JP2639435B2 - 熱処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、熱処理装置に関する。

（従来の技術） 一般に、半導体製造工程では、半導体ウエハ等の基板
を搬送する場合、カセット或いはキャリア等と称される
搬送用基板保持具を用いることが多い。即ち、この搬送
用基板保持具は、軽量な樹脂等から成り、半導体ウエハ
を複数枚例えば25枚収納可能に構成されている。

一方、熱処理装置によって多数の半導体ウエハをバッ
チ処理するような場合、上述したような樹脂製の搬送用
基板保持具をそのまま用いることができないため、化学
的安定性及び耐熱性に優れた石英ガラス等から成り、複
数枚例えば100〜150枚程度の半導体ウエハを収納可能に
構成された処理用基板保持具例えばボートを用いること
が多い。

このため、上述したキャリアとボートの間でウエハの
移替えを行なう必要があり、従来からこのような移替え
の技術が、例えば特開昭60−231337号、特開昭61−5463
9号公報で提案されている。このような移替えは、通常
ボートを水平に支持し、キャリア内に収納された複数例
えば25枚のウエハを、下方からつき上げ、把持部材で一
括把持して移替えを行なっている。或いは、ボートを横
型状態でウエハを移替えて熱処理炉内に搬入した後に、
この熱処理炉を回転させて縦型に設置していた。このよ
うな技術は、例えば実開昭62−14723号公報等に開示さ
ている。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように従来の移替え技術では、ボートをほぼ
水平に支持し、この状態で移替えを行なう。一方、近年
は、クリーンルームの有効利用、設置面積が小さく且つ
反応管内壁に非接触で容易にボートを搬入出できる等の
利点を有する縦型熱処理装置が多く用いられるようにな
ってきた。このため、縦型熱処理装置によって処理を行
なう場合は、ウエハの移替えを行なった後、ボート或い
は熱処理炉を水平から垂直に変換するための装置及び空
間が必要となり、装置が大型化する問題があった。

また、装置の大型化を抑止するために、上記ボートを
垂直状態でウエハを移替えることが考えられるが、ハン
ドリングアーム等の移載機構によりウエハを移替える際
に、上記ボートを傾けてしまったり、ボートを転倒させ
破損させてしまう等のトラブルが発生することがあっ
た。このため、ボートの位置がずれて移替えが困難とな
ったり、ウエハを破壊させてしまう等の問題があった。

本発明は上記点に対処してなされたもので、小空間で
精度よく基板の移替えを行うことができ、装置の小型化
及びスループットの向上が図れる熱処理装置を提供しよ
うとするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明の熱処理装置は、下部が開口した縦型熱処理炉
と、複数枚の基板が収納可能に構成された縦長のボート
を垂直状態に載置して上記熱処理炉内に搬出入させるべ
く昇降可能及び上記熱処理炉の直下から基板移替え位置
に又は基板移替え位置から熱処理炉の直下に水平旋回移
動可能に設けられたボート載置台と、上記ボートの上端
部に設けられたテーパー状の凹部又はテーパー状の凸部
と、上記基板移替え位置の上方に設けられ、この基板移
替え位置に移動した上記ボート載置台上のボートの上記
テーパー状の凹部又はテーパー状の凸部に係合するテー
パー状の凸型又はテーパー状の凹型に形成された昇降可
能な当接体を有し、この当接体により上記ボート載置台
上のボートの上端部を押圧して位置決め支持する支持機
構と、この支持機構により位置決め支持されたボートと
複数枚の基板が収納可能に構成されたほぼ垂直状態のキ
ャリアとの間で基板の移替えを行う移載機構とを備えた
ことを特徴とする。

（作用） 本発明の熱処理装置においては、縦長のボートを垂直
状態に載置して熱処理炉内に搬出入させるべく昇降可能
及び熱処理炉の直下から基板移替え位置に又は基板移替
え位置から熱処理炉の直下に水平旋回移動可能に設けら
れたボート載置台を備えているため、上記ボートを熱処
理炉内から基板移替え位置に又は基板移替え位置から熱
処理炉内に小スペースで効率よく移動することができ
る。また、上記基板移替え位置の上方には、この基板移
替え位置に移動した上記ボート載置台上のボートの上記
テーパー状の凹部又はテーパー状の凸部に係合するテー
パー状の凸型又はテーパー状の凹型に形成された昇降可
能な当接体を有し、この当接体により上記ボート載置台
上のボートの上端部を押圧して位置決め支持する支持機
構が設けられているため、ボート載置台上に載置されて
いて不安定な縦長のボートを基板移替え時に傾斜させた
り、転倒させる恐れがなく、ボートの破損や基板の破損
を防止することができる。従って、基板移替え位置に移
動されたボート載置台上のボートと、ほぼ垂直状態のキ
ャリアとの間で移動機構により小空間で精度よく基板の
移替えを行うことが可能となり、装置の小型化及びスル
ープットの向上が図れる。

（実施例） 以下、本発明装置を半導体製造工程における熱処理工
程に適用した一実施例につき、図面を参照して説明す
る。

まず、熱処理装置の構成を説明する。

この装置は、例えば第１図及び第２図に示すように、
縦型熱処理炉で、軸方向を垂直軸とする反応管（１）か
ら成る処理部（２）と、この処理部（２）に設定可能な
基板例えば半導体ウエハ（３）を板厚方向に複数枚例え
ば100〜150枚所定の間隔を設けて収納可能なボート
（４）と、このボート（４）を上記反応管（１）内に搬
入出する如く昇降可能で、且つ上記反応管（１）直下及
びウエハ移替え位置（基板移替え位置）に移動可能なボ
ート載置台（５）と、上記ウエハ（３）を複数枚例えば
25枚単位に収納可能なキャリア（６）と上記ボート
（４）との間でウエハ（３）の移替えを行なう移替え装
置（７）とから構成されている。

上記処理部（２）には、耐熱性で処理ガスに対して反
応しにくい材質例えば石英ガラスから成る上面が封止さ
れた筒状反応管（１）が設けられ、この反応管（１）内
に上記ボート（４）を設置可能な如く、ボート（４）よ
り大口径で縦長に形成されている。このような反応管
（１）の周囲には、この反応管（１）内部を所望する温
度例えば900〜1200℃程度の加熱可能な加熱機構例えば
コイル状のヒータ（８）が上記反応管（１）と所定の間
隔を設けて非接触状態で巻回されている。そして、上記
反応管（１）とヒータ（８）との間には、反応管（１）
内の温度分布を均一とするための例えばSiC製の均熱管
（９）が設けられている。このような反応管（１）に
は、図示はしないが反応管（１）内壁に沿って下部から
上方に延びたガス供給管が配置されており、図示しない
マスフローコントローラ等を介してガス供給源に接続さ
れている。そして、上記反応管（１）の下部には、排気
管（10）が接続され、この排気管（10）には、上記反応
管（１）内を所望の圧力に減圧及び処理ガスを排出可能
な真空ポンプ（図示せず）に接続されている。

上記のように構成された処理部（２）の反応管（１）
内を気密に設定する如く、反応管（１）下端部と当接可
能な蓋体（11）が設けられている。この蓋体（11）は、
上記ボート載置台（５）上に載置され、このボート載置
台（５）の昇降により、上記反応管（１）下端部との当
接が可能とされている。この蓋体（11）の上部には、保
温筒（12）が載置され、更にこの保温筒（12）上に、耐
熱性及び耐腐食性材質例えば石英ガラス製のボート
（４）がほぼ垂直状態で載置可能とされている。

上記ボート載置台（５）は、昇降機構（13）例えば回
転駆動するボールネジ（14）に軸着して昇降が可能であ
り、更に、ボート載置台（５）を反応管（１）直下及び
ウエハ移替え位置（15）に水平旋回移動可能な如く、上
記ボールネジ（14）と平行な回転軸を有する回転機構
（16）が設けられている。

この移替え位置（15）に設定したボート（４）と上記
キャリア（６）との間で、ウエハ（３）の移替えを行な
う移替え装置（７）が設けられている。この移替え装置
（７）は、移替え位置（15）に設定したボート（４）を
支持する支持機構（17）と、上記ウエハ（３）を複数枚
例えば25枚単位に収納可能なキャリア（６）をほぼ垂直
状態に設置するキャリア設置台（18）と、このキャリア
設置台（18）に設置されたキャリア（６）及び上記ボー
ト（４）間でウエハ（３）の移替えを行なう移載機構
（19）とから構成されている。

上記支持機構（17）は、ボート（４）の少なくとも一
端部を支持する構造、例えば第３図に示すような一端で
あるボート（４）上端部を押圧して支持する構造となっ
ている。これは、移替え位置（15）においてボート載置
台（５）上部に保温筒（12）及びボート（４）を載置し
たままの状態で、支持機構（17）により上記ボート
（４）上端部を押圧することで、支持機構（17）及びボ
ート載置台（５）によりボート（４）を両端から挟持す
るように成っている。この挟持を可能とする支持機構
（17）の上記ボート（４）上端部と対応する位置には、
当接体（20）が設けられている。この当接体（20）は、
昇降機構例えばエアシリンダー（21）により昇降可能と
されており、この当接体（20）を下降させることによ
り、上記ボート（４）の上端部の押圧を可能としてい
る。また、この当接体（20）によりボート（４）を押圧
した際に、このボート（４）が所定の位置に位置決めさ
れるように、位置決め機能を有している。これは、例え
ば当接体（20）をテーパー状の凸型に形成し、且つ上記
ボート（４）上端部にテーパー状の凹部（22）を形成す
ることで、上記当接体（20）をボート（４）上端に当接
した際に、上記ボート（４）の位置決め支持を行なうこ
とが可能と成っている。この時、上記当接体（20）をテ
ーパー状の凹型に形成し、且つ上記ボート（４）上端部
にテーパー状の凸部を形成しても、上記ボート（４）の
位置決め支持を行なうことができる。この当接体（20）
及びボート（４）上端の凹部（22）の材質は、耐熱性を
有するものであれば良いが、少なくとも上記凹部（22）
は、熱処理時に上記反応管（１）内において900〜1200
℃程度の高温雰囲気に設定されるために、石英ガラスに
より形成することが好ましい。

上記したように位置決め支持されたボート（４）とキ
ャリア（６）との間でウエハ（３）の移替えを行なう移
載機構（19）は、第４図に示すように、下部に接続した
回転軸（23）により回転可能で、昇降機構（図示せず）
により昇降が可能とされている。また、この移載機構
（19）の上面には、前後の移動が可能な支持アーム（2
4）が設けられている。この支持アーム（24）は複数段
例えば５段構造で、この支持アーム（24）により５枚の
ウエハ（３）を支持可能に構成されている。即ち、５段
構造の支持アーム（24）は、上記キャリア（６）及びボ
ート（４）のウエハピッチに応じて上下方向に所定の間
隔を設けて配列されている。この５段構造の支持アーム
に並設されて前後の移動が可能な１段構造の支持アーム
（25）が設けられている。これら１段及び５段の支持ア
ーム（24）（25）を、移替え枚数の必要に応じて適宜使
用される。

上記キャリア設置台（18）は、第５図及び第６図に示
すように、回転駆動機構例えばモータ（図示せず）等に
連設した回転軸（26）に接続し、回転可能とされた平板
状のベースプレート（27）と、このベースプレート（2
7）に対して回転可能とされた複数例えば２個のキャリ
ア収納体（28a）（28b）とから成っている。このキャリ
ア収納体（28a）（28b）は同一構造で、上記ベースプレ
ート（27）に接続した回転軸（29a）（29b）により回転
可能とされている。この回転軸（29a）（29b）は、上記
ベースプレート（27）の回転軸（26）を挟んで対照的な
位置、即ち、回転軸（26）を中心とした円の同一周上に
設けられている。このように配設されたキャリア収納体
（28a）（28b）には、夫々鉛直方向に所定の間隔を開け
て複数個例えば３個設けられたキャリア置き台（30a）
（30b）（30c）が設けられ、シャフト（31）により固定
されている。このキャリア置き台（30a）（30b）（30
c）の、キャリア（６）を設置する上板（32a）（32b）
（32c）は、設置するキャリア（４）の底部が下方に、
ウエハ（３）取出し側が上方に位置するように傾斜可能
に構成されており、このキャリア収納体（28a）（28b）
或いはベースプレート（27）を回転させる時等は、キャ
リア（６）を傾斜させておき、移替え時及びキャリア受
渡し時等にのみキャリア（６）を平行とすることによ
り、ウエハ（３）がキャリア（６）から飛び出したり、
位置ずれを起こすことを防止可能に構成されている。ま
た、上記キャリア収納体（28a）（28b）の下端例えばキ
ャリア置き台（30c）の下面の、キャリア収納体（28a）
（28b）の対向辺側には、棒状の突起（33a）（33b）が
設けられており、この突起（33a）（33b）に係合し、一
軸移動機構例えばエアシリンダー（34）の駆動により上
記突起（33a）（33b）を前後方向に移動させるアーム
（35）が設けられている。このアーム（35）の前後移動
で上記突起（33a）（33b）を前後することにより、上記
キャリア収納体（28a）（28b）を、回転軸（29a）（29
b）を中心として回転駆動が可能とされている。このよ
うにして熱処理装置が構成されている。

次に、上述した熱処理装置の動作作用、及びウエハの
移替え方法を説明する。

まず、ロボット或いは人手により、基板例えば半導体
ウエハ（３）が複数枚例えば25枚収納されたキャリア
（６）を、複数個例えば６個搬送し、キャリア設置台
（18）のキャリア収納体（28a）（28b）にウエハ（３）
が水平に収納された状態に設置する。この設置するキャ
リア（６）に収納される基板は、モニタ用基板やダミー
基板等を必要に応じて収納させても良い。このキャリア
（６）設置時、即ちキャリア（６）受渡し時は、この受
渡しを容易とするために、キャリア設置台（18）のベー
スプレート（27）を回転させることで、上記キャリア
（６）の向きが装置正面即ちキャリア受渡し方向に向く
ように設定する。

そして、キャリア（６）の受渡し後、第７図に示すよ
うに、ベースプレート（27）を移載機構（19）方向に向
くように回転させ、更に、この移載機構（19）正面に上
記キャリア（６）が向くように、エアシリンダー（34）
の駆動によりキャリア収納体（28a）（28b）を回転さ
せ、これと共にキャリア（６）も一体的に垂直状態で回
転させる。同時に、回転機構（16）によりボート載置台
（５）を回転移動させ、ボート（４）を移替え位置に設
定する。この移替え位置において、支持機構（17）に設
けられている当接体（20）をエアシリンダー（21）の駆
動により下降させ、上記ボート（４）上端の凹部（22）
に嵌合させる。この時、この凹部（22）にはテーパー形
状の溝が形成されており、更に上記当接体（20）はテー
パー形状の突起と成っているため、この当接体（20）及
び凹部（22）が当接し嵌合することにより、上記ボート
（４）を所定の位置に位置決めされ、且つボート（４）
の転倒を防止する如く支持することが可能となる。

次に、この状態で移載機構（19）の支持アーム（24）
（25）により、キャリア（６）内に収納されているウエ
ハ（３）を５枚ずつ或いは１枚ずつ上記ボート（４）に
移替える。この時、必要に応じてモニタ用ウエハ或いは
ダミーウエハを移替えても良い。この移替えに際して、
上記キャリア（６）を総て移載機構（19）の方向を向い
ているため、この移載機構（19）は、昇降，回転，支持
アーム（24）（25）の進退の駆動のみで、XY方向に移動
する機構を必要としない。また、キャリア収納体（28
a）（28b）の回転軸（29a）（29b）が、ベースプレート
（27）の回転軸（26）を中心とした円の同一円周上に設
けられていることにより、この同一円周上にキャリア
（６）がセットされ、上記ベースプレート（27）の回転
時にも、上記円周上を回転し、この円周上を外れること
はない。このため、最小スペースでキャリア（６）を回
転させることができ、小スペースで且つ容易な移替えを
可能としている。

そして、上記移替えが終了すると、ウエハ（３）等が
収納されたボート（４）を、ボート載置台（５）の移動
により反応管（１）直下へ移動設定する。更に、上記ボ
ート載置台（５）を昇降機構（13）の駆動により上昇さ
せて、ボート（４）を反応管（１）内に設定する。この
時、ボート載置台（５）に載置されている蓋体（12）を
上記反応管（１）下端部に当接させ、反応管（１）内部
を気密に設定する。そして、ヒータ（８）により反応管
（１）内を所望する温度及び温度分布で加熱制御し、こ
の状態で、所定の処理ガスをガス供給管（図示せず）か
ら反応管（１）内に供給し、所定の酸化，拡散,CVD処理
等を施す。

この処理終了後、処理ガスの供給を停止し、必要に応
じて上記反応管（１）内を不活性ガス例えばN₂ガスに置
換した後、上記ボート載置台（５）の駆動でボート
（４）を下降させる。そして、ボート載置台（５）の移
動により上記ボート（４）をウエハ移替え位置に設定
し、このボート（４）に収納されている処理済みのウエ
ハ（３）等を、移載機構（19）の動作によりキャリア
（６）内に移替えられる。この時のキャリア（６）も、
上述した処理前の移替えと同様の移載機構（８）方向に
向くように、ベースプレート（27）及びキャリア収納体
（28a）（28b）を回転させる。そして、このベースプレ
ート（27）及びキャリア収納体（28a）（28b）をキャリ
ア受渡し方向に向くように回転させ、ロボット或いは人
手によりキャリア（６）の受渡しが行なわれて処理が終
了する。

上記実施例では、キャリア収納体（28a）（28b）の回
転駆動を、エアシリンダー（34）と連設したアーム（3
5）により行なったが、これに限定するものではなく、
例えばモータ等でも同様な効果が得られる。

また、上記実施例では、キャリア（６）を６個使用し
た例について説明したが、これに限定するものではな
く、鉛直方向に配列したキャリア置き台（25）の数を増
減することで、所望の個数を設置することができる。こ
の時、キャリア置き台（30）を鉛直方向で増減すること
で、スペースを広く使用することはない。

（発明の効果） 以上要するに本発明の熱処理装置によれば、縦長のボ
ートを垂直状態に載置して熱処理炉内に搬出入させるべ
く昇降可能及び熱処理炉の直下から基板移替え位置に又
は基板移替え位置から熱処理炉の直下に水平旋回移動可
能に設けられたボート載置台を備えているため、上記ボ
ートを熱処理炉内から基板移替え位置に又は基板移替え
位置から熱処理炉内に小スペースで効率よく移動するこ
とができる。また、上記基板移替え位置の上方には、こ
の基板移替え位置に移動した上記ボート載置台上のボー
トの上記テーパー状の凹部又はテーパー状の凸部に係合
するテーパー状の凸型又はテーパー状の凹型に形成され
た昇降可能な当接体を有し、この当接体により上記ボー
ト載置台上のボートの上端部を押圧して位置決め支持す
る支持機構が設けられているため、ボート載置台上に載
置されていて不安定な縦長のボートを基板移替え時に傾
斜させたり、転倒させる恐れがなく、ボートの破損や基
板の破損を防止することができる。従って、基板移替え
位置に移動されたボート載置台上のボートと、ほぼ垂直
状態のキャリアとの間で移載機構により小空間で精度よ
く基板の移替えを行うことが可能となり、装置の小型化
及びスループットの向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するための熱処理装置
の構成図、第２図は第１図処理部説明図、第３図は第１
図の支持機構説明図、第４図は第１図の移載機構説明
図、第５図及び第６図は第１図のキャリア設置台説明
図、第７図は第１図熱処理装置の移替え説明図である。 ３……ウエハ、４……ボート ５……ボート載置台、６……キャリア ７……移替え装置、15……ウエハ移替え位置 17……支持機構、19……移載機構 20……当接体、22……凹部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下部が開口した縦型熱処理炉と、複数枚の
   基板が収納可能に構成された縦長のボートを垂直状態に
   載置して上記熱処理炉内に搬出入させるべく昇降可能及
   び上記熱処理炉の直下から基板移替え位置に又は基板移
   替え位置から熱処理炉の直下に水平旋回移動可能に設け
   られたボート載置台と、上記ボートの上端部に設けられ
   たテーパー状の凹部又はテーパー状の凸部と、上記基板
   移替え位置の上方に設けられ、この基板移替え位置に移
   動した上記ボート載置台上のボートの上記テーパー状の
   凹部又はテーパー状の凸部に係合するテーパー状の凸型
   又はテーパー状の凹型に形成された昇降可能な当接体を
   有し、この当接体により上記ボート載置台上のボートの
   上端部を押圧して位置決め支持する支持機構と、この支
   持機構により位置決め支持されたボートと複数枚の基板
   が収納可能に構成されたほぼ垂直状態のキャリアとの間
   で基板の移替えを行う移載機構とを備えたことを特徴と
   する熱処理装置。