JP2865604B2 - 半導体ウエハーの加熱処理装置 - Google Patents

半導体ウエハーの加熱処理装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体ウエハー
の製造プロセスにおいて、アニール酸化膜を形成した
り、不純物を拡散させたり、蒸着膜を形成したりするた
めに使用される半導体ウエハーの加熱処理装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来、半
導体ウエハーの製造プロセスにおいては、焼鈍、リン,
ヒ素等の不純物の拡散、酸化膜の形成、化学蒸着等のた
めに、急熱炉を備える加熱処理装置が使用されている。
この加熱処理装置の一つに、半導体ウエハーを、一枚ず
つ水平に支持した状態で加熱するものが提供されている
(例えば特開平2−14514号公報参照)。
【0003】この種の加熱処理装置は、プロセスチャン
バー内に供給された半導体ウエハーを、水平に支持する
ウエハー支持体と、このウエハー支持体を、石英管(ク
オーツチューブ)からなる昇降ロッドを介して昇降させ
る昇降手段とを備えており、上記ウエハー支持体を昇降
ロッドを介して上昇させることにより、ウエハー支持体
に支持された半導体ウエハーを、ローディング位置から
加熱チャンバーに移送して、所定の加熱処理を行うこと
ができる。また、上記加熱処理が完了した時点で、上記
昇降ロッドを下降させることにより、半導体ウエハーを
再び上記ローディング位置に復帰させて、プロセスチャ
ンバーから取り出すことができる。
【0004】上記従来の加熱処理装置において、上記昇
降ロッドは、シール部材を兼ねるすべり軸受によって、
昇降及び回転自在に支持されている。このすべり軸受
は、フッ素樹脂からなる中空リングの内部に、締付力を
付与するためのリング状のコイルばねを埋設したもので
あり、上記昇降ロッドを摺動自在に支持しているととも
に、プロセスチャンバー内に発生する有害なガスが、昇
降ロッドの外周部の隙間を通して漏洩するのを防止して
いる。また、上記すべり軸受は、過熱しないように水冷
されている。
【0005】ところが、上記従来の加熱処理装置におい
ては、半導体ウエハーを1200°C程度で高温処理す
る必要があるので、上記すべり軸受は、これを水冷して
いるにもかかわらず、200°C程度に加熱される。こ
のため、その耐摩耗性が劣化して、昇降ロッドとの摺接
により摩耗粉が発生し、この摩耗粉がプロセスチャンバ
ー内に侵入して、半導体ウエハーを汚染するという問題
が生じていた。また、上記すべり軸受の摩耗によって、
そのシール性が低下し、プロセスチャンバー内に発生す
る有害なガスが、昇降ロッドの外周部の隙間を通して漏
洩する事態も生じていた。
【0006】そこで、上記昇降ロッドを、静圧軸受によ
って昇降及び回転自在に支持することも試みられてい
る。ところが、この静圧軸受についても、昇降ロッドと
の摺接が避けられないことから、その摺接面が摩耗し
て、摩耗粉がプロセスチャンバー内に侵入し、半導体ウ
エハーを汚染することがあった。特に、上記静圧軸受の
昇降ロッドに対する摺接面は、SUS304,SUS3
16,SUS316Lその他の耐熱耐蝕性のステンレス
鋼で構成されており、上記摩耗粉にFe,Ni,Cr等
の重金属が含まれていことから、半導体ウエハーはこ
れら重金属によって汚染されることになる。このため、
半導体のライフタイムが短くなるという重大な欠陥を引
き起こす虞れがあった。
【0007】この発明は、上記問題点に鑑みてなされた
ものであり、ウエハー支持体を支承する昇降ロッドと、
この昇降ロッドを支持する軸受との摺接によって生じる
摩耗粉によって、半導体ウエハーが汚染されるのを防止
することができる半導体ウエハーの加熱処理装置を提供
することを目的とする。また、この発明は、プロセスチ
ャンバー内に発生する有害なガスが、昇降ロッドの外周
部の隙間を通して装置外に漏洩するのを確実に防止する
ことができる半導体ウエハーの加熱処理装置を提供する
ことを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
のこの発明の半導体ウエハーの加熱処理装置は、半導体
ウエハーを水平に支持するウエハー支持体と、上記ウエ
ハー支持体を支承する昇降ロッドと、この昇降ロッドを
昇降自在に支持する軸受とを有し、上記ウエハー支持体
を昇降ロッドを介して上昇させて、ウエハー支持体に支
持された半導体ウエハーを加熱チャンバーに移送する昇
降手段とを備える半導体ウエハーの加熱処理装置におい
て、上記軸受を静圧軸受で構成し、その昇降ロッドに対
する摺接面を、重金属の総含有量が0.05ppm以下
石英又は炭化ケイ素で構成したことを特徴とするもの
である。
【0009】上記の構成の半導体ウエハーの加熱処理装
置によれば、昇降ロッドを支持する軸受が静圧軸受で構
成されているので、昇降ロッドとの摺接による摩耗を、
従来のすべり軸受に較べて大幅に少なくすることができ
る。しかも、上記静圧軸受の昇降ロッドに対する摺接面
を、重金属の総含有量が0.05ppm以下の石英又は
炭化ケイ素で構成しており、昇降ロッドとの摺接によっ
て生じる摩耗粉に含まれる重金属の量が非常に僅かであ
るので、半導体ウエハーに重金属汚染が生じるのを、効
果的に防止することができる。また、プロセスチャンバ
内から昇降ロッドの外周部の隙間を通して静圧軸受側に
漏洩した有害なガスを、上記小孔ロッドを支持すべく静
圧軸受に供給された後排出されるパージガスとともに回
収することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照しながら詳述する。図2はこの発明
の半導体ウエハーの加熱処理装置の一つの実施の形態を
示す概略断面図である。この加熱処理装置は、半導体ウ
エハーWを加熱する急熱炉1と、プロセスチャンバーC
の内部において半導体ウエハーWを支持するウエハー支
持体2と、このウエハー支持体2に支持された半導体ウ
エハーWを昇降させる昇降手段3と、ウエハー支持体2
に半導体ウエハーWを供給したり、ウエハー支持体2か
ら半導体ウエハーWを取り出したりするハンドリング手
段4と、上記昇降手段3やハンドリング手段4の駆動を
制御する制御部5等によって主要部が構成されている。
【0011】上記急熱炉1は、プロセスチャンバーCを
構成する筒体11の上部外周に、ヒータ12を配置した
ものであり、上記筒体11の途中部は、断熱材13によ
って覆われている。上記筒体11は、石英、SiC等か
らなるものであり、上部が閉塞されているとともに、下
部が開口されている。この筒体11の下部の開口は、上
記ハンドリング手段4が構成された搬送チャンバーBに
連通されており、この搬送チャンバーBの底部は底板B
1によって閉塞されている。なお、上記プロセスチャン
バーCの上部は加熱チャンバーAとして構成されてい
る。
【0012】ウエハー支持体2は、図4に詳細を示すよ
うに、石英、SiC等からなる平板状の基盤21上に、
石英からなる複数本の支持ピン22を立設したものであ
る。各支持ピン22の高さは、半導体ウエハーWを水平
に支持できるように、均一に設定されている。なお、上
記支持ピン22の下端部は、基盤21に固着されてい
る。
【0013】上記昇降手段3は、上記ウエハー支持体2
を支承する昇降ロッド31と、この昇降ロッド31を昇
降自在に支持する静圧軸受32と、昇降ロッド31を昇
降させる昇降駆動部33とを備えている。上記昇降ロッ
ド31は、石英管からなるものであり、その上端部が上
記ウエハー支持体2の基盤21の底面に接続されてい
る。
【0014】静圧軸受32は、図1に詳細を示すよう
に、底板B1に取り付けられたケーシング32aの内部
に、昇降ロッド31と摺接するスリーブ32bを設けた
ものであり、このスリーブ32bと昇降ロッド31との
間には、パージガスを流通させるための隙間Sが構成さ
れている。また、スリーブ32bの外周には、環状溝3
2cが形成されており、この環状溝32cの周面には、
当該環状溝32cと上記隙間Sとを連通する複数の小孔
32dが形成されている。この小孔32dは、上下二列
の円周に沿って、等間隔に形成されており(図示例では
上下各8箇所)、上段の小孔32dと下段の小孔32d
とは、互いに位相をずらした状態で形成されている(図
6及び図7参照)。
【0015】さらに、上記ケーシング32aには、上記
スリーブ32bの環状溝32cにパージガスを供給する
ためのガス供給口32eが形成されているとともに、昇
降ロッド31とスリーブ32bとの間の隙間Sに供給さ
れたパージガスを排出するためのガス排出口32fが形
成されている。また、上記ケーシング32aには、冷却
水を循環させるための水路32hが形成されている。な
お、上記静圧軸受32のケーシング32aと底板B1と
の間には、Oリング32gが介在されており、プロセス
チャンバーC内のガス及びパージガスが、装置外に漏洩
しないようになっている。また、上記パージガスとして
は、窒素ガスが使用される。
【0016】上記静圧軸受32のスリーブ32bの内周
面、つまり昇降ロッド31との摺接面Xには、炭化ケイ
素からなるコーティング層Dが形成されている(図3参
照)。このコーティング層Dは、化学蒸着によって形成
された高密度のものであり、その厚みとしては、100
〜500μmに設定されている。
【0017】図2を参照して、上記昇降ロッド31を昇
降駆動させる昇降駆動部33は、モータ33aと、この
モータ33aによって回転駆動されるスパイラルギア3
3bと、上記昇降ロッド31の下端部が連結され、スパ
イラルギア33bに対して螺合された昇降部材33c
と、昇降部材33cの昇降をガイドするガイドロッド3
3dと、昇降ロッド31の昇降ストロークを制御するた
めのエンコーダ33e等を備えている。また、上記昇降
手段3には、昇降ロッド31を回転させるための回転駆
動機構も構成されている。
【0018】ハンドリング手段4は、水平方向へ旋回可
能なロボットアーム41の先端の、半導体ウエハーWの
裏面(下面)との接触面側に、複数個の溝42を形成
し、さらに当該溝42にアーム部を貫通して真空ポンプ
と連通する小孔43を形成することにより、半導体ウエ
ハーWを真空吸着するようにしたものであり(図4及び
図5参照)、当該半導体ウエハーWをウエハー支持体2
の支持ピン22上に供給したり、加熱処理が完了した半
導体ウエハーWを支持ピン22上から取り出したりする
ことができる。
【0019】以上の構成であれば、昇降ロッド31が静
圧軸受32によって支持されているので、昇降ロッド3
1との摺接による静圧軸受32の摺接面Xの摩耗を、従
来のすべり軸受に較べて大幅に少なくすることができ
る。しかも、上記静圧軸受32の摺接面Xが、不純物と
しての重金属の含有量が非常に少ない高密度の炭化ケイ
素(Fe0.04ppm,Cr0.01ppm以下)で
構成されているので、昇降ロッド31との摺接によって
生じる摩耗粉についても、重金属の含有量が非常に少な
いものとなる。このため、半導体ウエハーが重金属によ
って汚染されて、半導体のライフタイム短くなるのを
効果的に防止することができる。
【0020】また、上記スリーブ32bと昇降ロッド3
1との間に供給されたパージガスは、その一部が隙間S
を通って大気中に排出されるものの、大半は、ガス排出
口32fを通して排出されて回収され、これに伴って、
昇降ロッド31の外周部の隙間を通してプロセスチャン
バーC内から静圧軸受32側に漏洩した有毒ガスも、上
記ガス排出口32fを通して排出して回収することがで
きる。従って、当該有毒ガスの装置外への漏洩を確実に
防止することができる。また、上記スリーブ32bと昇
降ロッド31との間に供給されたパージガスのガス圧に
よって、プロセスチャンバーC内の有毒ガスが、静圧軸
受32側に漏洩するのを抑制することもできる。なお、
上記パージガスとともに排出口32fから排出された有
毒ガスは、専用の回収装置によってパージガスと分離し
た状態で回収される。
【0021】上記静圧軸受のスリーブ32bに形成され
たコーティング層Dとしては、上記炭化ケイ素に代え
て、高密度の石英で構成してもよく、この場合にも不純
物としての重金属が少ないので(Fe0.05pp
m)、昇降ロッド31との摺接によって生じる重金属に
よる半導体ウエハーWの汚染を効果的に防止することが
できる。また、上記スリーブ32bは、上記コーティン
グ層Dを構成する代わりに、その全体を、石英や炭化ケ
イ素によって構成してもよい。
【0022】
【発明の効果】以上のように、この発明の半導体ウエハ
ーの加熱処理装置によれば、昇降ロッドを支持する軸受
が静圧軸受で構成されているので、昇降ロッドとの摺接
による摩耗を、従来のすべり軸受に較べて大幅に少なく
することができるとともに、上記静圧軸受の昇降ロッド
に対する摺接面が、重金属の含有量がきわめて少ない石
英又は炭化ケイ素によって構成されているので、上記摺
接面の摩耗によって、半導体ウエハーが重金属にて汚染
されるのを防止することができる。このため半導体のラ
イフタイムが短くなるのを効果的に防止することができ
る。また、この発明の半導体ウエハーの加熱処理装置
は、プロセスチャンバ内に発生する有害なガスが、昇降
ロッドの外周部の隙間を通して装置外に漏洩するのを確
実に防止することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の半導体ウエハーの加熱処理装置に装
備された静圧軸受の断面図である。
【図2】加熱処理装置の全体を示す概略断面図である。
【図3】静圧軸受の摺接面の詳細を示す断面図である。
【図4】ウエハー支持体の断面図である。
【図5】ハンドリング装置の要部斜視図である。
【図6】図1のVI−VI線断面図である。
【図7】図1のVII −VII 線断面図である。
【符号の説明】
1 急熱炉 2 ウエハー支持体 3 昇降手段 31 昇降ロッド 32 静圧軸受 W 半導体ウエハー A 加熱チャンバー D コーティング層 X 摺接面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 390033020 Eaton Center,Cleve land,Ohio 44114,U.S. A. (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/22 511 H01L 21/31 H01L 21/68

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体ウエハーを水平に支持するウエハー
    支持体と、 上記ウエハー支持体を支承する昇降ロッドと、この昇降
    ロッドを昇降自在に支持する軸受とを有し、上記ウエハ
    ー支持体を昇降ロッドを介して上昇させて、ウエハー支
    持体に支持された半導体ウエハーを加熱チャンバーに移
    送する昇降手段とを備える半導体ウエハーの加熱処理装
    置において、 上記軸受を静圧軸受で構成し、その昇降ロッドに対する
    摺接面を、重金属の総含有量が0.05ppm以下の
    英又は炭化ケイ素で構成したことを特徴とする半導体ウ
    エハーの加熱処理装置。
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