JPH0878513A - 半導体ウェーハホルダー及び半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体デバイス製造時に用いられるウェーハ
のホルダーに関し、異なる直径のウェーハを同じボート
を用いて同時に一括処理できるウェーハホルダーの提供
を目的とする。 【構成】 水平状態で用いる半導体ウェーハホルダー１
１は、所定の直径を有する円形の表面所定位置に、載置
すべきウェーハの径に対応した複数個ウェーハ留め爪１
５を持つ。ホルダー１１及び爪１５はＳｉＯ₂、Ｓｉ
Ｃ、ＳｉＮおよびＳｉからなる群から選ばれた一種類の
材料で構成する。爪１５で仕切られたホルダー上部に半
導体ウェーハを載置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置で加工
される半導体ウェーハホルダー及び半導体装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積化は、基板である半導体ウェ
ーハの表面領域を微細加工することによって行われる
が、その過程で薄膜形成、リソグラフィ、エッチング、
不純物ドーピンク、メタライゼーションなど非常に多く
の複雑な工程が繰り返される。特に超ＬＳＩといわれる
超高密度集積回路は、基板である半導体としてＳｉを用
いるが、多数板のしかも直径の異なるウェーハを上記し
た１乃至数工程だけ共通して同時処理する必要がある。
各工程は、半導体ウェーハや装置、原料の設置及び準備
段階と終了時の回収やクリーニング作業を除いて塵埃の
影響を避け、また正確にサブミクロンコントロールする
ため、自動化されている。Ｓｉウェーハの表面に集積回
路を形成する場合、良質な絶縁膜である酸化膜形成、活
性化領域形成や素子間分離のための不純物拡散、機能領
域形成のためのＣＶＤ（化学蒸着）は不可欠の重要な工
程である。これらの工程では、電気炉内でＳｉウェーハ
を加熱する必要がある。

【０００３】一般に、酸化、拡散及びＣＶＤの工程をこ
なす自動化システムは、図３のようなブロック図で表す
ことができる。通常石英グラスで外界と遮断された反応
室１内の所定位置に、処理すべきＳｉウェーハが多数充
填される。反応室１内に格納されるＳｉウェーハを載置
した治具には、ウェーハ搬送ユニット５によってＳｉウ
ェーハが規則正しく充填される。しかる後、排気システ
ム４によって反応室１内は一旦真空状態にされ、次い
で、ガスシステム３から清浄な置換ガスが送られる。更
に、ヒータ２を稼働させて温調器により反応室１内のＳ
ｉウェーハを所定の一定温度に加熱し、再びガスシステ
ム３から反応ガスを導入して酸化、拡散又はＣＶＤを惹
起せしめるのである。終了時には、ガスシステム３の流
入ガスを切替えて非反応性不活性ガスで置換し、ヒータ
２の電源を切って冷却後に加工済Ｓｉウェーハを反応室
１から取り出す。尚、Ｓｉウェーハを反応室１から取り
出す直前までガスシステム３は駆動されるが、同時に排
気システム４も連動して駆動される。これら一連の工程
は、全てコントローラ６によって制御され、自動化され
ている。

【０００４】図３に示したブロック図について酸化、拡
散、ＣＶＤ装置の主要部を、Ｓｉウェーハの搬送システ
ムに着目して示したのが、図４〜図７である。酸化、拡
散、ＣＶＤ装置には縦型と横型があり、それぞれにＳｉ
ウェーハの載置方法が異なるが、比較的コンパクトで大
量のウェーハが処理できる装置として、近年縦型装置が
多く用いられている。図４は、縦型装置の場合を示して
いる。

【０００５】ウェーハ搬送ユニット５は複数枚のＳｉウ
ェーハを格納するカセット１２及びウェーハ搬送メカ１
３から成る。カセット１２には、前工程で処理された複
数枚のＳｉウェーハが水平のホルダー上に載置された後
収納される。ウェーハ搬送メカ１３は、フォーク１４を
有し、Ｓｉウェーハを収納したまま縦型装置近傍に移動
させられたカセット１２から、ウェーハホルダーと共に
或いはＳｉウェーハのみフォーク１４で取り出して、縦
型装置のボート８の所定位置に各Ｓｉウェーハを載置す
る。

【０００６】ボート８は、図５に見取図を示した如く、
複数本の支柱９によって、水平に積層されるウェーハ７
を保護する。このように支柱によってウエーハ７を保持
するのは、反応ガスの流路を確保して反応速度を高めか
つ均質な処理層を得るためである。各支柱９のウエーハ
７載置位置には、図６に断面図を示したようにウエーハ
７の径にあわせた溝１０が設けられている。ウェーハ搬
送メカ１３のフォーク１４によってカセット１２からこ
の溝１０に格納された複数枚のＳｉウェーハは、ボート
８が図４の点線位置まで垂直に上昇して反応室１内の所
定位置に固定された後、前記表面処理を受ける。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記した縦型装置の酸
化、拡散、ＣＶＤ装置を用いれば、Ｓｉの超高密度集積
回路形成のための重要な工程が、多数枚のＳｉウェーハ
について一度に自動的に行うことが可能となる。しかる
に、集積回路は、それがキーデバイスとして用いられる
電子回路の動作及び性能に対応して、その都度別々に設
計されるものである。その折、コストパフォーマンスを
考慮すると、集積回路が表面領域に形成されるＳｉウェ
ーハの径は必ずしも同一サイズにはならない。しかし、
製造を効率的に行うためには、異なるサイズのＳｉウェ
ーハも同時に同じ酸化、拡散、またはＣＶＤ等の工程で
処理する必要が生ずる場合がある。

【０００８】この時、図５及び６で示したボート８及び
溝１０の径は、図４の装置に格納される最大直径のＳｉ
ウェーハにあわせて設計されている。したがって図７で
示すように、溝１０の最深部間で測ったボート８の直径
Ｄと溝１０の深さＷとで表示して（Ｄ／２−Ｗ）より小
さな半径を有するＳｉウェーハ７は、ボート８に載置す
ることが出来ない。このために、異なる径のＳｉウェー
ハを同時に処理する場合には、別の径のボートを用意す
る必要があり、不経済な上に作業が煩雑化するという問
題があった。本発明の目的は、直径の異なる半導体ウェ
ーハを同じボートを用いて同時に酸化、拡散、またはＣ
ＶＤ処理することのできるウェーハホルダー及び半導体
製造装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明では、半導体ウェーハを水平状態で及び表面処理
する際に用いられるホルダーであって、所定の直径を有
する円形、又はドーナツ状、あるいは半円形状平板の表
示所定位置に、載置すべき半導体ウェーハの径に対応し
た複数個のウェーハ留め爪を固設してなり、且つＳｉＯ
₂、ＳｉＣ、ＳｉＮ及びＳｉから成る群から選ばれた一
種類の材料で構成されていることを特徴とする半導体ウ
ェーハホルダーを開示する。

【００１０】前記半導体ウェーハホルダーにおいては、
搬送用のフォークが侵入するための矩形孔を１個、前記
フォークの幅よりやや広く、且つ前記平板の周辺から中
心部へ向けて平板の半径より長く切り込んで形成したも
のであってもよい。

【００１１】更に本発明は、規定の大きさのサイズの半
導体ウェーハを複数枚水平状態で積載したボートを、内
部に収容して処理する反応室と、反応室内のボートに積
載すべき半導体ウェーハを外部から搬入する搬入系と、
より成ると共に、搬入系は、規定の大きさのサイズの半
導体ウェーハ又は、請求項１又は２に記載の半導体ウェ
ーハホルダーに載置したままの規定のサイズよりも小さ
い半導体ウェーハを外部から搬入し、この搬入した半導
体ウェーハをボート上に水平状態で載置するようにした
半導体製造装置を開示する。

【００１２】

【作用】ウェーハ留め爪は搬送途中に半導体ウエーハが
ホルダーから落下したり、移動してホルダーからはみ出
す事故を未然に防止する。ウェーハホルダーの直径を、
予めボートの支柱溝の深さ、すなわち（Ｄ−２Ｗ）とＤ
との間の大きさに設定しておけば、留め爪の位置をかえ
たウェーハホルダーを用いることによって異なる径を有
する複数枚のウェーハが同一ボートに安定的に載置する
ことができる。ウェーハホルダーに予め矩形孔を設けて
おけば、予めボートにウェーハホルダーを設置してお
き、その上にカセットから取り出したウェーハをフォー
クによって載置することが出来て便利である。矩形孔は
また、ウェーハホルダーの表面積を減らし、反応ガスの
滞留を抑制する作用をする。

【００１３】

【実施例】以下本発明を実施例に基づいてより詳しくの
べる。図１は、実施例によるウェーハホルダーの形状を
示す斜視図である。図１（Ａ）においてウェーハホルダ
ー１１の上面所定位置には４個の留め爪１５が設けられ
ている。ウェーハホルダー１１は、例えば８インチφの
Ｓｉウェーハと同径であり、留め爪１５は、例えば６イ
ンチφのウェーハにあわせて設けられている。１１およ
び１５の材質は通常石英（ＳｉＯ₂）であるが、この他
Ｓｉ系化合物であるＳｉＣやＳｉＮ、或いはＳｉそのも
のであってもよい。

【００１４】表面を鏡面仕上げ後化学研磨したＳｉの８
インチφウェーハ７と６インチφウェーハ７′を例えば
それぞれ５枚ずつ用意し、６インチφウェーハ７′は図
１（Ｂ）に示すようにウェーハホルダー１１上の留め爪
１５で仕切られたホルダーの上面に載置した。８インチ
φウェーハ７はウェーハホルダー１１に載置しない。そ
して８インチφウェーハ７とウェーハホルダー１１とを
１枚ずつ交互にカセット１２に収納する。収納後、カセ
ット１２をウェーハ搬送メカ１３の近傍に移動する。ウ
ェーハ搬送メカ１３のフォーク１４を駆動してカセット
１２内のＳｉウェーハ７とウェーハホルダー１１を１枚
ずつ上から順に取り出し、そのままの順序でボート８に
積層する。この時ボート８は、図４の実線位置にある。
ボート８は、８インチφウェーハ用のもので、ボートホ
ルダー２０にセットされている。Ｓｉウェーハ７と、Ｓ
ｉウェーハ７′を載置したウェーハホルダー１１とは、
いずれも整然とボート８の溝１０に収納される。

【００１５】しかる後ボートホルダー２０をリフトして
図４の点線位置に至らしめ、その真上に保持していた石
英ベルジャーを上からおろしてその下端部をボートホル
ダー２０の下端に密着させる。排気システム４を駆動し
て石英ベルジャー内の反応室１を真空にした後、ガスシ
ステム３のコック（図示せず）を開いて反応室１に高純
度酸素ガスを充満せしめ、次いで排気システム４と連動
させながらヒーター２を昇温する。所定の酸化温度に到
達後、水蒸気を含む酸素ガスを導入してウェーハの表面
酸化を行った。所定の時間経過後流入ガス高純度アルゴ
ンに切り換えて降温し、ボートホルダー２０を下方へ降
ろしてボート８を取り出した。各ウェーハ７、７′上に
形成された酸化膜の厚みを調べると、ボート８に直接載
置した８インチφのＳｉウェーハ７もウェーハホルダー
１１上に載置してボート８に設置した６インチφのＳｉ
ウェーハ７′もほとんど変わりなく、酸化温度と水蒸気
分圧、酸化時間に応じて予測される通りの厚みの酸化膜
が得られた。各酸化膜の品質（機質的欠陥及び電気的性
質）も全く変化ないことがわかった。

【００１６】図２は、本発明の別の実施例による半導体
ウェーハホルダーの形状を示す斜視図である。図２
（Ａ）、（Ｂ）は、ウェーハ載置の有無に対応したホル
ダー形状を、また図２（Ｃ）、（Ｄ）はホルダーを設置
したボートの状態を示す。図２（Ａ）、（Ｂ）に示した
ように、本実施例の半導体ウェーハホルダー１１はウェ
ーハ搬送メカ１３のフォーク１４のサイズにあわせた矩
形孔３０が１個設けられているのが特徴である。矩形孔
３０は、ウェーハホルダー１１の周辺から中心部に向け
てその半径Ｄ／２よりやや長い距離だけ内側へ切れ込
み、また矩形孔の幅はフォーク１４のサイズよりやや広
い。矩形孔３０は、留め爪１５を欠落させないような位
置に設けられている。

【００１７】本ウェーハホルダー１１を用いる場合に
は、図２（Ｃ）で示すようにウェーハ搬送前にウェーハ
ホルダー１１のみをボート８に積層設架しておき、予め
前処理を行ってカセット１２に収納済の小面積ウェー
ハ、たとえば６インチφのＳｉウェーハ７′を搬送メカ
１３のフォーク１４で取り出し、図２（Ｄ）に示すよう
に矩形孔３０を利用しながらＳｉウェーハ７′をウェー
ハホルダー１１の留め爪１５の間に整然と収納すること
ができる。また、反応室１内での酸化、拡散、またはＣ
ＶＤ処理後、ボート８に設架されたウェーハホルダー１
１からフォーク１４を用いてＳｉウェーハ７′のみを取
り出してウェーハをカセット１２に収納し、新たに処理
すべきウェーハを再びフォーク１４によってボート８に
設架されたままのウェーハホルダー１１上に載置するこ
とができる。

【００１８】このような小面積のウェーハ搬送は、大面
積、例えば８インチφのＳｉウェーハと全く同じパター
ンで行われるので、時間的に無駄がなく、またウェーハ
ホルダー１１がウェーハ交換時に汚築されることもな
い。

【００１９】矩形孔３０を有するウェーハホルダー１１
は、前実施例の完全円形タイプに比べて表面積が小さ
く、それだけ反応時のガスの流れを妨げることが少ない
ため、より高い再現性を期待することができる。その意
味で半導体ウェーハホルダー１１の形状は、以上の実施
例で述べた円形を基本としたものよりも半円状やドーナ
ツ状にして表面積を減らしたものであることが好まし
い。

【００２０】また、以上の実施例では半導体ウェーハホ
ルダー１１の材質を石英としたが、Ｓｉウェーハの処理
を行う場合にはこれ以外Ｓｉ系材料、例えばＳｉＣやＳ
ｉＮ、Ｓｉなどを用いうる。これら材料は、ウェーハホ
ルダーの表面領域のみを被覆する材料に用いることもで
きる。

【００２１】更に、以上の実施例では処理される半導体
がＳｉの場合のみを述べたが、これ以外の半導体、例え
ばＧａＡｓやＺｎＳなどのウェーハにも本発明を適用し
うることは自明である。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、直径
の異なる半導体ウェーハを同時に多数枚、電気炉内で表
面処理することができる。この結果、スペース収納効率
が向上すると同時に半導体デバイスの製造コスト低減及
び多種少量生産に資することができると考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例による半導体ウェーハホルダーの斜視
見取図である。

【図２】別の実施例による半導体ウェーハホルダーの斜
視見取図である。

【図３】半導体デバイス製造のための酸化、拡散、ＣＶ
Ｄ工程を行う装置のブロック図である。

【図４】酸化、拡散、ＣＶＤ工程を行う縦型装置の主要
構成図である。

【図５】従来例によるボートの見取図である。

【図６】ボートのウェーハ収納格納部（溝）を示す部分
断面図である。

【図７】図５に示したボートのウェーハ収納状態を示す
平面図である。

【符号の説明】

１ 反応室 ２ ヒータ ３ ガスシステム ４ 排気システム ５ ウェーハ搬送ユニット ６ コントローラ ７、７′ Ｓｉウェーハ ８ ボート ９ 支柱 １０ 溝 １１ 半導体ウェーハホルダー １２ カセット １３ ウェーハ搬送メカ １４ フォーク １５ 留め爪 ２０ ボートホルダー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウェーハを水平状態で搬送及び表
   面処理する際に用いられるホルダーであって、所定の直
   径を有する円形、又はドーナツ状、あるいは半円形状平
   板の表示所定位置に、載置すべき半導体ウェーハの径に
   対応した複数個のウェーハ留め爪を固設して成り、且つ
   ＳｉＯ₂、ＳｉＣ、ＳｉＮ及びＳｉから成る群から選ば
   れた一種類の材料で構成されていることを特徴とする半
   導体ウェーハホルダー。
2. 【請求項２】 半導体ウェーハホルダーに搬送用のフォ
   ークが侵入するため矩形孔を１個、前記フォークの幅よ
   り広く、且つ前記平板の周辺から中心部へ向けて該平板
   の半径より長く切り込んで形成したことを特徴とする請
   求項１記載の半導体ウェーハホルダー。
3. 【請求項３】 規定の大きさのサイズの半導体ウェーハ
   を複数枚水平状態で積載したボートを、内部に収容して
   処理する反応室と、 反応室内のボートに積載すべき半導体ウェーハを外部か
   ら搬入する搬入系と、より成ると共に、搬入系は、規定
   の大きさのサイズの半導体ウェーハ又は、請求項１又は
   ２に記載の半導体ウェーハホルダーに載置したままの規
   定のサイズよりも小さい半導体ウェーハを外部から搬入
   し、この搬入した半導体ウェーハをボート上に水平状態
   で載置するようにした半導体製造装置。