JPH067238U - 半導体熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 本考案は、高純度合成石英部材と耐熱性の良
好な天然石英部材を組み合わせて半導体ウエーハの処理
用ボートを構成し、不純物の拡散等のウエーハ処理条件
に悪影響を与える要素を取りのぞいた良好な処理条件を
持つウエーハ処理用ボートを持つ半導体熱処理装置を提
供する事を目的とする。 【構成】 考案はウエーハの熱処理の際、使用器材に含
まれている不純物が拡散してウエーハの電気的性質に最
も悪影響を与える恐れのあるウエーハ接触部位を形成す
る支持手段２と、該支持手段に多数枚のウエーハを積層
載置出来るようにして構造的強度を分担する保持部材１
とに分割し、前記支持手段に不純物の含有率のずっと小
さい高純度合成石英を使用し、保持部材に耐熱性の高い
天然石英を使用し前記支持手段と一体構造にする構成を
提案する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、半導体ウエーハを積層保持した状態で炉心管内で熱処理される半導 体熱処理装置に係り、特に縦型半導体熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来より、周囲に加熱手段を囲繞した炉心管内に、半導体ウエーハを積層配置 したウエーハ処理用ボートを収納可能に構成し、前記加熱手段により処理ボート 上に載設した半導体ウエーハを所定温度域迄加熱制御しながら、該半導体ウエー ハ表面域に反応ガス又は不活性ガスを流し、半導体ウエーハ表面域の酸化、拡散 、気相成長、アニール等の各種熱処理を行なう熱処理装置は公知であり、この種 熱処理装置においては省設置面積化を図るためと半導体ウエーハの大口径化に伴 い、前記炉心管を垂直に立設した縦型熱処理装置が多用されている。 そしてかかる熱処理装置に用いるウエーハ処理用ボートは基盤上に垂直に立設 した複数の保持部材に刻設したウエーハ支持溝に多数の半導体ウエーハを適宜間 隔に積層載置可能に構成されている。

【０００３】 かかるウエーハ処理用ボートは、多数の半導体ウエーハを積層載置して１００ ０℃以上の高温の加工段階のなかで使用されているわけであるが、例えばシリコ ンウエーハを半導体デバイスに加工する場合の前記ウエーハ処理用ボートの構成 部材は、一般的に天然石英部材を用いている。 この天然石英部材は有用な支持部材で複雑な形も容易に作ることが出来、比較 的高純度で、汚染物質の影響を比較的うけぬくく、前記加工段階の雰囲気の大部 分に対しても化学的に安定で、１０００〜１３００℃の範囲に対しても、かなり の寸法安定性を持っている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記天然石英部材を前記ウエーハ支持溝を刻設した保持部材に 使用する場合は、半導体ウエーハの熱処理の際前記ウエーハ支持溝におけるウエ ーハとの接触部で支持部材の構成部材である天然石英の不純物が拡散しウエーハ 処理に悪影響を与えていた。 上記事項に対して、前記保持部材に高純度合成石英を用いることが考えられて きたが、高純度合成石英の最高使用温度が９５０℃と低いため前述の熱処理時に 支持部材の湾曲が起き、実質的に使用不可能であった。

【０００５】 本考案は、かかる技術的課題に鑑みなされたもので、高純度合成石英部材と耐 熱性の良好な天然石英部材を組み合わせて半導体ウエーハの処理用ボートを構成 し、不純物の拡散等のウエーハ処理条件に悪影響を与える要素を取りのぞいた良 好な処理条件を持つウエーハ処理用ボートを持つ半導体熱処理装置を提供する事 を目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案はかかる技術的課題を達成するために、前記半導体熱処理装置に収納さ れているウエーハ処理用ボートの構成を考え、基盤上に複数本のウエーハ保持部 材を立設して該部材にウエーハ支持溝を適当間隔に刻設して多数枚のウエーハを 積層保持する従来の構成を二つの部位に分け、その構成部材を変え長短相補う構 成とした。 即ち、ウエーハの熱処理の際、使用器材に含まれている不純物が拡散してウエ ーハの電気的性質に最も悪影響を与える恐れのあるウエーハ接触部位を形成する 支持手段と、該支持手段に多数枚のウエーハを積層載置出来るようにして構造的 強度を分担する保持部材とに分割し、前記支持手段に不純物の含有率のずっと小 さい高純度合成石英を使用し、保持部材に耐熱性の高い天然石英を使用し前記支 持手段と一体構造にする構成を提案する。 そのため、前記支持手段の熱処理時に印加される積層載置した半導体ウエーハ の全荷重による座屈応力及び曲げ応力は、それと一体構造の天然石英の保持部材 が分担することになる。ウエーハとの接触支持は、高純度合成石英よりなる支持 手段が分担し、熱処理時のウエーハの汚染を最小限度に止める。

【０００７】 又、前記保持部材には、構造セラミックよりなる耐熱芯材を保持部材の中空部 に挿入充填して内蔵封止する構成にすることを提案して、大口径のウエーハを多 数枚積層載置出来る充分な強度を持てるようにすると共に、高温で連続使用して も変形するようなことが無いようにする。

【０００８】 又、前記構造セラミックよりなる耐熱芯材を内蔵封止した前記保持部材の全面 を合成石英で被覆して三重構造とし、最外層の合成石英被覆層にウエーハ支持溝 を刻設して前記支持手段と保持部材とを一体構造にし、加工費が比較的低廉です む方法で本考案の目的を達成するようにしても良い。

【０００９】

【作用】

上記技術手段によれば、半導体ウエーハの保持空間の半円部位周辺に垂直に立 設した複数本の保持部材に設けられ、前記ウエーハを前記保持空間に積層載置す べくウエーハに直接接触支持するウエーハ支持手段に、高純度合成石英を使用し たため、ウエーハ熱処理の際不純物による該ウエーハの汚染を最小限に止めるこ とが出来る。 又、前記合成石英よりなる支持手段を天然石英よりなる保持手段と一体構造と したため、多数枚のウエーハを積層載置して熱処理する場合積載ウエーハの総荷 重による座屈と曲げモーメントは支持手段を介して保持部材に印加され、ボート 湾曲を容易に防止できる。

【００１０】 そして好ましくは前記天然石英よりなる保持部材を中空状に形成し、その中空 部に例えばＳｉＣ、Ｓｉ、Ｓｉ3Ｎ4等の高純度微粉末の焼結体である構造セラミ ックの耐熱性芯材を挿入充填封止して内蔵するようにしてあるため、保持部材を 構造部材として一層の耐熱強度及び耐疲労度の向上を図ることが出来、ウエーハ の大口径化にも対応でき、又積層枚数の増大にも対処できる。

【００１１】 前記構造セラミックの耐熱芯材を内蔵封止した前記天然石英の保持部材の外層 に高純度合成石英からなる被覆層を一体構造の三重構造となし最外層の合成石英 被覆層にウエーハ支持溝を刻設して支持手段を形成した場合は、製作費の軽減を 図る事が可能である。

【００１２】

【実施例】

以下、図面を参照して本考案の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但し この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は 特に特定的な記載がないかぎりは、この考案の範囲をそれに限定する趣旨ではな く、単なる説明例にすぎない。 図１は、炉心管内に収容されるウエーハ処理用ボートの第一の実施例の斜視図 で、図２は図１の第１の実施例の保持部材と支持手段の詳細を示す斜視図である 。

【００１３】 図に示すように、ウエーハ処理用ボートは、基盤３の片側周縁部に垂直に複数 本の天然石英（電気溶融天然石英）の円柱状保持部材１が立設され、反対側より 半導体ウエーハ７が出入できるようにしてある。その上部端面に円板状構造物４ を固設し、処理用ボートを形成させている。前記複数本の保持部材１のウエーハ 保持空間に面する外側には、断面矩形状の高純度合成石英からなる支持手段２を 設け前記保持部材１と一体構造にし、多数の半導体ウエーハを略水平か又はウエ ーハ挿入先端がやや下がり気味に積層載置すべく適当間隔にウエーハ支持溝５が 刻設してある。 なお、前記高純度合成石英は、四塩化珪素を酸水素火炎中で加水分解すること により形成され、下欄の電気溶融天然石英との純度分析値比較表に見るように、 高純度合成石英は不純物の含有が非常に低いことを示している。 元素 Na K Li Al Cu Ni 天然石英 0.2 0.3 0.7 20 0.02 0.2 合成石英 <0.01 <0.05 <0.05 0.1 <0.01 <0.05 （ｐｐｍ） 通常高純度合成石英は、耐熱性が天然石英に比べて低く、１１００℃で連続使 用すると変形してしまう。このため、本実施例では、耐熱性の高い天然石英と高 純度合成石英とで一体化するとともに、使用箇所に対応して前記合成石英と前記 天然石英とで使い分け分担するようにしてある。即ち、半導体ウエーハを接触支 持する支持手段２には高純度合成石英を使用してウエーハに対する汚染を最小限 に止めるようにし、支持するウエーハの総重量による座屈や曲げモーメントに対 しては前記天然石英の保持部材１により対応できるようにしてある。

【００１４】 図３には、本考案に係わる第２の実施例の一体化されたウエーハ支持手段と保 持部材の詳細を示す斜視図である。 図に示すように、図１の保持部材１の代わりに中空状の天然石英の保持部材 １ａを用意し、その中空部に例えばＳｉＣ、Ｓｉ、Ｓｉ3Ｎ4等の高純度微粉末の 焼結体である棒状構造セラミックよりなる耐熱芯材６を挿入し、且つ熱処理過程 において間隙を生じないようにきっちりと充填し、更に前記熱処理中に加熱によ る空気の膨張による破裂を防止するため内部を真空状態に封止してある。前記保 持部材１ａの外側には、図１と同様に、適当間隔にウエーハ支持溝５を刻設して ある高純度合成石英の支持手段２が前記保持部材１ａに一体構造に設けてある。 前記構造セラミックＳｉＣについてみると、耐熱強度は１４００℃迄は大なる 値に保たれ、化学的に安定で、疲労現象が無く、膨張係数が小さく、寸法安定性 が高い等の特性を持っており、前記芯材の使用により高温度連続使用中における ウエーハ処理用ボートの自重及びウエーハ荷重による当該ウエーハ処理用ボート の変形を防止するようにしてある。

【００１５】 図４には、本考案に係わる第３の実施例の一体化されたウエーハ支持手段と保 持部材の詳細を示す斜視図である。 図に示すように、天然石英の保持部材１ｂと高純度合成石英の支持手段２ａと で一体構造の二重管構造とし、前記保持部材１ｂの中空部に図３と同様に棒状構 造セラミックの耐熱芯材６を挿入充填し、真空封止してある。前記支持手段２ａ には適当間隔にウエーハ支持溝５が刻設する構成にしてある。 この場合は、加工性は良好になるが、ウエーハ支持溝のウエーハとの接触部が 大きくなり、ボートからの輻射熱の影響によりウエーハ面内での熱履歴の不均一 性の問題が生じ、ウエーハ面内での熱酸化膜、不純物拡散深さ等のバラツキを生 じる。

【００１６】 上記実施例は、縦型ボートについてのみ取り扱ってきたが、本考案は該縦型ボ ートに限らず横型ボートにも適用可能であり、又ボート以外の熱処理装置にも適 用可能である。

【００１７】

【考案の効果】

以上記載した如く本考案によれば、半導体ウエーハの熱処理をする際、該ウエ ーハに直接接触して支持するウエーハ処理用ボートの支持手段に高純度合成石英 を使用するようにしたため、不純物による汚染等はなくなり、ウエーハ処理条件 は非常に改善出来る。 又、前記ウエーハ処理用ボートの保持部材に前記合成石英の支持手段と一体構 造にした耐熱性の天然石英を使用し、ウエーハ保持に必要な強度を分担するよう にしたため、上記支持手段に耐熱性の無い高純度の合成石英を使用することが出 来る。 又、前記天然石英の保持部材に例えば高純度微粉末を焼結したセラミック棒状 芯材を内蔵封止する構造としたため、ウエーハ処理ボートの大型化に対処できる と共に高温連続熱処理にも変形湾曲等を起こさないようにすることが出来る。 又、最外層に高純度合成石英で、中間層に天然石英で、二重管構造としその内 部に構造セラミック材からなる棒状耐熱芯材を挿入封止する構造とし、前記最外 層にウエーハ支持溝を適宜間隔に刻設してウエーハ支持手段を形成するようにし たため、低加工コストでウエーハへの不純物汚染を少なくすることが出来る。 等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例に係るウエーハ処理用ボートを
示す斜視図である。

【図２】図１の実施例の保持部材と支持手段の詳細を示
す斜視図である。

【図３】第２の実施例に係るウエーハ処理用ボートを示
し、ウエーハ支持手段と保持部材が一体化された部分の
詳細を示す斜視図である。

【図４】第３の実施例に係るウエーハ処理用ボートを示
し、ウエーハ支持手段と保持部材が一体化された部分の
詳細を示す斜視図である。

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂ 保持部材 ２、２ａ 支持手段 ３ 基盤 ４ 円板状構造物 ５ ウエーハ支持溝 ６ 棒状耐熱芯材 ７ 半導体ウエーハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 永田 秀敏 福井県武生市萱谷町第３号１番地４ 株式 会社福井信越石英内 (72)考案者 大藤 一禎 福井県武生市萱谷町第３号１番地４ 株式 会社福井信越石英内 (72)考案者 山本 良一 福井県武生市萱谷町第３号１番地４ 株式 会社福井信越石英内 (72)考案者 上田 弘子 福井県武生市萱谷町第３号１番地４ 株式 会社福井信越石英内

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウエーハを積層保持した状態で炉
   心管内で熱処理される半導体熱処理装置において、 半導体ウエーハを適宜間隔に積層保持するためのウエー
   ハ支持溝を刻設した高純度合成石英からなる支持手段
   と、前記ウエーハの保持空間を形成すべく該支持手段と
   一体構造にして基盤上に立設した複数本の天然石英から
   なる保持部材とを含む半導体熱処理装置。
2. 【請求項２】 前記保持部材に、セラミック製耐熱芯材
   を内封した請求項１記載の半導体熱処理装置。
3. 【請求項３】 前記支持手段を、前記耐熱芯材を内蔵封
   止する保持部材の全面を覆う筒状被覆体より構成し、該
   被覆体上に適当間隔に刻設したウエーハ支持溝を設けて
   構成した請求項２記載の半導体熱処理装置。