(57)【要約】【課題】  本発明は、シリコンウェハの熱処理において、生産効率を低下させることなく、スリップを効果的に抑止することのできる半導体基板の熱処理装置、ウェハボート及び熱処理方法を実現することを目的としている。【解決手段】  このウェハボートは、被処理半導体基板Ｗの上部に配置される天板２１と、被処理半導体Ｗの下部に配置される底板２２と、前記天板と前記底板を連結するように、これらに結合された複数のウェハ支持棒２３と、前記ウェハ支持棒に形成されたウェハ支持溝２４を少なくとも備え、前記ウェハ支持棒に形成されたウェハ支持溝の間隔が、前記ウェハボートの上部及び下部において狭く、その中央部において広く形成したものである。これによってウェハボートの中央部に配置されるシリコンウェハに発生しがちなスリップを効果的に防止することができる。【選択図】  図２
2005166823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応管と、前記反応管の外周に配置され前記反応管を加熱するための加熱手段と、前記反応管内部に配置され、被処理体である半導体基板を積載するためのウェハボートとを備えた半導体基板熱処理装置であって、
前記ウェハボートの上部に配置される天板と、前記ウェハボートの下部に配置される底板と、前記天板と前記底板を連結するように、これらに結合された複数のウェハ支持棒と、前記ウェハ支持棒に形成されたウェハ載置用手段を少なくとも備え、前記ウェハボートの上部及び下部において隣接する前記ウェハ積載用手段の間隔が、前記ウェハボートの中央部において隣接する前記ウェハ積載用手段の間隔より狭く形成されてなることを特徴とする半導体基板熱処理装置。
【請求項２】
前記ウェハ支持棒に形成されたウェハ積載用手段が、前記ウェハ支持棒に形成された溝であることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板熱処理用ウェハボート。
【請求項３】
前記ウェハ支持棒に形成されたウェハ積載用手段が、前記ウェハ支持棒に形成された突起部であることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板熱処理用ウェハボート。
【請求項４】
反応管と、前記反応管の外周に配置され前記反応管を加熱するための加熱手段と、前記反応管内部に配置され、被処理体である半導体基板を積載するためのウェハボートとを備えた半導体基板処理装置であって、
前記ウェハボートの上部に配置される天板と、前記ウェハボートの下部に配置される底板と、前記天板と前記底板を連結するように、これらに結合された複数のウェハ支持棒と、前記ウェハ支持棒に形成されたウェハ載置用手段を少なくとも備え、前記ウェハボートの上部及び下部において隣接する前記ウェハ積載用手段の間隔が、前記ウェハボートの中央部において隣接する前記ウェハ積載用手段の間隔より狭く形成されてなる半導体基板熱処理装置を用いたことを特徴とする半導体基板の熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体基板熱処理装置、半導体基板熱処理用ウェハボート、及び半導体基板の熱処理方法に関し、特にスリップ発生を改善したものである。
【背景技術】
【０００２】
従来シリコンウェハのような半導体基板を用いて半導体装置を製造するには、半導体処理装置を用いて、半導体基板表面をエッチングしたり、その表面を酸化して酸化膜を形成したり、あるいは金属膜などの他の各種薄膜を形成して半導体装置を製造していた。
【０００３】
従来用いられている半導体基板熱処理装置の一例を図４に示す。図４中、４０が例えば縦型炉と呼ばれている半導体熱処理装置の例であり、内部を気密に保持できるように形成されている反応管４１と、その下部には反応管蓋体４５が配置され、前記反応管４１と反応管蓋体４５によって反応管４１は気密に封止されている。反応管４１の外部には、この反応管４１内部を加熱するためのヒータ４４が配置されており、反応管４１内部には、シリコンウェハＷを複数載置したウェハボート４２と呼ばれている半導体基板支持部材が配置されている。
【０００４】
ウェハボートの斜視図である図５に示すように、前記ウェハボート５０の上部には、天板５１が配置されており、一方、下部には底板５２が配置され、両者の間は、複数のウェハ支持棒５３によって固定されている。これらのウェハ支持棒５３には、ウェハ支持溝５４が等間隔に形成されており、このウェハ支持溝５４にシリコンウェハＷが載置されるようになっている。
【０００５】
ところで、上記縦型炉のように、バッチ式に半導体基板を処理する装置では、生産効率を上げるために１バッチで処理する枚数をできるだけ多くしたいという要求がある。そのために、ウェハボートに積載するシリコンウェハ相互に悪影響を及ぼさない範囲で、密にシリコンウェハを積載している。
【０００６】
しかしながら、ウェハボートの溝間隔を狭めると、ウェハボートに積載した半導体基板の外周部は、ウェハボートの溝間隔に依存せず、ヒータ温度に敏感に追従するが、シリコンウェハ面内中央部では、熱を伝達する熱放射が減少するため、温度が追従せず、結果として半導体基板面内において温度差が生じる。この温度差は、デバイスの特性を著しく劣化させ、最近の大口径シリコンウェハにおいては歩留りを低下させるスリップが発生する原因となっていた。
【０００７】
従来このようなシリコンウェハのスリップを防止するために、例えば、反応管の外部に配置されているヒータを分割し、シリコンウェハの表面温度均一性を改善することが知られている（非特許文献１参照）。しかしながら、この方法にも限界があり、最近の大口径シリコンウェハの処理においては、スリップを完全に防止することはできず、さらに改善が求められていた。
【非特許文献１】前田和夫著「はじめての半導体製造装置」  株式会社工業調査会  第１２５〜１２６頁  ２００３年６月５日発行  初版第１０刷
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、シリコンウェハの熱処理において、生産効率を低下させることなく、スリップを効果的に抑止することのできる半導体基板の熱処理装置、ウェハボート及び熱処理方法を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の本発明は、反応管と、前記反応管の外周に配置され前記反応管を加熱するための加熱手段と、前記反応管内部に配置され、被処理体であるシリコンウェハを積載するためのウェハボートとを少なくとも備えた半導体基板熱処理装置であって、
前記ウェハボートが、被処理半導体基板の上部に配置される天板と、被処理半導体基板の下部に配置される底板と、前記天板と前記底板を連結するように、これらに結合された複数のウェハ支持棒と、前記ウェハ支持棒に形成されたウェハ載置用手段を少なくとも備え、前記ウェハボートの上部及び下部において隣接する前記ウェハ積載用手段の間隔が、前記ウェハボートの中央部において隣接する前記ウェハ積載用手段の間隔より狭く形成されてなることを特徴とする半導体基板熱処理装置である。
【００１０】
第２の本発明は、被処理半導体基板の上部に配置される天板と、前記被処理半導体基板の下部に配置される底板と、前記天板と前記底板を連結するように、これらに結合された複数のウェハ支持棒と、前記ウェハ支持棒に形成されたウェハ載置用手段を少なくとも備え、前記ウェハボートの上部及び下部において隣接する前記ウェハ積載用手段の間隔が、前記ウェハボートの中央部において隣接する前記ウェハ積載用手段の間隔より狭く形成されてなることを特徴とする半導体基板熱処理用ウェハボートである。
【００１１】
前記第２の本発明において、前記ウェハ支持棒に形成されたウェハ積載用手段が、前記ウェハ支持棒に形成された溝または突起部とすることができる。
【００１２】
第３の本発明は、反応管と、前記反応管の外周に配置され前記反応管を加熱するための加熱手段と、前記反応管内部に配置され、被処理体であるシリコンウェハを積載するためのウェハボートとを少なくとも備えた半導体基板処理装置であって、
前記ウェハボートが、被処理半導体基板の上部に配置される天板と、被処理半導体基板の下部に配置される底板と、前記天板と前記底板を連結するように、これらに結合された複数のウェハ支持棒と、前記ウェハ支持棒に形成されたウェハ載置用手段を少なくとも備え、前記ウェハボートの上部及び下部において隣接する前記ウェハ積載用手段の間隔が、前記ウェハボートの中央部において隣接する前記ウェハ積載用手段の間隔より狭く形成されてなる半導体基板熱処理装置を用いたことを特徴とする半導体基板の熱処理方法である。
【発明の効果】
【００１３】
上記本発明のウェハボートを用いて処理したシリコンウェハにはスリップは発生せず、溝間隔を適正な範囲に調整することにより、より生産効率が高く、かつスリップフリーの熱処理を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
［半導体基板熱処理用縦型ウェハボート］
ウェハボートに搭載されたシリコンウェハは、反応管の周囲に配置されたヒータからの放射熱によって加熱される。従って、ヒータに近接しているシリコンウェハの周辺部は温度がヒータ加熱の温度に追従して上昇しやすく、一方、シリコンウェハの中央部においては、ヒータからの熱が伝わりにくく、その結果、シリコンウェハの周辺部と中央部において温度が均一とならない事態が生じることがある。
【００１５】
この温度差はウェハボートの中央部で顕著である。ウェハボートの上部および下部に搭載した半導体基板は、基板外周方向だけでなく、それぞれ上方向および下方向からの放射を受けるのでウェハボート中央部に比べて面内の温度が均一を保ちやすい。したがって、ウェハボートの上部および下部ではウェハボート中央部に比べて半導体基板の間隔を狭くすることが可能である。
本発明では、縦型炉の上部および下部における半導体基板の間隔を、縦型炉中央部に比べて狭くすることにより、生産性を向上し、スリップを抑制するものである。
【００１６】
以下本実施の形態の半導体基板熱処理用縦型ウェハボートについて図２を用いて説明する。ウェハボート２０の上部には、円環状の天板２１が配置されており、一方ウェハボート２０の下部には、同じく円環状の底板２２が配置されている。この天板２１と底板２２との間で、後部半円外周側に、左右対称に２本づつ計４本のウェハ支持棒２３が配され、このウェハ支持棒２３の上下両端が天板２１の下面と底板２２の上面に固定されている。各ウェハ支持棒２３には一点鎖線に示す半導体ウェハＷの外周部を挿入するウェハ支持溝２４が多数設けられている。
【００１７】
本発明の特徴は、このウェハ支持溝の間隔が、上部、下部、及び中央部で異なることを特徴としている。すなわち、ウェハ支持棒２３に形成されているウェハ支持溝２４の間隔が、ウェハボートの上部及び下部においては、狭く、中央部においては広くなっている。
【００１８】
ウェハボートの支持溝をこのように、上部及び下部において狭く、一方、中央部において広くしたために、シリコンウェハを加熱処理において、ウェハボート中央部に配置されているシリコンウェハは、十分量の熱量が供給されることになり、均一に加熱されるために、スリップの発生を予防することができる。また、ウェハボートの上部及び下部において溝間隔を狭くしたために、積載可能なシリコンウェハの数が増加し、作業効率が向上する。
【００１９】
本実施の形態において、ウェハボートの上部及び下部のそれぞれの長さの範囲としては、２７〜２５０ｍｍの範囲が好ましい。また、この上部及び下部に配置するシリコンウェハ数にして、３〜１５枚の範囲が好ましい。上部及び下部のそれぞれの寸法がこの範囲を下回った場合、積載可能なシリコンウェハの数が減少して作業効率が低下する。一方、上部及び下部のそれぞれの長さがこの範囲を上回った場合、上部及び下部の中央に近い部分に配置されたシリコンウェハにおいてスリップ発生の可能性が向上し、好ましくない。
【００２０】
また、本実施の形態において、シリコンウェハとして３００ｍｍのものを用いた場合において、ウェハ支持溝のピッチの寸法としては、上部及び下部においては、９〜１５ｍｍの範囲が適切である。また、中央部においては、１０〜３０ｍｍの範囲が適切である。上部及び下部におけるピッチの寸法が上記範囲を下回った場合、この領域にあるシリコンウェハの温度面内分布が不均一となり、ウェハボートの上部及び下部に配置されたウェハにスリップが発生し好ましくない。一方、上部及び下部におけるピッチの寸法が上記範囲を上回った場合、ウェハボートに搭載可能なシリコンウェハ数が減少し、作業効率が低下する。
【００２１】
また、中央部におけるピッチの範囲が上記範囲を下回った場合、中央部に配置されているシリコンウェハの温度分布が不均一となり、スリップ発生の原因となる。一方、ピッチの範囲が上記範囲を上回った場合、積載可能なシリコンウェハの数が減少し、作業効率が低下して好ましくない。
【００２２】
上記、ウェハボートにおいては、ウェハ支持棒２３を４本としているが、これに制約されることなく、３本であってもよいし、５本以上であってもよい。また、天板２１及び底板２２として、リング状の部材を示したが、これに限らず、円盤状の部材であってもよい。
ウェハボートの材質としては、シリコンウェハの汚染を引き起こすことがないよう高純度のものであって、高い耐熱性を有するものが適しており、具体的には石英ガラス、炭化珪素焼結体、あるいはシリコン結晶などを用いることができる。
【００２３】
（ウェハボートの他の例）
図３に、ウェハボートの他の例を示す。このウェハボートは、リング状の天板３１と底板３２との間に、連接部材であるウェハ支持棒３３が配置されており、これによって天板３１と底板３２が固定されている。ウェハ支持棒３３の所要箇所には、突起部３４が複数形成されており、この突起部３４にシリコンウェハなどの基板が載置されるようになっている。隣接する突起部３４の間隔が、上部及び下部では狭く、中央部では広くなるように設定されている。
【００２４】
この突起部３４を形成したウェハボートによれば、シリコンウェハと接する突起部３４の面積が、図２に示したウェハ支持溝よりも大面積とすることができるため、その上に載置するシリコンウェハを受ける加重が分散され、突起部の単位面積当たりの応力が低下し、スリップの発生及びヘイズの発生を防止する効果を期待できる。
また、図３において、連接部材の数を３本としたが、これに制約されることなく、４本もしくはそれ以上とすることができる。また、天板３１をリング状としたが、中央部の孔を省略した円盤であってもよい。
【００２５】
［半導体基板の熱処理装置］
以下本発明の半導体基板の熱処理装置の実施の形態について図面を用いて説明する。
本実施の形態の半導体処理装置の一例を図１に示す。図１が、例えば縦型拡散炉と呼ばれている半導体処理装置１０の例であり、図１中、１１が、内部を気密に保持できるように石英ガラスや炭化珪素焼結体などで形成されている有底円筒型の反応管であり、その下部は反応管蓋体１５によって反応管１１は気密に封止されている。反応管１１の外部には、この反応管１１内部を加熱するためのヒータ１４が配置されている。反応管１１内部には、シリコンウェハＷを複数載置したウェハボート１２と呼ばれている半導体基板支持部材が配置されている。このウェハボート１２の下部には、保温筒１３が配置されており、加熱されたシリコンウェハＷの熱が下部に散逸しないように熱遮断の機能を果たしている。この反応管１１は、外部から反応ガスを供給し加熱処理することによってシリコンウェハＷに拡散或いは成膜などの各種処理をするようになっている。この反応ガスは、反応ガス供給ノズル１６から、反応管１１内部に供給されるようになっており、一方、反応終了後のガスは、排気装置１８によって、排出口１７から排出されるようになっている。
【００２６】
上記本実施の形態において用いられるウェハボート１２としては、上述の図２あるいは図３に示すものを用いることができる。これによって、半導体装置を熱処理しても、スリップを発生させることなく、効率的に熱処理を行うことができる。
【００２７】
［半導体基板の熱処理方法］
以下、本発明の熱処理装置を用いて半導体基板を熱処理する方法について説明する。本実施の形態においては、図１に示す熱処理装置を用い、その内部に配置するウェハボートとしては、図２あるいは図３に示すものを用いることができる。
【００２８】
まず、図１の熱処理装置において、反応管下部蓋体１５を開放し、ウェハボート１２を反応管１１の外部に取り出す。次いで、例えば図２のウェハボート２０のウェハ支持溝２４に、処理するシリコンウェハＷを順次積載する。この際に、反応管１１内部に存在する部材の熱容量分布、被処理シリコンウェハの直径、昇温条件、などの熱処理装置の熱環境に応じて、密に積載するウェハの数と、疎に積載するウェハの数とを制御することにより、シリコンウェハのスリップを防止することができる。
【００２９】
このようにしてシリコンウェハを積載したウェハボートを反応管内部に挿入し、反応ガスを反応ガス供給ノズルから導入し、ヒータに通電してシリコンウェハを加熱する。所定のシリコンウェハの表面処理終了後、ヒータ加熱を停止し、シリコンウェハを徐冷する。
【００３０】
シリコンウェハが炉出可能な温度（安全温度、例えば５００〜８００℃以下程度）まで冷却されたら、反応管蓋体を開放し、ウェハボートを取り出し、処理したシリコンウェハを図示しない保管用治具に移載する。これによって、加熱処理工程においてスリップの発生を効果的に防止し、作業効率に優れた熱処理工程が終了する。
【実施例】
【００３１】
ウェハボートとして、図２に示す構造で表１に示すウェハ支持溝のピッチを有する３種類のウェハボートを用意した（実施例、比較例１，２）。このウェハボートにφ３００ｍｍのシリコンウェハを搭載し、１１５０℃、１ｈｒ、Ａｒ雰囲気における熱処理を行い、得られたシリコンウェハのスリップ発生状況を評価した。その結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
2005166823.tif 000003
【００３３】
その結果、比較例２のウェハボートに搭載した処理シリコンウェハ１１枚のうち３枚（発生率２７％）からスリップが検出されたが、比較例１および実施例のウェハボートを用いたシリコン基板にはスリップは発生しなかった。なお、比較例１においては、１回の熱処理によって６枚のシリコンウェハを処理できたのに対して、本発明の実施例においては、８枚のシリコンウェハを処理することができ、作業効率が大幅に向上した。
【００３４】
本発明は、上記実施例のみに限定されるものではなく、ガス種はＨ２でもＯ２を含むガスでもよく、また複数のガスの混合でも差し支えない。
また、処理温度も１１５０℃に限定されるものではない。
さらに、本発明で熱処理する半導体基板としては、シリコンウェハ、ＧａＡｓ基板、ＳｉＣ基板等が挙げられるが、シリコン基板へ適用することが最も適切である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の半導体熱処理装置の一実施例を示す概略図。
【図２】本発明のウェハボートの一実施例を示す斜視図。
【図３】本発明のウェハボートの他の実施例を示す斜視図。
【図４】従来の半導体熱処理装置を示す概略図。
【図５】従来のウェハボートを示す斜視図。
【符号の説明】
【００３６】
Ｗ…シリコンウェハ
１０…半導体処理装置
１１…反応管
１２…ウェハボート
１３…保温筒
１４…ヒータ
１５…反応管蓋体
１６…反応ガス供給ノズル
１７…ガス排出口
１８…排気装置
２０…ウェハボート
２１…天板
２２…底板
２３…ウェハ支持棒
２４…ウェハ支持溝
３１…天板
３２…底板
３３…ウェハ支持棒
３４…突起部
４０…半導体処理装置
４１…反応管
４２…ウェハボート
４３…保温筒
４４…ヒータ
４５…反応管蓋体
４６…反応ガス供給ノズル
４７…ガス排出口
４８…排気装置
５０…ウェハボート
５１…天板
５２…底板
５３…ウェハ支持棒
５４…ウェハ支持溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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