JP3502514B2 - 熱処理装置 - Google Patents
熱処理装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は例えば半導体ウエハ
などの被処理体に対して、熱処理を行う熱処理装置に関
する。 【０００２】 【従来の技術】半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）
の製造プロセスの１つとして、酸化膜の形成やド−パン
トの拡散などを行うために高温下で熱処理を行うプロセ
スがあり、このような熱処理を実施する処理装置として
は、例えば縦型熱処理装置がある。この縦型熱処理装置
の全体構成について、図８に基づいて簡単に説明する
と、図中１１はウエハカセットＣ（以下単に「カセッ
ト」という）の入出力ポ−トであり、この入出力ポ−ト
１１の奥側には複数個のカセットＣが載置されるカセッ
ト収納棚１２が設けられている。カセット収納棚１２に
置かれたカセットＣのウエハＷは移載手段１３によりウ
エハボ−ト１４に受け渡される。このウエハボ−ト１４
はボ−トエレベ−タ１４ａにより熱処理炉１５内に搬入
され、熱処理炉１５内にてウエハＷに対して所定の熱処
理が行なわれる。 【０００３】ところで近年のようにパタ−ンの微細化が
進み、デバイスが繊細になると、自然酸化膜やパーティ
クルの発生をより一層抑えることが重要となってくる。
このため熱処理炉１５の下方領域の移載室を区画し、窒
素ガスなどの非酸化ガスによりパ−ジして自然酸化膜の
発生や熱処理炉内への大気の巻き込みを防止したり、カ
セット自体を蓋体を設けたクロ−ズ型とし、このカセッ
ト内のクリ−ン度を高める構想が進められている。 【０００４】そしてクロ−ズ型のカセットを用いてウエ
ハの移載を行うためには、移載室の壁部に蓋付きの受け
渡し口を形成し、カセットをこの受け渡し口に外部から
装着し、両者の蓋を外してカセット内雰囲気を移載室内
に開放し、こうしてカセット内が外部雰囲気にさらされ
ないようにする技術が検討されている。 【０００５】 【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
述の窒素ガスパ−ジされた移載室に、クロ−ズ型カセッ
トによりウエハを搬入する場合、クロ−ズ型カセット内
は大気であるため、カセット内のウエハＷを移載室内に
搬入する際に、前記カセット内の大気が窒素ガス雰囲気
の移載室に拡散してしまう。 【０００６】また移載室内の熱処理炉の下方領域及びそ
の付近は温度が高いため、カセットから拡散した酸素に
より、ウエハボ−トに保持されている熱処理前後のウエ
ハに自然酸化膜が形成されてしまう。ここでウエハはサ
イズが大きくなってきており、これに合わせてクロ−ズ
型カセットの容量も大きくなるため、カセット内の酸素
の量も増え、これに伴い移載室内に拡散する酸素量が増
大し、自然酸化膜の成長を促進するという問題がある。 【０００７】この際酸素の拡散のみを考慮すれば、熱処
理炉の下方領域側からクロ−ズ型カセットに向けて（前
後方向に）窒素ガスを通流させ、移載室の奥側への酸素
の拡散を防止する方法も考えられる。しかしながらパー
ティクルを除去するためには、窒素ガスは移載室の一方
の側壁の全面から他方の側壁の全面に亘ってクリ−ンな
ガスの流れを形成する必要があるので、この方法は採用
できない。さらにクロ−ズ型カセット内を窒素ガスで置
換する方法も考えられるが、所定のクリ−ン度を保ちな
がら窒素ガスで置換するためには、かなり大掛りな装置
が必要であり、実情に沿わない。 【０００８】本発明はこのような事情の下になされたも
のであり、その目的は被処理体への自然酸化膜の形成を
抑えることができる熱処理装置を提供することにある。 【０００９】 【課題を解決するための手段】このため、本発明は、縦
型の熱処理炉に連通して設けられた非酸化ガス雰囲気の
移載室と、この移載室の側壁部に形成された被処理体の
受け渡し口と、前記被処理体を保持して熱処理炉内と移
載室との間で搬送される保持具と、この保持具と前記受
け渡し口との間で被処理体を移載する移載手段と、を備
えた熱処理装置において、前記移載室を、前記保持具が
置かれる側の領域である第１の領域と受け渡し口側の領
域である第２の領域とに横方向に分割し、前記第１の領
域に熱処理炉の炉口に対向する領域と受け渡し口とを結
ぶ線に交差する方向に第１の流速で非酸化ガスを通流さ
せ、前記第２の領域に第１の領域の非酸化ガスの流れと
同方向に第１の流速よりも遅い第２の流速で非酸化ガス
を通流させたことを特徴とする。 【００１０】 【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態に係る
熱処理装置を示す斜視図であり、図２はその平面図、図
３はその断面図である。この熱処理装置についてこれら
図２、３、４を用いて説明すると、図中２は移載室であ
り、この移載室２は天板２ａと底板２ｂとの間に前方側
の壁部２１ａと後方側の壁部２１ｂが設けられている。
前記前方側の壁部２１ａには後述するクロ−ズ型カセッ
トとの間でウエハの受け渡しを行う受け渡し口２０が形
成されており、この受け渡し口２０は常時は図示しない
蓋体で閉じられている。 【００１１】移載室２の内部には、前記壁部２１ａから
奥側（後方の壁部２１ｂ側）に向けて、ウエハを一旦仮
置きするためのウエハの中間受け渡し台２３と、保持具
をなすウエハボ−ト２４とがこの順序で設けられてい
る。ウエハボ−ト２４は、後述の熱処理炉３と移載室２
との間を昇降するボ−トエレベ−タ２５の上に搭載され
ている。 【００１２】前記受け渡し口２２と中間受け渡し台２３
との間には、クロ−ズ型カセットと中間受け渡し台２３
との間でウエハを移載するための第１の移載ア−ム２６
ａが設けられており、中間受け渡し台２３とウエハボ−
ト２４との間には、中間受け渡し台２３とウエハボ−ト
２４との間でウエハを移載するための第２の移載ア−ム
２６ｂが設けられている。これら第１及び第２の移載ア
−ム２６ａ，２６ｂは移載手段をなすものである。 【００１３】また移載室２の奥側上方には、図１及び図
３に示すように、ガス供給管３１とガス排出管３２とを
備えた縦型の熱処理炉３が設けられている。前記天板２
ａの熱処理炉３に対応する領域は開口しており、ウエハ
ボ−ト２４がボ−トエレベ−タ２５により上昇して熱処
理炉３に下方側から搬入できるように構成されている。 【００１４】前記移載室２は、熱処理炉３の炉口に対向
する領域側である第１の領域Ｓ１と、受け渡し口側の領
域である第２の領域Ｓ２とに分割されている。但し２つ
の領域Ｓ１，Ｓ２に分割されているといっても移載室２
内に仕切りを設けているのではなく、非酸化ガスの気流
が別個になるように通気路を分けていることを意味する
ものである。前記第１の領域Ｓ１には、中間受け渡し台
２３、第２の移載ア−ム２６ｂ、ウエハボ−ト２４が設
けられており、第２の領域Ｓ２には第１の移載ア−ム２
６ａが設けられている。 【００１５】第１の領域Ｓ１及び第２の領域Ｓ２の一方
の側面（左側面）には、夫々第１のフィルタユニット４
１及び第２のフィルタユニット４２が設けられている。
前記第１のフィルタユニット４１は、フィルタ部４３と
その表面側に設けられた複数のファンからなる第１のフ
ァン４４とを備えており、第２のフィルタユニット４２
は、フィルタ部４３とその表面側に設けられた複数のフ
ァンからなる第２のファン４５とを備えている。また第
１の領域Ｓ１及び第２の領域Ｓ２の他方の側面（右側
面）には、例えばメッシュ体や多孔板からなる通気板５
が設けられている。 【００１６】前記第１のフィルタユニット４１の背面側
には、側壁２２ａとの間に空間が形成されており、第１
のフィルタユニット４１に対向する通気板５の背面側に
も、側壁２２ｂとの間に空間が形成されている。これら
空間は図３に示すように、底板２ｂの下方側において連
通していて、これにより通気板５の背面側から底板２ｂ
の下方側を通り第１のフィルタユニット４１の背面側に
至る第１の通気路６１が形成されている。 【００１７】この第１の通気路６１には、底板２ｂの下
方側に第１のシロッコファン４６が設けられている。ま
た側壁２２ａには非酸化ガス例えば窒素ガスのガス供給
管６３が接続されると共に、側壁２２ｂにはガス排出管
６４が接続されており、第１の領域Ｓ１内が新しい窒素
ガスにより置換されるようになっている。 【００１８】同様に第２のフィルタユニット４２と、こ
の第２のフィルタユニット４２に対向する通気板５の背
面側には、夫々側壁２２ａ、２２ｂとの間に空間が形成
されている。これら空間は底板２ｂの下方側において連
通していて、これにより通気板５の背面側から底板２ｂ
の下方側を通り第２のフィルタユニット４２の背面側に
至る第２の通気路６２が形成されている。この第２の通
気路６２には、図示しない窒素ガスのガス供給管とガス
排出管とが接続されていると共に、底板２ｂの下方側に
第２のシロッコファン４７が設けられている。 【００１９】このように第１の領域Ｓ１には、第１の通
気路６１により窒素ガスの気流が形成され、第２の領域
Ｓ２には、第２の通気路６２により窒素ガスの気流が形
成される。ここで前記第１のファン４４の回転数は第２
のファン４５の回転数よりも高く設定されており、第１
のシロッコファン４６の回転数は第２のシロッコファン
４７の回転数よりも高く設定されている。 【００２０】続いて前記壁部２１の受け渡し口２０に移
載室２の外部から密着されるクロ−ズ型カセット７（以
下カセット７という。）について図５により簡単に説明
する。このカセット７は、例えば１３枚の被処理基板で
あるウエハＷを棚状に保持するようにウエハ保持部７０
が多段に形成されたカセット本体７１と、このカセット
本体７１のウエハは取り出し口である開口部７２を気密
に塞ぐための蓋体７３とを備えている。 【００２１】前記蓋体７３は、カセット本体７１の開口
部７２の内側に入り込むように設けられており、また蓋
体７３には例えば２か所に鍵穴７４が設けられていてい
て、この鍵穴７４にキ−７５を挿入して回すことによ
り、蓋体７３の上端と下端とから例えば４本のロックピ
ン７６が突出して、カセット本体７１に蓋体７３が固定
されるように構成されている。 【００２２】このような熱処理装置では、図２、図３、
図４に示すように、第１のファン４４及び第１のシロッ
コファン４６が回転することにより、窒素ガスが第１の
領域Ｓ１を介して第１の通気路６１内を循環する。即ち
窒素ガスは、フィルタ部４３を介して第１のファン４４
により第１の領域Ｓ１内に吸い込まれ、この領域を図２
及び図３中矢印Ａで示すように、通気板５の整流作用に
より通気板５に垂直な方向に均一な流れで通流してい
き、第１のシロッコファン４６により通気板５を介して
第１の通気路６１内に吸い込まれ、底板２ｂの下方側の
通気路６１を通って第１のフィルタユニット４１の背面
側に戻り、循環していく。 【００２３】同様に第２の領域Ｓ２に対しても、第２の
ファン４５及び第２のシロッコファン４７の回転により
第２の通気路６２、フィルタ部４３を介して窒素ガスが
供給され、この窒素ガスは矢印Ｂで示すように通流して
いく。こうして移載室２内に清浄気体（この例では窒素
ガス）の流れが形成され、移載室２内をクリ−ンな状態
に保っている。 【００２４】ここで通気路は、第１の通気路６１と第２
の通気路６２とに分割されており、第２のファン４５及
びシロッコファン４７の回転数は第１のファン４４及び
シロッコファン４６の回転数より低いため、第１の領域
Ｓ１内を通流する窒素ガスの流速と、第２の領域Ｓ２内
を通流する窒素ガスの流速とは異なり、第１の領域Ｓ１
内の流速（第１の流速）よりも第２の領域Ｓ２内の流速
（第２の流速）の方が遅くなる。具体的には、前記第１
の流速は０．３５ｍ／ｓ程度、第２の流速は０．３ｍ／
ｓ程度となる。 【００２５】そしてこのように移載室２内を窒素ガスで
パ−ジしている状態で、ウエハＷが収納されたクロ−ズ
型カセット７を移載室２の受け渡し口２０に外側から装
着して、図示しない開閉機構により鍵穴７４にキ−７５
を挿入して回し、ロックピン７６を解除して受け渡し口
２０を塞いでいる蓋体と共に蓋体７３を開く。続いてカ
セット７内のウエハＷを第１の移載ア−ム２６ａにより
中間受け渡し台２３に移載し、中間受け渡し台２３から
第２の移載ア−ム２６ｂによりウエハボ−ト２４に移載
して、この後ウエハボ−ト２４をボ−トエレベ−タ２５
により上昇させて熱処理炉３内に搬入し、所定の熱処理
を行なう。 【００２６】このような熱処理装置では、クロ−ズ型カ
セット７の内部には大気が存在するため、当該カセット
７の蓋体７３を開けると、カセット７内の大気（酸素）
が図２中矢印Ｃで示すように、第２の領域Ｓ２内に拡散
していく。ところが上述のように第２の領域Ｓ２と第１
の領域Ｓ１とは窒素ガスの流速が異なり、第２の領域Ｓ
２よりも第１の領域Ｓ１の方が流速が大きいため、第１
の領域Ｓ１と第２の領域Ｓ２との間に窒素ガスの流れに
よる境界が生じる。従って第２の領域Ｓ２に拡散した酸
素は窒素ガスによる境界を越えることができずに、第１
の領域Ｓ１内への拡散は抑えられ、第２の領域Ｓ２内の
窒素ガスの流れに乗って、通気板５を介して第２の通気
路６２に吸引される。 【００２７】このようにクロ−ズ型カセット７内の大気
は、第２の領域Ｓ２内への拡散に止まり、第１の領域Ｓ
１内には混入しない。ここで第１の領域Ｓ１は熱処理炉
の近傍にあるため、第２の領域Ｓ２よりも温度が高く、
また中間受け渡し台２３やウエハボ−ト２４が設けられ
ていて、この領域内にウエハが置かれる時間が長いた
め、この領域は酸素が混入するとウエハに自然酸化膜が
形成されやすい状態にある。 【００２８】一方第２の領域Ｓ２は第１の領域Ｓ１より
も温度が低く、またこの領域はカセット７から中間受け
渡し台２３へのウエハの移載が行われるところであるた
め、ウエハが置かれている時間も短く、第１の領域Ｓ１
よりも自然酸化膜が形成されにくい状態にある。従って
カセット７内の大気の拡散を第２の領域Ｓ２のみに止
め、第１の領域Ｓ１内への酸素の拡散を防止することに
より、この領域に置かれている熱処理前後のウエハに自
然酸化膜が形成されることを抑えることができ、熱処理
炉内への大気の混入も低減できる。 【００２９】続いて本発明の第２の実施の形態について
図６を用いて説明する。本実施の形態が上述の第１の実
施の形態と異なる点は、移載室２内にウエハボ−トを２
基設けたことである。第１の領域Ｓ１には第１のボ−ト
エレベ−タ８３によりウエハ移載領域と熱処理炉３内の
位置との間を移動する第１のウエハボ−ト８１と、第２
のボ−トエレベ−タ８４によりウエハ移載領域と熱処理
炉３内の位置との間を移動する第２のウエハボ−ト８２
とが設けられており、第２の領域Ｓ２にはクロ−ズ型カ
セット７から前記第１及び第２のウエハボ−ト８１、８
２にウエハを移載するための移載ア−ム８５が設けられ
ている。その他の構成は第１の実施の形態と同様であ
る。 【００３０】このような熱処理装置では、ウエハが搭載
された第１のウエハボ−ト８１が熱処理炉３内に搬入さ
れて熱処理が行われている間に、第２のウエハボ−ト８
２に移載ア−ム８５によりクロ−ズ型カセット７内のウ
エハが移載される。そして熱処理終了後の第１のウエハ
ボ−ト８１が熱処理炉３から搬出された後、第２のウエ
ハボ−ト８２が熱処理炉３内に搬入される。第２のウエ
ハボ−ト８２に搭載されるウエハに対して熱処理が施さ
れている間、第１のウエハボ−ト８１から先ず処理後の
ウエハが移載され、続いて新たにウエハが移載される。 【００３１】このように第１及び第２のウエハボ−ト８
１、８２は、熱処理炉３の下方側領域にあって、温度が
高く、自然酸化膜が形成されやすい状態にあるが、これ
らは第１の領域Ｓ１にあり、この領域内にはクロ−ズ型
カセット７内の酸素が拡散してこないため、第１及び第
２のウエハボ−ト８１、８２に搭載されているウエハへ
の自然酸化膜の形成や、熱処理炉３への大気の巻き込み
が抑えられる。 【００３２】続いて移載室内の第１の領域Ｓ１への酸素
の拡散の解析について説明する。解析モデルとしては、
図７に示すように、移載室２を長さ方向（ｘ方向）にお
いて２分割し、ｘ2 とｘ1 の間の領域を第１の領域Ｓ
１、ｘ0 とｘ1 の間の領域を第２の領域Ｓ２とし、ｘ0
−ｘ2 間の距離を１０００ｍｍ、ｘ0 −ｘ1 間の距離を
５００ｍｍとした。また第１の領域Ｓ１の窒素ガス（Ｎ
2 ガス）の流速をｕ1 （第１の流速）、第２の領域の窒
素ガスの流速をｕ2 （第２の流速）とした。 【００３３】解析条件としては、移載室２内にウエハの
受け渡し口２０から酸素を２０％含む空気が５分間（１
つのクロ−ズ型カセットから中間受け渡し台へウエハを
移載する時間に相当する）通気される場合を想定し、窒
素ガスの流速条件は、ｕ1 ＝０．５ｍ／ｓｅｃ，ｕ2 ＝
０．３ｍ／ｓｅｃ，流速比ｕ1 ：ｕ2 ＝５：３，乱れ
度；１０％（実施例）、ｕ1 ＝０．３ｍ／ｓｅｃ，ｕ2
＝０．３ｍ／ｓｅｃ，流速比ｕ1 ：ｕ2 ＝１：１，乱れ
度；１０％（比較例）とした。酸素の拡散定数は、２．
０６３９８×１０-5とした。ここで乱れ度とは、一様な
流れの中で、その流れと違った方向ベクトルを持つ流れ
の存在割合をいう。 【００３４】解析領域は、受け渡し口２０と同じ高さで
あり、各々の領域のほぼ中央領域である第１のポジショ
ンＡ１と第２のポジション領域Ａ２（図７（ｃ）参照）
とした。そして空気の通気開始から５分後の第１及び第
２のポジションＡ１、Ａ２における酸素濃度を解析し
た。 【００３５】解析結果は、酸素濃度は、実施例の場合、
ポジションＡ１では、０．３×１０-15 ｍｏｌ／ｍ3 、
ポジションＡ２では０．９×１０-2ｍｏｌ／ｍ3 であっ
た。また比較例の場合、ポジションＡ１では、０．１×
１０-12 ｍｏｌ／ｍ3 、ポジションＡ２では０．９×１
０-2ｍｏｌ／ｍ3 であった。 【００３６】この解析結果より、ポジションＡ１の酸素
濃度は比較例よりも実施例の方が３桁も低いことが確認
され、これにより移載室２内の酸素の拡散を防ぐために
は、窒素ガスの流速を一様とするよりも、拡散を防ぎた
い領域の窒素ガスの流速を早めること、本実施の形態で
は第１の流速を第２の流速よりも早めることが有効であ
ることが認められた。 【００３７】また実施例において、５分間空気を通気し
続けても移載室２の酸素濃度は時間の経過につれて増加
しないことが認められ、これによりある程度の流速で窒
素ガスが排気されていれば酸素の拡散よりも排気が優先
することが確認された。従ってある程度の流速で窒素ガ
スの排気が行われていれば、第１の領域Ｓ１への酸素の
拡散を防ぐことができることが認められた。 【００３８】但し窒素ガスの流れに内在する流れの乱れ
度が酸素の拡散を促進するおそれがあり、第１の流速と
第２の流速との流速比が大きすぎると、第１の領域Ｓ１
と第２の領域Ｓ２との境界での流体摩擦により乱れが誘
発されるおそれがある。ここで第１の流速と第２の流速
との流速比（第１の流速／第２の流速）が１．２倍以上
２倍以内である場合には、ウエハに自然酸化膜が形成さ
れなかったことから、前記流速比は１．２倍以上２倍以
内程度であることが望ましいと解される。また流れの乱
れを抑えるためには第１の流速は０．３〜０．４ｍ／ｓ
程度、第２の流速は０．２５〜０．３ｍ／ｓ程度がある
ことが望ましい。 【００３９】以上において本発明では、非酸化ガスとし
ては窒素ガスの他、アルゴン、ヘリウム等を用いること
ができる。また縦型熱処理炉を用いる場合において、非
酸化ガスの通流方向は、側壁に垂直な方向のみならず移
載室の熱処理炉の炉口に対向する領域と受け渡し口とを
結ぶ線に交差する方向であれば例えば移載室の上下方向
であってもよい。また本発明は受け渡し口が移載室の側
壁に設けられていてもよく、この場合には、非酸化ガス
の通流方向は、例えば移載室の側壁に垂直な方向や移載
室の上下方向とされる。 【００４０】さらに本発明は縦型熱処理炉を用いる場合
に限られず、横型の熱処理炉を用いる場合にも適用でき
る。この場合においては、例えば移載室の熱処理炉の炉
口に対向する領域を第１の領域とし、受け渡し口側の領
域を第２の領域として、非酸化ガスを例えば移載室の上
下方向に通流させることにより実施される。 【００４１】さらにまた本発明では、第１の流速と第２
の流速は、第１及び第２のファンやシロッコファンの回
転数を変えて調整することに限らず、フィルタユニット
のファンの吸引口側に絞りを設けるなど、通流抵抗を変
えて調整するようにしてもよい。 【００４２】さらにまた本発明では、第２の領域を複数
領域に分割し、これらの領域に通流させる窒素ガスの流
速を変えるようにしてもよい。さらにまた本発明はクロ
−ズ型カセットを用いる場合に限らず、通常のオ−プン
型カセットを用い、かかるカセットの入出ポ−トと移載
室とを開閉する構造の熱処理装置に対しても適用でき
る。 【００４３】 【発明の効果】本発明によれば、被処理基板を例えば熱
処理する場合に、移載室において熱処理炉からの熱処理
により温度が高い領域において酸素の拡散が防止される
ので、被処理基板への自然酸化膜の形成を抑えることが
できる。
などの被処理体に対して、熱処理を行う熱処理装置に関
する。 【０００２】 【従来の技術】半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）
の製造プロセスの１つとして、酸化膜の形成やド−パン
トの拡散などを行うために高温下で熱処理を行うプロセ
スがあり、このような熱処理を実施する処理装置として
は、例えば縦型熱処理装置がある。この縦型熱処理装置
の全体構成について、図８に基づいて簡単に説明する
と、図中１１はウエハカセットＣ（以下単に「カセッ
ト」という）の入出力ポ−トであり、この入出力ポ−ト
１１の奥側には複数個のカセットＣが載置されるカセッ
ト収納棚１２が設けられている。カセット収納棚１２に
置かれたカセットＣのウエハＷは移載手段１３によりウ
エハボ−ト１４に受け渡される。このウエハボ−ト１４
はボ−トエレベ−タ１４ａにより熱処理炉１５内に搬入
され、熱処理炉１５内にてウエハＷに対して所定の熱処
理が行なわれる。 【０００３】ところで近年のようにパタ−ンの微細化が
進み、デバイスが繊細になると、自然酸化膜やパーティ
クルの発生をより一層抑えることが重要となってくる。
このため熱処理炉１５の下方領域の移載室を区画し、窒
素ガスなどの非酸化ガスによりパ−ジして自然酸化膜の
発生や熱処理炉内への大気の巻き込みを防止したり、カ
セット自体を蓋体を設けたクロ−ズ型とし、このカセッ
ト内のクリ−ン度を高める構想が進められている。 【０００４】そしてクロ−ズ型のカセットを用いてウエ
ハの移載を行うためには、移載室の壁部に蓋付きの受け
渡し口を形成し、カセットをこの受け渡し口に外部から
装着し、両者の蓋を外してカセット内雰囲気を移載室内
に開放し、こうしてカセット内が外部雰囲気にさらされ
ないようにする技術が検討されている。 【０００５】 【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
述の窒素ガスパ−ジされた移載室に、クロ−ズ型カセッ
トによりウエハを搬入する場合、クロ−ズ型カセット内
は大気であるため、カセット内のウエハＷを移載室内に
搬入する際に、前記カセット内の大気が窒素ガス雰囲気
の移載室に拡散してしまう。 【０００６】また移載室内の熱処理炉の下方領域及びそ
の付近は温度が高いため、カセットから拡散した酸素に
より、ウエハボ−トに保持されている熱処理前後のウエ
ハに自然酸化膜が形成されてしまう。ここでウエハはサ
イズが大きくなってきており、これに合わせてクロ−ズ
型カセットの容量も大きくなるため、カセット内の酸素
の量も増え、これに伴い移載室内に拡散する酸素量が増
大し、自然酸化膜の成長を促進するという問題がある。 【０００７】この際酸素の拡散のみを考慮すれば、熱処
理炉の下方領域側からクロ−ズ型カセットに向けて（前
後方向に）窒素ガスを通流させ、移載室の奥側への酸素
の拡散を防止する方法も考えられる。しかしながらパー
ティクルを除去するためには、窒素ガスは移載室の一方
の側壁の全面から他方の側壁の全面に亘ってクリ−ンな
ガスの流れを形成する必要があるので、この方法は採用
できない。さらにクロ−ズ型カセット内を窒素ガスで置
換する方法も考えられるが、所定のクリ−ン度を保ちな
がら窒素ガスで置換するためには、かなり大掛りな装置
が必要であり、実情に沿わない。 【０００８】本発明はこのような事情の下になされたも
のであり、その目的は被処理体への自然酸化膜の形成を
抑えることができる熱処理装置を提供することにある。 【０００９】 【課題を解決するための手段】このため、本発明は、縦
型の熱処理炉に連通して設けられた非酸化ガス雰囲気の
移載室と、この移載室の側壁部に形成された被処理体の
受け渡し口と、前記被処理体を保持して熱処理炉内と移
載室との間で搬送される保持具と、この保持具と前記受
け渡し口との間で被処理体を移載する移載手段と、を備
えた熱処理装置において、前記移載室を、前記保持具が
置かれる側の領域である第１の領域と受け渡し口側の領
域である第２の領域とに横方向に分割し、前記第１の領
域に熱処理炉の炉口に対向する領域と受け渡し口とを結
ぶ線に交差する方向に第１の流速で非酸化ガスを通流さ
せ、前記第２の領域に第１の領域の非酸化ガスの流れと
同方向に第１の流速よりも遅い第２の流速で非酸化ガス
を通流させたことを特徴とする。 【００１０】 【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態に係る
熱処理装置を示す斜視図であり、図２はその平面図、図
３はその断面図である。この熱処理装置についてこれら
図２、３、４を用いて説明すると、図中２は移載室であ
り、この移載室２は天板２ａと底板２ｂとの間に前方側
の壁部２１ａと後方側の壁部２１ｂが設けられている。
前記前方側の壁部２１ａには後述するクロ−ズ型カセッ
トとの間でウエハの受け渡しを行う受け渡し口２０が形
成されており、この受け渡し口２０は常時は図示しない
蓋体で閉じられている。 【００１１】移載室２の内部には、前記壁部２１ａから
奥側（後方の壁部２１ｂ側）に向けて、ウエハを一旦仮
置きするためのウエハの中間受け渡し台２３と、保持具
をなすウエハボ−ト２４とがこの順序で設けられてい
る。ウエハボ−ト２４は、後述の熱処理炉３と移載室２
との間を昇降するボ−トエレベ−タ２５の上に搭載され
ている。 【００１２】前記受け渡し口２２と中間受け渡し台２３
との間には、クロ−ズ型カセットと中間受け渡し台２３
との間でウエハを移載するための第１の移載ア−ム２６
ａが設けられており、中間受け渡し台２３とウエハボ−
ト２４との間には、中間受け渡し台２３とウエハボ−ト
２４との間でウエハを移載するための第２の移載ア−ム
２６ｂが設けられている。これら第１及び第２の移載ア
−ム２６ａ，２６ｂは移載手段をなすものである。 【００１３】また移載室２の奥側上方には、図１及び図
３に示すように、ガス供給管３１とガス排出管３２とを
備えた縦型の熱処理炉３が設けられている。前記天板２
ａの熱処理炉３に対応する領域は開口しており、ウエハ
ボ−ト２４がボ−トエレベ−タ２５により上昇して熱処
理炉３に下方側から搬入できるように構成されている。 【００１４】前記移載室２は、熱処理炉３の炉口に対向
する領域側である第１の領域Ｓ１と、受け渡し口側の領
域である第２の領域Ｓ２とに分割されている。但し２つ
の領域Ｓ１，Ｓ２に分割されているといっても移載室２
内に仕切りを設けているのではなく、非酸化ガスの気流
が別個になるように通気路を分けていることを意味する
ものである。前記第１の領域Ｓ１には、中間受け渡し台
２３、第２の移載ア−ム２６ｂ、ウエハボ−ト２４が設
けられており、第２の領域Ｓ２には第１の移載ア−ム２
６ａが設けられている。 【００１５】第１の領域Ｓ１及び第２の領域Ｓ２の一方
の側面（左側面）には、夫々第１のフィルタユニット４
１及び第２のフィルタユニット４２が設けられている。
前記第１のフィルタユニット４１は、フィルタ部４３と
その表面側に設けられた複数のファンからなる第１のフ
ァン４４とを備えており、第２のフィルタユニット４２
は、フィルタ部４３とその表面側に設けられた複数のフ
ァンからなる第２のファン４５とを備えている。また第
１の領域Ｓ１及び第２の領域Ｓ２の他方の側面（右側
面）には、例えばメッシュ体や多孔板からなる通気板５
が設けられている。 【００１６】前記第１のフィルタユニット４１の背面側
には、側壁２２ａとの間に空間が形成されており、第１
のフィルタユニット４１に対向する通気板５の背面側に
も、側壁２２ｂとの間に空間が形成されている。これら
空間は図３に示すように、底板２ｂの下方側において連
通していて、これにより通気板５の背面側から底板２ｂ
の下方側を通り第１のフィルタユニット４１の背面側に
至る第１の通気路６１が形成されている。 【００１７】この第１の通気路６１には、底板２ｂの下
方側に第１のシロッコファン４６が設けられている。ま
た側壁２２ａには非酸化ガス例えば窒素ガスのガス供給
管６３が接続されると共に、側壁２２ｂにはガス排出管
６４が接続されており、第１の領域Ｓ１内が新しい窒素
ガスにより置換されるようになっている。 【００１８】同様に第２のフィルタユニット４２と、こ
の第２のフィルタユニット４２に対向する通気板５の背
面側には、夫々側壁２２ａ、２２ｂとの間に空間が形成
されている。これら空間は底板２ｂの下方側において連
通していて、これにより通気板５の背面側から底板２ｂ
の下方側を通り第２のフィルタユニット４２の背面側に
至る第２の通気路６２が形成されている。この第２の通
気路６２には、図示しない窒素ガスのガス供給管とガス
排出管とが接続されていると共に、底板２ｂの下方側に
第２のシロッコファン４７が設けられている。 【００１９】このように第１の領域Ｓ１には、第１の通
気路６１により窒素ガスの気流が形成され、第２の領域
Ｓ２には、第２の通気路６２により窒素ガスの気流が形
成される。ここで前記第１のファン４４の回転数は第２
のファン４５の回転数よりも高く設定されており、第１
のシロッコファン４６の回転数は第２のシロッコファン
４７の回転数よりも高く設定されている。 【００２０】続いて前記壁部２１の受け渡し口２０に移
載室２の外部から密着されるクロ−ズ型カセット７（以
下カセット７という。）について図５により簡単に説明
する。このカセット７は、例えば１３枚の被処理基板で
あるウエハＷを棚状に保持するようにウエハ保持部７０
が多段に形成されたカセット本体７１と、このカセット
本体７１のウエハは取り出し口である開口部７２を気密
に塞ぐための蓋体７３とを備えている。 【００２１】前記蓋体７３は、カセット本体７１の開口
部７２の内側に入り込むように設けられており、また蓋
体７３には例えば２か所に鍵穴７４が設けられていてい
て、この鍵穴７４にキ−７５を挿入して回すことによ
り、蓋体７３の上端と下端とから例えば４本のロックピ
ン７６が突出して、カセット本体７１に蓋体７３が固定
されるように構成されている。 【００２２】このような熱処理装置では、図２、図３、
図４に示すように、第１のファン４４及び第１のシロッ
コファン４６が回転することにより、窒素ガスが第１の
領域Ｓ１を介して第１の通気路６１内を循環する。即ち
窒素ガスは、フィルタ部４３を介して第１のファン４４
により第１の領域Ｓ１内に吸い込まれ、この領域を図２
及び図３中矢印Ａで示すように、通気板５の整流作用に
より通気板５に垂直な方向に均一な流れで通流してい
き、第１のシロッコファン４６により通気板５を介して
第１の通気路６１内に吸い込まれ、底板２ｂの下方側の
通気路６１を通って第１のフィルタユニット４１の背面
側に戻り、循環していく。 【００２３】同様に第２の領域Ｓ２に対しても、第２の
ファン４５及び第２のシロッコファン４７の回転により
第２の通気路６２、フィルタ部４３を介して窒素ガスが
供給され、この窒素ガスは矢印Ｂで示すように通流して
いく。こうして移載室２内に清浄気体（この例では窒素
ガス）の流れが形成され、移載室２内をクリ−ンな状態
に保っている。 【００２４】ここで通気路は、第１の通気路６１と第２
の通気路６２とに分割されており、第２のファン４５及
びシロッコファン４７の回転数は第１のファン４４及び
シロッコファン４６の回転数より低いため、第１の領域
Ｓ１内を通流する窒素ガスの流速と、第２の領域Ｓ２内
を通流する窒素ガスの流速とは異なり、第１の領域Ｓ１
内の流速（第１の流速）よりも第２の領域Ｓ２内の流速
（第２の流速）の方が遅くなる。具体的には、前記第１
の流速は０．３５ｍ／ｓ程度、第２の流速は０．３ｍ／
ｓ程度となる。 【００２５】そしてこのように移載室２内を窒素ガスで
パ−ジしている状態で、ウエハＷが収納されたクロ−ズ
型カセット７を移載室２の受け渡し口２０に外側から装
着して、図示しない開閉機構により鍵穴７４にキ−７５
を挿入して回し、ロックピン７６を解除して受け渡し口
２０を塞いでいる蓋体と共に蓋体７３を開く。続いてカ
セット７内のウエハＷを第１の移載ア−ム２６ａにより
中間受け渡し台２３に移載し、中間受け渡し台２３から
第２の移載ア−ム２６ｂによりウエハボ−ト２４に移載
して、この後ウエハボ−ト２４をボ−トエレベ−タ２５
により上昇させて熱処理炉３内に搬入し、所定の熱処理
を行なう。 【００２６】このような熱処理装置では、クロ−ズ型カ
セット７の内部には大気が存在するため、当該カセット
７の蓋体７３を開けると、カセット７内の大気（酸素）
が図２中矢印Ｃで示すように、第２の領域Ｓ２内に拡散
していく。ところが上述のように第２の領域Ｓ２と第１
の領域Ｓ１とは窒素ガスの流速が異なり、第２の領域Ｓ
２よりも第１の領域Ｓ１の方が流速が大きいため、第１
の領域Ｓ１と第２の領域Ｓ２との間に窒素ガスの流れに
よる境界が生じる。従って第２の領域Ｓ２に拡散した酸
素は窒素ガスによる境界を越えることができずに、第１
の領域Ｓ１内への拡散は抑えられ、第２の領域Ｓ２内の
窒素ガスの流れに乗って、通気板５を介して第２の通気
路６２に吸引される。 【００２７】このようにクロ−ズ型カセット７内の大気
は、第２の領域Ｓ２内への拡散に止まり、第１の領域Ｓ
１内には混入しない。ここで第１の領域Ｓ１は熱処理炉
の近傍にあるため、第２の領域Ｓ２よりも温度が高く、
また中間受け渡し台２３やウエハボ−ト２４が設けられ
ていて、この領域内にウエハが置かれる時間が長いた
め、この領域は酸素が混入するとウエハに自然酸化膜が
形成されやすい状態にある。 【００２８】一方第２の領域Ｓ２は第１の領域Ｓ１より
も温度が低く、またこの領域はカセット７から中間受け
渡し台２３へのウエハの移載が行われるところであるた
め、ウエハが置かれている時間も短く、第１の領域Ｓ１
よりも自然酸化膜が形成されにくい状態にある。従って
カセット７内の大気の拡散を第２の領域Ｓ２のみに止
め、第１の領域Ｓ１内への酸素の拡散を防止することに
より、この領域に置かれている熱処理前後のウエハに自
然酸化膜が形成されることを抑えることができ、熱処理
炉内への大気の混入も低減できる。 【００２９】続いて本発明の第２の実施の形態について
図６を用いて説明する。本実施の形態が上述の第１の実
施の形態と異なる点は、移載室２内にウエハボ−トを２
基設けたことである。第１の領域Ｓ１には第１のボ−ト
エレベ−タ８３によりウエハ移載領域と熱処理炉３内の
位置との間を移動する第１のウエハボ−ト８１と、第２
のボ−トエレベ−タ８４によりウエハ移載領域と熱処理
炉３内の位置との間を移動する第２のウエハボ−ト８２
とが設けられており、第２の領域Ｓ２にはクロ−ズ型カ
セット７から前記第１及び第２のウエハボ−ト８１、８
２にウエハを移載するための移載ア−ム８５が設けられ
ている。その他の構成は第１の実施の形態と同様であ
る。 【００３０】このような熱処理装置では、ウエハが搭載
された第１のウエハボ−ト８１が熱処理炉３内に搬入さ
れて熱処理が行われている間に、第２のウエハボ−ト８
２に移載ア−ム８５によりクロ−ズ型カセット７内のウ
エハが移載される。そして熱処理終了後の第１のウエハ
ボ−ト８１が熱処理炉３から搬出された後、第２のウエ
ハボ−ト８２が熱処理炉３内に搬入される。第２のウエ
ハボ−ト８２に搭載されるウエハに対して熱処理が施さ
れている間、第１のウエハボ−ト８１から先ず処理後の
ウエハが移載され、続いて新たにウエハが移載される。 【００３１】このように第１及び第２のウエハボ−ト８
１、８２は、熱処理炉３の下方側領域にあって、温度が
高く、自然酸化膜が形成されやすい状態にあるが、これ
らは第１の領域Ｓ１にあり、この領域内にはクロ−ズ型
カセット７内の酸素が拡散してこないため、第１及び第
２のウエハボ−ト８１、８２に搭載されているウエハへ
の自然酸化膜の形成や、熱処理炉３への大気の巻き込み
が抑えられる。 【００３２】続いて移載室内の第１の領域Ｓ１への酸素
の拡散の解析について説明する。解析モデルとしては、
図７に示すように、移載室２を長さ方向（ｘ方向）にお
いて２分割し、ｘ2 とｘ1 の間の領域を第１の領域Ｓ
１、ｘ0 とｘ1 の間の領域を第２の領域Ｓ２とし、ｘ0
−ｘ2 間の距離を１０００ｍｍ、ｘ0 −ｘ1 間の距離を
５００ｍｍとした。また第１の領域Ｓ１の窒素ガス（Ｎ
2 ガス）の流速をｕ1 （第１の流速）、第２の領域の窒
素ガスの流速をｕ2 （第２の流速）とした。 【００３３】解析条件としては、移載室２内にウエハの
受け渡し口２０から酸素を２０％含む空気が５分間（１
つのクロ−ズ型カセットから中間受け渡し台へウエハを
移載する時間に相当する）通気される場合を想定し、窒
素ガスの流速条件は、ｕ1 ＝０．５ｍ／ｓｅｃ，ｕ2 ＝
０．３ｍ／ｓｅｃ，流速比ｕ1 ：ｕ2 ＝５：３，乱れ
度；１０％（実施例）、ｕ1 ＝０．３ｍ／ｓｅｃ，ｕ2
＝０．３ｍ／ｓｅｃ，流速比ｕ1 ：ｕ2 ＝１：１，乱れ
度；１０％（比較例）とした。酸素の拡散定数は、２．
０６３９８×１０-5とした。ここで乱れ度とは、一様な
流れの中で、その流れと違った方向ベクトルを持つ流れ
の存在割合をいう。 【００３４】解析領域は、受け渡し口２０と同じ高さで
あり、各々の領域のほぼ中央領域である第１のポジショ
ンＡ１と第２のポジション領域Ａ２（図７（ｃ）参照）
とした。そして空気の通気開始から５分後の第１及び第
２のポジションＡ１、Ａ２における酸素濃度を解析し
た。 【００３５】解析結果は、酸素濃度は、実施例の場合、
ポジションＡ１では、０．３×１０-15 ｍｏｌ／ｍ3 、
ポジションＡ２では０．９×１０-2ｍｏｌ／ｍ3 であっ
た。また比較例の場合、ポジションＡ１では、０．１×
１０-12 ｍｏｌ／ｍ3 、ポジションＡ２では０．９×１
０-2ｍｏｌ／ｍ3 であった。 【００３６】この解析結果より、ポジションＡ１の酸素
濃度は比較例よりも実施例の方が３桁も低いことが確認
され、これにより移載室２内の酸素の拡散を防ぐために
は、窒素ガスの流速を一様とするよりも、拡散を防ぎた
い領域の窒素ガスの流速を早めること、本実施の形態で
は第１の流速を第２の流速よりも早めることが有効であ
ることが認められた。 【００３７】また実施例において、５分間空気を通気し
続けても移載室２の酸素濃度は時間の経過につれて増加
しないことが認められ、これによりある程度の流速で窒
素ガスが排気されていれば酸素の拡散よりも排気が優先
することが確認された。従ってある程度の流速で窒素ガ
スの排気が行われていれば、第１の領域Ｓ１への酸素の
拡散を防ぐことができることが認められた。 【００３８】但し窒素ガスの流れに内在する流れの乱れ
度が酸素の拡散を促進するおそれがあり、第１の流速と
第２の流速との流速比が大きすぎると、第１の領域Ｓ１
と第２の領域Ｓ２との境界での流体摩擦により乱れが誘
発されるおそれがある。ここで第１の流速と第２の流速
との流速比（第１の流速／第２の流速）が１．２倍以上
２倍以内である場合には、ウエハに自然酸化膜が形成さ
れなかったことから、前記流速比は１．２倍以上２倍以
内程度であることが望ましいと解される。また流れの乱
れを抑えるためには第１の流速は０．３〜０．４ｍ／ｓ
程度、第２の流速は０．２５〜０．３ｍ／ｓ程度がある
ことが望ましい。 【００３９】以上において本発明では、非酸化ガスとし
ては窒素ガスの他、アルゴン、ヘリウム等を用いること
ができる。また縦型熱処理炉を用いる場合において、非
酸化ガスの通流方向は、側壁に垂直な方向のみならず移
載室の熱処理炉の炉口に対向する領域と受け渡し口とを
結ぶ線に交差する方向であれば例えば移載室の上下方向
であってもよい。また本発明は受け渡し口が移載室の側
壁に設けられていてもよく、この場合には、非酸化ガス
の通流方向は、例えば移載室の側壁に垂直な方向や移載
室の上下方向とされる。 【００４０】さらに本発明は縦型熱処理炉を用いる場合
に限られず、横型の熱処理炉を用いる場合にも適用でき
る。この場合においては、例えば移載室の熱処理炉の炉
口に対向する領域を第１の領域とし、受け渡し口側の領
域を第２の領域として、非酸化ガスを例えば移載室の上
下方向に通流させることにより実施される。 【００４１】さらにまた本発明では、第１の流速と第２
の流速は、第１及び第２のファンやシロッコファンの回
転数を変えて調整することに限らず、フィルタユニット
のファンの吸引口側に絞りを設けるなど、通流抵抗を変
えて調整するようにしてもよい。 【００４２】さらにまた本発明では、第２の領域を複数
領域に分割し、これらの領域に通流させる窒素ガスの流
速を変えるようにしてもよい。さらにまた本発明はクロ
−ズ型カセットを用いる場合に限らず、通常のオ−プン
型カセットを用い、かかるカセットの入出ポ−トと移載
室とを開閉する構造の熱処理装置に対しても適用でき
る。 【００４３】 【発明の効果】本発明によれば、被処理基板を例えば熱
処理する場合に、移載室において熱処理炉からの熱処理
により温度が高い領域において酸素の拡散が防止される
ので、被処理基板への自然酸化膜の形成を抑えることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る熱処理装置の移載室
を示す斜視図である。 【図２】本発明の実施の形態に係る移載室の平面図であ
る。 【図３】本発明の実施の形態に係る移載室の断面図であ
る。 【図４】ロ−ドロック室の通気路を示す斜視図である。 【図５】クロ−ズ型カセットを示す斜視図である。 【図６】ロ−ドロック室への酸素の拡散についての解析
に用いた解析モデルを説明するための説明図である。 【図７】本発明の第２の実施の形態に係る移載室の平面
図である。 【図８】従来の熱処理装置を示す断面図である。 【符号の説明】 ２ 移載室 ２０ 受け渡し口 ２１ａ 壁部 ３ 熱処理炉 ４１ 第１のフィルタユニット ４２ 第２のフィルタユニット ５ 通気板 ６１ 第１の通気路 ６２ 第２の通気路 ７ クロ−ズ型カセット ８１ 第１のウエハボ−ト ８２ 第２のウエハボ−ト Ｓ１ 第１の領域 Ｓ２ 第２の領域 Ｗ 半導体ウエハ
を示す斜視図である。 【図２】本発明の実施の形態に係る移載室の平面図であ
る。 【図３】本発明の実施の形態に係る移載室の断面図であ
る。 【図４】ロ−ドロック室の通気路を示す斜視図である。 【図５】クロ−ズ型カセットを示す斜視図である。 【図６】ロ−ドロック室への酸素の拡散についての解析
に用いた解析モデルを説明するための説明図である。 【図７】本発明の第２の実施の形態に係る移載室の平面
図である。 【図８】従来の熱処理装置を示す断面図である。 【符号の説明】 ２ 移載室 ２０ 受け渡し口 ２１ａ 壁部 ３ 熱処理炉 ４１ 第１のフィルタユニット ４２ 第２のフィルタユニット ５ 通気板 ６１ 第１の通気路 ６２ 第２の通気路 ７ クロ−ズ型カセット ８１ 第１のウエハボ−ト ８２ 第２のウエハボ−ト Ｓ１ 第１の領域 Ｓ２ 第２の領域 Ｗ 半導体ウエハ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｈ０１Ｌ 21/68 Ａ
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/22 511
H01L 21/324
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 縦型の熱処理炉に連通して設けられた非
酸化ガス雰囲気の移載室と、この移載室の側壁部に形成
された被処理体の受け渡し口と、前記被処理体を保持し
て熱処理炉内と移載室との間で搬送される保持具と、こ
の保持具と前記受け渡し口との間で被処理体を移載する
移載手段と、を備えた熱処理装置において、 前記移載室を、前記保持具が置かれる側の領域である第
１の領域と受け渡し口側の領域である第２の領域とに横
方向に分割し、前記第１の領域に熱処理炉の炉口に対向
する領域と受け渡し口とを結ぶ線に交差する方向に第１
の流速で非酸化ガスを通流させ、前記第２の領域に第１
の領域の非酸化ガスの流れと同方向に第１の流速よりも
遅い第２の流速で非酸化ガスを通流させたことを特徴と
する熱処理装置。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
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