JP2986112B2 - 熱処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は熱処理装置に関する。

（従来の技術） ポリシリコン成膜時に同時にホスフィン（PH₃）を添
加し、成膜終了時にリンがドープされるリン添加ポリシ
リコン成膜を行う場合の膜厚の面内均一性を向上させる
ものとして特開昭58−108735号、特開昭61−201695号公
報がある。縦型熱処理装置の石英ボートに半導体ウェハ
を自動的に搬入搬出するものとしてUSP4,770,590号公報
がある。

（発明が解決しようとする課題） 前者の文献の技術はリン添加ポリシリコンの膜厚の面
内均一性はある程度向上できるがまだ十分ではなく、ま
たボートにウェハを収納する場合ウェハピンセットによ
り人でウェハをセットしなければならず、この時発生す
るゴミによって半導体素子の不良率を低減することがで
きないという問題点を有する。

後者の文献の技術はウェハ搬送ロボットを用いてウェ
ハを自動的にボートにセットできるが、リン添加ポリシ
リコン成膜等の場合、膜厚の面内均一性は良くできない
という問題点を有する。

（発明の目的） この発明は上記点に鑑みなされたもので、被処理体処
理の面内均一性を向上し、さらに被処理体の搬送を搬送
ロボットにより自動的に行えるような熱処理装置を提供
するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、板状の被処理体を上下に間隔をおいて各々
がほぼ水平になるように配列してボートに保持し、この
ボートを縦型のプロセスチューブ内に搬入して被処理体
に対して熱処理を行う装置において、 前記ボートは、被処理体の周方向に沿って間隔をおい
て設けられた複数本の支柱と、これら支柱に各々が跨が
って保持され、互いに上下に間隔をおいて配列された複
数の環状の整流部材と、これら整流部材に被処理体の下
面を支持するように設けられた支持部材と、を備え、 前記整流部材の内縁を被処理体の外縁よりも外側に位
置させて、被処理体と整流部材との間に処理ガスが流れ
る間隔を形成したことを特徴とする。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図により説明する。

第１図（ａ）は本発明の一部分を構成するウェハ支持
板10の概観図であり、耐熱性材料例えば石英からなるリ
ング状の整流板11の厚さは薄くて機械的強度の取れる２
〜4mmの範囲で例えば3mmとし、外径は170mmでその中心
部に内径160mmの円形状開孔12を設ける。

この円形状開孔12の一部に半導体ウェハのオリエンテ
ーションフラット部に対応する直線部14を設け、直線部
14と整流板11の中心との最短距離は65mmとしている。

上記リング状整流板11の上面に３ヵ所以上例えば４ヵ
所に円形の支持部材である支柱16を設け、この支柱16に
支持片18を上記開孔12内にのびる如く設けている。上記
支持片18の取付け高さ位置は支持片18上に載置するウェ
ハ20と整流板11の間が望ましくは３〜10mm例えば本実施
例では5mmになるように間隙を設けている。この間隙は
搬送用ロボットハンドのフォーク部がウェハ20を持ち挙
げるのに好適な間隙である。このようにして一枚のウェ
ハ支持板10が構成されている。

上記ウェハ支持板10の４ケの支持片18により形成され
る平面には半導体ウェハ20例えば直径150mmで中心から
オリフラ部までの最短距離が68mmのウェハ20を載置す
る。このように構成したウェハ支持板10は耐熱性材料例
えば石英からなるボート30の収納溝に第２図に示すよう
に周縁部を嵌合させ、複数枚のウェハ支持板10を同軸的
に収納している。即ち各ウェハ支持板10を収納溝21に搬
入搬出可能構造としている。

第３図（ａ）は第２図の上面図を示し、この図でウェ
ハ20とウェハ支持板10はオリフラ部をのぞきスキ間31を
設けてあり、この実施例では5mmのスキ間としている。

一方オリフラ部では第３図（ａ）においてウェハ20が
ウェハ支持板10の直線部14に3mm重なるようにしてい
る。第３図（ｂ）は第３図（ａ）のＡ−Ｏ−Ａ断面図を
示す。

第４図は上記ウェハ支持板10を収納したボート30を縦
型CVD装置にローディングした状態を示す。

プロセスチューブ40は耐熱性材料例えば石英からな
り、このプロセスチューブ40の下側にはマニホールド14
を設置し、マニホールドの一端にはガス導入管48を接続
し、他端側には排気管47を接続し図示しない排気ポンプ
によりプロセスチューブ40内を真空排気できるようにし
てある。またプロセスチューブ40の周囲には少なくとも
３ゾーン構成からなる円筒状の抵抗加熱ヒータ42ヲ設
け、上記プロセスチューブ40内を所望の温度例えば500
〜1000℃の範囲に適宜設定可能としている。

ボート30は載置台44の上に載置し、この載置台44は蓋
体46の上に載置している。

蓋体46は昇降機構49によって上下移動することがで
き、ウェハ20をプロセスチューブ40の所定の位置に搬入
搬出できるように構成している。

プロセスチューブ40の下側には第５図に示すウェハ移
換え部を設けており、ウェハ搬送ロボット50は軸部52の
上に設けてあり上下移動と回転可能であり、ウェハ20を
載置して伸縮できるフォーク54を備えている。

また、複数枚のウェハ20を収納したカセット60をカセ
ット載置台62の上に載置している。

次に、800℃前後でCVDにより酸化膜を生成する場合に
ついて以下説明を行う。

３ゾーンヒータの各ゾーンに印加する電力を適宜制御
し、プロセスチューブ40内で複数枚のウェハ20が収納さ
れる部分の温度が中心部および下端部で800℃上端部で8
10℃になるようにする。

ガス導入管48から亜鉛化窒素（N₂O）1200SccM,モノシ
ラン（SiH₄）30SccMをプロセスチューブ40に流し、図示
しない排気ポンプとコンダクタンスバルブを調整しプロ
セスチューブ40内の圧力を0.7Torrに設定し所定時間成
膜を行う。

上記条件で行ったウェハ間隔14mmピッチでダミーウェ
ハを含む58枚のウェハの内、50枚の被処理ウェハの成膜
結果はウェハ面内膜厚均一性が全て第７図に示すように
±３％以内と良好であった。

ウェハ20の面内膜厚均一性はボート30の支柱32とウェ
ハ20との位置関係により変化し、支柱32間隔が広い第３
図（ａ）のオリフラ側は処理ガスの供給が多いため、支
柱32の間隔が狭い部分よりウェハ20の膜厚が厚くなる傾
向であることが本発明者の実験により確かめられた。

従って本発明の実施例においてはボート30の支柱32間
隔の広い側にウェハ20のオリフラ部を配置したので、ウ
ェハ支持板10の直線部14の大きさによりウェハ面内膜厚
均一性が大きく変わる。

整流板11に直線部を設けずに開孔12が完全な円形の場
合、オリフラ部におけるウェハ20と整流板11の間隔が12
mmと広いこと、および支柱32の間隔が広いことに起因し
てオリフラ側への処理ガスの供給が多くなり、膜厚がオ
リフラ側で厚くなり、第６図（ａ）に示すように面内膜
厚均一性は±７％と悪くなった。

一方、整流板11に直線部14を設けウェハ20の全周で間
隔が等しく5mmである場合、もしくはオリフラ部におい
てのみ整流板11とウェハ20の間隔が5mm以下もしくは整
流板11とウェハ20が重なるような構成の場合には、第６
図（ａ）に示すように面内膜厚均一性は±３％以下と良
好であった。

特に整流板11とウェハ20が3mm重なった場合の均一性
が最も良好であることが第６図（ａ）よりわかる。

ボート30とウェハ20のオリフラ位置関係を第３図
（ａ）の場合と変えて、ウェハ20のオリフラ部をボート
30の支柱間隔の狭い側に配置して整流板11とウェハ20の
全周においてその間隔が5mmとした場合、膜厚の厚くな
る傾向は支柱間隔の広い側であるウェハ20のオリフラ部
と反対側になる。

従って上記の場合には、直線部14と反対側の整流板11
部分がウェハ20と重なるように整流板11の形状を変えて
所望の面内均一性が得られるようにすれば良い。

ウェハ支持板10の大きさはウェハ20の外径より直径で
10mm以上大きければウェハ面内膜厚均一性は良好であっ
た。

但し、ウェハ支持板10の直径を50mm以上大きくするこ
とはプロセスチューブ40をさらに大口径にしなければな
らず、必然的に熱処理装置が大型化して設置スペースの
増大や装置のコストアップとなってしまうのでウェハ支
持板10の大きさは被処理体より10〜50mm大きい範囲が望
ましい。

また本発明を実施する上で重要な点はウェハ支持板10
の表面を滑らかにすることがウェハ面内膜厚均一性を良
好にする際必要である、ウェハ支持板10の石英ガラス表
面をスリガラス状のあらい研磨面そのままでは上記実施
例と同一条件でプロセスを行ってもウェハ面内膜厚均一
性は10％前後と悪く、またプロセスの再現性も取れない
ことがわかった。

従って、ウェハ支持板10の石英の表面は10μｍ以下の
鏡面研磨仕上げ、または表面を加熱して微少な凹凸を滑
らかにする、いわゆる焼仕上げを行うことが必要であ
る。

本発明の他の実施例としては第１図（ｂ）に示すよう
にウェハ支持板10の外形をウェハ20と略相似形とするも
のがある。

上記実施例ではウェハ20周辺の処理ガスの流れがウェ
ハ20に対して等しくなり、ウェハ面内膜厚均一性はさら
に改善することができる。

また本発明に係る他の実施例として第８図に示すよう
に整流板11の中心部に円形状開孔12を設け、この円形状
開孔12の一部に半導体ウェハのオリエンテーションフラ
ット部に対応する直線部14と、この直線部14と対向する
位置に直線部17を設けた整流板11からなるウェハ支持板
10を用いたものがある。

上記ウェハ支持板10をボート30に収納し、ウェハ支持
板10にウェハ20を載置した状態を第９図に示す。その他
第１図，第３図と同一部分には同一番号を付して説明を
省略する。この実施例においては第９図に示す如く支柱
32a,32bの間と、支持32c,32dの間が広く設けられてお
り、支柱間隔の広い支柱32a,32bの間（ウェハのオリエ
ンテーションフラットの有る位置側）と支柱32c,32dの
間（ウェハのオリエンテーションフラットの有る位置の
反対側）は処理ガスの供給が多いため、支柱間隔の狭い
部分よりウェハ20の膜厚が厚くなる傾向がある。

本実施例においてはこの問題を解決するため直線部1
4,17を設け、この直線部14,17付近のウェハ20と整流板1
1の間を流れる処理ガスの流量が、上記直線部14,17以外
の部分のウェハ20と整流板11の間を流れる処理ガスの流
量より減少するように構成したので、ウェハ20に形成さ
れる膜厚はウェハ面内で均一にすることができる。

以上の如く支柱32a,32b,32c,32dとウエハ支持板10を
用いたことにより、ウェハ支持板10の所定のウェハ載置
位置より多少ズレてウェハ20が載置されても本実施例で
はウェハ20の面内膜厚均一性が劣化しないという優れた
特徴を有する。

また、本発明に係る他の実施例として第10図に示すよ
うに整流板11の中心部に円形状開孔12を設け、この円形
状開孔12の一部に半導体ウェハのオリエンテーションフ
ラット部に対応する直線部14を設け、さらに整流板11の
直線部14と対向する位置に、整流板14の環状部の幅がな
だらかに広い幅広環部19を設けたウェハ支持板10を用い
たものがある。

上記ウェハ支持板10のウェハ20を支持する支持片18は
３ケ所に設けられウェハ20を安定に支持することができ
るように構成されている。

上記ウェハ支持板10にウェハ20を載置した状態を第11
図に示す。

その他第１図，第３図と同一部分には同一番号を付し
て説明を省略する。

本実施例においては、直線部14、幅広環部19を設けた
ので前記実施例と同様にウェハ20に形成される膜はウェ
ハ面内で均一にすることができる。

以上説明したように本発明によればウェハ20のオリフ
ラ部に起因する問題のみならず、ボート30の支柱間隔に
起因して面内均一性が悪くなることについても改善する
ことが可能で従来技術と比べて大幅な面内均一性改善が
可能となった。

ウェハ20を自動的に移載する方法について以下説明を
行う。

ウェハ20をウェハ支持板10の5mm上に載置しているの
で、この5mmの間に第５図に示すようにウェハ搬送ロボ
ット50のフォーク54を挿入し、搬送ロボットを上に移動
しウェハ20を持ち上げ、伸ばされていたフォーク54を縮
めることによりウェハ20を搬出し、ウェハ搬送ロボット
50をカセット62方向に回転させ、フォーク54を伸ばしウ
ェハ20をカセット62内に移載する。

以上のことを連続して行うことにより自動的に複数枚
のウェハ20搬送を行うことができるのでウェハ移載時に
発生していたゴミを大幅に減らすことができる。

本発明は上記実施例に限られるものではなく、リン添
加ポリシリコン膜、ボロン添加ガラス膜等を生成する面
内均一性を向上させることがむずかしいCVDプロセスに
用いても効果がある。

ウェハ支持板10をボート30に一体に取付けた構成とす
れば、ボート30の強度および位置精度を向上することが
できる。

ウェハ支持板10の材質は石英に限らず耐熱性材料であ
れば良く、SiCやAl₂O₃等の材料を用いても良い。

又、角形基板等に用いる場合にはウェハ支持板も角形
にすれば良いことは当然のことである。処理は上記気相
成膜に限らず酸化膜の形成、拡散処理、エッチング処理
などガス流を扱う処理であれば何れでもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば被処理体周縁お
よび整流板内形間に間隙を設けた状態で処理するように
したので内面均一性に優れた処理を行うことができ、搬
送ロボットにより選択されたウェハを無人で移し換えで
き半導体の不良率を大幅に低減することができるという
顕著な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を説明するための斜視
図、第２図は第１図のウェハ支持板を収容したボートの
斜視図、第３図は第２図の上面図および断面図、第４図
は第２図をローディングした縦型CVD装置説明図、第５
図は第４図のウェハ移換え部説明図、第６図は第３図の
ウェハのオリフラ部と整流板間距離対面内均一性の関係
を示す特性曲線図、第７図は第２図のボート上のウェハ
位置対面内膜厚均一性の関係を示す特性曲線図、第８図
は第１図の変形例説明図、第９図は第８図のウェハ支持
板を収容したボートの上面図、第10図は第１図の変形例
説明図、第11図は第10図のウェハ支持板を収容したボー
トの上面図である。 10……ウェハ支持板、20……ウェハ 11……整流板、30……ボート 12……開孔、40……プロセスチューブ 14……直線凸部、47……排気管 10……支柱、48……ガス導入管 18……支持片、50……ウェハ搬送ロボット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/31 H01L 21/22 511 H01L 21/68

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】板状の被処理体を上下に間隔をおいて各々
   がほぼ水平になるように配列してボートに保持し、この
   ボートを縦型のプロセスチューブ内に搬入して被処理体
   に対して熱処理を行う装置において、 前記ボートは、被処理体の周方向に沿って間隔をおいて
   設けられた複数本の支柱と、これら支柱に各々が跨がっ
   て保持され、互いに上下に間隔をおいて配列された複数
   の環状の整流部材と、これら整流部材に被処理体の下面
   を支持するように設けられた支持部材と、を備え、 前記整流部材の内縁を被処理体の外縁よりも外側に位置
   させて、被処理体と整流部材との間に処理ガスが流れる
   間隔を形成したことを特徴とする熱処理装置。