JP2010040806A - シリコンウェーハの熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特に、縦型熱処理炉に熱処理用ボートをローディングする際に発生するウェーハ表面のキズやパーティクルを、生産性を落とすこと無く抑制することができる熱処理方法を提供することを目的とする。
【解決手段】反応管と、該反応管内に配置され、被処理基板を保持するための熱処理用ボートと、反応管の外側に配置されたヒータとを有する縦型熱処理炉を用いて結晶面が（１００）のシリコンウェーハを熱処理する方法であって、結晶面が（１００）のシリコンウェーハ裏面の結晶方位＜１１０＞方向の外縁領域を熱処理用ボートのウェーハ支持部により４点支持して、反応管内温度を反応管の下方の炉口側が上方の炉奥側より低い温度分布になるようにした反応管内へ、ウェーハを保持した熱処理用ボートをローディングしてウェーハの熱処理をするシリコンウェーハの熱処理方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、縦型熱処理炉を用いてシリコンウェーハに熱処理する方法に関する。

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。

このような熱処理工程で用いられる熱処理装置、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、ウェーハの大口径化に伴い、ウェーハを水平に保持した状態で、複数のウェ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、通常複数のウェ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ェーハに同時に熱処理を行う熱処理炉は、バッチ式の熱処理炉と言われている。

縦型熱処理炉を用いて複数のシリコンウェーハを熱処理する場合、室温で熱処理用ボートにウェーハを充填し、予め例えば６００℃の温度に設定された反応管内に熱処理用ボートをローディングする。ローディングの際に低下した反応管内温度が設定温度にまで回復した後、熱処理の目的に応じて例えば１２００℃まで昇温し、一定時間熱処理を行い、再度６００℃まで反応管内温度を下げてから熱処理用ボートをアンロードする。

熱処理用ボートをローディングする際に、ウェーハの温度は室温から６００℃まで急激に変化する。特に熱処理用ボートに複数のウェーハを充填している場合は、ウェーハ外周部の温度が高く、ウェーハ中心部の温度が低いため、ウェーハ面内の温度差による熱応力が発生する。この熱応力によりウェーハは過度的に弾性変形するが、その変形量が大きいと、ウェーハが熱処理用ボートの上部のウェーハ支持部に接触し、表面にキズが発生する場合がある。このキズは、後続の工程でウェーハが割れる原因になったり、デバイス特性に影響を及ぼす。また、キズとして明確には検出されない場合でも、ウェーハと熱処理用ボートの上部のウェーハ支持部との接触によりパーティクルが発生し、ウェーハ品質が低下する。

ウェーハの弾性変形による表面キズは、ウェーハ口径が２００ｍｍまでは大きな問題とはなっていないが、ウェーハが大口径になるにつれてキズ発生は顕著となる。
表面のキズ発生を抑制する方法としては、熱処理用ボートのローディング速度を下げる、ローディング時の炉内設定温度を下げる、支持部ピッチを広げる等の対策が行われている。しかし、これらの方法は炉の生産性を落としてしまう。

これに対して特許文献１では、複数のゾーンに分割されたヒータにより加熱された炉内にウェーハをローディングする際に、各ヒータゾーンの設定温度を異ならせて温度傾斜を設けることが記載されている。特許文献１の実施例では、５ゾーンの温度設定を炉口側から夫々、３００，４００，５００，６００，７００℃に設定している。
しかし、ヒータ温度を４００℃以下に下げることは、ヒータ寿命の観点から好ましくない。さらに、熱処理を繰り返すことにより反応管内部に反応生成物が付着することがあるが、反応管内温度を低温にすることにより反応生成物が反応管から剥がれ、パーティクルが大量発生することがある。このため、ウェーハのローディング時に炉口側ヒータゾーンの設定温度を下げる場合は、必要最小限に止めることができる設定温度の決定方法が望まれる。

特開２００６−１００３０３号公報

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、特に、縦型熱処理炉に熱処理用ボートをローディングする際に発生するウェーハ表面のキズやパーティクルを、生産性および品質を落とすこと無く抑制することができる熱処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも、反応管と、該反応管内に配置され、被処理基板を保持するための熱処理用ボートと、前記反応管の外側に配置されたヒータとを有する縦型熱処理炉を用いて結晶面が（１００）のシリコンウェーハを熱処理する方法であって、前記結晶面が（１００）のシリコンウェーハ裏面の結晶方位＜１１０＞方向の外縁領域を前記熱処理用ボートのウェーハ支持部により４点支持して、反応管内温度を前記反応管の下方の炉口側が上方の炉奥側より低い温度分布になるようにした前記反応管内へ、前記ウェーハを保持した熱処理用ボートをローディングしてウェーハの熱処理をすることを特徴とするシリコンウェーハの熱処理方法を提供する（請求項１）。

このように、結晶面が（１００）のシリコンウェーハ裏面の結晶方位＜１１０＞方向の外縁領域を４点支持した状態で熱処理用ボートをローディングすることで、ウェーハの反りが生じやすい位置の上部に熱処理用ボートのウェーハ支持部がないため、急激な温度変化によってウェーハ面内で生じる温度差によるウェーハの反りが生じたとしても上部のウェーハ支持部との接触によるキズの発生を防止できる。さらに、ローディングの際にウェーハの温度変化が最も急激に生じる炉口側を炉奥側より低い温度分布にすることで、設定温度を過度に低くすることなくウェーハの温度変化を比較的小さくすることができる。また、炉口側はローディングの際に反応管内温度が大きく低下しやすいため、予め炉口側の温度を低く設定しておくことで、設定温度に維持しようとして、ヒータパワーが大きくなりウェーハが輻射熱を過度に受けることを抑制できる。
これらのように、ローディングの際に生じるウェーハの反りによるキズの発生を、温度と装置の両面から抑制することができるため、ウェーハのキズやパーティクルが低減された熱処理を、ローディング速度や反応管内温度を極端に低くすることなく生産性良く行うことができる。

このとき、前記ヒータが上下方向に複数のヒータゾーンに分割されたものであって、前記各ヒータゾーンのヒータパワーをそれぞれ制御することにより、前記反応管内温度を前記反応管の下方の炉口側が上方の炉奥側より低い温度分布になるようにすることが好ましい（請求項２）。
このように、ヒータが上下方向に複数のヒータゾーンに分割されたものであれば、各ヒータゾーンのヒータパワーをそれぞれ変えながら制御することで、簡便な方法で精度良く反応管内温度を本発明の温度分布にすることができる。

このとき、予め、前記各ヒータゾーンのヒータ温度が同一の条件で前記反応管内へ前記熱処理用ボートをローディングして、前記反応管内温度の変化の定常状態における温度分布を調べ、実際のウェーハ熱処理時のローディングする際の前記反応管内温度を前記調べた温度分布になるように前記各ヒータゾーンのヒータパワーをそれぞれ制御することにより、前記反応管内温度を前記反応管の下方の炉口側が上方の炉奥側より低い温度分布になるようにすることが好ましい（請求項３）。

このように、予め、上記のようにヒータ温度を同一にしてローディングすることで、装置条件、熱処理条件、ローディング速度等により異なるローディング時の反応管内温度変化を正確に調べることができる。これにより、実際のウェーハ熱処理時のローディング開始時点から、反応管内の温度分布を最適な温度分布になるように設定することができるため、必要以上に反応管内温度を低くすることなく良好な熱処理を行うことができる。

このとき、前記結晶面が（１００）のシリコンウェーハの結晶方位＜１１０＞の方向に、ノッチを形成したものを熱処理することが好ましい（請求項４）。
このように、熱処理するシリコンウェーハの結晶方位＜１１０＞の方向にノッチが形成されていれば、熱処理用ボートに保持する際に、結晶方位＜１１０＞方向の外縁領域を支持するように容易に調整できる。

本発明の熱処理方法であれば、ウェーハを保持した熱処理用ボートを反応管内へローディングする際に、ウェーハの反りを抑制し、ウェーハのキズやパーティクルの発生を防止することができる。また、ローディング時の反応管内温度を最適に制御して、生産性良く良好な熱処理を行うことができる。

従来のシリコンウェーハの熱処理においては、高い生産性を保ちつつ、熱処理中、特にローディング時にウェーハが反ることによって発生するウェーハ表面キズを低減し、パーティクルの少ない高品質なウェーハを製造する方法はなく、これらに変わる熱処理方法の開発が望まれていた。

そこで本発明者らは、上記課題の解決について鋭意検討を重ねたところ、結晶面が（１００）のウェーハにおいて結晶方位＜１１０＞方向を支持した場合に、結晶方位＜１００＞方向を支持した場合に比べて、ボート上部のウェーハ支持部との接触によるキズを低減できることを見い出した。
結晶方位＜１１０＞方向を支持した場合に、キズの発生が低減される理由は必ずしも明らかではないが、弾性定数の異方性によるものと考えられる。シリコン単結晶のヤング率Ｅは異方性を示し、（１００）面内の結晶方位＜１００＞方向及び＜１１０＞方向の室温での値は、それぞれ１３０．８、１６９．７ＧＰａである。これは、結晶方位＜１００＞方向には弾性変形しやすいが、結晶方位＜１１０＞方向には弾性変形しにくいことを意味している。

ウェーハの反りを考えた場合、（１００）面に垂直なせん断応力に対するひずみが検討対象となる。等方材料の場合の横弾性係数Ｇは、ポアソン比υにより、Ｇ＝Ｅ／２（１＋υ）と求めることができる。
シリコン単結晶のような異方性材料の場合は、この式を用いるわけにはいかないものの、ヤング率の寄与が大きいと考えられる。すなわち、横弾性係数も結晶方位＜１１０＞方向に比べ＜１００＞方向の方が小さく、同じせん断応力に対しては、結晶方位＜１００＞方向の方が、（１００）面の垂直方向への弾性変形量が大きい。このため、結晶方位＜１００＞方向の直上に熱処理用ボートのウェーハ支持部が存在すると、接触による表面キズが発生しやすいと考えられる。

また、本発明者らは、さらなる検討を重ねたところ、上記のようにウェーハを支持し、ローディング時の反応管内温度の炉口側を低い温度にすることで、ウェーハの反りを抑制しながら、仮にウェーハに反りが生じたとしてもキズやパーティクルがほとんど発生しない熱処理を行うことができることを見出して、本発明を完成させた。

以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は、本発明に係る熱処理用ボートのウェーハ支持部によりウェーハを支持した状態を示す概略図である。図２は、熱処理用ボートのウェーハ支持部によりウェーハを結晶方位＜１１０＞方向の外縁領域以外の部分を支持した状態を示す概略図である。図３は、熱処理用ボートのウェーハ支持部の形状を示す概略図である。図４は、縦型熱処理炉において、一般的な熱処理用ボートにウェーハを支持した状態を示す概略図である。図５は、従来の熱処理方法で熱処理した場合の典型的なキズ発生パターンを示す概略図である。図６は、一般的な縦型熱処理炉を示す概略図である。図７、８は、カスケード熱電対の検出温度の時間変化を示すグラフである。

本発明の熱処理方法で用いる縦型熱処理炉としては、特に限定されず、図４、６に示すような一般的な縦型熱処理炉１０を用いることができる。
この縦型熱処理炉１０は、同心状に配置されたヒータ１２と、その内側に配置されたＳｉＣ均熱管１４及び石英反応管１６と、ウェーハを複数枚載置するためのウェーハ支持部４０を有する熱処理用ボート２６と、その熱処理用ボート２６を着脱自在に装着する保温筒２８と、その下部にあって熱処理時に石英反応管１６の下端の炉口部２２を塞ぐ蓋体３０と、熱処理用ボート２６、保温筒２８及び蓋体３０を石英反応管１６の内部に向かって上下させる不図示の昇降手段とからなっている。なお、熱処理用ボート２６のウェーハ支持部４０の形状としては、例えば、図４に示すようなウェーハ支持部形状であって、図３に示すようなウェーハ支持状態となる形状とすることができる。

さらに、石英反応管１６の下端部に設けられたフランジ部２４と、ヒータ１２の温度を検出するヒータ熱電対３２と、均熱管１４と石英反応管１６との間の温度を検出するカスケード熱電対３４と、ヒータ熱電対３２およびカスケード熱電対３４が検出する温度と設定温度に基づいてヒータ１２への電力を制御する温度コントローラ３６を有する。また、熱処理時に反応管１６上方の炉奥部４２側からガスを反応管１６内へ供給するための導入管１８と、石英反応管１６内を循環したガスを炉口部２２側から排気する排気管２０を有する。

ヒータ１２は炉内温度を精度よく制御するために、上下方向に複数のヒータゾーンに分割されており、図６では５ゾーン構成となっている。ここでは上から順番に、Ｕ，ＣＵ，Ｃ，ＣＬ，Ｌゾーンと呼ぶ。それぞれのヒータゾーンにヒータ熱電対３２とカスケード熱電対３４が配置されており、温度コントローラ３６は、カスケード熱電対３４の検出温度が設定温度と一致するようにヒータ１２をＰＩＤ制御する。

従来の熱処理においては、図６のような縦型熱処理炉１０を用いて熱処理を行う際に、図４に示すような熱処理用ボート２６にウェーハ３８を充填し、各ゾーンのカスケード熱電対３４の温度を例えば６００℃に設定して反応管１６内にローディングしていた。この場合、ウェーハ支持部ピッチやローディング速度によっては、ウェーハ３８の弾性変形によりウェーハがボート上部のウェーハ支持部に接触し、ウェーハ３８の表面に、図５に示すようなキズが発生する。

この原因の一つとしては、室温となっている熱処理用ボート２６とウェーハ３８を炉内にローディングし、熱処理用ボート２６上部がＬゾーンに達するとＬゾーンの温度が下がる。この際、Ｌゾーンのカスケード熱電対３４の温度を６００℃に保つために、急激にヒータパワーがかかり、ウェーハ３８の周辺部がＬゾーンから受ける熱輻射量は大きくなり、ウェーハ３８の弾性変形量も大きくなる。

その後、熱処理用ボート２６上部がＣＬゾーンに達すると、ＣＬゾーンの温度も下がる。しかし、Ｌゾーンで受けた輻射熱により熱処理用ボート２６上部の温度はある程度高くなっているため、温度低下はＬゾーン程は大きくなく、ヒータパワーは急激には変化しない。ボートローディングが進行し、熱処理用ボート２６が反応管の上部に近づくにつれてウェーハ温度も６００℃に近くなるため、上部のヒータゾーンではヒータパワーの変化はほとんど見られなくなる。このため、ローディングの際にウェーハ３８表面に、図５に示すようなキズが発生するのは、ウェーハ３８がＬゾーンに達した時点と考えられる。
このような従来の熱処理方法でローディングした場合の、各ゾーンにおけるカスケード熱電対の温度変化を図７に示す。図７に示すように、カスケード熱電対の温度を一定に保つようにヒータが制御されるため、温度変化はほとんど無い。

これに対して、本発明の熱処理方法では、上記のような縦型熱処理炉１０を用いて結晶面が（１００）のシリコンウェーハ３８を熱処理する際に、まず、図１に示すように、シリコンウェーハ３８裏面の結晶方位＜１１０＞方向の外縁領域を熱処理用ボート２６のウェーハ支持部４０により４点支持させて支持する。
そして、反応管内温度を反応管１６の下方の炉口２２側が上方の炉奥４２側より低い温度分布になるようにした反応管１６内へ、ウェーハ３８を保持した熱処理用ボート２６をローディングする。

このように、結晶面が（１００）のシリコンウェーハ裏面の結晶方位＜１１０＞方向の外縁領域を４点支持した状態で熱処理用ボートをローディングすることで、ウェーハの反りが生じやすい位置に熱処理用ボートのウェーハ支持部がないため、急激な温度変化によってウェーハ面内で生じる温度差によるウェーハの反りが生じたとしてもキズの発生を防止できる。さらに、ローディングの際にウェーハの温度変化が最も急激に生じる炉口側を炉奥側より低い温度分布にすることで、設定温度を全体的に低くすることなく、炉口部でのウェーハの温度変化を小さくすることができる。また、炉口側は熱処理用ボートのローディングにより温度が大きく低下しやすいため、予め炉口側の設定温度を低くしておくことで、設定温度に維持しようとヒータパワーが大きくなり、ウェーハが輻射熱を過度に受けることを抑制できる。

本発明において、ウェーハ支持部４０により支持する、シリコンウェーハ３８裏面の結晶方位＜１１０＞方向の外縁領域とは、少なくとも、結晶方位＜１００＞方向の領域でなければ良いが、＜１１０＞方向に対して±２２．５°の範囲内で、ウェーハ直径に対して６０％より外側の領域を支持することが好ましい。

本発明の熱処理方法により熱処理するシリコンウェーハ３８としては、例えば、ＣＺ（チョクラルスキー）法で引上げられたＰ型、約１０Ω・ｃｍ、酸素濃度１５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）、窒素濃度８×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のシリコン単結晶棒を結晶面（１００）で切り出し、直径３００ｍｍの鏡面ウェーハに加工したものとすることができる。

そして、熱処理するシリコンウェーハ３８の結晶方位＜１１０＞の方向に、ノッチを形成することが好ましい。
このように、熱処理するシリコンウェーハの結晶方位＜１１０＞の方向にノッチが形成されていれば、熱処理用ボートに保持する際に、結晶方位＜１１０＞方向の外縁領域を容易に支持することができる。

このとき、図６に示すように、ヒータ１２が上下方向に複数のヒータゾーンに分割されたものであって、各ヒータゾーンのヒータパワーをそれぞれ制御することにより、反応管内温度を反応管１６の下方の炉口２２側が上方の炉奥４２側より低い温度分布になるようにすることが好ましい。
このように分割されたヒータの各ヒータゾーンのヒータパワーを制御することにより、反応管内温度を容易に精度良く本発明の温度分布にすることができる。

また、本発明の温度分布にする方法としては、上記の方法以外にも、例えば従来のようにカスケード熱電対３４の検出温度を例えば６００℃に一定に保つのではなく、ヒータ熱電対３２の温度が６００℃に一定になるようにヒータパワーを制御するのが好ましい。
この場合は、ボートローディング中の各ゾーンのヒータ温度は６００℃で一定であるが、反応管内の炉口側は炉奥側よりも自然に温度が低くなるため、カスケード熱電対が示す石英反応管近傍の温度（反応管内も同様の温度）は、Ｌ＜ＣＬ＜Ｃ≦ＣＵ≦Ｕとなる。また、急激にヒータパワーが変化することもなくなり、Ｌゾーンにウェーハが達した時の熱応力は、カスケード熱電対で温度制御する場合に比べて小さくなり、表面キズの発生頻度は減少する。このときの、カスケード電熱対の温度変化を表すグラフを図８に示す。

図８に示すように、ローディング開始時の温度はＬ＜ＣＬ＜Ｃ≦ＣＵ＝Ｕとなっており、ローディング開始後１０分経過した後に、Ｌゾーンが５５０℃、ＣＬゾーンは５７０℃付近で定常状態となっている。このとき、ローディング開始後３５分経過した前後で表示温度は大きく変動しているが、これはＬゾーンに保温筒が到達したためである。

また、上記のように調べた定常状態におけるそれぞれのヒータゾーンの温度分布は、熱処理時のローディングの際の反応管内の温度分布としては、最適な温度分布と考えられる。このため、次の熱処理において、今度はカスケード熱電対の検出温度が、調べた定常状態の温度分布になるようにヒータパワーを制御することにより、ローディング開始時点から反応管内温度が上記の定常状態に近い温度分布になるようにするのが好ましい。

つまり、予め、各ヒータゾーンのヒータ温度が同一の条件で反応管１６内へ熱処理用ボート２６をローディングして、反応管内温度の変化の定常状態における温度分布を調べ、実際のウェーハ熱処理時のローディングする際の反応管内温度を、調べた温度分布になるように各ヒータゾーンのヒータパワーをそれぞれ制御することにより、反応管内温度を反応管１６の下方の炉口２２側が上方の炉奥４２側より低い温度分布になるようにすることが好ましい。

このように、予め、ヒータ温度を同一にしてローディングすることで、装置条件、熱処理条件、ローディング速度等により異なるローディング時の反応管内温度変化を正確に調べることができる。このため、実際のウェーハ熱処理時のローディングの際の反応管内の温度分布を最適な温度に設定することができるため、必要以上に温度を低く設定することがない。

以上のように、反応管１６内へ熱処理用ボート２６をローディングし、その後に、各ヒータゾーンで例えば６００℃で同一温度になるように昇温して、その後所望の熱処理温度にまで昇温して熱処理を行う。
このように本発明の熱処理方法であれば、特にローディングの際にウェーハに生じるキズやパーティクルを抑制し、ローディング速度や熱処理炉内温度を極端に低くすることなく、生産性良く良好な熱処理を行うことができる。

以下、本発明を実施例、比較例を用いてさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。
（実施例）
ＣＺ法で引上げられたＰ型、約１０Ω・ｃｍ、酸素濃度１５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）、窒素濃度８×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のシリコン単結晶棒を結晶面（１００）で切り出し、直径３００ｍｍの鏡面ウェーハに加工した。このウェーハを、図６に示すような縦型熱処理炉の熱処理用ボートに１２０枚、フル充填した。

この熱処理用ボートは７．５ｍｍピッチ間隔でウェーハを支持するウェーハ支持部が形成されており、図３に示すウェーハ支持部形状となっている。すなわち、ウェーハ直径の２／３の位置の４点に荷重が均等にかかるようになっている。ウェーハ支持部ピッチが７．５ｍｍ、ウェーハ支持部の肉厚が２．５ｍｍ、ウェーハ厚さが０．７７５ｍｍであるため、ボートのウェーハ支持部に支持されたウェーハ表面と直上のウェーハ支持部とのクリアランスは、約４．２ｍｍとなっている。

このウェーハにはノッチ加工が施されており、ノッチ位置は結晶方位＜１１０＞方向となっている。面方位（１００）のウェーハでは、結晶方位＜１１０＞方向にノッチ加工することが多いが、結晶方位＜１００＞方向にノッチを形成する場合もある。本発明の実施例および比較例では、ノッチ方位は全て結晶方位＜１１０＞方向である。熱処理用ボートへのウェーハ支持は、図１に示すように、ウェーハの結晶方位＜１１０＞方向をボートのウェーハ支持部で支持するようにした。
結晶方位＜１１０＞方向以外にノッチを形成した場合は、熱処理用ボートのウェーハ支持部がウェーハの＜１１０＞方向の外縁領域を支持するようにウェーハをセットする。

ローディングする際の炉のヒータゾーン設定は、Ｌゾーン５５０℃、ＣＬゾーン５７０℃、Ｃ〜Ｕゾーン６００℃として、カスケード熱電対が、この設定温度に保たれるように温度制御した。なお、このときの設定温度は、上述したような温度設定方法で、予め、試しのローディングを行い、得られた図８に示すグラフから設定した。

この炉内に、ウェーハがフル充填された熱処理用ボートを、５ｃｍ／分の速度でローディングした。ローディングは約３５分で完了し、その後に各ヒータゾーンのカスケード熱電対の温度が６００℃になるように２．５℃／分で昇温した。約２０分で各ゾーンの温度は６００℃となり、その後１０分間保持し、１０００℃までは５℃／分、１１００℃までは２℃／分、１２００℃までは１℃／分で昇温した。１２００℃で１時間保持したのち、１１００℃までは１℃／分、１０００℃までは２℃／分、６００℃までは５℃／分で降温した。その後、５ｃｍ／分で熱処理用ボートをアンロードした。なお、上記の全ての工程は、炉内に１００％Ａｒを流しながら行った。

熱処理済みのウェーハのうち、熱処理用ボート最上部と最下部の各１０枚を除いた１００枚について、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製のＳｕｒｆｓｃａｎ ＳＰ−１を用いて、ウェーハ上の０．１μｍ以上のパーティクル測定を行った。
その結果、表面キズの発生率は０％であった。また、パーティクル個数の平均値は０．４８ｐｃｓ／ｗｆであった。このように、本発明により熱処理されたシリコンウェーハは表面のキズがなく、パーティクル数も極めて少なかった。

（比較例１）（支持方法を変更）
実施例に対して、図２に示すようにウェーハの結晶方位＜１００＞方向をボートのウェーハ支持部で支持するようにウェーハをセットした。その他は実施例と全く同じ条件とし、熱処理を行った。
パーティクル測定の結果、キズの発生率は５％であった。キズの典型的な発生パターンを図５に示すが、ウェーハの結晶方位＜１００＞方向を軸として上側に反り、熱処理用ボート上部のウェーハ支持部に接触している。また、パーティクルレベルは０．７１ｐｃｓ／ｗｆであり、実施例に比べて悪化している。

（比較例２）（炉内温度分布を変更）
実施例に対して、熱処理用ボートを炉内にローディングする際の温度設定条件を次のように変更した。各ゾーンのカスケード熱電対の温度を全て６００℃に設定して、ウェーハをフル充填した熱処理用ボートを５ｃｍ／分で炉内にローディングし、ローディング終了後に６００℃で３０分間保持した。その他は実施例と全く同じ条件とし、熱処理を行った。
表面キズの発生率は２％であり、パーティクルレベルはウェーハ平均で０．８８ｐｃｓ／ｗｆであり、実施例に比べて悪化している。

（比較例３）（支持方法、炉内温度分布を変更）
実施例に対して、比較例１のようにウェーハの結晶方位＜１００＞方向をボートのウェーハ支持部で支持するようにウェーハをセットした。また、比較例２のようにローディングの際の各ゾーンのカスケード熱電対の温度を全て６００℃に設定した。その他は実施例と全く同じ条件とし、熱処理を行った。
この場合の表面キズの発生率は１９％と極めて悪く、パーティクルレベルも２．７８ｐｃｓ／ｗｆと悪かった。

（比較例４）（支持方法、炉内温度分布、ウェーハ支持部ピッチを変更）
実施例に対して、ウェーハ支持部ピッチ９．５ｍｍの熱処理用ボートを用いた。この熱処理用ボートは、フル充填でウェーハを９５枚仕込むことができる。他の条件は比較例３と同様とした。
この場合は、表面キズの発生は見られなかった。パーティクルレベルは、０．８１ｐｃｓ／ｗｆであり、実施例と比べて悪かった。また、一度に熱処理できるウェーハの枚数が減少したため、生産性は大幅に低下した。

以上のように実施例では、ウェーハ支持部ピッチが狭いにも拘らず、ウェーハ表面にキズが発生せず、パーティクルレベルも最も良好であり、高品質で生産性良く熱処理できた。尚、実施例及び比較例１〜４のパーティクル測定を行ったウェーハについて、１０ウェーハ支持部おきにＸＲＴを用いてスリップを評価したが、スリップ発生は見られなかった。

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、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。

本発明の熱処理方法において熱処理用ボートでウェーハを＜１１０＞方向で支持した状態の一例を示す概略図である。 比較例１、３、４において熱処理用ボートでウェーハを＜１１０＞方向以外で支持した状態の概略図である。 本発明の熱処理方法に用いることができる熱処理用ボートのウェーハ支持部の形状を示す概略図である。 一般的な熱処理用ボートを示す概略図である。 従来のローディングの際に生じる典型的なウェーハ表面キズを示す概略図である。 一般的な縦型熱処理炉の一例を示す概略図である。 カスケード熱電対の温度が一定になるようにヒータを制御した場合のカスケード熱電対の温度変化を示すグラフである。 ヒータ熱電対の温度が一定になるようにヒータを制御した場合のカスケード熱電対の温度変化を示すグラフである。

符号の説明

１０…縦型熱処理炉、 １２…ヒータ、 １４…均熱管、 １６…反応管、
１８…導入管、 ２０…排気管、 ２２…炉口部、 ２４…フランジ部、
２６…熱処理用ボート、 ２８…保温筒、 ３０…蓋体、
３２…ヒータ熱電対、 ３４…カスケード熱電対、 ３６…温度コントローラ、
３８…ウェーハ ４０…ウェーハ支持部、 ４２…炉奥部。

Claims (4)

1. 少なくとも、反応管と、該反応管内に配置され、被処理基板を保持するための熱処理用ボートと、前記反応管の外側に配置されたヒータとを有する縦型熱処理炉を用いて結晶面が（１００）のシリコンウェーハを熱処理する方法であって、
   前記結晶面が（１００）のシリコンウェーハ裏面の結晶方位＜１１０＞方向の外縁領域を前記熱処理用ボートのウェーハ支持部により４点支持して、反応管内温度を前記反応管の下方の炉口側が上方の炉奥側より低い温度分布になるようにした前記反応管内へ、前記ウェーハを保持した熱処理用ボートをローディングしてウェーハの熱処理をすることを特徴とするシリコンウェーハの熱処理方法。
2. 前記ヒータが上下方向に複数のヒータゾーンに分割されたものであって、前記各ヒータゾーンのヒータパワーをそれぞれ制御することにより、前記反応管内温度を前記反応管の下方の炉口側が上方の炉奥側より低い温度分布になるようにすることを特徴とする請求項１に記載のシリコンウェーハの熱処理方法。
3. 予め、前記各ヒータゾーンのヒータ温度が同一の条件で前記反応管内へ前記熱処理用ボートをローディングして、前記反応管内温度の変化の定常状態における温度分布を調べ、実際のウェーハ熱処理時のローディングする際の前記反応管内温度を前記調べた温度分布になるように前記各ヒータゾーンのヒータパワーをそれぞれ制御することにより、前記反応管内温度を前記反応管の下方の炉口側が上方の炉奥側より低い温度分布になるようにすることを特徴とする請求項２に記載のシリコンウェーハの熱処理方法。
4. 前記結晶面が（１００）のシリコンウェーハの結晶方位＜１１０＞の方向に、ノッチを形成したものを熱処理することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のシリコンウェーハの熱処理方法。
   

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