JP2003297910A - ウエーハ熱処理装置におけるウエーハ装填方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２枚のウエーハを直立支持可能にウエーハ支
持溝を背中合せに夫々該当位置に２つずつ配設した石英
ガラス製ウエーハ支持治具を反応容器より装出可能に構
成したウエーハ熱処理装置におけるウエーハ装填方法を
提供する。 【解決手段】 本発明は、２枚のウエーハをウエーハ支
持溝に背中合せに夫々配設した石英ガラス製ウエーハ支
持治具を反応容器より装出可能に構成したウエーハ熱処
理装置におけるウエーハ装填方法において、前記支持治
具起立位置を挟んで左右両側に第１及び第２のウエーハ
装填部を設け、前記支持治具が左右夫々のウエーハ装填
側に向け伏設可能に構成するとともに、前記支持治具を
第１のウエーハ装填部に伏設した状態で１枚のウエーハ
を装填若しくは抜出し、その後前記支持治具を第２の装
填部に反転伏設した後、２枚目のウエーハが装填／抜出
されることを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェーハの
拡散処理、酸化処理、減圧ＣＶＤなどに使用される半導
体ウェーハ熱処理装置におけるウエーハ装填方法に係わ
り、特にウェーハを直立状に収納する枚葉式の半導体ウ
ェーハの熱処理装置におけるウエーハ装填方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より半導体ウェーハの熱処理をする
場合、複数枚のウェーハをウェーハボート積層配設載置
して、反応容器内での一括熱処理するバッチ方式が採用
されている。この方式では、ウェーハとボートとの接触
部分近傍で生じる気流の乱れや、ウェーハを多段積層す
ることで気流に乱れを起し投入ウェーハを均質に処理す
ることは困難であった。また、ウェーハの口径の大口径
化につれ、前記バッチ処理方式では重量負担に対応する
ボート及び支持部の製作が困難であること、また、大口
径化に伴う反応容器の大型化、加熱温度分布やガス分布
の均一化、加熱源の無用の増大化につながり、ウェーハ
の大口径化に対応するのには従来のバッチ方式では対処
困難な種々の問題点があった。さらに、次世代の、６４
Ｍ、１Ｇ等の高集積密度化の半導体製造プロセスではサ
ブミクロン単位の精度が要求され、複数枚のウェーハを
一括処理するバッチシステムではウェーハの積層位置や
ガス流の流入側と排出側とはそれぞれ処理条件にバラツ
キを生じ、また積層されたウェーハ相互間で影響を及ぼ
し合い、またボートの接触部位よりパーティクル等が発
生し、高品質の加工は困難であった。

【０００３】上記問題解決のため、一枚若しくは２枚の
ウェーハ毎に熱処理を行なう枚葉式熱処理装置が注目さ
れ、種々の提案がなされているが、例えば特開平５ー２
９１１５４号公報に開示されている熱処理装置において
は、サセプタの下方に設けた加熱源によりサセプタ上に
水平状に載置したウェーハを、低圧反応ガス雰囲気中で
加熱してウェーハ上に成膜するようにしてある。上記水
平状にウェーハを載置する場合は、ウェーハに自重によ
る撓みの発生、反応容器が大型になる、従って加熱源等
の動力源も大きくなる。等の問題がある。

【０００４】そこで、本発明者等は、ウェーハの大口径
化と次世代の６４Ｍ、１Ｇ等の高集積密度化に対処すべ
く、枚葉式のウェーハ熱処理装置の開発に携わってきた
が、収納するウェーハの大きさに対し、必要最小限の大
きさを確保できる形状を持つ枚葉反応容器とウェーハの
直立支持装置を備えた半導体ウェーハの熱処理装置に関
する提案を特願平８ー２４８２３に提案している。（非
公知文献：特開平０９−２６０２９７号公報）

【０００５】上記提案においては、ウェーハの収納姿勢
は直立タイプであり、またウェーハ表面への熱分布を均
一と反応ガス流の分布も一様にするため、ウェーハの熱
処理面に対し扁平形状とした扁平ドーム状とし、反応容
器の大きさを必要最小限に押さえる構成としてある。即
ち、図７に示すように、偏平ドーム状の反応容器５０と
該容器内にウエーハ１０を直立支持する支持治具４０と
前記反応容器５０の偏平側に対面して配設した一対の平
板状発熱体６０からなり、そして反応容器５０は、透明
石英ガラスよりなる反応容器本体５２の下側開口５２ａ
に非透明石英ガラスよりなるフランジ５１を溶接接合す
るとともに、必要に応じて反応ガスは容器５２の上部流
入孔５３より流入し下部排出孔５８より排出するように
してある。また、支持治具４０は石英ガラス若しくは炭
化珪素よりなり、前記ウエーハを直立に支持する支持治
具本体４１と、該支持治具本体４１より容器外に垂下す
る支持棒４３（延出部）と、該支持棒４３の途中に介在
させ、前記フランジ下面にＯリング５４を介して密閉す
るベース体４２（延出部）からなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】さてウェーハ装填と抜
出の効率化を図る為に、前記支持治具に、熱処理面が外
側（容器側と対面する側）を向くように２枚のウエーハ
を直立支持させる２枚熱処理方式を採る場合がある。こ
の場合ウエーハ支持治具は装填／抜出の容易化を図る為
に、前記したように反応容器下側開口より前記支持治具
を抜出した後、ほぼ水平方向に傾動（伏設）させ、前記
２枚のウエーハを装填／抜出する訳であるが、上側ウエ
ーハについては加熱処理面が上側、下側ウエーハについ
ては加熱処理面が下側であるために、加熱処理面を上側
に積層配置した第１のウエーハストッカと、加熱処理面
を下側に積層配置した第２のウエーハストッカの、２種
類のストッカを必要とし結果として装填作業の煩雑化の
みならず、自動化が困難になる。

【０００７】本発明は、２枚のウエーハを直立支持可能
にウエーハ支持溝を背中合せに夫々該当位置に２つずつ
配設した石英ガラス製ウエーハ支持治具を反応容器より
装出可能に構成したウエーハ熱処理装置におけるウエー
ハ装填方法において容易に且つ簡単な構造で自動化を達
成し得るウエーハ装填方法を提供する事を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、２枚のウエー
ハをウエーハ支持溝に背中合せに夫々配設した石英ガラ
ス製ウエーハ支持治具を反応容器より装出可能に構成し
たウエーハ熱処理装置におけるウエーハ装填方法におい
て、前記支持治具起立位置を挟んで左右両側に第１及び
第２のウエーハ装填部を設け、前記支持治具が夫々左右
夫々のウエーハ装填側に向け伏設可能に構成するととも
に、前記支持治具を第１のウエーハ装填部に伏設した状
態で１枚のウエーハを装填若しくは抜出し、その後前記
支持治具を第２の装填部に反転伏設した後、２枚目のウ
エーハが装填／抜出されることを特徴とするものであ
る。かかる発明によれば、第１の装填位置で上側ウエー
ハを、反転した第２の装填位置で下側ウエーハを挿入す
る事により、加熱処理面を上側に積層配置した一のウエ
ーハストッカのみで加熱処理面が夫々外側に向けて装填
する事が出来、結果として装填作業の容易化と自動化が
達成し得る。

【０００９】又請求項２記載のように２枚のウエーハを
ウエーハ支持溝に背中合せに夫々配設した石英ガラス製
ウエーハ支持治具を反応容器より装出可能に構成したウ
エーハ熱処理装置におけるウエーハ装填方法において、
前記支持治具起立位置の一側に１のウエーハ装填部を設
け、前記支持治具が前記ウエーハ装填側に向け伏設可能
に構成するとともに、前記支持治具を一のウエーハ装填
部に伏設した状態で１枚のウエーハを装填若しくは抜出
し、その後前記支持治具を起立させ１８０°軸中心に回
転させた後、再度一のウエーハ装填部に伏設した状態で
１枚のウエーハを装填若しくは抜出し２枚目のウエーハ
を装填／抜出されるようにしてもよい。かかる発明にお
いても、１８０°反転してウエーハを装填するために、
見掛け上常に上側ウエーハが装入される事となり、加熱
処理面を上側に積層配置した一のウエーハストッカのみ
で加熱処理面が夫々外側に向けて装填する事が出来、結
果として装填作業の容易化と自動化が達成し得るのみな
らず、請求項１記載のように左右両側にウエーハストッ
カを用意する必要がなく一側のみに一つのウエーハスト
ッカを用意すれば足りる。尚、前記いずれの場合も、前
記熱処理面側に位置する支持治具の支持溝をウエーハ挿
入端側に向けテーパ状に拡開して構成するのがよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例
に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相
対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発
明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例
にすぎない。図１及び図２は本発明の実施例に係る枚葉
式熱処理装置の一例を示す概略構成図で、図１は一枚の
ウエーハを加熱処理するもの、図２は２枚のウエーハを
加熱処理するものである。

【００１１】図１に示す熱処理装置は、偏平ドーム状の
反応容器５０と該容器内にウエーハを直立支持する支持
治具４０と前記反応容器５０の偏平側に対面して配設し
た一対の平板状発熱体６０からなり、前記反応容器５０
はウェーハの熱処理面に対し扁平形状とした扁平ドーム
状とし、反応容器５０の大きさを必要最小限に押さえる
とともに、該反応容器５０は、透明石英ガラスよりなる
一体構成の反応容器本体５２に非透明石英ガラス板から
なるフランジ５１を溶接接合する。尚、必要に応じて反
応ガスは容器本体５２の上部流入孔５３より流入し下部
排出孔５８より排出するようにしてある。

【００１２】支持治具４０は石英ガラス材よりなり、前
記ウエーハを直立に支持する支持治具本体４１と、該支
持治具本体４１より容器５０外に垂下する支持棒４３
（延出部）と、該支持棒４３の途中に介在させ、前記フ
ランジ５１下面にＯリング５４を介して密閉するベース
体４２からなる。ウエーハ支持治具４０はウエーハ１０
を支持した状態で、反応容器５０のフランジ５１に係合
する昇降手段５９により反応容器５０を昇動させるか若
しくは支持治具４０自体を下降させる事によりウエーハ
が容器下側開口５２ａより出し入れ可能に構成してあ
る。

【００１３】なお、ウエーハ装填時には、該支持治具４
０のベース体４２とフランジ５１との間に介装したＯリ
ング５４を押圧して密閉可能の構成にしてある。また、
熱処理時には所定減圧下で、反応ガス供給管５３より反
応ガスを反応容器５０内に送り排出管５８より排出さ
せ、各種成膜がなされる。この場合は反応ガスは反応容
器５０の上部よりウエーハ１０のそれぞれの熱処理面１
０ａに添って淀みなく流れを形成し、均一な成膜を可能
にしてある。又、ウエーハ支持治具は後記するように１
枚のウエーハを３箇所で支持する３点方式や４箇所で支
持する４点方式等があるが特に限定されない。なお、図
２は、２枚のウエーハ１０の加熱処理面が外側に位置す
るように互いに裏面を背中合わせに支持してある。

【００１４】図３には、図１、図２の熱処理装置に使用
する反応容器５０の構造をそれぞれ正面図を（Ａ）に側
面図を（Ｂ）に示してあるが、側面図に見るように、球
状曲面を両面に持つフランジ５１付き扁平ドーム状の反
応容器４０を透明石英ガラス体で一体構造で形成し、フ
ランジ５１のみ非透明の石英ガラス体で溶接接合し、反
応容器本体５２から前記フランジ５１を介して下部への
熱の伝播を防止する構造にしてある。なお、図に見るよ
うに、偏平球面の連続体により形成された偏平反応容器
５０は収納する直立ウエーハに対し、必要最小限の大き
さを可能とする無駄のない形態の設計を可能にし、且つ
高真空強度と高耐熱衝撃度を具備させている。そのた
め、スペース効率も上がり、且つ拡散用処理熱の輻射を
可能にし、且つ内面の連続曲面により反応ガスの淀みな
い流れを可能にし、均一な成膜を可能にしている。

【００１５】図４には、本発明のウエーハ支持治具４０
の概略構成を示してある。図４の（Ａ）は１枚３点式の
ウエーハ支持治具４０の斜視図で、半円円弧状の円板状
支持台４５の内周面の底部と左右上端面に支持溝部材４
６を固着する。支持溝部材４６の溝形状は（Ｂ）に示す
ようにＹ字状、Ｖ字状等の形状が考えられるが、２枚の
ウエーハ１０の加熱処理面が外側に位置するように互い
に裏面を背中合わせに支持させる場合には、ウエーハの
加熱処理面側がガイドとしてテーパ状に拡開されるよう
に、（Ｃ）に示すように中央の仕切壁４６１を挟んで両
外側の溝壁４６２がテーパ状（半Ｙ字状）になるように
構成する。そして前記支持台４５下面中央より支持棒４
３を垂下するとともに、その途中位置にフランジ５１に
当接するためのベース体４２を固着する。そして前記支
持棒４３の途中位置、具体的には加熱処理域から外れた
ベース体４２近傍域４３ａ及びベース体４２を泡入り石
英ガラスで形成し非透明化し、熱遮断機能を持たせる。

【００１６】次にかかる実施例に基づく熱処理装置にお
けるウエーハ装填方法について説明する。先ず、図５に
示すように、前記支持治具４０に１枚のウエーハを直立
支持させる場合には、前記ウエーハ支持治具本体４１の
ウエーハ支持台４５より垂下する支持棒４３の基端側に
起伏機構が設けられており、前記したように反応容器５
０下側開口５２ａより前記支持治具４０を抜出した後
（→）、ほぼ水平方向に傾動（伏設）させ（→
）、加熱処理後の前記１枚のウエーハ１０を抜出して
処理済ウエーハストッカ６２に装填した後、未処理ウエ
ーハを未処理ウエーハ収納ストッカ６３より引出し、前
記支持治具４０に装填させた後、起立させ所定の処理を
行う。

【００１７】さて効率化を図る為に、図２に示すよう
に、前記支持治具４０に２枚のウエーハ１０を直立支持
させる２枚熱処理方式を採る場合には、図６に示すよう
に、前記支持治具４０起立位置を挟んで左右両側に処理
済ウエーハストッカ６２と未処理ウエーハ収納ストッカ
６３が夫々配置してなる第１及び第２のウエーハ装填部
７０Ａ、７０Ｂを設け、前記支持治具４０が起伏機構を
介して夫々左右夫々のウエーハ装填側に向け伏設可能に
構成する。そして前記したように２枚のウエーハを直立
支持させた支持治具４０を反応容器５０下側開口５２ａ
より抜出した後（→）、第１のウエーハ装填部７０
Ａ側にほぼ水平方向に傾動（伏設）させ（→）、支
持溝４６２の上側に位置する加熱処理後の第１のウエー
ハ１０を抜出して処理済ウエーハストッカ６２に装填し
た後、未処理ウエーハ収納ストッカ６３より未処理ウエ
ーハを引出し、前記上側支持溝４６２に装填させる。

【００１８】次に、前記支持治具４０を第２の装填部側
に１８０°反転伏設した後（→）、支持溝４６２の
下側に位置する加熱処理後の第２のウエーハ１０２を抜
出して処理済ウエーハストッカ６２に装填した後、未処
理ウエーハ収納ストッカ６３より未処理ウエーハを引出
し、前記下側支持溝４６２に装填させる。前記支持治具
４０に２枚のウエーハ１０１、１０２を装填させた後、
起立させ所定の処理を行う。この場合、図４（Ｃ）に示
すようにウエーハ１０の熱処理面１０ａ側に位置する支
持治具本体４１の支持溝４６はウエーハ挿入端側に向け
テーパ状に拡開している為に支持溝４６にウエーハ熱処
理面が衝接したりする事なく、パーティクルの発生が防
止される。

【００１９】かかる実施例によれば、第１の装填位置で
上側ウエーハを、反転した第２の装填位置で下側ウエー
ハを挿入する事により、加熱処理面を上側に積層配置し
たウエーハストッカのみで加熱処理面が夫々外側に向け
て装填する事が出来、結果として装填作業の容易化と自
動化が達成し得る。

【００２０】更に図８に示すようなウエーハ装填方式を
取ってもよい。すなわち前記支持治具４０起立位置の一
側に処理済ウエーハストッカ６２と未処理ウエーハ収納
ストッカ６３を配置してなる一のウエーハ装填部７０Ａ
を設け、前記支持治具４０が不図示の起伏機構を介して
ウエーハ装填側に向け伏設且つ軸を中心として１８０°
回転可能に構成する。そして前記したように２枚のウエ
ーハを直立支持させた支持治具４０を反応容器５０下側
開口５２ａより抜出した後（→）、一のウエーハ装
填部７０Ａ側にほぼ水平方向に傾動（伏設）させ（→
）、支持溝４６２の上側に位置する加熱処理後の第１
のウエーハ１０を抜出して処理済ウエーハストッカ６２
に装填した後、未処理ウエーハ収納ストッカ６３より未
処理ウエーハを引出し、前記上側支持溝４６２に装填さ
せる。（）

【００２１】次に、前記支持治具４０を直立に起立させ
且つ１８０°軸中心に回転させた後、（）前記一のウ
エーハ装填部７０Ａ側にほぼ水平方向に傾動（伏設）さ
せ（→）、支持溝４６２の上側（１８０°反転によ
り下側に位置する加熱処理後の第２のウエーハ１０が上
側になる）の第２のウエーハ１０を抜出して処理済ウエ
ーハストッカ６２に装填し、次に未処理ウエーハ収納ス
トッカ６３より未処理ウエーハを引出し、１８０°反転
により上側となった前記下側支持溝４６２に装填させ
る。（） 前記支持治具４０に２枚のウエーハを装填させた後、起
立させ所定の処理を行う。（→）

【００２２】かかる実施例によれば、上側ウエーハと下
側ウエーハが同一方向位置で挿入する事が出来る為に、
加熱処理面を上側に積層配置した一のウエーハストッカ
のみで加熱処理面が夫々外側に向けて装填する事が出
来、結果として装填作業の容易化と自動化が達成し得
る。

【００２３】

【発明の効果】以上記載した如く本発明によれば、２枚
のウエーハを直立支持可能にウエーハ支持溝を背中合せ
に夫々該当位置に２つづつ配設した石英ガラス製ウエー
ハ支持治具４０を反応容器５０より装出可能に構成した
ウエーハ熱処理装置におけるウエーハ装填方法において
容易に且つ簡単な構造で自動化を達成し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の前提条件となる枚葉式熱処理装置にお
いて、１枚のウエーハを収納した場合の概略の構成を示
す断面図である。

【図２】図１において２枚のウエーハを収納した場合の
本発明が適用される枚葉式熱処理装置概略の構成を示す
断面図である。

【図３】図１に使用する反応容器の構造を示す図で、
（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。

【図４】図１のウエーハ支持治具の構成を示し、（Ａ）
は１枚のウエーハの３点支持の場合を示す斜視図で、
（Ｂ）は１枚のウエーハ支持用の１溝支持溝部材を示す
斜視図で、（Ｃ）は２枚のウエーハ支持用の２溝支持溝
部材を示す斜視図である。

【図５】１枚のウエーハをウエーハ支持治具に配設した
ウエーハ熱処理装置におけるウエーハ装填方法を示す作
用図である。

【図６】２枚のウエーハをウエーハ支持溝に背中合せに
夫々配設した石英ガラス製ウエーハ支持治具を反応容器
より装出可能に構成した本発明にかかるウエーハ熱処理
装置におけるウエーハ装填方法を示す作用図である。

【図７】先願技術の枚葉式熱処理装置において、１枚の
ウエーハを収納した場合の概略の構成を示す断面図であ
る。

【図８】２枚のウエーハをウエーハ支持溝に背中合せに
夫々配設した石英ガラス製ウエーハ支持治具を反応容器
より装出可能に構成した本発明にかかるウエーハ熱処理
装置におけるウエーハ装填方法を示す作用図である。

【符号の説明】

４０ 支持治具 ４１ 支持治具本体 ４２ ベース体 ４３ 支持棒（延出部） ５０ 反応容器 ６０ 平板状発熱体 ５１ フランジ ５２ 反応容器本体 ５３ 上部流入孔 ５８ 下部排出孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/22 Ｈ０１Ｌ 21/22 ５１１Ｊ (72)発明者 高橋 賞治 山形県天童市大字清池字藤段1357番３ 株 式会社山形信越石英内 (72)発明者 鈴木 重治 山形県南陽市元中山353番地 Ｆターム(参考） 5F031 CA02 DA01 FA01 FA09 FA11 FA12 HA45 HA60 HA61 HA65 MA28 MA30 PA18 PA26 5F045 AA06 AA20 BB10 DP04 DP11 EN04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２枚のウエーハをウエーハ支持溝に背中
   合せに夫々配設した石英ガラス製ウエーハ支持治具を反
   応容器より装出(装填若しくは抜出)可能に構成したウエ
   ーハ熱処理装置におけるウエーハ装填方法において、 前記支持治具起立位置を挟んで左右両側に第１及び第２
   のウエーハ装填部を設け、前記支持治具が左右夫々のウ
   エーハ装填側に向け伏設可能に構成するとともに、前記
   支持治具を第１のウエーハ装填部に伏設した状態で１枚
   のウエーハを装填若しくは抜出し、その後前記支持治具
   を第２の装填部に反転伏設した後、２枚目のウエーハが
   装填若しくは抜出されることを特徴とするウエーハ装填
   方法。
2. 【請求項２】 ２枚のウエーハをウエーハ支持溝に背中
   合せに夫々配設した石英ガラス製ウエーハ支持治具を反
   応容器より装出可能に構成したウエーハ熱処理装置にお
   けるウエーハ装填方法において、 前記支持治具起立位置の一側に１のウエーハ装填部を設
   け、前記支持治具が前記ウエーハ装填側に向け伏設可能
   に構成するとともに、前記支持治具を一のウエーハ装填
   部に伏設した状態で１枚のウエーハを装填若しくは抜出
   し、その後前記支持治具を起立させ１８０°軸中心に回
   転させた後、再度一のウエーハ装填部に伏設した状態で
   １枚のウエーハを装填若しくは抜出し２枚目のウエーハ
   が装填若しくは抜出されることを特徴とするウエーハ装
   填方法。
3. 【請求項３】 前記熱処理面側に位置する支持治具の支
   持溝をウエーハ挿入端側に向けテーパ状に拡開して構成
   したことを特徴とする請求項１又は２記載のウエーハ装
   填方法。