KR20120120052A - 로딩 유닛 및 처리 시스템 - Google Patents

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KR20120120052A
KR20120120052A KR1020120041008A KR20120041008A KR20120120052A KR 20120120052 A KR20120120052 A KR 20120120052A KR 1020120041008 A KR1020120041008 A KR 1020120041008A KR 20120041008 A KR20120041008 A KR 20120041008A KR 20120120052 A KR20120120052 A KR 20120120052A
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Abstract

기판을 복수매 보유 지지한 기판 보유 지지구를 처리 용기에 대해 승강시키는 로딩 유닛은, 로딩용 하우징과, 기판 보유 지지구를 승강시키는 승강 엘리베이터 기구와, 처리 용기의 개구부를 폐쇄하는 셔터부와, 기판의 이동 탑재를 행하기 위한 기판 이동 탑재 기구와, 승강 엘리베이터 기구를 둘러싸고, 이 이동 범위를 둘러싸도록 하여 설치된 제1 구획 상자와, 제1 구획 상자에 연결되고, 기판 이동 탑재 기구와 이 이동 범위를 둘러싸도록 하여 설치된 제2 구획 상자와, 제1 구획 상자에 연결되고, 셔터부를 둘러싸도록 하여 설치된 제3 구획 상자를 구비하고, 제1 구획 상자에는, 제1 구획 상자의 내측에 대해 냉각 가스를 분사하는 냉각 가스 분사 수단이 설치되어 있다.

Description

로딩 유닛 및 처리 시스템{LOADING UNIT AND PROCESSING SYSTEM}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 기판에 대해 열처리를 행하는 처리 시스템 및 이것에 사용하는 로딩 유닛에 관한 것이다.
일반적으로, IC나 LSI 등의 반도체 집적 회로를 제조하기 위해서는, 반도체 웨이퍼 등의 기판에 대해 성막 처리, 산화 확산 처리, 에칭 처리, 어닐 처리 등의 각종 열처리가 실시된다. 이 기판을 한 번에 복수매 처리하기 위해, 예를 들어 특허 문헌 1 내지 3 등에 개시되어 있는 바와 같이 종형의 배치(batch)식 열처리 장치가 사용되고 있다.
이 열처리 장치에서는, 종형의 석영제의 처리 용기 내에, 그 하방에 위치된 불활성 가스 분위기의 로딩실로부터 복수매, 예를 들어 100 내지 150매 정도의 반도체 웨이퍼로 이루어지는 기판을 적재한 웨이퍼 보트를 상승시켜 로드(삽입)하고, 그리고 밀폐된 처리 용기 내에서 성막 처리 등의 열처리를 행한다. 그리고 열처리를 행한 후에 상기 웨이퍼 보트를 언로드(강하)하여, 처리 완료된 기판과 미처리 웨이퍼를 교체하도록 이동 탑재한다. 그리고 전술한 것과 마찬가지의 열처리가 반복되게 된다.
상기 웨이퍼 보트를 승강시키기 위해서는 상기 로딩실 내에 설치된 보트 엘리베이터가 사용되고 있고, 또한 기판의 이동 탑재는 상기 로딩실 내에 설치된 이동 탑재 기구에 의해 행해진다.
일본 특허 출원 공개 평06-224143호 공보 일본 특허 출원 공개 제2001-093851호 공보 일본 특허 출원 공개 제2002-076089호 공보
그런데, 상술한 바와 같이, 고온 상태로 되는 처리 용기의 하방에 설치한 로딩실 내에는, 실리콘 기판 등으로 이루어지는 반도체 웨이퍼의 자연 산화를 방지하는 동시에, 언로드된 고온 상태의 기판을 냉각할 목적으로 불활성 가스로서, 예를 들어 질소 가스를 수평 방향으로 흘려 불활성 가스 분위기로 하고, 이 질소 가스는 순환 사용되고 있다. 그리고 로딩실 내의 분위기 중의 산소 농도가 소정의 값 이하로 되도록 질소 가스가 적절하게 보급(補給)되어 있다.
그러나 상기 로딩실 내의 체적은 상당히 대용량이며, 이 로딩실 내의 전체의 분위기를 항상 질소 가스 분위기로 채워 두기 위해서는, 다량의 질소 가스를 필요로 하고, 러닝 코스트가 증가하는 등의 문제가 있었다. 또한, 로딩실 내의 전체에 걸쳐 냉각 가스의 기능을 갖는 질소 가스를 흘리므로, 기판의 냉각에 기여하지 않는 가스류도 존재하여, 효율적인 냉각이 어려울 뿐만 아니라, 냉각에 긴 시간을 필요로 하여 처리량의 저하를 초래하는 경우도 있었다.
특히, 최근에는, 반도체 집적 회로의 생산 효율을 더욱 향상시키기 위해, 기판의 직경도 더욱 대구경화하는 것이 기대되고 있고, 예를 들어 기판의 직경을 300㎜로부터 450㎜로 확대하는 것이 요구되고 있다. 이와 같이 기판의 직경이 커지면, 기판 사이에 충분히 처리 가스를 흘리기 위해 웨이퍼 보트에 적재되는 기판의 피치를 크게 해야 한다. 예를 들어, 직경 300㎜의 기판의 피치는 6 내지 7㎜ 정도였지만, 직경 450㎜의 기판의 피치는 8 내지 12㎜ 정도가 요구된다.
그리고 이 경우에도, 한 번에 처리할 수 있는 기판 매수는, 생산 효율 향상의 요청으로부터 종래의 배치식 열처리 장치와 마찬가지의 매수, 예를 들어 100 내지 150매 정도가 요구되므로, 상기 기판 피치가 증가한 분만큼 처리 용기의 높이, 웨이퍼 보트의 길이 및 이 웨이퍼 보트를 승강시키는 스트로크가 길어진다. 이 결과, 처리 용기를 포함하는 처리 유닛과 이 하방에 위치되는 로딩실의 체적이 더욱 대용량화되어, 질소 가스를 다량으로 필요로 한다고 하는 상기한 문제점의 해결이 강하게 요망되고 있다.
본 발명은, 로딩실 내의 필요 부분만을 구획 상자로 구획하여, 이 구획 상자 내에 불활성 가스를 흘리도록 함으로써, 불활성 가스의 사용량을 대폭 삭감하는 것이 가능하고, 또한 냉각 효율도 향상시키는 것이 가능한 로딩 유닛 및 처리 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태는, 기판에 대해 열처리를 실시하기 위해 상기 기판을 복수매 보유 지지한 기판 보유 지지구를, 하단부가 개방되어 캡에 의해 폐쇄되는 통체 형상의 처리 용기에 대해 승강시키도록 한 로딩 유닛이며, 외측 전체를 둘러싸 로딩실을 형성하는 로딩용 하우징과, 상기 기판 보유 지지구를 보유 지지하여 승강시키는 승강 엘리베이터 기구와, 상기 기판 보유 지지구가 강하되었을 때에 상기 처리 용기의 하단부의 개구부를 폐쇄하는 셔터부와, 강하된 상기 기판 보유 지지구에 대해 상기 기판의 이동 탑재를 행하기 위해 승강 가능하게 이루어진 이동 탑재 아암을 갖는 기판 이동 탑재 기구와, 상기 승강 엘리베이터 기구를 둘러싸는 동시에 승강되는 상기 기판 보유 지지구의 이동 범위를 둘러싸도록 하여 설치된 제1 구획 상자와, 상기 제1 구획 상자에 연결되고, 상기 기판 이동 탑재 기구와 상기 기판 이동 탑재 기구의 이동 범위를 둘러싸도록 하여 설치된 제2 구획 상자와, 상기 제1 구획 상자에 연결되고, 상기 셔터부를 둘러싸도록 하여 설치된 제3 구획 상자를 구비하고, 상기 제1 구획 상자에는, 상기 제1 구획 상자의 내측에 대해 냉각 가스를 분사하는 냉각 가스 분사 수단이 설치되어 있는 로딩 유닛이다.
본 발명에 관한 로딩 유닛 및 처리 시스템에 따르면, 다음과 같이 우수한 작용 효과를 발휘할 수 있다.
기판에 대해 열처리를 실시하기 위한 통체 형상의 처리 용기에 대해 기판을 복수매 보유 지지한 기판 보유 지지구를 승강시키도록 한 로딩 유닛에 있어서, 로딩실 내의 필요 부분만을 구획 상자로 구획하여, 이 구획 상자 내에 불활성 가스를 흘리도록 함으로써, 불활성 가스의 사용량을 대폭 삭감하는 것이 가능하고, 또한 냉각 효율도 향상시킬 수 있다.
또한, 냉각 효율을 향상시켜 신속한 냉각이 가능해지므로, 기판에 대한 열처리의 처리량도 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 로딩 유닛을 구비하는 처리 시스템 전체를 도시하는 단면도.
도 2는 도 1 중의 A-A선을 따른 단면도.
도 3은 기판 이동 탑재 기구의 부분을 도시하는 횡단면도.
도 4는 셔터부의 부분을 도시하는 횡단면도.
도 5는 개폐 게이트부의 일례를 도시하는 단면도.
도 6은 개폐 게이트부의 일례를 도시하는 평면도.
도 7은 냉각 가스 분사 수단에 사용하는 불활성 가스(냉각 가스)의 가스 순환계의 일례를 도시하는 계통도.
도 8은 본 발명의 로딩 유닛의 제1 변형 실시예를 도시하는 부분 확대 단면도.
이하에, 본 발명에 관한 로딩 유닛 및 처리 시스템의 일 실시예를 첨부 도면에 기초하여 상세하게 서술한다. 도 1은 본 발명에 관한 로딩 유닛을 구비하는 처리 시스템 전체를 도시하는 단면도, 도 2는 도 1 중의 A-A선을 따른 단면도, 도 3은 기판 이동 탑재 기구의 부분을 도시하는 횡단면도, 도 4는 셔터부의 부분을 도시하는 횡단면도, 도 5는 개폐 게이트부의 일례를 도시하는 단면도, 도 6은 개폐 게이트부의 일례를 도시하는 평면도, 도 7은 냉각 가스 분사 수단에 사용하는 불활성 가스(냉각 가스)의 가스 순환계의 일례를 도시하는 계통도이다.
도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 이 처리 시스템(2) 전체는, 청정 공기의 다운플로우가 형성되어 있는 클린룸 내의 바닥면에 설치되어 있다. 그리고 처리 시스템(2)의 전체는, 예를 들어 스테인리스 스틸 등으로 이루어지는 큰 하우징(4)에 의해 그 외피가 형성되어 있다.
이 하우징(4) 내에는 높이 방향으로, 예를 들어 스테인리스 스틸로 이루어지는 중앙 구획벽(6)이 설치되어 있고, 내부를 좌우로 2분할하여 프론트측(도 1 중의 우측)이 스토커 유닛(8)으로서 형성되어 있다. 또한, 상기 중앙 구획벽(6)과 하우징(4)의 리어측의 이면 구획벽(10) 사이에는, 수평 방향으로 예를 들어 스테인리스 스틸로 이루어지는 구획벽으로서의 베이스 플레이트(12)가 설치되어 있고, 내부를 상하로 2분할하여 상측에 처리 유닛(14)을 형성하고, 하측에 로딩 유닛(16)을 형성하고 있다. 따라서, 상기 로딩 유닛(16)과 상술한 스토커 유닛(8)은 서로 병설된 상태로 되어 있다.
그리고 이 하우징(4)의 저부를 구획하는 저판 구획벽(18)에 의해, 이 처리 시스템(2)의 전체의 하중이 지지되어 있다. 상기 스토커 유닛(8)의 전방면 구획벽(20)의 하부에는, 반도체 웨이퍼 등으로 이루어지는 복수매의 기판(W)이 수용된 기판 용기(22)를 적재하는 반출입 포트(24)가 설치되어 있다. 이 기판 용기(22)의 전방면에는, 개폐 가능한 덮개(22A)가 장착되어 있다. 그리고 이 반출입 포트(24)에 대응하는 전방면 구획벽(20)에는, 개폐 도어(26)에 의해 개폐되는 반출입구(28)가 설치되어 있어, 상기 기판 용기(22)를 스토커 유닛(8) 내로 반출입할 수 있도록 되어 있다.
상기 기판 용기(22)로서는, 예를 들어 25매 정도의 기판(W)을 수용할 수 있는 카세트나 FOUP(등록 상표)라 칭해지는 밀폐 용기를 사용할 수 있다. 여기서는 밀폐 용기가 사용되고 있고, 그 내부에는 기판(W)의 산화를 방지하기 위해 N2 가스 등의 불활성 가스가 봉입되어 있다.
상기 스토커 유닛(8) 내에는, 상하 방향을 따라 복수단으로 이루어진 스톡 선반(30)이 설치되어 있고, 이 스톡 선반(30)에 미처리 기판(W)이나 처리 완료된 기판(W)을 수용한 기판 용기(22)를 적재하여 대기시키도록 되어 있다. 그리고 이 스토커 유닛(8) 내에는 용기 이동 탑재 기구(32)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 이 용기 이동 탑재 기구(32)는, 상하 방향으로 기립시켜 설치한 안내 레일(34)과, 이 안내 레일(34)을 따라 상하 이동하는 용기 반송 아암(36)을 갖고 있다. 이 안내 레일(34)에는, 예를 들어 모터에 의해 구동되는 볼 나사가 포함된다. 또한 용기 반송 아암(36)은, 수평 방향을 향해 굴곡 가능하게 이루어지는 동시에, 수평면 내에서 회전 가능하게 이루어져 있어, 상기 반출입 포트(24)와 상기 스톡 선반(30) 사이에서 기판 용기(22)를 반송할 수 있도록 되어 있다.
또한, 이 스토커 유닛(8) 내에는, 상기 중앙 구획벽(6)에 장착한 용기 이동 탑재 포트(38)가 설치되는 동시에, 이 용기 이동 탑재 포트(38) 상에 상기 기판 용기(22)를 적재할 수 있도록 되어 있다. 이 용기 이동 탑재 포트(38)와 상기 스톡 선반(30) 또는 반출입 포트(24)와의 사이의 기판 용기(22)의 반송은 상기 용기 이동 탑재 기구(32)를 사용하여 행해진다.
또한, 이 용기 이동 탑재 포트(38)를 장착하는 상기 중앙 구획벽(6)에는 개폐 도어(40)에 의해 개폐되는 기판 반출입구(42)가 설치되어 있고, 이 기판 반출입구(42)를 통해 상기 용기 이동 탑재 포트(38)와 로딩 유닛(16) 내의 사이에서 기판(W)을 반출입할 수 있도록 되어 있다. 또한, 상기 스토커 유닛(8) 내에는, 청정 공기의 다운플로우가 형성되어 있다.
그리고 상기 처리 유닛(14) 내에는, 하단부가 개방된 개구부(44)를 갖는 원통체 형상의 처리 용기(46)가 설치되어 있다. 이 처리 용기(46)는, 예를 들어 내열성 및 내부식성의 석영으로 이루어지는 용기 본체(48)와, 이 용기 본체(48)의 하단부에 설치되는 예를 들어 스테인리스 스틸제의 매니폴드(50)를 갖는다. 그리고 이 매니폴드(50)의 하단부가 상기 개구부(44)로 된다. 이 처리 용기(46)의 하부는, 상기 베이스 플레이트(12)에 의해 지지되어 있고, 여기서 처리 용기(46)의 하중을 지지하도록 되어 있다.
그리고 이 처리 용기(46)의 외주측에는, 통체 형상의 가열 히터부(54)가 동심원 형상으로 설치되어 있고, 이 처리 용기(46) 내에 수용되는 기판을 가열하도록 되어 있다. 또한 이 처리 용기(46)의 매니폴드(50)의 측벽에는, 도 2에 도시하는 바와 같이 열처리에 필요한 각종 가스를 공급하는 가스 공급계(51)나 처리 용기(46) 내의 분위기를 압력 제어하면서 배기하는 배기계(53)가 각각 접속되어 있다. 그리고 이 처리 용기(46) 내에는, 기판(W)을 다단으로 보유 지지한 기판 보유 지지구(56)를 수용할 수 있도록 되어 있다.
이 기판 보유 지지구(56)는, 상기 기판(W)을 소정의 피치로 다단으로 지지하는 석영제의 웨이퍼 보트(58)와, 이 웨이퍼 보트(58)의 하부에 설치되어 이것을 지지하면서 기판(W)의 온도를 유지하는 석영제의 보온통(60)을 갖고 있다. 이 보온통(60)은, 상기 처리 용기(46)의 개구부(44)를 폐쇄하는, 예를 들어 스테인리스 스틸로 이루어지는 캡(62)측에 회전 가능하게, 혹은 고정적으로 지지된다. 그리고 이 캡(62)의 주변부와 상기 매니폴드(50)의 하단부 사이에는, 예를 들어 O링 등으로 이루어지는 시일 부재(64)가 개재되어, 처리 용기(46) 내를 기밀하게 밀봉할 수 있도록 되어 있다. 상기 기판 보유 지지구(56)의 승강은, 로딩 유닛(16)에 설치한 승강 엘리베이터 기구(66)(도 2 참조)에 의해 행하도록 되어 있다.
여기서 상기 로딩 유닛(16)의 외피는, 로딩용 하우징(68)에 의해 구성되고, 이 내측이 기밀하게 밀폐된 로딩실(70)로 되어 있다. 따라서, 이 로딩실(70)은, 도 1 중에 있어서 로딩용 하우징(68)을 형성하는 상기 베이스 플레이트(12), 이면 구획벽(10)의 하측 부분, 중앙 구획벽(6)의 하측 부분, 저판 구획벽(18)의 좌측 부분 및 하우징(4)의 측면 구획벽(19)의 하측 부분(도 2 참조)에 의해 구획되어 있다.
이와 같이, 상기 로딩용 하우징(68)은, 상기 처리 유닛(14)의 하부에 연속 설치된 상태로 되어 있다. 또한, 상기 베이스 플레이트(12)는, 처리 유닛(14)을 구획하는 구획벽과 공용되고, 또한 중앙 구획벽(6)은 스토커 유닛(8)을 구획하는 구획벽과 공용되게 된다.
그리고 상기 처리 용기(46)의 바로 아래 부분과 스토커 유닛(8)의 용기 이동 탑재 포트(38) 사이에는, 기판 보유 지지구(56)의 웨이퍼 보트(58)에 대해 기판(W)의 이동 탑재를 행하는 기판 이동 탑재 기구(72)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 이 기판 이동 탑재 기구(72)는, 중앙 구획벽(6)으로부터 연장되는 고정 아암(74)에 의해 상하 단부가 지지되어 상하 방향으로 기립시켜 설치한 안내 레일(76)과, 이 안내 레일(76)을 따라 상하 이동하는 이동 탑재 아암(78)을 갖고 있다. 이 안내 레일(76)에는, 예를 들어 모터에 의해 구동되는 볼 나사가 포함된다. 또한 상기 이동 탑재 아암(78)은 복수개 설치되어 있고, 수평면 내에서 선회 및 굴신 가능하게 이루어져, 상기 웨이퍼 보트(58)와 상기 용기 이동 탑재 포트(38) 상에 설치된 기판 용기(22)와의 사이에서 한 번에 복수판의 기판(W)을 이동 탑재할 수 있도록 되어 있다.
또한, 상기 기판 보유 지지구(56)를 승강시키는 상기 승강 엘리베이터 기구(66)는, 도 2에도 도시하는 바와 같이 상하 방향으로 기립시켜 설치한 안내 레일(80)과, 이 안내 레일(80)을 따라 상하 이동하는 보유 지지 아암(82)을 갖고 있다. 이 안내 레일(80)에는, 예를 들어 모터에 의해 구동되는 볼 나사가 포함된다. 여기서는, 이 안내 레일(80)의 상단부를 베이스 플레이트(12)에 고정하고, 하단부를 저부 구획벽(18)에 고정하고 있다. 그리고 상기 보유 지지 아암(82)은, 수평 방향으로 연장되어, 이 보유 지지 아암(82)에 의해 상기 기판 보유 지지구(56)의 하부를 지지하여 보유 지지하도록 되어 있다.
또한 처리 용기(46)의 하단부의 외주측의 로딩실(70) 내에는, 중앙부의 하방이 상기 개구부(44)로서 개방된 스캐빈저 상자(84)가 설치되는 동시에, 이 개구부(44)에는 기판 보유 지지구(56)를 하방으로 언로드하였을 때에 폐쇄되는 셔터부(86)가 개폐 가능하게 설치되어 있다. 구체적으로는, 이 셔터부(86)는, 상기 개구부(44)에 접하여 이것을 밀폐하는 셔터 본체(86A)와, 이 셔터 본체(86A)를 상하 방향과 수평 방향으로 이동시키는 개폐 구동 액추에이터(86B)로 이루어져 있다. 그리고 이 스캐빈저 상자(84)에는, 이 내부 분위기를 배기하는 배기 통로(88)가 접속되어 있어, 처리 용기(46) 내의 배기열이 로딩실(70) 내로 유입되는 것을 방지하도록 되어 있다.
그리고 이 로딩실(70) 내에는, 상기 승강 엘리베이터 기구(66)와 언로드된 기판 보유 지지구(56)를 둘러싸는 제1 구획 상자(90)와, 상기 제1 구획 상자(90)에 연결되어 상기 기판 이동 탑재 기구(72)를 둘러싸는 제2 구획 상자(92)와, 상기 제1 구획 상자(90)에 연결되어 상기 셔터부(86)를 둘러싸는 제3 구획 상자(94)와, 상기 제1 구획 상자(90) 내에 냉각 가스를 분사하는 냉각 가스 분사 수단(96)이 설치되어 있다. 상기 제1 내지 제3 각 구획 상자(90, 92, 94)는, 각각 예를 들어 스테인리스 스틸과 같은 금속에 의해 형성되어 있다.
구체적으로는, 상기 제1 구획 상자(90)는, 상기 언로드된 기판 보유 지지구(56)의 주위를 둘러싸도록 하여 설치한 내통(98)과, 이 내통(98)의 외측에 소정의 간극을 두고 동심원 형상으로 설치한 외통(100)을 갖고 있고, 이들 내통(98)과 외통(100)은 이중관 구조로 되어 있다. 이들 내통(98)과 외통(100)의 각 상단부는, 상기 스캐빈저 상자(84)에 접속되고, 각 하단부는 저판 구획벽(18)에 접속되어 있다.
이에 의해, 승강되는 상기 기판 보유 지지구(56)의 상하 방향으로의 이동 범위를 둘러싸도록 되어 있다. 상기 내통(98)과 외통(100)의 승강 엘리베이터 기구(66)측은, 상하 방향을 따라 절결된 상태로 되어 있고, 이 절결된 부분과 상기 하우징(4)의 측면 구획벽(19)(도 3 참조) 사이에서, 상기 승강 엘리베이터 기구(66)를 양측으로부터 둘러싸도록 하여 한 쌍의 엘리베이터 구획벽(102)이 설치되어 있다.
이 한 쌍의 엘리베이터 구획벽(102)의 상단부는, 상기 베이스 플레이트(12) 및 스캐빈저 상자(84)에 접속되고, 하단부는 저부 구획벽(18)에 접속되어 있고, 이에 의해 상기 엘리베이터 기구(66) 및 이 이동 범위를 둘러싸도록 되어 있다. 이 결과, 도 3에 도시하는 바와 같이, 상기 내통(98) 내의 웨이퍼 보트 수용 에어리어(104)와 엘리베이터 수용 에어리어(106)는 연통 상태로 이루어져 있고, 전체적으로 기밀 상태로 이루어져 있다.
또한 상기 내통(98)에는, 강하되어 있는 기판 보유 지지구(56)에 대향시키도록 하여, 복수의 가스 분사 구멍(108)이 형성되어 있다. 이 가스 분사 구멍(108)은, 상기 냉각 가스 분사 수단(96)의 일부를 형성하는 것이며, 상기 내통(98)의 전체 주위 및 높이 방향에 걸쳐 다수 설치되어 있다. 그리고 후술하는 바와 같이, 상기 내통(98)과 외통(100) 사이의 간극(110)에 공급되는 냉각 가스를 화살표 112로 나타내는 바와 같이 각 가스 분사 구멍(108)으로부터 분사하도록 되어 있다. 그리고 상기 내통(98)과 외통(100) 사이의 간극(110)에 대해 불활성 가스로 이루어지는 냉각 가스, 예를 들어 질소 가스를 도입하기 위한 가스 도입구(114)(도 1 및 도 7 참조)가 형성되는 동시에, 도입된 가스를 배출하기 위한 가스 배출구(116)(도 3 및 도 7 참조)가 형성되어 있다.
따라서, 상기 내통(98)과 외통(100) 사이의 간극(110)이 냉각 가스의 헤더로서 기능하고 있는 것으로 된다. 그리고 상기 제1 구획 상자(90)와 제2 구획 상자(92)의 연결부에는, 내부를 서로 연통 또는 차단하기 위한 개폐 게이트부(122)가 설치되어 있다(도 3 참조). 구체적으로는, 상기 제1 구획 상자(90)의 내통(98)과 외통(100)의 기판 이동 탑재 기구(72)측은 상하 방향을 따라 기판(W)이 통과할 수 있는 폭으로 절결된 상태로 되어 있고, 여기에 개구부(120)가 형성되어 있다.
이 개구부(120)의 상하 방향의 길이는 상기 웨이퍼 보트(58)와 동일한 길이로 설정되어 있고, 상기 기판 이동 탑재 기구(72)의 이동 탑재 아암(78)이 상기 개구부(120)를 통과하여 기판(W)의 이동 탑재를 할 수 있도록 되어 있다. 그리고 상기 내통(98)과 외통(100) 사이의 간극(110) 내에는, 상기 개구부(120)를 개폐하기 위해 상기 개폐 게이트부(122)가 설치되어 있다. 이 개폐 게이트부(122)의 구조에 대해서는 후술한다.
그리고 상기 제2 구획 상자(92)는, 상기 기판 이동 탑재 기구(72)와 이 기판 이동 탑재 기구(72)의 이동 범위를 둘러싸도록 하여 설치한 이동 탑재 기구 구획벽(124)을 갖고 있다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 이 이동 탑재 기구 구획벽(124)의 일단부는, 상기 제1 구획 상자(90)의 외통(100)의 외면에 접속되어 있고, 그 내측에 상기 개구부(120)가 위치되어 있다.
또한, 이 이동 탑재 기구 구획벽(124)의 타단부는, 중앙 구획벽(6)의 기판 반출입구(42)의 양측에 접속되어 있다. 또한, 이 제2 구획 상자(92)의 천장부측 및 저부측도 이동 탑재 기구 구획벽(124)에 의해 둘러싸여 있다. 따라서, 이 제2 구획 상자(92) 내는 기밀 상태의 이동 탑재 기구 수용 에어리어(126)로 되어 있다. 그리고 상기 이동 탑재 아암(78)의 굴곡 방향의 이동 탑재 기구 구획벽(124)에는, 상기 이동 탑재 아암(78)의 굴곡을 허용하도록 외측으로 돌출된 팽창부(128)(도 3 참조)가 형성되어 있어, 이동 탑재 아암(78)과 이동 탑재 기구 구획벽(124)이 충돌하지 않도록 되어 있다.
그리고 이 이동 탑재 기구 수용 에어리어(126)에 대해 불활성 가스로 이루어지는 냉각 가스를 도입하기 위한 가스 도입구(130)(도 1 및 도 7 참조)가 형성되는 동시에, 도입된 가스를 배출하기 위한 가스 배출구(132)(도 1 및 도 7 참조)가 형성되어 있다.
또한, 상기 제1 구획 상자(90)와 제3 구획 상자(94)의 연결부, 즉 제1 구획 상자(90)의 상단부측에는, 내부를 서로 연통 또는 차단하기 위한 개폐 게이트부(134)가 설치되어 있다(도 4 참조). 구체적으로는, 상기 제1 구획 상자(90)의 내통(98)과 외통(100)의 셔터부(86)측은 셔터 본체(86A)가 통과할 수 있는 폭으로 절결된 상태로 되어 있고, 여기에 개구부(136)가 형성되어 있다. 그리고 이 개구부(136)를 통과하여 셔터 본체(86A)가 제1 구획 상자(90) 내에 대해 침입 및 퇴피를 할 수 있도록 되어 있다. 그리고 상기 내통(98)과 외통(100) 사이의 간극(110) 내에는, 상기 개구부(136)를 개폐하기 위해 상기 개폐 게이트부(134)가 설치되어 있다. 이 개폐 게이트부(134)의 구조에 대해서는 후술한다.
그리고 상기 제3 구획 상자(94)는, 상기 셔터부(86)와 이 셔터부(86)의 이동 범위를 둘러싸도록 하여 설치한 셔터부 구획벽(138)을 갖고 있다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 이 셔터부 구획벽(138)의 일단부는, 상기 제1 구획 상자(90)의 외통(100)의 외면에 접속되어 있고, 그 내측에 상기 개구부(136)가 위치되어 있다.
이 셔터부 구획벽(138)의 전체는, 상자 형상으로 이루어져 있고, 따라서 이 제3 구획 상자(94) 내는 기밀 상태의 셔터부 수용 에어리어(140)로 되어 있다. 그리고 이 셔터부 수용 에어리어(140)에 대해 불활성 가스로 이루어지는 냉각 가스를 도입하기 위한 가스 도입구(142)(도 1 및 도 7 참조)가 형성되는 동시에, 도입된 가스를 배출하기 위한 가스 배출구(144)(도 1 및 도 7 참조)가 형성되어 있다.
여기서 상기 제1 구획 상자(90)와 제2 및 제3 구획 상자(92, 94) 사이를 개폐하는 상기 2개의 개폐 게이트부(122, 134)에 대해 설명한다. 이 양 게이트부는, 크기의 대소의 차이는 있지만, 구조적으로 동일하므로, 여기서는 제1과 제2 구획 상자(90, 92)의 사이를 개폐하는 개폐 게이트부(122)를 예로 들어 도 5 및 도 6을 참조하면서 설명하고, 다른 쪽의 개폐 게이트부(134)의 설명은 생략한다. 도 5의 (a)는 개구부를 개폐 게이트부에 의해 밀폐하기 전의 상태를 나타내고, 도 5의 (b)는 개구부를 개폐 게이트부에 의해 밀폐한 상태를 나타내고 있다. 또한 도 6은 도 5의 (a) 중의 B-B선 화살표의 평면도를 나타내고 있다.
이 개폐 게이트부(122)는, 개구부(120)의 면적보다도 약간 크게 이루어진 2매 한 쌍의 평행하게 배치된 게이트판(150)을 갖고 있다. 이 2매의 게이트판(150)은, 통체 형상의 제1 구획 상자(90)의 내통(98)과 외통(100) 사이의 간극(110) 내를 그 주위 방향을 따라 이동할 수 있도록 곡면 형상으로 성형되어 있다.
상기 각 게이트판(150)의 하부에는, 게이트판(150)을 그 곡면 방향을 따라 수평 방향으로 이동시키는 수평 이동 기구(154)가 설치된다. 구체적으로는, 이 수평 이동 기구(154)는, 상기 게이트판(150)의 하단부에 설치한 랙(156)과, 내통(98) 및 외통(100)측으로 장착되어 상기 랙(156)과 맞물리는 피니언(158)을 갖고, 양 피니언(158)을 동기시켜 정역(正逆)회전시킴으로써 이 게이트판(150)을 개구부측을 향해 수평 이동할 수 있도록 되어 있다. 또한, 상기 수평 이동 기구(154)는, 랙(156)과 피니언(158)의 조합에 한정되지 않고, 게이트판(150)을 수평 방향으로 이동할 수 있는 기구이면 어떠한 기구를 사용해도 된다.
또한, 상기 개구부(120)의 주위의 근방의 간극(110) 내에는, 이 개구부(120)와 동일하거나, 또는 크게 이루어진 개구(160)를 갖는 고정 프레임(162)이 설치되어 있다. 이 고정 프레임(162)은, 간극(110)의 폭 방향의 중앙에 위치되고, 장착 아암(163) 등에 의해 내통(98) 또는 외통(100)측으로 고정되어 있다. 여기서는 장착 아암(163)은 외통(100)측으로 고정되어 있다.
그리고 이 고정 프레임(162)의 양면측에는, 개구부(120)에 위치된 상기 게이트판(150)의 주변부에 대응시켜 압박 핀(164)이 설치되어 있다. 이 압박 핀(164)은, 게이트판(150)의 주변을 따라 대응하도록 각각 복수개 설치되어 있고, 도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이, 이들 압박 핀(164)을 출몰(出沒)시킴으로써, 상기 한 쌍의 게이트판(150) 중 한쪽을 내통(98)측으로, 다른 쪽을 외통(100)측으로 각각 동기시켜 압박하여 밀폐할 수 있도록 되어 있다. 이 경우, 상기 내통(98)과 외통(100)의 대향면에는, 상기 개구부(120)의 주변부를 따라, 예를 들어 O링으로 이루어지는 시일 부재(166)가 환 형상으로 설치되어 있어, 이 시일 부재(166)에 상기 게이트판(150)을 압박시킴으로써 밀폐시에 있어서의 시일성을 높이도록 되어 있다.
그리고 로딩 유닛(16)에는, 상기 제1 내지 제3 구획 상자(90, 92, 94) 내에 불활성 가스로 이루어지는 냉각 가스를 순환시키기 위해 도 7에 도시하는 가스 순환계(170)가 설치되어 있다.
이 가스 순환계(170)는, 불활성 가스를 순환시키는 순환 통로(172)를 갖고 있다. 이 순환 통로(172)의 일단부의 상류측은 상기 제1 구획 상자(90)의 가스 배출구(116)에 접속되고, 타단부의 하류측은 상기 제1 구획 상자(90)의 가스 도입구(114)에 접속되어 있고, 상기 제1 구획 상자(90)와의 사이에서 순환계를 형성하고 있다.
그리고 이 순환 통로(172)의 도중에는, 가스의 흐름 방향을 따라 제1 개폐 밸브(172A), 냉각기(192), 송풍 블로워(174) 및 제2 개폐 밸브(172B)가 순차 개재 설치되어 있어, 불활성 가스를 냉각하면서 순환 사용할 수 있도록 되어 있다. 상기 송풍 블로워(174)로서는, 예를 들어 시로코 팬을 사용할 수 있지만, 이것에 한정되지 않는다.
또한, 상기 제1 개폐 밸브(172A)와 냉각기(192) 사이의 순환 통로(172)에는, 불활성 가스, 예를 들어 N2 가스를 보급하기 위한 가스 보급로(194)가 분기되어 설치되어 있고, 이 가스 보급로(194)의 도중에는 가스의 흐름 방향을 따라 매스 플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(194A) 및 개폐 밸브(194B)가 순차 개재 설치되어 있다. 또한, 상기 제1 개폐 밸브(172A)의 바로 상류측의 순환 통로(172)에는, 공장 덕트로 통하는 가스 배기로(196)가 분기되어 설치되어 있고, 이 가스 배기로(196)의 도중에는 개폐 밸브(196A)가 개재 설치되어, 불필요한 가스를 공장 덕트측으로 흘려 대기 방산시키도록 되어 있다.
또한, 상기 제2 및 제3 구획 상자(92, 94) 내에도 불활성 가스를 공급할 수 있도록 되어 있다. 즉, 불활성 가스를 보급하는 다른 가스 보급로(182)는 2개의 가스 도입 분기로(178, 180)로 분기되어 있다. 그리고 한쪽의 가스 도입 분기로(178)는, 그 도중에 매스 플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(178A) 및 개폐 밸브(178B)가 순차 개재 설치되어, 제2 구획 상자(92)의 가스 도입구(130)에 접속되어 있다.
또한, 다른 쪽의 가스 도입 분기로(180)는, 그 도중에 매스 플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(180A) 및 개폐 밸브(180B)가 순차 개재 설치되어, 제3 구획 상자(94)의 가스 도입구(142)에 접속되어 있다. 또한, 상기 2개의 가스 보급로(182, 194)를 형성하기 위해서는, 하나의 가스 보급로로부터 분기시켜 다른 쪽의 가스 보급로를 형성하도록 해도 된다.
그리고 상기 제2 구획 상자(92)의 가스 배출구(132)로부터는 도중에 개폐 밸브(184A)를 개재 설치한 가스 배기로(184)가 연장되어 있다. 또한, 상기 제3 구획 상자(94)의 가스 배출구(144)로부터는 도중에 개폐 밸브(186A)를 개재 설치한 가스 배기로(186)가 연장되어 있다. 그리고 상기 각 가스 배기로(184, 186, 196)는 하나로 합류되어, 상술한 바와 같이 공장 덕트측으로 배기하도록 되어 있다. 상기 구성에 의해, 각 개폐 밸브의 밸브 조작을 행함으로써, 제1 내지 제3 각 구획 상자(90, 92, 94) 내에는, 필요에 따라서 선택적으로 불활성 가스를 공급할 수 있도록 되어 있다.
또한, 상기 제1 내지 제3 각 구획 상자(90, 92, 94) 내에는, 각각 산소 농도 측정기(200, 202, 204)가 설정되어 있어, 각 구획 상자(90, 92, 94) 중의 산소 농도를 측정할 수 있도록 되어 있다. 그리고 이들 각 산소 농도 측정기(200, 202, 204)의 각 측정값은, 분위기 제어부(206)로 전달되도록 되어 있다. 이 분위기 제어부(206)는, 상기 산소 농도의 측정값이 설정값보다도 저하되었을 때에 새로운 N2 가스를 공급하거나, 혹은 기판(W)의 열처리에 수반하여 냉각 가스로서 불활성 가스가 필요해질 때 등, 필요에 따라서 각 개폐 밸브의 개폐 동작을 행하여 불활성 가스를 흘리도록 되어 있어, 제1 내지 제3 구획 상자(90, 92, 94) 내의 분위기의 산소 농도를 상시, 설정값 이하로 되도록 하고 있다. 그리고 이상과 같이 형성된 처리 시스템(2)의 전체의 동작은, 도시하지 않은 컴퓨터 등으로 이루어지는 시스템 제어부에 의해 제어된다.
다음에, 이상과 같이 구성된 본 발명의 처리 시스템의 동작에 대해 설명한다. 우선, 전체의 흐름에 대해 설명하면, 로딩실(70) 내에 설치한 제1 내지 제3 각 구획 상자(90, 92, 94) 내는, 불활성 가스인 질소 가스 분위기로 채워져 있고, 산소 농도는 일정한 값 이하로 설정되어 있다. 즉, 도 7에 도시하는 바와 같이, 질소 가스는 가스 보급로(194)를 통해 가스 순환계(170) 내에 유량 제어되면서 흐르고, 순환 통로(172)를 흐른 질소 가스는, 제1 각 구획 상자(90) 내에 가스 도입구(114)를 통해 도입된다.
그리고 제1 구획 상자(90) 내의 분위기는 가스 배출구(116)를 통해 순환 통로(172) 내로 다시 흘러 순환되어 간다. 또한, 제2 및 제3 구획 상자(92, 94) 내로도, 질소 가스가 가스 보급로(182) 및 가스 도입 분기로(178, 180)를 통해 각각 유량 제어되면서 공급된다. 여기서 제1 내지 제3 각 구획 상자(90, 92, 94) 내에 설치한 산소 농도 측정기(200, 202, 204)의 측정값이 산소 농도의 설정값보다도 높은 경우에는, 상기 각 가스 배기로(184, 186, 196)에 설치한 각 개폐 밸브(184A, 186A, 196A)를 각각 개별적으로 개방하여 공장 덕트측으로 버려지게 된다. 상기 제1 내지 제3 각 구획 상자(90, 92, 94) 내의 분위기의 배기는 각 제1 내지 제3 각 구획 상자(90, 92, 94)마다 독립적으로 제어된다. 이때, 제1 구획 상자(90) 내를 흘러 온 분위기를 배기하는 경우에는, 순환 통로(172)의 제1 개폐 밸브(172A)는 폐쇄되어 있다.
이와 같이 하여, 제1 내지 제3 각 구획 상자(90, 92, 94) 내의 공기가 질소 가스로 치환되어 모든 산소 농도 측정기(200, 202, 204)의 측정값이 설정값보다도 낮아지면, 상기 가스 배기로(196)의 개폐 밸브(196A)를 폐쇄하는 동시에, 제1 개폐 밸브(172A)를 개방하여 질소 가스를 순환 통로(172) 내에 순환시킨다[제2 개폐 밸브(172B)는 개방 상태로 되어 있음]. 즉, 이 질소 가스는 냉각기(192)에 의해 냉각되고, 송풍 블로워(174)에 의해 압송되어 순환되어 간다. 그리고 가스 보급로(194)의 개폐 밸브(194B)를 폐쇄함으로써, 질소 가스의 공급은 정지한다.
여기서 제1 내지 제3 각 구획 상자(90, 92, 94)에서는, 조금씩 분위기의 누설이 발생하는 것은 피할 수 없으므로, 상기 각 가스 보급로(182, 194)로 통하는 개폐 밸브(178B, 180B, 194B)는 단속적, 혹은 연속적으로 개방되도록 하여, 부족한 질소 가스를 각각 적절하게 보충한다. 그리고 상기 각 산소 농도 측정기(200, 202, 204)에서는 상시, 산소 농도의 측정이 행해지고 있어, 어느 하나의 산소 농도 측정기의 측정값이 설정값보다도 높아진 경우에는, 즉시 상술한 바와 같이, 해당되는 구획 상자 내로 새로운 질소 가스가 공급되고, 동시에 해당되는 구획 상자 내의 분위기는 설정값 이상의 농도의 산소를 포함하고 있으므로 가스 배기로(184, 186, 196)를 통해 공장 덕트측으로 배기되게 된다. 그리고 제1 구획 상자(90) 내에 있어서는, 산소 농도의 측정값이 설정값 이하로 되었으면, 질소 가스는 다시 순환 사용되게 된다. 이러한 동작은, 이하에 설명하는 기판(W)의 열처리 중에 있어서도 상시 행해지고 있다.
상술한 바와 같이 하여, 제1 내지 제3 각 구획 상자(90, 92, 94) 내의 분위기가 질소 가스로 치환된 상태에서, 기판(W)의 열처리가 행해진다. 우선, 전공정에서 처리가 완료된 복수매의 기판(W)은, 불활성 가스인 질소 가스 분위기로 채워진 기판 용기(22) 내에 수용된 상태에서, 처리 시스템(2)의 프론트측의 반출입 포트(24) 상에 설치된다. 이 반출입 포트(24)에 설치된 기판 용기(22)는, 이 반출입 포트(24)의 개폐 도어(26)를 개방한 후에, 용기 이동 탑재 기구(32)의 용기 반송 아암(36)에 의해 보유 지지되어, 스토커 유닛(8) 내에 도입된다.
이 도입된 기판 용기(22)는, 일시적으로 스톡 선반(30) 상에 적재되어 대기된다. 그리고 처리 순서가 왔을 때에, 이 기판 용기(22)는 상기 용기 이동 탑재 기구(32)를 다시 이용하여, 중앙 구획벽(6)에 설치한 용기 이동 탑재 포트(38) 상에 적재되게 된다. 이 용기 이동 탑재 포트(38) 상에 기판 용기(22)를 적재하였으면, 반대측의 기판 반출입구(42)측의 개폐 도어(40)를 개방한다.
이때, 기판 반출입구(42)에 설치한 덮개 개폐 기구(도시하지 않음)에 의해 기판 용기(22)의 덮개(22A)를 동시에 제거하여 기판 용기(22) 내를 개방한다. 이 경우, 상기 용기 이동 탑재 포트(38) 상에 적재한 기판 용기(22)를 도시하지 않은 액추에이터에 의해 기판 반출입구(42)의 주연부에 기밀 상태로 되도록 압박하고, 이와 같이 압박한 상태에서 상기 기판 용기(22)의 덮개(22A)를, 로딩실(70) 내의 개폐 도어(40)와 함께 개방시킨다.
그리고 로딩실(70) 내의 기판 이동 탑재 기구(72)의 이동 탑재 아암(78)을 사용하여, 상기 기판 용기(22) 내의 모든 기판(W)을, 언로드되어 있는 기판 보유 지지구(56)의 웨이퍼 보트(58) 상에 이동 탑재한다. 이때, 제1과 제2 구획 상자(90, 92)의 연결부에 설치한 개폐 게이트부(122)는, 횡방향으로 슬라이드 이동되어, 개구부(120)는 개방되어 있다. 그리고 상기 조작을 반복함으로써, 복수의 기판 용기(22) 내의 기판(W)이 모두 웨이퍼 보트(58)에 이동 탑재되어, 예를 들어 만재(滿載) 상태로 된다. 이때, 이동 탑재 아암(78)은, 이동 탑재를 위해 웨이퍼 보트(58)의 높이 방향을 따라 상하 이동된다.
상술한 바와 같이, 기판(W)이 웨이퍼 보트(58)에 만재되었으면, 상기 개폐 게이트부(122)를 폐쇄 방향으로 슬라이드 이동시켜 개구부(120)를 폐쇄하는 동시에, 상기 승강 엘리베이터 기구(66)를 구동하여 보유 지지 아암(82)을 상승시키고, 이 웨이퍼 보트(58)를 처리 유닛(14)의 처리 용기(46) 내로 그 하방으로부터 삽입하여 도 1 중의 가상선으로 나타내는 바와 같이 기판(W)을 처리 용기(46) 내로 로드한다. 이때, 처리 용기(46)의 하단부의 개구부(44)에 설치하고 있었던 셔터 본체(86A)는 제3 구획 상자(94) 내에 수용되어 있어, 상기 개구부(44)는 개방 상태로 되어 있다. 그리고 웨이퍼 보트(58)를 포함하는 기판 보유 지지구(56)가 완전히 상승하여 로드됨으로써, 상기 캡(62)에 의해 처리 용기(46)의 하단부의 개구부(44)가 밀폐되게 된다.
이와 같이 처리 용기(46) 내를 밀폐하였으면, 처리 용기(46)의 외주에 설치한 가열 히터부(54)에 의해 처리 용기(46) 내로 로드된 기판(W)을 프로세스 온도까지 승온하고, 이 처리 용기(46) 내에 소정의 처리 가스를 흘리는 동시에 소정의 프로세스 압력으로 유지하여, 성막 처리 등의 소정의 열처리를 실시하게 된다.
이와 같이 하여, 기판(W)에 대한 소정의 열처리가 종료되면, 전술한 동작과 반대의 조작을 행하여 처리 완료된 기판(W)을 반출한다. 우선, 승강 엘리베이터 기구(66)를 구동하여 보유 지지 아암(82)을 강하시킴으로써, 웨이퍼 보트(58)를 포함하는 기판 보유 지지구(56)를 처리 용기(46) 내로부터 하방으로 취출함으로써 기판(W)을 언로드한다.
이때, 제1과 제3 구획 상자(90, 94)의 연결부에 설치한 개구부(136)는 개폐 게이트부(134)에 의해 폐쇄해 두고(도 4 참조), 또한 제1과 제2 구획 상자(90, 92)의 연결부에 설치한 개구부(120)는 개폐 게이트부(122)에 의해 폐쇄해 두고(도 3 참조), 로딩실(70) 내를 밀폐 상태로 해 둔다. 그리고 웨이퍼 보트(58)의 강하의 개시와 동시에, 냉각 가스 분사 수단(96)의 각 가스 분사 구멍(108)으로부터, 도 3 중의 화살표 112로 나타내는 바와 같이 냉각 가스를 분사하여, 고온 상태의 강하하고 있는 기판(W)을 냉각한다.
즉, 여기서는 도 7에 도시하는 바와 같이, 로딩실(70)로 통하는 순환 통로(172)의 제2 개폐 밸브(172B)를 개방함으로써, 냉각 가스를 가스 도입구(114)로부터 내통(98)과 외통(100) 사이의 간극(110) 내로 도입하고, 이 도입한 냉각 가스를 상술한 바와 같이 각 가스 분사 구멍(108)으로부터 기판(W)의 주위로부터 기판(W)을 향해 계속해서 분사함으로써 기판(W)을 냉각시킨다.
그리고 기판 보유 지지구(56)의 언로드가 완료된 시점에서, 제1과 제3 구획 상자(90, 94)의 연결부에 설치한 개폐 게이트부(134)를, 간극(110) 내로 슬라이드 이동시켜 개구부(136)를 개방하고, 그리고 제3 구획 상자(94) 내에 수용하고 있었던 셔터부(86)를 구동하여, 이 셔터 본체(86A)에 의해 스캐빈저 상자(84)의 개구부, 즉 처리 용기(46)의 개구부(44)를 폐쇄하여, 열배기가 로딩실(70) 내로 유입되지 않도록 한다(도 4 참조).
그리고 상기 가스 분사 구멍(108)으로부터 분사된 냉각 가스(질소 가스)는, 가스 배출구(116)(도 7 참조)로부터 유출되어 순환 통로(172)를 통해서 흐른다. 그리고 이 냉각 가스는 기판(W)의 냉각에 의해 고온으로 되므로, 냉각기(192)에서 냉각된 후, 다시 순환 통로(172) 내를 흘러 순환 사용되게 된다.
이때, 종래의 처리 시스템에 있어서는, 큰 용량의 로딩실 전체에 걸쳐 질소 가스로 이루어지는 냉각 가스를 흘리고 있었으므로, 다량의 질소 가스를 필요로 하고 또한 냉각 효율이 그다지 높지 않으므로 냉각에 장시간을 필요로 하고 있었지만, 본 발명의 경우에는, 로딩실(70) 내에 구획하여 설치한 용량이 작은 제1 구획 상자(90) 내에 냉각 가스를 흘리도록 하였으므로, 질소 가스의 사용량은 소량이면 되고, 또한 기판(W)의 주위 방향으로부터 냉각 가스를 분사하도록 하고 있으므로, 냉각 효율을 높여 기판(W)을 단시간에 신속히 냉각하는 것이 가능해진다.
그리고 상기한 냉각 조작에 의해, 기판(W)이 소정의 온도까지 냉각되었으면, 제2 구획 상자(92) 내인 이동 탑재 기구 수용 에어리어(126) 내에 설치한 산소 농도 측정기(202)(도 7 참조)의 측정값이 소정의 농도값 이하인 것을 확인한 후, 개폐 밸브(178B)를 폐쇄함으로써 냉각 가스 분사 수단(96)의 가스 분사 구멍(108)으로부터 분사하고 있었던 냉각 가스를 정지한다. 그리고 제1과 제2 구획 상자(90, 92)의 연결부에 설치한 개폐 게이트부(122)를 간극(110) 내로 슬라이드 이동시켜 개구부(120)를 개방하여, 이 웨이퍼 보트 수용 에어리어(104)와 이동 탑재 기구 수용 에어리어(126)를 연통시킨다(도 3 참조).
그리고 상기 소정의 온도까지 냉각된 기판(W)은, 전술한 반송 경로와는 반대의 경로를 거슬러 올라가 반출된다. 즉, 웨이퍼 보트(58) 중의 처리 완료된 기판(W)은, 기판 이동 탑재 기구(72)의 이동 탑재 아암(78)에 의해 취출되고, 이 기판(W)은, 용기 이동 탑재 포트(38) 상에 적재되어 있는 빈 기판 용기(22) 내로 수용된다. 그리고 이 용기 이동 탑재 포트(38)의 개폐 도어(40) 및 기판 용기(22)의 덮개(22A)를 모두 폐쇄한 후에, 이 처리 완료된 기판 용기(22)는, 용기 이동 탑재 기구(32)의 용기 반송 아암(36)을 사용하여, 일시적으로 스톡 선반(30) 내로 보관된 후에, 혹은 직접적으로 반출입 포트(24)로 반출되게 된다. 이 이후에는, 전술한 바와 같이, 미처리 기판(W)이, 웨이퍼 보트(58)에 이동 탑재되어, 열처리가 반복하여 행해지게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는, 대용량의 로딩실(70) 내를 더욱 소용량으로 되도록 분리 구획하여 형성한 제1 내지 제3 구획 상자(90, 92, 94) 내에 불활성 가스를 흘리도록 하였으므로, 사용하는 불활성 가스의 사용량을 대폭 삭감할 수 있다. 특히, 처리 완료된 고온 상태의 기판(W)을 냉각하기 위해 냉각 가스를 흘리는 경우에는, 제1 구획 상자(90)의 내통(98)과 외통(100) 사이에 형성한 간극(110)에 흘린 냉각 가스를, 내통(98)에 형성한 다수의 가스 분사 구멍(108)으로부터 기판(W)을 향해 분사하도록 하였으므로, 냉각에 사용하는 냉각 가스의 유량은 매우 소량이면 되어, 가스 사용량을 삭감할 수 있다. 또한, 기판(W)의 주연부에 접근하여 가스 분사 구멍(108)은 형성되어 있으므로, 단시간에 또한 효율적으로 기판(W)을 냉각할 수 있고, 이 결과 열처리의 처리량을 향상시킬 수 있게 된다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 기판(W)에 대해 열처리를 실시하기 위한 통체 형상의 처리 용기(46)에 대해 기판을 복수매 보유 지지한 기판 보유 지지구(56)를 승강시키도록 한 로딩 유닛(16)에 있어서, 로딩실 내의 필요 부분만을 제1 내지 제3 구획 상자(90, 92, 94)로 구획하여, 이 구획 상자 내에 불활성 가스를 흘리도록 함으로써, 불활성 가스의 사용량을 대폭으로 삭감하는 것이 가능하고, 또한 냉각 효율도 향상시킬 수 있다. 또한, 냉각 효율을 향상시켜 신속한 냉각이 가능해지므로, 기판에 대한 열처리의 처리량도 향상시킬 수 있다.
<제1 변형 실시예>
다음에 본 발명의 로딩 유닛의 제1 변형 실시예에 대해 설명한다. 앞서 설명한 실시예에서는, 제1 구획 상자(90) 내의 웨이퍼 보트 수용 에어리어(104) 내로 강하해 오는 기판 보유 지지구(56)에 대해서는, 내통(98)에 형성한 다수의 가스 분사 구멍(108)으로부터 균등하게 냉각 가스를 분사하도록 하였지만, 상기 다수의 가스 분사 구멍(108)으로부터의 가스 분사에 더하여 상기 기판 보유 지지구(56)의 열용량이 큰 부분, 즉 보온통(60)에 대해 특히 다량의 냉각 가스를 분사하여, 기판 보유 지지구(56)의 전체의 냉각 효율을 보다 향상시키도록 해도 된다. 도 8은 이러한 본 발명의 로딩 유닛의 제1 변형 실시예를 도시하는 부분 확대 단면도이다. 도 8에 있어서 도 1 및 도 2에 도시하는 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 참조 번호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 여기서는 상기 기판 보유 지지구(56)의 강하시에, 상기 보온통(60)에 대응시켜 강하시키도록 한 보조 냉각 수단(210)을 설치하고 있다. 구체적으로는, 이 보조 냉각 수단(210)은, 제1 구획 상자(90)의 웨이퍼 보트 수용 에어리어(104) 내에 상하 방향으로 기립시켜 설치한 복수개, 예를 들어 2개의 안내 레일(212)과, 이 안내 레일(212)을 따라 상하 이동하는 링 형상의 중공 형상의 냉각 가스 헤더(214)를 갖고 있다. 이 안내 레일(212)에는, 예를 들어 모터에 의해 구동되는 볼 나사가 포함된다.
이 냉각 가스 헤더(214)의 상하 방향의 폭은, 예를 들어 보온통(60)의 높이와 거의 동일해지도록 설정되어 있고, 이 냉각 가스 헤더(214) 내에는 상기 순환 통로(172)(도 7 참조)로부터 분기되어 설치한, 예를 들어 벨로우즈관과 같은 신축 가능하고 또한 가요성이 있는 가스로(215)가 접속되어 있다. 그리고 이 냉각 가스 헤더(214)의 내주면측에는, 그 주위 방향을 따라 복수의 가스 분사 구멍(216)이 형성되어 있어, 이 내측에 위치하는 보온통(60)을 향해 냉각 가스를 분사하도록 되어 있다.
이 제1 변형 실시예에서는, 기판(W)의 열처리가 종료되어 기판 보유 지지구(56)를 처리 용기(46)로부터 강하시켜 언로드할 때, 내통(98)에 형성한 다수의 가스 분사 구멍(108)으로부터의 냉각 가스를 분사시키는 것과 동시에, 상기 기판 보유 지지구(56)의 보온통(60)에 연동시켜, 이 보조 냉각 수단(210)의 링 형상의 냉각 가스 헤더(214)도 함께 강하시킨다. 그리고 이 강하와 동시에, 이 냉각 가스 헤더(214)에 형성한 가스 분사 구멍(216)으로부터 상기 보온통(60)에 대해 그 주위 방향으로부터 냉각 가스를 분사하도록 하여, 이 열용량이 큰 보온통(60)을 냉각한다. 이에 의해, 앞의 실시예의 경우보다도 이 보온통(60)을 보다 효율적으로 또한 단시간에 냉각할 수 있으므로, 열처리의 처리량을 한층 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 각 실시예에서는, 불활성 가스를 흘리는 경우에, 가스 배기로(196)의 개폐 밸브(196A)를 사용하여 가스를 배기할 때에는 제1 개폐 밸브(172A)를 폐쇄 상태로 하여 불활성 가스를 순환시키지 않도록 하였지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 상기 가스 배기로(196)의 개폐 밸브(196A), 제1 개폐 밸브(172A) 및 가스 보급로(194)의 개폐 밸브(194A)로서 밸브 개방도의 조정이 가능한 개폐 밸브, 즉 유량 조정이 가능한 개폐 밸브를 사용하여, 순환하는 불활성 가스의 일부를 가스 배기로(196)로부터 배기시키면서 나머지 불활성 가스를 순환 사용하는 동시에, 부족분의 불활성 가스를 가스 보급로(194)로부터 보충하도록 해도 된다. 또한, 상기 불활성 가스로서는 N2 가스를 사용한 경우를 예로 들어 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고, He, Ar 등의 희가스를 사용해도 된다. 또한, 도 7에 있어서는, 도시되어 있지 않지만 제1 내지 제3 구획 상자(90, 92, 94)에는, 청정 공기를 공급하는 공급계도 각각 설치되어 있다.
또한, 도 7에서 설명한 가스 순환계(170)는, 단순히 일례를 나타낸 것에 불과하며, 여기서의 구성에 한정되지 않는다. 또한, 상기 각 실시예에서는 용기 이동 탑재 포트(38)를 테이블 형상으로 형성하여 이 위에 기판 용기(22)를 적재하도록 하였지만, 이것에 한정되지 않고, 용기 이동 탑재 포트(38)로서 개폐 가능하게 이루어진 밀폐형의 용기 저장실을 설치하도록 해도 된다. 이 경우에는, 이 용기 저장실에도, 예를 들어 제2 구획 상자(92) 내와 마찬가지로, 불활성 가스의 도입구, 배기구 및 산소 농도 측정기를 설치하고, 불활성 가스를 도입하여 제2 구획 상자(92) 내 등과 마찬가지로 관리된 분위기로 하도록 해도 된다. 또한, 도 7에 있어서는, 도시되어 있지 않지만, 제1 내지 제3 구획 상자(90, 92, 94)에는, 청정 공기를 공급하는 공급계도 각각 설치되어 있다.
또한, 여기서는 기판으로서 반도체 웨이퍼를 예로 들어 설명하였지만, 이 반도체 웨이퍼에는 실리콘 기판이나 GaAs, SiC, GaN 등의 화합물 반도체 기판도 포함되고, 나아가서는 이들 기판에 한정되지 않고, 액정 표시 장치에 사용하는 글래스 기판이나 세라믹 기판 등에도 본 발명을 적용할 수 있다.
2 : 처리 시스템
4 : 하우징
6 : 중앙 구획벽
8 : 스토커 유닛
12 : 베이스 플레이트
14 : 처리 유닛
16 : 로딩 유닛
44 : 개구부
46 : 처리 용기
56 : 기판 보유 지지구
58 : 웨이퍼 보트
62 : 캡
66 : 승강 엘리베이터 기구
68 : 로딩용 하우징
70 : 로딩실
72 : 기판 이동 탑재 기구
78 : 이동 탑재 아암
86 : 셔터부
86A : 셔터 본체
90 : 제1 구획 상자
92 : 제2 구획 상자
94 : 제3 구획 상자
96 : 냉각 가스 분사 수단
98 : 내통
100 : 외통
104 : 웨이퍼 보트 수용 에어리어
106 : 엘리베이터 수용 에어리어
108 : 가스 분사 구멍
114, 130, 142 : 가스 도입구
116, 132, 144 : 가스 배출구
122, 134 : 개폐 게이트부
124 : 이동 탑재 기구 구획벽
126 : 이동 탑재 기구 수용 에어리어
140 : 셔터부 수용 에어리어
210 : 보조 냉각 수단
214 : 냉각 가스 헤더
W : 기판

Claims (7)

  1. 기판에 대해 열처리를 실시하기 위해 상기 기판을 복수매 보유 지지한 기판 보유 지지구를, 하단부가 개방되어 캡에 의해 폐쇄되는 통체 형상의 처리 용기에 대해 승강시키도록 한 로딩 유닛에 있어서,
    외측 전체를 둘러싸고 로딩실을 형성하는 로딩용 하우징과,
    상기 기판 보유 지지구를 보유 지지하여 승강시키는 승강 엘리베이터 기구와,
    상기 기판 보유 지지구가 강하되었을 때에 상기 처리 용기의 하단부의 개구부를 폐쇄하는 셔터부와,
    강하된 상기 기판 보유 지지구에 대해 상기 기판의 이동 탑재를 행하기 위해 승강 가능하게 이루어진 이동 탑재 아암을 갖는 기판 이동 탑재 기구와,
    상기 승강 엘리베이터 기구를 둘러싸는 동시에 승강되는 상기 기판 보유 지지구의 이동 범위를 둘러싸도록 하여 설치된 제1 구획 상자와,
    상기 제1 구획 상자에 연결되고, 상기 기판 이동 탑재 기구와 상기 기판 이동 탑재 기구의 이동 범위를 둘러싸도록 하여 설치된 제2 구획 상자와,
    상기 제1 구획 상자에 연결되고, 상기 셔터부를 둘러싸도록 하여 설치된 제3 구획 상자를 구비하고,
    상기 제1 구획 상자에는, 상기 제1 구획 상자의 내측에 대해 냉각 가스를 분사하는 냉각 가스 분사 수단이 설치되어 있는, 로딩 유닛.
  2. 제1항에 있어서, 상기 냉각 가스 분사 수단은, 강하되는 상기 기판 보유 지지구에 대향시켜 형성한 복수의 가스 분사 구멍을 갖는, 로딩 유닛.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 구획 상자와 상기 제2 구획 상자의 사이에 설치된 연결부와,
    상기 연결부에 설치되고 상기 제1 구획 상자 및 상기 제2 구획 상자의 내부를 서로 연통 또는 차단하기 위한 개폐 게이트부를 더 구비하는, 로딩 유닛.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 구획 상자와 상기 제3 구획 상자의 사이에 설치된 연결부와,
    상기 연결부에 설치되고 상기 제1 구획 상자 및 상기 제3 구획 상자의 내부를 서로 연통 또는 차단하기 위한 개폐 게이트부를 더 구비하는, 로딩 유닛.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 각 구획 상자에 대해 불활성 가스를 도입하기 위한 가스 도입구와, 내부의 분위기를 배출하기 위한 가스 배출구가 설치되어 있는, 로딩 유닛.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판 보유 지지구는, 상기 기판을 지지하는 웨이퍼 보트와, 상기 웨이퍼 보트의 하단부를 지지하는 보온통을 갖고, 상기 기판 보유 지지구의 강하시에 상기 보온통에 대응하여 강하시키도록 한 보조 냉각 수단이 설치되어 있는, 로딩 유닛.
  7. 기판에 대해 열처리를 실시하는 처리 유닛과,
    상기 처리 유닛의 하방에 설치된 제1항 또는 제2항에 기재된 로딩 유닛과,
    상기 로딩 유닛에 병설되어, 복수매의 상기 기판을 수용한 기판 용기를 대기시키는 스토커 유닛을 구비한, 처리 시스템.
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