JPH09321126A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ４つの支持部において基板を支持する基板処
理装置を提供する。 【解決手段】 加熱をともなう処理を行う基板処理装置
において、基板９を支持する支持手段２を、３つの支持
ブロック２０ａ，２０ｂ，２０ｃより構成し、１つの支
持ブロック２０ａに揺動部材２２を設ける。揺動部材２
２には基板９を接触支持する２つの支持部２１を設け、
また、揺動部材２２は基板９にほぼ平行な軸Ｊを中心に
揺動可能とする。他の支持ブロック２０ｂ、２０ｃには
それぞれ１つの支持部２１を設ける。これにより、支持
手段２に基板９が載置されると揺動部材２２の２つの支
持部２１が基板９の表面に確実に接触するように揺動部
材２２が揺動し、４つの支持部２１が均等に荷重を受け
ることができる。その結果、３つの支持部により基板を
支持する場合に比べ、局所的な内部応力を低減すること
ができ、スリップラインなどの結晶欠陥の発生を防ぐこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、アニール処理や
ＣＶＤ処理などのように半導体基板に加熱をともなう処
理を施す基板処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程における半導体基板（以
下、「基板」という。）のアニール処理やＣＶＤ処理な
どのように基板に加熱をともなう処理を施す工程では、
基板表面全体における温度分布のばらつきを抑えること
が重要な管理要素となっている。なぜならば、基板表面
の温度分布のばらつきにより、基板表面の処理状態が不
均一となったり、熱応力による結晶欠陥が生じてしま
い、その結果、品質のばらつきや歩留まりの低下を招く
こととなるからである。特に、近年重要視されている枚
葉式のＲＴＰ（Rapid Thermal Processing）装置では、
急峻な温度変化による温度分布のばらつきの防止が重要
な課題となっている。

【０００３】基板表面の温度分布のばらつきを抑えるた
めに、加熱をともなう処理が施される間の基板の支持方
法として、図６に示すような支持手段１０２が用いられ
る。この支持手段１０２は、３つの爪状の支持部１２１
が設けられ、この上に基板１０９を載置して用いられ
る。このような形状の支持手段１０２が用いられる理由
は、基板１０９は加熱をともなう処理が施されている
間、３つの支持部１２１とのみ接触するだけであること
から他の物体への熱の出入りを招く接触面積を最小限に
抑えることができ、その結果、基板１０９の表面の局所
的な温度分布のばらつきを最小限に抑えることができる
からである。また、３つの支持部１２１により基板１０
９が支持されるのは、基板１０９を３つの接触部位によ
り決定される平面上に安定して支持を行うためである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、加熱を
ともなう処理を基板に施す際には、基板と支持手段との
接触面積を最小限に抑えることが要求される。しかし、
近年の基板の大口径化による基板の自重の増加により、
基板が支持手段と接触する部位に生じる応力が問題とな
ってきている。すなわち、熱処理の際に基板の温度が高
くなることにより、基板の許容応力が低下し、その状態
での基板の自重の増加により、図６の例に示す基板１０
９と支持手段１０２との接触部位近傍ＲＳにおいてスリ
ップラインなどの結晶欠陥が生じてしまうことが問題と
なっている。

【０００５】また、この結晶欠陥の発生を防止するため
に単純に支持手段１０２において支持部１２１を４以上
設け、基板１０９を４箇所以上で支持する構成として
も、４つの支持部１２１を同一平面に配置することは困
難であり、均等に基板１０９の荷重を支持できない。し
たがって、基板１０９の内部応力の分布が偏り、課題解
決とはならない。

【０００６】そこで、この発明は、上記課題に鑑みなさ
れたものであり、基板の４箇所以上での安定した均等な
支持を実現することにより、各接触部位に生じる基板の
内部応力を低減し、その結果、基板の大口径化による結
晶欠陥の発生を防止することができる基板処理装置を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、半導
体基板に加熱をともなう処理を施す基板処理装置におい
て、Ｎ個（Ｎ＝４，５，６）の支持点で前記基板を支持
するとともに、前記Ｎ個の支持点のうち、ΔＮ組（ΔＮ
＝Ｎ−３）の支持点ペアのそれぞれを揺動アーム上に配
置する。

【０００８】請求項２の発明は、支持手段により支持さ
れる半導体基板に加熱をともなう処理を施す基板処理装
置において、前記支持手段が３つの支持ブロックから構
成され、前記３つの支持ブロックのうちの少なくとも１
つの支持ブロックが、前記半導体基板の自重により揺動
する揺動部材を有し、前記揺動部材が、前記揺動部材の
揺動により前記半導体基板を接触支持する２つの支持部
を有する。

【０００９】請求項３の発明は、請求項２記載の基板処
理装置であって、前記３つの支持ブロックのうち１また
は２の支持ブロックが前記揺動部材を有し、他の支持ブ
ロックが、前記半導体基板を接触支持する１つの支持部
を有する。

【００１０】請求項４の発明は、請求項２または３記載
の基板処理装置であって、前記揺動部材が、前記半導体
基板を含む面にほぼ平行であって前記２つの支持部の間
を通る軸を中心に揺動可能である。

【００１１】請求項５の発明は、請求項２ないし４のい
ずれかに記載の基板処理装置であって、前記支持手段
が、前記３つの支持ブロックのうちの少なくとも２つの
支持ブロックの位置を上下方向に調整する位置調整手段
を有する。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１はこの発明に係る一の実施の
形態である基板処理装置１を示す図である。装置１はラ
ンプ１５からの光Ｌを用いて基板９に対してアニール処
理を行う装置であり、外郭を構成する本体１１および蓋
１２、本体１１とともに基板９の処理空間であるチャン
バを構成する石英窓１３、チャンバ内をさらに隔離する
ライナー１４、蓋１２に設けられた熱源であるランプ１
５、および、基板９を支持する支持手段２から構成され
る。本体１１には矢印ａに沿って基板９を搬入する搬入
口Ａ、および、処理ガスを矢印ｆに沿って供給・排出す
る開口部Ｆ１、Ｆ２が設けられており、本体１１内部の
下方には支持手段２を固定するベース１７が設けられて
いる。また、蓋１２内部には冷却水を循環させる流路１
６が形成されている。

【００１３】次に、この基板処理装置１の処理動作につ
いて説明する。

【００１４】まず、基板９は搬入口Ａから矢印ａに沿っ
て搬入された後、支持手段２の上に載置される。搬入口
Ａは図示されないシャッタにより塞がれた後、石英窓１
３を透過して照射されるランプ１５からの光Ｌにより加
熱処理される。このとき、開口部Ｆ１およびＦ２を介し
て所要の処理ガスの供給あるいはチャンバ内を真空にす
ることにより所望の雰囲気中で基板９の加熱処理が行わ
れる。加熱処理が完了すると、基板９は搬入口Ａからチ
ャンバ外へ搬出される。

【００１５】次に、この基板処理装置１内部において基
板９を支持する支持手段２の構成および利用態様につい
て説明する。

【００１６】図２はこの発明に係る基板処理装置１内部
に設けられる支持手段２の構成を示す図である。この支
持手段２は第１支持ブロック２０ａ、第２支持ブロック
２０ｂ、および、第３支持ブロック２０ｃから構成され
ている。第２および第３支持ブロック２０ｂ、２０ｃは
それぞれ同様の形状となっており、それぞれその上端
に、基板９の周縁に沿ってその内周が近接するように半
環状のリング片２５が取り付けられている。この第２お
よび第３支持ブロック２０ｂ、２０ｃとリング片２５と
の取り付けは、各第２および第３支持ブロック２０ｂ、
２０ｃの上端に形成された突起部２６と、前記リング片
２５に形成された貫通孔２７とを嵌合することにより行
われている。また、第１支持ブロック２０ａは２つの支
持部２１を有し、前記リング片２５とで環状を形成する
半環状の揺動部材２２、および、揺動部材２２がヒンジ
部Ｈにおいて取り付けられた支柱２３から構成されてい
る。なお、各支持ブロックは、リング片２５や揺動部材
２２、またそれらが有する支持部２１を含め、ＳｉＣ、
石英、カーボンなどの材料で形成される。

【００１７】揺動部材２２には図３に示すように切欠部
２２ｒと穴部２２ｈとが設けられており、また、支柱２
３には切欠部２３ｒと突起部２３ｐとが設けられ、切欠
部２２ｒと切欠部２３ｒとが、また穴部２２ｈと突起部
２３ｐとがそれぞれが係合するように揺動部材２２が支
柱２３に取り付けられている。これにより、揺動部材２
２は図２に示す基板９の面にほぼ平行な軸Ｊを中心に矢
印Ｓの方向に揺動可能となっている。

【００１８】この揺動機構により、基板９が支持手段２
に載置されると、基板９の自重により揺動部材２２が軸
Ｊを中心に揺動して２つの支持部２１が基板と確実に接
触するようになる。その結果、基板９は第１支持ブロッ
ク２０ａに設けられた２つの支持部２１と、第２および
第３支持ブロック２０ｂ、２０ｃの上端に取り付けられ
たリング片２５に設けられた２つの支持部２１との合計
４つの支持部２１に接して支持されることとなる。

【００１９】また、各支持ブロック２０ａ、２０ｂ、２
０ｃはベース１７に固定されており、第１および第２支
持ブロック２０ｂ、２０ｃは図４に示すように上下方向
に位置の位置調整手段が設けられている。すなわち、調
整ねじＡＰを回転させることにより支持ブロック２０ｂ
（２０ｃ）がガイドピンＧＰに沿って矢印Ｃの方向へ上
下するようになっている。この調整機構により、基板９
の支持状態を水平に調整することができる。

【００２０】支持手段２を以上の構成とすることによ
り、基板９の接触部位の面積を小さく維持して温度分布
のばらつきを抑えつつ、基板９を４つの支持部２１で概
ね均等に支持することが実現でき、３つの支持部により
支持する場合に比べ、基板９と各支持部２１と接触する
部位近傍ＲＳにおける応力を低減できる。また、位置調
整手段により基板９を水平に支持することができる。そ
の結果、基板が高温となり応力が低下する熱処理におい
ても、スリップラインなどの結晶欠陥の発生を防止する
ことができる。

【００２１】以上、この実施の形態における基板処理装
置について説明してきたが、この発明は上記実施の形態
に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態は
酸化、シリサイド化などのアニール装置に関するもので
あるが、この支持手段２の形態はＣＶＤ処理などの加熱
をともなう処理全般に有効である。

【００２２】また、上記実施の形態では、第１支持ブロ
ック２０ａのみが揺動部材２２を有しているが、揺動部
材２２を有する支持ブロックが２つであっても３つであ
ってもよい。図５は第２および第３支持ブロック２０
ｂ、２０ｃがともに揺動部材２２を有し、６つの支持部
２１において基板９が支持されている状態を示す図であ
る。これにより、基板９を支持する点数がさらに増え、
各接触部位間の距離がさらに小さくなり、基板９の自重
により発生する応力を低減することができ、スリップラ
インなどの結晶欠陥の発生をさらに有効に防止すること
ができる。

【００２３】また、上記実施の形態では、第１、第２、
および、第３支持ブロック２０ａ、２０ｂ、２０ｃは個
々分離独立した形態を有しているが、図５に示すように
リング２４などを用いて一体となっている支持手段２を
構成してもよい。

【００２４】さらに図５に示すようにリング２４に、内
側に張りだした鍔部２９を形成することで、基板を載置
していない状態でも、揺動部材２２がバランスを失って
一定以上傾くことのないようにしてもよい。

【００２５】また、上記実施の形態では、第２および第
３支持ブロック２０ｂ、２０ｃが上下調整可能となって
いるが、第１支持ブロック２０ａも上下調整可能として
ももちろんよい。

【００２６】また、上記実施の形態では、支持部２１は
爪状の形状であるが、この形状には限定されず、例え
ば、鉛直上方に向いた突起形状などであってもよい。こ
の場合、各支持ブロックは基板９の下方に設けてもよ
い。また、揺動部材２２自体も揺動可能であるならば、
ヒンジ機構に限定されない。

【００２７】また、上記実施の形態において１つの支持
部２１を接触式温度計に置き換えることにより、基板９
の支持と温度測定とを兼ねた支持部としてもよい。

【００２８】さらに、上記実施の形態は枚葉式の基板処
理装置であるが、バッチ式の処理装置であっても有効に
利用可能である。

【００２９】以上、この発明に係る具体的実施の形態お
よびその変形例について説明してきたが、以下にこの発
明の原理について上記実施の形態に則して説明する。

【００３０】一般に基板の主面は２次元的な平面形状を
有する。したがって、上下方向における基板支持にあた
っては、 ・基板の重心高さの規制に関する１自由度と、 ・基板の姿勢に関する２自由度との、 合計３自由度を規制することが必要かつ十分である。

【００３１】従来装置（図６）においてはこの必要十分
な規制自由度に対応して３点支持が行われてきたが、こ
の発明では支持点それぞれへの基板重量の負荷を軽減す
るため、既述したように４点またはそれ以上（図５では
６点）での支持を行っている。

【００３２】しかしながら、４点以上の支持点で基板を
支持しようとした場合には、規制すべき自由度の数と比
較して支持点の数が多いため、加工誤差や、加熱中のウ
エハの反りなどにより、そのままでは本来３点のみで規
定される基板の面からずれた高さに他の１つ以上の支持
点が位置してしまう場合がある。

【００３３】これに対する対策として、支持点の数のう
ち必要十分な「３」を越える部分について支持位置の自
由度を付加し、それによって必要十分な位置規制を達成
することができる。

【００３４】すなわち、支持点の総数をＮとしたとき、
必要十分な「３」からの過剰分：

【００３５】

【数１】

【００３６】に応じた数だけ、支持点の位置に自由度を
付加することによって、４以上の支持点で基板に接触し
つつも、必要十分な基板位置規制機能を有する支持機構
を実現する。

【００３７】このような付加自由度は、 特定の支持点についてその支持点単独の位置自由度を
与える、 支持点のペアごとに相対的位置関係の自由度を与え
る、 ３以上の支持点の相対的位置関係の自由度を与える、 の３つの選択肢がある。

【００３８】このうちの選択肢では、たとえば４点支
持の場合に、そのうちのひとつの支持点に高さ方向の弾
性を持たせることによって付加自由度を与えることがで
きる。ただし、基板に熱が加わるという条件において
は、熱による弾性定数の経年変化などが生じることもあ
る。

【００３９】次にの選択肢では、２つの支持点が揺動
するアームに配置されたものが考えられる。この発明の
上記の実施の形態ではこのの選択肢に対応したもので
ある。具体的に見ると、まず図２の例では全４支持点の
うちの２つの支持点（揺動部材２２の両側に設けられた
２つの支持部２１）の一方が上がれば他方がそれに応じ
て下がるような相補的上下機構（シーソー機構）とし、
これら２つの支持部２１のペアに対してひとつの揺動自
由度を与えている。

【００４０】この場合には、上記（Ａ）式において、Ｎ
＝４，ΔＮ＝１である場合に相当し、これによって上記
２つの支持部２１のペアによる支持位置に対して１つの
自由度が付加される。その結果、この２つの支持部２１
のペアは（基板との接触点としては２点を持ちつつも）
実質的に１つの支持点と同じ基板位置規制機能を有す
る。

【００４１】また、図５の例では支持部２１のペアごと
に揺動自由度を持たせることによって計３個の自由度を
付加し、それによって３点支持と等価な必要十分性を持
った基板支持機能を確保している。この場合には、上記
（Ａ）式において、Ｎ＝６，ΔＮ＝３となっている場合
に相当する。

【００４２】また、Ｎ＝５，ΔＮ＝２の場合は、図２の
第１支持ブロック２０ａと類似の支持ブロックを２つ
と、例えば基板を接触支持して基板の温度測定を行う接
触式温度センサを保持した支持ブロックを１つ設ければ
よい。

【００４３】ところで、（Ａ）式に従えば、上記数Ｎ，
ΔＮについてもっと大きな値の組合せも考えられる。た
とえば（Ｎ＝８，ΔＮ＝５）や（Ｎ＝１０，ΔＮ＝７）
などであってもよい。しかしながら、支持点の数Ｎが７
以上であると付加自由度の件数ΔＮも４以上となり、支
持点のペアについての相対位置自由度だけではこれを実
現できない。

【００４４】たとえば、Ｎ＝８，ΔＮ＝５の場合は、第
１〜第８の支持点のうち、第１組（第１と第２の支持
点）、第２組（第３と第４の支持点）、第３組（第５と
第６の支持点）、第４組（第７と第８の支持点）、とい
う４つのペアのそれぞれに揺動自由度を与えても、それ
だけではΔＮ＝５には足りず、３つ以上の支持点の相対
関係に自由度を与えるなどの高次の条件を与える必要が
ある。

【００４５】より一般的に解析すれば、支持点の総数Ｎ
に対して、支持点のペアの数は最大でも［Ｎ／２］であ
るため（［ ］は引数の値を超えない最大の整数）、

【００４６】

【数２】

【００４７】でなければ、支持点のペアについての揺動
だけで所要数の付加自由度を与えることができない。

【００４８】この式（Ｂ）を書き換えると、 Ｎ＝偶数のとき：

【００４９】

【数３】

【００５０】Ｎ＝奇数のとき：

【００５１】

【数４】

【００５２】であり、これらに（Ａ）式を代入すれば、 Ｎ＝偶数のとき：

【００５３】

【数５】

【００５４】つまり、

【００５５】

【数６】

【００５６】Ｎ＝奇数のとき：

【００５７】

【数７】

【００５８】つまり、

【００５９】

【数８】

【００６０】となり、これらを総合すると、

【００６１】

【数９】

【００６２】という条件が理論的に導出される。

【００６３】これによって、支持点のペアごとの揺動自
由度だけで所要数の相互条件を得ることができるＮの最
大数は「６」であることがわかる。

【００６４】したがって、上記の選択肢は、Ｎ＝４，
５，６の場合のみ実現可能であることがわかる。

【００６５】一方、上記の選択肢の場合には種々の態
様が考えられ、Ｎの値にも上限はない。このような３以
上の支持点の相対位置関係に自由度を与える機構を実現
するいことはは可能であるが、それら３つ以上の支持点
が同一平面上にあるようにしなければならないなどの余
分の条件を考慮しなければならない。このため、構造は
かなり複雑になってコストアップや装置のメンテナンス
性の低下などの問題が生じる。

【００６６】これに対して上記のようにＮ＝４，５，
６の場合には２つの支持点のペアごとの揺動自由度だけ
で必要十分な基板支持機能を実現可能であり、この意味
においてＮ＝４，５，６の条件は格別の技術的意義を有
するものである。

【００６７】以上、この発明の原理について説明してき
たが、図２および図５に示される支持手段２はこの原理
に基づいて構成されたものであり、その結果、４以上
（６以下）の支持部２１による基板９の支持が実現され
ている。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明では、支持点のペアを揺動アーム上に配置することに
より、半導体基板を４以上６以下の支持点において安定
して支持することができ、３つの支持点により支持する
場合に比べて支持点数が増えることにより支持点間の距
離が小さくなり、半導体基板と支持点との接触により生
じる応力が低減され、スリップラインなどの結晶欠陥の
発生を防止することができる。

【００６９】また、請求項２および３記載の発明では、
支持ブロックに揺動部材を設けることにより、揺動部材
上の支持部の位置が基板の表面に沿って調整されるの
で、４以上６以下の支持部により安定して支持されるこ
ととなる。その結果、請求項１記載の発明の効果と同
様、基板に生じる応力が低減され、スリップラインなど
の結晶欠陥の発生を防止することができる。

【００７０】また、請求項４記載の発明では、揺動部材
が基板にほぼ平行な軸を中心に揺動可能とされているた
め、４つ以上の支持部が基板表面に確実に接することが
でき、基板に生じる応力を低減されてスリップラインな
どの結晶欠陥の発生を防止することができる。

【００７１】さらに、請求項５記載の発明では、少なく
とも２つの支持ブロックにおいて上下の位置の調整が可
能とされているので、半導体基板を水平に支持すること
ができる。これにより、各支持部にかかる基板の荷重を
さらに均等にすることができ、一層安定した処理を行う
ことができるとともに効果的に結晶欠陥の発生を防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】基板処理装置の断面図である。

【図２】支持手段の斜視図である。

【図３】揺動部材の取り付けを説明する図である。

【図４】位置調整手段を示す断面図である。

【図５】支持手段の斜視図である。

【図６】従来の支持手段の斜視図である。

【符号の説明】

１ 基板処理装置 ２ 支持手段 ９ 基板 ２０ａ 第１支持ブロック ２０ｂ 第２支持ブロック ２０ｃ 第３支持ブロック ２１ 支持部 ２２ 揺動部材 ＡＰ 調整ねじ Ｊ 軸

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板に加熱をともなう処理を施す
   基板処理装置において、 Ｎ個（Ｎ＝４，５，６）の支持点で前記基板を支持する
   とともに、 前記Ｎ個の支持点のうち、ΔＮ組（ΔＮ＝Ｎ−３）の支
   持点ペアのそれぞれが揺動アーム上に配置してあること
   を特徴とする基板処理装置。
2. 【請求項２】 支持手段により支持される半導体基板に
   加熱をともなう処理を施す基板処理装置において、 前記支持手段が３つの支持ブロックから構成され、 前記３つの支持ブロックのうちの少なくとも１つの支持
   ブロックが、 前記半導体基板の自重により揺動する揺動部材、を有
   し、 前記揺動部材が、 前記揺動部材の揺動により前記半導体基板を接触支持す
   る２つの支持部、を有することを特徴とする基板処理装
   置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の基板処理装置であって、 前記３つの支持ブロックのうち１または２の支持ブロッ
   クが前記揺動部材を有し、 他の支持ブロックが、 前記半導体基板を接触支持する１つの支持部、を有する
   ことを特徴とする基板処理装置。
4. 【請求項４】 請求項２または３記載の基板処理装置で
   あって、 前記揺動部材が、前記半導体基板を含む面にほぼ平行で
   あって前記２つの支持部の間を通る軸を中心に揺動可能
   であることを特徴とする基板処理装置。
5. 【請求項５】 請求項２ないし４のいずれかに記載の基
   板処理装置であって、 前記支持手段が、 前記３つの支持ブロックのうちの少なくとも２つの支持
   ブロックの位置を上下方向に調整する位置調整手段、を
   有することを特徴とする基板処理装置。