JP2006080294A - Substrate manufacturing method - Google Patents
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Abstract
【課題】基板に熱処理を施す際に、スリップ転位欠陥の発生を防止できる基板の製造方法を提供することを目的としている。
【解決手段】基板48を反応炉34内に搬入する搬入工程と、基板温度を処理温度まで昇温させる昇温工程と、基板48を処理温度で熱処理する熱処理工程と、基板温度を処理温度から処理温度よりも低い温度まで降温する降温工程と、反応炉34内から基板を搬出する搬出工程とを有し、昇温工程または降温工程の途中に基板温度を降下させる降下工程を少なくとも2回以上設けた。
【選択図】図4An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a substrate capable of preventing the occurrence of slip dislocation defects when the substrate is subjected to heat treatment.
A loading step of loading a substrate into a reaction furnace, a heating step of raising the substrate temperature to a processing temperature, a heat treatment step of heat-treating the substrate at the processing temperature, and the substrate temperature from the processing temperature. It has a temperature lowering process for lowering the temperature to a temperature lower than the processing temperature and an unloading process for unloading the substrate from the reaction furnace 34, and at least two or more lowering processes for decreasing the substrate temperature during the temperature lowering process. Provided.
[Selection] Figure 4
Description
本発明は、半導体ウエハやガラス基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor wafer or a glass substrate.
例えば縦型熱処理炉を用いて、複数枚のシリコン単結晶ウエハ等の基板を熱処理する場合、炭化珪素製等の基板支持体(ボート)が用いられている。この基板支持体には、例えば3点で基板を支持する支持溝が設けられている。 For example, when a substrate such as a plurality of silicon single crystal wafers is heat-treated using a vertical heat treatment furnace, a substrate support (boat) made of silicon carbide or the like is used. The substrate support is provided with support grooves for supporting the substrate at, for example, three points.
この場合、1000℃程度以上の温度で熱処理すると、支持溝付近で、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になるという問題があった。スリップラインが発生すると、基板の平坦度が低下する。このため、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。 In this case, when the heat treatment is performed at a temperature of about 1000 ° C. or higher, slip dislocation defects are generated in the substrate in the vicinity of the support groove, which causes a slip line. When a slip line occurs, the flatness of the substrate decreases. For this reason, in the lithography process, which is one of the important processes in the LSI manufacturing process, mask misalignment (mask misalignment due to defocusing or deformation) occurs, and there is a problem that it is difficult to manufacture an LSI having a desired pattern. Was.
このような問題を解決する手段として、処理温度が高温になるほど昇降温速度を遅くすることにより、シリコンウエハの高温熱処理時の結晶欠陥の発生を防止するものが公知となっている(例えば特許文献1)。 As means for solving such a problem, there is known one that prevents the generation of crystal defects during high-temperature heat treatment of a silicon wafer by slowing the temperature raising / lowering rate as the processing temperature increases (for example, Patent Documents). 1).
上述のように昇降温速度を遅くする方法では、効果が十分でなく、場合によってはスリップが発生するという問題があった。 As described above, the method of slowing the temperature raising / lowering speed has a problem that the effect is not sufficient and slipping occurs depending on the case.
本発明は、基板に熱処理を施す際に、スリップ転位欠陥の発生を防止できる基板の製造方法の提供を目的としている。 An object of the present invention is to provide a substrate manufacturing method capable of preventing the occurrence of slip dislocation defects when heat treatment is performed on the substrate.
上記課題を解決するため、本発明の特徴とするところは、基板を処理室内に搬入する搬入工程と、基板温度を処理温度まで昇温させる昇温工程と、基板を処理温度で熱処理する熱処理工程と、基板温度を処理温度から処理温度よりも低い温度まで降温させる降温工程と、基板を処理室内より搬出する搬出工程とを有する基板の製造方法であって、前記昇温工程の途中に基板温度を降下させる降下工程を少なくとも2回以上有する基板の製造方法にある。 In order to solve the above-described problems, the present invention is characterized by a carrying-in process for carrying a substrate into a processing chamber, a temperature raising process for raising the substrate temperature to a processing temperature, and a heat treatment process for heat-treating the substrate at the processing temperature. And a substrate manufacturing method comprising: a temperature lowering step for lowering the substrate temperature from the processing temperature to a temperature lower than the processing temperature; and a carry-out step for unloading the substrate from the processing chamber. The method of manufacturing a substrate has a lowering step of lowering at least twice.
好ましくは、降下工程は、800℃以上1050℃以下、さらには900℃以上1000℃以下の温度範囲で行われる。また、好ましくは、1回目の降下工程と2回目以降の降下工程の降下開始温度および降下終了温度、または降下開始温度若しくは降下終了温度は同一にする。また、好ましくは、1回目の降下工程と2回目以降の降下工程の温度降下幅は同一にする。また、好ましくは、2回目以降の降下工程は1回目の降下工程と比較し、温度降下レートが小さくなるようにする。また、好ましくは、2回目以降の降下工程は1回目の降下工程と比較し、温度降下幅が小さくなるようにする。また、好ましくは、支持具は基板よりも厚いシリコン製のホルダまたはリング、またはSiC製のホルダまたはリングから構成される。さらに、本発明における熱処理は、好ましくは1200℃以上、さらには1350℃以上の高温で行われる。 Preferably, the descending step is performed in a temperature range of 800 ° C. or higher and 1050 ° C. or lower, and further 900 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. Preferably, the descent start temperature and descent end temperature, or descent start temperature or descent end temperature are the same in the first descent process and the second and subsequent descent processes. Preferably, the temperature drop widths of the first descent process and the second and subsequent descent processes are the same. Preferably, the second and subsequent descent steps are made to have a lower temperature drop rate than the first descent step. Preferably, the second and subsequent lowering steps are made smaller in temperature drop width than the first lowering step. Preferably, the support is made of a silicon holder or ring thicker than the substrate, or a SiC holder or ring. Furthermore, the heat treatment in the present invention is preferably performed at a high temperature of 1200 ° C. or higher, more preferably 1350 ° C. or higher.
本発明によれば、高温熱処理において、スリップが発生せず高品質の基板を製造することができる。 According to the present invention, a high-quality substrate can be manufactured without causing slip in the high-temperature heat treatment.
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筐体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。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a
筐体12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。
In the
さらに、筐体12内には、基板移載機26、ノッチアライナ28及び基板支持体30(ボード)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。
Further, a
図2において、反応炉34が示されている。この反応炉34は、SiC製の反応管36を有する。この反応管36は、上部が密閉された円筒状に形成され、下部がフランジ状に形成されている。この反応管36の下部には石英製のアダプタ38が配置され、このアダプタ38により反応管36が支持されている。また、アダプタ38を除いた反応管36の周囲には、ヒータ40が配置されている。前述した基板支持体30は反応管36内に挿入される。反応管36の下方は、基板支持体30を挿入するために開放され、この開放部分は炉口シールキャップ42と基板支持体30との間には、石英製の第1のキャップ44と、この第1のキャップ44の上部に配置されたSiC製の第2のキャップ46とが介在されている。基板支持体30は、多数枚の基板48を略水平状態で隙間をもって多数段に支持し、反応管36内に装填される。
In FIG. 2, a
1200℃以上の高温で処理を可能とするため、反応管36はSiC製としてある。このSiC製の反応管36を炉口部まで延ばし、SiCでシールする構造とすると、SiC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SiC製の反応管42のシール部を冷却すると、SiC製の反応管36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40による加熱領域をSiCとし、ヒータ40による加熱領域から外れた部分に石英製のアダプタ38を設けることで、炉口部のシールは可能となる。また、SiC製の反応管36と石英製のアダプタ38とのシールは、双方の面精度を良くすれば、SiC製の反応管36はヒータ40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、SiC製の反応管36のフランジ部分は平面を保つことができ、アダプタ38との間に隙間ができないので、SiC製の反応管36を石英製のアダプタ38に載せるだけでシール性を確保することができる。
In order to enable processing at a high temperature of 1200 ° C. or higher, the
アダプタ38には、該アダプタ38と一体にガス供給口50とガス排気口52とが形成されている。ガス供給口50にはガス導入管54が、ガス排気口52には排気管56がそれぞれ接続されている。
The
アダプタ38の内部には垂直方向に向かうガス導入経路が設けられ、その上部にはノズル取付孔58が上方に開口するように形成されている。このノズル取付孔58は、ガス供給口50とガス導入経路を介して接続されている。また、このノズル取付孔58にはノズル60が挿入固定されている。すなわち、アダプタ38の上面にノズル60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、また破壊されにくい。また、ノズル60とアダプタ38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54からガス供給口50に導入されたガスは、ノズル60を介して反応管36内に供給される。
A gas introduction path extending in the vertical direction is provided inside the
ノズル60は、反応管36の内壁に沿って基板配列領域の上方(基板支持体30の上方)まで延びるように構成されている。このノズル60は、例えば内径が10mm、長さが100mmである。
なお、この実施形態においては、ノズル60は1本であるが、これに限定されるものではなく、複数本設けるようにしてよく、少なくとも1本あればよいものである。
The
In this embodiment, the number of
次に基板支持体に30について説明する。
図3において基板支持体30は、本体部62と、この本体部62に設けられた支持部64とから構成されている。本体部62は、例えば炭化珪素(SiC)、シリコン(Si)(単結晶又は多結晶)又は石英(SiO2)からなる。例えば3本又は4本の支柱66には、支柱66の垂直方向で等間隔に爪部68がそれぞれ多数形成されている。この爪部68は、基板支持体30の内側へ向けて水平に延びており、この爪部68に支持部64が載置支持されている。
Next, the
In FIG. 3, the
支持部64は、例えばシリコン又はSiCからなる。例えば基板の厚さよりも厚い板状部材、例えば円板状に形成された部材から構成され、この支持部64上に基板48が接触載置されるようになっている。なお、この実施形態においては、支持部64は円板状に形成されているが、他の形状をもつ板状、リング状又は円板状であってもよく、1つ又は複数の溝又は孔が形成されていてもよい。
The
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。
Next, the operation of the
First, when a
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から基板を取り出し、基板支持体30に移載する。
Next, the substrate is transferred from the
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600℃程度の温度に設定された反応炉34内に複数枚の基板を装填した基板支持体30を装入し、炉口シールキャップ42により反応管36内を密閉する。次に炉内温度を熱処理温度まで上昇させて、ガス導入管54からガス供給口50及びノズル60を介して反応管36内に処理ガスを導入する。処理ガスには、窒素、アルゴン、水素、酸素等が含まれる。基板を熱処理する際、基板は例えば1000℃程度以上の温度に加熱される。なお、この間、図示しない熱電対により反応管36内の温度をモニタしながら、予め設定された昇温シーケンス、熱処理シーケンスに従って基板の熱処理を実施する。昇温シーケンス、熱処理シーケンスの制御は図示しない制御手段(コントローラ)により行う。
Thus, when one batch of substrates is transferred to the
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、基板支持体30を反応炉34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。なお、炉内温度降温の際も、図示しない熱電対により反応管36内の温度をモニタしながら、予め設定された降温シーケンスに従って降温を実施する。降温シーケンスの制御は図示しない制御手段(コントローラ)により行う。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。
When the heat treatment of the substrate is completed, for example, after the temperature in the furnace is lowered to a temperature of about 600 ° C., the
本実施の形態では、上記昇温シーケンスの途中に少なくとも2回以上温度を降下させるステップを設けたシーケンスにより、ウエハを熱処理するようにした。なお、このシーケンスの制御は図示しない制御手段(コントローラ)により行うようにした。 In the present embodiment, the wafer is heat-treated by a sequence provided with a step of lowering the temperature at least twice during the temperature raising sequence. This sequence is controlled by a control means (controller) (not shown).
図4乃至図7に、本実施形態における第一〜第四の温度シーケンス例を示す。何れの温度シーケンス例も、600℃の温度に設定された反応炉内に、複数枚の基板を略水平状態で隙間をもって複数段に装填した基板支持体を装入(ロード)し、その後、炉内温度を1200℃程度の熱処理温度まで昇温(昇温工程)させて、基板温度が処理温度に達したら処理ガスを導入して基板を熱処理(熱処理工程)し、熱処理終了後、炉内温度を熱処理から600℃程度の温度に降温(降温工程)し、その後、基板支持体を反応炉から搬出(アンロード)している。以下、これらの温度シーケンス例について詳述する。 4 to 7 show first to fourth temperature sequence examples in the present embodiment. In any temperature sequence example, a substrate support in which a plurality of substrates are loaded in a plurality of stages with gaps in a substantially horizontal state is loaded into a reaction furnace set at a temperature of 600 ° C., and then the furnace The internal temperature is raised to a heat treatment temperature of about 1200 ° C. (temperature raising step), and when the substrate temperature reaches the processing temperature, the processing gas is introduced to heat-treat the substrate (heat treatment step). After the heat treatment, the temperature is lowered to a temperature of about 600 ° C. (temperature lowering process), and then the substrate support is unloaded from the reaction furnace. Hereinafter, these temperature sequence examples will be described in detail.
図4に本実施形態における第一の温度シーケンス例を示す。このシーケンス例の場合、基板温度を処理温度まで昇温させる昇温工程の途中に、基板温度を降温する降下工程を2回以上設け、1回目と2回目以降の温度降下幅を同一となるようにしている。図4の場合、1000℃付近において、基板温度を降温する降下工程を2回設けている。具体的には、1000℃付近の温度に到達したところで、基板温度を降温する降下工程を設け、900℃付近まで降温させる(1回目の降下工程)。再度1000℃付近の温度に到達したところで、再び900℃付近まで降温させる(2回目の降下工程)。図4の例では、降下工程における降下開始温度は1回目及び2回目とも1000℃付近であり、また、降下終了温度は1回目及び2回目とも900℃付近である。即ち、降下工程における温度降下幅は1回目及び2回目とも同一である。このように、基板温度を降温する降下工程は、昇温工程の途中に少なくとも2回以上設け、温度降下幅は1回目と2回目以降を同一であるようにしている。
このような温度シーケンスとすれば、昇温工程の途中でウエハの面内温度分布を変化させることができ、これによりウエハの形状(変形の仕方)を変化させることができる。このため、ウエハと支持部との接触部分が温度変化に応じて刻々と変化し、ウエハと支持部との溶着を防止することができる。昇温時にはウエハと支持部との間の何ヶ所かで溶着が起こるが、降下工程による降温が始まると、ウエハの形状が自動的に変形し、早い段階でウエハと支持部との融着点が切り離され応力が開放される。即ち、ウエハと支持部とのウエハ支持点での応力が増大するのを防止することができ、転位やこの転位に続くスリップラインの発生を防止することができる。なお、このとき、一度の降下工程だけでは応力が十分開放されない(融着点を十分に切り離すことができない)ことがあるため、降下工程は複数回、即ち少なくとも2回以上行うのが好ましい。
FIG. 4 shows a first temperature sequence example in the present embodiment. In the case of this sequence example, two or more lowering steps for lowering the substrate temperature are provided in the middle of the temperature raising step for raising the substrate temperature to the processing temperature so that the first and second and subsequent temperature drop widths are the same. I have to. In the case of FIG. 4, the lowering process for lowering the substrate temperature is provided twice in the vicinity of 1000.degree. Specifically, when a temperature near 1000 ° C. is reached, a lowering process for lowering the substrate temperature is provided to lower the temperature to near 900 ° C. (first lowering process). When the temperature again reaches around 1000 ° C., the temperature is lowered again to around 900 ° C. (second descending step). In the example of FIG. 4, the descent start temperature in the descent process is about 1000 ° C. for both the first and second times, and the descent end temperature is about 900 ° C. for both the first and second times. That is, the temperature drop width in the lowering process is the same for the first time and the second time. Thus, the lowering process for lowering the substrate temperature is provided at least twice in the middle of the temperature raising process, and the temperature drop width is the same between the first time and the second time.
With such a temperature sequence, the in-plane temperature distribution of the wafer can be changed in the middle of the temperature raising process, and thereby the shape (deformation method) of the wafer can be changed. For this reason, the contact part of a wafer and a support part changes every moment according to a temperature change, and welding with a wafer and a support part can be prevented. When the temperature rises, welding occurs at several points between the wafer and the support part, but when the temperature drop by the descent process begins, the shape of the wafer is automatically deformed, and the fusion point between the wafer and the support part at an early stage. Is released and the stress is released. That is, it is possible to prevent an increase in stress at the wafer support point between the wafer and the support part, and it is possible to prevent dislocation and occurrence of a slip line following this dislocation. At this time, since the stress may not be sufficiently released by only one descent process (the fusion point cannot be sufficiently separated), the descent process is preferably performed a plurality of times, that is, at least twice.
図5に本実施形態における第二の温度シーケンス例を示す。このシーケンス例の場合、基板温度を処理温度まで昇温させる昇温工程の途中に、基板温度を降温する降下工程を2回以上設け、1回目より2回目以降の温度降下幅を小さくしている。図5の場合、1000℃付近において、基板温度を降温する降下工程を2回設けている。具体的には、1000℃付近の温度に到達したところで、基板温度を降温する降下工程を設け、800℃付近まで降温させる(1回目の降下工程)。再度1000℃付近の温度に到達したところで、950℃付近まで降温させる(2回目の降下工程)。図5の例では、降下工程における降下開始温度は1回目及び2回目とも1000℃付近である。但し、降下終了温度においては、1回目は800℃付近、2回目は950℃付近となっている。即ち、降下工程における温度降下幅は、1回目より2回目の方が小さくなっている。このように、基板温度を降温する降下工程は、昇温工程の途中に2回以上設け、温度降下幅は1回目より2回目以降を小さくしている。
このような温度シーケンスとすれば、昇温工程の途中でウエハの面内温度分布を変化させることができ、これによりウエハの形状(変形の仕方)を変化させることができる。このため、ウエハと支持部との接触部分が温度変化に応じて刻々と変化し、ウエハと支持部との溶着を防止することができる。昇温時にはウエハと支持部との間の何ヶ所かで溶着が起こるが、降下工程による降温が始まると、ウエハの形状が自動的に変形し、早い段階でウエハと支持部との融着点が切り離され応力が開放される。即ち、ウエハと支持部とのウエハ支持点での応力が増大するのを防止することができ、転位やこの転位に続くスリップラインの発生を防止することができる。なお、このとき、一度の降下工程だけでは応力が十分開放されない(融着点を十分に切り離すことができない)ことがあるため、降下工程は複数回、即ち少なくとも2回以上行うのが好ましい。また、降下工程における温度降下幅を、1回目と2回目以降とで異ならせるようにすると、1回目と2回目以降とで、ウエハの面内温度分布の変化の仕方(度合い)を変えることができ、これによりウエハの形状(変形の仕方)を1回目と2回目以降とで変化させることができる。このようにウエハの形状(変形の仕方)を変化させることで、ウエハと支持部との接触点での応力を開放しやすくすることができる。
FIG. 5 shows a second temperature sequence example in the present embodiment. In the case of this sequence example, a lowering step for lowering the substrate temperature is provided twice or more in the middle of the temperature raising step for raising the substrate temperature to the processing temperature, and the temperature drop width after the second time is made smaller than the first time. . In the case of FIG. 5, a lowering process for lowering the substrate temperature is provided twice in the vicinity of 1000.degree. Specifically, when the temperature reaches around 1000 ° C., a lowering process for lowering the substrate temperature is provided to lower the temperature to around 800 ° C. (first lowering process). When the temperature reaches around 1000 ° C. again, the temperature is lowered to around 950 ° C. (second descending step). In the example of FIG. 5, the descent start temperature in the descent process is around 1000 ° C. for both the first and second times. However, the lowering end temperature is around 800 ° C. for the first time and around 950 ° C. for the second time. That is, the temperature drop width in the lowering process is smaller in the second time than in the first time. Thus, the lowering process for lowering the substrate temperature is provided twice or more in the middle of the temperature raising process, and the temperature drop width is smaller than the first time from the second time.
With such a temperature sequence, the in-plane temperature distribution of the wafer can be changed in the middle of the temperature raising process, and thereby the shape (deformation method) of the wafer can be changed. For this reason, the contact part of a wafer and a support part changes every moment according to a temperature change, and welding with a wafer and a support part can be prevented. When the temperature rises, welding occurs at several points between the wafer and the support part, but when the temperature drop by the descent process begins, the shape of the wafer is automatically deformed, and the fusion point between the wafer and the support part at an early stage. Is released and the stress is released. That is, it is possible to prevent an increase in stress at the wafer support point between the wafer and the support part, and it is possible to prevent dislocation and occurrence of a slip line following this dislocation. At this time, since the stress may not be sufficiently released by only one descent process (the fusion point cannot be sufficiently separated), the descent process is preferably performed a plurality of times, that is, at least twice. Further, if the temperature drop width in the lowering process is made different between the first time and the second time and later, the manner (degree) of change of the in-plane temperature distribution of the wafer can be changed between the first time and the second time and later. This makes it possible to change the shape (deformation method) of the wafer between the first time and the second and subsequent times. Thus, by changing the shape of the wafer (how to deform), it is possible to easily release the stress at the contact point between the wafer and the support portion.
図6に本実施形態における第三の温度シーケンス例を示す。このシーケンス例の場合、基板温度を処理温度まで昇温させる昇温工程の途中に、基板温度を降温する降下工程を2回以上設け、1回目より2回目以降の温度降下レートを小さくしている。図6の場合、1000℃付近において、基板温度を降温する降下工程を2回設けている。具体的には、1000℃付近の温度に到達したところで、基板温度を降温する降下工程を設け、900℃付近まで降温させる(1回目の降下工程)。再度1000℃付近の温度に到達したところで、900℃付近まで降温させる(2回目の降下工程)。このとき、1回目の降下工程の降温レートより2回目の降下工程の降温レートを小さくしている。即ち、1回目の降下工程よりも2回目の降下工程の方が、ゆっくりと温度降下するようにしている。このように、基板温度を降温する降下工程は、昇温工程の途中に2回以上設け、温度降下レートは1回目より2回目以降を小さくしている。
このような温度シーケンスとすれば、昇温工程の途中でウエハの面内温度分布を変化させることができ、これによりウエハの形状(変形の仕方)を変化させることができる。このため、ウエハと支持部との接触部分が温度変化に応じて刻々と変化し、ウエハと支持部との溶着を防止することができる。昇温時にはウエハと支持部との間の何ヶ所かで溶着が起こるが、降下工程による降温が始まると、ウエハの形状が自動的に変形し、早い段階でウエハと支持部との融着点が切り離され応力が開放される。即ち、ウエハと支持部とのウエハ支持点での応力が増大するのを防止することができ、転位やこの転位に続くスリップラインの発生を防止することができる。なお、このとき、一度の降下工程だけでは応力が十分開放されない(融着点を十分に切り離すことができない)ことがあるため、降下工程は複数回、即ち少なくとも2回以上行うのが好ましい。また、降下工程における温度降下レートを、1回目と2回目以降とで異ならせるようにすると、1回目と2回目以降とで、ウエハの面内温度分布の変化の仕方(度合い)を変えることができ、これによりウエハの形状(変形の仕方)を1回目と2回目以降とで変化させることができる。このようにウエハの形状(変形の仕方)を変化させることで、ウエハと支持部との接触点での応力を開放しやすくすることができる。
FIG. 6 shows a third temperature sequence example in the present embodiment. In the case of this sequence example, a lowering step for lowering the substrate temperature is provided twice or more in the middle of the temperature raising step for raising the substrate temperature to the processing temperature, and the temperature drop rate for the second and subsequent times is made smaller than the first time. . In the case of FIG. 6, the lowering process for lowering the substrate temperature is provided twice in the vicinity of 1000.degree. Specifically, when a temperature near 1000 ° C. is reached, a lowering process for lowering the substrate temperature is provided to lower the temperature to near 900 ° C. (first lowering process). When the temperature reaches around 1000 ° C. again, the temperature is lowered to around 900 ° C. (second descending step). At this time, the temperature lowering rate in the second lowering process is made smaller than the temperature lowering rate in the first lowering process. That is, the temperature lowers more slowly in the second descent process than in the first descent process. As described above, the lowering process for lowering the substrate temperature is provided twice or more in the middle of the temperature raising process, and the temperature lowering rate is made smaller from the first time to the second time.
With such a temperature sequence, the in-plane temperature distribution of the wafer can be changed in the middle of the temperature raising process, and thereby the shape (deformation method) of the wafer can be changed. For this reason, the contact part of a wafer and a support part changes every moment according to a temperature change, and welding with a wafer and a support part can be prevented. When the temperature rises, welding occurs at several points between the wafer and the support part, but when the temperature drop by the descent process begins, the shape of the wafer is automatically deformed, and the fusion point between the wafer and the support part at an early stage. Is released and the stress is released. That is, it is possible to prevent an increase in stress at the wafer support point between the wafer and the support part, and it is possible to prevent dislocation and occurrence of a slip line following this dislocation. At this time, since the stress may not be sufficiently released by only one descent process (the fusion point cannot be sufficiently separated), the descent process is preferably performed a plurality of times, that is, at least twice. Further, if the temperature drop rate in the lowering process is made different between the first time and the second time and later, the manner (degree) of change of the in-plane temperature distribution of the wafer can be changed between the first time and the second time and later. This makes it possible to change the shape (deformation method) of the wafer between the first time and the second and subsequent times. Thus, by changing the shape of the wafer (how to deform), it is possible to easily release the stress at the contact point between the wafer and the support portion.
図7に本実施形態における第四の温度シーケンス例を示す。このシーケンス例の場合、基板温度を処理温度まで昇温させる昇温工程の途中に、基板温度を降温する降下工程を2回以上設け、1回目と2回目以降の温度降下幅を同一となるようにしている。図7の場合、1000℃付近において、基板温度を降温する降下工程を3回設けている。具体的には、1000℃付近の温度に到達したところで、基板温度を降温する降下工程を設け、900℃付近まで降温させる(1回目の降下工程)。再度1000℃付近の温度に到達したところで、再び900℃付近まで降温させる(2回目の降下工程)。再度1000℃付近の温度に到達したところで、再び900℃付近まで降温させる(3回目の降下工程)。図7の例では、降下工程における降下開始温度は1回目,2回目及び3回目とも1000℃付近であり、また、降下終了温度は1回目,2回目及び3回目とも900℃付近である。即ち、降下工程における温度降下幅は1回目,2回目及び3回目とも同一である。このように、基板温度を降温する降下工程は、昇温工程の途中に少なくとも2回以上設け、温度降下幅は1回目と2回目以降を同一であるようにしている。
このような温度シーケンスとすれば、昇温工程の途中でウエハの面内温度分布を変化させることができ、これによりウエハの形状(変形の仕方)を変化させることができる。このため、ウエハと支持部との接触部分が温度変化に応じて刻々と変化し、ウエハと支持部との溶着を防止することができる。昇温時にはウエハと支持部との間の何ヶ所かで溶着が起こるが、降下工程による降温が始まると、ウエハの形状が自動的に変形し、早い段階でウエハと支持部との融着点が切り離され応力が開放される。即ち、ウエハと支持部とのウエハ支持点での応力が増大するのを防止することができ、転位やこの転位に続くスリップラインの発生を防止することができる。なお、このとき、一度の降下工程だけでは応力が十分開放されない(融着点を十分に切り離すことができない)ことがあるため、降下工程は複数回、即ち少なくとも2回以上行うのが好ましい。
FIG. 7 shows a fourth temperature sequence example in the present embodiment. In the case of this sequence example, two or more lowering steps for lowering the substrate temperature are provided in the middle of the temperature raising step for raising the substrate temperature to the processing temperature so that the first and second and subsequent temperature drop widths are the same. I have to. In the case of FIG. 7, a lowering process for lowering the substrate temperature is provided three times around 1000.degree. Specifically, when a temperature near 1000 ° C. is reached, a lowering process for lowering the substrate temperature is provided to lower the temperature to near 900 ° C. (first lowering process). When the temperature again reaches around 1000 ° C., the temperature is lowered again to around 900 ° C. (second descending step). When the temperature reaches around 1000 ° C. again, the temperature is lowered again to around 900 ° C. (third descending step). In the example of FIG. 7, the descent start temperature in the descent process is about 1000 ° C. for the first, second, and third times, and the descent end temperatures are about 900 ° C. for the first, second, and third times. That is, the temperature drop width in the descent process is the same for the first, second and third times. Thus, the lowering process for lowering the substrate temperature is provided at least twice in the middle of the temperature raising process, and the temperature drop width is the same between the first time and the second time.
With such a temperature sequence, the in-plane temperature distribution of the wafer can be changed in the middle of the temperature raising process, and thereby the shape (deformation method) of the wafer can be changed. For this reason, the contact part of a wafer and a support part changes every moment according to a temperature change, and welding with a wafer and a support part can be prevented. When the temperature rises, welding occurs at several points between the wafer and the support part, but when the temperature drop by the descent process starts, the shape of the wafer is automatically deformed, and the fusion point between the wafer and the support part at an early stage. Is released and the stress is released. That is, it is possible to prevent an increase in stress at the wafer support point between the wafer and the support part, and it is possible to prevent dislocation and occurrence of a slip line following this dislocation. At this time, since the stress may not be sufficiently released by only one descent process (the fusion point cannot be sufficiently separated), the descent process is preferably performed a plurality of times, that is, at least twice.
なお、上述した昇温工程の途中に基板温度を降温する降下工程を少なくとも2回以上設け、1回目と2回目以降の温度降下幅を同一とする工程、1回目より2回目以降の温度降下幅を小さくする工程、1回目より2回目以降の温度降下レートを小さくする工程は、それぞれ単独で行うようにしてもよいし、これらの工程から選択されたいずれかの工程を組み合わせて行うようにしてもよい。また、これらの工程から選択されたいずれかの工程を温度が高くなる程短い間隔で行うようにしてもよい。なお、上述した昇温工程の途中に行う降下工程は、温度の高い領域で行えば熱応答性が良いため短時間で行えるが、あまり高い温度で行うと降下工程自体がスリップを発生させる原因となることが考えられる。これを考慮すると、降下工程は、好ましくは800℃以上1050℃以下、さらには900℃以上1000℃以下の温度範囲で行う。 In the middle of the temperature raising process described above, a temperature lowering step for lowering the substrate temperature is provided at least twice or more, and the first and second and subsequent temperature drop widths are made the same. The process of reducing the temperature drop rate for the second and subsequent times from the first time may be performed independently, or may be performed by combining any of the processes selected from these processes. Also good. Moreover, you may make it perform any process selected from these processes at short intervals, so that temperature becomes high. In addition, the descent process performed in the middle of the temperature raising process described above can be performed in a short time because it has good thermal response if performed in a high temperature region, but if the descent process is performed at a very high temperature, the descent process itself may cause slip. It is possible to become. Considering this, the descending step is preferably performed in a temperature range of 800 ° C. or higher and 1050 ° C. or lower, and further 900 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.
また、上述した熱処理工程においては、基板を基板よりも厚いシリコン製の板状部材で支持した状態で熱処理するようにしてもよいし、基板をSiC製のホルダで支持した状態で熱処理するようにしてもよいし、基板を基板中心を含む4点以上または5点以上の支持部で支持した状態で熱処理するようにしてもよい。 In the heat treatment step described above, the substrate may be heat-treated with a silicon plate-like member thicker than the substrate, or the substrate may be heat-treated with a SiC holder supported. Alternatively, the substrate may be heat-treated in a state where the substrate is supported by four or more support portions including the substrate center or five or more support portions.
基板を基板よりも厚いシリコン製の板状部材(支持部)で支持した状態で熱処理する場合、シリコン製の板状部材は、例えば基板と同心円状の円柱状に形成され、この上面に基板の下面が接触して基板を載置支持する。なお、板状部材の形状は、円柱状である必要はなく、楕円柱や多角柱として構成することもできる。 When heat treatment is performed in a state where the substrate is supported by a silicon plate-like member (supporting portion) thicker than the substrate, the silicon plate-like member is formed in a cylindrical shape concentrically with the substrate, for example, on the upper surface of the substrate. The lower surface contacts and supports the substrate. In addition, the shape of a plate-shaped member does not need to be a column shape, and can also be comprised as an elliptical column or a polygonal column.
この板状部材の径は、基板の径より小さく、即ち、板状部材の上面は、基板の下面である平坦面の面積より小さな面積を有し、基板は、該基板の周縁を残して板状部材に支持される。基板は例えば直径が300mmであり、したがって、板状部材の直径は300mm未満であり、100mm〜250mm程度(基板外径の1/3〜5/6程度)が好ましい。 The diameter of the plate-like member is smaller than the diameter of the substrate, that is, the upper surface of the plate-like member has an area smaller than the area of the flat surface, which is the lower surface of the substrate, and the substrate leaves the periphery of the substrate. It is supported by the member. The substrate has a diameter of, for example, 300 mm, and therefore the diameter of the plate-like member is less than 300 mm, and is preferably about 100 mm to 250 mm (about 1/3 to 5/6 of the substrate outer diameter).
また、この板状部材の円柱軸方向の厚さは、基板の厚さよりも厚く形成されている。基板の厚さは、例えば700μmであり、したがって、板状部材の厚さは、700μmを超えており、10mmまでは可能であり、少なくとも基板の厚さの2倍以上、例えば3mm〜10mmが好ましく、更に3mm〜6mmが好ましく、更には4mm〜5mmが好ましい。板状部材の厚さをこのような厚さとしたので、板状部材の剛性を大きくすることができ、基板搬入時、昇温、降温時、熱処理時、基板搬出時等おける温度変化に対する板状部材の変形を抑制することができる。これにより板状部材の変形に起因する基板スリップ発生を防止することができる。 Further, the thickness of the plate-like member in the cylinder axis direction is formed to be thicker than the thickness of the substrate. The thickness of the substrate is, for example, 700 μm. Therefore, the thickness of the plate-like member is over 700 μm and can be up to 10 mm, and at least twice the thickness of the substrate, for example, 3 mm to 10 mm is preferable. Further, 3 to 6 mm is preferable, and 4 to 5 mm is more preferable. Since the thickness of the plate-like member is such a thickness, the rigidity of the plate-like member can be increased, and the plate-like member with respect to temperature changes at the time of board loading, temperature rise, temperature drop, heat treatment, board carry-out, etc. The deformation of the member can be suppressed. Thereby, it is possible to prevent the occurrence of substrate slip due to deformation of the plate-like member.
また、板状部材の材質を基板と同じ材質であるシリコン製、即ち、シリコン製の基板と同じ熱膨張率や硬度を持つ素材としたので、温度変化に対する基板と板状部材との熱膨張、熱収縮の差をなくすことができ、また、基板と板状部材との接触点で応力が発生してもその応力を開放し易くなるので、基板に傷が発生しにくくなる。これにより基板と板状部材との熱膨張率の差や硬度の差に起因する基板へのスリップ発生を防止することができる。なお、上記説明では、板状部材の直径(面積)が基板よりも小さい場合について説明したが、基板直径よりも板状部材直径を大きくすることもできる。この場合は、板状部材の剛性を確保するため、板状部材の厚さをさらに厚くする必要がある。 Moreover, since the material of the plate member is made of silicon, which is the same material as the substrate, that is, a material having the same thermal expansion coefficient and hardness as the silicon substrate, the thermal expansion of the substrate and the plate member with respect to temperature change, The difference in thermal shrinkage can be eliminated, and even if a stress is generated at the contact point between the substrate and the plate-like member, the stress is easily released, so that the substrate is hardly damaged. Thereby, it is possible to prevent the occurrence of slip to the substrate due to the difference in thermal expansion coefficient and the difference in hardness between the substrate and the plate-like member. In the above description, the case where the diameter (area) of the plate-like member is smaller than the substrate has been described, but the plate-like member diameter can be made larger than the substrate diameter. In this case, in order to ensure the rigidity of the plate member, it is necessary to further increase the thickness of the plate member.
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よい。 In the description of the above embodiment and examples, a batch-type apparatus for heat-treating a plurality of substrates was used as the heat treatment apparatus, but the present invention is not limited to this, and a single-wafer type is used. Good.
本発明に係る熱処理装置は、基板の製造工程にも適用することができる。 The heat treatment apparatus according to the present invention can also be applied to a substrate manufacturing process.
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。 An example in which the heat treatment apparatus of the present invention is applied to one step of a manufacturing process of a SIMOX (Separation by Implanted Oxygen) wafer which is a kind of SOI (Silicon On Insulator) wafer will be described.
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℃、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ウエハが製作される。
First, oxygen ions are implanted into the single crystal silicon wafer by an ion implantation apparatus or the like. Thereafter, the wafer into which oxygen ions are implanted is annealed at a high temperature of 1300 ° C. to 1400 ° C., for example, 1350 ° C. or higher, for example, in an Ar,
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℃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、結晶の安全性を高めることができる。 In addition to the SIMOX wafer, it is also possible to apply the heat treatment apparatus of the present invention to one step of the manufacturing process of the hydrogen anneal wafer. In this case, the wafer is annealed at a high temperature of about 1200 ° C. or higher in a hydrogen atmosphere using the heat treatment apparatus of the present invention. As a result, crystal defects in the wafer surface layer where an IC (integrated circuit) is made can be reduced, and the safety of the crystal can be improved.
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。 In addition, the heat treatment apparatus of the present invention can be applied to one step of the epitaxial wafer manufacturing process.
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、本発明に係る熱処理方法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。 Even in the case where the high-temperature annealing process performed as one step of the substrate manufacturing process as described above is performed, the occurrence of the substrate slip can be prevented by using the heat treatment method according to the present invention.
本発明に係る熱処理装置は、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、ウエット酸化、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。
The heat treatment apparatus according to the present invention can also be applied to a semiconductor device manufacturing process.
In particular, a heat treatment process performed at a relatively high temperature, for example, a thermal oxidation process such as wet oxidation, dry oxidation, hydrogen combustion oxidation (pyrogenic oxidation), HCl oxidation, boron (B), phosphorus (P), arsenic (As ), An antimony (Sb) or other impurity (dopant) is preferably applied to a thermal diffusion process for diffusing the semiconductor thin film.
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を行う場合においても、本発明に係る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。 Even in the case of performing heat treatment as one step of the manufacturing process of such a semiconductor device, the occurrence of slip can be prevented by using the heat treatment apparatus according to the present invention.
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。
基板を処理する処理室と、処理室内で基板を支持する支持具と、処理室内の基板を加熱するヒータと、基板温度を処理温度まで昇温させる途中に基板温度を少なくとも2回以上降下させるようヒータを制御する制御手段とを有する熱処理装置。
As described above, the present invention is characterized by the matters described in the claims, and further includes the following embodiments.
A processing chamber for processing a substrate, a support for supporting the substrate in the processing chamber, a heater for heating the substrate in the processing chamber, and a substrate temperature lowered at least twice while the substrate temperature is raised to the processing temperature. A heat treatment apparatus having control means for controlling a heater.
10 熱処理装置
30 基板支持体
40 反応炉
46 ヒータ
DESCRIPTION OF
Claims (1)
基板温度を処理温度まで昇温させる昇温工程と、
基板を処理温度で熱処理する熱処理工程と、
基板温度を処理温度から処理温度よりも低い温度まで降温させる降温工程と、
基板を処理室内より搬出する搬出工程とを有する基板の製造方法であって、
前記昇温工程の途中に基板温度を降下させる降下工程を少なくとも2回以上有することを特徴とする基板の製造方法。 A loading step of loading the substrate into the processing chamber;
A temperature raising step for raising the substrate temperature to the processing temperature;
A heat treatment step of heat treating the substrate at a treatment temperature;
A temperature lowering process for lowering the substrate temperature from the processing temperature to a temperature lower than the processing temperature;
A substrate manufacturing method including an unloading step of unloading the substrate from the processing chamber,
A method for manufacturing a substrate, comprising a descent step of lowering the substrate temperature at least twice during the temperature raising step.
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