JPH1154448A - ボート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】半導体製造装置に於いて、反応管内の温度を短
時間で均一化する。 【解決手段】反応管１６と該反応管を囲繞し複数の発熱
部を有するヒータ１７とを有する反応炉に挿脱されるウ
ェーハ保持用のボート１４に於いて、最上部に炉内温度
変化を抑える為の断熱板３５を設ける様構成したことに
より、炉内に前記ボートを装入する際のオーバーシュー
トの発生時間を短くし、発生量を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造装置の反
応炉内で成膜処理、拡散処理、アニール処理等の各種処
理をする際、ウェーハ等の被処理基板を保持するボート
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体を製造する工程として、ウェーハ
等被処理基板への成膜処理、拡散処理、アニール処理等
の各種処理をする工程があり、斯かる工程を行う装置の
一つとして反応炉がある。被処理基板の加熱処理中、反
応炉内の温度は均一に保持する必要があり、又被処理基
板はボートにより所要数保持され、ボートを反応炉内に
装入、引出しさせることにより、加熱処理が繰返され
る。

【０００３】図３に於いて、半導体製造装置、特に縦型
反応炉を有する半導体製造装置の概略を説明する。

【０００４】図中１は筐体であり、２は該筐体１の内部
前側に位置するカセットローダ、３は該カセットローダ
２の後側に設けられたカセットストッカ、４は該カセッ
トストッカ３の上方に設けられたバッファカセットスト
ッカ、５は前記カセットストッカ３の後側に設けられた
ウェーハ移載機、６は該ウェーハ移載機５の後側に設け
られたボートエレベータ、７は該ボートエレベータ６の
上方に設けられた反応炉である。

【０００５】ウェーハの搬送はウェーハカセット８に装
填された状態で行われ、該ウェーハカセット８は前記カ
セットローダ２のカセット授受機９に載置され、該カセ
ット授受機９が昇降し、前記カセットストッカ３、バッ
ファカセットストッカ４の所要の位置に前記ウェーハカ
セット８を載置する。

【０００６】前記ウェーハ移載機５は昇降可能、回転可
能、水平方向に移動可能なチャッキングヘッド１０を有
し、該チャッキングヘッド１０には水平方向に延出する
ウェーハチャックプレート１１が設けられている。前記
ボートエレベータ６は前記反応炉７の炉口を閉塞する炉
口蓋１２を昇降可能に支持し、該炉口蓋１２にボートキ
ャップ１３を介して、ボート１４を受載し、該ボート１
４を昇降させ前記反応炉７に装入、引出しする。

【０００７】前記ウェーハ移載機５は前記ボート１４の
下降状態で前記ウェーハチャックプレート１１によりウ
ェーハを保持し、前記チャッキングヘッド１０の昇降、
回転、水平移動の協働により前記カセットストッカ３の
前記ウェーハカセット８から前記ボート１４へウェーハ
１５を移載する。

【０００８】前記ボート１４は前記ウェーハ１５を水平
姿勢で多段に保持し、前記ボートエレベータ６は前記ボ
ートキャップ１３を介して前記ボート１４を前記反応炉
７に装入し、該反応炉７内で前記ウェーハ１５を加熱
し、所要の処理を行う。ウェーハ１５の処理が完了する
と、前記ボートエレベータ６により前記ボート１４を降
下させて前記反応炉７より引出し、前記ウェーハ移載機
５により前記ボート１４から前記カセットストッカ３の
前記ウェーハカセット８への前記ウェーハ１５の移載を
行う。

【０００９】更に次に処理される前記ウェーハ１５が前
記ウェーハ移載機５により、前記ボート１４に移載さ
れ、前記ウェーハ１５の処理が繰返し行われる。

【００１０】前記ボート１４は前記ボートキャップ１３
に立設された通常４本の細い支柱、及び該支柱の上端に
固着された薄い天板を有し、前記４本の支柱には、ウェ
ーハ保持用の溝が多数刻設されており、該溝にウェーハ
が嵌入され多段に保持される。前記ボート１４全体の構
成、特にウェーハ支持部分は、細い支柱及び薄い天板で
あり、熱容量としては小さい。

【００１１】次に図４に於いて、縦型反応炉の構成及び
該縦型反応炉に従来のボートを装入する場合について説
明する。

【００１２】図中１６は有天筒状の反応管であり、該反
応管１６の周囲は有天筒状のヒータ１７により囲繞され
ており、該ヒータ１７は耐火材の内側に複数の発熱部、
本従来例では第１発熱部１８、第２発熱部１９、第３発
熱部２０、第４発熱部２１の４組の発熱部が分割して配
設されることにより構成されている。

【００１３】前記第１発熱部１８、第２発熱部１９、第
３発熱部２０、第４発熱部２１内の所要位置には各々第
１熱電対２２、第２熱電対２３、第３熱電対２４、第４
熱電対２５を検出端が内部に突出する様設けている。該
第１熱電対２２、第２熱電対２３、第３熱電対２４、第
４熱電対２５は各々単独で前記反応管１６と前記ヒータ
１７との間に形成される空間２６の前記第１熱電対２
２、第２熱電対２３、第３熱電対２４、第４熱電対２５
の設置箇所近傍の温度を検出し、検出結果は各々温度調
節器２７へ入力される。特に低温域（５００℃以下）で
は該温度調節器２７は事前に設定された設定温度と前記
第１熱電対２２、第２熱電対２３、第３熱電対２４、第
４熱電対２５それぞれからの検出温度との温度差を補う
様、第１サイリスタ２８、第２サイリスタ２９、第３サ
イリスタ３０、第４サイリスタ３１を各々制御し、該第
１サイリスタ２８、第２サイリスタ２９、第３サイリス
タ３０、第４サイリスタ３１それぞれを介して前記第１
発熱部１８、第２発熱部１９、第３発熱部２０、第４発
熱部２１へ各々電力が供給され、該第１発熱部１８、第
２発熱部１９、第３発熱部２０、第４発熱部２１は前記
温度差を補う分の熱をそれぞれ発生させる。

【００１４】所定の温度、例えば図６で示す様に４００
℃に維持された炉内に、前記ウェーハ１５を保持した前
記ボート１４が前記ボートエレベータ６により装入され
る。前記ボート１４の前記ウェーハ１５が前記第４熱電
対２５、第３熱電対２４、第２熱電対２３の各近傍を順
次通過する際、前記第４熱電対２５、第３熱電対２４、
第２熱電対２３の各近傍の熱を吸収し、前記第４熱電対
２５、第３熱電対２４、第２熱電対２３の各近傍の検出
温度が設定温度より低下すると、前記各熱電対の検出温
度と設定温度との温度差を補う様前記温度調節器２７に
より前記第４サイリスタ３１、第３サイリスタ３０、第
２サイリスタ２９がそれぞれ制御され、前記第４発熱部
２１、第３発熱部２０、第２発熱部１９に各々電力が供
給され、該第４発熱部２１、第３発熱部２０、第２発熱
部１９は順次発熱を開始し、前記反応管１６内の前記ウ
ェーハ１５が加熱処理される。

【００１５】次に図５、図６に於いて、前記ボート１４
を前記反応管１６に装入した場合の炉内各位置の温度変
化について説明する。

【００１６】前記ボート１４の下降状態、図５では該ボ
ート１４の最上部がＡの位置にある状態で、該ボート１
４に前記ウェーハ１５が装填され、前記反応炉７内は設
定温度、図６では４００℃に均熱加熱される。

【００１７】前記ボートエレベータ６により前記ボート
１４が前記反応管１６内に装入され、前記ボート１４の
天板が前記第４熱電対２５が温度を検出する炉口部、図
５ではＢの位置に接近すると、前記ウェーハ１５は常温
又は常温に近い状態であるので炉口部近傍の熱を吸収
し、前記第４熱電対２５の検出温度は設定温度より降下
し始める。

【００１８】前記ボート１４の天板が前記第３熱電対２
４近傍、図５ではＣの位置に接近すると、前記ウェーハ
１５は前記第３熱電対２４、第４熱電対２５の各近傍の
熱を吸収し、前記第３熱電対２４の検出温度は設定温度
より降下し始め、前記第４熱電対２５近傍の検出温度は
更に降下し続ける。

【００１９】前記ボート１４の天板が炉内上部の前記第
２熱電対２３近傍、図５ではＤの位置に接近すると、前
記ウェーハ１５は前記第２熱電対２３、第３熱電対２
４、第４熱電対２５の各近傍の熱を吸収し、前記第２熱
電対２３の検出温度は設定温度より降下し始め、前記第
３熱電対２４、第４熱電対２５の各近傍の検出温度は更
に降下し続ける。前記第４発熱部２１、第３発熱部２
０、第２発熱部１９からの発熱の影響により、前記反応
管１６内上部は天板がＤに到達する前から温度の上昇
（オーバーシュート）が始まる。

【００２０】前記ボート１４が前記反応管１６内に完全
に装入された時、図５では前記ボート１４の天板がＥの
位置に到達した時、前記第２熱電対２３、第３熱電対２
４、第４熱電対２５の各近傍の検出温度はそれぞれ最低
温度を示し、その後温度上昇に転じ、前記第２熱電対２
３、第３熱電対２４の検出温度はそれぞれ設定温度より
僅かに高い温度迄上昇した後、再び降下し、前記第４熱
電対２５の検出温度が設定温度迄上昇するのと略同時に
設定温度迄降下する。一方、前記第１熱電対２２の検出
温度は前記ボート１４の前記反応管１６内への装入が完
了した後も、前記第２発熱部１９、第３発熱部２０、第
４発熱部２１の発熱の影響により、更に上昇し続け、前
記第２熱電対２３、第３熱電対２４、第４熱電対２５の
検出温度が上昇し始めて間もなく前記第１熱電対２２の
検出温度は最高温度を示し、その後、温度降下に転ず
る。該第１熱電対２２の温度降下速度は温度上昇速度よ
り小さく、前記第２熱電対２３、第３熱電対２４、第４
熱電対２５の各近傍の温度が略同時に設定温度に達し、
更に所要時間経過後、前記第１熱電対２２近傍の温度は
設定温度迄降下し、前記反応管１６内は均一に設定温度
となる。

【００２１】前記ボート１４の前記反応管１６への装入
中、前記第４熱電対２５近傍を通過する前記ボート１４
は常に常温又は常温に近い状態である為、前記第４熱電
対２５の検出温度の降下幅が一番大きく、前記ボート１
４が前記反応管１６内に装入されるに従って前記ウェー
ハ１５が加熱されて該ウェーハ１５の温度が高くなり、
該ウェーハ１５が吸収する熱量も次第に減少する為、前
記第３熱電対２４、第２熱電対２３の順で検出温度の降
下幅は徐々に小さくなる。又、第３熱電対２４、第４熱
電対２５の温度変化曲線は、温度降下、温度上昇共に同
様の温度変化を示しており、Ｅを中心として略対称形と
なっている。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のボート
に於いては、オーバーシュートした前記第１熱電対２２
の検出温度を設定温度迄降下させるには、前記反応炉１
６外部への自然放熱に頼らざるを得ず、長時間を要して
いた。

【００２３】又、前記ボート１４が前記反応管１６内に
装入される過程で前記第１熱電対２２、第２熱電対２
３、第３熱電対２４、第４熱電対２５の各近傍の温度が
それぞれ異なり、前記反応管１６内での温度較差が大き
く、各ウェーハ間で熱履歴差を生じウェーハの成膜特性
に悪影響を及ぼすという問題があった。

【００２４】本発明は斯かる実情に鑑み、前記反応管１
６内でのオーバーシュートの発生時間を短縮化し、該反
応管１６内の温度を一早く均一化することにより、スル
ープットの向上を図ると共に、オーバーシュートの発生
量を抑制し、該反応管１６内での温度較差を最小限に抑
えることにより製品の品質の均一化を図ろうとするもの
である。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明は、反応管と該反
応管を囲繞し複数の発熱部を有するヒータとを有する反
応炉に挿脱されるウェーハ保持用のボートに於いて、最
上部に炉内温度変化を抑える為の断熱板を設けたボート
に係り、前記反応炉内に前記ボートを装入する際のオー
バーシュートの発生時間を短くし、且発生量を抑制す
る。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態を説明する。尚、図１及び図２中、図３〜図
６中で示したものと同等のものには同符号を付し、説明
は省略する。

【００２７】図中１４はボートであり、該ボート１４に
はウェーハ１５が水平姿勢で多段に保持され、前記ボー
ト１４の最上部には天板に厚めのシリコンウェーハを固
着し、或は天板自体の材質をＳｉＣの板厚の厚いものと
し、熱容量を大きくした断熱板３５が設けられている。
ボートエレベータ６によりボートキャップ１３を介して
前記反応管１６内に装入される。

【００２８】前記ボート１４の下降状態、図１では前記
断熱板３５がＡの位置にある状態で、反応炉７内は設定
温度、図２では４００℃に均熱加熱される。

【００２９】前記断熱板３５が前記第４熱電対２５近
傍、図１ではＢの位置に接近すると、前記断熱板３５は
前記第４熱電対２５近傍の熱を吸収し、該第４熱電対２
５の検出温度は設定温度より降下し始める。この時、前
記断熱板３５の熱容量が大きい為従来より温度降下が急
速に進むので、発熱部２１の発熱量が従来より増加す
る。又前記断熱板３５がＢの位置を通過した直後から前
記第３熱電対２４の検出温度は設定温度より降下し始め
る。前記発熱部２１の場合と同様に発熱部２０での発熱
量は従来より増加する。

【００３０】前記断熱板３５が前記第３熱電対２４近
傍、図１ではＣの位置を通過する時、前記断熱板３５及
びウェーハ１５は前記第３熱電対２４、第４熱電対２５
の各近傍の熱を吸収し、前記第３熱電対２４、第４熱電
対２５の各近傍の検出温度は更に降下し続ける。

【００３１】前記断熱板３５が前記第２熱電対２３近
傍、図１ではＤの位置を通過する時、前記断熱板３５及
びウェーハ１５は前記第２熱電対２３、第３熱電対２
４、第４熱電対２５の各近傍の熱を吸収し、前記第２熱
電対２３の検出温度は設定温度より降下し始め、前記第
３熱電対２４、第４熱電対２５の各近傍の検出温度は更
に降下し続けるが、前記発熱部２１，２０の場合と同様
に、発熱部１９での発熱量は従来より増加する。前記断
熱板３５がＤの位置を通過後、前記第３熱電対２４、第
４熱電対２５の検出温度はそれぞれ略同時に最低温度を
示し、その後温度上昇に転ずる。又、前記第４発熱部２
１、第３発熱部２０からの発熱の影響により、前記反応
管１６内の上部は高温となり、前記第２熱電対２３の検
出温度が設定温度より降下し始めるのと略同時に前記第
１熱電対２２の検出温度が設定温度より上昇するオーバ
ーシュートが緩やかに発生し始める。断熱板３５の熱容
量が大きく、該断熱板３５による冷却作用の為オーバー
シュートは従来より小さくなる。

【００３２】前記ボート１４が前記反応管１６内に完全
に装入された時、図１では前記断熱板３５がＥの位置に
到達した時、前記第３熱電対２４、第４熱電対２５の各
近傍の検出温度は更に上昇し続け、前記第２熱電対２３
の検出温度は最低温度を示し、その後温度上昇に転ず
る。前記第４熱電対２５、第３熱電対２４、第２熱電対
２３の温度上昇速度は、従来より発熱部２１，２０，１
９の発熱量が増加している為従来に比べ大きく、従って
最低温度から設定温度に到達する時間は従来に比べ短
い。又、前記第１熱電対２２の検出温度は前記第４発熱
部２１、第３発熱部２０、第２発熱部１９からの発熱の
影響により最高温度を示し、その後温度降下に転ずる。
前記第１熱電対２２の最高検出温度は前記断熱板３５に
よる冷却作用の為、従来より低くなる。

【００３３】前記ボート１４が前記反応管１６内に完全
に装入され、所要時間経過後、先ず、前記第２熱電対２
３の検出温度が設定温度迄上昇し、次いで前記第１熱電
対２２、第３熱電対２４の検出温度が略同時に設定温度
となり、最後に前記第４熱電対２５の検出温度が設定温
度迄上昇し、前記反応管１６内は均一に設定温度とな
る。本発明では熱電対２５，２４，２３が熱容量の大き
い断熱板３５の通過時に一時的に冷却される為、発熱部
２１，２０，１９の発熱量が増加することになり、第４
熱電対２５、第３熱電対２４、第２熱電対２３共温度の
降下量を従来と比較して小さく抑えられる。又、断熱板
３５の冷却作用により熱電対２２の温度上昇が抑えられ
る為、オーバーシュートも減少する。

【００３４】又、上記実施の形態は縦型炉に関するもの
であるが、本発明は横型炉についても同様に実施可能で
あることは勿論である。尚、上記実施の形態に於いて
は、最上部に断熱材３５が設けられているが、断熱板３
５の代わりにダミーウェーハを重ねて載置してもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、ボート
装入時の反応炉内温度降下量を少なくでき、反応炉内で
のオーバーシュートを減少でき、該反応炉内の温度を一
早く均一化できるので、スループットの向上が図れ、又
反応炉内でのオーバーシュートの発生量を抑制し、該反
応炉内での温度較差を最小限に抑えることにより、ウェ
ーハ間での熱履歴差が少なくなり、製品の品質の向上が
図れ、更に熱損失が減少し、省エネルギ化が図れ、経済
性も向上する等種々の優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す概略説明図である。

【図２】該実施の形態に於けるボートの位置と各熱電対
の検出温度との関係を示すデータである。

【図３】従来の半導体製造装置の概略を示す斜視図であ
る。

【図４】従来の縦型反応炉に於ける被処理基板の加熱方
法を示す概略説明図である。

【図５】従来例の概略説明図である。

【図６】従来例に於けるボートの位置と各熱電対の検出
温度との関係を示すデータである。

【符号の説明】

７ 反応炉 １４ ボート １６ 反応管 １７ ヒータ １８ 第１発熱部 １９ 第２発熱部 ２０ 第３発熱部 ２１ 第４発熱部 ３５ 断熱板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応管と該反応管を囲繞し複数の発熱部
   を有するヒータとを有する反応炉に挿脱されるウェーハ
   保持用のボートに於いて、最上部に炉内温度変化を抑え
   る為の断熱板を設けたことを特徴とするボート。