(57)【要約】  【課題】位相制御用サイリスタ駆動ユニットと温度調節器の分離設置ができるように、両ユニット間をシリアル伝送による通信を行うことで、ノイズの影響による制御誤動作を防止することができる基板処理装置を提供することにある。  【解決手段】基板を装填した基板保持具を搬入して、所定の処理を施すための炉と、前記炉内に収納された基板を加熱する加熱手段と、前記炉内の温度を計測する熱電対に接続される温度調節器と、該温度調節器からの信号に基づいて前記加熱手段に電力を供給する手段に所定の信号を出力する駆動ユニットとを備え、前記温度調節手段と前記駆動ユニットはそれぞれ分離して設置される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を装填した基板保持具を搬入して、所定の処理を施すための炉と、
前記炉内に収納された基板を加熱する加熱手段と、
前記炉内の温度を計測する熱電対に接続される温度調節器と、該温度調節器からの信号に基づいて前記加熱手段に電力を供給する手段に所定の信号を出力する駆動ユニットとを備え、
前記温度調節手段と前記駆動ユニットはそれぞれ分離して設置されることを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ等の基板を加熱するためのヒータを制御する温度制御ユニットを備えた基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置の温度を制御する温度調節器は、基板を処理する処理室が目的の温度（目標温度）になるようヒータ温度を熱電対でモニタしながらヒータに適切な電力を供給するよう制御を行っている。電力の供給制御は位相制御が一般的で、電力の供給比率（％にて表示）に対応した位相角でサイリスタを点弧（駆動）する。
【０００３】
図１に一般的な温度制御ユニット構成図を示す。図１のゼロクロス検出回路６では、ヒータ電源５のゼロクロス点（交流波形の０Ｖとなる点）を検出し、その検出信号（ゼロクロスパルス信号と呼ぶ）を温度調節器１に出力する。温度調節器１では、必要な電力に対応したサイリスタ３の点弧タイミングを算出し、サイリスタ３の点弧信号（ゲートパルス信号と呼ぶ）を出力する。サイリスタゲート駆動回路７では、サイリスタ３のゲート端子を駆動できる電圧・電流に増幅し、また、図１では２個のサイリスタ素子に分岐して出力している。
【０００４】
従来では、ゼロクロス検出回路６とゲートパルス駆動回路７を１つのユニットとしてサイリスタ近傍に設置し、温度調節器１とはケーブル接続によりゼロクロスパルス信号、ゲートパルス信号の送受信を行っていたが以下のような問題がたびたび発生している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ａ）ゼロクロスパルス信号、ゲートパルス信号は、波形のエッジタイミングを参照するため、ケーブルにノイズがのるとサイリスタ３の点弧タイミングが変化し、温度制御が不安定となる。また、ゼロクロスパルス信号からヒータ電源周波数の検知を行う場合にも、ノイズによって周波数を誤検知する。尚、ノイズののりやすさはケーブル引き回し経路によって影響を受けるため、現状、ケーブル長を数メートルと短くすることで、ノイズがのる危険性を低くしている。
【０００６】
５）電力の制御分解能は最低０．１％（１/１０００）で、数マイクロ秒くらいのタイミング精度が要求されるため、ノイズ除去のために過度のフィルタ回路を設置した場合には、タイミング遅延による誤差要因となる。
【０００７】
ｃ）ケーブル長を短くするため、温度調節器１をサイリスタ３などの近傍に設置すると、ヒータ電源ライン上のトランス、ブレーカ、電力用ケーブルなどの大型電力機器が近傍に設置されているため、温度調節器１の設置スペースが確保できない。また、温度調節器１などのプログラム保守などを行う場合に、近傍の電力機器による感電、高熱などによるやけどの危険がある。
【０００８】
ｄ）また、温度調節器１からの電力値を、４−２０ｍＡなどのアナログ信号によりサイリスタゲート駆動回路７に与えるものもあるが、これもケーブル長さに制限があり、またヒータ制御分割数に応じた配線数が必要であるなどの懸念すべき点がある。
【０００９】
本発明の目的は、位相制御用サイリスタ駆動ユニットと温度調節器の分離設置ができるように、両ユニット間をシリアル伝送による通信を行うことで、ノイズの影響による制御誤動作を防止することができる基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の特徴とするところは、基板を装填した基板保持具を搬入して、所定の処理を施すための炉と、前記炉内に収納された基板を加熱する加熱手段と、前記炉内の温度を計測する熱電対に接続される温度調節器と、該温度調節器からの信号に基づいて前記加熱手段に電力を供給する手段に所定の信号を出力する駆動ユニットとを備え、前記温度調節手段と前記駆動ユニットはそれぞれ分離して設置されることにある。
【００１１】
本発明の第２の特徴とするところは、第１の特徴において、前記温度調節器と前記駆動ユニットはシリアル伝送することにある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、差動シリアルデータ伝送により、ノイズの影響を受けにくくなり、温度制御の信頼性が向上する。また、ケーブルの長さを伸ばすことが可能で、温度調節器の設置する制約がなくなり、ノイズなどの外乱の影響を受けない場所であればどこでも設置できる。例えば、より装置筐体に近い位置に設置することができる。更に、従来の配線数は、ゼロクロス信号は電源相の数、ゲートパルス信号はヒータゾーン数に応じた本数のケーブルが必要であったが、送受信のシリアル信号のケーブル数を減らすことできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を実施するための最良の形態において、基板処理装置は、一例として、半導体装置（IC）の製造方法における処理工程を実施する半導体製造装置として構成されている。尚、以下の説明では、基板処理装置として基板に酸化、拡散処理やＣＶＤ処理などを行なう縦型の装置（以下、単に処理装置という）を適用した場合について述べる。図４は、本発明に適用される処理装置の平面透視図として示されている。また、図５は図４に示す処理装置の側面透視図である。
【００１４】
図４および５に示されているように、シリコン等からなるウエハ（基板）２００を収納したウエハキャリアとしてフープ（基板収容器。以下ポッドという。）１１０が使用されている本発明の処理装置１００は、筐体１１１を備えている。筐体１１１の正面壁１１１ａの正面前方部にはメンテナンス可能なように設けられた開口部としての正面メンテナンス口１０３が開設され、この正面メンテナンス口１０３を開閉する正面メンテナンス扉１０４、１０４がそれぞれ建て付けられている。
筐体１１１の正面壁１１１ａにはポッド搬入搬出口（基板収容器搬入搬出口）１１２が筐体１１１の内外を連通するように開設されており、ポッド搬入搬出口１１２はフロントシャッタ（基板収容器搬入搬出口開閉機構）１１３によって開閉されるようになっている。ポッド搬入搬出口１１２の正面前方側にはロードポート（基板収容器受渡し台）１１４が設置されており、ロードポート１１４はポッド１１０を載置されて位置合わせするように構成されている。ポッド１１０はロードポート１１４上に工程内搬送装置（図示せず）によって搬入され、かつまた、ロードポート１１４上から搬出されるようになっている。
【００１５】
筐体１１１内の前後方向の略中央部における上部には、回転式ポッド棚（基板収容器載置棚）１０５が設置されており、回転式ポッド棚１０５は複数個のポッド１１０を保管するように構成されている。すなわち、回転式ポッド棚１０５は垂直に立設されて水平面内で間欠回転される支柱１１６と、支柱１１６に上下四段の各位置において放射状に支持された複数枚の棚板（基板収容器載置台）１１７とを備えており、複数枚の棚板１１７はポッド１１０を複数個宛それぞれ載置した状態で保持するように構成されている。
筐体１１１内におけるロードポート１１４と回転式ポッド棚１０５との間には、ポッド搬送装置（基板収容器搬送装置）１１８が設置されており、ポッド搬送装置１１８は、ポッド１１０を保持したまま昇降可能なポッドエレベータ（基板収容器昇降機構）１１８ａと搬送機構としてのポッド搬送機構（基板収容器搬送機構）１１８５とで構成されており、ポッド搬送装置１１８はポッドエレベータ１１８ａとポッド搬送機構１１８５との連続動作により、ロードポート１１４、回転式ポッド棚１０５、ポッドオープナ（基板収容器蓋体開閉機構）１２１との間で、ポッド１１０を搬送するように構成されている。
【００１６】
筐体１１１内の前後方向の略中央部における下部には、サブ筐体１１９が後端にわたって構築されている。サブ筐体１１９の正面壁１１９ａにはウエハ２００をサブ筐体１１９内に対して搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口（基板搬入搬出口）１２０が一対、垂直方向に上下二段に並べられて開設されており、上下段のウエハ搬入搬出口１２０、１２０には一対のポッドオープナ１２１、１２１がそれぞれ設置されている。
ポッドオープナ１２１はポッド１１０を載置する載置台１２２、１２２と、ポッド１１０のキャップ（蓋体）を着脱するキャップ着脱機構（蓋体着脱機構）１２３、１２３とを備えている。ポッドオープナ１２１は載置台１２２に載置されたポッド１１０のキャップをキャップ着脱機構１２３によって着脱することにより、ポッド１１０のウエハ出し入れ口を開閉するように構成されている。
【００１７】
サブ筐体１１９はポッド搬送装置１１８や回転式ポッド棚１０５の設置空間から流体的に隔絶された移載室１２４を構成している。移載室１２４の前側領域にはウエハ移載機構（基板移載機構）１２５が設置されており、ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置（基板移載装置）１２５ａおよびウエハ移載装置１２５ａを昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ（基板移載装置昇降機構）１２５ｂとで構成されている。これら、ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂおよびウエハ移載装置１２５ａの連続動作により、ウエハ移載装置１２５ａのツイーザ（基板保持体）１２５ｃをウエハ２００の載置部として、ボート（基板保持具）２１７に対してウエハ２００を装填（チャージング）および脱装（ディスチャージング）するように構成されている。
【００１８】
図４に示されているように移載室１２４のウエハ移載装置エレベータ１２５ｂ側と反対側である右側端部には、清浄化した雰囲気もしくは不活性ガスであるクリーンエア１３３を供給するよう供給フアンおよび防塵フィルタで構成されたクリーンユニット１３４が設置されており、ウエハ移載装置１２５ａとクリーンユニット１３４との間には、ウエハの円周方向の位置を整合させる基板整合装置としてのノッチ合わせ装置１３５が設置されている。
クリーンユニット１３４から吹き出されたクリーンエア１３３は、ノッチ合わせ装置１３５およびウエハ移載装置１２５ａに流通された後に、図示しないダクトにより吸い込まれて、筐体１１１の外部に排気がなされるか、もしくはクリーンユニット１３４の吸い込み側である一次側（供給側）にまで循環され、再びクリーンユニット１３４によって、移載室１２４内に吹き出されるように構成されている。
【００１９】
移載室１２４の後側領域には、大気圧未満の圧力（以下、負圧という。）を維持可能な機密性能を有する筐体（以下、耐圧筐体という。）１４０が設置されており、この耐圧筐体１４０によりボート２１７を収容可能な容積を有するロードロック方式の待機室であるロードロック室１４１が形成されている。
耐圧筐体１４０の正面壁１４０ａにはウエハ搬入搬出開口（基板搬入搬出開口）１４２が開設されており、ウエハ搬入搬出開口１４２はゲートバルブ（基板搬入搬出口開閉機構）１４３によって開閉されるようになっている。耐圧筐体１４０の一対の側壁にはロードロック室１４１へ窒素ガスを給気するためのガス供給管１４４と、ロードロック室１４１を負圧に排気するための排気管１４５とがそれぞれ接続されている。
ロードロック室１４１上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部は炉口ゲートバルブ（炉口開閉機構）１４７により開閉されるように構成されている。耐圧筐体１４０の正面壁１４０ａの上端部には、炉口ゲートバルブ１４７を処理炉２０２の下端部の開放時に収容する炉口ゲートバルブカバー１４９が取り付けられている。
【００２０】
図４に示されているように、耐圧筐体１４０にはボート２１７を昇降させるためのボートエレベータ（基板保持具昇降機構）１１５が設置されている。ボートエレベータ１１５に連結された連結具としてのアーム１２８には蓋体としてのシールキャップ２１９が水平に据え付けられており、シールキャップ２１９はボート２１７を垂直に支持し、処理炉２０２の下端部を閉塞可能なように構成されている。
ボート２１７は複数本の保持部材を備えており、複数枚（例えば、５０枚〜１２５枚程度）のウエハ２００をその中心を揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持するように構成されている。
【００２１】
次に、本発明の処理装置の動作について説明する。
図４および５に示されているように、ポッド１１０がロードポート１１４に供給されると、ポッド搬入搬出口１１２がフロントシャッタ１１３によって開放され、ロードポート１１４の上のポッド１１０はポッド搬送装置１１８によって筐体１１１の内部へポッド搬入搬出口１１２から搬入される。
搬入されたポッド１１０は回転式ポッド棚１０５の指定された棚板１１７へポッド搬送装置１１８によって自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、棚板１１７から一方のポッドオープナ１２１に搬送されて載置台１２２に移載されるか、もしくは直接ポッドオープナ１２１に搬送されて載置台１２２に移載される。この際、ポッドオープナ１２１のウエハ搬入搬出口１２０はキャップ着脱機構１２３によって閉じられており、移載室１２４にはクリーンエア１３３が流通され、充満されている。例えば、移載室１２４にはクリーンエア１３３として窒素ガスが充満することにより、酸素濃度が２０ｐｐｍ以下と、筐体１１１の内部（大気雰囲気）の酸素濃度よりも遥かに低く設定されている。
【００２２】
載置台１２２に載置されたポッド１１０はその開口側端面がサブ筐体１１９の正面壁１１９ａにおけるウエハ搬入搬出口１２０の開口縁辺部に押し付けられるとともに、そのキャップがキャップ着脱機構１２３によって取り外され、ポッド１１０のウエハ出し入れ口が開放される。また、予め内部が大気圧状態とされていたロードロック室１４１のウエハ搬入搬出開口１４２がゲートバルブ１４３の動作により開放されると、ウエハ２００はポッド１１０からウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによってウエハ出し入れ口を通じてピックアップされ、ノッチ合わせ装置１３５にてウエハを整合した後、ウエハ搬入搬出開口１４２を通じてロードロック室１４１に搬入され、ボート２１７へ移載されて装填（ウエハチャージング）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載装置１２５ａはポッド１１０に戻り、次のウエハ１１０をボート２１７に装填する。
【００２３】
この一方（上段または下段）のポッドオープナ１２１におけるウエハ移載装置１２５によるウエハのボート２１７への装填作業中に、他方（下段または上段）のポッドオープナ１２１には回転式ポッド棚１０５ないしロードポート１１４から別のポッド１１０がポッド搬送装置１１８によって搬送され、ポッドオープナ１２１によるポッド１１０の開放作業が同時進行される。
【００２４】
予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、ウエハ搬入搬出開口１４２がゲートバルブ１４３によって閉じられ、ロードロック室１４１は排気管１４５から真空引きされることにより、減圧される。
ロードロック室１４１が処理炉２０２内の圧力と同圧に減圧されると、処理炉２０２の下端部が炉口ゲートバルブ１４７によって開放される。このとき、炉口ゲートバルブ１４７は炉口ゲートバルブカバー１４９の内部に搬入されて収容される。
続いて、シールキャップ２１９がボートエレベータ１１５の昇降台１６１によって上昇されて、シールキャップ２１９に支持されたボート２１７が処理炉２０２内へ搬入（ローディング）されて行く。
【００２５】
ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に任意の処理が実施される。
処理後は、ボートエレベータ１１５によりボート２１７が引き出され、更に、ロードロック室１４０内部を大気圧に復圧させた後にゲートバルブ１４３が開かれる。その後は、ノッチ合わせ装置１３５でのウエハの整合工程を除き、概上述の逆の手順で、ウエハ２００およびポッド１１０は筐体１１１の外部へ払出される。
【００２６】
次に図２を用いて、本願発明における基板処理装置の温度制御ユニットについて詳述する。
【００２７】
本実施形態における温度制御ユニットは、処理炉２０２内を加熱する加熱手段としてのヒータ５に電力を供給する電力供給手段としてのサイリスタ３と、該サイリスタ３を駆動する駆動ユニット２と、ヒータに適切な電力を供給するためのデータを出力する温度調節器１とで構成される。
【００２８】
図２において、駆動ユニット２は、ヒータ電源波形からゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路６と、該ゼロクロス検出回路６から出力したゼロクロスパルス信号に基づいてヒータ電源の周波数検出、停電検知及びヒータ電源とゼロクロス検出回路の異常判定を行うゼロクロス判定回路８と、温度調節器とシリアル通信を行うための通信変換回路と、サイリスタの点弧タイミング時間の演算を行い、ゲートパルス信号を出力するゲート演算回路と、ゲートパルス信号をサイリスタのゲート端子を駆動できる電圧・電流に増幅し、また、２個のサイリスタ素子に分岐して出力するサイリスタゲート駆動回路とで構成される。
【００２９】
ここで、ゼロクロス判定回路では、プログラム可能なロジックデバイス等により、以下の判定を行う。
【００３０】
ａ）ヒータ電源の周波数の検出を行う。規定時間内のゼロクロスパルス信号の入力数をカウントする場合について説明する。例えば、５秒間に５００回なら５０Ｈｚ（６００回なら６０Ｈｚ）となるが、許容範囲±３Ｈｚとして、それぞれ±３０回分許容範囲内にあることで判定する。
【００３１】
５）ヒータ電源の停電検知を行う。例えば、規定時間内のゼロクロスパルス信号が未入力となることで判定できる。
【００３２】
ｃ）ヒータ電源またはゼロクロス検出回路の異常判定を行う。例えば、ゼロクロスパルス信号が上記周波数検出時における許容範囲外の場合、ヒータ電源にノイズが多い、またはゼロクロス検出回路の異常と判定する。
【００３３】
尚、三相のヒータ電源の場合、上述した温度制御ユニットを独立して３つ有しているものとする。
【００３４】
図２の温度制御ユニットにおける作用について以下説明する。
【００３５】
図２において、ゼロクロス検出回路から出力したゼロクロスパルス信号をゼロクロス判定回路に取り込む。ゼロクロス判定回路にて、周波数、停電、異常の判定結果を通信変換回路にて温度調節器に周期的に送信する。判定結果をまとめて規定のシリアルフォーマットに変換する。温度調節器においても、この送信されたデータを逆変換する回路を持ち、それぞれの判定結果に応じて、温度制御の停止や警告表示などの適切な処理を行う。
【００３６】
温度調節器からはヒータパワーデータ（電力データ）を送信する。尚、ヒータは、４ゾーン、５ゾーンなどの複数の分割エリアごとに独立して制御される。また、温度調節器は、各制御ゾーンに対応した電力データを、ヒータの温度制御周期毎にまとめてシリアル送信する。これを受信したサイリスタ駆動ユニットは、通信変換回路にて、各ゾーン毎の電力データを逆変換する。尚、送受信のシリアル伝送には、ＲＳ２４２などの差動信号を用いることで、伝送距離を数十メートルにまで伸ばすこともできる。
【００３７】
次に、ゲート演算回路では、温度調節器からの電力データと、ゼロクロス判定回路からの周波数とから、サイリスタの点弧タイミング時間の演算を行い、ゼロクロスパルス信号をトリガとして、ゲートパルス信号の出力タイミングをカウントする。カウントが終了すると、ゲートパルス信号をサイリスタゲート駆動回路に出力する。これらのカウントは、各制御ゾーンに応じて独立して動作可能である。
【００３８】
図３は、温度調節器１とサイリスタ駆動ユニット２とを分離設置した図である。
【００３９】
図３では、温度調節器１は、ヒータ４に設置した熱電対により温度を計測する為、装置筐体１２と同じフロアに設置され、サイリスタ３やトランス等の大型電力機器をまとめたサイリスタ筐体１３を装置筐体１２とは別のフロア（図では下階）に設置される。また、サイリスタ駆動ユニット２はサイリスタ筐体１３に設置されている。そして、温度調節器１とサイリスタ駆動ユニット２との間は差動シリアル通信によるケーブルで接続する。尚、装置筐体１２は、図４、図５で示される基板処理装置を簡略化したものであるのはいうまでもない。このように、温度調節器１を装置筐体１２に近づけることにより、熱電対の長さを短くできるので、微弱な熱電対起電力へのノイズの影響を低減できる。誤差要因となる中継用のコネクタをなくせると更に好ましい。また、他のコントローラ（ウェハ搬送用、ガス制御用、操作画面など）との通信用ケーブルも短くできるし、メンテナンスも容易になる。更に、上階（クリーンルーム）に比べて、下階は温度管理がされていないので、温度調節器が下階にあると、電源設備などの発熱や冷却ファンなどの送風ようり温度調節器自体の温度変化が激しくなり、冷接点補償機能（温度コントローラ自身の温度を測定して温度補正する機能）に影響が出る。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】一般的な温度制御ユニット構成図
【図２】本発明の実施形態に係る基板処理装置における温度制御ユニット構成図
【図３】本発明の実施形態に係る温度調節器とサイリスタ駆動ユニットとを分離設置した図
【図４】本発明の実施形態に係る基板処理装置を示す平面透視図
【図５】本発明の実施形態に係る基板処理装置を示す側面透視図
【符号の説明】
【００４１】
１  温度調節器
２  サイリスタ駆動ユニット
３  サイリスタ
４  ヒータ
５  ヒータ電源
６  ゼロクロス検出回路
７  サイリスタゲート駆動回路
８  ゼロクロス判定回路
９  ゲート演算回路
１０  通信変換回路
１１  通信変換回路
１２  装置筐体（基板処理装置）
１３  サイリスタ筐体
【図１】
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【図２】
2009252804.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009252804.tif 000006
【図５】
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