(57)【要約】【課題】パージガスの使用量を削減することができる半導体ウェハの熱処理装置を提供する。【解決手段】ロード室３の周壁３１の横断面形状を、少なくともその一部がウェハボート４に接近する異形形状として、ロード室の容積を小さくした。【選択図】　図５
2004111462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハをプロセスチューブ内で熱処理する熱処理炉と、この熱処理炉の下方に設けられ、半導体ウェハを出し入れするための開閉扉を有するロード室と、ウェハボートに保持された半導体ウェハを前記ロード室からプロセスチューブ内に導入するリフト機構と、前記熱処理炉とロード室との間を開放可能に閉塞するゲートバルブと、前記ロード室にパージガスを供給するガス供給手段とを備える半導体ウェハの熱処理装置において、
前記ロード室の周壁の横断面形状を、少なくともその一部が前記ウェハボートに接近する異形形状としたことを特徴とする半導体ウェハの熱処理装置。
【請求項２】
半導体ウェハをプロセスチューブ内で熱処理する熱処理炉と、この熱処理炉の下方に設けられたロード室と、ウェハボートに保持された半導体ウェハを前記ロード室からプロセスチューブ内に導入するリフト機構と、前記熱処理炉とロード室との間を開放可能に閉塞するゲートバルブと、前記ロード室にパージガスを供給するガス供給手段とを備える半導体ウェハの熱処理装置において、
前記ロード室の周壁を構成する部材であって、横断面形状が前記ウェハボートに少なくとも一部が接近する異形形状であるとともに、横方向へ互いに接離可能な一対の可動チャンバー壁と、
前記一対の可動チャンバー壁を接離させるチャンバー駆動部と
を備えることを特徴とする半導体ウェハの熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウェハの表面に酸化膜を形成したり、拡散処理等を施したりするために使用される半導体ウェハの熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体ウェハの表面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）等の被膜を形成する場合には、例えば図８に示す縦型の熱処理装置が使用されている。
この熱処理装置は、筐体１０１内に、加熱ヒータ１０２ａや石英製のプロセスチューブ１０２ｂ等を有する縦型の熱処理炉１０２が設けられており、この熱処理炉１０２の下方にロード室１０３が設けられている。このロード室１０３は横断面形状が矩形のものであり、その隔壁には半導体ウェハＷをロード室１０３に導入したりロード室１０３から取り出したりするための開閉扉１０３ａが設けられている。また、前記熱処理炉１０２とロード室１０３との境界部には、両者間を開放可能に閉塞するゲートバルブ１０７が設けられている。
【０００３】
前記ロード室１０３の内部には、複数枚の半導体ウェハＷを保持するウェハボート１０４、このウェハボート１０４を熱処理炉１０２のプロセスチューブ１０２ｂ内に導入するためのリフト機構１０５、ロード室１０３の外部に設けられたカセットストッカ１０８から供給される半導体ウェハＷを、ウェハボート１０４に移載するためのウェハ移載ロボット１０９等が配置されている。前記リフト機構１０５はロード室１０３に立設されたボールねじ１０５ａと、ウェハボート１０４を挟んで前記ボールねじ１０５ａと平行に立設されたガイドポスト１０５ｂとに沿って、ウェハボート１０４を載せた昇降テーブル１０５ｃを昇降させるものである。
【０００４】
前記熱処理装置においは、ゲートバルブ１０７を閉じ、ロード室１０３の開閉扉１０３ａを開いた状態で、ウェハ移載ロボット１０９によってカセットストッカ１０８から複数枚の半導体ウェハＷをウェハボート１０４に移載する。この移載が完了すると、開閉扉１０３ａを閉じてロード室１０３を密閉した状態で、図示しないガス供給手段によってロード室１０３内にパージガスとして窒素ガスを供給し、当該ロード室１０３内の雰囲気を窒素ガスに置換して、その酸素濃度を所定値以下（通常数十ｐｐｍ以下）に維持する。その後、ゲートバルブ１０７を開き、半導体ウェハＷをリフト機構１０５によってウェハボート１０４とともに上昇させて、熱処理炉１０２のプロセスチューブ１０２ｂ内に導入する。この際、ロード室１０３内の雰囲気ガスが加熱されたプロセスチューブ１０２内に入り込むが、当該雰囲気ガスの酸素濃度が所定値以下であるので、熱処理開始前において半導体ウェハＷに酸化膜が生成されるのが防止される。
【０００５】
その後、昇降テーブル１０５ｃによってプロセスチューブ１０２を密閉した状態で、半導体ウェハＷを加熱して熱処理する。この際、ロード室１０３への窒素ガスの供給を一旦停止し、当該熱処理が完了する直前に再び窒素ガスをロード室１０３に供給して当該ロード室１０３の酸素濃度を所定値以下にする。
半導体ウェハＷの熱処理が完了すると、リフト機構１０５によりウェハボート１０４とともに半導体ウェハＷをロード室１０３に下降させて所定温度まで冷却する。この際、ロード室３内の酸素濃度が所定値以下になっているので、半導体ウェハＷに自然酸化膜が生成されるのを防止することができる。そして、半導体ウェハＷが所定温度まで冷却すると、窒素ガスの供給を停止するとともに開閉扉１０３ａを開いて、ウェハ移載ロボット１０９により当該半導体ウェハＷをロード室１０３から搬出する。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−１１４５６７号公報（第２頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来の熱処理装置は、ロード室１０３の横断面形状が矩形であるので、ロード室１０３にボールねじ１０５ａ及びガイドポスト１０５ｂを立設している点と相まって、当該ロード室１０３の容積がかなり大きくなる。このため、ロード室１０３の酸素濃度を所定値以下に維持するためには、窒素ガスを大量に供給し続ける必要があり、当該ガスの消費量が多くなって、そのコストが高く付くという問題があった。
この発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、窒素ガスの消費量を削減することができる半導体ウェハの熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するためのこの発明の半導体ウェハの熱処理装置は、半導体ウェハをプロセスチューブ内で熱処理する熱処理炉と、この熱処理炉の下方に設けられ、半導体ウェハを出し入れするための開閉扉を有するロード室と、ウェハボートに保持された半導体ウェハを前記ロード室からプロセスチューブ内に導入するリフト機構と、前記熱処理炉とロード室との間を開放可能に閉塞するゲートバルブと、前記ロード室にパージガスを供給するガス供給手段とを備える半導体ウェハの熱処理装置において、前記ロード室の周壁の横断面形状を、少なくともその一部が前記ウェハボートに接近する異形形状としたことを特徴としている。
このような構成の半導体ウェハの熱処理装置によれば、ロード室の周壁の横断面形状を、少なくともその一部が前記ウェハボートに接近する異形形状としたので、当該ロード室の容積を小さくすることができる。このため、ロード室に供給するパージガスの量を少なくすることができる。
【０００９】
また、この発明の他の熱処理装置は、半導体ウェハをプロセスチューブ内で熱処理する熱処理炉と、この熱処理炉の下方に設けられたロード室と、ウェハボートに保持された半導体ウェハを前記ロード室からプロセスチューブ内に導入するリフト機構と、前記熱処理炉とロード室との間を開放可能に閉塞するゲートバルブと、前記ロード室にパージガスを供給するガス供給手段とを備える半導体ウェハの熱処理装置において、前記ロード室の周壁を構成する部材であって、横断面形状が前記ウェハボートに少なくとも一部が接近する異形形状であるとともに、横方向へ互いに接離可能な一対の可動チャンバー壁と、前記一対の可動チャンバー壁を接離させるチャンバー駆動部とを備えることを特徴としている。
この熱処理装置についても、ロード室の周壁の横断面形状が、前記ウェハボートに少なくとも一部が接近する異形形状であるので、当該ロード室の容積を小さくすることができる。また、一対の可動チャンバー壁をチャンバー駆動部によって互いに離反させることにより、一対の可動チャンバー壁の相互間を通して半導体ウェハを当該可動チャンバー壁の内部に導入したり、可動チャンバー壁の内部から取り出したりすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１はこの発明の一実施形態に係る半導体ウェハの熱処理装置を示す概略縦断面図、図２は同装置の概略平面図、図３は要部拡大概略縦断面図である。
この熱処理装置は、筐体１の内部に、半導体ウェハＷに熱処理を施す熱処理炉２を設け、その下方にロード室３を設けているとともに、このロード室３に隣設させて、半導体ウェハをロード室３に搬送するための搬送室６を設けている。
【００１１】
前記熱処理炉２は、底部が開口した石英製のプロセスチューブ２２の周囲に、加熱ヒータ２１を配置した縦型のものである。前記ロード室３の内部には、半導体ウェハＷを保持するためのウェハボート４が配置されているとともに、このウェハボート４を熱処理炉２のプロセスチューブ２２内に導入するためのリフト機構５の一部が配置されている。前記ウェハボート４は、複数枚の半導体ウェハＷを互いに隙間を設けた状態で水平に保持するものであり、前記リフト機構５の昇降テーブル５１に支承されている。また、前記搬送室６の内部には、カセットストッカ７及びウェハ移載ロボット９が配置されている。このウェハ移載ロボット９は、半導体ウェハＷを前記カセットストッカ７からウェハボート４に移載したりウェハボート４から取り出したりするためのものである。
【００１２】
図４も参照して、前記リフト機構５は、前記昇降テーブル５１と、ロード室３内に立設されたボールねじ５２と、ロード室３内においてウェハボート４を挟んで前記ボールねじ５２と平行に立設されたガイドポスト５３と、前記ボールねじ５２を回転駆動させる駆動機構５４等を備えている。前記昇降テーブル５１は、図４において左端部がボールナット５１ａを介して前記ボールねじ５２に係合されており、右端部がスライド軸受５１ｂを介してガイドポスト５３に昇降自在に係合されている。これにより、昇降テーブル５１は、前記ボールねじ５２の正転に伴って上昇し、逆転に伴って下降する。
【００１３】
ロード室３は、図５に示すように、その周壁３１の横断面形状が、ウェハボート４に一部が接近する異形形状を呈するものである。より具体的には、周壁３１のうちの前記ボールねじ５２及びガイドポスト５３に対応する部分（図５において左右部分）が、ウェハボート４から最も離反し、当該部分と直交する部分（図５において上下部分）が、ウェハボート４に最も接近するほぼ菱形を呈しており、周壁３１全体をできるだけウェハボート４に接近させて、ロード室３の容積を従来よりも大幅に削減している。このロード室３の容積は、例えば、従来の９００リットルに対して１００リットル程度まで削減することができる。
【００１４】
前記ロード室３の周壁３１の搬送室６に臨む部分には、半導体ウェハＷをウェハボート４に移載したりウェハボート４から取り出したりするための開口３１ｃ及びこの開口３１ｃを覆う開閉扉３５が設けられている。この開閉扉３５は図示しない流体圧シリンダによって開閉することができる。なお、前記ロード室３全体、及びロード室３と開閉扉３５との間は、図示しないシールによって密封ないし適宜密封可能とされている。また、前記ロード室３の周壁３１は、適宜冷却水を循環させており、これにより熱処理後の半導体ウェハＷの冷却時間を短縮できるようになっている。
【００１５】
前記熱処理炉２とロード室３との間には、開閉可能なゲートバルブ３２が設けられている。このゲートバルブ３２は図示しない流体圧シリンダ等の駆動手段によって水平移動させることにより開閉することができる。また、前記ロード室３の底部は、底板３４によって閉塞されている。この底板３４はリフト機構５のフレームの一部を兼ねている。また、前記ロード室３の底部とリフト機構５との間は、通常のシール手段によりシールされている。
【００１６】
前記ロード室３の周壁３１の図３において左右何れか一方側には、ガス供給用の中空部３１ａが設けられており、他方にはガス排出用の中空部３１ｂが設けられている。各中空部３１ａ，３１ｂは図示しない多数のノズルを介してロード室３の内部に連通されている。また、ガス供給用の中空部３１ａには、ガス供給管８１の一端部が接続されており、このガス供給管８１の他端部は、開閉制御弁８２を介して清浄窒素ガス（パージガス）源８３に接続されている。これらガス供給管８１、開閉制御弁８２及びガス源８３によってガス供給手段８が構成されている。また、前記ガス排出用の中空部３１ｂには、途中部に開閉制御弁８４を介在した排気管８５が接続されている。
【００１７】
以上の構成の熱処理装置動作は以下の通りである。
まず、ゲートバルブ３２を閉じ、ロード室３の開閉扉３５を開いた状態で、ウェハ移載ロボット９によって搬送室６からロード室３内のウェハボート４に半導体ウェハＷを移載する。次に、開閉扉３５を閉じてロード室３を密閉した状態で、ガス供給手段８によりロード室３に窒素ガスを供給し、当該ロード室３内の酸素濃度を所定値以下にする。その後、ゲートバルブ３２を開き、リフト機構５を駆動してウェハボート４とともに半導体ウェハＷをプロセスチューブ２２内に導入する。この際、ロード室３内の雰囲気ガスが加熱されたプロセスチューブ２２内に入り込むが、当該雰囲気ガスの酸素濃度が所定値以下であるので、熱処理開始前において半導体ウェハＷに酸化膜が生成されるのが防止される。
【００１８】
半導体ウェハＷの導入が完了すると同時に、昇降テーブル５１によってプロセスチューブ２２の底部開口が閉塞されてプロセスチューブ２２内が密閉され、この状態で半導体ウェハＷが熱処理される。この熱処理中においては、ロード室３の窒素ガスの供給が停止され、熱処理が完了する直前に再びロード室３に窒素ガスを供給して、当該ロード室３内の酸素濃度を所定値以下にする。
【００１９】
半導体ウェハＷの熱処理が完了すると、リフト機構５を駆動してウェハボート４とともに半導体ウェハＷをロード室３に下降させて所定温度まで冷却する。この際、ゲートバルブ３２及び開閉扉３５を閉じた状態で窒素ガスをロード室３に継続的に供給し、当該ロード室３内の酸素濃度を所定値以下に維持する。これにより、半導体ウェハＷに自然酸化膜が生成されるのを防止することができる。そして、半導体ウェハＷが所定温度まで冷却すると、窒素ガスの供給を停止し、開閉扉３５を開いてウェハ移載ロボット９により当該半導体ウェハＷを搬送室６に移送する。以上により熱処理の１サイクルが完了するが、この１サイクル中に供給する窒素ガスは、ロード室３の容積が小さいので、その使用量を大幅に削減することができるとともに、酸素濃度を短時間で所定値以下にすることができる。
【００２０】
図６はロード室３の他の実施の形態を示す概略斜視図である。この実施の形態が図１に示す実施の形態と異なる点は、ロード室３に開閉扉３５を構成することなく周壁３１を２分割して当該ロード室３を開閉可能とした点である。すなわち、前記ロード室３の周壁３１を、横方向へ互いに接離可能な一対の可動チャンバー壁３６によって構成し、この可動チャンバー壁３６を流体圧シリンダ３７ａを含むチャンバー駆動手段３７によって互いに接離可能にしている。また、この実施の形態でも、前記一対の可動チャンバー壁３６どうしを突き合わせた状態で、周壁３１の横断面形状が前記ウェハボート４に一部が接近する異形形状を呈している。
この実施の形態においては、図５に示す開閉扉３５を開閉する代わりに、可動チャンバー壁３６を横方向に移動させて互いに離反させることにより、両チャンバー壁３６の相互間を通して、ウェハボート４と搬送室６との間で半導体ウェハＷを移送することができる。
なお、ロード室３の断面形状としては、前記菱形以外に楕円や円形等の異形形状であってもよく、特に円形形状については、ボールねじやガイドポストを有しないリフト機構を採用した場合に好適となる（図７参照）。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、この発明の半導体ウェハの熱処理装置によれば、ロード室の容積を極力小さくすることができるので、パージガスの使用量を削減することができる。このため、半導体ウェハの熱処理コストを安くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る半導体ウェハの熱処理装置を示す概略縦断面図である。
【図２】前記熱処理装置の概略平面図である。
【図３】前記熱処理装置の要部拡大概略縦断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】ロード室の他の実施の形態を示す概略斜視図である。
【図７】ロード室のさらに他の実施の形態を示す概略斜視図である。
【図８】従来の熱処理装置を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
１　　筐体
２　　熱処理炉
２２　プロセスチューブ
３　　ロード室
３１　周壁
３２　ゲートバルブ
３３　駆動手段
３４　底板
３５　開閉扉
３６　可動チャンバー壁
３７　チャンバー駆動手段
４　　ウェハボート
５　　リフト機構
８　　ガス供給手段
Ｗ　　半導体ウェハ
【図１】
2004111462.tif 000003
【図２】
2004111462.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004111462.tif 000006
【図５】
2004111462.tif 000007
【図６】
2004111462.tif 000008
【図７】
2004111462.tif 000009
【図８】
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