(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を圧力容器内の処理室に装入してこの処理室を真空引きするとともに高温・高圧のガスに置換し、このガス雰囲気下で加圧埋込み処理するものであって、前記圧力容器の下開口部に装着される下蓋と、この下蓋を介して前記半導体基板を載置した状態でこの基板を前記処理室に対して前記下開口部から装入および取出す下蓋移送手段と、前記処理室を真空引きする弁手段と、前記半導体基板を加圧埋込みするときの容器軸力を担持するプレスフレームと、を備え、前記圧力容器とプレスフレームとを相対的に水平移動して両者を係脱自在に構成した半導体用の加圧埋込み処理装置において、
前記弁手段は、処理室に通じる通路を開閉する真空元弁を備え、この真空元弁を前記下蓋に設けているとともに、前記プレスフレームの容器軸力担持部に付帯させた耐圧体に、前記真空元弁を開閉動作する弁駆動手段と真空引きポートを備えていることを特徴とする半導体用の加圧埋込み処理装置。
【請求項２】
前記弁手段の真空元弁は、容器軸方向に移動自在として備えられ、この真空元弁を閉弁方向に付勢する弾性復帰体を備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体用の加圧埋込み処理装置。
【請求項３】
前記弁駆動手段は、処理室および真空引きポートに通じる通路を有するシリンダで構成されていて、このシリンダを流体圧により容器軸方向に移動することで真空元弁を開閉動作すべく耐圧体に備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体の加圧埋込み処理装置。
【請求項４】
請求項２に記載の真空元弁と請求項３に記載のシリンダとが容器軸心上で合致するように備えられており、真空元弁とシリンダとの面接部位に面シールを備えてこの面シールによって真空引きするときの漏出を阻止するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体用の加圧埋込み処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体用の加圧埋込み処理装置に係り、より具体的には、例えばＳｉウェハーに代表されるＵＬＳＩ半導体を高温・高圧のガス雰囲気下で加圧埋込み処理するための装置であって、特に、ガス置換のための真空引き装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
株式会社日本実業出版社の１９９９年３月４日第４刷発行の「半導体のすべて」（著者  菊池  正典氏）の文献等第１０６ページに「ＩＣの製造には、クリーンルームと呼ばれる非常に清浄な環境が必要です。超微細なパターンを使用しているため、微量のごみ（パーティクル）や金属、各種イオン、有機物などの不純物が存在すると、パターニング時の形状不良や特性不良につながり、ＩＣの歩留り、性能、信頼性の低下の原因となるからです。
【０００３】
クリーンルームの清浄度のレベルは、存在するゴミの粒径と個数によって「クラス」という名前で表されます。ＩＣの微細化の進展に伴って、クリーンルームに要求される清浄度のレベルは厳しさが増しています。このような清浄な環境を実現するため、クリーンルームでは天井のフィルターから床（網目状になっている）に向かって絶えず空気を「天井→床」の方向（ダウンフロー）に流し続けています。」と記載されているように、半導体の加圧埋込みにおいては、パーティクルの存在が重要な課題となっている。
【０００４】
このため、特開平１１−３４０２３０号公報で開示の「被処理基板の高温高圧処理装置」（以下、従来例の１という）、特開平１１−２９７６９２号公報で開示の「半導体用の高温高圧ガス炉」（以下、従来例の２という）等々が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来例の１では、半導体の加圧埋込みをクリーンルーム内で実施することが開示されており、この実施に当り、不可欠な行程である真空引き（ガス置換）を、圧力容器（処理容器）の上蓋に真空ポンプに通じる弁等を有する配管によって行っている。
圧力容器の上蓋（上部）から真空引きを実施すると、圧力容器内で発生乃至現存するパーティクルは圧力容器内の底（下部）に落下沈着していることから、これを圧力容器内において真空引きにより浮遊させるという重要な課題があった。
【０００６】
一方、従来例の２では、圧力容器の下蓋（底部乃至下部）に真空引きポートを形成し、このポートを開閉動作する真空弁（ポート開閉弁）を下蓋に備えていることから、真空引き（ガス置換）の際におけるパーティクルの浮遊等を防止できる。
しかしながら、圧力容器内の処理室に被処理物である半導体を装入・取り出しを実施するため、下蓋を昇降動作させたり、横方向（水平方向）に往復動（これらを総称して運動乃至移動という）させる必要があり、下蓋に弁を備えたのでは、この弁に通じる配管等は下蓋の運動乃至移動を考慮して複雑な配管等が必要となってコスト的に不利となるだけでなく、メンテナンス（作業性）の劣化および故障の要因等を招き、これらに伴ってパーティクルがかえって増量する（クリーンルーム内での作業を無塵服を着用した人が実施するとしても人は大きな汚染源となる）という課題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の課題すなわちパーティクルの抑制を図り、パターニング時の形状不良や特性不良を少なくし、ＩＣの歩留り、性能、信頼性を向上することができる加圧埋込み装置、特に、真空引き（ガス置換）装置を提供することが目的である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体基板を圧力容器内の処理室に装入してこの処理室を真空引きするとともに高温・高圧のガスに置換し、このガス雰囲気下で加圧埋込み処理するものであって、前記圧力容器の下開口部に装着される下蓋と、この下蓋を介して前記半導体基板を載置した状態でこの基板を前記処理室に対して前記下開口部から装入および取出す下蓋移送手段と、前記処理室を真空引きする弁手段と、前記半導体基板を加圧埋込みするときの容器軸力を担持するプレスフレームと、を備え、前記圧力容器とプレスフレームとを相対的に水平移動して両者を係脱自在に構成した半導体用の加圧埋込み処理装置において、前述の目的を達成するために、次の技術的手段を講じている。
【０００９】
すなわち請求項１における前記弁手段は、処理室に通じる通路を開閉する真空元弁を備え、この真空元弁を前記下蓋に設けているとともに、前記プレスフレームの容器軸力担持部に付帯させた耐圧体に、前記真空元弁を開閉動作する弁駆動手段と真空引きポートを備えていることを特徴とするものである。
このような構成を採用したことにより、加圧埋込み処理において不可欠な真空引き（ガス置換）は圧力容器の底部（下部）によってなされることから、発生乃至現存するパーティクルの処理室内での浮遊乃至飛散はなく基本的にはパーティクルの処理室外への排出が確実となるのであり、一方、加圧処理における半導体の処理室への装入および取出しは、下蓋の昇降および横移動（運動乃至移動）で行われるが、真空元弁を下蓋に備え、この弁を開閉する弁駆動手段および真空ポートはプレスフレームとともに運動乃至移動する耐圧体に備えることにより、このプレスフレームより運動乃至移動が複雑（大きい）下蓋に弁駆動手段を備えるよりも、配管等が単純となり、この結果としてパーティクルを抑制できるのである。
【００１０】
前述の請求項１において、前記弁手段の真空元弁は、容器軸方向に移動自在として備えられ、この真空元弁を閉弁方向に付勢する弾性復帰体を備えていることが推奨される（請求項２）。
また、前述の請求項１において、前記弁駆動手段は、処理室および真空引きポートに通じる通路を有するシリンダで構成されていて、このシリンダを流体圧により容器軸方向に移動することで真空元弁を開閉動作すべく耐圧体に備えていることが推奨される（請求項３）。
【００１１】
更に、前述の請求項１において、前述請求項２に記載の真空元弁と請求項３に記載のシリンダとが容器軸心上で合致するように備えられており、真空元弁とシリンダとの面接部位に面シールを備えてこの面シールによって真空引きするときの漏出を阻止するように構成されていることが推奨される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明に係る加圧埋込み装置１の立側面図を示し、図２は当該装置１とこれに付属するロボット２およびストック手段３等の設備全体の平面図を示し、図３は図１の左側面図を示しており、加圧埋込み装置１および／又は設備全体は前述したようにクリーンルーム内に収納されている。
この加圧埋込み装置（高圧アニール装置）１は、半導体基板を圧力容器内の処理室に装入してこの処理室を真空引きするとともに高温・高圧のガスに置換し、このガス雰囲気下で加圧埋込み処理するものである。
【００１３】
図１において、圧力容器４は、上・下開口部を有する円筒形に構成されていてその軸心を縦向（鉛直）として容器架台５に図示例では片持支持として装着されており、この架台５は、ベースフレーム６に立設されている縦フレーム（連結部材）７に支持されている。
圧力容器４の上・下開口部には上蓋８および下蓋９の蓋材がそれぞれ挿脱自在に嵌合（装着）されていて、図４において下蓋９では例示した軸シール部材１０によって圧力容器４の内部は処理室１２が気密状として画成されている。なお、圧力容器４の外周には冷却ジャケット１３を装備させることが望ましい。
【００１４】
処理室１２には、ベル型（倒立コップ形）の断熱層が設けられているとともに、この断熱層の内側に例えば電気抵抗線加熱方式の加熱手段（ヒータ）１４が備えられている。
圧力容器４の下開口部から処理室１２に対して半導体基板１５を下蓋９を介して載置した状態で装入および取出可能であり、図示例では、図４および図５で示すように下蓋９の上面にリング板材１６をボルト等で締結し、このリング板材１６上に電極台となる炉床１７を介して半導体基板１５が載置されている。
【００１５】
ここで半導体基板１５は、Ｓｉウェハー等の半導体であって、銅（純銅、銅合金を含む）、アルミ（合金を含む）、銀等の金属材料よりなる配線膜を、スパッタリング、メッキ等の手段によって成膜処理したものであり、円筒形の支持治具（カセット）に棚板状にセットされている。
半導体基板１５がＵＬＳＩの場合、標準的に２００ｍｍ（８インチ）のウェハーにて構成され、このウェハーを２５枚程度カセットに積層（棚板状にセット）した形で、この２５枚を１ロットとして取り扱うようになっている。
【００１６】
このロットごとの半導体基板を搬送するため、下蓋移送手段１８が備えられており、図１〜３で例示した実施の形態においては、当該移送手段１８は、下蓋昇降架台１９，下蓋昇降装置２０，下蓋移動架台２１を備えて構成されており、下蓋昇降装置２０は、炉床１７とカセットに積層されている半導体基板１５を圧力容器４の下開口部から容器軸方向に往復動させて装入および取出す搬送手段とされている。
図１乃至図３において、ベースフレーム６にはその上面に台車等が滑走又は転動できうるレール構造２２が設けられている。そして、台車２３がそのベースフレーム６上のレール構造２２に配置され、台車２３はベースフレームの長尺方向に沿って移動可能となっている。
【００１７】
上記台車２３にはその上部にプレスフレーム２４が積載（立設）されて、この台車２３とプレスフレーム２４とでプレスフレームモジュールを構成している。プレスフレーム２４は図３にて示されるとおり、内部の略直方形の空間部分２４Ａが設けられている。その空間部分２４Ａは圧力容器４が、上蓋８、下蓋９によって密閉状態で且つその内部が高圧に保持されていない場合、その上下方向に若干の間隙が形成される程度の大きさにて形成されており、圧力容器４が上記の状態（高圧でない）にある際にプレスフレーム２４の積載されている台車２３を流体シリンダ、電動モータ等の台車駆動体２５の作動で移動させても、圧力容器４、あるいはその上蓋８、下蓋９がプレスフレーム２４と干渉することはなく、プレスフレーム２４は平易に係脱自在な構成となっている。
【００１８】
被処理物である半導体基板１５を高温高圧処理する前にプレスフレーム２４は圧力容器４をその空間部分２４Ａに収納する位置に移動され、後述する真空引きを行った後に、圧力容器４の内部は２０ＭＰａ以上の極めて高圧のガス雰囲気で満たされて加圧埋込み処理される。すると、圧力容器４の上下に配された上蓋８、下蓋９はともに開放する方向（容器軸方向）に向かって大きな力が作用し、わずかにその方向に向かって移動するが、上蓋８、下蓋９と圧力容器４との嵌め合い部分（上・下開口部）に設けられたシール部材１０にてシールを保ち、また、プレスフレーム２４の空間部分２４Ａに付帯させた耐圧体２６によって容器軸力を把持（担持）し、上蓋８、下蓋９が開放状態となるのを防ぐため、圧力容器４の内部の密閉状態は維持される。
【００１９】
上記被処理物搬送モジュール（下蓋移動手段）１８は上記プレスフレーム２４の積載されている台車２３に接続、固定されてなり、該台車の移動に伴い、上記被処理物搬送モジュールとプレスフレームとは一体的に移動するものを例示している。詳細には台車２３に対し鉛直方向に伸びる方向に下蓋移動架台１９がボルト・ナット等の着脱自在な連結具又は、溶接等によって接続されてなり、符号１９Ａがその接続固定部分であり、その下蓋移動架台２１にモータ等のアクチュエータ２０Ａとベルト等の巻掛伝導体２０Ｂおよびボールスクリュー等の昇降体２０Ｃ等からなる下蓋昇降装置２０を介して下蓋昇降架台１９が接続されてなり、被処理物搬送モジュールを構成している。
【００２０】
被処理物（半導体）を圧力容器４の内部（処理室１２）に搬入、あるいは内部から搬出する場合、すなわち、装入および取出す場合、まずは台車２３に連結（立設）された上記プレスフレーム２４を電動モータ、流体シリンダ等の台車移動装置２５の制御に基づき、水平方向に直線的に移動させ、圧力容器４の下方に十分な空間を確保する（図１の仮想線参照）と、下蓋昇降架台１９が上記の空間の位置、すなわち、圧力容器４の下方の位置となる。
そこで、下蓋昇降装置２０にて下蓋昇降架台１９を昇降させ、被処理物を圧力容器４の内部へ搬入、あるいは内部から搬出する。更に再度、台車２３により、被処理物搬送モジュール全体を上記プレスフレーム２４とともに水平方向、且つ圧力容器４とは逆側に移動させ、下蓋昇降装置２０にて下蓋昇降架台１９を上昇させ、カセットをウェハハンドリングユニット（ハンドリングロボット）２の近傍にまで移動させ、該ロボット２の伸縮動作および旋回動作によってストック手段３、カセットに被処理物を供給、あるいはカセットから被処理物を取り出すようにする。また、プレスフレーム２４は再び、圧力容器４側に戻す。このような制御を反復することのできる装置構成を有することにより、ロットごとの複数の被処理物すなわち、半導体基板を処理室１２内においてアルゴン、窒素等の不活性ガス雰囲気下で連続的にアニール処理（加圧埋込み）することが可能となっている。
【００２１】
前記のアニール処理に先立って圧力容器４の処理室１２は真空引き（ガス置換）され、このため弁手段２７が備えられている。
図４および図５で示すように、前記弁手段２７は、処理室１２に通じる通路を開閉する真空元弁２８を備え、この真空元弁２８を前記下蓋９に設けているとともに、前記プレスフレーム２４の容器軸力担持部（下方担持部）に付帯させた厚肉板材からなる耐圧体２６に、前記真空元弁２８を開閉動作する弁駆動手段２９と真空引きポート３０を備えている。
【００２２】
図４および図５を参照してより具体的に説明すると、下蓋９の中心（径方向中心）には段付孔構造とされた装着孔３１が厚さ方向に貫通して形成され、この装着孔３１の上部凹所３１Ａには面シール３２を介して弁座３３が嵌合され、この弁座３３は弁座押さえ３４を下蓋上面にボルト等で締着することで凹所３１Ａに装着されており、真空弁２８の弁体２８Ａは、弁座３３上に面シール３５を介して装着されているとともに弁座押さえ３４内で上下動自在に嵌入されている。
真空元弁２８の弁体２８Ａは、装着孔３１に上下動自在として嵌入（挿入）されている連結棒（弁棒）２８Ｂの上部に接続固定されていて、この連結棒２８Ｂの下部の内部に通路２８Ｃが軸方向に形成され、この通路２８Ｃは、弁棒下部に形成した図６で示している開口２８Ｄを介して装着孔３１と弁棒外周面とで形成されている空間２８Ｅに連通しているとともに、この空間（通路）２８Ｅと弁座押さえ３４の弁室３４Ａ及びその周囲で径方向水平に開設された通孔３４Ｂを介して処理室１２に通じているとともに、連結棒２８Ｂにおける下部径大部２８Ｆの外周面と装着孔３１の孔面との間に軸シール３６が介装されている。
【００２３】
更に、弁棒２８Ｂにはコイルバネで例示する弾性復帰体３７によって閉弁方向、すなわち、弁体２８Ａと弁座３３とが面シール３５を介してシールされるように付勢されている。
すなわち、前記弁手段２７の真空元弁２８は、下蓋９の中心でかつ容器軸方向に移動自在として備えられ、この真空元弁２８を閉弁方向に付勢する弾性復帰体３７を備えているのであり、結果として処理室の下方に弁機構が設けられていることにより処理室１２で発生したパーティクルが落下して圧力容器外へ排出しやすくなる。
【００２４】
更に、耐圧体２６の中心には段付孔構造とされた装着孔３８が厚さ方向に貫通して形成され、この装着孔３８の上部には軸シール３９を介装した上部フランジ４０が嵌合され、かつ、ボルト等で締結されている。
また、装着孔３８の下部には面シール４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを介装した下部フランジ４１が嵌合され、且つ、ボルト等で締結されており、ここに、上・下フランジ４０，４１によりシリンダ室４２が装着孔３８に区画されており、このシリンダ室４２に軸シール４３を介装して通路４４Ａを有するシリンダ４４のピストン部が上下動自在として嵌入されているとともに、シリンダ４４の上・下部は、上・下フランジ４０，４１に軸シール４５を介装して上下動自在に嵌入（挿入）されている。
【００２５】
シリンダ室４２には開閉ポート４６Ａ，４７Ａを有する開閉通路４６，４７が連通されており、開閉ポート４６Ａ，４７Ａのそれぞれに流体圧（空気圧）を作用させることによってシリンダ４４を上下動することにより真空元弁２８を開閉動作可能であるとともに、シリンダ４４に形成した通路４４Ａは、耐圧体２６に形成した連通路４８を介して耐圧体２６の一側部にボルト等で締結されている真空用継手４９のポート３０に連結されている。
すなわち、前記弁駆動手段２９は、処理室１２および真空引きポート３０に通じる通路４４Ａを有するシリンダ４４で構成されていて、このシリンダ４４を流体圧（空気圧）により容器軸方向に移動することで真空元弁２８を開閉動作すべく耐圧体２６の中心に備えているとともに、前記真空元弁２８とシリンダ４４とが容器軸心上で合致するように備えられており、真空元弁２８とシリンダ４４との面接部位に面シール５０を備えてこの面シール５０によって真空引きするときの空気（流体）およびパーティクル等の漏出を阻止する、すなわち、真空引きに無駄がないように構成されている。
【００２６】
なお、開閉ポート４６Ａ，４７Ａには流体（空気）の給排管がそれぞれネジカプラ等を介して接続され、給排手段（ポンプ、シリンダ等）に通じており、真空引きポート３０にはネジカプラ等を介して真空引き配管が接続され真空ポンプに通じている。
以上のように、図４の矢示の如く処理室１２を真空引き（ガス置換）するとき、下蓋９に真空元弁２８を備えてこの真空元弁２８の開閉動作で真空引きすることによって、処理室１２に発生乃至現存するパーティクルを浮遊させたり飛散させることはなく、確実に除去可能となった。
【００２７】
更に、真空元弁２８を開閉する弁駆動手段２９および真空引きポート３０はプレスフレーム２４と一体に運動（水平移動）する耐圧体２６に備えており、これ故、その配管部材（シリンダ４４用の配管部材も同様）は昇降運動を考慮する必要はなく、単純な配管で事済み、これによってメンテナンスも容易、迅速にできだけでなく、故障率も少なくなってパーティクルの発生が抑制できるのである。
更に、下蓋９の下面に耐圧体２６が係脱するとき、その係脱抵抗を軽減するため、耐圧体２６の上周縁にはＣ又はＲの面取り２６Ａを形成しておくことが望ましく、また、弁駆動手段２９については、図７で示すように上フランジ４０だけを採用し、シリンダ４４の通路４４Ａと連通する配管５１に継手４９を接続固定して真空元弁２８の開閉動作のとき、継手４９が多少上下動するように構成することも可能である。この場合は、配管５１の装着空所５１Ａが必要なため、耐圧体２６は寸法的に若干部厚くされる。
【００２８】
また、図示省略しているが、前述した真空引き（ガス置換）の後に、処理室１２にはアルゴン、窒素等の不活性ガスが上蓋８に形成した通路等を介して導入される。
図１〜３に示した実施の形態ではベースフレーム６上の互いに平行なレール部材２２に、台車２３のリニア２３Ａおよび下蓋移動架台２１のリニア２１Ａがそれぞれ跨橋されていて下蓋移送手段１８とプレスフレーム２４は一体と運動するように接続固定部分１９Ａにて接続され、共通の駆動体２５にて作動するように構成されているが、プレスフレーム２４と下蓋移送手段１８は個別に運動するようにしてもよい。
【００２９】
このように個別に運動（駆動乃至移動）させるときには、例えばプレスフレームを揺動（縦軸廻りの旋回運動）させても良いし、プレスフレームを固定（定置）させておき、このプレスフレームの空所部分に対して圧力容器を挿脱させるようにしても良く、要は、前記処理室１２を真空引きする弁手段２７と、前記半導体基板を加圧埋込みするときの容器軸力を担持するプレスフレーム２４と、を備え、前記圧力容器４とプレスフレーム２４とを相対的に水平移動して両者４，２４を係脱自在に構成したものであれば良い。
【００３０】
ただ、図１〜図３で示したように、プレスフレーム（プレスモジュール）２４と下蓋移動手段（被処理物搬送モジュール）１８とを接続固定部分１９Ａにて接続して一体的（同行移動自在）に運動（移動）するようにすると、次の利点がある。
被処理物搬送モジュールの駆動源が不要となるため、当然ながらその構成が従来占有していた領域分の装置全体のコンパクト化が達成できかつ粉塵の発生を少なくする。駆動源が単一となったことで、それを制御する、図示しない制御装置も単一化でき、装置構成が平易となり、ここでもまたコンパクト化が達成できるとともに粉塵発生を少なくする。
【００３１】
上記被処理搬送モジュールと上記プレスフレームが一体的に上記レール部材２２に沿って、且つそのレール部材に挟まれるような形で往復動可能なように構成され、下蓋昇降架台１９を台車部分を介して２本のレール部材２２を介して両持ち支持（跨橋支持）にて構成でき、搬送時の被処理物を安定的にせしめることができるとともにレール部材２２は両モジュールについて共用化できてこれにより装置全体のコンパクト化に寄与するのであり、更に、両モジュールが個別（独立）に移動するのではなく、一体的（同行自在）に往復動することによって、移動に起因する摩擦等による粉塵の発生が抑制できるだけでなく、移動の無駄もなくなって生産性を向上できる。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、真空引き（ガス置換）するとき、発生乃至現存するパーティクルの浮遊乃至飛散が防止できて、パーティクルの除去が迅速かつ確実に行なえ得る。
また、真空引きするときの配管部材も単純な構成とできて、メンテナンスが容易となるし、故障発生率も少なく、これ故、パーティクルを抑制でき、ＩＣの歩留り、性能、信頼性を約束できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる加圧埋込み装置の主要部を示す立面図である。
【図２】本発明に係る加圧埋込み装置を含む全体設備の平面図である。
【図３】図１の左側面図である。
【図４】本発明の主要部である弁手段の第１例を示す断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面拡大図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ断面拡大図である。
【図７】本発明の主要部である弁手段の第２例を示す断面図である。
【符号の説明】
１    加圧埋込み装置
４    圧力容器
８    上蓋
９    下蓋
１８  下蓋移送手段
２４  プレスフレーム
２７  弁手段
２８  真空手段
２９  弁駆動手段
３０  真空引きポート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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