DE69110814T2

DE69110814T2 - Einrichtung zur thermischen Behandlung mit Waferhorde.

Info

Publication number: DE69110814T2
Application number: DE69110814T
Authority: DE
Inventors: Harunori Ushikawa
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1990-09-26
Filing date: 1991-09-25
Publication date: 1995-11-23
Anticipated expiration: 2011-09-26
Also published as: KR920007121A; JP3058901B2; EP0477897B1; EP0477897A2; EP0477897A3; KR0147356B1; JPH04133417A; DE69110814D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmebehandlungsvorrichtung mit einem Waferboot zur Wärmebehandlung eines Halbleiterwafers, und insbesondere eine Verbesserung eines Bootes zur Wärmebehandlung, das angepaßt ist, in einen vertikalen Ofen geladen zu werden.
Da eine vertikale CVD-Vorrichtung so entworfen ist, daß ein Waferboot hinein in oder heraus von einer Prozessröhre genommen werden kann, ohne die Innenwand der Röhre zu berühren, wird die Vorrichtung dieser Art vorteilhafter Weise herkömmlich benutzt für die Herstellung einer Großskalenintegrations-Halbleitervorrichtung, wie z .B. einer VLSI.
Um einen dünnen Film mit einer gleichförmigen Dicke auf einer großen Anzahl von Halbleiterwafern zur gleichen Zeit in einen vertikalen Ofen zu bilden, muß ein gleichförmiger Fluß von Prozessgas erzeugt werden mit einer minimalen Störung in der Prozessröhre.
In dem vertikalen CVD-Ofen wird im Gegensatz dazu eine Stapelverarbeitung ausgeführt, so daß so viele Wafer wie möglich erwartungsgemäß gleichzeitig prozessiert werden. Deshalb halten verschiedene Komponenten (Halterungselemente und Verstärkungselemente) des Waferbootes einen gleichförmigen Gasfluß in der Prozessröhre auf. Herkömmlicher Weise wird ein Versuch gemacht, die Gleichförmigkeit der Filmdicke auf der Waferoberfläche während des Filmbildungsprozesses zu verbessern durch mannigfaltiges Ändern der Gestalt des Waferbootes.
Offenbart in den veröffentlichten ungeprüften japanischen Patentanmeldungen Nr. 58-108735 und 61-201605 ist ein Waferboot mit einer Waferladescheibe, deren Durchmesser größer ist als der Waferdurchmesser. Unter Benutzung dieses Waferbootes kann die Abweichung der Filmdicke auf der Waferoberfläche erniedrigt werden, wenn Phosphin (PH&sub3;) hinzugefügt wird, während ein Polysiliziumfilm gebildet wird und der Film letztendlich dotiert wird mit Phosphor zu Bilden eines phosphordotierten Polysiliziumfilms.
In einer VLSI mit einer Speicherkapazität von 1 bis 4 Megabit ist jedoch das Schaltungsmuster so fein, daß es eine hohe Gleichförmigkeit der Filmdicke auf der Waferoberfläche erfordert. Das vorher genannte Waferboot kann jedoch dieses Erfordernis nicht erfüllen. Je größer der Waferdurchmesser, desto weniger gleichförmig kann die Filmdicke am peripherischen Randabschnitt des Wafers sein. Moderne Wafer gehen tendenziell über von 6-Zoll-Versionen zu 8-Zoll- Versionen, was effektive Maßnahmen erfordert zum Gewährleisten der Gleichförmigkeit der Filmdicke auf der Waferoberfläche.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wärmebehandlungsvorrichtung mit einem Waferboot zu schaffen, bei der die Abweichung der Dicke eines Filmes auf der Waferoberfläche, gebildet auf einem Halbleiterwafer, erniedrigt sein kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Wärmebehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 geschaffen.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
Beim auf dies Art und Weise konstruierten Waferboot können die Einflüsse der Pfosten auf den Filmbildungsprozess reduziert werden und ein Prozessgasfluß um den Wafer kann eingestellt werden mittels der Halteanordnung, wodurch die Gleichförmigkeit der Filmdicke auf der Waferoberfläche höher sein kann als im herkömmlichen Fall. Die Halterungsstücken müssen zumindest anzahlmäßig drei sein.
Die Erfindung kann vollständiger verstanden werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenhang mit der begleitenden Zeichnung.
Die Figuren zeigen im einzelnen:
Figur 1 eine vertikale Querschnittsansicht zum Zeigen eines Umrisses einer vertikalen CVD-Vorrichtung;
Figur 2 eine ebene Oberseitenansicht zum Zeigen eines Wafertransferabschnitts der CVD-Vorrichtung;
Figur 3 eine vertikale Querschnittsansicht zum Zeigen eines Waferbootes, das in einem Ofen der CVD-Vorrichtung geladen ist;
Figur 4 eine perspektivische Ansicht zum Zeigen einer Wafertransfervorrichtung zum Transferieren von Wafern von einer Kassette in das Boot;
Figur 5 eine teilweise Vorderansicht zum Zeigen eines Teils eines Waferbootes zum Empfangen der Wafer, die transferiert werden;
Figur 6 eine teilweise perspektivische Ansicht zum Zeigen eines Teils des mit einer großen Anzahl von Wafern beladenen Bootes;
Figur 7 eine perspektivische Ansicht zum Zeigen eines Halterungselements, das an dem Boot anzubringen ist;
Figur 8 eine teilweise vergößerte Querschnittsansicht zum Zeigen eines Waferhalterungsabschnitts des Boots;
Figur 9 eine Querschnittsoberansicht zum Zeigen eines Pfostens und einer Zunge des Bootes;
Figur 10 eine ebene Oberansicht zum Zeigen eines in das Boot geladenen Wafers;
Figuren 11A bis 11C vertikale Seitengeuerschnittansichten zum Zeigen einer Gabel und des Bootes, um Prozesse des Ladens des Wafers in das Boot zu illustrieren;
Figur 12 eine Darstellung zum Illustrieren der Einheitlichkeit der Filmdicke, die erhalten wird bei Benutzung des Bootes nach der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu der, die erhalten wird bei Benutzung eines herkömmlichen Bootes;
Figur 13 eine perspektivische Ansicht zum Zeigen eines Boothalterungselements nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 14 eine ebene Ansicht zum Zeigen eines Boothalterungselements gemäß noch einer weiteren Ausführungsform; und
Figur 15 eine Seitenansicht zum Zeigen eines Boothalterungselements nach einer weiteren Ausführungsform.
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung werden jetzt detailiert beschrieben werden mit Bezug auf die begleitende Zeichnung.
Wie in Figur 1 gzeigt, umfaßt eine vertikale CVD-Vorrichtung 10 einen Prozessabschnitt 11 und einen Wafertransferabschnitt 12. Die Abschnitte 11 und 12 sind an oberen und unteren Abschnitten der Vorrichtung 10 angeordnet. Ein Ventilator 14 mit einem Filter 15 ist zwischen den Abschnitten 11 und 12 angeordnet. Der Ventilator 14, welcher genau über einer Kassettenstation 16 in dem Wafertransferabschnitt 12 angesiedelt ist, dient zum Zuführen sauberer Luft an die Station 16 während des Transfers eines Halbleiterwafers W.
Ein Trägertor (nicht gezeigt) ist in der Vorderseite des Wafertransferabschnitts 12 gebildet. Eine Vielzahl von Kassetten 4 wird in die CVD-Vorrichtung 10 durch das Trägertor eingeführt. Jeder Kassette 4 kann höchstens fünfundwanzig 8-Zoll Wafer W enthalten. Der Wafertransferabschnitt 12 und das Trägertor kommunizieren miteinander mittels einer Öffnung 18.
Ein vertikaler Ofen 20 ist im Prozessabschnitt 11 angeordnet. Der Ofen 20 beinhaltet eine Prozessröhre 24, welche von einem Spulenheizer 22 umgeben ist. Die Röhre 24, welche aus Quarz hergestellt ist, ist an der Oberseite geschlossen und an der Unterseite geöffnet. Die Unterseitenöffnung der Prozessröhre 24 kommuniziert mit dem Wafertransferabschnitt 12 durch eine Öffnung 19. Der Spulenheizer 22 besteht aus mindestens drei Zonen zum Bilden einer Gleichförmigkeit der Temperaturröhre 24. So geteilt kann der Heizer 22 einen Temperaturgradienten innerhalb eines gewünschten Bereiches in der Prozessröhre 24 erzeugen. Der Heizer 22 und sein Steuersystem sind so angeordnet, daß ein Temperaturgradient so erzeugt werden kann, daß die Temperatur der Prozessröhre 24 ansteigt von ihrem Oberseitenabschnitt zu ihrem Unterseitenabschnitt, und zwar beispielsweise innerhalb eines Bereiches von 500 bis 1000ºC.
Ein Deckelelement 55 eines Bootlade-/-entlade-Mechanisinus 50 ist direkt angesiedelt unter der Unterseitenöffnung der Prozessröhre 24. Ein Wärmeisolationszylinder 56 ist auf dem Deckelelement 55 angebracht, und ein Boot B ist auf dem Zylinder 56 plaziert.
Wie in Figuren 2 und 3 gezeigt, ist das Deckelelement 55 gehaltert mittels eines Halterungselements 57 eines Roboters, dessen Mutter 27 geschraubt ist auf eine Kugelschraube 28. Die Schraube 28 erstreckt sich vertikal (in der Z-Achsenrichtung) entlang einer linearen Führung 29. Jeder der Antriebsmechanismen wird automatisch gesteuert mittels eines vorbestimmten Programms. Der innere Bereich der Prozessröhre 24 ist geteilt durch einen inneren Zylinder 26. Eine Verzweigung 21 ist angebracht am unteren Abschnitt der Röhre 24. Sie ist versehen mit einem Einlaß 23 und einem Auslaß 25, durch welche Gas eingeführt oder entladen wird. Der innere Bereich der Prozessröhren 24 kommuniziert mit einer Vielzahl von Quellen einer Prozessgasversorgung (nicht gzeigt) mittels des Einlasses 23. Der äußere Bereich der Röhre 24 kommuniziert mit einem Abgassystem (nicht gezeigt) mittels des Auslasses 25. Bei dieser Anordnung wird eine spezifische dekomprimierte Atmosphäre eingestellt in der Prozessröhre 24, so daß ein Prozessgasfluß parallel zur Oberfläche des Wafers W gebildet wird.
Wie in Figuren 2 und 4 gezeigt, ist eine Transfervorrichtung 30 vorgesehen an dem Abschnitt des Wafertransferabschnitts 12, der der Kassettenstation 16 gegenüberliegt. Die Vorrichtung 30 beinhaltet eine Gabel 37 zum Laden und Entladen der Wafer W. Die Gabel 37 ist verbunden mit einem Gleiter 33, welcher angebracht ist auf einem Antriebsmechanismus 32. Der Antriebsmechanismus 32 ist angebracht auf einem Drehmechanismus 31.
Die gesamte Transfervorrichtting 30 wird auf- und abbewegt in der Z-Achsenrichtung mittels der Kugelschraube 28, der linearen Führung 29 und einem Antriebsmotor (nicht gezeigt). Der Hebemechanismus, Drehmechanismus und Armantriebsmechanismus der Transfervorrichtung 30 werden automatisch gesteuert mittels eines Kontrollers 39, welcher aufgefrischt wird durch ein Computersystem 38.
Wie in Figur 2 gezeigt, ist ein Boottransportmechanismus 40 angeordnet zwischen der Wafertransportvorrichtung 30 und dem Bootlade-/-entlade-Mechanismus 50. Eine Getriebebox 41 des Transportmechanismus 40 ist angebracht an einem Gehäuse 13, und ein Roboterarm 42 ist schwingbar um eine Welle 41a in der Box 41. Ein bogenförmiger Halter 43 ist gebildet am distalen Ende des Armes 42, und ein Boot B auf einer Stufe 44 ist gehalten mittels des Halters 43.
Wie in Figuren 5 und 6 gezeigt, besteht der Rahmen des Bootes B aus vier Hauptpfosten 63 und einigen Verstärkungsrippen 65. Die Rippen 65 sind gespannt zwischen den benachbarten Hauptpfosten 63, und zwar gewöhnlicher Weise an zwei Positionen, einer oberen und einer unteren, oder drei Positionen, einer oberen, einer unteren und einer mittleren. Die oberen und unteren Enden jedes Pfostens 63 sind individuell angebracht an Endplatten (nicht gezeigt).
Halterungszungen 64 stehen nach innen vor von jedem Pfosten 63. Sie sind unter reglmäßigen Intervallen angeordnet auf jedem Pfosten 63. Ein Waferhalter 62 ist gehaltert durch diese vier Zungen 64.
Wie in Figur 7 gezeigt, beinhaltet der Waferhalter 62 ein Ringelement 70 und eine Vielzahl von Waferhalterungsstückten 71. Das Ringelement 70 hat eine Dicke von 2 mm, einen Außendurchmesser von 170 mm und einen Innendurchmesser 150 mm. Ein gerader Abschnitt 70a ist auf der inneren Peripherie des Ringelements 70 gebildet, um mit einem Orientierungflat (O.F.) des Wafers W zu korrespondieren. Im Fall von einer O.F.-Länge von 55 mm ist der kürzeste Abstand zwischen dem geraden Abschnitt 70a und dem Zentrum des Ringelements 70, 69 mm. Die individuellen Teile des Boots B sind aus einem wärmeresistiven Material gebildet, wie z.B. Quarz oder SiC.
Wie in Figuren 6 und 10 gezeigt, sind die Intervalle zwischen den vier Hauptpfosten 63 um die Achse des Bootes nicht gleich. Insbesondere ist der Abstand zwischen den Hauptpfosten auf der Waferladeseite (Seite von O.F. und gerader Abschnitt 70a) länger als der zwischen den anderen zwei.
Die vier Waferhalterungsstücken 71 sind angeordnet auf der oberen Oberfläche des Ringelements 70. Jeder Halterungsteil 71 ist eine Kombination eines säulenförmigen Elementes (kurzer Pfosten) 71a und eines Plattenelements (Halterungszunge) 71b. Der kurze Pfosten 71a ist aufgestellt auf der oberen Oberfläche des Ringelements 70, während die Halterungszunge 71b angebracht ist auf der äußeren peripherischen Oberfläche des Pfostens 71a. Die Zunge 71b erstreckt sich von dem Pfosten 71a zum Zentrum des Ringeelements 70. Das distale Ende der Zunge 71b steht vor in eine Öffnung 74 des Ringelementes 70. Die obere Oberfläche der Halterungszunge 71b ist im wesentlichen horizontal. Der Pfosten 71a und die Zunge 71b sind zusammengebaut durch Einpassen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform, wie gezeigt in der Oberseitenansicht von Figur 10, gibt es einen engen Raum R zwischen dem geladenen Wafer W und dem Ringelement 70. Die Breite dieses Raumes R ist eingestellt innerhalb eines Bereiches von 0 bis 8 mm, vorzugsweise bei 2 mm. Am Orientierungsflat (O.F.)-Abschnitt jedoch überlappt der Wafer W den geraden Abschnitt 70a des Ringelements 70 für eine Länge von etwa 2 mm.
Wie in Figur 8 gezeigt, ist die Montagehöhenposition jeder Halterungszunge 71b so eingestellt, daß die Breite eines Raumes S zwischen der unteren Oberfläche des Wafers W und der oberen Oberfläche des Ringelements 70 im Bereich von 3 bis 10 mm liegt. Vorzugsweise ist die Zunge 71b angebracht an dem Pfosten 71a, so daß der Raum S 5 mm breit ist. Das kommt daher, weil die Gabel 37 der Wafertransfervorrichtung 30 in den Raum S eingesetzt wird. Die jeweiligen Breiten der Räume R und S zwischen dem Ringeelement 70 und dem Wafer W sind beeinflußt durch verschiedene Bedingungen, einschließend die Flußrate des Prozessgases, Art des Gases, Waferdurchmesser usw., und ihre Optimalwerte variieren divers.
Die Gestalt des Ringelements 70 korrespondiert zu der des Halbleiterwafers W, welcher einen Durchmesser von 150 mm hat und wobei der kürzeste Abstand von dem Zentrum zu O.F.- Abschnitt 69 mm ist. Wie in Figuren 8 und 9 gezeigt, ist jeder Hauptpfosten 63 gebildet durch Schleifen eines runden Quartzbalkens von 13 mm Durchmesser in einem Stab mit einem elliptischen Querschnitt. Somit sind die Zungen 64 durch Abtragen gebildet. Beispielsweise ist der Abstand E der Zungen 64, 14,3 mm (9/16 Zoll), und die Dicke D jeder Zunge 64 ist 2,5 mm. Die Hauptachsenlänge B und die Nebenachsenlänge C des elliptischen Querschnittes jedes Hauptpfostens 63 ist 13 mm bzw. 8 mm beispielsweise.
Im Fall eines Quartzbootes ist, falls die Nebenachsenlänge C des Hauptpfostens 63 kürzer als 6 mm ist, die Stärke des Bootes B unzureichend, obwohl die Gleichförmigkeit der Filmdicke auf der Waferoberfläche zufriedenstellend ist, und zwar aufgrund einer geringeren Störung des Prozessgasflusses. Falls die Länge C 10 mm auf der anderen Seite überschreitet, erleidet der Prozessgasfluß eine beträchtliche Störung, so daß die Gleichförmigkeit der Filmdicke auf der Waferoberfläche sich erniedrigt. Somit rangiert im Fall des Quartzbootes B die Nebenachsenlänge C des Hauptpfostens 63 vorzugsweise im Bereich von 6 bis 10 mm. Falls Siliziumkarbid (SiC) benutzt wird als das Material des Hauptpfostens 63, kann die Länge C auf etwa 4 mm reduziert sein.
Falls der Abstand E der Zungen 64 weiterhin länger als 15 mm ist, kann eine Anzahl von Halbleiterwafern W nicht gleichzeitig prozessiert werden, obwohl die Gleichförmigkeit der Filmdicke auf der Waferoberfläche weiter verbessert sein kann. Falls der Abstand E andererseits kürzer als 9 mm ist, ist die Gleichförmigkeit der Filmdicke auf der Waferoberfläche niedrig. Vorzugszweise liegt der Abstand E der Zungen 64 im Bereich von 9 bis 15 mm.
Die Dicke der Zunge D jeder Zunge 64 sollte minimal sein, so lang sie zufriedenstellende Stärke gewährleisten kann. Vorzugsweise liegt sie im Bereich von 2 bis 5 mm.
Mit Bezug auf Figuren 4 und 5 und Figur 11A bis 11C wird ein Betrieb zum Transferieren der Wafer W von jeder Kassette 4 zum Boot B beschrieben werden.
Die Wafertransfervorrichtung 30 wird auf- oder abbewegt und gedreht, so daß die Gabel 37 der erwünschten Kassette 4 an der Station 16 gegenübersteht. Dann wird die Gabel 37 vorgerückt, um genau unter dem erwünschten Wafer W in der Kassette 4 gelegen zu sein. Die Gabel 37 wird erhoben, und der Wafer W wird leicht angehoben. Danach wird die Gabel 37 zurückgezogen, und einer der Wafer W wird von der Kassette 4 herausgenommen.
Darauffolgend wird der gesamt Gleiterantriebsmechanismus 32 gedreht, so daß der Wafer W auf der Gabel 37 dem Boot B gegenüberliegt, wie in Figur 4 gezeigt. Dann wird die Wafertransfervorrichtung 30 nach oben oder unten bewegt, um die Gabel 37 auf einer erwünschten Höhe zu plazieren. Die Gabel 37 wird dann vorgerückt, um eingesetzt zu werden zwischen die Waferhalter 62.
Wie in Figur 11A gezeigt, ist der Wafer W auf der Gabel 37 genau oberhalb dem Ringelement 70 gelegen. Diese Ausrichtung kann ausgeführt werden unter Benutzung einer Softwareeinrichtung basierend auf Eingabeinformation, die zuvor beinhaltet ist in einem Programm des Computersystems 38, oder eine Hardwareeinrichtung basierend auf Positionsinformation für jedes Halterungsstück 71, erfaßt mittels eines Sensors (nicht gezeigt).
Nachdem der Wafer W auf der Gabel 37 ausgerichtet ist mit dem Boot B, wird die Gabel 37 leicht erniedrigt. Dadurch wird der Wafer W transferiert von der Gabel 37 auf den Halter 62, wie in Figur 11B gezeigt.
Dann wird die Gabel 37 entfernt von dem Boot B, wie in Figur 11C gezeigt. Wenn der Wafer W so gehalten wird in dem Boot B, ist er in Kontakt mit den vier Halterungsplattenelementen 71b allein.
Wenn ein Laden von 58 Wafern W das Boot B auf diese Art und Weise bewerkstelligt ist, wird das Boot B transportiert auf den Wärmeisolationszylinder 56 mittels des Boottransportmechanismus 40. Dann wird das Boot B angehoben mittels des Lade-/-entlade-Mechanismus 50, es wird eingesetzt in die Prozessröhre 24, und die Unterseitenöffnung der Röhre 24 wird geschlossen mittels des Deckelelementes 55.
Mit Bezug auf Figur 3 werden Prozesse des Bildens eines Oxydfilms auf der Oberfläche jedes Wafers W beschrieben werden.
Elektrische Leistung, die anzulegen ist an jede Zone des Spulenheizers 22, wird so gesteuert, daß die Temperatur des Bereichs der Prozessröhre 24, in dem der geladene Wafer W gelegen ist, auf einem vorbestimmten Wert liegt. Insbesondere wird die Temperatur so gesteuert, daß der untere Endabschnitt und der zentrale Abschnitt der Röhre 24 auf 800º C sinkt, und der obere Endabschnitt auf 810º C ist. Dieser Temperaturgradient bezüglich der vertikalen Richtung ist beabsichtigt gegeben, da ein großer Betrag von Wärme abstrahlt von der Bodenöffnung der Prozessröhre 24.
Die Prozessröhre 24 wird durch den Einlaß 23 versorgt mit 1200 SCCM von Nitridoxydgas (N&sub2;O), 30 SCCM von 100-Vol% Monosilangas (SiH&sub4;) zusammen mit einem Trägergas (N&sub2;-Gas). Die Röhre 24 wird entgast durch die Abgasröhre 25 durch Einstellen einer Abgaspumpe (nicht gezeigt) und eines Leitungsventils (nicht gezeigt), wodurch der interne Druck der Röhre 24 eingestellt ist auf 10 Pa (0,8 Torr). In diesem Zustand wird der Wafer W während einer vorbestimmten Zeit beschichtet.
Figur 12 ist eine Darstellung zum Illustrieren von Resultaten, die erhalten werden bei Benutzung des Bootes nach der vorliegenden Ausführungsform (schwarze Punkte), verglichen mit dem herkömmlichen Fall oder einem Vergleichsbeispiel (Kreise). In Figur 12 repräsentiert die Achse der Abszisse die stehende (Position) des Wafers W betroffen im Boot B, wie von oben gesehen, und die Achse der Ordinate repräsentiert die Gleichförmigkeit der Filmdicke auf der Waferoberfläche. In dem Vergleichsbeispiel wird der Wafer W beschichtet unter Benutzung eines herkömmlichen Bootes, dessen Pfosten gebildet sind aus runden Quartzbalken von 13 mm Durchmesser, und die weiteren Bedingungen sind identische mit denen, die bei der vorliegenden Ausführungsform benutzt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind, wie ersichtlich aus der Darstellung von Figur 12, die Resultate des Beschichtens auf 50 verarbeiteten Wafern W von den 58 Wafern W einschließlich eines Dummywafers zufriedenstellend. Insbesondere ist die Abweichung der Filmdicke auf der Waferoberfläche etwa +-1%.
Nach dem Vergleichsbeispiel ist im Gegensatz dazu die Abweichung der Filmdicke auf der Waferoberfläche im Bereich von 2 bis 3%, so daß die Filmdicke einer wesentlichen Variation unterliegt. Sowohl in der Ausführungsforut als auch im Vergleichsbeispiel sind einige obere Wafer W nicht einheitlich genug in der Oberflächenfilmdicke.
Die Gleichförmigkeit der Filmdicke auf der Waferoberfläche wird beeinflußt durch die Positionsbeziehungen zwischen den Hauptpfosten 63 und dem Wafer W, und der Betrag von Prozessgaszuführung ist größer an der O.F.-Seite, wo der Abstand zwischen den benachbarten Hauptpfosten 63 länger ist. Auf der O.F.-Seite tendiert deshalb die Filmdicke dazu, größer zu sein als in jeglichen anderen Abschnitten.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der O.F.-Abschnitt des Wafers W gelegen auf der Seite, wo der Abstand zwischen den benachbarten Hauptpfosten 63 breiter ist, so daß die Gleichförmigkeit der Filmdicke auf der Waferoberfläche beträchtlich variiert abhängig von dem Vorliegen oder der Größe des geraden Abschnitts 70a des ringförmigen Elements 70. Falls kein gerader Abschnitt gebildet ist auf dem Ringelement 70 derselben Größe, ist die Breite des Raumes R (Raum zwischen dem Wafer W und dem Ringelement 70) am O.F.- Abschnitt so lang wie 12 mm. In Paranthese ist der Raum R 2 mm breit über den Umfang des Wafers W mit Ausnahme des O.F.-Abschnitts. Falls ein Halter in der Form eines vollständigen Ringes (mit keinem geraden Abschnitt) benutzt wird in dem Boot, ist die Filmdicke des O.F.-Abschnittes größer als die des restlichen Abschnittes, so daß die Gleichförmigkeit der Filmdicke auf der Waferoberfläche geringer ist.
Falls das Ringelement 70 versehen ist mit dem geraden Abschnitt 70a und falls der regelmäßige Zwischenraum R von 2 mm Breite definiert ist entlang dem gesamten Umfang des Wafers W, ist die Gleichförmigkeit der Filmdicke auf der Waferoberfläche zufriedenstellend. Falls die Breite des Zwischenraumes R zwischen dem Ringelement 70 und dem Wafer W auf 2 mm oder weniger nur am O.F.-Abschnitt eingestellt ist, oder falls das Element 70 und der Wafer W einander übverlappen gelassen werden (ohne den Zwischenraum R) ist die Gleichförmigkeit der Filmdicke auf der Waferoberfläche ebenfalls zufriedenstellend. Der Grund hierfür ist, daß der Prozessgasfluß in der Nähe des O.F.-Abschnitts abgeschnitten wird durch den geraden Abschnitt 70a, so daß die Gasversorgung begrenzt ist und der Film gehindert wird am Wachsen an dem O.F.-Abschnitt. Somit kann der Film, der gebildet wird am O.F.-Abschnitt, nicht zu dick werden, so daß die Filmdicke ausgeglichen ist überall auf dem Wafer W. Ein Sekundäreffekt des geraden Abschnitts 70a auf dem Ringelement 70 ist, daß der O.F.-Abschnitt des Wafers W schneller gekühlt werden kann.
Falls der O.F.-Abschnitt des Wafers W gelegen ist auf der Seite, wo der Abstand zwischen den Pfosten 63 kürzer ist und falls die Breite des Zwischenraums R zwischen dem Ringelement 70 und dem Wafer W eingestellt ist, 2 mm zu sein am ganzen Umfang, tendiert die Filmdicke dazu, größer zu sein auf der Seite, wo der Abstand zwischen dem Pfosten breiter ist, d.h. auf der Seite gegenüberliegend dem O.F.- Abschnitt. In diesem Fall kann die erwünschte Gleichförmigkeit der Filmdicke auf der Waferoberfläche erhalten werden durch Ändern der Gestalt des Ringelelements 70, so daß das Element 70 den Wafer W überlappt an den Abschnitt gegenüberliegend dem geraden Abschnitt 70a.
Die Gleichförmigkeit der Filmdicke auf der Waferoberfläche ist zufriedenstellend, falls der Außendurchmesser des Ringelements 70 10 mm oder mehr größer ist als der Durchmesser des Wafers W. Falls der Außendurchmesser des Elements 70 zu groß ist, muß jedoch die Bohrung der Prozessröhre 24 weiter erhöht werden. Unvermeidbarer Weise wird deshalb die Vorrichtung größer, so daß der Installationsraum groß ist und die Ausrüstungskosten hoch sind. Somit sollte der Außendurchmesser des Ringelements 70 vorzugsweise 10 bis 50 mm größer sein als der Durchmesser des Wafers W. Falls der Außendurchmesser des Ringelements 70 groß ist, ist die Gleichförmigkeit der Filmdicke auf der Waferoberfläche gut und D/R steigt.
Zum Gewährleisten einer zufriedenstellenden Gleichförmigkeit der Filmdicke auf der Waferoberfläche sollte die Oberfläche des Ringelements 70 weich gemacht sein. Es wird versichert, daß falls die Quartzglasoberfläche des Elements 70 so rauh wie die von geschliffenem Glas ist, die Gleichförmigkeit der Filmdicke auf der Waferoberfläche nicht zufriedenstellend ist und eine gute Prozessreproduzierbarkeit nicht erhalten werden kann trotz der Benutzung derselben Prozesskonditionen der oben beschriebenen Ausführungsform.
Dementsprechend ist es notwendig, die Quartzoberfläche des Ringelements 70 einer abrasiven Spiegelbearbeitung von 10 Mikrometer oder weniger zu unterwerfen oder einem Prozess, sogenannten Backbearbeiten, um die Oberfläche zur Glätte zu heizen.
Nach der vorliegenden Ausführungsform, können, wie oben beschrieben, die Erniedrigung der Gleichförmigkeit einer Filmdicke auf der Waferoberfläche, zurechenbar den Hauptpfosten 63, sowie Probleme entstehend durch den O.F.- Abschnitt des Halbleiterwafers W verhindert werden. Somit kann die Gleichförmigkeit der Filmdicke auf der Waferoberfläche beträchtlich verbessert werden. Wenn ein Halbleiterwafer mit 6-Zoll-Durchmesser beschichtet wurde, war eine Abweichung der Filmdicke, die nach der vorliegenden Erfindung zu erhalten war, etwa 1% im Vergleich mit 2% für den herkömmlichen Fall.
Nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in Figur 13 gezeigt, wird ein Ringelement 80 mit einer speziellen Gestalt benutzt in einem Waferhalter 79 des Bootes B. In diesem Fall sind ein gerader Abschnitt 80a und 80b gebildet auf der inneren und äußeren Peripherie des Ringelements 80, so daß das Element 80 dem Wafer W in seiner externen Gestalt im Ganzen gleicht.
Mit Benutzung dieses Waferhalters 79 ist ein Prozessgasfluß um den Wafer W in dem Boot B gleichförmig bezüglich des Wafers, so daß die Gleichförmigkeit der Filmdicke auf der Waferoberfläche weiter verbessert werden kann.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform, wie in Figuren 14 und 15 gezeigt, ist ein Waferhalter 90 gebildet aus einem Ringelement 70 der ersten Ausführungsform, und drei Halterungstücke 91 sind daran angebracht. Jedes Halterungsstück 91 beinhaltet einen Ladeabschnitt 91b zum Tragen des Wafers W darauf und einen Beinabschnitt 91a zum Haltern des Abschnittes 91b. Die Abschnitte 91a und 91b sind einheitlich miteinander ausgebildet. Mit anderen Worten ist jedes Halterungsstück 91 ein integraler Teil, abgetragen von einem Quartzblock. Jedes Halterungsstück 71 ist angebracht durch Anpassen des Beinabschnitts 91a in ein Loch im Ringelement 70. vorzugsweise ist eines der Halterungsstücke 91 angebracht im Zentrum des geraden Abschnitts 70a des Ringelements 70.
Bei Benutzung dieses Waferhalters 90 kann der Kontaktbereich zwischen dem Wafer W und dem Boot W verengt sein, so daß die Störung des Prozessgasflusses um den Wafer W weiter reduziert werden kann und der Wafer einheitlich geheizt werden kann mit höherer Effizienz.
Es sollte verstanden werden, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Ein bemerkenswerter Effekt kann erhalten werden, falls die Erfindung angewendet wird auf CVD Prozesse zum Erzeugen eines phosphordotierten Polysiliziumfilms, bordotierten Glasfilms, usw. beispielsweise. Weiterhin ist die Erfindung nicht beschränkt auf Gasphasenbeschichtung und kann ebenfalls angewendet werden auf jegliche weitere Prozesse, wie z.B. Oxydfilmbildung, Diffusion, Ätzen usw., wobei ein Gasfluß benutzt wird. Das Material des Bootes B ist nicht auf Quartz beschränkt und kann jegliches andere Material, wie z.B. SiC, Al&sub2;O&sub3;, sein.

Claims

1. Wärmebehandlungsvorrichtung zum Transferieren eines Halbleiterwafers (W) zwischen einer Kassette (4) und einem Boot (B) für einen vertikalen Ofen (20) und zum Wärmebehandeln einer Anzahl von Wafern (W), die in dem Boot (B) geladen sind, in dem vertikalen Ofen (20), welcher eine Röhre (24), versehen mit einer Gasversorgungseinrichtung (23) zum Zuführen eines Prozessgases an eine untere Endseite des Bootes (B) und einer Abgaseinrichtung (25, 26) zum Entgasen des Prozessgases von einer oberen Endseite des Bootes (B), beinhaltet, wobei

das Boot (B) eine Vielzahl von Hauptpfosten (63) zum Unterstützen unter vorbestimmten Intervallen (E) einer Vielzahl von Waferhalteanordnungen (62; 69; 90), jeden Wafer (W) haltend, umfaßt;

jede Waferhalteanordnung (62; 79; 90) ein Ringelement (70; 80) umfaßt, das gehaltert ist an einem Teil eines peripherischen Abschnitts davon durch die Hauptpfosten (63), und zumindest drei Waferhalterungsstücke (71; 91), die angebracht sind an der oberen Oberfläche des Ringelements (70; 80), so daß jeder Wafer in direkten Kontakt gebracht ist mit den Halterungsstücken (71; 90), wobei der innere Durchmesser des Ringelements (70;80) größer ist als der Waferdurchmesser; so daß

ein Abstand gebildet ist zwischen dem Wafer (W), der unterstützt ist durch die Halterungsstücke (71; 91), und dem Ringelement (70; 80), um das Prozessgas durchtretend durch den Abstand fließen zu lassen in vertikaler Richtung innerhalb des Bootes (B) und zuführen zu lassen an die obere Oberfläche jedes Wafers.

2. Wärmebehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringelement (70; 80) einen geraden Abschnitt (70a; 80a) gebildet hat auf der inneren Peripherie davon und der gerade Abschnitt (70a; 80a) einem Orientierungsflat des Wafers (W) entspricht.

3. Wärmebehandlungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringelement (80) einen weiteren geraden Abschnitt (80b) auf der äußeren Peripherie hat, wobei sich die jeweiligen geraden Abschnitte (80a, 80b) auf der äußeren und inneren Peripherie parallel zueinander erstrecken.

4. Wärmebehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nachbarabstand zwischen den Hauptpfosten (63) auf einer Wafereingangsseite größer ist als einer auf der gegenüberliegenden Seite.

5. Wärmebehandlungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringelement (70; 80) einen geraden Abschnitt (70a; 80a) gebildet hat auf der inneren Perpherie davon auf der Seite, wo der Nachbarabstand zwischen den Pfosten (63) weiter ist als der auf der gegenüberliegenden Seite.

6. Wärmebehandlungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptpfosten (63) versehen sind mit Verstärkungsrippen (65) zum Stärken der Hauptpfosten (63) auf der Seite, wo der Abstand zwischen den Hauptpfosten enger ist als der auf der gegenüberliegenden Seite.

7. Wärmebehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Zungen (64), angeordnet unter regelmäßigen Intervallen auf jedem Hauptpfosten (63) und nach innen vorstehend von den Hauptpfosten (63) zum Haltern der Waferhalteanordnung (62; 79; 90).

8. Wärmebehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Halterungsstück (71) eine Kombination ist von einem säulenförmigen Element (71a), das vorsteht über das Ringelement (70; 80), und einem Plattenelement (71b), das sich nach innen erstreckt von dem säulenförmigen Element (71a) zu einer Achse des Bootes, um sich über die innere Peripherie des Ringelements (70; 80) zu erstrecken.

9. Wärmebehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Halterungsstück (91) einen Waferladeabschnitt (91b) und einen Beinabschnitt (91a) zum Haltern des Ladeabschnitts (91b) umfaßt, wobei die Abschnitte (91a, 91b) einheitlich mit einander ausgebildet sind.

10. Wärmebehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungsstücke (91) unter regelmäßigen Intervallen angeordnet sind auf der Oberfläche des Ringelelements (70).

11. Wärmebehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungsstücke (91) drei an der Zahl sind.

12. Wärmebehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungsstücken (91) vier an der Zahl sind.

13. Wärmebehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Oberfläche des Ringelements (70; 80) behandelt ist durch Schleifen oder Backen, um eine weiche Oberfläche mit einer Rauhigkeit von nicht mehr als 10 Mikrometern zu haben.

14. Wärmebehandlungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die individuellen Teile des Bootes aus Quartz oder SiC hergestellt sind.

15. Wärmebehandlungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den zwei Hauptpfosten (63) an der Wafereintrittsseite der Pfosten (63) größer ist als der Durchmesser des Wafers (W).