JP3625124B2 - ウエーハ処理装置 - Google Patents
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Description
【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)
- 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。 - 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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