JP2004281674A

JP2004281674A - 熱処理装置及び基板の製造方法

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Publication number: JP2004281674A
Application number: JP2003070355A
Authority: JP
Inventors: Tomoharu Shimada; 智晴島田; Naoto Nakamura; 直人中村
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】超高温の熱処理においてはＳｉＣ製の反応管が用いられる。一方、炉口部は熱伝導が少なく熱歪に強い石英が用いられる。しかしながら、反応管と炉口部との接合部は温度が高く有機材料のＯリングが使えず、また金属Ｏリング等は金属汚染のため使用できないため、シールが不十分であった。
【解決手段】基板を処理する反応管３６と、反応管３６を支持する石英フランジ５１と、反応管３６と石英フランジの接合部に設けられたＯリング６０と、反応管３６内を加熱するヒータ４２と、を有する熱処理装置において、前記Ｏリング６０を中空部６０ａを有する弾性体で構成する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、半導体基板に対してアニール処理、拡散処理または酸化処理等の熱処理を行なう熱処理装置及び基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
１２００℃以上の高温の熱処理装置では、石英ガラスで作られた反応管は変形してしまうため、反応管はＳｉＣで構成されている。しかしながら、炉口部までＳｉＣで構成すると、温度が高くなり炉口部をシールするための弗素ゴム等で作られたＯリングが融ける等の問題がある。そのために、炉口部を石英ガラスで構成し、高温になるところにはＳｉＣで構成された反応管が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、反応管と炉口部との接合部の温度が高く、シール部材として弗素ゴム等の有機材料で作られたＯリングは使用できない。また、金属Ｏリングも金属汚染の為、使用できない。したがって、反応管と炉口部との接合部を、シールできないという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、従来の構造では反応管と炉口部の接合部を気密にシールできないという問題点を解決し、シールができる熱処理装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の特徴は、基板を処理する反応管と、反応管を支持する炉口部と、反応管と炉口部の接合部に設けられたシール部材と、反応管内を加熱するヒータと、を有する熱処理装置であって、前記シール部材は中空部を有する弾性体から構成されることにある。
本発明の第２の特徴は、第１の特徴において前記反応管はＳｉＣ製であり、前記炉口部は石英製であることにある。
本発明の第３の特徴は、第１の特徴において、前記シール部材は石英ガラスまたはセラミックスで構成されることにある。
本発明の第４の特徴は、第１の特徴において、前記シール部材は薄膜から構成されることにある。
本発明の第５の特徴は、第１の特徴において、前記シール部材は中空のＯリングで構成されることにある。
本発明の第６の特徴は、第５の特徴において、この中空Ｏリング内部の圧力を調整するためのガス導入管やポンプが設けられることにある。
本発明の第７の特徴は、第５の特徴において、前記中空のＯリングの断面がＣ型であることにある。
本発明の第８の特徴は、第７の特徴において、中空のＯリングの中空部に石英ガラス、セラミックス、金属などから構成される弾性部材（バネ）を設けられることにある。
本発明の第９の特徴は、第１の特徴において、前記シール部材は炉口部と一体で形成されることにある。
本発明の第１０の特徴は、第１の特徴において、前記反応管内で基板を支持する支持具を更に有し、該支持具は複数枚の基板を略水平状態で隙間をもって複数段に支持するよう構成されることにある。
本発明の第１１の特徴は、第１の特徴において、前記熱処理とは１０００℃以上の温度で行うことにある。
本発明の第１２の特徴は、反応管と、反応管を支持する炉口部と、反応管と炉口部の接合部に設けられたシール部材と、反応管内を加熱するヒータとを有する反応炉内に基板を搬入する工程と、基板を前記反応炉内で支持具により支持した状態で熱処理する工程と、基板を反応炉内から搬出する工程と、を有する基板の製造方法にある。
本発明の第１３の特徴は、反応管と、反応管を支持する炉口部と、反応管と炉口部の接合部に設けられたシール部材と、反応管内を加熱するヒータとを有する反応炉内に基板を搬入する工程と、基板を前記反応炉内で支持具により支持した状態で熱処理する工程と、基板を反応炉内から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法にある。
本発明の第１４の特徴は、反応管と、反応管を支持する炉口部と、反応管と炉口部の接合部に設けられたシール部材と、反応管内を加熱するヒータとを有する反応炉内に基板を搬入する工程と、基板を前記反応炉内で支持具により支持した状態で熱処理する工程と、基板を反応炉内から搬出する工程と、を有する基板処理方法にある。
【０００６】
【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。
【０００７】
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。
【０００８】
さらに、筺体１２内には、基板移載機２６、ノッチアライナ２８及び基板支持体としてのボート３０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の位置に置かせたポッド、ノッチアライナ２８及びボート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。
【０００９】
図２に本発明の熱処理炉３４が示されている。この熱処理炉３４は主に、基板１を加熱する加熱手段としての抵抗加熱ヒータ４２と、ヒータ４２の内側に設けられ基板１を処理する反応管３６と、反応管３６を支持する石英フランジ５１と、から構成されている。反応管３６と石英フランジ５１は、シール部材としての石英等からなるＯリング６０を介して密閉されている。ここで、Ｏリング６０は、石英フランジ５１の内壁に設けられた反応管３６載置用の載置部の上方において、反応管３６の外壁と石英フランジ５１の内壁とで構成される空間に設けられている。また、熱処理炉３４下方の石英フランジ５１等から構成される炉口部は、シールキャップ３８により弗素ゴム等からなるＯリング６１を介して密閉されている。このシールキャップ３８と反応管３６と石英フランジ５１とで処理室が構成されている。シールキャップ３８は熱処理炉３４内で、複数枚の基板１を水平姿勢で垂直方向に中心を揃えて積層するよう保持するボート３０を支持している。石英フランジ５１には、反応管３６内に基板を処理するガスを導入するガス導入管４６と反応管３６内のガスを排気するガス排気管４８が接続されている。尚本実施例では、石英フランジ５１とガス導入管４６及びガス排気管４８は一体になっているが、一体型でなくても良い。また、ガス導入管４６の先端には、反応管３６内壁に沿って立設され反応管３６内に配置される最上部の基板１より上方の反応管３６上部にガスを供給する棒状のロングノズル４６ａが取付けられている。この構成によりガス導入管４６から導入された処理ガスはノズル４６ａを通り、反応管３６内に上方から供給される。反応管３６上方に供給されたガスは反応管３６内を流下し、ガス排気管４８より排気される。また、反応管３６とヒータ４２の間には反応管３６内の温度を検知する熱電対（図示しない）が配置され、この熱電対とヒータ４２を制御することにより、反応管３６内の温度を制御する温度制御手段（図示しない）が設けられている。
【００１０】
熱処理炉３４内で高温になるところは、全て炭化珪素で構成される。例えば、ノズル４６ａや反応管３６は炭化珪素で構成される。一方、炉口部にある石英フランジ５１（ガス導入管４６とガス排気管４８を含む）は不透明石英で構成されている。
【００１１】
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納したポッド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。
【００１２】
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、ボート３０に移載する。
【００１３】
このようにして、１バッチ分の基板をボート３０に移載すると、例えば７００℃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ボート３０を装入し、シールキャップ３８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昇温させて、ガス導入管４６からノズル４６ａを介して反応管３６内に処理ガスを導入する。反応管３６内に導入したガスは、反応管３６内を流下して、ガス排気管４８から排気される。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℃程度以上の温度に加熱される。なお、この間、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、降温プログラムに従って基板の熱処理を実施する。
【００１４】
基板の熱処理が終了すると、例えば炉内温度を７００℃程度の温度に降温した後、ボート３０を反応炉３４からアンロードし、ボート３０に支持された全ての基板が冷えるまで、ボート３０を所定位置で待機させる。尚、炉内温度降温の際も、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プログラムにしたがって降温を実施する。次に、待機させたボート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、ボート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。
【００１５】
次に図３において、Ｏリング６０について詳述する。図３は、Ｏリング６０の断面形状を表す図である。Ｏリング６０は、石英ガラスやセラミックス等の材料から構成されており、内部に中空部６０ａが設けられている。内部に中空部６０ａが設けられることにより、Ｏリング６０自体が弾性変形可能となっている。すなわち、Ｏリング６０は中空部６０ａを有する弾性体として構成されている。これにより反応管３６と石英フランジ５１とを気密にシールすることが可能となる。尚、Ｏリング６０は薄膜で構成されてもよい。Ｏリング６０の断面形状は、図３（ａ）のようなドーナツ型や図３（ｂ）のようなＣ型が考えられる。Ｏリング６０の断面形状がドーナツ型の場合、図２に示すように、Ｏリング６０には、Ｏリング６０の中空部６０ａの圧力を調整する為の導入管（図示しない）、排気管６３およびポンプ６２等を接続するのが好ましい。Ｏリング６０の断面形状がＣ型の場合、図３（ｂ）に示すように中空部６０ａ内に石英ガラス、セラミックス、金属などからなる弾性部材（バネ）６０ｂを設けるようにしてもよい。
また、Ｏリング６０と石英フランジ５１は、一体としてもよい。この場合もＯリング６０が石英フランジ５１と一体でないときと同様に、Ｏリング６０の断面形状がドーナツ型の場合は中空部６０ａ内の圧力を調整するために、ポンプ６２等を接続してもよく、断面形状がＣ型の場合は中空部６０ａ内に石英ガラス、セラミックス、金属などからなる弾性部材（バネ）６０ｂを入れてもよい。
【００１６】
以上の構成により、ＳｉＣ製の反応管と石英ガラス製の炉口部との接合部をシールできるため、処理室内を密閉でき、高温の処理で腐食ガスの漏れを抑制できる。また、処理室内の圧力制御を容易に行なうことが可能となる。
【００１７】
本発明の熱処理装置は、基板の製造工程にも適用することができる。
【００１８】
ＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェハの一種であるＳＩＭＯＸ（ＳｅｐａｒａｔｉｏｎｂｙＩｍｐｌａｎｔｅｄＯｘｙｇｅｎ）ウェ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。
【００１９】
先ずイオン注入装置等により単結晶シリコンウェ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ェ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、ウェハ内部にＳｉＯ２層が形成された（ＳｉＯ２が埋めこまれた）ＳＩＭＯＸウェハ作製される。
また、ＳＩＭＯＸの他、水素アニールウェ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、ウェハを本発明の熱処理装置を用いて、水素雰囲気中で１２００℃の高温アニールすることとなる。これによりＩＣが作られるウェハ表面層の結晶欠陥を低減することができ、結晶の完全性を高めることができる。また、この他、エピタキシャルウェ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が可能である。
【００２０】
本発明の熱処理装置は、半導体デバイスの製造工程の一工程としての熱処理工程に適用することも可能である。
【００２１】
特に、比較的高い温度で行なう熱処理工程、たとえば、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）、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。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように本発明では、反応管と炉口部とのシール部材として、弾性体から構成される材料を用いることにより、反応管と炉口部との接合部のシールが可能となり、高温の熱処理で腐食ガスの処理室外への漏れを抑制できるだけでなく、処理室内の圧力制御を容易に行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基板処理装置を示す斜示図である。
【図２】本発明の処理炉を詳細に示す図である。
【図３】本発明で実施したＯリングの断面形状を現す図である。
１基板
１０熱処理装置
３０ボート
３４熱処理炉
３６反応管
３８シールキャップ
４２ヒータ
４６ガス導入管
４８ガス排気管
５１石英フランジ
６０Ｏリング
６０ａ中空部
６０ｂ弾性部材

Claims

基板を処理する反応管と、反応管を支持する炉口部と、反応管と炉口部の接合部に設けられたシール部材と、反応管内を加熱するヒータと、を有する熱処理装置において、前記シール部材は中空部を有する弾性体から構成されることを特徴とする熱処理装置。
前記反応管はＳｉＣ製であり、前記炉口部は石英製であることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
前記シール部材は石英ガラスまたはセラミックスからなることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
前記シール部材は薄膜から構成されることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
前記シール部材は中空のＯリングであることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
前記中空のＯリング内部の圧力を調整するためのガス導入管が設けられることを特徴とする請求項５記載の熱処理装置。
前記中空のＯリングの断面がＣ型であることを特徴とする請求項５記載の熱処理装置。
前記中空のＯリングの中空部に石英ガラス、セラミックス、金属などから構成される弾性部材を設けたことを特徴とする請求項７記載の熱処理装置。
前記シール部材は炉口部と一体で形成されることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
前記反応管内で基板を支持する支持具を更に有し、該支持具は複数枚の基板を略水平状態で隙間をもって複数段に支持するよう構成されることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
前記熱処理とは１０００℃以上の温度で行う処理であることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
反応管と、反応管を支持する炉口部と、反応管と炉口部の接合部に設けられたシール部材と、反応管内を加熱するヒータとを有する熱処理炉内に基板を搬入する工程と、基板を前記反応炉内で支持具により支持した状態で熱処理する工程と、基板を反応炉内から搬出する工程と、を有することを特徴とする基板の製造方法。