JPH1050716A

JPH1050716A - 基板の枚葉式熱処理装置

Info

Publication number: JPH1050716A
Application number: JP20033696A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Nakajima; 敏博中島; Takatoshi Chiba; ▲隆▼俊千葉; Hideo Nishihara; 英夫西原; Mitsuhiro Masuda; 充弘増田
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1996-07-30
Filing date: 1996-07-30
Publication date: 1998-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】基板Ｗの熱処理中に熱効果プレート１３の下
方から基板昇降ピン１を挿通させるために設けられた貫
通孔を介して上方に向いて雰囲気の対流が起こることを
防止し、基板Ｗの面内温度分布の均一性を確保する。【解決手段】基板昇降ピン１とピン受け部材２とを固
着せずに、互いに離脱可能として構成する。そして、基
板昇降ピン１の上方の先端部に貫通孔を塞ぐために十分
な大きさの球状体を形成する。そして、基板Ｗを熱処理
する際には、ピン受け部材２を基板昇降ピン１と離脱す
るように下降させることによって、基板昇降ピン１の球
状体部分が貫通孔に掛かると共に、貫通孔を完全に塞ぐ
状態とする。このようにして、熱効果プレート１３の下
方と上方における温度差による雰囲気の対流を防止する
ことができ、基板Ｗの面内温度分布を均一にすることが
可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体ウェハ，
液晶用ガラス基板等（以下「基板」という）の枚葉式熱
処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体などの基板の製造過程において、
イオン注入後，エッチング後などの工程の途中に種々の
目的で熱処理が行われている。このような熱処理を施す
装置としては、基板を一枚ずつ熱処理する枚葉式熱処理
装置が知られている。

【０００３】図７は、従来の基板の枚葉式熱処理装置の
側面図である。図に示すように、枚葉式熱処理装置の上
方には透明の石英窓１０８が設けられており、さらにそ
の上方には基板を加熱するための熱源であるランプ光源
Ｌが設けられている。そして図７では、基板Ｗの受け渡
しのために、搬送アーム１０１が枚葉式熱処理装置外か
ら伸びてきている。そして、この基板Ｗを受け取るため
に、基板昇降ピン１０５を上昇させることが必要であ
る。このときの上昇は、昇降ピン支持棒１０２がＺ方向
に伸びることによってなされる。そして、基板昇降ピン
１０５の先端が高さ位置Ｈ２に達すると、基板昇降ピン
１０５は基板Ｗを受け取ることができる。

【０００４】基板の受け取り動作を説明する。まず、基
板昇降ピン１０５が上昇し、基板Ｗを受け取れる位置Ｈ
２で待機する。そこに、枚葉式熱処理装置外から基板Ｗ
を載せた搬送アーム１０１が基板昇降ピン１０５の上方
に伸びてくる。そして、搬送アーム１０１が少し（−
Ｚ）方向に下降する。この搬送アーム１０１の下降によ
って基板Ｗは基板昇降ピン１０５に支持されることにな
る。すなわち、搬送アーム１０１から基板昇降ピン１０
５への基板Ｗの受け渡しは完了する。この後、搬送アー
ム１０１は、枚葉式熱処理装置外部に退避するともに、
基板昇降ピン１０５は下降し高さＨ１の位置で、処理中
に基板Ｗを支持するためのサセプタ１０４に基板Ｗを載
置する。そして、さらに基板昇降ピン１０５は下降す
る。このようにして基板Ｗがサセプタ１０４上に載置さ
れた状態で基板Ｗの熱処理が開始される。

【０００５】ここで、基板Ｗに熱処理が開始されるとき
の、基板昇降ピン１０５は、図８に示すような位置に待
機することになる。図８において、熱効果プレート１０
６は、基板Ｗの熱処理中は、熱源であるランプ光源Ｌか
らの輻射エネルギーを反射させることによって、基板Ｗ
の裏面を加熱する作用があり、また基板Ｗの加熱が終了
した際には、熱効果プレート１０６が上昇して基板Ｗの
裏面に接するとともに熱効果プレート１０６の内部に設
けられた図示しない冷却水路に冷却水を流すことによ
り、冷却板の作用も有する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】基板Ｗの熱処理中に図
８に示すように、基板昇降ピン１０５は、熱効果プレー
ト１０６に形成された貫通孔Ｋの中に略収納される状態
となる。しかし、貫通孔Ｋの径は基板昇降ピン１０５の
径よりも大きいため、処理室内の雰囲気が通過する。基
板Ｗに対する熱処理中は基板Ｗの周辺は非常に高温とな
り、熱効果プレート１０６の上面と下面との温度差は大
きい。したがって、貫通孔Ｋを経由して熱効果プレート
１０６の下方から上方へ雰囲気の対流Ｆが発生する。こ
の対流Ｆは、基板Ｗに対して熱的影響を与え、基板Ｗの
面内温度分布は不均一なものとなる。

【０００７】基板の熱処理において、このような基板の
面内温度分布の不均一性は、熱処理中に基板Ｗに対して
酸化膜を形成する際に膜厚が不均一となったり、またそ
のような基板Ｗから製造されるデバイスの電気的特性が
不均一となったり、さらに基板Ｗに対してスリップを発
生させるなど、その品質を著しく損ねるものである。

【０００８】この発明は、上記課題に鑑みてなされたも
のであって、基板の熱処理中にも、熱効果プレートの貫
通孔を介して雰囲気の対流を起こさず、基板の面内温度
分布を均一に保つ基板の枚葉式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】請求項１に記載の発明
は、熱処理の対象となる基板を加熱するための加熱手段
と、前記基板の搬入出を行うための搬入出口が形成され
た処理室と、前記処理室内に設けられて前記基板を所定
の基板支持高さで支持するための基板支持手段と、前記
基板支持手段の下方に設置され、前記基板に熱的影響を
付与するプレートと、前記プレートに形成された貫通孔
を介して上下方向に進退可能であり、昇降駆動手段から
の駆動力によって前記基板支持高さと当該高さよりも高
い位置との間で前記基板を昇降する基板昇降手段とを備
える基板の枚葉式熱処理装置であって、前記基板昇降手
段は、降下時に前記貫通孔を閉塞する閉塞部を上部に有
する。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の基板の枚葉式熱処理装置において、前記基板昇降手段
と前記昇降駆動手段とは、離接自在であることを特徴と
している。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載の基板の枚葉式熱処理装置において、前
記プレートの上面には、石英板が設けられている。

【００１２】請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請
求項３のいずれかに記載の基板の枚葉式熱処理装置にお
いて、前記プレートを略水平面内で回転させる回転駆動
機構をさらに備えている。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の実施の形態の
基板の枚葉式熱処理装置Ｐの処理チャンバＣの側面断面
図である。図１に示すように、処理チャンバＣの側壁１
１には基板Ｗを搬入搬出するための搬入出口１２が設け
られている。そして、基板Ｗに対して所定の熱処理を行
う際には、図示しない遮蔽扉がこの搬入出口１２を塞ぐ
ように構成されている。そして、処理チャンバＣの上方
には、透明の石英窓１０が設けられており、さらにこの
上方に設けられているランプ光源Ｌの照射によって、処
理チャンバＣ内が高温になる。すなわち、ランプ光源Ｌ
が熱源となっており、ランプ光源Ｌから放出される輻射
エネルギーが石英窓１０を介して、処理チャンバＣ内に
照射される。なお、この実施の形態において熱源である
ランプ光源Ｌは、ハロゲンランプであり、図示のように
複数個のランプが配列されている。しかし、ランプ光源
Ｌの構成は、これに限定されるものではない。すなわ
ち、ランプ光源がアークランプなどであっても良いし、
また、ランプの配置も他の配置構成であることに何ら問
題はない。

【００１４】図１において基板Ｗはサセプタ７上に載置
されている。当該サセプタ７は、基板Ｗの載置面と平行
な面内においてリング状の形状となっている。したがっ
て、サセプタ７は基板Ｗの縁を支持するような構成とな
っている。

【００１５】さらに、サセプタ７に載置された基板Ｗの
下方には熱効果プレート１３が設けられている。当該熱
効果プレート１３は、ランプ光源Ｌからの輻射エネルギ
ーを基板Ｗの裏面に反射させるための反射板の機能と、
熱処理終了後に基板Ｗおよびサセプタ７を冷却するため
の冷却板の機能がある。前者は熱効果プレート１３の上
面によって輻射エネルギーを反射させ、基板Ｗの裏側に
輻射エネルギーを導くものである。後者については、熱
効果プレート１３の内部に形成された図示しない冷却水
管に冷却水を流すことによって、熱効果プレート１３自
体を冷却することができる構成となっている。そして、
基板Ｗに対する熱処理が終了するとプレート駆動機構６
が作動することによって、熱効果プレート１３を支持し
ているプレート支持部材５がＺ方向（鉛直上方向）に伸
びる。そして、熱効果プレート１３が基板Ｗに接すると
停止し、基板Ｗとサセプタ７とを冷却する。なお、熱効
果プレート１３が金属製である場合などには、基板Ｗと
熱効果プレート１３とが接触するために、基板Ｗの金属
汚染が問題となる。したがって、熱効果プレート１３の
上面に石英板１４が設けられている。これによって、基
板Ｗと接触するのは石英質であるために、基板Ｗの金属
汚染防止になる。そして基板Ｗとサセプタ７の冷却処理
が終了すると、再びプレート駆動機構６が作動し、プレ
ート支持部材５が（−Ｚ）方向に駆動され、その結果、
熱効果プレート１３が基板Ｗから離れる。なお、プレー
ト駆動機構６の内部構成は、例えば、モータとボールス
クリューとによる昇降手段などの熱効果プレート１３を
昇降させることが可能な構成であれば良い。

【００１６】また、熱効果プレート１３には、基板昇降
ピン１が挿通される貫通孔が設けられている。基板昇降
ピン１は、ピン受け部材２が上昇することによって熱効
果プレート１３から突出するように構成されている。基
板Ｗを枚葉式熱処理装置Ｐの外部に搬出する際、または
基板Ｗを枚葉式熱処理装置Ｐの外部から搬入する際など
の基板昇降ピン１に基板Ｗを載置する必要が発生した場
合に、ピン受け部材２は上昇し、基板昇降ピン１を上昇
させ、基板Ｗを載置する。基板Ｗが図１に示すようにサ
セプタ７上に載置されている場合には、基板昇降ピン１
が上昇することによって基板Ｗをサセプタ７から受け取
り、基板Ｗが基板昇降ピン１の先端上に載置された状態
となる。

【００１７】なお、基板昇降ピン１は、処理チャンバＣ
内の基板Ｗの受け渡しを行うために少なくとも３個が必
要である。これを図２により説明する。図２は、この発
明の基板の枚葉式熱処理装置Ｐの処理チャンバＣの平面
図である。図に示すように基板昇降ピン１は、搬入出口
１２を介して処理チャンバＣ外部から搬送アーム２０が
進入している。そして基板昇降ピン１は搬送アーム２０
に接触しないように配置されている。したがって、搬送
アーム２０は、この基板昇降ピン１に対して基板Ｗを載
置したり、また基板昇降ピン１から熱処理済み基板Ｗを
受け取ったりする。基板Ｗを基板昇降ピン１に載置する
際には、まず基板Ｗを載置した搬送アーム２０を図２に
示すような位置まで進入させる。そこで搬送アーム２０
を少し下降させることによって基板昇降ピン１の先端部
分に基板Ｗを載置する。そして、搬送アーム２０を処理
チャンバＣ内から退避させることによって、基板Ｗが枚
葉式熱処理装置の内部に搬入されたことになる。その
後、基板Ｗが載置された基板昇降ピン１が下降すること
によって、基板Ｗがサセプタ７上に載置される。つぎ
に、基板昇降ピン１から熱処理済み基板Ｗを受け取る際
には、まず、基板昇降ピン１が上昇し、サセプタ７上の
熱処理済み基板Ｗを基板昇降ピン１の上端に載置する。
そしてさらに、基板昇降ピン１が上昇し、基板Ｗを搬送
アームとの基板受け渡し位置まで移動させる。その後、
処理チャンバＣ外部から搬送アームが進入し、基板Ｗを
すくい上げるように受け取る。そして搬送アームが枚葉
式熱処理装置外に基板Ｗを搬出する。

【００１８】つぎに基板昇降ピン１の構造について説明
する。図３は、この発明の基板昇降ピンを示す図であ
る。図に示すように、基板昇降ピン１の上端は球状体と
なっており、それより下方の棒状部分の直径は、上端の
球状体の直径よりも小さくなっている。さらに、上端の
球状体の直径は、基板昇降ピン１を挿通させるために設
けられた貫通孔の直径よりも大きいことが必要である。
そして図に示すように、上端の球状体が、熱効果プレー
ト１３に設けられた基板昇降ピン１を挿通させるための
貫通孔の括部分に掛かるために止まり、これよりも下降
することはない。

【００１９】そして、ピン受け部材２は基板昇降ピン１
の下方に設置されているが、当該ピン受け部材２と基板
昇降ピン１とは固着されていない。したがって、ピン受
け部材２が作動していない場合は図３に示すように基板
昇降ピン１とピン受け部材２とは離れた状態となる。こ
のとき、基板昇降ピン１の上端の球状体は、基板昇降ピ
ン１を挿通させるために設けられている貫通孔を完全に
塞ぐことになる。これによって、基板Ｗの熱処理中は、
熱効果プレート１３の上方および下方における温度差に
よる雰囲気の対流が防止でき、基板Ｗの下方に雰囲気の
流れがないため、基板Ｗの面内温度分布を均一に保つこ
とが可能となる。

【００２０】ここで、基板昇降ピン１とピン受け部材２
とは、互いに固着された状態であっても良い。しかし、
この場合は、基板昇降ピン１の上端の球状体が貫通孔を
完全に塞ぐために、基板昇降ピン１の停止位置を高い精
度で実現することが必要となるため、先述のように、基
板昇降ピン１とピン受け部材２とは固着されていない方
が望ましい。この場合は、基板昇降ピン１は自ずからの
重さで貫通孔を完全に塞ぐことが可能であり、ピン受け
部材２を停止させるための制御機構も複雑なものとはな
らない。

【００２１】また、ピン受け部材２が上昇して、基板昇
降ピン１に基板Ｗを載置した状態を図４に示す。図４に
示すように、ピン受け部材２が熱効果プレート１３の内
部にまで入り込み、基板昇降ピン１を持ち上げている。
そして持ち上げられた基板昇降ピン１の先端部には、基
板Ｗが載置されている。このような状態で搬送アームと
の基板Ｗの受け渡しを行う。ここで基板Ｗと基板昇降ピ
ン１との接触する部分は最小限の大きさとすることが望
ましい。これは、面内温度分布を均一にするという観点
から、互いに温度の異なる２つのものを接触させる部分
を極力小さくするためである。また基板昇降ピン１に基
板Ｗが載置されている状態でピン受け部材２が下降する
と、サセプタ７の基板を支持する位置で基板Ｗは図１に
示すようにサセプタ７によって支持される。そしてさら
に基板昇降ピン１は下降し、基板昇降ピン１の上端の球
状体が基板昇降ピン１を挿通させるために開けられた貫
通孔を塞ぐ。

【００２２】つぎに図１に戻って、ピン受け部材２を昇
降させるための機構について説明する。図１に示すよう
に、ピン受け部材２はピン昇降棒３の上端に固着されて
いる。そしてピン昇降棒３の他端はピン昇降機構４に接
続されている。ピン昇降機構４が駆動すると、ピン昇降
棒３が上昇（Ｚ方向移動）または下降（−Ｚ方向移動）
する。このピン昇降棒３の昇降によって、ピン受け部材
２が昇降し、さらに、基板昇降ピン１が昇降するような
構成となっている。なお、ピン昇降機構４の内部構成
は、プレート駆動機構６と同様に、例えばモータとボー
ルスクリューとによる昇降手段などのピン受け部材２を
昇降させることが可能な構成であれば良い。

【００２３】このような構成において、基板昇降ピン１
を上昇させ、基板Ｗの搬入出を行う状態を図５に示す。
図５に示すように、ピン昇降機構４がピン昇降棒３を上
昇させることによって、ピン受け部材２を上昇させてい
る。そして、ピン受け部材２は基板昇降ピン１を持ち上
げている。さらに、基板昇降ピン１の上端には基板Ｗを
載置し、サセプタ７よりも上方に持ち上げる。そして基
板Ｗを搬送アーム２０との基板Ｗを受け渡しする位置に
移動させる。

【００２４】ここまで説明したような構成において、熱
効果プレート１３により反射した輻射エネルギーが基板
Ｗの裏面に対して均一でない場合には、基板Ｗの熱処理
における基板Ｗの面内温度分布が不均一になる。このよ
うな問題を解決するために、この発明の枚葉式熱処理装
置においては、熱効果プレート１３を回転させることに
よって、基板Ｗの裏面に反射する輻射エネルギーを均一
になるようにしている。これを再び図１により説明す
る。まず、熱効果プレート１３を回転させる必要がある
場合には、プレート駆動機構６に熱効果プレート１３を
昇降させる機構に加えてプレート支持部材５の中心を軸
として、略水平面内でＲ方向に回転させる回転駆動機構
を備える。当該回転駆動機構はモータなどのように回転
運動するものであれば良い。そして当該回転駆動機構に
よって、プレート支持部材５がＲ方向に回転し、さら
に、熱効果プレート１３が略水平面内でＲ方向に回転す
る。これによって、基板Ｗの裏面に対して輻射エネルギ
ーが均一になり、基板Ｗの面内温度分布が均一になる。

【００２５】なお、熱効果プレート１３を回転させてい
るときは、基板昇降ピン１もプレート支持部材５の中心
を軸としてＲ方向に回転する。しかし、ピン受け部材２
は回転しないため、熱効果プレート１３の回転停止位置
については、常に同じ位置に停止するように設定する。
このために、熱効果プレート１３の回転角を検出するよ
うなセンサを設ける。このようにして、ピン受け部材２
がピン昇降機構４によって上昇する際に、正確に貫通孔
に進入し、基板昇降ピン１を持ち上げることが可能にな
る。また、図２に示すように基板昇降ピン１が等間隔に
３本設けられている場合には、熱効果プレート１３の回
転方向の停止位置は、１２０゜または２４０゜移動して
も良い。

【００２６】つぎに、基板昇降ピン１の形状であるが、
図３に示すような基板昇降ピン１の上端は球状体である
ことに限定されない。重要なのは、基板昇降ピン１を挿
通させるための貫通孔を塞ぐことであるので、基板昇降
ピン１の上部の任意の部分に貫通孔を塞ぐことが可能な
形状を備えていれば良い。これの一例を図６に示す。図
６は、この発明の基板昇降ピンの変形例を示す図であ
る。図に示すように、基板昇降ピン１の上方は鍔状に形
成されており、当該鍔状部分によって貫通孔を塞ぐ構成
となっている。

【００２７】さらに、ここまでは基板昇降ピンが昇降す
ることによって搬送アームから基板を受け取りまたは渡
す構成について説明してきたが、この発明においては、
基板昇降ピンを昇降させるのではなく、サセプタと熱効
果プレートとを昇降させることによっても実現可能であ
る。すなわち、ピン受け部材には昇降手段がなく、固定
されている状態で、基板昇降ピンを熱効果プレートから
突出させたり、熱効果プレート内に収納したりする際に
は、サセプタと熱効果プレートとを同期して上下動させ
ることによって、基板をサセプタ上に載置したり、ま
た、基板昇降ピンの上端に載置したりすることが可能と
なる。熱効果プレートとサセプタとが上昇すると、サセ
プタ上に基板を載置し、さらに上昇すると基板昇降ピン
に形成された鍔状部分が熱効果プレートに形成された貫
通孔を塞ぐため、基板に対する熱処理中に熱効果プレー
トの上方および下方の温度差による対流が発生しない。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、基板昇降手段が、貫通孔を閉塞する閉塞
部を上部に有するため、基板の熱処理中は、プレートの
上方および下方における温度差による雰囲気の対流が防
止でき、基板の下方に雰囲気の流れがないため、基板の
面内温度分布を均一に保つことが可能となる。

【００２９】請求項２に記載の発明によれば、基板昇降
手段と昇降駆動手段とは、離接自在であるため、基板昇
降手段は自らの重さで貫通孔を完全に塞ぐことが可能で
あり、昇降駆動手段を停止させるための制御機構は簡単
なものとなる。

【００３０】請求項３に記載の発明によれば、プレート
の上面には、石英板が設けられているために、基板と接
触するのは石英質であるために、基板が金属汚染される
ことを防止することができる。

【００３１】請求項４に記載の発明によれば、プレート
を略水平面内で回転させる回転駆動機構を備えるため、
基板の裏面に対する熱的影響が均一になり、基板の面内
温度分布が均一になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態の基板の枚葉式熱処理装
置の処理チャンバの側面断面図である。

【図２】この発明の基板の枚葉式熱処理装置の処理チャ
ンバの平面図である。

【図３】この発明の基板昇降ピンを示す図である。

【図４】この発明の基板昇降ピンに基板を載置した状態
を示す図である。

【図５】この発明の基板昇降ピンを上昇させて基板の搬
入出を行う状態を示す図である。

【図６】この発明の基板昇降ピンの変形例を示す図であ
る。

【図７】従来の基板の枚葉式熱処理装置の側面図であ
る。

【図８】従来の基板の枚葉式熱処理装置における熱処理
中の基板昇降ピンの状態を示す図である。

【符号の説明】

１基板昇降ピン２ピン受け部材３ピン昇降棒４ピン昇降機構５プレート支持部材６プレート駆動機構７サセプタ１３熱効果プレート１４石英板２０搬送アーム

フロントページの続き (72)発明者西原英夫京都市伏見区羽束師古川町322番地大日本スクリーン製造株式会社洛西事業所内 (72)発明者増田充弘京都市伏見区羽束師古川町322番地大日本スクリーン製造株式会社洛西事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱処理の対象となる基板を加熱するため
の加熱手段と、前記基板の搬入出を行うための搬入出口が形成された処
理室と、前記処理室内に設けられて前記基板を所定の基板支持高
さで支持するための基板支持手段と、前記基板支持手段の下方に設置され、前記基板に熱的影
響を付与するプレートと、前記プレートに形成された貫通孔を介して上下方向に進
退可能であり、昇降駆動手段からの駆動力によって前記
基板支持高さと当該高さよりも高い位置との間で前記基
板を昇降する基板昇降手段と、を備える基板の枚葉式熱
処理装置であって、前記基板昇降手段は、降下時に前記貫通孔を閉塞する閉
塞部を上部に有することを特徴とする基板の枚葉式熱処
理装置。
【請求項２】請求項１に記載の基板の枚葉式熱処理装
置において、前記基板昇降手段と前記昇降駆動手段とは、離接自在で
あることを特徴とする基板の枚葉式熱処理装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の基板の
枚葉式熱処理装置において、前記プレートの上面には、石英板が設けられていること
を特徴とする基板の枚葉式熱処理装置。
【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
の基板の枚葉式熱処理装置において、前記プレートを略水平面内で回転させる回転駆動機構を
さらに備えることを特徴とする基板の枚葉式熱処理装
置。