JP2005033086A - 高圧熱処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 常時高圧に維持された高圧熱処理室で被処理体の熱処理中にロードロック室で昇降圧操作及び被処理体の出し入れ操作を行うことができると共に、大口径の被処理体を高圧化で迅速に熱処理することができ、スループットの向上が図れる高圧熱処理装置を提供する。
【解決手段】 一枚の被処理体ｗを収容して高圧雰囲気下で所定の熱処理を施す高圧処理室１０と、該高圧処理室１０に遮蔽扉２０を介して連結され、高圧処理室１０内の圧力と略同一の圧力に維持された搬送室３０と、該搬送室３０に一端が第１のゲートバルブ４０を介して連結されると共に他端が第２のゲートバルブ５０を介して大気側に開口され、被処理体ｗを出し入れするための昇降圧可能なロードロック室６０とを備え、前記搬送室３０内にはロードロック室６０と高圧処理室１０との間で被処理体ｗを搬送する搬送機構３５が設けられている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、被処理体を一枚ずつ高圧雰囲気下で熱処理するための高圧熱処理装置に関する。
従来のこの種の装置としては、例えば特開平３−６９１２０号公報に記載されているバッチ式の高圧酸化炉（前者）や特開平５−７４７５７号公報に記載されている枚葉式の高圧酸化炉（後者）が知られている。前者の高圧酸化炉は、一端側より酸素及び水素ガスを供給される炉心管を抱合し、この炉心管の外周囲を囲みウエハを加熱するヒータを内蔵すると共に窒素ガスで高圧状態にされた高圧容器と、この高圧容器の他端に第１の遮蔽扉を介して取付けられていると共に前記高圧容器の圧力に維持するようにガス導入口を持つ予備室と、この予備室内に位置されると共に複数枚のウエハを搭載したボートを炉心管内に取入れたり、取出したりするボートローダと、前記予備室の他端に第２の遮蔽扉を介して接続されると共にウエハを大気より取入れ取出す室（ウエハ装填室、昇圧室及び減圧室）とを備えて構成されている。
一方、後者の高圧酸化炉は、加圧タンク内に設けられた炉心管と、この炉心管内に設けられウエハを水平に保持するウエハホルダと、前記炉心管の周囲に設けられた赤外線ランプとを備えて構成されている。炉心管と加圧タンクはそれぞれの一端が大気側に開口され、それぞれが炉心管キャップと加圧タンクキャップで閉塞されるようになっている。前記いずれの高圧酸化炉も、高圧雰囲気中でウエハに熱酸化処理を施してウエハ面に酸化膜を形成するすため、通常の熱酸化装置に比べて酸化温度を低く、しかも、短時間で酸化膜を形成することが可能である。
特開平３−６９１２０号公報
特開平５−７４７５７号公報
しかしながら、前者の高圧酸化炉においては、複数枚のウエハをボートに搭載して熱処理する構造上、大口径例えば直径３００ｍｍのウエハを熱処理することは難しい。特に、予備室にウエハ装填室、昇圧室及び減圧室を接続する構造であるため、構造の煩雑化及び装置の大型化を招く問題がある。
後者の高圧酸化炉においては、枚葉式であるため、大口径のウエハの熱処理に適するが、ロードロック室を備えていないため、ウエハの搬入搬出の度に炉心管及び加圧タンク内の昇降圧操作及び炉心管キャップと加圧タンクキャップの開け閉めを行わなければならず、これらの操作に多くの時間がかかり、スループットが低い。また、昇温時間を短縮するために赤外線ランプが用いられているが、加圧タンク内に赤外線ランプが設けられているため、赤外線ランプが高圧力下で破損する恐れがある。
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、常時高圧に維持された高圧処理室で被処理体の熱処理中にロードロック室で昇降圧操作及び被処理体の出し入れ操作を行うことができると共に、大口径の被処理体を高圧下で迅速に熱処理することができ、スループットの向上が図れる高圧熱処理装置を提供することを目的とする。
本発明のうち、請求項１の発明は、一枚の被処理体を収容して高圧雰囲気下で所定の熱処理を施す高圧処理室と、該高圧処理室に遮蔽扉を介して連結され、高圧処理室内の圧力と略同一の圧力に維持された搬送室と、該搬送室に一端が第１のゲートバルブを介して連結されると共に他端が第２のゲートバルブを介して大気側に開口され、被処理体を出し入れするための昇降圧可能なロードロック室とを備え、前記搬送室内にはロードロック室と高圧処理室との間で被処理体を搬送する搬送機構が設けられていることを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の高圧熱処理装置において、前記遮蔽扉が高圧処理室内から搬送室内への熱放射を遮蔽する遮熱扉であることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の高圧熱処理装置において、前記第１のゲートバルブがロードロック室側に配置した弁座に弁体を着座させて閉弁する構造であることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の高圧熱処理装置において、前記第２のゲートバルブが大気側に配置した弁座に弁体を着座させて閉弁する構造であることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の高圧熱処理装置において、前記ロードロック室が前記搬送室に２つ連結され、その１つが熱処理後の被処理体を冷却する冷却機構を備えた冷却室とされていることを特徴とする。
本発明の高圧熱処理装置によれば、一枚の被処理体を収容して高圧雰囲気下で所定の熱処理を施す高圧処理室と、該高圧処理室に遮蔽扉を介して連結され、高圧処理室内の圧力と略同一の圧力に維持された搬送室と、該搬送室に一端が第１のゲートバルブを介して連結されると共に他端が第２のゲートバルブを介して大気側に開口され、被処理体を出し入れするための昇降圧可能なロードロック室とを備え、前記搬送室内にはロードロック室と高圧処理室との間で被処理体を搬送する搬送機構が設けられているため、常時高圧に維持された高圧処理室で被処理体の熱処理中にロードロック室で昇降圧操作及び被処理体の出し入れ操作を行うことができると共に、大口径の被処理体を高圧下で迅速に熱処理することができ、スループットの向上が図れる。
高圧処理室と搬送室とは略同じ圧力に維持されているため、高圧処理室と搬送室を仕切る遮蔽扉としては、気密性の高いゲートバルブである必要はなく、熱遮蔽扉で足りる。熱遮蔽扉とすることにより、構造の簡素化及び装置コストの低減が図れると共に高圧処理室内から搬送室内への放射熱による熱影響を防止することができる。
第１のゲートバルブが、ロードロック室側に配置した弁座に弁体を着座させて閉弁する構造とされていることにより、搬送室側とロードロック室側の圧力差を利用して閉弁時の気密状態を容易に維持することができる。
第２のゲートバルブが、大気側に配置した弁座に弁体を着座させて閉弁する構造とされていることにより、ロードロック室側と大気側の圧力差を利用して閉弁時の気密状態を容易に維持することができる。
ロードロック室が前記搬送室に２つ連結され、その１つが熱処理後の被処理体を冷却する冷却機構を備えた冷却室とされていることにより、未処理の被処理体の搬送操作と処理済の被処理体の搬送操作とを並列的または同時的に行って、スループットの向上が図れると共に、特別な占有スペースを必要とする専用のクーリングチャンバを必要とすることなく処理済みの高温の被処理体を搬送過程で冷却することができ、構造の簡素化及び装置コストの低減が図れる。
以下に、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を基に詳述する。図１は本発明の実施の形態である高圧熱処理装置を概略的に示す平面図、図２は図１の要部拡大縦断面図である。
これらの図において、１は被処理体例えば半導体ウエハｗに高圧雰囲気下で所定の熱処理を施す高圧熱処理装置である。この高圧熱処理装置１は、一枚のウエハｗを水平に収容して高圧雰囲気下で所定の熱処理例えば熱酸化処理を施す高圧処理室１０と、この高圧処理室１０に遮蔽扉２０を介して連結され、高圧処理室１０内の圧力と略同一の圧力または同一圧力に維持された搬送室３０と、この搬送室３０に一端が第１のゲートバルブ４０を介して連結されると共に他端が第２のゲートバルブ５０を介して大気側に開口され、ウエハｗを出し入れするための昇降圧可能なロードロック室６０とを備えている。前記搬送室３０内にはロードロック室６０と高圧処理室１０との間でウエハを搬送する搬送機構３５が設けられている。
前記高圧処理室１０は、大口径例えば直径３００ｍｍのウエハを収容可能な石英製の扁平箱型の反応管１１と、この反応管１１外の上部と下部に配置され、ウエハｗを上下両面から所定の温度例えば８００〜１１００℃程度に加熱するヒータ１２と、このヒータ１２を含む反応管１１を収容し、反応管１１が内外の圧力差で破損しないように内部空間を反応管１１内の圧力とほぼ同じまたは同一の高圧に維持する圧力容器１３とから主に構成されている。反応管１１内にはウエハｗを載置するための複数例えば３本の支持ピン１４が設けられている。
反応管１１の一端部にはウエハｗを出し入れする開口部１１ａが設けられ、反応管１１の他端部にはガスボンベから圧力調整手段（レギュレータ）を介して圧力調整された不活性ガス例えば窒素Ｎ２ガスを反応管内に供給して反応管内を所定の高圧例えば２〜１０Kg／cm２程度に維持すると共に処理ガス例えば酸素Ｏ２ガスや水蒸気Ｈ２Ｏを所定の流量で供給するガス供給管１５が接続されていると共に、処理ガスを排気するための排気管１６が接続されている。
前記ヒータ１２は、反応管１１を収容可能な金属製のケース１２ａを有し、このケース１２ａ内の上部と下部に抵抗発熱体からなる面状の加熱部１７ａ，１７ｂが設けられている。加熱部１７ａ，１７ｂと反応管１１の間には均熱材１８が配置されていることが好ましい。前記圧力容器１３は金属製であり、前記反応管１１の開口部１１ａと対応する開口部１３ａが設けられていると共に、内部を所定の高圧に維持するためにガスボンベからレギュレータを介して圧力調整された不活性ガス例えば窒素Ｎ２ガスを導入する図示しないガス導入管が接続されている。反応管１１と圧力容器１３とは、同一圧力にするために、開閉弁を有する連通管により連通可能とされていてもよい。
搬送室３０の一端には前記高圧処理室１０が遮蔽扉２０を介して連結され、搬送室３０の他端には未処理のウエハの搬送操作と処理済のウエハの搬送操作とを並列的または同時的に行って、スループットの向上を図るために複数例えば２つのロードロック室６０，６０がそれぞれ第１のゲートバルブ４０，４０を介して連結されていることが好ましい。前記搬送室３０の一端には遮蔽扉２０を介して前記高圧処理室１０の圧力容器１３の開口部１３ａと連通する開口部３１が設けられ、搬送室３０の他端には２つのロードロック室６０，６０のそれぞれの一端の開口部６１と第１のゲートバルブ４０，４０を介して連通する２つの開口部３２，３２が設けられている。各ロードロック室６０の他端は第２のゲートバルブ５０を介して大気側と連通する開口部６２が設けられている。
搬送室３０にはガスボンベからレギュレータを介して圧力調整された不活性ガス例えば窒素Ｎ２ガスを搬送室内に供給して搬送室内を高圧処理室内と略同じ圧力に維持するガス供給管が接続されている（図示省略）。搬送室３０内に設けられた搬送機構３５は、ウエハｗを水平に保持する平面Ｕ字状の保持部３６を有し、水平旋回、水平方向への伸縮及び上下方向の移動が可能なアーム機構からなっている。
高圧処理室１０と搬送室３０とは略同じ圧力に維持されているため、高圧処理室１０と搬送室３０を仕切る遮蔽扉２０としては、気密性の高いゲートバルブである必要はなく、高圧処理室１０内から搬送室３０内への高温の放射熱（輻射熱）を遮断する熱遮蔽扉が好ましい。ゲートバルブは弁体と弁座の間に気密材例えばＯリングを備えているのに対し、熱遮蔽扉はＯリングを備えていないので、構造の簡素化及び装置コストの低減が図れる。図示例の遮蔽扉（熱遮蔽扉）２０は、搬送室側の弁座２１に弁体（扉体）２２を着座させて閉鎖（閉弁）し、弁体２２を高圧処理室１０側に移動させ更に下方に退避させて開弁するようになっているが、高圧処理室１０側の弁座に弁体を着座させて閉鎖し、弁体２２を搬送室３０側に移動させ更に下方に退避させて開弁するようになっていてもよい。高圧処理室１０である反応管１１または圧力容器１３と搬送室３０とは、同一圧力にするために、開閉弁を有する連通管により連通可能とされていてもよい。
一方、ロードロック室６０にはガスボンベからレギュレータを介して圧力調整された不活性ガス例えば窒素Ｎ２ガスをロードロック室内に供給してロードロック室内を搬送室内と略同じ圧力に昇圧するガス供給管と、ロードロック室内の不活性ガスを排気してロードロック室内の圧力を大気圧に降圧する排気管が接続されている（図示省略）。ロードロック室６０は、大気側に連通開放されるときには大気側と略同じ圧力（大気圧）に降圧され、搬送室側に連通開放されるときには搬送室側と略同じ圧力（高圧）に昇圧され、搬送室とロードロック室との間、ロードロック室と大気側との間には圧力差が生じるので、気密性を確保するためのＯリングを有する第１のゲートバルブ４０及び第２のゲートバルブ５０が用いられている。
この場合、前記圧力差を利用して閉弁時の気密状態を容易に維持するために、第１のゲートバルブ４０は、ロードロック室６０側に配置した弁座４１に弁体４２をＯリング４３を介して着座させて閉弁する構造とされており、第２のゲートバルブ５０は、大気側に配置した弁座５１に弁体５２をＯリング５３を介して着座させて閉弁する構造とされている。更に詳しく説明すると、第１のゲートバルブ４０は弁体４１を搬送室３０側に移動させ更に下方に退避させて開弁し、第２のゲートバルブ５０は弁体５１をロードロック室６０側に移動させ更に下方に退避させて開弁するようになっている。搬送室３０とロードロック室６０とは、同一圧力にするために、開閉弁を有する連通管により連通可能とされていてもよい。
ロードロック室６０内には、ウエハｗを水平に支持する複数例えば３本の支持ピン６３が設けられている。特別な占有スペースを必要とする専用のクーリングチャンバを必要とすることなく処理済みの高温のウエハを搬送過程で冷却し、構造の簡素化及び装置コストの低減を図るために、２つのロードロック室６０，６０のうちの１つは、熱処理後のウエハを冷却する水冷式または空冷式の冷却機構を備えた冷却室６５とされていることが好ましい。
前記高圧熱処理装置１の大気側には複数例えば２５枚程度のウエハを上下方向に所定間隔で収容した運搬容器であるカセット（キャリアともいう）７０を載置するカセット載置台７５が図示例では並列に２つ設置され、これらカセット設置台７５と前記ロードロック室６０との間にはカセット７０とロードロック室６０との間でウエハｗを一枚ずつ搬送する大気側搬送機構８０が設けられている。前記カセット７０は、搬送ロボットまたは作業員により前記カセット載置台７５上に搬送載置され、また、カセット載置台７５上から搬出されるようになっている。
カセット７０としては、カセット本体におけるウエハ取出口に蓋を着脱可能に取付けた蓋付きカセットであっても良い。前記大気側搬送機構８０は、カセット載置台７５の並列方向に沿って水平移動可能で、且つ水平旋回、水平方向への伸縮及び上下方向の移動が可能な搬送アーム８１を備えている。
以上の構成からなる高圧熱処理装置１においては、初期状態として、高圧処理室１０、搬送室３０及び冷却室６５が所定の圧力に昇圧されており、冷却室６５でない方のロードロック室６０の圧力が大気圧に降圧されている。このロードロック室６０の第２のゲートバルブ５０を開き、大気側搬送機構８０によりカセット載置台７５上のカセット７０から未処理ウエハｗを取り出して、前記ロードロック室６０に搬入する。
次いで、このロードロック室６０の第２のゲートバルブ５０を閉じてロードロック室６０内を所定の圧力に昇圧させたなら、第１のゲートバルブ４０と遮蔽扉２０を開き、搬送室３０内の搬送機構３５によりロードロック室６０から高圧処理室１０の反応管１１内に未処理ウエハｗを搬送し、第１のゲートバルブ４０と遮蔽扉２０を閉じ、未処理ウエハｗに所定の熱処理例えば熱酸化処理を施す。所定の熱処理時間経過後に、遮蔽扉２０と冷却室６５の第１のゲートバルブ４０を開き、反応管１１から冷却室６５に高温の処理済ウエハｗを搬送し、遮蔽扉２０と冷却室６５の第１のゲートバルブ４０を閉じ、冷却室６５を大気圧に降圧して該冷却室６５で処理済ウエハｗの冷却を行う。
この冷却中に、次の未処理ウエハｗを前述と同様にカセット７０から取り出し、ロードロック室６０、搬送室３０を経由して反応管１１内に搬入し、所定の熱処理を行う。一方、この熱処理中に、前記冷却室６５での冷却が終了すると、冷却室６５の第２のゲートバルブ５０を開き、大気側搬送機構８０により冷却室６５内から処理済ウエハｗを取り出してカセット載置台７５上のカセット７０内に挿し込む。このようにしてウエハを一枚ずつ順次連続的に高圧雰囲気下で熱酸化処理することができる。
前記高圧熱処理装置１によれば、一枚のウエハｗを収容して高圧雰囲気下で所定の熱処理を施す高圧処理室１０と、該高圧処理室１０に遮蔽扉２０を介して連結され、高圧処理室１０内の圧力と略同一または同一の圧力に維持された搬送室３０と、該搬送室３０に一端が第１のゲートバルブ４０を介して連結されると共に他端が第２のゲートバルブ５０を介して大気側に開口され、ウエハｗを出し入れするための昇降圧可能なロードロック室６０とを備え、前記搬送室３０内にはロードロック室６０と高圧処理室１０との間でウエハｗを高圧雰囲気中で搬送する搬送機構３５が設けられているため、常時高圧に維持された高圧処理室１０でウエハｗの熱処理中にロードロック室６０で昇降圧操作及びウエハの出し入れ操作を行うことができると共に、大口径のウエハを高圧下で迅速に熱処理することができ、スループットの向上が図れる。
高圧処理室１０と搬送室３０とは略同じ圧力または同一圧力に維持されているため、高圧処理室１０と搬送室３０を仕切る遮蔽扉２０としては、気密性の高いゲートバルブである必要はなく、熱遮蔽扉で足りる。熱遮蔽扉とすることにより、構造の簡素化及び装置コストの低減が図れると共に高圧処理室１０内から搬送室３０内への放射熱による熱影響を防止することができる。第１のゲートバルブ４０が、ロードロック室６０側に配置した弁座４１に弁体４２を着座させて閉弁する構造とされていることにより、搬送室３０側とロードロック室６０側の圧力差を利用して閉弁時の気密状態を容易に維持することができる。
また、第２のゲートバルブ５０が、大気側に配置した弁座５１に弁体５２を着座させて閉弁する構造とされていることにより、ロードロック室６０側と大気側の圧力差を利用して閉弁時の気密状態を容易に維持することができる。更に、ロードロック室６０が前記搬送室３０に２つ連結され、その１つが熱処理後のウエハｗを冷却する冷却機構を備えた冷却室６５とされていることにより、未処理のウエハｗの搬送操作と処理済のウエハｗの搬送操作とを並列的または同時的に行って、スループットの向上が図れると共に、特別な占有スペースを必要とする専用のクーリングチャンバを必要とすることなく処理済みの高温のウエハｗを搬送過程で冷却することができ、構造の簡素化及び装置コストの低減が図れる。
以上、本発明の実施の形態ないし実施例を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態ないし実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更等が可能である。例えば、本発明は、高圧下での熱酸化処理以外に、高圧下での熱ＣＶＤ処理や熱拡散処理等にも適用可能である。また、被処理体としては、半導体ウエハ以外に、ＬＣＤ基板、ガラス基板等も適用可能である。
本発明の実施の形態である高圧熱処理装置を概略的に示す平面図である。 図１の要部拡大縦断面図である。
符号の説明
１ 高圧熱処理装置
１０ 高圧処理室
２０ 遮蔽扉
３０ 搬送室
３５ 搬送機構
４０ 第１のゲートバルブ
５０ 第２のゲートバルブ
６０ ロードロック室
６５ 冷却室

Claims (5)

  1. 一枚の被処理体を収容して高圧雰囲気下で所定の熱処理を施す高圧処理室と、該高圧処理室に遮蔽扉を介して連結され、高圧処理室内の圧力と略同一の圧力に維持された搬送室と、該搬送室に一端が第１のゲートバルブを介して連結されると共に他端が第２のゲートバルブを介して大気側に開口され、被処理体を出し入れするための昇降圧可能なロードロック室とを備え、前記搬送室内にはロードロック室と高圧処理室との間で被処理体を搬送する搬送機構が設けられていることを特徴とする高圧熱処理装置。
  2. 前記遮蔽扉は、高圧処理室内から搬送室内への熱放射を遮蔽する遮熱扉であることを特徴とする請求項１に記載の高圧熱処理装置。
  3. 前記第１のゲートバルブは、ロードロック室側に配置した弁座に弁体を着座させて閉弁する構造であることを特徴とする請求項１または２に記載の高圧熱処理装置。
  4. 前記第２のゲートバルブは、大気側に配置した弁座に弁体を着座させて閉弁する構造であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高圧熱処理装置。
  5. 前記ロードロック室は、前記搬送室に２つ連結され、その１つが熱処理後の被処理体を冷却する冷却機構を備えた冷却室とされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高圧熱処理装置。
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