JPWO2004001835A1 - 熱処理装置、基板の製造方法及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、熱処理中に発生するシリコンウェハ又は石英基板の傷発生を少なくし、シリコンウェハのスリップラインの発生を抑制し、シリコンウェハの反りを抑制し、もって高品質な基板又は半導体デバイスを製造することを課題としている。本発明において、基板支持体３０は、複数の支柱３８から構成された本体部５６を有する。この本体部５６に形成された載置部６０には、基板６８と接触する支持部５８が設けられている。この支持部５８は、表面が基板６８へ突出する曲面となっており、且つ内部に空間を有するように薄膜から形成されている。基板６８を支持する際には弾性変形し、基板６８を面でもって支持すると共に、基板６８の変形に対応して弾性変形する。

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、及び基板を熱処理する工程を有する半導体デバイスの製造方法に関する。

例えば縦型熱処理炉を用いて、複数のシリコンウェハ又は石英基板（以下、両者を含む場合は、単に基板という。）を熱処理する場合、炭化珪素製又は石英製等の基板支持体（ボート）が用いられている。この基板支持体には、支持部が設けられ、この支持部に基板が支持されるようになっている。
この場合、１０００°Ｃ程度以上で熱処理すると、支持部付近で、基板に傷が発生するという問題があった。更に、シリコンウェハでは、スリップラインが発生し、シリコンウェハが反ってしまうという問題があった。このように傷あるいはスリップラインが発生すると、基板裏面の平坦度が劣化する。これらのため、ＬＳＩ製造工程あるいはＬＣＤ製造工程における重要な工程の一つであるリソグラフィ工程で、マスク合わせずれ（焦点ずれ又は変形によるマスク合わせずれ）が生じ、所望パターンを有するＬＳＩ又はＬＣＤの製造が困難であるという問題が発生していた。

従来の問題の原因は次の通りと考えられる。
６００°Ｃ〜７００°Ｃに加熱した反応炉内へ、室温のシリコンウェハが複数枚配置された基板支持体を挿入すると、基板支持体に支持されたシリコンウェハには、それぞれシリコンウェハ内の周辺部と中心部とで温度差が生じる（例えば特開平５−６８９４号公報参照）。このためシリコンウェハが弾性変形する。この変形過程で、シリコンウェハは硬度が大きい炭化珪素製の基板支持体、あるいは同一程度の硬度を有する石英又はシリコン製の基板支持体の支持部で衝突し、傷が発生する。単結晶シリコンウェハの傷発生部においては、転位生成のための降伏応力が著しく低下する（結晶工学と評価技術第１４５委員会第６８研究会（角野、ｐ４）参照）。このため、その後の昇温過程あるいは高温の熱処理中に、この傷から転位が発生し、更にスリップラインが成長し、最終的にはシリコンウェハは反ってしまう。また、昇温過程においても傷は発生し、その後の熱処理により、同様の過程でシリコンウェハが反る原因になる。図１９は、シリコンウェハ１に発生した傷２及びスリップライン３の一例を示す。なお、４はノッチを示す。
一方、このスリップライン低減法として、表面を研磨した基板支持体（基板と同程度の大きさのホルダ）で支持する方法が考えられるが、この場合には、支持面全体に渡ってその表面仕上げ度を制御する必要があること、及び接触面積が大きくなるために基板支持体から基板への金属汚染混入量が増大する等の技術的問題がある。
また、同様に、６００°Ｃ〜７００°Ｃに加熱した反応炉内へ、石英基板が複数枚配置された基板支持体を挿入すると、基板支持体に支持された石英基板には、それぞれ石英基板内の周辺部と中心部とで温度差が生じ、このため石英基板が弾性変形する。このとき、石英基板は硬度が大きい炭化珪素製の基板支持体、あるいは同一程度の硬度を有する石英又はシリコン製の基板支持体の支持部で衝突し、傷が発生する。図２０は、石英基板５に発生した傷６の一例を示す。
本発明は、前述した従来の問題点を解消し、熱処理中に発生する基板の傷又は反りの発生を少なくし、高品質な基板又は半導体デバイスを製造することができる熱処理装置及び基板又は半導体デバイスの製造方法を提供することを目的としている。
上記課題を解決するため、本発明者らは、従来の熱処理装置により発生する傷について観察した。その結果、傷は、基板に限って発生し、炭化珪素製の基板支持体の支持部には、殆ど発生していないことを見出した。更に前記傷を光学顕微鏡観察で詳細に観察したところ、点状の傷（面積が小さく、通常、数μｍ×数μｍ以下のサイズ）であることが確認された。このことから、基板に対する支持部の実効接触面積が小さく、このため支持部で基板の微小接触領域に比較的大きな単位面積あたりの力（自重による静荷重集中）が加わること、熱処理時に基板が弾性変形運動する過程で、その力は更に大きくなる（動荷重集中）と推定される。更に、基板支持体の硬度が比較的大きい（炭化珪素の硬度：約２５００ｋｇｆ／ｍｍ２、シリコンの硬度：１０００〜１０５０ｋｇｆ／ｍｍ２、石英の硬度：９５０〜１０００ｋｇｆ／ｍｍ２）ために、基板支持体に接触する基板の接触領域に傷が発生すると判断した。
本発明は、上述した観察結果から生み出されたものであり、本発明の第１の特徴とするところは、少なくとも１枚の基板を基板支持体に支持した状態で熱処理する熱処理装置において、前記基板支持体は、本体部と、基板と接触する支持部を有し、この支持部が中空部を有する弾性体から構成された熱処理装置にある。前記中空部内は外部に対して気密でないことが好ましい。前記支持部は、薄膜で構成することが好ましい。この薄膜の厚さは、２０μｍ以上５００μｍ以下とすることが好ましい。また、前記支持部は、前記基板を支持した際に前記基板と面接触するように構成することが好ましい。このように、基板と面接触させるためには、支持部を、薄膜を基板側へ曲面をもって突出させた形状（例えば半球状、半楕円球状、トンネル状等。以下、ドーム構造と称す。）とし、基板を支持した際には基板の自重により薄膜の弾性をもって先端部分のみが平面状となるようにすることが好ましい。中空部は、球状、半球状、半楕円状、トンネル状等、内部に空間が形成されるものであれば形状を問わない。したがって、基板を支持する実効接触面積を大きくし、微視的にも広い面積で接するように（荷重分散）し、且つ基板の裏面形状並びに熱処理中の弾性変形に対応してその表面が変形する構造とすることができ、基板の傷発生を防止することができる。
支持部を構成する構成物は、炭化珪素、シリコン、窒化珪素、石英若しくはガラス状炭素又はこれらの複合物から選択することが好ましい。これらの材料は、シリコンＬＳＩ又はＬＣＤの製造工程で、汚染物質として影響を与えにくいためである。
前記支持部は基板支持体に対して取り外し可能であることが好ましい。この場合、前記本体部と前記支持部との少なくとも一方の接触部分には前記支持部の本体部に対する移動を容易にする手段を設けることが好ましい。この手段は、例えば前記本体部と前記支持部との少なくとも一方の接触部分を研磨することにより構成される。
このように構成された熱処理装置においては、熱処理は例えば１０００°Ｃ以上、さらには１３５０°Ｃ以上の温度で行われる。
本発明の第２の特徴とするところは、少なくとも１枚の基板を基板支持体に支持した状態で熱処理する熱処理装置において、前記基板支持体は、本体部と、この本体部に対して移動自在である可動体と、この可動体に設けられ、前記基板と接触する支持部とを有し、この支持部が、中空部を有する弾性体から構成された熱処理装置にある。前述した支持部を基板支持体に対して直接移動自在とすることができるが、このように可動体を設けることによりスムーズに基板の熱処理中の弾性変形に対応することができる。可動体は、基板支持体に対して摺動自在であってもよいし、回転自在であってもよいし、さらに摺動、回転共に自在であってもよい。
なお、支持部を板材、線材等の単なる弾性体とした場合、基板の熱膨張、収縮による横方向（水平方向）の動きに対応できず、基板に傷を発生させるおそれがあるが、本発明の場合、支持部を中空弾性体とし、さらに、回転及び摺動自在としているので、基板の熱膨張、収縮による基板の横方向の動きを吸収することができる。
本発明は、上記の熱処理装置を用いて基板を製造する方法を含み、本発明の第３の特徴とするところは、少なくとも１枚の基板を処理室に搬入する工程と、中空部を有する弾性体から構成された支持部により基板を支持する工程と、基板を前記支持部に支持した状態で熱処理する工程と、基板を処理室内から搬出する工程と、を有する基板の製造方法にある。
本発明は、上記の熱処理装置を用いて半導体デバイスを製造する方法を含み、本発明の第４の特徴とするところは、少なくとも１枚の基板を処理室に搬入する工程と、中空部を有する弾性体から構成された支持部により基板を支持する工程と、基板を前記支持部に支持した状態で熱処理する工程と、基板を処理室内から搬出する工程と、を有する半導体デバイスの製造方法にある。

図１は、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。
図２は、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。
図３は、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の第一例を示す断面図である。
図４は、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の第一例を示し、図３のＡ−Ａ線断面図である。
図５は、本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた支持部の作用原理を模式的に示し、厚さｄ１の炭化珪素板をＡだけ曲げた場合の変形量例を示す模式図である。
図６は、本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた支持部の作用原理を模式的に示し、厚さｄ２の炭化珪素板をＡだけ曲げた場合の変形量例を示す模式図である。
図７は、本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた支持部（曲率半径５０ｍｍ）に荷重４１ｇｗを加えた場合の膜厚と接触円半径及び薄膜に印加される応力値との関係を示すグラフである。
図８は、本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた支持部（曲率半径３０ｍｍ）に荷重４１ｇｗを加えた場合の膜厚と接触円半径及び薄膜に印加される応力値との関係を示すグラフである。
図９は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の第一例における基板の変形に対する支持部の変形状態を示す断面図である。
図１０は、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の第二例を示す断面図である。
図１１は、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の第二例を示し、図１０のＢ−Ｂ線断面図である。
図１２は、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の第二例における支持部を示す平面図である。
図１３は、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の第二例における支持部を示し、図１２のＣ−Ｃ線断面図である。
図１４は、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の第三例を示す断面図である。
図１５は、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の第三例を示し、図１４のＤ−Ｄ線断面図である。
図１６は、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における支持部の第四例を示す斜視図である。
図１７は、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における支持部の第四例を示し、図１６のＥ−Ｅ線断面図である。
図１８は、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の第五例を示す断面図である。
図１９は、従来の熱処理装置により熱処理を行った結果のシリコンウェハを示す裏面図である。
図２０は、従来の熱処理装置により熱処理を行った結果の石英基板を示す裏面図である。

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。この筐体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。基板支持体３０は、上部板３４及び下部板３６を有し、この上部板３４と下部板３６との間を例えば３本の支柱３８により接続されて構成されており、この支柱３８に例えば７５枚の基板が支持され、後述する反応炉４０に投入されるようになっている。
なお、支柱３８は、３本に限らず、基板を支持できれば何本であってもよい。
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。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炉４０内に複数枚の基板を装填した基板支持体３０を挿入し、シールキャップ４４により反応管４２内を密閉する。次に、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。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プログラムに従って基板の昇温を実施する。
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が冷えるまで、基板支持体３０所定位置で待機させる。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、予め設定された降温プログラムに従って基板の降温を実施する。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について詳述する。
図３及び図４において、基板支持体３０に関する第一例が示されている。基板支持体３０は、前述したように、例えば３本の支柱３８と、載置部６０とからなる本体部５６を有する。本体部５６を構成する構成物は、炭化珪素、シリコン又は石英である。この本体部５６には、載置部６０が本体部５６の長手方向内側に連続して形成されている。載置部６０は溝から構成され、奥壁６２、上壁６４及び下壁６６を有し、この載置部６０に基板６８が挿入自在に配置されるようになっている。
ただし、載置部６０の断面形状は、４角形に限られるものではなく、他の多角形や円あるいは楕円の一部であってもよい。
支持部５８は、中空部を有するように、即ち内部に空間を有するように載置部６０の下壁６６に載置されている。この実施形態においては、支持部５８は、薄膜のドーム構造からなり、例えば５０μｍの厚さを有する炭化珪素製の薄膜から構成され、上方に突出したドーム状（例えば半球状）に形成されている。基板６８は、例えば直径３００ｍｍのシリコンウェハからなり、この基板６８の裏面の周縁近傍部分が支持部５８に接触して基板６８が基板支持体３０に支持される。なお、支持部５８は基板６８の重量で基板６８の形状に対応して弾性変形し、基板６８を比較的広い面積で支持する。熱処理中においても、基板６８が載置された支持部５８は弾性変形するので、基板６８の種々の変形に対して、ある面積で基板６８と接触、支持することができるようになっている。支持部５８は、この実施形態においては、載置部６０の面内に限って形成されているが、これに限定されるものではなく、載置部６０の面内を越えて形成することもできる。
ただし、支持部５８は載置部６０上に載置されてあるだけであり、その内部、即ち、中空部内は外部に対して気密に保持されるわけではなく、外部と連通している。中空部内を外部に対して気密に保持した場合、熱処理時に中空部内の気体が膨張して支持部５８が変形したりあるいは破損に至るため、中空部内を気密にしてはいけない。
このように薄膜ドーム構造の支持部５８は次のようにして形成される。
まず例えばカーボンを半球状に加工してカーボン製の型を形成する。次にこのカーボン製の型に対してＣＶＤコートを行い、型の表面にコーティング膜を形成する。コーティング膜の構成物としては、炭化珪素、シリコン、窒化珪素、石英若しくはガラス状炭素又はそれらの混合物とするのがよい。その後、形成したコーティング膜から型を抜いたり、又は型を焼くことにより、薄膜ドーム構造の支持部５８が作製されるものである。
また、支持部５８を構成する薄膜は、厚さが２０μｍ以上、５００μｍ以下とすることが好ましい。薄膜の厚さを２０μｍより薄くすると支持部５８の強度を保つことが難しくなり、破損するおそれがあり、５００μｍより厚くすると弾性を得ることができないためである。
次に上記実施形態における支持部５８の作用原理について説明する。
一般に固体部材を薄くすると、比較的小さな力でその部材のマクロな弾性変形量を増大させることができる。上記実施形態は、この性質を利用したものであり、上記実施形態におけるドーム構造（半球状）の薄膜においても、変形量を大きくでき、硬度が比較的大きい炭化珪素膜が、例えば、シリコンウェハ（自重が約１２２ｇｗ）の力で弾力性のある形状変化が可能となる理由である。
以下、簡単にその機構を説明する。図５及び図６は、厚みに限って異なる２つの例えば炭化珪素板（それぞれの厚さｄ１及び２ｄ１）を同じ大きさＡだけ曲げた場合の炭化珪素内での変形量例を模式的に示したものである。長さＬの板は、それぞれの板の外表面及び内表面で、Ｌ＋△Ｌ及びＬ−△Ｌ、Ｌ＋２△Ｌ及びＬ−２△Ｌの最大伸び又は最大縮み（歪）が発生する。図６において、最大歪率２△Ｌ／Ｌが炭化珪素材料の持つ固有の弾性変形歪率の限界値を超えると、炭化珪素膜は塑性変形し、力Ｆ２を取り除いそも、炭化珪素膜は元の形状に戻らなくなる（破断に至ることもある）。一方、厚さｄ１の炭化珪素膜（図５）では、厚さ２ｄ１の炭化珪素膜（図６）と同じＡだけ曲げた場合でも、最大歪率が△Ｌ／Ｌと小さく、この値が弾性変形の範囲内であれば、力Ｆ１（約Ｆ２の１／８）を取り除けば、元の形に戻る。図５の場合には、更に力を加えて変形量をＡより増大しても、弾性変形の範囲内となることも可能である。
したがって、上記実施形態で用いたドーム構造（半球状）の炭化珪素薄膜の厚さを薄くすれば、支持部５８のマクロな変形量を比較的大きくしても該薄膜の弾性変形の範囲内とすることが可能となる。このため、比較的小さな力で、支持接触面は該ウェーハ又は該基板の形状に対応して変形し、且つその変形が弾性変形の範囲内で可能となり、基板６８と接触する支持部５８が実際に接触する部分を比較的広い面とすることができるのである。
この支持部５８の膜厚は炭化珪素のヤング率及びポアソン比、その支持部５８に加わる荷重、支持部５８の形状、接触面の面積をいくつに設計するか等で決められる。例えば、支持部５８を半球状とし、その曲率半径を５０ｍｍとし、１つの支持部５８に加わる荷重が４１ｇｗ（直径３００ｍｍ、重量１２２ｇｗのシリコンウェハを支持する場合には、３つの支持部５８（３ヶ所）で支えることに相当）で、接触領域の半径を０．５ｍｍ以上としたい場合には、シミュレーション結果（図７）から、膜厚は１００μｍ〜５０μｍ（５０μｍより薄くなると、炭化珪素膜の曲げ強度の１／１０を超える）と決定される。したがって、この場合では、支持部５８の膜厚を例えば７０μｍとすれば、所望の荷重分散を満足する支持法が可能となる。但し、炭化珪素膜のヤング率、ポアソン比、曲げ強度をそれぞれ４．９Ｅ１１Ｐａ、０．２４、６．０Ｅ８Ｐａと仮定し、膜に印加される許容応力値が曲げ強度の１／１０以下であることとした場合である。また、支持部５８でその曲率半径を３０ｍｍ、膜厚を１００μｍとした場合には、図８に示す結果より、接触領域の半径を約０．３ｍｍと設計することができる。支持部５８の形状、使用する炭化珪素膜質の異なる（上記物性定数が異なる）場合、或いは、膜に印加される許容応力値が曲げ強度の１／１０としない場合には、適用可能な膜厚範囲は異なることは明らかである。また、シリコン薄膜、窒化珪素薄膜、石英薄膜或いはガラス状炭素薄膜を支持部５８として使用した場合或いはこれらの複合物で支持する部品を構成した場合にも同様に弾性変形を利用した荷重分散が可能である。この場合、上述した物性定数が各膜種により異なるため、適用可能な膜厚範囲は異なるものの、前述したと同様な手順で適用可能な範囲を求めることができる。
図９において、ドーム構造の内で上述した半球状の支持部５８の変形状態が示されている。基板６８が載置される前にあっては、図９（ａ）に示すように、支持部５８は半球状で、載置部６０から突出している。即ち、支持部５８は、基板６８を支持していないときは曲面である弾性体から構成されている。基板６８が載置された場合には、図９（ｂ）に示すように、基板６８の自重により、支持部５８が基板形状に対応して弾性変形する。熱処理中において、例えば基板６８の周縁が上側に反った場合には、図９（ｃ）に示すように、支持部５８の頂上部分が基板６８の裏面角度に合うように内側へ傾く。一方、例えば基板６８の周縁が下側に反った場合には、図９（ｄ）に示すように、支持部５８の頂上部分が基板６８の裏面角度に合うように外側へ傾く。このように、支持部５８の弾性変形により基板６８の変形を吸収することができるものである。なお、支持部５８は半球状に限られるものではなく、ドーム構造であればよい。
図１０及び図１１において、基板支持体３０に関する第二例が示されている。この第二例においては、本体部５６は、前述した支柱３８の載置部６０に載置されたホルダ７０を有する。このホルダ７０は、基板６８よりやや小さい径を有する円板状のもので、炭化珪素、シリコン又は石英からなる。このホルダ７０には、挿入溝７２が形成されており、基板６８を基板支持体３０に移載する際、この挿入溝７２に前述した基板移載機のアーム先端に設けられるツィーザが挿入されるようになっている。
支持部５８は、ホルダ７０の上面に配置され、挿入溝７２の部分を除いた円弧からなるトンネル状に形成されている。即ち、支持部５８は、図１２及び図１３に示すように、薄膜から断面半円形に形成され、この支持部５８に基板６８が載置されると、支持部５８は基板６８の自重で基板形状に従って弾性変形して基板６８と面接触し、且つ基板６８の変形に対応して変形できるようにしてある。
なお、第一例と同一部分については、図面に同一番号を付して説明を省略する。
図１４及び図１５において、基板支持体３０に関する第三例が示されている。この第三例においては、支柱３８は４本あり、これら４本の支柱３８を接続するように、載置部６０が形成されている。この載置部６０は、下壁６６が馬蹄形に形成され、この下壁６６に例えば５つの半球状の支持部５８が所定間隔を隔てて形成されている。支持部５８は、この第三例では５つであるが、これに限定されるものではなく、３つ以上であれば安定して基板６８を支持することができる。この第三例においても、支持部５８は、薄膜から構成され、基板６８の自重で基板形状に従って弾性変形して基板６８と面接触し、且つ基板６８の変形に対応して変形するものである。なお、支持部５８は、前述した通り、半球状に限られるものではなく、ドーム構造あるいは図１６及び図１７に示す第四例のように、両側が球面で、中央部分が断面半円形としたトンネル状とすることもできる。
なお、第一例又は第二例と同一部分については、図面に同一番号を付して説明を省略する。
上述した例において、支持部５８は、本体部５６（載置部６０）と一体に形成してもよいし、本体部５６と別体として構成することもできる。支持部５８を本体部５６と一体に形成した場合は、基板支持体３０を安価に製造できる可能性がある。支持部５８を本体部５６と別体に形成した場合は、支持部５８を本体部５６から取り外し、且つ本体部５６に取り付けることができ、支持部５８の交換を容易に行うことができるし、本体部５６の構成は従来と同様でよいために、従来の基板支持体３０をそのまま用いることができる。さらに、支持部５８を本体部５６と別体に形成した場合には、基板６８の熱膨張差（膨張及び収縮差）を吸収するために支持部５８を本体部５６に対して移動させる構造とすることができる。
具体的には、本体部５６に対する支持部５８の滑りを容易にさせればよく、その滑りを容易にするには、次の方法がある。（１）本体部５６の支持部５８が載置される部分の表面を例えば研磨することによって滑らかにする。（２）本体部５６の表面凹凸が大きい場合には、本体部５６と支持部５８との間に表面を研磨した層又は板状部材を設ける（この層又は板状部材は炭化珪素、シリコン、窒化珪素、石英若しくはガラス状炭素又はそれらの複合物で構成される）。
図１８において、基板支持体３０に関する第五例が示されている。この第五例は、本体部５６（載置部６０）と支持部５８との間に可動体７４を設けたものである。可動体７４は、炭化珪素、シリコン、窒化珪素、石英若しくはガラス状炭素又はそれらの複合物で、例えば逆半球状に形成され、本体部５６に対して移動自在、即ち、回転及び摺動自在であるよう本体部５６上に載置されている。支持部５８は、例えば第一例と同様に、内部に空間が形成されたドーム構造（半球状）のもので、この支持部５８に基板６８が接触するように載置される。例えば基板６８が収縮した場合、図１８（ｂ）に示すように、可動体７４が回転し、あるいは図１８（ｃ）に示すように、可動体７４が摺動して、基板６８の収縮を吸収し、基板６８に傷等が発生するのをより確実に防止することができる。この可動体７４の滑りをよくするために、前述した（１）、（２）の対策を本体部５６と可動体７４とのいずれか一方又は双方に施すこともできる。支持部５８と可動体７４とは、一体部品であっても組立部品であってもよい。
なお、本体部５６には炭化珪素又はシリコンを、支持部５８には炭化珪素、シリコン、窒化珪素又はガラス状炭素を用いた場合は、熱処理温度をシリコンの融点温度である１４１２°Ｃ近くまで上げた場合にも適用できる。また、支持部５８を設けても基板６８の変形量が大きい場合は、基板６８が本体部５６の端部に接触するおそれがあるが、この本体部５６の端部に丸みを付ける等により傷発生を少なくすることができる。
次に実施例及び比較例について説明する。
用いた基板支持体３０は図３及び図４に示す構造を有し、基板支持体３０の本体部５６が炭化珪素からなり、支持部５８は、化学気層成長法で形成した炭化珪素膜から半球状に形成した。この支持部５８は、曲率半径が５０ｍｍ、膜厚が６０μｍであり、３個（３ヶ所）配置し、図１及び図２に示した熱処理装置を用い、次の条件で熱処理を実施した。直径３００ｍｍのシリコンウェハを１回の処理につき７５枚を基板支持体に支持し、雰囲気ガスとして１００％アルゴンを使用し、反応炉へ１００ｍｍ／分の挿入速度で挿入した。基板支持体を挿入するときの管内温度は７００°Ｃとした。その後、７００°Ｃから１２００°Ｃまで昇温を行った。なお、７００°Ｃから１０００°Ｃまでは１６°Ｃ／分の昇温速度で、１０００°Ｃから１２００°Ｃまでは１．５°Ｃ／分の昇温速度で昇温した。そして、１２００°Ｃで１時間保持し、その後、１２００°Ｃから７００°Ｃまで降温を行った。なお、１２００°Ｃから１０００°Ｃまでを１．５°Ｃ／分の降温速度で、１０００°Ｃから７００°Ｃまでを１５°Ｃ／分の降温速度で降温した。２段階で昇温、降温するのは（高温での昇温速度、降温速度を小さくするのは）、高温で急激に温度を変化させると、基板面内で均一に温度が変化せず、スリップ発生の原因となるためである。基板支持体を反応炉から取り出す時の温度は７００°Ｃであり、１００ｍｍ／分の速度で基板支持体を取り出した。
その後、光学微分顕微鏡で観察した結果、シリコンウェハ１には傷の発生はなく、スリップラインの発生もなかった。また、反り計でシリコンウェハ１の反りを測定した結果、反り量は１０μｍ以下であり、反り量を１０μｍ以下とした熱処理前と変化は見られなかった。
反りの測定は、一般的に実施されているように、レーザ光の光軸に対して垂直にシリコンウェハを立て、レーザ光を走査し、シリコンウェハから反射した光から算出した。Ｎ数は１０枚である。
比較例においては、図３及び図４における支持部５８を除いた従来の基板支持体を用い、炭化珪素製の基板支持体に直接シリコンウェハを支持し、実施例と同一の実験を実施した。図１９に示すように、シリコンウェハの裏面においては、支持部に対応する部分３箇所に大きさ５０〜３００μｍ、深さ約５μｍ、高さ約１０μｍの傷が発生した。それらの傷からは、約４〜３０ｍｍの長さのスリップラインが多数本発生した。そのシリコンウェハは、熱処理前の反り量が１０μｍ以下に対し、熱処理後は約６０〜９０μｍの反りがあった。Ｎ数は１０枚である。
なお、上記実施形態及び実施例では、主に支持部が半球状であるものについて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、支持部は、球状、半楕円球状、楕円球状、円柱状、円盤状、トンネル状等であってもよい。要は、中空部を有するドーム構造であればよい。ただし、基板と接触する部分は曲面であることが好ましい。
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Ａｒ、Ｏ２雰囲気のもと、１３００〜１４００°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、半導体デバイス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。

本発明は、熱処理中に発生する基板の傷又は反り発生を少なくする必要性がある熱処理装置、高品質な基板を製造する必要性がある基板の製造方法、及び高品質な半導体デバイスを製造する必要性がある半導体デバイスの製造方法に利用することができる。

Claims (20)

1. 少なくとも１枚の基板を基板支持体に支持した状態で熱処理する熱処理装置において、前記基板支持体は、本体部と、この本体部に設けられ、前記基板に接触する支持部とを有し、この支持部が中空部を有する弾性体から構成されたことを特徴とする熱処理装置。
2. 請求項１記載の熱処理装置において、前記中空部内は外部に対して気密でないことを特徴とする熱処理装置。
3. 請求項１記載の熱処理装置において、前記支持部は、前記基板を支持した際に前記基板と面接触するように構成されたことを特徴とする熱処理装置。
4. 請求項１記載の熱処理装置において、前記支持部は、薄膜から構成されてなることを特徴とする熱処理装置。
5. 請求項４記載の熱処理装置において、前記薄膜の厚さを２０μｍ以上５００μｍ以下とすることを特徴とする熱処理装置。
6. 請求項１記載の熱処理装置において、前記支持部の表面を曲面としたことを特徴とする熱処理装置。
7. 請求項１記載の熱処理装置において、前記基板を前記支持部で支持した状態では、前記支持部の一部が曲面状から平面状に変形することを特徴とする熱処理装置。
8. 請求項１記載の熱処理装置において、前記支持部が前記本体部に対して取り外し可能に設けられていることを特徴とする熱処理装置。
9. 請求項８記載の熱処理装置において、前記本体部と前記支持部との少なくとも一方の接触部分に前記支持部の本体部に対する移動を容易にする手段を設けたことを特徴とする熱処理装置。
10. 請求項９記載の熱処理装置において、前記本体部と前記支持部の少なくとも一方の接触部分を研磨したことを特徴とする熱処理装置。
11. 請求項１記載の熱処理装置において、前記支持部の構成物が、炭化珪素、シリコン、窒化珪素、石英若しくはガラス状炭素又はそれらの混合物であることを特徴とする熱処理装置。
12. 請求項１記載の熱処理装置において、前記本体部の構成物が炭化珪素、シリコン又は石英であることを特徴とする熱処理装置。
13. 請求項１記載の熱処理装置において、前記基板支持体は、複数枚の基板を略水平状態で隙間をもって複数段支持するよう構成されたことを特徴とする熱処理装置。
14. 請求項１記載の熱処理処置において、熱処理は１０００°Ｃ以上の温度で行うことを特徴とする熱処理装置。
15. 請求項１記載の熱処理装置において、熱処理は１３５０°Ｃ以上の温度で行うことを特徴とする熱処理装置。
16. 少なくとも１枚の基板を基板支持体に支持した状態で熱処理する熱処理装置において、前記基板支持体は、本体部と、この本体部に対して移動自在である可動体と、この可動体に設けられ、前記基板と接触する支持部とを有し、この支持部が中空部を有する弾性体から構成されたことを特徴とする熱処理装置。
17. 請求項１６記載の熱処理装置において、前記本体部と前記可動部の少なくとも一方の接触部分に前記可動体の前記本体部に対する移動を容易にする手段を設けたことを特徴とする熱処理装置。
18. 請求項１６記載の熱処理装置において、前記本体部と前記可動体との少なくとも一方の接触部分を研磨したことを特徴とする熱処理装置。
19. 少なくとも１枚の基板を処理室内に搬入する工程と、中空部を有する弾性体から構成された支持部により基板を支持する工程と、基板を前記支持部に支持した状態で熱処理する工程と、基板を処理室内から搬出する工程と、を有することを特徴とする基板の製造方法。
20. 少なくとも１枚の基板を処理室内に搬入する工程と、中空部を有する弾性体から構成された支持部により基板を支持する工程と、基板を前記支持部に支持した状態で熱処理する工程と、基板を処理室内から搬出する工程と、を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。

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