JP2007027159A - 基板処理装置 - Google Patents

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伊藤  剛
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Abstract

【課題】ウエハ面内の膜厚の均一性を向上することができ、且つ基板保持手段における支柱とリング形状のプレートとの溶接の強度を保持することができる基板処理装置を提供する。
【解決手段】処理保持するボート211は、複数本の支柱214と、支柱214の長手方向に複数設けられる基板支持ピン213と、支柱214の長手方向において、基板支持ピン213と交互に配置される複数のリング状プレート212であって、外周側に支柱214の本数と対応する切り欠き部217を有したリング状プレート212とを含み、リング状プレート212を支柱214に固定する際は、支柱214を切り欠き部217に係合させて、リング状プレート212の外周側にてリング状プレート212と支柱214とを溶接固定する。
【選択図】図4

Description

本発明は、基板に対して成膜処理などを行う基板処理装置に関する。
従来、縦型CVD装置等において、複数のウエハを保持する基板保持具として、ホルダプレートを有するボートが用いられている(例えば特許文献1)。このボートは、垂直に設けられた4本の支柱を持つ。支柱はウエハの出し入れが可能なように、略半円周の範囲で配設されている。前記支柱にはリング状の石英製ホルダプレートが支柱に設けた溝部に水平姿勢で多段に溶接され、ホルダプレートの上面にはウエハを載置する基板載置部としての支持つめ部が複数設けられている。
このようなボートを使用してウエハ処理、例えばウエハ上に成膜を行えば、石英製ホルダプレートがウエハ面上の処理ガスの流れを均一化することにより、ウエハ端の膜厚だけが厚くなるのを抑制することができる。また、略半円周に配設された4本の支柱よりも内側のホルダプレート上に設けた支持つめ部の上に、ウエハを保持するので、支柱とウエハとの距離が遠ざかることから支柱の影響が少なくなり、膜厚均一性を向上させることが可能となる。
特開平11−40509号公報
しかしながら、上述したボートを使用しても、なお支柱やウエハ支持部が処理ガスの流れの不均一な部分を構成することとなるため、これらの支柱やウエハ支持部に対応するウエハ部分における処理量が少なくなる傾向にあった。
そこで、ウエハに対して所定の間隔でリング状プレートを設け、リング状プレートの支柱に対向する内周面を支柱の周辺で切り欠き、この切り欠きに支柱を挿入することにより、支柱及びウエハ支持部の有る部分において、ガス流の支柱及びウエハ支持部の影響が抑制され、ウエハ支持部及び支柱の無い部分と同様な膜厚をウエハ上に得ることができるものが本願出願人により出願されている(例えばPCT/JP/2004/017723)。
しかしながら、上記リング状プレートと支柱とを溶接する際には、該支柱の内側から溶接する必要があり、強度を保持する溶接が困難であった。
本発明の第1の目的は、上記従来の問題点を解消し、ウエハ面内の膜厚の均一性を向上することができる基板処理装置を提供することにある。
本発明の第2の目的は、基板保持手段における支柱とリング形状のプレートとの溶接の強度を保持することができる基板処理装置を提供することにある。
本発明の特徴とするところは、処理室と、前記処理室内で複数の基板を保持する基板保持手段と、前記処理室内へ所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内の雰囲気を排出する排出手段とを備えた基板処理装置であって、前記基板保持手段は、複数本の支柱と、前記支柱の長手方向に複数設けられる基板支持部と、前記支柱の長手方向において、前記基板支持部と交互に配置される複数のリング形状のプレートであって、外周側に前記支柱の本数と対応する切り欠き部を有した前記プレートとを含み、前記プレートを前記支柱に固定する際は、前記支柱を前記切り欠き部に係合させて、前記プレートの外周側にて前記プレートと前記支柱とを溶接固定する基板処理装置にある。
本発明によれば、基板保持手段に基板支持部と交互に配置され外周側に支柱の本数と対応する切り欠き部を有したリング形状のプレートを設けることより、ウエハ面内の膜厚の均一性を向上することができる。また、本発明によれば、リング状のプレートの外周側にてリング状のプレートと支柱とを溶接固定することにより、支柱とリング形状のプレートとの溶接の強度を保持することができる。
次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1及び図2において本発明が適用される基板処理装置1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101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が取り付けられている。また、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の内部に流通させるように構成されている。
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エハ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211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に取り付けられた昇降部材122の先端部には蓋体としてのシールキャップ219が取り付けられ、該ボート211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には基板搬送手段としてのウエハ移載機112が取り付けられている。また、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。
前記ウエハ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が上向きの姿勢で搬入され、該ウエハ200が水平の姿勢に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。
前記カセット棚109には前記ウエハ移載機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、前記ウエハ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。
前記カセット100が前記移載棚123に移載されると、前記ウエハ移載機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211に前記ウエハ200を移載する。
前記ボート211に所定枚数の前記ウエハ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211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内では前記ウエハ200が加熱されると共に処理ガスが該処理炉202に供給され、前記ウエハ200に処理がなされる。
前記ウエハ200への処理が完了すると、該ウエハ200は上述した動作と逆の手順により、前記ボートから前記移載棚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。なお、前記炉口シャッタ116は、前記ボート211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。
次に、上述した処理炉202について図3に基づいて詳細に説明する。
図3(a)は、本実施の形態にかかる縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理炉202部分を縦断面で示し、図3(b)は本実施の形態にかかる縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理炉202部分を図3(a)のA−A線断面図で示す。加熱手段であるヒータ207の内側に、基板であるウエハ200を処理する処理室204を有する反応容器としての反応管203が設けられ、この反応管203の下端開口は蓋体であるシールキャップ219により気密部材であるOリング220を介して気密に閉塞され、少なくとも、このヒータ207、反応管203、及びシールキャップ219により処理炉202を形成している。シールキャップ219には石英キャップ218を介して基板保持手段であるボート211が立設され、前記石英キャップ218はボートを保持する保持体となっている。そして、ボート211は処理室204に挿入される。ボート211にはバッチ処理される複数のウエハ200が水平姿勢で管軸方向に多段に積載される。前記ヒータ207は処理炉202に挿入されたウエハ200を所定の温度に加熱する。
処理室204へは複数種類、ここでは2種類の処理ガスを供給するガス供給手段としての2本のガス供給管232(第1のガス供給管232a,第2のガス供給管232b)が設けられている。第1のガス供給管232aには上流方向から順に流量制御をするための液体マスフローコントローラ240、気化器242、及び開閉弁である第1のバルブ243aを介し、キャリアガスを供給する第1のキャリアガス供給管234aが合流されている。この第1のキャリアガス供給管234aには上流方向から順に流量制御をするための第2のマスフローコントローラ241b、及び開閉弁である第3のバルブ243cが設けられている。また、第1のガス供給管232aの下流方向先端部には、処理炉202を構成している反応炉203の内壁とウエハ200との間における円弧状の空間に、反応管203の下部より上部の内壁にウエハ200の積載方向に沿って、第1のノズル233aが設けられ、第1のノズル233aの側面にはガスを供給する供給孔である第1のガス供給孔248aが設けられている。この第1のガス供給孔248aは、下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
第2のガス供給管232bには上流方向から順に流量制御をするための第1のマスフローコントローラ241a、開閉弁である第2のバルブ243bを介し、キャリアガスを供給する第2のキャリアガス供給管234bが合流されている。この第2のキャリアガス供給管234bには上流方向から順に流量制御をするための第3のマスフローコントローラ241c、及び開閉弁である第4のバルブ243dが設けられている。また、第2のガス供給管232bの下流方向先端部には、処理炉202を構成している反応管203の内壁とウエハ200との間における円弧状の空間に、反応管203の下部より上部の内壁にウエハ200の積載方向に沿って、第2のノズル233bが設けられ、この第2のノズル233bの側面にはガスを供給する供給孔である第2のガス供給孔248bが設けられている。この第2のガス供給孔248bは、下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
例えば第1のガス供給管232aから供給される原料が液体の場合、第1のガス供給管232aからは、液体マスフローコントローラ240、気化器242、及び第1のバルブ243aを介し、第1のキャリアガス供給管234aと合流し、ノズル233aを介して処理室204に反応ガスが供給されている。このとき、例えば第1のガス供給管232aから供給される原料が気体の場合には、液体マスフローコントローラ240を気体用のマスフローコントローラに交換し、気化器242は不要となる。また、第2のガス供給管232bからは第1のマスフローコントローラ241a、第2のバルブ243bを介し、第2のキャリアガス供給管234bと合流し、第2のノズル233bを介して処理室204に反応ガスが供給されている。
また、処理室204は、排出手段としての処理室204内の雰囲気(ガス)を排出(排気)する排気管であるガス排気管231により第5のバルブ243eを介して真空ポンプ246に接続され、真空排気されるようになっている。なお、この第5のバルブ243eは弁を開閉して処理炉204の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能となっている開閉弁である。
反応管203内の中央部には、複数枚のウエハ200を多段に同一間隔で載置するボート211が設けられており、このボート211は、ボートエレベータ121(図1に示す)により反応管203に出入りできるようになっている。また、処理の均一性を向上するためにボート211を回転するためのボート回転機構267が設けてあり、ボート回転機構267を駆動することにより、石英キャップ218に支持されたボート211を回転するようになっている。
制御手段であるコントローラ250は、液体マスフローコントローラ240、第1〜第3のマスフローコントローラ241a、241b、241c、第1〜第5のバルブ243a、243b、243c、243d、243e、ヒータ207、真空ポンプ246、ボート回転機構267、ボートエレベータ121(図1に示す)に接続されており、液体マスフローコントローラ240、及び第1〜第3のマスフローコントローラ241a、241b、241cの流量調整、第1〜第4のバルブ243a、243b、243c、243dの開閉動作、第5のバルブ243eの開閉及び圧力調整動作、ヒータ207の温度調整、真空ポンプ246の起動・停止、ボート回転機構267の回転速度調節、ボートエレベータ121の昇降動作制御が行われる。
次に、ボート211について図4及び図5に基づいて詳細に説明する。
図4(a)はボート211の平面図、図4(b)はボート211の縦断面図である。また、図5(c)は、図4(a)の支柱とリング状部材との係合部を示す拡大図であり、図5(d)は図4(b)の支柱とリング状部材との係合部を示す拡大図である。
ボート211は、円板状の天板(図示せず)と円板状の底板215とを接続する例えば3本の円柱状の支柱214、214、214と、該支柱214、214、214によって支持される複数のリング形状のプレート(リング状プレート212)とを有する。図4(a)に示すように、支柱214、214、214は上面からみて基板挿入方向(図4の矢印方向)を除く3つの方向、より具体的には、基板挿入側とは反対側に互いに略90度ずつ隔てて配置されている。リング状プレート212は、支柱214、214、214によって略水平状態となるよう垂直方向に積層した状態で多数支持される。
支柱214の長手方向(垂直方向)には基板支持部としての基板支持ピン213が複数設けられている。この基板支持ピン213は、支柱214、214、214の垂直方向に所定の間隔で多段に、ボート211の中心、すなわちリング状プレート212の中心に向けて突設(固定)されている。基板支持ピン213は、円筒形状をしており、先端部には面取り(C)が施されている。支柱214、214、214の1つの段にはそれぞれ1つずつ基板支持ピン213が突設されている。すなわち、ボート211の1段に3つの基板支持ピン213が設けられており、この3つの基板支持ピン213上にウエハ200の外周が支持されている。したがって、支柱214に設けられた複数の基板支持ピン213により複数のウエハ200が垂直方向に所定の間隔で略水平に載置されるようになっている。
図4(b)に示すように、支柱214の長手方向(垂直方向)には複数の溝部216が設けられている。具体的には、溝部216は、支柱214の垂直方向に所定の間隔で多段に形成され、この溝部216に後述する複数のリング状プレート212が垂直方向に所定の間隔で略水平に固定されている。この溝部216は、該溝部216の水平断面が略半円となるようにボート211の中心方向側、すなわちリング状部材216の中心方向側に形成されている。この溝部216は、上述した基板支持ピン213と基板支持ピン213との中間に形成されている。換言すると、基板支持ピン213は、溝部216と溝部216との中間に形成されている。すなわち支柱214の垂直方向には基板支持ピン213と溝部216すなわちリング状プレート212とが交互に配置されている。
また、図5(d)に示すように、溝部216は上面部216a、下面部216bおよび側面部212cを有する。溝部216の垂直方向の大きさ(厚み)、すなわち上面部216aと下面部216bとの間の距離は、リング状プレート212の厚みよりやや大きく形成されている。
リング状プレート212は、外周側に支柱214の本数と対応する切り欠き部217を有している。具体的には、リング状プレート212には、該リング状プレート212の外周側に3つの切り欠き部217が形成されている。この切り欠き部217は、3本の支柱214対応する部分に形成され、支柱214の溝部216とこの切り欠き部217とが係合し、支柱214がリング状プレート212の幅内に収まっている。この切り欠き部217には嵌め込み部217aと開口部217bが形成されており、嵌め込み部217aの両端には面取り(R)が、開口部217bには面取り(C)が施されている。
図5(c)に示すように、支柱214とリング状プレート212との係合部にはリング状プレート212の外周側にて該リング状プレート212と支柱214とを溶接固定する溶接部材218が設けられている。この溶接部材218は、リング状プレート212と支柱214とを連結して固定している。具体的には、支柱214の溝部216とリング状プレート212の切り欠き部217とが接触しないように配置され、溶接部材218と支柱214の外周側および溶接部材218と切り欠き部217の開口部217bとが固定(溶接)されている。したがって、図5(d)に示すように、溝部216の上面部216a、下面部216b及び側面部216cと、リング状プレート212の上面、下面および切り欠き部217の嵌め込み部217aとが接触しないようになっている。
ここで、図5(c)に示すように、リング状プレート212の幅をa、支柱214の外径をb、リング状プレート212の幅方向における切り欠き部217の大きさ、すなわち切り欠き深さをc、切り欠き部217が形成された部分におけるリング状プレート212の幅dとすると、切り欠き部217の切り欠き深さcは、支柱214の外径bがリング状プレート212の幅a内に収まる大きさに形成されている。すなわち、支柱214の溝部216を除いた部分の大きさと切り欠き深さcとが略同一となっている。これにより、リング状プレート212の幅内に支柱214が収まり、かつ切り欠き部217が形成された部分のリング状プレート212の幅dは、従来のものより広く(大きく)なっている。なお、支柱214の外径bは従来のものよりやや大きく形成されている。
従来の基板保持具におけるリング状プレートの切り欠きは、支柱がリング状プレートの幅内に納まるように内側から切り欠かれているため、リング状のプレートの切り欠きが形成された部分の幅が小さくなり、リング状のプレートの部分的な強度が低下する問題があった。これに対し、本発明においては、支柱214に溝部216を設け、リング状プレート212の外周側に支柱214の溝部216と係合する切り欠き部217を形成することにより、切り欠き部217が形成された部分のリング状プレート212の幅を大きくすることができる。したがって、リング状プレート212の部分的な強度の低下を防止し、リング状プレート212の強度を向上させることができる。
また、従来の基板保持具においては、支柱とリング状のプレートとを直接固定しており、支柱とリング状のプレートとの接触部が擦れてパーティクル(異物)が発生したり、接触部の溶接歪によりリング状のプレートが破損することがあった。これに対し、本発明においては、支柱214の溝部216とリング状プレート212の切り欠き部217とが接触しないように配置されていることにより、支柱214及びリング状プレート212が熱膨張した場合などにおいても、溶接歪によるリング状プレート212の破損を抑制し、溝部216と切り欠き部217とが擦れることによるパーティクル(異物)の発生を防止することができる。
また、支柱214の外径を大きくすることにより、該支柱214に溝部216が形成されることによる該支柱214の強度低下を抑制することができる。
また、基板支持ピン213は支柱214に設けられており、リング状プレート212には基板支持ピン213等が設けられていないので、リング状プレート212をシンプルな形状とすることができる。
従来のボートを用いて成膜処理を行った場合、処理ガスの種類によってはウエハの周辺部のみ膜厚が厚くなり、膜厚の均一性が悪化する場合があった。この原因は、付着率の高い中間体が生成し、その中間体がウエハ中心部に入り込む前にウエハ上の周辺部でウエハに付着することであった。これに対し、本発明においては、支柱214の長手方向において基板支持ピン213と交互に配置される複数のリング状プレート212を設けたので、膜厚の均一性を悪化させる中間体を、リング状プレート212に成膜・消費させ、ウエハ面内の膜厚の均一性を向上させることができる。
また、従来のボートにおいては、支柱やウエハ支持部が処理ガスの流れの不均一な部分を構成することとなるため、これらの支柱やウエハ支持部に対応するウエハ部分における処理量が少なくなり膜厚の均一性が悪化する傾向があった。これに対し、本発明においては、支柱214に基板支持ピン213を固定することによって、ウエハ面内の膜厚の均一性が悪化する2つの要因である支柱214とウエハ支持部(基板支持ピン213)とを1つにまとめたので、ウエハに処理される膜厚の均一性の悪化を低減することができる。
次に、上述したリング状プレート212を支柱214に固定する方法を説明する。
図示しない治具を用いてリング状プレート212を水平に多段に仮固定し、仮固定した多段のリング状プレート212の外側から3本の支柱214を切り欠き部217に嵌め込み溶接固定するという方法をとる。
具体的には、切り欠き部217を形成した複数のリング状プレート212を各切り欠き部217が互いに上下で合致するように揃えて積層させた状態で、治具により仮固定する。次に、底板215に3本の支柱214を互いに略90度ずつ隔てて配置して固定する。このとき、支柱214に設けられた基板支持ピン213はボート211の中心方向を向くようにする。次に、支柱214を仮固定した複数のリング状プレート212の切り欠き部217に嵌め込む。このとき、支柱214の溝部216とリング状プレート212の切り欠きに部211とを係合させる。溝部216と切り欠き部217とが係合することにより、リング状プレート212は複数の基板支持ピン213間のちょうど中間に位置するようになっている。次に、支柱214とリング状プレート212とを固定する。このとき、リング状プレート212の外周側にてリング状プレート212の切り欠き部217と支柱214の外周側とを溶接部材218により溶接固定する。
このように、リング状プレート212を支柱214に固定する際は、支柱214を切り欠き部217に係合させて、リング状プレート212の外周側にてリング状プレート212と支柱214とを溶接部材218により溶接固定することにより、溶接作業を容易に且つ確実におこなうことができ、支柱214とリング状プレート212との溶接の強度を保持することができる。
本発明の実施形態に係る基板処理装置全体を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置全体を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る反応炉を示す図で、(a)は縦断面図、(b)は(a)のA−A線拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る基板保持手段(ボート)を示す図で、(a)は平面図、(b)は(a)のB−B線断面図である。 本発明の実施形態に係る基板保持手段(ボート)の一部を示す図で、(c)は図4(a)の支柱とリング状プレートとの係合部の拡大図、(d)は図4(b)の支柱とリング状プレートとの係合部の拡大図である。
符号の説明
1 基板処理装置
204 処理室
211 ボート
212 リング状プレート
213 基板支持ピン
214 支柱
217 切り欠き部
231 ガス排気管
232 ガス供給管

Claims (1)

  1. 処理室と、
    前記処理室内で複数の基板を保持する基板保持手段と、
    前記処理室内へ所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、
    前記処理室内の雰囲気を排出する排出手段と、
    を備えた基板処理装置であって、
    前記基板保持手段は、
    複数本の支柱と、
    前記支柱の長手方向に複数設けられる基板支持部と、
    前記支柱の長手方向において、前記基板支持部と交互に配置される複数のリング形状のプレートであって、外周側に前記支柱の本数と対応する切り欠き部を有した前記プレートと、
    を含み、
    前記プレートを前記支柱に固定する際は、前記支柱を前記切り欠き部に係合させて、前記プレートの外周側にて前記プレートと前記支柱とを溶接固定することを特徴とする基板処理装置。
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