(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内で被処理体に対して所定の熱処理を施すために加熱ヒータ手段と構成部材を冷却する冷却系とを有する熱処理装置において、前記冷却系に流れる冷媒の流量を検出する流量計と、前記流量計の出力が流量所定値以下の状態を継続して維持した時間を計測するタイマ手段と、前記タイマ手段の出力に基づいて前記加熱ヒータ手段への電力供給を断つ電力遮断リレー手段とを備えたことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
前記冷却系は、前記加熱ヒータ手段を冷却するヒータ冷却系と、前記処理容器の下部に設けたマニホールドを冷却するマニホールド冷却系と、前記処理容器の下端開口部を熱処理時に閉じるキャップ部を冷却するキャップ冷却系と、前記処理容器の上方に設置した天板プレートと前記キャップ部の代わりに前記処理容器の下端開口部を閉じるシャッタ部材とを冷却する天板・シャッタ冷却系との内、少なくともいずれか１つであることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記流量計の出力が流量所定値以下を示したことに応じて警報を発する警報手段を有することを特徴とする請求項１記載または２記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記冷却系には、この冷却系内の圧力が所定値以上になった時に開放される安全弁が分岐して接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【請求項５】
処理容器内で被処理体に対して所定の熱処理を施すために加熱ヒータ手段と構成部材を冷却する冷却系とを有する熱処理装置の運用方法において、前記冷却系に流れる冷媒の流量を検出し、この検出値が流量所定値以下の状態を所定の時間以上継続して維持したことに応じて前記加熱ヒータ手段への電力供給を断つようにしたことを特徴とする熱処理装置の運用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に対して所定の熱処理を示す熱処理装置及びその運用方法に係り、特に、冷却系の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体ウエハ等の被処理体に対して、例えば成膜、酸化拡散、アニール、エッチング等の各種の熱処理を施して半導体集積回路を製造する熱処理装置にあっては、熱に対する安全対策上、種々の構成部品を所定の温度以下に冷却するために各種の冷却系が設けられており、この冷却系に冷媒として例えば冷却水を流すことによって対応する構成部品を冷却するようになっている。
この場合、熱処理装置を稼働してこれに内蔵される加熱ヒータが発熱している間は、当然のこととして上記冷却系には冷却水を常時流し続けて、対応する構成部分を冷却する。そして、故障等の外的要因によって上記した冷却水の流量が低下したり、或いは冷却水の供給が停止したりすると、加熱ヒータが熱暴走する恐れがある。例えば、断水等が生じて冷却水が流れなくなったりすれば、冷却系内の冷却水が加熱沸騰し、この圧力によって冷却系に設けた流量計が破損したり、或いは冷却系から蒸気が吹き出す等の危険な状態が発生する恐れがある。
このため、安全対策として、上記冷却水の流量が一定値以下になると、自動的に加熱ヒータへの電力供給を遮断し、熱処理装置が熱的破損を受けることを未然に防止するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したような安全対策にあっては、装置稼働中において冷却水の流量が、例えば予め定めた所定の流量値以下になると直ちに、加熱ヒータへの電力供給を遮断するようにしているため、例えば水道設備等の不備により、或いは水道設備の工事等によって、流れる冷却水が圧力変動を生じて流量が変動するような場合には、この流量が下限値に低下する毎にこれが検出されて加熱ヒータへの電力供給を遮断するような現象が生じてしまい、このため、電力遮断の頻度が多くなって、装置自体を十分に運用できない場合が生ずる、といった問題あった。
本は発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、冷却水等の冷媒の流量が所定値以下に低下した状態を一定の期間継続した時に初めて電力供給を遮断するようにして、安全性を高く維持しつつ例えば流量変動が頻繁に生ずるような場合にその影響を軽減することができる熱処理装置及びその運用方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に規定する発明は、処理容器内で被処理体に対して所定の熱処理を施すために加熱ヒータ手段と構成部材を冷却する冷却系とを有する熱処理装置において、前記冷却系に流れる冷媒の流量を検出する流量計と、前記流量計の出力が流量所定値以下の状態を継続して維持した時間を計測するタイマ手段と、前記タイマ手段の出力に基づいて前記加熱ヒータ手段への電力供給を断つ電力遮断リレー手段とを備える。
これにより、冷却系の冷媒の流量が所定値以下に低下すると、タイマ手段がその状態になっている時間を計測し、そして、この状態を所定の時間以上継続した時に、電力遮断リレー手段が動作して加熱ヒータ手段への電力供給を断つことになる。従って、冷媒の流量（圧力）変動や供給停止が頻繁に生じても、その影響を最小限に低減でき、且つ安全性も高く維持することが可能となる。
【０００５】
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記冷却系は、前記加熱ヒータ手段を冷却するヒータ冷却系と、前記処理容器の下部に設けたマニホールドを冷却するマニホールド冷却系と、前記処理容器の下端開口部を熱処理時に閉じるキャップ部を冷却するキャップ冷却系と、前記処理容器の上方に設置した天板プレートと前記キャップ部の代わりに前記処理容器の下端開口部を閉じるシャッタ部材とを冷却する天板・シャッタ冷却系との内、少なくともいずれか１つである。また、例えば請求項３に規定するように、前記流量計の出力が流量所定値以下を示したことに応じて警報を発する警報手段を有するようにしてもよい。
【０００６】
更に、例えば請求項４に規定するように、前記冷却系には、この冷却系内の圧力が所定値以上になった時に開放される安全弁が分岐して接続されているようにしてもよい。
これによれば、冷却系内で万一、冷媒が沸騰等して圧力が上昇してもその圧力を安全弁から逃すことが可能となり、その安全性を高めることが可能となる。
請求項５は、上記した熱処理装置の運用方法に係る発明であり、すなわち、処理容器内で被処理体に対して所定の熱処理を施すために加熱ヒータ手段と構成部材を冷却する冷却系とを有する熱処理装置の運用方法において、前記冷却系に流れる冷媒の流量を検出し、この検出値が流量所定値以下の状態を所定の時間以上継続して維持したことに応じて前記加熱ヒータ手段への電力供給を断つようにする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る熱処理装置及びその運用方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る熱処理装置の一例を示す構成図、図２は図１に示す熱処理装置の冷却系の構成図である。ここでは熱処理装置として、一度に複数枚の半導体ウエハを熱処理することができる縦型熱処理装置を例にとって説明する。
図示するようにこの縦型の熱処理装置２は、長手方向が略垂直に配設された円筒状の処理容器４を有しており、この処理容器４は、耐熱性材料、例えば石英よりなる外筒６と、この内側に同心的に配置された例えば石英よりなる内筒８とにより主に構成され、２重管構造になっている。
上記外筒６及び内筒８は、ステンレス等からなるマニホールド１０によってその下端部が保持されており、このマニホールド１０はベースプレート（図示せず）に固定される。
【０００８】
そして、上記処理容器４を囲むように、例えば抵抗発熱体よりなる円筒状の加熱ヒータ手段１２が配置されて熱処理部が構成されている。この加熱ヒータ手段１２の外側には、上記熱処理部を保温するための、例えばシリカブロックよりなる断熱層１４が形成されると共に、この断熱層１４の外側には、これを囲むように加熱ヒータ手段１２を保護するための、例えばステンレススチールよりなる円筒状の外側ケース１６が設けられている。更に、その外側には装置全体を保護する筐体１７が設けられ、この筐体１７の天井部の上面には、この部分を保護するための天板プレート１８が設置されている。
また、上記マニホールド１０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２０が、弾性部材のＯリング２２を介して気密封止可能に取り付けられている。上記キャップ部２０の略中心部には、例えば磁性流体シールにより気密な状態で回転可能な回転軸２４が挿通されている。この回転軸２４の下端は、回転機構２６に接続されており、その上端は例えばステンレススチールよりなるターンテーブル２８が固定されている。
【０００９】
また、上記ターンテーブル２８の上には、石英からなる保温筒３０が設置されており、この保温筒３０上には、例えば石英製のウエハボート３２が載置される。このウエハボート３２には多数枚例えば５０〜１５０枚の被処理体としての半導体ウエハＷが所定の間隔のピッチで収容される。このウエハボート３２、保温筒３０、ターンテーブル２８及びキャップ部２０は、昇降機構、例えばボートエレベータ３４により処理容器４内に一体となってロード、アンロードされるように構成されている。
上記マニホールド１０の下部には、例えば石英からなる処理ガス導入管３６がマニホールド１０を貫通させて配設されており、上記内筒８内の下方に処理ガスを流量制御しつつ導入し得るようになっている。
【００１０】
そして、上記外筒６の下部側面には、図示しない真空ポンプに接続された、排気口３８が設けられており、内筒８と外筒６との間の間隙を流下してきた処理済みガスを容器外へ真空排気するようになっている。
また、上記マニホールド１０の下端開口部と同じ水平レベルには、例えば旋回移動或いは往復移動可能になされたシャッタ部材４０が設けられており、上記ウエハボート３２を処理容器４内から下方へアンロードしてキャップ部２０を降下させた時に、このキャップ部２０の代わりに上記シャッタ部材４０によりマニホールド１０の下端開口部を閉じるようになっている。
【００１１】
そして、上述のように形成された熱処理装置の構成部材の内、所定の構成部材には、それを冷却するための冷却系が設けられている。本実施例では、加熱ヒータ手段１２、キャップ部２０、マニホールド１０、天井プレート１８及びシャッタ部４０の各構成部材に冷却系が設けられる。具体的には、上記加熱ヒータ手段１２に対しては、断熱層１４の外側にヒータ冷却系４２が、上記キャップ部２０に対してはキャップ冷却系４４が、上記マニホールド１０にはマニホールド冷却系４６が、そして上記天板プレート１８とシャッタ部材４０とに対してはこれらを直列に連通するようにして天板・シャッタ冷却系４８（図２も参照）が、それぞれ設けられている。この場合、各構成部材に冷媒としての例えば冷却水を流す通路は、構成部材である例えばステンレス中に溝切りにより流路５０を形成したり、或いはステンレスパイプ５２を例えば断熱層１４の外側に巻回するなどして形成される。尚、ここで天板プレート１８とシャッタ部材４０とに関しては、これらを直列に接続した冷却系を用いたが、これは両構成部材の温度が他の構成部材と比較しても低いからであるが、これらの構成部材にも個別独立的に冷却系を設けてもよい。
【００１２】
ここで、図２を参照して、各冷却系４２〜４８の構成について説明する。図２に示すように、各冷却系４２〜４８の両端は、それぞれ１つに結合されており、一方から冷却水を導入し、他方より冷却水を排出できるようになっている。そして、各冷却系４２〜４８の両端側、すなわち上流側と下流側には、例えばメンテナンス時等に各冷却系４２〜４８を個別に仕切るための開閉弁４２Ａ、４２Ｂと開閉弁４４Ａ、４４Ｂと開閉弁４６Ａ、４６Ｂと開閉弁４８Ａ、４８Ｂとがそれぞれ介設されている。
また、各冷却系４２〜４８には、これに流れる冷却水の流量を計測するための流量計４２Ｃ、４４Ｃ、４６Ｃ、４８Ｃがそれぞれ介設されており、それぞれ流量信号を個別に出力し得るようになっている。この場合、各流量計４２Ｃ〜４８Ｃでは、それぞれ個別に下限の流量値を設定でき、実際の流量がその下限の流量値（流量所定値）よりも小さくなった時に、その旨を出力信号として出力するようになっている。
【００１３】
更に、各冷却系４２〜４８には、所定の圧力以上になると例えば弾性バネの弾発力に抗して弁体が開動作する安全弁、例えば圧力調節可能型逆止弁４２Ｄ、４４Ｄ、４６Ｄ、４８Ｄがそれぞれ分岐して接続されており、各冷却系４２〜４８内の異常な圧力上昇を防止している。この場合、各安全弁４２Ｄ〜４８Ｄの圧力設定値は、全て同一になされている。そして、各安全弁４２Ａ〜４８Ｄは、ドレイン通路５４に接続されており、吐出した蒸気等をこのドレイン通路５４を介して系外へ排出するようになっている。
ここで図１に戻って、各流量計４２Ｃ〜４８Ｃから出力された出力信号は、それぞれタイマ手段が併設された電力遮断リレー手段に入力される。具体的には、流量計４２Ｃからの出力信号はタイマ手段４２Ｅを併設した電力遮断リレー手段４２Ｆに、流量計４４Ｃからの出力信号はタイマ手段４４Ｅを併設した電力遮断リレー手段４４Ｆに、流量計４６Ｃからの出力信号はタイマ手段４６Ｅを併設した電力遮断リレー手段４６Ｆに、流量計４８Ｃからの出力信号はタイマ手段４８Ｅを併設した電力遮断リレー手段４８Ｆにそれぞれ入力される。
【００１４】
そして、各電力遮断リレー手段４２Ｆ〜４８Ｆは、上記加熱ヒータ手段１２とこれに電力を供給する電力源５６とを接続する電力ライン５８に介設した開閉スイッチ６０に磁気的に結合されており、上記電力遮断リレー手段４２Ｆ〜４８Ｆの内、少なくとも１つのリレーが動作した時に上記開閉スイッチ６０を強制的に閉状態から開状態へ切り替えるようになっている。ここで上記各タイマ手段４２Ｅ〜４８Ｅは、その時間間隔を任意に設定でき、それぞれ対応する流量計から流量所定値（設定値）以下の信号を入力した時にその時間の計測を開始する。上記時間間隔は、例えば３０秒間〜５分間程度の範囲内であり、ここでは例えば全て１分間に設定する。そして、流量所定値以下の信号を入力した状態が、１分間以上継続した時に、これに対応する電力遮断リレーが駆動するようになっている。尚、タイマ手段が計測開始後、１分間以内に流量が所定値以上に復帰したことを示す信号が入力された時には、そのタイマ手段の計測はリセットされるのは勿論である。
【００１５】
また、上記各流量計４２Ｃ〜４８Ｃの出力信号は、この熱処理装置全体の動作制御を行なう主制御部６２にも入力されている。この主制御部６２は、警報手段６４として例えば警報ブザー６４Ａと各構成部材に対応した警報ランプ群６４Ｂとアラーム表示板６４Ｃとが接続されており、例えば流量が所定値以下になったことを示す信号が入力した時に、直ちにアラーム表示板６４Ｃを駆動し、そして、元に復帰しない場合には所定時間後に、上記警報ブザー６４Ａを鳴動させ、且つ上記対応する警報ランプ群６４Ｂを点滅させて、オペレータに警報を発するようになっている。
更に、筐体１７の天井部内側には、所定の温度、例えば８０℃程度に設定されたサーモスタット７０を設けており、８０℃以上の温度を検出した時に、タイマ手段を有しない電力遮断リレー手段７２Ａを直ちに駆動し得るようになっている。
【００１６】
また、加熱ヒータ手段１２を囲む断熱層１４にも温度測定計、例えば熱電対７４が設けられており、この熱電対７４の出力は、途中、遮断温度設定部７６を介してタイマ手段を有しない他の電力遮断リレー７２Ｂへ入力されている。上記遮断温度設定部７６では、電力供給を遮断するための温度を設定でき、例えば熱処理の種類により任意に変更できるようになっており、例えばここでは、熱処理の種類により４００℃〜１２００℃の範囲内、例えば１０００℃に設定されている。この設定温度は、予定プロセス温度の例えば５０〜１００℃増し程度の温度に設定する。
そして、上記各電力遮断リレー４２Ｆ〜４８Ｆ、７２Ａ、７２Ｂの動作状態は、上記主制御部６２へ入力され、主制御部６２は、その動作状態を認識できるようになっている。
【００１７】
次に、以上のように構成された本実施例の動作について説明する。
まず、半導体ウエハＷに対して熱処理を行なう場合には、ウエハボート３２に多段に半導体ウエハを載置し、これを予め加熱されている処理容器４内へその下方よりロードして収容し、マニホールド１０の下端開口部をキャップ部２０により密閉する。そして、加熱ヒータ手段１２により半導体ウエハＷをプロセス温度まで昇温して維持し、これと同時に処理容器４内を、例えば処理態様に応じて真空引きしつつ処理ガスを導入し、半導体ウエハＷに対して所定の熱処理を施す。この際、各冷却系４２〜４８を設けた各構成部材を冷却するために、各冷却系４２〜４８には冷媒として例えば冷却水を各系に対応した流量で流し続けて安全性を保全し、構成部材等の熱的ダメージを防止する。すなわち、ヒータ冷却系４２、キャップ冷却系４４、マニホールド冷却系４６及び天板・シャッタ冷却系４８に、それぞれ予め設定された個別の流量で冷却水を流してそれぞれに対応する構成部材を冷却する。
【００１８】
ここで、各冷却系４２〜４８を流れる冷却水の流量は、それぞれに設けた流量計４２Ｃ〜４８Ｃにより常時モニタされている。そして、冷却水の断水や供給圧力変動等に起因して、各流量計４２Ｃ〜４８Ｃにおいて個別独立的に設定された流量設定値（流量所定値）以下になると、その旨が対応する電力遮断リレー手段４２Ｆ〜４８Ｆ側へ伝達される。すると、対応するタイマ手段４２Ｅ〜４８Ｅが作動して、流量設定値以下の状態になっている時間の計測を開始する。ここでは、猶予時間として例えば１分間を予め設定しており、上記したような流量設定値以下の状態が１分間以上続いた時に、異常が発生したと認識して初めて対応する電力遮断リレー手段が動作して、電力ライン５８に介設されている開閉スイッチ６０を電磁力で開動作させ、上記加熱ヒータ手段１２への電力供給を断つことになる。尚、主制御部６２は、異常が発生したとしてこの後の熱処理を中止することになる。
【００１９】
従って、何らかの理由により、例えば冷却水の供給が一時的に、例えば１０秒程度停止して直ちに復帰したり、或いは水道設備不良のために冷却水の供給圧力が変動して一時的に、例えば２０秒程度だけ供給圧力が低下して流量が流量設定値以下に減少して２０秒後に復帰したりした場合には、電力供給の遮断は行われず、安定して熱処理装置を稼働させることが可能となる。
このように、安全性に影響を与えないような短時間の断水や圧力変動が生じても、これらの影響を受けることなく安定して熱処理装置を稼働でき、また、所定時間以上に亘って断水等が生じた場合には、従来通り加熱ヒータ手段１２への電力供給を遮断することができるので、安全性も従来通り高く維持することが可能となる。
【００２０】
また、操作者に警報を発する警報手段６４は種々の動作形態を取ることができ、例えば上述のように電力供給遮断まで１分間の猶予を持たせた場合には、最初の３０秒間はアラーム表示板６４Ｃの表示だけとし、残りの３０秒間は、上記アラーム表示板６４Ｃの表示に加え、警報ブザー６４Ａを鳴動させ、且つ警報ランプ群６４Ｂの内の対応するランプを点滅させるようにすればよい。尚、１分間以内に冷却水の流量が復帰すれば、その時点で全ての警報動作を停止するのは勿論である。
ここで、万一、冷却水の流量が所定値よりも低下し、或いは冷却水の供給が停止することにより、加熱ヒータ手段１２への電力供給が遮断されたとしても、装置全体、特に処理容器４を中心とした部分には多量の熱量が蓄積されて残留しているので、この残留熱により冷却水が加熱沸騰し、各冷却系４２〜４８における圧力が急激に上昇して流量計４２Ｃ〜４８Ｃ等と破損する恐れが生ずる。
【００２１】
しかしながら、本実施例の場合には、各冷却系４２〜４８にそれぞれ安全弁４２Ｄ〜４８Ｄを分岐して接続してあるので、設定値以上の圧力が発生すると、この安全弁が開動作して圧力を逃がすように作用するので、その分、安全性を高めることが可能となる。
また、熱処理後にはウエハＷを処理容器４の下方へ降下させてアンロード状態となっているが、この時、一般的には処理容器４は次の熱処理に備えてプロセス温度、或いはこれより少し低い温度に維持されており、この間、マニホールド４６の下端開口部は、キャップ部２０に代えてシャッタ部材４０により閉じられている。そして、このシャッタ部材４０は、上述したように動作する天板・シャッタ冷却系４８により冷却されている。
【００２２】
また、筐体１７の天井部内側に設置したサーモスタット７０が、この部分で予め設定した所定の温度値、例えば１００℃以上になって動作した場合、或いは断熱層１４に設けた熱電対７４が、この部分で予め設定した所定の温度値、例えば１０００℃以上になった場合には、タイマ手段を並設していないそれぞれに対応する電力遮断リレー手段７２Ａ或いは７２Ｂが直ちに動作し、加熱ヒータ手段１２への電力供給を直ちに遮断することになり、安全性を確保することが可能となる。
ここでは、４つの冷却系４２〜４８の全てにタイマ手段４２Ｅ〜４８Ｅを設けた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、少なくとも１つの冷却系にタイマ手段を設けるようにすればよい。
【００２３】
また、冷却系を設ける構成部材も、本実施例の４つに限定されず、冷却を必要とする構成部材ならば、どれでも適用することができる。更に、ここでは本発明を、縦型のバッチ式の熱処理装置を例にとって説明したが、横型のバッチ式の熱処理装置、或いは枚葉式の熱処理装置など、冷却系を用いる装置ならば、全て適用できるのは勿論である。また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ＬＣＤ基板、ガラス基板等にも適用することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の熱処理装置及びその運用方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１乃至３及び請求項５に規定する発明によれば、冷却系の冷媒の流量が所定値以下に低下すると、タイマ手段がその状態になっている時間を計測し、そして、この状態を所定の時間以上継続した時に、電力遮断リレー手段が動作して加熱ヒータ手段への電力供給を断つことができる。
従って、冷媒の流量（圧力）変動や供給停止が頻繁に生じても、その影響を最小限に低減でき、且つ安全性も高く維持することができる。
請求項４に規定する発明によれば、冷却系内で万一、冷媒が沸騰等して圧力が上昇してもその圧力を安全弁から逃すことができ、その安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱処理装置の一例を示す構成図である。
【図２】図１に示す熱処理装置の冷却系の構成図である。
【符号の説明】
２  熱処理装置
４  処理容器
１０  マニホールド
１２  加熱ヒータ手段
１８  天板プレート
２０  キャップ部
３２  ウエハボート
４０  シャッタ部材
４２〜４８  冷却系
４２Ｃ〜４８Ｃ  流量計
４２Ｄ〜４８Ｄ  安全弁
４２Ｅ〜４８Ｅ  タイマ手段
４２Ｆ〜４８Ｆ，７２Ａ，７２Ｂ  電力遮断リレー手段
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
0004207354.tif 000002
【図２】
0004207354.tif 000003