JP2006261310A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
基板処理装置に於いて、ガス供給管とガス導入ノズルとを連結する場合のガス導入ノズルの欠損、破損が生じない安全性の高い基板処理装置を提供する。
【解決手段】
基板を収納する処理管１と、該処理管内に所要の処理ガスを導入し、前記処理管の壁を貫通して管外に延出する外端部１２を有するガス導入ノズル１１と、該ガス導入ノズルに処理ガスを供給するガス供給管１３と、前記外端部と前記ガス供給管とを連結する連結部材１５とを具備し、該連結部材と前記処理管の外面との間にスペーサ６８を設けた。
【選択図】 図４

Description

本発明はシリコンウェーハ等の基板に絶縁膜等の成膜処理、或はアニール処理、不純物の拡散等の処理、エッチング処理等の処理をして半導体装置を製造する基板処理装置に関するものである。

反応室内に収納された基板が減圧雰囲気で加熱されると共に処理ガスが導入されて所要の処理がなされる。

前記反応室は、石英等基板を汚染しない材質から成る反応管で画成され、該反応管に処理ガス導入管が連通され、該処理ガス導入管を介して処理ガスが導入され、又前記反応管には排気管が接続され、該排気管を介して反応管内が所定の圧力に維持されている。

バッチ式の基板処理装置の場合、反応管は上端が閉塞された管体であり、処理室に処理ガスを導入する処理ガス導入ノズルは、反応管の壁面に沿って立設され、処理ガス導入ノズルの下端部はＬボウ状に屈曲されノズルポートが形成され、ノズルポートは反応管の管壁を貫通して外部に延出している。処理ガス源から配管された処理ガス供給管は、管継手を介して前記ノズルポートに気密に接続される様になっている。

図７は従来の、ノズルポートと処理ガス供給管との接続構造を示している。

図７に於いて、１は処理する基板を収納する反応管を示し、図中右側が該反応管１の中心となっている。２は基板処理装置の筐体の天板を示し、該天板２には前記反応管１が上方に貫通する孔３が設けられ、該孔３と同心にヒータベース４が前記天板２上に設けられ、前記ヒータベース４上に前記反応管１と同心に円筒形状のヒータ５が設けられている。

前記ヒータベース４の下方には支持部材（図示せず）を介して炉口フランジ７が筐体（図示せず）に支持され、前記炉口フランジ７に前記反応管１が立設されている。該反応管１の下端には反応管フランジ８が形成され、該反応管フランジ８が反応管固定リング９によって前記炉口フランジ７に固定されている。

石英製の処理ガス導入ノズル１１は前記反応管１の内面に沿って立設され、所要箇所で溶接等で前記反応管１に固定されている。前記処理ガス導入ノズル１１の下端部はＬ字状に屈曲されて外端部１２を形成しており、該外端部１２は前記反応管１下部を水平方向に貫通して外部に延出しており、貫通部分は溶接等により気密に前記反応管１に固定されている。

処理ガス供給管１３はフレキシブルチューブとなっており、更に先端にはアダプタスリーブ１４が取付けられている。

前記処理ガス導入ノズル１１と前記処理ガス供給管１３との接続は、連結部材、例えば管継手１５により前記外端部１２と前記アダプタスリーブ１４とを気密に連結することで行われる。

前記管継手１５は前記外端部１２に嵌入され、該外端部１２と前記管継手１５間は圧縮されたＯリング１６によって気密にされる。又前記アダプタスリーブ１４はナット１７によって前記管継手１５に固定され、該管継手１５のテーパ面に設けられたＯリング１８によって前記アダプタスリーブ１４と前記管継手１５間が気密にシールされる様になっている。

上記した様に、従来では前記処理ガス供給管１３先端の前記アダプタスリーブ１４と前記外端部１２とが連結されていたが、以下に述べる不具合を生じる虞れがあった。

前記管継手１５は金属製であり、該管継手１５を前記外端部１２に嵌入していたが、シール性を確保する為に前記Ｏリング１６を圧縮させつつ前記管継手１５を嵌入する力を要する作業となり、勢いで前記外端部１２の先端と前記管継手１５の嵌入穴底部とが強く接触し、前記外端部１２の先端が欠ける等、損傷する可能性があった。

又、前記処理ガス供給管１３はフレキシブルチューブで柔軟性はあるが、管径が大きくなると屈曲させた場合の反発力も大きく、更に重量も大きくなる。この為、前記外端部１２に前記処理ガス供給管１３の反発力、重量が作用することになり、前記外端部１２が反発力、重量に耐えられず破損する可能性もあった。

本発明は斯かる実情に鑑み、基板処理装置に於いて、ガス供給管とガス導入ノズルとを連結する場合のガス導入ノズルの欠損、破損が生じない安全性の高い基板処理装置を提供するものである。

本発明は、基板を収納する処理管と、該処理管内に所要の処理ガスを導入し、前記処理管の壁を貫通して管外に延出する外端部を有するガス導入ノズルと、該ガス導入ノズルに処理ガスを供給するガス供給管と、前記外端部と前記ガス供給管とを連結する連結部材とを具備し、該連結部材と前記処理管の外面との間にスペーサを設けた基板処理装置に係るものである。

本発明によれば、基板を収納する処理管と、該処理管内に所要の処理ガスを導入し、前記処理管の壁を貫通して管外に延出する外端部を有するガス導入ノズルと、該ガス導入ノズルに処理ガスを供給するガス供給管と、前記外端部と前記ガス供給管とを連結する連結部材とを具備し、該連結部材と前記処理管の外面との間にスペーサを設けたので、前記外端部に前記連結部材を装着する場合に、前記外端部の先端に前記連結部材から過度の外力が作用することが防止され、前記ガス導入ノズルの損傷が防止される等の優れた効果を発揮する。

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。

先ず、図１、図２に於いて本発明が適用される基板処理装置の一例である半導体製造装置についての概略を説明する。

筐体２１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２２の授受を行う容器授受手段としてのカセットステージ２３が設けられ、該カセットステージ２３の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ２４が設けられ、該カセットエレベータ２４にはカセット搬送手段としてのカセット搬送機２５が取付けられている。又、前記カセットエレベータ２４の後側には、前記カセット２２の収納手段としてのカセット棚２６が設けられると共に前記カセットステージ２３の上方にもカセット収納手段である予備カセット棚２７が設けられている。該予備カセット棚２７の上方にはクリーンユニット２８が設けられ、クリーンエアを前記筐体２１の内部を流通させる様に構成されている。

該筐体２１の後部上方には、処理炉２９が設けられ、該処理炉２９の下方には基板としてのウェーハ３１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３２を前記処理炉２９に装入、引出しする昇降手段としてのボートエレベータ３３が設けられ、該ボートエレベータ３３に取付けられた昇降部材３４の先端部には前記処理炉２９の炉口部を閉塞する蓋体としてのシールキャップ３５が取付けられ、該シールキャップ３５に前記ボート３２が垂直に支持されている。

前記ボートエレベータ３３と前記カセット棚２６との間には昇降手段としての移載エレベータ３６が設けられ、該移載エレベータ３６には搬送手段としてのウェーハ移載機３７が取付けられている。又、前記処理炉２９下部近傍には、開閉機構を持ち前記処理炉２９の炉口を塞ぐ遮蔽部材としての炉口シャッタ３８が設けられている。

前記ウェーハ３１が垂直姿勢で装填された前記カセット２２は、図示しない外部搬送装置から前記カセットステージ２３に搬入され、前記ウェーハ３１が水平姿勢となる様、前記カセットステージ２３で９０°回転させられる。更に、前記カセット２２は、前記カセットエレベータ２４の昇降動作、横行動作及び前記カセット搬送機２５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２３から前記カセット棚２６又は前記予備カセット棚２７に搬送される。

前記カセット棚２６には前記ウェーハ移載機３７の搬送対象となる前記カセット２２が収納される移載棚３９があり、前記ウェーハ３１が移載に供される前記カセット２２は前記カセットエレベータ２４、前記カセット搬送機２５により前記移載棚３９に移載される。

前記カセット２２が前記移載棚３９に移載されると、前記ウェーハ移載機３７の進退動作、回転動作及び前記移載エレベータ３６の昇降動作の協働により前記移載棚３９から降下状態の前記ボート３２に前記ウェーハ３１を移載する。

前記ボート３２に所定枚数の前記ウェーハ３１が移載されると、前記ボートエレベータ３３により前記ボート３２が前記処理炉２９に挿入され、前記シールキャップ３５により前記処理炉２９が気密に閉塞される。気密に閉塞された該処理炉２９内では前記ウェーハ３１が加熱されると共に処理ガスが前記処理炉２９内に供給され、前記ウェーハ３１に処理がなされる。

前記ウェーハ３１への処理が完了すると、該ウェーハ３１は上記した作動の逆の手順により、前記ボート３２から前記移載棚３９の前記カセット２２に移載され、該カセット２２は前記カセット搬送機２５により前記移載棚３９から前記カセットステージ２３に移載され、図示しない前記外部搬送装置により前記筐体２１の外部に搬出される。尚、前記炉口シャッタ３８は、前記ボート３２が降下状態の際に前記処理炉２９の炉口を塞ぎ、外気が該処理炉２９内に巻込まれるのを防止している。

前記カセット搬送機２５等の搬送動作は、搬送制御部４１により制御される。

次に、上記基板処理装置に用いられる処理炉２９の一例を、図３により概略を説明する。尚、図３中、図１、図２、図７中で示したものと同等のものには同符号を付してある。

図３に示す処理炉２９は、バッチ式のプラズマ処理炉を示している。

反応管（処理管）１は石英等の誘電性材料から成り、ウェーハ３１を収納し処理する気密な反応室４３を画成する。前記反応管１を収納する様に円筒状のヒータ５が同心に設けられている。

前記処理炉２９では、ボート３２が前記ウェーハ３１を保持する保持具であると共にプラズマを発生させる為の電極となっている。

導電性材料から成る第１電極支柱４４と第２電極支柱４５とが電気的に絶縁され、シールキャップ３５を貫通してそれぞれ１本又は複数本立設され、該シールキャップ３５の貫通部は絶縁ブロック４８により気密にされ、又前記シールキャップ３５と前記第１電極支柱４４、前記第２電極支柱４５とは絶縁されている。前記第１電極支柱４４、前記第２電極支柱４５から、それぞれ水平方向に延び、ウェーハ保持棚を兼ねるサセプタ電極４６，４７が隔段毎に設けられており、該サセプタ電極４６，４７の中心は一致する様に配置されている。

ここで、該サセプタ電極４６，４７の電極数は、プラズマ生成の条件等で決る該サセプタ電極４６，４７の間隔、前記反応室４３の高さ方向の大きさによって決定される。

前記第１電極支柱４４と第２電極支柱４５との間に発振器４９、整合器５０が接続され、又前記シールキャップ３５は接地され、アース電極となっている。尚、アース電極については前記反応室４３内にアース棒を立設する等別途設けてもよい。

而して、前記第１電極支柱４４、前記第２電極支柱４５を介して前記サセプタ電極４６，４７には交互に１８０度位相が異なる交流電力が印加される。又、交流電力としては１３．５６ＭＨｚの高周波、或は４００ＫＨｚ程度の低周波が利用される。

前記ボート３２の降下状態で、ウェーハ移載機３７によりウェーハ３１が移載され、前記ボート３２に所定数のウェーハ３１が移載されると、前記ボートエレベータ３３により前記ボート３２が前記反応室４３に装入され、前記サセプタ電極４６，４７上に載置される。前記反応室４３は前記シールキャップ３５により気密に閉塞される。

前記ヒータ５に電力を供給し、前記ウェーハ３１、前記反応管１、前記ボート３２を所定の温度に加熱する。又、排気管５１を介してポンプ等の排気装置５２により前記反応室４３を排気する。

前記ウェーハ３１が所定の温度となった時点で前記処理ガス導入ノズル１１より処理ガスを導入し、図示しない圧力調整機構により前記反応室４３を所定の温度に維持する。又、該反応室４３が所定の圧力となった時点で、前記発振器４９の出力する交流電力を前記整合器５０を介して前記サセプタ電極４６，４７に交互に供給し、該サセプタ電極４６，４７間にプラズマを生成して前記ウェーハ３１を処理する。

尚、交流電力を１３．５６ＭＨｚの高周波とすると、前記サセプタ電極４６，４７に直流バイアス電圧が掛り、前記ウェーハ３１の表面にプラズマイオンの衝撃を与えられ、プラズマエッチング、酸化膜表面の窒化処理を行うことができる。

処理が完了すると、前記ボートエレベータ３３により前記ボート３２を降下させ、ウェーハ３１の搬送を行うが、ウェーハ３１の搬送時、前記ヒータ５の温度を下げ過ぎると、再度前記ボート３２を装入して処理を行う場合、処理温度迄上昇させるのに時間が掛りスループットが低下するので、温度低下はウェーハ３１の搬送に支障ない温度に留めておく。

図４〜図６により、本実施の形態に於ける処理ガス供給管と処理ガス導入ノズルとの連結構造について説明する。

図４〜図６中、図７中で示したものと同等のものには同符号を付してある。

本連結構造では、前記外端部１２と前記処理ガス供給管１３とを連結する連結部材、例えば、管継手１５が管継手支持部５３を介して、基板処理装置の構造部材に支持される様になっている。

反応管固定リング９上に管支持台５４をボルト５５により固着し、前記管支持台５４の上面に外形が凸形状で貫通孔５７が穿設されている管支持ブロック５６がボルト５８によって固着されている。前記管支持ブロック５６の側面にホルダプレート５９がボルト６１により固着され、前記ホルダプレート５９は中心に孔が穿設されており、該孔に管継手ホルダ６２が嵌合可能となっている。該管継手ホルダ６２は矩形のフランジ６３を有しており、該フランジ６３がボルト６４によって前記ホルダプレート５９の側面に固着されている。前記管継手ホルダ６２は、前記管継手１５が嵌合し、該管継手１５を保持可能な形状をしている。

前記管支持台５４の上端部には庇部５４ａが形成されており、該庇部５４ａを高さ調整螺子６７が下方より螺通しており、上端が前記ホルダプレート５９の下面に当接する様になっている。

前記ボルト５５が貫通する止め孔６５は前記外端部１２の軸芯に対して直交する方向（以下左右方向）に延びる長孔となっており、前記ボルト５８が貫通する止め孔６６は前記外端部１２の軸芯に対して平行（以下前後方向）な方向に延びる長孔となっており、前記ボルト６１が貫通する止め孔（図示せず）は上下方向に延びる長孔となっており、前記ホルダプレート５９、即ち前記管継手ホルダ６２は３軸方向に調整が可能となっている。

尚、図中、６８は前記外端部１２に嵌入されるスペーサであり、材質はセラミック或は耐熱樹脂となっている。

次に、前記外端部１２と処理ガス供給管１３（アダプタスリーブ１４）との連結作業について説明する。

前記管支持台５４を前記反応管固定リング９に仮止めし、前記管支持台５４に前記管支持ブロック５６を仮止めする。前記スペーサ６８を前記外端部１２に嵌入しておく。

前記管継手１５を前記外端部１２に嵌入する。前記スペーサ６８の高さは、前記外端部１２の先端が管継手１５の嵌入穴の底部に達する前に前記スペーサ６８に当接する様にしておく。従って、勢いで前記管継手１５を強く前記外端部１２に嵌入することがあっても、前記管継手１５が前記スペーサ６８に当接するのみで前記外端部１２の先端が嵌入穴底部に接触することが避けられる。

尚、反応管１は肉厚が厚く、又円筒形状となっているので、前記管継手１５が前記スペーサ６８に強く当ったとしても、損傷することはない。

前記管継手ホルダ６２を前記ホルダプレート５９に取付け、前記管継手ホルダ６２を前記管継手１５に嵌合させ、次に前記ホルダプレート５９を前記管支持ブロック５６に前記ボルト６１により仮止めする。

固定する際に、前記管支持台５４の左右方向の調整、前記管支持ブロック５６の前後方向の調整、前記高さ調整螺子６７による前記ホルダプレート５９の高さ調整を行う。前記貫通孔５７は前記管継手１５の形状に対して充分余裕があり、上記調整により該管継手１５と干渉することはない。

前記外端部１２と前記管継手ホルダ６２の芯合せが完了すると、前記ボルト５８、前記ボルト５５、前記ボルト６１を締めて前記ホルダプレート５９を固定する。

前記外端部１２、前記アダプタスリーブ１４（処理ガス供給管１３）は、前記管継手ホルダ６２、前記ホルダプレート５９、前記管支持ブロック５６、前記管支持台５４を介して前記反応管固定リング９、即ち基板処理装置の構造部材に支持される。従って、前記外端部１２に処理ガス供給管１３の重量、配管時に生じた反発力が作用することがなくなる。

尚、上記実施の形態では、前記管支持台５４を前記反応管固定リング９に設けたが、基板処理装置の構造部材であればよく、前記反応管固定リング９に限られない。

本発明の実施の形態に係る基板処理装置の全体斜視図である。 同前基板処理装置の概略側面図である。 本発明の実施の形態に係る基板処理装置に使用される処理炉の一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に於ける処理ガス導入ノズルと処理ガス供給管との連結構造を示す側面図である。 同前連結構造を示す正面図である。 図５のＡ−Ａ矢視相当図である。 従来の基板処理装置に於ける処理ガス導入ノズルと処理ガス供給管との連結構造を示す側面図である。

符号の説明

１ 反応管
７ 炉口フランジ
８ 反応管フランジ
９ 反応管固定リング
１１ 処理ガス導入ノズル
１２ 外端部
１３ 処理ガス供給管
１４ アダプタスリーブ
１５ 管継手
１６ Ｏリング
１７ ナット
２９ 処理炉
５３ 管継手支持部
５４ 管支持台
５４ａ 庇部
５６ 管支持ブロック
５７ 貫通孔
５９ ホルダプレート
６２ 管継手ホルダ
６７ 高さ調整螺子
６８ スペーサ

Claims (1)

1. 基板を収納する処理管と、該処理管内に所要の処理ガスを導入し、前記処理管の壁を貫通して管外に延出する外端部を有するガス導入ノズルと、該ガス導入ノズルに処理ガスを供給するガス供給管と、前記外端部と前記ガス供給管とを連結する連結部材とを具備し、該連結部材と前記処理管の外面との間にスペーサを設けたことを特徴とする基板処理装置。

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