JP2006080125A - 半導体ウエハの熱処理用縦型ボート - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体ウエハを保持する保持段部を、上下方向に同一直線上に配置されないようにし、半導体ウエハの被保持部が保持段部によって挟まれないように形成することによって、半導体ウエハの被保持部の汚染を抑制した半導体ウエハの熱処理用縦型ボートを提供する。
【解決手段】 複数の半導体ウエハを支持段部上に載置する半導体ウエハの熱処理用縦型ボートであって、半導体ウエハを支持、載置するための一の支持段部１１ａ２，１１ｂ２，１１ｃ２が、前記一の支持段部に近接する支持段部１１ａ２と１１ａ３，１１ｂ２と１１ｂ３，１１ｃ２と１１ｃ３が重ならないように形成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体ウエハの熱処理に用いられる熱処理用ボートに関し、特に半導体ウエハの汚染を抑制することのできる半導体ウエハの熱処理用縦型ボートに関する。

従来、シリコンウエハ等の半導体ウエハは、炉芯管内で酸化、拡散、析出等の各種の熱処理が施されている。これら熱処理にあっては、横型炉及び縦型炉のいずれかの炉が用いられ、使用される半導体ウエハの熱処理用ボートも炉型に合わせて横型及び縦型のものが用いられている。
近年、半導体ウエハの大径化にともなって、炉芯管、熱処理用ボート等の熱処理炉の構成部材も大型化してその重量が増大したことから、横型炉における各構成部材が熱クリープ等により使用不可能となるおそれがあることが問題となった。
そのため、上記のような横型炉で生ずる弊害の少ない縦型炉が広く用いられるようになってきている。その結果、半導体ウエハの製造工程において縦型ボートが広く用いられるようになってきている。

この縦型ボートは、所定の熱処理を行う多数の半導体ウエハを縦方向に上下に間隔をおいて積載できるように構成されている。この従来の縦型ボートを図４に基づいて説明する。
図４に示すように、この縦型ボート２０は、底板２１及び天板２２が３本の支柱２３ａ、２３ｂ、２３ｃによって支持されると同時に各支柱２３ａ、２３ｂ、２３ｃの内側側面にはほぼ等間隔に複数の保持溝（保持段部）２４ａ、２４ｂ、２４ｃが設けられている。そして、被処理半導体ウエハＳＷは各支柱２３ａ、２３ｂ、２３ｃの同一高さの保持溝２４ａ、２４ｂ、２４ｃに支持されて載置されているようになっている。

なお、縦型ボート２０は、複数の半導体ウエハＳＷが所定に載置された状態で縦型熱処理炉内（図示せず）に収納され熱処理されるため、この縦型ボート２０の各構成部材は、半導体ウエハＳＷの汚染防止のため石英ガラス、ＳｉＣ、シリコン等の材料により形成するのが、一般的である。
なお、特許文献１には、上述した支柱のうち、例えば、２本の支柱が、筒状体を半割りにした構造として、この２本の支柱の間からウエハを侵入するように構成されている熱処理ボートが開示されている。また、特許文献２には、上述した支柱を４本とし、この４つの支持面中、半導体ウエハの進行前側に設けられた２つの支持面と、後側の支持面のいずれか一つを結んで構成される２つの三角形の面積が同一であり、かつ、これら２つの三角形の各々の面積が、前記半導体ウエハに内接する正三角形の８４％となるように構成された縦型ボートが開示されている。

特開平６−２２４１４６号公報 特開平１１−０４０６５９号公報

ところで、半導体ウエハは、縦型熱処理炉の構成部材からの汚染を受けやすく、当然に、半導体ウエハを載置している縦型ボートからの影響も受ける。特に、半導体ウエハの不純物の汚染量は、保持溝（保持段部）によって保持される半導体ウエハの被保持部分において高い傾向にある。
このように、半導体ウエハの被保持部分の不純物濃度が高いのは、ボートの素材、洗浄方法の影響によることも勿論であるが、ボート形状にも起因している。

その理由について図５、図６に基づいて説明する。なお、図５は、図４に示した縦型ボートの一部を模式的に示した側面図であり、図６は図５に示した矢視平面図である。
これら図５，６に示すように、各支柱２３ａ、２３ｂ、２３ｃには、ほぼ等間隔に複数の保持溝が形成され、一枚の半導体ウエハＳＷは保持段部２４ａ１，２４ｂ１，２４ｃ１に保持される。同様に二枚目の半導体ウエハＳＷは保持段部２４ａ２，２４ｂ２，２４ｃ２に保持される。更に三枚目の半導体ウエハＳＷは保持段部２４ａ３，２４ｂ３，２４ｃ３に保持される。

また、前記保持段部２４ａ１，２４ａ２，２４ａ３は、上下方向に同一直線上に形成されている。同様に、前記保持段部２４ｂ１，２４ｂ２，２４ｂ３も上下方向に同一直線上に形成され、更に前記保持段部２４ｃ１，２４ｃ２，２４ｃ３も上下方向直線上に形成されている。
したがって、例えば、図６（Ｂ）に示した半導体ウエハＳＷは、一の保持段部２４ａ２，２４ｂ２，２４ｃ２上に載置されると共に、その上方には他の半導体ウエハＳＷを保持する保持段部２４ａ３，２４ｂ３，２４ｃ３が位置する。
即ち、前記半導体ウエハＳＷの被保持部分は、汚染源となりうる保持段部２４ａ２，２４ａ３、２４ｂ２，２４ｂ３、２４ｃ２，２４ｃ３に挟まれることになり、かかる半導体ウエハＳＷの被保持部分において不純物濃度が高くなるものと推察される。

また、雰囲気ガスは縦型ボートの支柱等の影響を受け、流速の遅い部分が生じる。特に、支柱近傍の流速が遅くなるため、支柱などから放出された不純物濃度が高くなるものと推察される。

本発明は上記技術的課題を解決するためになされたものであり、半導体ウエハを保持する保持段部を、上下方向に同一直線上に配置されないようにし、半導体ウエハの被保持部が保持段部によって挟まれないように形成することによって、半導体ウエハの被保持部の汚染を抑制した半導体ウエハの熱処理用縦型ボートを提供することを目的とする。

上記技術的課題を解決するためになされた本発明にかかる半導体ウエハの熱処理用縦型ボートは、複数の半導体ウエハを支持段部上に載置する半導体ウエハの熱処理用縦型ボートであって、半導体ウエハを支持、載置する一の支持段部が、前記一の支持段部に近接する支持段部と重ならないように形成されていることを特徴としている。

このように、近接した支持段部が重ならないため、半導体ウエハの被保持部分は、汚染源となりうる保持段部に挟まれることがなく、半導体ウエハの被保持部分における不純物濃度を抑制することができる。

ここで、複数の半導体ウエハを支持段部上に載置する半導体ウエハの熱処理用縦型ボートであって、半導体ウエハを支持、載置するための一の支持段部が、支柱側面の垂線に対して前記支持段部の中心線が反時計方向に１０度乃至６０度の角度になるように形成され、かつ、前記一の支持段部に近接する支持段部が、支柱側面の垂線に対して前記支持段部の中心線が時計方向に１０度乃至６０度の角度になるように形成され、近接した前記支持段部が重ならないように形成されていることが望ましい。

このように、一の支持段部が、支柱に対してその中心線が１０度乃至６０度の角度をもって反時計方向に延設され、また前記一の支持段部の上に位置する他の支持段部が、支柱に対してその中心線が１０度乃至６０度の角度をもって時計方向に延設されているため、近接した支持段部は重ならない。
その結果、半導体ウエハの被保持部分は、汚染源となりうる保持段部に挟まれることがないため、支柱近傍の流速が低下する等の不具合が生じず、半導体ウエハの被保持部分における不純物濃度を抑制することができる。

また、支持段部が、支柱に対してその中心線が１０度乃至６０度の角度をもって時計方向あるいは反時計方向に延設されているため、支柱から離れた位置で半導体ウエハを支持することになる。
その結果、縦型ボートの支柱等の影響を受けることなく、所定の流速の雰囲気ガス中に半導体ウエハを置くことができ、支柱などから放出された不純物の影響を抑制することができる。

ここで、３本の支柱を有し、前記支柱の夫々に複数の支持段部が形成され、夫々の支柱に形成された同一高さの支持段部は、各支柱に対して支持段部の中心線が同一方向に同一の角度をもって延設されていることが望ましい。
更に、前記支持段部は、支柱から切り出すことより一体に形成されていることが好ましく、また前記支持段部は、別体に形成された支持段部を支柱に対して接着あるいは嵌合させることにより、支柱と一体に形成されていても良い。

本発明によれば、縦型ボートによって保持される半導体ウエハの被保持部の汚染を抑制することができる。

本発明にかかる半導体ウエハの熱処理用縦型ボートの実施形態について、図１乃至図２に基づいて説明する。尚、図１は図５に相当する図であって、図２は図６に相当する図である。
本発明の縦型ボートも、従来の縦型ボートと同様に、底板及び天板が３本の支柱１１ａ、１１ｂ、１１ｃによって支持されると同時に各支柱１１ａ、１１ｂ、１１ｃの内側側面にはほぼ等間隔に複数の保持段部１１ａ１，１１ａ２，１１ａ３，１１ｂ１，１１ｂ２，１１ｂ３，１１ｃ１，１１ｃ２，１１ｃ３が設けられている。

そして、被処理半導体ウエハＳＷＡは各支柱１１ａ、１１ｂ、１１ｃの同一高さの保持段部１１ａ１，１１ｂ１，１１ｃ１に支持されて載置されているようになっている。
同様に、被処理半導体ウエハＳＷＢは各支柱１１ａ、１１ｂ、１１ｃの同一高さの保持段部１１ａ２，１１ｂ２，１１ｃ２に支持されて載置されているようになっている。
更に、被処理半導体ウエハＳＷＣは各支柱１１ａ、１１ｂ、１１ｃの同一高さの保持段部１１ａ３，１１ｂ３，１１ｃ３に支持されて載置されているようになっている。

ここで、各支柱１１ａ、１１ｂ、１１ｃの内側側面に形成された保持段部について更に詳述する。
図２（Ａ）に示すように、前記保持段部の中心線が、支柱１１ａ，１１ｂ，１１ｃの側面の垂線に対して反時計方向に６０度の角度（θａ）になるように、保持段部１１ａ１，１１ｂ１，１１ｃ１は、延設されている。
そして、図２（Ｂ）に示すように、保持段部１１ａ１，１１ｂ１，１１ｃ１の上方に、前記保持段部の中心線が支柱１１ａ，１１ｂ，１１ｃの側面の垂線に対して時計方向に６０度（θｂ）になるように、保持段部１１ａ２，１１ｂ２，１１ｃ２が延設されている。
さらに、図２（Ｃ）に示すように、保持段部１１ａ２，１１ｂ２，１１ｃ２の上方に、前記保持段部の中心線が支柱１１ａ，１１ｂ，１１ｃの側面の垂線に対して反時計方向に６０度の角度（θａ）になるように、保持段部１１ａ３，１１ｂ３，１１ｃ３が延設されている。

このように、前記保持段部１１ａ１，１１ａ２，１１ａ３は、上下方向に互い違いに形成され、同様に、前記保持段部１１ｂ１，１１ｂ２，１１ｃ３も上下方向に互い違いに形成され、更に前記保持段部１１ｃ１，１１ｃ２，１１ｃ３も上下方向に互い違いに形成されている。
したがって、例えば、半導体ウエハＳＷＡを、一の保持段部１１ａ１，１１ｂ１，１１ｃ１上に載置した際、半導体ウエハＳＷＡの被保持部上方には他の半導体ウエハＳＷＢが位置し、他の保持段部１１ａ２，１１ｂ２，１１ｃ２が位置することはない。
即ち、半導体ウエハＳＷＡの被保持部分は、汚染源となりうる保持段部に挟まれることがないため、かかる半導体ウエハの被保持部分における不純物濃度は抑制される。

また、前記保持段部の中心線が支柱１１ａ，１１ｂ，１１ｃの側面の垂線に対して所定角度θａ，θｂになるように、保持段部が延設されるため、その保持段部に載置される半導体ウエハＳＷＡ，ＳＷＢ，ＳＷＣは、支柱１１ａ，１１ｂ，１１ｃから離れた位置で保持される。即ち、縦型ボートの支柱等の影響を受けることなく、雰囲気ガスの流速の早い部分に半導体ウエハを置くことができ、支柱などから放出された不純物濃度の影響を極力小さくすることができる。

ここで、前記保持段部の中心線の支柱１１ａ，１１ｂ，１１ｃの中心に対する角度θａ，θｂは、１０度から６０度であることが好ましい。前記角度θａ，θｂが１０度以下の場合には、保持段部が実質的に上下方向で重なり合い、従来の縦型ウエハボートに比べて、際立った不純物低減効果を得ることができず、一方、６０度を超える場合には、半導体ウエハを保持できない等の不都合が生じるため、前記角度θａ，θｂに設定することが望ましい。

なお、前記保持段部は、夫々の支柱から切り出すことによって形成することができる。また支柱と保持段部とを別体に形成し、接着により一体に形成してもよい。更に、支柱側面に凹部を形成し、該凹部に保持段部を嵌合させることにより一体に形成しても良い。

次に、本発明にかかる縦型ボートの効果の確認実験を行った。
拡散長が約５００μｍである研磨後のＰ型、直径２００ｍｍのシリコンウエハを、図４に示した従来の縦型ウエハボートに載置し、縦型拡散炉で１２００℃、１時間、アルゴンガスでアニール処理を行った（比較例）。
同様に、図１、図２に示した本発明にかかる縦型ウエハボート（保持段部の中心線の支柱１１ａ，１１ｂ，１１ｃの中心に対する角度は６０度）に、拡散長が約５００μｍである研磨後のＰ型、直径２００ｍｍのシリコンウエハを載置し、縦型拡散炉で１２００℃、１時間、アルゴンガスでアニール処理を行った（実施例）。

アニール処理後のシリコンウエハの拡散長をＳＰＶ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｈｏｔｏ Ｖｏｌｔａｇｅ）により測定した結果を図３に示す。
図３から明らかなように、本発明にかかる縦型ボートを使用することにより、半導体ウエハの被保持部における拡散長の低減効果が認められた。

本発明は、半導体ウエハの熱処理に用いられる熱処理用ボートとして広く用いることができる。

図１は本発明の実施形態を示す概略図である。 図２は図１に示した矢視平面図であって、（Ａ）は図１の２Ａ矢視図、（Ｂ）は図１の２Ｂ矢視図、（Ｃ）は図１の２Ｃ矢視図である。 図３は拡散長の比較データ示す図である。 図４は従来の縦型ボートを示す斜視図である。 図５は従来の縦型ボートを示す概略図である。 図６は図５に示した矢視平面図であって、（Ａ）は図５の６Ａ矢視図、（Ｂ）は図５の６Ｂ矢視図、（Ｃ）は図５の６Ｃ矢視図である。

符号の説明

１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 支柱
１１ａ１，１１ａ２，１１ａ３ 保持段部
１１ｂ１，１１ｂ２，１１ｂ３ 保持段部
１１ｃ１，１１ｃ２，１１ｃ３ 保持段部
ＳＷＡ，ＳＷＢ，ＳＷＣ 半導体ウエハ

Claims (5)

1. 複数の半導体ウエハを支持段部上に載置する半導体ウエハの熱処理用縦型ボートであって、半導体ウエハを支持、載置する一の支持段部が、前記一の支持段部に近接する支持段部と重ならないように形成されていることを特徴とする半導体ウエハの熱処理用縦型ボート。
2. 複数の半導体ウエハを支持段部上に載置する半導体ウエハの熱処理用縦型ボートであって、
   半導体ウエハを支持、載置するための一の支持段部が、支柱側面の垂線に対して前記支持段部の中心線が反時計方向に１０度乃至６０度の角度になるように形成され、
   かつ、前記一の支持段部に近接する支持段部が、支柱側面の垂線に対して前記支持段部の中心線が時計方向に１０度乃至６０度の角度になるように形成され、
   近接した前記支持段部が重ならないように形成されていることを特徴とする半導体ウエハの熱処理用縦型ボート。
3. ３本の支柱を有し、前記支柱の夫々に複数の支持段部が形成され、
   夫々の支柱に形成された同一高さの支持段部は、各支柱に対して支持段部の中心線が同一方向に同一の角度をもって延設されていることを特徴する請求項１または請求項２に記載された半導体ウエハの熱処理用縦型ボート。
4. 前記支持段部は、支柱から切り出すことより一体に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された半導体ウエハの熱処理用縦型ボート。
5. 前記支持段部は、別体に形成された支持段部を支柱に対して接着あるいは嵌合させることにより、支柱と一体に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された半導体ウエハの熱処理用縦型ボート。
   
   

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