特許 6688850 基板処理装置、半導体装置の製造方法、および、プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6688850

(24)【登録日】2020年4月8日

(45)【発行日】2020年4月28日

(54)【発明の名称】基板処理装置、半導体装置の製造方法、および、プログラム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/677 20060101AFI20200421BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20200421BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20200421BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20200421BHJP

   C23C 16/44 20060101ALI20200421BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/68 A

   H01L21/68 N

   H01L21/31 B

   H01L21/205

   C23C16/44 F

【請求項の数】8

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2018-170036(P2018-170036)

(22)【出願日】2018年9月11日

(65)【公開番号】特開2019-62194(P2019-62194A)

(43)【公開日】2019年4月18日

【審査請求日】2019年3月11日

(31)【優先権主張番号】特願2017-184280(P2017-184280)

(32)【優先日】2017年9月26日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】318009126

【氏名又は名称】株式会社ＫＯＫＵＳＡＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】林 昭成

【審査官】 山口 大志

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−２８３２８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−００３８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３１８６２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２２３７１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６７７

Ｃ２３Ｃ １６／４４

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を基板支持具に載置した状態で処理する反応室と、
前記反応室に連接され、前記反応室から取り出した前記基板支持具が配置される移載室と、
前記移載室の内外で前記基板を移動させるために前記移載室に設けられた開口を開閉するゲートと、
前記移載室の外側で前記開口に面して設けられ、基板収容器を保持するバッファ棚と、
前記バッファ棚の前記基板収容器と前記基板支持具との間で前記基板を搬送する移載機と、
前記移載室に清浄な雰囲気を供給するクリーンユニットと、
前記移載室に不活性ガスを供給する不活性ガス供給器と、
前記移載機による前記基板収容器から前記基板支持具への前記基板の搬入が終了して前記ゲートが閉められてから、処理済の前記基板を前記基板支持具から前記基板収容器へ搬出するために前記ゲートが再び開けられるまでの間の期間の少なくとも一部において、前記不活性ガス供給器が前記不活性ガスを供給し、前記期間外においては、前記不活性ガス供給器は前記不活性ガスを供給せず、
前記クリーンユニットが、装置外から取り入れた空気を清浄化して前記移載室に供給するとともに余剰な空気を装置外に排出する１パスモードと、前記移載室内の雰囲気を吸引し清浄化して前記移載室に供給する循環モードと、を切り替えられるように構成され、前記ゲートが開いている間、前記移載室を空気である雰囲気によって陽圧に保つとともに、前記移載室の中から外へ空気を流出させるよう制御する制御部と、
を有する基板処理装置。

【請求項2】

前記基板支持具の前記反応室への挿荷及び前記反応室からの取り出しは、前記移載室が、所定の酸素濃度以下の雰囲気となっている間に行われる請求項１記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記クリーンユニットは、成膜処理シーケンスの中で前記移載室が大気環境、窒素環境、大気環境に順次切替わり、大気環境では、少なくとも前記移載機が稼動する間、前記移載機に由来するパーティクルを排出可能な第１の流量で大気を供給し、窒素環境では、移載室を陽圧に保つことができる第２の流量で循環させる請求項１又は２記載の基板処理装置。

【請求項4】

前記クリーンユニットは、前記移載室に供給する雰囲気或いは大気を冷却する熱交換器を有し、前記移載機は移載室に設けられ、前記ゲートが開状態において、移載室外に置かれた基板収容器から前記基板支持具への基板の移載を実施する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項5】

前記開口は、前記移載室の壁の、前記移載機から最も近い位置に、上下方向に並んで複数設けられ、
前記ゲートは、前記複数の開口を、一括に開閉する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項6】

前記移載室と前記開口を介して連接して設けられ、前記バッファ棚を収容する保持室と、
前記保持室に連接して設けられ、前記基板収容器を前記基板処理装置の外部と授受する授受ユニットと、を備え、
前記基板収容器は、オープンカセットであり、前記授受ユニットは、外部に対して開放されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項7】

バッファ棚の基板収容器に収納された複数の基板を、開口を介して、移載室内の基板支持具へ装填する装填工程と、
前記開口をゲートで塞ぎ、前記複数の基板の積層された前記基板支持具を、前記移載室に設けられた反応管へ挿荷する挿荷工程と、
前記複数の基板上に成膜する成膜工程と、
前記複数の基板の積層された前記基板支持具を、前記反応管から取り出す取り出し工程と、
前記ゲートを開け、前記開口を介して、前記基板支持具に積層された前記複数の基板を、前記移載室から前記バッファ棚の前記基板収容器へ脱装する脱装工程と、を有する半導体装置の製造方法であって、
前記装填工程及び脱装工程において、前記移載室に清浄な雰囲気を供給するクリーンユニットを、外部から取り入れた空気を清浄化して前記移載室に供給するとともに余剰な空気を装置外に排出する１パスモードで動作させる一方、前記挿荷工程、前記成膜工程および取り出し工程において、前記移載室内の雰囲気を吸引し清浄化して前記移載室に供給する循環モードで動作させ、
前記１パスモードでは、前記ゲートが開いている間、前記移載室を空気である雰囲気によって陽圧に保つとともに、前記移載室の中から外へ空気を流出させ、
前記循環モードでは、不活性ガス供給器から前記移載室に不活性ガスを供給する、
半導体装置の製造方法。

【請求項8】

バッファ棚の基板収容器の収納された複数の基板を、開口を介して、移載室内の基板支持具へ装填する装填手順と、
前記開口をゲートで塞ぎ、前記複数の基板の積層された前記基板支持具を、前記移載室に設けられた反応管へ挿荷する挿荷手順と、
前記複数の基板上に成膜する成膜手順と、
前記複数の基板の積層された前記基板支持具を、前記反応管から取り出す取り出し手順と、
前記ゲートを開け、前記開口を介して、前記基板支持具に積層された前記複数の基板を、前記移載室から前記バッファ棚の前記基板収容器へ脱装する脱装手順と、を制御するためのコンピュータにおいて実行される基板処理装置のプログラムであって、
前記挿荷手順、前記成膜手順および取り出し手順において、不活性ガス供給器に不活性ガスを前記移載室へ供給させる手順と、
前記挿荷手順、前記成膜手順および取り出し手順以外においては、前記不活性ガス供給器に前記不活性ガスの供給を停止させる手順と、
前記移載室に清浄な雰囲気を供給するクリーンユニットが、外部から取り入れた空気を清浄化して前記移載室に供給するとともに余剰な空気を装置外に排出する１パスモードと、前記移載室内の雰囲気を吸引し清浄化して前記移載室に供給する循環モードと、を切り替えられるように構成され、前記ゲートが開いている間、前記移載室を空気である雰囲気によって陽圧に保つとともに、前記移載室の中から外へ空気を流出させる手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

基板処理装置には、カセットに収納された基板（ウエハ）を、基板保持具（ボート）へ移載するための移載室が設けられる。移載室は、例えば、窒素ガスの様な不活性ガスでパージされ、ウエハ上への自然酸化膜の生成が抑止される。

【0003】

基板処理装置の移載室を不活性ガスでパージする技術として、特開２００３−７８０２号公報（特許文献１）、特開２００７−９５８７９号公報（特許文献２）、特開２００９−６５１１３号公報（特許文献３）などがある。

【0004】

移載室を窒素ガスの様な不活性ガスでパージする場合、窒素ガスの消費量を削減したいという要求がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３−７８０２号公報

【特許文献2】特開２００７−９５８７９号公報

【特許文献3】特開２００９−６５１１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の課題は、基板処理装置の移載室をパージする窒素ガスの様な不活性ガスの消費量を低減可能な技術を提供することにある。

【0007】

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。

【0009】

本発明の一態様によれば、基板を基板支持具に載置した状態で処理する反応室と、前記反応室に連接され、前記反応室から取り出した前記基板支持具が配置される移載室と、前記移載室の内外で前記基板を移動させるために前記移載室に設けられた開口を開閉するゲートと、前記移載室の外側で前記開口に面して設けられ、基板収容器を保持するバッファ棚と、前記バッファ棚の前記基板収容器と前記基板支持具との間で前記基板を搬送する移載機と、前記移載室に清浄な雰囲気を供給するクリーンユニットと、前記移載室に不活性ガスを供給する不活性ガス供給器と、を備え、前記移載機による前記基板収容器から前記基板支持具への前記基板の搬入が終了して前記ゲートが閉められてから、処理済の前記基板を前記基板支持具から前記基板収容器へ搬出するために前記ゲートが再び開けられるまでの間の期間の少なくとも一部において、前記不活性ガス供給器が前記不活性ガスを供給し、前記期間外においては、前記不活性ガス供給器は前記不活性ガスを供給せず、前記クリーンユニットは、装置外から取り入れた空気を清浄化して前記移載室に供給するとともに余剰な空気を装置外に排出する１パスモードと、前記移載室内の雰囲気を吸引し清浄化して前記移載室に供給する循環モードと、を切り替えられるように構成され、前記ゲートが開いている間、前記移載室を空気である雰囲気によって陽圧に保つとともに、前記移載室の中から外へ空気を流出させる、
技術または技術を使用する方法が提供される。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、移載室をパージする窒素ガスの様な不活性ガスの消費量を低減することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態に係る基板処理装置を説明するための図である。

【図2】実施形態に係る基板処理装置の移載室とカセット保持室との間の構成を説明するための図である。

【図3】実施形態に係る基板処理装置の反応管を説明するための縦断面図である。

【図4】実施形態における基板処理装置のコントローラの概略構成図であり、コントローラの制御系をブロック図で示す図である。

【図5】実施形態に係る基板処理方法を示す処理フローを示す図である。

【図6】移載室とカセット保持室の状態を説明するための図である。

【図7】移載室とカセット保持室の状態を説明するための図である。

【図8】移載室への窒素ガスの流量を説明するための図である。

【図9】実施形態に係る基板処理装置の大気雰囲気を説明するための概念的な図である。

【図10】移載室の雰囲気の制御構成を概念的に示す図である

【図11】移載室の雰囲気の制御を説明するための図である。

【図12】大気雰囲気の循環モードにおける移載室内の大気の流れを概念的に示す図である。

【図13】大気雰囲気の１パスモードにおける移載室内の大気の流れを概念的に示す図である。

【図14】Ｎ２パージの循環モードにおける移載室内の窒素ガスの流れを概念的に示す図である。

【図15】Ｎ２雰囲気から大気雰囲気へ復帰する際のガスの流れを概念的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、実施形態について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。なお、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。

【0013】

＜実施形態＞
（１）基板処理装置
以下、図面を参照して、本発明の実施形態における基板処理装置を説明する。本実施形態において、基板処理装置（以下、単に処理装置ともいう）は、一例として、半導体デバイスの製造方法における処理工程を実施する半導体製造装置として構成されている。以下の実施形態では、基板処理装置として基板にＣＶＤなどの成膜処理を行うバッチ式縦型熱処理装置を適用した場合について述べる。

【0014】

以下、図１、図２および図３を用いて、処理装置の構成を説明する。

【0015】

図１に示されているように、実施形態に係る処理装置１０は筐体１１を備えており、筐体１１の前面にはカセット授受ユニット１２が設備されている。カセット授受ユニット１２は、ウエハ１のキャリアで基板収容器（オープンカセット、以下、カセットという。)２を、二台載置することができるカセットステージ１３を備えており、カセットステージ１３の下方にはウエハ姿勢整合装置１４が二組設備されている。なお、基板収容器は、オープンカセットに限るものではなく、ＳＭＩＦ（Standard Mechanical Interface）やＦＯＵＰ（Front Open Unified Pod）を用いてもよい。

【0016】

外部搬送装置（図示せず）によって搬送されて来たカセット２がカセットステージ１３に垂直姿勢（カセット２に収納されたウエハ１が垂直になる状態）で載置されると、ウエハ姿勢整合装置１４がカセット２に収納されたウエハ１のノッチやオリエンテーションフラットが同一になるようにウエハ１の姿勢を整合する。カセットステージ１３は９０度回転することにより、カセット２を水平姿勢にさせるようになっている。筐体１１の内部にはカセット授受ユニット１２に対向してカセット棚１５が設備されており、カセット授受ユニット１２の上方には予備カセット棚１６が設備されている。

【0017】

カセット授受ユニット１２とカセット棚１５との間には、カセット移載装置１７が設備されている。カセット移載装置１７は前後方向に進退可能なロボットアーム１８を備えており、ロボットアーム１８は横行および昇降可能に構成されている。ロボットアーム１８は進退（前後）、昇降および横行の運動により、カセットステージ１３の上の水平姿勢となったカセット２をカセット棚１５または予備カセット棚１６へ搬送して移載するようになっている。カセット棚１５および予備カセット棚１６は、複数のカセット２のバッファ棚と見做すこともできる。

【0018】

カセット棚１５の後方には、カセット２内のウエハ１を複数枚一括して、または、一枚宛、基板支持具(以下、ボートという。)２５に移載できるウエハ移載装置（移載機）１９が、回転および昇降可能に設備されている。ウエハ移載装置１９は進退可能なウエハ保持部２０を備えており、ウエハ保持部２０には複数枚のウエハ保持プレート２１が水平に取り付けられている。ウエハ移載装置１９の後方にはボートエレベータ２２が設備されており、ボートエレベータ２２のアーム２３には、ボート２５を回転可能に保持するシールキャップ２４が水平に設置されている。

【0019】

（１−２）カセット保持室と移載室
図１に示されるように、処理装置１０は、移載室５０と、カセット保持室６０と、を有する。移載室５０には、ウエハ移載装置１９、ウエハ保持部２０、ウエハ保持プレート２１およびボートエレベータ２２等が設置されている。カセット保持室６０には、カセット棚１５、予備カセット棚１６及びカセット移載装置１７等が設置されている。移載室５０とカセット保持室６０との間には、壁部７０が設けられる。図１には図面の簡素化のため記載されていないが、壁部７０は、図２に示されるように開口７１を有し、更には開口７１を開閉可能なゲート７２が設けられる。開口７１は、ウエハ移載装置１９がウエハを移載可能な位置（通常、ウエハ移載装置１９から最も近い位置である）に置かれた１乃至複数のカセットに対応して設けられ、その上端及び下端の高さは、降下されたボート２５の上端及び下端と略等しくすることができる。例えば製品ウェハを１５０枚搭載するボートに対しては、棚３段分の高さの開口になる。ゲート７２は、板とその駆動機構を有し、例えば、板が開口から浮き上がった状態で壁部７０に沿って左右または上下にスライドすることで開け閉めする。つまり板は、開いているときに、カセット移載装置１７の運動範囲と干渉しない位置に収納されればよい。また、複数の開口がそれぞれのカセットに対応して別個に設けられうるが、ゲート７２はそれらを一括に開閉するものが１つ備えられればよい。壁部７０及びゲート７２の板は、圧力差に耐える強度は不要であり、むしろ、カセット移載装置１７と接触しないように薄型に設計されうる。ウエハ移載装置（移載機）１９は、ゲート７２が開いた状態（７２ａ）で、開口７１を介して、カセット保持室６０内のカセット２からウエハ１を、ボート２５へ移載する。ゲート７２が閉じた状態では、開口７１が閉じられて、移載室５０とカセット保持室６０とは隔離された状態となる。したがって、移載室５０内の雰囲気は、カセット保持室６０とは異なる雰囲気とする事が可能である。移載室５０内の雰囲気とカセット保持室６０の雰囲気に関しては、後で詳細に説明する。

【0020】

（１−３）処理炉
図３に示されているように、処理装置１０は石英ガラス等の耐熱性の高い材料が用いられて一端が開口で他端が閉塞の円筒形状に形成された反応管（処理管）３１を備えており、反応管３１は中心線が垂直になるように縦に配されて固定的に支持されている。反応管３１の筒中空部は複数枚のウエハ１が収容される処理室３２を形成しており、反応管３１の下端開口はウエハ１を出し入れするための炉口３３を形成している。炉口３３は、移載室５０に対して開口しており、処理室３２と移載室５０は繋がっている。反応管３１の外部には処理室３２を全体にわたって均一に加熱するためのヒータ３４が、反応管３１の周囲を包囲するように同心円に設備されており、ヒータ３４は処理装置１０の筐体１１に支持されることにより垂直に据え付けられた状態になっている。

【0021】

反応管３１の炉口３３の付近における側面の一部には、処理ガスを供給するためのガス供給管３５の一端が接続されており、ガス供給管３５の他端は処理ガスを供給するガス供給源（図示せず）に接続されている。反応管３１の炉口３３の付近における側壁のガス供給管３５の反対側には、排気管３６の一端が接続されており、排気管３６は他端が排気装置（図示せず）に接続されて処理室３２を排気し得るように構成されている。反応管３１の下端面には炉口３３を閉塞するシールキャップ２４が、垂直方向下側からシールリング３８を挟んで当接されるようになっている。シールキャップ２４は円盤形状に形成されており、反応管３１の外部に設備されたボートエレベータ２２によって垂直方向に昇降されるように構成されている。また、シールキャップ２４が下端の位置へ動かされたとき、炉口３３を密閉する炉口シャッタ２８（図示せず）が設けられうる。シールキャップ２４の中心線上には、回転軸３９が挿通されており、回転軸３９はシールキャップ２４と共に昇降し、かつ、回転駆動装置４０によって回転されるようになっている。

【0022】

回転軸３９の上端には被処理基板としてのウエハ１を保持するためのボート２５が、断熱キャップ部３７を介して垂直に立脚されて支持されるようになっている。ボート２５は上下で一対の端板２６、２７と、両端板２６、２７間に架設されて垂直に配設された複数本（本実施の形態では三本）の保持部材（柱）とを備えており、各保持部材には多数条の保持溝が長手方向に等間隔に配されて互いに対向して開口するように没設されている。そして、ウエハ１の外周縁辺が各保持部材の多数条の保持溝間にそれぞれ挿入されることにより、複数枚のウエハ１がボート２５に水平にかつ互いに中心を揃えられて整列されて保持されるようになっている。ボート２５の下側端板２７の下面には断熱キャップ部３７が形成されており、断熱キャップ部３７の下端面が回転軸３９に支持されている。

【0023】

（１−４）コントローラ
図４に、処理装置１０が備えるコントローラ１２１のブロック図が示される。コントローラ１２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１２１ａ、ＲＡＭ（Random Access Memory）１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バスを介して、ＣＰＵ１２１ａと通信可能なように構成されている。コントローラ１２１には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置１２２や外部記憶装置１２３が接続されている。

【0024】

記憶装置１２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等で構成されている。記憶装置１２１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。なお、レシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ１２１に実行させ、所定の結果を得ることができるように組み合わされたものであり、制御プログラムと比較すると高水準言語である。制御プログラムとレシピを総称して、プログラムと呼ぶ。記憶装置１２１ｃはまた、装置の動作や状態を記録したログ情報が順次格納される。ＲＡＭ１２１ｂは、ＣＰＵ１２１ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。

【0025】

Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、カセット授受ユニット１２、カセットステージ１３、ウエハ姿勢整合装置１４、カセット移載装置１７、ウエハ移載装置１９、ヒータ３４、温度センサ、回転機構４０、ボートエレベータ２２等に接続されている。

【0026】

ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃから、基板のレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ１２１ａは、読み出したレシピの内容に沿うように、カセット授受ユニット１２の姿勢整合動作、カセットステージ１３の回転動作、ウエハ姿勢整合装置１４、カセット移載装置１７のロボットアーム１８の動作制御、ウエハ移載装置１９の回転および昇降制御、ヒータ３４の温度制御、ゲート７２の開閉動作制御、移載室５０の雰囲気制御、カセット保持室６０の雰囲気制御、ボートエレベータ２２の昇降動作等を制御するように構成されている。

【0027】

コントローラ１２１は、外部記憶装置（例えば、ハードディスク等の磁気ディスク、ＵＳＢメモリ等の半導体メモリ）１２３に格納された上述のプログラムやレシピを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。記憶装置１２１ｃや外部記憶装置１２３は、コンピュータ読み取り可能な有体の記録媒体として構成されている。

【0028】

以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置１２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１２３単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置１２３を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。

【0029】

（２）基板処理工程
次に、処理装置１０の反応管３１を用いた基板処理方法を、図５、図６および図７を参照して、説明する。ここ説明される基板処理方法では、上述の処理装置１０の反応管３１を用いて、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程、例えば、基板上にシリコン含有膜を形成する成膜処理を例として説明する。以下の説明において、基板処理装置１０を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。

【0030】

（カセット搬入工程（Ｃ．ＣＨＧ）：Ｓ１０）
外部搬送装置（図示せず）によって搬送されて来たカセット２は、カセット授受ユニット（ロードポートトランスファー）１２のカセットステージ１３に垂直姿勢で載置されると、ウエハ姿勢整合装置１４によってカセット２内のウエハ１の向きを揃えられた後、水平姿勢にされて、ロボットアーム１８によってバッファ棚（１５、１６）に搬入される。棚への搬入は、成膜処理と非同期に進行しうる。そして、次の成膜処理のバッチの対象となったカセット２は、カセット棚１５の、開口７１に対面する位置に移される。この時、図６（Ａ）に示されるように、ゲート７２は開いた状態とされており、カセット保持室６０と移載室５０とは、開口７１で連絡された状態とされている。そして、カセット保持室６０と移載室５０には、フィルターされた大気であるクリーンエアが供給される。ゲート７２が開いた状態となる工程の全てにおいて、原則として、移載室５０はカセット保持室６０と比べて陽圧とされ、クリーンエアが、矢印ａｒで示されるように、移載室５０から開口７１を介してカセット保持室６０の方へゆっくり流れている。なお、Ｓ１０ではゲート７２は閉じた状態としてもよい。

【0031】

（ウエハ装填工程（Ｗ．ＣＨＧ）：Ｓ２０）
移載室５０内のウエハ移載装置（移載機）１９は、図６（Ｂ）に示されるように、開口７１を介して、カセット棚１５内のカセット２内のウエハ１を複数枚一括して、または、一枚宛、ボート２５へ移載する。この間、移載室５０に充満するクリーンなエアは、開口７１からカセット保持室６０の方へ流れ出ている。図６（Ｂ）に示される状態では、炉口シャッタ２８が閉じられウエハ１の周囲（ボート２５等）の温度は高くないので、ウエハ１上に余計な酸化膜（品質の悪い酸化膜）が生成されることはない。つまり、オープンカセットで扱われるウェハには、そもそも薄い自然酸化膜が形成されうるが、この工程における酸化の進行は無視できる。なおシリコンウェハにおいては、フッ酸処理によって水素終端された表面は、常温であれば大気に曝露されても自然酸化はほとんど進行しないことが知られる。

【0032】

（ボート挿荷工程（ＢＬＯＡＤ）：Ｓ３０）
ボート２５への複数のウエハ１の移載が完了すると、図６（Ｃ）に示されるように、開口７１がゲート７２により塞がれることで、移載室５０はほぼ密閉状態とされる。そして、移載室５０は不活性ガス供給器(図示なし)からの窒素ガス（Ｎ２ガス）によりパージされる。すなわち、移載室５０の空間内に窒素ガスを送り込み、移載室５０の空間に充満している大気が窒素ガスに置き換えられる。炉口シャッタ２８が開けられる前に、反応管３１内も同様に略大気圧の窒素ガスで満たされる。酸素濃度が所定未満になるまで移載室５０が窒素ガスでパージされた後、炉口シャッタ２８が開けられ、複数のウエハ１の積層されたボート２５が、ボートエレベータ２２により、反応管３１内に挿荷(ロード)される(図６（Ｄ）参照)。

【0033】

（成膜工程（ＤＥＰＯ）：Ｓ４０）
次に、図６（Ｅ）に示されるように、反応管３１内へのボート２５の搬入が完了したら、反応室３２内が所定の圧力となるよう反応室３２内の雰囲気を制御する。また、ヒータ３４により、反応室３２内が所定の温度（例えば、８００℃未満）となる様に制御し、反応室３２内に、原料ガス（ジシラン）をガス供給管３５から供給し、ウエハ１上に、単結晶もしくは多結晶シリコン膜を形成する。あるいは反応ガス（アンモニア（ＮＨ3）ガス）および原料ガス（ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６）ガス）を供給して、シリコン窒化層（ＳｉＮ層）などの薄膜を生成する。この時、反応室３２内の未反応の原料ガスや反応ガス等が排気管３６から排気される。なお成膜の間、移載室５０へ所定量の窒素ガスが供給され、陽圧が維持される。反応室３２内が８００℃未満であるため、自然酸化膜の蒸発による除去は期待できない。

【0034】

（ボート取り出し工程（ＢＵＮＬＯＡＤ）：Ｓ５０）
ウエハ1上に所望の膜厚の薄膜が生成された後、図６（Ｆ）に示されるように、ボート２５がボートエレベータ２２により、反応管３１から取り出される(アンロード)。この時、移載室５０は窒素ガス（Ｎ２ガス）によりパージされている為、ウエハ１上に酸化膜が生成されることはない。アンロード後もしばらくの間、ウエハの冷却のために待機する。Ｓ５０の最後に、移載室５０内の窒素ガスを排出し空気を導入する大気復帰が行われる。なお、成膜後の酸化膜は必要に応じてエッチング等で除去できるため、成膜直前にウエハ下地に生成する酸化膜に比べて深刻ではない。そのため、常温よりも高い温度で、大気復帰が開始されうる。

【0035】

（ウエハ脱装工程（ＷＤＣＧ）：Ｓ６０）
ウエハ１の温度が移載可能な温度まで低下するとともに移載室５０内の雰囲気が空気とほぼ同じ組成となった後、図７（Ａ）に示されるように、移載室５０が大気雰囲気とされて、ゲート７２が開かれ、移載室５０とカセット保持室６０との間の開口７１が露出される。

【0036】

その後、図７（Ｂ）に示されるように、移載室５０内に設置されたウエハ移載装置（移載機）１９は、開口７１を介して、ボート２５に積層された複数のウエア１を、カセット保持室６０のカセット２へ移載する。

【0037】

（カセット搬出工程（ＣＤＣＧ）：Ｓ７０）
その後、処理済みの複数のウエハ１を収納したカセット２は、図７（Ｃ）に示されるように、カセット移載装置１７により、カセット授受ユニット１２のカセットステージ１３に載置され、カセット保持室６０から外部搬送装置（図示せず）によって搬出される。

【0038】

（アイドル状態（ＩＤＯＬ））
図７（Ｄ）は、基板処理装置１０のアイドル状態またはスタンバイ状態を示している。ゲート７２は開いた状態とされており、カセット保持室６０と移載室５０とは、開口７１で連結された状態とされている。

【0039】

（移載室５０への窒素ガスの流量）
図８は、ステップＳ１０−Ｓ７０、アイドル状態ＩＤＯＬにおける移載室５０への窒素ガスの流量の状態を説明するための図である。図８において、横軸は各ステップおよびアイドル状態ＩＤＯＬの状態を示し、縦軸は窒素ガスの流量を示している。移載室５０への窒素ガスの流量の制御は、移載室５０の雰囲気制御として、コントローラ１２１により制御される。移載室５０の雰囲気制御は、窒素ガスの供給バルブ（図示せず）の開閉制御、窒素ガスのマスフローコントローラ(図示せず)の流量制御等である。

【0040】

ステップＳ１０（ＣＣＨＧ）、Ｓ２０（ＷＣＨＧ）では、移載室５０は大気雰囲気であり、窒素ガスの流量が０(ゼロ)Ｌ／ｍｉｎ（リッタ／分）である。窒素ガスの消費は、０(ゼロ)である。

【0041】

ステップＳ３０（ＢＬＯＡＤ）では、ゲート７２が閉じられて、移載室５０が大気雰囲気から窒素ガス雰囲気へ変更されるので、窒素ガスの流量は、例えば、４００Ｌの容積の移載室に対して８００Ｌ／ｍｉｎ（リッタ／分）程度に設定され、移載室５０が急速に窒素ガスによりパージされる。その後、窒素ガスの流量は、例えば、２００Ｌ／ｍｉｎ程度へ変化する。移載室５０が窒素ガスによりパージされた状態で、ボート２５が、反応管３１内に挿荷(ロード)される。

【0042】

ステップＳ４０（成膜工程）では、例えば、１時間程度の処理時間の間、移載室５０が窒素ガスによりパージされた状態を保つ。窒素ガスの流量は、固定値でもよいが、移載室５０内の酸素濃度計の測定に基づいて、酸素濃度を２０ｐｐｍ以下に保つように可変制御しても良い。更に長時間の成膜を行い場合、パージを止め、さらには一旦大気に復帰してＳ１０と同様な状態としても良い。その場合、Ｓ５０の開始時までに所望の酸素濃度の窒素雰囲気になるよう、大流量（８００Ｌ／ｍｉｎ）でのパージを再開する必要がある。

【0043】

ステップＳ５０（ＢＵＮＬＯＡＤ）では、移載室５０への窒素ガスの流量は２００Ｌ／ｍｉｎ程度にされる。この状態で、ボート２５がボートエレベータ２２により、反応管３１から移載室５０へ取り出される(アンロード)。自然酸化膜の生成が無視できる温度になった時点で、窒素ガスの流量を０にし、移載室５０内の窒素ガスを排出して大気に置き換える。

【0044】

ステップＳ６０、Ｓ７０、およびアイドル状態ＩＤＯＬでは、ゲート７２が開いた状態であり、移載室５０は大気雰囲気であり、移載室５０への窒素ガスの流量は０Ｌ／ｍｉｎである。窒素ガスの消費は０(ゼロ)である。

【0045】

（カセット保持室６０および移載室５０の大気雰囲気の制御構成）
図９に、実施形態に係る処理装置１０における大気雰囲気の流れが示される。

【0046】

処理装置１０は、その周辺、例えば、クリーンルームから大気を取り入れるためのエア吸気孔１０ａを有する。エア吸気孔１０ａから取り入れられた大気は、移載室５０側とカセット保持室６０側とへ流れる。

【0047】

移載室５０側への大気の流れは、移載室５０に設けられたクリーンユニット５０ａへ供給され、クリーンユニット５０ａにより清浄化されて、移載室５０へ供給される。移載室５０へ供給された大気は、移載室５０に設けられた３つの背面排気ファン５０ｂにより排出される。

【0048】

カセット保持室６０側への大気の流れは、クリーンユニット６０ａへ供給され、そこで清浄化された後、カセットステージ１３およびバッファ棚（１５、１６）へ供給される。クリーンユニット６０ａは、カセット保持室６０の天井のほぼ全面に設けられている。クリーンユニット６０ａからカセット保持室６０へ供給された大気は、棚下排気ファン６０ｃから移載室５０の床下を通して、基板処理装置１０の背面側の外部へ排気される。

【0049】

前述の様に、移載室５０とカセット保持室６０との間には、図９に点線で示される開口７１が設けられている。移載室５０がカセット保持室６０と比べてわずかに陽圧となるように、クリーンユニット５０ａと６０ａの風量、もしくは背面排気ファン５０ｂと棚下排気ファン６０ｃの風量のバランスが制御されている。そのため、ゲート７２が開いている間、クリーンエア（大気）が、矢印ａｒで示されるように、移載室５０から開口７１を介してカセット保持室６０の方へ、流れ出ている。またカセット授受ユニット１２が外部への開口を有している場合、棚下排気ファン６０ｃは、カセット授受ユニット１２の開口から外気を取り込まないよう、風量が抑制されうる。

【0050】

（移載室５０の雰囲気の制御構成）
図１０は、移載室５０の雰囲気の制御構成を概念的に示す図である。図１１は、移載室５０の雰囲気の制御を説明するための図である。

【0051】

移載室５０は、クリーンユニット５０ａと、クリーンユニット５０ａにエア吸気孔１０ａからの大気を供給するエアーインテーク５０１と、不活性ガス供給器６０１からの窒素ガスを供給する不活性ガス吸気孔６００と、を有する。

【0052】

移載室５０は、また、背面排気ファン５０ｂと、排気ダンパ５０２と、リア排気ダンパ５０３と、圧力調整板付きの排気ボックス５０４と、排気ダクト５０５、循環ダンパ５０６と、熱交換器であるラジエータ５０７と、局所排気ダクト５０８と、循環ダクト５０９と、クリーンユニット５０ａの横側に設けられたサイドファン５１１と、を有する。局所排気ダクト５０８と循環ダクト５０９とは、循環ダンパ５０６を介してラジエータ５０７の吸気側に結合され、ラジエータ５０７の排気側はクリーンユニット５０ａに結合される。ラジエータ５０７は、移載室５０の雰囲気、あるいは大気を冷却するために利用される。局所排気ダクト５０８と循環ダクト５０９とは、例えば、移載機１９、ボートエレベータ２２、回転機構４０等の動作に起因するパーティクルを排気するために設けられる。

【0053】

図１１に示されるように、移載室５０は、モードとして、大気雰囲気と、窒素ガスパージ（Ｎ２パージ）と、を有する。

【0054】

大気雰囲気は、動作モードとして、第１モード（ＣＨＧ／ＤＣＨＧ ＰＲＯＣＥＳＳ）と、第２モード（ＤＯＯＲ ＯＰＥＮ）とを有する。

【0055】

窒素ガスパージ（Ｎ２パージ）は、動作モードとして、第１モード（ＣＨＧ／ＤＣＨＧ
ＰＲＯＣＥＳＳ）と、第２モード（Ｓｔａｎｂｙ、ＢＵＮＬＯＡＤ）と、第３モード（大気復帰）を有する。

【0056】

大気雰囲気の第１モード（ＣＨＧ／ＤＣＨＧ ＰＲＯＣＥＳＳ）では、エアーインテーク５０１はＯｐｅｎ(開)、排気ダンパ５０２はＯｐｅｎ(開)、リア排気ダンパ５０３はＯｐｅｎ(開)、循環ダンパ５０６はＯｐｅｎ(開)、局所排気ダクト５０８と循環ダクト５０９はＯＮ(動作)、リアファン５０ｂはＯＮ(動作)、サイドファン５１１はＯＮ(動作)、とされる。この動作モードは、循環モードということが出来る。循環モードでは、クリーンユニット５０ａは、局所排気ダクト５０８、循環ダクト５０９を介して循環ダンパ５０６から供給された移載室５０内の大気を、ラジエータ５０７により冷却し、ラジエータ５０７からの冷却された大気を清浄化して移載室５０に供給するとともに、余剰な大気は装置１０の外部に排出する。図１２は、大気雰囲気の循環モードにおける移載室５０内の大気の流れを概念的に示している。

【0057】

大気雰囲気の第２モード（ＤＯＯＲ ＯＰＥＮ）では、エアーインテーク５０１はＯｐｅｎ(開)、排気ダンパ５０２はＯｐｅｎ(開)、リア排気ダンパ５０３はＯｐｅｎ(開)、循環ダンパ５０６はＣｌｏｓｅ(閉)、局所排気ダクト５０８と循環ダクト５０９はＯＦＦ(不動作)、リアファン５０ｂはＯＦＦ(不動作)、サイドファン５１１はＯＮ(ＭＡＸで動作)、とされる。この動作モードは、1パスモードということが出来る。１パスモードでは、クリーンユニット５０ａは、装置１０の外部から取り入れた大気（空気）を清浄化して移載室５０に供給するとともに、余剰な空気を装置１０の外部に排出する。図１３は、大気雰囲気の１パスモードにおける移載室５０内の大気の流れを示している。

【0058】

Ｎ２パージの第１モード（ＣＨＧ／ＤＣＨＧ ＰＲＯＣＥＳＳ）では、エアーインテーク５０１はＣｌｏｓｅ(閉)、排気ダンパ５０２はＣｌｏｓｅ(閉)、リア排気ダンパ５０３はＣｌｏｓｅ(閉)、循環ダンパ５０６はＯｐｅｎ(開)、局所排気ダクト５０８と循環ダクト５０９はＯＮ(動作)、リアファン５０ｂはＯＦＦ(不動作)、サイドファン５１１はＯＮ(動作)、とされる。この動作モードは、循環モードということが出来る。この動作モードは、循環モードということが出来る。循環モードでは、クリーンユニット５０ａは、局所排気ダクト５０８と循環ダクト５０９を介して循環ダンパ５０６から供給された移載室５０内の窒素ガスを、ラジエータ５０７により冷却し、ラジエータ５０７からの窒素ガスを清浄化して移載室５０に供給するとともに、余剰な窒素ガスは装置１０の外部に排出する。図１４は、Ｎ２パージの循環モードにおける移載室５０内の窒素ガスの流れを概念的に示している。

【0059】

Ｎ２パージの第２モード（Ｓｔａｎｂｙ、ＢＵＮＬＯＡＤ）では、エアーインテーク５０１はＯｐｅｎ(開)、排気ダンパ５０２はＯｐｅｎ(開)、リア排気ダンパ５０３はＣｌｏｓｅ(閉)、循環ダンパ５０６はＣｌｏｓｅ(閉)、局所排気ダクト５０８と循環ダクト５０９はＯＦＦ(不動作)、リアファン５０ｂはＯＦＦ(不動作)、サイドファン５１１はＯＮ(動作)、とされる。この動作モードは、1パスモードということが出来る。

【0060】

Ｎ２パージの第３モード（大気復帰）では、図１５に示すように、エアーインテーク５０１はＯｐｅｎ(開)、排気ダンパ５０２はＯｐｅｎ(開)、リア排気ダンパ５０３はＣｌｏｓｅ(閉)、循環ダンパ５０６はＯｐｅｎ(開)、局所排気ダクト５０８と循環ダクト５０９はＯＮ(動作)、リアファン５０ｂはＯＦＦ(不動作)、サイドファン５１１はＯＮ(動作)、とされる。

【0061】

（３）本実施形態による効果
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。

【0062】

１）移載室５０とカセット保持室６０との間に壁部７０が設けられる。壁部７０は、開口７１を有し、開口７１を開閉可能なゲート７２が設けられる。開口７１がゲート７２により塞がれると、移載室５０とカセット保持室６０とは隔離された状態となる。したがって、移載室５０内を窒素ガスによりパージすることが可能である。移載室５０の窒素ガスによるパージは、ゲートが閉じた期間のみである。したがって、窒素ガスの消費量を低減することが可能である。

【0063】

２）複数のロードロック室を備えて移載室を常時パージする方式に比べ、ロードロック室のパージが不要であり、カセット搬入工程S１０や、ウエハ装填工程S２０が短時間に行える。これにより、１回のバッチ基板処理工程の時間もその分短く出来るので、基板処理の生産性が向上する。

【0064】

３）ゲート７２が開かれ、開口７１が開けられた状態において、移載室５０とカセット保持室６０とは開口７１を介して連結している。この状態において、移載室５０とカセット保持室６０と大気雰囲気とされる。したがって、窒素ガスの消費量を低減することができ、また移載室５０内に有機ガスが蓄積することを防ぐことができる。

【0065】

４）上記２において、移載室５０は、カセット保持室６０と比較して、陽圧とされるので、移載室５０からカセット保持室６０側へ清浄大気が流れる。これにより、移載室５０の雰囲気を清浄に保つことが可能である。

【0066】

５）移載室５０の大気雰囲気は、１パスモードと循環モードとに切り替え可能である。したがって、移載室５０内を清浄化することが可能である。

【0067】

６）移載室５０の窒素ガス囲気は、１パスモードと循環モードとに切り替え可能である。したがって、移載室５０内を清浄化するとともに、窒素ガスの消費量を抑制することが可能である。

【0068】

以上、本発明は、上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、種々変更可能である。本発明は、成膜装置の他、熱酸化やプラズマ酸化装置等においても有用である。つまり、所望の熱酸化の前に、十分高温ではない状態で酸化膜が形成され、酸化膜の品質が悪化することを防ぐことができる。

【符号の説明】

【0069】

２：基板収容器(オープンカセット)、１０：基板処理装置、１５：バッファ棚、１９：移載機、２５：基板支持具(ボート)、３１：反応管、３２：反応室、５０：移載室、６０：カセット保管室、５０ａ：クリーンユニット、７１：開口７２：ゲート、５０７：ラジエータ（熱交換器）、６０１：不活性ガス供給器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】