JP2004281669A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱処理中に発生する基板のスリップ転位欠陥を抑制し、もって高品質な半導体装置を製造する。
【解決手段】基板支持体３０は、３本の支柱４０、上部板３６および下部板３８からなる本体部６８と、支持部６４とを有する。本体部６８には、溝部７０が支柱４０の長手方向内側に連続して形成されている。溝部７０は、下壁７６に支持部６４を載置することができ、基板６６が支持部６４を介して挿入自在に配置されるようになっている。支持部６４は、平板部７８、複数の凸部８０、凹部８２および複数の切り欠き部８４を有する。平板部７８の上面には、半径の異なる複数の同心円上に、それぞれ複数の凸部８０が設けられている。
【選択図】 図８

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、複数のシリコンウェハ等の基板を熱処理する場合、炭化珪素などで形成された基板支持体（ボート）が用いられている。この基板支持体には、支持部が設けられ、この支持部に基板が支持されるようになっている。
【０００３】基板は、１０００°Ｃ程度以上で熱処理されると、支持部との間でこすれを生じたり、支持部に固着し易くなることがある。これらのため、基板に傷がつき、スリップ転位欠陥を発生させるという問題があった。スリップ転位欠陥は、スリップラインを生じさせ、基板を反らせる原因になる。
【０００４】このような問題を解決する手段として、複数の凸部を有する可動性の受け部材を、基板支持板を介してボートに載置することは公知である（特許文献１参照）。これは、基板を可動性の受け部材によって支持することにより、基板が熱膨張することによって生じる応力を緩和し、スリップ転位欠陥が発生することを防止しようとするものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１２４５１９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、処理すべき基板の直径が大きくなる（例えば３００ｍｍ）と、高温（例えば１４００°Ｃ）の熱処理において、スリップ転位欠陥が発生することがある。この原因は、基板に対する受け部材の実効接触面積が小さいことにより、自重によって静荷重集中するため、および熱処理時に基板が弾性変形運動する過程で動荷重集中するためと考えられる。また、基板が基板支持体に支持されて反応炉に挿入される時、および反応炉内で昇温される時には、基板の外周部と中心部との間で温度差が生じ、スリップ転位欠陥や基板が反る原因になることがある。
【０００７】そこで、本発明は、基板にスリップ転位欠陥が発生することを抑制し、高品質な半導体基板や半導体装置を製造することができる熱処理装置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】
上記目的を達成するため、本発明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、この本体部に載置されて前記基板と接触する支持部とを有し、この支持部は、半径の異なる複数の同心円上に、それぞれ複数の凸部が配置されてなる熱処理装置にある。
【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には、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、例えば縦型熱処理装置であり、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および基板枚数検知器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、例えば基板移載機２６、ノッチアライナ２８、２つの基板支持体３０（ボート）および支持部ステージ３２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３４を有し、このアーム３４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１６、ノッチアライナ２８および基板支持体３０間で基板を搬送する。また、アーム３４は、基板支持体３０と支持部ステージ３２とノッチアライナ２８との間で支持部６４（図１０、１１，１２を用いて後述する）を搬送する。支持部ステージ３２は、支持部６４が基板支持体３０から降ろされた際に、支持部６４を収容する。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。また、ノッチアライナ２８では、後述するように支持部６４に基板を載置させたり、支持部６４に載置されている基板を支持部６４から分離させたりする作業が行われる。基板支持体３０は、上部板３６および下部板３８を有し、この上部板３６と下部板３８との間を例えば３本の支柱４０により接続され、この複数の支柱４０により、複数の支持部６４を積層するよう支持し、この複数の支持部６４を介して基板を支持するように構成されている。支柱４０は、３本に限らず、基板を支持できれば何本であってもよい。基板支持体３０は、上述したように、例えば２つ設けられ、ボートチェンジャー（図示せず）によって、後述する反応炉４２に交互に投入される。
【００１２】図２において、反応炉４２が示されている。この反応炉４２は、反応管４４を有し、この反応管４４内に基板支持体３０が挿入される。反応管４４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４６により密閉されるようにしてある。また、反応管４４の周囲は、均熱管４８により覆われ、さらに均熱管４８の周囲にヒータ５０が配置されている。熱電対５２は、反応管４４と均熱管４８との間に配置され、反応炉４２内の温度をモニタできるようにしてある。そして、反応管４４には、処理ガスを導入する導入管５４と、処理ガスを排気する排気管５６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。
【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。
【００１５】図３乃至図５において、ノッチアライナ２８に含まれる載置台５８が示されている。載置台５８は、少なくともノッチアライナ２８で一度に位置合わせを行うことのできる基板枚数と同じ数だけ設けられるが、ここでは便宜上、１つの載置台５８のみ図示して説明することとする。載置台５８は、例えば６本の側柱６０と載置台本体６２とから構成される。図３に示すように、載置台５８は、アーム３４が挿入される矢印Ａの方向に対し、両側それぞれに、３本ずつ側柱６０が設けられており、これらの側柱６０の上に基板を載置することができるようになっている。そして、載置台５８に載置された基板は、後述する支持部６４に移載される。
【００１６】図６乃至図７において、支持部６４が載置台５８に挿入された状態が示されている。基板６６は、支持部６４に移載される場合、まず、基板移載機２６（図１）が載置台５８上に基板６６を載置する。支持部６４は、略円板状に形成され、直径が基板６６の直径よりもわずかに大きくなるようにされている。支持部６４には、基板６６を支持部６４上に載せる際に、支持部６４と載置台５８の側柱６０とがぶつからない（干渉しない）ようにするため、載置台５８の側柱６０に対応する位置に切り欠き部８４が設けられている。
基板移載機２６は、支持部６４を支持部ステージ３２から取り出し、載置台５８に対して図６の矢印Ｃの方向から挿入し、基板６６の下方まで搬送する。さらに、基板移載機２６は、支持部６４を上方に移動させ、基板６６をすくい上げるようにして支持部６４上に載置させる。この際、支持部６４には前述の切り欠き部８４が設けられているので、支持部６４と載置台５８の側柱６０が干渉することはない。この状態すなわち、基板６６を支持部６４上に載置させた状態で、基板６６と支持部６４を基板支持体３０へ搬送する。
【００１７】このようにして、１バッチ分の基板６６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４２内に複数枚の基板６６を装填した基板支持体３０を装入し、シールキャップ４６により反応管４４内を密閉する。次に、導入管５４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６６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５２により反応管４４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６６の熱処理を実施する。
【００１８】基板６６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４２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に支持された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６６を載置した支持部６４を基板支持体３０から取り出し、ノッチアライナ２８の載置台５８に向けて搬送する。
【００１９】基板移載機２６は、熱処理された基板６６を載置した支持部６４を載置台５８の上方から下方に向けて移動させ、基板６６を側柱６０上に載置させる。基板移載機２６は、支持部６４をさらに下方に移動させ、載置台５８の内側から引き出すことにより、基板６６と支持部６４とを分離する。この際、支持部６４には前述の切り欠き部８４が設けられているので、支持部６４と載置台５８の側柱６０が干渉することはない。そして、基板６６をポッドオープナ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。１ポッド分の基板６６をポッド１６に収容すると、ポッドオープナ２２によりポッド１６の蓋を閉じ、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８および図９において、基板支持体３０に関する実施形態が示されている。
基板支持体３０は、上述したように、例えば３本の支柱４０、上部板３６および下部板３８からなる本体部６８と、複数の支持部６４とを有する。本体部６８を構成する構成物は、炭化珪素、シリコン又は石英である。この本体部６８には、溝部７０が支柱４０の長手方向内側に連続して形成されている。溝部７０は、それぞれ奥壁７２、上壁７４および下壁７６を有する。この下壁７６には、支持部６４を載置することができ、支持部６４を介して基板６６が溝部７０に挿入自在に配置されるようになっている。
【００２１】図１０乃至図１２において、支持部６４の構成が示されている。支持部６４は、平板部７８、複数の凸部８０、凹部８２および複数の切り欠き部８４を有する。平板部７８および凸部８０を構成する構成物は、シリコン、炭化珪素、窒化珪素、石英又は非晶質炭素などから構成される。これらの材料は、ウェハ、シリコンＬＳＩ又はＬＣＤの製造工程で、汚染物質として影響を与えにくいためである。
【００２２】平板部７８の上面には、半径の異なる複数の同心円上に、それぞれ複数の凸部８０が設けられており、支持部６４は、凸部８０の上面が基板６６の下面に面接触することにより、基板６６を支持する。凸部８０それぞれは、例えば直径が１〜３０ｍｍ程度、高さが０．１〜３ｍｍ程度の範囲にあるほぼ均一な円柱状に形成されており、基板６６の自重によって支持部６４にかかる荷重を分散させる。凸部８０は、凸部８０それぞれの中心が半径の異なる複数の同心円上から外れるように配置されてもよく、凸部８０の上面（基板載置面）内に同心円が含まれればよい。なお、凸部８０は、支持部６４と一体で構成されているが、別体であっても構わない。
凸部８０の表面粗さＲａは、０．１〜０．５μｍ程度となるように構成されることが好ましい。凸部８０の表面粗さを設定することにより、基板６６と凸部８０の上面とが接着することを防止することができる。凸部８０の上面には、基板６６の処理後に、支持部６４と基板６６とが接着することを防止するため、接着防止層が形成されてもよい。この接着防止層は、例えば凸部８０表面を処理して、もしくは、ＣＶＤ法等により凸部８０表面上に堆積（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）して形成したシリコン窒化膜（ＳｉＮ）、炭化珪素皮膜（ＳｉＣ）、ガラス状炭素等、耐熱性および耐磨耗性に優れた材料から形成されることが好ましい。
【００２３】図１３に示すように、凸部８０は、近傍に位置する他の凸部８０との間隔がそれぞれ等間隔（間隔Ｈ）となるように配置されることが好ましい。
凸部８０の周縁は、滑らかに面取りされ、基板６６が熱処理によって弾性変形運動をしても、凸部８０に局所的な外力が加わらないようにすることが好ましい。
支持部６４の上面は、複数の凸部８０に替えて、基板６６との接触面積を調整するために、複数の凹部を有する平面として形成されてもよい。
【００２４】凹部８２は、平板部７８の下面が周縁から中心に向けて滑らかに薄くなるように形成されている。
切り欠き部８４は、基板移載機２６が支持部６４を載置台５８の側柱６０に触れさせることなく、上下に移動させることができるように設けられている。
【００２５】次に上記実施形態における凹部８２の作用原理について説明する。
図１４は、基板支持体３０に載置された基板６６が加熱される状態を示す模式図である。基板６６は、均熱管４８（図２）の周囲に設けられたヒータ５０の輻射光などにより、太線矢印で示すように横方向から加熱される。また、基板６６は、基板支持体３０に載置されると、上下方向に他の基板６６および支持部６４が載置されている場合、上下方向からの加熱をされにくい。よって、基板６６を反応炉４２に挿入する際、および反応炉４２内で昇温する際に、基板６６の中心部は昇温されにくく、外周部は昇温されやすくなる。
【００２６】一方、基板６６は、支持部６４に載置された状態で加熱されるので、支持部６４との間で熱が伝導する。基板６６の厚さは、ほぼ均一であり、支持部６４の厚さは、上述したように外周部が中心部に比べて厚くなっている。よって、支持部６４の外周部は、基板６６の外周部の熱を奪いやすく、基板６６が横方向から加熱されても、基板６６の外周部は昇温しにくくなる。つまり、支持部６４の下面に凹部８２が設けられることにより、基板６６を反応炉４２に挿入する際、および反応炉４２内で昇温する際などに、基板６６の面内に温度差が生じることを緩和する。
また、凹部８２と凸部８０とは、基板６６および支持部６４それぞれの面内温度差を緩和することにより、基板６６および支持部６４が加熱による偏った変形をすることを低減する。
【００２７】以上のように、支持部６４は、複数の凸部８０が基板６６と面接触しているため、基板６６の自重による荷重を分散することができる。また、支持部６４は、平板部７８が周縁から中心に向けて徐々に薄くされているため、基板６６が外周から加熱される反応炉４２であっても、基板６６の周縁と中心との温度差を緩和することができる。 すなわち、支持部６４は、熱処理によって基板６６に生じるスクラッチ、スリップ転位欠陥および反りを低減することができ、さらにパーティクルが基板６６のスクラッチによって生じることを低減することができる。
よって、基板支持体３０は、アニールなどの熱処理における基板の歩留まりを向上させることができる。
【００２８】次に半導体基板の製造工程に、熱処理装置１０を適用した例について説明する。
熱処理装置１０を適用した半導体基板の製造方法は、例えばＳＯＩウェハの一種であるＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ ＩＭｐｌａｎｔｅｄ Ｏｘｙｇｅｎ）ウェハを製造する製造工程の一工程に適用することができる。ＳＩＭＯＸウェハは、ウェハの内部にＳｉＯ_２層が形成された（埋め込まれた）ものであって、イオン注入装置等により単結晶シリコンウェハ内に酸素イオンをイオン注入し、この酸素イオンが注入されたウェハを熱処理装置１０によって、例えばアルゴン（Ａｒ）及び酸素（Ｏ_２）を雰囲気として、１３００〜１４００°Ｃ、例えば１３５０°Ｃ以上の高温でアニール処理を行うことにより製造される。
また、上記半導体基板の製造方法は、水素アニールウェハを製造する製造工程の一工程に適用することもできる。水素アニールウェハは、熱処理装置１０により、水素（Ｈ_２）を雰囲気として、例えば１２００°Ｃ以上の高温でアニール処理を行うことによって製造される。水素アニールウェハは、ＩＣが形成されるウェハ表面層の結晶欠陥が低減され、ウェハの結晶の完全性が高められている。
さらに、上記半導体基板の製造方法は、エピタキシャルウェハを製造する製造工程の一工程に適用することもできる。
以上のように、半導体基板の製造工程の一工程として行う高温アニール処理において、上記半導体基板の製造方法は、熱処理装置１０が用いられることにより、基板にスリップ転位欠陥が発生することを防止することができる。
【００２９】次に半導体装置の製造工程に、熱処理装置１０を適用した例について説明する。
熱処理装置１０を適用した半導体装置の製造方法は、半導体デバイスの製造工程の一工程であり、比較的高い温度で行われる、例えばウェット酸化、ドライ酸化、水素燃焼酸化（パイロジェニック酸化）、ＨＣＩ酸化等の熱酸化工程、及び、硼素（Ｂ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）等の不純物（ドーパント）を半導体薄膜に拡散する熱拡散工程等の熱処理工程に適用されることが好ましい。
以上のように、半導体デバイスの製造工程の一工程として行う熱処理工程において、上記半導体装置の製造方法は、熱処理装置１０が用いられることにより、基板にスリップ転位欠陥が発生することを防止することができる。
【００３０】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）前記複数の凸部は、それぞれ等間隔に配置されることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
（２）前記凸部は、周縁を滑らかに面取りされてなることを特徴とする請求項１又は（１）記載の熱処理装置。
（３）前記凸部の表面粗さは、Ｒａが０．１〜０．５μｍ程度となるように構成されてなることを特徴とする請求項１、（１）又は（２）記載の熱処理装置。
（４）前記凸部の上面に基板との接着を防止するための接着防止層を設けたことを特徴とする請求項１又は（１）乃至（３）記載の熱処理装置。
（５）前記平板部は、中心部が薄くなるように、下面に凹部を有することを特徴とする請求項１又は（１）乃至（４）記載の熱処理装置。
（６）前記凸部それぞれは、直径が１〜３０ｍｍ程度、高さが０．１〜３ｍｍ程度の範囲にあるほぼ均一な円柱形に形成されてなることを特徴とする請求項１又は（１）乃至（５）記載の熱処理装置。
（７）前記凸部は、基板に面接触することを特徴とする請求項１又は（１）乃至（６）記載の熱処理装置。
（８）基板を反応炉内に搬入する工程と、本体部と、半径の異なる複数の同心円上に、それぞれ複数の凸部が配置され、前記本体部に載置されて前記基板を支持する支持部とから構成される基板支持体に基板を支持する工程と、前記基板を前記基板支持体に支持した状態で熱処理する工程と、反応炉から基板を搬出する工程と、を有することを特徴とする基板の製造方法、又は半導体装置の製造方法。
（９）上記（１）乃至（７）いずれか記載の熱処理装置を用いて基板を処理する工程を有することを特徴とする（８）記載の基板の製造方法、又は半導体装置の製造方法。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、複数の凸部を支持部に設けたので、熱処理中に発生する基板のスリップ転位欠陥を少なくし、高品質な半導体基板又は半導体装置を製造することができる。
【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載置台を示す上面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた載置台を示し、図３の矢印Ａの方向から見た側面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた載置台を示し、図３の矢印Ｂの方向から見た側面図である。
【図６】載置台に支持部が挿入された状態を示す上面図である。
【図７】載置台に支持部が挿入された状態を示し、図６のＤ−Ｄ線断面図である。
【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に関する実施形態を示す断面図である。
【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に関する実施形態を示し、図８のＥ−Ｅ線断面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた支持部を示す上面図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた支持部を示し、図１０の矢印Ｆの方向から見た側面図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた支持部を示し、図１０のＧ−Ｇ線断面図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた支持部の凸部を示す拡大図である。
【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に載置された基板が加熱される状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１０ 熱処理装置
２８ ノッチアライナ
３０ 基板支持体
３２ 支持部ステージ
３４ アーム
４０ 支柱
４２ 反応炉
４４ 反応管
５０ ヒータ
５８ 載置台
６０ 側柱
６２ 載置台本体
６４ 支持部
６６ 基板
７８ 平板部
８０ 凸部
８２ 凹部
８４ 切り欠き部

Claims (1)

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、この本体部に載置されて前記基板と接触する支持部とを有し、この支持部は、半径の異なる複数の同心円上に、それぞれ複数の凸部が配置されてなることを特徴とする熱処理装置。

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