JP4071313B2

JP4071313B2 - Wafer heat treatment equipment

Info

Publication number: JP4071313B2
Application number: JP35286896A
Authority: JP
Inventors: 逸男荒木; 吉明伊勢; 利勝松谷
Original assignee: YAMAGATA SHIN-ETSU QUARTZ PRODUCTS CO., LTD.; Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Current assignee: YAMAGATA SHIN-ETSU QUARTZ PRODUCTS CO., LTD.; Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Priority date: 1996-12-13
Filing date: 1996-12-13
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2016-12-13
Also published as: JPH10172915A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハの拡散処理、酸化処理、減圧ＣＶＤなどに使用される半導体ウェーハ熱処理装置に係わり、特にウェーハを直立状に収納する枚葉式の半導体ウェーハの熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より半導体ウェーハの熱処理をする場合、複数枚のウェーハをウェーハボートに積層配設載置して、反応容器内での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、ウェーハとボートとの接触部分近傍で生じる気流の乱れや、ウェーハを多段積層することで気流に乱れを起し投入ウェーハを均質に処理することは困難であった。
【０００３】
また、ウェーハの口径の大口径化につれ、前記バッチ処理方式では重量負担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均一化、加熱源の無用の増大化につながり、ウェ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対処困難な種々の問題点があった。
【０００４】
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、複数枚のウェーハを一括処理するバッチシステムではウェーハの積層位置やガス流の流入側と排出側とはそれぞれ処理条件にバラツキを生じ、また積層されたウェーハ相互間で影響を及ぼし合い、またボートの接触部位よりパーティクル等が発生し、高品質の加工は困難であった。
【０００５】
上記問題解決のため、一枚若しくは２枚のウェ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。例えば特開平５ー２９１１５４号公報に開示されている熱処理装置においては、サセプタの下方に設けた加熱源によりサセプタ上に水平状に載置したウェーハを、低圧反応ガス雰囲気中で加熱してウェーハ上に成膜するようにしてある。
上記水平状にウェーハを載置する場合は、ウェーハに自重による撓みの発生、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。等の問題点がある。
【０００６】
また、特開平１ー２５９５２８号公報には、図１１に示す提案が開示されている。上記提案は図に示すように、高温炉（加熱部）１２０とウェーハ支持装置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、断熱材１２４で構成され、高温炉１２０は下部が解放され、ウェーハ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の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、ウェーハ支持装置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枚以上のウェーハが載置できるように複数個設けてある。
【０００７】
上記図１１に示す枚葉式の熱処理装置においては、ウェーハを直立状に収納する構成であるが、高温炉は直方体の形状により構成されているため、下記問題点がある。
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、真空強度が低い。
２）、ウェ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。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の事情に鑑み、本発明は、均熱性を維持しつつ而も装置の大型化の抑制やパーティクルの発生を抑え、高い熱遮断性を維持し得るとともに、処理効率が向上する枚葉式のウェーハ熱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、熱処理空間を形成する容器内に収納したウェーハ保持部上に、１又は２枚の半導体ウェーハを直立支持し、直立支持した該半導体ウェーハの直立面を熱処理面として熱処理を行うウェーハ熱処理装置であって、
直立支持した前記半導体ウェーハの前記熱処理空間を形成する石英ガラス製の外側容器を具え、該外側容器の基部の開口周囲に断熱体が配設されるとともに、
前記外側容器の内側に前記半導体ウェーハと前記ウェーハ保持部とを包被して前記半導体ウェーハに対向して多数の開口孔を有した内側容器が配置され、前記多数の開口孔より前記外側容器内の反応ガスを前記半導体ウェーハに導入するように構成されるとともに、
前記内側容器を介して前記半導体ウェーハの前記熱処理面と対峙する前記外側容器の前記半導体ウェーハの前記直立面と直交する垂直断面の形状が、垂直方向に長径を有する長円形状であり、かつ、前記外側容器の前記半導体ウェーハの直立面と平行な垂直断面の形状が、円形状であることを特徴とする。
【００１０】
かかる発明によれば、半導体ウェーハの収納姿勢は直立タイプであり、前記内側容器を介して前記半導体ウェーハの前記熱処理面と対峙する前記外側容器の前記半導体ウェーハの前記直立面と直交する垂直断面の形状が、垂直方向に長径を有する長円形状であり、かつ、前記外側容器の前記半導体ウェーハの直立面と平行な垂直断面の形状が、円形状（半導体ウェーハの熱処理面と対面する垂直面に対し水平方向の天井高さの低い長円断面形状の扁平空間）としているので、前記外側容器は薄肉を図っても真空強度があり、肉薄の為に軽量化が図れる。
また、半導体ウェーハの熱処理面側の外側容器の半導体ウェーハの熱処理面と対面する垂直面に対し水平方向の天井高さの低い長円断面形状の扁平空間としている為に、その分発熱体を接近させることができ、外側容器の大きさを必要最小限に押さえることができるため、結果として装置の小型化と加熱源等の動力源も小さくする事が出来る。
【００１１】
また、外側容器を半導体ウェーハの熱処理面と対面する垂直面に対し水平方向の天井高さの低い長円断面形状の扁平空間としているので半導体ウェーハ表面への熱分布を均一とすることができるとともに、外側容器内側曲面に沿ってガスの流れが良く、反応ガス流の分布も一様にすることができる。
また、内側容器に多数の放出孔により半導体ウェーハに向かって反応ガスの放出を可能としているので、半導体ウェーハ表面に効率のよい処理を行うことができる。
【００１２】
また、前記内側容器は、前記ウェーハ保持部を収納する下側支持容器と該下側支持容器に被蓋する上側蓋容器とで構成されるとともに、半導体ウェーハ収納状態で前記外側容器内の熱処理位置と前記外側容器外の半導体ウェーハ交換位置間を昇降可能に構成されたものであることも本発明の有効な手段である。
このように構成することにより、半導体ウェーハ収納状態で前記外側容器外へ前記内側容器を移動し、半導体ウェーハを交換することができる。
【００１３】
また、前記内側容器は、内部に収容された、前記ウェーハ保持部上に直立支持した前記半導体ウェーハのウェーハ直立方向に沿う下側延在方向に前記反応ガスの排出通路を有することも本発明の有効な手段である。
このように構成しているので、内側容器に多数の放出孔により半導体ウェーハに向かって放出した反応ガスを、半導体ウェーハ表面で処理した後に、半導体ウェーハ面の延設方向に沿って放出可能であり、半導体ウェーハ表面に効率のよい処理を行うことができる。
【００１４】
また、前記断熱体は、不透明石英ガラス板材と石英ガラス発泡体とを交互に積層した多段積層体より構成することも本発明の有効な手段である。
このように、外側容器の基部の開口周囲に断熱体を配設し、該断熱体を不透明石英ガラス板材と石英ガラス発泡体とを交互に積層した多段積層体より構成することにより、前記外側容器の加熱処理空間内で加熱処理した高温が、前記多段積層体で遮断され、処理空間内の熱降下や均熱性の維持が可能となり、結果として高品質のウエーハ熱処理が出来る。
【００１５】
また、前記ウェーハ保持部を支持する直立支持装置は、前記反応容器外の台座に着脱可能に配置されるように構成することも本発明の有効な手段である。
このように構成することにより、必要に応じて直立支持装置の交換が可能である。
また、直立支持装置の保持手段を複数有する台座５５（図８）を設けることにより４枚以上のウェーハのマルチ処理が可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配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。
【００１７】
図１には本発明の第１実施の形態に係る枚葉式熱処理装置の概略構成を示す断面図である。同図において、平板状発熱体３Ａ，３Ａにより内部を加熱される反応容器１１Ａは、上部に反応ガスを流入するガス流入孔１３Ａを設けた石英ガラスよりなるドーム状のドーム外管（外側容器）１２Ａと、表面に多数のガス放出孔１６Ａａを設けたドーム内管（内側容器）１６Ａとで一体形成体し、２重構造体を構成し、この２重構造体の下部を不透明石英ガラスよりなる不透明フランジ１４Ａをさらに一体的に溶接接合して構成されている。
【００１８】
したがって、枚葉式熱処理に特に要求される耐熱機能性である、高い熱衝撃耐性の保持を可能とするとともに、内臓する直立支持装置２１Ａに収納支持されたウェーハ１０に対して適当圧のもとにガス放出をし、該ウェーハ１０の表面に対して均一なガス分布を形成するようにしてある。
そして、前記反応容器１１Ａはウェーハ１０の熱処理面と対面する左右両面側壁面空間に対しては垂直面に対し水平方向の天井高さの低い扁平空間化しているので、反応容器１１Ａの大きさを必要最小限に押さえることができる。
【００１９】
また、この反応容器１１Ａの下部には積層断熱体２０が一体構成され、この積層断熱体２０は、石英ガラス発泡体１７と不透明石英ガラス板体１８とを交互に積層一体構成してある。
なお、不透明石英ガラスは見かけ密度０．９ｇ／ｃｍ３以上の多孔質石英ガラスで構成し、石英ガラス発泡体は見かけ密度０．１〜０．８ｇ／ｃｍ３で連通気泡率６０％以下の多孔質石英ガラスで構成してある。
【００２０】
また、ウェーハ１０は直立支持装置２１Ａの上部に設けた、前記反応容器内の熱の外部への伝達を防止するために、泡入若しくは他の手段により不透明化された石英ガラス材よりなる支持治具２２Ａに保持され、また、直立支持装置２１Ａにはベース体８Ａが気密嵌合され、該ベース体８Ａは前記反応容器内の熱の外部への伝達を防止するために、泡入若しくは他の手段により不透明化された石英ガラス材より構成されている。
そして、前記ベース体８Ａはその上面にＯリング７を介して反応容器１１Ａ内を気密密閉している。
また、直立支持装置２１Ａは、後述する図８の支持台５０、もしくは５５に支持される。
【００２１】
なお、ウェーハの出し入れには、後述するように、前記直立支持装置２１Ａを下降させウェーハを交換し、反応容器体１１Ａの使用時にはＯリング７を介して反応容器内を気密処理可能にしているが、上記したように多段断熱層を介在させているため、Ｏリングの熱的劣化を十分に防止することができる。
【００２２】
図２は本発明の第２実施の形態に係る他の枚葉式熱処理装置の概略構成を示す断面図である。同図において、平板状発熱体３Ｂ，３Ｂにより内部を加熱される反応容器１１Ｂは、上部に反応ガスを流入するガス流入孔１３Ｂを設けた石英ガラスよりなるドーム状のドーム外管（外側容器）１２Ｂと、表面に多数のガス放出孔１６Ｂａを設けたドーム内管（内側容器）１６Ｂとで一体形成体し、２重構造体を構成し、この２重構造体の下部を不透明石英ガラスよりなる不透明フランジ１４Ｂをさらに一体的に溶接接合して構成されている。
【００２３】
したがって、枚葉式熱処理に特に要求される耐熱機能性である、高い熱衝撃耐性の保持を可能とするとともに、内臓する直立支持装置２１Ｂに２枚のウエーハの加熱処理面が外側に位置するように互いに裏面を背中合わせに収納支持されたウェーハ１０、１０に対して適当圧のもとにガス放出をし、該ウェーハ１０、１０の表面に対して均一なガス分布を形成するようにしてある。
そして、前記反応容器１１Ｂはウェーハ１０、１０のウェーハの熱処理面と対面する垂直面に対し水平方向の天井高さの低い長円断面形状の扁平空間としているので、反応容器１１Ｂの大きさを必要最小限に押さえることができる。
【００２４】
また、この反応容器１１Ｂの下部には前記した第１実施の形態同じ構成の積層断熱体２０が一体構成されている。
【００２５】
また、ウェーハ１０、１０は直立支持装置２１Ｂの上部に設けた、前記反応容器内の熱の外部への伝達を防止するために、泡入若しくは他の手段により不透明化された石英ガラス材よりなる支持治具２２Ｂに保持され、また、直立支持装置２１Ｂにはベース体８Ｂが気密嵌合され、該ベース体は前記反応容器内の熱の外部への伝達を防止するために、泡入若しくは他の手段により不透明化された石英ガラス材より構成されている。そして、前記ベース体８Ｂはその上面にＯリング７を介して反応容器１１Ｂ内を気密密閉している。
また、直立支持装置２１Ｂは、後述する図８の支持台５０、もしくは５５に支持される。
【００２６】
なお、ウェーハの出し入れには、後述するように、前記直立支持装置２１Ｂを下降させウェーハを交換し、反応容器体１１Ｂの使用時にはＯリング７を介して反応容器内を気密処理可能にしているが、上記したように多段断熱層を介在させているため、Ｏリングの熱的劣化を十分に防止することができる。
【００２７】
次にかかる実施の形態に基づく熱処理装置のウエーハ装填方法について説明する。
図３は、第１実施の形態に係るウェーハ収納方法を示す説明図である。同図において、前記直立支持装置２１Ａに１枚のウエーハを直立支持させる場合には、前記直立支持装置２１Ａの基端側に図示しない起伏機構が設けられており、反応容器１１Ａの下側開口より前記支持治具２２Ａを抜出した後（（１）→（２））、ほぼ水平方向に傾動（伏設）させ（（２）→（３））、加熱処理後の前記１枚のウエーハ１０を抜出して処理済ウエーハストッカ６２に装填した後、未処理ウエーハを未処理ウエーハ収納ストッカ６３より引出し、前記支持治具２２Ａに装填させた後、起立させ所定の処理を行う。
【００２８】
図４は、第２実施の形態に係る熱処理装置のウエーハ装填方法についての説明図である。同図において、２枚のウエーハ装填方式の場合には、前記支持治具２２Ｂ起立位置の一側に処理済ウエーハストッカ６２と未処理ウエーハ収納ストッカ６３を配置してなる一のウエーハ装填部７０Ａを設け、前記支持治具２２Ｂが不図示の起伏機構を介してウエーハ装填側に向け伏設且つ軸を中心として１８０°回転可能に構成する。
【００２９】
そして前記したように２枚のウエーハを直立支持させた支持治具２２Ｂを反応容器１１Ｂ下側開口より抜出した後（（１）→（２））、一のウエーハ装填部７０Ａ側にほぼ水平方向に傾動（伏設）させ（（２）→（３））、ウェーハ保持スリットに位置する加熱処理後の上側の第１のウエーハ１０１を抜出して処理済ウエーハストッカ６２に装填した後、未処理ウエーハ収納ストッカ６３より未処理ウエーハを引出し、前記ウェーハ保持スリットに装填させる。
【００３０】
次に、前記支持治具２２Ｂを直立に起立させ且つ１８０°軸中心に回転させた後、前記一のウエーハ装填部７０Ｂ側にほぼ水平方向に傾動（伏設）させ（（３）→（４））、ウェーハ保持スリットに位置する加熱処理後の第２のウエーハ１０２を抜出して処理済ウエーハストッカ６２に装填し、次に未処理ウエーハ収納ストッカ６３より未処理ウエーハを引出し、１８０°反転により上側となったウェーハ保持スリットに装填させる。
前記支持治具２２Ｂに２枚のウエーハを装填させた後、起立させ、反応容器１１Ｂ内にウェーハ１０、１０を収納（（２）→（１））し所定の処理を行う。
【００３１】
かかる実施例によれば、上側ウエーハと下側ウエーハが同一方向位置で挿入する事が出来る為に、加熱処理面を上側に積層配置した一のウエーハストッカのみで加熱処理面が夫々外側に向けて装填する事が出来、結果として装填作業の容易化と自動化が達成し得る。
【００３２】
図５は、第３実施の形態に係る枚葉式熱処理装置の概略構成を示す断面図である。同図において、平板状発熱体３Ｃにより内部を加熱される反応容器２Ｃは、石英ガラスよりなる一体形成体で不透明石英ガラスよりなる不透明フランジ６Ｃに一体的に溶接接合形成され、熱遮断性を前記不透明フランジ６Ｃにより持たせている。そして、前記反応容器２Ｃはウェーハ１０の熱処理面と対面する左右両面側壁面空間に対しては垂直面に対し水平方向の天井高さの低い扁平空間化としているので、反応容器２Ｃの大きさを必要最小限に押さえることができる。
【００３３】
また、反応容器２Ｃ内には、２枚のウエーハ１０，１０の加熱処理面が外側に位置するように互いに裏面を背中合わせに直立収納支持する直立収納部３０Ｃが設けられ、該直立収納部３０Ｃは下部に、前記反応容器２Ｃ内の熱の外部への伝達を防止するために、泡入若しくは他の手段により不透明化した不透明部位の断熱部１９Ｃを設けた直立支持装置２１Ｃが延設されている。該直立支持装置２１Ｃ内には直立収納部３０Ｃ内の反応ガスを吸引する通路２１Ｃａが設けられている。
【００３４】
また、前記断熱部１９Ｃは、さらに、前記反応容器内の熱の外部への伝達を防止するために、泡入若しくは他の手段により不透明化された石英ガラス材よりなるベース体８Ｃに気密嵌合するとともに、該ベース体８Ｃはその上面にＯリング７を介して反応容器２Ｃを気密密閉している。
直立収納部３０Ｃの詳細は後述する。
【００３５】
図６は、第４実施の形態に係る枚葉式熱処理装置の概略構成を示す断面図である。同図において、平板状発熱体３Ｄにより内部を加熱される反応容器２Ｄは、石英ガラスよりなる一体形成体で不透明石英ガラスよりなる不透明フランジ６Ｄに一体的に溶接接合形成され、熱遮断性を前記不透明フランジ６Ｄにより持たせている。そして、前記反応容器２Ｄはウェーハ１０のウェーハの熱処理面と対面する左右両面側壁面空間に対しては垂直面に対し水平方向の天井高さの低い扁平空間化しているので、反応容器２Ｄの大きさを必要最小限に押さえることができる。
【００３６】
また、反応容器２Ｄ内には、ウェーハ１０を直立収納する直立収納部３０Ｄが設けられ、該直立収納部３０Ｄは下部に、前記反応容器２Ｄ内の熱の外部への伝達を防止するために、泡入若しくは他の手段により不透明化した不透明部位の断熱部１９Ｄを設けた直立支持装置２１Ｄが延設されている。該直立支持装置２１Ｄ内には直立収納部３０Ｄ内の反応ガスを吸引する通路２１Ｄａが設けられている。
【００３７】
また、前記断熱部１９Ｄは、さらに、前記反応容器内の熱の外部への伝達を防止するために、泡入若しくは他の手段により不透明化された石英ガラス材よりなるベース体８Ｄに気密嵌合するとともに、該ベース体８Ｄはその上面にＯリング７を介して反応容器２Ｄを気密密閉している。
【００３８】
次に、第３及び第４実施の形態に用いられる直立収納部３０（Ｃ，Ｄ）の構成を説明する。
図７（Ａ）には、中蓋３５と支持容器３１とで構成したウェーハの直立収納部３０の概略の構造を示している。
中蓋３５は石英ガラス部材よりなる円筒軸芯方向半割状の容器で、半円筒形状面には後述する係合凹部３１ｃ，３１ｃと係合する係合片３５ｃ，３５ｃ及び縦長スリット３３を複数設けるとともに、半円状側面には多数の子孔３４を設けた構成にしてある。
【００３９】
また、支持容器３１は、石英ガラス部材よりなり、半円筒形状面には前記中蓋３５の係合片３５ｃ，３５ｃと係合する係合凹部３１ｃ，３１ｃ、複数の縦長スリット３３が設けられるとともに、側面には無数の小孔３４を設け、内部の円筒面には図７（Ｂ）に示すウェーハ保持用の２本の傾斜溝３２ａを設けた台座３２を３〜４個設け、２枚のウェーハを幾分傾斜状に並設収納するようにしてある。
尚、この直立収納部３０はウェーハ保持用の台座３２のウェーハ保持用傾斜溝を１本とすることで図６に示す第４実施の形態に適用可能である。
【００４０】
また、円筒を軸芯方向に半割した支持容器３１の底には開口部３１ｄが開設され、該開口部３１ｄを介して反応ガスを排出する通路２１Ｃａ，２１Ｄａ（図５，図６）を設けたベース基部４０が設けられ、該ベース基部４０は、不透明石英ガラス、発泡石英ガラスの単体ないし積層構成した断熱部１９（Ｃ，Ｄ）を有する直立支柱である直立支持装置２１（Ｃ，Ｄ）が延出し、該直立支持装置２１の下方にはキー４１が設けられ、図８に示す支持台５０の装着孔５０ａに着脱可能に構成されている。
【００４１】
また、支持台５５は前記直立支柱を複数装着される装着孔５５ａ〜５５ｄを有し、これら装着孔は内部に前記キー溝を有し前記直立支柱に連設する支持治具２２Ａ，２２Ｂ、もしくは直立収納部３０が並設できる距離離間して設けられ、マルチ枚葉システムを形成するようにしてある。
【００４２】
また、ベース基部４０は、上記熱遮断可能の断熱構造により加熱必要の直立収納部のみの加熱を可能にし、ウェーハ表面の熱分布の均一性保持を可能にしている。
また、前記直立収納部とベース基部とはいったい構成にし高い耐熱衝撃性をもたせて、枚葉熱処理に必要な高速加熱及び高速冷却に対して十分な機械的対応力を持たせるようにしてある。
【００４３】
尚、第３及び第４実施の形態において、必要に応じて第１及び第２実施の形態に用いる多段積層体２０を用いてもよいことは勿論のことである。
また、第３及び第４実施の形態において用いる直立収納部３０は、図７において、円筒を２分割した形状を有しているが、これに限定されるものではなく、表面３５ａ及び３５ｂ、また、３１ａ及び３１ｂは適宜の極率を有して湾曲形状に形成してもよい。
【００４４】
次に、第３実施の形態に係る熱処理装置のウエーハ装填方法についての説明する。
図９において、２枚のウエーハ装填方式の場合には、前記直立支持装置２１Ｃ起立位置の一側に処理済ウエーハストッカ６２と未処理ウエーハ収納ストッカ６３を配置してなる一のウエーハ装填部７０Ａを設け、前記直立支持装置２１Ｃが不図示の起伏機構を介してウエーハ装填側に向け伏設且つ軸を中心として１８０°回転可能に構成する。
【００４５】
そして前記したように２枚のウエーハを直立支持させた直立収納部３０Ｃを反応容器２Ｃ下側開口より抜出した後（（１）→（２））、中蓋３５Ｃを残して支持容器３１Ｃを降下させる（（２）→（３）→（４））。
一のウエーハ装填部７０Ａ側にほぼ水平方向に傾動（伏設）させ（（４）→（５））、ウェーハ保持スリットに位置する加熱処理後の上側の第１のウエーハ１０１を抜出して処理済ウエーハストッカ６２に装填した後、未処理ウエーハ収納ストッカ６３より未処理ウエーハを引出し、前記ウェーハ保持スリットに装填させる。
【００４６】
次に、前記直立収納部３０Ｃを直立に起立させ且つ１８０°軸中心に回転させた後、前記一のウエーハ装填部７０Ｂ側にほぼ水平方向に傾動（伏設）させ（（４）→（６））、ウェーハ保持スリットに位置する加熱処理後の第２のウエーハ１０２を抜出して処理済ウエーハストッカ６２に装填し、次に未処理ウエーハ収納ストッカ６３より未処理ウエーハを引出し、１８０°反転により上側となったウェーハ保持スリットに装填させる。
前記直立収納部３０Ｃに２枚のウエーハを装填させた後、起立させ、反応容器２Ｃ内にウェーハ１０、１０を収納（（２）→（１））し所定の処理を行う。
【００４７】
かかる実施例によれば、上側ウエーハと下側ウエーハが同一方向位置で挿入する事が出来る為に、加熱処理面を上側に積層配置した一のウエーハストッカのみで加熱処理面が夫々外側に向けて装填する事が出来、結果として装填作業の容易化と自動化が達成し得る。
【００４８】
次に、第４実施の形態に係るウェーハ収納方法を説明する。図１０において、前記直立支持装置２１Ｄに１枚のウエーハを直立支持させる場合には、前記直立支持装置２１Ｄの基端側に図示しない起伏機構が設けられており、反応容器２Ｄの下側開口より前記直立収納部３０Ｄを抜出した後（（１）→（２））、中蓋３５Ｄをのこして支持容器３１Ｄを降下させ（（２）→（３））、ほぼ水平方向に傾動（伏設）させ（（３）→（４））、加熱処理後の前記１枚のウエーハ１０を抜出して処理済ウエーハストッカ６２に装填した後、未処理ウエーハを未処理ウエーハ収納ストッカ６３より引出し、前記支持容器３１Ｄに装填させた後、起立させ（（４）→（３））、反応容器２Ｄにウェーハ１０を収納して（（２）→（１））、所定の処理を行う。
【００４９】
尚、本実施の形態においては、反応容器の下部に開口部を設け、ウエーハ支持治具を配置してウェーハを起立して熱処理を行っているが、反応容器の上部に開口部を有し、ウエーハ支持治具を前記上部の開口部に配置するとともにウェーハを吊り下げ保持してもよいことは勿論である。
【００５０】
以上詳述したように、本実施の形態によると、反応容器内のウェーハの収納姿勢は、重力方向にウェーハ面が直立するタイプであり、ウェーハに自重による撓みの発生を極力防止でき、ウェーハ表面への熱分布を均一と反応ガスの淀みない流れを可能とし、熱処理による半導体特性のバラツキを極力防止できるとともに、ウェーハを水平載置した場合の撓みによるウェーハ保持機構に余裕をとり反応容器が大型化することもなく、収納ウェーハの熱処理面と対面する左右両面側壁面空間に対しては垂直面に対し水平方向の天井高さの低い扁平空間化し、前記外側容器は薄肉を図っても真空強度があり、肉薄の為に軽量化が図れ、反応容器の大きさを必要最小限に押さえる構成とし、ウェーハの大口径化に対応し、次世代の６４Ｍ、１Ｇ等の高集積密度化に対処することができる。
【００５１】
また、ウエーハの熱処理面側の外側容器を偏平化している為に、その分発熱体を接近させることができ、外側容器の大きさを必要最小限に押さえることができるため、結果として装置の小型化と加熱源等の動力源も小さくする事が出来る。
また、外側容器をウェーハの熱処理面と対面する左右両面側壁面空間に対しては垂直面に対し水平方向の天井高さの低い扁平空間化しているのでウェーハ表面への熱分布を均一とすることができるとともに、外側容器内側曲面に沿ってガスの流れが良く、反応ガス流の分布も一様にすることができる。
また、内側容器に多数の放出孔によりウェーハに向かって反応ガスの放出を可能としているので、ウェーハ表面に効率のよい処理を行うことができる。
【００５２】
また、前記内側容器を、ウェーハを保持する支持容器と該支持容器に被蓋する中蓋容器とで構成されるとともに、ウェーハ収納状態で前記外側容器内の熱処理位置と容器外のウェーハ交換位置間を昇降可能に構成した場合は、ウェーハ収納状態で前記外側容器外へ前記内側容器を移動し、ウェーハを交換することができる。
【００５３】
また、前記内側容器を、包被するウェーハ面のほぼ延設方向に反応ガスの排出通路を設けて構成しているので、内側容器に多数の放出孔によりウェーハに向かって放出した反応ガスを、ウェーハ表面で処理した後に、ウェーハ面の延設方向に沿って放出可能であり、ウェーハ表面に効率のよい処理を行うことができる。
【００５４】
また、前記断熱体は、不透明石英ガラス板材と石英ガラス発泡体とを交互に積層した多段積層体より構成しているので、外側容器の基部の開口周囲に断熱体を配設し、該断熱体を不透明石英ガラス板材と石英ガラス発泡体とを交互に積層した多段積層体より構成することにより、前記外側容器の加熱処理空間内で加熱処理した高温が、前記多段積層体で遮断され、処理空間内の熱降下や均熱性の維持が可能となり、結果として高品質のウエーハ熱処理が出来る。
【００５５】
また、前記ウェーハ保持部を支持する直立支持装置は、前記反応容器外の台座に着脱可能に配置されるように構成しているので、必要に応じて直立支持装置の交換が可能である。
また、直立支持装置の保持手段を複数有する台座５５を設けることにより４枚以上のウェーハのマルチ処理が可能である。
【００５６】
又、前記支持治具と一体化するベース体も非透明石英ガラス材で形成され延出部位の一部として機能するように構成しているので、これによりフランジのシール部分に高温が伝搬する恐れがなく、前記支持治具の不透明部位とあいまって支持治具基端側にウェーハ交換用の昇降治具を配した場合その部分にも熱伝搬が生じる恐れがなく、これらを耐熱治具で構成する必要がなくなる。
【００５７】
【発明の効果】
以上記載した如く、本発明は、均熱性を維持しつつ而も装置の大型化の抑制やパーティクルの発生を抑え、高い熱遮断性を維持し得る枚葉式熱処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る枚葉式熱処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施の形態に係る他の枚葉式熱処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図３】第１実施の形態に係るウェーハ収納方法を示す説明図である。
【図４】第２実施の形態に係るウェーハ収納方法を示す説明図である。
【図５】本発明の第３実施の形態に係る枚葉式熱処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第４実施の形態に係る枚葉式熱処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図７】第３及び第４実施の形態に用いるウェーハ保持手段を説明する構成図である。
【図８】ウェーハ保持手段の支持台を示す構成図である。
【図９】第３実施の形態に係るウェーハ収納方法を示す説明図である。
【図１０】第４実施の形態に係るウェーハ収納方法を示す説明図である。
【図１１】従来の枚葉式熱処理装置の概略の構成を示す図である。
【符号の説明】
１枚葉式熱処理装置（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）
２反応容器（２Ｃ，２Ｄ）
３平板状発熱体（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ）
８ベース体（８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ）
１０半導体ウェーハ
１１反応容器（１１Ａ，１１Ｂ）
１２Ａ，１２Ｂ外側ドーム（外側容器）
１４不透明フランジ
１６Ａ，１６Ｂ内側ドーム（内側容器）
１７石英ガラス発泡体
１８不透明石英ガラス体
１９断熱部（１９Ｃ，１９Ｄ）
２０積層断熱体
２１直立支持装置（２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ）
２２支持治具（２２Ａ，２２Ｂ）
３０直立収納部
３１支持容器
３２ウェーハ支持台（３２Ｃ，３２Ｄ）
３３スリット
３４小孔
３５中蓋
４０ベース基部
４１キー
５０、５５支持台[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor wafer heat treatment apparatus used for semiconductor wafer diffusion treatment, oxidation treatment, low pressure CVD, and the like, and more particularly to a single wafer semiconductor wafer heat treatment apparatus for storing a wafer in an upright state.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when semiconductor wafers are heat-treated, a batch system has been adopted in which a plurality of wafers are stacked and placed on a wafer boat and batch heat-treated in a reaction vessel. In this method, it is difficult to uniformly process the input wafer due to the turbulence of the air current generated in the vicinity of the contact portion between the wafer and the boat or the turbulence of the air current caused by stacking the wafers in multiple stages.
[0003]
Also, as the wafer diameter increases, the batch processing method makes it difficult to produce boats and supporting parts corresponding to the weight burden, and the reaction vessel increases in size, the heating temperature distribution, and so on. This leads to uniform gas distribution and unnecessary increase in the heat source, and there are various problems that are difficult to deal with in the conventional batch system in order to cope with an increase in wafer diameter.
[0004]
In addition, the next-generation semiconductor manufacturing process with high integration density such as 64M and 1G requires submicron accuracy. In batch systems that process multiple wafers at once, the wafer stacking position and gas flow inflow side The processing conditions vary between the two and the discharge side, and the stacked wafers affect each other, and particles and the like are generated from the contact portion of the boat, making high quality processing difficult.
[0005]
In order to solve the above problems, a single-wafer type heat treatment apparatus that performs heat treatment for every one or two wafers has attracted attention and various proposals have been made. For example, in a heat treatment apparatus disclosed in JP-A-5-291154, a wafer placed horizontally on a susceptor is heated in a low-pressure reaction gas atmosphere by a heating source provided below the susceptor. A film is formed on the substrate.
When the wafer is placed horizontally, the wafer is bent due to its own weight, the reaction vessel becomes large, and the power source such as a heating source becomes large. There are problems such as.
[0006]
Japanese Patent Laid-Open No. 1-259528 discloses a proposal shown in FIG. As shown in the drawing, the proposal includes a high temperature furnace (heating unit) 120 and a wafer support device 130.
The high temperature furnace 120 is formed in a rectangular parallelepiped shape, and is composed of a flat plate heater 121, a quartz glass reaction tube 122, a soaking tube 123, and a heat insulating material 124. Is placed in the groove 131 of the support device 130 so as to enter and exit the high temperature furnace 120. A required gas flows from the upper side to the lower side according to the purpose of use through a gas supply pipe (not shown).
In addition, the wafer support device 130 includes a pipe-like column 133, a support portion 132 provided with the groove 131, and a base 134, and a plurality of the grooves 131 are provided so that two or more wafers can be placed thereon. .
[0007]
The single-wafer type heat treatment apparatus shown in FIG. 11 has a configuration in which a wafer is stored upright, but the high temperature furnace has a rectangular parallelepiped shape, and has the following problems.
1) Since the shape of the high-temperature furnace is a rectangular parallelepiped, the built-in reaction tube and soaking tube are considered to be a rectangular parallelepiped with the same shape, and the upper part is formed by an upper base perpendicular to the tube wall, so the vacuum strength is Low.
2) The distribution of the radiant heat and the reaction gas flow on the wafer is not uniform.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above-mentioned circumstances, the present invention is a single wafer type that can suppress the enlargement of the device and suppress the generation of particles while maintaining the soaking property, and can maintain high heat shielding properties and improve the processing efficiency. The object is to provide a wafer heat treatment apparatus.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a container housed in a container forming a heat treatment space. Ye One or two semiconductor wafers are supported upright on the wafer holder, and upright supported. The Heat treatment is performed using the upright surface of the semiconductor wafer as the heat treatment surface. Ye -Ha heat treatment equipment Because ,
Upright support The semiconductor C Ye Haha's Said Quartz glass forming heat treatment space of An outer container, and a heat insulator around the opening of the base of the outer container But Arrangement Is And
Inside the outer container semiconductor C Ye With Ha Said C Ye -Cover the holding part The semiconductor Inner container with many open holes facing the wafer But Arrangement Is The multiple openings Hole Than Said Reacting gas in the outer container The semiconductor Configured to be introduced into the wafer Is And
Through the inner container The semiconductor C Ye -Ha Of the above Of the outer container facing the heat treatment surface Said Semiconductor wafer Said Vertical section perpendicular to the upright surface of shape But Long, with a major axis in the vertical direction Round Condition And the shape of the vertical cross section parallel to the upright surface of the semiconductor wafer of the outer container is a circular shape. It is characterized by that.
[0010]
According to this invention, semiconductor The wafer storage posture is an upright type, and through the inner container The semiconductor C Ye -Ha Of the above Of the outer container facing the heat treatment surface Said Semiconductor wafer Said Vertical section perpendicular to the upright surface of shape But Long, with a major axis in the vertical direction Round Condition And the shape of the vertical cross section parallel to the upright surface of the semiconductor wafer of the outer container is a circular shape. ( semiconductor (The flat space with an oval cross-sectional shape with a low ceiling height in the horizontal direction with respect to the vertical surface facing the heat-treated surface of the wafer) Can be achieved.
Also, semiconductor C Ye Of the outer container on the heat-treated surface side semiconductor A flat space with an oval cross-section with a low ceiling height in the horizontal direction with respect to the vertical surface facing the heat treatment surface of the wafer. As a result, the apparatus can be downsized and the power source such as a heating source can be reduced.
[0011]
Also, the outer container semiconductor Because it is a flat space with an oval cross-sectional shape with a low ceiling height in the horizontal direction with respect to the vertical surface facing the heat treatment surface of the wafer semiconductor The heat distribution on the wafer surface can be made uniform, the gas flow is good along the outer container inner curved surface, and the reaction gas flow distribution can be made uniform.
Also, the inner container has many discharge holes semiconductor Since the reaction gas can be released toward the wafer, semiconductor Efficient processing can be performed on the wafer surface.
[0012]
In addition, the inner container has the way. Haho Holding part The Storage Do Lower support container and the Lower With an upper lid container that covers the support container, semiconductor Heat treatment in the outer container with the wafer stored Theorem And outside of the outer container semiconductor Can be moved up and down between wafer exchange positions Is This is also an effective means of the present invention.
By configuring in this way, semiconductor Moving the inner container out of the outer container in a wafer storage state; semiconductor The wafer can be exchanged.
[0013]
The inner container is housed inside. Said C Ye -Upright support on the holder Said Along the wafer upright direction of the semiconductor wafer Lower In the extending direction Said React gas exhaust passage Have This is also an effective means of the present invention.
Since it is configured in this way, the inner container has many discharge holes. semiconductor The reaction gas released toward the wafer semiconductor After processing on the wafer surface, semiconductor It can be released along the direction of the wafer surface extension, semiconductor Efficient processing can be performed on the wafer surface.
[0014]
In addition, it is also an effective means of the present invention that the heat insulator is composed of a multi-stage laminate in which opaque quartz glass plates and quartz glass foam are alternately laminated.
In this way, the outer container is provided by arranging a heat insulator around the opening of the base of the outer container, and the heat insulator is composed of a multi-layer laminate in which opaque quartz glass plates and quartz glass foam are alternately laminated. The high temperature heat-treated in the heat treatment space is blocked by the multi-layered laminate, and it is possible to maintain the heat drop and soaking in the treatment space, resulting in high-quality wafer heat treatment.
[0015]
It is also an effective means of the present invention that the upright support device for supporting the wafer holding unit is configured to be detachably disposed on a base outside the reaction vessel.
With this configuration, the upright support device can be replaced as necessary.
Further, by providing the pedestal 55 (FIG. 8) having a plurality of holding means of the upright support device, multi-processing of four or more wafers is possible.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, and are merely illustrative examples. Only.
[0017]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a single wafer heat treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention. In the figure, a reaction vessel 11A heated inside by flat plate-like heating elements 3A, 3A is a dome-shaped outer dome tube (outer vessel) made of quartz glass provided with a gas inflow hole 13A into which reaction gas flows. 12A and an inner dome tube (inner container) 16A having a large number of gas discharge holes 16Aa on the surface thereof are integrally formed to form a double structure, and the lower part of the double structure is made of opaque quartz glass. The opaque flange 14A is further integrally welded.
[0018]
Therefore, it is possible to maintain a high thermal shock resistance, which is a heat resistance function particularly required for single wafer heat treatment, and to apply an appropriate pressure to the wafer 10 housed and supported in the built-in upright support device 21A. The gas is discharged to form a uniform gas distribution on the surface of the wafer 10.
The reaction vessel 11A is a wafer 10 For the left and right side wall surfaces facing the heat-treated surface, flat space with a low ceiling height in the horizontal direction with respect to the vertical surface Therefore, the size of the reaction vessel 11A can be minimized.
[0019]
A laminated heat insulator 20 is integrally formed at the lower portion of the reaction vessel 11A. The laminated heat insulator 20 is formed by alternately laminating and integrating the quartz glass foam 17 and the opaque quartz glass plate 18.
The opaque quartz glass is composed of porous quartz glass having an apparent density of 0.9 g / cm 3 or more, and the quartz glass foam is porous quartz having an apparent density of 0.1 to 0.8 g / cm 3 and an open cell ratio of 60% or less. It is made of glass.
[0020]
Further, the wafer 10 is provided at the upper part of the upright support device 21A. In order to prevent the heat in the reaction vessel from being transmitted to the outside, the wafer 10 is supported by a quartz glass material which is made opaque or made opaque by other means. The base body 8A is hermetically fitted to the upright support device 21A, and the base body 8A is bubbled or otherwise used to prevent heat transfer in the reaction vessel to the outside. The quartz glass material is made opaque by the means.
The base body 8A hermetically seals the inside of the reaction vessel 11A through an O-ring 7 on the upper surface thereof.
The upright support device 21A is supported by a support base 50 or 55 shown in FIG.
[0021]
As described later, when the wafer is taken in and out, the upright support device 21A is lowered to replace the wafer, and the inside of the reaction vessel can be hermetically sealed via the O-ring 7 when the reaction vessel body 11A is used. As described above, since the multi-stage heat insulating layer is interposed, thermal deterioration of the O-ring can be sufficiently prevented.
[0022]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of another single wafer heat treatment apparatus according to the second embodiment of the present invention. In the figure, a reaction vessel 11B heated inside by flat plate-like heating elements 3B, 3B is a dome-shaped outer dome tube (outer vessel) made of quartz glass provided with a gas inflow hole 13B into which reaction gas flows. 12B and a dome-inner tube (inner vessel) 16B provided with a number of gas discharge holes 16Ba on the surface are integrally formed to form a double structure, and the lower part of the double structure is made of opaque quartz glass. The opaque flange 14B is further integrally welded.
[0023]
Accordingly, it is possible to maintain high thermal shock resistance, which is a heat resistance function particularly required for single wafer heat treatment, and the heat treatment surfaces of the two wafers are positioned outside the upright support device 21B that is built-in. In addition, gas is discharged under an appropriate pressure to the wafers 10 and 10 which are housed and supported with their back surfaces back to back, so that a uniform gas distribution is formed on the surfaces of the wafers 10 and 10.
The reaction vessel 11B is used for the wafers 10 and 10. A flat space with an oval cross-sectional shape with a low ceiling height in the horizontal direction with respect to the vertical surface facing the heat treatment surface of the wafer As a result, the size of the reaction vessel 11B can be minimized.
[0024]
Further, the laminated heat insulator 20 having the same configuration as that of the first embodiment is integrally formed at the lower portion of the reaction vessel 11B.
[0025]
Further, the wafers 10 and 10 are made of quartz glass material which is provided at the upper part of the upright support device 21B and is made opaque by foaming or other means in order to prevent the heat in the reaction vessel from being transmitted to the outside. A base body 8B is hermetically fitted to the support jig 22B, and the base body 8B is airtightly fitted to the upright support device 21B, and the base body is bubbled or other in order to prevent heat transfer in the reaction vessel to the outside. The quartz glass material is made opaque by the above means. The base body 8B hermetically seals the inside of the reaction vessel 11B via an O-ring 7 on its upper surface.
The upright support device 21B is supported by a support base 50 or 55 shown in FIG.
[0026]
As described later, when the wafer is taken in and out, the upright support device 21B is lowered to replace the wafer, and the inside of the reaction vessel can be hermetically sealed via the O-ring 7 when the reaction vessel body 11B is used. As described above, since the multi-stage heat insulating layer is interposed, thermal deterioration of the O-ring can be sufficiently prevented.
[0027]
Next, a wafer loading method of the heat treatment apparatus based on the embodiment will be described.
FIG. 3 is an explanatory view showing the wafer accommodation method according to the first embodiment. In the same figure, when a single wafer is supported upright by the upright support device 21A, a undulation mechanism (not shown) is provided on the base end side of the upright support device 21A, and is provided from the lower opening of the reaction vessel 11A. After the support jig 22A is pulled out ((1) → (2)), the support jig 22A is tilted (laid down) in a substantially horizontal direction ((2) → (3)), and the one wafer 10 after the heat treatment is After being extracted and loaded into the processed wafer stocker 62, the unprocessed wafer is pulled out from the unprocessed wafer storage stocker 63, loaded into the support jig 22A, and then stood up to perform a predetermined process.
[0028]
FIG. 4 is an explanatory view of the wafer loading method of the heat treatment apparatus according to the second embodiment. In the figure, in the case of the two-wafer loading method, one wafer loading portion 70A in which a processed wafer stocker 62 and an untreated wafer storage stocker 63 are arranged on one side of the support jig 22B standing position is provided. The supporting jig 22B is configured to be laid down toward the wafer loading side via a undulation mechanism (not shown) and to be rotatable by 180 ° about the axis.
[0029]
Then, as described above, after the support jig 22B supporting the two wafers upright is pulled out from the lower opening of the reaction vessel 11B ((1) → (2)), it is substantially horizontal in the one wafer loading section 70A side. (1) to (3)), the first wafer 101 on the upper side after the heat treatment located in the wafer holding slit is pulled out and loaded into the treated wafer stocker 62, and then the untreated wafer An unprocessed wafer is pulled out from the storage stocker 63 and loaded into the wafer holding slit.
[0030]
Next, the support jig 22B is erected upright and rotated about the 180 ° axis, and then tilted (downward) in the substantially horizontal direction toward the one wafer loading portion 70B ((3) → (4 )), The second wafer 102 after the heat treatment located in the wafer holding slit is extracted and loaded into the processed wafer stocker 62, and then the unprocessed wafer is pulled out from the unprocessed wafer storage stocker 63 and turned upside down by 180 ° inversion. The wafer holding slit is loaded.
After the two wafers are loaded on the support jig 22B, the wafer is raised, and the wafers 10 and 10 are stored in the reaction vessel 11B ((2) → (1)), and a predetermined process is performed.
[0031]
According to this embodiment, since the upper wafer and the lower wafer can be inserted in the same direction position, the heat treatment surface is directed outward by only one wafer stocker in which the heat treatment surfaces are stacked on the upper side. It can be loaded, and as a result, the loading operation can be facilitated and automated.
[0032]
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a single wafer heat treatment apparatus according to the third embodiment. In the same figure, a reaction vessel 2C heated inside by a flat plate-like heating element 3C is integrally formed of quartz glass and integrally welded to an opaque flange 6C made of opaque quartz glass, and has a heat blocking property. It is given by the opaque flange 6C. The reaction vessel 2C is used for the wafer 10. A flat space with a low ceiling height in the horizontal direction with respect to the vertical surface for the left and right side wall surfaces facing the heat-treated surface Therefore, the size of the reaction vessel 2C can be minimized.
[0033]
In addition, in the reaction vessel 2C, an upright storage portion 30C is provided that stores and supports the back surfaces of the wafers 10 and 10 so that the heat treatment surfaces of the two wafers 10 and 10 are located outside. In order to prevent the heat in the reaction vessel 2C from being transmitted to the outside, an upright support device 21C provided with a heat insulating portion 19C of an opaque portion made opaque by foaming or other means is extended at the lower portion. . A passage 21Ca that sucks the reaction gas in the upright storage portion 30C is provided in the upright support device 21C.
[0034]
The heat insulating part 19C is further hermetically fitted to a base body 8C made of a quartz glass material made opaque by foaming or other means in order to prevent the heat in the reaction vessel from being transmitted to the outside. At the same time, the base body 8C hermetically seals the reaction vessel 2C on its upper surface via an O-ring 7.
Details of the upright storage portion 30C will be described later.
[0035]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a single wafer heat treatment apparatus according to the fourth embodiment. In the same figure, a reaction vessel 2D heated inside by a flat plate-like heating element 3D is integrally formed of quartz glass and integrally welded to an opaque flange 6D made of opaque quartz glass, and has a heat blocking property. It is provided by the opaque flange 6D. The reaction vessel 2D is used for the wafer 10. A flat space with a low ceiling height in the horizontal direction relative to the vertical surface for the left and right side wall surfaces facing the heat treatment surface of the wafer. As a result, the size of the reaction vessel 2D can be minimized.
[0036]
The reaction container 2D is provided with an upright storage part 30D for storing the wafer 10 in an upright position, and the upright storage part 30D is provided at the bottom to prevent the heat in the reaction container 2D from being transmitted to the outside. An upright support device 21D provided with a heat insulating portion 19D of an opaque portion made opaque by foaming or other means is extended. A passage 21Da for sucking the reaction gas in the upright storage portion 30D is provided in the upright support device 21D.
[0037]
The heat insulating part 19D is further hermetically fitted to a base body 8D made of quartz glass material made opaque by foaming or other means in order to prevent the heat in the reaction vessel from being transmitted to the outside. At the same time, the base body 8D hermetically seals the reaction vessel 2D on the upper surface via an O-ring 7.
[0038]
Next, the structure of the upright storage part 30 (C, D) used for 3rd and 4th embodiment is demonstrated.
FIG. 7A shows a schematic structure of the upright storage unit 30 of the wafer constituted by the inner lid 35 and the support container 31.
The inner lid 35 is a half-shell shaped container made of quartz glass and has a plurality of engagement pieces 35c, 35c and longitudinal slits 33 that engage with engagement recesses 31c, 31c, which will be described later, on the semi-cylindrical surface. In addition, a large number of sub-holes 34 are provided on the semicircular side surface.
[0039]
The support container 31 is made of a quartz glass member. On the semi-cylindrical surface, there are provided engagement recesses 31c and 31c that engage with the engagement pieces 35c and 35c of the inner lid 35, and a plurality of vertically long slits 33. Innumerable small holes 34 are provided on the side surface, and three to four pedestals 32 provided with two inclined grooves 32a for holding the wafer shown in FIG. 7B are provided on the inner cylindrical surface. The wafers are accommodated side by side in a somewhat inclined shape.
The upright storage portion 30 can be applied to the fourth embodiment shown in FIG. 6 by using one wafer holding inclined groove on the wafer holding base 32.
[0040]
In addition, an opening 31d is formed at the bottom of the support container 31 in which the cylinder is divided in the axial direction, and passages 21Ca and 21Da (FIGS. 5 and 6) for discharging the reaction gas are provided through the opening 31d. A base base 40 is provided, and the base base 40 is an upright support device 21 (C, D) which is an upright support having a heat insulating portion 19 (C, D) composed of a single unit or a laminated structure of opaque quartz glass and foamed quartz glass. The key 41 is provided below the upright support device 21, and is configured to be detachable from the mounting hole 50a of the support base 50 shown in FIG.
[0041]
The support base 55 has mounting holes 55a to 55d in which a plurality of the upright columns are mounted, and these mounting holes have the key grooves inside and support jigs 22A and 22B connected to the upright columns, or The upright storage portions 30 are provided at a distance that can be arranged side by side to form a multi-sheet-fed system.
[0042]
Further, the base base portion 40 can heat only the upright storage portion that needs to be heated by the heat-insulating heat insulating structure, and can maintain the uniformity of the heat distribution on the wafer surface.
Further, the upright storage portion and the base base portion are configured to have high thermal shock resistance so as to have sufficient mechanical response for high-speed heating and high-speed cooling necessary for the single wafer heat treatment.
[0043]
In the third and fourth embodiments, it goes without saying that the multi-layer stack 20 used in the first and second embodiments may be used as necessary.
Further, the upright storage portion 30 used in the third and fourth embodiments has a shape obtained by dividing the cylinder into two in FIG. 7, but is not limited to this, and the surfaces 35 a and 35 b, , 31a and 31b may have curved shapes with appropriate polarities.
[0044]
Next, a wafer loading method of the heat treatment apparatus according to the third embodiment will be described.
In FIG. 9, in the case of the two-wafer loading method, a single wafer loading unit 70A in which a processed wafer stocker 62 and an untreated wafer storage stocker 63 are arranged on one side of the upright support device 21C standing position. Provided, the upright support device 21C is configured to be laid down toward the wafer loading side via a raising / lowering mechanism (not shown) and to be rotated by 180 ° about the axis.
[0045]
Then, as described above, after the upright storage portion 30C that supports the two wafers upright is extracted from the lower opening of the reaction vessel 2C ((1) → (2)), the support vessel 31C is lowered while leaving the inner lid 35C. ((2) → (3) → (4)).
Tilt (lay down) in the substantially horizontal direction toward one wafer loading section 70A ((4) → (5)), and the first wafer 101 on the upper side after the heat treatment located in the wafer holding slit is extracted and processed. After loading into the wafer stocker 62, the unprocessed wafer is pulled out from the unprocessed wafer storage stocker 63 and loaded into the wafer holding slit.
[0046]
Next, the upright storage portion 30C is erected upright and rotated about the 180 ° axis, and then tilted (lays down) substantially horizontally toward the one wafer loading portion 70B ((4) → (6 )), The second wafer 102 after heat treatment positioned in the wafer holding slit is extracted and loaded into the processed wafer stocker 62, and then the unprocessed wafer is pulled out from the unprocessed wafer storage stocker 63, and is turned upside down by 180 ° inversion. The wafer holding slit is loaded.
After the two wafers are loaded into the upright storage portion 30C, the wafers 10 and 10 are stood up and stored in the reaction container 2C ((2) → (1)), and a predetermined process is performed.
[0047]
According to this embodiment, since the upper wafer and the lower wafer can be inserted in the same direction position, the heat treatment surface is directed outward by only one wafer stocker in which the heat treatment surfaces are stacked on the upper side. It can be loaded, and as a result, the loading operation can be facilitated and automated.
[0048]
Next, a wafer storing method according to the fourth embodiment will be described. In FIG. 10, when a single wafer is supported upright by the upright support device 21D, a undulation mechanism (not shown) is provided on the proximal end side of the upright support device 21D, and is provided from the lower opening of the reaction vessel 2D. After the upright storage portion 30D is extracted ((1) → (2)), the support container 31D is lowered by leaving the inner lid 35D ((2) → (3)) and tilted in a substantially horizontal direction (laying down). ((3) → (4)), the one wafer 10 after the heat treatment is extracted and loaded into the treated wafer stocker 62, and then the untreated wafer is pulled out from the untreated wafer storage stocker 63, and the support container After being loaded into 31D, it is raised ((4) → (3)), the wafer 10 is stored in the reaction vessel 2D ((2) → (1)), and a predetermined process is performed.
[0049]
In the present embodiment, an opening is provided in the lower part of the reaction vessel, and the wafer support jig is disposed and the wafer is erected to perform heat treatment, but the upper part of the reaction vessel has an opening, Of course, the wafer support jig may be disposed in the upper opening and the wafer may be suspended and held.
[0050]
As described in detail above, according to the present embodiment, the wafer is stored in the reaction vessel in a posture in which the wafer surface stands upright in the direction of gravity, and the wafer surface can be prevented from bending due to its own weight as much as possible. The heat distribution to the surface is uniform and the flow of reaction gas does not stagnate, the variation in semiconductor characteristics due to heat treatment can be prevented as much as possible, and the wafer holding mechanism due to bending when the wafer is horizontally mounted has a margin and the reaction vessel is large Storage wafers without becoming For the left and right side wall surfaces facing the heat-treated surface, flat space with a low ceiling height in the horizontal direction with respect to the vertical surface However, the outer container has a vacuum strength even if it is thin, and it can be reduced in weight because of its thinness, and the structure of the reaction container can be kept to the minimum necessary. It is possible to cope with higher integration density of 64M, 1G, etc.
[0051]
In addition, since the outer container on the heat treatment surface side of the wafer is flattened, the heating element can be approached accordingly, and the size of the outer container can be suppressed to the minimum necessary, resulting in a smaller device. Power sources such as heat source and heating can be reduced.
Also, the outer container A flat space with a low ceiling height in the horizontal direction relative to the vertical surface for the left and right side wall surfaces facing the heat treatment surface of the wafer. Therefore, the heat distribution on the wafer surface can be made uniform, the gas flow is good along the inner container curved surface, and the reaction gas flow distribution can be made uniform.
In addition, since the reaction gas can be released toward the wafer by the numerous discharge holes in the inner container, the wafer surface can be efficiently processed.
[0052]
In addition, the inner container is composed of a support container for holding a wafer and an inner lid container that covers the support container, and in the wafer storage state, between the heat treatment position in the outer container and the wafer exchange position outside the container. Is configured to be movable up and down, the wafer can be exchanged by moving the inner container to the outside of the outer container in a wafer storage state.
[0053]
In addition, since the inner container is configured by providing a reaction gas discharge passage substantially in the extending direction of the wafer surface to be covered, the reaction gas discharged toward the wafer through the numerous discharge holes in the inner container, After processing on the wafer surface, it can be discharged along the extending direction of the wafer surface, and efficient processing can be performed on the wafer surface.
[0054]
Further, since the heat insulator is composed of a multi-stage laminate in which opaque quartz glass plates and quartz glass foam are alternately laminated, a heat insulator is disposed around the opening of the base of the outer container, and the heat insulator Is formed of a multistage laminate in which opaque quartz glass plates and quartz glass foam are alternately laminated, so that the high temperature heat-treated in the heat treatment space of the outer container is blocked by the multistage laminate, and the treatment space It is possible to maintain the heat drop and soaking inside, and as a result, high-quality wafer heat treatment can be performed.
[0055]
In addition, the upright support device that supports the wafer holding unit is configured to be detachably disposed on a pedestal outside the reaction vessel, so that the upright support device can be replaced as necessary.
Further, by providing the pedestal 55 having a plurality of holding means of the upright support device, multi-processing of four or more wafers is possible.
[0056]
In addition, since the base body integrated with the support jig is also made of a non-transparent quartz glass material so as to function as a part of the extending portion, this may cause high temperature to propagate to the seal portion of the flange. If there is an elevating jig for wafer replacement on the base end side of the support jig together with the opaque part of the support jig, there is no risk of heat propagation in that part, and these are configured with heat-resistant jigs There is no need to do it.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, the present invention can provide a single-wafer type heat treatment apparatus that can maintain high thermal barrier properties while suppressing the increase in size of the apparatus and the generation of particles while maintaining soaking.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a single wafer heat treatment apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of another single wafer heat treatment apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a wafer storing method according to the first embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a wafer storing method according to a second embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a single wafer heat treatment apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a single wafer heat treatment apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram illustrating wafer holding means used in the third and fourth embodiments.
FIG. 8 is a block diagram showing a support for the wafer holding means.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a wafer storing method according to a third embodiment.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a wafer storing method according to a fourth embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional single wafer heat treatment apparatus.
[Explanation of symbols]
Single wafer heat treatment equipment (1A, 1B, 1C, 1D)
2 reaction vessels (2C, 2D)
3 Flat heating elements (3A, 3B, 3C, 3D)
8 Base body (8A, 8B, 8C, 8D)
10 Semiconductor wafer
11 reaction vessel (11A, 11B)
12A, 12B Outer dome (outer container)
14 Opaque flange
16A, 16B Inner dome (inner container)
17 Quartz glass foam
18 Opaque quartz glass body
19 Heat insulation part (19C, 19D)
20 Laminated insulation
21 Upright support device (21A, 21B, 21C, 21D)
22 Support jig (22A, 22B)
30 Upright storage
31 Support container
32 Wafer support (32C, 32D)
33 slit
34 Small hole
35 Inner lid
40 Base base
41 keys
50, 55 Support stand

Claims

熱処理空間を形成する容器内に収納したウェーハ保持部上に、１又は２枚の半導体ウェーハを直立支持し、直立支持した該半導体ウェーハの直立面を熱処理面として熱処理を行うウェーハ熱処理装置であって、
直立支持した前記半導体ウェーハの前記熱処理空間を形成する石英ガラス製の外側容器を具え、該外側容器の基部の開口周囲に断熱体が配設されるとともに、
前記外側容器の内側に前記半導体ウェーハと前記ウェーハ保持部とを包被して前記半導体ウェーハに対向して多数の開口孔を有した内側容器が配置され、前記多数の開口孔より前記外側容器内の反応ガスを前記半導体ウェーハに導入するように構成されるとともに、
前記内側容器を介して前記半導体ウェーハの前記熱処理面と対峙する前記外側容器の前記半導体ウェーハの前記直立面と直交する垂直断面の形状が、垂直方向に長径を有する長円形状であり、かつ、前記外側容器の前記半導体ウェーハの直立面と平行な垂直断面の形状が、円形状であることを特徴とするウェーハ熱処理装置。On U E Doha holder which is accommodated in a container to form a heat treatment space, 1 or two semiconductor wafers upright support, c E over the heat treatment is performed upright surface of the upright support the said semiconductor wafer as a heat treatment surface a Ha heat treatment apparatus,
Upright support and the semiconductor c comprises the heat treatment space quartz glass of the outer container which form E Doha was, Rutotomoni arranged heat insulating body around the opening of the base of the outer container,
Wherein the inside of the outer container semiconductor U E Doha said U E Doha holding portion and an inner container having a plurality of openings in envelope and facing the semiconductor wafers are arranged, the plurality of openings Rutotomoni configured reaction gas in the outer container from the bore so as to introduce into said semiconductor wafer,
Wherein the shape of the vertical cross-section perpendicular to the upright surface of the semiconductor wafer of the outer container which faces said thermal treatment surface of the semiconductor c E Doha through the inner container, be oval shaped having a major axis in the vertical direction And the shape of the vertical cross section parallel to the upright surface of the said semiconductor wafer of the said outer container is circular shape, The wafer heat processing apparatus characterized by the above-mentioned.

前記内側容器は、前記ウェーハ保持部を収納する下側支持容器と該下側支持容器に被蓋する上側蓋容器とで構成されるとともに、半導体ウェーハ収納状態で前記外側容器内の熱処理位置と前記外側容器外の半導体ウェーハ交換位置間を昇降可能に構成されたものであることを特徴とする請求項１記載のウェーハ熱処理装置。The inner container be constituted by a top lid container for the lid to the lower support container and the lower support container for storing the Kwai Ha hold unit, Netsusho of the outer container in a semiconductor wafer housed state wafer thermal processing apparatus according to claim 1, characterized in that between said the physical position location outside the vessel outside of the semiconductor wafer exchange position in which is vertically movable configuration.

前記内側容器は、内部に収容された、前記ウェーハ保持部上に直立支持した前記半導体ウェーハのウェーハ直立方向に沿う下側延在方向に前記反応ガスの排出通路を有することを特徴とする請求項１若しくは２記載のウェーハ熱処理装置。The inner container and wherein a discharge passage of the reaction gas contained therein, the lower extending direction along the wafer upright orientation of the semiconductor wafer upright supported on said U E Doha holder The wafer heat treatment apparatus according to claim 1 or 2.

前記断熱体は、不透明石英ガラス板材と石英ガラス発泡体とを交互に積層した多段積層体よりなることを特徴とする請求項１記載のウェーハ熱処理装置。 2. The wafer heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the heat insulator comprises a multi-stage laminate in which opaque quartz glass plates and quartz glass foam are alternately laminated.

前記ウェーハ保持部を支持する直立支持装置は、前記反応容器外の台座に着脱可能に配置されることを特徴とする請求項１記載のウェーハ熱処理装置。 2. The wafer heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the upright support device for supporting the wafer holding unit is detachably disposed on a base outside the reaction vessel.