JP2006005016A

JP2006005016A - 横型熱処理炉、アニールウェーハの製造方法及びアニールウェーハ

Info

Publication number: JP2006005016A
Application number: JP2004177397A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Kimura; 明浩木村
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2004-06-15
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2024-06-15
Also published as: JP4525905B2

Abstract

【課題】
シリコン鏡面ウェーハを高温でＡｒアニールしても表面粗さ（ヘイズ）を悪化させることのない横型熱処理炉を提供し、かつこの新規な横型熱処理炉を用いて熱処理を行うことによって優れた品質を有するアニールウェーハを製造することのできるアニールウェーハの製造方法、及びアニールウェーハを提供する。
【解決手段】
一端に開口端部を有するプロセスチューブと、前記開口端部と接触する閉塞面を介して前記開口端部を閉塞するシャッターとを備える横型熱処理炉において、前記プロセスチューブに供給されるプロセスガスを排気する機能を有する凹部が前記シャッターの閉塞面に穿設されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、横型熱処理炉の改良並びにこの改良された横型熱処理炉を用いたアニールウェーハの製造方法及びアニールウェーハに関する。

ＣＺシリコンウェーハにはＣＯＰや酸素析出物などの、いわゆるＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥と呼ばれる結晶欠陥が存在することが知られているが、そのウェーハ表面近傍のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を消滅させる方法として、Ａｒガス１００％雰囲気やＨ_２ガス１００％雰囲気で行う熱処理（以下、Ａｒアニール、Ｈ_２アニールと呼ぶことがある）、またはＡｒとＨ_２の混合雰囲気で行う熱処理が提案されている。

Ｈ_２アニールもしくはＡｒとＨ_２の混合雰囲気で行う熱処理の場合、高温で爆発性を有するＨ_２ガスを使用することから、安全面や装置上のコスト面においてＡｒアニールに劣る。一方、Ａｒアニールの場合、例えば熱処理中にプロセスチューブ内に酸素や水分が不純物として取り込まれると酸化膜が形成され、その酸化膜とシリコン（Ｓｉ）がＳｉＯ_２＋Ｓｉ→２ＳｉＯという反応を起こして結果的にＳｉがエッチングされその部分がピットとなり、表面粗さを悪化させるという問題があるため、縦型熱処理炉に比べて機密性が劣る横型熱処理炉を使用した場合、特に問題となる可能性があった。

そこで本出願人は特許文献１において、原料ガス（プロセスガス）の供給側からプロセスチューブに混入する不純物量を低減することにより、上記問題点を解決する技術を提案した。

一方、特許文献２には、プロセスチューブの開口端部とそれを開閉するシャッターを有する横型熱処理炉において、開口端部の下部に存在する隙間をなくすことにより外気の侵入を防ぐ技術が記載されている。

また、特許文献３において、本出願人はプロセスチューブの開口端部とそれを開閉するシャッターとの接触部分の密着性を高める手段を提案した。

従って、上記３つの技術を組み合わせれば、横型熱処理炉でＡｒアニールする場合であっても、熱処理中にプロセスチューブ内に酸素や水分が不純物として取り込まれることに起因するアニールウェーハの表面粗さの劣化は発生しないものと考えられる。

しかしながら、プロセスガス供給側からの不純物の侵入対策を施し、かつ、炉口部側のシャッターと開口端部に隙間が生じず、密着性を高めた構成とした横型熱処理炉（例えば、図４参照）を用いてＡｒアニールを行っても、外気の侵入に起因すると推定されるアニールウェーハの表面粗さ（ヘイズ）の悪化が発生することが明らかとなった。

従来の横型熱処理炉の一例の概略構造を図４に示す。図４において、１０は横型熱処理炉であり、プロセスチューブ１２を有している。該プロセスチューブ１２の一端は開口されて炉口部１４となるとともに環状の開口端部１６が形成されている。該開口端部１６はシャッター１８によって開閉自在に閉塞されている。２２は該プロセスチューブ１２の他端に設けられたガス供給口である。該プロセスチューブ１２の内部には、多数のウェーハＷを垂直状態に支持するウェーハ支持用ボート２０が設置されている。該プロセスチューブ１２の外周側には不図示のヒーターが設けられ、該プロセスチューブ１２内に設置される多数のウェーハＷを熱処理することができるようになっている。

なお、図４において、シャッター１８は不図示のシャッター移動機構によりプロセスチューブの長手方向に移動可能に構成されており、その移動機構とシャッター１８のジョイント部分には、シャッター１８を開口端部１６に対して平行に調整し、開口端部１６の全面とシャッター１８とが接触可能となるようなスプリングを有する機構が設けられているため、シャッター１８と開口端部１６との間に隙間が形成されることは無い。

また、シャッター１８と開口端部１６の密着性を高めるため、シャッター１８の前記開口端部１６に対抗する面の少なくとも該開口端部１６との接触部分、及び該開口端部１６の端面における中心線平均粗さ（Ｒａ）を０．２μｍ以下としている。
ＷＯ０１／６９６６６号公報実開平５−３８８７２号公報特開２００３−９２３０２号公報

本発明は上記した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的はシリコン鏡面ウェーハを高温でＡｒアニールしても表面粗さ（ヘイズ）を悪化させることのない横型熱処理炉を提供し、かつこの新規な横型熱処理炉を用いて熱処理を行うことによって優れた品質を有するアニールウェーハを製造することのできるアニールウェーハの製造方法、及びアニールウェーハを提供することである。

本発明者らは、前述したプロセスガス供給側からの不純物の侵入対策を施し、かつ、炉口側のシャッターと開口端に隙間が生じず、密着性を高めた構成とした図４に示す横型熱処理炉を用いてＡｒアニールを行っても、外気の侵入に起因すると推定されるアニールウェーハの表面粗さ（ヘイズ）が悪化するという問題について鋭意検討した結果、このような問題点は石英製のプロセスチューブを用いた場合よりも、ＳｉＣ製のプロセスチューブを用いた場合の方がより顕著に発生することを見出した。

すなわち、石英製のプロセスチューブの場合には、シャッターを石英製とすることで、前記開口端部１６とシャッター１８の閉塞面１８ａとの接続を石英同士のすり合わせとすることができ、両者の密着性を十分に高めることができた。一方ＳｉＣ製のプロセスチューブの場合には、膨張係数の違いからシャッターを石英製とした場合において前記接続部をすり合わせとすることができず密着性が劣り、またシャッターの断熱効果を維持することを考えれば、シャッターの材質を石英から変更することは難しい。

これを解決するために本出願人は特許文献３において、前記開口端部１６とシャッター１８の閉塞面１８ａとの密着性を高める方法を提案した。Ａｒガスの場合は排気口が必ずしも必要ではないためＡｒアニール用横型熱処理炉には排気口を設けない場合がある。この場合、Ａｒガスは前記開口端部１６とシャッター１８の閉塞面１８ａとの極僅かな隙間から排気される。しかし、前記開口端部１６に対向するシャッター１８の閉塞面１８ａの少なくとも該開口端部１６との接触部分、及び該開口端部１６の端面における中心線平均粗さ（Ｒａ）が良すぎると極僅かな隙間すら生じず、Ａｒガスが抜けなくなってしまう。

そうすると、プロセスチューブ内にＡｒガスが溜まり、チューブ内圧が高まる。このチューブ内圧が、前記シャッターの移動機構とシャッターのジョイント部分にあるスプリングを押すほどまでに高まると、シャッターが開き、前記開口端部１６とシャッター１８の閉塞面１８ａとの間に隙間が生じ、一気にＡｒガスが排気される。Ａｒガスが抜けると、再びシャッターは閉じ、前記開口端部１６とシャッター１８の閉塞面１８ａとの間には極僅かな隙間さえもなくなってしまう。これを繰り返すためにシャッターが常に振動してしまい、この時にプロセスチューブ外の酸素や水分が不純物として取り込まれ、これに起因してアニールウェーハの表面粗さの劣化が発生してしまう。

また、この振動が原因で石英製シャッターとその移動機構を接続するナットが徐々に緩んでしまう。
そうするとシャッターが不安定な状態になってしまい、前記開口端部１６とシャッター１８の閉塞面１８ａとの間を密着することができず、しかも両者の間に生じる隙間が一様ではなくなり、Ａｒガスの抜けが均一ではなく偏ってしまう。そして別の隙間（Ａｒガスが抜けない隙間）からプロセスチューブ外の酸素や水分が不純物として取り込まれ、これに起因してアニールウェーハの表面粗さの劣化が発生してしまう。

また、特許文献３には前記開口端部１６とシャッター１８の閉塞面１８ａとの間をＯ−リングを用いて密着性を高める手段が提案されているが、特に９００℃以上のアニールの場合、該開口端部１６及びシャッター１８が高温となっており、Ｏ−リングを使用することはできなかった。

そこで本発明の横型熱処理炉は、一端に開口端部を有するプロセスチューブと、前記開口端部と接触する閉塞面を介して前記開口端部を閉塞するシャッターとを備える横型熱処理炉において、前記プロセスチューブに供給されるプロセスガスを排気する機能を有する凹部が前記シャッターの閉塞面に穿設されていることを特徴とする。前記凹部が前記開口端部の内側面と外側面とを跨ぐように穿設されているのが好適である。

このように前記凹部からプロセスガスを排気すれば、炉内の圧力が高くなることが無いため、前記開口端部１６とシャッター１８の閉塞面１８ａとの極僅かな隙間からプロセスガスが抜けることが無くなり、両者の密着性が高い場合であってもプロセスチューブからプロセスガスが抜ける際にシャッターが振動することは無く、この振動による及び／又はナットの緩みから生じる別の隙間から酸素や水分が不純物として取り込まれることによるアニールウェーハの表面粗さ（ヘイズ）の劣化は発生しない。

本発明の横型熱処理炉において用いられるプロセスチューブはＳｉＣ又は石英からなるものであることが好ましい。石英製のプロセスチューブの場合は、石英が高純度であるため処理される半導体ウェーハが汚染されることがないという利点がある。しかし、１１５０℃を越え１２００℃以上の熱処理を行うと石英製プロセスチューブは変形（ダレ）してしまう不利があるが、１１５０℃以下の熱処理においては好適に用いられる。一方、前述のようにＳｉＣ製のプロセスチューブの場合には石英製のシャッターとすり合わせ構造にすることができないため、本発明の横型熱処理炉にとってはより効果的である。また、例えば、１１５０℃を越える熱処理など、高温の熱処理を横型熱処理炉で行う場合には、上述したように、石英製のプロセスチューブでは変形（ダレ）してしまい使用することができないので、ＳｉＣ製プロセスチューブを使用することが好ましい。さらに、このプロセスチューブの直径は、プロセスチューブ外から取り込まれる酸素や水分などの影響が大きくなる１５０ｍｍもしくはそれ以上のウェーハを投入可能なサイズとするのが望ましい。

本発明のアニールウェーハの製造方法は、本発明の横型熱処理炉を用い、前記プロセスチューブに半導体ウェーハを投入し、前記開口端部を前記シャッターにより閉塞して投入された半導体ウェーハの加熱処理を行う方法において、前記凹部からプロセスガスを排気しつつ前記半導体ウェーハを加熱処理することを特徴とする。このようにすることで、熱処理中にプロセスチューブ内に酸素や水分が不純物として取り込まれることに起因するアニールウェーハの表面粗さの劣化が発生しないアニールウェーハを製造することができる。

本発明のアニールウェーハは、本発明のアニールウェーハの製造方法によって製造されるもので、表面粗さの劣化のない優れた品質を有している。

以上述べたごとく、本発明の横型熱処理炉によれば、シリコン鏡面ウェーハを横型炉で高温でＡｒでアニールしても表面粗さ（ヘイズ）を悪化させることがなくなるという効果が達成される。本発明のアニールウェーハの製造方法によれば、本発明の横型熱処理炉を用いてウェーハを熱処理することによって、優れた品質を有するアニールウェーハを製造することができる。本発明のアニールウェーハは優れた品質を有するという効果を有している。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら具体的に説明するが、図示例は例示的に示されるもので本発明はこれらに限定されるものではない。図１は本発明の横型熱処理炉の一つの実施の形態のシャッター部分を示す概略説明図である。図２はシャッターに穿設された凹部部分の幅方向断面説明図である。図３はシャッターに穿設された凹部部分の長手方向断面説明図である。なお、本発明の横型熱処理炉の基本的構造は図４に示した従来の横型熱処理炉と同様であるので再度の説明は省略するが、図１〜図３において、図４に示した部材と同一又は類似部材については同一の符号を用いて説明する。

図１に示したように、本発明の横型熱処理炉１０ａは、図４に示した従来の横型熱処理炉１０の場合と同様に、一端に開口端部１６を有するプロセスチューブ１２と、前記開口端部１６と接触する閉塞面１８ａを介して前記開口端部１６を閉塞するシャッター１８とを備えている。前記シャッター１８の閉塞面１８ａには、前記プロセスチューブ１２に供給されるプロセスガスＧを排気する機能を有する凹部３０が穿設されている。図３によく示されるように、該凹部３０は前記開口端部１６の内側面１６ａと外側面１６ｂとを跨ぐように穿設されている。また、前記開口端部１６のほとんどはシャッター１８の閉塞面１８ａに接触しており、前記凹部３０に該開口端部１６がはめ込まれる構造ではない。このようにすることで、プロセスガスＧは常に該凹部３０を通って排気される。設ける凹部３０の数、サイズはなんら限定されるものではないし、位置も任意の場所で良い。ただし、プロセスガスＧが排気される凹部３０の総断面積が大きすぎると、酸素や水分などの不純物がプロセスチューブ１２内へ取り込まれることになるので逆効果である。よって、凹部３０の総断面積は必要最小限であることが好ましい。

前記凹部３０の穿設位置については、シャッター１８の閉塞面１８ａの上部に穿設すれば、プロセスチューブ１２内部の加熱されたプロセスガスＧによる上昇気流によりプロセスチューブ１２から該凹部３０を通ってプロセスガスＧが噴出し、そのガス圧により外部からの大気の侵入を阻むことができるし、逆にシャッター１８の閉塞面１８ａの下部に穿設した場合は、設けない場合のプロセスチューブ内の気流、すなわち加熱されたプロセスガスＧによる上昇気流のためシャッター１８付近下部でのプロセスガスＧ流が希薄になることにより、シャッター１８下部からの大気巻き込みが発生しやすくなっている状態に逆らって、シャッター１８下部にプロセスガスＧの排気流が生じ、このガス圧により外部からの大気の侵入を阻むことができるので、凹部３０の穿設位置については、プロセスガスＧ流量、プロセスチューブ１２の形状（直径、長さなど）などにより最適化すれば良い。

以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるものであり、限定的に解釈されるべきでないことは言うまでも無い。

（実施例１）
使用ウェーハ：直径２００ｍｍ、Ｐ型、１０Ωｃｍ、（１００）、１００枚チャージ（評価対象ウェーハは炉口部から５枚目のウェーハ）。
アニール条件：Ａｒ１００％、１２００℃／１ｈ。
ヘイズ評価：パーティクルカウンターＳＰ−１（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製）。

ＳｉＣ製のプロセスチューブと、図１のような凹部３０を穿設した石英製のシャッターとで構成される横型熱処理炉を用い、上記使用ウェーハに対して上記条件でＡｒアニールを行い、アニールウェーハのヘイズ評価を上記装置で行った。なお、プロセスチューブの開口端部の端面の中心線平均粗さ（Ｒａ）は研磨により０．１０μｍとし、シャッターのＲａは０．１０μｍのものを用いた。Ｒａ測定はミツトヨ社製サーフテスト３０１によって行った。ウェーハ全面でのヘイズの平均値は０．０６３ｐｐｍであり、酸素や水分などの不純物が巻き込んだことによる表面粗さの劣化は認められず、良好なレベルであった。

（比較例１）
シャッターに凹部３０を設けない横型熱処理炉を用いた以外は実施例１と同様にＡｒアニールを行い、アニールウェーハの評価を行った。その結果、ウェーハ全面でのヘイズの平均値は７．４８９ｐｐｍであり、特にウェーハ周辺０〜２０ｍｍの領域でのヘイズが劣化しており、酸素や水分などの不純物に起因したウェーハ品質の悪化が認められた。

尚、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思想に包含される。
例えば、本実施の形態では、プロセスチューブの開口端部の形状がつば付のものを図に示して説明したが、これに限定されるものではなく、プロセスチューブの胴体部の肉厚と同じ肉厚の開口端部となっているつばのないものや薄い肉厚となっているものなど変更が可能であり、これらが本願特許請求の範囲に含まれることは言うまでもない。

本発明の横型熱処理炉の一つの実施の形態のシャッター部分を示す概略説明図である。シャッターに穿設された凹部部分の幅方向摘示断面説明図である。シャッターに穿設された凹部部分の長手方向摘示断面説明図である。従来の横型熱処理炉の１例を示す概略構造説明図である。

符号の説明

１０：従来の横型熱処理炉、１０ａ：本発明の横型熱処理炉、１２：プロセスチューブ、１４：炉口部、１６：開口端部、１８：シャッター、２０：ウェーハ支持用ボート、２２：ガス供給口、３０：凹部。

Claims

一端に開口端部を有するプロセスチューブと、前記開口端部と接触する閉塞面を介して前記開口端部を閉塞するシャッターとを備える横型熱処理炉において、前記プロセスチューブに供給されるプロセスガスを排気する機能を有する凹部が前記シャッターの閉塞面に穿設されていることを特徴とする横型熱処理炉。
前記凹部が前記開口端部の内側面と外側面とを跨ぐように穿設されていることを特徴とする請求項１記載の横型熱処理炉。
前記プロセスチューブは、ＳｉＣ又は石英からなるものであることを特徴とする請求項１又は２記載の横型熱処理炉。
前記プロセスチューブの直径は、直径が１５０ｍｍもしくはそれ以上のウェーハを投入可能なサイズであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の横型熱処理炉。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の横型熱処理炉を用い、前記プロセスチューブに半導体ウェーハを投入し、前記開口端部を前記シャッターにより閉塞して投入された半導体ウェーハの加熱処理を行う方法において、前記凹部からプロセスガスを排気しつつ前記半導体ウェーハを加熱処理することを特徴とするアニールウェーハの製造方法。
前記半導体ウェーハの直径は、１５０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項５に記載のアニールウェーハの製造方法。
前記半導体ウェーハは、シリコン単結晶であることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のアニールウェーハの製造方法。
請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の方法で製造されたアニールウェーハ。