KR20020068267A - 기판 열처리용 보유 지지구, 기판 열처리 장치 및 기판열처리용 보유 지지구의 제조 방법 - Google Patents

기판 열처리용 보유 지지구, 기판 열처리 장치 및 기판열처리용 보유 지지구의 제조 방법 Download PDF

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미나미마사시
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
오오미야가세이 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 기판을 지지하는 지지부의 평면 정밀도를 높일 수 있는 기판 열처리용 보유 지지구를 얻는 것을 과제로 한다.
복수의 기판을 상하 방향으로 이격시켜 수평으로 지지하는 기판 열처리용 보유 지지구로써, 복수의 기판 각각을 면접촉으로 지지하는 실리콘 웨이퍼 지지부와, 상하 방향에 있어서의 실리콘 웨이퍼 지지부(1)의 간격을 규정하는 스페이서(2)를 구비한다. 실리콘 웨이퍼 지지부(1)와 스페이서(2)를 분리하여 제작할 수 있으므로, 실리콘 웨이퍼 지지부(1)의 평면 정밀도, 실리콘 웨이퍼 지지부(1)의 상하 방향의 간격은 실리콘 웨이퍼 지지부(1) 및 스페이서의 단일 부재의 정밀도로 정해져, 초기 정밀도를 유지함으로써 정밀도가 높은 기판 열처리용 보유 지지구를 얻을 수 있다.

Description

기판 열처리용 보유 지지구, 기판 열처리 장치 및 기판 열처리용 보유 지지구의 제조 방법{RETAINER FOR USE IN HEAT TREATMENT OF SUBSTRATE, SUBSTRATE HEAT TREATMENT EQUIPMENT, AND METHOD OF MANUFACTURING THE RETAINER}
본 발명은 기판 열처리용 보유 지지구, 기판 열처리 장치, 기판 열처리용 보유 지지구의 제조 방법 및 기판 열처리용 보유 지지구의 제조 결정 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 기판 등의 기판을 탑재하여 열처리 장치에 삽입하기 위한 기판 열처리용 보유 지지구에 적용하는 데 적합하다.
MOSLSI나 바이폴러 LSI 등의 반도체 장치는 산화 공정, CVD 공정, 확산 공정등의 많은 열처리 공정을 거쳐 제조된다. 열처리 공정에 있어서, 종형 감압 CVD로 등과 같은 종형 처리 장치를 사용하는 경우는 반도체 장치의 재료인 실리콘(Si) 웨이퍼가 SiC제 등의 종형 열처리용 보트에 탑재되어 종형 열처리 장치의 반응관 내에 삽입된다. 이 종형 열처리용 보트는 다수의 실리콘 웨이퍼를 수평으로 유지하면서 수직 방향으로 적절한 간격으로 탑재할 수 있다.
이 종형 열처리용 보트의 일반적인 제조는 원형의 천정판 및 다이 시트가 되는 바닥판과 그것을 잇는 3개 이상의 지지 기둥으로 이루어져 있다. 지지 기둥에는 실리콘 웨이퍼의 두께보다 큰 간격으로 실리콘 웨이퍼 지지부가 복수 설치되고, 그 형상은 판형, 봉형 혹은 지지 기둥에 직접 홈이 절입된 것 등이 있다.
실리콘 웨이퍼를 탑재한 종형 열처리용 보트는 종형 열처리 장치에 삽입된다. 그리고, 종형 열처리 장치를 노 내에 삽입하고, 예를 들어 1000 ℃의 온도로 열처리를 행한다. 이 때, 특히 1000 ℃를 넘는 열처리에서는 열응력 전이(슬립)가 발생하지 않도록 온도 제어 방법에 고안을 하고 있다.
종형 열처리용 보트의 재질, 형상은 1000 ℃ 내지 1050 ℃ 이하의 온도에서 사용하는 것과 그 이상의 온도(이하, 고온 사양이라 칭함)에서 사용하는 것은 각각 다르다. 고온 사양의 종형 열처리용 보트에 있어서는 SiC 등 세라믹으로 된 것을 사용하는 경우가 많다. 지지부의 형상에 대해서도 고온 사양의 종형 열처리용 보트에 있어서는 실리콘 웨이퍼 중심부로부터 외주를 향해 반경 2/3 전후의 위치를 3군데 이상의 점 또는 미소면으로 지지하는 것과, 실리콘 웨이퍼의 주변으로부터 선단부가 상기 반경 2/3 전후의 위치까지 신장된 판형면 전체로 지지하는 것과, 실리콘 웨이퍼의 주변을 링형상으로 지지하는 것 등이 있다. 여기서, 제조 비용이 높고 생산성이 낮은 링형상 지지의 것은 종형 열처리용 보트로서 실용성이 부족하여 연구용으로서만 사용되고 있다.
특히, 미세화의 관건이 되는 소자 분리 기술 중 STI 형성을 위해서는, 예를 들어 일본 특허 공개 평9-205140호 공보나 일본 특허 공개 평10-189708호 공보에 개시한 바와 같이 결함 회복을 위해 1100 ℃를 넘는 열처리가 필요했다. 또한 일본 특허 공개2000-133607호 공보에서는 SOI 디바이스의 소자 분리 프로세스에 있어서도 결함을 회복시키기 위해 1100 ℃의 산화 및 1150 ℃의 어닐을 행하는 방법이 기재되어 있다.
예를 들어, 일본 특허 공개 평9-205140호 공보에는 STI(Shallow Trench Isolation) 형성 과정에서 실리콘 등의 반도체 웨이퍼와 홈에 매립되는 절연물의 어닐을 1100 ℃ 내지 1350 ℃에서 행하는 기술이 개시되어 있다. 1100 ℃를 넘는 열처리에서는 기판 열처리용 보유 지지구(보트라 불리우는 경우도 있음)는 탄화 규소를 재료로 하고 있다. 특히, 원형판형의 웨이퍼로 직경이 300 ㎜인 웨이퍼에 대응한 기판 열처리용 보유 지지구에서는 자중 응력에 의한 슬립이라 불리우는 결정 결함이 발생하는 것을 방지하기 위해, 예를 들어 일본 특허 공개 평6-260438호 공보에 나타낸 링형의 일부를 절취한 형상의 웨이퍼 지지 부재나 일본 특허 공개 평6-168903호 공보에 개시된 복수의 원호형 웨이퍼 지지 부재 혹은 일본 특허 공개 평6-163440호 공보에 개시된 링형의 웨이퍼 지지 부재 등이 널리 알려져 사용되고 있다. 단 링형의 웨이퍼 지지 부재는 연구용으로서 사용되고 있을 뿐으로 반도체디바이스를 제작하는 공장에서는 채용되고 있지 않다.
실리콘 웨이퍼의 크기는 반도체 제조 기술의 진보와 함께 커져 왔다. 지금까지의 직경 200 ㎜의 웨이퍼로부터 주류는 직경 300 ㎜의 웨이퍼가 되어, 슈퍼 실리콘이라 불리우는 직경 450 ㎜의 실리콘 웨이퍼도 시험 제작되도록 되어 있다.
그러나, 직경 300 ㎜ 이상의 실리콘 웨이퍼에 대응하는 종형 열처리용 보트에서는, 직경 200 ㎜의 실리콘 웨이퍼에서는 열응력 전이(슬립)가 발생하지 않는 비교적 낮은 온도 영역에서도 실리콘 웨이퍼 자중의 증가에 의해 슬립의 발생이 일어나고 있다. 이를 방지할 목적으로 고온 사양의 종형 열처리 보트가 이용되고 있으나, 대구경의 실리콘 웨이퍼는 면내의 온도차가 생기기 쉽고, 실리콘 웨이퍼는 단결정이므로, 온도차가 생기면 열처리 중에 쉽게 휘어 버리는 슬립이 발생해 버린다.
또한, 3점으로 지지하는 타입의 고온 사양의 종형 열처리용 보트를 이용한 경우, 300 ㎜ 웨이퍼에 대해 온도 1000 ℃, 1시간의 열처리를 행하여도 슬립은 발생하지 않지만, 웨이퍼 표면에 있어서의 지지부와의 접촉 부위에 점형상의 결함이 생긴다고 하는 문제가 있었다. 이를 방지하기 위해서는 판형의 면으로 지지하여 하중을 분산시킬 필요가 있지만, 상술한 바와 같이 온도차에 기인하여 실리콘 웨이퍼가 휘어지므로, 점형상 결함의 발생을 억제할 수 없었다.
한편, 최근 직경 300 ㎜의 실리콘 웨이퍼용의 종형 열처리 장치로서, 보다 균일하게 실리콘 웨이퍼를 가열 승온할 수 있는 장치가 이용되도록 되고 있다. 예를 들어, 시판품인 고오요오서모시스템사가 제조한 종형 확산로, 형명 VF-5700은 승온 스피드 50 ℃/분 이상, 강온 스피드 15 ℃/분 이상으로 비교적 고속으로 승강온을 행하여도 실리콘 웨이퍼의 면내를 균일한 온도 분포로 유지할 수 있어, 1100 ℃부터 200 ℃까지의 범위에서 승강온이 가능하다. 그러나, 본 발명자들은 이 장치를 이용하여 판형면 전체로 지지하는 종형 열처리용 보트를 석영을 재료로 하여 작성하고 열처리를 행하였으나, 역시 슬립의 발생을 억제할 수 없었다.
예를 들어, 일본 특허 공개 평11-54447호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 SiC보다 싼 가격으로 가공하기 쉬운 석영을 재료로 하여 슬립이 발생하기 어려운 구조의 웨이퍼 열처리용 보유 지지 지그의 제안이 있다. 그러나, 본 발명자들도 이 공보를 참고로 구경 300 ㎜ 웨이퍼에 대응한 웨이퍼 열처리용 보유 지지 지그를 시험 제작하여, 테스트해 보았으나 스립이 발생하지 않는 것은 1000 ℃까지였다. 구경 300 ㎜ 웨이퍼를 이용한 반도체 장치 제조 공정의 어닐에서는 최저 1100 ℃에서 슬립이 발생하지 않는 것이 필요하다.
도43은, 일본 특허 공개 평11-54447호 공보의 기재를 기초로 본 발명자들이 시험 제작한 열처리 부재이다. 원도면대로 작성하면 탑재후 웨이퍼가 움직인다고 하는 문제점이 생기므로, 웨이퍼를 고정하기 위한 위피 결정 지지 기둥(105)을 설치했다. 석영제의 웨이퍼 열처리용 보유 지지 지그이므로 1100 ℃에서 장기간 사용하면 웨이퍼 열처리용 보유 지지 지그가 맥주통처럼 변형할 가능성이 있으므로, 변형 방지를 위한 보강부(106)를 마련하고 있다. 상부의 보강부(106)가 좌우 서로 다르게 되어 있는 것은 보트 지지 기둥(103)이 동일 방향으로 구부러지는 것을 방지하기 위해서이다. 상술한 바와 같이, 이 구조에서는 고온시에 슬립이 발생하는 것을 억제할 수 없었다.
석영은 SiC 정도 고온에서는 사용할 수 없지만, 도42에 기재한 도오소오쿼츠 가부시끼가이샤의 홈페이지(어드레스 http://nsg.mino.no.jp/th.html)의「석영 글래스의 데이터 열적 특성」의 화면에 나타나 있는 점성 특성의 그래프에 따르면, 도오소오쿼츠 가부시끼가이샤에서 HR품이라 불리우고 있는 전기 용융에 의해 작성된 석영에서는 1150 ℃에서 점성이 1014프와즈이며 실용 내열 온도 한계의 기준이 되는 점성이 왜곡점(4 × 1014프와즈)이 되는 온도는 1120 ℃ 내지 1130 ℃인 것을 알 수 있으며, 이와 같이 실험적으로도 이론상에서도 1100 ℃의 사용에서는 충분히 견디는 것을 확인할 수 있었다. 또 왜곡점에 대해서는 가와후꾸히로시 등 편저 리어라이즈사 발행의「비정질 실리카재 핸드북」의 87 페이지의 특성 온도 4. 특성 온도의 항에서「점성 유동이 일어나지 않는 온도이고 이 온도 이하에서는 왜곡을 제거할 수 없는 온도에서 점성이 13.5 Paㆍs가 되는 온도라 정의되어 있다.」라고 기재되어 있다.
종형 열처리용 보트의 재질로서 SiC 등의 세라믹을 이용한 경우, SiC의 가공은 소성 전에 행하여, 이 시점에서의 정밀도는 비교적 양호하지만, 소성하면 수축이 발생하므로 정밀도가 열화하는 문제가 있어, 석영 글래스를 사용한 경우에 비교하면 정밀도가 나오기 어렵다. 이로 인해, SiC를 재료로 하여 종형 열처리용 보트를 제조하는 경우, 특히 정밀도가 필요한 실리콘 웨이퍼 지지부를 필요수 이상 작성하여, 그 중에서 규격에 적합한 것을 선별할 필요가 발생한다. 이 경우, 수율이 나빠지면 비용이 상승해 버린다. 또한, SiC 등의 세라믹은 장시간 고온의 사용에 견딜 수 있지만, 비용이 석영의 몇 배가 되어 버리는 문제가 있다. 또한, 디자인룰의 미세화에 의해 반도체의 제조 프로세스에서도 최고 온도가 1100 ℃ 정도인 프로세스가 증가되어 왔다. 도42에 도시한 바와 같이 석영 종류에 따라서는 왜곡점(점성률 4.0 × 1013PaS가 되는 온도)이 1100 ℃ 이상인 것이 있으므로, 이와 같은 반도체 장치 제조 프로세스에서 SiC를 시용하는 것은 매우 비경제적이다.
그런데, 반도체 장치는 고집적화가 진행하여 회로폭도 차츰 작아지는 경향이 있다. 또한, 실리콘 웨이퍼 쪽은 상술한 바와 같이 대구경화가 진행되어 직경이 커져 직경 300 ㎜가 실용화되는 단계로 오고 있다.
그런데 정작 300 ㎜ 웨이퍼 대응 공장 건설이라는 뚜껑을 열어 보면 300 ㎜ 웨이퍼에 대응한 고온 열처리 장치가 없는 것이다. 즉 공장 건설과 시기를 동일하게 하여 고온 열처리 장치를 개발해야만 했다. 따라서, 고온 열처리 장치에 사용하는 웨이퍼 열처리용 보유 지지 지그는 충분한 구조나 재질을 검토하는 즉시 고온 열처리에 의해 웨이퍼에 슬립이라 불리우는 결정 결함이 들어가지 않는다고 하는 것을 최우선으로 하였으므로 매우 고가인 것이 되고 있다.
무릇 웨이퍼를 대구경화하는 것은 디바이스의 제조 비용을 낮추고, 국제 경쟁력을 더하기 위해서이다. 예를 들어, 200 ㎜의 웨이퍼에 대해 300 ㎜ 웨이퍼는 면적으로 말하면 2.25배, 즉 단순 계산으로는 제조 장치수가 동일해 동일 재료비이면 1매의 웨이퍼로부터 얻을 수 있는 칩수는 2배 이상이 되어 즉 칩 비용은 절반 이하가 된다. 구경 300 ㎜ 웨이퍼에 대응한 제조 장치, 재료나 부품의 비용이 올라 반도체 디바이스 제조 비용이 구경 200 ㎜의 웨이퍼를 재료로 하는 경우에 비해 칩 비용의 차이가 없어지는 것은 허용되지 않는 것이다. 이들의 요청으로부터 웨이퍼 열처리용 보유 지지 지그에 있어서는 그 제조 비용을 낮추는 것이 급선무가 되고 있다.
구체적으로 종래의 기판 열처리용 보유 지지 지그가 왜 비용이 높은것인지는 이하의 이유를 생각할 수 있다. 재료로서의 SiC 자체가 비싼 것이지만, 예를 들어 도44에 도시한 일본 특허 공개 평6-260438호 공보에 기재된 1100 ℃ 이상의 열처리에 대응한 기판 열처리용 보유 지지 지그는 상기 공보의 발명 이전의 기판 열처리용 보유 지지 지그보다 SiC를 다량으로 사용하는 구조로 되어 있다. SiC 대신에 일부 실리콘을 사용하는 경우도 있으나, 재료비는 더욱 상승한다. 또한, 실리콘 또는 폴리실리콘은 산화되기 쉽고, 산화 실리콘은 실리콘과 비교하면 체적이 증대하므로 사용에 수반하여 왜곡이 증대하는 결점이 있다. 이로 인해, 소모가 심해져 운전 비용이 증대한다는 문제가 있었다. 또한, SiC는 세라믹으로 소성하면 매우 딱딱해져 가공이 곤란하므로 소성 전에 가공을 행한다. 그러나, 가공 후에 소성하면 수축하므로, 가공 정밀도가 높은 것을 요구하면 더욱 비용이 상승한다는 문제가 있었다.
그래서, 도44에 도시한 일본 특허 공개 평6-260438호 공보에 기재된 열처리용 보유 지지 지그를 직경 300 ㎜에 대응하도록 비용을 산출해 보았으나, 도10에도시한 종래형 웨이퍼 열처리용 보유 지지 지그의 3배 내지 4배의 비용이 되었다. 일본 특허 공개 평6-260438호 공보에 기재된 열처리용 보유 지지 지그에서는 도44에 도시한 바와 같이 지지 기둥(16)에 지지 부재(5)를 수평으로 유지하기 위한 홈이 마련되어 있고, 4개의 지지 기둥(16)의 동일 단의 홈은 정밀도 좋게 동일 평면으로 할 필요가 있어, 또한 홈의 간격도 정밀도가 높은 것이 요구되므로 작성에 요하는 시간이 길어진다. 지지 부재를 고정하기 위한 고정 샤프트의 구멍도 각 지지 부재에 정밀도 좋게 개방되어야만 해 이들의 정밀도의 요구가 비용을 상승시키고 있지만, 이들 이외에도 조립의 복잡함도 비용 상승의 요인이 되고 있다고 상정된다. 또한, 이와 근사한 구조로 일본 특허 공개2000-150401호 공보에 기재된 웨이퍼 열처리용 보유 지지 지그가 있으나 고비용인 것에는 변함이 없다.
도44의 웨이퍼 열처리용 보유 지지 지그를 작성 방법에 대해, 본 발명자들이 조립 방법을 검토한 결과를 이하에 나타낸다. 도44에 있어서 우선 보트 지지 기둥(103)에 웨이퍼 지지 부재(101)를 맞추기 위한 홈을 자른 후, 이들을 바닥판(102)에 용접하여 고정한다. 이 용접시에 석영의 용해에 의해 각 지지 기둥의 침강에 차이가 생기지 않도록 할 필요가 있으므로, 각 보트 지지 기둥(103)의 고정 작업 시간은 동일하게 하여, 버너의 화염의 양도 동일하게 해야만 한다. 따라서, 정밀도 좋게 조립하기 위해서는 매우 숙련을 요한다. 각 보트 지지 기둥(103)을 고정한 후, 용접시에 생긴 내부 왜곡을 바로 잡기 위해 1130 ℃에서 어닐을 행한다. 다음에, 미리 준비한 웨이퍼 지지 부재(101)를 필요수만큼 탑재하여, 고정 샤프트(107)가 관통하는 구멍의 위치를 일치시켜 고정 샤프트(107)를 통과시킨다. 바닥판(102)에는 고정 샤프트(107)를 고정하기 위한 오목부를 마련하고 있다. 여기서 작업성을 고려하여 각 보트 지지 기둥(103)의 1개 혹은 2개와 웨이퍼 지지 부재(101)를 용접에 의해 임시 고정을 행하여, 상하 반전하여 천정판(104) 위에 설치하여 용접을 행한다. 여기서는 용접에 의한 침강은 그만큼 신경쓰지 않아도 된다. 그리고 용접시의 내부 왜곡을 바로 잡기 위해 다시 1130 ℃에서 어닐을 행한다. 이 웨이퍼 열처리용 보유 지지 지그는 미관을 신경쓰지 않는다면, 임시 고정의 용접은 굳이 제거할 필요는 없다. 이상과 같은 작업은, 예를 들어 바닥판에 지지 기둥을 세워 반전시켜 천정판을 부착하여 어닐하여 완성하는 통상의 웨이퍼 열처리용 보유 지지 지그에 비해 작업 순서가 매우 복잡하다. 또한, SiC는 용접 가공할 수 없으므로, 나사 구조 등을 이용하여 조립한다.
또한, 예를 들어 일본 특허 공개 평11-8203호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 석영 SiC 실리콘 등을 재료로 하여, 비용을 낮추기 위해 지지 기둥과 지지부를 따로 따로 작성해 지지 기둥의 정해진 부위에 지지부를 끼워 넣는 경우도 있지만, 특히 고온 사양의 경우, 웨이퍼 외주로부터 반경 2/3 전후의 위치에 달할수록 판형 지지부가 길면, 끼워 넣음부의 두께의 제조 오차 및 지지판의 제조 오차에 의해 복수의 판형 지지부의 평면성을 확보할 수 없었다. 또한, 지지 기둥에 지지부를 끼워 넣는 구조이므로, 지지부의 두께는 끼워 넣음용의 홈보다 약간 얇을 필요가 있어, 300 ㎜ 웨이퍼와 같이 무거운 기판을 얹으면 지지부가 약간 기울어져 버려 결과적으로 덜걱거림이 발생해 평면 정밀도가 나오지 않는데, 이 방법을 채용하면 300 ㎜ 웨이퍼에서는 온도 900 ℃에서도 슬립이 발생한다는 문제가 발생하고 있었다.
또 다른 문제로서, 슬립을 발생시키지 않도록 지지부의 구조를 결정할 때에는 다양한 아이디어의 효과를 확인하기 위해 지지부를 실제로 제작할 필요가 있다. 그러나, 모든 아이디어에 의거하여 지지부를 제작하면, 비용이 방대해져 실험하는 시간도 장기화된다고 하는 문제가 발생한다. 또한, 효과를 확인하여도 만족스러운 효과를 얻을 수 있다는 보장은 없으며, 효과의 확인에도 위험이 수반되고 있었다.
한편, 본 발명자들은 비용 삭감을 위해, 다양한 기판 열처리용 보유 지지구의 작성을 검토하던 중, 도44에 기재된 보유 지지구는 구조상의 결함이 있는 것을 깨달았다. 웨이퍼는 자동 반송기에 의해 기판 열처리용 보유 지지구로 탑재되지만, 그 때 웨이퍼는 반송기의 반송 암 위에 적재된 상태에서 기판 열처리용 보유 지지구 내로 반송된다. 이 때의 동작을 이하에 설명한다. 우선, 반송 암에 의해 웨이퍼를 취출하고, 기판 열처리용 보유 지지구의 근방까지 이동시킨다. 다음에, 웨이퍼를 적재한 반송 암은 상하 방향으로 복수 배치되어 있는 웨이퍼 지지 부재(101) 사이를 통과해, 웨이퍼가 기판 열처리용 보유 지지구의 중앙에 위치하기까지 이동한다. 다음에, 반송 암은 하부 방향으로 이동한다. 이에 의해, 웨이퍼는 자동적으로 웨이퍼 지지 부재(101) 상에 적재된다. 그 후, 반송 암은 수평으로 인출된다. 이와 같은 순서를 반복하여 웨이퍼를 탑재한다.
이 순서를 도44에 도시한 바와 같은 구조의 웨이퍼 지지 부재를 갖는 구조의 웨이퍼 열처리용 보유 지지 지그에 적용한 경우의 일련의 설명을 도45, 도46 및 도47에 도시한다. 이 경우, 도45에 도시한 바와 같이 반송 암(26) 위에 웨이퍼(W)를 적재하여, 반송 암(26)을 기판 열처리용 보유 지지구측으로 이동시키고, 도46에 도시한 바와 같이 웨이퍼 지지 부재(101) 상까지 이동시켜, 도47에 도시한 바와 같이 반송 암(26)을 하부 방향으로 이동시키면 반송 암(26)의 선단부(26a)와 웨이퍼 지지 부재(101)가 간섭해 버린다. 이로 인해, 이 순서에서는 웨이퍼(W)를 반송할 수 없다는 문제가 발생했다. 일본 특허 공개 평6-260438호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 급상승기를 도입하는 아이디어도 있지만, 이 급상승기는 큰 것으로, 부착하기 위한 장소를 새로이 마련할 필요가 있다. 또한, 웨이퍼 열처리용 보유 지지 지그에 웨이퍼를 탑재한 후, 웨이퍼를 적재한 웨이퍼 열처리용 보유 지지 지그를 장치까지 반송하는 시스템이 새롭게 필요하게 되어, 그 움직임은 상하 방향 수평 방향이 꽤 긴 이동이 필요해진다. 이로 인해, 비용 상승뿐만 아니라 시스템의 안정성으로부터도 조급하게 실현되는 것은 생각할 수 없다.
또한, 도48에 도시한 바와 같은 웨이퍼의 외주와 동일한 정도의 범위에 형성된 2분할의 실리콘 웨이퍼 지지 부재(101A) 및 실리콘 웨이퍼 지지 부재(101B)를 평면 정밀도 좋게 제조하는 것은 1매판으로부터 잘라낼 수 있는 링형상의 일부를 잘라낸 형상의 지지 부재에 비해 곤란하다. 석영의 경우는 지지 부재에 실제로 웨이퍼를 두고, 웨이퍼와 지지 부재에 간극이 생기지 않도록 눈으로 보거나 하이트 게이지로 각각 높이를 확인하여 열가공으로 조정하면서 작성하는 것은 가능하지만, 이와 같은 작성 방법은 현실적으로는 없다. 소성 후에 수축이 발생하는 SiC에서는 정밀도를 나타내는 것은 불가능에 가깝다. 또한 SiC의 경우 재료에 포함되는 불순물이 석영보다도 많으므로, 또한 CVD에 의한 SiC 코트를 행한 다음 열처리 장치에사용하지만, 이 경우 약간 돌기나 이물질이 코트됨으로써, 그 크기가 확대되어 평탄도가 더욱 악화된다고 하는 문제도 있다.
또한 비용 삭감을 위해 웨이퍼 열처리용 보유 지지 지그를 조립식으로 하여 각 부품의 교환이 가능하게 하는 방법이 예를 들어 일본 특허 공개2000-15041호 공보에 기재되어 있다. 이 경우, SiC와 같이 성형 후에 소결 및 소성을 필요로 하는 세라믹을 재료로 선택하면 소결 후에 축감하므로, 적층 정밀도가 요구되는 웨이퍼 열처리용 보유 지지 지그에는 사용할 수 없다. 따라서, 다량으로 부품을 만들어 규격 내의 것을 선택하는 수법은 반대로 비용이 상승한다는 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 제1 목적은 기판을 지지하는 지지부의 평면 정밀도를 높일 수 있는 기판 열처리용 보유 지지구를 얻는 데 있다.
또한, 제2 목적은 지지부 및 스페이서를 확실히 보유 지지할 수 있어, 조립 작업성을 양호하게 할 수 있는 기판 열처리용 보유 지지구를 얻는 데 있다.
그리고, 제3 목적은 쌓아 올림의 단계에서 오차를 확인하면서 제작할 수 있어, 빠른 시기에 문제점을 발견하여 대처할 수 있는 기판 열처리용 보유 지지구를 얻는 데 있다.
또한, 제4 목적은 지지부에 실제로 기판을 적재한 상태의 면정밀도의 확인을 행할 수 있어, 제작 단계에서 문제점을 발견하여 대처할 수 있는 기판 열처리용 보유 지지구를 얻는 데 있다.
그리고, 제5 목적은 열변형이나 열스트레스를 가하는 일 없이 제작할 수 있는 기판 열처리용 보유 지지구를 얻는 데 있다.
또한, 제6 목적은 석영 글래스를 주재료로 함으로써, 비용 저감을 도모하는 데 있다.
그리고, 제7 목적은 자동 반송 장치를 이용한 기판의 반입, 반출에 적합한 기판 열처리용 보유 지지구를 얻는 데 있다.
또한, 제8 목적은 열처리시의 기판의 슬립을 억제한 기판 열처리용 보유 지지구의 구조를 저비용으로 단기간에 결정하는 데 있다.
또한, 제9 목적은 소재가 되는 판의 불필요한 부분을 최소한으로 억제하여 기판의 지지부를 제조하는 데 있다.
또한, 제10 목적은 대구경의 웨이퍼를 탑재하여 열처리를 행하여도 슬립을 발생시키지 않는 구조의 기판 열처리용 보유 지지구를 싼 가격으로 작성하는 동시에, 이 기판 열처리용 보유 지지구를 사용하는 종형 열처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 종형 열처리용 보트의 개요를 도시한 사시도.
도2는 보트 지지 기둥을 바닥판에 부착한 상태를 도시한 사시도.
도3은 보트 지지 기둥에 스페이서와 실리콘 웨이퍼 지지부를 부착하는 방법을 도시한 모식도.
도4는 실리콘 웨이퍼 지지부의 구멍과 무게 중심과의 위치 관계를 도시한 모식도.
도5는 실리콘 웨이퍼 지지부의 구멍과 무게 중심과의 위치 관계를 도시한 모식도.
도6은 보트 지지 기둥의 구성을 도시한 사시도.
도7은 본 발명의 제1 실시 형태의 종형 열처리용 보트의 조립 방법의 개요를 도시한 사시도.
도8은 본 발명의 제2 실시 형태의 종형 열처리용 보트의 조립 방법의 개요를 도시한 사시도.
도9는 종래의 종형 열처리용 보트를 도시한 사시도.
도10은 종래의 종형 열처리용 보트를 도시한 사시도.
도11은 도9에 도시한 종래의 종형 열처리용 보트로 온도 1000 ℃의 열처리를 행한 후의 실리콘 웨이퍼를 도시한 모식도.
도12는 도9에 도시한 종래의 종형 열처리용 보트로 온도 1050 ℃의 열처리를 행한 후의 실리콘 웨이퍼를 도시한 도면.
도13은 도10에 도시한 종래의 종형 열처리용 보트로 온도 1050 ℃의 열처리를 행한 후의 X선 토포 시스템에 의한 촬영상을 도시한 도면.
도14는 도1에 도시한 제1 실시 형태의 종형 열처리용 보트로 1050 ℃의 열처리를 행한 후의 X선 토포 시스템에 의한 촬영상을 도시한 도면.
도15는 도1에 도시한 제1 실시 형태의 종형 열처리용 보트의 실리콘 웨이퍼 지지부의 위치 관계를 도시한 평면도.
도16은 3개의 보트 지지 기둥을 실리콘 웨이퍼 중심으로부터 3등분한 위치에 세운 상태를 도시한 모식도.
도17은 도16에 도시한 상태에서 실리콘 웨이퍼가 출입 가능하기까지 보트 지지 기둥의 간격을 넓힌 상태를 도시한 모식도.
도18은 본 발명의 제3 실시 형태의 종형 열처리용 보트의 실리콘 웨이퍼 지지부의 형상 및 배치 상태를 도시한 모식도.
도19는 실리콘 웨이퍼 지지부의 형상의 일예를 도시한 모식도.
도20은 실리콘 웨이퍼 지지부의 형상의 일예를 도시한 모식도.
도21은 실리콘 웨이퍼 지지부의 형상의 일예를 도시한 모식도.
도22는 본 발명의 제4 실시 형태에 있어서의 보트 지지 기둥과 실리콘 웨이퍼 지지부 및 스페이서와의 끼워 맞춤 상태를 도시한 사시도.
도23은 본 발명의 제4 실시 형태에 있어서의 보트 지지 기둥, 실리콘 웨이퍼 지지부 및 스페이서의 형상을 도시한 평면도.
도24는 본 발명의 제5 실시 형태에 의한 실리콘 웨이퍼 지지부의 평면도.
도25는 본 발명의 제5 실시 형태에 의한 스페이서를 도시한 사시도.
도26은 본 발명의 제5 실시 형태에 의한 C형 스페이서를 도시한 사시도.
도27은 본 발명의 제5 실시 형태에 의한 최하부 스페이서를 도시한 모식도.
도28은 본 발명의 제5 실시 형태에 의한 실리콘 웨이퍼 지지부로 반송 아암에 얹은 웨이퍼를 반송하는 모습을 나타낸 평면도.
도29는 본 발명의 제5 실시 형태에 의한 실리콘 웨이퍼 지지부와 스페이서를 이용해 기판 열처리용 보유 지지구를 완성시킨 상태를 도시한 사시도.
도30은 본 발명의 제6 실시 형태에 의한 실리콘 웨이퍼 지지부에 웨이퍼를 얹은 모습을 도시한 평면도.
도31은 본 발명의 제7 실시 형태에 의한 실리콘 웨이퍼 지지부의 평면도.
도32는 본 발명의 제8 실시 형태에 의한 실리콘 웨이퍼 지지부에 웨이퍼를 얹고, 스페이서로 웨이퍼를 고정하는 모습을 도시한 평면도.
도33은 본 발명의 제8 실시 형태에 의한 실리콘 웨이퍼 지지부를 사용하여 조립한 기판 열처리용 보유 지지구의 개요를 도시한 사시도.
도34는 본 발명의 제9 실시 형태에 의한 실리콘 웨이퍼 지지부를 도시한 평면도.
도35는 본 발명의 제9 실시 형태에 의한 스페이서를 도시한 사시도.
도36은 본 발명의 제10 실시 형태에 의한 실리콘 웨이퍼 지지부를 도시한 평면도.
도37은 본 발명의 제11 실시 형태에 의한 실리콘 웨이퍼 지지부를 도시한 평면도.
도38은 본 발명의 각 실시 형태에 공통으로 사용하는 기판 열처리용 보유 지지구에 있어서, 바닥판에 보트 지지 기둥을 세운 상태를 도시한 사시도.
도39는 실리콘 웨이퍼 지지부를 작성하는 재료로 이루어지는 석영으로 된 판 글래스를 도시한 평면도.
도40은 본 발명의 제12 실시 형태에 의한 실리콘 웨이퍼 지지부를 작성하는 재료로 이루어지는 석영으로 된 판 글래스의 평면도.
도41은 오목형부를 갖는 보트 지지 기둥을 도시한 사시도.
도42는 석영 글래스의 온도와 점성 계수와의 관계를 나타낸 특성도.
도43은 석영을 재료로 하여 작성하는 종래의 기판 열처리용 보유 지지구를 도시한 사시도.
도44는 탄화 규소 혹은 탄화 규소와 일부 규소를 재료로 하는 종래의 기판 열처리용 보유 지지구를 도시한 사시도.
도45는 종래의 기판 열처리용 보유 지지구에 있어서, 반송 아암을 이용하여웨이퍼를 자동 반송하는 순서를 도시한 모식도.
도46은 도45에 이어서, 종래의 기판 열처리용 보유 지지구에 있어서, 반송 아암을 이용하여 웨이퍼를 자동 반송하는 순서를 도시한 모식도.
도47은 도46에 이어서, 종래의 기판 열처리용 보유 지지구에 있어서, 반송 아암을 이용하여 웨이퍼를 자동 반송하는 순서를 도시한 모식도.
도48은 2분할한 실리콘 웨이퍼 지지 부재를 구비한 종래의 기판 열처리용 보유 지지구를 도시한 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1A, 1B, 1C, 1D, 1E : 실리콘 웨이퍼 지지부
2, 21, 27, 28 : 스페이서
3, 23 : 보트 지지 기둥
4 : 너트
5, 25 : 천정판
6, 24 : 바닥판(다이 시트)
7 : 보트 위치 결정 홈
8 : 천정판 고정용 지지 기둥 구멍
9 : 볼록부
10 : 고정 홈
11 : 무게 중심
12 : 실리콘 웨이퍼 접촉부
13 : 실리콘 웨이퍼 지지봉
14 : 실리콘 웨이퍼 접촉부
15 : Si 웨이퍼 지지부
16 : 수나사
18 : 반응관
19 : 실리콘 웨이퍼의 3등분선
20 : 실리콘 웨이퍼 지지부
21, 27 : 스페이서
22 : 최하부 스페이서
24 : 바닥판
26 : 반송 아암
29, 30 : 석영 글래스의 판재
본 발명의 기판 열처리용 보유 지지구는 복수의 기판을 상하 방향으로 이격시켜 수평으로 지지하는 기판 열처리용 보유 지지구로써, 상기 복수 기판의 각각을 면접촉에 의해 지지하는 지지부와, 상하 방향에 있어서의 상기 지지부의 간격을 규정하는 스페이서를 구비한 것이다.
또한, 상기 지지부 및 상기 스페이서를 보유 지지하기 위해, 다이 시트 위에 수직으로 세워진 복수의 지지 기둥을 구비하고, 상기 지지부에는 면접촉에 의해 상기 기판을 지지하는 접촉부와 상기 지지 기둥이 결합하는 결합부가 형성되고, 상기 스페이서에는 상기 지지 기둥이 결합하는 결합부가 형성되어 있으며, 상기 지지 기둥에 대해 상기 지지부와 상기 스페이서가 교대로 결합하고 있는 것이다.
또한, 상기 지지부의 상기 결합부가 상기 지지부를 관통하도록 형성된 구멍부이다.
또한, 상기 지지부의 상기 결합부가 상기 지지부에 형성된 절결 형상으로써, 상기 절결 형상의 적어도 일부가 상기 지지 기둥의 단면 형상과 동일하다.
또한, 상기 스페이서의 상기 결합부가 상기 스페이서를 관통하도록 형성된 구멍부이다.
또한, 상기 스페이서의 상기 결합부가 상기 스페이서에 형성된 절결 형상으로써, 상기 절결 형상의 적어도 일부가 상기 지지 기둥의 단면 형상과 동일하다.
또한, 상기 스페이서와 상기 지지 기둥과의 결합부에 있어서, 상기 스페이서와 상기 지지 기둥의 한 쪽에 볼록부가 형성되는 동시에 다른 쪽에 오목부가 형성되어 있으며, 상기 볼록부와 상기 오목부가 교대로 결합하고 있는 것이다.
또한, 1개의 상기 기판을 지지하기 위해 복수의 상기 지지부가 설치되고, 수평면에 있어서의 상기 지지부의 구멍부의 위치와, 상기 수평면에 있어서의 상기 지지부의 무게 중심의 위치가 대략 일치하고 있는 것이다.
또한, 1개의 상기 기판을 지지하기 위해 복수의 상기 지지부가 설치되고, 수평면에 있어서의 상기 지지부의 무게 중심의 위치가 상기 지지부의 구멍부의 중심에 대해 상기 접촉부와 반대측에 위치하고 있는 것이다.
또한, 상기 지지부 및 상기 스페이서가 상기 지지 기둥의 상단부에 조여진 너트와 상기 다이 시트 사이에 끼여 상하 방향으로 밀착하여 고정되어 있는 것이다.
또한, 상기 지지부 및 상기 스페이서의 각각이 열압착에 의해 고정 부착되어 있는 것이다.
또한, 상기 지지부 및 상기 스페이서의 상면 및 하면이 경면 마무리되어 있는 것이다.
또한, 상기 지지부가 링형상이 되어, 상기 기판을 반송하는 반송 수단이 삽입되는 위치에 있어서 상기 지지부에 절결이 형성되어 있는 것이다.
또한, 상기 절결부와 대향하는 위치에 있어서의 상기 지지부의 내측의 외형이 다른 영역보다 외측으로 넓어져 있는 것이다.
또한, 상기 지지부의 상기 기판측에 있어서, 상기 접촉부에 따라 단차가 마련되어 있는 것이다.
또한, 상기 접촉부에 복수의 절결부가 형성되어 있는 것이다.
또한, 동일한 높이 위치에 배치된 복수의 상기 스페이서의 외형이 상기 기판의 외형과 근접하도록 배치되어 있는 것이다.
또한, 상기 지지 기둥과의 결합부 이외의 영역에 있어서, 상기 지지부에 개방 구멍이 형성되어 있는 것이다.
또한, 석영 글래스를 주재료로 한 것이다.
또한, 본 발명의 기판 열처리 장치는 상기의 기판 열처리용 보유 지지구를구비한 것이다.
또한, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은 상기 기판 열처리용 보유 지지구를 이용하여 상기 기판의 열처리를 행하는 것이다.
본 발명의 기판 열처리용 보유 지지구의 제조 방법은 복수의 기판을 상하 방향으로 이격시킨 상태에서 수평으로 지지하는 기판 열처리용 보유 지지구의 제조 방법으로서, 다이 시트에 대해 수직으로 복수의 지지 기둥을 부착하여 고정하는 공정과, 상기 복수의 기판을 지지하는 지지부와 상기 지지부의 상하 방향의 간격을 규정하는 스페이서를 상기 지지 기둥에 대해 교대로 삽입하는 공정과, 상기 지지부와 상기 스페이서를 밀착시켜 고정하는 공정을 갖는 것이다.
또한, 상기 지지 기둥의 상단부에 너트를 체결함으로써, 상기 지지부 및 상기 스페이서를 밀착시킨 상태에서 고정하는 것이다.
또한, 각각의 상기 지지부 및 상기 스페이서의 상면 및 하면을 경면 마무리하는 공정을 더 구비하고, 열압착에 의해 상기 지지부 및 상기 스페이서를 고정하는 것이다.
또한, 상기 지지 기둥을 상기 다이 시트에 고정하는 공정 이외의 공정에서는 용접을 행하지 않도록 한 것이다.
또한, 상기 지지부를 상기 지지 기둥에 삽입하기 전에 복수의 석영 글래스판을 인접시켜 용접하는 공정과, 접속한 상기 석영 글래스판을 연마하는 공정과, 상기 석영 글래스판을 젖혀서 상기 지지부를 형성하는 공정을 더 구비하는 것이다.
또한, 본 발명의 기판 열처리용 보유 지지구의 구조 결정 방법은 상기한 기판 열처리용 보유 지지구의 구조 결정 방법으로서, 다른 형상의 상기 지지부를 장착하여 기판의 열처리를 행하여, 가장 적절한 상기 지지부의 형상을 결정하는 것이다.
이하, 도면에 의거하여 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.
<제1 실시 형태>
본 발명자들은 본 발명을 착상할 때 각종 실험을 행하였다. 실험은 본 실시 형태의 종형 열처리용 보트와 종래의 종형 열처리용 보트와의 비교를 중심으로 하여 행하였다. 우선, 처음에 이들의 실험에 대해 설명하고, 그 후 본 실시 형태의 종형 열처리용 보트에 대해 설명한다.
도9는 비교예로서 이 실험에 이용한 종래의 종형 열처리용 보트를 도시한 개략 사시도이다. 도9에 있어서, 부호 5는 천정판, 부호 3은 보트 지지 기둥, 부호 6은 바닥판, 부호 7은 보트 위치 결정 홈, 부호 13은 실리콘 웨이퍼 지지봉, 부호 14는 실리콘 웨이퍼 지지봉(13)의 선단부의 실리콘 웨이퍼 접촉부를 각각 도시하고 있다.
또한, 도10은 비교예로서 이 실험에 이용한 다른 종래의 종형 열처리용 보트를 도시한 개략 사시도이다. 도10에 있어서, 부호 5는 천정판, 부호 3은 보트 지지 기둥, 부호 6은 바닥판, 부호 7은 보트 위치 결정 홈, 부호 15는 보트 지지 기둥(3)과 일체로 형성된 실리콘 웨이퍼 지지부를 각각 도시하고 있다.
도1은 본 실시 형태의 종형 열처리용 보트를 도시한 사시도이다. 도1에 있어서, 부호 1은 실리콘 웨이퍼 지지부, 부호 5는 천정판, 부호 3은 보트 지지 기둥, 부호 6은 바닥판, 부호 2는 스페이서, 부호 7은 보트 위치 결정 홈을 각각 도시하고 있다. 도1의 종형 열처리용 보트를 구성하는 이들의 부품은 석영을 주재료로 하여 제조한 것이다.
실험에 있어서는 도9, 도10 및 도1에 도시한 각각의 종형 열처리용 보트를 이용하여 각 보트의 실리콘 웨이퍼 지지부(1, 15), 실리콘 웨이퍼 지지봉(13)에 착안하여 그 구조 및 제작 방법의 차이에 의한 웨이퍼 상의 슬립의 발생 모습을 조사했다. 또한, 이 실험에서는 상술한 웨이퍼 전체 영역의 온도차를 억제하여 열처리가 가능한 종형 열처리 장치를 사용했다.
처리 조건은 이하와 같다.
확산로 : 고오요우서모시스템사가 제조한 고속 승강온 타입로 형명 VF-5700 샘플 실리콘 웨이퍼 : 미쯔비시마테리얼사가 제조한 직경 300 ㎜ P형 결축〈100〉 비저항 10 내지 15 Ω㎝ 산소 농도 1.1 ±0.1E18/㎤
열처리 조건 : 온도 1000 ℃, 2시간
온도 1050 ℃, 1시간의 2가지
분위기 : N2분위기
슬립의 관찰 : 리가꾸덴끼사가 제조한 X선 토포 시스템을 사용
우선, 도9에 도시한 보트를 사용하여 온도 1000 ℃에서 2시간의 열처리를 행하여, 실리콘 웨이퍼 상의 슬립의 관찰을 행하였다. 도11은 슬립 관찰의 결과를 도시하고 있다. 도11에 도시한 바와 같이 이 조건에서는 슬립은 발생하지 않았으나, 본 발명자들이 보트 마크라 칭하고 있는 점형상 결함이 실리콘 웨이퍼 지지봉(13)의 선단부인 실리콘 웨이퍼 접촉부(14)에 발생하고 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 직경 300 ㎜ 웨이퍼에서는 자중이 무거우므로 실리콘 접촉부(14)에서의 점접촉에 의해 보트 마크가 발생해 버린다.
다음에, 마찬가지로 도9에 도시한 보트를 이용하여, 열처리 조건을 변경해 온도 1050 ℃에서 1시간의 열처리를 행하여 슬립의 관찰을 행하였다. 도12에 그 결과를 나타낸다. 도12에 도시한 바와 같이, 각각의 보트 마크로부터 5 ㎜ 전후 길이의 슬립이 발생하고 있다. 도11의 경우와 마찬가지로 하중의 집중이 주된 결함 발생의 원인이지만, 하중의 집중에다가 고온으로 인해 실리콘 웨이퍼가 휘기 때문에 슬립이 발생하는 것이라 상정된다.
다음에, 도10에 도시한 보트를 이용하여 온도 1050 ℃에서 1시간의 열처리를 행한 후, 실리콘 웨이퍼 상의 슬립의 관찰을 행하였다. 도13에 그 결과를 나타낸다. 2군데의 실리콘 웨이퍼 지지부(15)의 접촉부에 실리콘 웨이퍼의 주변으로부터 20 ㎜ 이상의 길이로 슬립이 발생하고 있는 것을 확대하지 않아도 명료하게 판별할 수 있다. 또한, 이 경우에는 보트 마크라 칭하고 있는 점형상의 결함은 확인되지 않으므로, 실리콘 웨이퍼의 휨은 발생하지 않았다고 추정할 수 있다. 관찰 후, 다시 실리콘 웨이퍼를 실리콘 웨이퍼 지지부(15) 상에 적재하여 눈으로 확인하면, 실리콘 웨이퍼 지지부(15)와 실리콘 웨이퍼가 밀착되어 있지 않은 것을 알 수 있었다. 즉, 3군데의 실리콘 웨이퍼 지지부(15)의 평면 정밀도를 얻을 수 없다는 것이 판명되었다. 이로부터, 도10에 도시한 보트에서는 실리콘 웨이퍼를 면받침하고 있음에도 불구하고 면정밀도가 불충분하므로, 결과적으로 지지부(15)의 엣지에 의한 선접촉 혹은 점접촉이 되어 슬립이 발생해 버리는 것을 알 수 있다.
다음에, 도1에 도시한 본 실시 형태의 보트를 이용하여 온도 1050 ℃에서 1시간의 열처리를 행하고, 실리콘 웨이퍼 표면의 관찰을 행하였다. 도14에 그 결과를 나타낸다. 도14에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 보트를 사용한 경우에는 보트 마크, 슬립 모두 관측되지 않았다.
이상의 실험 결과에 의거하여 도10에 도시한 종래의 보트의 경우에 실리콘 웨이퍼 지지부(15)의 면정밀도가 열화하는 원인을 고찰했다. 그 결과, 이하의 이유에 의해 형상의 제조 기술에서는 실리콘 웨이퍼 지지부(15)의 면정밀도를 높일 수 없는 것이 판명되었다. 특히, 석영을 주재료로 한 경우, 제조 공정상의 요인으로부터 필요한 정밀도를 얻을 수 없는 것이 판명되었다.
도10에 도시한 보트의 제조 공정의 개략은 이하와 같다.
1. 보트 지지 기둥(3)으로부터 실리콘 웨이퍼 지지부(15)를 깎아 내어, 실리콘 웨이퍼 지지부(15)를 연마한다. 여기에서는 자동기로 깎아 내고 있으며, 이 단계에서는 정밀도 좋게 실리콘 웨이퍼 지지부(15)가 부착된 보트 지지 기둥(3)을 많이 생산할 수 있다.
2. 보트 지지 기둥(3)을 3개 혹은 그 이상의 수로 바닥면(6)에 세우고, 이 때 산수소 버너로 용접한다. 이 때, 석영이 용해되는 온도에서의 처리가 이루어지므로, 보트 지지 기둥(3)이 바닥면(6)에 침강한다. 또한, 용접시에는 보트 지지 기둥(3)을 수직으로 보유 지지할 필요가 있어, 그 조정 시간의 차이가 각각의 보트지지 기둥(3)의 박힘량의 차이가 된다.
3. 천정판(5)을 상부에 용접하여, 실리콘 웨이퍼 지지부(15)를 버너로 폴리쉬한다. 이 때의 열처리에 의해 실리콘 웨이퍼 지지부(15)의 변형이 일어날 가능성이 있다.
4. 왜곡을 바로 잡기 위해 노에서 어닐을 행한다. 이 때의 온도는 1100 ℃ 이상의 석영의 왜곡점을 넘어선 온도이므로 실리콘 웨이퍼 지지부(15)에 변형이 발생한다.
이와 같이, 도10에 도시한 보트의 제조 공정에서는 오차가 생기는 열처리 공정이 적어도 3회 있으며, 이것이 실리콘 웨이퍼 지지부(15)의 평면 정밀도 열화의 요인이 되고 있다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서 석영을 재질로 하기 위해서는 열처리를 최대한으로 줄임으로써, 실리콘 웨이퍼 지지부(15)의 평면 정밀도를 높일 수 있다.
이상과 같은 실험과 그 고찰로부터, 본 발명자들은 이하의 실시 형태에서 설명하는 바와 같은 본 발명을 착상하는 데 이르렀다. 이하, 본 실시 형태를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도1에 도시한 본 실시 형태의 기판 열처리용 보유 지지구(보트)의 구체예는, 전술한 바와 같이 반도체 기판(실리콘 웨이퍼)을 탑재하여 종형 열처리로에의 삽입에 이용하는 석영으로 된 종형 열처리용 보트이다.
도1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 기판 열처리용 보유 지지구의 천정판(5)과 바닥판(6)은 3개의 보트 지지 기둥(3)을 거쳐서 접속되어 있다. 3개의 보트 지지 기둥(3)의 각각에는 실리콘 웨이퍼 지지부(1)와 스페이서(2)가 서로 관통하고 있다. 실리콘 웨이퍼 지지부(1) 및 스페이서(2)의 두께 치수는 엄밀하게 규정되어 있으므로, 각각의 보트 지지 기둥(3)에 부착된 하부로부터 n개째(n은 정수)의 3개의 실리콘 웨이퍼 지지부(1) 상면의 평면 정밀도는 매우 높은 정밀도로 유지된다.
도2, 도3 및 도7을 참조하면서, 도1의 종형 열처리용 보트의 제조 방법을 설명한다. 우선, 실리콘 웨이퍼 지지부(1)와 스페이서(2)를 필요한 수 만큼 준비한다. 그리고, 도2에 도시한 바와 같이 3개의 보트 지지 기둥(3)을 바닥(6)에 대하여 수직으로 세워, 바닥판(6)과 보트 지지 기둥(3)을 용접하여 고정한다. 그 후, 용접시에 생긴 왜곡을 바로 잡기 위한 어닐을 행한다. 다음에, 도3에 도시한 바와 같이 스페이서(2)를 보트 지지 기둥(3)에 통과시킨다. 스페이서(2)에는 보트 지지 기둥(3)이 관통하는 구멍(2a)이 마련되어 있고, 스페이서(2) 하면에 있어서의 구멍(2a)의 내측(도시하지 않음)은, 보트 지지 기둥(3)과 바닥판(6)과의 용착 부분이 간섭하지 않도록 모따기가 이루어져 있다. 다음에, 실리콘 웨이퍼 지지부(1)를 보트 지지 기둥(3)에 통과시킨다. 실리콘 웨이퍼 지지부(1)에도 보트 지지 기둥(3)이 관통하는 구멍(1a)이 마련되어 있다. 이와 같이, 스페이서(2)와 실리콘 웨이퍼 지지부(1)를 서로 필요한 수 만큼 보트 지지 기둥(3)에 통과시켜, 최후의 스페이서(2)를 통과시킨 후, 도7에 도시한 바와 같이 너트(4)를 보트 지지 기둥(3)에 체결한다.
보트 지지 기둥(3)의 상부에는 너트(4)가 체결되는 수나사(16)가 형성되어있다. 그 후, 도7에 도시한 바와 같이 천정판(5)의 천정판 고정용 지지 기둥 구멍(8)에 보트 지지 기둥(3)의 선단부를 통과시켜 보트 지지 기둥(3)과 천정판(5)을 고정하여 종형 열처리용 보트가 완성된다. 또, 수나사(16)는 보트 지지 기둥(3)의 상부에만 형성하면 된다. 그리고, 너트(4)의 체결에 의해 실리콘 웨이퍼 지지부(1)와 스페이서의 덜걱거림이 없어진다.
실리콘 웨이퍼 지지부(1) 및 스페이서(2)를 조립한 후에는 열처리 공정이 존재하지 않으므로, 동일한 웨이퍼를 지지하는 3개의 실리콘 웨이퍼 지지부(15)의 평탄성은 각 실리콘 웨이퍼 지지부(1), 각 스페이서(2)의 단일 부재의 정밀도로 결정된다. 각 부품은 기존의 기계로 정밀도 좋게 양산할 수 있고, 또한 양질의 물품을 얻기 위해 선별할 수 있으므로 정밀도의 또다른 향상을 달성할 수 있다. 또한, 검사 등으로 문제점 부위가 발견된 경우는, 해당되는 실리콘 웨이퍼 지지부(1) 또는 스페이서(2)만을 교환할 수 있어 자원을 유효하게 사용할 수 있다. 또한, 상술한 구성 및 제조 방법에 의해 기판 열처리용 보유 지지구의 주재료로서 석영을 사용하는 것이 가능하게 되었으므로, SiC 등의 세라믹을 이용한 경우와 비교하면 제조 비용을 수분의 1 이하로 저감시킬 수 있다.
다음에, 실리콘 웨이퍼 지지부(1)의 무게 중심(11)과 구멍(1a)과의 위치 관계를 규정함으로써, 실리콘 웨이퍼 지지부(1)의 평면 정밀도를 더욱 높이는 방법에 대해 설명한다. 도4 및 도5는, 구멍(1a)과 실리콘 웨이퍼 지지부(1)의 무게 중심(1)과의 위치 관계를 도시한 모식도이다.
도4에 도시한 바와 같이 실리콘 웨이퍼 지지부(1)의 구멍(1a)의 중심 부분이무게 중심(11)과 일치하도록 하면, 겹쳐지는 단계에서 실리콘 웨이퍼 지지부(1)가 항상 수평이 되므로, 동일한 웨이퍼를 지지하는 3개의 실리콘 웨이퍼 지지부의 면 정밀도를 확인하면서 보트를 제작할 수 있다.
또한, 도5에 도시한 바와 같이 무게 중심(11)보다도 실리콘 웨이퍼를 지지하고 있는 측 근방에 구멍(1a)의 중심을 위치시킴으로써, 실제로 실리콘 웨이퍼를 놓은 상태에서 면 정밀도를 확인하면서 실리콘 웨이퍼 지지부(1) 및 스페이서(2)를 차례로 쌓아 올려 가는 것이 가능해진다. 따라서, 동일한 웨이퍼를 보유 지지하는 지지부(1)의 면 정밀도가 나쁜 경우에는 쌓아 올리는 단계에서 품질이 양호한 것으로 교환할 수 있다.
실리콘 웨이퍼 지지부(1)의 구멍(1a)의 형상은 보트 지지 기둥(3)의 형상에 맞출 수 있으면 좋지만, 보트 지지 기둥(3)이 원기둥인 경우는 도4, 도5에 도시한 바와 같이 각도 위치가 어긋나지 않는 고정용 볼록부(9)를 구멍(1a) 내에 설치하고, 도6에 도시한 바와 같이 보트 지지 기둥(3)측의 대응 부위에 고정 홈(10)을 마련해 둔다. 이에 의해, 실리콘 웨이퍼 지지부(1)가 보트 지지 기둥(3)을 중심으로 하여 회전하는 것을 억지할 수 있다.
<제2 실시 형태>
본 출원 발명자는, 상술한 실험을 반복하는 동안, 실리콘 웨이퍼 지지부(1)와 스페이서(2)가 저절로 접착되고 있는 경우가 있는 것을 인식했다. 이하, 이 현상을 적극적으로 이용한 제2 실시 형태에 대해 설명한다.
도8은, 제2 실시 형태의 기판 처리용 보유 지지구의 제조 공정을 도시하고있다. 제2 실시 형태의 기본적인 구성 및 제조 공정은 제1 실시 형태와 마찬가지이지만, 제2 실시 형태에서는 실리콘 웨이퍼 지지부(1) 및 스페이서(2)의 양면을 경면으로 마무리해 두고, 양자를 열압착에 의해 고정 부착하는 점에서 제1 실시 형태와 다르다.
도8에 도시한 바와 같이, 스페이서(2)와 실리콘 웨이퍼 지지부(1)를 차례로 보트 지지 기둥에 통과시킨 단계에서는 실리콘 웨이퍼 지지부(1) 및 스페이서(2)의 양면이 경면 마무리되어 있으므로, 양자는 이미 흡착되어 있다. 이 단계에서 흡착이 불충분하면, 경면 마무리 불량이라 간주하여 품질이 좋은 것으로 교환한다. 그리고, 제2 실시 형태에서는 너트(4)는 사용하지 않고 천정판(5)을 적재하는 것만으로도 충분하므로, 보트 지지 기둥(3)의 상부에 수나사(19)를 자를 필요는 없다. 천정판을 적재한 후, 석영이 변형되지 않는 온도로 보트를 어닐함으로써 실리콘 웨이퍼 지지부(1)와 스페이서(2)를 열압착하여 완전하게 고정 부착한다.
제2 실시 형태의 방법에서도 충분히 실용에 견디는 보트를 얻을 수 있다. 또한, 마지막의 어닐 전에 천정판(5)과 보트 지지 기둥(3)을 천정판 상부측에서 용접하고, 그 후 어닐을 행해도 눈으로 확인되는 어긋남은 발생하지 않는다.
<제3 실시 형태>
도13에 도시한 X선 토포 시스템에 의한 슬립 발생의 경우를 상세하게 관찰하면, 슬립은 도15에 도시한 석영 보트 횡단면도의 실리콘 웨이퍼 지지부(15B)와 실리콘 웨이퍼 지지부(15C)의 위치에 발생하고 있으며, 실리콘 웨이퍼 지지부(15A)의 위치에는 발생하고 있지 않다. 이것은, 도10의 보트에 있어서의 실리콘 웨이퍼 지지부(15B, 15C)가 도15에 도시한 바와 같이, 평행하게 되어 있기 때문이라 추정할 수 있다. 그러나, 도16에 도시한 바와 같이 실리콘 웨이퍼의 중심으로부터 3등분하는 방향으로 방사형으로 실리콘 웨이퍼 지지부(1A, 1B, 1C)의 길이 방향을 연장시키면, 지지부(1B, 1C)를 지지하고 있는 보트 지지 기둥(3) 사이의 간격이 좁혀져, 삽입시에 실리콘 웨이퍼(W)와 보트 지지 기둥(3)이 맞닿아 버린다. 따라서, 이 구조는 채용할 수 없다.
한편, 도17에 도시한 바와 같이 실리콘 웨이퍼 지지부(1)를 길게 하여 실리콘 웨이퍼(W)를 출입할 수 있을 정도로 보트 지지 기둥(3)의 간격을 넓히면, 종형 열처리 장치 내의 반응관(18)과 간섭해 버린다. 따라서, 이 구조도 채용할 수 없다. 간섭을 피하기 위해서 반응관(18)을 넓혀 버리면, 실리콘 웨이퍼(W)와 반응관(18) 사이의 간극이 지나치게 커져 균일성 좋은 성막을 행할 수 없다. 또한, 동일 평면에 있는 실리콘 웨이퍼 지지부(1)를 연결해 버리면 실리콘 웨이퍼(W)를 기계로 삽입할 수 없게 되므로, 대량 생산 현장에서 사용할 수 없다.
제3 실시 형태에서는, 도18에 도시한 바와 같이 실리콘 웨이퍼 지지부(1D)와 실리콘 웨이퍼 지지부(1E)의 형상을 절곡된 형상으로 하고 있다. 이에 의해, 실리콘 웨이퍼(W)의 중심으로부터 방사형으로 3등분하는 선(19) 상에 실리콘 웨이퍼 지지부(1D, 1E)를 위치시킬 수 있다.
도19 내지 도21은, 도18과 마찬가지로 슬립의 발생을 억지할 수 있는 형상의 실리콘 웨이퍼 지지부(1)를 도시하고 있다. 이와 같이, 평면성이 문제 없는 조건으로 하중을 분산시킬 수 있는 실리콘 웨이퍼 지지부(1)의 형상예는 많이 생각할수 있지만, 어떤 형상이 경제성 및 슬립 방지 성능이 우수한지는 실험하여 결정하는 것은 쉽지 않다. 제3 실시 형태에서는, 각각의 형상의 실리콘 웨이퍼 지지부(1)와 이를 부착하기 위한 석영 보트가 1개 있다면, 복수 형상의 실리콘 웨이퍼 지지부(1)를 한번에 부착하여 실험을 행할 수 있으므로, 적은 실험 횟수로 적절한 구조를 결정할 수 있다.
<제4 실시 형태>
다음에, 종형 열처리 장치 내의 석영관과의 간극을 작게 한 제4 실시 형태에 대해 설명한다. 도22는 제4 실시 형태의 기판 열처리용 보유 지지구의 보트 지지 기둥(3)과, 실리콘 웨이퍼 지지부(1) 및 스페이서(2)와의 끼워 맞춤 상태를 도시한 사시도이며, 도23은 보트 지지 기둥(3), 실리콘 웨이퍼 지지부(1) 및 스페이서(2)의 상면을 도시한 도면이다. 도23에 도시한 바와 같이, 제4 실시 형태에서는 실리콘 웨이퍼 지지부(1)의 실리콘 웨이퍼가 접촉하는 부위와 반대측의 위치에 있어서, 보트 지지 기둥(3)을 반달형으로 절결하여 평면부를 형성하고 있다. 그리고, 보트 지지 기둥(3)과 끼워 맞추는 실리콘 웨이퍼 지지부(1) 및 스페이서(2)에도 절결부를 설치하고 있다.
보트 지지 기둥(3)의 평면부의 위치는, 실리콘 웨이퍼 지지부(1) 및 스페이서(2)와의 끼워 맞춤을 확실하게 하기 위해, 보트 지지 기둥(3)의 중심보다도 외측, 즉 보트 지지 기둥(3)의 중심에 대해 실리콘 웨이퍼와의 접촉 부위는 반대측에 위치하도록 해 둔다. 실리콘 웨이퍼 지지부(1) 및 스페이서(2)에 형성된 절결부의 위치도 평면부(3a)의 위치와 대응시켜 보트 지지 기둥(3)의 중심보다도 외측에 위치시켜 둔다.
이와 같이, 보트 지지 기둥(3)에 평면부를 실리콘 웨이퍼 지지부(1) 및 스페이서(2)에 절결부를 각각 형성해 둠으로써, 기판 열처리용 보유 지지구의 최대 직경을 작게 하는 것이 가능해지며, 실리콘 웨이퍼 지지부(1)의 배면측에 있어서 종형 열처리 장치의 석영관을 실리콘 웨이퍼측에 의해 근접시킬 수 있다. 이에 의해, 제4 실시 형태의 기판 열처리용 보유 지지구에서는 제1 실시 형태의 효과를 얻을 수 있는 동시에, 종형 열처리 장치에 삽입하여 열처리를 행할 때의 효율을 보다 높이는 것이 가능해진다.
또, 상술한 각 실시 형태에서는 지지 기둥(3)은 3개 사용하고 있지만, 4개 이상 사용하도록 해도 좋다.
또한, 발생 휘도는 적지만 부주의와 장치 고장에 기인하여 실리콘 웨이퍼 지지부가 파손된 경우에도 파손된 부위만을 교환할 수 있으므로, 처리 비용을 삭감할 수 있다. 또한 저절로 수개 파손되었다고 생각되는 경우는 내구(耐久) 시간의 한계가 왔다고 판단하여 실리콘 웨이퍼 지지부를 전부 교환하는 것이 바람직하다.
상술한 각 실시 형태의 기판 열처리용 보유 지지구에 있어서는, 각 구성 요소를 부품화[천정판(5), 바닥판(6), 보트 지지 기둥(3), 실리콘 웨이퍼 지지부(1), 스페이서(2) 등]하고 있으므로, 각 부품은 NC 기계에 의해 제조할 수 있다. 따라서, 도9, 도10에 도시한 바와 같은 종래의 기판 열처리용 보유 지지구를 제조하는 경우와 비교하여, 인건비를 포함한 제조 비용을 대폭으로 저감시킬 수 있다. 또한, 석영 글래스를 주재료로 함으로써 제조 비용을 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라,각 구성 요소를 부품화함으로써 제조 비용을 저감시킬 수 있으므로, 예를 들어 SiC 등의 재료를 이용하여 구성한 경우라도, 종래의 구조와 비교하여 제조 비용을 저감시킬 수 있다. SiC 등의 재료를 이용하는 경우에는, 고온에서 열변형이 일어나기 쉬운 것은 실리콘 웨이퍼 지지부(1)이므로, 천정판(5), 바닥판(6), 보트 지지 기둥(3), 스페이서(2)를 석영 글래스로 작성하고, 실리콘 웨이퍼 지지부(1)를 SiC에 의해 작성함으로써 변형을 최소한으로 억제하여 정밀도를 높일 수 있어, SiC를 사용한 경우라도 비용을 저감할 수 있다.
<제5 실시 형태>
도24는 제5 실시 형태의 기판 열처리용 보유 지지 지그에 사용하는 실리콘 웨이퍼 지지부(20)의 평면도이다. 도25는 제5 실시 형태의 기판 열처리용 보유 지지 지그에 사용하는 스페이서(21)의 사시도이다. 또한, 도27은 제5 실시 형태의 기판 열처리용 보유 지지 지그의 최하부에 사용하는 최하부 스페이서(22)의 사시도[도27의 (a)] 및 그 단면도[도27의 (b)]이다. 여기서, 도27의 (b)는 도27의 (a)에 도시한 일점 쇄선 II-II'에 따른 단면을 도시하고 있다. 도27의 (a) 및 도27의 (b)에 도시한 바와 같이, 최하부 스페이서(22)의 하부에는 테이퍼면(22b)이 형성되어 있다.
최하부 스페이서(22) 및 스페이서(21)에는 보트 지지 기둥(23)이 관통하는 구멍(22a, 21a)이 각각 마련되어 있다. 마찬가지로 실리콘 웨이퍼 지지부(20)에도 보트 지지 기둥(23)이 관통하는 구멍(20a)이 마련되어 있다. 이들의 조립 방법은, 우선 필요수의 최하부 스페이서(22), 스페이서(21) 및 실리콘 웨이퍼 지지부(20)를준비하고, 도38에 도시한 바와 같이 기판 열처리용 보유 지지구의 바닥판(24) 상에 보트 지지 기둥(23)을 세운 상태인 것에 대하여, 처음에 최하부 스페이서(22)를 테이퍼면(22b)측을 하부로 하여 통과시킨다. 이 테이퍼면(22b)은 바닥판(24)과 보트 지지 기둥(23)을 결합할 때에 형성되는 용접 융기와의 간섭을 막기 위한 것이다. 다음에, 실리콘 웨이퍼 지지부(20)를 보트 지지 기둥(23)에 통과시키나서, 스페이서(21)를 통과시킨다. 이하, 실리콘 웨이퍼 지지부(20)와 스페이서(21)를 교대로 통과시킨다. 모든 실리콘 웨이퍼 지지부(20)와 스페이서(21)를 통과시킨 후, 천정판(25)을 최상부에 부착하여 기판 열처리용 보유 지지구가 완성된다. 도29는, 완성된 기판 열처리용 보유 지지구를 도시한 사시도이다.
제5 실시 형태는, 1개의 실리콘 웨이퍼 지지부(20)에 의해 1매의 웨이퍼(W)를 보유 지지하도록 하고 있다. 이로 인해, 실리콘 웨이퍼(20)는 웨이퍼(W)의 외형과 동일한 정도의 크기의 링 형상으로 되어 있다. 그리고, 실리콘 웨이퍼 지지부(20)의 일부에는 반송 아암(26)을 통과시키기 위한 절결부가 형성되어 있다.
또한, 도24에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)를 적재한 후, 웨이퍼(W)가 이동하지 않도록 웨이퍼(W)와의 접촉면을 수평하게 깎아서 실리콘 웨이퍼 접촉부(20b)를 형성하고 있다(도24에 도시한 I-I' 단면). 또한, 실리콘 웨이퍼 지지부(20) 내측의 중앙 부근의 일부에 아암 회피부(20c)를 형성하고 있다. 이에 의해, 도45 내지 도47에서 설명한 반송 아암(26)의 선단부(26a)와 실리콘 웨이퍼 지지부(20)가 간섭해 버리는 것을 억지할 수 있다. 도28은 웨이퍼(W)의 반송시에 있어서의 반송 아암(26)과 실리콘 웨이퍼 지지부(20)의 위치 관계를 도시한 평면도이다. 또, 아암회피부(20c)를 설치함으로써, 기판 열처리용 보유 지지구로부터의 웨이퍼(W)의 출입은 자동 웨이퍼 반송기를 이용하여 행할 수 있다.
여기서, 스페이서(21)는 도25에 도시한 링형의 것으로는 한정되지 않으며, 도26에 도시한 바와 같은 C형의 것이라도 좋다. 도26의 (a)는 C형 스페이서(27)를 도시한 사시도를, 도26의 (b)는 상면도를 도시하고 있다. C형 스페이서(27)에는 보트 지지 기둥(23)이 관통하는 구멍은 없지만, 오목부(27a)가 구멍의 역할을 감당한다. C형 스페이서(27)를 이용하여, 오목부(27a)를 기판 열처리용 보유 지지구의 외측을 향하게 함으로써, 스페이서가 기판 열처리용 보유 지지구로부터 돌출해 버리는 것을 막을 수 있다. 이에 의해, 기판 열처리용 보유 지지구와 반응관과의 간극을 작게 하는 것이 가능해진다. 또한, 오목부(27a)를 기판 열처리용 보유 지지구의 내측을 향하게 함으로써, 웨이퍼(W)와 스페이서의 간섭을 억제할 수 있다.
또한, C형 스페이서(27)에는 보트 지지 기둥(23)으로부터 이탈하지 않도록 볼록형부(27b)가 형성되어 있고, 도41에 도시한 바와 같이 보트 지지 기둥(23)에는 볼록형부(27b)에 끼워 맞추는 오목형부(23a)가 형성되어 있다. 보트 지지 기둥(23)에 볼록형부를 형성하는 경우에는, 이에 끼워 맞추는 오목형부를 스페이서(27)에 형성한다. 보트 지지 기둥(23)과 C형 스페이서(27)의 결합을 확실하게 하기 위해, 복수의 볼록형부(27b), 오목형부(23a)를 1개의 스페이서(27), 보트 지지 기둥(23)에 설치해도 좋다. 이에 의해, C형 스페이서(27)가 보트 지지 기둥(23)으로부터 벗겨져 버리는 것을 억지할 수 있다.
상술한 각 실시 형태와 마찬가지로, 스페이서(21, 22, 27)의 두께는 엄밀하게 규정된다. 또한, 실리콘 웨이퍼 지지부(20)는 한매의 판으로부터 잘라내게 되므로, 이 두께도 엄밀하게 규정되고, 평면 정밀도도 소재가 되는 판의 단계에서 결정되어 있다. 따라서, 각각의 보트 지지 기둥(23)에 부착된 n번째(n은 정수)의 실리콘 웨이퍼 지지부(20)의 상면 위치 및 평면 정밀도는 고정밀도로 유지되고, 열처리시에 슬립이 발생할 우려는 없다. 110O ℃를 넘는 고온 열처리에 대응한 기판 열처리용 보유 지지구는 SiC제로 할 필요가 있지만, SiC제의 스페이서의 경우, 치수 변동이 석영에 비하면 커진다. 자동 반송기와의 관계에서 정밀도가 요구되는 경우는 석영을 소재로 한 스페이서(21, 22, 27)의 구조에 의해, 예를 들어 1150 ℃까지는 손상되는 일 없이 사용 가능하다. 따라서, 스페이서(21, 22, 27)만을 석영으로 하는 기판 열처리용 보유 지지구를 사용하는 것이 적합하다. 단, 이 경우는 SiC제의 실리콘 웨이퍼 지지부(20)의 평면 정밀도는 석영으로 된 실리콘 웨이퍼 지지부(20)의 그에 비해 약간 열화한다.
제5 실시 형태에 의한 기판 열처리용 보유 지지구의 제조 방법에서 기능을 필요로 하는 작업은 보트 지지 기둥(23)과 바닥판(24)을 결합시키는 것과, 천정판(25)을 보트 지지 기둥(23)의 상부에 부착하는 것 뿐이다. 그 밖의 공정은 실리콘 웨이퍼 지지부(20)와 스페이서(21, 22, 27)를 서로 겹쳐 쌓을 뿐이므로, 제조 비용을 저감시킬 수 있다. 또한, 스페이서(21, 22, 27)도 실리콘 웨이퍼 지지부(20)도 대량 생산이 가능하며, 제조수가 많을수록 단가가 저렴해진다. 따라서, 높은 치수 정밀도와 저비용을 실현한 고온 열처리용의 기판 열처리용 보유 지지구를 얻을 수 있다.
<제6 실시 형태>
도30은, 제6 실시 형태의 기판 열처리용 보유 지지구로 하여 사용하는 실리콘 웨이퍼 지지부(20)의 평면도이다. 제6 실시 형태의 기본적인 구성 및 제조 공정은 제5 실시 형태와 마찬가지이지만, 제6 실시 형태의 실리콘 웨이퍼 지지부(20)의 실리콘 웨이퍼 접촉부(20b)는 삼각형의 절입부를 포함시키고 있으며, 웨이퍼(W)와의 접촉 면적을 줄이고 있다. 도30에서는 절입부를 예각형으로 하고 있지만, U자형이나 반원, 또는 직사각형이어도 좋고, 가공이 용이한 형상을 채용할 수 있다. 이 구조는, 특히 비열이 높은 석영 글래스(1100 ℃에서 0.3㎈/gㆍ℃)로 작성한 경우에 웨이퍼 주변으로의 열이 도피하는 것을 막는 데 효과가 있다.
<제7 실시 형태>
도31은, 제7 실시 형태의 기판 열처리용 보유 지지구에 사용하는 실리콘 웨이퍼 지지부(20)의 평면도이다. 제7 실시 형태의 기본적인 구성 및 제조 공정은 제5 실시 형태와 마찬가지이지만, 제7 실시 형태의 실리콘 웨이퍼 지지부(20)에는 보트 지지 기둥(23)이 관통하는 구멍(20a)은 형성되어 있지 않다. 대신에 실리콘 웨이퍼 지지부(20)의 외측의 보트 지지 기둥(23)과 간섭하는 부분을 잘라내고, 지지 기둥 결합부(20d)를 설치하고 있다. 실리콘 웨이퍼 지지부(20)에 보트 지지 기둥(23)이 관통하는 구멍(20a)이 마련되어 있지 않은 경우에 이 방법을 채용한다. 이 경우, 4 군데에 배치된 결합부(20d)의 형상을 스페이서(21, 22, 27)의 외형과 맞춤으로써, 실리콘 웨이퍼 지지부(20)를 적절한 위치에 보유 지지할 수 있다.
<제8 실시 형태>
도32는, 제8 실시 형태의 기판 열처리용 보유 지지구에 사용하는 실리콘 웨이퍼 지지부(20)와 스페이서(21)가 겹쳐진 상태를 도시한 평면도이다. 제8 실시 형태의 기본적인 구성 및 제조 공정은 제5 실시 형태와 마찬가지이지만, 제8 실시 형태의 실리콘 웨이퍼 지지부(20)는 실리콘 웨이퍼 접촉부(20b)를 마련하고 있지 않으며, 웨이퍼(W)의 고정에는 4군데의 스페이서(21)의 외주부를 이용하고 있다. 각 스페이서(5)의 외주를 웨이퍼(W)가 이동할 수 없도록 배치함으로써, 웨이퍼(W)의 위치 결정을 할 수 있다. 이 구조에 의해, 실리콘 웨이퍼 지지부(20)의 작성 공정수를 줄일 수 있다. 도33은, 제8 실시 형태에 의한 실리콘 웨이퍼 지지부(20)를 이용한 기판 열처리용 보유 지지구를 도시한 사시도이다. 제8 실시 형태에서는, 실리콘 웨이퍼 지지부(20)의 점유 면적을 축소할 수 있으므로, 부품 비용을 저감시킬 수도 있다.
<제9 실시 형태>
도34는, 제9 실시 형태의 기판 열처리용 보유 지지구에 사용하는 실리콘 웨이퍼 지지부(20)의 평면도이다. 1100 ℃ 전후까지의 열처리이면 기판 열처리용 보유 지지구의 재료는 석영 글래스로 충분히 사용에 견딜 수 있지만, 장기간 사용하고 있는 동안에 변형이 생겨, 맥주통과 같이 팽창되어 버리는 것을 본 발명자들은 자주 경험하고 있다. 이와 같은 변형에 대해서는, 보트 지지 기둥(23)의 형상으로서 원기둥은 아니며, 각기둥을 이용한 쪽이 내성(耐性)을 높일 수 있다. 보트 지지 기둥(23)을 각기둥으로 한 경우는, 지지 기둥 결합부(20d)의 형상은 도34에 도시한 바와 같이 직사각형 및 예각형의 형상이 된다. 제6 실시 형태의 실리콘 웨이퍼 지지부(20)에 사용하는 스페이서(28)의 일예를 도35에 도시한다. 직사각형의 보트 지지 기둥(23)이 관통하는 구멍(28a)의 형상은 지지 기둥(23)의 단면 형상에 대응한 직사각형이면 좋지만, 스페이서의 외관은 동전형, 바닥이 없는 되형, Ω형 등 여러 가지의 형상을 고려할 수 있다. U자형의 스페이서로 한 경우에는 C자형의 스페이서(27)의 경우와 마찬가지로 볼록형부(28b)를 설치해 둔다.
<제10 실시 형태>
도36은 제10 실시 형태의 기판 열처리용 보유 지지구에 사용하는 실리콘 웨이퍼 지지부(20)의 평면도이다. 실리콘 웨이퍼 지지부(20)를 석영으로 작성하는 경우, 장기간의 사용에 의해 실리콘 웨이퍼 지지부(20)의 선단부가 자중에 의해 휘어질 우려가 있으므로, 선단부의 경량화를 도모할 목적으로 보트 지지 기둥(23)이 관통하는 구멍(20a) 이외에도 구멍(20e)을 개방했다. 이로써, 장시간 사용한 경우일지라도 실리콘 웨이퍼 지지부(20)의 선단부가 휘어져 버리는 것을 억지할 수 있다.
<제11 실시 형태>
도37은 제11 실시 형태의 기판 열처리용 보유 지지구에 사용하는 실리콘 웨이퍼 지지부(20)를 도시한 평면도이다. 제11 실시 형태에서는, 실리콘 웨이퍼 지지부(20)의 전체면에 구멍(20e)을 다수 개방하여 전체를 경량화하고 있다. 웨이퍼(W)를 적재해도 실리콘 웨이퍼 지지부(20)의 전체적으로 하중이 가해지게 되므로, 웨이퍼(W)를 적재함에 따라 소정 부위가 변형하는 일은 없다.
<제12 실시 형태>
석영 글래스판은 스텝퍼의 마스크나 액정 디스플레이 장치 등에 사용되고 있는 것으로부터도 알 수 있는 바와 같이 평면 정밀도가 매우 우수한 것이다. 따라서, 석영 글래스를 재료로 한 경우, 실리콘 웨이퍼 지지부(20)는 1매의 판으로부터 잘라냄으로써 평면 정밀도를 유지할 수 있다. 도39는 1매의 판 부재(30)로부터 실리콘 웨이퍼 지지부(20)를 젖힌 상태의 평면도를 도시한다. 일반적인 석영 가공 메이커는 석영 부재 메이커로부터 가공 재료의 석영 글래스를 구입하지만, 구입하는 부재의 형상은 각 부재, 원기둥 부재, 판 부재 및 관 등의 기본적인 형상에 한정되어, 이들을 사용하여 가공을 행하면 매우 큰 1매 판으로부터 실리콘 웨이퍼 지지부(20)를 젖히게 된다. 이 방법에서는, 도39에 도시한 바와 같이 대부분 불필요 부분이 발생한다.
제12 실시 형태에서는, 도40에 도시한 바와 같이 석영 글래스판을 작은 직사각형의 판 부재(29)로서, 실리콘 웨이퍼 지지부(20)를 잘라낼 수 있도록 이들의 판 부재(29)를 둘러싸도록 배치하고, 4군데의 접속부를 확실하게 용접한다. 용접 후의 판 부재(29)를 연마함으로써 평면 정밀도를 1매판과 동등하기까지 높일 수 있다. 도39에 도시한 경우와 비교하면, 불필요한 부분을 대폭 줄일 수 있는 것을 알 수 있다. 용접을 행한 부분에서는 혈관(脈)형의 팽창이 발생하지만, 연마에 의해 평탄하게 할 수 있다.
이와 같이, 제12 실시 형태에 따르면 실리콘 웨이퍼 지지부(20)의 제작 과정에서 발생하는 불필요한 석영 글래스 칩을 삭감할 수 있는 동시에, 석영 글래스 칩의 재이용품으로부터 실리콘 웨이퍼 지지부(20)를 제조하는 것도 가능해진다.
또, 상술한 각 실시 형태에서는 기판으로서 실리콘 웨이퍼를 예시했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 열처리가 필요하게 되는 기판 전반에 적용할 수 있다.
또한, 이상에 설명한 각 실시 형태는 모두 본 발명을 실시하는 데 있어서의 구체화의 일예를 도시한 것에 지나지 않으며, 이들에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정적으로 해석되어서는 안되는 것이다. 즉, 본 발명은 그 정신, 또는 그 주요한 특징으로부터 일탈하는 일 없이, 여러 가지 형태로 실시할 수 있다.
본 발명은 이상 설명한 바와 같이 구성되어 있으므로, 이하에 나타내는 효과를 발휘한다.
지지부와 스페이서를 분리하여 제작할 수 있으므로 지지부의 평면 정밀도, 지지부의 상하 방향의 간격은 지지부 및 스페이서 단일 부재의 정밀도에 의해 정해지고, 초기 정밀도를 유지함으로써 정밀도가 높은 기판 열처리용 보유 지지구를 얻을 수 있다. 또한, 지지부 및 스페이서를 제작한 단계에서 선택할 수 있으므로, 보다 정밀도 좋게 기판 열처리용 보유 지지구를 얻을 수 있다. 또한, 지지부와 스페이서를 분리함으로써, 지지부와 스페이서의 각각을 대량 생산할 수 있어 제조 비용을 저감시킬 수 있다.
또한, 지지 기둥에 대하여 지지부 및 스페이서를 결합시키도록 하고 있으므로, 지지부 및 스페이서를 확실하게 보유 지지할 수 있어 조립의 작업성을 양호하게 할 수 있다.
또한, 지지부 또는 스페이서의 결합부를 구멍부로 함으로써, 이 구멍부에 지지 기둥을 관통시킴으로써, 확실하게 지지부 또는 스페이서와 지지 기둥을 결합시킬 수 있다.
또한, 지지부의 결합부를 절결함으로써 지지부가 기판 열처리용 보유 지지구의 외측을 향해 확대되어 버리는 것을 억지할 수 있다.
또한, 스페이서의 결합부를 절결하여, 이 절결부를 기판 열처리용 보유 지지구의 외측을 향하게 함으로써, 스페이서가 기판 열처리용 보유 지지구의 외측으로 돌출해 버리는 것을 억지할 수 있다. 또한, 이 절결부를 기판 열처리용 보유 지지구의 내측을 향하게 함으로써, 기판과 스페이서가 간섭해 버리는 것을 억지할 수 있다.
스페이서와 지지 기둥과의 결합부에 있어서, 스페이서와 지지 기둥의 한 쪽에 볼록형부를 형성하는 동시에 다른 쪽에 오목형부를 형성함으로써, 볼록형부와 오목형부를 서로 결합시킬 수 있어, 절결부 형상을 마련한 스페이서가 지지 기둥으로부터 이탈해 버리는 것을 억지할 수 있다.
또한, 수평면에 있어서의 지지부의 구멍부의 위치와, 상기 수평면에 있어서의 지지부의 무게 중심의 위치가 대략 일치하게 되었으므로, 조립시에 지지부가 기울어지는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 지지부의 수평 상태를 확인하면서 쌓아 올릴 수 있으므로, 쌓아 올림의 단계에서 오차를 확인하면서 제작할 수 있어, 빠른 시기에 문제점을 발견할 수 있어 대처할 수 있게 된다.
또한, 수평면에 있어서의 지지부의 무게 중심의 위치가 지지부의 구멍부 중심에 대해, 접촉부와 반대측에 위치하고 있으므로, 지지부에 실제로 기판을 적재한 상태에서 지지부를 수평하게 유지할 수 있고, 기판의 적재 상태에서 면 정밀도의 확인을 행할 수 있으므로, 제작 단계에서 문제점을 발견하여 대처하는 것이 가능해진다.
또한, 지지부 및 스페이서를 지지 기둥의 상단부에 체결된 너트와 다이 시트와의 사이에서 사이에 두고 상하 방향으로 밀착하여 고정함으로써, 열변형이나 열스트레스를 가하는 일 없이 기판 열처리용 보유 지지구를 얻을 수 있다.
또한, 지지부 및 스페이서의 각각을 열압착에 의해 고정 부착함으로써, 조립성을 양호하게 할 수 있다. 또한, 지지부 및 스페이서의 상면 및 하면을 경면 마무리함으로써, 열압착을 용이하게 행할 수 있다.
또한, 지지부를 링 형상으로 하고, 기판을 반송하는 반송 수단이 삽입되는 위치에 있어서 지지부에 절결부를 형성함으로써, 지지부와 기판과의 접촉 면적을 감소시키는 일 없이 반송 수단을 출입하는 것이 가능해진다.
또한, 절결부와 대향하는 위치에 있어서의 지지부의 내측 외형을 다른 영역보다도 외측으로 넓힘으로써, 반송 수단과 지지부가 간섭해 버리는 것을 억지할 수 있다.
또한, 지지부의 기판측에 있어서 접촉부에 따라 단차를 마련함으로써 기판이 이동해 버리는 것을 억지할 수 있다.
또한, 접촉부에 복수의 절결부를 형성함으로써, 기판 주변으로 열이 확산되어 버리는 것을 억지할 수 있다.
동일 높이 위치에 배치된 복수의 스페이서의 외형이 기판의 외형과 근접하도록 상기 스페이서를 배치함으로써, 기판이 지지부 상에서 이동하는 것을 억지할 수 있다.
지지 기둥과의 결합부 이외의 영역에 있어서, 지지부에 개방 구멍을 형성함으로써, 지지부가 자중에 의해 휘어 버리는 것을 억지할 수 있다.
또한, 석영 글래스를 주재료로 함으로써 제조 비용의 저감을 도모하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 기판 열처리용 보유 지지구를 기판의 면내 온도 제어성이 좋은 기판 열처리 장치에 이용함으로써, 보다 고온의 처리에서도 기판에 슬립이 생기는 것을 억지할 수 있다. 이에 의해, 제조 비용을 상승시키는 일 없이 고온 사양의 기판 열처리 장치를 구성할 수 있다.
또한, 용접을 행하는 것은 정밀도가 요구되지 않는 다이 시트와 지지 기둥의 고정뿐이므로, 용접에 의해 지지부의 정밀도가 열화하는 것을 억지할 수 있다. 또한, 왜곡을 바로 잡기 위한 어닐 처리가 정밀도에 영향을 끼치는 것을 억지할 수 있다.
또한, 석영 글래스판을 분할하여 필요한 형으로 용접하여 일체화하므로, 제작 과정에서 발생하는 불필요한 석영 글래스 칩을 삭감할 수 있다.
또한, 열처리시의 기판의 슬립을 억제한 보트의 구조를 저비용, 단기간에 결정하는 것이 가능해진다.

Claims (3)

  1. 복수의 기판을 상하 방향으로 이격시켜 수평으로 지지하는 기판 열처리용 보유 지지구로써,
    상기 복수의 기판 각각을 면접촉에 의해 지지하는 지지부와,
    상하 방향에 있어서의 상기 지지부의 간격을 규정하는 스페이서를 구비한 것을 특징으로 하는 기판 열처리용 보유 지지구.
  2. 제1항에 기재된 기판 열처리용 보유 지지구를 구비한 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  3. 복수의 기판을 상하 방향으로 이격시킨 상태에서 수평으로 지지하는 기판 열처리용 보유 지지구의 제조 방법으로서,
    다이 시트에 대해 수직으로 복수의 지지 기둥을 부착하여 고정하는 공정과,
    상기 복수의 기판을 지지하는 지지부와 상기 지지부의 상하 방향의 간격을 규정하는 스페이서를 상기 지지 기둥에 대해 교대로 삽입하는 공정과,
    상기 지지부와 상기 스페이서를 밀착시켜 고정하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 열처리용 보유 지지구의 제조 방법.
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