JP3867509B2 - 横型熱処理炉用ボートおよび熱処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、横型熱処理炉用ボートおよび熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン等の半導体単結晶ウェーハ（以下ウェーハ）を横型熱処理炉により熱処理する場合には、ウェーハを載置するためにウェーハ支持ボート（横型熱処理炉用ボート）が使用される。
図６は、従来のウェーハ支持ボート（以下ボート１０）における支持棒の配置関係を示している。このボート１０では、図６（ａ）に示すように、対向して配置された二枚の側板１３、１３に四本の支持棒１１、１１、１２、１２が差し渡して設置されている。具体的には、ボート１０の底部に位置する二本の支持棒１１、１１と、ボート１０の側部に位置する二本の支持棒１２、１２とを備えている。ウェーハ２０は、オリエンテーションフラット２１が上向きになるようにボート１０上に載置される。そして、支持棒１１、１２には、ウェーハ２０を載置するための溝（支持部）１１ａ、１２ａが形成されている。
【０００３】
これら溝１１ａ、１２ａは、ウェーハ２０の曲率よりも若干曲率が小さな刃を有する円板状の砥石（図示しない）を使用して、同時に四本の支持棒１１、１２に形成される。こうして溝１１ａ、１２ａの底面１１ｂ、１２ｂはウェーハ２０よりも若干小さな曲率（即ち大きな曲率半径）をもつように形成される。
【０００４】
このボート１０を用いてウェーハ２０を熱処理する際には、ウェーハ２０の周縁部を溝１１ａ、１２ａに嵌め込んで縦置きする。こうしてウェーハ２０が縦置きされた状態で、ボート１０を横型熱処理炉に投入し、ウェーハ２０を例えば１０００℃〜１２５０℃程度で熱処理する。
【０００５】
ところで、ボート１０は、より高温での熱処理に耐える耐熱性と、多数の溝１１ａ、１２ａをより狭い間隔で形成するための加工強度とが必要となる。そこで、支持棒１１、１２の材質としては、例えばＳｉＣ（Silicon Carbide）や石英などが用いられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来のボート１０では、図６（ｂ）（図６（ａ）における領域Ａの拡大断面）に示すように、溝１１ａの底面１１ｂがウェーハ２０よりも若干小さな曲率をもつために、ウェーハ２０はその周縁部が溝１１ａの内側端部１１ｃに実質的に点接触した状態で載置される。
そして、ボート１０の支持棒１１、１２を形成する材質とウェーハ２０の材質とには熱膨張差があるために、熱処理の際にウェーハ２０の周縁部の膨張が溝１１ａの内側端部１１ｃによって阻止されて、そこに応力が集中し、ウェーハ２０にスリップ転位が生じてしまう。
なお、熱処理の昇降温速度、熱処理炉への挿入・引き出し速度などを下げればスリップ転位を低減できるが、生産性が低下してしまう。
【０００７】
本発明の課題は、生産性を低下させることなく、熱処理中に発生するスリップ転位を低減できる横型熱処理炉用ボートおよび熱処理方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明の横型熱処理炉用ボートは、支持部を有する二本以上の支持棒にてウェーハを支持しながら熱処理を行う横型熱処理炉用ボートにおいて、前記ボートの底部に位置する二本の支持棒の間隔は、前記ウェーハのオリエンテーションフラットの両端のラウンド部が前記二本の支持棒の支持部に当接するように設定されており、前記支持部は溝であり、該溝の底面は、前記ウェーハの曲率よりも小さい曲率に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明において、ボートの底部に位置する二本の支持棒の間隔は、ウェーハを熱処理する間、オリエンテーションフラットの両端が前記二本の支持棒の支持部に当接するように設定することが好ましい。
【００１０】
また、本発明において、溝の底面は、円弧状である場合の他、底面の曲率が０であるとき、即ち直線状に形成される場合を含む。
【００１１】
また、本発明の熱処理方法は、熱処理するウェーハのオリエンテーションフラットの両端を支持した状態で、熱処理することを特徴とする。
【００１２】
ここで、結晶学的な基準となる方向を示すオリエンテーションフラットの長さは、ＳＥＭＩ（Semiconductor Equipment and Materials International）スタンダ−ドにおいて、ウェーハの外径に応じた規格値がそれぞれ定められている。例えば、直径１００ｍｍのシリコンウェーハでは３２．５±２．５ｍｍ（Ｍ１．１１−９０）であり、直径１２５ｍｍのシリコンウェーハでは４２．５±２．５ｍｍ（Ｍ１．１２−９０）であり、直径１５０ｍｍのシリコンウェーハでは４７．５±２．５ｍｍ（Ｍ１．１３−９０）である。
そこで、オリエンテーションフラットの前記規格値に応じて、底部に位置する支持棒の間隔および支持部の形状を設定する。即ち、ウェーハを熱処理する間はオリエンテーションフラットの両端が常に支持部に当接するように、前記支持棒の間隔および支持部の形状を設定する。
そして、オリエンテーションフラットが下向きになるようにボート上にウェーハを載置すると、オリエンテーションフラットの両端には丸みがあるので、ウェーハは支持部に沿ってスムーズに滑ることができる。その結果、ウェーハには応力が集中せず、熱処理中のスリップ転位を大幅に低減できる。
また、スリップ転位の発生を抑制するために、熱処理の昇降温速度、熱処理炉への挿入・引き出し速度などを下げる必要がないので、生産性を向上できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜４を参照して、本発明の実施の形態の横型熱処理炉用ボート１（以下ボート１と称す）を詳細に説明する。
まず、ボート１に載置されるウェーハ５は、図２に示すように、オリエンテーションフラット６（以下オリフラ６）を有する。このオリフラ６の両端は、丸みをもってウェーハ５の円周と繋がるラウンド部６ａとなっている。
【００１４】
一方、ボート１は全体がＳｉＣから構成されている。
このボート１は、図１に示すように、対向して配置される二枚の側板２、２に、四本の支持棒３、３、４、４が差し渡して設置されている。これら支持棒３、４にはその長さ方向に多数の溝（支持部）３ａ、４ａが所定のピッチＰで形成されている。これら溝３ａ、４ａは、従来同様、ウェーハ５の曲率よりも若干小さな曲率をもつ円板状の砥石により、四本の支持棒３、３、４、４に同時に形成される。これにより溝３ａ、４ａの底面３ｂ、４ｂは、ウェーハ５の曲率よりも若干小さな曲率をもつ。なお、図１では簡単のため溝３ａ、４ａについてはその一部のみを示している。
そして、底部に位置する二本の支持棒３、３は、間隔Ｌをあけて配設されている。この間隔Ｌおよび溝３ａは、ウェーハ５が有するオリフラ６の規格値に基づいて設定される。より具体的には、間隔Ｌは、図２（ｂ）に示すように、ウェーハ５の熱処理中に、オリフラ６の両端に形成されたラウンド部６ａが常に溝３ａの底面３ｂに当接するように設定される。
【００１５】
次に、本発明の実施の形態のボート１によるウェーハ５の熱処理方法を説明する。
図２（ａ）に示すように、オリフラ６が下向きになるように、ウェーハ５を溝３ａ、４ａに縦置きする。即ち、図２（ｂ）に領域Ａ１（図２（ａ）に点線で図示）を拡大して示すように、オリフラ６のラウンド部６ａが溝３ａの底面３ｂに当接する状態で、ウェーハ５が載置される。それにより、溝３ａがウェーハ５を下方から支持すると共に、溝４ａがウェーハ５の周縁部を側方から保持することになる。
こうしてウェーハ５を縦置きした状態で、ボート１を横型熱処理炉（図示しない）に投入し、ウェーハ５に所定の熱処理を行う。
【００１６】
［実施例］
上記ボート１を使用して、ウェーハ５に熱処理を施してＳｂ（アンチモン）を熱拡散させた結果を、図３に示す。
なお、ウェーハ５としては、結晶方位が＜１１１＞で厚さ６２５μm、外径１２５ｍｍのシリコンウェーハを使用した。このウェーハ５に形成されたオリフラ６の長さは、４２．５ｍｍであった。また、支持棒３、４はＳｉＣからなる幅８ｍｍのものを用い、オリフラ６のラウンド部６ａが溝３ａの延在方向中間に当接するように、底部に位置する支持棒３、３の間隔Ｌを３４．５ｍｍに設計した。そして、溝３ａ、４ａは外径１２６ｍｍの円板状の砥石により形成した。なお、一つのボート１に２５０枚のウェーハ５をオリフラ６が下向きになるようにして載置した。
昇温条件としては、先ず、所定の昇温速度（５℃／分または８℃／分）で７００℃から１０００℃まで上昇させた後に、３条件の昇温速度（２、３、５℃／分）で１０００℃から１２５０℃まで上昇させた。そして、ウェーハ２０に生じたスリップ転位の累積長（以下スリップ累積長）を測定した。
【００１７】
その結果、１０００℃から１２５０℃までの昇温速度が速いほどスリップ累積長が大きくなる傾向が見られる（「○」で示す）ものの、昇温速度５℃／分においてもスリップ累積長は１０ｍｍ以下であった。
【００１８】
［比較例１］
ウェーハ５をその周縁部で支持する従来のボート１０（図６参照）を使用して、Ｓｂを熱拡散させた結果を、図４に示す。
ボート１０の支持棒１１の間隔Ｍを７０ｍｍに設計し、上記同様のウェーハ５をその周縁部で支持させて熱処理を行った。その際、１０００℃から１２５０℃までの昇温速度は、１．５、３、５℃／分の３条件とした。
その結果、１０００℃から１２５０℃までの昇温速度が速いほどスリップ累積長が大きくなり、昇温速度５℃／分ではスリップ累積長は５０ｍｍ以上となった。なお、オリフラ６が上向き／下向きの何れの場合でも同様の結果であった。
【００１９】
［比較例２］
上記実施例と同じボート１に、オリフラ６が上向きになるようにウェーハ５を載置してＳｂを熱拡散させた。この場合には、ウェーハ５は従来同様にその周縁部が溝３ａ、４ａにより支持された状態で熱処理されることになる。なお、昇温条件としては、７００℃から１０００℃までの昇温速度を８℃／分とし、１０００℃から１２５０℃までの昇温速度を５℃／分とした。この熱処理の結果、スリップ累積長は５０ｍｍ以上となった（図３中「◆」で示す）。
【００２０】
以上のデータを比較すると、オリフラ６のラウンド部６ａを溝３ａの底面３ｂに当接させた状態で、ウェーハ５を熱処理したスリップ累積長は、比較例１および比較例２に示すようにウェーハ５をその周縁部で支持した場合に生じるスリップ累積長と比較して、１／５以下に低減されたことが判る。即ち、ウェーハ５の熱処理中に生じるスリップ転位が大幅に低減されることが判る。
【００２１】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施の形態では、溝３ａ、４ａの底面３ｂ、４ｂを円弧状に形成したが、図５に変形例を示すように、溝３ａ、４ａの底面３ｂ、４ｂを直線状に形成しても良い。この場合にも、図５（ｂ）に領域Ａ２（図５（ａ）に点線で図示）を拡大して示すように、ウェーハ５の熱処理中には、ラウンド部６ａが直線状に形成された底面３ｂに沿って滑ることができるので、ウェーハ５を熱処理するときに生じるスリップ転位を大幅に低減できる。
また、ＳｉＣよりもウェーハ５と大きな熱膨張率差をもつ材質（例えば石英）によりボート１を構成する場合には、本発明を適用することでさらに効果的にスリップ転位を低減できる。
その他、ボート１の細部構成などについても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、適宜に変更可能であることは勿論である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、ウェーハと支持棒とがそれぞれ熱膨張しても、オリエンテーションフラットの両端が支持部に沿って滑ることができるために応力が集中せず、生産性を低下させることなくスリップ転位を大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した一実施の形態のボートを示す図である。（ａ）はボートの平面図であり、（ｂ）はボートの側面図である。
【図２】図１のボートにウェーハを載置する様子を示す図である。（ａ）はウェーハの全体を示す図であり、（ｂ）はラウンド部が溝の底面に当接する様子を拡大して示す図である。
【図３】図１のボートを使用してウェーハを熱処理した一例および比較例２において、昇温速度とスリップ累積長との関係を示すグラフである。
【図４】従来のボートを使用してウェーハを熱処理した比較例１において、昇温速度とスリップ累積長との関係を示すグラフである。
【図５】図１の溝の底面を直線状に形成した変形例を示す図である。（ａ）はウェーハの全体を示す図であり、（ｂ）はラウンド部が溝の底面に当接する様子を拡大して示す図である。
【図６】従来のボートにウェーハを載置する様子を示す図である。（ａ）はウェーハの全体を示す図であり、（ｂ）はウェーハの周縁部が溝に支持される様子を拡大して示す図である。
【符号の説明】
１ 横型熱処理炉用ボート
３ 支持棒
３ａ 溝（支持部）
３ｂ 底面
５ ウェーハ
６ オリエンテーションフラット
６ａ ラウンド部（両端）
Ｌ 間隔

Claims (3)

1. 支持部を有する二本以上の支持棒にてウェーハを支持しながら熱処理を行う横型熱処理炉用ボートにおいて、
   前記ボートの底部に位置する二本の支持棒の間隔は、前記ウェーハのオリエンテーションフラットの両端のラウンド部が前記二本の支持棒の支持部に当接するように設定されており、
   前記支持部は溝であり、該溝の底面は、前記ウェーハの曲率よりも小さい曲率に形成されていることを特徴とする横型熱処理炉用ボート。
2. 熱処理するウェーハのオリエンテーションフラットの両端を支持した状態で、熱処理することを特徴とする熱処理方法。
3. 請求項１記載の横型熱処理炉用ボートを使用して、前記オリエンテーションフラットの両端のラウンド部を底部に位置する前記二本の支持棒の支持部に当接させた状態で、熱処理することを特徴とする請求項３記載の熱処理方法。

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