(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚のウエーハをウエーハ支持溝に背中合せに夫々配設した石英ガラス製ウエーハ支持治具を反応容器より装填若しくは抜出可能に構成したウエーハ熱処理装置におけるウエーハ装填方法において、
前記支持治具の起立位置において前記２枚のウエーハは加熱処理面を外側に位置するように互いに裏面を背中合わせに支持され、該支持治具の起立位置を挟んで左右両側に第１及び第２のウエーハ装填部を設け、前記支持治具が起伏機構を介して左右夫々のウエーハ装填側に向け前記２枚のウエーハを背中合わせ状態で伏設可能に構成するとともに、前記支持治具を第１のウエーハ装填部に伏設した状態で上側に位置する１枚目のウエーハを加熱処理面を上側にして装填若しくは抜出し、その後前記支持治具を第２の装填部に反転伏設した後、前記第１のウエーハ装填部の位置では下側に位置した２枚目のウエーハを加熱処理面を上側にして装填若しくは抜出されることを特徴とするウエーハ装填方法。
【請求項２】
２枚のウエーハをウエーハ支持溝に背中合せに夫々配設した石英ガラス製ウエーハ支持治具を反応容器より装填若しくは抜出可能に構成したウエーハ熱処理装置におけるウエーハ装填方法において、
前記支持治具の起立位置において前記２枚のウエーハは加熱処理面を外側に位置するように互いに裏面を背中合わせに支持され、該支持治具の起立位置の一側に１のウエーハ装填部を設け、前記支持治具が起伏機構を介して前記ウエーハ装填側に向け前記２枚のウエーハを背中合わせ状態で伏設可能に構成するとともに、前記支持治具を一のウエーハ装填部に伏設した状態で上側に位置する１枚目のウエーハを加熱処理面を上側にして装填若しくは抜出し、その後前記支持治具を起立させ該起立状態の支持治具を鉛直軸中心に１８０°回転させた後、再度一のウエーハ装填部に伏設した状態で前記１枚目のウエーハの装填若しくは抜出し時には下側に位置していた２枚目のウエーハを加熱処理面を上側にして装填若しくは抜出されることを特徴とするウエーハ装填方法。
【請求項３】
前記熱処理面側に位置する支持治具の支持溝をウエーハ挿入端側に向けテーパ状に拡開して構成したことを特徴とする請求項１又は２記載のウエーハ装填方法。
【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おけるウエーハ装填方法に係わり、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おけるウエーハ装填方法に関する。
【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。
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。
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。
【０００３】
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が、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。等の問題がある。
【０００４】
そこで、本発明者等は、ウェーハの大口径化と次世代の６４Ｍ、１Ｇ等の高集積密度化に対処すべく、枚葉式のウェーハ熱処理装置の開発に携わってきたが、収納するウェ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枚葉反応容器とウェーハの直立支持装置を備えた半導体ウェーハの熱処理装置に関する提案を特願平８ー２４８２３に提案している。（非公知文献：特開平０９−２６０２９７号公報）
【０００５】
上記提案においては、ウェーハの収納姿勢は直立タイプであり、またウェーハ表面への熱分布を均一と反応ガス流の分布も一様にするため、ウェーハの熱処理面に対し扁平形状とした扁平ドーム状とし、反応容器の大きさを必要最小限に押さえる構成としてある。
即ち、図７に示すように、偏平ドーム状の反応容器５０と該容器内にウエーハ１０を直立支持する支持治具４０と前記反応容器５０の偏平側に対面して配設した一対の平板状発熱体６０からなり、そして反応容器５０は、透明石英ガラスよりなる反応容器本体５２の下側開口５２ａに非透明石英ガラスよりなるフランジ５１を溶接接合するとともに、必要に応じて反応ガスは容器５２の上部流入孔５３より流入し下部排出孔５８より排出するようにしてある。
また、支持治具４０は石英ガラス若しくは炭化珪素よりなり、前記ウエーハを直立に支持する支持治具本体４１と、該支持治具本体４１より容器外に垂下する支持棒４３（延出部）と、該支持棒４３の途中に介在させ、前記フランジ下面にＯリング５４を介して密閉するベース体４２（延出部）からなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
さてウェーハ装填と抜出の効率化を図る為に、前記支持治具に、熱処理面が外側（容器側と対面する側）を向くように２枚のウエーハを直立支持させる２枚熱処理方式を採る場合がある。この場合ウエーハ支持治具は装填／抜出の容易化を図る為に、前記したように反応容器下側開口より前記支持治具を抜出した後、ほぼ水平方向に傾動（伏設）させ、前記２枚のウエーハを装填／抜出する訳であるが、上側ウエーハについては加熱処理面が上側、下側ウエーハについては加熱処理面が下側であるために、加熱処理面を上側に積層配置した第１のウエーハストッカと、加熱処理面を下側に積層配置した第２のウエーハストッカの、２種類のストッカを必要とし結果として装填作業の煩雑化のみならず、自動化が困難になる。
【０００７】
本発明は、２枚のウエーハを直立支持可能にウエーハ支持溝を背中合せに夫々該当位置に２つずつ配設した石英ガラス製ウエーハ支持治具を反応容器より装出可能に構成したウエーハ熱処理装置におけるウエーハ装填方法において容易に且つ簡単な構造で自動化を達成し得るウエーハ装填方法を提供する事を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、２枚のウエーハをウエーハ支持溝に背中合せに夫々配設した石英ガラス製ウエーハ支持治具を反応容器より装填若しくは抜出可能に構成したウエーハ熱処理装置におけるウエーハ装填方法において、
前記支持治具の起立位置において前記２枚のウエーハは加熱処理面を外側に位置するように互いに裏面を背中合わせに支持され、該支持治具の起立位置を挟んで左右両側に第１及び第２のウエーハ装填部を設け、前記支持治具が起伏機構を介して左右夫々のウエーハ装填側に向け前記２枚のウエーハを背中合わせ状態で伏設可能に構成するとともに、前記支持治具を第１のウエーハ装填部に伏設した状態で上側に位置する１枚目のウエーハを加熱処理面を上側にして装填若しくは抜出し、その後前記支持治具を第２の装填部に反転伏設した後、前記第１のウエーハ装填部の位置では下側に位置した２枚目のウエーハを加熱処理面を上側にして装填若しくは抜出されることを特徴とするものである。
かかる発明によれば、第１の装填位置で上側ウエーハを、反転した第２の装填位置で下側ウエーハを挿入する事により、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。
【０００９】
又請求項２記載のように２枚のウエーハをウエーハ支持溝に背中合せに夫々配設した石英ガラス製ウエーハ支持治具を反応容器より装填若しくは抜出可能に構成したウエーハ熱処理装置におけるウエーハ装填方法において、
前記支持治具の起立位置において前記２枚のウエーハは加熱処理面を外側に位置するように互いに裏面を背中合わせに支持され、該支持治具の起立位置の一側に１のウエーハ装填部を設け、前記支持治具が起伏機構を介して前記ウエーハ装填側に向け前記２枚のウエーハを背中合わせ状態で伏設可能に構成するとともに、前記支持治具を一のウエーハ装填部に伏設した状態で上側に位置する１枚目のウエーハを加熱処理面を上側にして装填若しくは抜出し、その後前記支持治具を起立させ該起立状態の支持治具を鉛直軸中心に１８０°回転させた後、再度一のウエーハ装填部に伏設した状態で前記１枚目のウエーハの装填若しくは抜出し時には下側に位置していた２枚目のウエーハを加熱処理面を上側にして装填若しくは抜出されるようにしてもよい。
かかる発明においても、１８０°反転してウエーハを装填するために、見掛け上常に上側ウエーハが装入される事となり、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のみならず、請求項１記載のように左右両側にウエーハストッカを用意する必要がなく一側のみに一つのウエーハストッカを用意すれば足りる。
尚、前記いずれの場合も、前記熱処理面側に位置する支持治具の支持溝をウエーハ挿入端側に向けテーパ状に拡開して構成するのがよい。
【００１０】
【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例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例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。
図１及び図２は本発明の実施例に係る枚葉式熱処理装置の一例を示す概略構成図で、図１は一枚のウエーハを加熱処理するもの、図２は２枚のウエーハを加熱処理するものである。
【００１１】
図１に示す熱処理装置は、偏平ドーム状の反応容器５０と該容器内にウエーハを直立支持する支持治具４０と前記反応容器５０の偏平側に対面して配設した一対の平板状発熱体６０からなり、前記反応容器５０はウェーハの熱処理面に対し扁平形状とした扁平ドーム状とし、反応容器５０の大きさを必要最小限に押さえるとともに、該反応容器５０は、透明石英ガラスよりなる一体構成の反応容器本体５２に非透明石英ガラス板からなるフランジ５１を溶接接合する。
尚、必要に応じて反応ガスは容器本体５２の上部流入孔５３より流入し下部排出孔５８より排出するようにしてある。
【００１２】
支持治具４０は石英ガラス材よりなり、前記ウエーハを直立に支持する支持治具本体４１と、該支持治具本体４１より容器５０外に垂下する支持棒４３（延出部）と、該支持棒４３の途中に介在させ、前記フランジ５１下面にＯリング５４を介して密閉するベース体４２からなる。
ウエーハ支持治具４０はウエーハ１０を支持した状態で、反応容器５０のフランジ５１に係合する昇降手段５９により反応容器５０を昇動させるか若しくは支持治具４０自体を下降させる事によりウエーハが容器下側開口５２ａより出し入れ可能に構成してある。
【００１３】
なお、ウエーハ装填時には、該支持治具４０のベース体４２とフランジ５１との間に介装したＯリング５４を押圧して密閉可能の構成にしてある。また、熱処理時には所定減圧下で、反応ガス供給管５３より反応ガスを反応容器５０内に送り排出管５８より排出させ、各種成膜がなされる。
この場合は反応ガスは反応容器５０の上部よりウエーハ１０のそれぞれの熱処理面１０ａに添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。
又、ウエーハ支持治具は後記するように１枚のウエーハを３箇所で支持する３点方式や４箇所で支持する４点方式等があるが特に限定されない。
なお、図２は、２枚のウエーハ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支持してある。
【００１４】
図３には、図１、図２の熱処理装置に使用する反応容器５０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、側面図に見るように、球状曲面を両面に持つフランジ５１付き扁平ドーム状の反応容器４０を透明石英ガラス体で一体構造で形成し、フランジ５１のみ非透明の石英ガラス体で溶接接合し、反応容器本体５２から前記フランジ５１を介して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偏平反応容器５０は収納する直立ウエーハに対し、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。
【００１５】
図４には、本発明のウエーハ支持治具４０の概略構成を示してある。
図４の（Ａ）は１枚３点式のウエーハ支持治具４０の斜視図で、半円円弧状の円板状支持台４５の内周面の底部と左右上端面に支持溝部材４６を固着する。
支持溝部材４６の溝形状は（Ｂ）に示すようにＹ字状、Ｖ字状等の形状が考えられるが、２枚のウエーハ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支持させる場合には、ウエーハの加熱処理面側がガイドとしてテーパ状に拡開されるように、（Ｃ）に示すように中央の仕切壁４６１を挟んで両外側の溝壁４６２がテーパ状（半Ｙ字状）になるように構成する。
そして前記支持台４５下面中央より支持棒４３を垂下するとともに、その途中位置にフランジ５１に当接するためのベース体４２を固着する。
そして前記支持棒４３の途中位置、具体的には加熱処理域から外れたベース体４２近傍域４３ａ及びベース体４２を泡入り石英ガラスで形成し非透明化し、熱遮断機能を持たせる。
【００１６】
次にかかる実施例に基づく熱処理装置におけるウエーハ装填方法について説明する。
先ず、図５に示すように、前記支持治具４０に１枚のウエーハを直立支持させる場合には、前記ウエーハ支持治具本体４１のウエーハ支持台４５より垂下する支持棒４３の基端側に起伏機構が設けられており、前記したように反応容器５０下側開口５２ａより前記支持治具４０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４０に装填させた後、起立させ所定の処理を行う。
【００１７】
さて効率化を図る為に、図２に示すように、前記支持治具４０に２枚のウエーハ１０を直立支持させる２枚熱処理方式を採る場合には、図６に示すように、前記支持治具４０起立位置を挟んで左右両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が夫々配置してなる第１及び第２のウエーハ装填部７０Ａ、７０Ｂを設け、前記支持治具４０が起伏機構を介して夫々左右夫々のウエーハ装填側に向け伏設可能に構成する。
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４０を反応容器５０下側開口５２ａより抜出した後（▲１▼→▲２▼）、第１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▼）、支持溝４６２の上側に位置する加熱処理後の第１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、未処理ウエーハ収納ストッカ６３より未処理ウエーハを引出し、前記上側支持溝４６２に装填させる。
【００１８】
次に、前記支持治具４０を第２の装填部側に１８０°反転伏設した後（▲３▼→▲４▼）、支持溝４６２の下側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、前記下側支持溝４６２に装填させる。
前記支持治具４０に２枚のウエーハ１０１、１０２を装填させた後、起立させ所定の処理を行う。
この場合、図４（Ｃ）に示すようにウエーハ１０の熱処理面１０ａ側に位置する支持治具本体４１の支持溝４６はウエーハ挿入端側に向けテーパ状に拡開している為に支持溝４６にウエーハ熱処理面が衝接したりする事なく、パーティクルの発生が防止される。
【００１９】
かかる実施例によれば、第１の装填位置で上側ウエーハを、反転した第２の装填位置で下側ウエーハを挿入する事により、加熱処理面を上側に積層配置した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。
【００２０】
更に図８に示すようなウエーハ装填方式を取ってもよい。
すなわち前記支持治具４０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４０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。
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４０を反応容器５０下側開口５２ａ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▼）、支持溝４６２の上側に位置する加熱処理後の第１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、未処理ウエーハ収納ストッカ６３より未処理ウエーハを引出し、前記上側支持溝４６２に装填させる。（▲３▼）
【００２１】
次に、前記支持治具４０を直立に起立させ且つ１８０°軸中心に回転させた後、（▲４▼）前記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▼）、支持溝４６２の上側（１８０°反転により下側に位置する加熱処理後の第２のウエーハ１０が上側になる）の第２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、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前記下側支持溝４６２に装填させる。（▲５▼）
前記支持治具４０に２枚のウエーハを装填させた後、起立させ所定の処理を行う。（▲５▼→▲１▼）
【００２２】
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。
【００２３】
【発明の効果】
以上記載した如く本発明によれば、２枚のウエーハを直立支持可能にウエーハ支持溝を背中合せに夫々該当位置に２つづつ配設した石英ガラス製ウエーハ支持治具４０を反応容器５０より装出可能に構成したウエーハ熱処理装置におけるウエーハ装填方法において容易に且つ簡単な構造で自動化を達成し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の前提条件となる枚葉式熱処理装置において、１枚のウエーハを収納した場合の概略の構成を示す断面図である。
【図２】図１において２枚のウエーハを収納した場合の本発明が適用される枚葉式熱処理装置概略の構成を示す断面図である。
【図３】図１に使用する反応容器の構造を示す図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図４】図１のウエーハ支持治具の構成を示し、（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１枚のウエーハ支持用の１溝支持溝部材を示す斜視図で、（Ｃ）は２枚のウエーハ支持用の２溝支持溝部材を示す斜視図である。
【図５】１枚のウエーハをウエーハ支持治具に配設したウエーハ熱処理装置におけるウエーハ装填方法を示す作用図である。
【図６】２枚のウエーハをウエーハ支持溝に背中合せに夫々配設した石英ガラス製ウエーハ支持治具を反応容器より装出可能に構成した本発明にかかるウエーハ熱処理装置におけるウエーハ装填方法を示す作用図である。
【図７】先願技術の枚葉式熱処理装置において、１枚のウエーハを収納した場合の概略の構成を示す断面図である。
【図８】２枚のウエーハをウエーハ支持溝に背中合せに夫々配設した石英ガラス製ウエーハ支持治具を反応容器より装出可能に構成した本発明にかかるウエーハ熱処理装置におけるウエーハ装填方法を示す作用図である。
【符号の説明】
４０  支持治具
４１  支持治具本体
４２  ベース体
４３  支持棒（延出部）
５０  反応容器
６０  平板状発熱体
５１  フランジ
５２  反応容器本体
５３  上部流入孔
５８  下部排出孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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