JP3761646B2 - 縦型ウエハ処理治具 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣやＬＳＩ等の製造に用いられる半導体ウエハ（以下、単にウエハということがある）の熱処理に利用されるものであって、電気炉内でウエハの熱処理を行う際に使用される縦型ウエハ処理治具に関する。
【０００２】
【関連技術】
従来、シリコンウエハ等の半導体ウエハの各種熱処理工程（例えば、ＣＶＤ、熱拡散、熱酸化工程等）に用いられる熱処理装置としては、図５に示すようなバッチ式の熱処理装置Ａが一般的に使用されている。
【０００３】
この熱処理装置Ａは、同心円筒状に配置された加熱源Ｈ（カンタル線ヒーターや加熱ランプ等）と、その内側に配置された炉心管２（一般には石英ガラス又はＳｉＣ製のものが使われる）と、半導体ウエハＷを複数載置する縦型ウエハ処理治具３（石英ガラス又はＳｉＣ製で、通常「縦型ボート」と称する）と、その縦型ウエハ処理治具３を保持する保持台４と、その下部にあって熱処理時に炉心管２の下部開口部を塞ぐキャップ５と、該縦型ウエハ処理治具３、保持台４、キャップ５を炉心管２の内部に向かって上下させる昇降手段６とからなっている。
【０００４】
また、該熱処理装置Ａには、半導体ウエハの熱処理時及びその前後に炉心管２内部の雰囲気を所定の状態（反応ガスが満たされた減圧、又は加圧、常圧）に保つために、雰囲気ガスの導入手段７及び排出手段８が設けられている。
【０００５】
半導体ウエハＷの熱処理を行なうには、先ず該熱処理装置Ａの下方の炉心管２の外に取り出されている縦型ウエハ処理治具３に半導体ウエハＷを装填し、ついでその縦型ウエハ処理治具３、保持台４及びキャップ５を一緒に昇降手段６により上昇させて炉心管２内に半導体ウエハＷを挿入する。
【０００６】
そして、雰囲気ガスの排出手段８より内部の雰囲気ガスを排気した後に徐々に導入手段７から半導体ウエハＷの表面処理用の雰囲気ガスを導入しつつ、炉心管２の外部の加熱源Ｈから熱を加えながら半導体ウエハＷの熱処理を行う。
【０００７】
半導体ウエハＷの熱処理中は、炉心管２内は５００〜１１００℃の所定の温度と所定の温度分布に保たれ、半導体ウエハＷの表面に所定の熱処理（ＣＶＤ、熱拡散、アニール等）が行われる。
【０００８】
この時の温度分布は、炉心管２内の全てのウエハＷを均一に歩留まり良く熱処理するために重要なことは言うまでもない。熱処理後は、昇降手段６により縦型ウエハ処理治具３、保持台４及びキャップ５は下方に移動せしめられ、炉心管２内は開放状態になる。
【０００９】
従来、この種の縦型ウエハ処理治具Ａは、円柱又は角柱状の無垢棒からなる支柱９に所定の間隔で溝を刻切して形成し、この支柱９を上下の円板（天板、底板ともいわれる）１０，１１や枠にて固定した構造のものが使用されていた。この従来の縦型ウエハ処理治具３には次のような問題があった。
【００１０】
（１）ウエハを支柱９の外周部に刻切して形成した溝で保持するためにウエハＷにたわみ方向の力が加わり、保持部（溝）付近にスリップ等の結晶欠陥が発生した。
【００１１】
（２）ウエハを保持する溝を有する無垢棒からなる支柱９の昇温時の熱吸収や、吸収した熱の２次輻射等により、支柱９近くのウエハＷの温度分布が不均一になり、スリップ等の結晶欠陥や熱処理（膜蒸着、拡散、アニール等）の不均一をもたらした。
【００１２】
（３）ウエハＷを保持する支柱９の溝付近では処理雰囲気ガスが溝内に滞留してしまうためガスの流れが不均質になり、熱処理の速度が支柱９の溝の周囲と縦型ウエハ処理治具Ａの中央部で異なる。
【００１３】
そこで、例えば（１）の問題については、▲１▼円弧状の又はリング状の支持材でウエハを支えたり（特開平６−２６０４３８号公報）、▲２▼支持面をウエハを三等分するように分散して支えたり（特開平６−２２４１４６号公報）、▲３▼アーク状の支持部材を使ったり（特開平６−１６８９０３号公報）する等の提案がなされ、その一部は実用化されている。
【００１４】
ただし、これらの提案された対策も完全とはいえず、提案▲２▼では隣接する支柱間に位置するウエハ部分に作用するたわみ力は基本的にはあまり緩和されず、特に口径の大きなウエハでは結晶欠陥を完全に無くすことは出来なかった。
【００１５】
また、提案▲１▼や▲３▼の場合は、リングの面でウエハを保持することが可能であるが、リングの精度が不十分であるとかえって局所的な（予想しない位置に）たわみ力が作用して結晶欠陥が発生した。また、リングが広範囲にウエハに接触するために、温度の不均一を生じ、上記（２）の問題を助長することになった。
【００１６】
また、提案▲１▼や▲３▼は構造が複雑で製造が難しいだけでなく、取り扱い（ウエハ装填、移動、洗浄等）の時に破損などの問題を発生しやすい構造であった。
【００１７】
また、ガス等の流体の流れや熱の不均一を解消するなどの対策は、ウエハ下部から微少部材での点での保持がほとんどで、上記（１）の問題を逆に助長するなど対策として充分ではなかった。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術における前記（１）、（２）、（３）の問題を解消し、熱処理されたウエハに発生する結晶欠陥を抑制し、雰囲気ガス等の流体や温度の均質性を高めることにより、実用性を向上させ、かつ形状をシンプルにすることにより、製造、取り扱いの容易化を図った縦型ウエハ処理治具を提供することを目的とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の縦型ウエハ処理装置は、天板と底板の間に複数本の支柱を設置し、該支柱の外周面にウエハを載置係止するための複数の溝を穿設し、該溝に複数枚のウエハを保持して熱処理するために用いられる縦型ウエハ処理治具であって、該支柱が内部を中空部とした筒状体であり、該筒状体支柱の側壁の外周面から内部の中空部まで貫通するように該溝を穿設し、前記筒状体支柱に前記天板及び前記底板に貫通した上部開口部及び下部開口部を開穿することによって気体及び／又は液体が前記天板の上面側から前記底板の下面側に流通可能とし、前記溝の下面が、前記筒状体支柱の側壁の肉厚を越えない幅でウエハを接触状態で保持する、ウエハの略円周方向に向いた横長水平保持部と、該横長水平保持部に連続して該溝の奥部方向に下方に傾斜する傾斜部と、を有し、前記溝の上下面の開口幅が隣接する溝同士の設置間隔よりも大であることを特徴とする。
【００２０】
上記構成とすることにより、筒状体支柱の内部も含めてガス等の流体の流れが極めて良好となり、前記した従来技術における諸問題が解決される。
【００２１】
前記筒状体支柱の上端部及び下端部を、気体、液体等の流体が流通可能に開口した構造とすることにより、ガス等の流体の流れがさらに良くなるとともに洗浄の際の洗浄液の抜きや乾燥作業が容易になり、ハンドリング性が向上し、さらに支柱内部への堆積物が抑制される。
【００２２】
前記溝の下面が、前記筒状体支柱の側壁の肉厚を越えない幅でウエハを保持する横長水平保持部と、該横長水平保持部に連続して該溝の先端方向に下方に傾斜する傾斜部とを有する構造とすることが必須である。
【００２３】
これにより、ウエハを接触状態で保持する横長水平保持部がガス等の流体の流れと関係のない筒状体支柱の側壁の肉厚内に押さえられ、ガス等の流体は流れ易くなり、ウエハからの熱吸収が抑制される。
【００２４】
また、ウエハを接触状態で保持する横長水平保持部がウエハの略円周方向に向いた横長であるため、隣接する接触保持部間に位置するウエハ部分にたわみ力が発生しにくいという利点がある。
【００２５】
さらに、前記溝の下面に該横長水平保持部に連続して傾斜部を設けることにより、当該傾斜面の上方に位置するウエハ部分の下面には該ウエハ部分に接近する溝の下面部分が存在せず、ウエハへの二次輻射などの熱的な影響が緩和され、かつガス等の流体の流れがさらによくなる有利さがある。
【００２６】
前記傾斜部の傾斜角度としては５〜２０度が好適である。この角度範囲外では上記した傾斜部に起因する有利性が減殺される場合がある。
【００２７】
前記溝の上下面の開口幅を、隣接する溝同士の設置間隔よりも大とすることにより、溝内へのガス等の流体の進入がより良好になる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図面中、図１〜図４に基づいて説明する。図１は本発明の縦型ウェハ処理治具の一つの実施の形態を示す斜視説明図、図２は筒状体支柱の要部の断面説明図、図３は図１の拡大横断面図及び図４は本発明の他の実施の形態を示す拡大横断面図である。
【００２９】
図１において、１２は本発明に係る縦型ウエハ処理治具である。該縦型ウエハ処理治具１２は、天板１４と底板１６との間に複数本（図１及び図３の例では４本、図４の例では３本）の支柱１８が設計された間隔で組み込まれており、それらの支柱１８には数十枚にも及ぶウエハＷを載置係止するための複数の溝２０が穿設されている。
【００３０】
ウエハＷは、複数本の支柱１８の同一高さの溝２０によって略水平に載置係止されて保持され、高温において熱処理される。
【００３１】
しかして、該支柱１８は内部を中空とした中空部２２と、円筒状側壁２４とからなる筒状体によって形成されている。該溝２０は該筒状体支柱１８の側壁２４の外周面から内部の中空部２２まで貫通するように穿設されている。
【００３２】
図２に最もよく示されるように、該筒状体支柱１８の上端部及び下端部には気体（ガス）や液体等の流体が流通可能なように天板１４及び底板１６に貫通して上部開口部２６及び下部開口部２７が開穿されている。
【００３３】
図２〜図４に示されるように、該溝２０の下面は、前記筒状体支柱１８の側壁２４の肉厚を越えない幅でウエハＷを保持する横長水平保持部２８と、該横長水平保持部２８に連続して該溝２０の奥部方向に下方に傾斜する傾斜部３０とを有している。
【００３４】
該傾斜部３０の傾斜角度αについては特別の限定はないが、５〜２０度の範囲が好適である。傾斜角度αがこの範囲を越えると傾斜部３０を設置したことによる利点が減少する場合がある。
【００３５】
該溝２０の上下面の開口幅ｂは、隣接する溝２０同士の設置間隔ａよりも大となるように設定するのが好ましい。これにより、溝２０内へのガス等の流体の進入が一層良好となる。
【００３６】
上述した構成の縦型ウエハ処理治具１２を用いてウエハの熱処理を行なえば、処理雰囲気などのガスは筒状体支柱１８の内部中空部２２内をも流れることができ、従来の無垢棒の支柱に比べてガス等の流れは極めて良好となり、ガスの流れが均質になるとともに熱処理温度の均一化を図ることができ、ウエハの均一な熱処理が可能となる。
【００３７】
また、本発明の縦型ウエハ処理治具１２にウエハＷを保持する場合、ウエハＷは該溝２０の下面に形成された横長水平保持部２８のみに接触した状態で保持されることとなる。
【００３８】
この横長水平保持部２８は処理雰囲気ガス等のガスの流れとは関係のない筒状体支柱１８の側壁２４の肉厚内に押さえられているので、ガス等の流体は流れ易くなり、支柱１８によるウエハＷからの熱吸収は抑制される。
【００３９】
さらに、該横長水平保持部２８はウエハＷの略円周方向に向いた横長形状とされているため、隣接する保持部２８間に位置するウエハ部分にたわみ力が発生しにくいという利点がある。
【００４０】
前述したごとく、該横長水平保持部２８に連続して傾斜部３０が設けられているので、当該傾斜部３０の上方に位置するウエハＷ部分の下面には該ウエハ部分に近接する溝の下面部分が存在せず、ウエハＷへの二次輻射などの熱的な影響が緩和され、その上、この傾斜部３０の存在によりガス等の流体の流れはさらに良好となる。
【００４１】
該溝２０の上下面の開口幅ｂを隣接する溝２０，２０同士の設置間隔ａよりも大とすることにより、該溝２０内へのガス等の流体の進入がよく行なわれる。また、縦型ウエハ処理治具１２を洗浄する際の洗浄液の抜きや乾燥作業を良好に行なうことができ、ハンドリングが容易となる。
【００４２】
該筒状体支柱１８の上端部及び下端部に上部開口部２６及び下部開口部２７を設け、ガス等の流体が該筒状体支柱１８の上下部開口部２６，２７を介して流通可能とされているので、ガス等の流体の流れがよくなり、また縦型ウエハ処理装置１２を洗浄する際の洗浄液の抜きや乾燥作業を容易に行なうことができ、ハンドリングが容易となり、さらに支柱１８の内部への堆積物の堆積を抑制することができる利点がある。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、ウエハとウエハ保持部の接触部分の面積を小さくすることが出来るとともに、隣接するウエハ保持部間に位置するウエハ部分に作用するたわみ力を抑制でき、熱処理温度の不均一やウエハの自重による結晶欠陥を防止できるという効果が達成される。
【００４４】
さらに、本発明によれば、ガス等の流体の流れが均質になり、上記効果と合わせて極めて歩留まりの高いウエハの処理が可能となり、また、丈夫で形状のシンプルな筒状体を支柱にしているので、洗浄などの液抜きや乾燥作業も容易となり、メンテナンスなどのハンドリングも容易で、かつその製造も容易であるという効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の縦型ウェハ処理治具の一つの実施の形態を示す斜視説明図である。
【図２】筒状体支柱の要部の断面説明図である。
【図３】図１の拡大横断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す拡大横断面図である。
【図５】従来の半導体ウエハの熱処理装置を示す断面図である。
【符号の説明】
２ 炉心管
３、１２ 縦型ウエハ処理治具
４ 保持台
５ キャップ
６ 昇降手段
７ 導入手段
８ 排出手段
９ 支柱
１４ 天板
１６ 底板
１８ 円筒状支柱
２０ 溝
２２ 中空部
２４ 円筒状側壁
２６ 上部開口部
２７ 下部開口部
２８ 横長水平保持部
３０ 傾斜部
Ａ 熱処理装置
Ｈ 加熱源
Ｗ ウエハ
ａ 設置間隔
ｂ 開口幅

Claims (2)

1. 天板と底板の間に複数本の支柱を設置し、該支柱の外周面にウエハを載置係止するための複数の溝を穿設し、該溝に複数枚のウエハを保持して熱処理するために用いられる縦型ウエハ処理治具であって、該支柱が内部を中空部とした筒状体であり、該筒状体支柱の側壁の外周面から内部の中空部まで貫通するように該溝を穿設し、前記筒状体支柱に前記天板及び前記底板に貫通した上部開口部及び下部開口部を開穿することによって気体及び／又は液体が前記天板の上面側から前記底板の下面側に流通可能とし、前記溝の下面が、前記筒状体支柱の側壁の肉厚を越えない幅でウエハを接触状態で保持する、ウエハの略円周方向に向いた横長水平保持部と、該横長水平保持部に連続して該溝の奥部方向に下方に傾斜する傾斜部と、を有し、前記溝の上下面の開口幅が隣接する溝同士の設置間隔よりも大であることを特徴とする縦型ウエハ処理治具。
2. 前記傾斜部の傾斜角度が５〜２０度であることを特徴とする請求項１記載の縦型ウエハ処理治具。

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