JP3603189B2 - 熱処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、熱処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
減圧ＣＶＤ装置において、ボートに収容した複数の半導体ウエハに成膜処理を行った際、半導体ウエハ周縁の膜厚が半導体ウエハの中心部に比較して厚く成膜されていまい、面内膜厚均一性の良好な成膜処理が難しいプロセスとして、不純物を含んだ膜を成膜する例えば、高温ＬＰ−ＣＶＤによる酸化膜の成膜や、ドープドポリシリコン膜の成膜がある。
これらの熱処理時の成膜均一性を改善する一つの手法として、いわゆる籠型ボートが広く用いられている。
この籠型ボートは半導体ウエハを収容したボートの周囲を、石英製の筒体で覆うもので、この筒体には成膜ガスの流通孔やスリットが多数設けられている。
上記籠型ボートを用いて成膜処理をした場合、反応の活発なガス成分は石英製の筒体表面に成膜されてしまうが、反応の比較的おだやかなガス成分は、上記孔から筒体内部に入り込み、半導体ウエハ表面に面内均一な膜を成膜することができるというものである。
【０００３】
半導体ウエハの成膜の面内均一性を良好にするためには、半導体ウエハと上記石英製の筒体との間隔を一定にすること、またこの間隔を近づけることが望まれている。そのため、例えば実開平２−１３１５４９号公報に記載されている如く、ボートに筒大部分の一部を一体に取付けてしまうことも行われている。
また、半導体ウエハの移載については、搬送アームの半導体ウエハを支持する当接面に孔部を設け、この孔部を真空ポンプで減圧排気して、半導体ウエハを搬送アームに真空吸着して保持して搬送し、移載することが行われている。
一方、近年の半導体素子は、微細加工により、集積度が向上され、ＤＲＡＭにおいては、現在４Ｍが量産されており、同時に１６Ｍ、６４Ｍとさらに高集積化する量産技術の開発が進められており、そのためには、半導体ウエハに塵埃の付着をいかに少なくするかが重要な問題となってきている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
半導体ウェハの搬送において、真空吸着は半導体ウェハを搬送アームに正確に確実に保持する機能を有している。しかし、真空吸着力の強度に起因して半導体ウェハにキズが付いて、塵埃発生の原因となったり、真空吸着した際周囲に浮遊している塵埃を引き寄せてしまい、半導体ウェハの真空吸着面である、裏面側に多大な塵埃が付着してしまう。この塵埃がその後の工程において、再浮遊して半導体ウェハの表面側に再付着したり、他の半導体ウェハの表面に再付着して最終的に完成された半導体素子の歩留りを低下させるという改善点があった。
【０００５】
即ち、上記文献に記載されたボートに石英製の筒体部分を一体に取り付けた籠型ボートにおいては、真空吸着を用いた搬送アームで半導体ウエハを籠型ボートに収容する場合、成膜の均一性は良好であるものの、塵埃の付着が多く、半導体素子の歩留りを向上させることができないという改善点を有していた。
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、被処理体への塵埃付着の低減及び成膜処理の均一性の向上が図れる熱処理装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、上端が閉塞され下端が開口された反応容器と、該反応容器の開口部を開閉可能に閉じる蓋体と、該蓋体上に保温筒を介して載置され、複数の被処理体を上下方向に所定の間隔で保持するボートと、蓋体を昇降させて反応容器内へのボートの搬入及び搬出を行う昇降機構と、反応容器の周囲に設けられ反応容器内を所望の熱処理温度に加熱する加熱手段と、反応容器内に処理ガスを導入する処理ガス導入管と、反応容器内を排気する排気管とを備え、上記ボートには被処理体の周囲を所定の間隔で覆う第１のボートカバ−部材が一体的に設けられ、該第１のボートカバー部材には搬送アームにより被処理体をボートに搬入搬出するための被処理体よりも広い幅の第１開口部と、該第１開口部よりも狭い幅の第２開口部とが対向して設けられ、ボートの上端周縁部に係止される係止部を有し、上記第１開口部と第２開口部をそれぞれ覆う第２のボートカバー部材と第３のボートカバー部材が上記係止部を介してボートに着脱自在に取付けられていることを特徴とする。
【０００８】
上記第１のボートカバー部材、第２のボートカバー部材及び第３のボートカバー部材には処理ガスを流通させるためのスリットが適宜設けられていることが好ましい（請求項２）。
【０００９】
【作用】
請求項１に係る発明によれば、ボートには被処理体の周囲を所定の間隔で覆う第１のボートカバ−部材が一体的に設けられ、該第１のボートカバー部材には搬送アームにより被処理体をボートに搬入搬出するための被処理体よりも広い幅の第１開口部と、該第１開口部よりも狭い幅の第２開口部とが対向して設けられてるため、搬送アームにより被処理体をボートにソフトランディングで移載することができ、被処理体への塵埃の付着を低減することができる。また、内管の上端周縁部に係止される係止部を有し、上記第１開口部と第２開口部をそれぞれ覆う第２のボートカバー部材と第３のボートカバー部材が上記係止部を介して内管内に着脱自在に取付けられているため、被処理体の周囲を容易に覆うことができ、成膜処理の均一性の向上が図れる。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明装置を縦型熱処理装置に適用した実施例を、図面に基づいて具体的に説明する。
図１に示すように、円筒状で上端部が閉じており、下端部に開口部が設けられて反応容器を形成する耐熱性材料、例えば石英からなる反応管１が設けられ、この反応管１の内部には上端部と下端部がそれぞれ開口された耐熱性材料、例えば石英からなる内管２が同軸的に設けられている。
上記反応管１の下部には弾性シール部材、例えばＯリング３を介して耐食性金属、例えばステンレススチールからなるマニホールド４が設けられており、このマニホールド４の側面部には処理ガス導入管５、６が接続されており、さらに上記側面部には排気管７が接続され、図示しない排気ポンプにより、前記反応管１内を所定の真空度に排気することが可能なように構成されている。
【００１１】
また、上記反応管１の周囲を覆って加熱手段、例えば少なくとも３ゾーン構成からなる円筒状の抵抗加熱ヒータ８が設けられ、上記反応管１内を所望の熱処理温度、例えば５００〜１０００℃の範囲に適宜設定可能に構成されている。
上記反応管１内で所定の熱処理がほどこされる複数の被処理体、例えば半導体ウェハ１０は、所定の間隔でボート１１に積層して収容され、このボート１１は保温筒１２上に載置され、この保温筒１２は、上記反応管１の開口部を蓋する蓋体１３上に設けられた回転機構１４に載置され、上記ボート１１に収容された半導体ウェハ１０を予め定められた速度で回転しながら、所定の熱処理をすることが可能に構成されている。
【００１２】
そして、上記蓋体１３とともに上記ボート１１に収容された半導体ウェハ１０列を昇降して、上記反応管１内に搬入搬出する昇降機構１５が設けられている。図２に示すように、上記昇降機構１５に隣接して半導体ウェハ１０を載置して搬送するアーム１６を備えたウェハ移載装置１７が設けられており、このウェハ移載装置１７は、図２の矢印に示す如く、上下方向、前進後退方向へ移動及び旋回回転して、図示しない半導体ウェハ収容容器から半導体ウェハを上記アーム１６に重力載置して、上記ボート１１の所定の半導体ウェハ収容部に移載することができるように構成されている。
【００１３】
上記ボーと１１は、すべて耐熱耐食性材料の石英からできており、図３に示すように４本の角型支柱２０、２１、２２、２３にそれぞれ設けられたウエハ支持突起２４によって、半導体ウエハ１０を略水平状態で複数、例えば１２０枚収容するように構成されており、上記支柱２０、２１の外周にはボートカバー部材２５が、半導体ウエハ１０と所定の間隔、例えば１０ｍｍ離間して、支柱２０、２１と溶着して設けられており、上記ボートカバー部材２５には縦方向に幅８ｍｍのスリット２６が複数設けられ、このスリット２６から反応ガスが出入することができるように構成されている。
また、上記支柱２２、２３も図３に示す如く、同様にボートカバー部材２７が溶着して一体に構成されている。ボートカバー部材２５、２７が、ボート１１に一体的に設けられた第１のボートカバー部材を構成している。
【００１４】
上記ボート１１には、半導体ウエハの幅より広く上記ボーと１１の半導体ウエハ収容領域全域に渡って開口部（第１開口部）２８が設けられ、この開口部２８を通して半導体ウエハ１０を、上記ボート１１に搬入搬出するように構成されており、上記開口部２８の前面側には、上記ウエハ移載装置１７が配置されている。
また、上記開口部２８と対向する側のボーと１１には開口部（第２開口部）２９が設けられ、上記ウエハ移載装置１７のアーム１６に半導体ウエハを載置して、上記ボーと１１に搬入した際に、上記ボートカバー部材２５，２７と上記アーム１６の先端部が干渉することがないように構成されている。
【００１５】
図４は、上記ボート１１に半導体ウェハ１０を載置した上記アーム１６を挿入した状態を示すもので、上記開口部２８側から上記アーム１６が進入し、反対側の上記開口部２９側に上記アーム１６の先端部が突き出ている。
図５は、上記アーム１６の断面図を示すもので、上記アーム１６は、例えば長方形の板状体であり、半導体ウェハ１０を収容する凹部３０が設けられており、上記アーム１６の先端部にはアーム１６の前進方向にこの実施例では、半導体ウェハ１０がアーム１６上で位置ズレを起こさないように、被支持ウェハ周縁に沿ってガイド作用を有する凸部３１が設けられている。
従って上記ウェハ移載装置１７は半導体ウェハ１０を、真空吸着しなくても、上記アーム１６の上記凹部３０に収容して、正確に上記ボート１１に移載することができる。
【００１６】
図６に示すように、上記ボート１１には、上端部に半月状部材（係止部）３３を有する円筒を縦に分割した形状のボートカバー部材（第２のボートカバー部材）３４が、上記半月状部材３３を上記ボート１１の上端部（上端周縁部）に載置（係止）することにより、上記開口部２８を覆うようにして着脱自在に取付けられている。上記ボートカバー部材３４は、半導体ウエハ１０と所定の間隔例えば１０ｍｍの間隔となるようにして、ボート１１に装着される。
また、上記ボート１１には、上記と同様に、上端部に半月状部材（係止部）３５を有する平板状のボートカバー部材（第３のボートカバー部材）３６が、上記半月状部材３５を上記ボート１１の上端部（上端周縁部）に載置（係止）することにより、上記開口部２９を覆うようにして着脱自在に取付けられている。上記ボートカバー部材３６は、上記ボート１１に収容された半導体ウエハ１０のオリフラ部３７と対向して、所定の間隔例えば１０ｍｍの間隔となるようにして、ボート１１に装着される。
【００１７】
上記ボートカバー部材３４には、処理ガスを流通させるためのスリット３８が縦方向に設けられており、上記ボートカバー部材３６にも必要に応じ適宜スリットを設ければ良い。
図７は、上記ボート１１が上記反応管１内に収容された状態を示すもので、半導体１０は上記ボート１１に設けられた上記ボートカバー部材２５、２７とボートカバー部材３４、３６に周囲を覆われて、上記反応管１内の内管２内に収容されている。このとき、半導体ウェハ１０は、オリフラ部３７を含めて、等しい間隔で周囲をボートカバー部材２５、２７、３４、３６で覆われているので、均一な成膜処理を行うことができる。
【００１８】
又、必要に応じて上記回転機構１４で、上記ボート１１を回転させながら成膜処理することができるように構成されている。
以上の如く、熱処理装置は構成されている。
次に、半導体ウェハの搬送と成膜処理の作用について説明する。
ウェハ移載装置１７により、図示しないウェハ収容容器、例えばウェハカセットから半導体ウェハ１０をアーム１６上に載置して搬出する。
次に、ウェハ搬送装置１７を上下方向、回転方向へ駆動を行い、図２に示すボート１１の所定の搬入位置前面に位置させ、アーム１６を前進させボート１１の半導体ウェハ収容位置より、例えば２ｍｍ上方に搬入して停止させる。
次に、ウェハ搬送装置１７を駆動してアーム１６を、例えば約４ｍｍ下げると、半導体ウェハ１０は上記ボート１１の４つのウェハ支持突起２４に載置され、アーム１１から半導体ウェハ１０がボート１１に移載される。
そして、アーム１６を後退させることにより、半導体ウェハ１０の１枚の移載が終了する。
【００１９】
以後、この動作を繰り返し行い、ボート１１に、例えば１２０枚の半導体ウェハを収容する。
次に、ボートカバー部材３４、３６の半月部材３３、３５を、ボート１１の上端部に載置することにより、ボート１１の開口部２８、２９にボートカバー部材３４、３６を装着する。
そして、昇降機構１５を上昇させることにより、ボート１１を反応管１内の所定の熱処理領域に収容する。
【００２０】
以下熱処理、例えば８２０℃でＣＶＤによりシリコン酸化膜を成膜処理する場合について、以下説明する。
３ゾーンヒータ８の各ゾーンに印加する電力を適宜制御することにより、反応管１内の少なくとも半導体ウェハ１０を配列する領域の温度を８２０℃±１℃以内に常時設定しておく。
【００２１】
ガス導入管５、６から亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）１０００ＳＣＣＭ、モノシラン（ＳｉＨ_４）１２５ＳＣＣＭを反応管１内に導入し、図示しない排気ポンプにより排気管内を０．８Ｔｏｒｒの圧力に設定して、所定時間成膜処理を行う。
この時、半導体ウエハ１０の周囲はボートカバー部材２５、２７、３４、３６で略等しい間隔で覆われている。
そして、回転機構１４を回転することにより、半導体ウエハ１０が収容されたボートとボートカバー部材２５、２７、３４、３６を一体にして内管２内で回転することにより、処理ガス導入管５、６から放出された処理ガスを、ボートカバー部材２５、２７、３４、３６内へ均一に取り込むことができ、成膜処理の不均一性を大幅に改善することができる。
【００２２】
そしてオリフラ部３７列に対向して、ボートカバー部材３６が平板状に配置されていることにより、上記条件でシリコン酸化膜をバッチ処理で、ＣＶＤ成膜処理した場合の半導体ウェハの膜厚面内均一性は±３％以内と良好であった。比較データとして、ボートカバー部材３６が平板状でなく、円筒を縦に分割した形状のもので、オリフラ部３７とボートカバー部材３６との間隔が１０ｍｍ〜１５ｍｍまで変化するものの場合、上記と同様の条件で成膜した場合の半導体ウェハの膜厚面内均一性は±４〜±５％と劣化していた。
【００２３】
半導体ウェハ移載に伴う塵埃の付着は、アーム１１上に半導体ウェハを載置する、いわゆるソフトランディング方式を用いたので、ボート１１に半導体ウェハを１２０枚移載して、もとのウェハカセットに収容した時のウェハ１枚当りの塵埃の付着数は、０．２μφ以上のパーティクルは５個以下と少ない値であった。比較データとして、半導体ウェハの搬送を真空吸着方式のウェハ移載装置で行った場合は、上記と同様の条件で０．２μφ以上のパーティクルが、３０〜５０個と格段に増加した。
【００２４】
尚、半導体ウェハを移載するフォークは、１枚のものに限らず、５枚のフォークを持ったもので、一括して５枚の半導体ウェハを移載するようにしてもかまわない。
又、５枚のフォーク機構にピッチ変換機構を設けて、ウェハカセットの収容ピッチとボートの収容ピッチの異なるピッチ間で、半導体ウェハを移載するものであっても良い。
【００２５】
図８は、他の実施例を示すもので、上記ボート１１の上記開口部２８に対応して設けられるボートカバー部材（第２のボートカバー部材）４０は、このボートカバー部材４０の上端部に半月状部材（係止部）４１が設けられ、この半月状部材４１を上記内管２の上端部（上端周縁部）の所定位置に載置（係止）することにより、上記内管２内に着脱自在に取付けられている。
又、上記ボート１１の上記開口部２９に対応して設けられるボートカバー部材（第３のボートカバー部材）４２は、このボートカバー部材４２の上端部に半月状部材（係止部）４３が設けられ、この半月状部材４３を上記内管２の上端部（上端周縁部）の所定位置に載置（係止）することにより、上記内管２内に着脱自在に取付けられている。
【００２６】
そして、上記ボート１１に収容された半導体ウェハ１０を上記昇降機構１５で上記内管２内に搬入することにより、上記ボート１１の上記開口部２８、２９に対応して、上記ボートカバー部材４０、４２が配置されるように構成されている。この実施例の場合、ボート１１は回転させることができないが、成膜均一性はボート１１を回転した場合とほぼ同様の±３％以内と良好であった。
又、ボートカバー部材４０及び４２を内管２に溶着しておくことにより、メンテナンス時の組付け、取り外し、洗浄等の作業性を改善することができる。
【００２７】
尚、前記実施例と同一部分には同一符号を付けて、説明は省略した。
図９は、さらに他の実施例を示すもので、横向きにされた上記ボート１１は、載置台５０上に載置され、この載置台５０の中央部には開口部５１が設けられている。
この開口部５１の下方には半導体ウェハは、半導体ウェハを所定の間隔で垂直に保持する保持溝が設けられた保持部５２と、この保持部５２を昇降する昇降駆動部５３とから構成されたウェハ突上げ装置５４が配置されている。
上記ボート１１の上方には、２つのウェハ把持部５５、５６と、このウェハ把持部５５、５６を開閉する開閉駆動部５７とから構成されたウェハ把持装置が配置されている。
【００２８】
次に、半導体ウェハ１０をボートに移載する場合について説明すると、ボート１１の第２開口部２９からウェハ突上装置の保持部５２が上昇して、半導体ウェハ１０を保持部５２の保持溝に垂直に保持して、ボート１１から半導体ウェハ１０を受け取る。
そしてさらに、保持部５２を上昇させることにより、ウェハ把持装置５８の所定のウェハ把持位置で、保持部５２の上昇を停止させる。
次に、ウェハ把持装置５８の２つのウェハ把持部を半導体ウェハ１０を保持するように閉じて、半導体ウェハ１０をウェハ把持装置が受け取る。
そして、ウェハ突上装置５４の保持部５２を下降させることにより、半導体ウェハ１０の移載動作が終了する。
【００２９】
移載する半導体ウェハの数が多い場合は、さらに上記工程を繰り返せば良い。
尚、前記実施例と同一部分には同一符号を付けて、説明は省略した。
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、ボロン添加シリケートガラス膜等、半導体ウェハの面内均一性を向上させることが難しいＣＶＤにより成膜処理に用いることができる。
また、成膜処理はＣＶＤに限らず、酸化や拡散処理であっても良いし、またエッチング処理等、ガス流を扱う処理であれば、どのような処理に適用してもかまわない。
【００３０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、被処理体への塵埃付着の低減及び成膜処理の均一性の向上が図れ、もって半導体素子の歩留りの向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る熱処理装置を説明する縦断面図である。
【図２】図１のウェハ移載装置を説明する斜視図である。
【図３】図２を別の角度から見た部分拡大斜視図である。
【図４】図３の半導体ウェハをボートに搬入した状態図である。
【図５】図４の断面図である。
【図６】図１のボートカバー部材説明図である。
【図７】図１の半導体ウェハとボートカバー部材の関係説明図である。
【図８】他の実施例のボートカバー部材説明図である。
【図９】他の実施例のボートを横置した場合の半導体ウェハ移載説明図である。
【符号の説明】
１ 反応管
１０ 半導体ウエハ
１１ ボート
１６ アーム
１７ ウェハ移載装置
２５、２７、３４、３６、４０、４２ ボートカバー部材
２６ スリット

Claims (2)

1. 上端が閉塞され下端が開口された反応容器と、該反応容器の開口部を開閉可能に閉じる蓋体と、該蓋体上に保温筒を介して載置され、複数の被処理体を上下方向に所定の間隔で保持するボートと、蓋体を昇降させて反応容器内へのボートの搬入及び搬出を行う昇降機構と、反応容器の周囲に設けられ反応容器内を所望の熱処理温度に加熱する加熱手段と、反応容器内に処理ガスを導入する処理ガス導入管と、反応容器内を排気する排気管とを備え、上記ボートには被処理体の周囲を所定の間隔で覆う第１のボートカバ−部材が一体的に設けられ、該第１のボートカバー部材には搬送アームにより被処理体をボートに搬入搬出するための被処理体よりも広い幅の第１開口部と、該第１開口部よりも狭い幅の第２開口部とが対向して設けられ、ボートの上端周縁部に係止される係止部を有し、上記第１開口部と第２開口部をそれぞれ覆う第２のボートカバー部材と第３のボートカバー部材が上記係止部を介してボートに着脱自在に取付けられていることを特徴とする熱処理装置。
2. 上記第１のボートカバー部材、第２のボートカバー部材及び第３のボートカバー部材には処理ガスを流通させるためのスリットが適宜設けられていることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。

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