JP2004363499A

JP2004363499A - 基板保持手段

Info

Publication number: JP2004363499A
Application number: JP2003162881A
Authority: JP
Inventors: Kenji Takaishi; 賢治高石; Tomohiko Takeda; 智彦竹田; Takashi Kaneko; 隆金子
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【課題】スリップの発生を抑制できるウエハ保持手段を提供する。
【解決手段】ボート２１７内にガス通路２９０を設け、ガス通路に連通するガス吹出口２８１，２８２を、ウエハ２００の底面にガスを吹き付ける位置ならびに、ウエハ２００の底面周縁部あるいはウエハ２００の上面および側面の少なくとも一方にガスを吹き付ける位置に設け、吹出し口２８１からウエハの底面にガスを吹き付けることにより、ウエハ２００をボート２１７から浮上させ、吹出口からウエハ２００の底面周縁部にウエハ２００の中央部よりも強くガスを吹き付け、あるいはウエハ２００基板の上面および側面の少なくとも一方に吹出口２８２からガスを吹き付けることにより、ウエハ２００の位置を固定する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板保持手段に関し、特に、半導体製造装置の中でも特に熱処理装置のウエハ保持手段に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
縦型装置は縦型反応炉を有し、反応炉の反応室内にボートに多段に保持させたウエハを挿入し、加熱した状態で反応室内に反応ガスを導入し、ウエハ表面に所要の薄膜を生成したり、不純物の拡散などを行う。ウエハに生成される薄膜の均一性などは、歩留まり、半導体素子の性能に大きく影響する。そのような半導体素子の性能に影響を与えるものとして、熱処理を行うことで発生するスリップが挙げられる。
【０００３】
酸化処理や窒化処理そして拡散処理を行うためにウエハに熱処理を行う。しかし、薄い基板（ウエハ）に熱処理を行うとウエハが熱により変形することや、もしくはウエハ保持治具の変形やウエハの不均一な温度分布によって、ウエハ表面に亀裂（スリップ）が発生してしまう。スリップは、このような理由により発生してしまうが、スリップ発生の大きな要因は、ウエハ及びウエハ保持治具の変形によって、ウエハとウエハ保持治具との接触部分に応力が発生し、その部分を起点としてスリップが発生することにある。
【０００４】
図１０は、従来のウエハ保持治具（ボート）によるウエハの保持方法を説明するための図であり、図１０（Ａ）は概略縦断面図、図１０（Ｂ）は概略横断面図、図１０（Ｃ）は、図１０（Ａ）のＤ部の部分拡大概略縦断面図である。
【０００５】
図１０（Ｃ）に示すように、ウエハ２００は、熱により膨張してＡ方向に移動しようとしたり、ウエハ２００が熱によりやわらかくなり自重によりＣ方向に引っ張られてＢ方向に移動したりと、ウエハ２００の熱による変形によって、ボート２１７上のウエハ２００が移動してしまう。このようなことによって、ウエハ２００のとウエハ保持治具２１７との接触部分に応力が発生し、その部分を起点としてスリップが発生する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の主な目的は、スリップの発生を抑制できるウエハ保持手段を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、
複数の基板を保持する基板保持手段であって、
前記基板保持手段は、ガスの流路をその内部に有し、前記ガスの流路に連通するガスの吹出し口を、前記基板の底面に前記ガスを吹き付ける位置ならびに、前記基板の底面周縁部あるいは前記基板の上面および側面の少なくとも一方にガスを吹き付ける位置に有し、
前記吹出し口から前記基板の前記底面に前記ガスを吹き付けることにより、前記基板を前記基板保持手段から浮上させ、
前記吹出し口から前記基板の前記底面周縁部に前記基板の中央部よりも強く前記ガスを吹き付け、あるいは前記基板の上面および側面の少なくとも一方に前記ガスを吹き付けることにより、前記基板の位置を固定することを特徴とする基板保持手段が提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
従来は、ウエハ２００はウエハ保持手段（以降ボート２１７）に水平に重力（自重）によって支持されていた。前述したように、スリップはウエハ２００とボート２１７との間に接触部があるために発生すると考えられる。よって、本発明では、図１に示すように、接触部をなくし、ウエハ２００をボート２１７から浮上させ、ウエハ２００とボート２１７とを非接触にした。
【０００９】
ボート２１７のガス吹出口２８１よりウエハ２００の底面に向かって垂直方向上方に窒素ガス、酸素ガス、水素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどを吹き付けることでウエハ２００を浮上させる。図１には、ウエハ２００の底面の周縁にガスを吹き付ける場合を示し、図２には、ウエハ２００の底面の全面にガスを吹き付ける場合を示している。
【００１０】
また、図１に示したようなウエハ２００の底面の周辺にガスを吹き付けてウエハ２００を浮上させる場合には、ウエハ２００の表面もしくは側面よりガスを吹き付けることで浮上したウエハ２００の位置を固定する。図３には、ボート２１７のガス吹出口２８２よりウエハ２００の表面に向かってガスを吹き付けてウエハ２００の位置を固定する場合を示し、図４には、ボート２１７のガス吹出口２８３よりウエハ２００の側面に向かってガスを吹き付けてウエハ２００の位置を固定する場合を示している。
【００１１】
図２に示したようなウエハ２００の底面の全面にガスを吹き付けてウエハ２００の底面の全面を支持するタイプについては、図５に示すように、ボート２１７のガス吹出口２８４よりウエハ２００の周縁部底面にウエハ２００の中央部よりもガスを強く吹き付けることでウエハ２００を固定させる。
ここでウエハ２００の位置を固定させるとは、ウエハ２００が微小な変動をする場合においても、所望の処理結果が得られる範囲内にウエハ２００を位置させることをいう。
【００１２】
ボート２１７には、図６に示すように、窒素ガス、酸素ガス、水素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスをウエハに吹き付けるためにその内部にガス通路２９０を設け、内部を中空にした形状とする。
【００１３】
また、ウエハ２００を浮上させるために、窒素ガス、酸素ガス、水素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスをウエハ２００に吹き付けるが、ガスが冷たいとウエハ２００が冷えてスリップの発生要因となってしまう。ガスは、ボート２１７内を通るので、図７に示すように、ヒータ２０７によって反応室２８０内のウエハ２００が加熱されているときはボート２１７も加熱されているためにガスも加熱されている。しかし、それでも不十分の場合は、図８に示すように、ガス加熱ユニット２７３を設けて、ガス加熱ユニット２７３により加熱したガスをガス導入管２７２を介してボート２１７内に導入してスリップの発生を抑制させる。
【００１４】
本実施の形態のウエハ支持治具によりスリップを発生させずに熱処理を行う事ができ、半導体素子の性能を向上でき生産性を高めることが出来る。その結果、▲１▼高温処理が出来（１２００℃以上も可能）、そして、▲２▼高速昇降温処理に対応できスループットが高くなるという優れた効果を奏する。
【００１５】
次に、本実施の形態のウエハ保持手段（ボート）２１７が好適に使用されるＣＶＤ処理炉について、図９を参照して説明する。
【００１６】
ＣＶＤ処理炉は、主制御部１０１によって制御される構成となっており、主制御部１０１は、温度制御部１０２、ガス流量制御部１０３、圧力制御部１０４、駆動制御部１０５を備えている。
【００１７】
外管（以下アウターチューブ２０５）は例えば石英（ＳｉＯ_２）等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞され、下端に開口を有する円筒状の形態である。内管（以下インナーチューブ２０４）は、上端及び下端の両端に開口を有する円筒状の形態を有し、アウターチューブ２０５内に同心円上に配置されている。アウターチューブ２０５とインナーチューブ２０４の間の空間は筒状空間２５０を成す。インナーチューブ２０４の下部から供給されたガスは、インナーチューブ２０４内を上昇し、その後インナーチューブ２０４の上部開口から上昇したガスは、筒状空間２５０を通過して排気管２３１から排気されるようになっている。
【００１８】
アウターチューブ２０５およびインナーチューブ２０４の下端には、例えばステンレス等よりなるマニホールド２０９が係合され、このマニホールド２０９にアウターチューブ２０５およびインナーチューブ２０４が保持されている。このマニホールド２０９は保持手段（以下ヒータベース２５１）に固定される。アウターチューブ２０５の下端部およびマニホールド２０９の上部開口端部には、それぞれ環状のフランジが設けられ、これらのフランジ間には気密部材（以下Ｏリング２２０）が配置され、両者の間が気密にシールされている。
【００１９】
マニホールド２０９の下端開口部には、例えばステンレス等よりなる円盤上の蓋体（以下シールキャップ２１９）がＯリング２２０を介して気密シール可能に着脱自在に取付けられている。アウターチューブ２０５より下方に位置するようにガスの供給管２３２が設けられている。これらのガスの供給管２３２により、処理用のガスがインナーチューブ２０５内に供給されるようになっている。これらのガスの供給管２３２はガスの流量制御手段（以下マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１）に連結されており、ＭＦＣ２４１はガス流量制御部１０３に接続されており、供給するガスの流量を所定の量に制御し得るようになっている。
【００２０】
また、基板（以下ウエハ２００）をボート２１７から浮上固定させるためのガスをボート２１７に供給するガス導入管２７２には、ガスの流量制御手段（以下マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２７１）に連結されており、ＭＦＣ２７１はガス流量制御部１０３に接続されており、供給するガスの流量を所定の量に制御し得るようになっている。
【００２１】
マニホールド２０９の上部には、圧力調節器（例えばＡＰＣ、Ｎ２バラスト制御器があり、以下ここではＡＰＣ２４２とする）及び、排気装置（以下真空ポンプ２４６）に連結されたガスの排気管２３１が接続されており、アウターチューブ２０５とインナーチューブ２０４との間の筒状空間２５０を流れるガスを排出し、アウターチューブ２０５内をＡＰＣ２４２により圧力を制御することにより、所定の圧力の雰囲気にするよう圧力検出手段（以下圧力センサ２４５）により検出し、圧力制御部１０４により制御する。
【００２２】
シールキャップ２１９は昇降手段（以下ボートエレベータ１１５）に連結されていて、ボート２１７を昇降させる。ボートエレベータ１１５を所定のスピードにするように、駆動制御部１０５により制御する。
【００２３】
アウターチューブ２０５の外周には加熱手段（以下ヒータ２０７）が同心円上に配置されている。ヒータ２０７は、アウターチューブ２０５内の温度を所定の処理温度にするよう温度検出手段（以下熱電対２６３）により温度を検出し、温度制御部１０２により制御する。
【００２４】
図９に示した処理炉による減圧ＣＶＤ処理方法の一例を説明すると、まず、ボートエレベータ１１５によりボート２１７を下降させる。ボート２１７に複数枚のウエハ２００を搭載する。次いで、ヒータ２０７により加熱しながら、アウターチューブ２０５内の温度を所定の処理温度にする。ガスの供給管２３２に接続されたＭＦＣ２４１により予めアウターチューブ２０５内を不活性ガスで充填しておく。また、ＭＦＣ２７１により、ガスをガス導入管２７２を介してボート２１７内に導入し、ウエハ２００をボートから浮上固定した状態でボート２１７に搭載する。ボートエレベータ１１５により、ボート２１７を上昇させてアウターチューブ２０５内に移し、アウターチューブ２０５の内部温度を所定の処理温度に維持する。同時にガスの供給管２３２から処理用のガスを供給する。供給されたガスは、アウターチューブ２０５内を上昇し、ウエハ２００に対して均等に供給される。
【００２５】
ＣＶＤ処理中のアウターチューブ２０５内は、排気管２３１を介して排気され、所定の圧力になるようＡＰＣ２４２により圧力が制御され、所定時間ＣＶＤ処理を行う。
【００２６】
このようにしてＣＶＤ処理が終了すると、次のウエハ２００のＣＶＤ処理に移るべく、アウターチューブ２０５内のガスを不活性ガスで置換するとともに、圧力を常圧にし、その後、ボートエレベータ１１５によりボート２１７を下降させて、ボート２１７及び処理済のウエハ２００をアウターチューブ２０５から取出す。アウターチューブ２０５から取出されたボート２１７上の処理済のウエハ２００は、未処理のウエハ２００と交換され、再度前述同様にしてアウターチューブ２０５内に上昇され、ＣＶＤ処理が成される。
【００２７】
なお、本実施の形態の処理炉にて行われる処理の例を挙げれば、次のとおりである。
▲１▼処理温度を１２００℃とし、処理ガスであるＡｒガスを３０リットル／分流し、処理圧力を大気圧（７６０ｔｏｒｒ）として、ウエハ表面を高清浄、高品質にする熱処理を行う。
▲２▼処理温度を１２００℃とし、処理ガスであるＨ_２ガスを３０リットル／分流し、処理圧力を大気圧（７６０ｔｏｒｒ）として、ウエハ表面を高清浄、高品質にする熱処理を行う。
▲３▼処理温度を１１００℃とし、処理ガスであるＯ_２ガスを３０リットル／分流し、処理圧力を大気圧（７６０ｔｏｒｒ）として、ウエハ表面にＳｉＯ_２（酸化膜）を薄く形成する処理を行う。
▲４▼処理温度を１０００℃とし、処理ガスであるＯ_２ガス、Ｈ_２ガスをそれぞれ１０リットル／分流し、処理圧力を大気圧（７６０ｔｏｒｒ）として、ウエハ表面にＳｉＯ_２（酸化膜）を厚く形成する処理を行う。
【００２８】
また、ウエハを浮上固定させるのに使用するガスについては、上記▲１▼の処理であればＡｒガス、▲２▼の処理であればＨ_２ガス、▲３▼の処理であればＯ_２ガス、▲４▼であればＨ_２ガスを、それぞれ１７．７Ｐａ以上のガス流でウエハの下側から流してウエハを浮上させる。そして、ウエハを固定するためには、同じガスを（１７．７＋α）Ｐａ以上のガス流で流すようにする。
【００２９】
そして、ウエハの処理に使用するガスと同じ種類のガスをウエハを浮上固定させるガスとして使用することが好ましいが、Ｈ_２には爆発の恐れがあり、Ａｒは高価格であるといったことから、処理ガスが薄まっても良いのであれば、ウェーハを浮上固定するのに、Ｎ_２といった安価で安全なガスを使用することも可能である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、スリップの発生を抑制できるウエハ保持手段が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のウエハ保持治具を説明するための概略縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態のウエハ保持治具を説明するための概略縦断面図である。
【図３】本発明の実施の形態のウエハ保持治具を説明するための概略縦断面図である。
【図４】本発明の実施の形態のウエハ保持治具を説明するための概略縦断面図である。
【図５】本発明の実施の形態のウエハ保持治具を説明するための概略縦断面図である。
【図６】本発明の実施の形態のウエハ保持治具を説明するための概略縦断面図である。
【図７】本発明の実施の形態のウエハ保持治具を説明するための概略縦断面図である。
【図８】本発明の実施の形態のウエハ保持治具を説明するための概略縦断面図である。
【図９】本発明の実施の形態のウエハ保持治具が好適に適用されるＣＶＤ装置の概略縦断面図である。
【図１０】従来のウエハ保持治具（ボート）によるウエハの保持方法を説明するための図であり、図１０（Ａ）は概略縦断面図、図１０（Ｂ）は概略横断面図、図１０（Ｃ）は、図１０（Ａ）のＤ部の部分拡大概略縦断面図である。
【符号の説明】
２００…ウエハ
２１７…ボート
２７２ガス導入管
２７３ガス加熱ユニット
２８１〜２８４ガス吹出口
２９０ガス通路

Claims

複数の基板を保持する基板保持手段であって、
前記基板保持手段は、ガスの流路をその内部に有し、前記ガスの流路に連通するガスの吹出し口を、前記基板の底面に前記ガスを吹き付ける位置ならびに、前記基板の底面周縁部あるいは前記基板の上面および側面の少なくとも一方にガスを吹き付ける位置に有し、
前記吹出し口から前記基板の前記底面に前記ガスを吹き付けることにより、前記基板を前記基板保持手段から浮上させ、
前記吹出し口から前記基板の前記底面周縁部に前記基板の中央部よりも強く前記ガスを吹き付け、あるいは前記基板の上面および側面の少なくとも一方に前記ガスを吹き付けることにより、前記基板の位置を固定することを特徴とする基板保持手段。