JPH07183222A - 熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ボートカバー部材と一体となったボートに半導
体ウェハを塵埃の付着が少なく搬入搬出することができ
るとともに、半導体ウェハに均一成膜することのできる
熱処理装置及び熱処理方法を提供すること。 【構成】平板状のウェハ移載アームで半導体ウェハをボ
ートに収容された半導体ウェハの周囲を覆うボートカバ
ー部材が設けられたボートに移載するものであって、半
導体ウェハ搬入搬出側に第１の開口部を設け、この第１
の開口部と対向する側に第２の開口部を設け、アームで
半導体ウェハを移載する際、ボートカバー部材を干渉し
なくなり、成膜時には第１と第２の開口部にそれぞれボ
ートカバー部材が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱処理装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】減圧ＣＶＤ装置において、ボートに収容
した複数の半導体ウェハに成膜処理を行った際、核半導
体ウェハ周縁の膜厚が半導体ウェハの中心部に比較して
厚く成膜されてしまい、面内膜厚均一性を良好に成膜処
理できないプロセスとして、不純物を含んだ膜を成膜す
る。例えば、高温ＬＰ−ＣＶＤによる酸化膜の成膜や、
ドープドポリシリコン膜の成膜がある。これらの熱処理
時の成膜均一性を改善する一つの手法として、いわゆる
籠型ボートが広く用いられている。この籠型ボートは半
導体ウェハを収容したボートの周囲を、石英製の筒体で
覆うもので、この筒体には成膜ガスの流通孔やスリット
が多数設けられている。上記籠型ボートを用いて成膜処
理をした場合、反応の活発なガス成分は石英製の筒体表
面に成膜されてしまうが、反応の比較的おだやかなガス
成分は、上記孔から筒体内部に入り込み、半導体ウェハ
表面に面内均一成膜することができるというものであ
る。

【０００３】半導体ウェハの成膜面内均一製を良好にす
るためには、半導体ウェハと上記石英製の筒体との間隔
を一定にすること、またこの間隔を近づけることが望ま
れている。そのため、例えば実開平２−１３１５４９号
公報に記載されている如く、ボートに筒体部分の一部分
を一体に取り付けてしまうことも行われている。また、
半導体ウェハの移載については、搬送アームの半導体ウ
ェハを支持する当接面に孔部を設け、この孔部を真空ポ
ンプで減圧排気して、半導体ウェハを搬送アームに真空
吸着して保持して搬送し、移載することが行われてい
る。一方、近年の半導体素子は、微細加工により、集積
度が向上され、ＤＲＡＭにおいては、現在４Ｍが量産さ
れており、同時に１６Ｍ、６４Ｍとさらに高集積化する
量産技術の開発が進められており、そのためには、半導
体ウェハに塵埃の付着をいかに少なくするかが重要な問
題となってきている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】半導体ウェハの搬送に
おいて、真空吸着は半導体ウェハを搬送アームに正確に
確実に保持する機能を有している。しかし、真空吸着力
の強度に起因して半導体ウェハにキズが付いて、塵埃発
生の原因となったり、真空吸着した際周囲に浮遊してい
る塵埃を引き寄せてしまい、半導体ウェハの真空吸着面
である、裏面側に多大な塵埃が付着してしまう。この塵
埃がその後の工程において、再浮遊して半導体ウェハの
表面側に再付着したり、他の半導体ウェハの表面に再付
着して最終的に完成された半導体素子の歩留りを低下さ
せるという改善点があった。

【０００５】即ち、上記文献に記載されたボートに石英
製の筒体部分を一体に取り付けた籠型ボートにおいて
は、真空吸着を用いた搬送アームで半導体ウェハを籠型
ボートに収容する場合、成膜均一性は良好に処理できる
ものの、塵埃付着の少ない半導体素子の歩留りを向上さ
せることができないという改善点を有していた。本発明
は以上の点に鑑みなされたもので、半導体ウェハを塵埃
付着が少なく、ボートに搬入搬出して、半導体素子の歩
留りを向上するとともに、半導体ウェハに均一成膜する
ことができる熱処理装置及び熱処理方法を提供すること
を目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、所定の間
隔でボートに収容した複数の半導体ウェハ列を覆うボー
トカバーが設けられた熱処理装置において、前記ボート
に設けられ、前記ウェハ列の周囲を所定の間隔で覆う第
１のボートカバー体と、前記ウェハ直径より広い幅で、
前記ボートのウェハ収容領域全域に渡って、前記第１の
ボートカバー体に設けられた第１開口部と、この第１開
口部と対向する側に設けられ、前記第１開口部より狭い
幅で、前記ボートのウェハ収容領域全域に渡って前記第
１のボートカバー体に設けられた第２開口部と、前記ウ
ェハを載置して搬送するアームの先端部に、前記ウェハ
がアームの先端部方向へ移動することを制限する凸部が
設けられたウェハ搬送装置と、前記第１開口部と前記第
２開口部をそれぞれ覆う第２のボートカバー体と第３の
ボートカバー体とから構成されたことを特徴とする熱処
理装置である。

【０００７】また、前記第２及び第３のボートカバー体
は、前記ボートに装着されることを特徴とするものであ
る。さらに、前記第２及び第３のボートカバー体は、前
記熱処理装置に装着されることを特徴とするものであ
る。

【０００８】また第２の発明は、複数のウェハを所定の
間隔でボートカバーに周囲を覆われたボートに収容して
熱処理する熱処理方法において、前記ウェハを搬送機構
のアーム上に載置して前記ボートに設けられたウェハの
幅より広い幅の第１開口部から挿入して、この第１開口
部と対向する位置に設けられたウェハの幅より狭い幅の
第２開口部に、前記アームの先端部を突出させて前記ウ
ェハを前記ボートに搬入する工程と、前記第１開口部と
前記第２開口部をそれぞれボートカバーで覆う工程と、
前記ボートに収容された前記ウェハに所定の熱処理をす
る工程とからなる熱処理方法である。

【０００９】

【作用】本発明の熱処理装置及び熱処理方法によれば、
搬送機構のアーム上に半導体ウェハを載置して搬送し
て、ボートに半導体ウェハを搬入搬出するので、真空チ
ャックを使ったときより塵埃の付着が大幅に少なく、熱
処理後の半導体ウェハの不良素子の発生が少なく、また
半導体ウェハ列を覆うボートカバーにより、成膜工程に
おいて反応の活発なガス成分は、上記ボートカバー表面
に成膜され、反応の比較的おだやかなガス成分がボート
カバー内の半導体ウェハ表面に成膜されるので、半導体
ウェハ面内均一性の良好な成膜処理を行うことができ
る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明装置を縦型熱処理装置に適用し
た実施例を、図面に基づいて具体的に説明する。図１に
示すように、円筒状で上端部が閉じており、下端部に開
口部が設けられて反応容器を形成する耐熱性材料、例え
ば石英からなる反応管１が設けられ、この反応管１の内
部には上端部と下端部がそれぞれ開口された耐熱性材
料、例えば石英からなる内管２が同軸的に設けられてい
る。上記反応管１の下部には弾性シール部材、例えばＯ
リング３を介して耐食性金属、例えばステンレススチー
ルからなるマニホールド４が設けられており、このマニ
ホールド４の側面部には処理ガス導入管５、６が接続さ
れており、さらに上記側面部には排気管７が接続され、
図示しない排気ポンプにより、前記反応管１内を所定の
真空度に排気することが可能なように構成されている。

【００１１】また、上記反応管１の周囲を覆って加熱手
段、例えば少なくとも３ゾーン構成からなる円筒状の抵
抗加熱ヒータ８が設けられ、上記反応管１内を所望の熱
処理温度、例えば５００〜１０００℃の範囲に適宜設定
可能に構成されている。上記反応管１内で所定の熱処理
がほどこされる複数の被処理体、例えば半導体ウェハ１
０は、所定の間隔でボート１１に積層して収容され、こ
のボート１１は保温筒１２上に載置され、この保温筒１
２は、上記反応管１の開口部を蓋する蓋体１３上に設け
られた回転機構１４に載置され、上記ボート１１に収容
された半導体ウェハ１０を予め定められた速度で回転し
ながら、所定の熱処理をすることが可能に構成されてい
る。

【００１２】そして、上記蓋体１３とともに上記ボート
１１に収容された半導体ウェハ１０列を昇降して、上記
反応管１内に搬入搬出する昇降機構１５が設けられてい
る。図２に示すように、上記昇降機構１５に隣接して半
導体ウェハ１０を載置して搬送するアーム１６を備えた
ウェハ移載装置１７が設けられており、このウェハ移載
装置１７は、図２の矢印に示す如く、上下方向、前進後
退方向へ移動及び旋回回転して、図示しない半導体ウェ
ハ収容容器から半導体ウェハを上記アーム１６に重力載
置して、上記ボート１１の所定の半導体ウェハ収容部に
移載することができるように構成されている。

【００１３】上記ボート１１は、すべて耐熱耐食性材料
の石英からできており、図３に示すように４本の角型支
柱２０、２１、２２、２３にそれぞれ設けられたウェハ
支柱突起２４によって、半導体ウェハ１０を略水平状態
で複数、例えば１２０枚収容するように構成されてお
り、上記支柱２０、２１の外周にはボートカバー部材２
５が、半導体ウェハ１０と所定の間隔、例えば１０ｍｍ
離間して、支柱２０、２１と溶着して設けられており、
上記ボートカバー部材２５には縦方向に幅８ｍｍのスリ
ット２６が複数設けられ、このスリット２６から反応ガ
スか出入りすることができるように構成されている。ま
た、上記支柱２２、２３も図３に示す如く、同様にボー
トカバー部材２７が溶着して一体に構成されている。

【００１４】上記ボート１１には、半導体ウェハの幅よ
り広く上記ボート１１の半導体ウェハ収容領域全域に渡
って開口部２８が設けられ、この開口部２８を通して半
導体ウェハ１０を、上記ボート１１に搬入搬出するよう
に構成されており、上記開口部２８の前面側には、上記
ウェハ移載装置１７が配置されている。また、上記開口
部２８と対向する側のボート１１には開口部２９が設け
られ、上記ウェハ移載装置１７のアーム１６に半導体ウ
ェハを載置して、上記ボート１１に搬入した際、上記ボ
ートカバー部材２５、２７と上記アーム１６の先端部が
干渉することがないように構成されている。

【００１５】図４は、上記ボート１１に半導体ウェハ１
０を載置した上記アーム１６を挿入した状態を示すもの
で、上記開口部２８側から上記アーム１６が進入し、反
対側の上記開口部２９側に上記アーム１６の先端部が突
き出ている。図５は、上記アーム１６の断面図を示すも
ので、上記アーム１６は、例えば長方形の板状体であ
り、半導体ウェハ１０を収容する凹部３０が設けられて
おり、上記アーム１６の先端部にはアーム１６の前進方
向にこの実施例では、半導体ウェハ１０がアーム１６上
で位置ズレを起こさないように、被支持ウェハ周縁に沿
ってガイド作用を有する凸部３１が設けられている。従
って上記ウェハ移載装置１７は半導体ウェハ１０を、真
空吸着しなくても、上記アーム１６の上記凹部３０に収
容して、正確に上記ボート１１に移載することができ
る。

【００１６】図６に示すように、半導体ウェハ１０を収
容した上記ボート１１の上記開口部２８には、上端部に
半月状部材３３が設けられた円筒を縦に分割した形状の
ボートカバー部材３４が、上記半月状部材３３を、上記
ボート１１の上端部に載置して、上記ボートカバー部材
３４で、上記開口部２８を覆うように構成されており、
上記ボートカバー部材３４は半導体ウェハ１０と所定の
間隔、例えば１０ｍｍの間隔で装着されるように構成さ
れている。また、上記開口部２９には、上記と同様に、
上端部に半月状部材３５かせ設けられた平板状のボート
カバー部材３６が、上記半月状部材３５を上記ボート１
１の上端部に載置して、上記ボートカバー部材で上記開
口部２９を覆うように構成されており、上記ボートカバ
ー部材３６は、上記ボート１１に収容された半導体ウェ
ハ１０のオリフラ部３７と対向して、所定の間隔例えば
１０ｍｍの間隔で装着されるように構成されている。

【００１７】上記ボートカバー部材３４には、処理ガス
を流通させるためのスリット３８が縦方向に設けられて
おり、上記ボートカバー部材３６にも必要に応じ適宜ス
リットを設ければ良い。図７は、上記ボート１１が上記
反応管１内に収容された状態を示すもので、半導体１０
は上記ボート１１に設けられた上記ボートカバー部材２
５、２７とボートカバー部材３４、３６に周囲を覆われ
て、上記反応管１内の内管２内に収容されている。この
とき、半導体ウェハ１０は、オリフラ部３７を含めて、
等しい間隔で周囲をボートカバー部材２５、２７、３
４、３６で覆われているので、均一な成膜処理を行うこ
とができる。

【００１８】又、必要に応じて上記回転機構１４で、上
記ボート１１を回転させながら成膜処理することができ
るように構成されている。以上の如く、熱処理装置は構
成されている。次に、半導体ウェハの搬送と成膜処理の
作用について説明する。ウェハ移載装置１７により、図
示しないウェハ収容容器、例えばウェハカセットから半
導体ウェハ１０をアーム１６上に載置して搬出する。次
に、ウェハ搬送装置１７を上下方向、回転方向へ駆動を
行い、図２に示すボート１１の所定の搬入位置前面に位
置させ、アーム１６を前進させボート１１の半導体ウェ
ハ収容位置より、例えば２ｍｍ上方に搬入して停止させ
る。次に、ウェハ搬送装置１７を駆動してアーム１６
を、例えば約４ｍｍ下げると、半導体ウェハ１０は上記
ボート１１の４つのウェハ支持突起２４に載置され、ア
ーム１１から半導体ウェハ１０がボート１１に移載され
る。そして、アーム１６を後退させることにより、半導
体ウェハ１０の１枚の移載が終了する。

【００１９】以後、この動作を繰り返し行い、ボート１
１に、例えば１２０枚の半導体ウェハを収容する。次
に、ボートカバー部材３４、３６の半月部材３３、３５
を、ボート１１の上端部に載置することにより、ボート
１１の開口部２８、２９にボートカバー部材３４、３６
を装着する。そして、昇降機構１５を上昇させることに
より、ボート１１を反応管１内の所定の熱処理領域に収
容する。

【００２０】以下熱処理、例えば８２０℃でＣＶＤによ
りシリコン酸化膜を成膜処理する場合について、以下説
明する。３ゾーンヒータ８の各ゾーンに印加する電力を
適宜制御することにより、反応管１内の少なくとも半導
体ウェハ１０を配列する領域の温度を８２０℃±１℃以
内に常時設定しておく。

【００２１】ガス導入管５、６から亜酸化窒素（Ｎ
₂ Ｏ）１０００ＳｃｃＭ、モノモラン（ＳｉＨ₄ ）１２
５ＳｃｃＭを反応管１内に挿入し、図示しない排気ポン
プにより排気管内を０．８Ｔｏｒｒの圧力に設定して、
所定時間成膜処理する。この時、半導体ウェハ１０の周
囲はボートカバー部材２５、２７、３４、３６で略等し
い間隔で覆われている。そして、回転機構１４を回転す
ることにより、半導体ウェハ１０が収容されたボートと
ボートカバー部材２５、２７、３４、３６を一体にして
内管２内で回転することにより、処理ガス導入管５、６
から放出された処理ガスを、ボートカバー部材２５、２
７、３４、３６内へ均一に取り込むことができ、成膜処
理の不均一性を大幅に改善することができる。

【００２２】そしてオリフラ部３７列に対向して、ボー
トカバー部材３６が平板状に配置されていることによ
り、上記条件でシリコン酸化膜をバッチ処理で、ＣＶＤ
成膜処理した場合の半導体ウェハの膜厚面内均一性は±
３％以内と良好であった。比較データとして、ボートカ
バー部材３６が平板状でなく、円筒を縦に分割した形状
のもので、オリフラ部３７とボートカバー部材３６との
間隔が１０ｍｍ〜１５ｍｍまで変化するものの場合、上
記と同様の条件で成膜した場合の半導体ウェハの膜厚面
内均一性は±４〜±５％と劣化していた。

【００２３】半導体ウェハ移載に伴う塵埃の付着は、ア
ーム１１上に半導体ウェハを載置する、いわゆるソフト
ランディング方式を用いたので、ボート１１に半導体ウ
ェハを１２０枚移載して、もとのウェハカセットに収容
した時のウェハ１枚当りの塵埃の付着数は、０．２μφ
以上のパーティクルは５個以下と少ない値であった。比
較データとして、半導体ウェハの搬送を真空吸着方式の
ウェハ移載装置で行った場合は、上記と同様の条件で
０．２μφ以上のパーティクルが、３０〜５０個と格段
に増加した。

【００２４】尚、半導体ウェハを移載するフォークは、
１枚のものに限らず、５枚のフォークを持ったもので、
一括して５枚の半導体ウェハを移載するようにしてもか
まわない。又、５枚のフォーク機構にピッチ変換機構を
設けて、ウェハカセットの収容ピッチとボートの収容ピ
ッチの異なるピッチ間で、半導体ウェハを移載するもの
であっても良い。

【００２５】図８は、他の実施例を示すもので、上記ボ
ート１１の上記開口部２８に対応して設けられるボート
カバー部材４０は、このボートカバー部材４０の上端部
に半月状部材４１が設けられ、この半月状部材４１を上
記内管２の上端部の所定位置に載置することにより、上
記内管２の内側に沿って、上記ボートカバー部材４０が
配置されるように構成されている。又、上記ボート１１
の上記開口部２９に対応して設けられるボートカバー部
材４２は、このボートカバー部材４２の上端部に半月状
部材４３が設けられ、この半月状部材４３を上記内管２
の上端部の所定位置に載置することにより、上記内管２
の内側に沿って上記ボートカバー部材４０が配置される
ように構成されている。

【００２６】そして、上記ボート１１に収容された半導
体ウェハ１０を上記昇降機構１５で上記内管２内に搬入
することにより、上記ボート１１の上記開口部２８、２
９に対応して、上記ボートカバー部材４０、４２が配置
されるように構成されている。この実施例の場合、ボー
ト１１は回転させることができないが、成膜均一性はボ
ート１１を回転した場合とほぼ同様の±３％以内と良好
であった。又、ボートカバー部材４０及び４２を内管２
に溶着しておくことにより、メンテナンス時の組付け、
取り外し、洗浄等の作業性を改善することができる。

【００２７】尚、前記実施例と同一部分には同一符号を
付けて、説明は省略した。図９は、さらに他の実施例を
示すもので、横向きにされた上記ボート１１は、載置台
５０上に載置され、この載置台５０の中央部には開口部
５１が設けられている。この開口部５１の下方には半導
体ウェハは、半導体ウェハを所定の間隔で垂直に保持す
る保持溝が設けられた保持部５２と、この保持部５２を
昇降する昇降駆動部５３とから構成されたウェハ突上げ
装置５４が配置されている。上記ボート１１の上方に
は、２つのウェハ把持部５５、５６と、このウェハ把持
部５５、５６を開閉する開閉駆動部５７とから構成され
たウェハ把持装置が配置されている。

【００２８】次に、半導体ウェハ１０をボートに移載す
る場合について説明すると、ボート１１の第２開口部２
９からウェハ突上装置の保持部５２が上昇して、半導体
ウェハ１０を保持部５２の保持溝に垂直に保持して、ボ
ート１１から半導体ウェハ１０を受け取る。そしてさら
に、保持部５２を上昇させることにより、ウェハ把持装
置５８の所定のウェハ把持位置で、保持部５２の上昇を
停止させる。次に、ウェハ把持装置５８の２つのウェハ
把持部を半導体ウェハ１０を保持するように閉じて、半
導体ウェハ１０をウェハ把持装置が受け取る。そして、
ウェハ突上装置５４の保持部５２を下降させることによ
り、半導体ウェハ１０の移載動作が終了する。

【００２９】移載する半導体ウェハの数が多い場合は、
さらに上記工程を繰り返せば良い。尚、前記実施例と同
一部分には同一符号を付けて、説明は省略した。本発明
は、上記実施例に限られるものではなく、リン添加ポリ
シリコン膜、ボロン添加シリケートガラス膜等、半導体
ウェハの面内均一性を向上させることが難しいＣＶＤに
より成膜処理に用いることができる。また、成膜処理は
ＣＶＤに限らず、酸化や拡散処理であっても良いし、ま
たエッチング処理等、ガス流を扱う処理であれば、どの
ような処理に適用してもかまわない。

【００３０】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、半導体ウェハに塵埃の付着が少なく、ボートに半導
体ウェハを移載することができ、又、半導体ウェハの面
内均一性良好な成膜を行うことができ、もって半導体素
子の歩留りを向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る熱処理装置を説明する縦
断面図である。

【図２】図１のウェハ移載装置を説明する斜視図であ
る。

【図３】図２を別の角度から見た部分拡大斜視図であ
る。

【図４】図３の半導体ウェハをボートに搬入した状態図
である。

【図５】図４の断面図である。

【図６】図１のボートカバー部材説明図である。

【図７】図１の半導体ウェハとボートカバー部材の関係
説明図である。

【図８】他の実施例のボートカバー部材説明図である。

【図９】他の実施例のボートを横置した場合の半導体ウ
ェハ移載説明図である。

【符号の説明】

１ 反応管 10 半導体ウエハ 11 ボート 16 アーム 17 ウェハ移載装置 25、27、34、36、40、42 ボートカバー部材 26 スリット

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の間隔でボートに収容した複数の半
   導体ウェハ列を覆うボートカバーが設けられた熱処理装
   置において、前記ボートに設けられ、前記ウェハ列の周
   囲を所定の間隔で覆う第１のボートカバー体と、前記ウ
   ェハ直径より広い幅で、前記ボートのウェハ収容領域全
   域に渡って、前記第１のボートカバー体に設けられた第
   １開口部と、この第１開口部と対向する側に設けられ、
   前記第１開口部より狭い幅で、前記ボートのウェハ収容
   領域全域に渡って前記第１のボートカバー体に設けられ
   た第２開口部と、前記ウェハを載置して搬送するアーム
   の先端部に、前記ウェハがアームの先端部方向へ移動す
   ることを制限する凸部が設けられたウェハ搬送装置と、
   前記第１開口部と前記第２開口部をそれぞれ覆う第２の
   ボートカバー体と第３のボートカバー体とから構成され
   たことを特徴とする熱処理装置。
2. 【請求項２】 前記第２及び第３のボートカバー体は、
   前記ボートに装着されることを特徴とする請求項１記載
   の熱処理装置。
3. 【請求項３】 前記第２及び第３のボートカバー体は、
   前記熱処理装置に装着されることを特徴とする請求項１
   記載の熱処理装置。
4. 【請求項４】 複数のウェハを所定の間隔でボートカバ
   ーに周囲を覆われたボートに収容して熱処理する熱処理
   方法において、前記ウェハを搬送機構のアーム上に載置
   して前記ボートに設けられたウェハの幅より広い幅の第
   １開口部から挿入して、この第１開口部と対向する位置
   に設けられたウェハの幅より狭い幅の第２開口部に、前
   記アームの先端部を突出させて前記ウェハを前記ボート
   に搬入する工程と、前記第１開口部と前記第２開口部を
   それぞれボートカバーで覆う工程と、前記ボートに収容
   された前記ウェハに所定の熱処理をする工程とからなる
   熱処理方法。