JP2005534171A - 加熱チャンバの熱絶縁装置及び方法 - Google Patents

Abstract

第１のチャンバと第２のチャンバとの間で基板の搬送が可能な装置であり、この装置では、第１のチャンバが第２のチャンバの周辺温度に比べて高い温度に維持される。この装置は、基板を受け入れるための通路と熱絶縁境界面とを備える。熱絶縁境界面は、第１のチャンバから第２のチャンバへの伝熱を減少させ、かつこの装置と第２のチャンバとの間で基板の搬送を可能にする。熱絶縁境界面は、この熱絶縁境界面を介して基板の搬送が可能であるような寸法を有する穴部を含む。

Description

発明の分野

本発明は、半導体又はガラス基板の処理法を実行するために、加熱チャンバと中央搬送チャンバのような第２のチャンバとの間で基板の搬送が可能な装置に関する。本発明は、広範な数多くの製造工程に応用され、半導体又はフラットパネルディスプレイの生産量の向上をもたらす。更に、本発明はこのような製造工程に使用される装置の寿命を延ばすことにも応用される。

背景

半導体デバイスは高度に自動化されたシステムで製造されるのが典型である。これらのシステムの多くは一体式のプラットフォームに搭載された中央搬送チャンバを備える。中央搬送チャンバは、この搬送チャンバの周囲に配置した１つ又は複数の特定のチャンバ又はリアクタへ半導体基板を搬送する。これらの特定のチャンバ又はリアクタを使用して、基板の処理に必要な様々な特定のエッチング、化学気相成長、拡散及びアニール処理を行う。このような同様の装置は、フラットパネルディスプレイばかりでなく、カプラ、スプリッタ、フィルタ、アレイ導波管格子、ブラッグ格子、タップ、減衰器、マルチプレクサ及びデマルチプレクサのような様々な光学素子の製造にも使用される。これらの処理の多くは、制御された温度及び非常に低い圧力の下で行われる。

システムの構造
図１Ａは、基板を処理する代表的なモジュール構造１０を例示する。構造１０は中央チャンバ１２を備え、このチャンバには基板をシステム１０の中に搬送するロードロック／冷却チャンバ１４Ａ、１４Ｂ、加熱チャンバ１０２及び処理チャンバ４０、４２、４４、４６が連結されている。中央搬送チャンバ１２、ロードロック／冷却チャンバ１４Ａ、１４Ｂ、加熱チャンバ１０２及び処理チャンバ４０、４２、４４、４６は、このシステムが標準大気圧よりもかなり低い内部圧力で動作可能な密閉環境のために一体に封止されている。例えば、代表的な圧力は約１０^−３Torrである。ロードロック／冷却チャンバ１４Ａ、１４Ｂは、それらの外壁に、基板をシステム１０中に搬送するための装填ドア１６Ａ、１６Ｂをそれぞれに備える密閉可能な開口部を有する。

ロードロック／冷却チャンバ１４Ａ、１４Ｂは、それぞれが基板を支持し、冷却するための複数の棚が装着されたカセット１７を内蔵する。ロードロック／冷却チャンバ１４中のカセット１７は、１棚の高さ分ずつカセット１７を昇降する昇降機アセンブリ（図示せず）に装着されている。装填ドア１６Ａは装填チャンバ１４Ａに対して開放され、基板７２がカセット１７中の棚の上に置かれる。次いで、昇降機アセンブリは、空の棚が装填ドア１６Ａに対向するように１棚の高さ分だけカセット１７を上昇させる。別の基板がその棚の上に置かれ、この過程はカセット１７のすべての棚が装填されるまで反復される。その時点で装填ドア１６Ａが閉ざされ、チャンバ１４Ａはシステム１０内の圧力まで排気される。

次いで、中央搬送チャンバ１２に隣接する側のロードロック／冷却チャンバ１４Ａの内壁上のスリットバルブ２０Ａが開かれる。基板は、中央搬送チャンバ１２内のロボット２２によって加熱チャンバ１０２に搬送され、そのチャンバでは、これらの基板が以下に説明する処理作業に必要な温度まで加熱される。ロボット２２はマイクロプロセッサ制御システム（図示せず）によって制御されている。ロボット２２を使用してロードロック／冷却チャンバ１４Ａのカセット１７から基板を引き出し、その基板を加熱チャンバカセット２９中の空棚の上に挿入して、基板を加熱チャンバ１０２内部の棚の上に残して退出する。典型的には、加熱チャンバのカセット２９は加熱チャンバ１０２内部の昇降機アセンブリに装着される。１つの棚を装填すると、加熱チャンバのカセット２９は上昇又は下降してロボット２２による出し入れのために別の空棚を用意する。次いで、ロボット２２はロードロック／冷却チャンバ１４Ａのカセット１７から別の基板を取って来る。

同様の様態で、ロボット２２は、加熱チャンバカセット２９から全部の基板又は一部の基板を４つの単一の基板処理チャンバ４０、４２、４４、４６の１つに搬送する。処理チャンバ４０、４２、４４、４６は、基板の上に１層又は複数の薄膜を堆積するようになされている。成膜チャンバ４０、４２、４４、４６は、プロセスガスを隔離するために、それぞれの内壁４０ａ、４２ｂ、４４ａ、４６ａには、スリットバルブ４１、４３、４５、４７がそれぞれに装着されている。

成膜処理の終了時点で、高温になった基板はそれぞれ、ロードロック／冷却チャンバ１４Ａの冷却カセット１７に搬送され、１個の基板がそれぞれの棚の上に置かれ、かつ昇降機機構がカセット１７を上昇又は下降させて、それぞれの基板ごとに空棚を搬送ロボット２２に用意する。

クラスタツールのような典型的なモジュール構造に基づくシステムで使用される様々なチャンバ及びリアクタが従来技術で説明されている。例えば、ワン（Ｗａｎｇ）らの米国特許第４３６７６７２号は、プラズマを使用して半導体基板上の薄膜層に孔又は溝を選択的にエッチングする方法を開示する。同様に、フェアバーン（Ｆａｉｒｂｕｒｎ）らの米国特許第５６１４０５５号は、高密度プラズマ化学気相成長及びエッチングリアクタを開示する。ノワック（Ｎｏｗａｋ）らの米国特許第５８６５８９６号は、誘電及び静電冷却を組み合わせた高密度プラズマ化学気相成長リアクタを開示する。アンダーソン（Ａｎｄｅｒｓｏｎ）らの米国特許第５１０８７９２号は、半導体処理用の２重ドーム型リアクタを開示する。米国特許第６０００２２７号は、代表的な冷却される中央搬送チャンバを開示する。

様々なチャンバ及び真空システムが市販されている。真空システムの１つの代表的な市販の実施形態は、米国カルフォルニア州サンタクララ市在のエーケーティ社（ＡＫＴ，Ｉｎｃ．）から入手可能なＡＴＫ処理システムである。典型的な処理チャンバは、ＡＴＫ１６００ＰＥＣＶＤチャンバであり、典型的なアニールチャンバは、ランプ式加熱アニールチャンバのような急速熱処理アニールチャンバである。これらのチャンバは、アプライド・マテリアル社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ，Ｉｎｃ．）から入手可能である。

ガラス基板処理に伴う固有の問題
太陽電池、テレビ及びコンピュータ用モニタで使用するプレートのようなデバイスの製造では、ガラス基板が利用される。多くの場合、薄膜トランジスタがガラス基板上にエッチングされる。このようなデバイスの製造は、半導体デバイスを製造するために使用されるものと同じプロセス及びチャンバの多くを使用するシステムで行われる。例えば、ターナー（Ｔｕｒｎｅｒ）らの米国特許第５５１２３２０号は、ガラス基板を処理するための代表的なシステムを開示する。ロー（Ｌａｗ）らの米国特許第５４４１７６８号、ロー（Ｌａｗ）らの同第５８６１１０７号及びロー（Ｌａｗ）らの同第５９２８７３２号は、ガラスのような基板上へのプラズマ強化化学気相成長法を開示する。ターナー（Ｔｕｒｎｅｒ）らの米国特許第５６０７００９号は、昇降機アセンブリを備えるガラス基板加熱用の加熱チャンバを開示する。

ガラス基板の処理に依存する１つの製品はフラットパネルディスプレイである。フラットパネルディスプレイの製造は清浄なガラス基板から開始される。成膜及び選択エッチング技術を用いてトランジスタが平板パネル上に形成される。基板上に薄膜層の順次蒸着、フォトリソグラフィー及び選択エッチング技術を施して個々のトランジスタを基板上に作製する。次いで、これらのトランジスタならびに金属相互接続、液晶セル及び基板上に形成される他のデバイスを使用して、フラットパネルディスプレイ用のアクティブマトリックスディスプレイ画面を作製する。

フラットパネルディスプレイは、典型的には半導体デバイスの製造で用いるものと同じ工程を使用して製造されるが、フラットパネルディスプレイ基板として使用されるガラスは処理及びシステム設計に影響を及ぼす幾つかの態様において半導体基板とは異なる。半導体の製造では、個々のデバイスがウェーハ上に形成され、かつウェーハは賽の目に切断されて多くの個別集積回路を形成する。従って、半導体ウェーハ上に幾つかの欠陥デバイスが発生しても、一旦基板を個々の集積回路に切断すると、これらの欠陥デバイスを有するダイを単に廃棄するだけなので、それは許容範囲内である。これに対し、フラットパネルディスプレイでは、個々の欠陥デバイスを除去することができない。従って、フラットパネル基板上に生じる欠陥デバイスの数を零に近づけなければならない。基板が多くのディスプレイを単一基板上に形成できるほど十分に大きい場合には、平面基板上に形成されているフラットパネルディスプレイのいずれか１つにおける欠陥よって基板全体が使用不能になる。従って、フラットパネルディスプレイの製造システムでは欠陥率を最小限にすることが重要である。

半導体処理とガラス基板処理との両方に共通する目的は、可能な限り基板を汚染源にさらすことを回避する必要性である。従って、従来の処理システムは、様々なチャンバが一体に封止されている密閉環境を提供する。これは特別の問題を呈示する。例えば、典型的な半導体又はガラス基板の処理手法では、クラスタツールシステム内部の加熱チャンバを使用して基板を非常に高い温度にさらす。しかし、密閉環境中で加熱チャンバを中央搬送チャンバに結合する従来技術の装置は、加熱チャンバを中央搬送チャンバに結合するときに生じる熱問題に適切に対処されていない。

従来技術のクラスタツールシステム又は中央搬送チャンバに結合された加熱チャンバ及び／又は別の高温処理チャンバを有する他のモジュール・システム構造の１つの欠点は、熱エネルギーが加熱チャンバ又は高温処理チャンバから中央搬送チャンバにかなりの比率で流れることである。このようにかなりの熱エネルギーが流出する理由は、従来技術のクラスタツールシステム又は他のモジュールシステム構造では、加熱チャンバ又は高温処理チャンバを中央搬送チャンバに結合するのに使用される装置が、機械加工されたアルミニウム又はアルミニウム合金から作製されていることである。アルミニウム又はアルミニウム合金は大きい熱伝導率を有する。中央搬送チャンバが過剰な熱エネルギーにさらされると、中央搬送チャンバの周辺温度を上昇させる。このような温度上昇は、ロボットアームのような中央搬送チャンバ内部の可動部品に有害な効果を及ぼして、このような部品の寿命を著しく縮める。

上述したように、加熱チャンバ又は他の高温処理チャンバを中央搬送チャンバに結合するのに使用される従来技術の装置は、加熱チャンバ又は他の高温処理チャンバを中央搬送チャンバに最終的に連結するのに使用される開口部を介して、かなりの量の熱エネルギーを失う。このような熱損失は加熱チャンバ又は他の高温処理チャンバの内部に冷却スポットを発生させる。加熱チャンバ又は他の高温処理チャンバの中で行われる処理の多くは温度が基板全体にわたって均一であることが必要なので、このような冷却スポットは望ましくない。加熱チャンバ又は他の高温処理チャンバの一部分に冷却スポットが存在すると、基板温度を均一に維持することが難しい。

従って、本技術分野では２つのチャンバを密閉環境中で結合するための改良装置に対する必要性が存在する。特に、本技術分野では、２つのチャンバを連結し、これらの２つのチャンバ間で伝達される熱の量を最小限にするための装置に対する必要性が存在する。このような装置は、ガラス基板の処理に使用されるクラスタツールシステム又は他のモジュール構造の密閉環境中で、加熱チャンバ又は他の高温処理チャンバを中央搬送チャンバに連結するのに特に有用である。

発明の要約

本発明は、モジュール構造に基づく基板処理に適切な密閉環境中で、加熱チャンバ又は別の高温処理チャンバを中央搬送チャンバのような第２のチャンバに連結するための改良装置であって、加熱チャンバ又は別の高温処理チャンバから第２のチャンバへの伝熱が最小化されるような様態で連結する改良装置を提供する。本発明の装置は、小さい熱伝導率を有し、第２のチャンバに当接する熱絶縁境界面を含む。この熱絶縁境界面は、加熱チャンバ又は他の高温処理チャンバから第２のチャンバへ移動する熱の量を減少させる。更に、本発明の幾つかの実施形態では、熱絶縁境界面が、この熱絶縁境界面と第２のチャンバとの間の表面積を最小化するように、１つ又は複数の凹部を含む。その結果として、このような表面積の減少は、加熱チャンバ又は他の高温処理チャンバと第２のチャンバとの間の伝熱を最小化する。従って、本発明の装置は、ロボット・アームのような、第２チャンバ中の可動部品の寿命を延ばす。

本発明の幾つかの実施形態では、本装置が、第２のチャンバからの熱損失を防止するために加熱装置を含む。多くの基板処理法では、第２チャンバ内部で均一温度を維持することが重要な要件である。本発明の装置中に加熱装置を含むことによって、熱が開口部を介して第２のチャンバへ失われないように防止する。更に、本発明の装置中に加熱装置を含むことによって、本装置を通過する大型基板全体にわたって温度差が発生する恐れを低下させる。基板全体にわたって温度差を減少させることは、特に、基板が数回も第２のチャンバ内に進入する必要がある処理法では、基板に掛かる応力を減少させる可能性を秘める。

本発明の一実施の形態は、加熱チャンバ又は他の高温処理チャンバのような第１のチャンバと中央搬送チャンバのような第２のチャンバとの間で基板の搬送が可能な装置を提供する。第１のチャンバは、第２のチャンバ内部で維持されている温度に比べて高い温度に維持される。本装置は、（ｉ）基板を受け入れるための通路、及び（ｉｉ）第１のチャンバから第２のチャンバへの伝熱を減少させる熱絶縁境界面を備える。熱絶縁境界面は、第２のチャンバへのポートに当接する境界面の面中に穴部を有する。穴部は、境界面を介して基板の搬送が可能であるような寸法を有し、それによって第１のチャンバと第２のチャンバとの間で基板の搬送を可能にする。

本発明の幾つかの実施形態では、熱絶縁境界面が、アルミニウムの熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する材料から成り、その熱伝導率は、約１５３６Ｂｔｕインチ／（ｈ）（ｆｔ^２）（°Ｆ）である。さらに他の実施形態では、熱絶縁境界面が、１２００Ｂｔｕインチ／（ｈ）（ｆｔ^２）（°Ｆ）未満の熱伝導率を有する材料から成る。さらに本発明の他の実施形態では、熱絶縁境界面が、オーステナイト系鋼、マルテンサイト系鋼、又はフェライト系鋼から成る。本発明の１つの態様では、熱絶縁境界面がステンレス鋼から成る。このような本発明の態様による一実施の形態では、熱絶縁境界面は、約１０６Ｂｔｕインチ／（ｈ）（ｆｔ^２）（°Ｆ）の熱伝導率を有するステンレス鋼から成る。

本発明の幾つかの実施形態では、熱絶縁境界面の面が１つ又は複数の凹部を含み、この面が第２のチャンバのポートに当接するとき、凹部の内部に密閉容積が画定されるようになっている。幾つかの実施形態では、この密閉容積は、空虚のままであるか又は絶縁材料によって占有される。一般に、密閉容積を占有するものはいずれも、アルミニウムの熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する。例えば、一実施の形態では、約０．１８Ｂｔｕインチ／（ｈ）（ｆｔ^２）（°Ｆ）の熱伝導率を有する単なる空気である。密閉容積を占有するものはいずれも、アルミニウムの熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有するので、本明細書では、この密閉容積を熱絶縁容積と呼ぶ。

本発明は非常に多くの様々な形状の凹部を企図するが、そのすべてが本発明に係るものである。例えば、一実施の形態では、凹部に傾斜が付けられている。他の実施形態では、凹部の形状が、この凹部の断面形状において最も適切に説明される。これらの実施形態による幾つかの凹部の断面形状は、鋸歯パターン、反復パターン、曲線又は多項方程式によって択一的に画定される。

本発明の選択された実施形態では、基板が通過する通路は、加熱チャンバ及び／又は化学気相成長（ＣＶＤ）チャンバのような別の高温処理チャンバの温度に近い温度に通路を維持するための加熱要素を含む。幾つかの実施形態では、この加熱要素がセラミック基体の周囲に巻き付けたコイルである。さらに、幾つかの実施形態では、加熱要素からの熱が、反射表面のような分散機構によって分散される。１つの好ましい実施形態では、この反射表面が放物面鏡である。

好ましい実施例の詳細な説明

本発明は、密閉環境にある２つのチャンバを連結するための改良装置を提供する。この改良装置は、改良された境界面を含むことによって２つのチャンバからの伝熱を最小限にする。本発明の幾つかの実施形態では、改良された境界面が、小さい熱伝導率を有する材料から作製される。本発明の他の実施形態では、境界面は、この境界面と第２チャンバとの間の表面積を最小化するように１つ又は複数の凹部を含む。このような表面積を最小化すると、第２チャンバへ移動する熱エネルギーの量が減少する。本発明のさらに他の実施形態では、本装置が、第２チャンバに到る開口部付近の熱損失を防止するために加熱装置を含む。

図１Ｂは、従来技術の装置５４を有する従来型の加熱チャンバ１０２を開示するが、この装置は穴部５６を含み、この穴部を介して、基板が従来型の加熱チャンバ１０２と中央搬送チャンバのような第２チャンバとの間で受け渡しされる。加熱チャンバ１０２と第２チャンバの間の密閉環境は、装置５４の境界面５８を第２チャンバの同様の境界面にボルト留めしかつ封止することによって維持される。

図２を参照すると、本発明の装置１０４を組み込むモジュール構造の模式的な平面図が開示されている。図２は、加熱チャンバ１０２、チャンバ１１０及び装置１０４の模式図を含む。図２は加熱チャンバ１０２を開示するが、他方で、本発明の装置及び方法は、実際には、加熱チャンバではなく、幾つかの高温処理チャンバのいずれにも使用可能である。例えば、チャンバ１０２は化学気相成長（ＣＶＤ）チャンバであってもよい。一実施の形態では、加熱チャンバ１０２は、基板を特定の温度まで加熱するのに使用される任意の形態のチャンバである。例えば、幾つかの実施形態では、加熱チャンバ１０２が、ターナー（Ｔｕｒｎｅｒ）らの米国特許第５６０７００９号に開示されているような、ガラス基板用に設計されたバッチ型加熱チャンバである。ガラス基板は四角形が典型であるので、このような実施形態における加熱チャンバの平面寸法は、図示の円形ではなく四角形であることが理解される。他の実施形態では、加熱チャンバ１０２がシリコン基板用に設計された加熱チャンバである。

本発明の幾つかの構成では、チャンバ１１０が、半導体及び／又はガラス基板の処理に使用される中央搬送チャンバである。代表的な搬送チャンバが、ターナー（Ｔｕｒｎｅｒ）らの米国特許第５５１２３２０号に開示されている。チャンバ１１０は、境界面１１４を有するポート１１２を含む。中央搬送チャンバ１０は、米国カルフォルニア州サンタクララ市在のアプライド・マテリアル社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ，Ｉｎｃ．）によって製造販売されているＰｒｅｃｉｓｉｏｎ５０００、Ｅｎｄｕｒａ、Ｃｅｎｔｕｒａ、Ｐｒｏｄｕｃｅｒ及びＥｎｄｕｒａ ＳＬのような製品に見いだされる。

装置１０４を使用して加熱チャンバ１０２をチャンバ１１０に結合する。装置１０４は、通路１２０及び熱絶縁境界面１０８から成る。境界面１１４及び熱絶縁境界面１０８は、加熱チャンバ１０２とチャンバ１１０との間に密閉環境が形成されるような様態で相互にボルト留めされかつ封止されている。このような密閉環境によって、加熱チャンバ１０２及びチャンバ１１０は真空を維持することが可能になる。

本発明の１つの重要な利点は、装置１０４とチャンバ１１０との間の伝熱が、アルミニウム又はアルミニウム合金の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する材料から熱絶縁境界面１０８を形成することによって減少することである。このような構造の利点は、熱絶縁境界面１０８の模式図を示す図３を参照することによって理解される。う。熱絶縁境界面１０８は、通路１２０に結合され、かつポート１１２の境界面１１４に結合されている。通路１２０は加熱チャンバ１０２に連通可能に結合されているので、この通路は通常動作時に高い温度ｔ_１にある。さらに、境界面１１４はポート１１２及びチャンバ１１０に連通可能に結合されているので、この境界面は幾分低めの温度ｔ_２にある。ｔ_１はｔ_２よりも高いので、熱流の方向ｑは、通路１２０から境界面１１４へ、次いで最終的にポート１１２を介してチャンバ１１０（図２）へ向かう。

本発明の１つの重要な態様は、加熱チャンバ１０２とチャンバ１１０（図２）との間の伝熱が減少するように、熱絶縁境界面１０８が、アルミニウムの熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する材料から成ることである。従って、熱絶縁境界面１０８の作製に使用可能な材料には、アルミニウムの熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する任意の機械加工可能な材料が含まれる。幾つかの実施形態では、熱絶縁境界面１０８の作製に使用される材料が、溶解することなく約６２５℃以上に達する温度に耐え得る。他の実施形態では、熱絶縁境界面１０８の作製に使用される材料が、溶解することなく約１００℃から約５５０℃のような温度に耐え得る。

熱絶縁境界面１０８の作製に使用する材料に言及するが、他方では、通路１２０もアルミニウムの熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する材料から作製し得ることが理解される。更に、幾つかの実施形態では、通路１２０及び熱絶縁境界面１０８が単体構成であってもよい。

本発明で使用するのに適切である広範な材料の参考資料は、「機械技術者用マークス標準ハンドブック」（Ｍａｒｋｓ’Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｆｏｒ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）（同書の表６〜１１を含む）に見いだされ得る。このように熱絶縁境界面１０８に可能な材料には、白金ばかりでなく、Ｃ１０２０（熱間加工）又はＣ３０４（薄板）の米国鉄鋼協会表示を有する鋼を含めて、鉄とクロムとの様々な合金も含まれる。しかし、１つの好ましい実施形態では、熱絶縁境界面１０８に使用される材料が任意の一般的な形態のステンレス鋼である。

本発明の幾つかの実施形態の追加的な特徴を例示するために、ここで図４を参照する。図４は、図２に示した線４−４’に沿った、本発明の一実施の形態による熱絶縁境界面１０８の模式図を示す。このように、図４は、ポート１１２の境界面１１４（図２）上にボルト留めされている熱絶縁境界面１０８の面４０２を示す。面４０２は熱絶縁境界面１０８中に穴部４０４を画定するが、その穴部は、熱絶縁境界面１０８を介して基板の搬送が可能であるような寸法を有する。面４０２中のボルト穴４０６は、熱絶縁境界面１０８をポート１１２の境界面１１４にボルト留めしかつ封止するために使用されるボルト（図示せず）用の穴の役割を果たす。

面４０２の１つの重要な特徴は、１つ又は複数の凹部４０８が存在することである。１つの典型的な実施形態では、凹部４０８が、面４０２の一部を切削加工して窪みを形成することによって作製される。凹部４０８は、面４０２がポート１１２の境界面１１４（図２）上にボルト留めされかつ封止されるとき、境界面１１４に接触する面４０２の表面積の量を減少させる効果を有し、従って加熱チャンバ１０２からチャンバ１１０に流れる熱流の量Ｑ［Ｅｑ．（１）］を減少させる。図４に例示した実施形態では３つの凹部（４０８−１、４０８−２、４０８−３）が示されているが、他方では、熱絶縁境界面１０８がポート１１２の境界面１１４（図２）にボルト留めされるとき、依然として密閉環境が形成可能であれば、任意の数の凹部を面４０２に切削加工できることが理解される。熱絶縁境界面１０８が境界面１１４にボルト留めされるとき、凹部の壁と境界面１１４の当接部とによって密閉容積が画定される。幾つかの実施形態では、このような密閉容積が空虚のままであるか、又は絶縁材料によって占有されている。一般には、密閉容積を占有するものは、それが絶縁材料であれ又は空気であれ、アルミニウムの熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有するが、それは約１５３６Ｂｔｕインチ／（ｈ）（ｆｔ^２）（°Ｆ）である。従って、本明細書では、この密閉容積を熱絶縁容積と呼ぶ。

図５は、図４に引いた垂直線５−５’に沿った熱絶縁境界面１０８内部の凹部４０８−２、４０８−３の断面図を示す。図５で分かるように、それぞれの凹部４０８は、境界面１１４（図２）と接触する面４０２の表面積を減少させ、それによって加熱チャンバ１０２からチャンバ１１０に流れる熱流の量Ｑ［Ｅｑ．（１）］を減少させる。

図４の水平線６−６’に沿った凹部４０８−３の断面図である図６に注目すると、本発明の幾つかの実施形態に見いだされる追加的な特徴が示されている。図６では、凹部４０８−３の形状が強調されている。幾つかの実施形態では、それらを例示しないが、凹部４０８−３に傾斜が付けられている。さらに他の実施形態では、凹部４０８−３の断面が、鋸歯パターンと呼び得る形状を有する。このようなパターンが図７に例示されている。しかし、凹部４０８は、限定するものではないが、反復パターン、曲線、又は多項方程式によって決定された形状の任意の形態を含めて、数多くの様々な形状を有し得ることが理解される。

図８は、本発明の幾つかの実施形態に見いだされる別の特徴を例示する。図８は、図２の線８−８’に沿った通路１２０の模式的な断面図である。透視では、図８には、熱絶縁境界面１０８中に存在する穴部４０４（破線）の位置の図示も含まれる。

チャンバ１１０のような代表的な中央搬送チャンバは、基板がチャンバ１１０、１０２（図２）との間でやり取りされるとき、ポート１１２の中に開くスリットバルブ（図示せず）を含む。このスリットバルブが開くとき、多量の熱損失が装置１０４中の穴部４０４を介して生じる。これは、装置１０４の通路１２０内部にコールド・スポットをもたらす。このようなコールド・スポットを減少させるために、本発明の幾つかの実施形態は加熱要素を含む。この加熱要素は、装置１０４を加熱チャンバ１０２の温度に近い温度に維持する。例えば、加熱チャンバ１０２が２５０℃から６２５℃までの温度に維持される場合には、加熱要素は、特定のモジュール構造に対応する工程に応じて、装置１０４を約４０℃と約５５０℃との間の温度に維持することができる。幾つかの実施形態では、加熱要素は、装置１０４を約５０℃から約５００℃までの温度に維持することができる。さらに他の実施形態では、加熱要素は、装置１０４を約７０℃から約３００℃までの温度に維持することができる。本発明の幾つかの実施形態では、チャンバ１０２が５５０℃ほどの高温で動作し、かつ加熱要素がチャンバ１０２からの熱損失を減少させる温度で動作する。いずれの場合も、加熱要素は、装置１０４を本明細書では明示的に言及されていない値域内の温度に維持可能であり、かつこのような任意の温度域は、その温度域が半導体又はガラスの処理法を容易にする限り、本発明の範囲内にあることが理解される。

図８に示した加熱要素８０２は、本発明に係る代表的な加熱要素である。一般には、加熱要素８０２は、処理中の基板を損傷することになる粒子物質を放出することなく、加熱装置１０４を適切な温度に加熱できる任意の加熱要素である。例えば、加熱要素は、セラミック基体の周囲に巻き付けたタングステン・コイルでよい。幾つかの実施形態では、加熱要素８０２が金属で鋳造される。ワトロー（Ｗａｔｌｏｗ）の鋳込み又は締り嵌め（ＩＦＣ）製品種目が、このような実施形態を例示する。

本発明の幾つかの実施形態では、熱分散機構を使用して加熱要素８０２によって生成された熱を分散させる。典型的には、この熱分散機構が反射表面である。一実施形態では、この反射表面が放物面鏡である。図８は、加熱要素８０２から発生された熱を反射するために使用される放物面鏡８０４を例示する。

図９は、図８の線９−９’に沿った模式的な断面図であり、２つの加熱要素８０２を示す。実際には、本発明に係る装置１０４は、任意の数の加熱要素８０２を有することが可能であり、図９の２つの加熱要素８０２の存在は、単にこの点を例示するに過ぎない。図９はさらに、断面図において、どのように放物面鏡８０４が加熱要素８０２から熱を分散させるかを示す。このように、本発明によって、本装置が加熱チャンバ又は他の高温処理チャンバに対して熱シンクとならないように防止されるので、本発明の装置１０４は有利である。従って、装置１０４は、加熱チャンバ又は他の高温処理チャンバ内部の温度の均一性を助長する。

ガラス基板及びシリコン基板に言及してきたが、他方では、本発明の教示は、ガラス基板又はシリコン基板に限定されるものではないことが理解される。実際に、本発明の装置及び方法は、限定するものではないが、ガラス板、水晶、石英、溶解石英、シリコン及びドープ・シリコン、ガリウム砒素を含む基板ばかりでなく、モジュール構造に基づくシステムによって処理し得る他の任意の種類の基板に使用可能である。実際に、本発明の方法は、ＩＩＩ〜ＩＶ族の半導体のいずれかから成る基板に使用可能である。更に、本発明の装置及び方法に従って処理される基板は、円形、四角形又は他の任意適切な形状であってもよい。特に、幾つかの実施形態では、本発明によって処理される基板が、４００ｃｍ^２よりも大きな面積を有する非円形の基板である。典型的な基板には、限定するものではないが、例えば、約３７０ｍｍ×４７０ｍｍ以上の寸法を有するフラットパネルディスプレイの製造に使用される四角形又は正方形の基板が含まれる。１ｍ×１．５ｍほどの大きさの四角形寸法を有する基板も同じく企図されている。

本明細書に引用したすべての参照文献は、参照によりそれらの全体を本明細書に組み込むものであり、さらに個々の出版物又は特許はそれぞれに、あらゆる目的のために参照によりその全体を組み込むことを具体的かつ個別的に指摘されたものと同然にあらゆる目的のために組み込まれている。

本発明の特定の実施形態に関する以上の説明は、例示及び説明目的のために呈示されているものに過ぎない。それらは、本発明を開示した形態そのものに尽きるものでもなければ、それらに限定されるものでもない。以上の開示を考慮すれば、数多くの改造及び変形が可能であることが明白である。本実施形態は、本発明の原理及びその実際的な応用例を最も適切に説明し、それによって当業者が、企図した特定の使用例に適切な様々な改造によって本発明及び本実施形態を最適に活用できるように選択されかつ説明されている。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって画定されることを意図するものである。

以上に記載した本発明の特徴、利点及び目的が実現される様態が詳細に理解され得るように、上で簡単に概要を示した本発明のさらに具体的な説明が、添付の図面に例示される本発明の実施の形態を参照することによって得られる。
しかし、このような添付の図面は、本発明の典型的な実施の形態を例示するものに過ぎず、従って、本発明は他の均等に効果的な実施の形態が許容可能であるので、本発明の範囲を限定するものと考えるべきではないと理解すべきである。
本図面の幾つかの図を通して同じ参照符号が対応する部分を指す。
従来技術の真空システムを示した概略図である。 加熱チャンバを第２のチャンバに結合するための従来技術の装置を含む従来技術の加熱チャンバを示した概略図である。 本発明を組み込むシステムを模式的に示した上面図である。 本発明の一実施の形態による熱絶縁境界面を模式的に示した側面図である。 本発明の一実施の形態による熱絶縁境界面を模式的に示した図である。 本発明の一実施の形態による熱絶縁境界面を概略的に示した断面図である。 形状を付けた凹部の第１の実施の形態を特徴とする熱絶縁境界面を概略的に示した断面図である。 形状を付けた凹部の第２の実施の形態を特徴とする熱絶縁境界面を概略的に示した断面図である。 加熱要素及び熱分散機構を含む、本発明の装置の通路を概略的に示した断面図である。 図８の断面を概略的に示した図である。

Claims (21)

1. 第１のチャンバと第２のチャンバとの間で基板が搬送される装置であって、前記第１のチャンバは、前記第２のチャンバ内部で維持されている温度に比べて高い温度に維持され、前記第２チャンバはポートを含み、
   前記装置は、
   前記基板を受け入れるための通路と、
   前記第１のチャンバから前記第２のチャンバへの伝熱を減少させる熱絶縁境界面とを備え、前記熱絶縁境界面は、前記装置と前記第２チャンバとの間で前記基板の搬送を可能にし、前記熱絶縁境界面は、面を有しかつ前記面上には境界が配置されており、前記境界は、前記熱絶縁境界面を介して前記基板の搬送が可能であるような寸法を有する穴部を前記熱絶縁境界面の中に画定する装置。
2. 前記第１のチャンバは加熱チャンバ又は高温処理チャンバであり、さらに前記第２のチャンバは搬送チャンバである請求項１記載の装置。
3. 前記熱絶縁境界面は、アルミニウムの熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する材料から形成される請求項１記載の装置。
4. 前記熱絶縁境界面は、１５３６Ｂｔｕインチ／（ｈ）（ｆｔ^２）（°Ｆ）よりも小さい熱伝導率を有する材料から成る請求項３記載の装置。
5. 前記熱絶縁境界面はステンレス鋼から作製される請求項４記載の装置。
6. 前記熱絶縁境界面は、約１０６Ｂｔｕインチ／（ｈ）（ｆｔ^２）（°Ｆ）の熱伝導率を有するステンレス鋼から成る請求項４記載の装置。
7. 前記面は凹部を含み、前記面が前記ポートに当接するとき、前記凹部の内部に熱絶縁容積が画定されるようになっている請求項１記載の装置。
8. 前記熱絶縁容積は、１２００Ｂｔｕインチ／（ｈ）（ｆｔ^２）（°Ｆ）よりも小さい熱伝導率を有する組成物によって占有される請求項７記載の装置。
9. 前記組成物が空気又は絶縁材料である請求項８記載の装置。
10. 前記凹部に傾斜が付けられている請求項７記載の装置。
11. 前記凹部の断面が、鋸歯パターン、反復パターン、曲線及び多項方程式からなる群から選択される形状によって画定される請求項７記載の装置。
12. 前記高い温度は約２５０℃から約６２５℃までの間の範囲にある請求項１記載の装置。
13. 前記通路は、前記装置を前記高い温度に近い温度に維持するための加熱要素をさらに備える請求項１記載の装置。
14. 前記加熱要素は金属成形の加熱器を備える請求項１３記載の装置。
15. 前記加熱要素はセラミック基体の周囲に巻き付けたコイルである請求項１３記載の装置。
16. 前記通路は、前記加熱要素によって生成された熱を分散するための熱分散機構をさらに備える請求項１３記載の装置。
17. 前記熱分散機構は反射表面である請求項１３記載の装置。
18. 前記熱分散機構は放物面鏡である請求項１７記載の装置。
19. 前記基板は半導体基板又はガラス基板である請求項１記載の装置。
20. 第１のチャンバと第２のチャンバとの間で基板が搬送される装置であって、前記第１のチャンバは、前記第２のチャンバ内で維持されている温度に比べて高い温度に維持され、前記第２チャンバはポートを含み、
    前記装置は、
    前記基板を受け入れるための通路と、
    前記第１のチャンバから前記第２のチャンバへの伝熱を減少させるステンレス鋼の境界面とを備え、前記ステンレス鋼の境界面は、前記装置と前記第２チャンバとの間で前記基板の搬送を可能にし、前記ステンレス鋼の境界面は、面を有しかつ前記面上には境界が配置されており、前記境界は、前記ステンレス鋼の境界面を介して前記基板の搬送が可能であるような寸法を有する穴部を前記ステンレス鋼の境界面の中に画定する装置。
21. 第１のチャンバと第２のチャンバとの間で基板が搬送される装置であって、前記第１のチャンバは、前記第２のチャンバの周辺温度に比べて高い温度に維持され、前記第２チャンバはポートを含み、
    前記装置は、
    前記基板を受け入れるための通路であって、前記装置を前記高い温度に近い温度に維持するための加熱要素を含む通路と、
    前記第１のチャンバから前記第２のチャンバへの伝熱を減少させる境界面とを備え、前記境界面は、前記装置と前記第２チャンバとの間で前記基板の搬送を可能にし、前記境界面は、面を有しかつ前記面上には境界が配置されており、前記境界は、前記境界面を介して前記基板の搬送が可能であるような寸法を有する穴部を前記境界面の中に画定する装置。
    

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