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Technisches
Gebiet
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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.
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Stand der
Technik
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Offenbarung
der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine teilweise Querschnittansicht, die den gesamten Aufbau einer
Bearbeitungsvorrichtung gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
eine Draufsicht auf den gesamten Aufbau einer Bearbeitungsvorrichtung
gemäß einer Ausführung;
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3 ist
eine Draufsicht auf die Zangenstruktur eines Transportarms eines
Transfermoduls gemäß einer
Ausführung;
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4 ist
eine teilweise perspektivische Ansicht, die eine Struktur eines
wesentlichen Abschnitts von Zangen eines Transportarms eines Transfermoduls
gemäß einer
Ausführung
zeigt;
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5 ist
eine vergrößerte Seitenansicht,
die den Aufbau eines Klauenabschnitts von Zangen eines Transportarms
gemäß einer
Ausführung
zeigt;
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6 ist
eine schematische perspektivische Explosionsansicht, die den Aufbau
einer Widerstandsheizvorrichtung in einer Prozeßkammer gemäß einer Ausführung zeigt;
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7 ist
eine schematische perspektivische Ansicht, die den Aufbau (Anordnung)
einer Widerstandsheizvorrichtung gemäß einer Ausführung zeigt;
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8 ist
eine Querschnittansicht, die detailliert den Aufbau einer Widerstandsheizvomchtung gemäß einer
Ausführung
zeigt;
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9 ist
eine Querschnittansicht, die detailliert den Aufbau einer Widerstandsheizvorrichtung gemäß einer
Ausführung
zeigt;
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10 ist
eine Ansicht, die einen Schaltungsaufbau eines Ladungssteuerungsabschnitts
einer Widerstandsheizvorrichtung gemäß einer Ausführung zeigt;
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11 ist
eine Draufsicht auf den Aufbau einer Reaktionsröhre einer Prozeßkammer
gemäß einer
Ausführung;
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12 ist
eine Querschnittansicht, die den Aufbau einer Reaktionsröhre gemäß einer
Ausführung
zeigt;
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13 ist
eine Rückansicht,
die den Aufbau einer Reaktionsröhre
gemäß einer
Ausführung
zeigt;
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14 ist
eine Querschnittansicht, die den Aufbau einer Reaktionsröhre gemäß einer
Ausführung
zeigt;
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15 ist
eine Querschnittansicht, die den Aufbau einer Reaktionsröhre gemäß einer
Ausführung
zeigt;
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16 ist
eine Querschnittansicht, die den Aufbau einer Reaktionsröhre gemäß einer
Ausführung
zeigt;
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17 ist
eine Querschnittansicht, die den Aufbau eines Teils eines Sperrschiebers
gemäß einer
Ausführung
zeigt;
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18 ist
eine Querschnittansicht, die den Aufbau einer herkömmlichen
thermischen Bearbeitungsvorrichtung zeigt;
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19A und 19B sind Seitenansichten eines
Widerstandsheizelements, das in einer herkömmlichen thermischen Bearbeitungsvorrichtung verwendet
wird; und
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20 ist
eine Draufsicht auf den Aufbau eines Substrathalteabschnitts einer
herkömmlichen Substrattransportvorrichtung.
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Beste Möglichkeit,
die Erfindung auszuführen
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zusammenfassung
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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).