JPH01230229A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は被熱処理体を炉に出入れする方法及びその装
置に関する。

（従来の技術） ＩＣ又はＬＳＩ等の半導体デバイスは、インゴットから
切出されたウェハを、順次１表面加工処理し、熱酸化処
理し、不純物拡散処理し、膜堆積処理し、エツチング処
理する等の多数の工程を経て製造される。これらの製造
工程において、半導体ウェハは複数回にわたり繰返し熱
処理を受ける。

一般に、半導体ウェハの熱処理用の加熱炉として、上下
に積重ねられた多段炉１例えば４段炉が採用される。多
段炉の各炉内にはそれぞれプロセスチューブが水平に設
けられる一方、各炉口の前方にはそれぞれソフトランデ
ィング装置が設けられており、ウェハを積載したボート
（以下、ウェハボートという）が各ソフトランディング
装置により各プロセスチューブ内に挿入されるようにな
っている。

ボートを炉のプロセスチューブに出入れするためのソフ
トランディング装置としては、特公昭６２−３５７１号
公報、米国特許第４，００８，８１５号公報、並びに米
国特許第４，４６８，１９５号公報に記載のものが知ら
れている。これらのソフトランディング装置は、炉口に
向かって炉の軸方向（Ｘ軸方向という）に延出するフォ
ークを有している。フォークは。

その本体が筒状をなし、その先端部がウェハボートをａ
置できるような形状に加工されている。

また、ソフトランディング装置は、前述のフォークをＸ
軸に沿って前進又は後退させるｘＩ１１１駆動機構と、
フォーク先端部を上下に首振り動作させるθ軸駆動機構
と、フォークの動作をコントロールするためのコントロ
ーラと、所定のプログラミングに基づきコントローラを
バックアップするコンピュータシステムと、を有してい
る。

従来のソフトランディング装置によりウェハボートを炉
内にローディングする場合は、Ｘ軸駆動機構によりフォ
ークをＸ軸方向に所定の設定距離したけ前進させ、θ軸
駆動機構によりフォーク先端を静かに下げ、ウェハボー
トをフォークからプロセスチューブに移載する。また、
炉内のウェハボートをアンローデインする場合は、フォ
ークをプロセスチューブ内に挿入し、フォーク先端によ
りウェハボートを静かに持上げ、フォークをＸ軸方向に
設定距離りだけ後退させる。これらの一連の出入れ動作
においては、フォーク及びウェハボートがプロセスチュ
ーブ内壁に擦れないようにコントロールされ、擦れ合い
による石英粉の発生を防止している。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来のウェハボートの出入れ方法におい
ては、θ軸駆動機構によりボートをローディングすると
きにウェハボートがプロセスチューブに対して傾斜する
こと、あるいは、Ｘ軸駆動機構に動作に誤差が存在する
ことに起因して、フォークとウェハボートとの間の相対
位置がローディング時とアンローディング時とで異なる
。このため、ローディング時とアンローディング時とで
はフォーク上のウェハボートの持ち運び位置が変化し、
次工程（熱処理工程に続く工程）の自動搬送機構により
ウェハボートを搬送する場合に機械的な対応がとれない
という問題があった。

この発明は上記点を改善するためになされものでボート
のローディング時及びアンローディング時におＪするボ
ート及びフォークの相対位置を一定に保つことができる
ボート出入れ方法及び、ローディング時とアンローディ
ング時とで、フォーク上におけるボートの持ち運び位置
が実質的に変化することなく、ボートを炉にローディン
グ／アンローディングすることができるソフトランディ
ング装置を提供するものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） この発明は被熱処理体を炉にローディングする前に、被
熱処理体をローディング／アンローディング手段で片持
ち支持したときにローディング／アンローディング手段
に作用する力学的状態量を予め測定しておき、これを第
１の測定値とし、更に、熱処理後の被熱処理体をローデ
ィング／アンローディング手段で片持ち支持したときに
ローディング／アンローディング手段に作用する力学的
状態量を測定し、これを第２の測定値とし、前記第１及
び第２の測定値を互いに比較し、第２の測定値が第１の
測定値に合致するまで、ローディング／アンローディン
グ手段による被熱処理体の保持位置を補正し、両者が合
致したところで炉から被熱処理体をアンローディングす
ることを特徴とする被熱処理体を炉に出入れする方法、
および被熱処理体を片持ち支持しつつ搬送し、炉にロー
ディング又はアンローディングする手段と、被熱処理体
を片持ち支持したときに前記ローディング／アンローデ
ィング手段に作用する力学的状態量を測定する手段と、
前記力学的状態量の熱処理前後における測定値を互いに
比較する手段と１両者が一致するまで被熱処理体のロー
ディング／アンローディング手段による保持位置を補正
する手段と。

を有することを特徴とする被熱処理体を炉に出入れする
装置を得るものである。

（作　用） 本発明によれば、被熱処理体を炉にローディングする前
に、被熱処理体をローディング／アンローディング手段
で片持ち支持したときにローディング／アンローディン
グ手段に作用する力学的状態量を予め測定しておき、一
方、熱処理後においても前記力学的状態量を測定し、面
測定値を互いに比較し、両者が合致するまで被熱処理体
のローディング／アンローディング手段による保持位置
を補正し５両者が合致したところで炉から被熱処理体を
アンローディングする方法及び、被熱処理体を片持ち支
持しつつ搬送し、炉にローディング又はアンローディン
グする手段と、被熱処理体を片持ち支持したときに前記
ローディング／アンローディング手段に作用する力学的
状態量を測定する手段と、前記力学的状態量の熱処理前
後における測定値を互いに比較する手段と１両者が一致
するまで被熱処理体のローディング／アンローディング
手段による保持位置を補正する手段と、を有するため、
ボートのローディング時及びアンローディング時におけ
るボート及びフォークの相対位置を一定に保つことがで
き、フォーク上におけるボートの持ち運び位置が実質的
に変化することなく、ホードを炉にローディング／アン
ローディングすることができる。

（実施例） 以下１本発明を加熱炉システムに適用した一実施例につ
いて図面を参照しながら説明する。

第１図に示すように、加熱炉装置１は、単体の炉を上下
に４段に積重ねた多段炉であり、各炉内には複数のプロ
セスチューブが横置きの状態で挿入されている。この加
熱炉装置１は、シリコンウェハを酸化・拡散処理するた
めのものである。

ボート出入れ用のユニット４が、加熱ｊ装置１の炉口１
ａの前方に設置されている。ユニット４は。

エアフィルタを有するフィルタユニット４ａと、多数の
ウェハ２が積載された例えば石英ガラス製ボート３を炉
口１ａを介して炉１に出入れするためのユニット４ｂと
、により構成されている。ユニット４ｂは、４段の欄４
ｃを有しており、各段の棚４ｃの一端がそれぞれの炉口
１ａに連通している。各段の棚４ｃには、それぞれ石英
ガラス製のフォーク６を有するソフトランディング装置
５が設けられている。

フォーク６は、それぞれの炉軸の延長線上に延びており
、その基端側に筒状部７を、その先端側にボート支持部
８をそれぞれ有している。

エレベータ装置９が、加熱炉装置１と架台４との間の前
面側に設けられている。エレベータ装置９のアーム９ａ
の先端には、フロントステージ上のボート３をフォーク
６の支持部８に移すための部材９ｂが設けられている。

エレベータ装置９は１部材９ｂをＸ軸及びＺ軸に沿って
それぞれ移動させる機構を有している。

ウェハカセット１１及びウェハボート３を載置するため
のステージが、ユニット４ｂの最下段の棚４Ｃの前面に
設けられている。このステージの更に前面にはハンドリ
ング装［１０が設けられている。ハンドリング装＠１０
は、カセット１１からウェハ２を取出す機構と、取出さ
れたウェハ２をボート３に移載する機構と、を有してい
る。

第２図を参照しながら、ソフトランディング装置５につ
いて説明する。なお、第２図では便宜的にフォークを図
示していない、ソフトランディング装Ｍ５のガイドレー
ル１３ａ、　１３ｂが、１ｉ４ｃのベース部材１２上に
固定されている。ドライブシャフト１５が、レール１３
ａ、　１３ｂの相互間に設けられ、一端がストッパ部材
Ｌ５ａに枢着され、他端がギア１８に連結されている。

ガイドレール１３ａ、　１３ｂ及びドライブシャフト１
５は、Ｘ軸に沿って互いに平行に延びており、それぞれ
が第１のスライダ１４及び第２のスライダ２７のそれぞ
れを貫通している。

タイミングベルト１７が、上述のギア１８及びモータ１
６のドライブギア１６ａの間に掛は渡されている。

ドライブシャフト１５及び第１のスライダ１４は変換器
１５ｂにより連結されている。変換器１５ｂは、シャフ
ト１５に対して摺動する摩擦部材を内蔵しており。

摩擦部材によりシャフト１５の回転運動をスライド直線
運動に変換する機能を有している。

また、第２のスライダ２７も同様の変換器（図示せず）
を有している。この第２のスライダ２７は。

フォークを先端側にて支持するためのものである。

フォーク６を片持ち支持するための支持部１９が、第１
のスライダ１４の上方に設けられている。このフォーク
支持部１９は、Ｚ軸に沿って昇降可能に設けられた第１
の支持部材２０と、第１の支持部材２０の上に支軸２２
ａを介して揺動可能に設けられた第２の支持部材２２と
、更に第２の支持部材２２の上に設けられた第３の支持
部材２３ａ、　２３ｂと、を有している６図において、
第３の支持部材２３ａ、　２３ｂを分解した状態を示し
ている。上部材２３ａを下部材２３ｂに被せて、　ボル
ト２３ｃを締付けると、フォーク６（図示せず）の後端
部が上下部材２３ａ、　２３ｂにより挟持されるように
なっている。この場合に、フォーク６の最後端と第３の
部材２３ａ、　２３ｂの最後端とは一致している。　な
お、ボルト２３ｄにより第３の下部材２３ｂが第２の支
持部材２２に固定されている。

また、第２の支持部材２２の後端部は、第３の支持部材
２３ａ、　２３ｂの後端部よりも後方に延びており、部
材２２の後端部の上面に偏心カム２１が当接している。

偏心カム２１は、その両端が１対のブラケット２１ａに
より回動可能に支持され、更に一端がシャフト２１ｂに
連結されている。このシャフト２１ｂは、ウオームギア
を有する減速機構（図示せず）を介してモータ２５の駆
動軸に連結されている。

圧力センサ（図示せず）が、カム２１及びブラケット２
１ａの連結部に設けられ、力１１２１からブラケット２
１ａに伝達される力のモーメントが検出されるようにな
っている。

次に、第３図を参照しながら、フォーク６の首振り機構
、すなわちθ軸駆動機構について説明する。

フォーク６の首振り機構は、支軸２２ａを支点とし、カ
ム２１及び部材２２の当接部分を力点に、ボート支持部
８を作用点とするてこ機構である。すなわち、偏心カム
２１を回転させると、作用点にあたるボート支持部８が
上下に揺動するようになっている。

次に、第４図乃至第６図を参照しながら、ボートをロー
ディング／アンローディングする場合のフォークとプロ
セスチューブとの相互位置関係について説明する。

第４図に示すように、ボート支持部８がプロセスチュー
ブ２８の挿入口に対面するようにフォーク６が待機して
いる。フォーク６を前進させると、第５図に示すように
、ボート支持部８がプロセスチューブ２８内に挿入され
る。第６図に示すように。

ボート支持部８がプロセスチューブ２８の均熱部２８ａ
に位置するところでフォーク６を停止させ、ボート（図
示せず）をローディング／アンローディングする。

第７図に示すように、ボート３がプロセスチューブ２８
に載置された状態で、ウェハ２とプロセスチューブ２８
内壁との間隔が全周に亘ってほぼ一様になる。

次に、第８図のフローチャー１−及び第９図乃至第１４
図の断面模式図を参照しながら、上記のソフトランディ
ング装置５を用いてボート３を炉のプロセスチューブ２
８に出入れする場合について詳細に説明する。

多数のシリコンウェハ２を積載したボート３を。

エレベータ装置９の部材９ｂからフォーク６のボート支
持部８へ移載する。この場合に、ウェハ２及びボート３
の合計重量は約５〜１０ｋｇであり、フォーク６の長さ
は約２００〜３００ｃｍである。ソフトランディング装
置５のスイッチを入れて、ウェハボート３のローディン
グ／アンローディング動作をスタートする。

先ず、フォーク６でウェハボート３を片持ち支持したと
きにフォーク支持部１９の力点（カム２１と部材２２と
の接触部）に伝達される力のモーメント阿、を、センサ
で検出測定するステップ１（Ｓｌ）。

この測定値Ｍ１をコンピュータシステムのメモリにスト
アするステップ２（５２）。

次に、Ｘ軸方向にフォーク６を移動させ、ボート支持部
８をプロセスチューブ２８に挿入し、第９図に示すよう
に、　ウェハボート３が均熱部２８ａに位置するところ
で、これを停止する。

次に、θ軸駆動機構のモータ２５の駆動により。

偏心カム２１を所定回転数だけ回転させ、第１０図に示
すように、ボート支持部８を下げる。

ウェハボート３を支持部８からプロセスチューブ２８に
移載した後に、第１１図に示すように、フォーク６をＸ
軸方向に後退させ、ウェハボート３のみをプロセスチュ
ーブ２８内に残す。

炉口１ａを閉め、所定の温度、時間、並びに雰囲気の条
件下でウェハ２を酸化拡散処理する。

熱処理終了後、ローディング時と同じ距離だけフォーク
６をＸＩＰＩ１１方向に前進させ、第１２図に示すよう
に、ボート支持部８をウェハボート３のところに位置さ
せる。

第１３図に示すように、フォーク６によりウェハボート
３を持上げ、持上げたときに力点（フォーク支持部材１
９のカム２１及び部材２２の接触点）に作用する力のモ
ーメントＭ２をセンサで検出測定するステップ３（Ｓ：
３）、このとき、熱処理前後のウェハボート３の重量は
、実質的に同じである。例えば、１５０枚の６インチ径
ウェハにＣＶＤによりＩＩＪＭのポリシリコンをデポジ
ットした場合に、処理前後で約１２グラムの重量増加が
認められるが、これはウェハボー１−及びフォークの全
体重量から見れば無視できる数値である。

データのストアされたメモリ値Ｈ２を呼出し、検出モー
メントＭ２とメモリ値Ｍ１とを互いに比較し、（ステッ
プ４）両者が合致していれば、第１４図に示すように、
フォーク６を後退させ、ウェハボート３を炉外に取出す
ステップ５（Ｓ５）。

前記ステップ４　（Ｓ４）において、検出モーメントＭ
２とメモリ値Ｍ１とが相違している場合は、ウェハボー
ト３をプロセスチューブ２８に下ろし、フォーク６の停
止位置を補正した後に、フォーク６でウェハボート３を
再び持上げるステップ６　（Ｓ６）、つまり、メモリ値
もと検出モーメントＭ□とが合致するまで、ステップ３
→ステツプ４→ステツプ６→ステツプ３の動作を繰返す
。

最終的にメモリ値もと検出モーメント！１１２とが合致
すると、ステップ５に進み、ウェハボート３を炉外に取
出して、一連の動作が終了する。

なお、上記実施例では、フォーク支持部材の力点におけ
る力のモーメントを検出しているが、これに限られるこ
となく、フォーク支持部材２２に歪ゲージを設け、支持
部材２２の撓みを検出するようにしてもよい。

また、上記実施例では、フォークの首振り手段に偏心カ
ムを有するθ駆動機構を採用したが、これに限られるこ
となく、他の揺動機構、例えばてこクランク機構を用い
ることもできる。またソフトランディング装置は、Ｘ軸
駆動機構（フォーク前進後退機構）及びθ駆動機構（フ
ォーク首振り機構）を具備している。この場合に、Ｘ軸
駆動機構及びθ駆動機構がコンピュータシステムにより
コントロールされるようになっていることが好ましい。

力学的状態量の測定データに基づきコンピュータシステ
ムで演算し、演算結果に基づきフォークによるウェハボ
ートの持上げ位置を補正することが好ましい。

更に、ソフトランディング装置のＸＭ駆動機構が、ドラ
イブシャフトの回転運動をスライダの直線運動に変換す
る変換器を有することが好ましい。

この場合に、ドライブシャフトに、ボールスクリュウ等
を採用することができるが、ネジ切り溝のないフリクシ
ョンシャフトを用いることが好ましい。

上記実施例によればボート持上げ時において、ボートと
フォークとの相対位置を一定にすることができる。この
ため、ボート及びフォークをプロセスチューブ内壁に接
触させることなく、ウエハボートを炉に出入れすること
ができると共に、次工程以後のウェハ自動搬送において
ウェハと自動搬送機構との位置ずれに起因する事故が発
生しない。このため、ウェハ損傷事故を有効に回避する
ことができ、ウェハの歩留りを向上させることができる
。更に、ルーム内のクリーン度を高レベルに維持するこ
とができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ローディング時及びアンローディング
時の両持点で、フォークとボートとの相対位置を実質的
に同じにすることができるので、次工程以後の自動機械
によるウェハの取扱いが確実かつ容易にできる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明方法及び装置の一実施例を説明するた
めの加熱炉システムの加熱炉の炉口近傍の付帯設備を示
す構成図、第２図は第１図のソフトランディング装置（
フォークを図示せず）を示す説明図、第３図は第１図フ
ォークの首振り機構（θ駆動機構）について説明するた
めに、フォークを長手直交方向から見た説明図、第４図
乃至第６図は第１図の各時期におけるフォークとプロセ
スチューブとの相互位置関係を説明するために、フォー
ク及びプロセスチューブを長手直交方向から見た説明図
、第７図はプロセスチューブ内に挿入されたフォーク及
びボートを長手方向から見た説明図、第８図は第１図の
ラフ１−ランディング装置の動作を示すフローチャート
、第９図乃至第１１図は第１図のボートをプロセスチュ
ーブにローディングする場合の一連の動作を説明するた
めに、それぞれプロセスチューブの長手直交方向から見
た説明図、第１２図乃至第１４図は第１図のボートをプ
ロセスチューブからアンローディングする場合の一連の
動作を説明するために、そ九ぞれプロセスチューブの長
手直交方向から見た説明図である。 ２・・・ウェハ　　　　　　３・・・ボート５・・・ソ
フトランディング装置 ６・・・フォーク　　　　　８・・・ボート支持部１０
・・・ハンドリング装置　１１・・・カセット２８・・
・プロセスチューブ 第４図 第５図 ゝ８ 第６図 第８図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被熱処理体を炉にローディングする前に、被熱処
   理体をローディング／アンローディング手段で片持ち支
   持したときにローディング／アンローディング手段に作
   用する力学的状態量を予め測定しておき、これを第１の
   測定値とし、更に、熱処理後の被熱処理体をローディン
   グ／アンローディング手段で片持ち支持したときにロー
   ディング／アンローディング手段に作用する力学的状態
   量を測定し、これを第２の測定値とし、前記第１及び第
   ２の測定値を互いに比較し、第２の測定値が第１の測定
   値に合致するまで、ローディング／アンローディング手
   段による被熱処理体の保持位置を補正し、両者が合致し
   たところで炉から被熱処理体をアンローディングするこ
   とを特徴とする被熱処理体を炉に出入れする方法。
2. （２）被熱処理体を片持ち支持しつつ搬送し、炉にロー
   ディング又はアンローディングする手段と、被熱処理体
   を片持ち支持したときに前記ローディング／アンローデ
   ィング手段に作用する力学的状態量を測定する手段と、
   前記力学的状態量の熱処理前後における測定値を互いに
   比較する手段と、両者が一致するまで被熱処理体のロー
   ディング／アンローディング手段による保持位置を補正
   する手段と、を有することを特徴とする被熱処理体を炉
   に出入れする装置。