JP2004228462A

JP2004228462A - Method and device for thermally treating wafer

Info

Publication number: JP2004228462A
Application number: JP2003017016A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kobayashi; 武史小林
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2003-01-27
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2023-01-27
Also published as: JP4449307B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a device for thermally treating a wafer, with which occurrence of slip is suppressed so as to thermally treat the wafer of a large diameter in thermally treating the wafer, a scratch occurred at a back face of the wafer can be prevented, thermal treatment time can be shortened, the thermal treatment device can be miniaturized and cost and power consumption can be reduced. <P>SOLUTION: In the thermal treatment method for thermally treating the wafer, heated gas is sprayed to the wafer and the wafer is thermally treated. The thermal treatment device of the wafer by the thermal treatment method is also installed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエーハ等のようなウエーハに熱処理を行うための熱処理方法及び熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体単結晶シリコン（以下、単にシリコンということがある）等の単結晶インゴットからウエーハを切出した後半導体デバイスを製造するまでには、ウエーハの加工プロセスから素子の形成プロセスまで多数の工程が介在する。それらの工程の一つに熱処理工程がある。この熱処理工程は、ウエーハ表層での無欠陥層の形成、酸素析出物の形成によるゲッタリング層の形成、酸化膜の形成、不純物拡散等の目的で行われ、非常に重要なプロセスである。
【０００３】
このような熱処理工程で用いられる熱処理炉、例えば、酸化や不純物拡散に用いられる拡散炉（酸化・拡散装置）としては、現在、ウエーハの大口径化に伴い、ウエーハを水平に積層した状態で複数のウエーハを同時に熱処理する縦型の熱処理炉が主に用いられている。この縦型熱処理炉では、通常複数のウエーハを保持するための熱処理用ボートが用いられている。このような複数のウエーハに同時に熱処理を行う熱処理装置は、バッチ式の熱処理炉と言われている。
【０００４】
図４は、バッチ式の縦型熱処理炉の一例を示す概略説明図である。熱処理炉４０の反応室４１の内部には熱処理用ボート４２が設置されており、この熱処理用ボート４２に保持された複数のウエーハ４３は、反応室４１の周囲に設けられたヒータ４４によって加熱される。また、反応室４１にはガス導入管４５を介して雰囲気ガスを導入し、熱処理炉４０の上方からガスを流してウエーハ４３の周囲を通過させ、ガス排気管４６から外部に排出する。このとき、使用する雰囲気ガスは熱処理の目的によって異なるが、主としてＨ_２、Ｎ_２、Ｏ_２、Ａｒ等が用いられる。また、不純物拡散の場合には、これらのガスをキャリアガスとして不純物化合物ガスを導入する。
【０００５】
図５は、上記のような縦型熱処理炉に設置される熱処理用ボートの具体的な構成の一例を示した概略図である。この熱処理用ボート４７は、複数の支柱４８が天板４９と底板５０によって結合されている。また、各支柱の同じ高さにウエーハ載置部となる溝５１が形成されており、これらの多数の溝にそれぞれウエーハ４３を保持することができる。このように複数のウエーハを保持した熱処理用ボート４７を上記のような縦型熱処理炉内に配置することにより、複数のウエーハを同時に熱処理することができる。
【０００６】
また、熱処理炉の別の形態として、ウエーハを１枚ずつ熱処理する枚葉式の熱処理装置がある。例えば、この枚葉式の熱処理装置としては、ＲＴＡ（ＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌＡｎｎｅａｌｉｎｇ）と呼ばれる急速加熱・急速冷却熱処理を行うランプ加熱式の熱処理装置等があり、ウエーハ表面における欠陥の消滅、酸素ドナーの消滅、浅い拡散層の形成、薄い酸化膜の形成等を行うための熱処理に使用されている。
【０００７】
ここで、枚葉式の熱処理装置の一例として、ＲＴＡ装置について図６を参照しながら説明する。この図６に示したＲＴＡ装置６０は、例えば炭化珪素または石英からなる反応室６１を有している。ウエーハ６２の加熱は、ウエーハ６２を囲繞するように反応室６１に配置される加熱ヒータ６４によって行われる。この加熱ヒータ６４は上下方向で分割して配置されており、それぞれ独立に供給される電力を制御できるようになっている。さらに、加熱ヒータ６４の外側には、熱を遮蔽するためのハウジング６５が配置されている。反応室６１には、雰囲気ガスの導入を行うガス導入口６６と反応室６１に導入された雰囲気ガスを排出するガス排出口６７が設けられている。そして、反応室６１内でウエーハ６２をウエーハ保持部６３で保持し、加熱ヒータ６４で加熱することによって枚葉式で熱処理を行うことができる。尚、加熱手段は抵抗加熱ヒータに限定されるものではなく、上述のようなランプ加熱式やいわゆる輻射加熱、高周波加熱方式としてもよい。
【０００８】
しかしながら、上記のようなバッチ式や枚葉式の熱処理装置を用いたウエーハの熱処理工程では、スリップやウエーハ裏面にキズが発生するといった問題がある。
特に、近年、ウエーハの直径が１５０ｍｍから２００ｍｍ、そして３００ｍｍへとウエーハの大口径化が進むにつれて、ウエーハに上記のような熱処理を行なった場合、例えばウエーハ裏面から表面に貫通するスリップが顕著に発生してしまう。このようなスリップはその後のデバイス工程等で更に成長し、デバイス作製の際に不良の原因となる。したがって、熱処理によってウエーハに発生するスリップは、デバイス歩留りを低下させる要因の一つであり、無視できない問題である。
【０００９】
このようなスリップの発生を抑制する方法として、様々な形状の熱処理用ボートが考案されている。例えば、支柱の本数を増やしたものや、ウエーハを保持するための櫛状のウエーハ保持部を形成したもの、そのウエーハ保持部の形状を直線状から曲線状に変更したもの、さらに近年では支柱に形成した溝に円形板状やリング状のサセプタを載せ、このサセプタでウエーハを支持するタイプの熱処理用ボートも開発されている（例えば、特開平６−２６０４３８号公報）。
【００１０】
しかしながら、半導体デバイスの量産にも使用されるようになってきた直径３００ｍｍ、またはそれ以上の直径を有するシリコンウエーハ等では、ウエーハの自重による内部応力が著しく増大するとともに、熱処理工程の際の昇温・降温時にウエーハ面内の温度の不均一に起因して発生する熱歪応力も増大するため、上記のようなボート形状の改良だけではスリップの発生を抑えきれない状況にある。そのため、従来では昇温・降温速度を極端に緩やかにしたり、熱処理用ボートにおける溝の間隔を拡張したりする等の対策を講じているが、スリップの発生を完全に抑えることができず、その上生産性が悪化するという問題も併発していた。
【００１１】
さらに、熱処理の際にウエーハに施す熱処理温度が高くなるほどスリップが発生しやすくなる。特に、シリコンウエーハに、表層無欠陥層形成、酸素析出物形成、不純物拡散等に用いられる１２００℃程度の熱処理や、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎｏｎｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエーハの製造方法のひとつであるＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎｂｙｉｍｐｌａｎｔｅｄｏｘｙｇｅｎ）法で用いられる１３００℃を越える熱処理を行った場合では、降伏応力の低下のためにシリコンウエーハにスリップが発生しやすい状況であった。
【００１２】
また、ランプ加熱式の熱処理装置等を用いて急速加熱・急速冷却を行なう場合等では、熱処理中にウエーハに温度分布が生じやすいため、ウエーハに反りが生じてスリップが発生しやすいという問題がある。
【００１３】
また一方で、半導体デバイスの高集積化によりそのデザインルールが０．１０μｍに近付くにつれて、ウエーハ裏面に生じるキズの問題も深刻になってきている。つまり、半導体デバイスのデザインルールが０．１０μｍとその仕様が厳しくなると、デバイス作製の際に露光工程において焦点深度が著しく浅くなるため、ウエーハ裏面に発生した微小なキズが露光機のピンチャックに接するだけで露光不良を起こし、デバイス歩留まりの低下を招いてしまう。しかしながら、上記のような従来の熱処理ではウエーハを裏面で保持しているため、このようなウエーハ裏面のキズの発生を防止することは極めて困難であった。
【００１４】
このような問題を解決する為、特開平９−３３０９３５号公報では、半導体ウエーハとの接触部に気体噴出口を備えたウエーハ支持手段を有する熱処理用ボートが開示されている。しかしながら、このような熱処理用ボートを用いてウエーハに熱処理を行っても、熱処理の際に気体噴出口から噴出する気体の影響によりウエーハ面内に温度分布を生じさせるため、スリップの発生を十分に抑制することはできなかった。
【００１５】
さらに、従来の熱処理工程では、上述のようなウエーハの品質的な問題の他に、熱処理装置に設けられたヒータやランプ等の加熱手段によってウエーハの加熱を行うため、ウエーハの直径が大きくなるに従い、加熱手段に大型のものを用いたりまた加熱手段を複数設置することが必要とされ、熱処理装置の大型化を招いていた。そのため、設備コストへの負担が非常に大きく、さらに消費電力も大きくなるという問題もあった。
【００１６】
【特許文献１】
特開平６−２６０４３８号公報
【特許文献２】
特開平９−３３０９３５号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ウエーハに熱処理を行う際に、大口径のウエーハであってもスリップの発生を抑制して熱処理を行うことができ、さらには、ウエーハ裏面に発生するキズの防止、熱処理時間の短縮、熱処理装置の小型化、コストの削減、消費電力の低減を図ることができるウエーハの熱処理方法及び熱処理装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、ウエーハを熱処理する熱処理方法において、前記ウエーハに加熱した気体を吹き付けながらウエーハに熱処理を行うことを特徴とするウエーハの熱処理方法が提供される（請求項１）。
【００１９】
このように、ウエーハに加熱した気体を吹き付けながらウエーハの熱処理を行うことによって、熱処理中のウエーハ面内の温度分布を均一にしてウエーハに生じる熱歪応力を低減することができるので、大口径のウエーハを熱処理する場合や１２００℃以上の高温で熱処理を行う場合であっても、スリップの発生を抑制してウエーハに熱処理を行うことができる。
【００２０】
このとき、前記ウエーハの主面が水平になるように保持し、前記加熱した気体をウエーハの表面及び裏面に吹き付けながら熱処理を行うことが好ましい（請求項２）。
このようにウエーハの主面が水平になるように保持し、そのウエーハの表面及び裏面に加熱した気体を吹き付けながら熱処理を行うことによって、ウエーハ全体を均一に加熱することができるため、ウエーハに生じる熱歪応力を一層低減して、スリップや反りをウエーハに発生させずに安定した熱処理を行うことができる。
【００２１】
また、前記加熱した気体をウエーハ表面及び裏面の全面に吹き付けることが好ましい（請求項３）。
このように、加熱した気体をウエーハ表面及び裏面の全面に吹き付けることによって、熱処理時のウエーハ面内での温度分布をさらに均一にすることができ、ウエーハに発生する熱歪応力を極めて小さくすることができる。
【００２２】
さらに、前記気体の温度をウエーハの熱処理温度に加熱して吹き付けることが好ましい（請求項４）。
このように、気体の温度をウエーハの熱処理温度に加熱して吹き付けることによって、別途ウエーハを加熱するためのウエーハ加熱手段を用いずにウエーハに熱処理を行うことが可能となるため、熱処理装置を小型化、簡素化することができ、またコストの削減、消費電力の低減を図ることができる。
【００２３】
また本発明では、前記ウエーハを枚葉式で熱処理することが好ましい（請求項５）。
本発明はウエーハの熱処理を枚葉式またバッチ式のどちらの方法で行うこともできるが、枚葉式で熱処理することによって、ウエーハ毎に熱処理条件を設定して所望の品質を有するウエーハを製造することが可能となる。また、例えば上述のように別個にウエーハ加熱手段を用いずに熱処理を行う場合では、断熱性や熱処理装置の大きさ等を考慮するとウエーハを枚葉式で熱処理する方が良い。
【００２４】
また、本発明によれば、上記本発明のウエーハの熱処理方法により熱処理されたアニールウエーハを提供することができる（請求項６）。
前記のような本発明のウエーハの熱処理方法により熱処理されたアニールウエーハであれば、大口径のウエーハであっても、また１２００℃以上の高温熱処理が施された場合であっても、スリップが発生してないアニールウエーハとすることができる。
【００２５】
そして、本発明によれば、ウエーハを熱処理する熱処理装置であって、少なくとも、前記ウエーハを投入して外部と雰囲気を遮断する反応室と、前記ウエーハを保持するウエーハ保持部と、前記ウエーハに吹き付ける気体を加熱する気体加熱装置と、前記ウエーハに加熱した気体を吹き付ける気体供給手段とを具備することを特徴とするウエーハの熱処理装置が提供される（請求項７）。
【００２６】
このように、少なくとも、反応室と、ウエーハ保持部と、ウエーハに吹き付ける気体を加熱する気体加熱装置と、加熱した気体を吹き付ける気体供給手段とを具備するウエーハの熱処理装置であれば、熱処理の際にウエーハを均一に加熱してウエーハ内の熱歪応力を低減することができるため、ウエーハにスリップを生じさせずに熱処理できる熱処理装置とすることができる。また、加熱した気体をウエーハに吹き付けるので、ウエーハを加熱するためのウエーハ加熱手段が別個になくてもウエーハの熱処理が可能となるため、熱処理装置の小型化を図ることができる。
【００２７】
このとき、前記気体供給手段が、ウエーハの表面側と裏面側の両方に形成されていることが好ましい（請求項８）。
このように、気体供給手段が、ウエーハの表面側と裏面側の両方に形成されていれば、加熱した気体をウエーハ表面及び裏面の全面に吹き付けて、熱処理時のウエーハの温度をより均一にできるので、スリップや反りを発生させずにウエーハを熱処理できる熱処理装置とすることができる。
【００２８】
また本発明の熱処理装置は、前記ウエーハを枚葉式で熱処理するものであることが好ましい（請求項９）。
このように本発明の熱処理装置がウエーハを枚葉式で熱処理するものであれば、バッチ式に比べて装置が小型のものとなり、またウエーハ毎に熱処理条件を設定して所望の品質を有するウエーハを製造することができる装置となる。
【００２９】
さらに、前記反応室が断熱材で覆われているものであることが好ましい（請求項１０）。
このように、反応室が断熱材で覆われているものであれば、別個の加熱手段がなくてもウエーハの加熱を均一に、また効率的に行うことができる。
【００３０】
また、前記気体加熱装置は、石英またはＳｉＣからなる細管が屈折させて配置され、加熱手段を用いて前記ウエーハに吹き付ける気体を屈折させて配置した細管に通過させながら加熱するものであることが好ましい（請求項１１）。
本発明の熱処理装置における気体加熱装置がこのようにして気体を加熱するものであれば、気体加熱装置自体の構成が簡便で小型のものとすることができ、また長期の使用に耐え得るものとなり、さらにウエーハに吹き付ける気体の加熱を容易かつ瞬時に行うことができるものとなる。
【００３１】
このとき、前記気体供給手段に、ウエーハに吹き付ける加熱した気体の圧力及び温度を制御する気体制御手段が備えられていることが好ましい（請求項１２）。
このように、気体供給手段に、ウエーハに吹き付ける加熱した気体の圧力及び温度を制御する気体制御手段が備えられていれば、ウエーハの熱処理条件を高精度に制御して熱処理を行うことができ、より品質の優れたアニールウエーハを製造できる熱処理装置となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
従来、ウエーハに品質向上等の様々な目的で熱処理を行うと、ウエーハにスリップが発生してしまい、その後のデバイス作製工程等で歩留まりを低下させるといった問題があった。
【００３３】
そこで、本発明者は、熱処理の際にウエーハにスリップを発生させないようにするために、鋭意検討を重ねた結果、ウエーハの熱処理をウエーハに加熱した気体を吹き付けながら行うことによって、ウエーハにスリップを発生させる要因であるウエーハ面内の温度の不均一による熱歪応力を低減して熱処理を行うことができることを見出し、本発明を完成させた。
【００３４】
先ず、本発明のウエーハの熱処理装置について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明に係るウエーハの熱処理装置は、図１に示したように、少なくとも、ウエーハ２をシャッター７から投入して外部と雰囲気を遮断する反応室３と、ウエーハ２を保持するウエーハ保持部４と、ウエーハ２に吹き付ける気体を加熱する気体加熱装置５と、加熱した気体をウエーハ２に吹き付ける気体供給手段６とを具備する熱処理装置１である。さらに、反応室３には、気体供給手段６から加熱した気体をウエーハに吹き付けた後、最終的に気体を外部に排気するための気体排気管１４が形成されている。
【００３５】
このようなウエーハの熱処理装置１において、気体加熱装置５としては、瞬間湯沸し器の原理を利用したものを用いることができ、例えば、石英またはＳｉＣからなる細管８が屈折させて配置され、加熱手段９を用いてウエーハに吹き付ける気体を屈折させて配置した細管に通過させながら加熱する装置であることが好ましい。気体加熱装置５をこのようにして構成することによって、小型でかつ長期の使用に耐え得る気体加熱装置となり、またウエーハに吹き付ける気体の加熱を容易に行うことができる。このとき、加熱手段９として、カンタル線やＭｏＳｉ_２線等の抵抗加熱装置や、ランプ加熱装置等を用いることができる。
【００３６】
また、この気体加熱装置５の前段には圧力センサー１０とコントロールバルブ１１が設けてあり、また気体加熱装置５の後段には加熱されたガスの温度を測定する熱電対１２を設置している。そして、この圧力センサー１０の情報を気体制御手段１３に送ることにより、気体制御手段１３でコントロールバルブ１１を調節して気体の圧力、流量等を制御し、ウエーハに吹き付ける気体の圧力を調整することができる。さらに、熱電対１２の情報を気体制御手段１３に送ることにより加熱手段９の温度を調節して加熱する気体の温度も制御することができる。
【００３７】
気体供給手段６の材質は、石英やＳｉＣ等を用いることができる。ウエーハの熱処理温度が１０００℃程度の温度であれば石英を用いることができ、また１０００℃を超える高温領域の場合はＳｉＣを用いることが好ましい。ＳｉＣ素材を用いる場合には、ＣＶＤ−ＳｉＣ膜のみで形成されたものを用いることができる。
【００３８】
この気体供給手段６には、加熱したガスを吹き出すための複数の貫通孔が形成されている。この貫通孔の数や大きさは特に限定されるものではないが、例えば、直径が０．２〜２．０ｍｍ程度の貫通孔を１．０〜５．０ｍｍ間隔で設けることによって、ウエーハ２の表面全体に加熱した気体を均一に吹き付けることができる。
【００３９】
このような枚葉式の熱処理装置１は、気体加熱装置５でウエーハの熱処理温度に加熱した気体を気体供給手段６からウエーハ２の表面全体に吹き付ける熱処理装置であるため、ウエーハ２を加熱するためのウエーハ加熱手段を別途設置していなくても、例えば反応室３の周りに断熱材１５を配置することにより、ウエーハを均一に熱処理することができる。したがって、従来の熱処理装置より小型のものとすることができ、設備コストや消費電力の低減を図ることができる。さらに、複数の枚葉式の熱処理装置を重ね合わせ、例えば一つの気体加熱装置によって同時に操業させることが可能となり、生産性を向上させることができる。
【００４０】
尚、上記熱処理装置１は、本発明のウエーハの熱処理装置の一例であって、例えば、設置スペースなどに余裕があればこの熱処理装置１にさらにランプ加熱手段や高周波コイル等のウエーハ加熱手段を補助的に設けてウエーハの加熱を行っても良い。
【００４１】
さらに、本発明の熱処理装置において、加熱した気体をウエーハに吹き付けるための気体供給手段は、上記のようにウエーハの表面側に設置されているものに限定されるものではなく、例えば、この気体供給手段をウエーハの裏面側に設置してウエーハの裏面に加熱した気体を吹き付けるようにした熱処理装置としても良く、さらには、気体供給手段をウエーハの表面側と裏面側の両方に設置してウエーハの両面に加熱した気体を吹き付けるようにしても良い。
【００４２】
特に、図２に示したように、ウエーハの表面側と裏面側にそれぞれ上部気体供給手段と下部気体供給手段が形成されたウエーハの熱処理装置２０であれば、加熱した気体をウエーハ表面及び裏面の全面に吹き付けてウエーハの加熱をより均一にできるので、例えば、急速加熱・急速冷却を行う熱処理の場合でも、ウエーハに反りを発生させず、またスリップの発生もより抑制してウエーハに熱処理を行うことができる熱処理装置となる。
【００４３】
尚、この図２に示した熱処理装置では、ウエーハ保持部と下部気体供給手段とが一つの熱処理用ボート２１で構成されている例を示したものである。熱処理装置がこのようなボートを用いるものであれば、装置の構成を複雑にすることなく、ウエーハを保持するとともに容易にウエーハの裏面に加熱した気体を吹き付けることのできる熱処理装置とすることができる。
【００４４】
このとき、熱処理用ボート２１には、上部気体供給手段６と同様に加熱したガスを吹き出すための複数の貫通孔が形成されていることが好ましく、それによって、加熱した気体をウエーハ裏面に均一に吹き付けることができる。さらに、このボート２１には、ウエーハに吹き付けた気体の流通を容易に行うため、排気孔２２が設けられていることが好ましい。この排気孔の数や大きさは特に限定されるものではないが、例えば直径０．１〜０．５ｍｍ程度の排気孔が形成されていれば、加熱した気体の流通がスムーズになり、またこの排気孔の数や大きさを調節することによって、ウエーハ裏面側の気圧を制御することも可能となる。
【００４５】
さらに、図３に示したように、上部気体供給手段と下部気体供給手段（熱処理用ボート）のそれぞれに気体を加熱する気体加熱装置５が設置された熱処理装置３０であれば、ウエーハの表面及び裏面のそれぞれに吹き付ける気体の温度及び圧力を制御することができるため、所望の品質を有するアニールウエーハをより容易に得ることが可能となる。
【００４６】
尚、本発明の熱処理装置では、上部気体供給手段及び下部気体供給手段にそれぞれ気体加熱装置を複数設置して、温度や圧力、また種類の異なる気体を必要に応じて切り替えてウエーハに熱処理を行うようにしても良い。
【００４７】
続いて、本発明のウエーハの熱処理方法について、図３に示した熱処理装置３０を用いる場合を例に挙げて説明する。
先ず、例えば鏡面研磨された被熱処理ウエーハをシャッター７から反応室３に投入し、熱処理用ボート２１にウエーハ外周部のみで接触するようにして水平に保持する。ウエーハの移載方法は特に限定するものではないが、例えば移載ロボット等を用いてウエーハを汚染させること無く実施することが好ましい。
【００４８】
次に、ウエーハの両面に気体を吹き付けるために、ウエーハ表面側と裏面側とでそれぞれコントロールバルブ１１を介して気体を気体加熱装置５に導入し、気体加熱装置５に配置した細管８を通過させて上部気体供給手段６からウエーハ表面に、またボート２１からウエーハ裏面に気体を吹き付ける。
前述のように、上部気体供給手段６とボート２１とには複数の貫通孔がそれぞれ形成されているため、気体をウエーハ２の表面及び裏面の全面に均一に吹き付けることができる。
【００４９】
このとき、ウエーハ表面側と裏面側の圧力センサ１０の情報を気体制御手段１３に送り、その情報に基づいて気体制御手段１３でコントロールバルブ１１を調整することによって、ウエーハに吹き付ける気体の圧力を制御することができる。
【００５０】
続いて、ウエーハに吹き付ける気体を気体加熱装置５で加熱することによって、ウエーハに熱処理を行うことができる。このとき、気体加熱装置５で加熱する気体の温度を制御手段１３で制御することによって、ウエーハに熱処理を行う際の昇温速度や熱処理温度を調節することができる。
【００５１】
このようにしてウエーハに吹き付ける気体の温度を制御すれば、ランプ加熱手段等のようなウエーハを加熱するウエーハ加熱手段を別途設けなくても、例えば、５００〜６００℃に加熱した気体を各気体供給手段からウエーハに吹き付け、９００℃〜１０００℃までは１０℃／ｍｉｎ程度の速度で昇温し、温度が上昇するにつれて、昇温速度を下げつつ、１２００℃程度の温度まで昇温し、一定時間高温熱処理を行った後、昇温の場合と同じ程度の速度で降温を行い、６００℃程度まで降温したところで、上部気体供給手段から２００〜３００℃程度にまで下げた気体を流量を上げてウエーハに吹き付けてウエーハの温度を下げるといった熱処理を容易に行うことができる。
【００５２】
このようにしてウエーハを枚葉式で熱処理することによって、ウエーハ面内の温度均一性を向上させて熱歪応力を低減することができ、さらにはウエーハの自重によるウエーハの内部応力も低減できるため、ウエーハにスリップを発生させずに熱処理を行うことができる。また、裏面からのガスの供給により、ウエーハ裏面がボートと接触する時にかかる自重による応力が小さくなり、ウエーハの裏面にキズを発生させることもないし、ウエーハに急速加熱・急速冷却を行っても、ウエーハ全体の温度を均一にできるため反りを生じさせることもない。したがって、昇温速度や降温速度を速くすることができ、熱処理時間を短縮して生産性を向上させることが可能となる。
【００５３】
その後、ウエーハの温度が１００℃以下になったところで、移載ロボットにより、ウエーハをアンロードしてウエーハを回収する。
このようにして製造されたアニールウエーハであれば、大口径のウエーハであっても、スリップが発生してなく、さらにはウエーハ裏面のキズもまた反りも生じてないアニールウエーハとすることができる。
【００５４】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
実施例として、図３に示す本発明の熱処理装置３０を用いて、直径３００ｍｍのシリコンウエーハにＤＺ層を形成することを目的として、アルゴン雰囲気中、１２００℃で１時間の熱処理を行った。
【００５５】
先ず、シリコンウエーハをシャッター７から反応室３内に投入してボート２１に保持し、シャッター７を閉じた。次に、室温のアルゴンガスを上部気体供給手段６とボート２１とからウエーハの表面及び裏面の全面に吹き付けるとともに、制御手段１３によりウエーハ裏面側の気圧と表面側の気圧が同じとなるようにコントロールバルブ１１を調節した。
【００５６】
その後、気体加熱装置５で６００℃に加熱した気体を上部気体供給手段６とボート２１からウエーハの表面及び裏面に吹き付け、続いて１０００℃までは１０℃／ｍｉｎ、１１００°Ｃまで５℃／ｍｉｎ、１２００℃までは３℃／ｍｉｎで加熱していき、続いて１２００°Ｃで１時間保持した後、６００℃まで昇温と同じ速度で降温した。アルゴンガスの温度を６００℃まで降温した後、上部気体供給手段６から吹き付けるアルゴンガスの温度を２００℃まで下げるとともにその流量を上げてウエーハを冷却した。冷却後、ウエーハを回収した。
【００５７】
（比較例）
比較例として、図６に示す従来の枚葉式の熱処理炉６０を用いて、直径３００ｍｍのシリコンウエーハにＤＺ層を形成することを目的として、アルゴン雰囲気中、１２００℃で１時間の熱処理を行った。
【００５８】
先ず、シリコンウエーハを６００℃に加熱された反応室６１内に投入し、ウエーハ保持部６３で保持した。このとき、反応室６１にはガス導入管６６からアルゴンガスが流されている。続いて、加熱ヒータ６４を用いて、６００℃から１０００℃までは５℃／ｍｉｎ、１０００℃から１１００℃までは３℃／ｍｉｎ、１１００℃から１２００℃までは２℃／ｍｉｎで昇温し、１２００℃で１時間保持することによてウエーハの熱処理を行った。その後、昇温過程と同じ速度で降温してウエーハを冷却した後、ウエーハを回収した。
【００５９】
上記実施例及び比較例で得られたアニールウエーハに目視検査を行いスリップの発生の有無について調査を行った。
その結果、実施例で得られたアニールウエーハにはスリップが発生してなく、またウエーハの裏面にもキズがほとんど観察されなかった。しかしながら、比較例で得られたアニールウエーハは、昇降温速度が実施例に比べて遅かったにも関わらず、長さ２ｍｍ〜１５ｍｍのスリップがウエーハの外周部に数十本発生しているのが確認された。また、この比較例のウエーハの裏面にはスリップとは別にキズが発生していた。
【００６０】
また、作製した各アニールウエーハのＤＺ層の幅を測定した結果、実施例のウエーハでは２６μｍ、比較例では１８μｍであった。
【００６１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００６２】
例えば、本発明は、上述のような枚葉式の熱処理装置に限定されるものではなく、バッチ式の熱処理装置にも適用することも可能であり、それによって、従来のバッチ式の熱処理装置に比べてより均一にウエーハに熱処理を行うことができ、スリップの発生を抑制することができる。
【００６３】
また、上記実施例では、シリコンウエーハにＤＺ層を形成することを目的として熱処理が行われているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ゲッタリング層の形成や酸化膜の形成、エピタキシャル成長等の種々の目的で行う熱処理に適用することができ、スリップの発生を抑制することができる。特に、本発明は、１２００℃以上の熱処理が必要なアニールウエーハの製造やＳＩＭＯＸウエーハを製造する際の熱処理に対して非常に有効である。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、熱処理中のウエーハに生じる熱歪応力を低減することができるので、大口径のウエーハを熱処理する場合や１２００℃以上の高温で熱処理を行う場合であっても、スリップの発生を抑制してウエーハに熱処理を行うことができる。また、本発明のように加熱された気体をウエーハに吹き付けることにより、ヒーター等のウエーハを直接加熱するためのウエーハ加熱手段を別途用いなくても熱処理が行なえ、熱処理装置を小型化、簡素化することができ、コストの削減や消費電力の低減につながる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るウエーハの熱処理装置の一例を示す構成概略図である。
【図２】本発明に係るウエーハの熱処理装置の別の例を示す構成概略図である。
【図３】本発明に係るウエーハの熱処理装置のさらに別の例を示す構成概略図である。
【図４】従来のバッチ式の熱処理炉の構成を示す概略図である。
【図５】（ａ）は、従来のバッチ式の熱処理炉に用いられる熱処理用ボートの構成を示す構成概略図であり、（ｂ）は、熱処理用ボートの断面を示す概略断面図である。
【図６】従来の枚葉式の熱処理装置の構成を示す構成概略図である。
【符号の説明】
１…ウエーハの熱処理装置、２…ウエーハ、
３…反応室、４…ウエーハ保持部、
５…気体加熱装置、６…（上部）気体供給手段
７…シャッター、８…細管、
９…加熱手段、１０…圧力センサー、
１１…コントロールバルブ、１２…熱電対、１３…気体制御手段、
１４…気体排気管、１５…断熱材、
２０…ウエーハの熱処理装置、２１…熱処理用ボート
２２…排気孔、３０…ウエーハの熱処理装置。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat treatment method and a heat treatment apparatus for performing a heat treatment on a wafer such as a semiconductor wafer.
[0002]
[Prior art]
After a wafer is cut from a single crystal ingot such as semiconductor single crystal silicon (hereinafter sometimes simply referred to as silicon) or the like, a number of steps are involved from a wafer processing process to an element forming process until a semiconductor device is manufactured. . One of those steps is a heat treatment step. This heat treatment step is performed for the purpose of forming a defect-free layer on the surface of the wafer, forming a gettering layer by forming oxygen precipitates, forming an oxide film, and diffusing impurities, and is a very important process.
[0003]
As a heat treatment furnace used in such a heat treatment process, for example, a diffusion furnace (oxidation / diffusion device) used for oxidation or impurity diffusion, a plurality of wafers are stacked in a horizontally stacked state with the increase in diameter of wafers. Vertical heat treatment furnaces for simultaneously heat treating the wafers are mainly used. In this vertical heat treatment furnace, a heat treatment boat for holding a plurality of wafers is usually used. Such a heat treatment apparatus for simultaneously performing heat treatment on a plurality of wafers is called a batch type heat treatment furnace.
[0004]
FIG. 4 is a schematic explanatory view showing an example of a batch type vertical heat treatment furnace. A heat treatment boat 42 is installed inside the reaction chamber 41 of the heat treatment furnace 40, and a plurality of wafers 43 held by the heat treatment boat 42 are heated by a heater 44 provided around the reaction chamber 41. You. Atmosphere gas is introduced into the reaction chamber 41 via a gas introduction pipe 45, and the gas flows from above the heat treatment furnace 40, passes around the wafer 43, and is discharged to the outside from the gas exhaust pipe 46. At this time, the atmosphere gas used depends on the purpose of the heat treatment. ₂ , N ₂ , O ₂ , Ar, etc. are used. In the case of impurity diffusion, an impurity compound gas is introduced using these gases as carrier gases.
[0005]
FIG. 5 is a schematic view showing an example of a specific configuration of a heat treatment boat installed in the vertical heat treatment furnace as described above. In this boat 47 for heat treatment, a plurality of columns 48 are connected by a top plate 49 and a bottom plate 50. Grooves 51 serving as a wafer mounting portion are formed at the same height of each column, and the wafer 43 can be held in each of these many grooves. By arranging the heat treatment boat 47 holding a plurality of wafers in the vertical heat treatment furnace as described above, the plurality of wafers can be heat-treated simultaneously.
[0006]
As another form of the heat treatment furnace, there is a single-wafer heat treatment apparatus for heat treating wafers one by one. For example, as this single-wafer heat treatment apparatus, there is a lamp heating type heat treatment apparatus for performing rapid heating / rapid cooling heat treatment called RTA (Rapid Thermal Annealing), which eliminates defects on the wafer surface, eliminates oxygen donors, It is used for heat treatment for forming a shallow diffusion layer, forming a thin oxide film, and the like.
[0007]
Here, an RTA apparatus will be described as an example of a single-wafer heat treatment apparatus with reference to FIG. The RTA apparatus 60 shown in FIG. 6 has a reaction chamber 61 made of, for example, silicon carbide or quartz. The heating of the wafer 62 is performed by a heater 64 arranged in the reaction chamber 61 so as to surround the wafer 62. The heaters 64 are vertically divided so as to be able to control independently supplied electric power. Further, a housing 65 for shielding heat is arranged outside the heater 64. The reaction chamber 61 is provided with a gas inlet 66 for introducing an atmosphere gas and a gas outlet 67 for discharging the atmosphere gas introduced into the reaction chamber 61. Then, the wafer 62 is held by the wafer holding unit 63 in the reaction chamber 61, and is heated by the heater 64, so that a single-wafer heat treatment can be performed. The heating means is not limited to the resistance heater, but may be the above-described lamp heating type, so-called radiant heating, or high frequency heating type.
[0008]
However, in the wafer heat treatment process using the batch type or single wafer type heat treatment apparatus as described above, there is a problem that a slip or a scratch is generated on the back surface of the wafer.
In particular, in recent years, as the diameter of a wafer has increased from 150 mm to 200 mm, and to 300 mm, the wafer has been subjected to the above-described heat treatment. For example, slip from the back surface of the wafer to the front surface has been noticeably generated. Resulting in. Such a slip further grows in a subsequent device process or the like, and causes a defect in device fabrication. Therefore, the slip generated on the wafer by the heat treatment is one of the factors that reduce the device yield, and is a problem that cannot be ignored.
[0009]
As a method of suppressing the occurrence of such a slip, various shapes of heat treatment boats have been devised. For example, those with an increased number of struts, those with a comb-shaped wafer holding portion for holding a wafer, those with the shape of the wafer holding portion changed from linear to curved, and more recently with struts A heat treatment boat of a type in which a circular plate-shaped or ring-shaped susceptor is placed in the formed groove and a wafer is supported by the susceptor has been developed (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-260438).
[0010]
However, in a silicon wafer or the like having a diameter of 300 mm or more, which has come to be used for mass production of semiconductor devices, the internal stress due to the weight of the wafer significantly increases, and the temperature rise during the heat treatment step is increased. -Since the thermal strain stress generated due to the non-uniform temperature in the wafer surface at the time of temperature decrease also increases, the occurrence of slip cannot be suppressed only by the improvement of the boat shape as described above. Therefore, in the past, measures were taken to make the temperature rise / fall rate extremely slow, or to increase the gap between grooves in the heat treatment boat, but it was not possible to completely suppress the occurrence of slip. There was also a problem that productivity was worsened.
[0011]
Further, the higher the temperature of the heat treatment applied to the wafer during the heat treatment, the more the slip is likely to occur. Particularly, a silicon wafer is subjected to heat treatment at about 1200 ° C. used for forming a surface defect-free layer, forming an oxygen precipitate, and diffusing impurities, and SIMOX (Separation by implanted oxygen) which is one of the methods for manufacturing an SOI (Silicon on insulator) wafer. In the case where the heat treatment exceeding 1300 ° C. used in the method (1) was performed, slip was likely to occur on the silicon wafer due to a decrease in yield stress.
[0012]
Further, when rapid heating / rapid cooling is performed using a lamp-heating type heat treatment apparatus or the like, there is a problem that the temperature tends to be generated in the wafer during the heat treatment, so that the wafer is likely to be warped and slip is likely to occur. .
[0013]
On the other hand, as the design rule approaches 0.10 μm due to the high integration of semiconductor devices, the problem of scratches on the back surface of the wafer has become more serious. In other words, when the design rule of a semiconductor device is strictly 0.10 μm and its specification is strict, the depth of focus is extremely shallow in an exposure step at the time of device fabrication, so that minute scratches generated on the back surface of the wafer come into contact with the pin chuck of the exposure machine. This alone causes exposure failure and lowers the device yield. However, in the conventional heat treatment as described above, since the wafer is held on the back surface, it has been extremely difficult to prevent the occurrence of such scratches on the back surface of the wafer.
[0014]
In order to solve such a problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-330935 discloses a heat treatment boat having wafer supporting means provided with a gas ejection port at a contact portion with a semiconductor wafer. However, even when heat treatment is performed on a wafer using such a heat treatment boat, a temperature distribution is generated within the wafer surface due to the effect of the gas ejected from the gas ejection port during the heat treatment, so that the occurrence of slip is not sufficient. It could not be suppressed.
[0015]
Furthermore, in the conventional heat treatment process, in addition to the above-described wafer quality problems, the wafer is heated by a heating means such as a heater or a lamp provided in the heat treatment apparatus. In addition, it is necessary to use a large-sized heating means or to install a plurality of heating means, which has caused an increase in the size of the heat treatment apparatus. Therefore, there is a problem that the burden on the equipment cost is very large and the power consumption is also large.
[0016]
[Patent Document 1]
JP-A-6-260438
[Patent Document 2]
JP-A-9-330935
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to perform a heat treatment while suppressing the occurrence of slip even in a large-diameter wafer when performing a heat treatment on the wafer. Further, it is an object of the present invention to provide a heat treatment method and a heat treatment apparatus for a wafer capable of preventing scratches generated on the back surface of the wafer, shortening the heat treatment time, reducing the size of the heat treatment apparatus, reducing cost, and reducing power consumption. is there.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a heat treatment method for a wafer, wherein the heat treatment is performed on the wafer while blowing a heated gas on the wafer. Claim 1).
[0019]
As described above, by performing the heat treatment on the wafer while blowing the heated gas on the wafer, the temperature distribution in the wafer surface during the heat treatment can be made uniform, and the thermal strain stress generated in the wafer can be reduced. Even in the case where the wafer is heat-treated or the case where the heat treatment is performed at a high temperature of 1200 ° C. or more, the heat treatment can be performed on the wafer while suppressing the occurrence of slip.
[0020]
At this time, it is preferable that the main surface of the wafer is kept horizontal and the heat treatment is performed while blowing the heated gas on the front and back surfaces of the wafer.
By holding the main surface of the wafer horizontally and performing the heat treatment while blowing the heated gas on the front and back surfaces of the wafer, the entire wafer can be uniformly heated, so that the wafer is generated. The heat distortion stress can be further reduced, and a stable heat treatment can be performed without causing slip or warpage on the wafer.
[0021]
Further, it is preferable that the heated gas is blown to the entire front and back surfaces of the wafer (claim 3).
By blowing the heated gas over the entire front and back surfaces of the wafer, the temperature distribution on the wafer surface during the heat treatment can be made more uniform, and the heat distortion stress generated on the wafer can be extremely reduced. Can be.
[0022]
Further, it is preferable that the temperature of the gas is heated to the heat treatment temperature of the wafer and sprayed.
In this way, by heating and blowing the gas temperature to the heat treatment temperature of the wafer, it becomes possible to perform heat treatment on the wafer without using a separate wafer heating means for heating the wafer. , Simplification, cost reduction, and power consumption reduction.
[0023]
In the present invention, it is preferable that the wafer is heat-treated in a single-wafer manner.
In the present invention, the heat treatment of the wafer can be performed by either a single-wafer method or a batch method, but by performing the heat treatment by the single-wafer method, heat treatment conditions are set for each wafer to produce a wafer having a desired quality. It is possible to do. Further, for example, in the case where heat treatment is performed without using a separate wafer heating means as described above, it is better to heat-treat the wafer in a single-wafer manner in consideration of the heat insulating property and the size of the heat treatment apparatus.
[0024]
Further, according to the present invention, it is possible to provide an annealed wafer heat-treated by the above-described method for heat-treating a wafer of the present invention (claim 6).
As long as the annealed wafer is heat-treated by the above-described wafer heat-treating method of the present invention, even if the wafer is a large-diameter wafer or a high-temperature heat treatment of 1200 ° C. or more, slip occurs. An unannealed wafer can be obtained.
[0025]
According to the present invention, there is provided a heat treatment apparatus for heat-treating a wafer, wherein at least a reaction chamber for charging the wafer and shutting off the atmosphere from the outside, a wafer holding unit for holding the wafer, and spraying the wafer are provided. There is provided a wafer heat treatment apparatus comprising: a gas heating device for heating a gas; and gas supply means for blowing the heated gas to the wafer.
[0026]
As described above, at least a wafer heat treatment apparatus including a reaction chamber, a wafer holding unit, a gas heating device for heating a gas to be blown onto the wafer, and a gas supply unit for blowing the heated gas, Since the wafer can be uniformly heated to reduce the thermal strain stress in the wafer, a heat treatment apparatus capable of performing heat treatment without causing a slip on the wafer can be provided. Further, since the heated gas is blown onto the wafer, the wafer can be heat-treated even without a separate wafer heating means for heating the wafer, so that the heat treatment apparatus can be downsized.
[0027]
At this time, it is preferable that the gas supply means is formed on both the front side and the back side of the wafer.
As described above, if the gas supply means is formed on both the front side and the back side of the wafer, the heated gas can be sprayed on the entire surface of the front side and the back side of the wafer, so that the temperature of the wafer during the heat treatment can be made more uniform. Therefore, it is possible to provide a heat treatment apparatus that can heat-treat a wafer without causing slip or warpage.
[0028]
It is preferable that the heat treatment apparatus of the present invention heat-treats the wafer in a single-wafer manner.
As described above, when the heat treatment apparatus of the present invention heat-treats a wafer in a single-wafer manner, the apparatus becomes smaller as compared with a batch type, and a wafer having desired quality by setting heat treatment conditions for each wafer. Is a device capable of manufacturing the same.
[0029]
Further, it is preferable that the reaction chamber is covered with a heat insulating material (claim 10).
Thus, as long as the reaction chamber is covered with the heat insulating material, the wafer can be heated uniformly and efficiently without a separate heating means.
[0030]
Further, it is preferable that the gas heating device is configured such that a thin tube made of quartz or SiC is arranged so as to be bent, and the gas to be blown onto the wafer is heated using a heating means while passing through the thin tube arranged while being bent. (Claim 11).
If the gas heating device in the heat treatment device of the present invention heats gas in this way, the configuration of the gas heating device itself can be simple and small, and it can withstand long-term use. Further, the gas blown to the wafer can be heated easily and instantaneously.
[0031]
At this time, it is preferable that the gas supply means is provided with gas control means for controlling the pressure and temperature of the heated gas blown to the wafer (claim 12).
In this way, if the gas supply means is provided with gas control means for controlling the pressure and temperature of the heated gas blown to the wafer, heat treatment can be performed by controlling the heat treatment conditions of the wafer with high accuracy. A heat treatment apparatus capable of producing an annealing wafer of higher quality.
[0032]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.
Conventionally, when heat treatment is performed on a wafer for various purposes such as quality improvement, a slip occurs on the wafer, and there has been a problem that the yield is reduced in a subsequent device manufacturing process or the like.
[0033]
Therefore, the present inventor has conducted intensive studies in order to prevent the occurrence of slip on the wafer during the heat treatment, and as a result, the heat treatment of the wafer was performed while blowing a heated gas on the wafer, thereby causing the slip on the wafer. The inventors have found that heat treatment can be performed by reducing thermal strain stress due to non-uniform temperature in a wafer surface, which is a factor of generation, and completed the present invention.
[0034]
First, the wafer heat treatment apparatus of the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited to this.
As shown in FIG. 1, the wafer heat treatment apparatus according to the present invention includes at least a reaction chamber 3 that inserts the wafer 2 from the shutter 7 to shut off the atmosphere from the outside, and a wafer holding unit 4 that holds the wafer 2. The heat treatment apparatus 1 includes a gas heating device 5 for heating a gas blown to the wafer 2 and gas supply means 6 for blowing the heated gas to the wafer 2. Further, the reaction chamber 3 is provided with a gas exhaust pipe 14 for blowing a heated gas from the gas supply means 6 to the wafer and finally exhausting the gas to the outside.
[0035]
In such a wafer heat treatment apparatus 1, as the gas heating apparatus 5, an apparatus utilizing the principle of an instantaneous water heater can be used. For example, a thin tube 8 made of quartz or SiC is arranged to be bent, and heating means is used. It is preferable to use an apparatus that heats the gas blown to the wafer by using the pipe 9 while passing the gas through a thin tube arranged to be bent. By configuring the gas heating device 5 in this manner, the gas heating device is small and can withstand long-term use, and the gas to be blown onto the wafer can be easily heated. At this time, as the heating means 9, Kanthal wire or MoSi ₂ A resistance heating device such as a wire, a lamp heating device, or the like can be used.
[0036]
In addition, a pressure sensor 10 and a control valve 11 are provided in front of the gas heating device 5, and a thermocouple 12 for measuring the temperature of the heated gas is provided in a rear stage of the gas heating device 5. Then, by sending the information of the pressure sensor 10 to the gas control means 13, the gas control means 13 controls the control valve 11 to control the gas pressure, flow rate, etc., and adjusts the gas pressure blown to the wafer. Can be. Further, by sending the information of the thermocouple 12 to the gas control means 13, the temperature of the heating means 9 can be adjusted to control the temperature of the gas to be heated.
[0037]
As a material of the gas supply means 6, quartz, SiC, or the like can be used. Quartz can be used if the heat treatment temperature of the wafer is about 1000 ° C., and SiC is preferably used in a high temperature region exceeding 1000 ° C. When an SiC material is used, a material formed of only a CVD-SiC film can be used.
[0038]
The gas supply means 6 has a plurality of through holes for blowing heated gas. Although the number and size of the through holes are not particularly limited, for example, by providing through holes having a diameter of about 0.2 to 2.0 mm at intervals of 1.0 to 5.0 mm, the wafer 2 The heated gas can be sprayed uniformly on the entire surface.
[0039]
Since such a single-wafer heat treatment apparatus 1 is a heat treatment apparatus in which the gas heated to the heat treatment temperature of the wafer by the gas heating apparatus 5 is blown from the gas supply means 6 to the entire surface of the wafer 2, the heat treatment apparatus 1 heats the wafer 2. Even if the wafer heating means is not separately provided, for example, the heat treatment can be uniformly performed on the wafer by disposing the heat insulating material 15 around the reaction chamber 3. Therefore, the heat treatment apparatus can be made smaller than the conventional heat treatment apparatus, and the equipment cost and power consumption can be reduced. Further, a plurality of single-wafer heat treatment apparatuses can be superimposed and operated simultaneously by, for example, one gas heating apparatus, so that productivity can be improved.
[0040]
Note that the heat treatment apparatus 1 is an example of the wafer heat treatment apparatus of the present invention. For example, if there is room in the installation space or the like, the heat treatment apparatus 1 further supports a wafer heating means such as a lamp heating means or a high-frequency coil. Alternatively, the wafer may be heated by heating.
[0041]
Furthermore, in the heat treatment apparatus of the present invention, the gas supply means for blowing the heated gas to the wafer is not limited to the one provided on the front surface side of the wafer as described above. Means may be installed on the back side of the wafer to be a heat treatment apparatus in which heated gas is blown to the back side of the wafer.Furthermore, gas supply means may be installed on both the front side and the back side of the wafer and A heated gas may be blown to both surfaces.
[0042]
In particular, as shown in FIG. 2, in the case of a wafer heat treatment apparatus 20 in which an upper gas supply means and a lower gas supply means are respectively formed on the front side and the back side of the wafer, the heated gas is supplied to the front and back sides of the wafer. Since the heating of the wafer can be made more uniform by spraying on the entire surface, for example, even in the case of heat treatment for rapid heating and rapid cooling, the wafer is heat-treated without causing warpage of the wafer and further suppressing the occurrence of slip. Heat treatment apparatus.
[0043]
In the heat treatment apparatus shown in FIG. 2, an example is shown in which the wafer holding unit and the lower gas supply means are constituted by one heat treatment boat 21. If the heat treatment apparatus uses such a boat, the heat treatment apparatus can hold the wafer and easily blow the heated gas to the back surface of the wafer without complicating the structure of the apparatus. .
[0044]
At this time, the heat treatment boat 21 preferably has a plurality of through-holes for blowing out the heated gas in the same manner as the upper gas supply means 6, whereby the heated gas is uniformly distributed on the back surface of the wafer. Can be sprayed. Further, it is preferable that the boat 21 is provided with an exhaust hole 22 in order to facilitate the flow of the gas blown to the wafer. Although the number and size of the exhaust holes are not particularly limited, for example, if the exhaust holes having a diameter of about 0.1 to 0.5 mm are formed, the flow of the heated gas becomes smooth, and By adjusting the number and size of the exhaust holes, it is also possible to control the air pressure on the back side of the wafer.
[0045]
Further, as shown in FIG. 3, if the heat treatment device 30 is provided with the gas heating device 5 for heating the gas in each of the upper gas supply means and the lower gas supply means (heat treatment boat), the surface of the wafer and Since the temperature and pressure of the gas blown to each of the back surfaces can be controlled, it is possible to more easily obtain an annealing wafer having a desired quality.
[0046]
In the heat treatment apparatus of the present invention, a plurality of gas heating devices are respectively installed in the upper gas supply means and the lower gas supply means, and the heat treatment is performed on the wafer by switching the gas of different temperature, pressure, or type as needed. You may do it.
[0047]
Subsequently, the wafer heat treatment method of the present invention will be described using a case where the heat treatment apparatus 30 shown in FIG. 3 is used as an example.
First, a wafer to be heat treated, for example, which has been mirror polished, is put into the reaction chamber 3 through the shutter 7 and is held horizontally so as to contact the heat treatment boat 21 only at the outer peripheral portion of the wafer. Although the method of transferring the wafer is not particularly limited, it is preferable to carry out the method without contaminating the wafer using, for example, a transfer robot.
[0048]
Next, in order to blow the gas to both surfaces of the wafer, the gas is introduced into the gas heating device 5 via the control valve 11 on the front surface side and the back surface side of the wafer, and passed through the thin tube 8 arranged in the gas heating device 5. The gas is blown from the upper gas supply means 6 to the wafer surface and from the boat 21 to the wafer back surface.
As described above, since a plurality of through holes are respectively formed in the upper gas supply means 6 and the boat 21, the gas can be uniformly blown to the entire front and back surfaces of the wafer 2.
[0049]
At this time, the information of the pressure sensor 10 on the front surface side and the back surface side of the wafer is sent to the gas control means 13, and the control valve 11 is adjusted by the gas control means 13 based on the information to control the pressure of the gas blown to the wafer. can do.
[0050]
Subsequently, the gas blown to the wafer is heated by the gas heating device 5 so that the wafer can be subjected to a heat treatment. At this time, by controlling the temperature of the gas to be heated by the gas heating device 5 by the control means 13, it is possible to adjust the temperature increase rate and the heat treatment temperature when performing the heat treatment on the wafer.
[0051]
By controlling the temperature of the gas blown to the wafer in this manner, the gas heated to 500 to 600 ° C. can be supplied to each gas without separately providing a wafer heating means such as a lamp heating means for heating the wafer. The wafer is sprayed from the means, the temperature is raised at a rate of about 10 ° C./min from 900 ° C. to 1000 ° C., and as the temperature rises, the temperature is raised to a temperature of about 1200 ° C. After performing the high-temperature heat treatment, the temperature is lowered at the same rate as the temperature rise, and when the temperature is lowered to about 600 ° C., the flow rate of the gas lowered to about 200 to 300 ° C. from the upper gas supply means is increased to increase the wafer flow. And heat treatment such as lowering the temperature of the wafer.
[0052]
By heat treating the wafer in a single-wafer manner in this manner, it is possible to improve the temperature uniformity in the wafer plane and reduce the thermal strain stress, and further, it is possible to reduce the internal stress of the wafer due to the weight of the wafer. In addition, heat treatment can be performed without causing slip on the wafer. In addition, by the gas supply from the back surface, the stress due to its own weight when the back surface of the wafer comes into contact with the boat is reduced, so that no scratch is generated on the back surface of the wafer, and even if the wafer is rapidly heated and cooled, Since the temperature of the entire wafer can be made uniform, no warpage occurs. Therefore, the rate of temperature rise and the rate of temperature fall can be increased, and the heat treatment time can be shortened to improve the productivity.
[0053]
Thereafter, when the temperature of the wafer becomes 100 ° C. or less, the wafer is recovered by unloading the wafer by the transfer robot.
If the annealed wafer is manufactured in this manner, even if the wafer has a large diameter, it can be an annealed wafer in which no slip occurs, and further, no scratch or warpage occurs on the back surface of the wafer.
[0054]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.
(Example 1)
As an example, a heat treatment was performed at 1200 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere for the purpose of forming a DZ layer on a silicon wafer having a diameter of 300 mm using the heat treatment apparatus 30 of the present invention shown in FIG.
[0055]
First, a silicon wafer was put into the reaction chamber 3 from the shutter 7 and held in the boat 21, and the shutter 7 was closed. Next, argon gas at room temperature is blown from the upper gas supply means 6 and the boat 21 onto the entire front and back surfaces of the wafer, and the control means 13 controls the air pressure on the back surface of the wafer to be equal to the air pressure on the front surface. The valve 11 was adjusted.
[0056]
Thereafter, the gas heated to 600 ° C. by the gas heating device 5 is blown from the upper gas supply means 6 and the boat 21 to the front and back surfaces of the wafer, and then 10 ° C./min up to 1000 ° C. and 5 ° C./min up to 1100 ° C. After heating to 1200 ° C. at a rate of 3 ° C./min, holding at 1200 ° C. for 1 hour, the temperature was lowered to 600 ° C. at the same rate as the temperature rise. After the temperature of the argon gas was lowered to 600 ° C., the temperature of the argon gas blown from the upper gas supply means 6 was lowered to 200 ° C. and the flow rate was increased to cool the wafer. After cooling, the wafer was recovered.
[0057]
(Comparative example)
As a comparative example, a heat treatment was performed at 1200 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere using a conventional single-wafer heat treatment furnace 60 shown in FIG. 6 to form a DZ layer on a silicon wafer having a diameter of 300 mm. Was.
[0058]
First, a silicon wafer was charged into a reaction chamber 61 heated to 600 ° C., and was held by a wafer holding unit 63. At this time, an argon gas is flowing into the reaction chamber 61 from the gas introduction pipe 66. Subsequently, using the heater 64, the temperature is raised at 5 ° C / min from 600 ° C to 1000 ° C, at 3 ° C / min from 1000 ° C to 1100 ° C, and at 2 ° C / min from 1100 ° C to 1200 ° C, The wafer was heat-treated by holding at 1200 ° C. for 1 hour. Thereafter, the temperature was lowered at the same rate as in the temperature raising process to cool the wafer, and then the wafer was recovered.
[0059]
The annealed wafers obtained in the above Examples and Comparative Examples were visually inspected to investigate whether or not slip occurred.
As a result, no slip occurred on the annealed wafer obtained in the example, and scars were hardly observed on the back surface of the wafer. However, in the annealed wafer obtained in the comparative example, several tens of slips having a length of 2 mm to 15 mm are generated on the outer peripheral portion of the wafer, although the temperature rise / fall rate is slower than that of the example. confirmed. In addition, the back surface of the wafer of this comparative example was scratched separately from the slip.
[0060]
The width of the DZ layer of each annealed wafer was measured. As a result, the width was 26 μm in the example wafer and 18 μm in the comparative example.
[0061]
Note that the present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is merely an example, and any embodiment having substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and having the same function and effect will be described. It is included in the technical scope of the invention.
[0062]
For example, the present invention is not limited to a single-wafer heat treatment apparatus as described above, and can also be applied to a batch heat treatment apparatus. The heat treatment can be performed on the wafer more uniformly, and the occurrence of slip can be suppressed.
[0063]
Further, in the above embodiment, the heat treatment is performed for the purpose of forming the DZ layer on the silicon wafer, but the present invention is not limited to this, and the formation of the gettering layer, the formation of the oxide film, The present invention can be applied to heat treatment performed for various purposes such as epitaxial growth, and can suppress occurrence of slip. In particular, the present invention is very effective for the production of an annealed wafer requiring a heat treatment at 1200 ° C. or higher and the heat treatment for producing a SIMOX wafer.
[0064]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to reduce the thermal strain stress generated in the wafer during the heat treatment, so that even when a large-diameter wafer is heat-treated or when the heat treatment is performed at a high temperature of 1200 ° C. or more, slip occurs. And the heat treatment can be performed on the wafer. Further, by blowing a heated gas onto the wafer as in the present invention, heat treatment can be performed without using a separate wafer heating means for directly heating a wafer such as a heater, and the heat treatment apparatus is reduced in size and simplified. This leads to cost reduction and power consumption reduction.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a wafer heat treatment apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing another example of the wafer heat treatment apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic structural view showing still another example of the wafer heat treatment apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic view showing a configuration of a conventional batch-type heat treatment furnace.
FIG. 5A is a schematic configuration diagram illustrating a configuration of a heat treatment boat used in a conventional batch-type heat treatment furnace, and FIG. 5B is a schematic cross-sectional view illustrating a cross section of the heat treatment boat.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a conventional single-wafer heat treatment apparatus.
[Explanation of symbols]
1 ... wafer heat treatment apparatus 2 ... wafer
3 ... reaction chamber 4 ... wafer holding part
5: gas heating device, 6: (upper) gas supply means
7 ... Shutter, 8 ... Capillary tube,
9: heating means, 10: pressure sensor,
11: control valve, 12: thermocouple, 13: gas control means,
14 ... gas exhaust pipe, 15 ... insulation material,
20 ... wafer heat treatment equipment 21 ... heat treatment boat
22: exhaust hole, 30: wafer heat treatment apparatus.

Claims

ウエーハを熱処理する熱処理方法において、前記ウエーハに加熱した気体を吹き付けながらウエーハに熱処理を行うことを特徴とするウエーハの熱処理方法。A method of heat treating a wafer, wherein the heat treatment is performed on the wafer while blowing a heated gas onto the wafer.

前記ウエーハの主面が水平になるように保持し、前記加熱した気体をウエーハの表面及び裏面に吹き付けながら熱処理を行うことを特徴とする請求項１に記載のウエーハの熱処理方法。2. The method according to claim 1, wherein the main surface of the wafer is held horizontal, and the heat treatment is performed while blowing the heated gas on the front and back surfaces of the wafer.

前記加熱した気体をウエーハ表面及び裏面の全面に吹き付けることを特徴とする請求項２に記載のウエーハの熱処理方法。3. The wafer heat treatment method according to claim 2, wherein the heated gas is blown onto the entire front and back surfaces of the wafer.

前記気体の温度をウエーハの熱処理温度に加熱して吹き付けることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のウエーハの熱処理方法。4. The wafer heat treatment method according to claim 1, wherein the temperature of the gas is heated to the wafer heat treatment temperature and sprayed.

前記ウエーハを枚葉式で熱処理することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のウエーハの熱処理方法。The wafer heat treatment method according to claim 1, wherein the wafer is heat-treated in a single-wafer manner.

請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のウエーハの熱処理方法により熱処理されたアニールウエーハAn annealed wafer heat-treated by the method for heat-treating a wafer according to claim 1.

ウエーハを熱処理する熱処理装置であって、少なくとも、前記ウエーハを投入して外部と雰囲気を遮断する反応室と、前記ウエーハを保持するウエーハ保持部と、前記ウエーハに吹き付ける気体を加熱する気体加熱装置と、前記ウエーハに加熱した気体を吹き付ける気体供給手段とを具備することを特徴とするウエーハの熱処理装置。A heat treatment apparatus for heat-treating a wafer, at least, a reaction chamber for charging the wafer and shutting off the atmosphere from the outside, a wafer holding unit for holding the wafer, and a gas heating device for heating a gas blown to the wafer. And a gas supply means for blowing a heated gas to the wafer.

前記気体供給手段が、ウエーハの表面側と裏面側の両方に形成されていることを特徴とする請求項７に記載のウエーハの熱処理装置。The wafer heat treatment apparatus according to claim 7, wherein the gas supply means is formed on both the front side and the back side of the wafer.

前記ウエーハを枚葉式で熱処理するものであることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のウエーハの熱処理装置。9. The heat treatment apparatus for a wafer according to claim 7, wherein the wafer is heat-treated in a single-wafer manner.

前記反応室が断熱材で覆われているものであることを特徴とする請求項７ないし請求項９のいずれか一項に記載のウエーハの熱処理装置。10. The wafer heat treatment apparatus according to claim 7, wherein the reaction chamber is covered with a heat insulating material.

前記気体加熱装置は、石英またはＳｉＣからなる細管が屈折させて配置され、加熱手段を用いて前記ウエーハに吹き付ける気体を屈折させて配置した細管に通過させながら加熱するものであることを特徴とする請求項７ないし請求項１０のいずれか一項に記載のウエーハの熱処理装置。The gas heating device is characterized in that a thin tube made of quartz or SiC is arranged so as to be bent, and the gas to be blown onto the wafer is heated while being passed through the thin tube arranged by bending using a heating means. The wafer heat treatment apparatus according to any one of claims 7 to 10.

前記気体供給手段に、ウエーハに吹き付ける加熱した気体の圧力及び温度を制御する気体制御手段が備えられていることを特徴とする請求項７ないし請求項１１のいずれか一項に記載のウエーハの熱処理装置。The heat treatment of a wafer according to any one of claims 7 to 11, wherein the gas supply means includes a gas control means for controlling a pressure and a temperature of a heated gas blown to the wafer. apparatus.