JP4022619B2

JP4022619B2 - アニール処理、装置及びシステム

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Publication number: JP4022619B2
Application number: JP2002381085A
Authority: JP
Inventors: 智安藤; 篤一山本; 光寿松下; 利和吉川
Original assignee: Showa Shinku Co Ltd
Current assignee: Showa Shinku Co Ltd
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP2004211948A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空中で加熱処理を行うアニール装置及びアニール方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水晶振動子は一般的に、人工水晶の結晶体を切断し研磨する工程と、研磨した結晶体に電極膜を付して振動子を構成する第１の蒸着工程と、振動子をケースに組み込む工程と、前記電極膜を安定化する為の第１のアニール工程と、振動子の周波数を調整する第２の蒸着工程と、周波数調整を行った電極膜を安定化する為の第２のアニール工程と、振動子を収納したケースを封止する工程とにより製造される。
【０００３】
従来の製造方法では、上記アニール工程は、図９に示すバッチ式のアニール装置により行われていた。バッチ式のアニール装置は一般的に縦型であり、真空槽１００内部には処理対象物である基板１０１を収容する複数段の棚１０２と加熱手段が設けられる。各棚１０２に複数の振動子を充填した基板１０１を配置し、図示しない真空ポンプにより真空排気した後、加熱手段を用いて所定時間加熱処理を行い、ガス導入系１０３によりガスを導入して大気圧に開放し処理を終了していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図９に示すアニール装置は、複数枚の基板を同時に一括処理するバッチ式装置である為、アニール処理の前後工程である蒸着工程やケースへの組み込み工程、ケース封止工程を行う処理装置（基板を１枚ずつ処理する）との間で基板のやり取りするのに時間がかかりシステム全体のスループット向上が難しいという問題があった。
【０００５】
上記問題に関して、枚葉式処理部とバッチ式処理部とをインライン化して一貫した連続処理を可能とする処理システムが提案されている。図１０は、特開平７−１３７８０３号公報に開示される処理システムを用いたアニール装置の概略図である。
【０００６】
アニール処理を行う熱処理部１１０は、基板の受け渡しを行うインターフェイス部１１１を介して枚葉式処理部１１２に接続される。熱処理部１１０は縦型の加熱炉１１３とボート移載室１１４で構成され、ボート移載室１１４には搬送アーム１１５が設けられている。枚葉式処理を終えた基板１０１はインターフェイス部１１１において複数枚の基板１０１を収容するボート１１６に多数枚装填される。ボート１１６に1ロット分（加熱炉１１３で一度に処理を受けるべき基板１０１の枚数）が装填されると、インターフェイス部１１１からボート移載室１１４へボート１１６が搬送される。搬送アーム１１５によりボート移載室１１４から加熱炉１１３の中へ第１のボートが挿入され基板１０１の加熱処理が施される。この間枚葉式処理部１１２では基板１０１が１枚ずつ処理を施され、インターフェイス部１１１に順次多段に収容される。これにより第１のボート１１６が加熱処理を終了したときには、第2のボート１１６が１ロット分収容されており、順次アニール処理が施される。
【０００７】
同公報に開示される処理システムは、半導体製造装置に関するものである為各装置の構成は異なるが、１枚ずつ行う基板処理と複数枚を一括して行う基板処理を連続して行う点で水晶振動子の製造と同一である。しかし、水晶振動子の製造過程においては、振動子をケースに組み込む工程等大気中で行われる工程もある為、上記のような連続処理システムを応用できない場合もある。
【０００８】
この場合、処理対象物である振動子が大気に晒される為周波数変動が生じ、大気に晒される時間も振動子毎に異なる為周波数の変動値も一定ではないという振動子の品質管理上の問題が解消されない。
【０００９】
更に、上記公報に開示される処理システムを用いた場合、基板を１枚ずつ処理する装置と複数枚の基板を一括処理する装置との間で一貫した連続処理を行う事が可能となるが、１枚ずつ処理を終了する基板がバッチ式アニール装置に収容できる数だけ溜まってからアニール処理が開始される為、バッチ式アニール処理装置でアニール処理が開始されるまでの間に基板の待ち時間ができ、生産性に大きな影響を与えていた。これは、アニール工程の後工程が１枚ずつ行う基板処理の場合にも同じ様に影響を与え、複数枚の基板が同時にアニール工程を終了する為、アニール工程を終えても次工程に進むまでの間に基板に待ち時間ができるという問題があった。
【００１０】
更に、図９に示すアニール装置は、複数枚の基板の加熱及び冷却を常温から同時に一括して行う為、基板の昇温及び降温に時間を要するという問題があった。
【００１１】
ここで、基板の昇温及び降温時間を短縮する為に基板の予備加熱手段及び冷却手段を備えた従来のアニール装置について図１１を参照に説明する。同図に示すアニール装置は、特開平９−２７５０８０号公報に開示されるものであり、アニールチャンバー内に予備加熱ヒーターと冷却手段を設けることを特徴とする。
【００１２】
同図に示す装置は、基板投入用チャンバー１２０と、搬送チャンバー１２１，１２３と、アニールチャンバー１２２と、基板取出し用チャンバー１２４により構成され、アニールチャンバー１２２内には予備加熱ヒーター１２５と、アニール処理手段１２６と、冷却手段１２７とを備えるものである。
【００１３】
以下動作について説明する。まず、基板投入用チャンバー１２０内のカセット１２８に多数の未処理の被処理基板を収容し、搬送チャンバー１２１を介して基板を1枚ずつアニールチャンバー１２２内に搬送する。アニールチャンバー１２２内では基板の予備加熱、アニール処理、冷却を行い、搬送チャンバー１２３を介して基板取出し用チャンバー１２４のカセット１２９に被処理基板を収容する。
【００１４】
同公報に記載のアニール装置を用いた場合、アニールチャンバー１２２内に予備加熱ヒーター１２５及び冷却手段１２７を設けることで、基板の昇温及び降温時間を短縮することが可能になり、短いアニール処理時間でも所望の薄膜が得られるようになるが、基板を1枚ずつアニール処理する為、アニール処理時間を長時間必要とする場合には非常に生産性が低くなり、上記装置を用いることは現実的ではないという問題がある。
【００１５】
本発明は、複数枚の基板を一定時間収容処理するバッチ式アニール装置の生産性を保ちながらも基板の待ち時間を作らずにアニール処理の前後工程を行う処理装置と接続可能であり、更に基板の昇温及び降温時間を短縮する生産性の高いアニール装置を提供する事を目的とする。
【００１６】
【発明の概要】
本発明は上記問題を解決する為、アニール装置に複数段の棚を昇降自在に設け、複数段の棚に順次基板を収容処理することにより、基板の搬出入は１枚ずつ一定間隔で行いながらも、アニール処理は複数枚を平行して行うものである。又、装置を仕込室、アニール室、取出室の３室構成とし、加熱処理を施すアニール室の左右に、昇温時間を短縮する予備加熱機構を備えた仕込室と、降温時間を短縮する急冷機構を備えた取出室設け、基板を１枚ずつ予備加熱及び冷却することにより、基板の昇温及び高温を短時間に行うものである。
【００１７】
具体的に、本装置アニール室は、基板の加熱手段と、基板を収容する複数段の棚を設けた基板ストッカーと、基板ストッカーの昇降手段とを具備し、仕込室から搬入されてくる基板を、前記加熱手段を用いて設定温度に加熱された基板ストッカー内へ、前記昇降手段を駆動して１枚ずつ連続的に搬入し、基板ストッカー内で加熱処理後、所定加熱時間に達した基板から前記昇降手段を駆動して１枚ずつ所定間隔をおいて連続的に取出室へ搬出することを特徴とする。
【００１８】
又、本装置仕込室は、基板を予備加熱手段によって所定温度迄加熱後、一定間隔でアニール室へ搬送することを特徴とし、本装置取出室は、アニール処理を施された基板を強制冷却手段によって１枚ずつ所定温度迄急冷することを特徴とする。
【００１９】
上記アニール装置は、アニール工程の前後工程を行う処理装置に接続してインライン化することも可能である。この場合、本発明アニール装置は、前工程を行う処理装置から１枚ずつ搬送される基板を順次搬入し、所定時間の処理を終了した基板を次工程を行う処理装置に１枚ずつ順次搬出する。このとき接続する処理装置は真空中で処理を行う装置でも大気中で処理を行う装置でも構わない。
【００２０】
本発明では、バルブの開閉動作、基板の搬入・搬出、ストッカー移動（昇降）手段、真空排気動作、及び加熱動作はあるタイミングスケジュールで行われるが、それぞれの動作は制御装置（プロセッサ）にプログラムされた内容で、制御装置の指令によりシステム制御される。
【００２１】
【実施例の説明】
構成
図１は本発明アニール装置の横断面を示す概略図であり、図２は縦断面を示す概略図である。本装置は、中央に設置されたアニール室２と左右に設置された仕込室１、取出室３を有して構成され、各室は開閉可能なゲートバルブ１３，１４を有する口１７と１９で連結されている。
【００２２】
基板６は仕込室１から搬入され、アニール室２でアニール処理を施された後、取出室３から搬出される。
【００２３】
本実施例では、図８（a）に示すトレー７０に複数の振動子を充填したものを基板６として搬送するが、本発明装置の処理対象となる基板６は同図に示すトレー７０に限られるものではなく、他の物品でもよい。トレー７０には、例えばＡｌの様な熱容量の小さい材料を用いることで、充填した振動子の昇降温を短時間に行うことが可能となる。
【００２４】
仕込室１は基板６の搬入を行う入口１６と搬出を行う出口１７とを有し、出入口１６，１７にはゲートバルブ１２，１３がそれぞれ開閉自在に設置されている。基板６の搬入及び搬出は１枚ずつ一定間隔で繰り返し行われる。基板６は仕込室１の出口１７からアニール室２に搬出されるが、常温の基板６をアニール室２へ搬送した場合目的の温度まで基板６を上昇させるのに時間を要してしまう為、仕込室１において基板６の予備加熱を行う。仕込室１には予備加熱機構として、図２に示す複数のハロゲンランプ４と、ハロゲンランプ４の熱を効率よく基板６に伝える為のリフレクター５を設置する。リフレクター５は、基板６と同等かそれ以上の大きさにすることで基板６の温度の均一性を向上させることが可能となる。本実施例では、予備加熱機構としてハロゲンランプ４を用いているが、他の構成を用いてもよい。
【００２５】
仕込室１における処理手順について以下に説明する。
【００２６】
まず、入口１６から基板６を搬入し、図示しない真空ポンプにより仕込室１内部を真空排気する。次に搬入した基板６をハロゲンランプ４の下部に搬送し、ハロゲンランプ４により基板６の予備加熱を行う。予備加熱は一定時間行い、予備加熱を終了した基板６を出口１７からアニール室２へ搬出する。次に図示しないリーク弁により仕込室１内部を大気圧に開放し、再び入口１６から基板６を搬入して上記作業を繰り返す。基板６の搬出入は、ゲートバルブ１２，１３の開閉により行われるが、ゲートバルブ１２，１３は基板搬送直前に開き、直後に閉じるものとする。ゲートバルブ１２〜１５は開閉可能であって、その開閉のタイミングは制御装置１００により制御されている。又基板６を１つの室から他の室へ搬送する手段（不図示）を含み、該搬送手段の動作は制御装置１００で制御され、基板の所定の搬送がなされる。
【００２７】
アニール室２は基板６の搬出入を行う入口１８と出口１９とを有し、アニール室２の入口１８は仕込室１の出口１７に接続される。
【００２８】
図２に示すように、アニール室２には基板ストッカー２２が昇降自在に設けられ、基板６は基板ストッカー２２の各棚に１枚ずつ収容される。本実施例では基板ストッカー２２の昇降手段としてエレベータ機構７を取り付ける。エレベータ機構７は、基板ストッカー２２の下部領域に設けられ、基板ストッカー２２を支える支持板と、支持板の昇降を行う駆動装置により構成される。
【００２９】
基板ストッカー２２は、図３に示すように基板６が装填される複数の基板収容棚３０と、最上段に設けられた補助棚３１により構成される。各棚にはシースヒーター３２が設けられ、ヒーター３２の熱により基板６のアニール処理を行う。最上段に補助棚３１を設けるのは、装填された基板６を全て同条件で加熱する為であり、全ての基板６は自身が装填される棚の下部に設けられたヒーター３２と、その上段の棚の下部に設けられたヒーター３２により効率良くアニール処理が施される。本実施例では、基板６にアニール処理を施す加熱機構としてシースヒーター３２を採用しているが、他の加熱機構を用いてアニール処理を施してもよい。基板ストッカー２２には各棚に対応した複数の熱電対を設け、熱電対の測定温度を基に各シースヒーター３２の加熱コントロールを行う。しかし熱電対を各棚に設けると配線が複雑になる場合等は、ヒーター３２を複数のブロックに区分し、ブロック毎に熱電対を設けて各棚の温度制御を行ってもよい。温度制御は、ON-OF制御を用いてもPID制御を用いてもよい。ON-OF制御はONとOFを繰り返すことで所望の温度曲線に近づけるのに対し、PID制御は設定値と制御量の間の偏差に比例して操作量を上下させる比例動作P、偏差の継続時間に応じて操作量を上下させる積分動作I、偏差の変化具合に応じて操作量を上下させる微分動作Dの３つの動作を組み合わせた制御である為、本実施例ではPID制御を用いて精度よくアニール室の温度制御を行うものとする。
【００３０】
加熱機構であるヒーターは経時変化によって交換を余儀なくされる事が考えられるが、その場合は図1及び図2に示すようにメンテナンス用扉８を装置前面に設けることにより、メンテナンス時の作業性の向上を図ることが出来る。
【００３１】
アニール室２は、加熱機構により全体が高温に晒される為、アニール室外壁を冷却する必要が求められる。又、メンテナンス用扉８、ゲートバルブ１３，１４等に取付いている図示しないパッキンは、高温に晒されることによる影響が大きい為、特に冷却の必要がある。そこで、本実施例ではアニール室２の壁を２重構造にして、その間に冷却水を流すことで、壁全体を冷却する事を可能としている。
【００３２】
次に、アニール室２における処理手順について以下に説明する。
【００３３】
アニール室２は常に真空状態にあって、基板ストッカー２２に設けたヒーターは常にオンにしておく。又、基板６の搬出入時アニール室２に隣接する仕込室１及び取出室３は常に真空状態にしておく。
【００３４】
まず、エレベータ機構７により基板を搬入する収容位置であるストッカーの空いた棚をアニール室２の入口位置に整列し、仕込室１から搬出された基板６の受渡しを行う。基板６は、エレベータ機構７により基板ストッカー２２を上下させることで空いている棚に順次収容し、アニール処理を施す。
【００３５】
本発明でアニール室２に基板ストッカー２２を設けることにより、仕込室１から一定間隔で順次搬入される基板６をアニール室２に一定時間保存処理する事が可能となる。基板のアニール処理時間は、基板収容棚３０の数と、基板搬送の間隔により決定される為、棚数と搬送間隔は目的に合わせて調整する。又、装置を効率良く利用する為、基板ストッカー２２が常に満たされた状態となるように基板収容棚３０の数を設けることが望ましい。例えば基板６が１０分間隔で搬送され、所望のアニール処理時間が１２０分間である場合、基板収容棚３０を１２段設ければよい。これにより、アニール室２へ１０分間隔で搬入された基板６は、１２０分間のアニール処理を行った後、１０分間隔で順次取出室３へ搬出される為、アニール室２の基板ストッカー２２は常に満たされた状態となっている。
【００３６】
所定時間のアニール処理を施した基板６は、搬入同様エレベータ機構７により基板ストッカー２２を上下させることで、出口１９から取出室３に搬出する。アニール室２への基板６の搬出入は、出入口１８，１９位置で行われるが、本発明でエレベータ機構７により基板ストッカー２２の複数段の棚を上下させることにより、任意の棚への基板の搬出入が可能となる。
【００３７】
取出室３は基板の搬出入を行う入口２０と出口２１を有し、出入口にはゲートバルブ１４，１５がそれぞれ開閉自在に設置されている。取出室の入口２０はアニール室の出口１９に接続され、アニール処理を終了した基板６が取出室３に順次搬入される。基板６の搬出入は仕込室１及びアニール室２同様１枚ずつ一定間隔で繰り返し行われる。
【００３８】
アニール室２で高温に加熱された基板６は、一定時間をおいて順次取出室３に搬送される為、取出室３では一定時間内に基板６を冷却する事が求められる。一定時間内の真空中での自然冷却では基板６の温度降下は期待できない為、取出室３では基板６の強制急冷を行う。取出室３には基板６の強制急冷の為に、冷却機構を設ける。冷却機構は、図４に示すように冷却板９と、冷却板の昇降装置１１と図１に示すガス導入系１０により構成される。
【００３９】
冷却板９は例えば銅板のような熱伝導率の高い板に水路４０を設け、水路４０に冷却水を流したものである。同図において昇降装置１１はシリンダーを指し、圧縮空気の導入と放出を行うことで冷却板９の昇降を行う。冷却板９及び昇降装置１１は他の構成を用いてもよい。
【００４０】
次に、取出室３における強制急冷の手順について以下に説明する。まず、図示しない真空ポンプにより取出室３内部を真空排気した後、アニール室２から取出室３へ基板６の搬送を行う。次に取出室３に搬入した基板６を冷却板９の真上に搬送し、冷却板９を昇降装置１１により上昇させ基板６に接触させる。同時にガス導入系１０により取出室３に不活性ガスを導入することで基板６の強制冷却を行う。強制冷却は予備加熱同様一定時間行い、１枚目の基板６が取出室に搬入されてから２枚目の基板６が搬入されるまでの間に１枚目の基板６の強制冷却及び取出室３からの基板６の搬出、取出室３の真空排気を全て終了させる。仕込室１同様基板６の搬出入は、ゲートバルブ１４，１５の開閉により行い、ゲートバルブ１４，１５の開閉は基板搬送後すぐに行うものとする。
【００４１】
図７は基板ストッカー２２の基板収容棚３０を１２段設けた場合の本装置動作説明図である。以下同図を参照に基板を１０分間隔で搬送する場合について説明する。
【００４２】
まず、仕込室１に１枚目の基板６ａを搬入し、予備加熱を行う（ａ）。１０分後基板６ａをアニール室２に搬送し、２枚目の基板６ｂを仕込室１に搬送する（ｂ）。基板６ａはアニール室２に搬入されると同時にアニール処理が開始される。更に１０分後、２枚目の基板６ｂをアニール室２に搬入し、３枚目の基板６ｃを仕込室１に搬入する（ｃ）。同様に１０分毎に基板６ｃ〜６ｌを順次アニール室２へ搬入していく（ｄ）（ｅ）。１２枚目の基板６ｌがアニール室２に搬入されてから１０分後、１枚目の基板６ａは１２０分間のアニール処理を終了するので、１枚目の基板６ａを取出室３に搬出し、１３枚目の基板６ｍをアニール室２に搬入し、１４枚目の基板６ｎを仕込室１に搬入する（ｆ）。この時１３枚目の基板６ｍは、基板６ａを収容していた棚に搬入する。更に１０分後２枚目の基板６ｂが１２０分間のアニール処理を終了するので、２枚目の基板６ｂを取出室３に搬出し、１４枚目の基板６ｎをアニール室２に１５枚目の基板６ｏを仕込室１に搬入する（ｇ）。以下は同様の作業を繰り返す。
【００４３】
上記説明では１枚目から１１枚目までの基板は、アニール室２内の基板ストッカー２２が満たされない状態で処理が行われるが、装置動作開始時、アニール室２にダミー基板を１１枚装填しておき、アニール室２が常に満たされた状態となるようにしてもよい。アニール室への基板６の出し入れ搬送時バルブ１３と１４は開放されて、アニール室と仕込室と取出室は連結できるが、このときは仕込室と取出室は真空にされている。バルブ１２、１３、１４、１５の開閉、仕込室１、アニール室２及び取出室での基板の搬送、ストッカーの昇降及び真空排気それぞれを動作させるアクチュエータ及び搬送手段（不図示）は、制御装置１００の制御の下に所望のタイミングで作動される。即ち、制御装置は所望のタイミングでの作動を行うようプログラムされている。
【００４４】
即ち、仕込室１で所定の予備処理時間だけ予備処理された基板６ｍ（物品）を順次アニール室２に搬入し、アニール室２内の複数の物品収容位置を有するストッカー２２内に複数の物品６ａ〜６ｌを収容し、アニール室２内で所定のアニール時間だけアニールが完了した物品を順次アニール室２から搬出しているが、（ａ）所定の予備処理時間毎に予備処理された物品をアニール室内のストッカーの空き収容位置に収容すると共に、所定のアニール時間だけアニールされてしまっている物品をストッカー２２から取り出してアニール室２外へ搬出してストッカー２２に空き収容位置をつくり、そして（ｂ）該工程（ａ）の後に該所定の予備処理時間だけストッカー２２内の物品をアニールし、その後該工程（ａ）と（ｂ）をくり返している。この所定のアニール時間は所定の予備処理時間より長い。物品のアニール中、アニール室２は真空に維持され、アニール室２への物品の搬入と搬出の前記工程（ａ）の際、該アニール室の該搬入の口と搬出の口の外側の雰囲気は真空にされている。又、アニールは物品６の搬入・搬出の際も連続的に行われている。
【００４５】
上述してきたシステムは、真空中で物品を加熱処理するシステムであって、仕込室１、アニール用加熱室２及び取出室３からなり、仕込室１と加熱室２とは開閉可能な第１のバルブ１３を有する第１の開口１６、１７で連結され、加熱室２と取出室３とは開閉可能な第２のバルブ１４を有する第２の開口１９、２０で連結されているシステムである。そして、仕込室１の物品６を第１のバルブ１３開放時に第１の開口１６、１７から加熱室２に搬入する手段（不図示）、複数の物品収容位置を有する加熱室２内に配置されたストッカー２２、ストッカー２２の物品収容位置の少なくとも１つを第１の開口１６、１７に整列させて第１の開口１６、１７から搬入された物品６を整列された物品収容位置に収容するため、そしてストッカー２２の物品収容位置の少なくとも１つを第２の開口１９、２０に整列させて第２の開口１９、２０から整列された物品収容位置の物品を搬出するためストッカー２２を移動させる手段（図２、７）、加熱室２の物品６を第２のバルブ１４の開放時に第２の開口１９、２０から取出室３に搬出する手段（不図示）、及び搬入する手段、搬出する手段、ストッカー移動手段及び第１と第２のバルブの作動を制御する制御装置１００とからなる。この制御装置１００は、所定の搬入間隔時間の間隔毎（例えば上述の１０分間隔）に第１のバルブ１３を開放させ、物品６を仕込室１から第１の開口を介して加熱室２へと搬入するよう第１のバルブ１３と搬入手段を制御する第１の制御を行い、第１の開口を介して加熱室２への物品６の搬入時にストッカー２２の空き物品収容位置が第１の開口に整列するようストッカー移動手段７を制御する第２の制御を行い、ストッカー２２に収容されている複数の物品の少なくとも１つが所定の加熱時間（例えば上述の１２０分間）だけ加熱完了された時に、加熱完了した物品６の収容位置を第２の開口に整列するようストッカー移動手段７を制御する第３の制御を行い、ストッカー２２の加熱完了物品の収容位置が第２の開口に整列された時に、物品を加熱室２から第２の開口を介して取出室３へと搬出してストッカー２２に空き物品収容位置をつくるよう第２のバルブ１４と搬出手段を制御する第４の制御を行っている。
【００４６】
その際、アニール（加熱）完了物品（基板）の載置されているストッカー２２の棚位置を第２の開口にストッカー移動手段７を駆動して整列して（第３の制御）、先ずストッカー２２からアニール完了物品を取出室３へ取り出して、ストッカー２２に空き棚を生じさせた（第４の制御）後、その空き棚に仕込室１からの物品を収容する場合は、第１の開口と第２の開口が同じ水平レベルに構成されていると、前述の第２の制御は行う必要がない。第３の制御後に第１の開口と空き棚は既に整列されているからである。又、本システムでは、物品の加熱室への搬入・搬出の時にもアニール加熱は継続して行われている。その際に、アニール室の真空状態を継続して維持する。第１と第２の開口が開いている間は少なくとも仕込室１と取出室３の雰囲気は真空に保たれているよう、制御装置１００は、仕込室１と取出室３の真空排気手段（不図示）を作動している。
【００４７】
本発明装置の仕込室１及び取出室３は、アニール工程の前後工程を担当する処理装置に接続しインライン化してもよい。
【００４８】
例えば、水晶振動子の製造過程において電極蒸着工程、アニール工程及びケース封止工程を連続処理する場合、蒸着装置５０と仕込室１を、取出室３とシーム溶接装置５１をそれぞれ接続する。図５はその様子を示す模式図である。以下同図を参照に本装置の接続について説明するが、本装置は連続処理可能な任意の処理装置に接続されるものであり、接続可能な装置は上記装置に限られるものではない。
【００４９】
同図において、基板６は、蒸着装置５０から仕込室１、仕込室１からアニール室２、アニール室２から取出室３、取出室３からシーム溶接装置５１へと１枚ずつ搬送され、各装置及び各部屋からの基板の搬出入は全て同ピッチで行われる。
【００５０】
本装置における処理は前記説明の通りであるが、仕込室１への接続装置が真空装置である場合は、仕込室１における真空排気と大気開放の繰り返しは省略し、仕込室１は常に真空排気した状態とする。この場合、両装置間の雰囲気が等しければ必要に応じてゲートバルブ１２は省略しても構わない。又、取出室３への接続装置が真空装置である場合は、真空排気は取出室３からの基板搬出前に行う。
【００５１】
本装置は、蒸着装置５０から１枚ずつ搬出される基板６を順次処理する事が可能となる。又、シーム溶接装置５１は、本装置取出室３から１枚ずつ搬出される基板６を順次処理する事が可能となる。つまり、本装置と前後工程を担当する処理装置を接続する事で、基板６の待ち時間を解消し、装置全体の生産性を大きく向上させる事が可能となる。
【００５２】
本装置における基板搬送の間隔や、棚の数、１枚の基板に充填する素子の数は、アニール処理の前後の工程を担当する装置のタクトタイムや所望のアニール処理時間等目的に合わせて調整する。
【００５３】
次に、本発明アニール装置内の振動子を載置した処理基板と接続装置内の振動子を載置した処理基板が異なる場合について図６を参照に説明する。この場合、移載機６０，６１を介して両装置を接続し、処理単位を整合させる。
【００５４】
蒸着装置５０内の処理基板６２と本装置の処理基板６３が異なる場合、移載機６０は、搬入された蒸着装置５０の処理基板６２上の素子を本装置の処理基板６３に充填し直し、本装置の処理基板６３を搬出する。この時、本装置各部屋における基板６３の搬出入の間隔は移載機６０から基板６３が搬出される間隔と同間隔で行う。
【００５５】
本装置の処理基板６３とシーム溶接装置５１の処理基板６４が異なる場合、移載機６１は、本装置の処理基板６３上の素子をシーム溶接装置５１の処理基板６４に充填し直す。移載機６１は、シーム溶接装置５１のタクトタイムにあわせて処理基板を搬出する。
【００５６】
図１２〜図１６に、前記説明の仕込室１、アニール室２、取出室３を用いて基板の温度変化を測定した結果を示す。図は全て縦軸に温度を表し、横軸に時間を表している。
【００５７】
測定は、アニール室内基板ストッカー２２に基板収容棚３０を１２段設け、基板６として図８（b）に示すトレー７０にダミーキャリア７１と温度測定用熱電対７２を搭載し、ダミーキャリア７１の温度変化を測定した。又、各棚を３１０℃に設定して、２７０℃±２７℃の保証温度で基板にアニール処理を行った後、基板を１５０℃以下に降温して処理を終了させる場合を想定している。
【００５８】
図１２は、仕込室１に予備加熱機構を設けずに、常温の基板６をアニール室２に搬送した際の基板上昇温度を測定したものである。
【００５９】
図１２より、常温の基板６をアニール室２に搬送した場合、基板６が保証温度下限の２４３℃に到達するまでの間に９７分を要している。
【００６０】
図１３は、仕込室１に本発明予備加熱機構を設け、予備加熱を施した基板６をアニール室２に搬送した際の基板上昇温度を測定したものである。予備加熱機構には前記説明のハロゲンランプ４とリフレクター５を用い、その他の測定条件は図１２と同一とした。横軸の時間は、アニール室２に仕込室１から基板を搬入した時点を０分としている。
【００６１】
図１３より、本発明予備加熱機構により、基板の温度は仕込室において２５０℃まで上昇し、アニール室２に搬入してから５７分で保証温度下限の２４３℃に達していることがわかる。
【００６２】
図１４は図８（b）に示すトレー７０を熱容量の小さいＡｌ製とし、その他の測定条件は図１３と同一とした際の基板の温度変化を測定したものである。
【００６３】
図１４より、図８（b）に示すトレー７０をＡｌ製とすることで、アニール室２に搬入してから保証温度下限の２４３℃に達するまでに要する時間は４０分間に短縮されることがわかる。
【００６４】
図１５はアニール室内基板ストッカー２２の基板収容棚３０を下段３段、中段６段、上段３段の３ブロックに区分し、各ブロックに設けた熱電対により各棚の温度をPID制御し、その他の条件は図１４と同一とした際の基板の温度変化を示したものである。
【００６５】
図１５より、アニール室２の温度制御を行うことで、アニール室２に搬入してから保証温度下限の２４３℃に達するまでに要する時間は１８分間まで短縮されたことがわかる。
【００６６】
これより、本発明予備加熱機構を用いて仕込室１で予備加熱を行い、基板６のトレー７０を熱容量の小さい材質とし、更にアニール室２の温度制御を行うことで、常温の基板をアニール室２に搬送する場合に比べ、アニール室２における基板収容時間を７９分短縮することが可能となり、基板のアニール処理を短時間に行うことが可能となったことがわかる。
図１６はアニール室２で２７０℃±２７℃に加熱された基板６を取出室に搬送し、基板６を強制冷却した際の基板の温度変化を測定したものである。横軸の時間は、アニール室２から取出室３に基板を搬出した時点を０分としている。
【００６７】
取出室３には本発明急冷機構を設け、急冷機構には上記説明の冷却板９とガス導入系１０用い、不活性ガスとしてＨｅガスを導入した。
【００６８】
同図は、本発明冷却板のみ用いた際の温度変化を（a）に、冷却板９を用い更にＨｅガスの導入を行った際の温度変化を（b）に示している。
【００６９】
（a）より、本発明冷却板９を用いることで、取出室３に搬入してから２３分で基板温度を１５０℃まで低下させることが可能になる。（b）より、冷却板９に加えてＨｅガスを導入することにより２分１０秒で基板を１５０℃まで低下させることが可能となり、更に降温時間が短縮されることがわかる。
【００７０】
図１２〜図１６より、本発明予備加熱機構、急冷機構を用いることで、アニール工程に要する処理時間を減少させ、装置の生産性を向上させることが可能となったことがわかる。
【００７１】
他の実施例の説明、他の用途への転用例の説明
上記実施例では、図５に示す実施形態として本発明装置の仕込室及び取出室に連続処理を行う装置を直接接続する場合を、図６に示す実施形態として仕込室及び取出室に連続処理を行う装置を移載機を介して接続する場合を説明したが、本装置の仕込室にのみ移載機を接続しても、取出室にのみ移載機を接続してもよい。
【００７２】
上記実施例では、仕込室及び取出室に収容される基板は１枚であるが基板が複数枚であってもよく、仕込室において基板をより高温に上昇させたい場合や取出室において基板をより低温に冷却したい場合には、予備加熱の為のハロゲンランプ、強制冷却のための冷却板を複数個並列に設けてもよい。
【００７３】
【発明の効果】
本発明でアニール室に複数段の棚を昇降自在に設けた事により、任意の棚への基板の搬出入が可能となり、一定間隔で順次搬入される基板をアニール室に一定時間保存し処理する事が可能となる。これにより、アニール室において複数枚の基板を同時に処理しながらも、前後工程を担当する処理装置に直接接続する事が可能となり、生産ラインにおける基板の待ち時間を無くし、装置の生産性を著しく向上することが可能となる。
【００７４】
又、仕込室に予備加熱機構、取出室に急冷機構を設け、基板の予備加熱及び急冷を１枚ずつ行う為、短時間で加熱、冷却することが可能となり、アニール装置における基板の昇温及び降温時間を著しく短縮することができ、装置の生産性向上に更に貢献する。
【００７５】
更に、アニール室に設けたエレベータ機構により、連続して送られてくる処理対象物を空間に効率より収納でき、装置をコンパクトにする事が可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明アニール装置の横断面と制御システムを示す概略図
【図２】本発明アニール装置の縦断面を示す概略図
【図３】基板ストッカーの構成を示す説明図
【図４】冷却板と昇降装置を示す概略図
【図５】本発明アニール装置の接続を示す模式図
【図６】移載機を介した本発明アニール装置の接続を示す模式図
【図７】本発明アニール装置動作説明図
【図８】（a）本発明トレー説明図（b）基板温度測定用ダミーキャリア説明図
【図９】従来のバッチ式アニール装置の概略図
【図１０】特開平７−１３７８０３号公報に開示される従来の処理システムを用いたアニール装置の概略図
【図１１】特開平９−２７５０８０号公報に開示される従来のアニール装置の概略図
【図１２】常温の基板をアニール室に搬送した際の基板温度実測データ
【図１３】本発明予備加熱機構により予備加熱を行った基板をアニール室に搬送した際の基板温度測定データ
【図１４】本発明基板のトレーを熱容量の小さいAl製として予備加熱を行った際の基板温度測定データ
【図１５】本発明アニール室を温度制御した際の基板温度測定データ
【図１６】本発明急冷機構により強制冷却を行った際の基板温度測定データ
【符号の説明】
１仕込室
２アニール室
３取出室
４ハロゲンランプ
５リフレクター
６基板
７エレベータ機構
８メンテナンス用扉
９冷却板
１０ガス導入系
１１昇降装置
１２ゲートバルブ
１３ゲートバルブ
１４ゲートバルブ
１５ゲートバルブ
１６仕込室入口
１７仕込室出口
１８アニール室入口
１９アニール室出口
２０取出室入口
２１取出室出口
２２基板ストッカー
３０基板収容棚
３１補助棚
３２シースヒーター
４０水路
５０蒸着装置
５１シーム溶接装置
６０移載機
６１移載機
６２蒸着装置処理基板
６３本装置処理基板
６４シーム溶接装置処理基板
７０トレー
７１ダミーキャリア
７２熱電対
１００真空槽
１０１基板
１０２棚
１０３ガス導入系
１１０熱処理部
１１１インターフェイス部
１１２枚葉式処理部
１１３加熱炉
１１４ボート移載室
１１５搬送アーム
１１６ボート
１２０基板投入用チャンバー
１２１搬送チャンバー
１２２アニールチャンバー
１２３搬送チャンバー
１２４基板取出し用チャンバー
１２５予備加熱ヒーター
１２６アニール処理手段
１２７冷却手段
１２８カセット
１２９カセット

Claims

真空中で物品に加熱処理を施すアニール装置であって、該アニール装置は、予備加熱手段を備えた仕込室、該物品を複数枚収納して加熱する手段を備えたストッカーを内蔵するアニール室であって、該基板ストッカーを昇降駆動する手段を備えたアニール室、及び冷却手段を備えた取出室とからなる３室構成からなり、該仕込室と該アニール室との間は開閉可能バルブを有する第１の開口で連結され、該アニール室と該取出室との間は開閉可能バルブを有する第２の開口で連結されていることを特徴とするアニール装置。
前記仕込室は、該物品を該予備加熱手段によって所定温度迄加熱後、一定間隔でアニール室へ搬送する手段を有することを特徴とする請求項１記載のアニール装置。
前記仕込室の予備加熱手段は、ハロゲンランプと、該ハロゲンランプに対して前記物品と相対する位置に設けられたリフレクターにより構成されることを特徴とする請求項２記載のアニール装置。
該仕込室で予備加熱を施された後一定間隔で搬入されてくる該物品をストッカーの複数の物品収容位置へ、前記昇降手段を駆動して１個ずつ連続的に収容し、該ストッカー内で加熱処理後に所定加熱時間に達した物品から前記昇降手段を駆動して１個ずつ所定間隔をおいて連続的に取出室へ搬出する制御装置を含むことを特徴とする請求項１記載のアニール装置。
前記アニール室の物品加熱手段は、該ストッカー内の複数段の棚各々に設けられたヒーター、該ヒーターを加熱コントロールすることによって該物品のアニール処理を行う加熱コントロール手段とを含むことを特徴とする請求項１又は請求項４記載のアニール装置。
前記ストッカーの加熱手段は、前記ストッカー内の各棚に対応した熱電対を有し、該加熱コントロール手段は、該熱電対による温度測定結果を元に各棚の物品に対する温度制御を行っていることを特徴とする請求項５記載のアニール装置。
前記ストッカーの加熱手段は、前記棚の複数のブロックに各々対応した各熱電対を有し、該加熱コントロール手段は該熱電対による温度測定結果を元に各ブロックに所属する棚の物品に対する温度制御を行うことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のアニール装置。
前記アニール室のストッカーは、該物品を収容する複数の棚と、該棚の下面に設置された加熱ヒーターと、最上段に設けられた補助棚及び該補助棚下面に設置された加熱ヒーターによって構成されている請求項１又は請求項４記載のアニール装置。
前記アニール室の昇降駆動手段は、該ストッカーの下部領域に設けられ、該ストッカーを支える支持板と該支持板を昇降させる駆動装置とからなることを特徴とする請求項８記載のアニール装置。
前記アニール室は、外壁を２重構造にし、その間に冷却水を流すことで外壁全体を冷却する構成としたことを特徴とする請求項１又は請求項４記載のアニール装置。
前記取出室は、アニール処理された該物品を該冷却手段によって１枚ずつ所定温度迄強制冷却することを特徴とする請求項１記載のアニール装置。
前記取出室の冷却手段は、内部に冷却水流路を持つ冷却板と、該冷却板の昇降装置と、ガス導入系によって構成されることを特徴とする請求項１１記載のアニール装置。
前記物品は、熱容量の小さい材質のトレーに複数の製造中間体素子を装填したものであることを特徴とする請求項１乃至請求項１２記載のアニール装置。
前記第１と第２の開口の開閉バルブの開放時に該仕込室と該取出室を真空に維持する手段を含む請求項１記載のアニール装置。
前記アニール装置は、該仕込室にアニール工程の前工程を行う処理装置を接続し、該取出室にアニール工程の次工程を行う処理装置を接続して装置全体をインライン化することを特徴とする請求項１乃至請求項１４記載のアニール装置。
前記仕込室及び取出室への処理装置の接続は、移載機を介して接続することを特徴とする請求項１５記載のアニール装置。
真空中で物品に加熱処理を施すアニール方法において、
予備加熱手段を備えた仕込室において該物品を所定温度迄予備加熱し、予備加熱した該物品を１枚ずつ所定間隔をおいて連続的にアニール処理室内に搬入し、前記アニール処理室内に該物品を順次収容すると同時に該物品毎のアニール処理を順次開始し、前記処理室内では複数の該物品のアニール処理を同時に行い、一定時間のアニール処理を終了した該物品から１枚ずつ所定間隔をおいて連続的に該アニール処理室内から冷却室内へと搬出し、該冷却室内では該物品を強制冷却することを特徴とするアニール方法。
前記物品は水晶振動子を載置した基板であり、該振動子は電極膜が蒸着されているものであり、該アニール処理は前記電極膜を安定化する第１のアニール処理である請求項１７記載のアニール方法。
前記物品は水晶振動子を載置した基板であり、該振動子は電極膜に対し周波数調整が行われたものであり、該アニール処理は周波数調整を行った電極膜を安定化する第２のアニール処理である請求項１７記載のアニール方法。
真空中で物品を加熱処理するシステムであって、仕込室、加熱室及び取出室からなり、該仕込室と該加熱室とは開閉可能な第１のバルブを有する第１の開口で連結され、該加熱室と取出室とは開閉可能な第２のバルブを有する第２の開口で連結されているシステムにおいて、
該仕込室の物品を該第１のバルブ開放時に該第１の開口から該加熱室に搬入する手段、
複数の物品収容位置を有する該加熱室内に配置されたストッカー、
該ストッカーの物品収容位置の少なくとも１つを該第１の開口に整列させて該第１の開口から搬入された物品を該整列された物品収容位置に収容するため、該ストッカーの物品収容位置の少なくとも１つを該第２の開口に整列させて該第２の開口から該整列された物品収容位置の物品を搬出するため該ストッカーを移動させる手段、
該加熱室の物品を該第２のバルブの開放時に該第２の開口から該取出室に搬出する手段、及び
該搬入する手段、該搬出する手段、該ストッカー移動手段及び第１と第２のバルブの作動を制御する制御装置とからなり、
該制御装置は、所定の搬入間隔時間の間隔毎に該第１のバルブを開放させ、該物品を該仕込室から該第１の開口を介して該加熱室へと搬入するよう該第１のバルブと該搬入手段を制御する第１の制御を行い、
該制御装置は、該第１の開口を介して該加熱室への物品の搬入時に該ストッカーの空き物品収容位置が該第１の開口に整列するよう該ストッカー移動手段を制御する第２の制御を行い、
該制御装置は、該ストッカーに収容されている複数の物品の少なくとも１つが所定の加熱時間だけ加熱完了された時に、該加熱完了した物品の収容位置を該第２の開口に整列するよう該ストッカー移動手段を制御する第３の制御を行い、
該制御装置は、該ストッカーの加熱完了物品の収容位置が該第２の開口に整列された時に、該物品を該加熱室から該第２の開口を介して該取出室へと搬出して該ストッカーに空き物品収容位置をつくるよう該第２のバルブと該搬出手段を制御する第４の制御を行っている加熱処理システム。
該加熱室における物品の加熱処理中は真空が維持され、該第１のバルブの開放時に該仕込室は真空に維持され、該第２のバルブ開放時に該取出室は真空に維持され、該加熱処理は該物品の該加熱室への搬入時及び搬出時にも連続して行われている請求項２０記載の加熱処理システム。
大気圧雰囲気外部から該仕込室内への物品の移送時に該第１のバルブは閉成され、該取出室から大気圧雰囲気外部への物品の移送時に該第２のバルブは閉成され、該物品の該仕込室内への移送後に該仕込室を真空排気し、該物品の該取出室から大気圧雰囲気外部への移送後に該取出室を真空排気している請求項２０記載の加熱処理システム。
該仕込室内の該物品を予備加熱する手段及び該取出室内の該物品を冷却する手段を有する請求項２０記載の加熱処理システム。
該予備加熱に要する時間及び該冷却に要する時間は該所定の搬入間隔時間より短く、そして該所定の加熱時間は該所定毎の搬入間隔時間より長い請求項２０記載の加熱処理システム。
該ストッカーの同一移動位置で、該ストッカーの物品収容位置の一つが該第１の開口と第２の開口の両方に整列する構成を該加熱室は有し、該制御装置は該第３と４の制御を行った後、該第２の制御を省いている請求項２０記載の加熱処理システム。
該物品は、電極膜を有する水晶振動子である請求項２０記載の加熱処理システム。
該ストッカーに空き収容位置がある場合に、該空き収容位置にダミー物品が収容される請求項２０記載の加熱処理システム。