JP2004214260A - 熱処理装置及び基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】熱処理中に発生する基板のスリップ転位欠陥発生を少なくし、もって高品質な基板を製造する。
【解決手段】基板支持体30は、複数の支柱38及び支持部60からなる本体部56と、移動部58とを有する。この本体部56には、支持部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。支持部60は溝から構成され、奥壁62、上壁64及び下壁66を有する。この支持部60には、下壁66に接触するように移動部58が移動自在に設けられている。支持部60には移動部58を介し、基板68が挿入自在に配置されるようになっている。よって、基板68は、基板68の下面70が移動部58と接触し、移動部58を介して支持部60に支持される。移動部58は、基板68の下面70に接触する基板接触部と、支持部60の下壁66に接触する本体接触部とを有する。この本体接触部は、基板接触部より優先して滑るように構成されている。
【選択図】 図3
【解決手段】基板支持体30は、複数の支柱38及び支持部60からなる本体部56と、移動部58とを有する。この本体部56には、支持部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。支持部60は溝から構成され、奥壁62、上壁64及び下壁66を有する。この支持部60には、下壁66に接触するように移動部58が移動自在に設けられている。支持部60には移動部58を介し、基板68が挿入自在に配置されるようになっている。よって、基板68は、基板68の下面70が移動部58と接触し、移動部58を介して支持部60に支持される。移動部58は、基板68の下面70に接触する基板接触部と、支持部60の下壁66に接触する本体接触部とを有する。この本体接触部は、基板接触部より優先して滑るように構成されている。
【選択図】 図3
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
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、及び半導体ウェハやガラス基板等を熱処理する工程を有する基板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば縦型熱処理炉を用いて、複数のシリコンウェハ等の基板を熱処理する場合、炭化珪素製の基板支持体(ボート)が用いられている。この基板支持体には、例えば4本の支柱にそれぞれ基板を支持する挿入溝が設けられている。
【0003】この場合、1000°C程度以上で熱処理すると、挿入溝付近で、基板にスリップ転位欠陥が発生し、これがスリップラインとなるという問題があった。スリップラインが発生すると、基板の平坦度が劣化する。これらのため、LSI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の製造が困難であるという問題が発生していた。
【0004】このような問題を解決する手段として、挿入溝にまずシリコンウェハの半径方向に転動するコロを配置し、このコロの上に処理すべき基板を載置する技術が知られている(特許文献1参照)。これは、従来の4点支持から転動するコロによる支持に変えることにより、シリコンウェハの熱膨張による変形を防止し、スリップ転位欠陥が発生するのを防止しようとするものである。
【0005】
【特許文献1】特開平9−129567号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、処理すべきシリコンウェハの直径が大きくなる(例えば300mm)と、スリップ転位欠陥が発生することがある。この原因は、基板に対するコロの実効接触面積が小さいことにより、自重によって静荷重集中するため、及び熱処理時にシリコンウェハが弾性変形運動する過程で動荷重集中するためと考えられる。
【0007】そこで、本発明は、熱処理中に発生する基板のスリップ転位欠陥発生を少なくし、高品質な基板を製造することができ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。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第1の特徴とするところは、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た移動部とを有し、この移動部は、前記基板に接触する基板接触部と、前記本体部に接触する本体接触部とを有し、この本体接触部が前記基板接触部より優先して滑るように構成されてなる熱処理装置にある。
【0009】前記移動部を構成する構成物は、シリコン、炭化珪素、窒化珪素、石英若しくは非晶質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、SOI(Silicon On Insulator)ウェハ、水素アニールウェハ、エピタキシャルウェハ等のウェハの製造工程又はシリコンLSI若しくは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。
また、移動部の本体接触部は、DLC(Diamond Like Carbon)又は微結晶ダイヤモンド等でコートして構成することが好ましい。移動部の基板接触部は、シリコン、炭化珪素又は窒化珪素などでコートして構成することが好ましい。本体接触部は、本体部との間で生じる摩擦が基板接触部と基板との間で生じる摩擦より小さくなるような構成にすることが好ましい。本体接触部は、例えば、ほぼ点接触するような曲面に加工し、基板接触部が基板に接触する面積よりも、本体接触部が本体部に接触する面積が小さくなるようにしてもよいし、基板接触部より滑らかな面となるように研磨されてもよい。逆に、基板接触部は、表面粗さを本体接触部の表面粗さより粗くし、基板が熱処理によって弾性変形運動をしても、摩擦などによって移動部が基板に固定され、移動部の本体接触部が本体部との間でのみ滑りを生じるようにしてもよい。
よって、移動部は、例えば、1000°C以上の熱処理中に基板が弾性変形運動をしても、本体接触部が本体部との間で滑ることにより、基板に応力がかかることを防止することができる。
【0010】さらに、基板支持体は、例えば、垂直方向に所望の間隔で複数枚の基板を略水平の状態で支持する3本の支柱を有し、それぞれの基板に対して移動部を設けることが好ましい。
また、本体部は、移動部を載置する介在物を3本の支柱にそれぞれ有し、移動部の本体接触部は介在物との間で滑るように構成してもよい。移動部は、3本の支柱によって支えられるホルダ上に載置され、このホルダとの間で滑るようにしてもよい。ホルダの形状は、プレート状、リング状又はその他の形状であってもよい。
【0011】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、又は半導体装置を製造する方法を含み、本発明の第2の特徴とするところは、本体部と、この本体部及び基板に接触する移動部とを有する基板支持体であって、前記移動部と前記基板との間より、前記移動部と前記本体部との間が優先して滑るように構成された前記基板支持体に前記基板を支持する工程と、前記基板を前記基板支持体に支持した状態で熱処理する工程と、を有する基板の製造方法、又は半導体装置の製造方法にある。
【0012】上記基板の製造方法は、例えばSOIウェハの一種であるSIMOX(Separation by IMplanted Oxygen)ウェハを製造する製造工程の一工程に適用することができる。SIMOXウェハは、ウェハの内部にSiO2層が形成された(埋め込まれた)ものであって、イオン注入装置等により単結晶シリコンウェハ内に酸素イオンをイオン注入し、この酸素イオンが注入されたウェハを上記熱処理装置によって、例えばアルゴン(Ar)及び酸素(O2)を雰囲気として、1300〜1400°C程度の高温でアニール処理を行うことにより製造される。
また、上記基板の製造方法は、水素アニールウェハを製造する製造工程の一工程に適用することもできる。水素アニールウェハは、上記熱処理装置により、水素(H2)を雰囲気として、1200°C程度以上の高温でアニール処理を行うことによって製造される。水素アニールウェハは、ICが形成されるウェハ表面層の結晶欠陥が低減され、ウェハの結晶性が向上されている。
さらに、上記基板の製造方法は、エピタキシャルウェハを製造する製造工程の一工程に適用することもできる。
上記のように、基板の製造工程の一工程として行う高温アニール処理において、上記基板の製造方法は、上記熱処理装置が用いられることにより、基板にスリップ転位欠陥が発生することを防止することができる。
【0013】上記半導体装置の製造方法は、半導体デバイスの製造工程の一工程であり、比較的高い温度で行われる、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)、HCI酸化等の熱酸化工程、及び、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の熱処理工程に適用されることが好ましい。
上記のように、半導体デバイスの製造工程の一工程として行う熱処理工程において、上記半導体装置の製造方法は、上記熱処理装置が用いられることにより、基板にスリップ転位欠陥が発生することを防止することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1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。この筺体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。
【0015】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。
【0016】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16、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。
【0017】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。
【0018】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。
【0019】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。
【0020】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を装入し、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、降温プログラムに従って基板の熱処理を実施する。
【0021】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を所定位置で待機させる。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。
【0022】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及び支持部60からなる本体部56と、移動部58とを有する。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、支持部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。支持部60は溝から構成され、奥壁62、上壁64及び下壁66を有する。この支持部60には、下壁66に接触するように、移動部58が移動自在に設けられている。支持部60には、移動部58を介し基板68が挿入自在に配置されるようになっている。よって、基板68は、基板68の下面70が移動部58と接触し、移動部58を介して支持部60に支持される。
ただし、支持部60の断面形状は4角形に限られるものではなく、他の多角形や楕円の一部であってもよい。
【0023】
図5は、移動部58の第一例を示す図であって、図5(A)は移動部58の第一例の斜視図であり、図5(B)は移動部58の第一例の断面を示す図である。移動部58は、シリコンから構成されている。移動部58を構成する構成物は、前述したように、シリコンを含めて、炭化珪素、窒化珪素、石英若しくは非晶質炭素又はこれらの複合物から構成されてもよい。これらの材料は、SOIウェハ、水素アニールウェハ、エピタキシャルウェハ等のウェハの製造工程又はシリコンLSI若しくは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。
また、移動部58は、基板68の下面70に接触する基板接触部72と、支持部60の下壁66に接触する本体接触部74とを有する。本体接触部74は、微結晶ダイヤモンド膜76で表面をコートされており、表面がシリコンである基板接触部72よりも静止摩擦係数が小さくなるようにしてある。本体接触部74は、DLC(Diamond Like Carbon)でコートされてもよい。
なお、移動部58の形状は、円柱形に限られるものではなく、他の多角柱や楕円柱などであってもよい。さらに、移動部58は、基板接触部72及び本体接触部74の周縁部分を曲面にし、外力などが集中することを防止できる形状としてもよい。
【0024】次に、上記実施形態における移動部58の作用原理について説明する。
図6において、移動部58が、例えば熱処理中の基板68の熱膨張によって移動する状態が示されている。移動部58は、支持部60の下壁66に本体接触部74が接触するように載置されている。また、基板68は、下面70が移動部58の基板接触部72と接触するように配置され、移動部58を介して支持部60に支持されている。
【0025】基板68は、熱処理中に、例えば1000°C以上となるように加熱されると、半径方向で周縁(図6の左方向)に向かって膨張する。基板68が膨張すると、下面70は、基板接触部72との間で生じる摩擦により、移動部58に対し、基板68が膨張する方向へ押す力を加える。下面70と基板接触部72との接触面において、基板68が移動部58に加える力F1が下面70と基板接触部72との接触面で生じる最大静止摩擦力F1’を超える大きさとなるまで滑りは生じない。
【0026】また、基板68が膨張し、基板68が移動部58に対して膨張する方向へ押す力を加えると、本体接触部74は、下壁66との間で生じる摩擦により、支持部60に対し、基板68が膨張する方向へ押す力を加える。本体接触部74と下壁66との接触面において、移動部58が下壁66に加える力F2が本体接触部74と下壁66との接触面で生じる最大静止摩擦力F2’を超える大きさとなるまで滑りは生じない。
【0027】ところが、本体接触部74は前述のように微結晶ダイヤモンド膜76で表面をコートされており、基板接触部72よりも静止摩擦係数が小さく、最大静止摩擦力F2’が最大静止摩擦力F1’よりも小さくなるようにされている。また、基板68の熱膨張により移動部58に対して加えられる力は、昇温などによって徐々に大きくなる。よって、移動部58は、最大静止摩擦力F1’未満の力で、かつ、最大静止摩擦力F2’を超える力が基板68の膨張によって加わえられると、本体部56が下部板36に固定されているため、本体接触部74と下壁66との間で優先して滑りが生じ、基板68の膨張する方向に移動させられる。
また、移動部58は、熱処理後の降温時などで基板68が収縮する場合には、基板接触部72及び本体接触部74にそれぞれ膨張時の逆方向に力が加えられ、上記同様に本体接触部74と下壁66との間で優先して滑りが生じ、基板68の半径方向で中心(図6の右方向)に向かって移動させられる。
【0028】図7は、移動部58の変形例を示す図であって、図7(A)は移動部58の第二例を示し、図7(B)は移動部58の第三例を示し、図7(C)は移動部58の第四例を示す断面図である。移動部58は、図7(A)に示すように、本体接触部74が基板接触部72よりも滑らかな面になるように研磨されてもよい。また、移動部58は、図7(B)に示すように、本体接触部74が下壁66にほぼ点接触するような曲面に加工され、基板接触部72が基板68に接触する面積よりも、本体接触部74が下壁66に接触する面積が小さくしてもよい。さらに、移動部58は、図7(C)に示すように、例えばエピタキシャル成長技術によって基板接触部72にエピタキシャル層78を形成し、原子レベルで平滑化された基板接触部72を下面70に接着させてもよい。
これらの変形例は、熱処理中において、基板接触部72が下面70と接触する面よりも、本体接触部74が下壁66と接触する面で優先して滑りが生じるように構成されている。また、基板接触部72と下面70との接触面は、基板68の熱処理による弾性変形運動では滑りが生じないように、上記の摩擦や接着の力を強くすることによって固定されてもよい。本体部56は、それぞれの下壁66と移動部58との間に、例えば、移動部58の本体接触部74が移動自在となる介在物を有し、基板接触部72が下面70と接触する面よりも、本体接触部74が介在物と接触する面で優先して滑りが生じるように構成されてもよい。
【0029】図8及び図9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、本体部56は、前述した支持部60に載置されたホルダ80を有する。このホルダ80は、基板68よりやや大き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80には、挿入溝82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82に前述した基板移載機26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。よって、基板移載機26は、ホルダ80を基板支持体30に高速で搬入出することができる。ホルダ80の形状は、円板状に限らず、リング状などに形成されてもよい。移動部58は、ホルダ80に移動自在に載置されている。よって、基板68は、移動部58及びホルダ80を介して支持部60に支持される。
なお、第一例と実質的に同じ部分には、図面に同一番号を付してある。
【0030】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。
【0031】以上のように、本発明は、特許請求の範囲に記載した事項を特徴とするが、さらに次のような実施形態が含まれる。
(1)前記移動部は、シリコン、炭化珪素、窒化珪素、石英若しくは非晶質炭素又はこれらの複合物からなることを特徴とする請求項1記載の熱処理装置。
(2)前記基板接触部は、周縁を曲面にされてなることを特徴とする請求項1又は(1)記載の熱処理装置。
(3)前記本体接触部は、DLC(Diamond Like Carbon)又は微結晶ダイヤモンドでコートされてなることを特徴とする請求項1、(1)又は(2)記載の熱処理装置。
(4)前記基板接触部は、シリコン、炭化珪素又は窒化珪素でコートされてされてなることを特徴とする請求項1又は(1)乃至(3)記載の熱処理装置。
(5)前記本体接触部は、本体部との間で生じる摩擦が前記基板接触部と前記基板との間で生じる摩擦より小さくなるように構成されてなることを特徴とする請求項1又は(1)乃至(4)記載の熱処理装置。
(6)前記本体接触部は、前記基板接触部が前記基板に接触する面積よりも、前記本体接触部が前記本体部に接触する面積が小さくなるように構成されてなることを特徴とする請求項1又は(1)乃至(4)記載の熱処理装置。
(7)前記本体接触部は、前記基板接触部より滑らかな面となるように研磨されてなることを特徴とする請求項1又は(1)乃至(4)記載の熱処理装置。
(8)前記基板接触部は、前記基板に固定され、前記移動部が前記本体接触部でのみ滑りを生じるように構成されてなることを特徴とする請求項1又は(1)乃至(4)記載の熱処理装置。
(9)前記基板支持体は、垂直方向に所望の間隔で複数枚の基板を略水平の状態で支持することを特徴とする請求項1又は(1)乃至(8)記載の熱処理装置。
(10)前記本体部は、複数の支柱と、この支柱に形成され、溝から構成される複数の支持部とを有し、前記支持部は、それぞれ前記移動部を載置する介在物を有することを特徴とする請求項1又は(1)乃至(9)記載の熱処理装置。
(11)前記本体部は、複数の前記移動部を載置するホルダを有することを特徴とする請求項1又は(1)乃至(9)記載の熱処理装置。
(12)請求項1又は(1)乃至(11)いずれか記載の熱処理装置を用いて半導体装置を製造することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(13)熱処理工程として、基板を1000°C以上に加熱する工程を有することを特徴とする請求項2又は(12)記載の半導体装置の製造方法。
(14)請求項1又は(1)乃至(11)いずれか記載の熱処理装置を用いて基板を製造することを特徴とする基板の製造方法。
(15)熱処理工程として、基板を1000°C以上に加熱する工程を有することを特徴とする請求項2又は(14)記載の基板の製造方法。
【0032】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、移動部の本体接触部が基板接触部より優先して滑るようにしたので、熱処理中に発生する基板のスリップ転位欠陥発生を少なくし、高品質な基板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】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】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】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】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】移動部の第一例を示す図であって、図5(A)は移動部の第一例の斜視図であり、図5(B)は移動部の第一例の断面を示す図である。
【図6】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の作用原理を模式的に示し、移動部の第一例が熱処理中の基板の熱膨張によって移動する状態を示す図である。
【図7】移動部の変形例を示す図であって、図7(A)は移動部の第二例を示し、図7(B)は移動部の第三例を示し、図7(C)は移動部の第四例を示す断面図である。
【図8】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9】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8のB−B線断面図である。
【符号の説明】
10 熱処理装置
30 基板支持体
38 支柱
56 本体部
58 移動部
60 支持部
66 下壁
68 基板
70 下面
72 基板接触部
74 本体接触部
80 ホルダ
【発明の属する技術分野】
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、及び半導体ウェハやガラス基板等を熱処理する工程を有する基板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば縦型熱処理炉を用いて、複数のシリコンウェハ等の基板を熱処理する場合、炭化珪素製の基板支持体(ボート)が用いられている。この基板支持体には、例えば4本の支柱にそれぞれ基板を支持する挿入溝が設けられている。
【0003】この場合、1000°C程度以上で熱処理すると、挿入溝付近で、基板にスリップ転位欠陥が発生し、これがスリップラインとなるという問題があった。スリップラインが発生すると、基板の平坦度が劣化する。これらのため、LSI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の製造が困難であるという問題が発生していた。
【0004】このような問題を解決する手段として、挿入溝にまずシリコンウェハの半径方向に転動するコロを配置し、このコロの上に処理すべき基板を載置する技術が知られている(特許文献1参照)。これは、従来の4点支持から転動するコロによる支持に変えることにより、シリコンウェハの熱膨張による変形を防止し、スリップ転位欠陥が発生するのを防止しようとするものである。
【0005】
【特許文献1】特開平9−129567号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、処理すべきシリコンウェハの直径が大きくなる(例えば300mm)と、スリップ転位欠陥が発生することがある。この原因は、基板に対するコロの実効接触面積が小さいことにより、自重によって静荷重集中するため、及び熱処理時にシリコンウェハが弾性変形運動する過程で動荷重集中するためと考えられる。
【0007】そこで、本発明は、熱処理中に発生する基板のスリップ転位欠陥発生を少なくし、高品質な基板を製造することができ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。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第1の特徴とするところは、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た移動部とを有し、この移動部は、前記基板に接触する基板接触部と、前記本体部に接触する本体接触部とを有し、この本体接触部が前記基板接触部より優先して滑るように構成されてなる熱処理装置にある。
【0009】前記移動部を構成する構成物は、シリコン、炭化珪素、窒化珪素、石英若しくは非晶質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、SOI(Silicon On Insulator)ウェハ、水素アニールウェハ、エピタキシャルウェハ等のウェハの製造工程又はシリコンLSI若しくは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。
また、移動部の本体接触部は、DLC(Diamond Like Carbon)又は微結晶ダイヤモンド等でコートして構成することが好ましい。移動部の基板接触部は、シリコン、炭化珪素又は窒化珪素などでコートして構成することが好ましい。本体接触部は、本体部との間で生じる摩擦が基板接触部と基板との間で生じる摩擦より小さくなるような構成にすることが好ましい。本体接触部は、例えば、ほぼ点接触するような曲面に加工し、基板接触部が基板に接触する面積よりも、本体接触部が本体部に接触する面積が小さくなるようにしてもよいし、基板接触部より滑らかな面となるように研磨されてもよい。逆に、基板接触部は、表面粗さを本体接触部の表面粗さより粗くし、基板が熱処理によって弾性変形運動をしても、摩擦などによって移動部が基板に固定され、移動部の本体接触部が本体部との間でのみ滑りを生じるようにしてもよい。
よって、移動部は、例えば、1000°C以上の熱処理中に基板が弾性変形運動をしても、本体接触部が本体部との間で滑ることにより、基板に応力がかかることを防止することができる。
【0010】さらに、基板支持体は、例えば、垂直方向に所望の間隔で複数枚の基板を略水平の状態で支持する3本の支柱を有し、それぞれの基板に対して移動部を設けることが好ましい。
また、本体部は、移動部を載置する介在物を3本の支柱にそれぞれ有し、移動部の本体接触部は介在物との間で滑るように構成してもよい。移動部は、3本の支柱によって支えられるホルダ上に載置され、このホルダとの間で滑るようにしてもよい。ホルダの形状は、プレート状、リング状又はその他の形状であってもよい。
【0011】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、又は半導体装置を製造する方法を含み、本発明の第2の特徴とするところは、本体部と、この本体部及び基板に接触する移動部とを有する基板支持体であって、前記移動部と前記基板との間より、前記移動部と前記本体部との間が優先して滑るように構成された前記基板支持体に前記基板を支持する工程と、前記基板を前記基板支持体に支持した状態で熱処理する工程と、を有する基板の製造方法、又は半導体装置の製造方法にある。
【0012】上記基板の製造方法は、例えばSOIウェハの一種であるSIMOX(Separation by IMplanted Oxygen)ウェハを製造する製造工程の一工程に適用することができる。SIMOXウェハは、ウェハの内部にSiO2層が形成された(埋め込まれた)ものであって、イオン注入装置等により単結晶シリコンウェハ内に酸素イオンをイオン注入し、この酸素イオンが注入されたウェハを上記熱処理装置によって、例えばアルゴン(Ar)及び酸素(O2)を雰囲気として、1300〜1400°C程度の高温でアニール処理を行うことにより製造される。
また、上記基板の製造方法は、水素アニールウェハを製造する製造工程の一工程に適用することもできる。水素アニールウェハは、上記熱処理装置により、水素(H2)を雰囲気として、1200°C程度以上の高温でアニール処理を行うことによって製造される。水素アニールウェハは、ICが形成されるウェハ表面層の結晶欠陥が低減され、ウェハの結晶性が向上されている。
さらに、上記基板の製造方法は、エピタキシャルウェハを製造する製造工程の一工程に適用することもできる。
上記のように、基板の製造工程の一工程として行う高温アニール処理において、上記基板の製造方法は、上記熱処理装置が用いられることにより、基板にスリップ転位欠陥が発生することを防止することができる。
【0013】上記半導体装置の製造方法は、半導体デバイスの製造工程の一工程であり、比較的高い温度で行われる、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)、HCI酸化等の熱酸化工程、及び、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の熱処理工程に適用されることが好ましい。
上記のように、半導体デバイスの製造工程の一工程として行う熱処理工程において、上記半導体装置の製造方法は、上記熱処理装置が用いられることにより、基板にスリップ転位欠陥が発生することを防止することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1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。この筺体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。
【0015】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。
【0016】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16、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。
【0017】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。
【0018】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。
【0019】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。
【0020】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を装入し、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、降温プログラムに従って基板の熱処理を実施する。
【0021】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を所定位置で待機させる。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。
【0022】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及び支持部60からなる本体部56と、移動部58とを有する。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、支持部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。支持部60は溝から構成され、奥壁62、上壁64及び下壁66を有する。この支持部60には、下壁66に接触するように、移動部58が移動自在に設けられている。支持部60には、移動部58を介し基板68が挿入自在に配置されるようになっている。よって、基板68は、基板68の下面70が移動部58と接触し、移動部58を介して支持部60に支持される。
ただし、支持部60の断面形状は4角形に限られるものではなく、他の多角形や楕円の一部であってもよい。
【0023】
図5は、移動部58の第一例を示す図であって、図5(A)は移動部58の第一例の斜視図であり、図5(B)は移動部58の第一例の断面を示す図である。移動部58は、シリコンから構成されている。移動部58を構成する構成物は、前述したように、シリコンを含めて、炭化珪素、窒化珪素、石英若しくは非晶質炭素又はこれらの複合物から構成されてもよい。これらの材料は、SOIウェハ、水素アニールウェハ、エピタキシャルウェハ等のウェハの製造工程又はシリコンLSI若しくは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。
また、移動部58は、基板68の下面70に接触する基板接触部72と、支持部60の下壁66に接触する本体接触部74とを有する。本体接触部74は、微結晶ダイヤモンド膜76で表面をコートされており、表面がシリコンである基板接触部72よりも静止摩擦係数が小さくなるようにしてある。本体接触部74は、DLC(Diamond Like Carbon)でコートされてもよい。
なお、移動部58の形状は、円柱形に限られるものではなく、他の多角柱や楕円柱などであってもよい。さらに、移動部58は、基板接触部72及び本体接触部74の周縁部分を曲面にし、外力などが集中することを防止できる形状としてもよい。
【0024】次に、上記実施形態における移動部58の作用原理について説明する。
図6において、移動部58が、例えば熱処理中の基板68の熱膨張によって移動する状態が示されている。移動部58は、支持部60の下壁66に本体接触部74が接触するように載置されている。また、基板68は、下面70が移動部58の基板接触部72と接触するように配置され、移動部58を介して支持部60に支持されている。
【0025】基板68は、熱処理中に、例えば1000°C以上となるように加熱されると、半径方向で周縁(図6の左方向)に向かって膨張する。基板68が膨張すると、下面70は、基板接触部72との間で生じる摩擦により、移動部58に対し、基板68が膨張する方向へ押す力を加える。下面70と基板接触部72との接触面において、基板68が移動部58に加える力F1が下面70と基板接触部72との接触面で生じる最大静止摩擦力F1’を超える大きさとなるまで滑りは生じない。
【0026】また、基板68が膨張し、基板68が移動部58に対して膨張する方向へ押す力を加えると、本体接触部74は、下壁66との間で生じる摩擦により、支持部60に対し、基板68が膨張する方向へ押す力を加える。本体接触部74と下壁66との接触面において、移動部58が下壁66に加える力F2が本体接触部74と下壁66との接触面で生じる最大静止摩擦力F2’を超える大きさとなるまで滑りは生じない。
【0027】ところが、本体接触部74は前述のように微結晶ダイヤモンド膜76で表面をコートされており、基板接触部72よりも静止摩擦係数が小さく、最大静止摩擦力F2’が最大静止摩擦力F1’よりも小さくなるようにされている。また、基板68の熱膨張により移動部58に対して加えられる力は、昇温などによって徐々に大きくなる。よって、移動部58は、最大静止摩擦力F1’未満の力で、かつ、最大静止摩擦力F2’を超える力が基板68の膨張によって加わえられると、本体部56が下部板36に固定されているため、本体接触部74と下壁66との間で優先して滑りが生じ、基板68の膨張する方向に移動させられる。
また、移動部58は、熱処理後の降温時などで基板68が収縮する場合には、基板接触部72及び本体接触部74にそれぞれ膨張時の逆方向に力が加えられ、上記同様に本体接触部74と下壁66との間で優先して滑りが生じ、基板68の半径方向で中心(図6の右方向)に向かって移動させられる。
【0028】図7は、移動部58の変形例を示す図であって、図7(A)は移動部58の第二例を示し、図7(B)は移動部58の第三例を示し、図7(C)は移動部58の第四例を示す断面図である。移動部58は、図7(A)に示すように、本体接触部74が基板接触部72よりも滑らかな面になるように研磨されてもよい。また、移動部58は、図7(B)に示すように、本体接触部74が下壁66にほぼ点接触するような曲面に加工され、基板接触部72が基板68に接触する面積よりも、本体接触部74が下壁66に接触する面積が小さくしてもよい。さらに、移動部58は、図7(C)に示すように、例えばエピタキシャル成長技術によって基板接触部72にエピタキシャル層78を形成し、原子レベルで平滑化された基板接触部72を下面70に接着させてもよい。
これらの変形例は、熱処理中において、基板接触部72が下面70と接触する面よりも、本体接触部74が下壁66と接触する面で優先して滑りが生じるように構成されている。また、基板接触部72と下面70との接触面は、基板68の熱処理による弾性変形運動では滑りが生じないように、上記の摩擦や接着の力を強くすることによって固定されてもよい。本体部56は、それぞれの下壁66と移動部58との間に、例えば、移動部58の本体接触部74が移動自在となる介在物を有し、基板接触部72が下面70と接触する面よりも、本体接触部74が介在物と接触する面で優先して滑りが生じるように構成されてもよい。
【0029】図8及び図9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、本体部56は、前述した支持部60に載置されたホルダ80を有する。このホルダ80は、基板68よりやや大き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80には、挿入溝82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82に前述した基板移載機26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。よって、基板移載機26は、ホルダ80を基板支持体30に高速で搬入出することができる。ホルダ80の形状は、円板状に限らず、リング状などに形成されてもよい。移動部58は、ホルダ80に移動自在に載置されている。よって、基板68は、移動部58及びホルダ80を介して支持部60に支持される。
なお、第一例と実質的に同じ部分には、図面に同一番号を付してある。
【0030】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。
【0031】以上のように、本発明は、特許請求の範囲に記載した事項を特徴とするが、さらに次のような実施形態が含まれる。
(1)前記移動部は、シリコン、炭化珪素、窒化珪素、石英若しくは非晶質炭素又はこれらの複合物からなることを特徴とする請求項1記載の熱処理装置。
(2)前記基板接触部は、周縁を曲面にされてなることを特徴とする請求項1又は(1)記載の熱処理装置。
(3)前記本体接触部は、DLC(Diamond Like Carbon)又は微結晶ダイヤモンドでコートされてなることを特徴とする請求項1、(1)又は(2)記載の熱処理装置。
(4)前記基板接触部は、シリコン、炭化珪素又は窒化珪素でコートされてされてなることを特徴とする請求項1又は(1)乃至(3)記載の熱処理装置。
(5)前記本体接触部は、本体部との間で生じる摩擦が前記基板接触部と前記基板との間で生じる摩擦より小さくなるように構成されてなることを特徴とする請求項1又は(1)乃至(4)記載の熱処理装置。
(6)前記本体接触部は、前記基板接触部が前記基板に接触する面積よりも、前記本体接触部が前記本体部に接触する面積が小さくなるように構成されてなることを特徴とする請求項1又は(1)乃至(4)記載の熱処理装置。
(7)前記本体接触部は、前記基板接触部より滑らかな面となるように研磨されてなることを特徴とする請求項1又は(1)乃至(4)記載の熱処理装置。
(8)前記基板接触部は、前記基板に固定され、前記移動部が前記本体接触部でのみ滑りを生じるように構成されてなることを特徴とする請求項1又は(1)乃至(4)記載の熱処理装置。
(9)前記基板支持体は、垂直方向に所望の間隔で複数枚の基板を略水平の状態で支持することを特徴とする請求項1又は(1)乃至(8)記載の熱処理装置。
(10)前記本体部は、複数の支柱と、この支柱に形成され、溝から構成される複数の支持部とを有し、前記支持部は、それぞれ前記移動部を載置する介在物を有することを特徴とする請求項1又は(1)乃至(9)記載の熱処理装置。
(11)前記本体部は、複数の前記移動部を載置するホルダを有することを特徴とする請求項1又は(1)乃至(9)記載の熱処理装置。
(12)請求項1又は(1)乃至(11)いずれか記載の熱処理装置を用いて半導体装置を製造することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(13)熱処理工程として、基板を1000°C以上に加熱する工程を有することを特徴とする請求項2又は(12)記載の半導体装置の製造方法。
(14)請求項1又は(1)乃至(11)いずれか記載の熱処理装置を用いて基板を製造することを特徴とする基板の製造方法。
(15)熱処理工程として、基板を1000°C以上に加熱する工程を有することを特徴とする請求項2又は(14)記載の基板の製造方法。
【0032】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、移動部の本体接触部が基板接触部より優先して滑るようにしたので、熱処理中に発生する基板のスリップ転位欠陥発生を少なくし、高品質な基板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】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】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】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】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】移動部の第一例を示す図であって、図5(A)は移動部の第一例の斜視図であり、図5(B)は移動部の第一例の断面を示す図である。
【図6】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の作用原理を模式的に示し、移動部の第一例が熱処理中の基板の熱膨張によって移動する状態を示す図である。
【図7】移動部の変形例を示す図であって、図7(A)は移動部の第二例を示し、図7(B)は移動部の第三例を示し、図7(C)は移動部の第四例を示す断面図である。
【図8】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9】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8のB−B線断面図である。
【符号の説明】
10 熱処理装置
30 基板支持体
38 支柱
56 本体部
58 移動部
60 支持部
66 下壁
68 基板
70 下面
72 基板接触部
74 本体接触部
80 ホルダ
Claims (2)
- 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た移動部とを有し、この移動部は、前記基板に接触する基板接触部と、前記本体部に接触する本体接触部とを有し、この本体接触部が前記基板接触部より優先して滑るように構成されてなることを特徴とする熱処理装置。
- 本体部と、この本体部及び基板に接触する移動部とを有する基板支持体であって、前記移動部と前記基板との間より、前記移動部と前記本体部との間が優先して滑るように構成された前記基板支持体に前記基板を支持する工程と、前記基板を前記基板支持体に支持した状態で熱処理する工程と、を有することを特徴とする基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002379069A JP2004214260A (ja) | 2002-12-27 | 2002-12-27 | 熱処理装置及び基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2002379069A JP2004214260A (ja) | 2002-12-27 | 2002-12-27 | 熱処理装置及び基板の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004214260A true JP2004214260A (ja) | 2004-07-29 |
Family
ID=32815677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002379069A Pending JP2004214260A (ja) | 2002-12-27 | 2002-12-27 | 熱処理装置及び基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004214260A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006013808A1 (ja) * | 2004-08-06 | 2006-02-09 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | 熱処理装置及び基板の製造方法 |
| JP2009246182A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Covalent Materials Corp | 減圧熱処理装置 |
| JP2011011942A (ja) * | 2009-07-01 | 2011-01-20 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 結晶製造装置及び結晶製造方法 |
| CN110246784A (zh) * | 2019-06-19 | 2019-09-17 | 西安奕斯伟硅片技术有限公司 | 一种支撑结构和具有其的热处理装置 |
-
2002
- 2002-12-27 JP JP2002379069A patent/JP2004214260A/ja active Pending
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