JP2005064367A

JP2005064367A - 熱処理装置、半導体装置の製造方法、基板の製造方法及び基板処理方法

Info

Publication number: JP2005064367A
Application number: JP2003295169A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Mekawa; 靖浩女川
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2003-08-19
Filing date: 2003-08-19
Publication date: 2005-03-10

Abstract

【課題】本発明の目的は、熱処理中に発生する基板のスリップ転位欠陥、基板裏面傷の
発生を抑制し、高品質な半導体装置（デバイス）や基板を製造することができる熱処理装
置、半導体装置の製造方法、基板の製造方法及び基板処理方法を提供することを目的とし
ている。
【解決手段】基板６８をリング状部材５８により支持した状態で熱処理する熱処理装置
において、リング状部材５８は、基板６８との接触箇所よりもその外側の部分の方が低い
位置にあるよう構成されてなる。
【選択図】図６

Description

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、基板処理方法
、半導体装置（デバイス）の製造方法及び半導体ウェハやガラス基板の製造方法に関する
。

例えば縦型バッチ式熱処理炉を用いて、複数枚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（特許文献１参照）。
特開２００２−７５９７９号公報

この場合、熱処理、特に１０００℃以上の高温プロセスの際に、熱応力によるウェハ反
りやウェハの自重により、ウェハ裏面のウェハを支持している部位に傷が生じ、この傷か
らスリップ転位欠陥が発生するという問題があった。これを解決するためにリング状部材
によりウェハを支持する方法がある。これにより、ウェハ支持部を大きくとることができ
、ウェハにかかる力を分散させることができるためスリップ低減に効果がある。リング状
部材の基板載置面には、リング状部材外周部から内側に向かうに従い下向きに傾斜するテ
ーパー角がつけられているものもある。この場合、テーパー角のつけ方によっては加熱に
よるウェハの延びにより、ウェハ裏面に傷がついてしまう恐れがあり、それがスリップの
要因となるという問題があった。

本発明の目的は、熱処理中に発生する基板のスリップ転位欠陥、基板裏面傷の発生を抑
制し、高品質な半導体装置（デバイス）や基板を製造することができる熱処理装置、半導
体装置の製造方法、基板の製造方法及び基板処理方法を提供することを目的としている。

本発明の第１の特徴とするところは、基板をリング状部材により支持した状態で熱処理
する熱処理装置において、前記リング状部材は、基板との接触箇所よりも、その外側の部
分の方が低い位置にあるよう構成されてなることを特徴とする熱処理装置にある。

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、前記リング状部材の基板を
載置する側の表面が基板との接触箇所から外側に向かうにつれて下向きに傾斜するよう構
成されてなることを特徴とする熱処理装置にある。

本発明の第３の特徴とするところは、第１の特徴において、前記リング状部材には、基
板をリング状部材に載置する際に、基板を搬送する基板保持プレートとの干渉を避けるた
めの凹部が設けられることを特徴とする熱処理装置にある。

本発明の第４の特徴とするところは、基板を処理室に搬入する工程と、基板との接触箇
所よりも、その外側の部分の方が低い位置にあるよう構成されてなるリング状部材により
基板を支持する工程と、基板を前記支持部により支持した状態で熱処理する工程と、熱処
理後の基板を処理室より搬出する工程と、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。

本発明の第５の特徴とするところは、基板を処理室に搬入する工程と、基板との接触箇
所よりも、その外側の部分の方が低い位置にあるよう構成されてなるリング状部材により
基板を支持する工程と、基板を前記支持部により支持した状態で熱処理する工程と、熱処
理後の基板を処理室より搬出する工程と、を有することを特徴とする基板の製造方法にあ
る。

本発明の第６の特徴とするところは、基板を処理室に搬入する工程と、基板との接触箇
所よりも、その外側の部分の方が低い位置にあるよう構成されてなるリング状部材により
基板を支持する工程と、基板を前記リング状部材により支持した状態で熱処理する工程と
、熱処理後の基板を処理室より搬出する工程と、を有することを特徴とする基板処理方法
。にある。

本発明によれば、熱処理、特に高温プロセスの際にウェハの延びによる傷の発生を抑制
でき、スリップの発生を低減でき、製品歩留まりを向上させることができる。

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１
０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。

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。

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には基板を保持し搬送する基板保持プレート
（ツイーザ）３２が設けられ（図１では５枚）、基板移載機２６はこの基板保持プレート
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。

図２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。基板支持体３０は、複数枚の基板６８を
略水平状態で隙間（基板ピッチ間隔）をもって複数段に支持するように構成されている。
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。

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６８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２
０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６８の枚数を検知する。

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６
８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６８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６８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６８を取り出し、基板支持体３０に移載する。

このようにして、１バッチ分の基板６８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６８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６８を熱処理する際、基板６８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６８の熱処理を実施
する。

基板６８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６８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６８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６８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６８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。

次に図３乃至図６を用いて、基板支持体３０について詳述する。図３は基板支持体３０
の概略縦断面図、図４は基板支持体３０の概略横断面図である。また、図５は支持部５８
の概略上面図、図６は支持部５８の概略縦断面図である。
基板支持体３０は、本体部５６と、本体部５６に設けられ基板６８と接触する支持部５
８とから構成されている。支持部５８は本体部５６により支持されている。本体部５６は
、石英（ＳｉＯ２）、炭化珪素（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、カーボン（Ｃ）からなる
群より選択された少なくとも１種類の材料からなるが、１０００〜１３５０℃の温度帯で
は炭化珪素が好ましく、本実施形態では炭化珪素からなる。図３に示すように、本体部５
６は上部板６０、下部板６２、及び該上部板６０と下部板６２とを接続する複数（ここで
は４本）の支柱６４を有する。また、図３及び図４に示すように、この本体部５６には、
この支柱６４から支柱６４の配置箇所を通る円の中心（基板中心）側に伸びる載置部６６
が多数平行に形成されている。

支持部５８は、本体部５６と同様に、石英（ＳｉＯ２）、炭化珪素（ＳｉＣ）、シリコ
ン（Ｓｉ）、カーボン（Ｃ）からなる群より選択された少なくとも１種類の材料からなる
が、１０００〜１３５０℃の温度帯では炭化珪素が好ましく、本実施形態では炭化珪素か
らなる。図５に示すように支持部５８は、基板６８と同心円状のリング状（円環状）に形
成される。この支持部５８（以下、リング状部材５８ともいう。）の下面が本体部５６の
載置部６６上面に接触して支持部５８が本体部５６の載置部６６上に載置され、支持部５
８の上面（基板を載置する側の表面７７）の頂部に基板６８の下面が接触して基板６８を
載置支持する。すなわち、支持部５８は本体部５６の支柱６４に設けられた複数の載置部
６６上にそれぞれ連続して配置され、この連続して配置された複数の支持部５８上に複数
枚の基板６８がそれぞれ連続して配置される。

図６に示すように、リング状部材５８は、基板との接触箇所（頂部）よりも、その外側
の部分の方が低い位置にあるよう、また基板との接触箇所（頂部）よりも、その内側の部
分の方が若干低い位置にあるよう弓形に構成されてなる。具体的には、リング状部材５８
の基板を載置する側の表面７７は、基板との接触箇所から外側すなわち外周部に向かうに
つれて下向きに傾斜するよう構成されてなり、基板との接触箇所から内側すなわち内周部
に向かうにつれて僅かに下向きに傾斜するよう構成されてなる。この傾斜面は図６に示す
ように緩やかなカーブを描いており、滑らかな曲面となっている。このような構成のリン
グ状部材５８により基板６８を支持した状態で熱処理することにより、熱により基板が延
びた場合であっても、基板の延びを妨害せず逃がすことができ、基板の延びによる傷の発
生を抑制することができる。なお、リング状部材５８の基板との接触面には面取り加工お
よび研磨が施されているので、基板の延びにより生じる基板とリング状部材５８との擦れ
による傷も発生しにくくなっている。したがってスリップは発生しにくくなる。

また、図５に示すように、支持部５８の基板を載置する側の表面７７側（支持部５８の
上面側）には、基板６８を基板保持プレート３２から支持部５８に移載する場合、基板保
持プレート３２が支持部５８に干渉せずに通過できるよう凹部（切り欠き部）７５が設け
られている。すなわち、支持部５８の基板を載置する側の表面７７側の基板移載機２６と
対向する側（前面側）とその反対側（背面側）の２箇所は、基板保持プレート３２との干
渉を避けるよう切り欠かれている。

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。

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。

ＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハの一種であるＳＩＭＯＸ
（ＳｅｐａｒａｔｉｏｎｂｙＩｍｐｌａｎｔｅｄＯｘｙｇｅｎ）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。

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Ａ
ｒ、Ｏ２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。

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。

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。

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。

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。

本発明の実施形態に係る熱処理装置を示す概略斜視図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概略断面図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概略縦断面図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概略横断面図本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた支持部の概略上面図本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた支持部の概略縦断面図

符号の説明

１０熱処理装置
３０基板支持体
５６本体部
５８支持部（リング状部材）
６６載置部
６８基板
７５凹部
７７基板を載置する側の表面

Claims

基板をリング状部材により支持した状態で熱処理する熱処理装置において、
前記リング状部材は、基板との接触箇所よりも、その外側の部分の方が低い位置にあるよ
う構成されてなることを特徴とする熱処理装置。
請求項１記載の熱処理装置において、前記リング状部材の基板を載置する側の表面が基板
との接触箇所から外側に向かうにつれて下向きに傾斜するよう構成されてなることを特徴
とする熱処理装置。
請求項１記載の熱処理装置において、前記リング状部材には、基板をリング状部材に載置
する際に、基板を搬送する基板保持プレートとの干渉を避けるための凹部が設けられるこ
とを特徴とする熱処理装置。
基板を処理室に搬入する工程と、
基板との接触箇所よりも、その外側の部分の方が低い位置にあるよう構成されてなるリン
グ状部材により基板を支持する工程と、
基板を前記支持部により支持した状態で熱処理する工程と、
熱処理後の基板を処理室より搬出する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
基板を処理室に搬入する工程と、
基板との接触箇所よりも、その外側の部分の方が低い位置にあるよう構成されてなるリン
グ状部材により基板を支持する工程と、
基板を前記支持部により支持した状態で熱処理する工程と、
熱処理後の基板を処理室より搬出する工程と、
を有することを特徴とする基板の製造方法。
基板を処理室に搬入する工程と、
基板との接触箇所よりも、その外側の部分の方が低い位置にあるよう構成されてなるリン
グ状部材により基板を支持する工程と、
基板を前記リング状部材により支持した状態で熱処理する工程と、
熱処理後の基板を処理室より搬出する工程と、
を有することを特徴とする基板処理方法。