JP3634088B2 - Ｓｏｓ基板の熱処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＯＳ基板の熱処理方法に関し、特に、熱処理用ボートを用いて、複数のＳＯＳ基板に対して熱処理を行う場合のＳＯＳ基板内及びＳＯＳ基板毎の熱処理状態の差の発生を防止可能なＳＯＳ基板の熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置の製造においては、シリコン基板が広く用いられている。また、シリコン基板に限らず、素子間分離が容易であり、また、配線の寄生容量を小さくできる等の利点から、高速用、高密度用のＬＳＩの基板として、ＳＯＳ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｓａｐｐｈｉｒｅ）基板が用いられることも多い。
【０００３】
一般に、半導体装置の製造工程において、例えばシリコン基板に対して酸化或いは拡散、ＣＶＤ処理等の熱処理を行う工程では、熱処理用ボートに複数枚のシリコン基板を載置し、この熱処理用ボートを熱処理炉内に挿入することによって、複数枚のシリコン基板に対して同時に熱処理を行う方法が広く用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のシリコン基板に対して熱処理を行う熱処理方法は、一般的に行われている熱処理方法である。しかしながら、上記熱処理方法を用いて、シリコン基板に対する熱処理と同様の処理条件でＳＯＳ基板に対して熱処理工程を実行した場合、サファイアの熱膨張係数（＝９．５×１０^−６／℃）は、シリコンの熱膨張係数（＝４．２×１０^−６／℃）の約２倍と大きいため、熱処理炉からＳＯＳ基板を引き出す際の冷却過程でＳＯＳ基板の温度分布が不均一となったときに、ＳＯＳ基板に大きな応力が生じ、場合によっては、ＳＯＳ基板に基板割れ等が生じてしまうことがあるという問題がある。
【０００５】
そこで、この発明は、上記従来の問題に着目してなされたものであり、ＳＯＳ基板に基板割れ等が生じることなく、ＳＯＳ基板に対する熱処理を実施することの可能なＳＯＳ基板の熱処理方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るＳＯＳ基板の熱処理方法は、直径１２５〔ｍｍ〕（５〔インチ〕）、厚さ６２５〔μｍ〕のＳＯＳ基板を、熱処理用ボート上に所定の搭載間隔で複数枚搭載した状態で、熱処理炉内で熱処理するＳＯＳ基板の熱処理方法において、前記熱処理終了後に前記熱処理用ボートを前記熱処理炉から引き出す際の速度を１．０〜３．０〔ｍｍ／ｓ〕とし、前記搭載間隔を、前記ＳＯＳ基板内の温度分布が均一となり且つ前記ＳＯＳ基板毎の熱処理状態が同一となるように、８．０〜１１．０〔ｍｍ〕とすることを特徴としている。
【０００７】
この発明によれば、例えば１０〜３０枚をバッチ単位とし、このバッチ単位で熱処理（例えば、酸化，拡散，ＣＶＤ処理等）を行う場合、例えば２０枚の、直径１２５〔ｍｍ〕（５〔インチ〕）、厚さ６２５〔μｍ〕のＳＯＳ基板が載置された熱処理用ボートに対して熱処理炉で所定の熱処理が行われ、その後熱処理炉から引き出されるときに、１．０〜３．０〔ｍｍ／ｓ〕の速度で引き出される。このとき、熱処理用ボートに搭載されたＳＯＳ基板の搭載間隔は、ＳＯＳ基板内の温度分布が均一となるように、且つ、ＳＯＳ基板毎にその熱処理状態が同一となるように、８．０〜１１．０〔ｍｍ〕に調整される。よって、例えば引き出し速度が低速であったり或いは搭載間隔が広いと、熱処理炉から最初に引き出されるＳＯＳ基板と最後に引き出されるＳＯＳ基板との間に時間差が生じ、ＳＯＳ基板毎に熱処理状態が異なったり、或いは、引き出し速度が高速であったり或いは搭載間隔が狭いと、熱処理炉から熱処理用ボートを引き出す時の冷却過程で、ＳＯＳ基板への各部への熱の伝わり方が異なることから温度ムラが生じることがあるが、ＳＯＳ基板内の温度分布が均一となるように、且つ、ＳＯＳ基板毎の熱処理状態が同一となるように、搭載間隔が調整されるから、前述の温度ムラ、或いは熱処理状態に差が生じることが防止され、温度ムラに伴い生じるＳＯＳ基板の基板割れの発生が回避されると共に、ＳＯＳ基板毎の熱処理状態が異なることによりＳＯＳ基板毎の特性が異なってしまうことが回避される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明によるＳＯＳ基板の熱処理方法を適用した熱処理炉の一例を示す構成図である。
【００１０】
図中１は熱処理対象のＳＯＳ基板であって、これらＳＯＳ基板１は、熱処理用ボート２に載置されるようになっている。この熱処理用ボート２は、通常石英ガラス等の材質で形成され、その上部には、基板搭載用の溝が形成されている。この溝は、熱処理用ボート２の長手方向に所定ピッチ間隔Ｌで平行に且つ一列に複数形成され、複数枚のＳＯＳ基板を搭載できるようになっている。そのため、熱処理用ボート２は、通常約５００〔ｍｍ〕程度の長さに形成されている。通常、熱処理は１０〜３０枚の基板をバッチ単位とし、このバッチ単位で処理が行われることから、熱処理用ボート２は、１０〜３０枚のＳＯＳ基板を搭載可能に形成されている。
【００１１】
この熱処理用ボート２は、フォーク４によって、熱処理炉３に対して長手方向に出し入れされるようになっている。前記熱処理炉３は、例えば酸化炉，拡散炉，ＣＶＤ処理用の電気炉等であって、半導体装置の製造工程においては、通常４００〔℃〕程度以上の温度となっている。そして、前記フォーク４は、前記熱処理用ボート２を前記熱処理炉３内から引き出す場合には、所定の引き出し速度Ｖで引き出すようになっている。
【００１２】
この引き出し速度Ｖは、１．０〜３．０〔ｍｍ／ｓ〕の速度範囲に設定されている。この引き出し速度Ｖが３．０〔ｍｍ／ｓ〕以上である場合には、引き出し時に熱処理炉外部の雰囲気温度に急にＳＯＳ基板１がさらされるため、熱処理用ボート２に搭載された各ＳＯＳ基板１の表面とその内部との間に温度差が生じ、基板内で温度ムラが発生することになって、基板割れの原因となる。また、引き出し速度Ｖが１．０〔ｍｍ／ｓ〕以下である場合には、例えば図１に示すように、熱処理用ボート２上のＳＯＳ基板１のうち、引き出し方向先頭に載置されたＳＯＳ基板１ａと、最後尾に載置されたＳＯＳ基板１ｂとでは、実際に熱処理炉３の外部に引き出される時点が異なるために、熱処理炉３内に滞在する時間に差が生じ、結果的に熱処理状態に差が発生することになって、同時に熱処理を行ったＳＯＳ基板の中でバラツキが生じる原因となる。よって、これらを回避するために、１．０〜３．０〔ｍｍ／ｓ〕の速度範囲が好ましい。
【００１３】
この引き出し速度Ｖの条件で、１０〜３０枚のＳＯＳ基板をバッチ単位とする場合、熱処理用ボート２に載置するＳＯＳ基板のピッチ間隔Ｌは、８．０〜１１．０〔ｍｍ〕のピッチ範囲に設定されている。このピッチ間隔Ｌが８．０〔ｍｍ〕以下の場合には、例えば垂直に搭載されたＳＯＳ基板１の円周上部付近と、ＳＯＳ基板１の中心点付近とでは、隣接するＳＯＳ基板１により遮られることになってＳＯＳ基板１に対する熱伝導状態と異なってしまい、ＳＯＳ基板１の全面に対する熱伝導状態が均一とならず、その結果ＳＯＳ基板１内に温度ムラが生じ、基板割れの原因となる。また、ピッチ間隔Ｌが１１．０〔ｍｍ〕以上の場合には、フォーク４によって熱処理用ボート２を熱処理炉３から引き出す際に、引き出し方向先頭に載置されたＳＯＳ基板１ａと、最後尾に載置されたＳＯＳ基板１ｂとの間の距離差のため、実際にＳＯＳ基板１が熱処理炉３の外部に引き出される時点が異なることから、これら基板に対する熱処理状態に差が発生することになり、同時に熱処理を行った複数のＳＯＳ基板の中でバラツキが生じる原因となる。よって、これらを回避するために、８．０〜１１．０〔ｍｍ〕のピッチ範囲が好ましい。
【００１４】
したがって、バッチ単位のＳＯＳ基板１を熱処理用ボート２に、上述の所定ピッチ間隔Ｌで載置し、熱処理炉３内で、拡散，酸化，或いはＣＶＤ処理等の所定の熱処理を行った後、上述の引き出し速度Ｖで引き出すことにより、ＳＯＳ基板１内での温度ムラが生じることはない。よって、シリコンとサファイアとの熱膨張係数が異なることから、ＳＯＳ基板内で温度ムラが生じた場合、基板割れが生じることがあるが、ＳＯＳ基板内での温度ムラの発生が防止されるから、基板割れが生じることが回避される。また、同時に熱処理を行った複数のＳＯＳ基板の中で熱処理状態に差が生じることが防止されるから、同一特性を有するＳＯＳ基板を形成することができる。
【００１５】
また、引き出し速度Ｖを１．０〜３．０〔ｍｍ／ｓ〕の範囲で設定し、温度ムラ等が生じないように、ピッチ間隔Ｌを調整するようにしたから、温度ムラ等の発生を防止するために、引き出し速度Ｖをより低速にすることにより生産性が低下することを防止することができ、生産性を維持した状態で、基板割れ等が生じることなく、熱処理を行うことができる。
【００１６】
なお、上記実施の形態においては、１０〜３０枚のＳＯＳ基板に対して熱処理を行う際に、ピッチ間隔Ｌを８．０〜１１．０〔ｍｍ〕の範囲で設定し、引き出し速度Ｖを１．０〜３．０〔ｍｍ／ｓ〕の範囲で設定するようにした場合について説明したが、これら引き出し速度Ｖ或いはピッチ間隔Ｌは、実験により求めるようにすればよい。また、熱処理用ボートに搭載するＳＯＳ基板の数、或いはＳＯＳ基板の大きさ厚さ等の形状に応じてピッチ間隔Ｌ及び引き出し速度Ｖを、設定するようにしてもよい。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
図１に示す熱処理路において、直径１２５〔ｍｍ〕（５〔インチ〕），厚さ６２５〔μｍ〕のＳＯＳ基板、２０枚に対して熱処理を行った。
【００１８】
このとき、ＳＯＳ基板１をピッチ間隔Ｌ＝９．５２〔ｍｍ〕で熱処理用ボート２に搭載し、７２６〔℃〕の熱処理炉３内で熱処理を行った。その後、引き出し速度Ｖ＝２．０〔ｍｍ／ｓ〕で、熱処理炉３から引き出した。
【００１９】
その結果、ＳＯＳ基板に、基板割れは発生しなかった。
これに対し、第１の比較例として、上記実施例の条件のうち、ピッチ間隔Ｌのみを変更し、Ｌ＝１４．２８〔ｍｍ〕として、熱処理を行い熱処理炉３から引き出した。
【００２０】
その結果、ピッチ間隔Ｌが広くなることから、ＳＯＳ基板面内の温度均一性は向上するが、これと共に、熱処理炉３から引き出す時に冷却速度も早くなるため、ＳＯＳ基板の表面と基板内部との間で温度差が生じ、基板の深さ方向の温度均一性が低下し、ＳＯＳ基板２０枚中、２枚の基板に基板割れが発生した。
【００２１】
このとき、熱処理炉３から引き出す時の温度均一性の低下による基板割れを回避するために、引き出し速度Ｖをより遅くすることも考えられる。この引き出し速度Ｖが遅くなるほど、ＳＯＳ基板の温度均一性は向上するため、基板割れを防止することができるが、引き出し速度Ｖが遅くなるほど、熱処理炉３から最初に引き出されるＳＯＳ基板と、最後尾に搭載されたＳＯＳ基板が炉内から引き出されるＳＯＳ基板との間に時間差が生じ、同時に熱処理を行った複数のＳＯＳ基板の中で熱処理状態に差が生じることになり、好ましくない。また、引き出し速度Ｖが遅くなるほど生産性が低下してしまう。
【００２２】
図２は、上記実施の形態及び第１の比較例と同一の条件で、引き出し速度Ｖ＝２．０〔ｍｍ／ｓ〕とした場合の、ピッチ間隔Ｌに対する基板割れの発生頻度をグラフにしたものである。図２からわかるように、ピッチ間隔Ｌが広すぎても、狭すぎても基板割れが発生し、ピッチ間隔Ｌ＝８．０〜１１．０〔ｍｍ〕のピッチ範囲が適当であることが確認された。
【００２３】
次に、第２の比較例として、上記の本実施例と同様のＳＯＳ基板２０枚に対して、炉内温度７２６〔℃〕の熱処理炉３内で、所定の熱処理を行った。
このとき、ピッチ間隔Ｌ＝４．７６〔ｍｍ〕，引き出し速度Ｖ＝４．０〔ｍｍ／ｓ〕の条件で熱処理を行った後、熱処理炉３から引き出した。
【００２４】
その結果、ＳＯＳ基板２０枚中，半数のＳＯＳ基板に基板割れが発生した。
この第２の比較例と同一の条件で、ＳＯＳ基板に替えてＳｉ基板に対して、熱処理を行った後引き出したところ、基板割れは発生しなかった。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の本発明に係るＳＯＳ基板の熱処理方法は、熱処理用ボートを熱処理炉から引き出す際の引き出し速度を１．０〜３．０〔ｍｍ／ｓ〕とし、熱処理用ボートに搭載する複数枚のＳＯＳ基板の搭載間隔を、ＳＯＳ基板内の温度分布が均一となり、且つ、ＳＯＳ基板毎の熱処理状態が同一となるように調整するようにしたから、ＳＯＳ基板の生産性を維持した状態で、ＳＯＳ基板内の温度ムラにより生じる基板割れの発生を回避することができ、また、ＳＯＳ基板毎の熱処理状態が異なることに伴いＳＯＳ基板毎に特性が異なることを回避することができる。特に、搭載間隔を８．０〜１１．０〔ｍｍ〕とすることにより、基板割れ等の発生を回避すると共に、同一特性を有する複数のＳＯＳ基板を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態におけるＳＯＳ基板の熱処理方法を適用した熱処理装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】ピッチ間隔Ｌとこれに対する基板割れの発生頻度との対応を表す図である。
【符号の説明】
１ ＳＯＳ基板
２ 熱処理用ボート
３ 熱処理炉
４ フォーク
Ｌ ピッチ間隔
Ｖ 引き出し速度

Claims (1)

1. 直径１２５〔ｍｍ〕（５〔インチ〕）、厚さ６２５〔μｍ〕のＳＯＳ基板を、熱処理用ボート上に所定の搭載間隔で複数枚搭載した状態で、熱処理炉内で熱処理するＳＯＳ基板の熱処理方法において、前記熱処理終了後に前記熱処理用ボートを前記熱処理炉から引き出す際の速度を１．０〜３．０〔ｍｍ／ｓ〕とし、前記搭載間隔を、前記ＳＯＳ基板内の温度分布が均一となり且つ前記ＳＯＳ基板毎の熱処理状態が同一となるように、８．０〜１１．０〔ｍｍ〕とすることを特徴とするＳＯＳ基板の熱処理方法。

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