JP2011044633A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シール材および窒素ガスの使用の増加を防止しつつ、外気の侵入を防止することができる基板処理装置を提供する。
【解決手段】ウエハ１が待機する待機室１２を形成した筐体１１と、待機室１２内に形成されて窒素ガス３０が循環する循環路３１と、循環路３１の途中に設けられて窒素ガス３０を循環させる送風機４３を有するクリーンユニット４１とを備えた熱処理装置１０において、筐体１１内の送風機４３の吸込側空間５５に隔離室５１を形成する仕切板５０を設け、隔離室５１を排気する排気ダクト５２を設ける。窒素ガスが循環路を循環する際に、筐体の隙間から酸素を含む外気が送風機の吸込側空間に侵入する現象を防止する。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板処理装置に関する。
特に、自然酸化膜の発生を抑止ないし抑制する技術に関する。
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、半導体素子を含む半導体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）に熱処理（thermal treatment ）を施す熱処理装置（furnace ）に利用して有効なものに関する。

ＩＣの製造方法において、ウエハに絶縁膜や金属膜および半導体膜等のＣＶＤ膜を形成したり不純物を拡散したりする熱処理工程には、熱処理装置が広く使用されている。
従来のこの種の熱処理装置としては、複数枚のウエハをボートに保持してバッチ処理する処理室と、ボートが処理室への搬入出前後に待機する待機室と、待機室に清浄雰囲気を供給するフィルタおよび送風機からなるクリーンユニットと、待機室にフィルタに対向するように設けられてボートを待機室と処理室との間で昇降させるボートエレベータとを備えており、不活性ガスとしての窒素ガスをクリーンユニットから待機室に吹き出して循環させることにより、自然酸化膜がウエハに大気中の酸素（Ｏ₂ ）によって形成されるのを防止するように構成したものがある。例えば、特許文献１参照。

特開２００８−１４１１７６号公報

窒素ガスをクリーンユニットから待機室に吹き出して循環させる熱処理装置においては、クリーンユニットの吸込側が陰圧（筐体外部よりも低圧）になることにより、筐体の隙間から外気（酸素を含む）が待機室内のクリーンユニット吸込側に侵入する危惧がある。外気がクリーンユニットの吸込側に侵入（相対的に外気の漏洩）すると、待機室内の酸素濃度が上昇するために、窒素ガスの循環による自然酸化膜防止効果が低下してしまう。
そこで、クリーンユニット吸込側に外気が侵入するのを防止するために、次のような対策（１）（２）が提案されるが、次のような問題点をそれぞれ有する。
（１）筐体内部の隙間をシール材によって埋めることにより、筐体内部の密閉性能を向上させ、外気の侵入を防止する。
しかし、筐体の製作上、完全な密閉は不可能であり、外気の侵入を完全に防止することはできない。また、シール材を多用することにより、有機汚染の蓋然性が高まる。
（２）筐体内を窒素ガスによって陽圧（筐体内が筐体外よりも高圧）状態に維持することにより、外気の侵入を防止する。
しかし、筐体内を陽圧に維持するためには、大量の窒素ガスが必要になる。

本発明の目的は、シール材および窒素ガスの使用の増加を防止しつつ、外気の侵入を防止することができる基板処理装置を提供することにある。

前記した課題を解決するための手段は、次の通りである。
基板が待機する待機室を形成する筐体と、
前記待機室内に形成されて気体が循環する循環路と、
前記循環路の途中に設けられて前記気体を循環させる送風機と、
前記筐体内の前記送風機の吸込側に設けられた仕切板と、
前記仕切板と前記筐体の壁とが形成する空間を排気する排気ダクトと、
を備えている基板処理装置。

この手段によれば、シール材および窒素ガスの使用の増加を防止しつつ、外気の侵入を防止することができる。

本発明の一実施形態である熱処理装置を示す側面断面図である。 一部切断正面図である。 平面断面図である。 一部省略一部切断斜視図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。

図１〜図４は本発明の第一実施形態を示している。
本実施形態において、本発明に係る基板処理装置は、熱処理装置１０として図１〜図４に示されているように構成されている。
本実施形態において、ウエハ１を収容して搬送するためのキャリア（搬送治具）としてはＦＯＵＰ（front opening unified pod ：以下、ポッドという）２が使用されている。

本実施形態に係る熱処理装置１０は、筐体１１を備えている。筐体１１は大気圧程度の気密性能を発揮する気密構造に構築されている。筐体１１は基板保持具が処理室への搬入に対して待機する待機室１２を構成している。
筐体１１はフレームおよびパネルを組み合わせて構築されている。これらパネル同士の召し合わせ面間または重ね合わせ面間等は、漏洩源となる極微小の隙間を形成する可能性がある。
筐体１１の正面壁には取付板１３が当接されて締結されている。この筐体１１と取付板１３との当接面は、漏洩源となる極微小の隙間を形成する可能性がある。
取付板１３にはウエハ１をローディングおよびアンローディング（搬入搬出）するためのポート（以下、ウエハローディングポートという）１４が、上下で一対開設されている。ウエハローディングポート１４、１４に対応する位置には、ポッド２のキャップ３（図１参照）を着脱してポッド２を開閉するポッドオープナ１５が設置されている。

筐体１１の背面壁にはメンテナンス口１６が開設されており、メンテナンス口１６にはメンテナンス扉１７が開閉可能に取り付けられている。メンテナンス口１６の開口縁辺部の筐体１１の背面とメンテナンス扉１７との当接面は、漏洩源となる極微小の隙間を形成する可能性がある。

待機室１２の前側の空間にはエレベータ１８が設置されている。エレベータ１８はウエハ移載装置（wafer transfer equipment )１８Ａを昇降させる。ウエハ移載装置１８Ａはエレベータ（以下、ウエハ移載装置エレベータという）１８によって昇降されることにより、ウエハローディングポート１４とボート２１との間でウエハ１を搬送する。この搬送により、ウエハ移載装置１８Ａはウエハ１をポッド２およびボート２１に受け渡す。

待機室１２の後側の空間にはボートエレベータ１９が垂直に設置されている。ボートエレベータ１９はシールキャップ２０を垂直方向に昇降させる。
シールキャップ２０は円盤形状に形成されており、シールキャップ２０の中心線上には基板保持具としてのボート２１が垂直に立脚されている。
ボート２１は多数枚のウエハ１を、中心を揃えて水平に配置した状態で保持する。

筐体１１の後端部における上部にはヒータユニット２２が同心円に配されており、ヒータユニット２２は筐体１１に支持されている。
ヒータユニット２２内にはアウタチューブ２３およびインナチューブ２４が同心円に設置されている。アウタチューブ２３は石英または炭化シリコン等の耐熱性材料から形成されており、内径がインナチューブ２４の外径よりも大きく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。
インナチューブ２４は石英または炭化シリコン等の耐熱性材料から形成されており、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。
インナチューブ２４の筒中空部には、ボート２１を収納可能の処理室２５が形成されている。

アウタチューブ２３の下方には、アウタチューブ２３と同心円状にマニホールド２６が配設されている。マニホールド２６はステンレス等から形成されており、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド２６はアウタチューブ２３とインナチューブ２４とに係合することにより、これらを支持する。
マニホールド２６の下端部開口（炉口）はシャッタ２７によって開閉される。

マニホールド２６の側壁部には排気管２８がアウタチューブ２３とインナチューブ２４との間の空間に連通するように接続されている。排気管２８は処理室２５を排気する。
シールキャップ２０にはガス導入部としてのガス供給管２９が、処理室２５内に連通可能に接続されている。

筐体１１には待機室１２に不活性ガスとしての窒素ガス３０を循環させる循環路３１を構成した循環ダクト３２が、図１〜図４に示されているように敷設されている。
循環ダクト３２は吸込口３３を有する吸込側ダクト部３４を備えており、吸込側ダクト部３４には、排出ガスをクリーンルームへ排出させることなく工場等の排気処理系へ全て排出させる排出ダクト３４Ａが接続されている。すなわち、吸込側ダクト部３４は窒素ガス３０やクリーンエア（大気を清浄化したエア）４０を排気するガス排出部を構成している。吸込側ダクト部３４は、待機室１２における一方の側面である右側面にウエハ移載装置エレベータ１８およびボートエレベータ１９を移載室から隔離するように、かつ、略全体面にわたって垂直に延在するように敷設されている。吸込側ダクト部３４は吸込口３３を、ボートエレベータ１９のアーム１９ｄおよびウエハ移載装置エレベータ１８のアームの昇降移動範囲にそれぞれ開設されている。

吸込側ダクト部３４の下端部における前端にはメイン連絡ダクト部３５の吸込側端が接続されており、メイン連絡ダクト部３５は待機室１２の外部においてポッドオープナ１５の下方を横切るように水平に敷設されている。メイン連絡ダクト部３５の待機室１２に面する側壁には吸込口３６が横長に大きく開設されている。
吸込側ダクト部３４の下端部における略中央位置には、サブ連絡ダクト部３７の吸込側端が接続されており、サブ連絡ダクト部３７は待機室１２内の底面上で左右方向に横切るように敷設されている。

メイン連絡ダクト部３５およびサブ連絡ダクト部３７の各吹出側端には、吹出側ダクト部３９の下端部がそれぞれ接続されており、吹出側ダクト部３９には吹出口３８が略全面にわたって大きく開設されている。吹出側ダクト部３９は待機室１２における吸込側ダクト部３４の反対側である左側面に垂直に敷設されている。

吹出側ダクト部３９の吹出口３８には、クリーンユニット４１が建て込まれている。クリーンユニット４１は窒素ガス３０およびクリーンエア４０を供給するガス供給手段としてのガス供給部を構成している。
クリーンユニット４１は、パーティクルを捕集するフィルタ４２と、清浄化した窒素ガス３０およびクリーンエア４０を送風する複数の送風機４３とを備えている。クリーンユニット４１は、フィルタ４２が待機室１２に露出し、かつ、送風機４３群の下流側になるように、構成されている。

図２に示されているように、吹出側ダクト部３９のクリーンユニット４１よりも上流側には、クリーンエア４０を供給するクリーンエア供給管４４が接続されており、クリーンエア供給管４４には開閉弁としてのダンパ４５が介設されている。
また、吹出側ダクト部３９には窒素ガス供給管４６が接続されており、窒素ガス供給管４６は循環路３１に不活性ガスを供給する不活性ガス供給路を構成している。窒素ガス供給管４６には流量制御弁としてのダンパ４７が介設されている。

図２に示されているように、吹出側ダクト部３９の下端部には冷却器４８が前後方向に延在するように敷設されている。冷却器４８はメイン連絡ダクト部３５およびサブ連絡ダクト部３７から吹出側ダクト部３９に回収された雰囲気（窒素ガス３０）を冷却する。
本実施の形態において、冷却器４８は水冷式熱交換器によって構成されている。
冷却器４８の下流側には流量制御弁としてのダンパ４９が介設されており、ダンパ４９はメイン連絡ダクト部３５およびサブ連絡ダクト部３７から吹出側ダクト部３９のクリーンユニット４１の上流側に循環させる循環路３１を開閉する。

図２〜図４に示されているように、筐体１１内の送風機４３の吸込側には仕切板５０が、仕切板５０と筐体１１の壁１１ａとが形成する空間（以下、隔離室という）５１を隔離するように垂直に敷設されている。筐体１１の壁１１ａには隔離室５１を排気するための排気ダクト５２が隔離室５１に連通するように接続されており、排気ダクト５２は排出ダクト３４Ａに接続されている。仕切板５０には開口５３が開設されており、開口５３には筐体１１内の送風機４３の吸込側空間５５から隔離室５１への流通だけを許容する逆止弁５４が設置されている。

図２に示されているように、熱処理装置１０は制御手段としてのコントローラ７０を備えている。コントローラ７０は通信配線７１を経由して熱処理装置１０全体を制御する。すなわち、コントローラ７０は、ウエハ移載装置エレベータ１８、ボートエレベータ１９、ウエハ移載装置１８Ａ、ポッドオープナ１５等の搬送部を制御したり、ヒータユニット２２等の加熱部を制御したり、送風機４３、ダンパ４５、４７、４９等を制御したり、処理室２５へのガスの供給、排気、圧力等を制御する。

次に、前記構成に係る熱処理装置の作用を説明する。

図１〜図３に示されているように、ウエハ搬入ステップでは、ポッドオープナ１５の載置台に移載されたポッド２は、ポッドオープナ１５によってキャップ３（図１参照）を外されることにより開放される。
ポッドオープナ１５によってポッド２が開放されると、ポッド２に収納された複数枚のウエハ１はウエハ移載装置１８Ａによってボート２１に移載されて装填（チャージング）される。
予め指定された枚数のウエハ１が装填されると、ボート２１はボートエレベータ１９によって上昇されることにより、処理室２５に搬入（ボートローディング）される。
ボート２１が上限に達すると、ボート２１を保持したシールキャップ２０の上面の周辺部がマニホールド２６の下面にシール状態に当接するために、処理室２５は気密に閉じられた状態になる。

処理室２５は気密に閉じられた状態で、所定の真空度に排気管２８によって排気されるとともに、ヒータユニット２２によって所定の温度に加熱される。
次いで、所定の処理ガスが処理室２５にガス供給管２９から供給される。
これにより、所望の熱処理がウエハ１に施される（熱処理ステップ）。

このウエハ搬入ステップに先立って、待機室１２および循環路３１は窒素ガス３０雰囲気に置換しておく。その後、ウエハ搬入ステップおよび熱処理中に、窒素ガス３０が待機室１２に循環路３１によって循環される。
すなわち、窒素ガス供給管４６から循環路３１に供給された窒素ガス３０は、図２に示されているように、循環ダクト３２における吹出側ダクト部３９に建て込まれたクリーンユニット４１から待機室１２に吹き出し、循環路３１の一部である待機室１２を流通して吸込口３３から吸込側ダクト部３４に吸い込まれる。
吸込側ダクト部３４に吸い込まれた窒素ガス３０は、メイン連絡ダクト部３５およびサブ連絡ダクト部３７を経由して吹出側ダクト部３９に戻り、クリーンユニット４１から待機室１２に再び吹き出す。
この窒素ガス３０の循環ステップにおいては、クリーンエア供給管４４のダンパ４５は閉じられており、窒素ガス供給管４６のダンパ４７およびダンパ４９は開かれている。
以降、窒素ガス３０は以上の流れを繰り返すことにより、待機室１２と循環路３１とを循環する。

予め設定された処理時間が経過すると、ボート２１がボートエレベータ１９によって下降されることにより、処理済みウエハ１を保持したボート２１が待機室１２における元の待機位置に搬出（ボートアンローディング）される。
ボート２１が処理室２５から搬出されると、シャッタ２７は処理室２５を閉じる。
処理済みのウエハ１を保持したボート２１が搬出される際（ボートアンローディングステップ時）にも、窒素ガス３０が循環する。待機室１２を流通する間に、窒素ガス３０は熱処理されて高温になったウエハ１群およびこれを保持したボート２１に接触して熱交換することにより、これらを冷却する。

待機室１２に搬出されたボート２１の処理済みウエハ１は、ボート２１からウエハ移載装置１８Ａによってピックアップされて、空のポッド２に収納される。空のポッド２はウエハローディングポート１４に予め搬送されてキャップ３を外されて開放されている。
ポッド２が処理済みウエハ１によって満たされると、ポッド２はポッドオープナ１５によってキャップ３を装着されて閉じられる。その後に、ポッド２はウエハローディングポート１４から他の場所へ移送される。

以降、前述した作用が繰り返されることにより、ウエハ１が熱処理装置１０によってバッチ処理されて行く。

ところで、窒素ガス３０が循環路３１を循環する際には、クリーンユニット４１すなわち送風機４３の吸込側が陰圧（筐体１１外部よりも低圧）になるので、筐体１１の隙間から酸素を含む外気が筐体１１内のクリーンユニット４１の吸込側に侵入する危惧がある。外気が筐体１１内に侵入すると、待機室１２内の酸素濃度が上昇するために、窒素ガスの循環による自然酸化膜防止効果が低下してしまう。

本実施形態においては、次のようにして外気の侵入を防止することができる。
筐体１１外の圧力（クリーンルームの圧力であり、略一定である）をＰ₀ 、待機室１２内の圧力をＰ₁ 、吸込側空間５５内の圧力をＰ₂ 、隔離室５１内の圧力Ｐ₃ と仮定すると、これらの圧力が次式（１）を満足するように、循環路３１の各ダンパおよび送風機等を制御する。
Ｐ₃ ＜Ｐ₀ ＜Ｐ₂ ＜Ｐ₁ ・・・（１）
待機室１２の圧力Ｐ₁ が筐体１１外の圧力Ｐ₀ よりも高くなっているために、外気（筐体１１外の酸素を含むクリーンエア）は待機室１２内に侵入しない。待機室１２内の圧力Ｐ₁ が吸込側空間５５の圧力Ｐ₂ よりも高くなっているので、循環路３１の窒素ガス３０の循環を維持することができる。
吸込側空間５５内の圧力Ｐ₂ が隔離室５１内の圧力Ｐ₃ よりも高くなっているので、隔離室５１内に筐体１１の隙間から侵入したクリーンエア（酸素を含む）が吸込側空間５５内に侵入することはない。万一、隔離室５１内の圧力Ｐ₃ が吸込側空間５５内の圧力Ｐ₂ よりも高くなったとしても、逆止弁５４が開口５３を閉じるので、隔離室５１内に侵入したクリーンエアが吸込側空間５５内に逆流するのを防止することができる。
以上のように、窒素ガス３０が循環路３１を循環する際に、クリーンユニット４１すなわち送風機４３の吸込側が陰圧（筐体１１外部よりも低圧）になることによって筐体１１の隙間から酸素を含む外気が筐体１１内のクリーンユニット４１の吸込側空間５５に侵入する現象を防止することができるので、外気の筐体１１内への侵入による酸素濃度の上昇を防止することができ、窒素ガスの循環による自然酸化膜防止効果が低下を防止することができる。

前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。

1) 筐体内における送風機の吸込側に仕切板を仕切板と筐体の壁とが形成する隔離室を仕切るように敷設し、隔離室を排気する排気ダクトを接続することにより、窒素ガスが循環路を循環する際に、筐体の隙間から酸素を含む外気が送風機の吸込側空間に侵入する現象を防止することができるので、外気の筐体内への侵入による酸素濃度の上昇を防止することができ、窒素ガスの循環による自然酸化膜防止効果が低下を防止することができる。

2) 隔離室に侵入した外気を排気ダクトによって排気することにより、筐体を完全な密閉構造に構築せずに済むので、筐体ひいては熱処理装置の製造コストを低減することができるばかりでなく、シール材による有機汚染を低減することができる。

3) 循環路の流通での澱みが発生し易い筐体内の隅部に、排気ダクトを有する隔離室を設けることにより、澱みに蓄積された塵埃（パーティクル）を筐体外へ排出することができるので、筐体内の清浄度を維持することができる。

4) 仕切板に隔離室から送風機吸込側空間への逆流を防止する逆止弁を設けることにより、筐体の隙間から隔離室に侵入した外気の送風機吸込側空間への侵入防止効果をより一層高めることができる。

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。

例えば、逆止弁は省略してもよい。

前記実施の形態ではバッチ式縦形熱処理装置の場合について説明したが、本発明はこれに限らず、バッチ式縦形拡散装置等の基板処理装置全般に適用することができる。

好ましい実施の態様を付記する。
（１）基板が待機する待機室を形成する筐体と、
前記待機室内に形成されて気体が循環する循環路と、
前記循環路の途中に設けられて前記気体を循環させる送風機と、
前記筐体内の前記送風機の吸込側に設けられた仕切板と、
前記仕切板と前記筐体の壁とが形成する空間を排気する排気ダクトと、
を備えている基板処理装置。
（２）前記空間から前記送風機吸込側空間への逆流を防止する逆止弁が前記仕切板に設けられている前記（１）の基板処理装置。

１…ウエハ（基板）、２…ポッド（ウエハキャリア）、３…キャップ、
１０…熱処理装置（基板処理装置）、１１…筐体、１２…待機室、１３…取付板、１４…ウエハローディングポート、１５…ポッドオープナ、１６…メンテナンス口、１７…メンテナンス扉、
１８…ウエハ移載装置エレベータ、１８Ａ…ウエハ移載装置、１９…ボートエレベータ、２０…シールキャップ、２１…ボート（基板保持台）、２２…ヒータユニット、２３…アウタチューブ、２４…インナチューブ、２５…処理室、２６…マニホールド、２７…シャッタ、２８…排気管、２９…ガス供給管、
３０…窒素ガス（不活性ガス）、３１…循環路、３２…循環ダクト、３３…吸込口、３４…吸込側ダクト部、３５…メイン連絡ダクト部、３６…吸込口、３７…サブ連絡ダクト部、３８…吹出口、３９…吹出側ダクト部、４０…クリーンエア、４１…クリーンユニット、４２…フィルタ、４３…送風機、４４…クリーンエア供給管、４５…ダンパ、４６…窒素ガス供給管、４７…ダンパ、４８…冷却器、４９…ダンパ、
５０…仕切板、５１…隔離室（筐体の壁とが形成する空間）、５２…排気ダクト、５３…開口、５４…逆止弁、５５…吸込側空間、
７０…コントローラ（制御手段）、７１…通信配線。

Claims (1)

1. 基板が待機する待機室を形成する筐体と、
   前記待機室内に形成されて気体が循環する循環路と、
   前記循環路の途中に設けられて前記気体を循環させる送風機と、
   前記筐体内の前記送風機の吸込側に設けられた仕切板と、
   前記仕切板と前記筐体の壁とが形成する空間を排気する排気ダクトと、
   を備えている基板処理装置。

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