(57)【要約】【課題】  高温、例えば１３５０°Ｃ以上の温度で熱処理を行う場合においても有効に断熱を行う。【解決手段】  第１の断熱部５０は、基板５４に対して平行に支持された複数のＳｉＣ製断熱板７２からなる。第２の断熱部５２は、ＳｉＣ製断熱板７２に対して平行に支持された複数の石英製断熱板７０からなる。第１の断熱部５０及び第２の断熱部５２において、ＳｉＣ製断熱板７２，７２間のピッチｂを石英製断熱板７０，７０間のピッチｄよりも大きくする。又は、第１の断熱部５０及び第２の断熱部５２において、ＳｉＣ製断熱板７２の厚さａを石英製断熱板７０の厚さｃよりも薄くする。これにより、ヒータからの輻射光を遮り断熱する。【選択図】          図５
2006032386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉口が下端に設けられた反応室と、
この反応室内で基板を支持する支持具と、
この支持具の下方で第１のピッチをもって上下方向に設けられた複数の炭化珪素製断熱板と、
該複数の炭化珪素製断熱板の下方で第２のピッチをもって上下方向に設けられた複数の石英製断熱板と、
該複数の石英製断熱板の下方に設けられ前記反応室の炉口を閉塞する炉口キャップとを有し、
前記炭化珪素製断熱板の第１のピッチは、前記石英製断熱板の第２のピッチよりも大きくしてなることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
炉口が下端に設けられた反応室と、
この反応室内で基板を支持する支持具と、
この支持具の下方で上下方向に設けられた複数の炭化珪素製断熱板と、
該複数の炭化珪素製断熱板の下方で上下方向に設けられた複数の石英製断熱板と、
該複数の石英製断熱板の下方に設けられ前記反応室の炉口を閉塞する炉口キャップとを有し、
前記炭化珪素製断熱板の厚さは、前記石英製断熱板の厚さよりも薄いことを特徴とする熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハやガラス基板等を熱処理するための熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の基板をボートに載置し、例えば１２００°Ｃ程度の温度での高温加熱によって熱処理を行う縦型炉を有する熱処理装置が知られている。
この種の熱処理装置において、反応炉下方の炉口を断熱部材を有する炉口キャップにより遮蔽し、熱処理を行うことは公知である（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３３８４７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、より高温、例えば１３５０°Ｃで基板を熱処理する場合、基板を支持する支持具の下方に設けられる断熱部材を石英（ＳｉＯ２）製とすると、石英がクリープ現象を起こして変形してしまうおそれがある。石英製の断熱部材が変形すると、断熱部材による断熱効果が低下するので、炉口キャップが高温になる。炉口キャップが高温になると、炉口部のシール材料であり耐熱温度が例えば２５０°ＣであるＯリングが溶けて、炉口キャップによる遮蔽性が失われる。さらに、Ｏリングが溶けて炉口部の遮蔽性が失われると、支持具が倒れて破損したり、支持具に支持された基板が破損する可能性がある。
【０００５】
本発明の目的は、高温、例えば１３５０°Ｃ以上の温度で熱処理を行う場合においても有効に断熱を行うことができる断熱構造を有する熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の第１の特徴とするところは、炉口が下端に設けられた反応室と、この反応室内で基板を支持する支持具と、この支持具の下方で第１のピッチをもって上下方向に設けられた複数の炭化珪素製断熱板と、該複数の炭化珪素製断熱板の下方で第２のピッチをもって上下方向に設けられた複数の石英製断熱板と、該複数の石英製断熱板の下方に設けられ前記反応室の炉口を閉塞する炉口キャップとを有し、前記炭化珪素製断熱板の第１のピッチは、前記石英製断熱板の第２のピッチよりも大きくしてなる熱処理装置にある。炭化珪素製断熱板の第１のピッチと石英製断熱板の第２のピッチとを同一にした場合に対し、炭化珪素製断熱板の第１のピッチを石英製断熱板の第２のピッチよりも大きくしても、１３５０°Ｃ以上の高温加熱を断熱する効果が同等であることが実験により確認されている。また、基板を処理ガスの雰囲気中で熱処理する場合、石英製断熱板の第２のピッチよりも大きい炭化珪素（ＳｉＣ）製断熱板の第１のピッチに処理ガス（気体）による断熱層が形成されると、断熱効果が向上する。このように、炭化珪素製断熱板の第１のピッチを石英製断熱板の第２のピッチよりも大きくすることにより、断熱効果を得つつ、複数の炭化珪素製断熱板の軽量化及びコストダウン並びに反応室内の低熱容量化を図ることができる。
【０００７】
また、本発明の第２の特徴とするところは、炉口が下端に設けられた反応室と、この反応室内で基板を支持する支持具と、この支持具の下方で上下方向に設けられた複数の炭化珪素製断熱板と、該複数の炭化珪素製断熱板の下方で上下方向に設けられた複数の石英製断熱板と、該複数の石英製断熱板の下方に設けられ前記反応室の炉口を閉塞する炉口キャップとを有し、前記炭化珪素製断熱板の厚さは、前記石英製断熱板の厚さよりも薄い熱処理装置にある。炭化珪素製断熱板は、石英製断熱板よりも薄くても、１３５０°Ｃ以上の熱に対して断熱効果がある。また、複数の石英製断熱板は、熱容量が炭化珪素製の部材よりも大きく、複数の炭化珪素製断熱板によって断熱された後の低温化された熱を断熱するので、反応室側からの熱を受け止めるとともに、炭化珪素製断熱板を透過した熱を遮ることができる。このように、炭化珪素製断熱板の厚さを石英製断熱板の厚さよりも薄くすることにより、断熱効果を得つつ、複数の炭化珪素製断熱板の軽量化及び反応室内の低熱容量化を図ることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高温、例えば１３５０°Ｃ以上の温度で熱処理を行う場合においても、有効に断熱を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
さらに、筺体１２内には、基板移載機２６、ノッチアライナ２８及び支持具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及び支持具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。
【００１２】
図２において、反応炉４０が示されている。この反応炉４０は、ＳｉＣ製の反応管４２を有する。この反応管４２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、内部が反応室４３になっている。この反応管４２の下部には石英製のアダプタ４４が配置され、このアダプタ４４により反応管４２が支持されている。また、アダプタ４４を除いた反応管４２の周囲には、ヒータ４６が配置されている。
【００１３】
前述した支持具３０は反応管４２内に挿入される。反応管４２の下方は、支持具３０を挿入するために開放され、この開放部分は炉口キャップ４８がアダプタ４４に当接することにより密閉されるようにしてある。炉口キャップ４８と支持具３０との間には、支持具３０の下方に設けられたＳｉＣ製の第１の断熱部５０と、この第１の断熱部５０の下方に設けられた石英製の第２の断熱部５２とが介在している。支持具３０は、多数枚の基板５４を略水平状態で隙間をもって多数段に支持し、反応管４２内に装填される。
【００１４】
アダプタ４４には、該アダプタ４４と一体にガス供給口５６とガス排気口５８とが形成されている。ガス供給口５６にはガス導入管６０が、ガス排気口５８には排気管６２がそれぞれ接続されている。アダプタ４４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６４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６４は、ガス供給口５６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６４にはノズル６６が挿入固定されている。すなわち、アダプタ４４の上面にノズル６６が接続されることとなる。
【００１５】
この構成により、ノズル接続部は熱で変形しにくく、また破損されにくい。また、ノズル６６とアダプタ４４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６０からガス供給口５６に導入された処理ガスは、ノズル６６を介して反応管４２内に供給される。ノズル６６は、反応管４２の内壁に沿って基板配列領域の上方（支持具３０の上方）まで延びるように構成される。このノズル６６は、例えば内径が１０ｍｍ、長さが１０００ｍｍである。
【００１６】
反応炉４０において、１２００°Ｃ以上の高温での処理を可能とするため、反応管４２は上述したようにＳｉＣ製としてある。例えば後述するＳＩＭＯＸ（Separation by Implanted Oxygen）ウエハ製造のためのアニール処理温度は、１３５０°Ｃ以上である。一方、基板が支持された支持具３０の下方に位置する第１の断熱部５０を石英製とすると、処理温度が１３５０°Ｃ以上である場合、石英がクリープ現象を起こして変形してしまうおそれがある。
【００１７】
石英製の第１の断熱部５０が変形すると、第１の断熱部５０による断熱効果が低下するので、炉口キャップ４８が高温になる。炉口キャップ４８が高温になると、炉口部のシール材料であり耐熱温度が例えば２５０°ＣであるＯリングが溶けて、炉口キャップ４８による遮蔽性が失われる。さらに、Ｏリングが溶けて炉口部の遮蔽性が失われると、支持具３０が倒れて破損したり、支持具３０に支持された基板が破損する可能性がある。そこで、第１の断熱部５０をＳｉＣ製にすることにより、反応管４２における処理温度が１３５０°Ｃ以上であっても、第１の断熱部５０が断熱性を維持するようにされている。
【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、支持具３０に移載する。
【００２０】
このようにして、１バッチ分の基板を支持具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支持具３０を装入し、炉口キャップ４８により反応管４２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６０からガス導入口５６及びノズル６６を介して反応管４２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１３５０°Ｃ程度以上の温度に加熱される。第１の断熱部５０及び第２の断熱部５２は、熱処理における反応管４２内の熱を断熱し、炉口キャップ４８の温度が上昇しないようにする。
【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、支持具３０を反応炉４０からアンロードし、支持具３０に支持された全ての基板が冷えるまで、支持具３０を所定位置で待機させる。次に、待機させた支持具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、支持具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】
次に上記第１の断熱部５０及び第２の断熱部５２について詳述する。
図３において、反応管４２内で断熱する第１の断熱部５０及び第２の断熱部５２の第一例が示されている。
この第一例においては、第１の断熱部５０は、複数のＳｉＣ製断熱板６８からなり、例えば支持具３０に支持された基板５４に対して平行に支持されている。ＳｉＣ製断熱板６８は、例えば厚さが約３ｍｍであるＳｉ含侵型の円板状ＳｉＣ部材であり、ヒータ４６からの輻射光を遮ることにより断熱する。また、ＳｉＣ製断熱板６８は、石英製の部材よりも熱容量が小さく、板状に形成されているので、反応管４２内の温度制御における応答の遅れを低減することができる。
第２の断熱部５２は、例えば厚さが約３ｍｍの複数の円板状部材である石英製断熱板７０からなり、例えばＳｉＣ製断熱板６８に対して平行に支持されている。
【００２３】
ＳｉＣ製断熱板６８，６８間のピッチは、石英製断熱板７０，７０間のピッチよりも大きくされている。ＳｉＣは輻射光の透過がほとんどなく断熱性に優れているので、図３（ａ）に示すように、ＳｉＣ製断熱板６８，６８間のピッチをある程度大きくしても、複数枚のＳｉＣ製断熱板６８により断続的に輻射光を遮ることができるためである。なお、図３（ａ）では、ＳｉＣ製断熱板６８，６８間のピッチを石英製断熱板７０，７０間のピッチの４倍以上としている。
【００２４】
また、図３（ｂ）に示すように、例えば反応管４２において１３５０°Ｃ以上で熱処理をする際に、ＳｉＣ製断熱板６８，６８間で処理ガスの対流が生じないように、ＳｉＣ製断熱板６８，６８間のピッチが設定されることにより、ＳｉＣ製断熱板６８，６８間に処理ガス（気体）による断熱層が形成される。処理ガスによる断熱層は、ヒータ４６からの輻射光による熱をＳｉＣ製断熱板６８と共に遮ることができる。なお、図３（ｂ）では、ＳｉＣ製断熱板６８，６８間のピッチを石英製断熱板７０，７０間のピッチの２倍以上としている。
【００２５】
第２の断熱部５２においては、第１の断熱部５０の断熱効果によって基板５４の周囲よりも温度が低くされているので、石英製断熱板７０により、第１の断熱部５０を透過したヒータ４６からの輻射光を遮ることができる。また、石英製断熱板７０は、熱容量がＳｉＣ製の部材よりも大きく、反応管４２内の熱を受け止めて炉口キャップ４８の温度が上昇しないようにしている。
【００２６】
なお、第１の断熱部５０及び第２の断熱部５２において、ＳｉＣ製断熱板６８，６８間のピッチと石英製断熱板７０，７０間のピッチとが同一ピッチである場合に対し、ＳｉＣ製断熱板６８の枚数を減らしてＳｉＣ製断熱板６８，６８間のピッチを石英製断熱板７０，７０間のピッチよりも大きくしても、第１の断熱部５０及び第２の断熱部５２による断熱効果が同等であることが実験により確認されている。
【００２７】
したがって、ＳｉＣ製断熱板６８の枚数を減らしてＳｉＣ製断熱板６８，６８間のピッチを石英製断熱板７０，７０間のピッチより大きくすることにより、断熱効果を得つつ、第１の断熱部５０の軽量化及びコストダウン並びに反応管４２内の低熱容量化を図ることができる。
【００２８】
図４において、反応管４２内で断熱する第１の断熱部５０及び第２の断熱部５２の第二例が示されている。
この第二例においては、第１の断熱部５０は、複数のＳｉＣ製断熱板７２からなり、例えば支持具３０に支持された基板５４に対して平行に支持されている。
なお、第二例において、図３に示した第一例と実質的に同一部分については、図面に同一番号を付してある。
【００２９】
ＳｉＣ製断熱板７２は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により形成された厚さが１ｍｍ以下の高純度ＳｉＣの円板状部材であり、Ｓｉ含侵型のＳｉＣ製断熱板６８と同様に、ヒータ４６からの輻射光を遮ることにより断熱する。また、ＳｉＣ製断熱板７２の厚さは、石英製断熱板７０の厚さよりも薄く、また第一例におけるＳｉ含侵型のＳｉＣ製断熱板６８よりも薄くなっている。
【００３０】
このように、第１の断熱部５０及び第２の断熱部５２において、ＳｉＣ製断熱板７２の厚さを石英製断熱板７０の厚さよりも薄く、またＳｉ含侵型のＳｉＣ製断熱板６８よりも薄くしても、第１の断熱部５０及び第２の断熱部５２による断熱効果が同等であることが実験により確認されている。
したがって、第１の断熱部５０及び第２の断熱部５２の第二例は、断熱効果を保持しつつ、第一例よりも第１の断熱部５０の軽量化及び反応管４２内の低熱容量化を図ることができる。
【００３１】
図５において、反応管４２内で断熱する第１の断熱部５０及び第２の断熱部５２の第三例の詳細が示されている。
この第三例においては、第１の断熱部５０は、複数のＳｉＣ製断熱板７２からなり、例えば支持具３０に支持された基板５４に対して平行に支持されている。ＳｉＣ製断熱板７２は、第二例と同様、例えばＣＶＤにより形成された厚さが１ｍｍ以下の高純度ＳｉＣの円板状部材であり、石英製断熱板７０の厚さよりも薄くなっている。第２の断熱部５２は、第一例、第二例と同様、複数の石英製断熱板７０からなり、例えばＳｉＣ製断熱板７２に対して平行に支持されたＳｉＣ製断熱板７２の枚数以上の石英製断熱板７０により形成される。
なお、第三例において、図３に示した第一例及び図４に示した第二例と実質的に同一部分については、図面に同一番号を付してある。
【００３２】
上述したように、ＳｉＣ製断熱板７２は、厚さａが１ｍｍ以下の高純度ＳｉＣの円板状部材であり、厚さｃの石英製断熱板７０よりも薄くされている。また、ＳｉＣ製断熱板７２，７２間のピッチｂは、石英製断熱板７０，７０間のピッチｄよりも大きくされており、且つ、反応管４２において１３５０°Ｃ以上で熱処理をする際に、ＳｉＣ製断熱板７２，７２間で処理ガスの対流が生じないように設定されている。したがって、反応管４２において１３５０°Ｃ以上で熱処理をする際に、ＳｉＣ製断熱板７２，７２間に処理ガスによる断熱層が形成される。処理ガスによる断熱層は、ヒータ４６からの輻射光による熱をＳｉＣ製断熱板７２と共に遮ることができる。
【００３３】
このように、第１の断熱部５０及び第２の断熱部５２において、ＳｉＣ製断熱板７２の厚さを石英製断熱板７０の厚さよりも薄くし、更にＳｉＣ製断熱板７２，７２間のピッチを石英製断熱板７０，７０間のピッチより大きくしても、第１の断熱部５０及び第２の断熱部５２による断熱効果が同等であることが実験により確認されている。
したがって、第三例は、断熱効果を保持しつつ第一例、第二例よりも第１の断熱部５０の軽量化及び反応管４２内の低熱容量化を図ることができる。
【００３４】
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。
【００３５】
ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハの一種であるＳＩＭＯＸ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。
【００３６】
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°Ｃ〜１４００°Ｃ、例えば１３５０°Ｃ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ウエハが作製される。
【００３７】
また、ＳＩＭＯＸウエハの他、水素アニールウエハとＡｒ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、水素雰囲気中もしくはＡｒ雰囲気中で１２００°Ｃ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、結晶の完全性を高めることができる。
【００３８】
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。
【００３９】
本発明の熱処理装置は、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。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態に係る熱処理装置を示す概略の斜視図である。
【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第１の断熱部及び第２の断熱部の第一例及びその周辺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第１の断熱部及び第２の断熱部の第二例及びその周辺を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた第１の断熱部及び第２の断熱部の第三例の詳細を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０    熱処理装置
２６    基板移載機
３０    支持具
４０    反応炉
４２    反応管
４３    反応室
４６    ヒータ
４８    炉口キャップ
５０    第１の断熱部
５２    第２の断熱部
５４    基板
５６    ガス導入口
６０    ガス導入管
６６    ノズル
６８    ＳｉＣ製断熱板（Ｓｉ含侵型）
７０    石英製断熱板
７２    ＳｉＣ製断熱板（高純度ＳｉＣ）
【図１】
2006032386.tif 000003
【図２】
2006032386.tif 000004
【図３】
2006032386.tif 000005
【図４】
2006032386.tif 000006
【図５】
2006032386.tif 000007