JP2000311866A

JP2000311866A - 縦型熱処理炉およびこれを用いた半導体ウェーハ熱処理方法

Info

Publication number: JP2000311866A
Application number: JP11120552A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Takesako; 健一竹迫
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1999-04-27
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2000-11-07

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体ウェーハにスリップを発生させない縦型
熱処理炉およびこれを用いた半導体ウェーハ熱処理方法
を提供する。【解決手段】加熱手段２により加熱される炉本体３と、
この炉本体３に収容される縦型ウェーハボートＢが載置
される載置台４と、この載置台４の傾きを変える面制御
機構５とを有する半導体ウェーハ熱処理炉。

Description

【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および
これを用いた半導体ウェーハ熱処理方法に係わり、特に
縦型熱処理炉およびこれを用いた半導体ウェーハ熱処理
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程においては、酸
化、拡散等多数の熱処理工程があり、この熱処理工程毎
に複数の半導体ウェーハを縦型ウェーハボートに載置
し、多数の半導体ウェーハが載置された縦型ウェーハボ
ートを縦型熱処理炉に収納し、加熱して熱処理を行って
いる。

【０００３】半導体ウェーハが載置される縦型ウェーハ
ボートは、半導体ウェーハを載置するための多数のスリ
ットを有する棒形状の支持部材を複数本、縦方向に平行
に立設した構造になっており、半導体ウェーハは半導体
ウェーハの外周部の数点を支持部材のスリットで支持さ
れた状態で、縦型熱処理炉で熱処理される。縦型ボート
の支持部材のスリットで支持された半導体ウェーハは、
支持部から自重による応力を受け、さらに熱処理時には
ウェーハ面内の温度差によって熱応力を受ける。

【０００４】これら重畳した応力が半導体ウェーハのシ
リコン結晶のせん断降伏応力値を越えると、半導体ウェ
ーハに結晶転位が生じ、スリップとなり、半導体ウェー
ハの品質を低下させる。さらに、半導体ウェーハにスリ
ップを発生させるせん断降伏応力値は高温であるほど小
さく、すなわちスリップが発生しやすい。

【０００５】また、近年、半導体デバイスの高集積化に
伴い、ウェーハ１枚あたりのデバイス収率を上げるた
め、ウェーハの大口径化が進んでおり、このウェーハ径
の増大とともに、ボートの支持部から受ける応力が増大
し、スリップ転位が発生しやすくなり、深刻な問題とな
っている。

【０００６】スリップ対策としてウェーハボートの構造
を改良したものがある。例えば、特開平５―１５２２２
８号公報には、半導体ウェーハよりも大きな円板状のシ
リコン単結晶、保持部材を平行に立設された複数本の棒
形状支持支柱に設けられた支持部材の支持用溝により支
持させ、支持部材上に支持部材よりも小さい半導体ウェ
ーハを載置する構造が記載されている。この記載の構造
は、支持部材を半導体ウェーハよりも大きく形成するこ
とにより、成膜工程において、半導体ウェーハが支持支
柱に接触するのを防止して、半導体ウェーハの破損等を
防止するものである。

【０００７】しかしながら、この発明では、例え円板状
の支持部材を用いたとしても、製造上から支持精度に問
題があり、実質的には３点ないし４支持支持になってし
まい、高温熱処理中に発生するスリップを十分に防止す
ることは困難である。

【０００８】また、特開平６―１５１３４７号公報に
は、半円弧状の支持部材により半導体ウェーハを支持
し、縦型炉での熱処理時半導体ウェーハにスリップが発
生するのを防止する縦型熱処理炉用ボートが記載されて
いるが、この記載の縦型熱処理炉用ボートも、支持精度
に問題があり、実質的には３点ないし４点支持になって
しまい、高温熱処理中に発生するスリップを十分に防止
することが困難である。

【０００９】さらに上述の半円弧形状の支持部材に変え
てリング形状に半導体ウェーハを線接触で支持する構造
の縦型熱処理炉用ボートが提案されているが、このボー
トはリング状の保持部を精度よく製造するのが難しく、
支持精度に問題があり、実質的には３点ないし４点支持
になってしまい、ウェーハのスリップ問題を解決するに
至っていない。

【００１０】上述のようにウェーハボートを改良するだ
けでは、半導体ウェーハに発生するスリップを完全に防
止するのは困難である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】そこで、半導体ウェー
ハにスリップを発生させない縦型熱処理炉およびこれを
用いた半導体ウェーハ熱処理方法が要望されている。

【００１２】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、半導体ウェーハにスリップを発生させない縦型
熱処理炉およびこれを用いた半導体ウェーハ熱処理方法
を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた本願請求項１の発明は、加熱手段により加熱
される炉本体と、この炉本体に収容される縦型ウェーハ
ボートが載置される載置台と、この載置台の傾きを変え
る面制御機構とを有することを特徴とする半導体ウェー
ハ熱処理炉であることを要旨としている。

【００１４】本願請求項２の発明では、上記面制御機構
は載置台の下面に対向して設けられ炉外からの指示によ
り進退する作動子であることを特徴とする請求項１に記
載の半導体ウェーハ熱処理炉であることを要旨としてい
る。

【００１５】本願請求項３の発明では、上記作動子は複
数個設けられていることを特徴とする請求項２に記載の
半導体ウェーハ熱処理炉であることを要旨としている。

【００１６】本願請求項４の発明では、上記載置台は回
転することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１
項に記載の半導体ウェーハ熱処理炉であることを要旨と
している。

【００１７】本願請求項５の発明は、半導体ウェーハが
装填され支持される縦型ウェーハボートを縦型熱処理炉
に収納して半導体ウェーハの熱処理方法において、熱処
理中に前記ウェーハボートによる半導体ウェーハの最大
応力発生点を変更させることを特徴とする半導体ウェー
ハ熱処理方法であることを要旨としている。

【００１８】本願請求項６の発明は、上記縦型ウェーハ
ボートを任意の方向に傾けることにより半導体ウェーハ
の最大応力発生点を変更させることを特徴とする請求項
５に記載の半導体ウェーハ熱処理方法であることを要旨
としている。

【００１９】本願請求項７の発明は、上記縦型ウェーハ
ボートが載置される載置台を任意の方向に傾けることに
より半導体ウェーハの最大応力発生点を変更させること
を特徴とする請求項５または６に記載の半導体ウェーハ
熱処理方法であることを要旨としている。

【００２０】本願請求項８の発明では、上記載置台の下
面に対向して複数個設けられた進退自在の作動子によっ
て前記載置台を任意の方向に傾けることを特徴とする請
求項７に記載の半導体ウェーハ熱処理方法であることを
要旨としている。

【００２１】本願請求項９の発明では、上記縦型ウェー
ハボートにリング形状の支持部材を有するウェーハボー
トを用いることを特徴とする請求項５ないし８のいずれ
か１項に記載の半導体ウェーハ熱処理方法であることを
要旨としている。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる縦型熱処理
炉およびこれを用いた半導体ウェーハ熱処理方法の一実
施の形態について添付図面に基づき説明する。

【００２３】図１に示すように、本発明に係わる縦型熱
処理炉１は、加熱手段２により加熱される炉本体３と、
この炉本体３に収容される縦型ウェーハボートＢが載置
される載置台４と、この載置台４の傾きを変える面制御
機構５とを有している。

【００２４】図２に示すように、載置台４は回転基台６
に載置され、さらに図３に示すように、載置台４は面制
御機構５の働きで支点機構７を中心に傾斜方向と角度θ
を変えられるようになっている。

【００２５】上記載置台４と回転基台６間に設けられた
支点機構７は、回転基台６に設けられた半球形状の凸部
７ａに、載置台４に設けられた半球形状の凹部７ｂを回
転自在に係合させた構造になっている。

【００２６】上記縦型ウェーハボートＢは図４に示すよ
うに、例えば３本の支持Ｂｐとこの支柱Ｂｐに形成され
た支持溝Ｂｃとこの支持溝Ｂｃで支持されるリング形状
の支持部材Ｂｒを有している。

【００２７】上記回転基台６には面制御機構５、例えば
３個のエアシリンダ８とこのエアシリンダ８によって進
退駆動される３個のロット形状の作動子９が設けられ、
この作動子９は回転基台６に穿設された遊挿孔１０を貫
通して載置台４の裏面４ｒと当接している。

【００２８】回転基台６はモータ駆動されて回転する回
転軸１１に取付けられており、この回転軸１１の先端部
１１ｔは中空扁平な円板形状をなして、この先端部１１
ｔにはエアシリンダ８が内装されている。このエアシリ
ンダ８は各々回転軸１１のを貫通するエアパイプ１２を
貫通してカプラ１３を介してエアポンプ（図示せず）に
接続されている。

【００２９】保温筒１４を介して縦型ウェーハボートＢ
が載置される載置台４とこの載置台４が載置される回転
基台６は、昇降機構１５によって昇降され、さらに蓋体
１６も昇降機構１５によって昇降されて炉開口１７を炉
使用時閉塞するようになっている。

【００３０】１７は載置台４と回転基台６を回転させる
モータであり、加熱中に縦型ウェーハボートＢを回転す
る方式の縦型熱処理炉には必要であるが、縦型ウェーハ
ボートＢを回転しない方式の縦型熱処理炉にあっては、
必要なものではない。

【００３１】また、１９は処理ガス供給口であり、２０
は排気口である。

【００３２】なお、面制御機構５はエアシリンダ８と作
動子９によって構成されたものに限らず、ソレノイドに
より作動子を進退させるものでもよく、またモータによ
り駆動されるカム機構により作動子を進退させるもので
もよい。

【００３３】次に本発明に係わる半導体ウェーハ熱処理
方法を説明する。

【００３４】半導体ウェーハＷをリング形状の支持部材
Ｂｒに載置し、半導体ウェーハが載置された支持部材Ｂ
ｒを支持溝Ｂｃで支持して縦型ウェーハボートＢに装填
し、この半導体ウェーハＷが装填された縦型ウェーハボ
ートＢを昇降装置１５により最下位に位置した載置台４
に保温筒１４を介して載置する。このとき、図２に示す
ように、作動子９は遊挿孔１９内に収納されており、載
置台４は水平に保たれている。

【００３５】このとき、載置台４が水平に保たれている
ので、ウェーハボートＢも水平に保たれており、本来、
半導体ウェーハＷは支持部材Ｂｒ全体で支持されるが、
リング形状の支持部材Ｂｒや半導体ウェーハＷの形状な
ど支持精度に起因して半導体ウェーハＷは実質的に３点
（図５中のＰ１、Ｐ２、Ｐ３点）で支持されることにな
る。仮にＰ１、Ｐ２、Ｐ３がウェーハ中心を重心とする
正三角形の頂点に位置するとした場合、Ｐ１〜Ｐ３には
均等な荷重がかかり、ウェーハに発生する応力も各点で
均等となる。

【００３６】次に昇降装置１５を作動させて、縦型ウェ
ーハボートＢを載置台４、回転基台６、回転軸１１およ
び蓋体１６を上昇させて、縦型ウェーハボートＢを炉本
体１に収納し、炉開口１７を閉塞する。加熱装置２に通
電して炉本体３を加熱し、炉本体３が所定温度に達した
後、処理ガス供給口１９から処理ガスＧ例えばシラン等
を炉本体３に供給する。この状態を維持しながら、モー
タ１８を駆動させて回転軸１１を回転させて、回転基台
６、載置台４よおよびウェーハボートＢを回転させ、均
一な加熱処理を行う。

【００３７】一定時間経過後、図３（ａ）に示すよう
に、外部からの指示により、エアシリンダ８ａおよび８
ｃ（図示せず）の作動子９ａ、９ｃ（図示せず）を進出
させて図５（ａ）点および（ｃ）点に位置する作動子９
ａ、９ｃにより載置台４を押上げ水平面に対してＳ１方
向に角度θ傾ける。このとき載置台４はこの載置台４の
一端部４ａあるいは、支点機構７と、作動子９ａおよび
９ｃにより支持され、かつ支点機構７の凸部７ａと凹部
７ｂの係合により、載置台４は傾けられるにもかかわら
ず、回転基台６上に安定して載置された状態を維持し、
回転基台６で滑ることがない。

【００３８】例えば、図５において、上記載置台４がＳ
１方向に傾けられるとウェーハボートＢも同じ方向にθ
だけ傾く。このウェーハボートＢの傾きにより、ボート
に対するウェーハの最大荷重がかかる点はＰ１となり、
Ｐ１に最大応力が発生する。これに伴い、Ｐ２、Ｐ３に
対する荷重が減少し、Ｐ２、Ｐ３に生じる応力も減少す
る。この状態でウェーハの熱処理を続行する。

【００３９】所定の時間経過後、例えば上記載置台の
（ａ）点に位置する作動子９ａを降下させるとともに
（ｃ））に位置する作動子９ｃを上昇させることによ
り、ウェーハボートＢをＳ２の方向に傾ける。これによ
りボートに対するウェーハの最大荷重がかかる点はＰ２
となり、Ｐ２に最大応力が発生する。これに伴い、水平
状態時に比べてＰ１、Ｐ３に対する荷重が減少し、Ｐ
１、Ｐ３に生じる応力も減少する。この状態でウェーハ
の熱処理を続行する。

【００４０】以下同様に、順次ボートの傾きを変更して
最大応力発生点および応力を適宜移動および変更させな
がら熱処理をすることにより、スリップの発生を防止す
ることができる。所定の時間経過後、処理ガスＧと加熱
装置２への給電を止めて熱処理を完了する。

【００４１】半導体ウェーハＷは炉冷されるが、この炉
冷工程においても、スリップが発生する虞があるので、
熱処理中と同様に面制御機構５を作動させて、半導体ボ
ートＢの傾き方向を変えて、最大応力発生点を変え、ス
リップの発生を防止する。

【００４２】炉冷完了後は作動子９は元の位置に収納さ
れて、載置台４、ウェーハボートＢおよび半導体ウェー
ハＷは水平位置に戻される。

【００４３】熱処理および炉冷を完了後、、昇降機構１
５を作動させて、回転基台６、載置台４およびウェーハ
ボートＢを最下位の位置まで降下させ、縦型熱処理炉１
外に設けられたウェーハ移載装置によって半導体ウェー
ハＷをウェーハボートＢ外に取出す。

【００４４】上述のような熱処理工程および炉冷工程に
おいて、ウェーハボートＢの方向を任意の方向に傾ける
ことにより半導体ウェーハＷの最大応力発生点Ｐを多様
に変更させて、長時間同一位置で支持した場合に発生す
るスリップを確実に防止することができる。

【００４５】上述に実施形態として、リング形状の支持
部材を有するウェーハボートについて説明したが、半導
体ウェーハをウェーハボートの支柱に設けられた支持溝
に直接支持させるようにして、リング形状の支持部材を
必要としないウェーハボートであっても、本発明の製造
方法は同様の効果を期待できる。特に、４本支柱を有す
るウェーハボートにあっては、効果的に最大応力発生点
を移動できて、スリップ発生を防止できる。

【００４６】また、上述した実施形態においては、載置
台４を回転させて、ウェーハボートＢを回転させたが、
熱処理内容によっては、必ずしもウェーハボートＢを回
転を行う必要がなく、ウェーハボートが回転しなくと
も、ウェーハボートの傾き方向を変えることで、上述し
た実施形態と同様の効果が得られる。

【００４７】

【実施例】（従来例）：半導体ウェーハを水平に保たれ
たウェーハボートに搭載して、半導体ウェーハを水平支
持し、炉温１２００℃、還元雰囲気、１０分間熱処理を
行ったところ、最大荷重点で１０〜６０ｍｍの
スリップが発生し、その他の場所でも３〜１０ｍｍの
スリップの発生があった。

【００４８】（実施例）：上記と同一条件で熱処理を行
い、熱処理工程中に３回ウェーハボートの方向を変えた
ところ、最大荷重点およびその他の場所にスリップの発
生が見られなかった。

【００４９】

【発明の効果】本発明に係わる縦型熱処理炉およびこれ
を用いた半導体ウェーハ熱処理方法によれば、ウェーハ
ボートによる半導体ウェーハの支持点を変更させて、長
時間同一位置で支持した場合に発生するスリップを確実
に防止することができる。

【００５０】進退自在の作動子により載置台の面の傾き
を制御するので、構造が簡単で故障がなく安価である。

【００５１】複数個の作動子で載置台の面の傾きを制御
する場合には、多方向の面方向制御が行えてより確実に
スリップの発生を防止できる。

【００５２】載置台を回転させる場合には、均一な熱処
理が行えるとともに、スリップの発生を防止できる。

【００５３】縦型ウェーハボートにリング形状の支持部
材を有するウェーハボートを用いる場合には、多様に支
持点を移動させることができて、さらに確実にスリップ
の発生を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる縦型熱処理炉の説明図。

【図２】本発明に係わる縦型熱処理炉の要部を示す断面
図。

【図３】本発明に係わる縦型熱処理炉の載置台の傾き状
態を示す説明図。

【図４】本発明に係わる半導体ウェーハ熱処理方法に用
いられる縦型ウェーハボートの要部の断面図。

【図５】縦型熱処理炉の載置台の傾き方向の変化に対す
る支持点の移動状態を示す説明図。

【符号の説明】

１縦型熱処理炉２加熱手段３炉本体４載置台４ｒ載置台の裏面５面制御機構６回転基台７支点機構８エアシリンダ９作動子１０遊挿孔１１回転軸１１ｔ先端部１２エアパイプ１３カプラ１４保温筒１５昇降機構１６蓋体１７炉開口１８モータ１９処理ガス供給口２０排気口ＢウェーハボートＷ半導体ウェーハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱手段により加熱される炉本体と、こ
の炉本体に収容される縦型ウェーハボートが載置される
載置台と、この載置台の傾きを変える面制御機構とを有
することを特徴とする半導体ウェーハ熱処理炉。
【請求項２】上記面制御機構は載置台の下面に対向し
て設けられ炉外からの指示により進退する作動子である
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハ熱処
理炉。
【請求項３】上記作動子は複数個設けられていること
を特徴とする請求項２に記載の半導体ウェーハ熱処理
炉。
【請求項４】上記載置台は回転することを特徴とする
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体ウェー
ハ熱処理炉。
【請求項５】半導体ウェーハが装填され支持される縦
型ウェーハボートを縦型熱処理炉に収納して半導体ウェ
ーハの熱処理方法において、熱処理中に前記ウェーハボ
ートによる半導体ウェーハの最大応力発生点を変更させ
ることを特徴とする半導体ウェーハ熱処理方法。
【請求項６】上記縦型ウェーハボートを任意の方向に
傾けることにより半導体ウェーハの最大応力発生点を変
更させることを特徴とする請求項５に記載の半導体ウェ
ーハ熱処理方法。
【請求項７】上記縦型ウェーハボートが載置される載
置台を任意の方向に傾けることにより半導体ウェーハの
最大応力発生点を変更させることを特徴とする請求項５
または６に記載の半導体ウェーハ熱処理方法。
【請求項８】上記載置台の下面に対向して複数個設け
られた進退自在の作動子によって前記載置台を任意の方
向に傾けることを特徴とする請求項７に記載の半導体ウ
ェーハ熱処理方法。
【請求項９】上記縦型ウェーハボートにリング形状の
支持部材を有するウェーハボートを用いることを特徴と
す請求項５ないし８のいずれか１項に記載の半導体ウェ
ーハ熱処理方法。