JP2005354102A

JP2005354102A - 熱処理装置

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Publication number: JP2005354102A
Application number: JP2005222905A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Hosokawa; 章宏細川; Kozo Terajima; 幸三寺嶋
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-08-01
Filing date: 2005-08-01
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2019-07-08
Also published as: JP4440182B2

Abstract

【課題】基板を駆動させる機構部の腐食を防止することができる熱処理装置を提供する。
【解決手段】処理空間３０に処理ガスが供給されるのと同時に、機構部６１が配置された機構部空間６０に不活性ガスが供給される。排気口８０は、処理空間３０と機構部空間６０との連通部分９０から排気を行うように設けられている。従って、処理空間３０に供給された処理ガスは連通部分９０を通過して排気口８０から排気される。一方、機構部空間６０に供給された不活性ガスは連通部分９０を通過して排気口８０から排気される。すなわち、処理空間３０からの処理ガスと機構部空間６０からの不活性ガスとが連通部分９０にて合流し、排気口８０から排気される。その結果、腐食性の処理ガスが機構部空間６０に流入することがなくなり、機構部６１の腐食を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等（以下、「基板」と称する）に対し熱処理を行う熱処理装置に関する。

従来より、基板の製造工程においては、種々の熱処理が行われている。基板に対して熱処理を行う熱処理装置としては、例えば、光照射によって基板の加熱を行う光照射型の熱処理装置（いわゆるランプアニール）が用いられている。

図６は、従来の熱処理装置を示す側面図である。この熱処理装置は、光照射型熱処理装置である。図６の装置においては、チャンバ１０１とカバー１１０とによって半密閉の空間である処理室１３０が形成されている。カバー１１０の上方には光の照射源たるランプ１１５が複数設けられている。カバー１１０は、透明の石英板を用いて構成されており、ランプ１１５からの光を処理室１３０内へ透過させることができる。

処理室１３０内においては、熱処理の対象である基板Ｗが均熱リング１４０に載置され、略水平姿勢にて保持されている。均熱リング１４０は、サセプタ１４５によって支持されている。そして、サセプタ１４５は、回転機構部１４６によって回転可能とされている。すなわち、回転機構部１４６がサセプタ１４５を回転させるのに伴って、基板Ｗも処理室１３０内にて回転することとなるのである。

また、処理室１３０内には、ガス導入部１２０が設けられている。ガス導入部１２０からはアンモニアガス、塩化水素ガスの如き活性なガスを基板の処理に使用する処理ガスとして処理室１３０内に供給することができる。さらに、処理室１３０よりも下方であって、回転機構部１４６よりも上方には排気口１５０が形成されている。排気口１５０は装置外部に設けられている排気手段に接続されている。

この熱処理装置において基板Ｗの熱処理を行う際には、熱処理工程に応じてガス導入部１２０から処理室１３０内に種々のガスが処理ガスとして供給される。供給されたガスは処理室１３０内に広がり、やがて隙間１５５を通って機構部空間１５６に流入する。機構部空間１５６に流入したガスは排気口１５０から装置外部に排気される。

しかしながら、ガス導入部１２０から処理室１３０内に処理ガスとして供給されるアンモニアガス（ＮＨ₃）、塩化水素ガス（ＨＣｌ）、水蒸気（Ｈ₂Ｏ）、一酸化二窒素ガス（Ｎ₂Ｏ）等は機械構造部分を腐食させる性質を有する腐食性のガスである。図６に示す従来の熱処理装置においては、これらのガスが機構部空間１５６に流入することとなるため、回転機構部１４６が腐食するおそれが生じていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板を駆動させる機構部の腐食を防止することができる熱処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に熱処理を行う熱処理装置において、前記熱処理を行うための処理空間と、前記処理空間において基板を保持する保持手段と、前記保持手段を駆動させるのに使用される機構部と、前記処理空間と連通され、前記機構部が配置される機構部空間と、前記処理空間に処理ガスを供給するための処理ガス供給手段と、前記処理空間と前記機構部空間との連通部分から排気する排気口と、を備え、前記連通部分の流体抵抗を、前記処理空間および前記機構部空間の流体抵抗よりも大きくしている。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明にかかる熱処理装置において、前記機構部空間に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給手段をさらに備えている。

請求項１の発明によれば、流体抵抗の大きい連通部分から排気しているため、処理空間からの処理ガスが排気口を回避して機構部空間に流入することが防止され、機構部の腐食を防止することができる。

また、請求項２の発明によれば、処理空間からの処理ガスと機構部空間からの不活性ガスとが連通部分にて合流した後、排気口から排気されることとなり、その結果、処理ガスが機構部空間に流入することがなくなり、機構部の腐食を防止することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る熱処理装置を示す側面図である。この熱処理装置は、光照射によって基板の加熱処理を行う光照射型熱処理装置である。なお、図１は、基板に対して熱処理を行っている状態の装置を示している。

図１の装置においては、上部チャンバ１１、パンチング板３５および基板Ｗによって囲まれた半密閉の空間である処理空間３０が形成されている。基板Ｗの熱処理は、この処理空間３０において行われる。パンチング板３５の上方には、透明の石英板を用いて構成されるカバー１０が設けられ、さらにその上方には光の照射源たるランプ１５が複数設けられている。パンチング板３５も透明の石英板を用いて構成されており、ランプ１５から射出された光はカバー１０およびパンチング板３５を透過して処理空間３０内の基板Ｗに照射される。また、パンチング板３５は複数の孔３７を有している。

熱処理の対象である基板Ｗは均熱リング４０に載置され、所定の高さ位置に略水平姿勢にて保持されている。均熱リング４０は、熱処理中の基板Ｗの端縁部の温度を補償して、基板Ｗの温度の面内均一性を維持するための部材である。そして、均熱リング４０は、サセプタ４５によって支持されている。

サセプタ４５は、駆動部７０および機構部６１によって、鉛直方向を軸として回転可能とされている。駆動部７０は、ハウジング１７の内部であって下部チャンバ１２の下方に設けられており、モータ７１と内ば歯車７３とを備えている。モータ７１の回転軸にはピニオン７２が固設されており、ピニオン７２は内ば歯車７３と歯合している。従って、モータ７１の回転はピニオン７２を介して内ば歯車７３に伝達され、内ば歯車７３を回転させる。

機構部６１は、下部チャンバ１２によって規定されるリング状の機構部空間６０に設けられており、内側部材６２と外側部材６３とベアリング６４とを備えている。外側部材６３は円環状の部材であって、下部チャンバ１２に固設されている。内側部材６２も円環状の部材であって、ベアリング６４を介して外側部材６３に回転自在に支持されている。サセプタ４５は、この内側部材６２に載置されている。

ここで内ば歯車７３の上端部と内側部材６２の下端部には、互いに極性の異なる磁石が内蔵されている。従って、内ば歯車７３の上端部と内側部材６２の下端部との間には磁力による引力が発生し、内ば歯車７３が回転すると、それに連動して内側部材６２も回転し、内側部材６２に載置されているサセプタ４５、均熱リング４０および基板Ｗも鉛直方向を軸として回転するのである。すなわち、基板Ｗは駆動部７０によって機構部６１を介して回転駆動されるのであり、機構部６１は基板Ｗを回転駆動させるのに使用されるものであると言える。

また、図１の熱処理装置は、支持部５０を備えている。支持部５０は、複数の支持ピン５５を有するとともに、図示を省略する昇降機構によって鉛直方向に昇降可能とされている。支持部５０が上昇すると、支持ピン５５が基板Ｗの裏面に当接し、均熱リング４０から基板Ｗを突き上げる。逆に、支持部５０が下降すると、支持ピン５５に載置されていた基板Ｗが均熱リング４０に渡される。支持部５０の昇降は、主として基板Ｗの搬出入のために行われる。すなわち、装置外部との基板Ｗの受け渡しは支持部５０が上昇して行われ、基板Ｗの処理中は図１に示すように支持部５０が下降して均熱リング４０にその基板Ｗを渡している。

また、熱処理装置は処理ガス供給手段に相当するガス導入部２０および不活性ガス供給手段に相当する機構部供給口２５を設けている。ガス導入部２０からは複数の種類のガス、すなわちアンモニアガス、塩化水素ガス、水蒸気、一酸化二窒素ガス等の腐食性の処理ガスを熱処理の工程や目的に応じて導入することができる。ガス導入部２０から導入された処理ガスはカバー１０とパンチング板３５との間の空間を流れ、パンチング板３５に設けられた複数の孔３７から処理空間３０内に供給される。このときに、複数の孔３７のそれぞれからは鉛直方向下向きのガス流が処理空間３０内に流入し、処理空間３０内にてダウンフローが形成される。すなわち、複数の孔３７を有するパンチング板３５は、鉛直方向に沿った均一な処理ガス流であるダウンフローを形成して、処理空間３０に処理ガスを供給するためのシャワーノズル（処理ガス供給ノズル）としての機能を果たしている。

一方、機構部供給口２５は、窒素ガスのような不活性ガスを機構部空間６０に供給することができる不活性ガス供給ノズルとしての機能を果たしている。機構部供給口２５からは、主として機構部６１のベアリング６４の周辺に向けて窒素ガスが供給される。

ガス導入部２０には、そのガス供給量を調節するバルブが設けられている（図示省略）。これにより、ガス導入部２０は、パンチング板３５から処理空間３０に流入するガス供給量を可変としている。また、機構部供給口２５にも図示を省略するガス供給量調節バルブが設けられている。これにより、機構部供給口２５は、機構部空間６０に供給する窒素ガスの量を可変としている。ガス導入部２０および機構部供給口２５からのガス供給量は、後述する制御部２８によって調整される。

また、本実施形態の熱処理装置は上部チャンバ１１に排気口８０を設けている。処理空間３０と機構部空間６０とは相互に気体が流通可能に連通されており、排気口８０はその連通部分９０から排気を行う。排気口８０による排気の態様についてはさらに後述する。

また、この熱処理装置は、ハウジング１７および下部チャンバ１２を一体的に昇降させることができる。すなわち、モータ１８がその回転軸である雄ねじ１９を回転させると、雄ねじ１９に螺合しているハウジング１７が昇降し、それに伴って下部チャンバ１２も昇降する。上部チャンバ１１と下部チャンバ１２との間には伸縮自在のジャバラ１３が設けられており、下部チャンバ１２が上昇したときにはジャバラ１３が収縮し、下部チャンバ１２が下降したときにはジャバラ１３が伸張する。つまり、下部チャンバ１２は、上部チャンバ１１に対して接近するように上昇し、上部チャンバ１１から離間するように下降するのである。

ハウジング１７および下部チャンバ１２が一体的に昇降するのに伴って、それらに付随して設けられている駆動部７０、機構部６１、支持部５０、サセプタ４５および均熱リング４０も同時に昇降する。なお、上部チャンバ１１、カバー１０およびパンチング板３５は昇降しない。また、支持部５０が鉛直方向に昇降可能であることは上述の通りであるが、この支持部５０は下部チャンバ１２とともに昇降する場合の他に、独自の昇降機構によって下部チャンバ１２に対して相対的に昇降することができる。

以上、本実施形態の熱処理装置の全体構成について説明したが、次にこの熱処理装置におけるガスの吸排気について説明する。図２は、熱処理装置におけるガスの吸排気について説明するための図であり、図１の一部分を拡大したものである。

本実施形態の熱処理装置においては、複数の孔３７を有するパンチング板３５から処理空間３０に矢印Ａ２１にて示すように処理ガスが供給されると同時に、機構部供給口２５から機構部空間６０に矢印Ａ２４にて示すように不活性ガスが供給される。そして、排気口８０が処理空間３０と機構部空間６０との連通部分９０から排気を行うように設けられているため、処理空間３０に供給された処理ガスは矢印Ａ２２にて示すように連通部分９０を通過して排気口８０から排気される。一方、機構部空間６０に供給された不活性ガスは矢印Ａ２３にて示すように連通部分９０を通過して排気口８０から排気される。すなわち、処理空間３０からの処理ガスと機構部空間６０からの不活性ガスとが連通部分９０にて合流し、排気口８０から排気されるのである。

従って、腐食性の処理ガスが機構部空間６０に流入することがなくなるため、機構部６１の腐食を防止することができる。また、機構部空間６０には機構部６１（特にベアリング６４）から発生したパーティクルが存在していることもあるが、機構部空間６０からの不活性ガスが処理空間３０に流入することもないため、パーティクルの基板Ｗへの付着を防止することもできる。

特に、連通部分９０は処理空間３０や機構部空間６０よりも細く、すなわち流体抵抗を大きくしているため、処理空間３０からの処理ガスが排気口８０を回避して機構部空間６０に流入することが防止され、機構部空間６０からの不活性ガスが排気口８０を回避して処理空間３０に流入することも防止される。よって、機構部６１の腐食を確実に防止することができる。

また、図２に示すように、排気口８０と連通部分９０との接続部分には排気案内部８１を設けている。排気案内部８１は、気体の通過方向に垂直な気体通過可能面積が排気口８０よりも大きくなっている。すなわち、排気口８０から連通部分９０に向けて気体通過可能面積が大きくなるように排気案内部８１は形成されている。このため、処理空間３０からの処理ガスおよび機構部空間６０からの不活性ガスは、排気案内部８１を経てより円滑に排気口８０から排気されることとなる。その結果、機構部６１の腐食をより確実に防止することができるのである。

ところで、本実施形態の熱処理装置においては、上述のように下部チャンバ１２を昇降させることができる。下部チャンバ１２が昇降すると、それに付随して設けられている各部材も同時に昇降するため、処理空間３０および機構部空間６０の容積が変化する。すなわち、処理空間３０および機構部空間６０の容積は可変とされている。そして、本実施形態の熱処理装置においては、下部チャンバ１２が停止しているときと昇降動作を行っているときとで異なるガス吸排気を行っており、以下順に説明する。

まず、基板Ｗに対して光照射による熱処理を行っているとき（図１の状態のとき）は、下部チャンバ１２が停止しており、処理空間３０および機構部空間６０の容積も変化することはない。このときには、パンチング板３５から処理空間３０に供給する処理ガスの供給量（αl/min.）と機構部供給口２５から機構部空間６０に供給する不活性ガスの供給量（αl/min.）とを実質的に等量にしている。これは、下部チャンバ１２が停止していることを認識した制御部２８がガス導入部２０および機構部供給口２５を制御することによって行われるものである。

仮に、例えば、処理空間３０に供給される処理ガスの供給量の方が機構部空間６０に供給される不活性ガスの供給量よりも多いとすると、機構部空間６０の内圧よりも処理空間３０の内圧の方が高くなり、処理空間３０からの処理ガスが連通部分９０を通り抜けて機構部空間６０に流入するおそれもある。処理空間３０に供給する処理ガスの供給量と機構部空間６０に供給する不活性ガスの供給量とを実質的に等量にすれば、機構部空間６０の内圧と処理空間３０の内圧とはほぼ等しくなり、それぞれの空間に存在するガスが異なる空間に流入することはなくなり、処理ガスおよび不活性ガスの双方ともに確実に排気口８０から排気される。従って、機構部６１の腐食をより確実に防止することができる。

次に、下部チャンバ１２が昇降動作を行っている場合について説明する。図３は、下部チャンバ１２が下降した状態の熱処理装置を示す側面図である。本実施形態の熱処理装置においては主として基板Ｗの搬入・搬出を行うときに、下部チャンバ１２が下降した状態となる。なお、この状態のときには、支持部５０が上昇して基板Ｗを裏面から突き上げるように支持する。

下部チャンバ１２が下降しても上部チャンバ１１は不動であるため、図３に示すように、処理空間３０および機構部空間６０ともにその容積が増大する。本実施形態の熱処理装置においては、機構部空間６０よりも処理空間３０の方がその増大量が大きい。ここで、下部チャンバ１２が下降している過程での単位時間当たりの処理空間３０の容積変化率をＶ₁l/min.とし、機構部空間６０の容積変化率をＶ₂l/min.とする（但し、Ｖ₁＞Ｖ₂）。このときには、パンチング板３５から処理空間３０に供給する処理ガスの供給量をＶ₁l/min.増加させてα＋Ｖ₁l/min.とし、機構部供給口２５から機構部空間６０に供給する不活性ガスの供給量をＶ₂l/min.増加させてα＋Ｖ₂l/min.とする。

逆に、下部チャンバ１２が上昇しているときには、処理空間３０および機構部空間６０ともにその容積が減少する。このときには、パンチング板３５から処理空間３０に供給する処理ガスの供給量をＶ₁l/min.減少させてα−Ｖ₁l/min.とし、機構部供給口２５から機構部空間６０に供給する不活性ガスの供給量をＶ₂l/min.減少させてα−Ｖ₂l/min.とする。すなわち、処理空間３０および機構部空間６０のそれぞれの容積変動分を補償するように処理ガスおよび不活性ガスの供給量を増減させているのである。これらのガス供給量増減は、下部チャンバ１２が昇降していることを認識した制御部２８がガス導入部２０および機構部供給口２５を制御することによって行われるものである。なお、処理ガスおよび不活性ガスの供給量の増減は、下部チャンバ１２が昇降を始めてから行うようにしても良いし、昇降を始める少し前から行うようにしても良い。

このようにすれば、上述した下部チャンバ１２が停止している場合と同様に、機構部空間６０の内圧と処理空間３０の内圧とがほぼ等しくなり、それぞれの空間に存在するガスが異なる空間に流入することはなくなり、処理ガスおよび不活性ガスの双方ともに確実に排気口８０から排気される。従って、機構部６１の腐食をより確実に防止することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記の例に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、排気口８０と連通部分９０との接続部分に形成された排気案内部８１の形状を段差形状としていたが、これに限定されるものではなく、図４に示すような形状にしても良い。図４に示す排気案内部８１の形状は連通部分９０に向けて拡がるようなテーパ形状である。このようにしても、処理空間３０からの処理ガスおよび機構部空間６０からの不活性ガスは、排気案内部８１を経て円滑に排気口８０から排気されることとなる。換言すれば、排気案内部８１は、気体の通過方向に垂直な気体通過可能面積が排気口８０から連通部分９０に向けて大きくなるように形成されていれば良いのである。

また、上記実施形態においては、機構部６１が基板Ｗを回転駆動させるのに使用されるものであったが、これに限らず例えば、基板Ｗを昇降駆動させるのに使用されるものであっても良い。

また、上記実施形態においては、処理空間３０および機構部空間６０のそれぞれの容積変動分を補償するように処理ガスおよび不活性ガスの供給量を増減させていたが、それらの容積変動分を必ずしも厳密に補償する必要はない。すなわち、処理空間３０および機構部空間６０のそれぞれの容積が変動したときに、その容積変動に応じて処理ガスおよび不活性ガスの供給量を増減させ、少なくとも処理空間３０から機構部空間６０への処理ガス流入および機構部空間６０から処理空間３０への不活性ガス流入を防止できるようにすればよい。

また、上部チャンバ１１に排気口８０を設ける態様については種々の形態を採り得ることができる。図５は、上部チャンバ１１に排気口８０を設ける種々の態様を示す図である。図５（ａ）に示す態様では、円筒状の排気口８０を上部チャンバ１１の外周方向に沿って一列に２０から３０個程度設けている。また、図５（ｂ）に示す態様では、円筒状の排気口８０を上部チャンバ１１の外周方向に沿って二列に設けている。また、図５（ｃ）に示す態様では、スリット状の排気口８０を上部チャンバ１１の外周方向に沿って設けている。また、図５（ｄ）に示す態様では、スリット状の排気口８０を上部チャンバ１１の外周方向に沿って間欠的に設けている。さらに、図５（ｅ）に示す態様では、長尺形状の排気口８０を設けるようにしている。このように、排気口８０としては種々の態様が採用可能であるが、円滑な排気を行うために上部チャンバ１１の外周方向に沿って均一に開口を有するような形態が望ましい。

本発明に係る熱処理装置を示す側面図である。図１の熱処理装置におけるガスの吸排気について説明するための図である。下部チャンバが下降した状態の熱処理装置を示す側面図である。排気案内部の他の形状を示す図である。上部チャンバに排気口を設ける種々の態様を示す図である。従来の熱処理装置を示す側面図である。

符号の説明

１１上部チャンバ
１２下部チャンバ
２０ガス導入部
２５機構部供給口
３０処理空間
３５パンチング板
６０機構部空間
６１機構部
８０排気口
９０連通部分
Ｗ基板

Claims

基板に熱処理を行う熱処理装置であって、
前記熱処理を行うための処理空間と、
前記処理空間において基板を保持する保持手段と、
前記保持手段を駆動させるのに使用される機構部と、
前記処理空間と連通され、前記機構部が配置される機構部空間と、
前記処理空間に処理ガスを供給するための処理ガス供給手段と、
前記処理空間と前記機構部空間との連通部分から排気する排気口と、
を備え、
前記連通部分の流体抵抗は、前記処理空間および前記機構部空間の流体抵抗よりも大きいことを特徴とする熱処理装置。
請求項１記載の熱処理装置において、
前記機構部空間に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給手段をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。