JP2006093543A

JP2006093543A - 熱処理装置

Info

Publication number: JP2006093543A
Application number: JP2004279154A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Wakamori; 勤若森
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2006-04-06

Abstract

【課題】被処理体を反り変形が生じないように中央部と周縁部をバランス良く迅速に冷却することができ、スループットの向上が図れる熱処理装置を提供する。
【解決手段】被処理体を収容して熱処理を行う処理室と、該処理室から搬出された熱処理後の被処理体を収容して所定の温度以下に冷却する冷却室３とを備えた熱処理装置であって、前記冷却室３は被処理体を支持する支持部２８と、被処理体の下面に対向して被処理体を冷却する冷却板２９とを有し、該冷却板２９の上面が被処理体に対向する周縁部から中央部に向って漸次隆起して形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、熱処理装置に関するものである。

半導体装置の製造においては、被処理体例えば半導体ウエハｗに酸化、拡散、ＣＶＤ等の各種の処理を施す工程があり、このような処理を行う装置として例えばウエハを一枚ずつ処理する枚葉式の熱処理装置が知られている（例えば特開２００３−３７１０７号公報参照）。この熱処理装置は、複数枚のウエハを収納した運搬容器（例えばＦＯＵＰと呼ばれる蓋付き運搬容器）から、一枚のウエハを取出して処理室に搬入して所定の熱処理温度（例えば１０００℃程度）及び処理ガス雰囲気下で熱処理するように構成されている。

熱処理後、ウエハは例えば冷却室に搬送され、運搬容器に収納可能な温度（例えば１００℃程度）になるまで自然冷却によって降温された後、運搬容器に収納されている。

特開２００３−３７１０７号公報

しかしながら、従来の熱処理装置においては、ウエハの温度が下がるまでに時間がかかるという問題があった。ウエハの冷却時間がかかると、スループットの低下を余儀なくされる。なお、冷却時間がかかる理由としては、冷却室内に設けられる冷却板と冷却板の上方に支持されるウエハとの間に距離があり、ウエハからの熱を伝えにくいことと、冷却板が加工地肌のままでウエハからの熱放射を積極的に吸収する構造ではないことが考えられる。

一方、冷却時間を短縮するために、冷却板とウエハとの隙間を小さくしたり或いは冷却板の上面にウエハを直接載置したりすることが考えられるが、この場合、ウエハは中央部よりも周縁部の方が早く放熱されて降温するため、中央部と周縁部の急激な温度差に伴う熱収縮差によってウエハの中央部が盛上る反り変形を生じ、これによりウエハの中央部と冷却板との間の距離が離れて冷却効率が悪くなるという問題がある。

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、被処理体を反り変形が生じないように中央部と周縁部をバランス良く迅速に冷却することができ、スループットの向上が図れる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、被処理体を収容して熱処理を行う処理室と、該処理室から搬出された熱処理後の被処理体を収容して所定の温度以下に冷却する冷却室とを備えた熱処理装置であって、前記冷却室は被処理体を支持する支持部と、被処理体の下面に対向して被処理体を冷却する冷却板とを有し、該冷却板の上面が被処理体に対向する周縁部から中央部に向って漸次隆起して形成されていることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の熱処理装置において、前記冷却板の表面が硬質アルマイト処理されていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１記載の熱処理装置において、前記冷却室は、真空側である処理室との間で被処理体の搬送を行う搬送機構を有する真空側搬送室と連通する真空側出入口と、大気側である運搬容器との間で被処理体の搬送を行う搬送機構を有する大気側搬送室と連通する大気側出入口とを備えたロードロック室内に形成されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３記載の熱処理装置において、前記ロードロック室内には、下部に前記冷却板が設けられ、上部に大気側からの被処理体を載置する載置部が設けられていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、被処理体を収容して熱処理を行う処理室と、該処理室から搬出された熱処理後の被処理体を収容して所定の温度以下に冷却する冷却室とを備えた熱処理装置であって、前記冷却室は被処理体を支持する支持部と、被処理体の下面に対向して被処理体を冷却する冷却板とを有し、該冷却板の上面が被処理体に対向する周縁部から中央部に向って漸次隆起して形成されているため、被処理体を反り変形が生じないように中央部と周縁部をバランス良く迅速に冷却することができ、スループットの向上が図れる。

請求項２の発明によれば、前記冷却板の表面が硬質アルマイト処理されているため、被処理体からの熱放射を積極的に吸収することができ、更に冷却効率の向上が図れる。

請求項３の発明によれば、前記冷却室は、真空側である処理室との間で被処理体の搬送を行う搬送機構を有する真空側搬送室と連通する真空側出入口と、大気側である運搬容器との間で被処理体の搬送を行う搬送機構を有する大気側搬送室と連通する大気側出入口とを備えたロードロック室内に形成されているため、装置のコンパクト化及びスループットの向上が図れる。

請求項４の発明によれば、前記ロードロック室内には、下部に前記冷却板が設けられ、上部に大気側からの被処理体を載置する載置部が設けられているため、更に装置のコンパクト化及びスループットの向上が図れる。

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熱処理装置の概略的構成を示す斜視図、図２は同熱処理装置の平面構成を概略的に示す図、図３はロードロック室の縦断面図、図４は冷却板の表面形状を概略的に示す断面図である。

図１ないし図２において、１は熱処理装置で、この熱処理装置１は、被処理体例えば半導体ウエハｗを一枚ずつ収容して所定の熱処理（例えばＣＶＤ等）を行う処理室（プロセスモジュール）２と、この処理室２から搬出された熱処理後のウエハｗを収容して所定の温度以下に冷却する冷却室３とを備えている。ウエハｗとしては、例えば直径が３００ｍｍの大口径ウエハが用いられる。処理室２は、１枚のウエハｗを載置する載置部と、そのウエハｗを加熱する過熱機構と、処理ガスや不活性ガス例えば窒素ガスを導入するガス導入系と、処理室内を所定の真空雰囲気に減圧排気する減圧排気系とを備えている（図示省略）。

また、熱処理装置１は、内部が正常な雰囲気とされた筐体４を備え、この筐体４内に前記処理室２及び冷却室３が設けられている。筐体４の前面部に複数例えば２５枚程度のウエハｗを上下方向に所定の間隔で多段に収納した運搬容器（例えば、ＦＯＵＰと称する蓋付き運搬容器）５を載置して筐体４内との間でウエハｗの移載を行うためのロードポート６が図示例では２つ設けられている。筐体４の前面部には運搬容器５の前面部を接続する接続口７が設けられ、この接続口７の背面部には接続口７を閉じるドア（図示省略）が開閉可能及び上下方向に退避可能に設けられている。ドアには運搬容器５の前面部に着脱可能に取付けられた蓋を開閉する開閉機構が設けられている（図示省略）。ロードポート６には運搬容器５を載置すると、この運搬容器５の前面部を前記接続口７に押圧して当接させる図示しない当接機構が設けられている。

前記冷却室３は、真空側である処理室２との間でウエハｗの搬送を行う搬送機構８を有する真空側搬送室（トランスファモジュール）９と連通する真空側出入口１０と、大気側である運搬容器５との間でウエハｗの搬送を行う搬送機構１１を有する大気側搬送室（ローダーモジュール）１２と連通する大気側出入口１３とを備えたロードロック室１４内に形成されている。図示例の熱処理装置１は、処理室２及びロードロック室１４を上下に２個ずつ備えており、真空側及び大気側の搬送機構８，１１は上下の処理室２及びロードロック室１４に対応できるように昇降可能に構成されている。

ロードロック室１４の真空側出入口１０と大気側出入口１３にはゲートバルブ１５，１６がそれぞれ設けられている。真空側搬送室９と連通接続される処理室２の出入口１７にもゲートバルブ１８が設けられている。真空側搬送室９内は、処理室２内の圧力と同じ圧力に減圧されている。ロードロック室１４は、大気圧側のゲートバルブ１６を閉じて真空側のゲートバルブ１５を開ける際に真空側搬送室９内と同じ圧力に減圧され、真空側のゲートバルブ１５を閉じて大気側のゲートバルブ１６を開ける際に例えば不活性ガス（例えば窒素ガス）を導入して大気圧に戻されるようになっている。

前記真空側搬送室９内の中央部には、水平旋回可能及び水平方向に伸縮可能な多関節アーム型の搬送機構が（トランスファロボット）８が設けられ、この搬送機構８はウエハｗの両側下縁部を支承する支承部１９を有する先端アーム部２０を備えている。すなわち、搬送機構８は、水平旋回可能な第１アーム部２１と、この第１アーム部２１の先端に水平旋回可能に設けられた第２アーム部２２と、この第２アーム部２２の先端部に水平旋回可能に設けられた第３アーム部である平面略Ｕ字状の先端アーム部２０とを備え、この先端アーム部２０の両先端部には相対向してウエハｗの両側下面を支持するピン状の支承部１９が左右に２つずつ設けられている。

前記大気側搬送室１２の一側には回転基準台上に載置されるウエハｗの偏芯量と、ウエハｗの外周に形成された切欠目印（例えばノッチ）の位置（回転位置）とを光学的センサにより検出可能及びその検出値に基いて補正可能に構成された位置合せ装置（オリエンタ、アライナともいう）２３が設けられている。大気側搬送室１２内には、水平旋回可能及び水平方向に伸縮可能な多関節アーム型の搬送機構（ローダーロボット）１１が設けられ、この搬送機構１１によって運搬容器５内からウエハｗを取出して位置合せ装置２３に載せ、位置合せ装置２３からロードロック室１４内に搬送する一方、ロードロック室１４内の冷却室３内に処理室２側から搬送された処理済みのウエハｗを大気側に取出して運搬容器５に戻すようになっている。

この搬送機構１１はウエハｗの下面を真空吸着により保持する先端アーム部（フォーク）２４を備えている。すなわち、この搬送機構１１は、水平旋回可能な第１アーム部２５と、この第１アーム部２５の先端に水平旋回可能に設けられた第２アーム部２６と、この第２アーム部２６の先端部に水平旋回可能に設けられた第３アーム部である平面略Ｕ字状の先端アーム部２４とを備え、この先端アーム部２４の両先端部にはウエハｗの下面を真空吸着するための吸引孔２７が設けられている。

前記冷却室３は図３に示すようにロードロック室１４内の下部に設けられている。冷却室３は、ウエハｗを水平に支持する複数本例えば６本の支持ピン（支持部）２８と、ウエハｗの下面に対向してウエハｗを冷却する冷却板２９とを有している。また、冷却板２９の下部には搬送機構８，１１の先端アーム部２０，２４と支持ピンとの間でウエハｗの受け渡しを行うために、ウエハｗを持ち上げ下げする複数例えば４本のリフターピン３０を有するリフト機構３１が備えている。

リフト機構３１は、ロードロック室１４の外底部を気密に貫通した昇降ロッド３２を介して昇降動される昇降板３３と、ロードロック室１４の外底部に設けられ昇降ロッド３２を介して昇降板３３を昇降動させる駆動部であるエアシリンダ３４とを備え、その昇降板３３上に前記リフターピン３０が突設されている。支持ピン２８はウエハｗの周縁部を支持すべく冷却板２９上に周方向に等間隔で設けられ、リフターピン３０はウエハｗの周縁部を支持すべく前記支持ピン２８と略同じピッチ円上に支持ピン２８と干渉しないようにして等間隔で設けられている。冷却板２９の下部には昇降板３３を昇降動可能に収容する空間部３５が設けられ、冷却板２９にはリフターピン３０を下方から昇降可能に挿通する挿通孔３６が設けられている。

前記冷却板２９の内部には冷媒例えば冷却水を流通させるための冷媒通路（例えば水冷パイプ）３７が設けられている。冷却板２９は例えばアルミニウム製である。支持ピン２８及びリフターピン３０は例えば石英製である。支持ピン２８上に支持された熱処理後の高温例えば１０００℃のウエハを反り変形が生じないように中央部と周縁部をバランス良く迅速に冷却して降温させるために、冷却板２９の上面がウエハｗに対向する周縁部から中央部に向って漸次隆起して形成されている。すなわち、冷却板２９の上面はウエハｗに対向する周縁部（外周部）から中央部（中心部）に向ってテーパー状に盛り上げて形成されている。この場合、冷却板２９の隆起部（盛上り部）３８の高さｈは例えば１．３ｍｍ、隆起部３８の頂点からウエハｗの下面までの距離（隙間）ｄは例えば０．４ｍｍであることが好ましい。冷却室３は、高温のウエハｗを搬入してから所定時間例えば５５秒後に所定温度例えば８０℃以下になるように設計される。

前記ロードロック室１４内は、大気側から真空側へ搬送する常温搬送用と、真空側から大気側へ搬送する降温搬送用とに上下２段に分割され、下部（下段）に前記冷却板２９が設けられ、上部（上段）に大気側からの常温のウエハｗを載置する載置部３９が設けられている。この載置部３９は、冷却板２９の上面より上方のロードロック室１４内における高さ方向略中間位置に一側の壁から延出して設けられた例えばアルミニウム製の載置板４０と、この載置板４０の上面に突設された例えばフッ素樹脂製の複数例えば３本の支持ピン４１とから構成されている。冷却板２９の表面からの熱吸収率を向上させるために、冷却板２９の表面（上面）は硬質アルマイト処理が施され黒色とされていることが好ましい。なお、ウエハｗからの熱放射を吸収するために、前記載置板４０の下面も硬質アルマイト処理されていることが好ましい。

以上の構成からなる熱処理装置の作用を述べる。ロードポート１４に運搬容器５を載置すると、運搬容器５の前面部が当接機構により接続口７に当接され、ドアと共に運搬容器５の蓋が開けられる。大気側の搬送機構１１により前記運搬容器５内からウエハｗが取出され、位置合せ装置２３を経由してロードロック１４内の載置部３９に搬送される。大気側のゲートバルブ１６を閉めてロードロック室１４内を真空側搬送室９内と同じ真空度に真空引き（減圧）したら、真空側のゲートバルブ１５を開けると共に処理室３のゲートバルブ１８を開け、真空側の搬送機構８によりロードロック室１４内の載置部３９からウエハｗが取出されて処理室２内に搬送される。処理室２のゲートバルブ１８を閉じて処理室２でウエハｗの所定の熱処理が施される。

熱処理が終了すると、処理室２のゲートバルブ１８を開き、搬送機構８により処理室２内からウエハｗが取出されてロードロック室１４内における冷却室３内に搬送される。この場合、冷却室３内において、リフト機構３１のリフターピン３０が上昇して搬送機構８の先端アーム部２０からウエハｗを受け取り、先端アーム部２０が退避した後、リフターピン３０が降下してウエハｗを冷却板２９上の支持ピン２８上に載置する。真空側のゲートバルブ１５を閉じ、冷却室２９内に不活性ガス例えば窒素ガスを導入してロードロック室内１４を大気圧に戻すと共に、更に窒素ガスを導入しながら所定時間例えば５５秒程度冷却板２９によるウエハｗの冷却を行い、ウエハｗを所定の温度例えば７７℃程度に降温させる。

この場合、冷却板２９の上面がウエハｗに対向する周縁部から中央部に向って漸次隆起して形成されているため、ウエハｗを反り変形が生じないように中央部と周縁部をバランス良く迅速に（効率良く）冷却することができ、スループットの向上が図れる。また、その場合、前記冷却板２９の表面が硬質アルマイト処理されて黒色になっているため、ウエハからの熱放射を積極的に吸収することができ、更に冷却効率の向上が図れる。

前記ウエハｗの冷却が終了すると、大気側のゲートバルブ１６を開くと共に、リフターピン３０が上昇してウエハｗを支持ピン２８上から持ち上げ、そのウエハｗが搬送機構１１の先端アーム部２４上に吸着保持されてロードロック室１４内の冷却室３内から搬出され、前記運搬容器５内に戻される。前記冷却室３は、真空側である処理室２との間でウエハｗの搬送を行う搬送機構８を有する真空側搬送室９と連通する真空側出入口１０と、大気側である運搬容器５との間でウエハｗの搬送を行う搬送機構１１を有する大気側搬送室１２と連通する大気側出入口１３とを備えたロードロック室１４内に形成されているため、装置のコンパクト化及びスループットの向上が図れる。

特に、前記ロードロック室１４内は、大気側から真空側へ搬送する常温搬送用と、真空側から大気側へ搬送する降温搬送用とに上下２段に分割され、下部（下段）に前記冷却板２９が設けられ、上部（上段）に大気側からの常温のウエハを載置する載置部３９が設けられているため、ロードロック室１４内を有効利用でき、更に装置のコンパクト化及びスループットの向上が図れる。なお、前記真空側搬送室９内の搬送機構８はウエハｗの両側下縁部を支承する支承部１９を有する先端アーム部２０を備えているため、冷却板２９上に先端アーム部２０の干渉を回避する溝を加工する必要がなくなり、均一な冷却が可能になる。

冷却板２９の隆起部３８の高さｈを１．３ｍｍ、隆起部３８の頂点からウエハｗの下面までの距離ｄを０．４ｍｍとし、冷却板２９を常温例えば２５℃程度に冷却した冷却室３内に、熱処理後の１０００℃に加熱された直径３００ｍｍのウエハｗを搬入して温度測定試験を行った結果、ウエハｗの中心部が４７秒後に７１℃、ウエハｗの外周部が５０秒後に７２℃になり、ウエハの中央部と周縁部がバランス良く急速に降温した。また、その際に、ウエハｗの反り変形は発生しなかった。

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、大気側搬送室の周囲に、処理室を接続配置した常圧の熱処理装置にも適用することができる。

本発明の実施の形態である熱処理装置の概略的構成を示す斜視図である。同熱処理装置の平面構成を概略的に示す図である。ロードロック室の縦断面図である。冷却板の表面形状を概略的に示す断面図である。

符号の説明

ｗ半導体ウエハ（被処理体）
１熱処理装置
２処理室
３冷却室
８搬送機構
９真空側搬送室
１０真空側出入口
１１搬送機構
１２大気側搬送室
１３大気側出入口
１４ロードロック室
２８支持ピン（支持部）
２９冷却板
３９載置部

Claims

被処理体を収容して熱処理を行う処理室と、該処理室から搬出された熱処理後の被処理体を収容して所定の温度以下に冷却する冷却室とを備えた熱処理装置であって、前記冷却室は被処理体を支持する支持部と、被処理体の下面に対向して被処理体を冷却する冷却板とを有し、該冷却板の上面が被処理体に対向する周縁部から中央部に向って漸次隆起して形成されていることを特徴とする熱処理装置。
前記冷却板の表面が硬質アルマイト処理されていることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
前記冷却室は、真空側である処理室との間で被処理体の搬送を行う搬送機構を有する真空側搬送室と連通する真空側出入口と、大気側である運搬容器との間で被処理体の搬送を行う搬送機構を有する大気側搬送室と連通する大気側出入口とを備えたロードロック室内に形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
前記ロードロック室内には、下部に前記冷却板が設けられ、上部に大気側からの被処理体を載置する載置部が設けられていることを特徴とする請求項３記載の熱処理装置。