JP2006100303A - 基板の製造方法及び熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱処理中に発生する基板の傷発生を少なくし、基板のスリップを抑制し、基板の反りを抑制し、もって高品質な基板を製造する熱処理装置及び基板の製造方法を提供する。
【解決手段】反応管４２内に基板５４が載置された支持具３０を挿入時、ヒータ４６の各ヒータゾーンの設定温度をＴ５＜Ｔ４＜Ｔ３＜Ｔ２＜Ｔ１とする。反応管４２内に支持具３０を挿入後、まずＴ５の設定温度を上昇させ、Ｔ４と等しくする（Ｔ５＝Ｔ４＜Ｔ３＜Ｔ２＜Ｔ１）。次に、Ｔ５とＴ４の設定温度を上昇させてＴ３と等しくする（Ｔ５＝Ｔ４＝Ｔ３＜Ｔ２＜Ｔ１）。更に、Ｔ５とＴ４及びＴ３の設定温度を上昇させてＴ２と等しくする（Ｔ５＝Ｔ４＝Ｔ３＝Ｔ２＜Ｔ１）。更に、Ｔ５，Ｔ４，Ｔ３，Ｔ２の設定温度を上昇させＴ１と等しくする（Ｔ５＝Ｔ４＝Ｔ３＝Ｔ２＝Ｔ１）。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板を熱処理する工程を有する基板の製造方法、及び基板を熱処理するための熱処理装置に関するものである。

例えば縦型熱処理炉を用いて、複数枚のシリコン単結晶ウエハ等の基板を熱処理する場合、室温で縦型ボートに所定枚数の基板を装填し、予め、例えば７００℃程度の温度に加熱された反応管内へ縦型ボートを搬入する。次に、反応管内の温度を１０００℃程度以上の温度まで昇温して熱処理し、その後、反応管内の温度を例えば７００℃程度の温度に降温し、基板が載置された縦型ボートを搬出する。

この場合、基板の搬入時には室温の基板の周辺部に短時間に多量の輻射熱が供給される。その場合、基板外周部は温度が高く中心部は温度が低くなる。一方、基板の搬出時には短時間に基板の周辺部から熱が放散される。その場合、基板中心部は温度が高く外周部は温度が低くなる。このように、基板内の周辺部と中央部では温度差が生じ、その温度差により基板内に熱応力が発生し、基板が弾性変形する。この弾性変形により、基板と基板支持具の接触部分でこすれが生じ、基板に傷ができる。単結晶シリコンの傷部においては、転位生成のための降伏応力が著しく低下する（結晶工学と評価技術第１４５委員会第６８研究会（角野、ｐ４）参照）。
このため、その後の昇温過程あるいは高温の熱処理中に、この傷部分で基板に転位が発生し、それがスリップとなり、そのスリップが大きくなるとスリップラインとなり、基板が反る原因の一つとなっていた。また、スリップラインが発生すると、基板の平坦度が低下する。このため、ＬＳＩ製造工程における重要な工程の一つであるリソグラフィ工程で、マスク合わせずれ（焦点ずれ又は変形によるマスク合わせずれ）が生じ、所望パターンを有するＬＳＩの製造が困難であるという問題が発生していた。
そこで、熱処理プロセス用ヒータと熱的に分離した徐熱用ヒータを炉口付近に備えることにより、比較的自由に温度設定を行うことが可能となり、炉口付近に任意の温度勾配を施すものが公知となっている（例えば特許文献１）。

特開平５−２１５４６３号公報

しかしながら、特許文献１の徐熱用ヒータは単独に設置されているため、徐熱用ヒータと熱プロセス用ヒータとの間、又は室温と徐熱用ヒータとの間で温度差が生じてしまう。また、熱処理用ヒータ以外にもう一つヒータを設ける必要があり、さらに、徐熱用ヒータの効果を出すには徐熱用ヒータ部にある程度長さが必要となることで、反応室のスペースが短くなり一度に処理する基板の処理枚数が減るということが考えられる。

本発明の目的は、上記従来の問題点を解消し、熱処理中に発生する基板の傷発生を少なくし、基板のスリップを抑制し、基板の反りを抑制し、もって高品質な基板を製造する熱処理装置及び基板の製造方法を提供する。

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、複数のゾーンに分割されたヒータにより加熱された反応炉内に基板を搬入する基板搬入ステップと、基板搬入後前記反応炉内温度を熱処理温度まで昇温させる昇温ステップと、前記反応炉内で基板を熱処理する熱処理ステップと、熱処理後の基板を前記反応炉より搬出する基板搬出ステップとを有し、前記基板搬入ステップまたは前記基板搬出ステップでは前記各ヒータゾーンの設定温度を異ならせて温度傾斜を設けると共に、前記昇温ステップでは前記各ヒータゾーンの設定温度を略等しくして温度傾斜をフラットにする基板の製造方法にある。

好ましくは、前記基板搬入ステップ又は前記基板搬出ステップでは前記各ヒータゾーンの設定温度を炉口に近づく程小さくすることを特徴とする。また、好ましくは、前記昇温ステップでは、炉口に最も近いヒータゾーンの温度をそれと隣接するヒータゾーンの設定温度と等しくし、次に、設定温度を等しくしたヒータゾーンの温度を、それらと隣接するヒータゾーンの設定温度と等しくし、これを繰り返すことにより、段階的に前記各ヒータゾーンの設定温度を略等しくして温度傾斜をフラットにする。また、好ましくは、前記昇温ステップで前記各ヒータゾーンの設定温度を等しくして温度傾斜をフラットにした後、段階的に前記ヒータの設定温度を上昇させる。また、好ましくは、基板を反応炉内に搬入する際、基板を支持具により支持した状態で搬入する。また、好ましくは、前記支持具は、複数枚の基板を略水平姿勢で隙間をもって複数段に支持するよう構成される。また、好ましくは、前記支持具は、本体部と、基板と接触する支持部とを有し、支持部は板状部材からなる。さらに、本発明における熱処理は、好ましくは１２００℃以上、さらには１３５０℃以上の高温で行われる。

また、本発明の第２の特徴とするところは、基板を処理する反応炉と、反応炉内を加熱する複数のゾーンに分割されたヒータと、反応炉内に基板を搬入搬出する搬入搬出手段と、反応炉内に基板を搬入または搬出する際は、前記各ヒータゾーンの設定温度を異ならせて温度傾斜を設けると共に、基板搬入後に反応炉内の温度を昇温させる際は前記各ヒータゾーンの設定温度を等しくして温度傾斜をフラットにするよう制御する制御手段と、を有する熱処理装置にある。

本発明によれば、熱処理中に発生する基板の傷発生を少なくし、基板のスリップラインの発生を抑制し、基板の反りを抑制し、もって高品質な基板を提供することができ、歩留まり向上によりコストの低減を実現することができる。

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の一例が示されている。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には、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。

筺体１２内の正面側であって、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。ポッド棚２０はポッドオープナ２２の上方に配置され、基板枚数検知器２４はポッドオープナ２２に隣接して配置される。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。

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（ツィーザ）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、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。さらに筐体１２内の背面側上部には反応炉４０が配置されている。この反応炉４０内に複数枚の基板を装填した支持具３０が搬入され熱処理が行われる。

図２において、反応炉４０の一例が示されている。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、上端部が閉塞され、下端部が開放された円筒状に形成され、開放された下端部がフランジ状に形成されている。この反応管４２の下方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。アダプタ４４は、上端部と下端部が開放された円筒形状をしており、開放された上端部と下端部はフランジ状に形成されている。アダプタ４４の上端部フランジの上面に反応管４２の下端部フランジの下面が当接している。また、アダプタ４４を除いた反応管４２の周囲には、後述するヒータ４６が配置されている。

反応管４２の下部は、支持具３０を挿入するために開放され、この開放部分（炉口部）は炉口シールキャップ４８がＯリングを挟んでアダプタ４４の下端部フランジの下面に当接することにより密閉されるようにしてある。炉口シールキャップ４８は支持具３０を支持し、支持具３０と共に昇降可能に設けられている。炉口シールキャップ４８と支持具３０との間には、第２の断熱部としての石英製の第２のキャップ５２と、この第２のキャップ５２の上部に配置された第１の断熱部としてのＳｉＣ製の第１のキャップ５０とが介在されている。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。

１２００℃以上の高温での処理を可能とするため、反応管４２はＳｉＣ製としてある。このＳｉＣ製の反応管４２を炉口部まで延ばし、このＳｉＣ製の炉口部をＯリングを介して炉口シールキャップ４８でシールする構造とすると、ＳｉＣ製の反応管を介して伝達された熱によりシール部まで高温となり、シール材料であるＯリングを溶かしてしまうおそれがある。Ｏリングを溶かさないようＳｉＣ製の反応管４２のシール部を冷却すると、ＳｉＣ製の反応管４２が温度差による熱膨張差により破損してしまう。そこで、ヒータ４６による加熱領域をＳｉＣ製の反応管４２で構成し、ヒータ４６による加熱領域から外れた部分を石英製のアダプタ４４で構成することで、ＳｉＣ製の反応管４２からの熱の伝達を和らげ、Ｏリングを溶かすことなく、また反応管４２を破損することなく、炉口部のシールをすることが可能となる。

アダプタ４４には、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。また、アダプタ４４の内壁は反応管４２の内壁よりも内側にあり（突出しており）、アダプタ４４の側壁部（肉厚部）には、ガス供給口５６と連通し、垂直方向に向かうガス導入経路６４が設けられ、その上部にはノズル取付孔が上方に開口するように形成されている。このノズル取付孔は、ガス供給口５６とガス導入経路６４とに連通している。また、このノズル取付孔にはノズル６６が挿入固定されている。すなわち、アダプタ４４の反応管４２の内壁よりも内側に突出した部分の上面にノズル６６が接続され、この上面によりノズル６６が支持されることとなる。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、アダプタ４４の側壁部に設けられたガス導入経路６４，ノズル６６を介して反応管４２内に供給される。

ノズル６６は、ノズル取付孔の位置から反応管４２の内壁に沿って基板配列領域よりも上方（支持具３０の頂部よりも上方）まで垂直に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。

上述したように、反応炉４０において、１２００℃以上の高温での処理を可能とするため、反応管４２は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℃以上である。一方、基板が支持された支持具３０は、反応管４２と同様にＳｉＣ製としている。また、その下方に位置する第１の断熱部５０はＳｉＣ製、その下方に位置する第２の断熱部５２は石英製としている。第１の断熱部５０を石英製とすると、処理温度が１３５０℃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。

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、炉口シールキャップ４８が高温になる。炉口シールキャップ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℃であるＯリングが溶けて、炉口シールキャップ４８による遮蔽性が失われる。さらに、第１の断熱部５０の変形により、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℃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。

次に、上述した支持具３０について説明する。
図３において、支持具３０は、本体部６８と支持部７０とから構成されている。本体部６８は、例えば炭化珪素からなり、上部板７２、下部板７４、及び該上部板７２と下部板７４とを接続する支柱７６を有する。また、この本体部６８には、この支柱７６から前述した基板移載機２６側に延びる載置部７８が多数平行に形成されている。

支持部７０はシリコン製の板状部材からなり、例えば基板５４と同心円状の円柱状に形成され、この支持部７０の下面が載置部７８上面に接触して支持部７０が載置部７８上に載置され、支持部７０の上面に基板５４の下面が接触して基板５４を載置支持する。支持部７０の径は基板５４の径より小さく、支持部７０は基板５４の周縁部とは接触することなく基板５４を支持する。

次に、上述したヒータ４６について説明する。
図４において、上述した反応炉４０における複数のゾーンに分割されたヒータ４６が示されている。ヒータ４６は反応炉４０の上部から順にＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４及びＴ５と５つのヒータゾーンに分割され、各々単独に温度設定が可能であり、これにより反応炉４０内に任意に温度傾斜を設定することができる。なお、ヒータ４６の温度制御は制御装置１００により行なう。

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。
なお、以下の説明において熱処理装置を構成する各部の動作は、制御手段１００によりコントロールされる。
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。

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。

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、予めヒータ４６の各ヒータゾーンの設定温度を異ならせて温度傾斜を設けておいた反応炉４０内に複数枚の基板を装填した支持具３０を装入し（基板搬入ステップ）、炉口シールキャップ４８により反応管４２内を密閉する。次に、ヒータ４６の各ヒータゾーンの設定温度を略等しくして温度傾斜をフラットにして炉内温度を熱処理温度まで昇温させて（昇温ステップ）、ガス導入管６０からガス導入口５６、アダプタ４４側壁部に設けたガス導入経路６４、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（熱処理ステップ）。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℃程度以上の温度に加熱される。

基板の熱処理が終了すると、ヒータ４６の各ヒータゾーンの設定温度を略等しくして温度傾斜をフラットにした状態を維持して降温し（降温ステップ）、その後、ヒータ４６の各ヒータゾーンの設定温度を異ならせて温度傾斜を設け、この状態で熱処理後の基板を支持した支持具３０を反応炉４０から搬出する（基板搬出ステップ）。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。

本発明においては、基板搬入ステップまたは基板搬出ステップではヒータ４６の各ヒータゾーンの設定温度を異ならせて反応炉４０内に温度傾斜を設けると共に、昇温ステップでは各ヒータゾーンの設定温度を略等しくして反応炉４０内の温度傾斜をフラットにする制御を行う。
温度傾斜（温度勾配）を実現する方法としては、ヒータ構造が同一であるとの前提とすると、（ａ）電流値を一定にしてサイリスタにより電力を制御する方法、（ｂ）供給電力は一定としてサイリスタにより電力を制御する方法の２通りあるが、どちらを用いてもよい。

次に、上述した支持具３０の搬入時及び搬出時のヒータ４６の温度制御について詳述する。
上述のように、支持具３０の搬入時及び搬出時にヒータ４６の各ヒータゾーン（上部からＴ１，Ｔ２，．．．Ｔ５）に対応する反応管４２内の上部から下部に温度傾斜（温度勾配）を作る。例えば、各ヒータゾーンに対応する反応管４２内の温度範囲：Ｔ１を８００℃〜６００℃，Ｔ２を７００℃〜５００℃，Ｔ３を６００℃〜４００℃，Ｔ４を５００℃〜３００℃，Ｔ５を４００℃〜２００℃に設定する（Ｔ１≧Ｔ２≧Ｔ３≧Ｔ４≧Ｔ５）。
各ヒータゾーンの温度範囲を上記のように設定することにより、支持具３０が反応管４２内に挿入開始される初期段階において、支持具３０に載置された室温の基板５４がヒータゾーンＴ５から受ける輻射熱量を少なくすることができる。よって、支持具３０が反応管４２内に挿入開始される初期段階において、基板５４の周辺部と中央部での過渡的な温度差を低減することができる。

支持具３０が反応管４２内に挿入開始されてから一定時間経過し、ヒータゾーンＴ４に支持具３０が近づくと、基板５４の周辺部が受けるヒータゾーンＴ４からの輻射熱量が大きくなる。ところが、この段階までにそれ以前（ヒータゾーンＴ５）に受けた輻射熱の一部は、基板５４内の熱伝導により、基板５４の周辺部から中央部に向かって流れるため、基板５４の中央部の温度はある程度上昇している。このため、基板５４の周辺部と中心部との温度差は低減される。したがって、従来法に比べ、ヒータゾーンＴ４から受ける輻射熱の増大分（ヒータゾーンＴ４から受ける熱量とヒータゾーンＴ５から受ける熱量の差又は、ヒータゾーンＴ４から受ける熱量と基板が放出する熱量との差）による基板５４の周辺部の過渡的な温度上昇は少なくなる。よって、支持具３０が反応管４２内に挿入開始されてから一定時間経過後においても、基板５４の周辺部と中央部での過渡的な温度差を低減することができる。

同様に、支持具３０が反応管４２内に挿入開始されてから更に一定時間経過後、ヒータゾーンＴ３に支持具３０が近づくと、基板５４の周辺部が受けるヒータゾーンＴ３からの輻射熱量が大きくなる。ところが、この段階までにそれ以前（ヒータゾーンＴ５及びヒータゾーンＴ４）に受けた輻射熱の一部は、基板５４内の熱伝導により、基板５４の周辺部から中央部に向かって流れるため、基板５４の中央部の温度はある程度上昇し、基板周辺部と中央部での過渡的な温度差は低減される。この現象を繰り返すことにより、各基板５４内の温度差は低減されることになる。

また、支持具３０が反応管４２内に挿入完了した後は、一例として、各ヒータゾーンを同一の昇温レートで、同一の温度にしてもよい。例えば、支持具３０の挿入時における各ヒータゾーンの設定をＴ１＝７００℃，Ｔ２＝６００℃，Ｔ３＝５００℃，Ｔ４＝４００℃，Ｔ５＝３００℃とし、支持具３０の挿入完了後、目標温度を７００℃として、各ヒータゾーンの全ての昇温レートを例えば２０℃／分とした場合（ただしヒータゾーンＴ１は除く）、２０分経過後各ヒータゾーンは同一の温度となる。

また、他の一例として、各ヒータゾーンの昇温レートを各ヒータゾーン毎に変化させ、全てのヒータゾーンの温度を同一にしてもよい。例えば、支持具３０の挿入時における各ヒータゾーンの設定をＴ１＝７００℃，Ｔ２＝６００℃，Ｔ３＝５００℃，Ｔ４＝４００℃，Ｔ５＝３００℃とし、支持具３０の挿入完了後、各ヒータゾーンの昇温レートを例えばＴ１＝０℃／分，Ｔ２＝５℃／分，Ｔ３＝１０℃／分，Ｔ４＝１５℃／分，Ｔ５＝２０℃／分とすると、２０分経過後に全てのヒータゾーンの温度が同一となる。

ところで、支持具３０を反応管４２内に挿入する際に、支持具３０の上段と比較し下段の基板５４ほど反応管４２内に入るのが遅いため、支持具３０挿入後、下段の基板５４の温度と反応管４２内の温度との温度差が大きい。この下段の基板５４と反応管４２内の温度差を緩和させて、ヒータ６４の温度傾斜をフラットにする方法として、各ヒータゾーンＴ１，Ｔ２，．．．Ｔ５の温度を段階的に（徐々に）等しくしていく方法がある。即ち、炉口に最も近いヒータゾーンの温度をそれと隣接する１つのヒータゾーンの設定温度と等しくし、次に設定温度を等しくした複数のヒータゾーンの温度をそれらと隣接する１つのヒータゾーンの設定温度と等しくし、これを繰り返すことにより、段階的に各ヒータゾーンの設定温度を等しくして温度傾斜をフラットにする。

具体的には、反応管４２内に支持具３０を挿入する際、各ヒータゾーンの設定温度をＴ５＜Ｔ４＜Ｔ３＜Ｔ２＜Ｔ１とする。反応管４２内に支持具３０を挿入後、まずＴ５の設定温度を上昇させ、Ｔ４と等しくする（Ｔ５＝Ｔ４＜Ｔ３＜Ｔ２＜Ｔ１）。次に、Ｔ５とＴ４の設定温度を上昇をさせてＴ３と等しくする（Ｔ５＝Ｔ４＝Ｔ３＜Ｔ２＜Ｔ１）。更に、Ｔ５，Ｔ４及びＴ３の設定温度を上昇させてＴ２と等しくする（Ｔ５＝Ｔ４＝Ｔ３＝Ｔ２＜Ｔ１）。更に、Ｔ５，Ｔ４，Ｔ３及びＴ２の設定温度を上昇させＴ１と等しくする（Ｔ５＝Ｔ４＝Ｔ３＝Ｔ２＝Ｔ１）。このように、各ヒータゾーンＴ１，Ｔ２，．．．Ｔ５の温度を段階的に（徐々に）等しくすることにより、支持具３０の下段の基板５４においても周辺部と中央部とで過渡的な温度差が発生するのを抑制することができる。

なお、各ヒータゾーンＴ１，Ｔ２，．．．Ｔ５の設定温度を段階的に（徐々に）等しくすることにより、反応管４２内の温度は徐々に上昇することとなる。また、各ヒータゾーンの設定温度を等しくして温度傾斜をフラットにした後は、段階的に全てのヒータゾーンの設定温度を上昇させ、反応管４２内の温度を処理温度まで上昇させる。

以上により、支持具３０の反応管４２内への挿入開始時から反応管４２の昇温完了時にかけて、基板５４内の周辺部と中央部での温度差が発生しにくくなり、基板５４の弾性変形を防止することができる。これにより基板５４と支持具３０の接触部分でこすれが生じるおそれが少なくなり、傷の発生を抑制することができる。さらに、基板５４内に局所的な応力集中を低減できるだけでなく、傷の存在による転位発生のための降伏応力の低下を防止し、スリップの発生を抑制することにより、基板５４の反りも抑制することが可能となる。

なお、支持具３０を反応管４２内から搬出する場合においては、支持具３０を反応管４２内に挿入する場合と逆の動作を行なうようにする。この場合、支持具３０の反応管４２内への挿入時と、熱の流れの方向を除いて、基板４２内の温度差を低減する作用は同様である。即ち、支持具３０を反応管４２内へ挿入する際は、熱伝導により基板４２内の周辺部から中央部へ輻射熱の一部が流れるのに対し、支持具３０を反応管４２内から搬出する際は、基板４２内の中央部から周辺部へ熱が流れることにより基板４２内の過渡的な温度差を発生を抑制する。

次に、実施例と比較例について説明する。

図４に示す反応炉を有する縦型熱処理装置を用いて、炭化珪素製の支持具３０に基板５４を５０枚載置し、反応管４２内で熱処理を実施した。この基板５４は、直径３００ｍｍのシリコン基板とした。ヒータ４６の各ヒータゾーンの供給電力を制御し、各ヒータゾーンの設定温度を、Ｔ１：７００℃，Ｔ２：６００℃，Ｔ３：５００℃，Ｔ４：４００℃，Ｔ５：３００℃として温度傾斜を設け、反応管４２内に支持具３０を速度１００ｍｍ／分で挿入した。支持具３０の挿入完了後、まず、ヒータゾーンＴ５の設定温度を３００℃から４００℃まで上昇させてヒータゾーンＴ４の設定温度と等しくし（昇温時間５分）、その後、ヒータゾーンＴ５及びＴ４の設定温度を４００℃から５００℃まで上昇させてヒータゾーンＴ３の設定温度と等しくし（昇温時間５分）、さらにその後ヒータゾーンＴ５，Ｔ４及びＴ３の設定温度を５００℃から６００℃まで上昇させてヒータゾーンＴ２の設定温度と等しくし（昇温時間５分）、さらにその後ヒータゾーンＴ５，Ｔ４，Ｔ３及びＴ２の設定温度を６００℃から７００℃まで上昇させてヒータゾーンＴ１の設定温度と等しくして（昇温時間５分）、温度傾斜をフラットにした。
次に、各ヒータゾーンの昇温レートを１０℃／分とし、１０００℃まで昇温し、１０００℃〜１２００℃の温度範囲を昇温レート１℃／分で昇温した。１２００℃で１時間保持して基板５４に対して熱処理を行なった後、１２００℃〜１０００℃の温度範囲を降温レート１℃／分で降温し、１０００℃〜７００℃の温度範囲を降温レート１０℃／分で降温した。
次に、降温レート１０〜２０℃／分で各ヒータゾーンの温度をＴ２：６００℃，Ｔ３：５００℃，Ｔ４：４００℃，Ｔ５：３００℃に降温して温度傾斜を設け、支持具３０を反応管４２から搬出した。
その後、熱処理後の基板５４の裏面を光学顕微鏡で観察した結果、基板５４の裏面には傷の発生は僅か（傷の高さ１μｍ以下）であり、スリップの発生は見られなかった。反り計で基板５４の反りを測定した結果、反り量は１０μｍ以下であり、熱処理前後で大きな反りの変化は見られなかった。なお、この工程中での基板５４内の温度差は最大約８０℃以下であった。

図４に示す反応炉を有する縦型熱処理装置を用いて、炭化珪素製の支持具３０に基板５４を５０枚載置し、反応炉４２内で熱処理を実施した。この基板５４は、直径３００ｍｍのシリコン基板とした。ヒータ４６の各ヒータゾーンの供給電力を制御し、各ヒータゾーンの設定温度を、Ｔ１：８００℃，Ｔ２：６００℃，Ｔ３：５００℃，Ｔ４：４００℃，Ｔ５：３００℃として温度傾斜を設け、反応管４２内に支持具３０を挿入した。支持具３０の挿入完了後、まず、ヒータゾーンＴ５の設定温度を３００℃から４００℃まで上昇させてヒータゾーンＴ４の設定温度と等しくし（昇温時間５分）、その後、ヒータゾーンＴ５及びＴ４の設定温度を４００℃から５００℃まで上昇させてヒータゾーンＴ３の設定温度と等しくし（昇温時間５分）、さらにその後ヒータゾーンＴ５，Ｔ４及びＴ３の設定温度を５００℃から６００℃まで上昇させてヒータゾーンＴ２の設定温度と等しくし（昇温時間５分）、さらにその後ヒータゾーンＴ５，Ｔ４，Ｔ３及びＴ２の設定温度を６００℃から８００℃まで上昇させて、ヒータゾーンＴ１の設定温度と等しくして（昇温時間１０分）、温度傾斜をフラットにした。
次に、各ヒータゾーンの昇温レートを１０℃／分とし、１０００℃まで昇温し、１０００℃〜１２００℃の温度範囲を昇温レート１℃／分で昇温した。１２００℃で１時間保持して基板５４に対して熱処理を行なった後、１２００℃〜１０００℃の温度範囲を降温レート１℃／分で降温し、１０００℃〜７００℃の温度範囲を降温レート１０℃／分で降温した。
次に、降温レート１０〜２０℃／分で各ヒータゾーンの温度をＴ２：６００℃，Ｔ３：５００℃，Ｔ４：４００℃，Ｔ５：３００℃に降温して温度傾斜を設け、支持具３０を反応管４２から搬出した。
その後、熱処理後の基板５４の裏面を光学顕微鏡で観察した結果、基板５４の裏面には傷の発生は僅か（傷の高さ１μｍ以下）であり、スリップの発生は見られなかった。なお、この工程中での基板５４内の温度差は最大約９５℃以下であった。

図４に示す反応炉を有する縦型熱処理装置を用いて、炭化珪素製の支持具３０に基板５４を５０枚載置し、反応管４２内で熱処理を実施した。この基板５４は、直径３００ｍｍのシリコン基板とした。ヒータ４６の各ヒータゾーンの供給電力を制御し、各ヒータゾーンの設定温度を、Ｔ１：７００℃，Ｔ２：６００℃，Ｔ３：６００℃，Ｔ４：４００℃，Ｔ５：２００℃として温度傾斜を設け、反応管４２内に支持具３０を挿入した。支持具３０の挿入完了後、まず、ヒータゾーンＴ５の設定温度を２００℃から４００℃まで上昇させてヒータゾーンＴ４の設定温度と等しくし（昇温時間５分）、その後、ヒータゾーンＴ５及びＴ４の設定温度を４００℃から６００℃まで上昇させてヒータゾーンＴ３及びＴ２の設定温度と等しくし（昇温時間５分）、さらにその後ヒータゾーンＴ５，Ｔ４，Ｔ３及びＴ２の設定温度を６００℃から７００℃まで上昇させてヒータゾーンＴ１の設定温度と等しくして（昇温時間５分）、温度傾斜をフラットにした。
次に、各ヒータゾーンの昇温レートを１０℃／分とし、１０００℃まで昇温し、１０００℃〜１３５０℃の温度範囲を昇温レート１℃／分で昇温した。１３５０℃で数時間保持して基板５４に対して熱処理を行なった後、１３５０℃〜１０００℃の温度範囲を降温レート１℃／分で降温し、１０００℃〜７００℃の温度範囲を降温レート１０℃／分で降温した。
次に、降温レート１０〜２０℃／分で各ヒータゾーンの温度をＴ２：６００℃，Ｔ３：４００℃，Ｔ４：４００℃，Ｔ５：３００℃に降温して温度傾斜を設け、支持具３０を反応管４２から搬出した。
その後、熱処理後の基板５４の裏面を光学顕微鏡で観察した結果、基板５４の裏面には傷の発生は僅か（傷の高さ１μｍ以下）であり、スリップの発生は見られなかった。なお、この工程中での基板５４内の温度差は最大約８０℃以下であった。

図４に示す反応炉を有する縦型熱処理装置を用いて、炭化珪素製の支持具３０に基板５４を５０枚載置し、反応炉４２内で熱処理を実施した。この基板５４は、直径３００ｍｍのシリコン基板とした。ヒータ４６の各ヒータゾーンの供給電力を制御し、各ヒータゾーンの設定温度を、Ｔ１：７００℃，Ｔ２：６００℃，Ｔ３：５００℃，Ｔ４：４００℃，Ｔ５：２００℃として温度傾斜を設け、反応管４２内に支持具３０を挿入した。支持具３０の挿入完了後、まず、ヒータゾーンＴ５の設定温度を２００℃から４００℃まで上昇させてヒータゾーンＴ４の設定温度と等しくし（昇温時間１０分）、その後、ヒータゾーンＴ５及びＴ４の設定温度を４００℃から５００℃まで上昇させてヒータゾーンＴ３の設定温度と等しくし（昇温時間５分）、さらにその後ヒータゾーンＴ５，Ｔ４及びＴ３の設定温度を５００℃から６００℃まで上昇させてヒータゾーンＴ２の設定温度と等しくし（昇温時間５分）、さらにその後ヒータゾーンＴ５，Ｔ４，Ｔ３及びＴ２の設定温度を６００℃から７００℃まで上昇させてヒータゾーンＴ１の設定温度と等しくして（昇温時間５分）、温度傾斜をフラットにした。
次に、各ヒータゾーンの昇温レートを１０℃／分とし、１０００℃まで昇温し、１０００℃〜１３５０℃の温度範囲を昇温レート１℃／分で昇温した。１３５０℃で数時間保持して基板５４に対して熱処理を行なった後、１３５０℃〜１０００℃の温度範囲を降温レート１℃／分で降温し、１０００℃〜８００℃の温度範囲を降温レート１０℃／分で降温した。
次に、降温レート１０〜２０℃／分で各ヒータゾーンの温度をＴ２：６００℃，Ｔ３：５００℃，Ｔ４：４００℃，Ｔ５：３００℃に降温して温度傾斜を設け、支持具３０を反応管４２から搬出した。
その後、熱処理後の基板５４の裏面を光学顕微鏡で観察した結果、基板５４の裏面には傷の発生は僅か（傷の高さ１μｍ以下）であり、スリップの発生は見られなかった。なお、この工程中での基板５４内の温度差は最大約９５℃以下であった。

図４に示す反応炉を有する縦型熱処理装置を用いて、炭化珪素製の支持具３０に基板５４を５０枚載置し、熱処理を実施した。この基板５４は、直径３００ｍｍ，厚さ１ｍｍの石英基板とした。熱処理温度の最高温度を１０５０℃とし、その他の条件は、実施例４と同一とした。
実施例４と同様に熱処理を実施し、熱処理後の基板５４の裏面を光学顕微鏡で観察した結果、基板５４の裏面には傷の発生は僅か（傷の高さ２μｍ以下）であった。なお、この工程中での基板５４内の温度差は最大約１１０℃以下であった。

比較例１
図４に示す反応炉を有する縦型熱処理装置を用いて、炭化珪素製の支持具３０に基板５４を５０枚載置し、熱処理を実施した。この基板５４は、直径３００ｍｍのシリコン基板とした。ヒータ４６の設定温度は７００℃とし、反応管４２内に支持具３０を速度１００ｍｍ／分で挿入した。
支持具３０の挿入完了後、ヒータの昇温レートを１０℃／分とし、１０００℃まで昇温し、１０００℃〜１２００℃の温度範囲を昇温レート１℃／分で昇温した。１２００℃で１時間保持して熱処理を行なった後、１２００℃〜１０００℃の温度範囲を降温レート１℃／分で降温し、１０００℃〜７００℃の温度範囲を降温レート１０℃／分で降温し、支持具３０を反応管４２から搬出した。
その後、熱処理後の基板５４の裏面を光学顕微鏡で観察した結果、基板５４の裏面には傷（最大長さ約２５０μｍ，最大高さ約７μｍ）の発生が見られた。また傷発生付近には多数のスリップライン（長さ３〜３０ｍｍ）が見られた。反り計で基板５４の反りを測定した結果、反り量は６０〜７０μｍであった。なお、この工程中での基板５４内の温度差は最大約１８０℃であった。

比較例２
図４に示す反応炉を有する縦型熱処理装置を用いて、炭化珪素製の支持具３０に基板５４を５０枚載置し、熱処理を実施した。この基板５４は、直径３００ｍｍのシリコン基板とした。ヒータ４６の設定温度は７００℃とし、反応管４２内に支持具３０を速度１００ｍｍ／分で挿入した。また、支持具３０の搬出時におけるヒータ４６の設定温度を８００℃とし、その他の条件は、比較例１と同一とした。
比較例１と同様に熱処理を実施し、処理後の基板５４の裏面を光学顕微鏡で観察した結果、基板５４の裏面には３箇所に傷の発生が見られた。また傷発生付近には多数のスリップライン（長さ３〜３５ｍｍ）が見られた。反り計で基板５４の反りを測定した結果、反り量は８０〜１００μｍであった。なお、この工程中での基板５４内の温度差は最大約１９０℃であった。

比較例３
図４に示す反応炉を有する縦型熱処理装置を用いて、炭化珪素製の支持具３０に基板５４を５０枚載置し、熱処理を実施した。この基板５４は、直径３００ｍｍ，厚さ１ｍｍの石英基板とした。熱処理温度の最高温度を１０５０℃とし、その他の条件は、比較例１と同一とした。
比較例１と同様に熱処理を実施し、熱処理後の基板５４の裏面を光学顕微鏡で観察した結果、基板５４の裏面には３箇所に傷（最大長さ約８０μｍ，最大高さ約１０μｍ）の発生が見られた。

なお、上記実施形態及び実施例の説明にあっては、熱処理装置として、複数の基板を熱処理するバッチ式のものを用いたが、これに限定するものではなく、枚葉式のものであってもよい。

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。

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。

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℃〜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。

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℃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。

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。

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。

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。 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。 本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた支持具を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた反応炉のヒータを示す断面図である。

符号の説明

１０ 熱処理装置
２６ 基板移載機
３０ 支持具
４０ 反応炉
４２ 反応管
４６ ヒータ
５４ 基板
１００ 制御手段

Claims (2)

1. 複数のゾーンに分割されたヒータにより加熱された反応炉内に基板を搬入する基板搬入ステップと、
   基板搬入後前記反応炉内温度を熱処理温度まで昇温させる昇温ステップと、
   前記反応炉内で基板を熱処理する熱処理ステップと、
   熱処理後の基板を前記反応炉より搬出する基板搬出ステップとを有し、
   前記基板搬入ステップまたは前記基板搬出ステップでは前記各ヒータゾーンの設定温度を異ならせて温度傾斜を設けると共に、前記昇温ステップでは前記各ヒータゾーンの設定温度を略等しくして温度傾斜をフラットにすることを特徴とする基板の製造方法。
2. 基板を処理する反応炉と、
   反応炉内を加熱する複数のゾーンに分割されたヒータと、
   反応炉内に基板を搬入搬出する搬入搬出手段と、
   反応炉内に基板を搬入または搬出する際は、前記各ヒータゾーンの設定温度を異ならせて温度傾斜を設けると共に、基板搬入後に反応炉内の温度を昇温させる際は前記各ヒータゾーンの設定温度を略等しくして温度傾斜をフラットにするよう制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする熱処理装置。

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