DE10296988T5 - Bearbeitungsvorrichtung und -verfahren - Google Patents

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Nobuaki Takahashi
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Abstract

Bearbeitungsvorrichtung, welche umfaßt:
eine Station zur Aufnahme einer Mehrzahl von Substraten in einem Substrattransportbehälter;
einen Bearbeitungsabschnitt, in dem eine Mehrzahl von Prozeßkammern als Mehrfachstufen vorgesehen werden, um einen bestimmten Prozeß auf die jeweiligen Substrate im Inneren einer hermetisch abdichtbaren Kammer unter Verwendung eines bestimmten Prozeßgases anzuwenden;
einen mehrstufigen Anordnungsabschnitt für Substrate, um die Substrate, die in einem mehrfachen mehrstufigen Zustand zwischen der Station und dem Bearbeitungsabschnitt angeordnet sind, vorübergehend zu laden;
einen ersten Transportteil, um die Substrate einzeln zwischen der Station und dem mehrstufigen Anordnungsabschnitt für Substrate zu transportieren; und
einen zweiten Transportteil, um eine Mehrzahl von Substraten, die in einem mehrstufigen Zustand gehalten werden, gleichzeitig zwischen dem mehrstufigen Anordnungsabschnitt für Substrate und dem Bearbeitungsabschnitt zu transportieren.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bearbeitungsvorrichtung, die für einen Herstellungsprozeß einer Halbleitervorrichtung, einer LCD (Flüssigkristallanzeige) oder dergleichen verwendet wird, und insbesondere eine Bearbeitungsvorrichtung zur Durchführung eines bestimmten Prozesses an einem Substrat (z.B. einem Halbleiterwafer, einem LCD-Substrat oder dergleichen) unter Verwendung eines bestimmten Gases im Inneren einer hermetisch abdichtbaren Prozeßkammer.
  • Stand der Technik
  • Bei einer Bearbeitungsvorrichtung, die für einen Herstellungsprozeß für eine Halbleitervorrichtung verwendet wird, wird eine LCD (Flüssigkristallanzeige) oder dergleichen, eine Vakuumkammer, wie beispielsweise eine Lade-/Verschlußkammer oder eine Edelgaskammer vor und hinter einer Prozeßkammer angeordnet. Dies ermöglicht es, ein Substrat in die Prozeßkammer oder aus ihr heraus zu fördern, ohne daß die Prozeßkammer der umgebenden Atmosphäre ausgesetzt werden muß. Insbesondere sind bei einer Bearbeitung mit einer Mehrfachkammer mehrere Prozeßkammern an der Peripherie einer hermetisch abdichtbaren Transportkammer angeordnet und es werden Substrate beliebig in und aus jeder Prozeßkammer zur Transportkammer befördert.
  • Typischerweise wird bei einer Bearbeitung mit einer Mehrfachkammer eine von mehreren Kammern als eine Kühlkammer verwendet und ein bearbeitetes Substrat wird, nachdem es in der Kühlkammer auf eine bestimmte Temperatur abgekühlt wurde, durch die Transportkammer zu einer Lade-/Verschlußkammer oder einer Kassettenstation transportiert, in der eine Kassette (eine Substrattransporteinrichtung) aufgenommen oder angeordnet ist.
  • Darüber hinaus ist eine Vorrichtung mit einer Struktur bekannt, die eine Mehrzahl von Prozeßkammern umfaßt, die als Mehrfachstufen für ein gleichzeitiges Durchführen einer Einzelwaferbearbeitung an mehreren Substraten aufgebaut sind, wobei mehrere Substrate gleichzei tig oder parallel in die Prozeßkammern und aus den Prozeßkammern heraus gefördert werden. Bei dieser herkömmlichen Bauart einer Bearbeitungsvorrichtung werden die mehreren Substrate parallel zwischen den Kassetten und dem Prozeßkammern derart transportiert, daß die mehreren Substrate in mehrfachen Stufen auf einem Transportarm angeordnet sind.
  • Bei der beschriebenen herkömmlichen Anlage, bei der mehrere Substrate zwischen den Kassetten und den Prozeßkammern von Anfang bis Ende parallel transportiert werden, ist es immer erforderlich, daß die Substrate auf der in Richtung der Lade-/Verschlußkammer oder der Kassettenstation liegenden Seite in einen Aufnahmeabschnitt für das Substrat mit einem konstanten Zwischenraum in die Kassetten eingefügt oder herausgenommen werden. Dies bedingt das Problem, daß der Grad an Freiheit für das Fördern der Substrate in die Kassetten und aus diesen heraus bzw. für das Handhaben der Unterbringung der Substrate beschränkt ist. Zusätzlich verursacht die Vorrichtung, da die Bauart der Vorrichtung bedingt, daß bearbeitete Substrate in die Kassette zurückgebracht werden, nachdem sie in einer zur Kühlung bestimmten besonderen Kühlkammer auf eine vorgeschriebene Temperatur, z. B. Normaltemperatur, abgekühlt wurden, zusätzliche Kosten und Raumbedarf für die Kühlkammer. Des weiteren hat die Vorrichtung aufgrund der komplizierten Transportprozedur der Substrate in und aus der Kühlkammer einen reduzierten Durchsatz.
  • Darüber hinaus wird beim Herstellungsprozeß einer Halbleitervorrichtung, einer LCD oder dergleichen in verschiedenen Stufen eine thermische Bearbeitung, wie beispielsweise eine Oxidation, Diffusion, oder eine Heißwand-CVD, angewandt. Da sich die Designbedingungen momentan von 0,2 μm auf 0,1 μm verfeinern und der Durchmesser von Halbleiterwafern von 200 mm auf 300 mm anwächst, wächst die Notwendigkeit zur Entwicklung einer schnellen thermischen, zur Technologie der Herstellung großflächiger ultradünner Filme kompatiblen, Hochtemperaturvorrichtung.
  • Im Detail ist es beim Dotieren mit einer thermisch diffundierenden Dotierung oder bei der Herstellung eines ultradünnen Films, wie beispielsweise eines Gateoxids oder eines Kondensatorisolators erforderlich, die thermische Bearbeitung schnell, d.h. in einer kurzen Zeit, durchzuführen, um die thermische Belastung (die thermische Historie) zu reduzieren. Des weiteren muß bei einem pn-Übergang eine Verschlechterung des Films während des Verbindens oder die Erzeugung mangelhafter Kristalle vermieden werden, um eine dünne pn-Grenzflächenebene bilden zu können und den Widerstand zu reduzieren oder um einen pn- Übergang mit einer bestimmten Form an einer Oberfläche zu erhalten. Um dies zu erreichen, ist es erforderlich, den thermischen Diffusionsprozeß mit hoher Temperatur und somit mit hoher Geschwindigkeit oder in einer kurzen Zeit durchzuführen.
  • Des weiteren ist bei der Ausbildung des LOCOS-Oxids die Ausweitung der Kompressionsbelastung des benachbarten LOCOS-Oxids, die aus einem Wechselwirkungseffekt eines Wärmezyklus resultiert, beispielsweise für Veränderungen des Oberflächenpotentials, Leckströme oder eine Verschlechterung der Widerstandsfähigkeit gegenüber Druck verantwortlich. Demgemäß ist es notwendig, den Wärmezyklus durch eine rasche thermische Bearbeitung zu verkürzen.
  • Da gegenwärtig der Durchmesser der Halbleiterwafer von 200 mm auf 300 mm ansteigt, müssen Fehler, Verzerrungen oder Beulen, für die Halbleiterwafer anfällig sind, verhindert oder reduziert werden. Um dies zu erreichen, ist es notwendig, die Temperaturdifferenz zwischen dem zentralen und dem peripheren Bereich des Halbleiterwafers zu reduzieren und somit die rasche thermische Bearbeitung gleichmäßig auszuführen.
  • Eine herkömmliche thermische Bearbeitungsvorrichtung, die für Wafer mit großem Durchmesser kompatibel konstruiert ist, ist in 18 gezeigt. Die thermische Bearbeitungsvorrichtung umfaßt beispielsweise eine flache Reaktionsröhre 102, die im wesentlichen horizontal in einem hexagonalen Gehäuse 100 aufgenommen ist. Widerstandsheizabschnitte 104 und 106 mit einer flachen Form, die über und unter der Reaktionsröhre 102 so angeordnet sind, daß sie einander gegenüberliegen, sind in einer Längsrichtung bzw. einer longitudinalen Richtung (X-Richtung) der Reaktionsröhre 102 in drei Zonen unterteilt, d.h. eine vordere Zone (104a, 106a), eine mittlere Zone (104b, 106b) und eine hintere Zone (104c, 106c).
  • Von den drei Zonen ist die mittlere Zone (104b, 106b) so angeordnet, daß sie im wesentlichen die gesamte Fläche eines Halbleiterwafers W abdeckt, der auf einem Substratträgerabschnitt 104 im Inneren der Reaktionsröhre 102 angeordnet ist. Die vordere (104a, 106a) Zone und die hintere (104c, 106c) Zone sind dafür vorgesehen, den peripheren Bereich auf der Vorderseite und Rückseite des Halbleiterwafers W zu überdecken.
  • Wie in 19A gezeigt ist, sind in der vorderen Zone (104a, 106a) und hinteren Zone (104c, 106c) quer zur X-Richtung liegend mehrere Widerstandsheizwendelelemente (110) mit einer jeweils gleichbleibenden Leitung vorgesehen, die sich über ihre gesamte Länge erstreckt. Wie in 19B gezeigt ist, sind dazwischen in der mittleren Zone (104b, 106b) quer zur X-Richtung liegend mehrere Widerstandsheizwendelelemente (112) mit einer dicht strukturierten Leitung an den beiden Endabschnitten und einer dünn strukturierten Leitung im mittleren Abschnitt desselben vorgesehen. Innerhalb jeder Zone sind die Widerstandsheizelemente 110 und 112 elektrisch in Reihe verbunden. Zwischen verschiedenen Zonen sind die Widerstandsheizelemente 110 und 112 elektrisch getrennt oder parallel miteinander verbunden.
  • Jede Zone (104a, 106a), (104b, 106b) und (104c, 106c) wird elektrisch durch eine Heizschaltung (nicht gezeigt) gesteuert. Wenn von allen Flächen der Widerstandsheizabschnitte 104 und 106 Wärme gleicher Stärke zum Halbleiterwafer W abgegeben würde, wäre die Temperatur im peripheren Bereich des Halbleiterwafers W tendenziell wesentlich niedriger als im zentralen Abschnitt desselben. Wie oben beschrieben sind bei der thermischen Bearbeitungsvorrichtung die Widerstandsheizabschnitte 104 und 106 in drei Zonen (104a, 106a), (104b, 106b) und (104c, 106c) unterteilt und die Leitungen der Widerstandsheizelemente 110 in der vorderen Zone (104a, 106a) und der hinteren Zone (104c, 106c) sind im Vergleich zu den Leitungen der Widerstandsheizelemente 112 in der mittleren Zone (104b, 106b) verhältnismäßig dichter aufgebaut (d.h. mit einer geringeren Steigung ausgebildet), um dadurch eine gleichmäßige Heiztemperatur in der longitudinalen Richtung (X-Richtung) der Reaktionsröhre 102 zu erhalten. Darüber hinaus sind bei den Leitungen der Widerstandsheizelemente 112 in der mittleren Zone (104b, 106b) die Endabschnitte mit einer verhältnismäßig höheren Dichte als im zentralen Abschnitt angeordnet, um eine gleichmäßige Heiztemperatur in seitlicher Richtung (Y-Richtung) zu gewährleisten.
  • Man beachte, daß beispielsweise eine Wärmeverteilungsplatte bzw. Wärmediffusionsplatte 114, die aus hoch reinem Siliziumcarbid (SiC) hergestellt ist, zwischen den Widerstandsheizabschnitten 104, 106 und der Reaktionsröhre 102 angeordnet sein kann. Des weiteren ist eine Gasröhre 116 mit der hinteren Oberfläche der Reaktionsröhre 102 verbunden, um ein Prozeßgas einzuleiten und Abgas abzuleiten.
  • Dennoch sind bei der Widerstandsheizung der oben beschriebenen Bauart, bei der die Widerstandsheizelemente 112 mit Leitungen mit einem dünn und einem dicht strukturierten Abschnitt ausgebildet ist, die Herstellungskosten der Widerstandsheizelemente 112 hoch und es ist schwierig, die Wärme gleichzeitig in der longitudinalen Richtung (X-Richtung) und in der Seitwärtsrichtung (Y-Richtung) einzustellen. Zusätzlich ist es auch schwierig, die Wärme gleichmäßig zu verteilen, da sich das optimale Verhältnis für eine Anordnung eines dichten und eines dünnen Bereichs bei den Leitungen in Abhängigkeit von der Heiztemperatur ändert.
  • 20 zeigt den Aufbau eines Substrathalteabschnitts einer herkömmlichen Substrattransportvorrichtung, die bei einer Vorrichtung zur raschen thermischen Bearbeitung verwendet wird. Der Substrathalteabschnitt 100 weist ein Paar von Armabschnitten 102, 102 auf, die sich parallel und mit einem geeigneten Abstand zueinander erstrecken. Der Substrathalteabschnitt 100 trägt ein Substrat (z.B. einen Halbleiterwafer W), indem das Substrat auf mehrere (z.B. drei) vorragende Tragabschnitte 104, 104, 104 gesetzt wird, die einen geeigneten Abstand voneinander aufweisen und auf der oberen Fläche der Armabschnitte 102, 102 angeordnet sind.
  • Bei der oben beschriebenen raschen thermischen Bearbeitung mit hoher Temperatur wird das Substrat mit der Transportvorrichtung unmittelbar nach der Bearbeitung rasch aus dem Ofen entnommen und zu einer Kühlkammer oder Stufe transportiert, die sich außerhalb des Ofens befindet. Bei der herkömmlichen Substrattransportvorrichtung wird in dieser Situation der Halbleiterwafer W, der sich immer noch in einem Zustand hoher Temperatur (z.B. 1000°C) befindet, auf die vorragenden Tragabschnitte 104 des Substrathalteabschnitts 100 gelegt. Somit ist die Kühlung des Substrates (des Halbleiterwafers W) an dem Abschnitt lokalisiert oder konzentriert, der mit den vorragenden Tragabschnitten 104 in Kontakt steht. Dadurch wird an der Oberfläche des Substrates ein großer Temperaturunterschied hervorgerufen, was zur Erzeugung von Fehlern führt. Die Erzeugung von Fehlern bringt Probleme, wie beispielsweise eine plastische Deformation (Bowing) des Substrats und Fehler bei Photolithographieprozessen mit sich.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte und nutzbare Bearbeitungsvorrichtung und ein Bearbeitungsverfahren bereitzustellen, bei der/bei dem die oben genannten Nachteile beseitigt sind.
  • Im Spezielleren besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Bearbeitungsvorrichtung und ein Bearbeitungsverfahren bereitzustellen, mit welchen die Flexibilität bei der Handhabung der Anordnung der Substrate und die Effizienz beim Transport verbessert sind und somit der Durchsatz für Einzelwafer des Typs verbessert ist, bei dem ein bestimmter Prozeß gleichzeitig bei mehreren Substraten in mehreren Prozeßkammern durchgeführt wird, die als Mehrfachstufen aufgebaut sind.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Bearbeitungsvorrichtung und ein Bearbeitungsverfahren bereitzustellen, mit welchen eine Kostenreduzierung und eine Reduzierung des Platzbedarfs möglich sind und der Durchsatz erhöht werden kann, ohne daß eine spezielle Kammer oder Stufe zur Kühlung eines bearbeiteten Substrates auf eine bestimmte Temperatur erforderlich sind.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ferner darin, eine Bearbeitungsvorrichtung und ein Bearbeitungsverfahren bereitzustellen, welche eine rasche thermische Bearbeitung zulassen, die wirkungsvoll in einer kurzen Zeit ausgeführt werden kann.
  • Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine thermische Bearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, die eine einfachen kostengünstigen Aufbau aufweist und ermöglicht, ein Substrat mit einer gleichmäßigen Temperaturverteilung zu erwärmen.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine thermische Bearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, mit der selbst bei einem großen Substrat eine Zieloberfläche insgesamt mit einer Temperatur mit sehr hoher Gleichmäßigkeit rasch erwärmt oder bearbeitet werden kann.
  • Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Substrattransportvorrichtung bereitzustellen, mit der die Entstehung von Defekten, wie beispielsweise von Fehlern auf einem Substrat, das unmittelbar zuvor einer thermischen Bearbeitung, insbesondere einer raschen thermischen Bearbeitung mit hoher Temperatur, unterzogen wurde, verhindert werden kann.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bearbeitungsverfahren bereitzustellen, mit dem die Entstehung von Defekten, wie beispielsweise von Fehlern auf einem Substrat, verhindert bzw. unterbunden und eine thermische Bearbeitung, insbesondere eine rasche thermische Bearbeitung mit hoher Temperatur, ausgeführt werden kann.
  • Um die oben genannten Aufgaben zu lösen, wird gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung eine Bearbeitungsvorrichtung bereitgestellt, die umfaßt: eine Station zur Aufnahme einer Mehrzahl von Substraten in einem Substrattransportbehälter; einen Bearbeitungsabschnitt, in dem eine Mehrzahl von Prozeßkammern in Mehrfachstufen vorgesehen sind, um einen bestimmten Prozeß auf jeweilige Substrate im Inneren einer hermetisch abdichtbaren Kammer unter Verwendung eines vorbestimmten Prozeßgases durchzuführen; einen Substratanordnungsabschnitt mit Mehrfachstufen, um die Substrate zeitweise zu laden, die in einem mehrfachen mehrstufigen Zustand zwischen der Station und dem Bearbeitungsabschnitt angeordnet sind; einen ersten Transportteil zum Transportieren der Substrate eines nach dem anderen zwischen der Station und dem mehrstufigen Substratanordnungsabschnitt; und einen zweiten Transportteil zum gleichzeitigen Transportieren einer Mehrzahl von Substraten, die in dem mehrstufigen Zustand gehalten werden, zwischen dem mehrstufigen Substratanordnungsabschnitt und dem Bearbeitungsabschnitt.
  • Mit diesem Aufbau kann der erste Transportteil einen beliebigen Substrataufnahmeort im Inneren eines beliebigen Substrattransportbehälters als Zugriffsziel wählen, da immer nur ein Substrat zu einem Zeitpunkt zu und aus der Station transportiert wird. Demgemäß kann ein Wafer rasch und korrekt entnommen und eingefügt werden, selbst wenn die Abstände zwischen den Aufnahmeorten für die Wafer im Inneren des Substrattransportbehälters beschränkt sind. Des weiteren kann, unter der Voraussetzung, daß auch der erste Transportteil Substrate jeweils eines zu einem Zeitpunkt zum mehrstufigen Substratanordnungsabschnitt und von diesem fördern kann, der erste Transportteil auf jede der Stufen des Substratanordnungsabschnitts zugreifen und Substrate zu getrennten Zeitpunkten flexibel dorthin transportieren und von dort entnehmen. Inzwischen kann eine gleichzeitige Einzelwaferbearbeitung bei mehreren Substraten effektiv und korrekt ausgeführt werden, da der zweite Transportteil unbearbeitete oder bearbeitete Substrate zwischen dem Substratanordnungsabschnitt mit Mehrfachstufen und dem Bearbeitungsabschnitt trägt und befördert.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Bearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine thermische Bearbeitungsvorrichtung vorgesehen, die mit einem thermischen Bearbeitungsteil versehen ist, um die Substrate in jeder Prozeßkammer des Bearbeitungsabschnitts thermisch zu bearbeiten; des weiteren kann ebenso bevorzugt sein, eine Vor richtung zur raschen thermischen Bearbeitung bereitzustellen, bei welcher der Bearbeitungsteil als ein Teil für eine rasche thermische Bearbeitung aufgebaut ist.
  • Da eine bevorzugte Ausführungsform als Vorrichtung für eine schnelle thermische Bearbeitung aufgebaut ist, kann der Teil für eine rasche thermische Bearbeitung ein Strahlungsheizelement zur Anwendung von Strahlungswärme beinhalten, das mehr oder weniger senkrecht zur gesamten Oberfläche des Substrates angeordnet ist, wobei das Strahlungsheizelement ein Widerstandselement aufweist, das Joule'sche Wärme erzeugt. Des weiteren wird im Aufbau vorzugsweise ein Temperatursteuerungselement vorgesehen, um während einer Zeitdauer, in der das Substrat in die Prozeßkammer und aus dieser heraus befördert wird, eine im wesentlichen konstante Heiztemperatur für das Substrat beizubehalten.
  • Des weiteren kann im Aufbau an einem Ort, der mit dem ersten Transportteil zugänglich ist, ein Ausrichtungselement vorgesehen sein, das dazu dient, das Substrat mit einer vorbestimmten Ausrichtung anzuordnen. In diesem Fall kann das Ausrichtungselement so aufgebaut sein, daß die Substrate einzeln angeordnet werden können.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführung kann der Substratanordnungsabschnitt mit Mehrfachstufen in der Bearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Mehrzahl von Lade-/Verschlußkammern aufgebaut sein, in welchen die Substrate nacheinander aufgenommen werden. In diesem Fall kann der zweite Transportteil im Inneren der Transportkammer, die mit allen Lade-/Verschlußkammern des Substratanordnungsabschnitts mit Mehrfachstufen und auch mit allen Prozeßkammern des Bearbeitungsabschnitts verbunden ist, vorgesehen sein.
  • Weiter bevorzugt kann der Substratanordnungsabschnitt mit Mehrfachstufen beinhalten: einen mehrstufigen Anordnungsabschnitt für unbearbeitete Substrate, um eine Mehrzahl von in einem mehrstufigen Zustand angeordnete Substrate vorübergehend zu laden, bevor sie im Bearbeitungsabschnitt bearbeitet werden; und einen mehrstufigen Anordnungsabschnitt für bearbeitete Substrate, um eine Mehrzahl von in einem mehrstufigen Zustand angeordnete Substrate, vorübergehend zu laden, nachdem sie im Bearbeitungsabschnitt bearbeitet wurden. Mit einem derartigen Aufbau kann parallel und gleichzeitig ein Transportvorgang von unbearbeiteten und bearbeiteten Wafern ausgeführt werden, wodurch eine Erhöhung des Durchsatzes ermöglicht wird.
  • Des weiteren kann bevorzugt sein, daß der mehrstufige Anordnungsabschnitt für bearbeitete Substrate einen Kühlmechanismus zum Kühlen der Substrate auf eine bestimmte Temperatur umfaßt. Mit einem derartigen Aufbau können bearbeitete Substrate auf eine bestimmte Temperatur abgekühlt werden, während sie in den mehrstufigen Anordnungsabschnitt für bearbeitete Substrate geladen sind. Es ist somit keine spezielle Kühlkammer notwendig, die einen speziellen Raumbedarf erforderlich macht.
  • Des weiteren kann bei der erfindungsgemäßen Verarbeitungsvorrichtung der thermische Bearbeitungsteil umfassen: eine Reaktionsröhre, in der das Substrat aufgenommen und an einer bestimmten Position angeordnet wird; einen ersten Widerstandsheizabschnitt mit einer flachen Form, der dem in der Reaktionsröhre aufgenommenen Substrat im wesentlichen parallel gegenüberliegt; und einen zweiten Widerstandsheizabschnitt mit einer flachen Form am Außenbereich des in der Reaktionsröhre aufgenommenen Substrats, der den ersten Widerstandsheizabschnitt im wesentlichen senkrecht schneidet.
  • In diesem Aufbau ist bei Strahlungswärme nur vom ersten Widerstandsheizabschnitt die Temperatur tendenziell am Endbereich des Substrats in einer bestimmten Richtung niedriger als im mittleren Bereich desselben. Jedoch kann eine ungleichmäßige Temperaturverteilung in dieser Richtung effektiv durch Strahlungswärme vom zweiten Widerstandsheizabschnitt ausgeglichen werden.
  • Bei der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung kann bevorzugt sein, den ersten Widerstandsheizabschnitt auf der vorderen und hinteren Seite des Substrates vorzusehen. Bezüglich der Größe und der Funktion der Vorrichtung kann bevorzugt sein, den zweiten Widerstandsheizabschnitt auf der linken und der rechten Seite in einer seitlichen Richtung, welche eine Längsrichtung senkrecht schneidet, in der das Substrat zur Reaktionskammer und aus dieser transportiert wird, vorzusehen.
  • Um eine gleichmäßigere Temperaturverteilung zu erzielen, kann der erste Widerstandsheizabschnitt vorzugsweise in eine Mehrzahl von Zonen unterteilt sein und der Widerstandsheizvorgang mit einer unabhängigen elektrischen Steuerung jeder Zone ausgeführt werden. Bei der Unterteilung der Zonen kann der erste Widerstandsheizabschnitt vorzugsweise in der Längsrichtung, in der das Substrat zur und von der Reaktionskammer transportiert wird, in eine er ste Zone, welche im wesentlichen die gesamte Fläche oder eine großen Bereich des Substrates überdeckt, und in eine zweite und dritte Zone unterteilt sein, die an der vorderen und hinteren Seite der ersten Zone angeordnet sind. Mit einem derartigen Aufbau kann eine ungleichmäßige Temperaturverteilung in der Längsrichtung ausgeglichen werden.
  • Um die Temperaturverteilung mit dem Widerstandsheizabschnitt gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine elektrische Steuerung genauer einstellen zu können, kann vorzugsweise mit dem zweiten Widerstandsheizabschnitt ein Widerstandsheizvorgang ausgeführt werden, der von der jeweiligen Zone des ersten Widerstandsheizabschnittes unabhängig elektrisch gesteuert ist. Ferner kann der zweite Widerstandsheizabschnitt paarweise links und rechts des Substrats angeordnet sein und es kann ein Widerstandheizvorgang ausgeführt werden, bei dem die Teile unabhängig voneinander elektrisch gesteuert werden.
  • Um die Struktur des Widerstandsheizabschnittes zu vereinfachen, können Widerstandsheizwendelelemente mit einer relativ konstanten Leitung in ebener Bauweise über die gesamte Länge jedes Widerstandsheizabschnittes verteilt sein. Es kann bevorzugt sein, im ersten Widerstandheizabschnitt jeweilige Widerstandsheizelemente so vorzusehen, daß sie sich in der seitlichen Richtung erstrecken, wobei sie die Längsrichtung, in der das Substrat in die Reaktionsröhre eingeführt oder daraus entfernt wird, senkrecht schneiden, und es kann bevorzugt sein, eine Mehrzahl von Widerstandsheizelementen in der Längsrichtung anzuordnen. Es kann bevorzugt sein, im zweiten Widerstandsheizabschnitt jeweilige Widerstandsheizelemente so vorzusehen, daß sie sich in der Längsrichtung erstrecken, in der das Substrat in die Reaktionsröhre eingeführt und daraus entfernt wird, und es kann bevorzugt sein, eine Mehrzahl von Widerstandsheizelementen in einer vertikalen Richtung anzuordnen, welche die Längsrichtung senkrecht schneidet.
  • Des weiteren kann ein Temperaturdetektionselement im Widerstandheizabschnitt oder in jeder Zone vorgesehen sein, um die Genauigkeit der elektrischen Steuerung oder die Temperatursteuerung des Widerstandsheizabschnittes zu erhöhen, indem der Widerstandsheizvorgang durch eine unabhängige elektrische Steuerung durchgeführt wird, um die Heiztemperatur zur jeweiligen elektrischen Steuerung zurück zu koppeln.
  • Des weiteren kann bevorzugt sein, die äußere Seite des ersten und zweiten Widerstandsheizabschnittes mit einem Wärmeisolationselement zu umgeben, um die Heizeffizienz zu erhöhen. Des weiteren kann ein Wärmeverteilungs- bzw. Wärmediffusionselement zwischen dem ersten Widerstandsheizabschnitt und/oder dem zweiten Widerstandsheizabschnitt und der Reaktionsröhre vorgesehen werden.
  • Des weiteren können der erste und zweite Widerstandsheizabschnitt Heizelemente sein, in welchen eine Heizvorrichtung verwendet wird, welche in ein Netz eingeflochtene Kohlenstofffasern im Inneren eines Dichtungselementes umschließt. Das Dichtungselement kann aus Quarzglas oder Aluminium hergestellt sein.
  • Des weiteren kann bei der Bearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung der zweite Transportteil aufweisen: ein Paar von Armabschnitten, die in einem Abstand angeordnet sind, der größer als die Breite des Substrates ist, und die einander im wesentlichen horizontal gegenüberliegen; und eine Mehrzahl von Halteabschnitten, die auf dem Paar von Armabschnitten mit bestimmten Abständen vorgesehen sind und mit einem äußeren Bereich des Substrates in Kontakt sind, um das Substrat zu halten.
  • Mit einem derartigen Aufbau wird das Substrat, das auf den äußeren Bereich seiner Rückseite gelegt ist, durch beide Armabschnitte in einer im wesentlichen horizontalen Weise gehalten. Dadurch kann, selbst in dem Fall, daß ein Kontakt mit dem haltenden Bereich irgendeine Art von Defekt auf der Oberfläche hervorruft, die Erzeugung von Defekten auf den äußeren Bereich des Substrates beschränkt werden. Damit kann eine Verringerung der Produktionsausbeute verhindert werden.
  • Der Halteabschnitt kann vorzugsweise so strukturiert sein, daß er sich vom Armabschnitt zu einer inneren Seite in der Richtung der Breite erstreckt. Mit einem derartigen Aufbau kann eine besonders dünne Armstruktur erhalten werden. Des weiteren kann der Halteabschnitt als ein Klauenartiges Element ausgebildet sein, das vom Armabschnitt zur inneren Seite in der Richtung der Breite vorragt. Bevorzugter ist es als ein planares Teil ausgebildet, das dort am Armabschnitt befestigt ist, wo eine ebene Oberfläche desselben senkrecht angeordnet ist. Mit einem derartigen Aufbau kann die Fläche, die mit dem Substrat in Kontakt steht, reduziert werden, während dennoch eine ausreichende Stärke des Halteabschnitts erzielt wird.
  • Der Halteabschnitt weist eine obere Fläche auf, die die Rückseite des Substrats kontaktiert. Eine bevorzugte Struktur der oberen Fläche des Halteabschnitts kann eine Struktur sein, die von einem proximalen Endabschnitt in Richtung des Armabschnitts zu einem distalen Endabschnitt abwärts geneigt ist und bevorzugter kann die abwärts geneigte Oberfläche eine ebene vorragende Abrundung aufweisen. Mit einem derartigen Aufbau kann ein linearer Kontakt mit dem Substrat verträglich erzielt werden, was die Entstehung von Defekten, wie beispielsweise von Sprüngen, erschwert.
  • Obwohl die Anzahl von Halteabschnitten beliebig gewählt werden kann, wird bevorzugt, aus Gründen der Kosteneffizienz zwei Halteabschnitte auf jedem Arm vorzusehen. Das Material des Halteabschnitts kann vorzugsweise ein Material mit einem thermischen Widerstand, beispielsweise Quarz, sein.
  • Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Bearbeitungsverfahren vorgesehen, das umfaßt: einen ersten Schritt eines Anordnens einer Mehrzahl von unbearbeiteten Substraten in einer bestimmten Station; einen zweiten Schritt eines separaten Transportierens einer Mehrzahl unbearbeiteter Substrate von der Station zu einer Mehrzahl von Substratanordnungsbereichen, die als Mehrfachstufen aufgebaut sind; einen dritten Schritt eines vorübergehenden Ladens einer Mehrzahl unbearbeiteter Substrate in die mehrstufigen Substratanordnungsbereiche; einen vierten Schritt eines gleichzeitigen Transportierens einer Mehrzahl unbearbeiteter Substrate von der mehrstufigen Substratanordnungsfläche zu einer Mehrzahl von Kammern, die als Mehrfachstufen aufgebaut sind; einen fünften Schritt eines gleichzeitigen Anwendens eines bestimmten Prozesses auf die Mehrzahl von Substraten im Inneren jeder der Mehrzahl von Kammern unter Verwendung eines vorbestimmten Prozeßgases; einen sechsten Schritt eines gleichzeitigen Herausnehmens und Transportierens einer Mehrzahl bearbeiteter Substrate aus der Mehrzahl von Kammern des mehrstufigen Substratanordnungsbereiches; einen siebten Schritt eines vorübergehenden Ladens einer Mehrzahl bearbeiteter Substrate in den mehrstufigen Substratanordnungsbereich; und einen achten Schritt eines separaten Transportierens einer Mehrzahl bearbeiteter Substrate vom mehrstufigen Substratanordnungsbereich zur Station.
  • Beim erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahren können die Substrate im fünften Schritt in der Mehrzahl von Kammern vorzugsweise gleichzeitig thermisch bearbeitet werden. Noch bevorzugter ist es, eine schnelle thermische Bearbeitung des Substrats in einer kurzen Zeit auszuführen. Des weiteren kann im sechsten Schritt während einer Zeitdauer vom Einführen des Substrats in die jeweilige Kammer bis zum Herausnehmen des Substrats die Heiztempe ratur des Substrats im Inneren der Prozeßkammer auf einer im wesentlichen konstanten Temperatur gehalten werden.
  • Des weiteren können als eine bevorzugte Ausführung eine Mehrzahl von Gruppen mehrstufiger Substratanordnungsbereiche vorgesehen werden, wobei eine Gruppe unbearbeiteter Substrate in eine erste Gruppe mehrstufiger Substratanordnungsbereiche geladen wird, während eine andere Gruppe bearbeiteter Substrate in eine zweite Gruppe von Substratanordnungsbereichen geladen wird. In diesem Fall kann die zweite Gruppe mehrstufiger Substratanordnungsbereiche auch als eine Kühlkammer oder -stufe zum Kühlen mehrerer bearbeiteter Substrate der zweiten Gruppe mehrstufiger Substratanordnungsbereiche auf eine bestimmte Temperatur verwendet werden.
  • Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein thermisches Bearbeitungsverfahren vorgesehen, das umfaßt: einen ersten Schritt eines Haltens des Innenraums einer Reaktionsröhre auf einer vorbestimmten Temperatur; einen zweiten Schritt eines Transportierens eines Substrats in die Reaktionsröhre bei der vorbestimmten Temperatur unter Verwendung einer Substrattransportvorrichtung, die ein Substrat in einem im wesentlichen horizontalen Zustand hält und transportiert, wobei die Substrattransportvorrichtung ein Paar von Armabschnitten, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der größer ist, als die Breite des Substrates, und die sich im wesentlichen horizontal gegenüberliegen, und eine Mehrzahl von Halteabschnitten aufweist, die am Paar von Armen in bestimmten Abständen vorgesehen sind und mit einem äußeren Bereich des Substrates in Kontakt stehen, um das Substrat zu halten; einen dritten Schritt eines Anwendens eines bestimmten thermischen Prozesses auf eine Zielprozeßoberfläche des Substrates durch Zuführen eines bestimmten Prozeßgases in die Reaktionsröhre, während der Innenraum der Reaktionsröhre abgepumpt wird; einen vierten Schritt eines Entnehmens des Substrats aus der Reaktionsröhre mit der Substrattransportvorrichtung nachdem eine bestimmte Prozeßzeit verstrichen ist; und einen fünften Schritt eine Kühlens des entnommenen Substrats auf eine bestimmte Temperatur in einem Kühlabschnitt, der außerhalb der Reaktionsröhre eingerichtet ist. Beim thermischen Bearbeitungsverfahren wird der Innenraum der Reaktionsröhre vorzugsweise vom Anfang bis zum Ende des dritten Schrittes auf einer bestimmten Temperatur gehalten.
  • Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine thermische Bearbeitungsvorrichtung vorgesehen, welche umfaßt: eine Reaktionsröhre, in der ein Substrat an einer vorgeschriebenen Position aufgenommen und angeordnet ist; einen ersten Widerstandsheizabschnitt, der eine ebene Form aufweist und dem in der Reaktionsröhre aufgenommenen Substrat im wesentlichem parallel gegenüber liegt; einen zweiten Widerstandsheizabschnitt, der eine ebene Form aufweist und an einem Außenbereich des in der Reaktionsröhre angeordneten Substrates angeordnet ist und den ersten Widerstandsheizabschnitt im wesentlichen senkrecht schneidet; ein Wärmeverteilungselement, das zwischen der Reaktionsröhre und dem ersten/zweiten Widerstandsheizabschnitt so vorgesehen ist, daß die Wärme, die in dem ersten/zweiten Widerstandsheizabschnitt erzeugt wird, im Inneren der Reaktionsröhre gleichmäßig verteilt wird; und ein Wärmeisolationselement, das so vorgesehen ist, daß es den ersten/zweiten Widerstandsheizabschnitt umgibt. Bei der thermischen Bearbeitungsvorrichtung wird bevorzugt, eine Temperaturdetektionseinheit vorzusehen, um die Temperatur in jeder Zone des ersten/zweiten Widerstandsheizabschnitts zu einer elektrischen Steuerung für die jeweilige Zone zurück zu koppeln.
  • Des weiteren wird gemäß eines anderen Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung eine Substrattransportvorrichtung vorgesehen, die ein Substrat in einem im wesentlichen horizontalen Zustand hält und transportiert, wobei die Substrattransportvorrichtung umfaßt: ein Paar von Armabschnitten, die mit einem Abstand angeordnet sind, der größer als die Breite des Substrats ist, und die einander im wesentlichen horizontal gegenüberliegen; und eine Mehrzahl von Halteabschnitten, die an dem Paar von Armabschnitten mit bestimmten Abständen vorgesehen sind und mit einem äußeren Bereich des Substrats in Berührung stehen, um das Substrat zu halten.
  • Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung verständlich, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen zu betrachten ist.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine teilweise Querschnittansicht, die den gesamten Aufbau einer Bearbeitungsvorrichtung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 ist eine Draufsicht auf den gesamten Aufbau einer Bearbeitungsvorrichtung gemäß einer Ausführung;
  • 3 ist eine Draufsicht auf die Zangenstruktur eines Transportarms eines Transfermoduls gemäß einer Ausführung;
  • 4 ist eine teilweise perspektivische Ansicht, die eine Struktur eines wesentlichen Abschnitts von Zangen eines Transportarms eines Transfermoduls gemäß einer Ausführung zeigt;
  • 5 ist eine vergrößerte Seitenansicht, die den Aufbau eines Klauenabschnitts von Zangen eines Transportarms gemäß einer Ausführung zeigt;
  • 6 ist eine schematische perspektivische Explosionsansicht, die den Aufbau einer Widerstandsheizvorrichtung in einer Prozeßkammer gemäß einer Ausführung zeigt;
  • 7 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die den Aufbau (Anordnung) einer Widerstandsheizvorrichtung gemäß einer Ausführung zeigt;
  • 8 ist eine Querschnittansicht, die detailliert den Aufbau einer Widerstandsheizvomchtung gemäß einer Ausführung zeigt;
  • 9 ist eine Querschnittansicht, die detailliert den Aufbau einer Widerstandsheizvorrichtung gemäß einer Ausführung zeigt;
  • 10 ist eine Ansicht, die einen Schaltungsaufbau eines Ladungssteuerungsabschnitts einer Widerstandsheizvorrichtung gemäß einer Ausführung zeigt;
  • 11 ist eine Draufsicht auf den Aufbau einer Reaktionsröhre einer Prozeßkammer gemäß einer Ausführung;
  • 12 ist eine Querschnittansicht, die den Aufbau einer Reaktionsröhre gemäß einer Ausführung zeigt;
  • 13 ist eine Rückansicht, die den Aufbau einer Reaktionsröhre gemäß einer Ausführung zeigt;
  • 14 ist eine Querschnittansicht, die den Aufbau einer Reaktionsröhre gemäß einer Ausführung zeigt;
  • 15 ist eine Querschnittansicht, die den Aufbau einer Reaktionsröhre gemäß einer Ausführung zeigt;
  • 16 ist eine Querschnittansicht, die den Aufbau einer Reaktionsröhre gemäß einer Ausführung zeigt;
  • 17 ist eine Querschnittansicht, die den Aufbau eines Teils eines Sperrschiebers gemäß einer Ausführung zeigt;
  • 18 ist eine Querschnittansicht, die den Aufbau einer herkömmlichen thermischen Bearbeitungsvorrichtung zeigt;
  • 19A und 19B sind Seitenansichten eines Widerstandsheizelements, das in einer herkömmlichen thermischen Bearbeitungsvorrichtung verwendet wird; und
  • 20 ist eine Draufsicht auf den Aufbau eines Substrathalteabschnitts einer herkömmlichen Substrattransportvorrichtung.
  • Beste Möglichkeit, die Erfindung auszuführen
  • Im folgenden wird eine Beschreibung von Ausführungen der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen angegeben. Man beachte, daß in allen Zeichnungen gleich Komponenten mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden.
  • 1 und 2 zeigen einen Gesamtaufbau einer Bearbeitungsvorrichtung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Die Bearbeitungsvorrichtung ist eine thermische Bearbeitungsvorrichtung, mit der eine thermische Bearbeitung (z. B. eine Oxidation, Diffusion, ein Tempern, eine thermische CVD (Chemische Gasphasenabscheidung)) mit einem schnellen thermischen Bearbeitungsverfahren in einem Herstellungsprozeß beispielsweise einer Halbleitervorrichtung oder einer LCD durchgeführt werden kann.
  • Die Bearbeitungsvorrichtung beinhaltet fünf Abschnitte, die aus einer Kassettenstation 10, einem Lade-/Entladeabschnitt 12, einem Lade-/Verschlußmodul 14, einem Transfermodul 16 und einem Prozeßmodul 18 gebildet werden.
  • Die Kassettenstation 10 ist mit einem oder mehreren Kassettenstapelträgern 20 versehen, die in einer horizontalen Richtung, beispielsweise in der Y-Richtung, ausgerichtet sind. Eine Kassette (oder ein Träger) CR wird auf jedem Kassettenstapelträger 20 gestapelt. Die Kassette CR ist zur Aufnahme von Substraten (z.B. von Halbleiterwafern W) in einer horizontalen Position in einer Weise aufgebaut, daß die Substrate mit bestimmten Abständen mehrstufig in einer vertikalen Richtung angeordnet sind, wobei somit möglich ist, die Substrate beliebig in eine Öffnung in einer Seitenfläche oder aus dieser heraus zu befördern. Beispielsweise kann ein bedienerloses Transportfahrzeug (nicht gezeigt), wie beispielsweise ein AGV (automatisch geführtes Fahrzeug) oder ein RGV (schienengeführtes Fahrzeug) auf die Kassettenstation 10 zugreifen und die Kassette CR, in der ein unbearbeiteter Halbleiterwafer W aufgenommen ist, kann in einen bestimmten Kassettenstapelträger 20 gesetzt werden. Ebenso kann die Kassette CR, in der ein bearbeiteter Halbleiterwafer W aufgenommen ist, von einem bestimmten Kassettenstapelträger 20 weg befördert werden.
  • Der Lade-/Entladeabschnitt 12 umfaßt einen Wafertransportmechanismus 22, um die Halbleiterwafer W nacheinander zwischen der Kassettenstation 10 und dem Lade-/Verschlußmodul 14 zu transportieren. Der Wafertransportmechanismus 22 umfaßt ein Transportteil 24, das in einer Richtung der Kassettenstation 10 (Y-Richtung) bewegbar ist, in der die Kassetten ausgerichtet sind, und einen Transportarm 26, der auf dem Transportteil 24 angeordnet und in die Z-, θ- und X-Richtung bewegbar ist. Der Transportarm 26 ist dazu geeignet, auf die Vorderseite einer gewünschten Kassette CR in einer gewünschten Höhe zuzugreifen und dann einen einzelnen Halbleiterwafer W aus der entsprechenden Position in der Kassette CR, in der der Wafer aufgenommen ist, herauszunehmen oder einen einzelnen Halbleiterwafer W in eine entsprechende Position zur Aufnahme des Wafers einzufügen.
  • Ein Lade-/Verschlußmodul 14 weist zwei Gruppen mehrerer (beispielsweise ein Paar) Lade-Nerschlußkammern (28H, 28L), (30H, 30L) auf, die links und rechts als Mehrfachstufen in einer vertikalen Richtung übereinander angeordnet sind. Insbesondere dient ein Paar von Lade-Nerschlußkammern 28H, 28L, die vertikal als Mehrfachstufen aufgebaut sind und sich vom Lade-/Entladeabschnitt 12 gesehen auf der linken Seite befinden, als mehrstufiger Anordnungsabschnitt für unbearbeitete Substrate, um vorübergehend unbearbeitete Halbleiterwafer W darin zu laden. Des weiteren dient ein Paar von Lade-/Verschlußkammern 30H, 30L, die vertikal als Mehrfachstufen aufgebaut sind und sich auf der rechten Seite befinden, als mehrstufiger Anordnungsabschnitt für bearbeitete Substrate, um vorübergehend bearbeitete Halbleiterwafer W darin zu laden. Bei dieser Ausführung dienen die Lade-/Verschlußkammern 30H, 30L des mehrstufigen Anordnungsabschnitts für bearbeitete Substrate auch als Kühlkammern oder -stufen zum Kühlen der bearbeiteten Halbleiterwafer auf eine bestimmte Temperatur.
  • Ein Waferplatzierungsabschnitt, der aus mehreren Haltestiften gebildet ist (z.B. drei Stifte) ist im Inneren jeder Lade- Verschlußkammer 28H, 28L, 30H, 30L vorgesehen. Des weiteren ist eine Vakuumpumpe (nicht gezeigt) oder ein Versorgungsabschnitt für Edelgas (nicht gezeigt) mit jeder Lade-/Verschlußkammer verbunden, um eine Vakuum- oder Edelgasatmosphäre in der Kammer zu erzeugen. Die Lade-/Verschlußkammern 30H, 30L des mehrstufigen Anord nungsabschnitts für bearbeitete Substrate, die auch als Kühlkammer dienen, können auch mit einem Kühlmechanismus (nicht gezeigt) mit Wasser- oder Luftkühlung versehen sein.
  • In den Lade-/Verschlußkammern 28H, 28L des mehrstufigen Anordnungsabschnitts für die unbearbeiteten Substrate ist eine Öffnung mit einer verriegelbaren Tür 34 in der dem Lade-/Entladeabschnitt 12 gegenüberliegenden Seitenfläche vorgesehen, die einen Eingang bildet (ein Wafertransporteingang). Des weiteren verbindet eine dazwischen liegende Öffnung das Transfermodul 16 und den Absperrschieber 36, die einen Ausgang (Wafertransportausgang) bildet. Der Wafertransportmechanismus 22 des Lade-/Entladeabschnitts 12 transportiert unbearbeitete Wafer W mit einem getrennten zeitlichen Ablauf nacheinander in die Lade-/Verschlußkammern 28H, 28L.
  • In den Lade-/Verschlußkammern 30H, 30L des mehrstufigen Anordnungsabschnitts für die bearbeiteten Substrate ist eine Öffnung mit einer verriegelbaren Tür 34 in der dem Lade-/Entladeabschnitt 12 gegenüberliegenden Seitenfläche vorgesehen, die einen Ausgang bildet (Wafertransportausgang). Des weiteren verbindet eine dazwischen liegende Öffnung das Transfermodul 16 und den Absperrschieber 36, die einen Eingang bildet (Wafertransporteingang). Der Wafertransportmechanismus 22 des Lade-/Entladeabschnitts 12 befördert bearbeitete Wafer W mit einem getrennten zeitlichen Ablauf nacheinander aus den Lade-Nerschlußkammern 30H, 30L.
  • Eine Ausrichtungseinheit 38, die mit dem Wafertransportmechanismus 22 des Lade-/Entladeabschnitts 12 zugänglich ist, befindet sich neben den Lade-/Verschlußkammern 28H, 28L, 30H, 30L. Ein Ausrichtungsmechanismus (nicht gezeigt) ist im Inneren der Ausrichtungseinheit 38 vorgesehen, um eine Aussparung oder eine Orientierungsfläche des Halbleiterwafers W in eine bestimmte Richtung auszurichten.
  • Das Transfermodul 16 beinhaltet eine zylindrische Transportkammer 40 mit einer geschlossenen oberen Oberfläche und einer geschlossenen unteren Oberfläche. Ein Transportarm 42, der drehbar und daher zurückziehbar oder erstreckbar ist, ist im Inneren der Transportkammer 40 angeordnet. Der Transportarm 42 weist Zangen 44H, 44L auf, die in Paaren oder in zwei vertikalen Stufen angeordnet sind, in welchen sich die Zangen 44H, 44L parallel zueinander in einer bestimmten Höhe horizontal bewegen. Zwei Halbleiterwafer W werden durch die Zangen 44H, 44L in zwei vertikalen Stufen gehalten und gleichzeitig parallel transportiert. Eine Maschinenkammer 46, in der ein Antriebsmotor zum Antreiben des Transportarms 42 aufgenommen ist, ist unter der Transportkammer 40 angeordnet.
  • Auf der Seitenfläche der Transportkammer 40 sind Öffnungen zur Verbindung mit den Lade-/Verschlußkammern 28H, 28L, 30H, 30L über die Absperrschieber 36 und Öffnungen zur Verbindung mit den Prozeßkammern 50H, 54L des Prozeßmoduls 18 (im folgenden beschrieben) über die Absperrschieber 52 vorgesehen.
  • Für die Transportkammer 40 wird ein hermetisch abdichtbarer Aufbau bevorzugt und ebenso wird bevorzugt, die Transportkammer 40 mit einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt) oder einem Zufuhrabschnitt für Edelgas (nicht gezeigt) zu verbinden, um eine Vakuum- oder Edelgasatmosphäre in der Kammer zu erzeugen.
  • 3, 4 und 5 zeigen einen Aufbau der Zangen 44 (44H, 44L) des Transportarms, der in der Transportkammer 40 vorgesehen ist. Die Zangen 44 umfassen einen Y-förmigen Basisabschnitt 46, der sich in einer horizontalen Richtung erstreckt, ein Paar röhrenförmiger Abschnitte 48, 48, die sich von einem Paar distaler Endabschnitte des Basisabschnitts 46 parallel und horizontal erstrecken, und eine Mehrzahl von Klauenabschnitten 50, die sich mit einem bestimmten Abstand von einem Mittelabschnitt beider Armabschnitte 48, 48 zu einem distalen Endabschnitt beider Armabschnitte 48, 48 so erstrecken, daß sie mehr oder weniger horizontal vorragen, um einen Wafer halten zu können. Jeder Teil der Zangen 44, 46, 48, 50 ist aus einem stark hitzebeständigen Material, wie beispielsweise Quarzglas, hergestellt.
  • Jeder der Klauenabschnitte 50 ist als ein planares Teil mit einer Dicke d (z. B. etwa 0,8 mm) ausgebildet und ist an den Armabschnitt 48 so angeschweißt, daß eine Tischoberfläche desselben senkrecht ausgerichtet ist. Eine obere Oberfläche des Klauenabschnitts 50 mit einer im wesentlichen eben vorragenden Abrundung ist von einem proximalen Endabschnitt zu einem distalen Endabschnitt abwärts abgeschrägt. Ein Kontaktabschnitt 50a befindet sich in einem mittleren Abschnitt der abgeschrägten abgerundeten Fläche. Wie in 4 und 5 gezeigt ist, ist ein äußerer Bereich des Halbleiterwafers W horizontal auf dem Kontaktabschnitt 50a jedes Klauenabschnitts 50 so angeordnet, daß ein im wesentlichen linearer Kontakt erfolgt.
  • Der Transferarm 42 transferiert den Halbleiterwafer W, indem der Halbleiterwafer W zwischen beiden Armabschnitten 48, 48 der Zangen 44 gehalten wird. In diesem Zustand befindet sich der Halbleiterwafer in Kontakt mit den Klauenabschnitten 50 im äußeren Bereich des Wafers (d.h. im ausgeschlossenen peripheren Bereich). Entsprechend kann eine Verursachung von Kristalldefekten, wie z. B. vom Sprüngen vermieden werden, wenn der Halbleiterwafer W beispielsweise unmittelbar, nachdem er einer eventuellen thermischen Bearbeitung bei hoher Temperatur von 1000°C oder mehr unterzogen wurde, aus dem Prozeßmodul 18 entnommen wird (im folgenden beschrieben).
  • Im Prozeßmodul 18 ist jede Prozeßkammer 54 (54H, 54L) als ein thermischer Bearbeitungsabschnitt für ein rasches Heizen aufgebaut. Jede Prozeßkammer 54 (54H, 54L) kann beispielsweise ein Behälter-artiges Gehäuse 56 aufweisen, das als ein rechteckiger massiver Körper ausgebildet ist, wobei das Gehäuse 56 eine Reaktionsröhre 58 und eine darin installierte Widerstandsheizvorrichtung 60 umfaßt. Die Reaktionsröhre 58 ist aus Quarz hergestellt.
  • 6 und 7 zeigen schematisch den Aufbau der Widerstandsheizvorrichtung 60 in der Prozeßkammer 54. Die Widerstandsheizvorrichtung 60 weist bei dieser Ausführung einen oberen Widerstandsheizabschnitt 62, einen unteren Widerstandsheizabschnitt 64, einen linken Widerstandsheizabschnitt 66 und einen rechten Widerstandsheizabschnitt 68 mit einer flachen Form auf, die sich nebeneinander und gegenüber an der oberen, unteren, linken bzw. rechten Oberfläche der Reaktionsröhre 58 befinden, die eine flache und im wesentlichen hexahedrale Form aufweist. Jeder der ebenen Widerstandsheizabschnitte 62–68 erzeugt durch Joule'sche Wärme Strahlungswärme und erwärmt den Halbleiterwafer W in der Reaktionsröhre 58. Man beachte, daß beispielsweise eine Wärmeverteilungs- oder Wärmediffusionsplatte (nicht gezeigt) aus hoch reinem Siliziumcarbit (SiC) vor der Wärme abstrahlenden Oberfläche jedes ebenen Widerstandsheizabschnitts 62–68 vorgesehen sein kann.
  • Der obere Widerstandsheizabschnitt 62 und der untere Widerstandsheizabschnitt 64 sind von der Eingangsseite der Kammer gesehen jeweils in einer Längsrichtung (X-Richtung) in eine Mehrzahl von Zonen, beispielsweise die vordere Zone 62a, 64a, die mittlere Zone 62b, 64b und die hintere Zone 62c, 64c unterteilt. Damit wird ermöglicht, daß jede Zone unabhängig elektrisch gesteuert werden kann. Unter den drei Zonen ist die mittlere Zone 62b, 64b so angeordnet, daß sie im wesentlichen die gesamte Fläche des Halbleiterwafers W, der in der Reaktionsröhre 58 aufgenommen ist, überdeckt, und die vordere Zone 62a, 64a und die hintere Zone 62c, 64c sind so angeordnet, daß sie den vorderen und hinteren Abschnitt des Halblei terwafers W überdecken. Der linke Oberflächenwiderstandsheizabschnitt 66 und rechte Oberflächenwiderstandsheizabschnitt 68 werden als einzelne Seitenzonen betrieben.
  • Mit einem derartigen Aufbau führen die mittleren Zonen 62b, 64b des oberen Widerstandsheizabschnitts 62 und unteren Widerstandsheizabschnitts 64 der gesamten Oberfläche des Halbleiterwafers W im Inneren der Reaktionsröhre 58 Strahlungswärme mehr oder weniger vertikal zu. Dennoch ist die Temperatur im äußeren Bereich des Halbleiterwafers W tendenziell relativ niedriger als im mittleren Bereich und es kann keine einheitliche Temperaturverteilung über den gesamten Halbleiterwafer W erzielt werden, wenn nur die mittlere Zonen 62b, 64b zum Heizen verwendet werden.
  • Bei dieser Ausführungsform wird der äußere Bereich des Wafers in der Längsrichtung (X-Richtung) mit Strahlungswärme von der vorderen Zone 62a, 64 und hinteren Zone 62c, 64c des oberen Widerstandsheizabschnitts 62 und unteren Widerstandsheizabschnitts 64 versorgt. Des weiteren wird der äußere Bereich des Wafers in der seitlichen Querrichtung (Y-Richtung) mit Strahlungswärme vom Widerstandsheizabschnitt 66 für die linke Oberfläche und Widerstandsheizabschnitt 68 für die rechte Oberfläche versorgt. Entsprechend kann die Temperaturungleichmäßigkeit, die daraus resultiert, dass lediglich die mittlere Zone 62b, 64b erwärmt wird, effektiv ausgeglichen werden und Wärme kann gleichmäßig über den gesamten Wafer verteilt werden.
  • Insbesondere sind der Widerstandsheizabschnitt 66 für die linke Oberfläche und Widerstandsheizabschnitt 68 für die rechte Oberfläche auf der linken bzw. der rechten Seite vorgesehen, um als ebene Widerstandsheizabschnitte zu dienen, die die Waferebene des Halbleiterwafers W senkrecht schneiden. Entsprechend ist nur ein minimaler Raumbedarf erforderlich und es wird mit hoher Genauigkeit die gewünschte Temperatur gleichmäßig erzielt, ohne die Größe der Prozeßkammer 54 erhöhen zu müssen, und ohne daß die Aufnahme mit zunehmendem Durchmesser der Halbleiterwafer vergrößert werden muß.
  • 8 und 9 zeigen einen speziellen Aufbau der Widerstandsheizvorrichtung 60 gemäß einer Ausführung. Bei dieser Ausführung ist ein Wärmeisolationselement 70 (das beispielsweise aus einem keramischen Material hergestellt ist) zwischen dem Gehäuse 56 (das beispielsweise aus nicht rostendem Stahl hergestellt ist) und jedem flachen Widerstandsheizabschnitt 62, 64, 66, 68 der Widerstandsheizvorrichtung 60 angeordnet. Jeder flache Wider standsheizabschnitt 62, 64, 66, 68 weist mehrere Widerstandsheizwendelelemente PE auf, die auf einer Oberfläche desselben (in einer zweidimensionalen Richtung) angeordnet sind. Das Widerstandsheizelement PE ist beispielsweise aus einem Kernstab (Kern) hergestellt, um den beispielsweise ein Widerstandsheizdraht aus Molybdendisilizid (MoSi2) oder ein Widerstandsheizdraht beispielsweise aus Kanthal (Markenname, es handelt sich dabei um einen Draht aus einer Legierung aus Eisen (Fe), Chrom (Cr) und Aluminium (Al)) mit einer gleichmäßigen Steigung oder Leitung gewickelt ist.
  • Insbesondere sind im Widerstandsheizabschnitt der oberen Oberfläche und dem Widerstandsheizabschnitt 64 der unteren Oberfläche Widerstandsheizelemente RE vorgesehen, die sich in einer seitlichen Querrichtung (Y-Richtung) erstrecken, und es sind mehrere Widerstandsheizelemente RE in einer Längsrichtung (Z-Richtung) angeordnet. Des weiteren sind im Widerstandsheizabschnitt 66 der linken Oberfläche und im Widerstandsheizabschnitt 68 der rechten Oberfläche Widerstandsheizelemente RE vorgesehen, die sich in einer Längsrichtung (X-Richtung) von einem Ende zum anderen Ende des Widerstandsabschnitts 62 der oberen Oberfläche und des Widerstandsheizabschnitts 64 der unteren Oberfläche erstrecken, und Widerstandsheizelemente RE sind in einer vertikalen Richtung (Z-Richtung) so angeordnet, daß sie den Raum zwischen dem Widerstandsheizelement 62 für die obere Oberfläche und dem Widerstandsheizelement 64 für die untere Oberfläche ausfüllen.
  • In jeder Zone 62a, 62b, 62c, 64a, 64b, 64c, 66 und 68 können alle Widerstandsheizelemente RE elektrisch in Reihe verbunden sein. In den verschiedenen Zonen können die Widerstandsheizelemente RE im Prinzip elektrisch getrennt oder parallel verbunden sein. Dennoch können die vordere Zone 62a, die mittlere Zone 62b und die hintere Zone 62c des Widerstandsheizabschnitts 62 für die obere Oberfläche in Reihe mit der gegenüberliegend angeordneten vorderen Zone 64, mittleren Zone 64b und hinteren Zone 64c des Widerstandsheizabschnitts für die untere Oberfläche 64 verbunden sein. Des weiteren können der Widerstandsheizabschnitt 66 für die linke Oberfläche und der gegenüberliegende Widerstandsheizabschnitt für die rechte Oberfläche 68 in Reihe verbunden sein, so daß sie derselben elektrischen Steuerung unterliegen. Alternativ kann bevorzugt sein, beide Widerstandsheizabschnitte 66, 68 getrennt oder parallel anzuschließen, um jedes unabhängig elektrisch zu steuern.
  • Um die Heiztemperatur zu einer Temperatursteuerungsschaltung rückzukoppeln, ist in jeder Zone, in der eine unabhängige elektrische Steuerung durchgeführt wird, ein Temperatursensor, wie beispielsweise ein Thermoelement TC befestigt. Bei dieser Ausführung sind Thermoelemente TCa, TCb und TCc jeweils in den vorderen Zonen (62a, 64a), mittleren Zonen (62b, 64b) und hinteren Zonen (62c, 64c) angebracht, und Thermoelemente TCL und TCR sind jeweils in der linken und rechten Zone 66 bzw. 68 angebracht.
  • In den 8 und 9 ist eine Mündung (Öffnung) 56a an der vorderen Oberfläche des Gehäuses 56 ausgebildet (von der Transferkammer 40 aus gesehen), um den Halbleiterwafer W in die Öffnung 56a und aus dieser heraus befördern zu können. Des weiteren sind in der hinteren Oberfläche des Gehäuses 56 Durchgangsöffnungen 56b und 56c, damit ein durch diese hindurch gehender Versorgungsschlauch 80 für Prozessgas und ein Abluftschlauch 90 (im nachfolgenden beschrieben, siehe 11 bis 13) mit der Reaktionsröhre 58 verbunden werden kann, und Durchgangsöffnungen 56d und 56e zur Durchführung der jeweiligen an der Reaktionsröhre 58 angebrachten Thermoelemente TCd, TCe, TCf TCg (siehe 11, 12, 13 und 14) ausgebildet.
  • Bei der Widerstandsheizvorrichtung 60 dieser Ausführung können die Widerstandsheizelemente, die in den jeweiligen Bereichen 62, 64, 66 und 68 angeordnet sind, denselben Standart aufweisen oder von derselben Ausführungsart sein, da eine gleichmäßige Wärmeverteilung in der seitlichen Richtung (Y-Richtung) dadurch erreicht wird, daß die Widerstandsheizabschnitte 66, 68 links und rechts des Widerstandsheizabschnitts 62 für die obere Oberfläche bzw. des Widerstandsheizabschnitts 64 für die untere Oberfläche angeordnet sind. Insbesondere reduziert das Ausbilden aller Widerstandsheizwendelelemente RE mit einer einheitlichen Leitung, wie bei dieser Ausführung, nicht nur die Herstellungskosten, sondern erfordert auch keine Anpassung zwischen den dichten und dünnen Bereichen der Leitungen. Daher wird die elektrische Steuerung einfacher. Dennoch können je nach Bedarf die Widerstandsheizwendelelemente in einer bestimmten Zone eine Leitung aufweisen, die mit einer geeigneten niedrigeren oder höheren Wicklungsdichte ausgebildet ist.
  • Ein beispielhafter Aufbau eines elektrischen Steuerungssystems der Widerstandsheizvorrichtung 60 ist in 10 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform sind getrennte Temperaturregelungsschaltungen, wie beispielsweise SSRs (Festkörperrelay) 72a, 72b, 72c; 74 und 76 an den vorderen Zonen 62a, 64a, mittleren Zonen 62b, 64b, hinteren Zonen 62c, 64c, der linken Sei tenzone 66 bzw. rechten Seitenzone 68 vorgesehen. Durch An- bzw. Ausschalten der jeweiligen SSRs wird mit der Steuerung durch die Steuerungsschaltung 78 von der AC Stromversorgung 80 Strom zu jeder Zone zugeführt. Die Temperaturen der Zonen (62a, 64a), (62b, 64b), (62c, 64c), 66 und 68 werden über die Thermoelemente TCa, TCb, TCc, TCL bzw. TCR rückgekoppelt und jedes SSR 72a, 72b, 72c, 74 und 76 wird zur Anpassung an jeweilige vorbestimmte Werte an- und ausgeschaltet. Unterdessen werden bestimmte Signale oder Daten, die die elektrische Steuerung des Widerstandsheizelementes 60 betreffen, zwischen der Steuerungsschaltung 78 und einem Hauptcontroller (nicht gezeigt) ausgetauscht.
  • Wie oben beschrieben, sind bei dieser Ausführung das Widerstandsheizelement 62 für die obere Oberfläche und das Widerstandsheizelement 64 für die untere Oberfläche der Prozeßkammer 54 in der Längsrichtung (X-Richtung) in drei Zonen unterteilt, die aus den vorderen Zonen (62a, 64a), mittleren Zonen (62b, 64b) und hinteren Zonen (62c, 64c) gebildet werden. Jedoch kann die Unterteilung in einer anderen geeigneten Weise vorgenommen werden. Die Abschnitte können in zwei Hälften oder in vier oder mehr Zonen oder können in der seitlichen Richtung (Y-Richtung) unterteilt werden. Des weiteren kann je nach Bedarf auf den Widerstandsheizabschnitt 62 für die obere Oberfläche oder Widerstandsheizabschnitt 64 für die untere Oberfläche verzichtet werden. Auch die Unterteilung des Widerstandsheizabschnitts 66 für die linke Oberfläche und Widerstandsheizabschnitts 64 für die untere Oberfläche kann in geeigneter Weise vorgenommen werden.
  • Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann ein im Inneren einer Quarzsäule versiegeltes Heizelement mit einer Kohlenstofffaser anstelle des Widerstandsheizwendelelementes verwendet werden. Ein derartiges Heizelement ist beispielsweise in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 2000-21890 offenbart, in der das Heizelement durch Verweben mehrerer Bündel gebündelter Kohlenstofffasern in eine drahtartige oder bandartige Form und Einschließen des Kohlefaserbündels in einer versiegelten Komponente aus Quarzglas oder Aluminium hergestellt wird. Sauerstofffreies Gas wird in den Raum der versiegelten Komponente eingeführt. Durch Verweben des Kohlefaserbündels wird im Kohlefaserbündel ein aufgerauter Bereich hergestellt. Durch Einfügen des aufgerauten Abschnitts zwischen die Wand der Kohlenstofffaser und der versiegelten Komponente kann verhindert werden, daß die versiegelte Komponente direkt erwärmt wird, wodurch eine Verschlechterung der versiegelten Komponente vermieden werden kann.
  • 11 bis 14 zeigen eine Ausführung eines Aufbaus der Reaktionsföhre 58. Die Reaktionsröhre 58 ist vollkommen aus einem besonders temperaturbeständigen Material, wie beispielsweise Quarz, hergestellt und weist die Form eines flachen im wesentlichen rechteckigen massiven Körpers auf. Insbesondere sind ein oberer äußerer Wandabschnitt 58a und unterer äußerer Wandabschnitt 58b, die jeweils in Form eines Bogens ausgebildet sind, zwischen dem linken und rechten Wandabschnitt 58c und 58d hergestellt, die sich in einer senkrechten Richtung erstrecken. Somit weist der obere äußere Wandabschnitt 58a die Form eines nach oben gekrümmten Bogens und der untere äußere Wandabschnitt 58b die Form eines nach unten gekrümmten Bogens auf. Ein oberer innerer Wandabschnitt 58e und ein unterer innerer Wandabschnitt 58f mit jeweils einer ebenen Form, die sich in einer horizontalen Richtung erstrecken, sind auf der inneren Seite des oberen äußeren Wandabschnitts 58a bzw. des unteren äußeren Wandabschnitts 58b ausgebildet und dienen als ein Decken- bzw. Bodenabschnitt. Der Deckenabschnitt 58e, der Bodenabschnitt 58f und der linke und der rechte Wandabschnitt 58c, 58f bilden einen Bearbeitungsraum oder eine Prozesskammer 82, die als ein flacher rechtwinkliger massiver Körper geformt ist. Ein Beinabschnitt 83 ist an jedem Endabschnitt des linken und rechten Wandabschnitts 58c und 58d vorgesehen.
  • Ein Raum 84, der zwischen dem oberen äußeren Wandabschnitt 58a und dem Deckenabschnitt 58e und ein Raum 86, der zwischen dem unteren äußeren Wandabschnitt 58b und dem Bodenabschnitt 58f ausgebildet ist, bilden eine Pufferkammer für Prozeß- oder Abgas. Die obere Pufferkammer 84 ist mit dem Prozessgasversorgungsrohr 88, das beispielsweise aus einem Quarzrohr gebildet wird, über einen Gaseinlass verbunden, der an einer hinteren Oberfläche der Reaktionsröhre ausgebildet ist. Die untere Pufferkammer 86 ist über einen Gasauslass, der in einer hinteren Oberfläche der Reaktionsröhre ausgebildet ist, mit dem Abgasrohr 90 verbunden, das beispielsweise durch ein Quarzrohr gebildet wird. Das Prozessgasversorgungsrohr 88 kommuniziert mit einem Prozessgasversorgungsabschnitt (nicht gezeigt) und das Abgasrohr 90 kommuniziert mit einer Abgasleitung oder Vakuumpumpe (nicht gezeigt).
  • Eine oder mehrere Belüftungsöffnungen oder Schlitze sind im Deckenabschnitt 58e und im Bodenabschnitt 58f zur Ventilation von Prozess- bzw. Abgas ausgebildet. Bei der beispielhaft veranschaulichten Struktur sind Schlitze 92, die sich in der seitlichen Richtung (Y-Richtung} erstrecken, in einem Endabschnitt des Deckenabschnitts 58e in Richtung der hinteren Oberfläche der Reaktionsröhre ausgebildet, d.h. in einem Abschnitt, der sich proximal zu einem Auslass des Prozeßgasversorgungsrohres 58 befindet. Des weiteren sind Schlitze 94, die sich in der horizontalen Richtung (Y-Richtung) erstrecken in einer Öffnung des Bodenabschnitts 58f auf der Vorderseite der Reaktionsröhre ausgebildet, d.h. in einem Abschnitt, der sich in proximaler Lage zu einem Wafertransporttor 96 befindet, zu dem oder aus dem Wafer transportiert werden.
  • Mit einem derartigen Glasflußmechanismus wird das Prozeßgas, das vom Prozeßgaszufuhrrohr 88 zugeführt wird, zunächst in die obere Pufferkammer 44 geführt, wird dann von den oberen Schlitzen 92, die sich in Richtung der hinteren Oberfläche der Reaktionskammer befinden, in die Reaktionskammer 82 geführt und strömt dann in Richtung des Wafertransporttores 96 in der Reaktionskammer 82. Das Abgas in der Reaktionskammer 82 wird durch die unteren Schlitze 94, die sich in Richtung des Wafertransporttores 96 befinden, in die untere Pufferkammer 86 abgezogen und wird dann über einen Abgasanschluss, der sich in Richtung der hinteren Oberfläche der Reaktionsröhre befindet, aus dem Abgasrohr 90 ausgestoßen.
  • Als Abwandlung können mehrere Ventilationsöffnungen 92', 94' zur Ventilation von Prozeßgas und Abgas im Deckenabschnitt 58e und Bodenabschnitt 58f verteilt, wie in 15 gezeigt ist, ausgebildet sein. Mit einem derartigen Aufbau, bei dem zahlreiche Öffnungen in einer Ebene ausgebildet sind, kann Prozeßgas von der oberen Pufferkammer 84 in einer Brauseartigen Weise gleichmäßig zum Halbleiterwafer W im Inneren der Prozeßkammer 82 zugeführt werden. Des weiteren kann das Abgas im Inneren der Prozeßkammer 82 gleichmäßig und rasch durch den gesamten Bodenabschnitt 58f abgeleitet werden.
  • Im Bodenabschnitt 58f der Prozeßkammer sind eine Mehrzahl (z. B. drei) vorragender Halteabschnitte 98 (z. B. aus Quarz) getrennt an bestimmten Positionen angeordnet, um den Halbleiterwafer W mehr oder weniger horizontal zu tragen. Die Zangen 44 des Transportarms 42 im Inneren der Transportkammer 40 werden vom Wafertransporttor 96 in die Prozeßkammer 82 eingeführt, um einen unbearbeiteten Halbleiterwafer auf dem vorragenden Halteabschnitt 98 abzulegen oder um einen bearbeiteten Halbleiterwafer W vom vorragenden Halteabschnitt 98 zu nehmen.
  • Ein Temperatursensor, der die Temperatur im Inneren der Prozeßkammer 82 näherungsweise bestimmt, kann an der oberen Pufferkammer 84 und/oder unteren Pufferkammer 86 befestigt sein. Bei dieser Ausführung sind lange und kurze Quarzrohre 100 und 102 von der hinteren Oberfläche der Reaktionsröhre in die untere Pufferkammer 86 eingeführt und (z. B. durch Verschweißen) an der unteren Oberfläche des Bodenabschnitts 58f befestigt. Eines oder mehrere Thermoelemente TCd–TCg sind in die Quarzrohre 100 und 102 eingeführt.
  • Insbesondere erstreckt sich das Quarzrohr 100, das sich an einer Position befindet, die von der axialen Linie in der seitlichen Richtung abweicht (d. h. einer Position, die nicht mit den Gasrohren 88 und 90 übereinstimmt), von der hinteren Oberfläche der Reaktionsröhre in einer X-Richtung in die Nähe des vorderen Abschnitts der Reaktionsröhre, an dem drei Thermoelemente TCd, TCe und TCf mit unterschiedlicher Länge in die Röhre eingefügt sind. Die Wärmeabtastabschnitte (Temperaturmesskontaktpunkte) der drei Thermoelemente TCd, TCe und TCf befinden sich an den vorderen Zonen (62a, 64a), mittleren Zonen (62b, 64b) bzw. hinteren Zonen (62c, 64c) der Widerstandsheizvorrichtung 60 und werden dazu verwendet, die Wirkung der Strahlungswärme in den drei Zonen in der Längsrichtung (X-Richtung) zu beobachten.
  • Des weiteren erstreckt sich das Quarzrohr 102, das sich an einem linken oder rechten Endabschnitt der Prozeßkammer 82 befindet, in der X-Richtung von der hinteren Oberfläche der Reaktionsröhre in die Nähe des mittleren Abschnitts der Reaktionsröhre an dem ein Thermoelement TCg in die Röhre eingefügt ist. Das Thermoelement TCg wird in der Nähe des äußeren Bereichs des Wafers in der seitlichen Richtung (Y-Richtung) verwendet, um die Wirkung der Strahlungswärme von einer Seitenzone (in dieser Ausführung die linke Seitenzone 66) zu beobachten. Man beachte, dass auch ein Thermoelement hinzugefügt werden kann, um die Wirkung der Strahlungswärme von der gegenüberliegenden Seitenzone zu überwachen (die rechte Seitenzone 68).
  • Die Ausgangssignale jedes Thermoelements TCd, TCe, TCf und TCg können beispielsweise zu einem Hauptkontroller gesendet werden. Dann können sie je nach Bedarf von Hauptkontroller zur Steuerungsschaltung 78 der Widerstandsheizvorrichtung 60 als Rückkopplungssignale oder Regelungssignale gesendet werden. Die Reaktionsröhre 58 dieser Ausführung mit einer flachen im wesentlichen rechtwinklige Form eines massiven Körpers ist vor einer Beschädigung durch die Druckdifferenz zwischen dem Innen- und Außendruck geschützt, wenn der Druck in der Reaktionskammer der Reaktionsröhre 58 reduziert wird. Dies liegt daran, daß die obere und untere Oberfläche der Reaktionsröhre 58 mit einer Doppelschichtstruktur ausgebildet sind, wobei die Doppelschichtstruktur durch Ausbilden des oberen äußeren Wandabschnitts 58a und des unteren äußeren Wandabschnitts 58b als Bögen zwischen dem linken und rechten Wandabschnitt 58c, 58d ausgestaltet sind und der obere innere Wandabschnitt 58e und der untere innere Wandabschnitt 58f auf der inneren Seite des oberen äußeren Wandabschnitts 58a und des unteren äußeren Wandabschnitts 58b als flache Trägerabschnitte ausgebildet sind, die sich in einer horizontalen Richtung zwischen dem linken und rechten Wandabschnitt 58c, 58d erstrecken. Mit anderen Worten ermöglicht es die Doppelschichtstruktur, die Spannung zwischen dem oberen und unteren äußeren Wandabschnitt 58a, 58b und dem oberen und unteren inneren Wandabschnitt 58c, 58d zu verteilen und dadurch ein Brechen zu verhindern, obwohl ein deutlich größerer Betrag an Kraft oder Spannung auf die obere und untere Oberfläche der Röhrenwand ausgeübt wird, als auf die Seitenoberflächen, wenn der Druck im Inneren der Reaktionskammer der Reaktionsröhre reduziert wird.
  • 16 und 17 zeigen den Aufbau des Absperrschiebers 52, der am Wafertransporttor 56 der Reaktionsröhre 58 gemäß der vorliegenden Ausführung vorgesehen ist. Wie in 16 gezeigt ist, beinhaltet der Absperrschieber 52 ein planares Ventilelement 110 zum Öffnen und Schließen des Wafertransporttores 96 der Bearbeitungsröhre 58 und einen Antriebsabschnitt 58, der das Ventilelement 110 in eine geschlossene Position (16(C)) und in eine zurückgezogene Position (16(A)) über eine stabähnliche Stützwelle oder Antriebswelle 112 bewegt. Ein Dichtelement, wie beispielsweise ein O-Ring 116, ist an der inneren Oberfläche des Ventilelementes 110 gegenüberliegend dem Wafertransporttor 96 befestigt. In geschlossener Position (16(C)) kontaktiert der O-Ring die Reaktionsröhre 58 dicht und drückt auf eine vordere Endoberfläche 59 der Reaktionsröhre 58, die als ein Ventilsitz desselben dient, womit das Wafertransporttor 96 geschlossen werden kann und in einen luftdichten Zustand versetzt werden kann. Der Antriebsabschnitt 114, der beispielsweise einen Luftdruckzylinder oder einen Nockenmechanismus aufweist, bewegt das Ventilelement 110 in einer axialen Richtung der Reaktionsröhre 58 (d.h. in Längsrichtung), wenn er sich proximal zum Wafertransporttor 96 befindet und in einer senkrechten Richtung aufwärts und abwärts, wenn er sich vom Wafertransporttor 96 entfernt befindet.
  • 17 zeigt beispielhaft den Aufbau des Absperrschiebers 52 des Ventilelementes 110. Der Absperrschieber 52 des Ventilelementes 110 beinhaltet eine ebene Basisplatte oder hintere Platte 120, die mit der Antriebswelle 112 in Eingriff steht, und einen ebenen inneren Abdeckabschnitt 118, der an einer inneren Oberfläche der Basis 120 durch ein rahmenähnliches Halteelement oder Halterung 122 befestigt ist. Die Basis 120 und die Halterung 122 sind aus ei nem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit, wie beispielsweise SUS, hergestellt und der innere Abdeckabschnitt 118 ist aus Quarz hergestellt.
  • Die äußere periphere Oberfläche des inneren Abdeckabschnitts 118 ist mit einer konischen Oberfläche ausgebildet, die von der unteren Oberflächenseite (Basis) zur oberen Oberflächenseite schmäler wird. Die innere periphere Oberfläche der Halterung 122 ist parallel zur äußeren peripheren Oberfläche des inneren Abdeckabschnitts 118 als eine entgegengesetzte konische Oberfläche ausgebildet. Da die entgegengesetzte konische innere periphere Oberfläche der Halterung 122 die konische äußere periphere Oberfläche des inneren Abdeckabschnitts 118 dicht abdeckt, ist der innere Abdeckabschnitt 118 mit Druck an der Basis 120 befestigt. Die Halterung 122 ist durch einen Bolzen 128 an der Basis 120 befestigt.
  • Die Basis 120 ist an der Antriebswelle 112 durch einen Bolzen 126 befestigt. Ein Durchgang 120a ist im Inneren der Basis 120 zur Zufuhr eines Kühlmediums (z. B. Kühlwasser) durch diesen vorgesehen. Kühlwasser wird von einem Kühlwasserzuleitungsabschnitt (nicht gezeigt) zugeleitet und über eine Leitung (nicht gezeigt) zum Durchgang 120 zugeführt.
  • Eine Schicht 124 (vorzugsweise mit weißer Farbe), die aus einem Material mit hoher thermischer Widerstandsfähigkeit und einem hohen Reflektionsgrad (z. B. Polytetrafluoroethylen) hergestellt ist, ist zwischen den inneren Abdeckabschnitt 118 und die Basis 120/Halterung 120 eingefügt. Eine Nut 118a ist in einem peripheren Randabschnitt der oberen Oberfläche (innere Oberfläche) des inneren Abdeckabschnitts 118 zur Aufnahme des O-Rings ausgebildet. Der O-Ring 116, der einen Abschnitt aufweist, der über die obere Oberfläche (innere Oberfläche) des inneren Abdeckabschnitts 118 vorragt, wird zwischen der Nut 118 und der Halterung 122 gehalten. Als Farbe für den O-Ring 116 wird eine Farbe mit einem hohen Reflexionsgrad für Strahlungswärme, d. h. vorzugsweise Weiß oder Grau, gewählt.
  • Mit einem derartigen Aufbau wird der innere Abschnitt der Reaktionsröhre 58 auf eine hohe Temperatur, beispielsweise etwa 1100°C, erwärmt und verschiedene Prozeßgase, einschließlich von korrosivem Gas, werden in diese eingeleitet. Da bei dieser Ausführungsform der innere Abdeckabschnitt 118 des Ventilelements 110, der dem inneren Abschnitt der Reaktionsröhre 58 direkt gegenüberliegt, aus Quarz hergestellt ist, gewährleistet der innere Abdeckabschnitt eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber der Umgebung mit hoher Temperatur oder den verschiedenen Prozeßgasen in der Reaktionsröhre 58. Die Halbleiterwafer W, die bei ho her Temperatur im Inneren der Prozeßröhre bearbeitet werden, sind frei von Kontaminierungen verschiedener Art und das Wafertransporttor 96 ist zuverlässig abgedichtet.
  • Da der O-Ring keine schwarze Farbe aufweist (sondern vorzugsweise weiß oder grau ist), ist die Wärmewiderstandsfähigkeit des O-Rings selbst verbessert. Des weiteren ist die Halterung 122, die den O-Ring 116 an der äußeren peripheren Seite hält, in der Lage, die Wärme proximal zum O-Ring 116 in Richtung der Basis 120 wirkungsvoll freizugeben. Des weiteren ist der innere Abdeckabschnitt 118, dessen Rückseite in Richtung der Basis 120 mit einem Kühlmantel orientiert ist, dazu angepaßt, eine wirkungsvolle Kühlung des O-Ring 116 zu gewährleisten bzw. eine Wärmeableitungswirkung auf diesen auszuüben. Mit einem derartigen Kühlmechanismus kann der O-Ring 116 seine Abdichtungsfunktion ständig aufrecht zu erhalten, ohne daß er durch die hohe Temperatur in der Umgebung der Reaktionsröhre schmilzt.
  • Die Schicht 124 reflektiert die Strahlungswärme wirkungsvoll von der Reaktionsröhre 58 und verhindert einen Anstieg der Temperatur des Ventilelements. Des weiteren verhindert die Schicht 124 ebenso, daß die Basis 120 und der innere Abdeckabschnitt (Quarz) in direkten Kontakt zueinander gelangen, wodurch verhindert wird, daß die Stärke des inneren Abdeckabschnitts 118 (Quarz) durch einen derartigen direkten Kontakt reduziert wird.
  • Als nächstes wird die Funktionsweise der Bearbeitungsvorrichtung gemäß dieser Ausführung beschrieben. Beispielhaft werde eine rasche thermische Bearbeitung, wie beispielsweise eine Oxidation, Diffusion oder dergleichen bei hoher Temperatur (z. B. 1150°C) in beiden Prozeßkammern 54H, 54L des Prozeßmoduls 18 durchgeführt. Man beachte, daß der gesamte Betrieb der Prozessvorrichtung, der nachfolgend beschrieben wird, durch einen Hauptkontroller oder einen Systemkontroller gesteuert wird.
  • Eine Kassette CR, in der ein nicht bearbeiteter Halbleiterwafer W aufgenommen ist, oder eine zur Aufnahme von Halbleiterwafern geeignete Kassette CR wird in die Kassettenstation 10 transportiert und wird dann auf einem Kassettenstapelungsträger 20 gestapelt. Der Wafertransportmechanismus 22 des Lade-/Entladeabschnitts 12 ist dazu geeignet, in beliebiger Weise auf eine Kassettenaufnahmeposition in der Kassette CR zuzugreifen, die in die Kassettenstation 10 befördert wird, und dann einen unbearbeiteten Halbleiterwafer W aus der Aufnahmeposition zu nehmen.
  • Der Wafertransportmechanismus 22 des Lade-/Entladeabschnitts 12 nimmt einen einzelnen unbearbeiteten Halbleiterwafer W in einem im wesentlichen horizontalen Zustand aus der Kassettenstation 10 und dreht den Arm 26 etwa um 180°, bewegt sich dann zur Vorderseite der Ausrichtungseinheit 38 und befördert dann den Halbleiterwafer W in die Ausrichtungseinheit 38. Im Inneren der Ausrichtungseinheit 38 wird der Halbleiterwafer W mit der Kerbe/Orientierungsfläche ausgerichtet und zentriert. Nach dem Abschluß der Positionierung des Halbleiterwafers W entnimmt der Wafertransportmechanismus 22 den Halbleiterwafer W aus der Ausrichteeinheit 38 und bewegt ihn dann in Y-Richtung zur Vorderseite der Lade-/Verschlußkammern 28H, 28L eines mehrstufigen Anordnungsabschnitts für unbearbeitete Substrate. Dann wird der Arm 26 auf die Höhe einer der Ziel-Lade-/Verschlußkammern 28H, 28L, beispielsweise der Lade-/Verschlußkammer 28H angehoben. Im geöffneten Zustand kann der Wafertransportmechanismus durch das Tor 34, das als Wafereingang dient, eingeführt werden. Der Wafertransportmechanismus 23 bewegt sich vorwärts oder erstreckt den Arm 26 in die Lade-/Verschlußkammer 28H und befördert den Halbleiterwafer W auf den Haltestiften 32 ins Innere der Kammer.
  • Dann kehrt der Wafertransportmechanismus 22 zur Kassettenstation zurück und entnimmt dann einen weiteren unbearbeiteten Halbleiterwafer W aus einer beliebigen Waferaufnahmeposition in einer beliebigen Kassette CR und transportiert den Halbleiterwafer W ähnlich, wie beim vorhergehenden Vorgang, und in einer ähnlichen Betriebsweise in die Lade- Verschlußkammer 28L. Entsprechend werden zu verschiedenen Zeitpunkten zwei unbearbeitete Halbleiterwafer W, W in die Lade-/Verschlußkammern 28H, 28L transportiert und beide Halbleiterwafer W, W werden in einem horizontalen Zustand als zwei vertikale Stufen angeordnet geladen. Man beachte, daß die Tore 34 der Wafereingänge in die Lade-/Verschlußkammern 28H, 28L geschlossen werden, nachdem der Transport der Halbleiterwafer abgeschlossen ist, damit der Druck in den Kammern reduziert werden kann oder je nach Bedarf die Kammern auf eine Edelgasumgebung umgeschaltet werden können.
  • Unterdessen wird im Prozeßmodul 18 in jeder Prozeßkammer 54H, 54L eine Temperatursteuerung über die Widerstandsheizvorrichtung 60 ausgeführt, um die Temperatur im Heizofen (d.h. die Temperatur in der Reaktionsröhre 58) auf einer bestimmten Temperatur (1150°C) zu halten.
  • Vor oder nach dem Verfahren, bei dem zwei Halbleiterwafer aufgenommen und in den Lade-Nerschlußkammern 28H, 28L des mehrstufigen Anordnungsabschnitts für unbearbeitete Substrate als zwei vertikale Stufen angeordnet werden, wird der Transportarm 42 ins Innere der Transportkammer 40 des Transfermoduls 16 bewegt und beide Zangen 44H, 44L werden vor den jeweiligen Lade-/Verschlußkammern 28H, 28L angeordnet. Wenn die Absperrschieber 36, 36, die sich in Richtung der Ausgangsseite der Lade-/Verschlußkammern 28H, 28L befinden, geöffnet werden, wird der Transportarm 42 vorwärts bewegt und ausgestreckt und die Zangen 44H, 44L in die Lade-/Verschlußkammer 28H bzw. 28L eingeführt und dann werden die Halbleiterwafer W, W, die sich in einem vertikalen, zweistufigen Zustand befinden von den Haltestiften 32, 32 entnommen. Danach dreht sich der Transportarm 42 um einen bestimmten Winkel, während die Halbleiterwafer W, W mit den Zangen 44H, 44L gehalten werden und befindet sich dann in einer Warteposition, nachdem die Zangen 44H, 44L vor den Prozeßkammern 54H, 54L des Prozeßmoduls 18 angeordnet wurden.
  • Wie in den 3–5 gezeigt ist, wird der Halbleiterwafer W in jeder der Zangen 44H, 44L in einem im wesentlichen horizontalen Zustand zwischen den Armabschnitten 48, 48 im äußeren Randbereich (der ausgeschlossene umgebende Bereich) auf der Rückseite desselben durch zwei linke bzw. rechte Paare von Klauenabschnitten 50 (insgesamt vier Abschnitte) gehalten.
  • Dann befördert der Transportarm 42 unmittelbar nachdem beide Absperrschieber 54, 54 vor den Prozeßkammern 54H, 54L gleichzeitig geöffnet wurden, die unbearbeiteten Halbleiterwafer W, W in die Prozeßkammern 54H, 54L. Des weiteren zieht der Transportarm 42 beide Zangen 44H, 44L aus den Prozeßkammern 44H, 44L zurück, nachdem der Transportarm 42 die Zangen 44H, 44L in die Reaktionskammer 58, 58 eingeführt hat und die nicht bearbeiteten Halbleiterwafer W auf den jeweiligen vorragenden Halteabschnitten 98, 98 eingeführt hat. Beide Absperrschieber 54, 54 werden unmittelbar danach geschlossen.
  • In beiden Prozeßkammern 54H, 54L werden die unbearbeiteten Halbleiterwafer W, W, die in die Reaktionskammern 58, 58 befördert wurden, unmittelbar einer bestimmten hohen Temperatur (1150°C) ausgesetzt und einer raschen thermischen Bearbeitung mit hoher Temperatur unterzogen. Man beachte, daß ein Verfahren eines Zuführens eines vorbestimmten Prozeßgases (in Übereinstimmung mit dem in den Reaktionskammern 58, 58 durchgeführten Prozeß) entsprechend den Zeitpunkten, zu welchen die Wafer in diese befördert werden, beispielsweise unmittelbar nachdem sie in diese transportiert wurden, begonnen werden kann.
  • Unterdessen werden beide Lade- Verschlußkammern 28H, 28L geleert, indem die unbearbeiteten Halbleiterwafer W aus den Lade- Verschlußkammern 28H, 28L des mehrstufigen Anordnungsabschnitts für die unbearbeiteten Substrate in einem vertikalen zweistufigen Zustand zur Transportkammer 40 transportiert werden. Dann werden mit dem Halbleitertransportmechanismus 22 des Lade-/Entladeabschnitts 12 zu geeigneten Zeitpunkten zwei unbearbeitete Halbleiterwafer W, W separat in einer beliebigen Kassette CR in der Kassettenstatiun C in die Lade-/Verschlußkammern 28H, 28L transportiert.
  • Beide Absperrschieber 54, 54, die sich in Richtung des Wafereingangs/-ausgangs; befinden, werden gleichzeitig geöffnet, nachdem eine bestimmte Prozeßzeit ab dem Zeitpunkt, zu dem die unbearbeiteten Halbleiterwafer W, W in die Prozeßkammern 54H, 54L transportiert wurden, verstrichen ist. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Transportarm 42 des Transfermoduls 16 vor den Prozeßkammern 54H, 54L im Wartezustand. Dementsprechend nimmt der Transportarm 42 unmittelbar und somit gleichzeitig die Halbleiterwafer W, W, die sich in einem Zustand mit hoher Temperatur befinden, aus den Prozeßkammern 54H, 54L, nachdem sich die Absperrschieber 54, 54 unmittelbar nach dem Abschluß der thermischen Bearbeitung gleichzeitig geöffnet haben. Die zwei Zangen 44H, 44L des Transportarms 42 werden aus dem Prozeßkammern 44H, 44L schnell entnommen, nachdem der Transportarm 42 beide Zangen 44H, 44L in beide Reaktionskammern 58, 58 der Prozeßkammern 54H, 54L eingeführt hat und die bearbeiteten Halbleiterwafer W, W von den jeweiligen vorragenden Halteabschnitten 98, 98 entnommen hat. Beide Absperrschieber 54, 54 können unmittelbar danach geschlossen werden.
  • Bei der Entnahmeprozedur des bearbeiteten Halbleiterwafers aus der jeweiligen Prozeßkammer 54 berührt der Transportarm 42, der sich auf einer relativ niedrigen Temperatur befindet (z. B. Umgebungstemperatur) den Halbleiterwafer W, der sich in einem Zustand mit hoher Temperatur befindet. Bei dieser Ausführungsform kann eine Entstehung von Kristalldefekten, wie beispielsweise von Sprüngen im Halbleiterwafer W dadurch verhindert werden, daß sich der Transportarm 42 an den Klauenabschnitten 50, die an den beiden Armabschnitten 48, 48 der Zangen 44 befestigt sind, in linearem Kontakt mit dem ausgeschlossenen umgebenen Bereich des Halbleiterwafers W befindet.
  • Im Transfermodul 16 dreht sich der Transportarm 42 um einen bestimmten Winkel, während er die Halbleiterwafer W, W mit den Zangen 44H, 44L im vertikalen zweistufigen Zustand hält und führt die Halbleiterwafer W, W in die Lade-/Verschlußkammern des mehrstufigen Anordnungsabschnitts für die unbearbeiteten Substrate, d. h. die Kühlkammern 30H, 30L, ein, nachdem der Transportarm 42 die Halbleiterwafer W, W aus den Prozeßkammern 54H, 54L, unmittelbar nachdem sie der schnellen thermischen Bearbeitung bei hoher Temperatur unterzogen wurden, entnommen hat. Zu diesem Zeitpunkt können sich beide Absperrschieber 52, 52 am Wafereingang der Kühlkammern 30H, 30L in einem geöffneten Zustand befinden.
  • Dementsprechend kann der Transportarm 42 die Zangen 44H, 44L schnell in die Kühlkammern 30H, 30L einführen und dann die Halbleiterwafer W, W, die sich unmittelbar nach der Bearbeitung in einem Zustand mit hoher Temperatur befinden, auf den Haltestiften 52 in den Kühlkammern 30H, 30L stapeln. Sobald die Zangen 44H, 44L aus den Kühlkammern 30H, 30L herausgezogen sind, werden beide Absperrschieber 52, 52 geschlossen.
  • Dementsprechend werden die Halbleiterwafer W, W, die gleichzeitig einer schnellen thermischen Bearbeitung bei hoher Temperatur im Inneren der Prozeßkammer 54H, 54L unterzogen wurden, gleichzeitig auf eine bestimmte Temperatur (z. B. Umgebungstemperatur) im Inneren der Kühlkammern 30H, 30L abgekühlt, wobei sie im Inneren der Kühlkammer 30H, 33L mittig auf einem Transportweg für bearbeitete Wafer zwischen der Transportkammer 40 und der Kassettenstation C angeordnet sind.
  • Dann greift der Wafertransportmechanismus 22 des Lade-/Entladeabschnitts 12 auf die Kühlkammern 30H, 30L von der Waferausgangsseite zu, nachdem die bearbeiteten Halbleiterwafer W, W in den Kühlkammern 30H, 30L auf eine bestimmte Temperatur abgekühlt sind, und nimmt separat die bearbeiteten Halbleiterwafer W, W aus dieser heraus.
  • Der Wafertransportmechanismus 22 dreht den Transportarm 26 etwa um 180°, nachdem er die bearbeiteten Halbleiterwafer W nacheinander aus den Kühlkammern 30H, 30L entnommen hat, bewegt dann den Transportarm 26 vor eine gewünschte Kassette CR in der Kassettenstation 10 und fügt den bearbeiteten Halbleiterwafer W an einer gegebenen Stelle für die Aufnahme des Wafers in die Kassette CR ein. Die Ausrichtung des bearbeiteten Halbleiterwa fers kann, falls nötig, in der Ausrichtungseinheit 38 vor der Aufnahme in der Kassette CR ausgeführt werden.
  • Unterdessen wird im Transfermodul 16 der Transportarm 42 um einen bestimmten Winkel gedreht und in Richtung der Lade-/Verschlußkammern 28H, 28L des mehrstufigen Anordnungsabschnitts für die unbearbeiteten Substrate in einen Zustand gebracht, in dem die Zangen 44H, 44L leer sind (ein Zustand ohne Ladung), nachdem (vorzugsweise unmittelbar nachdem) der Transportarm 42 die Halbleiterwafer W, W in die Kühlkammern 30H, 30L befördert hat. Zu diesem Zeitpunkt werden erneut unbearbeitete Halbleiterwafer W, W in den Lade-/Verschlußkammern 28H, 28L in einem vertikalen zweistufigen Zustand angeordnet. Dementsprechend ordnet der Transportarm 42 die Halbleiterwafer W, W in einem vertikalen zweistufigen Zustand auf den Zangen 44H, 44L an, wenn beide Absperrschieber 36, 36 geöffnet werden, und befördert die Halbleiterwafer W, W aus den Lade-/Verschlußkammern 28H, 28L zu den Prozeßkammern 54H, 54L.
  • Der Vorgang des Transportierens der unbearbeiteten bearbeiteten Halbleiterwafer W nacheinander zwischen der Kassettenstation 10 und dem Lade-/Verschlußmodul 14 über den Lade-/Entladeabschnitt 12 und der Vorgang des Transportierens der unbearbeiteten bearbeiteten Halbleiterwafer W und somit in einem vertikalen zweistufigen Zustand zwischen dem Lade-/Verschlußmodul 14 und dem Prozeßmodul 18 mittels des Transfermoduls 16 wird weiter in derselben oben beschriebenen Weise ausgeführt.
  • Bei der Bearbeitungsvorrichtung gemäß dieser Ausführung kann eine beliebige Waferinstallationsposition in einer beliebigen Kassette CR als Zugriffsziel für den Wafertransportmechanismus des Lade-/Entladeabschnitts 12 ausgewählt werden, vorausgesetzt, daß die Entnahme oder das Einfügen des Halbleiterwafers W zu einem Zeitpunkt in der Kassettenstation 10 durchgeführt werden können, und somit kann die Entnahme und das Einfügen von Wafern rasch und korrekt durchgeführt werden, selbst wenn die Abstände zwischen den Waferinstallationspositionen in der Kassette CR relativ schmal sind. Unter der Voraussetzung, daß die Ausrichtungseinheit 38 mit einem Ausrichtungsmechanismus für einen einzelnen Wafer ausgebildet werden kann, können ferner die Abmessungen der Ausrichtungseinheit 38 reduziert werden, und sie kann für den Wafertransportmechanismus 22 leichter zugänglich sein. Jedoch ist es möglich, die Ausrichtungseinheit 38 mit einem Ausrichtungsmechanismus mit Mehrfachstufen für ein gleichzeitiges Ausrichten mehrerer Halbleiterwafer W auszubilden.
  • Da der Wafertransportmechanismus 22 die Halbleiterwafer W zu einem Zeitpunkt jeweils einzeln in das Lade-/Verschlußmodul 14 und daraus heraus befördert, kann der Wafertransportmechanismus 22 ferner flexibel auf jede der Lade-/Verschlußkammern zu verschiedenen Zeitpunkten zugreifen und die Wafer W befördern.
  • Unterdessen kann der Transportarm 42 des Transfermoduls 16 eine gleichzeitige Einzelwaferbearbeitung mit einer Mehrzahl von Halbleiterwafern W durch Tragen und Transportieren von in Mehrfachstufen angeordneten unbearbeiteten bearbeiteten Halbleiterwafern W im Innern der Transportkammer 40, die direkt mit dem Prozeßmodul 18 verbunden ist, wirkungsvoll und korrekt durchführen.
  • Insbesondere kann die Oberfläche, die für eine thermische Bearbeitung bei hoher Temperatur vorgesehen ist, schneller erwärmt oder gekühlt werden, da gemäß dieser Ausführung die zwei unbearbeiteten bearbeiteten Halbleiterwafer W, W mit einem Paar vertikaler zweistufiger Zangen 44H, 44L hinein und heraus transportiert werden, während der Innenraum der vertikalen zweistufigen Reaktionskammern 58, 58 der Prozeßkammern 54H, 54L im Prozeßmodul 18 für eine thermische Bearbeitung auf einer hohen Temperatur gehalten wird.
  • Darüber hinaus sind im Lade-/Verschlußmodul 14 der Prozeßvorrichtung die Lade-/Verschlußkammern 28H, 28L zum Anordnen und Laden unbearbeiteter Halbleiterwafer W auf Mehrfachstufen und die Lade-/Verschlußkammern 30H, 30L zum Anordnen und Laden von bearbeiteten Halbleiterwafern W auf Mehrfachstufen parallel angeordnet. So strukturiert können die Betriebsschritte zum Transportieren von unbearbeiteten Substraten und die Betriebsschritte zum Transportieren bearbeiteter Substrate parallel oder gleichzeitig ausgeführt werden, wodurch der Durchsatz erhöht wird.
  • Darüber hinaus werden die Lade-/Verschlußkammern 30H, 30L des mehrstufigen Anordnungsabschnitts für die bearbeiteten Substrate als Kühlkammern verwendet, in welche beide Halbleiterwafer W, W, mittig auf dem Transportweg für die bearbeiteten Wafer zwischen der Transportkammer 40 und der Kassettenstation angeordnet, im Inneren der Kühlkammern 30H, 30L geladen werden, um auf eine bestimmte Temperatur gekühlt zu werden, nachdem sie einer schnellen thermischen Bearbeitung bei hoher Temperatur im Inneren der Prozeßkammern 54H, 54L unterzogen wurden. Entsprechend ist eine spezielle Kühlkammer, die einen besonderen Platzbedarf erfordert, nicht notwendig, wodurch die Kosten der Vorrichtung sowie deren Standfläche reduziert werden.
  • In der Reaktionsröhre 58 der Prozeßkammer 54 gemäß der oben beschriebenen Ausführung, kann eine Röhrenstruktur erreicht werden, die so dünn wie möglich ist und einen großen Druckwiderstand aufweist, indem der obere äußere Wandabschnitt 58a und der untere äußere Wandabschnitt 58b jeweils bogenförmig ausgebildet werden. Der obere äußere Wandabschnitt 58a und/oder der untere äußere Wandabschnitt 58b können jedoch mit anderen Formen als einem Bogen ausgebildet sein (z. B. einer ebenen Form). Obwohl der äußere obere Wandabschnitt 58a und der untere äußere Wandabschnitt 58b bei der vorliegenden Ausführung jeweils einen Bogen zwischen den linken bzw. rechten Wandabschnitten 58c, 58d ausbilden, kann der Bogen auch zwischen der vorderen und der hinteren Oberfläche der Röhre ausgebildet sein.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform können verschiedene Modifizierungen an der Form oder den Materialien, beispielsweise bei den Komponenten des Transportarms 42 des Transfermoduls 16 vorgenommen werden. Beispielsweise kann die Gesamtzahl der Klauenabschnitte (sowohl links als auch rechts) drei oder fünf oder mehr betragen. Obwohl bevorzugt wird, die obere Oberfläche des Klauenabschnitts 50 als abwärts geneigte Ebene mit einer vorragenden ebenen Abrundung auszubilden, kann die obere Oberfläche beispielsweise als eine gerade abwärts geneigte Ebene ohne irgendeine Abrundung oder als eine horizontale Ebene ausgebildet sein. Der Armabschnitt 48 muß nicht notwendigerweise mit einer geraden Röhrenform ausgebildet sein, sondern kann eine gekrümmte Form haben oder als ein massiver Körper ausgebildet sein.
  • In der Prozeßkammer 54 der oben beschriebenen Ausführung sind der Widerstandsheizabschnitt 62 der oberen Oberfläche und der Widerstandsheizabschnitt 64 der unteren Oberfläche jeweils in drei Abschnitte in der Längsrichtung (X-Richtung) unterteilt, die die vordere Zone 62a, 64a, mittlere Zone 62b, 64b und hintere Zone 62c, 64c umfassen. Nicht desto weniger kann die Unterteilung der Zonen in einer gegebenen Weise ausgeführt sein, bei der die Zonen in die Hälfte oder in vier Abschnitte oder in mehr unterteilt sind, oder die Zonen können in einer seitlichen Richtung (Y-Richtung) unterteilt sein. Des weiteren kann je nach den Anforderungen der Widerstandsheizabschnitt 62 für die obere Oberfläche oder der Widerstandsheizabschnitt 64 für die untere Oberfläche aus dem Aufbau weggelassen werden. Des weiteren können auch der Widerstandsheizabschnitt 66 für die linke Oberfläche und der Widerstandsheizabschnitt 64 für die untere Oberfläche in geeigneter Weise unterteilt sein.
  • Des weiteren sind bei dem Prozeßmodul 18 der oben beschriebenen Ausführung die Prozeßkammern 54H, 54L als Kammern für eine schnelle thermische Bearbeitung aufgebaut. Nichts desto weniger können die Prozeßkammern 54H, 54L für andere Prozesse konstruiert sein, beispielsweise als Kammern für eine Plasmabearbeitung oder zum Ätzen.
  • Das erfindungsgemäße Bearbeitungsverfahren kann bei einer Bearbeitung bei gewöhnlichem Druck, reduziertem Druck oder im Vakuum angewandt werden. Die bearbeiteten Substrate sind nicht auf Halbleiterwafer beschränkt, sondern es kann sich beispielsweise um ein LCD-Substrat, ein Glassubstrat, ein CD-Substrat, eine Fotomaske oder eine gedruckte Schaltungsleiterplatte handeln.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben in Einzelheiten beschriebenen Ausführungen beschränkt und es können verschiedene Abänderungen und Modifizierungen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden.
  • Zusammenfassung
  • Eine Mehrzahl von Halbleiterwafern (W) wird im Inneren von Kassetten (CR) einer Kassettenstation (10) aufgenommen. In einem Bearbeitungsabschnitt (18) wird eine Mehrzahl von Prozeßkammern als Mehrfachstufen vorgesehen. Ein mehrstufiger Anordnungsabschnitt für Substrate (14) zum zeitweisen Laden einer Mehrzahl von Halbleiterwafern, die in einem mehrstufigen Zustand angeordnet sind, wird zwischen der Kassettenstation (10) und dem Bearbeitungsabschnitt (18) vorgesehen. Ein Lade-/Entladeabschnitt (12) transportiert die Halbleiterwafer nacheinander zwischen der Kassettenstation (10) und dem mehrstufigen Anordnungsabschnitt (14) für die Substrate. Ein Transfermodul (16) transportiert gleichzeitig eine Mehrzahl von Halbleiterwafern, die in einem mehrstufigen Zustand gehalten werden, zwischen dem mehrstufigen Anordnungsabschnitt (14) für Substrate und dem Bearbeitungsabschnitt (18).

Claims (26)

  1. Bearbeitungsvorrichtung, welche umfaßt: eine Station zur Aufnahme einer Mehrzahl von Substraten in einem Substrattransportbehälter; einen Bearbeitungsabschnitt, in dem eine Mehrzahl von Prozeßkammern als Mehrfachstufen vorgesehen werden, um einen bestimmten Prozeß auf die jeweiligen Substrate im Inneren einer hermetisch abdichtbaren Kammer unter Verwendung eines bestimmten Prozeßgases anzuwenden; einen mehrstufigen Anordnungsabschnitt für Substrate, um die Substrate, die in einem mehrfachen mehrstufigen Zustand zwischen der Station und dem Bearbeitungsabschnitt angeordnet sind, vorübergehend zu laden; einen ersten Transportteil, um die Substrate einzeln zwischen der Station und dem mehrstufigen Anordnungsabschnitt für Substrate zu transportieren; und einen zweiten Transportteil, um eine Mehrzahl von Substraten, die in einem mehrstufigen Zustand gehalten werden, gleichzeitig zwischen dem mehrstufigen Anordnungsabschnitt für Substrate und dem Bearbeitungsabschnitt zu transportieren.
  2. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der thermische Bearbeitungsteil zum thermischen Bearbeiten der Substrate im Inneren jeder der Prozeßkammern vorgesehen ist.
  3. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der thermische Bearbeitungsteil einen Schnellheizteil zum thermischen Bearbeiten der Substrate innerhalb einer kurzen Zeit beinhaltet.
  4. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der mehrstufige Anordnungsabschnitt für Substrate eine Mehrzahl von Lade-/Verschlußkammern umfaßt, welche die Substrate einzeln aufnehmen.
  5. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der zweite Transportteil im Inneren einer Transportkammer vorgesehen ist, die mit allen Lade-/Verschlußkammern des mehrstufigen Anordnungsabschnitts für Substrate und auch mit allen Prozeßkammern des Bearbeitungsabschnitts verbunden ist.
  6. Bearbeitungsabschnitt nach Anspruch 4, wobei der mehrstufige Anordnungsabschnitt für Substrate einen mehrstufigen Anordnungsabschnitt für unbearbeitete Substrate zum vorübergehenden Laden einer Mehrzahl der in einem mehrstufigen Zustand angeordneten Substrate, bevor sie im Bearbeitungsabschnitt bearbeitet werden, und einen mehrstufigen Anordnungsabschnitt für bearbeitete Substrate zum vorübergehenden Laden der Mehrzahl von in einem mehrstufigen Zustand angeordneten Substraten, nachdem sie im Bearbeitungsabschnitt bearbeitet wurden, umfaßt.
  7. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der mehrstufige Anordnungsabschnitt für bearbeitete Substrate einen Kühlmechanismus zum Kühlen der Substrate auf eine bestimmte Temperatur umfaßt.
  8. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der thermische Bearbeitungsteil umfaßt: eine Reaktionsröhre, in der das Substrat aufgenommen und in einer bestimmten Position angeordnet ist; einen ersten Widerstandsheizabschnitt, der mit einer ebenen Form aufgebaut ist, der dem in der Reaktionsröhre aufgenommenen Substrat im wesentlichen parallel gegenüberliegt; einen zweiten Widerstandsheizabschnitt, der mit einer ebenen Form am Außenbereich des Substrats aufgebaut ist, das in der Reaktionsröhre aufgenommen ist, der den ersten Widerstandsheizabschnitt senkrecht schneidet.
  9. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der erste Widerstandsheizabschnitt in eine Mehrzahl von Zonen unterteilt ist und einen Widerstandsheizvorgang ausführt, der in jeder Zone elektrisch gesteuert ist.
  10. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei der zweite Widerstandsheizabschnitt einen Widerstandsheizvorgang ausführt, indem er von jeder Zone des ersten Widerstandsheizabschnittes unabhängig elektrisch gesteuert wird.
  11. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei der zweite Widerstandsheizabschnitt, der als ein Paar links und rechts des Substrates angeordnet ist, einen Widerstandsheizvorgang durch voneinander unabhängiges elektrisches Steuern ausführt.
  12. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der erste/zweite Widerstandsheizabschnitt Heizelemente mit einer Heizvorrichtung sind, die eine Kohlenstoffaser umschließt, die im Inneren eines Dichtungselements in ein Netz gewoben ist.
  13. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Dichtungselement aus Quarzglas oder Aluminiumoxid hergestellt ist.
  14. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite Transportteil umfaßt: ein Paar von Armabschnitten, die mit einem Abstand voneinander beabstandet sind, der größer als die Breite des Substrats ist, und die einander im wesentlichen horizontal gegenüberliegen; und eine Mehrzahl von Halteabschnitten, die an dem Paar von Armabschnitten mit vorgeschriebenen Abständen vorgesehen sind und in Kontakt mit einem peripheren Abschnitt des Substrates stehen, um das Substrat zu halten.
  15. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Halteabschnitt eine obere Fläche aufweist, die von einem proximalen Endabschnitt in Richtung des Armabschnitts zu einem distalen Endabschnitt abwärts geneigt ist.
  16. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die obere Fläche des Halteabschnitts eine ebene vorragende Abrundung aufweist.
  17. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Armabschnitt und der Halteabschnitt aus Quarz hergestellt sind.
  18. Bearbeitungsverfahren, das umfaßt: einen ersten Schritt eines Anordnens einer Mehrzahl unbearbeiteter Substrate in einer bestimmten Station; einen zweiten Schritt eines separaten Transportierens einer Mehrzahl unbearbeiteter Substrate von der Station zu einer Mehrzahl von Substratanordnungsbereichen, die als Mehrfachstufen aufgebaut sind; einen dritten Schritt eines vorübergehenden Ladens einer Mehrzahl unbearbeiteter Substrate in den mehrstufigen Anordnungsbereich für Substrate; einen vierten Schritt eines gleichzeitigen Transportierens einer Mehrzahl unbearbeiteter Substrate vom mehrstufigen Anordnungsbereich für Substrate zu einer Mehrzahl von Kammern, die als Mehrfachstufen aufgebaut sind; einen fünften Schritt eines gleichzeitigen Anwendens eines bestimmten Prozesses auf die Mehrzahl von Substraten im Inneren jeder der Mehrzahl von Kammern unter Verwendung eines bestimmten Prozeßgases; einen sechsten Schritt eines gleichzeitigen Entnehmens und Transportierens einer Mehrzahl bearbeiteter Substrate aus der Mehrzahl von Kammern zum mehrstufigen Anordnungsbereich für Substrate; einen siebten Schritt eines vorübergehenden Ladens einer Mehrzahl bearbeiteter Substrate in den mehrstufigen Anordnungsbereich für Substrate; und einen achten Schritt eines separaten Transportierens einer Mehrzahl bearbeiteter Substrate von dem mehrstufigen Anordnungsbereich für Substrate zur Station.
  19. Bearbeitungsverfahren nach Anspruch 18, wobei die Substrate in der Mehrzahl von Kammern im fünften Schritt gleichzeitig thermisch bearbeitet werden.
  20. Bearbeitungsverfahren nach Anspruch 18, wobei eine Mehrzahl von Gruppen der mehrstufigen Anordnungsbereiche für Substrate vorgesehen wird, wobei eine Gruppe unbearbeiteter Substrate in eine erste Gruppe der mehrstufigen Anordnungsbereiche für Substrate geladen wird, während eine andere Gruppe bearbeiteter Substrate in eine zweite Gruppe der mehrstufigen Anordnungsbereiche für Substrate geladen wird.
  21. Bearbeitungsverfahren nach Anspruch 18, wobei eine Mehrzahl der bearbeiteten Substrate in einer zweiten Gruppe der mehrstufigen Anordnungsbereiche für Substrate auf eine bestimmte Temperatur abgekühlt wird.
  22. Thermisches Bearbeitungsverfahren, welches umfaßt: eine ersten Schritt eines Haltens des Innenraums einer Reaktionsröhre auf einer bestimmten Temperatur; einen zweiten Schritt eines Transportierens eines Substrats in die Reaktionsröhre, die sich bei der bestimmten Temperatur befindet, unter Verwendung einer Substrattransportvorrichtung, welche die Substrate in einem im wesentlichen horizontalen Zustand hält und transportiert, wobei die Substrattransportvorrichtung ein Paar von Armabschnitten aufweist, die mit einem Abstand voneinander beabstandet sind, der größer ist, als die Breite des Substrats, und die sich im wesentlichen horizontal gegenüberliegen, und wobei eine Mehrzahl von Halteabschnitten auf dem Paar von Armabschnitten mit vorbestimmten Abständen vorgesehen ist, die in Kontakt mit einem peripheren Abschnitt des Substrats stehen, um das Substrat zu halten; einen dritten Schritt eines Anwendens eines bestimmten thermischen Prozesses auf eine zu bearbeitende Zieloberfläche des Substrates durch Zuführen eines bestimmten Prozeßgases in die Reaktionsröhre, während der Innenraum der Reaktionsröhre abgepumpt wird; einen vierten Schritt eines Entnehmens der Substrate aus der Reaktionsröhre mit der Substrattransportvorrichtung, nachdem eine bestimmte Prozeßzeit verstrichen ist; und einen fünften Schritt eines Kühlens des entnommenen Substrats auf eine bestimmte Temperatur in einem Kühlabschnitt, der außerhalb der Reaktionsröhre eingerichtet ist.
  23. Thermisches Bearbeitungsverfahren nach Anspruch 22, wobei der Innenraum der Reaktionsröhre vom Anfang bis zum Ende des dritten Schritts auf einer bestimmten Temperatur gehalten wird.
  24. Thermische Bearbeitungsvorrichtung, welche umfaßt: eine Reaktionsröhre, in der ein Substrat an einer bestimmten Position aufgenommen und angeordnet wird; einen ersten Widerstandsheizabschnitt, der mit einer planaren Form aufgebaut ist, der dem in der Reaktionsröhre aufgenommenen Substrat im wesentlichen parallel gegenüberliegt; einen zweiten Widerstandsheizabschnitt, der mit einer planaren Form an einer Peripherie des in der Reaktionsröhre aufgenommenen Substrats aufgebaut ist und den ersten Widerstandsheizabschnitt senkrecht schneidet; ein Wärmeverteilungselement, das zwischen der Reaktionsröhre und dem ersten/zweiten Widerstandsheizabschnitt so vorgesehen ist, daß die Wärme, die im ersten/zweiten Widerstandsheizabschnitt erzeugt wird, gleichmäßig im Inneren der Reaktionsröhre verteilt wird; und ein Wärmeisolationselement, das so angeordnet ist, daß es den ersten/zweiten Widerstandsheizabschnitt umgibt.
  25. Thermische Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 24, die des weiteren eine Temperaturdetektionseinheit zur Rückkopplung der Temperatur in jeder Zone des ersten/zweiten Widerstandsheizabschnitts zu einer elektrischen Steuerung für jede Zone umfaßt.
  26. Substrattransportvorrichtung, die ein Substrat in einem im wesentlichen horizontalen Zustand hält und transportiert, wobei die Substrattransportvorrichtung umfaßt: ein Paar von Armabschnitten, die mit einem Abstand voneinander beabstandet sind, der größer als die Breite des Substrats ist, und die einander im wesentlichen horizontal gegenüberliegen; und eine Mehrzahl von Halteabschnitten, die an dem Paar von Armabschnitten mit bestimmten Abständen vorgesehen sind und mit einem peripheren Bereich des Substrates in Kontakt stehen, um das Substrat zu halten.
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