JP3245246B2 - 熱処理装置 - Google Patents

熱処理装置

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JP3245246B2 JP03131593A JP3131593A JP3245246B2 JP 3245246 B2 JP3245246 B2 JP 3245246B2 JP 03131593 A JP03131593 A JP 03131593A JP 3131593 A JP3131593 A JP 3131593A JP 3245246 B2 JP3245246 B2 JP 3245246B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハなどの円
形板状の被処理体に対して熱処理を行うための熱処理装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）
の製造プロセスの一つとして、酸化膜の形成やドーパン
トの拡散などを行うために高温下で熱処理を行うプロセ
スがある。この熱処理を行う装置としては、従来横型熱
処理炉が主流であったが、最近では、外気の巻き込みが
少ないなどの理由から縦型熱処理炉が多く使用されるよ
うになってきている。
【０００３】縦型熱処理炉を用いた装置（縦型熱処理装
置）においては、多数のウエハを上下に間隔をおいて搭
載して熱処理炉に対してロード、アンロードを行うため
に縦長の熱処理用ボート（ウエハボートとも呼ばれる）
が用いられる。図９は従来の熱処理用ボートを示し、こ
の熱処理用ボートは、上下に夫々対向して配置された円
形の天板１１及び底板１２の間に、例えば石英よりなる
４本の支柱１３〜１６が、２本の支柱１３、１４につい
てはウエハＷの進入方向手前側の左右位置を夫々支持
し、また残り２本の支柱１５、１６については、ウエハ
Ｗの進入方向奥側の左右位置を夫々支持するような位置
関係に配置されており、断熱材である保温筒２の上に設
けられている。
【０００４】そして各支柱１３〜１６には、図１０に示
すように各ウエハＷが挿入されてその周縁部を支持する
ようにウエハＷの厚さよりも若干上下の幅が長い溝部１
７が形成されており、手前側の２本の支柱１３、１４の
間から搬送アーム２１により溝部１７に対してウエハＷ
の着脱が行われる。
【０００５】この熱処理用ボート１は、処理前のウエハ
Ｗが所定枚数搭載されると、エレベータ２２が上昇して
熱処理炉内に導入され、これによりウエハＷがロードさ
れて、所定の熱処理が行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで熱処理プロセ
スの中には、例えばウエハにイオン注入を行った後に、
注入されたドーパント（不純物イオン）を所定の深さま
で拡散させるために、１２００℃程度の高温で長時間加
熱する場合がある。ウエハの基材がシリコンである場合
には、シリコンの融点が１４１０℃であることから、１
２００℃の温度下では、シリコンウエハの降伏応力も極
端に小さくなり、常温時の降伏応力の約５６０分の１に
まで低下する。
【０００７】一方ウエハは大口径化が進みつつあり、そ
のサイズは６インチから８インチへ移行し始めており、
更には１２インチへの移行も検討されている。このよう
にウエハが大口径化してくると、上述のようにウエハの
基材の融点に近い温度で熱処理を行ったときに、熱処理
用ボートの支柱により支持されている個所の付近におい
て、スリップと呼ばれる表面欠陥がウエハに発生する。
このスリップは、目視では確認しづらい程度の微小な断
層であり、拡大鏡や顕微鏡などによってしか見ることは
できない。
【０００８】ここでスリップが発生する原因としては、 ウエハの自重による内部応力 ウエハの面内温度不均一に基づく熱歪応力が推定原因
として挙げられている。
【０００９】即ち上記のについては、熱処理用ボート
による支持位置がウエハの周縁部にあり、しかも部分的
な支持であることから、支持箇所付近でウエハの自重に
よる大きな内部応力が生じ、この内部応力がある大きさ
を越えたときにスリップが発生すると考えられる。
【００１０】また上記のについては、ウエハを昇温さ
せるときに中心部と周縁部との間に生じる温度分布に起
因する熱歪応力や、熱処理用ボートの支柱を経由して出
入りする熱量に起因する熱歪応力がある大きさを越えた
ときにスリップが発生すると考えられる。スリップの発
生原因の一つとして考えられているウエハの自重による
内部応力に関し、従来の熱処理用ボートの構造について
更に考察すると、ウエハには規格値内で反りがあり、ま
た加熱時の温度分布の不均一性に基づく反りもある。ま
た支柱の溝の加工においても、制作上の誤差があり、こ
うした要因が複合して、４ヶ所有るウエハの支持点のう
ち、有効にウエハを支持している個所は３点になる。３
点で支持されると、図９の支柱の配置からわかるように
各支持点の荷重はアンバランスになり、そのうちの一個
所に、スリップの発生限界を越えた大きな応力が生じる
ことになる。
【００１１】一方熱処理用ボートの４本の支柱を各々ウ
エハの周縁に沿った円弧状のものを用いてウエハの支持
面積を広くとり、これによりウエハの自重による内部応
力を軽減しようとする手法も検討されている。
【００１２】しかしながら４本の支柱夫々について、大
きな支持面積を確保するために断面形状が円弧状の部材
を切削加工することは非常に手間がかかる上、先述のよ
うにウエハの反りなどにより、ウエハは、各支柱の予定
している支持面積全体に均一に支持されずにある個所に
片寄って過大な荷重を受ける場合があると考えられるこ
とから、スリップを有効に防止できるという保証は少な
いといえる。
【００１３】以上述べたようにウエハを熱処理するにあ
たって、特にウエハの基材の融点に近い高温で熱処理す
るにあたって、ウエハが大口径化してくると、スリップ
の発生という問題が起こり、このことがウエハの大口径
化への移行を阻む一つの大きな課題となっている。
【００１４】本発明は、このような事情のもとになされ
たものであり、その目的は、円形板状の被処理体を熱処
理する場合に、ウエハの自重による内部応力の最適化を
はかり、スリップの発生を軽減することのできる熱処理
装置を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は、 多数の円形
板状の被処理体を上下に間隔をおいて熱処理用ボートに
搭載し、縦型熱処理炉内にて被処理体を熱処理する熱処
理装置において、 前記熱処理用ボートは、前記被処理体
の周方向に沿って配置された第１の支柱及び２本の第２
の支柱とを備え、前記２本の第２の支柱は横断面が円弧
状の構造体よりなり、第１の支柱の左右に配置されてそ
れらの間から被処理体が進入されるように構成され、第
１の支柱及び第２の支柱には、被処理体が挿入されて水
平に支持されるように各々同じ高さ位置に溝部が形成さ
れていることを特徴とする。 前記第１の支柱の溝部の支
持面と第２の溝部の支持面とは、被処理体の周方向に沿
って例えばほぼ３等分した個所に位置している。 第２
の支柱の溝部の支持面の一部は、支持された被処理体の
中心に対し、第１の支柱の溝部の支持面の中心とのなす
角度が１０５度〜１２０度となるように位置しているこ
とが好ましい。また溝部の支持面は被処理体の外周縁が
浮くように内側よりも外側が低く形成されていることが
好ましい。第２の支柱は、例えば筒状体を割ったもので
構成することができる。
【００１６】
【作用】被処理体例えば半導体ウエハは３本の支柱で支
持されることになり、しかも各支柱の支持面は被処理体
の周方向にほぼ３等分した個所に位置しているので、被
処理体が反っていても必ず各支柱により支持される。従
って被処理体は常に３個所で支持され、各支持個所はほ
ぼ均等に被処理体の自重による荷重が分散するので、一
個所に大きな荷重が加わって過大な応力集中が起こるこ
とを防止でき、この結果被処理体のスリップの発生を軽
減することができる。
【００１７】
【実施例】図１は本発明の実施例に係る熱処理装置の一
部を示す概観斜視図、図２及び図３はこの熱処理装置に
用いられる熱処理用ボートの一部を示す図である。熱処
理用ボート３はこの実施例では、円形板状の被処理体例
えばウエハを熱処理するために用いられるので、ウエハ
ボートと呼ぶことにすると、ウエハボート３は、上下に
夫々対向して配置された円形の天板３１及び底板３２を
備え、これらの間に３本の例えばＳｉＣやポリシリコン
よりなる支柱４、５Ａ、５Ｂが設けられている。
【００１８】前記支柱４は、第１の支柱に相当すると共
に、２本の支柱５Ａ、５Ｂは、第２の支柱に相当し、こ
れら支柱４、５Ａ、５Ｂは、詳しい位置関係は後述する
が、天板３１の円周（または底板３２の円周）を３等分
した個所に近い位置換言すればウエハＷの周方向にそっ
てほぼ３等分した箇所に配設されている。
【００１９】第２の支柱５Ａ、５Ｂの間は、熱処理用ボ
ート２に対してウエハＷの受け渡しを行うための搬送機
構例えば搬送アーム２１が進入される進入空間Ｓをなす
ものであり、ウエハＷに対する第１の支柱４の位置は、
ウエハＷの進入方向に沿ったウエハＷの中心線Ｌ上にあ
る（図３参照）。そして第２の支柱５Ａ、５Ｂは、第１
の支柱４の前記進入方向手前にて前記中心線Ｌに対して
左右対称位置に夫々配置されている。
【００２０】前記第１の支柱４は、例えば横断面形状が
長方形の角柱材により構成されると共に、第２の支柱５
Ａ、５Ｂは肉厚の筒状体を半割りにした円弧状構造体が
用いられ、円弧状構造体の内周面側がウエハＷの中心よ
りも若干第１の支柱４側に向くように配置されている。
【００２１】前記支柱４、５Ａ、５Ｂには図２に示すよ
うに、ウエハＷが挿入されて支持されるように多数の溝
部４１、５１が夫々形成されており、各ウエハＷに対応
する溝部４１、５１は、ウエハＷが水平に支持されるよ
うに同じ高さ位置に設けられている。なお図１では溝部
４１、５１は省略してある。
【００２２】第１の支柱４の溝部４１については、ウエ
ハＷの挿入方向手前側からみて例えば横幅が１５ｍｍ、
奥行きが１０ｍｍの大きさに加工されている。また第２
の支柱５の溝部５Ａ、５Ｂについては、例えば外径２３
ｍｍ、厚さ８ｍｍの円弧状構造体を用い、ウエハＷの受
け渡し時におけるウエハＷの左側（右側）最外縁の移動
軌跡よりも若干外側位置を端面としてここから内方側２
ｍｍの部位を切削して形成されている。なお溝部４１、
５１の上下幅は、ウエハＷが受け渡し時に上下できる長
さを見込んで例えば２．５ｍｍ程度の大きさとされる。
【００２３】また溝部４１、５１におけるウエハＷの支
持面の位置関係について述べると、図３に示すようにウ
エハＷが各溝部４１、５１に支持されたときに、溝部５
１の支持面の一部は、当該ウエハＷの中心Ｐに対し、溝
部４１の支持面の中心とのなす角度が１０５度〜１２０
度となるように位置していることが好ましく、この実施
例では、第２の支柱５Ａ（５Ｂ）の外周面とウエハＷの
周縁との交点をＱとすると、点Ｐに対して点Ｑと溝部４
１の支持面の中心とのなす角度θが１０５度〜１２０度
となるように位置設定されている。
【００２４】またウエハＷに加わる応力は、なるべくウ
エハＷの内側を支持する方が小さくなるため、ウエハＷ
の外周縁を浮かすために溝部４１、５１の外側は内側よ
りも低く加工されている。この形状については図示の便
宜上図２及び図３には示していないが、溝部の加工の一
例として図４〜図６に示してある。
【００２５】図４及び図５の例では、（ａ）に示すよう
に支柱４（５Ａ、５Ｂ）の肉厚方向と交差する方向に、
縦断面形状が円形あるいは楕円形の穴６１、６２を開
け、（ｂ）に示すように支柱４（５Ａ、５Ｂ）の内側か
らこれら穴６１、６２に向けて切削して、ウエハＷの外
周縁が接触しない溝部４１（５１）を形成している。
【００２６】また図６の例では、（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）に示してあるように、支柱４（５Ａ、５Ｂ）に先
ず水平な溝部４０（５０）を形成し、次いで斜め上から
カッターＣより前記溝部４０（５０）を切削して同様な
構造の溝部４１（５１）を形成している。このような溝
部の加工は例えば本焼成前の仮焼成の段階で行われる。
なお本発明では、ウエハＷの外周縁が接触する水平な溝
部であってもよい。
【００２７】以上ように構成されたウエハボート３は、
図１に示すように下部にフランジ部２０を備えた保温筒
２の上に着脱自在に装着されており、この保温筒２はボ
ートエレベータ２２上に載置されている。このウエハボ
ート３の上方側には縦型炉７が配置されている。７１は
縦型炉７内の図では見えない反応管内に所定のガスを供
給するガス供給管、７２は、反応管内を排気する排気管
である。
【００２８】次に上述実施例の作用について説明する。
先ず搬送アーム２１により処理前のウエハＷをウエハボ
ート３の第２の支柱５Ａ、５Ｂの間（進入空間Ｓ）から
当該ボート３内に進入させ、支柱４、５Ａ、５Ｂの各溝
部４１、５１に挿入し、搬送アーム２１をウエハボート
３に対して相対的にわずかに下降させることによりウエ
ハＷがウエハボート３に受け渡される。これにより例え
ばウエハＷのオリフラ（オリエンテーションフラット）
の中央が第１の支柱４の溝部４１により支持され、ウエ
ハＷの進入方向の左右両側縁部が夫々第２の支柱５Ａ、
５Ｂの溝部５１により支持される。ただしこの例では既
述のようにウエハＷの支持位置はウエハＷの外周縁より
若干内方側に位置している。
【００２９】このようなウエハＷの受け渡しを例えばウ
エハボート３の上段側から順次行い、ウエハボート３に
所定枚数例えば１５０枚搭載した後、ボートエレベータ
２２を上昇させてウエハＷを縦型炉７内にロードする。
例えば約１２００℃の温度で熱処理を行う場合縦型炉７
内は、例えば約８００℃に加熱されており、ウエハＷが
ロードされた後約１２００℃まで昇温され、所定の熱処
理が行われる。その後ボートエレベータ２２が降下して
ウエハＷがアンロードされ、上述と逆の操作でウエハＷ
がウエハボート３から取り出される。
【００３０】このような実施例によれば、ウエハボート
３のウエハＷの支持面がウエハＷを周方向に３等分した
位置から近い位置にあるので、ウエハＷに反りがあった
り、溝部４１、５１の加工精度に基づく支持面の高さ位
置に不揃いがあっても、ウエハＷにバランスよく３つの
支持面で、いわば３点で支持される。従って従来の縦型
炉のときから用いられていた４点支持のウエハボート３
と比較すると、完全な４点支持の場合に比べて各支持点
での荷重は大きくなるが、４点支持が崩れたときのよう
な一点に過大な荷重が加わって起きな応力が発生するこ
とがないので、ウエハＷ上のスリップの発生を軽減する
ことができる。そしてシリコンウエハの場合、シリコン
の融点が１４１０℃であることから、約１０００℃以上
の温度で熱処理する場合に、上述の構成は非常に有効で
ある。
【００３１】また第２の支柱５Ａ、５Ｂとして筒状体を
半割りにしたものを用いているので、第１の支柱４に対
する開き角度を大きくとりながら支持面をウエハＷの内
側に寄せることができ、従ってウエハの支持面における
応力を小さくすることができる。これに対して角柱状あ
るいは円柱状の支柱を用いた場合には、ウエハＷの進入
軌跡に沿って支柱に溝部を形成したときに肉厚が残らな
くなってしまう。なお支柱をより外方位置に設けて肉厚
を確保することは熱処理用ボートが大型化するので実用
的でない。
【００３２】ここで第１の支柱４と第２の支柱５Ａ、５
Ｂとの開き角度とスリップの発生との関係を調べるため
に、図７に示すように第１の支柱に対応する角形チップ
８１と第２の支柱に対応する角形チップ８２、８３とを
所定の開き角度α（ウエハＷの中心に対するチップの中
心同士のなす角度）で配置し、この上にウエハＷを載せ
て上述実施例と同様な熱処理を行い、ウエハＷの表面を
観察した。
【００３３】前記角度αを９５度、１００度、１０５
度、１１０度に夫々設定したところ、１０５度からはや
やスリップが減り、１１０度ではスリップの発生が相当
軽減され、スリップの発生が見られないサンプルもあっ
た。従って第２の支柱の支持面の一部は、ウエハＷの周
方向に沿ってほぼ３等分した位置に置かれていることが
必要であり、具体的には第２の支柱の支持面の一部は、
第１の支柱の支持面の中心とのなす角度が１０５度〜１
２０度であることが望ましい。
【００３４】以上において各支柱の構造は、上述実施例
に限定されるものではなく、例えば第２の支柱を角柱体
で構成してもよいが、例えば図８に示すように真円を偏
平した形状の筒状体９を４つ割りにし、各々（９１〜９
４）を第２の支柱として用いれば、９１の部材を代表し
てウエハＷと溝部９０とを示すが、この図からわかるよ
うに肉厚を大きく残しながらウエハＷのより内方側を支
持することができる。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、３本の支柱を用いると
共に第１の支柱の左右に配置された第２の支柱は横断面
が円弧状の構造体よりなるため、被処理体の支持面にお
ける応力を小さくすることができ、スリップの発生を軽
減できる。従って例えばウエハの大口径化が増々進む現
状において、高温処理に対して非常に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の全体の概観を示す斜視図であ
る。
【図２】本発明の実施例に用いられる熱処理用ボートの
一部を示す斜視図である。
【図３】熱処理用ボートの支柱の位置関係を示す横断面
図である。
【図４】支柱の溝部の加工の一例の様子を示す説明図で
ある。
【図５】支柱の溝部の加工の他の例の様子を示す説明図
である。
【図６】支柱の溝部の加工の更に他の例を示す説明図で
ある。
【図７】ウエハの熱処理テストを示す説明図である。
【図８】支柱の他の例を示す説明図である。
【図９】従来の熱処理用ボートの概観を示す斜視図であ
る。
【図１０】従来の熱処理用ボートの一部を示す断面図で
ある。
【符号の説明】
２１ 搬送アーム ３ ウエハボート（熱処理用ボート） ４ 第１の支柱 ５Ａ、５Ｂ 第２の支柱 ４１、５１ 溝部 Ｗ 半導体ウエハ Ｐ 半導体ウエハの中心点 Ｌ 半導体ウエハの進入方向に沿った中心線

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多数の円形板状の被処理体を上下に間隔
    をおいて熱処理用ボートに搭載し、縦型熱処理炉内にて
    被処理体を熱処理する熱処理装置において、 前記熱処理用ボートは、前記被処理体の周方向に沿って
    配置された第１の支柱及び２本の第２の支柱とを備え、 前記２本の第２の支柱は横断面が円弧状の構造体よりな
    り、第１の支柱の左右に配置されてそれらの間から被処
    理体が進入されるように構成され、 第１の支柱及び第２の支柱には、被処理体が挿入されて
    水平に支持されるように各々同じ高さ位置に溝部が形成
    されていることを特徴とする熱処理装置。
  2. 【請求項２】 第１の支柱の溝部の支持面と第２の溝部
    の支持面とは、被処理体の周方向に沿ってほぼ３等分し
    た個所に位置していることを特徴とする請求項１記載の
    熱処理装置。
  3. 【請求項３】 第２の支柱の溝部の支持面の一部は、支
    持された被処理体の中心に対し、第１の支柱の溝部の支
    持面の中心とのなす角度が１０５度〜１２０度となるよ
    うに位置していることを特徴とする請求項１または２記
    載の熱処理装置。
  4. 【請求項４】 溝部の支持面は被処理体の外周縁が浮く
    ように内側よりも外側が低く形成されていることを特徴
    とする請求項１，２または３記載の熱処理装置。
  5. 【請求項５】 第２の支柱は、筒状体を割ったものであ
    ることを特徴とする請求項１，２，３または４記載の熱
    処理装置。
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