JP2023183724A - 真空加熱処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】スループットを向上する真空加熱処理装置を提供する。【解決手段】真空容器と、前記真空容器内に配置され、基板を載置する基板載置面を有するステージと、前記ステージ内に設けられるヒータと、前記真空容器の内部空間の一部を仕切り、前記ステージの前記基板載置面との間にガス処理空間を形成する仕切り部材と、前記ガス処理空間にガスを供給するガス供給部と、を備える、真空加熱処理装置。【選択図】図１

Description

本開示は、真空加熱処理装置に関する。
特許文献１には、基板を保持して搬送する基板搬送機構を内部に有する複数の真空搬送ユニットが連設された基板搬送装置に設けられ、前記真空搬送ユニットと連設方向に隣接する基板収容ユニットであって、前記連設方向一方側の側壁に前記真空搬送ユニットに対する基板の搬入出口が形成された中空の筐体と、上下方向に移動可能に前記筐体内に設けられた仕切部材と、前記仕切部材を上下動させる駆動機構と、を有し、前記筐体内の空間を上下方向に分割したときの前記搬入出口側の空間を第１空間、前記搬入出口側とは反対側の空間を第２空間としたときに、前記第１空間と前記第２空間とが連通している状態から、前記仕切部材を上下方向に移動させることにより、前記第１空間と前記第２空間とが前記仕切部材によって気密に隔てられる、基板収容ユニットが開示されている。
特開２０２１－７２４２４号公報
一の側面では、本開示は、スループットを向上する真空加熱処理装置を提供する。
上記課題を解決するために、一の態様によれば、真空容器と、前記真空容器内に配置され、基板を載置する基板載置面を有するステージと、前記ステージ内に設けられるヒータと、前記真空容器の内部空間の一部を仕切り、前記ステージの前記基板載置面との間にガス処理空間を形成する仕切り部材と、前記ガス処理空間にガスを供給するガス供給部と、を備える、真空加熱処理装置が提供される。
一の側面によれば、スループットを向上する真空加熱処理装置を提供することができる。
真空加熱処理装置の構成例を説明するための断面図の一例。 仕切り部材の底面図の一例。 真空加熱処理装置動作のを示すフローチャートの一例。 基板リフトピン及び仕切り部材リフトピンが上昇途中における真空加熱処理装置の断面図の一例。 基板リフトピン及び仕切り部材リフトピンが上昇完了後における真空加熱処理装置の断面図の一例。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
真空加熱処理装置１００について、図１を用いて説明する。図１は、真空加熱処理装置１００の構成例を説明するための断面図の一例である。ここで、真空加熱処理装置１００は、真空容器１０内で基板Ｗを加熱するとともに、基板Ｗが配置されるガス処理空間に不活性ガスを供給して高圧（例えば、５～２０Ｔｏｒｒ）とすることにより、基板Ｗの表面の除去対象物（例えば、前工程において形成された膜（例えば有機膜）等）を昇華させ、基板Ｗの表面から除去対象物を除去する装置（デガス装置ともいう。）である。
真空加熱処理装置１００は、真空容器１０と、載置部２０と、仕切り部材３０と、ガス供給部４０と、上下駆動機構５０と、排気装置６０と、制御部７０と、を備える。
真空容器１０は、真空容器本体１１と、リッド１２と、を有する。真空容器本体１１は、例えばアルミニウム等の金属材料により形成され、上部が開口する有底の略円筒状を有している。真空容器本体１１は、半導体ウエハ等の基板Ｗを収容する。真空容器本体１１の側壁には、基板Ｗを搬入又は搬出するための搬入出口１３が形成されている。搬入出口１３は、ゲートバルブ１４により開閉される。真空容器本体１１の底壁には、排気口１５が形成されている。排気口１５は、排気装置６０と接続される。リッド１２は、例えばアルミニウム等の金属材料により形成され、真空容器本体１１の上部開口を塞ぐように配置される。また、真空容器本体１１とリッド１２との間は、シール部材（図示せず）で気密に封止されている。
載置部２０は、真空容器１０内に配置される。載置部２０は、基板Ｗを載置するステージ２１を有する。ステージ２１は、その上面の中央領域に基板Ｗを載置する基板載置面を有する、また、ステージ２１は、その上面の基板載置面よりも径方向外側の外周環状領域に環状部材２５を載置する環状部材載置面と、を有している。また、基板載置面は、環状部材載置面よりも高い位置に形成されている。ステージ２１は、例えばセラミックス等の誘電体またはアルミニウム、ステンレス、ニッケル等の金属材料で形成されており、内部に基板Ｗを加熱するためのヒータ２２が設けられている。ヒータ２２は、ヒータ電源２３から給電されて発熱する。そして、ステージ２１の上面の近傍に設けられた熱電対（図示せず）の温度信号によりヒータ２２の出力を制御することで、基板Ｗが所定の温度に制御される。また、ステージ２１は、ステージ２１を貫通する複数（例えば３つ）の貫通孔２４が設けられている。なお、貫通孔２４には、後述する基板リフトピン５１が配置される。
また、載置部２０は、環状部材２５を有する。環状部材２５は、例えばステンレス、チタン等の金属材料で形成されており、略円環形状の部材であって、基板載置面よりも外周に設けられる環状部材載置面に配置される。環状部材２５は、後述する仕切り部材３０との間でガスの流路を形成し、コンダクタンスが基板Ｗの周方向において一定となるように調整するための部材である。
また、環状部材２５の上面は、ステージ２１の基板載置面よりも高い位置まで形成されていてもよい。この構成において、環状部材２５の内周面が、ステージ２１の基板載置面よりも高い位置に配置される。これにより、基板載置面に載置された基板Ｗが水平方向にずれた場合、基板Ｗの側面が環状部材２５の内周面に当接する。このように、環状部材２５は、基板載置面に載置された基板Ｗのずれを制限し、基板Ｗの位置をガイドするガイド部材として機能する。
仕切り部材３０は、ステンレス、チタン等の耐熱性を有する材料で形成されており、真空容器１０の内部空間の一部を仕切ることで、ステージ２１の基板載置面との間に後述するガス処理空間を形成する部材である。仕切り部材３０は、載置部２０及び載置部２０に載置された基板Ｗを覆うように配置されることにより、載置部２０と仕切り部材３０との間に不活性ガスが供給されるガス処理空間を形成する。また、仕切り部材３０は、後述する上下駆動機構５０によって上下方向に移動可能に構成されている。即ち、仕切り部材３０は、閉塞位置と開放位置とをを移動可能に構成されている。閉塞位置は、図１に示すように、載置部２０及び載置部２０に載置された基板Ｗを覆うように配置されガス処理空間を形成する位置（下降位置ともいう。）である。開放位置は、後述する図５に示すように、仕切り部材３０を持ち上げて仕切り部材３０と載置部２０との間に基板Ｗを搬送可能とする位置（上昇位置ともいう。）である。
図２は、仕切り部材３０の底面図の一例である。また、図２において、後述するガス供給配管４２、基板リフトピン５１、仕切り部材リフトピン５２の位置を仕切り部材３０に投影した位置を点線で図示する。
仕切り部材３０は、天面３１と、第１円筒面３２と、円環面３３と、第２円筒面３４と、ガス供給流路３５と、当接部３６と、を有する。
天面３１は、ステージ２１に載置された基板Ｗの上面と対向する略円形の平面である。閉塞位置（図１参照）において、天面３１は、基板Ｗの上面よりも高い位置に配置される。
第１円筒面３２は、ステージ２１に載置された基板Ｗの外周面よりも径方向外側に配置される円筒面である。第１円筒面３２は、上端が天面３１と接続され、下端が円環面３３と接続される。これにより、上面が天面３１で規定され、下面がステージ２１の基板載置面で規定され、外周面が第１円筒面３２で規定される円柱状のガス処理空間を形成する。基板Ｗはガス処理空間内に配置される。また、閉塞位置（図１参照）において、第１円筒面３２と基板Ｗの外周面との間には、ガスが通流可能な空間（隙間）を形成する。
円環面３３は、ステージ２１に配置された環状部材２５の上面と対向する略円環形状の平面である。閉塞位置（図１参照）において、円環面３３は、環状部材２５に載置された基板Ｗの上面よりも高い位置に配置され、円環面３３と環状部材２５の上面との間には、ガスが通流可能な空間（隙間）を形成する。
第２円筒面３４は、ステージ２１に配置された環状部材２５の外周面よりも径方向外側に配置される円筒面である。第２円筒面３４は、上端が円環面３３と接続される。閉塞位置（図１参照）において、円環面３３と環状部材２５の外周面との間には、ガスが通流可能な空間（隙間）を形成する。
ガス供給流路３５は、後述するガス供給配管４２の吐出口に対応する位置からガス処理空間に連通するように形成される。これにより、ガス供給配管４２から吐出されたガスは、ガス供給流路３５を介して、ガス処理空間に供給される。
換言すれば、仕切り部材３０の裏面には、天面３１及び第１円筒面３２を形成する第１凹部（第１掘り込み部）と、円環面３３及び第２円筒面３４を形成して第１凹部と連通する第２凹部（第２掘り込み部）と、ガス供給流路３５を形成して第１凹部と連通する第３凹部（第３掘り込み部）と、を有する。第１凹部は、仕切り部材３０が閉塞位置に配置された際、ステージ２１の基板載置面との間にガス処理空間を形成する。第２凹部は、仕切り部材３０が閉塞位置に配置された際、環状部材２５との間にガス処理空間と連通する排気流路を形成する。なお、排気流路の幅は、例えば２ｍｍ以下である。第３凹部は、仕切り部材３０が閉塞位置に配置された際、ガス供給配管４２の吐出口とガス処理空間とを連通する供給流路を形成する。
また、天面３１、第１円筒面３２、円環面３３、第２円筒面３４及びガス供給流路３５は、ブラスト処理された処理面、または、ブラスト処理及び溶射処理された処理面である。即ち、ガス処理空間を形成する仕切り部材３０の第１凹部の表面（天面３１、第１円筒面３２）は、ブラスト処理された処理面、または、ブラスト処理及び溶射処理された処理面である。また、ガス処理空間からの排気流路を形成する仕切り部材３０の第２凹部の表面（円環面３３、第２円筒面３４）は、ブラスト処理された処理面、または、ブラスト処理及び溶射処理された処理面である。また、ガス処理空間への供給流路を形成する仕切り部材３０の第３凹部の表面（ガス供給流路３５）は、ブラスト処理された処理面、または、ブラスト処理及び溶射処理された処理面である。
ブラスト処理は、昇華した除去対象物の吸着を促進させる。ブラスト処理は、表面粗さが、例えば、算術平均粗さＲａで２．０（μｍ）以上１０（μｍ）以下であることが好ましい。
溶射処理は、仕切り部材３０の表面に吸着した除去対象物の剥がれを抑制する。溶射処理としては、例えば、アルミ溶射、アルミナ溶射、イットリア溶射等が施される。なお、溶射処理では、表面粗さが、例えば、算術平均粗さＲａで１５（μｍ）以上３０（μｍ）以下であることが好ましい。
当接部３６は、後述する仕切り部材リフトピン５２が上昇した際、仕切り部材リフトピン５２と当接する。
図１に戻り、ガス供給部４０は、ガス処理空間に不活性ガスを供給する。不活性ガスは、例えばアルゴン（Ａｒ）ガス、窒素（Ｎ２）ガスを用いることができる。ガス供給部４０は、ガス供給源４１と、ガス供給配管４２と、を有する。ガス供給源４１は、ガス供給配管４２、ガス供給流路３５を介して、ガス処理空間に不活性ガスを供給する。ガス供給配管４２は、真空容器本体１１を貫通し、環状部材２５の上面にガスを吐出する吐出口を有するように接続される。
上下駆動機構５０は、仕切り部材３０を上下方向に駆動する。また、上下駆動機構５０は、ステージ２１の載置面に基板Ｗを載置し、ステージ２１の載置面から基板Ｗを持ち上げる。上下駆動機構５０は、基板リフトピン５１と、仕切り部材リフトピン５２と、支持板５３と、昇降軸５４と、鍔部５５と、ベローズ５６と、駆動装置５７と、を有する。
基板リフトピン５１は、複数（例えば３つ）設けられ、ステージ２１の貫通孔２４に配置される。基板リフトピン５１の材料は、例えばチタン等の金属材料であってよい。基板リフトピン５１の下端は、支持板５３に固定される。
仕切り部材リフトピン５２は、複数（例えば３つ）設けられ、ステージ２１よりも径方向外側に配置される。基板リフトピン５１の材料は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックス等であってよい。仕切り部材リフトピン５２の下端は、支持板５３に固定される。
支持板５３は、例えば略円環形状に形成されている。支持板５３は、真空容器本体１１の底壁を貫通する昇降軸５４を介して真空容器本体１１の外部に設けられた駆動装置５７に接続されている。昇降軸５４の真空容器本体１１よりも下方には、鍔部５５が取り付けられている。真空容器本体１１の底壁と鍔部５５との間には、ベローズ５６が設けられている。ベローズ５６は、真空容器本体１１内の雰囲気を外気と区画し、支持板５３の昇降動作にともなって伸縮する。駆動装置５７は、駆動軸を介して支持板５３を上下方向に駆動することにより、基板リフトピン５１及び仕切り部材リフトピン５２を上下方向に駆動する。
なお、上下駆動機構５０は、１つの駆動装置５７によって基板リフトピン５１及び仕切り部材リフトピン５２を一体として昇降させる構成を例に説明したが、これに限られるものではない。例えば、上下駆動機構５０は、基板リフトピン５１と仕切り部材リフトピン５２と独立して駆動可能な構成であってもよい。また、仕切り部材３０を上下に駆動する構成は、リフトピンに限られるものではなく、仕切り部材３０と接続された駆動軸を駆動装置によって駆動する構成であってもよい。
排気装置６０は、例えばターボ分子ポンプ、ドライポンプ等によって構成され、排気口１５を介して真空容器１０の内部を排気する。
制御部７０は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、補助記憶装置等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭ又は補助記憶装置に格納されたプログラムに基づいて動作し、真空加熱処理装置１００の動作を制御する。制御部７０は、真空加熱処理装置１００の内部に設けられていてもよく、外部に設けられていてもよい。制御部７０が真空加熱処理装置１００の外部に設けられている場合、制御部７０は有線、無線等の通信手段を介して真空加熱処理装置１００の動作を制御する。
次に、図３を用いて、真空加熱処理装置１００の動作の一例について説明する。図３は、真空加熱処理装置１００動作のを示すフローチャートの一例である。
なお、フローの開始前において、制御部７０は、排気装置６０を制御し、真空容器１０内を所望の真空雰囲気とする。また、制御部７０は、ヒータ電源２３を制御してヒータ２２を発熱させ、ステージ２１を所望の温度に昇温する。
ステップＳ１０１において、基板Ｗを搬入する。制御部７０は、上下駆動機構５０を制御して、仕切り部材３０を開放位置（後述する図５参照）に配置し、基板リフトピン５１がステージ２１の載置面から突出した状態とする。次に、制御部７０は、ゲートバルブ１４を開き、搬送アーム２００（後述する図５参照）を制御して、搬入出口１３を介して搬送アーム２００に保持された基板Ｗを真空容器１０内に搬送し、基板リフトピン５１の上に載置する。そして、搬送アーム２００が搬入出口１３から退避すると、制御部７０は、ゲートバルブ１４を閉じる。
ステップＳ１０２において、基板Ｗを載置部２０に載置し、仕切り部材３０を閉じる。ここでは、制御部７０は、駆動装置５７を制御して、基板リフトピン５１及び仕切り部材リフトピン５２を下降させる。これにより、基板リフトピン５１に載置された基板Ｗがステージ２１の載置面に載置される。また、仕切り部材３０が閉塞位置（図１参照）に移動する。これにより、ガス処理空間が形成され、ガス処理空間内に基板Ｗが配置される。
ステップＳ１０３において、制御部７０は、ガス供給部４０を制御して、ガス処理空間に不活性ガスを供給する。ガス供給源４１から供給された不活性ガスは、ガス供給配管４２、ガス供給流路３５を介して、ガス処理空間に供給される。ここで、閉塞位置に配置された仕切り部材３０は、ガス処理空間と、真空容器１０の内部空間のうちの他の空間と、を仕切る。このため、ガス処理空間の容積は、真空容器１０の内部空間の容積と比較して、小さく形成されている。よって、ガス処理空間内は、ガス供給源４１から供給された不活性ガスによって速やかに昇圧される。これにより、真空容器１０内全体を昇圧する場合と比較して、ガス処理空間内を昇圧するために要する時間を短縮し、真空加熱処理装置１００のスループットを向上する。また、不活性ガスの消費量を低減することができる。
また、ステージ２１に載置された基板Ｗは、ヒータ２２によって加熱される。これにより、基板Ｗを所定の高温状態（例えば、１００℃～４５０℃）とし、基板Ｗを所定の高圧（例えば、５～２０Ｔｏｒｒ）の不活性ガス雰囲気にさらすことにより、基板Ｗに形成された除去対象物（例えば、前工程において形成された膜、基板Ｗに吸着した水分等）を昇華させる。そして、使用された不活性ガス及び昇華した除去対象物は、ガス処理空間と真空容器１０の内部空間と差圧によって、第１円筒面３２と基板Ｗの外周面との隙間、円環面３３と環状部材２５の上面との隙間、円環面３３と環状部材２５の外周面との隙間を通り、真空容器１０の内部空間へと排気される。更に、使用された不活性ガス及び昇華した除去対象物は、排気装置６０によって真空容器１０の外へ排気される。
ここで、仕切り部材３０の内表面がブラスト処理等されていることにより、基板Ｗから昇華した除去対象物が仕切り部材３０の内表面に付着する。これにより、昇華した除去対象物が真空容器１０の内壁面に広く拡散することを防止することができる。換言すれば、真空容器１０の内壁面に付着する除去対象物を低減することができ、真空容器１０のクリーニング間隔を長くすることができ、真空加熱処理装置１００のダウンタイムを低減し、真空加熱処理装置１００のスループットを向上する。
ステップＳ１０４において、制御部７０は、ガス供給部４０を制御して、ガス処理空間への不活性ガスの供給を停止する。
ステップＳ１０５において、仕切り部材３０を開き、基板Ｗを載置部２０から持ち上げる。ここでは、制御部７０は、駆動装置５７を制御して、基板リフトピン５１及び仕切り部材リフトピン５２を上昇させる。
図４は、基板リフトピン５１及び仕切り部材リフトピン５２が上昇途中における真空加熱処理装置１００の断面図の一例である。支持板５３が上昇することにより、図４に示すように、基板リフトピン５１が基板Ｗの裏面と当接する前に、仕切り部材リフトピン５２と仕切り部材３０の当接部３６とが当接して、仕切り部材３０の上昇が開始される。
図５は、基板リフトピン５１及び仕切り部材リフトピン５２が上昇完了後における真空加熱処理装置１００の断面図の一例である。支持板５３が更に上昇することにより、図５に示すように、基板リフトピン５１が基板Ｗの裏面と当接して基板Ｗをステージ２１の載置面から持ち上げる。また、仕切り部材３０は、さらに上昇し、開放位置で停止する。
ステップＳ１０６において、基板Ｗを搬出する。制御部７０は、ゲートバルブ１４を開き、搬送アーム２００を制御して、搬入出口１３を介して搬送アーム２００を真空容器１０内に挿入し、基板リフトピン５１の上に載置された基板Ｗを受け取る。そして、基板Ｗを保持した搬送アーム２００が搬入出口１３から退避すると、制御部７０は、ゲートバルブ１４を閉じる。
以降、ステップＳ１０１に戻り、次の基板Ｗに対して同様に処理を施す。
以上のように、真空加熱処理装置１００は、上下駆動機構５０によって仕切り部材３０が閉塞位置（図１参照）に配置されると、真空容器１０の内部空間の一部を仕切り、ステージ２１の基板載置面との間にガス処理空間を形成する。そして、ガス供給部４０は、ガス処理空間に不活性ガスを供給して、ガス処理空間内に配置される基板Ｗを不活性ガスの高圧（例えば、５～２０Ｔｏｒｒ）の雰囲気とする。このように、ガス供給部４０が不活性ガスを供給する空間を小さくすることにより、ガス処理空間内を昇圧するために要する時間を短縮し、真空加熱処理装置１００のスループットを向上する。また、不活性ガスの消費量を低減することができる。
また、仕切り部材３０の内表面がブラスト処理されていることにより、基板Ｗから昇華した除去対象物が、基板Ｗの近傍で吸着される。これにより、真空容器１０の内壁面に付着する除去対象物を低減することができ、真空容器１０のクリーニング間隔を長くすることができ、真空加熱処理装置１００のダウンタイムを低減し、真空加熱処理装置１００のスループットを向上する。
なお、上記実施形態に挙げた構成等に、その他の要素との組み合わせ等、ここで示した構成に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
Ｗ 基板
１０ 真空容器
１１ 真空容器本体
１２ リッド
１３ 搬入出口
１４ ゲートバルブ
１５ 排気口
２０ 載置部
２１ ステージ
２２ ヒータ
２３ ヒータ電源
２４ 貫通孔
２５ 環状部材
３０ 仕切り部材
３１ 天面（第１凹部）
３２ 第１円筒面（第１凹部）
３３ 円環面（第２凹部）
３４ 第２円筒面（第２凹部）
３５ ガス供給流路（第３凹部）
３６ 当接部
４０ ガス供給部
４１ ガス供給源
４２ ガス供給配管
５０ 上下駆動機構
５１ 基板リフトピン
５２ 仕切り部材リフトピン
５３ 支持板
５４ 昇降軸
５５ 鍔部
５６ ベローズ
５７ 駆動装置
６０ 排気装置
７０ 制御部
１００ 真空加熱処理装置
２００ 搬送アーム

Claims (12)

  1. 真空容器と、
    前記真空容器内に配置され、基板を載置する基板載置面を有するステージと、
    前記ステージ内に設けられるヒータと、
    前記真空容器の内部空間の一部を仕切り、前記ステージの前記基板載置面との間にガス処理空間を形成する仕切り部材と、
    前記ガス処理空間にガスを供給するガス供給部と、を備える、
    真空加熱処理装置。
  2. 前記仕切り部材を上下方向に駆動する上下駆動機構をさらに備える、
    請求項１に記載の真空加熱処理装置。
  3. 前記上下駆動機構は、
    基板リフトピンと、
    仕切り部材リフトピンと、
    前記基板リフトピン及び前記仕切り部材リフトピンが固定される支持板と、
    前記支持板を駆動する駆動装置と、を有する、
    請求項２に記載の真空加熱処理装置。
  4. 前記仕切り部材は、
    前記ステージの前記基板載置面との間に前記ガス処理空間を形成する第１凹部を有する、
    請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の真空加熱処理装置。
  5. 前記ステージは、前記基板載置面よりも外周に配置される環状部材を備え、
    前記仕切り部材は、
    前記環状部材との間に前記ガス処理空間と連通する排気流路を形成する第２凹部をさらに有する、
    請求項４に記載の真空加熱処理装置。
  6. 前記ガス供給部は、前記環状部材の上面にガスを吐出する吐出口を有し、
    前記仕切り部材は、
    前記吐出口に対応する位置から前記第１凹部に連通する第３凹部をさらに有する、
    請求項５に記載の真空加熱処理装置。
  7. 前記第１凹部の表面は、ブラスト処理された処理面である、
    請求項４に記載の真空加熱処理装置。
  8. 前記第１凹部の表面は、ブラスト処理及び溶射処理された処理面である、
    請求項７に記載の真空加熱処理装置。
  9. 前記第１凹部及び前記第２凹部の表面は、ブラスト処理された処理面である、
    請求項５に記載の真空加熱処理装置。
  10. 前記第１凹部及び前記第２凹部の表面は、ブラスト処理及び溶射処理された処理面である、
    請求項９に記載の真空加熱処理装置。
  11. 前記第１凹部、前記第２凹部、及び前記第３凹部の表面は、ブラスト処理された処理面である、
    請求項６に記載の真空加熱処理装置。
  12. 前記第１凹部、前記第２凹部、及び前記第３凹部の表面は、ブラスト処理及び溶射処理された処理面である、
    請求項１１に記載の真空加熱処理装置。
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