JP4877980B2 - 縦型熱処理装置およびパーティクル付着防止方法 - Google Patents

Description

本発明は，被処理基板に所定の熱処理を施す縦型熱処理装置および被処理基板に対するパーティクル付着防止方法に関する。

半導体デバイスの製造プロセスにおいては，半導体ウエハ（以下，単に「ウエハ」とも言う）等の被処理基板に対して熱処理を行うために，例えば縦型熱処理装置が用いられる。この縦型熱処理装置は，複数のウエハを多段に保持したウエハボートなどの保持手段を熱熱処理炉の中に収容し，不純物拡散処理，酸化膜形成処理，またはＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理等の各種熱処理を行うものである。

このような縦型熱処理装置では，ウエハに対する所定の熱処理が繰り返されると熱処理炉内の部材，例えば内壁やウエハボートに反応副生成物が堆積していく可能性がある。この反応副生成物が剥離してパーティクルとなってウエハ表面に付着してしまうと，ウエハの製造スループットを低下させる虞がある。

上述したのは縦型熱処理装置についてであるが，パーティクルがウエハに付着する問題は他の種類の基板処理装置でも発生する。このため従来，様々な装置についてパーティクルをウエハに付着させないための技術が案出されている。例えば特許文献１には，ウエハを搬送する搬送装置内でパーティクルをウエハに付着させないための技術が記載されている。これは，パーティクル帯電装置を用いてパーティクルを帯電させるとともに，電場形成装置を用いてウエハの周囲にパーティクルの帯電極性と同じ極性の電場を形成することにより，ウエハとパーティクルとの間に斥力を生じさせて，これによってウエハへのパーティクルの付着を防止するものである。

特開２００５−１１６８２３号公報

しかしながら，上記特許文献１に記載の発明の場合，ウエハとパーティクルはそれぞれ別個の装置から電荷が与えられて帯電するため，両者の帯電のタイミングを合わせるのは容易ではないという問題がある。もしウエハとパーティクルのうち一方が先に帯電してしまうと，本来，ウエハとパーティクルの間に斥力を発生させようとしているのにもかかわらず，他方が同じ極性に帯電するまでの期間はウエハとパーティクルの間に引力が生じてしまい，かえってウエハにパーティクルを付着させてしまうことになる。

また，縦型熱処理装置においては，熱処理炉内の温度が例えば４００℃程度あるので，ウエハを保持したウエハボートが熱処理炉内に搬入されると，炉内温度によってウエハとウエハボートが僅かに膨張する。このとき，ウエハを構成するシリコンとウエハボートを構成する材料例えば石英ガラスとでは熱膨張率に差があるため，ウエハとウエハボートとの接触部分が擦れ，ウエハボートに堆積している反応副生成物が剥がれ，これがパーティクルとなってウエハに付着する可能性がある。

ところが，上記特許文献１に記載の発明では，ウエハの搬入が完了し電場形成装置を動作してからでないとウエハを帯電させることができないので，もしこのような特許文献１に記載の発明を縦型熱処理装置にそのまま適用しても，熱処理炉内に搬入している最中にウエハにパーティクルが付着してしまう虞がある。

さらに，上記特許文献１に記載の発明によれば，ウエハの周囲に電場を形成するために例えば金属からなる電力供給ラインを室内に引き込む必要がある。これに対して，熱処理中に炉内が高温になる縦型熱処理装置の場合，炉内に金属を配置することは金属コンタミネーションの原因となるため好ましくない。

以上のように，上記特許文献１に記載の発明を縦型熱処理装置の熱処理炉にそのまま適用することはできず，たとえ適用したとしても，ウエハに対するパーティクルの付着を的確に防止することができないという問題が残る。

本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的は，熱処理炉内に被処理基板が搬入された時点からその被処理基板を帯電させることができ，これと同時に熱処理炉内のパーティクルを同じ極性に帯電させることができる縦型熱処理装置およびパーティクル付着防止方法を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，複数の被処理基板を上下方向に所定間隔で保持する保持手段と，前記保持手段を下方の炉口から収容して，前記各被処理基板に対して熱処理を施す熱処理炉と，前記熱処理炉の炉口を塞ぐ蓋体上に前記保持手段を支持して前記熱処理炉内への搬入搬出を行う昇降機構と，所定の気体をイオン化してイオン化気体を生成し，このイオン化気体を前記熱処理炉の側面から前記炉口近傍に供給するイオン化気体供給手段と，を備えたことを特徴とする縦型熱処理装置が提供される。

また，複数の被処理基板を上下方向に所定間隔で保持する保持手段と，前記保持手段を下方の炉口から収容して，前記各被処理基板に対して熱処理を施す熱処理炉と，前記熱処理炉の炉口を塞ぐ蓋体上に前記保持手段を支持して前記熱処理炉内への搬入搬出を行う昇降機構と，所定の気体をイオン化してイオン化気体を生成し，このイオン化気体を前記熱処理炉の側面から前記炉口近傍に供給するイオン化気体供給手段と，前記昇降機構により前記保持手段を上昇させて，前記保持手段が保持している複数の被処理基板のうちの最上段の被処理基板が前記炉口に達したときから，前記イオン化気体供給手段によって前記イオン化気体を前記熱処理炉の側面から前記炉口近傍に供給させることによって，前記炉口から次々と搬入されていく前記被処理基板に向けて前記イオン化気体を供給させる制御部と，を備えたことを特徴とする縦型熱処理装置が提供される。

この縦型熱処理装置によれば，被処理基板は熱処理炉に搬入されてすぐに炉口近傍においてイオン化気体に接触するため，その時点で被処理基板は所定の極性に帯電することになる。また，炉口近傍にパーティクルが浮遊していても，このパーティクルもイオン化気体に接触して，被処理基板と同時に同じ極性に帯電する。したがって，被処理基板とパーティクルとの間に斥力が生じ，被処理基板へのパーティクルの付着が防止される。

前記イオン化気体供給手段は，前記所定の気体をマイナスまたはプラスのいずれか一方にイオン化することが好ましい。これによれば，被処理基板とパーティクルを確実に同じ極性に帯電させることができる。

前記イオン化気体供給手段は，前記イオン化気体を前記炉口の開口面に沿うように供給することが好ましい。このようにすれば，被処理基板の表面全域にイオン化気体が行き渡るようになり，表面全体を均一に帯電させることができるようになる。したがって，被処理基板の表面のいずれの箇所にもパーティクルが付着しないようにできる。

また，前記イオン化気体供給手段は，前記熱処理炉の側面全周にわたって設けられた供給口から前記イオン化気体を供給することが好ましい。そして，前記供給口を前記熱処理炉の側壁に設けられた複数の孔により構成するようにしてもよい。このような構成によれば，炉口近傍の全域にイオン化気体を安定的に供給することができるようになるため，被処理基板の表面全体をより均一に帯電させることができる。したがって，被処理基板の表面へのパーティクル付着をより確実に防止することができる。

上記の縦型熱処理装置は，さらに，前記熱処理炉の最上部に排気手段を設け，前記イオン化気体供給手段から前記熱処理炉内に前記イオン化気体を供給しながら前記排気手段で排気することによって，前記熱処理炉の炉口近傍に供給される前記イオン化気体を前記熱処理炉に充満させ，さらに最上部の前記排気手段へ向う前記イオン化気体の流れを形成することが好ましい。この構成によれば，炉口から熱処理炉外へイオン化気体を流出させることなく，熱処理炉内にイオン化気体を充満させることができる。したがって，熱処理炉内に浮遊しているすべてのパーティクルを被処理基板と同じ極性に帯電させることができる。この結果，被処理基板が熱処理炉内の所定の位置まで搬入されたときにも，この被処理基板の表面へのパーティクル付着を防止することができる。

上記課題を解決するために，本発明の他の観点によれば，複数の被処理基板を上下方向に所定間隔で保持する保持手段と，前記保持手段を下方の炉口から収容して，前記各被処理基板に対して熱処理を施す熱処理炉と，前記熱処理炉の炉口を塞ぐ蓋体上に前記保持手段を支持して前記熱処理炉内への搬入搬出を行う昇降機構とを備えた縦型熱処理装置において，前記熱処理炉内に収容した前記各被処理基板へのパーティクルの付着を防止する方法であって，前記保持手段を前記昇降機構により上昇させて，前記保持手段が保持している複数の被処理基板のうちの最上段の被処理基板が前記炉口に達したときから，イオン化気体供給手段によって所定の気体をイオン化したイオン化気体を前記熱処理炉の側面から前記炉口近傍に供給することによって，前記炉口から次々と搬入されていく前記被処理基板に向けて前記イオン化気体を供給することを特徴とするパーティクル付着防止方法が提供される。

この方法によれば，被処理基板は熱処理炉に搬入されてすぐに炉口近傍においてイオン化気体に接触するため，その時点で被処理基板は所定の極性に帯電することになる。また，炉口近傍にパーティクルが浮遊していても，このパーティクルもイオン化気体に接触して，被処理基板と同時に同じ極性に帯電する。したがって，被処理基板とパーティクルとの間に斥力が生じ，被処理基板へのパーティクルの付着が防止される。また，炉口から熱処理炉内に次々と搬入されていく各被処理基板を帯電させることができる。したがって，熱処理炉内に搬入されるすべての被処理基板について，パーティクルの付着を効率よく防止することができる。

また，前記イオン化気体供給手段から前記熱処理炉内に前記イオン化気体を供給しながら前記熱処理炉の最上部に設けた排気手段で排気することによって，前記熱処理炉の炉口近傍に供給される前記イオン化気体を前記熱処理炉に充満させ，さらに最上部の前記排気手段へ向う前記イオン化気体の流れを形成することが好ましい。これによって，炉口から熱処理炉外へイオン化気体を流出させることなく，熱処理炉内にイオン化気体を充満させることができる。したがって，熱処理炉内に浮遊しているすべてのパーティクルを被処理基板と同じ極性に帯電させることができる。この結果，被処理基板が熱処理炉内の所定の位置まで搬入されたときにも，この被処理基板の表面へのパーティクル付着を防止することができる。

本発明によれば，熱処理炉内に被処理基板が搬入された時点からその被処理基板と熱処理炉内のパーティクルを同時に同じ極性に帯電させることができるため，被処理基板へのパーティクルの付着が確実に防止される。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（縦型熱処理装置の構成例）
まず，本実施形態にかかる縦型熱処理装置の構成例について図面を参照しながら説明する。図１は本実施形態である縦型熱処理装置を概略的に示す縦断面である。

この縦型熱処理装置１００は，複数枚例えば２５枚の被処理基板例えば半導体ウエハＷを収納したキャリア１０２を筐体１０４内に搬入搬出（ロード・アンロード）するためのロードポート１１０と，このロードポート１１０から搬入された複数のキャリア１０２を収納，保管するキャリアステージ１２０と，多数枚例えば７５枚のウエハを多段に保持したウエハボート（保持手段）１３０を収容してウエハＷに所定の熱処理例えばＣＶＤ処理を施す熱処理炉１４０と，ウエハボート１３０に移載されるウエハＷを収容するキャリア１０２が載置されるＦＩＭＳポート１５０と，制御部１６０を備えている。

キャリア１０２は，容器本体内に複数枚のウエハＷを水平状態で上下方向に所定間隔で多段に収納可能であり，容器本体の前面に着脱可能な蓋（図示せず）を備えたいわゆる密閉型運搬容器である。キャリア１０２は，例えば，ＯＨＴ（天井走行型搬送装置），ＡＧＶやＲＧＶ（床走行型搬送装置），ＰＧＶ（手押し型搬送装置）によって運搬される。

熱処理炉１４０は，筐体１０４内の後部上方に設置されており，下部が炉口１４０Ａとして開口された縦長の処理容器としての反応管１４２と，反応管１４２の周囲を覆うように設けられ，反応管１４２内の雰囲気を所定の温度例えば３００〜１２００℃に加熱制御可能な加熱機構としてのヒータ１４４とを備えている。なお，反応管１４２は，例えば高い耐熱性と電気絶縁性を有する石英ガラスで構成される。また，ヒータ１４４は，例えば抵抗発熱体で構成される。

また，熱処理炉１４０の反応管１４２には，その内部に処理ガスやパージ用の不活性ガスを導入するための複数のガス導入管が接続されているとともに，その内部の圧力を調整するための真空ポンプと圧力制御弁が排気管を介して接続されている。なお，熱処理炉１４０の構成の詳細については後述する。

筐体１０４内には，熱処理炉１４０を設置するための例えばステンレス鋼製のベースプレート１０６が水平に設けられている。ベースプレート１０６には，熱処理炉１４０の炉口１４０Ａに対応する位置に開口部（図示せず）が形成されている。ウエハボート１３０は，この開口部を通じて熱処理炉１４０内にロードされ，また熱処理炉１４０内からアンロードされる。

熱処理炉１４０の下方には，筐体１０４，ベースプレート１０６，および隔壁１０８によって囲まれたローディングエリア１７０が設けられている。熱処理炉１４０内にロードされるウエハボート１３０は，このローディングエリア１７０にて待機する。また，ローディングエリア１７０には，熱処理炉１４０の炉口１４０Ａを下方から密閉する蓋体１７２，昇降回転機構１７４，蓋体１７２が下降したときに炉口１４０Ａを遮蔽（遮熱）するためのシャッタ機構(図示せず)，アンロードされたウエハボート１３０とＦＩＭＳポート１５０上のキャリア１０２との間でウエハＷの移載を行う移載機構１７６，および隔壁１０８に形成された開口部（図示せず）を密閉可能な扉機構１７８が配置されている。

ウエハボート１３０は，大口径例えば直径３００ｍｍのウエハＷを水平状態で上下方向に所定間隔で多段に支持するボート本体１３０Ａおよびこのボート本体１３０Ａを支える脚部１３０Ｂから構成されている。このウエハボート１３０の材料としては，石英ガラスなどを採用することができる。

蓋体１７２には，昇降回転機構１７４が取り付けられている。このため，蓋体１７２は，垂直方向への昇降動作が可能であり，熱処理炉１４０の炉口１４０Ａを開状態または閉状態とすることができる。また，蓋体１７２には，炉口１４０Ａを加熱または保温する機構（図示せず）が設けられている。

ウエハボート１３０の脚部１３０Ｂは，昇降回転機構１７４の回転軸に連結されている。この構成により，ウエハボート１３０は，蓋体１７２と連動した垂直方向への昇降動作が可能であるとともに，水平回転動作も可能である。したがって，ウエハボート１３０は，水平方向の回転角度が調整された状態で熱処理炉１４０内へロードされる。

筐体１０４内の前部にはキャリア１０２の搬送および保管を行う搬送保管エリア１８０が設けられている。この搬送保管エリア１８０と上記のローディングエリア１７０は，隔壁１０８によって仕切られている。

搬送保管エリア１８０の下部には，ＦＩＭＳポート１５０が配置されている。このＦＩＭＳポート１５０は，キャリア１０２が載置される台１５０Ａと，キャリア１０２の容器本体の前面周縁部が隔壁１０８に当接するようにキャリア１０２を固定する固定機構（図示せず）と，キャリア１０２の蓋を開閉する蓋開閉機構（図示せず）とを備えている。なお，このＦＩＭＳポート１５０を並列に２つ備えるようにしてもよい。

搬送保管エリア１８０の後方上部には，キャリアステージ１２０が設けられている。キャリアステージ１２０は，例えば，第１〜第３の載置棚１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃを有し，それぞれにキャリア１０２を載置して保管できるように構成されている。

搬送保管エリア１８０の前方上部には，ロードポート１１０，キャリアステージ１２０，およびＦＩＭＳポート１５０の間でキャリア１０２の搬送，移載を行うキャリアトランスファ１８２が設けられている。

ロードポート１１０は，キャリア１０２を載置する台１１０Ａと，キャリア１０２を搬送保管エリア１８０内に搬入搬出するための開口部１１０Ｂとを備えている。ロードポート１１０へのキャリア１０２の搬送およびロードポート１１０からのキャリア１０２の搬出は，例えば床面走行型搬送装置または作業員によって行われる。

制御部１６０は，縦型熱処理装置１００の各種制御例えばキャリア１０２の搬送制御，ウエハＷの移載制御，熱処理のプロセス制御等を行う。また，ロードポート１１０の上方の正面壁部には，制御部１６０の入出力表示部として機能する例えばタッチパネル式の表示装置１２３を設けるようにしてもよい。

なお，表示装置１２３の上方に第２のロードポートを備えるようにしてもよい。また，表示装置１２３の裏面側のスペースを利用して，第４の載置棚を備えるようにしてもよい。

（熱処理炉の構成例）
次に，熱処理炉１４０の構成例について図面を参照しながら説明する。図２は，熱処理炉１４０の縦断面を示すとともに，この熱処理炉１４０に接続されているイオン化気体供給手段２００と排気手段３００の構成例を示している。

上述のように，熱処理炉１４０は，主として反応管１４２と，この反応管１４２を覆うヒータ１４４から構成されている。反応管１４２の側面最下部には給気口１４６が形成されており，反応管１４２の最上部には排気口１４８が形成されている。

イオン化気体供給手段２００は，熱処理炉１４０の反応管１４２内に対して，給気口１４６を介してイオン化した気体を供給するものである。イオン化する気体としては，例えばドライエアーまたは不活性ガスを用いることができる。以下，窒素（Ｎ_２）ガスを用いた場合に即して本実施形態を説明する。なお，気体の選定に際しては，その気体がイオン化エネルギーの小さい元素（分子）を含むことを考慮するようにしてもよい。

このような機能を有するイオン化気体供給手段２００は，窒素ガス供給源２０２，給気バルブ２０４，ガス供給管２０６，およびイオン発生装置２１０から構成されている。窒素ガス供給源２０２は，ガス供給管２０６を介して反応管１４２の給気口１４６に接続されている。ガス供給管２０６には，給気バルブ２０４が備えられている。

イオン発生装置２１０は，先端が針状の電極２１２と，電極２１２に電気的に接続された電源２１４から構成されている。電極２１２は，その先端がガス供給管２０６内に位置するように配置されている。この電極２１２に対して電源２１４から例えば高い電圧の交流パルス電圧を印加すると，ガス供給管２０６を流れる窒素ガスをマイナスイオン化およびプラスイオン化させることができる。このように，本実施形態にかかるイオン発生装置２１０は，いわゆるパルス放電方式のイオナイザとして構成されている。これに代えて，コロナ放電方式のイオナイザを採用してもよい。

また，イオン発生装置２１０として，プラスイオンとマイナスイオンのいずれか一方のみを発生させるイオナイザを用いてもよく，発生させる両イオンの割合を変えることができるイオナイザを用いてもよい。

排気手段３００は，熱処理炉１４０においてウエハＷに対する所定の熱処理を行う際に，反応管１４２内の雰囲気を外部に排出して，反応管１４２内の圧力を制御する機能を有する。この排気手段３００によれば，上述のイオン化気体供給手段２００が反応管１４２内の最下部に供給したイオン化した窒素ガス（以下，「イオン化窒素ガス」という）を反応管１４２内に充満させ，さらに最上部に導いた後，外部に排出することができる。また，排気手段３００を備えることによって，イオン化窒素ガスが炉口１４０Ａからローディングエリア１７０に流れ込むことを防止することができる。

ローディングエリア１７０にパーティクルが浮遊している場合，もし，そこへイオン化窒素ガスが流れ込むと，まずパーティクルがイオン化してしまい，このイオン化したパーティクルと未だイオン化していない部材との間に引力が生じ，その部材にパーティクルが付着する虞がある。排気手段３００を備えることによってこのような問題を回避することができる。

このような機能を有する排気手段３００は，真空ポンプ３０２，メイン排気管３０４，メイン排気バルブ３０６，サブ排気管３０８，およびサブ排気バルブ３１０から構成されている。真空ポンプ３０２は，メイン排気管３０４を介して反応管１４２の排気口１４８に接続されている。メイン排気管３０４には，メイン排気バルブ３０６が備えられている。また，メイン排気管３０４には，メイン排気バルブ３０６をバイパスするようにサブ排気管３０８が接続されている。サブ排気管３０８には，サブ排気バルブ３１０が接続されている。

イオン化気体供給手段２００を構成する窒素ガス供給源２０２，給気バルブ２０４，およびイオン発生装置２１０，並びに，排気手段３００を構成する真空ポンプ３０２，メイン排気バルブ３０６，およびサブ排気バルブ３１０は，制御部１６０によって動作制御される。

（パーティクル付着防止の原理）
以上のように構成された本実施形態にかかる熱処理炉１４０によれば，反応管１４２内にロードされたウエハＷへのパーティクルの付着を的確に防止することができる。この熱処理炉１４０におけるパーティクル付着防止の原理について図面を参照しながら説明する。図３は，このパーティクル付着防止方法の効果を確認するために行った実験内容を説明するための概要図である。

本実施形態にかかるウエハＷへのパーティクルの付着防止技術の特徴の一つは，単一の装置（イオナイザ）で生成したイオンをウエハとパーティクルに供給することにある。発明者らは，このような方法によれば，パーティクルとウエハを一括して同じ極性に帯電させて両者間に斥力を生じさせ，結果としてウエハへのパーティクルの付着を防止することができるとの予想を立てた。そして，この予想の正否を確認するために，次のような実験を行った。

まず，図３に示すように，上部が開いた２つの測定室４００Ａ，４００Ｂを用意し，それぞれに同一サイズの実験用ウエハＷＡ，ＷＢを載置する。次にイオナイザ（図示せず）によってマイナスイオン４０２を発生させる。そして，このマイナスイオン４０２を測定室４００Ａにのみ供給する。このようにすれば，測定室４００Ａ内にはマイナスイオン４０２が充満し，実験用ウエハＷＡの表面はマイナスイオン４０２によってマイナスに帯電すると考えられる。

その後，パーティクル４０４を測定室４００Ａと測定室４００Ｂに対して供給する。このとき，パーティクル４０４のサイズや数などの条件は，測定室４００Ａと測定室４００Ｂの間で同一とされる。

この実験を行って得られた結果を図４に示す。図４に示すグラフの縦軸は，実験用ウエハＷＢの表面に付着したパーティクル４０４の数に対する実験用ウエハＷＡの表面に付着したパーティクル４０４の数の比率を示している。したがって，この比率が“１倍”の場合は，実験用ウエハＷＡと実験用ウエハＷＢに同じ数のパーティクル４０４が付着していることになる。また，比率が“１倍”より小さければ，実験用ウエハＷＡの方が実験用ウエハＷＢよりも付着しているパーティクル４０４の数が少ないことになる。一方，図４に示すグラフの横軸は，イオナイザで生成される全イオンに対するマイナスイオンの割合を示している。イオナイザがマイナスイオンのみを生成する場合には，この割合は“１００％”となる。

この実験では，イオナイザが一方の極性（ここではマイナス）のイオンを高い割合で生成した場合に，実験用ウエハＷＡに付着したパーティクル４０４の数が実験用ウエハＷＢに付着したパーティクル４０４の数に比べて約３０％少なくなるという結果が得られた。すなわち，ウエハとパーティクルに対して同じ極性のイオンを供給すれば，ウエハへのパーティクルの付着を大幅に抑制できることが明らかになった。

これに対して，イオナイザが生成する全イオンのうち，例えば７０％がマイナスイオンで残りの３０％がプラスイオンの場合，図４に示すように，実験用ウエハＷＢに比べて実験用ウエハＷＡの方がパーティクルの付着数が多くなってしまう。マイナスイオンとプラスイオンが混在していると，ウエハとパーティクルが逆極性に帯電し，両者に引力が生じてしまう可能性があるためと考えられる。

以上の実験結果から，マイナスイオンまたはプラスイオンのいずれか一方をウエハとパーティクルに供給すれば，同極性に帯電した２つの物体間には斥力が生じるという原理に基づいて，ウエハへのパーティクルの付着が防止され得ることが明らかになった。

（熱処理炉におけるウエハへのパーティクル付着防止方法）
本実施形態にかかる熱処理炉１４０におけるウエハＷへのパーティクル付着防止方法について，図面を参照しながら説明する。なお，ここでは，イオン化窒素ガス４１２をマイナスの極性に帯電させる場合について説明する。

図５Ａは，ウエハボート１３０が上昇し，ウエハボート１３０に保持されている例えば７５枚のウエハＷ１〜Ｗ７５のうち，最上段のウエハＷ１が熱処理炉１４０の炉口１４０Ａに達した時点での，炉口１４０Ａ付近のイオン化窒素ガス４１２の状態を示している。また，図５Ｂは，図５Ａの状態からウエハボート１３０がさらに上昇し，ウエハボート１３０に保持されている例えば７５枚のウエハＷ１〜Ｗ７５のすべてが反応管１４２内にロードされ，蓋体１７２によって炉口１４０Ａが塞がれた時点での，反応管１４２内のイオン化窒素ガス４１２の状態を示している。図６は，ウエハＷ１〜Ｗ７５が反応管１４２内にロードされる際の，各ウエハＷ１〜Ｗ７５へのパーティクル４１４の付着防止方法の工程を説明するためのタイミングチャートである。なお，図５Ａと図５Ｂでは，説明の簡略化のため，ウエハボート１３０の記載を省略している。

図６に示すように，まず時刻Ｔ１にて制御部１６０は，昇降回転機構１７４を制御してウエハボート１３０を上昇させる。このとき，制御部１６０は，サブ排気バルブ３１０を開状態として，反応管１４２内の雰囲気を，排気口１４８，メイン排気管３０４，サブ排気管３０８，および真空ポンプ３０２を経由して外部に排気する。これによって，反応管１４２内には比較的弱い上昇気流（図５Ａ中では黒矢印で示す）が生じる。

次に，時刻Ｔ２にて制御部１６０は，窒素ガス供給源２０２に指令を与えてここから窒素ガスを送出させるとともに，給気バルブ２０４を開状態とする。また，制御部１６０は，電源２１４から電極２１２にパルス電圧が印加されるように，イオン発生装置２１０に指令を与える。これによって，ガス供給管２０６を流れてくる窒素ガスが電極２１２付近でイオン化されてイオン化窒素ガス４１２となり反応管１４２内に供給される。このとき，イオン化窒素ガス４１２を構成する窒素分子はすべて一方の極性（ここではマイナス）にイオン化されることが好ましい。

ところで，イオン化窒素ガス４１２を反応管１４２内に取り込む給気口１４６は，反応管１４２の最下部に形成されている。また，給気口１４６のガス噴出方向は，ウエハボート１３０に保持されているウエハＷの平面方向と平行をなすように調整されている。このような構成によれば，給気口１４６から反応管１４２内に導入されたイオン化窒素ガス４１２を炉口１４０Ａの開口面全域に行き渡らせることができる。

このような状態になったところで，図５Ａに示すように，最上段のウエハＷ１が炉口１４０Ａに到達すると，このウエハＷ１の表面全体にイオン化窒素ガス４１２が接触し，その表面はマイナスに帯電する。また，炉口１４０Ａ近傍にパーティクル４１４が浮遊している場合，このパーティクル４１４もイオン化窒素ガス４１２に接触し，マイナスに帯電する。このように，ウエハＷ１とパーティクル４１４は，同じ極性であるマイナスに帯電するため，相互間に斥力が生じる。したがって，ウエハＷ１へのパーティクル４１４の付着が防止される。

また，時刻Ｔ２以降もサブ排気バルブ３１０は開状態を維持する。このため，反応管１４２内に継続して導入されるイオン化窒素ガス４１２は，排気口１４８の方向へ上昇していく。したがって，反応管１４２内に浮遊しているパーティクルは次々とマイナスに帯電していくことになる。

時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までウエハボート１３０が上昇していくと，２段目以下のウエハＷ２〜Ｗ７５も順番に炉口１４０Ａに到達する。そして，ここでイオン化窒素ガス４１２と接触し，マイナスに帯電していく。

次に，時刻Ｔ３にて，図５Ｂに示すようにすべてのウエハＷ１〜Ｗ７５が反応管１４２へロードされると，ウエハボート１３０の上昇が停止し，炉口１４０Ａが蓋体１７２によって塞がれる。このとき，反応管１４２内に充満しているイオン化窒素ガス４１２によって，すべてのウエハＷ１〜Ｗ７５の表面はマイナスに帯電しており，パーティクル４１４もマイナスに帯電している。したがって，すべてのウエハＷ１〜Ｗ７５に対してパーティクル４１４の付着が防止される。

この時刻Ｔ３にてサブ排気バルブ３１０を閉じて，これに代えてメイン排気バルブ３０６を開き始める。そして，時刻Ｔ４にてメイン排気バルブ３０６を全開にして反応管１４２内のガスを排気していき所定の圧力に調整する。このとき，ウエハＷ１〜Ｗ７５に付着することなく浮遊しているパーティクル４１４は，反応管１４２内のイオン化窒素ガス４１２およびその他のガスと共に反応管１４２の外部へ排出される。

続く時刻Ｔ５にて，給気バルブ２０４を閉じて反応管１４２内へのイオン化窒素ガス４１２の供給を停止する。また，このときイオン発生装置２１０において，電源２１４から電極２１２に対するパルス電圧の印加も停止する。

時刻Ｔ５以降，反応管１４２内が所定の圧力に調整されると，続いてヒータ１４４によって反応管１４２内の温度が調整され，ウエハＷ１〜Ｗ７５に対する所定の熱処理が実行される。

以上のように，本実施形態によれば，ウエハＷが炉口１４０Ａに達した時点でそのウエハＷの表面をイオン化窒素ガス４１２によって所定の極性に帯電させることができる。また，炉口１４０Ａの近傍に浮遊しているパーティクル４１４があれば，そのパーティクル４１４についても同時に同じ極性に帯電させることができる。したがって，ウエハＷへのパーティクル４１４の付着を確実に防止することができる。

また，反応管１４２内に導入されたイオン化窒素ガス４１２は，下のローディングエリア１７０に流れ出すことなく反応管１４２内を上方に導かれる。したがって，ローディングエリア１７０における各部材へのパーティクルの付着が防止されるとともに，反応管１４２内に浮遊しているパーティクルをすべて所定の極性に帯電させることができる。この結果，ウエハＷを反応管１４２内にロードしてもこのウエハＷへのパーティクル４１４の付着が防止される。

また，本実施形態によれば，ウエハＷとパーティクル４１４は，単一のイオン発生装置２１０が生成したイオン化窒素ガス４１２に接触することによって帯電する。したがって，複雑な制御を行うことなく，両者を同時にかつ同じ極性に帯電させることができる。このため，ウエハＷへのパーティクル４１４の付着がより確実に防止される。

また，本実施形態によれば，ウエハＷやその周辺を帯電させるために金属配線などを反応管１４２内に備える必要がない。したがって，金属コンタミネーションの問題は発生しない。

ところで，図２に示す給気口１４６は，反応管１４２の側面最下部に設けた一つの孔によって構成されたものである。これに代えて，反応管１４２の側面最下部の全周にわたって複数の孔を設けることによってイオン化窒素ガス４１２の給気口を構成するようにしてもよい。この構成によれば，イオン化窒素ガス４１２を炉口１４０Ａの開口面全域に均一に行き渡らせることができる。したがって，ウエハＷの表面がより均一に帯電され，そこへのパーティクル付着をより確実に防止することができる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば，イオン化窒素ガス４１２が上記のようにマイナスに帯電している場合だけでなく，プラスに帯電している場合でも同様の効果を得ることができる。

本発明は，半導体製造装置などに設けられる縦型熱処理装置とこの装置における被処理基板へのパーティクル付着防止方法に適用可能である。

本発明の実施形態にかかる縦型熱処理装置を概略的に示す縦断面図である。 同実施形態にかかる熱処理炉の構成を示す縦断面図である。 同実施形態にかかるパーティクル付着防止方法の効果を確認するために行った実験の内容を説明するための概要図である。 図３の実験結果を示すグラフである。 最上段のウエハが熱処理炉の炉口に達した時点での，炉口付近のイオン化窒素ガスの状態を示す模式図である。 すべてのウエハが反応管内にロードされた際の反応管内におけるイオン化窒素ガスの状態を示す模式図である。 本実施形態にかかるウエハへのパーティクルの付着防止方法の工程を説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

１００ 縦型熱処理装置
１０２ キャリア
１０４ 筐体
１０６ ベースプレート
１１０ ロードポート
１１０Ｂ 開口部
１２０ キャリアステージ
１２０Ａ〜１２０Ｃ 載置棚
１２３ 表示装置
１３０ ウエハボート
１３０Ａ ボート本体
１３０Ｂ 脚部
１４０ 熱処理炉
１４０Ａ 炉口
１４２ 反応管
１４４ ヒータ
１４６ 給気口
１４８ 排気口
１５０ ＦＩＭＳポート
１５０Ａ 台
１６０ 制御部
１７０ ローディングエリア
１７２ 蓋体
１７４ 昇降回転機構
１７８ 扉機構
１８０ 搬送保管エリア
１８２ キャリアトランスファ
２００ イオン化気体供給手段
２０２ 窒素ガス供給源
２０４ 給気バルブ
２０６ ガス供給管
２１０ イオン発生装置
２１２ 電極
２１４ 電源
３００ 排気手段
３０２ 真空ポンプ
３０４ メイン排気管
３０６ メイン排気バルブ
３０８ サブ排気管
３１０ サブ排気バルブ
４００Ａ，４００Ｂ 測定室
４０２ マイナスイオン
４１２ イオン化窒素ガス
４０４，４１４ パーティクル
Ｗ ウエハ
ＷＡ，ＷＢ 実験用ウエハ

Claims (7)

1. 複数の被処理基板を上下方向に所定間隔で保持する保持手段と，
   前記保持手段を下方の炉口から収容して，前記各被処理基板に対して熱処理を施す熱処理炉と，
   前記熱処理炉の炉口を塞ぐ蓋体上に前記保持手段を支持して前記熱処理炉内への搬入搬出を行う昇降機構と，
   所定の気体をイオン化してイオン化気体を生成し，このイオン化気体を前記熱処理炉の側面から前記炉口近傍に供給するイオン化気体供給手段と，を備え，
   前記イオン化気体供給手段は，前記熱処理炉の側面全周にわたって設けられた供給口から前記イオン化気体を前記炉口の開口面に沿うように供給することを特徴とする縦型熱処理装置。
2. 前記イオン化気体供給手段は，前記所定の気体をマイナスまたはプラスのいずれか一方にイオン化することを特徴とする請求項１に記載の縦型熱処理装置。
3. 前記供給口は前記熱処理炉の側壁に設けられた複数の孔により構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の縦型熱処理装置。
4. さらに，前記熱処理炉の最上部に排気手段を設け，前記イオン化気体供給手段から前記熱処理炉内に前記イオン化気体を供給しながら前記排気手段で排気することによって，前記熱処理炉の炉口近傍に供給される前記イオン化気体を前記熱処理炉に充満させ，さらに最上部の前記排気手段へ向う前記イオン化気体の流れを形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の縦型熱処理装置。
5. 複数の被処理基板を上下方向に所定間隔で保持する保持手段と，前記保持手段を下方の炉口から収容して，前記各被処理基板に対して熱処理を施す熱処理炉と，前記熱処理炉の炉口を塞ぐ蓋体上に前記保持手段を支持して前記熱処理炉内への搬入搬出を行う昇降機構とを備えた縦型熱処理装置において，前記熱処理炉内に収容した前記各被処理基板へのパーティクルの付着を防止する方法であって，
   前記保持手段を前記昇降機構により上昇させて，前記保持手段が保持している複数の被処理基板のうちの最上段の被処理基板が前記炉口に達したときから，イオン化気体供給手段によって所定の気体をイオン化したイオン化気体を前記熱処理炉の側面から前記炉口近傍に供給することによって，前記炉口から次々と搬入されていく前記被処理基板に向けて前記イオン化気体を供給することを特徴とするパーティクル付着防止方法。
6. 前記イオン化気体供給手段から前記熱処理炉内に前記イオン化気体を供給しながら前記熱処理炉の最上部に設けた排気手段で排気することによって，前記熱処理炉の炉口近傍に供給される前記イオン化気体を前記熱処理炉に充満させ，さらに最上部の前記排気手段へ向う前記イオン化気体の流れを形成することを特徴とする請求項７に記載のパーティクル付着防止方法。
7. 複数の被処理基板を上下方向に所定間隔で保持する保持手段と，
   前記保持手段を下方の炉口から収容して，前記各被処理基板に対して熱処理を施す熱処理炉と，
   前記熱処理炉の炉口を塞ぐ蓋体上に前記保持手段を支持して前記熱処理炉内への搬入搬出を行う昇降機構と，
   所定の気体をイオン化してイオン化気体を生成し，このイオン化気体を前記熱処理炉の側面から前記炉口近傍に供給するイオン化気体供給手段と，
   前記昇降機構により前記保持手段を上昇させて，前記保持手段が保持している複数の被処理基板のうちの最上段の被処理基板が前記炉口に達したときから，前記イオン化気体供給手段によって前記イオン化気体を前記熱処理炉の側面から前記炉口近傍に供給させることによって，前記炉口から次々と搬入されていく前記被処理基板に向けて前記イオン化気体を供給させる制御部と，
   を備えたことを特徴とする縦型熱処理装置。

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