JP2004247538A

JP2004247538A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2004247538A
Application number: JP2003036248A
Authority: JP
Inventors: Koji Tomezuka; 幸二遠目塚
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Kokusai Denki Electric Inc
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】基板を反応炉に入出させる際又は基板を昇降温させる際、基板の面内温度が不均一になることを防止し、高品質な半導体装置を製造する。
【解決手段】反応室内で基板２４を支持するステージアーム３０の基板支持部５０の上面には、基板２４とほぼ同じ大きさで円形状の凹部６２が設けられており、基板支持部５０のほぼ中央には、不活性ガスを通過させる導入孔６４が設けられている。基板支持部５０は、多数の連通孔６６および小径連通孔６８が形成された円板状のシャワー板７０で覆われている。凹部６２は、シャワー板７０によって覆われることにより、円柱状の空間となり、不活性ガス導入管５６から不活性ガスを受け入れると、連通孔６６および小径連通孔６８を介し、不活性ガスをシャワー板７０の上面に吹き付ける。制御部は、配管６０からステージアーム３０に供給される不活性ガスの流量などを制御する。
【選択図】図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置（半導体デバイス）等の基板を処理する基板処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の基板処理装置は、反応炉と、この反応炉に基板を搬送するツィーザ等の搬送手段と、この搬送手段により搬送された基板を反応炉内で加熱するヒータ等の加熱手段を備えている。基板処理の生産性を高めるためには、加熱手段により基板を急激に加熱することが有効である。ところが、このように基板を急激に加熱すると、基板面内に温度の不均一が生じる。このような基板面内の温度不均一を少なくする技術として、基板を予備加熱するための予備加熱源を搬送手段に設け、基板を予備加熱することによって、基板温度と加熱手段の温度との温度差を小さくし、基板面内の温度差を小さくするものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、基板を反応炉に入出炉する際には、反応炉からの熱輻射によって、基板が不均一に加熱されるため、基板面内の温度分布が不均一になることがある。基板面内の温度分布が不均一になると、基板が皿状に変形し、搬送手段上で飛び跳ねてパーティクルを撒き散らすことがある。また、基板を反応炉で昇温又は降温する際にも基板面内での温度分布不均一が生じる。このような問題は、上記従来例には開示されていない。
【０００４】そこで、本発明は、基板を反応炉に搬入出させる場合や、基板を昇温または降温させる場合に、基板の面内温度が不均一になることを防止し、高品質な半導体装置（半導体デバイス）を製造することができる基板処理装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の特徴とするところは、反応炉と、この反応炉に基板を入出させる搬送手段と、前記反応炉に搬送された基板を加熱する加熱手段と、前記基板に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記搬送手段によって前記基板を前記反応炉に搬入させる際若しくは前記反応炉から搬出させる際又は前記基板を昇温させる際若しくは降温させる際、前記基板に不活性ガスを吹き付けるよう前記不活性ガス供給手段を制御する制御手段とを有する基板処理装置にある。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１において、本発明の実施形態に係る基板処理装置１０の概略が例示されている。この基板処理装置１０は、カセットロード室１２、カセット収納室１４、搬送室１６および反応室１８，１８が順次ゲート２０を介して接続されて構成されている。カセットロード室１２には、例えば２つのカセットローダ２２，２２が配置され、このカセットローダ２２，２２によりカセット収納室１４へ半導体ウェハ等の基板２４が収められたカセット２６を投入し、又はカセット収納室１４からカセット２６を取り出すようになっている。搬送室１６は、蓋２８を閉じることによって気密が保たれ、この搬送室１６には、例えば２つのステージアーム３０が配置されている。このステージアーム３０は、基板２４を反応室１８に搬入し、反応室１８内で基板２４を支持し、反応室１８から基板２４を搬出する。ステージアーム３０の近傍には、カセット収納室１４のカセット２６と、搬送室１６のステージアーム３０との間で、基板２４を移動させる基板移載機３２が設けられている。基板処理装置１０の各部は、制御部８６によって制御されている。
【０００７】図２において、反応炉３４の具体例が示され、この反応炉３４は、反応管３６内に前述した反応室１８が形成されている。反応管３６の下方には、ヒータ３８が配置されており、このヒータ３８は、反応室１８を下方から加熱する。反応管３６の上方には、リフレクタ４０が配置されている。リフレクタ４０は、例えば反射率の高い鏡面金属で形成され、ヒータ３８から出力された熱を反射することにより、反応室１８を加熱する。ヒータ３８およびリフレクタ４０の周囲は、断熱材（図示せず）で覆われており、他の反応炉３４を隣接できるようにしてある。反応管３６の前方上部には、処理用ガス供給部４２が設けられ、処理用ガスが反応室１８に供給されるようになっている。反応管３６の後方下部には、ガス排気部４４が設けられおり、反応室１８内のガスを排気する。また、ガス排気部４４の上方には、不活性ガスが反応室１８に供給されるように、バックパージガス供給部４６が設けられている。このバックパージガス供給部４６は、例えば後述するゲートドア部５２が開いた際などに、不活性ガスを反応室１８に供給し、反応室１８内と反応室１８外の気圧差を緩和することにより、ガス排気部４４から反応室１８に外気が流入することを防止する。反応管３６の前方の開口部は、前述したゲート２０が設けられており、反応管３６の後方は、封止されている。
【０００８】次にステージアーム３０について説明する。
図３乃至図５において、ステージアーム３０が例示されている。ステージアーム３０には、例えば石英などで形成されたアーム本体４８の一方に、基板２４を支持する円形状の基板支持部５０を有する。アーム本体４８の他方には、ステージアーム３０が反応室１８内で基板２４を支持する際に、反応室１８を気密にするためのゲートドア部５２が設けられている。このゲートドア部５２の下方には、アームローダ５４が接続されている。アームローダ５４は、ステージアーム３０が基板２４を反応室１８に搬入し、基板２４を反応室１８から搬出するように、反応炉３４のゲート２０に向かって前後に移動する。アーム本体４８の裏面には、基板支持部５０に不活性ガスを供給するための不活性ガス導入管５６が設けられており、この不活性ガス導入管５６は、ゲートドア部５２を貫通し、一方の開口部が後述する導入孔６２に接続され、他方の不活性ガス供給口５８が、例えばマスフローコントローラ（図示せず）および制御部８６によって流量を制御された不活性ガスを供給する配管６０に接続されている。配管６０は、アームローダ５４の移動に応じて曲がり、アームローダ５４の移動時および停止時のいずれにも不活性ガスを供給することができる。
【０００９】基板支持部５０の上面には、基板２４とほぼ同じ大きさで円形状の凹部６２が設けられており、基板支持部５０のほぼ中央には、不活性ガスを通過させる導入孔６４が設けられている。基板支持部５０は、円板状のシャワー板７０で覆われている。シャワー板７０には、例えば中央部に多数の連通孔６６が形成され、周辺部に連通孔６６よりも開口径の小さな小径小径連通孔６８が多数形成されている。凹部６２は、基板支持部５０がシャワー板７０によって覆われることによって、円柱状の空間となり、不活性ガス導入管５６から導入孔６４を介して供給される不活性ガスを受け入れると、連通孔６６および小径連通孔６８を介して不活性ガスをシャワー板７０の上面に吹き付けることができる。基板支持部５０、シャワー板７０および不活性ガス導入管５６は、例えばシリコン、炭化珪素、窒化珪素、石英若しくは非晶質炭素又はこれらの複合物などによって一体に形成されてもよい。シャワー板７０の上面には、例えば３つの基板支持ピン７２が設けられている。基板支持ピン７２の側面には、それぞれ凹状の支持溝７４が設けられており、基板２４は、基板移載機３２によって支持溝７４の下面に載置されることにより、ステージアーム３０に支持される。さらに、アーム本体４８の裏面中央近傍には、測温部７６が設けられており、この測温部７６の一端は、ゲートドア部５２を貫通し、制御部８６に接続されている。
【００１０】次に測温部７６について説明する。
図６において、測温部７６が示されている。測温部７６は、保護管７８の中に、例えば長さの異なる５つの熱電対８０が設けられ、封止部８２によって封止されている。測温部７６は、基板支持部５０の裏面に接触しており、５つの熱電対８０によって、基板支持部５０裏面の中心近傍および周辺などの温度を測定することができる。それぞれの熱電対８０が検出した温度は、配線部８４を介して制御部８６に出力される。
【００１１】次に基板処理装置１０の動作について説明する。
以下、カセットローダ２２，２２など、複数ある装置について単にカセットローダ２２と略記することがある。
基板２４を収納するカセット２６は、カセットロード室１２内のカセットローダ２２により、カセット収納室１４へ投入される。基板移載機３２は、カセット収納室１４に投入されたカセット２６から、基板２４を取り出し、ステージアーム３０に載置する。ステージアーム３０は、基板支持ピン７２によって基板２４を支持し、基板２４がシャワー板７０に設けられた連通孔６６および小径連通孔６８の上方に配置されるようにしている。
【００１２】図７は、ステージアーム３０に不活性ガスが供給されている状態を示す図である。図７に示すように、基板２４がステージアーム３０に載置されると、制御部８６は、マスフローコントローラ（図示せず）などを制御し、例えば窒素（Ｎ２）またはアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスを配管６０からステージアーム３０に供給させる。不活性ガスの温度は、例えば反応室１８で基板２４を処理する処理温度よりも低くし、常温から−２００°Ｃ程度（液化しない温度）の範囲で用いられてもよい。
不活性ガスは、配管６０から不活性ガス導入管５６に供給されると、導入孔６４および凹部６２を介し、連通孔６６および小径連通孔６８から基板２４に向けて吹き付けられる。すなわち、ステージアーム３０は、不活性ガスを基板２４に吹き付けることにより、基板２４の面内温度を均一にする。ステージアーム３０から吹き付けられた不活性ガスにより、基板２４が持上げられた場合には、基板支持ピン７２が支持溝７４の上面などによって基板２４のずれを規制する。
【００１３】次に、ステージアーム３０に載置された基板２４は、ステージアーム３０から不活性ガスを吹き付けられた状態で、アームローダ５４によって反応室１８内に搬入される。ステージアーム３０は、制御部８６が測温部７６により検出された温度によって、基板２４に吹き付けられる不活性ガスの流量などを制御することができるので、ステージアーム３０に載置された基板２４の温度を搬送時にも制御することができる。
【００１４】図８は、反応室１８に基板２４が搬入された状態を示す図である。
反応室１８は、ヒータ３８によって、例えば基板２４が搬入される以前から基板２４を処理する処理温度に設定される。すなわち、ヒータ３８は、基板処理装置１０が動作している間に、所定の温度で反応室１８を加熱し続けてもよい。
基板２４は、反応室１８に搬入されると、ヒータ３８およびリフレクタ４０によって昇温される。基板２４が上方および下方から昇温されることにより、例えば基板２４の中央部が昇温しやすくなる場合には、シャワー板７０は、連通孔６６と小径連通孔６８との開口径差により、不活性ガスの吹き付け量を相違させ、基板２４の面内温度を均一にするように冷却する。
制御部８６は、例えば不活性ガスの流量を制御することにより、反応室１８内の基板２４を処理温度まで急激に加熱する。例えば、制御部８６は、ヒータ３８の温度が一定の状態で、配管６０からステージアーム３０に供給されている不活性ガスを瞬時に停止させ、基板２４が急激に加熱されるようにする。
反応炉３４は、基板２４が所定の温度に加熱されると、処理用ガスを処理用ガス供給部４２から反応室１８に供給し、所定の処理を行う。
【００１５】基板２４の処理が終了すると、処理用ガスがガス排気部４４から排気され、制御部８６は、基板２４を反応室１８内で冷却するため、再び配管６０からステージアーム３０に不活性ガスが供給されるようにする。基板２４は、例えば所定の温度まで冷却されると、ステージアーム３０から不活性ガスを吹き付けられつつ、アームローダ５４が移動することによって、反応室１８から搬出される。そして、反応室１８から搬出された基板２４は、基板移載機３２によってカセット収納室１４のカセット２６に収納され、カセットローダ２２によってカセットロード室１２に戻される。
【００１６】以上のように、基板処理装置１０は、ヒータ３８が反応室１８を加熱している状態のままで、反応室１８内でステージアーム３０に支持された基板２４の面内温度を均一にしつつ、急加熱することができる。よって、昇降温特性に優れたランプなどの加熱手段を用いることなく、例えば３００°Ｃ／秒程度で基板２４を急加熱することができ、装置の低価格化および信頼性の向上を図ることもできる。
基板処理装置１０は、基板２４に吹き付けられる不活性ガスを、制御部８６によって制御することにより、基板２４のサーマルバジェットを制御することができる。
また、基板処理装置１０は、処理後の基板２４を反応室１８内で不活性ガスによって急速に冷却することができ、時間当たりの基板処理量を向上させることもできる。
【００１７】なお、上記実施形態の説明にあっては、反応室を２つとした構成となっているが、これに限定するものではなく、反応室は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。また、複数の反応室は、水平方向に並べられてもよい。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、基板を反応炉に入出させる際又は基板を昇降温させる際、基板に不活性ガスを吹き付けられるようにしたので、基板の面内温度が不均一になることを防止することができ、高品質な半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る基板処理装置の概略を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る基板処理装置に用いた反応炉の具体例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る基板処理装置に用いたステージアームの上面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る基板処理装置に用いたステージアームの下面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る基板処理装置に用いたステージアームの断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る基板処理装置に用いた測温部を示す図である。
【図７】ステージアームに不活性ガスが供給されている状態を示す図である。
【図８】反応室に基板が搬入された状態を示す図である。
【符号の説明】
１０基板処理装置
１８反応室
２０ゲート
２４基板
３０ステージアーム
３４反応炉
３６反応管
３８ヒータ
４０リフレクタ
４８アーム本体
５０基板支持部
５２ゲートドア部
５６不活性ガス導入管
５８不活性ガス供給口
６０配管
６２凹部
６４導入孔
６６連通孔
６８小径連通孔
７０シャワー板
７２基板支持ピン
７４支持溝
７６測温部
８０熱電対
８６制御部

Claims

反応炉と、この反応炉に基板を入出させる搬送手段と、前記反応炉に搬送された基板を加熱する加熱手段と、前記基板に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記搬送手段によって前記基板を前記反応炉に搬入させる際若しくは前記反応炉から搬出させる際又は前記基板を昇温させる際若しくは降温させる際、前記基板に不活性ガスを吹き付けるよう前記不活性ガス供給手段を制御する制御手段とを有する基板処理装置。