JPH10242067A - 熱処理用基板支持具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多数枚の被処理基板を自重応力が生じないよ
うに支持することができ、高温熱処理時の被処理基板の
スリップを防止することができると共に、いわゆる対向
裏面依存性のあるプロセスにも適用することができる熱
処理用基板支持具を提供する。 【解決手段】 縦型熱処理炉１で多数枚の被処理基板Ｗ
を熱処理するために被処理基板Ｗを水平状態で上下方向
に所定間隔で支持する熱処理用基板支持具１７におい
て、上記被処理基板Ｗの下面全体を支持する平板状の支
持板２２を支柱２３を介して上下方向に所定間隔で設け
て構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱処理用基板支持
具に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造においては、被処
理基板である半導体ウエハに酸化、拡散、ＣＶＤ（Chem
ical Vapor Deposition）、アニールなどの処理を行う
ために、各種の熱処理装置が使用されている。その熱処
理装置の一つである縦型熱処理装置においては、縦型熱
処理炉で一度に多数枚のウエハをバッチ式に熱処理する
ために、ウエハを水平状態で上下方向に所定間隔で多段
に支持するウエハボートと称する熱処理用基板支持具が
用いられている。このウエハボートには、その構造によ
ってラダーボートやリングボートなどと称するものがあ
る。

【０００３】上記ラダーボートは、ウエハの周囲を囲む
如く配置された複数本（例えば３〜６本）の支柱を有
し、これらの支柱にウエハを上下方向に適宜間隔で多段
に支持するための凹状ないし凸状の係止部を設けたもの
である。上記リングボートは、上記ラダーボートにおけ
る係止部の代りにウエハの周縁部を支持するためのリン
グ状の支持部を設けたものである。上記支柱およびリン
グ状の支持部の材料としては、耐熱性を有し、且つウエ
ハに対して汚染源になりにくい材料、例えば石英が用い
られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のウエハボートにおいては、ウエハの周縁部を支
持するように構成されていたので、ウエハの中央領域が
自重で下方に撓み易く、この撓みによる応力で特に高温
熱処理時にウエハにスリップ（結晶のずれ）が発生し易
くなり、歩留りの低下を余儀なくされる問題があった。
このような問題は、ウエハの口径（直径）が大きくなれ
ばなるほど増大するため、大口径のウエハには最早上記
ウエハボートを使用することが困難になっていた。

【０００５】また、従来のウエハボートにおいては、ウ
エハの被処理面である上面（表面）がその直上に位置す
るウエハの下面（裏面）と直接対向する支持状態とな
る。このため、プロセスによっては、ウエハ上面の成膜
量がその直上ウエハの裏面の材質ないし膜種による影響
を受けてしまう場合があり、このような対向裏面依存性
のあるプロセスには不向きであるという問題があった。

【０００６】本発明は、上記課題を解決すべくなされた
ものである。本発明の目的は、多数枚の被処理基板を自
重応力が生じないように支持することができ、高温熱処
理時の被処理基板のスリップを防止することができると
共に、いわゆる対向裏面依存性のあるプロセスにも適用
することができる熱処理用基板支持具を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のうち請求項１記載の熱処理用基板支持具
は、縦型熱処理炉で多数枚の被処理基板を熱処理するた
めに被処理基板を水平状態で上下方向に所定間隔で支持
する熱処理用基板支持具において、上記被処理基板の下
面全体を支持する平板状の支持板を支柱を介して上下方
向に所定間隔で設けてなることを特徴としている。

【０００８】請求項２記載の熱処理用基板支持具は、上
記支持板に、被処理基板の移載を行なうために、被処理
基板の下面を支持して昇降する支持ピンを上下に挿通さ
せるための挿通孔が形成されていることを特徴としてい
る。

【０００９】請求項３記載の熱処理用基板支持具は、上
記支持板の上面に、被処理基板を水平移動しないように
収容する凹部が形成されていることを特徴としている。

【００１０】

【実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を添付図面
に基づいて詳述する。図１は本発明の実施の形態を示す
斜視図、図２は縦型熱処理装置の一例を示す縦断面図、
図３はウエハボートの正面図、図４はウエハボートの支
柱の構造を変更した例を示す一部省略斜視図、図５は基
板移載機構の一例を示す概略的斜視図、図６は同基板移
載機構の動作を説明する説明図である。

【００１１】先ず、縦型熱処理装置の一例について図２
を参照して説明する。この縦型熱処理装置は、例えばＣ
ＶＤ処理に適するように構成された縦型熱処理炉１を有
している。この縦型熱処理炉１は、熱処理室を構成する
縦長円筒状の反応管２を有している。この反応管２は、
耐熱性および赤外線透過性を有する材料、例えば石英製
であることが好ましい。また、反応管２は、上端および
下端が開口した内管３と、上端が閉塞され、下端が開口
した外管４とからなる二重管構造に構成されていること
が好ましい。

【００１２】上記反応管１の下端部には、処理ガス等の
供給、排気を行なうガス供給管部５および排気管部６を
側壁に有する円筒状のマニホールド７が接続されてい
る。このマニホールド７は、耐食性および耐食性を有す
る材料、例えばステンレス製であることが好ましい。こ
のマニホールド７は、上方に水平に配置されたベースプ
レート８に図示しない取付部材を介して取付けられてい
る。

【００１３】上記マニホールド７の上端部に上記外管４
の下端部が気密に接続され、マニホールド７の内側に形
成された鍔部９に上記内管３の下端部が支持されてい
る。上記ガス供給管部５は、上記内管３の内側に沿って
上方へ処理ガス等を供給するように設けられ、上記排気
管部６は、上記内管３と外管４との間の環状通路１０か
ら処理後の排ガスを排気するように設けられている。

【００１４】上記反応管１の周囲には、反応管１内を所
定の温度、例えば５００〜１２００℃に加熱するため
に、ヒータ１１が配置されている。このヒータ１１は、
ヒータ線（発熱抵抗線）１２を反応管１の周囲を巻回す
る如くコイル状に形成し、このヒータ線１２の外側を断
熱材１３で覆い、更にこの断熱材１３の外側を冷却ジャ
ケット等のアウターシェル１４で覆った構造になってい
ることが好ましい。ヒータ１１は、上記ベースプレート
８上に設置されている。

【００１５】縦型熱処理炉１の炉口を形成する上記マニ
ホールド７の下端開口部は、蓋体１５で開閉可能に閉じ
られるようになっている。この蓋体１５は、耐熱性およ
び耐食性を有する材料、例えばステンレス製であること
が好ましい。この蓋体１５上には、例えば石英製の保温
筒１６を介して後述の熱処理用基板支持具であるウエハ
ボート１７が着脱可能に載置される。このウエハボート
１７は、被処理基板である円板状の半導体ウエハＷを水
平状態で上下方向に所定の間隔で多数枚、例えば１５０
枚程度支持可能に構成されている。

【００１６】上記蓋体１５は、昇降機構１８の昇降アー
ム１９に取付けられており、この昇降機構１８により蓋
体１５の開閉と、反応管１に対するウエハボート１７の
搬入、搬出が行なわれるようになっている。上記蓋体１
５には、保温筒１６を介してウエハボート１７を軸廻り
に回転させるための回転機構（図示省略）が設けられて
いることが好ましい。上記マニホールド７の側壁に設け
られたガス供給管部５には、処理ガス等の供給源に通じ
るガス供給管２０が接続され、排気管部６には、排気系
に通じる排気管２１が接続されている。この排気系に
は、反応管１内を所定の減圧雰囲気ないし真空度、例え
ば１０〜１０^-8Ｔｏｒｒに減圧排気するための図示しな
い真空ポンプ等を有する減圧制御装置（図示省略）が設
けられている。

【００１７】上記ウエハボート１７は、ウエハＷの下面
全体を支持する平板状の支持板２２を多数枚有してお
り、これら支持板２２が支柱２３を介して水平状態で上
下方向に所定間隔で多段に設けられた構成がとられてい
る。直径３００ｍｍのウエハに対しては、上下に隣合う
支持板２２間に２０ｍｍの隙間が設けられていることが
好ましい。このウエハボート１７は、ラダーボートやリ
ングボートとは異なり、ウエハＷの下面全面を支持する
平板状の支持板２２を有していることから、プレートボ
ートと称することができる。このウエハボート１７を構
成する支持板２２および支柱２３は、耐熱性を有し、且
つウエハに対して汚染源にならない材料、例えば石英製
であることが好ましい。

【００１８】上記支持板２２は、ウエハＷの下面全体を
支持するために、少なくともウエハＷと同じ大きさ（直
径）で形成されているか、あるいはウエハＷよりも少し
大きめの円板状に形成されていることが好ましい。上記
支柱２３は、水平状態で上下方向に多段に配置された支
持板２２の周縁部を適宜間隔で支持する如く配置されて
いる。この場合、ウエハボート１７の各支持板２２に対
して側方から基板移載機構２４によりウエハＷの移載作
業が容易に行なえるように、ウエハボート１７の一側方
が支柱２３間の間隔を大きくとることにより移載用搬出
入口２５として開放されている。

【００１９】上記支持板２２は、支柱２３に対して、接
合手段、例えば溶接により固定されている。上記支柱２
３は、支持板２２を強固に支持することができる構造で
あれば、その本数および形状は限定されない。従って、
支柱２３としては、図１に示すように、丸棒状の支柱を
複数本、例えば３本〜６本使用したものであってもよ
く、或いは図４に示すように、板状の支柱を例えば２本
以上使用したもの等であってもよい。

【００２０】上記支持板２２には、後述する支持ピン２
６を有する基板移載機構２４によるウエハＷの移載を可
能とするために、ウエハＷの下面を支持して昇降する支
持ピン２６を上下に挿通させるための挿通孔（支持ピン
挿通孔）２７が形成されていることが好ましい。挿通孔
２７は、基板移載機構２４の支持ピン２６に対応して小
口径で複数個、例えば３〜４個（図示例では４個）所定
間隔で散在させて形成されていることが好ましい。上記
挿通孔２７は、リングボートのリングと異なり、小口
径、例えば直径３０ｍｍであり、支持板２２の面積に比
して十分に小さいため、ウエハＷに自重応力を生じさせ
る恐れはほとんどない。

【００２１】また、上記支持板２２の上面には、ウエハ
Ｗが横滑りして支持板２２上から脱落することを防止す
るために、ウエハＷを水平移動しないように収容する凹
部２８が形成されていることが好ましい（図６参照）。
ウエハＷが例えば直径３００ｍｍ、厚さ１ｍｍである場
合、上記支持板２２は、直径３２０ｍｍ程度、厚さ３．
５ｍｍ程度であることが好ましい。このような支持板２
２においては、上面に上記ウエハＷを収容し得る大きさ
の凹部２８を、例えば座ぐり加工により、深さ０．５ｍ
ｍ程度で形成されていることが好ましい。これにより、
上記支持板２２の上面周縁部には、ウエハＷの周縁部を
規制するための幅が１０ｍｍ程度の環状の規制凸部２９
が形成されている。上記凹部２８は、ウエハＷの下面全
面を均一に載置できるように平坦に精度よく加工されて
いる。

【００２２】一方、基板移載機構としては、例えば特開
平３−８３７３０号公報に記載されているようなものが
好適に利用可能である。基板移載機構の一例について図
５ないし図６を参照して説明する。この基板移載機構２
４は、ウエハＷの下面を支持して搬送するための薄板状
の第１の基板支持アーム３０と、この第１の基板支持ア
ーム３０の下側に設けられ、受け渡し時にウエハＷの下
面を支持するための起立した複数例えば４本の支持ピン
２６を有する第２の基板支持アーム３１とを備えてい
る。なお、第２の基板支持アーム３１は、必ずしも板状
である必要はなく、例えば棒状であってもよく、その棒
状のアームに支持ピンが設けられていればよい。

【００２３】これら支持ピン２６は、ウエハＷを水平に
支持するために、同じ高さで配設されている。支持ピン
２６の上端部は、球面状に形成されていてもよい。ま
た、支持ピン２６は、ウエハＷの受け渡し時に第１の基
板支持アーム３０と干渉しないように、第１の基板支持
アーム３０の幅よりも広い間隔をあけて両側に２本ずつ
配設されていることが好ましい。

【００２４】第１および第２の基板支持アーム３０，３
１は、基台３２に対して水平軸廻りに回転可能および昇
降可能とされたアーム支持台３３上に設けられており、
このアーム支持台３３上を同一水平方向にそれぞれ独立
して進退移動可能に構成されている。また、第２の基板
支持アーム３１は、第１の基板支持アーム３０とは独立
して所定ストローク例えば１０ｍｍ程度で昇降可能に構
成されている。複数枚例えば２５枚のウエハＷを所定間
隔で収容している搬送用基板収容容器であるウエハカセ
ット３４と上記ウエハボート１７との間でウエハＷの移
載を行なうために、上記基板移載機構２４の周囲の所定
位置にウエハカセット３４とウエハボート１７が設置さ
れる。

【００２５】次に、上記基板移載機構２４の動作を、ウ
エハカセット３４からウエハボート１７にウエハＷを移
載する場合について説明する。先ず、上記アーム支持台
３３を目的のウエハカセット３４の方向へ回転させ、第
１の基板支持アーム３０をウエハカセット３４内の所望
位置のウエハＷの下部に挿入し、その後僅かに上昇させ
ることにより第１の基板支持アーム３０上にウエハＷを
載せ、この状態で第１の基板支持アーム３０を後退させ
てウエハＷをウエハカセット３４内から抜き取る。

【００２６】次に、アーム支持台３３をウエハボート１
７の方向へ回転せると共に、アーム支持台３３を昇降さ
せて、第１の基板支持アーム３０がウエハボート１７の
所望位置の支持板２２の上部に位置するように高さ調整
を行う。その後、第１および第２の基板支持アーム３
０，３１を共に前進させて図６の（ａ）に示すように、
第１の基板支持アーム３０を支持板２２の上部に、第２
の基板支持アーム３１を支持板２２の下部に位置させ
る。

【００２７】そして、図６の（ｂ）に示すように、第２
の基板支持アーム３１のみを所定ストロークだけ上昇さ
せて支持板２２の挿通孔２７に支持ピン２６を挿通させ
ると共に、支持ピン２６によってウエハＷを突き上げる
ようにして、第１の基板支持アーム３０上から支持ピン
２６上にウエハＷを受け取る。次いで、図６の（ｃ）に
示すように、第１の基板支持アーム３０を後退させてウ
エハＷと支持板２２の間から引き抜く。そして、図６の
（ｄ）に示すように、第２の基板支持アーム３１を下降
させて支持板２２の凹部２８にウエハＷを載置すると共
に、支持ピン２６を支持板２２の挿通孔２７から離脱さ
せた後、第２の基板支持アーム３１を後退させて、一枚
のウエハＷの移載が終了する。

【００２８】上記動作を繰り返すことにより、ウエハカ
セット３４内のウエハＷを順次ウエハボート１７へ移載
する。なお、ウエハボート１７からウエハカセット３４
への移載は、上記動作と逆の動作を行うことにより実行
される。このように、基板移載機構２４は、ウエハＷを
水平に支持して搬送する第１の基板支持アーム３０と、
ウエハボート１７の支持板２２の下側から挿通孔２７を
通ってウエハＷを突き上げて支持し、支持板２２とウエ
ハＷとの間に第１の基板支持アーム３０を挿入引き抜き
可能な間隔を形成する支持ピン２６を有する第２の基板
支持アーム３１とを備えているため、平板状の支持板２
２を有するウエハボートであっても、ウエハの移載を容
易に行うことができる。

【００２９】以上のように構成されたウエハボート１７
によれば、ウエハＷの下面全体を支持する平板状の支持
板２２を支柱３１を介して上下方向に所定間隔で設けて
構成されているため、多数枚のウエハＷを自重応力が生
じないようにそれぞれ全面支持することができる。これ
により、高温熱処理時のウエハＷのスリップを防止する
ことができ、歩留りの向上が図れる。従って、上記ウエ
ハボート１７は、３００ｍｍ以上の大口径のウエハにも
容易に適用することができる。

【００３０】また、上記ウエハボート１７によれば、上
下のウエハＷが支持板２２により互に仕切られて隔絶さ
れるため、ラダーボートやリングボートのようにウエハ
Ｗの上面が直上のウエハの裏面と直接対向することがな
い。従って、いわゆる対向裏面依存性のあるプロセスに
も問題なく適用することができる。

【００３１】更に、上記支持板２２には、ウエハＷの移
載を行なうために、ウエハＷの下面を支持して昇降する
支持ピン２６を上下に挿通させるための挿通孔２７が形
成されているため、ウエハＷの移載を容易に行なうこと
ができる。また、上記支持板２２の上面には、ウエハＷ
を水平移動しないように収容する凹部２８が形成されて
いるため、ウエハＷが横滑りして支持板２２上から脱落
することを防止することができる。

【００３２】以上、本発明の実施の形態を図面により詳
述してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の
設計変更等が可能である。例えば、被処理基板として
は、半導体ウエハ以外に、例えばＬＣＤ基板等が適用可
能である。また、熱処理用基板支持具の材質としては、
石英以外に、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）等が適用可能
である。縦型熱処理炉としては、ＣＶＤ処理以外に、例
えば酸化処理、拡散処理、アニール処理等に適するよう
に構成されていてもよい。

【００３３】上記基板移載機構としては、第１の基板支
持アームと第２の基板支持アームを複数組設け、ウエハ
を複数枚ずつ移載するように構成されていてもよい。ま
た、ウエハを支持板上から上昇させる機構としては、厚
さの極めて薄いフォーク状の基板支持アームをウエハと
支持板の間に差込んでウエハを上昇させる機構、あるい
は支持板の上面から基体を噴出させてウエハを上昇させ
る機構等であってもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果が得られる。

【００３５】（１）請求項１記載の熱処理用基板支持具
によれば、被処理基板の下面全体を支持する平板状の支
持板を支柱を介して上下方向に所定間隔で設けて構成さ
れているため、多数枚の被処理基板を自重応力が生じな
いように支持することができ、高温熱処理時の被処理基
板のスリップを防止することができると共に、いわゆる
対向裏面依存性のあるプロセスにも適用可能である。

【００３６】（２）請求項２記載の熱処理用基板支持具
によれば、上記支持板に、被処理基板の移載を行なうた
めに、被処理基板の下面を支持して昇降する支持ピンを
上下に挿通させるための挿通孔が形成されているため、
被処理基板の移載を容易に行なうことができる。

【００３７】（３）請求項３記載の熱処理用基板支持具
によれば、上記支持板の上面に、被処理基板を水平移動
しないように収容する凹部が形成されているため、被処
理基板が横滑りして支持板上から脱落することを防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す斜視図である。

【図２】縦型熱処理装置の一例を示す縦断面図である。

【図３】ウエハボートの正面図である。

【図４】ウエハボートの支柱の構造を変更した例を示す
一部省略斜視図である。

【図５】基板移載機構の一例を示す概略的斜視図であ
る。

【図６】同基板移載機構の動作を説明する説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 縦型熱処理炉 Ｗ 半導体ウエハ（被処理基板） １７ ウエハボート（熱処理用基板支持具） ２２ 支持板 ２３ 支柱 ２６ 支持ピン ２７ 挿通孔 ２８ 凹部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 縦型熱処理炉で多数枚の被処理基板を熱
   処理するために被処理基板を水平状態で上下方向に所定
   間隔で支持する熱処理用基板支持具において、上記被処
   理基板の下面全体を支持する平板状の支持板を支柱を介
   して上下方向に所定間隔で設けてなることを特徴とする
   熱処理用基板支持具。
2. 【請求項２】 上記支持板には、被処理基板の移載を行
   なうために、被処理基板の下面を支持して昇降する支持
   ピンを上下に挿通させるための挿通孔が形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の熱処理用基板支持具。
3. 【請求項３】 上記支持板の上面には、被処理基板が水
   平移動しないように収容する凹部が形成されていること
   を特徴とする請求項１または２記載の熱処理用基板支持
   具。