(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一のハウジング(16)を有する半導体ウエハの縦型熱処理炉において、
半導体ウエハ(W) を熱処理するための第１の加熱室(46)を形成する手段を含み、第１の長手軸線に沿って伸びる縦型の第１加熱手段(14)と、
半導体ウエハ(W) を熱処理するための第２の加熱室(46') を形成する手段を含み、かつ第２の長手軸線に沿って伸びる縦型の第２加熱手段(12)と、
選択された数の半導体ウエハ(W) を軸方向に取付ける第１の支持手段を含む第１ウエハ支持組立体(54)と、
選択された数の半導体ウエハ(W) を軸方向に取付ける第２の支持手段を含む第２ウエハ支持組立体(54') と、
前記対応する長手軸線に沿って前記第１，第２の支持手段の少なくとも１つを選択的に移動するための作動手段(64)と、
前記第１，第２の支持手段に連動して、前記第１，第２の支持手段の少なくとも１つに選択的に半導体ウエハを給排する１つのウエハ搬送手段(36)とを前記ハウジング内に備え、
前記第１、第２加熱手段（12,14）は、前記ハウジングの床面積を縮小するために、単一のハウジング内に相前後して配置され、かつ前記ハウジングの幅方向に関して前記第１、第２加熱手段の断面形状がオーバーラップするように、ハウジングの長手軸線に対して非対称に配置されていることを特徴とする半導体ウエハの熱処理炉。
【請求項２】
位置信号を発生し、この位置信号を作動手段(64)に伝送するための制御信号に応答する制御手段(66)をさらに備え、前記作動手段(64)が、前記位置信号に応答して対応する長手軸線に沿って前記第１，第２の支持手段の少なくとも１つを移動することを特徴とする請求項１記載の熱処理炉。
【請求項３】
作動手段(64)は、第１ウエハ支持手段(54)に連動して第１位置信号(70)に応答して第１の長手軸線に沿って第１の支持手段を移動するための第１作動手段と、第２ウエハ支持手段(54') に連動して第２位置信号(70') に応答して第２の長手軸線に沿って第２の支持手段を移動するための第２作動手段とを備えていることを特徴とする請求項１記載の熱処理炉。
【請求項４】
第１，第２の加熱室(46,46')の各々の温度を独立して制御するための制御手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の熱処理炉。
【請求項５】
第１，第２のウエハ支持組立体(54,54')の各々は、ボートエレベータに結合したウエハボート(40)と、対応する軸線に沿う鉛直方向に前記ボートエレベータを移動する作動手段(64)とを含んでいることを特徴とする請求項１記載の熱処理炉。
【請求項６】
第１加熱手段(14)は、第１の支持手段を取り囲む雰囲気ガスを選択的に制御する雰囲気制御手段を含み、この雰囲気制御手段は、第１の加熱室(46)内に選択的に変位可能であることを特徴とする請求項１記載の熱処理炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハを処理するための熱処理炉に関するものであり、特に縦型熱処理炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱処理炉は、また拡散炉として公知であり、広く知られているものである。そして、アニール、不純物拡散、酸化、及び化学的蒸気蒸着を含む種々の半導体製造処理を実行するために何年間も使用されてきた。
【０００３】
その結果、これらの処理は、特に品質及び生成物の均一性についての処理変数の影響に関してよく理解されている。一般的に、熱処理炉は、横形または縦型のいずれかの炉を用いる。ある適用例では、縦型熱処理炉は使用中、汚染やウエハのくずの入りこむことを減少させ、発生する粒子を少なくするので好ましく、容易に自動化されうる。そして、それらは相対的に小さな占有面積のため、より少ない床面積ですむ。
【０００４】
従来の二つの型式の拡散炉は、良く知られているように、１ミクロン以下の線幅を維持しながら望ましい深さでの添加不純物（ドーパント）の拡散か、あるいはウエハに酸化層または化学的蒸気蒸着層を形成する等の他の通常の処理技術を達成するために、半導体ウエハを望ましい温度で加熱するように設計されている。処理中にウエハを加熱する必要性は知られており、またよく理解されているし、厳密に監視されている。
従来の縦型熱処理炉は、縦位置の炉内に処理用炉心管を支持するように設計されている。この熱処理炉は、また、一般的には炉心管の内外へウエハボート（台）を移動するための、適当な運搬機構に取りつけられているウエハ台組立体を使用する。
【０００５】
ウエハハンドリング組立体は、一般的には１００個のウエハを保持するウエハカセットから半導体ウエハをウエハ台組立体に運搬するためにウエハ台組立体に平行にかつ隣接して配備されている。このウエハハンドリング組立体は、一般的には炉心管を収容する反応室から分離したロードロック室内にあり、その環境は、厳密に適切な監視がされる構造によって制御されている。ロードロック室に取り付けるウエハハンドリング組立体は、ウエハカセットを１あるいはそれ以上のロードロック室内に収納することによってウエハカセットと分離でき、このロードロック室は、ウエハハンドリング組立体のロードロック部分と選択された流体が連通する。
【０００６】
このようにロードロック室間の連絡により、加熱中のウエハ内に形成される汚染物の発生を減少させあるいは取り除くために、処理中に必要な、正確な環境制御を可能にする。一般的に、ロードロック室は、ウエハカセットからウエハ台へ、そしてその反対にウエハを運搬することができるように、選択的に開放されかつ気密なゲートバルブによって互いに分離されている。
【０００７】
実際に、ウエハ台を取り付けているロードロック室内が真空になると、窒素のような不活性ガスがロードロック室を満たすために導入され、そこから空気を取り除くことができる。ロードロック室から空気を一掃することによって、半導体ウエハ表面に酸化膜が形成されるのを防止する。
【０００８】
上述したように、ロードロック室は、窒素雰囲気中でのウエハ台のローディングあるいはアンローディングを果たすために、半導体ウエハカセット及びウエハハンドリング組立体を収容する他の一連のロードロックに接続されている。このウエハ台には、ウエハの一群を形成するために、ウエハカセットからウエハハンドリング組立体を経由して、ウエハが載置される。それから、一群のウエハは炉内に配置され、そこで上昇する温度下でユーザが選択する処理を受ける。これらの型式の従来の縦型熱処理炉は、ヒューズ(Fuse)等の米国特許第５，２１７，５０１号や、カキザキ等の米国特許第５，３８７，２６５号に開示され、記載されている。
【０００９】
従来の炉は、約２０インチから約３０インチの長さの処理管内に等温ゾーンを形成し、そこに１５０から２００の間のウエハからなる一群のウエハが配置される。この一群のウエハが比較的大きな熱容量を有するために、温度の上昇率は比較的小さく、例えば約５℃／分から１０℃／分の間にあり、また温度の下降率は比較的小さく、約２．５℃／分から約５℃／分の間にある。これは、一群のウエハ毎に比較的長い熱サイクルを生じ、その結果、ウエハ毎に比較的大きな熱の蓄積を生じる。
【００１０】
これらのそして他の従来の縦型熱処理炉の他の欠点は、一群のウエハ毎に増加するサイクルタイムのために、比較的処理量が低いことである。これらの従来システムは、特に半導体ウエハに対する今日的な更なる要求に適応できるものではない。
【００１１】
これらの炉の欠点は、ウエハをウエハ台に移動し、そしてウエハ台からさらにこのウエハを移動するのに、空気のない環境を形成する前段階のロードロック組立体室を包含することである。これらの状況を達成するために、ロードロック室の通気および除去に含まれる時間は、一群のウエハ毎の全体の処理時間を増加させ、熱処理システムの処理量を減少させることになる。
【００１２】
更に他の欠点は、これらの炉が比較的大きな設置面積を必要とし、クリーンルーム内で比較的大きな床面積を占め、高価なクリーンルームの空間の使用を非効率とすることである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このような、従来技術の縦型熱処理炉における上述の欠点を解消するために、本発明の目的は、比較的高い処理量を可能にする縦型熱処理炉を提供することである。
【００１４】
本発明の他の目的は、改善された温度の上昇率及び下降率を達成する炉を提供することである。
【００１５】
さらに他の発明の目的は、容易に自動化され、そして比較的小さな床面積を占める熱処理炉を提供することである。
【００１６】
本発明の他の一般的で、より特殊な目的は、部分的に明らかであり、以下の図面及び説明から一部分明らかになるであろう。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、各請求項に記載の構成を有する。具体的には、本発明は、半導体ウエハの縦型熱処理炉を提供し、この熱処理炉は、半導体ウエハを加熱処理するための加熱室をそれぞれ備える縦型の第１，第２の熱処理炉を有する単一のハウジングを含んでいる。
【００１８】
各々の縦型熱処理炉は、選択された数の半導体ウエハを軸方向に取り付けるために、ウエハ台、この台のエレベータ、モータ、ガイドロッドのような支持構造体を含むウエハ支持組立体を有する。
【００１９】
一つの観点によれば、移動要素は処理用管の内外の縦軸（長手軸線）に沿って支持要素の一つを選択的に動かす。そしてウエハ移動要素は、半導体ウエハを支持要素の一つへ、あるいは支持要素の一つから移動させる。好ましい実施の形態によれば、各縦軸に沿って、また、選択的に加熱室内へ支持要素を移動させるためのウエハ支持組立体の各々と連動する移動要素である。
【００２０】
他の観点によれば、縦型熱処理炉は、制御信号、例えば、位置信号を発生するため、そして位置信号に応じて縦軸に沿って支持構造体の一つの起動、修正あるいは移動、停止等の制御を行うために、位置信号を移動要素に移送するためのユーザが発した制御信号に応答する制御要素を含んでいる。
【００２１】
この制御要素は、各支持構造体の移動速度を独立にあるいは同時に制御する。一つの実施の形態によれば、制御要素は、位置信号を発生するホストコンピュータ、支持構造体と共に動作する運動制御器を含む。この制御要素に加えられる制御信号は、選択された温度勾配上昇率及び温度勾配下降率の各条件の少なくとも一つを表すことができる。
【００２２】
さらに他の観点によれば、移動要素は、第１と第２の支持要素の少なくとも一つの移動速度を示す移動信号を発生することができる。また、制御要素は、この移動信号に応答して縦軸に沿って支持要素の一つの移動速度を制御する。
【００２３】
さらに他の観点によれば、各縦型熱処理炉、例えば、第１と第２の縦型熱処理炉は、各処理室の各々に熱を移す熱発生要素を含む。制御要素は、各熱発生要素の熱エネルギー出力を制御することによって、第１と第２の処理室の温度を独立してあるいは同時に制御する。
【００２４】
一つの実施の形態によれば、制御要素は、実質的に等温環境を形成するために、少なくとも室のある部分に沿って、実質的に一様な温度を保持するように熱発生要素を制御する。
【００２５】
他の観点によれば、縦型熱処理炉は、支持構造体、すなわちウエハ台の回りを雰囲気流体で囲む環境を制御するために適用される加熱スリーブあるいは熱包囲体を有する。加熱スリーブは、ロードロック処理組立体を形成する液密シールを創るために、支持要素の一部を密着係合するようなフランジ付き底部を含む。この組立体は、処理組立体を縦型熱処理炉の加熱室に、選択的に垂直に移動できる垂直移動組立体に結合している。
【００２６】
好ましい実施の形態によれば、加熱スリーブは各縦型熱処理炉と組み合わされる。加えて、加熱スリーブは、支持構造体に関して加熱スリーブを繰り返し、容易に、かつ自動的に係合離脱するために、支持構造体に対して垂直に移動される。
【００２７】
加熱スリーブが支持構造体上に配置され、この支持構造体の底部と密着係合するとき、この組立体は選択された処理技術が行われるロードロック処理室を形成する。この室は、室に１つあるいはそれ以上の選択されたガスを導入し、そして１つあるいはそれ以上のガスを排気する適切な流体分岐管に接続される。
【００２８】
単一の熱処理炉の二重の加熱包囲体と炉を使用することによって、熱処理炉が分離してかつ独立に二つの分離処理技術を実行でき、さらに、炉の使用におけるの柔軟度が増す。
【００２９】
この熱処理炉は、さらに、温度上昇率及び温度下降率を増加させ、一群のウエハを処理するに必要な全時間を減少させ、すべての炉の処理量を増加させる。これは、大きさが小さい単一ハウジング内に二つの炉をひとまとめにすることによって、また、増加したウエハピッチを有し、より小さなバッチサイズを処理するウエハ台を使用することによって、すべて達成される。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の形式に従う２つ垂直炉１２，１４を一部切り欠いて見た本発明の縦型熱処理炉１０における斜視図を示している。
【００３１】
熱処理炉１０は、コンパクトで比較的小さな占有面積を有するように設計されている。たとえば、１つの実施の形態によれば、幅約４０インチ（101,6cm)、奥行約６５インチ(165cm) 、高さ約９６．５インチ(245.1cm) 程である。一般的に、熱処理炉は、アーニリング、拡散、酸化、そして低圧及び高圧の化学気相成長法（ＣＶＤ）を含む種々の半導体製造工程を実行するために使用される。
【００３２】
図示された熱処理炉１０は、一対の垂直炉（第１，第２の加熱手段）１４，１２を包囲する外側の主ハウジング１６を有する。このハウジング１６は、複数の側面１６Ａと１つの前面１６Ｂで構成され、その内部にウエハを収納する区画室を含んでいる。
【００３３】
垂直方向に間隔をとった一対の円形コンベヤ(carousel)２６，２８が８つのウエハカセットを支持しており、このウエハカセットは多数のウエハを保持し、区画室内に取付られている。
【００３４】
これらのウエハは、処理または未処理のウエハのいずれかである。ドアパネル２２は、区画室２０を包囲しかつ覆っている。図示されるように、モニター３０がハウジング１６の前面１６Ｂに取り付けられ、作業者が、選択した処理制御パラメータ、例えば、温度、加工時間、ガスの種類、及びその他の選択処理制御パラメータを監視できるようになっている。
【００３５】
図３において、ウエハカセット２４は円形コンベヤ２８上に取付けられている。３軸ウエハ搬送組立体３６は機械式搬送アーム３６Ａを有し、このアームが選択したカセット２４からそれぞれの垂直炉１４，１２にあるウエハボート（ウエハ台）４０の１つにウエハＷを搬送する。
【００３６】
円形コンベヤ２８は、所定の位置に、選択したウエハカセットを位置決めるために選択的に回転でき、これにより、機械式搬送アーム３６Ａが特定のカセットからウエハを移動したり、また、カセット上に配置できるようになる。
【００３７】
このように、図示された熱処理炉１０は、炉の操作中に選択した制御とウエハの連続加工が可能である。ウエハ搬送組立体（ウエハ搬送手段）３６は、搬送アーム３６Ａが上段円形コンベヤ２８あるいは下段円形コンベヤ２６上にあるウエハカセット２４にアクセスできるように、垂直方向に動けることが望ましい。
【００３８】
ウエハのハンドリングや加工に関連してウエハ搬送組立体の操作と同じように、熱処理炉での使用において有益な種々のタイプの搬送組立体は、当業者であれば、容易に理解できかつ評価されている。
【００３９】
図１〜図３、特に図２において、本発明である熱処理炉１０の構成が示されている。この垂直炉（第１加熱手段）１４は、円筒形の処理管４４を備えて閉鎖端部４４Ａと開放端部４４Ｂを有している。処理管４４は加熱室（第１の加熱室）４６を形成している。処理管４４はアルミナ、シリコンカーバイド（炭化けい素）、及びその他のセラミック材料等の高熱用材料から形成することができ、好ましくは石英で構成されている。
【００４０】
処理管は適切な加熱要素４８により取り囲まれ、この加熱要素は、耐熱性材料または主熱源としての高周波加熱型温度放射体蓄熱器(RF heated black body cavity susceptor) を用いている。この熱源の特別なタイプは、簡単に実装でき、炉内温度を安定かつ均一に制御できる信頼性のある技術として特徴付けられかつ広く受け入られている。
【００４１】
１つの実施の形態によれば、加熱要素４８は、ヒーターモジュールの一部分を形成し、垂直方向に向いた、３ゾーンを有する抵抗体加熱ユニットである。この加熱要素は軽量で高温度用金属線によって構成することができる。加熱要素を取り巻く断熱材は、高い断熱値と低い熱量を持つセラミックファイバーによって構成することができる。すべての加熱要素が温度変化に対して素早く反応できるように設計されている。加熱モジュールは、加熱室４６を冷やす空気冷却システムを備えることもできる。処理管４４の口径及び垂直炉の外寸法は、収納するウエハの寸法変化に応じて大きさが決められる。
【００４２】
加熱要素４８は、管の内部を所定の温度、例えば、ＣＶＤ法の場合は、４００℃〜１２００℃、酸化あるいは拡散の場合は、８００℃〜１２００℃に加熱するためにそれぞれの処理管４４の回りに配置されている。制御ユニット６６は、処理技術の緊急性に従って、処理管４４の温度を調整するのに使用される。
【００４３】
例えば、ある実例によると、光パイロメータ等の温度センサが室温を感知するのに用いられ、このセンサは制御ユニット６６に連結することができる。加熱ユニットは、従来技術において公知のように、加熱室内の恒温加熱ゾーンを形成することが望ましい。
【００４４】
ハウジング１６は、断熱支柱５０によって支持されたウエハボート４０を有するウエハ支持組立体５４を囲っている。このウエハ支持組立体５４の底部５４Ａは、一体に形成され半径方向外方に伸びる縁板５４Ｂを備えている。
【００４５】
図示されたウエハ支持組立体５４は、ガイド棒６０に嵌合して摺動するボートエレベータ（昇降器）５８に連結されている。こうして、ウエハ支持組立体５４は、ガイド棒の垂直軸線に沿って垂直方向に動いて、ボートエレベータを加熱室４６の内外に選択的に移動することができる。
【００４６】
垂直炉１２（第２加熱手段）も同様に構成されている。即ち、垂直炉１２にも、第２の加熱室４６’、第２ウエハ支持組立体（図示略）等を備えている。
【００４７】
機械式搬送組立体３６の搬送アーム３６Ａは、複数のウエハを選択的に、円形コンベヤ２６，２８上に取り付けられた選択カセット２４から、いずれか一方の炉１２あるいは１４のウエハボート４０の１つに移動する。ウエハボートは、処理すべき多数のウエハ、例えば、約５０〜約１００個のウエハ、好ましくは約７５個のウエハを選択的に保持する。
【００４８】
このように、ウエハボートは従来のものと同じように約半分の数のウエハを保持する。このウエハの１バッチの数の減少は、そのバッチの全熱容量を減らし、炉内の温度勾配率を上昇させる。この上昇した温度勾配率により、ウエハが高温にさらされる全時間が減少する。
【００４９】
ウエハピッチとして知られた所定の垂直間隔で、ウエハはウエハボート上に配置される。そして、このウエハピッチは５ｍｍ〜２０ｍｍ程離れていることが好ましく、最も好ましいのは１０ｍｍ〜２０ｍｍ程である。この選択されたウエハピッチは、比較的大きな間隔が垂直方向に隣接するウエハ間に与えられており、その結果、ウエハ内部及びウエハ間の温度をより均一にする。これに対比して、いくつかの従来の設定では、一般的に、標準の炉の加工に対して約３ｍｍ〜約５ｍｍのウエハピッチを使用している。
【００５０】
この大きめのウエハピッチは、ウエハの均一性を悪化させずウエハに比較的大きな温度勾配を持たせることができるという、重要な利点を有する。また、この大きめのウエハピッチは、アームが動作時に比較的大きなスペースを持てるので、ウエハボートへのロード及びアンロード時において、機械式搬送アーム３６Ａの機械的な許容公差に幅を持たせることができる。
【００５１】
ウエハボートへのウエハバッチ数をより少なくすることは、熱処理中の加熱時における半導体ウエハの量をより少なくすることを意味する。したがって、半導体ウエハは、温度勾配を容易に上下することができ、システム全体の処理量を増加させることができる。
【００５２】
再び図２において、サーボモータ（作動手段）６４は、ガイド棒６０に沿ってボートエレベータ５８を制御する。このサーボモータ６４は、動作コントローラ６８を含む制御ユニット（制御手段）６６によって、電気リード線７０に通って伝送される選択信号を介して制御される。
【００５３】
この図示された動作コントローラ６８は、データライン７６によって示されるようにホストコンピュータ７４と電気的に接続されている。同様に、コンピュータ７４はデータ取得段７２と双方向に伝送でき、図示された炉の熱処理作業に関連した選択処理データを蓄積している。データはデータライン７８を通ってホストコンピュータ７４とデータ取得段７２との間で伝送される。
【００５４】
ロボットコントローラ８２も信号ライン８０によってコンピュータ７４と双方向に通信でき、電気リード線８６を通って選択された制御信号をウエハ搬送組立体３６に伝送する。このようにロボットコントローラ８２は、選択位置と搬送アーム３６Ａの相対移動を制御し、円形コンベヤ２６，２８の一方に取り付けられた選択カセット２４のウエハを取り除いたり載置したりする。
【００５５】
こうして、コンピュータ７４、動作コントローラ６８、データ取得段７２、およびロボットコントローラ８２は、閉ループフィードバック制御段を形成し、機械式搬送アーム３６Ａの相対移動を制御するとともに、ウエハ支持組立体５４を選択的に上昇及び下降させる。
【００５６】
当業者であれば、一つあるいはそれ以上の動作コントローラと、データ取得段と、ロボットコントローラとは、ハードウエア及びソフトウエアの両方あるいは一方に実装されそれぞれの段部が与えられるというよりもむしろ、これらの段部はコンピュータ７４の一部として形成されていると考えるであろう。
【００５７】
図示された熱処理炉１０は、更に処理管４４内に据え付けられる寸法の加熱スリーブ（雰囲気制御手段）１００を含んでいる。処理管への据付けの場合と同様に、加熱スリーブ１００も高温用材料、例えば、石英で形成されており、閉端部１００Ａ及び開放端部１００Ｂを有している。加熱スリーブの開放端部１００Ｂは、外側に広がる縁部１００Ｃをさらに含んでいる。
【００５８】
加熱スリーブ１００は、ガイド軸６０あるいは他の適合する構造体に嵌合して摺動するスリーブエレベータ１０４に結合されている。加熱スリーブ１００はウエハ支持組立体５４に対して独立して動作可能である。
【００５９】
加熱スリーブ１００の相対的な垂直位置は、制御ユニット６６の動作コントローラ６８によってフィードバック制御される。例えば、この動作コントローラ６８は、サーボモータ６４を選択的に作動して、加熱スリーブ１００またはウエハ支持組立体５４あるいは両方を同時に上げたり下げたりするのに用いることができる。
【００６０】
加熱スリーブの縁１００Ｃは、液密シール及び気密シールを形成するためにウエハ支持組立体５４の縁部分５４Ｂと密着して係合するようになっている。こうして、加熱スリーブ１００が、ウエハボートと支柱５０の上方に配置され、ウエハ支持組立体５４の縁部分５４Ｂに密着係合するとき、この加熱スリーブ１００はロードロック処理室１０８を形成する。
【００６１】
加熱スリーブ１００は雰囲気制御機構を形成するためにウエハ支持組立体と協動し、処理管４４の加熱室４６の環境から除外したウエハボート４０に取り付けられたウエハの雰囲気環境を制御する。
【００６２】
こうして、この加熱スリーブは、例えば、垂直方向に移動可能なロードロック室が、加熱室４６内に選択的に配置されるように、加熱スリーブの縁１００Ｃがウエハ支持組立体５４の縁部分５４Ｂに密着した時、１つの選択された場所において、このスリーブが作動する。
【００６３】
加熱スリーブ１００は、ウエハ支持組立体５４といっしょに加熱室４６の中を上下し、温度勾配の上昇（加熱）中も、下降（冷却）中もウエハの周囲の環境が厳密に制御されている。
【００６４】
図２において、ガスマニホルド管構造体が、ウエハ支持組立体５４と加熱スリーブ１００に連結でき、炉１４に連結したロードロック処理室１０８の流動環境を制御する。例えば、一つの実施の形態によると、ガスボックスに入った選択された処理ガスを処理室１０８の上部に搬送するために、小さな石英の導管がガスボックス１１２とウエハ支持組立体５４の縁板に連結されている。処理ガスは、適切な排出ポート、即ち、処理室の下部に位置する排出ポートを介してウエハボートの上を通過し、そして、排出用配管を通してガスボックス排出ポートに排出される。
【００６５】
ガスボックスは、関連したガスパネル、即ち、ガスパネル１１２Ａに連結され、また制御ユニット６６にも連結することができる。他のガスボックス１１６とこれに関連したガスパネル１１６Ａはもう一つの垂直炉１２に対応している。当業者には、二つのガスボックスが一つのガスボックスに置き換えられるということがわかるであろう。
【００６６】
ガス導入パイプが処理室１０８内に伸び、選択された処理ガスの通路を構成する。種々の処理ガスは、半導体ウエハ上に選択された薄膜を形成するために、処理室の中に導かれる。例えば、酸素が酸化薄膜を形成するために、ＳｉＨ4 がポリシリコン薄膜を形成するために、さらにＮＨ4 とＳｉＨ2 ＣＬ2 がシリコン窒化薄膜(silicon nitride film)を形成するためにこの処理室に導かれる。
【００６７】
更に、窒素のような浄化ガスが選択的に処理室１０８に導かれ、そこから空気を取り除く。周知のように、半導体ウエハの高温処理中及びアニーリング中に、この処理室内に空気が存在すると、半導体ウエハ上に厚くて質の悪い酸化被膜を形成する。
【００６８】
更に、ウエハから自然の酸化薄膜を取り除くためのクリーニングガスが処理室１０８に送り込まれる。このクリーニングガスは、例えば、ＮＦ3 やＨＣＬのようなプラズマレス・エッチング用ガス、水素のような還元ガス、あるいは他の適切なガスなどである。ガス導入パイプは、加熱スリーブ１００の上部あるいは下部に形成され、ウエハ支持組立体５４に取り付けられている。
【００６９】
排出パイプは、処理室１０８の導入ガスを選択的に浄化するために、加熱スリーブやウエハ支持組立体で同様に形成される。つまり、加熱スリーブ内にあるガスは、排出パイプを通して排出することができ、それによって、加熱スリーブ内が所定の真空度になるまで、あるいはガス導入パイプから予め送られているガスを取り除く。
【００７０】
加熱中に処理室に送られたガスは、高温のうちに分解され、半導体ウエハの露出した表面に堆積する。その結果、予め選択された量のガスが処理室に送られ、選択された厚さを有する薄膜がウエハ上に形成される。
【００７１】
操作上、機械式搬送組立体３６の搬送アーム３６Ａは、ロボットコントローラ８２によってフィードバック制御され、ウエハカセット２４あるいはウエハボート４０上に選択ウエハを配置させたり、ウエハを取り除いたりする。
【００７２】
一つの実施の形態によると、ウエハ支持組立体の垂直位置が変化すると、機械式搬送アーム３６Ａは、ウエハボート４０に処理すべく選択された数のウエハバッチを載せる。
【００７３】
前述したように、バッチサイズは一般的に従来のウエハのバッチサイズの約半分である。搬送アーム３６Ａは、選択したウエハカセット２４からウエハを取り除くことによってウエハボート４０を載せる。一度、ウエハボート４０が載置されると、加熱スリーブ１００の開放端１００Ｂに位置する縁１００Ｃがウエハ支持組立体５４の縁板５４Ｂに密着あるいは一致するまで、制御ユニット６６の動作コントローラ６８は、サーボモーター６４に選択信号を出力して加熱スリーブ１００をガイド棒６０に沿って下げる。
【００７４】
代わりに、サーボモータは、加熱スリーブ縁１００Ｃに密着するウエハ組立体ユニットの縁プレートを持ち上げる。所望ならば、選択されたガスが、加熱スリーブ１００とウエハ支持組立体５４によって形成されたロードロック処理室１０８に導かれる。
【００７５】
加熱スリーブ１００及びウエハ支持組立体５４の両方または一方が、選択的に持ち上げられて、処理管４４の加熱室４６に導かれる。ウエハバッチは、かなり加速された温度勾配上昇率で、実行すべき特定の処理技術による選択された処理温度にまで加熱要素により加熱される。処理ガスはウエハ上の薄膜を形成するために供給される。
【００７６】
ユーザーが選択した炉１４の等温加熱ゾーンにおける持続時間の後で、加熱スリーブ１００とウエハ支持組立体５４は、加熱室４６から下降し取り除かれる。ウエハはロードロック処理室１０８に置かれ、そこで比較的速い温度勾配下降率で冷却される。ウエハの温度は、放射冷却によって（直接冷却も使用可能であるが）、ウエハの温度が所望値、例えば、５０℃あるいはそれ以下になるまで下げられる。
【００７７】
このウエハが冷却されると、コンピュータ７４がサーボモータを作動させて、加熱スリーブ１００をウエハ支持組立体５４に対して上昇させ、相互の密着関係を離脱させる。ウエハボート４０上に収納された加工ウエハは、ウエハ搬送組立体によって連続的に取り除かれウエハカセットに運ばれる。
【００７８】
増加したウエハピッチと同様にウエハボートのより少ないバッチサイズのために、温度勾配の上昇率及び下降率はかなり高められる。例えば、温度勾配上昇率がかなり増加し、毎分当たり１００℃に近付くあるいはこれを越えることができる。
【００７９】
同様に、温度勾配下降率は、大きくなり、５０℃／ｍｉｎに近付き、あるいはそれを越える。しかしながら、実際の適用例では、一分間に約３０℃〜７５℃間の温度勾配上昇率と、一分間に約１５℃〜約４０℃間の温度勾配下降率であれば十分である。これら温度勾配の上昇率及び下降率の増大は、バッチ処理時間を大幅に短縮することによって熱処理炉１０の処理量をかなり増加させる。
【００８０】
温度勾配下降率は、熱を下げるためにウエハの表面に流す冷却ジェットスチームを導入することによってさらに影響を受けている。例えば、窒素のような非酸化不活性ガスを室１０８に導くことができる。あるいはスリーブ１００がウエハ支持組立体５４から遊離している状況では、ウエハに直接注がれ、ウエハの冷却時間をさらに短縮する。
【００８１】
図２には、炉の加熱室４６内に選択的に配置されたウエハ支持組立体５４と加熱スリーブ１００が示されている。図示されてはいないが、同様の加熱及び処理構造体があり、これは垂直炉１２に関連している。例えば、垂直炉１２は、選択された加熱要素によって取り囲まれている処理管４４を有している。選択的に垂直方向に移動可能な加熱スリーブ１００とウエハ支持組立体５４もまた、この垂直炉に関連し、処理管内に選択的に配置可能となっている。
【００８２】
このように本発明は、一つのホストコンピュータ（あるいは図２に示される複数の統合された制御段階）とウエハ搬送組立体を用いて、対応する垂直炉１２，１４の内外に個々に、また独立して移動可能な一対のウエハボートを選択的に載置することができる。また、本発明の熱処理炉１０は、一対の処理管、一対の加熱スリーブ１００、そして一対のウエハ支持組立体５４を備えている。垂直炉１２，１４は、さらに図１と図３に示されるように、非対称の形状で互いに関連して配置され、炉１０の全体の寸法を最小化させ、かつ、比較的小さな床面積を与えている。
【００８３】
本発明の熱処理炉は、比較的小さな床面積を有する小さなハウジングにおいて、処理量を減少させることなく温度勾配の上昇率及び下降率を高めることが可能である。なぜなら、本発明の熱処理炉はウエハの加熱と冷却の時間を速めるので、それぞれのバッチが必要とする熱容量がかなり軽減される。これにより大幅なコストを削減でき、処理量の増加をもたらす。
【００８４】
本発明の他の利点は、二つの垂直炉を使用し、必要に応じてそれぞれの炉でお互いに独立した個々のウエハバッチで二つの別々の半導体処理技術を形成することができるということである。例えば、ポリシリコン薄膜が一方の炉においてあるバッチ上に配置されている間に、酸化薄膜はもう一つの炉で他のウエハバッチの上に形成することができる。一つのハウジング内に配置されたマルチ処理複合炉は、今まで知られた熱処理炉よりも大きな利点有する非常に柔軟性のある熱処理炉を提供する。
【００８５】
更に、一つのハウジング内に二つの炉を配置することによって、ウエハ全処理時間を短縮することができ、システムの処理量を増加させることができる。例えば、他方のウエハバッチが他方の炉に配置されて冷却、取り出しが可能となり、別のウエハバッチが載置されたりしながら、一方のウエハバッチを一方の炉で処理することができる。
【００８６】
この二つの炉の配置によって、ウエハバッチの全処理時間を２５％あるいはそれ以上削減することができ、それとともにオペレータのインターフェイス要求を軽減することができる。
【００８７】
一つのパッケージの中に組み込まれ、フロアスペースを最小化した二つの垂直炉の配置によって、この２つの炉が、単一のウエハの機械式搬送組立体を分担することができる。従来の技術においてトータル処理時間を約２５％短縮する結果、さらに効果的に搬送組立体を使用することができる。
【００８８】
図３にもまた本発明の炉１２，１４の非対称の配置を示している。二つの垂直炉１２，１４が、ハウジング１６内に対称的に位置している場合、二つの垂直炉１２，１４は、境界線４７に対して対称であり、かつ軸４９に沿って同一線上にに並ぶことになる。この配置では、より大きなハウジングの床面積を与えることになる。
【００８９】
例えば、一つの炉が軸４９から離れるように動き、ハウジング内に炉が非対称的に配置されると、ハウジングの床面積は、二つの炉１２，１４のオーバーラップ部分Ａに相当する量だけ削減される。このハウジングを小さくできるということは、炉が一般的に床面積あたりの費用が重要となるクリーンルームに備えつけられるので、大いなる利点を提供する。
ここで、熱処理炉の装置の大きさを減少させることは、それ自体でクリーンルームのスペースを小さくすることができ、そこにより多くの熱処理炉を置くことができる。これによりコストを削減する一方で、設備の効率と処理量を高めることができる。
【００９０】
一つの実施の形態によれば、垂直炉は約４０インチの幅を持っている。炉が軸４９に沿って配置された場合、炉自体は、ハウジング１６の幅の少なくても８０インチを占めることになる。図示されているように、炉１２，１４が非対称的に配置されるとオーバラップ部Ａは約８インチとなり、ハウジングの幅に対して炉の占めるスペースを１０％程、あるいは他の配置に関してはそれ以上を削減することができる。当業者であれば、他の非対称な炉の配置が存在し、さらに、本明細書の一部として形成することは確実であると思うであろう。
【００９１】
炉１２，１４の非対称的配置はまた、両方の垂直炉を便利にするために、適切な位置に配置することができることにより、一つのウエハ搬送組立体３６の使用を最も効果的にする。
【００９２】
こうして本発明は前述の説明から明らかなように、前述の目的を効果的に達成するように思われる。発明の範疇から離れることなく上記構造において確かな変化をもたらすので、上記説明に含まれるあるいは付随の図に示されたすべての問題は、実例として説明され、本義を限定するものではない。
【００９３】
また以下のクレームは、ここに述べられた本発明の一般的および特別の特徴、そして文言に関してそれらの間に存在すると思われる本発明の特許請求の範囲をカバーするものであると理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱処理炉の平面図である。
【図２】図１の熱処理炉の内部を示す一部断面で示す斜視図である。
【図３】図１の熱処理炉内に置かれたウエハ搬送手段の上面図であり、さらに本発明に係る非対称の炉の配置を示す図である。
【符号の説明】
１０  熱処理炉
１２，１４  垂直炉
１６  ハウジング
２０  区画室
２４  ウエハカセット
２６，２８  円形コンベヤ
３０  モニター
３６  ウエハ搬送組立体
４４  処理管
４６  加熱室
５４  ウエハ支持組立体
５８  ボートエレベータ
６０  ガイド棒
６４  サーボモータ
６６  制御ユニット
７４  ホストコンピュータ
【図１】
0004174837.tif 000002
【図２】
0004174837.tif 000003
【図３】
0004174837.tif 000004