(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハの急速熱処理装置であって、
ａ）底部、側壁及び頂部を有する炉であって、その底部、側壁及び頂部は、加熱手段を備え、前記加熱手段は前記炉を少なくとも９００℃に加熱するように構成されており、一定で均一な温度に維持されると共に半導体ウェーハを受け入れるようになっている空洞部を形成する炉と、
ｂ）前記ウェーハを前記空洞部に挿入すると共に該空洞部から周囲に直接引き出すためのウェーハの挿入及び引き出し手段と、
ｃ）少なくとも０．２m／ｓｅｃの挿入及び引き出し速度を与えるように構成された、挿入及び引き出し速度を制御する手段と、
を備えていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記炉の底部、側壁及び頂部に取り付けられる複数の熱電対をさらに含む請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記底部、側壁及び頂部は、金属、セラミック、ガラス、耐熱性混合物、及びその組合せからなるグループから選択される請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記ウェーハの挿入及び引き出し手段は、空気式駆動装置、ボールねじ駆動装置、ベルト駆動のロッドレスアクチュエータ及びリニアサーボ及びステッピングモータからなるグループから選択される請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記加熱手段は抵抗ヒータである請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記ウェーハの挿入及び引き出し手段は、前記ウェーハの端部を取り囲み、熱遮蔽物として機能するスリップリングを備えている請求項１に記載の装置。
【請求項７】
半導体ウェーハを急速熱処理する方法であって、
ａ）一定の処理温度まで加熱する手段を備えている、底部、側壁及び頂部を有する炉内の加熱空洞部を加熱し、
ｂ）前記加熱空洞部の処理温度を等温状態に維持し、
ｃ）少なくとも９００℃の等温の空洞部温度において、少なくとも０．２ｍ／ｓの速度で前記加熱空洞部に半導体ウェーハを挿入し、
ｄ）前記加熱空洞部から直接、周囲に前記半導体ウェーハを引き出し、引き出し速度が少なくとも０．２ｍ／ｓである、ステップを備えていることを特徴とする方法。
【請求項８】
前記半導体ウェーハを挿入するステップにおいて、前記半導体ウェーハが、前記ウェーハの端部を取り囲み、熱遮蔽物として機能するスリップリングと共に挿入され、前記半導体ウェーハを引き上げるステップにおいて、前記半導体ウェーハが、前記スリップリングと共に引き出されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
半導体基板を熱処理するための装置であって、
前記基板が処理される加熱空洞部を形成する処理チャンバーと、
少なくとも８００℃の処理温度まで前記加熱空洞部を加熱するためのヒータシステムと、
処理後に前記加熱空洞部から、２００℃以下の冷却温度環境に前記基板を引き出すためのロボットと、
を備え、
引き出し開始時の前記半導体基板の温度が、前記冷却温度環境より少なくとも７００℃高く、
前記半導体基板が引き出される速度が、０．３ｍ／ｓ以上である、ことを特徴とする装置。
【請求項１０】
前記ロボットは、前記半導体基板の端部を取り囲み、熱遮蔽物として機能するスリップリングを備えている請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記半導体基板は少なくとも３００ｍｍの直径を有している請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記ヒータシステムは、前記半導体基板を処理するため、前記加熱空洞部内を等温環境に維持する請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記引き出される速度は０．５ｍ／ｓ以上である請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
前記処理温度は１１００℃以上であり、前記半導体基板は少なくとも１５０ｍｍの直径を有している請求項９に記載の装置。
【請求項１５】
半導体基板を熱処理するための方法であって、
加熱空洞部内の前記半導体基板を少なくとも８００℃の処理温度まで加熱し、
処理後、前記半導体基板を前記加熱空洞部から、２００℃以下の冷却温度環境へ引き出し、
引き出し開始の前記半導体基板の温度は少なくとも７００℃であり、前記冷却温度環境より高く、
前記半導体基板が引き出される速度は０．３ｍ／ｓ以上である、ことを含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記引き出しステップにおいて、前記半導体基板が、前記半導体基板の端部を取り囲み、熱遮蔽物として機能するスリップリングと共に、引き出される請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記半導体基板は少なくとも３００ｍｍの直径を有する請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記基板は前記加熱空洞部から横方向に挿入及び取り出される請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記半導体基板を処理するため、前記加熱空洞部を均一且つ一定の温度に維持するステップをさらに含んでいる請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記引き出される速度は０．５ｍ／ｓ以上である請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記処理温度は１０００℃以上である請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願）
この出願は、１９９６年３月２２日にStewart K.GriffithsとRobert H.Nilsonにより出願され、Saudia社に譲渡された「半導体ウェーハの急速熱処理のための方法及びその装置」という名称の米国特許出願No.08/621,744の一部継続出願であって、優先権主張であり、その全開示はここにインコーポレイテッドバイリファレンスされている。
【０００２】
（政府の権益の言明）
この発明は、米国エネルギー省によりSandia社に与えられた契約No.DE-AC04-94AL85000のもとで政府の支持を受けている。政府は本発明に一定の権利を有している。
【０００３】
（本発明の背景）
１．本発明の技術分野
本発明の技術分野は、一般に、半導体処理に関する。より詳細には、本発明の技術分野は、シリコンウェーハのような半導体基板の急速熱処理のための方法及び装置に関する。
２．背景
シリコンウェーハの高温処理は、現代のマイクロエレクトロニクスデバイスを製造するために重要である。珪素化合物の形成、注入アニール、拡散打ち込み及び化学気相成長法（ＣＶＤ）を含むそのような処理は、多数ウェーハバッチ炉又は単一ウェーハ急速熱処理装置のいずれかにおいて、約４００℃から１２００℃までの範囲の温度で行われてもよい。しかし、ウェーハ処理のこれらの方法は共に幾つかの重大な欠点を持っている。
【０００４】
伝統的なバッチ炉は、通常、円筒状空洞部の熱い壁により、２５から３０００枚のウェーハの水平又は垂直積層を加熱する。空洞部の壁は軸に沿って分割可能な電気エレメントにより加熱されてもよく、各セグメントは個々に制御され、炉の全長に沿って規定のウェーハ温度を維持し、それにより処理状態の軸方向の変化を最小にする。しかし、温度での時間制限の無能性、相反するウェーハ間の温度の均一性、及び積層のウェーハを加熱又は冷却する時の放射温度変化のような問題が、幾つかの処理のためのこれらの炉により遭遇される。炉の壁との放熱交換によるウェーハ端部の選択的な加熱又は冷却のため、放射勾配が発生し、端部の温度は熱遷移の間、中心温度を導いたり、又は減少させるようになっている。
【０００５】
バッチ炉の放射温度変化は、熱活性化処理の均一性の欠如と、一般に湾曲、そり又はスリップと呼ばれるプラスチック変形を引き起こす熱応力という２つの重大な問題に導くことがある。これらの問題は、ウェーハが炉に押込まれ又は炉から引き出される温度勾配率と速度の両方を制限することにより減少又は防止することができる。中間のウェーハの間隔はまた増加可能であり、同じ放射温度変化のため、より高い勾配率とより高い押込み及び引き出し速度を可能とする。しかし、これらのアプローチのいずれにおいても、放射温度の均一性は、炉のスループットの減少及び又は処理時間の増加という犠牲のもとに得られる。
【０００６】
多くの現代のマイクロエレクトロニクス回路は、１μｍより小さい外形サイズと数百オングストローム以下の接合深さを要求する。横方向及び下方への不純物の拡散を制限するため、高温処理の期間を減少するのが望ましい。処理時間を減少するための１つのアプローチは、ウェーハ間隔を増加させることにより、したがって、他の方法の伝統的バッチ炉のバッチサイズ及びスループットの両方を減少させることにより、より迅速な処理を達成する小バッチの急速勾配炉を使用することである。別のアプローチは、単一ウェーハの急速熱処理装置（「ＲＴＰ」）を使用することである。
【０００７】
典型的な単一ウェーハＲＴＰは、高強度ランプ、光学温度センサ及び複雑な制御アルゴリズムを使用し、非常に高い温度勾配率で単一の半導体ウェーハを加熱し、それにより、不必要な不純物拡散の問題を減少させる。一般に、ウェーハはほぼ４５０℃から１４００℃の温度に加熱され、処理後、急速に冷却される。半導体ウェーハの全面は加熱源及びＣＶＤ反応ガスに晒されているので、放射エネルギー及びバッチ炉処理に固有の化学種の搬送に関連した問題は減少され又は取り除かれる。さらに、処理時間は減少され、バッチ炉に匹敵するウェーハスループットを維持する。この減少した時間は、温度での時間を減少させ、より小さい外形サイズを可能にする。
【０００８】
それにもかかわらず、特に、より大きな直径のウェーハのため、加熱源としての高強度ランプの使用において問題に遭遇する。特に、ウェーハ上に均一な温度を維持することが難しい。伝統的なバッチ炉でのように、加熱及び冷却遷移の間に温度差が生じるだけでなく、処理の間に不均一性をも存続する。通常のランプを基にしたＲＴＰシステムの内壁は通常、かなり冷たく、伝統的なバッチ炉でのように、均一な平衡処理温度まで加熱されない。ウェーハ表面の異なる放射位置はそれぞれのランプから入射した放射線の異なる部分を受取り、かなり冷たい側壁の異なる光景を有する。結果として、正味の放射熱束、したがって平衡温度がウェーハのすべての点で同一であることを保証するのは非常に困難である。このために、ランプを基にしたシステムは通常、光学ガイド、レンズ、及び又は反射物の幾つかの組合せを使用し、ウェーハにもっと均等に放射エネルギーを分配する。これらの測定にも拘らず、幾つかのシステムにおいて、個々のランプ又はランプのグループを異なる間隔で積極的にオンオフを繰り返させ、放射エネルギーの分配の意図しない不均一性を補償する。これらの不均一性は予想するのが困難である。温度の不均一性を動的に検出し、処理の間の加熱を積極的に調整する必要がある。これは、代わるがわる、ウェーハからの放射を使用する複雑な温度測定システムを必要とするが、これはウェーハの放射率に依存する。ウェーハは、ウェーハの光学特性に拘らず、実質的に等温の囲いに置かれ、結局、囲いで平衡な温度に達するので、これらの困難さは、一般に、通常のバッチ炉で防止される。ランプの老化及び退化により幾つかのランプを基にしたシステムで、さらなる問題に遭遇する。結果として、繰返し動作を維持するのは困難であり、部品の頻繁な交換が必要となる。
【０００９】
ランプのないＲＴＰシステムが開発され、伝統的なランプを基にしたシステムで遭遇する幾つかの問題を克服しようとしている。１つのシステムにおいて、垂直半導体ウェーハ処理炉は軸方向に２つのゾーンに分割され、２つのゾーンは、別々に制御された抵抗ヒータにより、異なるが一様な温度に維持される。加熱及び冷却中のウェーハ温度及び勾配率は、炉の軸に沿ってウェーハを移動させ、それにより、熱いゾーンと冷たいゾーンからウェーハにより受取られた放射相対量を決定する視界要素を変えることにより制御される。他のシステムはウェーハを加熱するための加熱板を使用する。ウェーハは炉からの取り出しの前にピン上の板から動かされる。少なくとも１つのシステムが提案され、ウェーハは炉からのの取り出しの前に冷却のためヒートシンクの近くに移動される。通常、ランプのないＲＴＰシステムは、遷移熱ゾーンを通ってウェーハを動かし、及び又は取り出しの前にウェーハを積極的に冷却する。これらの炉は、通常、等温ではないので、ウェーハが等温ゾーン内によく配置されない場合、均一のウェーハ温度を保証するのは困難である。さらに、別々の冷却ステップを必要とすることはスループットを減少させ、反応炉のサイズを増加させ及び又は熱損失及び電力消費を増加させる。他方、ウェーハが挿入され、遷移熱ゾーン又は冷却することなく、非常に高い温度で加熱炉の空洞部から伝統的な方法で取り出された場合、（特に、ウェーハが多数の処理ステップに亘りそのような応力に繰返し晒された場合、）プラスチック変形が起こる。３００ｍｍ及びより大きいウェーハは、特に、そのようなプラスチック変形を受けやすい。
【００１０】
望まれることは、かなり再生可能で均一な基板処理温度を維持している間に大きい半導体基板を収容可能な半導体処理システム及び方法である。
【００１１】
また望まれることは、高温度で半導体基板を処理し、プラスチック変形の可能性を減少させるためのシステム及び方法である。好ましくは、そのようなシステム及び方法は、高いスループットを維持しながら、高温度の加熱炉から基板を取り出させるであろう。
【００１２】
（発明の概要）
本発明の１つの特徴は、半導体基板の熱処理のための改善したシステム及び方法を供給し、プラスチック変形の可能性を減少させる。１実施例では、半導体基板は熱処理のため加熱空洞部に挿入される。処理後、半導体基板は加熱空洞部から急速に引き出される。挿入及び引き出しの高速度が使用され、加熱処理環境に入り、そして取り出される時に基板上の温度差を減少させ、それにより、そうでなければ起こるかもしれないプラスチック変形の１つの原因を減少又は排除する。例えば、例示した実施例では、基板の引き出し速度は、約０．３から２．５ｍ／ｓ又はそれ以上の範囲に亘ってもよく、又はそれに包含される範囲であってもよい。所望の速度は、特に、基板温度、基板の直径及び厚み、要求されたロボットのコスト及び複雑さ、及び欠陥の許容できるレベル及び長さに基いて選択されてもよい。例えば、高速度は、（例えば、１０００℃を超える）高温度で、（例えば、３００ｍｍ又はそれ以上の）大きい基板の実質的に欠陥のない処理のため選択されてもよい。本発明のこれら及び他の特徴の利点は、半導体基板が高温度で熱処理され、高いスループットを有することである。
【００１３】
本発明の別の特徴は、中間の挿入及び引き出し速度を供給し、基板の短い先の尖った欠陥が許容可能な適用のために使用される。本発明のこれ及び他の特徴の利点は、許容できない大きい欠陥が挿入及び引き出しの過度の高速度を必要とすることなく防止されることである。ウェーハはもっと複雑なホルダーを必要とするよりむしろ摩擦により適所に保持されるので、より簡単なウェーハ搬送システムは大きいウェーハのための幾つかの高速の実施例においてより使用されてもよい。
【００１４】
本発明の別の特徴は、遷移熱ゾーン又は冷却ゾーンとの組合せで使用される高速引き出しを供給し、加熱空洞部から基板を取り出す。通常の引き出し速度より高いものを使用することにより、遷移熱ゾーンのサイズ及び又は冷却程度は、そうでなければプラスチック変形を減少又は防止するために必要とされるもの対して減少されるであろう。
【００１５】
本発明の別の特徴は、半導体基板の熱処理のため改善された炉を供給する。１つの例示した実施例は、処理速度及び（多くの現代のマイクロエレクトロニクス回路設計により求められた小さい外形サイズを作るために必要な）急速熱処理炉の温度に類似の温度の時間と同様に、伝統的なバッチ炉の場合と類似の温度安定性及び温度均一性の両方を供給する。そのような実施例では、半導体基板は、急速に挿入されると共に比較的一定で実質的に均一な温度に維持された加熱空洞部から引き出される。ウェーハの急速な挿入及び処理の終わりのその急速な引き出しは、それが炉に入り、そこを出る時に基板の前縁部と後縁部の間の温度差を最小にし、それにより、熱応力を最小にし、プラスチック変形（すなわち、湾曲、そり及びスリップ）の発生を減少又は防止するのに役立つ。本発明のこの特徴は、応力による損傷を減少又は防止し、また、温度での全体時間を減少させる。これは、挿入及び引き出しの低速度が過度の放射温度差を防止するために使用される伝統的なバッチ炉と対照的である。さらに、冷たい壁又は温度ゾーンを使用する単一のウェーハＲＴＰシステムと対照すると、実質的に等温の炉を使用する本発明の実施例はかなり単純な温度制御を供給し、高レベルの均一性をもたらす。
【００１６】
本発明のさらなる特徴は、加熱後の半導体基板の外辺部からの熱損失を減少させ、上昇した温度の炉から基板を迅速に取り出す基板搬送機を供給する。半導体基板の挿入及び加熱空洞部からの取り出し中に前縁部と後縁部の間の温度差から生じる熱応力に加えて、半導体基板の外辺部での選択的な加熱又は冷却はまた熱応力の重要な原因となることがある。本発明の例示した実施例では、基板搬送機、スリップリング又は他の熱遮蔽物は、基板の外辺部を過度の放射熱伝達から保護するために使用されてもよい。そのような熱遮蔽は、高速度の挿入及び引き出しのため基板搬送機の一部として供給されてもよい。本発明のこれらの及び他の特徴の利点は、半導体基板の外辺部での選択的な加熱及び冷却の両方と、半導体基板の挿入及び加熱空洞部からの引き出しとによる熱応力は、プラスチック変形を減少又は除去するように制御されることである。
【００１７】
（説明）
本発明の特徴は、半導体基板の急速熱処理のための装置及び方法を供給することである。第１の実施例では、シリコンウェーハのような半導体基板は、加熱空洞部に迅速に挿入されると共にそこから急速に引き出される。加熱空洞部は実質的に一定の処理温度に維持された実質的に等温の空洞部であってもよい。他の実施例では、加熱空洞部は断熱壁内に閉じ込められた加熱板から形成されてもよい。基板は処理のため加熱板の方に動かされ、引き出しの前に加熱板から動かされる。さらなる熱処理装置の構成は、遷移温度ゾーン及び冷却機構を有するそれらを含み、他の実施例で使用されるかもしれない。基板は加熱空洞部から取り除かれると、特に、大きい基板（例えば、３００ｍｍ以上のシリコンウェーハ等）のため、熱応力を発生させ、プラスチック変形に導く温度差に晒される。しかし、本発明の第１の実施例に従って、半導体基板の挿入及び引き出し速度は十分大きく、基板のプラスチック変形を実質的に減少又は防止するようになっている。その結果として、第１の実施例は、一度に一枚のウェーハ（他の実施例では２枚のウェーハ）を急速に加熱及び急速に冷却することができ、ウェーハのプラスチック変形、過度の不純物拡散で起こる過度の温度での時間、ウェーハ間の温度の不均一性、及びウェーハ上の温度の不均一性等の問題を実質的に減少又は排除する。
【００１８】
第１の実施例による装置及び方法は、炉を有する処理チャンバーを利用し、炉の底部、側壁及び頂部が空洞部を規定し、空洞部は、半導体ウェーハ及びホルダー又はウェーハの支持を含むのに十分な幅及び深さを有している。空洞部の温度はマイクロプロセッサベースのシステムにより制御されてもよく、そのシステムは、ヒータに取付けられたＰＩＤコントローラを使用し、入力として壁の温度の測定を使用している。第１の実施例における空洞部の温度は、炉の壁に取付けられた又はその壁の近くの抵抗ヒータ等のヒータにより上昇される。ヒータは分割可能であり、半導体ウェーハの空洞部中、及び半導体ウェーハの表面上に実質的に均一で一定の温度分布を供給する。第１の実施例の装置及び方法は、半導体ウェーハを迅速に挿入及び引き出すためのロボット又は他の機構をさらに供給し、挿入及び引き出し両方の速度は、温度勾配によるウェーハのプラスチック変形を実質的に減少又は防止するのに十分な速さである。
【００１９】
シリコンウェーハ上にかなりの温度差がある場合に、ウェーハのプラスチック変形が起こることが知られている。したがって、半導体ウェーハが高温度（例えば、９００℃以上）の空洞部にゆっくりと挿入又はそこからゆっくりと引き出された場合、その前縁部の温度と後縁部の温度は、空洞部の外側のウェーハの部分の放射による急速な冷却によりかなり異なることがある。これはウェーハのプラスチック変形を誘導することがある。しかし、半導体ウェーハが高速で挿入及び引き出された場合、プラスチック変形は高温度処理（例えば、１０００℃以上）においてでさえ実質的に減少又は排除可能であることが発見された。例えば、３００ｍｍのシリコンウェーハが１１００℃で炉から０．１５ｍ／ｓの割合で移動された場合、通常、プラスチック変形が起こるであろう。しかし、ウェーハ速度が増加されると、欠陥の数及び厳しさは減少するであろう。所望の限界速度で又はその近くで、挿入／引き出し温度による欠陥は実質的に防止される。欠陥は依然として半導体基板の端部での選択的な加熱又は冷却から生じることが理解される。しかし、後述するように、ウェーハ搬送機、スリップリング又は他の熱遮蔽物が熱端部応力を減少させるために使用されてもよい。
【００２０】
半導体ウェーハの空洞部からの引き出し限界速度は、同等の条件の下、同じ温度で空洞部への挿入限界速度以上であることがさらに発見された。これは、半導体ウェーハ、特に、シリコンの降伏強さが温度が増加することで低下するからである。したがって、半導体ウェーハの前縁部と後縁部の間の温度差は、ウェーハが依然として熱く、それ故に挿入直後より非常に弱いときに引き出し直後に起こる場合、もっとプラスチック変形を引き起こしそうである。
【００２１】
第１の実施例での加熱及び冷却の間の半導体ウェーハのプラスチック変形を防止するため、ウェーハの全面はほとんど同時に同じ環境に晒されるのが望ましい。これは、ここに説明される第１の実施例の炉の設計により達成され、加熱空洞部にウェーハ及び搬送機を迅速に挿入すると共に処理の最後に半導体ウェーハ及び搬送機を迅速に引き出すことにより、搬送機に支持された半導体ウェーハを加熱する。
【００２２】
内側の炉の壁により規定された空洞部は第１の実施例において実質的に一定の処理温度で行われる。ウェーハ及び搬送機の急速な挿入及び急速な引き出しは、それが炉に入ると共に出るときに、ウェーハの前縁部と後縁部の間の温度差を減少させるのに役立ち、それにより熱応力を減少させ、そのような温度差による湾曲、ずれ及びスリップの発生を実質的に防止する。したがって、第１の実施例は実質的に応力による損傷を防止し、全体の温度での時間を減少させる。これは、従来のバッチ炉と対照的であり、挿入及び引き出しの低速度は過度の放射温度差を避けるのに使用される（熱処理が起こっている間の温度での時間をも増加させる）。
【００２３】
第１の実施例では、実質的に等温の温度でウェーハを受け入れる空洞部を維持することにより、例えば、炉の壁の近く又はそれに取付けられた抵抗ヒータにより、温度測定は従来の冷却壁、ランプベースのＲＴＰシステムに対して簡略化可能である。半導体ウェーハを受け入れる空洞部は実質的に等温状態に維持されるので、（炉の壁に埋め込まれた熱電対を使用して測定される）炉の空洞部の壁の温度は、ウェーハの温度を平衡温度に非常に近づけるために使用されてもよい。第１の実施例において、複数の熱電対と複数の分割された抵抗ヒータを使用することにより、ウェーハの温度と同様に空洞部の温度は所望の処理温度及び均一性のレベルを達成するために制御可能である。
【００２４】
第１の実施例の炉は空洞部温度の大きな瞬間的な変位に対してさらに供給し、それにより、単純な制御アルゴリズムの使用を許容し、炉の空洞部温度（及び、代わるがわるウェーハの温度）を制御する。炉の空洞部は第１の実施例において実質的に一定温度に維持されるからであり、半導体ウェーハ及び関連のウェーは搬送機に対する炉の大きな熱容量のため、最高電力の要求は、各ウェーハのために加熱されると共に冷却される従来のＲＴＰシステム上でかなり減少することもまた分かるであろう。
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施例による、通常、１００で示された迅速挿入の急速熱処理装置（ＲＩＲＴＰ）を示している。図１を参照すると、ＲＩＲＴＰは実質的に一定で等温の処理温度で維持された空洞部１２０を有する炉１１０を備えている。等温の空洞部１２０は、炉１１０の底部１２１、側壁１２２及び頂部１２３により規定され、半導体ウェーハ１３５を支持する半導体ウェーハ搬送機１３０を受け入れるようになっている。炉１１０の底部１２１、側壁１２２及び頂部１２３はそれぞれ、抵抗ヒータ等のヒータ１４０（すべては図示せず）を供給され、実質的に一定の処理温度まで等温空洞部１２０を加熱してもよい。ヒータ１４０は分割可能であり、セグメントは個々に制御されてもよく、空洞部１２０の温度をよりよく制御し、半導体ウェーハ搬送機１３０及び半導体ウェーハ１３５が空洞部１２０に挿入された後、半導体ウェーハ１３５の表面上に均一な温度を供給する。炉１１０の底部１２１、側壁１２２及び頂部１２３は複数の熱電対１４５（すべては図示せず）を供給され、等温空洞部１２０の温度を測定すると共に制御し、空洞部１２０にある半導体ウェーハ１３５の温度が実質的に均一であることを保証するのに有用である。ウェーハ処理（＞１０００℃）の間に時折遭遇する高温度に耐えるため、炉１１０の底部１２２、側壁１２２及び頂部１２３は、金属、セラミック、ガラス又は耐熱性混合物に限定されないが、そのようないろいろな高温度材料製とすることができる。
【００２６】
図２Ａは、第１の実施例のために計算された限界速度を示すグラフであり、ウェーハの空洞部１２０への挿入及びそれに続く引き出しの間、第１の実施例において、かなり高強度の２００ｍｍシリコンウェーハのプラスチック変形を実質的に防止するように予想される。特に、図２Ａは、第１の実施例において、半導体ウェーハの所望の引き出し２２０Ａ限界速度及び所望の挿入２１０Ａ限界速度を空洞部温度の関数として関連付ける２つの曲線を示している。これらの曲線は、すなわち、これらの曲線により規定された境界を超える挿入又は引き出し速度で、近似のプラスチック変形境界を示し、半導体ウェーハは挿入及び引き出しの温度差によるプラスチック変形をこうむるように予想されない。したがって、約１１００℃から１２００℃の空洞部温度にとって、急速熱処理装置からの通常の最高動作範囲、限界挿入速度は約０．１３から約０．１８ｍ／ｓまで増加し、限界引き出し速度は約０．７２から約１．１６ｍ／ｓまで増加する。挿入及び引き出し速度が増加すると、加熱空洞部内側と空洞部外側の環境の間の温度差にウェーハが晒される時間は減少される。表１は、いろいろな温度でのかなり高強度のシリコンウェーハのための挿入及び引き出し限界速度を要約しており、ウェーハが温度差に晒される相当時間を示している。
表  １
0004971541.tif 000002
【００２７】
図２Ｂは、ウェーハの空洞部１２０への挿入及びその後の引き出しの間、第１の実施例において、かなり低強度の２００ｍｍシリコンのプラスチック変形を実質的に防止すると予想される第１の実施例のための計算された限界速度を示すグラフである。特に、図２Ｂは、第１の実施例において、半導体ウェーハの所望の引き出し２２０Ｂ限界速度と所望の挿入２１０Ｂ限界速度を空洞部温度の関数として関連する２つの曲線を示している。下記の表２は、いろいろな温度でのかなり低強度のシリコンウェーハの挿入及び引き出し限界速度を要約し、ウェーハが温度差に晒される相当時間を示している。
表  ２
0004971541.tif 000003
【００２８】
上記それぞれの場合において、半導体ウェーハ、特に、シリコンの降伏強さは温度の増加により低下するので、引き出し限界速度は挿入限界速度より大きくなる。したがって、前縁部と後縁部の間にかなりの温度差を設けることは、ウェーハ温度が低いときの挿入の間より、ウェーハ温度が挿入中より高いときの引き出しの間にプラスチック変形をもっと生じさせそうである。
【００２９】
所望のウェーハ挿入及び引き出し速度の空洞部又はウェーハ温度に対する強い依存度に加えて、所望の速度はまた、（例えば、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ又は４００ｍｍ又はそれ以上）のウェーハ直径次第である。ウェーハサイズが増加すると、速度が一定に維持された場合、ウェーハの前縁部及び後縁部の異なる加熱／冷却に使用可能な時間は増加する。これは、ウェーハの前縁部及び後縁部の間の温度差の大きさを増加させ、最大熱応力を対応して増加させる。したがって、大きなウェーハで同等の応力を維持するため、挿入及び引き出し速度はウェーハサイズの増加により増加され、実質的に欠陥のない状態を維持する（又は幾らかの欠陥が許容される適用において、幾らかの所望サイズ及び又は数の限界以下に欠陥を維持する）。図４は、本発明の第１の実施例におけるプラスチック変形を実質的に防止するために２００ｍｍ及び３００ｍｍのシリコンウェーハのため所望引き出し限界速度を比較するグラフである。下記の表３は、いろいろな温度でのこれらのウェーハの限界速度を要約し、ウェーハが温度差に晒される間に相当する時間を示している。
表  ３
0004971541.tif 000004
【００３０】
両方の場合、重力による応力（さらに後述する）が小さくなるようにウェーハがよく支持されると仮定され、端部応力が同様に小さくなるようにウェーハ端部が過度の放射冷却から保護されると仮定される。これらの状態の下、図４は所望の限界速度がウェーハ直径とほぼ直線状に増加することを示している。
【００３１】
さらに大きいウェーハ、又はウェーハ支持が重力による応力が無視できないような場合にとって、所望の速度はサイズに比例するよりもっと急速に増加するであろう。これは、さらに後述するように、重力による応力がウェーハの直径の二乗として定められるからである。したがって、ウェーハ速度は、結合した熱及び重力による応力を一定のままの状態で、直径の増加よりもっと急速に増加されるべきである。他方、端部応力はウェーハサイズに依存しないと共にウェーハ速度にほとんど依存せず、端部応力はウェーハサイズが増加すると、所望のウェーハ速度に実質的に影響を及ぼさないと信じられている。
【００３２】
迅速な挿入の急速熱処理装置（ＲＩＲＴＰ）１００はウェーハ搬送機１３０に取付けられたロボット又は他の機構（図示せず）をさらに含み、半導体ウェーハ搬送機１３０及びそこに支持された半導体ウェーハ１３５を空洞部１２０に挿入し、その後に、半導体ウェーハ搬送機１３０及びそこに支持された半導体ウェーハを引き出す。第１の実施例では、ロボット又は他の機構は、図２及び４に示されているように、ウェーハのプラスチック変形を実質的に防止するのに十分な大きさの速度で動作するように構成されていてもよい。
【００３３】
第１の実施例において、半導体ウェーハを高速度で空洞部に搬送するのに適した挿入及び引き出し機構は、空気式駆動装置、高速ボールネジ駆動装置、ベルト駆動装置、ロッドレスアクチュエータ及びリニアサーボ及びステッピングモータを備えているが、それらに限定されない。そのような機構は通常、半導体ウェーハ搬送機を１ｍｍより小さい公差で繰返し配置することができる。
【００３４】
図３に示されているように、半導体ウェーハの挿入及び引き出しは、第１の実施例のため（例えば、図２Ａ及び２Ｂで示された曲線により規定されているように）所望の限界値以上の速度で起こり、その後、ウェーハの前縁部及び後縁部の間の温度差が十分に小さく、ウェーハのプラスチック変形が実質的に防止されると予想されるであろう。曲線３１０は半導体ウェーハ１３５の温度履歴を示し、処理温度が約２０℃であり、約１．３ｍ／ｓの速度で等温空洞部１２０に挿入され、約１１００℃の一定温度に保持される。２０秒以下以内で、半導体ウェーハ１３５はほぼ均一で一定温度の１１００℃（曲線３１０参照）を達成している。曲線３２０は、半導体ウェーハ１３５の前縁部と後縁部の間の最大温度差が約２２℃であることを示している。約４５秒後、半導体ウェーハ１３５は等温空洞部１２０から引き出される。曲線３２０は半導体ウェーハ１３５の前縁部と後縁部の間の最大温度差が再び約２２℃であることを示している。
【００３５】
第１の実施例では、通常の温度に対する時間は、１０００℃から１２００℃の空洞部温度で２０℃の初期の半導体ウェーハ温度に対して３０から１２秒の範囲に及び、約３０℃から７５℃／ｓまでの温度勾配率に対応する。第１の実施例により処理された半導体ウェーハの冷却率は、典型的な従来のＲＴＰにより処理されたウェーハのためのものよりずっと大きくすることができる。第１の実施例では、ウェーハは処理温度で周囲に引き出されてもよく、したがって、周囲に強く放射し、それにより、温度に対する時間を最小にする。したがって、空洞部内の時間の総計は、ウェーハが炉の空洞部から引き出される前にウェーハの冷却が要求されることはないので、第１の実施例にとって小さい。勿論、幾つかの実施例では、遷移加熱ゾーン又は冷却は上昇した引き出し速度と共に使用されてもよい。
【００３６】
第１の実施例のＲＩＲＴＰは、１１００℃の空洞部温度でたった６５秒の空洞部内合計時間により０．２５ミクロンのホウ素をドライブイン（drive-in）することができると信じられている。１０５０℃及び１１５０℃の空洞部温度で、この処理のための空洞部内の合計時間はそれぞれ、１６０及び３０秒である。さらに、半導体ウェーハの前縁部及び後縁部の間のドライブインの均一性は第１の実施例におけるすべての３つの空洞部温度で１％よりよくなると予想されている。
【００３７】
図５は、通常、５００で示された熱処理装置の側断面図であり、本発明の第２の実施例で使用されてもよい。本発明の別の実施例と関連して使用される同様の熱処理装置の動作は、１９９５年７月１０日に、Kristian E.Johnsgard、Brad S.Mattson、James McDiarmid及びVladimir J.Zeitlinにより出願された「半導体基板の熱処理のためのシステム及び方法」という名称の米国特許出願No.08/499,986に開示されており、その全開示はここにインコーポレイテッドバイリファレンスされている（「９８６出願」）。本発明の実施例による半導体基板の急速挿入及び又は引き出しと関連させて使用されるさらなる熱処理装置の構成及び特徴は、１９９７年６月１６日に、Kristian E.Johnsgard、Brad S.Mattson、James McDiarmid及びVladimir J.Zeitlinにより出願された「半導体基板の熱処理のためのシステム及び方法」という名称の米国特許出願No.08/876,788（「７８８出願」）、１９９７年９月４日にStephen E.Savasにより出願された「急速熱処理のためのシステム及び方法」という名称の米国特許出願No.08/923,661（「６６１出願」）、１９９７年１１月２８日にFred Tabrizi、Barry Kitazumi、David A.Baker、David A.Setton、Leszek Niewmierzycki及びMichael J.Kuhlmanにより出願された「真空処理のための素材の低汚染で高スループットの取扱いのためのシステム及び方法」という名称の米国仮特許出願No.60/067,299（「２９９出願」）、１９９８年７月１３日にStephen E.Savas、Martin L.Hammond、RobertMueller及びJean-Francois Davietにより出願された「半導体製造のための熱処理システムでのウェーハ温度制御のためのモデルベースの方法」という名称の米国仮特許出願No.60/092,563（「５６３出願」）、及び１９９８年７月１３日にStephen E.Savas、Martin L.Hammond及びJean-Francois Davietにより出願された「急速熱処理システムのための洗浄方法」という名称の米国仮特許出願No.60/092,759（「７５９出願」）に開示されており、それらはそれぞれ完全にここにインコーポレイテッドバイリファレンスされている。
【００３８】
図５を参照すると、加熱空洞部５０２は半導体基板を熱処理するために形成されている。加熱ブロック５０４は空洞部内の基板を熱処理するため加熱面５０６を備えている。第２の実施例において、加熱ブロックはグラファイト被覆の炭化珪素を備えている。加熱ブロックは下部抵抗ヒータ５０８及び側部抵抗ヒータ５１０により加熱され、それぞれグラファイト被覆の炭化珪素から形成されていてもよい。側部抵抗ヒータ５１０は加熱ブロックの側部の回りに巻き付かれ、ブロックの端部ロス及び温度勾配を減少させる。加熱空洞部は、熱遮蔽物として作用する内側断熱壁５１２及び外側断熱壁５１４内に閉じ込められている。第２の実施例では、内側断熱壁５１２はグラファイト被覆の炭化珪素を備え、外側断熱壁５１４は不透明な石英を備えている。半導体基板は熱処理のため出入口５１６を通って挿入及び引き出されてもよい。基板は、９８６出願に記載されているように昇降されるピン（図示せず）に置かれる。基板は処理のため加熱面５０６の近く又はそこで降下されてもよい。処理の完了により、ピンは上昇され、基板は出入口５１６を通って取り除かれる。９８６出願に記載されているように、そのような加熱空洞部は冷たい外部チャンバー内に閉じ込められていてもよい。真空圧力は加熱空洞部及び外部チャンバー内に維持されてもよく、伝達及び伝導熱損失を減少させ、それにより処理の均一性を増加させる。
【００３９】
９８６出願の熱処理装置と比較して、図５の熱処理装置は熱遮蔽の第２層及び加熱ブロックの側部近くの追加の抵抗ヒータを使用している。結果として、図５の熱処理装置は、１２００℃を超える高温度において高レベルの均一性で半導体基板を処理することができる。さらに、幾つかのランプベースのシステムと対照的に、図５に示された熱処理装置の設計は３００ｍｍ以上の基板を収容するように容易に拡張可能である。
【００４０】
第２の実施例の熱処理装置において、半導体基板の迅速な挿入及び加熱空洞部からの取り出しはプラスチック変形を減少又は排除するために使用されてもよい。例えば、約９００℃から１２００℃の処理温度で、基板の引き出し速度は約０．３から２．５ｍ／ｓ又はそれ以上又は如何なる速度又はそこに含まれる範囲であってもよい。幾つかの実施例では、引き出し速度は、２００ｍｍシリコンウェーハにとって約０．５から１．５ｍ／ｓの範囲であってもよく、３００ｍｍシリコンウェーハにとって約０．７から２．０ｍ／ｓの範囲であってもよい。ウェーハの挿入及び引き出し速度が増加すると、プラスチック変形の欠陥のサイズ及び発生は、限界値に達するまで減少され、そのような欠陥は実質的に防止される。
【００４１】
加熱面を使用する加熱空洞部処理装置において、加熱面と空洞部の頂部（例えば、内側断熱壁５１２の頂部）の間にはかなりの温度差があり、処理温度及び構成によって、例えば、２５℃から１５０℃までの範囲におよんでもよい。結果として、基板温度は、それが取り出しのため加熱面から動かされると、冷却されてもよい。例えば、基板は、（所望の処理によって４００℃から１２００℃又はそれ以上におよぶ）加熱面の温度以下の２０℃から１００℃としてもよい。さらなる技術は、基板が上昇されるときに基板の後の加熱面を横切るシャッタを閉じ、遷移加熱ゾーン又は６６１出願及び７８８出願に記載された他の技術を供給し、空洞部の頂部を除去するように、基板温度をさらに減少させるために使用されてもよい。引き出し前に基板の冷却が行われ、所定の欠陥レベルを維持するために要求される引き出し速度を減少させてもよい。
【００４２】
しかし、他の実施例では、加熱空洞部はもっと等温でなされてもよい。追加のヒータは、加熱空洞部の頂部でその側部に沿って（断熱壁の一方又は両方のセットの内側又は外側のいずれか）供給されてもよい。そのような実施例では、（少なくとも、半導体基板に放射熱伝達する面のため）空洞部に亘る温度差は約１０℃から２５℃以下まで減少されてもよい。温度差が減少されると、熱処理装置は実質上、一層、第１の実施例の等温のＲＩＲＴＰのようになり、特定の加熱面の方に基板を移動し、所望の平衡処理温度を達成する必要はない。
【００４３】
上述した熱処理装置の構成において、加熱空洞部は加熱空洞部からの引き出しの前に基板を高い温度まで加熱する熱環境を形成する。基板温度は引き出し前に実質的に処理温度以下に減少されるが、それは依然として高い。処理装置の構成及び処理温度により、取り出し前の基板温度は、例えば、約４００℃から１２００℃、又は如何なる温度又はそれに含まれた範囲であってもよい、外側チャンバー又は他の周囲環境はずっと低い温度、例えば、２５℃から１００℃であってもよい。結果として、基板の前縁部は約３００から１１００（又はそれに含まれる如何なる範囲）又は後縁部が晒される熱環境の温度以下の温度の熱環境に晒されてもよい。そのような差は熱応力を引き起こし、プラスチック変形に導くことがある。
【００４４】
実施例において、基板が取り出される環境の温度及び又は反射特性はまた調整され、熱応力を減少させる。図２及び４に関連させて上述した引き出し速度は、シリコンウェーハがウェーハから熱放射を吸収する約２０℃の冷却環境まで引き出されると仮定している。したがって、冷却率及び熱応力レベルは、環境が実質的に反射的で又は高い温度自体である場合、減少されてもよい。これは、所望の特性を有するアンティチャンバーに基板を引き出すことにより達成されてもよい。そのような実施例では、ウェーハの取り出しに関連したウェーハ応力は減少される。
【００４５】
１つのそのような実施例では、アンティチャンバーは、ウェーハの頂部及び底部からあまり離れていない（例えば、ウェーハの半径以下）ウェーハ動作面の上方及び下方に非常に反射する壁を有している。この場合、ウェーハの熱放射はその後方に反射し、ウェーハ冷却率は減少される。そのような反射壁は石英に囲まれた反射金属成分製であってもよい。７８８出願を参照しなさい。これは、処理チャンバー又はウェーハからのガス成分による反射面への損傷の可能性を減少させるのと同様に反射金属材料による汚染の可能性を排除する。結果として、欠陥が減少又は防止される度合いを維持しつつ、ウェーハ取り出し速度はウェーハ冷却率の減少に比例して減少する。
【００４６】
別の設計は、加熱空洞部より幾分下の温度の処理チャンバーの丁度外側の領域で加熱エレメントを使用する。抵抗性加熱エレメント又は赤外線加熱ランプはこの目的のために使用されてもよい。これらのエレメントからの放射は、それが加熱空洞部にあり、それにより冷却率を減少させると、ウェーハに熱を供給する。（サイズがウェーハ自体とほぼ同じ次元である）加熱エレメントの温度が処理温度の、例えば、約８０％から９０％に等しい場合、その後、冷却率はかなりの百分率により減少される。この百分率は４乗の温度率（°Ｋ）の差によりほぼ与えられる。したがって、壁が処理温度の９０％の場合、冷却率はその冷却壁の値のたった〜３４％である。ウェーハに放射伝達する幾つかの表面はそのような程度まで加熱されないので、これらの値は近づく。それにもかかわらず、アンティチャンバーの部分加熱（例えば、処理温度の約７０％から９０％）は冷却率を減少させるために使用し、ウェーハが所定の欠陥レベルのため加熱空洞部から取り出される速度を減少させる。
【００４７】
上述したように、迅速な挿入及び引き出し速度はそのような熱処理装置と関連して使用されてもよく、実質的にプラスチック変形を減少又は防止する。１つの実施例では、基板引き出し速度は、基板の2つの部分（通常は基板の前縁部と後縁部）が所定の大きさの温度差に晒される時間が下記の表４に示されているように制限されるように選択される。時間の範囲は所定の差のための露出時間の制限を与えている。その範囲の時間制限は基板の特性及び欠陥の所望又は許容レベルにより選択される。その範囲の下端部はその範囲の上端部に比例して欠陥を減少させることが予想される。
表  ４
0004971541.tif 000005
【００４８】
他の実施例では、半導体基板は上記表に記載されている温度差のいずれかに晒されてもよいが、引き出し速度は、引き出しにより基板の２つの部分の間に実際に表れる温度差が１０℃から２０℃を超えないように選択されてもよい。他の実施例では、そのような温度差の制限は、基板の特性及び欠陥の所望又は許容レベルによって、３０℃、４０℃、５０℃、７５℃、１００℃又はそれ以上に設定されてもよい。上記表４に示された標準は、本発明の一定の実施例で有用である概算の限界値であるが、ウェーハ特性及び他の要因による特定の欠陥限界値を反映することを意図するものではない。むしろ、特定の等式及び関係は後述するが、熱応力及びプラスチック変形のための限界値をより正確に予測している。それにもかかわらず、上記限界値は、一定の実施例を説明するために有用であり、基板が２００ｍｍ、３００ｍｍ又は４００ｍｍであるかどうか、及び基板が引き出し前の処理温度以下に冷却されているかどうかに使用されてもよい。
【００４９】
上述したように、ウェーハの引き出し速度を増加することにより、プラスチック変形は実質的に減少又は排除されてもよい。例えば、所定の炉の構成、処理温度、及びウェーハサイズにより、０．１、０．２又は０．３ｍ／ｓでのウェーハの引き出しは、（単一又は複数の処理サイクルのいずれかにおいて）プラスチック変形を引き起こしてもよい。低速度では、３ｍｍ以上の長さを有する複数のスリップラインが形成されてもよい。しかし、引き出し速度が２倍又は３倍の場合、欠陥の数及び厳しさは実質的に減少又は排除されてもよい。同じ条件の下、恐らく０．４，０．５、０．７又は１．０ｍ／ｓの速度で、３ｍｍ以上の長さのスリップラインは排除されてもよい。勿論、欠陥が形成されると共に排除される特定の速度は、（さらに後述する）いろいろな条件により変化するであろう。
【００５０】
幾つかの実施例では、従来システム以上だが、プラスチック変形が実質的に排除される限界値以下のウェーハ引き出し速度をするのが望ましい。引き出し速度が増加すると、欠陥のサイズ及びタイプが変わる。一定の中間速度では、（１００ミクロンよりずっと短い長さの）先の尖った欠陥だけが形成される。そのような欠陥は幾つかの適用で許容されてもよく、速度は実質的にプラスチック変形を防止するために要求される速度以下であってもよい。約１２００℃の２００ｍｍのシリコンウェーハにとって、この範囲は、プラスチック変形を実質的に防止するために要求される１．１〜１．３ｍ／ｓの範囲とは対照的におよそ０．４〜０．５ｍ／ｓの引き出し速度で始まると予想される。したがって、中間速度範囲での動作は、依然として商業的に実行可能な結果を供給しながら使用されるウェーハ搬送機構を簡略化させてもよい。
【００５１】
実施例においてい、引き出し速度が増加したウェーハ搬送ロボットは加熱空洞部からウェーハを引き出すために使用されてもよい。例示したウェーハ搬送ロボットは、２９９出願に記載されている。しかし、後述するように、ウェーハ端部での選択的な加熱又は冷却による熱応力が重大となることがある。結果として、ウェーハ搬送機、スリップリング又は他の遮蔽物は端部応力を減少させるために要求されてもよく、２９９出願に記載されたロボットのエンドエフェクターは、ウェーハ搬送機又はスリップリングを収容するような実施例のために変更されてもよい。
【００５２】
スリップリングの使用は、加熱空洞部からの取り出しにおいて、ウェーハ端部で温度勾配を減少させるために重要である。リングはウェーハの端部を取囲み、熱遮蔽物として機能し、ウェーハ搬送ロボットのエンドエフェクターの位置からウェーハが滑るのを防止しながら、高速（例えば、＞０．５ｍ／ｓ又はそれ以上）で加熱空洞部から引き出すためウェーハに与えられる高加速度を許容するウェーハ搬送機構の一構成となることもできる。したがって、スリップリングは、ウェーハのために安定したホルダーを提供することと、ウェーハ端部の過度の急速冷却を防止することの２つの目的を提供することができる。シリコンウェーハを汚染させないため、これらのリングは、表面上の金属成分が非常に低い濃度（＜１０10原子／ｃｍ2）である石英、炭化珪素、シリコン又はグラファイト（通常は被覆炭化珪素）のような、完全無菌で高温度の親和性材料製である。
【００５３】
第１の実施例のウェーハ搬送機は図１に１３０で示されている。ウェーハ搬送機１３０は本発明の実施例において３つの重要な目的を提供する。第１に、それはウェーハの外辺部回りに十分な支持を供給し、それにより、ウェーハの重力による応力の大部分を減少させる。そのような外辺部の支持は、ウェーハに重力による最大応力を生じさせると予想され、その応力は従来の３点支持のためのものの下で約２の因数にあり、その支持点はウェーハ半径の約６０％に配置されており、支持点がウェーハ端部に配置される従来の３点支持以下で５の因数以上によりこれらの応力を減少させると予想される。その上さらに、ウェーハ搬送機により供給された完全な端部支持は、支持位置でよりむしろウェーハ中心部に位置している重力による最大応力を生み出す。これは、通常、不均一なウェーハ温度による最大熱応力がウェーハ端部近くに起こるから有益である。したがって、最大の結合された熱及び重力による応力は、ウェーハの異なる物理的位置に最大熱応力及び最大の重力による応力を置くことによりウェーハ搬送機の十分な端部支持によりさらに減少される。
【００５４】
ウェーハ搬送機１３０の第２の重要な役割は、ウェーハ端部のために放射遮蔽物を供給することである。ウェーハ端部に関連した追加の表面領域のため、保護されていない端部の近くのシリコンは、ウェーハが迅速に加熱空洞部に挿入され又はそこから引き出される時にウェーハの残りをもっと早く加熱又は冷却するだろう。ウェーハ端部近くに結果として生じる温度変化は端部の近くで熱応力を生じさせ、これらの応力は合計のウェーハ応力に寄与する。合計応力がシリコンの温度に従属した降伏応力を超えた場合、シリコンの欠陥が生み出されるであろう。さらに、降伏応力を超える合計応力分が大きくなると、欠陥サイズの成長割合が大きくなる。したがって、この増加した加熱又は冷却からウェーハ端部を遮蔽すること、及びそれにより端部応力を減少させることは、欠陥がないウェーハ処理及び欠陥を制限したウェーハ処理の両方にとって重要である。
【００５５】
ウェーハ搬送機の第３の機能は、加熱空洞部の内側へより空間的に一定の熱負荷を与えることである。ウェーハを加熱するために要求される多くのエネルギーは、ウェーハが空洞部に挿入される時に加熱空洞部又は空洞部の壁の熱容量から引き出される。結果として、ウェーハ近くの空洞部の壁は数度冷却されてもよい。１枚のウェーハだけが空洞部に挿入された場合、これはウェーハ形状に一致する空洞部の壁の頂部及び底部に冷却箇所を作り出すだろう。この箇所の外側の空洞部の壁は高温度のままであり、ウェーハ端部近くに幾分高いウェーハ温度を作り出すであろう。ウェーハ処理のため非常に均一なウェーハ温度が最適であるので、この状態は望ましくはない。空洞部の壁のこの局所的冷却を防止するため、ウェーハ搬送機の形状は空洞部の平面形状と同様に作られ、搬送機の面積熱容量（厚さ×比熱）及び放射率がウェーハのそれらに一致するように選択される。例えば、ウェーハ搬送機はウェーハの４の因数以内の厚さを有する平坦シートであってもよい。シートは中心に孔を有していてもよく、ウェーハは小さな指状突起又は他の端部支持に保持されている。ウェーハ搬送機は、少なくとも空洞部の高さの半分に等しいウェーハ端部を超えた距離延びている（すなわち、ウェーハを有するウェーハ搬送機の直径は、少なくともウェーハの直径に空洞部の高さを加えたものに等しい）。この方法では、搬送機近くの空洞部の壁はウェーハの近くでそうするのと同じ温度降下を受け、空洞部の壁とウェーハの両方の温度は、ウェーハ及び搬送機が空洞部に挿入される時に、より一定のままである。
【００５６】
例示のスリップリングは図６Ａ及び６Ｂに示されている。図６Ａは底面図であり、図６Ｂは第２の実施例による熱処理装置での本発明の特徴を試験するために使用された単純なスリップリング６０２の（切断部分Ａ−Ａに沿った）部分側断面図である。このリングは不透明な石英で構成され、非常に薄く、容量が小さい。リング６０２は処理チャンバーへの挿入前にウェーハ６０４の頂部に置かれ、ウェーハが加熱されている間、処理チャンバーに残されている。処理後、ウェーハ６０４はその上端部を囲むと共に該上端によって保持されたリング６０２を伴っており、Mattson Technology社から入手可能なAspen IIウェーハ搬送ロボットを使用してチャンバーから取り出される。スリップリングの存在のため、ウェーハの端部はウェーハ内部とほぼ同じ割合で冷却される。この構成で行われた試験結果はさらに後述される。
【００５７】
別の例示のスリップリングは図７Ａ及び７Ｂに示されている。図７Ａは平面図であり、図７Ｂはスリップリング７０２の部分側断面図であり、スリップリングは本発明の実施例においてウェーハ搬送機の一部分として使用される。スリップリング７０２はウェーハ搬送ロボットのエンドエフェクターと結合するブラケット７０４を備え、チャンバーへの挿入又はそこからの引き出しの前にウェーハ７０６をその端部で確実につかませることを可能にする。リング７０２はウェーハ７０６に取付けられ、ウェーハのチャンバーへの挿入の前、リングの２つの半分の端部でのブラケット７０４は固定されている。固定された時のリングのサイズ及び形状は、（処理チャンバー内が高温度に達した時の）ウェーハの膨張のために余地が幾らか残っており、リングの内側を満たし、ウェーハがリングに比例して膨張した時にリングでしっかりと保持されるようになっている。図７Ａに示されているように、ウェーハは、（７１２ではなく、７０８及び７１０のような）数地点でのみスリップリングと接触する。図７Ｂはウェーハ７０６と接触する地点でのリング７０２の断面図を示している。図７Ａ及び７Ｂに示されているように、スリップリングの内側端部はウェーハの外側端部上に延びている。したがって、リングは高温度で、したがって高加速度が必要とされる時の取り出しにより、ウェーハ端部と周囲でぴったりと一致している。
【００５８】
処理の完了によりウェーハを取り出すため、ロボットのエンドファクターは処理チャンバーに動かされ、リングの与えられた掴む地点はエンドファクターに対して掴む連結により掛け金を掛けられる。
【００５９】
図８Ａは平面図であり、図８Ｂは、通常、８００で示された本発明の実施例による基板搬送機の部分側断面図である。ウェーハ搬送機は、第２の実施例において、ウェーハ搬送ロボットのエンドエフェクターを形成するために使用されてもよい。基板搬送機はスリップリング７０２及びウェーハを支持するための支持アーム８０２及び８０４を有している。説明の容易のため、支持アーム８０２，８０４及び８０６と接触するスリップリング７０２の部分断面だけが示されている。支持アーム８０２及び８０４の端部はそれぞれ８０８及び８１０で切欠され、ブラケット７０４を確実に受取る。さらに、構造８１２はまたブラケット７０４に締付けられるのを補助し、挿入及び又は取り外しのため高加速度を可能にする。基板搬送機はまたエンドエフェクター８１６のベースのための支持シャフト８１４と、それを上昇、降下及び固定させる構造８１２のための支持シャフト８１８とを備えている。
【００６０】
図８Ｂは構造８１２及び支持アーム８０４の部分側断面図であり、ブラケット７０４に締め付けるための機構を示している。図８Ｂに示されているように、切り欠き８２０は支持アーム８０４に形成されている。対称の切り欠き８２２は構造８１２に形成されている。構造８１２がブラケット７０４上に配置されるとき、２個の切り欠き８２０及び８２２はスリップリング及びウェーハの挿入及び又は引き出しのためブラケット７０４を有効に固定する。
【００６１】
一度掴まれると、ウェーハはスリップリングにより重力に対して横方向と垂直方向の両方に確実に支持され、処理チャンバーのスリットドアの開口部を通ってその表面に平行に急速に加速されてもよい。ウェーハが取り除かれると、ウェーハ及びリングはほとんど同じ割合で冷却され、したがって、ウェーハはリングにより供給された熱遮蔽物によりその端部での過度の冷却を受けることを抑えられる。リングの内側端部の完全な円形の欠如により複数の個々の地点を除いて端部に接触しないで、リングはウェーハ端部のための熱遮蔽を供給する（断面のための図７Ｂを参照）。シリコンの熱膨張係数は、石英、炭化珪素又はグラファイト以上であるから、この円形の欠如及びリングを有するウェーハの接触地点の減定数はそれた冷却される時でさえ、ウェーハをしっかりと固定させる手段になる。リングはまたシリコン製であってもよいが、これはスリップリングとウェーハを接触地点で溶接して接触させる問題を引き起こすことがある。ウェーハが処理領域から取り除かれると、それは冷却され、収縮し、その収縮はスリップリングからその周囲のほとんどに沿ってそれを引っ込めさせる。しかし、スリップリングの僅かな僅かな弾力及び円形の欠如は、接触地点でウェーハの端部と確実に接触させ続けながら、（それが円形でない）その元の形状の方へリングをはね返らさせる。一度、ウェーハが処理チャンバーから完全に出で、僅かに冷却すると、ウェーハはリングに比例して約１ｍｍ収縮し、スリップリングの２つ（又はそれ以上）の部分を締付けないために要求される力が減少される。リングは締付けられず、ウェーハから離され、次のウェーハで再度使用されることができる。そのようなリングは非常に清潔な環境の処理システムのウェーハ取扱い領域に保持され、汚染材料及び微粒子のない状態になるようになっている。
【００６２】
図９Ａは側断面図であり、図９Ｂは、別の実施例による、通常は９００で示された基板搬送機の平面図である。基板搬送機は、切り欠き端部９０４を有する２本（又は恐らくそれ以上）の細いロッド９０２を使用し、ロードロックから最遠のウェーハ９１０の端部を掴む。ロッドは、石英、炭化珪素又は別の汚染されていない高温度材料を備えている。基板搬送機はまた、ウェーハ９１０の対向端部を保持するための切り欠き９０６を有している。ロッドは、（数インチ離れているのと同様に）僅かなインチ離れており、それらがエンドエフェクターのベースからウェーハの下を通るような長さであり、ウェーハのはるか側方に上がり、それらはウェーハを掴むことができるように切欠されている。これらのロッドはその端部だけの１地点でウェーハを掴むために引っ込められ、廃棄したり、物体間で摩擦接触したりすることにより生じる粒子の発生を最小にするようになっている。最小（〜１ｍｍ）厚で、高さが約６ｍｍ又は僅かにそれ以上の環状帯である別の独立部材９０８があり、丸く、ウェーハより僅かに大きい直径で、ウェーハ端部の丁度外側に位置し、それにより放射遮蔽物又はスリップリングとして作用する。これはウェーハ端部の過度の急速放射冷却を防止し、ウェーハの最端部で結晶学的すべりを引き起こすかもしれない。基板搬送機はまたアクチュエータ板９１２をも有し、ロッド及びエンドファクターのためのベース板９１４の動作を制御する。
【００６３】
上記説明は本発明の幾つかの可能な実施例を示している。しかし、本発明は上記特定の処理装置設計及び動作パラメータに限定されない。
【００６４】
むしろ、ここに説明された通常の原理はいろいろな処理装置の構成及び方法に適用されてもよい。以下は、プラスチック変形を予想すると共に制御するために使用される一般的な原理及び関係を説明している。特に、半導体基板のための挿入及び引き出し速度は以下に示された式にしたがって選択され、各種方法に亘る広くいろいろな処理装置の構成及び基板のタイプ及びサイズにおけるプラスチック変形の欠陥を制限及び防止する。
【００６５】
所定温度でのウェーハの合計応力がその温度で降伏応力を超える度に、シリコンウェーハの欠陥が生み出される。したがって、欠陥のないウェーハ処理のため、瞬間の合計応力は温度依存の降伏応力を超えてないけない。欠陥の発生を制限するため、最終欠陥サイズは降伏応力を超えた分の合計応力に比例し、降伏応力を超えた時間に比例して成長する。したがって、ウェーハ処理の欠陥を制限するため、降伏応力を超えるが、過度の応力の期間及び大きさは、許容可能な長さの欠陥だけが作り出されるように十分小さくなければならない。
【００６６】
シリコンの降伏応力は、間質性及び凝結酸素の濃度と同様に、温度に強く依存する。図１０に示されているように、温度が６００℃から１２００℃に増加すると、臨界剪断応力は約２オーダー、減少する。５本の実線は、凝結酸素濃度の２から２０ｐｐｍの増加が１オーダー、降伏応力を減少させてもよい。図１０に示された温度依存の降伏応力は以下の式１により近似されてもよい。
0004971541.tif 000006
降伏応力はＧＰａで与えられ、温度は°Ｋであり、凝結酸素濃度[Ｏp]はｐｐｍである。
【００６７】
シリコンウェーハの合計応力は、
（１）ウェーハ重量及び支持結合構造による重力応力
（２）ウェーハ上の温度変化による熱応力
の２つの主な原因から生じる。これらの応力は、所望の挿入及び引き出し速度を決定するため、広範囲の炉の温度、挿入及び引き出し速度、ウェーハの直径及び他の動作パラメータのための差分数の方法を使用して計算される。以下の近似は、各種実施例のため所望の速度を決定するのに有益な指針を概算するかなり簡単なセットを供給する。
【００６８】
重力による応力はウェーハの直径の二乗に比例して成長し、ウェーハの厚みに反比例する。これらの応力はまたウェーハ支持の結合構造次第であるが、ウェーハ温度とは無関係である。ウェーハの如何なる地点での最大の重力による応力は以下の式２に示されているように説明されてもよい。
0004971541.tif 000007
ｄはウェーハの直径、ρはシリコンの密度、ｇは重力による定数、ｔはウェーハの厚さ、そしてσ*はウェーハ支持結合構造の詳細による１次数の定数である。ここに、インコーポレイテッドバイリファレンスされている、H.Nilson及びS.K.Griffithによる１９９８年の薄い固体膜、315,286を参照しなさい。ウェーハの厚さはウェーハの直径の増加により僅かだけ増加するので、重力による応力はウェーハのサイズの増加により急速に増加する。１５０ｍｍウェーハのための重力による応力は、通常、無視してよく、２００ｍｍのウェーハのためのこれらの応力は、通常、小さいが、熱応力の無視できない部分であり、３００ｍｍ及びそれ以上のウェーハにとって、重力による応力は熱応力に等しいか又はそれを超えてもよい。
【００６９】
実施例における熱応力は、（１）ウェーハが空洞部に挿入又はそこから引き出される時のウェーハの前縁部と後縁部の間の温度差と、（２）熱伝達に使用可能な領域の増加によるウェーハ端部の選択的加熱又は冷却による温度変化の、２つの原因から生じると類別されてもよい。これらの両カテゴリーにおいて、ウェーハから又はウェーハへの熱伝達は空洞部又は周囲の環境との放射交換により支配され、ウェーハ上の温度差はウェーハ又は空洞部の温度に対する非常に強い依存を示している。
【００７０】
ウェーハ端部及び関連の端部応力の選択的加熱又は冷却は、一般に、挿入及び引き出しの速度及び空洞部及びその入口の結合構造の詳細によるであろう。しかし、一度、これらの速度が数十ｍ／ｓを超えると、端部応力は最大値に達し、その後、ウェーハ速度及び空洞部の結合構造と無関係になる。この制限では、端部冷却による最大応力は以下の式３に示された関係により近似されることができる。
0004971541.tif 000008
0004971541.tif 000009
αはシリコンの熱伝導率、Ｅ（ＧＰａ）は温度依存の弾性ヤング率、εはウェーハ放射率、γはシュテファン−ボルツマン定数、ｋ（Ｗ／ｍＫ）はシリコンの温度依存の熱導電率、そして、Ｔは炉（ウェーハ）の温度（°Ｋ）である。図１０から降伏応力と共に計算された端部応力のプロットが図１１に示されている。図１１に示されているように、端部冷却による応力は約８００℃の空洞温度でかなりになる。９００℃を非常に超える空洞部温度では、端部冷却だけによる応力は降伏応力を超えてもよく、それによりウェーハに欠陥を生成する。したがって、欠陥のない処理の場合のため、端部冷却から生じる応力は、所望のウェーハ処理温度が大きい時に端部冷却及び加熱を緩和する幾つかの手段によって減少されなければならない。このために、本発明の実施例は、周囲のリング又はウェーハ搬送機のいずれかを使用してもよく、ウェーハ端部を過度の放射熱伝達を保護する。
【００７１】
ウェーハ端部の前縁部と後縁部の間の温度変化は、挿入及び引き出しの間にウェーハ表面部分が高いチャンバー温度と囲いの低い周囲温度の両方に同時に晒されているという事実から生じる。これはウェーハの前縁部と後縁部の間に非線形の温度変化を生じさせ、ウェーハが空洞部へ又はそれからのほぼ中間点である時に、通常、最大応力を作り出す。これらの最大応力の位置は、ウェーハ端部近傍で、ウェーハ動作軸から４５度外れていると予想される。最高応力の大きさは以下の式４により近似可能である。
0004971541.tif 000010
Ｕは挿入又は引き出し速度である。この関係から、挿入又は引き出し速度を増加することは最大熱応力を減少させ、したがって、欠陥を制限した処理が好まれる時、欠陥のないウェーハ処理又は欠陥の密度及び長さを制御することのいずれかに有益であることが明らかである。
【００７２】
欠陥のないウェーハ処理にとって、重力による応力と熱応力の合計は、ウェーハが挿入又は引き出される時、ウェーハの温度履歴を通じてシリコンの降伏応力以下とすべきである。しかし、シリコンの降伏応力は高い温度で激しく減少されるので、ウェーハが空洞部からまさに引き出された時に、欠陥は常に最初に発生され、他のすべては等しくなるであろう。したがって、欠陥のない処理のための所望速度が引き出し速度に基いている場合、この速度はまた挿入による欠陥の発生を防止するのに十分であろう。したがって、欠陥のない処理のため、所望の挿入及び引き出し速度は以下の式５に示されてように上記した関係の組合せにより近似可能である。
0004971541.tif 000011
この関係から、欠陥のないウェーハ処理のための挿入及び引き出しの所望速度は、炉の温度、ウェーハの直径及び厚さ、シリコンの強度及び他の特性、重力の定数、及びウェーハ表面の放射率に依存することが分かる。
【００７３】
ウェーハがよく支持されると共にウェーハ端部が選択的な加熱及び冷却から保護される場合、所望の挿入速度はウェーハの直径に比例して増加し、ウェーハの厚さに反比例する。その上さらに、所望の速度は空洞部温度の増加により非常に急速に増加する。高温度では、これは以下の式６により近似されてもよい。
0004971541.tif 000012
この関係は、ウェーハ速度をさらに増加することにより、高い空洞部の温度又は大きいウェーハが常に欠陥のない方法で処理されてもよいことを示している。端部の冷却応力及び重力による応力は常にある程度表れ、これらは結局、所望のウェーハ速度の無限値に導かれる。この点で、結合された端部と重力だけがシリコンの降伏応力を丁度平衡を保っている時、所望速度は制限なしに増加する。これは図１２に示されており、欠陥のない処理のため計算された近似の所望引き出し速度が空洞部温度の関数として示されている。ここに示された２つの曲線は、１つの場合に、端部応力が搬送機又はリングにより抑制され、ウェーハ端部からの放射損失を排除する。以下の表５は、各種温度での端部保護あり又は端部保護なしの引き出し限界速度を要約しており、ウェーハが温度差に晒される相当時間を示している。
表  ５
0004971541.tif 000013
【００７４】
端部保護は１０５０℃の空洞部（ウェーハ）温度で約３の因数、欠陥のない処理のための所望速度を減少させる。
【００７５】
図１２に示されたシンボルは、処理チャンバーを２〜３回通過するため、２００ｍｍのウェーハを使用して幾つかの試験が行なわれた状態を示している。（＃１及び＃２として示された）２枚のウェーハそのような試験の結果は図１３Ａ及び１３Ｂに示されている。図１３Ａは低速度での引き出し後の２枚のウェーハのための欠陥の輪郭を示している。図１３Ｂは高速度での引き出し後の２枚のウェーハのための欠陥の輪郭を示している。これらの試験の間、ウェーハの外辺部はスリップリング又は他の熱遮蔽物により保護されなかった。これらの試験の結果は低速度（０．２ｍ／ｓ）での引き出しを示し、３ｍｍ以上の長さまで延びる多数のライン欠陥の結果となる。速度が約０．３ｍ／ｓ以上まで増加すると、これらの長い欠陥は消滅する。これらの長い欠陥はウェーハの前縁部と後縁部の間の温度差により引き起こされる熱応力から生じ、ウェーハ速度が増加すると行われなくなる。この試験結果の解釈は、これらの欠陥の位置がウェーハ動作の軸に沿った温度差により計算された最大応力の位置と一致するという意見により支持されている。これらの結果は端部保護を含まないので、ウェーハ速度を増加させることはウェーハ端部に沿った点の欠陥の発生を僅かに増加させ、端部応力がウェーハ外辺部近くの非常に小さい領域に制限されるという予想に矛盾しない。
【００７６】
試験はまた図６Ａ及び６Ｂに示されたスリップリングを使用して行われる。スリップリングはウェーハの外辺部をウェーハの内側とほぼ同じ割合で冷却させ、したがって、観察されるスリップラインは、ほとんど完全に、（最初は加熱空洞部に存在し、そのために冷たくなる）ウェーハの前端部及びその後端部からの温度差により生じる応力によるものであった。
【００７７】
この構成により、試験は、Mattson Technology社から入手可能なASPEN RTPシステムで行われ、約１１００℃の取り出し前の温度の２００ｍｍのウェーハを使用する。図５に示されたものと実質的に同じ炉の構成が使用された。ASPEN RTPシステムで使用されるロボットの通常の速度は約０．２ｍ／ｓである。３シリーズの試験が高品質のウェーハで行われ、加熱空洞部からのウェーハ取り出し速度は通常速度の１1/2から1/4の範囲に及ぶ。
【００７８】
約０．１ｍ／ｓから約０．３ｍ／ｓのウェーハ取り出し速度にとって、ウェーハは端部でのみ、それらが２回又はそれ以上ＲＰＴチャンバーを通って繰り返される時のみのスリップリングを示している。ウェーハは非常に低い凝結酸素濃度を有する高品質であった。より凝結された酸素を有するウェーハはもっとスリップを示したかもしれない。これらの速度での単一熱処理サイクルのため、ウェーハは通常、ウェーハの最端部で先の尖った転位だけを示した。これらの先の尖った欠陥は、Ｘ線の回折のもとで見ることができるだけであり、顕微鏡のもとでは見ることができなかった。約０．０３ｍ／ｓの幾分遅いウェーハ取り出し速度のため、ウェーハ端部でのスリップラインは顕微鏡のもとで見ることができ、ＲＰＴチャンバーを通るウェーハのまさに１回の通過のため、かなりの長さ（＞１ｃｍ）を有し、オーダー１００の大きさであった。
【００７９】
ウェーハ端部近くの点の欠陥がウェーハからデバイスの歩留りに反対の衝撃を与えないので、また、欠陥のない処理が常に最も実用的なアプローチとは限らないので、欠陥を制限して発生させるウェーハの挿入及び引き出し速度が望ましいい。このアプローチでは、所望のウェーハ速度は欠陥のない処理のための速度より小さくてもよく、結合された重力による応力と熱応力は、少なくとも幾つかの期間、シリコンの降伏応力を超えるように許可されてもよい。これらの状態のもと、欠陥長さの成長率は後述するように概算されてもよい。
【００８０】
ウェーハは非常に迅速に冷却され、欠陥の成長とための装置の作動電力は非常に大きいので、欠陥成長に利用可能な時間はほぼ引き出し時間である。そのように、最終的な欠陥長さは以下の式７により近似することができる。
0004971541.tif 000014
σは結合した熱と重力による応力であり、ｂ＝０．００５ｍ／ｓ／Ｐａは観察された試験結果に対する妥当な近似値を与える。したがって、結合応力が降伏応力を丁度超えた時に、予想された最大欠陥長さはウェーハ直径に比例すると共にウェーハの引き出し速度に反比例する。結合された応力が降伏応力をはるかに超えた時、その後、欠陥長さは以下の式８に示されているように変化する。
0004971541.tif 000015
この限界値で、欠陥長さはウェーハの直径の二乗に比例して増加すると共にウェーハ速度の二乗に反比例する。したがって、許容できる欠陥長さの所定の選択のため、この関係（又は上記関係）は対応する所望のウェーハ速度の概算値を得るために反対にすることができる。
【００８１】
３処理サイクルを経験する２００ｍｍウェーハのために計算された欠陥長さは、空洞部温度の範囲のためのウェーハ引き出し速度の関数として図１４に示されている。ウェーハ速度が欠陥のない処理のために値以下に減少すると、欠陥長さは非常に強く増加する。同様に温度を急速に増加させることは、降伏応力を減少させると共に転位の広がりのための作動エネルギに比例して分子エネルギを増加させるので、欠陥長さを急速に増加させる。以下の表６は、１１００℃、１１４０℃及び１１８０℃でのウェーハのための、引き出し速度、温度差への露出時間、及び欠陥長さを要約している。
表  ６
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【００８２】
図１４に示されたシンボルは、第２の実施例において、０．２及び０．３ｍ／ｓの引き出し速度及び約１１００℃のウェーハ温度のための測定された欠陥長さを表わしている。
【００８３】
上述した説明から、当業者は本発明の本質特性を容易に確かめることができる。説明は本発明の例示をすることを意図しており、それに限定又は制限するものと解釈されるべきではなく、本発明は特許請求の範囲に示されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示している。
【図２Ａ】シリコンウェーハのプラスチック変形を実質的に防止するため、第１の実施例の比較的高強度のシリコンウェーハの挿入及び引き出しのためのほぼ所望の限界速度を示すグラフである。
【図２Ｂ】シリコンウェーハのプラスチック変形を実質的に防止するため、第１の実施例の比較的低強度のシリコンウェーハの挿入及び引き出しのためのほぼ所望の限界速度を示すグラフである。
【図３】本発明の第１の実施例のための典型的な処理サイクルの間の半導体ウェーハの計算された温度及び温度差を示している。
【図４】第１の実施例による炉のプラスチック変形を実質的に防止するため、２００ｍｍ及び３００ｍｍのシリコンウェーハの所望の引き出しのための限界速度を比較するグラフである。
【図５】本発明の第２の実施例で使用される熱処理装置の側断面図である。
【図６Ａ】本発明の実施例と関連して使用されるスリップリングの底面図である。
【図６Ｂ】本発明の実施例と関連して使用されるスリップリングの部分側断面図である。
【図７Ａ】本発明の実施例による基板搬送機の一部として使用されるスリップリングの平面図である。
【図７Ｂ】本発明の実施例による基板搬送機の一部として使用されるスリップリングの部分側断面図である。
【図８Ａ】図７Ａ及び７Ｂのスリップリングと関連して使用される本発明の実施例による基板搬送機の平面図である。
【図８Ｂ】図７Ａ及び７Ｂのスリップリングと関連して使用される本発明の実施例による基板搬送機の平面図である。
【図９Ａ】本発明の実施例による別の基板搬送機とスリップリングの側断面図である。
【図９Ｂ】本発明の実施例による別の基板搬送機とスリップリングの平面図である。
【図１０】凝結酸素の各種温度及びレベルでのシリコンの臨界剪断応力を示す従来技術のグラフである。
【図１１】各種温度での計算された端部応力のさらなる表示をした図１０の従来技術のグラフを示している。
【図１２】端部応力を減少させる基板搬送機及びスリップリングを有する場合とそれらを有しない場合の両方の場合での本発明の実施例のプラスチック変形を実質的に防止するシリコンウェーハのための所望の引き出し速度を比較するグラフである。
【図１３Ａ】本発明の実施例において、端部保護のないシリコンウェーハの異なる引き出し速度のため観察されたスリップラインの数及び長さを示すグラフである。
【図１３Ｂ】本発明の実施例において、端部保護のないシリコンウェーハの異なる引き出し速度のため観察されたスリップラインの数及び長さを示すグラフである。
【図１４】本発明の実施例において、空洞部の温度の範囲のための引き出し速度の関数として３つの処理サイクルを受けた２００ｍｍシリコンウェーハの計算された欠陥長さを示している。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
0004971541.tif 000020
【図４】
0004971541.tif 000021
【図５】
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【図６Ａ】
0004971541.tif 000023
【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
0004971541.tif 000025
【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
0004971541.tif 000027
【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
0004971541.tif 000029
【図９Ｂ】
0004971541.tif 000030
【図１０】
0004971541.tif 000031
【図１１】
0004971541.tif 000032
【図１２】
0004971541.tif 000033
【図１３Ａ】
0004971541.tif 000034
【図１４】
0004971541.tif 000035