JP2004111475A - 熱処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板支持体と基板との擦れを抑制し、傷、スリップさらには反り発生を軽減できる基板支持体を有する熱処理装置、及び半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】基板支持体３０は、本体部に設けられるリング状のプレート７２を有し、このプレート７２に形成された切欠き７４に支持部５４が吊下げられている。この支持部５４は、球形状の支点６２と引掛け部６４とを有し、支点６２を中心としてプレート７２に対して揺動自在となっている。引掛け部６４には基板が載置され、基板が熱応力により変形しても揺動自在の支持部５４で吸収できるようにしてある。
【選択図】　　　　　図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハやガラス基板等を熱処理するための熱処理装置、及び半導体ウェハやガラス基板等を熱処理する工程を有する半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば縦型熱処理装置において、複数のシリコンウェハ又は石英基板（以下、基板という。）を熱処理する場合、基板支持体（ボート）が用いられている。この基板支持体に基板を支持した状態で反応炉で基板が熱処理される。
【０００３】ところが、反応炉へ基板支持体を出入する時、及び反応炉において昇降温中において、基板は中心部と周縁部とで温度差を生じる。入出時温度差が大きい程、また、昇降温速度が大きい程、基板面内での温度差は大きくなり、基板が半径方向に延びるという弾性変形を起こす。通常は、基板支持体には炭化珪素や石英等を使用しているため、基板面内に温度差を生じると、基板と基板支持体との材質の違いによる熱膨張率の違いで、両者間に擦れを生じ、基板に傷が発生する。傷が発生した箇所は強度が小さいため、基板温度が１０００°Ｃ以上の高温になると、基板面内に温度差が無い場合であっても、基板の支持方法によっては転位を発生し易くなる状態となる。この転位が大きくなるとスリップとなり、それがさらに大きくなると反りとなる。
【０００４】このような問題を解決する手段として、基板支持体にリング状の支持治具を載置し、この支持治具を介して基板を支持することが知られている（特許文献１参照）。これは、支持治具の厚みを内側よりも外側の方が厚くし、熱容量に差を付けて基板の径方向の温度差を低減しようとするものである。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−６８９４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例においても、固定された基板支持体に基板が支持されている状態には変わりがなく、基板と基板支持体との擦れによる基板の傷、スリップ及び反り発生を防止することはできなかった。
【０００７】本発明は、基板支持体と基板との擦れを抑制し、傷、スリップさらには反り発生を軽減できる基板支持体を有する熱処理装置、及び半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第１の特徴とするところは、基板を基板支持体に支持した状態で熱処理する熱処理装置において、前記基板支持体は、本体部と、基板を支持する支持部とを有し、この支持部は、前記本体部より揺動自在に吊下げられてなる熱処理装置にある。このように支持部を可動とすることで、基板と基板支持体との間に生じる擦れを小さくすることができる。
【０００９】支持部は、本体部に直接吊下げられるように構成することができるが、本体部にプレートを設け、このプレートに支持部を吊下げるようにすることもできる。また、支持部は、基板の径方向のみに揺動させるようにしてもよいが、本体部又はプレートに吊下げられた部分を支点として、振り子のように全方向に向けて揺動できるようにすることが好ましい。また、本体部又はプレートには複数の切欠き又は孔を設け、この切欠き又は孔に支持部の支点を揺動自在に支持することができる。
【００１０】なお、支持部を支持するプレートはリング状とし、このリング状のいずれの位置にも支持部を吊下げることができる。支持部の構成としては、支点からＬ字状の引掛け部を延ばし、この引掛け部に基板の周縁を引っ掛けて基板を支持することができる。この場合、支点から上部に引掛け部を接続してもよいし、支点から下部に引掛け部を接続してもよい。また、支点の構成は、球状として全方向への揺動を可能とするようにしてもよいし、円柱状として基板径方向のみの揺動を可能とすることもできる。さらに支持部はＳ字状とし、Ｓ字部分の上部を本体部又はプレートに揺動自在に支持し、Ｓ字部分の下部に基板が支持されるようにすることもできる。
【００１１】本発明は、上記の熱処理装置を用いて半導体装置を製造する方法を含み、本発明の第２の特徴とするところは、本体部と、この本体部より揺動自在に吊下げられた支持部とを有する基板支持体にあって、この基板支持体の支持部に基板を支持する工程と、この支持部に基板を支持した状態で熱処理する工程と、を有する半導体装置の製造方法にある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る熱処理装置１０が示されている。この熱処理装置１０は、例えば縦型であり、主要部が配置された筺体１２を有する。この筺体１２には、ポッドステージ１４が接続されており、このポッドステージ１４にポッド１６が搬送される。ポッド１６は、例えば２５枚の基板が収納され、図示しない蓋が閉じられた状態でポッドステージ１４にセットされる。
【００１３】筺体１２内において、ポッドステージ１４に対向する位置には、ポッド搬送装置１８が配置されている。また、このポッド搬送装置１８の近傍には、ポッド棚２０、ポッドオープナ２２及び基板枚数検知器２４が配置されている。ポッド搬送装置１８は、ポッドステージ１４とポッド棚２０とポッドオープナ２２との間でポッド１６を搬送する。ポッドオープナ２２は、ポッド１６の蓋を開けるものであり、この蓋が開けられたポッド１６内の基板枚数が基板枚数検知器２４により検知される。
【００１４】さらに、筺体１２内には、基板移載機２６、ノッチアライナ２８及び基板支持体３０（ボート）が配置されている。基板移載機２６は、例えば５枚の基板を取り出すことができるアーム３２を有し、このアーム３２を動かすことにより、ポッドオープナ２２の位置に置かれたポッド、ノッチアライナ２８及び基板支持体３０間で基板を搬送する。ノッチアライナ２８は、基板に形成されたノッチまたはオリフラを検出して基板を揃えるものである。
【００１５】図２において、反応炉３４が示されている。この反応炉３４は、反応管３６を有し、この反応管３６内に基板支持体３０が挿入される。反応管３６の下方は、基板支持体３０を挿入するために開放され、この開放部分はシールキャップ３８により密閉されるようにしてある。このシールキャップ３８は、石英製の第１のキャップ部４０と、炭化珪素製の第２のキャップ部４２とを重ねることで構成されている。また、反応管３６の周囲は、均熱管４４により覆われ、さらに均熱管４４の周囲にヒータ４６が配置されている。反応管３６と均熱管４４との間には図示しない熱電対が配置され、反応管３６内の温度をモニタできるようにしてある。そして、反応管３６には、処理ガスを導入する導入管４８と、処理ガスを排気する排気管５０とが接続されている。
【００１６】次に上述したように構成された熱処理装置１０の作用について説明する。
まず、ポッドステージ１４に複数枚の基板を収容したポッド１６がセットされると、ポッド搬送装置１８によりポッド１６をポッドステージ１４からポッド棚２０へ搬送し、このポッド棚２０にストックする。次に、ポッド搬送装置１８により、このポッド棚２０にストックされたポッド１６をポッドオープナ２２に搬送してセットし、このポッドオープナ２２によりポッド１６の蓋を開き、基板枚数検知器２４によりポッド１６に収容されている基板の枚数を検知する。
【００１７】次に、基板移載機２６により、ポッドオープナ２２の位置にあるポッド１６から基板を取り出し、ノッチアライナ２８に移載する。このノッチアライナ２８においては、基板を回転させながら、ノッチを検出し、検出した情報に基づいて複数の基板を同じ位置に整列させる。次に、基板移載機２６により、ノッチアライナ２８から基板を取り出し、基板支持体３０に移載する。
【００１８】このようにして、１バッチ分の基板を基板支持体３０に移載すると、例えば７００°Ｃ程度の温度に設定された反応管３６内に複数枚の基板を装填した基板支持体３０を装入し、シールキャップ３８により反応管３６内を密閉する。次に、導入管４８から処理ガスを導入する。処理ガスには、窒素、アルゴン、水素、酸素等が含まれる。この際、基板は例えば１０００°Ｃ程度以上の温度に加熱される。なお、この間、熱電対により反応管３６内の温度をモニタしながら、予め設定された昇温、降温プログラムに従って基板の熱処理を実施する。
【００１９】基板の熱処理が終了すると、例えば炉内温度を７００°Ｃ程度の温度に降温した後、基板支持体３０を反応炉３４からアンロードし、基板支持体３０に支持された全ての基板が冷えるまで、基板支持体３０所定位置で待機させる。次に、待機させた基板支持体３０の基板が所定温度まで冷却されると、基板移載機２６により、基板支持体３０から基板を取り出し、ポッドオープナ２２にセットされている空のポッド１６に搬送して収容する。次に、ポッド搬送装置１８により、基板が収容されたポッド１６をポッド棚２０に搬送し、さらにポッドステージ１４に搬送して完了する。
【００２０】次に上記基板支持体３０について詳述する。
図３乃至図５において、第１例が示されている。基板支持体３０は、本体部５２と支持部５４とから構成されている。本体部５２は、例えば炭化珪素又は石英からなり、例えば３本の支柱５６を有する。この支柱５６には、多数の支持溝５８が形成され、それぞれの支柱５６の対応する支持溝５８が水平面と平行であるよう形成されている。各支持溝５８には、支持部５８を支持する例えば半球状の孔６０が形成されている。
【００２１】支持部５４は、例えば炭化珪素、石英等からなり、例えば球形状の支点６２と、このＬ字状の引掛け部６４と、支点６２から上方に伸びて支点６２と引掛け部６４とを接続する接続部６６と、から構成されている。この支持部５４の支点６２が本体部５２の孔６０に嵌り、複数（この第１例では３つ）の支持部５４が本体部５２に揺動自在であるよう吊下げられている。
【００２２】基板７０は、支持部５４の引掛け部６４に該基板７０の周縁下面が当接し、支持部５４に支持される。したがって、基板７０は、揺動自在の支持部５４に支持されるので、基板７０の反応炉出入時や昇降温度時に発生する熱応力により変形しても、基板７０の変形に伴って支持部５４が揺動し、支持部５４と基板７０との擦れが抑制され、傷が発生するのを防止することができる。この第１例においては、球形状の支点６２と半球状の孔６０とにより支持部５８は支点６２を中心として全方向に揺動可能であるが、次に示す例のように、基板７０の径方向にのみ揺動自在とすることもできる。
なお、引掛け部６４は、本体部５２の支持溝５８近傍に配置され、支持部５４が基板７０の径方向外側へ一定以上に揺動するのを規制し、支持部５４の本体部５２から落下するのを防止するようにしてある。
【００２３】図６乃至図８において、基板支持体３０の第２例が示されている。この第２例は、本体部５２はプレート７２を有し、このプレート７２に支持部５４を吊下げるようにしたものである。プレート７２は、例えば炭化珪素又は石英からなり、リング状に形成されている。このプレート７２は、前述した本体部５２の支持溝５８に載置されている。このプレート７２には、内側に開口する例えば４つの切欠き７４が形成されている。この切欠き７４に第１例と同様の支持部５４が吊下げられている。即ち、切欠き７４の幅は、支持部５４の球形状の支点６２の直径よりも狭く形成され、この切欠き７４の上部に支点６２の先端近傍部分が嵌合し、プレート７２に支持部５４が吊下げられているものである。支点６２の部分だけからは支持部５４は全方向に揺動自在であるが、この第２例においては、引掛け部６４も切欠き７４に嵌合している。このように、引掛け部６４も切欠き７４に嵌合させると、支持部５４の揺動範囲が狭まるが、支持部５４の位置を切欠き７４に限定することで安定させることができる。
【００２４】図９及び図１１において、基板支持体３０の第３例が示されている。この第３例は、第２例と比較すると、支持部５４の構成を異にしている。即ち、この第３例における支持部５４は、球形状の支点６２に直接Ｌ字状の引掛け部６４の上端が接続されている。そして、支持部５４は、支点６２の手前近傍部分がプレート７２の切欠き７４に嵌合し、引掛け部６４が切欠き７４に挿通されて、プレート７２に吊下げられている。この第３例においても、第２例と同様に支持部５４が基板の径方向にのみ揺動可能としてある。
【００２５】図１２乃至図１４において、基板支持体３０の第４例が示されている。この第４例は、第３例と比較すると、支持部５４の支点６２の形状を異にしている。即ち、この第４例における支点６２は円柱状であり、この円柱状の支点６２の略中心下部にＬ字状の引掛け部６４の上端が接続されている。そして、支持部５４は、支点６２の両側がプレート７２の上面に当接し、引掛け部６４が切欠き７４に挿通されて、プレート７２に吊下げられている。この第４例においては、第３例と比較してさらに支持部５４の揺動範囲が狭まるが、円柱状の支点とすることで位置安定性を向上させることができる。
【００２６】図１５乃至図１７において、基板支持体３０の第５例が示されている。この第５例における支持部５４はＳ字状に構成されている。この支持部５４のＳ字上部が支点６２を構成し、プレート７２の切欠き７４に嵌合する。一方、支持部５４のＳ字下部が引掛け部６４を構成し、この引掛け部６４の先端に基板が載置されるようになっている。このように、支持部５４をＳ字状として支点６２と引掛け部６４とを構成したので、支持部５４の構成を簡略化することができるものである。
【００２７】なお、上記実施形態及び実施例の説明にあっては、熱処理装置として、複数の基板を熱処理するバッチ式のものを用いたが、これに限定するものではなく、枚葉式のものであってもよい。
【００２８】以上のように、本発明は、特許請求の範囲に記載した事項を特徴とするが、さらに次のような実施形態が含まれる。
（１）本体部は、プレートを有し、このプレートに前記支持部を吊下げたことを特徴とする請求項１記載の熱処理装置又は請求項２記載の半導体装置の製造方法。
（２）前記支持部は、本体部に嵌合する支点を有し、この支点を中心として揺動自在とされたことを特徴とする（１）、又は請求項記載の熱処理装置又は半導体装置の製造方法。
（３）前記本体部に孔又は切欠きが形成され、この孔又は切欠きに前記支点が嵌合されてなる（１）記載の熱処理装置又は半導体装置の製造方法。
（４）プレートは、リング状であることを特徴とする（１）乃至（３）記載の熱処理装置又は半導体装置の製造方法。
（５）前記支持部は、支点と、該支点に接続された引掛け部を有し、この引掛け部に基板が載置されることを特徴とする（２）記載の熱処理装置又は半導体装置の製造方法。
（６）引掛け部はＬ字状であることを特徴とする（５）記載の熱処理装置又は半導体装置の製造方法。
（７）Ｌ字状の引掛け部は接続部を介して支点と接続され、支点先端近傍が本体部に嵌合して支持部が本体部に吊下げられたことを特徴とする（６）記載の熱処理装置又は半導体装置の製造方法。
（８）Ｌ字状の引掛け部は直接支点と接続され、支点手前近傍が本体部に嵌合して支持部が本体部に吊下げられたことを特徴とする（６）記載の熱処理装置又は半導体装置の製造方法。
（９）支点は球形状又は円柱状であることを特徴とする（５）乃至（８）記載の熱処理装置又は半導体装置の製造方法。
（９）支持部はＳ字状に形成され、Ｓ字上部を支点とし、Ｓ字下部を引掛け部としたことを特徴とする（５）記載の熱処理装置又は半導体装置の製造方法。
（１０）基板支持体は、複数枚の基板を略水平状態で間隔をもって複数段に支持するように構成された（１）乃至（９）いずれか又は請求項記載の熱処理装置又は半導体装置の製造方法。
（１１）熱処理は１０００°Ｃ以上の温度で基板を加熱する工程を有する請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、基板を支持する支持部を本体部に対して揺動自在としたので、基板に受ける熱応力を吸収し、基板と支持部との擦れを少なくし、基板の傷発生等を防止することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る熱処理装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた反応炉を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた基板支持体の第１例を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた基板支持体の第１例を示し、図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた基板支持体の第１例の支持部を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた基板支持体の第２例を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた基板支持体の第２例の支持部とプレートとを示す斜視図である。
【図８】本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた基板支持体の第２例の支持部とプレートとを示す拡大断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた基板支持体の第３例の支持部を示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた基板支持体の第３例の支持部とプレートとを示す斜視図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた基板支持体の第３例の支持部とプレートとを示す拡大断面図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた基板支持体の第４例の支持部を示す斜視図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた基板支持体の第４例の支持部とプレートとを示す斜視図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた基板支持体の第４例の支持部とプレートとを示す拡大断面図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた基板支持体の第５例の支持部を示す斜視図である。
【図１６】本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた基板支持体の第５例の支持部とプレートとを示す斜視図である。
【図１７】本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた基板支持体の第５例の支持部とプレートとを示す拡大断面図である。
１０　　熱処理装置
３０　　基板支持体
５２　　本体部
５４　　支持部
６０　　孔
６２　　支点
６４　　引掛け部
７０　　基板
７２　　プレート
７４　　切欠き部

Claims (2)

1. 基板を基板支持体に支持した状態で熱処理する熱処理装置において、前記基板支持体は、本体部と、基板を支持する支持部とを有し、この支持部は、前記本体部より揺動自在に吊下げられてなることを特徴とする熱処理装置。
2. 本体部と、この本体部より揺動自在に吊下げられた支持部とを有する基板支持体にあって、この基板支持体の支持部に基板を支持する工程と、この支持部に基板を支持した状態で熱処理する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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