JP2010087152A

JP2010087152A - ウエハボート

Info

Publication number: JP2010087152A
Application number: JP2008253408A
Authority: JP
Inventors: Masato Ichinokura; 正人一ノ倉; Tomio Kin; 富雄金
Original assignee: Covalent Materials Corp
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2010-04-15

Abstract

【課題】支柱による影響を極力排除し、より均一な温度分布を得ることができ、またより均一なガスの流れを得ることのできるウエハボートを提供する。
【解決手段】天板２と、前記天板２と相対向して配置された底板３と、前記天板２と底板３とに端部が固定され、半導体ウエハを載置する溝部４ａ，５ａ，６ａ，７ａが形成された支柱４，５，６，７と、前記支柱の側面に、支柱の縦方向の軸線に沿って取り付けられた棒状のヒータ１０，１１，１２，１３とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハを熱処理する際に用いられるウエハボートに関し、特に、ヒータを備えるウエハボートに関する。

半導体ウエハは、酸化、拡散、膜形成等を目的として、各種の熱処理炉内に収容されて熱処理される。この際、前記半導体ウエハはウエハボートに多数枚支持（搭載）され、半導体ウエハを搭載したウエハボートを熱処理炉内に搬入することによって、半導体ウエハは熱処理炉内に収容される。
このウエハボートとしては、熱処理炉の構造によって、半導体ウエハ（ウエハボート）を横方向から出し入れするようにした横型ボートと、半導体ウエハ（ウエハボート）を上方又は下方から出し入れするようにした縦型ボートとが知られている。

この縦型ウエハボートとしては、図７に示すように、円柱又は角柱状の無垢棒からなる支柱５１，５２，５３，５４に所定の間隔の溝５１ａ，５２ａ（支柱５３，５４の溝５３ａ，５４ａは図示せず）を形成し、この支柱５１，５２，５３，５４の上下端が底板５５、天板５６によって固定されている。そして、前記溝５１ａ，５２ａ、５３ａ，５４ａに多数枚の半導体ウエハＷを挿入し、半導体ウエハＷを支持することにより、縦型ウエハボート５０に半導体ウエハＷが搭載される。

そして、半導体ウエハＷを搭載した縦型ウエハボート５０は、図８に示すような熱処理装置６０に搬入され、熱処理される。
この熱処理装置６０は、同心円筒状に配置された加熱ヒータ６１と、その内側に配置された炉心管６２と、前記縦型ウエハボート５０を保持する保温筒６３と、その下部にあって熱処理時に炉心管６２の下部開口部を塞ぐキャップ６４と、縦型ウエハボート５０、保温筒６３、キャップ６４を炉心管６２の内部に向かって上下させる昇降手段６５とから構成されている。

また、前記熱処理装置６０には、半導体ウエハの熱処理時及びその前後に炉心管６２の雰囲気を所定の状態（反応ガスが満たされた減圧、又は加圧、常圧）に保つために、雰囲気ガスの導入手段６６、排出手段６７が設けられている。

そして、半導体ウエハＷの熱処理を行なうには、熱処理装置６０の下方の炉心管６２の外に取り出されている縦型ウエハボート５０に半導体ウエハＷを搭載し、ついでその縦型ウエハボート５０、保温筒６３及びキャップ６５を一緒に昇降手段６５により上昇させて炉心管６２内に半導体ウエハＷを挿入する。
その後、雰囲気ガスの排出手段６７より、炉心管６２の内部の雰囲気ガスを排気した後に徐々に導入手段６６から半導体ウエハＷの表面処理用の雰囲気ガスを導入しつつ、炉心管６２の外部の加熱ヒータ６１から熱を加えながら半導体ウエハＷの熱処理を行う。

半導体ウエハＷの熱処理中は、炉心管６２内は所定の温度に保たれ、半導体ウエハＷの表面にＣＶＤ、熱拡散、アニール等の所定の熱処理が行われる。
このとき、炉心管６２内の温度分布が均一であることが、全てのウエハＷを均一に歩留まり良く熱処理するために重要なことである。熱処理後は、昇降手段６５により縦型ウエハボート５０、保温筒６３及びキャップ６４は下方に移動せしめられ、炉心管６２内は開放状態になり、半導体ウエハは搬出される。
特開平１０−１６３１２１号公報

今日の半導体ウエハは大径化、重量増大化の傾向にあり、これに伴い、ウエハボートの天板、底板も大径化し、前記半導体ウエハ（天板および底板）を支持する支柱も大径化の傾向にある。
ところで、このように支柱が大径化した場合、支柱の影の部分が大きくなり、支柱近傍の温度分布が不均一になるという技術的課題があった。また、前記支柱によってガスの流れが大きく乱れ、ガスの流れが不均一になるという技術的課題があった。

本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、ヒータを設けることによって、支柱による影響を極力排除し、より均一な温度分布を得ることができるウエハボートを提供することを目的とする。また、より均一なガスの流れを得ることのできるウエハボートを提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた本発明にかかるウエハボートは、天板と、前記天板と相対向して配置された底板と、前記天板と底板とに端部が固定され、半導体ウエハを載置する溝部が形成された支柱と、前記支柱の側面に、支柱の縦方向の軸線に沿って取り付けられたヒータとを備えていることを特徴としている。

このように、半導体ウエハを載置する溝部が形成された支柱の側面に、支柱の縦方向の軸線に沿ってヒータが取り付けられているため、支柱が大径化した場合にも支柱影響が少なく、より均一な温度分布を得ることができる。

ここで、前記ヒータは、逆Ｕ字状のガラス管と、このガラス管内に封入されたカーボンワイヤー発熱体と、前記カーボンワイヤー発熱体に電力を供給する接続線を有する二つの封止端子部とを備え、前記支柱の上端部に形成された切込み部に、前記逆Ｕ字状のガラス管の屈曲部を係止させることにより、前記ヒータを前記支柱に取付けることが望ましい。

また、前記天板において前記支柱の切込み部に対応する位置に穴が形成され、前記穴から前記逆Ｕ字状のガラス管が挿入され、前記逆Ｕ字状のガラス管の屈曲部が切込み部に係止させることが望ましい。
このように、前記天板において前記支柱の切込み部に対応する位置に穴が形成され、前記穴から前記逆Ｕ字状のガラス管が挿入されるため、ヒータ破損時等においてヒータを容易に装着できる。また、前記穴２ａから逆Ｕ字形状のヒータ１０，１１，１２、１３を取り出すことができるため、ボート洗浄時にヒータを容易に取り外すことができる。
更に、前記封止端子部が底板に形成された貫通穴に嵌合、固定され、前記封止端子部の接続線が、前記貫通穴内部に露出していることが望ましい。

更に、前記支柱の水平断面形状がＴ字形状に形成され、天板及び底板の径方向に延設された第１の支柱部の側面に、支柱の縦方向の軸線に沿ってヒータが設けられ、かつ、前記第１の支柱部に直交する第２の支柱部に水平方向に貫通する貫通穴が形成され、前記第２の支柱部の貫通穴を雰囲気が流通することが望ましい。
また、前記支柱の水平断面形状がＴ字形状に形成され、天板及び底板の径方向に延設された第１の支柱部の側面に、支柱の縦方向の軸線に沿ってヒータが設けられ、かつ、前記第１の支柱部に直交する第２の支柱部の軸線方向にガス穴が形成されると共に、前記ガス穴から径方向に水平に貫通する噴出し穴が形成され、前記第２の支柱部のガス穴及び噴出し穴を雰囲気が流通することが望ましい。

また前記ウエハボートを載置する保温筒を備えた熱処理装置であって、前記保温筒の上面の前記封止端子部に対応する位置に形成された凹部と、前記凹部内を進退自在に形成され、前記封止端子部の接続線を保持する端子部と、前記端子部と前記凹部との間に設けられ、前記端子部を上方向に付勢するスプリングとを備え、前記ウエハボートを保温筒に載置することにより、前記封止端子部の接続線と端子部とが電気的に接続されることが望ましい。
このようにウエハボートを保温筒に載置することによって、前記封止端子部の接続線と端子部とが電気的に接続され、ウエハボートに取り付けられたカーボンワイヤー発熱体に電力を供給することができる。

本発明によれば、支柱による影響を極力排除し、より均一な温度分布を得ることができるウエハボートを得ることができる。
また、本発明によれば支柱の影響を極力排除し、より均一なガスの流れを得ることのできるウエハボートを得ることができる。

本発明の一実施形態を、図１〜図４に基づいて説明する。尚、図１は本発明のウエハボートの実施形態を示す斜視図、図２は図１のウエハボートのＩ−Ｉ断面図、図３は図１のウエハボートの支柱の上端部を示す斜視図、図４は支柱に取付けられたヒータを示す一部断面図である。

図１に示すように、縦型ウエハボート１は、天板２と底板３との間に、平板状（水平断面形状がＩ形状）の支柱４，５，６，７が、複数本（この実施形態では４本）所定の間隔で立設している。
そして、これら支柱４，５，６，７の内側側面には、ウエハＷを載置係止するための複数の溝４ａ，５ａ、６ａ，７ａが形成されている。この縦型ウエハボート１に搭載される半導体ウエハＷは、複数本の支柱４，５，６，７の同一高さの溝４ａ，５ａ，６ａ，７ａによって、略水平に載置係止されて保持される。

また、前記天板２には、図１、図４に示すような穴２ａが設けられており、更に前記支柱４，５，６，７の上端面部には、図３に示すように、切込み部４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂが設けられている。
それ故、前記穴２ａから逆Ｕ字形状のヒータ１０，１１，１２，１３を挿入し、この切込み部４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂに前記逆Ｕ字形状のヒータ１０，１１，１２，１３が跨いで取り付けられる。

即ち、図３に示すように、逆Ｕ字形状のヒータ１０，１１，１２，１３の屈曲部１０ｂ、１１ｂ、１２ｂ、１３ｂが、前記切込み部４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂに係止、固定される。したがって、図２に示すように、前記支柱４，５，６，７の両側側面に、ヒータ１０，１１，１２，１３のヒータ部１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａが位置して配置される。

このように、前記穴２ａから逆Ｕ字形状のヒータ１０，１１，１２、１３を挿入し、また取り出すことができるため、ボート洗浄時にヒータを容易に取り外すことができ、またヒータ破損時にヒータを容易に交換することができる。

更に、この逆Ｕ字形状のヒータ１０，１１，１２，１３について、図４に基づいて説明する。尚、逆Ｕ字形状のヒータ１０，１１，１２，１３は同一の構成であるため、逆Ｕ字形状のヒータ１０について説明し、他のヒータの説明は省略する。
図４に示すようにヒータ１０は、逆Ｕ字状のガラス管２０と、このガラス管２０内に封入されたカーボンワイヤー発熱体２１と、前記カーボンワイヤー発熱体２１に電力を供給する接続線２３を有する二つの封止端子部２４とを備えている。

前記ガラス管２０は、封止端子部２４に続いて形成された直線状部２０ａと、前記直線状部２０ａに続いて形成された屈曲部２０ｂとを備えている。前記直線状部２０ａは、ヒータ部１０ａに対応し、前記屈曲部２０ｂは逆Ｕ字形状のヒータ１０の屈曲部１０ｂに対応している。
また、前記封止端子部２４は、ガラス管２０の内部に圧縮収納されたワイヤーカーボン材２２を備え、このワイヤーカーボン材２２によってカーボンワイヤー発熱体２１と接続線２３とが固定、接続されている。

前記接続線２３は、カーボンワイヤー発熱体３に電力を供給するものであって、Ｍｏ（モリブデン）、あるいはＷ（タングステン）棒からなり、その直径は１ｍｍ乃至３ｍｍに形成されている。尚、封止端子部２４の接続線２３と溶着するガラス部分は、石英ガラス部、グレイデッドシール部、タングステンガラス部によって構成されて、タングステンガラス部によって接続線２３をピンチングシールしている。

前記カーボンワイヤー発熱体２１としては、複数本のカーボンファイバーを束ねたファイバー束を複数束用いてワイヤー状に編み込んだもの等が用いられる。例えば、特開２０００−２２８２７１号公報として既に提案したものが好適に用いることができる。

そして、この縦型ウエハボートを組み立てるには、まず支柱４を底板３に固定し、前記支柱４の上端部の切込み部４ｂに、逆Ｕ字形状のヒータ１０の屈曲部１０ｂを架け、支柱４の両側にヒータ部１０ａが位置するように取付ける。このとき、前記ヒータ１０の両側の封止端子部２４は、底板３に形成された貫通穴３ａに嵌合、固定される。
更に、各支柱５，６，７についても同様に、各支柱５，６，７の両側面にヒータ１１，１２，１３のヒータ部１１ａ，１２ａ，１３ａが位置するように取り付けられ、前記ヒータ１１，１２、１３の両側の封止端子部２４は、底板３に形成された貫通穴に嵌合、固定される。

また、図４に示すように、前記保温筒６３の上面部における、ヒータ１０の封止端子部に対応する位置には、ヒータ１０の封止端子部２４の接続線２３と接続する接続端子部６３Ａが設けられている。尚、図示しないが、各ヒータ１１，１２，１３の封止端子部に対応する位置には、同様に、各ヒータ１１，１２，１３の接続線と接続する接続端子部が設けられている。

この接続端子部６３Ａは、前記封止端子部２４に対応する位置に形成された凹部６３ａと、前記凹部６３ａ内を進退自在に形成され、前記封止端子部２４の接続線２３を保持する端子部２７と、前記端子部２７と前記凹部２６との間に設けられ、前記端子部２７を上方向に付勢するスプリング２６とを備えている。
そして、前記ウエハボート１を保温筒６３の上面に載置することにより、前記封止端子部２４の接続線２３が、端子部２７の保持部２７ａに保持され、電気的に接続される。前記保持部２７ａは凹部形状に形成され、前記接続線が保持部２７ａの凹部に遊嵌するように構成されている。

特に、前記端子部２７がスプリング２６によって上方に付勢されているため、接続線２３と端子部２７との接続時に両者に位置づれが生じても修正され、また修正されなかった場合においても、接続線２３と端子部２７に不用意な外力が加わらす、接続線２３と端子部２７の破損を防止することができる。

このようにウエハボート１を保温筒６３に載置することによって、前記封止端子部２４の接続線２３と端子部２７とが電気的に接続され、ウエハボート１に取り付けられたカーボンワイヤー発熱体２１に電力を供給することができる。

上述した構成の縦型ウエハボート１を用いて、図８に示した熱処理装置で半導体ウエハの熱処理を行なえば、炉心管の外に配置されたヒータ６１による加熱のほか、ヒータ１０，１１，１２，１３を用いて半導体ウエハＷを加熱することができる。
即ち、支柱４，５，６，７が大径化した場合においても、ヒータ１０，１１，１２，１３を用いて半導体ウエハＷを加熱することができるため、支柱４，５，６，７の影の部分を極力小さくでき、支柱近傍の温度分布をより均一になすことができる。

次に、本発明にかかる第２の実施形態について、図５に基づいて説明する。
この実施形態にあっては、図５に示すように支柱３０の形状に特徴がある。即ち、支柱３０の水平断面形状はＴ字形状に形成され、天板２及び底板３の径方向に延設された第１の支柱部３０Ａの側面に、支柱３０の縦方向の軸線に沿って，第１の実施形態と同様にヒータ１０が取り付けられている。
尚、この第１の支柱部３０Ａの内側面には、半導体ウエハＷを載置係止するための複数の溝３０ａが形成されている。

また、前記第１の支柱部３０Ａに直交する第２の支柱部３０Ｂには、水平方向に貫通する貫通穴３１が複数形成され、前記貫通穴３１を介して雰囲気ガスが流通するように構成されている。尚、前記貫通穴３１は、第１の支柱部３０Ａの両側に形成された第２の支柱部３０Ｂの夫々に形成されている。このように、貫通穴３１が形成されているため、前記支柱によってガスの流れの乱れが抑制され、ガスの流れをより均一になすことができる。

更に本発明の第３の実施形態について、図６に基づいて説明する。
この実施形態も、第２の実施形態と同様に、図６に示すように支柱３０の形状に特徴がある。即ち、支柱３０の水平断面形状はＴ字形状に形成され、天板２及び底板３の径方向に延設された第１の支柱部３０Ａの側面に、支柱３０の縦方向の軸線に沿って、第１の実施形態と同様にヒータ１０が取り付けられている。なお、この第１の支柱部３０Ａの内側面には、半導体ウエハＷを載置係止するための複数の溝３０ａが形成されている。

また、前記第１の支柱部３０Ａに直交する第２の支柱部３０Ｂには、軸線方向に貫通するガス穴（第１の貫通穴）３２が形成され、一端がそのガス穴３２に貫通し、他の一端が支柱部３０Ｂのウエハ載置側に貫通するガス噴出し穴（第２の貫通穴）３３が複数形成され、前記ガス穴およびガス噴出し穴３３を介して雰囲気ガスが流通するように構成されている。尚、前記ガス穴３２およびガス噴出し穴３３は、第１の支柱部３０Ａの両側に形成された第２の支柱部３０Ｂの夫々に形成されている。
このように、ガス穴３２およびガス噴出し穴が形成されているため、前記支柱によってガスの流れの乱れが抑制され、ガスの流れをより均一になすことができる。

図１は本発明のウエハボートの実施形態を示す斜視図である。図２は図１のウエハボートのＩ−Ｉ断面図である。図３は図１のウエハボートの支柱の上端部を示す斜視図である。図４は支柱に取付けられたヒータを示す一部断面図である。図５は本発明にかかる第２の実施形態を示す斜視図である。図６は本発明にかかる第３の実施形態を示す斜視図である。図７は従来のウエハボートを示す斜視図である。図８は従来の半導体ウエハの熱処理装置を示す断面図である。

符号の説明

１縦型ウエハボート
２天板
２ａ穴
３底板
４支柱
４ｂ切込み部
５支柱
５ｂ切込み部
６支柱
６ｂ切込み部
７支柱
７ｂ切込み部
１０ヒータ
１０ａヒータ部
１０ｂ屈曲部
１１ヒータ
１１ａヒータ部
１１ｂ屈曲部
１２ヒータ
１２ａヒータ部
１２ｂ屈曲部
１３ヒータ
１３ａヒータ部
１３ｂ屈曲部
２０ガラス管
２１カーボンワイヤー発熱体
２３接続線
２４封止端子部
２６スプリング
２７端子部

Claims

天板と、前記天板と相対向して配置された底板と、前記天板と底板とに端部が固定され、半導体ウエハを載置する溝部が形成された支柱と、前記支柱の側面に、支柱の縦方向の軸線に沿って取り付けられたヒータとを備えていることを特徴とするウエハボート。
前記ヒータは、逆Ｕ字状のガラス管と、このガラス管内に封入されたカーボンワイヤー発熱体と、前記カーボンワイヤー発熱体に電力を供給する接続線を有する二つの封止端子部とを備え、
前記支柱の上端部に形成された切込み部に、前記逆Ｕ字状のガラス管の屈曲部を係止させることにより、前記ヒータを前記支柱に取付けることを特徴とする請求項１記載のウエハボート。
前記天板において前記支柱の切込み部に対応する位置に穴が形成され、
前記穴から前記逆Ｕ字状のガラス管が挿入され、前記逆Ｕ字状のガラス管の屈曲部が切込み部に係止させることを特徴とする請求項２記載のウエハボート。
前記封止端子部が底板に形成された貫通穴に嵌合、固定され、前記封止端子部の接続線が、前記貫通穴内部に露出していることを特徴とする請求項１記載のウエハボート。
前記支柱の水平断面形状がＴ字形状に形成され、天板及び底板の径方向に延設された第１の支柱部の側面に、支柱の縦方向の軸線に沿ってヒータが設けられ、
かつ、前記第１の支柱部に直交する第２の支柱部に水平方向に貫通する貫通穴が形成され、前記第２の支柱部の貫通穴を雰囲気が流通することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のウエハボート。
前記支柱の水平断面形状がＴ字形状に形成され、天板及び底板の径方向に延設された第１の支柱部の側面に、支柱の縦方向の軸線に沿ってヒータが設けられ、
かつ、前記第１の支柱部に直交する第２の支柱部の軸線方向にガス穴が形成されると共に、前記ガス穴から径方向に水平に貫通するガス噴出し穴が形成され、
前記第２の支柱部のガス穴及び噴出し穴を雰囲気が流通することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のウエハボート。
前記請求項４に記載のウエハボートを載置する保温筒を備えた熱処理装置であって、
前記保温筒の上面の前記封止端子部に対応する位置に形成された凹部と、前記凹部内を進退自在に形成され、前記封止端子部の接続線を保持する端子部と、前記端子部と前記凹部との間に設けられ、前記端子部を上方向に付勢するスプリングとを備え、
前記ウエハボートを保温筒に載置することにより、前記封止端子部の接続線と端子部とが電気的に接続されることを特徴とする熱処置装置。