JPH0368132A - 半導体ウエハ塔載ボートのプロセスチューブ内装荷構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、種々の半導体装置用のウェハに熱処理や不純
物拡散等の所定の処理を施す際に、ウェハを搭載したボ
ートを電気炉設備等のふつう石英ガラスからなるプロセ
スチューブ内の所定位置に正確に装荷するための構造に
関する。

〔従来の技術〕

ウェハに対する熱処理や不純物拡散等を電気炉設備等の
中でとくに高温下で行なう際、ウェハへの外気の影響を
完全に遮断するために上述の石英ガラスのプロセスチュ
ーブ内でかかる処理を進める必要がある。このため、ウ
ェハを複数枚搭載したボートをこのプロセスチューブ内
に装荷し、不活性ガスやドープ用の不純物を含むキャリ
アガスをプロセスチューブに流しながらふつう高温下で
処理を進める。よく知られていることであるが、かかる
プロセスチューブ内でウェハに対する処理を行なう要領
を、第３図の模式図を参照して以下に簡単に説明する。

第３図において、プロセスチューブ１は円筒状のかなり
細長い石英ガラス管であって、電気炉設備のケース４内
に横向けに設置され、その図の左端は細いガス導入管１
ａに、右端は図示しないキャップ等で閉鎖可能な開口ｉ
ｂにそれぞれ形成され、その回りに設けられたヒータ３
で高温に均等加熱できるようになっている０円板状のウ
ェハ２が搭載されるボー）１０もふつう石英ガラス製で
、例えば数本のロッド１１の両端をそれぞれ端板１２で
連結してなり、ロッド１１に切った多数のスリットに嵌
め込むことにより、ウェハ２を図のように直立姿勢で表
面を互いに平行にふつう　１００枚以上並べて搭載でき
るようになっている。

簡略に示されたローダ２０はこのボート１０をプロセス
チューブ１に出入させる正確にはローダ・アンローダｍ
構であって、同じく石英ガラス等からなるフォーク２１
を図のＸ方向およびｙ方向に操作しながら、その先端部
２１ａ上に載置されたボート１０をプロセスチューブ１
内の所定位置に装荷しあるいはそこから取り出すもので
ある。

ボート１０を装荷するには、電気炉設備のＭ５を開いた
状態で先端部２１ａ上にボート１０を載置したフォーク
２１をローダ２０により開口１ｂからプロセスチューブ
１内に図示のように差し込み、次にｙ方向に僅かに下げ
てボート１０をプロセスチューブ１上に置いた後に、フ
ォーク２１だけを引き込める。

ボー）１０上のウェハ２に対する処理は、開口１ｂにキ
ャップを嵌め１５を閉じた後に、ガス導入管１ａから所
定のガスＧをプロセスチューブ１内に通流させて行なう
、処理終了後のボート１０の取り出しはもちろん上とは
逆の順序で行なわれる。

〔発明が解決しようとする！１題〕 ところが、上述のボート１０の装荷構造ではウェハ２に
対する処理がその面内で必ずしも一様に行かない問題が
あり、ふつうはウェハ２の下部に対する処理が上部に対
するよりも若干不充分になりやすい１例えば、ウェハ面
に１１！Ｎ程度の酸化膜を付ける酸化性ふん囲気内の高
温熱処理工程では、酸化膜の厚みがウェハの下部で上部
より５〜ｌＯ％程度も薄くなることがある。

この原因は、第４図に示すようにボー）１０をプロセス
チューブ１内に装荷した状態でウェハ２の中心がプロセ
スチューブｌの中心より若干下側に偏りやすく、このた
めプロセスチューブ１の上半分と下半分とでガスの流れ
の条件が異なって来るためと考えられる。ところが、ボ
ート１０の高さを変えてウェハ２の中心をプロセスチュ
ーブ１の中心とかなり正確に合わせて見ても、ウェハ面
内の処理の不均一性は必ずしも改善されない、おそらく
この原因はウェハ面内の温度の不均一にあり、ウェハ２
の下部を支承するボート１０のロッド１１が端板１２を
介してプロセスチューブ１の下部に接触している等の原
因で、ウェハ２の下部の温度がごく僅かであるが上部よ
り低いためと考えられる。

なお、プロセスチューブ１とウェハ２の径の比を種々変
えて見た実験結果でも、かかる不均一性はほとんど改善
されない。

本発明はかかる事情に鑑み、ウェハ面内の処理を均一化
できるボートのプロセスチューブへの装荷構造を提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によればこの目的は、上述のように円筒状のプロ
セスチューブ内で円板状の半導体ウェハに所定の処理を
施すため、ウェハが直立姿勢で表面を互いに平行に並べ
て搭載されたボートをプロセスチューブ内に装荷するに
際して、ボートにはその両端部からフックを、プロセス
チューブにはこれに対応するフック受けをその内面から
それぞれ突設して置き、ボートをプロセスチューブ内に
装入してフックをフック受けに係合させたとき、ウェハ
の中心がプロセスチューブの中心とほぼ合致するように
ボートが位置決めされ、かつプロセスチューブの空間内
に懸垂された状態で装荷されるようにすることによって
達成される。

なお、上述のフックとフック受けの具体構造としては、
例えばフックの先端がプロセスチューブの輪方向に向く
ようにし、そのフック受けとの係合点をプロセスチュー
ブのボート装入側で高く反装入側で低く設定することに
より、ボートの出入操作を容易にすることができる。

また、フックをその先端がプロセスチューブの軸方向に
対し左右の側方に向くようにボートの両端部に対してそ
れぞれ１対設け、これに対応して左右１対のフック受け
をプロセスチューブの内面にその輪方向に延びるように
設けることにより、上と同様にボートの出入操作を容易
にするとともに、ボートの装荷位置に対して軸方向の裕
度を持たせることができる。

いずれの場合についても、フックおよびフック受けは石
英ガラスで構成するのが、プロセスチューブ内のふん囲
気を清浄に保つ上で好適である。

さらに、それらの先端部をいずれも板状に形成すること
により、ボートのプロセスチューブ内の懸垂姿勢を安定
に維持することができ、かつこの板状先端部をロンドを
介してボートないしはプロセスチューブに連結すること
により、プロセスチューブ内のガスの流れを極力乱さな
いようにするとともに、ウェハ面内の温度の均一性を高
めることができる。かかる望ましい構造例は実施例の項
で後述するとおりである。

〔作用〕

本発明では、上記構成にいうようにウェハの中心をプロ
セスチューブの中心とほぼ合致させて、プロセスチュー
ブ内の上下半部のガスの流れを均等にするため、ボート
にはフックを、プロセスチューブにはフック受けをそれ
ぞれ突設して置き、フックをフック受けに係合するだけ
で両中心の合致条件を満たす装荷位置にボートが確実に
位置決めされるようにするとともに、フックをボートの
両端部にそれぞれ設けることによりこの装荷位置におけ
るボートの姿勢を傾きや捩じれが起きないように安定化
させる。

また、かかる構造によりボートを上記ｔｉｔにいうよう
にプロセスチューブ内の空間に懸垂状態で装荷すること
により、ボートをフックとフック受けの間の僅かな保合
部を除いてプロセスチューブから熱的にほぼ隔離して、
ボートに搭載されたウェハの温度の面内分布を均一化し
、上述の均等なガス流の効果と相俟って処理のウェハ面
内の均一性を従来より格段に向上させる。

〔実施例〕

以下、図を参照しながら本発明の詳細な説明する。第１
図は本発明によるボートの装荷構造の第１実施例を示し
、前に説明した第３図と同じ部分に同じ符号が付されて
いる。第１図（ａ）は第３図中の本発明構造に関連する
部分を抽出して示すもので、同図Ｏ）はそのＹ−Ｙ矢視
断面である。

前述のように石英ガラス等からなるプロセスチューブｌ
は例えば１５０謹径の細長な円筒形状のもので、その中
央の均熱部に例えば１００ｍ径の円板状のウェハ２を多
数枚搭載したボート１０が図示のように装荷されるもの
とする。このボート１０をフォーク２１を介してプロセ
スチューブｌに出入させる機構であるローダ２０が図の
右端に簡略に示されている。なお、フォーク２１は第３
図のような細長い石英ガラス管であって、その一部を切
り欠いてボート１０を載せるための偏平な弧状断面をも
つ先端部２１ａが形成されており、ローダ２０により図
のＸ方向には大きく操作されるが、ｙ方向には僅かな範
囲内だけ、ただし精密に操作される。

石英ガラス等からなるボート１０は、ウェハ２が差し込
まれるスリットを多数備えるこの例では４本のロッド１
１の両端を端板１２で溶接により結合した構造のもので
、中間部においてロッド１１相互間が連結ロッド１３と
弧状の連結板１４とによって結合されている。このボー
ト１０をフォーク２１の先端部２１ａ上に安定に載置で
きるよう、第１図（ロ）のように端板１２の左右の下端
は僅かに突出されて、連結板１４とともに先端部２１ａ
の断面形状に適合した凹所１０ａを形成している。

本発明によるフック３１と３２は、第１図（ａ）のよう
にボート１０の左右の端部から上方に向けて突設され、
この例ではそれらの基部３１ａ、３２ａがボートの端１
１２に溶接された１対のロンドで構成され、先端部３１
ｂ、３２ｂはやや下方に曲がりかつプロセスチューブ１
の軸方向に向いたフック部をもつ板状体で構成されてい
る。さらにこの例では、プロセスチューブのガス導入管
１ａ！のフック３１を開口１ｂ側のフック３２より低く
して、ボート１ｏを図の位置に容易に装荷できるように
なっている。

なお、これらのフック３１と３２は石英ガラスで構成す
るのがよく、またそれらの先端部３１ｂ、３２ｂのフッ
ク部の正面形状は同図（ハ）のように逆山形状に形成す
るのが、ボート１０の図の左右方向の装荷位置を正確に
する上で望ましい。

本発明によるフック受け４１と４２は、第１図（ａ）の
ようにプロセスチューブ１の頂部の内面の上述のフック
３１と３２にそれぞれ対応する位置から下方に向けて突
設され、フックの場合と同様にそれらの基部４１ａ、４
２ａはプロセスチューブ１に溶接された１対のロンドで
１先端部４１ｂ、　４２ｂはやや上方に向きかつ正面形
状が逆山形状に形成された板状体でそれぞれ構成される
。これらフック受け４１と４２も石英ガラスで構成する
のがよい、また、それらのプロセスチューブ１の内面か
らの突出高さには、図示のようにフック３１と３２の高
低差に応じた差を付けることにより、フォーク２１の先
端部２１ａ上に載置されたボート１０を装荷位置まで容
易に装入できるようにするとともに、その装荷状態での
姿勢を水平に保つようにされている。

ローダ２０を操作してボート１０をフォーク２１を介し
てプロセスチューブ１内に装入し、フック３１と３２を
対応するフック受け４１と４２に図のようにそれぞれ結
合させてボート１０を装荷した時、本発明では第１′＠
（ロ）のようにプロセスチューブ１の中心にウェハ２の
中心が合致するようフックとフック受けの突出寸法が設
定される。さらにこの例では、フック先端部３１ｂやフ
ック受は先端部４１ｂ等の逆山形の正面形状がこれら両
中心の合致に役立つ。

もちろんこの装荷状態でボー）１０は傾きのない水平姿
勢に保たれ、かつこの例ではフックとフック受けをそれ
らの先端部３１ｂと４１ｂ等の板状面で係合させてボー
ト１０を捩じれのない姿勢に保ち、両中心の合致状態を
正確に維持する。

以上の構造により、プロセスチューブ１内のガスＧは第
１図（ａ）のＦで示す流路に沿いウェハ２の上下にほぼ
均等に別れて流れ、さらにこの例ではフックとフック受
けの基部３１ａと４１ａ等の１対のロンドの相互間にガ
スの通流を許す構造がこのガスの流れＦを一層均一化す
る上で役立つ。

さらに本発明では、ウェハ２を搭載したボートｌＯが図
示のようにプロセスチューブ１内の空間に懸垂された状
態で装荷される。これを熱的に見ると、両者はフックと
フック受けとの保合を介して伝熱結合されるに過ぎない
から相互熱伝導はほとんど起こらず、両者間の熱交換は
実質上もっばら輻射熱を介してなされるから、その拡散
性のためボート１０とその上のウェハ２の温度が従来よ
り一層均熱化されて、ウェハ２の面内温度分布がほぼ理
想的に均一化される。またこの実施例では、フックとフ
ック受けの基部３１ａと４１ａ等を伝熱断面の小なロン
ドで構成したことが、ボー）１０とプロセスチューブ１
の間の熱伝導を著しく減少させる上で役立っている。

第２図に本発明構造の第２の実施例を示す、同図（ａ）
にはプロセスチューブ１の縦断面が、同図（ロ）にはそ
のＹ−Ｙ矢視横断面が、同図（Ｃ）にはこの矢視断面方
向から見たウェハ２とボート１０の断面がそれぞれ示さ
れており、かつ今までと共通の部分には同じ符号が付さ
れている。

二の実施例では、第２図（萄と（ロ）に示すようにプロ
セスチューブ１の左右両側部の内面にその軸方向に延び
るフック受け４３がそれぞれ設けられる。

このフック受け４３は例えば図のように、先端をやや下
向けにした姿勢で複数チェープ１に溶接された横長な板
状のフック受は部４３ａと、これを軸方向の複数個所で
支える補強部４３ｂで構成される。

一方、同図（Ｃ）に示されたウェハ２をロッド１１上に
搭載するボート１０には、その各端部の端板１２にそれ
ぞれ１対のフック３３が設けられ、各フック３３は例え
ば図のように、先端部が側方にかつやや上向けに曲げら
れ、根元部が端板１２の左右側面に溶接された縦長な板
状体に形成される。

第２図（Ｃ）にはフック受け４３が細線で示されており
、フック３３のこれとの係合によりボートＩＯの左右方
向位置が正確に決まる。この例でもフック３３とフック
受け４３は石英ガラス製がよく、両者の関係位置や寸法
は、図のようにボート１０が装荷された状態でプロセス
チューブ１とウェハ２の中心が合致するように設定され
る。

この第２図の実施例においても、前の実施例と同様にプ
ロセスチューブ１内のガスの流れをほぼ上下均等化し、
かつボーＮＯに対する均熱条件を満たしてそれに搭載さ
れたウェハ２の面内温度分布を均一化できる。また、前
の例ではボート１０をローダ２０により装荷値Ｉに操作
する際のプロセスチューブ１内の軸方向位置に対する裕
度があまりなかったが、この例ではフック受は部４３ａ
の軸方向長さをボー）１０の両端部のフック３３の相互
間隔よりも若干大きくして置くことにより、かかる操作
精度上の裕度を大きくとれる利点がある。

以上述べたいずれの実施例においても、ウェハ面内の処
理の均一性を従来より格段に向上でき、例えば前述の高
温下での１ｎ程度の酸化膜付けの場合、本発明の実施に
よりその膜厚を±２％以下のばらつき内に管理できる。

なお、かかる例示に限らず本発明は種々の態様で実施で
きる０例えばフックやフック受けには、ボートの様々な
具体構造に応じて種々変形された構造や形状を採用する
ことができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明においては、円筒状のプロセス
チューブ内で円板状のウェハに所定の処理を施すため、
このウェハを直立姿勢で表面を互いに平行に並べて搭載
したボートをプロセスチューブ内の所定位置に装荷する
に際して、ボートにはその両端部からフックを、プロセ
スチューブにはこれに対応するフック受けをその内面か
らそれぞれ突設して置き、ボートをプロセスチューブ内
に装入してフックをフック受けに係合させることにより
、ボートがウェハの中心をプロセスチューブの中心とほ
ぼ合致させるように位置決めされ、かつプロセスチュー
ブの空間内に懸垂状態で装荷されるようにしたので、プ
ロセスチューブの上半部と下半部内のガスの流れをほぼ
完全に均等化するとともに、ボートを理想的な均熱状態
に保ってその上に搭載されたウェハの面内温度分布を均
一化することができ、これによってウェハ面内の処理の
均一性を前述のように従来よりも格段に向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図までが本発明に関し、第１図は本発明
によるボートのプロセスチューブ内装荷構造の第１の実
施例を関連するローダおよびフォークとともに示す縦断
面図とそのＹ−Ｙ矢視横断面図、第２図は本発明構造の
第２の実施例を示すプロセスチューブの縦断面図とその
Ｙ−Ｙ矢視横断面図およびボートの同様な横断面図、第
３図はプロセスチューブ内ウェハ処理の概要を示す電気
炉設備とローダの模式図である。第４図は従来の問題点
を示すプロセスチューブとウェハを搭載したボートの横
断面図である０図において、１：プロセスチューブ、１
ａ：ガス導入管、１ｂ：プロセスチューブの開口、２：
ウェハ、３：ヒータ、４：電気炉設備のケース、５；電
気炉の蓋、１０：ボート、１０ａ：ボートの下側凹所、
１１：ロンド、１２：：４板、１３：連結ロンド、１４
：弧状の連結板、２０：ローダ、２１：フォーク、２１
ａ：フォークの先端部、３１〜３３：フック、３１ａ、
３２ａ　：フック基部、３１ｂ、　３２ｂ　　：フック
先端部、４１〜４３：フック受け、４１ａ、４２ａ　：
フック受は基部、４１ｂ、４２ｂ　：フック受は先端部
、４３ａ：フック受は部、４３ｂ：補強部、Ｆ：ガスの
流路、Ｇ：ガス、ｘ、ｙ：フォー第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 円筒状のプロセスチューブ内で円板状の半導体ウェハに
   所定の処理を施す際、ウェハが直立姿勢で表面を互いに
   平行に並べて搭載されたボートをそれをフォーク上に載
   置した状態でプロセスチューブに出入させるローダを用
   いてプロセスチューブ内の所定位置に装荷するための構
   造であって、ボートにはその両端部からフックを、プロ
   セスチューブにはこれに対応するフック受けをその内面
   からそれぞれ突設して置き、ローダによりボートをプロ
   セスチューブ内に装入した上でボートのフークをプロセ
   スチューブのアーク受けに係合させたとき、ウェハの中
   心がプロセスチューブの中心とほぼ合致する位置にボー
   トがプロセスチューブ内に懸垂状態で装荷されるように
   したことを特徴とする半導体ウェハ搭載ボートのプロセ
   スチューブ内装荷構造。