JP3764247B2

JP3764247B2 - 板状物の加圧処理装置

Info

Publication number: JP3764247B2
Application number: JP13724097A
Authority: JP
Inventors: 隆男藤川; 成川　　裕; 格増岡; 隆裕結城; 由彦坂下
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1997-05-27
Filing date: 1997-05-27
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2017-05-27
Also published as: JPH10335408A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間等方圧プレス（ＨＩＰ）処理、高圧ガス酸化・窒化などの処理や、超臨界状態の流体を用いて脱脂処理を行うための高圧ガス処理装置、すなわち被処理物が固体でバッチ処理となるような場合に用いられる高圧ガス処理装置に関するものである。とくに、Ｓｉウェーハなどの板状の被処理物を、短サイクルで一枚ずつ処理を行なうための板状物加圧処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
数100kgf／cm²以上の高圧ガスを用いて固体の処理を行うプロセスや技術には種々のものがあるが、その代表的なものとしてＨＩＰ処理が上げられ、すでに各種合金の鋳造品の内部の気孔状欠陥の除去や、超硬合金に代表される焼結製品内部の残留気孔の除去などにおいて工業的に用いられている。
【０００３】
ＨＩＰ処理の場合には、目的が高温下でも被処理品を変質させることなく、ガスの圧力で被処理品を圧縮するということにあり、アルゴンなどの完全に不活性なガスを用いる。また、通常のＨＩＰ処理は、処理時間が数時間〜１日と長いバッチ処理であるため、１回の処理でできるだけ多くの被処理物を装置内に収納するように配慮され、被処理品の出し入れについては、処理時間が長いこともあって、専用の治具に被処理品を収納した後、縦長の圧力容器の上蓋もしくは下蓋を開放して治具ごと出し入れする方法がとられている。
【０００４】
また、最近ＵＬＳＩの微細化に伴って、Ｓｉ半導体ウェーハ上のアルミニウム配線膜形成後に、その下部に形成されたコンタクトホール（通電用の孔）にアルミニウムが埋まらないという問題が出て来ており、この解決手法として、 400〜500℃の温度で 500〜1000kgf ／cm²の高圧アルゴンガス雰囲気下で処理を行なってこの孔をアルミニウムで埋める加圧埋め込み法が注目を浴びている。
【０００５】
この場合、スパッタリング法による配線膜の形成がウェーハ１枚ずつ処理を行なういわゆる枚葉式で、この膜形成と連続で加圧埋め込み処理を行なう要請から、ウェーハ１枚ずつを圧力容器内に入れる方式が採用されている。このための装置としては、特表平７−５０２３７６で提案された装置が公知である。この装置では、ウェーハ１枚（ワークピース）ずつが圧力容器の外部から出し入れされるが、ウェーハを受ける支持部が下側の容器（下側外被部分）の上にあり下側容器が上下する構造となっているが、ウェーハ自体をどのように容器の外から中へ移送するすなわち、被処理物である板状物の処理室に出入自在とするかについては記載されておらず不明である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のＨＩＰ装置の場合には、装置の蓋を開閉して被処理品を取出す作業に大きな時間的制約はなく、また、被処理品を容器状の治具に入れて人手により装置内への出し入れをすることが多いが、本発明の対象となるＳｉウェーハの薄板状の製品（板状物）を容器状の治具等なしで、直接装置内の被処理品保持具の上に乗せたり、取出したりするような機構は設けられておらず、実質上そのような処理は不可能である。
【０００７】
また、特表平７−５０２３７６に示された装置では、被処理品のＳｉウェーハのハンドリングについての詳細な記載はないが、当該公報における図５の接続チューブおよび空気圧で作動するシリンダにより、下方外被部分を下降させるという動作を伴う。図から明らかなように、接続チューブのような部材を処理室から外部に連通させる構造が含まれるために、この部分でのガスシール機構が必要となり、装置の構成が複雑化してガス漏れ等のトラブルを発生しやすいという問題を内在している。
【０００８】
また、ウェーハ状の被処理品を装置内の支持台から受渡しするには、通常はウェーハを支持台から浮かせて、ウェーハと支持台の間にできた隙間にフォーク状のハンドリングアームを差し込み、浮かせていたウェーハを下げて、このハンドリングアームに載せるという動作が必要である。このためにはウェーハを上下移動させるためのアクチュエータが必要で、このアクチュエータを高圧ガス雰囲気の処理室空間に設けるか、図５のような形態で処理室の外部に設けるか、いずれかの手段をとることが必要である。
【０００９】
外部に設ける場合には、特表平７−５０２３７６と同様の問題があり、内部に設ける場合には、電動のモータのような駆動源を高圧ガス雰囲気下で使用することとなり、特殊なモータが必要でかつ駆動のための電源を供給するリード線を圧力容器外部から内部に導入するための部品が不可欠となる。本発明は、上記のごとき従来技術の欠点を解消した板状物の加圧処理装置を提供することが目的である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために次の技術的手段を講じている。
すなわち、請求項１に係る本発明は、Ｓｉウェーハを１枚ずつ加圧処理又は反応処理する圧力容器は容器軸方向の上下で少なくとも２分割された上下の容器構成部材からなっており、該上下の容器構成部材にはこれが分割部で合体されたとき処理室を形成する部分を備え、前記分割部には処理室からの流体洩れを防止するシール手段が備えられ、前記容器構成部材のうち下容器構成部材を容器軸方向に昇降する昇降手段を備え、前記処理室内においてＳｉウェーハを支持する支持手段を備え、更に、前記圧力容器の側方に、前記分割部を離反した状態で処理室に対してＳｉウェーハを出入自在とするハンドリングロボットを備えており、
前記容器構成部材のうち上容器構成部材の処理室を形成する凹部分にクランプガイドが備えられ、このクランプガイド内に上・下容器構成部材の合体時に前記支持手段上のＳｉウェーハを重量で押さえる円盤形のクランプ部材が上下動可能に半固定されており、
前記支持手段は、下容器構成部材の処理室を形成する凹部分に備えられていてＳｉウェーハを支持する支持台と、この支持台上のＳｉウェーハと当接可能でかつ上下方向に浮動状態として備えられている複数本のピン部材と、上・下容器構成部材の分割部を離反させたときに前記ハンドリングロボットのアームをＳｉウェーハの下方へ挿入可能にすべくピン部材を介して支持台からＳｉウェーハを浮上させるバネとで構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項２に係る本発明では請求項１における前記シール手段は下容器構成部材の処理室を形成する凹部分に嵌合されているリング体と、該リング体に備えられている面シール部材および軸シール部材とで構成されていることを特徴とするものである。更に、請求項３に係る本発明では請求項１における下容器構成部材を容器軸方向に昇降する昇降手段は、当該下容器構成部材を上・下端および上下端の途中位置で停止可能であり、該途中位置において上・下容器構成部材の分割部が離反されていてハンドリングロボットを介してＳｉウェーハを出入自在とする通路が形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項４に係る本発明では請求項１における支持手段の複数本のピン部材及びバネは、支持台の周囲に等配状に備えられていることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態における板状物の加圧処理装置の構成、機能、作用等について説明する。図１に本発明による圧力容器１内で板状物を１枚ずつ加圧処理又は反応処理する処理装置の例を示す。本図は、装置の内部に高圧ガスを充填して、処理を行なっている工程を示したものである。なお、高圧ガスを供給あるいは排出するための、配管、圧縮機、ガス源、油圧シリンダ駆動用の油圧ポンプ等は図示していない。
【００１４】
前記圧力容器１は容器軸方向の上下で少なくとも２分割された上下の容器構成部材２，３からなっており、該上下の容器構成部材２，３が分割部で合体されたとき処理室４を形成する部分２Ａ，３Ａを備え、前記分割部には処理室４からの流体洩れを防止するシール手段５が備えられている。前記容器構成部材２，３のうち圧力媒体であるガス、超臨界状態の流体等を処理室４に注入・排出する通路２Ｂを有する上容器部材２は図外の架台に固定され、一方下容器構成部材３を容器軸方向に昇降する油圧シリンダで例示する昇降手段６を備えている。
【００１５】
前記処理室４内において板状物即ちＳｉウェーハＡを支持する支持手段７を備え、更に、前記圧力容器１の側方に、前記分割部を昇降手段６の伸長動作を介して離反した状態で処理室４に対してＳｉウェーハＡを出入自在とするハンドリングロボット８を備えている。前記シール手段５は下容器構成部材３の処理室４を形成する凹部分３Ａに嵌合されているリング体５Ａと、該リング体５Ａの上端面に形成した溝に備えられている面シール部材５Ｂおよびリング体５Ａの外周面に形成した溝に嵌合されている軸シール部材５Ｃとで構成されている。
【００１６】
圧力容器１の処理室４において支持手段７に乗せられているＳｉウェーハＡを加圧処理するときの上下方向（容器軸方向）に作用する軸力は、下容器構成部材３の下面に駆動シリンダ９の作動で容器径方向に出入するコッタ１０、上容器構成部材２の上面に備えた耐圧板１１等を介して台車部１２Ａによって走行自在なプレスフレーム１２によって支持されている。
【００１７】
前述した高圧ガスによる荷重により、上容器構成部材２は上側に、下容器構成部材３は下側に圧縮されて、上下の分割面の隙間が広がるため、高圧ガスのシール手段５における面シール部材５Ｂは図に示したようなＯ−リングを分割面に設け、軸シール部材５Ｃは金属性のリングを用いることが推奨される。このシール手段５は容器内部の高圧ガスの力により分割面のＯ−リングがその弾性変形によって常に上容器構成部材２のシール面に密着するような構造となっておリ、プレスフレーム１２の上下方向の延びによる隙間の拡大にも追随可能である。
【００１８】
ＳｉウェーハＡを支持する支持手段７は、下容器構成部材３の処理室４を形成する凹部分３Ａに備えられている支持台７Ａと、この支持台７Ａの周囲に等配状でかつ上下方向に浮動状態として備えられているピン部材７Ｂと、上・下容器構成部材２，３の分割部を昇降手段６の作動等で離反させたときピン部材７Ｂを介して支持台７ＡからＳｉウェーハＡを浮上させるコイルバネ７Ｃとで構成されている。
【００１９】
更に、上容器構成部材２の凹部分２Ａには、クランプガイド１３が固定されており、このクランプガイド１３には円盤形のクランプ１４が上下動可能に半固定されている。このクランプ部材１４は、支持手段７上に乗せられているＳｉウェーハＡが圧力媒体の流動等によって動かないように当該クランプ部材１４の重量でＳｉウェーハＡを押さえているのである。
【００２０】
下容器構成部材３を容器軸方向に昇降する昇降手段６は、当該下容器構成部材３を上・下端および上下端の途中位置で停止可能であり、該途中位置において上・下容器構成部材２，３の分割部が離反されていてハンド８Ａとアーム８Ｂとを有するハンドリングロボット８を介してＳｉウェーハＡを出入自在とする通路Ｂが図２〜図４で示すように形成される。
【００２１】
実際の処理に際しては、まず、圧力容器を開放して被処理部材であるＳｉウェーハＡを装置内にセットしたり、取出したりすることが必要である。図２および図３は処理が終わってＳｉウェーハＡを取出す状態を模式的にしめしたものである。現在主流のウェーハは厚さが 0.5〜 0.8mm、直径が20cmであるが、最近では30cmのものも出現してきており、このような薄い円板状のＳｉウェーハＡを移動させるには、通常ホーク形状をしたハンドとアームをもつウェーハハンドリングロボット８が用いられる。
【００２２】
まず、処理が終わって、処理室４の圧力を圧力容器外部の圧力（通常大気圧または減圧）とほぼ同じにした後、下容器構成部材３を下容器昇降用油圧シリンダで示す昇降手段６を駆動して下方に押し下げる。処理室４にＳｉウェーハＡの支持台７Ａが設けられ、かつＳｉウェーハＡを持ち上げられる程度の反発力を持ったバネ７Ｃを組込んだウェーハ受けピン部材７Ｂが装着されている。また、前述のＳｉウェーハＡのクランプ部材１４は上容器側に10〜30mm程度上下できるように半固定されており、下容器構成部材３が下降すると、クランプ部材１４はその移動可能な下端で停止して、ＳｉウェーハＡは前記のバネ７Ｃの弾性によってウェーハ受けピン部材７Ｂが上昇することにより持ち上げられる。さらに下容器構成部材３を下降させてウェーハ下面とＳｉウェーハ支持台７Ａの間の隙間に前述のウェーハハンドリングロボット８のアーム先端が入る程度となった状態（図２）で、一旦、下容器構成部材３の下方への移動を停止し、ウェーハハンドリングロボット８のアームを図５で示すようにＳｉウェーハＡの下に差し入れる。ついで、再度、下容器構成部材３を下方に移動させると、ＳｉウェーハＡはウェーハハンドリングロボット８のハンド部分に乗せられる（図３）。この状態でウェーハハンドリングロボット８を圧力容器部外部に引き出すことにより、ＳｉウェーハＡが取り出される（図４）。ＳｉウェーハＡを圧力容器内にセットする場合には、これら一連の動作を逆に行なうことにより実施可能である。
【００２３】
以上の説明において、下容器駆動用の油圧シリンダは図のようにプレスフレームの外側に１本もしくは複数本もうけることはもちろん、コッタ全体を油圧シリンダやガス圧シリンダに置き換えても、同様の効果をえることができ、これも本発明の範囲内である。この場合にはこれら油圧シリンダやガス圧シリンダは処理時に高圧容器内の圧力により発生する軸方向荷重を支持するのに十分な耐荷重を用いる必要があることは言うまでもない。
【００２４】
また、ウェーハ支持台７Ａには、静電チャックを組込んでＳｉウェーハＡを固定することも推奨される。この場合、ウェーハクランプ材１４はウェーハ受けピン７Ｂのバネ力よりは重い程度の軽量のもので十分である。更に、支持台７Ａには図示省略したが板状ヒーター等の加熱要素が具備される。
【００２５】
なお、シール手段５については、上容器構成部材２に組込むことも可能であるし、また、ハンドリングロボット８については、昇降動作を伴うものであっても良く、更に、プレスフレーム１２についてはこれを台車式でなく観音開式とすることもできる。また、圧力容器１については、この外周を真空チャンバーとすることもでき、このときは、容器軸方向の動きに追従するジャバラ構成とすることが望ましい。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、圧力容器内部にモータやガス圧駆動のウェーハ移動用のアクチュエータを設置することなく、Ｓｉウェーハを圧力容器から出し入れすることが可能となる。とくに、ＵＬＳＩなどに用いられるＳｉウェーハを処理するプロセスでは、パーティクル（粉塵）の発生が被処理品の品質を低下させるため、摺動部を持つようなアクチュエータがＳｉウェーハの近傍に存在することは好ましくない。すなわち本発明のように高圧のガス等の雰囲気で使用される装置では、圧力容器内にそのようなアクチュエータが存在することは好ましくない。しかし、実際にはモータ等のアクチュエータを用いないと、被処理物を移動させることは困難な場合が多いのが実情であるが、本発明によりこのようなメータ等のアクチュエータを圧力容器内部に設けることなく、被処理物であるＳｉウェーハを移動させられることの効果は極めて大きい。
【００２７】
今後の、ＵＬＳＩの高密度化に伴って、配線膜の加圧埋込み、高圧酸化、高圧窒化、絶縁酸化膜の高圧リフロー、超臨界洗浄など種々の利用が普及することが期待されており、本発明の寄与するところは大きいと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】加圧処理中を模式的に示した断面図である。
【図２】加圧処理後のハンドリングロボットの進入時を示した断面図である。
【図３】加圧処理後のハンドリングロボットによる板状物の持上げを示した断面図である。
【図４】加圧処理後のハンドリングロボットによる板状物の引出し（取出し）を示した断面図である。
【図５】図３のＣ−Ｃ矢示図である。
【符号の説明】
１圧力容器
２上容器構成部材
３下容器構成部材
４処理室
５シール手段
６昇降手段
７支持手段
８ハンドリングロボット

Claims

Ｓｉウェーハを１枚ずつ加圧処理又は反応処理する圧力容器は容器軸方向の上下で少なくとも２分割された上下の容器構成部材からなっており、該上下の容器構成部材にはこれが分割部で合体されたとき処理室を形成する部分を備え、前記分割部には処理室からの流体洩れを防止するシール手段が備えられ、前記容器構成部材のうち下容器構成部材を容器軸方向に昇降する昇降手段を備え、前記処理室内においてＳｉウェーハを支持する支持手段を備え、更に、前記圧力容器の側方に、前記分割部を離反した状態で処理室に対してＳｉウェーハを出入自在とするハンドリングロボットを備えており、
前記容器構成部材のうち上容器構成部材の処理室を形成する凹部分にクランプガイドが備えられ、このクランプガイド内に上・下容器構成部材の合体時に前記支持手段上のＳｉウェーハを重量で押さえる円盤形のクランプ部材が上下動可能に半固定されており、
前記支持手段は、下容器構成部材の処理室を形成する凹部分に備えられていてＳｉウェーハを支持する支持台と、この支持台上のＳｉウェーハと当接可能でかつ上下方向に浮動状態として備えられている複数本のピン部材と、上・下容器構成部材の分割部を離反させたときに前記ハンドリングロボットのアームをＳｉウェーハの下方へ挿入可能にすべくピン部材を介して支持台からＳｉウェーハを浮上させるバネとで構成されていることを特徴とする板状物の加圧処理装置。
シール手段は下容器構成部材の処理室を形成する凹部分に嵌合されているリング体と、該リング体に備えられている面シール部材および軸シール部材とで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の板状物の加圧処理装置。
下容器構成部材を容器軸方向に昇降する昇降手段は、当該下容器構成部材を上・下端および上下端の途中位置で停止可能であり、該途中位置において上・下容器構成部材の分割部が離反されていてハンドリングロボットを介してＳｉウェーハを出入自在とする通路が形成されていることを特徴とする請求項１記載の板状物の加圧処理装置。
前記支持手段の複数本のピン部材及びバネは、支持台の周囲に等配状に備えられていることを特徴とする請求項１記載の板状物の加圧処理装置。