JP3625124B2 - ウエーハ処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエーハの拡散処理、酸化処理、減圧ＣＶＤ若しくは放電処理を行なうウエーハ処理装置に係わり、特に枚葉式ウエーハの処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体ウエーハの熱処理を行なう場合、複数枚のウエーハをボートに積層配設載置して、反応容器内で一括熱処理するバッチ方式が採用されている。
この方式では、ボートとウエーハとの接触部分近傍で生じる気流の乱れや、ウエーハを多段積層することでそこを通過する気流が乱れるために、投入ウエーハを均質に処理することは困難であった。
また、ウエーハ口径が大口径化するにつれ、前記バッチ処理方式では重量負担の増大に対応するボート及び支持部の製作が困難であること、また、大口径化に伴う反応容器の大型化、加熱温度分布やガス分布の不均一化、加熱源の無用の増大化につながり、ウエーハの大口径化に対応するのには従来のバッチ方式では種々問題があった。
さらに、次世代の、６４Ｍ、１Ｇ等の高集積密度化の半導体製造プロセスではサブミクロン単位の精度が要求され、複数枚のウエーハを一括処理するバッチシステムではウエーハの積層位置やガス流の流入側と排出側とではそれぞれ処理条件にバラツキを生じ、また積層されたウエーハ相互間で影響を及ぼし合い、またボートとの接触部よりパーティクル等が発生し、高品質の加工が困難であった。
【０００３】
上記問題点を解決するため、一枚のウエーハ毎に熱処理を行なう枚葉式熱処理装置が注目され、種々の提案がなされているが、最近の提案（特開平５−２９１１５４号公報に開示）には図１２に示すような枚葉式熱処理装置がある。
上記従来の枚葉式熱処理装置の概要を説明すると下記のとおりである。
反応容器１０１内にサセプタ１０２を設け、該サセプタ１０２の下方に設けた加熱源１０３によりサセプタ１０２上に載置したウエーハ１０を低圧反応ガス雰囲気中で加熱してウエーハ１０上に成膜するようにしてある。
なお、図において、ウエーハ１０は、ゲイトバルブ１１１を介して出入口１０８より反応容器１０１内のサセプタ１０２上に載置するようにしてある。
また、ガス導入管１０９により反応ガスを導入し排気孔１１０より排出するようにしてある。
反応容器１０１の上部にはウエーハ加熱用のランプ１０５が設けられ、反応容器１０１の上縁に設けた石英ガラス窓１０６を介して、ウエーハ１０の表面を加熱照射し、前記サセプタ１０２の下部に設けた加熱源１０３とともにウエーハ１０を急速加熱し、反応ガスの導入とともに成膜が開始されるとシャッタ１０７を介してランプ１０５の照射光を遮断するようにしてある。
上記構成から理解されるように、この場合はウエーハは略水平状にサセプタ上に載置され、その上下に設けた加熱源によりウエーハを高温に加熱するようにしてある。
【０００４】
また、特開平１−２５９５２８号公報には図１１に示す提案がなされている。上記提案は図１１に示すように、本提案に係わる半導体ウエーハの熱処理装置は、高温炉（加熱部）１２０とウエーハ支持装置１３０とよりなる。
高温炉１２０は、直方体形状に形成され、複数に分割された平板状ヒータ１２１、石英ガラス製反応管１２２、均熱管１２３（シリコンカーバイト製）、断熱材１２４で構成されている。
高温炉１２０は下部が開放され、ウエーハ１０が支持装置１３０の溝１３１に載せられ高温炉１２０への出入を行なうようにしてある。なお、図示してないガス供給管により使用目的に応じて所要ガスが上方から下方へ流れるようにしてある。
また、ウエーハ支持装置１３０は、パイプ状の支柱１３３、前記溝１３１を設けた支持部１３２とベース１３４とよりなり、前記溝１３１は２枚以上のウエーハが載せられるように複数個設けてある。
【０００５】
上記従来の図１２に示す水平状にウエーハを載置する枚葉式ウエーハ熱処理装置においては、下記問題点を内蔵している。即ち、
１）ウエーハは水平状に載置されているため、ウエーハに自重による撓みの発生の問題がある。
２）反応容器が大型になる。従って加熱源等の動力源も大きくなる。
【０００６】
また、図１１に示す従来の枚葉式熱処理装置においては、ウエーハを直立状に収納する構成ではあるが、高温炉は直方体の形状により構成されているため下記問題点を内蔵している。即ち、
１）高温炉の形状は直方体であるため、内蔵する反応管、均熱管等も同一形状の直方体と考えられ、また上部は管壁に直角の上底により形成されているため、真空強度が弱い。
２）ウエーハに対する輻射熱の分布及び反応ガス流の分布が均一でない。
等である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる問題点を解決してウエーハ表面への輻射熱の熱分布及び反応ガス流の分布も一様にするとともに、収納するウエーハの大きさに対し、必要最小限の大きさを確保できる形状を持つ直立枚葉反応容器を提案する事により、高温熱処理にも対処でき、高能率、高精度の枚葉式ウエーハ処理装置の提供を目的とする。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、前記発明の目的に加え、半導体ウエーハの拡散やＣＶＤによる成膜は該ウエーハの片面のみに行なうため、２枚のウエーハの裏面を互いに向き合わせ並設直立状に収納した場合にも使用し効率の向上を図ることの出来る直立枚葉反応容器を備えた、ウエーハ処理装置の提供を目的としたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる技術課題を解決するために、請求項１記載の発明においては、半導体ウェーハを直立状態で収納する反応容器を具えてなる枚葉式ウエーハ処理装置において、
ウエーハを直立状に収納すべく球状曲面を両面に持つフランジ付き扁平開口体の反応容器を有し、その容器本体を透明石英ガラス体で形成し、フランジ部のみ非透明石英ガラス体で形成して接合するように構成するとともに、該容器内に収納するウエーハ表面に対向して反応容器の外側若しくは内側に発熱体若しくはプラズマ電極を設けてなることを特徴とする。
【００１０】
かかる発明によれば、反応容器は収納熱処理する直立状ウエーハに対し、必要最小限の大きさを持ち、その被加熱部の殆どを球状曲面の連続体で形成して、石英ガラス体の一体構成にしたもので、大なる真空強度と高温熱処理にも対応でき、且つ軽量化を可能とし、また反応ガス流が淀みなくウエーハ表面を均一に流れるよう構成してある。
【００１１】
この場合前記請求項１記載の反応容器を、扁平開口体の両面を形成する球状曲面の片面ないし両面に、放電電極取り付け面を形成する平面を設けて放電処理用の反応容器として構成してもよく、又前記放電電極取り付け面を、内部に収納する直立状ウエーハに対し平行な平面として形成させ、放射線がウエーハに対し均一且つ直角に入射する構成にしてもよい。
【００１２】
請求項２記載の発明は、前記直立枚葉反応容器は２枚のウエーハを適当間隔を隔てて並設直立状に収納するようにウエーハボートを具えてなることを特徴とする。
この場合前記直立ウエーハボートを、ウエーハを複数箇所で直立状に支持すべく、支持用溝を備えた複数個の支持部材を一体構成とした上部構成部材と該部材を直立状に支持するベース部材とを、石英及び炭化珪素で構成するのがよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例の形態を、図示例と共に説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、形状、その相対的位置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図１は本発明の実施形態に係るシリコンウエーハの熱処理装置において、反応容器内に１枚のウエーハを直立配置して収納する場合の概略構成を示す断面図で、図２は２枚のウエーハを直立配置して収納する場合の概略構成を示す断面図である。
【００１４】
図３及び図４は本発明をシリコンウエーハの放電処理装置として適用する場合の断面図で、図３は１枚のウエーハを、図４は２枚のウエーハを夫々直立配置した場合の概略構成を示す断面図である。
図５は、図１及び図２の処理装置に使用する反応容器の構造を示す正面図と側面図である。図６は、図３及び図４の放電処理装置に使用する直立枚葉反応容器の構造を示す正面図と側面図である。
【００１５】
図７（Ａ）及び（Ｂ）は図１乃至図４の装置に使用する直立ウエーハボートの概略の構成を示す図で、（Ａ）は１枚のウエーハの３点支持の場合を示す斜視図で、（Ｂ）は（Ａ）に用いる一溝支持部材を示す斜視図で、（Ｃ）は２枚のウエーハ支持用の２溝支持部材を示す斜視図で、（Ｄ）は１枚ないし２枚のウエーハを４点支持にて直立配置する場合を示す正面図である。
【００１６】
図１には、本発明のシリコンウエーハの熱処理装置で１枚のウエーハを収納する場合の構成を示し、図２には同じく２枚のウエーハの裏面を向かい合せにしてそれぞれ表面を外側に向け収納した場合を示してある。
図１、図２に見るように、直立枚葉反応容器１１とその外側に設けられた発熱体１２とウエーハ１０を直立状に支持する直立ウエーハボート２３ａ／２４ａまたは２３ｂ／２４ｂとを主構成要素として構成してある。
【００１７】
直立ウエーハボート２３ａ／２４ａまたは２３ｂ／２４ｂはウエーハ１０を支持した状態で、直立枚葉反応容器１１ｂのフランジ１１ａに設けた下部開口部１１ｃより矢印Ａに示すように下降させ、ウエーハ１０の出し入れを可能にしてある。
なお、直立ウエーハボート１０の上昇により、該ウエーハボート１０のベース２７ａとフランジ１１ａとの間にＯリング１４を押圧して密閉可能の構成にしてある。
【００１８】
また、熱処理時には、反応ガス供給管１５より反応ガスを反応容器１１内に送り排出管１６より排出させ、所定の減圧下で成膜するようにしてある。
この場合は、反応ガスはウエーハ１０の表面１０ａにその上部より下部へ向け流れ均一な成膜が行なわれるようにしてある。
なお、直立ウエーハボートには後記するように１枚のウエーハ１０を３箇所で支持する３点方式のもの２３ａと、１枚のウエーハ１０を４箇所で支持する４点方式のウエーハボート２４ａとがある。
また、２３ｂは２枚のウエーハ１０を３点で支持し、２４ｂは２枚のウエーハ１０を４点で支持する構造のものである。
【００１９】
なお、図２に見るように、直立ウエーハボートには２枚のウエーハ１０、１０が互いに裏面を背中合わせに支持してある。
この場合は反応ガスは反応容器１１の上部よりウエーハ１０、１０のそれぞれの表面１０ａ、１０ａに沿って淀みなく流れを形成し、均一な成膜を可能にしてある。
【００２０】
図５には、図１、図２のシリコンウエーハ１０の処理装置に使用する直立枚葉反応容器１１の構造をそれぞれ正面図を（Ａ）に、側面図を（Ｂ）に示してあるが、側面図（Ｂ）に見るように、球状曲面を両面に持つ扁平開口体からなるの反応容器本体１１ｂを透明石英ガラス体で一体構造で形成し、その下面開口１１ｃ周囲にフランジ１１ａのみ非透明の石英ガラス板で溶接接合し、反応容器本体１１ｂから前記フランジ１１ａを介して容器下部への熱の伝播を防止する構造にしてある。
なお、図に見るように、偏平球面の連続体により形成された本反応容器１１は収納する直立ウエーハ１０に対し、必要最小限の大きさを可能とする無駄のない形態の設計を可能にし、且つ高真空強度と高耐熱衝撃度を具備させている。
そのため、スペース効率も上がり、且つ拡散用処理熱の輻射を可能にし、且つ内面の連続曲面により反応ガスの淀みない流れを可能にし、均一な成膜を可能にしている。
【００２１】
図３及び図４は、本発明の処理装置をシリコンウエーハ１０の放電処理装置として適用した実施形態で、図３では１枚のウエーハ１０を、図４では２枚のウエーハ１０を容器内に直立させて収納する場合を示す。
これらの図に見るように、本装置は、直立枚葉反応容器３０、３１と放電電極３３と直立ウエーハボート２３ａ／２４ａ、２３ｂ／２４ｂとを主構成要素としてある。
ウエーハ１０の出し入れは、直立枚葉反応容器３０または３１のフランジ３０ａ、３１ａに設けた開口部３０ｃ、３１ｃより行い、ウエーハ１０を支持した前記ウエーハボート２３ａ／２４ａまたは２３ｂ／２４ｂを矢印Ｂ方向に下降させウエーハ１０の搬出搬入を可能にしてある。
【００２２】
なお、反応ガスは反応ガス供給管１５より反応ガスを反応容器３０、３１内に送り排出管１６より排出させ、所定の減圧下で成膜するようにしてある。
この場合は、反応ガスはウエーハ１０の表面にその上部より下部へ向け流れ均一な成膜が行なわれるようにしてある。
なお、直立ウエーハボート２３ａは後記するように１枚のウエーハ１０を３箇所で支持する３点方式のものと１枚のウエーハ１０を４箇所で支持する４点方式の直立ウエーハボート２４ａとが存在する。また、２３ｂは２枚のウエーハ１０を３点で支持し、２４ｂは２枚のウエーハ１０を４点で支持する構造である。
【００２３】
なお、図３に見るように、直立枚葉反応容器３０の片面には外部放電電極３３取り付け用の平坦面３３ａが収納ウエーハ１０に平行に設けられ、また、図４に見るように直立枚葉反応容器３１の両面には外部放電電極３３取り付け用の平坦面３３ａ、３３ａが収納ウエーハ１０にそれぞれ平行に設けられ、放電電極３３よりの放射線がウエーハ表面に均一且つ直角に入射できるようにしてある。
なお、本実施形態においてもウエーハ１０を支持して直立ウエーハボートを上昇させれば、ウエーハボートのベース２７ａはＯリング１４を介して直立反応容器３０、３１のフランジ３０ａ／３１ａに押圧密閉状態とするとともに、反応容器上部より内部に反応ガスを流出させ、下部の排出管１６により適宜排出させ、外部放電電極３３に放電電圧を印加すれば、所要の成膜をウエーハ表面１０ａに行なうことが出来る。
【００２４】
図６には図３、図４の放電処理装置に使用する示する直立枚葉反応容器３０、３１の構造を示してあり、（Ａ）にはその正面図が示され、（Ｂ）にはウエーハ１枚収納の場合に使用する反応容器の側面図が示され、（Ｃ）には、同じく２枚のウエーハ収納の場合に使用する反応容器の側面図が示されている。
直立枚葉反応容器３０、３１は、（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、透明石英ガラス体の一体構成よりなり、一側面は偏平球状連続曲面３０ｂを、他側面は外周面が偏平球状連続曲面で中央部に平坦面３３ａを持つ扁平楕円開口体として構成された容器本体３０の場合は一枚ウエーハタイプとして構成され（Ｂ）、透明石英ガラス体の一体構成よりなり、両側面とも外周面が偏平球状連続曲面３１ｂで中央部に平坦面３３ａを持つ扁平楕円開口体として構成された容器本体３１の場合は二枚ウエーハタイプとして構成され（Ｃ）、いずれもフランジ３０ａ、３１ａのみは非透明石英ガラス体の溶接構造とし熱の外部伝播を防止する構造にしてある。
【００２５】
なお、その形状構成は収納ウエーハ１０に対し必要最小限の大きさを可能にしてある。また、図６の（Ｂ）、（Ｃ）に示す側面図に見るように反応容器３０、３１の内面に添って反応ガスを乱流を形成する事無く流すことができ、均一な成膜形成を可能とすることができる構成としている。
【００２６】
図７には、本発明の直立ウエーハボート２３ａ／２４ａ、２３ｂ／２４ｂの概略の構成を示してある。
なお、前述したように、２３ａは１枚のウエーハ１０を３箇所で支持する１枚３点方式のものを示し、２４ａは１枚のウエーハ１０を４箇所で支持する１枚４点方式のもので、２３ｂは２枚のウエーハ１０を３箇所で支持する２枚３点方式のもので、２４ｂは２枚のウエーハ１０を４箇所で支持する２枚４点方式のものを示している。
【００２７】
図７（Ａ）は１枚３点式の直立ウエーハボート２３ａの斜視図で、図７（Ｂ）に図示するＹ字状の支持溝１７を有する３個の一溝支持部材２０ａと、該３個の１溝支持部材２０ａを円弧状に連設する補強骨部材２８とで上部構造部材を形成するとともに、補強骨部材２８下面より下方に垂下する垂直支柱２１と図示してないベース２７ａとによりベース部材を形成し、前記３箇所の一溝支持部材２０ａの支持溝１７によりウエーハ１０の下半分を支持してウエーハ１０の倒れを防止しながら直立収納を可能にしてある。
【００２８】
図７（Ｃ）には２溝支持部材２０ｂの斜視図が示され、ウエーハ１０の周縁部支持用のＹ溝１７が２個平行に設けられてある。なお、２枚のウエーハ１０を支持する場合は前記１溝支持部材２０ａの代わりに設けるようにし、３点式の場合は３個を使用し、４点式の場合は４個使用し、図７（Ｄ）に示すように、溝支持部材２０ａ／２０ｂをウエーハ１０の水平中心線部位を支持するようにし、他の溝部材２０ａ／２０ｂで当該ウエーハ１０の下部周縁部を支持するようにし、ウエーハ１０の直立収納を可能にし、ウエーハ表面への均一な成膜を可能な構造にしてある。
【００２９】
なお、図８には別の構成を持つ直立ウエーハボート２６が直立枚葉反応容器１１、３０、３１に収納されている状況が示してある。
この場合は、縦方向に支持用溝２８ａを持つ直立支持棒２８、２８と横方向の支持用溝２９ａを持つ直立支持棒２９とベース２７ｂとより構成してある。
上記直立ウエーハボート２６を本発明のシリコンウエーハ１０の処理装置に収納された状態が図９に、また放電処理装置に収納された状態が図１０に示してある。
上記図９、図１０に示す場合は、反応ガスの供給と排出は直立ウエーハ１０ボート２６のベース２７ｂの下部を介して行なわれるようにし、ウエーハ１０の出し入れはリフト１８を介して反応容器１１、３０、を矢印Ｃ方向に上昇させることにより可能にしてある。
【００３０】
【発明の効果】
上記構成により、本発明の直立枚葉反応容器は従来の枚葉反応容器に比較し、必要最小限の大きさを可能とし、高効率的な熱処理、放電処理を可能にする。
また、実質的にほぼ全体が曲面で形成されているため、真空強度が強く延いては肉厚を薄く出来軽量化が図れる。
又内面も実質的に曲面若しくは曲面と連設するなだらかな平面状に形成されているために、これらの内面に添いスムーズなガス流を作ることが出来均一な成膜の形成が可能である。
ウエーハボートが３点支持や４点支持の構成としているため、収納ウエーハの傾斜を防止してウエーハ上の均一な成膜を可能にする。
また、直立枚葉反応容器の両面が使用できる構成のため、２枚のウエーハを同時に処理できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかるシリコンウエーハの熱処理装置において、反応容器内に１枚のウエーハを直立配置して収納する場合の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態にかかるシリコンウエーハの熱処理装置において、２枚のウエーハを直立配置して収納する場合の概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態にかかるシリコンウエーハの放電処理装置において、１枚のウエーハを収納した場合の概略構成を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態にかかるシリコンウエーハの放電処理装置において、２枚のウエーハを収納した場合の概略構成を示す断面図である。
【図５】図１及び図２の熱処理装置に使用する直立枚葉反応容器の構造を示す図で、（Ａ）は正面図で（Ｂ）は側面図である。
【図６】図３及び図４の放電処理装置に使用する直立枚葉反応容器の構造を示す図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は図３の側面図、（Ｃ）は図４の側面図である。
【図７】図１乃至図４の装置に使用する直立ウエーハボートの概略の構成を示す図で、（Ａ）は１枚のウエーハの３点支持の場合を示す斜視図で、（Ｂ）は（Ａ）に用いる一溝支持部材を示す斜視図で、（Ｃ）は２枚のウエーハ支持用の２溝支持部材を示す斜視図で、（Ｄ）は１枚ないし２枚のウエーハを４点支持にて直立配置する場合を示す正面図である。
【図８】図１、図２、図３、図４の装置に用い、図７とは別の構成を持つ直立ウエーハボートを用いた装置取付図である。
【図９】図８の側面図で、本直立ウエーハボートを図５の反応容器に収納した状況を示す図である。
【図１０】図８の側面図で、本直立ウエーハボートを図６（Ｂ）の反応容器に収納した状況を示す図である。
【図１１】従来の枚葉熱処理装置の概略の構成を示す断面図である。
【図１２】図１１とは別の構成を示す従来の枚葉熱処理装置の概略の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ ウエーハ
１１、３０、３１ 直立枚葉反応容器
１２ 発熱体
１７ 支持溝
２０ａ、２０ｂ ウエーハ支持部材
２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ ウエーハボート
３３ 放電電極

Claims (2)

1. 半導体ウェーハを直立状態で収納する反応容器を具えてなる枚葉式ウエーハ処理装置において、
   ウエーハを直立状に収納すべく球状曲面を両面に持つフランジ付き扁平開口体の反応容器を有し、その容器本体を透明石英ガラス体で形成し、フランジ部のみ非透明石英ガラス体で形成して接合するように構成するとともに、該容器内に収納するウエーハ表面に対向して反応容器の外側若しくは内側に発熱体若しくはプラズマ電極を設けてなることを特徴とするウエーハ処理装置。
2. 前記直立枚葉反応容器は２枚のウエーハを適当間隔を隔てて並設直立状に収納するようにウエーハボートを具えてなる請求項１記載のウエーハ処理装置。

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