JP2009188161A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁波による悪影響を回避しボートの正常な回転を確保することができる基板処理装置を提供する。
【解決手段】処理室３７を形成したプロセスチューブ３６外にシールド５４を同心円に設置し、シールド５４の側壁に導波管５６の一端を接続し、導波管５６の他端に電磁波源５７を接続する。シールキャップ３２に回転軸を軸受装置で支持しロータリーアクチュエータ５０で回転させるように設け、回転軸の受け台上にボート４２を載置する。軸受装置周りに電磁波を遮蔽するカバー５１を設置し、カバー５１は固定部と可動部とで迷路構造に構成する。シールド内に供給された電磁波が軸受装置に及ぶのを阻止できるので、電磁波によって軸受装置の磁性流体が加熱されてしまい、正常な回転を維持できない事態が発生するのを未然に防止できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板処理装置に関する。
例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に熱処理（thermal treatment ）を施すのに利用して有効なものに関する。

ＩＣの製造方法においてウエハに熱処理を施すのに、バッチ式縦型ホットウオール形熱処理装置が広く使用されている。
バッチ式縦型ホットウオール型熱処理装置は処理炉を備えており、処理炉は、一端開口で他端閉塞の円筒形状に形成されて処理室を形成するプロセスチューブと、処理室を排気する排気管と、処理室へ処理ガスを供給するガス供給管と、プロセスチューブ外に設置されて処理室内を全体にわたって均一に加熱するヒータユニットとから構成されている。
処理炉の真下近傍に設置されたボートエレベータのアームには、処理に際して処理炉の炉口を閉塞するシールキャップが水平に支持されているとともに、シールキャップの上には、複数枚のウエハを保持するボートが垂直に立脚されており、ボートは回転駆動装置によって回転されるようになっている。
そして、ボートがボートエレベータによって上昇されるのに伴って、複数枚のウエハが処理室に搬入され、処理室内において処理炉による熱処理を施される。このとき、ボートが回転駆動装置によって回転され、ウエハ面内の処理の均一性が確保される。

従来のこの種の処理炉のヒータユニットは、抵抗発熱体と断熱筒とによって形成されているのが、一般的である。

しかしながら、ヒータユニットが抵抗発熱体と断熱筒とによって構成されている場合には、ヒータユニットの熱容量が大きくなるために、低温領域でのウエハの温度制御が低下するという問題点があった。
そこで、ウエハを電磁波によって加熱する基板処理装置が提案され得る。
しかしながら、ウエハを電磁波によって加熱する基板処理装置においては、ボートを回転する回転駆動装置の軸受が加熱されるために、ボートの正常な回転を維持することができない場合が発生してしまう。

本発明の目的は、ボートの正常な回転を確保することができる基板処理装置を提供することにある。

前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
複数の基板を搭載したボートが電磁波による加熱時に回転する基板処理装置であって、 前記ボートを回転させる回転軸周りが前記電磁波を遮蔽するカバーによって被覆されている基板処理装置。

前記手段によれば、回転駆動装置はカバーによって電磁波から保護されるので、ボートの正常な回転を確保することができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。

本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、ＩＣの製造方法において、ウエハに各種の熱処理を施すバッチ式縦型ホットウオール形熱処理装置（以下、バッチ式熱処理装置という。）として構成されている。

図１および図２に示されているように、本実施の形態に係るバッチ式熱処理装置１０においては、被処理基板であるウエハ１を収納して搬送するためのウエハキャリアとしては、ＦＯＵＰ（以下、ポッドという。）２が使用されている。
本実施の形態に係るバッチ式熱処理装置１０は筐体１１を備えている。
筐体１１の正面壁１１ａの正面前方部には正面メンテナンス口１２が開設されている。正面メンテナンス口１２はメンテナンス可能な開口部を構成している。正面メンテナンス口１２は正面メンテナンス扉１３、１３によって開閉される。
筐体１１の正面壁１１ａにはポッド搬入搬出口１４が筐体１１の内外を連通するように開設されており、ポッド搬入搬出口１４はフロントシャッタ１５によって開閉される。
ポッド搬入搬出口１４の正面前方側にはロードポート１６が設置されており、ロードポート１６はポッド２を載置されて位置合わせするように構成されている。
ポッド２はロードポート１６上に工程内搬送装置（図示せず）によって搬入され、かつまた、ロードポート１６上から搬出されるようになっている。

筐体１１内の前後方向略中央部における上部には、回転式ポッド棚１７が設置されており、回転式ポッド棚１７は複数個のポッド２を保管するように構成されている。
すなわち、回転式ポッド棚１７は垂直に立設されて水平面内で間欠回転される支柱１８と、支柱１８に上中下段の各位置において放射状に支持された複数枚の棚板１９とを備えており、複数枚の棚板１９はポッド２を複数個宛それぞれ載置した状態で保持するように構成されている。

筐体１１内におけるロードポート１６と回転式ポッド棚１７との間には、ポッド搬送装置２０が設置されている。ポッド搬送装置２０はポッド２を保持したまま昇降可能なポッドエレベータ２０ａとポッド搬送機構２０ｂとで構成されている。
ポッド搬送装置２０はポッドエレベータ２０ａとポッド搬送機構２０ｂとの連続動作により、ロードポート１６と回転式ポッド棚１７とポッドオープナ２１との間でポッド２を搬送するように構成されている。

ポッドオープナ２１はポッド２を載置する載置台２２、２２と、ポッド２のキャップを着脱するキャップ着脱機構２３、２３とを備えている。ポッドオープナ２１は載置台２２に載置されたポッド２のキャップをキャップ着脱機構２３によって着脱することにより、ポッド２のウエハ出し入れ口を開閉するように構成されている。

筐体１１内の前後方向の略中央部における下部には、サブ筐体２４が後端にわたって構築されている。サブ筐体２４の正面壁２４ａにはウエハ１をサブ筐体２４内に対して搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口２５が一対、垂直方向に上下二段に並べられて開設されており、上下段のウエハ搬入搬出口２５、２５には一対のポッドオープナ２１、２１がそれぞれ設置されている。

サブ筐体２４はポッド搬送装置２０や回転式ポッド棚１７の設置空間から流体的に隔絶された移載室２６を構成している。移載室２６の前側領域にはウエハ移載機構２７が設置されている。
ウエハ移載機構２７はウエハ１を水平面内において回転ないし直動可能なウエハ移載装置２７ａと、ウエハ移載装置２７ａを昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ２７ｂとで構成されている。
図１に想像線で示されているように、ウエハ移載装置エレベータ２７ｂは筐体１１の右側端部とサブ筐体２４の移載室２６の前方領域右端部との間に設置されている。
ウエハ移載装置エレベータ２７ｂおよびウエハ移載装置２７ａの連続動作により、ウエハ移載装置２７ａのツィーザ２７ｃをウエハ１の載置部として後記するボートに対してウエハ１を装填（チャージング）および脱装（ディスチャージング）するように構成されている。

移載室２６の後側領域にはボートを収容して待機させる待機部２８が構成されている。待機部２８の天井面には炉口シャッタ２９が設けられており、炉口シャッタ２９は後記する処理炉の炉口を開閉するように構成されている。

図１に想像線で示されているように、筐体１１の右側端部とサブ筐体２４の待機部２８の右端部との間には、ボートエレベータ３０が設置されている。ボートエレベータ３０の昇降台には連結具としてのアーム３１が連結されており、アーム３１には蓋体としてのシールキャップ３２が水平に据え付けられている。

図１に示されているように、移載室２６のウエハ移載装置エレベータ２７ｂ側およびボートエレベータ３０側と反対側である左側端部には、クリーンユニット３３が設置されている。クリーンユニット３３は供給フアンおよび防塵フィルタによって構成されている。クリーンユニット３３は清浄化した雰囲気もしくは不活性ガスであるクリーンエア３４（図１の矢印参照）を供給する。
図示はしないが、ウエハ移載装置２７ａとクリーンユニット３３との間には、ウエハの円周方向の位置を整合させるノッチ合わせ装置が設置されている。
クリーンユニット３３から吹き出されたクリーンエア３４は、ノッチ合わせ装置およびウエハ移載装置２７ａ、待機部２８にあるボートに流通された後に、図示しないダクトにより吸い込まれる。吸い込まれたクリーンユニット３４は、筐体１１の外部に排気がなされるか、もしくはクリーンユニット３３の吸い込み側である一次側（供給側）にまで循環され、再びクリーンユニット３３によって移載室２６内に吹き出される。

図１および図２に示されているように、筐体１１の後側上部には処理炉３５が垂直に設置されている。
図３に示されているように、処理炉３５はプロセスチューブ３６を備えている。
プロセスチューブ３６は石英等の誘電体が使用されて一端開口で他端閉塞の円筒形状に形成されており、プロセスチューブ３６は中心線が垂直になるように縦に配されて固定的に支持されている。
プロセスチューブ３６の筒中空部は複数枚のウエハ１が収容される処理室３７を形成しており、プロセスチューブ３６の内径は取り扱うウエハ１の最大外径よりも大きくなるように設定されている。
プロセスチューブ３６の下端部には炉口フランジ３８が設置されており、炉口フランジ３８がサブ筐体２４に支持されることによりプロセスチューブ３６は垂直に据え付けられた状態になっている。炉口フランジ３８は処理炉３５の炉口３９を形成している。

プロセスチューブ３６の下端部の側壁には排気管４０の一端が接続されており、排気管４０は他端が排気装置（図示せず）に接続されて処理室３７を排気するように構成されている。
プロセスチューブ３６の排気管４０と異なる位置には、処理室３７へ処理ガスを供給するためのガス供給管４１の一端が接続されている。

図３に示されているように、処理炉３５の真下近傍に設置されたボートエレベータ３０のアーム３１には、処理に際して炉口３９を閉塞するシールキャップ３２が水平に支持されている。
シールキャップ３２は炉口フランジ３８の外径と略等しい円盤形状に形成されており、ボートエレベータ３０によって上昇されることにより、炉口３９を気密シールして閉塞するように構成されている。

シールキャップ３２の上には、複数枚のウエハ１を保持して処理室３７の内外に搬送するボート４２が垂直に立脚されて支持されている。ボート４２は石英等の誘電体が使用されて形成されている。
ボート４２は上下で一対の端板４３、４４と、両端板４３、４４間に架設されて垂直に配設された３本の保持柱４５とを備えている。３本の保持柱４５にはウエハ１の外周縁部を保持する保持溝４６が複数段、上下方向に等間隔に配置されて形成されており、同一段の保持溝４６は互いに同一平面を構成するように配置されている。
ボート４２は同一段の保持溝４６によってウエハ１の外周縁部を保持することにより、複数枚のウエハ１を中心を揃えて整列させた状態で保持し得るようになっている。
ボート４２の下部には処理室３７からの熱の放射を抑制するための断熱板４７が複数枚、配置されている。

図４に示されているように、シールキャップ３２の中心線上には回転軸４８が挿通されており、回転軸４８は上端には受け台４８ａが水平に固定されている。受け台４８ａ上にはボート４２が一体回転するように載置されている。
回転軸４８は磁性流体を使用した軸受装置４９によって回転自在に支承されている。シールキャップ３２の下面の中央にはロータリーアクチュエータ５０が設置されており、ロータリーアクチュエータ５０は回転軸４８に連結されている。したがって、ロータリーアクチュエータ５０は回転軸４８を介してボート４２を回転させるようになっている。
軸受装置４９周りすなわち回転軸４８周りには、電磁波を遮蔽するカバー５１が設置されている。カバー５１は固定部５２と可動部５３とを備えている。固定部５２および可動部５３はいずれも電磁波を遮蔽することができる金属（例えば、アルミニウム系材料、ステンレス鋼、ニッケル合金）によって形成されている。
固定部５２は断面略Ｕ字形の二重円筒形状に形成されており、軸受装置４９を取り囲むように配置されてシールキャップ３２に固定されている。
可動部５３は断面略Ｌ字形の鍔付き円筒形状に形成されており、固定部５２の中空部内に挿入されて受け台４８ａとボート４２との間に挟み込まれている。したがって、可動部５３は回転軸４８およびボート４２と一緒に回転するようになっているとともに、固定部５２と協働して迷路構造すなわち非接触形シールを構成している。すなわち、カバー５１の固定部５２と可動部５３とが形成する経路は長くなっている。

プロセスチューブ３６の外部にはプロセスチューブ３６の外側を取り囲んで電磁波を閉じ込めるシールド５４が、同心円に設置されている。シールド５４は電磁波の外部への漏洩を効果的に防止可能な導電性材料（例えば、銅、アルミニウム、ステンレス、白金、銀）によって、プロセスチューブ３６よりも大きめの上端が閉塞した八角形筒形状もしくは他の多角形状に形成されている。
但し、シールド５４は導電性材料のみによって形成するに限らない。例えば、導電性材料からなる基材のプロセスチューブ３６側の表面に電磁波の反射面や吸収層等を形成した多層シールド材料によって形成してもよい。

シールド５４の側壁における略中央高さの部位には、電磁波導入ポート５５が穿設されており、電磁波導入ポート５５にはシールド５４内に電磁波を供給する導波管５６の一端が接続されている。
導波管５６の他端には電磁波を供給する電磁波源５７が接続されている。電磁波源５７は０．５〜５０ＧＨｚの電磁波を導波管５６に供給するように構成されている。
また、電磁波源５７は供給する電磁波の周波数を減少または／および増加することができるように構成されている。
さらに、電磁波源５７は処理室３７やウエハ１の温度を計測する熱電対等の温度計（図示せず）の計測結果に基づいて、電磁波のエネルギを増減するフィードバック制御（クローズドループ制御）を実行することができるように構成されている。

なお、電磁波導入ポート５５はシールド５４の一箇所に配置するに限らず、複数箇所に配置してもよい。
また、導波管５６は電磁波導入ポート５５に直接的に接続するに限らず、電磁的拡散レンズ等の電磁波を拡散する電磁波拡散手段を介在させてもよい。
シールド５４はベース５８の上に設置されている。

次に、前記構成に係るバッチ式熱処理装置１０の作用を説明する。

図１および図２に示されているように、ポッド２がロードポート１６に供給されると、フロントシャッタ１５はポッド搬入搬出口１４を開放する。ポッド搬送装置２０はロードポート１６上のポッド２を筐体１１内へポッド搬入搬出口１４から搬入する。
ポッド搬送装置２０は搬入されたポッド２を回転式ポッド棚１７の指定された棚板１９へ搬送して受け渡す。
ポッド２は一時的に保管された後に、ポッド搬送装置２０によって棚板１９から一方のポッドオープナ２１に搬送して載置台２２に移載する。
ポッド搬送装置２０はポッド２をポッドオープナ２１に直接搬送して載置台２２に移載する場合もある。
このポッドの搬送中には、キャップ着脱機構２３はポッドオープナ２１のウエハ搬入搬出口２５を閉じている。
クリーンユニット３３はクリーンエア３４を移載室２６に循環させている。例えば、移載室２６にクリーンエア３４として窒素ガスが循環することにより、酸素濃度が２０ｐｐｍ以下と、筐体１１内（大気雰囲気）の酸素濃度よりも遥かに低く設定されている。

ポッドオープナ２１は載置台２２に載置されたポッド２の開口側端面を正面壁２４ａにおけるウエハ搬入搬出口２５開口縁辺部に押し付けるとともに、そのキャップをキャップ着脱機構２３によって取り外し、ポッド２のウエハ出し入れ口を開放させる。
ポッド２がポッドオープナ２１によって開放されると、ウエハ移載装置２７ａはツィーザ２７ｃによってウエハ１をポッド２からウエハ出し入れ口を通じてピックアップし、ノッチ合わせ装置に搬送する。
ノッチ合わせ装置にてノッチ合わせされた後に、ウエハ移載装置２７ａはノッチ合わせ装置からウエハをツィーザ２７ｃによってピックアップし、移載室２６の後方にある待機部２８へ搬入し、ボート４２に装填（チャージング）する。
ボート４２にウエハ１を受け渡したウエハ移載装置２７ａはポッド２に戻り、前述した手順で、次のウエハ１をボート４２に装填する。

この一方（上段または下段）のポッドオープナ２１におけるウエハ移載機構２７によるウエハのボート４２への装填作業中に、他方（下段または上段）のポッドオープナ２１には回転式ポッド棚１７から別のポッド２がポッド搬送装置２０によって搬送されて移載され、ポッドオープナ２１によるポッド２の開放作業が同時進行される。

所定の枚数のウエハ１が移載されると、ボートエレベータ３０はボート４２を上昇させて、図４に示されているように、処理炉３５の処理室３７に搬入（ボートローディング）させる。
ボート４２が上限に達すると、シールキャップ３２が炉口３９をシール状態に閉塞するために、処理室３７は気密に閉じられた状態になる。
気密に閉じられると、処理室３７は排気管４０によって排気され、電磁波によって所定の温度（例えば、２００℃程度）に加熱される。
すなわち、電磁波源５７は電磁波を導波管５６を経由してシールド５４内に供給する。シールド５４内に供給された電磁波はウエハ１に入射して効率的に吸収されるために、ウエハ１はきわめて効果的に昇温して所定の温度に加熱される。
この際、処理室３７の温度は全体にわたって均一に維持された状態になるために、ボート４２に保持されたウエハ１群の温度分布は全長にわたって均一になるとともに、各ウエハ１の面内の温度分布も均一かつ同一になる。

電磁波供給後に、図示しない温度計の計測温度が目標温度（例えば、２００℃）に近づくように、電磁波源５７からシールド５４内に供給する電磁波のエネルギを制御する。
このフィードバック制御における目標温度と計測温度との許容範囲については、許容範囲を狭くすると、処理を開始するまでの時間が長くなり、許容範囲を広くすると、ウエハ１に対する処理の状態の信頼性が低下する。
図示しない温度計の計測温度が目標温度（例えば、２００℃）に対する許容範囲に入ったら、その状態を維持して所定の時間だけ熱処理を実施する。
例えば、ボート４２をロータリーアクチュエータ５０によって回転させながら、所定の処理ガス（図示せず）をガス供給管４１から所定の時間だけ供給する。

予め設定された処理時間が経過すると、ボート４２の回転、処理ガスの供給、電磁波の供給および排気管４０の排気が停止された後に、ボートエレベータ３０によってシールキャップ３２が下降されることにより、炉口３９が開口されるとともに、ボート４２が炉口３９から処理室３７の外部に搬出（ボートアンローディング）される。

処理室３７の外部に搬出されたウエハ１は、前述したウエハ移載機構２７の作動とは逆の手順により、ポッド２内に収納される。
以上の作動が繰り返されることにより、複数枚のウエハ１がバッチ処理される。

ところで、カバー５１が設置されていない場合には、シールド５４に供給された電磁波が軸受装置４９の磁性流体にも及ぶために、磁性流体が加熱されてしまい、正常な回転を維持することができない事態が発生する。
しかし、本実施の形態においては、軸受装置４９周りに電磁波を遮蔽するカバー５１が設置されているので、シールド５４に供給された電磁波が軸受装置４９の磁性流体に及ぶのを阻止することができる。したがって、電磁波によって軸受装置４９の磁性流体が加熱されてしまい、正常な回転を維持することができない事態が発生するのを未然に防止することができる。

前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。

1) 電磁波によってウエハを加熱することにより、ウエハを直接的に加熱することができるので、ウエハを効果的に加熱することができ、また、低温領域での温度を適正かつ精密に制御することができる。

2) 複数枚のウエハを一律に加熱することにより、ウエハのボート全長および各ウエハ面内の温度を均一に分布させることができるため、ウエハの熱処理状況をウエハ面内および各ウエハ相互間のいずれにおいても均一化することができる。

3) 複数枚のウエハを一括してバッチ処理することにより、ウエハを一枚ずつ枚葉処理する場合に比べて、スループットを大幅に向上させることができる。

4) 軸受装置周りに電磁波を遮蔽するカバーを設置することにより、シールド内に供給された電磁波が軸受装置の磁性流体に及ぶのを阻止することができるので、電磁波によって軸受装置の磁性流体が加熱されてしまい、正常な回転を維持することができない事態が発生するのを未然に防止することができる。

5) カバーを迷路構造による非接触形シールに構成することにより、ボートの回転を確保しつつ軸受装置内への電磁波の侵入を阻止（磁気シール）することができるので、ボートの回転によるウエハ面内の均一性を維持することができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、カバーは金属のみによって形成するに限らない。例えば、金属からなる基材のプロセスチューブ側表面に電磁波の反射面や吸収層等を形成した多層シールド材料によって形成してもよい。

カバーはメンテナンスの容易化のために、着脱自在に構成することが好ましい。

本発明に係るバッチ式熱処理装置は、拡散装置や減圧ＣＶＤ装置およびアニール装置等の基板処理装置全般に使用することができる。特に、本発明に係る基板処理装置は、減圧下で低温領域の熱処理を施す場合に優れた効果を奏する。

また、被処理基板はウエハに限らず、ホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。

好ましい実施態様を付記する。
（１）複数の基板を搭載したボートが電磁波による加熱時に回転する基板処理装置であって、
前記ボートを回転させる回転軸周りが前記電磁波を遮蔽するカバーによって被覆されている基板処理装置。
（２）前記カバーは迷路構造を構成する固定部と可動部とを備えている前記（１）の基板処理装置。
（３）前記カバーはアルミニウム系材料、ステンレス鋼、ニッケル合金のいずれかによって形成されている基板処理装置。
（４）前記カバーは着脱自在に構成されている基板処理装置。

本発明の一実施の形態であるバッチ式熱処理装置を示す一部省略斜視図である。 側面断面図である。 処理炉を通る正面断面図である。 処理ステップにおける処理炉部分を示す正面断面図である。

１…ウエハ（基板）、２…ポッド、
１０…バッチ式熱処理装置（基板処理装置）、１１…筐体、１２…正面メンテナンス口、１３…正面メンテナンス扉、１４…ポッド搬入搬出口、１５…フロントシャッタ、１６…ロードポート、１７…回転式ポッド棚、１８…支柱、１９…棚板、
２０…ポッド搬送装置、２０ａ…ポッドエレベータ、２０ｂ…ポッド搬送機構、
２１…ポッドオープナ、２２…載置台、２３…キャップ着脱機構、
２４…サブ筐体、２４ａ…正面壁、２５…ウエハ搬入搬出口、２６…移載室、
２７…ウエハ移載機構、２７ａ…ウエハ移載装置、２７ｂ…ウエハ移載装置エレベータ、２７ｃ…ツィーザ、
２８…待機部、２９…炉口シャッタ、
３０…ボートエレベータ、３１…アーム、３２…シールキャップ、
３３…クリーンユニット、３４…クリーンエア、
３５…処理炉、３６…プロセスチューブ、３７…処理室、３８…炉口フランジ、３９…炉口、４０…排気管、４１…ガス供給管、
４２…ボート（搬送治具）、４３、４４…端板、４５…保持柱、４６…保持溝、４７…断熱板、
４８…回転軸、４９…軸受装置、５０…ロータリーアクチュエータ、５１…カバー、５２…固定部、５３…可動部、
５４…シールド、５５…電磁波導入ポート、５６…導波管、５７…電磁波源、５８…ベース。

Claims (1)

1. 複数の基板を搭載したボートが電磁波による加熱時に回転する基板処理装置であって、 前記ボートを回転させる回転軸周りが前記電磁波を遮蔽するカバーによって被覆されている基板処理装置。

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