【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方法、半導体ウェハやガラス基板の製造方法、半導体装置の製造方法及び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、複数枚のシリコン単結晶ウェハ等の基板を熱処理する場合、炭化珪素製等の基板支持体（ボート）が用いられている。この基板支持体には、例えば３点で基板を支持する支持溝が設けられている。
【０００３】
この場合、１０００℃程度以上の温度で熱処理すると、支持溝付近で、基板にスリップ転位欠陥が発生し、これがスリップラインになるという問題があった。スリップラインが発生すると、基板の平坦度が劣化する。これらのため、ＬＳＩ製造工程における重要な工程の一つであるリソグラフィ工程で、マスク合わせずれ（焦点ずれ又は変形によるマスク合わせずれ）が生じ、所望パターンを有するＬＳＩの製造が困難であるという問題が発生していた。
【０００４】
このような問題を解決する手段として、図７に示すように温度が高くなればなるほど昇降温レート（速度）を少なくすることにより、ウェハにスリップが発生するのを防ぐ技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−４５９４６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、処理温度が高くなるほど昇降温レートを少なくするようにすると目的の温度に達成するまでの時間が長くなり、スループットが著しく低下すると言う問題があった。またウェハ支持面が平坦な場合、ウェハが支持面に融着するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述のような高温下でシリコン単結晶ウェハに熱処理を施す際に、ウェハ内のスリップ転位欠陥の発生を防止でき、かつスループットが高く、またウェハの支持面への融着を防止できる熱処理方法、基板の製造方法、半導体装置の製造方法及び熱処理装置の提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では基板温度を処理温度まで昇温させる昇温シーケンスの途中に温度を一定に保つか温度を下げるステップを設け、または高温熱処理時の途中に温度を変化させるステップを設け、または基板温度を処理温度から処理温度よりも低い温度まで降温する降温シーケンスの途中に温度を一定に保つか温度を上げるステップを設けたシーケンスにより、ウェハを熱処理するようにした。
【０００９】
本発明の第１の特徴とするところは、基板を処理室内に搬入する搬入工程と、基板温度を処理温度まで昇温させる昇温工程と、基板を処理温度で熱処理する熱処理工程と、基板温度を処理温度から処理温度よりも低い温度まで降温する降温工程と、処理室内から基板を搬出する搬出工程とを有する熱処理方法であって、前記昇温工程または降温工程の途中に基板温度を一定温度に保持する工程を少なくとも２回以上有することを特徴とする熱処理方法にある。
【００１０】
本発明の第２の特徴とするところは、基板を処理室内に搬入する搬入工程と、基板温度を処理温度まで昇温させる昇温工程と、基板を処理温度で熱処理する熱処理工程と、基板温度を処理温度から処理温度よりも低い温度まで降温する降温工程と、処理室内から基板を搬出する搬出工程とを有する熱処理方法であって、前記昇温工程の途中に昇温レートを増減させる工程、または降温工程の途中に降温レートを増減させる工程を有することを特徴とする熱処理方法にある。
【００１１】
本発明の第３の特徴とするところは、基板を処理室内に搬入する搬入工程と、基板温度を処理温度まで昇温させる昇温工程と、基板を処理温度で熱処理する熱処理工程と、基板温度を処理温度から処理温度よりも低い温度まで降温する降温工程と、処理室内から基板を搬出する搬出工程とを有する熱処理方法であって、前記昇温工程の途中に基板温度を下げる工程を有することを特徴とする熱処理方法にある。
【００１２】
本発明の第４の特徴とするところは、基板を処理室内に搬入する搬入工程と、基板温度を処理温度まで昇温させる昇温工程と、基板を処理温度で熱処理する熱処理工程と、基板温度を処理温度から処理温度よりも低い温度まで降温する降温工程と、処理室内から基板を搬出する搬出工程とを有する熱処理方法であって、前記降温工程の途中に基板温度を上げる工程を有することを特徴とする熱処理方法にある。
【００１３】
本発明の第５の特徴とするところは、基板を処理室内に搬入する搬入工程と、基板温度を処理温度まで昇温させる昇温工程と、基板を処理温度で熱処理する熱処理工程と、基板温度を処理温度から処理温度よりも低い温度まで降温する降温工程と、処理室内から基板を搬出する搬出工程とを有する熱処理方法であって、前記熱処理工程の途中に熱処理温度を変化させる工程を有することを特徴とする熱処理方法にある。
【００１４】
本発明の第６の特徴とするところは、基板を処理室内に搬入する搬入工程と、基板温度を処理温度まで昇温させる昇温工程と、基板を処理温度で熱処理する熱処理工程と、基板温度を処理温度から処理温度よりも低い温度まで降温する降温工程と、処理室内から基板を搬出する搬出工程とを有する熱処理方法であって、前記昇温工程または降温工程の途中に基板温度を少なくとも２回以上一定温度に保持する工程、または前記昇温工程の途中に昇温レートを増減させる工程、または降温工程の途中に降温レートを増減させる工程、または前記昇温工程の途中に基板温度を降温する工程、または前記降温工程の途中に基板温度を昇温する工程、または前記熱処理工程の途中に熱処理温度を変化させる工程からなる群から選択された少なくとも２つ以上の工程を有することを特徴とする熱処理方法にある。
【００１５】
本発明の第７の特徴とするところは、基板を処理室内に搬入する搬入工程と、基板温度を処理温度まで昇温させる昇温工程と、基板を処理温度で熱処理する熱処理工程と、基板温度を処理温度から処理温度よりも低い温度まで降温する降温工程と、処理室内から基板を搬出する搬出工程とを有する熱処理方法であって、前記昇温工程または降温工程の途中に基板温度を少なくとも２回以上一定温度に保持する工程、または前記昇温工程の途中に昇温レートを増減させる工程、または降温工程の途中に降温レートを増減させる工程、または前記昇温工程の途中に基板温度を降温する工程、または前記降温工程の途中に基板温度を昇温する工程、または前記熱処理工程の途中に熱処理温度を変化させる工程からなる群から選択されたいずれかの工程を略一定時間間隔で行うことを特徴とする熱処理方法にある。
【００１６】
本発明の第８の特徴とするところは、基板を処理室内に搬入する搬入工程と、基板温度を処理温度まで昇温させる昇温工程と、基板を処理温度で熱処理する熱処理工程と、基板温度を処理温度から処理温度よりも低い温度まで降温する降温工程と、処理室内から基板を搬出する搬出工程とを有する熱処理方法であって、前記昇温工程または降温工程の途中に基板温度を少なくとも２回以上一定温度に保持する工程、または前記昇温工程の途中に昇温レートを増減させる工程、または降温工程の途中に降温レートを増減させる工程、または前記昇温工程の途中に基板温度を降温する工程、または前記降温工程の途中に基板温度を昇温する工程、または前記熱処理工程の途中に熱処理温度を変化させる工程からなる群から選択されたいずれかの工程を温度が高くなる程短い間隔で行うことを特徴とする熱処理方法にある。
【００１７】
本発明の第９の特徴とするところは、第１〜第８の特徴において、前記熱処理工程においては、基板を基板よりも厚いシリコン製の板状部材で支持した状態で熱処理することを特徴とする熱処理方法にある。
【００１８】
本発明の第１０の特徴とするところは、第１〜第８の特徴において、前記熱処理工程においては、基板をＳｉＣ製のホルダで支持した状態で熱処理することを特徴とする熱処理方法にある。
【００１９】
本発明の第１１の特徴とするところは、第１〜第８の特徴において、前記熱処理工程においては、基板を基板中心を含む４点以上または５点以上の支持部で支持した状態で熱処理することを特徴とする熱処理方法にある。
【００２０】
本発明の第１２の特徴とするところは、基板を処理室内に搬入する搬入工程と、基板温度を処理温度まで昇温させる昇温工程と、基板を処理温度で熱処理する熱処理工程と、基板温度を処理温度から処理温度よりも低い温度まで降温する降温工程と、処理室内から基板を搬出する搬出工程とを有する基板の製造方法であって、前記昇温工程または降温工程の途中に基板温度を少なくとも２回以上一定温度に保持する工程、または前記昇温工程の途中に昇温レートを増減させる工程、または降温工程の途中に降温レートを増減させる工程、または前記昇温工程の途中に基板温度を降温する工程、または前記降温工程の途中に基板温度を昇温する工程、または前記熱処理工程の途中に熱処理温度を変化させる工程からなる群から選択された少なくとも１つの工程を有することを特徴とする基板の製造方法にある。
【００２１】
本発明の第１３の特徴とするところは、基板を処理室内に搬入する搬入工程と、基板温度を処理温度まで昇温させる昇温工程と、基板を処理温度で熱処理する熱処理工程と、基板温度を処理温度から処理温度よりも低い温度まで降温する降温工程と、処理室内から基板を搬出する搬出工程とを有する半導体装置の製造方法であって、前記昇温工程または降温工程の途中に基板温度を少なくとも２回以上一定温度に保持する工程、または前記昇温工程の途中に昇温レートを増減させる工程、または降温工程の途中に降温レートを増減させる工程、または前記昇温工程の途中に基板温度を降温する工程、または前記降温工程の途中に基板温度を昇温する工程、または前記熱処理工程の途中に熱処理温度を変化させる工程からなる群から選択された少なくとも１つの工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法にある。
【００２２】
本発明の第１４の特徴とするところは、基板を処理する処理室と、処理室内の基板を加熱するヒータと、基板温度を熱処理温度まで昇温させる途中または熱処理温よりも低い温度まで降温させる途中に基板温度を少なくとも２回以上一定温度に保持する、または基板温度を熱処理温度まで昇温させる途中に昇温レートを増減させる、または基板温度を熱処理温度よりも低い温度まで降温させる途中に降温レートを増減させる、または基板温度を熱処理温度まで昇温させる途中に基板温度を降温する、または基板温度を熱処理温度よりも低い温度まで降温させる途中に基板温度を昇温する、または基板を熱処理する途中に熱処理温度を変化させるよう制御する制御手段とを有することを特徴とする熱処理装置にある。
【００２３】
【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（シリコン単結晶ウェハ等の半導体ウェハやガラス基板等）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。
【００２４】
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。
【００２５】
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のノッチまたはオリフラを一定の位置に揃えるものである。
【００２６】
図２には、反応炉４０が示されている。この反応炉４０は、反応管４２を有し、この反応管４２内に基板支持体３０が挿入される。基板支持体３０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。反応管４２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４４により密閉されるようにしてある。また、反応管４２の周囲は、均熱管４６により覆われ、さらに均熱管４６の周囲にヒータ４８が配置されている。熱電対５０は、反応管４２と均熱管４６との間に配置され、反応炉４０内の温度をモニタできるようにしてある。そして、反応管４２には、処理ガスを導入する導入管５２と、処理ガスを排気する排気管５４とが接続されている。
【００２７】
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。
【００２８】
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枚の基板のノッチ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。
【００２９】
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６００℃程度の温度に設定された反応炉４０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４４により反応管４２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、導入管５２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。基板を熱処理する際、基板は例えば１０００℃程度以上の温度に加熱される。なお、この間、熱電対５０により反応管４２内の温度をモニタしながら、予め設定された昇温シーケンス、熱処理シーケンスに従って基板の熱処理を実施する。昇温シーケンス、熱処理シーケンスの制御は図示しない制御手段（コントローラ）により行う。
【００３０】
基板の熱処理が終了すると、例えば炉内温度を６００℃程度の温度に降温した後、基板支持体３０を反応炉４０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。なお、炉内温度降温の際も、熱電対５０により反応管４２内の温度をモニタしながら、予め設定された降温シーケンスに従って降温を実施する。降温シーケンスの制御は図示しない制御手段（コントローラ）により行う。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。
【００３１】
本実施の形態では上記昇温シーケンスの途中に温度を一定に保つか温度を下げるステップを設け、または高温熱処理時の途中に温度を変化させるステップを設け、または降温シーケンスの途中に温度を一定に保つか温度を上げるステップを設けたシーケンスにより、ウェハを熱処理するようにした。なおこのシーケンスの制御は図示しない制御手段（コントローラ）により行うようにした。
【００３２】
このように、高温における昇降温シーケンスの途中で、昇降温レートを変えたり、一定温度で保持したり、昇温中に降温したり、降温中に昇温したり、熱処理中に温度を変動させたりするステップを設けるようにしたので、高温加熱状態のウェハの面内温度分布を変化させることができ、これによりウェハの形状を変化させることができる。このウェハの変形によりウェハと支持部の接触点は自動的に変更されることとなり、これによりウェハと支持部の融着を防ぐことが可能となる。結果として、スリップの発生を防止することができる。また、スループットを向上させることも可能となる。
【００３３】
図３〜図６に、本実施形態における第一〜第四の温度シーケンス例を示す。何れの温度シーケンス例も、６００℃程度の温度に設定された反応炉内に、複数枚の基板を略水平状態で隙間をもって複数段に装填した基板支持体を装入（ロード）し、その後、炉内温度を１２００℃程度の熱処理温度まで昇温させて、基板温度が処理温度に達したら処理ガスを導入して基板を熱処理し、熱処理終了後、炉内温度を熱処理温度から６００℃程度の温度に降温し、その後、基板支持体を反応炉から搬出（アンロード）している。以下、これらの温度シーケンス例について詳述する。
【００３４】
図３に本実施形態における第一の温度シーケンス例を示す。このシーケンス例の場合、基板温度を処理温度まで昇温させる昇温工程または基板温度を処理温度から処理温度よりも低い温度まで降温させる降温工程の途中に基板温度を一定温度に保持する工程を少なくとも２回以上設けている。図３の場合、８００℃付近、１０００℃付近において、基板温度を一定温度に保持する工程を設けている。この基板温度を一定温度に保持する工程は、昇温工程または降温工程の途中に少なくとも１回以上設ければよいが、好ましくは２回以上設けるのがよい。このような温度シーケンスとすれば、昇温工程または降温工程の途中でウェハの面内温度分布を変化させることができ、これによりウェハの形状を変化させることができる。ウェハが変形すると、ウェハと支持部の接触点は自動的に変更され、ウェハと支持部の融着を防ぐことが可能となる。結果として、スリップの発生を防止することができる。
【００３５】
図４に本実施形態における第ニの温度シーケンス例を示す。このシーケンス例の場合、基板温度を処理温度まで昇温させる昇温工程の途中に基板温度を下げる工程を設けている。図４の場合、８００℃付近、１０００℃付近において、基板温度を降温する工程を設けている。この基板温度を降温する工程は、昇温工程の途中に少なくとも１回以上設ければよいが、好ましくは２回以上設けるのがよい。また、このシーケンス例では、基板温度を処理温度から処理温度よりも低い温度まで降温する降温工程の途中に基板温度を上げる工程を設けている。図４の場合、１０００℃付近、８００℃付近において、基板温度を昇温する工程を設けている。この基板温度を昇温する工程は、降温工程の途中に少なくとも１回以上設ければよいが、好ましくは２回以上設けるのがよい。このような温度シーケンスとすれば、昇温工程または降温工程の途中でウェハの面内温度分布を変化させることができ、これによりウェハの形状を変化させることができる。ウェハが変形すると、ウェハと支持部の接触点は自動的に変更され、ウェハと支持部の融着を防ぐことが可能となる。結果として、スリップの発生を防止することができる。
【００３６】
図５に本実施形態における第三の温度シーケンス例を示す。このシーケンス例の場合、基板温度を処理温度まで昇温させる昇温工程または基板温度を処理温度から処理温度よりも低い温度まで降温させる降温工程の途中に基板温度を一定温度に保持する工程を少なくとも２回以上設け、さらに熱処理工程の途中に熱処理温度を変化させる工程を設けている。図３の場合、８００℃付近、１０００℃付近において、基板温度を一定温度に保持する工程を設けている。また、１２００℃程度の熱処理温度での熱処理工程の途中に基板温度を熱処理温度よりも一時的に下げる工程を設けている。この基板温度を一時的に降温する工程は、少なくとも１回以上設ければよいが、好ましくは２回以上設けるのがよい。このような温度シーケンスとすれば、昇温工程または降温工程の途中や熱処理工程の途中でウェハの面内温度分布を変化させることができ、これによりウェハの形状を変化させることができる。ウェハが変形すると、ウェハと支持部の接触点は自動的に変更され、ウェハと支持部の融着を防ぐことが可能となる。結果として、スリップの発生を防止することができる。
【００３７】
図６に本実施形態における第四の温度シーケンス例を示す。このシーケンス例の場合、基板温度を処理温度まで昇温させる昇温工程の途中に昇温レートを増減させる工程を設けている。図６の場合、８００℃付近、８５０℃付近、１０００℃付近、１０５０℃付近において、昇温レートを増減させている。具体的には、８００℃付近の温度に到達したところで昇温レートを下げ、８５０℃付近の温度に到達したところで昇温レートを上げ、１０００℃付近の温度に到達したところで再び昇温レートを下げ、１０５０℃付近の温度に到達したところで再び昇温レートを上げている。すなわち６００℃から８００℃までの昇温レートより８００℃から８５０℃までの昇温レートを小さくし、８００℃から８５０℃までの昇温レートより８５０℃から１０００℃までの昇温レートを大きくし、８５０℃から１０００℃までの昇温レートより１０００℃から１０５０℃への昇温レートを小さくし、１０００℃から１０５０℃への昇温レートより１０５０℃から１２００℃への昇温レートを大きくしている。
【００３８】
また、このシーケンス例では、基板温度を処理温度から処理温度よりも低い温度まで降温させる降温工程の途中に降温レートを増減させる工程を設けている。図６の場合、１０５０℃付近、１０００℃付近、８５０℃付近、８００℃付近において、降温レートを増減させている。具体的には、１０５０℃付近の温度まで降温したところで降温レートを下げ、１０００℃付近の温度まで降温したところで降温レートを上げ、８５０℃付近の温度まで降温したところで再び降温レートを下げ、８００℃付近の温度まで降温したところで再び降温レートを上げている。すなわち１２００℃から１０５０℃までの降温レートより１０５０℃から１０００℃までの降温レートを小さくし、１０５０℃から１０００℃までの降温レートより１０００℃から８５０℃までの降温レートを大きくし、１０００℃から８５０℃までの降温レートより８５０℃から８００℃への降温レートを小さくし、８５０℃から８００℃への降温レートより８００℃から６００℃への降温レートを大きくしている。
【００３９】
この昇温レート、降温レートを増減させる工程は、それぞれ昇温工程、降温工程の途中に少なくとも１回以上設ければよいが、好ましくは２回以上設けるのがよい。このような温度シーケンスとすれば、昇温工程または降温工程の途中でウェハの面内温度分布を変化させることができ、これによりウェハの形状を変化させることができる。ウェハが変形すると、ウェハと支持部の接触点は自動的に変更され、ウェハと支持部の融着を防ぐことが可能となる。結果として、スリップの発生を防止することができる。
【００４０】
なお、上述した昇温工程または降温工程の途中に基板温度を少なくとも２回以上一定温度に保持する工程、または昇温工程の途中に昇温レートを増減させる工程、または降温工程の途中に降温レートを増減させる工程、または昇温工程の途中に基板温度を降温する工程、または降温工程の途中に基板温度を昇温する工程、または熱処理工程の途中に熱処理温度を変化させる工程は、それぞれ単独で行うようにしてもよいし、これらの工程うち少なくとも２つ以上の工程を組み合わせて行うようにしてもよい。また、これらの工程から選択されたいずれかの工程を略一定時間間隔で行うようにしてもよい。また、これらの工程から選択されたいずれかの工程を温度が高くなる程短い間隔で行うようにしてもよい。
【００４１】
また、上述した熱処理工程においては、基板を基板よりも厚いシリコン製の板状部材で支持した状態で熱処理するようにしてもよいし、基板をＳｉＣ製のホルダで支持した状態で熱処理するようにしてもよいし、基板を基板中心を含む４点以上または５点以上の支持部で支持した状態で熱処理するようにしてもよい。
【００４２】
基板を基板よりも厚いシリコン製の板状部材（支持部）で支持した状態で熱処理する場合、シリコン製の板状部材は、例えば基板と同心円状の円柱状に形成され、この上面に基板の下面が接触して基板を載置支持する。なお、板状部材の形状は、円柱状である必要はなく、楕円柱や多角柱として構成することもできる。
【００４３】
この板状部材の径は、基板の径より小さく、即ち、板状部材の上面は、基板の下面である平坦面の面積より小さな面積を有し、基板は、該基板の周縁を残して板状部材に支持される。基板は例えば直径が３００ｍｍであり、したがって、板状部材の直径は３００ｍｍ未満であり、１００ｍｍ〜２５０ｍｍ程度（基板外径の１／３〜５／６程度）が好ましい。
【００４４】
また、この板状部材の円柱軸方向の厚さは、基板の厚さよりも厚く形成されている。基板の厚さは、例えば７００μｍであり、したがって、板状部材の厚さは、７００μｍを越えており、１０ｍｍまでは可能であり、少なくとも基板の厚さの２倍以上、例えば３ｍｍ〜１０ｍｍが好ましく、更に３ｍｍ〜６ｍｍが好ましく、更には４ｍｍ〜５ｍｍが好ましい。板状部材の厚さをこのような厚さとしたので、板状部材の剛性を大きくすることができ、基板搬入時、昇温、降温時、熱処理時、基板搬出時等における温度変化に対する板状部材の変形を抑制することができる。これにより板状部材の変形に起因する基板へのスリップ発生を防止することができる。
【００４５】
また、板状部材の材質を基板と同じ材質であるシリコン製、即ち、シリコン製の基板と同じ熱膨張率や硬度を持つ材質としたので、温度変化に対する基板と板状部材との熱膨張、熱収縮の差をなくすことができ、また、基板と板状部材との接触点で応力が発生してもその応力を開放し易くなるので、基板に傷が発生しにくくなる。これにより基板と板状部材との熱膨張率の差や硬度の差に起因する基板へのスリップ発生を防止することができる。なお、上記説明では、板状部材の直径（面積）が基板よりも小さい場合について説明したが、基板直径よりも板状部材直径を大きくすることもできる。この場合は、板状部材の剛性を確保するため、板状部材の厚さをさらに厚くする必要がある。
【００４６】
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。
【００４７】
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ができる。
【００４８】
ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハの一種であるＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ Ｏｘｙｇｅｎ）ウエ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。
【００４９】
まずイオン注入装置等により単結晶シリコンウエ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エ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、ウエハ内部にＳｉＯ２層が形成された（ＳｉＯ２層が埋め込まれた）ＳＩＭＯＸウエハが作製される。
【００５０】
また、ＳＩＭＯＸウエハの他、水素アニールウエ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、ウエハを本発明の熱処理装置を用いて、水素雰囲気中で１２００℃程度以上の高温でアニールすることとなる。これによりＩＣ（集積回路）が作られるウエ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。
【００５１】
また、この他、エピタキシャルウエ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。
【００５２】
以上のような基板の製造工程の一工程として行う高温アニール処理を行う場合であっても、本発明の熱処理方法を用いることにより、基板のスリップの発生を防止することができる。
【００５３】
本発明の熱処理装置は、半導体装置の製造工程にも適用することも可能である。
特に、比較的高い温度で行う熱処理工程、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）、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。
【００５４】
このような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を行う場合においても、本発明の熱処理装置を用いることにより、スリップの発生を防止することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、基板にスリップ転位欠陥が発生せず、スループットが高く、ウェハの支持面への融着を防止でき、低コストで高品質の高温熱処理を行うことができる。
【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示す第一の温度シーケンス例を表す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る示す第ニの温度シーケンス例を表す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る示す第三の温度シーケンス例を表す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る示す第四の温度シーケンス例を表す図である。
【図７】従来の温度シーケンス例を表す図である。
１０ 熱処理装置
３０ 基板支持体
４０ 反応炉
４８ ヒータ
６８ 基板[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat treatment method for heat treating a semiconductor wafer, a glass substrate, and the like, a method for producing a semiconductor wafer and a glass substrate, a method for producing a semiconductor device, and a heat treatment apparatus.
[0002]
[Prior art]
For example, when heat-treating a plurality of substrates such as a silicon single crystal wafer using a vertical heat treatment furnace, a substrate support (boat) made of silicon carbide or the like is used. The substrate support is provided with support grooves for supporting the substrate at three points, for example.
[0003]
In this case, if the heat treatment is performed at a temperature of about 1000 ° C. or higher, there is a problem that a slip dislocation defect is generated in the substrate near the support groove, and this becomes a slip line. When the slip line occurs, the flatness of the substrate deteriorates. For this reason, in the lithography step, which is one of the important steps in the LSI manufacturing process, a mask misalignment (mask misalignment due to defocus or deformation) occurs, and it is difficult to manufacture an LSI having a desired pattern. Had occurred.
[0004]
As a means for solving such a problem, as shown in FIG. 7, there is known a technique for preventing a slip from occurring on a wafer by reducing a temperature rising / falling rate (speed) as the temperature becomes higher (see FIG. 7). Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1] JP-A-8-45946
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the temperature rise / fall rate is reduced as the processing temperature becomes higher, there is a problem that the time required to attain the target temperature becomes longer and the throughput is significantly reduced. Further, when the wafer support surface is flat, there is a problem that the wafer is fused to the support surface.
[0007]
The present invention can prevent the occurrence of slip dislocation defects in a wafer when performing a heat treatment on a silicon single crystal wafer at the high temperature as described above, and can attain a high throughput and prevent fusion to a supporting surface of the wafer. It is an object of the present invention to provide a heat treatment method, a substrate manufacturing method, a semiconductor device manufacturing method, and a heat treatment apparatus that can be performed.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention provides a step of keeping the temperature constant or lowering the temperature during the temperature raising sequence of raising the substrate temperature to the processing temperature, or a step of changing the temperature during the high temperature heat treatment. Alternatively, the wafer is heat-treated by a sequence in which a step of keeping the temperature constant or increasing the temperature is provided in the course of a temperature lowering sequence for lowering the substrate temperature from the processing temperature to a temperature lower than the processing temperature.
[0009]
According to a first feature of the present invention, a carrying-in step of carrying a substrate into a processing chamber, a temperature raising step of raising a substrate temperature to a processing temperature, a heat treatment step of heat-treating the substrate at the processing temperature, a substrate temperature A temperature lowering step of lowering the temperature from the processing temperature to a temperature lower than the processing temperature, and an unloading step of unloading the substrate from the processing chamber, wherein the substrate temperature is maintained at a constant temperature during the temperature increasing step or the temperature lowering step. A heat treatment method characterized by having at least two times the step of maintaining the temperature.
[0010]
According to a second feature of the present invention, a loading step of loading a substrate into a processing chamber, a temperature raising step of raising a substrate temperature to a processing temperature, a heat treatment step of heat-treating the substrate at the processing temperature, A temperature lowering step of lowering the temperature from the processing temperature to a temperature lower than the processing temperature, and a heat treatment method having an unloading step of unloading the substrate from the processing chamber, wherein a step of increasing or decreasing the rate of temperature increase during the temperature increasing step; Alternatively, there is provided a heat treatment method comprising a step of increasing or decreasing a temperature lowering rate in the course of the temperature lowering step.
[0011]
According to a third feature of the present invention, a loading step of loading a substrate into a processing chamber, a temperature raising step of raising the substrate temperature to a processing temperature, a heat treatment step of heat-treating the substrate at the processing temperature, A temperature lowering step of lowering the temperature from the processing temperature to a temperature lower than the processing temperature, and a carry-out step of carrying out the substrate from the processing chamber, comprising a step of lowering the substrate temperature in the middle of the temperature raising step. A heat treatment method characterized by the following.
[0012]
According to a fourth feature of the present invention, a loading step of loading a substrate into a processing chamber, a temperature raising step of raising a substrate temperature to a processing temperature, a heat treatment step of heat-treating the substrate at the processing temperature, A temperature lowering step of lowering the temperature from the processing temperature to a temperature lower than the processing temperature, and an unloading step of unloading the substrate from the processing chamber, comprising a step of raising the substrate temperature in the course of the temperature lowering step. It is a characteristic heat treatment method.
[0013]
According to a fifth feature of the present invention, a carrying-in step of carrying a substrate into a processing chamber, a temperature raising step of raising a substrate temperature to a processing temperature, a heat treatment step of heat-treating the substrate at a processing temperature, A temperature lowering step of lowering the temperature from the processing temperature to a temperature lower than the processing temperature, and an unloading step of unloading the substrate from the processing chamber, comprising a step of changing the heat treatment temperature during the heat treatment step. A heat treatment method characterized by the following.
[0014]
According to a sixth feature of the present invention, a loading step of loading a substrate into a processing chamber, a temperature raising step of raising the substrate temperature to a processing temperature, a heat treatment step of heat-treating the substrate at the processing temperature, A temperature lowering step of lowering the temperature of the substrate from the processing temperature to a temperature lower than the processing temperature, and an unloading step of unloading the substrate from the processing chamber, wherein the substrate temperature is reduced by at least 2 during the temperature raising step or the temperature lowering step. A step of maintaining the temperature at a constant temperature at least twice, or a step of increasing or decreasing the temperature increase rate during the temperature increasing step, or a step of increasing or decreasing the temperature decreasing rate during the temperature decreasing step, or decreasing the substrate temperature during the temperature increasing step. Or a step of increasing the substrate temperature during the temperature lowering step, or a step of changing the heat treatment temperature during the heat treatment step. In a heat treatment method characterized by comprising the above steps.
[0015]
According to a seventh feature of the present invention, a loading step of loading a substrate into a processing chamber, a temperature raising step of raising a substrate temperature to a processing temperature, a heat treatment step of heat-treating the substrate at the processing temperature, A temperature lowering step of lowering the temperature of the substrate from the processing temperature to a temperature lower than the processing temperature, and an unloading step of unloading the substrate from the processing chamber, wherein the substrate temperature is reduced by at least 2 during the temperature raising step or the temperature lowering step. A step of maintaining the temperature at a constant temperature at least twice, or a step of increasing or decreasing the temperature increase rate during the temperature increasing step, or a step of increasing or decreasing the temperature decreasing rate during the temperature decreasing step, or decreasing the substrate temperature during the temperature increasing step. Any of the steps selected from the group consisting of: a step of increasing the substrate temperature during the temperature decreasing step, or a step of changing the heat treatment temperature during the heat treatment step. Some heat treatment method characterized by performing at a substantially constant time interval.
[0016]
According to an eighth feature of the present invention, a loading step of loading a substrate into a processing chamber, a temperature raising step of raising a substrate temperature to a processing temperature, a heat treatment step of heat-treating the substrate at the processing temperature, A temperature lowering step of lowering the temperature of the substrate from the processing temperature to a temperature lower than the processing temperature, and an unloading step of unloading the substrate from the processing chamber, wherein the substrate temperature is reduced by at least 2 during the temperature raising step or the temperature lowering step. A step of maintaining the temperature at a constant temperature at least twice, or a step of increasing or decreasing the temperature increase rate during the temperature increasing step, or a step of increasing or decreasing the temperature decreasing rate during the temperature decreasing step, or decreasing the substrate temperature during the temperature increasing step. Any of the steps selected from the group consisting of: a step of increasing the substrate temperature during the temperature decreasing step, or a step of changing the heat treatment temperature during the heat treatment step. In heat treatment method, which comprises carrying out at shorter intervals higher the temperature becomes higher.
[0017]
According to a ninth feature of the present invention, in the first to eighth features, in the heat treatment step, the heat treatment is performed in a state where the substrate is supported by a silicon plate member thicker than the substrate. Heat treatment method.
[0018]
A tenth feature of the present invention is the heat treatment method according to any of the first to eighth features, wherein the heat treatment is performed while the substrate is supported by a holder made of SiC.
[0019]
According to an eleventh feature of the present invention, in the first to eighth features, in the heat treatment step, the heat treatment is performed while the substrate is supported by four or more or five or more support portions including the substrate center. A heat treatment method characterized in that:
[0020]
According to a twelfth feature of the present invention, a loading step of loading a substrate into a processing chamber, a temperature raising step of raising a substrate temperature to a processing temperature, a heat treatment step of heat-treating the substrate at the processing temperature, A temperature lowering step of lowering the temperature from the processing temperature to a temperature lower than the processing temperature, and an unloading step of unloading the substrate from the processing chamber, wherein the substrate temperature is reduced during the temperature increasing step or the temperature lowering step. A step of maintaining the temperature at least twice or more, or a step of increasing or decreasing the temperature raising rate during the temperature increasing step, or a step of increasing or decreasing the temperature decreasing rate during the temperature decreasing step, or the substrate temperature during the temperature increasing step. Lowering the temperature of the substrate, or increasing the substrate temperature during the temperature lowering step, or changing the heat treatment temperature during the heat treatment step. Also the method of manufacturing a substrate characterized by having a single step.
[0021]
According to a thirteenth feature of the present invention, a loading step of loading a substrate into a processing chamber, a temperature raising step of raising the substrate temperature to a processing temperature, a heat treatment step of heat-treating the substrate at the processing temperature, A semiconductor device manufacturing method comprising: a temperature lowering step of lowering the temperature from the processing temperature to a temperature lower than the processing temperature; and an unloading step of unloading the substrate from the processing chamber, wherein the substrate temperature is increased during the temperature increasing step or the temperature lowering step. At least two times at a constant temperature, or a step of increasing or decreasing the temperature increase rate during the temperature increasing step, or a step of increasing or decreasing the temperature decreasing rate during the temperature decreasing step, or a substrate during the temperature increasing step. Selected from the group consisting of a step of lowering the temperature, a step of increasing the substrate temperature during the temperature lowering step, or a step of changing the heat treatment temperature during the heat treatment step. Even without some method of manufacturing a semiconductor device characterized by having a single step.
[0022]
According to a fourteenth feature of the present invention, a processing chamber for processing a substrate, a heater for heating the substrate in the processing chamber, and a step of raising the substrate temperature to the heat treatment temperature or lowering the substrate temperature to a temperature lower than the heat treatment temperature. During the process, the substrate temperature is maintained at least twice at a constant temperature, or the temperature is increased or decreased while the substrate temperature is increased to the heat treatment temperature, or the temperature is decreased while the substrate temperature is decreased to a temperature lower than the heat treatment temperature. Increase or decrease the rate, decrease the substrate temperature while increasing the substrate temperature to the heat treatment temperature, or increase the substrate temperature while decreasing the substrate temperature to a temperature lower than the heat treatment temperature, or heat-treat the substrate Control means for controlling so as to change the heat treatment temperature on the way.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a heat treatment apparatus 10 according to an embodiment of the present invention. The heat treatment apparatus 10 is, for example, a vertical type and has a housing 12 in which a main part is arranged. A pod stage 14 is connected to the housing 12, and a pod 16 is transported to the pod stage 14. The pod 16 accommodates, for example, 25 substrates (a semiconductor wafer such as a silicon single crystal wafer or a glass substrate) and is set on the pod stage 14 with a lid (not shown) closed.
[0024]
In the housing 12, a pod transport device 18 is arranged at a position facing the pod stage 14. A pod shelf 20, a pod opener 22, and a substrate number detector 24 are arranged near the pod transport device 18. The pod transport device 18 transports the pod 16 between the pod stage 14, the pod shelf 20, and the pod opener 22. The pod opener 22 opens the lid of the pod 16, and the number of substrates in the pod 16 with the lid opened is detected by the substrate number detector 24.
[0025]
Further, a substrate transfer machine 26, a notch aligner 28, and a substrate support 30 (boat) are arranged in the housing 12. The substrate transfer device 26 has an arm 32 from which, for example, five substrates can be taken out. By moving the arm 32, the pod placed at the position of the pod opener 22, the notch aligner 28 and the substrate support 30 Transfer the substrate between them. The notch aligner 28 detects a notch or an orientation flat formed on the substrate and aligns the notch or the orientation flat on the substrate at a predetermined position.
[0026]
FIG. 2 shows a reaction furnace 40. The reaction furnace 40 has a reaction tube 42 into which the substrate support 30 is inserted. The substrate support 30 is configured to support a plurality of substrates in a plurality of stages with a gap in a substantially horizontal state. The lower part of the reaction tube 42 is opened for inserting the substrate support 30, and the opened part is sealed by a seal cap 44. Further, the periphery of the reaction tube 42 is covered with a soaking tube 46, and a heater 48 is arranged around the soaking tube 46. The thermocouple 50 is disposed between the reaction tube 42 and the soaking tube 46 so that the temperature inside the reaction furnace 40 can be monitored. The reaction pipe 42 is connected to an introduction pipe 52 for introducing a processing gas and an exhaust pipe 54 for exhausting the processing gas.
[0027]
Next, the operation of the heat treatment apparatus 10 configured as described above will be described.
First, when the pod 16 containing a plurality of substrates is set on the pod stage 14, the pod 16 is transported from the pod stage 14 to the pod shelf 20 by the pod transport device 18 and stocked on the pod shelf 20. Next, the pod 16 stocked on the pod shelf 20 is transported to the pod opener 22 and set by the pod transport device 18, the lid of the pod 16 is opened by the pod opener 22, and the pod 16 is detected by the substrate number detector 24. The number of substrates accommodated in the device is detected.
[0028]
Next, the substrate is taken out from the pod 16 at the position of the pod opener 22 by the substrate transfer machine 26 and is transferred to the notch aligner 28. In the notch aligner 28, the notch is detected while rotating the substrate, and the notches of the plurality of substrates are aligned at the same position based on the detected information. Next, the substrate is taken out from the notch aligner 28 by the substrate transfer device 26 and transferred to the substrate support 30.
[0029]
When a batch of substrates is transferred to the substrate support 30 in this manner, the substrate support 30 loaded with a plurality of substrates is loaded into the reaction furnace 40 set at a temperature of, for example, about 600 ° C. The inside of the reaction tube 42 is sealed by a seal cap 44. Next, the furnace temperature is raised to the heat treatment temperature, and a processing gas is introduced from the introduction pipe 52. The processing gas includes nitrogen, argon, hydrogen, oxygen, and the like. When heat-treating the substrate, the substrate is heated to a temperature of, for example, about 1000 ° C. or more. Meanwhile, while monitoring the temperature inside the reaction tube 42 with the thermocouple 50, the heat treatment of the substrate is performed in accordance with a preset temperature raising sequence and heat treatment sequence. The control of the heating sequence and the heat treatment sequence is performed by control means (controller) not shown.
[0030]
When the heat treatment of the substrate is completed, for example, the temperature in the furnace is lowered to a temperature of about 600 ° C., and then the substrate support 30 is unloaded from the reaction furnace 40 until all the substrates supported by the substrate support 30 cool down. The substrate support 30 is made to wait at a predetermined position. When the temperature in the furnace is lowered, the temperature is reduced in accordance with a preset temperature reduction sequence while monitoring the temperature in the reaction tube 42 with the thermocouple 50. The control of the temperature drop sequence is performed by control means (controller) not shown. Next, when the substrate of the substrate support 30 in a standby state is cooled to a predetermined temperature, the substrate is taken out from the substrate support 30 by the substrate transfer device 26 and is transferred to the empty pod 16 set in the pod opener 22. Transport and house. Next, the pod 16 containing the substrate is transported to the pod shelf 20 by the pod transport device 18 and further transported to the pod stage 14 to complete the process.
[0031]
In the present embodiment, a step of keeping the temperature constant or lowering the temperature is provided during the temperature raising sequence, or a step of changing the temperature is performed during the high temperature heat treatment, or the temperature is kept constant during the temperature lowering sequence. The wafer was heat treated in a sequence that provided a step of keeping or raising the temperature. The control of this sequence was performed by a control means (controller) not shown.
[0032]
Thus, in the middle of the heating / cooling sequence at a high temperature, the heating / cooling rate is changed, the temperature is maintained at a constant temperature, the temperature is decreased during the heating, the temperature is increased during the cooling, and the temperature is varied during the heat treatment. In this case, it is possible to change the in-plane temperature distribution of the wafer in the high-temperature heating state, thereby changing the shape of the wafer. Due to this deformation of the wafer, the contact point between the wafer and the support is automatically changed, thereby making it possible to prevent fusion of the wafer and the support. As a result, occurrence of slip can be prevented. In addition, the throughput can be improved.
[0033]
3 to 6 show first to fourth temperature sequence examples in the present embodiment. In any of the temperature sequence examples, a substrate support in which a plurality of substrates are loaded in a plurality of stages with a gap in a substantially horizontal state is loaded into a reaction furnace set at a temperature of about 600 ° C., and thereafter, The furnace temperature is raised to a heat treatment temperature of about 1200 ° C., and when the substrate temperature reaches the processing temperature, a processing gas is introduced to heat-treat the substrate. After the heat treatment is completed, the furnace temperature is raised from the heat treatment temperature to about 600 ° C. The temperature is lowered to the temperature, and then the substrate support is unloaded from the reactor. Hereinafter, these temperature sequence examples will be described in detail.
[0034]
FIG. 3 shows a first temperature sequence example in the present embodiment. In the case of this sequence example, at least a step of maintaining the substrate temperature at a constant temperature during the temperature raising step of raising the substrate temperature to the processing temperature or the temperature lowering step of lowering the substrate temperature from the processing temperature to a temperature lower than the processing temperature is performed. It is provided twice or more. In the case of FIG. 3, a step of maintaining the substrate temperature at a constant temperature near 800 ° C. and 1000 ° C. is provided. This step of maintaining the substrate temperature at a constant temperature may be provided at least once or more in the middle of the temperature raising step or the temperature lowering step, but is preferably provided at least twice. With such a temperature sequence, the in-plane temperature distribution of the wafer can be changed during the temperature raising step or the temperature lowering step, thereby changing the shape of the wafer. When the wafer is deformed, the contact point between the wafer and the support is automatically changed, so that the fusion between the wafer and the support can be prevented. As a result, the occurrence of slip can be prevented.
[0035]
FIG. 4 shows a second temperature sequence example in the present embodiment. In the case of this sequence example, a step of lowering the substrate temperature is provided during the temperature raising step of raising the substrate temperature to the processing temperature. In the case of FIG. 4, a step of lowering the substrate temperature at around 800 ° C. and around 1000 ° C. is provided. The step of lowering the substrate temperature may be provided at least once in the course of the temperature raising step, but is preferably provided at least twice. In this sequence example, a step of increasing the substrate temperature is provided in the course of the temperature lowering step of lowering the substrate temperature from the processing temperature to a temperature lower than the processing temperature. In the case of FIG. 4, a step of raising the substrate temperature at around 1000 ° C. and around 800 ° C. is provided. This step of raising the substrate temperature may be provided at least once or more in the course of the temperature lowering step, but is preferably provided at least twice. With such a temperature sequence, the in-plane temperature distribution of the wafer can be changed during the temperature raising step or the temperature lowering step, thereby changing the shape of the wafer. When the wafer is deformed, the contact point between the wafer and the support is automatically changed, so that the fusion between the wafer and the support can be prevented. As a result, occurrence of slip can be prevented.
[0036]
FIG. 5 shows a third temperature sequence example in the present embodiment. In the case of this sequence example, at least a step of maintaining the substrate temperature at a constant temperature during the temperature raising step of raising the substrate temperature to the processing temperature or the temperature lowering step of lowering the substrate temperature from the processing temperature to a temperature lower than the processing temperature is performed. A step of changing the heat treatment temperature is provided twice or more, and a heat treatment temperature is changed during the heat treatment step. In the case of FIG. 3, a step of maintaining the substrate temperature at a constant temperature near 800 ° C. and 1000 ° C. is provided. Further, a step of temporarily lowering the substrate temperature from the heat treatment temperature is provided during the heat treatment step at a heat treatment temperature of about 1200 ° C. The step of temporarily lowering the substrate temperature may be provided at least once or more preferably, but preferably at least twice. With such a temperature sequence, the in-plane temperature distribution of the wafer can be changed during the heating or cooling process or during the heat treatment process, thereby changing the shape of the wafer. When the wafer is deformed, the contact point between the wafer and the support is automatically changed, so that the fusion between the wafer and the support can be prevented. As a result, the occurrence of slip can be prevented.
[0037]
FIG. 6 shows a fourth temperature sequence example in the present embodiment. In the case of this sequence example, a step of increasing or decreasing the heating rate is provided in the course of the heating step of increasing the substrate temperature to the processing temperature. In the case of FIG. 6, the heating rate is increased or decreased around 800 ° C., 850 ° C., 1000 ° C., and 1050 ° C. Specifically, when the temperature reaches around 800 ° C., the heating rate is reduced. When the temperature reaches around 850 ° C., the heating rate is increased. When the temperature reaches around 1000 ° C., the heating rate is decreased again. When the temperature reached around 1050 ° C., the heating rate was increased again. That is, the heating rate from 800 ° C to 850 ° C is made smaller than the heating rate from 600 ° C to 800 ° C, and the heating rate from 850 ° C to 1000 ° C is made larger than the heating rate from 800 ° C to 850 ° C. The rate of temperature rise from 1000 ° C to 1050 ° C is made smaller than the rate of temperature rise from 850 ° C to 1000 ° C, and the rate of temperature rise from 1050 ° C to 1200 ° C is made larger than the rate of temperature rise from 1000 ° C to 1050 ° C. ing.
[0038]
In this sequence example, a step of increasing or decreasing the cooling rate is provided in the course of the cooling step of lowering the substrate temperature from the processing temperature to a temperature lower than the processing temperature. In the case of FIG. 6, the cooling rate is increased or decreased around 1050 ° C., around 1000 ° C., around 850 ° C., or around 800 ° C. Specifically, when the temperature is lowered to a temperature of about 1050 ° C., the cooling rate is lowered. When the temperature is lowered to a temperature of about 1000 ° C., the cooling rate is increased. When the temperature is lowered to a temperature of about 850 ° C., the cooling rate is lowered again. When the temperature has dropped to a nearby temperature, the cooling rate is increased again. That is, the cooling rate from 1050 ° C to 1000 ° C is made smaller than the cooling rate from 1200 ° C to 1050 ° C, and the cooling rate from 1000 ° C to 850 ° C is made larger than the cooling rate from 1050 ° C to 1000 ° C. The cooling rate from 850 ° C. to 800 ° C. is smaller than the cooling rate up to 850 ° C., and the cooling rate from 800 ° C. to 600 ° C. is larger than the cooling rate from 850 ° C. to 800 ° C.
[0039]
The step of increasing and decreasing the temperature raising rate and the temperature decreasing rate may be provided at least once or more in the middle of the temperature raising step and the temperature lowering step, respectively, and is preferably provided at least twice. With such a temperature sequence, the in-plane temperature distribution of the wafer can be changed during the temperature raising step or the temperature lowering step, thereby changing the shape of the wafer. When the wafer is deformed, the contact point between the wafer and the support is automatically changed, so that the fusion between the wafer and the support can be prevented. As a result, occurrence of slip can be prevented.
[0040]
In the meantime, the step of maintaining the substrate temperature at a constant temperature at least twice during the above-mentioned temperature raising step or the temperature lowering step, the step of increasing / decreasing the temperature raising rate during the temperature raising step, or the step of decreasing the temperature raising rate during the temperature lowering step The step of increasing or decreasing the temperature, or the step of lowering the substrate temperature during the temperature raising step, or the step of raising the substrate temperature during the temperature lowering step, or the step of changing the heat treatment temperature during the heat treatment step, respectively, The steps may be performed, or at least two or more of these steps may be performed in combination. Further, any of the steps selected from these steps may be performed at substantially constant time intervals. Further, any of the steps selected from these steps may be performed at shorter intervals as the temperature increases.
[0041]
In the heat treatment step described above, the heat treatment may be performed while the substrate is supported by a silicon plate member thicker than the substrate, or the heat treatment may be performed while the substrate is supported by the SiC holder. Alternatively, the heat treatment may be performed in a state where the substrate is supported by four or more or five or more support parts including the center of the substrate.
[0042]
When heat treatment is performed while the substrate is supported by a silicon plate member (support portion) thicker than the substrate, the silicon plate member is formed, for example, in a cylindrical shape concentric with the substrate, and the upper surface of the substrate is The lower surfaces are in contact with each other to support the substrate. In addition, the shape of the plate-shaped member does not need to be a columnar shape, and may be configured as an elliptical column or a polygonal column.
[0043]
The diameter of the plate-shaped member is smaller than the diameter of the substrate, that is, the upper surface of the plate-shaped member has an area smaller than the area of the flat surface, which is the lower surface of the substrate, and the substrate is formed by leaving the periphery of the substrate. It is supported by the member. The substrate has a diameter of, for example, 300 mm, and therefore, the diameter of the plate-shaped member is less than 300 mm, and is preferably about 100 mm to 250 mm (about 1/3 to 5/6 of the outer diameter of the substrate).
[0044]
The thickness of the plate-like member in the direction of the cylinder axis is formed larger than the thickness of the substrate. The thickness of the substrate is, for example, 700 μm, and therefore, the thickness of the plate member exceeds 700 μm, and can be up to 10 mm, and is preferably at least twice the thickness of the substrate, for example, 3 mm to 10 mm. And more preferably 3 mm to 6 mm, and further preferably 4 mm to 5 mm. Since the thickness of the plate-like member is set to such a thickness, the rigidity of the plate-like member can be increased, and the plate-like member can withstand a change in temperature when the substrate is loaded, heated, cooled, heat-treated, or unloaded. Deformation of the member can be suppressed. Thereby, it is possible to prevent the occurrence of slip on the substrate due to the deformation of the plate member.
[0045]
Further, since the material of the plate member is made of silicon which is the same material as the substrate, that is, a material having the same coefficient of thermal expansion and hardness as the silicon substrate, the thermal expansion of the substrate and the plate member with respect to temperature change, The difference in thermal shrinkage can be eliminated, and even if stress is generated at the contact point between the substrate and the plate-like member, the stress is easily released, so that the substrate is less likely to be damaged. Thus, it is possible to prevent the occurrence of slip on the substrate due to the difference in the coefficient of thermal expansion or the difference in hardness between the substrate and the plate member. In the above description, the case where the diameter (area) of the plate member is smaller than that of the substrate has been described, but the plate member diameter may be larger than the substrate diameter. In this case, it is necessary to further increase the thickness of the plate member in order to secure the rigidity of the plate member.
[0046]
In the description of the above embodiments and examples, a batch-type heat treatment apparatus that heat-treats a plurality of substrates is used as the heat treatment apparatus. However, the present invention is not limited to this. Is also good.
[0047]
The heat treatment apparatus of the present invention can also be applied to a substrate manufacturing process.
[0048]
An example in which the heat treatment apparatus of the present invention is applied to one process of manufacturing a SIMOX (Separation by Implanted Oxygen) wafer, which is a kind of SOI (Silicon On Insulator) wafer, will be described.
[0049]
First, oxygen ions are implanted into a single crystal silicon wafer by an ion implanter or the like. Thereafter, the wafer into which oxygen ions have been implanted is annealed at a high temperature of 1300 ° C. to 1400 ° C., for example, 1350 ° C. or more, for example, in an Ar or O 2 atmosphere using the heat treatment apparatus of the above embodiment. Through these processes, a SIMOX wafer having the SiO2 layer formed therein (the SiO2 layer embedded therein) is manufactured.
[0050]
In addition to the SIMOX wafer, the heat treatment apparatus of the present invention can be applied to one step of a hydrogen annealing wafer manufacturing process. In this case, the wafer is annealed at a high temperature of about 1200 ° C. or more in a hydrogen atmosphere using the heat treatment apparatus of the present invention. As a result, crystal defects in the surface layer of a wafer on which an IC (integrated circuit) is formed can be reduced, and the integrity of the crystal can be increased.
[0051]
In addition, the heat treatment apparatus of the present invention can be applied to one of the epitaxial wafer manufacturing processes.
[0052]
Even in the case of performing the high-temperature annealing as one of the steps of manufacturing the substrate as described above, the use of the heat treatment method of the present invention can prevent the occurrence of the slip of the substrate.
[0053]
The heat treatment apparatus of the present invention can also be applied to a semiconductor device manufacturing process.
In particular, heat treatment steps performed at relatively high temperatures, for example, thermal oxidation steps such as wet oxidation, dry oxidation, hydrogen combustion oxidation (pyrogenic oxidation), and HCl oxidation, and boron (B), phosphorus (P), and arsenic (As) ) And a thermal diffusion step of diffusing an impurity (dopant) such as antimony (Sb) into the semiconductor thin film.
[0054]
Even in the case of performing the heat treatment process as one of the semiconductor device manufacturing processes, the use of the heat treatment apparatus of the present invention can prevent the occurrence of slip.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a slip dislocation defect is not generated in a substrate, a throughput is high, fusion to a wafer supporting surface can be prevented, and high-quality high-temperature heat treatment can be performed at low cost. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a reaction furnace used in the heat treatment apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a first temperature sequence example according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a second temperature sequence example according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a third temperature sequence example according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a fourth temperature sequence example according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a conventional temperature sequence example.
10 Heat treatment equipment
30 Substrate support
40 reactor
48 heater
68 substrate
