JPH06104269A - 半導体ウェーハの熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ドナーキラー熱処理の信頼性を高め、ウェー
ハ面内の抵抗率分布、酸素析出特性を均一化することが
できる半導体ウェーハの熱処理装置を得る。 【構成】 熱処理装置において、加熱ゾーン２２および
冷却ユニット２２ｃをウェーハ搬送経路に沿って直列に
配設する。カセットローダ２１からウォーキングビーム
２７ａ〜２７ｆに直接ウェーハを移載し、ウォーキング
ビーム２７ａ〜２７ｆによって加熱炉である石英チュー
ブ２８内を一定速度で搬送する。冷却用のトンネル内で
もウォーキングビームにウェーハを搭載して一定速度で
搬送し、カセットアンローダ２３に排出する。加熱温
度、搬送速度はトップ、ボトムから切り出したシリコン
ウェーハにより最適に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えばシリコンウェーハ
についてドナーキラー熱処理を行うための半導体ウェー
ハの熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンの単結晶の製造法として、石英
るつぼ内の溶解したシリコン中から単結晶を成長させる
ＣＺ（チョクラルスキー）法が広く使用されている。と
ころが、シリコン単結晶を引き上げる際に、石英るつぼ
がわずかながら溶け、溶解したシリコン中に酸素が混入
する。溶解したシリコンに溶け込んだ酸素は、単結晶シ
リコンの成長とともに、その結晶内に混入し、その後の
引き上げ過程の熱履歴により、サーマルドナーとして残
留する。この結果、成長した単結晶中にサーマルドナー
がドープするため、純粋なシリコン単結晶を得ることが
困難となってしまう。

【０００３】サーマルドナーがドープしたシリコンウェ
ーハを半導体デバイスの製造に使用した場合、このサー
マルドナーによりシリコンウェーハの抵抗率が均一でな
くなるため、半導体デバイスの品質が一定でなくなる。
すなわち、サーマルドナーは小量のアクセプタの不純物
を打ち消し、シリコンウェーハをＮ型にしてしまう。ま
たは、Ｐ型であってもシリコンウェーハは、意図しない
にもかかわらず、より低い抵抗率を示してしまう。した
がって、半導体デバイスの品質を一定にするため、半導
体デバイスの製造プロセスの前に、サーマルドナーを減
少させる必要がある。

【０００４】このドナー消去の一つの方法として、従来
より以下の熱処理が行われてきた。すなわち、成長した
シリコン単結晶棒は複数枚のウェーハにスライスされ、
熟練した者によりラッピング、エッチングの処理が行わ
れる。エッチング処理の後、サーマルドナーを減少させ
るため、５００℃以上で熱処理（ドナーキラー熱処理）
を行う。熱処理に要する時間および温度の関係を図６に
示す。この図の直線Ａからも理解できるように、シリコ
ンウェーハの熱処理の温度が上昇するに従い、熱処理時
間が減少する。

【０００５】しかしながら、このような従来のドナーキ
ラー熱処理のプロセスは、熱エネルギーの変動の影響を
受けやすいものであった。例えば、熱処理後のシリコン
ウェーハを４５０℃付近で急速に冷却しなければ、サー
マルドナーが減少するどころか逆に再発生してしまう。
このような問題は、８インチ等の大きな熱容量のかつ大
きなサイズのシリコンウェーハに顕著に生ずる。さら
に、シリコンウェーハを７００℃付近で長時間加熱する
と、酸素に起因するニュードナーと呼ばれる別のドナー
が発生してしまう。したがって、正確な温度制御を行う
ことが半導体ウェーハの熱処理装置に要求されている。

【０００６】また、近年は、半導体集積回路の集積度が
向上するにしたがい、回路素子のサイズが小さくなり、
シリコンウェーハはよりサイズの大きなものが使用され
ている。多数の半導体デバイスがサイズの大きな単一の
シリコンウェーハ上に形成され、その品質が均一である
ことが求められている。したがって、半導体デバイスの
製造に際しては、サイズの大きなシリコンウェーハが均
一の特性を有することが要求されている。このためには
シリコンウェーハの熱処理プロセスが正確に制御されな
ければならない。また、このような熱処理は、イントリ
ンシックゲッタリングにおける酸素の析出核の形成にも
関与することからも、精密に制御される必要がある。

【０００７】従来の熱処理システムの一例を図７に示
す。この第１の熱処理システムは、概略説明すると、ウ
ェーハローディングゾーン１、加熱ゾーン２、冷却ゾー
ン３を有している。このウェーハローディングゾーン１
において、カセット４から複数のシリコンウェーハ５を
横型のボート１ａ上に移載する。加熱ゾーン２におい
て、ボート１ａを管状の横型加熱炉２ａ内に搬入し、制
御部２ｂにより予め定められた温度プロファイルにした
がい、この横型加熱炉２ａにおいてシリコンウェーハ５
を加熱する。このとき、ボート１ａは横型加熱炉２ａ内
に静止している。

【０００８】加熱処理の後、ボート１ａを横型加熱炉２
ａから取り出し、冷却ゾーン３に搬入する。冷却ゾーン
３は複数の冷却ファン３ａを備え、冷却ファン３ａによ
り冷気をボート１ａ上のシリコンウェーハ５に吹き付け
る。冷気はシリコンウェーハ５を急速に冷却し、４５０
℃付近で加速度的にその温度を下げる。このとき、ボー
ト１ａは冷却ゾーン３内において静止したままである。

【０００９】従来の熱処理システムの他の例を図８に示
す。この第２の熱処理システムは垂直に立設した管状の
縦型加熱炉６ａを備えている。シリコンウェーハ７はロ
ーディングセクション９においてカセットから縦型のボ
ート９ａに積載される。そして、ボート９ａを立設した
縦型加熱炉６ａの底部から装入する。ボート９ａは縦型
加熱炉６ａ内に静置される。そして、予め定められた温
度プロファイルにしたがい、制御部６ｂにより縦型加熱
炉６ａの温度を制御し、熱処理を施す。熱処理後、ボー
ト９ａを縦型加熱炉６ａ内から取り出し、シリコンウェ
ーハ７を上述した冷却ファン３ａにより急速に冷却す
る。この縦型加熱炉６ａは、８インチのシリコンウェー
ハのようにサイズの大きなものの熱処理に適している。

【００１０】さらに、急速加熱炉を用いた従来の第３の
熱処理システムを図９に示す。この熱処理システムは、
輻射器１０ｂに囲まれた加熱炉１０ａ、タングステンハ
ロゲンランプ群１０ｃを備えている。加熱炉１０ａの入
口は炉口フランジ１０ｄにより覆われており、ガスパー
ジノズル１０ｅは加熱炉１０ａ内に挿入されている。放
射温度計１０ｆは加熱炉１０ａ内の温度を計るものであ
り、石英サセプタ１０ｇは加熱炉１０ａ内に配設されて
いる。

【００１１】タングステンハロゲンランプ群１０ｃから
赤外線を加熱炉１０ａに照射し、石英サセプタ１０ｇ上
に載置されたシリコンウェーハ１１を加熱する。加熱炉
１０ａは、５００℃〜７００℃に設定可能で、上述した
熱処理システムに比べて温度が高いものである。この熱
処理システムにあっても、シリコンウェーハ１１は加熱
炉１０ａ内に静置された状態で加熱される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述した第１、第２の
従来の熱処理システムは、各シリコンウェーハの品質の
ばらつきを考慮して、シリコンウェーハを６００℃〜６
５０℃の範囲で３０分〜６０分の間加熱している。酸素
ドナーはこのように比較的に低い温度で増加しがちであ
るが、熱処理は安定したものとなっている。しかしなが
ら、第１、第２の従来の熱処理システムにあっては、貧
弱な操作性、誤った加熱処理の発生、低生産性、不所望
のゴミの付着、熱処理の不均一性という問題が生じてい
た。細述すると、ボート上に載置された、複数のシリコ
ンウェーハは、加熱炉において同時に加熱される。とこ
ろが、もし、ボートがシリコンウェーハで満たされてい
ない場合には、熱容量を均一にするためダミーのウェー
ハを熱処理すべきシリコンウェーハとともにボート上に
載置する必要がある。このため、第１、第２の従来の熱
処理システムにあっては、各ボート毎にダミーのウェー
ハが載置されているか否かを判断しなければならず、操
作性に劣るものであった。

【００１３】さらに、加熱炉が複数のボートを格納する
のに十分に長ければ、複数のボートに搭載して同一サイ
ズのシリコンウェーハを同時に加熱することが可能であ
る。ところが、いずれかのボートに異なったサイズのシ
リコンウェーハが載置されている場合、この熱処理シス
テムはこれらのシリコンウェーハには不適当なものとな
る。したがって、第１、第２の従来の熱処理システムに
固有の問題として、誤った加熱処理がなされる可能性が
高いという点を第２の問題として掲げることができる。

【００１４】第３の問題はバッチ処理に起因するもので
ある。ボートは加熱炉内に静止した状態で加熱処理され
るため、大量のシリコンウェーハについて熱処理を行う
場合、オペレータはボートを入れ換える必要がある。こ
の結果、その処理毎に、加熱炉の温度が変動しており、
その処理毎に温度調整が必要である。したがって、第
１、第２の従来の熱処理システムにあっては、低生産性
という問題が生じていた。

【００１５】上述したように、加熱後、シリコンウェー
ハは、冷却ファンにより急速に冷却されるが、このと
き、シリコンウェーハは空気中に含まれる微小のゴミに
より汚染されやすい。このような微小のゴミはシリコン
ウェーハの品質低下を招くとともに、半導体デバイスの
製造不良という問題に至るものである。

【００１６】第１、第２の従来技術における第４の問題
は、不均一な熱処理に関するものである。これは、ボー
トがシリコンウェーハを保持していることから、両者が
接触する部分の温度が低下しやすいことに起因するもの
である。この結果、シリコンウェーハの面内での抵抗率
が不均一となり、半導体デバイスの不良が生じていた。
このように、従来の第１、第２の熱処理システムは種々
の問題を抱えていた。

【００１７】さらに、急速加熱炉を備えた第３の従来の
熱処理システムにあっては、石英サセプタ上には１枚の
シリコンウェーハが載置されているため、上記第１、第
２の従来技術における問題は生じない。しかしながら、
この加熱炉では、生産性が低いという問題が生じる。ま
た、各シリコンウェーハ間でその表面状態が異なる場
合、５００℃〜７００℃の中温領域においてはその表面
状態により熱反射率のばらつきは大きなものとなる。シ
リコンウェーハの表面状態が均一でない場合、不均一な
温度分布が一枚のシリコンウェーハにおいて生じる。こ
の結果、第３の熱処理システムにより処理されたシリコ
ンウェーハの面内抵抗率は不均一な分布となりやすい。

【００１８】

【発明の目的】そこで、本発明は、操作性の向上、誤処
理の防止、生産性の向上、不所望のゴミの混入防止、均
一な熱処理が可能な半導体ウェーハの熱処理装置を提供
することを、その目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、半導体ウェーハを供給するウェーハ供給部と、半導
体ウェーハが排出されるウェーハ排出部と、上記ウェー
ハ供給部からウェーハ排出部まで延びる搬送経路を有
し、この搬送経路を介して半導体ウェーハを１枚ずつウ
ェーハ供給部からウェーハ排出部に所定速度で搬送する
搬送手段と、この搬送経路の途中に設けられ、搬送手段
により搬送されている途中の半導体ウェーハを加熱する
加熱手段と、上記搬送経路にあって加熱手段の下流側に
設けられ、搬送中の半導体ウェーハを冷却する冷却手段
とを備えた半導体ウェーハの熱処理装置である。

【００２０】請求項２に記載した発明は、上記半導体ウ
ェーハはシリコンウェーハである請求項１に記載の半導
体ウェーハの熱処理装置である。

【００２１】請求項３に記載した発明は、上記加熱手段
の、上記半導体ウェーハを一定の温度に加熱可能な部分
の搬送経路方向の長さをｌｘ（ｍｍ）、その一定温度を
Ｔ（℃）、上記搬送手段による半導体ウェーハの搬送速
度をＶ（ｍｍ／秒）、その半導体ウェーハの厚さをｔｘ
（μｍ）、定数をａ（ａ＝１８０〜２００）とした場
合、これらは次式を満たす請求項２に記載の半導体ウェ
ーハの熱処理装置である。 Ｖ＝（０．３Ｔ−ａ）・（ｌｘ／９００）・（６５０／ｔｘ）

【００２２】請求項４に記載の発明は、上記搬送速度お
よび上記加熱温度を直交座標の縦横両軸に配したグラフ
で表した場合、第１の座標(PT1)（５ｍｍ／秒，６５０
℃）、第２の座標(PT2)（２１ｍｍ／秒，６９５℃）、
第３の座標(PT3)（２．５ｍｍ／秒，６５５℃）、第４
の座標(PT4)（８ｍｍ／秒，６８０℃）、第５の座標(PT
5)（１３ｍｍ／秒，６９５℃）および第６の座標(PT6)
（２１ｍｍ／秒，７１０℃）の各座標を結ぶ近似直線に
より囲まれた領域(R3)における加熱温度および搬送速度
の条件に基づき、上記搬送手段は上記半導体ウェーハを
搬送するとともに、上記加熱手段は当該半導体ウェーハ
を加熱する請求項２に記載の半導体ウェーハの加熱装置
である。

【００２３】請求項５に記載の発明は、上記搬送手段
は、不活性ガスで満たされた石英製のチューブ内に配設
された請求項１に記載の半導体ウェーハの熱処理装置で
ある。

【００２４】請求項６に記載の発明は、上記加熱手段は
複数の加熱部を有し、これらの加熱部は発熱部材および
温度検出部材をそれぞれ有する請求項１に記載の半導体
ウェーハの熱処理装置である。

【００２５】請求項７に記載の発明は、上記搬送手段に
よる搬送を制御するとともに、上記温度検出部材によっ
て検出された温度に基づき発熱部材の発熱を、上記複数
の加熱部のそれぞれについて独立に制御する制御手段を
有する請求項６に記載の半導体ウェーハの熱処理装置で
ある。

【００２６】

【作用】本発明に係る半導体ウェーハの熱処理装置で
は、ウェーハ供給部からウェーハ排出部までウェーハ搬
送機構により半導体ウェーハを１枚ずつ搬送する。そし
て、その搬送経路の途中にあって半導体ウェーハは加熱
手段により加熱され、その後冷却手段によって冷却され
る。

【００２７】すなわち、ドナーキラー熱処理を半導体ウ
ェーハの１枚ずつについて連続的に行うことができる。
また、多数の半導体ウェーハの熱処理を同一条件のもと
に行うことができる。

【００２８】また、本発明によれば、制御手段によって
加熱温度と搬送速度（加熱時間）とを制御するため、サ
ーマルドナーの消去と酸素析出特性との両者を好適に満
たす最適な条件を設定することができる。この結果、当
該熱処理装置によれば、面内で好適な抵抗率分布を有
し、均一な酸素析出特性を有するシリコンウェーハを生
産性よく得ることができる。

【００２９】さらに、本発明によれば、半導体ウェーハ
が一枚毎に順次、搬送手段によって加熱手段から冷却手
段へと自動的に搬送される。したがって、複数枚の半導
体ウェーハを搭載したボート毎に加熱処理を行う従来の
熱処理装置と比べて、以下の効果を得ることができる。
すなわち、各ボート毎の熱容量を等しくするためにダミ
ーの半導体ウェーハを使用する必要がなくなる。また、
半導体ウェーハを一枚毎に熱処理するため、サイズの異
なる半導体ウェーハであっても容易に加熱処理を行うこ
とができる。

【００３０】また、本発明によれば、複数の加熱部を独
立に制御することにより、半導体ウェーハについてドナ
ーキラー熱処理等を精密に行うことができる。

【００３１】

【実施例】図１〜図６は本発明の一実施例に係る熱処理
装置を説明するための図である。図１に示すように、こ
の熱処理装置は、概略、カセットローダ２１、加熱ゾー
ン２２、カセットアンローダ２３、制御部２４を備えて
いる。また、この熱処理装置は、ファン２５ａ、空気清
浄器２５ｂを備えたクリーンルーム２５内に配設されて
いる。クリーンルーム２５、ファン２５ａ、空気清浄器
２５ｂは、空気の循環経路を形成し、空気中のチリ、ゴ
ミ等が除去される構成となっている。

【００３２】カセットローダ２１は、ターンテーブル２
１ａ、ロボットハンド２１ｂ、ブリッジテーブル２１ｃ
を備えている。シリコンウェーハＷを保持するカセット
２６は、ターンテーブル２１ａ上を移動する構成であ
る。それぞれのカセット２６は複数のシリコンウェーハ
Ｗを縦置きにして保持し、ブリッジテーブル２１ｃの正
面の供給位置に向けて断続的に移送される。

【００３３】ロボットハンド２１ｂは、供給位置のカセ
ット２６からシリコンウェーハＷを順に取り出し、ブリ
ッジテーブル２１ｃ上に載置する。すべてのシリコンウ
ェーハＷが取り出された空のカセット２６はブリッジテ
ーブル２１ｃの正面から遠ざかるように移動するととも
に、次のカセット２６がこの供給位置まで移動する。ま
た、空のカセット２６はターンテーブル２１ａから取り
除かれ、シリコンウェーハＷを保持した他のカセット２
６に置き換えられる。

【００３４】加熱ゾーン２２は、概略、搬送機構２２
ａ、加熱ユニット２２ｂ、冷却ユニット２２ｃを備えて
いる。搬送機構２２ａは加熱ゾーン２２において延設さ
れ、カセットローダ２１近傍の入口、カセットアンロー
ダ２３へ通じる出口を備えている。搬送機構２２ａは、
列設された加熱ユニット２２ｂ、冷却ユニット２２ｃか
らカセットアンローダ２３への出口に通じている。加熱
ユニット２２ｂ、冷却ユニット２２ｃを通過する際、そ
れぞれのシリコンウェーハＷは加熱された後に冷却さ
れ、サーマルドナーは加熱処理によって効果的に減少す
るものである。

【００３５】図２、図３に、加熱ユニット２２ｂにおけ
る搬送機構２２ａの一部を示す。搬送機構２２ａはウォ
ーキングビーム搬送機構により構成され、５段階のウォ
ーキングビームが加熱ユニット２２ｂに割り当てられて
いる。加熱ユニット２２ｂに割り当てられたそれぞれの
ウォーキングビームセクションは、６本のウォーキング
ビーム２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅ，２７
ｆを備えて構成されている。これらのウォーキングビー
ム２７ａ〜２７ｆは石英チューブ２８内に配設されてい
る。すなわち、石英チューブ２８内にはウォーキングビ
ーム２７ａ〜２７ｆがその長手方向に対して平行に収容
されている。中空の石英チューブ２８はその断面が略矩
形をなしている。石英チューブ２８内に配設されたウォ
ーキングビーム２７ａ〜２７ｆ上にはシリコンウェーハ
Ｗが載置され、そして、このシリコンウェーハＷは次の
ウォーキングビームへと搬送される構成となっている。

【００３６】図示していないが、ガスノズルが石英チュ
ーブ２８の一端に配設され、不活性ガス（例えば窒素ガ
ス）が中空の石英チューブ２８内に流れ込む構成となっ
ている。図３に示すように、窒素ガスは、石英チューブ
２８の他端に配設された吸入用のノズル３０により吸い
込まれる構成となっている。よって、加熱ユニット２２
ｂを通過する際、シリコンウェーハＷは窒素ガス中に閉
じ込められ、大気に触れることがなくなる。

【００３７】加熱ユニット２２ｂには、石英チューブ２
８に沿って、予め定められた長さの上側、下側の各ヒー
タ２９ａ、２９ｂが配設されている。これらのヒータ２
９ａ、２９ｂに代えて、赤外線ランプを使用することも
可能である。ヒータ２９ａ、２９ｂの長さは１５００ミ
リメートルであり、シリコンウェーハＷを６００℃以上
で加熱可能なものである。５つのウォーキングビームセ
クションは、図１の加熱ユニット２２ｂのヒータブロッ
ク２２ｂａ，２２ｂｂ，２２ｂｃ，２２ｂｄ，２２ｂｅ
に対応している。５つのヒータブロック２２ｂａ〜２２
ｂｅはそれぞれ独立に制御可能なものである。この場
合、５つのヒータブロック２２ｂａ〜２２ｂｅは、後述
するように各々予め定められた温度に設定される。すな
わち、たとえシリコンウェーハＷが同一のシリコン単結
晶棒からスライスされたものであったとしても、各シリ
コンウェーハＷは厳密には同一の品質、特性を有してい
ない。この場合、各シリコンウェーハＷ毎に設定された
最適な温度プロファイルにしたがい、シリコンウェーハ
Ｗのサーマルドナーを効果的に低減することができるも
のである。

【００３８】柱状をなすシリコン単結晶棒の上部（トッ
プ）および下部（ボトム）の部分から、試験用のシリコ
ンウェーハを切り出し、それぞれのシリコンウェーハに
ついて実験により熱処理での最適な温度プロファイルを
探し出す。すなわち、熱電対（未図示）を試験用の各シ
リコンウェーハに取り付け、その温度の変動を監視す
る。また、熱処理後のシリコンウェーハの抵抗率および
析出した酸素を測定する。試験用のシリコンウェーハに
供給された熱エネルギーは、例えば、７００℃で２１秒
間、６８５℃で３１秒間、５９０℃で１００秒間、５６
５℃で１４４０秒間（２４分間）加熱したものに相当す
る（図６）。この方法によって、熱処理のシミュレーシ
ョンが試験用のシリコンウェーハに対して行われる。同
一のシリコン単結晶棒から切り出した各シリコンウェー
ハに関する温度プロファイルは、試験用のシリコンウェ
ーハを用いることによって、より一層の最適化を図るこ
とができ、その搬送速度についてはこの温度プロファイ
ルに対応して決定される。

【００３９】図４にサーマルドナーおよび酸素の析出が
生じない制御範囲を示す。この図の直線Ｐ１は、シリコ
ン単結晶棒のボトム部から切り出されたシリコンウェー
ハＷのサーマルドナーについての境界条件を示してい
る。石英チューブ２８の搬送速度および加熱温度の関係
を示す直線Ｐ１に対して左側の領域で示された条件によ
ると、シリコン単結晶棒のボトム部から切り出されたシ
リコンウェーハＷにはかなりの量のサーマルドナーが残
存し、半導体デバイスの規格を満足させることはほとん
ど不可能となる。一方、図中直線Ｐ１の右側の条件によ
る場合には、シリコン単結晶棒のボトム部から切り出さ
れたシリコンウェーハＷにおけるサーマルドナーを十分
に低減させることができ、サーマルドナー等は設計規格
の基準値以下になる。

【００４０】図中の直線Ｐ２は、シリコン単結晶棒のト
ップ部から切り出されたシリコンウェーハＷについての
温度および搬送速度の関係を示したものである。すなわ
ち、直線Ｐ２の左側の領域の条件によると、シリコン単
結晶棒のトップ部から切り出されたシリコンウェーハＷ
にはかなりの量のサーマルドナーが含まれ、半導体デバ
イスの規格を満足させることはほとんど不可能となる。
ところが、図中直線Ｐ２の右側の領域の条件によれば、
このシリコンウェーハＷにおけるサーマルドナーを十分
に低減させることができ、シリコンウェーハＷは許容し
得るものとなる。

【００４１】図中曲線Ｐ３は酸素析出特性についての境
界条件を表し、シリコン単結晶棒のトップ部およびボト
ム部の両部分から切り出されたシリコンウェーハＷにつ
いて適用されるものである。曲線Ｐ３の右側の領域の条
件によれば、シリコンウェーハＷに過剰の酸素が析出
し、シリコンウェーハＷは集積回路の製造には不適当な
ものとなる。一方、曲線Ｐ３の左側の領域の条件によれ
ば、酸素析出量は減少し、シリコンウェーハＷは半導体
集積回路の製造に適したものとなる。

【００４２】この結果、線Ｐ２およびＰ３に囲まれた領
域Ｒ３で表された条件にしたがう限り、シリコン単結晶
棒の位置に関係なく、シリコンウェーハＷは、抵抗率の
制御容易性を考慮した設計規格を満足させるものとな
る。領域Ｒ３は、およそ第１、第２、第３の近似直線に
より表され、第１の近似直線は第１の座標ＰＴ１（５ミ
リメートル／秒、６５０℃）、第２の座標ＰＴ２（２１
ミリメートル／秒、６９５℃）により決定される。第２
の近似直線は第３の座標ＰＴ３（２.５ミリメートル／
秒、６５５℃）、第４の座標ＰＴ４（８ミリメートル／
秒、６８０℃）により決定される。第３の近似直線は第
５の座標ＰＴ５（１３ミリメートル／秒、６９５℃）、
第６の座標ＰＴ５（２１ミリメートル／秒、７１０℃）
により決定される。

【００４３】線Ｐ１およびＰ２により囲まれた領域Ｒ２
は、シリコン単結晶棒のトップ部から切り出されたシリ
コンウェーハＷについてのみ適用される。領域Ｒ１はす
べてのシリコンウェーハに対して適用し得ないものであ
る。シリコン単結晶棒のトップ部から切り出されたシリ
コンウェーハＷは、高温、長時間の加熱を必要とし、比
較的に広い温度範囲にわたって搬送速度が遅いほど、シ
リコンウェーハＷ中に多くの酸素が析出する。これらの
傾向は、シリコンウェーハＷがＰ型、Ｎ型のいかんにか
かわらず、見受けられるものである。曲線Ｐ３は、シリ
コン単結晶棒の位置にかかわらず、適用し得る条件を示
したものであるが、析出酸素量の減少は、シリコン単結
晶のボトム部から切り出されたシリコンウェーハを高温
で加熱した場合に顕著にあらわれる。さらに、この酸素
は、シリコンウェーハの表面中心部において析出しやす
いものである。

【００４４】熱処理は、サーマルドナーおよび酸素析出
量だけでなく、酸素析出によるＢＭＤ（ｂｕｌｋ ｍｉ
ｃｒｏ ｄｅｆｅｃｔ）にも影響を与える。図５は、酸
素濃度が低い（１．１〜１．３×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ³）結晶についてのＢＭＤの量、石英チューブ２８の
温度、シリコンウェーハの搬送速度との関係を示すもの
である。細い実線、破線、太い実線は、それぞれ搬送速
度が１４ミリメートル／秒、２０ミリメートル／秒、２
４ミリメートル／秒であることを示している。酸素濃度
の低いシリコンウェーハは、高温の熱処理が行われたシ
リコンウェーハに関する限り、そのＢＭＤが減少する。
このことは、石英チューブ２８の搬送速度および加熱、
冷却のための温度を制御する際に考慮される。

【００４５】最適な搬送速度および温度の情報は、コン
ピュータシステムにより構成される制御部２４のデータ
記憶部に記憶される。この情報にしたがい制御部２４
は、各ウォーキングビームセクションを制御する。複数
の温度計３１のそれぞれはヒータブロック２２ｂａ〜２
２ｂｅに埋設され、各ヒータブロックの温度は温度計３
１により計測されるものである。各ヒータブロックの温
度情報は制御部２４に送られ、データ記憶部に記憶され
た温度プロファイルにしたがいヒータ２９ａ、２９ｂは
制御される。加熱ユニット２２ｂの熱容量はシリコンウ
ェーハＷに比べてはるかに大きいため、３インチから８
インチまでの大口径のシリコンウェーハまでほぼ同一条
件での熱処理が可能である。

【００４６】５つのウォーキングビームセクションは冷
却ユニット２２ｃに対応して設けられており、各ウォー
キングビームセクションは６本の石英のウォーキングビ
ームにより構成されている。加熱処理されたシリコンウ
ェーハＷが搬送機構２２ａの出口に達すると、シリコン
ウェーハＷは順次加熱ユニット２２ｂから冷却ユニット
２２ｃへと供給される。シリコンウェーハＷは冷却ユニ
ット２２ｃのトンネル内を進み、冷却ガスにさらされ
る。冷却ガスは循環システムあるいは非循環システムに
より供給される。図示していないが、温度計が冷却ユニ
ット２２ｃに配設され、トンネル内の温度を制御部２４
に入力する構成となっている。制御部２４はシリコンウ
ェーハＷおよびウォーキングビームセクションに吹き付
けるガスの量を制御するとともに、シリコンウェーハＷ
にサーマルドナーが生ずるのを防止するためにシリコン
ウェーハＷを４５０℃付近で急速に冷却するものであ
る。

【００４７】カセットアンローダ２３には、ターンテー
ブル２３ａ、ロボットハンド２３ｂ、ブリッジテーブル
２３ｃが配設されている。空のカセット３２はターンテ
ーブル２３ａ上を巡回し、そしてブリッジテーブル２３
ｃの正面位置に達するものである。シリコンウェーハＷ
は順に冷却ユニット２２ｃに運ばれ、ロボットハンド２
３ｂはアンローディングポジションにおいて空のウェー
ハカセット３２にシリコンウェーハＷを挿入する。カセ
ット３２に予め定められた枚数のシリコンウェーハが装
着されると、カセット３２は断続的に移動する。

【００４８】この結果、シリコンウェーハＷで満たされ
たカセット３２はアンローディングポジションから離
れ、新たにに空のカセット３２がアンローディングポジ
ションに到達する。なお、後述するように、シリコンウ
ェーハＷｘを保持したカセット２６はローディングポジ
ションに移動し、ロボットハンド２１ｂはウェーハカセ
ット２６からシリコンウェーハＷｘをブリッジテーブル
２１ｃを介して搬送機構２２ａに供給する。

【００４９】シリコンウェーハＷｘはウォーキングビー
ムセクションに送られ、ヒータ２９ａ、２９ｂが配設さ
れた石英チューブ２８を２０ミリメートル／秒の速度で
通過する。例えば、最終のヒータブロック２２ｂｅは６
８５℃の温度に調節され、シリコンウェーハＷｘは最終
のヒータブロック２２ｂｅを１５秒で通過する。また、
仮にシリコンウェーハＷの厚さを６２５μｍとすると、
搬送速度Ｖは以下のようになる。すなわち、Ｖ＝（０．
３Ｔ−ａ）・（ｌｘ／９００）・（６５０／ｔｘ）＝
９．５から４４．３ミリメートル／秒となる。

【００５０】ここで、Ｔは６８５℃、Ｌｘは１５００ミ
リメートル、ａは１８０〜２００である。定数ａはシリ
コン単結晶棒のトップ部から切り出されたシリコンウェ
ーハＷｘに基づいて予め決定されるものである。仮に、
シリコンウェーハＷｘがシリコン単結晶棒のトップ部か
ら切り出されたものであった場合、定数ａの範囲は１８
７から１９３となり、シリコンウェーハＷｘは比較的に
長時間加熱される。これは、シリコン単結晶棒のトップ
部におけるサーマルドナーの除去が困難であることを考
慮したものである。よって、搬送機構２２ａは２１．７
〜３２．１ミリメートル／秒の速度に制御され、シリコ
ンウェーハＷｘにおけるサーマルドナーは除去されるも
のである。

【００５１】シリコンウェーハＷｘは、加熱ユニット２
２ｂから冷却ユニット２２ｃに進み、ウォーキングビー
ムセクションによって連続的に搬送される。シリコンウ
ェーハＷｘが冷却ユニット２２ｃを通過する間、サーマ
ルドナーが再発生することのないようシリコンウェーハ
Ｗｘは急速に冷却され、シリコンウェーハＷｘは搬送機
構２２ａの出口において６０℃となる。サーマルドナー
は約４５０℃において増大する傾向にあるため、シリコ
ンウェーハＷｘは４５０℃付近において急速に冷却され
る必要があるが、搬送機構２２ａの出口において４５０
℃よりもわずかに低くてもよい。例えば、シリコンウェ
ーハＷｘが４４０℃であったとしても、熱処理プロセス
においては問題がない。

【００５２】シリコンウェーハＷｘが搬送機構２２ａの
出口に達すると、シリコンウェーハＷｘはブリッジテー
ブル２３ｃに進み、ロボットハンド２３ｂがこれを空の
カセット３２内に挿入する。カセット３２がシリコンウ
ェーハによって満たされると、カセット３２はターンテ
ーブル２３ａから離れ、カセットは所定の位置に停止す
る。

【００５３】したがって、本実施例に係る半導体ウェー
ハの熱処理装置によれば、いかなるダミーのシリコンウ
ェーハをも必要としないため、煩雑な作業を回避するこ
とが可能となる。予め定められた枚数のシリコンウェー
ハＷはカセットから取り出され、空のカセットに移され
る。これは、全てのシリコンウェーハは同一のサイズで
あることを意味している。さらには、石英チューブ２８
は多数のシリコンウェーハを高温で一斉に加熱するた
め、熱処理を効率よく行うことが可能となるものであ
る。また、本実施例に係る熱処理システムはクリーンル
ーム内に配設されているため、シリコンウェーハにゴミ
等が混入、付着することを防止することができる。これ
に加えて、シリコンウェーハＷがウォーキングビームシ
ステムにより搬送されながら、その表面全体に高温の空
気が吹きつけられる。この結果、シリコンウェーハ全体
に均一な熱処理を行うことが可能となる。

【００５４】すなわち、バッチ式の熱処理炉の熱処理で
の安定性と、急速加熱炉の操作性の両方の利点を兼ね備
え、ロット枚数に関係なく、また、異なる径の半導体ウ
ェーハでもそのカセットの取り替えのみで対応すること
ができ、半導体ウェーハのフレキシブルなドナーキラー
熱処理と、この信頼性を高めることができる。また、半
導体ウェーハについてその全面に均一な熱処理を施すこ
とができ、そのウェーハ全面の抵抗率を正確に評価する
ことができ、デバイスの製造条件に合った酸素析出特性
を有するウェーハを製造することができる。

【００５５】なお、本発明の要旨から逸脱しない範囲に
おいて、上述した実施例に変更を加えても差し支えな
い。例えば、本実施例に係る半導体ウェーハの熱処理装
置をゲルマニウム半導体、化合物半導体等の各ウェーハ
に対して適用することも可能である。また、吸引力を利
用した手段を用いてロボットハンドを構成してもよい。
さらに、本実施例に係る半導体ウェーハの熱処理装置
は、ナチュラル・インストリンスティック・ゲッタリン
グ、イオン注入後のアニールの処理にも適用しても差し
支えない。これに加えて、ウォーキングビームのかわり
に石英製のローラを２０〜３０ミリメートル毎に複数本
配設することにより、シリコンウェーハを所定の速度で
搬送するように構成してもよい。

【００５６】また、この加熱手段を例えば熱処理炉で構
成し、この熱処理炉がかなりの熱容量を有して一定温度
に保たれているとすると、これに１枚ずつ半導体ウェー
ハが投入されるため、この半導体ウェーハは搬送過程で
一定速度で均一に加熱される。また、冷却手段を例えば
一定大きさの冷却用炉で構成すると、同様に一定速度で
ウェーハが冷却される。これらの結果、該熱処理の安定
性を飛躍的に高めることができる。また、ウェーハ供給
部およびウェーハ排出部のそれぞれに、特開昭６２−２
５９９０６号公報に示すようなカセットローダを設け、
ロボットにより、カセットローダから熱処理炉に、ま
た、冷却用炉からカセットローダに、半導体ウェーハを
出し入れするようにした場合、該半導体ウェーハは熱処
理の前後で同一のカセットに収容することができ、その
ロット識別が容易となる。

【００５７】さらに、例えば図６に示すように、ドナー
キラー熱処理に要する時間は、５６５℃では２４分、５
９０℃では１００秒、６８５℃では３１秒、７００℃で
は２１秒となる。更に、６８５℃に保持する必要時間
は、この温度に到達するまでにドナー消失が行われてい
るため、更に短くて良いこととなる。このように急速加
熱を行うと、シリコンウェーハについて汚染の虞がな
い。

【００５８】

【発明の効果】したがって、本発明に係る半導体ウェー
ハの熱処理装置にあっては、以下の効果を得ることが可
能となるものである。

【００５９】（１）本発明によれば、半導体ウェーハが
一枚毎に順次、搬送機構によって加熱ユニットから冷却
ユニットへと自動的に搬送される。したがって、複数枚
の半導体ウェーハを有する各ボート毎に加熱処理を行う
従来の熱処理装置と比べて、以下の効果を得ることがで
きる。 各ボート毎の熱容量を等しくするためにダミーの半導
体ウェーハを使用する必要がなくなる。 半導体ウェーハを一枚毎に熱処理するため、サイズの
異なる半導体ウェーハであっても容易に加熱処理を行う
ことができる。 半導体ウェーハを一枚毎に熱処理するため、複数枚の
半導体ウェーハが載置されたボート毎に熱処理をするの
に比べて、加熱炉の温度変動を低減することができる。 バッチ処理による場合に比べて、半導体ウェーハを一
枚毎に連続的、かつ、自動的に加熱処理を行うことがで
きるため、生産性を向上させることができる。 半導体ウェーハはボート内に格納されることなく、露
出しているため、半導体ウェーハの全面にわたって均一
な熱処理を行うことができる。 （２）本発明に係る半導体ウェーハの熱処理装置によれ
ば、制御部により最適な温度制御を自動的に行うことが
できるため、温度のばらつきを抑えて均一な熱処理を行
うことができる。 （３）本発明に係る半導体ウェーハの熱処理装置は、急
速加熱を行うことができるため、短時間で加熱処理を終
了することができる。また、この熱処理装置はクリーン
ルーム内に配設されているため、ゴミ等がウェーハに付
着することを防止することができる。

【００６０】すなわち、本発明によれば、操作性の向
上、誤った熱処理の防止、生産性の向上、ゴミの付着防
止、均一な熱処理の可能な熱処理装置を提供することが
できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る半導体ウェーハの熱処
理装置を示す正面図である。

【図２】本発明の一実施例に係る半導体ウェーハの熱処
理装置の加熱炉の一部を示す斜視図である。

【図３】本発明の一実施例に係る半導体ウェーハの熱処
理装置の加熱炉を示す断面図である。

【図４】本発明の一実施例に係る熱処理装置による酸素
析出特性とドナー消去を満たす炉温度／搬送速度の範囲
を示すグラフである。

【図５】本発明の一実施例に係る熱処理装置による酸素
析出処理におけるＢＭＤの生成状況を示すグラフであ
る。

【図６】本発明に係るドナーキラー熱処理でのドナー消
失時間と保持温度との関係を示すグラフである。

【図７】従来の横型炉を用いた半導体ウェーハの熱処理
工程の概略を示す斜視図である。

【図８】従来の縦型炉を用いた半導体ウェーハの熱処理
工程の概略を示す斜視図である。

【図９】従来の熱処理装置の概略を示す断面図である。

【符号の説明】

２１ カセットローダ ２２ 加熱ゾーン ２２ｃ 冷却ユニット ２３ カセットアンローダ ２４ 制御部 Ｗ シリコンウェーハ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウェーハを供給するウェーハ供給
   部と、 半導体ウェーハが排出されるウェーハ排出部と、 上記ウェーハ供給部からウェーハ排出部まで延びる搬送
   経路を有し、この搬送経路を介して半導体ウェーハを１
   枚ずつウェーハ供給部からウェーハ排出部に所定速度で
   搬送する搬送手段と、 この搬送経路の途中に設けられ、搬送手段により搬送さ
   れている途中の半導体ウェーハを加熱する加熱手段と、 上記搬送経路にあって加熱手段の下流側に設けられ、搬
   送中の半導体ウェーハを冷却する冷却手段とを備えたこ
   とを特徴とする半導体ウェーハの熱処理装置。
2. 【請求項２】 上記半導体ウェーハはシリコンウェーハ
   よりなることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェ
   ーハの熱処理装置。
3. 【請求項３】 上記加熱手段の、上記半導体ウェーハを
   一定の温度に加熱可能な部分の搬送経路方向の長さをｌ
   ｘ（ｍｍ）、その一定温度をＴ（℃）、上記搬送手段に
   よる半導体ウェーハの搬送速度をＶ（ｍｍ／秒）、その
   半導体ウェーハの厚さをｔｘ（μｍ）、定数をａ（ａ＝
   １８０〜２００）とした場合、これらは次式を満たす請
   求項２に記載の半導体ウェーハの熱処理装置。 Ｖ＝（０．３Ｔ−ａ）・（ｌｘ／９００）・（６５０／ｔｘ）
4. 【請求項４】 上記搬送速度および上記加熱温度を直交
   座標の縦横両軸に配したグラフで表した場合、第１の座
   標(PT1)（５ｍｍ／秒，６５０℃）、第２の座標(PT2)
   （２１ｍｍ／秒，６９５℃）、第３の座標(PT3)（２．
   ５ｍｍ／秒，６５５℃）、第４の座標(PT4)（８ｍｍ／
   秒，６８０℃）、第５の座標(PT5)（１３ｍｍ／秒，６
   ９５℃）および第６の座標(PT6)（２１ｍｍ／秒，７１
   ０℃）の各座標を結ぶ近似直線により囲まれた領域(R3)
   における加熱温度および搬送速度の条件に基づき、上記
   搬送手段は上記半導体ウェーハを搬送するとともに、上
   記加熱手段は当該半導体ウェーハを加熱する請求項２に
   記載の半導体ウェーハの加熱装置。
5. 【請求項５】 上記搬送手段は、不活性ガスで満たされ
   た石英製のチューブ内に配設された請求項１に記載の半
   導体ウェーハの熱処理装置。
6. 【請求項６】 上記加熱手段は複数の加熱部を有し、こ
   れらの加熱部は発熱部材および温度検出部材をそれぞれ
   有する請求項１に記載の半導体ウェーハの熱処理装置。
7. 【請求項７】 上記搬送手段による搬送を制御するとと
   もに、上記温度検出部材によって検出された温度に基づ
   き発熱部材の発熱を、上記複数の加熱部のそれぞれにつ
   いて独立に制御する制御手段を有する請求項６に記載の
   半導体ウェーハの熱処理装置。