JP2019161173A

JP2019161173A - ウェーハの熱処理方法およびウェーハの製造方法

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Publication number: JP2019161173A
Application number: JP2018049733A
Authority: JP
Inventors: 博行松山; Hiroyuki Matsuyama
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2018-03-16
Filing date: 2018-03-16
Publication date: 2019-09-19
Anticipated expiration: 2038-03-16
Also published as: JP6863319B2

Abstract

【課題】無駄なヒータの交換作業を抑制しつつ意図しない品質のウェーハが製造されることを抑制できるウェーハの熱処理方法を提供すること。【解決手段】ウェーハの熱処理方法は、複数の炉内温度センサのうち最もボートの搬出方向側に位置する第１炉内温度センサの温度測定結果に基づいて、次バッチにおける第１炉内温度センサの温度測定結果を次バッチ温度推定値として算出する次バッチ温度算出工程と、次バッチ温度推定値が下限値未満であると判断した場合、第１炉内温度センサに対してボートの搬入方向側に隣接する第２炉内温度センサに対向する位置よりも、搬入方向側の第１処理領域で熱処理するウェーハと、当該第１処理領域よりも搬出方向側の第２処理領域で熱処理するウェーハとを異なる条件で選別する選別工程とを備えている。【選択図】図７

Description

本発明は、ウェーハの熱処理方法およびウェーハの製造方法に関する。

従来、複数のウェーハを保持したボートを熱処理炉に搬入し、当該熱処理炉内でウェーハを熱処理する方法が知られている。
一般的に、熱処理炉は、ウェーハの重なり方向に並んで配置された複数のヒータによって加熱される。
このような構成において、ボートの搬入出が繰り返されると、熱処理炉内における特に開口付近の温度変化が大きくなるため、複数のヒータのうち最も下側に位置し、開口付近を加熱しているヒータ（以下、「第１ヒータ」という場合がある）が他のヒータよりも劣化しやすくなる。

ヒータが劣化して熱処理中に断線すると、この断線したバッチで熱処理していた全てのウェーハが不良品となってしまう。そこで、このような不具合を抑制するための検討がなされている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１の方法は、ボートの搬入期間内におけるヒータ素線の温度の最大値を監視し、その最大値が所定温度以上高くシフトした場合に、ヒータ素線の寿命が近いと判断する。

特開２００９−１４０９３３号公報

ところで、第１ヒータが劣化しても、熱処理炉内における開口近傍は、他のヒータによって加熱されるため、第１ヒータの劣化が熱処理炉内の温度分布に与える影響は小さくなる場合がある。この場合、ウェーハの熱処理に与える影響も小さくなる。
しかしながら、特許文献１のような方法では、ヒータの温度測定結果に基づく寿命予測に基づいてヒータを交換するため、ヒータの劣化がウェーハの熱処理に大きな影響を与えない状況でもヒータが交換されてしまい、無駄なヒータの交換作業が発生するおそれがある。

本発明の目的は、無駄なヒータの交換作業を抑制しつつ意図しない品質のウェーハが製造されることを抑制できるウェーハの熱処理方法およびウェーハの製造方法を提供することにある。

本発明のウェーハの熱処理方法は、複数のウェーハを所定間隔ごとに重なるように保持するボートと、一面が開口する筒状に形成され、前記筒状の軸方向と前記複数のウェーハの重なり方向とが一致するように前記ボートを搬入および搬出可能な熱処理炉と、前記熱処理炉の開口を閉塞する閉塞部と、前記重なり方向に並んで配置され、前記熱処理炉内を加熱する複数のヒータと、前記重なり方向に並んで配置され、前記熱処理炉内の温度を測定する複数の炉内温度センサと、前記熱処理炉内が設定炉内温度となるように前記複数のヒータのパワーを制御する制御部とを備える熱処理装置を用いたウェーハの熱処理方法であって、加熱された前記熱処理炉内に前記ボートを搬入し、前記閉塞部で前記熱処理炉の開口を閉塞する搬入工程と、前記複数のウェーハを熱処理する熱処理工程と、前記搬入工程中および前記熱処理工程中に、前記制御部で前記熱処理炉内が前記設定炉内温度となるように前記複数のヒータのパワーを制御するパワー制御工程と、前記搬入工程中および前記熱処理工程中に、前記熱処理炉内の温度を前記複数の炉内温度センサで測定する測温工程と、前記複数の炉内温度センサのうち最も前記ボートの搬出方向側に位置する第１炉内温度センサの温度測定結果に基づいて、次バッチにおける前記第１炉内温度センサの温度測定結果を次バッチ温度推定値として推定する次バッチ温度算出工程と、前記次バッチ温度推定値が下限値未満であると判断した場合、前記第１炉内温度センサに対して前記ボートの搬入方向側に隣接する第２炉内温度センサに対向する位置よりも、前記搬入方向側の第１処理領域で熱処理するウェーハと、当該第１処理領域よりも前記搬出方向側の第２処理領域で熱処理するウェーハとを異なる条件で選別する選別工程とを備えていることを特徴とする。

本発明において、複数のヒータのうち最もボートの搬出方向側に位置する第１ヒータが劣化した場合、ボートの搬入出時における熱処理炉の開口付近の温度は、熱処理炉の開閉の影響と、第１ヒータの劣化の影響とによって一時的に下がる。しかし、その後、各炉内温度センサの温度測定結果と設定炉内温度とが同じになるように、ヒータのパワーが制御され、最終的には、両者はほぼ同じになる。
第１ヒータが劣化しても、ボート搬入時の一時的な温度低下（以下、「搬入時温度低下」という場合がある）が比較的小さい場合、次バッチの温度低下もそれほど大きくなく下限値未満にならないと考えられる。そして、次バッチにおける第１処理領域および第２処理領域の温度変化は、設定炉内温度に基づく変化とほぼ同じになると推定できる。この場合、ヒータの劣化がウェーハの熱処理に与える影響はほとんど無いため、第１処理領域および第２処理領域において、次バッチで同じ要求品質のウェーハを熱処理しても、意図した品質のウェーハを製造できる。

一方、第１ヒータに劣化によって搬入時温度低下が大きくなった場合、次バッチの温度低下は、さらに大きくなり下限値未満になると考えられる。この場合、次バッチにおいて、第１処理領域の温度変化は設定炉内温度に基づく変化とほぼ同じになるが、第２処理領域の温度変化は設定炉内温度に基づく変化に対して異なってしまうと推定でき、ヒータの劣化がウェーハの熱処理に影響を与えると考えられる。このため、次バッチにおいて同じ要求品質のウェーハを熱処理すると、第１処理領域では、意図した品質のウェーハを製造できるが、第２処理領域では、意図した品質のウェーハを製造できないおそれがある。

本発明によれば、第１炉内温度センサの温度測定結果に基づき算出した次バッチ温度推定値が下限値未満であると判断した場合には、第２処理領域で処理するウェーハを第１処理領域のウェーハと異なる条件で選別することによって、次バッチにおいて、第１処理領域および第２処理領域で意図しない品質のウェーハが製造されることを抑制できる。
また、ウェーハの選別基準として、ヒータの温度測定結果を用いるのではなく、熱処理炉内の温度測定結果を用いるため、ヒータの劣化が熱処理に与える影響を把握することができる。したがって、ヒータの劣化がウェーハの熱処理に大きな影響を与えない状況において、ヒータが交換されることを抑制できる。
なお、本発明のウェーハとしては、シリコン、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＧａＮなどの半導体材料から構成された半導体ウェーハが例示できる。

本発明のウェーハの熱処理方法において、前記第１炉内温度センサの温度測定結果を前記設定炉内温度から減じた第１温度低下量に基づいて、前記次バッチ温度推定値を前記設定炉内温度から減じた次バッチ低下量推定値を算出し、前記選別工程は、前記次バッチ温度算出工程の算出結果が上限値を超えると判断した場合、前記次バッチ温度推定値が前記下限値未満であると判断することが好ましい。

本発明によれば、第１炉内温度センサの温度測定結果を設定炉内温度から減じた第１温度低下量に基づき次バッチ低下量推定値を算出し、この算出結果に基づいて選別工程を行うことで、目的とする熱処理条件によって設定炉内温度が変わっても、第１処理領域および第２処理領域において意図しない品質のウェーハが製造されることを抑制できる。
なお、本発明において、第１温度低下量および次バッチ低下量推定値とは、例えば搬入工程開始からＸ分後の第１炉内温度センサの温度測定結果に基づき算出する場合、Ｘ分後の温度測定結果と、Ｘ分後における設定炉内温度との差を意味し、Ｘ分後の温度測定結果と、Ｘ分後よりも前または後の搬入工程開始からＹ分後における設定炉内温度との差を意味するものではない。

本発明のウェーハの熱処理方法において、前記次バッチ温度算出工程は、前記第１温度低下量の最大値に基づいて、前記次バッチ温度推定値を前記設定炉内温度から減じた次バッチ低下量推定値の最大値を算出することが好ましい。
本発明によれば、次バッチ温度推定値の最大値に基づいて選別工程を行うことができ、ヒータの劣化がウェーハの熱処理に与える影響を精度良く判定できる。

本発明のウェーハの熱処理方法において、前記ウェーハは、シリコンウェーハであり、前記パワー制御工程における前記設定炉内温度は、７００℃以上であり、前記選別工程は、前記次バッチ温度算出工程における前記次バッチ低下量推定値の最大値の算出結果が第１上限値を超えると判断した場合、ＢＭＤ（Bulk Micro Defect）の個数の許容範囲が前記第１処理領域で熱処理されるウェーハの基準許容範囲よりも大きいウェーハのみを前記第２処理領域で熱処理することを許容することが好ましい。
ＢＭＤは、ウェーハが７００℃付近で熱処理される時間が長いほど多く発生する。
本発明によれば、次バッチ温度算出工程で算出された次バッチ低下量推定値の最大値が第１上限値を超える場合、次バッチにおいて、第１処理領域よりも熱処理炉の開口側に位置する第２処理領域の温度は、７００℃付近から一度下がった後、再び上がって７００℃付近を超える。つまり、第２処理領域は、７００℃付近の温度領域を２回通過することになる。このため、第２処理領域で熱処理されたウェーハのＢＭＤの個数は、第１処理領域で熱処理されたウェーハよりも多くなる。そこで、第２処理領域において、ＢＭＤ個数の許容範囲が基準許容範囲よりも大きいウェーハのみを熱処理することを許容することによって、第１処理領域および第２処理領域において意図しない品質のウェーハが製造されることを抑制できる。

本発明のウェーハの熱処理方法において、前記選別工程は、前記次バッチ低下量推定値の最大値の算出結果が前記第１上限値より大きい第２上限値を超えると判断した場合、全てのウェーハを前記第２処理領域で熱処理することを禁止することが好ましい。
本発明によれば、次バッチ温度算出工程で算出された次バッチ低下量推定値の最大値が第１上限値より大きい第２上限値を超える場合、次バッチにおいて、第２処理領域は、７００℃付近の温度領域を２回通過することになるが、第２上限値以下の場合と比べて、７００℃付近の温度領域を通過する時間が長くなる。その結果、第２処理領域で熱処理されたウェーハのＢＭＤの個数は、第２上限値以下の場合と比べて多くなる。そこで、第２処理領域において、全てのウェーハの熱処理を禁止することによって、ＢＭＤが多すぎることによる品質不良のウェーハが製造されることを抑制できる。

本発明のウェーハの製造方法は、上述のウェーハの熱処理方法を備えていることを特徴とする。

本発明の関連技術および一実施形態に係る熱処理装置の概略構成を示す模式図。前記熱処理装置の概略構成を示すブロック図。本発明を導くために行った実験１の結果であって、第１〜第５ヒータが劣化していない状態における第１〜第５炉内温度センサでの温度測定結果を示すグラフ。前記実験１の結果であって、第１，第２ヒータが劣化している状態における第１〜第５炉内温度センサでの温度測定結果を示すグラフ。前記実験１の結果であって、各バッチにおける第１ヒータ最大温度差および第１最大温度低下量を示すグラフ。本発明を導くために行った実験２の結果であって、第１最大温度低下量とＢＭＤ比との関係を示すグラフ。前記一実施形態に係るウェーハの熱処理方法を示すフローチャート。

［本発明の関連技術］
まず、本発明の関連技術を図面に基づいて説明する。
図１および図２に示すように、熱処理装置１は、ボート２と、熱処理炉３と、閉塞部４と、第１〜第５ヒータ５１〜５５と、第１〜第５炉内温度センサ６１〜６５と、制御部７とを備え、ボート２に保持された複数のウェーハＷを熱処理する。

ボート２は、例えば石英により形成され、複数のウェーハＷを所定間隔ごとに上下方向に重なるように保持する。

熱処理炉３は、軸方向が鉛直方向と一致する筒状のライナー管３１と、このライナー管３１の内部に設けられ、軸方向が上下方向と一致する筒状の炉芯管３２とを備えている。
ライナー管３１は、例えばＳｉＣ（炭化珪素）により形成されている。ライナー管３１の下端には、炉芯管３２の開口３２１を囲み、ライナー管３１を支持するハウジング３１１が設けられている。
炉芯管３２は、例えば石英により形成され、その内部空間に、炉芯管３２の軸方向と複数のウェーハＷの重なり方向とが一致するように、ボート２を搬入および搬出可能に構成されている。炉芯管３２は、その外周面がライナー管３１のハウジング３１１に密着し、かつ、当該炉芯管３２の下端がライナー管３１の下端よりも下方に位置するように設けられている。炉芯管３２の外周面におけるライナー管３１から下方に突出した位置には、排気装置１１に接続された排気管３３と、ガス供給装置１２に接続されたガス供給管３４とが設けられている。

閉塞部４は、断熱材４１を介してボート２の下端に接続されている。ボート２、閉塞部４および断熱材４１は、昇降装置１３の駆動によって昇降し、閉塞部４が炉芯管３２の下端に当接して当該炉芯管３２の開口３２１を閉塞する上昇位置と、閉塞部４が炉芯管３２の下端から離間してボート２にウェーハＷを保持させたりボート２からウェーハＷを取り出したりすることができる下降位置との間で移動する。

第１〜第５ヒータ５１〜５５は、上下方向に並んで配置され、炉芯管３２の熱処理領域３２Ａを加熱する。第１ヒータ５１は、ボート２が上昇位置に位置したときに、当該第１ヒータ５１の上下方向の所定位置が一番下のウェーハＷとほぼ同じ高さとなるように設けられている。第５ヒータ５５は、ボート２が上昇位置に位置したときに、当該第５ヒータ５５の上下方向の所定位置が一番上のウェーハＷとほぼ同じ高さとなるように設けられている。第２ヒータ５２は第１ヒータ５１の上方に、第３ヒータ５３は第２ヒータ５２の上方に、第４ヒータ５４は第３ヒータ５３の上方にそれぞれ設けられている。
第１〜第５ヒータ５１〜５５は、例えばライナー管３１の外周面にヒータ素線が巻き付けられたコイルにより構成されている。第１〜第５ヒータ５１〜５５は、それぞれ第１〜第５電源５１１〜５５１に接続され、互いに異なるパワーを供給できるようになっている。
なお、第１〜第５ヒータ５１〜５５は、一体に成型されているため個別に交換することは困難であり、例えば第１ヒータ５１のヒータ素線のみが断線しても、第１〜第５ヒータ５１〜５５の全てを一度に交換することが一般的に行われている。

第１〜第５炉内温度センサ６１〜６５は、ライナー管３１と炉芯管３２との間において、上下方向に並んで配置され、熱処理領域３２Ａの温度を測定する。具体的には、第１〜第５炉内温度センサ６１〜６５は、熱処理領域３２Ａにおける当該第１〜第５炉内温度センサ６１〜６５に対向する位置を含みかつ互いに重ならない所定領域の温度を測定する。第１炉内温度センサ６１、第２炉内温度センサ６２、第３炉内温度センサ６３、第４炉内温度センサ６４および第５炉内温度センサ６５は、それぞれの高さ位置が第１ヒータ５１、第２ヒータ５２、第３ヒータ５３、第４ヒータ５４および第５ヒータ５５の上下方向中心とほぼ同じ高さとなるように設けられている。
第１〜第５炉内温度センサ６１〜６５は、例えば熱電対により構成され、上下方向に延びる石英またはＳｉＣなどの保護管６６によって保持されている。

また、制御部７は、排気装置１１と、ガス供給装置１２と、昇降装置１３と、第１〜第５電源５１１〜５５１と、第１〜第５炉内温度センサ６１〜６５と、記憶部７１とに電気的に接続されている。
制御部７は、第１〜第５炉内温度センサ６１〜６５における熱処理領域３２Ａの温度測定結果に基づいて、熱処理領域３２Ａが記憶部７１に記憶された設定炉内温度となるように、第１〜第５電源５１１〜５５１を制御し、第１〜第５ヒータ５１〜５５に供給するパワーを調整する。
記憶部７１には、熱処理の各工程における熱処理領域３２Ａの設定炉内温度、温度測定結果、圧力、ガス流量などが記憶されている。

次に、熱処理装置１を用いたウェーハＷの熱処理方法について説明する。
ウェーハＷの熱処理方法は、搬入工程と、熱処理工程と、搬出工程とを備えている。また、搬入工程、熱処理工程および搬出工程の間、後述するように、第１〜第５炉内温度センサ６１〜６５で温度を測定する測温工程と、熱処理領域３２Ａが設定炉内温度となるように第１〜第５ヒータ５１〜５５のパワーを制御するパワー制御工程とが行われる。
なお、搬入工程、熱処理工程および搬出工程の間、制御部７は、排気装置１１とガス供給装置１２を使用して、熱処理領域３２Ａを窒素ガスなどの所定の雰囲気に保つ。

搬入工程では、熱処理領域３２Ａにボート２が入っておらず、かつ、炉芯管３２の開口３２１が図示しないシャッタで閉塞された状態において、制御部７は、第１〜第５炉内温度センサ６１〜６５における温度測定結果を取得する。そして、制御部７は、温度測定結果に基づく熱処理領域３２Ａの温度が搬入工程における設定炉内温度となるように、第１〜第５電源５１１〜５５１を制御して第１〜第５ヒータ５１〜５５に供給するパワーを調整する。

熱処理領域３２Ａが設定炉内温度とほぼ等しくなると、制御部７は、シャッタを開き、昇降装置１３を駆動することによって、ボート２、閉塞部４、断熱材４１を上昇位置まで移動させる。この動作によって、ボート２で保持されたウェーハＷが熱処理領域３２Ａ内に搬入されるとともに、閉塞部４で炉芯管３２の開口３２１が閉塞される。

熱処理工程では、制御部７は、第１〜第５炉内温度センサ６１〜６５の温度測定結果に基づく熱処理領域３２Ａの温度が、熱処理工程における設定炉内温度となるように、第１〜第５電源５１１〜５５１を制御して第１〜第５ヒータ５１〜５５に供給するパワーを調整する。このときの設定炉内温度は、搬入工程よりも高い温度に設定されている。
そして、制御部７は、熱処理領域３２Ａが設定炉内温度とほぼ等しくなると、制御部７は、所定時間経過するまで当該加熱状態を維持する。

搬出工程では、制御部７は、第１〜第５電源５１１〜５５１を制御して第１〜第５ヒータ５１〜５５へのパワーの供給を低減する。そして、制御部７は、昇降装置１３を駆動することによって、ボート２など下降位置まで移動させるとともに、図示しないシャッタで炉芯管３２の開口３２１を閉塞する。

以上により、ウェーハＷの熱処理が終了する。
その後、図示しない搬送装置または作業者がボート２からウェーハＷを取り出し、必要に応じて次バッチで処理するウェーハＷをボート２に保持させる。そして、上述の搬入工程、熱処理工程および搬出工程を行う。
なお、搬入工程および熱処理工程のうち少なくとも一方における設定炉内温度は、第１〜第５ヒータ５１〜５５が加熱可能な領域ごとに異なる値に設定されていても良いし、同じ値に設定されていても良い。

［本発明を導くに至った経緯］
上述の搬入工程時には、熱処理領域３２Ａが一時的に開放されるため、熱処理領域３２Ａの温度は一時的に低下する。しかし、制御部７は、第１〜第５炉内温度センサ６１〜６５の温度測定結果に基づいて、熱処理領域３２Ａが設定炉内温度となるように、第１〜第５ヒータ５１〜５５のパワーを制御する。その結果、最終的には、第１〜第５炉内温度センサ６１〜６５の温度測定結果と設定炉内温度とがほぼ同じになると考えられる。

また、搬入工程時に熱処理領域３２Ａが開放されると、熱処理領域３２Ａにおける下側の領域の搬入時温度低下が上側の領域よりも大きくなるため、熱処理領域３２Ａを設定炉内温度にするために第１ヒータ５１に供給されるパワーは、第２〜第５ヒータ５２〜５５よりも大きくなる。このため、熱処理が繰り返されると、上述のような供給パワーの差によって、第１ヒータ５１が第２〜第５ヒータ５２〜５５よりも劣化しやすくなると考えられる。また、同様の理由から、第１ヒータ５１の次に第２ヒータ５２が劣化しやすくなると考えられる。

ところで、例えば第１ヒータ５１が劣化すると発熱量が減るため、第１炉内温度センサ６１の温度測定結果は、劣化していないときと比べて低くなる。しかし、第１ヒータ５１よりも劣化が少ない第２〜第５ヒータ５２〜５５によっても熱処理領域３２Ａが加熱されるため、第１ヒータ５１の劣化が熱処理領域３２Ａの温度分布に与える影響が小さくなり、ウェーハＷの熱処理に与える影響が小さくなる場合があるとも考えられる。

そこで、以下のような実験１を行った。
まず、図１に二点鎖線で示すように、ライナー管３１の外周面における第１〜第５炉内温度センサ６１〜６５とほぼ同じ高さ位置に、第１〜第５ヒータ温度センサ９１〜９５を設けた。第１〜第５ヒータ温度センサ９１〜９５は、第１〜第５炉内温度センサ６１〜６５と同様に熱電対により構成され、第１〜第５ヒータ５１〜５５の温度を測定する。
そして、第１〜第５ヒータ５１〜５５を交換せずに、上記関連技術と同様のウェーハＷの熱処理を繰り返し行い、第１〜第５炉内温度センサ６１〜６５と、第１〜第５ヒータ温度センサ９１〜９５とで温度測定を行った。熱処理を繰り返すと、最終的には、第１ヒータ５１のヒータ素線が断線した。

第１〜第５ヒータ５１〜５５が劣化していない段階、例えば１回目のバッチでは、図３に示すように、第１〜第５炉内温度センサ６１〜６５での温度測定結果は、ほぼ同じになった。
また、第１ヒータ５１の断線直前のバッチでは、図４に示すように、第１炉内温度センサ６１の温度測定結果に基づく搬入時温度低下が最も大きくなり、次に第２炉内温度センサ６２の搬入時温度低下が大きくなった。このように、搬入時温度低下が大きくなると、ウェーハＷの熱処理に影響を及ぼす可能性があると考えられる。
なお、図３および図４における横軸の０分は、ウェーハＷを保持したボート２の上昇が開始した時間である。

また、第１ヒータ温度センサ９１の温度測定結果から設定炉内温度を減じた温度差の最大値（以下、「第１ヒータ最大温度差」という場合がある）と、設定炉内温度から第１炉内温度センサ６１の温度測定結果を減じた第１温度低下量の最大値（以下、「第１最大温度低下量」という）とをバッチごと（第１〜第５ヒータ５１〜５５の使用時間ごと）に求めた。その結果を図５に示す。
ここで、第１ヒータ最大温度差は、搬入工程開始からＸ分後の第１ヒータ温度センサ９１の温度測定結果に基づき得られる場合、当該Ｘ分後の第１ヒータ温度センサ９１の温度測定結果と、Ｘ分後における設定炉内温度との差である。同様に、第１最大温度低下量は、搬入工程開始からＹ分後の第１炉内温度センサ６１の温度測定結果と、Ｙ分後における設定炉内温度との差である。
なお、図５では、全てのバッチのデータを図示せず、一部のデータのみを図示した。

図５に示すように、第１ヒータ最大温度差は、最初のバッチからＢ１バッチ目までは、ほぼ同じであったが、Ｂ２バッチ目で少し減少した。その後、Ｂ３バッチ目で大きく減少し、それ以降はほぼ同じであった。そして、Ｂ４バッチ目の次のバッチの途中で第１ヒータ５１のヒータ素線が断線した。
この結果から、Ｂ１バッチ目までは、第１ヒータ５１の劣化はなかったと考えられる。また、Ｂ２バッチ目で第１ヒータ５１が少し劣化し、それ以降、第１ヒータ５１および第２ヒータ５２が限界近くまで劣化していく状態が続いたと考えられる。

一方、第１最大温度低下量は、最初のバッチからＢ１バッチ目までは、ほぼ同じであったが、Ｂ２バッチ目以降は、徐々に増加した。
この結果から、Ｂ１バッチ目までは、第１ヒータ５１に加え、第２〜第５ヒータ５２〜５５も劣化がなかったと考えられる。
また、Ｂ２バッチ目以降、まず、上述のように第１ヒータ５１が劣化し、その後第２ヒータ５２が劣化したため、初めのうちは第２〜第５ヒータ５２〜５５の加熱によって第１ヒータ５１の劣化の影響が小さかったが、その後第２ヒータ５２の劣化に伴い、第３ヒータ５３〜第５ヒータ５５の加熱によって第１ヒータ５１の劣化の影響をカバーしきれなくなり、第１最大温度低下量が徐々に増加したと考えられる。

以上の結果に基づけば、第１最大温度低下量を監視すれば、第１ヒータ５１が劣化しても、第２〜第５ヒータ５２〜５５による加熱によって熱処理領域３２Ａの温度分布に与える影響が小さくなり、ウェーハＷの熱処理に与える影響が小さくなる場合があることがわかるが、ヒータ最大温度差を監視した場合には、熱処理に与える影響が小さくなる場合があることがわからない。

また、Ｂ２バッチ目以降に第１最大温度低下量が増加し始めても、第２〜第５ヒータ５２〜５５は第１ヒータ５１ほど劣化していないため、設定炉内温度から第２〜第５炉内温度センサ６２〜６５の温度測定結果を減じた温度低下量の最大値（以下、それぞれ「第２〜第５最大温度低下量」という）は、第１最大温度低下量のように増加しないと考えられる。
このことから、図１に示すように、熱処理領域３２Ａのうち、第２炉内温度センサ６２と同じ高さ位置（第２炉内温度センサ６２に対向する位置）よりも上側（ボート２の搬入方向側）の第１処理領域３２Ｂでは、第１ヒータ５１の劣化が熱処理に与える影響がほとんど無いと考えられる。一方、熱処理領域３２Ａにおける第１処理領域３２Ｂよりも下側（ボート２の搬出方向側）の第２処理領域３２Ｃでは、熱処理に与える影響が大きい場合があると考えられる。

したがって、次バッチにおける第１最大温度低下量が、第２処理領域３２Ｃでの熱処理に影響を与えるほど大きいと推定できる場合、換言すると、次バッチにおける第１炉内温度センサ６１の温度測定結果の最小値が、第２処理領域３２Ｃでの熱処理に影響を与えるほど小さいと推定できる場合、第１処理領域３２Ｂおよび第２処理領域３２Ｃで同じ要求品質のウェーハＷを熱処理すると、第１処理領域３２Ｂでは、意図した品質のウェーハＷを製造できるが、第２処理領域３２Ｃでは、意図した品質のウェーハを製造できないと考えられる。このため、第２処理領域３２Ｃで処理するウェーハＷを第１処理領域３２Ｂで処理するウェーハＷと異なる条件で選別することによって、第１処理領域３２Ｂおよび第２処理領域３２Ｃにおいて意図しない品質のウェーハＷが製造されることを抑制できると考えられる。

また、第１最大温度低下量が熱処理後のウェーハＷの品質に与える影響を調べるための実験２を行った。本実験２では、ウェーハＷとして、シリコンウェーハを用いた。
具体的には、熱処理装置１の第１〜第５ヒータ５１〜５５を新品に交換した後、ボート２の最上部から最下部の間に１００枚のウェーハＷを保持させた。そして、ボート２の上昇開始時における熱処理領域３２Ａの設定炉内温度を７００℃とし、熱処理領域３２Ａの閉塞後、７００℃よりも高い温度で、上記関連技術と同様の熱処理を行った。このような熱処理を第１〜第５ヒータ５１〜５５を交換せずに繰り返した。
そして、任意のバッチにおいて、最下部のウェーハＷのＢＭＤの個数を最上部のウェーハＷのＢＭＤの個数で除したＢＭＤ比を求め、当該ＢＭＤ比と第１最大温度低下量との関係を調べた。その結果を図６に示す。なお、図６の縦軸の「Ｂｔｍ／Ｔｏｐ」はＢＭＤ比を意味する。

ここで、ＢＭＤは、ウェーハＷが７００℃付近で熱処理される時間が長いほど多く発生する。また、ボート２の上部側のウェーハＷは下部側のウェーハＷよりも先に熱処理領域３２Ａに搬入され、最下部のウェーハＷよりも後に搬出される。このため、図３に示すように、第１〜第５ヒータ５１〜５５の劣化が少なく、第１〜第５炉内温度センサ６１〜６５の測定結果がほぼ同じ場合、つまり第１最大温度低下量が小さい場合には、７００℃付近で熱処理される時間は、上部側のウェーハＷが下部側のウェーハＷよりも長くなる。その結果、上部側のウェーハＷのＢＭＤが下部側のウェーハＷよりも多くなると考えられる。本実験では、第１〜第５ヒータ５１〜５５の劣化が少ない状況において、ＢＭＤ比が０．８５を中心として±０．１０の範囲に入るようにプロセス設計を行った。

一方、図４に示すように、第１ヒータ５１が劣化して、第１炉内温度センサ６１の搬入時温度低下が大きくなった場合、つまり第１最大温度低下量が小さい場合には、下部側のウェーハＷの温度は、熱処理領域３２Ａに搬入後、７００℃付近から一度下がって再び上がって７００℃付近を越える。このため、７００℃付近で熱処理される時間は、下部側のウェーハＷが上部側のウェーハＷよりも長くなり、下部側のウェーハＷのＢＭＤが上部側のウェーハＷよりも多くなると考えられる。

実験結果を参照すると、図６に示すように、ＢＭＤ比は、第１最大温度低下量が２５℃以下の場合、０．７以上１．０以下であったが、２５℃を超える場合、１．１を超えていた。第１最大温度低下量が２５℃を超えていても、上部側のウェーハＷは第１ヒータ５１から離れているため、これに対する加熱温度の低下は、２５℃以下の場合と比べてほとんど無いと考えられる。
以上のことから、第１最大温度低下量が２５℃以下の場合には、第１ヒータ５１の劣化が下部側のウェーハＷの熱処理に与える影響がほとんど無いが、２５℃を超えると下部側のウェーハＷの熱処理に与える影響があることがわかった。

したがって、第１最大温度低下量が第１上限値を超える場合、第２処理領域３２Ｃにおいて、ＢＭＤ個数の許容範囲が基準許容範囲よりも大きいウェーハＷのみを熱処理することを許容することによって、第１処理領域３２Ｂおよび第２処理領域３２Ｃにおいて意図しない品質のウェーハＷが製造されることを抑制できると考えられる。

［実施形態］
次に、本発明の一実施形態に係るウェーハの製造方法について説明する。
ウェーハの製造方法は、シリコン単結晶インゴットをスライスして複数のウェーハＷを得る工程と、当該ウェーハＷをラッピングする工程と、ラッピングされたウェーハＷを後述する熱処理方法によって処理する工程とを少なくとも備えている。

ウェーハＷの熱処理を行うにあたり、熱処理装置１の第１〜第５ヒータ５１〜５５を新品に交換後かつ熱処理開始前、あるいは、第１〜第５ヒータ５１〜５５の交換前に、記憶部７１に、選別基準情報を記憶させておく。選別基準情報は、低下量推定情報と、閾値情報とを含んでいる。

低下量推定情報は、図５に示すような新品の第１〜第５ヒータ５１〜５５の使用時間や熱処理を行ったバッチ数と、第１最大温度低下量との関係を示す情報を含んでいる。また、低下量推定情報は、単位使用時間または単位使用バッチ数あたりの第１最大温度低下量の変化割合に関する情報を含んでいる。

閾値情報は、第１処理領域３２Ｂで熱処理するウェーハＷと、第２処理領域３２Ｃで熱処理するウェーハＷとを異なる条件で選別するときに用いる情報であり、第１閾値と、第２閾値と、第３閾値とに関する情報を含んでいる。第１閾値および第２閾値は本発明の第１上限値に該当し、第３閾値は本発明の第２上限値に該当する。
第１〜第３閾値は、次バッチにおける第１最大温度低下量の推定値（次バッチ低下量推定値）が当該第１〜第３閾値を超える場合、第１ヒータ５１の劣化が第２処理領域３２Ｃでの熱処理に与える影響が大きいため、次バッチにおいて当該第２処理領域３２Ｃで熱処理するウェーハＷの要求品質を、第１処理領域３２Ｂで熱処理するウェーハＷの要求品質よりも低くするときに用いられ。例えば、第１閾値が最も小さく、第３閾値が最も大きく設定されている場合、閾値が大きくなるほど、当該閾値を超える場合における第２処理領域３２ＣのウェーハＷの要求品質は低くなるように設定される。
本実施形態では、第１〜第３閾値と第１処理領域３２Ｂおよび第２処理領域３２Ｃで熱処理するウェーハＷの要求品質との関係は、以下の表１に示すように設定されている。

そして、選別基準情報が記憶部７１に記憶された状態で、ボート２における第１処理領域３２Ｂおよび第２処理領域３２Ｃに対応する位置に、ＢＭＤ個数の規格最大値が規格最小値の４倍以内（基準品質）に設定されたウェーハＷをセットする。その後、ボート２の上昇開始時における熱処理領域３２Ａの設定炉内温度を７００℃とし、７００℃よりも高い温度で上記関連技術と同様の熱処理を行い、第１〜第５炉内温度センサ６１〜６５による温度測定を行う。そして、１つのバッチが終了後、制御部７は、図７に示すように、次バッチで熱処理するウェーハの選別工程を行う。

制御部７は、搬入工程から搬出工程に至るまでの第１炉内温度センサ６１の温度測定結果に基づいて、第１最大温度低下量を算出する（ステップＳ１：次バッチ温度算出工程）。
そして、制御部７は、第１最大温度低下量に基づいて次バッチ低下量推定値Ｔｎを算出する（ステップＳ２：次バッチ温度算出工程）。このステップＳ２において、制御部７は、ステップＳ１で算出した第１最大温度低下量（以下、「現バッチの第１最大温度低下量」という）と、少なくとも前バッチを含む過去の第１最大温度低下量とに基づいて、第１最大温度低下量の変化割合を算出する。なお、ここで算出する変化割合は、現バッチを含む過去の所定のバッチ数（例えば３バッチ）における第１最大温度低下量の変化割合の平均値であっても良いし、過去のヒータ素線が断線したときの第１最大温度低下量の変化割合の記録から算出した平均値であっても良い。
そして、この算出した変化割合と、低下量推定情報と、現バッチの第１最大温度低下量とに基づいて、次バッチ低下量推定値Ｔｎを算出する。例えば、ステップＳ２で算出した変化割合がＲ１であり、変化割合がＲ１の場合に次バッチで第１最大温度低下量がＴ１（℃）増加するという内容を低下量推定情報が含んでいる場合、制御部７は、現バッチの第１最大温度低下量にＴ１（℃）を加えた値を次バッチ低下量推定値Ｔｎとして算出する。

次に、制御部７は、次バッチ低下量推定値Ｔｎが第１閾値（２５℃）以下か否かを判断する（ステップＳ３：選別工程）。このステップＳ３において、制御部７は、第１閾値以下であると判断した場合、次バッチにおいて第１処理領域３２Ｂおよび第２処理領域３２Ｃで熱処理するウェーハＷの要求品質（以下、第１処理領域３２Ｂで熱処理するウェーハＷの要求品質を「第１処理領域要求品質」といい、第２処理領域３２Ｃで熱処理するウェーハＷの要求品質を「第２処理領域要求品質」という）を、表１に示す基準品質に設定する（ステップＳ４：選別工程）。なお、本実施形態では、第１処理領域３２Ｂで熱処理されるウェーハＷは、ボート２の上から７５枚のウェーハＷであり、第２処理領域３２Ｃで熱処理されるウェーハＷは、７６枚目以降１００枚目までの２５枚のウェーハＷである。

一方、ステップＳ３において、制御部７は、次バッチ低下量推定値Ｔｎが第１閾値を超えると判断した場合、第２閾値以下か否かを判断する（ステップＳ５：選別工程）。このステップＳ５において、制御部７は、第２閾値以下であると判断した場合、次バッチの第１処理領域要求品質を基準品質のまま維持するとともに、第２処理領域要求品質を表１に示す第１品質に設定する（ステップＳ６：選別工程）。

また、ステップＳ５において、制御部７は、次バッチ低下量推定値Ｔｎが第２閾値を超えると判断した場合、第３閾値以下か否かを判断する（ステップＳ７：選別工程）。このステップＳ７において、制御部７は、第３閾値以下であると判断した場合、次バッチの第１処理領域要求品質を基準品質のまま維持するとともに、第２処理領域要求品質を表１に示す第２品質に設定する（ステップＳ８：選別工程）。

一方、ステップＳ７において、制御部７は、次バッチ低下量推定値Ｔｎが第３閾値を超えると判断した場合、次バッチの第１処理領域要求品質を基準品質のまま維持するとともに、第２処理領域３２Ｃで全てのウェーハＷの熱処理を禁止する（ステップＳ９：選別工程）。このステップＳ９の処理後、交換用の第１〜第５ヒータ５１〜５５を準備しておくことが好ましい。また、ステップＳ９の処理を少なくとも１回行った後、第１ヒータ５１が断線していなくても、第１〜第５ヒータ５１〜５５を交換しても良い。

そして、作業者あるいは図示しない搬送装置は、ステップＳ４，Ｓ６，Ｓ８，Ｓ９のいずれかの設定に基づく品質のウェーハＷを第１処理領域３２Ｂおよび第２処理領域３２Ｃにセットし（ステップＳ５）このセットされたウェーハＷの熱処理が行われる。

［実施形態の作用効果］
上記実施形態によれば、次バッチ低下量推定値Ｔｎが第１閾値を超えると判断した場合に、第２処理領域３２Ｃで熱処理するウェーハＷを第１処理領域３２ＢのウェーハＷと異なる条件で選別することによって、第１処理領域３２Ｂおよび第２処理領域３２Ｃにおいて意図しない品質のウェーハＷが製造されることを抑制できる。
また、ウェーハの選別基準として、熱処理領域３２Ａの温度測定結果を用いるため、第１〜第５ヒータ５１〜５５の劣化が熱処理に与える影響を適切に把握することができ、第１〜第５ヒータ５１〜５５の劣化がウェーハＷの熱処理に大きな影響を与えない状況において、第１〜第５ヒータ５１〜５５が交換されることを抑制できる。

次バッチにおける第１炉内温度センサ６１での温度測定結果の推定値（次バッチ温度推定値）を、選別工程における判断基準として用いずに、当該次バッチ温度推定値と設定炉内温度との差から得られる次バッチ低下量推定値Ｔｎを、選別工程における判断基準として用いるため、目的とする熱処理条件によって設定炉内温度が変わっても、第１処理領域３２Ｂおよび第２処理領域３２Ｃにおいて意図しない品質のウェーハＷが製造されることを抑制できる。

第１最大温度低下量に基づき得られる次バッチ低下量推定値Ｔｎに基づいて選別工程を行うため、第１〜第５ヒータ５１〜５５の劣化がウェーハＷの熱処理に与える影響を精度良く判定できる。

次バッチ低下量推定値Ｔｎが第１閾値を超え第２閾値以下の場合に、第２処理領域３２Ｃにおいて、ＢＭＤ個数の許容範囲が基準許容範囲よりも大きい、つまり要求品質が第１処理領域３２Ｂで熱処理されるウェーハＷよりも低いウェーハＷのみを熱処理することを許容することによって、第１処理領域３２Ｂおよび第２処理領域３２Ｃにおいて意図しない品質のウェーハＷが製造されることを抑制できる。

次バッチ低下量推定値Ｔｎが第３閾値を超える場合に、第２処理領域３２Ｃにおいて、全てのウェーハＷの熱処理を禁止することによって、ＢＭＤが多すぎることによる品質不良のウェーハＷが製造されることを抑制できる。

［変形例］
なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更などが可能である。

例えば、ステップＳ１において、第１温度低下量の最大値（第１最大温度低下量）を算出せずに、搬入工程開始から任意の時間経過後の設定炉内温度から第１炉内温度センサ６１の温度測定結果を減じた第１温度低下量を算出し、ステップＳ２において、次バッチにおける当該任意の時間経過後における第１温度低下量を次バッチ低下量推定値として算出しても良い。
次バッチにおける第１温度低下量の推定値を積分して得られた値を、次バッチ低下量推定値として算出しても良い。
第１炉内温度センサ６１での温度測定結果に基づく次バッチ温度推定値が、下限値未満の場合に、第１処理領域３２Ｂおよび第２処理領域３２Ｃで熱処理するウェーハＷを選別しても良い。例えば、次バッチ温度推定値が第１下限値以上の場合に、ステップＳ４の処理を行い、第１下限値未満かつ当該第１下限値よりも小さい第２下限値以上の場合に、ステップＳ６の処理を行い、第２下限値未満かつ当該第２下限値よりも小さい第３下限値以上の場合にステップＳ８の処理を行い、第３下限値未満の場合にステップＳ９の処理を行っても良い。
本実施形態の第２閾値は設けなくても良い。

炉内温度センサの個数は、２個以上４個以下あるいは６個以上であっても良い。
熱処理装置１としてウェーハＷを上下方向に重ねて熱処理するいわゆる縦型炉を例示したが、ウェーハＷを水平方向に重ねて処理するいわゆる横型炉に本発明のウェーハの熱処理方法を適用しても良い。
７００℃未満でウェーハＷを熱処理するときに、本発明のウェーハの熱処理方法を適用しても良い。

本発明の上限値を次バッチ低下量推定値が超えた場合に、第１処理領域３２Ｂと第２処理領域３２Ｃで熱処理されるウェーハＷ（シリコンウェーハ）で異ならせる要求品質としては、ＢＭＤ以外に、ＣＯＰ（Crystal Originated Particle）が排除された領域（無欠陥領域）のウェーハＷ表面からの深さが例示できる。
ＣＯＰとは、結晶格子を構成すべき原子が欠けた空孔の凝集体である。ウェーハＷ表面から数μｍの深さまでに存在するＣＯＰは、熱処理によって消滅させることができる。その消滅できる深さは、熱処理の温度および時間に依存し、温度が高く時間が長いほど深くなる。
本発明のウェーハの熱処理方法を無欠陥領域深さの品質管理に用いる場合、例えば、次バッチ低下量推定値Ｔｎが第１閾値以下のときに、第１，第２処理領域３２Ｂ，３２Ｃにおける無欠陥領域深さの要求品質を所定の基準値（例えば５μｍ）以上（基準品質）に設定し、第１閾値を超えるときに、第１処理領域３２Ｂの要求品質を基準品質のまま維持するとともに、第２処理領域３２Ｃの要求品質を基準値の半分以上（第１品質）に設定することが例示できる。
また、本発明のウェーハの熱処理方法をデバイス工程において適用しても良い。この場合、次バッチ低下量推定値Ｔｎが第１閾値以下か否かに応じて、第１，第２処理領域３２Ｂ，３２Ｃで熱処理するウェーハＷの要求品質を異ならせれば良く、ウェーハＷはシリコンウェーハの他、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＧａＮなどの半導体ウェーハであっても良い。

１…熱処理装置、２…ボート、３…熱処理炉、３２１…開口、３２Ｂ…第１処理領域、３２Ｃ…第２処理領域、４…閉塞部、５１〜５５…第１〜第５ヒータ、６１〜６５…第１〜第５炉内温度センサ、７…制御部、Ｗ…ウェーハ。

Claims

複数のウェーハを所定間隔ごとに重なるように保持するボートと、
一面が開口する筒状に形成され、前記筒状の軸方向と前記複数のウェーハの重なり方向とが一致するように前記ボートを搬入および搬出可能な熱処理炉と、
前記熱処理炉の開口を閉塞する閉塞部と、
前記重なり方向に並んで配置され、前記熱処理炉内を加熱する複数のヒータと、
前記重なり方向に並んで配置され、前記熱処理炉内の温度を測定する複数の炉内温度センサと、
前記熱処理炉内が設定炉内温度となるように前記複数のヒータのパワーを制御する制御部とを備える熱処理装置を用いたウェーハの熱処理方法であって、
加熱された前記熱処理炉内に前記ボートを搬入し、前記閉塞部で前記熱処理炉の開口を閉塞する搬入工程と、
前記複数のウェーハを熱処理する熱処理工程と、
前記搬入工程中および前記熱処理工程中に、前記制御部で前記熱処理炉内が前記設定炉内温度となるように前記複数のヒータのパワーを制御するパワー制御工程と、
前記搬入工程中および前記熱処理工程中に、前記熱処理炉内の温度を前記複数の炉内温度センサで測定する測温工程と、
前記複数の炉内温度センサのうち最も前記ボートの搬出方向側に位置する第１炉内温度センサの温度測定結果に基づいて、次バッチにおける前記第１炉内温度センサの温度測定結果を次バッチ温度推定値として算出する次バッチ温度算出工程と、
前記次バッチ温度推定値が下限値未満であると判断した場合、前記第１炉内温度センサに対して前記ボートの搬入方向側に隣接する第２炉内温度センサに対向する位置よりも、前記搬入方向側の第１処理領域で熱処理するウェーハと、当該第１処理領域よりも前記搬出方向側の第２処理領域で熱処理するウェーハとを異なる条件で選別する選別工程とを備えていることを特徴とするウェーハの熱処理方法。
請求項１に記載のウェーハの熱処理方法において、
前記次バッチ温度算出工程は、前記第１炉内温度センサの温度測定結果を前記設定炉内温度から減じた第１温度低下量に基づいて、前記次バッチ温度推定値を前記設定炉内温度から減じた次バッチ低下量推定値を算出し、
前記選別工程は、前記次バッチ温度算出工程の算出結果が上限値を超えると判断した場合、前記次バッチ温度推定値が前記下限値未満であると判断することを特徴とするウェーハの熱処理方法。
請求項２に記載のウェーハの熱処理方法において、
前記次バッチ温度算出工程は、前記第１温度低下量の最大値に基づいて、前記次バッチ温度推定値を前記設定炉内温度から減じた次バッチ低下量推定値の最大値を算出することを特徴とするウェーハの熱処理方法。
請求項３に記載のウェーハの熱処理方法において、
前記ウェーハは、シリコンウェーハであり、
前記パワー制御工程における前記設定炉内温度は、７００℃以上であり、
前記選別工程は、前記次バッチ温度算出工程における前記次バッチ低下量推定値の最大値の算出結果が第１上限値を超えると判断した場合、ＢＭＤ（Bulk Micro Defect）の個数の許容範囲が前記第１処理領域で熱処理されるウェーハの基準許容範囲よりも大きいウェーハのみを前記第２処理領域で熱処理することを許容することを特徴とするウェーハの熱処理方法。
請求項４に記載のウェーハの熱処理方法において、
前記選別工程は、前記次バッチ低下量推定値の最大値の算出結果が前記第１上限値より大きい第２上限値を超えると判断した場合、全てのウェーハを前記第２処理領域で熱処理することを禁止することを特徴とするウェーハの熱処理方法。
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のウェーハの熱処理方法を備えていることを特徴とするウェーハの製造方法。