JP2007059606A - 縦型ウエハボート及び縦型熱処理炉 - Google Patents

Abstract

【課題】 処理ガス中に含まれる金属不純物によるウエハへの汚染を抑制することができる縦型ウエハボート及び縦型熱処理炉を提供する。
【解決手段】 複数のウエハを熱処理するための処理ガスが上方から下方に向けて導入される炉芯管１１に収容され、前記複数のウエハＷを上下方向に載置する縦型ウエハボート１において、前記複数のウエハＷの載置手段２ａを有するボート本体２と、前記ボート本体２に着脱可能に設けられ、上面が平坦面に形成された板状のカバープレート３とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、縦型ウエハボート及び縦型熱処理炉に関し、詳しくは炉内の金属不純物濃度を低減することのできる縦型ウエハボート及び縦型熱処理炉に関する。

従来から、シリコンウエハ等の半導体ウエハ（以下、単にウエハと称呼する）は、炉芯管等を有する縦型あるいは横型の熱処理炉内で各種の熱処理が施されている。これら熱処理は、一般にウエハボート等の支持載置治具にウエハをセットして、加熱した熱処理炉内に前記支持載置治具を挿入し、更に昇温加熱し、処理ガスを導入することによって行われている。

例えば、図８に基づいて、一般的な縦型熱処理炉及びその熱処理の概略について説明すると、縦型熱処理炉５０は、炉芯管１１と、均熱領域を確保するために前記炉芯管１１の外周囲に適宜の間隔を保持して配設された均熱管１２と、前記炉芯管１１内のウエハＷを加熱するために前記均熱管１２の外周囲に配設された加熱部材１３とを備えている。
また、前記炉芯管１１の出入口の温度を均一に保つための保温筒１４と、ウエハＷに対して処理ガスを炉芯管１１の頂部より内部空間に向けて供給するガス供給管１６と、炉芯管１１内の処理ガスを排出する排気管１５とを備えている。

そして、前記保温筒１４の上面には、熱処理が施される多数のウエハＷを積載したウエハボート５１が載置されるように構成されている。このウエハボート５１には、ウエハＷを支持載置する溝部５１ａが複数設けられ、上下方向に複数枚のウエハＷを載置できるように構成されている。

また前記ウエハボート５１の上部分には、いわゆるダミーウエハＤＷが載置されている。更に図９のウエハボート５１の上部拡大図に示すように、ボート上部に複数枚のダミーウエハＤＷが載置され、その下方に製品向けのウエハＷが載置されている。

このように構成された縦型熱処理炉５０においては、ウエハＷを積載したウエハボート５１が炉芯管１１に収容された後、炉芯管１１内を加熱部材１３により加熱すると共に、ガス供給管１６によって処理ガスが上方から下方に向けて供給される。これにより、炉芯管１１内では、高温の処理ガス雰囲気とされ、ウエハＷに所定の熱処理が施される。

このとき、ダミーウエハＤＷは、導入される処理ガスが、熱処理される製品向けウエハＷに直接当たらないようにガス流を制御して、ウエハＷ上に形成される膜厚の均一性を向上させ、またその断熱作用にてガス流を制御して炉内の均熱化を図っている。
また、このダミーウエハＤＷは、製品用ウエハＷと同様に、一般的にシリコン板から構成されており、また、その他の材質としてはアルミナ単結晶板、石英板またはＳｉＣ膜板が、従来から用いられている。そして、各種のダミーウエハは、処理温度や炉内の雰囲気により使い分けられている。

尚、前記したように複数枚のウエハを上下に載置するウエハボート及び縦型熱処理炉については、特許文献１に記載されている。
特開平８−１０７０７９号公報

ところで、図８に示すような縦型熱処理炉５０にあっては、炉芯管１１内に導入される処理ガス中に、金属不純物が含まれている。このため、熱処理を複数回繰り返すと、ダミーウエハＤＷやウエハボート５１に金属不純物が蓄積され、その蓄積された金属不純物により製品向けウエハＷが汚染される虞があった。

また、炉芯管１１内において、ガス供給管１６から導入される処理ガスは、ウエハボート５１の最上位置に載置されたダミーウエハＤＷの上面に直接当たり、その上方、即ち炉内上部で乱流を発生させる。このように炉内上部で乱流が発生すると、そこにガス中の金属不純物が停滞し、不純物の濃度が高くなる。その結果、炉内上部位置に載置された製品向けウエハＷが汚染され易くなるという課題があった。

尚、処理ガスによる乱流発生を抑制するために、炉芯管１１内の上部に、炉芯管と同材料により形成されたガス分散板（図示せず）を設ける方法もあるが、ガス分散板の純度が低いと、ガス分散板自体が金属不純物の発生源になるという問題があった。また、このガス分散板は、金属不純物を発生しないよう一体的に形成されるが、その形状の微小な差により処理ガスの流れが左右され、乱流が発生する虞があるため、適正なガスの流れを生成するための形状を形成するのが困難であるという技術的課題もあった。

本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、炉芯管内に載置された複数のウエハに対して熱処理を行う縦型熱処理炉において、処理ガス中に含まれる金属不純物によるウエハへの汚染を抑制することができる縦型ウエハボート及び縦型熱処理炉を提供することを目的とする。

前記した課題を解決するために、本発明に係る縦型ウエハボートは、複数のウエハを熱処理するための処理ガスが上方から下方に向けて導入される炉芯管に収容され、前記複数のウエハを上下方向に載置する縦型ウエハボートにおいて、前記複数のウエハの載置手段を有するボート本体と、前記ボート本体の上部に着脱可能に設けられた、上面が平坦面の板状のカバープレートとを備えることを特徴としている。

このように構成することによって、炉芯管に導入された処理ガスをカバープレートに直接当てることができ、カバープレートにより不純物を捕集し、ガス中の不純物濃度を従来よりも大幅に低減することができる。その結果、製品向けウエハへの不純物汚染を抑制することができる。
また、前記カバープレートは、ボート本体に対し着脱可能に設けられているため、カバープレート上に不純物が蓄積されたときには、容易に新たなプレートに交換することで対応することができる。

また、前記カバープレートは円板状であって、直径が前記ボート本体に載置されるウエハの直径よりも大きく形成されることが望ましい。
このように形成することにより、より効果的に処理ガス中の金属不純物を捕集することができる。

更に、前記カバープレートの下面に、前記ボート本体の上端形状に対応した凹部が形成され、前記凹部にボート本体の上端が嵌合することが望ましい。
このようにカバープレートの下面が形成されることで、カバープレートをボート本体に対し設置するときの位置合わせが容易になり、位置ずれに起因する乱流発生を防止することができる。

また、前記カバープレートは、ＳｉＣ（炭化シリコン）、ＳｉＮ（窒化シリコン）、ＳｉＯ（酸化シリコン）、Ｓｉ（シリコン）のいずれか、またはそれらの複合物により形成されることが望ましい。このような材質であれば、カバープレート自身が金属不純物の発生源とならずに、処理ガス中の不純物を捕集することができる。

また、前記カバープレートは、前記カバープレートの上面と、前記ボート本体において最上位置に載置される製品向けウエハの上面との距離が、９０ｍｍ以上となるよう前記ボート本体の上部に設置されることが望ましい。また、前記カバープレートはＳｉ（シリコン）により形成されると共に、厚さが１ｍｍ以上に形成されることが望ましい。
このように構成することによって、より効果的にカバープレートで不純物を捕集することができる。

また、前記した課題を解決するために、本発明に係る縦型熱処理炉は、複数のウエハの載置手段を有するボート本体と、前記ボート本体の上部に着脱可能に設けられた、上面が平坦面の板状のカバープレートとを備える縦型ウエハボートを収納する縦型熱処理炉であって、前記縦型ウエハボートが収容される炉芯管と、前記炉芯管の上方から下方に向けて処理ガスを導入する処理ガス供給手段とを備え、前記処理ガス供給手段によって前記炉芯管内に導入された処理ガスが、前記カバープレートの上面に直接当たるように、前記縦型ウエハボートが設置されることを特徴としている。
このように構成することにより、カバープレートにより処理ガス中の不純物を捕集し、ガス中の不純物濃度を従来よりも大幅に低減することができる。その結果、製品向けウエハへの不純物汚染を抑制することができる。

また、前記カバープレートの上面と、前記処理ガス供給手段のガス供給口との距離が１０ｍｍ〜３００ｍｍの範囲内となるように、前記縦型ウエハボートが前記炉芯管内に設置されることが望ましい。このようにすれば、カバープレートにより効果的に、処理ガス中の不純物を捕集することができる。

本発明にかかる縦型ウエハボート及び縦型熱処理炉を用いることにより、処理ガス中に含まれる金属不純物によるウエハへの汚染を抑制することができる。

以下、本発明に係わる縦型ウエハボート及び縦型熱処理炉の実施形態について図面に基づき説明する。尚、図１は本発明に係る縦型ウエハボートが収納された縦型熱処理炉の全体構成を模式的に示す断面図である。また図１に示す縦型熱処理炉１００は、ウエハボートの構成を除いて、図８で示した縦型熱処理炉５０の構成と同じである。そのため、同一の構成については、同一符号を付することでその詳細な説明は省略する。

図１に示す縦型ウエハボート（以下、単にウエハボートと称呼する）１は、上下方向に複数枚のウエハＷを載置可能なボート本体２と、前記ボート本体２に着脱可能に設けられたカバープレート３とで構成される。
前記ボート本体２には、ウエハＷを支持載置する溝部（載置手段）２ａが複数設けられ、この溝２ａにウエハＷを載置することによって、ウエハＷを支持するように構成されている。尚、図１において、前記溝２ａは上部及び下部が記載され、その中間部は省略されている。

前記カバープレート３は、処理ガス中に含まれる金属不純物を捕集し、ガス中の不純物濃度を低減するためのものであって、ガス供給管１６（処理ガス供給手段）のガス供給口１６ａから導入された処理ガスが、カバープレート３の上面に直接当たるように構成されている。即ち、この実施形態においては、カバープレート３は、ボート本体２の上部に載置され、その上方にガス供給管１６のガス供給口１６ａが位置している。
また、このカバープレート３は円板上に形成されると共に、その上面が平坦面に形成され、表面凹凸による乱流発生が抑制されるようになされている。

尚、図２のウエハボート１の上部拡大図に示すように、カバープレート３の下面にボート本体２の上端形状に対応した凹部が形成され、凹部にボート本体２の上端が嵌合するように構成するのが好ましい。
このようにカバープレート３の下面に凹部が形成されることで、カバープレート３をボート本体２に対して容易に取り付けることができ、特に設置する際の位置合わせが容易になり、カバープレート３の位置ずれに起因する乱流発生を抑制することができる。

また、カバープレート３の直径は、図３（ａ）の平面図に示すようにダミーウエハＤＷや製品向けウエハＷよりも大きく形成され、それにより表面積を大きくし、不純物の捕集率が向上するようになされている。
また、このカバープレート３は、それ自身が不純物を発生しないようにＳｉＣ（炭化シリコン）、ＳｉＮ（窒化シリコン）、ＳｉＯ（酸化シリコン）、Ｓｉ（シリコン）のいずれか、若しくはそれらの複合物により形成されている。

ここで、前記カバープレート３がＳｉ（シリコン）により形成される場合には、その表面に処理ガスが当たったときの金属不純物の拡散がＳｉＣやＳｉＯに比べ早くなる。
このとき、カバープレート３により不純物を効果的に捕集するためには、一旦、カバープレート３に捕集された不純物が再度、カバープレート３から放出されないよう厚さを調整する必要がある。拡散係数の比較的早いＦｅ等の重金属の場合は、ダミーウエハＤＷやウエハＷのプレート厚さ（６００〜８００μｍ）よりも厚さが必要となる。
その場合、デバイス特性への影響が大きいＦｅ等を少なくとも除去するために、図３（ｂ）の側面図に示すように、厚さ１ｍｍ以上に形成される。

また、図１、図２に示すように、ボート本体２の上部には、複数のダミーウエハＤＷが載置される。少なくとも、カバープレート３がＳｉにより形成される場合には、図２に示すようにカバープレート３の上面から下方に向って約９０ｍｍまでは、複数のダミーウエハＤＷが載置され、更にそれより下方に複数の製品向けのウエハＷが載置される。
さらに、ウエハボート１は、炉芯管１１内において、カバープレート３の上面とガス供給管１６の供給口１６ａとの間の距離が１０ｍｍ〜３００ｍｍの範囲となるように設置される。

このように構成された縦型熱処理炉１００においてウエハＷに熱処理を施す場合、ウエハＷを積載したウエハボート１が炉芯管１１内に収容された後、炉芯管１１内が加熱部材１３により加熱される。そして、ガス供給管１６により処理ガスが炉芯管１１内の上方から下方に向けて導入され、ウエハＷに所定の熱処理が施される。

このとき、ガス供給管１６から供給される処理ガスは、先ずカバープレート３上面に直接当たり、カバープレート３によりガス中の金属不純物が捕集される。即ち、カバープレート３は、ダミーウエハＤＷやウエハＷよりも直径や厚さが大きく形成されているため、従来のダミーウエハＤＷのみの捕集よりも効果的に不純物が捕集される。

また、カバープレート３の上面に処理ガスが直接当たることにより、その上方にガスの乱流が発生し、炉内上部の不純物濃度が高くなる。しかしながら、カバープレート３は、最上位置のダミーウエハＤＷよりも、さらに上方に設けられているため、製品向けのウエハＷと不純物濃度が高い炉内上部との距離を従来よりも大きくすることができ、更に乱流による悪影響を回避することができる。

以上のように本発明に係る実施の形態によれば、ガス供給管１６のガス供給口１６ａから導入される処理ガスが、カバープレート３の上面に直接当たるようになされ、またこのカバープレート３は、ダミーウエハＤＷやウエハＷよりも直径や厚さを有しているため、ガス中の金属不純物を効果的に捕集することでできる。したがって、このカバープレート３による不純物の捕集により、ガス中の不純物濃度を従来よりも大幅に低減することができ、製品向けウエハＷへの不純物汚染を抑制することができる。
また、カバープレート３は、ボート本体２に対し着脱可能に設けられているため、カバープレート３上に不純物が蓄積されたときには、容易に新たなプレートに交換することで対応することができる。

続いて、本発明に係る縦型ウエハボート及び縦型熱処理炉について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施の形態に示した構成の縦型ウエハボートを用い、実際に実験を行うことにより、その効果を検証した。

［実施例１］
実施例１では、本発明に係る縦型ウエハボートのカバープレートとして、直径２００ｍｍのＣＺ（チョクラルスキー）法により形成されたＳｉウエハ（ボロンドープ、拡散長４８０μｍ）を用い、更に以下の表１の条件で熱処理を行った。また、比較例として、従来の縦型ウエハボートを用いた場合についても表１の条件で熱処理を行った。

そして、熱処理後の製品向けウエハ及びダミーウエハの拡散長をＳＰＶ法により測定した。この測定結果を図４の棒グラフに示す。尚、図４（ａ）は、ウエハ全面の平均の拡散長について、図４（ｂ）は、ウエハ外周の平均の拡散長について夫々示している。また、図４のグラフの縦軸は熱処理前ウエハと比較した拡散長減少率、横軸はウエハの炉内の載置位置ごとの結果を示している。

このグラフにより、従来の装置、方法によれば、製品向けのウエハは、不純物汚染により拡散長が熱処理前よりも短くなることが分かった。また、この汚染の度合いは、炉内上部ほど高くなることが分かった。
これに対し、本発明の縦型ウエハボートによれば、従来に対し、４．６〜１７．４％程度、拡散長が改善されることが分かった。

［実施例２］
実施例２では、本発明に係る縦型ウエハボートのカバープレートとして、直径２００ｍｍのＰタイプＳｉウエハ（拡散長４８０μｍ）を用い、更に以下の表２の条件で熱処理を行った。

表２の条件に示すように、０．６ｍｍ〜１．４ｍｍまでの厚さの異なる５種類のカバープレートを用い、夫々の場合の熱処理後の製品向けウエハの拡散長をＳＰＶ法により測定した。測定結果を図５のグラフに示す。このグラフにおいて、縦軸は拡散長、横軸はカバープレート厚さを示す。
図５の結果により、カバープレートの材質がＳｉの場合、カバープレートの厚さが１ｍｍ以上であれば、拡散長の低下を抑制できることが分かった。

［実施例３］
実施例３では、本発明に係るウエハボートのカバープレートとして、直径２００ｍｍのＰタイプＳｉウエハ（拡散長４８０μｍ）を用い、更に以下の表３の条件で熱処理を行った。

表３の条件に示すように、１０ｍｍ〜５００ｍｍまで、ガス供給口とカバープレート上面との距離が異なる場合の夫々について熱処理後の製品向けウエハの拡散長をＳＰＶ法により測定した。測定結果を図６のグラフに示す。このグラフにおいて、縦軸は拡散長、横軸は供給口とカバープレート上面との距離を示す。
図６の結果により、カバープレートの材質がＳｉの場合、供給口とカバープレート上面との距離が１０〜３００ｍｍであれば、拡散長の低下を抑制できることが分かった。

［実施例４］
実施例４では、本発明に係るウエハボートのカバープレートとして、直径２００ｍｍのＰタイプＳｉウエハ（拡散長４８０μｍ）を用い、更に以下の表４の条件で熱処理を行った。

表４の条件に示すように、３０ｍｍ〜１５０ｍｍまで、カバープレート上面と製品向けウエハとの距離が異なる場合の夫々について、熱処理後の製品向けウエハの拡散長をＳＰＶ法により測定した。測定結果を図７のグラフに示す。このグラフにおいて、縦軸は拡散長、横軸はカバープレート上面と製品向けウエハとの距離を示す。
図７の結果により、カバープレートの材質がＳｉの場合、カバープレート上面と製品向けウエハとの距離が９０ｍｍ以上であれば、拡散長の低下を抑制できることが分かった。

以上の実施例１〜４の結果から、本発明に係る縦型ウエハボート及び縦型熱処理炉によれば、処理ガス中の不純物濃度を低減し、製品向けウエハへの不純物汚染を抑制できることを確認した。

本発明は、縦型ウエハボート及び縦型熱処理炉に関するものであり、半導体製造業界等において好適に用いられる。

図１は、本発明に係る縦型ウエハボートを収納した縦型熱処理炉の全体構成を模式的に示す断面図である。 図２は、図１の縦型ウエハボートの上部拡大図である。 図３は、図１の縦型ウエハボートのカバープレートの平面図及び側面図である。 図４は、実施例１の結果を示すグラフである。 図５は、実施例２の結果を示すグラフである。 図６は、実施例３の結果を示すグラフである。 図７は、実施例４の結果を示すグラフである。 図８は、従来の縦型ウエハボートを備える縦型熱処理路の全体構成を示す断面図である。 図９は、図８の縦型ウエハボートの上部拡大図である。

符号の説明

１ 縦型ウエハボート
２ ボート本体
２ａ 溝部（載置手段）
３ カバープレート
１１ 炉芯管
１２ 均熱管
１３ 加熱部材
１４ 保温筒
１５ 排気管
１６ ガス供給管（処理ガス供給手段）
１６ａ ガス供給口
１００ 縦型熱処理炉
ＤＷ ダミーウエハ
Ｗ ウエハ

Claims (8)

1. 複数のウエハを熱処理するための処理ガスが上方から下方に向けて導入される炉芯管に収容され、前記複数のウエハを上下方向に載置する縦型ウエハボートにおいて、
   前記複数のウエハの載置手段を有するボート本体と、前記ボート本体の上部に着脱可能に設けられた、上面が平坦面の板状のカバープレートとを備えることを特徴とする縦型ウエハボート。
2. 前記カバープレートは円板状であって、直径が前記ボート本体に載置されるウエハの直径よりも大きく形成されることを特徴とする請求項１に記載された縦型ウエハボート。
3. 前記カバープレートの下面に、前記ボート本体の上端形状に対応した凹部が形成され、前記凹部にボート本体の上端が嵌合することを特徴とする請求項１または請求項２に記載された縦型ウエハボート。
4. 前記カバープレートは、ＳｉＣ（炭化シリコン）、ＳｉＮ（窒化シリコン）、ＳｉＯ（酸化シリコン）、Ｓｉ（シリコン）のいずれか、またはそれらの複合物により形成され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縦型ウエハボート。
5. 前記カバープレートは、前記カバープレートの上面と、前記ボート本体において最上位置に載置される製品向けウエハの上面との距離が、９０ｍｍ以上となるよう前記ボート本体の上部に設置されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載された縦型ウエハボート。
6. 前記カバープレートはＳｉ（シリコン）により形成されると共に、厚さが１ｍｍ以上に形成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載された縦型ウエハボート。
7. 複数のウエハの載置手段を有するボート本体と、前記ボート本体の上部に着脱可能に設けられた、上面が平坦面の板状のカバープレートとを備える縦型ウエハボートを収納する縦型熱処理炉であって、前記縦型ウエハボートが収容される炉芯管と、前記炉芯管の上方から下方に向けて処理ガスを導入する処理ガス供給手段とを備え、
   前記処理ガス供給手段によって前記炉芯管内に導入された処理ガスが、前記カバープレートの上面に直接当たるように、前記縦型ウエハボートが設置されることを特徴とする縦型熱処理炉。
8. 前記カバープレートの上面と、前記処理ガス供給手段のガス供給口との距離が１０ｍｍ〜３００ｍｍの範囲内となるように、前記縦型ウエハボートが前記炉芯管内に設置されることを特徴とする請求項７に記載された縦型熱処理炉。

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