JP2005116750A - 熱処理装置、基板の製造方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板支持体と基板との擦れを抑制し、傷、スリップさらには反り発生を軽減できる基板支持体を有する熱処理装置、基板の製造方法及び半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】基板支持体は、本体部に設けられるプレート７２を有し、このプレート７２に形成された切欠き部に支持部５４が吊下げられている。この支持部５４は、断面がコの字型であり、支点６２と、基板を支持する引掛け部６４と、引掛け部６４に設けられ基板と接触する凸部６４ａと、支点６２と凸部６４ａとを接続するコの字型の接続部６６とから構成されており、支点６２を中心としてプレート７２に対して揺動自在となっている。引掛け部６４の凸部６４ａには基板７０が載置され、基板が熱応力により変形しても揺動自在の支持部５４で吸収できるようにしてある。
【選択図】図１８

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、半導体ウェハ
やガラス基板の製造方法及び半導体装置の製造方法に関する。

例えば縦型熱処理装置において、複数のシリコンウェハ又は石英基板（以下、基板とい
う。）を熱処理する場合、基板を支持するのに基板支持体（ボート）が用いられている。
この基板支持体により基板を支持した状態で、反応炉内において、基板に対してアニール
等の熱処理が施される。

ところが、反応炉に対して基板支持体を出入する時、また反応炉内で基板温度を昇降温
させる時、基板は中心部と周縁部とで温度差を生じる。入出時温度差が大きい程、また、
昇降温速度が大きい程、基板面内での温度差は大きくなり、基板が半径方向に延びるとい
う弾性変形を起こす。通常は、基板支持体には炭化珪素や石英等を使用しているため、基
板面内に温度差を生じると、基板と基板支持体との材質の違いによる熱膨張率の違いで、
両者間に擦れを生じ、基板に傷が発生する。傷が発生した箇所は強度が小さくなるため、
基板温度が１０００°Ｃ以上の高温になると、基板面内に温度差が無い場合であっても、
基板の支持方法によっては転位が発生し易くなる状態となる。この転位が大きくなるとス
リップとなり、それがさらに大きくなると反りとなる。

このような問題を解決する手段として、基板支持体にリング状の支持治具を載置し、こ
の支持治具を介して基板を支持することが知られている（特許文献１参照）。これは、支
持治具の厚みを内側よりも外側の方が厚くなるようにし、熱容量に差を付けて基板の径方
向の温度差を低減しようとするものである。
特開平５−６８９４号公報

しかしながら、本発明者らが実験したところ、上記従来例においても、固定された基板
支持体に基板が支持されている状態には変わりがなく、基板と基板支持体との擦れによる
基板の傷、スリップ及び反り発生を十分に防止することはできなかった。

本発明は、基板支持体と基板との擦れを抑制し、傷、スリップさらには反り発生を軽減
できる基板支持体を有する熱処理装置、基板の製造方法及び半導体装置の製造方法を提供
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、基板を熱処理する反応炉と、前記反応炉内で基板
を支持する基板支持体とを有し、前記基板支持体は本体部と、基板を支持する支持部とを
有し、この支持部は断面がコの字型であり、前記本体部より揺動自在に吊下げられてなる
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、基板を反応炉内に搬入する工程と、本体部と、こ
の本体部より揺動自在に吊下げられ断面がコの字型である支持部とを有する基板支持体の
支持部により基板を支持する工程と、前記反応炉内で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、熱処理後の基板を前記反応炉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３の特徴とするところは、基板を反応炉内に搬入する工程と、本体部と、こ
の本体部より揺動自在に吊下げられ断面がコの字型である支持部とを有する基板支持体の
支持部により基板を支持する工程と、前記反応炉内で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、熱処理後の基板を前記反応炉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。

本発明によれば、基板を支持する支持部を本体部に対して揺動自在としたので、基板に
受ける熱応力を吸収し、基板と支持部との擦れを少なくし、基板への傷、スリップ発生等
を防止することができる。また、これにより、基板や、半導体装置の歩留まりを向上させ
ることができる。また、支持部を断面がコの字型の単純な形状としたので、基板支持体の
組立が容易となる。

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、本発明の実施形態に係る熱処理装置１０の概略構成図を示す。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。

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を揃えるものであ
る。

図２に、反応炉３４の概略構成図を示す。この反応炉３４は、反応管３６を有し、この
反応管３６内に基板支持体３０が挿入される。反応管３６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３８により密閉されるようにして
ある。このシールキャップ３８は、石英製の第１のキャップ部４０と、炭化珪素製の第２
のキャップ部４２とを重ねることで構成されている。また、反応管３６の周囲は、均熱管
４４により覆われ、さらに均熱管４４の周囲にヒータ４６が配置されている。反応管３６
と均熱管４４との間には図示しない熱電対が配置され、反応管３６内の温度をモニタでき
るようにしてある。そして、反応管３６には、処理ガスを導入する導入管４８と、処理ガ
スを排気する排気管５０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。

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、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管３６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３８により反応管３６内を密閉する。次に、導入管４８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。

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３４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所定位置で待機させる。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。

次に上記基板支持体３０について詳述する。
図３乃至図５に、第１例を示す。基板支持体３０は、本体部５２と支持部５４とから構
成されている。本体部５２は、例えば炭化珪素又は石英からなり、例えば３本の支柱５６
を有する。この支柱５６には、多数の支持溝５８が形成され、それぞれの支柱５６の対応
する支持溝５８が水平面と平行であるよう形成されている。各支持溝５８には、支持部５
８を支持する例えば半球状の孔６０が形成されている。

支持部５４は、例えば炭化珪素、石英等からなり、例えば球形状の支点６２と、このＬ
字状の引掛け部６４と、支点６２から上方に伸びて支点６２と引掛け部６４とを接続する
接続部６６と、から構成されている。この支持部５４の支点６２が本体部５２の孔６０に
嵌り、複数（この第１例では３つ）の支持部５４が本体部５２に揺動自在であるよう吊下
げられている。

基板７０は、支持部５４の引掛け部６４に該基板７０の周縁下面が当接し、支持部５４
に支持される。したがって、基板７０は、揺動自在の支持部５４に支持されるので、基板
７０の反応炉出入時や昇降温度時に発生する熱応力により変形しても、基板７０の変形に
伴って支持部５４が揺動し、支持部５４と基板７０との擦れが抑制され、傷が発生するの
を防止することができる。この第１例においては、球形状の支点６２と半球状の孔６０と
により支持部５８は支点６２を中心として全方向に揺動可能であるが、次に示す例のよう
に、基板７０の径方向にのみ揺動自在とすることもできる。
なお、引掛け部６４は、本体部５２の支持溝５８近傍に配置され、支持部５４が基板７
０の径方向外側へ一定以上に揺動するのを規制し、支持部５４の本体部５２から落下する
のを防止するようにしてある。

図６乃至図８に、基板支持体３０の第２例を示す。この第２例は、本体部５２はプレー
ト７２を有し、このプレート７２に支持部５４を吊下げるようにしたものである。プレー
ト７２は、例えば炭化珪素又は石英からなり、リング状に形成されている。このプレート
７２は、前述した本体部５２の支持溝５８に載置されている。このプレート７２には、内
側に開口する例えば４つの切欠き７４が形成されている。この切欠き７４に第１例と同様
の支持部５４が吊下げられている。即ち、切欠き７４の幅は、支持部５４の球形状の支点
６２の直径よりも狭く形成され、この切欠き７４の上部に支点６２の先端近傍部分が嵌合
し、プレート７２に支持部５４が吊下げられているものである。支点６２の部分だけから
は支持部５４は全方向に揺動自在であるが、この第２例においては、引掛け部６４も切欠
き７４に嵌合している。このように、引掛け部６４も切欠き７４に嵌合させると、支持部
５４の揺動範囲が狭まるが、支持部５４の位置を切欠き７４に限定することで安定させる
ことができる。

図９及び図１１に、基板支持体３０の第３例を示す。この第３例は、第２例と比較する
と、支持部５４の構成を異にしている。即ち、この第３例における支持部５４は、球形状
の支点６２に直接Ｌ字状の引掛け部６４の上端が接続されている。そして、支持部５４は
、支点６２の手前近傍部分がプレート７２の切欠き７４に嵌合し、引掛け部６４が切欠き
７４に挿通されて、プレート７２に吊下げられている。この第３例においても、第２例と
同様に支持部５４が基板の径方向にのみ揺動可能としてある。

図１２乃至図１４に、基板支持体３０の第４例を示す。この第４例は、第３例と比較す
ると、支持部５４の支点６２の形状を異にしている。即ち、この第４例における支点６２
は円柱状であり、この円柱状の支点６２の略中心下部にＬ字状の引掛け部６４の上端が接
続されている。そして、支持部５４は、支点６２の両側がプレート７２の上面に当接し、
引掛け部６４が切欠き７４に挿通されて、プレート７２に吊下げられている。この第４例
にお
いては、第３例と比較してさらに支持部５４の揺動範囲が狭まるが、円柱状の支点とする
ことで位置安定性を向上させることができる。

図１５乃至図１７に、基板支持体３０の第５例を示す。この第５例における支持部５４
はＳ字状に構成されている。この支持部５４のＳ字上部が支点６２を構成し、プレート７
２の切欠き７４に嵌合する。一方、支持部５４のＳ字下部が引掛け部６４を構成し、この
引掛け部６４の先端に基板が載置されるようになっている。このように、支持部５４をＳ
字状として支点６２と引掛け部６４とを構成したので、支持部５４の構成を簡略化するこ
とができるものである。

図１８乃至図１９に、基板支持体３０の第６例を示す。この第６例は、本体部５２がプ
レート７２を有し、このプレート７２に複数の支持部５４を吊下げるようにしたものであ
る。プレート７２は、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）からなり、平板状またはリング状に形成
されている。プレート７２の厚さは例えば３ｍｍ程度とする。このプレート７２は、前述
した本体部５２の支持溝５８に載置されている。このプレート７２には、内側に開口する
例えば４つの切欠き（図示せず）が形成されている。この切欠きに支持部５４が吊下げら
れている。

支持部５４は、例えば石英からなり、断面がコの字型に構成されている。支持部５４は
複数個、ここでは４個設けられる。支持部５４は、半球形状または半円柱形状の支点６２
と、基板を支持する引掛け部６４と、引掛け部６４に設けられ基板と接触する球状、半球
形状または半円柱形状の凸部６４ａと、支点６２よりコの字状に伸びて、支点６２と引掛
け部６４の凸部６４ａとを接続する接続部６６とから構成されている。支持部５４は、支
点６２を中心として、振り子のように動くことが可能となっている。

基板７０は、支持部５４の引掛け部６４に設けられた凸部６４ａに該基板７０の周縁下
面が当接し、支持部５４に支持される。基板７０の径は例えばφ３００ｍｍであり、凸部
６４ａは例えば基板７０のφ２６０ｍｍ〜φ２８０ｍｍの位置、例えば、φ２６０ｍｍの
位置（基板エッジから２０ｍｍの位置）や、φ２８０ｍｍの位置（基板エッジから１０ｍ
ｍの位置）を支持するようにする。基板７０は、揺動自在の支持部５４に支持されるので
、基板７０の反応炉入出時や昇降温時に発生する熱応力により変形しても、基板７０の変
形に伴って支持部５４が揺動し、支持部５４と基板７０との擦れが抑制され、傷が発生す
るのを防止することができる。

例えば、図１９に示すように、基板７０が熱膨張した場合、基板７０と支持部５４（凸
部６４ａ）との間に摩擦力が働くため、基板７０が外側へ伸びるのに合わせて、支持部５
４が揺動して外側に広がる（図１９（ｂ））。逆に基板７０が熱収縮した場合、基板７０
が内側へ縮むのに合わせて、支持部５４が揺動して内側に縮む。なお、基板７０と接触す
る支持部５４の引掛け部６４に設けられた凸部６４ａの形状を、球状、半球状または半円
柱状としているので、基板７０が変形しても無理なく常に同じ力で基板７０と接触するこ
とができる。また、図１９（ｃ）に示すように、支点６２と、凸部６４ａと支持部５４と
の全体の重心位置が鉛直方向において同一線上にあるようにしているので、基板７０を積
載してない時であっても、支持部５４は傾く等、不安定な状態とはならないようにしてい
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（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。

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斜視図である。 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。 本発明の実施形態に係る基板支持体の第1例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る基板支持体の第１例を示し、図３のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の実施形態に係る基板支持体の第１例の支持部を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る基板支持体の第２例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る基板支持体の第２例の支持部とプレートとを示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る基板支持体の第２例の支持部とプレートとを示す拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る基板支持体の第３例の支持部を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る基板支持体の第３例の支持部とプレートとを示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る基板支持体の第３例の支持部とプレートとを示す拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る基板支持体の第４例の支持部を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る基板支持体の第４例の支持部とプレートとを示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る基板支持体の第４例の支持部とプレートとを示す拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る基板支持体の第５例の支持部を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る基板支持体の第５例の支持部とプレートとを示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る基板支持体の第５例の支持部とプレートとを示す断面図である。 本発明の実施形態に係る基板支持体の第６例の支持部とプレートとを示す（ａ）上面図、（ｂ）側面図、（ｃ）斜視図である。 本発明の実施形態に係る基板支持体の第６例の支持部の（ａ）基板支持状態を示す断面図、（ｂ）基板の熱膨張時の状態を示す断面図、（ｃ）基板を支持してない状態を示す断面図である。

符号の説明

１０ 熱処理装置
３０ 基板支持体
５２ 本体部
５４ 支持部
６０ 孔
６２ 支点
６４ 引掛け部
６４ａ 凸部
６６ 接続部
７０ 基板
７２ プレート
７４ 切欠き部

Claims (3)

1. 基板を熱処理する反応炉と、前記反応炉内で基板を支持する基板支持体とを有し、前記基
   板支持体は本体部と、基板を支持する支持部とを有し、この支持部は断面がコの字型であ
   り、前記本体部より揺動自在に吊下げられてなることを特徴とする熱処理装置。
2. 基板を反応炉内に搬入する工程と、
   本体部と、この本体部より揺動自在に吊下げられ断面がコの字型である支持部とを有する
   基板支持体の支持部により基板を支持する工程と、
   前記反応炉内で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、
   熱処理後の基板を前記反応炉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。
3. 基板を反応炉内に搬入する工程と、
   本体部と、この本体部より揺動自在に吊下げられ断面がコの字型である支持部とを有する
   基板支持体の支持部により基板を支持する工程と、
   前記反応炉内で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、
   熱処理後の基板を前記反応炉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。
   

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