JPH05190651A - 半導体ウエハの処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体ウエハを高速でかつ高い位置精度で搬
送することができる半導体ウエハの処理装置を提供する
ことにある。 【構成】 中央部に貫通孔を有してなる半導体ウエハの
処理装置であって、前記半導体ウエハの貫通孔に嵌合す
る保持突起を有する搬送手段を備えてなることを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハの処理装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造においては、半導
体ウエハが種々の処理工程に付される。当該処理として
は、薄膜形成（スパッタリング、ＣＶＤ等）、酸化、ド
ーピング（熱拡散、イオン注入等）、アニール、レジス
ト処理（塗布、現像等）、露光、エッチング、洗浄等が
ある。かかる半導体ウエハの処理の分野では、最近の需
要増大に対応すべく、スループットを高める必要がある
が、そのためには半導体ウエハを高速でしかも位置精度
の高い状態で搬送することが要求される。また、最近で
は、半導体ウエハの大きさも８インチから１２インチへ
と大径化が進み、このような大面積の半導体ウエハをも
高速でかつ適正に搬送することが必要とされる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来は、半導
体ウエハを搬送手段に単に載置した状態で搬送していた
ため、高速で搬送手段を移動させると半導体ウエハの位
置ずれが生じ、位置精度が悪くなる問題があり、また位
置ずれの際に半導体ウエハのチッピングが生ずる問題も
あった。従って、従来の搬送手段では、高速で半導体ウ
エハを搬送することが実際上困難であり、低速で搬送せ
ざるを得なかった。

【０００４】具体的に説明すると、図１１は、従来、半
導体ウエハの移載手段として使用されている移載フォー
ク９１の説明図であり、半導体ウエハを載置してその裏
面の周辺部を保持するために、段差９２が設けられてい
る。段差９２の周辺部には、半導体ウエハの位置決め用
凸部９３が設けられているが、半導体ウエハを段差９２
に容易に載置できるように多少のクリアランスがあるた
め、高速で搬送した場合に、半導体ウエハの面に沿った
位置ずれを完全に防止することは困難であった。そこ
で、本発明の目的は、半導体ウエハを高速でかつ高い位
置精度で搬送することができる半導体ウエハの処理装置
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め、本発明の半導体ウエハの処理装置は、中央部に貫通
孔を有してなる半導体ウエハの処理装置であって、前記
半導体ウエハの貫通孔に嵌合する保持突起を有する搬送
手段を備えてなることを特徴とする。

【０００６】

【作用】半導体ウエハとして中央部に貫通孔を有するも
のを用い、その貫通孔に嵌合する保持突起を有する搬送
手段により半導体ウエハを搬送するので、半導体ウエハ
は貫通孔に嵌合した保持突起により確実に位置決めがな
され、高速で搬送する場合にも半導体ウエハの面に沿っ
た位置ずれが生ぜず、高い位置精度で搬送することがで
きる。また、位置ずれが生じないことから、半導体ウエ
ハのチッピングの発生も確実に防止することができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。本実施例
では、半導体ウエハの酸化拡散処理を行う処理装置を構
成する場合について説明する。図１は、本実施例に係る
酸化拡散処理装置の断面図であり、１は処理室、２は処
理予備室、３Ａ，３Ｂは真空予備室、４は半導体ウエハ
の収納容器、１１は外管、１２は内管、１４はガス導入
管、１５はガス排気管、５１は発熱源、５２は均熱部
材、５３は断熱材、５４は補助加熱源、５５は冷却手
段、６はウエハホルダー、７は昇降機構、８は半導体ウ
エハである。

【０００８】処理室１は、例えば高純度石英（Ｓｉ
Ｏ₂ ）からなる外管１１により構成されている。外管１
１の内側には、例えば高純度石英からなる内管１２が配
置されている。外管１１および内管１２の下部には、処
理室１内に処理ガスを導入するためのガス導入管１４が
接続されている。このガス導入管１４から処理室１内に
供給された処理ガスは、内管１２内を上昇して半導体ウ
エハ８の処理に供された後、外管１１と内管１２との間
隙１３を通過して、外管１１に接続されたガス排気管１
５から排気される。なお、処理ガスを逆の方向に流す場
合は、１５がガス導入管で、１４がガス排気管となる。

【０００９】内管１２内には、ウエハホルダー６が配置
されている。このウエハホルダー６は、搬送手段の１つ
を構成するものであり、図２にも示すように、中央部に
貫通孔８１を有する半導体ウエハ８の当該貫通孔８１に
嵌合する保持突起６１と、半導体ウエハ８の裏面の周辺
部を保持する凸部６２とが設けられている。

【００１０】保持突起６１の先端部は、図３に詳細に示
すように、半導体ウエハ８の貫通孔８１に円滑に嵌合さ
せるために、テーパー状とすることが好ましい。その場
合、ストレート部分の長さＬ₁ は、半導体ウエハ８の厚
さＤの１／３〜３／３程度が好ましい。また、保持突起
６１が嵌合したときに、保持突起６１のストレート部分
と貫通孔８１の側壁との間に０．１〜０．２ｍｍ程度の
すき間が形成されることが好ましい。保持突起６１の付
け根を直角（９０°）に加工することが困難な場合が多
いので、凹部６３を設けることが好ましい。半導体ウエ
ハ８の貫通孔８１の裏面側に近い部分は、大径になるよ
うカットすることが好ましい。すなわち、貫通孔８１の
入口部分が広がるので、保持突起６１の嵌合が容易とな
る。このカット部分８２の長さＬ₂ は、半導体ウエハ８
の厚さＤの１／６〜２／６程度が好ましい。

【００１１】ウエハホルダー６は、昇降機構７により制
御された状態で、処理室１と処理予備室２との間を上下
に移動する。昇降機構７は、ウエハホルダー６の軸６４
を回転させる回転モータ７１と、この回転モータ７１を
保持するアーム７２と、このアーム７２と螺合してこれ
を上下に移動させる駆動軸７３と、この駆動軸７３を回
転させる駆動モータ７４とからなる。７５は、例えばＳ
ｉＣからなる蛇腹状の管体であり、ウエハホルダー６を
外部雰囲気から遮断して気密に維持するためのものであ
る。

【００１２】１６は移動可能に設けられた蓋部材であ
り、ウエハホルダー６が下降して処理室１内に位置され
たときに、処理室１を塞ぐためのものである。

【００１３】処理予備室２の両側には、ゲートバルブ２
１Ａ，２１Ｂを介して真空予備室３Ａ，３Ｂが配置され
ている。真空予備室３Ａ，３Ｂには、それぞれ半導体ウ
エハ８を搬送するための移載手段３１Ａ，３１Ｂが配置
されている。

【００１４】移載手段３１Ａ，３１Ｂは、搬送手段の１
つを構成するものである。一方の移載手段３１Ａは、図
４に示すように、半導体ウエハ８の貫通孔８１に嵌合す
る保持突起３３Ａを有する移載フォーク３２Ａを備えて
いる。３４Ａは半導体ウエハ８の裏面を保持する凸部で
ある。このような移載フォーク３２Ａによれば、中央部
の保持突起３３Ａにより半導体ウエハ８の貫通孔８１が
位置決めされるので、従来よりも小型化することが可能
となる。すなわち、従来の移載フォークは、図１１に示
したように、半導体ウエハ８の裏面の周辺部を保持する
必要から、半導体ウエハ８の外径よりも大きな長さが必
要とされたが、図４の移載フォーク３２Ａでは、半導体
ウエハ８の裏面の周辺部は必ずしも保持する必要がない
ため、半導体ウエハ８の外径よりも短くて済む。他方の
移載手段３１Ｂも、図４と同様の移載フォーク３２Ｂを
有している。

【００１５】移載フォーク３２Ａ，３２Ｂに、半導体ウ
エハ８を真空吸着する手段を付加してもよい。例えば、
図５および図６に示すように、移載フォーク３２Ａの保
持面に多数の吸着孔３５を設け、これらの吸着孔３５を
真空ポンプ（図示省略）により吸引することにより、半
導体ウエハ８の裏面を強制的に吸着するようにしてもよ
い。また、図７に示すように、凸部３４Ａに吸着孔３５
を設けるようにしてもよい。

【００１６】また、移載フォーク３２Ａ，３２Ｂとして
は、図８に示すように、保持突起を設けずに、切り欠き
３６を有する構成のものを用いてもよい。この切り欠き
３６を有する移載フォークによれば、半導体ウエハ８の
突き上げ手段が不要となる利点がある。

【００１７】真空予備室３Ａ，３Ｂの外側には、ゲート
バルブ４０Ａ，４０Ｂが設けられている。一方のゲート
バルブ４０Ａの外側には、半導体ウエハ８が例えば２５
枚程度並列に配置された半導体ウエハ８の収納容器４が
配置されている。この収納容器４としては、従来と同様
の構成のもの、すなわち半導体ウエハ８の周辺部のみを
保持する構成のものを用いてもよい。あるいは、半導体
ウエハ８の貫通孔８１に嵌合する保持突起を設けた新型
の構成の収納容器を用いてもよい。この場合は、突き上
げ手段を使用することにより、半導体ウエハ８の搬送を
行うことができる。

【００１８】次に、半導体ウエハの搬送について説明す
る。収納容器４に収納された半導体ウエハ８を処理室１
内に搬送する際には、まず、ゲートバルブ４０Ａを開い
て、一方の真空予備室３Ａに配置された移載手段３１Ａ
により当該真空予備室３Ａに半導体ウエハ８を移載す
る。

【００１９】詳しく説明すると、図９（Ａ）に示すよう
に、移載手段３１Ａの移載フォーク３２Ａを収納容器４
内に挿入する。図９（Ｂ）に示すように、この移載フォ
ーク３２Ａをわずかに上昇させて半導体ウエハ８を下か
ら持ち上げることにより、図９（Ｃ）のように、移載フ
ォーク３２Ａの保持突起３３Ａを半導体ウエハ８の貫通
孔８１に嵌合させる。移載フォーク３２Ａを後退させ
て、図９（Ｄ）のように、真空予備室３Ａに位置させ
る。

【００２０】次いで、ゲートバルブ４０Ａを閉じて真空
予備室３Ａを排気した後、ゲートバルブ２１Ａを開い
て、移載フォーク３２Ａを回転等させて、図１０（Ａ）
に示すように、処理予備室２の所定の位置に搬送する。
処理予備室２内に位置された半導体ウエハ８は、処理予
備室２に待機しているウエハホルダー６に移載される。
すなわち、図１０（Ｂ）に示すように、ウエハ突き上げ
手段（図示省略）を利用して半導体ウエハ８の周辺部を
保持した状態で、移載フォーク３２Ａをわずかに下降さ
せ、もとの真空予備室３Ａに後退させる。次いで、ゲー
トバルブ２１Ａを閉じる。

【００２１】ウエハ突き上げ手段により保持された状態
で、図１０（Ｃ）に示すように、下方からウエハホルダ
ー６を上昇させ、図１０（Ｄ）に示すように、ウエハホ
ルダー６の保持突起６１を半導体ウエハ８の貫通孔８１
内に嵌合させる。このようにしてウエハホルダー６に半
導体ウエハ８を移載すると、蓋部材１６を開いて、昇降
機構７によりウエハホルダー６を急速に上昇させ、処理
室１内の所定位置で停止させて、酸化拡散処理を行う。
酸化拡散処理が終了すると、蓋部材１６を開いて、ウエ
ハホルダー６を昇降機構７により処理予備室２まで下降
させる。処理済の半導体ウエハ８は、真空予備室３Ａを
介して、元の収納容器４に戻されるか、あるいは他方の
真空予備室３Ｂに搬送され、その外部に配置された収納
容器（図示省略）に搬送される。このようにして１枚の
半導体ウエハ８の酸化拡散処理が終了する。

【００２２】半導体ウエハ８は、シリコンからなるが、
貫通孔８１の大きさは、あまり大きすぎると歩留りが悪
くなるので、例えば５〜２０ｍｍ程度とされる。貫通孔
８１は、シリコンのインゴットの状態で設けてもよい
し、インゴットをスライスした後に設けてもよい。ま
た、貫通孔８１を形成するための手段としては、コアド
リル等を用いることができる。貫通孔８１の形状は特に
限定されない。例えば円形状、あるいは三角形状、四角
形状等の種々の形状を採用することができる。

【００２３】ウエハホルダー６は、例えば高純度炭化ケ
イ素（ＳｉＣ）等のように耐熱性が優れ、かつ、汚染の
少ない材料により構成することが好ましい。特に、高純
度炭化ケイ素（ＳｉＣ）は石英（ＳｉＯ₂ ）よりも耐熱
性が優れており、約１２００℃の高温にも十分に耐える
ことができるので、酸化拡散処理装置用の材料として好
適なものである。

【００２４】半導体ウエハ８の処理面に対向するよう例
えば直上部において面状の発熱源５１が断熱材５３の上
部内壁に固定配置されている。この発熱源５１は、例え
ば二ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ₂ ）、鉄（Ｆｅ）とク
ロム（Ｃｒ）とアルミニウム（Ａｌ）の合金線であるカ
ンタル（商品名）線等の抵抗発熱体を面状に配置するこ
とにより構成することができる。特に、二ケイ化モリブ
デン（ＭｏＳｉ₂ ）は約１８００℃の高温にも十分に耐
えることができるので、酸化拡散処理装置用の材料とし
ては好適である。

【００２５】この発熱源５１の発熱面は、半導体ウエハ
８の処理面と同様の形態、すなわち円形状であることが
好ましく、また、その外径が半導体ウエハ８の外径の２
倍以上であることが好ましい。このような条件を満たす
発熱源５１によれば、半導体ウエハ８の中央部と周辺部
との間の温度差を十分に小さくすることができ、半導体
ウエハ８の全面をさらに均一な温度で熱処理することが
できる。

【００２６】発熱源５１の温度は、半導体ウエハ８の最
高処理温度よりも１００〜３００℃高いことが好まし
い。発熱源５１は加熱制御部（図示省略）により駆動さ
れるが、その温度コントロールは、発熱源５１の適宜の
位置に熱電対等の温度センサー（図示省略）を配置し
て、これよりの検出信号に基づいて行うことができる。

【００２７】また、発熱源５１と半導体ウエハ８との間
に面状の均熱部材５２を配置することが好ましい。この
均熱部材５２は、発熱源５１に発熱ムラが存在する場合
にこの発熱ムラを解消して半導体ウエハ８に向かう放射
熱を十分に垂直方向に制御するものである。均熱部材５
２は、例えば高純度炭化ケイ素（ＳｉＣ）等のように汚
染の少ない材料により構成することが好ましい。この均
熱部材５２は半導体ウエハ８の処理面に対向するよう配
置され、その外径は発熱源５１の場合と同様に半導体ウ
エハ８の外径の２倍以上であることが好ましい。

【００２８】本実施例によれば、以下の作用効果が奏さ
れる。 （１）ウエハホルダー６が、半導体ウエハ８の貫通孔８
１に嵌合する保持突起６１を有する構造であるため、こ
の保持突起６１を半導体ウエハ８の貫通孔８１に嵌合さ
せることにより、半導体ウエハ８を確実に所定位置で保
持することができ、しかも、ウエハホルダー６が上下に
高速で移動する際にも半導体ウエハ８の位置ずれが発生
しない。

【００２９】（２）図４の移載フォーク３２Ａによれ
ば、半導体ウエハ８の貫通孔８１と嵌合する保持突起３
３Ａを有するので、この保持突起３３Ａを半導体ウエハ
８の貫通孔８１に嵌合させて移載することにより、移載
フォーク３２Ａに対する半導体ウエハ８の位置を常に所
定位置とすることができ、半導体ウエハ８の移載を常に
所定位置で達成することができ、半導体ウエハ８を高速
で移載するときにも半導体ウエハ８の面に沿った位置ず
れを生ずることがなく、半導体ウエハ８のチッピングも
生じない。

【００３０】（３）図５および図６または図７の移載フ
ォーク３２Ａによれば、吸着孔３５によっても半導体ウ
エハ８が保持されるので、位置ずれがさらに確実に防止
される。

【００３１】（４）さらに収納容器４として、半導体ウ
エハ８の貫通孔８１に嵌合する保持突起を設けた構造の
ものを用いる場合には、収納容器４からウエハホルダー
６に至る搬送プロセスの全体において、半導体ウエハ８
を常に所定の位置で搬送することができ、搬送の位置精
度が格段に向上し、信頼性の高い処理を行うことができ
る。

【００３２】（５）図８の移載フォーク３２Ａによれ
ば、半導体ウエハ８の突き上げ手段が不要となる利点が
ある。なお、この移載フォーク３２Ａでは、半導体ウエ
ハ８の面に沿った方向での位置ずれを防止するために低
速で移載することが必要となるが、上記のようにウエハ
ホルダー６による高速での搬送は可能であるため、搬送
プロセスの全体としては高速搬送が可能となる。

【００３３】以上、本発明を実施例に基づいて説明した
が、本発明の処理装置は、薄膜形成（スパッタリング、
ＣＶＤ等）、酸化、ドーピング（熱拡散、イオン注入
等）、アニール、レジスト処理（塗布、現像等）、露
光、エッチング、洗浄等の各処理に適用することができ
る。

【００３４】

【発明の効果】本発明の半導体ウエハの処理装置によれ
ば、半導体ウエハを高速でかつ高い位置精度で搬送する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る半導体ウエハの酸化拡散処理装置
の断面図である。

【図２】ウエハホルダーに半導体ウエハが保持された状
態を示す説明図である。

【図３】ウエハホルダーおよび半導体ウエハの拡大図で
ある。

【図４】移載フォークの一例を示す斜視図である。

【図５】移載フォークの他の例を示す平面図である。

【図６】図５に示した移載フォークの断面図である。

【図７】移載フォークの他の例を示す断面図である。

【図８】移載フォークのさらに他の例を示す斜視図であ
る。

【図９】半導体ウエハを収納容器から真空予備室に搬送
する場合の説明図である。

【図１０】半導体ウエハを移載フォークによりウエハホ
ルダーに移載する場合の説明図である。

【図１１】従来の移載フォークを示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 処理室 １１ 外管 １２ 内管 １３ 外管と内
管との間隙 １４ ガス導入管 １５ ガス排気
管 １６ 蓋部材 ２ 処理予備室 ２１Ａ，２１Ｂ
ゲートバルブ ３Ａ，３Ｂ 真空予備室 ３１Ａ，３１Ｂ
移載手段 ３２Ａ，３２Ｂ 移載フォーク ３３Ａ 保持突
起 ３４Ａ 凸部 ３５ 吸着孔 ３６ 切り欠き ４０Ａ，４０Ｂ ゲートバルブ ４ 半導体ウ
エハの収納容器 ５１ 発熱源 ５２ 均熱部材 ５３ 断熱材 ５４ 補助加熱
源 ５５ 冷却手段 ６ ウエハホルダー ６１ 保持突起 ６２ 凸部 ６３ 凹部 ６４ ウエハホルダーの軸 ７ 昇降機構 ７１ 回転モー
タ ７２ アーム ７３ 駆動軸 ７４ 駆動モータ ７５ 蛇腹状の
管体 ８ 半導体ウエハ ８１ 貫通孔 ８２ カット部分 ９１ 移載フォーク ９２ 段差 ９３ 位置決め用凸部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中央部に貫通孔を有してなる半導体ウエ
   ハの処理装置であって、 前記半導体ウエハの貫通孔に嵌合する保持突起を有する
   搬送手段を備えてなることを特徴とする半導体ウエハの
   処理装置。