JP2009224765A - 基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板処理装置に於いて、処理室に処理ガスを導入するガス供給ノズル接続部からの処理ガスの外部へのリークを防止し、ガス供給ノズル取付け時の破損を防止すると共に取付けが容易に行える様にする。
【解決手段】基板４を積層して収納する処理室６１と、該処理室内を所望の温度迄加熱する加熱手段５８と、前記処理室に所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内を排気する排気手段６２，６３，６４とを具備し、前記ガス供給手段は、前記基板の積層方向に立設された直管のガス供給ノズル６６と、該ガス供給ノズルを支持する金属配管６５と、前記処理室の下部を形成するマニホールド２とを有し、前記金属配管は、前記処理室外から前記マニホールドを貫通して前記処理室内に延在する第１の部位と、該第１の部位に接続され、前記積層方向に沿って延在する第２の部位とを有し、前記ガス供給ノズルは前記第２の部位に嵌合して支持される。
【選択図】図３
【解決手段】基板４を積層して収納する処理室６１と、該処理室内を所望の温度迄加熱する加熱手段５８と、前記処理室に所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内を排気する排気手段６２，６３，６４とを具備し、前記ガス供給手段は、前記基板の積層方向に立設された直管のガス供給ノズル６６と、該ガス供給ノズルを支持する金属配管６５と、前記処理室の下部を形成するマニホールド２とを有し、前記金属配管は、前記処理室外から前記マニホールドを貫通して前記処理室内に延在する第１の部位と、該第１の部位に接続され、前記積層方向に沿って延在する第２の部位とを有し、前記ガス供給ノズルは前記第２の部位に嵌合して支持される。
【選択図】図３
Description
本発明は、シリコンウェーハ、ガラス基板等の基板にＣＶＤ法による薄膜の生成、或は不純物の拡散、アニール処理、エッチング等の処理を行う基板処理装置に関するものである。
基板処理装置の１つとして、所定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、更にバッチ式の基板処理装置の１つとして縦型処理炉を具備する縦型基板処理装置がある。
縦型減圧ＣＶＤ装置は、処理室を画成する石英製の反応管にウェーハを水平姿勢で多段に収納し、前記処理室を減圧し、処理室を加熱装置により加熱しつつ、処理室に処理ガスを導入し、活性化した処理ガスを前記ウェーハの表面に堆積させ、薄膜を生成している。
前記処理室への処理ガスの導入は、反応管の内壁に沿って立設した複数のガス供給ノズルが用いられる。
図１２、図１３に於いて、従来の基板処理装置に於けるガス供給ノズルの支持構造について説明する。
有天筒状の石英製の反応管１は、筒状の金属製のマニホールド２に立設され、該マニホールド２の下端開口部は炉口部３を構成し、該炉口部３からウェーハ４が装入され、前記炉口部３は図示しない炉口蓋で気密に閉塞される様になっている。
ガス供給ノズル５は、前記反応管１の内壁に沿って上方に延びる垂直部６と該垂直部６の下端から水平に延びる水平部７とからなり、該水平部７が前記マニホールド２を半径方向に貫通し、前記水平部７の突出端と処理ガス供給配管８とが連結される。
前記ガス供給ノズル５の鉛直荷重は、以下に述べるノズル支持部９によって支持される。
前記マニホールド２の内面から中心に向って棚部１１が突設され、該棚部１１に鉛直方向からノズル支持螺子１２が螺通され、該ノズル支持螺子１２の上端に円板状のノズル受け１３が設けられ、該ノズル受け１３が前記水平部７に当接する様になっている。
前記ノズル受け１３の高さ位置は、前記ノズル支持螺子１２によって行われ、前記ノズル受け１３が前記水平部７に当接することで、前記ガス供給ノズル５の自重が前記水平部７、前記ノズル支持螺子１２を介して前記棚部１１に伝達され、前記水平部７には前記ガス供給ノズル５の自重による負荷が掛らない様になっている。
又、前記マニホールド２には、図１２に示される様に、管状のノズルホルダ１４が半径方向に複数突設され、該ノズルホルダ１４は干渉しない様、所要角度ピッチで配設されている。前記ノズルホルダ１４の外端部には螺子１５が刻設されており、該螺子１５に管継手１６が螺合する。
前記水平部７は前記ノズルホルダ１４を貫通し、前記管継手１６を締込むことで、前記ノズルホルダ１４、前記水平部７、前記処理ガス供給配管８間に介設させたＯリング１７が圧縮され、前記水平部７と前記処理ガス供給配管８が気密に接続される様になっている。
従来の前記ガス供給ノズル５の支持構造の場合、前記水平部７は前記Ｏリング１７を介して支持され、前記水平部７と前記処理ガス供給配管８との間の気密性は前記水平部７と前記Ｏリング１７との間の圧縮力に依存し、圧縮力が不足すると、前記ガス供給ノズル５の支持部から処理ガスがリークするという問題があり、又、前記水平部７の水平方向の保持力は該水平部７と前記Ｏリング１７との間の摩擦力であり、やはり、該Ｏリング１７の圧縮力に依存する。
この為、前記処理ガス供給配管８と前記管継手１６の締付け力による前記水平部７への負担は大きく、締付け力の調整も微妙であり、前記水平部７の破損の虞れがある。
又、前記ノズルホルダ１４の外径は、前記水平部７が挿入される前記処理ガス供給配管８より太径であることから、前記管継手１６の外径も大きくなり、前記ノズルホルダ１４，１４間の角度ピッチも大きくなる。前記ノズルホルダ１４が設けられる範囲は限られているので、前記ノズルホルダ１４即ち前記ガス供給ノズル５を設ける数の制限が生じる。
本発明は斯かる実情に鑑み、ガス供給ノズル接続部からの処理ガスの外部へのリークを防止し、ガス供給ノズル取付け時の破損を防止すると共に取付けが容易に行える様にするものである。
本発明は、基板を積層して収納する処理室と、該処理室内を所望の温度迄加熱する加熱手段と、前記処理室に所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内を排気する排気手段とを具備し、前記ガス供給手段は、前記基板の積層方向に立設された直管のガス供給ノズルと、該ガス供給ノズルを支持する金属配管と、前記処理室の下部を形成するマニホールドとを有し、前記金属配管は、前記処理室外から前記マニホールドを貫通して前記処理室内に延在する第１の部位と、該第１の部位に接続され、前記積層方向に沿って延在する第２の部位とを有し、前記ガス供給ノズルは前記第２の部位に嵌合して支持される基板処理装置に係るものである。
又本発明は、前記ガス供給ノズルと前記第２の部位との嵌合部の上方に遮熱板を設けた基板処理装置に係るものである。
又本発明は、前記マニホールドの壁内にリング状の孔を穿設し、該孔は前記ガス供給ノズルと前記第２の部位との嵌合部と略同じ高さであり、前記孔に冷媒を循環させる冷却機構を設けた基板処理装置に係るものである。
又本発明は、前記マニホールドを前記処理室の中心方向に向ってえぐれた形状として突出部を形成し、該突出部を前記処理室内迄突出させ、前記第２の部位が前記処理室外から前記突出部の上面を貫通し、前記処理室内に延在する基板処理装置に係るものである。
又本発明は、前記マニホールドを前記処理室の中心方向に向ってえぐれた形状として突出部を形成し、該突出部を前記処理室内迄突出させ、前記突出部の上面が前記マニホールドの上面よりも低くなる様段差が形成され、前記第２の部位が前記処理室外から前記突出部の上面を貫通し、前記ガス供給ノズルと前記第２の部位との嵌合部は前記加熱手段よりも低くなっている基板処理装置に係るものである。
更に又本発明は、前記第２の部位の上端から垂直方向に縦スリットを設け、該縦スリットの下端から水平方向に前記縦スリットと同径の横スリットを設け、前記ガス供給ノズルの壁面に突起を設け、該突起を前記横スリットに嵌合させることで前記ガス供給ノズルは前記第２の部位に嵌合して支持される基板処理装置に係るものである。
本発明によれば、基板を積層して収納する処理室と、該処理室内を所望の温度迄加熱する加熱手段と、前記処理室に所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内を排気する排気手段とを具備し、前記ガス供給手段は、前記基板の積層方向に立設された直管のガス供給ノズルと、該ガス供給ノズルを支持する金属配管と、前記処理室の下部を形成するマニホールドとを有し、前記金属配管は、前記処理室外から前記マニホールドを貫通して前記処理室内に延在する第１の部位と、該第１の部位に接続され、前記積層方向に沿って延在する第２の部位とを有し、前記ガス供給ノズルは前記第２の部位に嵌合して支持されるので、前記金属配管と前記ガス供給ノズルとの接続部は前記処理室内となり、リークした処理ガスが外部に漏出することなく、前記排気手段によって前記処理室内から排気することができ、又前記ガス供給ノズルは前記第２の部位に嵌合することで支持されるので、水平方向、垂直方向の位置決めも同時になされ、作業性が向上し、又作業に熟練度を要さず作業者の負担を軽減できる。
又本発明によれば、前記ガス供給ノズルと前記第２の部位との嵌合部の上方に遮熱板を設けたので、前記嵌合部が前記処理室内の熱によって直接加熱されることを防ぐことができる。
又本発明によれば、前記マニホールドの壁内にリング状の孔を穿設し、該孔は前記ガス供給ノズルと前記第２の部位との嵌合部と略同じ高さであり、前記孔に冷媒を循環させる冷却機構を設けたので、前記嵌合部を前記冷媒によって冷却することができ、前記嵌合部に対する過度の加熱を防止することができる。
又本発明によれば、前記マニホールドを前記処理室の中心方向に向ってえぐれた形状として突出部を形成し、該突出部を前記処理室内迄突出させ、前記第２の部位が前記処理室外から前記突出部の上面を貫通し、前記処理室内に延在するので、前記第１の部位を流れる処理ガスが冷却され、冷却された処理ガスによって前記ガス供給ノズルと前記第２の部位の嵌合部を冷却することができる。
又本発明によれば、前記マニホールドを前記処理室の中心方向に向ってえぐれた形状として突出部を形成し、該突出部を前記処理室内迄突出させ、前記突出部の上面が前記マニホールドの上面よりも低くなる様段差が形成され、前記第２の部位が前記処理室外から前記突出部の上面を貫通し、前記ガス供給ノズルと前記第２の部位との嵌合部は前記加熱手段よりも低くなっているので、前記第１の部位を流れる処理ガスが冷却され、冷却された処理ガスによって前記ガス供給ノズルと前記第２の部位の嵌合部を冷却でき、又該嵌合部が前記加熱手段によって直接加熱されるのを防ぐことができる。
更に又本発明によれば、前記第２の部位の上端から垂直方向に縦スリットを設け、該縦スリットの下端から水平方向に前記縦スリットと同径の横スリットを設け、前記ガス供給ノズルの壁面に突起を設け、該突起を前記横スリットに嵌合させることで前記ガス供給ノズルは前記第２の部位に嵌合して支持されるので、前記ガス供給ノズルと前記第２の部位の接続に用いる部品数の削減が図れ、又接続に要する労力の軽減を図ることができるという優れた効果を発揮する。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
図１、図２に於いて、本発明が実施される基板処理装置の一例について説明する。
図１、図２中、２１は筐体を示し、該筐体２１の正面前方部にはメンテナンス用の正面メンテナンス口２２が設けられ、該正面メンテナンス口２２は正面メンテナンス扉２３によって開閉される。
前記筐体２１の正面壁には基板収容器搬入搬出口２４が設けられ、該基板収容器搬入搬出口２４はフロントシャッタ２５によって開閉される様になっている。該基板収容器搬入搬出口２４に隣接して基板収容器授受台２６が設けられ、該基板収容器授受台２６は基板収容器（以下、ポッド）２０が載置されて位置合わせする様に構成されている。
シリコン等からなる基板（以下、ウェーハ）４は、前記ポッド２０に装填された状態で、搬送され、該ポッド２０は密閉式の容器であり、開閉蓋を具備する。
ポッド２０は前記基板収容器授受台２６に工程内搬送装置（図示せず）によって搬入、搬出される様になっている。
前記筐体２１内の前後方向の略中央部に於ける上部には、回転式の容器保管装置２７が設置されており、該容器保管装置２７は複数個のポッド２０が保管可能である。
前記容器保管装置２７は垂直に立設され間欠回転される支柱２８と、該支柱２８に上下４段に支持された円板状の複数枚の棚板２９とを備えており、該棚板２９はそれぞれポッド２０を複数個保持可能となっている。
前記筐体２１内に於ける前記基板収容器授受台２６と前記容器保管装置２７との間には、ポッド搬送装置３１が設置されており、該ポッド搬送装置３１は、ポッド２０を昇降可能な容器昇降機構（以下、ポッドエレベータ）３２とポッド２０を前後、左右に搬送するポッド搬送機構３３とで構成されており、前記ポッド搬送装置３１は前記ポッドエレベータ３２と前記ポッド搬送機構３３との協働により、前記基板収容器授受台２６、前記容器保管装置２７、ポッドオープナ３４（後述）との間で、前記ポッド２０を搬送する様に構成されている。
前記筐体２１内の後方下部には、サブ筐体３５が設けられ、該サブ筐体３５の正面壁にはウェーハ４を前記サブ筐体３５内に対して搬入搬出する為の基板搬入出口３６がー対、垂直方向に上下２段に並べられて開設されており、各基板搬入出口３６には前記ポッドオープナ３４がそれぞれ設置されている。
該ポッドオープナ３４はポッド２０を載置する載置台３７と、ポッド２０の蓋体を着脱する蓋体着脱機構３８とを備えている。前記ポッドオープナ３４は前記載置台３７に載置されたポッド２０の蓋体を前記蓋体着脱機構３８によって着脱することにより、前記基板搬入出口３６を開閉する様に構成されている。
前記サブ筐体３５によって画成される移載室３９は前記ポッド搬送装置３１や前記容器保管装置２７の設置空間から流体的に隔絶されている。前記移載室３９の前側領域にはウェーハ移載機構４１が設置されており、該ウェーハ移載機構４１は、ウェーハ４を載置する所要組の基板保持体４２を具備し、該基板保持体４２を水平方向に回転又は直動可能、又昇降可能な構成となっており、ウェーハ４を基板保持具（以下、ボート）４３に対して装填及び払出し可能となっている。
図２に示されている様に、前記移載室３９の右側部には、清浄化した雰囲気若しくは不活性ガスであるクリーンエア４４を供給する供給ファン及び防塵フィルタで構成されたクリーンユニット４５が設置されており、前記ウェーハ移載機構４１と前記クリーンユニット４５との間には、ウェーハ４の円周方向の位置を整合させる基板整合装置としてのノッチ合わせ装置４６が設置されている。
前記クリーンユニット４５から吹出された前記クリーンエア４４は、前記ノッチ合わせ装置４６及び前記ウェーハ移載機構４１を流通後、図示しないダクトにより吸込まれる。
前記移載室３９の後側領域には、大気圧未満の圧力（以下、負圧）を維持可能で気密性を有する耐圧筐体４７が設置されており、該耐圧筐体４７により前記ボート４３を収納可能なロードロック室４８が形成されている。
前記耐圧筐体４７の正面壁にはウェーハ搬入搬出開口５０が開設されており、該ウェーハ搬入搬出開口５０はゲートバルブ４９によって開閉される様になっている。前記耐圧筐体４７の側壁には前記ロードロック室４８へ窒素ガスを給気する為のガス供給管５１と、前記ロードロック室４８を負圧に排気する為の排気管５２とが接続されている。
前記ロードロック室４８上方には、前記処理炉５３が設けられ、該処理炉５３の炉口部３（図１３参照）は炉口ゲートバルブ５４により開閉される様になっている。
前記ロードロック室４８には前記ボート４３を昇降させる為の基板保持具昇降機構（以下、ボートエレベータ）５５が設置されている。該ボートエレベータ５５に連結された昇降アーム５６には蓋体としてのシールキャップ５７が設けられ、該シールキャップ５７は前記炉口部３を気密に閉塞可能となっている。
前記ボート４３は石英製、或は炭化珪素製等の耐熱性を有し、ウェーハ４を汚染しない材料で構成され、ウェーハ４を水平姿勢で複数枚（例えば、５０枚〜１２５枚程度）保持する様に構成されている。
次に、上記基板処理装置の作動について説明する。
前記ポッド２０が前記基板収容器授受台２６に載置されると、前記基板収容器搬入搬出口２４が前記フロントシャッタ２５によって開放され、前記ポッド２０は前記ポッド搬送装置３１によって前記基板収容器搬入搬出口２４から前記筐体２１内部ヘ搬入される。
搬入されたポッド２０は前記容器保管装置２７の指定された前記棚板２９へ前記ポッド搬送装置３１によって自動的に搬送されて受渡され、一時的に保管された後、前記棚板２９から一方の前記載置台３７に移載されるか、或は直接前記載置台３７に移載される。この際、前記ポッドオープナ３４の前記基板搬入出口３６は前記蓋体着脱機構３８によって閉じられており、前記移載室３９には前記クリーンエア４４が流通され、充満されている。例えば、前記移載室３９には前記クリーンエア４４として窒素ガスが充満することにより、酸素濃度が２０ｐｐｍ以下と、前記筐体２１内部（大気雰囲気）の酸素濃度よりも遥かに低く設定されている。
前記載置台３７に載置されたポッド２０はその開口側端面が前記基板搬入出口３６の開口縁辺部に押付けられると共に、ポッド２０の蓋体が前記蓋体着脱機構３８によって取外され、ポッド２０のウェーハ出入れ口が開放される。又、予め内部が大気圧状態とされていた前記ロードロック室４８の前記ウェーハ搬入搬出開口５０が前記ゲートバルブ４９の動作により開放される。
ウェーハ４はポッド２０から前記ウェーハ移載機構４１によってウェーハ出入れ口を通じてピックアップされ、前記ノッチ合わせ装置４６にてウェーハ４を整合した後、前記ウェーハ搬入搬出開口５０を通じて前記ロードロック室４８に搬入され、前記ボート４３へ移載されて装填される。前記ボート４３にウェーハ４を受渡した前記ウェーハ移載機構４１はポッド２０に戻り、次のウェーハ４を前記ボート４３に装填する。
この一方（上段又は下段）の前記ポッドオープナ３４から前記ボート４３への装填作業中に、他方（下段又は上段）のポッドオープナ３４には前記容器保管装置２７又は前記基板収容器授受台２６から別のポッド２０が前記ポッド搬送装置３１によって搬送され、ポッドオープナ３４によるポッド２０の開放作業が同時進行される。
予め指定された枚数のウェーハ４が前記ボート４３に装填されると、前記ウェーハ搬入搬出開口５０が前記ゲートバルブ４９によって閉じられ、前記ロードロック室４８は前記排気管５２から真空引きされることにより、減圧される。
前記ロードロック室４８が前記処理炉５３内の圧力と同圧に減圧されると、前記炉口部３が前記炉口ゲートバルブ５４によって開放される。
続いて、前記シールキャップ５７が前記ボートエレベータ５５によって上昇され、前記ボート４３が前記処理炉５３に装入される。
前記ボート４３が前記処理炉５３に完全に装入されると、前記シールキャップ５７によって前記炉口部３が気密に閉塞され、前記処理炉５３にてウェーハ４に所要の処理が実施される。
処理後は、前記ボートエレベータ５５により前記ボート４３が引出され、前記耐圧筐体４７内部を大気圧に復圧させた後に前記ゲートバルブ４９が開かれる。その後は、前記ノッチ合わせ装置４６でのウェーハ４の整合工程を除き、概ね上述の逆の手順で、ウェーハ４及びポッド２０は前記筐体２１の外部へ搬出される。
図３により、上記基板処理装置に用いられる前記処理炉５３の一例、及び処理炉周辺の概略構成を説明する。
前記処理炉５３は加熱手段としてのヒータ５８を有する。該ヒータ５８は円筒形状であり、ヒータ素線とその周囲に設けられた断熱部材より構成され、図示しない保持体に支持されることにより反応管１と同心に設けられている。
前記ヒータ５８の中央には、該ヒータ５８と同心に前記反応管１が配設されている。該反応管１は、石英（ＳｉＯ2 ）又は炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。前記反応管１は処理室６１を画成し、前記ボート４３によって保持されたウェーハ４が収納可能である。
前記反応管１の下方には、該反応管１と同心に前記マニホールド２が配設されている。該マニホールド２は、例えば、ステンレス等からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。該マニホールド２上に前記反応管１が立設されている。尚、前記マニホールド２と前記反応管１との間には、シール部材としてのＯリングが設けられ、接合部は気密となっている。
前記マニホールド２が図示しない保持体に支持されることにより、前記反応管１は垂直に据付けられた状態となっている。該反応管１と前記マニホールド２により反応容器が形成される。
前記マニホールド２にはガス排気管６２が接続され、該ガス排気管６２の下流側には、図示しない圧力センサ及び圧力調整器としてのＡＰＣバルブ６３を介して真空ポンプ等の真空排気装置６４が接続されている。
又前記マニホールド２にはノズルホルダ６５が貫通して設けられ、該ノズルホルダ６５によってガス供給ノズル６６が垂直に支持されている。前記ノズルホルダ６５はガス供給系６７に接続されており、該ガス供給系６７から成膜に必要な処理ガスが供給される。尚、種々の膜種によって前記ガス供給系６７に備えられる処理ガスは異なっている。
例えば、選択エピタキシャル成長シリコン膜を成膜する場合には、Ｈ2 、ＳｉＨ4 、Ｃｌ2 、Ｎ2 が供給され、選択エピタキシャル成長シリコンゲルマニウム膜を成膜する際には、Ｈ2 、ＳｉＨ4 、ＧｅＨ4 、ＨＣｌ、Ｎ2 等の処理ガスが供給される様に、膜種によっていろいろなガス種が組合わされる。
前記ガス供給系６７は、上流側で３つに分かれており、バルブ６８，６９，７０とガス流量制御装置としてのＭＦＣ７２，７３，７４を介して第１ガス供給源７５、第２ガス供給源７６、第３ガス供給源７７にそれぞれ接続されている。
前記ＭＦＣ７２，７３，７４及び前記バルブ６８，６９，７０には、ガス流量制御部７８が電気的に接続されており、供給する処理ガスの流量が所望の流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。
前記ＡＰＣバルブ６３及び圧力センサ（図示せず）には、圧力制御部７９が電気的に接続されており、該圧力制御部７９は、前記圧力センサにより検出された圧力に基づいて前記ＡＰＣバルブ６３の開度を調節することにより、前記処理室６１内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。
前記シールキャップ５７には、回転機構８１が設けられている。該回転機構８１の回転軸８２は前記シールキャップ５７を貫通して前記ボート４３に接続されており、該ボート４３を回転させることでウェーハ４を回転させる様に構成されている。
前記シールキャップ５７は、前記昇降アーム５６に支持され、前記ボートエレベータ５５によって昇降される様になっている。前記昇降アーム５６は前記耐圧筐体４７の外側に設けられた昇降機構８３に連結され、該昇降機構８３の昇降モータ８４によって垂直方向に昇降される様に構成されている。
前記回転機構８１及び前記昇降モータ８４には、駆動制御部８５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。
前記ボート４３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４０が水平姿勢で多段に複数枚配置されており、前記ヒータ５８からの熱が前記マニホールド２側に伝わり難くなる様構成されている。
前記ヒータ５８近傍には、前記処理室６１内の温度を検出する温度センサ（図示せず）が設けられる。前記ヒータ５８及び前記温度センサには、電気的に温度制御部８６が接続されており、温度センサにより検出された温度情報に基づき前記ヒータ５８への通電具合を調節することにより前記処理室６１内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。
前記ガス流量制御部７８、前記圧力制御部７９、前記駆動制御部８５、前記温度制御部８６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８７に電気的に接続されている。
第１処理ガスは、前記第１ガス供給源７５から供給され、前記ＭＦＣ７２で流量が調節された後、前記バルブ６８を介して、前記ガス供給ノズル６６により前記処理室６１内に導入される。又、第２処理ガスは、前記第２ガス供給源７６から供給され、前記ＭＦＣ７３で流量が調節された後、前記バルブ６９を介して前記ガス供給ノズル６６により前記処理室６１内に導入される。第３処理ガスは、前記第３ガス供給源７７から供給され、前記ＭＦＣ７４で流量が調節された後、前記バルブ７０を介して前記ガス供給ノズル６６より前記処理室６１に導入される。又、該処理室６１の処理ガスは、前記ガス排気管６２を介して前記真空排気装置６４により、前記処理室６１から排気される。
前記ボートエレベータ５５及び前記昇降機構８３について説明する。
前記耐圧筐体４７の外側面に下基板８８が設けられる。該下基板８８には昇降台８９と摺動自在に嵌合するガイドシャフト９１及び前記昇降台８９と螺合するボール螺子９２が立設される。前記ガイドシャフト９１及び前記ボール螺子９２の上端に上基板９３が設けられる。前記ボール螺子９２は前記上基板９３に設けられた前記昇降モータ８４により回転され、前記ボール螺子９２が回転することにより前記昇降台８９が昇降する様に構成されている。
該昇降台８９には中空の昇降シャフト９４が垂設され、該昇降シャフト９４は前記昇降台８９と共に昇降する様になっており、前記昇降シャフト９４と前記昇降台８９との連結部は気密となっている。前記昇降シャフト９４は前記耐圧筐体４７の天板９５を遊貫し、該天板９５の貫通孔は前記昇降シャフト９４と接触することがない様充分な余裕がある。
前記耐圧筐体４７と前記昇降台８９との間には前記昇降シャフト９４の周囲を気密に覆うベローズ９６が設けられ、該ベローズ９６は伸縮性を有すると共に前記昇降シャフト９４の貫通箇所を気密にシールしている。前記ベローズ９６は前記昇降台８９の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有し、前記ベローズ９６の内径は前記昇降シャフト９４の外径に比べ充分に大きく前記ベローズ９６の伸縮で接触することがない様に構成されている。
前記昇降シャフト９４の下端には前記昇降アーム５６が水平に固着される。該昇降アーム５６は気密な中空構造であり、内部に前記回転機構８１が収納されている。該回転機構８１の軸受部は、冷却機構９７により、冷却されている。又、前記昇降アーム５６の上面には前記シールキャップ５７が気密に設けられている。
電力供給ケーブル９８が前記昇降シャフト９４の上端から該昇降シャフト９４の中空部を通って前記回転機構８１に接続されている。又、前記冷却機構９７、前記シールキャップ５７には冷却流路９９が形成されており、該冷却流路９９には冷却水を供給する冷却水配管１０１が接続され、該冷却水配管１０１は前記昇降シャフト９４の中空部を通って外部の冷却水源に接続されている。
前記昇降モータ８４が駆動され、前記ボール螺子９２が回転することで前記昇降台８９及び前記昇降シャフト９４を介して前記昇降アーム５６が昇降する。
該昇降アーム５６が上昇することにより、前記シールキャップ５７が前記炉口部３を閉塞し、ウェーハ処理が可能な状態となる。又、前記昇降アーム５６が下降することにより、前記シールキャップ５７と共に前記ボート４３が降下され、ウェーハ４を外部に搬出できる状態となる。
次に、上記構成に係る前記処理炉５３を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、ウェーハ４等の基板上に、Ｅｐｉ−ＳｉＧｅ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８７により制御される。
所定枚数のウェーハ４が前記ボート４３に装填されると、該ボート４３は、前記ボートエレベータ５５によって上昇され、前記処理室６１に装入される。又前記シールキャップ５７は前記炉口部３を気密に閉塞する。
前記処理室６１が所望の圧力（真空度）となる様に前記真空排気装置６４によって真空排気される。この際、前記処理室６１の圧力は、圧力センサで測定され、この測定された圧力に基づき前記ＡＰＣバルブ６３がフィードバック制御される。又、前記処理室６１が所望の温度となる様に前記ヒータ５８により加熱される。この際、前記処理室６１が所望の温度分布となる様に温度センサが検出した温度情報に基づき前記ヒータ５８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８１により、前記ボート４３を介してウェーハ４が前記処理室６１内で回転される。
前記第１ガス供給源７５、前記第２ガス供給源７６、前記第３ガス供給源７７には、処理ガスとして、それぞれＳｉＨ4 又はＳｉ2 Ｈ6 、ＧｅＨ4 、Ｈ2 が封入されており、次いで、これら処理ガス供給源からそれぞれの処理ガスが供給される。該処理ガスが所望の流量となる様に前記ＭＦＣ７２，７３，７４の開度が調節された後、前記バルブ６８，６９，７０が開かれ、それぞれの処理ガスが前記ガス供給ノズル６６を流通して、前記処理室６１の上部に導入される。導入された処理ガスは、前記処理室６１を降下し、前記ガス排気管６２から排気される。処理ガスは、前記処理室６１を流通する過程でウェーハ４と接触し、ウェーハ４の表面上にＥｐｉ−ＳｉＧｅ膜が成膜される。
予め設定された時間が経過すると、図示しない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６１が不活性ガスで置換されると共に、該処理室６１の圧力が常圧に復帰される。
その後、前記ボートエレベータ５５により前記昇降アーム５６を介して前記シールキャップ５７が降下され、前記炉口部３が開口されると共に、処理済ウェーハ４を保持する前記ボート４３が前記反応管１の外部に引出される。その後、処理済ウェーハ４は、前記ウェーハ移載機構４１により前記ボート４３より払出される。
次に、図４に於いて、本発明の第１の実施例について説明する。
先ず、前記ガス供給ノズル６６及び該ガス供給ノズル６６の支持構造は、ガス供給手段を構成し、該ガス供給手段について、図４を参照して詳述する。
前記ガス供給ノズル６６は、例えば石英製のものが使用される直管ノズルであり、下端にはストッパとしてのフランジ部６６ａが形成されている。尚、前記ガス供給ノズル６６に充分な肉厚があれば、前記フランジ部６６ａは省略してもよい。
前記ノズルホルダ６５はエルボウ型の金属製中空管であり、前記マニホールド２を半径方向（水平方向）に貫通し、該マニホールド２に溶接される等気密に固着され、前記マニホールド２と前記ノズルホルダ６５とは一体化される。該ノズルホルダ６５の第２の部位である内端部６５ａは、水平部位（第１の部位）に対してエルボウ状に直角に上方に屈曲され、上端は開口されている。又、前記内端部６５ａの軸心は反応管１の軸心と平行となっている。
前記内端部６５ａは上端からノズル保持穴１０２が穿設され、該ノズル保持穴１０２の軸心は前記内端部６５ａの軸心と合致し、又前記ノズル保持穴１０２の内径は前記ノズルホルダ６５の内径より大きく、前記フランジ部６６ａの外径と略同等であり、前記ノズル保持穴１０２の下端には段差部が形成される様になっている。
又、前記ノズル保持穴１０２の上端には面取部が形成され、該面取部にはシール部材としてのＯリング１０３が押圧される様になっている。前記内端部６５ａの上端部外面には螺子部１０４が刻設され、該螺子部１０４にはリングナット１０５が螺合される。
前記ノズル保持穴１０２に前記ガス供給ノズル６６の下端部を挿入すると、前記フランジ部６６ａが前記ノズル保持穴１０２の段差部に突当り、上下方向の位置決めがなされると共に、前記フランジ部６６ａと前記ノズル保持穴１０２との嵌合により半径方向（水平方向）の位置決めがなされる。
前記Ｏリング１０３を介設して前記リングナット１０５を前記内端部６５ａに螺合すると、前記Ｏリング１０３が前記ノズル保持穴１０２の面取部と前記ガス供給ノズル６６との間で押圧され、前記ノズルホルダ６５と前記ガス供給ノズル６６とは気密に接続される。又、該ガス供給ノズル６６は前記フランジ部６６ａの位置と前記Ｏリング１０３の位置の上下２点で前記内端部６５ａの軸心と同心に、即ち垂直保持される。
又、前記ノズルホルダ６５と前記ガス供給ノズル６６の接続部は、前記反応管１の外側に配設されている前記ヒータ５８よりも下部に位置するので、前記Ｏリング１０３に対する熱負荷を軽減することができる。
而して、前記ガス供給ノズル６６は上下方向、水平方向、傾斜について調整作業をすることなく、正確に前記内端部６５ａに接続される。従って、該内端部６５ａ、前記リングナット１０５、前記Ｏリング１０３は、前記ガス供給ノズル６６の支持部であると共に管継手としても機能する。又、前記ノズルホルダ６５と前記ガス供給ノズル６６との接続部は前記処理室６１内となる。
従って、前記ノズルホルダ６５と前記ガス供給ノズル６６の接続部から処理ガスが外部にリークすることはなくなる。もし、前記ノズルホルダ６５と前記ガス供給ノズル６６の接続部に処理ガスのリークがあったとしても前記処理室６１でのリークとなり、前記真空排気装置６４を通して安全に前記処理室６１外へ排出されることになる。
又、前記ノズルホルダ６５のノズル取付け部が前記処理室６１内にあることから、前記ガス供給ノズル６６の取付け作業が前記処理室６１でのみの作業となる。これによって、該処理室６１内の円周上に処理ガス供給配管を設置することが可能となる。従って、従来装置に比べ処理ガス供給配管の本数を増やすことが可能となり、ガス供給場所の増加や一装置あたりの使用可能ガス種を増やすことが可能となる。
次に、図５、図６に於いて、本発明の第２の実施例について説明する。
第２の実施例は、ノズルホルダ６５とガス供給ノズル６６の接続部の上方に遮熱板１０６を設けたものである。
該遮熱板１０６は、マニホールド２と同材質、例えばステンレス製で半リング状の金属板であり、前記遮熱板１０６の外周縁部は前記マニホールド２の内壁に溶接等で固着されている。尚、前記遮熱板１０６は前記ノズルホルダ６５と前記ガス供給ノズル６６の接続部を覆うことができる大きさがあればよいので、前記遮熱板１０６の形状は完全リング状の金属板であってもよく、或は各ガス供給ノズル６６毎に局部的に設けてもよい。
又、前記遮熱板１０６を設置する高さは、前記リングナット１０５が取外し可能な様に前記遮熱板１０６の下面と前記ノズルホルダ６５の内端部６５ａ（第２の部位）の上端の間の間隔が、リングナット１０５の高さより大きくなる位置とする。
又、前記遮熱板１０６には、前記ガス供給ノズル６６の外径と略同径のスリット１０６ａが中心に向って刻設され、内端が開放されている。従って、該スリット１０６ａの長さは、前記ノズルホルダ６５の中心上から前記遮熱板１０６の内端迄となっている。前記ガス供給ノズル６６の前記ノズルホルダ６５への取外しは、図示の状態から前記リングナット１０５を緩めて外し、前記ガス供給ノズル６６を引上げ、前記スリット１０６ａに沿って中心側に移動させればよい。又、前記ガス供給ノズル６６の前記ノズルホルダ６５への取付けは、取外しの逆の作業によって達成される。
基板処理工程中は、前記ノズルホルダ６５と前記ガス供給ノズル６６の接続部に対する処理室６１からの輻射熱が前記遮熱板１０６によって遮られることで、前記ノズルホルダ６５と前記ガス供給ノズル６６の接続部が前記処理室６１からの熱によって直接加熱されるのを防ぐことができる。
従って、前記ノズルホルダ６５と前記ガス供給ノズル６６の接続部への過度の加熱が防止され、前記ノズルホルダ６５と前記ガス供給ノズル６６を気密に接続するＯリング１０３に掛る熱負荷を軽減することができる。
次に、図７に於いて、本発明の第３の実施例について説明する。
第３の実施例は、第１の実施例のマニホールド２の壁部にリング状の冷媒循環路１０７を周方向に壁面に沿って穿設したものである。
該冷媒循環路１０７は、ノズルホルダ６５とガス供給ノズル６６の接続部と略同一平面上に設けられており、図示しない冷媒供給管と冷媒排出管を介して冷媒循環装置に接続され、前記冷媒循環路１０７と前記冷媒供給管と前記冷媒排出管と前記冷媒循環装置とで冷却機構を構成している。
第１の実施例と同様に、前記ガス供給ノズル６６をノズル保持穴１０２に挿入し、Ｏリング１０３を介設してリングナット１０５を内端部６５ａに螺合することで、前記ガス供給ノズル６６が垂直保持される。
基板を処理する際には、ガス供給系６７より前記ノズルホルダ６５に処理ガスが供給され、該処理ガスは前記ガス供給ノズル６６より前記処理室６１内に導入され、該処理室６１内に導入された処理ガスは真空排気装置６４によってガス排気管６２より排気される。
上記処理と並行して、図示しない前記冷媒供給管より冷却用ガスや冷却水等の冷媒を前記冷媒循環路１０７に供給し、該冷媒循環路１０７に前記冷媒を循環させた後に、図示しない前記冷媒排出管より前記冷媒を排出する。
前記冷媒循環路１０７に冷媒を循環させることで、前記処理室６１からの輻射熱を吸収し、前記ノズルホルダ６５と前記ガス供給ノズル６６の接続部を冷却し、過度の加熱を防止することで前記Ｏリング１０３に掛る熱負荷を軽減することができる。
次に、図８に於いて、本発明の第４の実施例について説明する。
第４の実施例は、マニホールド１０８の壁部を処理室６１に向って突出させ、前記マニホールド１０８の上面１０８ａの内周部分が反応管１の内壁面より前記処理室６１の中心に向って延出する様になっている。又、前記マニホールド１０８の半断面は断面がコの字形状であり、前記上面１０８ａと下面１０８ｂとの間にリング状の空間１０９が形成される。
ノズルホルダ６５は、前記空間１０９に配設され、前記マニホールド１０８の前記処理室６１内に突出した箇所の前記上面１０８ａを内端部６５ａが上方に向って貫通しており、該内端部６５ａは前記上面１０８ａに溶接等で気密に固着されている。
第４の実施例は、上記構成により、ガス供給系６７より前記ノズルホルダ６５に供給され、前記処理室６１内に導入される処理ガスが、前記空間１０９にて大気で冷却され、冷却された処理ガスが前記ノズルホルダ６５とガス供給ノズル６６を冷却する為、前記ノズルホルダ６５と前記ガス供給ノズル６６を気密に接続するＯリング１０３に対する熱負荷を軽減することができる。尚、前記空間１０９の空気をファン等により流動させ、冷却効率を高めてもよい。
次に、図９に於いて、本発明の第５の実施例について説明する。
第５の実施例は、第１の実施例と第４の実施例を併合したものである。
マニホールド１１１は、壁部の下部１１１ａが処理室６１内迄突出しており、突出した前記下部１１１ａの天井部１１１ｃは、前記マニホールド１１１の上フランジ１１１ｄより低くなっている。
又、前記天井部１１１ｃと、前記マニホールド１１１の下フランジ１１１ｂの間には空間１０９が形成され、該空間１０９にはノズルホルダ６５が配設されており、内端部６５ａは前記天井部１１１ｃを貫通し、又前記内端部６５ａは前記天井部１１１ｃに溶接等により気密に固着されている。
尚、前記ノズルホルダ６５とガス供給ノズル６６の接続部は、反応管１の下端より低くなっており、該反応管１の外側に配設されたヒータ５８の下端よりも下方に位置している。
第５の実施例は、上記構成により、ガス供給系６７より前記ノズルホルダ６５に供給され、前記処理室６１内に導入される処理ガスが、前記空間１０９にて大気で冷却される。又、前記ノズルホルダ６５と前記ガス供給ノズル６６の接続部が前記ヒータ５８よりも下部に位置する為、該ヒータ５８からの直接的な加熱が避けられ、第１の実施例、第４の実施例よりも更にＯリング１０３に対する熱負荷を軽減することができる。
次に、図１０、図１１に於いて、本発明の第６の実施例について説明する。
第６の実施例は、ノズルホルダ６５とガス供給ノズル６６の接続構造に関するものである。
前記ノズルホルダ６５の内端部６５ａは上端からノズル保持穴１０２が穿設され、該ノズル保持穴１０２の軸心は前記内端部６５ａの軸心と合致し、前記ノズル保持穴１０２の下端には段差部１１６が形成されており、該段差部１１６の上面にはＯリング１１７が設けられている。
又、前記内端部６５ａの先端部には、Ｌ字形状の係止スリット１１２が穿設されている。該係止スリット１１２は垂直方向に穿設されたピン挿入スリット１１３と、該ピン挿入スリット１１３の下端から水平又は略水平方向に連続する様穿設されたピン係止スリット１１４とからなっている。尚、該ピン係止スリット１１４の幅は、前記ピン挿入スリット１１３の幅と同幅となっている。
前記ガス供給ノズル６６の外径は、前記内端部６５ａの内径と略同径であり、前記ガス供給ノズル６６の外周面には、係止ピン１１５が立設されている。又、該係止ピン１１５の径は、前記ピン挿入スリット１１３及び前記ピン係止スリット１１４のスリット幅と略同一に形成されている。尚、前記係止ピン１１５の長さは、前記内端部６５ａの管の厚さと略同一となっている。
前記ノズル保持穴１０２に、前記係止ピン１１５が前記ピン挿入スリット１１３を通過する様前記ガス供給ノズル６６の下端部を挿入することで、該ガス供給ノズル６６の下端部が前記Ｏリング１１７に突当る。従って、前記ガス供給ノズル６６の上下方向の位置決めがなされると共に、該ガス供給ノズル６６と前記ノズル保持穴１０２との嵌合により半径方向（水平方向）の位置決めがなされる。又、前記ガス供給ノズル６６は前記内端部６５ａに内嵌することで、垂直姿勢が保持される。
この時、前記係止ピン１１５の位置は前記ピン係止スリット１１４よりも僅かに上に位置しており、前記係止ピン１１５の位置と前記ピン係止スリット１１４の高さが一致する様に押込み、前記ガス供給ノズル６６を回転させることで、前記係止ピン１１５と前記ピン係止スリット１１４が嵌合する。
上記作用により、前記Ｏリング１１７が、前記段差部１１６と前記ガス供給ノズル６６の下端部との間で押圧され、前記ノズルホルダ６５と前記ガス供給ノズル６６とは気密に接続される。
而して、前記ノズルホルダ６５と前記ガス供給ノズル６６の取付けは、第１の実施例〜第５の実施例に於いては前記ガス供給ノズル６６を前記ノズル保持穴１０２への挿入、前記リングナット１０５の締込みのみとなり、第６の実施例に於いては前記ガス供給ノズル６６の前記ノズル保持穴１０２への挿入のみとなる。これによって、例えば石英製のものが用いられる前記ガス供給ノズル６６の取付け時の調節は不要となり、作業者の熟練度に左右されることなく、取付け精度の高い、又再現性の高い、前記ガス供給ノズル６６の取付けが可能となる。
又、該ガス供給ノズル６６は金属製の前記ノズルホルダ６５の開口部に対して挿脱するだけの簡単な作業で交換が可能となり、石英製ノズルを使用した際の石英破損等の事故を防ぐことが可能となる。
（付記）
又、本発明は以下の実施の態様を含む。
又、本発明は以下の実施の態様を含む。
（付記１）基板を積層して収納する処理室と、該処理室内を所望の温度迄加熱する加熱手段と、前記処理室に所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内を排気する排気手段とを具備し、前記ガス供給手段は、前記基板の積層方向に立設された直管のガス供給ノズルと、該ガス供給ノズルを支持する金属配管と、前記処理室の下部を形成するマニホールドとを有し、前記金属配管は、前記処理室外から前記マニホールドを貫通して前記処理室内に延在する第１の部位と、該第１の部位に接続され、前記積層方向に沿って延在する第２の部位とを有し、前記ガス供給ノズルは前記第２の部位に嵌合して支持されることを特徴とする基板処理装置。
（付記２）前記ガス供給ノズルと前記第２の部位との嵌合部は、前記加熱手段よりも下方に位置する付記１の基板処理装置。
１ 反応管
２ マニホールド
４ ウェーハ
６１ 処理室
６５ ノズルホルダ
６５ａ 内端部
６６ ガス供給ノズル
１０２ ノズル保持穴
１０３ Ｏリング
１０４ 螺子部
１０５ リングナット
１０６ 遮熱板
１０７ 冷媒循環路
１０８ マニホールド
１０９ 空間
１１１ マニホールド
１１２ 係止スリット
１１３ ピン挿入スリット
１１４ ピン係止スリット
１１５ 係止ピン
１１６ 段差部
１１７ Ｏリング
２ マニホールド
４ ウェーハ
６１ 処理室
６５ ノズルホルダ
６５ａ 内端部
６６ ガス供給ノズル
１０２ ノズル保持穴
１０３ Ｏリング
１０４ 螺子部
１０５ リングナット
１０６ 遮熱板
１０７ 冷媒循環路
１０８ マニホールド
１０９ 空間
１１１ マニホールド
１１２ 係止スリット
１１３ ピン挿入スリット
１１４ ピン係止スリット
１１５ 係止ピン
１１６ 段差部
１１７ Ｏリング
Claims (6)
- 基板を積層して収納する処理室と、該処理室内を所望の温度迄加熱する加熱手段と、前記処理室に所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内を排気する排気手段とを具備し、前記ガス供給手段は、前記基板の積層方向に立設された直管のガス供給ノズルと、該ガス供給ノズルを支持する金属配管と、前記処理室の下部を形成するマニホールドとを有し、前記金属配管は、前記処理室外から前記マニホールドを貫通して前記処理室内に延在する第１の部位と、該第１の部位に接続され、前記積層方向に沿って延在する第２の部位とを有し、前記ガス供給ノズルは前記第２の部位に嵌合して支持されることを特徴とする基板処理装置。
- 前記ガス供給ノズルと前記第２の部位との嵌合部の上方に遮熱板を設けた請求項１の基板処理装置。
- 前記マニホールドの壁内にリング状の孔を穿設し、該孔は前記ガス供給ノズルと前記第２の部位との嵌合部と略同じ高さであり、前記孔に冷媒を循環させる冷却機構を設けた請求項１の基板処理装置。
- 前記マニホールドを前記処理室の中心方向に向ってえぐれた形状として突出部を形成し、該突出部を前記処理室内迄突出させ、前記第２の部位が前記処理室外から前記突出部の上面を貫通し、前記処理室内に延在する請求項１の基板処理装置。
- 前記マニホールドを前記処理室の中心方向に向ってえぐれた形状として突出部を形成し、該突出部を前記処理室内迄突出させ、前記突出部の上面が前記マニホールドの上面よりも低くなる様段差が形成され、前記第２の部位が前記処理室外から前記突出部の上面を貫通し、前記ガス供給ノズルと前記第２の部位との嵌合部は前記加熱手段よりも低くなっている請求項１の基板処理装置。
- 前記第２の部位の上端から垂直方向に縦スリットを設け、該縦スリットの下端から水平方向に前記縦スリットと同径の横スリットを設け、前記ガス供給ノズルの壁面に突起を設け、該突起を前記横スリットに嵌合させることで前記ガス供給ノズルは前記第２の部位に嵌合して支持される請求項１の基板処理装置。
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