JP2877748B2

JP2877748B2 - 半導体ウエハーの加熱処理装置

Info

Publication number: JP2877748B2
Application number: JP8071297A
Authority: JP
Inventors: 耕三荻野; 陽三田中; 育義木田
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1996-02-29
Publication date: 1999-03-31
Anticipated expiration: 2016-02-29
Also published as: JPH09237782A

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
支持した状態で加熱する縦型炉方式のものが提供されて
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、昇降ロ
ッドの途中部は、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とともに、上記
昇降ロッドの下端部は、回転及び昇降可能な支持部材に
よって支持されている。上記すべり軸受は、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
コイルばねからなる締付バンド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程度の高温で加熱
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、耐摩耗性が劣化して、昇降ロッドとの摺
接により多量の摩耗粉が発生し、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
伴って、そのシール特性が低下し、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、特に高負荷が
作用する場合に、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虞れがあ
る。特に、上記静圧軸受の昇降ロッドに対する摺接面
を、ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６，ＳＵＳ３１６Ｌ等の
耐熱耐蝕性を有するステンレス鋼で構成すると、その摩
耗粉にＦｅ，Ｎｉ，Ｃｒ等の重金属が含まれることか
ら、半導体ウエハーがこれら重金属によって汚染され
て、そのライフタイムが短くなるという重大な欠陥を引
き起こす虞れがある。

【０００７】さらに、上記従来の加熱処理装置は、昇降
ロッドの下端部が、支持部材によって不動状に支持され
ているので、昇降ロッドをスムースに昇降させたり、す
べり軸受の摺動面に偏摩耗が生じたりするのを防止する
ためには、支持部材とすべり軸受とを高精度に調芯させ
る必要がある。このため、上記支持部材やすべり軸受
を、高精度に加工したり、高精度に組み立てたりする必
要があり、装置の製造コストが高くつくという問題があ
った。なお、上記すべり軸受と昇降ロッドとの間の隙間
を大きくすれば、支持部材とすべり軸受とを高精度に調
芯させる必要がないが、その分、すべり軸受のシール特
性が低下するので、プロセスチャンバー内に発生する有
害なガスが装置外に漏洩する等、実用上問題がある。

【０００８】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、
この昇降ロッドの途中部を支持する軸受との摺接による
摩耗粉の発生が少なく、半導体ウエハーが当該摩耗粉に
よって汚染されるのを抑制することができるとともに、
上記軸受や支持部材を高精度に加工したり組み立てたり
する必要がなく、しかも軸受のシール特性を良好に確保
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。

【０００９】

【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
ウエハーを支持するウエハー支持体と、このウエハー支
持体を支承する昇降ロッドと、この昇降ロッドの途中部
を昇降自在に支持する軸受と、上記昇降ロッドの下端部
側を支持する昇降可能な支持部材と、この支持部材を昇
降駆動させる昇降駆動部とを備え、上記ウエハー支持体
に供給された半導体ウエハーを、加熱チャンバーに上昇
移動させて加熱処理を行う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ているととも
に、上記支持部材と昇降ロッドとの間に、当該昇降ロッ
ドの下端部側を上記静圧軸受に対して調芯させるエラス
トマーを介在していることを特徴とするものである。

【００１０】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軸受摩耗
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。また、上記支持部材と昇降ロッドとの間にエラ
ストマーが介在されているので、昇降ロッドの下端部側
を支持部材によって弾性的に支持することができる。こ
のため、上記昇降ロッドの下端部側を軸受に対して自動
的に調芯させることができる。

【００１１】上記静圧軸受の昇降ロッドに対する摺接面
は、石英又は炭化ケイ素で構成するのが好ましく、この
場合には、摺接面の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。

【００１２】上記昇降ロッドと軸受との間には、シュパ
ンリングを介在しておくのが好ましく、この場合には、
上記昇降ロッドを静圧軸受に組み付ける際に、当該静圧
軸受の摺接面と昇降ロッドとが接触して、両者が損傷す
るのを防止することができるとともに、静圧軸受のシー
ル特性をより高めることができる。

【００１３】

【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１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
示す要部断面図であり、図２は全体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。

【００１４】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。

【００１５】ウエハー支持体２は、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。

【００１６】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の途
中部を昇降自在に支持する静圧軸受３２と、昇降ロッド
３１の下端部３１ａ側を支持する支持部材３３と、この
支持部材３３を昇降駆動させる昇降駆動部３４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。

【００１７】静圧軸受３２は、図３に詳細を示すよう
に、底板Ｂ１にボルト止めされたケーシング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、窒素ガス等の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、上記スリーブ３２ｂの
外周には、環状溝３２ｃ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４及び図５参照）。

【００１８】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及び小孔３２ｄを通し
て、スリーブ３２ｂと昇降ロッド３１との間の隙間Ｓ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、上記隙間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との間は、Ｏリン
グ３２ｇによってシールされており、プロセスチャンバ
ーＣ内のガス及びパージガスが、上記ケーシング３２ａ
と底板Ｂ１との間を通して装置外に漏洩しないようにな
っている。また、上記ケーシング３２ａの内周とスリー
ブ３２ｂの外周との間は、Ｏリング３２ｇによってシー
ルされており、両者間を通してパージガスが漏洩しない
ようになっている。

【００１９】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６参
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。また、上記ケーシング
３２ａの底面には、フランジ３５ａを備える筒体３５が
ボルト止めされており、この筒体３５の内周と昇降ロッ
ド３１との間には、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）
等からなる環状のシュパンリング３６を装着してある。
このシュパンリング３６は、一端側にテーパ面３６ｂを
備える一対のリング部材３６ａで構成されており、その
テーパ面３６ｂどうしを突き合わせた状態で、上記筒体
３５の内周と昇降ロッド３１との間に配置されていると
ともに、筒体３５の内周に突設された環状の係止段部３
５ｂと、筒体３５の底面にボルト止めされた押圧リング
３５ｃとによって挟持されている。上記シュパンリング
３６は、昇降ロッド３１をスリーブ３２ｂに導入した
後、上記押圧リング３５ｃを取付けるためのボルト３５
ｄを締めつけて、当該シュパンリング３６を押圧するこ
とにより、上記筒体３５の内周と昇降ロッド３１の外周
にそれぞれ張り詰めてあり、これによって、両者間がシ
ールされているとともに、昇降ロッド３１をスリーブ３
２ｂに対して調芯させている。なお、上記筒体３５と静
圧軸受３２のスリーブ３２ｂとの間は、Ｏリング３５ｅ
によってシールされている。

【００２０】上記昇降ロッド３１を昇降駆動させる昇降
駆動部３４は、モータ３４ａと、このモータ３４ａによ
って回転駆動されるスパイラルギヤ３４ｂと、上記支持
部材３３が取付けられ、スパイラルギヤ３４ｂに対して
螺合された昇降部材３４ｃと、昇降部材３４ｃの昇降を
ガイドするガイドロッド３４ｄ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３４ｅ等を備
えている。上記昇降部材３４ｃは、図７に示すように、
基部側にスパイラルギヤ３４ｂに螺合させる雌ねじ３４
ｆを備え、先端側に上記支持部材３３を嵌入する筒状部
３３ｇを備えるものであり、支持部材３３は、上記筒状
部３３ｇに対して回転自在に嵌入されている。なお、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。

【００２１】上記支持部材３３は、筒状のものであり、
その内部に昇降ロッド３１の下端部３１ａが、上記静圧
軸受３２に対して調芯可能に導入されている。さらに詳
述すると、上記支持部材３３の内部には、その上部側か
ら下部側に向かって第１の中空部３３ａ、第２の中空部
３３ｂ、及び第３の中空部３３ｃが順次形成されてい
る。これら各中空部３３ａ、３３ｂ、３３ｃは、支持部
材３３の外周と同芯に形成されており、その内径は、上
部側から下部側に向かって順次小さくなっている。そし
て、上記昇降ロッド３１の下端部３１ａは、上記第２の
中空部３１ｂと第３の中空部３１ｃとの境界部に構成さ
れる段部３３ｄによって受け止められた状態で、第２の
中空部３３ｂに遊嵌されており、この遊嵌部分の上方と
第１の中空部３３ａとの間には、調芯用のエラストマー
としてのＯリング３３ｅが介在されている。このＯリン
グ３３ｅは、図の場合、スペーサ３３ｆを介して所定間
隔離して２条設けられている。また、上記Ｏリング３３
ｅは、支持部材３３の内部に螺合されたキャップ３３ｇ
によって、その抜脱が規制されている。

【００２２】ハンドリング手段４は、図１に示すよう
に、水平方向へ旋回可能なロボットアーム４１の先端
に、半導体ウエハーＷを真空吸着するための吸着部材４
２を設けたものであり、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。

【００２３】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。

【００２４】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、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。

【００２５】さらに、上記支持部材３３と昇降ロッド３
１の下端部３１ａとの間に、Ｏリング３３ｅが介在され
ているので、支持部材３３によって当該昇降ロッド３１
の下端部３１ａを、その径方向への移動を許容した状態
で弾性的に支持することができる。このため、昇降ロッ
ド３１の下端部３１ａを静圧軸受３２のスリーブ３２ｂ
の軸芯に対して自動的に調芯させることができる。従っ
て、当該調芯のために、静圧軸受３２や支持部材３３の
加工精度及び組み立て精度を高める必要がなく、その
分、装置の製造コストを安くすることができる。

【００２６】また、静圧軸受３２のスリーブ３２ｂに昇
降ロッド３１を組み込む際に、上記静圧軸受３２と昇降
ロッド３１との間のシュパンリング３６によって、両者
が接触して損傷するのを防止することができる。このた
め、静圧軸受３２の負荷容量を高めるために、静圧軸受
３２と昇降ロッド３１との隙間Ｓを小さくした場合で
も、その組み付けを支障なく行うことができる。また、
静圧軸受３２のシール特性をより高めて、パージガスが
漏洩するのを抑制することもできる。なお、上記ウエハ
ー支持体２からの負荷は、実質的に静圧軸受３２によっ
て受け止められるので、シュパンリング３６には大きな
負荷が作用しない。このため、上記昇降ロッド３１とシ
ュパンリング３６との摺接によって多量の摩耗粉が発生
する虞れがない。また、仮に摩耗粉が上記摺接によって
発生したとしても、排出口３２ｆからパージガスととも
に回収されるので、当該摩耗粉がプロセスチャンバＣ内
に進入する虞れもない。

【００２７】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。さらに、静圧軸受３２に
高負荷が作用しない場合には、上記スリーブ３２ｂを、
ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６，ＳＵＳ３１６Ｌ等の耐熱
耐蝕性のステンレス鋼で構成してもよく、この場合に
は、当該スリーブ３２ｂの下端部を、ケーシング３２ａ
に対して溶接することにより、当該ケーシング３２ａに
一体化することができる。

【００２８】この発明の半導体ウエハーの加熱処理装置
は、上記の実施の形態に限定されるものでなく、例え
ば、支持部材３３と昇降ロッド３１との間に介在させる
エラストマーとして、上記Ｏリング３３ｅに代えて、合
成ゴムやウレタン等からなるチューブを使用する等、種
々の設計変更を施すことができる。

【００２９】

【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
による軸受摩耗を、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。このため、半導体ウエハーが摩
耗粉によって汚染されるのを効果的に抑制することがで
きるとともに、軸受のシール特性が低下して、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。また、支持部材と昇降ロッドとの間
に、エラストマーを介在しているので、当該昇降ロッド
の下端部側を静圧軸受に対して自動的に調芯させること
ができる。このため、静圧軸受や支持部材の加工精度及
び組み立て精度を高める必要がなく、その分、装置の製
造コストを安くすることができる。

【００３０】特に、上記静圧軸受の昇降ロッドに対する
摺接面が、石英又は炭化ケイ素によって構成されている
場合には、その重金属の含有量がきわめて少ないので、
上記摺接面の摩耗によって、半導体ウエハーが重金属で
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。

【００３１】また、上記昇降ロッドと軸受との間に、シ
ュパンリングを介在している場合には、上記昇降ロッド
を静圧軸受に組み付ける際に、当該静圧軸受の摺接面と
昇降ロッドとが接触して、両者が損傷するのを防止する
ことができるので、静圧軸受の負荷容量を高めるため
に、静圧軸受と昇降ロッドとの隙間を小さくした場合で
も、その組み付けを支障なく行うことができる。また、
静圧軸受のシール特性をより高めて、そのパージガスが
漏洩するのを抑制することもできる。

【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の一
つの実施の形態を示す要部断面図である。

【図２】加熱処理装置の全体を示す概略断面図である。

【図３】静圧軸受の拡大断面図である。

【図４】図３のIV−IV線断面図である。

【図５】図４のV −V 線断面図である。

【図６】静圧軸受の摺接面の詳細を示す拡大断面図であ
る。

【図７】支持部材の拡大断面図である。

【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３３支持部材３３ｅＯリング（エラストマー）３４昇降駆動部３６シュパンリングＷ半導体ウエハーＡ加熱チャンバーＸ摺接面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭64−1225（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−189219（ＪＰ，Ａ) 特開平７−58036（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/31 C23C 14/50 H01L 21/205 H01L 21/22 511 H01L 21/68

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ウエハーを支持するウエハー支持体
と、このウエハー支持体を支承する昇降ロッドと、この
昇降ロッドの途中部を昇降自在に支持する軸受と、上記
昇降ロッドの下端部側を支持する昇降可能な支持部材
と、この支持部材を昇降駆動させる昇降駆動部とを備
え、上記ウエハー支持体に供給された半導体ウエハー
を、加熱チャンバーに上昇移動させて加熱処理を行う半
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ているとともに、上記支持部材と昇降ロッドとの間に、当該昇降ロッドの
下端部側を上記静圧軸受に対して調芯させるエラストマ
ーを介在していることを特徴とする半導体ウエハーの加
熱処理装置。
【請求項２】上記静圧軸受の昇降ロッドに対する摺接面
を、石英又は炭化ケイ素で構成している請求項１記載の
半導体ウエハーの加熱処理装置。
【請求項３】上記昇降ロッドと静圧軸受との間に、シュ
パンリングを介在している請求項２記載の半導体ウエハ
ーの加熱処理装置。