JP5779957B2 - ローディングユニット及び処理システム - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ等の基板に対して熱処理を行う処理システム及びこれに用いるローディングユニットに関する。

一般に、ＩＣやＬＳＩ等の半導体集積回路を製造するためには、半導体ウエハ等の基板に対して成膜処理、酸化拡散処理、エッチング処理、アニール処理等の各種の熱処理が施される。この基板を一度に複数枚処理するために例えば特許文献１〜３等に示されているように縦型のバッチ式の熱処理装置が用いられている。

この熱処理装置では、縦型の石英製の処理容器内へ、その下方に位置された不活性ガス雰囲気のローディング室より複数枚、例えば１００〜１５０枚程度の半導体ウエハよりなる基板を載置したウエハボートを上昇させてロード（挿入）し、そして、密閉された処理容器内で成膜処理等の熱処理を行なう。そして、熱処理を行った後に上記ウエハボートをアンロード（降下）し、処理済みの基板と未処理のウエハとを入れ換えるように移載する。そして、前述したと同様な熱処理が繰り返されることになる。

上記ウエハボートを昇降させるためには上記ローディング室内に設けられたボートエレベータが用いられており、また基板の移載は上記ローディング室内に設けられた移載機構により行われる。

特開平０６−２２４１４３号公報 特開２００１−０９３８５１号公報 特開２００２−０７６０８９号公報

ところで、上述したように、高温状態となる処理容器の下方に設けたローディング室内には、シリコン基板等よりなる半導体ウエハの自然酸化を防止すると共に、アンロードされた高温状態の基板を冷却する目的で不活性ガスとして例えば窒素ガスを水平方向に流して不活性ガス雰囲気になされ、この窒素ガスは循環使用されている。そして、ローディング室内の雰囲気中の酸素濃度が所定の値以下となるように窒素ガスが適宜補給されている。

しかしながら、上記ローディング室内の体積は、かなり大容量であり、このローディング室内の全体の雰囲気を常に窒素ガス雰囲気で満たしておくには、多量の窒素ガスを必要とし、ランニングコストが増加する、といった問題があった。また、ローディング室内の全体に亘って冷却ガスの機能を有する窒素ガスを流すことから、基板の冷却に寄与しないガス流も存在し、効率的な冷却が難しいばかりか、冷却に長い時間を要してスループットの低下を招く場合もあった。

特に、最近にあっては、半導体集積回路の生産効率を更に向上させるために、基板の直径も更に大口径化することが期待されており、例えば基板の直径を３００ｍｍから４５０ｍｍへと拡大することが求められている。このように基板の直径が大きくなると、基板間に十分に処理ガスを流すためにウエハボートに載置される基板のピッチを大きくしなければならない。例えば直径３００ｍｍの基板のピッチは６〜７ｍｍ程度であったが、直径４５０ｍｍの基板のピッチは８〜１２ｍｍ程度が求められる。

そして、この場合にも、一度に処理できる基板枚数は、生産効率向上の要請から従来のバッチ式の熱処理装置と同様な枚数、例えば１００〜１５０枚程度が要求されることから、上記基板ピッチが増加した分だけ処理容器の高さ、ウエハボートの長さ及びこのウエハボートを昇降させるストロークが長くなる。この結果、処理容器を含む処理ユニットとこの下方に位置されるローディング室の体積が更に大容量化し、窒素ガスを多量に必要とする、という上記した問題点の解決が強く望まれている。

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明は、ローディング室内の必要部分のみを区画箱で区画して、この区画箱内に不活性ガスを流すようにすることにより、不活性ガスの使用量を大幅に削減することが可能であり、しかも冷却効率も向上させることが可能なローディングユニット及び処理システムである。

請求項１に係る発明は、基板に対して熱処理を施すために前記基板を複数枚保持した基板保持具を、下端が開口されてキャップにより閉じられる筒体状の処理容器に対して昇降させるようにしたローディングユニットにおいて、外側全体を囲んでローディング室を形成するローディング用筐体と、前記基板保持具を保持して昇降させる昇降エレベータ機構と、前記基板保持具が降下された時に前記処理容器の下端の開口部を閉じるシャッタ部と、降下された前記基板保持具に対して前記基板の移載を行うために昇降可能になされた移載アームを有する基板移載機構と、所定の隙間を介して同心円状に配置された内筒と外筒とにより二重管構造に形成されて前記昇降エレベータ機構を囲むように設けられると共に昇降される前記基板保持具の移動範囲を囲むようにして設けられた第１の区画箱と、前記第１の区画箱に連結され、前記基板移載機構と該基板移載機構の移動範囲を囲むようにして設けられた第２の区画箱と、前記第１の区画箱に連結され、前記シャッタ部を囲むようにして設けられた第３の区画箱と、前記内筒の全周に亙って設けられる複数のガス噴射孔を有すると共に前記内筒と前記外筒との間の隙間に供給される冷却ガスを前記ガス噴射孔を介して前記第１の区画箱の内側に噴射するようにした冷却ガス噴射手段と、を備えるように構成したことを特徴とするローディングユニットである。

上記構成のように、ローディング室内の必要部分のみを区画箱で区画して、この区画箱内に不活性ガスを流すようにすることにより、不活性ガスの使用量を大幅に削減することが可能であり、しかも冷却効率も向上させることが可能となる。

請求項９に係る発明は、基板に対して熱処理を施す処理ユニットと、前記処理ユニットの下方に設けられた請求項１乃至８のいずれか一項に記載のローディングユニットと、前記ローディングユニットに並設されて、複数枚の前記基板を収容した基板容器を待機させるストッカユニットと、を備えたことを特徴とする処理システムである。

本発明に係るローディングユニット及び処理システムによれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
基板に対して熱処理を施すための筒体状の処理容器に対して基板を複数枚保持した基板保持具を昇降させるようにしたローディングユニットにおいて、ローディング室内の必要部分のみを区画箱で区画して、この区画箱内に不活性ガスを流すようにすることにより、不活性ガスの使用量を大幅に削減することが可能であり、しかも冷却効率も向上させることができる。
また、冷却効率を向上させて迅速な冷却が可能となることから、基板に対する熱処理のスループットも向上させることができる。

本発明に係るローディングユニットを備える処理システム全体を示す断面図である。 図１中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 基板移載機構の部分を示す横断面図である。 シャッタ部の部分を示す横断面図である。 開閉ゲート部の一例を示す断面図である。 開閉ゲート部の一例を示す平面図である。 冷却ガス噴射手段に用いる不活性ガス（冷却ガス）のガス循環系の一例を示す系統図である。 本発明のローディングユニットの第１変形実施例を示す部分拡大断面図である。

以下に、本発明に係るローディングユニット及び処理システムの一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係るローディングユニットを備える処理システム全体を示す断面図、図２は図１中のＡ−Ａ線に沿った断面図、図３は基板移載機構の部分を示す横断面図、図４はシャッタ部の部分を示す横断面図、図５は開閉ゲート部の一例を示す断面図、図６は開閉ゲート部の一例を示す平面図、図７は冷却ガス噴射手段に用いる不活性ガス（冷却ガス）のガス循環系の一例を示す系統図である。

図１及び図２に示すように、この処理システム２全体は、清浄空気のダウンフローが形成されているクリーンルーム内の床面に設置されている。そして、処理システム２の全体は、例えばステンレススチール等よりなる大きな筐体４によりその外殻が形成されている。

この筐体４内には高さ方向に例えばステンレススチールよりなる中央区画壁６が設けられており、内部を左右に２分割してフロント側（図１中の右側）がストッカユニット８として形成されている。また、上記中央区画壁６と筐体４のリア側の裏面区画壁１０との間には、水平方向に例えばステンレススチールよりなる区画壁としてのベースプレート１２が設けられており、内部を上下に２分割して上側に処理ユニット１４を形成し、下側にローディングユニット１６を形成している。従って、上記ローディングユニット１６と先のストッカユニット８とは互いに並設された状態となっている。

そして、この筐体４の底部を区画する底板区画壁１８により、この処理システム２の全体の荷重が支えられている。上記ストッカユニット８の前面区画壁２０の下部には、半導体ウエハ等よりなる複数枚の基板Ｗが収容された基板容器２２を載置する搬出入ポート２４が設けられている。この基板容器２２の前面には、開閉可能な蓋２２Ａが取り付けられている。そして、この搬出入ポート２４に対応する前面区画壁２０には、開閉ドア２６で開閉される搬出入口２８が設けられており、上記基板容器２２をストッカユニット８内へ搬出入できるようになっている。

上記基板容器２２としては、例えば２５枚程度の基板Ｗを収容し得るカセットやＦＯＵＰ（登録商標）と称される密閉容器を用いることができる。ここでは密閉容器が用いられており、その内部には基板Ｗの酸化を防止するためにＮ_２ ガス等の不活性ガスが封入されている。

上記ストッカユニット８内には、上下方向に沿って複数段になされたストック棚３０が設けられており、このストック棚３０に未処理の基板Ｗや処理済みの基板Ｗを収容した基板容器２２を載置して待機させるようになっている。そして、このストッカユニット８内には容器移載機構３２が設けられている。具体的には、この容器移載機構３２は、上下方向へ起立させて設けた案内レール３４と、この案内レール３４に沿って上下動する容器搬送アーム３６とを有している。この案内レール３４には、例えばモータにより駆動されるボールネジが含まれる。また容器搬送アーム３６は、水平方向へ向けて屈曲自在になされると共に、水平面内で回転可能になされており、上記搬出入ポート２４と上記ストック棚３０との間で基板容器２２を搬送し得るようになっている。

また、このストッカユニット８内には、上記中央区画壁６に取り付けた容器移載ポート３８が設けられると共に、この容器移載ポート３８上に上記基板容器２２を載置できるようになっている。この容器移載ポート３８と上記ストック棚３０又は搬出入ポート２４との間の基板容器２２の搬送は上記容器搬送機構３２を用いて行われる。

また、この容器移載ポート３８を取り付ける上記中央区画壁６には開閉ドア４０で開閉される基板搬出入口４２が設けられており、この基板搬出入口４２を介して上記容器移載ポート３８とローディングユニット１６内との間で基板Ｗを搬出入できるようになっている。また、上記ストッカユニット８内には、清浄空気のダウンフローが形成されている。

そして、上記処理ユニット１４内には、下端部が開口された開口部４４を有する円筒体状の処理容器４６が設けられている。この処理容器４６は、例えば耐熱性及び耐腐食性の石英よりなる容器本体４８と、この容器本体４８の下端部に設けられる例えばステンレススチール製のマニホールド５０とを有する。そして、このマニホールド５０の下端が上記開口部４４となる。この処理容器４６の下部は、上記ベースプレート１２により支持されており、ここで処理容器４６の荷重を支えるようになっている。

そして、この処理容器４６の外周側には、筒体状の加熱ヒータ部５４が同心円状に設けられており、この処理容器４６内へ収容される基板を加熱するようになっている。またこの処理容器４６のマニホールド５０の側壁には、図２に示すように熱処理に必要な各種のガスを供給するガス供給系５１や処理容器４６内の雰囲気を圧力制御しつつ排気する排気系５３がそれぞれ接続されている。そして、この処理容器４６内には、基板Ｗを多段に保持した基板保持具５６が収容できるようになっている。

この基板保持具５６は、上記基板Ｗを所定のピッチで多段に支持する石英製のウエハボート５８と、このウエハボート５８の下部に設けられてこれを支持しつつ基板Ｗの温度を維持する石英製の保温筒６０とを有している。この保温筒６０は、上記処理容器４６の開口部４４を閉じる例えばステンレススチールよりなるキャップ６２側に回転可能に、或いは固定的に支持される。そして、このキャップ６２の周辺部と上記マニホールド５０の下端部との間には、例えばＯリング等よりなるシール部材６４が介在され、処理容器４６内を気密に密封できるようになっている。上記基板保持具５６の昇降は、ローディングユニット１６に設けた昇降エレベータ機構６６（図２参照）により行うようになっている。

ここで上記ローディングユニット１６の外殻は、ローディング用筐体６８により構成され、この内側が気密に密閉されたローディング室７０となっている。従って、このローディング室７０は、図１中においてローディング用筐体６８を形成する上記ベースプレート１２、裏面区画壁１０の下側部分、中央区画壁６の下側部分、底板区画壁１８の左側部分及び筐体４の側面区画壁１９の下側部分（図２参照）により区画されている。

このように、上記ローディング用筐体６８は、上記処理ユニット１４の下部に連設された状態となっている。また、上記ベースプレート１２は、処理ユニット１４を区画する区画壁と共用され、また、中央区画壁６はストッカユニット８を区画する区画壁と共用されることになる。

そして、上記処理容器４６の直下の部分とストッカユニット８の容器移載ポート３８との間には、基板保持具５６のウエハボート５８に対して基板Ｗの移載を行う基板移載機構７２が設けられている。具体的には、この基板移載機構７２は、中央区画壁６より延びる固定アーム７４により上下端が支持されて上下方向へ起立させて設けた案内レール７６と、この案内レール７６に沿って上下動する移載アーム７８とを有している。この案内レール７６には、例えばモータにより駆動されるボールネジが含まれる。また上記移載アーム７８は、複数本設けられており、水平面内で旋回及び屈伸可能になされて、上記ウエハボート５８と上記容器移載ポート３８上に設置された基板容器２２との間で一度に複数板の基板Ｗを移載できるようになっている。

また、上記基板保持具５６を昇降させる上記昇降エレベータ機構６６は、図２にも示すように上下方向へ起立させて設けた案内レール８０と、この案内レール８０に沿って上下動する保持アーム８２とを有している。この案内レール８０には、例えばモータにより駆動されるボールネジが含まれる。ここでは、この案内レール８０の上端をベースプレート１２に固定し、下端を底部区画壁１８に固定している。そして、上記保持アーム８２は、水平方向に延びて、この保持アーム８２で上記基板保持具５８の下部を支えて保持するようになっている。

また処理容器４６の下端部の外周側のローディング室７０内には、中央部の下方が上記開口部４４として開口されたスカベンジャ箱８４が設けられると共に、この開口部４４には基板保持具５６を下方へアンロードした時に閉じられるシャッタ部８６が開閉可能に設けられている。具体的には、このシャッタ部８６は、上記開口部４４に接してこれを密閉するシャッタ本体８６Ａと、このシャッタ本体８６Ａを上下方向と水平方向へ移動させる開閉駆動アクチュエータ８６Ｂとよりなっている。そして、このスカベンジャ箱８４には、この内部雰囲気を排気する排気通路８８が接続されており、処理容器４６内の排気熱がローディング室７０内へ流れ込むことを防止するようになっている。

そして、このローディング室７０内には、上記昇降エレベータ機構６６とアンロードされた基板保持具５６とを囲む第１の区画箱９０と、上記第１の区画箱９０に連結されて上記基板移載機構７２を囲む第２の区画箱９２と、上記第１の区画箱９０に連結されて上記シャッタ部８６を囲む第３の区画箱９４と、上記第１の区画箱９０内へ冷却ガスを噴射する冷却ガス噴射手段９６とが設けられている。上記第１〜第３の各区画箱９０、９２、９４は、それぞれ例えばステンレススチールのような金属により形成されている。

具体的には、上記第１の区画箱９０は、上記アンロードされた基板保持具５６の周囲を囲むようにして設けた内筒９８と、この内筒９８の外側に所定の隙間を介して同心円状に設けた外筒１００とを有しており、これら内筒９８と外筒１００とは二重管構造になっている。これらの内筒９８と外筒１００の各上端は、上記スカベンジャ箱８４に接続され、各下端は底板区画壁１８に接続されている。

これにより、昇降される上記基板保持具５６の上下方向への移動範囲を囲むようになっている。上記内筒９８と外筒１００の昇降エレベータ機構６６側は、上下方向に沿って切り欠かれたような状態となっており、この切り欠かれた部分と上記筐体４の側面区画壁１９（図３参照）との間で、上記昇降エレベータ機構６６を両側から囲むようにして一対のエレベータ区画壁１０２が設けられている。

この一対のエレベータ区画壁１０２の上端は、上記ベースプレート１２及びスカベンジャ箱８４に接続され、下端は底部区画壁１８に接続されており、これにより、上記エレベータ機構６６及びこの移動範囲を囲むようになっている。この結果、図３に示すように、上記内筒９８内のウエハボート収容エリア１０４とエレベータ収容エリア１０６とは連通状態になされており、全体として気密状態になされている。

また上記内筒９８には、降下されている基板保持具５６に対向させるようにして、複数のガス噴射孔１０８が形成されている。このガス噴射孔１０８は、上記冷却ガス噴射手段９６の一部を形成するものであり、上記内筒９８の全周及び高さ方向に亘って多数設けられている。そして、後述するように、上記内筒９８と外筒１００との間の隙間１１０に供給される冷却ガスを矢印１１２に示すように各ガス噴射孔１０８から噴射するようになっている。そして、上記内筒９８と外筒１００との間の隙間１１０に対して不活性ガスよりなる冷却ガス、例えば窒素ガスを導入するためのガス導入口１１４（図１及び図７参照）が形成されると共に、導入されたガスを排出するためのガス排出口１１６（図３及び図７参照）が形成されている。

従って、上記内筒９８と外筒１００との間の隙間１１０が冷却ガスのヘッダとして機能していることになる。そして、上記第１の区画箱９０と第２の区画箱９２との連結部には、内部を互いに連通又は遮断するための開閉ゲート部１２２が設けられている（図３参照）。具体的には、上記第１の区画箱９０の内筒９８と外筒１００の基板移載機構７２側は上下方向に沿って基板Ｗが通過できる幅で切り欠かれた状態となっており、ここに開口部１２０が形成されている。

この開口部１２０の上下方向の長さは上記ウエハボート５８と同じ長さに設定されており、上記基板移載機構７２の移載アーム７８が上記開口部１２０を通過して基板Ｗの移載ができるようになっている。そして、上記内筒９８と外筒１００との間の隙間１１０内には、上記開口部１２０を開閉するために上記開閉ゲート部１２２が設けられている。この開閉ゲート部１２２の構造については後述する。

そして、上記第２の区画箱９２は、上記基板移載機構７２とこの基板移載機構７２の移動範囲を囲むようにして設けた移載機構区画壁１２４を有している。図３に示すように、この移載機構区画壁１２４の一端は、上記第１の区画箱９０の外筒１００の外面に接続されており、その内側に上記開口部１２０が位置されている。

また、この移載機構区画壁１２４の他端は、中央区画壁６の基板搬出入口４２の両側に接続されている。また、この第２の区画箱９２の天井部側及び底部側も移載機構区画壁１２４により囲まれている。従って、この第２の区画箱９２内は気密状態の移載機構収容エリア１２６となっている。そして、上記移載アーム７８の屈曲方向の移載機構区画壁１２４には、上記移載アーム７８の屈曲を許容するように外側へ突出した膨み部１２８（図３参照）が形成されており、移載アーム７８と移載機構区画壁１２４とが衝突しないようになっている。

そして、この移載機構収容エリア１２６に対して不活性ガスよりなる冷却ガスを導入するためのガス導入口１３０（図１及び図７参照）が形成されると共に、導入されたガスを排出するためのガス排出口１３２（図１及び図７参照）が形成されている。

更に、上記第１の区画箱９０と第３の区画箱９４との連結部、すなわち第１の区画箱９０の上端部側には、内部を互いに連通又は遮断するための開閉ゲート部１３４が設けられている（図４参照）。具体的には、上記第１の区画箱９０の内筒９８と外筒１００のシャッタ部８６側はシャッタ本体８６Ａが通過できる幅で切り欠かれた状態となっており、ここに開口部１３６が形成されている。そして、この開口部１３６を通過してシャッタ本体８６Ａが第１の区画箱９０内に対して侵入及び退避をすることができるようになっている。そして、上記内筒９８と外筒１００との間の隙間１１０内には、上記開口部１３６を開閉するために上記開閉ゲート部１３４が設けられている。この開閉ゲート部１３４の構造については後述する。

そして、上記第３の区画箱９４は、上記シャッタ部８６とこのシャッタ部８６の移動範囲を囲むようにして設けたシャッタ部区画壁１３８を有している。図４に示すように、このシャッタ部区画壁１３８の一端は、上記第１の区画箱９０の外筒１００の外面に接続されており、その内側に上記開口部１３６が位置されている。

このシャッタ部区画壁１３８の全体は、箱状になされており、従って、この第３の区画箱９４内は気密状態のシャッタ部収容エリア１４０となっている。そして、このシャッタ部収容エリア１４０に対して不活性ガスよりなる冷却ガスを導入するためのガス導入口１４２（図１及び図７参照）が形成されると共に、導入されたガスを排出するためのガス排出口１４４（図１及び図７参照）が形成されている。

ここで上記第１の区画箱９０と第２及び第３の区画箱９２、９４との間を開閉する上記２つの開閉ゲート部１２２、１３４について説明する。ここ両ゲート部は、大きさの大小の相異はあるが、構造的に同じなので、ここでは第１と第２の区画箱９０、９２との間を開閉する開閉ゲート部１２２を例にとって図５及び図６を参照しつつ説明し、他方の開閉ゲート部１３４の説明は省略する。図５（Ａ）は開口部を開閉ゲート部で密閉する前の状態を示し、図５（Ｂ）は開口部を開閉ゲート部で密閉した状態を示している。また図６は図５（Ａ）中のＢ−Ｂ線矢視の平面図を示している。

この開閉ゲート部１２２は、開口部１２０の面積よりも少し大きくなされた２枚で一対の平行に配置されたゲート板１５０を有している。この２枚のゲート板１５０は、筒体状の第１の区画箱９０の内筒９８と外筒１００の間の隙間１１０内をその周方向に沿って移動できるように曲面状に成形されている。

上記各ゲート板１５０の下部には、ゲート板１５０をその曲面方向に沿って水平方向へ移動させる水平移動機構１５４が設けられる。具体的には、この水平移動機構１５４は、上記ゲート板１５０の下端部に設けたラック１５６と、内筒９８及び外筒１００側へ取り付けられて上記ラック１５６と歯合するピニオン１５８とを有し、両ピニオン１５８を同期させて正逆回転させることによりこのゲート板１５０を開口部側に向けて水平移動できるようになっている。尚、上記水平移動機構１５４は、ラック１５６とピニオン１５８の組み合わせに限定されず、ゲート板１５０を水平方向に移動できる機構ならばどのような機構を用いてもよい。

また、上記開口部１２０の周囲の近傍の隙間１１０内には、この開口部１２０と同じか、又は大きくなされた開口１６０を有する固定枠１６２が設けられている。この固定枠１６２は、隙間１１０の幅方向の中央に位置され、取付アーム１６３等で内筒９８又は外筒１００側へ固定されている。ここでは取付アーム１６３は外筒１００側へ固定されている。

そして、この固定枠１６２の両面側には、開口部１２０に位置された上記ゲート板１５０の周辺部に対応させて押圧ピン１６４が設けられている。この押圧ピン１６４は、ゲート板１５０の周辺に沿って対応するようにそれぞれ複数個設けられており、図５（Ｂ）に示すように、これらの押圧ピン１６４を出没させることにより、上記一対のゲート板１５０の内の一方を内筒９８側へ、他方を外筒１００側へそれぞれ同期させて押圧して密閉できるようになっている。この場合、上記内筒９８と外筒１００の対向面には、上記開口部１２０の周辺部に沿って例えばＯリングよりなるシール部材１６６が環状に設けられており、このシール部材１６６に上記ゲート板１５０を押圧させることで密閉時におけるシール性を高めるようになっている。

そして、ローディングユニット１６には、上記第１〜第３の区画箱９０、９２、９４内へ不活性ガスよりなる冷却ガスを循環させるために図７に示すようなガス循環系１７０が設けられている。

このガス循環系１７０は、不活性ガスを循環させる循環通路１７２を有している。この循環通路１７２の一端の上流側は上記第１の区画箱９０のガス排出口１１６に接続され、他端の下流側は上記第１の区画箱９０のガス導入口１１４に接続されおり、上記第１の区画箱９０との間で循環系を形成している。

そして、この循環通路１７２の途中には、ガスの流れ方向に沿って第１の開閉弁１７２Ａ、冷却器１９２、送風ブロワ１７４及び第２の開閉弁１７２Ｂが順次介設されており、不活性ガスを冷却しつつ循環使用し得るようになっている。上記送風ブロワ１７４としては例えばシロッコファンを用いることができるが、これに限定されない。

また、上記第１の開閉弁１７２Ａと冷却器１９２との間の循環通路１７２には、不活性ガス、例えばＮ_２ ガスを補給するためのガス補給路１９４が分岐させて設けられており、このガス補給路１９４の途中にはガスの流れ方向に沿ってマスフローコントローラのような流量制御器１９４Ａ及び開閉弁１９４Ｂが順次介設されている。更に、上記第１の開閉弁１７２Ａの直ぐ上流側の循環通路１７２には、工場ダクトへ通じるガス排気路１９６が分岐させて設けられており、このガス排気路１９６の途中には開閉弁１９６Ａが介設されて、不要なガスを工場ダクト側へ流して大気放散させるようになっている。

また、上記第２及び第３の区画箱９２、９４内へも不活性ガスを供給できるようになっている。すなわち不活性ガスを補給する他のガス補給路１８２は２つのガス導入分岐路１７８、１８０に分岐されている。そして、一方のガス導入分岐路１７８は、その途中にマスフローコントローラのような流量制御器１７８Ａ及び開閉弁１７８Ｂが順次介設されて、第２の区画箱９２のガス導入口１３０へ接続されている。

また、他方のガス導入分岐路１８０は、その途中にマスフローコントローラのような流量制御器１８０Ａ及び開閉弁１８０Ｂが順次介設されて、第３の区画箱９４のガス導入口１４２へ接続されている。尚、上記２つのガス補給路１８２、１９４を形成するには、１本のガス補給路から分岐させて他方のガス補給路を形成するようにしてもよい。

そして、上記第２の区画箱９２のガス排出口１３２からは途中に開閉弁１８４Ａを介設したガス排気路１８４が延びている。また、上記第３の区画箱９４のガス排出口１４４からは途中に開閉弁１８６Ａを介設したガス排気路１８６が延びている。そして、上記各ガス排気路１８４、１８６、１９６は一本に合流されて、上述のように工場ダクト側へ排気するようになっている。上記構成により、各開閉弁の弁操作を行うことにより、第１〜第３の各区画箱９０、９２、９４内へは、必要に応じて選択的に不活性ガスを供給できるようになっている。

また、上記第１〜第３の各区画箱９０、９２、９４内には、それぞれ酸素濃度測定器２００、２０２、２０４が設定されており、各区画箱９０、９２、９４中の酸素濃度を測定できるようになっている。そして、これらの各酸素濃度測定器２００、２０２、２０４の各測定値は、雰囲気制御部２０６へ伝達されるようになっている。この雰囲気制御部２０６は、上記酸素濃度の測定値が設定値よりも低下した時に新たなＮ_２ ガスを供給したり、或いは基板Ｗの熱処理に伴って冷却ガスとして不活性ガスが必要になる時など、必要に応じて各開閉弁の開閉動作を行って不活性ガスを流すようになっており、第１〜第３の区画箱９０、９２、９４内の雰囲気の酸素濃度を常時、設定値以下となるようにしている。そして、以上のように形成された処理システム２の全体の動作は、図示しないコンピュータ等よりなるシステム制御部により制御される。

次に、以上のように構成された本発明の処理システムの動作について説明する。まず、全体の流れについて説明すると、ローディング室７０内に設けた第１〜第３の各区画箱９０、９２、９４内は、不活性ガスである窒素ガス雰囲気に満たされており、酸素濃度は一定の値以下に設定されている。すなわち、図７に示すように、窒素ガスはガス補給路１９４を介してガス循環系１７０内に流量制御されつつ流れ、循環通路１７２を流れた窒素ガスは、第１の各区画箱９０内へガス導入口１１４を介して導入される。

そして、第１の区画箱９０内の雰囲気はガス排出口１１６を介して循環通路１７２内へ再び流れて循環されて行く。また、第２及び第３の区画箱９２、９４内へも、窒素ガスがガス補給路１８２及びガス導入分岐路１７８、１８０を介してそれぞれ流量制御されつつ供給される。ここで第１〜第３の各区画箱９０、９２、９４内に設けた酸素濃度測定器２００、２０２、２０４の測定値が酸素濃度の測定値よりも高い場合には、上記各ガス排気路１８４、１８６、１９６に設けた各開閉弁１８４Ａ、１８６Ａ、１９６Ａをそれぞれ個別に開いて工場ダクト側へ棄てられることになる。上記第１〜第３の各区画箱９０、９２、９４内の雰囲気の排気は各第１〜第３の各区画箱９０、９２、９４毎に独立して制御される。この時、第１の区画箱９０内を流れてきた雰囲気を排気する場合には、循環通路１７２の第１の開閉弁１７２Ａは閉じられている。

このようにして、第１〜第３の各区画箱９０、９２、９４内の空気が窒素ガスと置換されて全ての酸素濃度測定器２００、２０２、２０４の測定値が設定値よりも低くなったならば、上記ガス排気路１９６の開閉弁１９６Ａを閉じると共に、第１の開閉弁１７２Ａを開いて窒素ガスを循環通路１７２内に循環させる（第２の開閉弁１７２Ｂは開状態となっている）。すなわち、この窒素ガスは冷却器１９２で冷却され、送風ブロワ１７４で圧送されて循環されて行く。そして、ガス補給路１９４の開閉弁１９４Ｂを閉じることにより、窒素ガスの供給は停止する。

ここで第１〜第３の各区画箱９０、９２、９４では、少しずつ雰囲気の洩れが生じることは避けられないので、上記各ガス補給路１８２、１９４に通じる開閉弁１７８Ｂ、１８０Ｂ、１９４Ｂは断続的、或いは連続的に開くようにして、不足した窒素ガスをそれぞれ適宜補充する。そして、上記各酸素濃度測定器２００、２０２、２０４では常時、酸素濃度の測定が行われており、いずれかの酸素濃度測定器の測定値が設定値よりも高くなった場合には、直ちに上述したように、該当する区画箱内へ新たな窒素ガスが供給され、同時に該当する区画箱内の雰囲気は設定値以上の濃度の酸素を含んでいるのでガス排気路１８４、１８６、１９６を介して工場ダクト側へ排気されることになる。そして、第１の区画箱９０内においては、酸素濃度の測定値が設定値以下になったならば、窒素ガスは再度循環使用されることになる。このような動作は、以下に説明する基板Ｗの熱処理中においても常時行われている。

さて、上述のようにして、第１〜第３の各区画箱９０、９２、９４内の雰囲気が窒素ガスに置換された状態で、基板Ｗの熱処理が行われる。まず、前工程にて処理が完了された複数枚の基板Ｗは、不活性ガスである窒素ガス雰囲気で満たされた基板容器２２内に収容された状態で、処理システム２のフロント側の搬出入ポート２４上に設置される。この搬出入ポート２４に設置された基板容器２２は、この搬出入ポート２４の開閉ドア２６を開いた後に、容器移載機構３２の容器搬送アーム３６により保持されて、ストッカユニット８内に取り込まれる。

この取り込まれた基板容器２２は、一時的にストック棚３０上に載置されて待機される。そして、処理の順番がきた時に、この基板容器２２は上記容器移載機構３２を再度用いて、中央区画壁６に設けた容器移載ポート３８上に載置されることになる。この容器移載ポート３８上に基板容器２２を載置したならば、反対側の基板搬出入口４２側の開閉ドア４０を開く。

この際、基板搬出入口４２に設けた蓋開閉機構（図示せず）により基板容器２２の蓋２２Ａを同時に取り外して基板容器２２内を開放する。この場合、上記容器移載ポート３８上に載置した基板容器２２を図示しないアクチュエータで基板搬出入口４２の周縁部に気密状態になるように押し付け、このように押し付けた状態で上記基板容器２２の蓋２２Ａを、ローディング室７０内の開閉ドア４０と共に開放させる。

そして、ローディング室７０内の基板移載機構７２の移載アーム７８を用いて、上記基板容器２２内の全ての基板Ｗを、アンロードされている基板保持具５６のウエハボート５８上に移載する。この際、第１と第２の区画箱９０、９２の連結部に設けた開閉ゲート部１２２は、横方向へスライド移動されて、開口部１２０は開放されている。そして、上記操作を繰り返すことにより、複数の基板容器２２内の基板Ｗが全てウエハボート５８に移載され、例えば満載状態にされる。この際、移載アーム７８は、移載のためにウエハボート５８の高さ方向に沿って上下移動される。

上述のように、基板Ｗがウエハボート５８に満載されたならば、上記開閉ゲート部１２２を閉方向にスライド移動させて開口部１２０を閉じると共に、上記昇降エレベータ機構６６を駆動して保持アーム８２を上昇させ、このウエハボート５８を処理ユニット１４の処理容器４６内へその下方より挿入して図１中の仮想線に示すように基板Ｗを処理容器４６内へロードする。この際、処理容器４６の下端の開口部４４に設けていたシャッタ本体８６Ａは第３の区画箱９４内に収容されており、上記開口部４４は開放状態になっている。そして、ウエハボート５８を含む基板保持具５６が完全に上昇してロードされることにより、上記キャップ６２により処理容器４６の下端の開口部４４が密閉されることになる。

このように処理容器４６内を密閉したならば、処理容器４６の外周に設けた加熱ヒータ部５４により処理容器４６内へロードされた基板Ｗをプロセス温度まで昇温し、この処理容器４６内に所定の処理ガスを流すと共に所定のプロセス圧力に維持し、成膜処理等の所定の熱処理を施すことになる。

このようにして、基板Ｗに対する所定の熱処理が終了したならば、前述した動作と逆の操作を行って処理済みの基板Ｗを搬出する。まず、昇降エレベータ機構６６を駆動して保持アーム８２を降下させることにより、ウエハボート５８を含む基板保持具５６を処理容器４６内から下方へ取り出すことにより基板Ｗをアンロードする。

この際、第１と第３の区画箱９０、９４の連結部に設けた開口部１３６は開閉ゲート部１３４で閉じておき（図４参照）、また、第１と第２の区画箱９０、９２の連結部に設けた開口部１２０は開閉ゲート部１２２で閉じておき（図３参照）、ローディング室７０内を密閉状態にしておく。そして、ウエハボート５８の降下の開始と同時に、冷却ガス噴射手段９６の各ガス噴射孔１０８より、図３中の矢印１１２に示すように冷却ガスを噴射し、高温状態の降下しつつある基板Ｗを冷却する。

すなわち、ここでは図７に示すように、ローディング室７０に通じる循環通路１７２の第２の開閉弁１７２Ｂを開くことにより、冷却ガスをガス導入口１１４から内筒９８と外筒１００との間の隙間１１０内へ導入し、この導入した冷却ガスを上述したように各ガス噴射孔１０８より基板Ｗの周囲から基板Ｗに向けて噴射し続けることにより、基板Ｗを冷却させる。

そして、基板保持具５６のアンロードが完了した時点で、第１と第３の区画箱９０、９４の連結部に設けた開閉ゲート部１３４を、隙間１１０内へスライド移動させて開口部１３６を開き、そして、第３の区画箱９４内に収容していたシャッタ部８６を駆動して、このシャッタ本体８６Ａによりスカベンジャ箱８４の開口部、すなわち処理容器４６の開口部４４を閉じ、熱排気がローディング室７０内へ流入しないようにする（図４参照）。

そして、上記ガス噴射孔１０８より噴射された冷却ガス（窒素ガス）は、ガス排出口１１６（図７参照）より流出して循環通路１７２を介して流される。そして、この冷却ガスは基板Ｗの冷却により高温になるので、冷却器１９２で冷却された後、再度、循環通路１７２内を流れて循環使用されることになる。

この際、従来の処理システムにあっては、大きな容量のローディング室全体に亘って窒素ガスよりなる冷却ガスを流していたことから、多量の窒素ガスを必要とし且つ冷却効率がそれ程高くないことから冷却に長時間を要していたが、本発明の場合には、ローディング室７０内に区画して設けた容量の小さな第１の区画箱９０内に冷却ガスを流すようにしたので、窒素ガスの使用量は少量で済み、且つ基板Ｗの周方向から冷却ガスを吹き付けるようにしているので、冷却効率を上げて基板Ｗを短時間で迅速に冷却することが可能となる。

そして、上記した冷却操作により、基板Ｗが所定の温度まで冷却されたならば、第２の区画箱９２内である移載機構収容エリア１２６内に設けた酸素濃度測定器２０２（図７参照）の測定値が所定の濃度値以下であることを確認した後、開閉弁１７８Ｂを閉じることにより冷却ガス噴射手段９６のガス噴射孔１０８から噴射していた冷却ガスを停止する。そして、第１と第２の区画箱９０、９２との連結部に設けた開閉ゲート部１２２を間隙１１０内へスライド移動させて開口部１２０を開き、このウエハボート収容エリア１０４と移載機構収容エリア１２６とを連通させる（図３参照）。

そして、上記所定の温度まで冷却された基板Ｗは、前述した搬送経路とは逆の経路を辿って搬出される。すなわち、ウエハボート５８中の処理済みの基板Ｗは、基板移載機構７２の移載アーム７８により取り出され、この基板Ｗは、容器移載ポート３８上に載置されている空の基板容器２２内へ収容される。そして、この容器移載ポート３８の開閉ドア４０及び基板容器２２の蓋２２Ａを共に閉じた後に、この処理済みの基板容器２２は、容器移載機構３２の容器搬送アーム３６を用いて、一時的にストック棚３０内へ保管された後に、或いは直接的に搬出入ポート２４へ搬出されることになる。これ以降は、前述したように、未処理の基板Ｗが、ウエハボート５８に移載されて、熱処理が繰り返し行われることになる。

このように、本発明では、大容量のローディング室７０内を更に小容量になるように分離区画して形成した第１〜第３の区画箱９０、９２、９４内に不活性ガスを流すようにしたので、使用する不活性ガスの使用量を大幅に削減することができる。特に、処理済みの高温状態の基板Ｗを冷却するために冷却ガスを流す場合には、第１の区画箱９０の内筒９８と外筒１００との間に形成した隙間１１０に流した冷却ガスを、内筒９８に設けた多数のガス噴射孔１０８から基板Ｗに向けて噴射するようにしたので、冷却に使用する冷却ガスの流量は非常に少量で済み、ガス使用量を削減することができる。しかも、基板Ｗの周縁部に接近してガス噴射孔１０８は設けられているので、短時間で且つ効率的に基板Ｗを冷却することができ、この結果、熱処理のスループットを向上させることができることになる。

以上のように、本発明によれば、基板Ｗに対して熱処理を施すための筒体状の処理容器４６に対して基板を複数枚保持した基板保持具５６を昇降させるようにしたローディングユニット１６において、ローディング室内の必要部分のみを第１〜第３の区画箱９２、９４、９６で区画して、この区画箱内に不活性ガスを流すようにすることにより、不活性ガスの使用量を大幅に削減することが可能であり、しかも冷却効率も向上させることができる。
また、冷却効率を向上させて迅速な冷却が可能となることから、基板に対する熱処理のスループットも向上させることができる。

＜第１変形実施例＞
次に本発明のローディングユニットの第１変形実施例について説明する。先に説明した実施例では、第１の区画箱９０内のウエハボート収容エリア１０４内へ降下してくる基板保持具５６に対しては、内筒９８に設けた多数のガス噴射孔１０８から均等に冷却ガスを吹き付けるようにしたが、上記多数のガス噴射孔１０８からのガス噴射に加えて上記基板保持具５６の熱容量が大きい部分、すなわち保温筒６０に対して特に多量の冷却ガスを噴射して、基板保持具５６の全体の冷却高率をより向上させるようにしてもよい。図８はこのような本発明のローディングユニットの第１変形実施例を示す部分拡大断面図である。図８において図１及び図２に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。

図８に示すように、ここでは上記基板保持具５６の降下時に、上記保温筒６０に対応させて降下させるようにした補助冷却手段２１０を設けている。具体的には、この補助冷却手段２１０は、第１の区画箱９０のウエハボート収容エリア１０４内に上下方向へ起立させて設けた複数本、例えば２本の案内レール２１２と、この案内レール２１２に沿って上下動するリング状の中空状の冷却ガスヘッダ２１４とを有している。この案内レール２１２には、例えばモータにより駆動されるボールネジが含まれる。

この冷却ガスヘッダ２１４の上下方向の幅は、例えば保温筒６０の高さとほぼ同一になるように設定されており、この冷却ガスヘッダ２１４内には上記循環通路１７２（図７参照）から分岐されて設けた、例えば蛇腹管のような伸縮自在で且つ可撓性のあるガス路２１５が接続されている。そして、この冷却ガスヘッダ２１４の内周面側には、その周方向に沿って複数のガス噴射孔２１６が形成されており、この内側に位置する保温筒６０に向けて冷却ガスを吹き付けるようになっている。

この第１変形実施例では、基板Ｗの熱処理が終了して基板保持具５６を処理容器４６から降下させてアンロードする際、内筒９８に設けた多数のガス噴射孔１０８からの冷却ガスを噴射させるのと同時に、上記基板保持具５６の保温筒６０に連動させて、この補助冷却手段２１０のリング状の冷却ガスヘッダ２１４も一緒に降下させる。そして、この降下と同時に、この冷却ガスヘッダ２１４に設けたガス噴射孔２１６から上記保温筒６０に対してその周方向から冷却ガスを吹き付けるようにして、この熱容量の大きな保温筒６０を冷却する。これにより、先の実施例の場合よりもこの保温筒６０をより効率的に且つ短時間で冷却することができるので、熱処理のスループットを一層向上させることができる。

尚、上記各実施例では、不活性ガスを流す場合に、ガス排気路１９６の開閉弁１９６Ａを用いてガスを排気するときには循環用開閉弁１７２Ａを閉状態にして不活性ガスを循環させないようにしたが、これに限定されず、例えば上記ガス排気路１９６の開閉弁１９６Ａ、循環用開閉弁１７２Ａ及びガス補給路１９４の開閉弁１９４Ａとして弁開度の調整が可能な開閉弁、すなわち流量調整が可能な開閉弁を用いて、循環する不活性ガスの一部をガス排気路１９６から排気させつつ残りの不活性ガスを循環使用すると共に、不足分の不活性ガスをガス補給路１９４から補充するようにしてもよい。また、上記不活性ガスとしてはＮ_２ ガスを用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、Ｈｅ、Ａｒ等の希ガスを用いてもよい。また、図７においては、図示されていないが第１〜第３の区画箱９０、９２、９４には、清浄空気を供給する供給系もそれぞれ設けられている。

また、図７で説明したガス循環系１７０は、単に一例を示したに過ぎず、ここでの構成に限定されない。また、上記各実施例では容器移載ポート３８をテーブル状に形成してこの上に処理容器２２を載置するようにしたが、これに限定されず、容器移載ポート３８として開閉可能になされた密閉型の容器格納室を設けるようにしてもよい。この場合には、この容器格納室にも、例えば第２の区画箱９２内と同様に、不活性ガスの導入口、排気口及び酸素濃度測定器を設け、不活性ガスを導入して第２の区画箱９２内等と同様に管理された雰囲気とするようにしてもよい。また、図７においては、図示されていないが、第１〜第３の区画箱９０、９２、９４には、清浄空気を供給する供給系もそれぞれ設けられている。

また、ここでは基板として半導体ウエハを例にとって説明したが、この半導体ウエハにはシリコン基板やＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。

２ 処理システム
４ 筐体
６ 中央区画壁
８ ストッカユニット
１２ ベースプレート
１４ 処理ユニット
１６ ローディングユニット
４４ 開口部
４６ 処理容器
５６ 基板保持具
５８ ウエハボート
６２ キャップ
６６ 昇降エレベータ機構
６８ ローディング用筐体
７０ ローディング室
７２ 基板移載機構
７８ 移載アーム
８６ シャッタ部
８６Ａ シャッタ本体
９０ 第１の区画箱
９２ 第２の区画箱
９４ 第３の区画箱
９６ 冷却ガス噴射手段
９８ 内筒
１００ 外筒
１０４ ウエハボート収容エリア
１０６ エレベータ収容エリア
１０８ ガス噴射孔
１１４，１３０，１４２ ガス導入口
１１６，１３２，１４４ ガス排出口
１２２，１３４ 開閉ゲート部
１２４ 移載機構区画壁
１２６ 移載機構収容エリア
１４０ シャッタ部収容エリア
２１０ 補助冷却手段
２１４ 冷却ガスヘッダ
Ｗ 基板

Claims (9)

1. 基板に対して熱処理を施すために前記基板を複数枚保持した基板保持具を、下端が開口されてキャップにより閉じられる筒体状の処理容器に対して昇降させるようにしたローディングユニットにおいて、
   外側全体を囲んでローディング室を形成するローディング用筐体と、
   前記基板保持具を保持して昇降させる昇降エレベータ機構と、
   前記基板保持具が降下された時に前記処理容器の下端の開口部を閉じるシャッタ部と、
   降下された前記基板保持具に対して前記基板の移載を行うために昇降可能になされた移載アームを有する基板移載機構と、
   所定の隙間を介して同心円状に配置された内筒と外筒とにより二重管構造に形成されて前記昇降エレベータ機構を囲むように設けられると共に昇降される前記基板保持具の移動範囲を囲むようにして設けられた第１の区画箱と、
   前記第１の区画箱に連結され、前記基板移載機構と該基板移載機構の移動範囲を囲むようにして設けられた第２の区画箱と、
   前記第１の区画箱に連結され、前記シャッタ部を囲むようにして設けられた第３の区画箱と、
   前記内筒の全周に亙って設けられる複数のガス噴射孔を有すると共に前記内筒と前記外筒との間の隙間に供給される冷却ガスを前記ガス噴射孔を介して前記第１の区画箱の内側に噴射するようにした冷却ガス噴射手段と、
   を備えるように構成したことを特徴とするローディングユニット。
2. 前記冷却ガス噴射手段は、前記内筒と前記外筒との間の前記隙間に前記冷却ガスを導入するガス導入口を有すると共に前記ローディング用筐体内には噴射された前記冷却ガスを排出するためのガス排出口を有することを特徴とする請求項１記載のローディングユニット。
3. 前記第１の区画箱の前記昇降エレベータ機構側には、切り欠かれた部分を有し、前記切り欠かれた部分と前記ローディング用筐体との間には、前記昇降エレベータ機構を両側から囲むようにして一対のエレベータ区画壁が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のローディングユニット。
4. 前記冷却ガス噴射手段の前記ガス噴射孔は、降下される前記基板保持具に対向させて設けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のローディングユニット。
5. 前記第１の区画箱と前記第２の区画箱との連結部には、内部を互いに連通又は遮断するための開閉ゲート部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のローディングユニット。
6. 前記第１の区画箱と前記第３の区画箱との連結部には、内部を互いに連通又は遮断するための開閉ゲート部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のローディングユニット。
7. 前記各区画箱に対して不活性ガスを導入するためのガス導入口と、内部の雰囲気を排出するためのガス排出口が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のローディングユニット。
8. 前記基板保持具は、前記基板を支持するウエハボートと、前記ウエハボートの下端部を支持する保温筒とを有し、前記基板保持具の降下時に前記保温筒に対応して降下させるようにした補助冷却手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のローディングユニット。
9. 基板に対して熱処理を施す処理ユニットと、
   前記処理ユニットの下方に設けられた請求項１乃至８のいずれか一項に記載のローディングユニットと、
   前記ローディングユニットに並設されて、複数枚の前記基板を収容した基板容器を待機させるストッカユニットと、
   を備えたことを特徴とする処理システム。

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