JPH1070084A - ウエーハ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の枚葉式ウエーハ熱処理装置の問題点を
解決してウエーハ表面への輻射熱の熱分布を一様にする
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と
直立ウエーハボートとを備え、高熱処理を可能としたシ
リコンウエーハの熱処理装置及び放電処理装置を提供す
る。 【解決手段】 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とを主構成要素とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【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５−２
９１１５４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１
０８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１３
０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１
３１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１
３４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１
０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１
０ａ、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２
３ａ／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３
０ｃ、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３
０、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２
３ａ／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１
０を３箇所で支持する１枚３点方式のものを示し、２４
ａ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１
０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１
０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１
０の出し入れはリフト１８を介して反応容器１１、３
０、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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 賞治 山形県天童市大字清池字藤段1357番３ 株 式会社山形信越石英内 (72)発明者 鈴木 重治 山形県南陽市元中山353番地

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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. 【請求項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。