JP2014175395A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体基板を熱処理した後、基板搬送フォークを基板保持具の半導体基板間に挿入させるとき、基板搬送フォークが半導体基板に当たることを防止する。
【解決手段】本実施形態の熱処理装置は、複数枚の半導体基板を棚状に保持する基板保持具を熱処理炉内に収容して熱処理する装置であって、熱処理装置の筐体と、前記筐体に取り付けられたベースプレートとを備える。そして、前記基板保持具に前記半導体基板を載置する基板搬送フォークと、前記ベースプレートに取り付けられ、前記基板搬送フォークを上下方向に移動駆動する上下移動機構とを備える。更に、前記ベースプレートを前記筐体に対して上下方向への移動を許容するように、前記ベースプレートを前記筐体に取り付ける取付部材を備える。
【選択図】図６

Description

本発明の実施形態は、熱処理装置に関する。

半導体基板であるウエハを熱処理する熱処理装置は、多数のウエハを収容するキャリアと、多数のウエハを棚状に配列支持するウエハボート（基板保持具）と、このウエハボートを搬入した状態でウエハを熱処理する熱処理炉と、キャリアとウエハボートとの間でウエハを搬送するウエハ搬送装置とを備えている。ウエハ搬送装置は、ウエハを載置するウエハ搬送フォーク（基板搬送フォーク）と、このウエハ搬送フォークを水平方向（ＸＹ方向）に移動駆動する水平移動機構と、ウエハ搬送フォークを上下方向（Ｚ方向）に移動駆動する上下移動機構とを備えている。上下移動機構は、ウエハ搬送フォークを上下方向に移動案内する上下案内部材を備えており、この上下案内部材を熱処理装置の筐体（ハウジング）に固定している。

上記構成においては、熱処理炉によりウエハを熱処理した後、熱処理炉から取り出したウエハボートからキャリアへウエハを搬送する場合、ウエハ搬送装置のウエハ搬送フォークをウエハボートに支持されたウエハの間に挿入する。このとき、ウエハ搬送フォークがウエハに当たってしまうという不具合が発生することがあった。

特開２００６−２３７２８７号公報

そこで、半導体基板を熱処理した後、基板搬送フォークを基板保持具の半導体基板の間に挿入させるときに、基板搬送フォークが半導体基板に当たってしまうことを防止することができる熱処理装置を提供する。

本実施形態の熱処理装置は、複数枚の半導体基板を棚状に保持する基板保持具を熱処理炉内に収容して熱処理する熱処理装置であって、熱処理装置の筐体と、前記筐体に取り付けられたベースプレートとを備える。そして、前記基板保持具に前記半導体基板を載置する基板搬送フォークと、前記ベースプレートに取り付けられ、前記基板搬送フォークを上下方向に移動駆動する上下移動機構とを備える。更に、前記ベースプレートを前記筐体に対して上下方向への移動を許容するように、前記ベースプレートを前記筐体に取り付ける取付部材を備える。

第１実施形態に係る熱処理装置の全体概略構成を示す平面図 熱処理装置を側面から見た縦断面図 基板搬送装置の斜視図 ベースプレートおよびねじの正面図 ベースプレートを筐体に取り付けた状態の縦断面図 ベースプレートが熱膨張した状態を示す図５相当図 ウエハ間に基板搬送フォークを挿入した状態を示す側面図 第２実施形態に係るものであって、ベースプレートを筐体に取り付けた状態の斜視図 押え部材をベースプレートに取り付けた部分周辺の縦断面図

以下、複数の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。

（第１実施形態）
以下、縦型の熱処理装置の一実施形態について図１ないし図７を参照して説明する。まず、図１は、上記熱処理装置の内部を示す平面図である。図２は、上記熱処理装置の図１中の右方側から見た縦断面図である。

上記熱処理装置の外装体を構成する筐体１内には、半導体基板であるウエハＷを収納したキャリア３が装置に対して搬入、搬出されるための搬入搬出領域２と、キャリア３内のウエハを搬送して後述の熱処理炉内に搬入するためのローディング室であるローディングエリア４とが設けられている。搬入搬出領域２とローディングエリア４とは、隔壁５により仕切られている。搬入搬出領域２は大気雰囲気とされ、ローディングエリア４は例えば清浄乾燥気体雰囲気（パーティクル及び有機成分が少なく、露点−６０℃以下の空気）とされている。

搬入搬出領域２は、第１の領域６、第２の領域７とからなる。第１の領域６には、キャリア３を載置するための第１の載置台８が設けられている。キャリア３としては、半導体基板である例えば直径３００ｍｍのウエハＷが複数枚例えば２５枚棚状に配列されて収納され、前面の図示しない取り出し口が蓋体により塞がれた例えば樹脂からなる密閉型のＦＯＵＰ（搬送容器）が用いられる。第２の領域７には、第２の載置台９とキャリア保管部１０が設けられると共に、キャリア３を第１の載置台８、第２の載置台９並びにキャリア保管部１０の間で搬送するキャリア搬送機構１１が設けられている。

また、図１に示すように、隔壁５には、キャリア３内とローディングエリア４とを連通する開口部１２が設けられており、開口部１２は扉１３により開閉される。キャリア３の蓋体は、蓋開閉機構１４により開閉される。

また、ローディングエリア４の上方には、下端が炉口として開口する縦型の熱処理炉１５が設けられている。ローディングエリア４内には、例えば２基のウエハボート１６が設けられている。これらウエハボート１６は、夫々多数枚のウエハＷを棚状に配列保持する基板保持具をなすものである。ここで、ウエハボート１６の構成について簡単に説明すると、天板１８と底板１９との間に、天板１８と底板１９とを接続する複数本の支柱２０が設けられており、この支柱２０に形成された溝部２０ａ（図７参照）にウエハＷの周縁部が保持されて、例えば１００枚程度のウエハＷを所定の間隔で上下に配列して保持できる構成となっている。底板１９の下部には底板１９を下方から支持する支持部２１が設けられている。

そして、ローディングエリア４内には、ウエハボート１６を載置するためのステージが３箇所に用意されている。このステージの一つは、熱処理炉１５の下方側に設けられた基板保持具昇降機構をなすボートエレベータ２２の上に設けられている。このボートエレベータ２２は昇降自在に構成され、その上には、熱処理炉１５の蓋体２３とステージをなす断熱材２４とがこの順序で設けられている。断熱材２４は例えば石英等により構成されており、その上にウエハボート１６が搭載されるようになっている。

ボートエレベータ２２は、上下方向に伸びるガイドレール（図示しない）に沿って移動機構２６により昇降自在に構成され、こうしてウエハボート１６をロード位置とアンロード位置との間で昇降させるようになっている。ロード位置とは、ウエハボート１６が熱処理炉１５内の反応容器１５ａに搬入され、熱処理炉１５の開口部を蓋体２３が覆う位置である。アンロード位置とは、ウエハボート１６が熱処理炉１５の下方側に搬出される位置（図１、図２に示す位置）である。

ステージとしてはさらに第１のステージ２７と第２のステージ２８とが設けられている。第１のステージ２７は、ウエハボート１６と第２の載置台９上のキャリア３との間でウエハの移載を行なう際に、当該ウエハボート１６が載置されるステージである。また、第２のステージ２８は、熱処理炉１５にて熱処理を行なう前後のウエハボート１６を仮置きするために用いられるステージである。

さらに、ローディングエリア４には、ボートエレベータ２２と、第１のステージ２７と、第２のステージ２８との間でウエハボート１６の移載を行うボート搬送機構２９が設けられている。このボート搬送機構２９は保持具搬送機構をなすものであり、図１に示すように、アーム駆動部３０により、昇降自在、水平軸周りに回転自在、進退自在に構成される多関節アーム３１を備える。この多関節アーム３１の先端には、平面形状が略Ｕ字型であって、開口部３２ａがウエハボート１６の支持部２１よりも大きく、底板１９よりも小さい保持アーム３２を備えている。

この実施形態では、図１に示すように、第１のステージ２７と第２のステージ２８との間の部位に、ボート搬送機構２９が配設されると共に、このボート搬送機構２９の左方にアンロード位置にあるボートエレベータ２２が配設されている。そして、ボート搬送機構２９では、保持アーム３２により移動対象のウエハボート１６の支持部２１の周囲を囲み、次いで当該保持アーム３２を上昇させることにより、底板１９を持ち上げて移動させ、その反対の動作にて、移動先のステージにウエハボート１６の搬送を行なう。この際、ウエハボート１６を移動元のステージから一旦ボート搬送機構２９に向けて移動させ、次いで、移動先のステージに向けてウエハボート１６を移動させるようになっている。

また、ローディングエリア４における搬入搬出領域２に近い側の部位には、ウエハ搬送装置（基板搬送装置）３３が第１のステージ２７に隣接するように設けられている。このウエハ搬送装置３３は、第１のステージ２７上のウエハボート１６と第２の載置台９上のキャリア３との間でウエハＷの移載を行うものである。

このウエハ搬送装置３３は、図３に示すように、ウエハＷを保持するフォーク（基板搬送フォーク）３４と、このフォーク３４を支持するフォーク支持基体３５と、このフォーク支持基体３５を矢印Ａ方向に移動可能に支持する移動支持基体３６と、この移動支持基体３６を鉛直軸回りに回動可能に支持する回動支持基体３７と、この回動支持基体３７を上下方向に移動可能に支持する上下移動機構３８と備えている。この上下移動機構３８は、ボールねじ４３のねじ軸３９及び２本のガイドレール４０が設けられた駆動プレート４１を備えて構成されている。駆動プレート４１は、ベースプレート４２に取り付けられている。

ねじ軸３９と、上記回動支持基体３７に設けられたナット部３７ａとからボールねじ４３が構成される。上記回動支持基体３７に設けられた２個のガイド凸部（図示しない）をガイドレール４０に摺動可能に嵌合させることにより、回動支持基体３７はガイドレール４０によって上下方向へ移動可能に案内される。この構成の場合、ボールねじ４３のねじ軸３９を図示しないモータにより回転駆動することにより、ねじ軸３９の回転量及び回転方向に応じて回動支持基体３７（即ち、ナット部３７ａ）を上下方向に精密に移動駆動できる構成となっている。

ベースプレート４２は、熱処理装置の筐体１にねじ止めされている。具体的には、図４に示すように、ベースプレート４２の上端部に、ねじを挿通させる例えば２個の貫通孔４２ａが形成され、中間部及び下端部に、ねじを挿通させる例えば６個の貫通状の長孔４２ｂが形成されている。なお、貫通孔４２ａ、４２ｂの数は、ベースプレート４２の材料や大きさ等に応じて適宜変更してもよい。この場合、図５に示すように、筐体１にベースプレート４２を当接させ、ベースプレート４２の貫通孔４２ａ及び長孔４２ｂにねじ４４を挿通させ、これら挿通させたねじ４４を筐体１のねじ穴にねじ締め固定している。この構成の場合、長孔４２ｂ及びねじ４４が取付部材を構成している。

長孔４２ｂに挿通させるねじ４４の頭部４４ａのベースプレート４２と当接する面４４ｂには、ねじ４４より摩擦係数の小さい材料がコーティングされている。摩擦係数の小さい材料としては、例えばポリテトラフルオロエチレン、ナイロン、ポリオキシメチレンなどの樹脂や、モリブデン合金等の金属を用いることが好ましい。尚、樹脂を用いる場合、ベースプレート４２の配設環境の最高到達温度に耐えられる融点を持つ材料を選択する必要がある。また、ねじ４４より摩擦係数の小さい材料を、ねじ４４の頭部４４ａにコーティングする代わりに、ベースプレート４２の長孔４２ｂの開口縁部（ねじ４４の頭部４４ａと当接する面）に、コーティングするように構成しても良い。尚、ベースプレート４２の材質は例えばＡｌとＭｇの鋳造合金であり、筐体１の材質は例えば鋼鉄である。また、ねじ４４の材質は例えば鉄、ステンレス、黄銅、アルミ合金、またはチタン等である。

ここで、熱処理炉１５から取り出したウエハボート１６からキャリア３へウエハＷをウエハ搬送装置３３によって搬送する処理について説明する。まず、熱処理炉１５から取り出した直後のウエハボート１６の温度は例えば６００〜８００℃程度の高温であるが、ローディングエリア４に設けられた空冷装置（図示しない）により冷却されることにより、ウエハ搬送機構３３の周辺の温度は例えば６０〜８０℃程度になっている。このようにウエハ搬送機構３３の周辺の温度が６０〜８０℃程度であると、ベースプレート４２の熱膨張率が熱処理装置の筐体１の熱膨張率よりも大きいために、ベースプレート４２の方が大きく熱膨張する。本実施形態の場合、ベースプレート４２の材質はＡｌとＭｇの鋳造合金であり、その熱膨張率は２５×１０^−６である。これに対して、筐体１の材質は鋼鉄であり、その熱膨張率は１１．７×１０^−６である。

このため、ベースプレートが筐体に完全に固定されていると、ベースプレートおよび筐体が反るように変形してしまうことから、フォークが上または下方向に少し斜めに傾斜してしまう。この結果、フォークをウエハボートのウエハの間に挿入させたときに、フォークがウエハに当たってしまうという不具合が発生するおそれがあった。

これに対して、本実施形態によれば、ベースプレート４２は、ベースプレート４２の一端部分、例えば上端部だけが筐体１にねじ４４止めされ、他の部分は、長孔４２ｂを介して筐体１にねじ４４止めされているので、図６に示すように、ベースプレート４２は筐体１に押さえ付けられ、筐体１に対してベースプレート４２は下方へ向けて自由に熱膨張（伸長）して移動することが可能である。これにより、ベースプレート４２は、熱膨張しても、従来構成とは異なり、反るような変形が生じなくなることから、ウエハ搬送装置３３のフォーク３４が傾斜することを防止でき、フォーク３４の水平度を保持できる（図５、図６及び図７参照）。この結果、フォーク３４をウエハボート１６に支持されたウエハＷの間に挿入させたときに、フォーク３４がウエハに当たることを防止できる。尚、図６及び図７において、２点鎖線は、ベースプレート４２の熱膨張前のフォーク３４の位置を示す。

また、本実施形態においては、ベースプレート４２が熱膨張したとき、即ち、フォーク３４が上下方向に位置がずれたときに、ベースプレート４２が伸長する他端、例えば下端部にレーザー光等を照射してその反射光を検知することにより、フォーク３４の位置を検知する位置検知装置（図示しない）を備えている。この位置検知装置の検知信号に基づいて、フォーク３４の上下方向の位置のずれ（図７参照）を検知して、該位置のずれを補正することができる。尚、位置検知装置としては、レーザー光等を照射して反射光を検知する構成のものに限られるものではなく、カメラで撮影して画像認識する構成のものでも良く、また、接触型のセンサを用いてフォーク３４の上下方向の位置を検知する構成のものでも良い。また、フォーク３４の上下方向の位置を検知する位置検知装置の代わりに、ベースプレート４２の上下方向の位置を検知する位置検知装置を設けるように構成しても良い。

（第２実施形態）
図８及び図９は、第２実施形態を示すものである。尚、第１実施形態と同一構成には、同一符号を付している。第２実施形態では、長孔４２ｂとねじ４４の代わりに、押え部材（取付部材）４５を用いるように構成した。

具体的には、押え部材４５は、ベースプレート４２を押え付ける押え部４６と、筐体１にねじ止めされる取付部４７と、押え部４６と取付部４７を連結する連結部４８とを有する。押え部４６の内面（ベースプレート４２に当接する面）には、すべり部材４９が貼り付けられている。上記すべり部材４９は、押え部材４５より摩擦係数の小さい材料、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ナイロン、ポリオキシメチレンなどの樹脂や、モリブデン合金等の金属を用いて形成されている。

上記構成の押え部材４５を用いてベースプレート４２を筐体１に取り付けるに際しては、まず、図８に示すように、ベースプレート４２の上端部を筐体１に例えば４本のねじ４４で締め付け固定する。そして、ベースプレート４２の片側３か所ずつ、両側合わせて６か所に上記押え部材４５の押え部４６を当接させて押え付けると共に、押え部材４５の取付部４７を筐体１にねじ４４で締め付け固定する。なお、押え部材４５が設けられる数は、ベースプレート４２の長さや熱処理中にベースプレート４２に加わる熱等を考慮して適宜調整することができる。

上述した以外の第２実施形態の構成は、第１実施形態と同じ構成となっている。従って、第２実施形態においても、第１実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。尚、図８においては、ベースプレート４２と筐体１だけを図示し、駆動プレート４１、上下移動機構３８及びフォーク３４等は図示することを省略した。

（その他の実施形態）
以上説明した複数の実施形態に加えて以下のような構成を採用しても良い。
上記した第１実施形態では、ねじ４４の頭部４４ａのベースプレート４２と当接する面４４ｂに、ねじ４４より摩擦係数の小さい材料をコーティングするように構成したが、これに限られるものではなく、ねじ４４より摩擦係数の小さい材料から形成されたワッシャー、または、表面にねじ４４より摩擦係数の小さい材料がコーティングされたワッシャーを、ねじ４４の頭部４４ａとベースプレート４２との間に介在させるように構成しても良い。

また、第１実施形態では、ベースプレート４２の上端部を筐体１にねじ４４にて移動不可に固定したが、これに限られるものではなく、ベースプレート４２の下端部または中間部を筐体１にねじ４４にて移動不可に固定しても良い。また、ベースプレート４２の上端部等の一部を筐体１に移動不可に固定することを止めて、全て長孔４２ｂとねじ４４で締め付け固定してベースプレート４２を移動可能なように構成しても良い。

更に、第２実施形態では、すべり部材４９を押え部材４５より摩擦係数の小さい材料で形成したが、これに限られるものではなく、すべり部材４９の表面（特には、ベースプレート４２に当接する面）に押え部材４５より摩擦係数の小さい材料をコーティングするように構成しても良い。また、すべり部材４９を省略し、押え部材４５の押え部４６の内面（ベースプレート４２に当接する面）に押え部材４５より摩擦係数の小さい材料をコーティングするように構成しても良い。また、ベースプレート４２の表面に、特には、押え部材４５の押え部４６と当接する面に、押え部材４５より摩擦係数の小さい材料をコーティングするように構成しても良い。

更にまた、第２実施形態では、ベースプレート４２の上端部を筐体１にねじ４４にて移動不可に固定したが、これに限られるものではなく、ベースプレート４２の中間部や下端部を筐体１にねじ４４にて移動不可に固定するように構成しても良い。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１は筐体、２は搬入搬出領域、３はキャリア、４はローディングエリア、１１はキャリア搬送機構、１５は熱処理炉、１６はウエハボート（基板保持具）、２０は支柱、２９はボート搬送機構、３３はウエハ搬送装置、３４はフォーク（基板搬送フォーク）、３５はフォーク支持基体、３６は移動支持基体、３７は回動支持基体、３８は上下移動機構、３９はねじ軸、４０はガイドレール、４１は駆動プレート、４２はベースプレート、４２ｂは長孔、４３はボールねじ、４４はねじ、４５は押え部材（取付部材）、４６は押え部、４７は取付部、４８は連結部、４９はすべり部材である。

Claims (5)

1. 複数枚の半導体基板を棚状に保持する基板保持具を熱処理炉内に収容して熱処理する熱処理装置であって、
   熱処理装置の筐体と、
   前記筐体に取り付けられたベースプレートと、
   前記基板保持具に前記半導体基板を載置する基板搬送フォークと、
   前記ベースプレートに取り付けられ、前記基板搬送フォークを上下方向に移動駆動する上下移動機構と、
   前記ベースプレートを前記筐体に対して上下方向への移動を許容するように、前記ベースプレートを前記筐体に取り付ける取付部材と、
   を備えた熱処理装置。
2. 前記取付部材は、前記ベースプレートに形成された上下方向に延びる長孔と、この長孔に挿入されるねじとを備えることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
3. 前記ねじの頭部の前記ベースプレートと当接する面には、前記ねじより摩擦係数の小さい材料がコーティングされていることを特徴とする請求項２記載の熱処理装置。
4. 前記取付部材は、前記ベースプレートを押え付ける押え部と、前記筐体にねじ止めされる取付部と、前記押え部と前記取付部を連結する連結部とを備えることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
5. 前記押え部のうちの前記ベースプレートに当接する面には、前記取付部材より摩擦係数の小さい材料からなる、または前記取付部材より摩擦係数の小さい材料が表面にコーティングされたすべり部材が設けられていることを特徴とする請求項４記載の熱処理装置。
   

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