JP5731270B2 - 半導体ウェハ処理用減圧処理容器 - Google Patents

Description

本発明は、低熱容量、かつ耐熱性に優れ、高強度な半導体処理ウェハ処理用減圧処理容器に関するものである。

従来、減圧処理装置、例えば半導体ウエハに膜付け処理を行う装置において、ウエハを多数枚搭載したボートを搬入して密閉し、所定真空度に真空引きを行い、その後プロセスガスを流入させて加熱下で膜付け処理を行っている。

ここで、この種のウエハを密閉する減圧処理室（容器）は、石英等の石材により円筒状に成形され、この減圧処理室外方に、断熱材を配したケーシングを、被設させてある（特許文献１参照）。

この石英等の石材により円筒状に形成された減圧処理室は、耐熱性を向上させ、高強度となるよう、厚みのある均一な一体構造物であった。

特許第３０５６７７６号公報

特許文献１に開示された従来の減圧処理室によれば、減圧処理室の外側を、断熱材を配したケーシングにより被覆する必要がある。更に、減圧処理室が厚みのある石英等の石材による一体構造物であるため、熱容量が非常に大きくなる。熱容量が大きいと、熱しにくく冷めにくい特性となる。ウェハを処理するために、減圧処理室内部の空間の温度を均一に昇温するには、まず、減圧処理室自体の温度を上昇させる必要がある。しかし、熱容量が大きいため、温度上昇に時間がかかる。温度上昇を急速に行うためには、大電力を投入する必要があり、ランニングコストが上昇する。

また、ウェハの処理が終了した後、ウェハを取り出すためには、減圧処理室の温度を低下させる必要がある。こちらも、熱容量が大きいため、温度の低下に時間がかかる。急速に温度を低下させるには、水冷設備が必要となり、設備コストと共に、ランニングコストも上昇する。

また、石英等の石材により成形してあるため、高コストとなり、加えてメンテナンスにおいても大掛かりとなり、その管理が非常に煩雑であった。

本発明はこのような欠点に鑑み、耐熱性に優れ、かつ高強度でありながら、持ち運び易く、低熱容量の半導体ウェハ処理用減圧処理容器を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体処理ウェハ処理用減圧処理容器は、金属材料により円筒状に成形された薄肉の内容器体と、内容器体との間に真空の断熱空間を形成し、金属材料により円筒状に成形され、その外周面にリブ状の起伏部を多数形成してなる薄肉の外容器体と、を金属材料からなる底板のみによって、接合して二重構造としたことを特徴とするものである。

本発明に係る半導体処理ウェハ処理用減圧処理容器によれば、内容器体と外容器体とが金属材料により薄肉の円筒状に成形されているため、耐熱性に優れ、低熱容量で持ち運び易く、取り扱いが極めて容易となる。

さらに、外容器体の外周面にはリブ状の起伏部が多数形成された状態で一体成形されているため、高強度で、耐久性に優れる。

加えて、内容器体と外容器体とを底板のみにより接合して二重構造とし、その内部断熱空間を真空としてあるため、高断熱効果を奏し、高温、減圧下で半導体ウェハに膜付けする等の工程での使用に最適である。

本発明に係る一実施例の半導体処理ウェハ処理用減圧処理容器の要部縦断面図である。 本発明に係る実施例の半導体処理ウェハ処理用減圧処理容器の使用態様を示す要部縦断面図である。 本発明に係る他の実施例の半導体処理ウェハ処理用減圧処理容器の様々な態様を示す要部縦断面図である。 本発明に係るさらに他の実施例の半導体処理ウェハ処理用減圧処理容器の様々な態様を示す要部縦断面図である。 本発明に係る一実施例の半導体処理ウェハ処理用減圧処理容器の別の使用状態を示す断面図である。

低熱容量、かつ耐熱性に優れ、高強度とし、金属材料により円筒状に成形された薄肉の内容器体と、内容器体との間に断熱空間を形成し、金属材料により円筒状に成形され、その外周面にリブ状の起伏部を多数形成してなる薄肉の外容器体と、を底板のみによって、接合して二重構造とすること、により実現した。

図１を参照して本発明に係る実施例１の半導体処理ウェハ処理用減圧処理容器について説明する。本発明に係る実施例１の半導体処理ウェハ処理用減圧処理容器の形状は、上下方向の上部を排気口とし、上下方向の下部をウェハ出入口、プロセスガス等の気体流入口とするため、下部が大きく開口し、上部には小孔が開口する形状の略円筒体である。

半導体処理ウェハ処理用減圧処理容器は、内容器体１１と、外容器体１７ａと、底板１９からなる二重構造の容器体１７である。金属材料、特にはステンレスにより円筒状に成形された薄肉の内容器体１１と、金属材料、特にはステンレスにより円筒状に成形され、その外周面にリブ状の起伏部１５を多数形成してなり、内容器体１１との間に真空の断熱空間１３を形成する薄肉の外容器体１７ａと、を金属材料、特にはステンレス製の、底板１９によって接合して二重構造としてある。

本例において、内容器体１１の厚さは約１ｍｍ、外容器体１７ａの厚さは約１．５ｍｍである。内外容器体１１，１７の厚さを１ｍｍ、１．５ｍｍの薄肉とすることにより、材料コストを大幅に削減することができる。

また、内容器体１１の外径はφ６５０（直径６５０ｍｍ）、外容器体１７ａの外径は、ほぼφ７３０（直径７３０ｍｍ）としてある。内容器体１１の外径をφ６５０としてあるのは、容器内部での半導体ウエハの膜付工程が行える最小の大きさであり、この大きさとすることにより材料コスト削減、最軽量化が実現できる。

内容器体１１は、内側が大気圧、外側が真空の環境となるため、内側から外側に１気圧で押し広げられる力を受ける。内容器体１１は、この力に耐える必要がある。また、内容器体１１は高温になるため、耐力の低下を考慮して板厚を選定する必要がある。
外容器体１７ａは、内側が真空、外側が大気圧の環境となるため、外側から内側に１気圧で押し潰す力を受ける。外容器体１７ａは、この力に耐える必要がある。

また、起伏部１５の形状は外容器体１７ａ外周面から外側へ突出する凸型または波型としてある。この起伏部１５により、外容器体１７ａを高強度とすることができ、このため外容器体１７ａが薄肉な約１．５ｍｍ厚としても十分な強度を維持することが可能となる。
半導体ウェハ処理時、内容器体１１は高温になるが、外容器体１７ａは真空断熱の効果で、あまり温度が上昇しない。このため、内容器体１１には大きな熱伸びが発生し、外径寸法が増加する。外容器体１７ａは、小さな熱伸びのため、外径寸法はあまり増加しない。このため、内容器体１１と外容器体１７ａとの隙間は、小さくなる。

内容器体１１と外容器体１７ａを接続する底板１９は、この隙間の変化に耐えられる強度が必要になる。このため、図１（ｂ）に示すように内容器体１１や外容器体１７ａよりも肉厚な金属材料、特にはステンレス製の底板１９により、強固に接合することが考えられる。しかし、底板１９を肉厚にすると、内容器体１１から外容器体１７ａに、底板１９を通じて熱が大量に伝導してしまい、断熱効果が著しく低下する。
このため、図１（ａ）に示すように底板１９は、内容器体１１の肉厚以下とし、かつ、内容器体１１と外容器体１７ａとの隙間変化を吸収する、金属材料、特にはステンレス製の、例えば、断面をＵ字型とした底板１９を用いた構造とすることが望ましい。

本発明に係る半導体処理ウェハ処理用減圧処理容器を使用して被加工物に熱酸化処理を行う工程を図２を参照して説明する。
まず、半導体処理ウェハ処理用減圧処理容器の上部ポートに、図示しない真空排気用のポンプを設置し、下部開口Ｏの一部に、プロセスガスを流入させるための流入チューブ（図示略）、真空ポンプ（図示略）、空冷用ポート（図示略）、ゲートバルブ（図示略）などを設置する。

次に、半導体処理ウェハ処理用減圧処理容器内に、被加工物Ｗを搬入した後、一旦、半導体処理ウェハ処理用減圧処理容器内を真空にして不要なガスを除去し、半導体処理ウェハ処理用減圧処理容器内に配置した加熱機構（図示略）により加熱し、内容器体１１内部へプロセスガスを流入させることにより、当該減圧処理容器内に搬入した作業テーブルＴ上の被加工物Ｗへの熱酸化処理を行う。

この際、本発明に係る半導体処理ウェハ処理用減圧処理容器の内容器体１１の熱容量が小さいため、短時間で半導体処理ウェハ処理用減圧処理容器内の温度が均一となる。同時に、真空断熱により半導体処理ウェハ処理用減圧処理容器内の温度も維持されるため、ウェハの処理作業を確実に行うことが可能となる。
また、ウェハ処理終了後、減圧処理容器内に冷却ガスを導入することで、短時間にウェハと減圧処理容器の内容器体１１の温度を下げることができる。ここで使用する冷却ガスは、ウェハに対して影響のないガスにする必要がある。例えば、アルゴンなどの不活性ガスにしてもよい。

図３に底板１９の様々な態様を実施例２として示す。
図３（ａ）に示す底板１９は、内容器体１１の肉厚以下の肉厚の断面をＵ字型とした底板１９を内容器体１１と外容器体１７ａとの隙間の外方に向けて凸として配設した例である。図３（ｂ）に示す底板１９は、相互に一端を接合した底板片１９ａと底板片１９ｂそれぞれの他端を、底板片１９ａは外容器体１７ａ下端部側面に、底板片１９ｂは内容器体１１下端部側面に接合してなる。図３（ｃ）に示す底板１９は、一端を内容器体１１下端部に接合した底板１９の他端を、外容器体１７ａ下端部側面に接合してなる。図３（ｄ）に示す底板１９は、一端を外容器体１７ａ下端部に接合した底板１９の他端を、内容器体１１下端部側面に接合してなる。

図４に外容器体１７ａの他の態様を実施例３として示す。
この態様では外容器体１７ａは外容器体１７ａの内側に向けて凸となる形状の天井部１７ｂを有する。外容器体１７ａと天井部１７ｂとは別体に成形されて相互にその縁部が接合される。そのため天井部も含めて一体な外容器体１７ａに比べ効率よく製造することができる。

図５に本発明に係る半導体処理ウェハ処理用減圧処理容器の他の使用例を示す。
本例は、容器内に、被加工物Ｗを搬入した後、容器外側に配した加熱機構Ｈにより加熱し、容器内部へプロセスガスを流入させることにより、容器内に搬入した作業テーブルＴ上の被加工物Ｗへの熱酸化処理を行うものであり、半導体処理ウェハ処理用減圧処理容器の構成、作用は実施例１と同様である。

本例は、内容器体１１と外容器体１７ａとの間に形成される断熱空間１３を真空とする
のではなく、空気より熱伝導率が低いアルゴン、キセノン等の気体層としてある。

この断熱空間１３を気体層としても、真空とした場合と同等の高断熱効果が得られる。
このため、断熱空間１３を真空とすることに比し、作業効率、作業コストを低減することが可能となる。

なお、両例において、内容器体１１と外容器体１７ａの形状は、下部が大きく開口し、上部には小孔が開口する形状であるが、上下部の開口を同一径としてもよく、種々の径を組合せ使用する形態とすることは自明である。

また、内容器体１１の厚さを約１ｍｍ、外容器体１７ａの厚さを約１．５ｍｍとしてあるが、必ずしもこの厚さに限定されることはない。

また、外容器体１７ａの起伏部１５の形状は外容器体１７ａ外周面から外側へ突出する凸型または波型としてあるが、鋸刃型、螺旋型、その他の形状とすることは自明である。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明は実施例１−実施例５に何等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において種々なる態様で実施し得ることはもちろんである。

本発明に係る半導体処理ウェハ処理用減圧処理容器は、半導体ウェハの膜付け処理に適用でき、クリーンルーム内を移送するための移送用途にも適用できる。

Claims (5)

1. 金属材料により円筒状に成形された薄肉の内容器体と、金属材料により円筒状に成形された薄肉の外容器体との間を真空断熱空間を形成した容器で、内容器体と外容器体とを、金属材料からなる底板のみによって二重構造とし、前記内容器体の肉厚は、前記外容器体の肉厚以下であって、前記底板は内容器体の肉厚以下の厚みを持つことを特徴とする半導体ウェハ処理用減圧処理容器
2. 請求項１に記載の底板は、内容器体と外容器体の隙間の変化を吸収する構造とすることを特徴とする請求項１記載の半導体ウェハ処理用減圧処理容器
3. 請求項1に記載の底板は、Ｕ字型及び／又はＶ字型の部材を用いることを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれか一に記載の半導体ウェハ処理用減圧処理容器。
4. 請求項1に記載の底板の金属材料が、ステンレススティールである請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の半導体ウェハ処理用減圧処理容器
5. 請求項1に記載の外容器は、外周面にリブ状の起伏部を形成してなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の半導体ウェハ処理用減圧処理容器。

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