JP3120395B2 - 処理装置 - Google Patents

処理装置

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JP3120395B2 JP05076174A JP7617493A JP3120395B2 JP 3120395 B2 JP3120395 B2 JP 3120395B2 JP 05076174 A JP05076174 A JP 05076174A JP 7617493 A JP7617493 A JP 7617493A JP 3120395 B2 JP3120395 B2 JP 3120395B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば縦型熱処理装置
のような処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体デバイスの製造工程にお
ける熱拡散工程や成膜工程にて使用される処理装置とし
て、無塵化及び省スペース化等を図ることができる縦型
熱処理装置が用いられている。このような縦型熱処理装
置にあっては、円筒状に形成された石英からなる処理容
器を囲んで設けられたヒーター及び断熱材等からなる熱
処理炉がほぼ矩形状の筐体内上部に垂直に設けられてい
る。この筐体内の熱処理炉の下部には、被処理体である
多数の半導体ウエハを載置したウエハボートを待機させ
る待機空間が設けられており、このウエハボートをボー
トエレベータのごとき昇降手段により熱処理炉内へ搬出
入し得るようになっている。
【０００３】ところで、この種の装置により例えばＳｉ
ウエハ上に種々の成膜、例えばＳｉＯ2 等の絶縁膜を形
成することが行われるが、この種の成膜を行うに際して
は、その直前のウエハ搬送系においてウエハは清浄空気
に晒されることからウエハ表面に自然酸化膜（ＳｉＯ
2 ）が形成されてしまうことは避けることができない。
この自然酸化膜の特性は、堆積等により人為的に形成さ
れる酸化膜の特性とは異なり良好ではないことから成膜
の直前において極力排除しておくことが好ましい。その
ために成膜工程の直前においてはウエハ表面に付着した
自然酸化膜を除去する洗浄工程が組み込まれているが、
洗浄終了後にウエハを成膜用の熱処理装置へ搬送する途
中、及び搬送後にウエハが待機している間においてもウ
エハは清浄空気に晒されることになり、ここで自然酸化
膜が再度形成されてしまう。
【０００４】ここで、集積度があまり高くない場合に
は、処理直前までに生じてしまう自然酸化膜でも素子の
特性上大きな問題はなかったが、前述のように集積度が
向上して例えば６４Ｍビット、或いは２５６Ｍビットの
ように高集積度になると堆積すべきＳｉＯ2 自体が薄く
なり、自然酸化膜が素子特性に与える影響を無視し得な
くなる。例えば自然酸化膜の厚さが２０Åとしてこれを
含めて全体のＳｉＯ2 の厚さを１００Åとすると、自然
酸化膜の占める割合は２０％程度であり、問題は少ない
が、上述のように集積度が高くなって全体のＳｉＯ2 の
厚さが上述の半分の５０Åとすると、自然酸化膜の占め
る割合は４０％にもなり、自然酸化膜の与える影響を無
視し得なくなる。
【０００５】そこで、ウエハ洗浄後の自然酸化膜の発生
を抑制するための構造として、上記待機空間をＮ2 （窒
素）等の不活性雰囲気にすると共にこれに連結させて真
空雰囲気或いはＮ2 （窒素）等の不活性雰囲気になされ
たロードロック室を設けて、ウエハが洗浄空気と接触す
ることを可能な限り制限した構造や、この構造よりレベ
ルを落とした構造として上記ロードロック室を設けるこ
となく待機空間内だけに、清浄空気中のＯ2 （酸素）を
Ｎ2 で置換してＯ2 濃度を例えば３０ＰＰＭ程度まで低
下した気体、すなわち自然酸化膜抑制気体を循環させて
自然酸化膜の発生を抑制するようにした構造が知られて
いる。上記したロードロック室を設けた構造にあって
は、付帯設備としてロードロック室を設けなければなら
ないばかりか、大量のＮ2 ガスを使用しなければなら
ず、設備費の高騰のみならずランニングコストも上昇す
るが、自然酸化膜の発生を大幅に抑制することができ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ロードロッ
ク室を設けないで待機空間に自然酸化膜抑制気体を循環
させる構造にあっては、十分な自然酸化膜発生抑制効果
を生ずるが上述と同様に多量のＮ2 ガスを使用するため
に、ロードロック室を設けた場合よりも設備費を低くす
ることができても、それでもかなりのランニングコスト
の大幅な上昇を余儀なくされるという問題があった。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、露点
温度の低い乾燥気体を用いることにより自然酸化膜の発
生を抑制することができる処理装置を提供することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者は、従来におい
ては自然酸化膜を抑制するために自然酸化膜抑制気体中
の酸素濃度のみを制御していたが、種々検討した結果、
自然酸化膜の発生量は気体中の水分を制御することによ
りＯ2 濃度に依存しなくなって低く押さえる事ができる
という知見を得ることにより本発明を行ったものであ
る。
【０００８】本発明は、上記問題点を解決するために、
被処理体を処理する処理容器と、前記被処理体を載置し
て前記処理容器に対して挿脱可能に設けられた被処理体
載置台と、この被処理体載置台を待機させる待機空間
と、この待機空間に前記被処理体に形成される自然酸化
膜を抑制するための自然酸化膜抑制気体を供給するため
の自然酸化膜抑制気体供給系と、前記自然酸化膜抑制気
体を前記待機空間に循環させるための循環通路とを有す
る処理装置において、前記自然酸化膜抑制気体は低い露
点温度を有する乾燥気体にしたものである。
【０００９】
【作用】本発明は、以上のように構成したので、処理容
器の、例えば下部に設けられた待機空間内には被処理体
を載置した被処理体載置台が収容されており、この空間
内には自然酸化膜抑制気体供給系より低い露点温度を有
する乾燥気体が導入されている。従って、被処理体表面
に形成される自然酸化膜を極力抑制することができる。
【００１０】
【実施例】以下に、本発明に係る処理装置の一実施例を
添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係る処理
装置の一実施例を示す側断面図、図２は図１中のＩＩ−
ＩＩ線矢視断面図、図３は水分濃度、酸素濃度と自然酸
化膜増加量との関係を示すグラフである。
【００１１】本実施例においては、処理装置として縦型
ＣＶＤ装置を用いた場合について説明する。図示するよ
うに処理装置としての縦型ＣＶＤ装置２は、例えばステ
ンレススチール等により略矩形状に形成された筐体４を
有しており、この筐体４内の上部には石英等により円筒
状に形成された処理容器６が設けられる。そして、この
処理容器６を囲んで図示しないヒータや断熱材等が設け
られ、熱処理炉を構成している。この処理容器６の下部
側壁にはこの容器内へプロセスガスを導入するためのプ
ロセスガス導入管８が接続されると共に処理済みのプロ
セスガスを排出するためのプロセスガス排出管１０が接
続され、この排出管１０の途中には第１のオートダンパ
１２が介設されている。また、この処理容器６の下端に
は、被処理体のロード・アンロード時において流下する
処理容器６内の高温雰囲気を排除するためのスカベンジ
ャ１４が設けられており、このスカベンジャ１４にはこ
の中の雰囲気を炉外へ排出する排気管１６が連結されて
いる。そして、この処理容器６の下方には、被処理体を
この中へ収容するための被処理体載置台、例えば石英よ
りなるウエハボート２４が昇降可能に設けられ、このボ
ート２４には水平方向へ配置された被処理体、例えば半
導体ウエハＷが所定のピッチで上下方向へ多数枚積層し
て載置されている。
【００１２】一方、この筐体４内の下部はパーテション
１８により２分割されており、一方の空間は、被処理体
の搬入・搬出ボックス２０として構成されて、所定枚
数、例えば２５枚の被処理体としての半導体ウエハを収
容したキャリア２２が２個収容されている。他方の空
間、すなわち処理容器６の下方は上記ウエハボート２４
を待機させる待機空間２６として構成されており、これ
らの間を区画するパーテション１８には、両端が例えば
ゲートベン等のドア２８、３０により開閉可能になされ
た箱状のトランスファボックス３２が設けられている。
このボックス３２には、気体導入管３４と真空ポンプ等
に接続された気体排出管３６が接続されており、必要に
応じてこのボックス内を真空排気するようになってい
る。
【００１３】上記待機空間２６内に位置する上記ウエハ
ボート２４は図示しない昇降手段により昇降可能に設け
られており、必要に応じてこのボート２４を昇降させ
る。また、この待機空間２８の側部及び底部には筐体４
の壁面より僅かな距離だけ離間させて区画壁３８、４０
が形成されており、これらの壁により区画される空間部
を後述する自然酸化膜抑制気体を循環させる循環通路４
２として構成している。そして、側部を区画する各区画
壁３８には、気体を通すための多数の通気孔４４が形成
されると共に一方の区画壁３８には、待機空間２６中に
漂うパーティクルを吸着除去するためのフィルタ、例え
ばＵＬＰＡフィルタ４６が装着されている。
【００１４】そして、この循環通路４２の途中、例えば
底部通路４２Ａ内には、内部気体を強制循環させるため
の送風ファン４８及び循環気体の温度を抑制するための
ラジエター５０が順次介設されている。このように形成
された待機空間２６に自然酸化膜抑制気体を供給するた
めの本発明の特長とする自然酸化膜抑制気体供給系５２
が接続されている。具体的には、この抑制気体供給系５
２は、上記筐体４の底壁を貫通させて上記底部通路４２
Ａ内に臨ませて設けた第１の気体噴射ノズル５６を有し
ており、このノズル５６は清浄空気を導入するブロワ５
８に連結された気体供給管６０に接続されている。尚、
気体噴射ノズルとしては、これに限定されるものではな
い。そして、この気体供給管６０の途中には流量制御弁
６２と、これに流れる気体を乾燥させるために、例えば
ピュリファイヤのような活性炭等を充填した乾燥器６４
が介設されており、これに流れる気体の露点温度を−６
０℃以下、好ましくは−７０℃以下となるように乾燥し
得るように構成されている。このように、清浄気体を高
度に乾燥させることによって、後述するように酸素濃度
に依存させることなく自然酸化膜の発生を大幅に抑制す
ることが可能となる。
【００１５】この乾燥器６４は、流れる気体を所定の露
点まで乾燥させるために必要ならば多段に設けてもよ
く、また、この乾燥気体を気体導入管３４（図１及び図
２参照）を介してトランスファボックス３２に供給する
ようにしてもよい。更に、この乾燥器６４としては、活
性炭方式により水分子を吸着する構造のみならず、露点
温度を低下し得るならばどのような乾燥方式を用いても
よい。尚、符号６６は循環する気体の一部を系外へ排出
するための排気管である。
【００１６】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、予め洗浄工程等により表
面の自然酸化膜の除去された未処理のウエハＷは例えば
２５枚ずつキャリア２２内に収容されて、搬入・搬出ボ
ックス２０内に収容され、このキャリア２２は、図示し
ない搬送アームによりトランスファボックス３２内に移
送される。そして、ドア３０を閉じた後に、このボック
ス３２内の内部雰囲気を自然酸化膜抑制気体供給系５２
から気体導入管３４を介して供給される乾燥空気により
置換する。
【００１７】次に、このボックス３２の待機空間２６側
のドア２８を開き図示しない搬送アームによりウエハＷ
をウエハボート２４に移載し、移載が完了したらボート
２４を昇降手段により上昇させてウエハボート２４全体
をこの上方の処理容器６内に収容すると共にボートの下
部で処理容器６の下端開口部を閉塞させる。このような
状態でウエハを所定の温度に加熱しつつ容器内にプロセ
スガスを導入して所定の時間だけ処理を行う。そして、
熱処理が完了したならば前述したと逆の操作を行ってウ
エハボートを下降させてウエハＷを処理容器６から待機
空間２６側へ取り出し、更にトランスファボックス３２
を介して搬入・搬出ボックス２０側へ移すことになる。
【００１８】このような一連の工程の間、待機空間２６
内には自然酸化膜抑制気体供給系５２から自然酸化膜抑
制気体として高度に乾燥された乾燥空気が供給されてお
り、待機空間２６に位置するウエハ表面の自然酸化膜の
発生を抑制することができる。すなわち、ブロワ５８か
ら導入される清浄空気は乾燥器６４により水分が除去さ
れて高度に、例えば露点温度が−７０℃程度になるまで
乾燥されて、第１の気体噴射ノズル５６から待機空間２
６内へ導入される。この導入された乾燥空気Ａは、送風
ファン４８の作用により循環通路４２を介して待機空間
２６内を循環し、ウエハボート２４に載置されたウエハ
表面と接触し、この表面に自然酸化膜が発生することを
抑制することが可能となる。
【００１９】また、雰囲気中に含まれるパーティクルは
循環通路４２の出口、すなわち待機空間の側部に設けた
フィルタ４６により捕捉除去され、また、ウエハの余熱
により加熱された雰囲気は循環通路４２の途中に設けた
ラジエター５０により所定の温度を維持するように冷却
される。また、第１の気体噴射ノズル５６を形成したの
で、これより噴射される乾燥空気が待機空間２６内を循
環し、ウエハＷが処理容器６内へ収容される時はウエハ
表面に付着する大気成分やパーティクルを表面より排除
することができ、また、熱処理が終了して処理容器６か
らウエハＷを下降させて取り出す時にはウエハを強制的
に冷却することができる。このような冷却効果やパーテ
ィクル排除効果を向上させるためには、乾燥気体の供給
量や送風ファン４８の回転数を適宜調整して循環風量を
最適な量とするのが好ましい。
【００２０】ここで図３に基づいて自然酸化膜増加量の
Ｏ2 ・Ｈ2 Ｏに対する依存性を検討した結果を説明す
る。このグラフは、処理温度８００℃において、純粋窒
素を２０ＳＬＭ（２０リットル／分）の流量で待機空間
に流している状態からＯ2 及びＨ2 Ｏを徐々に増加して
いった時の自然酸化膜の増加量を測定したものである。
含有水分濃度９３ｐｐｂ、５３２ｐｐｂ、２．６ｐｐｍ
及び１１ｐｐｍはそれぞれ略−９０℃、−８０℃、−７
０℃及び−６０℃の露点温度を示し、清浄空気として使
用される大気は略＋１０℃の露点温度を示す。グラフよ
り明らかなように乾燥気体の露点温度が約−６０℃程度
で酸化膜の増加量が約３．８Åを示し、それ以下の露点
温度であるならば酸素濃度が上昇してもほとんど自然酸
化膜の増加量に影響を与えることがなく、この自然酸化
膜の発生を抑制できることが判明した。特に、露点温度
を−７０℃以下に設定すると自然酸化膜の発生を３Å以
下に抑制することができ、良好な結果を得ることができ
る。このように、気体を乾燥させて露点温度を低く抑制
すればその気体中の酸素濃度に関係なく自然酸化膜の発
生量を抑制することができる。
【００２１】尚、上記実施例にあっては、自然酸化膜抑
制気体Ａとして、乾燥空気を用いたが、これに限定され
ず、露点温度さえ上述のように低く設定されるのであれ
ば、効果を一層発揮するためにある程度の不活性ガス、
例えば窒素等を混入させてもよいのは勿論である。ま
た、上記実施例にあっては、処理装置として縦型熱処理
装置を例にとって説明したが、これに限定されず、自然
酸化膜の発生を抑制したいどのような処理装置にも適用
し得るのは勿論である。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の処理装置
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。露点温度を低くした自然酸化膜抑制気体を、待機
空間と循環通路とを介して循環させるように用いること
により、自然酸化膜の発生量を大幅に抑制することがで
きる。特に、この抑制気体として露点温度の低い乾燥空
気を用いることにより、従来、窒素ガス等の高価な不活
性ガスを使用していた時の酸化膜抑制効果と同様な抑制
効果を発揮することができ、ランニングコストの大幅な
削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る処理装置の一実施例を示す側断面
図である。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【図３】水分濃度、酸素濃度と自然酸化膜増加量との関
係を示すグラフである。
【符号の説明】
２ 縦型ＣＶＤ装置（処理装置） ４ 筐体 ６ 処理容器 ２４ ウエハボート（被処理体載置台） ２６ 待機空間 ４２ 循環通路 ５２ 自然酸化膜抑制気体供給系 ５６ 第１の気体噴射ノズル ６４ 乾燥器 Ａ 乾燥空気（自然酸化膜抑制気体） Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/31

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被処理体を処理する処理容器と、前記被
    処理体を載置して前記処理容器に対して挿脱可能に設け
    られた被処理体載置台と、この被処理体載置台を待機さ
    せる待機空間と、この待機空間に前記被処理体に形成さ
    れる自然酸化膜を抑制するための自然酸化膜抑制気体を
    供給するための自然酸化膜抑制気体供給系と、前記自然
    酸化膜抑制気体を前記待機空間に循環させるための循環
    通路とを有する処理装置において、前記自然酸化膜抑制
    気体は低い露点温度を有する乾燥気体であることを特徴
    とする処理装置。
  2. 【請求項２】 前記待機空間の一側には多数の通気孔を
    有する区画壁とフィルタとが設けられて前記循環通路か
    らの気体を送出するようになっており、他側には多数の
    通気孔を有する区画壁が設けられて前記待機空間を通過
    した気体を前記循環通路へ取り込むようになっており、
    取り込まれた気体は前記待機空間の底部に区画壁を設け
    ることによって形成した前記循環通路内を流れることを
    と特徴とする請求項１記載の処理装置。
  3. 【請求項３】 前記自然酸化膜抑制気体供給系は、前記
    自然酸化膜抑制気体を噴射するための噴射ノズルを有す
    ることを特徴とする請求項１または２記載の処理装置。
  4. 【請求項４】 前記循環通路内には、これに流れる前記
    自然酸化膜抑制気体を冷却する冷却手段が設けられるこ
    とを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の処理
    装置。
  5. 【請求項５】 前記循環通路内には、前記自然酸化膜抑
    制気体を循環させる送風手段が設けられることを特徴と
    する請求項１乃至４のいずれかに記載の処理装置。
  6. 【請求項６】 前記循環通路には、これに循環される前
    記自然酸化膜抑制気体の一部を系外へ排出する排気管が
    接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいず
    れかに記載の処理装置。
  7. 【請求項７】 前記待機空間には、前記被処理体を収容
    したキャリアを搬入搬出させる搬入・搬出ボックスがパ
    ーテーションを介して並設されると共に、前記パーテー
    ションの一部には、前記待機空間と前記搬入・搬出ボッ
    クスとの間で前記 被処理体を移送する際に開閉されるト
    ランスファボックスが設けられることを特徴とする請求
    項１乃至６のいずれかに記載の処理装置。
  8. 【請求項８】 前記トランスファボックス内は真空引き
    可能になされると共に、前記自然酸化膜抑制気体が必要
    に応じて供給可能になされていることを特徴とする請求
    項１乃至７のいずれかに記載の処理装置。
  9. 【請求項９】 前記自然酸化膜抑制気体は、−６０℃以
    下の露点温度を有する乾燥空気であることを特徴とする
    請求項１乃至８のいずれかに記載の処理装置。
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