JPH0332211B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、半導体ウエーハの熱処理プロセスに
おいて、半導体ウエーハを列設した支持ボートを
炉管内に搬入／搬出する為の搬送装置及び該装置
を用いた半導体ウエーハの搬送方法に係り、特に
炉管外に位置する駆動部に取り付けた基端側より
炉管内に向け延出させた搬送アーム上に前記支持
ボートを搭載し、前記駆動部を往復動させる事に
より搬送アームを進退させながら支持ボートを炉
内より搬出入させる搬送装置及び該装置を用いた
半導体ウエーハの搬送方法に関する。

「従来の技術」 従来、半導体ウエーハを炉心管内で熱処理する
際に、100〜200枚の半導体ウエーハを３mm〜５mm
ピツチに平行に列設した石英又はSiC製のウエー
ハ支持ボートを、石英ガラス或はSiCで形成され
たフオーク状又はカンチレバー状の搬送アーム上
に積載し、該搬送アームを炉心管軸線方向に移動
させながら、前記ウエーハ支持ボート上に配列し
た半導体ウエーハを炉心管より搬出入させる搬送
装置は既に公知である。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、かかる搬送装置を用いたウエー
ハ搬入出プロセスには次の様な問題がある。

ａ 搬入工程時における炉管内温度は、少なくと
も800℃〜1000℃に保たれているが、炉外に位
置するウエーハや該ウエーハを列設する支持ボ
ート及び該支持ボートを搭載する搬送アームの
温度は室温状態に維持されている為に、この状
態でウエーハを列設した支持ボートを搭載した
搬送アームを炉心管内に搬入させると、搬入直
後に炉管内の熱がウエーハ、支持ボート及び搬
送アームに吸収され、炉管内温度の急激な温度
低下を招くのみならず、該炉心管内の急激な温
度低下は、炉管内の温度分布の不均一をもたら
し、ウエーハ表面処理の歩留まりの大幅低下を
引き起す。

ｂ 又半導体ウエーハの搬出入の際に、該ウエー
ハ及び支持ボートは搬送アームの移動に追従し
て炉管内から炉外へ、炉外から炉管内へ夫々移
動する訳であるが、この時ウエーハと支持ボー
トは、短時間に800℃〜1200℃の温度変化を受
けることになる。

そして前記ウエーハは通常、直径100φ〜
200φ、厚み400μｍ〜800μｍと非常に薄く体積
が小さい為、比較的これらの温度変化に追随し
やすいが、これら半導体ウエーハを列設した支
持ボートは、ウエーハに比較して体積が非常に
大きいため、急激な温度変化に追従し難い。

而も前記半導体ウエーハは支持ボート上に接
触して配列されている為に、両者間の熱容量及
び熱伝導性の違いにより、半導体ウエーハ内の
搬送用治具に近い部分とそうでない部分で不均
一な温度分布をもたらし、ウエーハの反りを引
き起こしたり、スリツプライン等の結晶欠陥を
引き起す原因となる。

ｃ そして前述したように半導体ウエーハの熱処
理プロセスでは、均一加熱と処理温度及び処理
時間は、ウエーハ処理の歩留りに影響する重要
な要素である為に、これらは制御系により厳重
に管理されているが、一度不均一な温度状況が
生じた場合、回復には著しい時間を必要とす
る。

この為、前記熱処理プロセスでは前述したａ
及びｂの欠点を極力回避する為に、ウエーハ搬
送の際の搬送速度を充分遅く（20分〜100分）
し、ウエーハ及び支持ボートが均一加熱される
よう構成しているが、このような構成を採ると
単位時間当たりの処理工数の大幅な制約を受
け、必然的に製造コストの増大につながる。

本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、支持ボ
ートに列設されたウエーハを炉管内に搬出入する
際の炉管内温度の急激な温度変化を防止し得る、
半導体ウエーハ搬送装置及び該装置を用いた半導
体ウエーハの搬送方法を提供する事を目的とす
る。

又本発明の他の目的とする所は、半導体ウエー
ハと搬送アーム両者で熱容量及び熱伝導性の違い
を有していても、炉管内搬出入時に半導体ウエー
ハの不均一な温度分布が生じるのを回避し、これ
によりウエーハの反りや、スリツプライン等の結
晶欠陥を引き起すのを防止し得る半導体ウエーハ
等の搬送装置及び該装置を用いた半導体ウエーハ
の搬送方法を提供する事を目的とする。

更に本発明の他の目的とする所は、前記ウエー
ハ搬送時の炉管内及びウエーハ面内の温度不均一
を解消する事により、ウエーハ搬送速度、ひいて
はウエーハ処理速度の向上を図り得る搬送装置及
び該装置を用いた半導体ウエーハの搬送方法を提
供する事を目的とする。

「問題点を解決する為の手段」 請求項１に記載した本第１発明は、 炉管外に位置する駆動部に取り付けた基端側よ
り炉管内に向け延出させた、いわゆる片持ち支持
の搬送アームに関するものである。

そして該片持ち支持の搬送アームの上面側、よ
り具体的にはに先側上面側に前記支持ボートを搭
載した搬送装置に関するものであり、そしてその
特徴とするところは、下記の構成要件からなる。

即ちその第１の特徴とする所は、前記搬送ア
ームに、支持ボートの下面側のほぼ全域を加熱
若しくは冷却可能に、加熱又は／及び冷却用の
温度変化手段を一体的に設けた点。

この場合、発熱体又は冷却手段のいずれか一
方若しくは両者からなる温度変化手段を前記搬
送アームの上面若しくは下面側に一体的に装着
してもよいが、好ましくは前記温度変化手段を
後記するように搬送アーム内に同心状に挿設し
て該アームを介して炉管内雰囲気と温度変化手
段雰囲気を遮断するのがよい。

次にその第２の特徴とする所は、前記温度変
化手段の温度調整を行なうコントロール手段を
炉管外に配置しするとともに、前記温度変化手
段と炉外に配置されたコントロール手段とを前
記アームを介して接続した点にある。

即ち炉管内は高温下に曝されているために、
コントロール手段を配設する事は出来ない。こ
の為該コントロール手段を炉管外に配置しなけ
ればならないが、一般的に炉管内は炉扉により
閉塞されている為に、炉管内に配置した温度変
化手段とコントロール手段との接続は極めて困
難が伴う。

しかしながら本発明においては炉扉を通つて
炉管外より炉管内に延出するアームを利用して
炉管外の位置するコントロール手段と温度変化
手段とを接続したために、容易に両手段の接続
が可能となる。

請求項４に記載した第２発明は、かかる装置を
利用した搬送方法を提供する事を目的とするもの
で、 前記支持ボートを炉管内に搬出入する際若しく
はその前後に、炉外に配置されたコントロール手
段を利用して前記アームに取り付けた温度変化手
段を加熱若しくは冷却する事により、前記支持ボ
ートを搬送方向側に位置する雰囲気温度に近づけ
るようにした事を特徴とするものであり、 より具体的には前記支持ボートを介して半導体
ウエーハを炉管内に搬入させる際は、炉管内の雰
囲気温度に近づける為に、前記支持ボートを炉管
内に搬入する前に前記温度変化手段（発熱体）を
利用して該ボートを加熱するようにし、 一方、前記半導体ウエーハを炉管内より搬出す
る際は、前記支持ボートを炉管内より搬出した
後、前記温度変化手段（冷却ガス通過管内に冷却
ガスを循環させる事により）を利用して該ボート
を冷却するようにした点にある。

この場合、前記予備加熱と後冷却はいずれか一
方のみを採用しても当然に本発明の技術的範囲に
含まれるが、最近においては石英管若しくはSiC
管等で構成され、而も炉心管軸方向に長く延設す
るものである為に該管内に冷却手段と加熱手段の
両者を挿設するのが中々困難である。

そこで前記冷却手段に冷却気体通過管を用い、
該通過管と発熱体を冷却気体通過体と発熱体を搬
送アーム内に、同心上に配設して温度変化手段を
構成するのがよい。この場合は前記搬送部内に不
活性ガスを存在させるのが安全上好ましい。

又、前記温度変化手段を搬送アーム内に同心状
に挿設する事により、温度変化手段装着用の余分
な配置空間が不要になり、省空間かが可能になる
とともに、搬送アームは支持ボート下面側とほぼ
平行状態で延設されているために、長手方向に均
一加熱が容易になる。

又前記発熱体と冷却手段からなる温度変化手段
をアーム内に挿設することは炉管内雰囲気と温度
変化手段雰囲気を遮断する事にもつながり、炉管
内雰囲気ガスと無関係に言い換えればウエーハ品
質に悪影響を及ぼす事なく、前記不活性ガスや冷
却ガスを使用する事が出来、好ましい。

「実施例」 以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を
例示的に詳しく説明する。ただしこの実施例に記
載されている構成部品の寸法、材質、形状、その
相対配置などは特に特定的な記載がない限りは、
この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではな
く、単なる説明例に過ぎない。

第１図乃至第３図はいずれも本発明の実施例に
係る搬送装置を示し、該装置は、高純度石英ガラ
スチユーブ１１内に、炭化珪素又はAl₂O₃その他
の耐熱材料で形成された芯管１２を内挿して耐熱
材内挿型のアーム１を形成するとともに、該アー
ム１を２本水平方向に並置して、ウエーハー搬送
部となすともに、該アーム１の基端側を、炉扉２
を介してカンチレバー部３の支持部位に貫装させ
て二点支持を行い、該カンチレバー部３が炉心管
４軸線方向に延設するガイドレール５上を進退可
能に構成している。

前記アーム１の芯管１２内には第２図に示す如
く、冷却ガス送気用石英チユーブ１３とその外周
囲に所定〓間存して巻回したタングステンヒータ
１４が同心状に環設するとともに、これらはカン
チレバー部３の後方まで延設されたアーム１の基
端に取り付けられた冷却ガス送、排気管６，７と
ヒータ１４と熱電対（図示せず）のケーブル８に
夫々接続されている。（第１図参照） そして前記石英チユーブ１３の先端側は開口さ
れており、該チユーブ１３内に送気された冷却ガ
スがアーム１の外管たる石英ガラスチユーブ１１
内周面を通つて、該チユーブ１１を冷却しながら
排気管６より冷却用ラジエタ９側に戻入されるよ
う構成している。

第３図はかかるヒータ１４の加熱制御系と冷却
ガス流通系を示す。

冷却ガス流通系は、アーム１内に内挿された送
気用石英チユーブ１３と連結された冷却ガス送気
管７、石英ガラスチユーブ１１基端側に連結され
た排気管６、該排気管６より戻入されたガスを再
冷却するガス冷却用ラジエタ９及び該ラジエタ９
により冷却されたガスを再度送気管側に送気させ
る送気ポンプ１０とからなり、かかる流通系内に
窒素、アルゴン等の不活性ガスを封入する。

そして前記送気ポンプ１０の送気量はコントロ
ーラ１５により制御され、該コントローラ１５
で、アーム１内に内挿された熱電対その他の温度
センサよりの信号を測温装置１６で検知し、該測
温装置１６より出力された信号に基づいて送気ポ
ンプ１０に印加する電圧をコントローラ１５で制
御し、該送気ポンプ１０の回転制御即ち送気量制
御を行つている。

一方ヒータ１４の加熱制御系は、前述した測温
装置１６、コントローラ１５及びヒータ１４を加
熱させる電圧の制御を行う電力制御器１７よりな
り、前記と同様に測温装置１６によりアーム１先
端側の温度を検知して、該検知信号に基づいてコ
ントローラ１５及び電力制御器１７により、ヒー
タ１４を加熱させる電圧の制御即ちヒータ１４の
加熱温度の制御を行つている。

次にかかる構成の作用について説明するに、 先ず多数枚の半導体ウエーハ２０を列設したウ
エーハ支持ボート２１をアーム１上に塔載した状
態で、該ウエーハ支持ボート２１を炉心管４内に
搬入させる前に、電力制御器１７によりヒータ１
４を加熱し、アーム１を介してウエーハ支持ボー
ト２１を昇温させながら、ガイドレール５に沿つ
てカンチレバー部３を炉心管４側に前進させ、ウ
エーハ支持ボート２１を炉心管４内に搬入させ
る。

そして前記半導体ウエーハ２０を加熱処理した
後炉心管４内よりウエーハ支持ボート２１を搬出
する際は、該搬出後にアーム１内に冷却ガスを送
気させ、アーム１を介してウエーハ支持ボート２
１を強制冷却させる。

第４図かかるウエーハ支持ボート２１の温度変
化を従来技術と対比して説明した温度線図であ
る。

そして前記コントローラ１５は、あらかじめ定
めらた温度プログラムに従つて前記温度線図に示
すようなウエーハ支持ボート２１の昇温冷却を行
うように構成されたものであるが、この時の、前
記温度プログラムは、ウエーハの温度変化に一致
する様に定められる。

かかる実施例によれば後記する本発明の効果が
円滑に達成し得るとともに、アーム１内の冷却を
不活性ガスで行う為に、ヒータ１４等の酸化防止
とともに、該ガスが例え炉心管４内に漏洩しても
半導体ウエーハ２０表面に欠陥が生じる恐れはな
い。

尚、前記加熱冷却は、半導体ウエーハ２０の搬
送中におけるウエーハ２０とウエーハ支持ボート
２１の熱容量の差をおぎなう程度の熱エネルギ
ー、言い変えればヒータ加熱又は冷却ガス流量を
適度に与えてやればよい訳で、後記効果を達成の
為には特に本実施の様な複雑なコントロラ装置は
特に必要としない。

又炉内温度が600℃〜800℃の低温であれば、特
にタングステンヒータ１４を使用する必要はな
く、流通ガスを加熱又は冷却することにより流通
ガス系のみで搬送装置内温度制御が可能である。

第５図は冷却及び加熱手段を、アーム１内では
なく、ガイドレール５と炉心管４入口間に配置し
た他の実施例を示す。

前記冷却及び加熱手段３０は内部にヒータと冷
却ガス送気チユーブ（いずれも図示せず）が内蔵
されており、前記実施例と同様にこれらは冷却ガ
ス送、排気管６とヒータと熱電対（いずれも図示
せず）のケーブル８に夫々接続されている。

そしてかかる冷却及び加熱手段３０は、ガイド
レール５延長線上のアーム１下側に、ウエーハ支
持ボート２１と対面可能な位置に配設し、その表
面側を搬送方法と直交する方向に沿つて円弧状に
腕曲させ、表面側より輻射された冷気及熱気がア
ーム１上に塔載させたウエーハ支持ボート２１に
均一に伝搬するように構成されている。

第６図は他の実施例で、石英ガラス或はSiCで
形成された円筒管４１の先端側４２を断面弧状に
形成し、その上面にウエーハ支持ボート２１が塔
載可能に形成された搬送アーム４０内にヒータ４
４及び冷却ガス送排気管４３を内蔵した他の実施
例を示す。本実施例においても前記第１の実施例
と同様な効果を達成し得る。

「発明の効果」 以上記載の如く本発明によれば、半導体ウエー
ハを熱容量の異なるウエーハ支持ボート上に列設
して炉内に搬出入を行う場合であつても、前記ウ
エーハ支持ボートを炉内に搬入前又は炉内より搬
出直後にウエーハとウエーハ支持ボートの熱容量
の差をおぎなう程度に加熱及び冷却を行う為に、
炉内への半導体ウエーハ搬送装置の挿入による炉
内温度低下及び温度不均一を防止できる。

又本発明によれば、搬送装置と半導体ウエーハ
との熱容量の差によるウエーハ面内の温度分布の
不均一化を解消し、半導体ウエーハのスリツプラ
イン等の結晶欠陥や反りなどの不良を防止でき
る。

更に本発明によれば、以上の様な半導体ウエー
ハの不良原因を排除できることにより、半導体ウ
エーハ熱処理プロセスの歩留りを著しく向上でき
るとともに処理速度の向上を図る事も可能であ
る。

等の種々の著効を有す。

尚、本発明はタングステンヒータやガス流通に
よる加熱、冷却手段に限定されるものではなく、
他の加熱、冷却手段例えば、カンタル線ヒータ、
赤外線ヒータ、液体流通などその他の加熱冷却手
段も適用可能である。

また本発明は加熱或は冷却装置のみでも前述し
た効果を円滑に達成し得る為に、本発明は必ずし
も加温、冷却の両機構とも備えた装置に限定され
るものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の実施例に係る搬送
装置を示し、第１図は全体斜視図、第２図はアー
ム１の内部構成を示す要部断面図、第３図は加熱
冷却系を示すブロツク図、第４図は本実施例と従
来技術のウエーハ支持ボートの温度変化の状態を
示す温度線図、第５図は他の実施例に係る全体斜
視図、第６図は他の実施例に係る搬送アームの内
部構成を示す概略断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉管外に位置する駆動部に取り付けた基端側
   より炉管内に向け延出させた、片持ち支持の搬送
   アーム上面側に、多数枚の半導体ウエーハを列設
   する支持ボートを搭載し、前記駆動部の往復動を
   利用して搬送アームを進退させながら支持ボート
   を炉内より搬出入させる搬送装置において、 前記搬送アーム上に搭載した支持ボートの下面
   側のほぼ全域を加熱若しくは冷却可能に、前記搬
   送アームに加熱又は／及び冷却用の温度変化手段
   を取り付けるとともに、該温度変化手段と炉外に
   配置されたコントロール手段とを前記アームを介
   して接続した事を特徴とする搬送装置。 ２ 前記温度変化手段を発熱体と冷却気体通過管
   とにより構成すると共に、該通過管と発熱体を搬
   送アーム内に同心上に挿設した事を特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の搬送装置。 ３ 前記搬送アーム内に不活性ガスを充填した特
   許請求の範囲第２項記載の搬送装置。 ４ 炉管外に位置する駆動部に取り付けた基端側
   より炉管内に向け延出させた、片持ち支持の搬送
   アーム上面側に、多数枚の半導体ウエーハを列設
   する支持ボートを搭載し、前記駆動部の往復動を
   利用して搬送アームを進退させながら支持ボート
   を炉内より搬出入させる半導体ウエーハの搬送方
   法において、 前記搬送アーム上に搭載した支持ボートの下面
   側のほぼ全域を加熱若しくは冷却可能に、前記搬
   送アームに加熱又は／及び冷却用の温度変化手段
   を取り付け、前記支持ボートを炉管内に搬出入す
   る際若しくはその前後に、炉外に配置されたコン
   トロール手段を利用して前記温度変化手段を加熱
   若しくは冷却して、前記支持ボートを搬送方向側
   に位置する雰囲気温度に近づけるようにした事を
   特徴とする半導体ウエーハの搬送方法。 ５ 前記支持ボートを介して半導体ウエーハを炉
   管内に搬入させる際は、炉管内の雰囲気温度に近
   づける為に、前記支持ボートを炉管内に搬入する
   前に前記温度変化手段を利用して該ボートを加熱
   するようにした特許請求の範囲第４項記載の搬送
   方法。 ６ 前記半導体ウエーハを炉管内より搬出する際
   は、前記支持ボートを炉管内より搬出した後、前
   記温度変化手段を利用して該ボートを冷却するよ
   うにした特許請求の範囲第４項記載の搬送方法。