JP2000124143A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱処理炉内にて例えば９５０℃以上の温度で
被処理基板例えばウエハＷを熱処理する場合に、被処理
基板のスリップの発生を抑えること。 【解決手段】 例えば３本ないしは６本の支柱２１〜２
６に保持溝２７を上下に間隔をおいて形成し、ウエハＷ
を前記保持溝２７の上面に支持させて熱処理炉４内に搬
入出する熱処理用ボ−ト１において、保持溝２７のウエ
ハＷの保持面を、当該保持面の凸部の頂部と凹部の底部
との垂直距離が１０μｍ以下になるように加工する。こ
のように前記保持面２７の面粗度を小さくすると、例え
ば９５０℃以上の雰囲気で前記ウエハＷを熱処理する場
合であっても、ウエハＷのスリップの発生が抑えられ
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、半導体ウエハなど
の被処理基板に対して酸化処理や拡散処理などの熱処理
を行なうために用いられる熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）
の製造プロセスの１つとして、酸化膜の形成やド−パン
トの拡散などを行うために高温下で熱処理を行うプロセ
スがある。この熱処理を行う熱処理装置においては、多
数のウエハを上下に間隔をおいて搭載する熱処理用ボ−
トによりウエハが縦型熱処理炉にロ−ドされ、所定の熱
処理が行われる。

【０００３】このような熱処理用ボ−トとしては、例え
ば３本ないし６本の支柱に保持溝を形成し、この保持溝
にてウエハを保持させることにより、ウエハの外周縁部
の３点ないし６点を支持する構成の例えばラダ−ボ−ト
などと呼ばれるものや、リング状トレ−を棚状に配列
し、各ウエハをこのリング状トレ−の上に載せるリング
ボ−トなどと呼ばれる構成のものが知られている。

【０００４】ところで熱処理用ボ−トの問題点の一つに
熱処理時のウエハのスリップ現象がある。このスリップ
とは目視では確認しにくい程度の微小な断層であり、拡
大鏡や顕微鏡などにより見ることができる結晶欠陥であ
る。このようなスリップは、例えば１０００℃程度の高
温で長時間熱処理を行ったときに、ウエハの熱処理用ボ
−トに支持されている箇所の付近において発生しやす
く、ウエハの自重による内部応力やウエハの面内温度不
均一に基づく熱歪応力などが原因となり発生するものと
考えられている。

【０００５】そのため８インチ用のウエハのラダ−ボ−
トやリングボ−トではウエハの保持面の平面度に着目
し、保持面が平坦であればウエハの外周縁が確実に保持
面に接触し、これによりウエハの自重による荷重が分散
され、支持点の１カ所への応力の集中を抑えられると考
え、このため保持面の面のうねりを抑え、例えば保持面
全体に亘って凸部と凹部との差が０．２ｍｍ以下になる
ように加工して、スリップの発生を抑制していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところでウエハは大口
径化が進みつつあり、そのサイズは８インチから１２イ
ンチへ移行し始めているが、このような大口径ウエハを
上述の熱処理用ボ−トに搭載して高温の熱処理を行なう
場合、既述のように保持面の平面度を規定した熱処理用
ボ−トを用いてもスリップが発生してしまうことが確認
されている。

【０００７】ここで熱処理時の熱処理炉の昇温速度を低
くすれば、ある程度ウエハの面内温度差の拡大を抑える
ことができるため、スリップの発生を抑制することがで
きると考えられるが、昇温速度の低下はスル−プットの
低下を招くため好ましくない。従ってある程度の昇温速
度を維持しつつ、しかもバッチ処理を可能とするための
手段が必要とされる。

【０００８】このような観点から本発明者は熱処理用ボ
−トの研究を重ねたところ、従来の熱処理用ボ−トでは
保持面の平面度を規定していても、当該保持面の表面の
粗さ（面粗度）は保持面表面で部位によってまちまちで
あること、及び面粗度が小さい部位で支持したウエハの
部分ではスリップの発生が明らかに少なく、面粗度がス
リップの発生に関係していると推察されることを見出だ
した。

【０００９】ここで熱処理用ボ−トの保持面の平面度と
は保持面全体に亘っての面のうねりであるのに対し、面
粗度とは保持面表面のミクロポイントに着目したもので
あって、平面度が表面の大きな波（凹凸）を問題にする
のに対して、面粗度は表面の極めて微小な波を問題にし
たものである。

【００１０】本発明はこのような事情の下になされたも
のであり、その目的は、被処理基板を熱処理用ボ−トに
搭載して熱処理炉にて例えば９５０℃以上の高温の熱処
理する場合に、被処理基板のスリップの発生を軽減する
ことができる熱処理装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、熱処
理炉と、支柱に保持溝を間隔をおいて形成し、被処理基
板を前記保持溝に支持させて前記熱処理炉内に搬入出す
る熱処理用ボ−トと、を備えた熱処理装置において、前
記熱処理用ボ−トは保持溝の被処理基板を保持する面の
山の頂部と谷の底部との垂直距離の最大値が１０μｍ以
下であることを特徴とする。この際熱処理用ボ−トは、
支柱に例えばリング状の支持部材を各々上下に間隔をお
いて設け、被処理基板を前記支持部材に支持させて縦型
の熱処理炉内に搬入出するものであってもよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
説明するが、本発明は熱処理炉内において例えば９５０
℃以上の雰囲気で被処理基板を熱処理する場合におい
て、スル−プット上の問題から９００℃〜９５０℃の間
は平均昇温速度が５℃／分以上となるように熱処理炉内
を昇温させる要求があることから、このような条件下に
おいて、熱処理用ボ−トの被処理基板を保持する面の山
の頂部と谷の底部との垂直距離の最大値を１０μｍ以下
に設定することにより、９５０℃以上の高温の熱処理時
における被処理基板のスリップの発生を抑制するもので
ある。

【００１３】図１は本実施の形態に係る熱処理装置の一
例の一部を示す概略斜視図であり、図２はこの熱処理装
置で用いられる熱処理用ボ−トの一部を示す断面図であ
る。図１中１はいわゆるラダ−ボ−トと呼ばれる構造の
熱処理用ボ−トであり、この熱処理用ボ−ト１は、上下
に夫々対向して配置された円形の例えばＳｉＣからなる
天板１１及び底板１２を備え、これらの間に複数本例え
ば６本のＳｉＣやポリシリコンよりなる支柱２１〜２６
が固定されている。これらの支柱のうち、２本の支柱２
１，２２については被処理基板であるシリコン製のウエ
ハＷの進入方向（図中矢印で示す）手前側の左右位置を
夫々支持し、また残りの４本の支柱２３〜２６について
はウエハＷの進入方向奥側の左右位置を夫々支持するよ
うな位置関係に配置されている。

【００１４】前記支柱２１〜２６には、例えば図２に支
柱２１，２２を代表して示すように、ウエハＷの外縁部
を保持するための保持溝２７が上下に間隔を開けて形成
されている。この保持溝２７は例えばウエハＷの外周縁
が各支柱２１〜２６に形成された６つの保持溝２７に挿
入されて当該保持溝２７の底面に水平に保持されるよう
になっており、この例では保持溝２７の上面がウエハＷ
の保持面に相当する。このような保持溝２７は例えば１
２インチ（３００ｍｍ）のウエハＷを支持する場合に
は、例えば保持面の長さＬ１が９ｍｍ、保持溝の高さＨ
１が５ｍｍ、ウエハＷの配列ピッチＰが７〜１０ｍｍと
なるように形成されている。

【００１５】また前記保持溝２７の保持面は面粗度がか
なり小さくなるように表面加工されており、本実施の形
態では例えば図３に保持面の表面の粗さの状態を示すよ
うに、前記表面上の一定の大きさの平面において凸部
（山）の頂部と凹部（谷）の底部との垂直距離の最大値
Ｒｍａｘが１０μｍ以下になるように設定されている。

【００１６】このような面粗度の小さい保持面は例えば
研磨等の表面加工を行うことにより製造することができ
る。またＲｍａｘが１０μｍ以下になるように保持面を
表面加工することにより、当該平面上の全ての凸部の頂
部と凹部の底部との垂直距離の平均値Ｒａは０．２μｍ
以下になる。

【００１７】以上のように構成された熱処理用ボ−ト１
は、図１に示すように下部にフランジ部３０を備えた保
温筒３１の上に着脱自在に装着されており、この保温筒
３１はボ−トエレベ−タ３２上に載置されている。また
熱処理用ボ−ト１の上方側には熱処理炉をなす縦型熱処
理炉（以下「熱処理炉」という）４が配置されており、
この熱処理炉４には、熱処理炉４内の図では見えない反
応管内に所定のガスを供給するガス供給管４１と、反応
管内を排気する排気管４２とが夫々接続されている。

【００１８】次に上述の熱処理装置の作用について図４
に示す温度プロファイルを参照して説明する。先ず別の
領域において熱処理用ボ−ト１へのウエハＷの受け渡し
を行うが、この際図１に示すような搬送ア−ム４３によ
りウエハＷを支柱２１〜２６の保持溝２７に受け渡す。
このウエハＷの受け渡しを例えば熱処理用ボ−ト１の上
段側から順次行い、熱処理用ボ−ト１に所定枚数例えば
１００枚のウエハＷを搭載した後、ボ−トエレベ−タ３
２上の保温筒３１の上に熱処理用ボ−ト１を移載し、ボ
−トエレベ−タ３２を上昇させてウエハＷを例えば予め
約６００℃に加熱しておいた熱処理炉４内にロ−ドす
る。

【００１９】次いで熱処理炉４内を平均昇温速度１０℃
／分で約９５０℃まで昇温し、続いて平均昇温速度４℃
／分で約１０００℃、平均昇温速度３℃／分で約１０２
５℃、平均昇温速度２℃／分で約１０５０℃まで夫々昇
温して、約１０５０℃で６０分間所定の熱処理を行う。
この後熱処理炉４内を平均降温速度３℃／分で約６００
℃まで降温し、次いでボ−トエレベ−タ３２を下降させ
て熱処理用ボ−ト１をアンロ−ドし、熱処理用ボ−ト１
を別の領域に移し変えて、当該熱処理用ボ−ト１からウ
エハＷを取り出す。

【００２０】このような実施の形態によれば、熱処理炉
４の昇温速度が早く、しかもウエハＷのスリップの発生
がかなり軽減されることから熱処理のスル−プットを向
上させることができる。

【００２１】ここで上述の熱処理装置の効果を確認する
ために行った実験例について説明する。図１に示す熱処
理用ボ−ト１に１２インチウエハＷを搭載して、６００
℃に加熱された熱処理炉４内にロ−ドし、その後８００
℃まで平均昇温速度１０℃／分で昇温し、続いて９５０
℃まで平均昇温速度５℃／分で昇温し、さらに１０００
℃まで平均昇温速度２℃／分で昇温して１０００℃で２
時間熱処理を行った。次いで６００℃まで平均降温速度
３℃／分で降温した後、熱処理用ボ−ト１を縦型炉４か
らアンロ−ドしてウエハＷを取り出し、当該ウエハＷの
表面を金属顕微鏡により観察してウエハＷ表面に発生し
たスリップの有無を確認すると共に、保持溝２７の保持
面の表面の粗さとしてＲｍａｘとＲａとをプロ−ブを当
該保持面に沿って移動させることにより測定した。この
結果を図５に示す。

【００２２】これらの結果によりＲｍａｘが１１μｍ以
上の場合にはスリップが発生したのに対し、Ｒｍａｘが
１０以下の場合にはスリップが発生しないことが認めら
れた。このことからウエハＷのスリップの発生は、熱処
理用ボ−ト１の保持面の面粗度に関係し、保持面のＲｍ
ａｘが１０μｍ以下であれば６００℃〜８００℃の間を
１０℃／分、８００℃〜９５０℃の間を５℃／分、９５
０℃〜１０００℃の間を２℃／分の平均昇温速度で夫々
昇温して、１０００℃の温度でウエハＷを２時間熱処理
してもウエハＷにスリップが発生しないことが確認され
た。またこれら以外の保持面についてもＲｍａｘとＲａ
とを測定したところ、両者の間には、Ｒｍａｘが１０μ
ｍ以下になるように保持面の表面を加工すれば、Ｒａが
０．２μｍ以下になるという関係があることが認められ
た。

【００２３】このように熱処理用ボ−ト１のウエハＷの
保持面の面粗度がスリップの発生に関係があり、Ｒｍａ
ｘを１０μｍ以下にすることによってスリップの発生が
抑制されるメカニズムについては明らかではないが、次
のように考えられる。つまり保持面表面に凹凸があった
としても、この凹凸は最大値が１０μｍと極めて微小で
あるので、ウエハＷと保持面とをミクロポイントで見れ
ばウエハＷは保持面のほとんど全ての凸部に接触してい
ると考えられる。これを大きなポイントで見れば、ウエ
ハＷは保持面全体に確実に接触し、保持されていること
になる。このためウエハの自重による荷重が保持面全体
に分散され、これにより支持点の１カ所への応力の集中
が抑えられるので、高温の熱処理時のスリップの発生が
抑制されると推察される。

【００２４】要するに保持面のＲｍａｘが１０μｍより
大きい場合、ウエハ裏面に局所的な応力集中が発生し、
このとき発生する応力がシリコンの降伏剪断応力を超え
てしまうためにスリップが発生するが、Ｒｍａｘを１０
μｍ以下にすることにより、平滑な支持面でウエハを保
持でき、上記のような局所的応力集中を発生させなくで
きるのでスリップを抑制できるものと考えられる。

【００２５】さらに上述の実験では、６００℃〜８００
℃の間を１０℃／分、８００℃〜９５０℃の間を５℃／
分、９５０℃〜１０００℃の間を２℃／分の平均昇温速
度で夫々昇温して、１０００℃の温度でウエハＷを２時
間熱処理した場合においてウエハＷのスリップの有無を
確認したが、９００℃〜９５０℃の間を５℃／分の平均
昇温速度で昇温し、９５０℃の温度でウエハＷを熱処理
する場合にも、実験例の場合と同様スリップの発生をよ
り軽減できると推察される。

【００２６】続いて本発明の他の実施の形態について図
６及び図７により説明する。この実施の形態の熱処理用
ボ−ト５はいわゆるリングボ−トと呼ばれる構造のもの
であり、この熱処理用ボ−ト５が上述の実施の形態の熱
処理用ボ−ト１と異なる点は、支柱２１〜２６の保持溝
２７にウエハＷを保持させる代わりに、支持部材７を天
板５１と底板５２の間に所定の間隔をおいて平行に配置
し、当該支持部材７にウエハＷを支持させるようにした
ことである。

【００２７】前記支持部材７は、例えば図７に示すよう
にリング状体により構成されると共に、周縁がウエハＷ
の支持面よりも少し高い段部７０として形成されてお
り、例えば１２インチウエハＷを保持する場合には、内
径Ｌ２が２４０ｍｍ、外径Ｌ３が３１５ｍｍ、段部の幅
Ｌ４が５．５ｍｍに設定されている。このような支持部
材７は例えばＳｉＣにより形成されており、例えば４本
の支柱６１〜６４に形成された溝部６５に支持部材７の
周縁部を挿入することにより保持されている。

【００２８】このような支持部材７は保持面例えば段部
７０の内側の面の表面の面粗度がかなり小さくなるよう
に表面が加工されており、本実施の形態では上述の実施
の形態と同様に、支持部材７の保持面の凸部の頂部と凹
部の底部との垂直距離の最大値Ｒｍａｘが１０μｍ以下
になるように設定されている。この他の構成は上述の実
施の形態と同様である。

【００２９】このような熱処理用ボ−ト５にウエハＷを
受け渡す場合には、図示しない突上げ機構を支持部材７
の中を通過するように上昇させ、図示しない搬送ア−ム
上のウエハＷをこの突上げ機構を介して支持部材７の上
に載置することにより行われる。

【００３０】このような熱処理用ボ−ト５においても、
ウエハＷの保持面の凸部の頂部と凹部の底部との垂直距
離の最大値Ｒｍａｘが１０μｍ以下になるように支持部
材７の前記保持面が表面加工されているので、９００℃
〜９５０℃の間は平均昇温速度が５℃／分以上となるよ
うに熱処理炉４を昇温させて９５０℃以上の雰囲気でウ
エハＷを熱処理を行っても、ウエハＷのスリップの発生
を抑制することができる。

【００３１】以上において本発明は、酸化処理や拡散処
理などの熱処理に適用することができる。また熱処理用
ボ−ト５の支持部材７はリング状体に限られず、ウエハ
Ｗを保持する面の凸部の頂部と凹部の底部との垂直距離
の最大値Ｒｍａｘが１０μｍ以下であれば、どのような
形状の支持部材７にも適用することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、熱処理用
ボ−トの被処理基板の保持面の山の頂部と谷の底部との
垂直距離を１０μｍ以下にすることで、例えば９５０℃
以上の温度で被処理基板を熱処理する場合であっても、
被処理基板のスリップの発生を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る熱処理装置の一例の
一部を示す斜視図である。

【図２】前記熱処理装置で用いられる熱処理用ボ−トの
一部を示す断面図である。

【図３】前記熱処理用ボ−トの被処理基板の保持面の表
面の粗さを示す特性図である。

【図４】本発明の縦型熱処理装置の作用を説明するため
の温度プロファイルの一例を示す特性図である。

【図５】熱処理用ボ−トの保持面の面粗度とスリップの
発生の関係を示す特性図である。

【図６】本発明の他の実施の形態に係る熱処理装置の一
例の一部を示す斜視図である。

【図７】前記熱処理装置で用いられる熱処理用ボ−トの
一部を示す断面図である。

【符号の説明】

Ｗ 半導体ウエハ １，５ 熱処理用ボ−ト ２１〜２６，６１〜６４ 支柱 熱処理用炉 ７ 支持部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱処理炉と、支柱に保持溝を間隔をおい
   て形成し、被処理基板を前記保持溝に支持させて前記熱
   処理炉内に搬入出する熱処理用ボ−トと、を備えた熱処
   理装置において、 前記熱処理用ボ−トは保持溝の被処理基板を保持する面
   の山の頂部と谷の底部との垂直距離の最大値が１０μｍ
   以下であることを特徴とする熱処理装置。
2. 【請求項２】 縦型熱処理炉と、支柱に支持部材を各々
   上下に間隔をおいて設け、被処理基板を前記支持部材に
   支持させて前記縦型熱処理炉内に搬入出する熱処理用ボ
   −トと、を備えた熱処理装置において、 前記熱処理用ボ−トは支持部材の被処理基板を保持する
   面の山の頂部と谷の底部との垂直距離の最大値が１０μ
   ｍ以下であることを特徴とする熱処理装置。
3. 【請求項３】 前記支持部材はリング状に形成されてい
   ることを特徴とする請求項２記載の熱処理装置。