JPH10510397A

JPH10510397A - 酸素感応製品の熱処理方法

Info

Publication number: JPH10510397A
Application number: JP8517691A
Authority: JP
Inventors: エル．メルガールド，ハンス; エー．ラルソン，ルイス
Original assignee: デスパッチインダストリーズリミティドパートナーシップ
Priority date: 1994-12-07
Filing date: 1995-12-05
Publication date: 1998-10-06
Also published as: EP0796353A4; EP0796353A1; US6036793A; WO1996017968A1

Abstract

(57)【要約】本発明は、酸素感応性ワークを熱処理する方法及びオーブン（１０）を提供する。本発明において、オーブン（１０）はオーブン室（５０）と外部ハウジング（１２）とを備え、それらの間に包囲部（８０）が画成される。オーブンはさらに、ドア又はハウジング（１２）に支持される膨張可能なシール（６６）を備える。シール（６６）は、ドア（２６）とハウジング（１２）との接触領域に沿って延び、窒素含有ガスがシールに満たされる。ワークがオーブン室（５０）に配置され、オーブン室（５０）が封鎖される。加熱された不活性ガスが包囲部（８０）内で循環させられて、オーブン室（５０）を加熱するとともに、オーブン室を所望の処理温度に保持する。次いでオーブン室は、好気性ガスを循環させることにより冷却される。

Description

【発明の詳細な説明】酸素感応製品の熱処理方法発明の背景発明の分野本発明は、温度調整式オーブン、特にマイクロ電子半導体装置等の製造の諸段階で使用されるオーブンに関する。従来技術の説明多層ＬＳＩ回路チップ等の半導体マイクロ電子装置の製造においては、処理加工中のワーク（被加工物）を一定の高温に繰り返し曝す必要がある。この種の半導体装置は、時代の経過に伴ってさらに小さくかつ複雑になりつつある回路要素を備える。回路要素が小さくなるに従い、製造中に生じる欠陥がさらに問題となっている。このような装置の熱処理の間に汚染物質によって引き起こされる欠陥を回避するために、熱処理環境は存在し得る汚染物質を実質的に有しないものであることが重要である。加熱された雰囲気中の汚染物質は、集積回路、マイクロプロセッサ、ＬＳＩ回路配列等のための基板の製造時に得られる歩留りを実質的に低下させる。多くの普通の業務用オーブンは、１立方フィートの空気中に０．５ミクロン又はそれ以上の大きさの５００００個を超える粒子を生成することが知られている。半導体電子装置を処理加工するためには、処理オーブン内の粒子レベルを、空気１立方フィート当たりに０．５ミクロン又はそれ以上の大きさの粒子が１００個以下となるまで低減することが所望される。この基準以下に粒子群を除去することは、特に高温用途の従来の処理オーブンでは未だ確実に達成されていない。汚染物は、熱調整式オーブン内の加熱要素及び特に加熱要素の支持に使用されるセラミックディスクによって生じる。さらに、シリコンウエハや他のチップ基板はそれら自体がオーブン室を汚染し得る。オーブン包囲部のガラス繊維断熱材も、幾らかの汚染物を生成する。外部汚染物は、ブロワ及びブロワモータからオーブンに導入されている。このような目的で熱処理オーブンを構成するための従来の努力は、オーブン室を容易に清掃可能にすることに向けられてきた。オーブン内の材料の使用及び選定において、丸められた角が提供され、注意が喚起されている。さらに、米国特許第４，４６０，３３２号に開示される形式の加熱空気オーブンでは、エアフィルタを備えた取外し可能な第２のサブアセンブリが、クラス１００の空気浄化規格を満たすべく提供されている。電子基板の熱処理は、酸化の可能性が高温で増加するので、シリコン及び存在し得る金属化層の酸化を低減するために、不活性雰囲気内で処理することがしばしば要求される。その場合、ドアシール、ファンモータ軸シール、継ぎ目等のオーブン壁を貫通するあらゆる孔を通したオーブン内への空気の漏れ又はオーブンからの不活性雰囲気の漏れを低減するように構成された特殊な不活性雰囲気オーブンが必要となる。この種のオーブンは、デスパッチインダストリーズ(Despatc h Industries)のモデルＬＮＤ１−４２不活性雰囲気ベンチオーブンによって代表される。この種のオーブンでは、窒素等の不活性ガスが、シリコンウエハを内部に配置したオーブン室内に典型的に送給される。濾過された窒素の流れは、抽気及び維持流量計により典型的に制御される。抽気又は維持フローレベルの選択のために、一般に三方弁が提供される。モデルＬＮＤ１−４２オーブン及び類似の不活性雰囲気オーブンにおいて、窒素は典型的にＨＥＰＡフィルタを通して再循環され、オーブン環境から粒子群が除去される。それにより、オーブンに供給される典型的に未濾過の窒素に取り込まれた粒子群、及びワーク自体により生成され得る粒子群の双方の排除が促進される。しかしこの形式のオーブンは、オーブン内で窒素を再循環する際のＨＥＰＡフィルタの使用により、約２２０℃の固有の機能温度制限を受ける。短時間２２０℃以上で使用できるＨＥＰＡフィルタが有るが、そのような温度でのフィルタの長期の又は頻繁な使用は、フィルタで使用された結合剤を劣化させる傾向がある。その後このフィルタを加熱又は冷却すると、フィルタは粒子を発散する傾向があり、フィルタ自体が除去すべき粒子群の源となる。発散を排除すべくＨＥＰＡフィルタを低温環境に置いたままにして、予め濾過した窒素を炉に通して使用し、その窒素をオーブンに１回だけ流通させるようにすることができる。しかしこの解決策は、少なくとも２つの理由により、商業ベースで使用するには高価すぎる傾向がある。第１に、そのような単発の流通作業は、新鮮な窒素の一定かつ比較的大量の供給を必要とする。そのような窒素は、より一般的な他のガス（例えば空気）よりも高価である傾向があるので、しばしば商業規模での使用を禁じるほどのコストとなる。さらに、窒素を所望のオーブン温度又はそれ以上に加熱しなければならず、加熱ガスをオーブン内に保持する再循環システムに比較して燃料コストが増加する。したがって、モデルＬＮＤ１ −４２オーブン等の列型ＨＥＰＡフィルタを使用するオーブン、及び単発流通式オーブンはいずれも、不活性雰囲気が必要な場合の高温熱処理のために商業的に有効な方法でそれらを使用することを妨げる固有の制限を有するものである。不活性ガス雰囲気の使用に加えて、加熱された室内の上昇した温度が比較的一定で、室内のあらゆる２点間で所定度数以上に変動しないことを確保する必要がある。オーブン室全体に渡る温度の厳密な均一性は、あらゆる製品の処理加工をさらに信頼できるものにする。一般に製品の一貫性は、処理中のワークの周囲を再循環する不活性ガスの量の増加により向上する。この増加が、室内の温度変化を低減する傾向があるからである。均一性は温度に依存するので、一般に製品のばらつきはオーブン温度の上昇に従って増加する。したがって、室内に設置した熱電対により検出された温度変化に応答して、温度コントローラが正確かつ迅速に作動し、それにより生産作業毎のばらつきを低減するとともに、一回の作業中の室内の局部温度変化を低減することを確保する必要もある。窒素等の不活性ガスは典型的に、それが包囲部又は室内を再循環して処理中のワークに接触する際に、クラス１又はそれ以上のフィルタを通して濾過される。デスパッチインダストリーズのモデルＬＮＤ１−４２不活性雰囲気ベンチオーブンでは、前述したように強制対流熱が採用される。強制対流は、ガス流を生成するファンを使用するものであり、このガス流が室の全ての部分に一層効果的に熱を供給する。強制空気流の追加は、全体温度の均一性及び処理中のワークへの熱伝達の時間を著しく改善する。製品に対して向けられた空気は、製品を極めて迅速に加熱して製品を熱で単に包囲するとともに、重力オーブンでしばしば見受けられる成層及び他の局部温度変化を防止する。他方、再循環空気流は、室全体に渡って特定の空気分布パターンを再形成する。この空気分布パターンは、入口及び出口の配置、室の寸法、バッフルの位置、ファン空気流の出力並びに他の因子に依存する。このパターンはそれ自体、室内に幾らかの温度変化をもたらすことができる。再循環空気又は不活性ガスの流れは、集積回路の処理加工で使用される場合に、汚染物質を基板上に再循環し得るので、やはり不都合であろう。さらに、高温（例えば約３００℃以上）での放射伝熱は、処理中のワークの温度を放射加熱要素の温度に到らせる点で非常に重要なものとなる。有利なことに放射加熱は、処理中のワークを包囲する全ての部位から放射熱が一様に放出される場合に、温度の均一性をもたらすことができる。しかし従来の熱処理オーブンでそのような放出された放射熱の均一性を達成することは、放射熱がオーブンの形状及びオーブン内でのワークの相対位置に左右され得るので困難であった。多層ＬＳＩ回路チップ等を含むマイクロ電子装置の多くは、当該装置を処理加工しているときに、酸素の存在に特に感応し易い。多くのそのような装置では、加熱中のオーブン内の最小量の酸素の存在でさえも、進行中のワークの、容認できない最終装置を産するに十分な部分を酸化することができる。従来は、加熱された不活性ガスの正圧を室内に維持して、室内への周囲空気の流入を防止していた。しかし窒素又は他の不活性ガスのそのような広範な使用は、不活性ガスが空気等のさらに一般的な他のガスよりも高価であるので、装置の製造コストを増加させる傾向がある。発明の要約本発明は、熱処理中のワークの望ましくない酸化の危険性を低減する酸素感応性ワークの熱処理方法、及び酸素感応製品の使用に特に適したドアシールを有する改良形オーブンを提供する。本発明の方法によれば、オーブン室と外部ハウジングとを備え、オーブン室と外部ハウジングとの間に包囲部が画成されてなるオーブンが用意される。酸素感応性ワークはオーブン室内に配置され、オーブン室は外部環境及び包囲部から実質的に封鎖される。次に、加熱された不活性ガスを包囲部内で循環させ、オーブン室内の温度を例えば約１２５℃のワークの限界温度からより高い処理温度まで上昇させる。加熱された不活性ガスを包囲部内で循環させ続けて、特定の時間に渡り、オーブン室内の温度を所望の処理温度に保持することができる。その後、包囲部内の不活性ガスの温度を低減することにより、オーブン室内の温度を処理温度から限界温度まで低下させる。最終冷却、すなわち限界温度とより低い最終温度との間は、単純には周囲空気でよい低温の好気性ガスを、包囲部内に循環させることにより達成される。上記したように、本発明の他の実施形態は、酸素感応性ワークの熱処理に使用されるオーブンに関連して特に好適に使用されるドアシールを提供する。本発明のこの実施形態によれば、オーブンは、外部環境から実質的に封鎖されるオーブン室を形成する頂壁、底壁及び側壁を備えたハウジングを具備する。オーブン室はその壁の一つにドア開口部を備える。このオーブンはまた、開放位置と閉鎖位置との間を移動可能であって、ドア開口部を介してオーブン室への上記ワークの導入及び取出しを可能にするドアを備える。このドアはヒータを備え、ヒータはドアを加熱して、オーブン室内に放射エネルギを放出させる。オーブンはさらに、ドア又はハウジングに支持される膨張可能なシールを備える。このシールは、ドアとハウジングとの接触領域に沿って延び、窒素含有ガスがシールに満たされる。図面の簡単な説明図１は、本発明の方法を実施するに有用な温度調整式オーブンの側面図、図２は、図１に示すオーブンの平面図、図３は、図１のオーブンの端面図、図４は、図１の温度調整式オーブンの、ドア組体を取外した状態の端面図、図５は、図４の線Ａ−Ａに沿った断面側面図、図６は、図４の線Ｂ−Ｂに沿った断面平面図、図７Ａは、本発明の放射熱ドアの内部正面図、図７Ｂは、図７Ａのドアの線Ｃ−Ｃに沿った断面側面図、図８は、ワークを搭載してオーブン室内へ移動する第１及び第２マガジンを取付けた図１のオーブンドア及びドア開閉機構の部分側面図、図９は、図８に示すマガジンの積み降ろし用設備のフロア平面図、及び図１０は、Ｏリングの詳細を示すオーブンドアの一部分の概略断面図である。好適な実施形態の詳細な説明図１〜図４は、本発明の方法を実施するための温度調整式オーブン１０の好適な実施形態の外観を様々な図で示す。外部ないし外側ハウジング１２は、頂壁１４、底壁１６、並びに一側壁２２に開口部２５を有した複数の側壁１８、２０、２２及び２４を備える。開口部２５はドア２６によって閉鎖されるようになっている。ドア２６は、リニア軸受２７上に設置可能なテーブル２８の移動により、開放積み降ろし位置と閉鎖位置との間を側方移動する。テーブル２８は、プーリ及び駆動ベルト（図示せず）を介して動作するモータギヤドライブ３０により駆動されるボールねじ／ナットギヤ機構２９により望ましくは移動する。ドア２８は、熱をオーブン室内に導入するための放射加熱要素と、図７〜図９に示すように熱処理を受けるワーク（例えば集積回路や他の基板組体）を装填したマガジンを保持するラックとを備える。側壁１８に隣接する外部ハウジング３１は、入口管３３、３５及び３７を通る窒素ガス、空気及び水の流れを調整する弁を備える。それらの流れは、図１〜図３に略示する窒素ガス、空気及び水流量計３２、３４及び３６によりそれぞれ監視される。モータ４０は、加熱されたガスを包囲部（図５でオーブン１０内に８０で示す）内で再循環させるファン（図４及び図５に１０２で示す）を作動する。排気口４２は頂壁１４から延びて、内部温度状態に依存して加熱ガスを排気する。図３及び図４を参照すると、それぞれドア２６を閉鎖及び開放した状態の温度調整式オーブン１０を端面図で示す。さらに図４は、対向側壁５２及び５４、頂壁５６、底壁５８並びに端壁６０を有した内部オーブン室５０の幾つかの内部構成要素を破線で示す。オーブン室はさらに、これら２つの側壁並びに頂壁及び底壁によって画成される開口部から略側方外側へ延びる周縁フランジ６４を有利に備える。加熱された内部室５０は、開口部２５及び外側ハウジング１２内に嵌め込まれ、熱処理を行うワークを受容する熱処理室となる。内部室５０は、好ましくはステンレス鋼から形成され、室開口のフランジ６４及び膨張式０リング形シールで構成できるシール６６に対するドア２６の作用により閉鎖されるオーブン室を画成する。Ｏリング２００を、図示のようにドアに、又は内部室５０のフランジ６４に装着できる。Ｏリングは、ドアを閉鎖しかつＯリングを膨張させたときに、オーブン室を外部環境から効果的かつ実質的に封鎖するべく機能するように配置されなければならない。望ましくはＯリングは、高温シリコーン又はヴィトン（Viton）等の、比較的高温に耐えるようになっている比較的柔軟な高分子材料から形成される。Ｏリングの劣化を制限又は防止するために、シール６６に隣接するフランジ６４の温度をＯリングの最大温度以下に維持するための冷水導管６７を備えることが有効であるかもしれない。図１０に最も良く示されるように、Ｏリング２００はその弛緩状態（例えばドアがその開放位置にあるとき）で、Ｏリング内部に略管状空間２０４を画成する略管状構造２０２であることが望ましい。この空間は、あらゆる適当なガスを充填したり、或いは真空下に置いて０リングを収縮させたりして、所望のシール特性をもたらすことができる。本発明の一実施形態によれば、Ｏリングは実質的に嫌気性のガスで膨張させられる。それにより、Ｏリングが破裂したり、さもなくば収容した膨張ガスの漏れを生じたりした場合にも、Ｏリングを空気で膨張させた場合に生じたであろうオーブン室内への酸素の侵入が防止される。嫌気性ガスは、オーブン室内で処理されているワークに対し限られた反応性を示す実質的にあらゆるガスであることができる。例えば多くのマイクロ電子装置に関し、Ｏリング内のガスは、実質的全体が窒素であるガスや約４％までの水素等の還元剤を含有する窒素ガス等の、嫌気性の窒素含有ガスから構成でき、それにより、経時でＯリングの管状空間に漏れ得るあらゆる酸素の影響を低減することができる。このＯリングは、ドアの開放時に収縮しかつドアの閉鎖時に膨張するように、使用の度毎に膨張及び収縮させることができる。Ｏリングをそのように膨張及び収縮させなければならない場合は、ドアは、膨張時に嫌気性ガスを送給するとともに収縮時にＯリングからガスを排出するための、Ｏリングの管状空間２０４に流体流通するガス供給部２１０を備えることができる。しかし必ずしもＯリングを、オーブンの使用の度に膨張させなくてもよい。その代わりに、オーブンの据え付け時にＯリングを膨張させることができ、そして日常の整備時にＯリングを交換したり欠陥を有するＯリングを交換したりする必要があるときは何時でも、Ｏリングを嫌気性ガスで再膨張させたり、嫌気性ガスで膨張した新たなＯリングに交換したりすることができる。内部室５０を形成する複数の壁は、室のフランジ６４を図４に示すドア開口部２５の周囲に取付けることにより、包囲部８０内に支持される。この取付けは、溶接等により実質的に気密に形成されることが望ましい。以下に詳述する理由により、内部室５０の側壁５２及び５４には多数の小径孔が穿設される。一実施形態では、それら壁の各々は平方インチ当たり５個のそのような孔を備え、一例として合計２７００個の孔を備える。それら小径孔は、レーザ加工等により形成でき、約０．０１５インチの直径を有する。しかし、これら孔の相対的な寸法及び間隔は、後述するように孔を通るガスの所望の流量を達成するに必要な範囲で変更できることを理解すべきである。多孔側壁５２及び５４の背後には、ガス供給分配室又はプレナム７０及びガス排気分配室又はプレナム７２がある。プレナム７０及び７２は、内部包囲部の頂壁及び背壁に封鎖され、供給多岐管７４及び戻り多岐管７６を介して、窒素等の不活性ガスであり得る濾過されたガスの源及び排気部に連結される。分配室又はプレナム７０及び７２は、長方形の箱状包囲体により形成され、この包囲体が室又はプレナムの内部を、包囲部８０内を循環する加熱されたガス及び冷却されたガスから実質的に封鎖する。オーブン室の対向側壁５２及び５４におけるプレナム７０及び７２は、供給多岐管７４及び戻り多岐管７６に取付けられる。これらプレナム７０及び７２は、包囲体の室側で多孔側壁５２及び５４によって境界を付され、それにより、供給多岐管７４から放出された不活性ガスが、側壁５２の孔群を通ってオーブン室内に移行するとともに、他の側壁５４の孔群を通ってオーブン室から戻り多岐管７６内へ流出することが可能になる。図４〜図６に示すように、加熱された空気を大気へ放出するための排気口４２は、ダンパモータ４４によって作動するダンパ４３を備える。新鮮ガス導入口４５は、やはりダンパモータ４７によって作動するダンパ４６を備え、冷却ガスを包囲部８０内に導入する。概説すれば、排気口４２及び新鮮ガス導入口４５の双方のダンパは、処理温度での均熱期間中及び加熱期間の少なくとも一部分の間は閉じられ、不活性ガスが包囲部８０内を再循環する際に、内部室５０内に所望の平衡温度を維持する。冷却中は、排気ダンパ４３及び新鮮ガス導入ダンパ４６は開放され、ファン１０２が、周囲空気や他の供給ガスを新鮮ガス導入口を通して取込むとともに、排気口４２を通してガスを排出して、オーブン室の複数の壁を冷却する。これらダンパの動作は、本発明の方法に関連して後述する。再び図５及び図６を参照すると、それぞれ図４の線Ａ−Ａ及び線Ｂ−Ｂに沿った断面側面図及び断面平面図が示される。これら２図面は、外部ハウジング１２の複数の外壁と内部熱処理室５０の複数の壁とによって形成された包囲部８０を示す。包囲部８０は、ドア開口部２８の部分を除く外壁１４、１６、１８、２０、２２及び２４の内面に隣接する断熱材層８２により、部分的に満たされる。外部包囲体の側壁１８及び２４の内面に取付けられた一連のバッフル板９２及び９４は、加熱されたガスの流れを包囲部８０内で方向付ける。断熱材層８２は、外壁群を外部環境から熱絶縁するとともに、包囲部８０内の熱の保持を可能にする。再循環ガスは包囲部８０内で、ヒータハウジング１００内に配置されたヒータ（図示せず）により加熱され、加熱されたガス（又は他のガス）は、モータ４０により駆動されるファン１０２により循環させられる。ヒータは、所望温度での十分なガス体積流量を生成するに適したあらゆる形式のもので構成できる。抵抗加熱要素が良好に機能することが判っている。有利なことにヒータ及びヒータハウジング１００は、整備や交換等のために包囲部８０から容易に取外すことができる。ヒータ及びハウジングは、モジュール連結構造を介してオーブンの他の部分に容易に連結及び離脱可能な単体ユニットとして作製できる。１つの例示的実施形態では、加熱されたガスは最初に上方に、オーブン室５０の後壁及び頂壁（それぞれ６０及び５６）の背後及び上方へと向かう。加熱されたガスはその後、側壁５２及び５４に支持されたバッフル板９２及び９４により、これら壁に隣接して下方へ向けられる。次いでガスは、他のバッフル板（図５で９６）により底壁５８に沿って方向付けられる。バッフル板９６はその後、底壁の下方に設置されてバッフル板９６に支持される熱交換器１０４を通してガス流を方向付ける。加熱されたガスはこのように、オーブン室５０の壁５６、５８及び６０の外面に直接に接し、かつプレナム７０及び７２の外壁に接して循環する。プレナム７０及び７２に供給された熱は、プレナムによりオーブン室の側壁５２及び５４に伝達され、それによりオーブン室５０の六面のうち五面を加熱する。内部室の加熱された壁群は、それにより、オーブン室５０内に配置した処理中のワークを後述するようにして放射加熱する。さらに、室５０を通過する窒素又は他のガスは、供給多岐管７４を通して送給される前に熱交換器１０４内で予熱される。好適な実施形態では、窒素ガス等の不活性ガスは、管接続部１１０に導入される前にクラス１フィルタを通過させられる。次いでガスは、供給多岐管７４に向かう前に熱交換器１０４を通過して、ガス供給多岐管７４に送られる。循環する高温ガスがこの供給多岐管を収容したプレナム７０を加熱するので、窒素ガスは、オーブン室へ導入される前に、オーブン室５０内の物品と実質的同一の温度まで予熱される。これにより、比較的低温のガスが供給多岐管を介して導入される場合に起こり得るような、オーブンキャビティ内のあらゆる温度変化を排除することが促進される。加熱された窒素ガスは、第２の包囲体の側壁５４に分散配置された複数の孔を通過し、望ましくはオーブン室５０を横方向に通過して、その中に配置された処理中のワーク、例えば集積回路や他の基板組体、を覆って流れる。ガスは、室５０を１回通過した後、反対側の側壁５２の孔群を介して排出され、排出室及び戻り多岐管に通され、排気管接続部１１２から外部へ戻される。側壁に比較的小さな孔群を用いることにより、室５０を通る窒素又は他のガスの相当に拡散した流れの提供が促進され、室を通る層流の確立が促進される。この拡散層流は、殆ど拡散しないガス流を使用した場合に起こり得る処理中のワーク上のあらゆる温度変化又は表面むらの低減を促進する。排気管接続部１１２は、内部室５０内のオーブン室の正圧を維持するのに役立つ吸引器（図示せず）に接続される。排気システムを出るガスは、排気ファン等により外部環境に向けられる。このようにして、加熱された不活性ガスは、オーブン内で処理される製品の温度均一性や表面品質に著しく不利な影響を及ぼすことなく、処理中のワークを包み込むとともに、空気等の酸化性化合物や加熱工程中にワークから生じるガス及び粒子を室から除去するために使用できる。熱処理サイクルの初期加熱段階において、このガス供給は、オーブン内の温度が、それを超えるとワークへの酸化損害が生じ得る限界温度に達する前に、オーブン室に不活性ガスを流し込むことによりオーブン室内の全ての酸素を実質的に取除くために使用できる。多くのＬＳＩ回路チップに関し、この限界温度は典型的に１２５℃である。オーブン室内に比較的一様な温度分布を維持するために、ドア２６は独立した加熱装置を備えることが望ましい。１つの好適な実施形態では、ドアは図７Ａ及び図７Ｂに示すように、ドア本体内部に加熱配列１２０を形成する抵抗加熱要素１１６及び１１８を備えて作製される。抵抗加熱要素配列１２０は銅伝熱層１２２を介して連結され、ドア２８の内面１２８を加熱する。ドア２８は、抵抗加熱配列１２０とドア外面１３０との間の絶縁層１３２によって絶縁できる。抵抗加熱配列１２０は図１及び図４に示すように、テーブル２８の下方に延設される可撓性電カケーブル１２４により、電源１２６に電気的に接続されることが望ましい。図１及び図８に示す実施形態を参照すると、ドア２６は、キャビティ５０の開口部から外方へ略水平に延びるテーブル２８に取付けられたリニア軸受２７に装着される。駆動機構２９は、ドア基部のねじ部（図示せず）に噛合するモータ３０によって駆動される駆動ねじで構成でき、ドア２６をテーブル２８上でリニア軸受２７に沿って側方移動するために使用される。ドアは、図８に示すワーク積み降ろし用の開放位置と、ドア内面１２８を室５０の周縁に沿ったフランジ６４に当接する閉鎖位置との間を移動できる。上記したように、ワークをオーブンに積込むとき又はオーブンから取出すときは、ドア２６は図８に示すその開放位置にある。所望により、複数のワークをマガジン１５０及び１５２等に支持させて、自動積み降ろしを容易にすることができる。好適な実施形態では、複数のワークはドア装着ラック１５４に支持される。望ましくはこのラックは、それに支持したワークをオーブン室５０の実質的中央に配置するようになっている。ワークを室５０の略中央に配置することにより、室の加熱された壁への近接さに関連する熱処理の変動性を低減できる。一実施形態では、積込み作業は以下のようにして行われる。まず、モータ３０が始動してドア２６を移動し、第１マガジン１５０をワークの積込みに適した位置に配置する。後述するように、ワークをドアのラック１５４の第１マガジンに積込むために、ロボット１４６を使用できる。ワークを第１マガジンに置いた後、ドアを後方（図８で左側）へ移動して、ワークを第２マガジン１５２に積込むための位置にドアを配置する。そこで次のワークを、ロボットにより第２マガジンに積込むことができる。この積込みシーケンスは、全ての基板がマガジン１５０及び１５２に積込まれてしまうまで継続し、ドア２６は、それがオーブン室５０のフランジ６４に強固に係合するまでリニア軸受２７に沿って移動することにより閉鎖される。そこで前述したシール６６を（例えば窒素により）膨張させることができ、予め定められた時間及び温度プロフィールに従ってワークの熱処理のための処理加工サイクルを開始できる。処理加工サイクルが完了し、ワークが熱処理工程の最終温度、望ましくは約６０℃程度まで冷却されてワークへの熱衝撃が制限された後、ドア２６を開放できる。そこでワークを、前述した積込みシーケンスの逆に類似した手順で、ロボットアームによりマガジンから降ろすことができる。マイクロ電子装置が室温での酸素の存在に一般に安定性を有し、したがって大気環境での使用が可能である一方で、それが高温で熱処理されるときには酸素の存在にしばしば感応し易くなる。例えばＬＳＩ回路チップは一般に、連続する層の各々を所定時間に渡り３００℃を超える温度に加熱することにより形成される。それらの層は約１２５℃以下では酸素の存在に比較的安定性を示す傾向があるが、ワーク近辺の温度がこの限界温度を実質的に超えると、ワークへの酸化損害が生じ得る。酸化は比較的小さなものであるが、このような比較的小さな欠陥であっても、その欠陥の規模がチップ上に典型的に形成される回路の規模に鑑みて考慮される場合には不完全な製品を生じ得る。前述したように、このオーブンは、ＬＳＩ回路チップ等のマイクロ電子装置を含む酸素感応性のワークに関連して使用するために、特に好都合である。一実施形態では、本発明は、酸素感応性ワークを熱処理する方法であって、前述したような温度調整式オーブン１０を有利に利用することができる方法を提供する。この方法は、オーブンの運転効率を最大限にしつつ、ワークの酸化損傷の危険性を低減することを企図するものである。本発明の方法によれば、両者間に包囲部を画成するオーブン室と外部ハウジングとを備えたオーブンが用意される。図示実施形態では、オーブン室を５０で示し、外部ハウジングを１２で示し、包囲部を８０で示す。しかし本発明の方法は、添付図面に示したオーブンの構造とは異なる構造を有したオーブンを用いて実施できることを理解すべきである。酸素感応性ワーク（単数又は複数）がオーブン室に導入されると、ドア２６を前述したように閉鎖位置に移動できる。本発明の他の実施形態によって膨張可能なＯリングを使用する場合は、次にＯリングの管状空間２０４に「不活性」ガスを送給してＯリングを膨張させることができる。ここで用いたように、ガスに関する「不活性」という用語は、熱処理されているワークと処理温度とに少なくとも部分的に依存する。特に、このような文意での不活性ガスは、実際上は、適切な熱処理温度でワークに対し実質的非反応性であるか、さもなくば熱処理製品の品質を実質的に劣化させることなくワークの存在下で使用できる全てのガスであり得る。例えばＬＳＩ回路チップを熱処理する場合、典型的に窒素が、製品の品質にいかなる材料悪影響も及ぼすことなく処理対象のチップに接触できる。したがってワークがＬＳＩ回路チップ等である場合、Ｏリングの管状空間２０４に供給される不活性ガスは、実質的全体を窒素から構成できる。所望の場合には、供給不活性ガスに所定量の還元剤を含ませて、システムに侵入するあらゆる酸素の影響を制限することができる。例えば、約４％の水素を含有する窒素は、同様の適用で良好に作用することが判っている。ドア２６が閉鎖され、オーブン室５０がオーブン１０の外部環境及び包囲部８０から実質的に封鎖されると、加熱されたガスは包囲部内を循環してオーブン室を加熱することができる。熱処理の加熱段階が始まるときに、包囲部は前工程からの幾らかの空気を含むかもしれない。その場合には、排気口４２のダンパ４３を開放し、望ましくは実質的嫌気性の不活性ガスを新鮮ガス導入口４５を介して供給することにより、包囲部から空気を実質的に取除くことができる。オーブン室内の温度がワークに対する限界温度（前記参照）に達する前に、大部分の酸素を包囲部から除去して包囲部８０内に不活性ガスを供給すべきである。例えばＬＳＩ回路チップの場合、オーブンキャビティ内の温度が約１２５℃に達する前に、包囲部８０内の全ての酸素を包囲部から実質的に除去すべきである。次に、排気弁及び新鮮ガス導入弁（それぞれ４２及び４５）のダンパ４３、４６を閉鎖して、加熱された不活性ガスを包囲部内で再循環させ、オーブン室が限界温度からワークの熱処理温度まで加熱されるようにすることができる。次にワークの熱処理プロフィールを、これは１つ以上の上昇処理温度での均熱を典型的に有するものであるが、加熱された不活性ガスを包囲部内で再循環させることにより実施できる。前述したように、包囲部内の不活性ガスの温度は、この熱処理プロフィールを達成するヒータハウジング１００内のヒータにより制御できる。前述したように、ドア２６はドアを加熱する加熱要素を備える。ドアの温度はこれら加熱要素により、オーブン室の残りの壁群と略同じ温度に望ましくは維持され、それによりオーブン室内のさらに優れた温度均一性が確保される。熱処理が実質的に完了すると、オーブン室内の温度は、包囲部内を再循環するガスを冷却することにより低減できる。それを所望する場合、ヒータにより再循環ガスに付与された熱を減少させるだけで、比較的ゆっくりと開始することができる。しかしこの冷却は、ダンパ４６、４３を開放し、新鮮ガス導入弁４５を介して冷却ガスを導入するとともに、包囲部内の高温ガスの幾らかを排気弁４２を介して排出できるようにすることにより、促進されることが望ましい。後述するように、冷却サイクルの高温部分の間に、包囲部８０内の雰囲気を実質的不活性に維持することが肝要である。特に、オーブン室内の温度がほぼワークの限界温度に低下するまでの間、不活性ガスを包囲部内に循環させるべきである。オーブン室をこの温度まで冷却したならば、包囲部内に好気性ガスを許容することにより冷却の最終段階を著しく促進することができる。この好気性ガスは、処理加工されたガスよりも実質的に安価である点で、オーブン１０の近辺からの周囲空気が最適である。その場合、オーブン室内のワークのあらゆる粒子汚染の危険性を排除するために、周囲空気を包囲部への導入前にフィルタに通すことができる。オーブン室が望ましくは約６０℃以下の最終温度まで冷却されてワークへの熱衝撃が低減されると、ドアを開放できる。そこでワークをオーブン室から取出すことができ、一組の新しいワークを熱処理のためにオーブン室内に置くことができる。続いて、最初の組のワークの最終冷却の間に導入された空気を、前述したように包囲部から取除くことができる。或いは、新しいワークに対しドア２６を閉鎖する前に包囲部８０内の空気を取除くことにより、空気の除去前に空気を不要に加熱することを回避することができる。本発明のこの方法は、オーブンの運転コストを最小限にしつつ、極めて安全な熱処理オーブンを提供する。不活性ガスを使用してオーブン室を高温に加熱することにより、本発明の方法は、包囲部８０内のガスがオーブン室内へ侵入することを許容するであろうオーブン室の漏れに関連する危険性を最小限にする。そのような漏れが生じた場合には、不活性ガスのみがオーブン室へ侵入し、好気性ガスが包囲部に存在した場合に生じ得る潜在的損害を実質的に回避する。運転温度にあるオーブン室内に十分な酸素の存在が許容された場合は、全てのワークが酸化損害によりだめになるであろう。一組の多層ＬＳＩ回路チップの形成工程が数ヶ月かかり得るので、この危険性は重大なものである。しかし不活性ガスは窒素でさえ比較的高価である。本発明は、冷却工程を完了すべくオーブン室の温度がワークの限界温度よりも低下したときに、周囲空気を使用することができ、それにより、オーブン室を冷却するために相当量の不活性ガスを供給することに関連したコストを削減する。しかしこの方法は、オーブン室が低温のときには空気のみを使用するので、包囲部からオーブン室への空気の侵入を許す漏れがオーブン室にある場合にも、ワークへの酸化損害は殆ど又は全く無いことが必要である。そのような場合、上記したオーブンを選択的に用いることができる。包囲部８０からオーブン室５０への漏れの危険性がさほどではない場合、又は漏れが極めて重大な影響を生じるように思われない場合は、包囲部内に不活性ガスではなく空気を循環させることにより本発明のオーブンを使用することができる。或いは、製品がいかなる酸素にも極めて感応し易い場合は、熱処理サイクルの全体を通して包囲部内に不活性雰囲気を維持することが有利であるかもしれない。そのような工程は本発明方法の範囲に含まれないが、本発明の他の実施形態によるドアシールを有するオーブンは、そのような形態で使用できることを理解すべきである。図９は、例えば集積回路基板等のワークを熱処理用のオーブン室５０に積込みかつオーブン室５０から取出すための１つの有効な手段を示す。オーブンは、最適にはクラス１の環境であるクリーンルーム内で、自動又は遠隔操作ロボット装置に隣接して設置される。このロボット装置は、ワークに対する人の介在及び生じ得る汚染を最小限にするように、ワークを取扱うものである。図９に示すように、最適にはオーブン１０は、密閉壁システム１４８に取り付けられて、ドア２６及びテーブル２８がクリーンルーム環境包囲部１４９に取り囲まれる。ワークを支持するマガジンは、３軸ロボット１４６によりドアラック１５４に載せかつドアラック１５４から降ろすことができる。３軸ロボット１４６は、マガジンを取上げ、積込みステーション１５６とオーブンとの間でマガジンを移送する。図９に概略で示すように、計算機制御コントローラ１６０を環境包囲部１４９の外側に配置でき、それによりオペレータがキーボード等を利用してシステムの運転を制御することができる。１つの好適な操作方法では、処理加工中のワークは、二次加工工程の全体に渡って人の接触から実質的完全に隔離される。状況によっては、例えばワークに材料層を被着する二次加工ステーション（図示せず）と、ワークを熱処理するオーブンとから、ワークを繰返して移動する必要があるかもしれない。そのような状況では、ワークを充填したマガジンを、オーブンと他の二次加工設備の区域との間で移送するために、「ポッド(pod)」と称する包囲部内に包囲することが望まれよう。このポッドは、移送作業の間に、設備の各部分を「汚し」得る、すなわち高クリーンルーム基準に維持しない周囲雰囲気から、実質的に隔離することができる。積込みステーション１５６には、ポッドを開放してその中のマガジンを取出すための操作設備を備える必要があろう。本発明による温度調整式オーブンは、高基準の清浄さ、温度均一性及び制御が際立って重要とされる、多層ＬＳＩ回路チップ等のマイクロ電子装置の二次加工に使用するために、特に適している。基板又は集積回路はマガジン内に配置され、マガジンは、ドアの閉鎖を伴ってオーブン室内に挿入され、そこで製造工程の明細の要求に依存して選択された温度プロフィールに曝される。各温度プロフィールは、特定の時間及び対応温度サイクルを有する。例えば、集積回路チップの製造で一般に使用される時間サイクルは、３〜４時間から１０時間以上までの長さで変化し得る。温度サイクルは、ドア閉鎖時の周囲温度で始まり、目標処理温度（例えば４００℃）までの比較的漸進的な温度上昇、特定温度での均熱時間、及び制御下の冷却期間を典型的に備える。全温度サイクルの間、オーブン室５０を通るガスの流量は一定流量に維持されることが望ましい。ワークの性質に依存して、この流量は通常は５〜１０ＳＣＦＭ（標準立方フィート毎分）の範囲である。加熱されたガスは、通常例えば１０００ＳＣＦＭの非常に大きな流量で包囲部８０内を循環し、室５０の壁群の温度均一性を最大限にする。全サイクルを通して、不活性ガスの流出を制限することにより正圧（例えば０．５インチ水柱）がオーブン室内に維持され、それにより、オーブン室のあらゆる漏れを介した室５０内への空気や他の生じ得る汚染物の流入が制限される。上記したオーブンは、オーブン室の立方フィート当たりの粒子の数にり清浄さのクラスが決まる「ウルトラクリーンオーブン」として特徴付けられる。例えばクラス基準は以下の通りである。０．５ミクロン以上の粒子１個／立方フィートはクラス１０．５ミクロン以上の粒子１０個／立方フィートはクラス１００．５ミクロン以上の粒子１００個／立方フィートはクラス１００前述したオーブン構造は、クラス１〜クラス１０の基準を満たす最上級の清浄さを達成することが判っている。オーブン室の清浄さは、特定の時間に渡りテストサンプルに堆積する粒子の数及び寸法を測定することによっても特定することができる。超清浄な磨かれたシリコンウエハのテストサンプルを、オーブン室内に配置する前に、公知の手段により計数及び測定することができる。熱処理サイクルを実施した後、このサイクルの間に追加された粒子の数及び寸法を計数及び測定する。適用によっては例えば、半時間の熱処理につき０．５ミクロン寸法の５個以下の粒子をワークに追加できる。本発明によるオーブンは、オーブン室内の温度均一性を相当に犠牲にしたり、製造作業を著しく妨害したりすることなく、これらの要求基準を満たすことが判っている。本発明の１つの好適な実施形態の上記説明は、不活性雰囲気オーブンに関連して、放射加熱並びに特に抵抗加熱式のオーブンドア及びガス加熱式の５個の壁の使用を企図したものである。抵抗加熱式のドアは、上記した放射加熱オーブンの他に、従来の強制ないし重力対流式オーブンや、他の形式の抵抗加熱式放射オーブンに適用できる。本発明の好適な実施形態に関して説明した構成に対するこれら及び他の修正、変更及び等価交換は、当業者にとって自明であろう。本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の精神及び添付クレームの範囲から逸脱することなく、様々な変更、翻案及び修正を成し得ることを理解すべきである。

Claims

【特許請求の範囲】１．酸素感応性ワークの熱処理方法であって、ａ．オーブン室と外部ハウジングとを備え、該オーブン室と該外部ハウジングとの間に包囲部を画成してなるオーブンを用意し、ｂ．酸素感応性ワークを前記オーブン室内に配置するとともに、該オーブン室を外部環境及び前記包囲部から実質的に封鎖し、ｃ．加熱された不活性ガスを前記包囲部内で循環させて、前記オーブン室内の温度を、それを超えるとワークの酸化損害が生じ得る限界温度から、より高い処理温度まで上昇させ、ｄ．加熱された不活性ガスを前記包囲部内で循環させて、前記オーブン室内の温度を前記処理温度又はそれ以上に保持し、ｅ．不活性ガスを前記包囲部内で循環させて、前記オーブン室内の温度を前記処理温度から前記限界温度まで低下させ、ｆ．好気性ガスを前記包囲部内で循環させて、前記オーブン室内の温度を前記第１温度からより低い最終温度まで低下させる、ことを具備した方法。２．前記好気性ガスが周囲空気からなる請求項１に記載の方法。３．前記周囲空気を前記包囲部に導入する前に、該周囲空気を濾過するステップをさらに具備した請求項２に記載の方法。４．ステップＣの前に、空気からなる加熱されたガスを前記包囲部内で循環させることにより、前記オーブン室内の温度を略周囲温度から約１２５℃まで上昇させるステップをさらに具備した請求項１に記載の方法。５．前記オーブン室がドア開口部を備え、前記オーブンが該オーブン室に係合するようになっているドアを備え、該オーブン室を外部環境から実質的に封鎖するステップを有する前記方法が、該ドアを閉鎖して該ドアを該オーブン室に実質的封止係合させることを具備する請求項１に記載の方法。６．前記ドアが、該ドアの温度を制御する加熱要素を備え、前記方法が、該ドアの該加熱要素と前記包囲部内の加熱されたガスの循環との協働により前記オーブン室内の温度を制御するように該ドアの温度を制御することをさらに具備する請求項５に記載の方法。７．前記ドアが、前記オーブン室に係合して該オーブン室を実質的に封鎖するように位置決めされた膨張可能なシールを備え、前記方法が、該シールを不活性ガスで膨張させることをさらに具備する請求項５に記載の方法。８．前記ドアが、前記膨張可能なシールを冷却して該ドアの温度が所定の最高温度を超えないようにする冷却手段を備え、前記方法が、該冷却手段を通して冷却流体を循環させて、前記シールの温度を略前記最大温度以下に維持することをさらに具備する請求項７に記載の方法。９．前記オーブン室の雰囲気を不活性ガスにより実質的に掃気して、該オーブン室の温度が約１２５℃に達する前に、該オーブン室内の全ての酸素を実質的に除去するステップをさらに具備する請求項１に記載の方法。１０．酸素感応性ワークの熱処理方法であって、ａ．ドアとオーブン室と外部ハウジングとを備え、該オーブン室と該外部ハウジングとの間に包囲部が画成され、該ドアが該オーブン室に係合して該オーブン室を外部環境から実質的に封鎖するようになっているオーブンを用意し、ｂ．酸素感応性ワークを前記オーブン室内に配置するとともに、前記ドアを閉鎖して該オーブン室を外部環境及び前記包囲部から実質的に封鎖し、ｃ．前記オーブン室の雰囲気を不活性ガスにより実質的に掃気して、該オーブン室の温度が約１２５℃に達する前に、該オーブン室内の全ての酸素を実質的に除去し、ｄ．加熱された空気を前記包囲部内で循環させて、前記オーブン室内の温度を初期温度から約１２５℃まで上昇させ、ｅ．加熱された不活性ガスを前記包囲部内で循環させて、前記オーブン室内の温度を約１２５℃からより高い処理温度まで上昇させ、ｆ．加熱された不活性ガスを前記包囲部内で循環させて、前記オーブン室内の温度を前記処理温度又はそれ以上に保持し、ｇ．不活性ガスを前記包囲部内で循環させて、前記オーブン室内の温度を前記処理温度から約１２５℃まで低下させ、ｈ．空気を前記包囲部内で循環させて、前記オーブン室内の温度を約１２５℃ からより低い最終温度まで低下させる、ことを具備した方法。１１．酸素感応性ワークの熱処理用オーブンであって、ａ．外部環境から実質的に封鎖されるオーブン室を形成する頂壁、底壁及び側壁を備え、該オーブン室がそれら壁の一つにドア開口部を有してなるハウジングと、ｂ．開放位置と閉鎖位置との間を移動でき、前記ドア開口部を介して前記オーブン室への前記ワークの導入及び取出しを可能にするドアにして、該ドアを加熱して該オーブン室内に放射エネルギを放出させるためのヒータを備えるドアと、ｃ．前記ドア又は前記ハウジングに支持される膨張可能なシールにして、該ドアと該ハウジングとの接触領域に沿って延び、実質的嫌気性のガスが該シールに満たされる膨張可能なシール、とを具備したオーブン。１２．前記シールが、前記嫌気性ガスを収容する略管状キャビティを有する可撓性高分子材料から形成される請求項１１に記載のオーブン。１３．前記嫌気性ガスが実質的完全に窒素である請求項１１に記載のオーブン。１４．前記嫌気性ガスが窒素及び還元ガスを含んでなる請求項１１に記載のオーブン。１５．前記還元ガスが水素からなり、該水素が約４％までの嫌気性ガスを含んでなる請求項１４に記載のオーブン。