JP2668024B2 - 縦型熱処理装置 - Google Patents

Description

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

（従来の技術） 一方の処理用ボートに収容された被処理体を所定の熱
処理を行っている間、地方の処理用ボートとキャリア間
で被処理体を移替える技術は特開昭61−291335号公報に
記載されている。複数の処理炉と被処理体移載部の間で
処理用ボートを搬送する技術は特開昭63−244856号公報
に記載されている。

（発明が解決しようとする課題） 前者の文献の技術は回転アームの両端に処理用ボート
を載置可能に構成したものであり、被処理体を上記ボー
トに移替る際このボートは回転アームに載置されており
位置精度を確保することが困難で、被処理体をボートに
搬入搬出時被処理体とボートが接触してゴミが発生した
り、場合によっては被処理体やボートを破損させてしま
うという改善点を有する。

また、ボート移動を行う回転アームが旋回し多大のス
ペースを必要とするため装置が大型化し、クリーンルー
ムのスペースを不要に専有するという改善点を有する。

後者の文献では、複数の処理炉に対して１つの被処理
体移替部が設けられているため、１つの処理用ボートに
被処理体の移替えを行っている間別のボートに被処理体
を移替えすることができず処理効率が低いという改善点
を有する。

また、被処理体移替部と処理炉間が離れているため被
処理体にゴミが付着する割合が大きいという改善点を有
する。

この発明の目的は、低発塵で被処理体の移替えを行う
ことができるとともに、小型化が図れる縦型熱処理装置
を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） この発明は、複数枚の被処理体が収納された垂直なボ
ートを下方から収容して被処理体に熱処理を施す縦型熱
処理炉と、この熱処理炉の炉口を開閉する蓋体を有し、
この蓋体上に保温筒を介してボートを載置して炉内へ搬
入搬出する昇降機構と、上記熱処理炉に近接して設けら
れ、上記熱処理中に、複数枚の被処理体を収容するキャ
リアが複数個設置可能なキャリアステーションのキャリ
アともう一つのボートとの間で被処理体の移替えを行う
ためにボートを垂直に保持する上下移動可能な載置台を
有するボートステーションと、上記ボートを垂直に保持
して待機させておく平行移動可能な載置台を有するボー
ト待機部と、被処理体の移替えが終了したボートをボー
トステーションの載置台上からボート待機部の載置台上
に、被処理体の熱処理が終了して熱処理炉から搬出され
たボートを昇降機構の保温筒上からボートステーション
の載置台上に、待機中のボートをボート待機部の載置台
上から昇降機構の保温筒上にそれぞれ移動する上下移動
および回転可能なアームを有するボート移動機構とを備
え、上記アームの旋回軌跡上に上記ボートステーション
の載置台、昇降機構の保温筒およびボート待機部の載置
台が順に配置されていることを特徴とする。

上記ボードステーションの配置台の上方には、この配
置台に保持されたボートの上端部を保持する支持部材が
上下動可能に設けられていることが好ましい。

（作用） この発明の縦型熱処理装置によれば、熱処理炉とボー
トステーションとが近接して配置されるとともに、キャ
リアとボートとの間で被処理体の移替えを行う際にボー
トがボートステーションの載置台上に保持されて位置精
度を確保することができるため、移替え時に被処理体と
ボートの接触を防止することができ、塵の発生および被
処理体への付着を少なく抑えることが可能となる。ま
た、一つのボートを用いた被処理体の熱処理中に、もう
一つのボートに対する被処理体の移替えを行うことがで
きるため、稼動率の向上が図れる。しかも、ボート移動
機構のアームの旋回軸跡上に上記ボートステーションの
載置台、昇降機構の保温筒およびボート待機部の載置台
が順に配置されているため、移動経路の効率化および省
スペース化が図れ、もって縦型熱処理装置の小型化が図
れる。

（実施例） 以下、本発明装置を半導体ウエハの熱処理工程に使用
した一実施例を図面を参照して説明する。

まず、縦型熱処理装置（以下、単に熱処理装置ともい
う。）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、
装置内の上方に配置された縦型熱処理炉であって、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に設定可能な被処理体である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な昇降機構５と、この
昇降機構部５が下降した位置とボートステーションであ
るウエハ移替部22とボート待機部であるボート載置部42
の間で上記ボート４を支持して移動可能なボート移動機
構６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７を複数個設置可能なキャリアステーショ
ンであるキャリア設置台８と、キャリア設置台８に設置
されたキャリア７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９と、上記キャリア７をこの装置と外
部の搬送ロボットとの間で受け渡しを行なう搬入搬出ポ
ート10と、この搬入搬出ポート10及び上記キャリア設置
台９の間でキャリア７の搬送を行なう搬送機11と反応ガ
スを提供する処理ガス供給部70と真空ポンプ等より構成
される真空排気部60と熱処理工程及びウエハ移載等をコ
ントロールするプロセスコントロール部50とから構成さ
れている。上記キャリア設置台８はウエハ移替部22とほ
ぼ同じか近い高さになるように搬入搬出ポート10よりも
下方に配置され、ウエハ移替えの効率化および省スペー
ス化が図られている。

上記処理部２には第２図に示すように、耐熱性を有し
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60
0〜1200℃程度に加熱可能な加熱機構例えばコイル状ヒ
ータ12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。このような反応管１には、図示しな
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
給管が配設されており、処理ガス供給部70内の図示しな
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14
が接続され、この排気管14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排気部60内
の真空ポンプ（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15が
設けられている。この蓋体15は上記昇降機構５上に載置
され、駆動機構例えばボールネジ16の駆動によるガイド
17に沿った昇降により、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15の上部には、保温筒18が
載置され、更にこの保温筒18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。

上記ボート移動機構６は、半円環状のアーム19が回転
軸20に軸着し、回転軸20は図示しない移動機構により上
下移動と図示しない回転機構により回転軸20を中心に回
転が可能とされている。ボート移動機構６の回転と上下
移動により上記昇降機構５が下降した位置とウエハ移替
部22とボート載置部42の間で上記ボート４を支持して移
載可能と成っている。上記アーム19の回転軸跡（第１図
に点線で円弧状に示されている。）上に上記ウエハ移替
部22、昇降機構５およびボート載置部42が順に配置さ
れ、ボートの移動経路の効率化および省スペース化が図
られている。

上記搬送機11と上述した移載機９は同一基台（図示せ
ず）に搭載され、回転軸に軸着し、ボールネジ（図示せ
ず）の駆動により昇降する。この移載機９の両端にはガ
イドレール36に沿ってスライド移動可能な一対のキャリ
ア支持アーム37a,37bが設けられている。このキャリア
支持アーム37a,37bは互いに平行状態に設けられて連動
駆動するようになっており、このキャリア支持アーム37
a,37bは、図示しない駆動機構例えばモータによりスラ
イド移動可能とされている。

上記キャリア設置台８は、縦方向に複数個例えば４個
のキャリア７を夫々載置可能であり、このキャリア設置
台８及び上記移載機９及び搬送機11の上方には、ファン
53を備えた例えばHEPAフィルター或いはULPAフィルター
等のフィルター54が設けられており、上記ウエハ移替え
時にウエハ３上に清浄化されたエアーのみを供給するこ
とにより、上記ウエハ３の汚染を防止する構造と成って
いる。

また、第３図（ａ）に示すように、搬入搬出ポートベ
ース30（以下ベースと称す。）にはウエハキャリアをベ
ースに保持するための互いに向かい合うクランプ31a,31
bが設けられている。該クランプはエアーシリンダ32に
よってウエハキャリア７を挟持する方向に駆動し、クラ
ンプ31aの先端にはウエハキャリア７の凸部に嵌合する
凹部が設けられている。ベース30は回転軸33により90度
回転可能な構造になっている。

また、搬入搬出ポート10内部にはウエハキャリア７内
のウエハ３のオリエンテーションフラットの方向を同一
にするための回転ローラー34が設けられている。この回
転ローラ34はウエハキャリア７の底部に露出したウエハ
端面と接触するように該ローラー部分が移動機構（図示
せず）により移動可能になっている。

上記回転ローラー34と同様に、ウエハキャリア７内の
ウエハ枚数を数えるウエハカウンター35が設けられてお
り、上記ウエハカウンター35には投受光センサ38が配列
されウエハキャリア７の底部近傍へ移動機構（図示せ
ず）により移動可能になっている。上記ボート載置部42
にはボート４の下部と嵌合してこのボート４を垂直に保
持する載置台44が設けられており、この載置台44は図示
しないモータとボールネジの駆動によりレール46上を平
行に移行可能なように構成されている。

上記ウエハ移替部22には載置台44と同様にボート４を
垂直に保持する載置台24が設けられており、この載置台
24は図示しない移動機構により上下移動可能なように構
成されている。

上記載置台24上部には第４図に示すように、ボート４
の上端部を保持する支持部材26が図示しない移動機構に
より上下移動可能に設けられている。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。

第３図（ａ）に示すように、無人搬送ロボット（図示
せず）より搬入搬出ポート10に搬送されたウエハキャリ
ア７は上記クランプ31a,31bにより挟持され、上記回転
ローラー34によりウエハのオリエンテーションフラット
が揃えられる。さらにウエハカウンター35によりウエハ
の枚数及びウエハキャリア内のウエハの有無が確認され
る。上記確認後、第３図（ｂ）に示すように、ベース30
は回転軸33を中心に90度下向に回転し、位置固定され
る。次にキャリア支持アーム37a,37bが予めプログラム
された距離分、水平に移動してアーム先端に設けられた
キャリア保持具により、ウエハキャリア７の側面が保持
される。保持された後に、クランプ31a,31bがエアーシ
リンダー32によって、ウエハキャリア７側面より離れる
方向に駆動する。この時にウエハキャリア７の荷重はキ
ャリア支持アーム37a,37bにより支えれる。第３図
（ｃ）に示すようにキャリア支持アーム37a,37bは装置
本体側にウエハキャリア７と共に水平移動して、ウエハ
キャリア７を装置内に取り込む。この時、装置への取り
込み口40周辺には光学センサ39が該開口部の縦方向に沿
って数箇所設けられ、該開口部を塞ぐようにセンサ光が
設定されているので、キャリア支持アーム37a,37bの稼
働中に例えばオペレータ等が該開口部内を誤って横切る
場合には該センサ39が感知し、移載動作を自動的に抑止
状態にしてオペレータ及び装置等への障害を未然に防止
できる。

そして、上記搬入搬出ポート10のキャリア17を、搬送
機11によりキャリア設置台８に搬送する。次に、上記移
載機９の５枚用の支持機構或いは１枚用の支持機構によ
り、キャリア７内に収納されているウエハ３を５枚づつ
或いは１枚づつ上記ボート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。この移替えを行なうに際し、上記ボート４はウ
エハ移替部22の載置台24に垂直に保持され、この載置台
24は図示しない上下移動機構により上方へ移動され、又
は支持部材26が図示しない上下機構により下方へ移動
し、ボート４の上端部が支持部材26によって保持され、
この位置にて移替えが行なわれる。そして、上記移替え
が終了すると載置台24は上記上下移動機構により下方へ
移動され、または支持部材26が上方へ移動し、ボート４
の上端部は支持部材26より解放された状態となる。

次にボート移動機構６が回転アーム19がボート４の下
部凹部に嵌合される。

第４図に示すようにボート移動機構６のアーム19を上
方に移動、またはウエハ移替部22の載置台24の図示しな
い上下機構を下方に移動し、ボート４をウエハ移替部22
の載置台24より離脱させる。

次にアーム19を回転しボート載置部42の上方へボート
４を移動し、アーム19を下方へ移動しボート４をボート
載置部42へ移載する。

次にボート載置部42の載置台44を平行に移動しアーム
19がボート４から開放される状態とする。

次に反応管１内にあり、所定の熱処理をほどこされた
ウエハ３を収容する上記説明とは別のボート４は昇降機
構５により下方に移動される。

第４図に示すように昇降機構５上の保温筒18に載置さ
れたボート４の下部凹部にアーム19を回転装置しアーム
を上方へ移動、または昇降機構５を下方へ移動し保温筒
18からボート４を離脱させる。

このボート４をアーム19の回転によりウエハ移替部22
へ移動し上記と同様の方法により載置台24に載置し、移
載機９により上記とは逆にボート４からキャリア７内に
処理済みのウエハ３を移替える。そして、上述した搬入
搬出ポート10から上記キャリア７を無人搬送車等により
外部に搬送する。

次にアーム19はボート載置部42へ旋回し待機し、載置
台44上に載置されたキャリア７から移替えられたウエハ
３を収納したボート４がレール46上を移動し、上記ボー
ト４の下部凹部にアーム19が嵌合される。

アーム19を上方に移動しボート４を載置台から離脱さ
せ、アーム19を回転させ昇降機構５上に載置された保温
筒18上に移動し、ボート４と保温筒18の軸心が一致した
状態でアーム19を下げ、または昇降機構５を上方に移動
し、ボート４を保温筒18に載置し、アーム19をボート載
置部42上方に退避させ昇降機構５を上昇させる。この上
昇により上記蓋体15を反応管１下端部に当接させ、反応
管１内部を気密に設定すると同時に、上記ボート４を反
応管１内に設置する。そして、ヒータ12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、上記昇降機構５によりボート４を下降させ処理が
終了する。

以上説明したようにボート４を専用のウエハ移替部22
に載置し、ボート４の上端部を支持部材26により保持し
ておりボート４が所定の位置に正確に保持されるため、
ウエハ３を移載機９により移替える時、ボート４やキャ
リア７と不用に接触することがなく、ウエハ３のカケや
膜ハガレによるゴミの発生がなくまたウエハ３やボート
４が破損するということもなく半導体素子の不良率を大
幅に低減できる。

処理済み被処理体をボート４からキャリア７へ移換
え、このキャリア７を未処理の被処理体が収納されたキ
ャリア７と交換し、次の被処理体をキャリア７からボー
ト４へ移換えるという一連の作業には比較的長時間を必
要とする。

従って、ボート４が２組熱処理装置内に収容されてお
り一方のボート４が被処理体を収容して所定の熱処理中
に、他方のボート４に被処理体の移換えを行うように構
成しているため、熱処理装置の稼働率が高く効率の良い
処理が可能である。

また、アーム19によって移載されるボート４の移動範
囲はウエハ移替部22、昇降機構５、ボート載置部の間で
あり、アーム19が旋回するのに要するスペースは最小に
構成されているため装置を小型化することができクリー
ンルームのスペースの専有面積が少なく、クリーンルー
ムにかかる費用を安価にすることができる。

また、ウエハ移替部22と熱処理炉間が装置内に近接し
て配置されておりこの間にクリーンエアーが供給されて
いるため、被処理体へのゴミ付着が少なく半導体素子の
不良率を大幅に低減できる。

また、ウエハ移替部22に収容されるボート４の長さ
が、例えば100枚用とか150枚用等のように、異なる場合
にはウエハ移替部24の上下移動機構により所定のウエハ
移替え位置にボートを移動しボートの上端部を支持する
支持部材26の位置も移動機構を設けて移動すれば良い。

また、上記実施例においては被処理体に半導体ウエハ
を用いたが、これに限定するものどはなく例えば液晶ガ
ラス基板やセラミック基板等を処理する装置に適用して
もよいことは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明の縦型熱処理装置によ
れば、熱処理炉とボートステーションとが近接して配置
されるともに、キャリアとボートとの間で被処理体の移
替えを行う際にボートがボートステーションの載置台上
に保持されて位置精度を確保することができるため、移
替え時に被処理体とボートの接触を防止することがで
き、塵の発生および被処理体への付着を少なく抑えるこ
とが可能となる。また、一つのボートを用いた被処理体
の熱処理中に、もう一つのボートに対する被処理体の移
替えを行うことができるため、移動率の向上が図れる。
しかも、ボート移動機構のアームの旋回軌跡上に上記ボ
ートステーションの載置台、昇降機構の保温筒およびボ
ート待機部の載置台が順に配置されているため、移動経
路の効率化および省スペース化が図れ、もって縦型熱処
理装置の小型化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明装置の一実施例を説明するた
めの縦型熱処理装置の構成図、第３図は第１図の搬入搬
出ボートの動作説明図、第４図はボート移載説明図であ
る。 ３……ウエハ、４……ボート ５……昇降機構、６……ボート移動機構 ７……キャリア、22……ウエハ移替部 30……ベース、31a,31b……クランプ 37a,37b……キャリア支持アーム 42……ボート載置部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−314843（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−128523（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−294120（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数枚の被処理体が収納された垂直なボー
   トを下方から収容して被処理体に熱処理を施す縦型熱処
   理炉と、この熱処理炉の炉口を開閉する蓋体を有し、こ
   の蓋体上に保温筒を介してボートを載置して炉内へ搬入
   搬出する昇降機構と、上記熱処理炉に近接して設けら
   れ、上記熱処理中に、複数枚の被処理体を収容するキャ
   リアが複数個設置可能なキャリアステーションのキャリ
   アともう一つのボートとの間で被処理体の移替えを行う
   ためにボートを垂直に保持する上下移動可能な載置台を
   有するボートステーションと、上記ボートを垂直に保持
   して待機させておく平行移動可能な載置台を有するボー
   ト待機部と、被処理体の移替えが終了したボートをボー
   トステーションの載置台上からボート待機部の載置台上
   に、被処理体の熱処理が終了して熱処理炉から搬出され
   たボートを昇降機構の保温筒上からボートステーション
   の載置台上に、待機中のボートをボート待機部の載置台
   上から昇降機構の保温筒上にそれぞれ移動する上下移動
   および回転可能なアームを有するボート移動機構とを備
   え、上記アームの旋回軌跡上に上記ボートステーション
   の載置台、昇降機構の保温筒およびボート待機部の載置
   台が順に配置されていることを特徴とする縦型熱処理装
   置。
2. 【請求項２】上記ボートステーションの載置台の上方に
   は、この載置台に保持されたボートの上端部を保持する
   支持部材が上下動可能に設けられていることを特徴とす
   る請求項１記載の縦型熱処理装置。