(57)【要約】【課題】熱処理用ボート下部に積載されたウェーハのウェーハ面内温度分布を小さくし、スリップ発生を抑制することを可能にする半導体ウェーハ熱処理用ボートおよびこれを用いた半導体ウェーハの熱処理方法を提供する。【解決手段】上プレート１０２と、この上プレート１０２に対向する下プレート１０４と、上プレート１０２のみに固定される、ウェーハ１１０を載置する複数の積載ポール１０６と、これらの複数の積載ポール１０６の外側に配置され、上プレート１０２と下プレート１０４との間に固定された複数の支柱１０８とを有することを特徴とする半導体ウェーハ熱処理用ボート１００ならびにこれを用いた熱処理方法。【選択図】図１
2007266259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上プレートと、該上プレートに対向する下プレートと、前記上プレートのみに固定される、ウェーハを載置する複数の積載ポールと、該複数の積載ポールの外側に配置され、前記上プレートと前記下プレートとの間に固定された複数の支柱とを有することを特徴とする半導体ウェーハ熱処理用ボート。
【請求項２】
前記複数の積載ポールを互いに連結する支持部材を有することを特徴とする請求項１記載の半導体ウェーハ熱処理用ボート。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の半導体ウェーハ熱処理用ボートを用いて半導体ウェーハに熱処理を行う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、半導体ウェーハ熱処理用ボートおよび半導体ウェーハの熱処理方法に関し、特に半導体ウェーハを水平に保持し処理する縦型熱処理装置に使用される半導体ウェーハ熱処理用ボートおよびこの半導体ウェーハ熱処理用ボートを用いた半導体ウェーハの熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ等の半導体デバイスがその表面に形成される半導体ウェーハ（以下、「ウェーハ」ともいう）の製造工程においては、ウェーハ表面に酸化膜を形成したり、ドーパントの拡散を行ったりするために、対象となるウェーハに対して高温下で熱処理を施すプロセスが行われている。このような熱処理にあたっては、外気巻き込みの少ない縦型炉処理が近年多く使用されている。
【０００３】
この縦型熱処理炉は、一般に、垂直に配置された加熱用の管状炉の中に反応管を設けた構成になっている。そして、被処理体であるウェーハは、熱処理用ボートと呼ばれる搭載治具に水平状態で上下に間隔をおいて所定の枚数が搭載される。このウェーハが搭載された熱処理用ボートごとに、反応管内に挿入され、所定の熱処理が施されるようになっている。
【０００４】
そして、従来の熱処理用ボートは、図６に示された構成を有している。同図に示された熱処理用ボート６００は、上下にそれぞれ対向して配置された円形の上プレート６０２と下プレート６０４との間に、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる３本の積載ポール６０６が設けられている。そして、これら各積載ポールには被処理体であるウェーハ１１０が挿入されてその周縁部を支持するように、当該ウェーハ１１０の厚さよりも若干大きい溝幅を有する溝部１１２が所定の等間隔で形成されている。
【０００５】
しかしながら、今日ウェーハは大口径化傾向にあり、そのサイズは１５０ｍｍ（６インチ）から２００ｍｍ（８インチ）、さらには３００ｍｍ（１２インチ）へと移行してきている。
このようにウェーハが大口径化してくると、高い温度で熱処理を行うと、スリップ（スリップ転位）と呼ばれる表面欠陥がウェーハに発生することがある。すなわち、熱処理時にウェーハ内に温度分布が生じ、この温度分布により応力が生じ、この応力がある一定の限界値を超えると、スリップが発生する。そして、熱処理時のウェーハ内の温度分布は大口径になるほど大きくなりやすく、かつ、大口径化によりウェーハも重くなる分ウェーハの自重による応力も大きくなるため、スリップ発生の恐れが高くなるという傾向がある。
そして、スリップ等の表面欠陥は、ウェーハ上に形成された半導体デバイスの酸化膜耐圧や接合リークの劣化等、デバイス特性を悪化させ、半導体デバイスの歩留まりを劣化させる要因となっていた。このため、このスリップの発生を防止する手段が必要となる。
【０００６】
このスリップの発生を防止するため、例えば、特許文献１には、積載ポールのウェーハ支持部を軟質部材で構成してウェーハ支持部での応力を緩和する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２５７８８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
もっとも、上記特許文献１に挙げられるような従来技術をもってしても、特に熱処理用ボート下部に積載されるウェーハに生ずるスリップの発生を十分に抑制することは困難であった。
【０００８】
そこで、発明者らは、図６に示す従来の熱処理用ボートを用いて、ウェーハの温度分布の熱処理用ボート位置依存性を調べた結果、熱処理用ボート下部（下プレート側）で温度が低く、かつ、ウェーハの温度分布が大きくなっていることを確認した。
図７は、従来の熱処理用ボートを用いて、熱処理を行った場合の熱処理炉内全体（図７（ａ））および各ウェーハ（図７（ｂ））の温度分布のシミュレーション結果である。図７から明らかなように、熱処理用ボート下部（下プレート側）で熱処理炉およびウェーハの温度が低くなっており、このため、熱処理用ボート下部（下プレート側）でウェーハの面内温度分布が大きくなりスリップ発生の恐れが高くなっている。なお、シミュレーションにおいてはウェーハの設定温度を約９５０℃としている。
【０００９】
このように、熱処理用ボート下部（下プレート側）で温度が低下し、ウェーハの温度分布が大きくなるのは、以下の理由による。
すなわち、熱処理炉の下プレート側には、ボート搬送口（以下、「搬送口」ともいう）が存在する。搬送口には、熱処理炉内のプロセスガスと外気を遮断するためにＯリングなどの耐熱性が低い材料（ただし、流体の遮断には有効）が使用されている。このため、搬送口には温度を下げるための断熱機構を有しており、その付近の温度は熱処理炉の他の領域よりも低くなっている。
ここで、構造上、熱処理用ボートの下プレートは、搬送口付近の低温部に接触しているため、熱伝導により必然的に温度が低下する。そして、従来の熱処理用ボートでは、ウェーハを載置した積載ポールが上プレートのみならず、下プレートにも固定されている。したがって、ウェーハから積載ポールを介した下プレートへの熱伝導により、ウェーハ温度が低下し、結果として特に熱処理用ボート下部に積載されたウェーハの面内温度分布が大きくなる。
【００１０】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、特に熱処理用ボート下部に積載されたウェーハ面内温度分布を小さくし、スリップ発生を抑制することを可能にする半導体ウェーハ熱処理用ボートおよびこれを用いた半導体ウェーハの熱処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様の半導体ウェーハ熱処理用ボートは、
上プレートと、該上プレートに対向する下プレートと、前記上プレートのみに固定される、ウェーハを載置する複数の積載ポールと、該複数の積載ポールの外側に配置され、前記上プレートと前記下プレートとの間に固定された複数の支柱とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の一態様の半導体ウェーハの熱処理方法は、
上プレートと、該上プレートに対向する下プレートと、前記上プレートのみに固定される、ウェーハを載置する複数の積載ポールと、該複数の積載ポールの外側に配置され、前記上プレートと前記下プレートとの間に固定された複数の支柱とを有することを特徴とする半導体ウェーハ熱処理用ボートを用いて半導体ウェーハの熱処理を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、特に熱処理用ボート下部に積載されたウェーハ面内温度分布を小さくし、スリップ発生を抑制することを可能にする半導体ウェーハ熱処理用ボートおよびこれを用いた半導体ウェーハの熱処理方法を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る半導体ウェーハ熱処理用ボートおよびこれを用いた半導体ウェーハの熱処理方法についての実施の形態につき、添付図面に基づき説明する。
【００１５】
[実施の形態]
（縦型熱処理装置）
図３は、本実施の形態で使用される縦型熱処理装置の概観を示す斜視図である。被処理体であるＳｉ単結晶の半導体ウェーハ（以下、「ウェーハ」ともいう）１１０は、縦型熱処理装置２００の下方に配置される搭載治具である熱処理用ボート１００に所定枚数搭載されている。そして、熱処理用ボート１００は、縦型熱処理装置２００の縦型炉２０４内の反応管内２０６にロードされて、例えば、ウェーハ１１０に所定のシリコン酸化膜形成処理が施されるごとく構成されている。
【００１６】
図４は図３の縦型熱処理装置２００の縦型炉の内部を模式的に示した縦断面説明図である。縦型炉２０４は、図４に示したように、その外形を構成するケーシング３０２がベースプレート３０４の上面に固着されて、鉛直方向に設置されている。このケーシング３０２は上面が閉口した略筒状の形態をなし、その内部表面は断熱材３０６で覆われている。さらに、この断熱材３０６の内周表面には、例えば抵抗発熱体によって構成されたヒーター３０８が設けられている。そして、適宜の温度制御装置（図示せず）によって、反応管２０６内を所定の温度、例えば、８００℃〜１２００℃の間の任意の温度に加熱、維持することが可能なように構成されている。
【００１７】
処理領域を形成する反応管２０６は、上端が閉口している筒状の外管３１０と、この外管３１０の内周に位置する上端が開口した筒状の内管３１２とによって構成された二重構造を有している。そして、これら各外管３１０と内管３１２は、おのおの例えばステンレスからなる管状のマニホールド３１４によって気密に支持されている。また、このマニホールド３１４の下端部には、フランジ３１６が一体形成されている。そして、熱処理用ボート１００を載せる保温筒２１０のフランジ部２０８が密着するフランジ３１６の下端には、反応管２０６内の雰囲気を外界と遮断するためのＯリング（図示せず）が備えられている。
【００１８】
マニホールド３１４上部側面には、外管３１０と内管３１２との間の空間からガスを排出して、反応管２０６内の処理領域を所定の雰囲気に設定・維持するための例えば真空ポンプ３１８に通ずる排気管３２０が気密に接続されている。
【００１９】
また、マニホールド３１４の下部側面には、例えばシリコン酸化膜形成用処理ガスである例えば、Ｏ２（酸素）ガス、Ｎ２（窒素）ガスを、内管３１２内に導入するための第１ガス導入管３２２、第２ガス導入管３２４がそれぞれ気密に接続されている。そして、これら第１ガス導入管３２２、第２ガス導入管３２４のガスノズル３２２ａ、３２４ａは、それぞれ内管３１２内に突出している。これら第１ガス導入管３２２、第２ガス導入管３２４は、それぞれ対応する所定のマスフロー・コントローラ３２６、３２８を介して、処理ガスの所定の供給源（図示せず）に接続されている。
【００２０】
なお、ここでは、被処理体であるウェーハ１１０をＳｉ単結晶のウェーハとしてシリコン酸化膜形成処理を行う構成について記載したが、半導体ウェーハに熱処理を施す縦型熱処理装置であれば、必ずしもシリコン酸化膜形成処理でなくとも、例えば窒化膜形成処理等のＣＶＤ処理や、不活性ガス等によるアニール処理を行う構成であっても構わない。また、被処理体であるウェーハ１１０も、半導体ウェーハであれば、Ｓｉ単結晶のウェーハに限られることはなく、例えばＧａＡｓウェーハ等の化合物半導体ウェーハであってもよい。
【００２１】
そして、縦型熱処理装置２００および縦型炉２０４についても、上述の構造は一例に過ぎず、熱処理用ボートの下プレート側に搬入口があり、温度および雰囲気をコントロールすることが可能であれば、いかなる構造であっても適用することが可能である。
【００２２】
（熱処理用ボート）
図１は、本実施の形態で使用される熱処理用ボートを示す図である。熱処理用ボート１００は、上下に対向して配置された円形の上プレート１０２と下プレート１０４とを有している。そして、上プレート１０２と下プレート１０４との間には、上プレート１０２のみに固定される複数、例えば３本の積載ポール１０６が設けられている。さらに、これらの積載ポールの外側には、上プレート１０２と下プレート１０４間に固定された複数、例えば２本の支柱１０８を有している。
ここで、積載ポール１０６および支柱１０８は、ウェーハ１１０と接近するため、耐熱性に優れるほか、ウェーハを汚染しないものとすることが好ましく、炭化ケイ素、窒化ケイ素、石英、または酸化アルミニウム等を用いることが出来る。
【００２３】
そして、被処理体であるウェーハ１１０は搬送アーム（図示せず）によって、積載ポール１０６の間から図３に示すように積載ポール１０６に向けて直角に進入させられて、各積載ポール１０６に形成されている溝１１２によって支持されるよう構成されている。
【００２４】
以上のように構成された熱処理用ボート１００は、例えばステンレスからなるフランジ部２０８を備えた保温筒２１０の上に着脱自在に装着されている。この保温筒２１０は、ウェーハの熱処理中に低温の搬送部付近への熱伝導を抑制するために設けられている。さらにこの保温筒２１０は、昇降自在なボートエレベータ２１２の上に載置されている。そして、このボートエレベータ２１２の上昇によって、被処理体であるウェーハ１１０は熱処理用ボート１００ごと、縦型炉２０４内の反応管２０６内にロードされるようになっている。
【００２５】
（熱処理方法）
本実施の形態の熱処理装置２００および熱処理用ボート１００は以上のように構成されている。次にこれらの熱処理装置２００および熱処理用ボート１００を用いた半導体ウェーハの熱処理方法について説明する。
【００２６】
まず、ヒーター３０８を発熱させて、反応管２０６内の温度を例えば７５０℃まで加熱して置く。そして、熱処理用ボート１００に対して、上述のように、搬送アーム（図示せず）によって被処理体であるウェーハ１１０が、所定枚数搭載された時点で、ボートエレベータ２１２が上昇し、図４に示したように、保温筒２１０のフランジ部２０８が、マニホールド３１４下端部のフランジ３１６と密着する位置まで熱処理用ボート１００を上昇させ、ウェーハ１１０を反応管２０６の内管３１２内にロードさせる。
【００２７】
次いで真空ポンプ３１８によって反応管２０６内部を真空引きし、所定の減圧雰囲気まで減圧した後、反応管２０６内の温度を所定の温度、例えば１０５０℃まで加熱する。その後、例えば、第１ガス導入管３２２からＯ２（酸素）ガスを、第２導入管３２４からＮ２（窒素）ガスを内管３１２内に導入させるとシリコンウェーハであるウェーハ１１０表面にシリコン酸化膜が形成される。
【００２８】
（作用・効果）
従来技術においては、上述のように、ウェーハの積載ポールが下プレートにも固定されているために、保温筒だけでは十分に低温部への熱伝導を抑制できず、熱伝導によってウェーハ温度が低下してウェーハの面内温度分布が大きくなり、特に、熱処理用ボート下部のウェーハにスリップ発生が生じやすいという問題があった。
【００２９】
本実施の形態においては、ウェーハを支持する積載ポールは、上プレートのみによって固定されているため、ウェーハの熱が、下プレートを介して逃げることがない。したがって、熱処理用ボート下部のウェーハにおいても、ウェーハの面内温度分布を抑制することが可能となり、結果としてスリップ発生を有効に防止することが可能となる。
そして、上プレートと下プレートの接続は積載ポールではなく、新たに積載ポールの外側に設けられた複数の支柱によっている。
【００３０】
ここで、従来の熱処理用ボートを用いたまま、保温筒２１０を長くして、炉内下部の低温領域と熱処理用ボート下部の距離を更に離し、熱処理用ボート下部のウェーハの面内温度分布を緩和する方法も考えられる。しかし、そのためには、反応管やヒーター等縦方向の部材をすべて長くせねばならないことによる縦型熱処理装置のコスト上昇、あるいは、装置設置容積の増大等が生じるため望ましくない。
【００３１】
[実施の形態の変形例]
（熱処理用ボート）
本実施の形態の変形例においては、熱処理用ボート以外の縦型熱処理装置および熱処理方法については実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００３２】
図２は、本変形例で使用される熱処理用ボートを示す図である。熱処理用ボート４００は、上下に対向して配置された円形の上プレート１０２と下プレート１０４とを有している。そして、上プレート１０２と下プレート１０４との間には、実施の形態同様、上プレート１０２のみに固定される複数、例えば３本の積載ポール１０６が設けられている。さらに、これらの積載ポールの外側には、上プレート１０２と下プレート１０４間に固定された複数、例えば２本の支柱１０８を有している点においても実施の形態と同様の構成である。しかし、実施の形態と異なり、本変形例では、積載ポールを互いに連結する支持部材４０２を有することを特徴としている。
【００３３】
ここで、支持部材４０２は、例えば、複数の積載ポール１０６を互いに固定するものであれば、プレートであっても良いし、棒状の部材であってもよい。
また、図２のように必ずしも、積載ポール下端になくとも、例えば、積載ポールの中間領域に存在しても構わない。
【００３４】
そして、支持部材４０２の材料は、積載ポール１０６や支柱１０８同様、耐熱性に優れるほか、シリコンウェーハを汚染しないものとすることが好ましく、炭化ケイ素、窒化ケイ素、石英、または酸化アルミニウム等を用いることが可能である。
【００３５】
（作用・効果）
実施の形態においては、積載ポールを上プレートのみによって固定しているため、例えば、熱処理用ボートの洗浄や、ウェーハ積載時にかかりうる横方向の応力に対する強度が低下する恐れがあった。本変形例では、積載ポールに支持部材を設けることにより、横方向の応力に対する強度を十分に保証することが可能となるという効果がある。
【００３６】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。実施の形態の説明においては、縦型熱処理装置、熱処理用ボートおよび熱処理方法等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる縦型熱処理装置、熱処理用ボートおよび熱処理方法等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。
【００３７】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての縦型熱処理装置、熱処理用ボートおよび熱処理方法は、本発明の範囲に包含される。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明の実施例および比較例について、図面を参照しつつ説明するが、これらによって本発明が限定されるものではない。
【００３９】
（実施例）
酸素濃度が１．３×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である直径２００ｍｍ（８インチ）の、ＣＺ（チョコラルスキー）法によって引き上げられたシリコンウェーハを用意した。このシリコンウェーハを縦型処理装置において、図１に示した本発明の熱処理用ボートに積載し、熱処理を行った。シリコンウェーハは、熱処理用ボートのＴｏｐ（上プレート側），Ｍｉｄｄｌｅ、Ｂｏｔｔｏｍ（下プレート側）にそれぞれ３３枚ずつ積載した。熱処理条件は１２００℃、１時間、１００％Ａｒ雰囲気で行った。
【００４０】
熱処理後のウェーハについて、Ｔｏｐ（上プレート側），Ｍｉｄｄｌｅ、Ｂｏｔｔｏｍ（下プレート側）からそれぞれ１枚ずつ抜き取り、発生した最大スリップ長をＸＲＴ（Ｘ−ｒａｙ  Ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ，ラング法）により評価した。
評価結果を図５に示す。
【００４１】
（比較例）
実施例と同様、酸素濃度が１．３×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である直径２００ｍｍ（８インチ）の、ＣＺ（チョコラルスキー）法によって引き上げられたシリコンウェーハを用意した。このシリコンウェーハを縦型処理装置において、図６に示した従来の熱処理用ボートに積載し、実施例と同様の熱処理を行った。そして、実施例と同様に発生した最大スリップ長を評価した。
評価結果を図５に示す。
【００４２】
（結果）
図５に実施例および比較例の炉内位置ごとの、最大スリップ長を示す。横軸が、Ｔｏｐ（上プレート側），Ｍｉｄｄｌｅ、Ｂｏｔｔｏｍ（下プレート側）で表される処理ウェーハの炉内位置、縦軸が処理ウェーハの最大スリップ長である。
従来の熱処理用ボートの場合には、炉内位置の依存性がみられ、Ｂｏｔｔｏｍ（下プレート側）で最大スリップ長が顕著に増大する。これは、積載ポールから下プレートを介した熱伝導により、特にＢｏｔｔｏｍ部（下プレート側）でウェーハの面内温度分布が大きくなるからと考えられる。
【００４３】
これに対して実施例の本発明の熱処理用ボートの場合には、炉内位置の依存性が見られず、したがって、Ｂｏｔｔｏｍ側（下プレート側）においてもスリップ長の増大はない。これは、積載ポールを下プレートに固定しないことにより、Ｂｏｔｔｏｍ側（下プレート側）ウェーハに面内温度分布が生ずることを抑制できたためと考えられる。
このように、実施例において、本発明によりＢｏｏｔｏｍ側（下プレート側）ウェーハの面内温度分布を小さくし、スリップ発生を効果的に抑制できることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施の形態で使用される熱処理用ボートを示す図である。
【図２】実施の形態の変形例で使用される熱処理用ボートを示す図である。
【図３】実施の形態で使用される縦型熱処理装置の概観を示す斜視図である。
【図４】図２の縦型熱処理装置の縦型炉の内部を模式的に示した縦断面説明図である。
【図５】実施例および比較例の最大スリップ長の炉内位置依存性を示す図である。
【図６】従来の熱処理用ボートを示す図である。
【図７】従来の熱処理用ボートを用いて、熱処理を行った場合の熱処理炉内全体および各ウェーハの温度分布のシミュレーション結果である。
【符号の説明】
【００４５】
１００  熱処理用ボート
１０２  上プレート
１０４  下プレート
１０６  積載ポール                
１０８  支柱
２００  縦型熱処理装置
２０４  縦型炉
２０６  反応管
２０８  フランジ部
２１０  保温筒
２１２  ボートエレベータ
３０８  ヒーター
４０２  支持部材
【図１】
2007266259.tif 000003
【図２】
2007266259.tif 000004
【図３】
2007266259.tif 000005
【図４】
2007266259.tif 000006
【図５】
2007266259.tif 000007
【図６】
2007266259.tif 000008
【図７】
2007266259.tif 000009