DE19813161A1 - Heißdruckverarbeitendes Gerät - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein ein Hochdruckgas verarbeitendes Gerät zur Durchführung von isostatischem Heißpressen (HIP) Hochdruckgasoxidation oder Nitrierung oder von Waschen unter Verwendung eines Fluids im superkritischen Zustand oder sie bezieht sich auf ein Erhitzungsdruck verarbeitendes Gerät, das für ein hartes Werkstück verwendet wird, das stapelverarbeitet bzw. batch­ verarbeitet werden soll. Genauergesagt bezieht sie sich auf ein Gerät zur Be- bzw. Verarbeitung eines plattenförmigen Werkstücks wie eines Si-Wafers eines nach dem anderen in einem kurzen Zyklus.

Bei der Herstellung eines Si-Halbleiters oder eines ULSI wird in letzter Zeit ein Verarbeiten von Wafern Blatt für Blatt eins nach dem anderen in einem zyklischen Zeitintervall von einigen Minuten vom Standpunkt der Produktivität und des Qualitätsmanagements aus zunehmend wichtig. Andererseits ist die Stapelverarbeitung unter Verwendung von Hochdruck als HIP-Verfahren (heißes isostatisches Druckverfahren) in der Industrie am weitesten verbreitet. Dieses HIP-Verfahren benötigt im allgemeinen jedoch drei bis fünf Stunden für einen Zyklus, sogar während einer Kurzzeitverarbeitung mit einem kleinbemaßten Gerät.

Bei der Anwendung des Verfahrens unter der Verwendung eines Hochdruckgas es für das Blatt für Blatt Verarbeiten von Halbleitern ist das Verkürzen des zyklischen Zeitintervalls ein wichtiges Thema. Obwohl das Verhältnis von der Zeit, die für einen Schritt wie ein Unter-Druck-Setzen und Erhitzen belegt wird, im Prozeß selbst hoch ist, trägt die Zeit, die zum Beladen und Entladen des Si-Wafers, der das Werkstück bildet, zu einem extrem hohen Verhältnis bei.

In diesem Zusammenhang hat ein HIP-Gerät, das für ein allgemeines HIP-Verfahren verwendet wird, keine Behinderung, sogar wenn das Beladen und Entladen des Werkstücks eine Zeit in der Größenordnung von einigen zehn Minuten erfordert, weil der gesamte Zeitzyklus in der Größenordnung von mehreren Stunden oder noch mehr liegt.

Für ein Hochdruckgerät zum Verarbeiten von Si-Wafern Blatt für Blatt, kann der Beladungs- und Entladungsmechanismus für ein Werkstück, der viel mehr Zeit als in dem HIP-Gerät erfordert, nicht angepaßt werden und es wird ein Gerät, das in Fig. 6 gezeigt ist, als ein Druckausnehmungs-Füllgerät für einen Drahtfilm vorgeschlagen (japanische Patentoffenlegung Nr. 7-502376).

Die japanische Patentoffenlegung Nr. 7-502376 schlägt ein Verarbeitungssystem vor, das eine Mehrzahl von Außenschichtteilen (Hochdruckgefäßkomponenten) 100, 101 aufweist, sowie eine erste Vorrichtung 102, 103 zum Pressen der Außenschichtteile 100, 101, um sich gegenseitig zu berühren, wobei die Außenschichtteile 100, 101 so gestaltet sind, daß sie durch die erste Vorrichtung 102, 103 gepreßt und verschlossen werden, um einen abgedichteten Raum 104 für ein Werkstück W zu bilden; eine zweite Vorrichtung 105 zum Liefern eines Druckgases mit atmosphärischem oder höherem Druck zu dem Innenraum 104, um das Werkstück W zu bearbeiten, indem das Werkstück W einem hohen Druck ausgesetzt wird; und eine Vorrichtung 106 zum Entleeren des Druckgefäßes.

Unter Bezugnahme auf Fig. 6 sind nämlich bei dieser herkömmlichen Technik die Hochdruckgefäßteile 100, 101, die den abgedichteten Raum 104 zum Unterbringen eines Werkstücks (Si-Wafer) bilden, im wesentlichen an den Seiten des Werkstücks W geteilt, so daß das Werkstück W durch einen Durchlaß 107 durch den engen geteilten Raum seitwärts hinein- und hinausbewegt wird und diese Konstruktion ist geeignet, um ein dünnes plattenförmiges Werkstück nacheinander innerhalb einer kurzen Zeit mit einem Hochdruckgas zu laden und entladen.

Obwohl ein großer Teil der Konstruktion zum Öffnen und Schließen des Hochdruckgefäßes auf diese Art und Weise die gasdichtende Konstruktion des geteilten Teils ist, wird es bei dieser herkömmlichen Technik durch Pressen eines speziellen Dichtungskonstruktionsteils durch die erste Vorrichtung (Gasdruck- und hydraulische Rammen bzw. Stößelvorrichtung) erzielt.

Um das Hochdruckgefäßbauteil durch Gasdruck zu pressen, wird im einzelnen vorgeschlagen, daß die erste Vorrichtung ein Betätigungsglied 103 zur Bewegung eines der Außenschichtteile aufweist und die zweite Vorrichtung 105 so angeordnet ist, daß ein Druckgas an das Betätigungsglied geliefert wird, für den Betrieb des Betätigungsglieds 103. Dies bedeutet vermutlich, daß der druckaufnehmende Bereich der Stößelvorrichtung der ersten Vorrichtung zur Lieferung des Druckgases größer festgesetzt ist, als der axiale Schnittbereich des Raums zum Abdichten des Werkstücks, wodurch sich der Abdichtungsteil des abgedichteten Stößelvorrichtungsteils während der Ausübung der Verarbeitung durch das Druckgas normalerweise im gepreßten Zustand befindet.

In Fig. 6 ist mit 110 ein Joch bezeichnet, das zylindrisch ausgebildet ist und obere und untere Stopfen 111 und 112 hat, die in den oberen und unteren Teilen davon eingeschraubt sind.

Es kann gesagt werden, daß die Konstruktion nach der herkömmlichen Technik, die in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 7-502376 offenbart und unter Bezugnahme auf Fig. 6 ausgeführt ist, für die Blatt für Blatt Verarbeitung eines plattenförmigen Werkstücks wie eines Si-Wafers durch Verwendung eines Hochdruckgases geeignet ist, aber die Konstruktion hat die folgenden Nachteile:

• 1) Da in dem Hochdruckgefäß eine Heizquelle wie ein Heizgerät für die Verarbeitung bei einer hohen Temperatur untergebracht ist, wird die Temperatur des Dichtungsteils erhöht und die Stabilität der Dichtung geht verloren, wenn der Prozeß für eine lange Zeit oder in einem Zyklus aus einer Vielzahl an Zeitintervallen durchgeführt wird, obwohl beim Verarbeiten bei ungefährer Raumtemperatur kein Problem auftaucht. Um dies zu vermeiden, ist bei der herkömmlichen Technik eine spezielle Dichtungskonstruktion angepaßt worden, die hauptsächlich aus Metall zusammengesetzt ist.
  Eine Dichtung 109 für den inneren Raum 104 bewegt nämlich eine Lippe, die in dem oberen Teil des Außenschichtteils 101 ausgebildet ist, zur Außenseite und preßt sie in der Dichtungsoberfläche stark zum Außenschichtteil 100, um die Lippe so zu deformieren, daß die Festigkeit der Dichtung im Verhältnis zum angehobenen Druck des Dichtungsraums 104 erhöht ist (es wird auf Seite 4, letzte Zeile der rechten oberen Spalte bis fünfte Zeile der linken unteren Spalte dieser Druckschrift Bezug genommen).
  Jedoch hat die Dichtung durch die Deformation der Lippe ein Problem, daß die Lippe plastisch deformiert wird, wenn der Verarbeitungsprozeß in einem Zyklus einer Vielzahl an Zeitintervallen durchgeführt wird, und die Dichtungsfunktion kann nicht dargestellt werden, sobald die plastische Deformation hervorgerufen wird. Ferner bringt die plastische Deformation der Lippe auch ein Problem mit sich, daß das Außenschichtteil selbst ersetzt werden muß, um die Dichtungsfunktion zu gewährleisten, da die Lippe an dem Außenschichtteil 101 integriert ist.
• 2) Die herkömmliche Technik hat zwei Druckvorrichtungen (erste Vorrichtung) aus dem hydraulischen Betätigungsglied 102 und dem Gasdruckbetätigungsglied 103, um gegenseitig eine Vielzahl an Gefäßkomponenten (Außenschichtteile) 100, 101 zu schließen. In diesem Fall wird jedoch ein hoher Druck, der im wesentlichen gleich zu dem Druck im Inneren einer Prozeßkammer (innerer Raum) 104 ist, durch das hydraulische Betätigungsglied 102 zusammen mit dem anderen Gasdruckbetätigungsglied 103 erzeugt, um die Wahrscheinlichkeit, daß einen Störung wie ein Druckleck verursacht wird, zu erhöhen. Das kann nicht als vorteilhaft betrachtet werden, vom Standpunkt der Sicherheit aus gesehen, ebenso wie es zu einer Verringerung der Zuverlässigkeit des Geräts führt.
• 3) Die herkömmliche Technik ist beispielsweise so konstruiert, daß das Gas in dem Prozeßraum 104 durch ein Ventil 108 in das Betätigungsglied 103 getragen wird, um eine Kraft zum Verschließen des Hochdruckgefäßes in dem Betätigungsglied 103 zu erzeugen, das einen Druckaufnahmebereich hat, der größer als der axiale Schnittbereich des Prozeßraums 104 ist. Dies bedeutet jedoch, daß das Gas nach der Verwendung durch den inneren Teil des Betätigungsglieds 103 geleitet wird, was das Einbringen von Schmutz in das wiedergewonnene Gas mit sich bringt, resultierend aus dem Verschleiß des Dichtungsbauteils innerhalb des Betätigungsglieds und die Frage nach dem Recyceln des Gases bleibt offen.

Obwohl es nicht erlaubt ist, das Gas (vom nichtwiedergewonnenen Typ) zu beseitigen, wenn die Verarbeitungshäufigkeit geringer ist, wird nämlich der Wiedergewinnungstyp wie eine erzwungene Wiedergewinnung oder eine differenzierte Wiedergewinnung zur Erzeugung angepaßt, vom Standpunkt einer ökonomischen Eigenschaft aus gesehen. In diesem Fall ist der Staub in dem wiedergewonnenen Gas enthalten und birgt die Gefahr, daß eine Kontamination bewirkt wird, wenn es zum Prozeßraum übertragen wird.

Um die vorstehend beschriebenen Probleme (Aufgaben) zu lösen, ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, die Abdichtungsfähigkeit und Sicherheit zu gewährleisten und die ökonomische Eigenschaft in Bezug auf den Betrieb in einem Gerät zum Verarbeiten von plattenförmigen Werkstücken wie Si-Wafern, Blatt für Blatt mit einem Hochdruckgas zu verbessern.

Dementsprechend paßt diese Erfindung die folgende technische Vorrichtung an, um die obige Aufgabe in einem Gerät zum Erhitzen und Druckverarbeiten von plattenförmigen Werkstücken unter einer Gasatmosphäre zu erreichen.

Diese Erfindung sieht nämlich ein Heizdruckverarbeitungsgerät vor, das ein Hochdruckgefäß aufweist, das aus einer Mehrzahl von Gefäßkomponenten gebildet wird, wobei die Gefäßkomponenten gegenseitig verschlossen werden, um einen geschlossenen Prozeßraum zu bilden; ein Betätigungsglied zum Bewegen der Gefäßkomponenten des Hochdruckgefäßes in deren Axialrichtung; ein Heizgerät, das in dem Hochdruckgefäß vorgesehen ist; eine Gaseinführvorrichtung zum Einführen eines Druckgases in den Prozeßraum; eine Abdichtungsvorrichtung, die an den Kontaktteilen der Gefäßkomponenten befestigt ist; und eine Druckvorrichtung zum Pressen der Gefäßkomponenten in deren Axialrichtung. Die Abdichtungsvorrichtung, die an den Kontaktteilen der Gefäßkomponenten befestigt ist, ist mit der Druckvorrichtung zum Pressen der Gefäßkomponenten in deren Axialrichtung kombiniert, wodurch die Abdichtungseigenschaft in dem geteilten Teil der Kesselkomponenten besser gewährleistet ist, um eine Leckage von Gas, das in dem Prozeßraum eingeführt ist, zu verhindern.

Das Gerät gemäß dieser Erfindung weist ferner einen Rahmen zum Abstützen einer Last auf, die beim Hochdruckverarbeiten des Werkstücks innerhalb des Hochdruckgefäßes in der Axialrichtung des Hochdruckgefäßes wirkt und eine zurückziehbare Keilvorrichtung bzw. ein bewegbares Druckbauteil zum Übertragen der Last, die in der Axialrichtung des Hochdruckgefäßes wirkt auf den Rahmen. Gemäß dieser Konstruktion wird die Last in der Axialrichtung des Gefäßes durch das Hochdruckgas über das bewegbare Druckbauteil vom Rahmen getragen, wenn das Hochdruckgefäß mit dem Hochdruckgas gefüllt ist. Somit ist eine hochsichere Lastabstützkonstruktion vorgesehen.

Ferner ist die Presse als Fensterrahmen geformt, wodurch ein Gerät geschaffen werden kann, das in der Gesamtheit kompakt und in der Sicherheit excellent ist. Bei einem Pressenrahmenkörper vom Fensterrahmentyp wird nämlich der Schnittbereich eines Säulenteils geregelt, wodurch die axiale Verlängerung im wesentlichen optional festgesetzt werden kann und die Belastungshöhe wird geregelt, wodurch eine Konstruktion erfolgen kann, die eine Ermüdungsabschätzung umfaßt wie eine Resistenz für einen Gebrauch bei einem Niveau von 10 000 000 mal oder mehr, sogar bei der Verwendung eines hohen Drucks, der 1000 kgf/cm² überschreitet.

Das Gaseinführbauteil der Gaseinführvorrichtung ist ferner in der axialen Mitte des Gefäßes vorgesehen und die fensterrahmenähnlichen Pressenrahmen sind auf beiden Seiten mit dem Einführungsbauteil dazwischen in einer solchen Art und Weise vorgesehen, daß sie auf beiden Seiten heran- und wegbewegbar sind mit dem Einführbauteil dazwischen, um mit beiden Endoberflächen des Gefäßes in- und außer Eingriff zu gelangen. Durch Anpassung einer solchen Konstruktion kann die Turbulenz der Temperatur innerhalb des Hochdruckgasprozeßraums, die bei einer Hochgeschwindigkeitslieferung von dem Hochdruckgas bei einem Hochtemperatur-/hochdruckgasverarbeiten in einem kurzen Zyklus, beispielsweise einigen Minuten pro Zyklus, unvermeidlich auftritt, axial symmetrisch gemacht werden und das Management der Temperaturverteilung am Werkstück wird vereinfacht.

Es ist vorzuziehen, einen elastischen Körper als Dichtungsring zu verwenden, der eine hervorragende Nachfolgeeigenschaft auf eine Ausdehnung eines Spielraums in dem geteilten Teil hat.

In Bezug auf den elastischen Körper haben Kunstharze, die Gummireihen enthalten, die größte elastische Eigenschaft, oder die Eigenschaft, die in der Lage ist, sogar einer großen Deformation zu folgen, aber sie haben einen Nachteil einer unzureichenden Wärmewiderstandsfähigkeit. Deshalb kann Silikonharz oder Fluorharz, die in der Wärmewiderstandsfähigkeit hervorragend sind, verwendet werden, aber ihre Grenze für einen allgemeinen Gebrauch liegt höchstens bei ungefähr 300°C.

In dieser Erfindung wird demgemäß ein Dichtungsring aus Kunstharz verwendet, der eine relativ hervorragende Wärmewiderstandsfähigkeit hat, und es wird Kühlwasser entweder in eine oder in beide der oberen Gefäßkomponente und der unteren Gefäßkomponente eingeführt, so daß die Temperatur des Dichtungsringteils unter der Wärmewiderstandstemperatur des verwendeten Kunstharzes gehalten wird.

Als Dichtungsring kann ein superelastisches Metall wie Nickel, eine Titanlegierung, eine Kupfer-Zink-Legierung und dergleichen natürlich angepaßt werden, ohne auf die obigen Harze begrenzt zu sein.

Da der Dichtungsring austauschbar ist, reicht der Austausch von dem Dichtungsring alleine gegen die Verschlechterung der Dichtungseigenschaft durch den Dichtungsring und ein Austausch zusammen mit den Gefäßkomponenten ist nicht erforderlich.

Die oben erwähnte Preßvorrichtung ist als Stößelvorrichtung ausgestaltet, die einen Gasdruck verwendet und eine Druckmediumkammer hat, in die das Druckgas der Gaseinführvorrichtung eingeführt werden kann und der Druckaufnahmebereich der Stößelvorrichtung ist größer festgesetzt als der Druckaufnahmebereich des Prozeßraums. Durch Anwendung einer solchen Konstruktion wird das Gas mit demselben Druck wie das Gas, das in den Hochdruckgasprozeßraum gefüllt ist, prinzipiell in die Gasdruckstößelvorrichtung eingeführt, so daß die oberen und unteren Gefäßkomponenten an der Teilungsebene richtig in dem gegenseitig dicht zusammengepaßten Zustand gehalten werden, solange der Gasdruck geliefert wird und das Hochdruckgas in dem Hochdruckgasprozeßraum kann mittels des synergistischen Effekts mit dem Dichtungseffekt des Dichtungsrings, der der elastische Körper ist, daran gehindert werden, durch die Teilungsebene nach draußen zu entweichen.

Die Druckvorrichtung ist ferner als Stößelvorrichtung ausgebildet, die einen Gasdruck verwendet, in der Absperrventile zum Zulassen des Gasstroms von der Zuführseite zur Wiedergewinnungsseite und zum Aufhalten des umgekehrten gerichteten Gasstroms in den Zuführ- und Wiedergewinnungsleitungen des Druckmediums Gas zu und von der Stößelvorrichtung vorgesehen sind. Durch Anpassen einer solchen Konstruktion kann verhindert werden, daß Staub (Partikel) sowie abgeriebenes Pulver, das durch den Verschleiß des Gasdichtungsrings innerhalb der Stößelvorrichtung erzeugt wird, sogar wenn es in dem Gas, das in die Gasdruckstößelvorrichtung geliefert wird, enthalten ist, in den Hochdruckgasprozeßraum übertragen wird, um eine Kontamination hervorzurufen.

Die Druckvorrichtung ist ansonsten als eine Stößelvorrichtung ausgebildet, die einen Gasdruck verwendet, wobei ein Filter zum Entfernen des Staubs in dem wiedergewonnenen Gas in der Wiedergewinnungsleitung von der Stößelvorrichtung oder einem Wiedergewinnungsgefäß vorgesehen ist. Durch Anpassen einer solchen Konstruktion kann das Gas sicher wiedergewonnen und recycelt werden.

Als Druckvorrichtung kann ferner eine Stößelvorrichtung, die hydraulischen Druck verwendet, anstelle der Stößelvorrichtung, die einen Gasdruck verwendet, verwendet werden.

Es folgt eine kurze Beschreibung der Zeichnungen.

Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Heizdruckverarbeitungsgerätes dieser Erfindung während dem Arbeitsprozeß, wobei (A) eine Draufsicht, (B) eine seitliche Schnittansicht und (C) eine vergrößerte Teilansicht eines wesentlichen Teils ist.

Fig. 2 ist eine seitliche Schnittansicht, die das Ausführungsbeispiel dieser Erfindung während dem Öffnen zeigt.

Fig. 3 ist eine Draufsicht, die einen wesentlichen Teil eines anderen Ausführungsbeispiels dieser Erfindung zeigt.

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Gaszuführ- und Wiedergewinnungsleitungen in dem erfindungsgemäßen Heizdruckverarbeitungsgerät.

Fig. 5 ist eine schematische Ansicht, die ein anderes Ausführungsbeispiel der Gaszuführleitung in dem erfindungsgemäßen Heizdruckverarbeitungsgerät zeigt.

Fig. 6 ist eine Konstruktionsansicht des Standes der Technik.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.

In Fig. 1(A), die eine Draufsicht eines Heizdruckverarbeitungsgeräts gemäß dieser Erfindung in einem Arbeitsprozeß zeigt, wo ein Druckgefäß mit einem Hochdruckgas gefüllt ist und ein Hochtemperatur- /Hochdruckverarbeitungsprozeß ausgeführt wird, in Fig. 1(B), die eine seitliche Schnittansicht davon zeigt und in Fig. 1(C), die einen wesentlichen Teil aus Fig. 1(B) vergrößert zeigt, ist ein Druckgefäß 1 zylindrisch und aus Gefäßkomponenten ausgebildet, die in mindestens zwei Teile oder mehr in deren Axialrichtung unterteilt sind (im nachfolgenden wird darauf als ein oberes Bauteil 2 und ein unteres Bauteil 3 Bezug genommen). Geformte Teile 6A, 6B zum Ausbilden eines Prozeßraums 5 für ein plattenförmiges Werkstück 4 wie einen Si-Wafer sind in den geteilten Teilen durch Ausbuchten der oberen und unteren Bauteile 2, 3 in ihrer Axialrichtung ausgebildet.

In dem Prozeßraum 5 ist eine untere Wärmeisolationskonstruktion 7B auf dem Teil 6B des unteren Bauteils 3 plaziert, ein Heizgerät 8, das ein Heizelement ist, ist auf der Konstruktion 7B vorgesehen und eine obere Wärmeisolationskonstruktion 7A ist auf dem Teil 6A des oberen Teils 2 vorgesehen, so daß die Wärmeisolationskonstruktionen 7A, 7B die Dissipation von übermäßiger Wärme verhindern. Die obere Wärmeisolationskonstruktion 7A ist als teilweise invertierte Tasse gebildet und durch das obere Bauteil 2 abgestützt.

Ein Dichtungsring 9 ist in dem geteilten Teil in einer solchen Art und Weise vorgesehen, daß er ersetzbar ist, um den Umfang des Prozeßraums 5 zu umgeben und ferner ist eine Kühlvorrichtung 10 für den Dichtungsring 9 vorgesehen.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, können die oberen und unteren Bauteile 2, 3 von dem geteilten Teil durch Betätigung eines Anhebe- und Absenkbetätigungsglieds 11 vertikal isoliert bzw. getrennt werden. Ein Durchlaß 12 zum Laden eines Werkstücks 4, das verarbeitet werden soll, ist in dem Prozeßraum 5 in diesem getrennten Zustand ausgebildet und der Durchlaß 12 ist am Umfang von einer Vakuumkammer 13 eingeschlossen. Die Vakuumkammer 13 hat eine Trageöffnung 14 für das Werkstück, die Kammer 13 ist durch eine ausdehnbare und zusammenziehbare Faltenbalgumfangswand 15 mit dem unteren Bauteil 3 verbunden, um der axialen Bewegung der oberen und unteren Bauteile 2, 3 zu folgen und das Vakuum zu gewährleisten und eine Belastung in der Umfangsrichtung des Gefäßes und eine Belastung in der Axialrichtung des Gefäßes werden in dem oberen Bauteil 2 und dem unteren Bauteil 3 durch den Druck des Hochdruckgases erzeugt, wenn eine Heizdruckverarbeitung in dem Gefäß 1 ausgeführt wird. Die Umfangsbelastung wird durch die Gestaltung der optimalen radialen Dicke eines jeden Gefäßes bestimmt. Die Belastung (Axialkraft), die in dem oberen Bauteil 2 und dem unteren Bauteil 3 erzeugt wird, wird schließlich von einem Pressenrahmen 19 eines Fensterrahmentyps durch einen Keil bzw. ein bewegbares Druckbauteil 16, eine Druckplatte 17 und eine Gasdruckstößelvorrichtung 18, die eine Gaseinlaßöffnung 18A hat, die die Druckvorrichtung ist, abgestützt. Die axiale Last wirkt tatsächlich in der Richtung zur Trennung beider der Teile des Gefäßes an der Teilungsebene des oberen Bauteils 2 und des unteren Bauteils 3. Diese Last wirkt in der Richtung der Verlängerung des Säulenteils 19A des Pressenrahmens 19 und drückt den Keil 16 und das Bauteil in dem Raum, der durch eine obere Platte und einen unteren Boden in dem Pressenrahmen 19 eingeklemmt ist. Deshalb wird eine Kraft, die dazu neigt, die oberen und unteren Bauteile 2, 3 zu trennen, regelmäßig an der Teilungsebene beider Bauteile 2, 3 erzeugt.

Wenn die oberen und unteren Bauteile beginnen, sich durch diese Kraft an der Teilungsebene zu trennen, so daß der Dichtungsring 9 diese nicht berühren kann, entweicht das Hochdruckgas in dem Hochdruckgasraum und es wird unmöglich, eine gewünschte Hochtemperatur/Hochdruckverarbeitung durchzuführen.

Ein Verfahren zur Verhinderung der Leckage von Hochdruckgas durch die Trennung ist es, einen elastischen Körper als Dichtungsring 9 zu verwenden, der eine hervorragende Nachfolgeeigenschaft auf eine Ausdehnung des Spielraums bei der Trennung beider Bauteile 2, 3 aufweist. Hinsichtlich des elastischen Körpers haben Kunstharze, die Gummireihen enthalten, die höchste elastische Eigenschaft oder die Eigenschaft, sogar einem großen Versatz nachfolgen zu können. Diese haben jedoch einen Nachteil einer unzureichenden Wärmewiderstandsfähigkeit und sogar Silikonharz oder Fluorharz, die eine hervorragende Wärmewiderstandsfähigkeit haben, haben eine Grenze des allgemeinen Gebrauchs bei ungefähr 300°C maximal. In dieser Erfindung wird ein solcher Dichtungsring 9 aus Kunstharz verwendet, der eine relativ hervorragende Wärmewiderstandsfähigkeit hat, und die Kühlvorrichtung 10 zum Einführen von Kühlwasser ist auf einer oder auf beiden des oberen Bauteils 2 und des unteren Bauteils 3 vorgesehen, wodurch der Dichtungsringteil unter der Wärmewiderstandstemperatur des verwendeten Kunstharzes gehalten wird, sogar wenn die Temperatur des Dichtungsrings ansteigt.

Das zweite Verfahren liegt darin, eine Gasdruckstößelvorrichtung 18 zum regelmäßigen dichten Befestigen des oberen Bauteils 2 am unteren Bauteil 3 an der Teilungsebene hinsichtlich der oben erwähnten axialen Last zu verwenden. In die Gasdruckstößelvorrichtung 18 wird prinzipiell ein Gas desselben Drucks wie das Gas, das in den Hochdruckgasprozeßraum 5 gefüllt wird, eingeführt. Um die Gefäßteile regelmäßig dicht an der Teilungsebene aneinander zu passen, ist der Druckaufnahmebereich der Gasdruckstößelvorrichtung 18 so konstruiert, daß er größer als der Bereich ist, der durch den äußeren Durchmesser des Dichtungsringteils des Hochdruckgasprozeßraums 5 geregelt wird.

Gemäß einer solchen Konstruktion wird das Gefäß 1, das aus den oberen und unteren Bauteilen 2, 3 gebildet ist, regelmäßig in dem Zustand gehalten, in dem beide an der Teilungsebene dicht eingepaßt sind, solange der Gasdruck geliefert wird, und es kann durch den synergistischen Effekt mit dem Dichtungseffekt des Kunstharzdichtungsrings 9, der der elastische Körper ist, verhindert werden, daß das Hochdruckgas in dem Hochdruckgasprozeßraum 5 durch die Teilungsebene von beiden Bauteilen herausleckt.

Die Kombination des fensterrahmenförmigen Pressenrahmens (Pressenrahmen) 19 mit diesen Vorrichtungen erlaubt es, ein Gerät zu schaffen, das in der Gesamtheit kompakt und in der Sicherheit hervorragend ist. In dem Pressenrahmen vom Fensterrahmentyp wird nämlich der Abschnittsbereich des Säulenteils geregelt, wodurch die axiale Verlängerung im wesentlichen optional gewählt werden kann und das Belastungsniveau wird geregelt, wodurch eine Konstruktion erfolgen kann, die eine Ermüdungsabschätzung auf eine Widerstandsfähigkeit hinsichtlich der Verwendung im Rahmen von 10 000 000 mal oder mehr umfaßt, sogar hinsichtlich der Verwendung eines hohen Drucks, der 1000 kgf/cm² überschreitet.

Es ist zu empfehlen, den Pressenrahmen 19 in zwei Teile zu teilen, wie in den Fig. 1(A), (B) und in Fig. 2 gezeigt ist, und eine Gaseinführvorrichtung 20 vorzusehen, die eine Zuführ- und eine Auslaßöffnung 20A für das Druckmedium Gas zwischen den zwei Rahmen oder in dem mittigen Axialteil des Hochdruckgefäßes hat. Gemäß einer solchen Anordnung kann die Turbulenz der Temperatur innerhalb des Hochdruckgasprozeßraums, die bei der Hochgeschwindigkeitslieferung des Hochdruckgases in einem Hochtemperatur/Hochdruckgasprozeß in einem kurzen Zyklus von mehreren Minuten/Zyklus erzeugt wird, axial symmetrisch gemacht werden und das Management der Temperaturverteilung auf dem Werkstück wird erleichtert.

Das Einführbauteil 20B der Gaseinführungsvorrichtung 20 ist nämlich auf der axialen Mitte des Gefäßes 1 vorgesehen, die Fensterrahmenpressenrahmen 19 sind auf beiden Seiten vorgesehen, wobei das Einführbauteil 20B dazwischen ist, in einer solchen Art und Weise, daß die Pressenrahmen 19 wechselseitig an beiden Seite heran und davon weg bewegbar sind, wobei das Einführbauteil 20B dazwischen liegt, um mit beiden Endoberflächen des Gefäßes 1 in und außer Eingriff zu gelangen.

In Fig. 1(B) und Fig. 2 wird der Keil 16 bzw. das bewegbare Druckbauteil, der/das eine verschließende Konstruktion bildet, indem er/es nur auf der Operationsseite des Betätigungsgliedes 21 in einem kurzen Abstand gleitet, verwendet und die Teilung (Öffnung) des oberen Bauteils 2 und des unteren Bauteils 3 beim Entladen des Werkstücks in einem allgemeinen Betrieb wird durch Verschieben des Keils 16 durchgeführt, um den Verschlußzustand zu erzeugen und durch Antreiben des Betätigungsglieds 11 zum Anheben und Absenken des unteren Bauteils 3, um das untere Bauteil 3 nach unten zu pressen. Dieser Zustand ist in Fig. 2 gezeigt. In dem Zustand, in dem das Hochdruckgefäß an der Teilungsebene geöffnet ist, wird der Arm einer Trägervorrichtung vom Roboterarmtyp (nicht gezeigt) die mit einer Vakuumkammer verbunden ist, von der linken Seite der Zeichnung eingesetzt, um einen Wafer, der das Werkstück ist, zu liefern. Zu dieser Zeit wird die Gasdruckstößelvorrichtung in einen gasdrucklosen Zustand eingestellt.

Der Pressenrahmen 19 kann in Eingriff und außer Eingriff sein, indem er auf einer Schiene 22 durch ein Rahmengestell 23 plaziert wird und das Öffnen und Schließen (in Eingriff und außer Eingriff) der Rahmen 19 ist vorgesehen, um den Austausch des Dichtungsrings 9 durchzuführen oder den Austausch eines Verschleißbauteils wie eines Heizgerätes in dem Hochdruckgasprozeßraum 5, oder um das obere Hochdruckgefäß nach oben zu entfernen, um eine Arbeit auszuführen, wenn der Wafer in dem Prozeßraum gebrochen ist.

Somit wird das Halteverfahren des Pressenrahmens nicht auf diese Zeichnung begrenzt und die zwei Rahmen können durch ein Gelenk in dem unteren Teil oder dem Seitenteil befestigt werden. In Fig. 3 ist ein Pressenrahmen vom Schwenktyp 19, der mit einem Drehgelenk 24 als Drehpunkt geöffnet und geschlossen wird, gezeigt.

Für den Pressenrahmen 19 kann jegliche Form wie eine Säulenform (in der die obere Platte und der untere Boden durch eine Säule verklebt sind), eine Spiralenform und dergleichen optional angepaßt werden und die Axialkraft kann nicht durch den Pressenrahmen abgestützt werden, wie in dem herkömmlichen Beispiel aus Fig. 6 gezeigt ist, sondern durch die oberen und unteren Bauteile 2, 3, die einen Verschlußstopfen umfassen, der darin eingeschraubt ist.

In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist desweiteren eine Dichtungsringnut 9A auf dem Abschnitt des unteren Bauteils 3 ausgebildet, wie in Fig. 1(C) gezeigt ist, und der Dichtungsring 9 ist in die Nut 9A in einer solchen Art und Weise eingepaßt, daß er austauschbar ist. Diese Dichtungsringnut 9A kann aus einer Vielzahl von inneren und äußeren Ringnuten gebildet sein, und es ist wünschenswert, daß sie auf der Teilungsoberfläche des unteren Bauteils 3 vom Standpunkt der leichten Austauschbarkeit des Dichtungsrings 9, wie vorstehend beschrieben wurde, vorgesehen ist, obwohl sie auf dem oberen Bauteil 2 vorgesehen werden könnte.

Wenn der Dichtungsring 9 auf einer oder beiden von den oberen und unteren Bauteilen 2, 3 in einer solchen Art und Weise vorgesehen ist, daß er austauschbar ist, kann eine Mehrzahl von Durchlässen 10A für Kühlwasser vorgesehen werden, nicht eine einzige, wie in Fig. 1(C) gezeigt ist, um den Dichtungsring 9 zu umgeben.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 ist eine Preßvorrichtung zum Pressen der oberen und unteren Bauteile 2, 3 in ihrer Axialrichtung als Stößelvorrichtung 18 ausgebildet, die Gasdruck verwendet, um die Abdichtung in dem geteilten Teil der beiden zu gewährleisten, und als bevorzugte Ausführungsbeispiele dieser Erfindung sind die Konstruktionen gezeigt, die Absperrventile V1, V2 zum Zulassen des Gasstroms von der Zuführseite zur Wiedergewinnungsseite und zum Absperren der zurückgerichteten Gasströmung auf der Zuführ- und Wiedergewinnungsleitung L1, L2 des Druckmediums Gas zu und von der Stößelvorrichtung 18 haben, und es ist die Konstruktion gezeigt, die Filter F2-F4 zum Entfernen von Staub in dem wiedergewonnenen Gas in der Wiedergewinnungsleitung L2 von der Gasdruckstößelvorrichtung 18 oder in einem Wiedergewinnungsgefäß 25 hat.

Das Leitungssystem wird nämlich so gebildet, daß das Hochdruckgas, das durch den Antrieb eines Gaskompressors 26 geliefert wird, regelmäßig in eine Richtung transportiert wird, wodurch Staub (Partikel) wie abgeschliffenes Pulver, das durch den Verschleiß des Gasdichtungsrings in der Stößelvorrichtung erzeugt wird, daran gehindert werden kann, zu dem Hochdruckgasprozeßraum 5 transportiert zu werden, um eine Kontamination zu verursachen, sogar wenn er in dem Gas enthalten ist, das in die Gasdruckstößelvorrichtung 18 geliefert wird. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, wird das Gas konkret von derselben Lieferquelle zu dem Hochdruckgasprozeßraum 5 und die Gasdruckstößelvorrichtung 18 geliefert, und die Absperrventile V1, V2 sind nur in dem Leitungssystem der Gasdruckstößelvorrichtung 18 vorgesehen, so daß das Gas regelmäßig nur von der Zuführseite zur Auslaßseite strömt. Obwohl die Absperrventile V1, V2 sowohl auf der Einlaßseite, als auch auf der Auslaßseite der Gasdruckstößelvorrichtung vorgesehen werden können, wie in Fig. 4 gezeigt ist, sind sie vorzugsweise auf der Auslaßseite vorgesehen, wenn sie alleine verwendet werden. In diesem Fall sind die Gasversorgungsleitung zu dem Hochdruckgasprozeßraum 5 des Körpers und eine Auslaß(Wiedergewinnungs-)leitung, die eine Vakuumpumpe 27 hat, vorzugsweise unabhängig vorgesehen, so daß das Gas nicht von der Gasdruckstößelvorrichtung zum Körpergefäß zurückströmt.

Gemäß einer solchen Anordnung wird der Zustand erzeugt, in dem der Druck der Gasdruckstößelvorrichtung regelmäßig höher als der Gasdruck im Hochdruckgasprozeßraum ist und die Kraft, die auf die Teilungsebene der beiden Gefäßteile wirkt, kann konsequent kompensiert werden.

Beim Verarbeiten einer großen Menge an Produkten wird das Gas wiedergewonnen und recycelt. In diesem Fall ist es ferner wichtig, Staub wie abgeriebenes Pulver, das in der Gasdruckstößelvorrichtung 18 erzeugt wird, zu entfernen. Deshalb ist die Verwendung eines Filters, der einen geeigneten Öffnungsdurchmesser hat, in Kombination unvermeidlich.

In dieser Erfindung sind die Filter F2, F3 in dem Gasrücklaufkreislauf L2 von der Gasdruckstößelvorrichtung 18 zur Wiedergewinnungspumpe 25 vorgesehen, wie auch in Fig. 4 gezeigt ist, zusätzlich zu dem Filter F1, der in dem Gaslieferkreislauf L1 zum Hochdruckgasprozeßraum 5 des Körpers vorgesehen ist, wodurch das wiedergewonnene Gas recycelt werden kann. Neben dem Rückleitungs- und Wiedergewinnungskreislauf von der Gasdruckstößelvorrichtung, wie in der Zeichnung gezeigt ist, ist der Filter vorzugsweise auch in dem Gaswiedergewinnungskreislauf L3 von dem Hochdruckgasprozeßraum 5 des Körpers vorgesehen, wie durch das Bezugszeichen F4 gezeigt ist. Genauergesagt, wenn die Absperrventile V1, V2 in dem Leitungssystem der Gasdruckstößelvorrichtung 18 vorgesehen sind, wie vorstehend beschrieben wurde, um das Problem des Widerstandes des Filters auf die Gasströmung ähnlich wie des Widerstandes des Absperrventils V2 zu vermeiden, wird es vom Standpunkt der Verhinderung der Beschädigung durch einen Differentialdruck des Filters, vorgezogen, daß die Filtergefäße zum Unterbringen der Filter F2, F3 so groß wie möglich festgelegt werden, wodurch der Gaspassierabschnittsbereich in dem Filterteil zunimmt, um die Strömungsgeschwindigkeit des Gases zu unterdrücken. Als gleiche Überlegung wie die Vergrößerung des Filtergefäßes ist es ferner zu empfehlen, den Filter F3 in das Gaswiedergewinnungsgefäß 25 zu installieren, wie in Fig. 5 gezeigt ist, um einen Filter mit eine großen Fläche zu verwenden, der in der Lage ist, feine Partikel in dem Zustand mit einer minimalen Strömungsgeschwindigkeit abzufangen.

In den Fig. 4 und 5 ist mit 28 eine Kammervakuumpumpe bezeichnet, mit 29 bis 31 sind Druckmesser bezeichnet, mit 32 ist ein Öffnungs- und Schließventil bezeichnet und mit 33 ist eine Gasversorgungsflasche bezeichnet.

Die Gaswiedergewinnungsvorrichtungen vom Differentialdruckwiedergewinnungstyp sind in den Fig. 4 und 5 gezeigt, aber es können natürlich auch welche vom erzwungenen Wiedergewinnungstyp verwendet werden.

Ferner kann eine hydraulische Stößelvorrichtung anstelle der Gasdruckstößelvorrichtung 18 in Fig. 2 angepaßt werden. In diesem Fall entspricht die Gaseinlaßöffnung 18A einer hydraulischen Einlaßöffnung. An die hydraulische Stößelvorrichtung wird ein Öldruck geliefert, der ausreichend ist, um eine Kraft zu erzeugen, die größer ist, als die axiale Belastung, die durch den Gasdruck erzeugt wird, der in den Prozeßkammerraum gefüllt ist. Die Größenordnung des hydraulischen Drucks und der Abschnittsfläche der hydraulischen Stößelvorrichtung werden so bestimmt, daß die obige Bedingung erfüllt wird. Die Verwendung eines hydraulischen Drucks erfordert ein separates hydraulisches System, im Vergleich zu der Stößelvorrichtung, die das Druckmedium Gas verwendet, aber die Absperrventile und Filter sind für das System mit dem Druckmedium Gas nicht erforderlich.

Wie oben beschrieben wurde, können die Probleme, die das Heizdruckverarbeitungsgerät der herkömmlichen Technik, die in Bezugnahme auf Fig. 6 ausgeführt wurde, besaß, gelöst werden und es kann ein Gerät geschaffen werden, das für eine tatsächliche industrielle Fertigung auf dem Niveau, das 1 000 000mal in einem kurzen Zyklus von einigen Minuten übersteigt, geschaffen werden. In Abhängigkeit von der Frischebearbeitung der Si-Wafer wird eine Verbreitung des Prozesses, der einen hohen Druck verwendet, einschließlich dem Druckausnehmungs-Füll­ prozeß, erwartet und diese Erfindung wird viel für solch eine industrielle Verwendung bringen.

Diese Erfindung sieht ein Heizdruckverarbeitungsgerät vor, in dem eine Gasabdichtungseigenschaft und Sicherheit gewährleistet werden kann, und eine ökonomische Eigenschaft beim Heizdruckverarbeiten von Werkstücken wie Si-Wafern Blatt für Blatt verbessert werden kann. Dieses Gerät weist ein Verarbeitungsgefäß 1 auf, das aus Gefäßkomponenten 2, 3 gebildet wird, die mindestens in zwei Teile oder mehr in ihrer Axialrichtung geteilt sind und einen Dichtungsring 9 haben, der in den geteilten Teilen der Gefäßkomponenten 2, 3 in einer solchen Art und Weise vorgesehen ist, daß er austauschbar ist, wobei die Gefäßkomponenten 2, 3 geformte Teile haben, die einen Prozeßraum 5 für ein Werkstück 4 bilden, wenn die geteilten Teile durch den Dichtungsring 9 abgedichtet werden, wobei die Gefäßkomponenten 2, 3 ferner eine Kühlvorrichtung 10 für den Dichtungsring 9 haben, eine Preßvorrichtung 18 zum Pressen der Gefäßkomponenten 2, 3 in der Axialrichtung des Gefäßes, um die Abdichtung der geteilten Teile zu gewährleisten; und eine Gaseinführvorrichtung 20 zum Einführen eines Druckgases in den Prozeßraum 5, um das Werkstück zu verarbeiten.

Claims (17)

1. Ein Gerät zum Erhitzen und Verarbeiten eines Werkstücks unter den Bedingungen einer Hochdruckgasatmosphäre, das die folgenden Bauteile aufweist:
ein Hochdruckgefäß (1), das aus einer Mehrzahl von Gefäßkomponenten (2, 3) gebildet wird, wobei die Gefäßkomponenten gegenseitig verschlossen werden, um einen geschlossenen Prozeßraum (5) zu bilden;
ein Betätigungsglied (11) zum Bewegen der Gefäßkomponenten des Hochdruckgefäßes in dessen Axialrichtung;
ein Heizgerät (8), das in dem Hochdruckgefäß vorgesehen ist;
eine Gaseinführvorrichtung (20) zum Einführen eines Druckgases in den geschlossenen Prozeßraum;
eine Abdichtungsvorrichtung (9), die an den Kontaktteilen der Gefäßkomponenten befestigt ist; und
eine Preßvorrichtung (18) zum Pressen der Gefäßkomponenten in der Axialrichtung des Hochdruckgefäßes.

2. Ein Gerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es desweiteren einen Rahmen (19) aufweist, zum Abstützen der Belastung, die beim Hochdruckverarbeiten des Werkstücks (4) im Hochdruckgefäß (1) in der Axialrichtung des Hochdruckgefäßes drückt, und ein zurückziehbares Druckbauteil (16) zum Übertragen der Belastung, die in der Axialrichtung des Hochdruckgefäßes auf den Rahmen wirkt.

3. Ein Gerät gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen eine Fensterrahmengestalt hat.

4. Ein Gerät gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einführbauteil (20B) für die Gaseinführvorrichtung (20) in der axialen Mitte des Hochdruckgefäßes (1) vorgesehen ist und die Rahmen (19) an beiden Seiten vorgesehen sind, wobei das Einführbauteil (20B) dazwischen liegt.

5. Ein Gerät gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmen (19) gegenseitig nahe heran und weg von beiden Seiten bewegbar sind, wobei das Einführbauteil dazwischenliegt.

6. Ein Gerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsvorrichtung (9) aus einer elastischen Dichtungsmasse gebildet wird.

7. Ein Gerät gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Vorrichtung zum Kühlen (10) der Dichtungsvorrichtung (9) hat.

8. Ein Gerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßvorrichtung aus einer Stößelvorrichtung (18) ausgebildet ist, die den Druck eines Druckmediums Gas verwendet und der Druckaufnahmebereich der Stößelvorrichtung größer festgesetzt ist, als der Druckaufnahmebereich des Verarbeitungsbereichs.

9. Ein Gerät gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Absperrventile (V1, V2) zum Zulassen der Gasströmung von der Zuführseite zur Wiedergewinnungsseite und zum Verhindern des rückgerichteten Gasstroms in den Zuführ- und Wiedergewinnungsleitungen des Druckmediums Gas zu und von der Stößelvorrichtung (18) vorgesehen sind.

10. Ein Gerät gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter (F1-F4) zur Entfernung von Staub in dem wiedergewonnenen Gas in der Wiedergewinnungsleitung des Druckmediums Gas von der Stößelvorrichtung (18) oder von einem Wiedergewinnungsgefäß (25) davon vorgesehen ist.

11. Ein Gerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßvorrichtung (18) aus einer hydraulischen Stößelvorrichtung gebildet wird.

12. Ein Gerät gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsvorrichtung (9) aus einem elastischen Dichtungsmittel gebildet wird.

13. Ein Gerät gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Vorrichtung zum Kühlen (10) der Dichtungsvorrichtung (9) hat.

14. Ein Gerät gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßvorrichtung aus einer Stößelvorrichtung (18) gebildet wird, die den Druck eines Druckmediums Gas verwendet, und der Druckaufnahmebereich der Stößelvorrichtung größer festgesetzt ist, als der Druckaufnahmebereich des Prozeßraums (5).

15. Ein Gerät gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrventile (V1, V2) zum Zulassen der Gasströmung von der Zuführseite zur Wiedergewinnungsseite und zum Verhindern des rückgerichteten Gasstromes in den Zuführ- und Wiedergewinnungsleitungen des Druckmediums Gas zu und von der Stößelvorrichtung (18) vorgesehen sind.

16. Ein Gerät gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter (F1-F4) zur Entfernung von Staub in dem wiedergewonnenen Gas in der Wiedergewinnungsleitung des Druckmediums Gas von der Stößelvorrichtung (18) oder einem Wiedergewinnungsgefäß (25) davon vorgesehen ist.

17. Ein Gerät gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßvorrichtung aus einer hydraulischen Stößelvorrichtung gebildet wird.