JP2001308012A - 熱処理装置及びその方法 - Google Patents
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Abstract
磁気カップリングを利用して回転させながら加熱処理を
行うにあたって、軸受部からのグリースの蒸気によるウ
エハの汚染を防止し、グリースを使用しない、摩擦トル
クの大きいセラミックス軸受部を用いても、ウエハを所
定の向きに精度良く停止させることができるようにす
る。 【解決手段】 磁気カップリングの伝達トルクの大きさ
と内輪部及び外輪部の角度差との関係を示すトルク曲線
において、極数ごとに得られる各トルク曲線の最大トル
クの中で最大値を持つ極数Lよりも多い極数であって、
かつトルク曲線の上昇部分の傾きが前記極数Lの場合よ
りも大きい極数に選定して磁気カップリングを構成す
る。
Description
ハなどの被処理体を磁気カップリングを利用して回転さ
せながら当該被処理体に対して熱処理を行う装置及び方
法に関する。
エハ(以下ウエハという)をランプにより加熱して熱処
理例えばアニール、CVD、酸化処理を行う枚葉式熱処
理装置がある。この場合ウエハ全面を均一に加熱するた
めにウエハを加熱ランプに対して相対的に回転する必要
がある。この種の装置は、例えば米国特許第57555
11号公報に記載されており、次のように構成されてい
る。即ち処理容器の上に透過窓を介して加熱ランプが配
置されると共に、処理容器の下部においてその外側の外
輪部と処理容器の内側の内輪部とが磁気カップリングを
介して結合され、外輪部及び内輪部は処理容器に固定さ
れた固定部に対して夫々軸受部を介して回転自在に設け
られている。前記軸受部は夫々内輪部と外輪部とに直接
接触する金属製のボ−ルにより構成され、グリ−スを潤
滑剤としている。そして駆動部により外輪部を回転さ
せ、その回転力を磁気カップリングを介して内輪部に伝
達することにより、内輪部に設けられたウエハ載置部が
回転することになる。
スを潤滑剤とした軸受部を用いているので摩擦トルクが
小さく、このため磁気カップリングにおける磁力が小さ
くても内輪部が外輪部に精度良く追従し、外輪部を停止
させたときにウエハが高い精度で所定の位置に停止す
る。しかしグリ−スを軸受部の潤滑剤として用いている
のでグリ−スの蒸気によりウエハが汚染される懸念があ
り、また内輪部が軸受部のボ−ルの上で転がるので高速
回転に向かないという課題がある。
ミックス軸受部を検討しているが、セラミックス軸受部
はグリ−スを用いた軸受部に比べて摩擦トルクが大き
く、外輪部を停止させたときに内輪部が所定の位置から
ずれてつまり内輪部側の磁極及び外輪部側の磁極の中心
がずれた状態で停止する。
や、スル−プットの向上を図るために、搬送ア−ムを備
えた搬送室に複数の熱処理部を気密に接続し、ウエハに
対して連続して熱処理を行うクラスタツ−ルと呼ばれて
いるシステムが開発されている。クラスタツールにおい
ては、均一なプロセスを行うため、一部の熱処理部では
ウエハを載置台により回転させながら熱処理を行うが、
この場合載置台にウエハの形状に適合する係合部である
凹部を形成し、この凹部にウエハを嵌め込んで回転させ
るようにしている。
ンテ−ションフラット(オリフラ)やV字状のノッチが
あるため、一の熱処理部においてウエハの停止位置が狂
うと、ウエハが所定の向きに向いていない状態で次の熱
処理部の処理容器内に搬入されることになり、載置台の
凹部に嵌め合わせることができなくなる。
の向き)のずれ分(角度)を見込んでモ−タを制御する
ことも考えられるが、摩擦トルクの大きさが例えばわず
かながら経時的に変化すると、その変化分が停止位置に
反映されるなど、得策ではない。
のであり、その目的は、いわゆる磁気カップリング及び
セラミックス軸受部を用いて被処理体の載置部を回転さ
せながら加熱処理を行うにあたり、被処理体を高精度で
所定の向きに停止させることができ、例えば複数の熱処
理部を用いて連続処理を行う場合に、被処理体を後続の
熱処理部内に所定の向きで搬入することができる技術を
提供することにある。
処理容器内にて被処理体を載置部により回転させなが
ら、加熱手段により加熱しかつ処理容器内に所定のガス
を供給して被処理体に対して熱処理を行う熱処理装置に
おいて、前記処理容器の外側に設けられ、周方向に沿っ
て磁極が多数配列された外輪部と、前記処理容器の内側
に設けられ、前記磁極の夫々の間で磁力が作用するよう
に周方向に沿って多数の磁極が配列されると共に前記磁
力により外輪部に追従して回転する内輪部と、前記外輪
部を回転駆動するための駆動部と、前記内輪部と処理容
器との間に介設され、セラミックスよりなる転動体と自
己潤滑性がある保持器とを備えた軸受部と、前記処理容
器内にて前記内輪部と共に回転し、被処理体を載置する
ための載置部と、前記被処理体を加熱するための加熱手
段と、を備え、前記外輪部を回転させたときの内輪部の
トルクと外輪部及び内輪部の対応する磁極同士の角度差
との関係を示すトルク曲線において、要求される載置部
に対する被処理体の向きの許容範囲に対応する角度差の
ときのトルクの値が前記軸受部の摩擦トルクの値を越え
ていることを特徴とするものである。
−スを用いていないので被処理体に対する汚染を防止で
きる。そしてその軸受部であるセラミックス軸受部は摩
擦トルクが大きいが、被処理体を高精度で所定の向きに
停止させることができる。この発明では、内輪部及び外
輪部の極数ごとに得られる各トルク曲線の最大トルクの
中で最大値を持つ極数Lよりも多い極数であり、かつト
ルク曲線の上昇部分の傾きが前記極数Lにおけるトルク
曲線の上昇部分よりも大きい極数であることが好まし
い。
器を気密に接続したいわゆるクラスタ−ツ−ルに好適に
適用でき、一の処理容器で被処理体に対して熱処理をお
こなった後、当該被処理体に対して次の処理容器で熱処
理を行う場合に所定の向きで載置部に載置することがで
きる。
装置(熱処理部)を用い、一の熱処理部の載置部に被処
理体を載置する工程と、次いで外輪部を回転させること
により載置部を回転させながら、加熱手段により加熱し
かつ処理容器内に所定のガスを供給して被処理体に対し
て熱処理を行う工程と、外輪部を停止させて載置部の回
転を止めた後、載置部上の被処理体を、当該一の熱処理
部に気密に接続された搬送室を介して前記他の熱処理部
の載置部に搬送する工程と、を含むことを特徴とする。
実施の形態を示す縦断面図である。1は例えばアルミニ
ウム(A5052)からなる偏平な処理容器であり、加
熱処理空間における内側面の横断面形状が円形に形成さ
れている。処理容器1の底部の周縁側はリング状の溝部
11として形成されており、この溝部11の中には内輪
部2が設けられている。内輪部2は前記溝部11の内壁
に軸受部31を介して垂直軸回りに回転自在に保持され
ている。この軸受部31は真空用のセラミックス軸受部
であり、耐摩擦性、耐高熱性、耐腐食性に優れた窒化ケ
イ素よりなる転動体であるボ−ル31aを自己潤滑性が
ある材質例えばフッ素樹脂よりなる保持器31bの中に
収納して構成されている。
エハWの周縁部を保持するリング状の載置部12が設け
られており、内輪部2と一体となって回転する。載置部
12の表面には、オリフラタイプウエハの場合図2に示
すようにウエハWを位置決めした状態で載置するため
に、位置決め部である段部(ザグリ)12aがウエハW
と同一形状に形成されている。図2中、12bはウエハ
WのオリフラOFに相当する個所である。
を形成するハウジング13が下方側に伸びており、当該
ハウジング13の外側には外輪部4が例えば上下2段に
設けられた軸受部32、33を介して垂直軸回りに回転
自在に保持されている。この軸受部31、32は処理容
器1の外側にあるので、例えばグリ−スを用いた軸受部
などを用いればよい。
1及び41が設けられ、これら磁極21、41は互いに
前記ハウジング13の隔壁14の内側及び外側に配置さ
れて磁気カップリングを構成している。隔壁14は非磁
性材料である例えばアルミニウムや非磁性鋼(例えばS
US304)から構成される。図3は、図1においてA
−A線で切った断面図のうち内輪部2、隔壁14及び外
輪部4を示したものであり、この図を用いて説明する
と、内輪部2は高透磁率材料であるマルテンサイト系ス
テンレス鋼(SUS440C)により構成され、外周に
沿って多数例えば60個の矩形状の突起22が形成され
ている。この突起22は前記磁極21に相当するもので
ある。
1に相当するネオジム系磁石よりなる永久磁石42が前
記内輪部2の磁極21に対応して例えば60個設けられ
ている。各磁極41(永久磁石42)については、図4
に示すように一個おきに内側及び外側に夫々N極及びS
極が着磁がされると共にそれら一個おきの磁極41の間
にある磁極41は内側及び外側に夫々S極及びN極が着
磁されている。つまり磁極41の配列においてN極及び
S極が交互に着磁されている関係になっている。従って
内輪部2の磁極21については、一個おきに内側及び外
側に夫々N極及びS極が発生し、それら一個おきの磁極
21の間にある磁極21は内側及び外側に夫々S極及び
N極が発生することになる。内輪部2の外径及び外輪部
4の内径は例えば夫々およそ370mm、380mmに
設定されている。
リングの磁極数(磁極21、41の数)は60極として
いるが、その選定の理由について図5を参照しながら述
べておく。図5は外輪部4を回転させたときの内輪部2
のトルクと外輪部4及び内輪部2の対応する磁極21、
41同士の角度差(回転角度差)との関係を示すトルク
曲線を、40極、60極及び80極の夫々の場合につい
てコンピュ−タを使って求めたものである。この図5か
ら分かるようにいずれの極数においても、前記角度差が
ゼロのところではトルクは発生しないが、角度差を大き
くしていくとトルクも増加していき、やがてある角度差
でトルクが最大になり、その後角度差を大きくしていく
とトルクは減少する。各磁極におけるトルクの最大値を
最大伝達トルクと呼ぶことにすると、最大伝達トルクは
極数を増やすことにより大きくなるが、極数がある程度
以上になると磁極間の反発力が大きくなり、逆に小さく
なっていく。例えば1極から順に極数を増やしていけば
極数の増加に伴って最大伝達トルクが大きくなることは
容易に理解できるところであり、40極に比べて60極
の最大伝達トルクが小さいということは、このことを裏
付けている。一方最大伝達トルクは小さくなっても、ト
ルク曲線の上昇部分の傾きは大きくなっていき、極数が
ある値を越えると、その傾きも小さくなっていく。即ち
40極に比べて60極の上昇部分の傾きが大きく、60
極に比べて80極の上昇部分の傾きが小さくなってい
る。
る位置決め精度、つまり所定の向きに対して許容される
角度におけるトルクをいかに大きくとるかということが
重要であり、その角度は例えば0.3度と小さいので、
図5から分かるように前記最大伝達トルクの大きさが問
題ではなく、トルク曲線の上昇部分の傾きが大きいほど
確実にウエハを位置決め精度内で停止させることができ
る。このような理由から60極を選定している。
クは365kgf.cm以上であり、内輪部2と外輪部
4とのずれ(角度差)が0.3度のときの伝達トルクは
およそ132kgf.cmである。前記セラミックス軸
受部31の摩擦トルクはおよそ68kgf.cmであ
り、前記角度差が0.3度のときの伝達トルクは摩擦ト
ルクの2倍弱である。
面にはギヤ部43が形成されており、このギヤ部43は
駆動部であるステッピングモ−タ44のギヤ部と45と
歯合していて、ステッピングモ−タ44の駆動により外
輪部4が回転するように構成されている。
ジング13の外部寄りの部位にはパ−ジガス例えばN2
ガスの供給路51が形成されており、その先端は溝部1
1における軸受部31の直ぐ上に連通している。またハ
ウジング13の内部よりの部位には、パ−ジガスの排気
路52が例えば周方向に複数形成されている。パ−ジガ
スは図示しないガス供給管から前記供給路51を介して
前記溝部11内に入り込み、軸受部31内を通って排気
路52を介して図示しない排気管から排気される。この
ようにパ−ジガスを流すようにすれば、、処理容器1内
に位置する軸受部31から発塵したとしてもパ−ジガス
により外部に排気されるのでウエハWのプロセスには影
響しないし、また軸受部31が冷却される効果もある。
には、図示しないがウエハWを突き上げて処理容器1の
外の搬送ア−ムとの間で受け渡しを行うためのリフトピ
ンが設けられている。前記処理容器1のウエハWよりも
少し上側の側壁には、処理ガスを供給するための例えば
横長のスリット状のガス供給路61及び処理ガスを排気
する排気路62が互いに対向する位置に形成されてい
る。排気路62は、処理容器1の側壁から外側に突出す
る排気室63を介して排気管64に接続されている。
りなる透過窓71が設けられており、この透過窓71の
上側には加熱手段である例えばリング状のハロゲンラン
プ72が同心円状に設けられている。図中73はハロゲ
ンランプ72の電力供給系を収納した筐体である。
る。先ず処理容器1の図示しない搬送口から搬入された
図示しない搬送ア−ムから載置部12にウエハWを受け
渡す。続いてステッピングモ−タ44を駆動して外輪部
4を回転させる。このとき外輪部4の磁極41と内輪部
2の磁極21との間に磁力が働いているので、磁極21
が磁極41に吸引されようとするが、内輪部2の軸受部
31に摩擦があるため、内輪部2に働くトルクが軸受部
31における摩擦トルクを越えるまでは外輪部4側の磁
極41のみが回転し、内輪部2に働くトルク(伝達トル
ク)が前記摩擦トルクを越えたときに内輪部2側の磁極
21が遅れて回転するする。図4は外輪部4を例えば反
時計方向に回転させたときに上述の理由から外輪部4に
遅れて内輪部2が回転する様子を模式的に示した図であ
り、外輪部4が内輪部2に対して角度θだけ進んだとき
に内輪部2が回転し始める。なおこの角度θは磁極21
の中心軸に対する磁極41の中心軸のずれ分つまり内輪
部2側の摩擦トルクがゼロのときの磁極41の停止位置
からのずれ分である。このようにしてウエハWが回転す
る。
x288rpm可能)で回転させながらランプ72から
の輻射熱によりウエハWを加熱し更にガス供給路61か
ら処理ガスを供給して所定の熱処理が行われる。この熱
処理としては、ウエハWを例えば1000℃まで昇温す
ると共に不活性ガス例えばN2 ガスを供給しながら行う
アニ−ル処理や、ウエハWを例えば600℃まで昇温す
ると共に成膜ガスを供給しながら行う成膜処理(CV
D)などが挙げられる。そして熱処理を終了した後、ラ
ンプ72をオフにしてウエハWを降温させ、ウエハWが
所定温度になった後、ステッピングモ−タ44を停止す
る。外輪部4が停止すると、内輪部2も停止するが、既
述のように摩擦トルクがあるため、内輪部2は外輪部4
に対して角度θだけ遅れた位置に停止する。処理後のウ
エハWは図示しない搬送ア−ムにより処理容器1から搬
出される。
部としてグリ−スを用いないセラミックス軸受部を使用
しているので軸受部によるウエハWの汚染を防止でき
る。そしてこのセラミックス軸受部は摩擦トルクが大き
いが、磁気カップリングの極数ごとのトルク曲線の最大
伝達トルクの中で最大値を持つ極数よりも多い極数を選
定し、トルク曲線の上昇部分の傾きを大きくして、要求
されるウエハWの向きの許容範囲(ウエハWを処理容器
1から搬出するときの向きが決められていて、その決め
られた向きに対してウエハWの向きのずれが許容される
角度)に対応する角度差において大きな伝達トルクを確
保するようにし、例えば0.3度のときのトルクの値が
前記軸受部の摩擦トルクの値を大幅に越えるようにして
いる。従って例えばスル−プットを稼ぐために載置部を
回転するときの加速度、減速度を大きくしても、載置部
12を停止したときにウエハWの向きのずれが前記許容
範囲内に確実に収まる。このため例えば後述のように、
後工程に上述の加熱装置が控えている場合にもウエハW
載置部12の段部12aに嵌合して載置することができ
るし、後工程の処理装置がウエハWを載置部の上に単に
載せるだけの場合でも、常に一定の向きにおくことによ
り膜厚、パ−ティクルなどの処理結果の解析に役立つ。
は0.3度に限られるものではないが、本発明では例え
ば1.0度までを対象としている。また極数の選定の仕
方は、トルク曲線における最大伝達トルクの最大値やト
ルク曲線の上昇部分が大きくなくとも、要求される載置
部に対する被処理体の向きの許容範囲に対応する角度差
のときのトルクの値が前記軸受部の摩擦トルクの値を越
えていれば、例えば80極を選定しても本発明の範囲に
含まれるが、加速度、減速度をある程度大きくする設計
を考えるなら、前者の値が摩擦トルクの値の1.2倍以
上が好ましい。
(熱処理装置)の一例を図7に示しておく。この熱処理
装置は、搬送アーム80を備えた気密構造の搬送室8の
周囲に例えば2個のカセット室81と4個の処理容器8
2とをゲートバルブGを介して気密に接続して構成さ
れ、各処理容器82の内部構造は既述の実施の形態と同
じ構造である。言い換えれば既述の実施の形態に係る熱
処理装置(熱処理部)を4個用意し、各処理容器のウエ
ハ搬出入口をゲートバルブGを介して搬送室8に接続し
たものである。
ハWを保持したウエハカセットCを外部から図示しない
ゲートドアを開いてカセット室81内に搬入し、そのゲ
ートドアを閉じ、ゲートバルブGを開いて搬送アーム8
0によりカセットC内のウエハWを−の処理容器82に
搬送し、所定の熱処理を行う。その後当該ウエハWを搬
送アーム80により他の処理容器82に搬送し、所定の
熱処理を行い、こうしてウエハWに対して連続処理を行
った後、搬送アーム80により例えばもとのカセットC
内にあるいは他のカセット室81のカセットC内に受け
渡される。連続処理の一例を挙げると、−の処理容器8
2にて急速加熱酸化プロセスが行われ、他の処理容器8
2にてポリシリコン形成のためのCVDプロセスが行わ
れる。
段部12a(図1、図2参照)にウエハWが嵌合し、ウ
エハWを例えば許容範囲±0.3度で所定の向きに向け
ておかないと載置部12に載せることができない制約が
あるが、熱処理後のウエハWの停止位置は予定の停止位
置からわずかにずれているもののそのずれ分は0.3度
よりも少ないので、次の処理容器82の載置部にウエハ
Wを載せることができる。
軸受部としてセラミックス軸受部を用いているので載置
部の軸受部による被処理体の汚染を防止することができ
る。そして被処理体を高精度で所定の向きに停止させる
ことができ、例えば複数の熱処理部を用いて連続処理を
行う場合に、被処理体を後続の熱処理部内に所定の向き
で搬入することができる
断面図である。
視図である。
部を示す横断面図である。
平面図である。
グのトルク曲線を示す特性図である。
る。
ーツールを示す平面図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 処理容器内にて被処理体を載置部により
回転させながら、加熱手段により加熱しかつ処理容器内
に所定のガスを供給して被処理体に対して熱処理を行う
熱処理装置において、 前記処理容器の外側に設けられ、周方向に沿って磁極が
多数配列された外輪部と、 前記処理容器の内側に設けられ、前記磁極の夫々の間で
磁力が作用するように周方向に沿って多数の磁極が配列
されると共に前記磁力により外輪部に追従して回転する
内輪部と、 前記外輪部を回転駆動するための駆動部と、 前記内輪部と処理容器との間に介設され、セラミックス
よりなる転動体と自己潤滑性がある保持器とを備えた軸
受部と、 前記処理容器内にて前記内輪部と共に回転し、被処理体
を載置するための載置部と、 前記被処理体を加熱するための加熱手段と、を備え、 前記外輪部を回転させたときの内輪部のトルクと外輪部
及び内輪部の対応する磁極同士の角度差との関係を示す
トルク曲線において、要求される載置部に対する被処理
体の向きの許容範囲に対応する角度差のときのトルクの
値が前記軸受部の摩擦トルクの値を越えていることを特
徴とする熱処理装置。 - 【請求項2】 処理容器内の載置部に対して被処理体を
所定の向きで載置し、当該載置部を回転させながら、加
熱手段により加熱しかつ処理容器内に所定のガスを供給
して被処理体に対して熱処理を行う熱処理部と、この熱
処理部の処理容器にゲ−トバルブを介して気密に接続さ
れた搬送室と、この搬送室にゲ−トバルブを介して気密
に接続された処理容器を備えた他の熱処理部と、を備
え、一の熱処理部にて被処理体に対して熱処理を行い、
次いでその被処理体を前記搬送室を介して他の熱処理部
に搬送して熱処理を行う熱処理装置において、 前記一の熱処理部は、 前記処理容器部の外側に設けられ、周方向に沿って磁極
が多数配列された外輪部と、 前記処理容器の内側に設けられ、前記磁極の夫々の間で
磁力が作用するように周方向に沿って多数の磁極が配列
されると共に前記磁力により外輪部に追従して回転する
内輪部と、 前記外輪部を回転駆動するための駆動部と、 前記内輪部と処理容器との間に介設され、セラミックス
よりなる転動体と自己潤滑性がある保持器とを備えた軸
受部と、 前記処理容器内にて前記内輪部と共に回転し、被処理体
を載置するための載置部と、 前記被処理体を加熱するための加熱手段と、を備え、 前記外輪部を回転させたときの内輪部のトルクと外輪部
及び内輪部の対応する磁極同士の角度差との関係を示す
トルク曲線において、前記他の熱処理部にて要求される
載置部に対する被処理体の向きの許容範囲に対応する角
度差のときのトルクの値が前記軸受部の摩擦トルクの値
を越えていることを特徴とする熱処理装置。 - 【請求項3】 他の熱処理部の載置部の位置決め部に被
処理体が嵌合することにより被処理体の向きが位置決め
されることを特徴とする請求項2記載の熱処理装置。 - 【請求項4】 内輪部及び外輪部の極数ごとに得られる
各トルク曲線の最大トルクの中で最大値を持つ極数Lよ
りも多い極数であり、かつトルク曲線の上昇部分の傾き
が前記極数Lにおけるトルク曲線の上昇部分よりも大き
い極数であることを特徴とする請求項1、2または3記
載の熱処理装置。 - 【請求項5】 被処理体の向きの許容範囲に対応する角
度差が0.3度であることを特徴とする請求項1ないし
4のいずれかに記載の熱処理装置。 - 【請求項6】 外輪部側の磁極及び内輪部側の磁極の一
方がネオジム系磁石であり、他方がマルテンサイト系ス
テンレス鋼であることを特徴とする請求項1ないし5の
いずれかに記載の熱処理装置。 - 【請求項7】 加熱手段は被処理体を輻射熱により加熱
するものであることを特徴とする請求項1ないし6のい
ずれかに記載の熱処理装置。 - 【請求項8】 処理容器の外側に設けられ、周方向に沿
って磁極が多数配列された外輪部と、 前記処理容器の内側に設けられ、前記磁極の夫々の間で
磁力が作用するように周方向に沿って多数の磁極が配列
されると共に前記磁力により外輪部に追従して回転する
内輪部と、 前記外輪部を回転駆動するための駆動部と、 前記内輪部と処理容器との間に介設され、セラミックス
よりなる転動体と自己潤滑性がある保持器とを備えた軸
受部と、 前記処理容器内にて前記内輪部と共に回転し、被処理体
を載置するための載置部と、を有し、 前記外輪部を回転させたときの内輪部のトルクと外輪部
及び内輪部の対応する磁極同士の角度差との関係を示す
トルク曲線において、他の熱処理部にて要求される載置
部に対する被処理体の向きの許容範囲に対応する角度差
のときのトルクの値が前記軸受部の摩擦トルクの値を越
えている一の熱処理部を用い、 この一の熱処理部の載置部に被処理体を載置する工程
と、 次いで外輪部を回転させることにより載置部を回転させ
ながら、加熱手段により加熱しかつ処理容器内に所定の
ガスを供給して被処理体に対して熱処理を行う工程と、 外輪部を停止させて載置部の回転を止めた後、載置部上
の被処理体を、当該一の熱処理部に気密に接続された搬
送室を介して前記他の熱処理部の載置部に搬送する工程
と、 を含むことを特徴とする熱処理方法。
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