JP2003100649A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 部品の点数を減らし、ウェーハの加熱時間を
短縮する。 【解決手段】 基板処理装置は、ウェーハＷを処理する
反応管２３と、ウェーハＷを保持するボート２０を備え
る。ウェーハ主面Ｗ１と垂直な方向に複数のウェーハＷ
をボート２０に並べて保持し、この保持した複数のウェ
ーハＷを熱処理する。底板３１，中間板３２〜３４，天
板３５、支柱４０から構成されるボート２０を円板３０
からなる材料、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）で構成す
る。ボート２０に支柱４０から電力を供給することによ
り、ボート２０自体を加熱して、ボートに保持されるウ
ェーハＷを所定温度に昇温する。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、基板を加熱する加
熱手段を改善した基板処理装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】図７は、一般的な基板処理装置を使用し
た縦形半導体製造装置の全体を示す概略構成図である。
縦形半導体製造装置は、主に基板処理装置Ａと棚装置Ｂ
と搬送装置Ｃとから構成される。 【０００３】基板処理装置Ａは、ウェーハＷを熱処理す
る縦形の反応管４と、反応管４に反応ガスを導入する反
応ガス導入系５と、反応管４からガスを排気するガス排
気系６と、反応管４を加熱するヒータ２と、ウェーハＷ
の温度を均一にする均熱管３と、複数のウェーハＷを保
持するボート７と、ボート７を反応管４に挿入し、引き
出すボート昇降手段９とから構成される。上記ヒータ
２、反応管４、均熱管３、反応ガス導入系５、及びガス
排気系６とから熱処理炉が主に構成される。 【０００４】棚装置Ｂは、未処理ウェーハを保管するバ
ッファカセットストッカ８と、ウェーハカセット１２を
収納するカセットストッカ１とから構成される。 【０００５】搬送装置Ｃは、ボート７とカセットストッ
カ１との間でウェーハＷの移載を行うウェーハ移載手段
１０と、バッファカセットストッカ８とカセットストッ
カ１との間でウェーハカセット１２を移載するウェーハ
カセット移載手段１１とから構成される。 【０００６】上述したような構成において、ウェーハＷ
の熱処理は次のように行われる。半導体製造装置の外部
から投入ポートに投入されるウェーハカセットは、ウェ
ーハカセット移載機１１でバッファカセットストッカ８
に順次移載される。バッファカセットストッカ８に移載
したウェーハカセット１２は、ウェーハカセット移載機
１１でカセットストッカ１に移載される。カセットスト
ッカ１に移載されたウェーハカセット１２内の未処理の
ウェーハＷは、ウェーハ移載機１０で待機中のボート７
に移載されて、垂直な方向に複数枚並べて保持される。
複数枚のウェーハＷを保持したボート７は、ボート昇降
機９で反応管４内に挿入される。加熱された反応管４内
に反応ガスを導入しつつ排気することにより、ウェーハ
Ｗは熱処理される。熱処理後、ボート７は、ボート昇降
機９で反応管４から引き出される。 【０００７】図８は、従来の熱処理炉の内部構造を示す
破断斜視図である。 【０００８】熱処理炉は、ウェーハＷを熱処理させる際
に外気と遮断する反応管４を備える。反応管４は、縦形
の円筒状をしており、石英などで構成される。反応管４
の外側は発熱線２で覆われる。発熱線２は、例えばＦｅ
−Ｃｒ−Ａｌ合金およびＭｏＳｉ₂を丸細線状などに加
工することで円筒状に作られている。この円筒状に作ら
れた発熱線２の外周は、炉壁となる断熱材１２で覆われ
る。発熱線２は、通常、断熱材１２の内側に埋め込まれ
る。断熱材１２の外周は金属板のケース１３で覆われ
る。必要に応じて、反応管４と発熱線２との間に均熱管
３を設けることもある。均熱管３は、ウェーハ列の垂直
方向の温度分布を均一にしたり、反応管４内を外気の微
粒子から完全に遮断したりするために設けられる。均熱
管３は炭化ケイ素（ＳｉＣ）で作られることが多い。 【０００９】このような熱処理炉の反応管４内にボート
７が挿入され、引き出される。ボート７は、ウェーハ主
面と垂直な方向に複数のウェーハＷを一定間隔に並べて
保持する。 【００１０】現在、半導体製造装置メーカには、製造コ
ストの削減、製造工期の短縮、及び装置の性能向上など
の要請がユーザから出されている。製造コストの削減や
製造工期の短縮には、装置を簡素化することが有効であ
ると考えられる。また、装置の性能向上には、加熱時間
の短縮が有効であると考えられる。 【００１１】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術では、次のような問題があった。 【００１２】（１）断熱材の内側に発熱線を埋め込んだ
り、均熱管を必要としたりするため、基板処理装置の熱
処理構造を簡単に構成することができない。したがっ
て、部品の点数を減らせず、製造コストの削減や製造工
期の短縮を図ることができない。 【００１３】（２）発熱線による加熱は、均熱管、反応
管、及びボートを介してウェーハを加熱する間接加熱で
あるため、加熱時間の短縮が望めない。プリヒート時に
発熱線を処理温度よりも高い超高温にして加熱時間を短
縮化しようとしても、発熱線を構成するＦｅ−Ｃｒ−Ａ
ｌ合金やＭｏＳｉ₂では超高温に耐えることができな
い。したがって、加熱時間の短縮が望めず、装置の性能
を向上することができない。 【００１４】本発明の課題は、上述した従来技術の問題
点を解消して、部品の点数を減らし、基板の加熱時間を
短縮することが可能な基板処理装置を提供することにあ
る。 【００１５】 【課題を解決するための手段】本発明は、基板を熱処理
する容器と、前記容器内に収容され複数の基板を保持す
る基板保持部材とを備え、前記基板保持部材の少なくと
も一部を発熱体からなる材料で構成し、前記発熱体に電
力を供給することにより前記基板を所定温度まで加熱す
るようにした基板処理装置である。 【００１６】基板保持部材を発熱体からなる材料で構成
し、基板保持部材により基板を加熱できるようにしたの
で、基板保持部材とは別に基板加熱用のヒータを必要と
するものと比べて、装置構成を簡素化できる。また、基
板を保持する基板保持部材から基板を直接加熱できるの
で、基板を間接加熱するものと比べて、加熱効率を高め
ることができる。容器は、例えば縦形の反応管で構成さ
れる。反応管に収容される基板保持部材は、例えば基板
主面と垂直な方向で複数の基板を並べて保持するボート
で構成される。発熱体は例えば通電により発熱する抵抗
材料で構成する。抵抗材料は、急速加熱するために、基
板処理温度よりも高い温度に耐えるものであることが好
ましく、より好ましくは超高温（２０００℃以上）に耐
えるものがよい。超高温抵抗材料としては後述するＳｉ
Ｃがよい。 【００１７】基板保持部材は、基板を加熱するために基
板保持部材の少なくとも一部を発熱体で構成する。例え
ば、基板保持部材を縦形のボートで構成する場合には、
ボートを構成する底板、中間板、天板、およびこれらを
保持する複数本の支柱そのものを発熱体で構成するか、
または底板、中間板、天板、および支柱の各一部を発熱
体で構成するとよい。支柱に保持された底板、中間板、
天板に、支柱を介して電力を供給する。これにより底
板、中間板、天板及び支柱が発熱し、これらの間に保持
された複数の基板が直接加熱され、所定温度に昇温す
る。 【００１８】上記発明において、容器ないし基板の温度
を検出する温度検出器と、温度検出器によって検出され
た温度が所定温度となるように、発熱体に供給する電力
を制御する制御手段とを備えることが好ましい。これに
より基板面内ないし基板面間の温度均一性が向上する。 【００１９】また、底板、中間板、天板は、容器の軸方
向に沿って複数のゾーンに分割された各ゾーンに各々配
設されるようにする。制御手段は、各ゾーンごとに配設
された発熱体を独立に制御するとよい。これにより基板
面内ないし基板面間の温度均一性が一層向上する。 【００２０】また、制御手段は、サイリスタによる位相
制御で行うと、電力供給の制御性がよいので好ましい。 【００２１】また、基板保持部材の発熱体は、例えば炭
化珪素（ＳｉＣ）焼結体で構成するとよい。ＳｉＣ焼結
体は、抵抗発熱体、超高温サーミスタなど、超高温度帯
用の発熱体材料として使われ、ＳｉＣは構造部材として
も使われる。 【００２２】 【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。 【００２３】図１は、基板処理装置を構成する熱処理炉
及びボートの内部構造を示す破断斜視図である。熱処理
炉は、ウェーハＷを熱処理する際に外気と遮断する反応
管２３を備える。反応管２３は、縦形の円筒状をしてお
り、例えば石英で構成される。反応管２３の外側は炉壁
となる断熱材２１で覆われる。断熱材２１は、例えばア
ルミナシリカ（Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂）で構成される。断
熱材２１の外周は金属板例えばＳＵＳ板のケース２２で
覆われる。必要に応じて、反応管２３と断熱材２１との
間に温度分布を均一化する均熱管を設けることもある
が、ここでは設けない。 【００２４】本実施の形態では、熱処理炉に従来のよう
な加熱手段は存在しない。熱処理炉に加熱手段を設ける
代りに、熱処理炉の反応管４内に挿入され、引き出され
るボート２０側に加熱手段を設けている。 【００２５】ボート２０は、ウェーハ主面Ｗ１と垂直な
方向に複数のウェーハＷを一定間隔に並べて保持するウ
ェーハ保持機能を備える。これと同時に、保持された複
数のウェーハＷを直接加熱して所定温度まで昇温させる
ヒータ機能をも備える。そのために、ボート２０は次の
ようなヒータ兼用ボートで構成されている。 【００２６】図示例のボート２０は、ウェーハＷと略同
形の円形の底板３１、複数の中間板３２〜３４、天板３
５、そして底板３１，中間板３２〜３４及び天板３５を
互いに連結して保持する、垂直に立てられた複数本の支
柱４０を有する。底板３１、中間板３２〜３４、及び天
板３５は、複数の支柱４０の下部、中間部、及び上端部
にそれぞれ支持される。複数のウェーハＷは、底板３１
と中間板３２との間、中間板３２、３３、３４間、及び
中間板３４と天板３５との間にそれぞれ水平に保持され
る。 【００２７】上記ボート２０の円形の底板３１、中間板
３２〜３４、天板３５（以下、これらを総称して円板３
０という）、及び支柱４０が発熱体を構成する。円板３
０は、ウェーハＷ列の縦方向の均熱を取るために、縦方
向に複数枚配設する。複数本の支柱４０が円板３０に電
力を供給する給電線を構成する。複数本の支柱４０はも
ちろん発熱体としても機能する。複数本の支柱４０の下
端にヒータ電源１６を接続して、支柱４０を介して底板
３１、中間板３２〜３４、及び天板３５に電力を供給す
る。発熱体を構成する底板３１、中間板３２〜３４、及
び天板３５は、それ自体を発熱体材料で構成しても、あ
るいは、その表面や内部などの一部を発熱体材料で構成
してもよい。また、中実な支柱４０は、その全断面を発
熱体材料で構成しても、あるいは断面の一部を発熱体材
料で構成してもよい。この実施の形態では、ボートの一
部を発熱体材料で構成している。 【００２８】熱処理炉に、円板３０及び支柱４０により
加熱されるウェーハ温度または反応管２３内の温度を測
定する温度検出器２４を設ける。温度検出器２４は、底
板３１、複数の中間板３２〜３４、及び天板３５によっ
て反応管２３の高さ方向に区画される複数の加熱ゾーン
の温度を個別に測定するために、加熱ゾーンに対応して
複数個設ける。温度検出器２４は、断熱材２１を貫通し
て、その検出端が反応管２４を臨むように取り付ける。
なお、温度検出器２４は、反応管２３内に挿入すること
により、ボート２０と反応管２３との間に取り付けるる
ようにしてもよい。温度検出器２４は、たとえば熱電対
から構成することができる。 【００２９】図２に、ヒータ兼用ボートの等価回路を示
す。平行に置かれた支柱４０に設けられた給電線ないし
発熱体としての素線４１間に、複数枚の円板３０に設け
られた発熱体としての素線３１が並列接続される構成に
なっている。 【００３０】図３に円板３０の構成例を示す。円板３０
上に素線３１を蛇行させて設け、その両端をリード端子
として取り出して構成される。リード端子は、支柱４０
の素線４１に接続される。素線３１は電気抵抗材料とな
るＳｉＣで構成する。円板３０は石英、又は素線の組成
とは異なる高抵抗のＳｉＣで構成する。素線３１を構成
するＳｉＣは、炭素などを加えて抵抗を下げた焼結体で
構成し、円板３０上に焼き付ける。ＳｉＣは、α−Ｓｉ
Ｃで融点が２８３０℃とされており、β−ＳｉＣは２１
００℃以上の加熱でα−ＳｉＣとなり、非晶質ＳｉＣ繊
維は高温構造材料となる。したがって、発熱体の材料を
ＳｉＣで構成することにより、超高温で用いることがで
きる。なお、熱処理炉で使用される反応ガスに応じて、
素線３１を石英、セラミック、ＳｉＣ等で覆ったりして
保護するとよい。 【００３１】同様にして、支柱４０の構成も、支柱４０
の表面又は支柱４０内に素線４１を設け、支柱下端から
リード電極として取り出して構成される。支柱４０に設
ける素線４１は、給電線としても機能するので、円板３
０に設ける素線３１よりは抵抗値を下げるとよい。 【００３２】上述した実施の形態によれば、ボート２０
を構成する円板３０及び支柱４０に、これらを加熱する
素線３１、及び給電・加熱する素線４１をそれぞれ設け
ることにより、ボート自体をヒータ化する。そして、支
柱４０の下端にヒータ電源１６をつなぎボート２０に給
電する。これによりボート２０を直接加熱し、ボート２
０に保持される複数のウェーハＷを加熱して、所定温度
に昇温させることができる。したがって、ボート２０に
ヒータ機能が付くので、熱処理炉側に基板加熱用のヒー
タを設ける必要がなくなり、基板処理装置をより簡単な
構造とすることができる。 【００３３】そして、ボートにより直接ウェーハを加熱
するので、間接的にウェーハを加熱するものに比べて加
熱時間の短縮化が図れる。また、発熱体の材料をウェー
ハの処理温度よりも高い温度に耐える高温素線で構成す
れば、基板処理開始のプリヒート時に、処理開始後の処
理温度を維持するために必要な電力よりも過剰な電力を
供給することが可能となり、ボートひいてはウェーハの
急速加熱が可能となる。特に、発熱体の材料をＳｉＣと
した場合には、２０００℃近い超高温にも耐えられるの
で、加熱時間の一層の短縮が望める。 【００３４】図４は、図１の熱処理炉及びボートをより
具体化した破断斜視図である。 【００３５】ボート２０は、発熱体となる底板３１、８
枚の中間板３２〜３９、及び天板４０（計１０枚の円
板）と、これらを連結保持する給電線及び発熱体となる
４本の支柱４０とから構成される。４本の支柱４０に
は、ヒータ電源１６からＳＣＲ回路１７を介して電力が
給電される。ＳＣＲ回路１７は、４つの加熱ゾーンに対
応して設けられた４つの温度検出器２４の検出信号に応
じて制御信号を出力する温度制御部１８によって制御さ
れる。 【００３６】図５を用いて、上記のように構成された縦
型熱処理炉及びボートの温度制御系についてボート等価
回路を用いて説明する。温度制御系は、ウェーハＷの配
列方向に沿って複数の加熱ゾーン（図示の例では上部、
中央上部、中央下部、下部）に分割配置される複数の円
板３０の加熱量を４本の支柱４０を介して制御する。円
板３０は、上部円板３９、４０Ａ、中央上部円板３６〜
３８、中央下部円板３３〜３５、および下部円板３１〜
３２で構成される。温度制御系は、これらの円板３０の
発熱体となる素線Ｒに加えて、円板３０の素線Ｒに給電
する４本の給電素線４１〜４４と、各円板３０の加熱量
を制御するためのＳＣＲ回路１７と、そのＳＣＲ回路１
７を制御するための温度制御部１８と、電源１６とを備
える。なお、支柱４０の給電素線の抵抗はｒで示してあ
る。 【００３７】円板３０への電力の供給は複数本の支柱４
０を通じて行うが、発熱体は全て複数本の支柱４０によ
って支持されているので、特定の支柱から特定の円板に
電力を供給するためには、円板３０と支柱４０との電気
的接続、または電気的絶縁をとる必要がある。電気的接
続をとるためには、支柱と円板との接点に炭素などの導
電性不純物を加えて低抵抗にする。電気的絶縁をとるた
めには、上記接点には何も加えず高抵抗のままとする。
また、前述したように、支柱の素線は円板の素線と比べ
て低抵抗にするとよい。 【００３８】いずれの円板をいずれの支柱に電気的に接
続するかは任意であるが、図示例の接続は次のとおりで
ある。第１の支柱４１と第３の支柱４３との間に、２枚
の上部発熱体３９，４０及び２枚の下部発熱体３１，３
２を電気的に接続する。第２の支柱４２と第４の支柱４
４との間に３枚の中間上部発熱体３６〜３８を電気的に
接続する。第２の支柱４２と第３の支柱４３との間に３
枚の中間下部発熱体３３〜３５を電気的に接続する。 【００３９】なお、ボート２０に保持されるウェーハＷ
は半導体で構成されており、高抵抗と見なし得るので、
支柱４０との絶縁は取れており、給電されることはな
い。 【００４０】温度制御部１８は、各加熱ゾーンごとに設
置された温度検出器２４を備え、温度検出器２４の検出
値を基に各円板３０に対する出力指令値をＳＣＲ回路１
７に与えて、各加熱ゾーンの温度を制御する。 【００４１】なお、加熱ゾーン数によっては、４本の支
柱４０の内、最低２本のみ電力が通電していれば良く、
他の２本は電気的に絶縁を取って、単にウェーハを支持
する機能のみを持つようにしても良い。 【００４２】図６は、発熱体のパターンを円形状に形成
した具体的な円板の構成図である。蚊取り線香のように
ＳｉＣ素線３１を蛇行状に展開させ、全体形状を円形に
して焼結したものであり、これ自体が円板に相当する。
すなわち、ボートを構成する円板の全部を発熱体からな
る材料で構成した場合に相当する。蚊取り線香型は円の
中心から径方向外方にリード端子３２を出さなくてはな
らないために、パターンは点対称としてある。リード端
子３２は支柱４０の素線４１〜４４に接続される。Ｓｉ
Ｃ素線３１の線径が細すぎると、熱で変形する可能性が
あるので、太径とするのが好ましい。抵抗値との関係か
ら太径にすることができない場合は、石英の円板３０を
台座にして、その上に焼結したＳｉＣ素線３１を設ける
ようにするとよい。なお、発熱体のパターンは、蚊取り
線香型に限定されず、一筆書き状のパターンであれば形
状は任意である。 【００４３】本実施の形態で用いるＳｉＣとしては、菱
面体ウルツ鉱構造のα型、立方晶系閃亜鉛鉱構造のβ
型、及び非晶質繊維状のもの、のいずれでもよい。 【００４４】図４に示す実施の形態によれば、給電線と
なる支柱を複数本にして、複数のウェーハ間に介在させ
た各発熱体に、検出温度に応じた電力を選択的に供給す
ることで、従来のゾーン制御と同等の加熱も可能とな
る。その結果、ウェーハ列の垂直方向の温度を均一にす
る均熱管を省略することも可能である。 【発明の効果】本発明によれば、基板保持部材を発熱体
からなる材料で構成して基板を直接加熱するようにした
ので、容器の外周に加熱手段を設けて基板を間接加熱す
る場合に比べて、部品の点数を減らし、基板の加熱時間
を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】実施の形態による縦形熱処理炉及びボートの構
造を示す破断斜視図である。 【図２】実施の形態によるボートの等価回路図である。 【図３】実施の形態によるボートを構成する円板の概略
構成図である。 【図４】実施の形態による具体化した縦形熱処理炉及び
ボートの構造を示す破断斜視図である。 【図５】実施の形態による温度制御系の構成図である。 【図６】実施の形態による具体化したボートを構成する
円板に相当する発熱体パターンの概略構成図である。 【図７】実施の形態と従来例とに共通する縦形半導体製
造装置の全体を示す概略構成図である。 【図８】従来例の熱処理炉及びボートの構造を示す破断
斜視図である。 【符号の説明】 ２０ ボート（基板保持部材） ３０ 円板（発熱体） ４０ 支柱（発熱体） Ｗ ウェーハ（基板） Ｗ１ ウェーハ主面（基板主面）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】基板を熱処理する容器と、前記容器内に収
   容され複数の基板を保持する基板保持部材とを備え、 前記基板保持部材の少なくとも一部を発熱体からなる材
   料で構成し、 前記発熱体に電力を供給することにより前記基板を所定
   温度まで加熱するようにした基板処理装置。