(57)【要約】【課題】縦型熱処理炉を用いてシリコンウエーハを非酸化性ガス雰囲気中で高温熱処理する際のウエーハの不純物汚染を防止する。【解決手段】ガス供給管６により、雰囲気ガスを縦型熱処理炉内の上部に供給し、下部へ降下させる。炉内上部に供給された雰囲気ガスが、ウエーハボート２の最上部に搭載される２〜５枚のウエーハ５の表面に沿って流動するように、ガス供給を行う。熱処理においては、ウエーハボート２内の最上部にダミーウエーハ５Ｂを搭載する。雰囲気ガス中の不純物がダミーウエーハ５Ｂに吸着されて除去される。清浄化された雰囲気ガスが下方へ降下することにより、ダミーウエーハ５Ｂの下に配置された本来の処理すべきシリコンウエーハ５Ａの不純物汚染が回避される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦型熱処理炉を用い、非酸化性の雰囲気ガスを炉内上部に供給して炉内上部から炉内下部へ降下させることにより、シリコンウエーハを非酸化性ガス雰囲気中で高温熱処理するシリコンウエーハの熱処理方法において、前記雰囲気ガスを炉内上部へ供給する際、その雰囲気ガスを、ウエーハボートの上段部に搭載された特定ウエーハの側方から当該ウエーハの表面に沿った方向へ吐出することを特徴とするシリコンウエーハの熱処理方法。
【請求項２】
前記特定ウエーハとしてダミーウエーハを搭載する請求項１に記載のシリコンウエーハの熱処理方法。
【請求項３】
前記ウエーハボートに搭載可能なウエーハ枚数が１０〜１５０枚であり、前記特定ウエーハの枚数が２〜５枚である請求項１に記載のシリコンの熱処理方法。
【請求項４】
前記高温熱処理はＡｒガス及び／又はＨ２  ガス中での１１００℃以上の表面清浄化処理である請求項１に記載のシリコンウエーハの熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、縦型熱処理炉を用いてシリコンウエーハを非酸化性雰囲気中で高温熱処理するシリコンウエーハの熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの素材であるシリコンウエーハは各種の熱処理を受けるのが通例であり、その熱処理の一つとしてウエーハ表面の清浄化を目的とした高温熱処理がある。この熱処理では、多数枚のシリコンウエーハがウエーハボートに搭載されて熱処理炉内にローディングされ、Ａｒ及び／又はＨ２  といった非酸化性ガス中で１１００℃以上の高温に加熱されることにより、ウエーハの表層部からＣＯＰなどのミクロ欠陥が除去される。熱処理炉としてはシリコンウエーハの大径化にしたがい、特許文献１に示されるような縦型熱処理炉が多用されるようになった。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−９０００号公報
【０００４】
縦型熱処理炉では、図６に示すように、所定枚数のシリコンウエーハ５が縦型のウエーハボート２に水平姿勢で上下方向に所定間隔で並列的に搭載されて、縦型の炉体９内にローディングされる。そして、ガス供給管６により所定の雰囲気ガスを炉体９内に供給しながら、炉体９内のシリコンウエーハ５が所定温度に加熱される。炉体９内への雰囲気ガスの供給形態としては、清浄化処理を含む一般の熱処理では、炉体９の最上部から炉体９内へ下向きに供給して炉体９の最下部から排出するのが一般的である。但し、一部の処理（例えば成膜処理等）では、上下方向に整列するウエーハの全てに側方からガスを供給したり、ウエーハ列の下方からガス供給を行う形態も提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献２】
特開２００２−３７３８６１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
縦型熱処理炉を用いた清浄化熱処理では、雰囲気ガスが不純物を含んだまま炉体内に供給されることによる製品汚染が問題になる。この問題のため、炉体内に供給される雰囲気ガスに関しては、ガス精製器やフィルターなどで不純物を除去した後に炉体内へ供給することが行われている。しかし、ガス精製器やフィルターなどの機器出口から炉体内のガス吐出ノズルまでのガス配管からの不純物、特に高温になる炉体内のガス吐出ノズル近傍からの不純物の侵入は解消されない。このため、ガス中の不純物、例えばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕなどのメタル汚染や、Ｈ２  Ｏ、ＣＨ基などの汚染によるＨａｚｅの悪化が起こり、シリコンウエーハ製品の品質を悪化させることになる。
【０００７】
本発明の目的は、縦型熱処理炉を用いた清浄化熱処理での雰囲気ガス中の不純物による製品汚染を効果的に、しかも簡易に防止できるシリコンウエーハの熱処理方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者は炉体内への雰囲気ガスの供給形態と汚染形態との関係に着目し、鋭意検討を行った。その結果、以下の事実が判明した。
【０００９】
これまでの縦型熱処理炉を用いた清浄化高温熱処理では、炉体の最上部から炉体内へ下向きに雰囲気ガスが供給される。ボート内のウエーハは天板によって上方から覆われた状態にあり、結果、炉体内に供給された雰囲気ガスはウエーハの外周部にのみ直接的に衝突することになる。この結果、ウエーハ汚染は、雰囲気ガスが直接的に衝突するウエーハ外周部に発生し、且つ、上段のウエーハほど顕著で、上段から下段へ向かうに連れて軽減される。
【００１０】
このようなガス供給形態と汚染形態の関係に着目するならば、炉内のウエーハは雰囲気ガス中の不純物を吸着する機能を有していることが分かり、また、その不純物吸着機能は、雰囲気ガスをウエーハの表面に直接的に衝突させることによって効率的に実現されることが分かる。
【００１１】
本発明のシリコンウエーハの熱処理方法は、このような検討結果を基礎として開発されたものであり、縦型熱処理炉を用い、非酸化性の雰囲気ガスを炉内上部に供給して炉内上部から炉内下部へ降下させることにより、シリコンウエーハを非酸化性ガス雰囲気中で高温熱処理するシリコンウエーハの熱処理方法において、前記雰囲気ガスを炉内上部へ供給する際、その雰囲気ガスを、ウエーハボートの上段部に搭載された特定ウエーハの側方から当該ウエーハの表面に沿った方向、好ましくはその表面に平行な水平方向へ吐出することを構成上の特徴点としている。
【００１２】
このような構成によると、縦型熱処理炉内の上部に供給された雰囲気ガスは、先ずウエーハボートの上段部に搭載された特定ウエーハの表面に沿って流れ、その表面と接触することにより、ガス中の不純物が特定ウエーハに吸着されて除去される。そして、こうして清浄化された雰囲気ガスが炉内を降下し、特定ウエーハより下に配置されたシリコンウエーハの熱処理に使用されることにより、シリコンウエーハでの不純物汚染が回避される。
【００１３】
即ち、本発明のシリコンウエーハの熱処理方法では、ウエーハボートの上段部に搭載された特定ウエーハに、炉内に供給された雰囲気ガスを先行して衝突させて清浄化し、それらの特定ウエーハに汚染を集中させることにより、他の多くのウエーハを救済するのである。そして、特定ウエーハとしてダミーウエーハを使用することにより、本来の処理すべき全てのシリコンウエーハを救済できる。
【００１４】
ウエーハボートに搭載可能なウエーハ枚数は通常１０〜１５０である。これに対し、供給ガスを先行して接触させる特定ウエーハは２〜５枚が好ましい。ダミーウエーハが１枚の場合、雰囲気ガスの清浄化効果が十分とはいえない。６枚以上の場合、汚染防止の面からは問題ないが、ウエーハボートにおけるウエーハ収納効率の低下が問題になる。
【００１５】
高温熱処理は、具体的にはウエーハ表面の酸化膜除去やウエーハ表層部の無欠陥化等を目的としたＡｒガス及び／又はＨ２  ガス中での１１００℃以上の表面清浄化処理である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の熱処理方法に好適に使用される縦型熱処理炉の縦断面図、図２は同縦型熱処理炉の横断面図、図３は同縦型熱処理炉に使用されるガス供給管のノズル形状を示す斜視図である。
【００１７】
本実施形態の熱処理方法に使用される縦型熱処理炉は、定位置に設置されたプロセスチューブ１と、プロセスチューブ１内に挿入される昇降式のウエーハボート２とを備えている。プロセスチューブ１は上端が閉塞され下端が開放された縦筒であり、図示されない加熱器内に収容されている。
【００１８】
ウエーハボート２は、天板３の下に所定枚数のシリコンウエーハ５を複数本の支柱４により水平姿勢で且つ所定の間隔で支持すると共に、そのシリコンウエーハ４の出し入れのために正面側を全長にわたって開放した構造になっている。このウエーハボート２は、プロセスチューブ１の下端開口部を閉じる図示されないキャップの上に設置されている。キャップは、プロセスチューブ１の下で昇降駆動され、下降した状態でプロセスチューブ１の下にウエーハボート２を引き出し、上昇した状態でウエーハボート２をプロセスチューブ１内に挿入すると共にプロセスチューブ１の下端開口部を閉じる。
【００１９】
前記プロセスチューブ１は、その内部に雰囲気ガスを供給するガス供給管６をチューブ内に装備している。ガス供給管６は、プロセスチューブ１の内面に沿って垂直に設けられており、その下端部はガス供給のためにプロセスチューブ１の下部からチューブ外へ引き出されている。ガス供給管６の上端部はガス吹き出し部である。この上端部には縦に長い長孔形状のノズル７が設けられている。ノズル７は、プロセスチューブ１内に挿入されたウエーハボート２の最上段の収容部に側方から対向するようになっており、より詳しくは、その最上段に収容された所定枚数のシリコンウエーハ５に向けて側方から水平方向へガス吐出を行うように構成されている。また、ノズル７は雰囲気ガスを両側へ広げて吐出するために、複数個（ここでは３個）を周方向に並べて配置した構造になっている。
【００２０】
熱処理では、ウエーハボート２の最上段の収容部に、本来の処理すべきシリコンウエーハ５Ａに代えて、所定枚数のダミーのシリコンウエーハ５Ｂを収容する。他の収容部には、従来どおり処理すべきシリコンウエーハ５Ａを収容する。ウエーハ収容が終わると、ウエーハボート２をプロセスチューブ１内に挿入し、熱処理を開始する。熱処理中、ガス供給管６からプロセスチューブ１内に吐出された雰囲気ガスは先ず、ウエーハボート２の最上段の収容部に収容された所定枚数のダミーのシリコンウエーハ５Ｂの両面に沿って流動する。これにより、雰囲気ガスに含まれる不純物が所定枚数のダミーのシリコンウエーハ５Ｂの両面に吸着されて除去される。この結果、清浄化された雰囲気ガスがプロセスチューブ１内を降下し、ダミーのシリコンウエーハ５Ｂより下に配置された本来の処理すべきシリコンウエーハ５Ａの熱処理に使用されることにより、そのシリコンウエーハ５Ａの不純物汚染が回避される。
【００２１】
ガス供給管６からプロセスチューブ１内に吐出された雰囲気ガスを、本来の処理すべきシリコンウエーハ５Ａと接触させる前に、ウエーハボート２の最上段の収容部に収容された所定枚数のダミーのシリコンウエーハ５Ｂの両面に接触させることにより、その雰囲気ガスを清浄化するわけである。
【００２２】
特に、本実施形態では、雰囲気ガスをガス供給管６から両側へ広げて吐出するノズル構成が採用されていることにより、吐出された雰囲気ガスがダミーのシリコンウエーハ５Ｂの両面に効率よく接触し、不純物の吸着効率が向上する。
【００２３】
図４及び図５はガス供給管の他のノズル形状を示す斜視図である。これらのガス供給管６では、円形のノズル７が使用されており、図５では、複数個（ここでは３個）が周方向に並べて配置されている。円形のノズル７の場合、１枚のウエーハの側方からその外周面へ向けて雰囲気ガスを吐出することができる。また、２枚のウエーハの間に雰囲気ガスを吐出することができる。前者の場合は、吐出ガスが上下のウエーハ間隙を流動し、後者の場合は、吐出ガスが２枚のウエーハの対向表面に沿って流動する。雰囲気ガスを複数ノズルから両側へ広げて吐出することにより、吐出された雰囲気ガスがウエーハの表面に効率よく接触し、不純物の吸着効率が向上することは、前述したとおりである。
【００２４】
次に、雰囲気ガスの供給形態がウエーハの汚染に及ぼす影響度を調査した結果を、３００ｍｍのシリコンウエーハを縦型炉で１００枚同時に高温熱処理する場合を例にとって説明する。
【００２５】
熱処理条件はウエーハ表層部におけるＣＯＰなどのミクロ欠陥除去を目的とする高温熱処理を想定したもので、アルゴンガス雰囲気（ガス流量１０Ｌ／ｍｉｎ）で１２００℃×１時間とした。ウエーハの汚染度は、面検機（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ  Ｓｕｒｆｓｃａｎ  ＳＰ１）により測定したウエーハ表面のＨａｚｅレベルにより評価し、そのＨａｚｅレベルが０．２ｐｐｍ未満を良好、０．２ｐｐｍ以上を不良とした。
【００２６】
プロセルチューブの最上部からウエーハボートの天板に向けて雰囲気ガスを吐出した（図６参照）。上から１５枚目までのＨａｚｅレベルが不良となり、１６枚目から下は良好であった。
【００２７】
円形の一方向ノズル（図４参照）を用いて、ウエーハボート内の最も上の２枚のウエーハ間に側方から雰囲気ガスを吐出した。その結果、ガスを吹き付けた２枚とその下の８枚のウエーハにおいてはＨａｚｅレベルが不良であったが、他のウエーハ（１１枚目以降のウエーハ））のＨａｚｅレベルは良好であった。
【００２８】
円形の三方向ノズル（図５参照）を用いて、ウエーハボート内の最も上の２枚のウエーハ間に側方から雰囲気ガスを吐出した。その結果、ガスを吹き付けた２枚とその下の３枚のウエーハにおいてはＨａｚｅレベルが不良であったが、他のウエーハ（６枚目以降のウエーハ）のＨａｚｅレベルは良好であった。
【００２９】
円形の一方向ノズル（図４参照）を用いて、ウエーハボート内の上から２枚目のウエーハに側方から雰囲気ガスを吐出した。吐出ガスは１枚目と２枚目のウエーハ間隙及び２枚目と３枚目のウエーハ間隙を各対向面に沿って流動し、合計４面と接触した。その結果、１枚目から５枚目までのウエーハにおいてはＨａｚｅレベルが不良であったが、他のウエーハ（６枚目以降のウエーハ））のＨａｚｅレベルは良好であった。
【００３０】
円形の三方向ノズル（図５参照）を用いて、ウエーハボート内の上から２枚目のウエーハに側方から雰囲気ガスを吐出した。吐出ガスは１枚目と２枚目のウエーハ間隙及び２枚目と３枚目のウエーハ間隙を各対向面に沿って流動し、合計４面と接触した。その結果、１枚目から３枚目までのウエーハにおいてのみＨａｚｅレベルが不良であったが、他のウエーハ（４枚目以降のウエーハ）のＨａｚｅレベルは良好であった。
【００３１】
縦長の一方向ノズルを用いて、ウエーハボート内の最上段の５枚に側方から雰囲気ガスを吹き付けた。その５枚でＨａｚｅレベルが不良となったが、他のウエーハ（６枚目以降のウエーハ）のＨａｚｅレベル良好であった。
【００３２】
これらの比較試験から分かるように、ウエーハボート内の最上段のシリコンウエーハに側方から雰囲気ガスを吹き付けることにより、そのシリコンウエーハに汚染が集中し、他の多くのシリコンウエーハが救済される。雰囲気ガスを吹き付けるところにダミーウエーハを搭載しておけば、処理すべきウエーハの汚染を防止できる。雰囲気ガスを吹き付けるシリコンウエーハの枚数、即ちダミーウエーハの枚数は２枚以上が好適である。
【００３３】
また、雰囲気ガスの吹き付け形態の違いによる影響は次の２点である。複数方向ノズルを用いることにより、ウエーハ面上を流れる雰囲気ガスの領域（ガスの流れる面積）が広がり、より多くの雰囲気ガスがウエーハ面と接触することにより、不純物を多く吸着することが可能となる。また、ウエーハ間よりもウエーハに直接吹き付けることにより、吹き付けたウエーハの他、その真上及び真下のウエーハにもガスが分散し、長孔ノズルと同程度まで不純物を吸着する効率か上がる。
【００３４】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明のシリコンウエーハの熱処理方法は、縦型熱処理炉を用いてシリコンウエーハを非酸化性ガス雰囲気中で高温熱処理するに当たり、炉内に供給される雰囲気ガスを、ウエーハボートの最上部に搭載されたウエーハの表面に優先的に接触させることにより、雰囲気ガス中の不純物を除去でき、そのガス中の不純物による製品汚染を経済的に且つ効果的に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱処理方法に好適に使用される縦型熱処理炉の縦断面図である。
【図２】同縦型熱処理炉の横断面図である。
【図３】同縦型熱処理炉に使用されるガス供給管のノズル形状を示す斜視図である。
【図４】ガス供給管の別のノズル形状を示す斜視図である。
【図５】ガス供給管の更に別のノズル形状を示す斜視図である。
【図６】従来の熱処理方法に使用される縦型熱処理炉の縦断面図である。
【符号の説明】
１  プロセスチューブ
２  ウエーハボート
３  天板
４  支柱
５  シリコンウエーハ
６  ガス供給管
７  ノズル
【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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【図６】
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