JP2002299262A - ロードロック室及びその排気方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 不活性ガス置換に要する時間及び不活性ガス
の消費量を大幅に抑制することが可能なロードロック室
を提供する。 【解決手段】 縦型のバッチ式の加熱炉４の下方に設け
られて、前記加熱炉に対して被処理体Ｗをロード・アン
ロードさせるために、周囲が筐体１２で形成されると共
に前記筐体内が不活性ガス雰囲気になされるロードロッ
ク室５２において、前記筐体には、不活性ガスを導入す
る不活性ガス導入手段３４と、前記筐体内の雰囲気を排
気する排気手段５４が設けられると共に、前記排気手段
の排気吸入口６０は、前記筐体内のガス滞留箇所に位置
される。これにより、ガスが滞留し易いガス滞留箇所の
雰囲気を積極的に排出するようにして、不活性ガス置換
に要する時間及び不活性ガスの消費量を大幅に抑制す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等を
熱処理する熱処理炉に並設されるロードロック室及びそ
の排気方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体ウエハ等を一度に多数枚
熱処理する装置として、特開平４−２６９８２４号公報
等に開示されているような縦型のバッチ式の熱処理装置
が知られている。ここで、従来の一般的なバッチ式の熱
処理装置について説明する。図４は従来の一般的なバッ
チ式の熱処理装置を示す概略構成図である。この熱処理
装置２は、半導体ウエハに対して実際に熱処理を施す加
熱炉４と、この加熱炉４の下方に設けられて上記加熱炉
４に対して半導体ウエハをロード及びアンロードさせる
ロードロック室６とにより主に構成される。上記加熱炉
４は、周囲に円筒体状に加熱ヒータ８を配置してなる石
英製の処理容器１０を有しており、この処理容器１０の
下端は開口され、これよりウエハがロード或いはアンロ
ードされる。

【０００３】一方、上記ロードロック室６は、全体が例
えばステンレス製の箱状の筐体１２により区画形成され
ており、上記加熱炉４の下方に連結されている。このロ
ードロック室６内には、ボートエレベータのような昇降
機構１４が設けられており、この昇降機構１４は、多数
枚のウエハＷを多段に支持するための例えば石英製のウ
エハボート１６を保持している。そして、この昇降機構
１４を駆動することにより、このウエハＷを支持してい
るウエハボート１６を上下動させて処理容器１０内へロ
ード、アンロードできるようになっている。

【０００４】このロードロック室６内の一側には、内部
の循環ガスを清浄に保つ例えばＨＥＰＡフィルタよりな
るフィルタ部１８が設けられており、送風ファン２０を
用いて、ウエハ表面に自然酸化膜が発生することを防止
するための不活性ガス、例えば窒素ガスをこのロードロ
ック室６内に循環させている。上記フィルタ部１８の取
り付け面とは対向する面側には、多数の通気孔２２を有
する例えばパンチングメタルのような側面区画壁２４を
設けており、この区画壁２４と筐体１２の側面との間に
所定の間隔の側部循環路２６を形成している。また、筐
体１２内の底部にもこの底部より所定の間隔だけ離間さ
せて底面区画壁２８を設けており、筐体底部との間に上
記側部循環路２６と連通する底部循環路３０を形成して
いる。従って、フィルタ部１８より水平方向へ送風され
たＮ_２ガスは、ウエハボート１６を通過した後に通気孔
２２から側部循環路２６へ流入し、そして、これより底
部循環路３０へ廻り込んで再度、上記フィルタ部１８へ
流入するように循環することになる。

【０００５】この送風ファン２０の近傍の筐体１２に
は、ガス導入口３２が設けられており、このガス導入口
３２には、不活性ガス導入手段３４が接続されている。
この不活性ガス導入手段３４は、Ｎ_２ ガス源３６に接
続されたガス通路３８を有しており、この途中に、開閉
弁４０及び供給するガス流量を制御する流量制御器４２
がそれぞれ介設されている。一方、この筐体１２の天井
部４４の一部には、排気口４６が設けられており、筐体
１２内を循環するＮ_２ ガスの一部を排気して系外へ排
出するようになっている。この場合、この筐体１２内
は、この外側の大気圧よりも僅かに圧力が高くなされて
陽圧状態に維持されており、Ｏ_２ ガスや水分を含む大
気が筐体１２内で流入することを阻止するようになって
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ロード
ロック室６の容量は、例えばウエハサイズやウエハボー
ト１６の高さサイズにもよるが、通常は１０００〜２０
００リットルもの大きな容量を有しており、このロード
ロック室６内でウエハＷを晒す時には、自然酸化膜防止
のために、ウエハを晒すことに前もってこのロードロッ
ク室６内に不活性ガスである窒素ガスを導入して窒素ガ
ス雰囲気とし、Ｏ_２ ガス濃度や水分濃度をそれぞれ所
定の値以下に維持しておかなければならない。しかしな
がら、この場合、ロードロック室６内を窒素ガス雰囲気
に置換するために、この中に窒素ガスを導入し、これを
前述のように循環させつつ一部の雰囲気ガスを排気口４
６から系外へ排気するのであるが、この筐体１２内のガ
スが滞留し易い箇所、例えば筐体１２内の角部にガスが
滞留してこの部分のＯ_２ 成分や水分が非常に排気し難
くなり、ロードロック室６内を十分に窒素ガスで置換す
るまでに長い時間を要するのみならず、多量のＮ_２ ガ
スを消費してしまう、といった問題があった。本発明
は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決す
べく創案されたものである。本発明の目的は、ガスが滞
留し易いガス滞留箇所の雰囲気を積極的に排出するよう
にして、不活性ガス置換に要する時間及び不活性ガスの
消費量を大幅に抑制することが可能なロードロック室及
びその排気方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に規定する発明
は、縦型のバッチ式の加熱炉の下方に設けられて、前記
加熱炉に対して被処理体をロード・アンロードさせるた
めに、周囲が筐体で形成されると共に前記筐体内が不活
性ガス雰囲気になされるロードロック室において、前記
筐体には、不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段
と、前記筐体内の雰囲気を排気する排気手段が設けられ
ると共に、前記排気手段の排気吸入口は、前記筐体内の
ガス滞留箇所に位置されることを特徴とするロードロッ
ク室である。このように、ガス滞留箇所に排気吸入口を
位置させるようにしたので、この部分の滞留ガスを積極
的に排気でき、従って、ロードロック室内において不活
性ガス雰囲気への置換を迅速に行うことができるのみな
らず、不活性ガスの消費量も大幅に削減することが可能
となる。

【０００８】この場合、例えば請求項２に規定するよう
に、前記筐体は箱状に形成されており、前記ガス滞留箇
所は前記箱状の筐体の角部である。また、例えば請求項
３に規定するように、前記排気手段は、排気通路に介設
された圧力調整弁と、前記筐体内の圧力を検出する圧力
センサと、前記圧力センサからの出力に応じて前記圧力
調整弁を制御する弁制御部とよりなる。これによれば、
ロードロック室内の圧力は圧力調整弁で制御されるの
で、この中を安定的に所定の圧力に維持することが可能
となる。

【０００９】また、例えば請求項４に規定するように、
前記排気通路には、前記筐体内の圧力が所定の圧力値以
上になった時に開放される圧力開放弁が分岐させて設け
られる。これによれば、ロードロック室内の圧力を、圧
力開放弁により設定された圧力に維持することが可能と
なる。請求項５に規定する発明は、上記装置発明で実施
される方法発明を規定したものであり、すなわち、縦型
のバッチ式の加熱炉の下方に設けられて、前記加熱炉に
対して被処理体をロード・アンロードさせるために、周
囲が筐体で形成されると共に前記筐体内が不活性ガス雰
囲気になされるロードロック室の排気方法において、
前記筐体内のガス滞留箇所に排気吸入口を位置させて前
記筐体内の雰囲気を排気するように構成したことを特徴
とするロードロック室の排気方法である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るロードロッ
ク室及びその排気方法の一実施例を添付図面に基づいて
詳述する。図１は本発明に係るロードロック室を示す概
略構成図、図２は図１中のロードロック室の筐体内の排
気吸入口の設置位置を示す斜視図である。先に、図４を
参照して説明した部分と同一構成部分については、同一
符号を付して説明する。図示するように、この熱処理装
置５０は、半導体ウエハに対して実際に熱処理を施す加
熱炉４と、この加熱炉４の下方に設けられて上記加熱炉
４に対して半導体ウエハをロード及びアンロードさせる
ロードロック室５２とにより主に構成される。上記加熱
炉４は、周囲に円筒体状に加熱ヒータ８を配置してなる
石英製の処理容器１０を有しており、この処理容器１０
の下端は開口され、これよりウエハがロード或いはアン
ロードされる。そして、この開口は、ウエハをロードし
た時にキャップ部１１により密閉される。

【００１１】一方、上記ロードロック室５２は、全体が
例えばステンレス製の箱状或いは直方体状の筐体１２に
より区画形成されており、上記加熱炉４の下方に連結さ
れている。このロードロック室５２内には、ボートエレ
ベータのような昇降機構１４が設けられており、この昇
降機構１４は、多数枚のウエハＷを多段に支持するため
の例えば石英製のウエハボート１６を保持している。そ
して、この昇降機構１４を駆動することにより、このウ
エハＷを支持しているウエハボート１６を上下動させて
処理容器１０内へロード、アンロードできるようになっ
ている。

【００１２】このロードロック室５２内の一側には、内
部の循環ガスを清浄に保つ例えばＨＥＰＡフィルタより
なるフィルタ部１８が設けられており、送風ファン２０
を用いて、ウエハ表面に自然酸化膜が発生することを防
止するための不活性ガス、例えば窒素ガスをこのロード
ロック室５２内に循環させている。上記フィルタ部１８
の取り付け面とは対向する面側には、多数の通気孔２２
を有する例えばパンチングメタルのような側面区画壁２
４を設けており、この区画壁２４と筐体１２の側面との
間に所定の間隔の側部循環路２６を形成している。ま
た、筐体１２内の底部にもこの底部より所定の間隔だけ
離間させて底面区画壁２８を設けており、筐体底部との
間に上記側部循環路２６と連通する底部循環路３０を形
成している。従って、フィルタ部１８より水平方向へ送
風されたＮ_２ガスは、ウエハボート１６を通過した後に
通気孔２２から側部循環路２６へ流入し、そして、これ
より底部循環路３０へ廻り込んで再度、上記フィルタ部
１８へ流入するように循環することになる。

【００１３】この送風ファン２０の近傍の筐体１２に
は、ガス導入口３２が設けられており、このガス導入口
３２には、不活性ガス導入手段３４が接続されている。
この不活性ガス導入手段３４は、Ｎ_２ ガス源３６に接
続されたガス通路３８を有しており、この途中に、開閉
弁４０及び供給するガス流量を制御する流量制御器４２
がそれぞれ介設されている。

【００１４】一方、この筐体１２には、この筐体１２内
の雰囲気を排気するために本発明の特徴とする排気手段
５４が設けられている。そして、この排気手段５４の排
気吸入口は、上記筐体１２内のガス滞留箇所に位置され
ることになる。具体的には、上記排気手段５４は、図２
にも示すように上記直方体（立方体も含む）状の筐体１
２内の８つの角部に、その高さ方向に沿って延びるよう
に配設された４本の内部排気通路５６を有している。そ
して、上記４本の内部排気通路５６には、その下端部及
び上端部側においてそれぞれ吸入ノズル５８が設けられ
る。そして、各吸入ノズル５８の先端である排気吸入口
６０は、筐体１２内のガス滞留箇所、すなわち、ここで
は筐体１２内の８つの各角部１２Ａに臨むように位置さ
れており、この角部１２Ａの近傍の雰囲気を積極的に吸
入して排気し得るようになっている。そして、上記４本
の各内部排気通路５６は１本に結合されて合同排気通路
６２となっている。尚、この合同排気通路６２と先の内
部排気通路５６とで全体の排気通路が構成される。

【００１５】上記合同排気通路６２の途中には例えばバ
タフライバルブ等よりなる圧力調整弁６５が設けられて
おり、この圧力調整弁６５は、例えばマイクロコンピュ
ータ等よりなる弁制御部６４により制御される。また、
上記筐体１２内にはこの内部圧力を検出する圧力センサ
６６が設けられており、この検出値は上記弁制御部６４
へ入力されて、上記圧力調整弁６５の弁開度をフィード
バック制御するようになっている。また、上記合同排気
通路６２からは、１本の分岐管６８が分岐させて設けら
れており、この分岐管６８には上記筐体１２内が所定の
圧力値以上になった時に開放される逆止弁のような圧力
開放弁７０が介設されている。尚、この圧力開放弁７０
に内蔵されるバネの弾発力等を選択することにより、上
記所定の圧力値を適宜選択することができる。この圧力
開放弁７０の開放のための設定圧力値は、一般的には上
記圧力調整弁６４における設定圧力よりも僅かに大き
く、例えば４００Ｐａ程度大きく設定されており、筐体
１２内の圧力が過度に高くなった時にこの圧力開放弁７
０が開放動作するようになっている。

【００１６】次に、以上のように構成されたロードロッ
ク室の排気方法について説明する。まず、ロードロック
室５２の筐体１２のガス導入口３２から不活性ガスとし
て、ここではＮ_２ （窒素ガス）ガスを継続的に供給す
ると共にこの筐体１２内の雰囲気を少しずつ排気手段５
４の各排気吸入口６０を介して排出し、この筐体１２内
の雰囲気ガスをＮ_２ ガスと置換する。この筐体１２内
では、送風ファン２０によりフィルタ部１８から横流と
して送出された雰囲気ガスはウエハボート１６内を水平
に通過して反対側に位置するパンチングメタルや多数の
スリットが入った板金パネル等よりなる側面区画壁２４
の内側の側部循環路２６に流入し、そして、筐体１２の
底部の底部循環路３０を通って上記送風ファン２０に至
り、循環されている。

【００１７】ここで、筐体１２内の雰囲気ガスのＯ_２
濃度及び水分濃度が図示しないセンサでの検出結果、そ
れぞれ所定値以下になったならば、ウエハ表面に自然酸
化膜が付着する可能性が非常に低くなったことになるの
で、図示しない搬出入口よりこのロードロック室５２内
にウエハＷを搬入し、ウエハボート１６にウエハＷを多
段に載置し、これを上昇させることにより上方の処理容
器１０内へロードして所定のプロセス、例えば成膜処理
等を行うことになる。このプロセス時間が長ければ、こ
のプロセス中は筐体１２内にＮ_２ ガスを供給すること
を停止してもよいし、プロセス時間が短ければプロセス
中においても常時、Ｎ_２ ガスの供給を行っていてもよ
い。いずれにしても、プロセスが終了してウエハを処理
容器１０内から降下させてアンロードする時には、筐体
１２内の雰囲気ガスのＯ_２ ガス濃度や水分濃度はそれ
ぞれ所定値以下になされている。また、筐体１２内は、
排気手段５４の圧力調整弁６４の動作によって大気に対
して僅かな圧力、例えば１００Ｐａ程度だけ陽圧になさ
れている。そして、処理済みのウエハＷは筐体１２外へ
搬出され、また、未処理のウエハが搬入されて、上述し
たような動作が繰り返されることになる。

【００１８】さて、上述したような一連の動作におい
て、この筐体１２内の雰囲気ガスをＮ_２ ガス雰囲気に
置換する場合には、スループット向上の要請から早期に
Ｏ_２ ガス濃度及び水分濃度をそれぞれ所定値以下、例
えばＯ_２ ガス濃度は５ｐｐｍ以下、水分濃度は１ｐｐ
ｍ以下にする必要があり、且つまた必要な期間は継続し
てこの状態を維持しなければならない。この場合、従来
のロードロック室にあっては、図４を参照して説明した
ように、筐体１２内の角部などのガスが滞留してしまう
ことから、この部分のＯ_２ ガスや水分を十分に排除し
てＮ_２ ガス置換するために多量のＮ_２ ガスを必要とし
たり、また、Ｎ_２ ガス置換に長い時間を要していた。

【００１９】しかしながら、本実施例にあっては、筐体
１２内のガスが滞留し易い箇所である各角部１２Ａに臨
ませて、内部排気通路５６の吸入ノズル５８の先端であ
る排気吸入口６０を設置しているので、この部分の滞留
ガスを積極的に排除することが可能となる。従って、従
来装置と比較してＯ_２ ガス濃度や水分濃度をそれぞれ
所定値以下にするまでのＮ_２ ガス置換に要する時間も
大幅に削減することができ、この結果、Ｎ_２ ガスの使
用量を大幅に削減することができる。

【００２０】また、Ｎ_２ ガス置換操作を開始した初期
には、多量の窒素ガスを筐体１２内へ導入するので、こ
の筐体１２内の圧力は、大気圧よりもかなり高くなって
排気手段５４の圧力開放弁７０の設定圧力値よりも高く
なる場合が生ずる。この時には、この圧力開放弁７０が
自動的に開放されて、この分岐管６８からも筐体１２内
の雰囲気ガスが排出されることになる。この結果、筐体
１２内の雰囲気ガスは圧力調整弁６５が介設された合同
排気通路６２と分岐管６８との２系統で排気されるの
で、その分、筐体１２内の窒素ガス置換操作を更に迅速
に行うことが可能となる。この場合、窒素ガス置換操作
が進んで導入する窒素ガスの供給量がある程度減少する
と、筐体１２内と大気との圧力差は、上記圧力開放弁７
０の設定値以下になるので、この圧力開放弁７０は自動
的に閉動作し、以後は、圧力調整弁６５の調整により筐
体１２内の圧力値は略一定に維持されることになる。

【００２１】また、ここで圧力開放弁７０と圧力調整弁
６５との間の流路長さは、十分に長く設定し、この圧力
開放弁７０が開いた時に、ベンチュリー効果により圧力
調整弁６５から大気が逆流しないようにする。ここで、
上述したようなロードロック室と従来のロードロック室
の窒素ガス置換のシミュレーションを行ったので、その
評価結果について説明する。図３は窒素ガス置換の時間
と酸素濃度との関係を示すグラフである。このシミュレ
ーションでは、ロードロック室内の容量を１８００リッ
トル、従来のロードロック室では６００リットル／ｍｉ
ｎの流量で窒素ガスを供給し、筐体内における酸素の漏
れ量は０．１ｃｃ／ｍｉｎとしている。本発明のロード
ロック室では初期時には４００リットル／ｍｉｎの流量
で供給している。

【００２２】このグラフから明らかなように、酸素濃度
の基準値である５ｐｐｍまで低下するのに、従来のロー
ドロック室では略６１分程度要したが、本発明の方法で
は略４９分程度しか要さず、窒素ガス置換に要する時間
を大幅に削減できること、及び窒素ガス使用量も大幅に
削減できることが判明した。尚、本実施例ではガス滞留
箇所として筐体１２内の角部１２Ａを例にとって説明し
たが、筐体１２内のガスが滞留し易い部分であるなら
ば、本発明を全て適用できる。また、上記各実施例では
被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、
これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板等にも本発
明を適用することができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のロードロ
ック室及びその排気方法によれば、次のように優れた作
用効果を発揮することができる。請求項１、２、５に規
定する発明によれば、ガス滞留箇所に排気吸入口を位置
させるようにしたので、この部分の滞留ガスを積極的に
排気でき、従って、ロードロック室内において不活性ガ
ス雰囲気への置換を迅速に行うことができるのみなら
ず、不活性ガスの消費量も大幅に削減することができ
る。請求項３に規定する発明によれば、ロードロック室
内の圧力は圧力調整弁で制御されるので、この中を安定
的に所定の圧力に維持することができる。請求項４に規
定する発明によれば、ロードロック室内の圧力を、圧力
開放弁により設定された圧力に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るロードロック室を示す概略構成図
である。

【図２】図１中のロードロック室の筐体内の排気吸入口
の設置位置を示す斜視図である。

【図３】窒素ガス置換の時間と酸素濃度との関係を示す
グラフである。

【図４】従来の一般的なバッチ式の熱処理装置を示す概
略構成図である。

【符号の説明】

４ 加熱炉 ８ 加熱ヒータ １０ 処理容器 １２ 筐体 １６ ウエハボート ３２ ガス導入口 ３４ 不活性ガス導入手段 ５０ 熱処理装置 ５２ ロードロック室 ５４ 排気手段 ５６ 内部排気通路 ５８ 吸入ノズル ６０ 排気吸入口 ６２ 合同排気通路 ６４ 弁制御部 ６６ 圧力センサ ６８ 分岐管 ７０ 圧力開放弁 Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G075 AA22 AA24 AA61 BC01 BD14 CA02 CA13 CA63 CA65 DA02 EA01 EA05 EB01 ED13 EE02 5F045 AA03 AA20 AC15 DP19 DQ05 EB08 EB11

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 縦型のバッチ式の加熱炉の下方に設けら
   れて、前記加熱炉に対して被処理体をロード・アンロー
   ドさせるために、周囲が筐体で形成されると共に前記筐
   体内が不活性ガス雰囲気になされるロードロック室にお
   いて、 前記筐体には、不活性ガスを導入する不活性ガス導入手
   段と、前記筐体内の雰囲気を排気する排気手段が設けら
   れると共に、前記排気手段の排気吸入口は、前記筐体内
   のガス滞留箇所に位置されることを特徴とするロードロ
   ック室。
2. 【請求項２】 前記筐体は箱状に形成されており、前記
   ガス滞留箇所は前記箱状の筐体の角部であることを特徴
   とする請求項１記載のロードロック室。
3. 【請求項３】 前記排気手段は、排気通路に介設された
   圧力調整弁と、前記筐体内の圧力を検出する圧力センサ
   と、前記圧力センサからの出力に応じて前記圧力調整弁
   を制御する弁制御部とよりなることを特徴とする請求項
   １または２記載のロードロック室。
4. 【請求項４】 前記排気通路には、前記筐体内の圧力が
   所定の圧力値以上になった時に開放される圧力開放弁が
   分岐させて設けられることを特徴とする請求項１乃至３
   のいずれかに記載のロードロック室。
5. 【請求項５】 縦型のバッチ式の加熱炉の下方に設けら
   れて、前記加熱炉に対して被処理体をロード・アンロー
   ドさせるために、周囲が筐体で形成されると共に前記筐
   体内が不活性ガス雰囲気になされるロードロック室の排
   気方法において、 前記筐体内のガス滞留箇所に排気吸入口を位置させて前
   記筐体内の雰囲気を排気するように構成したことを特徴
   とするロードロック室の排気方法。