JP2004228459A - ウエーハの熱処理方法及び熱処理装置並びに熱処理用ボート - Google Patents
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Abstract
【課題】ウエーハにスリップを発生させず、さらにはウエーハ裏面でのキズの発生を防止して安定した熱処理を行うことのできるウエーハの熱処理方法及び熱処理装置を提供する。
【解決手段】ウエーハを熱処理する熱処理方法において、前記ウエーハの主面が水平になるように保持し、該ウエーハの裏面に加熱した気体を吹き付けて、ウエーハの裏面側の気圧がウエーハ表面側の気圧よりも高くなるようにしながらウエーハに熱処理を行うことを特徴とするウエーハの熱処理方法、及び熱処理装置。
【選択図】 図１
【解決手段】ウエーハを熱処理する熱処理方法において、前記ウエーハの主面が水平になるように保持し、該ウエーハの裏面に加熱した気体を吹き付けて、ウエーハの裏面側の気圧がウエーハ表面側の気圧よりも高くなるようにしながらウエーハに熱処理を行うことを特徴とするウエーハの熱処理方法、及び熱処理装置。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエーハ等のようなウエーハに熱処理を行うための熱処理方法、熱処理装置、及び熱処理用ボートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体単結晶シリコン（以下、単にシリコンということがある）等の単結晶インゴットからウエーハを切出した後半導体デバイスを製造するまでには、ウエーハの加工プロセスから素子の形成プロセスまで多数の工程が介在する。それらの工程の一つに熱処理工程がある。この熱処理工程は、ウエーハ表層での無欠陥層の形成、酸素析出物の形成によるゲッタリング層の形成、酸化膜の形成、不純物拡散等の目的で行われ、非常に重要なプロセスである。
【０００３】
このような熱処理工程で用いられる熱処理炉、例えば、酸化や不純物拡散に用いられる拡散炉（酸化・拡散装置）としては、現在、ウエーハの大口径化に伴い、ウエーハを水平に積層した状態で複数のウエーハを同時に熱処理する縦型の熱処理炉が主に用いられている。この縦型熱処理炉では、通常複数のウエーハを保持するための熱処理用ボートが用いられている。このような複数のウエーハに同時に熱処理を行う熱処理装置は、バッチ式の熱処理炉と言われている。
【０００４】
図７は、バッチ式の縦型熱処理炉の一例を示す概略説明図である。熱処理炉６０の反応室６１の内部には熱処理用ボート６２が設置されており、この熱処理用ボート６２に保持された複数のウエーハ６３は、反応室６１の周囲に設けられたヒータ６４によって加熱される。また、反応室６１にはガス導入管６５を介して雰囲気ガスを導入し、熱処理炉６０の上方からガスを流してウエーハ６３の周囲を通過させ、ガス排気管６６から外部に排出する。このとき、使用する雰囲気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。また、不純物拡散の場合には、これらのガスをキャリアガスとして不純物化合物ガスを導入する。
【０００５】
図８は、上記のような縦型熱処理炉に設置される熱処理用ボートの具体的な構成の一例を示した概略図である。この熱処理用ボート６７は、複数の支柱６８が天板６９と底板７０によって結合されている。また、各支柱の同じ高さにウエーハ載置部となる溝７１が形成されており、これらの多数の溝にそれぞれウエーハ６３を保持することができる。このように複数のウエーハを保持した熱処理用ボート６７を上記のような縦型熱処理炉内に配置することにより、複数のウエーハを同時に熱処理することができる。
【０００６】
また、熱処理炉の別の形態として、ウエーハを１枚ずつ熱処理する枚葉式の熱処理装置がある。例えば、この枚葉式の熱処理装置としては、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）と呼ばれる急速加熱・急速冷却熱処理を行うランプ加熱式の熱処理装置等があり、ウエーハ表面における欠陥の消滅、酸素ドナーの消滅、浅い拡散層の形成、薄い酸化膜の形成等を行うための熱処理に使用されている。また、シリコンウエーハ等にエピタキシャル成長を行う際に用いられるランプ加熱式の装置（エピタキシャル製造装置）も上記と同様な形態の装置であり、枚様式の熱処理装置の一つである。
【０００７】
しかしながら、上記のようなバッチ式や枚様式の熱処理装置を用いたウエーハの熱処理工程では、ウエーハに金属不純物汚染、スリップ、裏面のキズ等が発生するという問題があり、これらの品質は半導体デバイス作製の歩留まりに直接影響する。これらの問題のうちスリップとウエーハ裏面のキズの問題は、ウエーハを保持する熱処理用ボートの形状に非常に大きく影響されることが知られている。
【０００８】
また、スリップはウエーハに施す熱処理の熱処理温度が高くなるほど発生しやすくなる。特に、シリコンウエーハに、表層無欠陥層形成、酸素析出物形成、不純物拡散等に用いられる１２００℃程度の熱処理や、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエーハの製造方法のひとつであるＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ ｉｍｐｌａｎｔｅｄ ｏｘｙｇｅｎ）法で用いられる１３００℃を越える熱処理を行った場合では、降伏応力の低下のためにシリコンウエーハにスリップが発生しやすい状況であった。
【０００９】
さらに近年、ウエーハの直径が１５０ｍｍから２００ｍｍ、そして３００ｍｍへとウエーハの大口径化が進むにつれて、ウエーハを保持した際にウエーハの自重による内部応力が大きくなり、熱処理を行った時にウエーハに熱処理用ボートとの接触部からスリップが顕著に発生するため、スリップの問題が無視できなくなってきている。
【００１０】
このようなスリップの発生を抑制するため、様々な形状の熱処理用ボートが考案されている。例えば、支柱の本数を３本から４本に増やしたものや、ウエーハを保持するための櫛状のウエーハ保持部を形成したもの、そのウエーハ保持部の形状を直線状から曲線状に変更したもの、さらに近年では支柱に形成した溝に円形板状やリング状のサセプタを載せ、このサセプタでウエーハを支持するタイプの熱処理用ボートも開発されている（例えば、特開平６−２６０４３８号公報）。
【００１１】
しかしながら、半導体デバイスの量産にも使用されるようになってきた直径３００ｍｍ、またはそれ以上の直径を有するシリコンウエーハ等では、ウエーハの自重による内部応力が著しく増大するとともに、熱処理工程の際の昇温・降温時にウエーハ面内の温度の不均一に起因して発生する熱歪応力も増大するため、上記のようなボート形状の改良だけではスリップの発生を抑えきれない状況にある。そのため、従来では昇温・降温速度を極端に緩やかにしたり、熱処理用ボートにおける溝の間隔を拡張したりする等の対策を講じているが、スリップの発生を完全に抑えることができず、その上生産性が悪化するという問題も併発していた。
【００１２】
また一方で、半導体デバイスの高集積化によりそのデザインルールが０．１０μｍに近付くにつれて、ウエーハ裏面に生じるキズの問題も深刻になってきている。つまり、半導体デバイスのデザインルールが０．１０μｍとその仕様が厳しくなると、デバイス作製の際に露光工程において焦点深度が著しく浅くなるため、ウエーハ裏面に発生した微小なキズが露光機のピンチャックに接するだけで露光不良を起こし、デバイス歩留まりの低下を招いてしまう。しかしながら、上記のような従来の縦型熱処理炉等に用いられる熱処理用ボートではウエーハを裏面で保持する構造になっているため、このような裏面のキズの発生を防止することは極めて困難であった。
【００１３】
このようなスリップやウエーハ裏面のキズの問題を解決する為、特開平９−３３０９３５号公報では、半導体ウエーハとの接触部に気体噴出口を備えたウエーハ支持手段を有する熱処理用ボートが開示されている。しかしながら、このような熱処理用ボートを用いてウエーハに熱処理を行っても、熱処理の際に気体噴出口から噴出する気体の影響によりウエーハ面内に温度分布を生じさせるため、スリップの発生を十分に抑制することはできなかった。さらに、ウエーハを複数枚同時に熱処理する縦型熱処理炉等では、熱処理用ボートが長いために各ウエーハ間で温度差が発生しやすく、安定した熱処理を行うことができず問題であった。
【００１４】
【特許文献１】
特開平６−２６０４３８号公報
【特許文献２】
特開平９−３３０９３５号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ウエーハにスリップを発生させず、さらにはウエーハ裏面でのキズの発生を防止して安定した熱処理を行うことのできるウエーハの熱処理方法及び熱処理装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、ウエーハを熱処理する熱処理方法において、前記ウエーハの主面が水平になるように保持し、該ウエーハの裏面に加熱した気体を吹き付けて、ウエーハの裏面側の気圧がウエーハ表面側の気圧よりも高くなるようにしながらウエーハに熱処理を行うことを特徴とするウエーハの熱処理方法が提供される（請求項１）。
【００１７】
このように、ウエーハを水平に保持し、そのウエーハの裏面に加熱した気体を吹き付けてウエーハ裏面側の気圧が表面側よりも高くなるようにしてウエーハに熱処理を行うことによって、ウエーハを保持した時にウエーハ保持部でのウエーハへの負荷を小さくしてウエーハの自重による内部応力を低減するとともに、ウエーハ面内の温度を均一にして熱歪応力を低減することができるため、大口径のウエーハを熱処理する場合や１２００℃以上の高温で熱処理する場合であっても、ウエーハにスリップを発生させずに熱処理を行うことができる。
【００１８】
このとき、前記ウエーハの表面にも加熱した気体を吹き付けることが好ましい（請求項２）。
このようにウエーハ表面にも加熱した気体を吹き付けることによって、ウエーハ全体を均一に加熱することができるため、ウエーハに生じる熱歪応力を一層低減し、スリップの発生を確実に防止して安定した熱処理を行うことができる。
【００１９】
また、前記加熱した気体を、ウエーハ裏面の全面に、またはウエーハ裏面及び表面の全面に吹き付けることが好ましい（請求項３）。
このように、加熱した気体をウエーハ全面に吹き付けることによって、熱処理時のウエーハ面内での温度分布をさらに均一にすることができ、ウエーハに発生する熱歪応力を極めて小さくすることができる。
【００２０】
この場合、前記気体の温度をウエーハの熱処理温度に加熱して吹き付けることが好ましい（請求項４）。
このように、気体の温度をウエーハの熱処理温度に加熱してウエーハに吹き付けることによって、別途ウエーハを加熱するウエーハ加熱手段を用いずにウエーハに熱処理を行うことが可能となるため、熱処理装置の小型化、簡略化を図ることができる。
【００２１】
また、本発明の熱処理方法では、前記ウエーハを複数枚同時に熱処理することができる（請求項５）。
このように、本発明ではウエーハを複数枚同時に熱処理することができ、それによって、複数のウエーハをスリップを発生させずに効率的に熱処理することができる。
【００２２】
さらに、本発明の熱処理方法では、前記ウエーハを枚葉式で熱処理することもできる（請求項６）。
従来、ＲＴＡ装置等でウエーハを枚様式で熱処理するとウエーハに反りが生じやすかったが、本発明の熱処理方法によりウエーハを枚葉式で熱処理することによって、スリップを発生させず、またウエーハの反りも抑制してウエーハに熱処理を行うことができる。
【００２３】
その際、前記ウエーハの裏面に加熱した気体を吹き付けて、ウエーハの外周部のみを保持した状態で、またはウエーハを浮遊させた状態で熱処理を行うことが好ましい（請求項７）。
本発明の熱処理方法によれば、ウエーハ裏面に加熱した気体を吹き付けて、ウエーハをウエーハ外周部のみを保持した状態で、または浮遊させた状態で熱処理することができ、それによって、ウエーハ裏面にキズを発生させずにウエーハの熱処理を行うことができる。
【００２４】
また、本発明によれば、上記本発明のウエーハの熱処理方法により熱処理されたアニールウエーハを提供することができる（請求項８）。
このように本発明のウエーハの熱処理方法により熱処理されたアニールウエーハであれば、大口径のウエーハであっても、また１２００℃以上の高温熱処理が施された場合であっても、スリップが発生してなく、さらにはウエーハ裏面にキズがないアニールウエーハとすることができる。
【００２５】
そして、本発明によれば、ウエーハを熱処理する熱処理装置であって、少なくとも、前記ウエーハを投入して外部と雰囲気を遮断する反応室と、前記ウエーハを保持し加熱した気体をウエーハの裏面に吹き付けるボートと、前記ウエーハに吹き付ける気体を加熱する気体加熱装置とを具備することを特徴とするウエーハの熱処理装置が提供される（請求項９）。
【００２６】
このように、少なくとも、反応室と、加熱した気体をウエーハ裏面に吹き付けるボートと、気体を加熱する気体加熱装置とを具備するウエーハの熱処理装置であれば、ウエーハの自重による内部応力やウエーハ面内温度の不均一による熱歪応力を低減してウエーハに熱処理を行うことができるため、ウエーハにスリップを発生させずに熱処理できる熱処理装置とすることができる。また、このような熱処理装置であれば、ウエーハを外周部のみを保持した状態で、またはウエーハを浮遊させた状態で熱処理することが可能となるため、ウエーハ裏面のキズを発生させずに熱処理を行うことが可能となる。さらに、加熱した気体をウエーハ裏面に吹き付けるので、ウエーハを加熱するためのウエーハ加熱手段がなくてもウエーハの熱処理が可能となるため、熱処理装置の小型化、簡略化を図ることができる。
【００２７】
そして、このような本発明のウエーハの熱処理装置は、前記ウエーハを複数枚同時に熱処理するものとすることができるし（請求項１０）、また前記ウエーハを枚様式で熱処理するものとすることができる（請求項１１）。
このように、本発明のウエーハの熱処理装置が、ウエーハを複数枚同時に熱処理する熱処理装置であっても、ウエーハを枚様式で熱処理する熱処理装置であっても、ウエーハにスリップを発生させず、さらにはウエーハ裏面でのキズの発生を防止して熱処理できる熱処理装置となる。
【００２８】
このとき、前記ボートに排気孔が形成されていることが好ましい（請求項１２）。
このようにボートに排気孔が形成されていれば、加熱した気体をウエーハ裏面に吹き付けた後、気体の流通を円滑に行うことができるし、またこの排気孔の数や大きさを調節することによって、ウエーハ裏面側の気圧を容易に制御することも可能となる。
【００２９】
また、前記ウエーハの表面に加熱した気体を吹き付ける上部気体供給手段を具備することが好ましい（請求項１３）。
このように、本発明のウエーハの熱処理装置が上部気体供給手段を具備することによって、ウエーハ表面にも加熱した気体を吹き付けてウエーハ全体を均一に加熱することができるため、ウエーハに生じる熱歪応力を一層低減し、スリップの発生を確実に防止して安定した熱処理を行うことができる。
【００３０】
さらに、前記ウエーハの裏面側の気圧がウエーハ表面側の気圧よりも高くなるように調節する調整手段を具備することが好ましい（請求項１４）。
このように気圧を調節する調整手段を具備することにより、ウエーハの裏面側の気圧をウエーハ表面側よりも確実に高くすることができる。さらに、ウエーハ裏面側の気圧をウエーハ表面側の気圧よりも高くなる範囲で任意に調整することも可能となるため、必要に応じてウエーハを外周部のみを保持したり、またウエーハを浮遊させて熱処理することが可能となる。
【００３１】
また、前記ウエーハを加熱するウエーハ加熱手段を有することが好ましい（請求項１５）。
本発明のウエーハの熱処理装置は、上述のように、ウエーハを加熱するウエーハ加熱手段がなくてもウエーハに熱処理を行うことが可能であるが、熱処理装置がこのようにウエーハ加熱手段を別途有するものであれば、ウエーハ全体、また反応室内をより安定してすばやく加熱することができるため、より高品質のアニールウエーハを高生産性で得ることが可能となる。
【００３２】
さらに、前記気体加熱装置は、石英またはＳｉＣからなる細管が屈折させて配置され、気体加熱手段を用いて前記ウエーハに吹き付ける気体を屈折させて配置した細管に通過させながら加熱するものであることが好ましい（請求項１６）。
本発明の熱処理装置における気体加熱装置がこのようにして気体を加熱するものであれば、気体加熱装置自体の構成が簡便で小型のものとすることができ、また長期の使用に耐え得るものとなり、さらにウエーハに吹き付ける気体の加熱を容易にすばやく行うことができるものとなる。
【００３３】
さらに、本発明によれば、ウエーハを保持する熱処理用ボートであって、少なくとも、複数の支柱と、該複数の支柱を固定する天板及び底板と、前記ウエーハを保持するサセプタと、前記支柱に取り付けられる前記サセプタを支持するためのサセプタ支持部とを具備し、前記複数の支柱のうちの少なくとも１つが加熱した気体を通過させるための中空構造を有し、前記サセプタ支持部に前記支柱の中空構造に連通して支柱内の加熱した気体を前記サセプタに送るための通気路が形成されており、前記サセプタに前記サセプタ支持部の通気路から送られてきた加熱した気体をウエーハに吹き付けるための貫通孔が形成されていることを特徴とする熱処理用ボートが提供される（請求項１７）。
【００３４】
このような構成を有している熱処理用ボートであれば、上記本発明の熱処理装置のボート、すなわちウエーハを保持し加熱した気体をウエーハの裏面に吹き付けるボートとして使用することができ、このような熱処理用ボートを用いることによって、ウエーハを複数枚同時にスリップを発生させずに熱処理することができる。
【００３５】
このとき、前記サセプタに排気孔が形成されていることが好ましい（請求項１８）。
このように、サセプタに排気孔が形成されていれば、前述のように、加熱されたガスをウエーハ裏面から吹き付けた後、ガスの流通を円滑に行うことができるし、またこの排気孔の数や大きさを調節することにより、ウエーハ裏面側の気圧の制御も容易に行うことができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
従来、ウエーハに品質向上等の様々な目的で熱処理を行うと、ウエーハにスリップを発生させたり、またウエーハ裏面にキズを生じさせてしまい、その後のデバイス作製工程等で歩留まりを低下させるといった問題があった。
【００３７】
そこで、本発明者は、熱処理の際にウエーハにスリップを発生させないようにするため、鋭意検討を重ねた結果、ウエーハに熱処理を行う際にウエーハの主面が水平になるように保持し、このウエーハの裏面に加熱した気体を吹き付けてウエーハ裏面側の気圧がウエーハ表面側よりも高くなるようにすることによって、ウエーハにスリップを発生させる要因であるウエーハの自重による内部応力とウエーハ面内の温度の不均一による熱歪応力を低減して熱処理を行うことができること、さらにウエーハ裏面のキズの発生も防止できることを見出し、本発明を完成させた。
【００３８】
先ず、本発明に係るウエーハの熱処理装置について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明によれば、ウエーハを複数枚同時に熱処理することのできるバッチ式の熱処理装置と、ウエーハを１枚ずつ熱処理する枚葉式の熱処理装置の２種類の熱処理装置を提供することができる。以下、これら２種類の熱処理装置のそれぞれについて図面を参照しながら説明する。
【００３９】
本発明に係るバッチ式の熱処理装置は、図１に示したように、少なくとも、ウエーハ５を投入して外部と雰囲気を遮断する反応室２と、ウエーハ５を保持し加熱した気体をウエーハ５の裏面に吹き付けるボート３と、ウエーハ５に吹き付ける気体を加熱する気体加熱装置４とを具備する熱処理装置１である。また、その他にウエーハを加熱するためのウエーハ加熱手段６が反応室２の外側に配置されており、さらに反応室２には雰囲気ガスを導入するための雰囲気ガス導入管７と雰囲気ガスがウエーハ５の周囲を通過した後に雰囲気ガスを外部に排気するための雰囲気ガス排気管８とが形成されている。
【００４０】
このようなバッチ式の熱処理装置１において、気体加熱装置４としては、瞬間湯沸し器の原理を利用したものを用いることができ、例えば、石英またはＳｉＣからなる細管９が屈折させて配置され、気体加熱手段１０を用いてウエーハに吹き付ける気体を屈折させて配置した細管に通過させながら加熱する装置であることが好ましい。気体加熱装置４をこのように構成することによって、小型でかつ長期の使用に耐え得る気体加熱装置となり、またウエーハに吹き付ける気体の加熱を容易にかつ迅速に行うことができる。このとき、気体加熱手段１０として、カンタル線やＭｏＳｉ２線等の抵抗加熱装置や、ランプ加熱装置等を用いることができる。
【００４１】
また、この気体加熱装置４の前段には圧力センサー１２とコントロールバルブ１３が設けてあり、また気体加熱装置４の後段には加熱されたガスの温度を測定する熱電対１１を設置している。そして、この圧力センサー１２の情報を調整手段１４に送ることにより、調整手段１４でコントロールバルブ１３を調節して気体の圧力、流量等を制御し、ウエーハ裏面側の気圧をウエーハ表面側の気圧よりも高くなるように調整することができる。さらに、熱電対１１の情報を調整手段１４に送ることにより気体加熱手段１０の温度を調節して加熱する気体の温度も制御することができる。
【００４２】
このようなバッチ式の熱処理装置１に用いられるウエーハを保持するためのボート３は、図２に示すように、複数の支柱２１（２１’）と、複数の支柱２１を固定する天板２２及び底板２３と、支柱２１’に取り付けられるサセプタを支持するためのサセプタ支持部２５とを具備しており、図３示すような円形状のサセプタ２４をサセプタ支持部２５と支柱２１に形成された溝２６とで支持することができる。この円形状のサセプタ２４は、図３に示すように、サセプタ外周部にテーパーを付けた皿状になっており、ウエーハを外周部のみで保持でき、またウエーハを保持した際にウエーハとサセプタとの間に一定の空間を有する構造になっている。
【００４３】
また、複数の支柱２１のうちの少なくとも１つの支柱２１’は加熱した気体を通過させるための中空構造を有している。さらに、図４に示すように、サセプタ支持部２５には、支柱の中空構造に連通して支柱２１’内の加熱した気体をサセプタ２４に送るための通気路２８が形成されており、またサセプタ２４には、サセプタ支持部の通気路２８から送られてきた加熱した気体をウエーハに吹き付けるための貫通孔２９がその中心に形成されている。
【００４４】
このとき、サセプタ２４には貫通孔２９以外に、さらに直径０．１〜０．５ｍｍ程度の排気孔３０が形成されていることが好ましい。この排気孔３０がサセプタ２４に形成されていることによって、加熱したガスをウエーハ裏面に吹き付けた後のガスの流通を円滑に行うことができるし、またこの排気孔の数や大きさを調節することによって、ウエーハ裏面側の気圧を容易に制御することが可能となる。
【００４５】
また、中空構造を有する支柱２１’へ加熱した気体を通過させるために、この支柱２１’に沿って導管２７が形成されている。この導管２７は、例えば支柱２１’の上部で中空構造と接続しており、支柱２１’の中空構造、サセプタ支持部２５の通気路２８を通過して、サセプタ２４の貫通孔２９に供給される。
【００４６】
導管２７と支柱２１’との接続は、支柱２１’の下部、中部、上部など複数箇所で接続されていても良く、特に限定するものではないが、支柱２１’の上部で中空構造と接続するようにした場合、導管の下部から供給された加熱した気体が導管２７の上部に達するまでに、ウエーハ加熱手段６によっても加熱され、気体加熱装置４で加熱した気体を炉内温度と同じ温度に保温または加熱することができ、ウエーハの熱処理温度に保持された気体を安定してウエーハに吹き付けることができる。
【００４７】
また、図１の別な形態として、導管２７が十分に長く、導管２７中の気体がウエーハ加熱手段６の加熱領域内で十分に滞留している時間がある場合、気体加熱装置４の気体加熱手段１０を省き、単に圧力センサ１２やコントロールバルブ１３等の気体を供給する機構のみを残し、加熱されていない気体（常温の気体）を導管２７の下部から供給し、導管２７を通過（滞留）している間にウエーハ加熱手段６により気体を加熱するような構成としても良い。つまり、ウエーハ加熱手段６、導管２７、気体を供給する機構（圧力センサ１２やコントロールバルブ１３等）により気体加熱装置４を構成しても良い。この場合も、ウエーハの裏面側の気圧をウエーハ表面側の気圧より高くなるように調整する調整手段１４等を設けておく。
【００４８】
このような本発明の熱処理用ボートとしては、ＣＶＤ−ＳｉＣ膜で作製されたものを使用することが好ましい。例えば、ＣＶＤ−ＳｉＣ膜からなる熱処理用ボートは、先ずカーボン素材でボート構造を形成してから、この上にＣＶＤ−ＳｉＣコートを行い、その後内部のカーボン素材を酸化して除去することによって作製することができる。このような熱処理用ボートの利点は、素材が超高純度のＣＶＤ−ＳｉＣ膜のみからなるため、１３００℃を越えるような熱処理を行った場合でもシリコンウエーハの金属不純物レベルを低く抑えられる上、簡単に中空構造を得られることである。
【００４９】
また、サセプタ２４の材質としては、純度が高い石英、多結晶Ｓｉ、単結晶Ｓｉ、ＳｉＣ等を用いることが望ましいが、１３００℃を越える高温領域で熱処理を行う場合には、高温でも形状が安定しているＳｉＣ素材を用い、金属汚染対策として超高純度のＣＶＤ−ＳｉＣコートを行ったものを用いることが好ましい。また、ＳｉＣ素材を用いる場合には、ウエーハと接する部分に鏡面加工が施されていることが好ましい。
【００５０】
尚、このバッチ式の熱処理装置１に用いられるボートは上記に限定されるものではなく、例えば特開平９−３３０９３５号公報に開示されているようなボートを使用することも可能である。ただし、本発明の熱処理用ボートでは、円形状のサセプタを用いてウエーハを保持することによって、ウエーハとサセプタとの間に形成された空間に加熱した気体を導入し、ウエーハ裏面の全面に気体を均一に吹き付けるようにする。
【００５１】
次に、本発明に係る枚葉式の熱処理装置について説明する。
本発明の枚葉式の熱処理装置は、図５に示したように、少なくとも、ウエーハ４１をシャッター４２から投入して外部と雰囲気を遮断する反応室４３と、ウエーハ４１を保持し加熱した気体をウエーハの裏面に吹き付けるボート４４と、ウエーハに吹き付ける気体を加熱する気体加熱装置４７とを具備する熱処理装置４０である。
【００５２】
この反応室４３内には、ウエーハ４１の表面側にも加熱した気体を吹き付けるための上部気体供給手段４５が設置されており、また反応室４３の外側にはこの上部気体供給手段４５に供給する気体を加熱するための気体加熱装置４７’が配置されている。尚、加熱した気体をウエーハに吹き付けるための手段としては、少なくともウエーハ裏面側に気体を吹き付けるボート４４が設置されていれば良いが、上記のように上部気体供給手段４５を設置することにより、ウエーハ全体を均一に加熱することができ、それによって、ウエーハに熱処理を行った際にウエーハに生じる熱歪応力を低減し、さらに例えば急速加熱・急速冷却を行う場合に生じるウエーハの反り等も確実に防止して、安定した熱処理を行うことができる。また、このようにウエーハ４１の裏面側と表面側にボート４４と上部気体供給手段４５とを設置した場合には、後述するようなウエーハ裏面側の気圧が表面側よりも高くなるように調節する調整手段５３を設けることが好ましい。
さらに、反応室４３には、加熱した気体をウエーハに吹き付けた後、最終的に気体を外部に排気するための気体排気管４６が形成されている。
【００５３】
このとき、ボート４４と上部気体供給手段４５とに供給する気体をそれぞれ加熱するための気体加熱装置４７、４７’（以下、気体加熱装置４７’の説明については気体加熱装置４７と同様とする）としては、前述のバッチ式の熱処理装置で用いた気体加熱装置４と同様の構成を有する装置、すなわち、石英またはＳｉＣからなる細管４８が屈折させて配置されており、気体加熱手段４９で細管４８を通過する気体を容易に加熱することのできる小型の装置を用いることができる。さらに、この気体加熱装置４７の前段には圧力センサー５０とコントロールバルブ５１が設けてあり、また気体加熱装置４７の後段には加熱されたガスの温度を測定する熱電対５２が設置されている。
【００５４】
そして、この圧力センサー５０、５０’の情報を調整手段５３に送ることにより、調整手段５３でコントロールバルブ５１、５１’をそれぞれ調節して気体の圧力、流量等を制御し、ウエーハ裏面側の気圧をウエーハ表面側の気圧よりも高くなるように調整することができる。さらに、熱電対５２、５２’の情報を調整手段５３に送ることにより、加熱する気体の温度を制御することもできる。
【００５５】
また、ボート４４と上部気体供給手段４５の材質は、石英やＳｉＣ等を用いることができる。ウエーハの熱処理温度が１０００℃程度の温度であれば石英を用いることができ、また１０００℃を超える高温領域の場合はＳｉＣを用いることが好ましい。ＳｉＣ素材を用いる場合には、ＣＶＤ−ＳｉＣ膜のみで形成されたものを用いることができ、特にボート４４をＣＶＤ−ＳｉＣ膜で形成する場合は、ウエーハと接する部分に鏡面加工が施されていることが好ましい。
【００５６】
このボート４４及び上部気体供給手段４５には、加熱したガスを吹き出すための複数の貫通孔が形成されている。この貫通孔の数や大きさは特に限定されるものではないが、例えば、直径が０．２〜２．０ｍｍ程度の貫通孔を１．０〜５．０ｍｍ間隔で設けることによって、ウエーハ４１の表面及び裏面の全面に加熱した気体を均一に吹き付けることができる。
【００５７】
さらに、ボート４４には、加熱したガスをウエーハ４１に吹き付けた後に気体の流通を円滑にするための排気孔５５が形成されていることが好ましい。この排気孔の数や大きさは特に限定されるものではないが、例えば直径０．１〜０．５ｍｍ程度の排気孔を形成することにより、加熱したガスの流通がスムーズになり、またこの排気孔の数や大きさを調節することによって、ウエーハ裏面側の気圧を制御することも可能となる。
【００５８】
このような枚葉式の熱処理装置４０は、気体加熱装置４７、４７’でウエーハの熱処理温度に加熱した気体をボート４４及び上部気体供給手段４５からそれぞれウエーハ４１の裏面及び表面の全面に吹き付ける熱処理装置であるため、別途ウエーハ４１を加熱するためのウエーハ加熱手段がなくても、例えば反応室４３の周りに断熱材５４を配置することにより、ウエーハを均一に熱処理することができる。したがって、従来の熱処理装置より装置の小型化を図ることができ、それによって、複数の枚様式の熱処理装置を重ね合わせて同一の気体加熱装置によって同時に操業させることも可能となり、生産性を向上させることができる。
【００５９】
尚、上記熱処理装置４０は、本発明のウエーハの熱処理装置の一例であって、例えば、この熱処理装置４０にさらにランプ加熱手段や高周波コイル等を設けてウエーハの加熱を行っても良い。
【００６０】
続いて、上記本発明のウエーハの熱処理装置を用いてウエーハに熱処理を行う熱処理方法について説明する。
始めに、図１に示すバッチ式の熱処理炉１を用いて、ウエーハを熱処理する場合について説明する。
【００６１】
先ず、被熱処理ウエーハをボート３のサセプタ上に移載して、ウエーハをウエーハ外周部のみで接触するようにして水平に保持する。ウエーハの移載方法は特に限定するものではないが、例えば移載ロボット等を用いてウエーハを汚染させること無く実施することが好ましい。
【００６２】
次に、ウエーハ５を保持したボート３を反応室２にロードし、その後、ガス導入管７から雰囲気ガスを導入するとともに、ウエーハ加熱手段６によって加熱を行う。その際、サセプタ２４の貫通孔から気体加熱装置４で加熱した気体をウエーハ裏面に吹き付けながら熱処理を行う。このサセプタの貫通孔から吹き付ける気体は、ガス導入管７から導入する雰囲気ガスと同様のものを用いることが好ましい。
【００６３】
このとき、気体加熱装置４から供給される加熱した気体の圧力を調整手段１４で調整したり、また予めサセプタに形成する排気孔３０の数や大きさを調節しておくことにより、ウエーハ裏面側の圧力をウエーハ表面側よりも高くすることができ、さらにウエーハをウエーハ外周部のみで保持した状態にしたり、またはウエーハを浮遊させた状態にして熱処理を行うことができる。
【００６４】
また、ウエーハの昇温速度や熱処理温度については、熱処理の目的に応じて適宜決定することができる。その際、ウエーハ裏面に吹き付ける気体の温度をある程度高くしておくことにより、ウエーハに発生するスリップを防止することができるが、より好ましくは、ウエーハの昇温速度や熱処理温度に合わせてウエーハに吹き付ける気体を加熱する方が良い。それによって、ウエーハに温度分布を生じさせることなく安定して熱処理を行うことができる。
【００６５】
さらに、ウエーハとサセプタの間には前述のように空間が形成されているため、サセプタの貫通孔から供給される加熱した気体をウエーハ裏面全体に均一に吹き付けることができる。したがって、熱処理時のウエーハ面内での温度分布をより均一にすることができる。
【００６６】
このようにしてウエーハを複数枚同時に熱処理することによって、ウエーハの自重による内部応力を低減するとともに、ウエーハ面内の温度均一性を向上させて熱歪応力を低減することができるため、ウエーハにスリップを発生させずに熱処理を行うことができる。また、上述のように、熱処理を行う際にウエーハをウエーハ外周部のみで保持している（または、浮遊させている）ので、ウエーハの裏面にキズを発生させることもない。さらには、熱処理の際の昇温速度や降温速度を速くしたり、また熱処理ボートに保持するウエーハの間隔を縮小しても熱処理後のウエーハ（アニールウエーハ）にはスリップが発生しないため、生産性の向上を図ることができる。
【００６７】
熱処理後はボート３を反応室２からアンロードし、室温まで冷却してからサセプタ上のウエーハを回収する。
このようにして製造されたアニールウエーハであれば、大口径のウエーハであっても、スリップフリーで、さらにウエーハ裏面にキズがないアニールウエーハとすることができる。
【００６８】
次に、図５に示す枚葉式の熱処理炉４０を用いて、ウエーハを熱処理する場合について説明する。
先ず、被熱処理ウエーハをシャッター４２から反応室４３に投入し、ボート４４にウエーハ外周部のみで接触するようにして水平に保持する。ウエーハの移載方法については、前述と同様に移載ロボット等を用いてウエーハを汚染させること無く実施することが好ましい。
【００６９】
次に、コントロールバルブ５１を介して気体を気体加熱装置４７に導入し、気体加熱装置４７に配置した細管４８を通過して、ボート４４から気体をウエーハ裏面に吹き付ける。また、ウエーハ表面についても同様に、コントロールバルブ５１’から導入された気体は、気体加熱装置４７’を通過して上部気体供給手段４５からウエーハ表面に吹き付ける。
【００７０】
前述のように、このボート４４及び上部気体供給手段４５には、気体加熱装置を通過した気体をウエーハに吹き付けるための複数の貫通孔がそれぞれ形成されているため、気体をウエーハ４１の表面及び裏面の全面に均一に吹き付けることができる。
【００７１】
このとき、圧力センサ５０、５０’の情報を調整手段５３に送り、その情報に基づいて調整手段５３でコントロールバルブ５１、５１’を調整したり、また予めボート４４の排気孔５５の数や大きさを調節しておいたり、さらに例えば排気孔５５をボート４４のテーパ部に沿って平行に形成しておくことによって、ウエーハ裏面側の圧力をウエーハ表面側よりも高くすることができるし、さらにウエーハをウエーハ外周部のみで保持した状態にしたり、また図６に示したようにウエーハを振動を抑えて浮遊させた状態にすることもできる。このような状態でウエーハに熱処理を行うことによって、ウエーハ裏面にキズを生じさせずに熱処理を行うことができる。
【００７２】
続いて、ウエーハに吹き付ける気体を気体加熱装置４７、４７’で加熱することによって、ウエーハに熱処理を行うことができる。このとき、気体加熱装置４７、４７’で加熱する気体の温度を例えば制御手段５３で制御することによって、ウエーハに熱処理を行う際の昇温速度や熱処理温度を調節することができる。
【００７３】
このようにしてウエーハに吹き付ける気体の温度を制御すれば、従来のようにランプ加熱手段等のようなウエーハを加熱するウエーハ加熱手段がなくても、例えば、６００℃〜７００℃までは１００℃／ｍｉｎ程度の速度で昇温し、温度が上昇するにつれて、昇温速度を下げつつ、１２００℃程度の温度まで昇温した後、一定時間高温熱処理を行い、その後、昇温の場合と同じ程度の速度で降温を行い、６００℃程度まで降温したところで、上部気体供給手段からウエーハに吹き付ける気体の流量を一気に上げて２００〜３００℃程度にまで下げたガスをウエーハに吹き付けてウエーハの温度を下げるといった熱処理を容易に行うことができる。
【００７４】
このようにしてウエーハを枚様式で熱処理することによって、ウエーハの自重による内部応力を低減するとともに、ウエーハ面内の温度均一性を向上させて熱歪応力を低減することができるため、ウエーハにスリップを発生させずに熱処理を行うことができる。また、上述のように、ウエーハの裏面にキズを発生させることもないし、ウエーハに急速加熱・急速冷却を行ってもウエーハ全体の温度が均一であるため反りを生じさせることもない。
【００７５】
その後、ウエーハの温度が１００℃以下になったところで、移載ロボットにより、ウエーハをアンロードしてウエーハを回収する。
このようにして製造されたアニールウエーハであれば、大口径のウエーハであっても、スリップが発生してなく、さらにはウエーハ裏面のキズもまた反りもないアニールウエーハとすることができる。
【００７６】
【実施例】
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１）
実施例１として、図１に示す本発明のバッチ式の熱処理炉１を用いて、直径３００ｍｍの複数のシリコンウエーハにＤＺ層を形成することを目的として、アルゴン雰囲気中、１２００℃で１時間の熱処理を行った。
【００７７】
先ず、熱処理用ボート３として、図２に示すような構造のＣＶＤ−ＳｉＣ膜のみから形成されたものに図３に示すサセプタを支持したボートを準備した。このとき、サセプタにはＳｉＣ素材の上にＣＶＤ−ＳｉＣコートを施したものを用いた。
【００７８】
このような熱処理用ボートのサセプタにシリコンウエーハを保持し、このボートを７００℃に加熱された反応室２内にロードした。このとき、反応室２にはガス導入管７からアルゴンガスが流されている。熱処理用ボート３を反応室２にロードした後、気体加熱手段４で７００℃に加熱したアルゴンガスをサセプタ２４の貫通孔２９からウエーハ裏面に吹き付けて、ウエーハ裏面側の気圧を表面側よりも高くした。
【００７９】
その後、ウエーハ５に吹き付ける気体を気体加熱装置４でさらに加熱し、この加熱した気体をウエーハに吹き付けるとともにウエーハ加熱手段６を用いて、ウエーハを７００℃から１０００℃までは１０℃／ｍｉｎ、１０００℃から１２００℃までは５℃／ｍｉｎで昇温し、１２００℃で１時間保持することによってウエーハの熱処理を行った。このとき、ウエーハに吹き付ける気体もウエーハの昇温速度と同様の速度で加熱した。その後、ウエーハ５及びウエーハ５に吹き付ける気体を、１０００℃まで５℃／ｍｉｎ、そして７００℃まで１０℃／ｍｉｎの速度で降温し、ボートを反応室からアンロードしてから、室温まで冷却後ウエーハを回収した。
【００８０】
（実施例２）
実施例２として、図５に示すような本発明の枚様式の熱処理装置４０を用い、直径３００ｍｍのシリコンウエーハの熱処理を行なった。この熱処理は、実施例１と同様にウエーハにＤＺ層を形成することを目的として、アルゴン雰囲気中、１２００℃で１時間の熱処理を行った。
【００８１】
先ず、ウエーハ４１をシャッター４２から反応室４３内に投入してボート４４に保持し、シャッター４２を閉じた。次に、気体加熱装置４７、４７’を介して供給される室温のアルゴンガスをボート４４と上部気体供給手段４５からウエーハの裏面及び表面の全面に吹き付けるとともに、制御手段５３によりウエーハ裏面側の気圧を表面側よりも高くし、かつウエーハが浮遊した状態となるようにコントロールバルブ５１、５１’を調節した。
【００８２】
その後、気体加熱装置４７、４７’でウエーハに吹き付けるアルゴンガスの温度を室温から６００度までは１００°Ｃ／ｍｉｎで昇温し、１０００℃までは５０℃／ｍｉｎ、１１００°Ｃまで２５℃／ｍｉｎ、１２００℃までは１０℃／ｍｉｎで加熱していき、続いて１２００°Ｃで１時間保持した後、６００℃まで昇温と同じ速度で降温した。アルゴンガスの温度を６００℃まで降温した後、上部気体供給手段４５から吹き付けるアルゴンガスの温度を２００℃まで下げるとともにその流量を一気に増大させてウエーハを冷却した。冷却後、ウエーハを回収した。
【００８３】
（比較例）
比較例として、図７に示す従来の縦型熱処理炉６０を用いて、直径３００ｍｍの複数のシリコンウエーハにＤＺ層を形成することを目的として、アルゴン雰囲気中、１２００℃で１時間の熱処理を行った。
【００８４】
熱処理用ボートとして、図８に示すような４本の支柱を有する縦型の熱処理用ボート６７を準備して、この熱処理用ボート６７の溝７１にシリコンウエーハを保持し、この熱処理用ボート６７を７００℃に加熱された反応室６１内にロードした。このとき、反応室６１にはガス導入管６５からアルゴンガスが流されている。
【００８５】
その後、ヒータ６４を用いて、７００℃から１０００℃までは５℃／ｍｉｎ、１０００℃から１２００℃までは２℃／ｍｉｎで昇温し、１２００℃で１時間保持することによってウエーハの熱処理を行った。その後、昇温過程と同じ速度で降温し、ボートを反応室からアンロードしてから、室温まで冷却後ウエーハを回収した。
【００８６】
上記実施例１、２及び比較例で得られたアニールウエーハに目視検査を行いスリップの発生の有無について調査を行った。
その結果、実施例１及び実施例２で得られたアニールウエーハにはスリップが発生してなく、またウエーハの裏面にもキズが全く観察されなかった。しかしながら、比較例で得られたアニールウエーハは、昇降温速度を実施例１及び実施例２に比べて遅くしたにも関わらず、図９に示すような長さ２ｍｍ〜１５ｍｍのスリップＳがウエーハＷの外周部に数十本発生しているのが確認された。また、この比較例のウエーハの裏面には、熱処理用ボートとの接触部に対応する位置に、スリップとは別にキズが発生していた。
【００８７】
また、作製した各アニールウエーハのＤＺ層の幅を測定した結果、実施例１のウエーハでは２０μｍ、実施例２では２６μｍ、比較例では１８μｍであった。
【００８８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、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。
【００８９】
例えば、上記実施例では、シリコンウエーハにＤＺ層を形成することを目的として熱処理が行われているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ゲッタリング層の形成や酸化膜の形成、エピタキシャル成長等の種々の目的で行う熱処理に適用することができる。
【００９０】
また、上記実施の形態では、ボートや上部気体供給手段にそれぞれ一つの気体加熱装置が設置されている場合について説明を行っているが、本発明では気体加熱装置を複数設置して、温度の異なる気体を切り替えてウエーハに吹き付けるようにしても良いし、逆に１つの気体加熱装置から両者に供給するようにしても良い。
【００９１】
さらに、例えば上記本発明のバッチ式の熱処理装置では、ウエーハ加熱手段が設置されている例を挙げて説明を行っているが、本発明の熱処理装置ではこのウエーハ加熱手段がなくてもウエーハに熱処理を行うことができるものであり、またこのバッチ式の熱処理装置に例えばさらに上部気体供給手段を設ければ、ウエーハの熱処理をより安定して行うことができる。
【００９２】
【発明の効果】
本発明によれば、ウエーハの自重による内部応力を低減するとともに、ウエーハ面内の温度を均一にして熱歪応力を低減することができるため、大口径のウエーハを熱処理する場合や１２００℃以上の高温で熱処理する場合であっても、ウエーハにスリップを発生させず、さらにはウエーハ裏面にキズも発生させずに熱処理を安定して行うことができる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバッチ式の熱処理装置の一例を示す構成概略図である。
【図２】本発明に係る熱処理用ボートの一部の構成を示す構成概略図である。
【図３】（ａ）は、サセプタの形状を示す概略図であり、（ｂ）は、サセプタの断面を示す概略断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の熱処理用ボートの横断面を示す横断面図であり、（ｂ）は、本発明の熱処理用ボートの縦断面を示す縦断面図である。
【図５】本発明に係る枚葉式の熱処理装置の一例を示す構成概略図である。
【図６】ウエーハを浮遊させた状態を示す説明図である。
【図７】縦型の熱処理炉の構成を示す概略図である。
【図８】（ａ）は、従来の熱処理用ボートの構成を示す概略図であり、（ｂ）は、熱処理用ボートの断面を示す概略断面図である。
【図９】比較例で得られたアニールウエーハに発生したスリップを観察した結果を示す図である。
【符号の説明】
１…バッチ式の熱処理装置、 ２…反応室、
３…ボート、 ４…気体加熱装置、
５…ウエーハ、 ６…ウエーハ加熱手段
７…雰囲気ガス導入管、 ８…雰囲気ガス排気管、
４０…枚葉式の熱処理装置、 ４１…ウエーハ、
４２…シャッター、 ４３…反応室、 ４４…ボート、
４５…上部気体供給手段、 ４６…気体排気管、
４７…気体加熱装置。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエーハ等のようなウエーハに熱処理を行うための熱処理方法、熱処理装置、及び熱処理用ボートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体単結晶シリコン（以下、単にシリコンということがある）等の単結晶インゴットからウエーハを切出した後半導体デバイスを製造するまでには、ウエーハの加工プロセスから素子の形成プロセスまで多数の工程が介在する。それらの工程の一つに熱処理工程がある。この熱処理工程は、ウエーハ表層での無欠陥層の形成、酸素析出物の形成によるゲッタリング層の形成、酸化膜の形成、不純物拡散等の目的で行われ、非常に重要なプロセスである。
【０００３】
このような熱処理工程で用いられる熱処理炉、例えば、酸化や不純物拡散に用いられる拡散炉（酸化・拡散装置）としては、現在、ウエーハの大口径化に伴い、ウエーハを水平に積層した状態で複数のウエーハを同時に熱処理する縦型の熱処理炉が主に用いられている。この縦型熱処理炉では、通常複数のウエーハを保持するための熱処理用ボートが用いられている。このような複数のウエーハに同時に熱処理を行う熱処理装置は、バッチ式の熱処理炉と言われている。
【０００４】
図７は、バッチ式の縦型熱処理炉の一例を示す概略説明図である。熱処理炉６０の反応室６１の内部には熱処理用ボート６２が設置されており、この熱処理用ボート６２に保持された複数のウエーハ６３は、反応室６１の周囲に設けられたヒータ６４によって加熱される。また、反応室６１にはガス導入管６５を介して雰囲気ガスを導入し、熱処理炉６０の上方からガスを流してウエーハ６３の周囲を通過させ、ガス排気管６６から外部に排出する。このとき、使用する雰囲気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。また、不純物拡散の場合には、これらのガスをキャリアガスとして不純物化合物ガスを導入する。
【０００５】
図８は、上記のような縦型熱処理炉に設置される熱処理用ボートの具体的な構成の一例を示した概略図である。この熱処理用ボート６７は、複数の支柱６８が天板６９と底板７０によって結合されている。また、各支柱の同じ高さにウエーハ載置部となる溝７１が形成されており、これらの多数の溝にそれぞれウエーハ６３を保持することができる。このように複数のウエーハを保持した熱処理用ボート６７を上記のような縦型熱処理炉内に配置することにより、複数のウエーハを同時に熱処理することができる。
【０００６】
また、熱処理炉の別の形態として、ウエーハを１枚ずつ熱処理する枚葉式の熱処理装置がある。例えば、この枚葉式の熱処理装置としては、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）と呼ばれる急速加熱・急速冷却熱処理を行うランプ加熱式の熱処理装置等があり、ウエーハ表面における欠陥の消滅、酸素ドナーの消滅、浅い拡散層の形成、薄い酸化膜の形成等を行うための熱処理に使用されている。また、シリコンウエーハ等にエピタキシャル成長を行う際に用いられるランプ加熱式の装置（エピタキシャル製造装置）も上記と同様な形態の装置であり、枚様式の熱処理装置の一つである。
【０００７】
しかしながら、上記のようなバッチ式や枚様式の熱処理装置を用いたウエーハの熱処理工程では、ウエーハに金属不純物汚染、スリップ、裏面のキズ等が発生するという問題があり、これらの品質は半導体デバイス作製の歩留まりに直接影響する。これらの問題のうちスリップとウエーハ裏面のキズの問題は、ウエーハを保持する熱処理用ボートの形状に非常に大きく影響されることが知られている。
【０００８】
また、スリップはウエーハに施す熱処理の熱処理温度が高くなるほど発生しやすくなる。特に、シリコンウエーハに、表層無欠陥層形成、酸素析出物形成、不純物拡散等に用いられる１２００℃程度の熱処理や、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエーハの製造方法のひとつであるＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ ｉｍｐｌａｎｔｅｄ ｏｘｙｇｅｎ）法で用いられる１３００℃を越える熱処理を行った場合では、降伏応力の低下のためにシリコンウエーハにスリップが発生しやすい状況であった。
【０００９】
さらに近年、ウエーハの直径が１５０ｍｍから２００ｍｍ、そして３００ｍｍへとウエーハの大口径化が進むにつれて、ウエーハを保持した際にウエーハの自重による内部応力が大きくなり、熱処理を行った時にウエーハに熱処理用ボートとの接触部からスリップが顕著に発生するため、スリップの問題が無視できなくなってきている。
【００１０】
このようなスリップの発生を抑制するため、様々な形状の熱処理用ボートが考案されている。例えば、支柱の本数を３本から４本に増やしたものや、ウエーハを保持するための櫛状のウエーハ保持部を形成したもの、そのウエーハ保持部の形状を直線状から曲線状に変更したもの、さらに近年では支柱に形成した溝に円形板状やリング状のサセプタを載せ、このサセプタでウエーハを支持するタイプの熱処理用ボートも開発されている（例えば、特開平６−２６０４３８号公報）。
【００１１】
しかしながら、半導体デバイスの量産にも使用されるようになってきた直径３００ｍｍ、またはそれ以上の直径を有するシリコンウエーハ等では、ウエーハの自重による内部応力が著しく増大するとともに、熱処理工程の際の昇温・降温時にウエーハ面内の温度の不均一に起因して発生する熱歪応力も増大するため、上記のようなボート形状の改良だけではスリップの発生を抑えきれない状況にある。そのため、従来では昇温・降温速度を極端に緩やかにしたり、熱処理用ボートにおける溝の間隔を拡張したりする等の対策を講じているが、スリップの発生を完全に抑えることができず、その上生産性が悪化するという問題も併発していた。
【００１２】
また一方で、半導体デバイスの高集積化によりそのデザインルールが０．１０μｍに近付くにつれて、ウエーハ裏面に生じるキズの問題も深刻になってきている。つまり、半導体デバイスのデザインルールが０．１０μｍとその仕様が厳しくなると、デバイス作製の際に露光工程において焦点深度が著しく浅くなるため、ウエーハ裏面に発生した微小なキズが露光機のピンチャックに接するだけで露光不良を起こし、デバイス歩留まりの低下を招いてしまう。しかしながら、上記のような従来の縦型熱処理炉等に用いられる熱処理用ボートではウエーハを裏面で保持する構造になっているため、このような裏面のキズの発生を防止することは極めて困難であった。
【００１３】
このようなスリップやウエーハ裏面のキズの問題を解決する為、特開平９−３３０９３５号公報では、半導体ウエーハとの接触部に気体噴出口を備えたウエーハ支持手段を有する熱処理用ボートが開示されている。しかしながら、このような熱処理用ボートを用いてウエーハに熱処理を行っても、熱処理の際に気体噴出口から噴出する気体の影響によりウエーハ面内に温度分布を生じさせるため、スリップの発生を十分に抑制することはできなかった。さらに、ウエーハを複数枚同時に熱処理する縦型熱処理炉等では、熱処理用ボートが長いために各ウエーハ間で温度差が発生しやすく、安定した熱処理を行うことができず問題であった。
【００１４】
【特許文献１】
特開平６−２６０４３８号公報
【特許文献２】
特開平９−３３０９３５号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ウエーハにスリップを発生させず、さらにはウエーハ裏面でのキズの発生を防止して安定した熱処理を行うことのできるウエーハの熱処理方法及び熱処理装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、ウエーハを熱処理する熱処理方法において、前記ウエーハの主面が水平になるように保持し、該ウエーハの裏面に加熱した気体を吹き付けて、ウエーハの裏面側の気圧がウエーハ表面側の気圧よりも高くなるようにしながらウエーハに熱処理を行うことを特徴とするウエーハの熱処理方法が提供される（請求項１）。
【００１７】
このように、ウエーハを水平に保持し、そのウエーハの裏面に加熱した気体を吹き付けてウエーハ裏面側の気圧が表面側よりも高くなるようにしてウエーハに熱処理を行うことによって、ウエーハを保持した時にウエーハ保持部でのウエーハへの負荷を小さくしてウエーハの自重による内部応力を低減するとともに、ウエーハ面内の温度を均一にして熱歪応力を低減することができるため、大口径のウエーハを熱処理する場合や１２００℃以上の高温で熱処理する場合であっても、ウエーハにスリップを発生させずに熱処理を行うことができる。
【００１８】
このとき、前記ウエーハの表面にも加熱した気体を吹き付けることが好ましい（請求項２）。
このようにウエーハ表面にも加熱した気体を吹き付けることによって、ウエーハ全体を均一に加熱することができるため、ウエーハに生じる熱歪応力を一層低減し、スリップの発生を確実に防止して安定した熱処理を行うことができる。
【００１９】
また、前記加熱した気体を、ウエーハ裏面の全面に、またはウエーハ裏面及び表面の全面に吹き付けることが好ましい（請求項３）。
このように、加熱した気体をウエーハ全面に吹き付けることによって、熱処理時のウエーハ面内での温度分布をさらに均一にすることができ、ウエーハに発生する熱歪応力を極めて小さくすることができる。
【００２０】
この場合、前記気体の温度をウエーハの熱処理温度に加熱して吹き付けることが好ましい（請求項４）。
このように、気体の温度をウエーハの熱処理温度に加熱してウエーハに吹き付けることによって、別途ウエーハを加熱するウエーハ加熱手段を用いずにウエーハに熱処理を行うことが可能となるため、熱処理装置の小型化、簡略化を図ることができる。
【００２１】
また、本発明の熱処理方法では、前記ウエーハを複数枚同時に熱処理することができる（請求項５）。
このように、本発明ではウエーハを複数枚同時に熱処理することができ、それによって、複数のウエーハをスリップを発生させずに効率的に熱処理することができる。
【００２２】
さらに、本発明の熱処理方法では、前記ウエーハを枚葉式で熱処理することもできる（請求項６）。
従来、ＲＴＡ装置等でウエーハを枚様式で熱処理するとウエーハに反りが生じやすかったが、本発明の熱処理方法によりウエーハを枚葉式で熱処理することによって、スリップを発生させず、またウエーハの反りも抑制してウエーハに熱処理を行うことができる。
【００２３】
その際、前記ウエーハの裏面に加熱した気体を吹き付けて、ウエーハの外周部のみを保持した状態で、またはウエーハを浮遊させた状態で熱処理を行うことが好ましい（請求項７）。
本発明の熱処理方法によれば、ウエーハ裏面に加熱した気体を吹き付けて、ウエーハをウエーハ外周部のみを保持した状態で、または浮遊させた状態で熱処理することができ、それによって、ウエーハ裏面にキズを発生させずにウエーハの熱処理を行うことができる。
【００２４】
また、本発明によれば、上記本発明のウエーハの熱処理方法により熱処理されたアニールウエーハを提供することができる（請求項８）。
このように本発明のウエーハの熱処理方法により熱処理されたアニールウエーハであれば、大口径のウエーハであっても、また１２００℃以上の高温熱処理が施された場合であっても、スリップが発生してなく、さらにはウエーハ裏面にキズがないアニールウエーハとすることができる。
【００２５】
そして、本発明によれば、ウエーハを熱処理する熱処理装置であって、少なくとも、前記ウエーハを投入して外部と雰囲気を遮断する反応室と、前記ウエーハを保持し加熱した気体をウエーハの裏面に吹き付けるボートと、前記ウエーハに吹き付ける気体を加熱する気体加熱装置とを具備することを特徴とするウエーハの熱処理装置が提供される（請求項９）。
【００２６】
このように、少なくとも、反応室と、加熱した気体をウエーハ裏面に吹き付けるボートと、気体を加熱する気体加熱装置とを具備するウエーハの熱処理装置であれば、ウエーハの自重による内部応力やウエーハ面内温度の不均一による熱歪応力を低減してウエーハに熱処理を行うことができるため、ウエーハにスリップを発生させずに熱処理できる熱処理装置とすることができる。また、このような熱処理装置であれば、ウエーハを外周部のみを保持した状態で、またはウエーハを浮遊させた状態で熱処理することが可能となるため、ウエーハ裏面のキズを発生させずに熱処理を行うことが可能となる。さらに、加熱した気体をウエーハ裏面に吹き付けるので、ウエーハを加熱するためのウエーハ加熱手段がなくてもウエーハの熱処理が可能となるため、熱処理装置の小型化、簡略化を図ることができる。
【００２７】
そして、このような本発明のウエーハの熱処理装置は、前記ウエーハを複数枚同時に熱処理するものとすることができるし（請求項１０）、また前記ウエーハを枚様式で熱処理するものとすることができる（請求項１１）。
このように、本発明のウエーハの熱処理装置が、ウエーハを複数枚同時に熱処理する熱処理装置であっても、ウエーハを枚様式で熱処理する熱処理装置であっても、ウエーハにスリップを発生させず、さらにはウエーハ裏面でのキズの発生を防止して熱処理できる熱処理装置となる。
【００２８】
このとき、前記ボートに排気孔が形成されていることが好ましい（請求項１２）。
このようにボートに排気孔が形成されていれば、加熱した気体をウエーハ裏面に吹き付けた後、気体の流通を円滑に行うことができるし、またこの排気孔の数や大きさを調節することによって、ウエーハ裏面側の気圧を容易に制御することも可能となる。
【００２９】
また、前記ウエーハの表面に加熱した気体を吹き付ける上部気体供給手段を具備することが好ましい（請求項１３）。
このように、本発明のウエーハの熱処理装置が上部気体供給手段を具備することによって、ウエーハ表面にも加熱した気体を吹き付けてウエーハ全体を均一に加熱することができるため、ウエーハに生じる熱歪応力を一層低減し、スリップの発生を確実に防止して安定した熱処理を行うことができる。
【００３０】
さらに、前記ウエーハの裏面側の気圧がウエーハ表面側の気圧よりも高くなるように調節する調整手段を具備することが好ましい（請求項１４）。
このように気圧を調節する調整手段を具備することにより、ウエーハの裏面側の気圧をウエーハ表面側よりも確実に高くすることができる。さらに、ウエーハ裏面側の気圧をウエーハ表面側の気圧よりも高くなる範囲で任意に調整することも可能となるため、必要に応じてウエーハを外周部のみを保持したり、またウエーハを浮遊させて熱処理することが可能となる。
【００３１】
また、前記ウエーハを加熱するウエーハ加熱手段を有することが好ましい（請求項１５）。
本発明のウエーハの熱処理装置は、上述のように、ウエーハを加熱するウエーハ加熱手段がなくてもウエーハに熱処理を行うことが可能であるが、熱処理装置がこのようにウエーハ加熱手段を別途有するものであれば、ウエーハ全体、また反応室内をより安定してすばやく加熱することができるため、より高品質のアニールウエーハを高生産性で得ることが可能となる。
【００３２】
さらに、前記気体加熱装置は、石英またはＳｉＣからなる細管が屈折させて配置され、気体加熱手段を用いて前記ウエーハに吹き付ける気体を屈折させて配置した細管に通過させながら加熱するものであることが好ましい（請求項１６）。
本発明の熱処理装置における気体加熱装置がこのようにして気体を加熱するものであれば、気体加熱装置自体の構成が簡便で小型のものとすることができ、また長期の使用に耐え得るものとなり、さらにウエーハに吹き付ける気体の加熱を容易にすばやく行うことができるものとなる。
【００３３】
さらに、本発明によれば、ウエーハを保持する熱処理用ボートであって、少なくとも、複数の支柱と、該複数の支柱を固定する天板及び底板と、前記ウエーハを保持するサセプタと、前記支柱に取り付けられる前記サセプタを支持するためのサセプタ支持部とを具備し、前記複数の支柱のうちの少なくとも１つが加熱した気体を通過させるための中空構造を有し、前記サセプタ支持部に前記支柱の中空構造に連通して支柱内の加熱した気体を前記サセプタに送るための通気路が形成されており、前記サセプタに前記サセプタ支持部の通気路から送られてきた加熱した気体をウエーハに吹き付けるための貫通孔が形成されていることを特徴とする熱処理用ボートが提供される（請求項１７）。
【００３４】
このような構成を有している熱処理用ボートであれば、上記本発明の熱処理装置のボート、すなわちウエーハを保持し加熱した気体をウエーハの裏面に吹き付けるボートとして使用することができ、このような熱処理用ボートを用いることによって、ウエーハを複数枚同時にスリップを発生させずに熱処理することができる。
【００３５】
このとき、前記サセプタに排気孔が形成されていることが好ましい（請求項１８）。
このように、サセプタに排気孔が形成されていれば、前述のように、加熱されたガスをウエーハ裏面から吹き付けた後、ガスの流通を円滑に行うことができるし、またこの排気孔の数や大きさを調節することにより、ウエーハ裏面側の気圧の制御も容易に行うことができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
従来、ウエーハに品質向上等の様々な目的で熱処理を行うと、ウエーハにスリップを発生させたり、またウエーハ裏面にキズを生じさせてしまい、その後のデバイス作製工程等で歩留まりを低下させるといった問題があった。
【００３７】
そこで、本発明者は、熱処理の際にウエーハにスリップを発生させないようにするため、鋭意検討を重ねた結果、ウエーハに熱処理を行う際にウエーハの主面が水平になるように保持し、このウエーハの裏面に加熱した気体を吹き付けてウエーハ裏面側の気圧がウエーハ表面側よりも高くなるようにすることによって、ウエーハにスリップを発生させる要因であるウエーハの自重による内部応力とウエーハ面内の温度の不均一による熱歪応力を低減して熱処理を行うことができること、さらにウエーハ裏面のキズの発生も防止できることを見出し、本発明を完成させた。
【００３８】
先ず、本発明に係るウエーハの熱処理装置について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明によれば、ウエーハを複数枚同時に熱処理することのできるバッチ式の熱処理装置と、ウエーハを１枚ずつ熱処理する枚葉式の熱処理装置の２種類の熱処理装置を提供することができる。以下、これら２種類の熱処理装置のそれぞれについて図面を参照しながら説明する。
【００３９】
本発明に係るバッチ式の熱処理装置は、図１に示したように、少なくとも、ウエーハ５を投入して外部と雰囲気を遮断する反応室２と、ウエーハ５を保持し加熱した気体をウエーハ５の裏面に吹き付けるボート３と、ウエーハ５に吹き付ける気体を加熱する気体加熱装置４とを具備する熱処理装置１である。また、その他にウエーハを加熱するためのウエーハ加熱手段６が反応室２の外側に配置されており、さらに反応室２には雰囲気ガスを導入するための雰囲気ガス導入管７と雰囲気ガスがウエーハ５の周囲を通過した後に雰囲気ガスを外部に排気するための雰囲気ガス排気管８とが形成されている。
【００４０】
このようなバッチ式の熱処理装置１において、気体加熱装置４としては、瞬間湯沸し器の原理を利用したものを用いることができ、例えば、石英またはＳｉＣからなる細管９が屈折させて配置され、気体加熱手段１０を用いてウエーハに吹き付ける気体を屈折させて配置した細管に通過させながら加熱する装置であることが好ましい。気体加熱装置４をこのように構成することによって、小型でかつ長期の使用に耐え得る気体加熱装置となり、またウエーハに吹き付ける気体の加熱を容易にかつ迅速に行うことができる。このとき、気体加熱手段１０として、カンタル線やＭｏＳｉ２線等の抵抗加熱装置や、ランプ加熱装置等を用いることができる。
【００４１】
また、この気体加熱装置４の前段には圧力センサー１２とコントロールバルブ１３が設けてあり、また気体加熱装置４の後段には加熱されたガスの温度を測定する熱電対１１を設置している。そして、この圧力センサー１２の情報を調整手段１４に送ることにより、調整手段１４でコントロールバルブ１３を調節して気体の圧力、流量等を制御し、ウエーハ裏面側の気圧をウエーハ表面側の気圧よりも高くなるように調整することができる。さらに、熱電対１１の情報を調整手段１４に送ることにより気体加熱手段１０の温度を調節して加熱する気体の温度も制御することができる。
【００４２】
このようなバッチ式の熱処理装置１に用いられるウエーハを保持するためのボート３は、図２に示すように、複数の支柱２１（２１’）と、複数の支柱２１を固定する天板２２及び底板２３と、支柱２１’に取り付けられるサセプタを支持するためのサセプタ支持部２５とを具備しており、図３示すような円形状のサセプタ２４をサセプタ支持部２５と支柱２１に形成された溝２６とで支持することができる。この円形状のサセプタ２４は、図３に示すように、サセプタ外周部にテーパーを付けた皿状になっており、ウエーハを外周部のみで保持でき、またウエーハを保持した際にウエーハとサセプタとの間に一定の空間を有する構造になっている。
【００４３】
また、複数の支柱２１のうちの少なくとも１つの支柱２１’は加熱した気体を通過させるための中空構造を有している。さらに、図４に示すように、サセプタ支持部２５には、支柱の中空構造に連通して支柱２１’内の加熱した気体をサセプタ２４に送るための通気路２８が形成されており、またサセプタ２４には、サセプタ支持部の通気路２８から送られてきた加熱した気体をウエーハに吹き付けるための貫通孔２９がその中心に形成されている。
【００４４】
このとき、サセプタ２４には貫通孔２９以外に、さらに直径０．１〜０．５ｍｍ程度の排気孔３０が形成されていることが好ましい。この排気孔３０がサセプタ２４に形成されていることによって、加熱したガスをウエーハ裏面に吹き付けた後のガスの流通を円滑に行うことができるし、またこの排気孔の数や大きさを調節することによって、ウエーハ裏面側の気圧を容易に制御することが可能となる。
【００４５】
また、中空構造を有する支柱２１’へ加熱した気体を通過させるために、この支柱２１’に沿って導管２７が形成されている。この導管２７は、例えば支柱２１’の上部で中空構造と接続しており、支柱２１’の中空構造、サセプタ支持部２５の通気路２８を通過して、サセプタ２４の貫通孔２９に供給される。
【００４６】
導管２７と支柱２１’との接続は、支柱２１’の下部、中部、上部など複数箇所で接続されていても良く、特に限定するものではないが、支柱２１’の上部で中空構造と接続するようにした場合、導管の下部から供給された加熱した気体が導管２７の上部に達するまでに、ウエーハ加熱手段６によっても加熱され、気体加熱装置４で加熱した気体を炉内温度と同じ温度に保温または加熱することができ、ウエーハの熱処理温度に保持された気体を安定してウエーハに吹き付けることができる。
【００４７】
また、図１の別な形態として、導管２７が十分に長く、導管２７中の気体がウエーハ加熱手段６の加熱領域内で十分に滞留している時間がある場合、気体加熱装置４の気体加熱手段１０を省き、単に圧力センサ１２やコントロールバルブ１３等の気体を供給する機構のみを残し、加熱されていない気体（常温の気体）を導管２７の下部から供給し、導管２７を通過（滞留）している間にウエーハ加熱手段６により気体を加熱するような構成としても良い。つまり、ウエーハ加熱手段６、導管２７、気体を供給する機構（圧力センサ１２やコントロールバルブ１３等）により気体加熱装置４を構成しても良い。この場合も、ウエーハの裏面側の気圧をウエーハ表面側の気圧より高くなるように調整する調整手段１４等を設けておく。
【００４８】
このような本発明の熱処理用ボートとしては、ＣＶＤ−ＳｉＣ膜で作製されたものを使用することが好ましい。例えば、ＣＶＤ−ＳｉＣ膜からなる熱処理用ボートは、先ずカーボン素材でボート構造を形成してから、この上にＣＶＤ−ＳｉＣコートを行い、その後内部のカーボン素材を酸化して除去することによって作製することができる。このような熱処理用ボートの利点は、素材が超高純度のＣＶＤ−ＳｉＣ膜のみからなるため、１３００℃を越えるような熱処理を行った場合でもシリコンウエーハの金属不純物レベルを低く抑えられる上、簡単に中空構造を得られることである。
【００４９】
また、サセプタ２４の材質としては、純度が高い石英、多結晶Ｓｉ、単結晶Ｓｉ、ＳｉＣ等を用いることが望ましいが、１３００℃を越える高温領域で熱処理を行う場合には、高温でも形状が安定しているＳｉＣ素材を用い、金属汚染対策として超高純度のＣＶＤ−ＳｉＣコートを行ったものを用いることが好ましい。また、ＳｉＣ素材を用いる場合には、ウエーハと接する部分に鏡面加工が施されていることが好ましい。
【００５０】
尚、このバッチ式の熱処理装置１に用いられるボートは上記に限定されるものではなく、例えば特開平９−３３０９３５号公報に開示されているようなボートを使用することも可能である。ただし、本発明の熱処理用ボートでは、円形状のサセプタを用いてウエーハを保持することによって、ウエーハとサセプタとの間に形成された空間に加熱した気体を導入し、ウエーハ裏面の全面に気体を均一に吹き付けるようにする。
【００５１】
次に、本発明に係る枚葉式の熱処理装置について説明する。
本発明の枚葉式の熱処理装置は、図５に示したように、少なくとも、ウエーハ４１をシャッター４２から投入して外部と雰囲気を遮断する反応室４３と、ウエーハ４１を保持し加熱した気体をウエーハの裏面に吹き付けるボート４４と、ウエーハに吹き付ける気体を加熱する気体加熱装置４７とを具備する熱処理装置４０である。
【００５２】
この反応室４３内には、ウエーハ４１の表面側にも加熱した気体を吹き付けるための上部気体供給手段４５が設置されており、また反応室４３の外側にはこの上部気体供給手段４５に供給する気体を加熱するための気体加熱装置４７’が配置されている。尚、加熱した気体をウエーハに吹き付けるための手段としては、少なくともウエーハ裏面側に気体を吹き付けるボート４４が設置されていれば良いが、上記のように上部気体供給手段４５を設置することにより、ウエーハ全体を均一に加熱することができ、それによって、ウエーハに熱処理を行った際にウエーハに生じる熱歪応力を低減し、さらに例えば急速加熱・急速冷却を行う場合に生じるウエーハの反り等も確実に防止して、安定した熱処理を行うことができる。また、このようにウエーハ４１の裏面側と表面側にボート４４と上部気体供給手段４５とを設置した場合には、後述するようなウエーハ裏面側の気圧が表面側よりも高くなるように調節する調整手段５３を設けることが好ましい。
さらに、反応室４３には、加熱した気体をウエーハに吹き付けた後、最終的に気体を外部に排気するための気体排気管４６が形成されている。
【００５３】
このとき、ボート４４と上部気体供給手段４５とに供給する気体をそれぞれ加熱するための気体加熱装置４７、４７’（以下、気体加熱装置４７’の説明については気体加熱装置４７と同様とする）としては、前述のバッチ式の熱処理装置で用いた気体加熱装置４と同様の構成を有する装置、すなわち、石英またはＳｉＣからなる細管４８が屈折させて配置されており、気体加熱手段４９で細管４８を通過する気体を容易に加熱することのできる小型の装置を用いることができる。さらに、この気体加熱装置４７の前段には圧力センサー５０とコントロールバルブ５１が設けてあり、また気体加熱装置４７の後段には加熱されたガスの温度を測定する熱電対５２が設置されている。
【００５４】
そして、この圧力センサー５０、５０’の情報を調整手段５３に送ることにより、調整手段５３でコントロールバルブ５１、５１’をそれぞれ調節して気体の圧力、流量等を制御し、ウエーハ裏面側の気圧をウエーハ表面側の気圧よりも高くなるように調整することができる。さらに、熱電対５２、５２’の情報を調整手段５３に送ることにより、加熱する気体の温度を制御することもできる。
【００５５】
また、ボート４４と上部気体供給手段４５の材質は、石英やＳｉＣ等を用いることができる。ウエーハの熱処理温度が１０００℃程度の温度であれば石英を用いることができ、また１０００℃を超える高温領域の場合はＳｉＣを用いることが好ましい。ＳｉＣ素材を用いる場合には、ＣＶＤ−ＳｉＣ膜のみで形成されたものを用いることができ、特にボート４４をＣＶＤ−ＳｉＣ膜で形成する場合は、ウエーハと接する部分に鏡面加工が施されていることが好ましい。
【００５６】
このボート４４及び上部気体供給手段４５には、加熱したガスを吹き出すための複数の貫通孔が形成されている。この貫通孔の数や大きさは特に限定されるものではないが、例えば、直径が０．２〜２．０ｍｍ程度の貫通孔を１．０〜５．０ｍｍ間隔で設けることによって、ウエーハ４１の表面及び裏面の全面に加熱した気体を均一に吹き付けることができる。
【００５７】
さらに、ボート４４には、加熱したガスをウエーハ４１に吹き付けた後に気体の流通を円滑にするための排気孔５５が形成されていることが好ましい。この排気孔の数や大きさは特に限定されるものではないが、例えば直径０．１〜０．５ｍｍ程度の排気孔を形成することにより、加熱したガスの流通がスムーズになり、またこの排気孔の数や大きさを調節することによって、ウエーハ裏面側の気圧を制御することも可能となる。
【００５８】
このような枚葉式の熱処理装置４０は、気体加熱装置４７、４７’でウエーハの熱処理温度に加熱した気体をボート４４及び上部気体供給手段４５からそれぞれウエーハ４１の裏面及び表面の全面に吹き付ける熱処理装置であるため、別途ウエーハ４１を加熱するためのウエーハ加熱手段がなくても、例えば反応室４３の周りに断熱材５４を配置することにより、ウエーハを均一に熱処理することができる。したがって、従来の熱処理装置より装置の小型化を図ることができ、それによって、複数の枚様式の熱処理装置を重ね合わせて同一の気体加熱装置によって同時に操業させることも可能となり、生産性を向上させることができる。
【００５９】
尚、上記熱処理装置４０は、本発明のウエーハの熱処理装置の一例であって、例えば、この熱処理装置４０にさらにランプ加熱手段や高周波コイル等を設けてウエーハの加熱を行っても良い。
【００６０】
続いて、上記本発明のウエーハの熱処理装置を用いてウエーハに熱処理を行う熱処理方法について説明する。
始めに、図１に示すバッチ式の熱処理炉１を用いて、ウエーハを熱処理する場合について説明する。
【００６１】
先ず、被熱処理ウエーハをボート３のサセプタ上に移載して、ウエーハをウエーハ外周部のみで接触するようにして水平に保持する。ウエーハの移載方法は特に限定するものではないが、例えば移載ロボット等を用いてウエーハを汚染させること無く実施することが好ましい。
【００６２】
次に、ウエーハ５を保持したボート３を反応室２にロードし、その後、ガス導入管７から雰囲気ガスを導入するとともに、ウエーハ加熱手段６によって加熱を行う。その際、サセプタ２４の貫通孔から気体加熱装置４で加熱した気体をウエーハ裏面に吹き付けながら熱処理を行う。このサセプタの貫通孔から吹き付ける気体は、ガス導入管７から導入する雰囲気ガスと同様のものを用いることが好ましい。
【００６３】
このとき、気体加熱装置４から供給される加熱した気体の圧力を調整手段１４で調整したり、また予めサセプタに形成する排気孔３０の数や大きさを調節しておくことにより、ウエーハ裏面側の圧力をウエーハ表面側よりも高くすることができ、さらにウエーハをウエーハ外周部のみで保持した状態にしたり、またはウエーハを浮遊させた状態にして熱処理を行うことができる。
【００６４】
また、ウエーハの昇温速度や熱処理温度については、熱処理の目的に応じて適宜決定することができる。その際、ウエーハ裏面に吹き付ける気体の温度をある程度高くしておくことにより、ウエーハに発生するスリップを防止することができるが、より好ましくは、ウエーハの昇温速度や熱処理温度に合わせてウエーハに吹き付ける気体を加熱する方が良い。それによって、ウエーハに温度分布を生じさせることなく安定して熱処理を行うことができる。
【００６５】
さらに、ウエーハとサセプタの間には前述のように空間が形成されているため、サセプタの貫通孔から供給される加熱した気体をウエーハ裏面全体に均一に吹き付けることができる。したがって、熱処理時のウエーハ面内での温度分布をより均一にすることができる。
【００６６】
このようにしてウエーハを複数枚同時に熱処理することによって、ウエーハの自重による内部応力を低減するとともに、ウエーハ面内の温度均一性を向上させて熱歪応力を低減することができるため、ウエーハにスリップを発生させずに熱処理を行うことができる。また、上述のように、熱処理を行う際にウエーハをウエーハ外周部のみで保持している（または、浮遊させている）ので、ウエーハの裏面にキズを発生させることもない。さらには、熱処理の際の昇温速度や降温速度を速くしたり、また熱処理ボートに保持するウエーハの間隔を縮小しても熱処理後のウエーハ（アニールウエーハ）にはスリップが発生しないため、生産性の向上を図ることができる。
【００６７】
熱処理後はボート３を反応室２からアンロードし、室温まで冷却してからサセプタ上のウエーハを回収する。
このようにして製造されたアニールウエーハであれば、大口径のウエーハであっても、スリップフリーで、さらにウエーハ裏面にキズがないアニールウエーハとすることができる。
【００６８】
次に、図５に示す枚葉式の熱処理炉４０を用いて、ウエーハを熱処理する場合について説明する。
先ず、被熱処理ウエーハをシャッター４２から反応室４３に投入し、ボート４４にウエーハ外周部のみで接触するようにして水平に保持する。ウエーハの移載方法については、前述と同様に移載ロボット等を用いてウエーハを汚染させること無く実施することが好ましい。
【００６９】
次に、コントロールバルブ５１を介して気体を気体加熱装置４７に導入し、気体加熱装置４７に配置した細管４８を通過して、ボート４４から気体をウエーハ裏面に吹き付ける。また、ウエーハ表面についても同様に、コントロールバルブ５１’から導入された気体は、気体加熱装置４７’を通過して上部気体供給手段４５からウエーハ表面に吹き付ける。
【００７０】
前述のように、このボート４４及び上部気体供給手段４５には、気体加熱装置を通過した気体をウエーハに吹き付けるための複数の貫通孔がそれぞれ形成されているため、気体をウエーハ４１の表面及び裏面の全面に均一に吹き付けることができる。
【００７１】
このとき、圧力センサ５０、５０’の情報を調整手段５３に送り、その情報に基づいて調整手段５３でコントロールバルブ５１、５１’を調整したり、また予めボート４４の排気孔５５の数や大きさを調節しておいたり、さらに例えば排気孔５５をボート４４のテーパ部に沿って平行に形成しておくことによって、ウエーハ裏面側の圧力をウエーハ表面側よりも高くすることができるし、さらにウエーハをウエーハ外周部のみで保持した状態にしたり、また図６に示したようにウエーハを振動を抑えて浮遊させた状態にすることもできる。このような状態でウエーハに熱処理を行うことによって、ウエーハ裏面にキズを生じさせずに熱処理を行うことができる。
【００７２】
続いて、ウエーハに吹き付ける気体を気体加熱装置４７、４７’で加熱することによって、ウエーハに熱処理を行うことができる。このとき、気体加熱装置４７、４７’で加熱する気体の温度を例えば制御手段５３で制御することによって、ウエーハに熱処理を行う際の昇温速度や熱処理温度を調節することができる。
【００７３】
このようにしてウエーハに吹き付ける気体の温度を制御すれば、従来のようにランプ加熱手段等のようなウエーハを加熱するウエーハ加熱手段がなくても、例えば、６００℃〜７００℃までは１００℃／ｍｉｎ程度の速度で昇温し、温度が上昇するにつれて、昇温速度を下げつつ、１２００℃程度の温度まで昇温した後、一定時間高温熱処理を行い、その後、昇温の場合と同じ程度の速度で降温を行い、６００℃程度まで降温したところで、上部気体供給手段からウエーハに吹き付ける気体の流量を一気に上げて２００〜３００℃程度にまで下げたガスをウエーハに吹き付けてウエーハの温度を下げるといった熱処理を容易に行うことができる。
【００７４】
このようにしてウエーハを枚様式で熱処理することによって、ウエーハの自重による内部応力を低減するとともに、ウエーハ面内の温度均一性を向上させて熱歪応力を低減することができるため、ウエーハにスリップを発生させずに熱処理を行うことができる。また、上述のように、ウエーハの裏面にキズを発生させることもないし、ウエーハに急速加熱・急速冷却を行ってもウエーハ全体の温度が均一であるため反りを生じさせることもない。
【００７５】
その後、ウエーハの温度が１００℃以下になったところで、移載ロボットにより、ウエーハをアンロードしてウエーハを回収する。
このようにして製造されたアニールウエーハであれば、大口径のウエーハであっても、スリップが発生してなく、さらにはウエーハ裏面のキズもまた反りもないアニールウエーハとすることができる。
【００７６】
【実施例】
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１）
実施例１として、図１に示す本発明のバッチ式の熱処理炉１を用いて、直径３００ｍｍの複数のシリコンウエーハにＤＺ層を形成することを目的として、アルゴン雰囲気中、１２００℃で１時間の熱処理を行った。
【００７７】
先ず、熱処理用ボート３として、図２に示すような構造のＣＶＤ−ＳｉＣ膜のみから形成されたものに図３に示すサセプタを支持したボートを準備した。このとき、サセプタにはＳｉＣ素材の上にＣＶＤ−ＳｉＣコートを施したものを用いた。
【００７８】
このような熱処理用ボートのサセプタにシリコンウエーハを保持し、このボートを７００℃に加熱された反応室２内にロードした。このとき、反応室２にはガス導入管７からアルゴンガスが流されている。熱処理用ボート３を反応室２にロードした後、気体加熱手段４で７００℃に加熱したアルゴンガスをサセプタ２４の貫通孔２９からウエーハ裏面に吹き付けて、ウエーハ裏面側の気圧を表面側よりも高くした。
【００７９】
その後、ウエーハ５に吹き付ける気体を気体加熱装置４でさらに加熱し、この加熱した気体をウエーハに吹き付けるとともにウエーハ加熱手段６を用いて、ウエーハを７００℃から１０００℃までは１０℃／ｍｉｎ、１０００℃から１２００℃までは５℃／ｍｉｎで昇温し、１２００℃で１時間保持することによってウエーハの熱処理を行った。このとき、ウエーハに吹き付ける気体もウエーハの昇温速度と同様の速度で加熱した。その後、ウエーハ５及びウエーハ５に吹き付ける気体を、１０００℃まで５℃／ｍｉｎ、そして７００℃まで１０℃／ｍｉｎの速度で降温し、ボートを反応室からアンロードしてから、室温まで冷却後ウエーハを回収した。
【００８０】
（実施例２）
実施例２として、図５に示すような本発明の枚様式の熱処理装置４０を用い、直径３００ｍｍのシリコンウエーハの熱処理を行なった。この熱処理は、実施例１と同様にウエーハにＤＺ層を形成することを目的として、アルゴン雰囲気中、１２００℃で１時間の熱処理を行った。
【００８１】
先ず、ウエーハ４１をシャッター４２から反応室４３内に投入してボート４４に保持し、シャッター４２を閉じた。次に、気体加熱装置４７、４７’を介して供給される室温のアルゴンガスをボート４４と上部気体供給手段４５からウエーハの裏面及び表面の全面に吹き付けるとともに、制御手段５３によりウエーハ裏面側の気圧を表面側よりも高くし、かつウエーハが浮遊した状態となるようにコントロールバルブ５１、５１’を調節した。
【００８２】
その後、気体加熱装置４７、４７’でウエーハに吹き付けるアルゴンガスの温度を室温から６００度までは１００°Ｃ／ｍｉｎで昇温し、１０００℃までは５０℃／ｍｉｎ、１１００°Ｃまで２５℃／ｍｉｎ、１２００℃までは１０℃／ｍｉｎで加熱していき、続いて１２００°Ｃで１時間保持した後、６００℃まで昇温と同じ速度で降温した。アルゴンガスの温度を６００℃まで降温した後、上部気体供給手段４５から吹き付けるアルゴンガスの温度を２００℃まで下げるとともにその流量を一気に増大させてウエーハを冷却した。冷却後、ウエーハを回収した。
【００８３】
（比較例）
比較例として、図７に示す従来の縦型熱処理炉６０を用いて、直径３００ｍｍの複数のシリコンウエーハにＤＺ層を形成することを目的として、アルゴン雰囲気中、１２００℃で１時間の熱処理を行った。
【００８４】
熱処理用ボートとして、図８に示すような４本の支柱を有する縦型の熱処理用ボート６７を準備して、この熱処理用ボート６７の溝７１にシリコンウエーハを保持し、この熱処理用ボート６７を７００℃に加熱された反応室６１内にロードした。このとき、反応室６１にはガス導入管６５からアルゴンガスが流されている。
【００８５】
その後、ヒータ６４を用いて、７００℃から１０００℃までは５℃／ｍｉｎ、１０００℃から１２００℃までは２℃／ｍｉｎで昇温し、１２００℃で１時間保持することによってウエーハの熱処理を行った。その後、昇温過程と同じ速度で降温し、ボートを反応室からアンロードしてから、室温まで冷却後ウエーハを回収した。
【００８６】
上記実施例１、２及び比較例で得られたアニールウエーハに目視検査を行いスリップの発生の有無について調査を行った。
その結果、実施例１及び実施例２で得られたアニールウエーハにはスリップが発生してなく、またウエーハの裏面にもキズが全く観察されなかった。しかしながら、比較例で得られたアニールウエーハは、昇降温速度を実施例１及び実施例２に比べて遅くしたにも関わらず、図９に示すような長さ２ｍｍ〜１５ｍｍのスリップＳがウエーハＷの外周部に数十本発生しているのが確認された。また、この比較例のウエーハの裏面には、熱処理用ボートとの接触部に対応する位置に、スリップとは別にキズが発生していた。
【００８７】
また、作製した各アニールウエーハのＤＺ層の幅を測定した結果、実施例１のウエーハでは２０μｍ、実施例２では２６μｍ、比較例では１８μｍであった。
【００８８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、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。
【００８９】
例えば、上記実施例では、シリコンウエーハにＤＺ層を形成することを目的として熱処理が行われているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ゲッタリング層の形成や酸化膜の形成、エピタキシャル成長等の種々の目的で行う熱処理に適用することができる。
【００９０】
また、上記実施の形態では、ボートや上部気体供給手段にそれぞれ一つの気体加熱装置が設置されている場合について説明を行っているが、本発明では気体加熱装置を複数設置して、温度の異なる気体を切り替えてウエーハに吹き付けるようにしても良いし、逆に１つの気体加熱装置から両者に供給するようにしても良い。
【００９１】
さらに、例えば上記本発明のバッチ式の熱処理装置では、ウエーハ加熱手段が設置されている例を挙げて説明を行っているが、本発明の熱処理装置ではこのウエーハ加熱手段がなくてもウエーハに熱処理を行うことができるものであり、またこのバッチ式の熱処理装置に例えばさらに上部気体供給手段を設ければ、ウエーハの熱処理をより安定して行うことができる。
【００９２】
【発明の効果】
本発明によれば、ウエーハの自重による内部応力を低減するとともに、ウエーハ面内の温度を均一にして熱歪応力を低減することができるため、大口径のウエーハを熱処理する場合や１２００℃以上の高温で熱処理する場合であっても、ウエーハにスリップを発生させず、さらにはウエーハ裏面にキズも発生させずに熱処理を安定して行うことができる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバッチ式の熱処理装置の一例を示す構成概略図である。
【図２】本発明に係る熱処理用ボートの一部の構成を示す構成概略図である。
【図３】（ａ）は、サセプタの形状を示す概略図であり、（ｂ）は、サセプタの断面を示す概略断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の熱処理用ボートの横断面を示す横断面図であり、（ｂ）は、本発明の熱処理用ボートの縦断面を示す縦断面図である。
【図５】本発明に係る枚葉式の熱処理装置の一例を示す構成概略図である。
【図６】ウエーハを浮遊させた状態を示す説明図である。
【図７】縦型の熱処理炉の構成を示す概略図である。
【図８】（ａ）は、従来の熱処理用ボートの構成を示す概略図であり、（ｂ）は、熱処理用ボートの断面を示す概略断面図である。
【図９】比較例で得られたアニールウエーハに発生したスリップを観察した結果を示す図である。
【符号の説明】
１…バッチ式の熱処理装置、 ２…反応室、
３…ボート、 ４…気体加熱装置、
５…ウエーハ、 ６…ウエーハ加熱手段
７…雰囲気ガス導入管、 ８…雰囲気ガス排気管、
４０…枚葉式の熱処理装置、 ４１…ウエーハ、
４２…シャッター、 ４３…反応室、 ４４…ボート、
４５…上部気体供給手段、 ４６…気体排気管、
４７…気体加熱装置。
Claims (18)
- ウエーハを熱処理する熱処理方法において、前記ウエーハの主面が水平になるように保持し、該ウエーハの裏面に加熱した気体を吹き付けて、ウエーハの裏面側の気圧がウエーハ表面側の気圧よりも高くなるようにしながらウエーハに熱処理を行うことを特徴とするウエーハの熱処理方法。
- 前記ウエーハの表面にも加熱した気体を吹き付けることを特徴とする請求項１に記載のウエーハの熱処理方法。
- 前記加熱した気体を、ウエーハ裏面の全面に、またはウエーハ裏面及び表面の全面に吹き付けることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のウエーハの熱処理方法。
- 前記気体の温度をウエーハの熱処理温度に加熱して吹き付けることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のウエーハの熱処理方法。
- 前記ウエーハを複数枚同時に熱処理することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のウエーハの熱処理方法。
- 前記ウエーハを枚葉式で熱処理することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のウエーハの熱処理方法。
- 前記ウエーハの裏面に加熱した気体を吹き付けて、ウエーハの外周部のみを保持した状態で、またはウエーハを浮遊させた状態で熱処理を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のウエーハの熱処理方法。
- 請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のウエーハの熱処理方法により熱処理されたアニールウエーハ
- ウエーハを熱処理する熱処理装置であって、少なくとも、前記ウエーハを投入して外部と雰囲気を遮断する反応室と、前記ウエーハを保持し加熱した気体をウエーハの裏面に吹き付けるボートと、前記ウエーハに吹き付ける気体を加熱する気体加熱装置とを具備することを特徴とするウエーハの熱処理装置。
- 前記ウエーハを複数枚同時に熱処理するものであることを特徴とする請求項９に記載のウエーハの熱処理装置。
- 前記ウエーハを枚様式で熱処理するものであることを特徴とする請求項９に記載のウエーハの熱処理装置。
- 前記ボートに排気孔が形成されていることを特徴とする請求項９ないし請求項１１のいずれか一項に記載のウエーハの熱処理装置。
- 前記ウエーハの表面に加熱した気体を吹き付ける上部気体供給手段を具備することを特徴とする請求項９ないし請求項１２のいずれか一項に記載のウエーハの熱処理装置。
- 前記ウエーハの裏面側の気圧がウエーハ表面側の気圧よりも高くなるように調節する調整手段を具備することを特徴とする請求項９ないし請求項１３のいずれか一項に記載のウエーハの熱処理装置。
- 前記ウエーハを加熱するウエーハ加熱手段を有することを特徴とする請求項９ないし請求項１４のいずれか一項に記載のウエーハの熱処理装置。
- 前記気体加熱装置は、石英またはＳｉＣからなる細管が屈折させて配置され、気体加熱手段を用いて前記ウエーハに吹き付ける気体を屈折させて配置した細管に通過させながら加熱するものであることを特徴とする請求項９ないし請求項１５のいずれか一項に記載のウエーハの熱処理装置。
- ウエーハを保持する熱処理用ボートであって、少なくとも、複数の支柱と、該複数の支柱を固定する天板及び底板と、前記ウエーハを保持するサセプタと、前記支柱に取り付けられる前記サセプタを支持するためのサセプタ支持部とを具備し、前記複数の支柱のうちの少なくとも１つが加熱した気体を通過させるための中空構造を有し、前記サセプタ支持部に前記支柱の中空構造に連通して支柱内の加熱した気体を前記サセプタに送るための通気路が形成されており、前記サセプタに前記サセプタ支持部の通気路から送られてきた加熱した気体をウエーハに吹き付けるための貫通孔が形成されていることを特徴とする熱処理用ボート。
- 前記サセプタに排気孔が形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の熱処理用ボート。
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