JP3147325B2 - 半導体ウエハ処理装置 - Google Patents
半導体ウエハ処理装置Info
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Description
に使用される半導体ウエハ処理装置に関し、更に詳しく
は、半導体ウエハの処理室と所定のガス排出口及びガス
導入口を有し減圧可能な予備室とからなる半導体ウエハ
処理装置に関する。
気と異なる組成のガス雰囲気下等の各種条件で半導体ウ
エハを処理することが行われる。従来、このような処理
工程では、通常、被処理ウエハを大気中から、先ず、ウ
エハ導入用のロード側予備室内に収納した後、予備室中
のガスを排出して減圧とし、次いで要すれば予備室に処
理雰囲気ガスを導入し、予備室に連続する処理室内とほ
ぼ同一ガス雰囲気下として、その後、ウエハを予備室か
ら処理室に移送して処理するのが一般的である。処理室
で所定に処理された処理ウエハは、処理ウエハの取出用
のアンロード側予備室に移送される。この場合、アンロ
ード側予備室は、被処理ウエハを収納したロード側予備
室をアンロード側予備室として併用するか、またはロー
ド側予備室と同様に処理室に連続して別途設ける等のい
ずれかの方式が採用されている。また、被処理ウエハが
移送され収納するアンロード側予備室は、予め処理室内
の雰囲気条件と同様の雰囲気条件に保持される。最後
に、アンロード側予備室に収納された処理ウエハは、予
備室内が有害雰囲気の場合は予めそれらを排気した後、
大気または窒素ガス等の気体を予備室中に導入して処理
ウエハを取り出している。上記のロード側予備室やアン
ロード側予備室は、一般にロードロックと呼ばれ通常真
空等の減圧下に保持され得るようにされている。上記し
たようにロードロック室即ち予備室内は、被処理ウエハ
を外部から搬入または処理ウエハを外部へ搬出する際
に、外部雰囲気に合わせることになり、通常、予備室に
はガス導入口が設けられており、ガスを導入して真空等
の減圧状態を解除できるようになっている。
はバルブを用いて行い、予備室内での微小な埃等パーテ
ィクルの舞い上げを防止するため、従来、バルブの開操
作をゆっくり行うガス導入速度を小さくするスローベン
ント方式が採られている。しかしながら、いかに注意深
くバルブの開閉を操作しても真空等の減圧状態からバル
ブを開けた瞬間は、圧力の急激な変動がありロードロッ
ク室内にパーティクルを舞い上げてしまい、そのパーテ
ィクルがウエハ表面に付着して汚染するという問題点が
あった。そのため、近年、圧力の緩衝を目的として、ロ
ードロック室の壁面に設けられたガス導入口に、金属製
またはテフロン等の多孔性樹脂膜製のエレメントを装着
して操作するようになっており、このエレメントは一般
的にブレイクフィルタと呼ばれている。
やテフロン等の多孔性樹脂膜製のブレイクフィルタを用
いた予備室においても、半導体ウエハのパーティクル汚
染を所望するようには防止することができず、より汚染
の少ない半導体ウエハの処理装置が求められている。本
発明は、半導体ウエハ処理装置における上記問題点を解
消し、特に、予備室での減圧状態解除時のパーティクル
の舞い上がりを抑止し、半導体ウエハの汚染を防止する
ことを目的とする。発明者らは、上記目的のため、予備
室へのガス導入操作について鋭意検討した結果、従来の
金属製やテフロン等の多孔性樹脂膜製のブレイクフィル
タを用いた場合、以下のような問題点を知見した。即
ち、(1)従来の金属製またはテフロン多孔性膜製フィ
ルタの、一般に採用されている気孔径は比較的大きいた
め、圧力緩衝効果が少なく、パーティクルの舞い上げを
完全に防止することができない。 (2)処理室内で腐食性ガスを使用している場合、処理
室から腐食性ガスはロードロック内への拡散を完全に遮
断することは難しく、金属製ブレイクフィルタや、ネジ
等の取付用金属部材が腐食し易い。 (3)ブレイクフィルタは導入口のみに取付けられてお
り、フィルタ有効面積が小さいため、圧力損失が大き
く、外部圧に戻すのに時間がかかる。 (4)特に、テフロン等の樹脂多孔性膜製フィルタで
は、強度的な問題があり、圧力変動を所定以上小さくで
きず、パーティクルの舞い上りが生じていた。発明者ら
は、更に、上記知見に基づき、圧力変動に対し十分な緩
衝効果を有する予備室へのガス導入操作方法の改良を鋭
意検討した結果、本発明を完成するに到った。
ウエハ処理室と少なくとも1の予備室とが開閉可能な隔
壁を有する連結部により気密に連結なされてなり、且
つ、該予備室が開閉可能な隔壁により外部と気密に隔離
されてなると共に、該予備室には少なくともガス排出手
段及びガス導入手段が配備されており、該ガス導入手段
が該予備室の内部空間に伸延された少なくとも1のガス
流出口を有し、該ガス流出口にはセラミック製ブレイク
フィルタが配置され、前記セラミック製ブレイクフィル
タは、両端閉鎖中空円筒体と、前記両端閉鎖中空円筒体
の内部空間に挿入されたパイプとからなり、前記両端閉
鎖中空円筒体は、平均細孔径0.5μm以下のセラミッ
ク層を有する中空円筒状のセラミックフィルタと、前記
セラミックフィルタの両端を閉鎖する円盤状部材とから
なり、前記パイプは、前記両端閉鎖中空円筒体の閉鎖端
の一方を貫通し、他方の閉鎖端に当接させて閉鎖される
ように配置されると共に、前記両端閉鎖中空円筒体の内
部空間に位置するパイプの周面に、複数の孔が設けられ
ていることを特徴する半導体ウエハ処理装置が提供され
る。
常、単一または複数のいずれでも、前記セラミックフィ
ルタの長さが、総合計で50mm以上であることが好ま
しい。また、前記セラミック層の平均細孔径は0.1μ
m以上であることが好ましい。また、前記ブレイクフィ
ルタを、前記予備室内に収納されるウエハ表面に対し平
行に配置することが好ましい。更に、前記予備室内に、
導入されるガスが前記ブレイクフィルタにより層流状態
となるようにするのが好ましい。
の処理室への移送時に、外部から一時的に被処理ウエハ
を搬出入して保持するロードロック室である予備室に、
微細粒径のセラミック製ブレイクフィルタを通じてガス
を流出するため、ガス流速を微小に調整可能であり、圧
力変動の緩衝作用を果たし、室内の埃等のパーティクル
の舞い上がり等を防止でき、半導体ウエハをそれらの汚
染から防護することができる。また、セラミック製ブレ
イクフィルタを所定位置に配置することにより、予備室
内へのガス流出を層流状態とすることができ、同様にパ
ーティクルの舞い上がりを極力抑止でき、半導体ウエハ
の汚染を防止することができる。
しながら詳細に説明する。但し、本発明は下記実施例に
より制限されるものでない。図1は、本発明の一実施例
である塩素系ガスを用いる半導体ウエハエッチング処理
装置の一例の概略説明図である。図1の半導体ウエハエ
ッチング処理装置は、処理室1と、その処理室1の両側
に配置された被処理ウエハ搬入用のロード側予備室2及
び処理ウエハ搬出用のアンロード側予備室3からなる2
つのロードロック室を有し、各予備室2及び3は、それ
ぞれ連結部4及び5により処理室1に気密に連結されて
いる。各連結部4及び5には、開閉できる隔壁6及び7
がそれぞれ配置され、隔壁6及び7が開の状態ではロー
ド側及びアンロード側の予備室2及び3がそれぞれ処理
室1に気密に連通し、一方、閉の状態ではそれぞれ処理
室とは気密に隔離される。処理室1は上下端が閉鎖され
た円筒体であって、上部面にはバルブを有する反応ガス
供給管8が、また、下部面には排気管9が設置されてい
る。また、各予備室2及び3には、それぞれガス排出口
10及び11、セラミック製ブレイクフィルタが配置さ
れたガス流出口12及び13が配設されている。
ッチング装置を用いたウエハ処理工程の一例を説明す
る。先ず、ロード側予備室2に設けられた開閉可能な隔
壁(図示せず)を開状態にして外部空間と連通させて、
被処理ウエハWを予備室2内に搬入した後、隔壁を再び
閉鎖して予備室内2を気密に保持した後、予備室2内
を、ガス排出口10を通じて排気して減圧状態とする。
次いで、予備室2内に伸延され設置され、且つセラミッ
ク製ブレイクフィルタが配置されたガス流出口12か
ら、予備室2内に処理室1と同一の雰囲気ガスを導入し
て、予備室2内を処理室1内のガスで置換する第一ガス
導入工程が終了する。上記第一ガス導入工程は、排気減
圧工程と同時に行われてもよいし、また、ガス排出口等
の排気手段を、ロード側予備室2には設置せずに置換用
ガスを導入することによる自然排気のみによって予備室
2内をガス置換してもよい。
気密に連結する連結部4に配設された開閉可能の隔壁6
を開放し、ロード側予備室2と処理室1とを連通させて
被処理ウエハWを処理室1内に移送して所定のサセプタ
ー上に載置した後、隔壁6を再び閉鎖してロード側予備
室2及び処理室1をそれぞれ気密に隔離する。その後、
処理室1内に反応ガス供給管8から塩素系ガスを供給
し、ウエハWをエッチング処理する。エッチング処理
後、アンロード側予備室3と処理室1とを連結する連結
部5に配設された開閉可能の隔壁7を開放してアンロー
ド側予備室3と処理室1とを連通させ、エッチング処理
済みの処理ウエハWは、処理室3内の雰囲気ガスと共に
アンロード側予備室3内に移送された後、隔壁7を再び
閉鎖してアンロード側予備室3及び処理室1をそれぞれ
気密に隔離する。次に、アンロード側予備室3を、ガス
排出口11により予備室3内のガスを排気し真空等の減
圧状態とする。その後、要すれば排気しながら、予備室
3内に伸延され設置され、且つセラミック製ブレイクフ
ィルタが配置されたガス流出口13からガス導入し、ア
ンロード側予備室3内を安全雰囲気ガスで置換する第二
ガス導入工程が終了する。最後にアンロード側予備室3
に設けられた開閉可能な隔壁(図示せず)を開放して外
部空間と連通させて、処理ウエハWを外部空間に取り出
した後、隔壁を再び閉鎖する。
ある。図2において、アンロード側予備室3には、処理
室に連通する開閉可能な隔壁7及び外部空間に連通する
開閉可能な隔壁15が設けられている。室内の上部空間
には室外のガス供給源から連続するガス導入管16が接
続されている。導入管16の開放端にはセラミック製の
円筒状のブレイクフィルタ17が接続配置されている。
この場合、円筒状セラミック製ブレイクフィルタ17の
外径は、通常、直径10mm以上が好ましい。また、ブ
レイクフィルタの形状によらず、ガス流出表面積が15
00mm2 となるようにすることが好ましい。セラミッ
ク製ブレイクフィルタ17の長さは、ブレイクフィルタ
の相当径やガス流出表面積、被処理ウエハの径、処理室
の広さ等によって適宜選択することができる。通常は、
50mm以上の長さを有することが好ましく、より好ま
しくは50mm〜100mmである。また、ブレイクフ
ィルタを複数設置する場合は、複数のブレイクフィルタ
の総合計の長さが50mm以上となるようにするのが好
ましい。セラミック製ブレイクフィルタ17の長さが5
0mm以下では、圧力損失が大きく、雰囲気ガスの置換
に時間がかかると共に、ガスを層流状態でウエハ表面に
供給することができず、パーティクルを舞い上げるため
である。上記円筒状セラミック製ブレイクフィルタ17
は、円筒の外周面の半分、例えば上部半周面を閉塞さ
せ、残りの半周面からのみガスを流出させるようにして
もよい。なお、ロード側予備室も、上記のアンロード側
予備室とほぼ同様に構成することができる。
造等がいずれにしても、上記のようにブレイクフィルタ
のガス流出部分の全長が、好ましくは50mm以上とな
るようにし、且つ、その部分からはガスが一様に流出す
るような構造で構成させるのが好ましい。複数のブレイ
クフィルタを用いる場合には、各フィルタから流出する
ガスが層流状態となるように配置する。例えば、複数を
それぞれ平行となるよに配置したり、直線状に配置す
る。上記のように構成することにより、予備室内に流出
ガスを層流状態で全方位で導入することができるため、
流出ガスが予備室内に搬入されたウエハ表面をあたかも
箒で掃くように流れパーティクルの舞い上げが極力抑制
される。また、同時に、仮にパーティクルが舞い上って
もウエハ表面にパーティクルが落下付着することを防止
できる。
は、平均細孔径0.5μm以下、好ましくは0.2μm
以下のセラミック層を有する。セラミック層の平均細孔
径が0.5μmより大きいと、流出ガスが勢いよく噴出
するため、層流状態とならずパーティクルを舞い上げる
ためである。一方、0.1μmより小さい極微小の平均
細孔径では、圧力損失が大きく予備室へガス導入して雰
囲気ガスの置換に長時間要することになり好ましくな
い。しかし、この場合はフィルタ長さや、配置のフィル
タ数を、予備室の大きさ等を勘案しガス流出表面積を調
整することにより、ガス置換に要する時間を調整するこ
とができる。本発明のセラミック製ブレイクフィルタを
構成するセラミックは、平均細孔径を0.5μm以下、
好ましくは0.2μm以下にすることができ、且つ、処
理用のガスに対して耐食性を有し、更に耐熱性を有する
セラミックス材であればよく、公知のセラミックス材か
ら適宜選択することができる。通常、アルミナ、炭化珪
素、石英ガラス等のセラミックス材が好適に用いられ
る。特に、アルミナを用いる場合にはその純度が99%
以上であることが好ましい。
例に用いた本発明のセラミック製ブレイクフィルタの一
例の一部断面構造説明図である。図3において、直径1
9mm、長さ50mmのアルミナセラミック円筒体の筒
表面に、平均細孔径が0.2μmのアルミナセラミック
層を有するセラミックフィルタ20(東芝セラミックス
(株)製、商品名メンブラロックス)に、その両端にテ
フロン製ガスケット21、21を介してステンレス(S
US316L)製の円盤22、22を配し、両端閉鎖中
空円筒体を形成した。この両端閉鎖中空円筒体に、一方
の閉鎖端から円盤22を貫通して内部の空間にステンレ
ス製パイプ23を挿入した。パイプ23のセラミックフ
ィルタ20の中空部内の端部は閉鎖し、中空部内に位置
するパイプ23周面には約2mmの孔24が軸方向に一
定の間隔を有して6個穿設し、同時に、軸方向に所定間
隔ずれると共に軸の回転方向に90度づつずれた位置の
周面に同様に穿設孔24’が計24個設けた。上記のよ
うに構成して形成したセラミック製ブレイクフィルタ1
7において、パイプ23内に流したガスはパイプの孔2
4、24’からセラミックフィルタ20の中空部内に流
出し、セラミックフィルタ20を介してその外周面から
一様に噴流出させることができた。なお、円盤22やパ
イプ23等の金属部分の腐食をより完全に防止するため
に金属部分にセラミックを溶射する等の防食処理を施し
ても良い。
イクフィルタを予備室ハウジング内に配置した概念説明
図である。図5は予備室ハウジング内のセラミック製ブ
レイクフィルタと半導体ウエハとの位置関係を示す説明
図である。図4において、上記のようにして形成したセ
ラミック製ブレイクフィルタ17を、予備室ハウジング
30内の上部に、ウエハカセット31上に直径6インチ
のウエハWをセットしたときに、ブレイクフィルタ17
がウエハWの中心直上部に位置するように配置した(図
5参照)。また、バルブV1を介してガス導入管32を
ブレイクフィルタ17のパイプ23に接続し、ハウジン
グ30内とガス排出管33を連絡させ、ガス排出管33
にはバルブV2を配設し、更に、微調整バルブV3をバ
ルブV2をバイパスしてガス排出管33に配設した。ま
た、ハウジング内圧測定圧力計Pを配設した。
うに形成した予備室ハウジング30内に、直径6インチ
のウエハWをカセット31上にセットした。次いでブレ
イクフィルタ17をウエハの中心直上部になるようにセ
ットした。次いで、ガス排出管33からハウジング30
内を5×10-2Torrの減圧にした。その後、ガス導
入管32からバルブV1を介し高純度窒素ガスをガス流
量を一定にして流通させ、ブレイクフィルタ17からハ
ウジング30内に高純度窒素ガスを流出導入し、大気圧
まで昇圧した。このときのハウジング30内の圧力とガ
ス流量の関係を図6に示した。上記のように操作した
後、ウエハWを取り出しその面上に付着していたパーテ
ィクルの数と大きさをウエハ表面欠陥検査装置で測定し
た。同様に操作を3回行い、その結果の平均値を表1に
示した。
した以外は、実施例1と同様にして予備室の操作を行っ
た。ウエハ上のパーティクル付着については、合計数の
み測定し、その結果を表1に示した。
ハウジング30内にガス導入管32端部から直接ガスを
導入した以外は、実施例1と同一に操作した。実施例2
と同様にウエハ上のパーティクル付着の合計数のみ測定
し、その結果を表1に示した。
クフィルタを使用した以外は、実施例1と同一に操作し
た。その結果を表1に示した。
ブV1を介し高純度窒素ガスをガス流速が一定となるよ
うに予備室内の昇圧操作を行った以外は、実施例1と同
様に操作した。そのときのハウジング30内の圧力とガ
ス流量の関係を図7に示した。また、ウエハ上のパーテ
ィクル付着について実施例1と同様に測定し、その結果
を表2に示した。
した以外は、実施例5と同様にして予備室の操作を行っ
た。ウエハ上のパーティクル付着については、合計数の
み測定し、その結果を表2に示した。
ハウジング30内にガス導入管32端部から直接ガスを
導入した以外は、実施例5と同一に操作した。ウエハ上
のパーティクル付着の合計数のみ測定し、その結果を表
2に示した。
クフィルタを使用した以外は、実施例5と同一に操作し
た。その結果を表2に示した。
ブV1を介し高純度窒素ガスを供給初期から中期におい
て流量が時間とともに比例して増大するように予備室内
の昇圧操作を行った以外は、実施例1と同様に操作し
た。そのときのハウジング30内の圧力とガス流量の関
係を図8に示した。また、ウエハ上のパーティクル付着
結果を表3に示した。
した以外は、実施例9と同様にして予備室の操作を行っ
た。ウエハ上のパーティクル付着については、合計数の
み測定し、その結果を表3に示した。
ハウジング30内にガス導入管32端部から直接ガスを
導入した以外は、実施例9と同一に操作した。ウエハ上
のパーティクル付着については、合計数のみ測定し、そ
の結果を表3に示した。
クフィルタを使用した以外は、実施例9と同一に操作し
た。その結果を表3に示した。
に、本発明の微細な平均細孔径を有するセラミック製ブ
レイクフィルタを用いて予備室内の昇圧を行った場合に
は、フィルタ無しの場合は勿論、金属製フィルタに比し
てパーティクルの付着が極めて低減され、パーティクル
の舞い上がりが抑止されていることが分かる。また、セ
ラミック製ブレイクフィルタが長くなる程、パーティク
ルの付着が逓減することも分かる。更に、減圧からガス
を導入して常圧に戻すために要する時間も短く実用的で
ある。
から被処理ウエハを一時的に搬出入して保持するロード
ロック室のガス流出口に所定のセラミック製ブレイクフ
ィルタをセットすることにより、圧力変動時の緩衝効果
が発現され、また、層流状態でガスを予備室内に流出さ
せることができため、従来法で問題とされている予備室
内でのパーティクルの舞い上がりによる半導体ウエハ汚
染を防止できる。また、予備室における減圧から昇圧す
るに要する時間も短く、工業的に有用である。
理装置の概略説明図である。
説明図である。
フィルタの一部断面構造説明図である。
室ハウジング内に配置した概念説明図である。
レイクフィルタと半導体ウエハとの位置関係の一例を示
す説明図である。
クフィルタからガス流量を一定にして流通させて、予備
室ハウジング内を減圧から大気圧まで昇圧したときの圧
力とガス流量の関係図である。
クフィルタからガス流速を一定にして流通させて、予備
室ハウジング内を減圧から大気圧まで昇圧したときの圧
力とガス流量の関係図である。
クフィルタから供給初期から中期において流量が時間と
ともに比例して増大するようにして流通させて、予備室
ハウジング内を減圧から大気圧まで昇圧したときの圧力
とガス流量の関係図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 半導体ウエハ処理室と少なくとも1の予
備室とが開閉可能な隔壁を有する連結部により気密に連
結なされてなり、且つ、該予備室が開閉可能な隔壁によ
り外部と気密に隔離されてなると共に、該予備室には少
なくともガス排出手段及びガス導入手段が配備されてお
り、該ガス導入手段が該予備室の内部空間に伸延された
少なくとも1のガス流出口を有し、該ガス流出口にはセ
ラミック製ブレイクフィルタが配置され、 前記セラミック製ブレイクフィルタは、両端閉鎖中空円
筒体と、前記両端閉鎖中空円筒体の内部空間に挿入され
たパイプとからなり、 前記両端閉鎖中空円筒体は、平均細孔径0.5μm以下
のセラミック層を有する中空円筒状のセラミックフィル
タと、前記セラミックフィルタの両端を閉鎖する円盤状
部材とからなり、 前記パイプは、前記両端閉鎖中空円筒体の閉鎖端の一方
を貫通し、他方の閉鎖端に当接させて閉鎖 されるように
配置されると共に、前記両端閉鎖中空円筒体の内部空間
に位置するパイプの周面に、複数の孔が設けられている
ことを特徴する半導体ウエハ処理装置。 - 【請求項2】 前記セラミックフィルタは、長さが総合
計で50mm以上であり、かつ、前記セラミックス層の
平均細孔径が0.1μm以上である請求項1記載の半導
体ウエハ処理装置。 - 【請求項3】 前記ブレイクフィルタが、前記予備室内
に収納されるウエハ表面に対し平行に配置される請求項
1または2記載の半導体ウエハ処理装置。 - 【請求項4】 前記予備室内に、前記ブレイクフィルタ
により層流状態でガスが導入される請求項1、2または
3記載の半導体ウエハ処理装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21529994A JP3147325B2 (ja) | 1994-08-17 | 1994-08-17 | 半導体ウエハ処理装置 |
TW084108573A TW293136B (ja) | 1994-08-17 | 1995-08-16 | |
KR1019950025281A KR0172519B1 (ko) | 1994-08-17 | 1995-08-17 | 반도체 처리시스템의 가스공급헤드 및 로드 록 실 |
US08/516,361 US5578129A (en) | 1993-03-17 | 1995-08-17 | Gas supplying head and load lock chamber of semiconductor processing system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21529994A JP3147325B2 (ja) | 1994-08-17 | 1994-08-17 | 半導体ウエハ処理装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0864582A JPH0864582A (ja) | 1996-03-08 |
JP3147325B2 true JP3147325B2 (ja) | 2001-03-19 |
Family
ID=16670027
Family Applications (1)
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