JP4370822B2

JP4370822B2 - 半導体基板の熱処理ボートおよび熱処理方法

Info

Publication number: JP4370822B2
Application number: JP2003176103A
Authority: JP
Inventors: 雅則赤塚; 尚志足立
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2023-06-20
Also published as: JP2005012058A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は縦型熱処理炉の熱処理ボートに関し、さらに詳細には、半導体基板を高温で熱処理した際に発生するスリップという結晶欠陥の発生を抑制した半導体基板の熱処理用ボートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩデバイス製造プロセスにおいて、半導体基板は酸化、拡散、成膜等の熱処理工程で繰り返し高温の熱処理を受け製造されている。その際半導体基板面内に温度分布の不均一が生じると熱応力が発生する。また、半導体基板の支持方法によっては大きな自重応力を発生する。これらの応力は熱処理において半導体基板中にスリップと呼ばれる結晶欠陥を引き起こすことがわかっている。スリップはＬＳＩデバイスのリーク電流の増加や半導体基板平坦性の劣化の原因となるため、熱応力及び自重応力を低減させることで抑制することが重要である。
【０００３】
縦型熱処理炉は設置スペースも小さく、大口径の半導体基板を多量に熱処理するのに適しており、半導体基板の各種熱処理に用いられている。この縦型熱処理炉に用いる半導体基板の熱処理ボートの一例を図３（ｂ）に示すと、基板支持部４を有する３本以上の支柱３と該支柱３を上下で固定するための上部天板５、下部天板６から構成され全体で熱処理ボート１となっており、半導体基板を基板支持部４に載置した後、縦型熱処理炉に挿入され所定の熱処理が行われる。
【０００４】
離間配置された上下一対の天板５，６を連結する複数本の支柱３が固定された熱処理治具１では、半導体基板を基板支持部４に載置取り出しするために開口部２が必要であり、挿入取り出し側の２本の支柱３は半導体基板の直径相当以上離間して配設されている。
【０００５】
従来小口径の半導体基板は前記のように、基板裏面を３点あるいは４点程度の複数点で支持する熱処理ボートが広く使用されてきた。近年半導体基板の大口径化が進展しているが、それに伴い自重応力の大幅な増大が問題となっており、前記のように半導体基板の半分を３点あるいは４点程度の複数点で支持する熱処理ボートでは支持位置の不均等に由来する自重応力も不均一になりスリップの発生が顕著になる。半導体基板の大口径化による自重応力の不均一を低減するため、最近では半導体基板裏面をリング状に支持する治具が開発され実用化されている。
【０００６】
リング状支持治具の使用によりスリップは低減する方向に向かっている。しかしながら、熱処理時に半導体基板裏面と支持リングが接着し、それぞれの変形が拘束されるため熱応力、自重応力をも上回る大きな応力が新たに半導体基板に付加されることが問題となっている。
【０００７】
そこで、リング状支持治具を使用し接着が生じたとしてもそれぞれの変形を拘束する付加的な応力発生を回避することが必要である。例えば、特許文献１には支持治具表面に単結晶シリコン、高純度多結晶シリコン、高純度炭化シリコンのいずれかの粉末の粒径を制御し付着させることで支持治具表面の凹凸をなくし、半導体基板を多点支持することで応力の分散を図りスリップの発生および接着の抑制を試みている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−４３２３９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体基板が直接接触する支持治具に粉末を使うことは半導体基板を汚染してしまう危険性があるといった問題がある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような上記問題点に鑑みてなされたものであって、高温の熱処理において、半導体基板を汚染することなく、かつ支持治具と半導体基板が接着したとしても付加的な応力が発生せず、応力不均等に由来するスリップの発生を抑制した縦型熱処理炉用熱処理ボート及び熱処理方法を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明の半導体基板の熱処理ボートは、半導体基板を熱処理する縦型の熱処理炉に用いられる熱処理ボートにおいて、離間配置された上下一対の天板を連結する複数本の支柱と、前記半導体基板が載置される、複数個のパーツに分割された載置治具と、前記支柱それぞれの側部から、前記載置治具上に載置される前記半導体基板の中心方向へ向かって延伸した腕部と、前記腕部の先端に配置されたマザーボートとを備え、前記載置治具は、前記マザーボート上に可動に載置されていることを特徴としている。
なお、前記マザーボートは、リング状のものが分割されて形成されていることが好ましい。
また、前記載置治具は、リング状のものが複数個のパーツに分割されて形成されていることが好ましく、さらに、前記載置治具の各パーツは、互いに隙間を空けて配置されていることがより好ましい。
また、前記マザーボートは上面にくさび状凸部を有しているとともに、前記載置治具は裏面にくさび状凹部を有し、前記凸部と前記凹部とは取り外し可能に嵌合していることが好ましく、さらに、前記凹部は、前記載置治具上に載置される前記半導体基板の径方向の幅が、前記凸部よりも大きく形成され、前記凹部は、前記凸部に対して前記径方向にスライド可能に嵌合していることがより好ましい。
また、本発明の半導体基板の熱処理方法は、半導体基板を熱処理する縦型の熱処理炉において、離間配置された上下一対の天板を連結する複数本の支柱と、複数個のパーツに分割され前記半導体基板が載置される載置治具と、前記支柱それぞれの側部から前記載置治具上に載置される前記半導体基板中心方向へ向かって延伸した腕部と、該腕部の先端に配置されその上に前記載置治具が可動に載置されるマザーボートとを有する熱処理ボートの前記載置治具に、前記半導体基板を載置し熱処理することを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる縦型熱処理炉に用いる半導体基板熱処理ボートの実施の形態を図を用い具体例を示すが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００１２】
図３（ａ）に示すように、縦型熱処理炉に使用する熱処理ボート１０は、離間配置された上下一対の天板５、６を、長さ方向を揃えた複数本の支柱１３により連結する構造を有している。支柱１３の側面からは載置する半導体基板１７の中心方向に向け腕部１４が延伸配置されている。腕部先端にはマザーボート１５が配置され、図１（ａ）に示すように、マザーボート１５上には半導体基板１７を載置支持する載置治具１６が複数に分割され載置されている。
【００１３】
マザーボート１５は、リング形状を有し、支持する腕部１４および支柱１３の数と同じく複数に分割されている。分割されたマザーボート１５の間隔はマザーボート１５同士が接触するのを防止し、かつ、マザーボート１５上に載置される載置治具１６を安定的に保持するため１ｍｍないし５０ｍｍとすることが好ましい。半導体基板１７を横から保持し挿入取り出しする場合は上記間隔で問題ないが、半導体基板１７を下面から保持し挿入取り出しする場合は、半導体基板１７を挿入載置する治具（図示せず）の幅分半導体基板１７挿入側において開けておく必要がある。マザーボート１５上に載置される載置治具１６は同一パーツ内での接着を抑制する観点から分割数は３個以上とすることが望ましい。また、図１（ｂ）に示すように、マザーボート１５の上面にはくさび状の凸部１８と載置治具１６裏面には前記くさび状の凸部１８と取り外し可能に勘合するくさび状の凹部１９を有することが好ましい。
【００１４】
載置治具１６を予め分割しておくことにより、熱処理中にたとえ載置治具１６と半導体基板１７の両者の間に接着が生じたとしても分割された載置治具１６が各々自由に動くことができるため、半導体基板１７の高温での変形が載置治具１６によって拘束されない。そのため拘束によって生じる付加的な応力発生を回避することができる。
【００１５】
マザーボート１５の上面および載置治具１６裏面にはくさび状の凸部１８とくさび状凹部１９を有し、取り外し可能に勘合することにより、熱処理後移載治具（図示せず）にて半導体基板１７を取り出す際に載置治具１６が接着により持ち上げられ落下する事故を未然に防げる。
【００１６】
マザーボート１５および載置治具１６の材質は、炭化珪素、単結晶シリコン、多結晶シリコン、シリコン含浸炭化珪素、炭化珪素をＣＶＤコートしたシリコンまたは炭化珪素等熱処理雰囲気の環境、温度等により適宜選択すればよい。また、半導体基板１７が均一に熱処理されるために、マザーボート１５および載置治具１６は、載置される半導体基板１７の自重および熱処理時の変形が無い範囲で極力小さいことが望ましい。
【００１７】
【実施例１】
本実施例を図に基づいて詳細に説明する。図３（ａ）および図１（ａ）に示すように、本実施例の熱処理ボート１０は、３本の支柱１３を有し、支柱側部１３ａからは腕部１４が載置する半導体基板１７の中心部に向け延伸配置されている。この腕部先端１４ａには単結晶シリコンからなる、内径１７０ｍｍ、外形２１０ｍｍ、厚さ３ｍｍのマザーボート１５が配置されている。各支柱１３から張り出したマザーボート１５は他のマザーボート１５と各々８ｍｍの間隔を有して配置されている。半導体基板１７挿入側のマザーボート１５は半導体基板１７挿入取り出しのための治具が必要とする４０ｍｍの間隔１２を有している。
【００１８】
マザーボート１５の上には図２（ａ）に示すように、単結晶シリコンからなる内径１８０ｍｍ、外形２００ｍｍ、厚さ４ｍｍのリング状のものを中心角９０度で切断して４つのパーツとした載置治具１６が再度同心円状に配置される。載置治具１６はそれぞれのパーツの切断面、内周、外周等の端面は面取りおよび研磨を施した。この時分割した載置治具１６のパーツ（１）とパーツ（２）、パーツ（３）、パーツ（４）の間は２ｍｍの隙間を空けて配置した。その後、シリコン半導体基板１７をマザーボート１５上の載置治具１６上に移載治具（図示せず）により載置した。
【００１９】
この直径３００ｍｍのシリコン半導体基板１７が載置された熱処理ボート１０を縦型熱処理炉（図示せず）に挿入し熱処理を実施した。シリコン半導体基板１７の間隔は１１ｍｍ、熱処理の最高温度は１２４０℃、最高温度までの昇降温速度は１℃／分、その温度での保持時間は２時間とした。
【００２０】
熱処理後熱処理ボート１０を炉外に取り出し、載置治具１６とシリコン半導体基板１７を確認したところ、載置治具１６の各パーツにおいて１ヶ所ずつ両者が接着しているところが確認された。しかし、Ｘ線トポグラフ法で本シリコン半導体基板１７を評価したところ、スリップは発生していないことが確認された。これは載置治具１６が分割されているため、載置治具１６とシリコン半導体基板１７が接着してもその間に拘束力が生ぜず、その結果基板に付加的な応力が発生しなかったためと考えられる。
【００２１】
【実施例２】
また、他の実施例として、図２（ｂ）に示す載置治具２６について説明する。実施例１で用いたものと同じリング形状の載置治具を今度は中心角１２０度で切断し３つのパーツとした載置治具２６を用いた。その上に直径３００ｍｍのシリコン半導体基板１７を載置し、実施例１と同じ熱処理を施し、Ｘ線トポグラフ法でシリコン半導体基板１７を評価したところスリップは発生していないことが確認された。
【００２２】
【実施例３】
また、他の実施例として、載置治具の分割数を２，５，８，１２，１６と分割し、それぞれの分割したパーツをマザーボート１５上に載置し、その上に直径３００ｍｍのシリコン半導体基板１７を載置し、実施例１と同様の熱処理を行い、熱処理後の評価を行ったところ、実施例１と同様スリップは発生していないことが確認された。
【００２３】
【実施例４】
また、他の実施例として、図１（ｂ）に示すように、載置治具１６の裏面にくさび形状を有する凹部１９を形成し、マザーボート１５表面のくさび形状を有する凸部１８と勘合するような形状とした。これにより熱処理後半導体基板１７に接着した載置治具１６が半導体基板回収時基板と同時に回収されることや、半導体基板回収時の脱落により他部品への破損等を防止できることが確認された。
【００２４】
また、比較例として、分割する前のリング状治具を用いて、その上に直径３００ｍｍのシリコン半導体基板１７を載置し、実施例１と同様の熱処理を施した。その結果熱処理ボート奥側を時計の１２時方向としたとき、１２時および６時位置の２ヶ所で載置治具と半導体基板の間で接着が生じていた。この半導体基板を熱処理後Ｘ線トポグラフ法でシリコン半導体基板を評価したところ、接着箇所を基点として高密度のスリップが導入していることが確認できた。これは熱処理時に接着した各接着箇所間で拘束が発生して接着箇所に応力が集中しその部分からスリップが発生したものと考えられる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、熱処理時に特定場所への応力集中を低減し、支持治具と半導体基板が接着したとしても付加的な応力が発生せず、応力不均等に由来するスリップの発生を抑制し、さらに、粉末を使うことによる半導体基板の汚染を解決した熱処理ボートを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱処理ボートを模式した図である。
【図２】本発明の載置治具を３分割、４分割した模式図である。
【図３】従来の縦型熱処理炉用熱処理治具の全体を示す図である。
【符号の説明】
１，１０熱処理ボート、
２，１２開口部、
３，１３支柱、
４基板支持部、
５上部天板、
６下部天板、
１３ａ支柱側部、
１４腕部、
１４ａ腕部先端、
１５マザーボート、
１６，２６載置治具、
１７半導体基板、
１８くさび状凸部、
１９くさび状凹部

Claims

半導体基板を熱処理する縦型の熱処理炉に用いられる熱処理ボートにおいて、
離間配置された上下一対の天板を連結する複数本の支柱と、
前記半導体基板が載置される、複数個のパーツに分割された載置治具と、
前記支柱それぞれの側部から、前記載置治具上に載置される前記半導体基板の中心方向へ向かって延伸した腕部と、
前記腕部の先端に配置されたマザーボートとを備え、
前記載置治具は、前記マザーボート上に可動に載置されている
ことを特徴とする、半導体基板の熱処理ボート。
前記マザーボートは、リング状のものが分割されて形成されている
ことを特徴とする、請求項１記載の半導体基板の熱処理ボート。
前記載置治具は、リング状のものが複数個のパーツに分割されて形成されている
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の半導体基板の熱処理ボート。
前記載置治具の各パーツは、互いに隙間を空けて配置されている
ことを特徴とする、請求項３記載の半導体基板の熱処理ボート。
前記マザーボートは上面にくさび状凸部を有しているとともに、前記載置治具は裏面にくさび状凹部を有し、前記凸部と前記凹部とは取り外し可能に嵌合している
ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の半導体基板の熱処理ボート。
前記凹部は、前記載置治具上に載置される前記半導体基板の径方向の幅が、前記凸部よりも大きく形成され、
前記凹部は、前記凸部に対して前記径方向にスライド可能に嵌合している
ことを特徴とする、請求項５記載の半導体基板の熱処理ボート。
半導体基板を熱処理する縦型の熱処理炉において、離間配置された上下一対の天板を連結する複数本の支柱と、複数個のパーツに分割され前記半導体基板が載置される載置治具と、前記支柱それぞれの側部から前記載置治具上に載置される前記半導体基板中心方向へ向かって延伸した腕部と、該腕部の先端に配置されその上に前記載置治具が可動に載置されるマザーボートとを有する熱処理ボートの前記載置治具に、前記半導体基板を載置し熱処理する
ことを特徴とする、半導体基板の熱処理方法。