(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦型のバッチ式の加熱炉の下方に設けられて、前記加熱炉に対してウエハボードに収容された被処理体をロード・アンロードさせるために、周囲が直方体状又は立方体状になされた筐体で形成されると共に前記筐体の一側面に設けたフィルタ部から、これに対向して通気孔が設けられた対向面に向けて不活性ガスを横流として流すと共に前記通気孔から流入した前記不活性ガスを、循環路を介して循環させるようにして前記筐体内を不活性ガス雰囲気にしたロードロック室において、
前記筐体には、前記加熱炉に対して前記被処理体をロード・アンロードさせるために前記ウエハボートを昇降させる昇降機構と、不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段と、前記筐体内の雰囲気を排気する排気手段とが設けられ、前記排気手段の排気吸入口は、前記筐体内の底部の４つの角部と天井部の４つの角部であるガス滞留箇所に位置されることを特徴とするロードロック室。
【請求項２】
前記筐体は箱状に形成されており、前記ガス滞留箇所は前記箱状の筐体の角部であることを特徴とする請求項１記載のロードロック室。
【請求項３】
前記排気手段は、排気通路に介設された圧力調整弁と、前記筐体内の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサからの出力に応じて前記圧力調整弁を制御する弁制御部とよりなることを特徴とする請求項１または２記載のロードロック室。
【請求項４】
前記排気通路には、前記筐体内の圧力が所定の圧力値以上になった時に開放される圧力開放弁が分岐させて設けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のロードロック室。
【請求項５】
周囲が加熱ヒータにより囲まれて下端が開口された円筒体状の処理容器内に、被処理体を複数段にわたって支持させたウエハボートを前記処理容器の下方よりロードして収容し、前記開口をキャップ部により閉じることにより前記処理容器内を密閉した状態で前記被処理体に対して所定の熱処理を施すようにした加熱炉と、
前記加熱炉の下方に設けられた請求項１乃至４のいずれか一項に記載のロードロック室と、
を備えたことを特徴とする熱処理装置。
【請求項６】
縦型のバッチ式の加熱炉の下方に設けられて、前記加熱炉に対してウエハボードに収容された被処理体をロード・アンロードさせるために、周囲が直方体状又は立方体状になされた筐体で形成されると共に前記筐体の一側面に設けたフィルタ部から、これに対向して通気孔が設けられた対向面に向けて不活性ガスを横流として流すと共に前記通気孔から流入した前記不活性ガスを、循環路を介して循環させるようにして前記筐体内を不活性ガス雰囲気にしたロードロック室の排気方法において、
前記筐体内の底部の４つの角部と天井部の４つの角部であるガス滞留箇所に排気吸入口を位置させて前記筐体内の雰囲気を排気するように構成したことを特徴とするロードロック室の排気方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等を熱処理する熱処理炉に並設されるロードロック室、その排気方法及び熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体ウエハ等を一度に多数枚熱処理する装置として、特開平４−２６９８２４号公報等に開示されているような縦型のバッチ式の熱処理装置が知られている。ここで、従来の一般的なバッチ式の熱処理装置について説明する。
図４は従来の一般的なバッチ式の熱処理装置を示す概略構成図である。
この熱処理装置２は、半導体ウエハに対して実際に熱処理を施す加熱炉４と、この加熱炉４の下方に設けられて上記加熱炉４に対して半導体ウエハをロード及びアンロードさせるロードロック室６とにより主に構成される。上記加熱炉４は、周囲に円筒体状に加熱ヒータ８を配置してなる石英製の処理容器１０を有しており、この処理容器１０の下端は開口され、これよりウエハがロード或いはアンロードされる。
【０００３】
一方、上記ロードロック室６は、全体が例えばステンレス製の箱状の筐体１２により区画形成されており、上記加熱炉４の下方に連結されている。このロードロック室６内には、ボートエレベータのような昇降機構１４が設けられており、この昇降機構１４は、多数枚のウエハＷを多段に支持するための例えば石英製のウエハボート１６を保持している。そして、この昇降機構１４を駆動することにより、このウエハＷを支持しているウエハボート１６を上下動させて処理容器１０内へロード、アンロードできるようになっている。
【０００４】
このロードロック室６内の一側には、内部の循環ガスを清浄に保つ例えばＨＥＰＡフィルタよりなるフィルタ部１８が設けられており、送風ファン２０を用いて、ウエハ表面に自然酸化膜が発生することを防止するための不活性ガス、例えば窒素ガスをこのロードロック室６内に循環させている。
上記フィルタ部１８の取り付け面とは対向する面側には、多数の通気孔２２を有する例えばパンチングメタルのような側面区画壁２４を設けており、この区画壁２４と筐体１２の側面との間に所定の間隔の側部循環路２６を形成している。また、筐体１２内の底部にもこの底部より所定の間隔だけ離間させて底面区画壁２８を設けており、筐体底部との間に上記側部循環路２６と連通する底部循環路３０を形成している。従って、フィルタ部１８より水平方向へ送風されたＮ２ ガスは、ウエハボート１６を通過した後に通気孔２２から側部循環路２６へ流入し、そして、これより底部循環路３０へ廻り込んで再度、上記フィルタ部１８へ流入するように循環することになる。
【０００５】
この送風ファン２０の近傍の筐体１２には、ガス導入口３２が設けられており、このガス導入口３２には、不活性ガス導入手段３４が接続されている。この不活性ガス導入手段３４は、Ｎ２ ガス源３６に接続されたガス通路３８を有しており、この途中に、開閉弁４０及び供給するガス流量を制御する流量制御器４２がそれぞれ介設されている。
一方、この筐体１２の天井部４４の一部には、排気口４６が設けられており、筐体１２内を循環するＮ２ ガスの一部を排気して系外へ排出するようになっている。この場合、この筐体１２内は、この外側の大気圧よりも僅かに圧力が高くなされて陽圧状態に維持されており、Ｏ２ ガスや水分を含む大気が筐体１２内で流入することを阻止するようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記ロードロック室６の容量は、例えばウエハサイズやウエハボート１６の高さサイズにもよるが、通常は１０００〜２０００リットルもの大きな容量を有しており、このロードロック室６内でウエハＷを晒す時には、自然酸化膜防止のために、ウエハを晒すことに前もってこのロードロック室６内に不活性ガスである窒素ガスを導入して窒素ガス雰囲気とし、Ｏ２ ガス濃度や水分濃度をそれぞれ所定の値以下に維持しておかなければならない。
しかしながら、この場合、ロードロック室６内を窒素ガス雰囲気に置換するために、この中に窒素ガスを導入し、これを前述のように循環させつつ一部の雰囲気ガスを排気口４６から系外へ排気するのであるが、この筐体１２内のガスが滞留し易い箇所、例えば筐体１２内の角部にガスが滞留してこの部分のＯ２ 成分や水分が非常に排気し難くなり、ロードロック室６内を十分に窒素ガスで置換するまでに長い時間を要するのみならず、多量のＮ２ ガスを消費してしまう、といった問題があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、ガスが滞留し易いガス滞留箇所の雰囲気を積極的に排出するようにして、不活性ガス置換に要する時間及び不活性ガスの消費量を大幅に抑制することが可能なロードロック室、その排気方法及び熱処理装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に規定する発明は、縦型のバッチ式の加熱炉の下方に設けられて、前記加熱炉に対してウエハボードに収容された被処理体をロード・アンロードさせるために、周囲が直方体状又は立方体状になされた筐体で形成されると共に前記筐体の一側面に設けたフィルタ部から、これに対向して通気孔が設けられた対向面に向けて不活性ガスを横流として流すと共に前記通気孔から流入した前記不活性ガスを、循環路を介して循環させるようにして前記筐体内を不活性ガス雰囲気にしたロードロック室において、前記筐体には、前記加熱炉に対して前記被処理体をロード・アンロードさせるために前記ウエハボートを昇降させる昇降機構と、不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段と、前記筐体内の雰囲気を排気する排気手段とが設けられ、前記排気手段の排気吸入口は、前記筐体内の底部の４つの角部と天井部の４つの角部であるガス滞留箇所に位置されることを特徴とするロードロック室である。
このように、ガス滞留箇所に排気吸入口を位置させるようにしたので、この部分の滞留ガスを積極的に排気でき、従って、ロードロック室内において不活性ガス雰囲気への置換を迅速に行うことができるのみならず、不活性ガスの消費量も大幅に削減することが可能となる。
【０００８】
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記筐体は箱状に形成されており、前記ガス滞留箇所は前記箱状の筐体の角部である。
また、例えば請求項３に規定するように、前記排気手段は、排気通路に介設された圧力調整弁と、前記筐体内の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサからの出力に応じて前記圧力調整弁を制御する弁制御部とよりなる。
これによれば、ロードロック室内の圧力は圧力調整弁で制御されるので、この中を安定的に所定の圧力に維持することが可能となる。
【０００９】
また、例えば請求項４に規定するように、前記排気通路には、前記筐体内の圧力が所定の圧力値以上になった時に開放される圧力開放弁が分岐させて設けられる。
これによれば、ロードロック室内の圧力を、圧力開放弁により設定された圧力に維持することが可能となる。
請求項５に係る発明は、周囲が加熱ヒータにより囲まれて下端が開口された円筒体状の処理容器内に、被処理体を複数段にわたって支持させたウエハボートを前記処理容器の下方よりロードして収容し、前記開口をキャップ部により閉じることにより前記処理容器内を密閉した状態で前記被処理体に対して所定の熱処理を施すようにした加熱炉と、前記加熱炉の下方に設けられた請求項１乃至４のいずれか一項に記載のロードロック室と、を備えたことを特徴とする熱処理装置である。
請求項６に規定する発明は、上記装置発明で実施される方法発明を規定したものであり、すなわち、縦型のバッチ式の加熱炉の下方に設けられて、前記加熱炉に対してウエハボードに収容された被処理体をロード・アンロードさせるために、周囲が直方体状又は立方体状になされた筐体で形成されると共に前記筐体の一側面に設けたフィルタ部から、これに対向して通気孔が設けられた対向面に向けて不活性ガスを横流として流すと共に前記通気孔から流入した前記不活性ガスを、循環路を介して循環させるようにして前記筐体内を不活性ガス雰囲気にしたロードロック室の排気方法において、前記筐体内の底部の４つの角部と天井部の４つの角部であるガス滞留箇所に排気吸入口を位置させて前記筐体内の雰囲気を排気するように構成したことを特徴とするロードロック室の排気方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るロードロック室、その排気方法及び熱処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係るロードロック室を示す概略構成図、図２は図１中のロードロック室の筐体内の排気吸入口の設置位置を示す斜視図である。先に、図４を参照して説明した部分と同一構成部分については、同一符号を付して説明する。
図示するように、この熱処理装置５０は、半導体ウエハに対して実際に熱処理を施す加熱炉４と、この加熱炉４の下方に設けられて上記加熱炉４に対して半導体ウエハをロード及びアンロードさせるロードロック室５２とにより主に構成される。上記加熱炉４は、周囲に円筒体状に加熱ヒータ８を配置してなる石英製の処理容器１０を有しており、この処理容器１０の下端は開口され、これよりウエハがロード或いはアンロードされる。そして、この開口は、ウエハをロードした時にキャップ部１１により密閉される。
【００１１】
一方、上記ロードロック室５２は、全体が例えばステンレス製の箱状或いは直方体状の筐体１２により区画形成されており、上記加熱炉４の下方に連結されている。このロードロック室５２内には、ボートエレベータのような昇降機構１４が設けられており、この昇降機構１４は、多数枚のウエハＷを多段に支持するための例えば石英製のウエハボート１６を保持している。そして、この昇降機構１４を駆動することにより、このウエハＷを支持しているウエハボート１６を上下動させて処理容器１０内へロード、アンロードできるようになっている。
【００１２】
このロードロック室５２内の一側には、内部の循環ガスを清浄に保つ例えばＨＥＰＡフィルタよりなるフィルタ部１８が設けられており、送風ファン２０を用いて、ウエハ表面に自然酸化膜が発生することを防止するための不活性ガス、例えば窒素ガスをこのロードロック室５２内に循環させている。
上記フィルタ部１８の取り付け面とは対向する面側には、多数の通気孔２２を有する例えばパンチングメタルのような側面区画壁２４を設けており、この区画壁２４と筐体１２の側面との間に所定の間隔の側部循環路２６を形成している。また、筐体１２内の底部にもこの底部より所定の間隔だけ離間させて底面区画壁２８を設けており、筐体底部との間に上記側部循環路２６と連通する底部循環路３０を形成している。従って、フィルタ部１８より水平方向へ送風されたＮ２ ガスは、ウエハボート１６を通過した後に通気孔２２から側部循環路２６へ流入し、そして、これより底部循環路３０へ廻り込んで再度、上記フィルタ部１８へ流入するように循環することになる。
【００１３】
この送風ファン２０の近傍の筐体１２には、ガス導入口３２が設けられており、このガス導入口３２には、不活性ガス導入手段３４が接続されている。この不活性ガス導入手段３４は、Ｎ２ ガス源３６に接続されたガス通路３８を有しており、この途中に、開閉弁４０及び供給するガス流量を制御する流量制御器４２がそれぞれ介設されている。
【００１４】
一方、この筐体１２には、この筐体１２内の雰囲気を排気するために本発明の特徴とする排気手段５４が設けられている。そして、この排気手段５４の排気吸入口は、上記筐体１２内のガス滞留箇所に位置されることになる。具体的には、上記排気手段５４は、図２にも示すように上記直方体（立方体も含む）状の筐体１２内の８つの角部に、その高さ方向に沿って延びるように配設された４本の内部排気通路５６を有している。そして、上記４本の内部排気通路５６には、その下端部及び上端部側においてそれぞれ吸入ノズル５８が設けられる。そして、各吸入ノズル５８の先端である排気吸入口６０は、筐体１２内のガス滞留箇所、すなわち、ここでは筐体１２内の８つの各角部１２Ａに臨むように位置されており、この角部１２Ａの近傍の雰囲気を積極的に吸入して排気し得るようになっている。
そして、上記４本の各内部排気通路５６は１本に結合されて合同排気通路６２となっている。尚、この合同排気通路６２と先の内部排気通路５６とで全体の排気通路が構成される。
【００１５】
上記合同排気通路６２の途中には例えばバタフライバルブ等よりなる圧力調整弁６５が設けられており、この圧力調整弁６５は、例えばマイクロコンピュータ等よりなる弁制御部６４により制御される。また、上記筐体１２内にはこの内部圧力を検出する圧力センサ６６が設けられており、この検出値は上記弁制御部６４へ入力されて、上記圧力調整弁６５の弁開度をフィードバック制御するようになっている。
また、上記合同排気通路６２からは、１本の分岐管６８が分岐させて設けられており、この分岐管６８には上記筐体１２内が所定の圧力値以上になった時に開放される逆止弁のような圧力開放弁７０が介設されている。尚、この圧力開放弁７０に内蔵されるバネの弾発力等を選択することにより、上記所定の圧力値を適宜選択することができる。
この圧力開放弁７０の開放のための設定圧力値は、一般的には上記圧力調整弁６４における設定圧力よりも僅かに大きく、例えば４００Ｐａ程度大きく設定されており、筐体１２内の圧力が過度に高くなった時にこの圧力開放弁７０が開放動作するようになっている。
【００１６】
次に、以上のように構成されたロードロック室の排気方法について説明する。
まず、ロードロック室５２の筐体１２のガス導入口３２から不活性ガスとして、ここではＮ２ （窒素ガス）ガスを継続的に供給すると共にこの筐体１２内の雰囲気を少しずつ排気手段５４の各排気吸入口６０を介して排出し、この筐体１２内の雰囲気ガスをＮ２ ガスと置換する。
この筐体１２内では、送風ファン２０によりフィルタ部１８から横流として送出された雰囲気ガスはウエハボート１６内を水平に通過して反対側に位置するパンチングメタルや多数のスリットが入った板金パネル等よりなる側面区画壁２４の内側の側部循環路２６に流入し、そして、筐体１２の底部の底部循環路３０を通って上記送風ファン２０に至り、循環されている。
【００１７】
ここで、筐体１２内の雰囲気ガスのＯ２ 濃度及び水分濃度が図示しないセンサでの検出結果、それぞれ所定値以下になったならば、ウエハ表面に自然酸化膜が付着する可能性が非常に低くなったことになるので、図示しない搬出入口よりこのロードロック室５２内にウエハＷを搬入し、ウエハボート１６にウエハＷを多段に載置し、これを上昇させることにより上方の処理容器１０内へロードして所定のプロセス、例えば成膜処理等を行うことになる。このプロセス時間が長ければ、このプロセス中は筐体１２内にＮ２ ガスを供給することを停止してもよいし
、プロセス時間が短ければプロセス中においても常時、Ｎ２ ガスの供給を行っていてもよい。いずれにしても、プロセスが終了してウエハを処理容器１０内から降下させてアンロードする時には、筐体１２内の雰囲気ガスのＯ２ ガス濃度や水分濃度はそれぞれ所定値以下になされている。また、筐体１２内は、排気手段５４の圧力調整弁６４の動作によって大気に対して僅かな圧力、例えば１００Ｐａ程度だけ陽圧になされている。そして、処理済みのウエハＷは筐体１２外へ搬出され、また、未処理のウエハが搬入されて、上述したような動作が繰り返されることになる。
【００１８】
さて、上述したような一連の動作において、この筐体１２内の雰囲気ガスをＮ２ ガス雰囲気に置換する場合には、スループット向上の要請から早期にＯ２ ガス濃度及び水分濃度をそれぞれ所定値以下、例えばＯ２ ガス濃度は５ｐｐｍ以下、水分濃度は１ｐｐｍ以下にする必要があり、且つまた必要な期間は継続してこの状態を維持しなければならない。
この場合、従来のロードロック室にあっては、図４を参照して説明したように、筐体１２内の角部などのガスが滞留してしまうことから、この部分のＯ２ ガスや水分を十分に排除してＮ２ ガス置換するために多量のＮ２ ガスを必要としたり、また、Ｎ２ ガス置換に長い時間を要していた。
【００１９】
しかしながら、本実施例にあっては、筐体１２内のガスが滞留し易い箇所である各角部１２Ａに臨ませて、内部排気通路５６の吸入ノズル５８の先端である排気吸入口６０を設置しているので、この部分の滞留ガスを積極的に排除することが可能となる。
従って、従来装置と比較してＯ２ ガス濃度や水分濃度をそれぞれ所定値以下にするまでのＮ２ ガス置換に要する時間も大幅に削減することができ、この結果、Ｎ２ ガスの使用量を大幅に削減することができる。
【００２０】
また、Ｎ２ ガス置換操作を開始した初期には、多量の窒素ガスを筐体１２内へ導入するので、この筐体１２内の圧力は、大気圧よりもかなり高くなって排気手段５４の圧力開放弁７０の設定圧力値よりも高くなる場合が生ずる。この時には、この圧力開放弁７０が自動的に開放されて、この分岐管６８からも筐体１２内の雰囲気ガスが排出されることになる。この結果、筐体１２内の雰囲気ガスは圧力調整弁６５が介設された合同排気通路６２と分岐管６８との２系統で排気されるので、その分、筐体１２内の窒素ガス置換操作を更に迅速に行うことが可能となる。
この場合、窒素ガス置換操作が進んで導入する窒素ガスの供給量がある程度減少すると、筐体１２内と大気との圧力差は、上記圧力開放弁７０の設定値以下になるので、この圧力開放弁７０は自動的に閉動作し、以後は、圧力調整弁６５の調整により筐体１２内の圧力値は略一定に維持されることになる。
【００２１】
また、ここで圧力開放弁７０と圧力調整弁６５との間の流路長さは、十分に長く設定し、この圧力開放弁７０が開いた時に、ベンチュリー効果により圧力調整弁６５から大気が逆流しないようにする。
ここで、上述したようなロードロック室と従来のロードロック室の窒素ガス置換のシミュレーションを行ったので、その評価結果について説明する。図３は窒素ガス置換の時間と酸素濃度との関係を示すグラフである。
このシミュレーションでは、ロードロック室内の容量を１８００リットル、従来のロードロック室では６００リットル／ｍｉｎの流量で窒素ガスを供給し、筐体内における酸素の漏れ量は０．１ｃｃ／ｍｉｎとしている。本発明のロードロック室では初期時には４００リットル／ｍｉｎの流量で供給している。
【００２２】
このグラフから明らかなように、酸素濃度の基準値である５ｐｐｍまで低下するのに、従来のロードロック室では略６１分程度要したが、本発明の方法では略４９分程度しか要さず、窒素ガス置換に要する時間を大幅に削減できること、及び窒素ガス使用量も大幅に削減できることが判明した。
尚、本実施例ではガス滞留箇所として筐体１２内の角部１２Ａを例にとって説明したが、筐体１２内のガスが滞留し易い部分であるならば、本発明を全て適用できる。
また、上記各実施例では被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板等にも本発明を適用することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のロードロック室、その排気方法及び熱処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１、２、５、６に規定する発明によれば、ガス滞留箇所に排気吸入口を位置させるようにしたので、この部分の滞留ガスを積極的に排気でき、従って、ロードロック室内において不活性ガス雰囲気への置換を迅速に行うことができるのみならず、不活性ガスの消費量も大幅に削減することができる。
請求項３に規定する発明によれば、ロードロック室内の圧力は圧力調整弁で制御されるので、この中を安定的に所定の圧力に維持することができる。
請求項４に規定する発明によれば、ロードロック室内の圧力を、圧力開放弁により設定された圧力に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るロードロック室を示す概略構成図である。
【図２】図１中のロードロック室の筐体内の排気吸入口の設置位置を示す斜視図である。
【図３】窒素ガス置換の時間と酸素濃度との関係を示すグラフである。
【図４】従来の一般的なバッチ式の熱処理装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
４  加熱炉
８  加熱ヒータ
１０  処理容器
１２  筐体
１６  ウエハボート
３２  ガス導入口
３４  不活性ガス導入手段
５０  熱処理装置
５２  ロードロック室
５４  排気手段
５６  内部排気通路
５８  吸入ノズル
６０  排気吸入口
６２  合同排気通路
６４  弁制御部
６６  圧力センサ
６８  分岐管
７０  圧力開放弁
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
0004876322.tif 000002
【図２】
0004876322.tif 000003
【図３】
0004876322.tif 000004
【図４】
0004876322.tif 000005