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CN102217049A - 处理装置 - Google Patents

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CN102217049A
CN102217049A CN2009801459144A CN200980145914A CN102217049A CN 102217049 A CN102217049 A CN 102217049A CN 2009801459144 A CN2009801459144 A CN 2009801459144A CN 200980145914 A CN200980145914 A CN 200980145914A CN 102217049 A CN102217049 A CN 102217049A
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container handling
electromagnetic
processing unit
electromagnetic wave
semiconductor substrate
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CN2009801459144A
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清水正裕
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Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
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Abstract

本发明是一种采用电磁波对被处理体(W)进行热处理的处理装置(2)，包括：具有规定长度的金属制的处理容器(4)；设置在处理容器的一端的搬出搬入口(6)，能够对搬出搬入口进行关闭和打开的关闭体(52，102)；从搬出搬入口被搬出和搬入处理容器内，对多块被处理体隔着规定的间隔进行保持，并且包括透过电磁波的材料的保持单元(42)；向处理容器内导入电磁波的电磁波供给单元(14)，向处理容器内导入所需气体的气体导入单元(22)和对处理容器内的气氛进行排气的排气单元(32)。

Description

处理装置
技术领域
本发明涉及通过对硅基板等的半导体基板照射微波和高频波等电磁波从而加热半导体基板，进行规定的处理的批量式处理装置。
背景技术
一般，在半导体装置的制造中，对半导体基板反复进行成膜处理、图案蚀刻处理、氧化扩散处理、改质处理、退火处理等的各种热处理，以制造所需要的装置。随着半导体装置的高密度化、多层化和高集成化，装置的样式逐年变得严格，所以特别期待提高上述热处理的半导体基板面内的均匀性和提高处理品质。
例如，在作为半导体装置的晶体管的沟道层(channel layer)的处理中，在向沟道层注入杂质原子的离子之后，为了使杂质原子活性化，一般进行退火处理。
该情况下，若进行长时间的退火处理，虽然原子结构变得稳定，但由于杂质原子向膜厚方向内部深处扩散，穿透沟道层的下方，所以退火处理需要尽可能在短时间内完成。即，为了使薄的沟道层不产生穿透，使原子结构稳定化，所以需要使半导体基板高速升温至高温，并在退火处理之后高速降温至不产生扩散的低温。特别是在最近的晶体管元件中，有提案在沟道层设置源/漏扩展区(source-drain extension)等的非常微小的区域的结构。为了也保持这些微小区域的电子特性，期望通过高速的升降温而不使杂质原子扩散并使其活性化。
为了进行这样的退火处理，现有技术中提案使用加热灯的灯加热退火(Lamp Anneal)装置(例如参照美国专利第5689614号)或、使用了LED元件或激光元件的热处理装置(例如参照日本特开2004-296245号公报、日本特开2004-134674号公报、美国专利第6818864号公报)。
然而，众所周知，在半导体集成电路的制造过程中，在半导体基板表面配置有各种不同的材料。例如，以晶体管制造的中间过程为例，作为绝缘膜的SiO2等的硅氧化膜、多晶硅膜、作为配线层的Cu膜或Al膜、作为保护膜的TiN膜等的光学特性彼此不同的各种材料分布在半导体基板表面。在该情况下，与上述退火中所使用的光即可见光或紫外线相对应的上述各种材料的光学特性例如反射率、吸收率、透过率等，由于材料而不同。因此，基于材料的种类，吸收的能量的量不同。由于上述的光学特性的不同，所以有时几乎不能进行退火处理，或者有时不能进行均匀的退火处理。于是，也有提案采用与可见光和紫外线相比波长较长的微波或高频波等的电磁波，通过电介质加热或感应加热，对半导体基板进行加热的加热装置(例如参照日本特开平5-21420号公报、日本特开2002-280380号公报、日本特开2005-268624号公报、日本特开2007-258286号公报)。
但是，上述的各处理装置，是以每次处理一枚半导体基板的单晶片式(single wafer processing)为主的处理装置，因此，存在不能充分提高产量的问题。另外，当施加波长为几毫米～十几毫米的毫米波的电磁波时，当处理容器内被加热部件所能够吸收的电磁波量即负荷吸收容量较小，来自处理容器的反射波变得过大而导致电磁波源受到损伤。为了防止这些问题，需要在装置中设置当产生了过大的反射波时将电磁波源的动作停止的联锁(interlock)功能，但是存在装置成本增加的问题。
发明概要
本发明提供一种处理装置，其能够一次对多块被处理体进行处理，因此能够提高产量，并使处理容器内的负荷吸收容量增大且能够抑制产生过大的反射波。
采用本发明，提供一种采用电磁波对被处理体进行热处理的处理装置，其特征在于，包括：具有规定长度的金属制的处理容器；设置在上述处理容器的一端的搬出搬入口；能够对上述搬出搬入口进行关闭和打开的关闭体；将从上述搬出搬入口被搬出和搬入上述处理容器内的多块被处理体隔着规定的间隔进行保持且由透过上述电磁波的材料构成的保持单元；向上述处理容器内导入电磁波的电磁波供给单元；向上述处理容器内导入需要的气体的气体导入单元；和对上述处理容器内的气氛进行排气的排气单元。
采用本发明，能够一次对多块被处理体进行处理，由此能够提高产量，并且使处理容器内的负荷吸收容量增大，能够抑制产生过大的反射波。另外，可以不需要设置联锁功能。
上述处理容器的内表面可以进行镜面精加工。在优选的一个实施方式中，在形成上述处理容器的分隔壁形成有用于向上述处理容器内导入上述电磁波的电磁波导入口、并且在上述电磁波导入口设置有由透过上述电磁波的材料形成的透过板。
上述电磁波供给单元的构成包括：产生上述电磁波的电磁波发生源；设置在上述透过板的入射天线部；和将上述电磁波发生源与上述入射天线部进行连接的波导通道。该情况下，上述电磁波发生源产生的电磁波的频率能够设定在10MHz～10THz的范围内。
上述处理容器能够以其纵向沿着重力方向的方式设置。上述处理容器也能够以其纵向沿着水平方向的方式设置。在上述处理容器的搬出搬入口侧，可以连接具有将上述保持单元对上述处理容器内进行搬入或搬出的搬入搬出单元的装载室。
上述装载室可以是大气压气氛。另外，上述装载室可以构成为：能够选择地实现真空气氛和大气压气氛。
在上述金属制的处理容器内设置有由透过上述电磁波的材料形成的、在内部收容上述保持单元并且一端开口的内侧处理容器。这样，通过在电磁波透过性的内侧处理容器内收容保持单元并且对整体进行覆盖，特别是不仅仅能够各自抑制来自对流和辐射的放热，也能够抑制来自外部的金属污染。
处理装置还能够具备内侧关闭体，其对用于向上述内侧处理容器搬出搬入上述保持单元而设置在上述内侧处理容器的开口进行关闭和开放，该内侧关闭体能够与对上述金属制的处理容器的搬出搬入口进行关闭和打开的关闭体设置为一体。上述被处理体例如是半导体基板。
附图说明
图1是表示本发明涉及的处理装置的第一实施方式的截面结构图。
图2是表示作为保持单元的基板盘的截面图。
图3是表示电磁波加热的吸收能量密度指数的频率特性的图表。
图4是表示本发明涉及的处理装置的第二实施方式的一部分的截面结构图。
图5是表示半导体基板的面内温度的均匀性的图表。
图6是表示半导体基板的面间温度的均匀性的图表。
图7是表示本发明涉及的处理装置的第三实施方式的结构图。
图8是表示保持单元的截面图。
图9是表示本发明涉及的处理装置的第四实施方式的一部分的结构图。
图10是表示第四实施方式的内侧开闭盖的部分的放大截面图。
具体实施方式
以下，基于附图，针对本发明涉及的处理装置的适合的实施方式进行详细说明。
<第一实施方式>
图1是表示本发明涉及的处理装置的第一实施方式的截面结构图，图2是表示作为保持单元的基板盘的截面图。
如图1所示的方式，该第一实施方式的处理装置2包括具有规定长度的金属制的处理容器4。处理容器4形成为圆筒状或截面为四角形的筒体状。在本实施方式中，处理容器4以其纵向沿着重力方向的方式配置，即构成纵长的处理容器4。作为构成处理容器4的金属例如能够使用不锈钢、铝、铝合金等。处理容器4的内表面进行镜面精加工，能够对导入的电磁波进行多次反射，有效地加热被处理体。
分隔处理容器4的分隔壁的一端即下端被开口，成为搬出搬入口6。另外，分隔处理容器4的分隔壁的另一端即上端(顶部)也被开口，成为电磁波导入口8。
在电磁波导入口8，隔着O形环等的密封部件10设置有透过板12。透过板12能够由透过电磁波的材料例如石英或氮化铝等的陶瓷材料形成。透过板12的厚度设定为能够承受住热处理时的处理容器4内的压力的厚度，当处理容器4内的气氛被抽真空时，透过板12的厚度例如设定为10mm。
在透过板12的外侧设置有用于向处理容器4内导入电磁波的电磁波供给单元14。具体来讲，电磁波供给单元14包括：产生电磁波的电磁波发生源16；设置在透过板12的外侧即上面一侧的入射天线部18；连接电磁波发生源16和入射天线部18并向入射天线部18导入电磁波的波导通道20。
电磁波发生源16产生的电磁波的频率例如能够在10MHz～10THz的范围内。为了有效地对被处理体进行感应加热，优选使用100MHz以上的频率，更加优选使用1GHz以上的频率的电磁波。
电磁波发生源16能够使用磁控管、速调管、行波管、回旋管等。在此，电磁波发生源16设置有回旋管，该回旋管产生的电磁波的频率是28GHz。另外，在该回旋管中，除此之外，还能够产生82.9GHz、110GHz、168GHz、874GHz等的频率的电磁波。
波导通道20例如由圆筒或矩形波导管和波纹波导管等形成。在入射天线部18设置有未图示的多个镜面反射透镜或反射镜，用于向处理容器4内导入电磁波。在处理容器4设置有向其中导入需要的气体的气体导入单元22。具体来讲，在处理容器4的上部侧壁和下部侧壁分别设置有气体导入口24，气体通道26的分支的端部分别与该气体导入口24连接。
在气体通道26的途中设置有截流阀28和质量流控制器那样的流量控制器30，对热处理需要的气体进行流量控制并进行供给。热处理需要的气体有时使用一种或多种气体。另外，作为吹扫气体，可以导入惰性气体例如N2气体或Ar等稀有气体。气体导入口24的个数并不限定于两个。另外，可以使用由石英等形成的气体喷嘴替代图示的那样形式的气体导入口24。
在处理容器4设置有对其内部的气氛进行排气的排气单元32。具体来讲，在与气体导入口24相对的容器侧壁的高度方向的中央部设置有排气口34，该排气口34与构成上述排气单元32的一部分的排气通道36连接。在排气通道36的途中例如朝向下游一侧依次设置有由蝶形阀构成的压力控制阀38和排气泵40，能够对处理容器4内的气氛进行排气。处理容器4内的处理有时在真空气氛下进行，或者有时也在大气压气氛(也包括接近大气压的压力)下进行。当在真空气氛下进行处理时，上述排气泵40也可以使用能够得到高真空度的涡轮分子泵和无油真空泵(dry pump)的组合。
在处理容器4内可插拔地设置有对隔着规定的间隔的多块被处理体即半导体基板进行保持的被处理体保持件即保持单元42。该保持单元42的整体由使向该处理容器4内导入的电磁波透过的材料例如石英形成。具体来讲，该保持单元42，如图1和图2所示的方式，包括：上下设置的石英制的顶板44和底板46；和对这些顶板44和底板46进行连接的4根石英制的支柱48A、48B、48C、48D。在各支柱48A～48D以规定的间距形成有卡合槽50。通过将各半导体基板W的周边部插入卡合槽50，由保持单元42以规定的间距对多个半导体基板进行支撑。
以使用未图示的搬送臂能够相对于保持单元42从水平方向取出和放入半导体基板W的方式，上述4根各支柱48A～48D以规定的间距配置在半导体基板W的大致半圆弧的区域。在此，半导体基板W例如是直径300mm左右的薄圆板形，并且，保持单元42能够以规定的间距对10～150枚左右的半导体基板W进行支撑。另外，半导体基板W的直径并不限定于300mm，也可以是其他的直径例如200mm、450mm。
在处理容器4的下端的搬出搬入口6隔着O形环等的密封部件54可装卸地安装有由与处理容器4的结构材料相同的金属形成的盖体52即关闭体。为了使导入处理容器4内的电磁波进行反射，盖体52的内表面(朝向处理容器4的内部空间的面)被实施镜面精加工。
旋转轴58隔着磁流体密封56气密地贯通盖体52的中心部。在旋转轴58的上端部设置有载置台60，该载置台60的上表面载置有保持单元42并对其进行支撑。在处理容器4的下方设置有用于相对于处理容器4搬入或搬出保持单元42的搬入搬出单元62。
在此，搬入搬出单元62设置有使用有滚珠螺杆64A的升降机64。在设置在该滚珠螺杆64A的升降螺母64B的升降臂64C的顶端，旋转轴58的下端部以自由旋转的方式被支撑并且安装有旋转电机66，在处理中通过由旋转电机66使旋转轴58转动，而使支撑在载置台60上的保持单元42以规定的速度旋转。因此，通过驱动该升降机64并使升降臂64C进行升降，可以使盖体52和保持单元42一体地在上下方向移动，能够相对处理容器4装载和卸载半导体基板W。另外，也能够不使保持单元42旋转而对半导体基板W实施处理，在该情况下没必要设置上述的旋转电机66和磁流体密封56。
在处理容器4的搬出搬入口6一侧即在此是处理容器4的下侧，连接有使搬入处理容器4内的半导体基板W或从处理容器4搬出的半导体基板W暂时待机的装载室68。装载室68例如由不锈钢或铝或铝合金形成的分隔壁70形成箱状。在装载室68内设置有上述的升降机64。由将装载室68分隔的顶板70A对处理容器4的整体进行支撑。滚珠螺杆64A的螺丝轴的上下端分别支撑在对装载室68进行分隔的顶板70A和底板70B。
在对装载室68进行分隔的侧板70C形成有与保持单元42的长度大致相等的长度的移载口72。在该移载口72可开关地设置有隔着O形环等的密封部件76用于气密地进行堵闭塞的门74。于是，在打开门74的状态下，通过设置在装载室68的外侧的未图示的搬送臂，能够对保持单元42移载半导体基板W。
在分隔壁70设置有气体入口78，该气体入口78与有设置有截流阀80的气体通道82连接，根据需要能够向该装载室68内导入惰性气体或洁净空气。所述惰性气体能够使用Ar等的稀有气体或N2气体。
在分隔壁70还设置有气体出口84，该气体出口84与排气通道86连接。在该排气通道86的途中依次设置有截流阀88和排气单元90，能够对装载室68内的气氛进行排气。当使装载室68内总是大气压气氛的程度而使用时，作为排气单元90可以使用排气扇。另外，为了使装载室68作为负载锁定室而使用，在能够实现选择大气压气氛和真空气氛的情况下，排气单元90可以使用无油泵等的真空泵。
如以上的方式构成的处理装置2的整体的动作，例如通过由计算机等构成的装置控制部92进行控制。进行控制动作的计算机的程序存储在软盘、CD(Compact Disc)、硬盘、闪存器或DVD等的存储介质94。具体来讲，通过来自该装置控制部92的指令，进行气体供给的开始、停止和流量控制、电磁波的功率控制、工艺温度和工艺压力的控制。
其次，针对以上方式构成的处理装置2的动作进行说明。首先，通过对设置在装载室68内部的搬入搬出单元62即升降机64进行驱动，使升降臂64C下降，对处理容器4内的保持单元42进行卸载，以如图1中的点划线所示的方式，使该保持单元42位于装载室68内。在该装载室68内通过Ar气体等的稀有气体或N2气体的惰性气体或洁净空气变成预先规定的气氛，例如大气压气氛。
当如上述的方式对保持单元42进行卸载时，使关闭装载室68的移载口72的门74成为打开状态。于是，通过使用设置在移载口72的外侧的未图示的搬送臂，使该搬送臂屈伸和在上下方向移动，使未处理的半导体基板W支撑在卸载完的保持单元42的各支柱48A～48D的卡合槽50并进行移动(参照图2)，使保持单元42对规定的枚数的半导体基板W进行支撑。该半导体基板W能够使用例如圆板状的硅基板。这样，当半导体基板W的移载完成时，关闭门74并且对装载室68内部进行密封。
其次，通过驱动升降机64而使升降臂64C逐渐上升，通过由从处理容器4的下端的搬出搬入口6向处理容器4内导入对半导体基板W进行保持的保持单元42，装载半导体基板W。当保持单元42被完全搬入处理容器4内时，处理容器4的下端的搬出搬入口6由盖体52气密地封闭。
这样，当完成向处理容器4内装载半导体基板W时，接着，对半导体基板W实施规定的处理。在此，例如以在真空气氛下进行作为规定的处理的退火处理的情况为例进行说明。首先，通过设置在处理容器4的排气单元32对处理容器4内进行抽真空使之成为减压气氛，并且通过气体导入单元22一边进行流量控制一边向处理容器4内导入Ar气体等的稀有气体或N2气体的惰性气体，通过压力控制阀38将处理容器4内维持在规定的工艺压力。然后，使保持半导体基板W的保持单元42进行旋转。另外，也可以使保持单元42不进行旋转，而是将其固定进行处理。
这样，在将处理容器4内维持在真空气氛的规定的工艺压力的状态下，通过使电磁波供给单元14进行动作，从电磁波发生源16产生例如28GHz的电磁波。该产生的电磁波在波导通道20内传导，到达设置在处理容器4的上端部的入射天线部18，由此，放射的电磁波透过石英制的透过板12从该天井一侧导入处理容器4内。该电磁波在由保持单元42多层保持的半导体基板W之间进行多次反射，同时其一部分被半导体基板W吸收，通过电磁波加热，对各半导体基板W的表面的温度急速地进行加热。
另外，由金属形成的处理容器4的内表面和盖体52的内表面由于进行镜面精加工，所以能够有效地对导入的电磁波进行反射，其结果，尽管从处理容器4的顶部导入了电磁波，通过与半导体基板W之间的多次反射互相作用，能够在处理容器4内的全范围均匀地传播电磁波。因此，能够使各半导体基板W的表面在面内和面之间一起均匀地高速升温，进行半导体基板的退火处理。因此，能够大幅度地提高半导体基板W的处理产量。
该情况下，在例如收容有十二枚半导体基板W的直径是300mm的半导体晶片的状态中，上述半导体基板W的升温速度例如是100℃/sec左右。在此，电磁波发生源16的输出例如虽然是100kW左右，但是该输出并不限定于此。另外，由于在处理容器4内收容有多块上述半导体基板W，所以处理容器4内的负荷吸收容量相应地变大，能够抑制发生电磁波的过大的反射波。其结果，没必要在电磁波供给单元14设置对过大的反射波的联锁功能，相应地能够降低装置成本。
另外，如上所述，由于电磁波在处理容器4的内表面反射，处理容器4自身的温度几乎不上升，能够仅仅向半导体基板W投入电磁波的能量，因此，相应地能够提高能量效率。另外，由于支撑半导体基板W的保持单元42由透过电磁波的材料例如石英形成，所以该部分不吸收能量，因此，能够进一步提高能量效率。
这样，当规定时间的退火处理结束时，通过停止电磁波供给单元14的驱动，切断电磁波的产生，向处理容器4内导入惰性气体，从而使处理容器4内的气氛恢复至大气压。然后，当处理容器4内的压力恢复至大气压程度时，通过驱动装载室68内的搬入搬出单元62并使升降机64的升降臂64C向下方移动，从而使保持单元42从处理容器4内开始下降，向维持在大气压气氛的装载室68内卸载该处理完毕的半导体基板W。然后，当半导体基板W的卸载结束时，打开门74，使用未图示的搬送臂从保持单元42搬出多块处理完毕的半导体基板W并进行移载。然后，接着向空的保持单元42移载多块未处理的半导体基板W，再次重复进行上述的一系列的动作。
这样，采用本发明，能够一次对多块被处理体即半导体基板W进行处理，由此能够提高产量，并且由于使处理容器4内可吸收的负荷容量增大，能够抑制产生过大的反射波，因此可以不需要设置针对反射波的联锁功能。
另外，如上述的方式在真空气氛中进行退火处理的情况下，可以具有使装载室68内的气氛在真空气氛和大气压气氛之间进行切换的负载锁定功能。在该情况下，在处理容器4的下端开口设置门阀，使该开口能够气密地关闭和开放，并且可以使盖体52相对开放状态的门阀的下面一侧气密地闭合和脱离。
该情况下，为了在装载室68内打开门74并相对保持单元42移动装载半导体基板W而使装载室68内是大气压时，使上述门阀是关闭状态，维持处理容器4内的真空气氛，当向处理容器4内装载半导体基板W时，在打开上述门阀之前对装载室68内的气氛进行抽真空成为真空气氛，在打开上述门阀并使载置有半导体基板W的保持单元42上升且进行装载之后，通过盖体52将处理容器4的下端的搬出搬入口6气密地关闭。然后，保持上述门阀维持为打开的状态，进行退火处理。
此后，在对处理完毕的半导体基板W进行卸载时，预先使装载室68内为真空气氛，在该状态下使载置有半导体基板W的保持单元42下降，从处理容器4内开始卸载，当卸载结束时，关闭上述门阀并维持处理容器4内的真空状态。然后，在使装载室68内恢复至大气压之后，打开门74如上述的方式对保持单元42移载半导体基板W。该情况下，如上述的方式，使用真空泵作为对装载室68内的气氛进行排气的排气单元90。
另外，在上述实施方式中，虽然在真空气氛中进行退火处理，但是并不限定于此，也可以在大气压气氛中(也包括接近大气压的气氛)进行。在该情况下，装载室68内一直维持为大气压气氛，并且，上述排气单元90使用排气扇。
<电磁波加热的吸收能量密度指数的频率特性>
其次，关于用于对相对半导体基板有效的电磁波频率进行确认的实验结果进行说明。图3是表示电磁波加热的吸收能量密度指数的频率特性的图表，横轴是频率，纵轴是吸收能量密度指数(f·ε·tanδ)。在此，「f」是电磁波频率，「ε」是半导体基板的相对介电常数，「tanδ」是半导体基板的介电损耗因子。实验中，使用硅基板作为半导体基板，改变杂质的掺杂量，针对两种电阻率的硅基板进行调查。图表中的「Si+」表示0.1～100Ωcm的电阻率，「Si-」表示1×104～6×104Ωcm的电阻率。
根据图3，在Si+的情况下，若频率超过大约10MHz并继续变大，则吸收能量密度指数开始急剧上升，当大约1GHz时变为大致饱和的状态。因此，在Si+的情况下，电磁波的频率设置为10MHz以上为佳，优选是100MHz以上，更加优选是成为饱和状态的1GHz以上。另外，该情况的频率的上限大约是10THz，更加优选是大约100GHz。若电磁波的频率超过10THz并继续变大，则与基板的厚度相比，电磁波的浸透深度变得非常浅，并且在基板表面开始反射电磁波，由于加热效率降低，故不佳。
另外，在Si-的情况下，与Si+的情况相比，虽然吸收能量密度指数未见急剧变化，频率为10MHz左右时吸收能量密度指数高至一定程度(100M)暂时为大致饱和，接着，当频率超过10GHz后吸收能量密度指数开始急剧上升。因此，在Si-的情况下，电磁波的频率设置为10MHz以上为佳，优选为10GHz以上。另外，在Si-的情况下，频率的上限与Si+的情况相同，为10THz左右，优选为100GHz左右。在Si-的情况下，当电磁波的频率超过10THz并继续变大时，则与基板的厚度相比，电磁波的浸透深度变得非常浅，并且在基板表面开始反射电磁波，由于加热效率降低，故不佳。
<第二实施方式>
在图1所示的第一实施方式的情况下，虽然在立式的处理容器4的上端部(顶部)设置有电磁波导入口8和透过板12，但是并不限定于此，也可以是图4所示的结构。图4是表示本发明涉及的处理装置的第二实施方式的一部分的截面结构图。另外，针对与图1和图2所示的结构部分相同的结构部分附加相同的参照标记，省略重复说明。
在此，如图4所示的方式，在处理容器4的侧壁的高度方向的大致中央部分别设置有电磁波导入口8和透过板12。而且，在该透过板12的外侧设置具有入射天线部18等的电磁波供给单元14。即使在第二实施方式中，也可达到与前面说明过的第一实施方式相同的作用效果。
<面内温度的均匀性和面间温度的均匀性的评价>
在此，针对为了调查上述第一和第二实施方式的半导体基板的热处理的面内温度的均匀性和面之间温度的均匀性而进行的实验的结果进行说明。图5是表示半导体基板的面内温度的均匀性的图表，图6是表示半导体基板的面之间温度的均匀性的图表。测定半导体基板的温度是使用热电偶(TC)，关于测定位置均在各图中分别示意地表示。在图5的情况中，在半导体基板的周边部的四个点和中心的一个点分别设置热电偶。在图6的情况中，沿上下方向隔着间隔并列五枚半导体基板(晶片)，在其中内侧的三枚晶片的各自的中心部分别设置热电偶。各热电偶的测定温度作为TC电路(ch)被记载。
在此，半导体基板W使用直径是200mm的硅基板，投入有28GHz的电磁波。另外，电磁波的投入功率在图5的情况下是2kW，图6的情况下是2kW。在图5的情况中对一体的两枚半导体基板进行加热，在图6的情况中对一体的五枚半导体基板进行加热。在图5的情况中，将处理容器4内的工艺压力设置定为大气压。在图6的情况中，也将处理容器4内的工艺压力设置定为大气压。
首先，关于面内温度的均匀性，如图5所示，施加大约700sec的时间的上述电磁波并对该时刻的半导体基板的各部的温度进行测定。该结果，在从施加电磁波开始经过200sec左右的时间时，各部分的温度大致达到大约500度左右，之后，在经过400sec左右的时间即使继续施加电磁波，但各部分的温度并未那样上升，而是在525～550℃左右的范围内。即，由于半导体基板的面内温度在525～550℃左右的狭小的范围内，所有可以确认能够较高地维持面内温度的均匀性。
其次，关于面间温度的均匀性，如图6所示，大致施加上述电磁波600sec的时间并对该时刻的三枚各半导体基板的各个中心部的温度进行测定。其结果，半导体基板的温度并未产生那样的温度差，而是被加热至大致相同的温度650℃前后，即使温度高于600℃，但半导体基板之间的温度差最大也仅仅是20℃左右。因此，可以确认能够较高地维持面内温度的均匀性。
<第三实施方式>
以下，针对本发明的第三实施方式进行说明。在前面的第一和第二实施方式中，虽然将处理容器4的长度方向沿着重力方向的方式设置，但是并不限定于此，也可以将处理容器4的长度方向沿着水平方向的方式设置的横置的处理装置。图7是表示构成这样的本发明涉及的处理装置的第三实施方式的结构图，图8是表示保持单元的截面图。另外，针对与图1至图4所示的结构部分相同的结构部分，附加相同的参照标记，省略重复说明。
在此，如图7所示，金属制的处理容器4是其长度方向沿着水平方向设置的横置型。在处理容器4的壁的上部(周壁的上侧)的长度方向的大致中央部设置有电磁波导入口8，该电磁波导入口8通过透过板12气密地闭塞。还有，在透过板12的外侧设置有具备入射天线部18等的电磁波供给单元14。
另外，在该处理容器4的壁的上部，在处理容器4的纵向的两端侧分别设置有气体导入口24，该气体导入口24与气体导入单元22的气体通道26连接，能够向处理容器4内供给需要的气体。另外，在处理容器4的纵向的一端设置有排气口34，该排气口34与排气单元32的排气通道36连接。即使在本实施方式中，也能够根据处理时的工艺压力将处理容器4内设置为真空气氛或大气压气氛。
另外，对被处理体即半导体基板W进行保持的石英制的保持单元42沿着水平方向收容在处理容器4内，图1中的顶板44和底板46分别成为端面板44A、46A，在两端面板44A、46A之间也如图8所示的方式架设有四根支柱48A～48D。而且，保持单元42通过在各支柱48A～48D上以规定的间距形成的卡合槽50，以使半导体基板W立起的状态对各半导体基板W的周边部进行支撑。该保持单元42的结构并不仅是展示的一个例子，当然也并不限定于此结构。
在本实施方式中，保持单元42一体设置在基台100上。在基台100设置有作为搬入搬出单元62的滑动件106，如后述的方式例如能够使基台100沿着处理容器4的底部滑行移动。另外，在处理容器4的纵向的另外一段设置有搬出搬入口6。在该搬出搬入口6安装有作为起到与上述的第一实施方式的盖体52相同的作用的闭锁体的门阀102，由此，能够气密地堵塞或打开搬出搬入口6。
门阀102与对装载室68进行分隔的筒体状的分隔壁70连结。在门阀102的装载室68的相对侧的端部设置有作为门的外侧门阀104，若打开门阀104，则能够将装载室68开放至大气。具有上述滑行件106的基台100，通过未图示的驱动机构能够在上述处理容器4和装载室68内往返移动，并且，在打开上述外侧门阀104的状态下，也能够向装载室68的外侧滑行移动。
在对装载室68进行分隔的分隔壁70的上部(顶部)设置有气体入口78。该气体入口78与途中设置有的截流阀80气体通道82连接，能够向装载室68内供给惰性气体等。在分隔壁70的底部设置有气体出口84。气体出口84与途中设置有截流阀88和排气单元90的排气通道86连接，能够对装载室68内进行排气。即使在本实施方式中，在将装载室68内总是维持在大气压程度的情况下，上述排气单元90可以使用送风扇，另外，在装载室68具有能够将装载室68内选择地设定在真空气氛和大气压气氛的负载锁定功能的情况下，上述排气单元90可以使用真空泵。
这样构成的第三实施方式的动作基本与前面的第一和第二实施方式相同，能够发挥与第一和第二实施方式相同的作用效果。具体来讲，在相对保持单元42移载未处理的半导体基板W的情况和从保持单元42移载处理完毕的半导体基板W的情况下，使对装载室68进行密封的外侧门阀104为打开状态，以使载置有保持单元42的基台100通过该打开状态的门阀104并向载置室68的外侧(图7中的右侧方向)滑行移动的状态，使用未图示的搬送臂相对保持单元42进行移载作业。
然后，在对未处理的半导体基板W进行处理的情况下，通过使载置支撑有该未处理的半导体基板W的保持单元42的基台100，先向载置室68内滑行移动并关闭外侧门阀104，对载置室68内进行密封。在此，当在处理容器4内进行处理时的工艺压力大致是大气压气氛时，并不进行压力调整，使隔断载置室68和处理容器4之间的门阀102是打开状态，并使基台100进一步向处理容器4内滑行移动。然后，在关闭该门阀102并使处理容器4内是密封状态之后，以前面说明过的方式，在大气压气氛中进行采用电磁波的退火处理。
对此，当在处理容器4内进行处理时的工艺压力大致是真空气氛时，将载置室68内的压力设定为与从大气压气氛减压至真空气氛、预先成为真空气氛的处理容器4内大致相同的压力。然后，当载置室68内和处理容器4内的压力大致相同时，使隔断两者的门阀102为打开状态，并使装载室68内的上述基台100进一步向处理容器4内滑行移动。然后，在关闭该门阀102并使处理容器4内是密封状态之后，以前面说明过的方式，在真空气氛中进行采用电磁波的退火处理。
而且，当处理结束时，经过与上述的情况相反的顺序，在打开门阀102之后，使保持有处理完毕的半导体基板W的基台100向维持在真空状态的装载室68一侧滑行移动并关闭门阀102。然后，在使该装载室68内的大气压恢复之后，如上述的方式打开外侧门阀104，为了进行移载，使基台100向装载室68的外侧滑行移动。
如上，即使在该第三实施方式的情况下，也能够达到与前面的第一和第二实施方式相同的作用效果。另外，在该第三实施方式中，当工艺压力是真空气氛时，虽然以维持处理容器4内的压力总是在真空气氛并且装载室68具有负载锁定功能的情况为例进行了说明，但是并不限制于此，也可以将装载室68内总是维持在大气压，当相对处理容器4进行装载和卸载半导体基板W时，使处理容器4内恢复至大气压气氛，在工艺中对处理容器4内进行抽真空，在真空气氛中进行处理。
<第四实施方式>
其次，针对本发明的第四实施方式进行说明。在前面的第一～第三实施方式中，虽然半导体基板以直接暴露的状态收容在处理容器4内，但是并不限定于此，为了防止来自处理容器4的金属污染等，可以在处理容器4内设置将半导体基板包围的内侧处理容器(套管结构)。
图9是表示这样的本发明涉及的处理装置的第四实施方式的一部分的结构图，图10是对第四实施方式的内侧开闭盖的部分进行表示的部分放大截面图。另外，在图9中，针对与图1、图4和图7所示的结构部分相同的结构部分附加相同的参照标记，省略重复说明。如上所述，在该第四实施方式中的处理容器4内设置有内侧处理容器110。若在水平方向截面观看，处理容器4的侧周壁和内侧处理容器110的侧周壁配置为同心圆状。
具体来讲，该内侧处理容器110形成为具有天井的圆筒状，其一端(图示例的下端)被开口。该内侧处理容器110的一体由透过电磁波的材料例如石英等的与透过板12相同的材料形成。在处理容器4的下部侧壁例如固定有形成为圆环状的支撑台112，在该支撑台112上抵接圆筒体状的内侧处理容器110的下端部，对内侧处理容器110的一体进行支撑。该支撑台112由与处理容器4相同的金属形成，通过焊接等固定在处理容器4的内壁。
在圆环状的支撑台112形成有沿上下方向贯通支撑台112的多个通气孔114，使该撑台112的下方一侧的空间与处理容器4和内侧处理容器110之间的空间连通。若保持单元42上升，则保持单元42收容到内侧处理容器110，变成由内侧处理容器110包围。
即使在本实施方式中，也与其他的实施方式相同，在处理容器4的纵向的两端侧分别设置有气体导入口24并且这些气体导入口24与气体通道26连接，能够向处理容器4内供给需要的气体。该情况下，为了迅速地对内侧处理容器110内供给气体，优选：使两个位于气体导入口24的内部的下侧的气体导入口24的安装位置，位于上述支撑台112的下方。
在本实施方式中，用于关闭内侧处理容器110的下端的开口的关闭体即内侧盖116与盖体52设置为一体。具体来讲，在盖体52的上面中心部固定有中空圆筒状的连结轴118，在该连结轴118的上端部固定有圆板状的内侧盖116。
当保持单元42上升时，圆板状的内侧盖116的周边部的上表面与上述环状的支撑台112的内侧的下表面接触，对内侧处理容器110进行密封。
而且，向上述中空圆筒状的连结轴118内插通有上述旋转轴58，并且该旋转轴58通过磁流体密封56可旋转地支撑在上述连结轴118，一边维持上述处理容器4内的气密性，一边容许上述旋转轴58的旋转。
在这样构成的第四实施方式中，若使保持单元42上升，向内侧处理容器110内装载由硅基板形成的半导体基板W，则该内侧处理容器110的下端的开口通过上述内侧盖116成为关闭的状态。即，半导体基板W的一体，通过内侧处理容器110成为以密封状态被覆盖的状态。而且，若在该状态下施加电磁波，则该电磁波透过透过板12和内侧处理容器110到达内部的半导体基板W，与上述方式同样地对该半导体基板W进行加热，进行热处理，产生与第一～第三实施方式相同的作用效果。
还有，在该第四实施方式中，因为半导体基板W被由石英等形成的内侧处理容器110覆盖，所以即使产生具有来自位于其外侧的金属制的处理容器的金属污染的问题，但能够可靠地防止产生该金属污染。
另外，由于通过上述内侧处理容器110，能够阻碍上述内侧处理容器110的内侧和外侧之间的气体的对流，对由于对流导致的传热进行抑制，所以能够大幅度地提高加热效率。特别是，当在大气压或接近大气压的压力下进行上述热处理时，能够使对来自对流的传热的抑制效果变得很大。另外，在此，虽然以适用于前面的第一实施方式的情况为例，针对第四实施方式的内侧处理容器110进行了说明，但是该第四实施方式的内侧处理容器110也能够适用于第二和第三实施方式。
在上述的各实施方式中，半导体基板虽然是硅基板，但是并不限定于此，也能够使用化合物半导体基板。该化合物半导体基板能够使用从GaAs、InGaAs、Al2O3、SiC、GaN、AlN、ZnO形成的组中选择出的一个基板。另外，在此，对半导体基板的处理虽然是退火处理，但是并不限定于此，也能够进行成膜处理、热扩散处理、改质处理等的各种热处理。

Claims (13)

1.一种采用电磁波对被处理体实施热处理的处理装置，其特征在于，包括：
具有规定长度的金属制的处理容器；
设置在所述处理容器的一端的搬出搬入口；
能够关闭和打开所述搬出搬入口的关闭体；
保持单元，其从所述搬出搬入口被搬出和搬入所述处理容器内，对多块所述被处理体隔着规定的间隔进行保持，并包括透过电磁波的材料；
向所述处理容器内导入电磁波的电磁波供给单元；
向所述处理容器内导入所需气体的气体导入单元；和
对所述处理容器内的气氛进行排气的排气单元。
2.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于：
在形成所述处理容器的分隔壁形成有用于向所述处理容器内导入所述电磁波的电磁波导入口，并且在所述电磁波导入口设置有包括透过所述电磁波的材料的透过板。
3.如权利要求2所述的处理装置，其特征在于：
所述电磁波供给单元包括：产生所述电磁波的电磁波发生源；设置在所述透过板的入射天线部；和将所述电磁波发生源与所述入射天线部连接的波导通道。
4.如权利要求3所述的处理装置，其特征在于：
所述电磁波发生源产生的电磁波的频率在10MHz～10THz的范围内。
5.如权利要求1至4的任一项所述的处理装置，其特征在于：
所述处理容器的内表面被实施镜面精加工。
6.如权利要求1至5的任一项所述的处理装置，其特征在于：
所述处理容器以其纵向沿着重力方向的方式设置。
7.如权利要求1至5的任一项所述的处理装置，其特征在于：
所述处理容器以其纵向沿着水平方向的方式设置。
8.如权利要求1至7的任一项所述的处理装置，其特征在于：
在所述处理容器的搬出搬入口一侧连结有具有使所述保持单元相对于所述处理容器内被搬入或搬出的搬入搬出单元的装载室。
9.如权利要求8所述的处理装置，其特征在于：
所述装载室是大气压气氛。
10.如权利要求8所述的处理装置，其特征在于：
所述装载室构成为能够实现选择真空气氛和大气压气氛。
11.如权利要求1至10的任一项所述的处理装置，其特征在于：
在所述金属制的处理容器内设置有由透过所述电磁波的材料形成的、将所述保持单元收容在内部并且一端开口的内侧处理容器。
12.如权利要求11所述的处理装置，其特征在于：
还具备内侧关闭体，其关闭和打开为了相对于所述内侧处理容器搬出搬入所述保持单元而设置在所述内侧处理容器的开口，
所述内侧关闭体与关闭和打开所述金属制的处理容器的搬出搬入口的关闭体一体设置。
13.如权利要求1至12的任一项所述的处理装置，其特征在于：
所述被处理体包括半导体基板。
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