(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理炉の下方に炉口を通じて連通するロードロック室内で、空の冷却筒を炉口下方に移送する工程と、
熱処理済みの半導体部材を搭載した熱処理炉内のボートをこの空の冷却筒に収納する工程と、
この熱処理済みの半導体部材を搭載したボートを収納した冷却筒をロードロック室内で炉口下方から待避させる工程と、
未処理の半導体部材を搭載した別のボートをロードロック室内で炉口下方に移送する工程と、
このボートを熱処理炉内に移送して熱処理を行う工程と、
待避していた冷却筒から熱処理後の冷却が完了したボートを取り出す工程と、
ボートから半導体部材を搬出する工程と、
このボートに未処理の半導体部材を搬入する工程を備えたことを特徴とする半導体熱処理方法。
【請求項２】
熱処理炉の下方に炉口を通じて連通するロードロック室内で、空の冷却筒を炉口下方に移送する工程と、
熱処理済みの半導体部材を搭載した熱処理炉内のボートをこの空の冷却筒に収納する工程と、
この熱処理済みの半導体部材を搭載したボートを収納した冷却筒をロードロック室内で炉口下方から待避させる工程と、
未処理の半導体部材を搭載したボートを収納した別の冷却筒をロードロック室内で炉口下方に移送する工程と、
この炉口下方に移送した冷却筒のボートを熱処理炉内に移送して熱処理を行う工程と、
待避していた冷却筒に収納されたボートから熱処理後の冷却が完了した半導体部材を搬出する工程と、
この冷却筒に収納されたボートに未処理の半導体部材を搬入する工程を備えたことを特徴とする半導体熱処理方法。
【請求項３】
内部を外部から気密状態にして不活性雰囲気とした空の冷却筒を熱処理炉の炉口下方に移送してこの炉口に気密に接続する工程と、
熱処理済みの半導体部材を搭載した熱処理炉内のボートをこの空の冷却筒に収納する工程と、
この熱処理済みの半導体部材を搭載したボートを収納した冷却筒の内部を外部から気密状態にして、この冷却筒を熱処理炉の炉口下方から待避させる工程と、
未処理の半導体部材を搭載したボートを収納し、内部を外部から気密状態にして不活性雰囲気とした別の冷却筒を熱処理炉の炉口下方に移送してこの炉口に気密に接続する工程と、
この別の冷却筒に収納されたボートを熱処理炉内に移送して熱処理を行う工程と、
待避していた冷却筒に収納されたボートから半導体部材を搬出する工程と、
この冷却筒に収納されたボートに未処理の半導体部材を搬入する工程を備えたことを特徴とする半導体熱処理方法。
【請求項４】
ボートに搭載された半導体部材の熱処理を行う１以上の熱処理炉と、この１以上の熱処理炉の下方に炉口を通じて連通するロードロック室とを備えた半導体熱処理装置において、
熱処理炉の個数を超える数のボートが配置されると共に、ロードロック室内に、１個のボートに搭載された半導体部材の冷却を行う１以上の冷却筒が配置され、
冷却筒をロードロック室内で移送することができる第１冷却筒移送装置と、
半導体部材を搭載したボートを炉口下方に移送するボート炉口移送装置と、
半導体部材を搭載したボートを熱処理炉内に移送するとともに、この熱処理炉内から半導体部材を搭載したボートを炉口下方に配置された冷却筒内に移送する第１ボート移送装置と、
冷却筒から半導体部材を搭載したボートを取り出すボート取出装置と
を備えたことを特徴とする半導体熱処理装置。
【請求項５】
ボートに搭載された半導体部材の熱処理を行う１以上の熱処理炉と、この１以上の熱処理炉の下方に炉口を通じて連通するロードロック室とを備えた半導体熱処理装置において、
熱処理炉の個数を超える数のボートが配置されると共に、ロードロック室内に、１個のボートに搭載された半導体部材の冷却を行う冷却筒がこのボートの数と同数配置され、
冷却筒をロードロック室内で移送することができる第２冷却筒移送装置と、
炉口下方に配置された冷却筒内から半導体部材を搭載したボートを熱処理炉内に移送すると共に、この熱処理炉内から半導体部材を搭載したボートを炉口下方に配置された冷却筒内に移送する第２ボート移送装置と
を備えたことを特徴とする半導体熱処理装置。
【請求項６】
ボートに搭載された半導体部材の熱処理を行い下方に炉口を有する１以上の熱処理炉を備えた半導体熱処理装置において、
熱処理炉の個数を超える数のボートと、
内部を外部から気密状態にして不活性雰囲気とすることができ、１個のボートに搭載された半導体部材の冷却を行う、このボートの数と同数の冷却筒と、
冷却筒を移送することができる第３冷却筒移送装置と、
冷却筒の内部を外部から気密状態にする冷却筒気密装置と、
炉口下方に配置された冷却筒をこの炉口に気密に接続する冷却筒接続装置と、
炉口に気密に接続された冷却筒内から半導体部材を搭載したボートを熱処理炉内に移送すると共に、この熱処理炉内から半導体部材を搭載したボートを炉口に気密に接続された冷却筒内に移送する第３ボート移送装置と
を備えたことを特徴とする半導体熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の半導体部材をボートに搭載して酸化膜形成や不純物拡散、気相成長、アニール等の熱処理を行う半導体熱処理方法及び半導体熱処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体熱処理装置には、半導体ウエハをボートに搭載して熱処理炉内に移送し熱処理を行うと共に、熱処理を終えた後も、この熱処理炉内で所定の取出し可能温度まで冷却を行うものがあった（例えば、日本特許第２６４９６１１号を参照。）。【０００３】
ところが、このように熱処理を行うたびに炉内を冷却後の所定の取出し可能温度から再び処理温度まで加熱していたのでは、この熱処理炉の蓄熱エネルギーのロスが大きくなり、しかも、熱処理に要する時間だけでなく冷却に要する時間も熱処理炉を占有するので、作業全体のスループットが向上しないという問題があった。【０００４】
また、従来の半導体熱処理装置には、熱処理炉の下方に炉口を通じて連通するロードロック室を設け、熱処理を終えた半導体ウエハをボートと共にこのロードロック室内に移送して冷却を行うようにしたものもある（例えば、日本特開２００１−６８４２５号および日本特開２００１−１１８８３９号を参照。）。【０００５】
このように半導体ウエハの冷却をロードロック室内で行うようにすれば、熱処理炉内の温度を前記所定の取出し可能温度まで下げる必要がないので、この熱処理炉の蓄熱エネルギーのロスが少なくなる。ところが、この半導体熱処理装置の場合にも、ロードロック室内で冷却される半導体ウエハのボートが熱処理炉の炉口下方を塞いでいるので、次の未処理の半導体ウエハを熱処理しようとしても、前の半導体ウエハの冷却が完了するまで熱処理炉が使用できず、作業全体のスループットが上がらないという問題は解消されなかった。【０００６】
ここで、前記ロードロック室内に移送したボートをさらにロードロック室の外に出して冷却することができれば、次の未処理の半導体ウエハを搭載したボートを熱処理炉に移送することが可能になると考えられる。しかしながら、ロードロック室内は、外部から気密状態にされて、内部に非酸化性の、通常は不活性のガスを満たしたり、このガスを流したり、或いは減圧することが可能な空間であり、熱処理による余熱が残る半導体ウエハをこのロードロック室から外に出して外部の清浄空気に触れさせることはできない。【０００７】
また、ロードロック室を広くして、熱処理済みの半導体ウエハのボートを熱処理炉からこのロードロック室内に移送した後に炉口下方から待避させておき、これによって熱処理の間に未処理の半導体ウエハを搭載しておいたボートを炉口下方に移送して熱処理炉に移送することにより、前の半導体ウエハの冷却の間に次の半導体ウエハの熱処理を行うことも考えられる。【０００８】
しかしながら、この場合には、未処理の半導体ウエハと冷却中の余熱が残る半導体ウエハやそのボートとが同じロードロック室内に存在することになり、この未処理の半導体ウエハが冷却中の半導体ウエハやボートの熱によって悪影響を受けるおそれがあるという問題が生じる。さらに、このために未処理の半導体ウエハのボートを冷却中の半導体ウエハのボートからできるだけ離すようにすることも考えられるが、このためにはロードロック室内を極めて広くする必要があり、半導体熱処理装置の設備コストが増加し、また、設置スペースが大きくなりすぎるという問題が生じる。また、もしこのような冷却を行ったとしても、冷却に要する時間は依然としてかなり長くなると考えられる。スループットを上げる上で冷却時間の更なる短縮が必要となる場合もある。【０００９】
【特許文献１】特許第２６４９６１１号公報
【特許文献２】特開２００１−６８４２５号公報
【特許文献３】特開２００１−１１８８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、熱処理済みの半導体部材を冷却筒に収納し炉口下方から待避させて冷却することにより、熱処理作業全体のスループットを大幅に改善しつつ未処理の半導体部材に悪影響を与えることなく並行して熱処理が可能となる半導体熱処理方法及び半導体熱処理装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の半導体熱処理方法は、熱処理炉の下方に炉口を通じて連通するロードロック室内で、空の冷却筒を炉口下方に移送する工程と、熱処理済みの半導体部材を搭載した熱処理炉内のボートをこの空の冷却筒に収納する工程と、この熱処理済みの半導体部材を搭載したボートを収納した冷却筒をロードロック室内で炉口下方から待避させる工程と、未処理の半導体部材を搭載した別のボートをロードロック室内で炉口下方に移送する工程と、このボートを熱処理炉内に移送して熱処理を行う工程と、待避していた冷却筒から熱処理後の冷却が完了したボートを取り出す工程と、ボートから半導体部材を搬出する工程と、このボートに未処理の半導体部材を搬入する工程を備えたことを特徴とする。【００１２】
なお、冷却筒は、内部の半導体部材やボートの熱を外部のロードロック室内にほとんど放出することなく、この半導体部材の冷却を迅速に行うものである（他の請求項においても同じ）。従って、この冷却筒には、液体や気体の冷媒をロードロック室の外部から循環させて内部を直接的に及び／又は間接的に強制冷却するような冷却手段を設ける必要がある。また、この冷却手段は、外部から電力を供給してペルチェ効果により冷却筒の内部を冷却するようにしたものであってもよい。また、「未処理の半導体部材」とは、熱処理炉で熱処理を行うべき半導体部材のことをいう（他の請求項においても同じ）。さらに、請求項１において、冷却筒からボートを取り出す工程とこのボートの半導体部材を搬出入する工程は、任意のタイミングで実行することができる。【００１３】
請求項２の半導体熱処理方法は、熱処理炉の下方に炉口を通じて連通するロードロック室内で、空の冷却筒を炉口下方に移送する工程と、熱処理済みの半導体部材を搭載した熱処理炉内のボートをこの空の冷却筒に収納する工程と、この熱処理済みの半導体部材を搭載したボートを収納した冷却筒をロードロック室内で炉口下方から待避させる工程と、未処理の半導体部材を搭載したボートを収納した別の冷却筒をロードロック室内で炉口下方に移送する工程と、この炉口下方に移送した冷却筒のボートを熱処理炉内に移送して熱処理を行う工程と、待避していた冷却筒に収納されたボートから熱処理後の冷却が完了した半導体部材を搬出する工程と、この冷却筒に収納されたボートに未処理の半導体部材を搬入する工程を備えたことを特徴とする。【００１４】
請求項３の半導体熱処理方法は、内部を外部から気密状態にして不活性雰囲気とした空の冷却筒を熱処理炉の炉口下方に移送してこの炉口に気密に接続する工程と、熱処理済みの半導体部材を搭載した熱処理炉内のボートをこの空の冷却筒に収納する工程と、この熱処理済みの半導体部材を搭載したボートを収納した冷却筒の内部を外部から気密状態にして、この冷却筒を熱処理炉の炉口下方から待避させる工程と、未処理の半導体部材を搭載したボートを収納し、内部を外部から気密状態にして不活性雰囲気とした別の冷却筒を熱処理炉の炉口下方に移送してこの炉口に気密に接続する工程と、この別の冷却筒に収納されたボートを熱処理炉内に移送して熱処理を行う工程と、待避していた冷却筒に収納されたボートから半導体部材を搬出する工程と、この冷却筒に収納されたボートに未処理の半導体部材を搬入する工程を備えたことを特徴とする。【００１５】
なお、「不活性雰囲気」とは、減圧したり不活性ガスの充填や流通を行った雰囲気を意味する。従って、請求項３における冷却筒は、単に内部の半導体部材やボートの熱を外部にほとんど放出することなく、この半導体部材の冷却を迅速に行うだけでなく、ロードロック室の機能も併せ持つことになる（請求項６においても同じ）。【００１６】
請求項４の半導体熱処理装置は、ボートに搭載された半導体部材の熱処理を行う１以上の熱処理炉と、この１以上の熱処理炉の下方に炉口を通じて連通するロードロック室とを備えた半導体熱処理装置において、熱処理炉の個数を超える数のボートが配置されると共に、ロードロック室内に、１個のボートに搭載された半導体部材の冷却を行う１以上の冷却筒が配置され、冷却筒をロードロック室内で移送することができる第１冷却筒移送装置と、半導体部材を搭載したボートを炉口下方に移送するボート炉口移送装置と、半導体部材を搭載したボートを熱処理炉内に移送するとともに、この熱処理炉内から半導体部材を搭載したボートを炉口下方に配置された冷却筒内に移送する第１ボート移送装置と、冷却筒から半導体部材を搭載したボートを取り出すボート取出装置とを備えたことを特徴とする。【００１７】
請求項５の半導体熱処理装置は、ボートに搭載された半導体部材の熱処理を行う１以上の熱処理炉と、この１以上の熱処理炉の下方に炉口を通じて連通するロードロック室とを備えた半導体熱処理装置において、熱処理炉の個数を超える数のボートが配置されると共に、ロードロック室内に、１個のボートに搭載された半導体部材の冷却を行う冷却筒がこのボートの数と同数配置され、冷却筒をロードロック室内で移送することができる第２冷却筒移送装置と、炉口下方に配置された冷却筒内から半導体部材を搭載したボートを熱処理炉内に移送すると共に、この熱処理炉内から半導体部材を搭載したボートを炉口下方に配置された冷却筒内に移送する第２ボート移送装置とを備えたことを特徴とする。【００１８】
請求項６の半導体熱処理装置は、ボートに搭載された半導体部材の熱処理を行い下方に炉口を有する１以上の熱処理炉を備えた半導体熱処理装置において、熱処理炉の個数を超える数のボートと、内部を外部から気密状態にして不活性雰囲気とすることができ、１個のボートに搭載された半導体部材の冷却を行う、このボートの数と同数の冷却筒と、冷却筒を移送することができる第３冷却筒移送装置と、冷却筒の内部を外部から気密状態にする冷却筒気密装置と、炉口下方に配置された冷却筒をこの炉口に気密に接続する冷却筒接続装置と、炉口に気密に接続された冷却筒内から半導体部材を搭載したボートを熱処理炉内に移送すると共に、この熱処理炉内から半導体部材を搭載したボートを炉口に気密に接続された冷却筒内に移送する第３ボート移送装置とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明によれば、熱処理済みの半導体部材をボートと共に冷却筒に収納し、熱処理炉の炉口下方から待避させて冷却するので、この冷却の間に、未処理の半導体部材を搭載したボートを炉口下方から熱処理炉内に移送することができる。従って、前の半導体部材の冷却と次の半導体部材の熱処理を並行して行うことにより、作業全体のスループットを向上させることができるようになる。しかも、熱処理済みの半導体部材のボートは、ロードロック室内の冷却筒に収納されるので、同じロードロック室内に未処理の半導体部材が存在しても、熱による悪影響を与えるようなことも生じない。【００２０】
請求項２の発明によれば、熱処理済みの半導体部材をボートと共に冷却筒に収納し、熱処理炉の炉口下方から待避させて冷却するので、この冷却の間に、別の冷却筒を炉口下方に移送して、未処理の半導体部材を搭載したボートをこの炉口下方の別の冷却筒から熱処理炉内に移送することができる。従って、前の半導体部材の冷却と次の半導体部材の熱処理を並行して行うことにより、作業全体のスループットを向上させることができるようになる。しかも、熱処理済みの半導体部材のボートと未処理の半導体部材のボートは、ロードロック室内の異なる冷却筒にそれぞれ収納されるので、この熱処理済みの半導体部材が未処理の半導体部材に熱による悪影響を与えるようなことも生じない。【００２１】
請求項３の発明によれば、熱処理済みの半導体部材をボートと共に冷却筒に収納し、熱処理炉の炉口下方から待避させて冷却するので、この冷却の間に、別の冷却筒を炉口下方に移送して、内部の未処理の半導体部材を搭載したボートを熱処理炉内に移送することができる。従って、前の半導体部材の冷却と次の半導体部材の熱処理を並行して行うことにより、作業全体のスループットを向上させることができるようになる。しかも、熱処理済みの半導体部材のボートは、内部を外部から気密状態にして不活性雰囲気とした冷却筒に収納されるので、それ自身がロードロック機能を有する冷却筒中で冷却することができ、同様の冷却筒に収納された未処理の半導体部材に熱による悪影響を与えるようなことも生じない。【００２２】
請求項４の発明によれば、第１ボート移送装置により熱処理済みの半導体部材をボートと共に冷却筒に収納し、第１冷却筒移送装置によりこの冷却筒を熱処理炉の炉口下方から待避させて冷却することができるので、この冷却の間に、ボート炉口移送装置と第１ボート移送装置によって未処理の半導体部材を搭載したボートを熱処理炉内に移送することができる。従って、前の半導体部材の冷却と次の半導体部材の熱処理を並行して行うことにより、作業全体のスループットを向上させることができるようになる。しかも、熱処理済みの半導体部材のボートは、ロードロック室内の冷却筒に収納されるので、同じロードロック室内に未処理の半導体部材が存在しても、熱による悪影響を与えるようなことも生じない。【００２３】
請求項５の発明によれば、第２ボート移送装置により熱処理済みの半導体部材をボートと共に冷却筒に収納し、第２冷却筒移送装置によりこの冷却筒を熱処理炉の炉口下方から待避させて冷却するので、この冷却の間に、第２冷却筒移送装置により別の冷却筒を炉口下方に移送して、第２ボート移送装置により未処理の半導体部材を搭載したボートをこの炉口下方の別の冷却筒から熱処理炉内に移送することができる。従って、前の半導体部材の冷却と次の半導体部材の熱処理を並行して行うことにより、作業全体のスループットを向上させることができるようになる。しかも、熱処理済みの半導体部材のボートと未処理の半導体部材のボートは、ロードロック室内の異なる冷却筒にそれぞれ収納されるので、この熱処理済みの半導体部材が未処理の半導体部材に熱による悪影響を与えるようなことも生じない。【００２４】
請求項６の発明によれば、第３ボート移送装置により熱処理済みの半導体部材をボートと共に冷却筒に収納し、第３冷却筒移送装置により熱処理炉の炉口下方から待避させて冷却するので、この冷却の間に、第３冷却筒移送装置により別の冷却筒を炉口下方に移送して、第３ボート移送装置によりこの冷却筒の内部の未処理の半導体部材を搭載したボートを熱処理炉内に移送することができる。従って、前の半導体部材の冷却と次の半導体部材の熱処理を並行して行うことにより、作業全体のスループットを向上させることができるようになる。しかも、熱処理済みの半導体部材のボートは、内部を外部から気密状態にして不活性雰囲気とした冷却筒に収納されるので、それ自身がロードロック機能を有する冷却筒中で冷却することができ、同様の冷却筒に収納された未処理の半導体部材に熱による悪影響を与えるようなことも生じない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、半導体熱処理装置の構造を示すと共に冷却筒とボートの動作により半導体熱処理方法を示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、ロードロック室を移送する冷却筒とボートの動作を示す平面図である。
【図３】本発明の一実施形態を示すものであって、ロードロック室内に冷却筒を３個配置した場合の平面図である。
【図４】本発明の一実施形態を示すものであって、熱処理炉を２つ設け冷却筒を４個配置した場合の平面図である。
【図５】本発明の一実施形態を示すものであって、熱処理炉を２つ設け冷却筒を６個配置した場合の平面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１    熱処理炉
１ａ  炉口
１ｂ  プロセスチューブ
２    ロードロック室
３    ボート
４    エレベータ載置部
５    冷却筒
５ａ  上扉
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の最良の実施形態について図１〜図５を参照して説明する。【００２８】
まず、最も単純な構成をとる実施形態として、半導体ウエハをボートに搭載して熱処理を行う半導体熱処理方法（請求項１に対応）及び半導体熱処理装置（請求項４に対応）について説明する。【００２９】
この半導体熱処理装置は、図１に示すように、熱処理炉１とこの熱処理炉１の下端の炉口１ａの下方に設けられたロードロック室２とを有する。熱処理炉１は、多数枚の半導体ウエハを搭載したボート３を石英ガラス製のプロセスチューブ１ｂ内に収納して、適宜の雰囲気中において所要の温度プロファイルで加熱することにより熱処理を行うものである。従って、この熱処理炉１は、プロセスチューブ１ｂの外側若しくは内側に配置された熱源により、又は、このプロセスチューブ１ｂ自体が熱源となって、ボート３に搭載された半導体ウエハを所要の温度−時間条件に従い加熱すると共に、プロセスチューブ１ｂの内部を密閉して図示しないガスの吸排気口により内部の雰囲気を制御することができるようになっている。【００３０】
ロードロック室２は、内部を外部から気密状態にして、図示しないガスの吸排気口により不活性雰囲気とすることができるようにした部屋である。不活性雰囲気とは、ロードロック室２内を減圧してほぼ真空状態としたり、不活性ガス（窒素ガスやアルゴンガス等）の充填や流通を行った雰囲気であり、これによってロードロック室２内で半導体ウエハに自然酸化膜が形成されるのを防止することができるようにしている。【００３１】
また、ロードロック室２の内部は、炉口１ａを通じて熱処理炉１に連通するようになっている。もっとも、本実施形態では、この炉口１ａに開閉扉が設けてあり、この開閉扉によって熱処理炉１内とロードロック室２内の空間を仕切ることができるようになっている。ただし、この炉口１ａは、ボート３を熱処理炉１内に移送したときに、このボート３の支持体によって塞ぐこともできるので、このような開閉扉は必ずしも設ける必要はない。さらに、このロードロック室２の内部は、ボート３に搭載する半導体ウエハを積み替えるために、図示しない開閉扉により外部とも通じるようになっている。【００３２】
前記熱処理炉１とロードロック室２の内部には、２個のボート３が配置されている。ボート３は、多数の半導体ウエハを上下に間隔をあけて搭載できるようになされた搬送体であり、エレベータ載置部４に載置されて炉口１ａを介し熱処理炉１内とロードロック室２内との間を上下に移送されると共に、図示しないリフタによってロードロック室２内で水平移送できるようになっている。【００３３】
また、ロードロック室２内には、１個の冷却筒５が配置されている。冷却筒５は、ボート３を収納して周囲を囲む収納体であり、上面を開閉する上扉５ａが設けられると共に、下面にも下扉が設けられ、周側面にも図示しない開閉扉が設けられている。ただし、冷却筒５の下扉は、収納したボート３の支持体によって塞ぐこともできるので、必ずしも設ける必要はない。そして、底面は、ボート３の下端を載置支持できると共に、エレベータ載置部４が貫通してこのボート３を上下動させることができるような開口部が形成されている。【００３４】
この冷却筒５は、少なくとも周側面を含む各面が水冷ジャケット構造とされると共に、好ましくは内部に冷却ガスを流通させる図示しない吸排気口が設けられていて、これら両者の作用により内部に収納したボート３の半導体ウエハを迅速に冷却できる。また、この冷却筒５は、内部が水冷ジャケットによって囲まれているので、半導体ウエハやボート３の余熱を外部にほとんど漏らすことはないが、場合により断熱層を付加して水冷ジャケットの外面と外部との断熱を図るようにしてもよい。この冷却筒５は、図示しないリフタによってロードロック室２内で水平移送や回転を行ったり熱処理炉１の下方で上下動できるようになっている。【００３５】
前記半導体熱処理装置は、図１（ａ）に示すように、熱処理炉１のプロセスチューブ１ｂ内のボート３に搭載された半導体ウエハの熱処理を行う。この際、ロードロック室２内の炉口１ａの下方には空の冷却筒５が待機し、この冷却筒５の奥側（図示右側）には、未処理の半導体ウエハを搭載したボート３が待機している。未処理の半導体ウエハとは、熱処理炉１での今回の熱処理が未処理であるもののことであり、半導体製造プロセスにおいて、別工程での熱処理を含め、他の処理は行われていてもよい。熱処理炉１内のボート３の半導体ウエハの熱処理が終わると、図１（ｂ）に示すように、冷却筒５が炉口１ａまで上昇して上扉５ａが開くと共に、炉口１ａの開閉扉も開く。【００３６】
また、エレベータ載置部４は、この冷却筒５内を上昇して熱処理炉１内のボート３を載置し、下降してこのボート３を冷却筒５内に下ろし底面によって支持させる。そして、図１（ｃ）に示すように、冷却筒５が下降して元の待機位置に戻ると共に、この冷却筒５の上扉５ａと下扉が閉じる。なお、図２（ａ）〜図２（ｃ）は、この図１（ａ）〜図１（ｃ）に示した動作を平面図で示したものである。【００３７】
このようにして熱処理済みの半導体ウエハを搭載したボート３が冷却筒５に収納されると、図１（ｄ）に示すように、この冷却筒５が奥側に待避すると共に、奥側にあった未処理の半導体ウエハを搭載したボート３が炉口１ａの下方に移送され、エレベータ載置部４の上に載置される。この移送は、例えば図２（ｄ）に示すように、冷却筒５が矢印Ｍ１に沿ってコの字形状に移送されると共に、未処理の半導体ウエハのボート３が矢印Ｍ２に沿って真っ直ぐに冷却筒５のあった位置に移送されることにより行うことができる。【００３８】
この際、熱処理済みの半導体ウエハを搭載したボート３と未処理の半導体ウエハを搭載したボート３とが同じロードロック室２内に同時に存在することになるが、熱処理済みの半導体ウエハのボート３は冷却筒５内に収納されているので、熱処理の余熱が冷却筒５の外部に漏れることはほとんどなく、隣のボート３の未処理の半導体ウエハに悪影響を与えるようなおそれは生じない。しかも、この冷却筒５は、ロードロック室２内の奥側に待避することにより炉口１ａの下方をあけるので、ここに未処理の半導体ウエハを搭載したボート３を移送することができるようになる。そして、ロードロック室２の奥側に移送された冷却筒５は、水冷ジャケットによる水冷と冷却ガスの流通による冷却により、内部に収納したボート３の半導体ウエハを冷却する。【００３９】
また、炉口１ａの下方に移送していた未処理の半導体ウエハのボート３は、図１（ｅ）に示すように、エレベータ載置部４の上昇により熱処理炉１内に移送される。
また、このボート３の移送の直前には、図１（ｄ）に示すように、炉口１ａの開閉扉が開き、このボート３の移送の直後には、図１（ｅ）に示すように、炉口１ａの開閉扉が閉じる。そして、熱処理炉１が熱処理を開始して、このボート３の半導体ウエハの熱処理が行われる。従って、この熱処理炉１は、前の半導体ウエハの熱処理を終えた後に冷却を行うことなく、次の半導体ウエハの熱処理を開始することができるので、炉内を一旦所定の取出し可能温度まで冷却した後に加熱するというような余分な蓄熱エネルギーのロスがなくなる。【００４０】
しかも、この半導体熱処理装置は、ロードロック室２の奥側に移送した冷却筒５により、前に熱処理を終えた半導体ウエハの冷却を行うと共に、次の未処理の半導体ウエハの熱処理を並行して行うことができる。なお、エレベータ載置部４は、後の冷却筒５の移送に備えて一旦下降して元の位置に戻る。また、図２（ｅ）は、この図１（ｅ）の状態を平面図で示したものである。【００４１】
本実施形態（以下、「基本実施形態」という）では、熱処理炉１による熱処理の方が冷却筒５による冷却よりも長い時間を要する場合について説明する。このため、熱処理炉１内のボート３の半導体ウエハが熱処理を行われている間に、冷却筒５内に収納されたボート３の半導体ウエハの冷却が完了する。このようにして冷却が完了すると、図１（ｆ）に示すように、そのとき内部にあったボート３の位置はそのままに、冷却筒５だけを炉口１ａの下方の位置に移送する。この際、冷却筒５は、周側面の開閉扉を開けて、ボート３だけを残して図２（ｆ）の矢印Ｍ３に示すように移送することにより、このボート３を取り出すことができる。【００４２】
このようにしてボート３が取り出されると、ロードロック室２の開閉扉を開けて、図１（ｆ）の矢印に示すように、このボート３に搭載された熱処理済みの半導体ウエハを外部に搬出すると共に、外部から未処理の半導体ウエハをボート３に搬入して搭載させる。この半導体ウエハの搬出と搬入は、通常は図示しない工業用ロボットによって１枚ずつ又は複数枚ずつ一括して行われる。【００４３】
前記半導体ウエハの搬出と搬入の作業の際には、清浄空気が流れるウエハストックエリアとロードロック室２とを隔てている開閉扉が開くので、ロードロック室２内にこの清浄空気が流れ込むおそれがある。しかしながら、熱処理済みの半導体ウエハは、このときには既に冷却を完了しているので、この清浄空気によって悪影響を受けるおそれは生じない。そして、この半導体ウエハの搬出入が完了すると、直ちにロードロック室２の開閉扉が閉じられ、再びこのロードロック室２内を不活性雰囲気に戻す。【００４４】
このようにして半導体ウエハの搬出と搬入が完了すると、図１（ａ）に示す最初の状態となる。そして、熱処理炉１内のボート３に搭載された半導体ウエハの熱処理が完了すると、再び前記動作を繰り返す。【００４５】
以上説明したように、基本実施形態の半導体熱処理方法（請求項１に対応）及び半導体熱処理装置（請求項４に対応）によれば、前に熱処理を終えた半導体ウエハを冷却筒５内で冷却すると同時に、次の半導体ウエハの熱処理を並行して行うことができるので、作業全体のスループットを向上させることができるようになる。しかも、熱処理を終えた半導体ウエハは、冷却筒５内に収納されて冷却されるので、余熱が冷却筒５の外部に漏れだしロードロック室２内の未処理の半導体ウエハに悪影響を与えるようなこともなくなる。また、熱処理炉１は、内部で半導体ウエハを所要の取出し可能温度まで冷却する必要がないので、余分な蓄熱エネルギーのロスが生じることもなくなる。【００４６】
ここで、請求項４にいう第１冷却筒移送装置とは、冷却筒５をロードロック室２内で移送する装置のことである（この目的を達成するために用いられる公知の他の手段も含む。）。そして、基本実施形態では、この冷却筒５を炉口１ａの下方に移送したり、この炉口１ａの下方から待避させるために、ロードロック室２内で冷却筒５に水平移送や回転を行わせ、また、熱処理炉１の下方等の所定位置で必要なだけ上下動させるリフタがこの第１冷却筒移送装置に該当する。【００４７】
また、請求項４にいうボート炉口移送装置とは、ボート３を熱処理炉１の炉口１ａの下方に移送する装置のことである（この目的を達成するために用いられる公知の他の手段も含む。）。そして、基本実施形態では、ボート３をこのようにロードロック室２内で移送する図示しないリフタがこのボート炉口移送装置に該当する。【００４８】
また、請求項４にいう第１ボート移送装置とは、この炉口１ａの下方のボート３を熱処理炉１内に移送したり、この熱処理炉１内から冷却筒５内に移送する装置のことである（この目的を達成するために用いられる公知の他の手段も含む。）。そして、基本実施形態では、ボート３をこのように移送するエレベータ載置部４とこのエレベータ載置部４を駆動する図示しないエレベータ装置がこの第１ボート移送装置に該当する。【００４９】
また、請求項４にいうボート取出装置とは、ボート３を冷却筒から取り出す装置のことである（この目的を達成するために用いられる公知の他の手段も含む。）。そして、基本実施形態では、熱処理後の冷却が完了したボート３を残して、この冷却筒５のみをロードロック室２内で移送させるリフタがこのボート取出装置に該当する。これに限らず、基本実施形態は、ボート３を冷却筒５から取り出す任意の態様を含む。【００５０】
なお、前記基本実施形態では、冷却筒５が水冷ジャケットと冷却ガスにより内部を冷却する場合を示したが、この冷却筒５の冷却手段は任意であり、ジャケット内に水等の液体を流すことによる冷却だけとしたり、冷却筒５内に冷却ガスを流すことによる冷却だけ（ただし、この場合は、冷却筒５は別途手段、例えば断熱材等により、外部に対して充分に断熱されている必要がある）でもよく、これら以外の冷媒の循環により冷却したり、外部から電力を供給してペルチェ効果により冷却することも可能である。【００５１】
また、前記基本実施形態では、半導体ウエハの搬出と搬入をロードロック室２内の奥側で行う場合を示したが、手前側やその他の位置で行うこともできる。ただし、前記基本実施形態のように、ロードロック室２内の奥側で半導体ウエハの搬出入を行った方が、ボート３や冷却筒５の移送回数を少なくすることができる。さらに、図１（ｅ）に示した状態で、ボート３を冷却筒５内に収納したまま、この冷却筒５の周側面の開閉扉とロードロック室２の開閉扉を同時に開けて、半導体ウエハの搬出と搬入を行うこともできる。【００５２】
また、前記基本実施形態では、２個のボート３が配置される場合を示したが、３個以上のボート３が配置されていてもよい。この場合、熱処理炉１と冷却筒５にそれぞれ１個ずつのボート３が収納されても、１個以上のボート３がロードロック室２内に残ることになるが、このボート３には、事前に未処理の半導体ウエハを搭載しておいてもよく、空のままにしておいてもよい。【００５３】
さらに、前記基本実施形態では、１個の冷却筒５が配置される場合を示したが、２個以上の冷却筒５を配置することもできる。この場合、ボート３も、冷却筒５の個数を超える数を配置すれば、複数のボート３の半導体ウエハを複数の冷却筒５で並行して冷却することができるので、熱処理炉１での熱処理よりも冷却筒５での冷却の方が長い時間を要するようなときに有効となる。【００５４】
さらに、前記基本実施形態では、熱処理炉１が１個だけ設けられている場合を示したが、２個以上の熱処理炉１が同じロードロック室２に連通するようになっていてもよい。この場合、熱処理炉１の個数の２倍の数のボート３と熱処理炉１の個数と同数の冷却筒５が配置されていれば、各熱処理炉１ごとに前記基本実施形態と同様の方法で熱処理を行うことができる。【００５５】
ただし、熱処理炉１での熱処理よりも冷却筒５での冷却の方が短時間で済む場合には、熱処理炉１の個数よりも少ない数の冷却筒５であっても、各熱処理炉１でこの１個以上の冷却筒５を共用することにより無駄なく冷却を行うことができる。そして、ボート３も、熱処理炉１の個数を超える数があればよく、熱処理炉１の個数と冷却筒５の個数を合わせた数のボート３があれば、冷却筒５を無駄なく利用することができる。【００５６】
また、前記基本実施形態では、ロードロック室２内でボート３を冷却筒５から一旦取り出した後に（半導体ウエハの搬出入は、このボート３の取り出しの前後のいずれで行ってもよい）熱処理炉１に移送する場合を示したが、ボート３を冷却筒５に収納したまま半導体ウエハの搬出入を行い熱処理炉１に移送するようにしてもよい（請求項２及び請求項５に対応する）。この場合には、熱処理炉１の個数やボート３をさらに増やすことはできるが、冷却筒５は、このボート３の数と同数個が必要となる。【００５７】
ここで、請求項５にいう第２冷却筒移送装置とは、ボート３を収納したまま半導体ウエハの搬出入を行う冷却筒５をロードロック室２内で移送する装置のことである（この目的を達成するために用いられる公知の他の手段も含む。）。従って、この場合にも、請求項４の第１冷却筒移送装置と同様に、この冷却筒５を炉口１ａの下方に移送したり、この炉口１ａの下方から待避させるために、ロードロック室２内で冷却筒５に水平移送や回転を行わせ、また、熱処理炉１の下方等の所定位置で必要なだけ上下動させるリフタがこの第２冷却筒移送装置に該当する。しかも、この場合には、ボート３に搭載された半導体ウエハの搬出入のために冷却筒５に水平移送等を行わせるリフタもこの第２冷却筒移送装置に含むことができる。【００５８】
また、請求項５にいう第２ボート移送装置とは、冷却筒５内のボート３を熱処理炉１内に移送したり、この熱処理炉１内から冷却筒５内に移送する装置のことである（この目的を達成するために用いられる公知の他の手段も含む。）。そして、この場合には、冷却筒５内と熱処理炉１内との間でボート３をこのように移送するエレベータ載置部４とこのエレベータ載置部４を駆動する図示しないエレベータ装置がこの第２ボート移送装置に該当する。【００５９】
例えば図３に示すように、熱処理炉が１個であって、３個ずつのボート３と冷却筒５が配置されている場合、熱処理炉１の下方をこれらの冷却筒５が図３の矢印に示すように順に三角形状に移送されるようにすれば、熱処理炉１での熱処理よりも冷却筒５での冷却の方が長い時間を要するときにも、この熱処理炉１が空のまま待ち時間が生じるようなことがなくなる。ただし、この場合にも、冷却時間が熱処理時間の２倍を超えると、熱処理炉１に待ち時間が生じることになるが、このように冷却時間が極めて長くなるとき（逆に熱処理時間が短くなるときであっても同様）には、ボート３と冷却筒５の個数をさらに増加すればよい。【００６０】
また、例えば図４に示すように、ロードロック室２の上方に２個の熱処理炉１を設けると共に、ボート３と冷却筒５も４個ずつ配置した場合には、ロードロック室２内で４個の冷却筒５を図４の矢印に示すように順に四角形状に移送すれば、１個の熱処理炉１と２個ずつのボート３と冷却筒５を配置した場合とほぼ同様の大きさのロードロック室２を用いて、処理能力を２倍に向上させることができるようになる。【００６１】
ただし、この図４の場合には、図１及び図２に示した構成と同様に、熱処理時間が冷却時間よりも長い場合に最適な構成であり、冷却時間が熱処理時間よりも長くなる場合には、ボート３と冷却筒５の個数をさらに増加すればよい。即ち、例えば図５に示すように、２個の熱処理炉１と６個ずつのボート３と冷却筒５を配置すれば、図３に示した構成と同様に、冷却時間が熱処理時間の２倍を超えるまでは、熱処理炉１に待ち時間が生じることがない。しかも、この図５の場合には、図４に示した構成と同様に、ロードロック室２内のスペースを有効に活用することができる。【００６２】
また、前記基本実施形態では、ロードロック室２内に冷却筒５を配置する場合を示したが、この冷却筒５の内部を外部から気密状態にして不活性雰囲気とすることができるようにして、ロードロック室２と同様の機能を持たせることにより、このロードロック室２を用いないようにすることもできる（請求項３及び請求項６に対応）。【００６３】
この場合にも、請求項２及び請求項５の場合と同様に、ボート３を冷却筒５に収納した状態から熱処理炉１に移送することになるので、１個以上の熱処理炉１に対して、この熱処理炉１の個数を超えるボート３と、このボート３の数と同数の冷却筒５を用いて、各熱処理炉１で熱処理を行うと同時に１個以上の冷却筒５で冷却処理を並行して実行することができる。ただし、冷却筒５に収納したボート３を熱処理炉１内に移送したり、熱処理後にこの熱処理炉１内のボート３を冷却筒５に収納する際には、これらの冷却筒５を熱処理炉１の炉口１ａに気密に接続して、外気が入り込まないようにし、不活性雰囲気を維持する必要がある。【００６４】
もっとも、冷却筒５内のボート３に半導体ウエハを搬出入する作業の際には、清浄空気が流れるウエハストックエリアと接続してから冷却筒５の開閉扉を開けるので、冷却筒５内にこの清浄空気が流れ込むおそれがある。しかしながら、熱処理済みの半導体ウエハは、このときには既に冷却を完了しているので、この清浄空気によって悪影響を受けるおそれは生じず、この半導体ウエハの搬出入が完了すると、直ちに冷却筒５の開閉扉が閉じられ、再びこの冷却筒５内を不活性雰囲気に戻す。【００６５】
ここで、請求項６にいう冷却筒気密装置とは、冷却筒の内部を外部から気密状態にするための装置のことであり（この目的を達成するために用いられる公知の他の手段も含む。）、請求項６にいう冷却筒接続装置とは、炉口下方に配置された冷却筒をこの炉口に気密に接続するための装置のことである（この目的を達成するために用いられる公知の他の手段も含む。）。【００６６】
また、請求項６にいう第３冷却筒移送装置とは、外部から気密状態にして不活性雰囲気とすることができる冷却筒５を移送する装置のことであり（この目的を達成するために用いられる公知の他の手段も含む。）、ロードロック室２が存在しないことを除けば、請求項５の第２冷却筒移送装置と同様のものである。従って、この場合にも、この冷却筒５を炉口１ａの下方に移送したり、この炉口１ａの下方から待避させるために、冷却筒５に水平移送や回転を行わせ、また、熱処理炉１の下方等の所定位置で必要なだけ上下動させるリフタがこの第３冷却筒移送装置に該当する。しかも、この場合には、冷却筒接続装置による冷却筒５と熱処理炉１の炉口１ａとの気密接続が可能となる位置までの移送を行うリフタもこの第３冷却筒移送装置に含むことができる。【００６７】
また、請求項６にいう第３ボート移送装置とは、炉口１ａに気密に接続された冷却筒５内からボート３を熱処理炉１内に移送したり、この熱処理炉１内からボート３を炉口１ａに気密に接続された冷却筒５内に移送するための装置のことである（この目的を達成するために用いられる公知の他の手段も含む。）。ただし、請求項５の第２ボート移送装置とは異なり、熱処理炉１から冷却筒５にボート３を収納する場合やこの冷却筒５から熱処理炉１にボート３を移送する場合に、これら互いに接続された冷却筒５と熱処理炉１の内部の気密状態を損なうことがないようにする必要がある。【００６８】
また、前記実施形態では、半導体ウエハの熱処理を行う場合について説明したが、例えばガラス基板上に半導体を形成したような半導体部材の熱処理を行う場合についても同様に実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明によれば、熱処理済みの半導体部材をボートと共に冷却筒に収納し、熱処理炉の炉口下方から待避させて冷却するので、この冷却の間に、未処理の半導体部材を搭載したボートを熱処理炉内に移送することが可能になる。従って、本発明の半導体熱処理方法及び半導体熱処理装置は、半導体部材の冷却と熱処理とを並行して行うことにより、作業全体のスループットを向上させることができる。
【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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