JP2004111781A - 熱処理装置、並びに半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱処理のときに基板に発生するスリップを、より確実に防止する。
【解決手段】ウエハＷを、該ウエハＷの裏面と転がり接触する複数のコロ２６ａ，２６ｂ…の上に載置した状態で保持するボート６において、ウエハＷの裏面に滑り接触する位置決め部材２４を備えると共に、各コロ２６ａ，２６ｂ…の転がり方向を、位置決め部材２４とウエハＷとの滑り接触位置を中心とする半径方向に一致させ、これら位置決め部材２４及びコロ２６ａ，２６ｂ…によってウエハＷを水平に支持した状態で、該ウエハＷを保持するようにしたボート６を具備する熱処理装置を提供する。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法と、その方法の実施に使用する熱処理装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路その他の半導体装置の製造において、ウエハに対し酸化膜の形成やドーパントの拡散等の熱処理を施す工程がある。近年、ウエハを熱処理するにあたっては、縦型の熱処理炉が多用されている。この縦型の熱処理炉にロードされるボートとしては、大略、鉛直方向に立設された３本（または４本）の支柱の各々に所定ピッチで溝を形成してなるものが一般的である。該ボートは、同じ高さに形成された３組（または４組）の溝にてウエハを３点（または４点）支持することにより、これを安定して水平に保持しようとするものである。
【０００３】
ところが、この種のボートにあっては、全ての溝とウエハとが滑り接触となっているため、熱処理のときに、ウエハが熱膨張する過程で該ウエハと溝との間に摩擦力が発生する。この摩擦力は、ウエハの熱膨張を妨げる方向に作用するので、ウエハ内に応力が発生する。そして、その応力に起因して、ウエハにスリップと称される結晶欠陥が生じ易くなる。
【０００４】
そこで、この問題を解消するものとして、例えば特許文献１に開示されてあるように、ウエハ支持部（例えば、前述した溝）に、ウエハの半径方向に転動可能なコロを設け、このコロの上にウエハの周縁部を載せるようにしたボートが知られている。これは、ウエハが熱膨張するときの該ウエハと溝との間の摩擦を、滑り摩擦ではなく転がり摩擦とすることにより、該ウエハが受ける力を緩和せしめてスリップの発生を防止しようとするものである。
【特許文献１】
特開平９−１２９５６７号公報（第３−５頁，第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
発明者は、上記従来のボートには次のような改善の余地が残されていることを見出した。即ち、熱処理のときに、ウエハがその全放射方向に均等に熱膨張するとは限らない。例えば、ウエハが或る特定の径方向に相対的に大きく熱膨張する場合を想定すると、この場合、その特定の径方向を転動方向とするコロにおいては、ウエハに加わる摩擦力を緩和できる。しかしながら、その特定の径方向と交差する方向を転動方向とするコロにおいては、該コロが良好に転動しない。その結果、その部分において該ウエハに大きな摩擦力が加わり、スリップが発生してしまうことになる。従って、単にコロをウエハの半径方向に移動可能に配置するだけでは、該ウエハのスリップを確実に防止できるとは言い難い。
【０００６】
また例えば、ウエハの周縁部を支持する複数のコロのうち、一つのコロの溝に対する転がり摩擦が、他のコロのそれよりも大きい場合を想定する。その場合、熱処理のときには、当該他のコロが当該一つのコロに対して転動することになる。このとき、当該他のコロのうち当該一つのコロを中心とする半径方向に転動可能なものは良好に転動しうる。しかしながら、当該他のコロのうち該半径方向とは交差する方向を転動方向とするものはうまく転動できない。その結果、そのコロとウエハとは、転がり接触ではなく、滑り接触することになる。従って、当該滑り接触部分において、ウエハに強い応力がかかりスリップが発生することになる。以上説明した問題は、高温下（例：１０００℃以上）でウエハ（例：シリコン単結晶ウエハ）に熱処理を施す際に、特に深刻化する。
【０００７】
本発明の目的は、熱処理のときに発生するスリップを、より確実に防止する技術を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、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、該本体部に載置され基板を支持する複数の支持部とを有し、一つの前記支持部の前記本体部に対する摩擦を、他の前記支持部の前記本体部に対する摩擦よりも大きくしたことを特徴とする熱処理装置が提供される。
【０００９】
また本発明によれば、本体部と、該本体部に載置され基板を支持する複数の支持部とを有し、一つの前記支持部の前記本体部に対する摩擦を、他の前記支持部の前記本体部に対する摩擦よりも大きくした基板支持体により基板を支持する基板支持工程と、前記基板支持体により基板を支持した状態で該基板を熱処理する熱処理工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法も提供される。
【００１０】
本発明においては、一つの支持部の本体部に対する摩擦を、他の支持部の本体部に対する摩擦よりも大きくしたから、熱処理のときには、基板の熱膨張に伴ってまず他の支持部が移動し、一つの支持部は殆ど不動である。そのため、一つの支持部は、該一つの支持部と基板との接触位置において、基板を本体部に対して拘束して位置決めする機能を果たす。これにより、熱膨張のときに基板の位置が本体部に対して安定する。その結果、スリップの発生をより確実に防止することを実現できる。
【００１１】
また本発明によれば、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、該本体部上に配置され基板を支持する複数の支持部とを有し、一つの前記支持部の前記本体部に対する摩擦を、他の前記支持部の前記本体部に対する摩擦よりも大きくするか、又は前記複数の支持部のうち前記一つの支持部のみを前記本体部に固定したことを特徴とする熱処理装置も提供される。
【００１２】
一つの支持部を本体部に固定することによっても、熱処理のときには該一つの支持部は不動である。従って、一つの支持部は、該一つの支持部と基板との接触位置において、基板を本体部に対して拘束して位置決めする機能を果たすことができる。これにより、熱膨張のときに基板の位置が本体部に対して安定する。その結果、スリップの発生をより確実に防止することを実現できる。
【００１３】
本発明においては、前記本体部が板状のプレートであるのが好ましいが、例えばボートの支柱に形成された突部であってもよい。
【００１４】
本発明においては、前記一つの支持部とは、基板の中心部を支持する支持部であるのが好ましい。
【００１５】
本発明の一つの具体的態様は、前記一つの支持部の材質を、前記他の支持部の材質と異ならせたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の別の具体的態様は、前記一つの支持部の前記本体部または前記プレートとの接触部の表面粗さを、前記他の支持部の前記本体部または前記プレートとの接触部の表面粗さと異ならせたことを特徴とする。
【００１７】
本発明のさらに別の具体的態様は、前記一つの支持部の形状を、前記他の支持部の形状と異ならせたことを特徴とする。
【００１８】
本発明のさらに別の具体的態様は、前記一つの支持部にかかる荷重を、前記他の支持部にかかる荷重と異ならせたことを特徴とする。
【００１９】
本発明のさらに別の具体的態様は、前記一つの支持部が前記本体部または前記プレートに固定されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明のさらに別の具体的態様は、前記一つの支持部が前記本体部または前記プレートと一体に形成されていることを特徴とする。
【００２１】
また本発明において、前記他の支持部は、コロ又は回転体からなるのが好ましい。この場合において、前記コロ又は回転体は、前記少なくとも一つの支持部と前記コロ又は回転体とを結ぶ直線上を移動可能なよう構成されるのが好ましい。
【００２２】
また本発明において、前記基板支持体は、複数枚の基板を略水平状態で隙間をもって複数段に支持するよう構成されるのが好ましい。
【００２３】
また本発明は、１０００℃以上の温度で基板を加熱する工程を有する熱処理に適用して好適である。
【００２４】
本発明の具体的態様によれば、基板を、該基板を水平に支持する本体部によって支持した状態で熱処理する熱処理装置において、前記基板と前記本体部との間に、前記基板の裏面における所定箇所を熱処理のときに前記本体部に拘束させる位置決め部材と、前記所定箇所を中心とする径方向に移動又は回転可能な複数の支持部材とを配置し、これら位置決め部材及び支持部材を介して前記基板を水平に支持した状態で、該基板を熱処理するようにしたことを特徴とする熱処理装置が提供される。
【００２５】
また本発明の具体的態様によれば、基板を、該基板の裏面と転がり接触する複数のコロの上に載置した状態で保持する熱処理用基板保持具において、前記基板の裏面に滑り接触する位置決め部を備えると共に、前記各コロの転がり方向を、前記位置決め部と前記基板との滑り接触位置を中心とする半径方向に一致させ、これら位置決め部及びコロによって前記基板を水平に支持した状態で、該基板を保持するようにしたことを特徴とする熱処理用基板保持具も提供される。
前記コロは、前記基板の熱膨張に伴って転動するものであってもよいし、所定位置において、前記基板の熱膨張に伴って回転する回転体であってもよい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は、実施の形態による熱処理装置の要部を示す。この熱処理装置は、垂直に立設された縦型の反応管２と、該反応管２の周囲を取り囲むように配置された筒状のヒータ４と、１バッチ分のウエハＷ…を多段に保持するボート６とを備える。この熱処理装置において、ボート６を除く部分の構成は、既存のものと同様であるため、詳細な説明は省略する（特願２００２−５５５７４や特願２００２−１８１３１８参照）。
【００２７】
反応管２には、該反応管２内へウエハＷを処理する為のガスを導入するガス導入管８や、該反応管２内の処理済みガスを排気するガス排気管１０等が接続されている。反応管２の下端は開口していて、その開口部からボート６がロードされ或いはアンロードされる。即ち、ボート６は、シールキャップ１２に載っており、これらボート６及びシールキャップ１２が図示せぬエレベータによって昇降されることにより、該ボート６が反応管２にロード／アンロードされる。
【００２８】
図２（ａ）は、ボート６の構成を模式的に示す。ボート６は、上下一対の端板１４，１６と、これら端板１４，１６を繋ぐように鉛直方向に架け渡された少なくとも３本（ここでは３本とする。）の支柱１８，１８，１８とを備えてなる。支柱１８…の各々には、その長手方向に所定ピッチで突部２０…が設けられている。突部２０…は、支柱１８に溝を形成することによって相対的に構成されたものでもよい。なお、ボート６は、例えばＳｉＣ、単結晶若しくは多結晶のＳｉ、又は石英を用いて構成できる。
【００２９】
図２（ｂ）は、ボート６がウエハＷを保持している状態を拡大して示す。まず、少なくとも３本の支柱１８…における同じ高さに形成された少なくとも３組の支持部２０…によってプレート（本体部）２２が水平に支持されている。なお、図２（ｂ）では便宜的に２組の支持部２０，２０のみを示し、残りの一つの支持部２０は図示省略している。そして、このプレート２２上には、一つの位置決め部材２４及びコロ２６ａ，２６ｂ…が配置されていて、これら位置決め部材２４及びコロ２６ａ，２６ｂ…を介してウエハＷが支持されている。なお、プレート２２もボート６と同様に、ＳｉＣ、単結晶若しくは多結晶のＳｉ、又は石英を用いて構成できる。
【００３０】
図３（ａ）は、一枚のウエハＷが支持されている状態を拡大して示す。図３（ｂ）は、プレート２２上の位置決め部材２４及びコロ２６ａ，２６ｂ…を平面方向からみた図である。位置決め部材２４は、ウエハＷ裏面の略中心部を支持する位置に配置されている。一実施例では、プレート２２を平面視円形に形成し、該プレート２２の中心部に位置決め部材２４を配置する。
この位置決め部材２４は、略柱状をなし、その上面はウエハＷ裏面と面接触（滑り接触）し、下面はプレート２２上面と面接触（滑り接触）する。なお、位置決め部材２４の下面は、例えばピン等を用いてプレート２２に固定してもよいし、又は位置決め部材２４をプレート２２と一体に形成してもよい。
【００３１】
コロ２６ａ，２６ｂ…は、位置決め部材２４の高さと同じ直径を有する中空又は中実の円柱状をなしており、位置決め部材２４と相まってウエハＷを水平に支持する。従って、位置決め部材２４とコロ２６ａ，２６ｂ…とは、共にウエハＷを支持する支持部として機能する。位置決め部材２４は一つであるから、コロは少なくとも２つあれば、ウエハＷ裏面の３箇所を支持できる。一実施例では、４つのコロ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄを備える。これにより、ウエハＷの荷重を効果的に分散できる。
【００３２】
これらコロ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄは、プレート２２上に転動自在に載置されている。即ち、コロ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄは、ウエハＷ及びプレート２２と転がり接触する。従って、複数の支持部のうち一つの支持部である位置決め部材２４のプレート２２に対する摩擦（滑り摩擦）が、他の支持部であるコロ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄのプレート２２に対する摩擦（転がり摩擦）よりも相対的に大きくなっている。
【００３３】
コロ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄは、それぞれ特定の一方向にのみ転動可能な支持部である。本発明では、各コロを、位置決め部２４とそのコロとを結ぶ直線上を転動可能な向きに配置している。つまり、当該各コロの転がり方向を、位置決め部２４とウエハＷとの滑り接触位置を中心とする半径方向に一致させている。
【００３４】
このように、熱処理用基板保持具としてのボート６は、ウエハＷを、該ウエハＷの裏面と転がり接触する複数のコロの上に載置した状態で保持するものであって、ウエハＷの裏面に滑り接触する位置決め部材２４を備えると共に、各コロ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄの転がり方向を、位置決め部材２４とウエハＷとの滑り接触位置を中心とする半径方向に一致させ、これら位置決め部２４及びコロ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄによってウエハＷを水平に支持した状態で、該ウエハＷを保持するようにしたものである。
【００３５】
本熱処理装置の作用は次の通りである。
まず、ボート６に１バッチ分の未処理ウエハＷ…を保持する。これにより、プレート２２と、該プレート２２に載置されウエハＷを支持する複数の支持部２４，２６ａ，２６ｂ…とを有し、そのうち一つの支持部である位置決め部２４のプレート２２に対する摩擦を、他の支持部であるコロ２６ａ，２６ｂ…のプレート２２に対する摩擦よりも大きくしたボート６によりウエハＷが支持される（基板支持工程）。
【００３６】
次いで、該ボート６を反応管２内へロードする。これにより、シールキャップ１２によって、反応管２の開口部が閉塞される。そして、ヒータ４によって反応管２が１０００℃以上に加熱され、又ガス導入管８から処理ガスが導入される一方、ガス排気管１０から処理済みガスが排気されることにより、反応管２内が所定の圧力に保たれながら、ウエハＷ…に所定の熱処理が施される（熱処理工程）。
【００３７】
次いで、ボート６を反応管２からアンロードした後、該ボート６から処理済みウエハＷを搬出する（基板搬出工程）。
【００３８】
本熱処理装置によれば、次のような効果が得られる。
（１）位置決め部２４がウエハＷ裏面の一箇所に面接触（滑り接触）するから、その一箇所において、ウエハＷがプレート２２に拘束される。従って、ウエハＷはその一箇所をプレート２２に対して不動の基準位置として熱膨張する。コロの転動方向は、該基準位置を中心とする半径方向に一致させてあるから、ウエハＷが熱膨張するときには、全てのコロが該基準位置を中心として放射方向及び求心方向に良好に転動しうる。これにより、ウエハＷに加わろうとする応力を確実に逃がすことができる。従って、スリップの発生を防止できる。
【００３９】
（２）位置決め部２４とウエハＷとの接触位置（基準位置）を、該ウエハＷ裏面の中心部としたから、ウエハＷが熱膨張するときに該接触位置（基準位置）に加わる応力を最小限に抑えることができる。これにより、スリップの発生がより確実に防止される。
【００４０】
（３）プレート２２を用いることにより、コロの配置個数がボート６の支柱の数に限定されることがなくなる。従って、例えば、支柱１８が３本のボート６を用いながら、４つのコロ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄにウエハの自重を分散させることができる。これにより、外径３００［ｍｍ］以上の大型のウエハＷを熱処理する場合であっても、該ウエハＷにスリップが発生してしまうことを確実に防止できる。
【００４１】
〔変形例１〕
図４は、変形例を示す。上記と同様の構成要素については同じ符号を付している。この変形例では、位置決め部材２４の配置位置を、ウエハＷの裏面における中心以外の位置に対応させている。このように、位置決め部材２４とウエハＷとの接触位置は、ウエハＷの裏面において特に限定されない。但し、コロ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄは、それぞれ位置決め部２４とそのコロとを結ぶ直線上を転動可能な向きに配置している。この変形例でも、上記と同様の効果が得られる。
【００４２】
〔変形例２〕
図５は、別の変形例を示す。上記と同様の構成要素については同じ符号を付している。この変形例では、プレート２２を用いずに、位置決め部材２４及びコロ２６ａ…を、ボート６の支柱１８の突部２０上に配置したものである。この場合は、突部２０が本体部として機能する。
【００４３】
この変形例においては、３本の支柱１８，１８，１８における同じ高さに形成された３組の突部２０，２０，２０に、それぞれ位置決め部材２４、コロ２６ａ、コロ２６ｂを配置している。コロ２６ａ，２６ｂは、それぞれ位置決め部２４とそのコロとを結ぶ直線上を転動可能な向きに配置している。この変形例でも上記と同様な効果が得られる。
なお、位置決め部材２４は、突部２０に固定してもよいし、該突部２０と一体に形成してもよい。また、ボート６における支柱の本数は４本又はそれ以上であってもよい。また、コロ２６ａ，２６ｂが突部２０から転がり落ちないようにするために、突部に溝等の係止部を形成してもよい。
【００４４】
〔変形例３〕
図６は、さらに別の変形例を示す。上記と同様の構成要素については同じ符号を付している。この変形例は、位置決め部材２８を、コロ２６ａ，２６ｂ…と同様の形状としたものである。コロ２６ａ，２６ｂは、上記と同様に、それぞれ位置決め部２８とそのコロとを結ぶ直線上を転動する向きに配置している。
【００４５】
位置決め部材２８は、プレート２２と転がり接触するが、その転がり摩擦は、コロ２６ａ，２６ｂ…とプレート２２との転がり摩擦よりも相対的に大きい。従って、熱処理のときには、ウエハＷの熱膨張に伴ってまずコロ２６ａ，２６ｂ…が転動し、位置決め部材２８は殆ど不動である。そのため、位置決め部材２８は、該位置決め部材２８とウエハＷとの転がり接触位置において、ウエハＷをプレート２２に対して拘束する機能を果たす。従って、この変形例でも上記と同様な効果が得られる。
【００４６】
このように要するに、複数の支持部のうち一つの支持部の本体部（プレート２２又は突部２０）に対する摩擦を、他の支持部の本体部に対する摩擦よりも大きくすることにより、当該一つの支持部を位置決め部位材として機能させればよい。このことは、（ａ）当該一つの支持部と当該他の支持部とのとの材質を異ならせること、（ｂ）両者の表面粗さを異ならせること、（ｃ）両者の形状を異ならせること、（Ｄ）両者に加わるウエハＷの荷重を異ならせること、（ｅ）当該一つの支持部を本体部にピン等で固定すること、（ｆ）当該一つの支持部を本体部と一体の形成すること、等によって実現できる。
【００４７】
〔比較例〕
図７は、好ましくない比較例を示す。上記と同様の構成要素については、便宜的に同じ符号を付している。これは、位置決め部材２４（２８）を用いずに、単にコロ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄをウエハＷの半径方向に転動可能に配置しただけの例である。このように、ウエハＷをプレート２２（プレート２２を用いない場合は突部２０）に対して一箇所において拘束しない場合は、熱膨張のときにウエハＷが位置決めされないから、ウエハＷに対して、コロの転動方向とは異なる方向の応力が加わることがある。
【００４８】
具体的には、図７（ｂ）においてウエハＷがコロ２６Ｃとコロ２６ｄとが対面する方向（図７（ｂ）中、上下方向）に相対的に大きく熱膨張する場合を想定すると、コロ２６Ｃ，２６ｄは良好に転動しうる。しかしながら、コロ２６ａ，２６ｂは、当該方向とは交差する方向を転動方向としているから、これらのコロ２６ａ，２６ｂはうまく回転できない。その結果、コロ２６ａ，２６ｂとウエハＷとは、転がり接触ではなく、滑り接触することになる。従って、当該滑り接触部分において、ウエハＷに強い応力がかかり、結果としてスリップが発生する。
【００４９】
なお、コロのように一方向にのみ移動可能な支持部ではなく、任意の方向に移動可能な支持部材（例えば、球状体）を用いるならば、特に位置決め部材２４を用いる必要はない。しかしながら、複数の球の上にウエハＷを載置した状態では、ウエハＷと各球との接触が点接触となるから、当該各点に強い応力がかかり、その結果スリップが発生し易くなる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、熱処理のときに基板に発生するスリップを、より確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態による熱処理装置の要部構成を模式的に示す概略図。
【図２】熱処理用基板保持具としてのボートを示す図。
【図３】一つのウエハ支持態様を示す図。
【図４】別のウエハ支持態様を示す図。
【図５】さらに別のウエハ支持態様を示す図。
【図６】さらに別のウエハ支持態様を示す図。
【図７】比較例を示す図。
【符号の説明】
２０…突部（本体部）、２２…プレート（本体部）、２４…位置決め部材（一つの支持部）、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ…コロ（他の支持部）、２８…位置決め部材（一つの支持部）、Ｗ…ウエハ（基板）。

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、該本体部に載置され基板を支持する複数の支持部とを有し、一つの前記支持部の前記本体部に対する摩擦を、他の前記支持部の前記本体部に対する摩擦よりも大きくしたことを特徴とする熱処理装置。
2. 本体部と、該本体部に載置され基板を支持する複数の支持部とを有し、一つの前記支持部の前記本体部に対する摩擦を、他の前記支持部の前記本体部に対する摩擦よりも大きくした基板支持体により基板を支持する基板支持工程と、
   前記基板支持体により基板を支持した状態で該基板を熱処理する熱処理工程と、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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