JP3330169B2 - ガスシャワーノズルを備えた縦型熱処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体デバイス
の製造工程等において利用される、ガスシャワーノズル
を備えた縦型熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体プロセスにおいては、半
導体ウエハへの酸化膜の形成や、熱ＣＶＤ法による薄膜
形成や、熱拡散法による高不純物濃度領域の形成などの
を行う、各種の処理装置が使用されている。

【０００３】これら各種処理装置に適用されるものとし
て、従来の横型のものから、最近では縦型の熱処理装置
が多く採用されて来ている。以下この縦型熱処理装置を
例にあげて説明する。

【０００４】この縦型熱処理装置は、箱体状の装置本体
内に、被処理物としての半導体ウエハに所定の処理を施
す処理室と、この処理室に対し下方から半導体ウエハを
挿脱するローディング機構を備えたローディングエリア
と、半導体ウエハを収納したキャリアの装置本体内への
搬入出用エリア（Ｉ／Ｏエリア）と、このキャリアを一
時的に受ける移載用ステージと、この移載用ステージの
キャリア内の半導体ウエハを前記ローディングエリアの
ローディング機構に移載する移載機（ウエハトランスフ
ァ）とを備えてなる構成である。

【０００５】前記処理室にはヒーターを備えた縦長状の
石英製プロセス容器（加熱炉）が下向きに開口可能に設
置されている。この処理室の真下にローディングエリア
があり、ここにローディング機構としてのウエハボート
とボートエレベータが設置されている。

【０００６】こうした縦型熱処理装置では、多数枚の半
導体ウエハを整列収納したキャリアを装置本体の搬入出
用エリアに入れると、このキャリアがキャリアトランス
ファなどにより移載用ステージ上に載せられる。この移
載ステージ上のキャリア内の半導体ウエハを、移載機が
一枚ずつ又は５枚ずつローディングエリアのウエハボー
トに移載して多段状態に収納保持させる。この状態のま
まウエハボートをボートエレベータにより上昇させて半
導体ウエハをプロセス容器内に搬入し、そのプロセス容
器内を密封して所定の処理ガス雰囲気に置換しながら加
熱することにより、該半導体ウエハに所要の処理を施
す。

【０００７】その処理済みの半導体ウエハは、ウエハボ
ートと一緒にボートエレベータによりプロセス容器内か
ら下降して真下のローディングエリアに引き出し、そこ
から移載機により移載用ステージ上のキャリア内に戻
し、そのキャリアごと搬入出用エリアから装置本体外に
取り出したり、或いは連接された次の工程の処理装置に
移送する。

【０００８】こうした縦型熱処理装置での処理作業にお
いて、ローディングエリアから半導体ウエハをウエハボ
ートと共に上昇させてプロセス容器内へ挿入するとき
や、その処理後にプロセス容器内から下降させて引き出
すとき、その途中炉口付近でもかなりの高温度雰囲気状
態にあることから、そこに大気が存在すると、この大気
中のＯ₂ によって半導体ウエハ表面に自然酸化膜が形成
されてしまう問題がある。このために、そうしたロード
／アンロード時は、例えばＮ₂ ガス等の不活性ガス雰囲
気（非酸素雰囲気）下で行うべく、装置本体内、特にロ
ーディングエリアを大気と隔離したクローズドシステム
構造として、ガス給排手段によりＮ₂ ガス雰囲気に置換
・維持することが望まれている。

【０００９】しかも、その装置本体内のガス雰囲気は外
部からの大気の侵入を阻止すべく常に陽圧に保持しなけ
ればならないこと、半導体ウエハ処理作業を繰り返し行
うために装置本体内のガス雰囲気中にカーボン等のガス
状不純物が発生したり、オイルミストやごみなどの粒子
状不純物（パーティクル）が発生し、それら不純物が半
導体ウエハに付着したり化学反応（ケミカルコンタミネ
ーション）を起こして、半導体素子の特性や歩留まりの
悪化の原因となることなどから、パージガスとして清浄
な不活性ガスを装置本体内に常時導入して、その装置本
体内の不活性ガス雰囲気を陽圧で高純度に維持すること
が望まれている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ようなクローズドシステム構造の縦型熱処理装置とした
場合でも、この装置本体内、特にローディングエリアの
不活性ガス雰囲気を高純度に維持するのは難しく、その
ローディングエリアから半導体ウエハをウエハボードに
多段に保持してプロセス容器内に挿脱（ロード／アンロ
ード）するとき、該半導体ウエハ相互間にＯ₂ 等のガス
状不純物や粒子状不純物（パーティクル）が存在してい
たり、熱気を巻き込んだりして、該不純物が半導体ウエ
ハに付着したり化学反応（自然酸化膜発生等）を起こす
欠陥発生の要因となり、半導体素子の特性や歩留まりの
悪化を招く問題がある。

【００１１】本発明は、前記事情に鑑みなされたもの
で、被処理物をローディングエリアから処理室内に挿脱
（ロード／アンロード）するとき、被処理物に付いてい
るＯ_２等の不純物や熱を吹き飛ばすように追い出すの
に、非常に有効なガスシャワーノズルを備えた縦型熱処
理装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【００１３】

【課題を解決するための手段と作用】本発明に係わるガ
スシャワーノズルを備えた縦型熱処理装置は、前記目的
を達成するために、被処理物に所定の処理を施す処理室
に対し、被処理物を挿脱するローディング機構を設置し
たローディングエリアを備えている縦型熱処理装置であ
って、前記ローディングエリアを不活性雰囲気とすると
共に、このローディングエリアからローディング機構に
より被処理物を処理室に挿脱するときに、その処理室の
被処理物挿脱口近傍にて、前記被処理物の挿脱方向と直
交する向きで、且つ該被処理物の略全幅に亘る幅広薄膜
状に直進的に噴射する不活性ガスを早い風速で噴射し
て、該被処理物に付いている不純物や熱を吹き飛ばすガ
スシャワーノズルを設け、前記ガスシャワーノズルは、
ガス導入管接続口を基端部に有し且つ先端にガスシャワ
ー吹出し口を有した長尺で幅広薄形な中空偏平箱状のノ
ズル本体と、このノズル本体内の基端側から順に配しガ
ス導入管接続口から侵入するガス流を該ノズル本体内の
幅方向に拡散・変流させながら段階的に圧力分布を均一
化する複数種の邪魔板と、ノズル本体内の最終邪魔板か
ら先端吹出し口までにそれぞれ亘って並列配置する複数
枚の整流板とを備え、これら各整流板相互間の長いラン
ディング区間にガス流を助走させて先端吹出し口より幅
広薄膜状に直進的に吹出す構成としたことを特徴とす
る。

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】このガスシャワーノズルによれば、多段に
保持された多数枚の半導体ウエハ相互間からにＯ_２ 等
のガス状不純物や粒子状不純物（パーティクル）の吹き
飛ばし並びに熱の巻き込み防止が一層確実なものとな
る。

【００１８】

【実施例】以下、本発明に係わるガスシャワーノズルを
備えた縦型熱処理装置の一実施例を図面を参照しながら
説明する。

【００１９】まず、図１は本実施例に係わる縦型熱処理
装置の構成を示す縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿
う縦断面図、図３は同装置の横断面図、図４は図３のＢ
−Ｂ線に沿う断面図、図５は制御システムを示す概略図
である。この縦型熱処理装置は、被処理物としての半導
体ウエハに絶縁膜を生成する酸化装置或いはＣＶＤ装置
として利用されるものである。

【００２０】図１乃至図３に示す如く、本実施例に係わ
る縦型熱処理装置は装置本体１を有する。この装置本体
１はハウジングパネル１ａを用いた幅寸法１メートル程
度、奥行き寸法２メートル程度で、高さが３メートル程
度の大型箱状をなす構造で、この前面部を工場内のクリ
ーンルーム２に臨ませ、その他大部分を隔壁３により隔
絶されたメンテナンスルーム４内に納まるように設置さ
れている。

【００２１】この装置本体１内の後部略上半部には、被
処理物としての薄いディスク状の半導体ウエハ５に所定
の処理を施す処理室１０が隔壁１１，１２により区画構
成されていると共に、この処理室１０の丁度真下にロー
ディングエリア１３が隔壁１２，１４により気密性を持
つ状態に区画構成され、更に、装置本体１内の前側略半
分に複数枚例えば２５枚の半導体ウエハ５を並列状態に
収納保持したキャリア６の搬入出用エリア（Ｉ／Ｏエリ
ア）１５が隔壁１１，１４により前記処理室１０並びに
ローディングエリア１３と隔絶して区画構成されてい
る。

【００２２】また、その搬入出用エリア１５とローディ
ングエリア１３を仕切る隔壁１４の一部に嵌め込むよう
にして気密性を持つ小形のパスボックス１６がスタンド
１７を介し適当高さに支持されている。このパスボック
ス１６内に移載用ステージ１８が上下２段に配設され、
それぞれの上面に前記キャリア６を一個ずつ受け入れら
れるようになっている。

【００２３】更に各部の詳細を述べると、まず装置本体
１の前面パネル部には、複数枚の半導体ウエハ５を収納
したキャリア６を搬入出用エリア１５内に搬入したり逆
に取り出したりするための、前面扉２０が自動的に縦に
開閉するように設けられている。

【００２４】その内側の搬入出用エリア１５内には、キ
ャリア６を搭載できるＩ／Ｏポートとしての姿勢変換機
構２１が２台左右に配設されている。これら姿勢変換機
構２１は、この上面に載せられた上向き状態（半導体ウ
エハ５が立って保持された状態）のキャリア６を９０度
転換して横向きにしたり、逆に横向き状態から上向きに
したりする働きをなす構成である。

【００２５】また、搬入出用エリア１５内には、姿勢変
換機構２１の直ぐ後側位置にキャリアトランスファ２２
がエレベータ２３を介し昇降可能に設置されていると共
に、この後側で前記パスボックス１６の上方位置に、キ
ャリアストックステージ２４が設けられている。これは
前記姿勢変換機構２１からキャリアトランスファ２２に
より搬送されて来るキャリア６をそれぞれ横向きのまま
２列４段に保管できる複数の棚２４ａを有している。

【００２６】こうした搬入出用エリア１５内雰囲気は大
気であるが、ここで各キャリア６内の半導体ウエハ５の
主面のパーティクル（微小粒子）等の付着ダストをクリ
ーンエアにより出来るだけ除去するために、まず、該搬
入出用エリア１５内のキャリアストックステージ２４裏
面と隔壁１１との間にフィルタ並びにファンを内蔵した
縦長の第１のフィルタユニット２５が設置されている。
この第１のフィルタユニット２５は、上端に前記装置本
体１の天板部に開口するクリーンエア吸引口２５ａを有
し、ここからメンテナンスルーム４内のクリーンエアを
吸い込んで、フィルタを介し前記キャリアストックステ
ージ２４のキャリア６内の水平状態の半導体ウエハ５に
向けてサイドフローできる。このサイドフローを助ける
ために多数の孔を形成した整流板２６がキャリアストッ
クステージ２４の前面側に垂直に設置されている。

【００２７】また、その整流板２６の前側下端寄りにフ
ィルタとファンを内蔵した第２のフィルタユニット２７
が設置され、これで前記第１のフィルタユニット２５か
ら整流板２６を通して来たクリーンエアを再度清浄化し
ながら、真下の左右の姿勢変換機構２１上のキャリア６
内の垂直状態の半導体ウエハ５に向けてダウンフローで
きるようになっている。

【００２８】更に、その真下である装置本体１の床プレ
ートにスノコ状の吸い込み口２８が形成されて、前記第
２のフィルタユニット２７から下流したクリーンエアを
装置本体１外のメンテナンスルーム４に放出するように
なっている。

【００２９】前記移載用ステージ１８を上下２段に配し
たパスボックス１６は、小型（小容量）の縦長箱状で、
この搬入出用エリア１５側面とローディングエリア１３
側面とにそれぞれオートドア３１，３２を備えている。
これらオートドア３１，３２は各々独自の開閉駆動部を
備え、交互に開閉して搬入出用エリア１５とローディン
グエリア１３と連通／遮断可能となっている。その搬入
出用エリア１５側のオートドア３１が開くことで、前記
キャリアトランスファ２２によりキャリア６が上下２段
の移載用ステージ１８上に一個ずつ搬入されたり、逆に
搬出される。

【００３０】一方、前記処理室１０内には縦型のプロセ
ス容器４１が設置されている。このプロセス容器４１は
例えば石英等によって形成されたプロセスチューブなど
と称される加熱炉で、断面逆Ｕ字形容器、即ち上端閉塞
の縦型略円筒形状をなす。このプロセス容器４１の外周
を取り囲むようにヒータ４２が設けられ、更にその周囲
には冷却パイプや断熱材等を組み込んだ保護カバー４３
が被せられている。

【００３１】また、このプロセス容器４１の開口下端に
はマニホールド４４が接続して設けられている。このマ
ニホールド４４は上下フランジ付き矩形円筒体状のもの
で、図１に示すように、この周壁部に前記プロセス容器
４１内のガスを排気するオートダンパー４５ａ付き排気
管４５が接続され、この先端が装置本体１外に導出され
て工場排気装置４６（図５参照）に接続されている。ま
た、そのマニホールド４４を介してプロセス容器４１内
に新たなガスを導入するガス導入管５６が設けられてい
る。このガス導入管５６は先端が装置本体１外に導出さ
れ、図５に示す如く自動切替えバルブ４７を介し所定の
プロセスガス（処理ガス）供給装置４８と不活性ガス装
置４９とに接続されて、交互にプロセスガスと不活性ガ
ス（この実施例では例えばＮ₂ ガス）をプロセス容器４
１内に導入できるようになっている。

【００３２】更に、前記プロセス容器４１下部のマニホ
ールド４４の周囲には、前記隔壁１２とこの下面に固定
した角皿状のケース５１ａとにより、環状室状のスカベ
ンジャー５１が構成され、このスカベンジャー５１内か
らプロセス容器４１下部周囲に滞留する熱や不要ガスを
常時排出する熱排気管５２が導出され、この先端が装置
本体１外に導出されて工場排気装置４６（図５参照）に
接続されている。また、この熱排気管５２の途中にはオ
ートダンパー５４ａ付き分岐管５４が処理室１０内に位
置して設けられている。

【００３３】なお、そのスカベンジャー５１のケース５
１ａ底面中央部が前記マニホールド４４下端と連通する
状態に開口されて、プロセス容器４１内への半導体ウエ
ハ（被処理物）５の挿脱口としての炉口４１ａを構成し
ている。この炉口４１ａを下面側からＯリングを介し気
密状態に閉塞するオートシャッター５５が前記ローディ
ングエリア１３内に設置されている。このオートシャッ
ター５５は開閉駆動部５５ａにより上下動と横方向の回
動を行って炉口４１ａを開閉する。

【００３４】前記ローディングエリア１３内には前記処
理室１０のプロセス容器４１内に半導体ウエハ５を挿脱
するローディング機構としてのウエハボート６１とボー
トエレベータ６２とが設置されている。このウエハボー
ト６１は石英製の縦長やぐら状のもので、多数枚の半導
体ウェハ５をそれぞれ水平状態で上下に間隔を存して多
段に収納保持する構成である。

【００３５】このウエハボート６１がボートエレベータ
６２により前記プロセス容器４１の炉口４１ａの丁度真
下に垂直状態に支持されている。このウエハボート６１
が多数枚の半導体ウエハ５を収納した状態で、前記シャ
ッター５５の開放に伴い、ボートエレベータ６２により
上昇してプロセス容器４１内に挿入されたり、逆にプロ
セス容器４１内から下降して引き出されたりする。な
お、このウエハボート６１が上昇してプロセス容器４１
内に挿入されたとき、このウエハボート６１下部のフラ
ンジ６１ａが炉口４１ａを前記オートシャッター５５に
代わって閉塞してプロセス容器４１内を密閉状態にでき
る。

【００３６】また、ローディングエリア１３内のウエハ
ボート６１とパスボックス１６との間には、移載機（ウ
エハトランスファ）６３が移載用エレベータ６４に昇降
可能に支持されて設置されている。この移載機６３は昇
降しながら、前記パスボックス１６内の上下２段の移載
用ステージ１８上のキャリア６内の半導体ウエハ５を一
枚ずつ取り出して、ローディングエリア１３のウエハボ
ート６１に収納保持させたり、その逆にウエハボート６
１から半導体ウエハ５を移載用ステージ１８上のキャリ
ア６内に戻したりする働きをなす。

【００３７】前記装置本体１内に隔壁１２、１４により
区画されたローディングエリア１３内を陽圧の不活性ガ
ス雰囲気に置換・維持するために、第１のガス給排手段
としてのガス導入管７１と排気管７２とが備えられてい
る。

【００３８】そのガス導入管７１は、後述するガス循環
冷却浄化システムとして装置本体１の床下に設置された
ガス循環経路８１途中の送風ファン８２の一次側（吸い
込み側）に接続して設けられている。このガス導入管７
１は装置本体１外に導出され、図５に示す如く流量調整
バルブ７３並びにレギュレータ７４を介し不活性ガス供
給装置４９に接続されて、不活性ガスとしてＮ₂ ガスを
前記ガス循環経路８１を介しローディングエリア１３内
に導入できるようになっている。排気管７２はローディ
ングエリア１３内の下流側から導出され、途中にオート
ダンパー７２ａを備えて、前述した工場排気装置４６に
接続されている。

【００３９】ローディングエリア１３内の初期置換時に
は、そのオートダンパー７２ａが開いて、工場排気装置
４６によりローディングエリア１３内の排気を行うと共
に、Ｎ₂ ガスを２００〜４００リットル／min 程度で導
入する。その置換後の定常時は、Ｎ₂ ガス導入量を５０
リットル／min 程度に絞り、排気管７２のオートダンパ
ー７２ａは閉じて、ローディングエリア１３の隙間排気
或いは圧力調整ダンパーにより該ローディングエリア１
３内を適度な陽圧のＮ₂ ガス雰囲気に維持するようにな
っている。なお、その隙間排気による漏れガスは前記ス
カベンジャー５１の熱排気管５２のオートダンパー５４
ａ付き分岐管５４から工場排気される。

【００４０】前記ガス循環冷却浄化システムは、半導体
ウエハ５の処理作業を繰り返し行っても、ローディング
エリア１３内のＮ₂ ガス雰囲気を高純度に維持すると共
に異常な温度上昇を防止する。このシステム構成とし
て、まずローディングエリア１３内のＮ₂ ガスを一度系
外に取り出し、それを浄化・冷却した後に再びローディ
ングエリア１３内に還流させるガス循環経路８１が前記
装置本体１の床下に設けられ、この途中に送風機８２が
設置されていると共に、その送風機８２の二次側にガス
フィルタとしてのケミカル用フィルタ８３が設置され、
更にその二次側にガス冷却器８４が設置されている。な
お、そのケミカル用フィルタ８３はガス状不純物（水分
・酸素・炭化水素・その他）を吸収するジルコニア等の
金属ゲッターを用途に応じ交換可能に内蔵したガス浄化
器である。また、ガス冷却器８４は通水可能な冷却パイ
プに放熱フィンを設けたラジエータタイプのもので、二
次側吹き出しガス温度が５０℃以下となるような冷却能
力を有する。

【００４１】こうしたガス循環経路８１からのＮ₂ ガス
を受け入れてローディングエリア１３内に吹き出すガス
フィルタとしてのパーティクル用フィルタ８５が該ロー
ディングエリア１３内の一側面部に設けられている。こ
のパーティクル用フィルタ８５は、縦置き形のＵＬＰＡ
グレードのアブソリュートフィルタで、Ｎ₂ ガス中の微
粒子状不純物（ごみ等のパーティクル）をろ過捕集する
と共に、そのＮ₂ ガスをローディングエリア１３内に一
側方から水平層流状態に吹き出す。また、そのＮ₂ ガス
の水平層流状態をより確実なものにするために、ローデ
ィングエリア１３内の他側面に多数の孔を形成した整流
板８６がフィルタ８５と対向するように垂直に設けら
れ、この整流板８６を通してこの裏面空間８７からＮ₂
ガスが前記ガス循環経路８１に吸引導通されて行くよう
になっている。

【００４２】ここで、前記ローディングエリア１３内上
部には、ローディングエリア１３からローディング機構
により半導体ウエハ５をプロセス容器４１に挿脱（ロー
ド／アンロード）するとき、そのプロセス容器４１の被
処理物挿脱口である炉口４１ａ下側近傍にて、不活性ガ
スを早い風速で噴射して、該被処理物に付いている不純
物や熱を吹き飛ばすガスシャワー機構９０が設けられて
いる。

【００４３】このガスシャワー機構９０は、図５に示す
如くバルブ９１並びにレギュレータ７３を介し不活性ガ
ス供給装置４９に接続されたガス導入管９２と、図１に
示すた如くガス導入管９２先端に接続して前記スカベン
ジャー５１のケース５１ａ下面にブラケット９３を介し
固定され、不活性ガスをローディング機構による半導体
ウエハ５の挿脱方向と直交する向き（水平向き）で且つ
該半導体ウエハ５の略全幅に亘る幅広薄膜状に直進的に
噴射する特殊なガスシャワーノズル９４を備えてなる。

【００４４】そのガスシャワーノズル９４は、図６乃至
図８に示す如く、まず、縦断面略逆Ｌ字形に屈曲された
長尺で幅広薄形な中空偏平箱状のノズル本体９５を主体
とし、このノズル本体９５の基端部（垂下部下端）中央
に前記ガス導入管９２が接続する接続口（管継手）９５
ａを有し、且つ先端（水平端部）にガスシャワー吹出し
口９５ｂを有している。なお、このノズル本体９５は全
体がＳＵＳ製薄板で作られたもので、この基端から先端
までの全長は略３６０mm程度で長く、幅寸法は被処理物
である半導体ウエハ５の直径（全幅）に略匹敵するよう
に２３０mm程度と広く、且つ厚さは１４mm程度と薄くさ
れている。

【００４５】このノズル本体９５内には、図７及び図８
に示す如く、基端側（下端側）から上方に順に配しガス
導入管接続口９５ａから侵入するガス流を該ノズル本体
９５内の幅方向に拡散・変流させながら段階的に圧力分
布を均一化する複数種の邪魔板９６，９７，９８ａ、９
８ｂ，９８ｃ，９８ｄ，９８ｅ，９８ｆが設置されてい
る。その最初の邪魔盤９６は接続口９５ａと対向する小
さな半円弧板状をなしている。次の邪魔板９７は複数の
切欠９７ａを等間隔を存し有してノズル本体９５内の全
幅に亘り配する略ハの字形板状をなしている。次の邪魔
板９８ａ〜９８ｆはそれぞれノズル本体９５内全幅に亘
り水平に配する断面Ｌ字形板状のもので、これらが千鳥
状に間隔を存し並列してジグザグなガス流路を構成して
いる。

【００４６】また、ノズル本体９５内の最終邪魔板９８
ｆ上から先端吹出し口９５ｂまでにそれぞれ亘って複数
枚の整流板９９が並列配置して設けられている。これら
整流板９９はノズル本体９５内を幅方向に仕切って、そ
の各相互間に長いランディング区間９９ａを確保した構
成である。

【００４７】こうしたガスシャワーノズル９６は、ラン
ディング（助走）距離が長く、前記ウエハボート６１を
プロセス容器４１に挿脱（ロード／アンロード）すると
き、Ｎ₂ ガスを５０〜１００リットル／min で前記プロ
セス容器４１の炉口４１ａの下側近傍に真横から幅広薄
膜状の水平流で直進的に且つ前記ＵＬＰＡフィルタ８５
からの吹き出し水平層流風より早い風速（０．７５ｍ／
sec ）で吹き出し、このＮ₂ シャワーにより該ウエハボ
ート６１に多段に配して保持されている半導体ウエハ５
相互間のＯ₂ 等の不純物や熱気を追い出すようになって
いる。

【００４８】なお、前記パスボックス１６には該ボック
ス内を不活性ガスに置換する第２のガス給排手段として
のガス導入管１０１と噴射器１０２と排気管１０３とが
備えられている。そのガス導入管１０１は図５に示す如
くバルブ１０４並びにレギュレータ９３を介し不活性ガ
ス供給装置４９に接続されおり、この先端が図４に示す
如く上方からパスボックス１６内の噴射器１０２に接続
されている。その噴射器１０２によりパスボックス１６
内にこの一側方から常時５０リットル／min のＮ₂ ガス
を導入噴射できる一方、これと対向する他側に前記排気
管１０３が接続され、この排気管１０３がオートダンパ
ー１０３ａを介し工場排気装置４６に接続されて、パス
ボックス１６内のガスを押し流す状態で常時排気できる
ようになっている。

【００４９】この噴射器１０２は、パスボックス１６内
の一側寄りに上端から下端近傍までに亘り垂設したパイ
プ状のインジェクターで、周面に上下に間隔を存して多
数の小孔を穿設しており、この各小孔からＮ₂ ガスをパ
スボックス１６内の上下各段の移載用ステージ１８上空
間に一側方から水平流として導入噴射する。そのインジ
ェクターによるＮ₂ ガス吹き出し速度は０．７５ｍ／se
c が可能とされており、移載用ステージ１８上のキャリ
ア６が横に寝た状態で両側面に多数のスリットを有して
いることから、これらスリットを介しＮ₂ ガスが該キャ
リア６内を半導体ウエハ５の主面と平行する向き（水平
向き）で一側方から他側方に流れ抜けて、該半導体ウエ
ハ５相互間のＯ₂ 等の不純物を追い出すようになってい
る。

【００５０】また、図５に示す如く、前記ローディング
エリア１３内とパスボックス１６内との酸素濃度検知手
段としてのガス導通配管１１１と１１２とが設けられ、
これらが共通の一個の酸素濃度計（Ｏ₂ センサー）１１
３に接続されている。この酸素濃度計１１３は三方切替
えバルブとガス導出ポンプを内蔵したもので、前記ロー
ディングエリア１３内とパスボックス１６内との酸素濃
度が２０PPm 以下か否かを測定するようになっている。

【００５１】また、その酸素濃度計１１３からの信号
と、前記ローディングエリア１３内に気圧を測定する圧
力センサー１１４からの信号とを受けるコントローラ１
１５が設けられている。このコントローラ１１５からの
制御指令でもって、前記オートダンパー４５ａ，５４
ａ，７２ａ，１０３ａと、バルブ４７，７３，９２，１
０４と、前面扉２０及びオートドア３１，３２並びにオ
ートシャッター５５と、キャリアトランスファ２２及び
移載機６３と、ボートエレベータ６２等の各稼働部がそ
れぞれ自動的にシーケンス制御されるようになってい
る。

【００５２】このような構成の縦型熱処理装置の作用を
述べると、まず、装置本体１内に区画構成されたローデ
ィングエリア１３は比較的狭いので、初期置換時には、
第１のガス給排手段としての排気管７２のオートダンパ
ー７２ａが開いて、工場排気装置４６によりローディン
グエリア１３内の排気を行うと共に、ガス導入管７１か
らＮ₂ ガスを４００リットル／min 程度で導入する。こ
うした比較的少ないＮ₂ ガス供給量で大気から不活性ガ
スに楽に置換可能となる。

【００５３】その置換後の定常時は、ガス導入管７１か
らのＮ₂ ガス導入量を５０リットル／min 程度の少量に
絞り、排気管７２のオートダンパー７２ａは閉じて、ロ
ーディングエリア１３の隙間排気或いは圧力調整ダンパ
ーにより該ローディングエリア１３内を適度な陽圧（ク
リーンルーム２内とメンテナンスルーム４内との差圧が
０．６〜０．７mmＨ₂ Ｏの時に、クリーンルーム２の気
圧より０．２mmＨ₂ Ｏ程高い０．９mmＨ₂ Ｏ程度）のＮ
₂ ガス雰囲気に維持する。なお、その隙間排気による漏
れガスはスカベンジャー５１の熱排気管５２のオートダ
ンパー５４ａ付き分岐管５４から常時工場排気される。

【００５４】一方、移載用ステージ１８を囲むパスボッ
クス１６には、第２のガス給排手段としてのガス導入管
１０１から噴射器１０２を介し常時５０リットル／min
のＮ₂ ガスを一側方から水平流で噴射導入し、他側方の
排気管１０３から押し出すように排気する。こうするこ
とで、該パスボックス１６内は容量が小さいので、非常
に少ないＮ₂ ガス供給量で大気から不活性ガスに素早く
置換される。

【００５５】こうした状態で、まず、前面扉２０が自動
的に開き、外部から多数枚の半導体ウエハ５を収納した
キャリア６を搬入出用エリア１５内Ｉ／Ｏポートとして
の左右の姿勢変換機構２１にそれぞれ搬入搭載する。こ
れら姿勢変換機構２１がキャリア６を上向き状態から９
０度転換して横向きにし、これをキャリアトランスファ
２２が次々と受け取って、エレベータ２３を介し昇降し
ながら、一度上方のキャリアストックステージ２４に搬
送する。この状態で各キャリア６内の半導体ウエハ５の
主面のパーティクル（微小粒子）等の付着ダストをクリ
ーンエアにより除去する。

【００５６】こうした後に、タイミングを図って、前記
パスボックス１６の搬入出用エリア１５側のオートドア
３１が開き、キャリアトランスファ２２がキャリアスト
ックステージ２４からキャリア６を運んで該パスボック
ス１６内の上下各段の移載ステージ１８上に搬入する。
この作業時、一時的にパスボックス１６内に大気が入る
が、その後はオートドア３１が閉じてパスボックス１６
内を密閉状態とすることで、前述の如くガス導入管１０
１から噴射器１０２を介し供給されるＮ₂ ガスで短時間
で大気を追い出して不活性ガスに置換される。

【００５７】この際、第２のガス給排手段の噴射器１０
２であるインジェクターは、多数の小孔からＮ₂ ガスを
パスボックス１６内の上下各段の移載用ステージ１８上
空間に一側方から早い流速の水平流として導入噴射して
いるので、そのパスボックス１６内の各移載用ステージ
１８上に横に寝た状態のキャリア６の両側面の多数のス
リットを介し、該Ｎ₂ ガスが半導体ウエハ５の主面と平
行する向き（水平向き）で一側方から他側方に流れ抜け
て、ここでも該半導体ウエハ５相互間のＯ₂ 等の不純物
を追い出すようにして除去する。

【００５８】こうしてパスボックス１６内がＮ₂ ガス雰
囲気に置換された後、そのローディングエリア１３側の
オートドア３２が開き、そのパスボックス１６内の上下
各段の移載ステージ１８上のキャリア６内の半導体ウエ
ハ５を移載機６３が一枚ずつ取りだして、ローディング
機構のウエハボート６１に移載する。この作業中、パス
ボックス１６内がＮ₂ ガス雰囲気に置換されているの
で、ローディングエリア１３内に大気等が侵入する心配
がない。

【００５９】このローディングエリア１３内のウエハボ
ート６１に移載された多数枚の半導体ウエハ５は、オー
トシャッター５５が開き、ボートエレベータ６２により
ウエハボート６１ととも共に上昇せしめられて処理室１
０のプロセス容器４１内に挿入される。そして、下部フ
ランジ６１ａで炉口４１ａを閉じた状態で、プロセス容
器４１内のＮ₂ ガス雰囲気が排気管４５により排気され
ると共に、ガス導入管５６からプロセスガスがプロセス
容器４１内に導入されて、ヒーター４２の加熱により半
導体ウエハ５に所要の処理が施される。

【００６０】その処理後は、プロセス容器４１内のプロ
セスガスを排気管４５より排気すると共に、ガス導入管
５６からＮ₂ ガスを供給して、該プロセス容器４１内を
ローディングエリア１３内と同じＮ₂ ガス雰囲気に置換
する。こうしてからボートエレベータ６２により下降し
てウエハボート６１と共に処理済み半導体ウエハ５をロ
ーディングエリア１３内に引き戻す。その時点で再びオ
ートドア３２が開き、移載機６３が稼働してウエハボー
ト６１内の処理済み半導体ウエハ５を取り出してパスボ
ックス１６内の上下各段の移載ステージ１８上のキャリ
ア６内に戻す。そして、ローディングエリア１３側のオ
ートドア３２が閉じ、この反対のオートドア３１が開
き、キャリアトランスファ２２が稼働して該キャリア６
を取り出して一度上方のキャリアストックステージ２４
に搬送する。

【００６１】その後は、搬入出用エリア１５の前面扉２
０が開き、再びキャリアトランスファ２２が稼働して、
キャリアストックステージ２４のキャリア６を次々左右
の姿勢変換機構２１に受け渡し、これらが上向き状態に
９０度転換する。これで該処理済み半導体ウエハ５を収
納したキャリア６を外部に取り出せるようになる。

【００６２】こうすることで、半導体ウエハ５の搬入出
の際にローディングエリア１３内に大気が侵入して来る
ことがなくなり、全体的に不活性ガスの消費量が少なく
て済み、経費の節減が可能となると共に、ローディング
エリア１３内を陽圧で高純度の不活性ガス雰囲気に維持
できて、半導体ウエハ５のプロセス容器４１内へのロー
ド／アンロード時の自然酸化膜の発生や、半導体ウエハ
５への不純物の付着や化学反応を抑制するのに大に役立
つようになる。

【００６３】こうした半導体ウエハ処理作業を繰り返し
行っていると、特にウエハボート６１のプロセス容器４
１への挿脱（（ロード／アンロード）時、ローディング
エリア１３内のＮ₂ ガス雰囲気中にカーボン等のガス状
不純物が発生したり、オイルミストやごみなどの粒子状
不純物（パーティクル）が発生し、それら不純物が半導
体ウエハに付着したり化学反応（ケミカルコンタミネー
ション）を起こして、半導体素子の特性や歩留まりの悪
化の原因となる。また、同時に炉口４１ａの開放による
プロセス容器４１内からの熱気の放出や、高温（１００
０℃程度）に加熱された処理済み半導体ウエハ５からの
輻射熱等により、ローディングエリア１３内のＮ₂ ガス
雰囲気が異常に昇温する。

【００６４】こうしたことから、パージガスとして清浄
なＮ₂ ガスを前述の如くガス導入管７１から常時供給し
続ける一方、ガス循環冷却浄化システムが絶えず稼働
し、そのローディングエリア１３内のＮ₂ ガスを不純物
と一緒に送風機８２の作用により整流板８６を介し一度
ガス循環経路８１に導通し、これをケミカル用フィルタ
（ガス浄化器）８３によりガス状不純物（水分・酸素・
炭化水素・その他）を吸収しすると共に、そのＮ₂ ガス
をガス冷却器８４に通して５０℃以下となるように冷却
する。更にＵＬＰＡグレードのアブソリュートタイプの
パーティクル用フィルタ８５によりＮ₂ ガス中の微粒子
状不純物（ごみ等のパーティクル）をろ過捕集すると共
に、そのＮ₂ ガスをローディングエリア１３内に一側方
から水平層流状態に吹き出して還流させている。

【００６５】これで、該ローディングエリア１３内のＮ
₂ ガス雰囲気が高純度に維持されると共に、異常な温度
上昇が防止される。しかもそのフィルタ８５からＮ₂ ガ
スがローディングエリア１３内に一側方から水平層流
（ラミナーフロー）状態に吹き出されるので、ローディ
ングエリア１３内においても、ウエハボート６１に多段
に配して水平に保持された多数枚の半導体ウエハ５相互
間のＯ₂ 等の不純物が追い出すようにして除去されるよ
うになる。

【００６６】さらに、ウエハボート６１のプロセス容器
４１への挿脱（ロード／アンロード）時、ガスシャワー
機構９０が稼働し、スカベンジャー５１の下面のガスシ
ャワーノズル９４の長いランディング区間を通ってＮ₂
ガス流が助走し、その先端吹出し口よりＮ₂ ガスが高速
で炉口４１ａの下側近傍に真横から水平流で幅広薄膜状
に直進的に吹出され、このＮ₂ シャワーにより該ウエハ
ボート６１に多段に配して水平に保持されている半導体
ウエハ５相互間のＯ₂ 等の不純物や熱気が確実に追い出
されるようになる。これで半導体上は５への不純物の付
着や化学反応（自然酸化膜等の発生）の抑制を更に一側
確実なものととすることができるようになる。

【００６７】なお、前述の実施例の処理装置は、被処理
物として半導体ウエハ５に絶縁膜を生成する酸化装置或
いはＣＶＤ装置として利用されるものとしたが、被処理
物の種類や処理の種類は特に限定されるものではなく、
他の種の処理を行う処理装置であってもよいことはもち
ろんである。これら処理の種類に応じて前述のＮ₂ ガス
以外の不活性ガスを供給するようにしても良い。

【００６８】

【発明の効果】本発明によれば、ガスシャワーノズル
は、ランディング（助走）距離が長く、被処理物を処理
室に挿脱（ロード／アンロード）するとき、ガスを挿脱
口付近で、真横から幅広薄膜状の水平流で直進的に吹き
出し、このガスシャワーによりウエハボートに多段に配
して保持されている被処理物相互間の不純物や熱気を効
率的に追い出すことができる。また、ノズル本体が薄形
な中空偏平箱状であるため、狭いスペースに設置するこ
とができる。

【００６９】また、本発明のガスシャワーノズルは、前
記処理装置のガスシャワー機構に用いるのに特に有効
で、被処理物をローディングエリアから処理室内に挿脱
するとき、被処理物に付いているＯ₂ 等の不純物や熱を
確実に吹き飛ばせる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の処理装置の一実施例に係わる縦型熱処
理装置の構成を示す断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う縦断面図。

【図３】同装置の横断面図。

【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図。

【図５】制御システムを示す概略図。

【図６】ガスシャワーノズルの平面図。

【図７】ガスシャワーノズルの正面図。

【図８】ガスシャワーノズルの縦断面図。

【符号の説明】

１…装置本体、５…被処理物（半導体ウエハ）、１０…
処理室（４１…プロセス容器）、１３…ローディングエ
リア、４１…挿脱口（炉口）、６１，６２…ローディン
グ機構（６１…ウエハボート、６２…ボートエレベー
タ）、９０…ガスシャワー機構、９２…ガス導入管、９
４…ガスシャワーノズル、９５…ノズル本体、９５ａ…
ガス導入管接続口、９５ｂ…ガス吹出し口、９６，９
７，９８ａ〜９８ｆ…邪魔板。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−206826（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−99433（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/22 511

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理物に所定の処理を施す処理室に対
   し、被処理物を挿脱するローディング機構を設置したロ
   ーディングエリアを備えている縦型熱処理装置であっ
   て、 前記ローディングエリアを不活性雰囲気とすると共に、
   このローディングエリアからローディング機構により被
   処理物を処理室に挿脱するときに、その処理室の被処理
   物挿脱口近傍にて、前記被処理物の挿脱方向と直交する
   向きで、且つ該被処理物の略全幅に亘る幅広薄膜状に直
   進的に噴射する不活性ガスを早い風速で噴射して、該被
   処理物に付いている不純物や熱を吹き飛ばすガスシャワ
   ーノズルを設け、 前記ガスシャワーノズルは、ガス導入管接続口を基端部
   に有し且つ先端にガスシャワー吹出し口を有した長尺で
   幅広薄形な中空偏平箱状のノズル本体と、このノズル本
   体内の基端側から順に配しガス導入管接続口から侵入す
   るガス流を該ノズル本体内の幅方向に拡散・変流させな
   がら段階的に圧力分布を均一化する複数種の邪魔板と、
   ノズル本体内の最終邪魔板から先端吹出し口までにそれ
   ぞれ亘って並列配置する複数枚の整流板とを備え、これ
   ら各整流板相互間の長いランディング区間にガス流を助
   走させて先端吹出し口より幅広薄膜状に直進的に吹出す
   構成としたことを特徴とするガスシャワーノズルを備え
   た縦型熱処理装置 。