JP4246416B2 - Rapid heat treatment equipment - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）基板等の被処理基板を高温で急速に熱処理するための急速熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスやＬＣＤ等の製造プロセスでは、酸化、拡散、ホットウォールＣＶＤ等の種々の工程で熱処理が用いられている。最近のデザインルールが０．２μｍから０．１μｍへとより微細化しており、半導体ウエハが２００ｍｍから３００ｍｍへと大口径化していることに伴なって、大面積の極薄膜形成技術に対応できる急速熱処理装置の開発が緊急の課題となっている。
【０００３】
具体的には、熱拡散ドーピングやゲート酸化膜、キャパシタ絶縁膜等の極薄膜形成においては、サーマルバジェット（熱履歴）を小さくするうえで急速つまり短時間の熱処理が要求される。また、ＰＮ接合においても、ＰＮ接合面を浅くして、低抵抗化や任意形状表面でのＰＮ接合形成を可能にするには、接合時の膜劣化や結晶欠陥の発生を防止する必要があり、そのためには急速または短時間の熱拡散処理が求められる。
【０００４】
また、ＬＯＣＯＳ酸化膜の形成においては、隣接するＬＯＣＯＳ酸化膜の圧縮応力が熱サイクルによる相乗効果で拡大すると、表面電位の変動、リーク電流、耐圧性低下等を招きやすい。そこで、急速熱処理により熱サイクルを低減することが必要とされている。
【０００５】
そして、半導体ウエハの径が２００ｍｍから３００ｍｍへと大口径化しつつある現状においては、半導体ウエハに生じやすいスリップ、歪、ソリの防止ないし低減が求められており、そのためには半導体ウエハの中央部と周辺部との温度差を小さくして均一に急速熱処理を行う必要がある。
【０００６】
図１５に、大口径ウエハに対応するための従来の熱処理装置の構成を示す。この熱処理装置は、たとえば六面体形状のハウジング１００内に扁平な反応管１０２をほぼ水平に収容し、この反応管１０２の上下に向き合って配置される面状の抵抗加熱部１０４，１０６を反応管１０２の長手方向または前後方向（Ｘ方向）においてそれぞれ３つのゾーン、つまりフロントゾーン（１０４ａ，１０６ａ）、ミドルゾーン（１０４ｂ，１０６ｂ）およびリアゾーン（１０４ｃ，１０６ｃ）に分割している。
【０００７】
上記３つのゾーンの中、ミドルゾーン（１０４ｂ，１０６ｂ）が反応管１０２内の基板支持部１０８に配置される半導体ウエハＷのほぼ全域をカバーし、フロントゾーン（１０４ａ，１０６ａ）およびリアゾーン（１０４ｃ，１０６ｃ）が半導体ウエハＷの前後周辺部をカバーするようにゾーン設定がなされている。
【０００８】
フロントゾーン（１０４ａ，１０６ａ）およびリアゾーン（１０４ｃ，１０６ｃ）には、図１６に示すように全長にわたって一定のリードを有するコイル状の抵抗発熱素子１１０がＸ方向に多数本敷き詰められるようにして設けられる。一方、ミドルゾーン（１０４ｂ，１０６ｂ）には、図１６に示すように両端部のリードが密で中間部のリードが粗であるコイル状の抵抗発熱素子１１２がＸ方向に多数本敷き詰められるようにして設けられる。これらの抵抗発熱素子１１０，１１２は各ゾーン内では電気的に直列接続され、異なるゾーン間では電気的に分離または並列接続されている。
【０００９】
各ゾーン（１０４ａ，１０６ａ）、（１０４ｂ，１０６ｂ）、（１０４ｃ，１０６ｃ）は、図示しないヒータ回路によって各々別個に通電制御される。仮に抵抗加熱部１０４，１０６の全面から均一な強さの熱を半導体ウエハＷに向けて放射したならば、半導体ウエハＷの中心部よりも周端部の方で相対的に温度が低くなりやすい。この熱処理装置では、上記のように抵抗加熱部１０４，１０６を３つのゾーン（１０４ａ，１０６ａ）、（１０４ｂ，１０６ｂ）、（１０４ｃ，１０６ｃ）に分割し、ミドルゾーン（１０４ｂ，１０６ｂ）の抵抗発熱素子１１２よりもフロントゾーン（１０４ａ，１０６ａ）およびリアゾーン（１０４ｃ，１０６ｃ）の抵抗発熱素子１１０を相対的に高い密度（小さいピッチ）のリードに構成することによって反応管１０２の前後方向（Ｘ方向）で加熱温度を均一化するようにしている。また、ミドルゾーン（１０４ｂ，１０６ｂ）の中で抵抗発熱素子１１２のリード密度を中心部よりも両端部で相対的に高くすることで、左右幅方向（Ｙ方向）でも加熱温度を均一化するようにしている。
【００１０】
なお、抵抗加熱部１０４，１０６と反応管１０２との間にはたとえば高純度炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる均熱板または熱拡散板１１４が設けられる。また、反応管１０２の背面には処理ガスを導入したり排気ガスを排出するためのガス管１１６が接続されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように、抵抗発熱素子１１２にリードの粗の部分と密の部分を設ける抵抗加熱方式は、抵抗発熱素子１１２の製造コストが高くつくだけでなく、前後方向（Ｘ方向）および横方向（Ｙ方向）の両方向で均熱化を同時に調整するのが難しく、しかも加熱温度によってリード粗密比の最適値が変わるため、均一な温度分布を得るのが非常に難しかった。
【００１２】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、簡易かつ低コストの構成でもって均一な温度分布で被処理基板を高温で急速に加熱できるようにした急速熱処理装置を提供することを目的とする。
【００１３】
本発明の別の目的は、大型の被処理基板に対しても必要最小限のスペースで被処理面全体を高精度な温度均一性で急速に加熱ないし熱処理できるようにした急速熱処理装置を提供することにある。
【００１４】
上記の目的を達成するために、本発明の急速熱処理装置は、前面に被処理基板を出し入れするための開口部を有する直方体形状のハウジングと、前記ハウジングに内蔵され、前面に前記基板を出し入れするための開口部を有し、前記基板を出し入れ可能に収容する扁平な略六面体形状の反応管と、前記ハウジングに内蔵され、前記反応管の上面と隣接してコイル状の抵抗発熱素子を平面状に多数配列してなり、前記基板の面にほぼ垂直に放射熱を与える上面抵抗加熱部と、前記ハウジングに内蔵され、前記反応管の下面と隣接してコイル状の抵抗発熱素子を平面状に多数配列してなり、前記基板の面にほぼ垂直に放射熱を与える下面抵抗加熱部と、前記ハウジングに内蔵され、前記反応管の左側面と隣接してコイル状の抵抗発熱素子を平面状に多数配列してなり、前記基板の面にほぼ平行に放射熱を与える左側面抵抗加熱部と、前記ハウジングに内蔵され、前記反応管の右側面と隣接してコイル状の抵抗発熱素子を平面状に多数配列してなり、前記基板の面にほぼ平行に放射熱を与える右側面抵抗加熱部と、前記上面抵抗加熱部、前記下面抵抗加熱部、前記左側面抵抗加熱部および前記右側面抵抗加熱部を通電して抵抗発熱させ、前記左側面抵抗加熱部および前記右側面抵抗加熱部を前記上面抵抗加熱部および前記下面抵抗加熱部から独立した通電制御によって抵抗発熱させる通電制御部と、前記ハウジングの背面および前記反応管の背面を貫通するガス供給管を介して前記反応管内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記ハウジングの背面および前記反応管の背面を貫通する排気管を介して前記反応管内を排気する排気部と、前記ハウジングの開口部および前記反応管の開口部を開閉するためのゲートバルブとを有する。
【００１５】
上記の構成においては、左側面抵抗加熱部および右側面抵抗加熱部によって左右横方向の基板周辺部への放射熱を補強することにより、上面抵抗加熱部および下面抵抗加熱部だけの加熱による温度分布の不均一性を効果的に補正することができる。
【００１６】
特に、左側面抵抗加熱部および右側面抵抗加熱部は、被処理基板の面と直交する面状の抵抗加熱部として反応管の左側面および右側面にそれぞれ隣接して左右両側に設けられるため、必要最小限の占有スペースで足り、上面抵抗加熱部および下面抵抗加熱部の大面積化ないしハウジングの大型化を伴なうことなく高精度な温度均一性を実現することが可能であり、基板の大口径化に有利に対応することができる。
【００１７】
より均一な温度分布を得るために、好ましくは、上面抵抗加熱部および下面抵抗加熱部をそれぞれ空間的に複数のゾーンに分割し、各ゾーン毎に独立した通電制御によって抵抗発熱させる構成としてよい。このゾーン分割において、好ましくは、反応管内に基板を出し入れする前後方向において上面抵抗加熱部および下面抵抗加熱部を基板のほぼ全域または大部分をカバーする第１のゾーンと、この第１のゾーンの前後にそれぞれ配される第２および第３のゾーンとに分割してよい。かかる構成により、前後方向における温度分布の不均一性を補正することができる。
【００１８】
本発明の抵抗加熱部の通電制御において、より精細な温度分布の補正を行えるように、好ましくは、左側面抵抗加熱部および右側面抵抗加熱部を上面抵抗加熱部および下面抵抗加熱部の各ゾーンから独立した通電制御によって抵抗発熱させる構成としてよく、さらに好ましくは、左側面抵抗加熱部および右側面抵抗加熱部の各々に独立した通電制御によって抵抗発熱させてよい。
【００１９】
各抵抗加熱部においては、抵抗発熱部の構成を簡易にするために、全長にわたってほぼ一定のリードを有するコイル状の抵抗発熱素子を面状に分布させる構成としてよい。上面抵抗加熱部および下面抵抗加熱部においては、各々の抵抗発熱素子を反応管内に被処理基板を出し入れする前後方向と直交する横方向に延在するように設け、前後方向に抵抗発熱素子を複数本並べて敷き詰める構成が好ましい。左側面抵抗加熱部および右側面抵抗加熱部においては、各々の抵抗発熱素子を反応管内に被処理基板を出し入れする前後方向に延在するように設け、前後方向と直交する縦方向に抵抗発熱素子を複数本並べて敷き詰める構成が好ましい。
【００２０】
また、好ましくは、抵抗加熱部の通電制御ないし温度制御の精度を高めるために、独立した通電制御によって抵抗発熱する抵抗加熱部またはゾーン毎に加熱温度を各々の通電制御にフィードバックするための温度検出手段を各抵抗加熱部またはゾーンに取り付ける構成としてよい。さらに、好ましくは、独立した通電制御によって抵抗発熱する抵抗加熱部またはゾーン毎に被加熱温度を各々の通電制御にフィードバックするための温度検出手段を反応管に取り付ける構成としてよい。
【００２１】
また、加熱効率を高めるために、各抵抗加熱部の外側を断熱部材で囲む構成が好ましい。また、各抵抗加熱部と反応管との間に熱拡散部材を設ける構成としてもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１４を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００２３】
図１および図２に本発明の一実施形態による処理装置の全体構成を示す。この処理装置は、半導体デバイスやＬＣＤ等の製造プロセスにおいて酸化、拡散、アニール、熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等の熱処理を急速加熱で行う急速熱処理装置として構成されている。
【００２４】
この急速熱処理装置は、５つのセクション、つまりカセットステーション１０、ローダ／アンローダ部１２、ロードロック・モジュール１４、トランスファ・モジュール１６およびプロセス・モジュール１８を有している。
【００２５】
カセットステーション１０には１つまたは複数のカセット載置台２０が水平方向たとえばＹ方向に並べて設けられ、各カセット載置台２０の上にカセット（またはキャリア）ＣＲが１個載置される。カセットＣＲは、被処理基板たとえば半導体ウエハＷを垂直方向に所定の間隔を空けて水平姿勢で複数多段に収容し、一側面の開口から任意に出し入れできるように構成されている。たとえばＡＧＶ（Automatic Guided Vehicle）またはＲＧＶ（Rail Guided Vehicle）等の無人搬送車（図示せず）がカセットステーション１０にアクセスして、処理前の半導体ウエハＷを収容するカセットＣＲを所定のカセット載置台２０にセットし、あるいは処理済の半導体ウエハＷを収容するカセットＣＲを所定のカセット載置台２０から搬出するようになっている。
【００２６】
ローダ／アンローダ部１２は、カセットステーション１０とロードロック・モジュール１４との間で半導体ウエハＷを１枚ずつ搬送するためのウエハ搬送機構２２を備えている。このウエハ搬送機構２２は、カセットステーション１０のカセット配列方向（Ｙ方向）に沿って移動可能な搬送体２４と、この搬送体２４に搭載されＺ方向、θ方向およびＸ方向に移動可能な搬送アーム２６とを有している。搬送アーム２６は、所望のカセットＣＲに所望の高さ位置で正面からアクセスして、カセットＣＲ内の該当のウエハ収納位置から１枚の半導体ウエハＷを取り出し、または該当のウエハ収納位置に１枚の半導体ウエハＷを挿し込みできるようになっている。
【００２７】
ロードロック・モジュール１４は、鉛直方向で上下に多段配置された複数たとえば一対のロードロック室を左右に２組（２８Ｈ，２８Ｌ），（３０Ｈ，３０Ｌ）設けている。より詳細には、ローダ／アンローダ部１２側から見て左方に上下に多段配置された一対のロードロック室２８Ｈ，２８Ｌは未処理の半導体ウエハＷを一時的に留め置くための未処理基板多段配置部を構成し、右方に上下に多段配置された一対のロードロック室３０Ｈ，３０Ｌは処理済の半導体ウエハＷを一時的に留め置くための処理済基板多段配置部を構成する。この実施形態において、処理済基板多段配置部のロードロック室３０Ｈ，３０Ｌは、処理済の半導体ウエハＷを所定温度まで冷却するためのクーリングチャンバまたはステージを兼ねている。
【００２８】
各ロードロック室２８Ｈ，２８Ｌ，３０Ｈ，３０Ｌの室内には複数本たとえば３本の支持ピン３２からなるウエハ載置部が設けられている。また、各ロードロック室に真空ポンプ（図示せず）や不活性ガス供給部（図示せず）が接続されており、室内空間を真空または不活性ガス雰囲気にすることも可能となっている。さらに、クーリングチャンバとして機能する処理済基板多段配置部のロードロック室３０Ｈ，３０Ｌには、たとえば水冷または空冷式の冷却機構（図示せず）を設けてもよい。
【００２９】
未処理基板多段配置部のロードロック室２８Ｈ，２８Ｌにおいては、ローダ／アンローダ部１２と向き合う側面に設けられた開閉扉３４付きの開口が入口（ウエハ搬入口）を形成し、トランスファ・モジュール１６とゲートバルブ３６を介して連結される開口が出口（ウエハ搬出口）を形成している。ローダ／アンローダ部１２のウエハ搬送機構２２は、開閉扉３４が開いているロードロック室２８Ｈ，２８Ｌ内に未処理の半導体ウエハＷを１枚ずつ別々のタイミングで搬入するようになっている。
【００３０】
処理済基板多段配置部のロードロック室３０Ｈ，３０Ｌにおいては、ローダ／アンローダ部１２と向き合う側面に設けられた開閉扉３４付きの開口が出口（ウエハ搬出口）を形成し、トランスファ・モジュール１６にゲートバルブ３６を介して連結される開口が入口（ウエハ搬入口）を形成している。ローダ／アンローダ部１２のウエハ搬送機構２２は、開閉扉３４が開いているロードロック室３０Ｈ，３０Ｌから処理済の半導体ウエハＷを１枚ずつ別々のタイミングで搬出するようになっている。
【００３１】
ロードロック室２８Ｈ，２８Ｌ，３０Ｈ，３０Ｌに隣接して、ローダ／アンローダ部１２のウエハ搬送機構２２によりアクセス可能なアライメントユニット３８が設けられている。このアライメントユニット３８の中には、半導体ウエハＷのノッチまたはオリフラを所定の向きに合わせるためのアライメント機構（図示せず）が設けられている。
【００３２】
トランスファ・モジュール１６は、上面および下面が閉塞された円筒状の搬送室４０を有し、この搬送室４０の中に回転可能かつ進退または伸縮可能な搬送アーム４２を設けている。この搬送アーム４２は、所定の高さ位置で水平に平行移動する上下２段または一対のピンセット４４Ｈ，４４Ｌを有しており、２枚の半導体ウエハＷ，Ｗを両ピンセット４４Ｈ，４４Ｌで上下２段に保持して並列的に同時搬送するようになっている。搬送アーム４２を駆動するための駆動源を収容する機械室４６は搬送室４０の下に設けられている。
【００３３】
搬送室４０の側面には、ロードロック室２８Ｈ，２８Ｌ，３０Ｈ，３０Ｌにそれぞれゲートバルブ３６を介して連結するための開口と、後述するプロセス・モジュール１８の各プロセスチャンバ５４Ｈ，５４Ｌにゲートバルブ５２を介して連結するための開口が形成されている。
【００３４】
搬送室４０は密閉可能に構成されてよく、さらには真空ポンプ（図示せず）や不活性ガス供給部（図示せず）に接続され、室内空間を真空または不活性ガス雰囲気にすることも可能となっている。
【００３５】
図３、図４および図５に、搬送室４０内に設けられる搬送アーム４２のピンセット４４（４４Ｈ，４４Ｌ）の構成を示す。
【００３６】
ピンセット４４は、水平方向に延在するＹ字状のベース部４６と、このベース部４６の一対の先端部より前方へ水平かつ平行に延びる一対の管状アーム部４８，４８と、両アーム部４８，４８の中間部ないし先端部にて適当な間隔を置いて内側に向ってほぼ水平に突出するウエハ保持用の複数のつめ部５０とで構成される。このピンセット４４の各部（４６，４８，５０）は高耐熱性の材質たとえば石英ガラスからなっている。
【００３７】
各つめ部５０は、板厚ｄがたとえば０．８ｍｍ程度の板片からなり、板面を垂直にしてアーム部４８に溶接されている。各つめ部５０の上端面は基端部から先端部に向って幾らか凸面状の丸みをもって下降傾斜し、この丸みをもった傾斜面の中腹にコンタクト部５０ａが設定されている。図４および図５に示すように、各つめ部５０のコンタクト部５０ａにほぼ線接触で半導体ウエハＷの周縁部が水平に載るようになっている。
【００３８】
搬送アーム４２は、半導体ウエハＷをピンセット４４の両アーム部４８，４８の間に支持して搬送する。その際、半導体ウエハＷはウエハ周縁部つまり周辺部除外領域にてつめ部５０と接触する。このことにより、後述するプロセス・モジュール１８でたとえば１０００゜Ｃ以上の高温急速熱処理を受けた直後の半導体ウエハＷを搬送アーム４２によって搬出しても該ウエハＷにスリップ等の結晶欠陥が発生し難くなっている。
【００３９】
プロセス・モジュール１８において、各プロセスチャンバ５４（５４Ｈ，５４Ｌ）は急速加熱用の熱処理装置として構成されており、たとえば直方体形状の箱型ハウジング５６を有し、このハウジング５６に後述する反応管５８および抵抗加熱ヒータ６０を内蔵している。
【００４０】
図６および図７に、プロセスチャンバ５４における抵抗加熱ヒータ６０の構成を模式的に示す。この実施形態の抵抗加熱ヒータ６０は、扁平な略六面体形状に形成された反応管５８の上面、下面、左右両側面にそれぞれ隣接して対向する面状の上面抵抗加熱部６２、下面抵抗加熱部６４、左側面抵抗加熱部６６および右側面抵抗加熱部６８を有している。各面状抵抗加熱部６２〜６８は、抵抗発熱により放射熱を発生して、反応管５８内の半導体ウエハＷを加熱する。なお、各面状抵抗加熱部６２〜６８の放熱面の前にたとえば高純度炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる均熱板または熱拡散板（図示せず）を設ける構成も可能である。
【００４１】
上面抵抗加熱部６２および下面抵抗加熱部６４の各々はチャンバ入口側から見て前後方向（Ｘ方向）に複数のゾーンたとえばフロントゾーン６２ａ，６４ａ、ミドルゾーン６２ｂ，６４ｂおよびリアゾーン６２ｃ，６４ｃの３つのゾーンに分割されており、各ゾーン別に独立した通電制御が行われるようになっている。これら３つのゾーンの中、ミドルゾーン６２ｂ，６４ｂが反応管５８内に収容される半導体ウエハＷのほぼ全域をカバーし、フロントゾーン６２ａ，６４ａおよびリアゾーン６２ｃ，６４ｃが半導体ウエハＷの前後周辺部をカバーするようにゾーン設定がなされている。左側面抵抗加熱部６６および右側面抵抗加熱部６８はそれぞれ単一のサイドゾーンとして機能する。
【００４２】
かかる構成においては、反応管５８内の半導体ウエハＷに対して、上面抵抗加熱部６２および下面抵抗加熱部６４のミドルゾーン６２ｂ，６４ｂがウエハ全面にほぼ垂直に放射熱を与える。しかし、ミドルゾーン６２ｂ，６４ｂの放射熱だけでは、半導体ウエハＷの中心部よりも周辺部の方で相対的に温度が低くなりやすく、ウエハ全体にわたって均一な温度分布を得るのが難しい。
【００４３】
この実施形態では、上面抵抗加熱部６２および下面抵抗加熱部６４のフロントゾーン６２ａ，６４ａおよびリアゾーン６２ｃ，６４ｃによって前後方向（Ｘ方向）のウエハ周辺部への放射熱を補強するとともに、左側面抵抗加熱部６６および右側面抵抗加熱部６８によって左右横方向（Ｙ方向）のウエハ周辺部への放射熱を補強することにより、ミドルゾーン６２ｂ，６４ｂだけの加熱による温度分布の不均一性を効果的に補正し、ウエハ全体にわたって均一な温度分布を得ることができる。
【００４４】
特に、左側面抵抗加熱部６６および右側面抵抗加熱部６８は、半導体ウエハＷのウエハ面と直交する面状の抵抗加熱部として左右両側に設けられるため、必要最小限の占有スペースで足り、プロセスチャンバ５４の大型化を伴なうことなく高精度な温度均一性を実現することが可能であり、半導体ウエハの大口径化に有利に対応することができる。
【００４５】
図８および図９に一実施例による抵抗加熱ヒータ６０の具体的な構成を示す。この実施例では、たとえばステンレス鋼からなるハウジング５６と抵抗加熱ヒータ６０の各面状抵抗加熱部６２，６４，６６，６８との間にたとえばセラミックからなる断熱部材７０を挿んでいる。
【００４６】
各面状抵抗加熱部６２，６４，６６，６８は、たとえばセラミックからなる芯棒（コア）にたとえば二ケイ化モリブデン（ＭoＳi2）からなる抵抗発熱線や、鉄（Ｆe）とクロム（Ｃr）とアルミニウム（Ａl）の合金線であるカンタル（商品名）線等の抵抗発熱線を一定のピッチまたはリードで巻き付けたコイル状の抵抗発熱素子ＲＥを平面状（二次元方向）に多数配列してなるものである。
【００４７】
より詳細には、上面抵抗加熱部６２および下面抵抗加熱部６４では、各々の抵抗発熱素子ＲＥを左右横方向（Ｙ方向）に延在するように設け、前後方向（Ｘ方向）に抵抗発熱素子ＲＥを複数本並べて敷き詰めている。また、左側面抵抗加熱部６６および右側面抵抗加熱部６８では、各々の抵抗発熱素子ＲＥを前後方向（Ｘ方向）に上面抵抗加熱部６２および下面抵抗加熱部６４の端から端まで延在するように設け、縦方向（Ｚ方向）に抵抗発熱素子ＲＥを上面抵抗加熱部６２と下面抵抗加熱部６４との隙間を埋めるように複数本並べて敷き詰めている。
【００４８】
各ゾーン６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６６，６８内では全ての抵抗発熱素子ＲＥが電気的に直列に接続されてよい。異なるゾーン間では、基本的には電気的に分離または並列接続されてよい。もっとも、上面抵抗加熱部６２および下面抵抗加熱部６４のそれぞれ相対向するフロントゾーン６２ａ，６４ａ、ミドルゾーン６２ｂ，６４ｂおよびリアゾーン６２ｃ，６４ｃ同士を電気的に直列接続する構成としてもよい。また、左右のサイドゾーンとして相対向する左側面抵抗加熱部６６および右側面抵抗加熱部６８の間でも、相互に直列接続して共通の通電制御を行ってもよいが、好ましくは左右の空間的偏差を補正できるように両者（６６，６８）を電気的に分離または並列接続して各々独立した通電制御を行ってよい。
【００４９】
独立した通電制御が行われるゾーン毎に、発熱温度を温度制御回路へフィードバックするための温度センサたとえば熱電対ＴＣが取り付けられる。この実施例では、フロントゾーン（６２ａ，６４ａ）、ミドルゾーン（６２ｂ，６４ｂ）およびリアゾーン（６２ｃ，６４ｃ）にそれぞれ熱電対ＴＣa，ＴＣb，ＴＣcが取り付けられ、左右のサイドゾーン６６，６８にそれぞれ熱電対ＴＣL，ＴＣRが取り付けられる。
【００５０】
図８および図９において、トランスファ・チャンバ４０側から見てハウジング５６の前面には、半導体ウエハＷを出し入れするための口（開口）５６ａが形成されている。また、ハウジング５６の背面には、後述する反応管５８に接続される処理ガス供給管８８および排気管９０（図１１〜図１３）をそれぞれ通すための貫通孔５６ｂ，５６ｃと、反応管５８に取付される熱電対ＴＣd，ＴＣe，ＴＣf，ＴＣg（図１１、図１３、図１４）をそれぞれ通すための貫通孔５６ｄ，５６ｅとが形成されている。
【００５１】
この実施形態の抵抗加熱ヒータ６０では、上面抵抗加熱部６２および下面抵抗加熱部６４の左右両側に抵抗加熱部６６，６８を設けることによって左右横方向（Ｙ方向）の温度均一性を実現する方式であるため、各エリア６２，６４，６６，６８に配置する抵抗発熱素子を同一の規格または仕様にすることが可能である。特に、この実施例のように、全てのコイル状抵抗発熱素子ＲＥのリードを一定にする構成においては、製作上のコストダウンをはかれるだけでなく、リード粗密部間の調整が要らなくなり、通電制御も簡単になる。もっとも、必要に応じて、所望のゾーンに配置するコイル状抵抗発熱素子のリードを適当な粗密化する構成も可能である。
【００５２】
図１０に、抵抗加熱ヒータ６０の通電制御系統の構成例を示す。この実施例では、フロントゾーン（６２ａ，６４ａ）、ミドルゾーン（６２ｂ，６４ｂ）、リアゾーン（６２ｃ，６４ｃ）、左サイドゾーン６６および右サイドゾーン６８毎に別個の温調用スイッチング回路たとえばＳＳＲ（ソリッド・ステート・リレー）７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７４，７６が充てられる。各ＳＳＲは、制御回路７８の制御の下でスイッチング（オン・オフ）動作して、交流電源８０からの電力を各ゾーンに供給する。制御回路７８は、各ゾーン（６２ａ，６４ａ）、（６２ｂ，６４ｂ）、（６２ｃ，６４ｃ）、６６、６８の発熱温度（制御量）を各熱電対ＴＣa，ＴＣb，ＴＣc，ＴＣL，ＴＣRを通じてフィードバックし、各設定値に一致するように各ＳＳＲ７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７４，７６をオン・オフ制御する。一方で、制御回路７８は、メインコントローラ（図示せず）と抵抗加熱ヒータ６０の通電制御に関係する所要の信号またはデータをやりとりする。
【００５３】
図１１〜図１４に一実施例における反応管５８の構成を示す。この反応管５８は全体が高耐熱性の材質たとえば石英からなり、扁平な略直方体形状に形成されているが、より正確には上部壁面５８ａおよび下部壁面５８ｂが左右両側壁部５８ｃ，５８ｄの間でアーチ型に形成されている。上部壁面５８ａおよび下部壁面５８ｂの内側には左右両側壁部５８ｃ，５８ｄの間で水平方向に面状に延在する梁部５８ｅ，５８ｆがそれぞれ天井部および床板部として形成されている。これら天井部５８ｅおよび床板部５８ｆと左右両側壁部５８ｅ，５８ｆとで扁平な直方体形状の処理空間または処理室８２が形成されている。左右両側壁部５８ｃ，５８ｄの両端部には脚部８３が設けられている。
【００５４】
上部壁面５８ａおよび下部壁面５８ｂと天井部５８ｅおよび床板部５８ｆとの間に形成される空間８４，８６は、それぞれ処理ガスまたは排気ガスに対してバッファ室として機能する。上部バッファ室８４には、反応管背面に形成されたガス導入口を介してたとえば石英管からなる処理ガス供給管８８が接続される。下部バッファ室８６には、反応管背面に形成された排気口を介してたとえば石英管からなる排気管９０が接続される。処理ガス供給管８８は処理ガス供給部（図示せず）に通じており、排気管９０は排気ダクトまたは真空ポンプ（図示せず）に通じている。
【００５５】
天井部５８ｅおよび床板部５８ｆにはそれぞれ処理ガスおよび排気ガスを通すための１つまたは複数の通気孔またはスリットが形成される。図示の構成例では、天井部５８ｅの反応管背面寄りの端部つまり処理ガス供給管８８の出口付近の部位に左右横方向（Ｙ方向）に延在するスリット９２が形成され、床板部５８ｆの反応管前面開口つまりウエハ出し入れ口９６付近の部位に左右横方向（Ｙ方向）に延在するスリット９４が形成されている。
【００５６】
かかるガス流通機構において、処理ガス供給管８８より供給される処理ガスは、先ず上部バッファ室８４に導入された後、反応管背面側の上部スリット９２から処理室８２へ導入され、処理室８２内ではウエハ出し入れ口９６側へ向って流れる。処理室８２内の排気ガスは、ウエハ出し入れ口９６側の下部スリット９４から下部バッファ室８６へ引き込まれた後、反応管背面側の排気口を通って排気管９０へ排出されるようになっている。
【００５７】
なお、一変形例として、天井部５８ｅおよび床板部５８ｆにおいてそれぞれ処理ガスおよび排気ガスを通すための通気孔を広く分散させてで多数形成する構成も可能である。このような多孔板構造によれば、上部バッファ室８４より処理室８２内の半導体ウエハＷに向けて処理ガスをシャワー状に均一に降り注ぐことが可能であり、さらには処理室８２内の排気ガスを床板部５８ｆの全域を通じて均一かつ速やかに排出することができる。
【００５８】
処理室８２において、床板部５８ｆには、半導体ウエハＷをほぼ水平に支持するためのたとえば石英からなる複数本たとえば３本の突状支持部９８が離散的に所定位置に設けられている。上記搬送室４０内の搬送アーム４２は、ウエハ出し入れ口９６からピンセット４４を処理室８２に挿入して、未処理の半導体ウエハＷを突状支持部９８の上に載置するか、あるいは処理済の半導体ウエハＷを突状支持部９８から引き取るようになっている。
【００５９】
上部バッファ室８４および／または下部バッファ室８６には、処理室８２の室内温度を近似値として測定するための温度センサを取り付けることができる。この実施例では、下部バッファ室８６において反応管背面側から長短２本の石英管１００，１０２を挿し込んで床板部５８ｆの下面にたとえば溶接で取付し、これらの石英管１００，１０２に１本または複数本の熱電対ＴＣd〜ＴＣgを挿入している。
【００６０】
より詳細には、左右横方向の中心線から少しずらした位置（つまりガス管８８，９０を避けた位置）で石英管１００を反応管背面から前部付近までＸ方向に延在させ、その管の中に長さの異なる３本の熱電対ＴＣd，ＴＣe，ＴＣfを挿入している。これら３本の熱電対ＴＣd，ＴＣe，ＴＣfの感温部（測温接点）は、上記抵抗加熱ヒータ６０におけるフロントゾーン（６２ａ，６４ａ）、ミドルゾーン（６２ｂ，６４ｂ）、リアゾーン（６２ｃ，６４ｃ）のエリアにそれぞれ位置し、前後方向（Ｘ方向）において３つのゾーンから受ける放射熱の影響をそれぞれモニタするために用いられる。
【００６１】
また、処理室８２の左側または右側端部位置で石英管１０２を反応管背面から中心部付近までＸ方向に延在させ、その管の中に１本の熱電対ＴＣgを挿入している。この熱電対ＴＣgは，横方向（Ｙ方向）のウエハ周辺部付近でサイドゾーン（この例では左サイドゾーン６６）から受ける放射熱の影響をモニタするために用いられる。なお、反対側のサイドゾーン（右サイドゾーン６８）から受ける放射熱の影響をモニタするための熱電対を追加してもよい。
【００６２】
各熱電対ＴＣd，ＴＣe，ＴＣf，ＴＣgの出力信号はたとえばメインコントローラに与えられ、必要に応じてメインコントローラから抵抗加熱ヒータ６０の制御回路７８にフィードバック信号または補正信号として与えられてよい。
【００６３】
この実施例の反応管５８では、上記のように扁平な略六面体構造において、上部壁面５８ａおよび下部壁面５８ｂを左右両側壁部５８ｃ，５８ｄの間でアーチ型に形成するとともに、上部壁面５８ａおよび下部壁面５８ｂの内側に左右両側壁部５８ｃ，５８ｄの間で天井部５８ｅ，床板部５８ｆを水平方向に延在する面状の梁部として形成しているため、管全体または管自体が十全の耐圧構造を有しており、たとえば反応管５８の中を減圧する際に管の内外の圧力差で応力が発生しても破損するおそれはない。
【００６４】
次に、この実施形態の処理装置における全体的な動作を説明する。一例として、プロセス・モジュール１８の両プロセスチャンバ５４Ｈ，５４Ｌにおいては、高温たとえば１１５０゜Ｃで酸化、拡散等の急速加熱処理を行うものとする。なお、以下に説明する装置全体の動作はメインコントローラまたはシステムコントローラによって制御される。
【００６５】
カセットステーション１０には、未処理の半導体ウエハＷを収納し、または収納可能なカセットＣＲが搬入され、搬入されたカセットＣＲはいずれかのカセット載置台２０の上に載置される。ローダ／アンローダ部１２のウエハ搬送機構２２は、カセットステーション１０に搬入されている任意のカセットＣＲ内の任意のカセット収納位置にアクセスして、そのカセット収納位置から未処理の半導体ウエハＷを取り出すことができる。
【００６６】
ローダ／アンローダ部１２のウエハ搬送機構２２は、カセットステーション１０より未処理の半導体ウエハＷをほぼ水平に１枚取り出すと、搬送アーム２６を約１８０゜旋回させてから、アライメントユニット３８の前に移動して、該半導体ウエハＷをアライメントユニット３８に搬入する。アライメントユニット３８内で該半導体ウエハＷはノッチまたはオリフラ合わせとセンタリングを受ける。
【００６７】
ウエハ搬送機構２２は、位置合わせを終えた半導体ウエハＷをアライメントユニット３８から搬出し、次いで未処理基板多段配置部のロードロック室２８Ｈ，２８Ｌの前までＹ方向に移動し、搬送アーム２６を搬入先であるロードロック室２８Ｈ，２８Ｌの片方たとえばロードロック室２８Ｈの高さ位置に昇降移動させる。ロードロック室２８Ｈは、ウエハ搬入口の開閉扉３４を開けた状態でウエハ搬送機構２２を迎える。ウエハ搬送機構２２は、搬送アーム２６を前進または伸張させてロードロック室２８Ｈ内に入れ、室内の支持ピン３２に半導体ウエハＷを所定の向きで移載する。
【００６８】
しかる後、ウエハ搬送機構２２は、カセットステーション１０へ戻り、上記と同様の手順および動作で、未処理の別の半導体ウエハＷを任意のカセットＣＲ内の任意のウエハ収納位置から取り出してきて、今度は他方のロードロック室２８Ｌに搬入する。こうして、両ロードロック室２８Ｈ，２８Ｌには２枚の未処理半導体ウエハＷ，Ｗが別々のタイミングで搬入され、そこで両半導体ウエハＷ，Ｗは水平姿勢で上下２段に配置された状態で留め置かれる。なお、各ロードロック室２８Ｈ，２８Ｌにおいては、半導体ウエハＷの搬入完了後に搬入口側の扉３４が閉じて、必要に応じて室内を減圧したり、あるいは不活性ガス雰囲気に置換してもよい。
【００６９】
一方、プロセス・モジュール１８では、各プロセスチャンバ５４Ｈ，５４Ｌにおいて上記抵抗加熱ヒータ６０により加熱炉内の温度、より正確には反応管５８内の温度を設定温度（１１５０゜Ｃ）に維持するための温度制御が行われる。
【００７０】
上記のようにして未処理基板多段配置部のロードロック室２８Ｈ，２８Ｌ内に２枚の半導体ウエハＷが上下２段に収容配置されると、またはそれに先立って、トランスファ・モジュール１６の搬送室４０内で搬送アーム４２が移動動作して両ピンセット４４Ｈ，４４Ｌをそれぞれロードロック室２８Ｈ，２８Ｌの前に附ける。そして、両ロードロック室２８Ｈ，２８Ｌの搬出口側のゲートバルブ３６，３６が開くと、搬送アーム４２は、両ピンセット４４Ｈ，４４Ｌを前進または伸張させて両ロードロック室２８Ｈ，２８Ｌ内に挿入し、支持ピン３２，３２から半導体ウエハＷ，Ｗを上下２段配置状態のまま取り出す。次いで、両ピンセット４４Ｈ，４４Ｌで半導体ウエハＷ，Ｗを上下２段に支持した状態で所定角度旋回して、プロセス・モジュール１８の両プロセスチャンバ５４Ｈ，５４Ｌの前にそれぞれ両ピンセット４４Ｈ，４４Ｌを附けて待機する。
【００７１】
そして、両プロセスチャンバ５４Ｈ，５４Ｌの手前で両ゲートバルブ５４，５４が同時に開くと、搬送アーム４２は間を置かず即座に両プロセスチャンバ５４Ｈ，５４Ｌ内に未処理の半導体ウエハＷ，Ｗを同時に搬入する。より詳細には、両ピンセット４４Ｈ，４４Ｌを両プロセスチャンバ５４Ｈ，５４Ｌの反応室５８，５８内に挿入し、それぞれの突状支持部９８，９８に未処理の半導体ウエハＷを移載したなら、すばやく両ピンセット４４Ｈ，４４Ｌを引いて両プロセスチャンバ５４Ｈ，５４Ｌからそれぞれ退出させる。この直後に両ゲートバルブ５４，５５が閉じる。
【００７２】
両プロセスチャンバ５４Ｈ，５４Ｌにおいて、両反応室５８，５８内にそれぞれ搬入された未処理の半導体ウエハＷ，Ｗはそのまま直ちに設定温度（１１５０゜Ｃ）下に置かれて高温の急速熱処理を受ける。なお、搬入のタイミングに合わせて、たとえば搬入直後に、両反応室５８，５８への処理内容に応じた所定の処理ガスの供給を開始してよい。
【００７３】
ところで、上記のようにして未処理基板多段配置部のロードロック室２８Ｈ，２８Ｌより未処理の半導体ウエハＷが上下２段の状態で搬送室４０側へ搬出されると、両ロードロック室２８Ｈ，２８Ｌは空になる。すると、ローダ／アンローダ部１２のウエハ搬送機構２２が適当なタイミングを見計らい、上記と同様の手順および動作で、カセットステーション１０の所望のカセットＣＲから２枚の未処理の波導体ウエハＷ，Ｗを１枚ずつ別々に両ロードロック室２８Ｈ，２８Ｌに搬入しておく。
【００７４】
両プロセスチャンバ５４Ｈ，５４Ｌにおいては、上記のようにして未処理の半導体ウエハＷ，Ｗが搬入された時点から予め設定した処理時間が経過すると、ウエハ出し入れ口側で両ゲートバルブ５４，５４が同時に開く。この時、トランスファ・モジュール１６側の搬送アーム４２は両プロセスチャンバ５４Ｈ，５４Ｌ４の前で待機している。したがって、熱処理終了直後に両ゲートバルブ５４，５４が同時に開くと、搬送アーム４２は間を置かず即座に両プロセスチャンバ５４Ｈ，５４Ｌから高温状態の半導体ウエハＷ，Ｗを同時に搬出する。より詳細には、両ピンセット４４Ｈ，４４Ｌを両プロセスチャンバ５４Ｈ，５４Ｌの反応室５８，５８内に挿入し、それぞれの突状支持部９８，９８から処理済の半導体ウエハＷ，Ｗを取ったなら、すばやく両ピンセット４４Ｈ，４４Ｌを引いて両プロセスチャンバ５４Ｈ，５４Ｌからそれぞれ退出させる。この直後に両ゲートバルブ５４，５５は閉じてよい。
【００７５】
各プロセスチャンバ５４から処理済の半導体ウエハＷを搬出するに際して、搬送アーム４２は比較的低い温度たとえば常温で高温状態の半導体ウエハＷと接触する。この実施形態では、上記のように搬送アーム４２はピンセット４４の両アーム部４８，４８に取り付けたつめ部５０にて半導体ウエハＷの周辺部除外領域と線接触で接触するので、該半導体ウエハＷにスリップ等の結晶欠陥を招く可能性は低く、仮にそのような結晶欠陥が生じても周辺部除外領域内のものであるから歩留まりに影響することはない。
【００７６】
トランスファ・モジュール１６において、搬送アーム４２は、上記のようにして両プロセスチャンバ５４Ｈ，５４Ｌから高温急速熱処理を施された直後の両半導体ウエハＷ，Ｗを搬出すると、それらの半導体ウエハＷ，Ｗを両ピンセット４４Ｈ，４４Ｌで上下２段に支持した状態で所定角度旋回して、処理済基板多段配置部のロードロック室つまりクーリングチャンバ３０Ｈ，３０Ｌ側へ附ける。この時、両クーリングチャンバ３０Ｈ，３０Ｌのウエハ搬入口側で両ゲートバルブ５２，５２が開いた状態になっていてよい。
【００７７】
したがって、搬送アーム４２は、すみやかに両ピンセット４４Ｈ，４４Ｌを両クーリングチャンバ３０Ｈ，３０Ｌの中に挿入し、両チャンバ３０Ｈ，３０Ｌ内の支持ピン３２の上に処理直後でまだ高温状態の両半導体ウエハＷ，Ｗを載置することができる。そして、両ピンセット４４Ｈ，４４Ｌがクーリングチャンバ３０Ｈ，３０Ｌから退出すると、両ゲートバルブ５２，５２が閉じる。
【００７８】
こうして、両プロセスチャンバ５４Ｈ，５４Ｌで同時に高温急速熱処理を施された両半導体ウエハＷ，Ｗは、搬送室４０とカセットステーション１０との間の処理済ウエハ搬送経路の途中に設置された両クーリングチャンバ３０Ｈ，３０Ｌの中で同時に所定温度たとえば常温までそれぞれ冷却される。
【００７９】
そして、両クーリングチャンバ３０Ｈ，３０Ｌの中で処理済の両半導体ウエハＷ，Ｗが所定温度まで冷却された後に、ローダ／アンローダ部１２のウエハ搬送機構２２が両クーリングチャンバ３０Ｈ，３０Ｌにウエハ搬出口側からアクセスし、処理済の両半導体ウエハＷ，Ｗを１つずつ別々に搬出する。
【００８０】
ウエハ搬送機構２２は、各クーリングチャンバ３０Ｈ，３０Ｌより処理済の半導体ウエハＷを１枚単位で取り出すと、搬送アーム２６を約１８０゜旋回させてから、カセットステーション１０の所望のカセットＣＲの前に移動し、該カセットＣＲの任意のウエハ収納位置に該処理済の半導体ウエハＷを挿し込む。必要に応じて、カセットＣＲに収納する前にアライメントユニット３８で処理済の半導体ウエハＷのアライメントを行ってもよい。
【００８１】
一方、トランスファ・モジュール１６において、搬送アーム４２は、上記のようにして処理済の両半導体ウエハＷ，Ｗを両クーリングチャンバ３０Ｈ，３０Ｌに搬入し終えると、好ましくはその直後に、両ピンセット４４Ｈ，４４Ｌを空にした状態（無負荷状態）で所定角度旋回して、未処理基板多段配置部の両ロードロック室２８Ｈ，２８Ｌ側へ附けてよい。この時点で、両ロードロック室２８Ｈ，２８Ｌ内には新たな未処理の半導体ウエハＷ，Ｗが上下２段に配置されている。したがって、両ゲートバルブ３６，３６が開くと、上記と同様にして、搬送アーム４２は両半導体ウエハＷ，Ｗを上下２段状態のまま両ロードロック室２８Ｈ，２８Ｌから両ピンセット４４Ｈ，４４Ｌに載せて搬出し、次いで両プロセスチャンバ５４Ｈ，５４Ｌへ搬入する。
【００８２】
以後も、上記と同様にして、カセットステーション１０とロードロック・モジュール１４との間ではローダ／アンローダ部１２を介して未処理または処理済の半導体ウエハＷを１枚ずつ搬送し、ロードロック・モジュール１４とプロセス・モジュール１８との間ではトランスファ・モジュール１６を介して未処理または処理済の半導体ウエハＷを上下２段で一対ずつ搬送する。
【００８３】
この実施形態の処理装置において、ローダ／アンローダ部１２のウエハ搬送機構２２は、カセットステーション１０に対して半導体ウエハＷを一時に１枚単位で搬入出すればよいため、任意のカセットＣＲ内の任意のウエハ収納位置をアクセス先に選択することが可能であり、カセットＣＲ内のウエハ収納位置間隔が比較的狭くてもウエハの取り出しおよび挿し込みを迅速かつ正確に行うことができる。また、アライメントユニット３８をウエハ１枚分のアライメント機構で構成できるため、ユニット３８を小型化できるうえ、ウエハ搬送機構２２からも迅速にアクセスしやすいという利点がある。もっとも、複数枚の半導体ウエハＷを多段で同時に位置合わせするアライメント機構をアライメントユニット３８に設ける構成も可能である。
【００８４】
また、ウエハ搬送機構２２は、ロードロック・モジュール１４に対しても半導体ウエハＷを一時に１枚単位で搬入出すればよいため、各ロードロック室に対して時分割的にフレキシブルなタイミングでアクセスしてウエハＷの搬入出を行うことができる。
【００８５】
一方、トランスファ・モジュール１６の搬送アーム４２は、プロセス・モジュール１８に直結された搬送室４０内で未処理または処理済の半導体ウエハＷを上下に複数多段に支持して搬送することにより、複数の半導体ウエハＷに同時的な枚葉処理を効率的かつ正確に受けさせることができる。
【００８６】
特に、この実施形態では、プロセス・モジュール１８において上下２段の両プロセス・チャンバ５４Ｈ，５４Ｌの反応室５８，５８内を熱処理用の高温に維持しておいて、上下２段型の一対のピンセット４４Ｈ，４４Ｌを用いて未処理または処理済の２枚の半導体ウエハＷ，Ｗを同時に搬入または搬出するため、高温急速加熱処理において半導体ウエハの被処理面をより高速に昇温し、より高速に除温することができる。
【００８７】
さらに、この処理装置では、ロードロック・モジュール１４に、未処理の半導体ウエハＷを複数多段に配置して留め置くためのロードロック室２８Ｈ，２８Ｌと、処理済の半導体ウエハＷを複数多段に配置して留め置くためのロードロック室３０Ｈ，３０Ｌとを並列に設置している。かかる構成によって、未処理基板搬送操作と処理済基板搬送操作とを並列的または同時的に行って、スループットを向上させることができる。
【００８８】
そして、処理済基板多段配置部の両ロードロック室３０Ｈ，３０Ｌをクーリングチャンバとして使用し、両プロセスチャンバ５４Ｈ，５４Ｌで高温急速熱処理を施された両半導体ウエハＷ，Ｗを搬送室４０とカセットステーション１０との間の処理済ウエハ搬送経路の途中に設置された両クーリングチャンバ３０Ｈ，３０Ｌの中に留め置きながら所定温度まで冷却するようにしている。このことにより、特別な占有スペースを必要とする専用のクーリングチャンバは不要となっており、装置コストの低減やフットプリントの縮小を実現することができる。
【００８９】
上記した実施形態では、プロセスチャンバ５４において、上面抵抗加熱部６２および下面抵抗加熱部６４を前後方向（Ｘ方向）でフロントゾーン６２ａ，６４ａ、ミドルゾーン６２ｂ，６４ｂおよびリアゾーン６２ｃ，６４ｃの３つに分割した。しかし、任意の形態のゾーン分割が可能であり、２分割や４分割以上のゾーン分割も可能であり、横方向（Ｙ方向）におけるゾーン分割も可能である。また、必要に応じて、上面抵抗加熱部６２および下面抵抗加熱部６４のいずれか一方を省く構成も可能である。また、左側面抵抗加熱部６６および下面抵抗加熱部６４においても任意の形態のゾーン分割が可能である。
【００９０】
また、上記実施形態では、プロセス・モジュール１８において両プロセスチャンバ５４Ｈ，５４Ｌを急速熱処理用のチャンバとして構成した。しかし、他の処理チャンバとして構成することも可能であり、たとえばプラズマ処理やエッチング処理用の処理室として構成してもよい。
【００９１】
本発明の処理方法は常圧のプロセス、減圧プロセス、真空プロセスのいずれにも適用することができる。被処理基板としては、半導体ウエハに限らず、ＬＣＤ基板、ガラス基板、ＣＤ基板、フォトマスク、プリント基板等も可能である。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の急速熱処理装置によれば、簡易かつ低コストの構成でもってより均一な温度分布で被処理基板を急速加熱することができる。また、大型の被処理基板であっても必要最小限のスペースで被処理面全体を高精度な温度均一性で急速に加熱ないし熱処理することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における処理装置の全体構成を示す一部断面略側面図である。
【図２】実施形態による処理装置の全体構成を示す略平面図である。
【図３】実施形態のトランスファ・モジュールにおける搬送アームのピンセットの構成を示す平面図である。
【図４】実施形態における搬送アームのピンセットの要部の構成を示す部分斜視図である。
【図５】実施形態における搬送アームのピンセットのつめ部の構成を示す部分拡大側面図である。
【図６】実施形態のプロセス・チャンバにおける抵抗加熱ヒータの構成を模式的に示す分解斜視図である。
【図７】実施形態における抵抗加熱ヒータの構成（組立体）を模式的に示す斜視図である。
【図８】実施形態における抵抗加熱ヒータの具体的構成を示す縦断平面図である。
【図９】実施形態における抵抗加熱ヒータの具体的構成を示す横断平面図である。
【図１０】実施形態における抵抗加熱ヒータの通電制御部の回路構成を示す図である。
【図１１】実施形態のプロセス・チャンバにおける反応管の構成を示す平面図である。
【図１２】実施形態における反応管の構成を示す縦断面図である。
【図１３】実施形態における反応管の構成を示す背面図である。
【図１４】実施形態における反応管の構成を示す横断面図である。
【図１５】従来の熱処理装置の構成を示す断面図である。
【図１６】従来の熱処理装置に用いられる抵抗発熱素子の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ カセットステーション
１２ ローダ／アンローダ
１４ ロードロック・モジュール
１６ トランスファ・モジュール
１８ プロセス・モジュール
２２ ウエハ搬送機構
２８Ｈ，２８Ｌ ロードロック室（未処理基板多段配置部）
３０Ｈ，３０Ｌ ロードロック室（処理済基板多段配置部）
３２ 支持ピン
３４ 開閉蓋
３６ ゲートバルブ
４０ 搬送室
４２ 搬送アーム
４４Ｈ，４４Ｌ ピンセット
５２ ゲートバルブ
５４（５４Ｈ，５４Ｌ） プロセスチャンバ
５８ 反応管
６０ 抵抗加熱ヒータ
ＲＥ 抵抗発熱素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a substrate to be processed such as a semiconductor wafer or an LCD (liquid crystal display) substrate.Rapid at high temperatureFor heat treatmentrapidThe present invention relates to a heat treatment apparatus.
[0002]
[Prior art]
In the manufacturing process of semiconductor devices, LCDs, etc., heat treatment is used in various processes such as oxidation, diffusion, hot wall CVD and the like. As the recent design rule is further refined from 0.2 μm to 0.1 μm, and the diameter of the semiconductor wafer is increased from 200 mm to 300 mm, it can rapidly cope with the technology for forming a very thin film of a large area. Development of heat treatment equipment is an urgent issue.
[0003]
Specifically, in the formation of ultrathin films such as thermal diffusion doping and gate oxide films and capacitor insulating films, rapid or short heat treatment is required to reduce the thermal budget. Also in the PN junction, it is necessary to prevent the film deterioration and the generation of crystal defects at the time of bonding in order to make the PN junction surface shallow so that the resistance can be reduced and the PN junction can be formed on the surface of any shape. For this purpose, rapid or short-time heat diffusion treatment is required.
[0004]
Further, in the formation of the LOCOS oxide film, if the compressive stress of the adjacent LOCOS oxide film is expanded by a synergistic effect due to the thermal cycle, the surface potential is likely to fluctuate, the leakage current, the pressure resistance is lowered, and the like. Therefore, it is necessary to reduce the thermal cycle by rapid thermal processing.
[0005]
In the present situation where the diameter of the semiconductor wafer is increasing from 200 mm to 300 mm, it is required to prevent or reduce slip, distortion and warpage that are likely to occur in the semiconductor wafer. It is necessary to perform rapid heat treatment uniformly with a small temperature difference from the peripheral part.
[0006]
FIG. 15 shows a configuration of a conventional heat treatment apparatus for dealing with a large-diameter wafer. In this heat treatment apparatus, for example, a flat reaction tube 102 is accommodated substantially horizontally in a hexahedron-shaped housing 100, and planar resistance heating units 104, 106 arranged facing the top and bottom of the reaction tube 102 are connected to the reaction tube 102. Are divided into three zones, that is, a front zone (104a, 106a), a middle zone (104b, 106b), and a rear zone (104c, 106c), respectively.
[0007]
Among the three zones, the middle zone (104b, 106b) covers almost the entire area of the semiconductor wafer W disposed on the substrate support 108 in the reaction tube 102, and includes a front zone (104a, 106a) and a rear zone (104c, The zone is set so that 106c) covers the front and rear peripheral portions of the semiconductor wafer W.
[0008]
In the front zone (104a, 106a) and the rear zone (104c, 106c), as shown in FIG. 16, a large number of coiled resistance heating elements 110 having constant leads over the entire length are provided in the X direction. . On the other hand, in the middle zone (104b, 106b), as shown in FIG. 16, a large number of coiled resistance heating elements 112 having dense leads at both ends and rough leads at the middle are arranged in the X direction. Provided. These resistance heating elements 110 and 112 are electrically connected in series in each zone, and are electrically separated or connected in parallel between different zones.
[0009]
Each zone (104a, 106a), (104b, 106b), (104c, 106c) is individually energized and controlled by a heater circuit (not shown). If heat of a uniform intensity is radiated from the entire surface of the resistance heating units 104 and 106 toward the semiconductor wafer W, the temperature tends to be relatively lower at the peripheral end than at the center of the semiconductor wafer W. . In this heat treatment apparatus, as described above, the resistance heating units 104 and 106 are divided into three zones (104a, 106a), (104b, 106b), (104c, 106c), and resistance heat generation in the middle zone (104b, 106b). By constructing the resistance heating elements 110 in the front zone (104a, 106a) and the rear zone (104c, 106c) rather than the element 112 as leads having a relatively high density (small pitch), the reaction tube 102 in the front-rear direction (X direction). The heating temperature is made uniform. Further, by making the lead density of the resistance heating element 112 relatively higher at both end portions than in the central portion in the middle zone (104b, 106b), the heating temperature is made uniform in the left-right width direction (Y direction). I have to.
[0010]
Note that a soaking plate or a thermal diffusion plate 114 made of, for example, high-purity silicon carbide (SiC) is provided between the resistance heating units 104 and 106 and the reaction tube 102. In addition, a gas pipe 116 for introducing a processing gas or discharging an exhaust gas is connected to the rear surface of the reaction tube 102.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, the resistance heating method in which the resistance heating element 112 is provided with the rough portion and the dense portion of the lead not only increases the manufacturing cost of the resistance heating element 112 but also the front-rear direction (X direction) and the lateral direction. It is difficult to simultaneously adjust the soaking in both directions (Y direction), and the optimum value of the lead density ratio varies depending on the heating temperature, so it is very difficult to obtain a uniform temperature distribution.
[0012]
  The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and is simple and low-cost.ofThe substrate to be processed with a uniform temperature distribution with the configurationRapidly at high temperaturesEnabled to heatrapidAn object is to provide a heat treatment apparatus.
[0013]
  Another object of the present invention is also for a large substrate to be processed.In the minimum space requiredThe entire surface to be processed can be heated or heat-treated quickly with high-precision temperature uniformity.rapidIt is to provide a heat treatment apparatus.
[0014]
  In order to achieve the above object, the present inventionrapidHeat treatment equipmentA rectangular parallelepiped housing having an opening for inserting and removing the substrate to be processed on the front surface, and a flat housing that is built in the housing and has an opening for loading and unloading the substrate on the front surface, so that the substrate can be loaded and unloaded. A substantially hexahedron-shaped reaction tube, and a large number of coiled resistance heating elements arranged in a plane adjacent to the upper surface of the reaction tube. The radiant heat is substantially perpendicular to the surface of the substrate. An upper surface resistance heating unit that provides a large number of coil-shaped resistance heating elements that are built in the housing and are adjacent to the lower surface of the reaction tube, and radiant heat is substantially perpendicular to the surface of the substrate. A lower surface resistance heating unit that is provided; and a large number of coiled resistance heating elements arranged in a plane adjacent to the left side surface of the reaction tube, and radiant heat is substantially parallel to the surface of the substrate. Given A left side resistance heating unit, and a large number of coil-shaped resistance heating elements arranged in a plane adjacent to the right side surface of the reaction tube, which is built in the housing, and radiant heat substantially parallel to the surface of the substrate. A right-side resistance heating unit, the upper-surface resistance heating unit, the lower-surface resistance heating unit, the left-side resistance heating unit, and the right-side resistance heating unit are energized to generate resistance, and the left-side resistance heating unit and the Via an energization control unit for causing the right side resistance heating unit to generate resistance by energization control independent of the upper surface resistance heating unit and the lower surface resistance heating unit, and a gas supply pipe penetrating the back surface of the housing and the back surface of the reaction tube A processing gas supply unit configured to supply a processing gas into the reaction tube; an exhaust unit configured to exhaust the reaction tube through an exhaust pipe penetrating the back surface of the housing and the back surface of the reaction tube; And a gate valve for opening and closing the opening of the opening and the reaction tube GIN.
[0015]
  In the above configuration,The left side resistance heating unit and right side resistance heating unit reinforces the radiant heat to the periphery of the substrate in the horizontal direction, thereby reducing the uneven temperature distribution due to heating only by the upper and lower resistance heating units. Can be corrected automatically.
[0016]
  In particular, the left side resistance heating unit and the right side resistance heating unit are provided on both the left and right sides adjacent to the left side and right side of the reaction tube as a planar resistance heating unit orthogonal to the surface of the substrate to be processed, The minimum required space is sufficient, and high-precision temperature uniformity can be achieved without increasing the area of the upper surface resistance heating section and the lower surface resistance heating section or increasing the size of the housing. It is possible to cope with an increase in diameter.
[0017]
  In order to obtain a more uniform temperature distribution, preferablyUpper surface resistance heating part and lower surface resistance heating part respectivelyA configuration may be adopted in which the space is divided into a plurality of zones and resistance is generated by energization control independent for each zone. In this zone division, preferably in the front-rear direction of taking the substrate into and out of the reaction tubeUpper surface resistance heating section and lower surface resistance heating sectionMay be divided into a first zone covering almost the whole or most of the substrate, and second and third zones respectively arranged before and after the first zone. With this configuration, it is possible to correct the non-uniformity of the temperature distribution in the front-rear direction.
[0018]
  In the energization control of the resistance heating unit of the present invention, preferably, in order to perform a more precise correction of the temperature distribution,Left side resistance heating unit and right side resistance heating unitTheUpper surface resistance heating section and lower surface resistance heating sectionIt may be configured to generate resistance heat by energization control independent of each zone,More preferably, the left side resistance heating unit and the right side resistance heating unitEach of these may be heated by resistance by independent energization control.
[0019]
  In each resistance heating section, in order to simplify the configuration of the resistance heating section, a coil-shaped resistance heating element having a substantially constant lead over the entire length may be distributed in a planar shape.Upper surface resistance heating section and lower surface resistance heating sectionIn this case, it is preferable that each resistance heating element is provided so as to extend in a lateral direction perpendicular to the front-rear direction in which the substrate to be processed is taken in and out of the reaction tube, and a plurality of resistance heating elements are arranged in the front-rear direction.Left side resistance heating unit and right side resistance heating unitIn this case, it is preferable that each resistance heating element is provided so as to extend in the front-rear direction in which the substrate to be processed is taken in and out of the reaction tube, and a plurality of resistance heating elements are arranged in a vertical direction perpendicular to the front-rear direction.
[0020]
  Also,Preferably,In order to improve the accuracy of energization control or temperature control of the resistance heating unit, a resistance heating unit that generates resistance by independent energization control or a temperature detection means for feeding back the heating temperature to each energization control for each zoneInstall in each resistance heating zone or zoneIt is good as composition.Furthermore, it is preferable that a temperature detection means for feeding back the temperature to be heated to each energization control for each resistance heating section or zone for resistance heating by independent energization control may be attached to the reaction tube.
[0021]
  In order to increase the heating efficiency,Each resistance heating unitThe structure which surrounds the outside with a heat insulating member is preferable. Also,Each resistance heating unitIt is good also as a structure which provides a thermal-diffusion member between a reaction tube and a reaction tube.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0023]
1 and 2 show the overall configuration of a processing apparatus according to an embodiment of the present invention. This processing apparatus is configured as a rapid thermal processing apparatus that performs thermal processing such as oxidation, diffusion, annealing, and thermal CVD (Chemical Vapor Deposition) by rapid heating in a manufacturing process of semiconductor devices, LCDs, and the like.
[0024]
The rapid thermal processing apparatus has five sections, that is, a cassette station 10, a loader / unloader unit 12, a load lock module 14, a transfer module 16 and a process module 18.
[0025]
In the cassette station 10, one or a plurality of cassette mounting tables 20 are provided side by side in the horizontal direction, for example, the Y direction, and one cassette (or carrier) CR is mounted on each cassette mounting table 20. The cassette CR is configured to accommodate a plurality of substrates to be processed, for example, semiconductor wafers W in a plurality of stages in a horizontal posture with a predetermined interval in the vertical direction, and can be arbitrarily taken in and out from an opening on one side surface. For example, an automated guided vehicle (AGV) or an automated guided vehicle (not shown) such as RGV (Rail Guided Vehicle) accesses the cassette station 10 to store a cassette CR containing a semiconductor wafer W before processing into a predetermined cassette mounting table. The cassette CR set to 20 or containing the processed semiconductor wafer W is unloaded from a predetermined cassette mounting table 20.
[0026]
The loader / unloader unit 12 includes a wafer transfer mechanism 22 for transferring the semiconductor wafers W one by one between the cassette station 10 and the load lock module 14. The wafer transfer mechanism 22 includes a transfer body 24 that can move along the cassette arrangement direction (Y direction) of the cassette station 10 and a transfer arm that is mounted on the transfer body 24 and can move in the Z, θ, and X directions. 26. The transfer arm 26 accesses the desired cassette CR from the front at a desired height position, and takes out one semiconductor wafer W from the corresponding wafer storage position in the cassette CR, or one sheet at the corresponding wafer storage position. The semiconductor wafer W can be inserted.
[0027]
The load lock module 14 is provided with two sets (28H, 28L) and (30H, 30L) of a plurality of, for example, a pair of load lock chambers arranged in multiple stages vertically in the vertical direction. More specifically, the pair of load lock chambers 28H and 28L, which are arranged in multiple stages on the left and right as viewed from the loader / unloader unit 12 side, have unprocessed substrate multistages for temporarily retaining unprocessed semiconductor wafers W. The pair of load lock chambers 30H and 30L, which constitute the placement unit and are arranged in multiple stages on the right and left, constitute a processed substrate multi-stage placement unit for temporarily holding the processed semiconductor wafer W. In this embodiment, the load lock chambers 30H and 30L of the processed substrate multistage arrangement section also serve as a cooling chamber or a stage for cooling the processed semiconductor wafer W to a predetermined temperature.
[0028]
In each of the load lock chambers 28H, 28L, 30H, and 30L, a wafer mounting portion including a plurality of, for example, three support pins 32 is provided. In addition, a vacuum pump (not shown) and an inert gas supply unit (not shown) are connected to each load lock chamber, so that the indoor space can be in a vacuum or an inert gas atmosphere. Further, the load lock chambers 30H and 30L of the processed substrate multi-stage arrangement portion functioning as a cooling chamber may be provided with, for example, a water cooling or air cooling type cooling mechanism (not shown).
[0029]
In the load lock chambers 28H and 28L of the unprocessed substrate multistage arrangement portion, an opening with an open / close door 34 provided on a side surface facing the loader / unloader portion 12 forms an entrance (wafer carry-in entrance), and the transfer module 16 An opening connected via the gate valve 36 forms an outlet (wafer carry-out port). The wafer transfer mechanism 22 of the loader / unloader unit 12 loads unprocessed semiconductor wafers W one by one into the load lock chambers 28H and 28L in which the open / close door 34 is open at different timings.
[0030]
In the load lock chambers 30 </ b> H and 30 </ b> L of the processed substrate multistage arrangement portion, the opening with the open / close door 34 provided on the side surface facing the loader / unloader portion 12 forms an exit (wafer carry-out exit). An opening connected via the gate valve 36 forms an inlet (wafer carry-in inlet). The wafer transfer mechanism 22 of the loader / unloader unit 12 carries out the processed semiconductor wafers W one by one from the load lock chambers 30H, 30L with the open / close door 34 open at different timings.
[0031]
An alignment unit 38 that is accessible by the wafer transfer mechanism 22 of the loader / unloader unit 12 is provided adjacent to the load lock chambers 28H, 28L, 30H, 30L. In this alignment unit 38, an alignment mechanism (not shown) for aligning the notch or orientation flat of the semiconductor wafer W in a predetermined direction is provided.
[0032]
The transfer module 16 includes a cylindrical transfer chamber 40 whose upper surface and lower surface are closed, and a transfer arm 42 that is rotatable and can be moved back and forth or retracted is provided in the transfer chamber 40. This transfer arm 42 has upper and lower two stages or a pair of tweezers 44H and 44L that move horizontally in parallel at a predetermined height position. Two semiconductor wafers W and W are moved up and down by both tweezers 44H and 44L. They are held in stages and are simultaneously transported in parallel. A machine chamber 46 that houses a drive source for driving the transfer arm 42 is provided under the transfer chamber 40.
[0033]
On the side surface of the transfer chamber 40, there are openings for connecting to the load lock chambers 28H, 28L, 30H, 30L via gate valves 36, and gate valves 52 to the process chambers 54H, 54L of the process module 18 described later. The opening for connecting via is formed.
[0034]
The transfer chamber 40 may be configured to be hermetically sealed, and further connected to a vacuum pump (not shown) or an inert gas supply unit (not shown) so that the indoor space can be in a vacuum or an inert gas atmosphere. It has become.
[0035]
3, 4, and 5 show a configuration of tweezers 44 (44 </ b> H, 44 </ b> L) of the transfer arm 42 provided in the transfer chamber 40.
[0036]
The tweezers 44 includes a Y-shaped base portion 46 extending in the horizontal direction, a pair of tubular arm portions 48, 48 extending in front of the pair of tip portions of the base portion 46 in a horizontal and parallel manner, and both arm portions 48. , 48, and a plurality of claw portions 50 for holding the wafer projecting substantially horizontally toward the inside at an appropriate interval. Each portion (46, 48, 50) of the tweezers 44 is made of a highly heat resistant material such as quartz glass.
[0037]
Each pawl portion 50 is made of a plate piece having a plate thickness d of, for example, about 0.8 mm, and is welded to the arm portion 48 with the plate surface vertical. The upper end surface of each pawl portion 50 is inclined downward with a somewhat convex roundness from the base end portion toward the distal end portion, and a contact portion 50a is set on the middle of the rounded inclined surface. As shown in FIGS. 4 and 5, the peripheral edge portion of the semiconductor wafer W is placed horizontally on the contact portion 50 a of each pawl portion 50 with almost line contact.
[0038]
The transfer arm 42 supports and transfers the semiconductor wafer W between both arm portions 48 and 48 of the tweezers 44. At that time, the semiconductor wafer W comes into contact with the pawl 50 at the peripheral edge of the wafer, that is, the peripheral exclusion area. As a result, even if the semiconductor wafer W immediately after being subjected to a high-temperature rapid heat treatment of, for example, 1000 ° C. or more in the process module 18 described later is carried out by the transfer arm 42, crystal defects such as slips are hardly generated on the wafer W. It has become.
[0039]
In the process module 18, each process chamber 54 (54 H, 54 L) is configured as a heat treatment apparatus for rapid heating, and has, for example, a rectangular parallelepiped box-shaped housing 56. A resistance heater 60 is incorporated.
[0040]
6 and 7 schematically show the configuration of the resistance heater 60 in the process chamber 54. The resistance heater 60 of this embodiment includes a planar upper surface resistance heating unit 62 and a lower surface resistance heating unit that are adjacent to and opposed to the upper surface, the lower surface, and the left and right side surfaces of the reaction tube 58 formed in a flat, substantially hexahedral shape. 64, a left side resistance heating unit 66 and a right side resistance heating unit 68. Each planar resistance heating unit 62 to 68 generates radiant heat by resistance heating and heats the semiconductor wafer W in the reaction tube 58. A configuration in which a soaking plate or a heat diffusion plate (not shown) made of, for example, high-purity silicon carbide (SiC) is provided in front of the heat radiation surface of each planar resistance heating unit 62-68 is also possible.
[0041]
Each of the upper surface resistance heating unit 62 and the lower surface resistance heating unit 64 includes a plurality of zones such as front zones 62a and 64a, middle zones 62b and 64b, and rear zones 62c and 64c in the front-rear direction (X direction) when viewed from the chamber inlet side. It is divided into zones, and independent energization control is performed for each zone. Among these three zones, the middle zones 62b and 64b cover almost the entire area of the semiconductor wafer W accommodated in the reaction tube 58, and the front zones 62a and 64a and the rear zones 62c and 64c cover the front and rear peripheral portions of the semiconductor wafer W. The zone is set to cover. The left side resistance heating unit 66 and the right side resistance heating unit 68 each function as a single side zone.
[0042]
In such a configuration, the middle zones 62b and 64b of the upper surface resistance heating unit 62 and the lower surface resistance heating unit 64 apply radiant heat to the semiconductor wafer W in the reaction tube 58 almost perpendicularly to the entire wafer surface. However, with only the radiant heat of the middle zones 62b and 64b, the temperature tends to be relatively lower in the peripheral portion than in the central portion of the semiconductor wafer W, and it is difficult to obtain a uniform temperature distribution over the entire wafer.
[0043]
In this embodiment, the front zone 62a, 64a and the rear zones 62c, 64c of the upper surface resistance heating unit 62 and the lower surface resistance heating unit 64 reinforce the radiant heat to the wafer peripheral portion in the front-rear direction (X direction) and the left side surface resistance. By reinforcing the radiant heat to the wafer peripheral part in the left and right lateral direction (Y direction) by the heating part 66 and the right side resistance heating part 68, the temperature distribution non-uniformity due to heating of only the middle zones 62b and 64b is effectively improved. And a uniform temperature distribution can be obtained over the entire wafer.
[0044]
In particular, the left side resistance heating unit 66 and the right side resistance heating unit 68 are provided on both the left and right sides as planar resistance heating units orthogonal to the wafer surface of the semiconductor wafer W. High-accuracy temperature uniformity can be realized without increasing the size of the chamber 54, and it is possible to cope with an increase in the diameter of the semiconductor wafer.
[0045]
8 and 9 show a specific configuration of the resistance heater 60 according to one embodiment. In this embodiment, a heat insulating member 70 made of, for example, ceramic is inserted between a housing 56 made of, for example, stainless steel, and each planar resistance heating portion 62, 64, 66, 68 of the resistance heater 60.
[0046]
Each of the sheet resistance heating units 62, 64, 66, and 68 includes, for example, a resistance heating wire made of, for example, molybdenum disilicide (MoSi2) on a core rod made of ceramic, iron (Fe), and chromium (Cr). A large number of coil-like resistance heating elements RE, in which resistance heating wires such as Kanthal (trade name) wires, which are alloy wires of aluminum (Al), are wound with a constant pitch or leads are arranged in a planar shape (two-dimensional direction). Is.
[0047]
More specifically, in the upper surface resistance heating unit 62 and the lower surface resistance heating unit 64, each resistance heating element RE is provided so as to extend in the left-right lateral direction (Y direction), and the resistance heating element in the front-rear direction (X direction). Multiple REs are lined up side by side. Further, in the left side resistance heating unit 66 and the right side resistance heating unit 68, each resistance heating element RE extends in the front-rear direction (X direction) from end to end of the upper surface resistance heating unit 62 and the lower surface resistance heating unit 64. A plurality of resistance heating elements RE are laid out side by side so as to fill a gap between the upper surface resistance heating unit 62 and the lower surface resistance heating unit 64 in the vertical direction (Z direction).
[0048]
In each zone 62a, 62b, 62c, 64a, 64b, 64c, 66, 68, all the resistance heating elements RE may be electrically connected in series. The different zones may basically be electrically separated or connected in parallel. However, the front zones 62a and 64a, the middle zones 62b and 64b, and the rear zones 62c and 64c of the upper surface resistance heating unit 62 and the lower surface resistance heating unit 64 that face each other may be electrically connected in series. Further, the left side resistance heating unit 66 and the right side resistance heating unit 68 facing each other as the left and right side zones may be connected in series to perform common energization control. In order to correct the deviation, both (66, 68) may be electrically separated or connected in parallel to perform independent energization control.
[0049]
A temperature sensor, for example, a thermocouple TC, for feeding back the heat generation temperature to the temperature control circuit is attached to each zone where independent energization control is performed. In this embodiment, thermocouples TCa, TCb, TCc are attached to the front zone (62a, 64a), the middle zone (62b, 64b) and the rear zone (62c, 64c), respectively, and the left and right side zones 66, 68 are respectively thermoelectric. A pair TCL, TCR is attached.
[0050]
8 and 9, an opening (opening) 56a for taking in and out the semiconductor wafer W is formed on the front surface of the housing 56 when viewed from the transfer chamber 40 side. Further, on the rear surface of the housing 56, through-holes 56 b and 56 c for passing a processing gas supply pipe 88 and an exhaust pipe 90 (FIGS. 11 to 13) connected to the reaction pipe 58 described later, and the reaction pipe 58, respectively. Through holes 56d and 56e are formed to allow the attached thermocouples TCd, TCe, TCf, and TCg (FIGS. 11, 13, and 14) to pass therethrough, respectively.
[0051]
In the resistance heater 60 of this embodiment, the temperature uniformity in the horizontal direction (Y direction) is realized by providing resistance heating units 66 and 68 on both the left and right sides of the upper surface resistance heating unit 62 and the lower surface resistance heating unit 64. Therefore, it is possible to make the resistance heating elements arranged in the areas 62, 64, 66, and 68 have the same standard or specification. In particular, in the configuration in which the leads of all the coiled resistance heating elements RE are constant as in this embodiment, not only the manufacturing cost can be reduced, but there is no need to adjust between the lead dense and dense portions, and the energization control can be achieved. It will also be easy. However, if necessary, a configuration in which the leads of the coiled resistive heating elements arranged in a desired zone are appropriately densified is also possible.
[0052]
In FIG. 10, the structural example of the electricity supply control system of the resistance heater 60 is shown. In this embodiment, a separate temperature control switching circuit such as an SSR (solid state switch) is provided for each of the front zone (62a, 64a), middle zone (62b, 64b), rear zone (62c, 64c), left side zone 66 and right side zone 68. State relays 72a, 72b, 72c, 74, and 76 are allocated. Each SSR performs switching (on / off) operation under the control of the control circuit 78 to supply power from the AC power supply 80 to each zone. The control circuit 78 feeds back the heat generation temperatures (control amounts) of the zones (62a, 64a), (62b, 64b), (62c, 64c), 66, 68 through the thermocouples TCa, TCb, TCc, TCL, TCR. Then, the SSRs 72a, 72b, 72c, 74, and 76 are on / off controlled so as to match the set values. On the other hand, the control circuit 78 exchanges necessary signals or data related to energization control of the main heater (not shown) and the resistance heater 60.
[0053]
11 to 14 show a configuration of the reaction tube 58 in one embodiment. The entire reaction tube 58 is made of a highly heat-resistant material such as quartz and is formed in a flat and substantially rectangular parallelepiped shape. More precisely, the upper wall surface 58a and the lower wall surface 58b are located between the left and right side wall portions 58c and 58d. It is formed in an arch shape. Beam portions 58e and 58f extending in a planar shape in the horizontal direction between the left and right side wall portions 58c and 58d are respectively formed as a ceiling portion and a floor plate portion inside the upper wall surface 58a and the lower wall surface 58b. A flat rectangular parallelepiped processing space or processing chamber 82 is formed by the ceiling portion 58e and floor plate portion 58f and the left and right side wall portions 58e and 58f. Legs 83 are provided at both ends of the left and right side walls 58c and 58d.
[0054]
Spaces 84 and 86 formed between the upper wall surface 58a and the lower wall surface 58b and the ceiling portion 58e and the floor plate portion 58f function as a buffer chamber for the processing gas or the exhaust gas, respectively. A processing gas supply pipe 88 made of, for example, a quartz tube is connected to the upper buffer chamber 84 through a gas inlet formed on the back surface of the reaction tube. An exhaust pipe 90 made of, for example, a quartz tube is connected to the lower buffer chamber 86 through an exhaust port formed on the back surface of the reaction tube. The processing gas supply pipe 88 communicates with a processing gas supply section (not shown), and the exhaust pipe 90 communicates with an exhaust duct or a vacuum pump (not shown).
[0055]
The ceiling portion 58e and the floor plate portion 58f are each formed with one or a plurality of vent holes or slits for passing the processing gas and the exhaust gas. In the illustrated configuration example, a slit 92 extending in the left-right lateral direction (Y direction) is formed at the end of the ceiling 58e near the back of the reaction tube, that is, near the outlet of the processing gas supply pipe 88, and the floor plate 58f A slit 94 extending in the left-right lateral direction (Y direction) is formed in the reaction tube front opening, that is, in the vicinity of the wafer loading / unloading port 96.
[0056]
In such a gas distribution mechanism, the processing gas supplied from the processing gas supply pipe 88 is first introduced into the upper buffer chamber 84 and then introduced into the processing chamber 82 from the upper slit 92 on the rear side of the reaction tube. Then, it flows toward the wafer loading / unloading port 96 side. The exhaust gas in the processing chamber 82 is drawn into the lower buffer chamber 86 from the lower slit 94 on the wafer loading / unloading port 96 side, and then discharged to the exhaust pipe 90 through the exhaust port on the rear side of the reaction tube. Yes.
[0057]
As a modification, a configuration in which a large number of vent holes for allowing the processing gas and the exhaust gas to pass therethrough are widely formed in the ceiling portion 58e and the floor plate portion 58f, respectively, is also possible. According to such a perforated plate structure, it is possible to uniformly pour the processing gas in a shower shape from the upper buffer chamber 84 toward the semiconductor wafer W in the processing chamber 82, and further, the exhaust gas in the processing chamber 82. Can be discharged uniformly and promptly through the entire area of the floor plate portion 58f.
[0058]
In the processing chamber 82, the floor plate portion 58f is provided with a plurality of, for example, three protruding support portions 98 made of quartz, for example, for supporting the semiconductor wafer W substantially horizontally at discrete positions. The transfer arm 42 in the transfer chamber 40 has tweezers 44 inserted into the processing chamber 82 through the wafer loading / unloading port 96 to place the unprocessed semiconductor wafer W on the protruding support portion 98 or has been processed. The semiconductor wafer W is taken out from the protruding support portion 98.
[0059]
A temperature sensor for measuring the room temperature of the processing chamber 82 as an approximate value can be attached to the upper buffer chamber 84 and / or the lower buffer chamber 86. In this embodiment, in the lower buffer chamber 86, two long and short quartz tubes 100 and 102 are inserted from the back side of the reaction tube and attached to the lower surface of the floor plate portion 58f, for example, by welding, and one piece is attached to these quartz tubes 100 and 102. Alternatively, a plurality of thermocouples TCd to TCg are inserted.
[0060]
More specifically, the quartz tube 100 extends in the X direction from the back of the reaction tube to the vicinity of the front at a position slightly shifted from the center line in the lateral direction (that is, a position avoiding the gas tubes 88 and 90). Three thermocouples TCd, TCe, and TCf having different lengths are inserted in the. These three thermocouples TCd, TCe, and TCf have temperature sensing portions (temperature measuring contacts) that are the front zone (62a, 64a), middle zone (62b, 64b), and rear zone (62c, 64c) of the resistance heater 60. Are used to monitor the influence of radiant heat received from the three zones in the front-rear direction (X direction).
[0061]
Further, the quartz tube 102 is extended in the X direction from the rear surface of the reaction tube to the vicinity of the center portion at the left or right end portion of the processing chamber 82, and one thermocouple TCg is inserted into the tube. This thermocouple TCg is used to monitor the influence of radiant heat received from the side zone (in this example, the left side zone 66) in the vicinity of the wafer peripheral portion in the lateral direction (Y direction). A thermocouple for monitoring the influence of radiant heat received from the opposite side zone (right side zone 68) may be added.
[0062]
The output signals of the thermocouples TCd, TCe, TCf, and TCg are given to, for example, the main controller, and may be given as feedback signals or correction signals from the main controller to the control circuit 78 of the resistance heater 60 as necessary.
[0063]
In the reaction tube 58 of this embodiment, in the flat and substantially hexahedron structure as described above, the upper wall surface 58a and the lower wall surface 58b are formed in an arch shape between the left and right side wall portions 58c and 58d, and the upper wall surface 58a and the lower wall surface are formed. Since the ceiling portion 58e and the floor plate portion 58f are formed as planar beam portions extending in the horizontal direction between the left and right side wall portions 58c and 58d on the inner side of the wall surface 58b, the entire tube or the tube itself is sufficient. For example, when the inside of the reaction tube 58 is depressurized, there is no risk of damage even if stress is generated due to a pressure difference between the inside and outside of the tube.
[0064]
  Next, the overall operation of the processing apparatus of this embodiment will be described. As an example, both process chambers 54H and 54L of the process module 18 are subjected to rapid heat treatment such as oxidation and diffusion at a high temperature, for example, 1150 ° C. The overall operation of the device described below isMain controllerOr it is controlled by the system controller.
[0065]
In the cassette station 10, an unprocessed semiconductor wafer W is stored or a cassette CR that can be stored is loaded, and the loaded cassette CR is placed on one of the cassette mounting tables 20. The wafer transfer mechanism 22 of the loader / unloader unit 12 accesses an arbitrary cassette storage position in an arbitrary cassette CR loaded into the cassette station 10 and takes out an unprocessed semiconductor wafer W from the cassette storage position. Can do.
[0066]
When the wafer transfer mechanism 22 of the loader / unloader unit 12 takes out an unprocessed semiconductor wafer W from the cassette station 10 almost horizontally, the wafer transfer mechanism 26 rotates the transfer arm 26 by about 180 ° and then moves in front of the alignment unit 38. Then, the semiconductor wafer W is carried into the alignment unit 38. Within the alignment unit 38, the semiconductor wafer W undergoes notch or orientation flat alignment and centering.
[0067]
The wafer transfer mechanism 22 unloads the aligned semiconductor wafer W from the alignment unit 38, then moves in the Y direction to the front of the load lock chambers 28H and 28L of the unprocessed substrate multi-stage arrangement unit, and loads the transfer arm 26. One of the load lock chambers 28H and 28L, for example, the height of the load lock chamber 28H is moved up and down. The load lock chamber 28H greets the wafer transfer mechanism 22 with the open / close door 34 of the wafer carry-in port opened. The wafer transfer mechanism 22 advances or extends the transfer arm 26 into the load lock chamber 28H, and transfers the semiconductor wafer W onto the support pins 32 in the chamber in a predetermined direction.
[0068]
Thereafter, the wafer transfer mechanism 22 returns to the cassette station 10 and takes out another unprocessed semiconductor wafer W from an arbitrary wafer storage position in an arbitrary cassette CR by the same procedure and operation as described above. Is carried into the other load lock chamber 28L. Thus, the two unprocessed semiconductor wafers W, W are loaded into the load lock chambers 28H, 28L at different timings, where the semiconductor wafers W, W are held in a horizontal posture and arranged in two upper and lower stages. Placed. In each of the load lock chambers 28H and 28L, after the loading of the semiconductor wafer W is completed, the door 34 on the carry-in entrance side may be closed, and the chamber may be decompressed or replaced with an inert gas atmosphere as necessary. .
[0069]
On the other hand, in the process module 18, the temperature in the heating furnace, more precisely, the temperature in the reaction tube 58 is maintained at the set temperature (1150 ° C.) by the resistance heater 60 in each of the process chambers 54H and 54L. Temperature control is performed.
[0070]
As described above, when the two semiconductor wafers W are accommodated and arranged in the upper and lower two stages in the load lock chambers 28H and 28L of the unprocessed substrate multi-stage arrangement part, or before that, the transfer chamber 40 of the transfer module 16 is arranged. Then, the transfer arm 42 moves and attaches both tweezers 44H and 44L in front of the load lock chambers 28H and 28L, respectively. When the gate valves 36 and 36 on the carry-out side of both the load lock chambers 28H and 28L are opened, the transfer arm 42 advances or extends both the tweezers 44H and 44L and inserts them into both the load lock chambers 28H and 28L. Then, the semiconductor wafers W, W are taken out from the support pins 32, 32 in the upper and lower two-stage arrangement state. Next, the semiconductor wafers W and W are supported by the two tweezers 44H and 44L, and the semiconductor wafers W and W are swung by a predetermined angle, and both tweezers 44H and 44L are attached in front of both process chambers 54H and 54L of the process module 18, respectively. And wait.
[0071]
When the gate valves 54 and 54 are opened at the same time before both the process chambers 54H and 54L, the unprocessed semiconductor wafers W and W are simultaneously put into the process chambers 54H and 54L at the same time without the transfer arm 42 therebetween. Carry in. More specifically, if both tweezers 44H and 44L are inserted into the reaction chambers 58 and 58 of both process chambers 54H and 54L, and an unprocessed semiconductor wafer W is transferred to the projecting support portions 98 and 98, respectively. The two tweezers 44H and 44L are quickly pulled out of the process chambers 54H and 54L. Immediately after this, both gate valves 54 and 55 are closed.
[0072]
In both process chambers 54H and 54L, the unprocessed semiconductor wafers W and W carried into the reaction chambers 58 and 58 are immediately placed under a set temperature (1150 ° C.) and subjected to a high-temperature rapid thermal process. In addition, according to the timing of carrying in, supply of the predetermined process gas according to the processing content to both reaction chambers 58 and 58 may be started immediately after carrying in, for example.
[0073]
By the way, when the unprocessed semiconductor wafer W is unloaded from the load lock chambers 28H and 28L of the unprocessed substrate multi-stage arrangement portion to the transfer chamber 40 side in the upper and lower stages as described above, both the load lock chambers 28H and 28H, 28L is empty. Then, the wafer transfer mechanism 22 of the loader / unloader unit 12 finds an appropriate timing, and two unprocessed wave conductor wafers W, W are removed from the desired cassette CR of the cassette station 10 by the same procedure and operation as described above. One by one is carried into the load lock chambers 28H and 28L separately.
[0074]
In both the process chambers 54H and 54L, when the processing time set in advance from the time when the unprocessed semiconductor wafers W and W are loaded as described above, the gate valves 54 and 54 are simultaneously opened on the wafer loading / unloading side. open. At this time, the transfer arm 42 on the transfer module 16 side stands by in front of both process chambers 54H and 54L4. Therefore, if both gate valves 54 and 54 are opened simultaneously immediately after the heat treatment is finished, the transfer arm 42 immediately takes out the high-temperature semiconductor wafers W and W simultaneously from both process chambers 54H and 54L. More specifically, if both tweezers 44H and 44L are inserted into the reaction chambers 58 and 58 of both process chambers 54H and 54L, and the processed semiconductor wafers W and W are taken from the projecting support portions 98 and 98, respectively. The two tweezers 44H and 44L are quickly pulled out of the process chambers 54H and 54L, respectively. Immediately after this, both gate valves 54 and 55 may be closed.
[0075]
When the processed semiconductor wafer W is unloaded from each process chamber 54, the transfer arm 42 comes into contact with the semiconductor wafer W at a relatively low temperature, for example, a normal temperature. In this embodiment, as described above, the transfer arm 42 is in line contact with the peripheral portion exclusion area of the semiconductor wafer W at the pawls 50 attached to both the arm portions 48 and 48 of the tweezers 44. Therefore, even if such a crystal defect occurs, it does not affect the yield because it is in the peripheral exclusion region.
[0076]
In the transfer module 16, when the transfer arm 42 unloads both the semiconductor wafers W and W immediately after the high-temperature rapid thermal processing from the both process chambers 54H and 54L as described above, While being supported by the two tweezers 44H and 44L in the upper and lower two stages, it is turned by a predetermined angle and attached to the load lock chamber, that is, the cooling chambers 30H and 30L side of the processed substrate multistage arrangement section. At this time, both gate valves 52 and 52 may be opened on the wafer carry-in side of both cooling chambers 30H and 30L.
[0077]
Therefore, the transfer arm 42 immediately inserts both tweezers 44H and 44L into both cooling chambers 30H and 30L, and both semiconductor wafers are still in a high temperature state immediately after processing on the support pins 32 in both chambers 30H and 30L. W and W can be placed. When both tweezers 44H and 44L are withdrawn from the cooling chambers 30H and 30L, both gate valves 52 and 52 are closed.
[0078]
Thus, both semiconductor wafers W and W that have been subjected to high-temperature rapid thermal processing in both process chambers 54H and 54L are both cooling chambers installed in the middle of the processed wafer transfer path between transfer chamber 40 and cassette station 10. In 30H and 30L, they are simultaneously cooled to a predetermined temperature, for example, room temperature.
[0079]
Then, after both processed semiconductor wafers W and W in both cooling chambers 30H and 30L are cooled to a predetermined temperature, the wafer transfer mechanism 22 of the loader / unloader unit 12 transfers the wafers to the cooling chambers 30H and 30L. Accessed from the side, both processed semiconductor wafers W, W are unloaded separately one by one.
[0080]
When the wafer transfer mechanism 22 takes out the processed semiconductor wafers W from the respective cooling chambers 30H and 30L in units of one sheet, the wafer transfer mechanism 22 turns the transfer arm 26 by about 180 ° and before the desired cassette CR in the cassette station 10. The processed semiconductor wafer W is inserted into an arbitrary wafer storage position of the cassette CR. If necessary, the semiconductor wafer W that has been processed by the alignment unit 38 may be aligned before being stored in the cassette CR.
[0081]
On the other hand, in the transfer module 16, when the transfer arm 42 finishes carrying the semiconductor wafers W and W processed as described above into the cooling chambers 30 </ b> H and 30 </ b> L, preferably immediately after that, 44L may be rotated by a predetermined angle in an empty state (no load state) and attached to both load lock chambers 28H and 28L side of the unprocessed substrate multi-stage arrangement portion. At this point, new unprocessed semiconductor wafers W and W are arranged in two upper and lower stages in both load lock chambers 28H and 28L. Therefore, when both gate valves 36 and 36 are opened, the transfer arm 42 places both semiconductor wafers W and W on both tweezers 44H and 44L from both load lock chambers 28H and 28L in the upper and lower two-stage states in the same manner as described above. Then, it is carried into both process chambers 54H and 54L.
[0082]
Thereafter, in the same manner as described above, unprocessed or processed semiconductor wafers W are transferred one by one between the cassette station 10 and the load lock module 14 via the loader / unloader unit 12, and the load lock module is loaded. Between the process module 18 and the process module 18, unprocessed or processed semiconductor wafers W are transferred one pair at a time in the upper and lower stages via the transfer module 16.
[0083]
In the processing apparatus of this embodiment, the wafer transfer mechanism 22 of the loader / unloader unit 12 only has to carry the semiconductor wafer W in and out of the cassette station 10 at a time. The wafer storage position can be selected as the access destination, and even when the wafer storage position interval in the cassette CR is relatively narrow, the wafer can be taken out and inserted quickly and accurately. Further, since the alignment unit 38 can be constituted by an alignment mechanism for one wafer, there is an advantage that the unit 38 can be miniaturized and can be easily accessed quickly from the wafer transfer mechanism 22. However, a configuration in which an alignment mechanism that simultaneously aligns a plurality of semiconductor wafers W in multiple stages is provided in the alignment unit 38.
[0084]
Further, since the wafer transfer mechanism 22 has only to carry the semiconductor wafer W in and out of the load lock module 14 one by one at a time, it accesses each load lock chamber at a flexible timing in a time division manner. Then, the wafer W can be loaded and unloaded.
[0085]
On the other hand, the transfer arm 42 of the transfer module 16 supports a plurality of unprocessed or processed semiconductor wafers W in a vertical direction in a transfer chamber 40 directly connected to the process module 18, thereby transferring a plurality of unprocessed or processed semiconductor wafers W. The semiconductor wafer W can be subjected to simultaneous single wafer processing efficiently and accurately.
[0086]
In particular, in this embodiment, in the process module 18, the inside of the reaction chambers 58 and 58 of the two upper and lower process chambers 54H and 54L is maintained at a high temperature for heat treatment, and a pair of upper and lower two-stage type tweezers. Since the unprocessed or processed two semiconductor wafers W and W are simultaneously loaded or unloaded using 44H and 44L, the surface to be processed of the semiconductor wafer is heated at a higher speed in the high-temperature rapid heating process, and more quickly. The temperature can be removed.
[0087]
Further, in this processing apparatus, load lock chambers 28H and 28L for arranging and retaining a plurality of unprocessed semiconductor wafers W in a plurality of stages and a plurality of processed semiconductor wafers W are disposed in the load lock module 14 in a plurality of stages. The load lock chambers 30H and 30L for retaining them are installed in parallel. With this configuration, the unprocessed substrate transfer operation and the processed substrate transfer operation can be performed in parallel or simultaneously to improve the throughput.
[0088]
Then, both load lock chambers 30H and 30L of the processed substrate multi-stage arrangement part are used as cooling chambers, and both semiconductor wafers W and W subjected to high-temperature rapid thermal processing in both process chambers 54H and 54L are transferred to the transfer chamber 40 and the cassette station. 10 is cooled to a predetermined temperature while being retained in both cooling chambers 30H and 30L installed in the middle of the processed wafer transfer path between the two. This eliminates the need for a dedicated cooling chamber that requires a special occupied space, and can reduce the cost of the apparatus and the footprint.
[0089]
In the above-described embodiment, in the process chamber 54, the upper surface resistance heating unit 62 and the lower surface resistance heating unit 64 are divided into the front zones 62a and 64a, the middle zones 62b and 64b, and the rear zones 62c and 64c in the front-rear direction (X direction). Divided. However, any form of zone division is possible, zone division of two divisions or four or more divisions is possible, and zone division in the horizontal direction (Y direction) is also possible. Moreover, the structure which omits any one of the upper surface resistance heating part 62 and the lower surface resistance heating part 64 is also possible as needed. Further, the left side resistance heating unit 66 and the lower surface resistance heating unit 64 can be divided into zones in an arbitrary form.
[0090]
In the above embodiment, both process chambers 54H and 54L are configured as rapid thermal processing chambers in the process module 18. However, it may be configured as another processing chamber, and may be configured as a processing chamber for plasma processing or etching processing, for example.
[0091]
The treatment method of the present invention can be applied to any of a normal pressure process, a reduced pressure process, and a vacuum process. The substrate to be processed is not limited to a semiconductor wafer, but may be an LCD substrate, a glass substrate, a CD substrate, a photomask, a printed substrate, or the like.
[0092]
【The invention's effect】
  As explained above, the present inventionrapidAccording to the heat treatment apparatus, the substrate to be processed can be processed with a more uniform temperature distribution with a simple and low-cost configuration.rapidCan be heated. In addition, even for large substratesIn the minimum space requiredThe entire surface to be processed can be rapidly heated or heat-treated with high-precision temperature uniformity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially sectional schematic side view showing an overall configuration of a processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view showing the overall configuration of the processing apparatus according to the embodiment.
FIG. 3 is a plan view illustrating a configuration of tweezers of a transfer arm in the transfer module according to the embodiment.
FIG. 4 is a partial perspective view illustrating a configuration of a main part of tweezers of a transfer arm in the embodiment.
FIG. 5 is a partially enlarged side view showing a configuration of a claw portion of tweezers of a transfer arm in the embodiment.
FIG. 6 is an exploded perspective view schematically showing a configuration of a resistance heater in the process chamber of the embodiment.
FIG. 7 is a perspective view schematically showing a configuration (assembly) of a resistance heater in the embodiment.
FIG. 8 is a longitudinal plan view showing a specific configuration of the resistance heater in the embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional plan view showing a specific configuration of the resistance heater in the embodiment.
FIG. 10 is a diagram illustrating a circuit configuration of an energization control unit of the resistance heater in the embodiment.
FIG. 11 is a plan view showing a configuration of a reaction tube in the process chamber of the embodiment.
FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a reaction tube in the embodiment.
FIG. 13 is a rear view showing a configuration of a reaction tube in the embodiment.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a configuration of a reaction tube in the embodiment.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional heat treatment apparatus.
FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a resistance heating element used in a conventional heat treatment apparatus.
[Explanation of symbols]
10 Cassette station
12 Loader / Unloader
14 Loadlock module
16 Transfer module
18 Process module
22 Wafer transfer mechanism
28H, 28L Load lock chamber (unprocessed substrate multi-stage placement section)
30H, 30L Load lock chamber (Processed substrate multi-stage placement section)
32 Support pin
34 Opening and closing lid
36 Gate valve
40 Transfer room
42 Transfer arm
44H, 44L tweezers
52 Gate valve
54 (54H, 54L) Process chamber
58 reaction tubes
60 resistance heater
RE resistance heating element

Claims (10)

前面に被処理基板を出し入れするための開口部を有する直方体形状のハウジングと、A rectangular parallelepiped housing having an opening for inserting and removing the substrate to be processed on the front surface;
前記ハウジングに内蔵され、前面に前記基板を出し入れするための開口部を有し、前記基板を出し入れ可能に収容する扁平な略六面体形状の反応管と、A flat, substantially hexahedral reaction tube that is housed in the housing, has an opening for taking in and out the substrate on the front surface, and accommodates the substrate in a removable manner;
前記ハウジングに内蔵され、前記反応管の上面と隣接してコイル状の抵抗発熱素子を平面状に多数配列してなり、前記基板の面にほぼ垂直に放射熱を与える上面抵抗加熱部と、An upper surface resistance heating unit that is built in the housing and has a large number of coiled resistance heating elements arranged in a plane adjacent to the upper surface of the reaction tube, and applies radiant heat substantially perpendicularly to the surface of the substrate;
前記ハウジングに内蔵され、前記反応管の下面と隣接してコイル状の抵抗発熱素子を平面状に多数配列してなり、前記基板の面にほぼ垂直に放射熱を与える下面抵抗加熱部と、A lower surface resistance heating unit that is built in the housing and has a large number of coiled resistance heating elements arranged in a plane adjacent to the lower surface of the reaction tube, and applies radiant heat substantially perpendicularly to the surface of the substrate;
前記ハウジングに内蔵され、前記反応管の左側面と隣接してコイル状の抵抗発熱素子を平面状に多数配列してなり、前記基板の面にほぼ平行に放射熱を与える左側面抵抗加熱部と、A left-side resistance heating unit that is built in the housing and has a large number of coil-shaped resistance heating elements arranged in a plane adjacent to the left side surface of the reaction tube, and applies radiant heat substantially parallel to the surface of the substrate; ,
前記ハウジングに内蔵され、前記反応管の右側面と隣接してコイル状の抵抗発熱素子を平面状に多数配列してなり、前記基板の面にほぼ平行に放射熱を与える右側面抵抗加熱部と、A right side resistance heating unit that is built in the housing and has a large number of coiled resistance heating elements arranged in a plane adjacent to the right side surface of the reaction tube, and applies radiant heat substantially parallel to the surface of the substrate; ,
前記上面抵抗加熱部、前記下面抵抗加熱部、前記左側面抵抗加熱部および前記右側面抵抗加熱部を通電して抵抗発熱させ、前記左側面抵抗加熱部および前記右側面抵抗加熱部を前記上面抵抗加熱部および前記下面抵抗加熱部から独立した通電制御によって抵抗発熱させる通電制御部と、The upper surface resistance heating unit, the lower surface resistance heating unit, the left side resistance heating unit, and the right side resistance heating unit are energized to generate resistance heat, and the left side resistance heating unit and the right side resistance heating unit are set to the upper surface resistance. An energization control unit for generating resistance heat by energization control independent of the heating unit and the lower surface resistance heating unit;
前記ハウジングの背面および前記反応管の背面を貫通するガス供給管を介して前記反応管内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、A processing gas supply unit for supplying a processing gas into the reaction tube via a gas supply tube penetrating the back surface of the housing and the back surface of the reaction tube;
前記ハウジングの背面および前記反応管の背面を貫通する排気管を介して前記反応管内を排気する排気部と、An exhaust section for exhausting the inside of the reaction tube through an exhaust pipe penetrating the back surface of the housing and the back surface of the reaction tube;
前記ハウジングの開口部および前記反応管の開口部を開閉するためのゲートバルブとA gate valve for opening and closing the opening of the housing and the opening of the reaction tube;
を有する急速熱処理装置。A rapid thermal processing apparatus. 前記上面抵抗加熱部および前記下面抵抗加熱部がそれぞれ空間的に複数のゾーンに分割され、各ゾーン毎に独立した通電制御によって抵抗発熱する請求項１に記載の急速熱処理装置。 The rapid thermal processing apparatus according to claim 1, wherein the upper surface resistance heating unit and the lower surface resistance heating unit are spatially divided into a plurality of zones, and resistance heat is generated by independent energization control for each zone. 前記上面抵抗加熱部および前記下面抵抗加熱部がそれぞれ前記反応管内に前記基板を出し入れする前後方向において、前記基板のほぼ全域または大部分をカバーする第１のゾーンと、前記第１のゾーンの前後にそれぞれ配される第２および第３のゾーンとに分割される請求項２に記載の急速熱処理装置。 A first zone that covers substantially the entire area or most of the substrate in the front-rear direction in which the upper surface resistance heating unit and the lower surface resistance heating unit respectively put the substrate in and out of the reaction tube, and before and after the first zone The rapid thermal processing apparatus according to claim 2, wherein the rapid thermal processing apparatus is divided into a second zone and a third zone arranged respectively. 前記左側面抵抗加熱部と前記右側面抵抗加熱部が互いに独立した通電制御によって抵抗発熱する請求項１〜３のいずれか一項に記載の急速熱処理装置。The rapid thermal processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the left side resistance heating unit and the right side resistance heating unit generate resistance heat by energization control independent of each other. 前記上面抵抗加熱部および前記下面抵抗加熱部において、各々の抵抗発熱素子を前記反応管内に前記基板を出し入れする前後方向と直交する横方向に延在するように設け、前記前後方向に前記抵抗発熱素子を複数本並べて敷き詰める請求項１〜４のいずれか一項に記載の急速熱処理装置。 In the upper surface resistance heating unit and the lower surface resistance heating unit , each resistance heating element is provided so as to extend in a lateral direction perpendicular to the front-rear direction in which the substrate is taken in and out of the reaction tube. The rapid thermal processing apparatus according to any one of claims 1 to 4 , wherein a plurality of elements are arranged side by side. 前記左側面抵抗加熱部と前記右側面抵抗加熱部において、各々の前記抵抗発熱素子を前記反応管内に前記基板を出し入れする前後方向に延在するように設け、前記前後方向と直交する縦方向に前記抵抗発熱素子を複数本並べて敷き詰める請求項１〜５のいずれか一項に記載の急速熱処理装置。 In the left side resistance heating unit and the right side resistance heating unit , each of the resistance heating elements is provided so as to extend in the front-rear direction in which the substrate is taken in and out of the reaction tube, and in the vertical direction orthogonal to the front-rear direction. The rapid thermal processing apparatus according to claim 1, wherein a plurality of the resistance heating elements are arranged and spread. 独立した通電制御によって抵抗発熱する抵抗加熱部またはゾーン毎に加熱温度を各々の通電制御にフィードバックするための温度検出手段を前記抵抗加熱部またはゾーンに取り付ける請求項１〜６のいずれか一項に記載の急速熱処理装置。The temperature detecting means for feeding back the heating temperature to each energization control for each resistance heating section or zone that generates resistance by independent energization control is attached to the resistance heating section or zone. The rapid thermal processing apparatus described. 独立した通電制御によって抵抗発熱する抵抗加熱部またはゾーン毎に被加熱温度を各々の通電制御にフィードバックするための温度検出手段を前記反応管に取り付ける請求項１〜７のいずれか一項に記載の急速熱処理装置。The temperature detection means for feeding back the temperature to be heated to each energization control for each resistance heating part or zone for resistance heating by independent energization control is attached to the reaction tube. Rapid heat treatment equipment. 前記ハウジング内に、前記上面抵抗加熱部、前記下面抵抗加熱部、前記左側面抵抗加熱部および前記右側面抵抗加熱部の外側を囲む断熱部材を設ける請求項１〜８のいずれか一項に記載の急速熱処理装置。 The heat insulation member which surrounds the outer side of the said upper surface resistance heating part, the said lower surface resistance heating part, the said left side resistance heating part, and the said right side resistance heating part in the said housing is provided. Rapid heat treatment equipment. 前記上面抵抗加熱部、前記下面抵抗加熱部、前記左側面抵抗加熱部および前記右側面抵抗加熱部の少なくとも１つと前記反応管との間に放射熱を拡散させるための熱拡散部材を設ける請求項１〜９のいずれか一項に記載の急速熱処理装置。 It said top surface resistance heating portion, the lower surface resistance heating unit, providing the heat diffusion member for diffusing radiant heat between at least one said reaction tube of the left side resistive heating portion and the right side surface resistance heating portion according Item 10. The rapid thermal processing apparatus according to any one of Items 1 to 9 .
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