JP2005044891A - 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発生を少なくし、高品質な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。
【解決手段】基板支持体３０は、基板３４を接触支持する板状部材５８と、この板状部材５８を支持する支柱６４，６４とを有する。支柱６４，６４は、例えば断面がＵ字型であり、中央部分が内側に突出している。板状部材５８の径は、基板３４の径よりも小さく、このため、基板３４と支柱６４，６４の支持溝７０との間には隙間が形成され、この隙間に例えばＵ字状のツイーザが挿入される。
【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、炭化珪素製の基板支持体（ボート）が用いられている。この基板支持体は、例えば３つの支柱を有し、この３つの支柱には、３点で基板を支持する支持溝が形成されている。
【０００３】この場合、１０００°Ｃ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、支持溝にまずダミーウェハを載置し、このダミーウェハの上に処理すべき基板を載置する技術が知られている（特許文献１参照）。これは、従来の３点支持からダミーウェハによる面支持に変えることにより、処理すべき基板の自重応力集中を抑え、基板の反り発生を防止し、スリップ転位欠陥が発生するのを防止しようとするものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２２３４９５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例においては、多数の支持溝が形成された櫛型の支柱が用いられ、この支柱の支持溝に板状部材を支持し、さらにこの板状部材に基板を載置するように構成されているので、径の小さい板状部材を支柱に支持するようにすると、支柱の支持溝の突出部分が長くなり、支持溝の加工が困難になり、加工できたとしても機械的強度が保てないという問題がある。
【０００７】本発明は、上記従来例における加工上の問題点、及び強度上の問題点を解消し、熱処理中に発生する基板のスリップ転位欠陥発生を少なくし、高品質な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】
上記課題を解決するため、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、基板と接触する板状部材と、この板状部材を支持する支柱とを有し、この支柱は、断面の両端が板状部材の外側にあって断面の中央部分が板状部材側へ突出するように曲げられた形状である熱処理装置にある。
【０００９】前記板状部材は、ＳｉＣ（炭化珪素）、Ｓｉ（シリコン）又はＳｉＯ_２（酸化珪素）製であることが好ましい。また、前記支柱は、ＳｉＣ製であることが好ましい。
【００１０】前記支柱は、断面がＵ字型、Ｖ字型、Ｃ型、コ字型等、板状部材側へ突出するように曲げられた形状である。
【００１１】このような支柱には、板状部材を支持するための支持溝を形成することが好ましい。この支持溝は、支柱に形成されたスリットの一部として構成することが好ましい。
【００１２】また、支柱は中空加工を施すことにより形成することが好ましい。
【００１３】また、板状部材は円柱状であり、その直径は基板の直径よりも小さいことが好ましい。
【００１４】さらに、熱処理装置には、前記基板支持体に対して基板を移載する基板移載機を含めることができる。前記板状部材を円板状とし、この板状部材の径を基板の径よりも小さく形成することが好ましい。この場合、前記基板移載機の基板を支持するツイーザは、両側に爪部を有する形状、例えばＵ字型とし、基板の両側を支持した状態で基板を板状部材に載置できるようにすることが好ましい。
【００１５】前記板状部材は、基板の厚さよりも厚いことが好ましい。
【００１６】前記支柱に形成された支持溝には嵌合部を形成し、この嵌合部に板状部材を嵌合することが好ましい。
【００１７】前記板状部材の基板載置面の面積は基板平坦面の面積よりも小さくすることが好ましい。
【００１８】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に構成されていることが好ましい。
【００１９】熱処理装置は、基板の熱処理が１０００°Ｃ以上、さらには１３５０°Ｃ以上の温度で行われるものとして用いられるのが好ましい。
【００２０】
【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及び図２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。
【００２１】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。
【００２２】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（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ツイーザ（アーム）３２を有し、このツイーザ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３４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。
【００２３】基板移載機２６のツイーザ３２は、両側に爪部を有する形状、例えばＵ字型であり、基板３４の両側を支持するようになっている。基板支持体３０は、エレベータ３６により昇降され、反応炉４０に挿入されるようになっている。
なお、後述する板状部材５８は、反基板移載機側から基板支持体３０にセットされるようにしてある。
【００２４】図３において、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。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。
【００２５】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。
【００２６】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。
【００２７】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４０内に複数枚の基板を装填した基板支持体３０を挿入し、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°Ｃ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、熱処理プログラムに従って基板の熱処理を実施する。
【００２８】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プログラムに従って降温を実施する。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。
【００２９】次に上記基板支持体３０について詳述する。
図４乃至図６において、基板支持体３０は、本体部５６と、板状部材５８とから構成されている。本体部５６は、円板状の上板６０と、同じく円板状の下板６２と、上板６０と下板６２とを接続支持する例えば２つの支柱６４，６４とから構成されている。上板６０、下板６２及び支柱６４は、一体に形成することもできるし、別体であってもよい。上板６０又は下板６２には半径方向に熱ストレス放散スリット６６が形成され、急激な熱ストレスがあった場合には該スリット６６により熱膨張或いは熱収縮による応力を緩和するようになっている。２つの支柱６４，６４は、基板３４の挿入方向に対して直交する位置で互いに対向するように配置されている。
【００３０】板状部材５８は、耐熱性材料から作られ、例えばＳｉＣ（炭化珪素）、Ｓｉ（シリコン）又はＳｉＯ_２（酸化珪素）製である。この実施形態においては、板状部材５８はＳｉ製である。この板状部材５８の上面に基板３４が接触支持される。また、この板状部材５８は、支柱６４に支持されている。
【００３１】この板状部材５８の径は、基板３４の径より小さく、即ち、板状部材５８の上面は、基板３４の下面である平坦面の面積より小さな面積を有し、基板３４は、該基板３４の周縁を残して板状部材５８に支持されている。基板３４は例えば直径が３００ｍｍであり、したがって、板状部材５８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。
【００３２】また、この板状部材５８の厚さは、基板３４の厚さよりも厚く形成されている。基板３４の厚さは、例えば７００μｍであり、したがって、支持部５８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３４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５８の厚さをこのような厚さとするのは、板状部材５８自体の剛性を増し、板状部材５８の熱処理時の変形を抑制するためである。
【００３３】板状部材５８の上面には、接着防止層を形成することができる。この接着防止層は、例えばシリコン表面を処理することにより、又はＣＶＤ等によりシリコン表面上に堆積（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）することにより形成したシリコン窒化膜（ＳｉＮ）、炭化珪素皮膜（ＳｉＣ）、酸化珪素膜（ＳｉＯ_２）、ガラス状炭素、微結晶ダイヤモンド等、耐熱性及び耐磨耗性に優れた材料からなり、基板３４の処理後に板状部材５８と基板３４との接着を防止するようにしてある。接着防止層を炭化珪素製の膜とした場合、膜の厚さは、０．１μｍ〜５０μｍとすることが好ましい。炭化珪素製の膜を厚くすると、シリコンと炭化珪素との熱膨張率の差により、シリコン製の板状部材５８が炭化珪素製の膜に引っ張られて支持部全体の変形量が大きくなり、この大きな変形によって基板３４にスリップが発生するおそれがある。これに対して炭化珪素製の膜を上記のような厚さとすると、シリコン製の板状部材５８が炭化珪素製の膜に引っ張られる量が少なくなり、支持部全体の変形量も少なくなる。即ち、炭化珪素製の膜を薄くすると板状部材５８と膜との熱膨張率の差による応力が低減し、板状部材全体の変形量が少なくなり、板状部材全体の熱膨張率も本来のシリコンの熱膨張率（基板がシリコンの場合は略同等の熱膨張率）に近づき、スリップの発生を防止できるものである。
【００３４】支柱６４は、図７にも示すように、断面の両端が板状部材５８の外側にあって断面の中央部分が板状部材５８側へ突出するように曲げられた形状、例えば断面がＵ字状であるように形成されている。支柱６４は、耐熱性材料から作られ、例えばＳｉＣ製である。この支柱６４には、水平方向に延びた略長方形のスリット６８が上下方向に多数形成されている。このスリット６８の下端は、支持溝７０を構成している。この支持溝７０の両側には嵌合部７２が段差部分として形成されている。板状部材５８は、この嵌合部７２に嵌合し、支持溝７０に支持されるものである。
【００３５】このような支柱６４は中空加工を施すことにより容易に形成することができる。即ち、まず円柱状に形成し、次に中心部分を軸方向に切削等により除いて円筒状となるよう中空加工を施し、次に直径方向で２つに分かれるよう切断し、最後にスリット６８を形成することにより支柱６４とする。
【００３６】また、支柱６４は、図７に示すように、断面が板状部材支持側へ突出するように曲げられた形状としたので、支柱６４の機械的強度を保つことができる。基板３４を直接支柱６４で支持する場合と比較して、基板３４を板状部材５８に支持する場合は、板状部材５８の分だけ重量が増加するが、上記構造とすることにより基板３４及び板状部材５８を支持するのに十分耐えられる機械的強度を得ることができる。また、従来の櫛型の支柱と比較すると、この実施形態においては、突出部分を長くしても加工が容易で機械的強度を保つことができるので、板状部材５８の直径が基板３４の直径よりも小さい場合に有効である。なお、支柱６４は、断面がＵ字型である以外に、Ｖ字型、Ｃ字型、コ字型等であってもよい。
【００３７】板状部材５８に基板３４が支持された状態においては、板状部材５８の径が基板３４の径よりも小さいので、基板３４の周縁部分と支柱６４の支持溝７０との間には隙間が形成される。この隙間には、前述したツイーザ３２を挿入することができる。
【００３８】基板３４を基板支持体３０に挿入する場合は、予め支柱６４に板状部材５８を支持溝７０に嵌合支持しておき、ツイーザ３２に基板３４を支持した状態でツイーザ３２を支柱６４のスリット６８に挿入し、ツイーザ３２の位置を若干下げることにより、基板３４を板状部材５８上に載置し、前述した隙間からツイーザ３２を引き抜く。一方、基板３４を基板支持体３０から取り出す場合は、基板挿入と逆順序で行い、まずツイーザ３２を前述した隙間に挿入し、ツイーザ３２の位置を若干上昇させてツイーザ３２に基板３４を載置し、ツイーザ３２を引き抜く。
【００３９】なお、上記実施形態の説明にあっては、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。
【００４０】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。
【００４１】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。
【００４２】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、Ｏ_２雰囲気のもと、１３００°Ｃ〜１４００°Ｃ、例えば１３５０°Ｃ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ＳｉＯ_２層が形成された（ＳｉＯ_２層が埋め込まれた）ＳＩＭＯＸウエハが作製される。
【００４３】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°Ｃ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。
【００４４】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。
【００４５】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、本発明の熱処理装置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。
【００４６】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。
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。
【００４７】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。
【００４８】
（１）基板を処理室内に搬入する工程と、基板と接触する板状部材と、この板状部材を支持する支柱とを有し、この支柱は断面の両端が板状部材の外側にあって断面の中央部分が板状部材側へ突出するように曲げられた形状であり、前記基板支持体の板状部材に基板を支持する工程と、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、基板を処理室より搬出する工程とを有する基板の製造方法。
（２）基板を処理室内に搬入する工程と、基板と接触する板状部材と、この板状部材を支持する支柱とを有し、この支柱は断面断面の両端が板状部材の外側にあって断面の中央部分が板状部材側へ突出するように曲げられた形状であり、前記基板支持体の板状部材に基板を支持する工程と、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、基板を処理室より搬出する工程とを有する半導体装置の製造方法。
（３）基板を処理室内に搬入する工程と、基板と接触する板状部材と、この板状部材を支持する支柱とを有し、この支柱は断面断面の両端が板状部材の外側にあって断面の中央部分が板状部材側へ突出するように曲げられた形状であり、前記基板支持体の板状部材に基板を支持する工程と、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、基板を処理室より搬出する工程とを有する基板処理方法。
（４）基板と接触して基板を支持する板状部材と、この板状部材を支持する支柱とを有し、この支柱は、断面の両端が板状部材の外側にあって断面の中央部分が板状部材側へ突出するように曲げられた形状であることを特徴とする基板支持体。
【００４９】
【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生じるのを防止することができる。
【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斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る熱処理装置の一部を示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた反応炉を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた基板支持体を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である
【図５】本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた基板支持体の正面図である。
【図６】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の側面図である。
【図７】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の支柱を示す斜視図である。
１０ 熱処理装置
３０ 基板支持体
３４ 基板
５８ 板状部材
６４ 支柱
６８ スリット
７０ 支持溝
７２ 嵌合部
７４ 嵌合溝

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、基板と接触する板状部材と、この板状部材を支持する支柱とを有し、この支柱は、断面の両端が板状部材の外側にあって断面の中央部分が板状部材側へ突出するように曲げられた形状であることを特徴とする熱処理装置。

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