KR20040010620A - 처리 장치 및 처리 방법 - Google Patents

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KR20040010620A
KR20040010620A KR10-2003-7013337A KR20037013337A KR20040010620A KR 20040010620 A KR20040010620 A KR 20040010620A KR 20037013337 A KR20037013337 A KR 20037013337A KR 20040010620 A KR20040010620 A KR 20040010620A
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KR
South Korea
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substrate
processed
processing
reaction tube
resistance heating
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KR10-2003-7013337A
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Inventor
이시이가츠미
다카하시노부아키
Original Assignee
동경 엘렉트론 주식회사
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Abstract

복수의 반도체 웨이퍼(W)는 카세트 스테이션(10)에서 카세트(CR)에 수납된다. 처리부(18)에는 복수의 프로세스 챔버(54)가 다단으로 설치된다. 카세트 스테이션(10)과 처리부(18) 사이에 복수의 반도체 웨이퍼를 다단으로 배치한 상태로 일시적으로 보관해 두기 위한 기판 다단 배치부(14)가 설치된다. 로더/언로더부(12)는 카세트 스테이션(10)과 기판 다단 배치부(14) 사이에서 반도체 웨이퍼를 1장씩 반송한다. 트랜스퍼 모듈(16)은 기판 다단 배치부(14)와 처리부(18) 사이에서 복수의 반도체 웨이퍼를 다단으로 지지한 상태로 동시에 반송한다.

Description

처리 장치 및 처리 방법{PROCESSING APPARATUS AND PROCESSING METHOD}
반도체 디바이스나 LCD(액정 표시 디스플레이) 등의 제조 프로세스에 있어서 이용되는 처리 장치에서는 처리실의 전후 또는 그 한쪽에 로드록실 등의 진공실 또는 불활성 가스 분위기실을 설치하고 있다. 이에 따라, 처리실을 대기 중에 개방하지 않고 피처리 기판을 처리실에 반입하거나 처리실로부터 반출할 수 있도록 하고 있다. 특히, 멀티 챔버 방식에 있어서는 밀폐 가능한 반송실의 주위에 복수의 처리실 또는 프로세스 챔버를 배치하고, 이 반송실을 통해 각 프로세스 챔버에 임의로 피처리 기판을 반입/반출할 수 있게 되어 있다.
일반적으로, 멀티 챔버 방식에서는 복수의 챔버 중 하나를 쿨링 챔버로 하고, 처리가 끝난 피처리 기판을 이 쿨링 챔버에서 소정 온도까지 식히고 나서, 카세트(기판 반송 용기)를 수용 또는 배치하고 있는 로드록실 또는 카세트 스테이션에 반송실을 통해 반송하고 있다.
또한, 복수의 피처리 기판에 매엽식의 처리를 동시에 실시하기 위해서 복수의 프로세스 챔버를 다단으로 배치하고, 이들의 프로세스 챔버에 복수의 피처리 기판을 동시 또는 병렬로 출납하는 장치 구성도 알려져 있다. 종래의 이런 종류의 처리 장치에서는 카세트와 처리실 사이에서 복수의 피처리 기판을 반송 아암으로 다단으로 실어 병렬 반송하는 반송 형태가 채용되고 있다.
상기한 바와 같이 카세트와 처리실 사이에서 복수의 피처리 기판을 시종 동시에 병렬 반송하는 종래의 장치 구성에서는 로드록실 또는 카세트 스테이션측에서 복수의 피처리 기판을 항상 일정한 기판 수납 위치 간격으로 카세트로부터 추출하거나 카세트에 삽입해야 한다. 따라서, 카세트에 있어서의 기판의 출납이나 기판 수납 관리의 면에서 자유도가 제한된다고 하는 문제가 있다. 또한, 처리가 끝난 피처리 기판을 냉각 전용의 특별한 쿨링 챔버에서 소정 온도, 예를 들면 상온까지 식히고 나서 카세트에 되돌리는 방식이기 때문에, 쿨링 챔버만큼의 장치 비용 및 풋 프린트의 비율 증가를 수반한다. 또한, 쿨링 챔버에 기판을 출납하는 조작의 번잡성 때문에 작업 처리량이 저하된다고 하는 문제도 있다.
또한, 반도체 디바이스나 LCD 등의 제조 프로세스에서는 산화, 확산, 핫 월 CVD 등의 여러 가지 공정에서 열처리가 이용되고 있다. 최근의 디자인 룰은 0.2 μm에서 0.1 μm로 보다 미세화하고 있고, 반도체 웨이퍼가 200 mm에서 300 mm로 대구경화하고 있는 것에 따라, 대면적의 극박막 형성 기술에 대응할 수 있는 고온 급속 열처리 장치의 개발이 긴급한 과제로 되어 있다.
구체적으로는, 열확산 도핑이나 게이트 산화막, 커패시터 절연막 등의 극박막 형성에 있어서는 서멀 버젯(열이력)을 작게 하는 데에 있어서 급속, 즉 단시간의 열처리가 요구된다. 또한, PN 접합에 있어서도, PN 접합면을 얕게 하여 저저항화나 임의 형상 표면에서의 PN 접합 형성을 가능하게 하기 위해서는, 접합 시의 막 열화나 결정 결함의 발생을 방지해야 하고, 그것을 위해서는 고온 급속 또는 단시간의 열확산 처리가 요구된다.
또한, LOCOS 산화막의 형성에 있어서는 인접하는 LOCOS 산화막의 압축 응력이 열 싸이클에 의한 상승 효과로 확대되면, 표면 전위의 변동, 리크 전류, 내압성 저하 등을 초래하기 쉽다. 그래서, 급속 열처리에 의해 열 싸이클을 저감하는 것이 필요해지고 있다.
그리고, 반도체 웨이퍼의 직경이 200 mm에서 300 mm로 대구경화하고 있는 현상에 있어서는, 반도체 웨이퍼에 생기기 쉬운 슬립, 왜곡, 휘어짐의 방지 내지 저감이 요구되고 있고, 그것을 위해서는 반도체 웨이퍼의 중앙부와 주변부의 온도차를 작게 하여 균일하게 급속 열처리를 행할 필요가 있다.
도 18에, 대구경 웨이퍼에 대응하기 위한 종래의 열처리 장치의 구성을 도시한다. 이 열처리 장치는, 예를 들면 육면체 형상의 하우징(100) 내에 편평한 반응관(102)을 거의 수평으로 수용하고, 이 반응관(102)의 상하에 마주 대하여 배치되는 면형의 저항 가열부(104, 106)를 반응관(102)의 길이 방향 또는 전후 방향(X 방향)에 있어서 각각 3가지의 존, 즉 프론트존(104a, 106a), 미들존(104b, 106b) 및 리어존(104c, 106c)으로 분할하고 있다.
상기 3가지의 존 중, 미들존(104b, 106b)이 반응관(102) 내의 기판지지부(108)에 배치되는 반도체 웨이퍼(W)의 거의 전역을 커버하고, 프론트존(104a, 106a) 및 리어존(104c, 106c)이 반도체 웨이퍼(W)의 전후 주변부를 커버하도록 존 설정이 이루어져 있다.
프론트존(104a, 106a) 및 리어존(104c, 106c)에는 도 19a에 도시한 바와 같이 전체 길이에 걸쳐 일정한 리드를 갖는 코일형의 저항 발열 소자(110)가 X 방향으로 다수개 깔리도록 하여 설치된다. 한편, 미들존(104b, 106b)에는 도 19b에 도시한 바와 같이 양단부의 리드가 촘촘하고 중간부의 리드가 성긴 코일형의 저항 발열 소자(112)가 X 방향으로 다수개 깔리도록 하여 설치된다. 이들 저항 발열 소자(110, 112)는 각 존 내에서는 전기적으로 직렬 접속되고, 다른 존 사이에서는 전기적으로 분리 또는 병렬 접속되어 있다.
각 존((104a, 106a), (104b, 106b), (104c, 106c))은 도시하지 않는 히터 회로에 의해서 각각 별개로 통전 제어된다. 만일 저항 가열부(104, 106)의 전면으로부터 균일한 강도의 열을 반도체 웨이퍼(W)를 향해 방사했으면, 반도체 웨이퍼(W)의 중심부보다도 주위 단부쪽에서 상대적으로 온도가 낮아지기 쉽다. 이 열처리 장치에서는 상기한 바와 같이 저항 가열부(104, 106)를 3가지의 존[(104a, 106a), (104b, 106b), (104c, 106c)]으로 분할하여, 미들존(104b, 106b)의 저항 발열 소자(112)보다도 프론트존(104a, 106a) 및 리어존(104c, 106c)의 저항 발열 소자(110)를 상대적으로 높은 밀도(작은 피치)의 리드로 구성함으로써, 반응관(102)의 전후 방향(X 방향)에서 가열 온도를 균일화하도록 하고 있다. 또한, 미들존(104b, 106b) 중에서 저항 발열 소자(112)의 리드 밀도를 중심부보다도 양단부에서 상대적으로 높게 함으로써, 좌우 폭 방향(Y 방향)에서도 가열 온도를 균일화하도록 하고 있다.
또, 저항 가열부(104, 106)와 반응관(102) 사이에는 예를 들면 고순도 탄화규소(SiC)로 이루어지는 균열판 또는 열확산판(114)이 설치된다. 또한, 반응관(102)의 배면에는 처리 가스를 도입하거나 배기 가스를 배출하기 위한 가스관(116)이 접속되어 있다.
그러나, 상기한 바와 같이 저항 발열 소자(112)에 리드의 성긴 부분과 촘촘한 부분을 설치하는 저항 가열 방식은 저항 발열 소자(112)의 제조 비용이 높아질 뿐만 아니라, 전후 방향(X 방향) 및 가로 방향(Y 방향)의 양방향에서 균열화를 동시에 조정하는 것이 어렵고, 더구나 가열 온도에 의해서 리드 조밀비의 최적치가 변하기 때문에, 균일한 온도 분포를 얻는 것이 매우 곤란하다고 하는 문제가 있었다.
도 20은 급속 열처리 장치에서 이용되고 있는 종래의 기판 반송 장치의 기판 유지부의 구성을 도시한 도면이다. 이 기판 유지부(100)는 적당한 간격을 비워 두고 평행하게 연장되는 한쌍의 아암부(102, 104)를 가지며, 양 아암부(102, 104)의 상면에 적당한 간격을 두고 설치한 복수개, 예를 들면 3개의 돌기형 지지부(106, 106, 106) 위에 피처리 기판, 예를 들면 반도체 웨이퍼(W)를 수평으로 실어 반송하도록 되어 있다.
상기한 바와 같은 고온 급속의 열처리에서는 처리 종료 직후에 기판 반송 장치가 가열로로부터 피처리 기판을 신속히 추출하여 로 밖의 쿨링 챔버 또는 스테이지에 반송한다. 그 때, 종래의 기판 반송 장치에서는 도 20에 도시한 바와 같이, 기판 유지부(100)의 돌기형 지지부(106) 위에 아직 고온 상태(예를 들면 1000℃)로 되어 있는 피처리 기판(반도체 웨이퍼(W))을 싣기 때문에, 피처리 기판(반도체 웨이퍼(W))에 있어서는 돌기형 지지부(106)와 접촉하는 부위가 국소적 내지 집중적으로 차가워지기 때문에, 기판면 내에서 큰 온도차가 생겨 슬립이 발생하기 쉽다. 슬립이 발생하면, 기판의 소성 변형(휨)이 생겨, 포토리소그래피 공정에 있어서 에러의 원인이 된다고 하는 문제도 있다.
본 발명은 반도체 디바이스나 LCD(액정 표시 디스플레이) 등의 제조 프로세스에 있어서 이용되는 처리 장치에 관한 것으로, 특히 밀폐 가능한 처리실 내에서 소정의 처리 가스를 이용하여 피처리 기판(반도체 웨이퍼, LCD 기판 등)에 소정의 처리를 실시하기 위한 처리 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서의 처리 장치의 전체 구성을 도시하는 일부 단면 측면도이다.
도 2는 실시예에 의한 처리 장치의 전체 구성을 도시하는 평면도이다.
도 3은 실시예의 트랜스퍼 모듈에 있어서의 반송 아암의 핀셋의 구성을 도시하는 평면도이다.
도 4는 실시예에 있어서의 반송 아암의 핀셋의 주요부의 구성을 도시하는 부분 투시도이다.
도 5는 실시예에 있어서의 반송 아암의 핀셋의 갈고랑이부의 구성을 도시하는 확대 측면도이다.
도 6은 실시예의 프로세스 챔버에 있어서의 저항 가열 히터의 구성을 모식적으로 도시하는 분해 투시도이다.
도 7은 실시예에 있어서의 저항 가열 히터의 구성(조립체)을 모식적으로 도시하는 투시도이다.
도 8은 실시예에 있어서의 저항 가열 히터의 구체적 구성을 도시하는 단면도이다.
도 9는 실시예에 있어서의 저항 가열 히터의 구체적 구성을 도시하는 단면도이다.
도 10은 실시예에 있어서의 저항 가열 히터의 통전 제어부의 회로 구성을 도시한 도면이다.
도 11은 실시예의 프로세스 챔버에 있어서의 반응관의 구성을 도시하는 평면도이다.
도 12는 실시예에 있어서의 반응관의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 13은 실시예에 있어서의 반응관의 구성을 도시하는 배면도이다.
도 14는 실시예에 있어서의 반응관의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 15는 실시예의 일변형예에 의한 반응관의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 16은 실시예에 있어서의 게이트 밸브의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 17은 실시예에 있어서의 게이트 밸브의 일부의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 18은 종래의 열처리 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 19a 및 도 19b는 종래의 열처리 장치에 이용되는 저항 발열 소자의 측면도이다.
도 20은 종래의 기판 반송 장치에 있어서의 기판 유지부의 구성을 도시하는 평면도이다.
발명의 개시
본 발명의 총괄적인 목적은 전술한 문제를 해소한 개량된 유용한 처리 장치 및 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 보다 구체적인 목적은 다단으로 배치된 복수의 처리실 내에서 복수의 피처리 기판에 소정의 처리를 동시에 실시하는 매엽 방식에 있어서 피처리 기판 배치 관리의 유연성이나 반송 효율을 향상시켜, 작업 처리량의 개선을 도모하는 처리 장치 및 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 별도의 목적은 처리 후의 피처리 기판을 소정 온도로 냉각하기 위한 전용의 챔버 또는 스테이지를 불필요하게 하여, 비용 절감, 풋 프린트의 감소 및 작업 처리량의 향상을 실현하는 처리 장치 및 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 급속 열처리를 보다 단시간에 효율적으로 행할 수 있도록 한 처리 장치 및 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 간이하고 저비용인 구성을 가지고 균일한 온도 분포로 피처리 기판을 가열할 수 있도록 한 열처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 별도의 목적은 대형의 피처리 기판에 대해서도 피처리면 전체를 고정밀도인 온도 균일성으로 급속히 가열 내지 열처리할 수 있도록 한 열처리 장치를 제공하는 것이다.
발명의 또 다른 목적은 열처리, 특히 고온 급속의 열처리를 받은 직후의 피처리 기판에 슬립 등의 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있는 기판 반송 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 별도의 목적은 피처리 기판에 슬립 등의 결함이 발생하는 것을 방지하거나 막아 열처리, 특히 고온 급속의 열처리를 행할 수 있도록 한 열처리 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 따르면, 복수의 피처리 기판을 기판 반송 용기에 수납하는 스테이션과, 밀폐 가능한 실내에서 피처리 기판에 소정의 처리 가스를 이용하여 소정의 처리를 실시하기 위한 복수의 처리실이 다단으로 설치된 처리부와, 스테이션과 처리부 사이에서 피처리 기판을 복수 다단으로 배치한 상태로 일시적으로 보관해 두기 위한 기판 다단 배치부와, 스테이션과 기판 다단 배치부 사이에서 피처리 기판을 1장씩 반송하기 위한 제1 반송 수단과, 기판 다단 배치부와 처리부 사이에서 복수의 피처리 기판을 다단으로 지지한 상태로 동시에 반송하기 위한 제2 반송 수단을 포함하는 처리 장치가 제공된다.
상기한 구성에 있어서, 제1 반송 수단은 스테이션에 대하여 피처리 기판을일시에 1장 단위로 반입하면 좋기 때문에, 임의의 기판 반송 용기 내의 임의의 기판 수납 위치를 액세스 전에 선택하는 것이 가능하다. 따라서, 기판 반송 용기 내의 웨이퍼 수납 위치 간격이 비교적 좁더라도 웨이퍼의 추출 및 삽입을 신속하고 또한 정확히 행할 수 있다. 또한, 제1 반송 수단, 기판 다단 배치부에 대해서도 피처리 기판을 일시에 1장 단위로 반입하면 좋기 때문에, 각 단의 기판 배치부에 대하여 시분할적으로 유연한 타이밍에 액세스하여 피처리 기판의 반입을 행할 수 있다. 한편, 제2 반송 수단은 기판 다단 배치부와 처리부 사이에서 미처리 또는 처리가 끝난 피처리 기판을 복수 다단으로 지지하여 반송함으로써, 복수의 피처리 기판에 동시적인 매엽 처리를 효율적이고 또한 정확히 실시할 수 있다.
본 발명의 처리 장치의 바람직한 일형태는 처리부의 각각의 처리실 내에 피처리 기판을 열처리하기 위한 열처리 수단을 설치한 열처리 장치이며, 게다가 이 열처리 수단을 급속 가열 수단으로 구성하여 급속 열처리 장치로 하는 것도 바람직하다.
급속 열처리 장치로서 구성하는 경우, 바람직한 형태로서 이 급속 가열 수단이 피처리 기판의 피처리면 전체에 거의 수직으로 방사열을 부여하기 위한 방열 수단을 가져도 좋고, 이 방열 수단이 줄 열을 발생하는 저항 발열체를 가져도 좋다. 또한, 바람직하게는 각각의 처리실 내에 피처리 기판을 반입하고 나서 반출하기까지의 동안 이 피처리 기판에 대한 가열 온도를 거의 일정히 유지하는 온도 제어 수단을 갖는 구성으로 해도 좋다.
또한, 피처리 기판을 소정의 방향으로 정렬하기 위한 얼라인먼트 수단을 제1반송 수단에 의해 액세스 가능한 위치에 설치하는 구성도 가능하다. 이 경우, 얼라인먼트 수단은 피처리 기판을 1장 단위로 위치 정렬하는 구성이라도 좋다.
본 발명의 처리 장치에 있어서의 기판 다단 배치부의 바람직한 일형태는 피처리 기판을 1장씩 수용하는 복수의 로드록실을 갖는 구성이다. 이 경우, 기판 다단 배치부의 모든 로드록실에 결합되고 또한 처리부의 모든 처리실에 결합되는 반송실 내에 제2 반송 수단을 설치하는 구성으로 해도 좋다.
보다 바람직하게는, 기판 다단 배치부가 처리부에서 처리를 받기 전의 피처리 기판을 복수 다단으로 배치한 상태로 일시적으로 보관해 두기 위한 미처리 기판 다단 배치부와, 처리부에서 처리를 받은 후의 피처리 기판을 복수 다단으로 배치한 상태로 일시적으로 보관해 두기 위한 처리 종료 기판 다단 배치부를 포함하는 구성으로 해도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 미처리 기판 반송 조작과 처리 종료 기판 반송 조작을 병렬적 또는 동시적으로 행하여, 작업 처리량을 향상시킬 수 있다.
또한, 바람직하게는 처리 종료 기판 다단 배치부가 피처리 기판을 소정 온도까지 냉각하기 위한 냉각 기구를 갖는 구성으로 해도 좋다. 이러한 구성에 있어서는 처리가 끝난 피처리 기판을 처리 종료 기판 다단 배치부에 보관해 두면서 소정 온도까지 냉각하는 것이 가능하고, 특별한 점유 스페이스를 필요로 하는 전용의 쿨링 챔버를 불필요하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 처리 장치에 있어서, 열처리 수단은 피처리 기판을 소정 위치에 배치하여 수용하기 위한 반응관과, 반응관 내에 수용되는 피처리 기판과 거의 평행하게 마주 대하도록 면형으로 구성된 제1 저항 가열부와, 반응관 내에 수용되는 피처리 기판의 주위에 제1 저항 가열부와 직교하는 방향으로 면형으로 구성된 제2 저항 가열부를 포함하는 것으로 해도 좋다.
상기한 구성에 있어서는, 제1 저항 가열부의 방사열만으로는 일정한 방향에서 피처리 기판의 중심부보다도 단부쪽에서 온도가 낮아지기 쉽지만, 제2 저항 가열부로부터의 방열에 의해서 같은 방향에 있어서의 온도 분포의 불균일성을 효과적으로 보정할 수 있다.
본 발명의 처리 장치에 있어서, 효율적인 고온 가열을 위해 바람직하게는 제1 저항 가열부를 피처리 기판의 표면측과 이면측에 설치해도 좋다. 또한, 장치 사이즈나 기능 상의 면에서 제2 저항 가열부를 반응관 내에 피처리 기판을 출납하는 전후 방향과 직교하는 가로 방향의 좌우 양측에 설치하는 구성이 바람직하다.
보다 균일한 온도 분포를 얻기 위해서 바람직하게는 제1 저항 가열부를 공간적으로 복수의 존으로 분할하여, 각 존마다 독립된 통전 제어에 의해서 저항 발열시키는 구성으로 해도 좋다. 이 존 분할에 있어서 바람직하게는 반응관 내에 피처리 기판을 출납하는 전후 방향에서 제1 저항 가열부를 피처리 기판의 거의 전역 또는 대부분을 커버하는 제1 존과, 이 제1 존의 전후에 각각 배치되는 제2 및 제3 존으로 분할해도 좋다. 이러한 구성에 의해, 전후 방향에 있어서의 온도 분포의 불균일성을 보정할 수 있다.
본 발명의 저항 가열부의 통전 제어에 있어서 보다 정밀한 온도 분포의 보정을 행할 수 있도록 바람직하게는 제2 저항 가열부를 제1 저항 가열부의 각 존으로부터 독립된 통전 제어에 의해서 저항 발열시키는 구성으로 해도 좋고, 피처리 기판에 대하여 좌우에 배치하는 한쌍의 제2 저항 가열부를 각각에 독립된 통전 제어에 의해서 저항 발열시켜도 좋다.
각 저항 가열부에 있어서는 저항 발열부의 구성을 간이하게 하기 위해서, 전체 길이에 걸쳐 거의 일정 리드를 갖는 코일형의 저항 발열 소자를 면형으로 분포시키는 구성으로 해도 좋다. 제1 저항 가열부에 있어서는 각각의 저항 발열 소자를 반응관 내에 피처리 기판을 출납하는 전후 방향과 직교하는 가로 방향으로 연장되도록 설치하고, 전후 방향으로 저항 발열 소자를 복수개 나란히 까는 구성이 바람직하다. 제2 저항 가열부에 있어서는 각각의 저항 발열 소자를 반응관 내에 피처리 기판을 출납하는 전후 방향으로 연장되도록 설치하고, 전후 방향과 직교하는 세로 방향으로 저항 발열 소자를 복수개 나란히 까는 구성이 바람직하다.
또한, 저항 가열부의 통전 제어 내지 온도 제어의 정밀도를 높이기 위해서 독립된 통전 제어에 의해서 저항 발열하는 저항 가열부 또는 존마다 가열 온도를 각각의 통전 제어에 피드백하기 위한 온도 검출 수단을 설치하는 구성으로 해도 좋다.
또한, 가열 효율을 높이기 위해서 제1 및 제2 저항 가열부의 외측을 단열 부재로 둘러싸는 구성이 바람직하다. 또한, 제1 저항 가열부 및 또는 제2 저항 가열부와 반응관 사이에 균열 부재 또는 열확산 부재를 설치하는 구성으로 해도 좋다.
또한, 제1 및 제2 저항 가열부는 밧줄형으로 짜여진 카본 파이버를 밀봉 부재 내에 봉입한 히터를 이용한 가열체로 해도 좋고, 밀봉 부재를 석영 유리 또는 알루미나로 형성하는 것으로 해도 좋다.
또한, 본 발명에 의한 처리 장치에 있어서, 제2 반송 수단은 피처리 기판의 폭보다도 큰 간격을 비워 두고 거의 수평으로 대향하는 한쌍의 아암부와, 피처리 기판을 그 주연부에 접촉하여 유지하기 위해서 한쌍의 아암부에 소정의 간격을 두고 설치되는 복수개의 유지부를 갖는 것으로 해도 좋다.
상기한 구성에 있어서, 피처리 기판은 그 이면의 주연부로써 유지부에 거의 수평으로 실리는 상태로 양 아암부의 사이에 유지된다. 이에 따라, 유지부와의 접촉에 의해서 피처리 기판에 어떠한 결함이 생기더라도 기판 주연부 내의 결함을 막을 수 있다. 따라서, 수율의 저하를 방지할 수 있다.
유지부는 아암부에서 폭 방향의 내측을 향해 연장시키는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해 가급적으로 박형의 아암 구조로 할 수 있다. 또한, 바람직하게는 유지부를 아암부에서 폭 방향의 내측을 향해 돌출하는 갈고랑이형의 부재로 구성해도 좋고, 특히 바람직하게는 판면을 수직으로 하여 아암부에 결합되는 판편(板片)으로 구성해도 좋다. 이러한 구성에 의해, 유지부의 강도를 확보하면서 피처리 기판과 접촉하는 면적을 작게 할 수 있다.
유지부는 그 상면에서 피처리 기판의 이면에 접촉한다. 유지부의 바람직한 상면 구조는 아암부측의 기단부로부터 선단부를 향해 하강 경사지는 구성이며, 더욱 바람직하게는 하강 경사면이 볼록면형의 라운딩을 갖는 구성이다. 이러한 구성에 따르면, 피처리 기판과 원활하게 선접촉으로 접촉하는 것이 가능하고, 슬립 등의 결함을 더욱 생기지 않게 할 수 있다.
유지부의 갯수는 임의로 선정할 수 있지만, 비용 대 성능비(costperformance)의 면에서 각각의 아암에 2개 설치하는 구성이 바람직하다. 유지부의 재질은 내열성을 갖는 부재가 바람직하며, 예를 들면 석영으로 좋다.
본 발명의 다른 면에 따르면, 복수의 미처리의 피처리 기판을 소정의 스테이션에 대기시켜 두는 제1 단계와, 복수의 미처리의 피처리 기판을 스테이션으로부터 다단으로 설정된 복수의 기판 플레이스에 개별적으로 반송하는 제2 단계와, 다단의 기판 플레이스로부터 복수의 미처리의 피처리 기판을 일시적으로 보관해 두는 제3 단계와, 다단의 기판 플레이스로부터 복수의 미처리의 피처리 기판을 다단으로 배치된 복수의 처리실에 동시에 반송하는 제4 단계와, 복수의 처리실 내에서 각각 복수의 피처리 기판에 소정의 처리 가스를 이용하여 소정의 처리를 동시에 실시하는 제5 단계와, 복수의 처리실로부터 복수의 처리가 끝난 피처리 기판을 동시에 추출하여 다단의 기판 플레이스에 반송하는 제6 단계와, 다단의 기판 플레이스에서 복수의 처리가 끝난 피처리 기판을 일시적으로 보관해 두는 제7 단계와, 복수의 처리가 끝난 피처리 기판을 다단의 기판 플레이스로부터 스테이션에 개별적으로 반송하는 제8 단계를 포함하는 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 처리 방법에 있어서, 제5 단계에 있어서 복수의 처리실 내에서 피처리 기판을 동시에 열처리하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 피처리 기판을 단시간에 급속 가열 처리하는 것이 바람직하다. 또한, 제6 단계에 있어서, 각각의 처리실 내에 피처리 기판을 반입하고 나서 반출하기까지의 동안 처리실 내의 피처리 기판에 대한 가열 온도를 거의 일정하게 유지하는 공정으로 해도 좋다.
또한, 바람직한 일형태로서, 다단의 기판 플레이스를 복수조 설치하여, 처리전의 일조의 피처리 기판을 제1조의 다단의 기판 플레이스에 보관해 두는 한편으로, 처리 후의 별도의 조의 피처리 기판을 제2조의 다단의 기판 플레이스에 보관해 두는 공정으로 해도 좋다. 이 경우, 복수의 처리가 끝난 피처리 기판을 제2조의 다단의 기판 플레이스에서 소정 온도로 냉각함으로써 제2조의 다단의 기판 플레이스에 쿨링 챔버 또는 스테이지를 겸용시키는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 별도의 면에 따르면, 반응관 내를 미리 설정된 온도로 해 두는 제1 공정과, 피처리 기판을 거의 수평 자세로 유지하여 반송하는 기판 반송 장치로서, 피처리 기판의 폭보다도 큰 간격을 비워 두고 거의 수평으로 대향하는 한쌍의 아암부와, 피처리 기판을 그 주연부에 접촉하여 유지하기 위해서 한쌍의 아암부에 소정의 간격을 두고 설치되는 복수개의 유지부를 갖는 기판 반송 장치를 이용하여, 피처리 기판을 설정 온도 하의 반응관 내에 반입하는 제2 공정과, 반응관에 소정의 처리 가스를 공급하면서 반응관 내를 배기하여 피처리 기판의 피처리면에 소정의 열처리를 실시하는 제3 공정과, 미리 설정된 처리 시간의 경과 후에 기판 반송 장치에 의해서 피처리 기판을 반응관으로부터 반출하는 제4 공정과, 반출된 피처리 기판을 반응관의 외부에 설정된 냉각부에서 소정 온도까지 냉각하는 제5 공정을 포함하는 열처리 방법이 제공된다. 전술한 열처리 방법에 있어서 제3 공정의 개시로부터 종료까지 반응관 내를 설정 온도로 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 또 다른 면에 따르면, 피처리 기판을 소정 위치에 배치하여 수용하기 위한 반응관과, 반응관 내에 수용되는 피처리 기판과 거의 평행하게 마주 대하도록 면형으로 구성된 제1 저항 가열부와, 반응관 내에 수용되는 피처리 기판의 주위에 제1 저항 가열부와 직교하는 방향으로 면형으로 구성된 제2 저항 가열부와, 반응관과 제1 및 제2 저항 가열부 사이에 설치되어, 제1 및 제2 저항 가열부에서 발생한 열을 균일하게 반응관 내부로 확산시키기 위한 균열 부재와, 제1 및 제2 저항 가열부를 포위하도록 설치된 단열 부재를 포함하는 열처리 장치가 제공된다. 전술한 열처리 장치에 있어서 제1 및 제2 저항 가열부의 각 존의 온도를 존마다의 통전 제어에 피드백하기 위한 온도 검출기가 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 면에 따르면, 피처리 기판을 거의 수평 자세로 유지하여 반송하는 기판 반송 장치로서, 피처리 기판의 폭보다도 큰 간격을 비워 두고 거의 수평으로 대향하는 한쌍의 아암부와, 피처리 기판을 그 주연부에 접촉하여 유지하기 위해서 한쌍의 아암부에 소정의 간격을 두고 설치되는 복수개의 유지부를 포함하는 기판 반송 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부의 도면을 참조하면서 이하의 상세한 설명을 읽음으로써 한층 더 명료해질 것이다.
이하에, 본 발명의 실시예에 관해서 도면을 참조하면서 설명한다. 또, 도면 중 동등한 구성 부품에는 동일한 부호를 붙인다.
도 1 및 도 2에 본 발명의 일실시예에 의한 처리 장치의 전체 구성을 도시한다. 이 처리 장치는 반도체 디바이스나 LCD 등의 제조 프로세스에 있어서, 산화, 확산, 어닐링, 열 CVD(Chemical Vapor Deposition) 등의 열처리를 급속 가열 방식으로 행하는 열처리 장치이다.
이 열처리 장치는 카세트 스테이션(10), 로더/언로더부(12), 로드록 모듈(14), 트랜스퍼 모듈(16) 및 프로세스 모듈(18)로 이루어지는 5개의 섹션을 갖고 있다.
카세트 스테이션(10)에는 하나 또는 복수의 카세트 적재대(20)가 수평 방향, 예를 들면 Y 방향으로 나란히 설치된다. 각 카세트 적재대(20) 위에 카세트(또는 캐리어)(CR)가 1개 적재된다. 카세트(CR)는 피처리 기판, 예를 들면 반도체웨이퍼(W)를 수직 방향으로 소정의 간격을 비워 두고 수평 자세로 복수 다단으로 수용하여, 일측면의 개구로부터 임의로 출납할 수 있도록 구성되어 있다. 예를 들면 AGV(Automatic Guided Vehicle) 또는 RGV(Rail Guided Vehicle) 등의 무인 반송차(도시하지 않음)가 카세트 스테이션(10)에 액세스하여, 처리 전의 반도체 웨이퍼(W)를 수용하는 카세트(CR)를 소정의 카세트 적재대(20)에 세트하거나, 혹은 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)를 수용하는 카세트(CR)를 소정의 카세트 적재대(20)로부터 반출한다.
로더/언로더부(12)는 카세트 스테이션(10)과 로드록 모듈(14) 사이에서 반도체 웨이퍼(W)를 1장씩 반송하기 위한 웨이퍼 반송 기구(22)를 구비하고 있다. 웨이퍼 반송 기구(22)는 카세트 스테이션(10)의 카세트 배열 방향(Y 방향)을 따라 이동 가능한 반송체(24)와, 이 반송체(24)에 탑재되어 Z 방향, θ 방향 및 X 방향으로 이동 가능한 반송 아암(26)을 갖고 있다. 반송 아암(26)은 원하는 카세트(CR)에 원하는 높이 위치에서 정면으로부터 액세스하여, 카세트(CR) 내의 해당 웨이퍼 수납 위치로부터 1장의 반도체 웨이퍼(W)를 추출하거나 또는 해당 웨이퍼 수납 위치에 1장의 반도체 웨이퍼(W)를 삽입할 수 있도록 되어 있다.
로드록 모듈(14)은 수직 방향에서 상하로 다단 배치된 복수(예를 들면 한쌍)의 로드록실을 좌우에 2조((28H, 28L), (30H, 30L)) 구비하고 있다. 보다 상세하게는, 로더/언로더부(12)측에서 보아 좌측에 상하로 다단 배치된 한쌍의 로드록실(28H, 28L)은 미처리의 반도체 웨이퍼(W)를 일시적으로 보관해 두기 위한 미처리 기판 다단 배치부를 구성한다. 또한, 우측에 상하로 다단 배치된 한쌍의 로드록실(30H, 30L)은 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)를 일시적으로 보관해 두기 위한 처리 종료 기판 다단 배치부를 구성한다. 이 실시예에 있어서, 처리 종료 기판 다단 배치부의 로드록실(30H, 30L)은 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)를 소정 온도까지 냉각하기 위한 쿨링 챔버 또는 스테이지를 겸하고 있다.
각 로드록실(28H, 28L, 30H, 30L)의 실내에는 복수개, 예를 들면 3개의 지지핀(32)으로 이루어지는 웨이퍼 적재부가 설치되어 있다. 또한, 각 로드록실에 진공 펌프(도시하지 않음)나 불활성 가스 공급부(도시하지 않음)가 접속되어 있어, 실내 공간을 진공 또는 불활성 가스 분위기로 하는 것도 가능하게 되어 있다. 또한, 쿨링 챔버로서 기능하는 처리 종료 기판 다단 배치부의 로드록실(30H, 30L)에는, 예를 들면 수냉 또는 공냉식의 냉각 기구(도시하지 않음)를 설치하더라도 좋다.
미처리 기판 다단 배치부의 로드록실(28H, 28L)에 있어서는 로더/언로더부(12)와 마주 대하는 측면에 설치된 개폐문(34)이 장착된 개구가 입구(웨이퍼 반입구)를 형성하고 있다. 또한, 트랜스퍼 모듈(16)과 게이트 밸브(36)를 통해 연결되는 개구가 출구(웨이퍼 반출구)를 형성하고 있다. 로더/언로더부(12)의 웨이퍼 반송 기구(22)는 개폐문(34)이 개방되어 있는 로드록실(28H, 28L) 내에 미처리의 반도체 웨이퍼(W)를 1장씩 각각의 타이밍에 반입한다.
처리 종료 기판 다단 배치부의 로드록실(30H, 30L)에 있어서는 로더/언로더부(12)와 마주 대하는 측면에 설치된 개폐문(34)이 장착된 개구가 출구(웨이퍼 반출구)를 형성한다. 또한, 트랜스퍼 모듈(16)에 게이트 밸브(36)를 통해 연결되는 개구가 입구(웨이퍼 반입구)를 형성하고 있다. 로더/언로더부(12)의 웨이퍼 반송기구(22)는 개폐문(34)이 개방되어 있는 로드록실(30H, 30L)로부터 처리 종료의 반도체 웨이퍼(W)를 1장씩 각각의 타이밍에 반출한다.
로드록실(28H, 28L, 30H, 30L)에 인접하여 로더/언로더부(12)의 웨이퍼 반송 기구(22)에 의해 액세스 가능한 얼라인먼트 유닛(38)이 설치되어 있다. 이 얼라인먼트 유닛(38) 중에는 반도체 웨이퍼(W)의 노치 또는 오리엔테이션 플랫(Orientation-Flat)을 소정의 방향으로 정렬하기 위한 얼라인먼트 기구(도시하지 않음)가 설치되어 있다.
트랜스퍼 모듈(16)은 상면 및 하면이 폐색된 원통형의 반송실(40)을 가지며, 이 반송실(40) 중에 회전 가능하고 또한 진퇴 또는 신축 가능한 반송 아암(42)을 구비하고 있다. 반송 아암(42)은 소정의 높이 위치에서 수평으로 평행 이동하는 상하 2단 또는 한쌍의 핀셋(44H, 44L)을 갖고 있고, 2장의 반도체 웨이퍼(W, W)를 양 핀셋(44H, 44L)으로 상하 2단으로 유지하여 병렬적으로 동시 반송한다. 반송 아암(42)을 구동하기 위한 구동원을 수용하는 기계실(46)은 반송실(40) 아래에 설치되어 있다.
반송실(40)의 측면에는 로드록실(28H, 28L, 30H, 30L)에 각각 게이트 밸브(36)를 통해 연결하기 위한 개구와, 후술하는 프로세스 모듈(18)의 각 프로세스 챔버(54H, 54L)에 게이트 밸브(52)를 통해 연결하기 위한 개구가 형성되어 있다.
반송실(40)은 바람직하게는 밀폐 가능하게 구성되고, 더욱이 진공 펌프(도시하지 않음)나 불활성 가스 공급부(도시하지 않음)에 접속되어, 실내 공간을 진공또는 불활성 가스 분위기로 하는 것도 가능한 것이 바람직하다.
도 3, 도 4 및 도 5에 반송실(40) 내에 설치되는 반송 아암(42)의 핀셋(44)(44H, 44L)의 구성을 도시한다. 핀셋(44)은 수평 방향으로 연장되는 Y자형의 베이스부(46)와, 이 베이스부(46)의 한쌍의 선단부로부터 전방으로 수평 또한 평행하게 연장되는 한쌍의 관형 아암부(48, 48)와, 양 아암부(48, 48)의 중간부 내지 선단부에서 적당한 간격을 두고 내측을 향해 거의 수평으로 돌출하는 웨이퍼 유지용의 복수의 갈고랑이부(50)를 갖는다. 핀셋(44)의 각부(46, 48, 50)는 고내열성의 재질, 예를 들면 석영 유리로 이루어져 있다.
각 갈고랑이부(50)는 판두께(d)가 예를 들면 0.8 mm 정도의 판편(板片)으로 이루어지며, 판면을 수직으로 하여 아암부(48)에 용접되어 있다. 각 갈고랑이부(50)의 상단면은 기단부로부터 선단부를 향해 다소 볼록면형의 라운딩을 갖고 하강 경사지고, 이 라운딩을 가진 경사면의 중턱에 접촉부(50a)가 설정되어 있다. 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 각 갈고랑이부(50)의 접촉부(50a)에는 거의 선접촉으로 반도체 웨이퍼(W)의 주연부가 수평으로 실리게 되어 있다.
반송 아암(42)은 반도체 웨이퍼(W)를 핀셋(44)의 양 아암부(48, 48)의 사이에 지지하여 반송한다. 그 때, 반도체 웨이퍼(W)는 웨이퍼 주연부 즉 주변부 제외 영역에서 갈고랑이부(50)와 접촉한다. 이것에 의해, 후술하는 프로세스 모듈(18)에서, 예를 들면 1000℃ 이상의 고온 급속 열처리를 받은 직후의 반도체 웨이퍼(W)를 반송 아암(42)에 의해서 반출하더라도, 이 웨이퍼(W)에 슬립 등의 결정 결함이 발생하지 않는다.
프로세스 모듈(18)에 있어서, 각 프로세스 챔버(54)(54H, 54L)는 급속 가열용의 열처리부로서 구성되어 있다. 각 프로세스 챔버(54)(54H, 54L)는 예를 들면 직방체 형상의 상자형 하우징(56)을 가지며, 이 하우징(56)에 후술하는 반응관(58) 및 저항 가열 히터(60)가 내장되어 있다. 반응관(58)은 석영으로 구성된다.
도 6 및 도 7에 프로세스 챔버(54)에 있어서의 저항 가열 히터(60)의 구성을 모식적으로 도시한다. 이 실시예의 저항 가열 히터(60)는 편평한 대략 육면체 형상으로 형성된 반응관(58)의 상면, 하면, 좌우 양 측면에 각각 인접하여 대향하는 면형의 상면 저항 가열부(62), 하면 저항 가열부(64), 좌측면 저항 가열부(66) 및 우측면 저항 가열부(68)를 갖고 있다. 각 면형 저항 가열부(62∼68)는 줄열에 의해 방사열을 발생하여, 반응관(58) 내의 반도체 웨이퍼(W)를 가열한다. 또, 각 면형 저항 가열부(62∼68)의 방열면 앞에 예를 들면 고순도 탄화규소(SiC)로 이루어지는 균열판 또는 열확산판(도시하지 않음)을 설치한 구성으로 해도 좋다.
상면 저항 가열부(62) 및 하면 저항 가열부(64)의 각각은 챔버 입구측에서 보아 전후 방향(X 방향)에 복수의 존, 예를 들면 프론트존(62a, 64a), 미들존(62b, 64b) 및 리어존(62c, 64c)의 3가지의 존으로 분할되어 있고, 각 존 별로 독립된 통전 제어가 행해지도록 되어 있다. 이들 3가지의 존 중, 미들존(62b, 64b)이 반응관(58) 내에 수용되는 반도체 웨이퍼(W)의 거의 전역을 커버하고, 프론트존(62a, 64a) 및 리어존(62c, 64c)이 반도체 웨이퍼(W)의 전후 주변부를 커버하도록 존 설정이 이루어져 있다. 좌측면 저항 가열부(66) 및 우측면 저항 가열부(68)는 각각 단일한 사이드존으로서 기능한다.
이러한 구성에 있어서는, 반응관(58) 내의 반도체 웨이퍼(W)에 대하여, 상면 저항 가열부(62) 및 하면 저항 가열부(64)의 미들존(62b, 64b)이 웨이퍼 전면에 거의 수직으로 방사열을 부여한다. 그러나, 미들존(62b, 64b)만의 가열에서는 반도체 웨이퍼(W)의 중심부보다도 주변부쪽에서 상대적으로 온도가 낮아지기 쉽고, 웨이퍼 전체에 걸쳐 균일한 온도 분포를 얻기 어렵다.
이 실시예에서는 상면 저항 가열부(62) 및 하면 저항 가열부(64)의 프론트존(62a, 64a) 및 리어존(62c, 64c)에 의해서 전후 방향(X 방향)의 웨이퍼 주변부에의 방사열을 보강한다. 또한, 좌측면 저항 가열부(66) 및 우측면 저항 가열부(68)에 의해서 좌우 가로 방향(Y 방향)의 웨이퍼 주변부에의 방사열을 보강한다. 이에 따라, 미들존(62b, 64b)만의 가열에 의한 온도 분포의 불균일성을 효과적으로 보정하여, 웨이퍼 전체에 걸쳐 균일한 온도 분포를 얻을 수 있다.
특히, 좌측면 저항 가열부(66) 및 우측면 저항 가열부(68)는 반도체 웨이퍼(W)의 웨이퍼면과 직교하는 면형의 저항 가열부로서 좌우 양측에 설치된다. 이 때문에, 필요 최소한의 점유 스페이스로 족하며, 프로세스 챔버(54)의 대형화를 수반하는 일없이 고정밀도인 온도 균일성을 실현할 수 있어, 반도체 웨이퍼의 대구경화에 적합하게 대응할 수 있다.
도 8 및 도 9에 일실시예에 의한 저항 가열 히터(60)의 구체적인 구성을 도시한다. 이 실시예에서는 예를 들면 스테인리스강으로 이루어지는 하우징(56)과 저항 가열 히터(60)의 각 면형 저항 가열부(62, 64, 66, 68) 사이에 예를 들면 세라믹으로 이루어지는 단열 부재(70)를 끼우고 있다. 각 면형 저항 가열부(62, 64,66, 68)는 예를 들면 세라믹으로 이루어지는 심봉(코어)에 예를 들면 이규화몰리브덴(MoSi2)으로 이루어지는 저항 발열선이나, 철(Fe)과 크롬(Cr)과 알루미늄(Al)의 합금선인 칸탈(상품명)선 등의 저항 발열선을 일정한 피치 또는 리드로 감은 코일형의 저항 발열 소자(RE)를 평면형(이차원 방향)으로 다수 배열하여 이루어지는 것이다.
보다 상세하게는, 상면 저항 가열부(62) 및 하면 저항 가열부(64)에서는 각각의 저항 발열 소자(RE)를 좌우 가로 방향(Y 방향)으로 연장되도록 설치하고, 전후 방향(X 방향)으로 저항 발열 소자(RE)를 복수개 모두 깔고 있다. 또한, 좌측면 저항 가열부(66) 및 우측면 저항 가열부(68)에서는 각각의 저항 발열 소자(RE)를 전후 방향(X 방향)으로 상면 저항 가열부(62) 및 하면 저항 가열부(64)의 단으로부터 단까지 연장되도록 설치하고, 세로 방향(Z 방향)으로 저항 발열 소자(RE)를 상면 저항 가열부(62)와 하면 저항 가열부(64)의 간극을 매립하도록 복수개 모두 깔고 있다.
각 존(62a, 62b, 62c, 64a, 64b, 64c, 66, 68) 내에서는 모든 저항 발열 소자(RE)가 전기적으로 직렬로 접속되어도 좋다. 다른 존 사이에서는 기본적으로는 전기적으로 분리 또는 병렬 접속되어도 좋다. 더욱이, 상면 저항 가열부(62) 및 하면 저항 가열부(64)의 각각 마주보는 프론트존(62a, 64a), 미들존(62b, 64b) 및 리어존(62c, 64c)끼리를 전기적으로 직렬 접속하는 구성으로 해도 좋다. 또한, 좌우의 사이드존으로서 마주보는 좌측면 저항 가열부(66)와 우측면 저항 가열부(68)의 사이에서도 서로 직렬 접속하여 공통의 통전 제어를 행하더라도 좋지만, 바람직하게는 좌우의 공간적 편차를 보정할 수 있도록 양자(66, 68)를 전기적으로 분리 또는 병렬 접속하여 각각 독립된 통전 제어를 행해도 좋다.
독립된 통전 제어가 행해지는 존마다 발열 온도를 온도 제어 회로로 피드백하기 위한 온도 센서, 예를 들면 열전대(TC)가 부착된다. 이 실시예에서는 프론트존(62a, 64a), 미들존(62b, 64b) 및 리어존(62c, 64c)에 각각 열전대(TCa, TCb, TCc)가 부착되고, 좌우의 사이드존(66, 68)에 각각 열전대(TCL, TCR)가 부착된다.
도 8 및 도 9에 있어서, 트랜스퍼 챔버(40)측에서 보아 하우징(56)의 전면에는 반도체 웨이퍼(W)를 출납하기 위한 구(개구)(56a)가 형성되어 있다. 또한, 하우징(56)의 배면에는 후술하는 반응관(58)에 접속되는 처리 가스 공급관(88) 및 배기관(90)(도 11∼도 13)을 각각 통과시키기 위한 관통 구멍(56b, 56c)과, 반응관(58)에 부착되는 열전대(TCd, TCe, TCf, TCg)(도 11, 도 12, 도 13, 도 14)를 각각 통과시키기 위한 관통 구멍(56d, 56e)이 형성되어 있다.
이 실시예의 저항 가열 히터(60)에서는 상면 저항 가열부(62) 및 하면 저항 가열부(64)의 좌우 양측에 저항 가열부(66, 68)를 설치하는 것에 따라 좌우 가로 방향(Y 방향)의 온도 균일성을 실현하는 방식이기 때문에, 각 영역(62, 64, 66, 68)에 배치하는 저항 발열 소자를 동일한 규격 또는 사양으로 하는 것이 가능하다. 특히, 이 실시예와 같이 모든 코일형 저항 발열 소자(RE)의 리드를 일정하게 하는 구성에 있어서는 제작 상의 비용 절감을 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 리드 조밀부 사이의 조정이 필요없게 되어, 통전 제어도 간단해진다. 더욱이, 필요에 따라서 원하는 존에 배치하는 코일형 저항 발열 소자의 리드를 적당히 조밀화하는 구성도 가능하다.
도 10에 저항 가열 히터(60)의 통전 제어계통의 구성예를 도시한다. 이 실시예에서는 프론트존(62a, 64a), 미들존(62b, 64b), 리어존(62c, 64c), 좌측 사이드존(66) 및 우측 사이드존(68)마다 별개의 온도 조절용 스위칭 회로, 예를 들면 SSR(솔리드 스테이트 릴레이)(72a, 72b, 72c, 74, 76)이 충당된다. 각 SSR은 제어 회로(78)의 제어 하에서 스위칭(온 오프) 동작하여, 교류 전원(80)로부터의 전력을 각 존에 공급한다. 제어 회로(78)는 각 존((62a, 64a), (62b, 64b), (62c, 64c), 66, 68)의 발열 온도(제어량)를 각 열전대(TCa, TCb, TCc, TCL, TCR)를 통해 피드백하여, 각 설정치에 일치하도록 각 SSR(72a, 72b, 72c, 74, 76)을 온 오프 제어한다. 한편으로, 제어 회로(78)는 메인 컨트롤러(도시하지 않음)와 저항 가열 히터(60)의 통전 제어에 관계하는 소요의 신호 또는 데이터를 교환한다.
이 실시예에서는 상기한 바와 같이, 프로세스 챔버(54)에 있어서 상면 저항 가열부(62) 및 하면 저항 가열부(64)를 전후 방향(X 방향)으로 프론트존(62a, 64a), 미들존(62b, 64b) 및 리어존(62c, 64c)의 3가지로 분할했다. 그러나, 임의의 형태의 존 분할이 가능하여, 2분할이나 4분할 이상의 존 분할도 가능하며, 가로 방향(Y 방향)에 있어서의 존 분할도 가능하다. 또한, 필요에 따라서 상면 저항 가열부(62) 및 하면 저항 가열부(64) 중 어느 한쪽을 생략하는 구성도 가능하다. 또한, 좌측면 저항 가열부(66) 및 하면 저항 가열부(64)에 있어서도 임의의 형태의 존 분할이 가능하다.
전술한 실시예에 있어서, 코일형 저항 발열 소자 대신에 카본 파이버를 석영관 내에 봉입한 히터 엘리먼트를 이용할 수도 있다. 이러한 히터 엘리먼트는 예컨대 일본 특허 공개 2000-21890호 공보에 개시되어 있으며, 카본 파이버를 복수개 묶은 카본 파이버 다발을 복수개 이용하여 와이어 형상이나 테이프 형상으로 짜 넣어, 석영 유리제 또는 알루미나제의 밀봉 부재 내에 봉입함으로써 형성된다. 밀봉 부재 내의 공간에는 비산화성 가스를 도입한다. 카본 파이버 다발을 짜 넣음으로써 카본 파이버 다발에 보풀부가 형성된다. 이 보풀부가 카본 파이버와 봉입 부재의 벽면 사이에 개재됨으로써, 밀봉 부재가 직접 가열되는 일이 없어, 밀봉 부재의 열화를 억제할 수 있다.
도 11∼도 14에 일실시예에 있어서의 반응관(58)의 구성을 도시한다. 이 반응관(58)은 전체가 고내열성의 재질, 예를 들면 석영으로 이루어지고, 수평인 대략 직방체 형상으로 형성되어 있다. 보다 정확하게는 수직 방향으로 연장되는 좌우 양측 벽부(58c, 58d)의 사이에서 상부 외측 벽부(58a) 및 하부 외측 벽부(58b)가 각각 아치형으로 형성되어 있다. 즉, 상부 외측 벽부(58a)는 위로 호를 그리는 것 같은 아치형으로 형성되고, 하부 외측 벽부(58b)는 아래로 호를 그리는 것 같은 아치형으로 형성되어 있다. 상부 외측 벽부(58a) 및 하부 외측 벽부(58b)의 내측에는 좌우 양측 벽부(58c, 58d)의 사이에서 수평 방향으로 면형으로 연장되는 상부 내측 벽부(58e) 및 하부 내측 벽부(58f)가 각각 천정부 및 상판부로서 형성되어 있다. 이들 천정부(58e) 및 상판부(58f)와 좌우 양측 벽부(58c, 58fd)에서 수평인 직방체 형상의 처리 공간 또는 처리실(82)이 형성되어 있다. 좌우 양측 벽부(58c, 58d)의 양단부에는 각(脚)부(83)가 설치되어 있다.
상부 외측 벽부(58a) 및 하부 외측 벽부(58b)와 천정부(58e) 및 상판부(58f) 사이에 형성되는 공간(84, 86)은 각각 처리 가스 또는 배기 가스에 대하여 버퍼실로서 기능한다. 상부 버퍼실(84)에는 반응관 배면에 형성된 가스 도입구를 통해 예를 들면 석영관으로 이루어지는 처리 가스 공급관(88)이 접속된다. 하부 버퍼실(86)에는 반응관 배면에 형성된 배기구를 통해 예를 들면 석영관으로 이루어지는 배기관(90)이 접속된다. 처리 가스 공급관(88)은 처리 가스 공급부(도시하지 않음)에 통하고 있으며, 배기관(90)은 배기 덕트 또는 진공 펌프(도시하지 않음)에 통하고 있다.
천정부(58e) 및 상판부(58f)에는 각각 처리 가스 및 배기 가스를 통과시키기 위한 하나 또는 복수의 통기공 또는 슬릿이 형성된다. 도시한 구성예에서는 천정부(58e)의 반응관 배면 근처의 단부, 즉 처리 가스 공급관(88)의 출구 부근의 부위에 좌우 가로 방향(Y 방향)으로 연장되는 슬릿(92)이 형성되어 있다. 또한, 상판부(58f)의 반응관 전면 개구, 즉 웨이퍼 출납구(96) 부근의 부위에 좌우 가로 방향(Y 방향)으로 연장되는 슬릿(94)이 형성되어 있다.
이러한 가스 유통 기구에 있어서, 처리 가스 공급관(88)으로부터 공급되는 처리 가스는 우선 상부 버퍼실(84)에 도입된 후, 반응관 배면측의 상부 슬릿(92)으로부터 처리실(82)에 도입되고, 처리실(82) 내에서는 웨이퍼 출납구(96)를 향해 흐른다. 처리실(82) 내의 배기 가스는 웨이퍼 출납구(96)측의 하부 슬릿(94)으로부터 하부 버퍼실(86)에 인입된 후, 반응관 배면측의 배기구를 통해 배기관(90)으로 배출되도록 되어 있다.
또, 일변형예로서 도 15에 도시한 바와 같이, 천정부(58e) 및 상판부(58f)에서 각각 처리 가스 및 배기 가스를 통과시키기 위한 통기 구멍(92', 94')을 널리 분산시켜 다수 형성하는 구성도 가능하다. 이러한 다공판 구조에 따르면, 상부 버퍼실(84)로부터 처리실(82) 내의 반도체 웨이퍼(W)를 향해서 처리 가스를 샤워형으로 균일하게 내리쏟는 것이 가능하다. 더욱이 처리실(82) 내의 배기 가스를 상판부(58f)의 전역을 통해 균일하고 또한 조속히 배출할 수 있다.
처리실(82)에 있어서 상판부(58f)에는 반도체 웨이퍼(W)를 거의 수평으로 지지하기 위한, 예를 들면 석영으로 이루어지는 복수개, 예를 들면 3개의 돌기형 지지부(98)가 이산적으로 소정 위치에 설치되어 있다. 상기 반송실(40) 내의 반송 아암(42)은 웨이퍼 반입출구(96)로부터 핀셋(44)을 처리실(82)에 삽입하여, 미처리의 반도체 웨이퍼(W)를 돌기형 지지부(98) 위에 얹어 놓거나, 혹은 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)를 돌기형 지지부(98)로부터 인수하도록 되어 있다.
상부 버퍼실(84) 및/또는 하부 버퍼실(86)에는 처리실(82)의 실내 온도를 근사치로서 측정하기 위한 온도 센서를 부착할 수 있다. 이 실시예에서는 하부 버퍼실(86)에 있어서 반응관 배면측으로부터 2개의 길고 짧은 석영관(100, 102)을 삽입하여 상판부(58f)의 하면에 예를 들면 용접으로 부착하고, 이들 석영관(100, 102)에 1개 또는 복수개의 열전대(TCd∼TCg)를 삽입하고 있다.
보다 상세하게는, 좌우 가로 방향의 중심선으로부터 조금 벗어난 위치(즉 가스관(88, 90)을 피한 위치)에서 석영관(100)을 반응관 배면으로부터 전방부 부근까지 X 방향으로 연장시켜, 그 관 중에 길이가 다른 3개의 열전대(TCd, TCe, TCf)를삽입하고 있다. 이들 3개의 열전대(TCd, TCe, TCf)의 감온부(측온 접점)는 상기 저항 가열 히터(60)에 있어서의 프론트존(62a, 64a), 미들존(62b, 64b), 리어존(62c, 64c)의 영역에 각각 위치하고, 전후 방향(X 방향)에 있어서 3가지의 존에서 받는 방사열의 영향을 각각 모니터하기 위해서 이용된다.
또한, 처리실(82)의 좌측 또는 우측 단부 위치에서 석영관(102)을 반응관 배면으로부터 중심부 부근까지 X 방향으로 연장시켜, 그 관 중에 1개의 열전대(TCg)를 삽입하고 있다. 이 열전대(TCg)는 가로 방향(Y 방향)의 웨이퍼 주변부 부근에서 사이드존(이 예에서는 좌측 사이드존(66))으로부터 받는 방사열의 영향을 모니터하기 위해서 이용된다. 또, 반대측의 사이드존(우측 사이드존(68))으로부터 받는 방사열의 영향을 모니터하기 위한 열전대를 추가하더라도 좋다.
각 열전대(TCd, TCe, TCf, TCg)의 출력 신호는 예를 들면 메인 컨트롤러에 주어지고, 필요에 따라서 메인 컨트롤러로부터 저항 가열 히터(60)의 제어 회로(78)에 피드백 신호 또는 보정 신호로서 주어져도 좋다. 이 실시예의 반응관(58)에서는 상기한 바와 같이 편평한 대략 육면체 구조에 있어서, 상부 외측 벽부(58a) 및 하부 외측 벽부(58b)를 좌우 양측 벽부(58c, 58d)의 사이에서 아치형으로 형성하는 동시에, 상부 외측 벽부(58a) 및 하부 외측 벽부(58b)의 내측에 좌우 양측 벽부(58c, 58d)의 사이에서 상부 외측 벽부(천정부)(58e), 하부 외측 벽부(상판부)(58f)를 수평 방향으로 연장되는 면형의 양(梁)부로서 형성하고 있기 때문에, 관의 상면 및 하면이 2중 구조로 되어 있고, 예를 들면 반응관(58)의 안을 감압할 때에 관의 내외의 압력차로 응력이 발생하더라도 파손될 우려는 없다. 즉,반응관(58)의 반응실내를 감압하면, 측면의 관벽보다도 상면 및 하면의 관벽에 현저히 큰 압력 내지 응력이 가해지지만, 상기한 바와 같은 2중 벽 구조에 의해 외측 벽부(58a, 58b)와 내측 벽부(58c, 58d) 사이에서 응력을 분산시키기 때문에, 잘 깨지지 않게 되어 있다.
도 16 및 도 17에 이 실시예에 있어서 반응관(58)의 웨이퍼 반입출구(96)에 설치되는 게이트 밸브(52)의 구성을 도시한다. 도 16에 도시한 바와 같이, 이 게이트 밸브(52)는 반응관(58)의 웨이퍼 반입출구(96)를 폐색 개구하기 위한 판형의 밸브체(110)와, 이 밸브체(110)를 로드형의 지지축 또는 구동축(112)을 통해 폐색 위치(도 16의 (C))와 후퇴 위치(도 16의 (A)) 사이에서 구동하는 구동부(114)를 갖는다. 웨이퍼 반입출구(96)와 대향하는 밸브체(110)의 내측면에는 시일 부재, 예를 들면 O링(116)이 부착되어 있고, 폐색 상태(도 16의 (C))에서는 O링(116)이 반응관(58)의 전단면(59)을 밸브 시트로서 이것에 가압 접촉하여 밀착함으로써 웨이퍼 반입출구(96)가 기밀하게 폐색된다. 구동부(114)는 예를 들면 에어 실린더나 캠 기구 등을 가지며, 밸브체(110)를 웨이퍼 반입출구(96) 부근에서는 반응관(58)의 축(장축)방향으로 이동시키고, 웨이퍼 반입출구(96)로부터 떨어진 장소에서는 수직 방향으로 승강 이동시킨다.
도 17에 일실시예에 의한 게이트 밸브(52)의 밸브체(110)의 구성을 도시한다. 이 게이트 밸브(52)의 밸브체(110)는 구동축(112)에 결합되는 판형의 베이스 또는 등판(120)과, 이 베이스(120)의 내측면에 프레임형의 유지 부재 또는 리테이너(122)를 통해 고정되는 판형의 내측 덮개부(118)를 갖는다. 베이스(120) 및 리테이너(122)는 열전도율이 높은 재질, 예를 들면 SUS로 이루어지고, 내측 덮개부(118)는 석영으로 이루어진다.
내측 덮개부(118)의 외주면은 저면(베이스)측으로부터 상면측을 향해 끝이 가늘어지는 테이퍼면으로 형성되고, 이것과 대응하여 리테이너(122)의 내주면이 내측 덮개부(118)의 외주면과 평행하게 대향하는 역테이퍼면으로 형성되어 있다. 내측 덮개부(118)의 테이퍼형 외주면에 리테이너(122)의 역테이퍼형 내주면이 밀착하여 덮임으로써, 내측 덮개부(118)는 베이스(120)에 압박되도록 하여 고정된다. 리테이너(122)는 볼트(128)에 의해서 베이스(120)에 고정된다.
베이스(120)는 볼트(126)에 의해서 구동축(112)에 결합된다. 베이스(120)의 내부에는 냉각 매체로서 예를 들면 냉각수를 통과시키는 통로(120a)가 설치되어 있다. 이 통로(120a)에는 배관(도시하지 않음)을 통해 냉각수 공급부(도시하지 않음)로부터의 냉각수가 순환 공급되도록 되어 있다.
내측 덮개부(118)와 베이스(120) 및 리테이너(122) 사이에는 고내열성 및 열반사율이 높은 재질, 예를 들면 사불화에틸렌으로 이루어지는 바람직하게는 백색의 시트(124)가 삽입되어 있다. 내측 덮개부(118)의 상면(내측면) 주연부에는 O링(116)을 수용하기 위한 노치 홈(118a)이 형성되어 있다. O링(116)은 내측 덮개부(118)의 상면(내측면)보다도 일부 돌출한 상태로 이 홈(118a)과 리테이너(122) 사이에 유지된다. O링(116)의 색은 복사열에 대하여 반사율이 높은 색, 바람직하게는 백색 내지 회색이 바람직하다.
상기한 구성에 있어서, 밸브체(110)가 웨이퍼 반입출구(96)를 폐색하고 있는동안은 반응관(58)의 내부가 예를 들면 1100℃ 정도의 고온으로 가열되는 동시에, 부식성 가스를 포함하는 각종 프로세스 가스가 흐른다. 이 실시예에서는 반응관(58)의 내부와 직접 마주 대하는 밸브체(110)의 내측 덮개부(118)가 석영으로 구성되기 때문에, 반응관(58)측으로부터의 고온 분위기나 각종 프로세스 가스에 대한 내성이 우수하고, 반응관(58) 내에서 고온 처리되는 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 각종 오염을 발생시키는 일없이, 웨이퍼 반입출구(96)를 안전하게 밀폐할 수 있다.
또한, O링(116)은 상기한 바와 같이 비흑색계의 색(바람직하게는 백색 내지 회색)을 띠고 있기 때문에, 그 자체의 내열성이 향상되고 있다. 또한, O링(116)을 외주측에서 유지하는 리테이너(122)가 O링(116) 부근의 열을 베이스(120)측으로 효율적으로 방열한다. 또한, 내측 덮개부(118)도 냉각 자켓형의 베이스(120)를 등으로 하여 O링(116)에 대하여 효과적인 냉각 내지 방열 작용을 발휘한다. 이러한 냉각 기구에 의해 O링(116)은 반응관(58)측으로부터의 고온 분위기 중에서 용융하지 않고, 실린더 기능을 안정적으로 유지할 수 있다.
시트(124)는 반응관(58)측으로부터의 복사열을 효율적으로 반사하여 밸브체의 온도 상승을 억제한다. 또한, 시트(124)는 베이스(120)와 내측 덮개부(석영)(118)간의 직접 접촉을 피함으로써, 직접 접촉에 의한 내측 덮개부(석영)(118)의 강도 저하를 막는다고 하는 작용도 발휘한다.
다음에, 이 실시예의 처리 장치에 있어서의 전체적인 동작을 설명한다. 일례로서, 프로세스 모듈(18)의 양 프로세스 챔버(54H, 54L)에 있어서는 고온, 예를 들면 1150℃에서 산화, 확산 등의 급속 가열 처리를 행하는 것으로 한다. 또, 이하에 설명하는 장치 전체의 동작은 메인 컨트롤러 또는 시스템 컨트롤러에 의해서 제어된다.
카세트 스테이션(10)에는 미처리의 반도체 웨이퍼(W)를 수납하거나, 또는 수납 가능한 카세트(CR)가 반입되어, 반입된 카세트(CR)는 어느 하나의 카세트 적재대(20) 위에 적재된다. 로더/언로더부(12)의 웨이퍼 반송 기구(22)는 카세트 스테이션(10)에 반입되어 있는 임의의 카세트(CR) 내의 임의의 카세트 수납 위치에 액세스하여, 그 카세트 수납 위치로부터 미처리의 반도체 웨이퍼(W)를 추출할 수 있다.
로더/언로더부(12)의 웨이퍼 반송 기구(22)는 카세트 스테이션(10)으로부터 미처리의 반도체 웨이퍼(W)를 거의 수평으로 1장 추출하면, 반송 아암(26)을 약 180° 선회시키고 나서, 얼라인먼트 유닛(38) 앞으로 이동시켜, 이 반도체 웨이퍼(W)를 얼라인먼트 유닛(38)에 반입한다. 얼라인먼트 유닛(38) 내에서 이 반도체 웨이퍼(W)에 대해 노치 또는 오리엔테이션 플랫 정렬과 중심 조정을 행한다. 웨이퍼 반송 기구(22)는 위치 정렬을 끝낸 반도체 웨이퍼(W)를 얼라인먼트 유닛(38)으로부터 반출하고, 계속해서 미처리 기판 다단 배치부의 로드록실(28H, 28L) 앞까지 Y 방향으로 이동시켜, 반송 아암(26)을 반입 전인 로드록실(28H, 28L)의 한쪽, 예를 들면 로드록실(28H)의 높이 위치로 승강 이동시킨다. 로드록실(28H)은 웨이퍼 반입구의 개폐문(34)을 연 상태에서 웨이퍼 반송 기구(22)를 맞이한다. 웨이퍼 반송 기구(22)는 반송 아암(26)을 전진 또는 신장시켜 로드록실(28H) 내에넣어, 실내의 지지핀(32)에 반도체 웨이퍼(W)를 소정의 방향으로 이동 탑재한다.
그런 후, 웨이퍼 반송 기구(22)는 카세트 스테이션(10)으로 되돌아가, 상기와 같은 순서 및 동작으로 미처리의 별도의 반도체 웨이퍼(W)를 임의의 카세트(CR) 내의 임의의 웨이퍼 수납 위치로부터 추출하고, 다음에는 다른쪽의 로드록실(28L)에 반입한다. 이렇게 해서, 양 로드록실(28H, 28L)에는 2장의 미처리 반도체 웨이퍼(W, W)가 각각의 타이밍에 반입되고, 그래서 양 반도체 웨이퍼(W, W)는 수평 자세로 상하 2단으로 배치된 상태로 보관된다. 또, 각 로드록실(28H, 28L)에 있어서는 반도체 웨이퍼(W)의 반입 완료 후에 반입구측의 도어(34)가 폐쇄되며, 필요에 따라서 실내를 감압하거나, 혹은 불활성 가스 분위기로 치환하더라도 좋다.
한편, 프로세스 모듈(18)에서는 각 프로세스 챔버(54H, 54L)에 있어서 상기 저항 가열 히터(60)에 의해 가열로 내의 온도, 보다 정확하게는 반응관(58) 내의 온도를 설정 온도(1150℃)로 유지하기 위한 온도 제어가 행해진다.
상기한 바와 같이 하여 미처리 기판 다단 배치부의 로드록실(28H, 28L) 내에 2장의 반도체 웨이퍼(W)가 상하 2단으로 수용 배치되면, 또는 그에 앞서서, 트랜스퍼 모듈(16)의 반송실(40) 내에서 반송 아암(42)이 이동 동작하여 양 핀셋(44H, 44L)을 각각 로드록실(28H, 28L) 앞에 배치한다. 그리고, 양 로드록실(28H, 28L)의 반출구측의 게이트 밸브(36, 36)가 개방되면, 반송 아암(42)은 양 핀셋(44H, 44L)을 전진 또는 신장시켜 양 로드록실(28H, 28L) 내에 삽입하여, 지지핀(32, 32)으로부터 반도체 웨이퍼(W, W)를 상하 2단 배치 상태대로 추출한다. 계속해서, 양 핀셋(44H, 44L)으로 반도체 웨이퍼(W, W)를 상하 2단으로 지지한 상태로 소정 각도선회하여, 프로세스 모듈(18)의 양 프로세스 챔버(54H, 54L) 앞에 각각 양 핀셋(44H, 44L)을 배치하여 대기한다.
여기서, 각 핀셋(44H, 44L)에 있어서는 도 3∼도 5에 도시한 바와 같이, 반도체 웨이퍼(W)가 그 이면의 주연부(주변부 제외 영역)에서 좌우 2쌍(총 4개)의 갈고랑이부(50)에 거의 수평으로 실리는 상태로 양 아암부(48, 48)의 사이에 유지된다.
그리고, 양 프로세스 챔버(54H, 54L)의 바로 앞에서 양 게이트 밸브(54, 54)가 동시에 개방되면, 반송 아암(42)은 간격을 두지 않고 바로 양 프로세스 챔버(54H, 54L) 내에 미처리의 반도체 웨이퍼(W, W)를 동시에 반입한다. 보다 상세하게는, 양 핀셋(44H, 44L)을 양 프로세스 챔버(54H, 54L)의 반응실(58, 58) 내에 삽입하고, 각각의 돌기형 지지부(98, 98)에 미처리의 반도체 웨이퍼(W)를 이동 탑재했으면, 재빠르게 양 핀셋(44H, 44L)을 당겨서 양 프로세스 챔버(54H, 54L)에서 각각 후퇴시킨다. 이 직후에 양 게이트 밸브(54, 55)가 폐쇄된다.
양 프로세스 챔버(54H, 54L)에 있어서, 양 반응실(58, 58) 내에 각각 반입된 미처리의 반도체 웨이퍼(W, W)는 그대로 즉시 설정 온도(1150℃) 하에 놓여져 고온의 급속 열처리를 받는다. 또, 반입 타이밍에 맞춰서, 예를 들면 반입 직후에, 양 반응실(58, 58)에의 처리 내용에 따른 소정의 처리 가스의 공급을 시작해도 좋다.
그런데, 상기한 바와 같이 하여 미처리 기판 다단 배치부의 로드록실(28H, 28L)로부터 미처리의 반도체 웨이퍼(W)가 상하 2단의 상태로 반송실(40)측으로 반출되면, 양 로드록실(28H, 28L)은 비게 된다. 그렇게 하면, 로더/언로더부(12)의웨이퍼 반송 기구(22)가 적당한 타이밍을 가늠하여, 상기와 같은 순서 및 동작으로 카세트 스테이션(10)이 원하는 카세트(CR)에서 2장의 미처리의 반도체 웨이퍼(W, W)를 1장씩 개별적으로 양 로드록실(28H, 28L)에 반입해 둔다.
양 프로세스 챔버(54H, 54L)에 있어서는 상기한 바와 같이 하여 미처리의 반도체 웨이퍼(W, W)가 반입된 시점으로부터 미리 설정한 처리 시간이 경과하면, 웨이퍼 출납구측에서 양 게이트 밸브(54, 54)가 동시에 개방된다. 이때, 트랜스퍼 모듈(16)측의 반송 아암(42)은 양 프로세스 챔버(54H, 54L4) 앞에서 대기하고 있다. 따라서, 열처리 종료 직후에 양 게이트 밸브(54, 54)가 동시에 개방되면, 반송 아암(42)은 간격을 두지 않고 바로 양 프로세스 챔버(54H, 54L)에서 고온 상태의 반도체 웨이퍼(W, W)를 동시에 반출한다. 보다 상세하게는, 양 핀셋(44H, 44L)을 양 프로세스 챔버(54H, 54L)의 반응실(58, 58) 내에 삽입하고, 각각의 돌기형 지지부(98, 98)로부터 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W, W)를 취했으면, 재빠르게 양 핀셋(44H, 44L)을 당겨서 양 프로세스 챔버(54H, 54L)에서 각각 후퇴시킨다. 이 직후에 양 게이트 밸브(54, 55)는 폐쇄되어도 좋다.
각 프로세스 챔버(54)로부터 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)를 반출하는 것에 있어서, 반송 아암(42)은 비교적 낮은 온도, 예를 들면 상온에서 고온 상태의 반도체 웨이퍼(W)와 접촉한다. 이 실시예에서는 상기한 바와 같이 반송 아암(42)은 핀셋(44)의 양 아암부(48, 48)에 부착한 갈고랑이부(50)에서 반도체 웨이퍼(W)의 주변부 제외 영역과 선접촉으로 접촉하기 때문에, 이 반도체 웨이퍼(W)에 슬립 등의 결정 결함을 초래할 우려는 없다.
트랜스퍼 모듈(16)에 있어서, 반송 아암(42)은 상기한 바와 같이 하여 양 프로세스 챔버(54H, 54L)에서 고온 급속 열처리를 실시한 직후의 양 반도체 웨이퍼(W, W)를 반출하면, 이들의 반도체 웨이퍼(W, W)를 양 핀셋(44H, 44L)으로 상하 2단으로 지지한 상태로 소정 각도 선회하여, 처리 종료 기판 다단 배치부의 로드록실, 즉 쿨링 챔버(30H, 30L)측으로 배치한다. 이 때, 양 쿨링 챔버(30H, 30L)의 웨이퍼 반입구측에서 양 게이트 밸브(52, 52)가 개방된 상태로 되어 있어도 좋다.
따라서, 반송 아암(42)은 신속하게 양 핀셋(44H, 44L)을 양 쿨링 챔버(30H, 30L) 중에 삽입하여, 양 챔버(30H, 30L) 내의 지지핀(32) 위에 처리 직후에 아직 고온 상태의 양 반도체 웨이퍼(W, W)를 적재할 수 있다. 그리고, 양 핀셋(44H, 44L)이 쿨링 챔버(30H, 30L)로부터 후퇴하면, 양 게이트 밸브(52, 52)가 폐쇄된다.
이렇게 해서, 양 프로세스 챔버(54H, 54L)에서 동시에 고온 급속 열처리를 실시한 양 반도체 웨이퍼(W, W)는 반송실(40)과 카세트 스테이션(10) 사이의 처리 종료 웨이퍼 반송 경로의 도중에 설치된 양 쿨링 챔버(30H, 30L) 중에서 동시에 소정 온도, 예를 들면 상온까지 각각 냉각된다.
그리고, 양 쿨링 챔버(30H, 30L) 중에서 처리가 끝난 양 반도체 웨이퍼(W, W)가 소정 온도까지 냉각된 후에, 로더/언로더부(12)의 웨이퍼 반송 기구(22)가 양 쿨링 챔버(30H, 30L)에 웨이퍼 반출구측으로 액세스하여, 처리가 끝난 양 반도체 웨이퍼(W, W)를 하나씩 개별적으로 반출한다.
웨이퍼 반송 기구(22)는 각 쿨링 챔버(30H, 30L)로부터 처리가 끝난 반도체웨이퍼(W)를 1장 단위로 추출하면, 반송 아암(26)을 약 180° 선회시키고 나서, 카세트 스테이션(10)의 원하는 카세트(CR) 앞으로 이동시켜, 이 카세트(CR)의 임의의 웨이퍼 수납 위치에 이 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)를 삽입한다. 필요에 따라서, 카세트(CR)에 수납하기 전에 얼라인먼트 유닛(38)에서 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)의 얼라인먼트를 행하더라도 좋다.
한편, 트랜스퍼 모듈(16)에 있어서, 반송 아암(42)은 상기한 바와 같이 하여 처리가 끝난 양 반도체 웨이퍼(W, W)를 양 쿨링 챔버(30H, 30L)에 반입을 끝내면, 바람직하게는 그 직후에, 양 핀셋(44H, 44L)을 비게 한 상태(무부하 상태)에서 소정 각도 선회하여, 미처리 기판 다단 배치부의 양 로드록실(28H, 28L)측으로 붙여도 좋다. 이 시점에서 양 로드록실(28H, 28L) 내에는 새로운 미처리의 반도체 웨이퍼(W, W)가 상하 2단으로 배치되어 있다. 따라서, 양 게이트 밸브(36, 36)가 개방되면, 상기한 바와 같이 하여 반송 아암(42)은 양 반도체 웨이퍼(W, W)를 상하 2단 상태대로 양 로드록실(28H, 28L)로부터 양 핀셋(44H, 44L)에 실어 반출하고, 계속해서 양 프로세스 챔버(54H, 54L)에 반입한다.
이후도, 상기한 바와 같이 하여 카세트 스테이션(10)과 로드록 모듈(14) 사이에서는 로더/언로더부(12)를 통해 미처리 또는 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)를 1장씩 반송하고, 로드록 모듈(14)과 프로세스 모듈(18) 사이에서는 트랜스퍼 모듈(16)을 통해 미처리 또는 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)를 상하 2단으로 한쌍씩 반송한다.
이 실시예의 처리 장치에 있어서, 로더/언로더부(12)의 웨이퍼 반송기구(22)는 카세트 스테이션(10)에 대하여 반도체 웨이퍼(W)를 일시에 1장 단위로 반입출하면 좋기 때문에, 임의의 카세트(CR) 내의 임의의 웨이퍼 수납 위치를 액세스 전에 선택하는 것이 가능하고, 카세트(CR) 내의 웨이퍼 수납 위치 간격이 비교적 좁더라도 웨이퍼의 추출 및 삽입을 신속하고 또한 정확히 행할 수 있다. 또한, 얼라인먼트 유닛(38)을 웨이퍼 1장분의 얼라인먼트 기구로 구성할 수 있기 때문에, 유닛(38)을 소형화할 수 있을 뿐만 아니라, 웨이퍼 반송 기구(22)로부터도 신속히 액세스하기 쉽다고 하는 이점이 있다. 더욱이, 복수매의 반도체 웨이퍼(W)를 다단으로 동시에 위치 정렬하는 얼라인먼트 기구를 얼라인먼트 유닛(38)에 설치하는 구성도 가능하다.
또한, 웨이퍼 반송 기구(22)는 로드록 모듈(14)에 대해서도 반도체 웨이퍼(W)를 일시에 1장 단위로 반입출하면 좋기 때문에, 각 로드록실에 대하여 시분할적으로 유연한 타이밍에 액세스하여 웨이퍼(W)의 반입출을 행할 수 있다.
한편, 트랜스퍼 모듈(16)의 반송 아암(42)은 프로세스 모듈(18)에 직결된 반송실(40) 내에서 미처리 또는 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)를 상하로 복수 다단으로 지지하여 반송함으로써, 복수의 반도체 웨이퍼(W)에 동시적인 매엽 처리를 효율적이고 또한 정확하게 받게 할 수 있다.
특히, 이 실시예에서는 프로세스 모듈(18)에 있어서 상하 2단의 양 프로세스 챔버(54H, 54L)의 반응실(58, 58) 내를 열처리용의 고온으로 유지해 두어, 상하 2단형의 한쌍의 핀셋(44H, 44L)을 이용하여 미처리 또는 처리가 끝난 2장의 반도체 웨이퍼(W, W)를 동시에 반입 또는 반출하기 때문에, 고온 급속 가열 처리에 있어서반도체 웨이퍼의 피처리면을 보다 고속으로 승온하고, 보다 고속으로 제온할 수 있다.
또한, 이 처리 장치에서는 로드록 모듈(14)에 미처리의 반도체 웨이퍼(W)를 복수 다단으로 배치하여 보관해 두기 위한 로드록실(28H, 28L)과, 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)를 복수 다단으로 배치하여 보관해 두기 위한 로드록실(30H, 30L)을 병렬로 설치하고 있다. 이러한 구성에 의해서, 미처리 기판 반송 조작과 처리 종료 기판 반송 조작을 병렬적 또는 동시적으로 행하여, 작업 처리량을 향상시킬 수 있다.
그리고, 처리 종료 기판 다단 배치부의 양 로드록실(30H, 30L)을 쿨링 챔버로서 사용하고, 양 프로세스 챔버(54H, 54L)에서 고온 급속 열처리를 실시한 양 반도체 웨이퍼(W, W)를 반송실(40)과 카세트 스테이션(10) 사이의 처리 종료 웨이퍼 반송 경로의 도중에 설치된 양 쿨링 챔버(30H, 30L) 중에 보관해 두면서 소정 온도까지 냉각하도록 하고 있다. 이것에 의해, 특별한 점유 스페이스를 필요로 하는 전용의 쿨링 챔버는 불필요하게 되고, 장치 비용의 저감이나 풋 프린트의 축소를 실현할 수 있다.
상기 실시예에서는 프로세스 챔버(54)의 반응관(58)에 있어서, 상부 외측 벽부(58a) 및 하부 외측 벽부(58b)를 각각 아치형으로 형성하고 있어, 가급적 박형으로 큰 내압성을 갖는 관 구조를 얻을 수 있다. 그러나, 상부 외측 벽부(58a) 및/또는 하부 외측 벽부(58b)를 아치형 이외의 형상, 예를 들면 평탄형으로 형성하는 구성도 가능하다. 또한, 상기 실시예에서는 상부 외측 벽부(58a) 및 하부 외측벽부(58b)를 좌우 양측 벽부(58c, 58d)의 사이에서 아치형으로 형성했지만, 관의 전면과 배면 사이에서 아치형으로 형성하는 구성도 가능하다.
또한, 상기한 실시예에서는 트랜스퍼 모듈(16)의 반송 아암(42)에 있어서의 각부의 형상이나 재질 등에 관해서 여러 가지의 변형이 가능하다. 예를 들면, 갈고랑이부(50)의 갯수를 좌우 합쳐서 3개 또는 5개 이상으로 해도 좋다. 갈고랑이부(50)의 상면은 상기 실시예와 같이 볼록면형의 라운딩을 가진 하강 경사면으로 하는 구성이 바람직하지만, 예를 들면 라운딩이 없는 직선적인 하강 경사면으로 하는 구성이나, 수평면으로 하는 구성 등도 가능하다. 아암부(48)에 있어서는 똑바른 관형의 형체에 한하는 것이 아니라, 곡선 형상이나 비중공체 구조도 가능하다.
또한, 상기한 실시예에서는 프로세스 챔버(54)에 있어서, 상면 저항 가열부(62) 및 하면 저항 가열부(64)를 전후 방향(X 방향)으로 프론트존(62a, 64a), 미들존(62b, 64b) 및 리어존(62c, 64c)의 3가지로 분할했다. 그러나, 임의의 형태의 존 분할이 가능하여, 2분할이나 4분할 이상의 존 분할도 가능하고, 가로 방향(Y 방향)에 있어서의 존 분할도 가능하다. 또한, 필요에 따라서 상면 저항 가열부(62) 및 하면 저항 가열부(64) 중 어느 한쪽을 생략하는 구성도 가능하다. 또한, 좌측면 저항 가열부(66) 및 하면 저항 가열부(64)에 있어서도 임의의 형태의 존 분할이 가능하다.
또한, 상기한 실시예에서는 프로세스 모듈(18)에 있어서 양 프로세스 챔버(54H, 54L)를 급속 열처리용의 챔버로서 구성했다. 그러나, 다른 처리 챔버로서 구성하는 것도 가능하고, 예를 들면 플라즈마 처리나 에칭 처리용의 처리실로서 구성하더라도 좋다.
본 발명의 처리 방법은 상압의 프로세스, 감압 프로세스, 진공 프로세스 중 어디에도 적용할 수 있다. 피처리 기판으로서는 반도체 웨이퍼에 한하지 않고, LCD 기판, 유리 기판, CD 기판, 포토 마스크, 프린트 기판 등도 가능하다.
본 발명은 전술한 구체적으로 설명한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 범위 내에서 여러 가지 변형예 및 개량예가 이루어질 수 있을 것이다.

Claims (26)

  1. 복수의 피처리 기판을 기판 반송 용기에 수납하는 스테이션과,
    밀폐 가능한 실내에서 상기 피처리 기판에 소정의 처리 가스를 이용하여 소정의 처리를 실시하기 위한 복수의 처리실이 다단으로 설치된 처리부와,
    상기 스테이션과 상기 처리부 사이에서 상기 피처리 기판을 복수 다단으로 배치한 상태로 일시적으로 보관해 두기 위한 기판 다단 배치부와,
    상기 스테이션과 상기 기판 다단 배치부 사이에서 상기 피처리 기판을 1장씩 반송하기 위한 제1 반송 수단과,
    상기 기판 다단 배치부와 상기 처리부 사이에서 복수의 상기 피처리 기판을 다단으로 지지한 상태로 동시에 반송하기 위한 제2 반송 수단
    을 포함하는 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 처리실 내에 상기 피처리 기판을 열처리하기 위한 열처리 수단이 설치되는 것인 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열처리 수단은 상기 피처리 기판을 단시간에 열처리하기 위한 급속 가열 수단을 포함하는 것인 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판 다단 배치부는 상기 피처리 기판을 1장씩 수용하는 복수의 로드록실을 갖는 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 반송 수단은 상기 기판 다단 배치부의 모든 상기 로드록실에 결합되고 또한 상기 처리부의 모든 상기 처리실에 결합되는 반송실 내에 설치되는 것인 처리 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 기판 다단 배치부는 상기 처리부에서 처리를 받기 전의 복수의 상기 피처리 기판을 다단으로 배치한 상태로 일시적으로 보관해 두기 위한 미처리 기판 다단 배치부와, 상기 처리부에서 처리를 받은 후의 상기 복수의 피처리 기판을 다단으로 배치한 상태로 일시적으로 보관해 두기 위한 처리 종료 기판 다단 배치부를 포함하는 것인 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 처리 종료 기판 다단 배치부는 상기 피처리 기판을 소정 온도까지 냉각하기 위한 냉각 기구를 갖는 것인 처리 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 열처리 수단은,
    피처리 기판을 소정 위치에 배치하여 수용하기 위한 반응관과,
    상기 반응관 내에 수용되는 상기 피처리 기판과 거의 평행하게 마주 대하도록 면형으로 구성된 제1 저항 가열부와,
    상기 반응관 내에 수용되는 상기 피처리 기판의 주위에 상기 제1 저항 가열부와 직교하는 방향으로 면형으로 구성된 제2 저항 가열부를 갖는 것인 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 저항 가열부는 복수의 존으로 분할되어, 각 존마다 독립된 통전 제어에 의해서 저항 발열하는 것인 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 저항 가열부는 상기 제1 저항 가열부의 각 존으로부터 독립된 통전 제어에 의해서 저항 발열하는 것인 처리 장치.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 피처리 기판에 대하여 좌우에 배치되는 한쌍의 상기 제2 저항 가열부가 서로 독립된 통전 제어에 의해서 저항 발열하는 것인 처리 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 저항 가열부는 밧줄형으로 짜여진 카본 파이버를 밀봉 부재 내에 봉입한 히터를 이용한 가열체인 것인 처리 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 밀봉 부재는 석영 유리 또는 알루미나로 형성되는 것인 처리 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제2 반송 수단은,
    상기 피처리 기판의 폭보다도 큰 간격을 비워 두고 거의 수평으로 대향하는 한쌍의 아암부와,
    상기 피처리 기판을 그 주연부에 접촉하여 유지하기 위해서 상기 한쌍의 아암부에 소정의 간격을 두고 설치되는 복수개의 유지부를 갖는 것인 처리 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 유지부는 상기 아암부측의 기단부로부터 선단부를 향해 하강 경사지는 상면을 갖는 것인 처리 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 유지부의 상기 상면은 볼록면형의 라운딩을 갖는 것인 처리 장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 아암부 및 상기 유지부는 석영으로 이루어지는 것인 처리 장치.
  18. 복수의 미처리의 피처리 기판을 소정의 스테이션에 대기시켜 두는 제1 단계와,
    복수의 미처리의 피처리 기판을 상기 스테이션으로부터 다단으로 설정된 복수의 기판 플레이스에 개별적으로 반송하는 제2 단계와,
    상기 다단의 기판 플레이스에서 복수의 미처리의 피처리 기판을 일시적으로 보관해 두는 제3 단계와,
    상기 다단의 기판 플레이스로부터 복수의 미처리의 피처리 기판을 다단으로 배치된 복수의 처리실에 동시에 반송하는 제4 단계와,
    상기 복수의 처리실 내에서 각각 상기 복수의 피처리 기판에 소정의 처리 가스를 이용하여 소정의 처리를 동시에 실시하는 제5 단계와,
    상기 복수의 처리실로부터 복수의 처리가 끝난 피처리 기판을 동시에 추출하여 상기 다단의 기판 플레이스에 반송하는 제6 단계와,
    상기 다단의 기판 플레이스에서 복수의 처리가 끝난 피처리 기판을 일시적으로 보관해 두는 제7 단계와,
    복수의 처리가 끝난 피처리 기판을 상기 다단의 기판 플레이스로부터 상기스테이션에 개별적으로 반송하는 제8 단계
    를 포함하는 처리 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제5 단계에 있어서 상기 복수의 처리실 내에서 상기 피처리 기판을 동시에 열처리하는 것인 처리 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 다단의 기판 플레이스를 복수조 설치하여, 처리 전의 일조의 피처리 기판을 제1조의 상기 다단의 기판 플레이스에 보관해 두는 한편, 처리 후의 별도의 조의 피처리 기판을 제2조의 상기 다단의 기판 플레이스에 보관해 두는 것인 처리 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    복수의 처리가 끝난 상기 피처리 기판을 상기 제2조의 다단의 기판 플레이스에서 소정 온도로 냉각하는 것인 처리 방법.
  22. 반응관 내를 미리 설정된 온도로 해 두는 제1 공정과,
    피처리 기판을 거의 수평 자세로 유지하여 반송하는 기판 반송 장치로서, 상기 피처리 기판의 폭보다도 큰 간격을 비워 두고 거의 수평으로 대향하는 한쌍의아암부와, 상기 피처리 기판을 그 주연부에 접촉하여 유지하기 위해서 상기 한쌍의 아암부에 소정의 간격을 두고 설치되는 복수개의 유지부를 갖는 기판 반송 장치를 이용하여, 피처리 기판을 상기 설정 온도 하의 상기 반응관 내에 반입하는 제2 공정과,
    상기 반응관에 소정의 처리 가스를 공급하면서 상기 반응관 내를 배기하여 상기 피처리 기판의 피처리면에 소정의 열처리를 실시하는 제3 공정과,
    미리 설정된 처리 시간의 경과 후에 상기 기판 반송 장치에 의해서 상기 피처리 기판을 상기 반응관으로부터 반출하는 제4 공정과,
    상기 반출된 피처리 기판을 상기 반응관의 외부에 설정된 냉각부에서 소정 온도까지 냉각하는 제5 공정
    을 포함하는 열처리 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제3 공정의 개시로부터 종료까지 상기 반응관 내를 상기 설정 온도로 유지하는 것인 열처리 방법.
  24. 피처리 기판을 소정 위치에 배치하여 수용하기 위한 반응관과,
    상기 반응관 내에 수용되는 상기 피처리 기판과 거의 평행하게 마주 대하도록 면형으로 구성된 제1 저항 가열부와,
    상기 반응관 내에 수용되는 상기 피처리 기판의 주위에 상기 제1 저항 가열부와 직교하는 방향으로 면형으로 구성된 제2 저항 가열부와,
    상기 반응관과 상기 제1 및 제2 저항 가열부 사이에 설치되어, 상기 제1 및 제2 저항 가열부에서 발생한 열을 균일하게 상기 반응관 내부로 확산시키기 위한 균열 부재와,
    상기 제1 및 제2 저항 가열부를 포위하도록 설치된 단열 부재
    를 포함하는 열처리 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 저항 가열부의 각 존의 온도를 존마다의 통전 제어에 피드백하기 위한 온도 검출기를 더 포함하는 열처리 장치.
  26. 피처리 기판을 거의 수평 자세로 유지하여 반송하는 기판 반송 장치로서,
    상기 피처리 기판의 폭보다도 큰 간격을 비워 두고 거의 수평으로 대향하는 한쌍의 아암부와,
    상기 피처리 기판을 그 주연부에 접촉하여 유지하기 위해서 상기 한쌍의 아암부에 소정의 간격을 두고 설치되는 복수개의 유지부
    를 포함하는 기판 반송 장치.
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