JP4559257B2

JP4559257B2 - 熱処理装置、基板の製造方法、半導体装置の製造方法、及び基板支持具

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Publication number: JP4559257B2
Application number: JP2005052207A
Authority: JP
Inventors: 亮太笹島; 巌中村; 明諸橋
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2025-02-28
Also published as: JP2006237416A

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等を製造する基板の製造方法、半導体装置の製造方法、及び基板支持具に関する。

従来、縦型熱処理装置における基板支持具は、上下一対の端板と、両端板間に架設されて垂直に配設された例えば３本の保持部材と、この３本の保持部材に長手方向に等間隔に配されて互いに対向して開口するよう刻設された多数の保持溝とを備えており、３本の保持部材の保持溝間に基板を挿入することにより、複数枚の基板を水平且つ互いに中心を揃えた状態で整列させて保持するように構成されている。ところがこのような構成の基板支持具においては、基板の全重量は３箇所の保持溝だけで支えられていることになるため、基板に熱ストレスが急激に加わった際に、基板と保持溝との接触面間の引張応力や自重応力の関係から結晶欠陥（スリップ）が発生したり、基板が反るという問題点がある。

この問題を解決する方法として、特許文献１に記載された発明が挙げられる。特許文献１においては、基板支持具は支持本体部と、この支持本体部に設けられ、前記基板と接触する支持プレート（支持部）とを有し、この支持プレートは表面の面積が基板平坦面の面積よりも小さく、厚さが前記基板の厚さよりも厚いシリコン製の板状部材から構成する（以下、プレート構造支持具という。）ことで基板の全重量を分散して引張応力や自重応力を緩和し、スリップの発生を抑制している。
国際公開ＷＯ２００４／０３００７３号パンフレット

しかしながら、前記のプレート構造支持具においてはスリップの発生率を低下することができるものの、処理基板を移載する際、特に支持プレートに載った処理基板を取り出す際に、支持プレートの一端が支持本体部から浮くという現象が発生する。
この原因は、処理基板が水平に基板支持具に保持された状態から、移載のためのツィーザを、処理基板の下方に挿入して処理基板を上昇させる時にツィーザが処理基板に接触する際、ツィーザの先端が上がる形で傾斜しているときに、ツィーザの先端２点とその点に対向する側の支持プレートの一端で処理基板を保持する一瞬が存在し、このときに支持プレートの一端に基板の荷重がかかるためにテコの原理で支持プレートと処理基板の接触点に対向する支持プレートの他端が浮くというものである。
この支持プレートの一端の浮き現象は、支持本体部と支持プレートの擦れを発生させ、その結果異物が発生するなどの問題が生じる。

そこで本発明は上記問題点を解消し、特許文献１に提案するプレート構造ボートの支持プレートに対し、支持プレートが浮かないための形状を有する熱処理装置及び基板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具と、基板を前記基板支持具に対して移載する移載機と、を有する熱処理装置であって、前記基板支持具は、基板と接触する支持部と、この支持部を支持する支持片とを有し、前記支持片は前記支持部の少なくとも基板挿入方向後方側の２箇所を支持するよう構成され、前記２箇所の前記支持部と前記支持片との接触部分のうち最も基板挿入方向後方側に位置する点同士を結ぶ直線と前記支持部中心との間の距離Ｘ（ｍｍ）と、前記支持部の重さｙ（ｇ）とが、ｙ≧Ａ・Ｘ^−Ｂ、１５０００≦Ａ≦８００００、１≦Ｂ≦２、を満たすことを特徴とする熱処理装置にある。

好ましくは、前記支持部の母材をシリコン又は炭化珪素とする。また好ましくは、前記支持部を、前記母材の表面にコーティング膜が形成された構成とする。さらに好ましくは、前記支持部を、貫通孔を有さない円板状（円柱状）、１個ないし複数個の貫通孔を有する円板状、又は中央に１つの貫通孔を有するリング形状とする。また好ましくは、前記支持部を、その裏面に軽量化のためのザグリが設けられた構成とする。好ましくは、前記支持部中心と支持本体部の中心が一致するように前記支持部を設置する場合において、前記基板が１２インチＳｉウェハの場合、前記支持部の外周の直径を１６０ｍｍ〜２２０ｍｍとし厚さを３ｍｍ以上１０ｍｍ以下とする。

本発明の第２の特徴とするところは、基板を処理する反応炉と、前記反応炉内で基板を支持する基板支持具と、基板を前記基板支持具に対して移載する移載機と、を有する熱処理装置であって、前記基板支持具は、基板と接触する支持部と、この支持部を支持する支持片とを有し、前記支持部には貫通孔及びザグリの少なくとも一方が設けられ、この貫通孔及びザグリの少なくとも一方は、前記支持部の質量分布の偏りを設けるように配置され、前記支持部の質量分布の軽い方が基板挿入方向後方側に向けられて設置されていることを特徴とする熱処理装置にある。

好ましくは、前記支持部に形成される貫通孔を、該貫通孔の中心を前記支持部の中心とずらして配置する。また好ましくは、前記支持部に形成される貫通孔を、楕円形、卵型とする。好ましくは、前記支持部に複数の貫通孔を形成し、この複数の貫通孔を、円、楕円及び卵型のうちのいずれかの形状とし、前記複数の貫通孔を、前記支持部を２分割する領域に不均一に配置する。

さらに、本発明においては、基板を処理する反応炉と、前記反応炉内で基板を支持する基板支持具と、基板を前記基板支持具に対して移載する移載機と、を有する熱処理装置であって、前記基板支持具は、基板と接触する支持部と、この支持部を支持する支持片とを有し、前記支持片は前記支持部の少なくとも２箇所を支持するように構成され、前記支持片は基板挿入方向後方側にせり出したことを特徴とする熱処理装置を提供する。

好ましくは、前記支持部の重さが３５０ｇ以上ある場合、前記支持片を前記支持部から基板挿入方向後方側に１５ｍｍ以上せり出した状態とする。好ましくは、前記支持部の重さが２００ｇ以上ある場合、前記支持片を支持部中心から基板挿入方向後方側に２０ｍｍ〜３０ｍｍ以上せり出した状態とする。好ましくは、前記支持部の重さが１００ｇ以上ある場合、前記支持片を支持部中心から基板挿入方向後方側に３５ｍｍ〜５０ｍｍ以上せり出した状態とする。さらに好ましくは、前記支持部の重さが７０ｇ以上ある場合、前記支持片を支持部中心から基板挿入方向後方側に５０ｍｍ〜７５ｍｍ以上せり出した状態とする。

本発明の第３の特徴とするところは、基板と接触する支持部と、この支持部を支持する支持片とを有し、前記支持片は前記支持部の少なくとも基板挿入方向後方側の２箇所を支持するように構成され、前記２箇所の前記支持部と前記支持片との接触部分のうち最も基板挿入方向後方側に位置する２つの点同士を結ぶ直線と前記支持部中心との間の距離Ｘ（ｍｍ）と、前記支持部の重さｙ（ｇ）とが、ｙ≧Ａ・Ｘ^−Ｂ、１５０００≦Ａ≦８００００、１≦Ｂ≦２、を満たすよう構成される基板支持具に対して、基板を移載する工程と、基板を支持した前記基板支持具を反応炉内に搬入する工程と、前記反応炉内で基板を処理する工程と、処理後の基板を支持した前記基板支持具を前記反応炉より搬出する工程と、処理後の基板を前記基板支持具より取り出す工程と、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４の特徴とするところは、基板と接触する支持部と、この支持部を支持する支持片とを有し、前記支持片は前記支持部の少なくとも基板挿入方向後方側の２箇所を支持するように構成され、前記２箇所の前記支持部と前記支持片との接触部分のうち最も基板挿入方向後方側に位置する点同士を結ぶ直線と前記支持部中心との間の距離Ｘ（ｍｍ）と、前記支持部の重さｙ（ｇ）とが、ｙ≧Ａ・Ｘ ^−Ｂ、１５０００≦Ａ≦８００００、１≦Ｂ≦２、を満たす基板支持具に対して、基板を移載する工程と、基板を支持した前記基板支持具を反応炉内に搬入する工程と、前記反応炉内で基板を処理する工程と、処理後の基板を支持した前記基板支持具を前記反応炉より搬出する工程と、処理後の基板を前記基板支持具より取り出す工程と、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、反応炉内で基板を支持する基板支持具であって、前記基板支持具は、基板と接触する支持部と、この支持部を支持する支持片とを有し、前記支持片は前記支持部の少なくとも基板を前記基板支持具に対して移載する際の基板挿入方向後方側の２箇所を支持するよう構成され、前記２箇所の前記支持部と前記支持片との接触部分のうち最も基板挿入方向後方側に位置する点同士を結ぶ直線と前記支持部中心との間の距離Ｘ（ｍｍ）と、前記支持部の重さｙ（ｇ）とが、ｙ≧Ａ・Ｘ ^−Ｂ、
１５０００≦Ａ≦８００００、１≦Ｂ≦２、を満たすことを特徴とする基板支持具にある。

本発明によれば、プレート構造支持具から処理基板を取り出す際に、支持プレートの一端が、支持具の本体部から浮く現象を防止でき、異物の発生を防止することができる。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に本発明の実施形態に係る熱処理装置１０の一例を示す。この熱処理装置１０は、バッチ式縦型熱処理装置であり、主要部が配置される筐体１２を有する。この筐体１２の正面側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には、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。

筐体１２内の正面側であって、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。ポッド棚２０はポッドオープナ２２の上方に配置され、基板枚数検知器２４はポッドオープナ２２に隣接して配置される。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、筐体１２内には、基板移載機２６、ノッチアライナ２８及び基板支持具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ツィーザ（アーム）３２を有し、このツィーザ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１６、ノッチアライナ２８及び基板支持具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。

さらに、筐体１２内の背面側上部には反応炉４０が配置されている。この反応炉４０内に複数枚の基板５４を装填した基板支持具３０が搬入され熱処理が行われる。

図２に反応炉４０の一例を示す。この反応炉４０は、炭化珪素（ＳｉＣ）製の反応管４２を有する。この反応管４２は、上端部が閉塞され下端部が開放された円筒形状をしており、開放された下端部はフランジ状に形成されている。この反応管４２の下方には反応管４２を支持するよう石英製のアダプタ４４が配置される。このアダプタ４４は上端部と下端部が開放された円筒形状をしており、開放された上端部と下端部はフランジ状に形成されている。アダプタ４４の上端部フランジの上面に反応管４２の下端部フランジの下面が当接している。またアダプタ４４を除いた反応管４２の周囲にはヒータ４６が配置されている。

反応炉４０の下部は、基板支持具３０を挿入するために開放され、この開放部分（炉口部）は炉口シールキャップ４８がＯリングを挟んでアダプタ４４の下端部フランジの下面に当接することにより密閉されるようにしてある。炉口シールキャップ４８は基板支持具３０を支持し、基板支持具３０とともに昇降可能に設けられている。炉口シールキャップ４８と基板支持具３０との間には、石英製の第１のキャップ５２と、この第１のキャップ５２の上部に配置された炭化珪素（ＳｉＣ）製の第２のキャップ５０とが設けられている。基板支持具３０は、多数枚の基板５４を略水平状態で隙間をもって多数段に支持し、反応管４２内に装填される。

１２００℃以上の高温での処理を可能とするため、反応管４２は炭化珪素（ＳｉＣ）製としてある。この反応管４２を炉口部まで延ばし、この炉口部をＯリングを介して炉口シールキャップでシールする構造とすると、反応管４２を介して伝達された熱によりシール部まで高温となり、シール材料であるＯリングを溶かしてしまうおそれがある。Ｏリングを溶かさないよう反応管４２のシール部を冷却すると、ＳｉＣ製の反応管４２が温度差による熱膨張差により破損してしまう。そこで、ヒータ４６による加熱領域をＳｉＣ製の反応管４２で構成し、ヒータ４６による加熱領域から外れた部分を石英製のアダプタ４４で構成することで、反応管４２からの熱の伝達を和らげ、Ｏリングを溶かすことなく、また反応管４２を破損することなく炉口部をシールすることが可能となる。また、反応管４２と石英製のアダプタ４４とのシールは、双方の面精度を良くすれば、反応管４２はヒータ４６の加熱領域に配置されているため温度差が発生せず、等方的に熱膨張する。よって、反応管４２下端部のフランジ部分は平面を保つことができ、アダプタ４４との間に隙間ができないので、反応管４２を石英製のアダプタ４４に載せるだけでシール性を確保することができる。

アダプタ４４には、アダプタ４４と一体にガス供給口５６とガス排気口５９とが設けられている。ガス供給口５６にはガス導入管６０が、ガス排気口５９には排気管６２がそれぞれ接続されている。アダプタ４４の側壁部（肉厚部）には、ガス供給口５６と連通し、垂直方向に向かうガス導入経路６４が設けられ、その上部にはノズル取付孔（図示省略）が上方に開口するように設けられている。このノズル取付孔は、ガス供給口５６及びガス導入経路６４と連通している。このノズル取付孔にはノズル６６が挿入され固定されている。すなわち、アダプタ４４の上面にノズル６６が接続されることとなる。この構成により、ノズル接続部は熱で変形しにくく、また破損しにくい。また、ノズル６６とアダプタ４４の組立て、解体が容易になるというメリットもある。ガス導入管６０からガス供給口５６に導入された処理ガスは、アダプタ４４の側壁部に設けられたガス導入経路６４、ノズル６６を介して反応管４２内に供給される。なお、ノズル６６は、反応管４２の内壁に沿って基板配列領域の上方（基板支持具３０の上方）まで延びるように構成される。

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に搬送し、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５４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枚の基板５４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５４を取り出し、基板支持具３０に移載する。

このようにして、１バッチ分の基板５４を基板支持具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５４を装填した基板支持具３０を挿入し、炉口シールキャップ４８により反応炉４０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、ガス導入管６０からガス導入口５６、アダプタ４４の側壁部に設けられたガス導入経路６４、及びノズル６６を介して反応管４２に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、塩化水素（ＨＣｌ）、ジクロロエチレン（Ｃ_２Ｈ_２Ｃｌ_２、略称ＤＣＥ）等が含まれる。基板を熱処理する際、基板５４は例えば１２００℃程度以上の温度に加熱される。

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、熱処理後の基板を支持した基板支持具３０を反応炉４０からアンロードし、基板支持具３０に支持された全ての基板が冷えるまで、基板支持具３０を所定位置で待機させる。次に、待機させた基板支持具３０の基板が所定温度まで冷却されると基板移載機２６により基板支持具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５４が収容されたポッド１６をポッド棚２０、またはポッドステージ１４に搬送して完了する。

次に上記基板支持具３０の一実施形態について詳述する。
図３（ａ）に基板支持具３０の一部の一実施形態を上側から見た平面図を示し、図３（ｂ）に基板支持具３０の一部を横から見た側面図（一部断面図）を示す。図３（ａ）及び（ｂ）における基板支持具３０は、支持本体部５７と支持プレート（支持部）５８とから構成されている。支持本体部５７は、炭化珪素（ＳｉＣ）又はシリコンを含浸させた炭化珪素からなる。なお、１２００℃以上の高温で基板５４を熱処理する場合は、支持本体部５７は、耐熱性を考慮して炭化珪素（ＳｉＣ）にて構成する必要があるが、それよりも低い温度、すなわち１２００℃未満の温度で熱処理する場合は、支持本体部５７は石英にて構成してもよい。
支持本体部５７は、円板状の上板６１（図１に示す）、同じく円板状の下板６３（図１に示す）、及び上板６１と下板６３とを接続する例えば３本の支柱６５、６５、６５（図３（ａ）において斜線領域で示す）と、この支柱６５、６５、６５から延びる支持片６７、６７、６７とを有する。支柱６５、６５、６５は互いに９０度ずつ隔てて形成され、ツィーザ３２及び基板５４が挿入される側（基板挿入方向後方側）に１８０度隔てて２本、基板挿入方向前方側（図３（ａ）及び（ｂ）において左側）に１本、合計３本設けられている。支持片６７、６７、６７は、支柱６５、６５、６５から水平方向に伸びている。また、支持片６７、６７、６７は支柱６５に対して垂直方向に一定距離隔てて多数組形成され、この多数組の支持片６７、６７、６７にそれぞれ支持プレート（支持部）５８が支持されている。この支持プレート５８の上面には基板５４の下面が接触するように基板５４が支持される。支持プレート５８は、例えばシリコン（Ｓｉ）製又は炭化珪素（ＳｉＣ）製の母材で形成されており、貫通孔を有さない円板状（円柱状）、１個ないし複数個の貫通孔を有する円板状、または中央に１つの貫通孔を有するリング形状に形成されている。なお図３の支持プレート５８は貫通孔を有さない円板状に形成されている。

支持プレート５８の径ｄ３は、基板５４の径ｄ４より小さく、支持プレート５８の上面は基板５４の下面である平坦面の面積より小さな面積を有する。例えば、基板５４が１２インチ（直径３００ｍｍ）Ｓｉウェハの場合、支持プレート５８の外周の直径を１６０ｍｍ〜２２０ｍｍとし、厚さを３ｍｍ以上１０ｍｍ以下とする。

支持プレート５８の上面（基板載置面）には支持プレート５８と基板５４との接着を防止するための接着防止層が形成（コーティング）されている。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構成される。

支持片６７、６７、６７は例えば支持プレート５８の３箇所を支持するよう構成される。この３箇所における支持片６７、６７、６７のうちの基板挿入方向後方側に１８０度隔てて設けられた２本の支持片６７、６７と支持プレート５８との接触部分のうち最も基板挿入方向後方側（図３（ａ）では右側）に位置する２つの点同士を結ぶ直線と支持プレート５８の中心との間の距離Ｘ（ｍｍ）と、支持プレート５８の重さｙ（ｇ）とがｙ≧Ａ・Ｘ^−Ｂ、１５０００≦Ａ≦８００００、１≦Ｂ≦２、を満たすように構成されている。これにより、基板５４を支持プレート５８に対して移載する際に支持プレート５８の一端の浮きが発生するのを防ぐことができる。このように、支持プレート５８と支持片６７、６７、６７との接触部分のうち最も基板挿入方向後方側に位置する２つの点同士を結ぶ直線と支持プレート５８の中心との間の距離Ｘ（ｍｍ）と、支持プレート５８の重さｙ（ｇ）とがｙ≧Ａ・Ｘ^−Ｂ、１５０００≦Ａ≦８００００、１≦Ｂ≦２、を満たすように構成する理由については後述する。

次にツィーザ３２、基板支持具３０及び基板５４の関係並びにツィーザ３２の動作に関わる作用を図３（ａ）及び（ｂ）に基づいて説明する。
図３（ａ）に示すように、ツィーザ３２は略Ｕ字型であり、２つのアーム部７４、７４を有し、この２つのアーム部７４、７４はツィーザ３２の根元部分から平行に延びるように構成されている。２つのアーム部７４、７４間の内端距離ｄ１は、支持プレート５８の直径ｄ３よりも大きく且つ基板５４の直径ｄ４よりも小さい。また、２つのアーム部７４、７４の外端距離ｄ２は、基板５４の直径ｄ４よりも小さい。また、アーム部７４、７４の厚さｔ２は、支持プレート５８の厚さｔ１よりも小さい。

アーム部７４、７４の内端距離ｄ１が基板５４の直径ｄ４よりも小さいので、アーム部７４、７４で基板５４の周縁部分を支持することができる。基板５４を基板支持具３０に移載するには、まず基板５４の周縁部分をアーム部７４、７４で支持し、次に基板５４を支持した状態でツィーザ３２のアーム部７４、７４を基板支持具３０内に挿入する。ここで、基板５４が支持プレート５８から浮いた（離間した）状態となるようにアーム部７４、７４の上下位置が基板移載機２６により制御され、基板５４が支持プレート５８の基板載置面から所定距離上方の位置で、且つ支持プレート５８の同心円位置で停止する。次に基板５４が支持プレート５８に対して浮いた状態から所定の移載速度をもってツィーザ３２を下降させる。アーム部７４、７４の内端距離ｄ１が支持プレート５８の直径ｄ３よりも大きく、アーム部７４、７４の厚さｔ２が支持プレート５８の厚さｔ１よりも小さいので、ツィーザ３２を下降させると、基板５４が支持プレート５８の基板載置面に載置される。

基板５４が支持プレート５８の基板載置面に載置された後は、アーム部７４、７４が基板５４と支持片６７、６７との間の位置で停止するようツィーザ３２の上下位置を基板移載機２６により制御し、この停止位置から水平方向にツィーザ３２を移動させ（引き抜き）、１枚又は複数枚の基板５４の移載を完了する。そしてこのような動作を次々と繰り返すことにより多数枚の基板５４を基板支持具３０に移載する。

一方、ツィーザ３２により基板５４を支持プレート５８の基板載置面より取り出す際には、まずツィーザ３２のアーム部７４、７４を基板５４の下方、すなわち基板５４と基板挿入方向後方側の２つの支持片６７、６７との間であって支持プレート５８の外周縁の外側に挿入する。このとき、アーム部７４、７４の内端距離ｄ１が支持プレート５８の直径ｄ３よりも大きく、ツィーザ７４のアーム部７４、７４の厚さｔ２が支持プレート５８の厚さｔ１よりも小さいので、アーム部７４、７４が支持プレート５８に接触することなく、アーム部７４、７４を基板５４と基板挿入方向後方側の２つの支持片６７、６７との間に挿入することができる。そして、所定の速度でツィーザ３２を上昇させることによりツィーザ３２のアーム部７４、７４上に基板５４を載せ、基板５４を支持プレート５８より上昇させる。このときに、図４に示すように、これまで用いられていた基板支持具３０の場合、基板５４がツィーザ３２により持ち上げられる際に、ツィーザ３２の基板挿入方向後方側が低い状態で傾斜している場合に、ツィーザ３２の先端２点（図４のＰ、Ｑ点）とその点に対向する側の支持プレート１００の一端（図４のＲ点）で基板５４を保持する一瞬が存在し、このときに支持プレート１００の一端に基板５４の荷重がかかるためにテコの原理で支持プレート１００と基板５４の接触点に対向する支持プレート１００の他端が浮くおそれがあった。

しかしながら、本発明の第１の実施形態の基板支持具３０においては、支持プレート５８と支持片６７、６７、６７との接触部分のうち最も基板挿入方向後方側（図３（ａ）では右側）に位置する２つの点同士を結ぶ直線と支持プレート５８の中心との間の距離Ｘ（ｍｍ）と、支持プレート５８の重さｙ（ｇ）とがｙ≧Ａ・Ｘ^−Ｂ、１５０００≦Ａ≦８００００、１≦Ｂ≦２、を満たすように構成されており、支持プレート５８の一端の浮きが発生するのを防ぐことができるのである。

そして、その後基板５４が支持プレート５８から浮いた状態となるようにツィーザ３２のアーム部７４、７４の上下位置が基板移載機２６により制御され、基板５４が支持プレート５８の基板載置面から所定距離上方の位置まで上昇し、その後基板５４が載置されたツィーザ３２を引き抜くことで、基板５４を基板支持具３０より取り出すことができる。

次に、支持プレート５８と支持片６７、６７、６７との接触部分のうち最も基板挿入方向後方側に位置する２つの点同士を結ぶ直線と支持プレート５８の中心との間の距離Ｘ（ｍｍ）と、支持プレート５８の重さｙ（ｇ）とがｙ≧Ａ・Ｘ^−Ｂ、１５０００≦Ａ≦８００００、１≦Ｂ≦２、を満たすように構成する理由を以下に説明する。

図５（ａ）及び（ｂ）は、ツィーザ３２により基板５４を掬い上げる際の基板５４の支持の状態（ツィーザ３２のアーム部７４先端２点（図３（ａ）、（ｂ）におけるＰ、Ｑ点）と、その２点と対向する支持プレート５８の一端（図３（ａ）、（ｂ）におけるＲ点）の３点での基板５４の支持）を実験的に再現し、基板５４を支持する３点のうち支持プレート５８の一端にどれだけの荷重が掛かっているかを測定した実験の状態を示している。ここで、ツィーザ３２のアーム部７４、７４先端における基板５４との接触位置（２箇所）は基板５４の周辺で基板５４を支持しようとするとおおむね基板５４の挿入方向に平行な方向における中心線Ａから８５ｍｍ〜１２５ｍｍの位置となる。即ちツィーザ３２の外幅、即ちアーム部７４、７４の外端距離ｄ２は近年の半導体プロセスで用いられるポッド１６への基板５４の移載を考慮すると、ＳＥＭＩ規格によりこれ以上外側へ幅を広げることが困難である。また内幅、即ちアーム部７４、７４の内端距離ｄ１に関しては、基板移載時のツィーザ３２と支持プレート５８間の隙間を確保すると１７０ｍｍ以上の間隔となる。したがって、ツィーザ３２のアーム部７４、７４と基板５４との接触点（２点）は大幅な移載方法の変更を実施しない限りおおむね中心線Ａから８５ｍｍ〜１２５ｍｍ離れた図５（ａ）中のＢ点及びＣ点の位置となる。このＢ点及びＣ点にて基板５４を支持するように基板５４の下に支持台７６を設置した。

この実験の系で、図５（ｂ）に示すように基板５４の下であって支持プレート５８の一端に相当する位置であるＤ点に突起部６８を設置し、その下に電子天秤７０を設置することで支持プレート５８の一端にかかる荷重を測定した。
用いた基板５４は、１２インチ（直径３００ｍｍ）Ｓｉウェハで、厚さは７７５μｍであって重さは１２６ｇである。基板移載の誤差、ウェハ掬い上げ時の加速度の効果なども考慮して支持台７６側を上げたり、電子天秤７０上の突起部６８や支持台７６の位置を動かしたりして測定した結果、６０〜１００ｇの荷重を確認した。
したがって、実際の装置においても支持プレート５８上にある基板５４をツィーザ３２で掬い上げる際には瞬間的に６０〜１００ｇ程度の点荷重が支持プレート５８の一端（図３（ａ）、（ｂ）におけるＲ点）にかかっていることが予想される。

図６（ａ）及び（ｂ）は、図５の実験の測定結果を示すものであり、支持プレート５８の一端にかかる荷重を６０ｇ、８０ｇ、１００ｇとした際に、支持プレート５８の重心がどの程度移動するかを各荷重、各支持プレートの重さごとに数値計算により求めた結果を示すものである。支持プレート５８の形状は外径１９０〜２１０ｍｍ、厚さ５〜８ｍｍとし、重さを減少させる要素として、中央部に貫通孔を有するリング形状を想定し、その貫通孔の内径を変化させることで重さを変化させた。
この結果から、例えば重さ１５０ｇの支持プレート５８の一端に８０ｇの荷重がかかると、支持プレート５８の中心にあった重心は、荷重の加えられている方向に３５ｍｍ移動することとなる。この場合、図６（ａ）に示すように支持本体部５７の基板挿入方向後方側の支持片６７の最も基板挿入方向後方側に位置する点同士を結ぶ直線と支持プレート５８の中心との間の距離Ｘが３５ｍｍ以下であった場合、荷重点に対向する側の支持プレート５８の一端が浮いてしまうことになる。一方、例えば同様に重さ１５０ｇの支持プレート５８の一端に８０ｇの荷重がかかる場合、支持片６７の最も基板挿入方向後方側に位置する点同士を結ぶ直線と支持プレート５８中心との距離Ｘが３５ｍｍよりも大きい場合、例えば４０ｍｍであった場合、支持プレート５８の一端の浮きが発生しないことが予想される。

したがって、支持プレート５８の重さと支持本体部５７の支持片６７の位置関係で決まる重心移動余裕から決まる図６（ｂ）上の１点が同図の曲線上あるいは曲線の上側に位置すれば支持プレート５８の一端は浮かないが、下側に位置すれば支持プレート５８の一端が浮くことになる。
なお図６（ｂ）中の３本の線については、黒四角は支持プレート５８の一端にかかる荷重が６０ｇのときの支持プレート５８の重さ（ｙ）と重心移動量（Ｘ）との関係を表す曲線であり、実験結果より式ｙ＝１７０９５Ｘ^{−１．４１９５}が得られた。黒三角は支持プレート５８の一端にかかる荷重が８０ｇのときの支持プレート５８の重さ（ｙ）と重心移動量（Ｘ）との関係を表す曲線であり、実験結果より式ｙ＝３６５８２Ｘ^{−１．５５６３}が得られた。また黒丸は支持プレート５８の一端にかかる荷重が１００ｇのときの支持プレート５８の重さ（ｙ）と重心移動量（Ｘ）との関係を表す曲線であり、実験結果より式ｙ＝７４８４６Ｘ^{−１．６９２３}が得られた。支持プレート５８の重さ（ｙ）と重心移動量（Ｘ）との関係は、基板５４の移載時のツィーザ３２による基板５４の掬い上げ時の荷重のかかり方によって変わるため、ある程度の範囲を持つが、図５で示した実験の範囲は超えないと予想されるため、この範囲が浮きを判定する際の基準として必要となる。
したがって、上記のように行った実験の結果から、基板挿入方向後方側の２箇所における支持プレート５８と支持片６７、６７、６７との接触部分のうち最も基板挿入方向後方側に位置する点同士を結ぶ直線と支持プレート５８の中心との間の距離Ｘ（ｍｍ）と、支持プレート５８の重さｙ（ｇ）とがｙ≧Ａ・Ｘ^−Ｂ、１５０００≦Ａ≦８００００、１≦Ｂ≦２、を満たすように構成することで、支持プレート５８の一端の浮きを防ぐことが可能となる。

次に本発明の基板支持具３０の第２の実施形態について図を用いて説明する。この実施形態の基板支持具３０は、図７（ａ）〜（ｆ）に示すように、基板５４と接触する支持プレート５８と、この支持プレート５８を支持する支持片６７、６７、６７とを有し、さらに支持プレート５８には貫通孔７８又はザグリ７２が設けられ、この貫通孔７８又はザグリ７２は、支持プレート５８の面内における質量分布に偏りを設けるように配置され、支持プレート５８の質量分布の軽い方を基板挿入方向後方側に向けて設置している。

次に図７（ａ）〜（ｆ）に示す基板支持具３０について詳述する。
まず図７（ａ）〜（ｃ）に示す基板支持具３０においては、支持プレート５８に溝であるザグリ７２を設け、このザグリ７２を支持プレート５８の面内における質量分布に偏りを設けるように配置し、支持プレート５８の質量分布の軽い方を基板挿入方向後方側（図７（ａ）〜（ｆ）では下側）に向けて設置している。図７（ａ）はザグリ７２を支持プレート５８の中央部に開けられた貫通孔７８に沿って、すなわち支持プレート５８の内周縁に沿って基板挿入方向後方側に設けている。また図７（ｂ）では、支持プレート５８の外周縁と内周縁との中間位置の基板挿入方向後方側にザグリ７２を設けている。また図７（ｃ）では、支持プレート５８の外周縁に沿ってザグリ７２を設けている。ザグリ７２を形成する位置をかえることによって、支持プレート５８の一端の浮きを防止可能とする支持プレート５８の質量分布を適宜得ることができる。

一方図７（ｄ）〜（ｆ）に示す基板支持具３０においては、支持プレート５８に貫通孔７８を設け、この貫通孔７８を支持プレート５８の面内における質量分布に偏りを設けるように配置し、支持プレート５８の質量分布の軽い方を基板挿入方向後方側に向けて設置している。図７（ｄ）では貫通孔７８を基板挿入方向に長い楕円形とし、支持プレート５８の基板挿入方向後方側の外周縁と内周縁の間の幅が基板挿入方向前方側の外周縁と内周縁の間の幅に比べて狭くなるように貫通孔７８を設けている。図７（ｅ）では、貫通孔７８を基板挿入方向に垂直な方向に長い楕円形とし、支持プレート５８の基板挿入方向後方側の外周縁と内周縁の間の幅が基板挿入方向前方側の外周縁と内周縁の間の幅に比べて狭くなるように貫通孔７８を設けている。図７（ｆ）では２つの貫通孔７８が設けられており、基板挿入方向前方側に第１の貫通孔７８ａを設け、基板挿入方向後方側に第２の貫通孔７８ｂを設けている。第１の貫通孔７８ａは第２の貫通孔７８ｂよりも開口面積が小さくなるように設けられており、これにより重心の位置が基板挿入方向前方側（図７（ｆ）では上側）にあることになる。

なお、支持プレート５８が円形の貫通孔７８を有する場合、その貫通孔７８の中心を支持プレート５８の中心よりも基板挿入方向後方側にずらして形成してもよい。また図７（ｄ）（ｅ）のように１個からなる貫通孔７８の形状を楕円形、卵型で形成して孔の中心をプレート５８の中心よりも基板挿入方向後方側にずらして配置してもよい。又は図７（ｆ）のように複数個からなる、円、楕円、卵型などの形状からなる孔の配置を、支持プレート５８を２分割する領域に不均一に配置してもよい。要は、支持プレート５８面内における質量分布に偏りを設け、支持プレート５８の質量分布の軽い方を支持本体部５７の基板挿入方向後方側に向けて支持プレート５８を設置すればよい。

次に、基板支持具３０が、基板５４と接触する支持プレート５８と、この支持プレート５８を支持する支持片６７、６７、６７とを有し、支持プレート５８には貫通孔７８又はザグリ７２が設けられ、この貫通孔７８又はザグリ７２は支持プレート５８の面内における質量分布に偏りを設けるように配置され、質量分布の軽い方を基板挿入方向後方側に向けて設置する理由を以下に示す。

図６に示したように支持プレート５８の一端の浮き現象は、支持プレート５８の一端にかかる荷重により支持プレート５８の重心が移動し、その移動量が支持プレート５８支持の構造から決まる、重心移動余裕距離を越えることで起こる。したがって、基板５４が置かれていない状況において予め支持プレート５８の重心を予想される重心移動方向とは反対にずらしておくことで、重心移動余裕距離を稼ぐことができる。

ツィーザ３２で処理基板５４を支持プレート５８に対して一方向から挿入する場合、挿入する側の支持本体部５７の間口が広くなるため、構造上基板挿入方向後方側の支持プレート５８と支持片６７、６７との接触部分のうち最も基板挿入方向後方側に位置する点同士を結ぶ直線が重心移動余裕を決定するため、基板挿入方向後方側に支持プレート５８の質量分布の軽い方、反対側に質量分布の重い方を設置するように支持プレート５８を設置することで、支持プレート５８の一端の浮きを抑制することができるのである。

重心移動余裕は、ツィーザ３２の挿入方向後方側において確保するのが困難であるが、例えば図８（ａ）〜（ｃ）のように、支持本体部５７の支持片６７の爪形状を基板挿入方向後方側にせり出す形に構成することで、重心移動余裕を増加させることも可能である。なお、図８（ａ）は、基板挿入方向後方側の２つの支持片６７、６７を更に基板挿入方向後方側にせり出した状態としている。一方図８（ｂ）においては、基板挿入方向後方側の２つの支持片６７、６７を基板挿入方向と垂直な中心線で分割して基板挿入方向後方側の部分のみ残し、それを更に基板挿入方向後方側にせり出すように構成している。さらに、図８（ｃ）に示すように、支持本体部５７の支持片６７を基板挿入方向前方側の２箇所に設けて、その２つの支持片６７が基板挿入方向後方側にせり出すように構成してもよい。ただし、これらの場合、支持本体部５７の支持片６７は溝きり加工で実施することが多く、支持片６７、６７の長さが長くなると加工を困難にするため、価格の上昇を招くおそれがある。

なお、支持片６７の爪形状を基板挿入方向後方側にせり出す形とする場合には、支持プレート５８の重さに対する、支持片６７の必要なせり出し（基板挿入方向後方側へのせり出し）は、図６のグラフから読み取り、以下のようにまとめられる。
即ち例えば支持プレート５８の重さが３５０ｇである場合には、支持プレート５８の中心から基板挿入方向後方側に１５ｍｍ以上のせり出しが必要となる。支持プレート５８の重さが２００ｇである場合、支持プレート５８の中心から基板挿入方向後方側に２０ｍｍ〜３０ｍｍ以上のせり出しが必要となる。支持プレート５８の重さが１００ｇである場合、支持プレート５８の中心から基板挿入方向後方側に３５ｍｍ〜５０ｍｍ以上のせり出しが必要となる。プレートの重さが７０ｇである場合、支持プレート５８の中心から基板挿入方向に５０ｍｍ〜７０ｍｍ以上のせり出しが必要となる。

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。

また本発明はＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハの一種であるＳＩＭＯＸ（Separation by Implanted Oxygen）ウェハの製造工程の一工程に適用することができる。

即ちＳＩＭＯＸにおいては、まずイオン注入装置等により単結晶シリコンウェ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ェ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℃〜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ェハ内部にＳｉＯ_２層が形成された（ＳｉＯ_２層が埋め込まれた）ＳＩＭＯＸウェハが作製される。

またＳＩＭＯＸウェハの他、水素アニールウェハの製造工程の一工程に本発明を適用することも可能である。この場合、ウェハを本発明の熱処理装置を用いて、水素雰囲気で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）が作られるウェ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、このほか、エピタキシャルウェハの製造工程の一工程に本発明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、本発明を用いることにより、支持部に基板を支持する際に発生する支持部の一端の浮きを防止することができる。

本発明は、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、水素焼酸化（パイロジェニック酸化）、ＨＣｌ酸化などの熱酸化工程や、硼素（Ｂ）、りん（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製造工程の一工程の熱処理工程を行う場合において、支持部から基板を移載する際に発生する支持部の浮きを確実に防止することができる。

以上述べたように、本発明は、基板を移載する際に支持部が浮かないための形状を有する熱処理装置及び基板の製造方法に利用することができる。

本発明の実施形態に用いた熱処理装置を示す斜視図である。本発明の実施形態に用いた反応炉を示す断面図である。本発明の第１の実施形態に係る基板支持具の平面図および側面図である。従来の基板支持具の問題点を示す側面図である。本発明の第１の実施形態に係る基板支持具の構造とする根拠となる実験を示す平面図及び側面図である。本発明の第１の実施形態に係る基板支持具の構造とする根拠となる実験を示す概念図及びグラフである。本発明の第２の実施形態に係る基板支持具の平面図である。本発明の第３の実施形態に係る基板支持具の平面図である。

符号の説明

１０熱処理装置
１２筐体
３０基板支持具
３２ツィーザ
４０反応炉
５７支持本体部
５８支持部（支持プレート）
６５支柱
６７支持片
６８突起部
７０電子天秤
７２ザグリ
７４アーム部
７６支持台
７８貫通孔

Claims

基板を処理する反応炉と、
前記反応炉内で基板を支持する基板支持具と、
基板を前記基板支持具に対して移載する移載機と、
を有する熱処理装置であって、
前記基板支持具は、基板と接触する支持部と、この支持部を支持する支持片とを有し、前記支持片は前記支持部の少なくとも基板挿入方向後方側の２箇所を支持するよう構成され、前記２箇所の前記支持部と前記支持片との接触部分のうち最も基板挿入方向後方側に位置する点同士を結ぶ直線と前記支持部中心との間の距離Ｘ（ｍｍ）と、前記支持部の重さｙ（ｇ）とが、
ｙ≧Ａ・Ｘ^−Ｂ、
１５０００≦Ａ≦８００００、
１≦Ｂ≦２、
を満たすことを特徴とする熱処理装置。
基板と接触する支持部と、この支持部を支持する支持片とを有し、前記支持片は前記支持部の少なくとも基板挿入方向後方側の２箇所を支持するように構成され、前記２箇所の前記支持部と前記支持片との接触部分のうち最も基板挿入方向後方側に位置する点同士を結ぶ直線と前記支持部中心との間の距離Ｘ（ｍｍ）と、前記支持部の重さｙ（ｇ）とが、
ｙ≧Ａ・Ｘ^−Ｂ、
１５０００≦Ａ≦８００００、
１≦Ｂ≦２、
を満たす基板支持具に対して、基板を移載する工程と、
基板を支持した前記基板支持具を反応炉内に搬入する工程と、
前記反応炉内で基板を処理する工程と、
処理後の基板を支持した前記基板支持具を前記反応炉より搬出する工程と、
処理後の基板を前記基板支持具より取り出す工程と、
を有することを特徴とする基板の製造方法。
基板と接触する支持部と、この支持部を支持する支持片とを有し、前記支持片は前記支持部の少なくとも基板挿入方向後方側の２箇所を支持するように構成され、前記２箇所の前記支持部と前記支持片との接触部分のうち最も基板挿入方向後方側に位置する点同士を結ぶ直線と前記支持部中心との間の距離Ｘ（ｍｍ）と、前記支持部の重さｙ（ｇ）とが、
ｙ≧Ａ・Ｘ ^−Ｂ、
１５０００≦Ａ≦８００００、
１≦Ｂ≦２、
を満たす基板支持具に対して、基板を移載する工程と、
基板を支持した前記基板支持具を反応炉内に搬入する工程と、
前記反応炉内で基板を処理する工程と、
処理後の基板を支持した前記基板支持具を前記反応炉より搬出する工程と、
処理後の基板を前記基板支持具より取り出す工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
反応炉内で基板を支持する基板支持具であって、
前記基板支持具は、基板と接触する支持部と、この支持部を支持する支持片とを有し、
前記支持片は前記支持部の少なくとも基板を前記基板支持具に対して移載する際の基板挿入方向後方側の２箇所を支持するよう構成され、前記２箇所の前記支持部と前記支持片との接触部分のうち最も基板挿入方向後方側に位置する点同士を結ぶ直線と前記支持部中心との間の距離Ｘ（ｍｍ）と、前記支持部の重さｙ（ｇ）とが、
ｙ≧Ａ・Ｘ ^−Ｂ、
１５０００≦Ａ≦８００００、
１≦Ｂ≦２、
を満たすことを特徴とする基板支持具。