JP2009088550A - 保治具、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板を保持する保治具、及び半導体装置の製造方法に関するもので、基板に加わる応力を小さくする。
【解決手段】平面視略円形に形成されてなる基板を熱処理する工程を含む半導体装置の製造方法において、熱処理時における基板のスリップ或いは反りを一層低減するため、外径が平面視略円形に形成された基板を支持する支持治具を有し、該支持治具上に前記基板を支持することにより該基板を保持する保治具であって、前記支持治具上の該基板を同心状に載置した場合、該基板の端縁から当該求心方向にむかって、該基板該の半径の略１／３に相当する距離を隔てた部分が丁度支持されように、該基板の中心から該基板外径の略２／３の部分で前記基板を支持するよう形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１０

Description

本発明は、基板を保持する保治具、及び半導体装置の製造方法に関する。

半導体デバイスの製造において、ウエハに対し酸化膜の形成やドーパントの拡散その他の熱処理を施す工程がある。近年、ウエハを熱処理するに当たっては、縦型の熱処理室が多用されている。この縦型の熱処理室にロードされる所謂ボートとしては、図１１（ａ）に例示するように大略、鉛直方向に立設された３本（または４本）の支柱２０１の各々に所定ピッチ（間隔）で複数の支持部２０１ａを形成してなるものが一般的であった。

このボート２００は、図１１（ｂ）に示すように、同じ高さに形成された３組（または４組）の支持部２０１ａにてウエハＷを３点（または４点）支持することにより、これを安定して水平に保持しようとするものであった。ところが、この種のボートにあっては、ウエハを点支持するので、各支持点にかかる荷重が大きく、熱処理時においてウエハの当該支持点付近にスリップと称される結晶欠陥が生じ易くなると云う問題を生じていた。

スリップ発生のメカニズムは次の如くと考えられる。すなわち、初期温度５００℃〜７００℃に加熱された処理室内へ室温のウエハを挿入すると、ウエハの周辺部と中心部とで温度差が生じるため、該ウエハが弾性変形する。その変形の過程で、ウエハとボートの支持部とが当接するが、ボートはウエハよりも硬度の高い炭化珪素又は石英から構成されているので、ウエハの当接部に傷が発生する。この傷の部分には当該ウエハの自重が加わっているので、その後の昇温過程又は恒温の熱処理中にその傷から転位が発生し、ウエハにスリップが発生する。さらに、このスリップラインが成長すると、最終的にウエハが反ってしまう。

なお、ウエハにスリップ或いは反りが発生した場合、ウエハの平坦度が悪化する。そうすると、例えばその後の工程において、ウエハ上に塗布したレジスト膜を露光するときに、露光装置において焦点がズレてしまい、所定精度のパタンを転写できなくなると云った問題が発生することになる。

そこで、この問題を解消するものとして例えば特開平９−１９９４３８号公報に開示されてあるように、平面視リング状のホルダを使用する技術が提案されている。この技術は、ボートの支柱に所定ピッチで複数のリングホルダを設け、これらリングホルダの各々にウエハを載置できるようにしたものであり、ウエハの自重をリングホルダに分散させることができるので、３点（または４点）支持型のボートに比べてウエハの反りやスリップなどをある程度低減できると云う効果を奏するものであった。

一方、上記のようにリングホルダ等の座板を用いる場合は、この座板に対してウエハを着脱する必要があるので、その分工数が増えると云う課題がある。また、上記公報記載の技術では、ボートへウエハを移載するに当たって、該ボートにおける総てのリングホルダの中を通過するような突き上げ機構を別途用いる必要があり、その分装置全体が複雑大型化する課題もある。さらに、リングホルダ等の座板を用いながら、ウエハのスリップ或いは反りを一層低減できる技術が望まれていた。

本発明の目的は、座板を用いながら、該座板に対する基板の着脱を効率的に行うと共に
基板処理装置全体の大型化及び複雑化を防止する技術を提供することにある。また、本発明の目的は、座板を用いて熱処理時における基板のスリップ或いは反りを一層低減する技術を提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、基板を処理する処理室と、前記処理室内の前記基板を加熱する加熱手段と、前記処理室内で前記基板を座板上に載置した状態で保持する保持具と、を備え、前記保持具が前記座板を着脱可能に支持する基板処理装置であって、前記座板を平面方向に投影して得る投影面積が、前記基板平坦面の面積よりも小さく、且つ前記座板が前記基板の裏面と面または線接触するように構成されていることを特徴とする基板処理装置が提供される。

本発明の第１の態様では、座板を平面方向に投影して得る投影面積が基板平坦面の面積よりも小さく構成されているので、該座板に対する基板の着脱を効率的に行うことができる。また、座板が基板の裏面と面または線接触するので、基板の自重が座板に広く分散する。これにより、基板のスリップ或いは反りが防止される。

本発明の具体的な態様によれば、第１の態様による基板処理装置において、前記座板上に前記基板が載置されたときに、当該基板の裏面における周縁を除く部分に前記座板が面または線接触するようにしたことを特徴とする基板処理装置が提供される。

ここで、周縁とは、前記基板の裏面上の領域であって、裏面視において当該基板の縁に沿って幅を有して構成される領域を指す。

本発明の具体的な態様による基板処理装置では、座板上に基板が載置されたときに、当該基板の裏面における周縁を除く部分に座板が面または線接触するので、基板裏面の周縁部分をすくい上げることにより、座板上に載置された基板を取得できる。一方、裏面の周縁部分が支持された状態で保持されている基板を、座板を用いて直接すくい上げることができる。これにより、保持されている基板を一旦取得して別の領域で座板上に載せると云った工程を省けるので、座板に対する基板の着脱を効率的に行える。また、保持具が座板を着脱可能に支持するので、突き上げ機構のような大掛りな装置を用いずに、座板と基板とを同時に保持具に移載できる。これにより、装置全体の大型化及び複雑化が防止される。

本発明のさらに具体的な態様によれば、上記何れかの態様による基板処理装置において、前記保持具が複数の前記基板の各々を前記座板上に載置した状態で鉛直方向に多段に保持するように構成され、これら複数の基板が一括してバッチ処理されるように構成されていることを特徴とする基板処理装置が提供される。

本発明の第２の態様によれば、基板を熱処理する熱処理工程を含む半導体装置の製造方法において、前記熱処理工程では、平面方向に投影して得る投影面積が前記基板平坦面の面積よりも小さく、且つ前記基板の裏面と面または線接触するよう形成されてなる座板を用い、この座板により前記基板を支持した状態で当該基板を熱処理することを特徴とする半導体装置の製造方法も提供される。

本発明の具体的な態様によれば、第２の態様による半導体装置の製造方法において、前記熱処理工程では、前記座板が前記基板の裏面における周縁を除く部分に面または線接触した状態で当該基板を支持することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

本発明のさらに具体的な態様によれば、上記何れかの態様による製造方法において、前
記熱処理は、複数の前記基板を一括して熱処理するバッチ処理であることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

ここで、前記座板は平面視において円形に形成するのが好ましい。また、前記座板は平面視においてリング状に形成するのが好ましい。更に、これらの場合において、前記座板はその外径が平面視略円形に形成された前記基板の外径の略２／３となるように形成するのが好ましい。

本発明の別の態様によれば、平面視略円形に形成されてなる基板を熱処理する工程を含む半導体装置の製造方法において、前記熱処理のときに、前記基板の端縁から当該求心方向にむかって、当該基板の半径の略１／３に相当する距離を隔てた部分を支持することにより、この基板を保持することを特徴とする半導体装置の製造方法も提供される。

本発明によれば、ホルダ等の座板を用いながら、該座板に対する基板の着脱を効率的に行うと共に基板処理装置全体の大型化及び複雑化を防止することが達成される。また、本発明によれば、座板を用いて熱処理時における基板のスリップ或いは反りを一層低減することが達成される。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態による基板処理装置の構成を示す。この基板処理装置１は、半導体装置の製造に使用する縦型のバッチ式装置であり、その主要部は筐体２内に収められている。筐体２には、基板としてのウエハＷを投入する為の投入部が設けられており、該投入部にはポッドステージ３が配置されている。

すなわち、この基板処理装置１においてウエハＷの投入はウエハ用ポッドＰ１（図９参照）を用いて行う。ウエハ用ポッドＰ１には、所要枚数のウエハＷを収納できる。ここでは、ウエハ用ポッドＰ１に収容できるウエハＷの数を２５枚とし、それらはウエハ用ポッドＰ１の中に多段に整列されて格納される。また、この基板処理装置１には、座板としてのバッファ冶具２０（図３参照）も投入できるようになっている。バッファ冶具２０の投入は、バッファ冶具用ポッドＰ２（図８参照）を用いて行う。バッファ冶具用ポッドＰ２にも所要枚数のバッファ冶具２０を収納でき、それらはバッファ冶具用ポッドＰ２の中に多段に整列されて格納される。尚、これらポッドＰ１，Ｐ２は蓋を備えており、当該各ポッドＰ１，Ｐ２を基板処理装置１へ投入する際には、その蓋を閉じた状態でポッドステージ３にセットする。

筐体２内において、ポッドステージ３に対向した位置には、ポッド搬送装置４が配置されている。更に、ポッド搬送装置４の近傍には、ウエハ用ポッドＰ１を保管するポッド棚５、ウエハ用ポッドＰ１或いはバッファ冶具用ポッドＰ２の蓋を開けるポッドオープナ６、及びポッドオープナ６によって開蓋されたウエハ用ポッドＰ１に収容されているウエハＷの枚数を検知する検出器７などが配置されている。

ポッド搬送装置４は、ポッドステージ３、ポッド棚５、及びポッドオープナ６の三者間で相互にウエハ用ポッドＰ１を移送する。具体的には、ポッド搬送装置４は、ポッドステージ３にセットされたウエハ用ポッドＰ１をポッド棚５へ格納したり、或いはポッド棚５に格納されているウエハ用ポッドＰ１をポッドオープナ６にセットする動作などを行う。

また、筐体２内には、ウエハ移載機８、ノッチアライナ９、保持具としてのボート１０、処理炉１２、及びガスボックス１３なども所定位置に配されている。

ウエハ移載機８は、ポッドオープナ６、ノッチアライナ９、及びボート１０の三者間で相互にウエハＷを移載する動作などを行う。具体的には、ウエハ移載機８は、ポッドオープナ６によって開蓋されたウエハ用ポッドＰ１から複数のウエハＷを取得し、取得したウエハＷをノッチアライナ９にセットしたり、或いはノッチアライナ９によってノッチの揃えられた複数のウエハＷを、バッファ冶具２０を用いて取得し、取得したウエハＷをバッファ冶具２０と共にボート１０に移載する動作などを行う。

また、ウエハ移載機８はアーム部８１を備えており、このアーム部８１によって、所定枚数のウエハＷ又はバッファ冶具２０を一括して保持できるようになっている。ここでは、アーム部８１が一度に保持できるウエハＷ又はバッファ冶具２０の枚数を５枚としている。

ノッチアライナ９は、ノッチ合わせ部と、移載機構部とを備えている。これらノッチ合わせ部と移載機構部とは、互いに鉛直方向（図２中、上下方向）に相対変位するよう構成されてなる。ここでは、移載機構部のみが鉛直方向に変位するように構成されている。

ノッチ合わせ部は、アーム部８１が一度に保持し得る枚数（ここでは５枚）のウエハＷを一括してノッチ合わせする。具体的には、ノッチ合わせ部は、図２（ａ）に示す様に、縦方向（図２中、上下方向）に所定間隔を隔てて積層状に配設された５段の支持具９１，９１…と、各支持具９１，９１…によって支持された５つのターンテーブル９２，９２…と、各ターンテーブル９２，９２…にセットされたウエハＷのノッチを検出するノッチセンサ９３とを具備している。なお、ノッチセンサ９３に代えてオリエンテーションフラット（オリフラ）を検出するセンサを備えてもよい。すなわち、ノッチ合わせ部は、オリフラ合わせ部であってもよい。

ノッチ合わせ部において、ターンテーブル９２，９２…の各々は、図示せぬモータ及び制御部などによって独立に回転するよう構成されてあり、ノッチセンサ９３は各ターンテーブル９２が回転する過程で、そのターンテーブル９２にセットされているウエハＷのノッチを光学的に検出し、ノッチを検出した場合は、当該ノッチを所定位置で停止させる制御信号を制御部へ出力する。この様にして、ノッチ合わせ部は、５段全てのウエハＷのノッチを揃える。なお、各々のターンテーブル９２は、ウエハＷの周方向に配置された３つの係止部９２ａ，９２ｂ，９２ｃを備えており、ノッチ合わせに際してはウエハＷの周縁がそれら３つの係止部９２ａ，９２ｂ，９２ｃによって係止される。

一方、移載機構部は、図示せぬエアシリンダなどによって鉛直方向（図２中、上下方向）に昇降可能に構成されている。具体的には、移載機構部は、５段に積まれたターンテーブル９２，９２…の周囲を取り囲む様に配設されたそれぞれ鉛直方向に延びる少なくとも３本の支柱９４，９４，９４を有して成る。各々の支柱９４には、当該長手方向に等間隔を隔てて５つのウエハ支持部９４ａ…が設けられている。各ウエハ支持部９４ａは、ウエハＷの裏面の周縁を支持するものであり、平面方向投影視において支柱９４からウエハＷの周縁部と重なる位置まで突出している。詳細には、同じ高さに設けられた３組のウエハ支持部９４ａ…は、ウエハＷを略水平に支持できるように配設されている。なお、移載機構部が昇降する際に、ウエハ支持部９４ａ…と、ターンテーブル９２…の係止部９２ａ，９２ｂ，９２ｃとは干渉しないようになっている。

ここでバッファ冶具２０について説明する。バッファ冶具２０は図３に示すように、平面視円形に形成された扁平な板状体からなる。このバッファ冶具２０は、平面視においてウエハＷの平坦面よりも小さい。すなわち、バッファ冶具２０は、これを平面方向に投影して得る投影領域が、ウエハＷを平面方向に投影して得る投影領域よりも小さくなるよう
に形成されている。具体的には、バッファ冶具２０の外径は、ウエハＷの外径の略２／３とされている。従って、バッファ冶具２０は、このバッファ冶具２０上にウエハＷを同心的に載置したときに、ウエハＷの裏面における周縁を除く部分に面接触する。

また、バッファ冶具２０の縁には尖った箇所がないように形成されている。具体的には、バッファ冶具２０の縁にはアールＲを設けている。なお、バッファ冶具２０の縁のエッジを面取りすることとしてもよい。以上のようなバッファ冶具２０は例えば、単結晶若しくは多結晶のＳｉ（シリコン）、ＳｉＣ（シリコン炭化物）、又は石英などによって構成できる。

ボート１０は、処理炉１２内で１バッチ分のウエハＷをそれぞれバッファ冶具２０上に載置した状態で多段に保持するものであり、バッファ冶具２０と同様に、単結晶若しくは多結晶のＳｉ、ＳｉＣ、又は石英等を用いて構成されている。具体的には、ボート１０は大略、図４（ａ）に示すように、上下一対の端板１０１，１０２と、当該各端板１０１，１０２を繋ぐように鉛直方向に架け渡された少なくとも３本の支柱１０３，１０３，１０３とを備えてなる。支柱１０３…の各々には、その長手方向に所定間隔を隔てて、バッファ冶具２０の裏面を支持する支持部１０３ａが複数設けられている。

図４（ｂ）に示すように、３本の支柱１０３，１０３，１０３における同じ高さに形成された３組の支持部１０３ａ，１０３ａ，１０３ａは、バッファ冶具２０を水平に支持できるように配されている。これら３組の支持部１０３ａ，１０３ａ，１０３ａは、バッファ冶具２０を着脱可能に支持する。すなわち、このボート１０では、３組の支持部１０３ａ，１０３ａ，１０３ａにてバッファ冶具２０を支持し、そのバッファ冶具２０上にウエハＷを載置した状態で保持するようになっている。

図４（ｃ）は、同じ高さに形成された３組の支持部１０３ａ，１０３ａ，１０３ａによってバッファ冶具２０及びウエハＷが支持されている状態を平面方向からみた図である。同図に示すように、各々のウエハＷは、その中心がバッファ冶具２０の中心と略一致する状態で当該バッファ冶具２０上に載置される。また、同図に示すように、この基板処理装置１では、バッファ冶具２０上にウエハＷが載置されたときに、当該ウエハＷの裏面における周縁を除く部分にバッファ冶具２０が面接触するようになっている。なお、図４（ｃ）中、符号ＷａはウエハＷの裏面における周縁を示している。ウエハＷの裏面における周縁Ｗａとは、同図に示すように、ウエハＷの裏面上の領域であって、裏面視において当該ウエハＷの縁に沿って幅を有して構成される円環状の領域を指す。

図５（ａ）は、図４（ｂ）中の支持部１０３ａ周りを拡大した図である。同図に示すように、各々の支持部１０３ａの先端部分には、バッファ冶具２０の裏面周縁部と係合する係合手段としての段差１０３ｂが形成されている。この段差１０３ｂの深さｄは、バッファ冶具２０の厚みａよりも小さい。従って、支持部１０３ａとウエハＷとが直接接することはない。

また、前述したように、バッファ冶具２０の周縁には、アール部Ｒが形成されているので、仮にウエハＷが熱に起因して図５（ｂ）中想像線（２点鎖線）で示す如く反って、当該ウエハＷとアール部Ｒとが接触しても、このアール部Ｒで力が分散されるので、ウエハＷが損傷することはない。また、ウエハＷの反り具合の如何によらず、当該ウエハＷとアール部Ｒとの接触角を一定にできるので、ウエハＷの反り具合が変化する過程においても、ウエハＷに極端な力がかかることは無く、ウエハＷの損傷を回避できる。尚、図５（ｂ）では、ウエハＷの反り具合を誇張して示している。熱処理中にウエハＷが反った場合においても、ウエハＷと支持具１０３ａとが直接接することはない。

処理炉（処理室）１２は、図６に示すように、抵抗加熱ヒータ（加熱手段）１２１と、このヒータ１２１の内部に設けられ、処理炉１２の温度を均一化すると共に汚染を低減する均熱管１２２と、この均熱管１２２の内部に設けられ、ウエハＷを処理する反応管１２３と、ガスボックス１３から反応管１２３内へウエハＷを処理する為のガスを導入する導入管１２４と、ガスを排気するガス排気管１２５と、処理室の温度を検出する熱電対１２６と、複数のウエハＷを搭載したボート１０を支持すると共に炉口部を閉塞するシールキャップ１２７と、熱電対１２６の検出結果に基づいて抵抗加熱ヒータ１２１を制御し、処理室内の温度を制御する温度制御手段（図示せず）と、を備えて構成されている。

次に、前述したウエハ移載機８のアーム部８１について詳細に説明する。アーム部８１は、図７に示すようなアーム８１１を５段備えてなり、アーム部８１全体として５つのバッファ冶具２０及び／又はウエハＷを一括して保持できる。図７（ａ）は、バッファ冶具２０及びウエハＷを保持しているアーム８１１を平面方向からみた状態を示す。図示のように、アーム部８１は、各アーム８１１上にバッファ冶具２０及びウエハＷを載置した状態で保持する。

また、図７（ｂ）は、アーム８１１の断面を示す。同図に示す様に、アーム８１１には、上下２段の段差８１１ｂ，８１１ｃが形成されている。下段の段差８１１ｂは、バッファ冶具２０が嵌まり得るように形成されている。この段差８１１ｂは、アーム８１１がバッファ冶具２０を搬送する際に、バッファ冶具２０がズレるのを防止する機能を果たす。一方、上段の段差８１１ｃは、ウエハＷが嵌まり得るように形成されている。この段差８１１ｃは、アーム８１１がウエハＷを搬送する際に、ウエハＷがズレるのを防止する機能を果たす。すなわち、各アーム８１１は、バッファ冶具２０又はウエハＷの一方のみを保持して搬送することもできるし、ウエハＷの載置されたバッファ冶具２０を保持して搬送することもできる。尚、これら段差８１１ｂ，８１１ｃの部分にはテーパを形成するのが好ましい。

以下、基板処理装置１の動作について説明する。
〔バッファ冶具ストック工程〕
ウエハＷの投入に先立ちバッファ冶具２０を空きのボート１０にストックしておく。バッファ冶具２０のストックは、次のようにして行う。先ず、人手或いは図示せぬ搬送装置により、ポッドステージ３にバッファ冶具用ポッドＰ２をセットする。なお、バッファ冶具用ポッドＰ２には、図８（ａ）に示すように複数のバッファ冶具２０が所定間隔を隔てて多段に整列された状態で格納されている。

すると、カセットローダ４が、セットされたバッファ冶具用ポッドＰ２をポッドオープナ６にセットする。ポッドオープナ６は、セットされたバッファ冶具用ポッドＰ２の蓋を開ける。次いで、開蓋されたバッファ冶具用ポッドＰ２内におけるバッファ冶具２０の下方にウエハ移載機８のアーム８１１が挿入する（図８（ｂ）参照）。次いで、アーム８１１が上昇する（図８（ｃ）参照）。これにより、アーム８１１によってバッファ冶具２０が取得される（図８（ｄ）参照）。なお、取得されたバッファ冶具２０はアーム部８１の段差８１１ｂに嵌まるので、移載或いは搬送の際にバッファ冶具２０がズレることはない。次いで、ウエハ移載機８は、そのアーム８１１によって取得したバッファ冶具２０を空きのボート１０に移載する。

以上のような動作を、空きのボート１０に所定枚数（例えば１５０枚）のバッファ冶具２０がストックされるまで繰り返す。なお、バッファ冶具用ポッドＰ２を用いずに、人手によりバッファ冶具２０を空きのボート１０に搭載することもできる。

〔ウエハ投入工程〕
バッファ冶具２０のストックが完了すると、人手或いは図示せぬ搬送装置などにより、ポッドステージ３に所定枚数のウエハＷが格納されたウエハ用ポッドＰ１をセットする。なお、ウエハ用ポッドＰ１には、図９（ａ）に示すように複数のウエハＷが所定間隔を隔てて多段に整列された状態で格納されている。

次いで、カセットローダ４は、セットされたウエハ用ポッドＰ１をポッド棚５にストックすると共に、ポッド棚５にストックされているウエハ用ポッドＰ１をポッドオープナ６にセットする。ポッドオープナ６は、セットされたウエハ用ポッドＰ１の蓋を開ける。次いで、検出器７は開蓋されたウエハ用ポッドＰ１に収容されているウエハＷの枚数を検知する。

次いで、ウエハ移載機８は、検出器７の検出結果に応じた枚数（ここでは５枚とする。）のウエハＷを、ポッドオープナ６にセットされているウエハ用ポッドＰ１から一括して抜き取って、抜き取ったウエハＷをそれぞれノッチアライナ９のターンテーブル９２…に移載する。なお、ウエハ移載機８によってウエハ用ポッドＰ１から抜き取られた５枚のウエハＷはそれぞれアーム８１１に形成された段差８１１ｃに嵌まるので、搬送及び移載の際に当該ウエハＷがズレることはない。

〔ノッチ合わせ工程〕
次いで、ノッチアライナ９は、ウエハＷが載置されたターンテーブル９２…を回転させながら、ノッチセンサ９３によりノッチ位置を検出し、検出した情報を基にターンテーブル９２を静止させて全てのウエハＷのノッチ位置を同じ位置に整列させる。このとき、ノッチアライナ９において移載機構部のウエハ支持部９４ａ…は、ターンテーブル９２の下方で待機している（図２（ａ）参照）。

次いで、ノッチアライナ９の移載機構部が上昇する。これにより、同じ高さに配された３組のウエハ支持部９４ａ，９４ａ，９４ａによって、同一のウエハＷがすくい上げられる。このとき、各ウエハＷは、３組のウエハ支持部９４ａ…によって、その裏面周縁部を支持されながら水平を保った状態で持ち上げられる（図２（ｂ）参照）。

一方、ウエハ移載機８は、ウエハＷのターンテーブル９２…への移載が完了し、ノッチ合わせが行われている間、ボート１０から、それに予めストックさせておおいたバッファ冶具２０を５枚取り出して、ノッチアライナ９の前で待機する。このように、バッファ冶具２０の取得をウエハＷのノッチ合わせと並行して行うので、結果的にスループットを向上できる。

〔ウエハ移載工程〕
次いで、ノッチアライナ９の前で待機していたウエハ移載機８は、ノッチ合わせが完了した後、支持部９４ａ，９４ａ，９４ａによってすくい上げられたウエハＷとターンテーブル９２との間に、バッファ冶具２０を保持したアーム８１１を挿入する（図２（ｃ）参照）。

この状態で、ノッチアライナ９の移載機構部が下降する。これにより、ウエハ支持部９４ａ…によってすくい上げられていた各々のウエハＷが、それぞれバッファ冶具２０の上に移載される（図２（ｄ）参照）。

次いで、ウエハ移載機８は、アーム部８１に保持している５枚のバッファ冶具２０上にそれぞれノッチ合わせされたウエハＷを取得すると、これら取得したウエハＷをバッファ冶具２０と共に、ボート１０に移載する。

〔熱処理工程〕
このようにして、１バッチ分のウエハＷの各々がバッファ冶具２０上に載置された状態でボート１０に移載されると、処理炉１２を閉塞していた図示せぬ炉口ゲートバルブが開き、当該ボート１０が処理炉１２内にロードされる。すると、ガスボックス１３により制御された処理ガスが、導入管１２４を経由して処理炉１２内に導入され、各ウエハＷが例えば８００℃以上で成膜又は熱処理される。尚、処理ガスとしては、例えば、Ｎ_２（窒素）、Ａｒ（アルゴン）、Ｈ_２（水素）、若しくはＯ_２（酸素）等が挙げられる。

このときバッファ冶具２０とウエハＷとが点接触ではなく線接触または面接触しているので、ウエハＷの重みがバッファ冶具２０の平坦面にわたって広く均等に分散される。これにより、熱処理工程において、ウエハＷにスリップや反りなどが発生してしまうことが抑制されると共に、従来よりも高温でウエハＷを熱処理できるようになる。

ウエハＷの熱処理が終了すると、ボート１０が処理炉１２からアンロードされ、炉口ゲートバルブが閉まる。処理済ウエハＷを搭載したボート１０は全てのウエハＷが冷えるまで所定位置で待機する。

（多ボート仕様の場合）
なお、基板処理装置１を所謂多ボート仕様とする場合は、一方のボートを用いてウエハが処理されている間に、上記と同様にして、次に熱処理する未処理ウエハＷをそれぞれバッファ冶具２０上に載置して他方のボートにセットする動作が並行して行われる。また、処理済ウエハＷを搭載した一方のボートがアンロードされた後、未処理ウエハＷを搭載した他方のボートが処理炉１２にロードされ、同様にしてウエハＷが熱処理される。このように、多ボート仕様の装置の場合は連続的にバッチ処理を行えるのでスループットを向上できる。

〔ウエハ排出工程〕
さて、熱処理工程の後に、待機していたボート１０にてウエハＷが所定温度にまで冷えると、ウエハ移載機８は当該ボート１０から５枚のウエハＷをそれぞれバッファ冶具２０と共に取得して、ノッチアライナ９まで搬送する。そして、ノッチアライナ９にて、上記と逆の手順でバッファ冶具２０から処理済みウエハＷが取得される。すなわち、ウエハ移載機８は、処理済みウエハＷの載置されたバッファ冶具２０をウエハ支持部９４ａ…の上方に配置させる（図２（ｄ）参照）。この状態で、ノッチアライナ９の移載機構部が上昇する。これにより、バッファ冶具２０上に載置されていた処理済みウエハＷが、それぞれ３組のウエハ支持部９４ａ…によってすくい上げられる（図２（ｃ）参照）。

次いで、ウエハ移載機８は、保持しているバッファ冶具２０を例えば空きのボート１０などのバッファ領域に一旦搬送する。そして、再び支持部９４ａ…の下方にアーム８１１を挿入させる。この状態で、支持部９４ａ…が下降する。これにより、ウエハ支持部９４ａ…によってすくい上げられていた処理済みウエハＷがアーム８１１に移載される。次いで、ウエハ移載機８は受け取った処理済みウエハＷを、ポッドオープナ６にセットされている空のウエハ用ポッドＰ１に格納する。処理済みウエハＷが格納されたウエハ用ポッドＰ１は、ポッド搬送装置４によってポッド棚５やポッドステージ３に排出され、かくして当該処理が終了する。

なお、処理済みウエハＷの排出は必ずしもノッチアライナ９を経由する必要はない。すなわち、熱処理工程の後において、待機していたボート１０にてウエハＷが所定温度にまで冷えると、ウエハ移載機８は当該ボート１０から５枚のウエハＷをそれぞれバッファ冶具２０ごと取得して、直接ポッドオープナ６の位置まで搬送する。このとき、ポッドオープナ６には、空のウエハ用ポッドＰ１がセットされているものとする。

次いで、ウエハ移載機８は、ウエハＷとバッファ冶具２０とを保持したアーム８１１を、ウエハ用ポッドＰ１内における爪Ｎの上方に挿入する（図９（ｃ）参照）。次いで、ウエハ移載機８がアーム８１１を下降させることにより、ウエハＷのみが爪Ｎ１の上に載る（図９（ｂ）参照）。このとき、バッファ冶具２０の外径がウエハＷの外形の略２／３とされているので、アーム８１１が下降する過程でバッファ冶具２０と爪Ｎ１とが干渉し合うことはない。しかる後、ウエハ移載機８は、アーム８１１に載っているバッファ冶具２０を空きのボート１０に戻す。以上のような動作を繰り返すことにより、１バッチ分の処理済みウエハＷを、ノッチアライナ９を経由せずにウエハ用ポッドＰ１に排出し当該処理を終了する。

この基板処理装置１によれは、次のような効果が得られる。
（１）ボート１０がバッファ冶具２０を着脱可能に支持するようにすると共に、バッファ冶具２０に対するウエハＷの着脱をノッチアライナ９にて行うようにしたので、従来必要であった突き上げ機構などを別途配置する必要がなくなる。これにより、装置全体の大型化及び複雑化が防止される。

（２）ウエハＷをバッファ冶具２０上に載置した状態で熱処理するので、ウエハＷにおいて熱の極端に違う場所ができない。また、ウエハＷの自重がバッファ冶具２０に分散されるので、局所的に過重がかかる箇所がない。従って、ウエハＷを比較的高温で熱処理しても、スリップ或いは反りの発生が抑制される。これにより、製造する半導体装置の歩留まり及び品質を向上できる。

（３）バッファ冶具２０がウエハＷの裏面における周縁を除く部分に面接触するようにしたので、バッファ冶具２０上に載置されたウエハＷをウエハ用ポッドＰ１に排出する際に、ウエハＷ裏面の周縁を支持するウエハ用ポッドＰ１の爪Ｎとバッファ冶具２０とが干渉することはない。これにより、ノッチアライナ９を経由せずにウエハ用ポッドＰ１に排出できるので、その分工数を削減できる。

（４）従来バッファ冶具２０にウエハＷを載置するのに必要であった爪などを用いずに、複数のバッファ冶具２０に対してウエハＷを一括して着脱できるので、ボート１０におけるウエハＷ（バッファ冶具２０）のピッチを小さくできる。これにより、１バッチ分のウエハ枚数を増やせるので、スループットを向上できる。

（５）年々配線の微細化および高性能化の勢いが早まっており、それに伴いＳｉ基板へ要求される品質等についても年々厳しくなっている。例えば基板表面および表層部分の無欠陥化、十分な金属不純物の捕獲能力など、このような特性を持つＳｉ基板は水素やアルゴン雰囲気でＳｉ基板を高温で処理することにより作成できる。この処理を、基板処理装置１を用いることにより、同時に多数の基板を処理することができるので、低コストで高品質の基板を提供できるようになる。

〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態による基板処理装置の構成は、ノッチアライナ９を具備しない点を除けば、第１の実施の形態と同様である。この基板処理装置は要するに、バッファ冶具２０に対するウエハＷの着脱を基板収納容器（カセット）としてのウエハ用ポッドＰ１にて行い、このウエハ用ポッドＰ１とボート１０との間で、ウエハＷがバッファ冶具２０上に載置された状態で移送されるようにしたことを特徴とするものである。なお、ウエハＷのノッチ合わせは事前に行っておくものとする。

この基板処理装置の動作は次の通りである。先ず、上記と同様にして所定枚数のバッフ
ァ冶具２０を空きのボート１０にストックした後、ポッドステージ３に所定枚数のウエハＷが格納されたウエハ用ポッドＰ１をセットする。すると、カセットローダ４がセットされたウエハ用ポッドＰ１をポッド棚５にストックすると共に、ポッド棚５にストックされているウエハ用ポッドＰ１をポッドオープナ６にセットする。そして、ポッドオープナ６がセットされたウエハ用ポッドＰ１を開蓋し、開蓋されたウエハ用ポッドＰ１に収容されているウエハＷの枚数が検出器７によって検出される。

次いで、検出器７によってウエハＷの枚数が検知された後、ウエハ移載機８は、バッファ冶具２０のみを保持しているボート１０から当該バッファ冶具２０を取得して、ポッドオープナ６の前で待機する。

次いで、ウエハ移載機８はバッファ冶具２０を保持したアーム８１１を、ウエハ用ポッドＰ１内におけるウエハＷの下方に挿入させる（図９（ｂ）参照）。この状態でウエハ移載機８は、アーム８１１を上昇させることにより、バッファ冶具２０上に未処理ウエハＷを取得する（図９（ｃ），（ｄ）参照）。このとき、バッファ冶具２０の外径がウエハＷの外形の略２／３とされているので、アーム８１１が上昇する過程でバッファ冶具２０と爪Ｎとが干渉し合うことはない。そして、ウエハ移載機８は、取得した未処理ウエハＷをバッファ冶具２０と共に、空きのボート１０に移載する。

その後、上記と同様な熱処理工程を経て、処理炉からボート１０がアンロードされ、炉口ゲートバルブが閉まる。そして、処理済ウエハＷを搭載したボート１０は全てのウエハＷが冷えるまで所定位置で待機する。次いで、待機していたボート１０にてウエハＷが所定温度にまで冷えると、移載機８は当該ボート１０から５枚のウエハＷをそれぞれバッファ冶具２０ごと取得して、ポッドオープナ６まで搬送する。そして、ポッドオープナ６に配置されている空きのウエハ用ポッドＰ１にて、上記と逆の手順でウエハＷが排出される。

すなわち、ウエハ移載機８は、処理済みウエハＷとバッファ冶具２０とを保持したアーム８１１を、空きのウエハ用ポッドＰ１内における爪Ｎの上方に挿入する（図９（ｃ）参照）。この状態で、移載機８のアーム８１１が下降する（図９（ｂ）参照）。これにより、空きのウエハ用ポッドＰ１に処理済みウエハＷが排出される（図９（ａ）参照）。しかる後、ウエハ移載機８は、アーム８１１に保持しているバッファ冶具２０を空きのボート１０に戻す。このような動作を繰り返すことにより、１バッチ分の処理済みウエハＷをウエハ用ポッドＰ１に排出して当該処理を終了する。

この基板処理装置によれば、次のような効果が得られる。バッファ冶具２０上にウエハＷが載置されたときに、当該ウエハＷの裏面における周縁を除く部分にバッファ冶具２０が面または線接触するので、ウエハ用ポッドＰ１では、爪ＮがウエハＷ裏面の周縁部分を支持するようにアーム８１１が下降することにより、バッファ冶具２０上に載置されたウエハＷを排出できる。一方、ウエハ用ポッドＰ１において、裏面の周縁部分が爪Ｎにより支持された状態で保持されているウエハＷを、バッファ冶具２０を用いて直接すくい上げることができる。このようにして、バッファ冶具２０に対するウエハＷの着脱をウエハ用ポッドＰ１にて行える。従って、ウエハ用ポッドＰ１からウエハＷを一旦取得して別の領域でバッファ冶具２０上に載せると云った工程を省けるので、バッファ冶具に対するウエハＷの着脱を効率的に行えると共に、装置全体を小型且つ簡素にできる。

〔第３の実施の形態〕
第３の実施の形態による基板処理装置では、座板として図１０（ａ），（ｃ），（ｄ）に示すような平面視リング状に形成された扁平なバッファ冶具２１を用いる点を除けば、第１又は第２の実施の形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。このリング状のバ
ッファ冶具２１は要するに、ウエハＷを載置したときに、該ウエハＷの端縁から当該求心方向にむかって、該ウエハの半径の略１／３に相当する距離を隔てた位置を支持できるように構成したものである。

図１０（ａ）は一実施例としてのバッファ冶具２１を示す。このバッファ冶具２１の表面には全周にわたって平面Ｓが形成されている。従って、このバッファ冶具２１上にウエハＷを載置した場合には、当該バッファ冶具２１がウエハＷの裏面に面または線接触する。さらに、このバッファ冶具２１における外側の側面と平面Ｓとの境、及び内側の側面と平面Ｓとの境にはそれぞれアールＲが形成されている。従って、仮にウエハＷが反った場合であっても該ウエハＷを傷めることはない。なお、アールＲに代えてテーパを形成することとしてもよい。

なお、バッファ冶具２１の形状は特に上記のものに限定されない。変形例を図１０（ｃ），（ｄ）に示している。図１０（ｃ）に示すバッファ冶具２１は、平面Ｓを形成せずに、その断面が円弧状となるように形成したものである。この断面におけるアールＲの曲率は特に限定されない。図１０（ｄ）に示すバッファ冶具２１は、図１０（ｃ）の場合よりも断面の曲率を大きく形成したものである。これら図１０（ｃ），（ｄ）に示すバッファ冶具２１上にウエハＷを載置した場合には、バッファ冶具２１がウエハＷの裏面に線接触することになる。また、これらのバッファ冶具２１は、断面が円弧状に形成されているので、仮にウエハＷが反った場合であっても該ウエハＷを傷めることはない。

さて、図１０（ｂ）は、上記何れかのバッファ冶具２１上に、ウエハＷを同心状に載置した状態を平面方向からみた図である。同図中、斜線部分がバッファ冶具２１を示す。同図に示すように、このバッファ冶具２１は、平面視略円形に形成されたウエハＷの裏面における周縁Ｗａを除く部分に面または線接触するように、その外径がウエハＷの外径の略２／３となるように形成されている。詳細には、バッファ冶具２１は、その内径がウエハＷの外径の２／３より僅かに小さく、その外径がウエハＷの外径の２／３より僅かに大きく形成されている。

従って、上記のように形成されたバッファ冶具２１の上にウエハＷを同心状に載置した場合、ウエハＷの端縁から当該求心方向にむかって、該ウエハの半径の略１／３に相当する距離を隔てた部分（図１０中の斜線部分）が丁度支持されることになるが、本発明者らの鋭意研究によれば、当該位置がウエハＷに加わる応力の最も小さくなる位置であることが判明している。

本実施の形態によれば、第１又は第２の実施の形態による効果が得られるのは勿論のこと、平面視リング状のバッファ冶具２１を用いながら、熱処理時においてウエハＷに加わる応力を最小限にできるので、スリップ或いは反りの発生を一層確実に抑制できる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、バッファ冶具２０の形状などは本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に設計変更可能であり、例えば平面視において多角形をなすように形成してもよい。また、基板の具体例として半導体基板であるウエハＷを挙げたが、該基板にはガラス基板も含まれる。また、基板のサイズも特に限定されないが、本発明は、例えば３００ｍｍ以上の直径を有する大型の基板の熱処理に適用して好適である。

〔実施例１〕
５０枚のシリコンウエハを、それぞれシリコンからなる平面視円形の扁平なバッファ冶具上に同心状に載置した状態で、炭化珪素からなるボートに多段に保持させ、該ボートを初期温度７００℃に加熱された処理炉内へ挿入した。ここで、シリコンウエハとしてはφ
３００ｍｍのサイズのものを用い、バッファ冶具の外径はシリコンウエハの外径の２／３に相当するφ２００ｍｍとした。

処理炉内へボートを挿入した後、処理炉内の温度を７００℃から昇温レート２０℃／分で１０００℃まで加熱した。続けて、処理炉内を１０００℃から昇温レート２℃／分で１２００℃まで加熱した。続けて、処理炉内の温度が１２００℃に達すると、この温度を１時間保持した。次いで、処理炉内の温度を１２００℃から降温レート２℃／分で１０００℃まで降温させた。続けて、処理炉内の温度を１０００℃から降温レート１０℃／分で７００℃まで降温させ、処理炉からボートを取り出した。その後、シリコンウエハの裏面を光学顕微鏡で測定したところ、傷及びスリップは全く観察されなかった。

〔実施例２〕
５０枚の石英基板を、それぞれシリコンからなる平面視円形の扁平なバッファ冶具上に同心状に載置した状態で、炭化珪素からなるボートに多段に保持させ、該ボートを初期温度７００℃に加熱された処理炉内へ挿入した。ここで、石英基板としてはφ３００ｍｍ、厚み１ｍｍのサイズのものを用い、バッファ冶具の外径は石英基板の外径の２／３に相当するφ２００ｍｍとした。

処理炉内へボートを挿入した後、処理炉内の温度を７００℃から昇温レート２０℃／分で１０００℃まで加熱した。続けて、処理炉内を１０００℃から昇温レート２℃／分で１１００℃まで加熱した。続けて、処理炉内の温度が１１００℃に達すると、この温度を２時間保持した。次いで、処理炉内の温度を１１００℃から降温レート２℃／分で１０００℃まで降温させた。続けて、処理炉内の温度を１０００℃から降温レート１０℃／分で７００℃まで降温させ、処理炉からボートを取り出した。その後、石英基板の裏面を光学顕微鏡で測定したところ、傷は全く観察されなかった。

〔比較例１〕
５０枚のシリコンウエハを、バッファ冶具を用いずに、炭化珪素からなるボートに多段に保持させ、該ボートを初期温度７００℃に加熱された処理炉内へ挿入した。ここで、シリコンウエハとしてはφ３００ｍｍのサイズのものを用いた。

処理炉内へボートを挿入した後、処理炉内の温度を７００℃から昇温レート２０℃／分で１０００℃まで加熱した。続けて、処理炉内を１０００℃から昇温レート２℃／分で１２００℃まで加熱した。続けて、処理炉内の温度が１２００℃に達すると、この温度を１時間保持した。次いで、処理炉内の温度を１２００℃から降温レート２℃／分で１０００℃まで降温させた。続けて、処理炉内の温度を１０００℃から降温レート１０℃／分で７００℃まで降温させ、処理炉からボートを取り出した。その後、シリコンウエハの裏面を光学顕微鏡で測定したところ、３〜４０ｍｍのスリップラインが観察された。

〔比較例２〕
５０枚の石英基板を、バッファ冶具を用いずに、炭化珪素からなるボートに多段に保持させ、該ボートを初期温度７００℃に加熱された処理炉内へ挿入した。ここで、石英基板としてはφ３００ｍｍ、厚み１ｍｍのサイズのものを用いた。

処理炉内へボートを挿入した後、処理炉内の温度を７００℃から昇温レート２０℃／分で１０００℃まで加熱した。続けて、処理炉内を１０００℃から昇温レート２℃／分で１１００℃まで加熱した。続けて、処理炉内の温度が１１００℃に達すると、この温度を２時間保持した。次いで、処理炉内の温度を１１００℃から降温レート２℃／分で１０００℃まで降温させた。続けて、処理炉内の温度を１０００℃から降温レート１０℃／分で７００℃まで降温させ、処理炉からボートを取り出した。その後、石英基板の裏面を光学顕
微鏡で測定したところ、１００〜３００μｍの傷が観察された。

実施の形態による基板処理装置を示す図である。 ノッチアライナにて行われるバッファ冶具とウエハとの着脱を説明する為の図である。 バッファ冶具を示す平面図である。 ボートを示す図であり、（ａ）はその断面概略図を示し、（ｂ）はボートによってバッファ冶具及びウエハが保持されている様子を示し、（ｃ）ボートによって保持されているバッファ冶具及びウエハを平面方向からみた図である。 ボートにおけるバッファ冶具の端部周りを拡大して示す図である。 熱処理炉を示す断面概略図である。 ウエハ移載機のアームを示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ），（ｃ）はその断面図を示す。 バッファ冶具用ポッドを示す図である。 ウエハ用ポッドを示す図である。 別の実施の形態によるバッファ冶具を示す平面図である。 従来技術におけるボートを示す図である。

符号の説明

１ 基板処理装置
１０ ボート（保持具）
１２ 熱処理炉（処理室）
２０ バッファ冶具（座板）
１２１ 抵抗加熱ヒータ（加熱手段）
Ｗ ウエハ（基板）

Claims (2)

1. 外径が平面視略円形に形成された基板を支持する支持治具を有し、該支持治具上に前記基板を支持することにより該基板を保持する保治具であって、
   前記支持治具は、前記基板の中心から該基板外径の略２／３の部分で前記基板を支持するよう形成されていることを特徴とする保治具。
2. 平面視略円形に形成されてなる基板を熱処理する工程を含む半導体装置の製造方法において、
   前記熱処理のときに、前記基板の端縁から当該救心方向にむかって、当該基板の半径の略１／３に相当する距離を隔てた部分を支持することにより、この基板を保持することを特徴とする半導体装置の製造方法。

Images