JP2004111786A - 熱処理装置及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】局所的な基板自重の集中および熱処理により発生する基板の傷を防止することができる熱処理装置及び半導体デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】基板支持体３０の支持部６０には、基板支持体３０に対して傾斜自在の可動体６２が設けられている。この可動体６２は、基板５６を載せる前は所定方向に傾けられており、基板５６を載せると、基板６２の荷重により支点７０を中心として起き上がり、可動体６２の載置面６４上の複数の半球状凸部６４ａで基板６２を支持する。この状態で加熱すると、基板５６が膨張、変形するが、この基板５６の膨張、変形を可動体６２が吸収し、基板５６の傷発生を防止することができる。
【選択図】　　　　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板やガラス基板等の基板を熱処理するための熱処理装置、及び基板を熱処理する工程を有する半導体デバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば縦型熱処理炉を用いて、複数の基板を熱処理する場合、基板は基板支持体（ボート）に支持され、この基板支持体と共に反応炉に搬入され、反応炉内で熱処理される。
【０００３】
上述した従来の基板支持体は、例えば３本又は４本の支柱と、この支柱の内側に形成された支持部とを有する。基板は、支柱の間に挿入され、支持部に支持され、基板支持体と共に処理炉内において加熱される。基板は面で支持するのが一般的である。また、その材質は高温熱処理では、軟化点の高いＳｉＣ等が用いられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
基板は、加熱処理すると、基板の面内及び表裏の温度差により膨張、変形する。このため、上記従来技術のように、基板を直接支持部に支持する構成であると、基板が支持部上で部分的に移動し、支持部との接触部分で基板に傷（欠陥）を形成してしまう。この傷は、以降の熱処理により転位し、スリップ発生に至るおそれがある。また支持部をＳｉＣで構成した場合、現在のＳｉＣ成形加工技術では完全な面支持となる平坦性を得ることは非常に困難であり、基板との接触面内において局所的に突出した部分が何点か存在してしまい、最も突出した部分にウェーハ自重が集中し、結果としてウェーハにスリップ転位が発生するという問題点があった。
【０００５】本発明は、上述した従来の問題点を解消し、熱処理により発生する基板の傷を防止することを目的としている。
【０００６】
【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て支持した状態で前記基板を熱処理する熱処理装置において、前記基板支持体に可動体を設け、この可動体は、前記基板を載置する載置部と、前記基板支持体に対して該可動体を傾斜自在に支持する支点とを有し、前記載置部は凸部を有することを特徴とする熱処理装置にある。なお凸部は複数設けられることが好ましい。基板を熱処理する場合は、基板は一つまたは複数の凸部を有する可動体上に載置されるので、一つまたは複数の凸部に平等に基板の自重がかかり、局所的な基板の自重の集中を低減できるとともに、基板の膨張、変形に対して可動体が傾斜してその膨張、変形を吸収し、基板の傷発生を防止することができる。
【０００７】
可動体は、複数設けることが好ましく、さらに好ましくは３つ以上である。この可動体は、基板を載せないときは、基板支持体上で倒れた状態にすることができる。可動体の倒れる方向はいずれであってもよいが、基板の載置位置の移動を阻止するために所定方向に倒れるように、可動体の重心位置を支点からずらすことが好ましい。また、この可動体の位置を安定させるため、基板支持体に第１の溝を形成し、この第１の溝に可動体の支点を噛み合わせることが好ましい。もっともその逆に、可動体の支点を溝状とし、基板支持体に突起を形成し、両者を噛み合わせることもできる。さらに、可動体の傾斜位置を安定させるため、基板支持体に第２の溝を形成し、この第２の溝に可動体の側面部分を噛み合わせることが好ましい。基板を可動体に載置する際、基板と可動体の載置部に設けられる複数の凸部とが接触するが、この凸部の基板と接触する部分に丸みを持たせ、この部分の接触による基板の傷発生を抑制することが好ましい。なお凸部は半球状であることが好ましい。
【０００８】
本発明の第２の特徴とするところは、基板支持体に対して傾斜自在に支持されるとともに基板載置部に凸部を有する可動体に基板を載置する第１のステップと、この第１のステップにより可動体に載置された前記基板を熱処理する第２のステップとを有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法にある。なお凸部は複数設けられることが好ましい。
【０００９】
【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。
【００１０】
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。
【００１１】
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の位置に置かせたポッド、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。
【００１２】
図２に反応炉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。また、反応管３６の周囲は、均熱管４０により覆われ、さらに均熱管４０の周囲にヒータ４２が配置されている。熱電対４４は、反応管３６と均熱管４０との間に配置され、反応炉３４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４６と、処理ガスを排気する排気管４８とが接続されている。
【００１３】
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納したポッド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。
【００１４】
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。
【００１５】
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炉３４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４６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４４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。
【００１６】
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を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。
【００１７】
図３に前述した基板支持体３０の全体が示されている。基板支持体３０は、シリコン、炭化珪素又は石英等の耐熱材料からなり、上部板５０及び下部板５２を有し、この上部板５０と下部板５２との間を例えば３本の支柱５４により接続されている。各支柱５４の内側には、シリコン又は石英等からなる基板５６を挿入支持するための多数の挿入溝５８が平行に形成されている。　なお、支柱５４は、３本以上あっても構わない。
【００１８】
図４に基板支持体３０の基板支持部分の詳細が示されている。基板支持体３０は、前述した挿入溝５８の下部を構成する支持部６０を有する。この支持部６０には、それぞれ支柱５４毎に可動体６２が設けられている。可動体６２は、基板支持体３０とは別体で、シリコン、炭化珪素又は石英等の耐熱材料からなり、例えばこま状に形成され、例えば円板状の載置部（載置面）６４を有する本体部６６と、この本体部６６の略中心位置下部に形成されたピン部６８とから構成されている。載置面６４上には、半球状の凸部６４ａが複数（図４では３つ）設けられ、この凸部６４ａ上に基板５６が載置される。凸部６４ａの表面は研磨加工が施される。また、ピン部６８の下端は支点７０となっており、この支点７０が支持部６０の上面に形成された例えば円形の第１の溝７２に噛み合い、可動体６２の支持部６０に対する位置を安定させるようにしてある。このため、可動体６２は、支点７０を中心として、支持部６０に対して３６０°の方向で傾斜自在に支持されている。
【００１９】
また、可動体６２は、この可動体６２の重心が支点７０から、例えば支柱側にずらされており、基板５６が載せられる前（図４（ａ）に示す状態）には、可動体６２が支柱側に倒れるようになっている。重心の位置は、本体部６６の体積をずらすか、あるいは重量をずらすことにより設定することができる。
【００２０】
また、支持部６０の上面には、例えば円弧上の第２の溝７４が第１の溝７２の近傍で第１の溝７２よりも支柱側に形成されており、この第２の溝７４に、傾斜した状態における本体部６６の周縁部分が噛み合い、可動体６２の傾斜位置を安定させるようにしてある。
【００２１】
さらに、本体部６６の載置面６４の周縁、特に支柱と反対側の周縁は、半径方向の断面が丸くなるように、ラウンド研磨加工が施されている。このようにラウンド研磨加工するのは、図４（ｂ）に示すように、基板５６が可動体６２に載置される際、凸部６４ａの大きさにより、基板５６が本体部６６の周縁に接触する可能性があり、それにより基板５６に傷が発生するのを抑制するためである。
【００２２】
このように、可動体６２は、支持部６０に対して支点７０を中心として傾斜自在に設けられているので、図４（ａ），（ｂ）に示すように、基板５６を載せようとすると、基板５６の接触部分で均等に基板５６の荷重が分散するため、可動体６２が起き上がり、可動体６２の載置面６４上の半球状の凸部６４ａに基板５６が載置され、基板５６は支持部６０と平行に支持されるものである。
【００２３】
上記構成において、基板５６を基板支持体３０に載置するには、図４（ａ）に示すように、まず基板５６を前述した基板移載機により挿入溝５８に挿入する。このときは、可動体６２は、支柱側に倒れた状態にある。次に基板５６を徐々に下降させていくと、基板５６の裏面は、最初に可動体６２の載置面６４上の半球状凸部６４ａのうち支柱と反対側の端部に位置する凸部６４ａに接触し、この部分で均等に基板５６の荷重が分散して作用する。このとき、基板５６が凸部６４ａに接触してすれ合うが、凸部６４ａは半球状であり、しかも研磨加工されているので、基板５６に傷が発生するのを抑制することができ、またスムースに可動体６２を立ち上がらせる。さらに基板５６を下降すると、可動体６２は、支点７０を中心に回転し、ついには、図４（ｂ）に示すように、支持部６０と平行となるまで起き上がり、基板５６の裏面が各可動体６２の載置面６４上のすべての凸部６４ａに接触し、基板５６が可動体６２を介して支持部６０上に支持されるようになる。このとき、基板を支持する箇所（可動体６２）は３箇所であるため、３箇所全てに同等な基板自重がかかる。もしこれが、４箇所の場合、バランスの悪い椅子のように２〜３箇所に集中して基板自重がかかる可能性もある。また、それぞれの支持箇所に注目すると、支持箇所は３６０°全ての方向に傾くことができるため、３つの半球状凸部６４ａ全てが基板裏面に接触する。すなわち、３×３＝９点に平等に基板自重がかかり、局所的な基板自重の集中を低減することができる。
【００２４】
このように基板５６が支持された状態で加熱されると、基板５６は、加熱による膨張、変形を生じる。しかしながら、図４（ｃ）に示すように、基板５６の膨張、変形に合わせて可動体６２が傾き、基板５６の膨張、変形を吸収する。可動体６２は、支点７０を中心として、周囲３６０°に対して傾斜自在となっているので、基板５６の膨張、変形が一様でなくとも吸収することができるものである。
【００２５】
図５に可動体６２の変形例が示されている。この変形例においては、可動体６２は、逆円錐状に形成され、本体部６６がピン部と一体となって構成されており、この本体部６６の下端に支点７０が形成され、この支点７０が支持部の第１の溝７２に噛み合うようになっている。また、本体部６６の上面である載置面６４上には、半球状の凸部６４ａが複数（図５では３つ）設けられ、この凸部６４ａ上に基板５６が載置される。凸部６４ａの表面は研磨加工が施される。
【００２６】
なお、熱処理装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば枚葉式のものであってもよい。また、可動体は、基板を載置する載置部上の凸部と、基板支持体に傾斜自在に支持する支点とを有するものであればよく、形状は問わない。また、可動体の載置面上の凸部は、曲面であることが好ましく、半球状以外に、半楕円状、球状、楕円状、ドーム状などであってもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、基板を複数の凸部を有する傾斜自在の可動体により支持するようにしたので、局所的な基板自重の集中を低減することができ、また基板の熱処理中に生じる傷を防止することができ、半導体デバイス製造の歩留まりを向上させ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を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る熱処理工程を示し、可動体を有する基板支持体の断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る可動体の変形例を示す斜視図である。
１０　　熱処理装置
３０　　基板支持体
６０　　支持部
６２　　可動体
６４　　載置面
６４ａ　凸部
７０　　支点
７２　　第１の溝
７４　　第２の溝

Claims (2)

1. 基板を基板支持体にて支持した状態で前記基板を熱処理する熱処理装置において、前記基板支持体に可動体を設け、この可動体は、前記基板を載置する載置部と、前記基板支持体に対して該可動体を傾斜自在に支持する支点とを有し、前記載置部には凸部が設けられることを特徴とする熱処理装置。
2. 基板支持体に対して傾斜自在に支持されるとともに基板載置部に凸部を有する可動体に基板を載置する第１のステップと、この第１のステップにより可動体に載置された前記基板を熱処理する第２のステップとを有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。

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