JP4358690B2 - 縦型熱処理装置及びその運用方法 - Google Patents

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Description

本発明は、縦型熱処理装置及びその運用方法に関するものである。
半導体装置の製造においては、一度に多数枚の被処理体例えば半導体ウエハ（製品ウエハ）を熱処理（多量バッチ処理）することが可能な縦型熱処理装置が使用されている。この縦型熱処理装置としては、多数数のウエハを上下方向に多段に搭載したボートを下方の炉口から収容して熱処理する熱処理炉と、該熱処理炉の炉口を塞ぐ蓋体上に前記ボートを載置して熱処理炉内への搬入搬出を行う昇降機構と、熱処理炉の炉口に接続された移載室（ローディングエリア）内に設置され、２つのボートを載置可能なボート載置部と、該ボート載置部と蓋体の間でボートの移し替えを行うボート移し替え機構（ボートチェンジャー）と、複数のウエハを収納する運搬容器（カセット、キャリア、ＦＯＵＰ）とボート載置部のボートとの間でウエハの移載を行う移載機構とを備えた縦型熱処理装置が知られている（例えば特開２０００−１５０４００号公報、特許第２６８１０５５号公報）。
このような縦型熱処理装置によれば、ボートを２個使用し、熱処理炉の炉口を開閉する昇降可能な蓋体上に一方のボートを載置し、このボートを熱処理炉内に搬入して熱処理している間に、ボート載置部上の他方のボートに対するウエハの移載を行うことができ、スループットの向上が図れる。
特開２０００−１５０４００号公報 特許第２６８１０５５号公報
しかしながら、前記縦型熱処理装置においては、ボート移し替え機構を要するため、装置の大型化やコストの増大を余儀なくされている。また、ボートの移し替え中に地震が発生した場合、ボートが揺れたり倒れたりしてウエハやボートが破損する恐れがある。また、ボートを２個使用した場合、ボートの微妙な形状差や使用状況による個体差によってウエハへの成膜性能のバラツキが生じる恐れがあると共に、ボートへの累積膜厚管理等の煩雑さが問題になる。なお、製品ウエハが少量で、多量のダミーウエハ（フィルダミー）を要する少量バッチ処理の場合、移載室内にダミーウエハ用の運搬容器を保管（ストック）する必要があり、そのためのスペース及び設備（ストッカー）が必要となり、装置の大型化やコストの増大等を招いている。
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、ボートの移し替え機構が不要で、装置のコンパクト化、コストの低減及び耐震性の向上が図れる縦型熱処理装置及びその運用方法を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、ダミーウエハ用の運搬容器を用いずに多量のダミーウエハを移載室内に保管することができ、少量バッチ処理に対応することができる縦型熱処理装置を提供することにある。
本発明のうち、請求項１の発明は、被処理体を上下方向に多段に搭載したボートを下方の炉口から収容して熱処理する熱処理炉と、該熱処理炉の炉口を塞ぐ蓋体上に前記ボートを支持して熱処理炉内への搬入搬出を行う昇降機構と、熱処理炉の炉口に接続された移載室の前部に設けられ、被処理体を収容した運搬容器を移載室内に臨ませて接続するための接続口と、前記移載室内に設置され、次の熱処理用の被処理体を一時的に収納しておくための第１収納部及び、熱処理炉から搬出された処理済の被処理体を一時的に収納しておくための第２収納部と、前記運搬容器、第１収納部、第２収納部及びボート間で被処理体の移載を行う移載機構とを備え、前記第１収納部及び第２収納部は、天板、仕切板及び底板のそれぞれ間に複数本の支柱を立設し、該支柱に被処理体を所定間隔で保持する保持部を設けてなり、天板と仕切板の間が第１収納部又は第２収納部とされ、仕切板と底板の間がダミー被処理体を一時的に収納しておくためのダミー用収納部とされていることを特徴とする。
請求項２の発明は、被処理体を上下方向に多段に搭載したボートを下方の炉口から収容して熱処理する熱処理炉と、該熱処理炉の炉口を塞ぐ蓋体上に前記ボートを支持して熱処理炉内への搬入搬出を行う昇降機構と、熱処理炉の炉口に接続された移載室の前部に設けられ、被処理体を収容した運搬容器を移載室内に臨ませて接続するための接続口と、前記移載室内に設置され、次の熱処理用の被処理体を一時的に収納しておくための第１収納部及び、熱処理炉から搬出された処理済の被処理体を一時的に収納しておくための第２収納部と、ダミー被処理体を一時的に収納しておくためのダミー用収納部と、前記運搬容器、第１収納部、第２収納部、ダミー収納部及びボート間で被処理体又はダミー被処理体の移載を行う移載機構とを備え、前記第１収納部及び第２収納部は、天板、仕切板及び底板のそれぞれ間に複数本の支柱を立設し、該支柱に被処理体を所定間隔で保持する保持部を設けてなり、天板と仕切板の間が第１収納部又は第２収納部とされ、仕切板と底板の間がダミー被処理体を一時的に収納しておくためのダミー用収納部とされている縦型熱処理装置の運用方法であって、運搬容器からボートに被処理体を移載し、更にダミー収納部からボートにダミー被処理体を移載した後に該ボートを熱処理炉内に搬入して熱処理する初回の熱処理工程と、該熱処理工程中に次の運搬容器から第１収納部に被処理体を移載する第１移載工程と、前記熱処理後に熱処理炉から搬出されたボートから第２収納部に処理済の被処理体を移載し、更にボートからダミー用収納部にダミー被処理体を移載する第２移載工程と、該第２移載工程後に第１収納部からボートに被処理体を移載し、更にダミー収納部からボートにダミー被処理体を移載する第３移載工程と、該第３移載工程後にボートを熱処理炉内に搬入して熱処理する２回目以降の熱処理工程と、該熱処理工程中に第２収納部から運搬容器に処理済の被処理体を移載する第４移載工程とを備えたことを特徴とする。
請求項１の発明によれば、移載室内に、次の熱処理用の被処理体を一時的に収納しておくための第１収納部及び、熱処理炉から搬出された処理済の被処理体を一時的に収納しておくための第２収納部を設置し、前記第１収納部及び第２収納部は、天板、仕切板及び底板のそれぞれ間に複数本の支柱を立設し、該支柱に被処理体を所定間隔で保持する保持部を設けてなり、天板と仕切板の間が第１収納部又は第２収納部とされ、仕切板と底板の間がダミー被処理体を一時的に収納しておくためのダミー用収納部とされているため、ボートの移し替え機構が不要で、装置のコンパクト化、コストの低減及び耐震性の向上が図れる。
請求項２の発明によれば、移載室内に、次の熱処理用の被処理体を一時的に収納しておくための第１収納部及び、熱処理炉から搬出された処理済の被処理体を一時的に収納しておくための第２収納部を設置し、前記第１収納部及び第２収納部は、天板、仕切板及び底板のそれぞれ間に複数本の支柱を立設し、該支柱に被処理体を所定間隔で保持する保持部を設けてなり、天板と仕切板の間が第１収納部又は第２収納部とされ、仕切板と底板の間がダミー被処理体を一時的に収納しておくためのダミー用収納部とされているため、ボートの移し替え機構が不要で、装置のコンパクト化、コストの低減及び耐震性の向上が図れると共に、ダミーウエハ用の運搬容器やそのストッカーを用いずにダミーウエハを移載室内に保管することができ、多量バッチ処理や少量バッチ処理に容易に対応することができる。
以下に、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を基に詳述する。図１は本発明の実施の形態である縦型熱処理装置を示す概略的縦断面図、図２は同概略的横断面図である。
これらの図において、１は縦型熱処理装置で、この縦型熱処理装置１は、多数例えば５０〜１５０枚程度の被処理体例えば半導体ウエハを上下方向に多段に搭載したボート２を下方の炉口３ａから収容して熱処理（バッチ処理）する熱処理炉３と、該熱処理炉３の炉口３ａを塞ぐ蓋体４上に前記ボート２を支持して熱処理炉３内への搬入搬出を行う昇降機構５と、熱処理炉３の炉口３ａに接続された移載室（ローディングエリア）６の前部に設けられ、複数例えば２５枚程度のウエハを収容した運搬容器７を移載室６内に臨ませて接続するための接続口８と、前記移載室６内に設置され、次の熱処理用（バッチ処理用）のウエハｗａを一時的に収納しておくための第１収納部１０及び、熱処理炉３から搬出された処理済のウエハｗｂを一時的に収納しておくための第２収納部１１と、前記運搬容器７、第１収納部１０、第２収納部１１及びボート２間でウエハ２の移載を行う移載機構１２とを備えている。
被処理体としては、例えば直径３００ｍｍの大口径ウエハが用いられる。熱処理炉３は、下端が開口された例えば石英製の処理容器（プロセスチューブ）１３と、該処理容器１３の周囲を覆うように設けられた加熱機構（ヒーター）１４とから主に構成されている。処理容器１３には、処理ガスや不活性ガス（例えばＮ２）を導入するガス導入部１５と、処理容器１３内を所定の圧力に減圧排気可能な減圧ないし真空排気系が接続された排気部（図示省略）とが設けられている。炉口３ａの近傍には、蓋体４を降下させて熱処理炉３からボート２を搬出した時に、炉口３ａを覆うシャッター（図示省略）が設けられていることが好ましい。
ボート２は例えば石英製であり、天板２ａと底板２ｂの間に複数本の支柱２ｃを立設し、多数枚のウエハ（モニターやダミーを含む）を所定間隔で多段に保持する保持溝等の保持部を支柱２ｃに設けている。図１の図示例のボート２は、一本足の支持脚部２ｄを備え、該支持脚部２ａが蓋体４にこれを気密に貫通して設けられた回転導入部（図示省略）に連結され、熱処理中にボート２が回転駆動されるようになっている。
運搬容器７としては、前面に蓋を着脱可能に備えた気密性の高い蓋付き運搬容器（ＦＯＵＰ）が用いられる。移載室６は筐体１７によって形成されている。移載室６の前部には接続口８が１つ設けられている。この接続口８は、いわゆるＦＩＭＳ（Front Interface Mechanical System）であり、運搬容器７を載置する載置台１８と、該載置台１８上の運搬容器７の前面周縁部を接続口８に密着させた状態で保持する保持機構と、接続口８を移載室６内から開閉可能に覆うドア機構１９と、運搬容器７から蓋を取外す蓋脱着機構とを備えている（図示省略）。
移載室６内の一側には清浄な空気ないし気体（例えば不活性ガス）を他側の対向面方向に向って吹出す空気清浄装置２０が設置されている。前記第１収納部１０及び第２収納部１１は空気清浄装置２０側近傍に設置されており、第１収納部１０及び第２収納部１１と他側壁との間に移載機構１２が配置され、前記接続口８は第１収納部１０及び第２収納部１１側ではなく、移載機構１２側に臨んで配置されている。
前記熱処理炉３は移載室６の後部側天井部に設置され、平面視で前部の接続口８と後部の熱処理炉３との間に、移載機構１２が配置されると共に該移載機構１２の一側方に第１収納部１０と第２収納部１１が並んで配置されている。移載機構１２は、昇降可能、水平移動可能及び旋回可能に設けられた縦長の基台１２ａと、この基台１２ａ上に長手方向に沿って進退移動可能に設けられ、ウエハを保持する複数枚例えば５枚の薄板フォーク状の移載アーム１２ｂとから主に構成されている。
第１収納部１０及び第２収納部１１には、ダミーウエハ（ダミー被処理体）ｄｗを一時的に収納しておくためのダミー用収納部２１ａ，２１ｂが付設されていることが好ましい。第１収納部１０と第２収納部１１は、それぞれ多数例えば１５０枚程度のウエハを上下方向に所定間隔で多段に保持可能であり、ダミー用収納部２１ａ，２１ｂはそれぞれ多数例えば５０枚程度のダミーウエハを上下方向に所定間隔で多段に保持可能である。ダミー用収納部２１ａ，２１ｂは、ダミーウエハに起因するパーティクルの影響を抑制するために第１収納部１０及び第２収納部１１の下部に設けられていることが好ましい。
第１収納部１０及び第２収納部１１は例えば石英製のボートと同じように形成されているが、動かないように移載室６内に設置固定されている。例えば石英製の天板２２、仕切板２３及び底板２４間に複数本の支柱２５を立設し、多数枚のウエハ（モニターウエハやダミーウエハを含む）を所定間隔で多段に保持する保持溝等の保持部を支柱２５に設けている。天板２２と仕切板２３間が第１収納部１０又は第２収納部１１とされ、仕切板２３と底板２４間がダミー用収納部２１ａ，２１ｂとされている。
以上の構成からなる縦型熱処理装置１によれば、移載室６内に、次の熱処理用の所定数のウエハｗａを一時的に収納しておくための第１収納部１０及び、熱処理炉３から搬出された処理済のウエハを一時的に収納しておくための第２収納部１１を設置しているため、ボート２の移し替え機構が不要で、装置のコンパクト化、コストの低減及び耐震性の向上が図れる。また、前記第１収納部１０及び第２収納部１１には、ダミーウエハｄｗを一時的に収納しておくためのダミー用収納部２１ａ，２１ｂが付設されているため、ダミーウエハ用の運搬容器やそのストッカーを用いずに多量のダミーウエハを移載室６内に保管することができ、少量バッチ処理に容易に対応することができる。
次に前記縦型熱処理装置の運用方法について説明する。先ず、多量バッチ処理を行う場合の第１運用方法について図３〜図１１を参照しながら説明する。この第１運用方法では１バッチ処理で、例えば製品ウエハが１２５枚、モニターウエハが５枚、サイドダミーウエハが１０枚使用される。図３に示すように第１運用方法の初期状態では、第１収納部１０及び第２収納部１１には何も収納されておらず、熱処理炉３から搬出されて待機状態のボート２にはサイドダミーウエハｓｄしか搭載されていない。この状態において、図４に示すように移載室６の接続口８に運搬容器７を搬送して接続し、移載機構１２により運搬容器７からボート２に所定数のウエハｗａを移載した後に、図５に示すように該ボート２を熱処理炉３内に搬入して熱処理を開始する（初回の熱処理工程）。なお、接続口８では１バッチ処理に必要な分だけ順次運搬容器７が交換される。
次に、この熱処理工程中に図６に示すように移載機構１２により次の運搬容器７から第１収納部１０に所定数のウエハｗａを移載し（第１移載工程）、前記熱処理後に図７に示すように熱処理炉３からボート２を搬出し、図８に示すように移載機構１２により該ボート２から第２収納部１１に処理済のウエハｗｂを移載する（第２移載工程）。この第２移載工程後に図９に示すように移載機構１２により第１収納部１０からボート２にウエハｗａを移載し（第３移載工程）、この第３移載工程後に図１０に示すようにボート２を熱処理炉３内に搬入して熱処理する（２回目以降の熱処理工程）。この熱処理工程中に図１１に示すように移載機構１２により第２収納部１１から接続口８の空の運搬容器７に処理済のウエハを移載し（第４移載工程）、これにより１バッチ処理が終了する。この第４移載工程後に図６に示す第１移載工程に移り、同様のサイクルでバッチ処理が繰り返し行われる。このように、前記縦型熱処理装置１の第１運用方法によれば、装置のコンパクト化、コストの低減及び耐震性の向上が図れると共に、多量バッチ処理を容易に行うことが可能となる。
次に、少量バッチ処理を行う場合の第２運用方法について図１２〜図２３を参照しながら説明する。この第２運用方法では１バッチ処理で、製品ウエハが５０枚、モニターウエハが３枚、サイドダミーウエハが１０枚、フィルダミーウエハが５０枚使用される。図３と同様の初期状態において、図１２に示すようにダミーウエハ用の運搬容器７ｘを接続口８に接続して移載機構１２により該運搬容器７ｘから第１及び第２収納部１０，１１のダミー用収納部２１ａ，２１ｂに予め所定数のダミーウエハｄｗを移載しておく。
この状態において、先ず図１３に示すように接続口８に接続した運搬容器７からボート２に移載機構１２により所定数のウエハｗａを移載し、更に前記ダミー収納部２１ａ，２１ｂからボート２に所定数のダミーウエハｄｗを移載した後に、図１５に示すように該ボート２を熱処理炉３内に搬入して熱処理を開始する（初回の熱処理工程）。この熱処理工程中に図１６に示すように移載機構１２により次の運搬容器７から第１収納部１０に所定数のウエハｗａを移載し（第１移載工程）、前記熱処理後に図１７に示すように熱処理炉３からボート２を搬出し、図１８に示すように移載機構１２により該ボート２から第２収納部１１に処理済のウエハｗｂを移載し、更に図１９に示すようにボート２からダミー用収納部２１ａ，２１ｂにダミーウエハｄｗを移載する（第２移載工程）。
この第２移載工程後に図２０に示すように移載機構１２により第１収納部１０からボート２にウエハｗａを移載し、更に図２１に示すようにダミー収納部２１ａ，２１ｂからボート２にダミーウエハｄｗを移載し（第３移載工程）、この第３移載工程後に図２２に示すようにボート２を熱処理炉３内に搬入して熱処理する（２回目以降の熱処理工程）。この熱処理工程中に図２３に示すように移載機１２構により第２収納部１１から接続口８の空の運搬容器７に処理済のウエハを移載し（第４移載工程）、これにより１バッチ処理が終了する。この第４移載工程後に図１６に示す第１移載工程に移り、同様のサイクルでバッチ処理が繰り返し行われる。このように、前記縦型熱処理装置１の第２運用方法によれば、装置のコンパクト化、コストの低減及び耐震性の向上が図れると共に、少量バッチ処理を容易に行うことが可能となる。
以上、本発明の実施の形態ないし実施例を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態ないし実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更等が可能である。
本発明の実施の形態である縦型熱処理装置を示す概略的縦断面図である。 同概略的横断面図である。 第１運用方法における初期状態を示す図である。 運搬容器からボートにウエハを移載する工程を示す図である。 ボートを熱処理炉内に搬入して熱処理する工程を示す図である。 熱処理中に運搬容器から第１収納部にウエハを移載する工程を示す図である。 熱処理炉からボートを搬出する工程を示す図である。 ボートから処理済のウエハを第２収納部に移載する工程を示す図である。 第１収納部からボートにウエハを移載する工程を示す図である。 ボートを熱処理炉内に搬入して熱処理する工程を示す図である。 熱処理中に第２収納部から運搬容器に処理済のウエハを移載する工程を示す図である。 第２運用方法で運搬容器からダミー用収納部にダミーウエハを移載する工程を示す図である。 運搬容器からボートにウエハを移載する工程を示す図である。 ダミー用収納部からボートにダミーウエハを移載する工程を示す図である。 ボートを熱処理炉内に搬入して熱処理する工程を示す図である。 熱処理中に運搬容器から第１収納部にウエハを移載する工程を示す図である。 熱処理後に熱処理炉からボートを搬出する工程を示す図である。 ボートから処理済のウエハを第２収納部に移載する工程を示す図である。 ボートからダミー用収納部にダミーウエハを移載する工程を示す図である。 第１収納部からボートにウエハを移載する工程を示す図である。 ダミー用収納部からボートにダミーウエハを移載する工程を示す図である。 ボートを熱処理炉内に搬入して熱処理する工程を示す図である。 熱処理中に第２収納部から運搬容器に処理済のウエハを移載する工程を示す図である。
符号の説明
ｗａ 半導体ウエハ（被処理体）
ｗｂ 処理済の半導体ウエハ
ｄｗ ダミーウエハ（ダミー被処理体）
１ 縦型熱処理装置
２ ボート
３ａ 炉口
３ 熱処理炉
４ 蓋体
５ 昇降機構
６ 移載室
７ 運搬容器
８ 接続口
１０ 第１収納部
１１ 第２収納部
１２ 移載機構
２１ａ，２１ｂ ダミー用収納部

Claims (2)

  1. 被処理体を上下方向に多段に搭載したボートを下方の炉口から収容して熱処理する熱処理炉と、該熱処理炉の炉口を塞ぐ蓋体上に前記ボートを支持して熱処理炉内への搬入搬出を行う昇降機構と、熱処理炉の炉口に接続された移載室の前部に設けられ、被処理体を収容した運搬容器を移載室内に臨ませて接続するための接続口と、前記移載室内に設置され、次の熱処理用の被処理体を一時的に収納しておくための第１収納部及び、熱処理炉から搬出された処理済の被処理体を一時的に収納しておくための第２収納部と、前記運搬容器、第１収納部、第２収納部及びボート間で被処理体の移載を行う移載機構とを備え、前記第１収納部及び第２収納部は、天板、仕切板及び底板のそれぞれ間に複数本の支柱を立設し、該支柱に被処理体を所定間隔で保持する保持部を設けてなり、天板と仕切板の間が第１収納部又は第２収納部とされ、仕切板と底板の間がダミー被処理体を一時的に収納しておくためのダミー用収納部とされていることを特徴とする縦型熱処理装置。
  2. 被処理体を上下方向に多段に搭載したボートを下方の炉口から収容して熱処理する熱処理炉と、該熱処理炉の炉口を塞ぐ蓋体上に前記ボートを支持して熱処理炉内への搬入搬出を行う昇降機構と、熱処理炉の炉口に接続された移載室の前部に設けられ、被処理体を収容した運搬容器を移載室内に臨ませて接続するための接続口と、前記移載室内に設置され、次の熱処理用の被処理体を一時的に収納しておくための第１収納部及び、熱処理炉から搬出された処理済の被処理体を一時的に収納しておくための第２収納部と、ダミー被処理体を一時的に収納しておくためのダミー用収納部と、前記運搬容器、第１収納部、第２収納部、ダミー収納部及びボート間で被処理体又はダミー被処理体の移載を行う移載機構とを備え、前記第１収納部及び第２収納部は、天板、仕切板及び底板のそれぞれ間に複数本の支柱を立設し、該支柱に被処理体を所定間隔で保持する保持部を設けてなり、天板と仕切板の間が第１収納部又は第２収納部とされ、仕切板と底板の間がダミー被処理体を一時的に収納しておくためのダミー用収納部とされている縦型熱処理装置の運用方法であって、運搬容器からボートに被処理体を移載し、更にダミー収納部からボートにダミー被処理体を移載した後に該ボートを熱処理炉内に搬入して熱処理する初回の熱処理工程と、該熱処理工程中に次の運搬容器から第１収納部に被処理体を移載する第１移載工程と、前記熱処理後に熱処理炉から搬出されたボートから第２収納部に処理済の被処理体を移載し、更にボートからダミー用収納部にダミー被処理体を移載する第２移載工程と、該第２移載工程後に第１収納部からボートに被処理体を移載し、更にダミー収納部からボートにダミー被処理体を移載する第３移載工程と、該第３移載工程後にボートを熱処理炉内に搬入して熱処理する２回目以降の熱処理工程と、該熱処理工程中に第２収納部から運搬容器に処理済の被処理体を移載する第４移載工程とを備えたことを特徴とする縦型熱処理装置の運用方法。
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