JP2003188163A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高純度のオゾンを効率的かつ安全に供給す
る。 【解決手段】 ウエハ１を処理する処理室１２と、酸素
からオゾンを生成する複数のオゾナイザ２９、３６、４
３と、これらオゾナイザにそれぞれ接続されオゾナイザ
で生成されたオゾンを液化して液体オゾンを生成し液体
オゾンを気化させて高純度オゾンを生成する複数の生成
室２１、２２、２３と、これら生成室で生成された高純
度オゾンを処理室１２に供給するオゾン供給配管５０と
を有する酸化膜形成装置１０において、各生成室２１、
２２、２３は遮断弁６１、６３が介設された連絡配管６
０、６２によってそれぞれ接続されている。 【効果】 複数のオゾナイザで多量のオゾンを迅速に生
成できる。液体オゾンを複数の生成室に別々に蓄積でき
るため、液体オゾンの蓄積の危険性を分散できる。生成
室相互間の液体オゾンの蓄積量の差を連絡配管によって
解消できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板処理装置に関
し、特に、高純度オゾンを製造する技術に係り、例え
ば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造
方法において半導体素子を含む集積回路が作り込まれる
半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に酸化膜を形成
したり、ウエハ表面をクリーニングする場合等に利用し
て有効なものに関する。

【０００２】

【従来の技術】オゾンは強い酸化力を持ち、反応後は分
解して酸素に戻り、残留性が少なく環境に優しい酸化剤
であるため、ＩＣの製造方法においてウエハに極薄いシ
リコン酸化膜を形成したりウエハ表面をクリーニングし
たりするのに使用することが要望されている。オゾンは
微青色の気体で沸点は１６１Ｋ、融点は８０Ｋであり、
分解し易いため、保存することが難しく、使用する場所
で製造する必要がある。オゾンを工業的に大量に製造す
るには、無声放電によるオゾナイザが多く使用されてい
るが、オゾナイザによって生成可能なオゾン濃度は５％
程度であるため、真空および大気圧の雰囲気で使用する
には、多量のガスを排気しなければならない。また、Ｉ
Ｃの製造方法においては、処理ガスは重金属等の不純物
を含まないことが必要不可欠であるため、高純度のオゾ
ンが必要になる。

【０００３】そして、液相からの気化によるオゾンは重
金属等の不純物を含まないと考えられるため、ＩＣの製
造方法においてオゾンを使用するには液体オゾンを製造
することが必要になる。ここで、オゾナイザによって生
成されたオゾンと酸素との混合ガスを液体窒素等によっ
て冷却して行くと、液体オゾンを比較的簡単に製造する
ことができる。しかし、同時に酸素等も液化されてしま
うために、液体オゾンの高濃度化は困難である。これに
対して、オゾン混合ガスを冷凍機によって制御された温
度に冷却し排気しながら液化することにより、オゾンだ
けを液化して高濃度の液体オゾン（以下、高純度液体オ
ゾンという。）を製造する方法が開発されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、オゾナ
イザによって生成された酸素オゾン混合ガスを冷凍機に
よって冷却し排気しながら液化することにより高純度液
体オゾンを製造する方法においては、オゾナイザによる
オゾンへの変換効率が低いため、多量の酸素ガスを廃棄
することになり、必要な量の高純度液体オゾンを蓄積す
るには長い時間が浪費されてしまう。また、高純度液体
オゾンを多量に蓄積することは多大の危険を伴うため、
高純度液体オゾンを多量に蓄積しておくことは好ましく
ない。

【０００５】本発明の目的は、高純度のオゾンを効率的
かつ安全に供給することができる基板処理装置を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】課題を解決するための第
一の手段は、基板を処理する処理室と、酸素からオゾン
を生成する複数のオゾナイザと、これらオゾナイザにそ
れぞれ接続されオゾナイザによって生成されたオゾンを
液化して液体オゾンを生成し、さらに、この液体オゾン
を気化させて高純度オゾンを生成する複数の生成室と、
これら生成室において生成された前記高純度オゾンを前
記処理室に供給する供給配管とを備えている基板処理装
置であって、前記各生成室は遮断弁を介してそれぞれ接
続されていることを特徴とする。

【０００７】また、課題を解決するための第二の手段
は、基板を処理する処理室と、酸素からオゾンを生成す
る複数のオゾナイザと、これらオゾナイザにそれぞれ接
続されオゾナイザによって生成されたオゾンを液化して
液体オゾンを生成し、さらに、この液体オゾンを気化さ
せて高純度オゾンを生成する複数の生成室と、これら生
成室において生成された前記高純度オゾンを前記処理室
に供給する供給配管とを備えている基板処理装置であっ
て、前記複数のオゾナイザが酸素供給配管によって直列
に接続されていることを特徴とする。

【０００８】前記したいずれの手段も、複数のオゾナイ
ザを備えているため、多量のオゾンを迅速に生成するこ
とができる。特に、第二の手段においては、複数のオゾ
ナイザが酸素供給配管によって直列に接続されているこ
とにより、酸素供給配管によって供給される酸素をオゾ
ンに順次に変換して行くことになるため、廃棄する酸素
の量を低減することができる。

【０００９】前記したいずれの手段も、液体オゾンは複
数の生成室に別々に蓄積されるため、液体オゾンの蓄積
の危険性を分散することができる。特に、前記した第一
の手段においては、複数の生成室が遮断弁を介してそれ
ぞれ接続されているため、生成室相互間の液体オゾンの
蓄積量の差を解消することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面に即して説明する。

【００１１】本実施の形態において、本発明に係る基板
処理装置は、図１に示されているように、ＩＣの製造方
法においてウエハの表面に酸化膜をオゾンを使用して形
成する酸化膜形成装置１０として構成されている。すな
わち、酸化膜形成装置１０は被処理基板としてのウエハ
１を酸化処理する処理室１２を形成したプロセスチュー
ブ１１を備えており、プロセスチューブ１１にはオゾン
を供給するための多生成室形オゾン製造装置（以下、オ
ゾン製造装置という。）２０が処理室１２に連通するよ
うに接続されている。処理室１２には支軸１３が下方か
ら挿入されており、支軸１３の上端にはウエハ１を保持
するサセプタ１４が水平に固定されている。プロセスチ
ューブ１１の側壁の一部にはウエハ１を処理室１２に対
して搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口１５が開設さ
れており、ウエハ搬入搬出口１５はゲート１６によって
開閉されるように構成されている。プロセスチューブ１
１の底壁の一部には処理室１２を大気圧以下に減圧する
ための排気口１７が開設されており、排気口１７は真空
ポンプ等の排気装置（図示せず）に接続されるようにな
っている。プロセスチューブ１１の天井壁にはオゾン供
給口１８が開設されている。

【００１２】オゾン製造装置２０は第一生成室２１、第
二生成室２２および第三生成室２３を備えており、これ
らの生成室２１、２２、２３は冷凍機２４の上に構築さ
れた冷凍槽２５の内部に設置されている。第一生成室２
１には一端が酸素供給源２６に接続された酸素供給配管
（以下、第一酸素供給配管という。）２７の他端が接続
されており、第一酸素供給配管２７にはマスフローコン
トローラ２８、第一オゾナイザ２９および遮断弁３０が
酸素供給源２６側から順に介設されている。第一生成室
２１には最終的には真空ポンプ３１に接続される排出配
管（以下、第一排出配管という。）３２が接続されてお
り、第一排出配管３２の第一生成室２１の近傍の途中に
は安全弁３３が接続されている。第一排出配管３２の安
全弁３３の第一生成室２１と反対側には遮断弁３４が介
設されている。なお、安全弁には破壊形のものが使用さ
れている。

【００１３】第二生成室２２には酸素供給配管（以下、
第二酸素供給配管という。）３５の一端が接続されてお
り、第二酸素供給配管３５の他端は第一排出配管３２に
接続されている。第二酸素供給配管３５には第二オゾナ
イザ３６および遮断弁３７が第一排出配管３２側から順
に介設されている。第二生成室２２には最終的には真空
ポンプ３１に接続される排出配管（以下、第二排出配管
という。）３８が接続されており、第二排出配管３８の
第二生成室２２の近傍の途中には安全弁３９が接続され
ている。第二排出配管３８の安全弁３９の第二生成室２
２と反対側には遮断弁４０が介設されており、第一排出
配管３２と第二排出配管３８との間にも遮断弁４１が介
設されている。

【００１４】第三生成室２３には酸素供給配管（以下、
第三酸素供給配管という。）４２の一端が接続されてお
り、第三酸素供給配管４２の他端は第二排出配管３８に
接続されている。第三酸素供給配管４２には第三オゾナ
イザ４３および遮断弁４４が第二排出配管３８側から順
に介設されている。第三生成室２３には最終的には真空
ポンプ３１に接続される排出配管（以下、第三排出配管
という。）４５が接続されており、第三排出配管４５の
第三生成室２３の近傍の途中には安全弁４６が接続され
ている。第三排出配管４５の安全弁４６の第三生成室２
３と反対側には遮断弁４７が介設されており、第二排出
配管３８と第三排出配管４５との間にも遮断弁４８が介
設されている。第一排出配管３２、第二排出配管３８お
よび第三排出配管４５が一緒になった真空ポンプ３１側
にはオゾンキラー４９が介設されている。

【００１５】プロセスチューブ１１のオゾン供給口１８
にはオゾン供給配管５０が接続されており、オゾン供給
配管５０には第一排出配管３２に接続された第一分岐管
５１と、第二排出配管３８に接続された第二分岐管５２
と、第三排出配管４５に接続された第三分岐管５３とが
それぞれ接続されている。第一分岐管５１には遮断弁５
４および逆止弁５５が第一排出配管３２側から順に介設
され、第二分岐管５２には遮断弁５６および逆止弁５７
が第二排出配管３８側から順に介設され、第三分岐管５
３には遮断弁５８および逆止弁５９が第三排出配管４５
側から順に介設されている。

【００１６】第一生成室２１と第二生成室２２との間に
は連絡配管６０が第一生成室２１と第二生成室２２とを
連絡するように接続されており、連絡配管６０には遮断
弁６１が介設されている。同様に、第二生成室２２と第
三生成室２３との間には連絡配管６２が第二生成室２２
と第三生成室２３とを連絡するように接続されており、
連絡配管６２には遮断弁６３が介設されている。

【００１７】次に、作用を説明する。

【００１８】まず、オゾンの貯蔵・保管時には全ての遮
断弁が、図１に示されているように閉じられ、高純度液
体オゾンが第一生成室２１、第二生成室２２および第三
生成室２３に貯蔵・保管された状態になっている。この
際、第一生成室２１、第二生成室２２および第三生成室
２３の温度は、平衡蒸気圧が得られる１００Ｋ以下に冷
凍機２４および冷凍槽２５によって維持されているた
め、安全が確保されている。但し、状況に応じてこの貯
蔵・保管の段階は省略されることもある。

【００１９】生成・蓄積時には、図２に示されているよ
うに、第一酸素供給配管２７の遮断弁３０、第一排出配
管３２の遮断弁３４、第二酸素供給配管３５の遮断弁３
７、第二排出配管３８の遮断弁４０、第三酸素供給配管
４２の遮断弁４４、第三排出配管４５の遮断弁４７がそ
れぞれ開かれる。

【００２０】まず、酸素供給源２６の酸素ガスはマスフ
ローコントローラ２８で流量を調整され、第一オゾナイ
ザ２９に供給される。第一オゾナイザ２９は供給された
酸素ガスによってオゾンを生成し、第一酸素供給配管２
７を通じて酸素ガスとオゾンとの混合ガスを第一生成室
２１に供給する。第一生成室２１において、混合ガスは
平衡蒸気圧が得られる１００Ｋ以下に冷凍機２４によっ
て冷却される。この制御された冷凍機２４の冷却によ
り、オゾンだけが液化して高純度液体オゾンが第一生成
室２１に蓄積して行く。この際、第一生成室２１は第一
排出配管３２を通じて排気されている。

【００２１】第一生成室２１から第一排出配管３２によ
って排気された酸素ガスは第二酸素供給配管３５を通じ
て第二オゾナイザ３６に供給される。第二オゾナイザ３
６は供給された酸素ガスによってオゾンを生成し、第二
酸素供給配管３５を通じて酸素ガスとオゾンとの混合ガ
スを第二生成室２２に供給する。第二生成室２２におい
て、混合ガスは平衡蒸気圧が得られる１００Ｋ以下に冷
凍機２４によって冷却される。この冷却によって、オゾ
ンだけが液化して高純度液体オゾンが第二生成室２２に
蓄積して行く。この際、第二生成室２２は第二排出配管
３８を通じて排気されている。

【００２２】第二生成室２２から第二排出配管３８によ
って排気された酸素ガスは第三酸素供給配管４２を通じ
て第三オゾナイザ４３に供給される。第三オゾナイザ４
３は供給された酸素ガスによってオゾンを生成し、第三
酸素供給配管４２を通じて酸素ガスとオゾンとの混合ガ
スを第三生成室２３に供給する。第三生成室２３におい
て、混合ガスは平衡蒸気圧が得られる１００Ｋ以下に冷
凍機２４によって冷却される。この冷却によって、オゾ
ンだけが液化して高純度液体オゾンが第三生成室２３に
蓄積して行く。この際、第三生成室２３は第三排出配管
４５を通じて真空ポンプ３１によって排気されている。
第三排出配管４５に排気された酸素ガスはオゾンキラー
４９によってオゾンを排除された後に、真空ポンプ３１
によって大気に放出される。

【００２３】第一生成室２１と第二生成室２２と第三生
成室２３との間においてはオゾンの生成率が完全には一
致しないため、第一生成室２１、第二生成室２２および
第三生成室２３毎に蓄積される高純度液体オゾンの蓄積
量にはばらつきが発生してしまう。ばらつきが発生する
と、正確な蓄積量を第一生成室２１、第二生成室２２お
よび第三生成室２３毎に把握していない限り、オゾンの
使用中に供給量の不足に陥ったり、蓄積量の過多を引き
起こしたりしてオゾン製造装置２０の故障の原因にな
る。

【００２４】そこで、本実施の形態においては、図２に
示されているように、生成・蓄積に際しては、遮断弁６
１を開くことにより第一生成室２１と第二生成室２２と
の間を連絡配管６０によって連通させ、また、遮断弁６
３を開くことにより第二生成室２２と第三生成室２３と
の間を連絡配管６２によって連通させることにより、第
一生成室２１、第二生成室２２および第三生成室２３毎
に蓄積される高純度液体オゾンの蓄積量にばらつきが発
生してしまうのを防止している。例えば、第一生成室２
１の蓄積量が増加した場合には増加分が連絡配管６０に
よって第二生成室２２に分配される。

【００２５】蓄積が完了すると、一定期間（例えば、一
分程度）だけ、図３に示されているように、第一酸素供
給配管２７の遮断弁３０、第二酸素供給配管３５の遮断
弁３７、第三酸素供給配管４２の遮断弁４４がそれぞれ
閉じられ、第一排出配管３２の遮断弁３４、第一排出配
管３２と第二排出配管３８との間の遮断弁４１、第二排
出配管３８の遮断弁４０、第二排出配管３８と第三排出
配管４５との間の遮断弁４８、第三排出配管４５の遮断
弁４７がそれぞれ開かれる。これにより、第一生成室２
１、第二生成室２２および第三生成室２３がそれぞれ排
気される。なお、このとき、連絡配管６０、６２の遮断
弁６１、６３は開いている。その後に、図１に示されて
いるように、全ての遮断弁が閉じられて、オゾンの貯蔵
・保管の段階に移行する。

【００２６】供給時には、図４に示されているように、
第一分岐管５１の遮断弁５４、第二分岐管５２の遮断弁
５６および第三分岐管５３の遮断弁５８が開かれる（そ
の他の遮断弁は閉じられたままである。）。また、第一
生成室２１、第二生成室２２および第三生成室２３の温
度が高純度液体オゾンが気化し得る平衡蒸気圧の温度で
ある１００Ｋ以上に冷凍機２４によって昇温される。こ
れにより、第一生成室２１、第二生成室２２および第三
生成室２３の高純度液体オゾンが気化して高純度のオゾ
ンとなり、第一分岐管５１、第二分岐管５２、第三分岐
管５３およびオゾン供給配管５０を通じて処理室１２に
供給される。処理室１２に供給されたオゾンはウエハ１
に接触することにより、ウエハ１に酸化膜を形成する。
このオゾンは高純度液体オゾンが気化して製造されたも
のであるから、ウエハ１には高品質の酸化膜が形成され
ることになる。

【００２７】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、オゾンの生成・蓄積時に酸素供給源に複数台のオゾ
ナイザを複数の生成室を介して直列に接続することによ
り、酸素供給源からの酸素を順次に消費して効率的に活
用することができるため、酸素の使用効率を大幅に高め
ることができる。

【００２８】オゾンの変換効率が１０％の四台のオゾナ
イザに１０００ｓｃｃｍ（スタンダード・立方センチメ
ートル毎分）の酸素ガスをそれぞれ流してオゾンを製造
すると、酸素総使用量は４０００ｓｃｃｍ、オゾン総蓄
積量は４００ｓｃｃｍ、オゾン変換実効率は１０．０％
になる。

【００２９】同じ四台のオゾナイザを複数の生成室を介
して直列に接続してオゾンを製造したところ、酸素総使
用量は１０００ｓｃｃｍ、オゾン総蓄積量は３４４ｓｃ
ｃｍ、オゾン変換効率は３４．４％の実験結果を得るこ
とができた。したがって、本実施の形態によれば、酸素
の使用効率は四倍に向上させることができ、オゾン変換
効率は約三倍以上に向上させることができる。

【００３０】前記実施の形態によれば、次の効果が得ら
れる。

【００３１】1) 複数の生成室間の蓄積オゾン量の差を
解消することができるとともに、低温貯蔵領域を共通に
構成することができるため、オゾン製造装置ひいては酸
化膜形成装置を小形化することができる。

【００３２】2) 生成室毎のオゾンの生成量にばらつき
を持たすことができるため、複数のオゾナイザの原料と
なる酸素を直列に流すことができ、酸素の使用効率を向
上させることができる。

【００３３】3) 複数の生成室を設置することにより、
各生成室を過度に大きく構築しなくて済むため、分解爆
発が起こった場合であっても、その被害を最小限度に抑
えることができる。

【００３４】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変
更が可能であることはいうまでもない。

【００３５】生成室は三室設置するに限らず、二室また
は四室以上設置してもよい。また、複数の生成室は図５
や図６に示されているように接続してもよい。

【００３６】図５に示された実施の形態においては、四
つの生成室７１、７２、７３、７４が環状に配置されて
いるとともに、隣合う生成室同士が遮断弁７５ａ、７６
ａ、７７ａ、７８ａを有する連絡配管７５、７６、７
７、７８によってそれぞれ連絡されている。

【００３７】図６に示された実施の形態においては、六
つの生成室８１〜８６が環状に配置されているととも
に、六つの生成室８１〜８６が一台の遮断弁９７に放射
状に敷設された六本の連絡配管９１〜９６によってそれ
ぞれそれぞれ連絡されている。

【００３８】前記実施の形態においてはオゾンを使用し
てウエハに酸化膜を形成する場合について説明したが、
本発明はそれに限定されるものではなく、液晶パネルや
プラズマディスプレイパネル、磁気デスク、光学デスク
等の基板を処理する基板処理装置全般に適用することが
できる。

【００３９】前記実施の形態においてはオゾンを使用し
てウエハに酸化膜を形成する酸化膜形成装置について説
明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、ク
リーニング装置やＣＶＤ装置、ドライエッチング装置や
スパッタリング装置等の基板処理装置全般に適用するこ
とができる。また、枚葉式の基板処理装置に適用するに
限らず、バッチ式の基板処理装置にも適用することがで
きる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高純度のオゾンを効率的かつ安全に供給することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である酸化膜形成装置に
おける貯蔵・保管の段階を示す回路図である。

【図２】その生成・蓄積の段階を示す回路図である。

【図３】蓄積完了後の段階を示す回路図である。

【図４】供給の段階を示す回路図である。

【図５】生成室の接続の他の実施の形態を示す配置図で
ある。

【図６】生成室の接続の別の他の実施の形態を示す配置
図である。

【符号の説明】

１…ウエハ（基板）、１０…酸化膜形成装置（基板処理
装置）、１１…プロセスチューブ、１２…処理室、１３
…支軸、１４…サセプタ、１５…ウエハ搬入搬出口、１
６…ゲート、１７…排気口、１８…オゾン供給口、２０
…オゾン製造装置（多生成室形オゾン製造装置）、２１
…第一生成室、２２…第二生成室、２３…第三生成室、
２４…冷凍機、２５…冷凍槽、２６…酸素供給源、２７
…第一酸素供給配管、２８…マスフローコントローラ、
２９…第一オゾナイザ、３０…遮断弁、３１…真空ポン
プ、３２…第一排出配管、３３…安全弁、３４…遮断
弁、３５…第二酸素供給配管、３６…第二オゾナイザ、
３７…遮断弁、３８…第二排出配管、３９…安全弁、４
０、４１…遮断弁、４２…第三酸素供給配管、４３…第
三オゾナイザ、４４…遮断弁、４５…第三排出配管、４
６…安全弁、４７、４８…遮断弁、４９…オゾンキラ
ー、５０…オゾン供給配管、５１…第一分岐管、５２…
第二分岐管、５３…第三分岐管、５４、５６、５８…遮
断弁、５５、５７、５９…逆止弁、６０、６２…連絡配
管、６１、６３…遮断弁、７１〜７４…生成室、７５〜
７８…連絡配管、７５ａ〜７８ａ…遮断弁、８１〜８６
…生成室、９１〜９６…連絡配管、９７…遮断弁。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を処理する処理室と、酸素からオゾ
   ンを生成する複数のオゾナイザと、これらオゾナイザに
   それぞれ接続されオゾナイザによって生成されたオゾン
   を液化して液体オゾンを生成し、さらに、この液体オゾ
   ンを気化させて高純度オゾンを生成する複数の生成室
   と、これら生成室において生成された前記高純度オゾン
   を前記処理室に供給する供給配管とを備えている基板処
   理装置であって、前記各生成室は遮断弁を介してそれぞ
   れ接続されていることを特徴とする基板処理装置。
2. 【請求項２】 基板を処理する処理室と、酸素からオゾ
   ンを生成する複数のオゾナイザと、これらオゾナイザに
   それぞれ接続されオゾナイザによって生成されたオゾン
   を液化して液体オゾンを生成し、さらに、この液体オゾ
   ンを気化させて高純度オゾンを生成する複数の生成室
   と、これら生成室において生成された前記高純度オゾン
   を前記処理室に供給する供給配管とを備えている基板処
   理装置であって、前記複数のオゾナイザが酸素供給配管
   によって直列に接続されていることを特徴とする基板処
   理装置。