JP5003663B2

JP5003663B2 - 真空加熱装置

Info

Publication number: JP5003663B2
Application number: JP2008309377A
Authority: JP
Inventors: 竜大田口; 大輔岡
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2008-12-04
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2028-12-04
Also published as: JP2010135531A

Description

本発明は、真空加熱装置に関し、特に搬送ロボットを用いる真空加熱装置に関する。

半導体装置の製造において、化学気相成長（ＣＶＤ）やドライエッチング等の前処理として、被処理物である基板の予備加熱が真空中で行われる。予備加熱は、真空加熱装置を用いて行われる。

真空加熱装置は、基板を搭載するカセットを収納するカセット室、搬送ロボットが設置された搬送室、及びランプヒータとリフレクタが設置された加熱室等を具備する。搬送室と加熱室の間には、コスト低減のためゲートバルブ等の開閉機構は設けられず、カセット搬送経路が開放されている。

基板を搭載したカセットが、搬送ロボットによりカセット室から搬送室を経由して加熱室に搬送される。カセットは搬送ロボットのアームから加熱室に設置された支持部に受け取られる。搬送ロボットのアームを搬送室に戻した後、基板の加熱処理が行われる。

基板が加熱処理時にランプヒータと対向するように、支持部によりカセットは支持される。加熱効率を増加させ、且つ加熱室の壁面及び搬送室の搬送ロボットへのランプヒータの輻射を遮蔽するために、ランプヒータ及びカセットはリフレクタ内に収容される。

しかしながら、カセット搬送経路に干渉する面には、リフレクタは限られた面積での設置となる。その結果、ランプヒータの輻射の遮蔽が不十分となり、加熱室の壁面及び搬送ロボットが漏洩輻射で加熱されてしまう。特に、搬送ロボットは可動機構を含むため、耐熱性はよくない。搬送ロボットに対するランプヒータの漏洩輻射を抑制するため、カセット搬送経路に干渉する面に移動可能なリフレクタを設置することができる。その場合、カセット搬送経路を開閉するためにリフレクタを移動させる機構が別途必要となる。そのため、装置のコストの増加を招き、加熱処理工程の所要時間が増大する。

上記問題点を鑑み、本発明は、ランプヒータの漏洩輻射を抑制して加熱効率を増加させることができ、加熱処理の所要時間の増加を抑制可能な真空加熱装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の態様は、搬送ロボットの基部が設置された搬送室と、真空中で搬送ロボットが搬送室からカセットを搬送可能なように搬送室に接続され、搬送されたカセット上に載置された基板を加熱処理する加熱室とを備える真空加熱装置に関する。即ち、この真空加熱装置の加熱室が、（イ）基板の上面方向から基板を輻射加熱するランプヒータ、このランプヒータの上方及び側方を囲む第１リフレクタを有する加熱部と、（ロ）カセットを下面側から支持する支持ピン、この支持ピンに結合された第２リフレクタを有する支持部と、（ハ）支持部を昇降させる昇降部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、ランプヒータの漏洩輻射を抑制して加熱効率を増加させることができ、加熱処理の所要時間の増大を抑制可能な真空加熱装置を提供することができる。

以下図面を参照して、本発明の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、装置やシステムの構成等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な構成は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの構成等が異なる部分が含まれていることは勿論である。

又、以下に示す本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

本発明の実施の形態に係る真空加熱装置（１０、１２、１４）は、図１に示すように、カセット室１２、搬送室１０、加熱室１４等を備える。カセット室１２は、基板を載置したカセットを収納する。搬送室１０はカセット室１２に真空を維持して接続され、カセットをカセット室１２から搬送室を経由して加熱室１４に搬送する。加熱室１４は搬送室１０に真空を維持して接続され、カセット上に載置されて搬送された基板を加熱処理する。真空加熱装置は、ＣＶＤ、ドライエッチング等の半導体製造工程の処理を行う処理装置１６に接続される。搬送室１０は、真空加熱装置（１０、１２、１４）及び処理装置１６で共有される。なお、真空加熱装置（１０、１２、１４）は、処理装置１６に付随せず、独立した構成であってもよい。

図２、図３及び図６等に示すように、カセットの非搬送時には搬送室１０に搬送ロボット２０のすべてが配置され、カセットの搬送時には搬送室１０に搬送ロボット２０の基部が配置される。搬送ロボット２０は、駆動部２２、及びロボットアーム２４ａ、２４ｂ等を備える（図２に示した例では、搬送ロボット２０の駆動部２２及びロボットアーム２４ａの一部が、搬送時に搬送室１０に配置される搬送ロボット２０の基部に対応するが、「搬送ロボットの基部」の定義は搬送ロボットの構造に依存して変化するのは勿論である。「搬送ロボットの基部」とは、搬送時に搬送室１０に接続された他の室に展開した搬送ロボットの搬送室１０に残留した部分として定義される。）。駆動部２２は、ロボットアーム２４ａ、２４ｂの回転、折り曲げ、伸縮等の動作を駆動制御する。例えば、図１に示したカセット室１２から基板５０を載置したカセット２６が、駆動部２２により制御されたロボットアーム２４ａ、２４ｂにより加熱室１４に搬送される。カセット２６は、ロボットアーム２４ｂの上面で保持される。

加熱室１４には、加熱部３９、支持部２８及び昇降部２９が設置される。加熱部３９は、カセット２６上に載置された基板５０の上面方向から基板５０を輻射加熱するランプヒータ３８、及びランプヒータ３８の上方から側方を囲む第１リフレクタ４０等を有する。支持部２８は、カセット２６を下面側から支持する支持ピン３２、支持ピン３２を固定する基体３３、及び支持ピン３２に結合された第２リフレクタ３４等を有する。昇降部２９は、基体３３に接続されたシャフト３１、及びシャフト３１を昇降させる駆動装置３０を有する。

例えば、真空加熱装置において、図１に示した処理装置１６で実施される製造工程の前処理としての予備加熱が行われる。予備加熱温度は、例えば約４００℃〜約６００℃である。カセット２６は、一辺が約３５０ｍｍ〜約４５０ｍｍの矩形状である。カセット２６として、カーボン、セラミックス、炭化シリコン（ＳｉＣ）、ステンレス鋼等の材料が用いられる。基板５０として、一辺が約１５０ｍｍ〜約１６０ｍｍの矩形状のシリコン等の半導体基板が用いられる。カセット２６には、４枚の基板５０が載置可能である。なお、カセット２６及び基板５０の形状は、矩形状に限定されず、例えば円形であってもよい。また、カセット２６に載置可能な基板の枚数は限定されず、１枚であっても良く、２枚以上の複数であってもよい。

支持部２８の支持ピン３２は、図３及び図４に示すように、カセット２６の四隅の近傍を支持するように設けられる。第２リフレクタ３４は、カセット２６が矩形であれば、一辺が約４５０ｍｍ〜約５００ｍｍの矩形状であり、カセット２６を囲むように上部を開放した箱型をなす。図２から分かるように、カセット２６が矩形であれば第１リフレクタ４０も下部を開放した矩形の箱型である。第１及び第２リフレクタ４０、３４には、ステンレス鋼等の金属板が用いられる。第１及び第２リフレクタ４０、３４の内面は、ランプヒータ３８から放射される光を効率よく反射させるため、鏡面状であることが好ましい。なお、加熱室１４の内壁の加熱を低減するため、第１及び第２リフレクタ４０、３４と加熱室１４の内壁の間に熱遮蔽板を設けてもよい。第２リフレクタ３４は、上部を開放した皿形でも良く、第１リフレクタ４０も下部を開放した皿型でも良い。

第２リフレクタ３４の搬送室１０に面する側面には、図５に示すように、カセット２６の搬送経路に対応する切り欠き部３６が設けられる（図５は、搬送室１０側から見た第２リフレクタ３４の側面図である。）。切り欠き部３６の幅Ｗｂ及び深さＤｂは、搬送室１０及び加熱室１４間でのロボットアーム２４ｂの出入動作を確保できるように設定される。例えば、切り欠き部３６の幅Ｗｂは、約２００ｍｍ〜約３００ｍｍである。

実施の形態に係る真空加熱装置の操作の手順を、図６〜図９を用いて説明する。まず、図１に示したカセット室１２に、基板５０が載置されたカセット２６が収納される。カセット室１２が、真空排気装置（図示省略）により真空排気される。

図６に示すように、基板５０が載置されたカセット２６が、搬送ロボット２０によりカセット室１２から搬送室１０に搬送される。カセット２６はロボットアーム２４ｂにより保持される。

図７に示すように、ロボットアーム２４ａ、２４ｂが加熱室１４の方向に伸びて、基板５０が載置されたカセット２６を加熱部３９の直下に搬送する。搬送時に基板５０の表面と第１リフレクタ４０の端面が接触しないように、面間差Ｈａが設けられる。この時、支持部２８は、搬送ロボット２０により搬送されたカセット２６が支持ピン３２の上方に位置するように待機位置で待機する。

図８に示すように、昇降部２９の駆動装置３０によりシャフト３１が上方に伸びて支持部２８が支持位置まで上昇する。カセット２６は、ロボットアーム２４ｂから離間して支持ピン３２上に支持される。支持位置では、第２リフレクタ３４のきり欠き部３６を除いて、第１及び第２リフレクタ４０、３４の端面が互いに重なる。また、カセット２６の基板載置面が、第１リフレクタ４０の端面より面間差Ｈｂだけ上方に位置する。また、第２リフレクタ３４のきり欠き部３６の底面とロボットアーム２４ｂの裏面の間には、ロボットアーム２４ｂが切り欠き部３６と接触しないように面間差Ｈｃが設けられる。

図９に示すように、ロボットアーム２４ａ、２４ｂが搬送室１０に戻され、カセット２６が支持部２８により支持されて加熱室１４内に配置される。カセット２６に載置された基板５０がランプヒータ３８により所定の温度で加熱される。

加熱処理が終了したら、搬送ロボット２０により上述した手順と逆の手順でカセット２６を加熱室１４から搬送室１０を経由して、図１に示した処理装置１６に搬送する。このようにして、基板５０に半導体製造工程の処理が行われる。

実施の形態に係る真空加熱装置では、カセット２６を支持する支持ピン３２に第２リフレクタ３４が固定され、支持部２８は一体型構造とされている。したがって、昇降部２９による支持部２８の駆動が１回で済み加熱処理の所要時間の短縮ができる。また、第１及び第２リフレクタ４０、３４によりカセット２６を囲む空間の体積を低減することができ加熱部３９による加熱効率を増加させることができる。

搬送ロボット２０の耐熱温度は約１００℃以下と低い。また、加熱室１４には、図示を省略した温度測定器やランプヒータ３８の電源供給端子等が設けられている。実施の形態では、支持位置において、ロボットアーム２４ｂの出入動作のための切り欠き部３６を除いて第１及び第２リフレクタ４０、３４の端面は互いに重なっている。更に、支持位置において、カセット２６の表面は、第１リフレクタ４０の端面よりも高くなるようにカセット２６が支持されている。したがって、切り欠き部３６からのランプヒータ３８の漏洩輻射を低減することができる。例えば、基板５０の加熱処理時の搬送ロボット２０の昇温は、約３０℃〜約３５℃であった。このように、基板５０の加熱処理時の搬送ロボット２０及び加熱室１４の昇温を抑制することができる。

（変形例）
本発明の実施の形態の変形例に係る真空加熱装置の加熱室１４は、図１０に示すように、加熱部３９ａ、支持部２８ａ、及び昇降部２９ａ等を備える。加熱部３９ａは、カセット２６に載置された基板５０表面に面して輻射加熱するランプヒータ３８、及びランプヒータ３８の上方から側方を囲む第１リフレクタ４０ａを備える。支持部２８ａは、カセット２６を支持する支持ピン３２、支持ピン３２を固定する基体３３、及び支持ピン３２に結合された第２リフレクタ３４ａを備える。昇降部２９ａは、基体３３に接続されたシャフト３１、及びシャフト３１を昇降する駆動装置３０ａを備える。

実施の形態に係る真空加熱装置の操作の手順を、図１０〜図１２を用いて説明する。基板５０が載置されたカセット２６は、図１０に示したように、搬送ロボット２０により加熱室１４に搬送される。搬送時には、支持部２８ａは、待機位置で待機する。

図１１に示すように、昇降部２９ａの駆動装置３０ａによりシャフト３１が上方に伸びて支持部２８ａが支持位置まで上昇する。カセット２６は、ロボットアーム２４ｂから離間して支持ピン３２上に支持される。

図１２に示すように、ロボットアーム２４ａ、２４ｂが搬送室１０に戻された後、駆動装置３０ａによりカセット２６を支持位置から更に上方の処理位置まで上昇させる。この処理位置において、加熱処理が実施される。

実施の形態の変形例では、第１及び第２リフレクタ４０ａ、３４ａの端面の全体が互いに重なる点、及び駆動装置３０ａが、カセット２６の支持位置、及び支持位置から更に上方の基板５０が加熱される処理位置の間で支持部２８ａを更に昇降させる点が実施の形態と異なる。他の構成は、実施の形態と同様であるので、重複する記載は省略する。

実施の形態の変形例に係る真空加熱装置では、カセット２６を支持する支持ピン３２に第２リフレクタ３４ａが固定され、支持部２８ａは一体型構造とされている。したがって、昇降部２９ａにより支持部２８ａを待機位置、支持位置、及び処理位置と駆動するだけであり、加熱処理の所要時間の増加を低減できる。また、第１及び第２リフレクタ４０ａ、３４ａによりカセット２６を囲む空間の体積を低減することができ加熱部３９ａによる加熱効率を増加させることができる。

実施の形態の変形例では、処理位置において、第１及び第２リフレクタ４０ａ、３４ａの端面の全体は互いに重なっている。したがって、ランプヒータ３８の漏洩輻射を防止することができる。その結果、基板５０の加熱処理時の搬送ロボット２０及び加熱室１４の昇温を抑制することができる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は本発明の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の実施の形態に係る真空加熱装置の構成の一例を示す概略図である。本発明の実施の形態に係る真空加熱装置の一例を示す断面図である。図２に示した真空加熱装置のＡ−Ａ線に沿った断面を示す概略図である。本発明の実施の形態に係る真空加熱装置の支持部の一例を示す概略図である。図４に示した第２リフレクタの搬送室側から見た側面を示す概略図である。本発明の実施の形態に係る真空加熱装置の操作を示す断面図（その１）である。本発明の実施の形態に係る真空加熱装置の操作を示す断面図（その２）である。本発明の実施の形態に係る真空加熱装置の操作を示す断面図（その３）である。本発明の実施の形態に係る真空加熱装置の操作を示す断面図（その４）である。本発明の実施の形態の変形例に係る真空加熱装置の一例を示す断面図である。本発明の実施の形態の変形例に係る真空加熱装置の操作を示す断面図（その１）である。本発明の実施の形態の変形例に係る真空加熱装置の操作を示す断面図（その２）である。

符号の説明

１０…搬送室
１４…加熱室
２０…搬送ロボット
２６…カセット
２８…支持部
２９…昇降部
３２…支持ピン
３４…第２リフレクタ
３８…ランプヒータ
３９…加熱部
４０…第１リフレクタ
５０…基板

Claims

搬送ロボットの基部が設置された搬送室と、
真空中で前記搬送ロボットが前記搬送室からカセットを搬送可能なように前記搬送室に接続され、搬送された前記カセット上に載置された基板を加熱処理する加熱室
とを備え、前記加熱室が、
前記基板の上面方向から前記基板を輻射加熱するランプヒータ、該ランプヒータの上方及び側方を囲む第１リフレクタを有する加熱部と、
前記カセットを下面側から支持し、上部を開放した箱型若しくは皿型をなす昇降可能な第２リフレクタを有する支持部と、
前記支持部を昇降させる昇降部
とを備えることを特徴とする真空加熱装置。
前記支持部は、前記カセットを下面側から支持する支持ピンと、該支持ピンに結合された前記第２リフレクタを有することを特徴とする請求項１に記載の真空加熱装置。
前記カセットが搬送される経路に対応した箇所に、前記第２リフレクタが前記カセットが通過可能な大きさの切り欠き部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空加熱装置。
前記支持部が上昇し、前記カセットが前記搬送ロボットから離間して前記支持部上に支持された時、前記切り欠き部を除いて、前記第１リフレクタの下端部及び第２リフレクタの上端部が互いに重なることを特徴とする請求項３に記載の真空加熱装置。
前記支持部が上昇し、前記カセットが前記搬送ロボットから離間して前記支持部上に支持された時に、前記カセットの基板を載置した面が、前記第１リフレクタの下端部より高いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の真空加熱装置。
前記昇降部が、前記カセットが前記搬送ロボットから離間して前記支持部上に支持される支持位置、及び前記支持位置から更に上方の前記基板が加熱される処理位置の間で前記支持部を昇降させることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空加熱装置。
前記支持部が上昇し、前記処理位置に位置合わせされた時に、前記第１リフレクタの下端部及び第２リフレクタの上端部が互いに重なることを特徴とする請求項６に記載の真空加熱装置。