JPH11243139A - 半導体ウェハ支持装置とこれを用いた半導体ウェハ処理方法 - Google Patents

半導体ウェハ支持装置とこれを用いた半導体ウェハ処理方法

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JPH11243139A
JPH11243139A JP10258712A JP25871298A JPH11243139A JP H11243139 A JPH11243139 A JP H11243139A JP 10258712 A JP10258712 A JP 10258712A JP 25871298 A JP25871298 A JP 25871298A JP H11243139 A JPH11243139 A JP H11243139A
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plate
rods
wafer
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Yoshitaka Tsunashima
祥隆 綱島
Katsuya Okumura
勝弥 奥村
Shigeru Yonemoto
茂 米本
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来のボートはウェハをロッドで保持していた
ため、ウェハのロッド近傍部に膜厚の薄い部分が生じて
いた。 【解決手段】第1、第2のプレート11、12の相互間
には複数のロッド13〜16が配置されている。これら
ロッド13〜16には耐熱性ストリング19例えばSi
Cからなる複数の支持部材17が張られ、これら支持部
材17にウェハ18が保持される。ウェハ18は支持部
材17に保持された状態で各ロッド13〜16から離れ
ている。このため、ウェハに均一な厚みの膜を形成でき
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、例えば半導体ウェ
ハを熱処理する際に、ウェハを支持する半導体ウェハの
サポート装置と、このサポート装置を用いた半導体ウェ
ハの処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】酸化、アニール及びLPCVD(Low Pr
essure Chemical Vapor Deposition)のような半導体装
置の製造方法における高温処理は、炉型の装置を使用し
て行われる。現在は、一般に縦形炉が使用されている。
この縦形炉は、直立した石英チューブとボートを有し、
一度のバッチ処理で100枚以上のウェハを処理可能と
されている。しかし、縦形炉は処理に長時間を必要とす
る。この主たる理由は一度の処理量が多いことである。
一度に処理するウェハの数が多い場合、全ての処理工程
においてかなり長時間を必要とする。すなわち、カセッ
トとボート間でのウェハの移送に長時間を要し、ウェハ
が装着されたボートを炉内にローディングしてから炉内
の温度が一定となるまでに長時間を必要とする。さら
に、炉内の温度を昇温したり、降温するために長時間を
要し、均一性を保持するための低成長レートにより長い
処理時間を必要とする。処理に長時間を要しても、 縦形
炉は一度の処理量が多いためスループットは、他の半導
体製造装置に比べて比較的高い。しかし、近時、多くの
複雑な製造工程を有する先進のデバイスを開発するにあ
たり、ターンアラウンドタイムを向上するため、処理時
間の短縮化の要求が高まっている。このため、高スルー
プットで処理時間の短い装置やプロセスが望まれてい
る。
【0003】ミニバッチ炉は、これらの要求を解決する
ための一つの手段である。若干の工程のプロセス時間
は、バッチサイズの縮小により減少される。しかし、実
プロセス時間はバッチサイズの縮小だけでは簡単に削減
できない。同一のプロセス条件はミニバッチ炉によって
も同様の長さのプロセス時間を必要とする。この問題を
解消するため、この装置に適した新しいプロセス条件に
より速い膜形成レートを達成することが要求されてい
る。
【0004】広いピッチのウェハボートによる高温、高
圧、高ガスフローレートの条件は、上記ミニバッチ炉の
問題を解決するための一つの良好な方策である。しか
し、この新しいプロセス条件において、ウェハ内の膜厚
の均一性は制御上の重要な問題の一つである。つまり、
高い膜形成レート、ガス圧の分散の僅かな差異、容積、
及び流速は膜厚の均一性に微妙に影響する。
【0005】ここで、LPCVDによるBPSG(Boro
-Phospho-silicate glass )膜の形成を例として、新し
いプロセス条件について説明する。図9(a)は、従来
のボートを示している。このボート100は例えば石英
により構成され、ウェハ106を支持するための4本の
ロッド101〜104を有している。各ロッド101〜
104は、ウェハ106を支持するための複数のスリッ
ト105を有している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】図10は、従来のボー
トを用いて新しいプロセス条件によりBPSG膜を形成
した場合における、典型的なウェハ内のBPSG膜の膜
厚の等高線マップを示している。図10から明らかなよ
うに、ウェハのエッジ部分に4箇所膜厚の薄い部分10
7がある。図9(b)に示すように、これら膜厚の薄い
部分107はウェハ106の外縁に位置し、ボート10
0のロッド101〜104に対応している。ロッド10
1〜104近傍の膜厚が薄くなる理由は次のように考え
られる。
【0007】(1)ロッドが抵抗ヒータの輻射熱を遮
り、ロッド近傍に位置するウェハの温度が十分に上昇し
ない。 (2)ボートロッドがプロセスガスの流れを遮断し、ウ
ェハに接するガス量が減少する。
【0008】(3)ボートロッドが熱伝導経路を構成
し、ウェハのロッドが接する部分の温度が低下する。 (1)(3)の場合、ウェハの温度が局所的に低下する
ため、膜の堆積レートが減少する。(2)の場合、反応
ガスが局所的に減少するため、膜の堆積レートが減少す
る。このように、従来のボートは種々の問題を有してお
り、ボートの改良が望まれている。
【0009】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、ウェハ表面
に均一な膜厚を有する膜を形成することが可能な半導体
ウェハ支持装置とそれを用いた半導体ウェハ処理方法を
提供しようとするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体ウェハ支
持装置は、上記課題を解決するため、第1のプレート
と、前記第1のプレートに対向して配置された第2のプ
レートと、前記第1、第2のプレートの相互間に配置さ
れ、相互間隔が前記半導体ウェハの直径より大きく設定
された複数のロッドと、前記複数のロッドの相互間に配
置され、前記半導体ウェハを保持する複数のライン状の
支持部材とを具備する。
【0011】前記支持部材は、耐熱性のストリングによ
り構成されている。前記支持部材は、一対の前記ロッド
の相互間に前記ストリングを互いに平行して張って構成
されている。
【0012】前記支持部材は、前記ロッドの相互間に前
記ストリングを網目状に張って構成されている。一端が
前記支持部材に接続され、他端が固定され、周囲温度が
高温のとき、その長さが短くなるスプリングをさらに具
備する。
【0013】前記スプリングはシリコンカーバイド(S
iC)により構成されている。本発明の半導体ウェハ支
持装置は、第1のプレートと、前記第1のプレートに対
向して配置され、複数のスリットを有する第2のプレー
トと、前記第1、第2のプレートの相互間に配置され、
これらの相互間隔が前記半導体ウェハの直径より大きく
設定された複数のロッドと、一端が前記第1のプレート
に取着され、他端が前記第2のプレートの対応する前記
スリットを通って第2のプレートの裏面に配置された複
数のストリングと、前記ストリングのそれぞれに設けら
れ、半導体ウェハを保持する複数のガードとを具備す
る。
【0014】前記ストリングの他端にそれぞれ接続さ
れ、前記ストリングに所定のテンションを与える重りを
さらに具備する。前記各スリットは、前記第2のプレー
トに放射状に設けられ、前記ストリングの他端は、前記
スリット内を半導体ウェハの周囲とこれより外側の範囲
を移動する。
【0015】前記ストリングは、シリコンカーバイト
(SiC)ファイバにより構成される。本発明の半導体
ウェハ処理方法は、半導体ウェハをライン状の支持部材
に支持する工程と、この支持部材に支持された半導体ウ
ェハを炉内にロードし、前記半導体ウェハを熱処理する
工程と、前記支持部材に支持され、処理された前記半導
体ウェハを前記炉内からアンロードする工程とを具備す
る。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図1、図2(a)、2
(b)は、本発明の第1の実施例を示すものであり、縦
形炉に適用されるボートを示している。このボート10
は第1のプレート11と第2のプレート12を有し、こ
れら第1、第2のプレート11、12の相互間に複数の
ロッド13、14、15、16が設けられている。前記
第1、第2のプレート11、12、及びロッド13〜1
6の材質は、例えば石英あるいはCVD−SiC(シリ
コンカーバイド)が塗布されたSiCが好ましい。図2
(a)に示すように、ロッド13と14との相互間距
離、及びロッド15と16との相互間距離はウェハ18
の直径より長く設定され、各ロッド13〜16はウェハ
18に接しないようにされている。これらロッド13〜
16の相互間には、複数のウェハ18を支持するための
複数の支持部材17が互いに所定間隔空けて配置されて
いる。これら支持部材17の相互間隔は、例えば従来の
ボートに収容されるウェハの相互間隔、すなわち、前記
スリットの相互間隔とほぼ等しく設定されている。
【0017】前記支持部材17は、図2(a)に示すよ
うに、ロッド13〜16の相互間に亘って張られた例え
ば耐熱性ストリング19により構成されている。このス
トリング19の材質は、例えば縒ったSiCファイバが
好ましいが、SiCファイバに限定されるものではな
い。このSiCファイバは約15nmの直径を有し、1
300℃以上の耐熱性、2GPの機械的強度を有してお
り本発明に適している。
【0018】図2(b)は、ストリング19の断面を示
している。このストリング19は、複数本のSiCファ
イバ19aを束ねて縒り、この表面にSiCを塗布する
ことにより構成されている。このストリング19は、例
えば約0.5mmの直径を有している。ストリング19
の直径は、これに限定されず、支持するウェハの特性に
応じて、これより太くすることも、細くすることも可能
である。
【0019】このストリング19は、ロッド13と14
の相互間に張られた第1の部分17a、ロッド15と1
6の相互間で前記第1の部分17aと平行に張られた第
2の部分17b、ロッド13と16の相互間に張られた
第3の部分17c、ロッド14と15の相互間で、前記
第3の部分17cと交差して張られた第4の部分17d
とから構成されている。ストリング19の張り方は、こ
の例に限定されるものではない。例えば第3、第4の部
分17c、17dを除き、第1、第2の部分17a、1
7bだけとしてもよい。この場合、交差した第3、第4
の部分17c、17dによる段差が無いため、簡単な構
成でウェハを安定に支持できる。
【0020】図3は、ストリング19の張り方の他の例
を示している。この場合、ロッド13〜16に矩形状に
張られた部分31と、この部分31の内側に網目状に張
られた部分32とを有している。この構成によってもウ
ェハ18を安定に支持できる。
【0021】上記ボート10は、各支持部材17上にウ
ェハ18を保持した状態で、図示せぬ縦形炉に収容され
る。この縦形炉の周囲には図示せぬ抵抗ヒータが配置さ
れるとともに、炉内にガスを供給するための配管が設け
られている。前記炉内に収容されたウェハ18は所定の
条件でプロセスが実行され、ウェハ18上に膜が堆積さ
れる。
【0022】上記実施例によれば、ウェハ18は、プロ
セス中、耐熱性のストリング19からなる支持部材17
上に保持され、ロッド13〜16から離れている。この
ため、抵抗ヒータの輻射熱がロッドにより遮られること
を防止でき、ウェハのロッド近傍に位置する部分の温度
を十分に上昇できる。しかも、ロッド13〜16がウェ
ハ18に接触せず、極細いストリング19が接触してい
るだけである。このため、ウェハ18に接する熱伝導経
路が僅かであるため、ウェハ面内の温度分布を均一化で
きる。また、ロッドがウェハ18表面のプロセスガスの
流れを遮断しないため、ウェハ全面に十分な量のガスを
接触させることができる。このように、ウェハ18全面
の温度分布を均一化できるとともに、ウェハ全面に均一
にガスを接触させることができるため、ウェハ18の表
面に均一な膜厚の膜を形成できる。
【0023】また、支持部材17を構成するストリング
19は極く細く、熱容量が小さいため、短時間に昇温、
及び降温できる。したがって、炉内の温度を上昇させた
り、下降させる際の影響を少なくできる。
【0024】なお、ロッド13〜16の配置及びロッド
の本数は、この実施例に限定されるものではなく、ウェ
ハ18の搬送、及び膜の形成に影響のない位置、及び本
数であればよい。また、支持部材17はストリングに限
定されるものではなく、ライン状の部材であればよい。
さらに、この実施例は、ウェハの表面に膜を形成する場
合について説明したが、これに限定されるものではな
く、他の熱処理や気相エッチング処理等にも適用でき
る。
【0025】ところで、ストリング19の環境温度は、
ウェハの搬送工程における室温からプロセス工程におけ
る高温まで広範囲である。このような広範囲の温度条件
において、ストリング19はウェハを確実に保持するた
め、常に一定のテンションに保持される必要がある。
【0026】図4は、第1の実施例の変形例を示すもの
であり、ストリング19のテンションを一定に保持する
ための例を示している。この例はロッド13〜16が温
度により変形することにより、ストリング19のテンシ
ョンを一定に保持する。すなわち、周囲温度が低温の場
合、ロッド13〜16は実線で示すように僅かに外側に
湾曲している。この状態より温度が上昇し高温になる
と、ロッド13〜16は破線で示すように大きく外側に
湾曲する。この変形量はストリング19の伸び量と一致
している。このため、高温状態において、ストリング1
9が伸びた場合においても、ストリング19のテンショ
ンを一定に保つことができる。
【0027】図5(a)、図5(b)は、第1の実施例
の変形例を示すものであり、ストリング19のテンショ
ンを調整可能とするための例を示している。図5(a)
において、例えばロッド16の支持部材17の配設位置
には、ロッドの軸方向と直交する貫通口51が設けられ
ている。この貫通口51に支持部材17を構成するスト
リング19の一端部を通す。この貫通口51の外部に位
置するストリング19の一端部をスプリング52を介在
して第2のプレート12に固定する。前記スプリング5
2はストリング19と同一の材料により構成されてい
る。このスプリング52の長さは、常温時にストリング
19を最適な張力より強い張力で張るように設定され、
周囲温度が高くなると長くなり、最適な張力でウェハを
保持するように設定されている。
【0028】図5(b)において、スプリング53の長
さは、常温時にストリング19を最適な張力で張るよう
に設定され、周囲温度が高くなるとストリング19の伸
びに応じて長くなる。このため、スプリング53の長さ
をストリング19の伸縮量と一致させることにより、ス
トリング19のテンションを周囲温度に拘わらず一定に
保持できる。
【0029】図6は、本発明の第2の実施例を示してい
る。図6において、ボート60は例えばリング状の第1
のプレート(トッププレート)61と第2のプレート
(ボトムプレート)62を有し、これら第1、第2のプ
レート61、62の相互間に複数のロッド63、64、
65、66が設けられている。前記第1、第2のプレー
ト61、62、及びロッド63〜66の材質は、例えば
石英あるいはCVD−SiCが塗布されたSiCが好ま
しい。ロッド63と64との相互間距離、及びロッド6
5と66との相互間距離はウェハの直径より長く設定さ
れ、各ロッド63〜66はウェハに接しないようにされ
ている。これらロッド63〜66は第1、第2のプレー
ト61、62を支持しているだけであり、第1、第2の
プレート61、62の相互間に複数のウェハを支持する
ための複数の耐熱性ストリング67、68、69、7
0、71、72が互いに所定間隔空けて配置されてい
る。各ストリング67〜72は、前記ストリング19と
同様の材質であり、その直径は例えば0.5mmであ
る。
【0030】前記第1のプレート61の中央部には円形
の第3のプレート61aが取着され、前記各ストリング
67〜72の一端は、第3のプレート61aに固定され
ている。第3のプレート61aは、例えばウェハより若
干小さな直径を有しており、前記各ストリング67〜7
2は、第3のプレート61aの周辺から垂下されてい
る。これらストリング67〜72は、前記ロッド63〜
66の相互間に位置し、各ストリング67〜72の他端
は、第2のプレート62に放射状に開口された複数のス
リット74、75、76、77、78、79を通って第
2のプレート62の裏面に延出されている。各ストリン
グ67〜72の他端には、重り80、81、82、8
3、84、85が取着され、所定のテンションが設定さ
れている。各ストリング67〜72は前記スリット74
〜79の内部を第2のプレート62の半径に沿って移動
可能とされている。さらに、各ストリング67〜72の
第2、第3のプレート62、61aの相互間に位置する
部分には、複数のウェハを支持するための複数のガード
86が設けられている。これらガード86は、例えば各
ストリング67〜72に所定間隔空けて設けられた図示
せぬ複数のノッチ上に配置されている。各ストリング6
7〜72に取着されたガード86の位置は互いに一致さ
れている。前記各ガード86は、例えばSiCにより構
成されている。
【0031】次に、図7、8を参照して、上記構成のボ
ート60にウェハを装着する場合の動作について説明す
る。なお、図7、8において、第1のプレート61とロ
ッド63〜66は省略している。
【0032】図7に示すように、先ず、各ストリング6
7〜72が第2のプレート62の外側方向に移動され、
各ストリング67〜72の相互間隔が広げられる。この
状態において、第2、第3のプレート62、61aの相
互間で、各ストリング67〜72の相互間に複数のウェ
ハ87が挿入される。この後、各ストリング67〜72
を第2のプレート62の内側方向に移動して閉じると、
図8に示すように、各ストリング67〜72が各ウェハ
87の周囲に接するとともに、各ウェハ87は前記各ガ
ード86上に保持される。このように、ボート60にウ
ェハ87を装着した状態で、このボート60は図示せぬ
縦形炉内にロードされ、所要のプロセスが実行される。
このプロセスが終了した後、ボート60が炉内からアン
ロードされ、前述したと逆の動作によりボード60から
ウェハが取り出される。
【0033】上記第2の実施例によれば、複数の耐熱性
ストリング67〜72により複数のウェハ87を保持し
ている。各ストリング67〜72は直径が極細いため、
ウェハに対する抵抗ヒータの熱を遮断することがなく、
しかも、熱伝導経路少ないためウェハの温度を低下させ
ることがない。さらに、各ストリング67〜72がウェ
ハに対するプロセスを遮ることが少ない。したがって、
ウェハ表面に膜厚が均一な膜を形成できる。
【0034】また、この実施例の場合、各ストリング6
7〜72の間隔を広げた状態で、複数のウェハを同時に
一括して装着したり、取り出すことができるため、スル
ープットを向上できる。
【0035】なお、この実施例では、第3のプレート6
1aの直径をウェハより小さく設定したが、これに限ら
ず、ウェハの直径と同一としてもよい。この場合、各ス
トリング67〜72からウェハに対する応力を軽減でき
る。また、第3のプレート61aを第1のプレート61
と別体としたが、これに限らず、第1、第3のプレート
を一体構成としてもよい。
【0036】尚、耐熱性ストリングは、糸状、紐状の何
れでも適用可能である。この発明は上記実施例に限定さ
れるものではなく、発明の要旨を変えない範囲で種々変
形実施可能なことは勿論である。
【0037】
【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、ウェハはライン状の支持部材により支持されている
ため、ウェハをロッドから離して配置できる。このた
め、ロッドによる悪影響を減少でき、ウェハの温度分布
を均一化できるとともに、反応ガスをウェハ表面に均一
に接触できる。したがって、ウェハ表面に形成される膜
の厚さを均一化できる。
【0038】しかも、ライン状の支持部材は極く細く熱
容量が小さいため、短時間に昇温、降温できる。したが
って、炉内の温度を上昇させたり、下降させる際の影響
を少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す斜視図。
【図2】図2(a)は図1に示す支持部材を示す平面
図、図2(b)は図2(a)に示す支持部材の一部を示
す断面図。
【図3】支持部材の他の例を示す平面図。
【図4】第1の実施例の変形例を示すものであり、耐熱
性ストリングのテンションを保持する例を示す斜視図。
【図5】図5(a)、図5(b)は、ぞれぞれ第1の実
施例の変形例を示すものであり、耐熱性ストリングのテ
ンションを保持する他の例を示す一部切除した側面図。
【図6】本発明の第2の実施例を示す斜視図。
【図7】図6の動作を説明するために示すものであり、
要部のみを示す斜視図。
【図8】図6の動作を説明するために示すものであり、
要部のみを示す斜視図。
【図9】図9(a)は、従来のボートを示す斜視図、図
9(b)は、従来のボートのロッドと膜厚の薄い部分と
の関係を示す平面図。
【図10】図10は、ウェハ内の膜厚の等高線マップを
示す図。
【符号の説明】
10…ボート、 11、12…第1、第2のプレート、 13〜16…ロッド、 17…支持部材、 18…ウェハ、 19…耐熱性ストリング、 52、53…スプリング、 61、62…第1、第2のプレート、 63〜66…ロッド、 67〜72…耐熱性ストリング、 74〜79…スリット、 80〜85…重り、 86…ガード。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1のプレートと、 前記第1のプレートに対向して配置された第2のプレー
    トと、 前記第1、第2のプレートの相互間に配置され、相互間
    隔が前記半導体ウェハの直径より大きく設定された複数
    のロッドと、 前記複数のロッドの相互間に配置され、前記半導体ウェ
    ハを保持する複数のライン状の支持部材とを具備するこ
    とを特徴とする半導体ウェハ支持装置。
  2. 【請求項2】 前記支持部材は、耐熱性のストリングに
    より構成されていることを特徴とする請求項1記載の半
    導体ウェハ支持装置。
  3. 【請求項3】 前記支持部材は、一対の前記ロッドの相
    互間に前記ストリングを互いに平行して張って構成され
    ていることを特徴とする請求項2記載の半導体ウェハ支
    持装置。
  4. 【請求項4】 前記支持部材は、前記ロッドの相互間に
    前記ストリングを網目状に張って構成されていることを
    特徴とする請求項2記載の半導体ウェハ支持装置。
  5. 【請求項5】 一端が前記支持部材に接続され、他端が
    固定され、周囲温度が高温のとき、その長さが短くなる
    スプリングをさらに具備することを特徴とする請求項1
    記載の半導体ウェハ支持装置。
  6. 【請求項6】 前記スプリングはシリコンカーバイド
    (SiC)により構成されていることを特徴とする請求
    項5記載の半導体ウェハ支持装置。
  7. 【請求項7】 第1のプレートと、 前記第1のプレートに対向して配置され、複数のスリッ
    トを有する第2のプレートと、 前記第1、第2のプレートの相互間に配置され、これら
    の相互間隔が前記半導体ウェハの直径より大きく設定さ
    れた複数のロッドと、 一端が前記第1のプレートに取着され、他端が前記第2
    のプレートの対応する前記スリットを通って第2のプレ
    ートの裏面に配置された複数のストリングと、 前記ストリングのそれぞれに設けられ、半導体ウェハを
    保持する複数のガードとを具備することを特徴とする半
    導体ウェハ支持装置。
  8. 【請求項8】 前記ストリングの他端にそれぞれ接続さ
    れ、前記ストリングに所定のテンションを与える重りを
    さらに具備することを特徴とする請求項7記載の半導体
    ウェハ支持装置。
  9. 【請求項9】 前記各スリットは、前記第2のプレート
    に放射状に設けられ、前記ストリングの他端は、前記ス
    リット内を半導体ウェハの周囲とこれより外側の範囲を
    移動することを特徴とする請求項7記載の半導体ウェハ
    支持装置。
  10. 【請求項10】 前記ストリングは、シリコンカーバイ
    ト(SiC)ファイバにより構成されることを特徴とす
    る請求項3、4、8又は9記載の半導体ウェハ支持装
    置。
  11. 【請求項11】 半導体ウェハをライン状の支持部材に
    支持する工程と、 この支持部材に支持された半導体ウェハを炉内にロード
    し、前記半導体ウェハを熱処理する工程と、 前記支持部材に支持され、処理された前記半導体ウェハ
    を前記炉内からアンロードする工程とを具備することを
    特徴とする半導体ウェハ処理方法。
JP10258712A 1997-10-15 1998-09-11 半導体ウェハ支持装置とこれを用いた半導体ウェハ処理方法 Pending JPH11243139A (ja)

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