(57)【要約】【課題】  被処理体へのパーティクルの付着を抑制することができる被処理体収容具及び熱処理装置を提供する。【解決手段】  熱処理装置のウエハボート１１は、一対の端板を架設する複数本の支柱１１１を備えている。支柱１１１は、半導体ウエハＷを収容する収容部１１２と、半導体ウエハＷまたはウエハボート１１のチッピングを保持可能なチッピング保持部１１３とを備えている。収容部１１２は、支柱１１１の側面からウエハボート１１の内側に向かって突出するように形成されている。チッピング保持部１１３は、収容部１１２の下部であって、発生したチッピングを保持できるように配設されている。【選択図】  図６
2005108928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体を熱処理する熱処理装置内に複数枚の被処理体を所定間隔で収容する被処理体収容具であって、
前記被処理体または前記被処理体収容具のチッピングを保持可能なチッピング保持部が設けられている、ことを特徴とする被処理体収容具。
【請求項２】
前記チッピング保持部は、前記被処理体との接触面の下方に設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の被処理体収容具。
【請求項３】
前記チッピング保持部は、少なくとも前記被処理体との接触面の下方近傍を覆うように設けられている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の被処理体収容具。
【請求項４】
上下一対の端板を架設する複数本の支柱を備え、
前記チッピング保持部は、前記支柱の側面から突出形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の被処理体収容具。
【請求項５】
上下一対の端板を架設する複数本の支柱を備え、
前記チッピング保持部は、円板状またはリング状に形成され、その外周面の一部が前記支柱の側面に接続されている、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の被処理体収容具。
【請求項６】
複数枚の被処理体を熱処理する熱処理装置であって、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の被処理体収容具を備える、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、被処理体収容具及び熱処理装置に関し、詳しくは、被処理体、例えば、半導体ウエハへのパーティクルの付着を抑制する被処理体収容具及び熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程では、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等の処理により、被処理体、例えば、半導体ウエハに熱処理を施す熱処理装置が用いられている。例えば、熱処理装置としてバッチ式縦型熱処理装置を用いた場合には、以下のような熱処理が行われる。
【０００３】
まず、熱処理装置の反応管内をヒータにより所定のロード温度、例えば、４００℃に昇温（加熱）し、複数枚の半導体ウエハを収容した被処理体収容具としてのウエハボートをロードする。次に、反応管内をヒータにより所定の処理温度、例えば、８００℃に加熱するとともに、排気ポートから反応管内のガスを排気し、反応管内を所定の圧力、例えば、５３．２Ｐａ（０．４Ｔｏｒｒ）に減圧する。反応管内が所定の温度及び圧力に維持されると、処理ガス導入管から反応管内に処理ガスを供給する。反応管内に処理ガスが供給されると、例えば、処理ガスが熱反応を起こし、熱反応により生成された反応生成物が半導体ウエハの表面に堆積して、半導体ウエハの表面に薄膜が形成されるように、半導体ウエハに所定の処理が施される。
【０００４】
ところで、反応管内を所定の圧力に減圧するとともにロード温度から処理温度まで昇温すると、チッピング（半導体ウエハやウエハボートのかけら）が発生してしまう。このようにチッピングが発生するのは、半導体ウエハを構成するシリコンと、ウエハボートを構成する石英との熱膨張率の違いによる膨張差に起因して、半導体ウエハとウエハボートとの接触部分が擦れ、半導体ウエハやウエハボートがかけてしまうためである。そして、発生したチッピングが、その下方の半導体ウエハに落下し、半導体ウエハ上にパーティクルが付着してしまうという問題がある。
【０００５】
かかる問題を解決するため、例えば、ウエハボートの搬入速度を速くするとともに、常圧下で反応管内を所定の処理温度に加熱した後に反応管内を減圧することにより、パーティクルの発生を抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−１００６４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年、半導体装置の製造においては、少品種大量生産から多品種変量生産に移行しつつある。多品種変量生産に対応するためには、製造装置の短ＴＡＴ（Turn Around Time）性が重要であり、例えば、反応管内をロード温度から処理温度まで昇温する昇温速度を速くする必要がある。このため、特許文献１に記載された昇温速度（５℃／分）のようにゆっくりと昇温するのではなく、例えば、５０℃／分〜２００℃／分のように昇温速度を速くして、ロード温度から処理温度まで昇温することが求められている。
【０００７】
しかし、このように昇温速度を大幅に速くすると、半導体ウエハとウエハボートとの接触部分がさらに擦れやすくなり、チッピング（パーティクル）が発生しやすくなる。この結果、半導体ウエハ上にパーティクルが付着しやすくなってしまう。また、生産性、コスト向上の観点から、半導体ウエハの大口径化が進んでいるが、半導体ウエハの口径が大きくなると、チッピング（パーティクル）はさらに発生しやすくなる。この一方で、半導体ウエハ上に付着するパーティクルの低減に関する要求は、ますます厳しくなってきている。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、被処理体へのパーティクルの付着を抑制することができる被処理体収容具及び熱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】
【０００９】
上記目的を達成するため、この発明の第１の観点にかかる被処理体収容具は、
被処理体を熱処理する熱処理装置内に複数枚の被処理体を所定間隔で収容する被処理体収容具であって、
前記被処理体または前記被処理体収容具のチッピングを保持可能なチッピング保持部が設けられている、ことを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、被処理体または被処理体収容具のチッピングが、被処理体収容具のチッピング保持部に保持される。このため、被処理体上にチッピングが落下しにくくなり、被処理体へのパーティクルの付着を抑制することができる。
【００１１】
前記チッピング保持部は、前記被処理体との接触面の下方に設けられていることが好ましい。また、前記チッピング保持部は、少なくとも前記被処理体との接触面の下方近傍を覆うように設けられていることが好ましい。
【００１２】
上下一対の端板を架設する複数本の支柱を備え、前記チッピング保持部は、前記支柱の側面から突出形成されていてもよい。また、上下一対の端板を架設する複数本の支柱を備え、前記チッピング保持部は、円板状またはリング状に形成され、その外周面の一部が前記支柱の側面に接続されていてもよい。
【００１３】
この発明の第２の観点にかかる熱処理装置は、複数枚の被処理体を熱処理する熱処理装置であって、第１の観点にかかる被処理体収容具を備える、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、被処理体へのパーティクルの付着を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の被処理体収容具及び熱処理装置について、図１に示すバッチ式縦型熱処理装置１を例に説明する。
【００１６】
図１に示すように、熱処理装置１は、長手方向が垂直方向に向けられた略円筒状の反応管２を備えている。反応管２は、耐熱材料、例えば、石英により形成されている。
【００１７】
反応管２の上端には、上端側の径が縮径するように略円錐状に形成された頂部３が設けられている。頂部３の中央には、反応管２内のガスを排気するための排気口４が設けられている。排気口４には排気管５が気密に接続されている。排気管５には、図示しないバルブ、真空ポンプなどの圧力調整機構が設けられ、反応管２内を所望の圧力（真空度）に制御する。
【００１８】
反応管２の下方には、蓋体６が配置されている。蓋体６は、図示しないボートエレベータにより上下動可能に構成されている。そして、ボートエレベータにより蓋体６が上昇すると、反応管２の下方側（炉口部分）が閉鎖され、ボートエレベータにより蓋体６が下降すると、反応管２の下方側（炉口部分）が開口される。
【００１９】
蓋体６の上部には、保温筒７が設けられている。保温筒７は、反応管２の炉口部分からの放熱による反応管２内の温度低下を防止する、例えば、抵抗発熱体からなる平面状のヒータ８と、このヒータ８を蓋体６の上面から所定の高さに支持する筒状の支持体９とから主に構成されている。
【００２０】
保温筒７の上方には、回転テーブル１０が設けられている。回転テーブル１０は、被処理体、例えば、半導体ウエハＷを収容する被処理体収容具としてのウエハボート１１を回転可能に載置する載置台として機能する。具体的には、回転テーブル１０の下部には回転支柱１２が設けられ、回転支柱１２はヒータ８の中央部を貫通して回転テーブル１０を回転させる回転機構１３に接続されている。回転機構１３は図示しないモータと、蓋体６の下面側から上面側に気密状態で貫通導入された回転軸１４を備える回転導入部１５とから主に構成されている。回転軸１４は回転テーブル１０の回転支柱１２に連結され、モータの回転力を回転支柱１２を介して回転テーブル１０に伝える。このため、回転機構１３のモータにより回転軸１４が回転すると、回転軸１４の回転力が回転支柱１２に伝えられて回転テーブル１０が回転する。この回転テーブル１０の回転により、回転テーブル１０に載置されたウエハボート１１が回転し、ウエハボート１１内に収容された半導体ウエハＷが回転される。
【００２１】
ウエハボート１１は、複数枚の半導体ウエハＷを収容する被処理体収容具であり、例えば、石英により形成されている。ウエハボート１１は、上下一対の端板１１０と、一対の端板１１０を架設する複数本の支柱１１１とを備えている。図２〜図４にウエハボート１１（支柱１１１）の詳細な構造を示す。なお、図２に支柱１１１の部分斜視図を示し、図３及び図４に半導体ウエハＷが収容された状態のウエハボート１１の部分側面図及び部分上面図を示す。図２に示すように、支柱１１１は、半導体ウエハＷを収容（載置）する収容部１１２と、半導体ウエハＷまたはウエハボート１１（収容部１１２）のチッピングを保持可能なチッピング保持部１１３とを備えている。
【００２２】
収容部１１２は、支柱１１１の側面からウエハボート１１の内側に向かって突出するように形成されている。収容部１１２は、その上面に半導体ウエハＷが載置可能であり、半導体ウエハＷが収容部１１２の上面に載置されることにより、図３に示すように、複数枚の半導体ウエハＷが垂直方向に所定の間隔をおいて収容される。
【００２３】
チッピング保持部１１３は、収容部１１２の下部であって、支柱１１１の側面からウエハボート１１の内側に向かって突出するように形成されている。チッピング保持部１１３は、半導体ウエハＷと収容部１１２とが擦れることにより発生したチッピングが、下方に収容された半導体ウエハＷ上に落下しないように配設されている。すなわち、チッピング保持部１１３は、収容部１１２の下部であって、発生したチッピングを保持できるように配設されている。このため、チッピング保持部１１３は、少なくとも半導体ウエハＷと収容部１１２との接触面１１４の下方近傍を覆うように、支柱１１１の側面から突出形成されている。
【００２４】
ここで、チッピング保持部１１３は、図４に示すように、支柱１１１の側面から、接触面１１４の下方よりもウエハボート１１の内側に向かって大きく突出形成されていることが好ましい。支柱１１１の側面から接触面１１４の下方よりもウエハボート１１の内側に向かう方向は、ウエハボート１１に収容された半導体ウエハＷが熱により収縮する方向であり、この方向に大きく突出形成されることにより、発生したチッピングを保持しやすくなるためである。
【００２５】
反応管２の周囲には、反応管２を取り囲むように、例えば、抵抗発熱体からなる昇温用ヒータ１６が設けられている。この昇温用ヒータ１６により反応管２の内部が所定の温度に昇温（加熱）され、この結果、半導体ウエハＷが所定の温度に加熱される。
【００２６】
反応管２の下端近傍の側面には、反応管２内に処理ガスを導入する処理ガス導入管１７が挿通されている。処理ガス導入管１７は、図示しないマスフローコントローラ（ＭＦＣ）を介して図示しない処理ガス供給源に接続されている。処理ガス導入管１７は、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）により形成されている。なお、図１では処理ガス導入管１７を一つだけ描いているが、例えば、反応管２の下端近傍の側面に、複数本の処理ガス導入管１７が挿通されていてもよい。この場合、複数本の処理ガス導入管１７から反応管２内に処理ガスが供給され、反応管２内に処理ガスをより均一に導入することができる。
【００２７】
また、反応管２の下端近傍の側面には、パージガス供給管１８が挿通されている。パージガス供給管１８には、図示しないＭＦＣを介して図示しないパージガス供給源に接続されており、所望量のパージガスが反応管２内に供給される。
【００２８】
また、排気管５に設けられた圧力調整機構、ボートエレベータ、ヒータ８、回転機構１３のモータ、昇温用ヒータ１６、処理ガス導入管１７及びパージガス供給管１８に設けられたＭＦＣには、制御部１００が接続されている。制御部１００は、マイクロプロセッサ、プロセスコントローラ等から構成され、熱処理装置１の各部の温度や圧力等を測定し、測定データに基づいて、上記各部に制御信号等を出力し、熱処理装置１の各部を図５に示すようなレシピ（タイムシーケンス）に従って制御する。
【００２９】
次に、以上のように構成された熱処理装置１を用い、半導体ウエハＷに熱処理、例えば、図５に示すレシピに従って、半導体ウエハＷ上にシリコン酸化膜を形成する場合を例に本発明を説明する。なお、以下の説明において、熱処理装置１を構成する各部の動作は、制御部１００によりコントロールされている。
【００３０】
まず、昇温用ヒータ１６により反応管２内を所定のロード温度、例えば、図５（ａ）に示すように、４００℃に昇温（加熱）する。また、図５（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から反応管２内に所定量の窒素ガスを供給した後、半導体ウエハＷが収容されたウエハボート１１を蓋体６上に載置し、図示しないボートエレベータにより蓋体６を上昇させ、反応管２を密封する（ロード工程）。
【００３１】
次に、図５（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から反応管２内に所定量の窒素ガスを供給するとともに、昇温用ヒータ１６により反応管２内を所定の成膜温度（処理温度）、例えば、図５（ａ）に示すように、２００℃／分の昇温速度で、８００℃に加熱する。また、反応管２内のガスを排出し、反応管２を所定の圧力、例えば、図５（ｂ）に示すように、５３２Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）／秒の減圧速度で、反応管２を５３．２Ｐａ（０．４Ｔｏｒｒ）に減圧する。そして、この減圧及び加熱操作を、反応管２が所定の圧力及び温度で安定するまで行う（安定化工程）。
【００３２】
ここで、反応管２内を加熱すると、半導体ウエハＷを構成するシリコンとウエハボート１１を構成する石英との熱膨張率の違いによる膨張差に起因して、半導体ウエハＷとウエハボート１１の収容部１１２との接触部分が擦れ、図６に示すように、半導体ウエハＷまたはウエハボート１１（収容部１１２）のかけら（チッピング）が発生する。
【００３３】
しかし、発生したチッピングは、収容部１１２の下部に配置されたチッピング保持部１１３に落下し、その下方に配置された半導体ウエハＷ上に落下しにくくなる。このため、チッピングが発生しても、半導体ウエハＷ上にチッピングが落下しにくくなり、半導体ウエハＷへのパーティクルの付着を抑制することができる。なお、反応管２内をロード温度から処理温度まで、２００℃／分の昇温速度で昇温しているので、熱処理装置１は短ＴＡＴ性に優れ、多品種変量生産に対応することができる。
【００３４】
また、回転機構１３のモータを制御して、回転テーブル１０を回転させ、ウエハボート１１を回転させる。これにより、ウエハボート１１に収容された半導体ウエハＷも回転し、半導体ウエハＷが均一に加熱される。
【００３５】
反応管２内が所定の圧力及び温度で安定すると、パージガス供給管１８からの窒素ガスの供給を停止する。そして、図５（ｄ）に示すように、処理ガス導入管１７から所定量の酸素を反応管２内に導入する。反応管２内に導入された酸素が反応管２内の熱により熱分解反応を起こし、半導体ウエハＷの表面にシリコン酸化膜が形成される（成膜工程）。
【００３６】
半導体ウエハＷの表面に所定厚のシリコン酸化膜が形成されると、処理ガス導入管１７から酸素の供給を停止する。そして、反応管２内のガスを排出するとともに、図５（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から所定量の窒素ガスを供給して、反応管２内のガスを排気管５に排出する（パージ工程）。なお、反応管２内のガスを確実に排出するために、反応管２内のガスの排出及び窒素ガスの供給を複数回繰り返すサイクルパージを行うことが好ましい。そして、昇温用ヒータ１６により、反応管２内を、所定の温度、例えば、図５（ａ）に示すように、４００℃にするとともに、図５（ｂ）に示すように、反応管２内の圧力を常圧に戻す。最後に、図示しないボートエレベータにより蓋体６を下降させることにより、アンロードする（アンロード工程）。
【００３７】
次に、本発明の熱処理装置１により、半導体ウエハＷへのパーティクルの付着を抑制することができるか否かについての確認を行った。具体的には、図５のレシピに示す方法で半導体ウエハＷを熱処理し、熱処理した半導体ウエハＷへのパーティクルの付着状態を測定した。
【００３８】
図７は、熱処理した半導体ウエハＷへのパーティクルの付着状態を示した模式図である。図７（ａ）に本発明の熱処理装置１を用いた熱処理後の半導体ウエハＷへのパーティクルの付着状態を示し、図７（ｂ）に従来の熱処理装置を用いた熱処理後の半導体ウエハＷへのパーティクルの付着状態を示す。
【００３９】
図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、本発明の熱処理装置１を用いることにより、半導体ウエハＷへのパーティクルの付着数を大きく減少させることができ、半導体ウエハＷへのパーティクルの付着を抑制できることが確認できた。このため、ウエハボート１１にチッピング保持部１１３を設けることにより、半導体ウエハＷへのパーティクルの付着を抑制できることが確認できた。
【００４０】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ウエハボート１１にチッピング保持部１１３が設けられているので、半導体ウエハＷ上にチッピングが落下しにくくなり、半導体ウエハＷへのパーティクルの付着を抑制することができる。
【００４１】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な他の実施の形態について説明する。
【００４２】
上記実施の形態では、収容部１１２が支柱１１１の側面からウエハボート１１の内側に向かって突出するように形成されている場合を例に本発明を説明したが、収容部１１２は、半導体ウエハＷをウエハボート１１内に収容することができるものであればよく、例えば、図８に示すように、チッピング保持部１１３の上面から上方に向かって突出形成されたものであってもよい。
【００４３】
上記実施の形態では、チッピング保持部１１３が収容部１１２の下部に形成されている場合を例に本発明を説明したが、チッピング保持部１１３は、発生したチッピングを保持し、下方の半導体ウエハＷ上に落下しにくくできるものであればよく、例えば、図９に示すように、収容部１１２と所定の間隔を有する下方に形成されていてもよい。
【００４４】
上記実施の形態では、チッピング保持部１１３が支柱１１１の側面からウエハボート１１の内側に向かって突出するように形成されている場合を例に本発明を説明したが、例えば、図１０に示すように、その外周面の一部が支柱１１１の側面に固定された円板状に形成されていてもよい。また、図１１に示すように、その外周面の一部が支柱１１１の側面に固定されたリング状に形成されていてもよい。これらの場合、発生したチッピングを保持しやすくなり、下方の半導体ウエハＷ上にチッピングが落下しにくくなるので、半導体ウエハＷへのパーティクルの付着を抑制することができる。
【００４５】
上記実施の形態では、減圧下で被処理体（半導体ウエハＷ）に熱処理を行った場合を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、常圧下で被処理体に熱処理を行う場合であってもよい。この場合にも、チッピングが被処理体上に落下しにくくなり、被処理体へのパーティクルの付着を抑制することができる。
【００４６】
上記実施の形態では、反応管２内に処理ガス導入管１７から酸素を導入して、半導体ウエハＷの表面にシリコン酸化膜が形成された場合を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、被処理体に所定の熱処理を行うものであればよく、例えば、被処理体にシリコン窒化膜、ポリシリコン膜を形成する場合であってもよい。
【００４７】
上記実施の形態では、被処理体として半導体ウエハＷを用い、保持具としてのウエハボート１１が石英により形成されている場合を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、被処理体及び被処理体収容具は、被処理体の材質と被処理体収容具の材質との熱膨張係数の違いによる膨張差に起因して、両者の接触部分が擦れ、チッピングが発生するような組み合わせであればよい。
【００４８】
本実施の形態では、熱処理装置として、単管構造のバッチ式熱処理装置の場合を例に本発明を説明したが、例えば、反応管２が内管と外管とから構成された二重管構造のバッチ式縦型熱処理装置に本発明を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態の熱処理装置を示す図である。
【図２】図１のウエハボートの部分拡大図である。
【図３】ウエハボートに半導体ウエハが収容された状態を示す図である。
【図４】ウエハボートに半導体ウエハが収容された状態を示す図である。
【図５】熱処理装置による熱処理を説明するためのレシピを示す図である。
【図６】発生したチッピングの動きを説明するための図である。
【図７】半導体ウエハ上へのパーティクルの付着状態を示す図である。
【図８】他の実施の形態のウエハボートを示す図である。
【図９】他の実施の形態のウエハボートを示す図である。
【図１０】他の実施の形態のウエハボートに半導体ウエハが収容された状態を示す図である。
【図１１】他の実施の形態のウエハボートに半導体ウエハが収容された状態を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  熱処理装置
２  反応管
３  頂部
４  排気口
５  排気管
６  蓋体
７  保温筒
８  ヒータ
９  支持体
１０  回転テーブル
１１  ウエハボート
１２  回転支柱
１３  回転機構
１４  回転軸
１５  回転導入部
１６  昇温用ヒータ
１７  処理ガス導入管
１８  パージガス供給管
１００  制御部
１１０  端板
１１１  支柱
１１２  収容部
１１３  チッピング保持部
１１４  接触面
Ｗ  半導体ウエハ
【図１】
2005108928.tif 000003
【図２】
2005108928.tif 000004
【図３】
2005108928.tif 000005
【図４】
2005108928.tif 000006
【図５】
2005108928.tif 000007
【図６】
2005108928.tif 000008
【図７】
2005108928.tif 000009
【図８】
2005108928.tif 000010
【図９】
2005108928.tif 000011
【図１０】
2005108928.tif 000012
【図１１】
2005108928.tif 000013