JP3333577B2 - 熱処理用ボート及び縦型熱処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハなどの円
形板状の被処理体に対して熱処理を行うために用いられ
る熱処理用ボート及びこのボートを用いた縦型熱処理装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）
の製造プロセスの１つとして、酸化膜の形成やドーパン
トの拡散などを行うために高温下で熱処理を行うプロセ
スがある。この熱処理を行う装置としては、従来横型熱
処理炉が主流であったが、最近では、外気の巻き込みが
少ないなどの理由から縦型熱処理炉が多く使用されるよ
うになってきている。

【０００３】縦型熱処理炉を用いた縦型熱処理装置にお
いては、多数のウエハを上下に間隔をおいて搭載して熱
処理炉に対してロード、アンロードを行うために縦長の
熱処理用ボート（ウエハボートとも呼ばれる）が用いら
れる。図８は従来の熱処理用ボートを示し、この熱処理
用ボート１は、上下にそれぞれ対向して配置された円形
の天板１１及び底板１２の間に、例えば石英よりなる４
本の支柱１３〜１６が設けられ、そのうち２本の支柱１
３、１４についてはウエハＷの進入方向手前側の左右位
置をそれぞれ支持し、また残り２本の支柱１５、１６に
ついては、ウエハＷの進入方向奥側の左右位置をそれぞ
れ支持するような位置関係に配置されており、断熱材で
ある保温筒２の上に設けられている。

【０００４】そして、各支柱１３〜１６は、図９に示す
ように各ウエハＷが挿入されてその周縁部下面を支持す
るようにウエハＷの厚さよりも若干上下の幅が長い溝部
１７が形成されており、手前側の２本の支柱１３、１４
の間から搬送アーム２１により溝部１７に対してウエハ
Ｗの着脱が行われる。

【０００５】なお、このような熱処理用ボート１の構造
は、従来の横型炉に用いられていた構造をそのまま縦に
して使用されているものである。即ち、横型炉において
は、ウエハの移載は、ウエハを熱処理用ボートの下側か
ら突き上げる機構と、突き上げられたウエハを把持する
機構とにより行われており、このような移載方法の必要
性から熱処理用ボートの構造が決定されていたのであ
る。

【０００６】図８の熱処理用ボート１は、処理前のウエ
ハＷが所定枚数搭載されると、エレベータ２２が上昇し
て図示しない熱処理炉内に導入され、これによりウエハ
Ｗがロードされて、所定の熱処理が行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ウエハの熱
処理プロセスの中には、例えばウエハにイオン注入を行
った後に、注入されたドーパント（不純物イオン）を所
定の深さまで拡散させるために１２００℃程度の高温で
長時間加熱する場合がある。ウエハの基材がシリコンで
ある場合には、シリコンの融点が１４１０℃であること
から１２００℃の温度下ではシリコンウエハの降伏応力
も極端に小さくなっている。

【０００８】一方、ウエハは大口径化が進みつつあり、
そのサイズは６インチから８インチへ移行し始めてお
り、さらには１２インチへの移行も検討されている。こ
のようにウエハが大口径化してくると、上述のようにウ
エハの基材の融点に近い温度で熱処理を行ったときに、
熱処理用ボートの支柱により支持されている個所の付近
において、スリップと呼ばれる結晶欠陥がウエハに発生
しやすい。このスリップは、目視では確認しにくい程度
の微小な断層であり、拡大鏡や顕微鏡などにより見るこ
とができる。

【０００９】ここでスリップが発生する原因としては、
ウエハの自重による内部応力、ウエハの面内温度不
均一に基づく熱歪応力、が推定原因として挙げられてい
る。即ち、上記については、熱処理用ボートによる支
持位置がウエハの周縁部にあり、しかも４ヶ所の部分的
な支持であることから、支持個所付近でウエハの自重に
よる大きな内部応力が生じ、この内部応力がある大きさ
を越えたときにスリップが発生すると考えられる。そし
てまたウエハには規格値内で反りがあり、加熱時に温度
分布に基づく反りもある。さらに支柱の溝の加工におい
ても製作上の誤差がある。こうした要因により４ヶ所あ
るウエハの支持点の１ヶ所が離れてしまう場合にはウエ
ハの支持点は３個所になり、支柱１３〜１６の配置から
分かるように各支持点の荷重はアンバランスになり、そ
のうち１ヶ所にスリップの発生限界を越えた大きな応力
が生ずることになる。

【００１０】また上記のについては、ウエハを昇温さ
せるときに熱処理用ボートの支柱を経由して熱が出入り
するため、ウエハの中心部と周縁部との間に温度差が生
じて熱歪応力が発生するが、この熱歪応力がある大きさ
を越えたときにスリップが発生すると考えられる。

【００１１】このようにウエハを熱処理するに当たっ
て、特にウエハの基材の融点に近い高温で熱処理するに
当たって、ウエハが大口径化してくると、スリップの発
生という問題が起こり、このことがウエハの大口径化へ
の移行を阻む一つの大きな課題となっている。

【００１２】本発明は、以上のような事情に基づいてな
されたものであって、その目的は、円形板状の被処理体
を熱処理する場合にスリップの発生を軽減することので
きる熱処理用ボート及び縦型熱処理装置を提供すること
にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、多数の円形板
状の被処理体を上下に間隔をおいて搭載すると共に被処
理体の周囲に沿って複数の支柱が配列され、縦型熱処理
炉内にて被処理体を熱処理するために用いられる熱処理
用ボートにおいて、 前記複数の支柱の各々に上下に間隔
おいて形成された多数の溝部と、これら溝部にその外周
縁が着脱自在に挿入され、前記被処理体の周縁部下面に
面接触して当該被処理体を支持する多数の円弧状または
リング状の支持部材と、これら支持部材に形成された貫
通孔と、 各支持部材の貫通孔に挿入された固定シャフト
と、を備え、 各支持部材は前記固定シャフトを介してボ
ートに係止されていることを特徴とする熱処理用ボート
である。この発明において、例えば複数の支柱は天板及
び底板の間に設けられ、固定シャフトは天板から底板に
亘って貫通し、上端部が天板に係止されている。また他
の発明は、このような熱処理用ボートを備えたことを特
徴とする縦型熱処理装置である。

【００１４】

【作用】被処理体例えばウエハはその外周縁が被処理体
支持部材により面接触して支持されることになる。従っ
て支持個所付近における被処理体の自重による内部応力
が４点支持の場合よりも緩和され、被処理体に反りがあ
っても、支持面が広いため１ヶ所に大きな荷重がかかる
ことがない。また被処理体の外周縁に沿った温度分布の
不均一が緩和されるようになる。さらに被処理体支持部
材が被処理体と同じ材質であるため、熱処理時における
温度上昇又は下降の度合いが同じになり、面内温度差が
小さくなって熱歪応力も相当に緩和される。

【００１５】また被処理体支持部材が支柱に着脱自在で
あれば、一体型のものと比べて制作が容易であるし、更
に被処理体の各搬送方式に対応した種々の形態の被処理
体支持部材を用意しておけば、搬送方式を変更する場合
にも被処理体支持部材を適宜選択して使用することがで
きる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１は、本発明の実施例に係る縦型熱処理装置の一部を示
す概観斜視図、図２〜図４は熱処理用ボートの一部を示
す図である。この実施例の熱処理用ボート３は、円形板
状の被処理体であるウエハを熱処理するために用いられ
るものであり、以下熱処理用ボートをウエハボート、被
処理体支持部材をウエハ支持部材と呼ぶことにする。
ウエハボート３は、上下にそれぞれ対向して配置された
円形の例えばＳｉＣからなる天板３１及び底板３２を備
え、これらの間に例えば４本のＳｉＣやポリシリコンよ
りなる支柱４１〜４４が固定されている。天板３１と底
板３２との間には、例えば１５０枚のウエハ支持部材５
が所定の間隔をおいて平行に配置されており、これら支
持部材５は、ウエハＷがシリコンウエハである場合に
は、これと同じ材質例えばポリシリコンからなる。

【００１７】各ウエハ支持部材５は、円弧状、例えば支
柱４１、４２間にて後述の搬送アーム２１が進入するに
十分な大きさの切り欠き５ａが形成されると共に内径が
ウエハＷの外径よりも小さく形成された馬蹄形状をなし
ており、その外周縁が図４に示すように各支柱４１〜４
４に設けた４つの溝部４５に挿入されて当該溝部４５の
底面に水平に保持され、かつ溝部４５の側面に当接して
いる。

【００１８】また各ウエハ支持部材５における支柱４
３、４４の間に位置する部分（ウエハＷの搬出入側を前
側とすると後側部分）には、外径が他の部分よりも大き
くて外方側に突出し、中央部に貫通孔５１（図３参照）
を備えた突片部５０が形成されている。各ウエハ支持部
材５の貫通孔５１には、ウエハ支持部材５の位置を固定
するための固定シャフト６が挿入されている（ただし図
１では支柱４１と重なって見えない）。

【００１９】この固定シャフト６の上部には、図２に示
すように天板３１から下方に脱落しないように天板３１
の貫通孔より大きな係止部６１を介して係止される一
方、固定シャフト６の下部は底板２に固定されずに貫通
しており、これにより固定シャフト６を天板３１から抜
き出すことができるように構成されている。各ウエハ支
持部材５の切り欠き５ａは、ウエハボート３に対してウ
エハＷの受け渡しを行うための搬送機構例えば搬送アー
ム２１が進入される進入空間Ｓを構成している。以上の
ように構成されたウエハボート３は、図１に示すように
下部にフランジ部２０を備えた保温筒２の上に着脱自在
に装着されており、この保温筒２はボートエレベータ２
２上に載置されている。このウエハボート３の上方側に
は縦型炉７が配置されている。７１は縦型炉７内の図で
は見えない反応管内に所定のガスを供給するガス供給
管、７２は反応管内を排気する排気管である。

【００２０】次に上述の実施例の作用について説明す
る。先ず搬送アーム２１により処理前のウエハＷをウエ
ハ支持部材５の切り欠き５ａ（進入空間Ｓ）から当該ボ
ート３内に進入させ、ウエハ支持部材５の直上に位置さ
せ、次いで搬送アーム２１をウエハボート３に対して相
対的にわずかに下降させることによりウエハＷがウエハ
ボート３のウエハ支持部材５に受け渡される。これによ
りウエハＷの周縁部がウエハ支持部材５の上面に面接触
される。

【００２１】このようなウエハＷの受け渡しを例えばウ
エハボート３の上段側から順次行い、ウエハボート３に
所定枚数例えば１５０枚搭載した後、ボートエレベータ
２２を上昇させてウエハＷを縦型炉７内にロードする。
例えば約１２００℃の温度で熱処理を行う場合は、縦型
炉７内は例えば約８００℃に加熱されており、ウエハＷ
がロードされた後約１２００℃まで昇温され、所定の熱
処理が行われる。その後ボートエレベータ２２が下降し
てウエハＷがアンロードされ、上述と逆の操作でウエハ
Ｗがウエハボート３から取り出される。

【００２２】このような実施例によれば、各ウエハＷ
は、円弧状に広がったウエハ支持部材５の広い面で面接
触により支持されるため、ウエハＷに加わる内部応力が
小さく、またウエハＷに反りがあって外周縁の一部が浮
いたとしても、残りの部分が周方向に沿った面で支持さ
れるので従来の４点支持の場合のようにウエハＷの１ヶ
所に過大な荷重が加わることもなく、この結果スリップ
の発生を軽減することができる。そしてシリコンウエハ
の場合は、シリコンの融点が１４１０℃であることか
ら、約１０００℃以上の温度で熱処理する場合に上述の
構成は非常に有効である。

【００２３】またウエハ支持部材５の支持面が広いこと
からウエハＷの外周縁に沿った温度分布の不均一も緩和
されるようになり、さらにウエハ支持部材５がウエハＷ
と同じ材質であるため熱処理時における両者の温度上昇
又は下降の度合いが同じになってウエハＷの周縁部と中
心部との温度差が小さくなり、このため熱歪応力が相当
に緩和される。即ちウエハＷとウエハ支持部材５とにつ
いて輻射熱に対する吸収率や熱伝導率が揃うので、ウエ
ハ支持部材５に接触している個所とそれ以外の個所との
熱歪（温度差）が抑えられ、このためこれに起因するス
リップの発生も軽減することができる。

【００２４】またウエハ支持部材５は、固定シャフト６
を抜き出すことにより支柱４１〜４４に対して着脱自在
となっているので、製作が容易である。本発明ではウエ
ハ支持部材と支柱とを一体成形してもよいが、一体成形
の場合には形状にかなりの制約を受けるため、上述のよ
うに着脱自在とした方が得策である。

【００２５】またウエハ支持部材５のメンテナンスが容
易であり、例えば一部のウエハ支持部材５が破損した場
合は、固定シャフト６を抜き出して破損したウエハ支持
部材５のみを除去して新しいものと交換することがで
き、全部を交換しなければならない場合に比較してきわ
めて経済的となる。更に後述のようにウエハ支持部材は
種々のタイプのものを製作できるので、ウエハの搬送方
法に応じてウエハ支持部材を交換することができる。

【００２６】次に、他の実施例について説明する。図５
は他の実施例に係るウエハ支持部材を示し、この例で
は、独立した２つの半円弧状部材５Ａ、５Ｂによりウエ
ハ支持部材５が構成されている。半円弧状部材５Ａ、５
Ｂは、その外周縁が支柱４１〜４４に設けた溝部４５に
挿入されて自重により水平に保持されるとともに、半円
弧状部材５Ａ、５Ｂに夫々設けた貫通孔５１Ａ、５１Ｂ
に固定シャフト６Ａ、６Ｂが挿入されて位置が固定され
ている。一方の半円弧状部材５Ａと他方の半円弧状部材
５Ｂとの間は、ウエハボート３に対してウエハＷの受け
渡しを行うための搬送機構である搬送アーム２１が進入
される進入空間Ｓを構成している。

【００２７】図６はさらに他の実施例に係るウエハ支持
部材を示し、この例では、ウエハ支持部材５はリング状
の形態をなしている。この場合ウエハ支持部材５には図
１のような搬送アーム２１が進入される進入空間Ｓが設
けられていないため、図１に示した搬送方式をそのまま
使用することができない。そのため図７に示すような突
き上げ装置８がボートステージ９の下方に配置される。

【００２８】この突き上げ装置８は、固定台８１に螺合
され、上端に突き上げ部８２を備えたボールネジ８３
と、固定台８１に設けられたモータ８４と、ボールネジ
８３に螺合され、モータ８４によりベルト８５を介して
回転されるプーリ８６とを有してなる。このような突き
上げ装置８を用いる場合、ウエハボート３をボートエレ
ベータ２２とは別個に設けられたボートステージ９上に
載置し、搬送アーム２１により処理前のウエハＷを隣接
するウエハ支持部材５、５間に進入させ、ウエハ支持部
材５の直上に位置させる。次いでモータ８４を駆動して
ボールネジ８３を回転させることにより突き上げ部８２
をウエハボート３内を上昇させ、搬送アーム２１上のウ
エハＷを下方から突き上げる。ウエハＷが浮き上がった
状態で、搬送アーム２１を引き出し、モータ８４を逆回
転させて突き上げ部８２を下降させ、ウエハＷをウエハ
支持部材５に受け渡す。これによりウエハＷの周縁部が
リング状のウエハ支持部材５の上面に面接触で支持され
る。このようなウエハＷの受け渡しを例えばウエハボー
ト３の上段側から順次行い、ウエハボート３に所定枚数
例えば１５０枚搭載した後、ウエハボート３をボートエ
レベータ２２に移し換えて、これを上昇させてウエハＷ
を縦型炉７内にロードし、所定の熱処理を行う。その後
ボートエレベータ２２を下降させてウエハＷをアンロー
ドし、上述と逆の操作でウエハＷをウエハボート３から
取り出す。

【００２９】このようにウエハの搬送方式が異なる場合
でも、ウエハ支持部材５が支柱４１〜４４に対して着脱
自在に設けられているので、天板３１と底板３２と支柱
４１〜４４とからなるウエハボート本体をそのまま利用
して、ウエハ支持部材５のみを適宜交換することによ
り、種々の搬送方式に容易に対応させることができ、い
わばユニバーサル型のウエハボートが得られる。

【００３０】以上の実施例では、ウエハ支持部材をウエ
ハと同じ材質により構成し、かつ、複数の支柱にウエハ
支持部材を着脱自在に設けてウエハボートを構成した
が、これに限られることはなく、本発明は、ウエハ支
持部材をウエハと同じ材質で構成し、かつ、ウエハ支持
部材を支柱に固定して設ける構成、ウエハ支持部材を
ウエハとは異なる材質で構成し、かつ、ウエハ支持部材
を支柱に着脱自在に設ける構成、を採用してもよい。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、被処理体の内部応力が
緩和され、被処理体のスリップの発生を軽減できる。さ
らに、被処理体支持部材が支柱に着脱自在であるので、
製作が容易であり、また一部の被処理体支持部材が破損
した場合にもその交換が容易となり、加えて種々の搬送
方式に対応させて被処理体支持部材を容易に交換できる
効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の全体の概要を示す斜視図であ
る。

【図２】本発明の実施例に用いられる熱処理用ボートを
示す斜視図である。

【図３】本発明の実施例におけるウエハ支持部材を示す
平面図である。

【図４】熱処理用ボートの一部を示す断面図である。

【図５】本発明の他の実施例におけるウエハ支持部材を
示す平面図である。

【図６】本発明のさらに他の実施例におけるウエハ支持
部材を示す平面図である。

【図７】図５のウエハ支持部材を用いたウエハの搬送方
式を示す説明図である。

【図８】従来の縦型熱処理装置に用いられていた熱処理
用ボートの概観を示す斜視図である。

【図９】従来の縦型熱処理装置に用いられていた熱処理
用ボートの一部を示す断面図である。

【符号の説明】

Ｗ ウエハ（被処理体） ２１ 搬送アーム ３ ウエハボート ４１〜４４ 支柱 ４５ 溝部 ５、５Ａ、５Ｂ ウエハ支持部材（被処理体支持部材） ６ 固定シャフト

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の円形板状の被処理体を上下に間隔
   をおいて搭載すると共に被処理体の周囲に沿って複数の
   支柱が配列され、縦型熱処理炉内にて被処理体を熱処理
   するために用いられる熱処理用ボートにおいて、 前記複数の支柱の各々に上下に間隔おいて形成された多
   数の溝部と、 これら溝部にその外周縁が着脱自在に挿入され、前記被
   処理体の周縁部下面に面接触して当該被処理体を支持す
   る多数の円弧状またはリング状の支持部材と、これら支持部材に形成された貫通孔と、 各支持部材の貫通孔に挿入された固定シャフトと、を備
   え、 各支持部材は前記固定シャフトを介してボートに係止さ
   れていることを特徴とする熱処理用ボート。
2. 【請求項２】 複数の支柱は天板及び底板の間に設けら
   れ、固定シャフトは天板から底板に亘って貫通し、上端
   部が天板に係止されていることを特徴とする請求項１記
   載の熱処理用ボート。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の熱処理
   用ボートを備えたことを特徴とする縦型熱処理装置。