(57)【要約】【課題】本発明の目的は、上記事情を考慮し、ウエーハとウエーハ保持具との間の接触部分を大きく取り、スリップの発生を抑制するウエーハ置き台及び基板処理装置を提供することを目的とする。【解決手段】基板処理装置において基板の半径方向に複数の前記基板を並列に配置可能で、前記基板の主部分を保持可能な基板置き台により保持し前記基板を処理する処理室と、前記基板の半径方向に複数並列に各々が前記基板主面より大きく、且つ前記基板主面と対向する位置に配置され、異なる温度に設定可能な加熱手段と、前記加熱手段のそれぞれに対向する位置に前記基板を移動可能とする基板移動機構とを備えた。【選択図】図１
2005072381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の半径方向に複数の前記基板を並列に配置可能で、前記基板の主部分を保持可能な基
板置き台により保持し前記基板を処理する処理室と、
前記基板の半径方向に複数並列に各々が前記基板主面より大きく、且つ前記基板主面と対
向する位置に配置され、異なる温度に設定可能な加熱手段と、
前記加熱手段のそれぞれに対向する位置に前記基板を移動可能とする基板移動機構とを備
えることを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板（半導体ウエーハやガラス基板等、以下ウエーハという）を熱処理するた
めの基板処理装置に係り、特にウエーハを処理炉内にて搭載して加熱処理するヒータをウ
エーハ主面に対向する位置に備えている基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの製造工程では、例えば熱拡散工程やアニール工程や酸化処理工程
や窒化処理工程そして拡散処理工程等で使用される基板処理装置としては、縦型熱処理装
置や枚葉熱処理装置が主流となっている。特にこの枚葉熱処理装置は、一枚毎のシリコン
等のウエーハを熱処理する処理炉を形成し、この処理炉には、基板を保持する基板保持具
（以下ウエーハ置き台という）、加熱手段としてのヒータを有するものが知られている。
【０００３】
前述した枚葉熱処理装置は、ウエーハを一枚ずつ処理する反応室（処理室）を有する。こ
の反応室内にウエーハを挿入し、加熱した状態で、反応ガス（処理ガス）や不活性ガスを
導入することで、ウエーハ表面に所要の薄膜を生成したり、不純物の拡散したりなどを行
う。この薄膜を生成した結果において、薄膜の均一性などの性能・特性は、歩留り、半導
体素子の性能などに大きく影響する。このような歩留り・半導体素子の性能などに影響を
与える要因の一つとして、ウエーハを加熱することによるウエーハへの影響が挙げられる
。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述した枚葉熱処理装置を用いて、熱処理を行う場合、薄い肉厚であるウエーハに熱処理
を行うとウエーハ自身が熱により急激な温度変化により、変形したりもしくはウエーハ表
面に亀裂（スリップ）が発生したりしてしまう。このような変形・スリップの発生の大き
な要因はウエーハ置き台（ウエーハ保持治具、ウエーハ支持治具）のウエーハの保持方法
と、急激な温度変化によるものと言える。例えば、図５に示すように、従来の枚葉式ホッ
トウオール形熱処理装置では、ウエーハ移動機構６のアーム７により、処理室４内にウエ
ーハ１を移動させ、所定の位置に保持した後、ヒータ５の設定温度を１０００℃とした場
合、プロセスチューブ３内である処理室４において、急激にウエーハ１が加熱され、この
急激な温度差よりスリップの発生が出てしまう。このスリップの発生を抑えるためには、
緩やかにヒータの温度設定を変更するか、段々にヒータの温度設定を変更（例えば、室温
から４００℃、４００℃から６００℃、６００℃から８００℃、８００℃から１０００℃
）しない限り、急激に１０００℃に昇温させた上での１０００℃での処理しかできず、１
０００℃以外の温度（例えば１０℃以上違う温度で熱処理する場合）へ瞬時に変更し、熱
処理することはできない。
【０００５】
本発明の目的は、上記事情を考慮し、ウエーハとウエーハ置き台（ウエーハ保持具、基板
置き台、基板保持具、ウエーハ支持治具）との間の接触部分を大きく取り、スリップの発
生を抑制するウエーハ置き台及び基板処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
好適には、急激な温度変化が無く、スリップの発生を抑制する加熱手段及び基板処理装置
を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため本発明に係る基板処理装置は、基板の半径方向に複数の前記基板
を並列に配置可能で、前記基板の主部分を保持可能な基板置き台により保持し前記基板を
処理する処理室と、前記基板の半径方向に複数並列に各々が前記基板主面より大きく、且
つ前記基板主面と対向する位置に配置され、異なる温度に設定可能な加熱手段と、前記加
熱手段のそれぞれに対向する位置に前記基板を移動可能とする基板移動機構とを備えるこ
とを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る基板処理装置においては、ウエーハへのスリップの発生を抑制・発生させず
に熱処理を行うことができ、例えば半導体素子の性能を向上でき、生産性を高めることが
できる。
【０００９】
好適には、高温熱処理（１２００℃以上）した際においてもウエーハへのスリップの発生
を抑制・発生させずに熱処理を行うことができる。
【００１０】
好適には、高速昇降温した際においてもウエーハへのスリップの発生を抑制・発生させず
に熱処理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の基板処理装置の構成を図面を用いて説明する。尚、以下の説明では、基板処理装
置として基板に熱処理などを行う枚葉の熱処理装置（以下、単に処理装置とも表す）を適
用した場合について述べる。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明に適用される一例である枚葉式ホットウオール形熱処理装置を示す正面断
面図である。また、図２は本発明に適用される一例である図１に示す処理装置の平面断面
図である。
【００１３】
本実施の形態においては、本発明に係る半導体製造装置は、ＩＣの製造方法における熱処
理工程を実施する枚葉式ホットウオール形熱処理装置として構成されている。
【００１４】
図１および図２に示されているように、枚葉式ホットウオール形熱処理装置５０はウエー
ハ１を収容可能な平面視が長方形の処理室５２を構成したプロセスチューブ５１を備えて
おり、プロセスチューブ５１は石英ガラスまたは炭化シリコンが使用されて高さの低い直
方体形状に形成されて、筐体（図示せず）に水平に支持されている。プロセスチューブ５
１の四枚の側壁のうち互いに正対する一対の側壁は開口されており、両開口には炉口フラ
ンジ５３と炉端フランジ５４とがそれぞれ固定されている。炉口フランジ５３にはウエー
ハ１を処理室５２に搬入搬出するための炉口５５が開設されており、炉口５５はゲートバ
ルブ５６によって開閉されるようになっている。炉口フランジ５３には処理ガスを導入す
るためのガス導入管５７が炉口５５に連通するように接続されており、炉端フランジ５４
には処理室５２を排気するための排気管５８が接続されている。炉端フランジ５４はキャ
ップ５４aによって閉塞されている。つまり、ガス導入管５７から供給された処理ガスは
処理室５２を流れて、排気管５８によって排気されるようになっている。処理室５２の底
面にはウエーハ置き台５９が載置されており、ウエーハ置き台５９はウエーハ１を複数枚
、水平に保持可能な（図１においては４枚）ように構成されている。プロセスチューブ５
１の外側にはヒータ６０が処理室５２を均一または所定の温度分布に加熱するように敷設
されており、それぞれ、ヒータ６０a〜６０dまでウエーハ１に対し略平行な位置に並列し
て複数個並んで敷設されている。温度コントローラ６１（温度制御手段）は処理室５２内
の温度を検出する温度検出手段（図示せず）から得られた検出値とともにヒータ６０をシ
ーケンス制御およびフィードバック制御するようになっている。また、温度コントローラ
６１は、枚葉熱処理装置の全体を管理・制御するメインコントローラ（主制御部）との信
号の送受信を行い、各種指示や連絡等を行い、設定値等の制御に関するやりとりを行って
いる。
【００１５】
さらに、ウエーハ置き台５９周辺について詳細を記す。図３に示されているように、ウエ
ーハ置き台５９はウエーハ１の裏面の主要部分（少なくとも５０％以上）を保持可能とな
っている。好ましくは円形のウエーハ１に対し、ウエーハ１の端部とウエーハ１の中心部
とを結ぶ想像線との延長線上のウエーハ１の端部及び該想像線並び該延長線と直行する線
と交わる２方向のウエーハ１端部が保持されるようになっていることが好ましい。そして
、ウエーハ置き台５９の一部に２箇所の溝を形成して、この溝部分にウエーハ移動機構６
３(基板移動機構、基板移載機構)のアーム６４が、ウエーハ置き台５９と接触しないよう
にしてウエーハ１を移動することができるように配置されている。ウエーハ移動機構６３
は、ウエーハ１を移動しない時は、ウエーハ置き台５９より下方に位置し、ウエーハ１を
移動する際は、ウエーハ置き台５９より上方に位置するように移動し得る。さらにウエー
ハ移動機構６３は、ウエーハ１を２本のアーム６４により処理室（反応室）内外へ移動さ
せることができる。
【００１６】
さらに、ヒータ６０について詳細を記す。図１に示されているように、ヒータ６０はウエ
ーハ１よりウエーハ１半径方向の大きさが大きい加熱部（図中ではヒータ６０a〜６０d）
が少なくとも２つ以上、ウエーハ１の半径方向と略平行に並列して配置され、それぞれ希
望（所望）の温度に加熱維持、制御できるようになっている。このことにより、ウエーハ
１を加熱する温度を同室（同処理室）内で変更することができるようになる。つまり、ウ
エーハ１を急激な温度変化をさせないよう熱処理するために、処理室５２より外側にある
ヒータ６０を複数設置し、温度を段階的設定にして熱処理させることができる。これは、
異なる温度に設定可能なヒータ６０を複数設置することで、複数の温度条件下での熱処理
を、ヒータ６０の温度設定を変更しないで、処理することができると共に、ヒータ６０の
温度を変更した場合の待ち時間がなくなり、処理時間の短縮化が図れる。仮に１０００℃
での熱処理をする場合、１０００℃より低い温度からウエーハ１が階段状に段階的に加熱
されることで、急激な温度変化を無くすことが可能となり、スリップの発生が抑制できる
。
【００１７】
次に、前記構成に係る枚葉式ホットウオール形熱処理装置を使用した場合の本発明の一実
施の形態であるＩＣの製造方法の熱処理工程を説明する。
【００１８】
図４は、本発明の実施の形態である枚葉式ホットウオール形熱処理装置を示す平面断面の
略図である。ウエ−ハ１はウエーハ移動機構６３のアーム６４によってハンドリングされ
て処理室５２へ炉口５５から搬入され、図４−１に示されているように、ウエーハ置き台
５９の上のヒータ６０aと対向する位置に載置される。炉口５５がゲートバルブ５６によ
って閉じられた後に、処理室５２がガス導入管５７から処理ガスを導入され、排気管５８
によって排気されるとともに、ヒータ６０aによって温度コントローラ６１のシーケンス
制御の目標温度や設定値（例えば、４００?）に加熱される。また、同様にヒータ６０b、
ヒータ６０c、ヒータ６０dによってそれぞれ、温度コントローラ６１のシーケンス制御の
目標温度や設定値（例えば、６００?、８００℃、１０００℃）に加熱される。また、こ
の際、ヒータ６０の加熱による処理室５２内の実際の上昇温度とヒータ６０のシーケンス
制御の目標温度との誤差は、温度検出手段（熱電対等）の測温結果に基づくフィードバッ
ク制御によってそれぞれ補正される。
【００１９】
さらに、図４−２の図中矢印方向が示すように、ウエ−ハ１はウエーハ移動機構６３のア
ーム６４によってウエーハ置き台５９より十分上方までピックアップされる。次に、図４
−３図中矢印方向が示しているように、ウエーハ移動機構６３がスライド移動し、次に図
４−４図中矢印方向が示しているように、ウエーハ置き台５９の上のヒータ６０bと対向
する位置に載置される。炉口５５がゲートバルブ５６によって閉じられた後に、処理室５
２がガス導入管５７から処理ガスを導入され、排気管５８によって排気されるとともに、
前述のようにあらかじめ設定・制御されていた温度にヒータ６０bによって温度コントロ
ーラ６１のシーケンス制御温度（例えば、６００?）に加熱維持される。また、同様にヒ
ータ６０a、ヒータ６０c、ヒータ６０dによってそれぞれ、温度コントローラ６１のシー
ケンス制御温度（例えば、４００?、８００℃、１０００℃）に加熱維持される。また、
この際、ヒータ６０の加熱による処理室５２内の実際の上昇温度とヒータ６０のシーケン
ス制御の目標温度との誤差は、温度検出手段（熱電対等）の測温結果に基づくフィードバ
ック制御によってそれぞれ補正される。
【００２０】
さらに、ウエーハ１は、図４及び前述の動きと同様に、ウエーハ置き台５９の上のヒータ
６０ｃと対向する位置に載置される。炉口５５がゲートバルブ５６によって閉じられた後
に、処理室５２がガス導入管５７から処理ガスを導入され、排気管５８によって排気され
るとともに、前述のようにあらかじめ設定・制御されていた温度にヒータ６０ｃによって
温度コントローラ６１のシーケンス制御温度（例えば、８００?）に加熱維持される。ま
た、同様にヒータ６０a、ヒータ６０b、ヒータ６０dによってそれぞれ、温度コントロー
ラ６１のシーケンス制御温度（例えば、４００?、６００℃、１０００℃）に加熱維持さ
れる。また、この際、ヒータ６０の加熱による処理室５２内の実際の上昇温度とヒータ６
０のシーケンス制御の目標温度との誤差は、温度検出手段（熱電対等）の測温結果に基づ
くフィードバック制御によってそれぞれ補正される。
【００２１】
さらに、ウエーハ１は、図４及び前述の動きと同様に、ウエーハ置き台５９の上のヒータ
６０dと対向する位置に載置される。炉口５５がゲートバルブ５６によって閉じられた後
に、処理室５２がガス導入管５７から処理ガスを導入され、排気管５８によって排気され
るとともに、前述のようにあらかじめ設定・制御されていた温度にヒータ６０dによって
温度コントローラ６１のシーケンス制御温度（例えば、１０００?）に加熱維持される。
また、同様にヒータ６０a、ヒータ６０b、ヒータ６０cによってそれぞれ、温度コントロ
ーラ６１のシーケンス制御温度（例えば、４００?、６００℃、８００℃）に加熱維持さ
れる。また、この際、ヒータ６０の加熱による処理室５２内の実際の上昇温度とヒータ６
０のシーケンス制御の目標温度との誤差は、温度検出手段（熱電対等）の測温結果に基づ
くフィードバック制御によってそれぞれ補正される。
【００２２】
ここで、ウエーハ１に起こる現象を説明する。熱処理を行う際、例えば、ウエーハ１は室
温等から一気に所定の温度で加熱される場合、ウエーハ１は熱により、柔らかくなり、さ
らに自重により重力方向に引っ張られるため、変形し、たわみ、ウエーハ置き台５９との
接触部または接触部周辺においてスリップが発生する。これは、ウエーハ１を保持してい
るウエーハ置き台５９の実際にウエーハ１と接触し保持している部分がウエーハ１の中心
から離れた位置でかつ接触面積がより小さいときに起こりやすい。これを解消するには、
好ましくはウエーハ１の裏面の主要部分（ウエーハ１の裏面の５０％以上）を保持するこ
とにより、よりスリップ等の低減・防止ができることとなる。
【００２３】
さらに、ウエーハ１に熱処理を行う際の処理時間について説明する。処理室５２の外側の
ヒータ６０により加熱されるが、ヒータが１つしかない場合は特に、熱処理する温度を極
端に（例えば１０℃以上）変更する連続処理すると、ヒータの温度設定を変更する必要が
あるので、希望（所望、所定）の温度になるまで温度昇温時間や温度安定化時間等の待ち
時間の多く発生することになる。しかしこれをウエーハ１を加熱する温度を同室（同処理
室）内で変更することができるように、つまり、ウエーハ１を急激な温度変化をさせない
よう熱処理するために、処理室５２より外側にあるヒータ６０を複数設置し、温度を段階
的設定にして熱処理させるようにすることにより、より、短時間でかつスムーズな加熱が
可能となる。
【００２４】
前述したように、ウエーハ１の温度を急激に上昇させてしまうとスリップの発生となるの
で、複数あるヒータ６０の温度設定を徐々に高くなるように設定する。例えば、ヒータ６
０aを４００℃、ヒータ６０bを６００℃、ヒータ６０cを８００℃、ヒータ６０dを１００
０℃として設定する。そして、まず、ヒータ６０aと対向する位置にウエーハ移動機構６
３のアーム６４によりウエーハ置き台５９へウエーハ１を載置する。次に、ヒータ６０b
と対向する位置にウエーハ移動機構６３のアーム６４によりウエーハ置き台５９へウエー
ハ１を載置する。次に、ヒータ６０cと対向する位置にウエーハ移動機構６３のアーム６
４によりウエーハ置き台５９へウエーハ１を載置する。これにより、ウエーハ１は階段状
に段階的に少しずつ加熱されることになり、スリップの発生が抑制できる。さらに、ウエ
ーハ１が処理室内を移動するために、２本以上の棒状のアーム６４を上下左右に動かすこ
とが可能なウエーハ移動機構６３を取付けること及び、ウエーハ保持治具（ウエーハ置き
台５９）をウエーハ１のほぼ全面を支持できるようにすることにより、スリップの発生を
抑制できる。
【００２５】
熱処理がウエーハ１群に実施されて予め設定された熱処理時間が経過すると、ヒータ６０
の加熱作用が温度コントローラ６１のシーケンス制御によって停止されて、処理室５２の
温度が予め設定されたスタンバイ温度（例えば、処理温度よりも１５０?〜３００?低い温
度）に降温されて行く。
【００２６】
そして、予め設定されたスタンバイ温度になるか、または、予め設定された降温時間が経
過すると、炉口５５がゲートバルブ５６によって開口され、ウエーハ１がウエーハ置き台
５９からウエーハ移動機構６３のアーム６４によってピックアップされ処理室５２の外部
に搬出される。
【００２７】
以上の作用が繰り返されることにより、枚葉式ホットウオール形熱処理装置５０による熱
処理がウエーハ１に枚葉処理されて行く。今回の実施例では階段状に温度を上げていく熱
処理方法について説明したが、階段状に温度を下げていく熱処理方法にも同様に適用でき
る。
【００２８】
尚、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種
々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００２９】
熱処理は酸化処理や拡散処理および拡散だけでなくイオン打ち込み後のキャリア活性化や
平坦化のためのリフローおよびアニール処理等に限らず、成膜処理等の熱処理であっても
よい。
【００３０】
被処理物はウエ−ハに限らず、ホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、光ディスク
および磁気ディスク等であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、バッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置および枚葉式ホットウオール形熱処
理装置に限らず、バッチ式横形ホットウオール形熱処理装置や縦形および横形ホットウオ
ール形減圧ＣＶＤ装置等の熱処理装置全般並びに半導体製造装置全般に適用することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態である枚葉式ホットウオール形熱処理装置を示す正面断面図である。
【図２】その平面断面図である。
【図３】本発明の実施の形態である枚葉式ホットウオール形熱処理装置のウエーハ保持具を示す（a）平面断面図（ｂ）正面断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態である枚葉式ホットウオール形熱処理装置を示す平面断面の略図である。図４−１は、ウエーハがヒータ６０aに対向する位置での平面断面の略図、図４−２は、ウエーハがヒータ６０aの位置からアーム６４によりピックアップされたときの平面断面の略図、図４−３は、ウエーハがヒータ６０aの位置からアーム６４によりピックアップされた位置からヒータ６０ｂに対向する位置にウエーハ移動機構６３により移動したときの平面断面の略図、図４−４は、ウエーハがヒータ６０ｂに対向する位置での平面断面の略図である。
【図５】従来の実施の形態である枚葉式ホットウオール形熱処理装置を示す正面断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  基板（ウエーハ）
２  枚葉式ホットウオール形熱処理装置
３  プロセスチューブ
４  処理室
５  ヒータ
６  ウエーハ移動機構
７  アーム
５０  枚葉式ホットウオール形熱処理装置
５１  プロセスチューブ
５２  処理室
５３  炉口フランジ
５４  炉端フランジ
５４a キャップ
５５  炉口
５６  ゲートバルブ
５７  ガス導入管
５８  排気管
５９  ウエハ置き台
６０  ヒータ
６０a〜６０d  ヒータ
６１  温度コントローラ
６３  ウエーハ移動機構
６４  アーム
【図１】
2005072381.tif 000003
【図２】
2005072381.tif 000004
【図３】
2005072381.tif 000005
【図４】
2005072381.tif 000006
【図５】
2005072381.tif 000007