JP3507624B2 - 熱処理用ボ−ト及び熱処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は例えば半導体ウエハ
などの被処理基板を保持して縦型熱処理炉内にロ−ド、
アンロ−ドするための熱処理用ボ−ト及びこの熱処理用
ボートを用いた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−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する熱処理
用ボ−トによりウエハが熱処理炉内にロ−ドされ、所定
の熱処理が行なわれる。

【０００３】このような熱処理用ボ−トとしては、例え
ば図８に示すように、保温筒１０の上に設けられ、上下
に夫々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６本の支柱１３を設け、ウ
エハの外周縁をこの支柱１３に形成された溝部１３ａに
挿入して保持する構造のラダ−ボ−トと呼ばれているも
のがある。

【０００４】また他のタイプの熱処理用ボ−トとして
は、例えば図９に示すように、支柱に平らな支持面を備
えたリング状の支持部材１４を配置し、この支持部材１
４にウエハを載置するようにしたリングボ−トと呼ばれ
ているものがある。このリングボ−トは、熱処理炉内の
昇降温速度が早い場合に、ウエハの周縁部を前記支持部
材１４に接触させることにより熱容量を大きくして当該
周縁部の昇降温の速度を遅くし、こうしてウエハの中心
部と周縁部との昇降温の速度を揃えることを一つの狙い
としている。さらに石英よりも融点の高い炭化ケイ素
（ＳｉＣ）製のラダ−ボ−トやリングボ−トも製造され
ており、これらの熱処理用ボ−トは高温での熱処理に適
している。

【０００５】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら上述
の石英製のラダ−ボ−トでは、ウエハは外周縁部の６カ
所のみで支持されるため、これら６カ所の支持点にウエ
ハの自重に相当する大きなモ−メントが作用して支持点
付近における応力が過大になる。またウエハを昇温させ
るときに、熱処理炉に近いウエハの周縁部の温度が高く
なりやすく、ウエハの中心部と周縁部との間に温度差が
生じやすい。

【０００６】そしてこれらが原因となって、ウエハを例
えば１０５０℃以上の高温で熱処理した場合に、ウエハ
の熱処理用ボ−トの支柱により支持されている箇所の付
近において、スリップと呼ばれる結晶欠陥が発生しやす
いという問題がある。近年ウエハサイズが大口径化しつ
つあることからウエハの自重が大きくなっており、スリ
ップ発生の対策についてより一層の工夫が要求されてい
る。

【０００７】また石英の軟化点は１４００℃付近であ
り、ウエハを例えば１０００℃程度の高温で熱処理する
場合には、石英製のラダ−ボ−トでは多数のウエハを支
持する支柱にウエハ群による大きな荷重が加わるため、
熱によって変形しやすい。また石英製のリングボ−トで
もリング状の支持部材１４に歪みが生じ、ウエハの均一
な熱処理が困難であるという問題がある。さらにＳｉＣ
製の熱処理用ボ−トは、非常に高価であると共に、Ｓｉ
Ｃは高融点のため部材を溶接により接着することができ
ず、加工が困難であるという問題がある。

【０００８】本発明はこのような事情の下になされたも
のであり、その目的は被処理基板を熱処理する場合にス
リップの発生を軽減することができる技術を提供するこ
とにある。他の目的は製造が容易な熱処理用ボ−トを提
供することにあり、さらに他の目的は製造コストが安価
な熱処理用ボ−トを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、天板と底板と
の間に設けられた複数の支柱の間に、複数の被処理基板
を各々水平にかつ互に上下に間隔をおいて支持させて縦
型熱処理炉に搬入出するための熱処理用ボ−トにおい
て、前記天板及び底板を第１の支柱により互に固定して
ボ−ト本体を構成し、このボ−ト本体とは別体の複数の
第２の支柱を底板と天板との間に着脱自在に設けて、こ
れら第２の支柱の各々には、被処理基板の内方側に向か
って伸び出す複数の腕部を上下に間隔をおいて形成し、
この腕部の内端側上面で被処理基板の周縁部よりも内方
側を支持するように構成し、前記底板には、第２の支柱
の水平方向の振れを防止するために各支柱の最下段の腕
部の両側部を押さえるように固定部材を設けたことを特
徴とする。

【００１０】 このような熱処理用ボ−トにおいてボ−
ト本体を第１の材質により構成し、第２の支柱を第１の
材質よりも軟化点の高い第２の材質により構成するよう
にしてもよく、この際第１の材質は石英又はポリシリコ
ン、第２の材質は炭化ケイ素であることが望ましい。ま
た第１の材質は石英、第２の材質はポリシリコンであっ
てもよい。

【００１１】 また本発明に係る熱処理装置は、請求項
１または２に記載の熱処理用ボートと、この熱処理用ボ
ートが搬入されて、当該熱処理用ボートに支持されてい
る被処理基板に対して熱処理を行うための熱処理炉と、
を備えたことを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態に係
る熱処理用ボートを含む縦型熱処理装置の一部を示す外
観斜視図であり、図２、３はそれぞれ熱処理用ボ−トの
斜視図、断面図である。熱処理用ボート２は、円形の底
板２２に複数本例えば２本の第１の支柱２３、２４を植
設すると共に、この第１の支柱により円形の天板２１を
支持して構成されたボ−ト本体２０を備えている。この
ボ−ト本体２０は例えば石英により構成されており、前
記天板２１、底板２２と第１の支柱２３、２４とは溶接
されている。

【００１３】前記ボ−ト本体２０の天板２１と底板２２
の間には、複数例えば３本の第２の支柱３（３Ａ〜３
Ｃ）が着脱自在に取り付けられており、この第２の支柱
３には、図２〜４に示すように、内方側にほぼ水平に延
びる腕部３１が、上下に所定の間隔をおいて例えば１０
ｍｍのピッチで、被処理基板例えば半導体ウエハＷ（以
下ウエハＷという）の保持枚数に対応する数だけ例えば
１００本設けられている。各腕部３１は先端側が上方側
に突出し、この突出部の上面が水平面に形成されてお
り、この突出部がウエハの載置部３２となるように構成
されている。また載置部３２の上面（ウエハＷの載置
面）は例えば鏡面としてもよいし、滑面または球面状に
形成してもよい。

【００１４】この腕部３１は、例えば長さＬ１が７０ｍ
ｍ、載置部の長さＬ２が２０ｍｍに設定され、載置部３
２は腕部から例えば２ｍｍ程度突出するように構成され
ている。このような第２の支柱３は、例えば炭化ケイ素
（ＳｉＣ）製の例えば肉厚０．５ｍｍの中空体により構
成されている。この中空体は例えば炭素棒の表面上にＳ
ｉＣをＣＶＤ成膜した後、この支柱３に穴を開けて加熱
し、内部の炭素を飛散させることにより形成される。

【００１５】前記天板２１には、前記第２の支柱３の上
端が挿入されて固定される挿入孔２１ａが形成されると
共に、底板２２には、前記支柱３の下端が挿入されて固
定される挿入用凹部２２ａが形成されている。一方第２
の支柱３の上端には、例えば図４に示すように、前記挿
入孔２１ａに嵌合する形状の突起部３３が設けられてお
り、前記支柱３の下端を前記挿入用凹部２２ａに嵌合さ
せ、支柱３の上端側の突起部３３を前記挿入孔２１ａに
挿入することにより、第２の支柱３はボ−ト本体２０に
取り付けられる。また底板２２には、第２の支柱３の水
平方向の振れ等を防止するための固定部材３４が設けら
れており、この固定部材３４は例えば第２の支柱３の最
下段の載置部３２の両側部を支持するように構成されて
いる。

【００１６】ここで前記第１の支柱２３、２４及び第２
の支柱３Ａ〜３Ｃの固定、取り付け位置について図５に
より説明する。図中の１点鎖線はウエハＷの載置場所を
示しており、第１の支柱２３、２４は例えば底板２２の
直径軸上のウエハＷの左右両側の位置に固定されてい
る。また第２の支柱３の２本３Ａ，３Ｃは、図中に矢印
で示すウエハＷの進入方向に対して支柱２３、２４より
も前方側の左右の位置であって、ウエハＷが進入してき
たときにウエハＷの周縁よりも両側位置に取り付けら
れ、第２の支柱３の残りの１本３Ｂは支柱２３、２４よ
りも後方側のウエハＷの奥側の位置に取り付けられてい
る。

【００１７】また第２の支柱３Ａ〜３Ｃは、各々の載置
部３２がウエハＷの周縁部より内方側の位置において、
周方向に３等分する位置に配置されるように取り付けら
れており、このため例えば左右の第２の支柱３Ａ，３Ｃ
は、腕部３１が前記第２の支柱の取り付け位置から内側
に向けて、ウエハＷの進入方向に対して直角な方向に延
びるように取り付けられ、奥側の第２の支柱３Ｂは、腕
部３１が前記第２の支柱の取り付け位置から内側へ向け
て、ウエハＷの進入方向と反対の方向に延びるように取
り付けられている。

【００１８】以上のように構成された熱処理用ボート２
は、図１に示すように保温筒４１の上に着脱自在に装着
されており、この保温筒４１はボートエレベータ４２上
に載置されている。この熱処理用ボート２の上方側には
縦型熱処理炉５が配置されている。５１は縦型熱処理炉
５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、５２は反応管内を排気する排気管である。

【００１９】縦型熱処理装置によるウエハの熱処理につ
いて簡単に説明する。先ず反応管の下方側の領域におい
て熱処理用ボート２へのウエハＷの受け渡しを行うが、
この受け渡しは、図示しない搬送アームにより、ウエハ
Ｗを第２の支柱３Ａ，３Ｃの間から進入させ、例えば図
６に示すように第２の支柱３Ａ〜３Ｃの載置部３２上に
載置することにより行われる。このようなウエハＷの受
け渡しを例えば熱処理用ボート２の上段側から順次行
い、熱処理用ボ−ト２に所定枚数例えば１００枚搭載し
た後、ボートエレベータ４２を上昇させてウエハＷを縦
型熱処理炉５内にロードする。その後ウエハＷに対して
所定の熱処理例えば１０５０℃の温度で酸化処理が行わ
れる。

【００２０】このような実施の形態によれば、各ウエハ
Ｗは図６に示すように、ウエハＷの外周縁部よりも内方
側の領域を周方向に３分割する位置で載置部３２により
支持されるので、外周縁部において支持される場合より
もモ−メントが小さくなり、このため支持点における荷
重による応力は小さくなる。しかもウエハＷを周方向に
３等分した位置で支持しているので、ウエハＷの１カ所
に応力が集中することがないため、スリップの発生を抑
えることができる。このようにウエハＷを３点で支持す
る場合は均等な支持ができ有利であるが、第２の支柱３
を４本以上設けてウエハＷを４点以上で支持するように
してもよい。

【００２１】また本実施の形態では、第２の支柱３をボ
−ト本体２０とは別個に製造し、後からボ−ト本体２０
に取り付けているため、製造が容易になり、制作コスト
を低減することができる。即ち仮に第２の支柱３をボ−
ト本体２０と一体に構成する場合には、腕部３１の加工
を失敗するとその熱処理用ボ−トは使用できなくなる
し、また溶接等により支柱３を天板２１等に固定する
際、腕部３１の向きが振れて載置部３２の高さの精度が
出なくなるおそれがある。

【００２２】これに対し、第２の支柱３を別個に製造す
る場合には、腕部３１の加工を失敗してもその第２の支
柱３のみの制作のやり直しで済むし、また第２の支柱３
のボ−ト本体２０への取り付けも天板２１等に形成され
た凹部２２ａ等に支柱３の下端等を嵌合させることより
行えばよいため、載置部３２の高さ精度を確保できる。
またこのように第２の支柱３をボ−ト本体２０とは別々
に製造するため、一体で構成することが困難な、例えば
本実施の形態の支柱のような腕部３１を備えた複雑な構
造の支柱も容易に製造することができる。

【００２３】さらに石英製の第１の支柱２３、２４には
ウエハＷの荷重はかからないため、熱処理用ボ−ト全体
を石英製とした場合に支柱が変形するような高温例えば
１０５０℃の温度でプロセスを行なってもボ−ト本体２
０が高温により変形したり、熱応力により割れてしまう
ようなこともない。これに対し第２の支柱３Ａ，３Ｂに
はウエハＷの荷重が加わるが、第２の支柱３Ａ，３Ｂは
ＳｉＣにより構成されているため高温による変形のおそ
れはない。

【００２４】そして第２の支柱３Ａ，３Ｂの両端をそれ
ぞれ天板２１、底板２２に着脱できる程度に嵌合させて
おり、天板２１を支持する役割は第１の支柱２３、２４
に持たせているため、第２の支柱３Ａ，３Ｂとボ−ト本
体２０との間の熱膨張の差による割れのおそれもない。
このように本実施の形態では、ＳｉＣを必要な部分にの
み使用するようにしているため、全体をＳｉＣで構成す
る場合に比べてコストを大幅に低減することができる。

【００２５】さらにまた第２の支柱３をＳｉＣ製の中空
体により構成したことで支柱３の熱容量を低くすること
ができる。このためヒ−タの温度変化に対してウエハＷ
の表面温度が良好に追従するので熱処理時の処理温度ま
での収束時間を短縮することができると共に、ウエハＷ
の支持点と支持点以外の他の領域との昇降温の速度の差
が小さくなることから熱応力が小さくなり、既述のウエ
ハＷの支持点における荷重による応力が小さくなること
と合わせて、より一層スリップの発生を抑えることがで
きる。また中空体とすることで支柱３を軽量にでき、熱
処理用ボ−ト２全体の軽量化を図ることができる。さら
にこの中空体は形成が容易であり、複雑な形状の構造体
も形成することができる。ただし第２の支柱３は中実体
により構成してもよい。

【００２６】上述の実施の形態の構造は、石英は溶接す
ることができるため、石英によりボ−ト本体を構成する
ことが有利であるが、第２の支柱は石英よりも軟化点の
高い材質を用いることができ、例えばＳｉＣよりは軟化
点が低いが安価なポリシリコンで構成してもよい。また
高温の熱処理の場合には、ポリシリコンによりボ−ト本
体を構成し、ＳｉＣにより第２の支柱を構成してもよ
い。このように第２の支柱を溶接が困難なＳｉＣにより
構成しても、上述の構造ではボ−ト本体に第２の支柱を
確実に取り付けることができる。

【００２７】また上述のように腕部を形成する場合には
第２の支柱を用いることが得策である。従って熱処理の
処理温度が比較的低い場合には、第２の支柱を石英によ
り構成するようにしてもよいし、熱処理の処理温度がか
なり高い場合には、ボ−ト本体と第２の支柱との両者を
ＳｉＣにより構成するようにしてもよい。また第１の支
柱は２本に限らず例えば３本あるいは４本以上でもよ
い。

【００２８】以上において本発明は例えばラダ−ボ−ト
と呼ばれている熱処理用ボ−トに適用して、ウエハＷの
外周縁部を保持する溝部が上下に形成された支柱を第２
の支柱としてもよい。また例えば図７に示すように、リ
ングボ−トと呼ばれている熱処理用ボ−トに適用しても
よい。

【００２９】このリングボ−トは、例えば図７（ａ）に
示すような、ウエハを載置するための平らな支持面を備
えたリング状の支持部材６の外周縁部を、第２の支柱７
（７Ａ〜７Ｃ）の腕部７１に夫々支持させることにより
構成されている（図７（ｂ）参照）。前記支持部材６の
周縁部の例えば２か所には切欠６ａが形成されており、
この切欠６ａに適合する固定棒６１、６２を天板２１か
ら底板２２に亘って通すことにより、支持部材６が固定
される。このリングボ−トでは、例えば支持部材６、第
２の支柱７、固定棒６１、６２は夫々ＳｉＣにより構成
されており、天板２１と底板２２、第１の支柱２３、２
４は夫々石英により構成されている。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、被処理基板を熱処理す
る場合にスリップの発生を軽減することができる。また
熱処理用ボ−トを容易に製造できるし、製造コストを低
減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る熱処理用ボートと縦
型熱処理炉とを示す斜視図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る熱処理用ボートの全
体を示す斜視図である。

【図３】本発明の実施の形態に係る熱処理用ボートの全
体を示す断面図である。

【図４】ボ−ト本体への第２の支柱の取り付けを説明す
るための斜視図である。

【図５】本発明の実施の形態に係る熱処理用ボートを示
す平面図である。

【図６】第２の支柱にウエハＷが載置された状態を示す
断面図である。

【図７】本発明の実施の形態の他の例に係る熱処理用ボ
−トを示す平面図である。

【図８】従来のラダ−ボ−トを示す斜視図である。

【図９】従来のリングボ−トを示す斜視図である。

【符号の説明】

２ 熱処理用ボート ２０ ボ−ト本体２０ ２１ 天板 ２２ 底板 ２３、２４ 第１の支柱 ３Ａ〜３Ｃ 第２の支柱 ３１ 腕部 ３２ 載置部 ４１ 保温筒 ４２ ボ−トエレベ−タ ５ 縦型熱処理炉 Ｗ 半導体ウエハ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 天板と底板との間に設けられた複数の支
   柱の間に、複数の被処理基板を各々水平にかつ互に上下
   に間隔をおいて支持させて縦型熱処理炉に搬入出するた
   めの熱処理用ボ−トにおいて、 前記天板及び底板を第１の支柱により互に固定してボ−
   ト本体を構成し、 このボ−ト本体とは別体の複数の第２の支柱を底板と天
   板との間に着脱自在に設けて、これら第２の支柱の各々
   には、被処理基板の内方側に向かって伸び出す複数の腕
   部を上下に間隔をおいて形成し、この腕部の内端側上面
   で被処理基板の周縁部よりも内方側を支持するように構
   成し、 前記底板には、第２の支柱の水平方向の振れを防止する
   ために各支柱の最下段の腕部の両側部を押さえるように
   固定部材を設け たことを特徴とする熱処理用ボ−ト。
2. 【請求項２】 ボート本体を第１の材質により構成し、
   第２の支柱を第１の材質よりも軟化点の高い第２の材質
   により構成した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２に記載の熱処理用ボー
   トと、 この熱処理用ボートが搬入されて、当該熱処理用ボート
   に支持されている被処理基板に対して熱処理を行うため
   の熱処理炉と、を備えたことを特徴とする熱処理装置。