(57)【要約】【課題】待機室内に設置された昇降台の気密室の気密シールを維持する。【解決手段】ウエハ１群をボート１３に保持して処理する処理室１９と、処理室１９の真下でボート１３が待機する待機室１２と、待機室１２の外部に設置されボート１３を処理室１９に搬入搬出するボートエレベータ２４と、待機室１２内に配されボート１３を支持する昇降台３７と、待機室１２に挿通され昇降台３７とボートエレベータ２４とを連結する昇降シャフト３２とを具備したバッチ式熱処理装置１０において、ヘリウムガス供給ライン５５に接続されたチューブ５４を昇降シャフト３２から昇降台３７の気密室３７ｄに挿入し、待機室１２を排気する排気管５７にヘリウムガスディテクタ５８を設置する。昇降台の気密室内に供給した時の排気管を流通するヘリウムガスをヘリウムガスディテクタによって検出することにより、昇降台の気密室のリークをチェックする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する空間を提供する処理室と、
前記処理室に気密に接続された気密室と、
前記気密室内の雰囲気を排気する排気系と、
前記気密室内にその大部分が位置されるように設けられる中空の気密体であって、前記中空部が前記気密室の雰囲気と隔離された気密体と、
前記気密体の内部にリークチェック用ガスを供給する供給ラインと、
を備えていることを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置に関し、特に、密閉室の気密維持技術に係り、例えば、半導体素子を含む半導体集積回路が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に拡散、ＣＶＤまたはエピタキシャル成長等の熱処理（thermal treatment ）を施す熱処理装置（furnace)に利用して有効なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ウエハに熱処理を施す熱処理装置として、複数枚のウエハをボートに保持した状態で熱処理を施す処理室が形成されたプロセスチューブと、このプロセスチューブの真下に形成されてボートが処理室に対する搬入搬出を待機する待機室と、ボートを昇降させて処理室に搬入搬出するボートエレベータとを備えているバッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置が、広く使用されている。
【０００３】
従来のバッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置においては、ボートエレベータは送りねじ軸装置によって構成されて待機室に縦形に設置されており、送りねじ軸は下端が待機室において支持され、上端において待機室の外部に設置されたモータによって回転駆動されるようになっている。例えば、特許文献１参照。
ところが、従来のこのようなバッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置においては、ボートエレベータが待機室の内部に設置されているために、送りねじ軸装置やガイドレールにおいて使用されたグリースや配線ケーブル等から有機物質が飛散することにより、ウエハを汚染する原因になるという問題点がある。
そして、熱処理されて高温度になったボートが待機室に下降されて来て待機室の温度が上昇すると、有機物質の蒸発量は多くなる。
このため、処理室における熱処理完了後に、処理室にボードを存置したままで、ボートやウエハ群を温度が例えば１００℃以下になるまで冷却し、ボートやウエハ群の温度が充分に下がってから、ボートを処理室から搬出することが実施されている。
しかしながら、ボートやウエハ群の温度が充分に下がってからボートを処理室から搬出していたのでは、バッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置のスループットが低下してしまう。
【０００４】
そこで、ボートエレベータを待機室の外部に設置するとともに、ボートエレベータの昇降体とボートとを昇降シャフトによって連結することにより、ボートエレベータからの有機物質の飛散を防止するように構成したバッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置が、提案されている。例えば、特許文献２参照。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２９８１３７号公報
【特許文献２】特開２００３−２９７７６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ボートエレベータを待機室の外部に設置してボートエレベータの昇降体とボートを載せて昇降する昇降台とを昇降シャフトによって連結したバッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置においては、次のような問題点があることが本発明者によって明らかにされた。
1)  ボートの回転駆動装置への電気配線や冷却水路を確保するために、ボートエレベータの昇降台および昇降シャフトは中空構造に形成する必要があるが、この昇降台および昇降シャフトの中空構造の気密シールが不充分の場合には、昇降台および昇降シャフトの中空部内が待機室の外部に連通しているために、外気が待機室に侵入してしまう。
2)  一般に、待機室のような気密室の気密シールを確保する対策としては、気密室の排気ラインにヘリウム（Ｈｅ）リークディテクタを接続するとともに、気密室の外壁面にヘリウムガスを突き付けることにより、リーク箇所を特定する方法がある。
しかし、気密体である昇降台は気密室である待機室の内部に設置されているので、昇降台にヘリウムガスを吹き付けることができない。その結果、気密体である昇降台の気密シールを確保することができない。
【０００７】
本発明の目的は、気密室内に設置された気密体の気密シールを確保することができる基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）基板を処理する空間を提供する処理室と、
前記処理室に気密に接続された気密室と、
前記気密室内の雰囲気を排気する排気系と、
前記気密室内にその大部分が位置されるように設けられる中空の気密体であって、前記中空部が前記気密室の雰囲気と隔離された気密体と、
前記気密体の内部にリークチェック用ガスを供給する供給ラインと、
を備えていることを特徴とする基板処理装置。
（２）前記気密室内または前記排気系内における前記リークチェック用ガスの存在を検出するセンサを備えていることを特徴とする前記（１）に記載の基板処理装置。
【発明の効果】
【０００９】
前記した手段によれば、気密体の内部にリークチェック用ガスをガス供給ラインを通じて供給し、気密室内または排気系内におけるリークチェック用ガスの存在をセンサによって検出することにより、気密体の気密シールの状態を認定することができるので、気密体の気密シールを確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【００１１】
本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、半導体装置の製造方法にあってウエハに熱処理を施す処理部であるバッチ式縦形ホットウオール形の熱処理炉（以下、バッチ式熱処理装置という。）を備えている。
図１に示されているように、バッチ式熱処理装置１０は筐体１１を具備しており、筐体１１にはボート１３が待機する待機室１２が、ボート１３を収納可能な容積に形成されている。待機室１２は大気圧未満の圧力を維持可能な気密性能を有する気密室に構築されている。すなわち、待機室１２は処理室に気密に接続された気密室を構成している。
筐体１１の前面壁にはウエハ搬入搬出口１４が開設されており、ウエハ搬入搬出口１４はゲート１５によって開閉されるようになっている。
筐体１１の天井壁にはボート搬入搬出口１６が開設されており、ボート搬入搬出口１６はシャッタ１７によって開閉されるようになっている。
筐体１１の上にはヒータユニット１８が垂直方向に立脚されて設置されており、ヒータユニット１８の内部には処理室１９を形成するプロセスチューブ２０が配置されている。プロセスチューブ２０は上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されて、ヒータユニット１８に同心円に配置されている。プロセスチューブ２０の円筒中空部はウエハを処理する空間を提供する処理室１９を構成している。
プロセスチューブ２０の下端部には、プロセスチューブ２０の処理室１９に原料ガスやパージガス等を導入するためのガス導入管２１と、プロセスチューブ２０の内部を排気するための排気管２２とが接続されている。
【００１２】
筐体１１の待機室１２の外部には据付台２３が設置されており、据付台２３の上にはボートを昇降させるためのボートエレベータ２４が据え付けられている。
ボートエレベータ２４は上側取付板２５および下側取付板２６によって垂直にそれぞれ敷設されたガイドレール２７および送りねじ軸２８を備えており、ガイドレール２７には昇降体２９が垂直方向に昇降自在に嵌合されている。昇降体２９は送りねじ軸２８に垂直方向に進退自在に螺合されている。送りねじ軸２８の上端部は上側取付板２５を貫通しており、上側取付板２５に設置されたモータ３０に連結されている。すなわち、送りねじ軸２８はモータ３０によって正逆回転駆動されるように構成されている。
なお、作動やバックラッシュを良好なものとするために、送りねじ軸２８と昇降体２９との螺合部にはボールねじ機構が使用されている。
【００１３】
昇降体２９の側面にはアーム３１が水平に突設されており、アーム３１の先端には円筒形状に形成された昇降シャフト３２が垂直方向下向きに固定されている。
昇降シャフト３２の中空部３３には内筒３４が同心円に配置されて固定されている。内筒３４は昇降シャフト３２の内径よりも小径の外径を有する円筒形状に形成されている。
昇降シャフト３２は筐体１１の天井壁に開設された挿通孔３５を挿通して下端部が待機室１２に挿入されており、筐体１１の天井壁の上面とアーム３１の下面との間には挿通孔３５を気密封止するベローズ３６が介設されている。
昇降シャフト３２の待機室１２の下端には、待機室１２内にその大部分が位置されるように設けられる中空の気密体であって中空部が待機室１２の雰囲気と隔離された気密体としての昇降台３７が水平に配置されて固定されており、昇降台３７はボート１３を昇降させるように構成されている。
昇降台３７は上面が開口した箱形状に形成された本体３７ａと、平面形状が本体３７ａと同一の平板形状に形成された蓋体３７ｂとを備えており、本体３７ａに蓋体３７ｂがシールリング３７ｃを挟んで被せ付けられることにより、気密室３７ｄを形成するようになっている。
【００１４】
昇降台３７の気密室３７ｄの天井面である蓋体３７ｂの下面には、磁性流体シール装置３８によってシールされた軸受装置３９が設置されている。軸受装置３９は蓋体３７ｂを垂直方向に挿通した回転軸４０を回転自在に支持しており、回転軸４０はボート回転駆動用モータ４１によって回転駆動されるようになっている。
回転軸４０の上端にはボート１３が垂直に立脚するように設置されている。ボート１３は複数枚（例えば、２５枚、５０枚、７５枚、１００枚）のウエハ１をその中心を揃えて水平に支持した状態で、プロセスチューブ２０の処理室１９に対してボートエレベータ２４による昇降台３７の昇降に伴って搬入搬出するように構成されている。
昇降台３７の上面にはシールキャップ４３がシールリング４２を介されて設置されている。シールキャップ４３は処理室１９の炉口になる筐体１１のボート搬入搬出口１６をシールするように構成されている。
【００１５】
磁性流体シール装置３８の外側には磁性流体シール装置３８や軸受装置３９およびボート回転駆動用モータ４１を冷却するための冷却装置４４が設置されており、冷却装置４４には冷却水供給管４５が接続されている。
冷却水供給管４５は気密室３７ｄから内筒３４の中空部を通じて待機室１２の外部に引き出されており、冷却水供給源４７に可変流量制御弁４６を介して接続されるようになっている。
シールキャップ４３の内部には冷却水４８が流通する通水路４９が開設されており、通水路４９には冷却装置４４の冷却水が導入側連絡管５０によって導入されるようになっている。通水路４９には導出側連絡管５１の一端が接続されており、導出側連絡管５１の他端は昇降シャフト３２の中空部３３の下端に接続されている。
昇降シャフト３２の中空部３３の上端には冷却水排出管５２が接続されており、冷却水排出管５２は冷却水供給源４７に接続されようになっている。したがって、昇降シャフト３２の中空部３３には冷却水４８が下端の導出側連絡管５１から導入されて上端の冷却水排出管５２から排出されることによって流通するようになっている。
また、内筒３４の中空部にはボート回転駆動用モータ４１の電力供給電線５３が挿通されて、外部に引き出されている。
【００１６】
昇降台３７の気密室３７ｄ内にはチューブ５４が内筒３４の中空部を挿通されて挿入されている。チューブ５４の内筒３４の外側端にはリークチェック用ガス供給ライン（以下、供給ラインという。）５５の一端が接続されており、供給ライン５５の他端はリークチェック用ガスとしてのヘリウムガスを供給するヘリウムガス供給装置５６に接続されている。すなわち、チューブ５４は気密室３７ｄの内部にリークチェック用ガスを供給するリークチェック用ガス供給ラインの一部を構成している。
他方、待機室１２には待機室１２内の雰囲気を排気する排気系の排気管５７が接続されており、排気管５７にはリークチェック用ガスの存在を検出するセンサとしてのヘリウムガスディテクタ５８が設置されている。
ちなみに、ヘリウムガスディテクタ５８は排気管５７に常時接続しておく必要はなく、実際上はバッチ式熱処理装置１０のメンテナンス時に接続して使用してもよい。ヘリウムガス供給装置５６についても同様である。
なお、待機室１２には待機室１２にパージガスとしての窒素ガスを供給するための窒素ガス供給管５９が接続されている。
【００１７】
以下、前記構成に係るバッチ式熱処理装置を使用した成膜工程を説明する。
【００１８】
これから成膜すべきウエハ１は筐体１１のウエハ搬入搬出口１４を通して待機室１２にウエハ移載装置（図示せず）によって搬入され、ボート１３に装填（チャージング）される。
この際、図１に示されているように、ボート搬入搬出口１６がシャッタ１７によって閉鎖されることにより、処理室１９の高温雰囲気が待機室１２に流入することは防止されている。このため、装填途中のウエハ１および装填されたウエハ１が高温雰囲気に晒されることはなく、ウエハ１が高温雰囲気に晒されることによる自然酸化等の弊害の派生は防止されることになる。
【００１９】
予め指定された枚数のウエハ１がボート１３へ装填されると、図２で参照されるように、ウエハ搬入搬出口１４はゲート１５によって閉鎖され、ボート搬入搬出口１６がシャッタ１７によって開放される。
【００２０】
続いて、昇降台３７に支持されたシールキャップ４３およびボート１３がボートエレベータ２４のモータ３０によって昇降体２９および昇降シャフト３２を介して上昇されて、プロセスチューブ２０の処理室１９にボート搬入搬出口１６から搬入（ボートローディング）される。
図２に示されているように、ボート１３が上限に達すると、シールキャップ４３の上面の周辺部がボート搬入搬出口１６をシール状態に閉塞するため、プロセスチューブ２０の処理室１９は気密に閉じられた状態になる。
ちなみに、ボート１３を処理室１９へ搬入する際に、昇降シャフト３２が上昇すると、ベローズ３６は上方向に伸張する。
【００２１】
その後、プロセスチューブ２０の処理室１９は気密に閉じられた状態で、所定の圧力となるように排気管２２によって排気され、ヒータユニット１８によって所定の温度に加熱され、所定の原料ガスがガス導入管２１によって所定の流量だけ供給される。
また、ボート１３がボート回転駆動用モータ４１によって回転される。
これらにより、予め設定された処理条件に対応する所望のＣＶＤ膜がウエハ１に形成される。
この際、ボート１３がボート回転駆動用モータ４１によって回転されることにより、原料ガスがウエハ１の表面に均一に接触されるため、ウエハ１にはＣＶＤ膜が均一に形成される。
【００２２】
ここで、冷却水４８が冷却装置４４およびシールキャップ４３の通水路４９に、冷却水供給管４５および冷却水排出管５２を通じて流通されることにより、熱によるシールキャップ４３のシールリング４２や磁性流体シール装置３８および軸受装置３９の劣化が防止される。
このとき、冷却水４８が昇降シャフト３２の中空部３３を流通するため、昇降シャフト３２および内筒３４も冷却されることになる。
【００２３】
予め設定された処理時間が経過すると、図１で参照されるように、ボート１３およびシールキャップ４３を支持した昇降台３７が、昇降シャフト３２および昇降体２９を介してボートエレベータ２４のモータ３０によって下降されることにより、処理済みウエハ１を保持したボート１３が待機室１２に搬出（ボートアンローディング）される。
この際、ベローズ３６は昇降シャフト３２の下降に伴って下方向に短縮する。
【００２４】
ボート１３が処理室１９から待機室１２に搬出されると、ボート搬入搬出口１６がシャッタ１７によって閉鎖される。
次に、待機室１２のウエハ搬入搬出口１４がゲート１５によって開放され、ボート１３の処理済みウエハ１がウエハ移載装置によって脱装（ディスチャージング）される。
この際、昇降シャフト３２の熱膨張が防止されることにより、ボート１３の基準高さがずれるのを防止されているため、ウエハ移載装置による処理済みウエハ１のボート１３からの脱装作業は適正かつ迅速に実行されることになる。
【００２５】
以降、前述した作用が繰り返されることにより、ウエハ１が例えば、２５枚、５０枚、７５枚、１００枚ずつ、バッチ式熱処理装置１０によってバッチ処理されて行く。
【００２６】
ところで、昇降台３７は待機室１２内に設置されており、昇降台３７の気密室３７ｄは昇降シャフト３２に敷設された内筒３４の中空部によって外気に連通した状態になっている。このため、昇降台３７のシールリング３７ｃによる気密室３７ｄの気密シールが不充分であると、外気が待機室１２に内筒３４の中空部および昇降台３７の気密室３７ｄを通じて侵入してしまう。
この外気の待機室１２への侵入を防止するためには、昇降台３７のシールリング３７ｃによる気密室３７ｄの気密シール状態を監視し、一定以上のレベルに維持することが必要である。
そこで、本実施の形態に係るバッチ式熱処理装置１０においては、昇降台３７の気密室３７ｄの気密シール状態を簡単かつ迅速に認定することができるものとしている。
次に、本実施の形態に係るバッチ式熱処理装置１０における昇降台３７の気密室３７ｄの気密シール状態を認定する方法を説明する。
【００２７】
例えば、バッチ式熱処理装置１０の定期または不定期の保守点検作業に際して、リークチェック用ガスとしてのヘリウムガスを昇降台３７の気密室３７ｄに、ヘリウムガス供給装置５６から供給ライン５５およびチューブ５４を通じて供給するとともに、待機室１２を排気する排気管５７に設置されたヘリウムガスディテクタ５８によって、待機室１２から排気されるヘリウムガスの存在を検出する。
例えば、昇降台３７の気密室３７ｄのシールリング３７ｃにおけるシール性能が低下している場合には、気密室３７ｄに供給されたヘリウムガスはシールリング３７ｃのシール性能が低下した場所から待機室１２に漏洩する。待機室１２に漏洩したヘリウムガスは排気管５７によって排気されるために、ヘリウムガスディテクタ５８はヘリウムガスを検出することになる。
したがって、ヘリウムガスディテクタ５８によってヘリウムガスが検出された場合には、昇降台３７の気密室３７ｄにおける気密シール状態が低下していると、認定することができる。反対に、ヘリウムガスディテクタ５８によってヘリウムガスが検出されない場合には、昇降台３７の気密室３７ｄにおける気密シール状態は正常であると、認定することができる。
例えば、ヘリウムガスディテクタ５８によって検出されたヘリウムガスの濃度が予め設定された濃度以上である場合には、昇降台３７の気密室３７ｄを気密シールしているシールリング３７ｃが交換される。
【００２８】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００２９】
1)  昇降台の気密室内にヘリウムガス供給ラインを接続するとともに、待機室を排気する排気管にヘリウムガスディテクタを設置することにより、昇降台の気密室内にヘリウムガスをヘリウムガス供給ラインを通じて供給するとともに、ヘリウムガスディテクタによって排気管を流通するヘリウムガスを検出することができるので、昇降台の気密室の気密シール状態を認定することができる。
【００３０】
2)  昇降台の気密室の気密シール状態を認定することにより、昇降台の気密室を気密シールしているシールリングの交換等によって、昇降台の気密室の気密シール状態を常に一定レベル以上に維持することができるので、外気が待機室に侵入することによるパーティクルおよび有機物によるウエハの汚染を防止することができる。
【００３１】
3)  リークチェック用ガスとしてのヘリウムガスを使用することにより、リークチェック用ガスによるウエハの汚染を防止することができるので、昇降台の気密室の気密状態の監視作業によるバッチ式熱処理装置の生産性の低下を防止することができる。
【００３２】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００３３】
例えば、ヘリウムガスディテクタは待機室を排気する排気管に設置するに限らず、待機室に設置してもよい。
【００３４】
バッチ式熱処理装置は成膜処理に使用するに限らず、酸化膜形成処理や拡散処理およびアニーリング処理等の他の処理にも使用することができる。
【００３５】
前記実施の形態ではバッチ式熱処理装置の場合について説明したが、本発明はこれに限らず、基板処理装置全般に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施の形態であるバッチ式熱処理装置を示す側面断面図である。
【図２】ボート搬入時を示す側面断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…ウエハ（基板）、１０…バッチ式熱処理装置（基板処理装置）、１１…筐体、１２…待機室（気密室）、１３…ボート、１４…ウエハ搬入搬出口、１５…ゲート、１６…ボート搬入搬出口、１７…シャッタ、１８…ヒータユニット、１９…処理室、２０…プロセスチューブ、２１…ガス導入管、２２…排気管、２３…据付台、２４…ボートエレベータ、２５…上側取付板、２６…下側取付板、２７…ガイドレール、２８…送りねじ軸、２９…昇降体、３０…モータ、３１…アーム、３２…昇降シャフト、３３…中空部、３４…内筒、３５…挿通孔、３６…ベローズ、３７…昇降台、３７ａ…本体、３７ｂ…蓋体、３７ｃ…シールリング、３７ｄ…気密室、３８…磁性流体シール装置、３９…軸受装置、４０…回転軸、４１…ボート回転駆動用モータ、４２…シールリング、４３…シールキャップ、４４…冷却装置、４５…冷却水供給管、４６…可変流量制御弁、４７…冷却水供給源、４８…冷却水、４９…通水路、５０…導入側連絡管、５１…導出側連絡管、５２…冷却水排出管、５３…電力供給電線、５４…チューブ、５５…供給ライン（リークチェック用ガス供給ライン）、５６…ヘリウムガス供給装置（リークチェック用ガス供給装置）、５７…排気管（排気系）、５８…ヘリウムガスディテクタ（リークチェック用ガスセンサ）、５９…窒素ガス供給管。
【図１】
2007035754.tif 000003
【図２】
2007035754.tif 000004