JP2015035481A - ヒータ装置、基板処理装置及びメンテナンス方法 - Google Patents

Abstract

【課題】立ち上げ時、メンテナンス時又は修理時におけるプロセストラブルの発生を抑制できるヒータ装置を提供すること。
【解決手段】筒体の断熱壁体と、前記断熱壁体の内周側に螺旋状に複数回巻回して配置され、両端部が断熱壁体の内周側から外周側へと貫通して前記断熱壁体の外方へと伸びる、ヒータエレメントと、を有する筒体の分割ヒータ装置が、軸方向に複数個積載されたヒータ装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒータ装置、基板処理装置及びメンテナンス方法に関する。

例えば半導体装置の製造においては、被処理体である半導体ウエハに対して、成膜処理、酸化処理、拡散処理、アニール処理、エッチング処理等の処理が施される。一般的に、これらの処理は、複数枚のウエハをバッチ式で処理可能な、ヒータ装置を有する縦型の基板処理装置で実施される（特許文献１参照）。

基板処理装置は、一般的に、前工程から基板処理装置へと搬送されるウエハを収納する密閉型収納容器とウエハボートとの間でウエハの移載を行うローディングエリアを有する。そして、このローディングエリアの上部空間に設けられたヒータ装置を有する炉体の内部にプロセスチューブ（以下、処理容器）が搬出入可能に設けられ、このプロセスチューブ内にウエハを収容したウエハボートが搬出入可能に構成される。

近年、直径が４５０ｍｍの半導体ウエハの実用化が進められる等、処理基板の大型化が進んでおり、それに伴って、大型基板を製造できるようヒータ装置及びこのヒータ装置を有する基板処理装置の大型化が進められている。

特開２０００−１８２９７９号公報

基板処理装置の立ち上げ時、メンテナンス時又は修理時においては、ヒータ装置を取り付ける作業や、取り外す作業が発生する場合がある。しかしながら、現在、ヒータ装置は、一体構造で設計されている。また、上述のように、ヒータ装置はローディングエリアの上方に設けられる。そのため、ヒータ装置の取り付け又は取り外しの作業工数の多さ及び作業効率の低さに起因して、プロセストラブルが誘発されるという問題点を有していた。

上記課題に対して、立ち上げ時、メンテナンス時又は修理時等におけるプロセストラブルの発生を抑制できるヒータ装置を提供する。

筒体の断熱壁体と、前記断熱壁体の内周側に螺旋状に複数回巻回して配置され、両端部が断熱壁体の内周側から外周側へと貫通して前記断熱壁体の外方へと伸びる、ヒータエレメントと、を有する筒体の分割ヒータ装置が、軸方向に複数個積載されたヒータ装置。

立ち上げ時、メンテナンス時又は修理時等におけるプロセストラブルの発生を抑制できるヒータ装置を提供できる。

本実施形態に係る基板処理装置の一例の概略構成図である。 本実施形態に係る熱処理炉の一例の概略構成図である。 本実施形態に係るヒータ装置の一例の概略斜視図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

本発明者らは、ヒータ装置及び基板処理装置に関して鋭意検討した結果、ヒータ装置を軸方向に分割することにより、種々のプロセストラブルを解決可能であることを見出した。本明細書においては、先ず、本実施形態に係る基板処理装置の一例の構成について説明する。次に、この基板処理装置が有するヒータ装置の構成及びメンテナンス方法の一例について、説明する。

（基板処理装置）
図１に、本実施形態に係る基板処理装置の一例の概略縦断面図を示す。なお、図１においては、説明のために、ｘ軸方向を前後方向の前方向とし、ｚ軸方向を上下方向の上方向として、説明する。また、図２に、本実施形態に係る熱処理炉の一例の概略構成図を示す。

基板処理装置１０は、載置台（ロードポート）２０、筐体３０及び制御部７０を有する。

載置台２０は、筐体３０内の前方に設けられ、筐体３０内へのウエハＷの搬入搬出を行うためのものである。載置台２０は、複数枚例えば５０枚程度のウエハＷを所定の間隔で収納可能な密閉型収納容器（ＦＯＵＰ、基板搬送機器とも称される）２１、２２が載置可能に構成される。密閉型収納容器２１、２２は、前工程から基板処理装置１０へとウエハＷを搬入する又は基板処理装置１０から後工程へとウエハＷを搬出するための収納容器であり、前面に図示しない蓋を着脱可能に備える。

また、載置台２０の下方には、後述する移載機構４７により移載されたウエハＷの外周に設けられた切欠部（例えばノッチ）を一方向に揃えるための整列装置（アライナ）２３が設けられていても良い。

筐体３０は、作業領域であるローディングエリア４０及び熱処理炉６０を有する。ローディングエリア４０は、筐体３０内の下方であって、載置台２０の後方に設けられており、熱処理炉６０は、筐体３０内であって、ローディングエリア４０の上方に設けられている。また、ローディングエリア４０と熱処理炉６０との間には、ベースプレート３１が設けられている。

ローディングエリア４０は、密閉型収納容器２１、２２と、後述するウエハボート４４との間でウエハＷの移載を行う領域である。また、ウエハボート４４を処理容器６５内に搬入し、処理後のウエハボート４４を処理容器６５から搬出する。ローディングエリア４０には、ドア機構４１、シャッター機構４２、蓋体４３、ウエハボート４４、移載機構４７及び昇降機構９４等が設けられている。

ドア機構４１は、密閉型収納容器２１、２２の蓋を取外して密閉型収納容器２１、２２内をローディングエリア４０内に連通開放するためのものである。

シャッター機構４２は、ローディングエリア４０の上方に設けられている。シャッター機構４２は、炉口６８から高温の炉内の熱がローディングエリア４０に放出されるのを制御するために、蓋体４３を開けている（降下している）場合に炉口６８を塞ぐように設けられている。

蓋体４３は、保温筒４８を有する。保温筒４８は、蓋体４３上に設けられている。保温筒４８は、ウエハボート４４が蓋体４３側との伝熱により冷却されることを防止するためのものである。

昇降機構９４は、ウエハボート４４のローディングエリア４０から処理容器６５に対する搬出入に際し、蓋体４３を昇降駆動する。そして、昇降機構９４により上昇した蓋体４３が、処理容器６５内に搬入されているときに、蓋体４３は、炉口６８に当接して炉口６８を密閉するように設けられている。そして、蓋体４３に載置されているウエハボート４４は、処理容器６５内でウエハＷを水平面内で回転可能に保持することができる。即ち、昇降機構９４は、ウエハボート４４を、熱処理炉６０内に位置するロード位置と、熱処理炉６０外に位置し、ロード位置の下方に位置するアンロード位置との間で昇降させることができる。

なお、図１では、ウエハボート４４を１つ有する構成を示したが、基板処理装置１０は、ウエハボート４４を複数有する構成であっても良い。

ウエハボート４４は、例えば、石英製であり、大口径例えば直径３００ｍｍ又は４５０ｍｍ等のウエハＷを、水平状態で上下方向に所定の間隔で搭載するように構成されている。

移載機構４７は、密閉型収納容器２１、２２と、ウエハボート４４との間でウエハＷの移載を行うためのものである。移載機構４７は、基台５７、昇降アーム５８、及び、複数のフォーク（移載板）５９を有する。基台５７は、昇降及び旋回可能に設けられている。昇降アーム５８は、昇降可能に設けられ、基台５７は、昇降アーム５８に水平旋回可能に設けられている。

熱処理炉６０は、複数枚のウエハＷを収容して、所定の熱処理を施すための縦型炉であり、処理容器６５を備えている。処理容器６５は、後述するマニホールド８４（図２参照）を介してベースプレート３１に支持されている。

制御部７０は、例えば、演算処理部、記憶部及び表示部を有する。演算処理部は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を有するコンピュータである。記憶部は、演算処理部に、各種の処理を実行させるためのプログラムを記録した、例えばハードディスクにより構成されるコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。表示部は、例えばコンピュータの画面よりなる。演算処理部は、記憶部に記録されたプログラムを読み取り、そのプログラムに従って、基板処理装置を構成する各部に制御信号を送り、各種熱処理を実行する。

次に、本実施形態に係る基板処理装置１０の熱処理炉６０部分の詳細な構成例について、図２を参照して説明する。

図２に示す例では、縦型の熱処理炉６０は、長手方向が垂直である処理容器６５を有する。処理容器６５は、有天井の外筒８０と、この外筒８０の内周側に同心的に配置された円筒体の内筒８２とを有する、２重管構造で構成される。

外筒８０及び内筒８２は、石英等の耐熱性材料から形成される。また、外筒８０及び内筒８２は、ステンレススチール等から形成されるマニホールド８４によって、その下端部が保持される。マニホールド８４は、ベースプレート３１に固定される。なお、マニホールド８４を設けず、処理容器６５全体を、例えば石英により形成する構成であっても良い。

マニホールド８４の下端部の開口部には、例えばステンレススチール等からなる円盤状のキャップ部８６が、Ｏリング等のシール部材８８を介して気密防止可能に取り付けられている。また、例えばキャップ部８６の略中心部には、軸９０が挿通されている。この軸９０の下方には、蓋体４３が設けられ、軸９０の上方には、例えばステンレススチールよりなるテーブル９２が固定されている。

テーブル９２上には、例えば石英製の保温筒４８が設置されている。また、保温筒４８上には、支持具として例えば石英製のウエハボート４４が載置されている。

ウエハボート４４には、例えば５０〜１５０枚のウエハＷが、所定の間隔で収容される。ウエハボート４４、保温筒４８、テーブル９２及び蓋体４３は、例えばボートエレベータである昇降機構９４によって、処理容器６５内にロード、アンロードされる。

熱処理炉６０には、処理容器６５内に処理ガスを導入するための、ガス導入手段９６が設けられる。ガス導入手段９６は、マニホールド８４を気密に貫通するように設けられたガスノズル１００を有する。なお、図３では、ガス導入手段９６が１つ設置される構成を示したが、本発明はこの点において限定されない。使用するガス種の数等に応じて、複数のガス導入手段９６を有する構成であっても良い。また、ガスノズル１００から処理容器６５へと導入されるガスは、図示しない流量制御機構により、流量制御される。

また、熱処理炉６０には、ガス出口１０２が設けられており、ガス出口１０２には、排気系１０４が連結される。排気系１０４には、ガス出口１０２に接続された排気通路１０６と、排気通路１０６の途中に順次接続された圧力調整弁１０８及び真空ポンプ１１０を含む。排気系１０４により、処理容器６５内の雰囲気を圧力調整しながら排気することができる。

処理容器６５の外周側には、処理容器６５を囲むようにして、ウエハＷ等の被処理体に熱処理を施すヒータ装置１５０が設けられる。

次に、本実施形態に係るヒータ装置１５０について、詳細に説明する。

（ヒータ装置）
図３に、本実施形態に係るヒータ装置の一例の概略斜視図を示す。なお、図３においては、断熱壁体１５２の天井面については省略している。

本実施形態に係るヒータ装置１５０は、筒体の断熱壁体１５２を有する。断熱壁体１５２は、例えば、熱伝導性が低く、柔らかい無定形のシリカ及びアルミナの混合物から形成することができる。

断熱壁体１５２は、その内周面が処理容器６５の外周面に対して所定の距離離間するように配置される。また、断熱壁体１５２の外周には、図２に示す例では、ステンレススチール等から形成される保護カバー１５４が、断熱壁体１５２の外周全体を覆うように取り付けられている。

断熱壁体１５２の内周面側には、ヒータエレメント１５６が複数回巻回して設けられている。例えば、ヒータエレメント１５６は、筒体の断熱壁体１５２の中心軸を軸として、螺旋状に形成されている。

また、断熱壁体１５２には、ヒータエレメント１５６を所定のピッチで保持するための保持部材１５８が、断熱壁体１５２の軸方向に沿って設けられている。保持部材１５８は、断熱壁体１５２の周方向に対して、複数設けられていても良い。あるいは、断熱壁体１５２の内周面に溝部が形成され、この溝部にヒータエレメント１５６が収容される構成であっても良い。

本実施形態に係るヒータ装置１５０は、その軸方向に対して、複数のゾーンに分割されて形成されている。図１及び図３には、その下方から、１５０ａ〜１５０ｎのｎ個のゾーンに分割されている例を示す。なお、分割数については、特に限定されない。

断熱壁体１５２の軸方向に積載された分割ヒータ装置１５０ａ〜１５０ｎは、装置の使用中には、軸方向に隣り合う断熱壁体１５２同士がずれないように、例えば図示しない固定部材などで固定、係止又は接合されていることが好ましい。これにより、断熱壁体１５２の内部の断熱性が向上する。

分割ヒータ装置１５０ａは、最も下方に設けられ、ヒータエレメント１５６が設けられておらず、他の構成要素と接続するための部分である。図２に示す例では、その底面は、ベースプレート３１と接続されている。また、図２に示す例では、ガス出口１０２が設けられている。

分割ヒータ装置１５０ｂ〜１５０ｎは、分割ヒータ装置１５０ａの上方に設けられ、ヒータエレメント１５６が設けられている。即ち、分割ヒータ装置１５０ｂ〜１５０ｎは、実質的にウエハＷを熱処理するためのゾーンである。

分割ヒータ装置１５０ｂ〜１５０ｎにおいて、各々に対応する断熱壁体１５２の内周面側にはヒータエレメント１５６が巻回して設けられている。そして、各々のゾーンのヒータエレメント１５６の端部には、図３に示す例では、断熱壁体１５２を貫通して断熱壁体１５２の外部へと伸びる、電極接続用の端子板１６０が設けられている。このような構成とすることにより、各々の分割ヒータ装置１５０ｂ〜１５０ｎは、独立して温度制御することができる。即ち、軸方向において、温度バラツキが少ないヒータ装置とすることができる。なお、各々のゾーンの温度制御は、断熱壁体１５２近傍に設けられる図示しない熱電対により検出した温度に基づいて、制御部７０により、各ゾーン毎に独立して、温度制御できる構成になっている。

端子板１６０は、溶断防止及び放熱量等の観点から、所定の断面積を有する板状に形成される。

分割ヒータ装置１５０ｂ〜１５０ｎにおける、ヒータエレメント１５６の巻回の回数としては、特に制限されない。また、ヒータエレメント１５６のピッチとしては、特に制限されない。

また、分割ヒータ装置１５０ｂ〜１５０ｎの各々における、ヒータエレメント１５６の巻回の回数やヒータエレメント１５６のピッチは、同じであっても良いし異なっていても良い。一般的には、ヒータ装置１５０を一例として上部、中部及び下部の３つのゾーンに分割した場合、中部の分割ヒータ装置は、ヒータエレメント１５６が相対的に密に巻回される。また、下部の分割ヒータ装置は、一般的に、ヒータエレメント１５６が相対的に疎に巻回される。

また、分割ヒータ装置１５０ｂ〜１５０ｎには、断熱壁体１５２の外周側に、水冷配管１６２を設けることが好ましい。一般的に、ヒータ装置及び基板処理装置は、パーティクルの量や、温度、湿度等を厳密に制御するために、エアーコンディショナーを有するクリーンルーム内に設置される。クリーンルーム内での熱処理は、エアーコンディショナーに大きな負担がかかる。そのため、水冷配管１６２を用いてこの配管に流す冷却水を媒体として装置外部へと排出することにより、装置表面からクリーンルームへと放出される熱を抑制することができる。

水冷配管１６２は、断熱壁体１５２の外周側に螺旋状に複数回巻回して配置することが好ましい。これにより、水冷配管１６２に流す冷却水によって、効率的に装置表面を冷却することができる。

また、分割ヒータ装置１５０ｂ〜１５０ｎの各々の水冷配管１６２の端部は、隣り合う分割ヒータ装置１５０ｂ〜１５０ｎの水冷配管１６２の端部と係合可能に構成されることが好ましい。これにより、水冷配管１６２が直列に接続され、例えば、最上部の分割ヒータ装置１５０ｎの上端部の水冷配管１６２を介して冷却水が導入され、最下部の分割ヒータ装置１５０ｂの下端部の水冷配管１６２を介して冷却水が排出される。

従来のヒータ装置及び基板処理装置は、ヒータ装置が一体構造を有している。そのため、装置の立ち上げ時、メンテナンス時又は修理時においては、ヒータ装置全体を取り付ける又は取り外す必要があった。ヒータ装置は、図２に一例を示すように、排気系１０４が接続されているため、取り外しの際には、排気系１０４等を外す必要がある。また、ヒータ装置の近傍には、ガス導入手段９６や、各構成要素を制御部７０により制御するための図示しない配線が配設されているため、必要に応じてこれらの構成要素を取外す必要があった。そのため、工数が複雑になり、パーティクルの発生等のプロセストラブルが発生することがあった。また、ヒータ装置が一体構造を有しているため、ヒータエレメント１５６の断線時には、ヒータ装置全体を交換する必要があったため、コストが高くなるという問題点を有していた。

さらに、ヒータ装置は、図１に示すように、基板処理装置１０のローディングエリア４０の上方に配置される。基板処理装置１０の筐体３０の高さは、装置が配置される部屋の高さ等に応じて限られているため、ヒータ装置の取り付け及び取り外しの際には、ベースプレート３１からのヒータ装置の持ち上げ量を小さく抑えた状態で作業する必要がある。例えば３００ｍｍのウエハＷを処理する基板処理装置の場合、ヒータ装置の重量は２００ｋｇ程度となるため、ローディングエリア４０の上方にあるこのヒータ装置を取り付ける又は取り外す場合には、作業者の作業負荷が非常に大きいものとなる。

しかしながら、本実施形態に係るヒータ装置は、筒体の分割ヒータ装置が、軸方向に複数個積載されて構成されている。そのため、ヒータ装置１５０を５つに分割した場合、１つの分割ヒータ装置の重量は４０ｋｇ程度となる。今後、ヒータ装置が大型化した場合であっても、分割数を大きくすることで、この分割ヒータ装置の取り付け及び取り外しの作業は、作業者の負荷の観点において、緩和される。

また、本実施形態に係るヒータ装置は、筒体の分割ヒータ装置が、軸方向に複数個積載されて構成されているため、例えば納品時において、分割ヒータ装置を現地で取り付けすることができる。

さらに、本実施形態に係るヒータ装置は、筒体の分割ヒータ装置が、軸方向に複数個積載されて構成されている。そのため、例えば、ヒータエレメント１５６がクリープ歪を生じ、その線長が経時的に伸びて軸方向で隣り合うヒータエレメント１５６同士が接触して断線した場合、断線箇所に対応する分割ヒータ装置のみを交換すれば良い。また、ヒータエレメント１５６が疲労した場合にも、同様に疲労したヒータエレメント１５６に対応する分割ヒータ装置のみを交換すれば良い。疲労したヒータエレメントは、例えば、ヒータエレメントの抵抗を測定し、所定の抵抗値を上回るヒータエレメントを疲労したヒータエレメントと判定することができる。

分割ヒータ装置の交換作業としては、具体的には、隣り合う分割ヒータ装置の固定部材による固定と、水冷配管の係合を解除し、該当する分割ヒータ装置の上方の分割ヒータ装置を持ち上げて、該当する分割ヒータ装置を新しい分割ヒータ装置に交換する。交換した後は、固定部材と水冷配管の設定を行うことにより、装置を稼動させることが可能となる。即ち、ヒータ装置全体を基板処理装置から取外す必要がないため、工数を大幅に削減することができる。また、ヒータ装置全体を取外す際に発生する、各種プロセストラブルの発生を抑制することができる。さらに、該当するヒータ装置のみを交換するため、交換時のパーツコストも削減することができる。

１０ 基板処理装置
２０ 載置台
２３ 整列装置
３０ 筐体
３１ ベースプレート
４０ ローディングエリア
４４ ウエハボート
４７ 移載機構
６０ 熱処理炉
６５ 処理容器
７０ 制御部
９４ 昇降機構
１５０ ヒータ装置
１５２ 断熱壁体
１５６ ヒータエレメント
１６２ 水冷配管

Claims (8)

1. 筒体の断熱壁体と、前記断熱壁体の内周側に螺旋状に複数回巻回して配置され、両端部が断熱壁体の内周側から外周側へと貫通して前記断熱壁体の外方へと伸びる、ヒータエレメントと、を有する筒体の分割ヒータ装置が、軸方向に複数個積載されたヒータ装置。
2. 前記分割ヒータ装置は、前記断熱壁体の外周側に螺旋状に複数回巻回して配置される水冷配管であって、両端部が、隣り合う前記分割ヒータ装置の前記水冷配管と係合可能に構成される、水冷配管を更に有する、
   請求項１に記載のヒータ装置。
3. 前記断熱壁体の外周面側であって、前記断熱壁体と前記水冷配管との間には、前記断熱壁体を保護する保護カバーが設けられている、
   請求項２に記載のヒータ装置。
4. 隣り合う前記分割ヒータ装置は、固定部材によって互いに固定されている、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載のヒータ装置。
5. 前記ヒータエレメントは、前記断熱壁体の内周面に形成された溝部を介して、前記断熱壁体に保持されている、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載のヒータ装置。
6. 更にヒータエレメントを支持するための支持具を有する、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載のヒータ装置。
7. 基板搬送機器を介して搬送された基板を処理可能な基板処理装置であって、当該基板処理装置は、
   処理容器と、
   前記処理容器を囲むように配置された、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のヒータ装置と、
   前記処理容器の下方側に位置するローディングエリア内に設けられ、前記基板を保持する保持具を、前記処理容器の外側領域である搬出位置と、前記処理容器の内側領域である搬入位置との間で昇降可能な昇降機構と、
   前記基板を前記基板搬送機器から前記保持具へと移載可能な移載機構と、
   を有する基板処理装置。
8. 筒体の複数の分割ヒータ装置が軸方向に複数接合された筒体のヒータ装置のメンテナンス方法であって、
   前記分割ヒータ装置は、
   筒体の断熱壁体と、
   前記断熱壁体の内周側に螺旋状に複数回巻回して配置され、両端部が断熱壁体を径方向に貫通して前記断熱壁体の外部へと伸びる、ヒータエレメントと、
   前記断熱壁体の外周側に螺旋状に複数回巻回して配置される水冷配管であって、両端部が、隣り合う前記分割ヒータ装置の前記水冷配管と係合可能に構成される、水冷配管と、
   を有し、
   前記ヒータエレメントの故障時に、故障の前記ヒータエレメントに対応する前記分割ヒータ装置を交換する工程を含む、
   メンテナンス方法。

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