JP3372585B2 - 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処理装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】半導体プロセスにおいては、被処理物と
しての半導体ウエハに酸化膜を形成したり、熱ＣＶＤ法
により薄膜を形成したり、熱拡散法により高不純物濃度
領域を形成するなど、各種の処理装置が行われる。これ
ら各種の処理に最近では縦型の熱処理装置が多く採用さ
れて来ている。 【０００３】この縦型の熱処理装置では、多数枚の半導
体ウエハを整列収納したカセット（かご状のキャリア）
を搬送装置により装置本体内に出し入れ口より搬入する
と、そのカセットをトランスファにより装置本体内の移
載用ステージ上に載せ、そこからカセット内の半導体ウ
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保持し、その
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
プロセス容器内に半導体ウエハを搬入し、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。 【０００４】その処理済みの半導体ウエハは、ウエハボ
ートと一緒にプロセス容器内から下方に引き出し、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、そのキャリアごと出し入れ口から装置本体外に搬出
して次の工程の処理装置に移送するようにしている。 【０００５】こうした熱処理装置での処理作業におい
て、半導体ウエハのプロセス容器への挿脱の際、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。
また、装置本体内にカーボン等のガス状不純物やオイル
ミストやごみなどの粒子状不純物（パーティクル）が存
在すると、こ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。 【０００６】このために、装置本体ををクローズドシス
テム構造とし、ガス給排手段により例えばＮ₂ ガス等の
不活性ガスを供給して、常に陽圧の高純度の不活性ガス
雰囲気（非酸素雰囲気）に置換維持することにより、装
置本体内から大気（Ｏ₂ ）並びにパーテクル等の不純物
を排除することが望まれれている。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
如く装置本体内をＮ₂ ガス等の不活性ガス雰囲気に置換
維持しても、外部から搬入されて来る半導体ウエハと一
緒に大気（Ｏ₂ ）やガス状不純物や粒子状不純物（パー
ティクル）が侵入し易く、特にかご状のカセット内に多
数枚整列収納された半導体ウエハは、装置本体への搬送
中に大気にさらされ、それらウエハ相互の狭い隙間に不
純物が入り込んで、そのまま装置本体内に持ち込まれて
しまう。この不純物を排除するのはなかなか困難で、大
量のＮ₂ パージガスが必要で不経済であると共に時間が
かかり処理能率低下を招くなどの問題がある。 【０００８】本発明は、前記事情に鑑みなされたもの
で、半導体ウエハ等の被処理物を大気にさらすことなく
不活性ガス雰囲気の中で処理装置本体に対し搬入したり
搬出したりでき、大気（Ｏ_２ ）やガス状不純物や粒子
状不純物（パーティクル）の被処理物への付着並びに処
理装置本体内への侵入を防止するのに有効な処理装置を
提供することを目的とする。 【０００９】 【課題を解決するための手段と作用】本発明は前記目的
を達成するために、内部を不活性ガスに置換するガス給
排手段を備えたパスボックスと、被処理物を挿脱可能に
収納するとともに、前記パスボックス内に搬入出される
被処理物搬送ボックスとからなり、前記被処理物搬送ボ
ックスは、ボックス本体と、該ボックス本体内で被処理
物を収納するカセットと、前記ボックス本体を密封状態
に閉塞して内部を不活性ガス雰囲気に維持する開閉操作
可能な蓋とを備え、前記ガス給排手段によって前記パス
ボックス内を不活性ガス雰囲気に置換した後、前記ボッ
クス本体と前記蓋とを開放し、前記被処理物搬送ボック
スに収納された被処理物を装置本体内方に移送する処理
装置であって、前記パスボックスは、前記ボックス本体
を把持して引き上げると共に、ボックス本体の通気弁を
開放することによりパスボックス内とボックス本体内の
圧力を略同圧とし、前記ボックス本体と前記蓋とを分離
して、ボックス本体を自動的に開放する蓋取り機構を備
えていることを特徴とする。 【００１０】 【００１１】 【００１２】これで一時的にパスボックス内に大気が入
るが、前記外側のドアを内側のドア同様に閉じ、そのパ
スボックス内にガス給排手段により不活性ガスを供給し
て、大気並びに被処理物搬送ボックス外面に付着して来
た不純物を追い出す。なお、そのパスボックスは容量が
小さくて済むこと、また被処理物搬送ボックスは外形が
凹凸の少ない単純形状で済むことから、ガス給排手段か
ら比較的少量のガスを供給するだけで大気から高純度の
不活性ガス雰囲気に素早く置換できる。 【００１３】こうしてパスボックス内を不活性ガス雰囲
気に置換した状態で、蓋取り機構により被処理物搬送ボ
ックスの蓋を開放すると共に、パスボックスの内側のド
アのみ開いて、該パスボックス内の被処理物搬送ボック
ス内の被処理物を不活性ガス雰囲気に維持された処理装
置本体内の処理室に移送手段により移送して所要の処理
作業を行う。その処理済み被処理物は前記と逆の手順で
パスボックス内の被処理物搬送ボックス内の不活性ガス
雰囲気中に収納して次の処理工程などに搬出されるよう
になる。 【００１４】これにて、被処理物を大気にさらすことな
く不活性ガス雰囲気の中で処理装置に対し搬入したり搬
出したりでき、大気（Ｏ₂ ）やガス状不純物や粒子状不
純物（パーティクル）の被処理物への付着並びに処理装
置内への侵入を簡単かつ確実に防止できるようになる。 【００１５】 【００１６】この処理装置と前述のような被処理物搬送
ボックスとを用いれば、前述同様に被処理物搬送ボック
スが被処理物を不活性ガス雰囲気中に収納したまま送ら
れて来ると、この被処理物搬送ボックスをボックス保持
機構が処理装置本体の被処理物搬入出口に気密状態に直
接接合せしめ、この状態で装置本体内の蓋取りドア機構
が該被処理物搬送ボックスの蓋を取って一緒に処理装置
本体内方に開く。これで被処理物搬送ボックス内と処理
装置本体内とが大気と隔離したまま連通状態となり、そ
のまま該被処理物搬送ボックス内の被処理物を処理装置
本体内の処理室に移送手段により移送して所要の処理作
業を行う。これにて、前述同様の作用効果が得られると
共に、前述のパスボックスを省略できるようになる。 【００１７】 【実施例】以下、本発明に係わる被処理物搬送ボックス
と処理装置との第１の実施例を図１乃至図５を参照しな
がら説明する。ここでは半導体ウエハに絶縁膜を生成す
る酸化装置或いはＣＶＤ装置等として利用される縦型熱
処理装置を例示する。 【００１８】なお、図１は縦型熱処理装置の縦断面図、
図２は図１のＡ−Ａ線に沿う水平断面図、図３は図１の
Ｂ−Ｂ線に沿う断面図、図４は図１のＣ−Ｃ線に沿う縦
断面図、図５は処理装置全体のガス制御システムを示す
概略図である。 【００１９】まず、図１乃至図４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を用いた箱形状をなす
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。 【００２０】この装置本体１内の略上半部には、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６が隔壁７により区画構成されていると
共に、この処理室６の真下にローディングエリア８がＮ
₂ ガス等の不活性ガス雰囲気に置換維持されるように気
密性を持って区画構成されている。また、装置本体１の
前面部に半導体ウエハ５を収納した被処理物搬送ボック
ス９を挿脱するパスボックス１０が設けられている。 【００２１】更に各部の詳細を述べると、まず、被処理
物搬送ボックス９は図１乃至図３に示す如く、被処理物
である半導体ウエハ５を多数枚並列状態に収納保持した
カセット（かご状キャリア）１１を収納して搬送に供さ
れるもので、下面開放の適当大きさのハット形状をなす
ボックス本体１２と、この底面にシール材１３を介し接
合した蓋１４とを備え、且つそのボックス本体１２の側
壁部に常閉式の不活性ガス通気弁１５を設けた構成であ
る。 【００２２】この通気弁１５を介してＮ₂ ガス等の不活
性ガスを注入することで、内部全体を不活性ガス雰囲気
に置換維持できると共に、その内部の不活性ガスを通気
弁１５から吸出して内部を適度な負圧状態とすること
で、ボックス本体１２に対し蓋１４がシール部材１３を
介し吸着して閉塞保持され、通気弁１５から不活性ガス
を供給して負圧状態を解除してボックス本体１２を上方
に引上げることで、蓋１４と離れて開放し、この状態で
半導体ウエハ５を収納したカセット１１の挿脱や、該カ
セット１１内の半導体ウエハ５の挿脱が可能となってい
る。 【００２３】前記パスボックス１０は、装置本体１の前
面ハウジングパネル１ａに一体的に組付構成された小型
（小容量）の縦長箱体で、この前面部と後面部（処理装
置本体１内側）とにそれぞれスライド式にて開閉するオ
ートドア２０，２１が設けられている。これらオートド
ア２０，２１は各々独自の開閉駆動部を備え、交互に開
いたり同時にシール部材を介し機密に閉塞して内部全体
を密封できる。この外側のオートドア２０が開くことで
前記半導体ウエハ５を収納した被処理物搬送ボックス９
を外方から適宜搬送手段によりパスボックス１０内にス
ムーズに挿脱・収納でき、内側のオートドア２１が開く
ことでパスボックス１０が処理装置本体１内のローディ
ングエリア８と内部連通するようになっている。 【００２４】このパスボックス１０には該ボックス内を
不活性ガスに置換するガス給排手段としてのガス導入管
２４と排気管２５とが接続されている。このガス導入管
２４は図５に示す如くバルブ２６並びにレギュレータ２
７を介し不活性ガス供給装置２８に接続されおり、その
ガス導入管２４からパスボックス１０内に不活性ガスと
して例えばＮ₂ ガスを導入できる。一方、排気管２５が
オートダンパー２９を介し吸引ブロア付きの工場排気装
置３０に接続されて、パスボックス１０内のガスを吸引
排気できるようになっている。 【００２５】また、前記パスボックス１０には蓋取り機
構３３が設けらている。この蓋取り機構３３は、パスボ
ックス１０の上板部に立設した昇降用エアシリンダ３４
と、このピストンロッド下端に支持された開閉用エアシ
リンダ３５と、この開閉用エアシリンダ３５のピストン
ロッド両端に支持された左右一対のクランプアーム３６
とを備えてなり、パスボックス１０内の不活性ガス雰囲
気中にて開閉用エアシリンダ３５により左右のクランプ
アーム３６が接近して前記被処理物搬送ボックス９のボ
ックス本体１２を左右から掴み、このまま昇降用エアシ
リンダ３４によりボックス本体１２を上方に引上げるこ
とで、下端の蓋１４と離して開放するようになってい
る。 【００２６】なお、その蓋取り機構３３は、この左右一
方のクランプアーム３６の下端に突片状の弁操作部３７
を有し、前記蓋開放の際に、左右のクランプアーム３６
で被処理物搬送ボックス９のボックス本体１２を掴むと
同時に、該弁操作部３７がボックス本体１２の常閉式の
不活性ガス通気弁１５を押し開き、被処理物搬送ボック
ス９内部を適度な負圧状態からパスボックス１０内と同
じ気圧とすることで、ボックス本体１２に対する蓋１４
の吸着解除を行うようになっている。 【００２７】一方、前記処理装置本体１内の上半部の処
理室６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４
２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。 【００２８】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２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
て前記工場排気装置３０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４６が設けられている。この
ガス導入管４６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と前記不活性ガス装置２
８とに接続されて、交互にプロセスガスと不活性ガスと
してのＮ₂ ガスをプロセス容器４１内に導入できるよう
になっている。 【００２９】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７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３０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６内に位置して設けられ
ている。 【００３０】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５６が前記ローデ
ィングエリア８内に設置されている。このオートシャッ
ター５６は開閉駆動部５７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。 【００３１】前記ローディングエリア８内には前記処理
室６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６
１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。 【００３２】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５６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５６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。 【００３３】また、ローディングエリア８内のウエハボ
ート６１と前記パスボックス１０との間には、被処理物
を装置本体内方に移送する移送手段として移載機（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、前
記パスボックス１０の内側のオートドア２１が開くと、
該パスボックス１０内に位置する開放状態の被処理物搬
送ボックス９内のカセット１１中から半導体ウエハ５を
一枚ずつ取り出して、ローディングエリア８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をカセット１１に戻したりする働
きをなす。 【００３４】また、前記装置本体１内のローディングエ
リア８内を陽圧の不活性ガス雰囲気に置換・維持するた
めに、ガス給排手段としてのガス導入管７１と排気管７
２とが備えられている。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
設置されたリターン経路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７１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２８に接続されて、不活性ガスとして
Ｎ₂ ガスを前記リターン経路８１を介しローディングエ
リア８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８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
３０に接続されている。 【００３５】ローディングエリア８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８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８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８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５４ａ付
き分岐管５４から工場排気される。 【００３６】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８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８内に還流させるリターン経路８１が前記装置本
体１の床下に設けられ、この途中に送風ファン８２が設
置されていると共に、その送風ファン８２の二次側にガ
ス浄化器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。 【００３７】なお、そのガス浄化器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ケ
ミカル用フィルタである。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。 【００３８】こうしたリターン経路８１からのＮ₂ ガス
を受け入れてローディングエリア８内に吹き出すフィル
タ８５が該ローディングエリア８内の一側面部に設けら
れている。このフィルタ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８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８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
記リターン経路８１に吸引導通されて行くようになって
いる。 【００３９】また、前記ローディングエリア８内上部に
はガスシャワー機構９０が設けられている。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２７を介し不活性ガス供給装置２８に接続さ
れたガス導入管９２と、このガス導入管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を介し固定された特殊ノズル９４を備えてな
る。 【００４０】その特殊ノズル９４は、偏平で、且つ直径
２００mmウエハ全域をカバーできる幅寸法と、出来るだ
けランディング（助走）距離を長くした形状で、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
に真横から水平流にして且つ前記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。 【００４１】また、図５に示す如く、前記ローディング
エリア８内とパスボックス１０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）１１３
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８内とパスボックス１０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。 【００４２】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８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１１
５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２９，４５ａ，５
４ａ，７２ａと、バルブ２６，４７，７３，９１と、オ
ートドア２０，２１並びにオートシャッター５６と、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。 【００４３】このような構成の縦型熱処理装置及び被処
理物搬送ボックス９の作用を述べると、まず、装置本体
１内のローディングエリア８は比較的狭いので、初期置
換時には、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３０により排気を
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。こうして比較的少ない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。 【００４４】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８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８内を適度な陽圧（クリー
ンルーム２の気圧より０．２mmＨ₂ Ｏ程高い１mmＨ₂Ｏ
程度）のＮ₂ 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。 【００４５】一方、パスボックス１０には、ガス給排手
段としてのガス導入管２４から常時５０リットル／min
のＮ₂ ガスを導入し続けると共に、排気管２５から押し
出すように排気しながら、該パスボックス１０内をＮ₂
ガス雰囲気に置換する。 【００４６】こうした状態で、まず、被処理物としての
半導体ウエハ５は別位置のＮ₂ ガス雰囲気室にて多数枚
ずつカセットに並列保持して収納し、そのまま被処理物
搬送ボックス９の蓋１４状に載せてボックス本体１２を
被せ、しかも通気弁１５より内部のＮ₂ ガスを適度に吸
出して負圧状態にすることで該ボックス本体１２に対し
蓋１４を吸着保持して密封状態となす。こうしてカセッ
ト１１に入れた半導体ウエハ５を大気にさらすことなく
被処理物搬送ボックス９内の不活性ガス雰囲気中に収納
したままロボット等の適宜搬送手段により処理装置へ搬
送する。 【００４７】その被処理物搬送ボックス９が搬送されて
来ると、処理装置のパスボックス１０の外側のオートド
ア２０のみが開いて該被処理物搬送ボックス９を受入れ
る。これで一時的にパスボックス１０内に大気が入る
が、前記外側のオートドア２０が内側のオートドア２１
と同様に閉じ、前記ガス導入管２４からのＮ₂ ガス導入
量を増すことで、該パスボックス１０内の大気並びに被
処理物搬送ボックス９外面に付着して来た不純物を追い
出してＮ₂ ガス雰囲気に置換する。 【００４８】なお、そのパスボックス１９は容量が小さ
くて済むこと、また被処理物搬送ボックス９は外形が凹
凸の少ない単純形状で済むことから、ガス導入管２４か
ら比較的少量のガスを供給するだけで、大気並びに不純
物を確実に追い出して高純度の不活性ガス雰囲気に素早
く置換できるようになる。 【００４９】こうした後に、蓋取り機構３３が下降動作
し、且つその左右のクランプアーム３６で被処理物搬送
ボックス９のボックス本体１２を掴むと同時に、弁操作
部３７で常閉式の不活性ガス通気弁１５を押し開き、被
処理物搬送ボックス９内部を負圧状態からパスボックス
１０内と同じ気圧とすることで蓋１４の吸着解除を行
い、そのままボックス本体１２を引き上げて開放する。 【００５０】この時点でパスボックス１０の内側のオー
トドア２１が開き、移送手段としての移載機６３がパス
ボックス１０内に手を延ばし、そこの開放状態の被処理
物搬送ボックス９の蓋１４上のカセット１１内の半導体
ウエハ５を一枚ずつローディングエリア８に取り出して
ウエハボート６１に移載する。 【００５１】このウエハボート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５６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１０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４６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。 【００５２】その処理後は、前記と逆の手順で、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４６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８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８内に引き戻す。そ
の時点で再びパスボックス１０の内側のオートドア２１
のみが開き、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１
０内のカセット１１内に戻す。 【００５３】そして、そのパスボックス１０の内側のオ
ートドア３２が閉じると共に、蓋取り機構３３が下降し
て被処理物搬送ボックス９のボックス本体１２を蓋１４
上に閉成する。この時点では弁操作部３７で不活性ガス
通気弁１５を開いたままとし、この状態で排気管２５か
らオートダンパー２９を介して吸引ブロアによりパスボ
ックス１０内のＮ₂ ガスを吸出して、そのパスボックス
１０並びに被処理物搬送ボックス９内を適度な負圧状態
（気圧７６０mmＨ₂ Ｏ程度）になす。 【００５４】こうしてから前記蓋取り機構３３がボック
ス本体１２を開放して上昇し、通気弁１５を閉じさせ、
再びパスボックス１０内を常圧に戻する。これにて該被
処理物搬送ボックス９内部が回りよりも負圧状態にある
ことで、このボックス本体１２に蓋１４が吸着保持され
て閉塞状態を維持するようになる。 【００５５】この状態で、前記パスボックス１０の外側
のオートドア２０のみが開き、被処理物搬送ボックス９
が内部のＮ₂ ガス雰囲気中に処理済み半導体ウエハ５を
カセット１１を介して収納したまま、適宜搬送手段によ
り外部に取り出されて、次の処理工程などに搬出される
ようになる。 【００５６】以上により、半導体ウエハ５を大気に一切
さらすことなく不活性ガス雰囲気の中で外部から処理装
置に対し搬入したり搬出したりでき、大気（Ｏ₂ ）やガ
ス状不純物や粒子状不純物（パーティクル）の半導体ウ
エハ５への付着並びに処理装置内への侵入を簡単かつ確
実に防止できるようになり、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８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。 【００５７】なお、前述した半導体ウエハ処理作業を繰
り返し行うに伴い、ローディングエリア８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）
が発生したり、炉口４１ａの開放によるプロセス容器４
１内からの熱気の放出や、高温（１０００℃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８内のＮ₂ ガス雰囲気が昇温す
る可能性がある。 【００５８】しかし、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８内のＮ₂ ガスを不純物と一緒に送風
ファン８２の作用により整流板８６を介し一度リターン
経路８１に導通し、これをガス浄化器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し、更にＵＬＰＡグレードのアブ
ソリュートフィルタ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８内に一側方から水
平層流状態に吹き出して還流させることから、該ローデ
ィングエリア８内のＮ₂ 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される。 【００５９】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、特殊ノズル９４からＮ₂ ガスが高速
で炉口４１ａの下側近傍に真横から水平流にして吹き出
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追い出されるようになる。 【００６０】こうしたことにより、半導体ウエハ５のプ
ロセス容器４１への挿脱時、カーボン等のガス状不純物
や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
を招くことがなくなる。 【００６１】次に、図６において本発明の処理装置の第
２の実施例を説明する。なお、図中前記図１乃至図５に
示した構成と重複するものには同一符号を付して説明の
簡略化を図る。 【００６２】この実施例では、縦型熱処理装置の処理装
置本体１が前述の実施例よりも前後幅寸法が大きくさ
れ、内部に前述した構成に加えて被処理物を収納した複
数のカセット１１を待機させておけるカセットストック
ステージ１２０を備えた構成である。 【００６３】つまり、処理装置本体１内は、後部略上半
部が前述同様に被処理物としての半導体ウエハ５に所定
の処理を施す処理室６として隔壁７により区画構成さ
れ、この処理室６の丁度真下がローディングエリア８と
されているが、これら処理室６及びローディングエリア
８の前側が被処理物搬入出用エリア（Ｉ／Ｏエリア）１
２１とされている。 【００６４】この被処理物搬入出用エリア１２１内の前
面部位に前記同様のパスボックス１０が設置され、この
直ぐ後側にカセットトランスファ１２２がエレベータ１
２３を介し昇降可能に設置されていると共に、その上半
部位にカセットストックステージ１２０が設けられてい
る。このカセットストックステージ１２０は多段（例え
ば上下４段にカセット保管棚１２０ａを有した構成で、
前記パスボックス１０内から半導体ウエハ５がカセット
１１ごとカセットトランスファ１２２により取り込まれ
て載せ置かれるようになっている。 【００６５】また、このカセットストックステージ１２
０の真下には移載用ステージ１２４が適当高さのスタン
ド１２５に支持されて上下２段に配設され、それぞれの
上面に前記カセットストックステージ１２０からカセッ
ト１１をカセットトランスファ１２２により取り出して
一個ずつ載せ置けるようになっている。この移載用ステ
ージ１２４上に載せられたカセット１１内の多数枚の半
導体ウエハ５を前述同様の移載機（ウエハトランスフ
ァ）６３が昇降しながら一枚ずつ取り出して、ローディ
ングエリア８のウエハボート６１に移載保持させたり、
その逆にウエハボート６１から処理済み半導体ウエハ５
を移載用ステージ１２４上のカセット１１内に戻したり
できるようになっている。そのたの構成は前述の第１の
実施例と同様である。 【００６６】なお、前記第１及び第２の実施例では、被
処理物搬送ボックス９のボックス本体１２に通気弁１５
を設け、この通気弁１５を介し内部を負圧（減圧）する
ことにより、蓋１４をボックス本体１２に融着保持させ
て閉塞状態を維持する構成、即ちバキューム方式とした
が、その蓋１４を図示ししないがメカニカル的なクラン
プ機構或いは電磁石による吸着方式でボックス本体１２
に対し開閉可能に閉塞保持する構成としても可である。
こうすることで前述の通気弁１５を省略できる。 【００６７】次に、図７により本発明の第３の実施例を
説明する。この実施例では被処理物搬送ボックス９をパ
スボックスにも利用して前述の処理装置に設けていたパ
スボックス１０を省略した例である。 【００６８】つまり、図７は図１と同様の縦型熱処理装
置の処理装置本体１のハウジングパネル１ａの前面パネ
ル部分を拡大した断面図で、パスボックス１０は省略さ
れている。その代わりに、処理装置本体１の前面パネル
部には、被処理物搬入出口１３０が形成されていると共
に、この外面下方にボックス保持機構１３１が設けら
れ、内面側には前記搬入出口１３０を内方から閉塞する
蓋取りドア機構１４０が設けられている。 【００６９】そのボックス保持機構１３１は、処理装置
本体１の前面パネル部外面に下端をヒンジ１３２を介し
枢着したエアシリンダ１３３と、このエアシリンダ１３
３のピストンロッド上端に支持され処理装置本体１の外
面部のヒンジ１３４を支点に上下に回動可能な支持アー
ム１３５とを備えてなる構成である。そして外方から適
宜手段により搬送されて来る被処理物搬送ボックス９を
前記支持アーム１３５により受け取って、該ボックス９
の後端側を搬入出口１３０に気密状態に接合保持せしめ
る働きをなす。 【００７０】なお、この実施例に用いた被処理物搬送ボ
ックス９は、後端面部を開放して被処理物としての多数
枚の半導体ウエハ５を並列保持したカセット１１を収納
できる横向きのボックス本体１２と、このボックス本体
１２の後端フランジ１２ａ付き開放面にシール材１３を
介し接合した蓋１４と、その蓋１４の中央部に設けた常
閉式の不活性ガス通気弁１５とを備えてなる構成であ
り、前記ボックス保持機構１３１によりボックス本体１
２の後端フランジ１２ａが処理装置本体１の前面パネル
部の搬入出口１３０周縁部にシール材１３６を介して気
密状態に接合保持され、この際、後面の蓋１４は搬入出
口１３０内に納まるようになっている。 【００７１】一方、前記蓋取りドア機構１４０は、処理
装置本体１の前面パネル部内面に上端をヒンジ１４１を
介し枢着したエアシリンダ１４２と、このエアシリンダ
１４２のピストンロッド下端に支持され処理装置本体１
の内面部のヒンジ１４３を支点に上下に回動可能な支持
アーム１４４と、この支持アーム１４４に固定支持され
平時は前記搬入出口１３０の周縁に内方からシール材１
４５を介し密接接合して閉塞する跳ね上げ式のドア１４
６とを備えてなる。 【００７２】また、この蓋取りドア機構１４０の跳ね上
げ式のドア１４６には、この前面中央部に凸部１４７が
一体的に設けられ、この凸部１４７が前記搬入出口１３
０内に納まる被処理物搬送ボックス９の蓋１４の通気弁
１５を押し開く。また、ドア１４６には電磁バルブ１４
８が設けられ、前記通気弁１５が開くと開動作し、前記
被処理物搬送ボックス９内と処理装置本体１内部とを連
通状態にして相互の気圧差を無くすようになっている。
更に、そのドア１４６の凸部１４７前面に吸盤部１４９
と真空吸引ノズル１５０とが設けられ、このノズル１５
０がホース１５１を介して吸引ブロア等に接続されてい
る。 【００７３】この第３の実施例の作用を述べると、前述
同様に、被処理物搬送ボックス９内に被処理物としての
多数枚の半導体ウエハ５をカセット１１を介し収納する
と共に、そのボックス９内を不活性ガス（例えばＮ₂ ガ
ス）雰囲気の適度な負圧状態として、蓋１４をボックス
本体１２に吸着保持した密封状態とする。この状態で該
被処理物搬送ボックス９が適宜搬送手段により搬送され
て来ると、この被処理物搬送ボックス９をボックス保持
機構１３１の支持アーム１３５で受け、そのままエアシ
リンダ１３３の押上回動により図７に示す如く該ボック
ス９の後端フランジ１２ａを処理装置本体１の被処理物
搬入出口１３０に気密状態に直接接合せしめる。 【００７４】これで被処理物搬送ボックス９の蓋１４が
搬入出口１３０内に入り込むことで、それまで該搬入出
口１３０を内方から閉塞していた蓋取りドア機構１４０
の凸部１４７に通気弁１５が押し開かれる。これと同時
に電磁バルブ１４８が開いて、被処理物搬送ボックス９
内と処理装置本体１内部とを連通状態にして相互の気圧
差を無くす。更に、そのドア１４６の凸部１４７前面の
吸盤部１４９が蓋１４に接合すると共に、真空吸引ノズ
ル１５０からの吸引により蓋１４を真空チャックする。 【００７５】この状態で、蓋取りドア機構１４０のシリ
ンダ１４２が引上げ動作し、支持アーム１４４を介して
ドア１４６を蓋１４と一緒に処理装置本体１内方に跳ね
上げるように開く。 【００７６】これで被処理物搬送ボックス９のボックス
本体１２内と処理装置本体１内とが大気と隔離したまま
連通状態となり、そのまま該ボックス本体１２内のカセ
ット１１内の半導体ウエハ５を前述同様に移送手段とし
ての移載機６３により処理装置本体１内方に取り出し
て、図１で示した如くウエハボートに移送し且つ処理室
に挿入して所要の処理作業を行う。その処理済み半導体
ウエハ５は、前記と逆の手順で取り出し次の処理工程等
に搬送する。 【００７７】これにて、被処理物を大気にさらすことな
く不活性ガス雰囲気の中で処理装置に対し搬入したり搬
出したりでき、大気（Ｏ₂ ）やガス状不純物や粒子状不
純物（パーティクル）の被処理物への付着並びに処理装
置内への侵入を簡単かつ確実に防止できるようになる。
しかもこの実施例では前述のパスボックス１０を省略で
きるようになる。 【００７８】なお、この第３実施例の構成は、図６に示
した第２の実施例のカセットストックステージを備えた
処理装置にも同様に適用可である。また、この第３実施
例においても、被処理物搬送ボックス９の通気弁１５を
無くして、蓋１４をメカニカル的なクランプ機構或いは
電磁石による吸着方式でボックス本体１２に対し開閉可
能に閉塞保持する構成としても可であると共に、蓋取り
ドア機構１４０においても、蓋１４を吸盤部で真空チャ
ックして蓋取りを行う以外に、メカニカル的なクランプ
機構或いは電磁石による吸着方式で蓋１４を掴んでドア
１４６と一緒に開閉させる構成としても良い。 【００７９】また、前述の各実施例では、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Ｃ
ＶＤ装置として利用される縦型熱処理装置を例示した
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。 【００８０】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の処理装置
のパスボックスは、ボックス本体と、該ボックス本体内
で被処理物を収納するカセットと、前記ボックス本体を
密封状態に閉塞して内部を不活性ガス雰囲気に維持する
開閉操作可能な蓋とを備え、パスボックスは、ボックス
本体を把持して引き上げると共に、ボックス本体の通気
弁を開放することによりパスボックス内とボックス本体
内の圧力を略同圧とし、ボックス本体と蓋とを分離し
て、ボックス本体を自動的に開放する蓋取り機構を備え
ている。 従って、カセット内の被処理物を大気にさらす
ことなくパスボックス内の不活性ガス雰囲気中に収納し
たまま被処理物を処理室に搬送でき、不活性ガス雰囲気
の中で処理室に対し搬入したり搬出したりでき、大気
（Ｏ _２ ）やガス状不純物や粒子状不純物（パーティク
ル）の被処理物への付着並びに処理室内への侵入を防止
するのに有効な処理装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の第１の実施例に係わる縦型熱処理装置
と被処理物搬送ボックスとを示す縦断面図。 【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う縦断面図。 【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図。 【図４】図１のＣ−Ｃ線に沿う縦断面図。 【図５】処理装置全体のガス制御システムを示す概略
図。 【図６】本発明の第２の実施例に係わる縦型熱処理装置
と被処理物搬送ボックスとを示す縦断面図。 【図７】本発明の第３の実施例に係わる縦型熱処理装置
の一部分と被処理物搬送ボックスとを示す縦断面図。 【符号の説明】 １…処理装置本体、５…被処理物（半導体ウエハ）、６
…処理室（４１…プロセス容器）、８…ローディングエ
リア、９…被処理物搬送ボックス、１０…パスボック
ス、１１…カセット、１２…ボックス本体、１４…蓋、
１５…通気弁、２０、２１…ドア、３３…蓋取り機構、
２４，２５…ガス給排手段（２４…ガス導入管、２５…
排気管）、６３…移送手段（移載機）、１３０…被処理
物搬入出口、１３１…ボックス保持機構、１４０…蓋取
りドア機構。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−184958（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−20040（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−82622（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/68 B65G 49/00 H01L 21/02 H01L 21/22 511

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 内部を不活性ガスに置換するガス給排手
   段を備えたパスボックスと、被処理物を挿脱可能に収納
   するとともに、前記パスボックス内に搬入出される被処
   理物搬送ボックスとからなり、 前記被処理物搬送ボックスは、ボックス本体と、該ボッ
   クス本体内で被処理物を収納するカセットと、前記ボッ
   クス本体を密封状態に閉塞して内部を不活性ガス雰囲気
   に維持する開閉操作可能な蓋とを備え、 前記ガス給排手段によって前記パスボックス内を不活性
   ガス雰囲気に置換した後、前記ボックス本体と前記蓋と
   を開放し、前記被処理物搬送ボックスに収納された被処
   理物を装置本体内方に移送する処理装置であって、 前記パスボックスは、前記ボックス本体を把持して引き
   上げると共に、ボックス本体の通気弁を開放することに
   よりパスボックス内とボックス本体内の圧力を略同圧と
   し、前記ボックス本体と前記蓋とを分離して、ボックス
   本体を自動的に開放する蓋取り機構を備えている ことを
   特徴とする処理装置。