JP3027019B2 - 熱処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば半導体ウエハを熱
処理するための熱処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年半導体集積回路の高集積化が進み、
これに伴い半導体製造装置においても厳しい要求がなさ
れている。

【０００３】例えばＣＶＤ、拡散、酸化処理などの熱処
理を行う装置として、従来横型炉が主流であったが、半
導体ウエハを搭載したボートを反応管内にロードすると
きに、炉内外の温度差に起因する対流により、空気が反
応管内部へ混入してウエハに自然酸化膜ができ、これが
ウエハの特性を左右するといった問題が指摘されるよう
になり、これに代わって縦型熱処理装置が注目されてい
る。

【０００４】この縦型熱処理装置では、多数のウエハを
搭載したウエハボートを反応管の下端開口部からロー
ド、アンロードするので温かい空気は上方に溜まるか
ら、反応管の内外での空気の入れ替わりが起こりにくい
という利点がある。

【０００５】縦型熱処理装置においてウエハをロード、
アンロードするための具体的方法について簡単に述べる
と、反応管の下端側に、ボールネジ部の駆動により昇降
するエレベータを設置して、これにウエハボートを搭載
すると共に、未処理のウエハを移載ロボットによりウエ
ハボ−トに順次上下方向に間隔をおいて搭載し、エレベ
ータを上昇させて反応管内にロードするようにしてお
り、また熱処理後にはエレベータを降下させてウエハボ
ートを反応管からアンロードし、その後移載ロボットに
よりウエハを取り出すようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで最近では、ウ
エハの自然酸化膜の生成を一層抑えるために、例えばウ
エハボートに対してウエハの着脱を行う領域を不活性雰
囲気にするといったことも検討されている。

【０００７】しかしながらこのような方法を実現するた
めには、ウエハの着脱領域をロードロック室としなけれ
ばならないので、反応管からの熱、あるいはアンロード
されたウエハからの輻射熱によるウエハの着脱領域の温
度上昇に伴う対策を講じなければならないし、またウエ
ハボートと外部との間のウエハの受け渡しの仕方やその
ための機構、配置スペースといった点についても工夫す
る必要がある。

【０００８】本発明は、このような背景のもとになされ
たものであり、例えば反応管の下方の着脱領域をロード
ロック室とする場合のように、当該領域の温度がかなり
高くなる場合にもウエハボートに対するウエハの着脱を
良好に行うことができて、ウエハを損傷するといった不
具合を防止することのできる熱処理装置を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上述のよう
にウエハの着脱領域をロードロック室にするという着想
を実現するにあたって、ウエハボートにウエハを載置あ
るいは取り出しを行うための移載機構を、別のロードロ
ック機能を持ったロボット室に格納し、ウエハボートの
エレベータを活用して各ウエハの着脱のタイミングを取
ることにより、移載機構の小形化を図るというアイデア
を具体化しようとしたところ、この種のエレベータに用
いられているボールネジ部の機能とウエハの着脱領域の
温度との関係に気付き、ウエハの着脱領域をロードロッ
ク室にすると、温度上昇に伴いボールネジ部の伸びとい
う問題が起こり、この結果移載機構によるウエハの着脱
が円滑に行われなくなるという懸念を取り上げた。

【００１０】そこで本発明では、ウエハボートなどの被
処理体収納部を例えばボールネジ部を利用して昇降する
場合に、単位昇降量に対応するモータの駆動量を、その
時の温度に応じて補正するという着想を採用した。

【００１１】具体的には、本発明は、多数の被処理体を
縦方向に沿って互いに間隔をおいて被処理体収納部に搭
載して縦型の反応管内に搬入して熱処理を行う熱処理装
置において、前記被処理体収納部に対して被処理体を着
脱するために反応管の下方側に設けられ、大気雰囲気と
区画されて不活性ガス雰囲気とされる被処理体着脱室
と、前記反応管の下端開口部と対向する位置にある被処
理体収納部に対して被処理体を着脱するための移載機構
と、エンコ−ダと連動するモ−タによりボ−ルネジ部を
回転させることにより、前記被処理体収納部を前記移載
機構に対して相対的にかつ被処理体の収納間隔に応じて
間欠的に昇降させる駆動機構と、前記被処理体収納部ま
たは移載機構の昇降路に沿って互いに間隔をおいて配置
され、互いの検出位置の距離が予め分かっている一対の
位置検出部と、前記駆動機構により一対の位置検出部間
を前記被処理体収納部または移載機構が昇降したときの
前記エンコ−ダのパルス数に基づいて、移載機構が被処
理体を着脱した後その位置から次の被処理体を着脱する
位置までのパルス数を補正する駆動補正部と、を備えた
ことを特徴とする。

【００１２】

【作用】例えばウエハの着脱領域が常温の時に、ボート
エレベータを基準移動量例えば８０ｃｍ上昇させ、その
時のモータの回転量を調べておく。そして実際に熱処理
を行うときに、同様の場合のモータの回転量を調べ、こ
れら２つの回転量に基づいてウエハボートの間欠昇降量
つまりウエハボートの１ステップ分の昇降量に相当する
モータの回転量を補正する。この結果ウエハボートは各
段のウエハの離間間隔に相当する距離だけ正確に昇降す
る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を縦型ＣＶＤ装置に適用した一
実施例について説明する。図１及び図２に示す縦型ＣＶ
Ｄ装置は、被処理体であるウエハに対してＣＶＤ処理を
行う熱処理部１００と、これの下方側に位置し、後述す
るウエハボートに対してウエハの着脱を行うためのウエ
ハ着脱室２００と、このウエハ着脱室２００に対してウ
エハの搬入、搬出を行うロボットを設置したロボット室
３００と、このロボット室３００に連結された、ウエハ
カセットを収納するカセット室４００とから構成され
る。

【００１４】これら各部について詳細に説明すると、前
記熱処理部１００は、例えば石英にて円筒状に形成さ
れ、軸方向を鉛直方向にして配置された反応管１を備え
ている。この反応管１の周囲にはヒータ１０が設けら
れ、反応管１内を所定温度例えばＣＶＤの場合５００〜
１０００℃、酸化や拡散の場合８００〜１２００℃に設
定するようにしている。前記反応管１の下側に設置した
マニホールド１１の図中左側部には、成膜用ガスやキャ
リアガスなどを導入するガス導入管１２が挿通されてお
り、前記マニホールド１１の図中右側部には、排気管１
３が連結されている。この排気管１２は、図示しない真
空ポンプに接続されており、この排気管１２を介して真
空引きすることにより、前記反応管１内を所定の真空度
に設定し、あるいは、反応管１に導入されたガスを排気
するようにしている。

【００１５】前記ウエハ着脱室２００には、被処理体収
納部であるウエハボート２を反応管１内に対して搬入、
搬出するための昇降機構をなすボートエレベータ２１が
設置されている。

【００１６】このボートエレベータ２１の一端側には、
図３に詳述するように上下方向に伸びるボールネジ部２
１ａが挿通されていて、挿通部分においてボールネジ部
２１ａとボートエレベータ２１とがベアリングを介して
螺合しており、また上下方向に伸びるガイド棒２１ｂ、
２１ｃがボールネジ部21ａの両側にて嵌挿されている。
従ってボールネジ部２１ａを回転することによりエレベ
ータ２１が昇降する。

【００１７】そしてこの例ではボールネジ部２１ａに対
するウエハからの輻射熱の影響を抑えるため、その前方
側（図中左側）に冷却水路が組み込まれた熱遮断板２１
ｄが上下方向に伸びるように配置されている。前記熱遮
断板２１ｄは、温度差による伸縮が小さい例えばステン
レス材により作られており、この熱遮断板２１ｄに、エ
レベータ２１の高さレベルを検出する一対の位置検出
部、例えば光式位置検出センサーＳ１、Ｓ２が８０ｃｍ
だけ上下方向に間隔をおいて配設されている。

【００１８】前記ウエハ着脱室２００の上方側には、ボ
ールネジ部２１ａを駆動する駆動部としてのモータＭが
設置されており、このモータＭはボールネジ部２１ａの
回転量に対応したパルスを出力するエンコーダＥが組み
込まれている。モータＭには図４に示すようモータ制御
部ＭＣが接続されており、このモータ制御部ＭＣは、ウ
エハボート２の各ウエハの相互離間距離つまり各ステッ
プ間距離だけ間欠的にエレベータ２１を昇降させるよう
に、エンコーダＥのパルス出力に基づいてモータＭを駆
動制御する機能を有する。

【００１９】前記モータＭには駆動補正部Ｔが接続され
ており、この駆動補正部Ｔは、位置検出センサＳ１、Ｓ
２の出力に基づいて、エレベータ２１がセンサＳ１、Ｓ
２間の距離だけ昇降したときのエンコーダＥの出力パル
ス数をカウントして表示する機能と、前記各ステップ間
距離に対応するモータＭの単位駆動量を補正するため
に、モータ制御部ＭＣの駆動制御動作を補正する機能と
を備えている。このような補正は、カウントした出力パ
ルス数に基づいてオペレータが手動で補正するようにし
てもよいし、あるいは例えば、予め定めたソフトウエア
に従って自動的に補正するようにしてもよい。

【００２０】前記ボート２は、ウエハｗを水平な状態で
かつ縦方向に所定間隔をおいて多数枚例えば９９枚搭載
できる構造となっており、その下方の保温筒２２及びフ
ランジ２３を介してボートエレベータ２１上に載置され
ている。従ってボートエレベータ２１を昇降させること
により、前記ウエハボート２は反応管１内にロードさ
れ、あるいはアンロードされる。ウエハボート２がロー
ドされたときには、フランジ２３によりマニホールド１
１の下端開口部が密閉される。

【００２１】また前記ウエハ着脱室２００内には、不活
性ガス例えば窒素ガスを当該ウエハ着脱室２００内に噴
射するための多数のガス噴射孔２４ａを備えたガス噴射
管２４が配管されており、このガス噴射管２４は、コ字
状に形成されていて、垂直管部がウエハ着脱室２００の
ロボット室３００側両隅（紙面の表面側及び裏面側の隅
部）付近に位置し、水平管部が上端付近に位置してい
る。

【００２２】このようにガス噴射管２４を設ければ、不
活性ガスの導入という本来の役割に加えて、ウエハｗの
着脱時に発生したパーティクルを吹き飛ばせるといった
利点がある。

【００２３】そして前記ウエハ着脱室２００を画成する
チャンバの外面には、この中を冷却するための冷却水管
２５が配管されており、更にウエハ着脱室２００を真空
引きするための排気管２６が接続されている。

【００２４】前記ロボット室３００内には、例えば多関
節ロボットよりなる移載機構としての移載ロボット３
と、カセット室４００から受け取ったウエハを一旦載置
するためのバッファステージ３１と、オリフラ（オリエ
ント フラット）合わせをするためのオリフラ合わせ機
構３２とが配置されている。前記移載ロボット３は、ア
ーム全体の回転と伸縮と上下動の自由度を備えている。

【００２５】前記カセット室４００は、例えば２５枚の
ウエハを収納した２つのカセット４を上下に収納した状
態で昇降させる図示しないエレベータを備えている。こ
のカセット室４００内に外部から搬入された２つのカセ
ット４は、エレベータにより図１に示す位置まで持ち上
げられ、下方側のウエハｗから順にロボット室３００内
に取り込まれると共に、処理済のウエハｗをロボット室
３００から受け取るときには、逆にカセット４を降下さ
せておいて、上から順に載置するようにしている。 こ
こで前記ロボット室３００及びカセット室４００は、各
々真空雰囲気にできるように排気管（図示せず）が接続
され、また不活性ガス雰囲気にできるようにガス導入管
（図示せず）が接続されている。そしてロボット室３０
０とカセット室４００との間、及びロボット室３００と
ウエハ着脱室２００との間には、夫々ゲートバルブＧ
１、Ｇ２が設けられており、これらの間を気密に遮断で
きるようにしている。またカセット室４００には、大気
との間を遮断するゲートドアＧ３が設けられている。

【００２６】この実施例に用いる縦型熱処理装置は以上
のように構成されている。

【００２７】次に上述実施例の作用について説明する。
先ずゲートバルブＧ１、Ｇ２を閉じておき、反応管１、
ウエハ着脱室２００、及びロボット室３００内を排気管
１３、２６及び図示しない排気管により所定の真空度ま
で真空引きし、その後ガス導入管１２、ガス噴射管２４
及び図示しないガス噴射管により例えば窒素ガスを導入
して窒素ガス雰囲気とする。

【００２８】一方カセット室４００は大気圧となってお
り、この中に未処理のウエハｗを収納した２つのカセッ
ト４、４が配置される。そしてゲートドアＧ３を閉じて
カセット室４００内を図示しない排気管により排気した
後、図示しない窒素ガス供給管によりこの中も窒素ガス
雰囲気とする。続いてゲートバルブＧ１、Ｇ２を開き、
移送ロボット３によりカセット４内のウエハｗを順次取
りだし、オリフラ合わせ機構３２にてオリフラ合わせを
行った後、ウエハボート２に移載する。なお、オリフラ
合わせが行われている間に、次のウエハはバッファステ
ージ３１に載置されて待機される。

【００２９】ここでウエハＷのボート２への載置につい
ては、ボート２を所定位置まで上昇させておき、そこか
らボールネジ部２１ａを間欠的に回動させ、これにより
エレベータ２１を間欠的に下降させ、この動作のタイミ
ングに対応して下段側から順次にウエハＷを載置する。

【００３０】次にゲートバルブＧ２を閉じた後、このボ
ート２をエレベータ２１により反応管１内にロードして
フランジ２３により反応管１の下端開口部を密閉する。
一方ヒータ１０により反応管１内は所定の温度に加熱し
てあり、この中を真空引きした後ガス導入管１２を介し
て処理ガスやキャリアガスを導入し、ウエハｗにＣＶＤ
処理を行ってその表面に例えばポリシリコン膜などを成
膜する。

【００３１】成膜工程が終了した後エレベータ２１によ
りボート２をアンロードし、ボート２を所定の位置まで
降下させておくと共に、ゲートバルブＧ２を開きエレベ
ータ２１を間欠的に上昇させ、ウエハの載置の場合とは
逆に上段側から順次にウエハｗを移載ロボット３により
取り出し、ゲートバルブＧ２、ロボット室３００及びゲ
ートバルブＧ１を介してカセット室４００内のカセット
に移す。

【００３２】以上のようにして熱処理が実施されるが、
この例では例えば次のようにしてモータＭの駆動制御を
補正している。即ち、ウエハ着脱室２００が常温の場合
に、予めエレベータ２１を位置検出センサＳ１、Ｓ２の
間を通過させることにより基準昇降量例えば８０ｃｍだ
け昇降させるために必要なモータＭの駆動量を求めてお
く。これはエンコーダＥの出力パルス数に対応するので
実際にはエレベータ２１がセンサＳ１、Ｓ２間を移動し
たときの出力パルス数Ｎ１を駆動補正部Ｔにより求めて
おくことになる。そして実際に熱処理作業を行うとき
に、同様にしてエレベータ２１の基準昇降量に対応した
エンコーダＥの出力パルス数Ｎ２を求め、この値を前記
出力パルス数Ｎ１と比較して、モータ制御部ＭＣの駆動
制御動作を補正する。たとえばＮ２がＮ１よりも小さい
ときには、ボールネジ部２１ａが伸長したと考えられる
ので、エレベータ２１を所定距離だけ昇降させるのに必
要なモータＭの回動量をボールネジ部２１ａの伸長に見
合うように駆動補正部Ｔにより補正する。具体的にはモ
ータ制御部ＭＣにおいてウエハボート２の１ステップ分
の前記出力パルスの設定数が変更されることになる。

【００３３】ここで仮に上述のような補正をしなけれ
ば、ボールネジ部２１ａの伸長によりウエハボート２の
各ウエハＷの相互離間距離とエレベータ２１の１ステッ
プ分の昇降量とが不一致となり、移載ロボット３のアー
ムの高さレベルとウエハの停止位置とが不一致となるの
でアームによりウエハを押し出したり、ウエハボート２
に衝突させたりするといった不具合が生じるが、上述実
施例によれば、各ウエハが確実に所定の高さレベルに停
止するのでそのような不具合は生じない。以上において
前記一対の位置検出センサＳ１、Ｓ２については、予め
設置されている下限あるいは上限位置検出センサやホー
ムセンサなどを利用してもよいし、温度補正専用のセン
サを別途設けてもよい。

【００３４】また上述実施例ではウエハボートにウエハ
を下から順に載置し、上から順に取り出しているのでウ
エハの着脱時にウエハは反応管から遠ざかった位置にあ
り、このため熱履歴が抑えられるが、本発明では必ずし
もこうした移載方法に限定されるものではないし、例え
ば移載ロボット側をボールネジ部で昇降させてウエハの
着脱を行うようにしてもよい。即ち本発明は、ウエハボ
ートと移載ロボットが相対的に移動する場合に適用され
るそしてまたモータの駆動を補正する場合、常温時のデ
ータに基づく代わりに各作業の前の作業のデータに基づ
いて補正するようにしてもよい。

【００３５】なお本発明は、ウエハ着脱領域が不活性雰
囲気ではなく大気雰囲気の場合にも適用できるが、大気
雰囲気の場合には、常時排気することにより外気を取り
入れ、これにより低温に抑えることができるから、温度
上昇を抑えることが困難な不活性雰囲気の場合に特に有
効である。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、例えば縦
型熱処理装置において、反応管の下方で、ウエハボート
に対するウエハの着脱をボートエレベータの間欠的昇降
動作のタイミングに対応して行う場合、例えばウエハボ
ートを昇降させるボールネジ部の熱による伸縮を考慮し
て、既に詳述したように駆動機構の間欠的動作を補正し
ているため、常に移載機構による被処理体の取り出しあ
るいは載置の高さレベルと被処理体の停止位置とが一致
するので、移載機構が被処理体を押し出したり、衝突し
たりすることなく確実に収納部に対して着脱することが
できる。

【００３７】従ってウエハの着脱領域をロードロック室
とするなどの技術を導入する場合に、この領域の温度上
昇が予想されるので、本発明は、熱処理装置の設計に当
たって非常に有効な対策である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に適用される縦型熱処理装置の一例を示
す概略説明図

【図２】図１に示す装置の概略平面図

【図３】図１に示す装置の一部を示す斜視図

【図４】 本発明の実施例の一部を示す構成図

【符号の説明】

１ 反応管 ２ ウエハボート ２１ ボートエレベータ ３ 移載ロボット ４ カセット ２００ ウエハ着脱室 ｗ ウエハ Ｓ１ Ｓ２ 位置検出センサ Ｔ 駆動補正部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の被処理体を縦方向に沿って互いに
   間隔をおいて被処理体収納部に搭載して縦型の反応管内
   に搬入して熱処理を行う熱処理装置において、 前記被処理体収納部に対して被処理体を着脱するために
   反応管の下方側に設けられ、大気雰囲気と区画されて不
   活性ガス雰囲気とされる被処理体着脱室と、 前記反応管の下端開口部と対向する位置にある被処理体
   収納部に対して被処理体を着脱するための移載機構と、 エンコ−ダと連動するモ−タによりボ−ルネジ部を回転
   させることにより、前記被処理体収納部を前記移載機構
   に対して相対的にかつ被処理体の収納間隔に応じて間欠
   的に昇降させる駆動機構と、 前記被処理体収納部または移載機構の昇降路に沿って互
   いに間隔をおいて配置され、互いの検出位置の距離が予
   め分かっている一対の位置検出部と、 前記駆動機構により一対の位置検出部間を前記被処理体
   収納部または移載機構が昇降したときの前記エンコ−ダ
   のパルス数に基づいて、移載機構が被処理体を着脱した
   後その位置から次の被処理体を着脱する位置までのパル
   ス数を補正する駆動補正部と、を備えた ことを特徴とす
   る熱処理装置。