃至前記反応容器に対して回転及び押圧させて前記蓋体と前記反応容器とを係合させる工程と、前記反応容器内で基板を処理する工程と、前記移動機構が前記ロック部材を前記蓋体乃至前記反応容器に対して離反及び回転させて、前記蓋体と前記反応容器との係合を解除する工程と、基板を搬出しつつ前記蓋体により前記反応容器の開口部を開ける工程とを有する半導体装置の製造方法に係るものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、基板を搬入出する開口部を有し、内部で基板を処理する反応容器と、前記開口部を開閉する蓋体と、該蓋体乃至前記反応容器に対して回転及び往復移動可能に設けられ、回転及び往復移動により前記蓋体と前記反応容器とを係合解除可能なロック部材と、該ロック部材を回転及び往復移動させる移動機構とを具備するので、確実に前記蓋体により前記反応容器の開口部を気密に閉塞できる。
【００１６】
又本発明によれば、基板を搬入しつつ蓋体により反応容器の開口部を閉じる工程と、移動機構がロック部材を前記蓋体乃至前記反応容器に対して回転及び押圧させて前記蓋体と前記反応容器とを係合させる工程と、前記反応容器内で基板を処理する工程と、前記移動機構が前記ロック部材を前記蓋体乃至前記反応容器に対して離反及び回転させて、前記蓋体と前記反応容器との係合を解除する工程と、基板を搬出しつつ前記蓋体により前記反応容器の開口部を開ける工程とを有するので、確実に前記蓋体により前記反応容器の開口部を気密に閉塞でき、基板処理に必要な気密状態を実現でき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】
【００１７】
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。
【００１８】
図１は、本発明が実施される基板処理装置の処理炉１の一例を示している。
【００１９】
該処理炉１は加熱手段としてのヒータ２を有する。該ヒータ２は円筒形状であり、支持部材であるヒータベース３に立設されている。
【００２０】
前記ヒータ２の内部には、該ヒータ２と同心に反応管としてのプロセスチューブ４が配設されている。該プロセスチューブ４は、内部反応管５と、その外側に同心に設けられた外部反応管６とから構成されている。
【００２１】
前記内部反応管５は、例えば石英（ＳｉＯ2 ）又は炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。前記内部反応管５の中空部には処理室７が形成されており、該処理室７には基板保持具であるボート９が収納され、該ボート９はウェーハ８を水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で保持する。
【００２２】
前記外部反応管６は、例えば石英又は炭化シリコン等の耐熱性材料からなり、内径が前記内部反応管５の外径よりも大きく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、前記内部反応管５と同心円状に設けられている。
【００２３】
前記外部反応管６の下端には、該外部反応管６と同心円状にマニホールド１１が気密に連設されている。該マニホールド１１は、例えばステンレス等からなり、上端に上フランジ１２及び下端に下フランジ１３が形成された円筒形状となっている。
【００２４】
前記マニホールド１１は前記ヒータベース３に取付けられた反応管支持台１４に支持されており、前記外部反応管６は前記上フランジ１２に立設されている。前記マニホールド１１の内周面には内フランジ１５が突設され、前記内部反応管５は前記内フランジ１５に立設されている。
【００２５】
前記プロセスチューブ４、即ち前記内部反応管５、前記外部反応管６と前記マニホールド１１によって反応容器が構成される。又、前記マニホールド１１の下端開口は、炉口１６を形成し、該炉口１６は蓋体である炉口蓋１７によって閉塞される。又、前記下フランジ１３と前記炉口蓋１７との間にはＯリング１８が挾設され、前記下フランジ１３と前記炉口蓋１７とに掛渡ってロック装置１９が円周方向等間隔で所要数設けられ、前記炉口蓋１７により前記炉口１６が閉塞された後、前記ロック装置１９が作動することで前記炉口蓋１７が前記下フランジ１３に押圧され、前記炉口蓋１７と前記下フランジ１３の接合面が気密となる様になっている。
【００２６】
前記炉口蓋１７にはガス導入部としてのノズル２１が前記処理室７に連通する様に接続されており、前記ノズル２１にはガス供給管２２が接続されている。該ガス供給管２２の上流側には、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２３を介して図示しない処理ガス供給源や不活性ガス供給源が接続されている。前記ＭＦＣ２３には、ガス流量制御部２４が電気的に接続されており、供給するガスの流量が所望の量となる様所望のタイミングにて制御する様に構成されている。
【００２７】
前記マニホールド１１には、前記処理室７の雰囲気を排気する排気管２５が設けられている。該排気管２５は、前記内部反応管５と前記外部反応管６との隙間によって形成される筒状空間２６の下端部に連通している。前記排気管２５の前記マニホールド１１より下流側には圧力検出器としての圧力センサ２７及び圧力調整装置２８を介して真空ポンプ等の真空排気装置２９が接続されており、前記処理室７の圧力が所定の圧力（真空度）となる様真空排気し得る様に構成されている。
【００２８】
前記圧力調整装置２８及び前記圧力センサ２７には、圧力制御部３１が電気的に接続されており、該圧力制御部３１は前記圧力センサ２７により検出された圧力に基づいて前記圧力調整装置２８により前記処理室７の圧力が所望の圧力となる様所望のタイミングにて制御する様に構成されている。
【００２９】
前記炉口蓋１７の前記処理室７と反対側には、前記ボート９を回転させる回転機構３２が設置されている。該回転機構３２の回転軸３３は前記炉口蓋１７を貫通して、ボート載置盤３４に連結され、該ボート載置盤３４に前記ボート９が載置される。
【００３０】
前記回転機構３２は前記回転軸３３を介して前記ボート載置盤３４を回転させることで、前記処理室７でウェーハ８を回転させる様に構成されている。
【００３１】
前記炉口蓋１７は前記プロセスチューブ４の下方に垂直に設備された昇降機構としてのボートエレベータ３５によって垂直方向に昇降される様に構成されており、該ボートエレベータ３５が前記炉口蓋１７を昇降させることで、前記ボート９を前記処理室７に対し搬入搬出することが可能となっている。前記回転機構３２及び前記ボートエレベータ３５には、駆動制御部３６が電気的に接続されており、所望の動作をする様所望のタイミングにて制御する様に構成されている。
【００３２】
前記ボート９は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなり、複数枚のウェーハ８を水平姿勢で且つ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持する様に構成されている。尚、前記ボート９の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる円板形状をした断熱部材としての断熱板３７が水平姿勢で多段に複数枚配置されており、前記ヒータ２からの熱が前記マニホールド１１側に伝わり難くなる様構成されている。
【００３３】
前記プロセスチューブ４内には、温度検出器としての温度センサ３８が設置されている。前記ヒータ２と前記温度センサ３８には、電気的に温度制御部３９が接続されており、前記温度センサ３８により検出された温度情報に基づき前記ヒータ２への通電具合を調整することにより前記処理室７の温度が所望の温度分布となる様所望のタイミングにて制御する様に構成されている。
【００３４】
前記ガス流量制御部２４、前記圧力制御部３１、前記駆動制御部３６、前記温度制御部３９は、操作部、入出力部をも構成し、基板処理装置全体を制御する主制御部４１に電気的に接続されている。
【００３５】
次に、上記構成に係る処理炉１を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、ＣＶＤ法によりウェーハ８上に薄膜を形成する方法について説明する。尚、以下の説明に於いて、基板処理装置を構成する各部の動作は前記主制御部４１により制御される。
【００３６】
所定枚数のウェーハ８が前記ボート９に装填されると、前記ボートエレベータ３５が前記炉口蓋１７を上昇させ、前記ボート９を前記処理室７に装入する。
【００３７】
前記炉口蓋１７が前記炉口１６を閉塞すると、前記ロック装置１９が駆動され、該ロック装置１９は前記炉口蓋１７と前記下フランジ１３とをロックする。ロック状態では、前記ロック装置１９が前記炉口蓋１７と前記下フランジ１３とを挾持し、前記炉口蓋１７を前記下フランジ１３に押圧する。前記Ｏリング１８が潰れて前記炉口蓋１７と前記下フランジ１３間を気密にシールする。又、前記ロック装置１９は円周方向等間隔で、複数設けられているので、押圧力は均等化され、シールも全周に亘って均一となる。
【００３８】
前記処理室７が所望の圧力（真空度）となる様に前記真空排気装置２９によって真空排気される。この際、前記処理室７の圧力は、前記圧力センサ２７で測定され、該測定された圧力に基づき前記圧力調整装置２８が、フィードバック制御される。
【００３９】
又、前記処理室７が所望の温度となる様に前記ヒータ２によって加熱される。この際、前記処理室７が所望の温度分布となる様に前記温度センサ３８が検出した温度情報に基づき前記ヒータ２への通電具合がフィードバック制御される。続いて、前記回転機構３２により、前記ボート９を介してウェーハ８が回転される。
【００４０】
次いで、処理ガス供給源から処理ガスが供給され、前記ＭＦＣ２３にて所望の流量となる様に制御されたガスは、前記ガス供給管２２を流通して前記ノズル２１から前記処理室７に導入される。導入されたガスは前記処理室７を上昇し、前記内部反応管５の上端開口から前記筒状空間２６に流出して前記排気管２５から排気される。ガスは前記処理室７を通過する際にウェーハ８の表面と接触し、この際に熱ＣＶＤ反応によってウェーハ８の表面上に薄膜が堆積（デポジション）される。
【００４１】
予め設定された処理時間が経過すると、不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、前記処理室７が不活性ガスに置換されると共に、該処理室７の圧力が常圧に復帰される。
【００４２】
前記ロック装置１９が駆動され、ロック状態が解除される。
【００４３】
その後、前記ボートエレベータ３５により前記炉口蓋１７が降下されて、前記炉口１６が開放され、処理済ウェーハ８が前記ボート９に保持された状態で前記炉口１６を通して真空容器の外部に引出される。
【００４４】
その後、処理済ウェーハ８は前記ボート９から基板移載機（図示せず）より払出される。
【００４５】
尚、一例迄、本実施の形態の処理炉にてウェーハを処理する際の処理条件としては、例えば、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の成膜に於いては、処理温度６００〜７５０℃、処理圧力０〜３０Ｐａ、ガス種、ガス供給流量、ＮＨ3 、５００〜３０００ｓｃｃｍ、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 、５００〜１０００ｓｃｃｍが例示され、それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することでウェーハに処理がなされる。
【００４６】
次に、図２に於いて、前記ロック装置１９の具体例について説明する。
【００４７】
前記炉口蓋１７の下面にアクチュエータ支持金具４３を取付け、該アクチュエータ支持金具４３にアクチュエータ４４を取付ける。該アクチュエータ４４は前記マニホールド１１の中心線と平行な出力軸４５を有し、該出力軸４５は軸心方向に進退すると共に所要角度、例えば９０°回転可能となっている。
【００４８】
前記出力軸４５にはクランプアーム４６が軸着され、該クランプアーム４６は前記出力軸４５に対して直交して設けられ、下面にはフッ素樹脂等の合成樹脂製の緩衝プレート４７が固着される。尚、前記アクチュエータ４４は、前記クランプアーム４６を回転移動、直進移動させる為の移動機構であり、アクチュエータとして、好ましくはエアシリンダが用いられる。
【００４９】
前記ロック装置１９の作動について説明する。
【００５０】
図２はロック状態を示しており、ロック状態では、前記アクチュエータ４４は前記出力軸４５に対して引込み方向の力を付与しており、前記アクチュエータ支持金具４３と前記クランプアーム４６との間で前記下フランジ１３と前記炉口蓋１７に挾持力を作用させ、両者間に所要の面圧を発生させている。而して、前記Ｏリング１８が潰れて、前記下フランジ１３と前記炉口蓋１７との接合面が気密にシールされる。尚、前記クランプアーム４６は前記緩衝プレート４７を介して前記下フランジ１３に当接しており、前記クランプアーム４６と前記下フランジ１３との金属接触が避けられる。
【００５１】
前記下フランジ１３と前記炉口蓋１７に挾持力を作用させる過程での力の伝達経路は、前記炉口蓋１７、前記アクチュエータ支持金具４３、前記出力軸４５、前記クランプアーム４６、前記下フランジ１３である。即ち、前記ロック装置１９自体が挾持力の伝達経路となっている。従って、前記ロック装置１９を設けるに当り、筐体等、構造部材について補強の必要はなく、既存の基板処理装置に対しても容易に実施可能である。
【００５２】
又、前記下フランジ１３と前記炉口蓋１７間の面圧は、前記アクチュエータ４４による挾持力のみで発生され、又挾持力は前記アクチュエータ４４の動作力によって決定されるので、面圧の管理は前記アクチュエータ４４の出力制御のみでよく、簡単で、又確実である。
【００５３】
ロック状態を解除する場合は、先ず前記出力軸４５を突出させ、前記下フランジ１３と前記緩衝プレート４７との間に隙間を生じさせ、次に前記出力軸４５を回転させ、前記クランプアーム４６を前記下フランジ１３に緩衝しない位置迄移動させる。この場合、前記出力軸４５の突出量は、前記下フランジ１３と前記緩衝プレート４７との間に隙間を生じさせるだけでよいので、僅かでよい。
【００５４】
ロック状態が解除されると、前記ボートエレベータ３５が駆動されて、前記炉口蓋１７が降下され、前記炉口１６が開放される。前記ロック装置１９は前記炉口蓋１７と一体に降下する。
【００５５】
前記炉口蓋１７により、前記炉口１６を閉塞し、前記ロック装置１９でロック状態とするには、上記ロック状態の解除と逆の作動により行われる。
【００５６】
尚、前記下フランジ１３側に空間の余裕がある場合、前記アクチュエータ４４を前記下フランジ１３に設けてもよい。
【００５７】
（付記）
又、本発明は以下の実施の態様を含む。
【００５８】
（付記１）基板を搬入出する開口部を有し、内部で基板を処理する反応容器と、前記開口部を開閉する蓋体と、該蓋体乃至前記反応容器に対して回転及び往復移動可能に設けられ、回転及び往復移動により前記蓋体と前記反応容器とを係合解除可能なロック部材と、該ロック部材を回転及び往復移動させる移動機構とを具備することを特徴とする基板処理装置。
【００５９】
（付記２）前記移動機構は、基板を保持する基板保持具を載置する前記蓋体に、前記ロック部材を前記反応容器に対して回転及び往復移動可能に設けられている付記１の基板処理装置。
【００６０】
（付記３）前記反応容器は、前記開口部の周縁にフランジ部を有している付記１の基板処理装置。
【００６１】
（付記４）基板を搬入しつつ蓋体により反応容器の開口部を閉じる工程と、前記蓋体にある移動機構がロック部材を前記反応容器の開口部の周縁にあるフランジ部を越して移動させる工程と、該移動させた後に前記移動機構が、前記ロック部材を回転させる工程と、前記回転させた後に、前記移動機構が、前記ロック部材を蓋体側に移動させて、前記フランジ部に前記ロック部材を当接させる工程と、前記反応容器内で基板を処理する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の形態を示す概略断面図である。
【図２】該実施の形態に用いられるロック装置の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６３】
１              処理炉
２              ヒータ
４              プロセスチューブ
５              内部反応管
６              外部反応管
７              処理室
８              ウェーハ
９              ボート
１１            マニホールド
１３            下フランジ
１６            炉口
１７            炉口蓋
１８            Ｏリング
１９            ロック装置
４３            アクチュエータ支持金具
４４            アクチュエータ
４５            出力軸
４６            クランプアーム
４７            緩衝プレート
【図１】
0005060916.tif 000002
【図２】
0005060916.tif 000003