JP2004281672A

JP2004281672A - 熱処理装置及び基板の製造方法

Info

Publication number: JP2004281672A
Application number: JP2003070325A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Ishiguro; 謙一石黒
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】従来技術の問題点である形状や加工精度、強度などを解決した反応管を製作し１４００℃以上の高温で熱処理ができる熱処理装置を提供する。
【解決手段】基板を処理する反応管３６と、反応管３６内の基板を加熱するヒータ４２とを有する熱処理装置において、前記反応管３６のフランジ部３６ｂをシリコンを含浸したポーラス状の炭化珪素で構成し、前記反応管３６の本体部３６ａをポーラス状の炭化珪素で構成し、少なくとも前記反応管３６の本体部３６ａまたは／およびフランジ部３６ｂの内表面に炭化珪素のＣＶＤ膜を形成する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、半導体基板に対してアニール処理等の熱処理を行なう熱処理装置及び基板の製造方法に係り、特に１４００℃以上の高温で基板に対して熱処理を行なう熱処理装置及び基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、縦型熱処理装置を用いて複数枚の基板を熱処理する場合、石英製の反応管が使用されていたが、石英の場合は、１２００℃程度以上の温度で熱処理する場合、変形する問題があった。そこで耐熱性材料として珪素を含浸した炭化珪素の反応管も使用していたが、珪素を含浸した炭化珪素の場合、１４００℃以上の温度で熱処理をする場合、含浸した珪素（シリコン）が噴出する可能性があるという問題点があった。これらを解決するためには、反応管を炭化珪素膜単体で作る方法と、ポーラス状の炭化珪素と炭化珪素のＣＶＤ膜を合わせて作る方法などがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、炭化珪素膜単体で作る方法の場合、時間とコストまた厚さや形状などの制限などがある。またポーラス状の炭化珪素と炭化珪素のＣＶＤ膜を合わせて作る方法は加工する際の強度や砥石の目詰まり、加工精度などの製造が困難であるといった問題が発生していた。
【０００４】
本発明の目的は、従来技術の問題点である形状や加工精度、強度などを解決した反応管を製作し１４００℃以上の高温で熱処理ができる熱処理装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の特徴とするところは、基板を処理する反応管と、反応管内の基板を加熱するヒータとを有する基板処理装置において、前記反応管のフランジ部をシリコンを含浸した炭化珪素で構成することにある。
【０００６】
本発明の第２の特徴とするところは、第１の特徴において、前記炭化珪素をポーラス状にするところにある。
【０００７】
本発明の第３の特徴とするところは、第２の特徴において、前記反応管の本体部をポーラス状の炭化珪素で構成したことにある。
【０００８】
本発明の第４の特徴とするところは、第３の特徴において、前記反応管の本体部または／およびフランジ部の表面に炭化珪素のＣＶＤ膜を形成したことにある。
【０００９】
本発明の第５の特徴とするところは、シリコンを含浸した炭化珪素で構成されたフランジ部を有する反応管内に基板を搬入する工程と、前記反応管内で前記基板を熱処理する工程と、前記反応管内から前記基板を搬出する工程と、を有する基板の製造方法にある。
【００１０】
【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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
さらに、筺体１２内には、基板移載機２６、ノッチアライナ２８及び基板支持体としてのボート３０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及びボート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。
【００１４】
図２に本発明の熱処理炉３４が示されている。この熱処理炉３４は主に、基板１を加熱する加熱手段としての抵抗加熱ヒータ４２と、ヒータ４２の内側に設けられ基板１を処理する反応管３６と、反応管３６を支持する炉口フランジ５１と、から構成されている。反応管３６は、本体部３６ａとフランジ部３６ｂとからなり、反応管３６はフランジ部３６ｂを介して炉口フランジ５１に支持されている。熱処理炉３４下方の炉口フランジ５１等から構成される炉口部は、シールキャップ３８により密閉されている。このシールキャップ３８と反応管３６と炉口フランジ５１とで処理室が構成されている。シールキャップ３８は熱処理炉３４内で、複数枚の基板１を水平姿勢で垂直方向に中心を揃えて積層するよう保持するボート３０を支持している。ボート３０はヒータ４２と対向する部分（基板保持領域）としない部分（断熱領域）とが組みたてられるように構成されている。炉口フランジ５１には、反応管３６内に基板を処理するガスを導入するガス導入管４６と反応管３６内のガスを排気するガス排気管４８が接続されている。尚本実施形態では、炉口フランジ５１とガス導入管４６とガス排気管４８は一体で構成されているが、一体型でなくても良い。また、ガス導入管４６の先端には、反応管３６内壁に沿って立設され反応管３６内に配置される最上部の基板１より上方の反応管３６上部にガスを供給する棒状のロングノズル４６ａが取付けられている。この構成によりガス導入管４６から導入された処理ガスはノズル４６ａを通り、反応管３６内に上方から供給される。反応管３６上方に供給されたガスは反応管３６内を流下し、ガス排気管４８より排気される。また、反応管３６とヒータ４２の間には反応管３６内の温度を検知する熱電対（図示しない）が保護管４４の内部に配置され、この熱電対とヒータ４２を制御することにより、反応管３６内の温度を制御する温度制御手段（図示しない）が設けられている。
【００１５】
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。
【００１６】
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、ボート３０に移載する。
【００１７】
このようにして、１バッチ分の基板をボート３０に移載すると、例えば７００℃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ボート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、炉内温度を熱処理温度まで昇温させて、ガス導入管４６からノズル４６ａを介して反応管３６内に処理ガスを導入する。反応管３６内に導入したガスは、反応管３６内を流下して、ガス排気管４８から排気される。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１４００℃程度以上の温度に加熱される。なお、この間、保護管４４内に配置された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。
【００１８】
基板の熱処理が終了すると、例えば炉内温度を７００℃程度の温度に降温した後、ボート３０を反応炉３４からアンロードし、ボート３０に支持された全ての基板が冷えるまで、ボート３０を所定位置で待機させる。尚、炉内温度降温の際も、保護管４４内に配置された熱電対により反応管３６内の温度をモニタしながら、予め設定された降温プログラムにしたがって降温を実施する。次に、待機させたボート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、ボート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。
【００１９】
次に、熱処理炉３４を構成する部材の材質について詳述する。熱処理炉３４内で１４００℃以上の高温になるところは、全て炭化珪素で構成されている。例えば、熱電対の保護管４４、ノズル４６ａは炭化珪素で構成されている。また、反応管３６の本体部３６ａはポーラス状の炭化珪素で構成されており、ボート３０のヒータ４２と対向する部分は炭化珪素で構成されている。ここでポーラス状とは多孔体（多孔体とは、非常に多くの孔があいている物質）のことである。
【００２０】
一方、熱処理炉３４内で１４００℃にまで温度が上がらない部分、例えば、反応管３６のフランジ部３６ｂはポーラス状の炭化珪素に珪素（シリコン）を含浸した材料で構成されている。これにより、加工がしやすくなり、また加工精度が上がり、強度も上がる。また、ボート３０の下部（ヒータ４２と対向しない部分）、ガス導入管４６、ガス排気管４８、炉口フランジ５１は石英で構成されている。
【００２１】
すなわち、温度が１４００℃以上になる部分は、炭化珪素で構成され、温度が１４００℃以上にならない部分であって、反応管３６のフランジ部３６ｂのように面の加工精度や強度が必要とされる部分は、シリコンをポーラス状の炭化珪素に含浸したものや石英で構成されている。
【００２２】
また、反応管３６は、ポーラス状の炭化珪素のままだと脆く、ガスの漏れが起こり汚染レベルも悪い。そこで、反応管３６の本体部３６ａとフランジ部３６ｂを結合した後、焼結し、ポーラス状になった反応管３６のフランジ部３６ｂにシリコンを含浸し、その後少なくとも反応管３６の本体部３６ａまたは／およびフランジ部３６ｂの内表面に炭化珪素のＣＶＤ膜を形成するのが好ましい。これにより、ポーラス状の炭化珪素の強度が上がるだけでなく、汚染を低減することができ、ガスの漏れも抑えられる。尚、炭化珪素のＣＶＤ膜は、反応管３６の本体部３６ａまたは／およびフランジ部３６ｂの表面全体に形成してもよい。
【００２３】
本発明の熱処理装置は、基板の製造工程にも適用することもできる。
【００２４】
ＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェハの一種であるＳＩＭＯＸ（ＳｅｐａｒａｔｉｏｎｂｙＩｍｐｌａｎｔｅｄＯｘｙｇｅｎ）ウェハの製造工程の一工程に本発明の熱処理装置を適用する例について説明する。
【００２５】
先ずイオン注入装置等により単結晶シリコンウェハ内へ酸素イオンをイオン注入する。その後、酸素イオンが注入されたウェハを上記実施形態の熱処理装置を用いて、例えばＡｒ、Ｏ２雰囲気のもと、１３００〜１４００℃、例えば１３５０℃以上の高温でアニールする。これらの処理により、ウェハ内部にＳｉＯ２層が形成された（ＳｉＯ２が埋めこまれた）ＳＩＭＯＸウェハ作製される。
【００２６】
また、ＳＩＭＯＸの他、水素アニールウェハの製造工程の一工程に本発明の熱処理装置を適用することも可能である。この場合、ウェハを本発明の熱処理装置を用いて、水素雰囲気中で１２００℃の高温アニールすることとなる。これによりＩＣが作られるウェハ表面層の結晶欠陥を低減することができ、結晶の完全性を高めることができる。また、この他、エピタキシャルウェハの製造工程の一工程に本発明の熱処理装置を適用することが可能である。
【００２７】
本発明の熱処理装置は、半導体デバイスの製造工程の一工程としての熱処理工程に適用することも可能である。
【００２８】
特に、比較的高い温度で行なう熱処理工程、たとえば、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）、ＨＣｌ酸化等の熱酸化工程や、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に適用するのが好ましい。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明では、熱処理炉内の温度が１４００℃以上にならない部分であって、面の加工精度と強度が必要な部分はポーラス状の炭化珪素に珪素を含浸させた材料で構成したので、加工が容易になり、また加工精度が上がり、強度も上がる。また、比較的低温である為含浸したシリコンが噴出することもない。熱処理炉の１４００℃以上の高温になる部分はポーラス状の炭化珪素で構成したので、シリコンを含浸した炭化珪素を用いる場合に、含浸したシリコンが噴出するという問題が解消でき、対策の心配も無くなる。更に、炭化珪素のＣＶＤ膜を少なくとも反応管の本体部または／およびフランジ部の内表面に形成することにより、ポーラス状の炭化珪素の強度が上がるだけでなく、ガスの漏れが抑えられ、汚染を低減することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基板処理装置を示す斜示図である。
【図２】本発明の処理炉を詳細に示す図である。
１基板
１０熱処理装置
３０ボート
３４熱処理炉
３６反応管
３６ａ本体部
３６ｂフランジ部
３８シールキャップ
４２ヒータ
４６ガス導入管
４８ガス排気管
５１炉口フランジ

Claims

基板を処理する反応管と、反応管内の基板を加熱するヒータとを有する熱処理装置において、前記反応管のフランジ部をシリコンを含浸した炭化珪素で構成したことを特徴とする熱処理装置。
前記炭化珪素はポーラス状であることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
前記反応管の本体部をポーラス状の炭化珪素で構成したことを特徴とする請求項２記載の熱処理装置。
前記反応管の本体部または／およびフランジ部の表面に炭化珪素のＣＶＤ膜を形成したことを特徴とする請求項３記載の熱処理装置。
シリコンを含浸した炭化珪素で構成されたフランジ部を有する反応管内に基板を搬入する工程と、前記反応管内で前記基板を熱処理する工程と、前記反応管内から前記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。