JP2008021824A - ボートトレイ及びウェーハ用熱処理炉 - Google Patents

Abstract

【課題】搬送ハンドの可動域を確保しつつ短い間隔で配置することができるボートトレイ、及びこのボートトレイを備えたウェーハ用熱処理炉を提供する。
【解決手段】ウェーハ用熱処理炉内に設置されるボートトレイ１において、ウェーハを支持するボートトレイ本体２を設け、このボートトレイ本体２に切込３を形成する。切込３は、その内部にボートトレイ本体２の中心Ｃが位置するか、又は前記中心を挟むように形成し、この切込３の内部をウェーハを搬送する搬送ハンドが通過できるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボートトレイ及びウェーハ用熱処理炉に関し、特に、ウェーハ用熱処理炉内に設置されウェーハを支持するボートトレイ、及びこのボートトレイが設置されたウェーハ用熱処理炉に関する。

従来より、シリコンウェーハなどの半導体ウェーハに対して熱処理を施す際には、熱処理炉の内部に複数枚のボートトレイを相互に離隔して垂直方向に配列し、各ボートトレイにウェーハを１枚ずつ載置していた。これにより、ウェーハの表面に他のウェーハ又は支持体を接触させてウェーハの表面に傷を付けたり汚染したりすることなく、熱処理炉内に複数枚のウェーハを多段にセットして、１回のバッチで複数枚のウェーハを処理することができる。

しかしながら、この従来の技術には以下に示すような問題点がある。すなわち、ウェーハの処理効率を向上させるために、熱処理炉内になるべく多くのウェーハをセットしようとすると、必然的にボートトレイ間の間隔が小さくなる。そうすると、ウェーハを熱処理炉内に出し入れする際に、ウェーハを搬送するための搬送ハンドの可動域が狭くなり、搬送ハンドの取り回しが困難になる。特に、ウェーハが大きく変形した場合、例えば、ウェーハが薄くて自重で撓んだ場合、及び成膜などによりウェーハに反りが発生した場合には、熱処理炉内において搬送ハンドを取り回すことが不可能になり、ウェーハをボートトレイ上にセットすることができなくなる（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００４−２７３８６７号公報

本発明の目的は、搬送ハンドの可動域を確保しつつ短い間隔で配置することができるボートトレイ、及びこのボートトレイを備えたウェーハ用熱処理炉を提供することである。

本発明の一態様によれば、ウェーハ用熱処理炉内に設置されるボートトレイであって、ウェーハを支持可能とされ、切込が設けられたボートトレイ本体を備えたことを特徴とするボートトレイが提供される。

本発明の他の一態様によれば、チャンバと、前記チャンバ内に設置された前記ボートトレイと、を備えたことを特徴とするウェーハ用熱処理炉が提供される。

本発明によれば、搬送ハンドの可動域を確保しつつ短い間隔で配置することができるボートトレイ、及びこのボートトレイを備えたウェーハ用熱処理炉を実現することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。
本実施形態に係るボートトレイは、ウェーハ用熱処理炉内に設置され、シリコンウェーハなどのウェーハを支持するトレイである。
図１は、本実施形態に係るボートトレイを例示する斜視図であり、
図２は、本実施形態に係るボートトレイが多段に配置されたボートを例示する斜視図であり、
図３は、図２に示すボートが設けられたウェーハ用熱処理炉を例示する断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係るボートトレイ１においては、円板状のボートトレイ本体２が設けられている。ボートトレイ本体２には、１ヶ所の切込３が形成されている。切込３の形状は、例えば、その奥行きが幅よりも長い長方形であり、その内部にボートトレイ本体２の中心Ｃが位置するように形成されている。また、ボートトレイ本体２の外周部の上面には、４本のピン４が相互に離隔して配置されている。ピン４は、ボートトレイ本体２の上面から上方に起立しており、その形状は、下部が円柱状であり上部が半球状であり、４本のピン４の上端部の高さは相互に等しい。ボートトレイ本体２及びピン４は耐熱性が高い材料により形成されており、例えば、石英又はセラミックスにより形成されている。

図２及び図３に示すように、ボートトレイ１はウェーハ用熱処理炉１１に多段に配設されて使用される。すなわち、ウェーハ用熱処理炉１１においては、チャンバ１２が設けられており、チャンバ１２の内部にはボート１３が設けられており、ボート１３には複数枚のボートトレイ１が配設されている。なお、図３においては、図を簡略化するために、チャンバ１２内に１組のボート１３のみが設けられており、ボート１３には４枚のボートトレイ１のみが設けられている例を示しているが、本実施形態はこれに限定されず、チャンバ１２内には複数組のボートが設けられていてもよく、各ボートには５枚以上のボートトレイが設けられていてもよい。

ボート１３においては、垂直に延びる例えば３本の支柱１４が設けられており、各支柱１４の側面には、複数本の溝１５が形成されている。溝１５は、支柱１４の軸方向に直交する方向に延びており、支柱１４の軸方向に沿って例えば等間隔に配置されている。そして、ボートトレイ本体２の外周部における３ヶ所の部分が支柱１４の溝１５に嵌合されている。これにより、ボートトレイ１は３本の支柱１４によって水平に支持されている。

ボート１３に固定された複数枚のボートトレイ１は、切込３が同一の方向を向くように設置されている。そして、３本の支柱１４は、ボートトレイ本体２の中心Ｃから見て、切込３の両側及び後ろ側に配置されており、切込３の開口側には配置されていない。これにより、ウェーハを、支柱１４に遮られることなく、切込３が開口している側からボートトレイ１の直上域まで搬入することができる。

次に、本実施形態の動作について説明する。
図４は、本実施形態に係るボートトレイにウェーハをセットする動作を例示する斜視図である。
図４に示すように、ボートトレイ１にウェーハ１０１をセットする際には、ウェーハ用熱処理炉１１の外部において、搬送ハンド１０２の先端部にウェーハ１０１を載せる。搬送ハンド１０２は、ウェーハ１０１を単に載せるものであってもよく、ウェーハ１０１を裏面から吸着することによりウェーハ１０１を保持するものであってもよい。次に、搬送ハンド１０２を水平に移動させ、ウェーハ１０１を目的とするボートトレイ１の直上域、例えば、このボートトレイ１とそれより１つ上のボートトレイ１との間の領域まで搬送する。次に、搬送ハンド１０２を下降させることにより、ウェーハ１０１の下面をボートトレイ１のピン４の上端に当接させて、ウェーハ１０１をボートトレイ１上に載置する。これにより、ボートトレイ１のボートトレイ本体２は、４本のピン４を介して、ウェーハ１０１を支持する。その後、搬送ハンド１０２を更に下降させ、ウェーハ１０１から離隔させた後、水平に移動させ、ウェーハ用熱処理炉１１の外部に引き出す。

一方、ウェーハ１０１をウェーハ用熱処理炉１１から取り出すときは、取り出そうとするウェーハ１０１の直下に搬送ハンド１０２を挿入し、搬送ハンド１０２を上昇させることにより、搬送ハンド１０２をウェーハ１０１の下面に当接させ、ウェーハ１０１をボートトレイ１から僅かに持ち上げる。その後、搬送ハンド１０２をウェーハ１０１ごとウェーハ用熱処理炉１１から引き出す。
そして、上述のウェーハのセット及び取出しのための一連の動作において、搬送ハンド１０２をボートトレイ１間の領域において取り回すときは、搬送ハンド１０２にボートトレイ１の切込３内を通過させてもよい。

ウェーハ用熱処理炉１１は、例えば、ウェーハの最表面に形成した不純物拡散層をアルミニウム電極と接続するための熱処理を行う炉である。ウェーハ用熱処理炉１１においては、例えば、チャンバ１２の内部に窒素ガス（Ｎ_２ガス）又はフォーミングガス（Ｎ_２−Ｈ_２ガス）が導入された状態で、加熱処理を行う。また、ガス交換時には、チャンバ１２の内部が真空に排気される。なお、ウェーハ用熱処理炉１１はこれに限定されず、例えば、大気炉又は真空炉であってもよい。

次に、本実施形態の効果を、比較例と比較して説明する。
図５は、本比較例におけるボートを示す斜視図であり、
図６（ａ）及び（ｂ）は、ボートにウェーハをセットした状態を例示する模式的断面図であり、（ａ）は本実施形態のボートを示し、（ｂ）は本比較例のボートを示す。

図５に示すように、比較例におけるボート２１３においては、支柱１４に複数枚のボートトレイ２０１が支持されている。ボートトレイ２０１においては、円板状のボートトレイ本体２０２が設けられている。このボートトレイ本体２０２には切込は形成されていない。

図６（ａ）及び（ｂ）においては、ウェーハに反りが発生している場合を示している。ウェーハ１０１ａは、比較的小さい反りが発生したウェーハであり、ウェーハ１０１ｂは、比較的大きい反りが発生したウェーハである。図６（ａ）に示すように、本実施形態においては、搬送ハンド１０２の垂直方向の可動範囲Ｌ_１は、搬送対象とするウェーハからその１つ下方のウェーハまでの距離となり、搬送ハンド１０２の厚さよりも十分に大きい。このため、反りが大きいウェーハ１０１ｂをセットする場合においても、搬送ハンド１０２をボートトレイ１０１の切込３内に進入させることができるため、ウェーハ１０１ｂの搬入及び搬出動作を実行することができる。

これに対して、図６（ｂ）に示すように、比較例においては、搬送ハンド１０２の垂直方向の可動範囲Ｌ_２は、搬送対象とするウェーハからその下方のボートトレイ２０１までの距離となり、図６（ａ）に示す可動範囲Ｌ_１よりも小さい。このため、反りが小さいウェーハ１０１ａをセットする場合には、搬送ハンド１０２をなんとかウェーハ１０１ａとボートトレイ２０１との間に進入させることができるものの、反りが大きいウェーハ１０１ｂをセットする場合には、可動範囲Ｌ_２が搬送ハンド１０２の厚さよりも小さくなってしまい、搬送ハンド１０２をウェーハ１０１ｂとボートトレイ２０１との間に進入させることができず、ウェーハ１０１ｂの搬入及び搬出動作を行うことができない。

このように、本実施形態によれば、ボートトレイ本体２に切込３を形成することにより、この切込３が搬送ハンドの「逃げ」として機能する。これにより、搬送ハンドの可動域を確保しつつ、ボートトレイ１を短い間隔で配置することができる。

また、本実施形態によれば、ボートトレイ１にピン４が設けられているため、ウェーハ１０１をボートトレイ１にセットする際に、ウェーハ１０１が必ずピン４に接触することになる。このため、ウェーハ１０１におけるボートトレイ１に接触する領域を制御することができる。例えば、ウェーハ１０１におけるボートトレイ１に接触する領域として、ウェーハ１０１における素子が形成されていない領域を選ぶことができる。これにより、ウェーハ１０１における素子形成領域がボートトレイ１と接触することによって、この素子形成領域に傷が付くことを防止でき、不良の発生を抑制することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図７は、本実施形態におけるボートを例示する斜視図であり、
図８は、このボートにウェーハをセットする動作を例示する斜視図である。
なお、図７及び図８において、前述の図１乃至図４に示す構成要素と同様な構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。これは、後述する各実施形態においても同様である。

図７に示すように、本実施形態におけるボート１３ａにおいては、３本の支柱１４に複数枚のボートトレイ１ａが多段に配設されている。各ボートトレイ１ａにおいては、ボートトレイ本体２が設けられており、このボートトレイ本体２には切込３が形成されている。ただし、ボートトレイ１ａにはピン４（図１参照）は設けられていない。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。

図８に示すように、ボート１３ａにウェーハ１０１をセットするときは、ウェーハ１０１を保持した搬送ハンド１０２を上方から切込３内に進入させることにより、ウェーハ１０１をボートトレイ本体２上に載置する。一方、ウェーハ１０１をボート１３ａから搬出するときは、搬送ハンド１０２を切込３内で上昇させることにより、搬送ハンド１０２をウェーハ１０１に下方から当接させる。

本実施形態によれば、ボートトレイ本体２に切込３が形成されているため、ピンを設けることなく、ウェーハ１０１をボート１３ａにセットすることができる。本実施形態においては、ピンを設けないことにより、ボートトレイ１ａ間の間隔を短くすることができ、ウェーハ用熱処理炉内により多くのウェーハをセットすることができる。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図９は、本実施形態に係るボートトレイを例示する斜視図である。
図９に示すように、本実施形態に係るボートトレイ１ｂにおいては、５本以上、例えば１３本のピン４が設けられている。これらの１３本のピン４は、ボートトレイ本体２における切込３以外の部分の外周部に、ボートトレイ本体２の外縁に沿って１列に配列されている。

本実施形態によれば、多数のピン４を設けることにより、ウェーハにどのような反りが発生していても、いずれかのピン４をウェーハに接触させることができる。これにより、ウェーハに不規則な反りが発生していても、ウェーハがボートトレイ本体２に接触することなく、ピン４のみにより支持されることができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
なお、ピン４の数は４本及び１３本には限定されない、ウェーハに発生している反りが小さい場合には、ピン４の数が３本以上であれば、ウェーハをピン４のみによって支持することができる。

次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
図１０は、本実施形態に係るボートトレイを例示する斜視図である。
図１０に示すように、本実施形態に係るボートトレイ１ｃにおいては、ボートトレイ本体２上に、ウェーハを支持する支持部材として、ピン４（図９参照）の替わりに曲線状のレール５が設けられている。レール５は、ボートトレイ本体２の外縁に沿って湾曲しながら延びており、切込３の上方には設けられていない。従って、レール５の形状は円環の一部をなす形状である。本実施形態によっても、前述の第３の実施形態と同様な効果を得ることができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
図１１は、本実施形態に係るボートトレイを例示する斜視図である。
図１１に示すように、本実施形態に係るボートトレイ１ｄにおいては、円板状のボートトレイ本体２に、２ヶ所の切込３ｄが形成されている。各切込３ｄの形状は、その奥行きがその幅よりも長い長方形である。そして、２ヶ所の切込３ｄは、ボートトレイ本体２における同じ側から、ボートトレイ本体２の中心Ｃを挟むように、相互に平行に形成されている。

また、本実施形態においては、搬送ハンドとして、先端が２本の枝部１０３ａに分かれた搬送ハンド１０３を使用する。これにより、搬送ハンド１０３の枝部１０３ａが、ボートトレイ本体２に形成された切込３ｄ内を通過することができる。本実施形態によっても、前述の第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。

本実施形態において示したように、切込の形状は、切込内を搬送ハンドの先端部分が通過できるように、搬送ハンドの形状に合わせて設定されていればよい。ただし、搬送ハンドがウェーハを安定して保持するためには、切込がその内部にボートトレイ本体の中心を含むように形成されているか、又は、切込がボートトレイ本体の中心を挟むように形成されていることが好ましい。これにより、搬送ハンドがウェーハの重心を支持することが容易になる。

次に、本発明の第６の実施形態について説明する。
図１２は、本実施形態に係るボートトレイを例示する斜視図である。
図１２に示すように、本実施形態に係るボートトレイ１ｅにおいては、円環板状のボートトレイ本体６が設けられている。ボートトレイ本体６の上面及び下面は平坦である。ボートトレイ本体６によって囲まれる領域７には、ボートトレイ本体６の中心Ｃが含まれている。また、ボートトレイ本体６の一部には、切込８が形成されている。

本実施形態においては、ウェーハを搬送する搬送ハンド（図示せず）が、領域７及び切込８の内部を通過する。これにより、ウェーハをボートトレイ本体６上に載置する。本実施形態によれば、円環形状のボートトレイを使用することにより、その内側に搬送ハンドが通過可能な円状の領域７を設けることができ、先端部が大きな搬送ハンドを使用することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、本発明の第７の実施形態について説明する。
図１３は、本実施形態に係るボートトレイを例示する斜視図である。
図１３に示すように、本実施形態に係るボートトレイ１ｆにおいては、円環状のボートトレイ本体６上に、例えば４本のピン４が設けられている。これにより、ウェーハをボートトレイ１ｆにセットする際に、ウェーハが必ずピン４に接触することになるため、ウェーハにおけるボートトレイ１ｆに接触する領域を限定することができる。例えば、ウェーハにおける素子が形成されていない領域を、ピン４に接触させることができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第６の実施形態と同様である。

次に、本発明の第８の実施形態について説明する。
図１４は、本実施形態に係るボートトレイを例示する斜視図である。
図１４に示すように、本実施形態に係るボートトレイ１ｇにおいては、円環状のボートトレイ本体６上に、５本以上、例えば１３本のピン４が設けられている。これにより、ウェーハにどのような反りが発生していても、いずれかのピン４によりウェーハを支持することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第６の実施形態と同様である。

次に、本発明の第９の実施形態について説明する。
図１５は、本実施形態に係るボートトレイを例示する斜視図である。
図１５に示すように、本実施形態に係るボートトレイ１ｈにおいては、円環状のボートトレイ本体６ｈが設けられている。ボートトレイ本体６ｈの上面には段差が形成されており、ボートトレイ本体６ｈの外周側部分６ｈｏｕｔの上面は、内周側部分６ｈｉｎの上面よりも高くなっている。一方、ボートトレイ本体６の下面には段差はなく、平坦である。従って、ボートトレイ本体６ｈにおける周回方向に直交する断面の形状はＬ字形である。また、ボートトレイ本体６ｈによって囲まれる領域７には、ボートトレイ本体６ｈの中心Ｃが含まれている。更に、ボートトレイ本体６ｈの一部には、切込８が形成されている。

本実施形態においては、ウェーハ（図示せず）は、ボートトレイ本体６ｈの内周側部分６ｈｉｎ上に載置される。このとき、ボートトレイ本体６ｈの外周側部分６ｈｏｕｔがウェーハを囲み、ウェーハの水平方向の移動を規制する。これにより、ウェーハがずれることを防止でき、ウェーハにおける傷の発生及びウェーハの落下を防止し、歩留まりを向上させることができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第６の実施形態と同様である。

なお、本実施形態においては、必ずしも外周側部分６ｈｏｕｔの全体が内周側部分６ｈｉｎよりも高くなっていなくてもよく、外周側部分６ｈｏｕｔの少なくとも一部が内周側部分６ｈｉｎよりも高い凸部となっていれば、ウェーハのずれを抑制することができる。また、このような凸部として、前述のピン４（図１等参照）を使用してもよい。これにより、凸部を容易に形成することができる。

次に、本発明の第１０の実施形態について説明する。
図１６は、本実施形態に係るウェーハ用熱処理炉を例示する断面図である。
図１６に示すように、本実施形態に係るウェーハ用熱処理炉１１ａにおいては、チャンバ１２ａの内部に支柱が設けられておらず、その替わりに、チャンバ１２ａの内壁に水平方向に延びる溝１７が複数本形成されており、この溝１７により、ボートトレイ１ａを支持するようになっている。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態（例えば、図３参照）と同様である。

なお、本実施形態においては、ボートトレイとして、前述の第２の実施形態に係るボートトレイ１ａ（図７参照）を使用する例を示したが、本実施形態はこれに限定されず、前述の第１、第３〜第９に係るボートトレイ１、１ｂ〜１ｈのいずれかを使用してもよい。同様に、前述の第１の実施形態に係るウェーハ用熱処理炉１１（図３参照）においても、前述の第２〜第９に係るボートトレイ１ａ〜１ｈのいずれかを使用してもよい。

以上、第１〜第１０の実施形態を参照して本発明の特徴を説明したが、本発明はこれらの実施形態には限定されず、例えば、上述のいずれかの実施形態に対して、当業者が適宜設計変更を加えたもの、及び、構成要素の追加又は削除を行ったものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。例えば、ボートトレイ本体の形状は円板状及び円環板状には限定されず、ウェーハを安定して支持できる形状であればよく、例えば、正方形の板状であってもよい。また、切込の形状も長方形には限定されず、半円形などの他の形状であってもよい。更に、切込により、ボートトレイ本体が複数の部分に分割されていてもよい。更にまた、上述の各実施形態においては、ボートに３本の支柱を設ける場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、支柱の数は３本以上であればよく、例えば４本でも５本でも構わない。

本発明の第１の実施形態に係るボートトレイを例示する斜視図である。 本実施形態に係るボートトレイが多段に配置されたボートを例示する斜視図である。 図２に示すボートが設けられたウェーハ用熱処理炉を例示する断面図である。 本実施形態に係るボートトレイにウェーハをセットする動作を例示する斜視図である。 比較例におけるボートを示す斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、ボートにウェーハをセットした状態を例示する模式的断面図であり、（ａ）は本実施形態のボートを示し、（ｂ）は比較例のボートを示す。 本発明の第２の実施形態におけるボートを例示する斜視図である。 このボートにウェーハをセットする動作を例示する斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係るボートトレイを例示する斜視図である。 本発明の第４の実施形態に係るボートトレイを例示する斜視図である。 本発明の第５の実施形態に係るボートトレイを例示する斜視図である。 本発明の第６の実施形態に係るボートトレイを例示する斜視図である。 本発明の第７の実施形態に係るボートトレイを例示する斜視図である。 本発明の第８の実施形態に係るボートトレイを例示する斜視図である。 本発明の第９の実施形態に係るボートトレイを例示する斜視図である。 本発明の第１０の実施形態に係るウェーハ用熱処理炉を例示する断面図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ ボートトレイ、２ ボートトレイ本体、３、３ｄ 切込、４ ピン、５ レール、６、６ｈ ボートトレイ本体、６ｈｉｎ 内周側部分、６ｈｏｕｔ 外周側部分、７ 領域、８ 切込、１１、１１ａ ウェーハ用熱処理炉、１２ チャンバ、１３、１３ａ ボート、１４ 支柱、１５ 溝、１７ 溝、１０１、１０１ａ、１０１ｂ ウェーハ、１０２、１０３ 搬送ハンド、１０３ａ 枝部、２０１ ボートトレイ、２０２ ボートトレイ本体、２１３ ボート、Ｃ 中心、Ｌ_１、Ｌ_２ 可動範囲

Claims (5)

1. ウェーハ用熱処理炉内に設置されるボートトレイであって、
   ウェーハを支持可能とされ、切込が設けられたボートトレイ本体を備えたことを特徴とするボートトレイ。
2. 前記切込は、その内部を前記ウェーハを搬送する搬送ハンドが通過できるように形成されていることを特徴とする請求項１記載のボートトレイ。
3. 前記切込は、その内部に前記ボートトレイ本体の中心が位置するか、又は前記中心を挟むように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のボートトレイ。
4. 前記ボートトレイ本体の上面に取付けられ、前記ウェーハに接触する支持部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のボートトレイ。
5. チャンバと、
   前記チャンバ内に設置された請求項１〜４のいずれか１つに記載のボートトレイと、
   を備えたことを特徴とするウェーハ用熱処理炉。

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