JPH11340230A

JPH11340230A - 被処理基板の高温高圧処理装置

Info

Publication number: JPH11340230A
Application number: JP10139841A
Authority: JP
Inventors: Takao Fujikawa; 隆男藤川; Takahiko Ishii; 孝彦石井; Yutaka Narukawa; 成川　　裕; Makoto Kadoguchi; 誠門口
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1998-05-21
Filing date: 1998-05-21
Publication date: 1999-12-10
Anticipated expiration: 2018-05-21
Also published as: JP3445148B2

Abstract

(57)【要約】【課題】配線膜の加圧埋込処理を不活性ガスを利用し
て行うときの、パーティクルの発生および酸化等の発生
等を防止する。【解決手段】被処理基板１をストックしておくストッ
ク手段２と、該ストック手段２の被処理基板１を圧力容
器３の処理室４に出入させる搬送手段５とを、圧力容器
３とともに気密性の筐体６の中に収納している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被処理基板の高温
高圧処理装置に係り、Ｓｉウェーハに代表されるＵＬＳ
Ｉ半導体を高温・高圧の雰囲気下で処理するための装置
に関するものであり、特に、被処理基板を多数枚のロッ
ト単位で加圧処理する装置に関するものである。

【０００２】また、本発明は、ＰＶＤ法によりアルミ合
金や銅合金配線膜を形成したウェーハを不活性ガス圧に
より加圧処理するいわゆる配線膜の加圧埋込み法（高圧
リフロープロセス）など、主として不活性ガスの圧力に
より、気孔を除去するような処理に用いられる装置に関
するものである。

【０００３】

【従来の技術】半導体ウェーハの製造プロセスとしてガ
ス圧加圧処理を含むようなプロセスの例としては、ＰＶ
Ｄ法によりアルミ合金配線膜を形成したウェーハを不活
性ガス圧により加圧処理するいわゆる配線膜の加圧埋込
み法（高圧リフロープロセス）が知られている（特開平
２−２０５６７８号公報，特開平３−２２５８２９号公
報，特開平７−１９３０６３号公報参照）。

【０００４】この場合に用いられる装置としては、半導
体ウェーハを一枚ずつＰＶＤ処理しては高圧処理を行う
いわゆる枚葉式のクラスターツール型装置が公知であ
り、例えば特開平７−１９３０６３号公報に記載されて
いるようにロック室に装入されたウェーハをコアチャン
バ内の運搬アームにより、コアチャンバの周囲に設けら
れた一連の処理用モジュールに順次移動させて処理が行
われる構成で、モジュールの一つとして加圧処理モジュ
ールが直接コアチャンバに装着されたものが提案されて
いる。この加圧モジュールのより詳細な構造の例につい
ては、特公平７−５０２３７６号公報に示すようなもの
が提案されている。

【０００５】また、数１０気圧レベルまでの高圧ガスを
用いる半導体の処理プロセスとしては、Ｓｉウェーハの
表面を酸化させて絶縁体層を形成する高圧酸化プロセス
が知られている。この場合には、処理の目的が酸化であ
ることから、圧力媒体には必然的に酸素もしくは水が混
合される。このプロセス用の装置としては、特開平４−
２３４１１９号公報に記載のものが知られている。この
装置は、本発明の装置とは用途がまったく異なるもので
あるが、構成が似ているので公知装置の例として参考ま
でに示す。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】第１に示した枚葉式の
装置（特開平７−１９３０６３号、以下従来例の１）に
ついては、本発明による所謂バッチ式の装置とは、処理
の形態が異なるため、装置の構造としての欠点よりも、
処理そのものに起因する問題点の方が大きい。すなわ
ち、従来例の１は、ウェーハを一枚ずつ処理し、かつ同
時並行的に進められるＰＶＤ処理とのサイクルタイムが
同程度でなければならないという必然性から、短サイク
ルで、数１０万回／月を越えるような運転を行わねばな
らない。このために、容器の開閉部分のシール構造や材
料等を始め、各部品は非常に過酷な状況で使用されるこ
ととなり、安全性や処理の信頼性の確保はかなり困難と
言わざるをえない。

【０００７】特に、配線膜の加圧埋込処理を例にとれ
ば、近年、配線膜材料が従来のＡｌから銅に代替しつつ
あり、同配線膜を加圧埋込処理する場合には、１００Ｍ
ｐａ以上、３５０〜４００℃という低温度で処理する場
合には１５０Ｍｐａといった高圧力が必要となり、装置
の疲労寿命の観点から、枚葉式の装置で必要とされる
１，０００，０００回をこえるような十分な装置寿命を
持たせることは設計的に困難という問題がある。

【０００８】また、高圧処理の例として、配線膜の加圧
埋込処理をあげたが、特に高温高圧の不活性ガス雰囲気
でのＳｉや化合物半導体の処理としては、イオン注入さ
れたＳｉウェーハの均質化、ＴＥＯＳ膜やＳＯＧなどを
用いた酸化物絶縁膜の改質や加圧埋込処理があげられ
る。これらの場合、処理温度が７００℃以上の高温とな
ることから、従来例の１で示した枚葉式装置での処理
は、処理後の降温時間が長くなるために非現実的であ
る。

【０００９】更に、第２に示した高圧酸化装置（特開平
４−２３４１１９号）は酸化剤を導入しなければ、不活
性ガスでの運転となるが、この場合、この種の装置はも
ともと酸化処理が目的であるために、被処理物を出し入
れする際に、圧力容器内部に不可避的に入り込む空気に
対する配慮はなされていない。すなわち、空気の混入に
伴う酸素の混入に対する配慮は不要である。したがっ
て、本発明が対象とする半導体を完全に不活性に近い状
態で運転する高温高圧ガス炉、とくに酸素を含まない雰
囲気で運転をしようとすると、不十分といわざるを得な
い。

【００１０】更に、近年、配線膜材料として、従来のＡ
ｌに代替して銅が、低電気抵抗あるいは対ＥＭ性（Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎＭｉｇｒａｔｉｏｎ）の観点から脚光を
浴びており、成膜後、高圧ガスによる加圧埋込処理を併
用することが微細化するＵＬＳＩの製造に有望視されて
いる。この場合、成膜後のウェーハを大気中で搬送する
と、銅被膜が酸化されて加圧埋込処理に影響を与えるこ
とが懸念されるが、この酸化に対する対応手段について
は、上記の従来技術のいずれも配慮されていない。

【００１１】本発明の目的は、Ｓｉや化合物半導体のウ
ェーハ（被処理基板）を、高温高圧の不活性ガス雰囲気
で処理するときに発生する前述した種々の問題点を解消
した高温高圧処理装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、被処理基板を
圧力容器内部の処理室に装入して高温高圧のガス雰囲気
下で加圧処理する被処理基板の高温高圧処理装置におい
て、前述の目的を達成するために、次の技術的手段を講
じている。すなわち、請求項１に係る本発明は、被処理
基板をストックしておくストック手段と、該ストック手
段の被処理基板を圧力容器の処理室に出入させる搬送手
段とを、圧力容器とともに気密性の筐体の中に収納して
いることを特徴とするものである。

【００１３】このような構成を採用したことによって、
高圧ガス設備を一括した部屋（筐体内）に収納して安全
管理を行うことができてその管理が容易となったのであ
る。また、請求項２に係る本発明は、前述した請求項１
において、前記搬送手段は、圧力容器の下端開口部を開
閉自在とする下蓋およびこの下蓋上に配置した炉床並び
に該炉床を介して支えられている被処理基板とを一体と
して圧力容器の下方から出入れ可能に構成されているこ
とを特徴とするものである。

【００１４】更に、請求項３に係る本発明は、前述した
請求項１または２において、前記搬送手段は、圧力容器
の下蓋を昇降動作するとともに旋回動作する下蓋昇降旋
回装置と、当該装置とストック手段との間に配置されて
いて該ストック手段の被処理基板を当該装置に移載する
移載装置とで構成されていることを特徴とするものであ
る。

【００１５】また、請求項４に係る本発明は、前述した
請求項３において、下蓋、この下蓋上に配置した炉床、
この炉床上に備えられていて被処理基板を棚板状に収容
している支持治具及び下蓋昇降旋回装置とを一組として
備え、該組の少なくとも２組の下蓋昇降旋回装置が個別
動作可能として配置されていることを特徴とするもので
ある。

【００１６】このような構成を採用したことにより、被
処理基板の多数枚を支持治具に棚板状に収容した状態で
処理室に出入させることが可能なバッチ処理となし得る
とともに、２組の下蓋昇降旋回装置を個別動作可能とし
て配置したことによって、バッチ処理によるサイクルタ
イムも短縮できるのである。更に、請求項５に係る本発
明は、前述した請求項１〜４に記載の高温高圧処理装置
おいて、圧力容器等を収納している筐体には、該筐体内
に保護ガスをフローさせるためのガス流入口とガス流出
口が設けられていることを特徴とするものである。

【００１７】このような構成を採用したことにより、筐
体内に保護ガスとして不活性ガス、例えば窒素ガスをフ
ローさせることができ、これによって、大気に晒されて
被処理基板の配線膜が酸化されるのを防止できるし、被
処理基板が大気に晒されても酸化の問題がない場合に
は、筐体内部に粉塵（パーティクル）を含まない正常な
空気を保護ガスとして注入して粉塵による課題を解消で
きる。

【００１８】また、請求項６に係る本発明は、前述した
請求項１〜５に記載の高温高圧処理装置において、圧力
容器等を収納している筐体に、圧力容器の下蓋を除く容
器構成部材を、筐体内にて画成する遮へい部材を備えて
いることを特徴とするものである。このような構成を採
用したことにより、前述した保護ガスのフローによる粉
塵対策を施したとしても、被処理基板より上部に粉塵発
生源があっても遮へい部材によって当該粉塵が被処理基
板上に落下付着することを回避できるのである。

【００１９】更に、請求項１〜６に記載の高温高圧処理
装置において、圧力容器等を収納している筐体には、該
筐体内圧を逃がす安全弁として機能する蓋体を備えてい
ることを特徴とするものである。このような構成を採用
したことにより、圧力容器の処理室からの処理ガスが万
一漏出したとしても安全性は確保できるのである。

【００２０】また、本発明は、被処理基板を圧力容器内
部の処理室に装入して高温高圧のガス雰囲気下で加圧処
理する被処理基板の高温高圧処理装置において、被処理
基板をバッチ処理する場合の問題である大気搬送に伴う
酸化膜の生成を、還元処理することによって解消したの
である。すなわち、請求項８に係る本発明は、ガス雰囲
気下で加圧処理する前に、被処理基板の表面に形成され
た酸化被膜を還元する還元ガスによる還元ステーション
と、還元された被処理基板を前記処理室にてガス雰囲気
下で加圧処理する加圧ステーションとを備えていること
を特徴とするものである。

【００２１】このような構成を採用したことにより、従
来例では回避できなかった、金属薄膜が形成された基板
を大気中に取出した際に生じる金属膜面の酸化とこれに
伴う流動性の低下の問題や、今後半導体の配線材料とし
て注目されＣｕが現状のＡｌより融点が高いことに起因
する流動性不足に対応するために、従来以上の高圧力を
用いないとボイド（気孔）を消滅できないという大きな
問題を解決することが可能となる。

【００２２】更に、請求項９に係る本発明は、請求項８
において、被処理基板の多数枚を棚板状にセットする支
持治具を備え、該支持治具を介して還元ステーションの
還元炉および加圧ステーションのガス炉に多数枚の被処
理基板を棚板状にセットした状態で出入自在としている
ことを特徴とするものである。また、請求項１０に係る
本発明は、請求項９において、前記還元炉およびガス炉
の下蓋は共用されており、該下蓋上に被処理基板の多数
枚を棚板状にセットする支持治具が配置されて、還元炉
およびガス炉の下方から多数枚の被処理基板を出入自在
としていることを特徴とするものである。

【００２３】更に、請求項１１に係る本発明は、請求項
４又は請求項９〜１０において、被処理基板の多数枚を
棚板状にセットする支持具を、少なくとも処理室におい
て取り囲むケーシングを備えていることを特徴とするも
のであり、このような構成にすることで、処理室内の加
熱要素（ヒータ）等からのコンタミネーションを防止で
きる。

【００２４】また、請求項１２に係る本発明は、請求項
９において還元ステーションと加圧ステーションを収納
する気密性の筐体を備えていることを特徴とするもので
ある。更に、請求項１３に係る本発明は、請求項１２に
おいて、前記筐体には、該筐体内に保護ガスをフローす
るためのガス流入口とガス流出口が設けられていること
を特徴とするものである。

【００２５】また、請求項１４に係る本発明は、請求項
９〜１３において、下蓋、この下蓋上に配置した炉床、
この炉床上に備えられていて被処理基板を棚板状に収容
している支持治具および下蓋昇降旋回装置とを一組とし
て備え、該組の少なくとも２組の下蓋昇降旋回装置が個
別動作可能として配置されていることを特徴とするもの
である。

【００２６】このような構成を採用することにより、１
バッチの被処理基板を加圧処理しているときに、同時併
行して次のバッチ（ロット）の被処理基板における酸化
被膜を還元処理することで生産性を高め得るのである。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る被処理基板の高温高圧処理装置の実施の形態とその作
用を説明する。請求項１〜７に係る本発明の実施形態の
全体構成を立面図で示している図１および平面図で示し
ている図２において、被処理基板１をストックしておく
ストック手段２と、該ストック手段２の被処理基板１を
圧力容器３の処理室４に出入させる搬送手段５とを、圧
力容器３とともに気密性の筐体６の中に収納している。

【００２８】ここで、被処理基板１は、Ｓｉウェバー等
の半導体基板であって、銅（純銅、銅合金を含む）、ア
ルミ（合金を含む）、銀等の金属材料よりなる配線膜を
スパッタリング、メッキ等の手段によって成膜処理され
たものであって、通常樹脂製のカセットに、１２〜２５
枚を１ロットとして収納されていて、筐体６の一側面に
形成しているロードポート７に図示しない搬送装置又は
手作業にて当該カセットを載置可能である。

【００２９】ここで搬送装置しては、ＯＨＴ（Ｏｖｅｒ
ｈｅａｄ・Ｈｏｉｓｔ・Ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ）、
ＡＧＶ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ・Ｇｕｉｄｅｄ・ｖｅｈｉ
ｃｌｅ）等をあげることができるが、これらに限定され
るものではない。筐体６は、架台８に気密性の外支材９
を装着することによって、箱形の収納室１０を形成して
いて、ロードポート７とストック手段２との間には、ス
ライド式、観音式等のドア１１が備えられていて該ドア
１１の開閉を介してロードポート７の被処理基板１がス
トック手段２上に収納可能である。

【００３０】架台８には円筒形の圧力円筒１２が立設固
定されており、該円筒１２の上・下開口部は上蓋１３お
よび下蓋１４で閉塞されていて内部に処理質４を画成し
た圧力容器３とされている。上蓋１３には高圧ガス注入
・排出孔１３Ａおよび真空引き用孔１３Ｂが形成されて
おり、上・下蓋１３，１４の端面には加圧処理時に作用
する軸力を担持するためのプレスフレーム１５が係脱自
在であり、図では該プレスフレーム１５はレール１６上
を走行（摺動）する台車型を示しているが揺動扉型等で
あっても良い。

【００３１】図３で示すように、処理室４には、倒立コ
ップ形状の断熱構造体１７が上蓋１３に吊持又は下蓋１
４に載置支持されており、該断熱構造体１７の下部には
孔１３Ａから注入された圧力媒体（アルゴンガス、窒素
ガス等）の通路が形成されているとともに、該断熱構造
体１７の内周側には上・下２段とした加熱要素としての
ヒータ１８が備えられていることで高温高圧ガス炉を構
成している。

【００３２】ヒータ１８は例えば電気抵抗線加熱方式で
あり、炉室の上下方向の温度ムラ発生を防止するために
図示のように上下方向に複数段（図では２段であるがこ
れ以上でも良い）に分割されて各々のヒータ１８に独立
して電力を供給するようにされている。下蓋１４には、
炉床１９が載置され、該炉床１９を介して被処理基板１
が備えられているとともに、該被処理基板１は金属もし
くは石英などの耐熱性に優れかつ気密材料からなる逆コ
ップ形状（ベル型）のケーシング２０で取り囲まれてお
り、下蓋１４を油圧シリンダで例示するリフタ装置２１
によって昇降動作することによって、被処理基板１、炉
床１９およびケーシング２０がともに（一体として）炉
内の処理室４に出入り自在とされている。

【００３３】被処理基板１は、図３で示すように支持治
具２２に棚板状としてセットされており、該支持治具２
２は上・下端板２２Ａ，２２Ｂと両板を連結していて保
持ピン２２Ｃを有する棒材２２Ｄとで構成されていて、
これらの耐熱材料によって製作されたカセット構造の支
持治具２２を構成しており、この支持治具２２をケーシ
ング２０が実質的に取り囲んでおり、該ケーシング２０
の下部にはガス通行２０Ａが形成されており、該ケーシ
ング２０を備えることでヒータ１８等からのコンタミネ
ーションを防止している。

【００３４】図４に示した圧力容器３は、下蓋１４を圧
力円筒１２の下端に固着した円環形の下上蓋１４Ａとこ
の下上蓋１４Ａに挿脱自在に嵌挿されている下下蓋１４
Ｂとによる分割蓋として構成しており、下下蓋１４Ｂ上
に円筒形の処理台（炉床に相当する）２３が配置され、
この処理台２３上に被処理基板１を棚板状にセットした
支持治具２２が配置され、この支持治具２２を取り囲む
ケーシング２０は断熱構造体１７の下部に固着した円環
形の支持板１４に載置されている。

【００３５】従って、図４にした圧力容器３の処理室４
にはケーシング２０を処理室４に残した状態で支持治具
２２は処理台２３とともに下下蓋１４Ｂの昇降動作で処
理室４に下方から出入自在とされいる。なお、図４にお
いて、処理台２３内には断熱材２４が収容されていて過
昇温を防止しているとともに、断熱構造体１７の下部に
形成した通孔１７Ａ、ケーシング２０に形成した通孔２
０Ａ、処理台２３に形成した通孔２３Ａがそれぞれ形成
されることによって圧力容器３内部の比較的低温部分の
内外で圧力差が発生しないようにされている。

【００３６】図３および図４に示した支持治具２２は処
理温度が低い場合には、ステンレス鋼等の金属や、石英
ガラス、あるいは、鋼の表面にＳｉと反応しないような
被膜（たとえばＴｉＮ等）を形成したものにより構成さ
れる。一方、処理温度が高い場合には、Ｎｉ基の耐熱合
金、また場合によっては、モリブデンやタングステンの
ような高融点金属の使用も推奨される。

【００３７】また、図４に示した支持治具２２は円筒形
であって、その胴部には図示省略したが、熱の伝達及び
ガスの対流を促進するための大きな通気孔を何個か設け
られている。なお、処理中における処理用ガス（アルゴ
ンあるいは窒素）の中の不純物としての酸素によるＳｉ
ウェーハの酸化を防止するために、支持治具２２の最上
部に酸素ゲッタ材２５をおくことも推奨される。図４の
例は、たとえば、チタン粉末を円板状に加工して、通気
用の孔２５Ａを何個所か設けたものである。もちろん、
このゲッタとして、チタンやジルコニウムのスポンジ、
箔、粉末の成形体を準備して、これらの材料と反応しな
い材料からなる台の上に配置しても良い。基本的には、
高圧ガスの対流によりガスが良く流れる部位、さらに
は、高温になるほどゲッタ材は酸素を反応吸着するの
で、温度が高い部分におくことが効果的である。通常、
このような高圧ガス雰囲気で使用される炉においては、
高圧のガスが激しい自然対流を生じて、上端部に高温の
ガスが溜まる傾向があるので、上端部に置くことが好ま
しい。

【００３８】また、この支持治具２２の下部、処理台２
３の上端部近傍にも通孔２６Ａを有する酸素ゲッタ部材
２６を配置することが推奨される。これは、圧力容器内
部の下部には水等が滞留しやすく加熱により、これが上
方に上がってくる可能性がありこれを防止する目的で配
置するものである。また、本実施例によに、前記支持治
具２２は筒形状に構成されていて胴部に通気孔を形成し
ているとともにその上部又は下部若しくは上・下部に酸
素ゲッタ部材２５，２６が配置されていることが望まし
く、このような構成を採用したことにより、アルゴン又
は窒素等の処理ガス中の不純物としての酸素による半導
体基板の酸化が防止できるし、処理中の熱伝達及びガス
対流を促進できる。

【００３９】これらのゲッタ材の配置により、ベル型の
ケーシング内部で発生もしくは装置の開閉時に混入した
空気や酸素の影響を回避することが可能である。なお、
図３および図４ににおいて図に示していないが、圧力円
筒１の外側には容器内部で発生した熱による圧力容器５
の過昇温を防止するための冷却水を流すための水冷ジャ
ケットが装着される。

【００４０】また、ベル形のケーシング２０は本図で
は、一層であるが、ガスによるコンタミネーションの許
容レベルや装置の許容寸法等によって、２層にするなど
適宜選択される。図１および図２において、ストック手
段２はロードポート７に隣接して備えられており、該ス
トック手段２は、昇降自在なエレベータ手段２７上にス
トック台２７Ａを有し、このストック台２７Ａにカセッ
トに収納された被処理基板１が載置され、エレベータ手
段２７の動作で昇降自在とされる。

【００４１】エレベータ手段２７とリフト手段２１との
間に昇降動作するとともに縦軸芯廻りで旋回動作可能な
移載ロボット（移載装置）２８が配置されており、該ロ
ボット２８はその上部にハンドルリングアーム２８Ａを
有しており、ここに、エレベータ手段２７、移載装置２
８及びリフト手段２１によって、ストック手段２の被処
理基板１を圧力容器３の処理室４に出入させる搬送手段
５を構成している。

【００４２】この搬送手段５は、圧力容器３の下端開口
部を開閉自在とする下蓋１４およびこの下蓋１４上に配
置した炉床１９並びに炉床１９を介して支えられている
被処理基板１とを一体として圧力容器３の下方から出入
可能に構成することが最も有利であるが、圧力容器３の
上方から出入可能に構成することも可能である。また、
リフト手段２１の下部に備えられているアーム２１Ａを
昇降動作するとともに旋回動作する構成とした下蓋昇降
旋回装置２１とすることによって、移載装置２８を省略
した構成の搬送手段５としても良いが、図示のように、
搬送手段５は、下蓋昇降旋回装置２１と、この装置２１
とストック手段２との間に配置されていて該ストック手
段２の被処理基板１を下蓋昇降旋回装置２１に移載する
移載装置２８とで構成することが有利である。

【００４３】更に、下蓋１４（下下蓋１４Ｂを含む）、
この下蓋１４上に配置した炉床１９、この炉床１９上に
備えられていて被処理基板１を棚板状に収容している支
持治具２２および下縁昇降旋回装置２１とを一組として
備え、図２で示すように該組の少なくとも２組の下蓋昇
降旋回装置２１が個別動作可能として配置されているこ
とによって、圧力容器３の処理室４に高温高圧にて被処
理基板１の複数枚を加圧処理している時間帯や、移載装
置２８を介してストック手段２上の被処理基板１を待機
している下縁昇降旋回装置２１上の支持治具２２にセッ
ト可能となり、生産性を大幅に向上できて有利となる。

【００４４】なお、ストック手段２では樹脂製カセット
に被処理基板１をロット単位としてストック（待機）さ
せておき、このカセット内の被処理基板１を耐熱製の支
持治具２２をセットすることを基本構成とするが、樹脂
製カセットに代替して耐熱製の支持治具２２を用いてス
トック手段２にストックする構成とすれば、ストック手
段２上の被処理基板１を支持治具２２によってそのまま
処理室４に出入させることもできる。

【００４５】更に、図１において、圧力容器３等を収納
している筐体６には、該筐体６内に保護ガス（空気又は
不活性ガス例えば窒素ガス等）をフローさせるためのガ
ス流入口２９とガス流出口３０が備えられており、図示
ではガス流入口２９は筐体６の上部一側に、ガス流出口
３０は筐体６の下部他側にそれぞれ形成されており、被
処理基板１が待機にさらされても酸化の問題がない場合
には、ガス流入口２９から粉塵（パーティクル）を含ま
ない正常な空気を保護ガスとして筐体６内に注入して圧
力容器３の下方にフローさせてガス流出口３０を経由し
て屋外に放出するように構成されている。

【００４６】なお、ガス流入口２９までのガス供給回路
には、パーティクル補足用（半導体の場合は通所０．０
１μｍ以下）のフィルタを介在させることが望ましい。
また、図１に示すように筐体６の収容室１０には圧力容
器３の下方および側方に遮蔽部材３１Ａ，３１Ｂが備え
られている。すなわち、圧力容器３の下蓋１４を除く容
器構成部材は、筐体６内にて遮蔽部材３１Ａ，３１Ｂに
て区画しているのであり、これは、筐体６内で粉塵の発
生源となるプレスフレーム１５と上・下蓋１３，１４と
の摺動部、下蓋昇降旋回装置２１の摺動部等からの摩耗
粉等が収容室１０内の被処理基板１に付着するのを防止
しているのである。

【００４７】前述したガス流入口２９から注入された保
護ガスの流れによって粉塵等は適宜邪魔板を配置するこ
とによって流出口３０から排出可能であるが、プレスフ
レーム１５と上蓋１３との摺動部から発生した粉塵は保
護ガスのフローによって排出困難であることから、遮蔽
部材３１Ａ，３１Ｂを設けることによって発生した粉塵
が被処理板１上に落下するのを防止しているのである。

【００４８】また、収容室１０内において被処理基板１
の酸化が問題となる場合には、ガス流入口２９から保護
ガスとして窒素等の不活性ガスをフローさせることもで
き、この場合にもフロー後の窒素ガスは、作業者の窒息
事故を防止するためガス流出口３０から配管（図示せ
ず）を介して屋外に放出するように構成されている。更
に、筐体６は、圧力容器３を内部に収容していることか
ら、圧力容器３からのガスが万一漏出した場合の配慮と
して、筐体６の上部にあたる部位にヒンジ３２Ａを支点
として開閉する蓋体３２が備えられている。

【００４９】すなわち、蓋体３２は通常自重により閉状
態となっており、筐体６内部の圧力がこの自重を凌駕す
るような状態になった場合に、ヒンジ３２Ａを支点とし
て外側に開くような形態の安全弁として機能する蓋体３
２を設けている。１００ＭＰａ以上もの高圧状態での操
業中に多量のガスが、瞬時に漏出するようなことはまず
発生しないが、この安全弁機能を有する蓋体３２の大き
さは、弁というよりはヒンジ等により一端を固定した蓋
体とすることが好ましい。

【００５０】この安全弁としての機能を有する蓋体とし
ては、更に簡便な塩化ビニールシートなどを蓋材として
貼ることも推奨される。このビニールシートは、粘着剤
により、端部を筐体の上面フレームに貼り付けたような
構成で十分に安全弁として機能し、万が一多量のガスが
漏出して、弁部材が吹き飛んでも周囲の建屋・機器の損
傷を少なくすることが可能である。

【００５１】図５〜図７は、請求項８〜１４に係る被処
理基板の高温高圧処理装置の実施の形態を示しており、
ストック手段２と、ガス雰囲気下で加圧処理する前に被
処理基板１の表面に形成された酸化皮膜を還元する還元
ガスによる還元ステーションＳ１と、還元された被処理
基板１を圧力容器３の処理室４にてガス雰囲気下で加圧
処理する加圧ステーションＳ２とを備えており、これら
は、気密性の筐体６内に収納されている。

【００５２】還元ステーションＳ１は、電気抵抗線加熱
方式のヒータ３２を組み込んでいる還元炉３３で構成さ
れており、該炉３３は水素等の還元ガスを弁３４Ａの開
閉動作で供給する配管部材３４が接続されている。加圧
ステーションＳ２を構成する圧力容器３、下蓋昇降旋回
装置２１、被処理基板１を棚板状にセットする支持治具
２２、移載装置２８等は、図１〜図４を参照して記述し
た構成と共通するので共通部分は共通符号で示してい
る。

【００５３】図５および図６において、上蓋１３に形成
したガス注入・排出孔１３Ａには、往復動型の増圧機で
示すコンプレッサ３４を介してガス集合装置３５に接続
されており、バイパス回路３６を介してガス回収装置３
７が図示のように各種開閉弁を介して接続されていると
ともに真空引き孔１３Ｂには真空ポンプ３８が接続され
ている。

【００５４】更に、圧力容器３の下蓋（下下蓋を含む）
１４は、還元炉３３の下蓋と共用化されており、この蓋
１４には炉床１８、支持治具２２が載置されていてガス
炉および還元炉３３に下方から出入自在とされている。
下蓋昇降旋回装置２１は２組が配置されていて一方の下
蓋昇降旋回装置２１が還元炉３３内にて加圧処理の前工
程で被処理基板１を支持具２２を介して挿入して酸化皮
膜を水素等で還元処理しているとき、他方の下蓋昇降旋
回装置２１はガス炉において還元処理された被処理基板
１を支持治具２２に棚板状にセットして高温・高圧のガ
ス雰囲気下で加圧処理するようにされている。

【００５５】移載装置２８は、ストック手段２上のカセ
ットに収納されている被処理基板１を、下蓋１４上の支
持治具２２に１枚づつ棚板状にセット可能であり、この
ため、昇降動作するとともに旋回動作可能とされてい
る。すなわち、図５〜図７に示す装置は、被処理基板１
の多数枚の棚板状にセットする支持治具２２を備え、該
支持治具２２を介して還元ステーションの還元炉３３お
よび加圧ステーションのガス炉３に多数枚の被処理基板
を棚板状にセットした状態で下蓋昇降旋回装置２１等で
出入自在としているのである。

【００５６】また、前記還元炉３３およびガス炉３の下
蓋１４は共用されており、該下蓋１４上に被処理基板１
の多数枚を棚板状にセットする支持治具２２が配置され
て、還元炉３３およびガス炉３の下方から多数枚の被処
理基板を下蓋昇降旋回装置２１等により出入自在として
いるのである。更に、被処理基板１の多数枚を棚板状に
セットする支持具２２を、少なくとも処理室４において
取り囲むケーシング２０を備えているとともに、還元ス
テーションＳ１と加圧ステーションＳ２を収納する気密
性の筐体６を備えており、筐体６には、該筐体６内に保
護ガスをフローするためのガス流入口２９とガス流出口
３０が設けられている。

【００５７】さらに、筐体６内のストック手段２に隣接
してドア１１を介してロードポートが設けられるが、図
示省略している。図５〜図７に示す装置の一連の動作を
概説すると、図５において、樹脂製のカセットに収納さ
れた成膜処理後のウェーハ（被処理基板）１が図左のド
ア１１を介してストッカッステーション２にセットされ
る。このストッカステーション２には、処理するカセッ
トがウェーハ搬送用ロボット２８がウェーハを受取りに
来る位置に来るようなカセットの移動機構（図示せず）
が設けられており、処理直前のカセットがロボットのア
クセス位置に置かれる。ウェーハ搬送ロボット２８は、
このカセットから、１枚ずつもしくは数枚ずつこの樹脂
製のカセットからウェーハを抜取り、還元処理ステーシ
ョンの直下に引出された下蓋１４の上の高温用ウェーハ
カセット（支持治具）２２にウェーハをセットする。セ
ット後、高温用ウェーハカセットは下蓋１４とともに下
蓋昇降旋回装置２１により、還元性雰囲気炉３３内に装
入される。筐体６内部が不活性ガスで充填されている場
合には、引続き水素ガスを還元性雰囲気炉３３内に導入
するとともに、３５０〜４００℃の温度に昇温される。
ここで、還元処理に先立ち、真空排気系（図示せず）に
より還元性雰囲気炉内を真空引きすることもコンタミネ
ーション低減のために実施しても良い。所定の時間保持
して還元処理を行った後、反応等の問題がない温度まで
降温して、下蓋１４が下方に引きおろされる。ついで、
この高温用ウェーハカセットが載置された下蓋１４は加
圧ステーションの直下に回転運動により移動される。下
蓋昇降旋回装置２１により下蓋１４を圧力容器３の下側
開口部に装入した後、プレスフレーム１５を圧力容器３
の中央部を保持するようにスライドさせる。アルゴンガ
ス集合装置から、コンプレッサを起動して高圧のアルゴ
ンガスを供給し、同時若しくはその後、圧力容器内のヒ
ータ１８に通電して昇温し、所定の温度圧力で保持を行
うことによって、銅配線膜の下に残存する気孔が圧潰さ
れる。保持後、降温し、さらに圧力を下げて大気圧とし
て、下蓋１４を開放して、カセットに入ったウェーハを
回収する。

【００５８】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜７に係
る本発明によれば、最近のＵＬＳＩの加工の微細化に伴
って、有効性が注目されつつある配線膜の加圧埋込処理
など高圧の不活性ガスを利用して処理を行うに際して
の、大きな課題、すなわち粉塵（パーティクル）や、雰
囲気ガス中の酸素による酸化等の発生を防止する観点か
ら、本発明の寄与するところは極めて大きい。とくに、
工業生産への利用という観点から、温度・圧力の点で汎
用性に優れたバッチ式の処理装置は、配線膜でいえば、
既設のＰＶＤシステムの組合せをフレキシブルに行うこ
とができること、高圧ガス設備を一括した部屋に収納し
て、安全管理を行うことができ、その管理が容易となる
ことなどから、本発明のコンセプトによるバッチ式の半
導体の高温高圧ガス炉は、ＵＬＳＩの今後の工業生産の
発展に資するところきわめて大きい。

【００５９】また、請求項８〜１４に係る本発明によれ
ば、最近のＵＬＳＩの加工の微細化に伴って、有効性が
注目されつつある配線膜の加圧埋込処理など高圧の不活
性ガスを利用して処理を行うに際しての、大きな課題、
すなわち酸素や水素ガス状のコンタミネーションの発生
の防止、また、粉塵（パーティクル）の発生に伴う、ク
リーン度の確保の観点から、本発明の寄与するところは
極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す全体構成立面図
である。

【図２】図１の平面図である。

【図３】加圧処理を行うガス炉の第１例を示す断面図で
ある。

【図４】加圧処理を行うガス炉の第２例を示す断面図で
ある。

【図５】本発明の第２の実施形態を示す全体構成立面図
で還元炉に装入する前を示している。

【図６】図５において還元炉に装入して還元処理中の立
面図である。

【図７】図５および図６の平面図である。

【符号の説明】

１被処理基板２ストック手段３圧力容器４処理室５搬送手段６筐体１３上蓋１４下蓋２１下蓋昇降旋回装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者門口誠兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号株式会社神戸製鋼所高砂製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理基板を圧力容器内部の処理室に装
入して高温高圧のガス雰囲気下で加圧処理する被処理基
板の高温高圧処理装置において、被処理基板をストックしておくストック手段と、該スト
ック手段の被処理基板を圧力容器の処理室に出入させる
搬送手段とを、圧力容器とともに気密性の筐体の中に収
納していることを特徴とする被処理基板の高温高圧処理
装置。
【請求項２】前記搬送手段は、圧力容器の下端開口部
を開閉自在とする下蓋およびこの下蓋上に配置した炉床
並びに該炉床を介して支えられている被処理基板とを一
体として圧力容器の下方から出入れ可能に構成されてい
ることを特徴とする請求項１記載の被処理基板の高温高
圧処理装置。
【請求項３】前記搬送手段は、圧力容器の下蓋を昇降
動作するとともに旋回動作する下蓋昇降旋回装置と、当
該装置とストック手段との間に配置されていて該ストッ
ク手段の被処理基板を当該装置に移載する移載装置とで
構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載
の被処理基板の高温高圧処理装置。
【請求項４】下蓋、この下蓋上に配置した炉床、この
炉床上に備えられていて被処理基板を棚板状に収容して
いる支持治具及び下蓋昇降旋回装置とを一組として備
え、該組の少なくとも２組の下蓋昇降旋回装置が個別動
作可能として配置されていることを特徴とする請求項３
記載の被処理基板の高温高圧処理装置。
【請求項５】請求項１〜４に記載の高温高圧処理装置
おいて、圧力容器等を収納している筐体には、該筐体内
に保護ガスをフローさせるためのガス流入口とガス流出
口が設けられていることを特徴とする被処理基板の高温
高圧処理装置。
【請求項６】請求項１〜５に記載の高温高圧処理装置
において、圧力容器等を収納している筐体に、圧力容器
の下蓋を除く容器構成部材を、筐体内にて画成する遮へ
い部材を備えていることを特徴とする被処理基板の高温
高圧処理装置。
【請求項７】請求項１〜６に記載の高温高圧処理装置
において、圧力容器等を収納している筐体には、該筐体
内圧を逃がす安全弁として機能する蓋体を備えているこ
とを特徴とする被処理基板の高温高圧処理装置。
【請求項８】被処理基板を圧力容器内部の処理室に装
入して高温高圧のガス雰囲気下で加圧処理する被処理基
板の高温高圧処理装置において、ガス雰囲気下で加圧処理する前に、被処理基板の表面に
形成された酸化被膜を還元する還元ガスによる還元ステ
ーションと、還元された被処理基板を前記処理室にてガ
ス雰囲気下で加圧処理する加圧ステーションとを備えて
いることを特徴とする被処理基板の高温高圧処理装置。
【請求項９】被処理基板の多数枚を棚板状にセットす
る支持治具を備え、該支持治具を介して還元ステーショ
ンの還元炉および加圧ステーションのガス炉に多数枚の
被処理基板を棚板状にセットした状態で出入自在として
いることを特徴とする請求項８記載の被処理基板の高温
高圧処理装置。
【請求項１０】前記還元炉およびガス炉の下蓋は共用
されており、該下蓋上に被処理基板の多数枚を棚板状に
セットする支持治具が配置されて、還元炉およびガス炉
の下方から多数枚の被処理基板を出入自在としているこ
とを特徴とする請求項９記載の被処理基板の高温高圧処
理装置。
【請求項１１】被処理基板の多数枚を棚板状にセット
する支持具を、少なくとも処理室において取り囲むケー
シングを備えていることを特徴とする請求項４又は請求
項９〜１０のいずれかに記載の被処理基板の高温高圧処
理装置。
【請求項１２】還元ステーションと加圧ステーション
を収納する気密性の筐体を備えていることを特徴とする
請求項９記載の被処理基板の高温高圧処理装置。
【請求項１３】前記筐体には、該筐体内に保護ガスを
フローするためのガス流入口とガス流出口が設けられて
いることを特徴とする請求項１２に記載の被処理基板の
高温高圧処理装置。
【請求項１４】請求項９〜１３に記載の高温高圧処理
装置において、下蓋、この下蓋上に配置した炉床、この炉床上に備えら
れていて被処理基板を棚板状に収容している支持治具お
よび下蓋昇降旋回装置とを一組として備え、該組の少な
くとも２組の下蓋昇降旋回装置が個別動作可能として配
置されていることを特徴とする被処理基板の高温高圧処
理装置。