JP2559627B2 - ウエーハ保持装置、該装置を用いたウエーハ搬出入方法、主として該搬出入方法に使用する縦形ウエーハボート - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、半導体製造工程に用いられるウエーハ保持
装置、縦形ウエーハボートを介して多数枚のウエーハを
熱処理装置より搬出入する方法、及び該方法等に好適に
使用される縦形ウエーハボートに関する。

「従来の技術」 近年、ウエーハの大口径化が進むに連れ、半導体製造
工程の自動化と省設置面積化を図る為に、炉管軸線をほ
ぼ垂直に設定した縦形熱処理炉と多数枚のウエーハを上
下に積層して保持する縦形ウエーハボートとを用い、該
ボート内に保持させたウエーハ群を熱処理装置より搬出
入させながら拡散その他の所定の熱処理を行う縦型熱処
理装置が開発されている。

そしてかかる縦型熱処理装置に用いられる保持ボート
には炉内に中吊状態で所定の熱処理を行う吊架方式の保
持治具と、炉内の保温筒上に載置させて熱処理を行う載
置方式の保持治具に区分けされるが、後者の保持治具は
一般にウエーハ外径より僅かに大に形成した円板状の基
台に、多数の保持溝を刻設した保持棒を垂直に複数本立
設させ、前記保持溝を介して該保持棒上に多数枚のウエ
ーハを積層保持可能に構成している。

従ってかかる保持治具においては従来の横型保持治具
のようにウエーハを垂直に立設させてその下端側を保持
溝に保持するのではなく、前記ウエーハを略水平状態に
維持した状態でその片側周縁を保持溝を介して保持する
構成を取る為に、該保持溝を刻設した保持棒等に印加さ
れる荷重応力が保持棒軸線と一致せず基台中心側に向け
斜め方向に印加される事となる。

而も該保持治具は一般に1,000〜1200℃前後の熱処理
温度下で軟化し易い高純度の石英ガラス材により形成さ
れている為に、前記積層ウエーハ枚数を大にした場合、
前記保持溝を刻設した保持棒等が傾斜してしまう恐れが
あり、結果として前記ウエーハの積層枚数をそれ程多く
する事が出来ないという欠点を有す。

かかる欠点を解消する為に、特開昭60−189930号にお
いて、前記石英ガラス材で形成した治具本体内に、SiC
材その他の耐熱性材料で形成した芯体を内封し、該芯体
によりその周囲を被包する石英ガラス製保持棒等の傾斜
を防止せんとした技術が開示されている。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら前記従来技術のように耐熱性芯体全体を
石英ガラス材からなる治具本体で被包した構成では、治
具洗浄時の洗浄液の侵入を防ぐ為に耐熱性芯体を被包す
る治具本体を密封封止構造にする必要があり、更に熱処
理時の内部空間の熱膨張による破壊を防ぐ為に、前記治
具本体の内部空間を実質的に真空下に置く必要があり、
結果として該治具の製造工程が煩雑化する。

又例え真空封止した場合にも耐熱性芯体自体も石英ガ
ラス材に比較して熱膨張が大な為に、該熱膨張を考慮し
て常温下において治具本体内形より相似的に小に、言い
換えれば所定空隙を介して芯体を治具本体内に内封しな
ければならず、この事は例えば洗浄時のように前記治具
を揺動させる場合に前記治具本体と芯体間が衝接し、こ
れにより破損やクラックが発生してしまう場合があり、
洗浄等が困難となる。

さて前記縦型治具においては前記ウエーハを略水平状
態に維持した状態でその片側周縁を保持溝で保持する構
成を取る為に、前記保持溝の腹面側（支持棒軸方向）に
多大の応力が印加される事となり、この状態で繰り返し
ウエーハの加熱処理を行うと、永年使用により前記保持
溝にダレ等が生じ易くその劣化度合は従来の横型治具に
比較して大であり、又フッ酸、硝酸等による洗浄液によ
り前記溝部が拡がり且つ劣化しウエーハ保持が困難にな
ったり、又該劣化部にピンホールが発生し洗浄液が治具
内空隙部に侵入し使用が困難になる事があり、この為前
記劣化部分の交換若しくは修理が頻繁化するが、前記従
来技術のように芯体を内封すると、その劣化した治具本
体の交換に、内封した芯体を一々取外して行わなければ
ならず保守作業が煩雑化する。

本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、加熱処理時の
変形を阻止しつつ治具製造作業、洗浄作業、及び修理そ
の他の保守作業の容易化を図ったウエーハ保持装置、該
装置を用いたウエーハ搬出入方法、主として該搬出入方
法に使用する縦形ウエーハボートを提供する事を目的と
する。

「課題を解決しようとする手段」 A,ウエーハ保持装置に関する発明 さて前記従来技術はいずれもボートと耐熱芯体が一体
化されている為に前述したような不具合が派生したもの
であり、そこで本発明はかかる発想を全く変え、請求項
１）及び２）において第１図に示すように前記ウエーハ
30を上下に多段状に積層配置する縦型ボート20と耐熱芯
体10を別体に構成し、前記芯体10を所望の工程時好まし
くは加熱処理工程時のみ前記芯体10がボート20内に内挿
可能に構成したものである。

かかる技術手段によれば、加熱処理時において前記芯
体10のウエーハ30と対面する側は全て石英ガラス製のウ
エーハボート20に包被されている為に、前記従来技術と
同様な高品質の熱処理が可能であるとともに、前記両部
材10,20は基本的には別体に構成されている為に、熱処
理による表面汚染が生じた場合には該ウエーハボート20
のみ取り出して洗浄すればよく、また同様に永年使用に
より前記保持溝22にダレ等が生じた場合においてもウエ
ーハボート20のみを交換すればよく、結果として芯体10
とボート20を一体化したものに比較してランニングコス
トが大幅に低下する。

B,ウエーハ30搬出入方法に関する発明 又前記ボート20と耐熱芯体10は第４図に示すように洗
浄時のみ分割可能に組み合わせておく事も可能である
が、好ましくは前記耐熱性芯体10を熱処理装置50側の保
温筒51上に固設又は載設させた状態で公知の搬送手段を
利用して前記ウエーハボート20のみを熱処理装置50外に
搬出入させる事により、下記記載のような作用効果が派
生し、好ましい。

そこで請求項３）においてウエーハ30を上下に多段状
に積層配置された縦型ボート20の内部に耐熱性芯体10を
内挿した状態でウエーハ30の加熱処理を行った後、前記
耐熱性芯体10を熱処理装置50側に残置させた状態で前記
ウエーハボート20のみを熱処理装置50外に搬出入する事
を特徴とするウエーハ搬出入方法を提案している。

かかる技術手段によれば加熱処理時においては前記ボ
ート20内に耐熱性芯体10が内挿状態にある為に、請求項
１）と同様な効果を得るとともに、前記耐熱性芯体10を
熱処理装置50側に残置させた状態で前記ウエーハボート
20のみを搬出入可能に構成している為に、芯体10を一体
的に組込んだ装置に比較して重量負担の大幅軽減につな
がるとともに、熱処理による表面汚染が生じた場合には
該ウエーハボート20のみを洗浄すればよく、又同様に永
年使用により前記保持溝22にダレ等が生じた場合におい
てもウエーハボート20のみを交換すればよく、結果とし
て芯体10を一体化したものに比較してランニングコスト
が大幅に低下する。

又SiC材で形成される芯体10は石英ガラス製のボート2
0に比較して格段に高価であるが、本発明によれば一の
芯体10に対し、複数のボート20群を用意し、適宣交換し
て使用可能に構成する事により、製造コストの大幅低減
につながるのみならず、洗浄又はウエーハ30移し変えの
際に他のウエーハボートを使用して処理の続行が出来る
為に、インターバルタイムが短くなり生産性の大幅向上
につながる。

又外観デザインの異なる複数のボート20を使用する事
も可能である、これにより、ウエーハ30サイズと枚数の
変更が容易である。

尚前記請求項１）乃至３）記載の発明はいずれも縦型
加熱炉に好適に使用されるものである。

C,縦形ウエーハボート20に関する発明 請求項４）は前記各発明に好適に用いられる縦形ウエ
ーハボート20を提供するものであり、その特徴とする所
は第１図に示すように下面側が開口23aされ熱処理装置5
0側の所定位置に載設可能な台座部23と、該台座部23上
面周縁側より垂直に立設させ内部に台座側の下面開口23
aと連通する空洞部21aを有する鞘状体21よりなり、該鞘
状体21の側壁面にウエーハ保持溝22を多段状に刻設する
とともに、前記台座23下面開口23aより前記鞘状体21内
に耐熱性芯体10が嵌挿可能に構成した点にある。

尚、前記ウエーハ保持溝22を刻設した鞘状体21の形状
は特に限定されず、例えば前記鞘状体21を一側が開口23
aされた弧状中空周壁若しくは連接された複数の中空棒
体により形成する事も出来る。

又前記開口23a部が処理ガス下流側に位置するように
加熱処理装置50内のガスの流れ方向を設定するのがよ
い。

又前記耐熱性芯体10は、SiC材のみに限定する事な
く、Si材、Al₂O₃若しくはこれらを含有する混成体等を
用いる事が出来る。

かかる発明によれば前記請求項１）乃至３）に記載し
た各発明の作用効果を得るとともに、前記耐熱性芯体10
の下面11a側は、ウエーハボート20には被嵌されていな
いが、該下面11aは一般的には保温筒51等に載置され而
も処理ガスの下流側に配置されている為に、該下面11a
側より不純物が発散して処理炉50内を汚染する恐れは全
くない。

「実施例」 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。ただしこの実施例に記載されている
構成部品の寸法、材質、その相対配置などは特に特定的
な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに限定
する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

第１図及び第２図は本発明の実施例に係る縦形ウエー
ハ保持装置を示し、前記したようにSiC材からなる耐熱
性芯体10と、僅かな空隙を介して前記芯体10の下面11a
を除く外周囲を被嵌可能に形成した石英ガラス製ウエー
ハボート20よりなる。

前記芯体10は円板状の基板11と該基板11の片側周縁部
位より垂直に立設する円棒状の３本の補強部材12からな
り、そして前記各補強部材12は夫々周方向に60゜隔てて
且つその内縁側に沿って形成される内接円がウエーハ30
外径より僅かに大になる位置より夫々垂直に立設させ
る。

ウエーハボート20は、下面側が開口23aされた円蓋状
をなし処理装置50内の保温筒51上に載設可能な台座23
と、該台座23上面周縁側より垂直に立設させ内部に台座
23側の下面開口23aと連通する空洞部21aを有する中空管
状の鞘状体21と、該鞘状体21上端部を連接するリング状
の固定部材24からなり、台座23は下面23aが開放され前
記耐熱性芯体10の基板11外形より僅かに大なる相似形の
内部空間23をもって中空状に形成するとともに、その周
面上側に鍔部25を拡径し、該鍔部25下側にフォーク状の
搬出治具40が挿入可能に構成する。

又前記鞘状体21は、上端が封止された３本の中空管か
らなり、各中空管の側壁にウエーハ保持溝22を上下に多
段状に刻設し、該鞘状体21側方よりウエーハ30が装入保
持可能に構成する。

そして前記鞘状体21はその肉厚を保持溝22深さより大
に設定し、該保持溝22が空洞部21aまで貫通しないよう
に形成する。

かかる構成により、ウエーハボート20は前記芯体10の
下面11a側を除く外周囲を被嵌する事が出来る訳である
が、ウエーハボート20下面側が全面開放されている為
に、前記芯体10を熱処理装置50側に残置させた状態で、
搬送治具40を利用してウエーハボート20のみを搬出入す
ることが出来る。

次にかかるウエーハ保持装置を用いたボート搬送手順
について第２図及び第３図に基づいて説明する。

先ず、第２図及び第３図（）に示すようにSiC材か
らなる耐熱性芯体10を内挿した石英ガラス製ウエーハボ
ート20を保温筒51上に設置した状態で上方より処理ガス
を流しながら加熱処理を行った後、保温筒51を支持する
基台52下方に設けた周回軸53とともに、前記ボート20を
下方に降下させ（）、炉芯管54内部空間を開放した
後、前記周回軸53を利用して半周回させた後上方に上昇
させる事により前記ボート20を基台52及び保温筒51とと
もにボート取り出し位置に位置せしめる。尚、55は炉芯
管である。（） 次に前記ウエーハボート20の鍔部25下側にフォーク状
の搬送治具40を挿入した後、周回軸53を利用して基台52
を下方に降下する事により、保温筒51とともに耐熱性芯
体10が下方に降下し、ウエーハボート20のみがウエーハ
30を載置した状態で搬送治具40上に保持される事とな
る。（） そして前記搬送治具40を介してウエーハボート20を他
の位置に移動した後、ウエーハ30を装填した他のウエー
ハボート20を前記搬出入位置に位置せしめ、次に下方に
位置している耐熱性芯体10を基台52とともに上昇させて
前記ボート20内に内挿させつつ、該ボート20の台座23が
保温筒51上に載設するまで上昇させる。

前記上昇終了後搬送治具40を抜出させて、再度前記動
作手順を逆に行いながら、所定の加熱処理を行う。

そして前記加熱処理中に、他の位置に移動させたウエ
ーハボート20よりウエーハ30の取り出し及び再装填を行
い、次のボート20搬出入動作に備える。

第４図は前記搬出入動作は芯体10をボート20と一体化
させて行い、洗浄若しくは保守作業工程時のみ、両者を
分割可能にした他の実施例で、前記芯体10の底端側を段
差状に縮径させるとともに、前記ウエーハボート20の下
端側内周面に螺子条26を刻設し、該螺子条26に、前記芯
体10の縮径部13に係合可能なリング体27を取外し自在に
螺合させる事により、前記芯体10とウエーハボート20を
一体的に昇降させる事が可能となる。

「発明の効果」 以上記載した如く本発明によれば、前記ウエーハを保
持するボートと耐熱芯体を別体に構成し、主として加熱
処理時においてのみボート内に耐熱性芯体が内挿可能に
構成した為に、加熱処理時におけるボート変形阻止とそ
の補強と、治具製造作業、洗浄作業、及び修理その他の
保守作業の容易化という二律背反的な作用を効果的且つ
円滑に行う事の出来るものである。

等の種々を著効を有す。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の実施例に係る縦形ウエーハ
保持装置を示し、第１図（ａ）（ｂ）（ｃ）は夫々ウエ
ーハボート、耐熱性芯体、及びこれらを組み合わせた保
持装置の斜視図、第２図は外保持装置を加熱処理装置内
に載置した状態を示す正面断面図である。第４図はその
変形例を示す正面断面図である。第３図は第１図に示す
ウエーハ保持装置の搬出入動作手順を示す作用図であ
る。 11:基板、21:鞘状体、10:耐熱性芯体 20:ウエーハボート、22:ウエーハ保持溝

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウエーハを上下に多段状に積層配置する縦
   型ボートと、耐熱芯体を別体に構成し、前記芯体を少な
   くとも所望の工程時に、少なくともボートのウエーハ保
   持部位内に内挿可能に構成したことを特徴とするウエー
   ハ保持装置
2. 【請求項２】ウエーハを上下に多段状に積層配置する縦
   型ボートと、耐熱芯体を別体に構成し、前記芯体を少な
   くともウエーハの加熱処理工程時に、少なくともボート
   のウエーハ保持部位内に内挿可能に構成したことを特徴
   とするウエーハ保持装置
3. 【請求項３】ウエーハを上下に多段状に積層配置された
   縦型ボートの内部に耐熱性芯体を内挿した状態でウエー
   ハの加熱処理を行った後、前記耐熱性芯体を熱処理装置
   側に残置させて前記縦型ボートのみを熱処理装置外に搬
   出入する事を特徴とするウエーハ搬出入方法
4. 【請求項４】下面側が開口され熱処理装置側の所定位置
   に載設可能な台座部と、該台座上面周縁側より垂直に立
   設させ内部に台座側の下面開口と連通する空洞部を有す
   る鞘状体よりなり、該鞘状体の側壁面にウエーハ保持溝
   を多段状に刻設するとともに、前記台座下面開口部より
   前記鞘状体内に耐熱性芯体が嵌挿可能に構成した石英ガ
   ラス製縦形ウエーハボート
5. 【請求項５】前記鞘状体が中空弧状壁若しくは複数の中
   空棒体からなる請求項４）記載の縦形ウエーハボート