(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦型熱処理炉のウェーハボートに半導体ウェーハを載置して熱処理を行う方法において、前記ウェーハボートの位置と前記半導体ウェーハの載置位置との相対位置と、スリップ発生量との関係を求め、該求めた関係を基に、前記ウェーハボートの位置と前記半導体ウェーハの載置位置との相対位置の初期位置を設定し、該設定した初期位置から基準値内になるように前記半導体ウェーハを前記ウェーハボートに載置して前記熱処理を行うことを特徴とする半導体ウェーハの熱処理方法。
【請求項２】
前記熱処理を複数バッチ行う際、前記ウェーハボートの位置と前記半導体ウェーハの載置位置との相対位置が前記初期位置から基準値内になるように管理しながら熱処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの熱処理方法。
【請求項３】
前記管理として、前記ウェーハボートの中心位置の変位量を測定し、該測定した変位量によって、前記ウェーハボートの位置と前記半導体ウェーハの載置位置との相対位置が前記初期位置から基準値内になるように、前記半導体ウェーハ又は前記ウェーハボートの中心位置を変位させることを特徴とする請求項２に記載の半導体ウェーハの熱処理方法。
【請求項４】
前記ウェーハボートの中心位置の変位量の測定を、前記熱処理の各バッチ毎、所定数のバッチ毎、又は前記縦型熱処理炉のメンテナンス毎に行うことを特徴とする請求項３に記載の半導体ウェーハの熱処理方法。
【請求項５】
前記設定する前記ウェーハボートの位置と前記半導体ウェーハの載置位置との相対位置の初期位置を、前記求めた前記ウェーハボートの位置と前記半導体ウェーハの載置位置との相対位置と、スリップ発生量との関係において、スリップ発生量が最小となる相対位置に設定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体ウェーハの熱処理方法。
【請求項６】
前記基準値を、０．５ｍｍとすることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体ウェーハの熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ、特にシリコン単結晶ウェーハの熱処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハとして使用されるシリコン単結晶ウェーハに対し、結晶品質を向上させる、あるいは、表層部分に膜構造を形成する、等の各種目的のために熱処理が用いられる。このような熱処理技術は、各種半導体プロセスに用いられており、基本的かつ重要な技術となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−５４４４７号公報
【特許文献２】特開２０００−３１１８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
熱処理炉においてシリコン単結晶ウェーハを熱処理する際に、ウェーハボートとの接触部分から、スリップ転位（以下、単にスリップとも呼ぶ）と呼ばれる欠陥が発生することがある。このスリップは、シリコン単結晶ウェーハがウェーハボートに接触した時に生じる機械的なダメージを起点とし、ウェーハ自重による応力や、熱変形時に生じる応力、更に、高温の熱エネルギーが加わることで、長さ数ミリメートルから数センチメートルにわたってシリコン結晶構造がずれて形成される欠陥である。
縦型熱処理炉を用いた場合、横型炉と比較し、ウェーハ自重が分散され、ウェーハ面内の熱分布の均一性も良いことから、スリップが抑制される傾向がある。ただし、縦型熱処理炉を使用した場合においても、スリップが多く発生し、問題となることがあった。
【０００５】
特許文献１には、スリップを低減するため、半導体ウェーハの荷重を分散させ、かつ自重応力を最小にし得るような３点の位置を支持して熱処理することが記載されている。
特許文献２には、スリップを発生させない熱処理方法として、熱処理中にウェーハボートの傾きを変化させることによって、半導体ウェーハの最大応力発生点を変更させる熱処理方法が記載されている。
しかし、いずれの方法でも、スリップの発生を安定して抑制することは困難であった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、縦型熱処理炉を用いた半導体ウェーハの熱処理において、スリップの発生を安定して抑制することができる方法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】
上記目的を達成するために、本発明は、縦型熱処理炉のウェーハボートに半導体ウェーハを載置して熱処理を行う方法において、前記ウェーハボートの位置と前記半導体ウェーハの載置位置との相対位置と、スリップ発生量との関係を求め、該求めた関係を基に、前記ウェーハボートの位置と前記半導体ウェーハの載置位置との相対位置の初期位置を設定し、該設定した初期位置から基準値内になるように前記半導体ウェーハを前記ウェーハボートに載置して前記熱処理を行うことを特徴とする半導体ウェーハの熱処理方法を提供する。
【０００８】
このように熱処理を行うことで、ウェーハボートに半導体ウェーハを載置する際、スリップが出にくい載置位置に半導体ウェーハを効率的に載置することができ、これにより、熱処理中のスリップの発生を効果的に安定して抑制することができる。
【０００９】
このとき、前記熱処理を複数バッチ行う際、前記ウェーハボートの位置と前記半導体ウェーハの載置位置との相対位置が前記初期位置から基準値内になるように管理しながら熱処理を行うことが好ましい。
このように、複数バッチの熱処理を行う場合にも、上記のように管理することでより安定してスリップを抑制しながら熱処理ができる。
【００１０】
このとき、前記管理として、前記ウェーハボートの中心位置の変位量を測定し、該測定した変位量によって、前記ウェーハボートの位置と前記半導体ウェーハの載置位置との相対位置が前記初期位置から基準値内になるように、前記半導体ウェーハ又は前記ウェーハボートの中心位置を変位させることが好ましい。
このようにウェーハボートの位置の変位量を測定して、上記のように管理することで、熱処理におけるスリップの発生をより効果的に抑制することができる。また、ウェーハボートの中心位置の変位量に基づいて、ウェーハボート位置又は半導体ウェーハの載置位置を変位させることで、ウェーハボートの位置と半導体ウェーハの載置位置との相対位置を簡易かつ確実に管理することができる。
【００１１】
このとき、前記ウェーハボートの中心位置の変位量の測定を、前記熱処理の各バッチ毎、所定数のバッチ毎、又は前記縦型熱処理炉のメンテナンス毎に行うことが好ましい。
このような間隔で上記変位量の測定を行うことで、位置のずれを効率的に管理することができる。
【００１２】
このとき、前記設定する前記ウェーハボートの位置と前記半導体ウェーハの載置位置との相対位置の初期位置を、前記求めた前記ウェーハボートの位置と前記半導体ウェーハの載置位置との相対位置と、スリップ発生量との関係において、スリップ発生量が最小となる相対位置に設定することが好ましい。
このように設定することで、スリップの発生をより低減することができる。
【００１３】
このとき、前記基準値を、０．５ｍｍとすることが好ましい。
このような基準値であれば、スリップを安定して確実に低減することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、安定してスリップを抑制しながら熱処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の熱処理方法で用いることができる縦型熱処理炉の一例を示す概略図である。
【図２】実施例、比較例において求めたウェーハ載置位置とスリップ発生量との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の熱処理方法において、ウェーハボートの位置を測定する際の説明図である。
【図４】実施例、比較例において測定したスリップ発生量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
縦型熱処理炉において熱処理を行う場合、同型の熱処理炉を用いた場合においてもスリップの発生状況に大きな変動が生じることがある。
本発明者らは、この状況を詳細に調査した結果、変動はウェーハを載置するウェーハボートの形状の個体差に起因することが判明した。一般的に、ウェーハボートの材質として、石英やＳｉＣ（炭化珪素）等が用いられる。特にＳｉＣは耐熱性に優れるため、高温の熱処理炉に多く用いられるが、その反面で硬度が極めて高く、加工が難しいという特徴を持つ。このため、同一の設計に基づき加工をした場合においても、実際に完成するウェーハボートには、形状の個体差が生じてしまう。
【００１７】
一般的に処理されるウェーハは、ウェーハボートに形成された３、４本の「溝」または「爪」と呼ばれる部分によって支持される。それぞれの「溝」は支持面となる面に平面部が形成されている。理想的には、それぞれの「溝」の支持平面部が、同一平面上に一致して配置されることが望ましいが、先に述べたように、ＳｉＣ製のウェーハボートにおいては、加工が難しく、完全な同一平面に配置させられない場合がある。このように、各溝の支持平面が、全体の統一平面と一致しない場合、ウェーハは面で支持されず、溝の角部分で支持されることになり、局所的に強い応力が発生してしまう。このような状況では、スリップが多く発生することが明らかになった。
【００１８】
理想的には、加工精度の良好なウェーハボートを選択して使用することが望ましいが、先に述べたように加工が難しいことから、必ずしも入手するウェーハボートの加工精度が希望する通りになるとは限らない。また、一般的に熱処理用のウェーハボートは高価であるため、選択使用するために複数のウェーハボートを準備することは著しいコスト高となって難しい。
【００１９】
このような状況を改善するため、更に詳細に調査した結果、加工精度が十分でないウェーハボートを使用した場合においても、ウェーハボートに載置するウェーハの位置を微調整することにより、スリップの発生を抑制できることを見出した。
加工精度が十分でないウェーハボートでは、各溝の支持平面が、同一平面と一致しないため、面で支持されず、溝の角部分で支持されることが問題となる。しかし、事前に、ウェーハの位置を微調整することにより、荷重バランスが変化し、角部分ではなく、面で支持する位置を見出すことができる。
【００２０】
従来、ウェーハボートにウェーハを載置する位置を設定する方法は、ダミーウェーハを用いた搬送テストを行い、目視でボートの中心付近になるような調整作業を行っている。ただし、この方法では、目視で判断した載置位置が必ずしも、スリップを最小量にする位置とは限らない。また、目視で判断するため位置調整制度が悪く、安定的に同じ状態を維持することが難しい。
本発明者らは、このような課題を解決するために、上記知見を基に以下のような本発明を完成させた。
【００２１】
以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は、本発明の熱処理方法で用いることができる縦型熱処理炉の概略図である。
【００２２】
縦型熱処理炉１０の反応室１１の内部に配置されるウェーハボート１３には複数の半導体ウェーハＷが水平に支持されることができる。熱処理の際には、半導体ウェーハＷは、反応室１１の周囲に設けられたヒータ１２によって加熱される。熱処理中、反応室１１にはガス導入管１４を介してガスが導入され、上方から下方に向かって流れてガス排気管１５から外部に排出される。使用するガスは熱処理の目的によって異なるが、主としてＨ２、Ｎ２、Ｏ２、Ａｒ等が用いられる。不純物拡散の場合には、これらのガスを不純物化合物ガスのキャリアガスとしても使用する。
【００２３】
ウェーハボート１３におけるウェーハ支持面は種々の形状が採用されており、円柱形の支柱に凹み状の溝を設けることで形成した半円形の支持面、幅の広い角柱形状の支柱に凹み状の溝を設けることで形成した長方形の支持面等がある。
【００２４】
ウェーハボート１３の材質に関しては、例えばシリコンウェーハ用としては、シリコンウェーハの汚染を防ぐため、通常、石英（ＳｉＯ２）、炭化珪素（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）等の材料が使用されている。例えば、１０００℃を超えるような高温熱処理工程では、石英（ＳｉＯ２）製のボートよりも耐熱性が高いＳｉＣやＳｉ製のボートが使用される。特にＳｉＣ製のボートは、熱処理中に発生する金属汚染を防止できることから多く使用されている。
【００２５】
上記のような縦型熱処理炉を用いる本発明の熱処理方法では、事前に、ウェーハボートの位置と半導体ウェーハの載置位置との相対位置と、スリップ発生量との関係を求め、この求めた関係を基に、ウェーハボートの位置と半導体ウェーハの載置位置との相対位置の初期位置を設定する。
このように半導体ウェーハの載置位置とスリップ発生量との関係を求めて初期位置を設定することで、熱処理時のスリップの発生を効果的に抑制できる載置位置に半導体ウェーハを確実に載置することができる。
【００２６】
例えば、ウェーハボート位置（ウェーハボートの中心の位置）とウェーハ載置位置（ウェーハの中心の位置）を意図的に変化させて上記関係を求め、当該関係を基に、スリップが最も少なくなる相対的な位置関係を調査して、初期位置を設定することができる。
【００２７】
具体的手順の一例としては、まず、ウェーハ載置用ロボットによるウェーハへのＸ方向の載置位置設定値について、初期状態から前後に何段階かずらして熱処理を行い、それぞれの載置位置におけるスリップ発生量を測定し、図２（ａ）のようなグラフを作成する。
その中の最もスリップ発生量が少ない位置にＸ値を固定し、次に、Ｙ方向の載置位置設定値を、初期状態から前後に何段階かずらして熱処理を行う。その際に発生するスリップの量を測定し、得られた図２（ｂ）のようなグラフから、スリップ発生量が最小となるＹ値を決定する。
【００２８】
このようにして決定されたＸ値とＹ値を、管理すべきウェーハ載置位置の初期位置として設定する。また、上記関係を求めた際のウェーハボートの位置を、管理すべきウェーハボート位置の初期位置として設定する。
【００２９】
ここで、スリップの量の評価手段としては、光学式表面散乱方式、赤外線偏光透過方式、Ｘ線回折方式、選択エッチング方式、目視確認方式等、様々あり、いずれの方法を用いてもよい。また、評価する指標として、スリップの信号強度の他、撮影したスリップ画像の画素数を指標にする方法、また、ウェーハ単位でのスリップの有無の枚数比率を指標にする方法等が考えられるが、いずれの方法を使用してもよい。
【００３０】
そして、上記のように設定した初期位置になるように半導体ウェーハをウェーハボートに載置して熱処理を行う。
これにより、ウェーハボートの個体差や半導体ウェーハの載置位置のばらつきによるスリップの発生を効果的に抑制することができる。従って、スリップの発生が低減された熱処理を安定して実施することができる。
【００３１】
また、本発明において熱処理を複数バッチ行う際、ウェーハボートの位置と半導体ウェーハの載置位置との相対位置が初期位置から基準値内になるように管理しながら熱処理を行うことが好ましい。
上記のように初期位置を設定して半導体ウェーハを載置した後には、ウェーハボートと半導体ウェーハの相対的な位置関係を維持するように、定期的に、ウェーハボート位置、あるいは半導体ウェーハの載置位置の調整を行う。半導体ウェーハの載置位置は、ウェーハ載置用ロボットによって正確に数値設定できるため、比較的簡単に管理することができる。一方、炉内へのウェーハボートの設置位置は、機械的な調整幅を見込んで設計されていることが多く、メンテナンス等の再設置作業で変化してしまうことがある。従って、本発明においてウェーハボートの位置と半導体ウェーハの載置位置との相対位置が初期位置から基準値内になるように管理することで、両者の相対的な位置をスリップが最も少なくなる位置に維持することができる。
【００３２】
上記のようにウェーハボートと半導体ウェーハの相対位置を一定に管理するためには、ウェーハボートが毎回同じ位置に設置されるように管理する方法と、ウェーハボートの位置ずれ量を計測し、それに合わせてウェーハの載置位置を変更する方法の２通りが考えられる。
【００３３】
ウェーハボートを毎回同じ位置に設置する管理方法の簡便な例について、図３を用いて説明する。
まず、ウェーハ搭載時のウェーハボート形状の中で、円周形状の部分を見つけ出す。通常、縦型熱処理炉は円柱形状を基本とした形状となっているため、図３のようなウェーハボート形状（ウェーハボートの底部の部材形状１０１）の円周領域１０３から円周形状を見つけ出す。次に、該円周形状のおおよその中心点１０２から、同心円周部分の延長線上に、２箇所の基準点３０２、４０２を設定する。この際、円周形状のおおよその中心点１０２から、２つの基準点を見込む角度が３０°〜１２０°、理想的には９０°となる位置に設定する。この基準点３０２，４０２は、炉内に設置した基準物３０１、４０１に設定する。
【００３４】
それぞれの基準点３０２，４０２から、ウェーハボートの円周形状までの距離を測定し、測定された２つの距離３０３、４０３を一定に保つように（初期位置に保つように）ウェーハボートの位置を変位させて調整する。
距離の計測方法としては、任意の固体スケールを参照しても良いし、あるいは、基準点にレーザー式測長計等を設置しても良い。また、ボート形状に適切な円周部分が見出せない場合は、ウェーハボートに円周の目印を形成し、それを利用しても良い。
【００３５】
次に、ウェーハボートの位置変位量に合わせてウェーハの載置位置を変更する管理方法の例について説明する。
まず、事前に、管理すべきウェーハボート位置を、前記方法と同じ方法で、２つの距離３０３、４０３を測定する。次に、一定期間が経過した後（好ましくは、熱処理の各バッチ毎、所定数のバッチ毎、又は熱処理炉のメンテナンス毎）、特に、メンテナンス直後にウェーハボート位置を再度測定する。この際も、前記方法と同じ方法で、２つの距離３０３、４０３を測定し、それぞれの距離３０３、４０３の差分をウェーハボートの位置の変位量とする。この変位量にあわせて、半導体ウェーハの載置位置を同じ方向に同量だけ設定値を変更する。
【００３６】
その際、ウェーハボート中心１０２から基準点３０２、４０２への方位がウェーハ載置用ロボットのＸ、Ｙ方位と一致している場合は、そのまま設定値を変更すればよい。また、仮に方位が異なる場合においても、方位角のずれは簡単に調べられるので、簡単な幾何学計算を用いた補正を行えばよい。
このようにして、ウェーハボートの位置と、ウェーハ載置位置の相対位置を一定に保つように管理することが可能となる。
【００３７】
複数バッチの熱処理を行っている場合、初期位置に載置するように設定した後は、ウェーハボートの位置と半導体ウェーハの載置位置との相対位置が一定であれば、両者の位置が最初の位置から変位していてもスリップ発生には影響はないが、相対位置がわずかに０．５ｍｍ程度でも変位した場合にはスリップ発生に影響する。このため、両者の相対位置の変位量（基準値）は０．５ｍｍ以内に管理することが好ましい。
【００３８】
なお、上記したように、本発明において、半導体ウェーハ及びウェーハボートの中心を基準にして、距離の測定、管理等を行うことで、簡易かつ効率的に本発明を実施できるが、他の箇所を基準にして本発明を実施してもよい。
【００３９】
以上のような本発明の熱処理方法であれば、縦型熱処理炉を用いて、スリップを効率的かつ安定して抑制しながら熱処理ができる。
【実施例】
【００４０】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例、比較例）
まず、ロボットによるウェーハへのＸ方向の位置設定値を、初期状態を０として、前後に何段階か移動させて熱処理を行い、図２（ａ）のグラフを作成した。次に、最もスリップ発生量が少ないＸ値＝０．５ｍｍに固定し、Ｙ方向に変化させながら熱処理を行い、図２（ｂ）に示すグラフの結果を得た。得られた結果から、スリップ発生量の最も少ない位置Ｘ値＝０．５ｍｍとＹ値＝０ｍｍを、管理すべきウェーハ位置の初期値とした。また、この時のウェーハボートの位置を表す指標として、図３における２つの距離３０３、４０３を測定し、この値を管理すべきボート位置の初期値とした。図４（ａ）は、この設定した初期値になるようにウェーハを載置して熱処理を行い、スリップの発生量を測定した結果を示すグラフである。熱処理は、直径３００ｍｍ、結晶方位＜１００＞のシリコン単結晶ウェーハを１００枚チャージして行い、Ａｒ１００％雰囲気、１２００℃、１時間の熱処理条件とした。
【００４１】
図４（ａ）のグラフ中の縦線７０１のタイミングで、ウェーハボートを取り外すメンテナンスを行った。ウェーハボートを再セットする際、ウェーハボートの位置を再測定し、初期値からのボート位置の変位量を計算した。次に、この変位量に合わせて、ロボットによるウェーハの載置位置のＸ方向とＹ方向の位置設定値を補正し、ウェーハとボートの相対位置の変位量（Ｘ，Ｙ）が（０ｍｍ、０ｍｍ）となるように再設定した。その後、継続して熱処理を行ったところ、メンテナンス前と同様に、少ないスリップ量が維持された。
【００４２】
さらに、上記の状態のまま、熱処理を継続した場合のスリップ発生量を測定した結果を図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）のグラフ中の縦線７０２のタイミングで、ウェーハボートを取り外すメンテナンスを行い、再度ウェーハボートをセットした。この際、特にボート位置を測定することはしなかった。このときのロボットによるウェーハの載置位置の設定は、ダミーウェーハを試験搬送し、目視による載置位置の確認を行いながら、再設定を行った。その後（縦線７０２以後）、継続して熱処理を行ったところ、目視による調整の精度が不十分であったため、スリップ発生量が増加した。その際のウェーハとボートの相対位置の変位量（Ｘ，Ｙ）を確認したところ、（−１ｍｍ、０．５ｍｍ）であることがわかった。
【００４３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４４】
１０…縦型熱処理炉、  １１…反応室、  １２…ヒータ、
１３…ウェーハボート、  １４…ガス導入管、  １５…ガス排気管、
１０１…ウェーハボートの底部の部材形状、  １０２…中心点、
１０３…円周領域、  ３０１、４０１…基準物、  ３０２、４０２…基準点、
３０３、４０３…距離、  Ｗ…半導体ウェーハ。
【図１】
0005626188.tif 000002
【図２】
0005626188.tif 000003
【図３】
0005626188.tif 000004
【図４】
0005626188.tif 000005