JP2006040990A

JP2006040990A - 減圧熱処理装置及びその常圧復帰方法

Info

Publication number: JP2006040990A
Application number: JP2004215179A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kobayashi; 健小林
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】処理容器内を加圧状態にすることなく安定して迅速に常圧復帰させることができ、ＴＡＴの短縮化が図れる減圧熱処理装置及びその常圧復帰方法を提供する。
【解決手段】処理容器２内に被処理体を収容して所定の減圧雰囲気下で熱処理した後、処理容器２内に流量制御器９により不活性ガスを導入して処理容器２内を常圧に復帰させるようにした減圧熱処理装置１であって、前記処理容器２内の圧力を検出する圧力センサ１８と、熱処理後に処理容器２内に不活性ガスを導入して処理容器２内を常圧に復帰させるときに処理容器２内の圧力が加圧状態にならない不活性ガスの導入流量になるように前記流量制御器１９を制御する制御部１９とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、減圧熱処理装置及びその常圧復帰方法に関する。

半導体装置の製造においては、被処理体例えば半導体ウエハに例えば酸化、拡散、ＣＶＤ、アニール等の各種の熱処理を施す工程があり、これらの工程を所定の減圧（真空）雰囲気下で実行するための装置として減圧熱処理装置が用いられている。この減圧熱処理装置は、ウエハを収容して所定の減圧雰囲気下で熱処理するための処理容器を備え、この処理容器には処理容器内を所定の減圧に排気可能な排気系と、処理容器内に処理ガスや不活性ガスを導入するガス導入系とが接続されている。このような減圧熱処理装置（例えばＣＶＤ装置）においては、熱処理後（プロセス完了後）に、処理容器内から常圧（大気圧）側にウエハを搬出（アンロード）するために、処理容器内を常圧ないし微減圧で排気しながら処理容器内に不活性ガス例えば窒素ガス（Ｎ_２）を流量制御器を介して導入し、処理容器内を不活性ガスで置換しながら高真空から常圧（大気圧）に復帰させることが行われている（例えば、特開平７-２２７５３４号公報、特開２００１−１４６９７５公報参照）。

特開平７-２２７５３４号公報特開２００１−１４６９７５公報

ところで、前記常圧復帰に要する時間を短縮させてＴＡＴ（Turn Around Time）の短縮化を図るために、処理容器内に常温の不活性ガスを大流量で導入する試みがなされている。しかしながら、処理容器は熱容量が大きく冷めにくいだけでなく、次の処理に備えて高温に保たれることが多いため、処理容器内に常温の不活性ガスを大流量で流入させると、気体の急激な熱膨張により処理容器内が加圧状態になってしまい、シール面からのリーク等の不具合を発生する可能性があった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、処理容器内を加圧状態にすることなく安定して迅速に常圧復帰させることができ、ＴＡＴの短縮化が図れる減圧熱処理装置及びその常圧復帰方法を提供することを目的とする。

本発明のうち、請求項１に係る発明は、処理容器内に被処理体を収容して所定の減圧雰囲気下で熱処理した後、処理容器内に流量制御器により不活性ガスを導入して処理容器内を常圧に復帰させる減圧熱処理装置の常圧復帰方法であって、前記処理容器内の圧力を検出し、該圧力が加圧状態にならないように流量制御器により不活性ガスの導入流量を制御することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、処理容器内に被処理体を収容して所定の減圧雰囲気下で熱処理した後、処理容器内に流量制御器により不活性ガスを導入して処理容器内を常圧に復帰させるようにした減圧熱処理装置であって、前記処理容器内の圧力を検出する圧力センサと、熱処理後に処理容器内に不活性ガスを導入して処理容器内を常圧に復帰させるときに処理容器内の圧力が加圧状態にならない不活性ガスの導入流量になるように前記流量制御器を制御する制御部とを備えたことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２記載の減圧熱処理装置において、前記制御部が、目標圧力値と検出圧力値を比較し、検出圧力値が目標圧力値に達しているときは現在の制御流量値をそのまま制御流量値とし、検出圧力値が目標圧力値に達していないときはその圧力差分より計算した値を制御流量値として出力するオートチューニング機能を備えていることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、処理容器内に被処理体を収容して所定の減圧雰囲気下で熱処理した後、処理容器内に流量制御器により不活性ガスを導入して処理容器内を常圧に復帰させる減圧熱処理装置の常圧復帰方法であって、前記処理容器内の圧力を検出し、該圧力が加圧状態にならないように流量制御器により不活性ガスの導入流量を制御するため、処理容器内を加圧状態にすることなく安定して迅速に常圧復帰させることができ、ＴＡＴの短縮化が図れる。

請求項２に係る発明によれば、処理容器内に被処理体を収容して所定の減圧雰囲気下で熱処理した後、処理容器内に流量制御器により不活性ガスを導入して処理容器内を常圧に復帰させるようにした減圧熱処理装置であって、前記処理容器内の圧力を検出する圧力センサと、熱処理後に処理容器内に不活性ガスを導入して処理容器内を常圧に復帰させるときに処理容器内の圧力が加圧状態にならない不活性ガスの導入流量になるよう前記流量制御器を制御する制御部とを備えているため、処理容器内を加圧状態にすることなく安定して迅速に常圧復帰させることができ、ＴＡＴの短縮化が図れる。

請求項３に係る発明によれば、前記制御部が目標圧力値と検出圧力値を比較し、検出圧力値が目標圧力値に達しているときは現在の制御流量値をそのまま制御流量値とし、検出圧力値が目標圧力値に達していないときはその圧力差分より計算した値を制御流量値として出力するオートチューニング機能を備えているため、処理容器の容積や、一次側からの不活性ガスの流入量に応じて短時間で最適値を求めることができ、処理容器内を迅速に常圧復帰させることができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を基に詳述する。図１は本発明の実施の形態である減圧熱処理装置を概略的に示す図、図２は流量制御システムを説明するブロック図、図３は常圧復帰する場合の流量制御を説明するフローチャート図である
これらの図において、１は減圧熱処理装置として例示した縦型熱処理装置で、この縦型熱処理装置１は被処理体例えば半導体ウエハを収容して所定の減圧雰囲気下で熱処理するための熱処理炉を構成する例えば石英製の処理容器（反応管ともいう）２を備えている。処理容器２は例えば下端が炉口として開口された縦長円筒状に形成されている。処理容器２の周囲にはウエハを所定の温度例えば８００〜１２００℃程度に加熱するための加熱手段であるヒーター３が設けられている。

処理容器２の下方には、処理容器２の開口端である炉口を塞ぐ蓋体４が図示しない昇降機構により開閉可能すなわち昇降可能に設けられている。蓋体４の上部には多数枚のウエハを上下方向に所定間隔で多段に保持する例えば石英製のボート（図示省略）が設けられている。前記昇降機構によって、処理容器２に対するボートの搬入（ロード）、搬出（アンロード）及び蓋体４の開閉が行われるようになっている。

前記縦型熱処理装置１は、内部が清浄な雰囲気とされた筐体（図示省略）を備え、この筐体内の後部上方に前記処理容器２が設置されている。筐体内における処理容器２の下方はローディグエリア（作業領域）とされ、このローディングエリアには処理容器２内から搬出されたボートと運搬容器であるカセットとの間でウエハの移し替え（移載）を行うための移載機構が設けられている。

前記処理容器２には、処理容器２内に処理ガスや不活性ガス（例えばＮ_２）を導入するガス導入系としてのガス導入管５と、処理容器２内を減圧排気可能な排気系（主排気系）としての主排気管６とが接続されている。図示例では、処理容器２の下側部（例えばフランジ部）にガス導入管５を接続するガス導入口７が設けられ、処理容器２の頂部に主排気管６を接続する排気口８が設けられている。なお、処理容器２としては、上端が閉塞されており、下端の開口端に、ガス導入管を接続するガス導入口と、主排気管を接続する排気口とを有する円筒状のマニホールドが接続されたものであっても良い。

前記ガス導入口７及びガス導入管５は、例えばガス種に対応する数だけ設けられている。また、ガス導入管５にはガス流量を調節するための流量制御器（Mass Flow Controller、略してＭＦＣともいう。）９が設けられ、この流量制御器９よりも上流には開閉弁１０が設けられている。前記主排気管６の下流には、処理容器２内を例えば１×１０^−５Ｔｏｒｒ程度まで減圧排気可能な真空ポンプ１１が設けられている。

主排気管６における真空ポンプ１１よりも上流には排気圧力を調節するための主排気弁１２が設けられ、この主排気弁１２の前後を連通するように設けられた細径で排気流量の小さい副排気系としてのバイパス管１３には排気圧力を調節するための副排気弁１４が設けられている。主排気弁１２の開操作による主排気減圧工程では例えば１×１０^−５Ｔｏｒｒ程度までの減圧が可能であり、副排気弁１４の開操作による副排気減圧工程では例えば１０Ｔｏｒｒ程度までの減圧が可能である。

また、前記主排気管６における主排気弁１２よりも上流には、処理容器２内を常圧ないし微減圧で排気するために工場排気系に接続された常圧排気系としての常圧排気管１５が分岐接続されている。この常圧排気管１５には常圧排気弁（ベントバルブ）１６と、常圧排気管１５側から主排気管６側への逆流を防止するための逆止弁１７とが順に設けられている。処理容器２内の圧力を検出するために、処理容器２内と同じ減圧領域である主排気管６には圧力センサ１８が設けられている。

前記主排気弁１２、副排気弁１４、開閉弁１６は制御部（コントローラ）１９によって開閉制御されるようになっている。処理容器２内を所定の圧力まで真空引きする場合には、先ず開閉弁１０、主排気弁１２及び常圧排気弁１６を閉じ、副排気弁１４を開けて小流量のスロー排気による予備真空引きを行い、次いで副排気弁１２を閉じ、主排気弁１２を開いて所定の真空度になるまで本真空引きを行い、この真空度を維持しつつ所定の処理ガスを所定の流量で処理容器内に導入することにより所定の熱処理例えばＣＶＤ処理を行う。熱処理が終了したら、主開閉弁１２を閉じる。

熱処理後（プロセス終了後）、処理容器２内に不活性ガス例えばＮ_２を導入して常圧に復帰させるときに、圧力センサ１８で検出される圧力が加圧状態（例えば大気圧：７６０Ｔｏｒｒを超える状態）にならない不活性ガスの導入流量になるよう前記流量制御器９を制御部（コントローラ）１９によって制御するように構成されている。この場合、常圧排気弁１６又は副排気弁１４を開いておき、常圧排気又は低減圧排気を行い、処理容器２内に残存する処理ガスを掃気して処理容器２内を不活性ガス例えばＮ_２でパージする。

処理容器２内に不活性ガスを導入する場合、ＴＡＴの短縮化のために、大流量例えば５００〜１０００リットル/分で導入することが好ましい。また、処理容器２の容積や、一次側からの不活性ガス例えばＮ_２の流入量に応じて短時間で最適値を求め、処理容器２内を迅速に常圧復帰させるために、前記制御部１９は、設定値である目標圧力値（例えば大気圧：７６０Ｔｏｒｒ）と検出値である現在圧力値を比較し、現在圧力値が目標圧力値に達しているときは現在の制御流量値をそのまま制御流量値とし、現在圧力値が目標圧力値に達していないときはその圧力差分より計算した値を制御流量値として出力するオートチューニング機能を備えていることが好ましい。このオートチューニングの手法としては、いわゆるリミットサイクル法やＰＩＤ法が用いられる。

減圧状態から常圧（大気圧）状態に戻すときに減圧領域である処理容器２内に不活性ガス例えばＮ２を導入して圧力を制御する圧力制御方法ないし圧力制御システムにおいては、制御部１９において、図３に示すように、圧力制御処理を開始する（Ｓ１）と、目標圧力値の取得（Ｓ２）、制御流量値の取得（Ｓ３）、現在圧力値の取得（Ｓ４）を順に行った後、現在圧力値が目標圧力値に達したか否かを比較し（Ｓ５）、達した場合は現在の制御流量値をそのまま制御流量値とし（Ｓ６）、達しない場合はその圧力差分より計算した値を制御流量値とし（Ｓ７）、最適な制御流量値を出力して（Ｓ８）、流量制御器９を制御するようになっている。なお、現在圧力値が目標圧力値（例えば大気圧）に達した場合には、処理容器２内が常圧に復帰しているので、開閉弁１０、常圧排気弁１６、副排気弁１４を閉じて常圧復帰工程を終了し、蓋体４を降下してボートを搬出すれば良い。

前記制御部１９は、図２に示すように比較演算を行う中央処理装置（ＣＰＵ）２０を有し、この中央処理装置２０には目標圧力値の設定等の各種設定値及び現在値の入出力を行う例えばタッチパネル式の入出力表示装置であるＭＭＩ（Man Machine Interface）２１が接続されている。中央処理装置２０には圧力センサ１８からの出力値である現在圧力値と流量制御器９からの出力値である現在流量値がＡ／Ｄ変換されて取り込まれ（入力され）、中央処理装置２０で比較演算処理されて算出された制御流量値がＤ／Ａ変換されて流量制御器９に出力されるようになっている。

以上構成からなる縦型熱処理装置１の常圧復帰方法によれば、処理容器２内にウエハを収容して所定の減圧雰囲気下で熱処理した後、処理容器２内に流量制御器９により不活性ガスを導入して処理容器２内を常圧に復帰させる減圧熱処理装置１の常圧復帰方法であって、前記処理容器２内の圧力を検出し、該圧力が加圧状態にならないように流量制御器９により不活性ガスの導入流量を制御するため、処理容器２内を加圧状態にすることなく安定して迅速に常圧復帰させることができ、ＴＡＴの短縮化が図れる。

また、縦型熱処理装置１によれば、処理容器２内にウエハを収容して所定の減圧雰囲気下で熱処理した後、処理容器２内に流量制御器９により不活性ガスを導入して処理容器２内を常圧に復帰させるようにした減圧熱処理装置１であって、前記処理容器２内の圧力を検出する圧力センサ２８と、熱処理後に処理容器２内に不活性ガスを導入して処理容器２内を常圧に復帰させるときに処理容器２内の圧力が加圧状態にならない不活性ガスの導入流量になるように前記流量制御器９を制御する制御部１９とを備えているため、処理容器２内を加圧状態にすることなく安定して迅速に常圧復帰させることができ、ＴＡＴの短縮化が図れる。

更に、前記制御部１９が目標圧力値と検出圧力値を比較し、検出圧力値が目標圧力値に達しているときは現在の制御流量値をそのまま制御流量値とし、検出圧力値が目標圧力値に達していないときはその圧力差分より計算した値を制御流量値として出力するオートチューニング機能を備えているため、処理容器２の容積や、一次側からの不活性ガスの流入量に応じて短時間で最適値を求めることができ、処理容器２内を迅速に常圧復帰させることができる。

以上、本発明の実施の形態ないし実施例を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態ないし実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更等が可能である。不活性ガスとしては、アルゴンガスやヘリウムガスであっても良い。減圧熱処理装置としては、横型熱処理装置であっても良く、また、バッチ式に限らず、枚様式であっても良い。

本発明の実施の形態である減圧熱処理装置を概略的に示す図である。流量制御システムを説明するブロック図である。常圧復帰する場合の流量制御を説明するフローチャート図である。

符号の説明

１縦型熱処理装置（減圧熱処理装置）
２処理容器
５ガス導入管（ガス導入系）
６主排気管（排気系）
９流量制御器
１８圧力センサ
１９制御部

Claims

処理容器内に被処理体を収容して所定の減圧雰囲気下で熱処理した後、処理容器内に流量制御器により不活性ガスを導入して処理容器内を常圧に復帰させる減圧熱処理装置の常圧復帰方法であって、前記処理容器内の圧力を検出し、該圧力が加圧状態にならないように流量制御器により不活性ガスの導入流量を制御することを特徴とする減圧熱処理装置の常圧復帰方法。
処理容器内に被処理体を収容して所定の減圧雰囲気下で熱処理した後、処理容器内に流量制御器により不活性ガスを導入して処理容器内を常圧に復帰させるようにした減圧熱処理装置であって、前記処理容器内の圧力を検出する圧力センサと、熱処理後に処理容器内に不活性ガスを導入して処理容器内を常圧に復帰させるときに処理容器内の圧力が加圧状態にならない不活性ガスの導入流量になるように前記流量制御器を制御する制御部とを備えたことを特徴とする減圧熱処理装置。
前記制御部は、目標圧力値と検出圧力値を比較し、検出圧力値が目標圧力値に達しているときは現在の制御流量値をそのまま流量制御値とし、検出圧力値が目標圧力値に達していないときはその圧力差分より計算した値を制御流量値として出力するオートチューニング機能を備えていることを特徴とする請求項２記載の減圧熱処理装置。