KR20110086065A - 처리 장치 - Google Patents

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KR20110086065A
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마사히로 시미즈
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

피처리체(W)에 대해 전자파를 이용하여 열처리를 실시하도록 한 처리장치(2)에 있어서, 소정의 길이를 갖는 금속제의 처리용기(4)와, 처리용기의 일단에 설치된 반입출구(6)와, 반입출구를 폐쇄 및 개방 가능한 폐쇄체(52, 102)와, 반입출구로부터 처리용기내에 반출 반입되고, 복수개의 피처리체를 소정의 간격을 두고 유지하는 동시에 전자파를 투과하는 재료로 이루어지는 유지수단(42)과, 처리용기내에 저나파를 도입하는 전자파 공급수단(14)과, 처리용기내에 필요한 가스를 도입하는 가스 도입 수단(22)과, 처리용기내의 분위기를 배기하는 배기 수단(32)을 구비한다.

Description

처리 장치{PROCESSING DEVICE}
본 발명은 실리콘 기판 등의 반도체 기판에 대해 마이크로파나 고주파 등의 전자파를 조사(照射)하는 것에 의해 반도체 기판을 가열해서 소정의 처리를 실행하는 일괄식의 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 디바이스(device)의 제조에 있어서는 반도체 기판에 성막 처리, 패턴 에칭 처리, 산화 확산 처리, 개질(改質) 처리, 어닐(annealing) 처리 등의 각종 열처리를 반복 실행하여 원하는 디바이스를 제조한다. 반도체 디바이스가 고밀도화, 다층화 및 고집적화됨에 따라, 디바이스의 사양이 해마다 엄격해지고 있고, 상기 열처리의 반도체 기판 면내에 있어서의 균일성의 향상 및 처리품질 향상이 특히 요망되고 있다.
예를 들면, 반도체 디바이스인 트랜지스터의 채널층의 처리에 있어서는 채널층에 불순물 원자의 이온 주입 후에, 불순물 원자를 활성화시킬 목적으로 어닐 처리가 일반적으로 실행된다.
이 경우, 어닐 처리를 장시간 실행하면 원자 구조는 안정화되지만, 불순물 원자가 막두께 방향으로 안쪽까지 확산해서 채널층의 아래쪽으로 관통해 버리므로, 어닐 처리는 최대한 단시간에 실행할 필요가 있다. 즉, 얇은 채널층에 대해 관통하는 일 없이 원자 구조를 안정화시키기 위해서는 반도체 기판을 고온까지 고속으로 온도를 상승시키고, 또한 어닐 처리 후에 확산이 발생하지 않는 낮은 온도까지 고속으로 온도를 하강시키는 것이 필요하게 된다. 특히, 최근의 트랜지스터 소자에 있어서는 채널층에 소스-드레인 엑스텐션(source-drain extension region) 등의 매우 미세한 영역을 마련한 구조가 제안되어 있다. 이들 미세 영역의 전기 특성을 유지하기 위해서도, 고속의 온도 상승 및 하강에 의해 불순물 원자를 확산시키는 일 없이 활성화시키는 것이 요망되고 있다.
이러한 어닐 처리를 실행하기 위해, 종래에는 가열 램프를 이용한 램프 어닐 장치(예를 들면, 미국특허 제5689614호 참조)나, LED 소자 혹은 레이저 소자를 이용한 열처리 장치가 제안되어 있다(예를 들면, 일본 특허공개공보 제2004-296245호, 일본 특허공개공보 제2004-134674호, 미국특허 제6818864호 참조).
그런데, 주지한 바와 같이, 반도체 집적 회로의 제조 과정에 있어서는 반도체 기판 표면에 각종 다른 재료가 배치되어 있다. 트랜지스터의 제조를, 예로 들면, 절연막인 SiO2 등의 실리콘 산화막, 폴리 실리콘막, 배선층인 Cu막이나 Al막, 배리어막인 TiN막 등의 광학적 특성이 서로 다른 각종 재료가 반도체 기판 표면에 분포하고 있다. 이 경우, 상기한 어닐에 이용하는 광, 즉 가시광 또는 자외광에 대한 상기 각종 재료의 광학 특성, 예를 들면, 반사율, 흡수율, 투과율 등이 재료에 따라 다르다. 이 때문에 재료의 종류에 따라 흡수되는 에너지의 양이 다르게 되어 버린다. 상기의 광학 특성의 차이에 따라, 어닐 처리를 거의 할 수 없는 경우도 있고, 또는 균일한 어닐 처리를 할 수 없는 경우가 있었다.
그래서, 가시광 및 자외광보다도 파장이 긴 마이크로파 또는 고주파 등의 전자파를 이용해서 유전 가열 혹은 유도 가열에 의해 반도체 기판을 가열하는 가열 장치도 제안되어 있다(예를 들면, 일본국 특허공개공보 평성5-21420호, 일본국 특허공개공보 제2002-280380호, 일본국 특허공개공보 제2005-268624호, 일본국 특허공개공보 제2007-258286호 참조).
그런데, 상술한 각 처리 장치는 반도체 기판을 1개씩 처리하는 낱장식의 처리 장치가 주체이며, 이 때문에, 스루풋(throughput)을 충분히 향상시킬 수 없다는 문제가 있다. 또한, 파장이 수 밀리∼수십 밀리의 밀리파의 전자파를 인가하는 경우에는 처리용기내에서 피가열 부재가 흡수 가능한 전자파량, 즉 부하 흡수 용량이 작으면, 처리용기로부터의 반사파가 과대하게 되어 전자파원이 손상을 받는 경우가 있다. 이것을 방지하기 위해 과대한 반사파가 발생했을 때에 전자파원의 동작을 정지시키는 인터 록(interlock) 기능을 장치에 마련할 필요가 있고, 장치 비용이 증대하는 문제가 있다.
본 발명은 한번에 복수개의 피처리체를 처리할 수 있고, 이에 따라 스루풋을 향상시킬 수 있는 동시에, 처리용기내의 부하 흡수 용량을 증대시켜 과대한 반사파의 발생을 억제할 수 있는 처리 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 피처리체에 대해 전자파를 이용하여 열처리를 실시하도록 한 처리 장치에 있어서, 소정의 길이를 갖는 금속제의 처리용기와, 상기 처리용기의 일단에 마련된 반입출구와, 상기 반입출구를 폐쇄 및 개방 가능한 폐쇄체와, 상기 반입출구로부터 상기 처리용기내에 반출 반입되고, 복수개의 상기 피처리체를 소정의 간격을 두고 유지하는 동시에 상기 전자파를 투과하는 재료로 이루어지는 유지 수단과, 상기 처리용기내에 전자파를 도입하는 전자파 공급 수단과, 상기 처리용기내에 필요한 가스를 도입하는 가스 도입 수단과, 상기 처리용기내의 분위기를 배기하는 배기 수단을 구비한 처리 장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, 한번에 복수개의 피처리체를 처리할 수 있고, 이에 따라 스루풋을 향상시킬 수 있는 동시에, 처리용기내의 부하 흡수 용량을 증대시켜 과대한 반사파의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 인터 록 기능을 마련할 필요를 없앨 수 있다.
상기 처리용기의 내면은 경면 마무리할 수 있다. 바람직한 일실시형태에 있어서, 상기 처리용기를 형성하는 구획 벽에는 상기 전자파를 상기 처리용기내에 도입하기 위한 전자파 도입구가 형성되는 동시에, 상기 전자파 도입구에는 상기 전자파를 투과하는 재료로 이루어지는 투과판이 마련되어 있다.
상기 전자파 공급 수단은 상기 전자파를 발생하는 전자파 발생원과, 상기 투과판에 마련된 입사 안테나부와, 상기 전자파 발생원과 상기 입사 안테나부를 연락하는 도파로를 갖도록 구성할 수 있다. 이 경우, 상기 전자파 발생원이 발생하는 전자파의 주파수는 10㎒∼10㎔의 범위내로 할 수 있다.
상기 처리용기는 그 길이 방향을 중력 방향을 따르도록 설치할 수 있다. 상기 처리용기는 그 길이 방향을 수평 방향을 따르도록 설치할 수도 있다. 상기 처리용기의 반입출구측에는 상기 처리용기내에 대해 상기 유지 수단을 반입 또는 반출시키는 반입 및 반출 수단을 갖는 로더실을 연결해도 좋다.
상기 로더실은 대기압 분위기로 되어 있어도 좋다. 또한, 상기 로더실은 진공 분위기와 대기압 분위기를 선택적으로 실현할 수 있도록 구성되어 있어도 좋다.
상기 금속제의 처리용기내에는 상기 전자파를 투과하는 재료로 이루어지고, 상기 유지 수단을 내부에 수용하는 동시에 일단이 개구된 내측 처리용기를 마련할 수 있다. 이렇게, 유지 수단을 전자파 투과성의 내측 처리용기내에 수용하여 전체를 덮는 것에 의해, 특히 대류와 복사에 의한 방열을 각각 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 외부로부터의 금속 오염을 억제할 수 있다.
처리 장치는 유지 수단을 내측 처리용기에 대해 반출 반입하기 위해 내측 처리용기에 마련된 개구를 폐쇄 및 개방하는 내측 폐쇄체를 더 구비할 수 있고, 이 내측 폐쇄체는 금속제의 처리용기의 반입출구를 폐쇄 및 개방하기 위한 폐쇄체와 일체로 마련할 수 있다. 상기 피처리체는, 예를 들면, 반도체 기판이다.
도 1은 본 발명에 따른 처리 장치의 제 1 실시형태를 나타내는 단면 구성도이다.
도 2는 유지 수단인 기판 보트를 나타내는 단면도이다.
도 3은 전자파 가열에 있어서의 흡수에너지 밀도 지수의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 처리 장치의 제 2 실시형태의 일부를 나타내는 단면 구성도이다.
도 5는 반도체 기판의 면내 온도의 균일성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 반도체 기판의 면간 온도의 균일성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 처리 장치의 제 3 실시형태를 나타내는 구성 도이다.
도 8은 유지 수단을 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 처리 장치의 제 4 실시형태의 일부를 나타내는 구성도이다.
도 10은 제 4 실시형태의 내측 개폐 덮개의 부분을 나타내는 부분 확대 단면도이다.
이하에, 본 발명에 따른 처리 장치의 바람직한 실시형태를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 기술한다.
<제 1 실시형태>
도 1은 본 발명에 따른 처리 장치의 제 1 실시형태를 나타내는 단면 구성도, 도 2는 유지 수단인 기판 보트를 나타내는 단면도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 제 1 실시형태의 처리 장치(2)는 소정의 길이를 갖는 금속제의 처리용기(4)를 갖고 있다. 처리용기(4)는 원통체형상, 혹은 단면 사각형의 통체(筒體)형상으로 성형되어 있다. 본 실시형태에서는 처리용기(4)는 그 길이 방향이 중력 방향을 따르도록 배치되며, 소위 세로로 긴 처리용기(4)로서 구성되어 있다. 처리용기(4)를 구성하는 금속으로서는, 예를 들면, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 알루미늄 합금 등을 이용할 수 있다. 처리용기(4)의 내면은 경면 마무리되어 있고, 도입되는 전자파를 다중 반사시켜 효율적으로 피처리체를 가열할 수 있도록 되어 있다.
처리용기(4)를 구획하는 구획 벽의 일단인 하단은 개구되어 반입출구(6)로 되어 있다. 또한, 처리용기(4)를 구획하는 구획 벽의 타단인 상단(천장부)도 개구되어 전자파 도입구(8)로 되어 있다.
전자파 도입구(8)에는 O링 등의 시일 부재(10)를 거쳐서 투과판(12)이 마련되어 있다. 투과판(12)은 전자파를 투과하는 재료, 예를 들면, 석영 또는 질화 알루미늄 등의 세라믹재에 의해 형성할 수 있다. 투과판(12)의 두께는 열처리시의 처리용기(4)내의 압력에 견딜 수 있는 두께로 설정되어 있고, 처리용기(4)내의 분위기가 진공 배기되는 경우에는 투과판(12)의 두께는, 예를 들면, 10㎜ 정도로 설정된다.
투과판(12)의 외측에, 처리용기(4)내에 전자파를 도입하기 위한 전자파 공급 수단(14)이 마련되어 있다. 구체적으로는 전자파 공급 수단(14)은 전자파를 발생하는 전자파 발생원(16)과, 투과판(12)의 외측, 즉, 상면측에 마련된 입사 안테나부(18)와, 전자파 발생원(16)과 입사 안테나부(18)를 연결해서 입사 안테나부(18)를 향해 전자파를 안내하는 도파로(20)를 갖고 있다.
전자파 발생원(16)에서 발생하는 전자파의 주파수는, 예를 들면, 10㎒∼10㎔의 범위내로 할 수 있다. 피처리체를 효율적으로 유도 가열하기 위해, 바람직하게는 100㎒ 이상의 주파수, 더욱 바람직하게는 1㎓ 이상의 주파수의 전자파를 이용할 수 있다.
전자파 발생원(16)에서 발생하는 전자파의 주파수는, 예를 들면, 10㎒∼10㎔의 범위내로 할 수 있다. 피처리체를 효율적으로 유도 가열하기 위해, 바람직하게는 100㎒ 이상의 주파수, 더욱 바람직하게는 1㎓ 이상의 주파수의 전자파를 이용할 수 있다.
전자파 발생원(16)으로서는 마그네트론(magnetron), 클라이스트론(klystron), 진행파관(travelling wave tube), 자이로트론(gyrotron) 등을 이용할 수 있다. 여기서는 전자파 발생원(16)으로서 자이로트론이 마련되어 있고, 이 자이로트론이 발생하는 전자파의 주파수는 28㎓이다. 또한, 이 자이로트론에서는 그 밖에 82.9㎓, 110㎓, 168㎓, 874㎓ 등의 주파수의 전자파를 발생할 수 있다.
도파로(20)는, 예를 들면, 원통 또는 직사각형 도파관이나 코루게이트 도파관(corrugated waveguide)등에 의해 형성되어 있다. 입사 안테나부(18)에는 도시하지 않은 복수의 경면 반사 렌즈 또는 반사 미러(mirror)가 마련되어 있고, 전자파를 처리용기(4)내를 향해 도입할 수 있도록 되어 있다. 처리용기(4)에는 이 중에 필요한 가스를 도입하는 가스 도입 수단(22)이 마련되어 있다. 구체적으로는, 처리용기(4)의 상부 측벽과 하부 측벽에 각각 가스 도입구(24)가 마련되어 있고, 이 가스 도입구(24)에는 가스 통로(26)의 분기 단부가 각각 접속되어 있다.
가스 통로(26)의 도중에는 개폐 밸브(28)와, 매스플로 컨트롤러(mass flow controller)와 같은 유량 제어기(30)가 개재되어 있고, 열처리에 필요한 가스를 유량 제어하면서 공급할 수 있도록 되어 있다. 열처리에 필요한 가스로서, 1종류, 혹은 복수 종류의 가스를 이용하는 경우가 있다. 또한, 퍼지 가스로서 불활성 가스, 예를 들면, N2 가스, 또는 Ar 등의 희가스를 도입할 수 있도록 되어 있어도 좋다. 가스 도입구(24)의 수는 2개에 한정되지 않는다. 또한, 도시된 바와 같은 형태의 가스 도입구(24) 대신에, 석영 등으로 이루어지는 가스 노즐을 이용해도 좋다.
처리용기(4)에는 그 내부의 분위기를 배기하는 배기 수단(32)이 마련되어 있다. 구체적으로는, 가스 도입구(24)에 대향하는 용기 측벽의 높이 방향의 중앙부에는 배기구(34)가 마련되어 있고, 이 배기구(34)에, 상기 배기 수단(32)의 일부를 구성하는 배기 통로(36)가 접속되어 있다. 배기 통로(36)의 도중에는, 예를 들면, 버터플라이 밸브(butterfly valve)로 이루어지는 압력 제어 밸브(38)와 배기 펌프(40)가 하류측을 향해 순차 개재되어 있고, 처리용기(4)내의 분위기를 배기할 수 있도록 되어 있다. 처리용기(4)내에서의 처리를 진공 분위기에서 실행하는 경우도 있고, 혹은 대기압 분위기(대기압에 가까운 압력도 포함)에서 실행하는 경우도 있다. 처리를 진공 분위기에서 실행하는 경우에는 상기 배기 펌프(40)로서 높은 진공도가 얻어지는 터보 분자 펌프와 드라이 펌프의 조합을 이용할 수도 있다.
처리용기(4)내에는 피처리체로서의 반도체 기판(W)을 서로 소정의 간격을 두고 복수개 유지하는 피처리체 유지구 즉 유지 수단(42)이 삽입 및 이탈 가능하게 마련되어 있다. 이 유지 수단(42)의 전체는 이 처리용기(4)내에 도입되는 전자파를 투과하는 재료, 예를 들면, 석영에 의해 형성되어 있다. 구체적으로는 이 유지 수단(42)은 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 상하에 마련된 석영제의 천판(44) 및 바닥판(46)과, 이들 천판(44) 및 바닥판(46)을 연결하는 4개의 석영제의 지주(48A, 48B, 48C, 48D)를 갖는다. 각 지주(48A∼48D)에는 소정의 피치(pitch)로 걸어맞춤홈(50)이 형성되어 있다. 각 반도체 기판(W)의 주변부를 걸어맞춤홈(50)에 삽입하는 것에 의해, 복수의 반도체 기판(W)이 소정의 피치로 유지 수단(42)에 의해 지지된다.
도시하지 않은 반송 아암을 이용하여 유지 수단(42)에 대해 수평 방향으로부터 반도체 기판(W)을 넣고 꺼낼 수 있도록, 상기 4개의 각 지주(48A∼48D)는 반도체 기판(W)의 대략 반원호의 영역내에 소정의 간격으로 배치되어 있다. 여기서는 반도체 기판(W)은, 예를 들면, 직경이 300㎜정도의 얇은 원판형이고, 또한, 유지 수단(42)은 10~150개 정도의 반도체 기판(W)을 소정의 피치로 지지할 수 있도록 되어 있다. 또, 반도체 기판(W)의 직경은 300㎜에 한정되지 않고, 다른 직경, 예를 들면, 직경이 200㎜, 450㎜이어도 좋다.
처리용기(4)의 하단의 반입출구(6)에는 처리용기(4)의 구성 재료와 동일한 금속으로 이루어지는 덮개(52), 즉, 폐쇄체가 O링 등의 시일 부재(54)를 통해 탈부착 가능하게 부착되어 있다. 덮개(52)의 내면(처리용기(4)의 내부공간을 향한 면)은 처리용기(4)내에 도입된 전자파를 반사시키기 위해 경면 마무리되어 있다.
덮개(52)의 중심부를, 자성 유체 시일(seal)(56)을 거쳐서 회전축(58)이 기밀하게 관통하고 있다. 회전축(58)의 상단부에는 탑재대(60)가 마련되어 있고, 이 탑재대(60)의 상면에 유지 수단(42)이 탑재되어 지지되도록 되어 있다. 처리용기(4)의 아래쪽에는 유지 수단(42)을 처리용기(4)에 대해 반입 또는 반출하기 위한 반입/반출 수단(62)이 마련된다.
여기서는 반입/반출 수단(62)으로서, 볼 나사(ball screw)(64A)를 이용한 엘리베이터(64)가 설치되어 있다. 볼 나사(64A)의 승강 너트(nut)(64B)에 마련한 승강 아암(arm)(64C)의 선단에는 회전축(58)의 하단부가 회전 자유롭게 지지되는 동시에 회전 모터(66)가 부착되어 있고, 처리중에 회전 모터(66)에 의해 회전축(58)을 돌리는 것에 의해서, 탑재대(60)상에 지지한 유지 수단(42)을 소정의 속도로 회전할 수 있도록 되어 있다. 따라서, 이 엘리베이터(64)를 구동해서 승강 아암(64C)을 승강시키는 것에 의해서 덮개(52)와 유지 수단(42)을 일체적으로 상하 방향으로 이동시켜, 처리용기(4)에 대해 반도체 기판(W)을 반입(load) 및 반출(unload)할 수 있도록 되어 있다. 또, 유지 수단(42)을 회전시키지 않고 반도체 기판(W)에 대해 처리를 실시할 수도 있고, 이 경우에는 상기의 회전 모터(66) 및 자성 유체 시일(56)을 마련할 필요는 없다.
처리용기(4)의 반입출구(6)측, 즉, 여기서는 처리용기(4)의 하측에는 처리용기(4)내에 반입되는 반도체 기판(W) 혹은 처리용기(4)로부터 반출된 반도체 기판(W)을 일시적으로 대기시키는 로더실(68)이 연결되어 있다. 로더실(68)은, 예를 들면, 스테인리스 스틸이나 알루미늄이나 알루미늄 합금으로 이루어지는 구획 벽(70)에 의해 상자형상으로 형성되어 있다. 로더실(68)내에 상술한 엘리베이터(64)가 설치되어 있다. 로더실(68)을 구획하는 천장판(70A)에 의해 처리용기(4)의 전체가 지지되도록 되어 있다. 로더실(68)을 구획하는 천장판(70A)과 바닥판(70B)에 볼 나사(64A)의 나사 축의 상하단이 각각 지지되어 있다.
로더실(68)을 구획하는 측판(70C)에는 유지 수단(42)의 길이와 대략 동일한 길이의 탑재 이송구(72)가 형성되어 있다. 이 탑재 이송구(72)에는 이것을 O링 등의 시일(seal)부재(76)를 거쳐서 기밀하게 폐색하기 위한 도어(door)(74)가 개폐 가능하게 마련되어 있다. 그리고, 도어(74)를 연 상태에서, 로더실(68)의 외측에 마련한 도시하지 않은 반송 아암에 의해, 유지 수단(42)에 대해 반도체 기판(W)의 탑재 및 이송을 실행할 수 있다.
구획 벽(70)에는 가스 입구(78)가 마련되고, 이 가스 입구(78)에는 개폐 밸브(80)를 개재한 가스 통로(82)가 접속되어 있고, 필요에 따라 이 로더실(68)내에 불활성 가스 또는 청정 공기를 도입할 수 있도록 되어 있다. 상기 불활성 가스로서는 Ar 등의 희가스 또는 N2 가스를 이용할 수 있다.
구획 벽(70)에는 또한 가스 출구(84)가 마련되고, 이 가스 출구(84)에는 배기 통로(86)가 접속되어 있다. 이 배기 통로(86)의 도중에는 개폐 밸브(88) 및 배기 유닛(90)이 순차 개재되어 있고, 로더실(68)내의 분위기를 배기할 수 있도록 되어 있다. 로더실(68)내를 상시 대기압 분위기 정도에서 사용하는 경우에는 배기 유닛(90)으로서 배기 팬(fan)을 이용하면 좋다. 또한, 로더실(68)을 로드 록실로서 이용하기 위해 대기압 분위기와 진공 분위기를 선택적으로 실현할 수 있도록 하는 경우에는 배기 유닛(90)으로서 드라이 펌프(dry pump) 등의 진공 펌프를 이용한다.
이상과 같이 구성된 처리 장치(2)의 전체의 동작은, 예를 들면, 컴퓨터 등으로 이루어지는 장치 제어부(92)에 의해 제어된다. 제어 동작을 실행하는 컴퓨터의 프로그램은 플렉시블 디스크, CD(Compact Disc), 하드 디스크, 플래시 메모리 혹은 DVD 등의 기억 매체(94)에 기억되어 있다. 구체적으로는 이 장치 제어부(92)로부터의 명령에 의해, 가스의 공급의 개시, 정지나 유량 제어, 전자파의 전력 제어, 프로세스 온도나 프로세스 압력의 제어 등이 실행된다.
다음에, 이상과 같이 구성된 처리 장치(2)의 동작에 대해 설명한다. 우선, 로더실(68)내에 마련한 반입/반출 수단(62)인 엘리베이터(64)를 구동하여, 승강 아암(64C)을 강하시키는 것에 의해서 처리 용기(4)내로부터 유지수단(42)을 반출하고, 이 유지수단(42)을 도 1중의 일점쇄선으로 나타내는 바와 같이, 로더실(68)내에 위치시킨다. 이 로더실(68)내는 Ar 가스 등의 희가스 또는 N2 가스의 불활성 가스나 청정 공기로 미리 소정의 분위기, 예를 들면, 대기압 분위기로 이루어져 있다.
상술한 바와 같이 유지 수단(42)을 반출하면, 로더실(68)의 탑재 이송구(72)를 닫고 있는 도어(74)를 열림 상태로 한다. 그리고, 탑재 이송구(72)의 외측에 마련한 도시하지 않은 반송 아암을 이용하여, 해당 반송 아암을 굴신(屈伸) 및 상하 방향으로 이동시키는 것에 의해서 미처리의 반도체 기판(W)을 상기 반출된 유지 수단(42)의 각 지주(48A∼48D)의 걸어맞춤홈(50)에 지지시켜 탑재 및 이송하고(도 2 참조), 소정 개수의 반도체 기판(W)을 유지 수단(42)에 지지시킨다. 이 반도체 기판(W)으로서는, 예를 들면, 원판형상의 실리콘 기판을 이용할 수 있다. 이렇게 하여, 반도체 기판(W)의 탑재 및 이송이 완료되면, 도어(74)를 닫고 로더실(68)내를 밀폐한다.
다음에, 엘리베이터(64)를 구동하는 것에 의해서 승강 아암(64C)을 서서히 상승시키고, 반도체 기판(W)을 유지하고 있는 유지 수단(42)을 처리용기(4)의 하단의 반입출구(6)로부터 처리용기(4)내에 도입하는 것에 의해서, 반도체 기판(W)을 반입한다. 유지 수단(42)이 처리용기(4)내에 완전히 반입되었을 때, 처리용기(4)의 하단의 반입출구(6)는 덮개(52)에 의해 기밀하게 닫히게 된다.
이렇게 하여, 반도체 기판(W)의 처리용기(4)내로의 반입이 완료하면, 다음에, 반도체 기판(W)에 대해 소정의 처리를 실시한다. 여기서는, 예를 들면, 소정의 처리로서 어닐 처리를 진공 분위기에서 실행하는 경우를 예로서 설명한다. 우선, 처리용기(4)에 마련한 배기 수단(32)에 의해 처리용기(4)내를 진공 배기해서 감압 분위기로 하는 동시에, 처리용기(4)내에 가스 도입 수단(22)으로부터 Ar 가스 등의 희가스 또는 N2 가스의 불활성 가스를 유량 제어하면서 도입하고, 압력 제어 밸브(38)에 의해 처리용기(4)내를 소정의 프로세스 압력으로 유지한다. 그리고, 반도체 기판(W)을 유지하고 있는 유지 수단(42)을 회전시킨다. 또, 유지 수단(42)을 회전시키지 않고 고정시킨 채 처리를 실행해도 좋다.
이렇게 하여, 처리용기(4)내가 진공 분위기의 소정의 프로세스 압력으로 유지된 상태에서 전자파 공급 수단(14)을 동작시키는 것에 의해서 전자파 발생원(16)으로부터, 예를 들면, 28㎓의 전자파를 발생한다. 이 발생한 전자파는 도파로(20)내를 안내받아 처리용기(4)의 상단부에 마련한 입사 안테나부(18)에 이르고, 이것으로부터 방사된 전자파는 석영제의 투과판(12)을 투과해서 처리용기(4)내에 천장측으로부터 도입된다. 이 전자파는 유지 수단(42)에 의해서 다단으로 유지되어 있는 반도체 기판(W) 사이를 다중 반사하면서, 그 일부는 반도체 기판(W)에 흡수되어 각 반도체 기판(W)의 표면의 온도를 전자파 가열에 의해서 급격히 가열한다.
또한, 금속으로 이루어지는 처리용기(4)의 내면이나 덮개(52)의 내면은 경면 마무리되어 있으므로, 도입된 전자파를 효율적으로 반사할 수 있고, 그 결과, 처리용기(4)의 천장부로부터 전자파를 도입했음에도 불구하고, 반도체 기판(W)간의 다중 반사와 아울러 처리용기(4)내의 전역에 걸쳐 전자파를 균일하게 전파시킬 수 있다. 그 때문에, 각 반도체 기판(W)의 표면을 면내 및 면간에 걸쳐 모두 균일하게 고속으로 온도를 상승시켜 반도체 기판의 어닐 처리를 실행할 수 있다. 따라서, 반도체 기판(W)의 처리의 스루풋을 대폭 향상시킬 수 있다.
이 경우, 상기 반도체 기판(W)의 온도 상승 속도는 반도체 기판(W)으로서 직경이 300㎜인 반도체 웨이퍼를, 예를 들면, 12개 수용하고 있는 상태에 있어서, 예를 들면, 100℃/sec정도이다. 여기서, 전자파 발생원(16)의 출력은, 예를 들면, 100㎾ 정도이지만, 이 출력은 특히 한정되는 것은 아니다. 또한, 처리용기(4)내에는 복수개의 반도체 기판(W)이 수용되어 있으므로, 그만큼, 처리용기(4)내의 부하 흡수 용량이 커져 전자파의 과대한 반사파가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 전자파 공급 수단(14)에 과대한 반사파에 대한 인터 록 기능을 마련할 필요가 없고, 그에 상당하는 만큼의 장치 비용을 삭감할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 처리용기(4)의 내면에서는 전자파가 반사되어 처리용기(4) 자체의 온도는 거의 상승하지 않고, 반도체 기판(W)에만 전자파의 에너지를 투입할 수 있으므로, 이에 상당하는 만큼의 에너지 효율도 높게 할 수 있다. 더 나아가서는 반도체 기판(W)을 지지하는 유지 수단(42)은 전자파를 투과하는 재료, 예를 들면, 석영에 의해 형성되어 있으므로, 이 부분에서의 에너지의 흡수도 없기 때문에, 더욱 에너지 효율을 높게 할 수 있다.
이렇게 하여, 소정의 시간의 어닐 처리가 완료되면, 전자파 공급 수단(14)의 구동을 정지시켜 전자파의 발생을 차단하고, 처리용기(4)내에 불활성 가스를 도입하는 것에 의해서 처리용기(4)내의 분위기를 대기압으로 복귀시킨다. 그리고, 처리용기(4)내의 압력이 대기압 정도로 복귀하면, 로더실(68)내의 반입/반출 수단(62)을 구동해서 엘리베이터(64)의 승강 아암(64C)을 아래쪽으로 이동시키는 것에 의해서, 처리 용기(4)로부터 유지수단(42)을 강하시키고, 이 처리후의 반도체 기판(W)을 대기압 분위기로 유지되어 있는 로더실(68)내로 반출시킨다. 그리고, 반도체 기판(W)의 반출이 완료되면, 도어(74)를 열고, 도시하지 않은 반송 아암을 이용하여 복수개의 처리후의 반도체 기판(W)을 유지 수단(42)으로부터 반출해서 이송한다. 그리고, 다음에 빈 유지 수단(42)에 복수개의 미처리의 반도체 기판(W)을 탑재 및 이송하고, 상술한 바와 같은 일련의 동작을 재차 실행하게 된다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 한번에 복수개의 피처리체, 즉 반도체 기판(W)을 처리할 수 있고, 이에 따라 스루풋을 향상시킬 수 있는 동시에, 처리용기(4)내의 흡수 가능한 부하 용량을 증대시켜 과대한 반사파의 발생을 억제할 수 있으므로, 반사파에 대한 인터 록 기능을 마련할 필요를 없앨 수 있다.
또, 상술한 바와 같이 진공 분위기중에서 어닐 처리를 실행하는 경우에 있어서, 로더실(68)내의 분위기를 진공 분위기와 대기압 분위기의 사이에서 전환 가능하게 하여 로드 록 기능을 갖게 해도 좋다. 이 경우에는 처리용기(4)의 하단 개구에 게이트밸브를 마련하여, 해당 개구를 기밀하게 폐색 및 개방 가능하게 하고, 또한 개방 상태의 게이트밸브의 하면측에 대해 덮개(52)가 기밀하게 접합 및 이탈할 수 있도록 하면 좋다.
이 경우, 로더실(68)내에서 도어(74)를 열어 유지 수단(42)에 대해 반도체 기판(W)을 이송하기 위해 로더실(68)내를 대기압으로 할 때에는 상기 게이트밸브를 닫음 상태로 해서 처리용기(4)내의 진공분위기를 유지하고, 반도체 기판(W)을 처리용기(4)내에 반입할 때에는 상기 게이트밸브를 열기 전에 로더실(68)내의 분위기를 진공 배기하여 진공분위기로 하고, 상기 게이트밸브를 열어 반도체 기판(W)이 탑재된 유지 수단(42)을 상승시켜 로드 한 후에, 처리용기(4)의 하단의 반입출구(6)를 덮개(52)로 기밀하게 닫는다. 그리고, 상기 게이트밸브는 열림 상태로 유지한 채 어닐 처리가 실행되게 된다.
그 후, 처리후의 반도체 기판(W)을 언로드하는 경우에는 미리 로더실(68)내를 진공분위기로 해 놓고, 이 상태에서 반도체 기판(W)이 탑재된 유지 수단(42)을 강하시켜 처리용기(4)내로부터 반출시키고, 반출이 완료되면, 상기 게이트밸브를 닫고 처리용기(4)내의 진공 상태를 유지한다. 그리고, 로더실(68)내를 대기압 복귀시킨 후에, 상기 도어(74)를 열어 전술한 바와 같이 유지 수단(42)에 대해 반도체 기판(W)의 탑재 및 이송을 실행한다. 이 경우에는 전술한 바와 같이, 로더실(68)내의 분위기를 배기하는 배기 유닛(90)으로서는 진공 펌프를 이용하게 된다.
또한, 상기 실시형태에서는 어닐 처리를 진공 분위기중에서 실행하도록 했지만, 이것에 한정되지 않고, 대기압 분위기(대기압에 가까운 분위기도 포함)에서 실행하도록 해도 좋다. 이 경우에는 로더실(68)내는 상시 대기압 분위기로 유지되고, 또한, 상기 배기 유닛(90)으로서는 배기 팬을 이용하게 된다.
<전자파 가열에 있어서의 흡수 에너지 밀도 지수의 주파수 특성>
다음에, 반도체 기판에 대해 유효한 전자파 주파수를 확인하기 위한 실험 결과에 대해 설명한다. 도 3은 전자파 가열에 있어서의 흡수에너지 밀도 지수의 주파수 특성을 나타내는 그래프이며, 횡축에 주파수를 취하고, 종축에 흡수에너지 밀도 지수(fεtanδ)를 취하고 있다. 여기서는「f」는 전자파의 주파수, 「ε」는 반도체 기판의 비유전률, 「tanδ」은 반도체 기판의 유전 정접이다. 실험에서는 반도체 기판으로서 실리콘 기판을 이용하고, 불순물의 도프(doping)량을 바꾸어, 2종류의 저항율의 실리콘 기판에 대해 조사하였다. 그래프 중의「si+」는 0.1~100Ω㎝의 저항율을 나타내고, 「Si-」는 1×104~6×104Ω㎝의 저항율을 나타내고 있다.
도 3에 의하면, Si+의 경우에는 주파수가 약 10㎒를 넘어 커지면 흡수에너지 밀도 지수가 급격히 오르기 시작하고 있고, 약 1㎓일 때에 대략 포화 상태가 되고 있다. 따라서, Si+의 경우에는 전자파의 주파수는 10㎒ 이상으로 설정하는 것이 좋고, 바람직하게는 100㎒ 이상, 더욱 바람직하게는 포화 상태가 되는 1㎓ 이상이다. 또한, 이 경우의 주파수의 상한은 약 10㎔이고, 더욱 바람직하게는 약 100㎓이다. 전자파의 주파수가 10㎔를 넘어 커지면, 전자파의 침투 깊이가 기판의 두께에 비해 상당히 얕아지는 동시에 기판 표면에 있어서 전자파의 반사가 시작되고, 가열 효율이 저하하므로 바람직하지 않다.
또한, Si-의 경우에는 Si+의 경우에 비해 흡수에너지 밀도 지수에 급격한 변화는 보이지 않지만, 주파수가 10㎒ 정도일 때에 흡수에너지 밀도 지수는 어느 정도(100M)까지 높아져 일시적으로 대략 포화하고 있고, 주파수가 10㎓를 넘으면 흡수 에너지 밀도 지수가 급격히 상승을 시작하고 있다. 따라서, Si-의 경우에는 전자파의 주파수는 10㎒ 이상으로 설정하는 것이 좋고, 바람직하게는 10㎓ 이상으로 설정하는 것이 좋다. 또한, Si-의 경우에 있어서의 주파수의 상한은 Si+의 경우와 마찬가지로 10㎔ 정도이며, 바람직하게는 100㎓ 정도이다. Si-의 경우에도, 전자파의 주파수가 10㎔를 넘어 커지면, 전자파의 침투 깊이가 기판의 두께에 비해 상당히 얕아지는 동시에 기판 표면에 있어서 전자파의 반사가 시작되고, 가열 효율이 저하하므로 바람직하지 않다.
<제 2 실시형태>
도 1에 나타내는 제 1 실시형태의 경우에는 종형의 처리용기(4)의 상단부(천장부)에, 전자파 도입구(8) 및 투과판(12)을 마련했지만, 이것에 한정되지 않고, 도 4에 나타내는 바와 같이 구성해도 좋다. 도 4는 본 발명에 따른 처리 장치의 제 2 실시형태의 일부를 나타내는 단면 구성도이다. 또한, 도 1 및 도 2에 나타내는 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 참조 부호를 붙이고, 중복 설명을 생략한다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 여기서는 처리용기(4)의 측벽의 높이 방향의 대략 중앙부에, 전자파 도입구(8) 및 투과판(12)을 각각 마련하고 있다. 그리고, 이 투과판(12)의 외측에, 입사 안테나부(18) 등을 갖는 전자파 공급 수단(14)을 마련하고 있다. 제 2 실시형태에 있어서도, 먼저 설명한 제 1 실시형태와 마찬가지의 작용 효과가 달성된다.
<면내 온도의 균일성과 면간 온도의 균일성의 평가>
여기서 상기 제 1 및 제 2 실시형태에 있어서의 반도체 기판의 열처리의 면내 온도의 균일성과 면간 온도의 균일성을 조사하기 위해 실행한 실험의 결과에 대해 설명한다. 도 5는 반도체 기판의 면내 온도의 균일성을 나타내는 그래프이고, 도 6은 반도체 기판의 면간 온도의 균일성을 나타내는 그래프이다. 반도체 기판의 온도의 측정에는 열전쌍(TC)을 이용하고 있고, 측정 부분에 대해서는 각 도면 중에 각각 모식적으로 나타내고 있다. 도 5의 경우에는 반도체 기판의 주변부의 4점과 중심의 1점에 각각 열전쌍을 마련하고 있다. 도 6의 경우에는 5개의 반도체 기판(웨이퍼)을 상하 방향에 간격을 두고 배열하고, 그 중의 내측의 3개의 웨이퍼의 각각의 중심부에 열전쌍을 각각 마련하고 있다. 각 열전쌍의 측정 온도는 TC 채널(ch)로서 기재되어 있다.
여기서는 반도체 기판(W)으로서 직경이 200㎜의 실리콘 기판을 이용하고, 28㎓의 전자파를 투입하였다. 또, 전자파의 투입 전력은 도 5의 경우에는 2㎾, 도 6의 경우에는 2㎾이다. 도 5의 경우에는 전체에서 2개의 반도체 기판을 가열하고, 도 6의 경우에는 전체에서 5개의 반도체 기판을 가열하고 있다. 도 5의 경우에는 처리용기(4)내의 프로세스 압력을 대기압으로 설정하였다. 도 6의 경우에도, 처리용기(4)내의 프로세스 압력을 대기압으로 설정하였다.
우선, 면내 온도의 균일성에 관해서는 도 5에 나타내는 바와 같이 상기 전자파를 대략 700sec 동안 인가해서 그 때의 반도체 기판의 각 부의 온도를 측정하였다. 그 결과, 전자파의 인가 개시로부터 200sec 정도 경과했을 때에 각 부분의 온도는 대략 500도 정도에 도달하고, 그 후, 400sec정도의 사이는 전자파를 계속해서 인가해도 각 부분의 온도는 그다지 오르지 않고 525~550℃ 정도의 범위내에 들어가 있다. 즉, 반도체 기판의 면내 온도는 525~550℃ 정도의 좁은 범위내에 들어가 있으므로, 면내 온도의 균일성을 비교적 높게 유지할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
다음에, 면간 온도의 균일성에 관해서는 도 6에 나타내는 바와 같이, 상기 전자파를 대략 600sec 동안 인가해서 그 때의 3개의 반도체 기판의 각각의 중심부의 온도를 측정하였다. 그 결과, 각 반도체 기판의 온도는 그다지 온도차를 발생시키는 일 없이 대략 동일한 온도에서 650℃ 전후까지 가열되어 있고, 온도가 600℃보다도 높은 곳에서 반도체 기판간의 온도차는 최대 불과 20℃ 정도이다. 따라서, 반도체 기판의 면간 온도의 균일성을 비교적 높게 유지할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
<제 3 실시형태>
다음에 본 발명의 제 3 실시형태에 대해 설명한다. 앞의 제 1 및 제 2 실시형태에 있어서는 처리용기(4)의 길이 방향을 중력 방향을 따르도록 설치했지만, 이것에 한정되지 않고, 처리용기(4)의 길이 방향을 수평 방향을 따라 설치해서 횡형의 처리 장치로 해도 좋다. 도 7은 이러한 본 발명에 따른 처리 장치의 제 3 실시형태를 나타내는 구성도, 도 8은 유지 수단을 나타내는 단면도이다. 또한, 도 1 내지 도 4에 나타내는 구성 부분과 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이고, 중복 설명을 생략한다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 여기서는 금속제의 처리용기(4)는 그 길이 방향을 수평 방향을 따라 설치되는 횡배치형으로 하고 있다. 이 처리용기(4)의 벽의 상부(둘레벽의 상측)의 길이 방향의 대략 중앙부에, 전자파 도입구(8)를 마련하고, 이 전자파 도입구(8)를 투과판(12)에 의해 기밀하게 폐색하고 있다. 또한, 투과판(12)의 외측에, 입사 안테나부(18) 등을 갖는 전자파 공급 수단(14)을 마련하고 있다.
또, 이 처리용기(4)의 벽의 상부에 있어서, 처리용기(4)의 길이 방향의 양단측에 가스 도입구(24)를 각각 마련하고, 이 가스 도입구(24)에 가스 도입 수단(22)의 가스 통로(26)를 접속해서 필요한 가스를 처리용기(4)내에 공급할 수 있도록 되어 있다. 또, 처리용기(4)의 길이 방향의 일단에 배기구(34)를 마련하고, 이 배기구(34)에 배기 수단(32)의 배기 통로(36)를 접속하고 있다. 본 실시형태에 있어서도, 처리시의 프로세스 압력에 따라 처리용기(4)내를 진공 분위기, 혹은 대기압 분위기로 설정할 수 있도록 되어 있다.
또, 피처리체인 반도체 기판(W)을 유지하는 석영제의 유지 수단(42)은 처리용기(4)내에 수평 방향을 따라 수용되어 있고, 도 1중의 천판(44)과 바닥판(46)이 각각 단판(44A, 46A)으로 되어, 양 단판(44A, 46A)간에 도 8에도 나타내는 바와 같이 4개의 지주(48A∼48D)가 마련되어 있다. 그리고, 유지 수단(42)은 각 지주(48A∼48D)에 소정의 피치로 형성된 걸어맞춤홈(50)에 의해서, 반도체 기판(W)을 세운 상태에서 각 반도체 기판(W)의 주변부를 지지하도록 되어 있다. 이 유지 수단(42)의 구조는 단지 일예를 나타낸 것에 불과하며, 이 구조에 한정되지 않는 것은 물론이다.
본 실시형태에 있어서는 유지 수단(42)의 전체는 기대(base)(100)상에 설치된다. 기대(100)에는 반입/반출 수단(62)으로서 슬라이더(slider)(106)가 마련되어 있고, 후술하는 바와 같이, 처리용기(4)의 바닥부를 따라 이 기대(100)를, 예를 들면, 슬라이드 이동할 수 있도록 되어 있다. 또한, 처리용기(4)의 길이 방향의 타단에는 반입출구(6)가 마련되어 있다. 이 반입출구(6)에 전술한 제 1 실시형태의 덮개(52)와 마찬가지의 역할을 하는 폐쇄체로서의 게이트밸브(102)가 부착되어 있고, 이에 따라 반입출구(6)가 기밀하게 폐색하고, 또 개방할 수 있도록 되어 있다.
게이트밸브(102)에는 로더실(68)을 구획하는 통체형상의 구획벽(70)이 연결되어 있다. 로더실(68)의 게이트밸브(102)와 반대측의 단부에는 도어로서 외측 게이트밸브(104)가 마련되어 있고, 게이트밸브(104)를 열면 로더실(68)을 대기에 개방할 수 있다. 상기 슬라이더(106)를 갖는 기대(100)는 도시하지 않은 구동 기구에 의해 상기 처리용기(4)내와 로더실(68)내를 왕복 이동할 수 있도록 되어 있고, 또한, 상기 외측 게이트밸브(104)를 연 상태에서는 로더실(68)의 외측으로도 슬라이드 이동할 수 있도록 되어 있다.
로더실(68)을 구획하는 구획 벽(70)의 상부(천장부)에는 가스 입구(78)가 마련되어 있다. 이 가스 입구(78)에는 도중에 개폐 밸브(80)가 개재된 가스 통로(82)가 접속되어 있고, 로더실(68)내에 불활성 가스 등을 공급할 수 있도록 되어 있다. 구획 벽(70)의 바닥부에는 가스 출구(84)가 마련되어 있다. 이 가스 출구(84)에는 도중에 개폐 밸브(88) 및 배기 유닛(90)을 개재한 배기 통로(86)가 접속되어 있고, 로더실(68)내의 분위기를 배기할 수 있도록 되어 있다. 본 실시형태에 있어서도, 로더실(68)내를 항상 대기압 정도로 유지하는 경우에는 상기 배기 유닛(90)으로서 송풍 팬을 이용하면 좋고, 또한, 로더실(68)에, 로더실(68)내를 진공 분위기와 대기압 분위기로 선택적으로 설정할 수 있는 로드 록 기능을 갖게 하는 경우에는 상기 배기 유닛(90)으로서 진공 펌프를 이용하면 좋다.
이와 같이 구성된 제 3 실시형태의 동작은 기본적으로는 앞의 제 1 및 제 2 실시형태와 동일하고, 제 1 및 제 2 실시형태의 경우와 마찬가지의 작용 효과를 발휘할 수 있다. 구체적으로는 유지 수단(42)에 대해 미처리의 반도체 기판(W)을 탑재 및 이송하는 경우 및 처리후의 반도체 기판(W)을 유지 수단(42)으로부터 탑재 및 이송하는 경우에는 로더실(68)을 밀폐하는 외측 게이트밸브(104)를 열림 상태로 해서, 유지 수단(42)을 탑재하고 있는 기대(100)를, 이 열림 상태의 게이트밸브(104)를 통과시켜 로더실(68)의 외측(도 7중의 우측 방향)으로 슬라이드 이동시킨 상태에서, 도시하지 않은 반송 아암을 이용하여 유지 수단(42)에 대한 탑재 및 이송 작업을 실행한다.
그리고, 미처리의 반도체 기판(W)을 처리하는 경우에는 이 미처리의 반도체 기판(W)이 지지되어 있는 유지 수단(42)을 실은 기대(100)를, 우선, 로더실(68)내로 슬라이드 이동시켜 외측 게이트밸브(104)를 닫는 것에 의해, 로더실(68)내를 밀폐한다. 여기서 처리 용기(4)내에서의 처리시의 프로세스 압력이 대략 대기압 분위기인 경우에는 압력 조정하는 일 없이, 로더실(68)과 처리용기(4)의 사이를 차단하고 있는 게이트밸브(102)를 열림 상태로 해서 기대(100)를 또한 처리용기(4)내로 슬라이드 이동시킨다. 그리고, 이 게이트밸브(102)를 닫아 처리용기(4)내를 밀폐 상태로 한 후에, 앞서 설명한 바와 같이 전자파를 이용한 어닐 처리 등을 대기압 분위기 중에서 실행한다.
이에 대해, 처리용기(4)내에서의 처리시의 프로세스 압력이 진공 분위기인 경우에는 로더실(68)내의 압력을 대기압 분위기에서 진공 분위기로 감압하고, 미리 진공 분위기로 되어 있는 처리용기(4)내와 대략 동일한 압력으로 설정한다. 그리고, 로더실(68)내와 처리용기(4)내의 압력이 대략 동일하게 되면, 양자를 차단하는 게이트밸브(102)를 열림 상태로 해서 로더실(68)내의 상기 기대(100)를 또한 처리용기(4)내로 슬라이드 이동시킨다. 그리고, 이 게이트밸브(102)를 닫아 처리용기(4)내를 밀폐 상태로 한 후에, 앞서 설명한 바와 같이 전자파를 이용한 어닐 처리 등을 진공 분위기 중에서 실행한다.
그리고, 처리가 완료되면, 전술한 경우와는 반대의 수순을 거쳐, 게이트밸브(102)를 연 후, 처리후의 반도체 기판(W)을 유지하고 있는 기대(100)를 진공 상태로 유지되어 있는 로더실(68)측으로 슬라이드 이동시키고, 게이트밸브(102)를 닫는다. 그리고, 이 로더실(68)내를 대기압 복귀시킨 후에, 전술한 바와 같이 외측 게이트밸브(104)를 열어, 탑재 및 이송을 위해 기대(100)를 로더실(68)의 외측으로 슬라이드 이동시킨다.
이상과 같이, 이 제 3 실시형태의 경우에도, 앞의 제 1 및 제 2 실시형태와 마찬가지의 작용 효과가 달성된다. 또한, 이 제 3 실시형태에서는 프로세스 압력이 진공 분위기인 경우에는, 처리용기(4)내의 압력을 항상 진공 분위기로 유지하고 또한 로더실(68)에 로드 록 기능을 갖게 한 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 로더실(68)내를 항상 대기압으로 유지하고, 반도체 기판(W)을 처리용기(4)에 대해 반입 및 반출할 때에 처리용기(4)내를 대기압 분위기로 복귀시키고, 프로세스시에 처리용기(4)내를 진공 배기해서 진공 분위기중에서 처리를 실행하도록 해도 좋다.
<제 4 실시형태>
다음에, 본 발명의 제 4 실시형태에 대해 설명한다. 앞의 제 1~제 3 실시형태에 있어서는 처리용기(4)내에는 직접적으로 반도체 기판이 노출된 상태에서 수용되도록 구성했지만, 이것에 한정되지 않고, 처리용기(4)로부터의 금속오염 등을 방지하기 위해, 처리용기(4)내에 반도체 기판을 둘러싸는 내측 처리용기를 마련해도 좋다(2중관 구조).
도 9는 이러한 본 발명에 따른 처리 장치의 제 4 실시형태의 일부를 나타내는 구성도, 도 10은 제 4 실시형태의 내측 개폐 덮개의 부분을 나타내는 부분 확대 단면도이다. 또한, 도 9중에 있어서, 도 1, 도 4 및 도 7에 나타내는 구성 부분과 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이고, 중복 설명을 생략한다. 상술한 바와 같이, 이 제 4 실시형태에서는 처리용기(4)내에 내측 처리용기(110)가 마련되어 있다. 수평방향 단면에서 보면, 처리용기(4)의 측 둘레벽과 내측 처리용기(110)의 측 둘레벽은 동심원형상으로 배치되어 있다.
구체적으로는, 이 내측 처리용기(110)는 천장을 갖는 원통체형상으로 성형되어 있고, 그 일단(도시예에서는 하단)이 개구되어 있다. 이 내측 처리용기(110)의 전체는 전자파를 투과하는 재료, 예를 들면, 석영 등의 투과판(12)과 동일한 재료에 의해 형성되어 있다. 처리용기(4)의 하부 측벽에는, 예를 들면, 원형 링형상으로 형성된 지지대(112)가 고정되어 있고, 이 지지대(112)상에 원통체형상의 내측 처리용기(110)의 하단부를 맞닿게 하여 내측 처리용기(110)의 전체를 지지하도록 되어 있다. 이 지지대(112)는 처리용기(4)와 동일한 금속으로 이루어지고, 처리용기(4)의 내벽에 용접 등에 의해 고정되어 있다.
원형 링형상의 지지대(112)에는 이것을 상하 방향으로 관통하는 복수의 통기 구멍(114)이 형성되어 있어, 이 지지대(112)의 아래쪽측의 공간과, 처리용기(4)와 내측 처리용기(110)의 사이의 공간을 연통시키고 있다. 유지 수단(42)이 상승하면, 유지 수단(42)은 내측 처리용기(110)내에 수용되어, 내측 처리용기(110)에 의해 둘러싸이도록 되어 있다.
본 실시형태에 있어서도, 다른 실시형태와 마찬가지로, 처리용기(4)의 길이 방향의 양 단측에 가스 도입구(24)가 각각 마련되는 동시에 이들 가스 도입구(24)에 가스 통로(26)가 분기되어 접속되고, 필요한 가스를 처리용기(4)내에 공급할 수 있도록 되어 있다. 이 경우, 내측 처리용기(110)내에 가스를 신속하게 공급하기 위해서는 2개 있는 가스 도입구(24) 중의 하측에 위치하는 가스 도입구(24)의 부착 위치를 상기 지지대(112)의 아래쪽에 위치시키는 것이 바람직하다.
본 실시형태에서는 내측 처리용기(110)의 하단의 개구를 닫기 위한 폐쇄체로서의 내측 덮개(116)가 덮개(52)와 일체적으로 마련되어 있다. 구체적으로는 덮개(52)의 상면 중심부에 중공 원통형상의 연결축(118)이 고정되어 있고, 이 연결축(118)의 상단부에 원판형상의 내측 덮개(116)가 고정되어 있다.
유지 수단(42)이 상승했을 때에, 원판형상의 내측 덮개(116)의 주변부의 상면이 상기 링형상의 지지대(112)의 내측의 하면과 접촉하여, 내측 처리용기(110)를 밀폐하도록 되어 있다.
그리고, 상기 중공 원통형상의 연결축(118)내에 상기 회전축(58)이 삽입 통과되는 동시에, 이 회전축(58)은 자성 유체 시일(56)에 의해 상기 연결축(118)에 회전 자유롭게 지지되어 있고, 상기 처리용기(4)내의 기밀성을 유지하면서 상기 회전축(58)의 회전을 허용하도록 되어 있다.
이와 같이 구성된 제 4 실시형태에서는 유지 수단(42)을 상승시켜 실리콘 기판으로 이루어지는 반도체 기판(W)을 내측 처리용기(110)내에 로드하면, 이 내측 처리용기(110)의 하단의 개구는 상기 내측 덮개(116)에 의해 닫힌 상태로 된다. 즉, 반도체 기판(W)의 전체는 내측 처리용기(110)에 의해서 밀폐 상태로 덮인 상태로 된다. 그리고, 이 상태에서 전자파를 인가하면, 이 전자파는 투과판(12) 및 내측 처리용기(110)를 투과해서 내부의 반도체 기판(W)에 이르러 전술한 바와 마찬가지로 이 반도체 기판(W)을 가열하여 열처리가 실행되는 것에 의해, 제 1~제 3 실시형태와 마찬가지의 작용 효과를 발생시키게 된다.
또한, 이 제 4 실시형태에 있어서는 반도체 기판(W)이 석영 등으로 이루어지는 내측 처리용기(110)에 의해 덮여 있으므로, 그 외측에 위치하는 금속제의 처리용기(4)로부터 금속오염이 생길 우려가 있어도, 이 금속오염이 발생하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 상기 내측 처리용기(110)에 의해, 상기 내측 처리용기(110)의 내측과 외측의 사이의 기체의 대류가 방해되고, 대류에 의한 전열을 억제할 수 있으므로, 가열 효율을 대폭 향상시키는 것이 가능하게 된다. 특히, 상기의 열처리를 대기압, 혹은 그것에 가까운 압력 하에서 실행하는 경우에는 대류에 의한 전열의 억제 효과를 매우 크게 할 수 있다. 또한, 여기서는 제 4 실시형태의 내측 처리용기(110)를 앞의 제 1 실시형태에 적용한 경우를 예로 들어 설명했지만, 이 제 4 실시형태의 내측 처리용기(110)는 제 2 및 제 3 실시형태에도 적용할 수 있다.
상기의 각 실시형태에서는 반도체 기판은 실리콘 기판이었지만, 이것에 한정되지 않고, 화합물 반도체 기판을 이용할 수 있다. 이 화합물 반도체 기판으로서는 GaAs, InGaAs, Al2O3, SiC, GaN, AlN, ZnO로 이루어지는 군에서 선택되는 1개의 기판을 이용할 수 있다. 또한, 여기서는 반도체 기판에 대한 처리는 어닐 처리이었지만, 이것에 한정되지 않고, 성막 처리, 열확산 처리, 개질 처리 등의 각종 열처리를 실행할 수 있다.

Claims (13)

  1. 피처리체에 대해 전자파를 이용하여 열처리를 실시하도록 한 처리 장치에 있어서,
    소정의 길이를 갖는 금속제의 처리용기와,
    상기 처리용기의 일단에 마련된 반입출구와,
    상기 반입출구를 폐쇄 및 개방 가능한 폐쇄체와,
    상기 반입출구로부터 상기 처리용기내에 반출 반입되고, 복수개의 상기 피처리체를 소정의 간격을 두고 유지하는 동시에 상기 전자파를 투과하는 재료로 이루어지는 유지 수단과,
    상기 처리용기내에 전자파를 도입하는 전자파 공급 수단과,
    상기 처리용기내에 필요한 가스를 도입하는 가스 도입 수단과,
    상기 처리용기내의 분위기를 배기하는 배기 수단
    을 구비한 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리용기를 형성하는 구획 벽에는 상기 전자파를 상기 처리용기내에 도입하기 위한 전자파 도입구가 형성되는 동시에, 상기 전자파 도입구에는 상기 전자파를 투과하는 재료로 이루어지는 투과판이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전자파 공급 수단은 상기 전자파를 발생하는 전자파 발생원과, 상기 투과판에 마련된 입사 안테나부와, 상기 전자파 발생원과 상기 입사 안테나부를 연결하는 도파로를 갖는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전자파 발생원이 발생하는 전자파의 주파수는 10㎒∼10㎔의 범위내인 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리용기의 내면은 경면 마무리되어 있는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리용기는 그 길이 방향이 중력 방향을 따르도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리용기는 그 길이 방향이 수평 방향을 따르도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리용기의 반입출구측에는 상기 처리용기내에 대해 상기 유지 수단을 반입 또는 반출시키는 반입 및 반출 수단을 갖는 로더실이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 로더실은 대기압 분위기로 되어 있는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 로더실은 진공 분위기와 대기압 분위기를 선택적으로 실현할 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속제의 처리용기내에는 상기 전자파를 투과하는 재료로 이루어지고, 상기 유지 수단을 내부에 수용하는 동시에 일단이 개구된 내측 처리용기가 마련되는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 유지 수단을 상기 내측 처리용기에 대해 반입 및 반출하기 위해 상기 내측 처리용기에 마련된 개구를 폐쇄 및 개방하는 내측 폐쇄체를 더 구비하고, 상기 내측 폐쇄체는 상기 금속제의 처리용기의 반입출구를 폐쇄 및 개방하기 위한 폐쇄체와 일체로 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피처리체는 반도체 기판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
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