JP5724713B2

JP5724713B2 - 熱処理装置

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Publication number: JP5724713B2
Application number: JP2011161025A
Authority: JP
Inventors: 佑道菅原
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2011-07-22
Filing date: 2011-07-22
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2031-07-22
Also published as: JP2013026504A; KR101509858B1; KR20130011969A

Description

本発明は、例えば半導体ウエハ等の基板を基板保持具に搭載して縦型熱処理炉に搬入し、所定の熱処理を行う熱処理装置において、基板へのパーティクルの付着を抑える技術に関する。

半導体製造装置の一つとして、多数の半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）に対して一括（バッチ）で熱処理を行う縦型熱処理装置がある。この熱処理装置では、ウエハを棚状に保持したウエハボートを熱処理炉内にロードし、多数枚のウエハに対して同時に熱処理を行った後、ウエハボートを熱処理炉からアンロードすることが行われている。

前記熱処理炉は下方側が開口しており、ウエハボートをボートエレベータにて上昇させることによって、ウエハボートを熱処理炉内にロードするように構成されている。この際、熱処理炉の開口部は、ボートエレベータに一体に設けられた蓋体により塞がれるようになっている。また、特許文献１に記載されるように、ウエハボートをアンロードしたときには、熱処理炉内の熱の放出を抑えるために、前記開口部は前記蓋体とは別個に設けられたシャッタ部により塞がれるように構成されている。

ところで、熱処理炉内に微小な塵埃（パーティクル）が存在すると、熱処理炉内ではウエハのバッチ処理が行われているため、多数枚のウエハがパーティクルにより汚染されることになり、製品の歩留まりを著しく低下させてしまう。このため、熱処理炉の下方側のローディングエリアにおいては、横方向に流れる清浄な気流を形成することにより、雰囲気の清浄度を高めている。また、熱処理炉の内部に対しては、熱処理炉内にクリーニングガスを供給して定期的にクリーニングを行っている。このクリーニングは、熱処理炉にて成膜処理を行うと、熱処理炉の内壁にも膜が堆積し、この膜厚が大きくなると、膜が剥がれてパーティクルの原因となることから、熱処理炉内に堆積した膜を除去するために行うものである。しかしながら、ウエハＷへのパーティクルの付着量をさらに抑えて、製品の歩留まりを向上させるために、熱処理炉内のパーティクルをより一層低減することが要求されている。

ところで、特許文献２には、化学的気相成長装置において、触媒体ホルダの開口部をシャッタにより閉じたときに、反応室内にクリーニングガスを導入してクリーニングする技術が記載されている。従ってこの例のクリーニングは、熱処理炉内のクリーニングに相当し、この手法によっても本発明の課題を解決することは困難である。

特開２００３−２９７７６９号公報（図１）特開２０００−１５０４９８号公報(段落００２８、図１)

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、熱処理炉内に混入するパーティクルを低減し、基板へのパーティクル付着を抑えることができる技術を提供することにある。

このため、本発明の熱処理装置は、複数の基板が棚状に保持された基板保持具を縦型の熱処理炉内に、当該熱処理炉の下方側に形成された開口部から搬入し、基板に対して熱処理を行う装置において、
前記熱処理炉の下方側に位置するローディング室と、
このローディング室内に設けられ、熱処理炉内と熱処理炉の下方側との間で前記基板保持具を昇降させる保持具昇降機構と、
前記基板保持具が前記熱処理炉の下方側に位置しているときに、前記開口部を塞ぐ蓋体と、
前記蓋体を、前記開口部を塞ぐ位置と、前記開口部を開く位置との間で移動させる蓋体移動機構と、
前記ローディング室内に設けられ、前記蓋体が前記開口部を塞ぐ位置から外れているときに、当該蓋体の上面のパーティクルを吸引して除去するパーティクル除去機構と、
前記パーティクル除去機構を冷却する冷却機構と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、複数の基板が棚状に保持された基板保持具を縦型の熱処理炉内に、当該熱処理炉の下方側に形成された開口部から搬入し、基板に対して熱処理を行う装置において、前記基板保持具が熱処理炉の下方側に位置しているときに、当該熱処理炉の開口部を塞ぐ蓋体を設け、この蓋体が前記開口部を塞ぐ位置から外れているときに、当該蓋体の上面のパーティクルを吸引して除去している。このため、次に蓋体が前記熱処理炉の開口部を塞いだ時に、当該熱処理炉内に持ち込まれるパーティクル量を低減できるので、基板へのパーティクル付着を抑えることができる。

本発明にかかる縦型熱処理装置の一実施の形態の全体構成を示す平面図である。前記縦型熱処理装置を側方側から見た縦断面図である。前記縦型熱処理装置を後方側から見た縦断面図である。前記縦型熱処理装置に設けられる熱処理炉、ウエハボート、蓋体及びクリーニングノズルを示す概略斜視図である。前記クリーニングノズルを示す幅方向の断面図である。前記クリーニングノズルを示す概略斜視図である。前記クリーニングノズルを示す長さ方向の縦断面図である。本発明の作用を説明するための平面図である。本発明の作用を説明するための側面図である。本発明の作用を説明するための側面図である。本発明の作用を説明するための側面図である。本発明の作用を説明するための側面図である。本発明の作用を説明するための平面図である。本発明の作用を説明するための平面図である。本発明の縦型熱処理装置の他の例を示す平面図である。本発明の前記他の例を示す概略斜視図である。本発明の前記他の例を示す側面図である。本発明のクリーニングノズルの他の例を示す平面図である。本発明のクリーニングノズルのさらに他の例を示す平面図である。本発明のクリーニングノズルのさらに他の例を示す幅方向の断面図である。本発明のパーティクル除去機構の他の例を示す斜視図である。本発明の蓋体開閉機構の他の例を示す斜視図である。パーティクルの検証実験の結果を示す特性図である。

以下に本発明に係る縦型熱処理装置の一実施の形態について説明する。図１は前記縦型熱処理装置の内部を示す平面図であり、以降、図１において、紙面奥側を前方側、紙面手前側を後方側、図１中Ｘ方向を左右方向、図１中Ｙ方向を前後方向として説明を続ける。図２は前記縦型熱処理装置を右側方側から見た縦断面図、図３は後方側から見た縦断面図である。図中１は装置の外装体を構成する筐体であり、この筐体１内には、基板であるウエハＷを収納したキャリアＣを装置に対して搬入、搬出するための搬入搬出領域Ｓ１と、キャリアＣ内のウエハを搬送して後述の熱処理炉内に搬入するためのローディング室であるローディングエリアＳ２と、が設けられている。搬入搬出領域Ｓ１とローディングエリアＳ２とは隔壁１１により仕切られており、搬入搬出領域Ｓ１は大気雰囲気とされ、ローディングエリアＳ２は例えば清浄乾燥気体雰囲気（パーティクル及び有機成分が少なく、露点−６０℃以下の空気）とされている。

前記搬入搬出領域Ｓ１は、手前側の第１の領域１２と奥側の第２の領域１３とからなり、第１の領域１２には、キャリアＣを載置するための第１の載置台１４が設けられている。キャリアＣとしては、例えば直径３００ｍｍのウエハＷが複数枚例えば２５枚棚状に配列されて収納され、前面の図示しない取り出し口が蓋体により塞がれた密閉型のＦＯＵＰが用いられる。前記第２の領域１３には第２の載置台１５とキャリア保管部１６が設けられると共に、キャリアＣを第１の載置台１４、第２の載置台１５並びにキャリア保管部１６の間で搬送するキャリア搬送機構１７が設けられている。図１中１０は、キャリアＣ内とローディングエリアＳ２とを連通する開口部であり、１８は当該開口部１０の扉、１９はキャリアＣの蓋体を開閉する蓋開閉機構である。

前記ローディングエリアＳ２の奥側上方には、下端が炉口２０として開口する縦型の熱処理炉２が設けられている。前記炉口２０は本発明の開口部をなすものである。この熱処理炉２には、例えば図４に示すように、当該熱処理炉２内に処理ガスを供給するための処理ガス供給路２Ａと、この熱処理炉２内の雰囲気を排気するための排気路２Ｂとが接続されている。これら処理ガス供給路２Ａ及び排気路２Ｂは夫々図示しない処理ガス供給源及び排気機構に接続されている。なお、図１〜図３においては、図示の便宜上、処理ガス供給路２Ａ及び排気路２Ｂを省略している。

また、前記ローディングエリアＳ２内には、例えば２基のウエハボート３（３Ａ，３Ｂ）が設けられている。これらウエハボート３（３Ａ，３Ｂ）は、夫々多数枚のウエハＷを棚状に配列保持する基板保持具をなすものであり、例えば石英により構成されている。ここで、ウエハボート３について図４を参照して簡単に説明すると、天板３１と底板３２との間に例えば４本の支柱３３が設けられており、この支柱３３に形成された図示しない溝部にウエハＷの周縁部が保持されて、例えば１００枚のウエハＷを所定の間隔で上下に配列して保持できるように構成されている。前記底板３２の下部には支持部３４が設けられている。

そして、ローディングエリアＳ２内には、保持具昇降機構をなすボートエレベータ４１が設けられている。このボートエレベータ４１は、上下方向に伸びるガイドレール４３に沿って移動機構４２により昇降自在に構成され、その上には、前記熱処理炉２の蓋体２１と断熱材２２とがこの順序で設けられている。前記断熱材２２は例えば石英等により構成されており、その上にウエハボート３が搭載されるようになっている。

こうしてウエハボート３は、ボートエレベータ４１により熱処理炉２内のロード位置とアンロード位置との間で昇降されるようになっている。前記ロード位置とは、ウエハボート３が熱処理炉２内に搬入され、熱処理炉２の炉口２０を蓋体２１が覆う処理位置であり、前記アンロード位置とは、ウエハボート３が熱処理炉２の下方側に搬出される位置（図２〜図４に示す位置）である。

また、ローディングエリアＳ２には、ウエハボート３を載置するための第１のステージ４４及び第２のステージ４５と、これらボートエレベータ４１、第１のステージ４４及び第２のステージ４５の間でウエハボート３の移載を行うボート搬送機構４６が設けられている。このボート搬送機構４６は、ウエハボート３の支持部３４を載置する保持アーム４７が、昇降自在、水平軸周りに回転自在、進退自在に構成されている。なお図２では図示の便宜上、ボート搬送機構４６を省略している。

さらに、ローディングエリアＳ２には、例えば第１のステージ４４に隣接してウエハ搬送機構４８が設けられている。このウエハ搬送機構４８は、例えば第１のステージ４４上のウエハボート３、ボートエレベータ上４１のウエハボート３及び第２の載置台１５上のキャリアＣの間でウエハの移載を行うものである。ウエハ搬送機構４８は、ウエハＷを保持する複数枚例えば５枚のフォーク４９と、これらフォーク４９を進退自在に支持する搬送基体４９ａとを備えており、この搬送基体４９ａは、鉛直軸回りに回転自在及び昇降自在に構成されている。

さらに、ローディングエリアＳ２における熱処理炉２以外の領域には、例えば熱処理炉２の開口部近傍の高さ位置に天井部２３が形成されている。また、ローディングエリアＳ２の左右方向の一方側の側面には、フィルタユニット５が設けられている。このフィルタユニット５は、図３に示すように、フィルタ部５１と通気空間５２とを備えており、この通気空間５２は、ローディングエリアＳ２の底板２４の下方に形成された通気室２５と連通するように構成されている。

前記通気室２５の一端側には第１のファン５３及び第１のゲートバルブ５４が設けられている。また、その他端側は第２のゲートバルブ５５及び第２のファン５６を介して工場の排気設備に接続されている。図１及び図３中２６は、底板２４に形成された排気口である。

さらに、ローディングエリアＳ２における前記天井部２３の近傍には、熱処理炉２の炉口２０を塞ぐための蓋体６１を備えた蓋体開閉機構６が設けられている。前記蓋体６１は、例えば熱処理炉２後にウエハボート３がアンロードされたときに、当該熱処理炉２の炉口２０を塞ぐために設けられており、例えばステンレスにより前記炉口２０を塞ぐ大きさに形成されている。

この蓋体開閉機構６は、図４に示すように、蓋体６１を支持する支持部材６２と、蓋体６１を、前記炉口２０を塞ぐ位置と、炉口２０を開く位置との間で移動させる蓋体移動機構６３と、を備えている。前記炉口２０を開く位置とは、この例では炉口２０の側方の位置であり、ここを待機位置としている。また、前記蓋体移動機構６３は、例えば支持部材６２の基端側を昇降自在に支持する昇降機構６３Ａと、前記昇降機構６３Ａを鉛直軸まわりに回転させる回転機構６３Ｂとを組み合わせて構成されている。この蓋体移動機構６３は、図３に示すように、例えば筐体１の側壁部に設けられた載置部材６４上に設けられている。

ここで、前記待機位置は、前記炉口２０の下方側の側方であって、当該炉口２０と、回転機構６３Ｂを中心とする同心円状に隣接する位置である。そして、蓋体６１は前記待機位置から回転機構６３Ｂにより炉口２０の下方側まで旋回し、次いで、昇降機構６３Ａにより上昇することにより、炉口２０を塞ぐ位置に移動することになる。なお、図１及び図２では蓋体６１は待機位置にあり、図３では炉口２０を塞ぐ位置にある様子を示している。この際、前記蓋体開閉機構６は、ローディングエリアＳ２内において、例えばウエハボート３のロード及びアンロードや、ウエハボート３のステージ４４，４５及び断熱材２２間の移動を妨げずに、蓋体６１を前記待機位置と炉口２０を塞ぐ位置との間で移動できるように構成されている。

さらに、ローディングエリアＳ２には、前記蓋体６１の上面のパーティクルを吸引して除去するためのパーティクル除去機構として、クリーニングノズル７が設けられている。前記蓋体６１の上面とは、熱処理炉２の炉口２０を塞いだときに、熱処理炉２内の雰囲気に接する面のことである。

この例のクリーニングノズル７は、蓋体６１の上面とは接触しない状態で、当該上面側の雰囲気を前記吸引孔７２により吸引するように構成され、さらに蓋体６１の上面にガスを供給しながら吸引するようになっている。つまり、蓋体６１の上面にガスを吹き付けて、当該表面のパーティクルをガスの加圧によって蓋体６１上面から浮上させ、より吸引しやすい状態に設定して吸引排気するように構成されている。このようなクリーニングノズル７は、例えば図５〜図７に示すように、蓋体６１の直径よりも長く伸びるように、例えばステンレスやアルミニウムにより構成されたノズル本体７１を備えている。そして、ノズル本体７１の内部には、その長さ方向に沿って排気室７２と、ガス供給室７３，７３とが設けられている。また、ノズル本体７１の下面にはノズル本体７１の長さ方向に沿って前記排気室７２に連通する吸引孔７２ａが形成されると共に、ノズル本体７１の長さ方向に沿って前記ガス供給室７３，７３に連通するガス供給孔７３ａ，７３ａが形成されている。

この例では、ノズル本体７１の幅方向の中央に前記吸引孔７２ａが形成され、この吸引孔７２ａの両側にガス供給孔７３ａ，７３ａが夫々形成されている。また、これら吸引孔７２ａ及びガス供給孔７３ａ，７３ａの長さは、例えば蓋体６１の直径よりも大きく設定されている。なお、前記吸引孔７２ａ及びガス供給孔７３ａ，７３ａとして設けられた孔部を、前記ノズル本体７１の長さ方向に沿って多数配列するようにしてもよい。さらに、ノズル本体７１を構成する壁部の内部には、冷却媒体を通流させるための冷媒流路７４が形成されている。

前記ノズル本体７１は、ノズル移動機構７５により、前記待機位置にある蓋体６１に対して移動自在に構成されている。こうして、このノズル本体７１の移動により、蓋体６１の上面側の雰囲気が前記吸引孔７２ａにより吸引されるようになっている。この例では、ノズル移動機構７５は、回転機構７５Ａと昇降機構７５Ｂとを組み合わせて構成されており、ノズル本体７１の基端側が、昇降及び回転自在な駆動軸７６により昇降機構７５Ｂに接続され、当該昇降機構７５Ｂは回転機構７５Ａに接続されている。前記昇降機構７５Ｂはクリーニングノズル７を蓋体６１に対して相対的に接離させる接離機構をなすものである。

また、前記排気室７２は、図７に示すように、バルブＶ１を備えた排気路７２ｂを介して吸引排気機構である排気ポンプ７２ｃに接続され、前記ガス供給室７３はバルブＶ２を備えた供給路７３ｂを介してガス供給源７３ｃに接続されている。このガス供給源７３ｃからは例えば２５℃に温度調整されたエアや窒素（Ｎ_２）ガス等のガスが供給される。さらに、前記冷媒流路７４には、当該冷媒流路７４に冷却媒体例えば冷却水を供給するための供給路７４ａ及び当該冷媒流路７４から冷却媒体を排出するための排出路７４ｂが設けられている。これら供給路７４ａ及び排出路７４ｂは冷却水の供給源７４ｃに接続され、所定温度に調整された冷却水をノズル本体７１の冷媒流路７４に循環供給するように構成されている。なお、図７では、図示の煩雑化を防ぐために、冷却水の供給源７４ｃには供給路７４ａのみが接続されるように描いているが、実際には排出路７４ｂも接続されている。

例えば前記排気路７２ｂ、ガス供給路７３ｂ、冷却水の供給路７４ａ及び排出路７４ｂは、例えばノズル本体７１の昇降及び回転移動を妨げないようにフレキシブルに構成されると共に、例えば駆動軸７６、昇降機構７５Ｂ及び回転機構７５Ａの内部を通って筐体１の外部へ引き回され、夫々排気ポンプ７２Ｃや供給源７３Ｃ，７４Ｃに接続されるように構成されている。このように、既述の排気路７２ｂ等の配管系を駆動軸７６、昇降機構７５Ｂ及び回転機構７５Ａの内部を通過させることにより、これらへの熱影響を抑えることもできる。

さらに、待機位置にあるノズル移動機構７５は、熱影響を抑えるために、その周囲をカバー部材７８により覆われている。このカバー部材７８は例えばステンレスにより構成され、その内部には冷媒流路７７が形成されている。この冷媒流路７７には、供給路７７ａ及び排出路７７ｂにより冷却媒体である冷却水の供給源７４ｃから冷却水が循環供給されるように構成されている。この例では、カバー部材７８を介してノズル移動機構７５が天井部２３に取り付けられている。なお、図１、図２及び図４では図示の煩雑化を抑えるために、カバー部材７８については省略している。本実施の形態では、ノズル本体７１に設けられた冷媒流路７４及びカバー部材７８は、夫々冷却機構をなすものである。

このようなクリーニングノズル７は、図８に示すように、蓋体６１が待機位置にあるときに、例えば当該蓋体６１の一端側の開始位置（図８中実線にて示す位置）にノズル本体７１が位置するように設けられる。そして、ここから回転機構７５Ａを回転させることにより、ノズル本体７１をその基端側の駆動軸７６を中心として約９０度回転させた終了位置まで移動させることによって、前記吸引孔７２ａが蓋体６１の上面全体をスキャンするように構成されている。

また、クリーニングノズル７は、昇降機構７５Ｂにより、蓋体６１のパーティクル除去を行うために蓋体６１に接近するクリーニング位置と、当該クリーニング位置の上方側であって、蓋体６１から離隔する退避位置との間で昇降自在に構成されている。前記クリーニング位置とは、例えばノズル本体７１の吸引孔７２ａの先端（下端）と、蓋体６１の上面との間の距離が１ｍｍ程度の位置であり、前記退避位置とは、ノズル本体７１の吸引孔７２ａの先端と、蓋体６１の上面との間の距離が５ｍｍ程度の位置である。通常、クリーニングノズル７は待機位置にて待機しており、この例における待機位置とは、前記開始位置の上方側の退避位置をいう。

さらに、前記縦型熱処理装置には制御部１００が設けられている。この制御部１００は例えばコンピュータからなり、プログラム、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部を備えていて、前記プログラムには制御部１００から縦型熱処理装置の各部に制御信号を送り、後述の搬送順序を進行させるように命令（各ステップ）が組み込まれている。前記プログラムは、コンピュータ記憶媒体例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）等の記憶部に格納されて制御部１００にインストールされる。

また、制御部１００は、例えばボートエレベータ４１による熱処理炉２へのウエハボート３のロードやアンロード、蓋体開閉機構６による蓋体６１の開閉動作や、クリーニングノズル７による蓋体６１のクリーニング処理時の吸引排気やガス供給の開始や終了のタイミングを制御するように、各部へ制御信号を出力する機能を有する。

続いて、前記縦型熱処理装置におけるウエハＷの流れについて簡単に説明する。この縦型熱処理装置のローディングエリアＳ２内では、例えば大気ガスを通流させることにより、当該ローディングエリアＳ２内のパーティクルを除去している。つまり、第１のファン５３を装置稼働中は常時回転させておくと共に、第１のゲートバルブ５４及び第２のゲートバルブ５５を開いて、第２のファン５６を駆動する。こうして、図示しない大気の導入路を介して例えば２０℃〜３０℃の大気を取り入れると共に、排気を行う。これにより、ローディングエリアＳ２では、装置の外部から取り込まれた大気が、フィルタユニット５側から当該フィルタユニット５に対向する側壁に向けて流れ、排気口２６から通気室２５へ通気する。この通気室２５内の大気は、その大部分が装置の外部へ排出される一方、その一部は第１のファン５３の駆動により、再びフィルタユニット５の通気空間５２に向けて流れていく。そして、フィルタユニット５により、清浄状態を維持した気体として再びローディングエリアＳ２に供給される。

一方、図示しない自動搬送ロボットにより第１の搬送台１４に載置されたキャリアＣは、ＦＯＵＰ搬送機構１７により第２の載置台１５に搬送され、隔壁１１の開口部１０に気密に当接される。この後、蓋開閉機構１９によりキャリアＣから蓋体が取り外され、続いて、例えば窒素ガスがキャリアＣ内に向けて吹き出されて、キャリアＣ内及びキャリアＣと扉１８との間の空間が窒素ガスにより置換される。その後、扉１８、蓋開閉機構１９及び蓋体が例えば上昇して開口部１０から退避し、キャリアＣ内とローディングエリアＳ２とが連通した状態となる。

一方、ローディングエリアＳ２では、例えば第１のウエハボート３Ａを第１のステージ４４に、第２のウエハボート３Ｂを第２のステージ４５に夫々載置しておく。そして、第１のステージ４４では、ウエハ搬送機構４８により、前記第１のウエハボート３Ａに対してキャリアＣ内のウエハＷが順次取り出されて移載される。次いで、当該ウエハボート３Ａは、ボート搬送機構４６により、第１のステージ４４からボートエレベータ４１の断熱材２２上に移載された後、ボートエレベータ４１が上昇して熱処理炉２内のロード位置に搬入される（図９参照）。こうして、熱処理炉２の炉口２０はボートエレベータ４１上の蓋体２１により閉じられ、熱処理炉２内にガス供給路２Ａから所定の処理ガスを供給されると共に、熱処理炉２内を排気路２Ｂを介して排気して所定の圧力に維持される。そして、熱処理炉２内では当該ウエハボート３Ａに搭載されたウエハＷに対して、例えば４００〜１０００℃の温度で熱処理例えばＣＶＤ、アニール処理、酸化処理などが行われる。

一方、図９に示すように、ウエハボート３Ａが熱処理炉２内に搬入されるタイミングでは、例えば前記蓋体開閉機構６の蓋体６１及び前記クリーニングノズル７は共に前記待機位置にある。そして、例えばウエハボート３Ａが熱処理炉２内に搬入されてから所定時間経過後、前記クリーニングノズル７を前記待機位置からクリーニング位置まで下降させて、当該ノズル７を待機位置にある蓋体６１の上面に接近させる。次いで、図１０に示すように、例えばウエハボート３Ａが熱処理炉２内に搬入されている間に、クリーニングノズル７からガスを蓋体６１に向けて供給すると共に吸引しながら、クリーニングノズル７を既述のように開始から終了位置まで移動させて、蓋体６１の上面のパーティクルを除去するクリーニング処理を行う。

このクリーニング処理では、約２００℃の蓋体６１の上面に、ガス供給孔７３ａから例えば２５℃のガスが吹き付けられるので、蓋体６１に付着したパーティクルが、熱膨張差による剥離効果と、ガスの加圧によって蓋体６１上面から浮き上がる。そして、蓋体６１の上面近傍に設けられた吸引孔７２ａによって、蓋体６１の上面近傍の雰囲気が吸引されているため、蓋体６１上面から浮上したパーティクルが吸引孔７２ａに吸い込まれていく。こうして、蓋体６１の上面近傍の雰囲気が吸引孔７２ａにより吸引されるように、クリーニングノズル７をスキャンさせることによって、蓋体６１上面のパーティクルが吸引除去される。なお、蓋体６１のクリーニングを行うタイミングは、蓋体６１が前記炉口２０を塞ぐ位置から外れているときであればよく、ウエハボート３をアンロードした後であってもよい。

熱処理炉２内にて所定の熱処理が行われたウエハボート３Ａは、ボートエレベータ４１を下降させることにより、前記アンロード位置まで移動される。そして、ウエハボート３Ａがアンロード位置に下降した後、蓋体開閉機構６の蓋体６１により熱処理炉２の炉口２０が塞がれる。つまり、図１１に示すように、蓋体開閉機構６の回転機構６３Ａにより待機位置にある蓋体６１を炉口２０の下方側まで旋回移動させた後、昇降機構６３Ｂにより炉口２０を塞ぐ位置まで上昇させる。このように、ウエハボート３Ａのアンロード後に熱処理炉２の炉口２０を蓋体６１により塞ぐことによって、高熱状態の熱処理炉２からのローディングエリアＳ２内への熱の放出が抑えられる。

前記アンロードされたウエハボート３Ａは、ボート搬送機構４６により、例えば一旦第２のステージ４５に搬送される。そして、例えば第１のステージ４４上にてウエハＷが搭載されたウエハボート３Ｂがボートエレベータ４１上に搬送された後、ウエハボート３Ａが第１のステージ４４に搬送されて、熱処理後のウエハＷはウエハ移載機構４８によりキャリアＣ内に移載される。

そして、ウエハボート３Ｂが熱処理炉２内にロードされる直前に、蓋体６１を逆の動作で前記待機位置まで移動させて、前記熱処理炉２の炉口２０を開く。この際、蓋体６１は熱処理炉２の熱により高温状態となっているので、クリーニングノズル７は既述のクリーニング処理が終了した後、前記待機位置に退避させておく。こうして、炉口２０を開いてから、図１２に示すように、ボートエレベータ４１を上昇させてウエハボート３Ｂを熱処理炉２内に搬入する。次いで、例えばウエハボート３Ｂが熱処理炉２内に搬入されてから所定時間経過後、つまり蓋体６１からの放熱がある程度治まってから、前記クリーニングノズル７を前記待機位置からクリーニング位置まで下降させる。そして、既述のように、蓋体６１の上面のパーティクルを吸引除去するクリーニング処理を行う。このように、ウエハボート３Ｂが熱処理炉２内に搬入されてから所定時間経過後にクリーニング処理を開始するのは、蓋体６１の温度が降温してから、クリーニング処理を開始してクリーニングノズル７への熱影響を防ぐためである。

このような実施の形態によれば、熱処理炉２の炉口２０を塞ぐ蓋体６１の上面のパーティクルを、蓋体６１により炉口２０を塞ぐ前にクリーニングノズル７により吸引除去しているので、熱処理炉２内に混入するパーティクル量を低減することができる。このため、熱処理炉２内での熱処理の間にウエハＷに付着するパーティクル量を低減することができ、製品の歩留まりの低下を抑えることができる。

ここで、蓋体６１に付着したパーティクルの除去が、熱処理炉２内へのパーティクル混入を抑えるために有効であることは、後述の実施例によっても明らかである。この理由について、本発明者は次のように捉えている。つまり、蓋体６１上にはウエハＷ表面や熱処理炉２の内壁に成膜された膜の膜剥がれに由来するパーティクルが存在する。また、熱処理炉２をクリーニングガスによりクリーニングする際に、腐食性の大きいクリーニングガスに曝されて劣化したウエハボート３の材料である石英に由来するパーティクルも堆積している。

このように、蓋体６１にパーティクルが付着している状態で、次の熱処理を行うと、熱処理炉２内は既述のように排気されているため、ウエハボート３上のウエハＷから見ると、ウエハＷの上流側にパーティクルの発生源が存在することになる。このため、熱処理時に、蓋体６１上のパーティクルが、熱処理炉２内の排気による圧力差によって巻き上げられ、ウエハＷに付着するものと推察される。

また、本実施の形態のクリーニングノズル７は、蓋体６１上面側の雰囲気を吸引することにより、蓋体６１上面のパーティクルを除去している。このため、パーティクルをローディングエリアＳ２内に飛散させず除去することができる。さらに、クリーニングノズル７は蓋体６１の上面と接触しないので、クリーニングノズル７を移動させても蓋体６１上面を傷つけるおそれがなく、蓋体６１から離れていることから、蓋体６１からの熱影響を受けにくい。

さらにまた、蓋体６１が待機位置にあるときに、パーティクルの除去を行うことができるので、当該パーティクルの除去のための時間を別個に確保する必要が無く、スループット低下を抑えられる。

さらにまた、本実施の形態のクリーニングノズル７は、ノズル本体７１内に冷媒流路７４を備えると共に、冷媒流路７７を備えたカバー部材７８によりノズル移動機構７５を覆っている。このため、熱処理炉２の近傍にクリーニングノズル７を設ける場合であっても、ノズル本体７１やノズル移動機構７５が冷却されているので、熱変形等の熱による悪影響の発生を抑えることができる。

さらにまた、本実施の形態はノズル本体７１を蓋体６１に対して接離自在に設け、蓋体６１が熱処理炉２から離したばかりで高温であるときにはノズル本体７１を蓋体６１から離隔させ、蓋体６１の温度がある程度下がってからノズル本体７１を蓋体６１に接近させてクリーニング処理を行っている。このため、クリーニング時には蓋体６１に近づけて吸引しやすい状態に設定しているので、クリーニングノズル７への熱影響をできるだけ抑えた状態で、効率よくパーティクル除去を行うことができる。

以上において、前記クリーニング処理は、図１３に示すように、クリーニングノズル７を、蓋体６１の一端側から他端側に向けて移動させることによって、蓋体６１の上面側の雰囲気を吸引孔７２ａにより吸引して行うようにしてもよい。また、図１４に示すように、蓋体６１の中心とクリーニングノズル７の中心Ｏとが揃うように配置し、前記クリーニングノズル７の中心Ｏを回転中心として回転させることにより、蓋体６１の上面側の雰囲気を吸引孔７２ａにより吸引してクリーニング処理を行うようにしてもよい。

続いて、他の実施の形態について図１５〜図１７を用いて説明する。この例は、クリーニングノズル７を固定して設け、蓋体６１側を移動させることによって、蓋体６１の上面側の雰囲気をクリーニングノズル７の吸引孔７２ａにより吸引するものである。この例のクリーニングノズル７は、熱処理炉２の下方側と蓋体６１の待機位置との間を移動する蓋体６１の移動路の上方側に設けられている。このクリーニングノズル７は、回転機構７５Ａを設けない他は上述の実施の形態と同様に構成され、例えばクリーニング処理を行うクリーニング位置と、この処理位置の上方側の待機位置との間で昇降機構７５Ｂにより昇降自在に構成されている。

また、クリーニングノズル７は、蓋体６１が炉口２０の下方側の位置と待機位置との間で旋回移動したときに、蓋体６１がクリーニングノズル７の吸引孔７２ａの下方側を通過し、蓋体６１の移動に伴って、当該蓋体６１の上面側の雰囲気が吸引孔７２ａにより吸引されるように、クリーニングノズル７の設置位置、形状及び大きさ等が設定されている。

このような構成では、例えば蓋体６１が熱処理炉２の炉口２０を塞ぐ位置から待機位置に移動するまでは、クリーニングノズル７は前記待機位置にある。そして、例えば蓋体６１が再び待機位置から炉口２０の下方側に移動するときに、クリーニングノズル７がクリーニング位置まで下降すると共に、ガス供給孔７３ａからのガスの吐出及び吸引孔７２ａからの吸引排気を開始するように、制御部１００から各部に制御信号が出力されるように構成されている。これにより、図１６及び図１７に示すように、蓋体６１が前記待機位置から炉口２０の下方側に移動する間に、クリーニングノズル７の下方側を通過して、蓋体６１の上面に付着したパーティクルがクリーニングノズル７により吸引除去される。

また、クリーニングノズル７Ａは、例えば図１８に示すように、平面形状が円弧を描く形状であってもよいし、例えば図１９に示すように、平面形状が環状であってもよい。これらクリーニングノズル７Ａ，７Ｂのノズル本体７１は、平面形状が異なる以外は、上述のクリーニングノズル７と同様に構成されている。このクリーニングノズル７Ａ，７Ｂと蓋体６１とは相対的に移動すればよく、クリーニングノズル７Ａ，７Ｂ側を固定して設け、蓋体６１が例えば待機位置から熱処理炉２の炉口２０の下方側に移動するときにクリーニング処理を行うようにしてもよい。また、蓋体６１が待機位置にあるときに、クリーニングノズル７Ａ，７Ｂ側を移動させてクリーニング処理を行うようにしてもよい。

さらに、前記クリーニングノズル７，７Ａ，７Ｂは、少なくとも蓋体６１の上面側の雰囲気を吸引できる構造であればよく、必ずしも蓋体６１上面へのガス供給は必要ではない。さらにまた、蓋体６１の上面に向けてガス供給を行うときには、例えば図２０にクリーニングノズル７Ａ（７Ｂ）を示すように、クリーニングノズル７Ａ（７Ｂ）の相対的移動方向の前方側（進行側）にガス供給室７３、後方側に排気室７２を形成するようにしてもよいし、図示はしないがクリーニングノズル７Ａ（７Ｂ）の相対的移動方向の前方側（進行側）に排気室７２、後方側にガス供給室７３を形成するようにしてもよい。また、ガス供給室７３には超音波発生手段を設けるようにしてもよい。

さらにまた、パーティクル除去機構は、パーティクルを吸引して除去する構成であればよく、図２１に示すように、待機位置にある蓋体６１の上方側に、例えば蓋体６１よりも平面形状が大きく扁平な吸引排気室８１を前記蓋体６１と対向するように設け、蓋体６１の上面近傍の雰囲気を吸引することにより、蓋体６１に付着したパーティクルを除去するようにしてもよい。図２１中８２は、吸引排気室６１の下面に形成された吸引孔である。この際、図２１に点線で示すように、蓋体６１の上面に向けてガスを供給するガス供給部８２を設けるようにしてもよい。また、例えば吸引排気室７１を蓋体６１よりも平面形状が小さく構成した場合等には、パーティクル除去機構を移動機構により前記蓋体６１に対して移動自在に構成してもよい。

さらにまた、図２１に示すタイプのパーティクル除去機構及びパーティクルを吹き飛ばして除去するタイプのパーティクル除去機構は、いずれも当該パーティクル除去機構を冷却する冷却機構を備えるように構成してもよいし、これらパーティクル除去機構を蓋体に対して相対的に接離させる接離機構を備えるようにしてもよい。

さらにまた、蓋体６１の移動機構８４は、図２２に示すように、蓋体６１を待機位置から炉口２０の下方側位置まで水平方向に進退移動させる進退機構８４Ａと、蓋体６１を昇降させる昇降機構８４Ｂとを組み合わせて設けたものであってもよい。また、蓋体６１は待機位置から炉口２０の下方側に水平移動する構成に限らず、例えば蓋体６１を炉口２０の下方側に略垂直に立てるようにして待機させるようにしてもよいし、蓋体６１を一旦炉口２０の下方側に略垂直に立ててから、クリーニング対象となる面が下側を向くように水平にして待機させるようにしてもよい。この場合には、例えば夫々待機位置にあるときに、パーティクル除去機構により既述のクリーニング処理が行われる。

さらにまた、接離機構として蓋体６１の昇降機構を利用するようにしてもよい。例えば蓋体６１は炉口２０を塞ぐときの高さ位置よりも下降させてから旋回移動または水平移動するように構成されているが、この移動時の高さ位置を、クリーニングノズル７に接近する高さ位置と、クリーニングノズル７から離隔する高さ位置とに設定自在に構成する。そして、蓋体６１の温度が高いときには、クリーニングノズル７から離隔する高さ位置にて移動し、クリーニング処理を行うときにはクリーニングノズル７に接近する高さ位置に設定するように構成してもよい。

さらにまた、クリーニング処理は、蓋体６１が炉口２０を塞ぐ位置から外れているときであれば、どのようなタイミングで行うようにしてもよい。蓋体６１が炉口２０を塞ぐ位置から外れているときとは、蓋体６１が炉口２０の下方側にある場合も含まれる。従って、炉口２０を塞いでいた蓋体６１が待機位置に戻り、この待機位置から再び炉口２０を塞ぐ間であれば、どのタイミングで行うようにしてもよい。さらに、蓋体６１が炉口２０を塞ぐ位置から外れているときに、定期的に蓋体６１のクリーニングを行なうようにしてもよい。

さらに、冷却機構はパーティクル除去機構を冷却できる構成であれば、上述の構成に限らず、例えばパーティクル除去機構に冷却ガスを吹き付けることによって冷却する構成であってもよい。但しクリーニングノズル及びパーティクル除去機構には、図２０にクリーニングノズルを例にして示すように、必ずしも冷媒流路等の冷却機構を設ける必要はない。

また、クリーニングノズル及びパーティクル除去機構には、必ずしもこれらを蓋体６１に対して相対的に接離させる接離機構を設ける必要はない。さらにまた、パーティクル除去機構及び蓋体６１の双方を移動させながら、蓋体６１のクリーニング処理を行うようにしてもよい。

さらに、蓋体６１が炉口２０を塞ぐタイミングは、熱処理炉２が加熱され、かつウエハボート３がアンロードされた場合に限らず、ウエハボート３が熱処理炉２にロードされていない場合には、常時蓋体６１により炉口２０を塞ぐようにしてもよい。さらにまた、ウエハボート３が熱処理炉２にロードされたときに炉口２０を塞ぐ処理用の蓋体と、ウエハボート３が熱処理炉２にアンロードされたときに炉口２０を塞ぐ蓋体として、共通の蓋体を用いるようにしてもよい。

（実施例１）
上述の図１〜図３に示す縦型熱処理装置を用い、パーティクルとして二酸化チタン（ＴｉＯ_２）の粉末を熱処理炉２内に強制的に付着させ、ウエハＷへのパーティクルの付着状況について検証した。この際、熱処理炉２内に供給路２Ａを介してＮ_２ガスを供給する一方、熱処理炉２内を排気路２Ｂを介して排気して、熱処理炉内２の圧力を変え、実験を行った。また、パーティクルを蓋体６１の上面に付着させた場合（実施例１−１）、ウエハボート３の底板３２に付着させた場合（実施例１−２）、熱処理炉２の排気路２Ｂ内に付着させた場合（実施例１−３）について、夫々ウエハＷのパーティクル数を測定した。

この結果を図２３に示す。図２３中横軸は、熱処理炉２内の圧力とローディングエリアＳ２の圧力との圧力差、縦軸は１枚のウエハＷに付着した０．１μｍ以上の大きさのパーティクル数を夫々示している。この際、前記圧力差は熱処理炉２内の圧力からローディングエリアＳ２内の圧力を差し引いて求められるものであり、圧力差が−５Ｔｏｒｒ（６６６．６Ｐａ）とは、ローディングエリアＳ２内の圧力が熱処理炉２よりも５Ｔｏｒｒ低いことを意味している。また、図中□は実施例１−１、◇は実施例１−２、△は実施例１−３のデータを夫々示している。

この結果により、蓋体６１にパーティクルを付着させた場合（実施例１−１）が最もウエハＷ表面のパーティクル数が多くなることが認められた。また、いずれの実施例においても、ローディングエリアＳ２内と熱処理路２内の圧力差が小さい場合は、前記圧力差が大きい場合よりもウエハＷに付着するパーティクル数が少なくなることが認められた。この際、パーティクルの閾値を１枚のウエハＷに対して１００個と設定すると、パーティクル数が前記閾値以下になる圧力差は、実施例１−１では０〜３Ｔｏｒｒ（０〜４００Ｐａ）であり、他の実施例に比べて、この圧力差が小さいことが確認された。

これらのことから、蓋体６１にパーティクルを付着させた場合（実施例１−１）は、最もウエハＷにパーティクルが付着しやすく、ローディングエリアＳ２内と熱処理炉２内の圧力差が大きくなると、よりウエハＷにパーティクルが付着しやすい状態になることが認められる。このため、本発明のように蓋体６１を閉じる前に、当該蓋体６１に付着したパーティクルを吸引除去することは、ウエハＷのパーティクル汚染を抑えるために有効であることが理解される。
（実施例２）
図１に示す熱処理炉２において、熱処理炉２の内壁に形成された膜の累積膜厚が４μｍとなったときに、当該熱処理炉２にクリーニングガスを供給して所定のクリーニング処理を行い、その後、蓋体６１に付着したパーティクルの検証を行った。前記クリーニング処理は、第１のクリーニング処理と第２のクリーニング処理の２段階とした。第１のクリーニング処理では、クリーニングガスとしてフッ素（Ｆ_２）ガスとフッ化水素（ＨＦ）ガスとを１：１の流量で供給し、圧力：１５０Ｔｏｒｒ（２０ｋＰａ）、温度：３００℃の下、２４０分間クリーニングを行った。また、第２のクリーニング処理では、クリーニングガスとしてフッ素ガスとフッ化水素ガスとを３：１の流量で供給すると共に、窒素（Ｎ_２）ガスも供給し、３種のガスを合わせて３ｓｌｍの流量で供給した。そして、圧力：１５０Ｔｏｒｒ（２０ｋＰａ）、温度：４７５℃の下、８０分間クリーニングを行った。

また、パーティクルの検証については次のように行った。先ず、蓋体６１の上面に、その中心から外周まで径方向に沿ってカーボンテープを貼着してから剥がし、当該テープに蓋体６１のパーティクルを付着させた。こうして、テープの長さ方向に約３ｃｍ毎に８か所のポイントを設定し、夫々の箇所について光学顕微鏡写真を撮像した。またテープの付着物について、電子線マイクロ分析（ＥＰＭＡ）による元素分析を行った。

この結果、光学顕微鏡写真による観察では、蓋体６１の外周近傍では異物が確認されなかったものの、その他のポイントでは異物が観察された。そして、ＥＰＭＡ分析の結果、異物としては、窒化ケイ素や、ケイ素化合物と有機物の混合物、有機物、窒素を含む有機物などが含まれる可能性があることが認められた。これにより、蓋体６１に付着したパーティクルは、成膜された膜が剥がれたものや、石英製のウエハボート３の劣化によりパーティクルとなったもの等であると推察される。

Ｗ半導体ウエハ
ＣＦＯＵＰ
２熱処理炉
３Ａ，３Ｂウエボート
４１ボートエレベータ
６蓋体開閉機構
６１蓋体
移動機構
７クリーニングノズル
７１ノズル本体
７２ａ吸引孔
７５ノズル移動機構
口

Claims

複数の基板が棚状に保持された基板保持具を縦型の熱処理炉内に、当該熱処理炉の下方側に形成された開口部から搬入し、基板に対して熱処理を行う装置において、
前記熱処理炉の下方側に位置するローディング室と、
このローディング室内に設けられ、熱処理炉内と熱処理炉の下方側との間で前記基板保持具を昇降させる保持具昇降機構と、
前記基板保持具が前記熱処理炉の下方側に位置しているときに、前記開口部を塞ぐ蓋体と、
前記蓋体を、前記開口部を塞ぐ位置と、前記開口部を開く位置との間で移動させる蓋体移動機構と、
前記ローディング室内に設けられ、前記蓋体が前記開口部を塞ぐ位置から外れているときに、当該蓋体の上面のパーティクルを吸引して除去するパーティクル除去機構と、
前記パーティクル除去機構を冷却する冷却機構と、を備えたことを特徴とする熱処理装置。
前記パーティクル除去機構は、前記蓋体の上面側の雰囲気を吸引するための吸引孔が形成されたクリーニングノズルを備えたことを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
前記パーティクル除去機構を前記蓋体に対して移動させる移動機構を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の熱処理装置。
前記パーティクル除去機構を蓋体に対して相対的に接離させる接離機構を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の熱処理装置。