JPS62274619A - 搬送装置及び該装置を用いた半導体ウェーハの搬送方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 「産業上の利用分野」 本発明は、例えば半導体ウェハの熱処理プロセスにおい
て、支持ボート上に配列した半導体装置ハ群を熱処理炉
内へ搬入−搬出する為の搬送装置に関する。

「従来の技術」 従来、半導体ウェハを炉心管内で熱処理する際に、１０
０〜２００枚の半導体ウェハを　３■〜５■ピツチに平
行に配列した石英又はＳｉＣ製のウェハ支持ボートを、
石英ガラス或はＳｉＣで形成されたフォーク状又はカン
チレバ状の搬送治具上に積載し、該搬送治具を炉心管軸
線方向に移動させながら、前記ウェハ支持ボート上に配
列した半導体ウェハ群を炉心管より搬出入させる搬送装
置は既に公知である。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、かかる搬送装置を用いたウェハ搬入出プ
ロセスには次の様な問題がある。

ａ、搬入工程時における炉内温度は、少なくとも８００
℃〜１０００℃に保たれているが、炉外に位置するウェ
ハや搬送治具の温度は室温状態に維持されている為に、
この状態でウェハや搬送治具を炉心管内に搬入させると
搬入の際に炉内の熱がウェハや搬送治具に吸収され、炉
内温度の急激な温度低下を招くのみならず、該炉心管内
の急激な温度低下は、炉内の温度分布の不均一をもたら
し、ウニ八表面処理の歩留まりの大幅低下を引き起す。

ｂ、又半導体ウェハの搬入出の際に、該ウェハは搬送治
具の移動に追従して炉内から炉外へ、炉外から炉内へ夫
々移動する訳であるが、この時ウェハと搬送用治具は、
短時間に８００℃〜１，２００℃の温度変化を受けるこ
とになる。

そして前記ウェハは通常、直径１００Φ〜２００φ、厚
み４００ｇｍ〜８００ｇｍと非常に薄く体積が小さい為
、比較的これらの温度変化に追随しやすいが、これら半
導体ウェハを列設した搬送治具は、ウェハに比較して体
積が非常に大きいため、急激な温度変化に追従し難い。

而も前記半導体ウェハは搬送治具上に接触して配列され
ている為に、両者間の熱容量及び′熱伝導性の違いによ
り、半導体ウェハ内の搬送用治具に近い部分とそうでな
い部分で不均一な温度分布をもたらし、ウェハの反りを
引き起こしたり、スリップライン等の結晶欠陥を引き起
す原因となる。

Ｃ２そして前述したように半導体ウェハの熱処理プロセ
スでは、均一加熱と処理温度及び処理時間は、ウェハ処
理の歩留りに影響する重要な要素である為に、これらは
制御系により厳重に管理されているが、一度不均一な温
度状況が生じた場合、回復には著しい時間を必要とする
。

この為、前記熱処理プロセスでは前述したａ及びｂの欠
点を極力回避する為に、ウェハ搬送の際の搬送速度を充
分遅く（２０分〜１００分）し、ウェハ及び搬送治具が
均一加熱されるよう構成しているが、このような構成を
採ると単位時間当たりの処理工数の大幅な制約を受け、
必然的に製造コストの増大につながる。

本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、ウェハや搬送治
具等の炉心管内に搬入時における炉内温度の急激な温度
低下を防出し得る、半導体ウェハ等の搬送装置を提供す
る事を目的とする。

又本発明の他の目的とする所は、半導体ウェハと搬送治
具両者で熱容量及び熱伝導性の違いを有していても、炉
内搬入時に半導体ウェハの不均一な温度分布が生じるの
を回避し、これによりウェハの反りや、スリップラ・イ
ン等の結晶欠陥を引き起すのを防止し得る半導体ウェハ
等の搬送装置を提供する事を目的とする。

更に本発明の他の目的とする所は、前記ウェハ搬送時の
炉内及びウェハ面内の温度不均一を解消する事により、
ウェハ搬送速度、ひいてはウェハ処理速度の向上を図り
得る半導体ウェハ等の搬送装置を提供する事を目的とす
る。

ｒ問題点を解決する為の手段」 本発明はかかる技術的課題を達成する為に、半導体ウェ
ハ等の被処理対称物を熱容量の異なる収容治具を介して
炉内に搬出入させる搬送装置において、特に搬送手段を
介して前記被処理対称物を炉内に搬出入させる際に、該
被処理対称物を収容した収容治具の温度を変化させる手
段を設け、該温度変化手段により収容治具の保有温度を
搬送方向側の雰囲気温度に近ずけるように構成した点を
必須構成要件とし、 言い変えれば被処理対称物を炉内に搬入する際は、前記
収容治具を炉内に搬入する前に加熱し、一方接処理対称
物を炉内より搬出する際は、前記収容治具を炉内より搬
出した後に冷却するように構成した点を必須構成要件と
する搬送装置を提案する。

この場合、前記予備加熱と後冷却はいずれか一方のみを
採用しても当然に本発明の技術的範囲に含まれる。

又前記温度変化手段は、搬送手段内に内在させてもよく
、又収容治具と対面回旋に炉入口側に配置してもよい。

そして前者の構成を採る場合は、前記温度変化手段を不
活性ガスの存在下で内在させるよう構成するのがよい。

尚、本発明は前記被処理対称物が半導体ウェハで、収容
治具が石英又はＳｉＣ％のウェハ支持ボートである装置
に適用されるが、これ以外の半導体製造プロセスにおい
ても適用可能である事は言うまでもない。

「実施例」 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。ただ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、その相対配置などは特に特
定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに
限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

第１図乃至第３図はいずれも本発明の実施例に係る搬送
装置を示し、該装置は、高純度石英ガラスチューブ１１
内に、炭化珪素又はＡｌ２Ｏ３その他の耐熱材料で形成
された芯管１２を内挿して耐熱材内挿型のアーム１を形
成するとともに、該アームｌを２本水平方向に並置して
、ウェハー搬送部となすともに、該アーム１の基端側を
、炉扉２を介してカンチレバ一部３の支持部位に貫装さ
せて二点支持を行い、該カンチレバ一部３が炉心管４軸
線方向に延設するガイドレール５上を進退可能に構成し
ている・ 前記アーム１の芯管１２内には第２図に示す如く、冷却
ガス送気用石英チューブ１３とその外周囲に所定隙間弁
して巻回したタングステンヒータ１４が同心状に環設す
るとともに、これらはカンチレバ一部３の後方まで延設
されたアーム１の基端に取り付けられた冷却ガス送、排
気管６，７とヒータ１４と熱電対（図示せず）のケーブ
ル８に夫々接続されている。（第１図参照） そして前記石英チューブ１３の先端側は開口されており
、該チューブ１３内に送気された冷却ガスがアーム１の
外管たる石英ガラスチューブ１１内周面を通って、該チ
ューブ１１を冷却しながら排気管８より冷却用ラジエタ
Ｓ側に戻入されるよう構成している争 第３図はかかるヒータ１４の加熱制御系と冷却ガス流通
系を示す。

冷却ガス流通系は、アームｌ内に内挿された送気用石英
チューブ１３と連結された冷却ガス送気管７、石英ガラ
スチューブＸ１基端側に連結された排気管６、該排気管
６より戻入されたガスを再冷却するガス冷却用ラジエタ
３及び該ラジエタ９により冷却されたガスを再度送気管
側に送気させる送気ポンプ１０とからなり、かかる流通
系内に窒素、アルゴン等の不活性ガスを封入する。

そして前記送気ポンプ１０の送気量はコントローラ１５
により制御され、該コントローラ１５で、アーム１内に
内挿された熱電対その他の温度センサよりの信号を側温
装置１Ｂで検知し、該測温装置１６より出力された信号
に基づいて送気ポンプ１０に印加する電圧をコントロー
ラ１５で制御し、該送気ポンプ１０の回転制御即ち送気
量制御を行っている。

一方ヒータ１４の加熱制御系は、前述した側温装置１６
、コントローラ１５及びヒータ１４を加熱させる電圧の
制御を行う電力制御器１７よりなり、前記と同様に測温
装置１６によりアーム１先端側の温度を検知して、該検
知信号に基づいてコントローラ１５及び電力制御器１７
により、ヒータ１４を加熱させる電圧の制御即ちヒータ
１４の加熱温度の制御を行っている。

次にかかる構成の作用について説明するに、先ず多数枚
の半導体ウェハ２０を列設したウェハ支持ボート２１を
アーム１上に塔載した状態で、該ウェハ支持ボート２１
を炉心管４内に搬入させる前に、電力制御器１７により
ヒータ１４を加熱し、アーム１を介してウェハ支持ボー
ト２１を昇温させながら、ガイドレール５に沿ってカン
チレバ一部３を炉心管４側に前進させ、ウェハ支持ポー
）２１を炉心管４内に搬入させる。

そして前記半導体ウェハ２０を加熱処理した後炉心管４
内よりウェハ支持ボート２１を搬出する際は、該搬出後
にアーム１内に冷却ガスを送気させ、アーム１を介して
ウェハ支持ボート２１を強制冷却させる。

第４図かかるウェハ支持ボート２１の温度変化を従来技
術と対比して説明した温度線図である。

そして前記コントローラ１５は、あらかじめ定めらた温
度プログラムに従って前記温度線図に示すようなウェハ
支持ボート２１の昇温冷却を行うように構成されたもの
であるが、この時の、前記温度プログラムは、ウェハの
温度変化に一致する様に定められる。

かかる実施例によれば後記する本発明の効果が円滑に達
成し得るとともに、アーム１内の冷却を不活性ガスで行
う為に、ヒータ１４等の酸化防止とともに、該ガスが例
え炉心管４内に漏洩しても半導体ウェハ２０表面に欠陥
が生じる恐れはない。

尚、前記加熱冷却は、半導体ウェハ２０の搬送中におけ
るウェハ２０とウェハ支持ボート２１の熱容量の差をお
ぎなう程度の熱エネルギー、言い変えればヒータ加熱又
は冷却ガス流量を適度に与えてやればよい訳で、後記効
果を達成の為には特に未実施の様な複雑なコントローラ
鐙は特に必要としない。

又炉内温度が６００℃〜８００℃の低温であれば、特に
タングステンヒータ１４を使用する必要はなく、流通ガ
スを加熱又は冷却することにより流通ガス系のみで搬送
装置内温度制御が可能である。

第５図は冷却及び加熱手段を、アームｌ内ではなく、ガ
イドレール５と炉芯管４人口間に配置した他の実施例を
示す。

前記冷却及び加熱手段３０は内部にヒータと冷却ガス送
気チューブ（いずれも図示せず）が内蔵されており、前
記実施例と同様にこれらは冷却ガス送、排気管６とヒー
タと熱電対（いずれも図示せず）のケーブル８に夫々接
続されている。

そしてかかる冷却及び加熱手段３０は、ガイドレール５
延長線上のアーム１下側に、ウェハ支持ボー）２１と対
面可能な位置に配設し、その表面側を搬送方向と直交す
る方向に沿って円弧状に腕曲させ、表面側より輻射され
た冷気及熱気がアーム１上に塔載させたウェハ支持ボー
ト２１に均一に伝搬するように構成されている。

第６図は他の実施例で、石英ガラス或はＳｉＣで形成さ
れた円筒ｖ４１の先端側４２を断面弧状に形成し、その
上面にウェハ支持ボート２１が塔載可能に形成された搬
送治具４０内にヒータ４４及び冷却ガス送排気管４３を
内蔵した他の実施例を示す０本実施例においても前記第
１の実施例と同様な効果を達成し得る。

「発明の効果」 以上記載の如く本発明によれば、半導体ウェハを熱容量
の異なるウェハ支持ボート上に列設して炉内に搬出入を
行う場合であっても、前記ウェハ支持ボートを炉内に搬
入前又は炉内より搬出直後にウェハとウェハ支持ボート
の熱容量の差をおぎなう程度に加熱及び冷却を行う為に
一炉内への半導体ウェハ２０搬送装置の挿入による炉内
温度低下及び温度不均一を防止できる。

又本発明によれば、搬送装置と半導体ウェハとの熱容量
の差によるウェハ面内の温度分布の不均一化を解消し、
半導体ウェハのスリップライン等の結晶欠陥や反りなど
の不良を防止できる。

更に本発明によれば、以上の様な半導体ウェハの不良原
因を排除できることにより、半導体ウェハ熱処理プロセ
スの歩留りを著しく向上できるとともに処理速度の向上
を図る事も可能である。

等の種々の著効を有す。

尚、本発明はタングステンヒータ１４やガス流通による
加熱、冷却手段に限定されるものではなく、他の加熱、
冷却手段例えば、カンタル線ヒータ、赤外線ヒータ、液
体流通などその他の加熱冷却手段も適用可能である。

また本発明は加熱或は冷却装置のみでも前述した効果を
円滑に達成し得る為に、本発明は必ずしも加温、冷却の
両機構とも備えた装置に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の実施例に係る搬送装置を示
し、第１図は全体斜視図、第２図はアーム１の内部構成
を示す要部断面図、第３図は加熱冷却系を示すブロック
図、第４図は本実施例と従来技術のウェハ支持ボートの
温度変化の状態を示す温度線図、第５図は他の実施例に
係る全体斜視図、第６図は他の実施例に係る搬送治具の
内部構成を示す概略断面図である。 第２図 第 時 ４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）被処理対称物を熱容量の異なる収容治具を介して炉
   内に搬出入させる搬送装置において、前記被処理対称物
   を収容した収容治具を炉内に搬出入させる搬送手段と、
   該搬送手段を介して前記被処理対称物を炉内に搬出入さ
   せる際に、該被処理対称物を収容した収容治具の温度を
   変化させる手段とを有し、該温度変化手段により収容治
   具の保有温度を搬送方向側の雰囲気温度に近ずけるよう
   に構成した事を特徴とする搬送装置 ２）被処理対称物を炉内に搬入する際は、前記収容治具
   を炉内に搬入する前に予備加熱するように構成した特許
   請求の範囲第１項記載の搬送装置 ３）被処理対称物を炉内より搬出する際は、前記収容治
   具を炉内より搬出した後に冷却するように構成した特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載の搬送装置 ４）前記温度変化手段を搬送手段内に内在させた事を特
   徴とする特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれ
   か１項記載の搬送装置 ５）前記温度変化手段が不活性ガスの存在下で、石英ガ
   ラス或いはＳｉＣ又はこれらの組み合わせにより形成さ
   れた搬送手段内に内在させた事を特徴とする特許請求の
   範囲第１項から第４項までのいずれか１項記載の搬送装
   置 ６）前記温度変化手段を、収容治具と対面可能に炉入口
   側に配置した事を特徴とする特許請求の範囲第１項から
   第３項までのいずれか１項記載の搬送装置 ７）前記被処理対称物が半導体ウェハで、収容治具が石
   英又はＳｉＣ製のウェハ支持ボートである特許請求の範
   囲第１項から第６項までのいずれか１項記載の搬送装置