JP4632551B2 - ウエハおよびリングの移送方法、熱処理設備リングの組み合せ、及びウエハとリングのセット - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は特許請求の範囲請求項１記載の方法に関する。米国特許５ １６２ ０４７号には、熱処理室、「ウエハ・ボート」／リングのアセンブリー、装入装置および移送装置を具備した熱処理設備が記載されている。この配列を用いる場合、装入装置は該アセンブリーにウエハを入れ、また該アセンブリーからウエハを取出す役目をし、移送装置は該アセンブリーを熱処理室に入れ、また該アセンブリーを熱処理室から取出す役目をする。
【０００２】
該アセンブリーは、多数のリングがその平らな側辺を重ね合わせて等間隔で連結されているフレームから成っている。このリングにはそれぞれ内側の縁に凹みが備えられ、装入装置によってその上にウエハを位置させることができるが、その詳細については述べられていない。
【０００３】
多数のリングを充填した後、アセンブリーは移送装置によって熱処理室へ動かされ、凹みの上に載せられたすべてのウエハは熱処理が行なわれる処理を同時に受ける。
【０００４】
米国特許５ １６２ ０４７号記載の設備においては、全熱処理中においてウエハはリングと接触したままである。
【０００５】
例えば珪素のウエハのような基質に熱処理を行なう際、ウエハの塑性変形が起こり得る。珪素の場合９００〜１０００℃よりも高い温度においてウエハの機械的強度が著しく低下し、塑性変形は室温におけるよりも容易に起こることができる。珪素のウエハの変形は、材料中に存在する或いは生じる応力の影響によって結晶面が互いに移動し得るために生じいる。このことは「滑り」という言葉で知られている。この滑りによってウエハは歪み、これは裸眼でも検出することができる。
【０００６】
滑りを生じる応力の原因は材料中において二つ存在する。第１は重力であり、ウエハの支持部材と組み合わせて水平に置かれたウエハの場合、重力はウエハの表面全体に亙って均一に作用するが、ウエハの支持部材は一般に僅かな点でしかウエハを支えていない。そのため局所的な応力が生じるが、支持点の上およびその近傍において特に著しい。これはまた重力による応力とも呼ばれる。
【０００７】
第２には、ウエハ全体に亙る温度勾配が存在し、そのためウエハが不均一に膨張し、それに対応して機械的な応力が生じる。これはまた熱応力と呼ばれている。ウエハ全体に亙る温度勾配は、ウエハを反応器に入れまたそれから取り出すときに特に生じる。一般に反応器中の温度は、適切な通過時間を確保するためにかなり高く、例えば９００〜１０００℃である。周囲温度が室温である場合、ウエハを反応器に入れまた反応器から取り出す際、かなりの温度勾配が生じ、そのため応力が生成する。ウエハの厚さが限られており、また放射面が大きいために、結局の所その熱容量は比較的小さい。
【０００８】
米国特許５ １６２ ０４７号記載の設備においては、リングは或る一定の熱容量をもっているから、リングと接触している場所において加熱および冷却の際にウエハに温度差が生じる。熱処理設備にウエハを装入しまたそこから取り出す際、ウエハの中の機械的応力が塑性変形を起こすほど大きくなるような温度差を生じないようにするためには、この組合せ物を熱処理室へ運び入れまた熱処理室から運び出す速度を常に適切な速度にしなければならない。
【０００９】
さらに、リングとフレームとの間の連結によってさらにリング中における熱容量の差が生じ、連結を配置する結果としてリングおよびウエハに局所的な温度の偏りが生じ、その結果加熱／冷却中ウエハの中に局所的に機械的な応力が生じることができる。その結果としてウエハの局所的な不都合な変形が生じる可能性がある。
【００１０】
或る種の設備では、米国特許５ １６２ ４０７号におけるように多数のウエハに対して同時に処理を行なわず、処理過程に特有な理由により１回に唯１個だけウエハを処理する。１回の熱処理で１個だけのウエハを処理するこのような熱処理設備に対しては、従来法によればウエハを個別的に、即ち移送機構を用いて直接、且つ例えばウエハ・リングのような補助的に支持部材を使わずに、熱処理室に入れまたそこから取り出すことが通常であった。
【００１１】
本発明は特に接触させずにウエハを処理する方法に関する。この処理に対しては、反応器中のウエハはその全表面に亙ってガス流により均一に支持されており、従って処理中において重力による応力は生じ得ない。ウエハを収納する反応器の上部区画および底部区画は非常に均一に加熱することができるので、処理中ウエハの上において何ら温度勾配は生じない。しかしウエハを装入しまた取り出す際なお上述のような応力が起りその結果滑りが生じる可能性がある。いずれにせよ従来法によれば装入および取り出しの際には低温の把持器によってウエハを拾い上げるから、支持点の近傍において高い局所的な温度勾配が生じ、滑りが起こる。同様にウエハ全体に対してもかなりの温度勾配が生じる。この温度勾配は直線方向の成分と半径方向の成分の二つの成分をもっている。直線方向の成分は二つの高温の反応器の胴部（上部区画および底部区画）の間からウエハが直線方向に引き出されるために起こる。半径方向の成分は、ウエハの中間部分に比べ縁の部分の方が広い角度で熱を放出し得るために起こる。半径方向の勾配は特に有害な応力を生じる。
【００１２】
本発明の目的はウエハを熱処理室へまた熱処理室から移送する際、特に接触を行なわずに処理する際に、ウエハの滑りを制限するかまたは完全に抑制することである。
【００１３】
この目的は特許請求の範囲の請求項１に記載した方法によって達成される。
【００１４】
本発明に従えば、熱処理設備へのウエハの導入および熱処理設備からのウエハの取り出しは、リングが該ウエハの周りに配置したままで行なわれる。またこの処理の間もリングは存在したままである。本発明の好適具体化例に従ってウエハを接触させない状態で処理する場合、ウエハはガス流を適当に制御することによって処理中においてリングから、特にその支持点から離されて動かされる。この移動距離は非常に僅かである。本発明のリングの内径はウエハの外径よりも僅かに大きいだけである。
【００１５】
ウエハ全体に亙る温度勾配を制限するためにウエハの周りにリングを配置すること自体は公知であることを指摘しておく。ランプの助けを借りてウエハを迅速に加熱するいわゆる「迅速熱処理システム」は米国特許４ ４６８ ２５９号に記載されている。このシステムではウエハを機械的に支えるが、ウエハの縁における熱損失のために特に半径方向の温度勾配によって滑りが生じる。この滑りは、熱放射を吸収する直径がウエハの直径よりも幾分大きいリングをウエハ保持器の周りに配置することによってかなり減少させることができる。しかしこのリングはウエハを反応器の中に出し入れするのには使用されておらず、従って上記のような応力が装入／取り出しの際に依然として生じる。このことは米国特許５ ３３４ ２５７号記載のウエハの周りに配置されたリングの場合にも言えることである。この場合もウエハの縁の部分の熱容量を増加させると、縁は迅速には加熱されず、半径方向の温度勾配はウエハ全体に亙ってそれほど大きくはならないであろう。
【００１６】
米国特許４ ４６８ ２５９号においては、リングは熱処理室の固定した位置に配置されている。米国特許５ ３３４ ２５７号においては、リングはウエハのラックの中に配置され、リングはすべてのウエハを同時に運ぶ場合の移送手段としての役目をしているに過ぎない。
【００１７】
本発明のリングは勿論従来法において公知の任意のロボットによって取り扱うことができる。
【００１８】
本発明はまた熱処理設備／リングの組み合わせに関する。この場合該熱処理設備は二つの互いに相対して置かれた区画によって区切られた処理室を具備し、該区画の少なくとも一つには該区画の間にウエハを浮揚させて位置させるためのガス供給部材が備えられ、該リングは該区画の間に位置するようになっており、この場合操作位置においては、該リングの所における該二つの区画の間の距離は該リングの厚さに実質的に対応し、該リングおよびそれと関連する区画の間には少なくとも３個の半径方向のガス通路が配置されている。このような熱処理設備とリングとの組み合わせを使用すると、浮揚したウエハの反応器の中でウエハの水平の位置を正確に決定することができる。一般にウエハを水平に位置させた場合、ガス流はウエハを反応室の底部および上部の両方へと動かし、該ウエハを反応器の上部区画および底部区画の間に正確に位置させる。このような水平面の中に位置させるためには、該ガスの対する流出口を備えたリングをウエハの周りに配置することができる。本発明においては、ウエハがリングの特定な縁の方へ動くと、該位置に配置された流出口は或る程度閉じ、その結果リングと関連した縁との間でガスの圧力が上昇し、そのためリングは再び中心の方へ押し戻されることが見出だされた。このことは、他の開口部がよけいにガスを通し、その結果これらの位置で圧力の低下が生じることによって促進される。このようにして極めて安定な配置が得られ、ウエハとリングとの間の間隙の幅を例えば０．２ｍｍのような非常に小さい値にして作業を行なうことができる。このようなリングを用いる結果、反応器の壁の構造、即ち上部区画と底部区画を非常に簡単化することができ、また実質的に平らにすることができる。リングと反応器の壁との間をガスが流れる通路は反応器の壁の中か、またはリングの上部または底部か、或いは両方の中につくることができる。本発明のこの構造を用いて反応器の中におけるウエハの横方向の位置決めを行なうことができる。
【００１９】
ウエハ／リングの組み合わせを導入および取り出す際、ウエハはリングの上の支持点に載せられていることができる。しかし、支持用のピンを備えた別の補助要素をつくり、このピンが上記のような反応器の壁またはリングの上部または底部につくられた溝または開口物を通って延びるようにし、移動させる際リングとウエハを該支持点の上に載せるようにすることもできる。好適な変形においては、該補助要素はやはり環状をなしている。
【００２０】
この変形のさらに好適な具体化例においては、支持用のピンには内部通路が備えられ、その一端はウエハとの接触面の上に開き、他端は補助リングの中の内部通路と連絡し、該後者の内部通路は真空装置に連結されて該通路中で真空が得られるようになっている。真空のためにウエハはウエハに作用する重力だけの場合に比べ大きな力で支持用のピンの表面に圧しつけられ、ウエハは加速または減速の際水平面内でゆっくりと移動するであろう。
【００２１】
また本発明は、ウエハに対する少なくとも一つの容器を有するウエハ熱処理設備を具備し、該容器はリングを取り外せるようにリングを受ける構造をもち、各リングはその中でウエハを収納し支持するように設計されているウエハ熱処理設備／リングの組み合わせに関する。
【００２２】
次に添付図面に示した具体化例を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
例示する。
【００２３】
本発明のリングの第１の具体化例を透視図として図１に示し、全体を番号１で表す。このリングは幾分厚い外側の縁２と薄い内側の縁３から成っている。支持用のピン４が備えられている。リング２には或る種の操作ロボットに固定するための把手部分５が備えられている。ウエハ６の外径は内側の縁３の内径よりも幾分小さく、ウエハ６は移送される際支持点４によって支えている。リング１は、図２から分かるようにこのような移送を行なうためのものである。この図は、上部区画１１および底部区画１２から成る反応器１０の中にウエハを導入した図を示し、該上部区画および底部区画は従来法に公知の何らかの方法で加熱される。導入する際ウエハは支持点４の上に載せられる。
【００２４】
ウエハを反応器１０の中に導入し適当な方法で反応器を閉じた後、ガス流１３および１４を流し始め、それによってウエハは支持用のピン４から離れて浮き始め、処理を行なうことができる（図３）。処理後ガス流１３および１４を止め、ウエハは支持用のピン４へと戻り、反応器から取り出される。ウエハの導入および取出しの際、ウエハ全体に亙って生じる高い熱勾配はリング１が存在するために実質的に相殺される。結局リングの熱容量が比較的大きいため、中心部分に比べて縁の方が速く冷却されることが防がれる。移送中のウエハの冷却特性または加熱特性は材料の選択、およびリングの厚さ並びにウエハの縁と内側の縁３との間の距離の制御によってコントロールすることができる。
【００２５】
移送中に支持点の上にウエハを載せておくことは必ずしも必要でないことを理解しなければならない。原理的には、移送中ウエハを浮揚状態にしておく配置をつくることも可能である。この方法によれば支持点の所で重要な温度の移動は生じないことが保証される。
【００２６】
上記のように、リング１の外側の縁２は幾分厚くつくられている。この方法により機械的な強度が与えられ、熱容量が増加する。内側の縁２と外側の縁３との間の差は、当業界において考えられる任意の構造から成っていることができる。幾つかの例を図４ａ〜ｃに示す。
【００２７】
さらに、ウエハの移送中リングから熱を供給することができる。この目的のために図５に示すような加熱要素１６を取り付けることができる。図５ａの場合にはリングの材料は光線を通す材料、例えば石英材料から成っている。従って加熱要素１６から内側のリング３へ至る距離は問題にならない。図５ｂの具体化例においては、加熱要素はウエハに近く配置されているから、光線を透過することに関するリングの特性はあまり問題にならない。
【００２８】
図６は本発明のリングの他の変形の平面図である。このリングの全体を２１で示す。支持用のピンは２４で示されている。前記のリングとは対照的に、２２で示される半径方向のガス通路が存在している。この場合これらの通路は溝になっている。図７は操作中の種々の部分の断面図を示す。この図から分かるように、ウエハを上部区画１１と底部区画１２との間の中央に保持するためのガス流１４は偏らせられ、ウエハの上方を半径方向へと流れる。しかしガスは溝２２を通ってしか周囲から逃げることはできない。このリングを使用する結果ウエハのｘ−ｙの位置を正確に決定することができる。結局、ウエハ６が溝２２の方へ動くと、ウエハの幾分妨害する効果によりその場所ではガスが少量しか放出されなくなる。その結果その場所で圧力が上昇し、ウエハは後方へ動く。
【００２９】
図８においては他の変形が示されており、この図で示されたリング３１には支持用のピンが備えられていない。リング３１の周りに他のリング４１が配置され、このリングには支持用のピン３４が備えられ、このピンは反応器の底部区画１２につくられているガス放出用の溝３２を通って延びている。図９は反応器に挿入した場合のこの変形の断面図を示す。
【００３０】
さらに他の変形を図１０に示す。この図のリング３１には支持用のピンが備えられていない。リング３１の周りに他のリング５１が配置され、このリングには支持用のピン５４が備えられ、このピンは反応器の底部区画１２につくられているガス放出用の溝３２を通って延びている。支持用のピン５４には内部通路５６が備えられ、その通路の一端はウエハとの接触面５７の上で開き、他端は補助的なリング５１の内部通路と連絡している。この内部通路は連絡通路５５を介して真空装置（図示せず）に連結され、この通路を真空に引けるようになっている。真空によってウエハはウエハに作用する重力だけの場合に比べ大きな力で支持用のピンの表面に圧しつけられ、ウエハは加速または減速の際水平面内でゆっくりと移動するであろう。図１１は反応器に挿入した場合のこの変形の断面図を示す。
【００３１】
図６〜９に記載した構造を用いると、反応器の上部区画および底部区画、即ち区画１１および１２を特に簡単な方法でつくることができる。この具体化例においては、リング２１、３１の助けによって半径方向の位置決めを行なうことができる。この配置では上部区画１１および底部区画１２の反応室との境界面を実質的に平らにし、幾つかの溝をその中に切削することができる。
【００３２】
当業界の専門家は、上記多数の変形から添付特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を逸脱することなくさらなる発展が可能なことを理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のリングの第１の具体化例のウエハを取り去った場合の透視図。
【図２】 ウエハを反応器に導入した際の図１のリングの模式的断面図。
【図３】 ウエハを反応器中で処理している際のウエハを取り付けた図２のリングの模式的断面図。
【図４ａ〜４ｃ】 本発明のリングの種々の変形の断面図。
【図５ａ、５ｂ】 加熱要素が取り付けられた他の変形。
【図６】 本発明のリングの他の具体化例の平面図。
【図７】 ウエハが取り付けられた図６のリングの側面図。
【図８】 補助用のリングを取り付けた図６および７の変形。
【図９】 反応器に導入された図８の構造物の側面図。
【図１０】 補助用のリングを取り付けた図６および７の変形。
【図１１】 反応器に導入された図８の構造物の側面図。

Claims (26)

1. ウエハ（６）を熱処理室へまたは熱処理室から移送する方法であって、１回に一つのウエハを処理するために構成された該熱処理室は上部区画と底部区画を具備していて両区画の間にウエハが収納され、ウエハリングの組み合せの上部区画および底部区画の間にウエハが個別に出し入れされ、
   該熱処理室は熱処理設備（１０）と関連されていて、該熱処理室は、熱処理室
   の温度とは異なった温度を有する装入室と、装入装置と、装入室内に設けられた移送装置とを備え、装入室の中では装入装置により一組のウエハ（６）とリング（１）の一つが組み合わされてウエハリングの組み合せがつくられるか或いは組み合せから分離され、ウエハリングの組み合せが熱処理室に個別に出し入れされて移送装置により装入室に出し入れされ、処理中は上部区画および底部区画の間にリングが収納されている方法において、
   リングの内側縁部の内径はウエハの外径よりも大きく、ウエハリングの組み合せの移動中はウエハを支持するための支持ピンが設けられていることを特徴とする方法。
2. 上部区画および底部区画の作動位置において、ウエハリングの頂部側および底部側は上部区画および底部区画の各々に直接に隣接しているか或いは上部区画および底部区画の各々から１ｍｍ以内の距離だけ離れていることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 補助支持要素が設けられており、該補助支持要素は支持ピンを備えていて、該支持ピンが少なくとも移送中はウエハとリングを支持していることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 補助支持要素は支持ピンが設けられた支持リング（５１）を備えており、処理の際に、支持リングが熱処理室の外に置かれ、支持ピンが反応器の底部区画の溝を通って延びていることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. ウエハリングの組み合せの移送中、反応器の温度は少なくとも９００℃であることを特徴とする請求項１記載の方法。
6. ウエハリングの組み合せを移動する際に、リングが機械的に扱われて、ウエハが該リングの支持点の上に載せられることを特徴とする請求項１記載の方法。
7. ウエハリングの組み合せの移動の際に、該補助支持要素が機械的に扱われることを特徴とする請求項３記載の方法。
8. ウエハを適切な位置に保持するためにウエハ（６）と補助支持要素との間の接触面上において移送装置の中で真空を用いることを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 該熱処理設備の中においてリングによって取り囲まれた水平なウエハが、加熱された反応器の区画に関してウエハの垂直方向の移動により、頂部および底部区画から１ｍｍ以内の距離だけ離れて、或いは該頂部および底部区画と接触して運ばれることを特徴とする請求項１記載の方法。
10. 水平なウエハが、該熱処理室の中においてリングから或る垂直の距離だけ離して動かされることを特徴とする請求項１記載の方法。
11. ウエハがガス流（１３１４）によってリング（１）から離れて或る垂直の距離だけ動かされることを特徴とする請求項１０記載の方法。
12. 該熱処理設備（１０）は、装入室および熱処理室に連結された移送室を具備していることを特徴とする請求項１記載の方法。
13. 装入室、装入装置、移送装置、および１回に一つのウエハの熱処理を行なうための熱処理室を具備した熱処理設備リングの組み合わせであり、該熱処理室は互いに相対して配置された上部区画および底部区画を備え、両区画の間に熱処理を行なうウエハを収納することができ、該移送装置は個々のウエハリングの組み合せを装入室から熱処理室へ、およびその逆の方向へ動かすために備えられており、該熱処理室はウエハを取り囲んだリングを収納できるように設計されている熱処理設備リングの組み合せにおいて、
    リングの内側縁部の内径はウエハの外径よりも大きく、支持ピンは、該ウエハリングの組合せの移動の際にウエハを支持するために支持ピンが設けられていることを特徴とする熱処理設備リングの組み合せ。
14. 処理を行う際に、ウエハおよびリングの頂部側および底部側は直接に接触するか又は上部区画および底部区画の各々から１ｍｍ以内の距離だけ離れていることを特徴とする請求項１３記載の熱処理設備リングの組み合わせ。
15. 該上部区画および底部区画には加熱要素が備えられていることを特徴とする請求項１３記載の熱処理設備リングの組み合せ。
16. リングは移送装置に機械的に連結されていることを特徴とする請求項１３記載の熱処理設備リングの組み合せ。
17. リングおよびウエハを支持するために補助支持要素が設けられ、該補助支持要素は、少なくとも移送を行なう際にリングおよびウエハを支持する支持ピンを備えていることを特徴とする請求項１３記載の熱処理設備リングの組み合せ。
18. 該補助支持要素は、支持ピンが設けられた支持用のリング（５１）を備えており、処理を行う際に、該支持用のリングが熱処理室の外側に適合され、該処理室には支持ピンに適合するように溝が設けられていることを特徴とする請求項１７記載の熱処理設備リングの組み合わせ。
19. 該補助支持要素は移送装置に機械的に連結されていることを特徴とする請求項１８記載の熱処理設備リングの組み合せ。
20. 該リングには加熱要素が備えられていることを特徴とする請求項１３〜１８のいずれか１つに記載の熱処理設備リングの組み合せ。
21. 操作位置においては、該リングの所における該二つの区画（１１、１２）の間の距離は、該リングの厚さに対応し、該リング（２１、３１）および少なとも一つの区画（１１、１２）の間には少なくとも３個の半径方向のガス通路（２２）が配置されていることを特徴とする請求項１３記載の熱処理設備リングの組み合せ。
22. 該通路は該区画（１１、１２）の中につくられていることを特徴とする請求項２１記載の熱処理設備リングの組み合せ。
23. リング（３１）および支持用リング（４１）から成り、該リング（３１）の内径はウエハの外径よりも僅かに大きく、該支持用リング（４１）の内径はリング（３１）の外径よりも大きく、該支持用リング（４１）には、支持用リング（４１）の内周の内方に延びている支持要素（３４）が設けられており、該リング（３１）と該ウエハが移動の際に該支持要素（３４）の上に載せられていることを特徴とするウエハを移送するためのリングの組み合せ。
24. 該支持要素（３４）はピン（３４）を具備していることを特徴とする請求項２３記載のリングの組み合せ。
25. 該支持要素（３４）には内部通路が備えられ、その一端はウエハとの接触面の上に開き、他端は支持用リング（４１）の中の内部通路と連絡し、該後者の内部通路は真空装置に連結されて該通路中で真空が得られるようになっていることを特徴とする請求項２４記載のリングの組み合せ。
26. 請求項２３に従ったリングの組み合わせを備えるウエハリングであって、リング（３１）の内径は、該リングの組合せによって動かされるようにウエハの外径よりも大きく、支持要素（３４）が、該リング（３１）およびウエハを支持するために支持用リング（４１）からウエハの内径の中に内方に延びていることを特徴とするウエハリングセット。

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