JPH0342821A

JPH0342821A - 半導体ウエハの熱処理方法およびそのためのウエハハンガーならびに半導体ウエハ

Info

Publication number: JPH0342821A
Application number: JP1178424A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Odate; 大舘　光雄
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-07-11
Filing date: 1989-07-11
Publication date: 1991-02-25
Also published as: US5109264A; US5043301A; US4966549A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は半導体ウェハの熱部Ｐｌ！方法およびそれに
用いられるウェハ保持器具に関する。また、この発明は
、熱処理に特に適した形状を有する半ノ、り体ウェハに
も関連している。

〔従来の技術〕

周知のように、半導体装置を製造する際には、ウェハ状
態の半導体基板に電子素子構造や配線構造などを形成し
、その後にウェハをチップへと切分ける。そして、半導
体ウェハへ種々の構造を形成するにあたっては、不純物
拡散や酸化などの目的で半導体ウェハの熱処理が加熱炉
内で行われる。

第１９図は、加熱炉内に半導体ウェハ１を保持するボー
ト２の正面図であり、第２０図はその■■断面図である
。ボート２は弧状の端部を有する樋状の石英ブロックま
たはポリシリコンブロックであり、その上面には規則的
に満３が形成されている。そして、満３のそれぞれにウ
ェハ１の下端部を押入することにより、多数のウェハ１
を立てた状態で保持することができる。ボート２の下面
エツジ部には加熱炉の内側炉壁４と適合する傾斜面５が
形成されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、このようなボート２にウェハ１を保持して熱
処理を行う場合には、次のような種々の問題が生ずる。

そのうちのひとつは、自重による塑性変形がウェハ１に
生ずるという問題である。すなわち、第２０図の部分拡
大図である第２１図に示すように、加熱による熱膨張な
どの影響を考慮して、満３の幅はウェハ１の厚さよりも
広く設定されており、このギャップ（クリアランス）に
よって、ウェハ１は、若干傾いてボート２上に立つこと
になる。

このため、熱処理を長時間にわたって行うと、その自重
によるたわみつまり塑性変形がウェハ１に生じてしまう
。したがって、熱処理後のウェハ１は湾曲した形状とな
り、その後に行われるラッピングやエピタキシャル成長
、それに写真製版］二程における加工精度やマスク合わ
せ精度が低下する。

その結果、このウェハ１から得られる半導体装置の不良
率が高くなる。

特に、ウェハ１が大口径の場合にはその自重による塑性
変形が大きくなり、半導体装置の不良率もそれに応じて
高くなる。また、ウェハ１め口径があまり大きくなくて
も、ウェハ１の厚さが薄いときには塑性変形が相対的に
大きくなる。

他の問題は、ウェハ１の保持位置と関連している。すな
わち、まず、ボート２は第１９図に示すように加熱炉の
炉内空間下部に載置されるため、必然的に、ウェハ１の
中心点ｃｗは炉内空間の中心点ＣＴよりもかなり低い位
置に存在することになる。一方、加熱炉で不純物拡散を
行う場合には、加熱チューブの底面に残留不純物やホコ
リがたまりやすい。このため、ボート２を炉内に導入す
るときにこれらの残留不純物やホコリがボート２と加熱
チューブ底面との擦り合わせによって巻上げられ、低い
位置に保持されたウェハ１に付着することになる。その
結果、このウェハ１に熱処理を施すと、付着した残留不
純物やホコリにより、ウェハ１内の不純物濃度の分布の
偏りゃ異常拡散など、熱処理の不均一性が生ずる。した
がって、このウェハ１上の電気的構造の特性の悪化や不
良率の増大という問題が生ずる。

熱処理時におけるウェハ１の保持器具としては第２２図
に示す保持器具６も知られている。この保持器具６は、
切欠き７を有する４本の捧＋４を互いに連結して構成さ
れており、切欠き７にウエノ＼１を押入して保持する。

また、各ウエノ＼１の主面を水平方向に向けて、所定の
間隔を隔てつつ複数のウェハ１を積重ねて保持する器具
も用いられている。

これらの保持器具においても、既述した各問題は解決さ
れてはおらず、ウェハ１の塑性変形や熱処理の不均一性
の防止が重要な課題として残っている。

この発明は従来技術における上述の問題の克服を意図し
ており、熱処理時に半導体ウエノ＼に型性変形を生じさ
せることのない熱処理方法を提供することを第１の目的
とする。

また、この発明の第２の目的は、熱処理の不均一性を生
じさせることが少ない熱処理方法を提供することである
。

さらに、第３の目的は、上記第１および第２の目的を実
現する熱処理方法において使用可能てあり、かつ取扱い
が簡便なウェハ保持器具を提供することである。

そして、第４の目的は、上記第３の目的に沿って構成さ
れるウェハ保持器具に適した形状を有し、かつ半導体装
置の製造において有利な特徴を合わせ持った半導体ウェ
ハを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上述の第１の目的を達成するため、この発明の第１の構
成では、半導体ウェハを加熱炉内で加熱することにより
、前記半導体ウェハの熱処理を行う方法において、〈ａ
）半導体ウェハをウエノ＼ノ＼ンガーに吊下げる工程と
、（ｂ）　　前記半導体ウェハを吊下げた前記ウェハハ
ンガーを加熱炉内に導入する工程と、（ｅ）　　前記加
熱炉に加熱電力を供給し、それによって、前記ウェハハ
ンガーに吊下げられた前記半導体ウェハの熱処理を行う
工程とを備える。

また、第１と第２の目的を同時に達成するため、この発
明の第２の構成では、前記工程（ｂ）が、　（ｂ−１）
前記半導体ウェハの中心点の高さが、前記加熱炉の炉内
空間中心点の高さと実質的に同一となるように前記ウェ
ハハンガーを前記加熱炉内で保持する工程を有する。

第３の構成は、第３の目的に対応しており、半導体ウェ
ハを加熱炉内で加熱して熱処理を行う際に、前記半導体
ウェハを前記加熱炉内で吊下げるために用いられるウェ
ハハンガーとして、（ａ）前記半導体ウェハの端部に形
成された係合孔に押通可能な棒材と、（ｂ）　　前記棒
材の両端を支持して前記棒材を実質的に水平に保持する
支持脚材とを備え、前記棒材は前記支持脚材に対して着
脱ｒ１ｍとなっているとともに、前記棒材と前記支持脚
材とは、前記熱処理の温度に対して耐熱性を有する材質
で形成されているウェハハンガーを提供する。

第４の構成は、上記第３の構成とは異なるウェハハンガ
ーを対象としており、（ａ）　　前記半導体ウェハの線
膨張係数よりも小さな線膨張係数を有し、その長手方向
に沿って配列した複数のテーパ溝を有する棒状部と、　
（ｂ）　　荊記捧状部のｎ端を支持して前記棒状部を実
質的に水平に保持する支持脚部とを備え、前記棒状部と
前記支持脚部とは前記熱処理の温度に対して耐熱性を有
するとともに、前記テーパ溝の開口幅は前記半導体ウニ
／Ｘの厚さよりも大きく、かつ前記テーパ溝の底部の幅
は前記半導体ウェハの厚さよりも小さく設定され、前記
半導体ウェハの端部が前記テーパ溝で挟持されることに
より前記半導体ウェハが前記棒状部に吊下げれる。

さらに、第５の構成は、第４の目的に対応しており、開
口部に向ってテーバ状となった切欠きが端部に形成され
ていることを特徴とする半導体ウェハを提供する。

〔作用〕

この発明の第１の構成では、加熱炉の中で半導体ウェハ
がウェハハンガーに吊下げられた状態となる。このため
、ウェハを下端で支持する従来方法と異なって、自重に
よってウェハが塑性変形することはない。

第２の構成では、ウェハの中心点の高さが炉内空間中心
点の高さと実質的に同一となるようにウェハが吊下げら
れるため、炉内底部に存往するホコリなどがウェハに付
着することが少ない。また、加熱炉内の天井面からウェ
ハまでの距離と、加熱炉内の底面からウェハまての距離
とがほぼ同一となる。このため、ウェハの熱処理におけ
る均一性が確保できる。

第３と第４の構成は、ウェハの吊下げを行うウェハ保持
器具としてのウェハハンガーの好ましい構造を与える。

このうち、第３の構成では、ウェハの端部に、開口部に
向ってテーパ状となった切欠き、または透孔を設けてお
く。この切欠きや透孔を「係合孔」と総称する。そして
、ウェハハンガーは、この係合孔に棒材を押通してウェ
ハを吊下げるようになっている。棒材がそれを支持する
支持脚材と着脱自在となっているため、ウェハをウェハ
ハンガーに吊下げる操作や、ウェハをウェハハンガーか
ら取りはすず操作も容易である。

一方、第３の構成のウェハハンガーでは、テーパ溝の配
列を持った棒状部とそれを支持する５支持脚部とを備え
ている。そして、テーバｌ＋ＩＥの中にウェハの端部を
抑大し、テーパ湾内の１組のテーパ而でウェハを挟持し
て吊下げる。棒状部の線膨張係数がウェハの線膨張係数
よりも小さいため、加熱時においてはウェハの厚さ方向
の熱膨張がテーパ溝の熱膨張よりも大きくなり、加熱時
におけるウェハの挟持力が増加する。その結果、加熱炉
内においてウェハがウェハハンガーから落下することは
ない。

この発明の第４の構成に従ったウェハは、上記第３の構
成によるウェハハンガーを用いて吊下げる際などに有効
な形状を有している。開口部に向ってテーパ状となった
切欠きは、棒材などを押通してウェハを吊下げても、ウ
ェハが落下しない作用を有する。ウェハの端部に透孔を
設ける場合と比較して、このような切欠きでは、それを
形成するための加工装置の選択自由度が高い。また、こ
の切欠きはウェハの他の処理工程における位置合わせ基
準ともなり、さらに、オリエンテーションフラットを形
成する場合と比較して、ウェハ上のエリアの利用率も高
い。

〔実施例〕

第１図は、この発明の熱処理方法で用いられる半導体ウ
ェハの保持器具、すなわちウェハハンガー１００の第１
の構成例を示す分解斜視図である。

ウェハハンガー１００は、断面円形の棒材１１０と、こ
の棒材１１０の両端部１１１ａ、１ｌｌｂを支持し、そ
れによって棒材１１０を実質的に水平に保持する支持脚
材１２０とを有している。

支持脚材１２０は、それぞれが鉛直面内に立設された一
対の三角脚部１２１ａ、１２１ｂと、それらの底辺側の
両頂点を水平方向に相互連結する一対の棒状連結部１２
３ａ、１２３ｂとを有している。三角脚部１２１ａ、１
２１ｂおよび連結部１２３ａ、１２３ｂは一体に底形さ
れている。三角脚部１２１ａ、１２１ｂのそれぞれの上
部頂点には、棒材１１０の両端部１１１ａ、１１１．ｂ
を着脱自在に受入れてそれを載置可能なＵ７満１２２が
形成されている。

ウェハハンガー１００の全体は、半導体つ・エバ１０の
熱処理のための温度に対して耐熱性を有する材料で形成
されている。ウェハ１０の熱処理のための温度はたとえ
ば１１００−１２５０℃であり、ウェハハンガー１００
はたとえば石英または炭化ケイ素（Ｓ　ｉ　Ｃ）からな
る。

ウェハハンガー１００によって吊下げられる半導体ウェ
ハ１０には、その端部に切欠き（ノツチ）１１が形成さ
れている。このウェハ１０の平面図が第２Ａ図に、また
その部分拡大図が第２Ｂ図に示されている。切欠き１１
は、円形の透孔の一部がウェハ１０のエツジ位置で切り
とられた形状を有しており、その直径は第１図の棒材１
１０の断面直径よりやや大きい。また、切欠き１１の開
口部の幅Ｗ１は切欠き１１を形成する部分Ｐ１の直径Ｗ
２よりも小さい。したがって、この切欠き１１は、開口
部に向ってテーパ状の形状を持つ切欠きのひとつの態様
となっている。さらに、開口部の幅Ｗｔは棒材１１０の
直径よりも小さい。

このような切欠き１１の形成は、たとえば次のようにし
て行ってもよい。すなわち、第３図に示すように、まず
半導体単結晶のインゴット１０　Ａを作成し、たとえば
グラインダを用いた切削によって、インゴットＩＯＡの
長手方向に伸びる満１１Ａを形成する。そして、インゴ
ットＩＯＡを複数のウェハへと切分けることにより、切
欠き１１を持つウェハ１０を得ることができる。また、
切欠き１１の形成は、超音波打抜き機を用いて行っても
よい。

第１図に戻って、ウニ１Ｘ１０の熱処理を行う際には、
棒材１１０が支持脚材１２０から取りはずされ、所望枚
数のウェハ１０のそれぞれの切欠き１１の中に棒材１１
０を挿入することにより、ウェハ１０が棒材１０に吊下
げられる。第１図には図示の便宜上、３枚のウェハ１０
のみが示されているが、実際にはたとえば１０ツト（２
５枚）のウェハ１０を吊下げてもよい。ウェハ１０のそ
れぞれの主面の熱処理を十分に行わせるために、ウェハ
１０は互いに適宜の間隔を置いて配列されている。そし
て、ウェハ１０を吊下げた棒材】１０の両端部１１１　
ａおよび１１１ｂが三角脚部１２１ａ、１２１ｂのＵ字
溝１２２中に載置され、それによってウェハ１０を加熱
炉内へ導入する準備が完了する。

ウェハ１０がウェハハンガー１００に吊下げられた状態
においてウェハ１０の下端が床面に接触しないようにす
るために、このウェハハンガー１００の最下部位置から
測ったＵ字溝１２２の高さｈは、ウェハ１０の直径より
も大きな値を持つことが好ましい。また、棒材１１０の
両端部１１１ａ、１１１ｂを受は入れてこれを支持する
ための構造は、第１図および第４Ａ図に示したＵ字溝１
２２に限定されない。第４Ｂ図に示すＵ字溝１２５や第
４Ｃ図に示す平溝１２６も利用可能である。

次に、ウェハ１０を吊下げたウェハハンガー１００は、
加熱炉内に導入される。第５図はウェハハンガー１００
を導入した後の加熱炉２００の内部状態を示す図であり
、第６図はその■−■断面図である。加熱炉２００は、
ハウジング２０１内に設けられた石英または炭化シリコ
ンの加熱チューブ２０２を備えている。また、加熱チュ
ーブ２０２の周囲には、電力コントローラ２０４からの
電力によって発熱するヒータ２０３が設けられている。

ウェハ１０の熱処理として、ウェハ１０にガリウムを熱
拡散させるための処理を例にとると、加熱チューブ２０
０内の温度はたとえば１２５０℃とされる。そして、加
熱チューブ２０２の一方開口端２０５から、酸化ガリウ
ム（Ｇａ２０３）と水素（Ｈ２）とを含んだガスＧ１が
供給される。加熱チューブ２０２内においてガリウムが
酸化ガリウムから熱解離してウェハ１０中に拡散し、他
の成分は、キャップ２０５に設けた透孔からガスＧ２と
して加熱チューブ２０２の外へ出る。ガスＧ２に含まれ
る水素と酸素はダクト２０６で反応し、廃ガスＧ３とし
て排出される。ウェハ１０を吊下げたウェハハンガー１
００は、ドア２０７を開き、キャップ２０５を取外した
状態で加熱チューブ２０２に出入れされる。

一般にウェハ１０の熱処理は３〜５０時間におよぶ長時
間層われるが、その期間内において、ウェハ１０はウェ
ハハンガー１００に吊下げられた状態を保っているため
、ウェハ１０がその自重で塑性変形することはない。こ
のため、熱処理完了後においてもウェハ１０の平面性は
良好に維持されており、後工程におけるマスク合わせな
どにおいて、ウェハ１０の変形に伴う位置決め誤差は生
じない。その結果、ウェハ１０から得られる半導体装置
の不良率は低下し、その電気的特性の信頼性も向上する
。

また、第６図かられかるように、三角脚部１２１ａ、１
２１ｂの底辺側頂点１２４が加熱チューブ２０２の内壁
に接するような位置関係で、ウェハハンガー１００は加
熱チューブ２０２内に載置されている。そして、三角脚
部１２１ａ、１２１ｂのサイズは、ウェハ１０の中心点
ＣＷがｒｉ　筒状の加熱チューブ２０２の中心位置ＣＴ
と実質的に同一となるように定められている。このため
、加熱チューブ２０２の内部底面にたまった不純物のカ
スやホコリなどがウェハハンガー１００の出入れ時に巻
上げられてウェハ１０の表面に付着する可能性が著しく
低下する。その結果、ウェアＸ１０の熱処理における異
常拡散が防止される。また、ウェハ１０は加熱チューブ
１００の内壁の各部分からほぼ等距離にあるため、ウェ
ハ１０における熱処理の均一性はさらに高まることにな
る。

このようにして熱処理を受けた後のウェア＼１０はウェ
ハハンガー１００に吊下げられたまま加熱炉２００の外
部へ取出される。そして、ウニＩ＼１０をウェハハンガ
ー１００に吊下げる際の手順とは逆の手順でウェハ１０
がウェハハンガー１００から取外される。

ウェハ１０に設けられる切欠き１１は、熱処理時におけ
るウェハ１０の吊下げに有効であるだけでなく、他の利
点をも合わせ持っている。その第１は、切欠き１１がウ
ェハ１０の方位を支持するオリエンテーション指示部と
しての機能を有するため、ウェハ１０に写真製版工程な
どを適用する際には切欠き１１を参照位置としてマスク
の位置決めを行うことができるということである。この
ため、オリエンテーションフラットをウェアへ１０に別
個に形成する必要はない。

また、その第２は、ウェハ１０の表面領域の利用率の向
上、換言すれば材料歩留まりの向上である。第８図に示
すように、切欠き１１をウェア＼１０に形成するために
は、ウェハ１０のわずかな部分１２を取除けばよい。し
たがって、ウェハ１０の主面の多くの部分を電子素子の
形成のために使ＪＴＩ可能であり、より多くの半導体チ
ップをウニｌ＼１０から得ることができる。これに対し
て、第１９図に示すオリエンテーションフラット１３を
ウェハ１０に形成する場合には、かなりの部分１４を取
除かねばならないため、ウェア＼１０から得られる半導
体チップの数は比較的少ない。このように、切欠き１１
はウェハ１０の表面利用率の向上にとって望ましいもの
となっている。

次に、第１図に示したウェハハンガー１００の構成とウ
ェハ１０の形状とについての変形例を説明する。

（り　　ウェハ１０を加熱チューブ２０２の内部空間の
中央部に保持するにあたっては、ウニ／’％／＼ンガー
１００の三角脚部１２１ａ、１２１ｂの形状は種々変形
し得る。たとえば、第７図に示すような三角形１３１ま
たは１３２と一致するように、三角脚部１２１ａ、１２
１ｂの形状を定めてもよい。三角脚部１２１ａ、１２１
ｂのかわりに矩形脚部を用いてもよい。ウェハ１０の中
心点ＣＷが加熱チューブ２０２の中心位置ＣＴから若干
ずれていてもこの発明の目的は達成し得る。

中心点ＣＷと中心位置ＣＴとは完全に一致することが最
も好ましいが、若干ずれていてもよい。

そのずれ距離として好ましい範囲は、ウェア＼１０の直
径と加熱チューブ２０２の内径との差によって異なって
くる。たとえば、ウェハ１０の直径よりもかなり大きな
内径を持つ加熱チューブ２０２を用いたときには、加熱
チューブ２０２の内部底面からの距離が比較的大きくな
るため、上記ずれ距離が、たとえばウェハ１０の直径の
２０％〜３０％となっていたとしても、異常拡散は十分
に防止し得るであろう。一方、加熱チューブ２０２の内
径が比較的小さいときには、上記ずれ距離は可能な限り
小さい方が好ましい。

（２）　　切欠き１１の形状は、部分円以外の形状であ
ってもよい。たとえば第１０Ａ図および第１０Ｂ図に示
すウェハ１０では、切取り三角形１５が切欠き１１とし
て採用されている。このウェハ１０を棒材１１０（第１
図）に確実に吊下げるために、切取り三角形１５の切り
取り輻、つまり切欠き１１の開口部の輻Ｗ３は棒材１１
０の直径よりも小さく、かつ切取り三角形１５の底辺の
長さＷ４は棒材１１０の直径よりも大きくされている。

第１０Ａ図および第１０Ｂ図に示す切欠き１１は、開口
部に向ってテーパ状になっている切欠きの第２の例とな
っている。

第１１図および第１２図は、ウェハ１０の端部に円状の
透孔１６と三角形の透孔１７とをそれぞれ形成した変形
例を示す。透孔１６，１７のサイズは、その中に棒材１
１０を押通可能なサイズとされている。これらの透孔１
６．１７は上述した切欠き１１のかわりに、たとえば超
音波打抜き機を用いて形成され、切欠き１１と同様の態
様で使用される。ウェハ１０が棒材１１０に吊下げられ
た状態においては、透孔１６，１７の内面の一部が棒材
１１０に係合っている。また、既述した第２Ａ図および
第１０Ａ図の切欠き１１においては、それらのテーバ部
が棒材１１０に係合う。このため、切欠き１１および透
孔１６，１７は、いずれも「棒材１１０に係合う係合孔
」という概念の下に同一の機能を有する。ウェハ側部に
開く開口を持たない「係合孔」が透孔１６，１７であり
、ウェハ１０の外周エツジに向って開く開口が設けられ
た「係合孔」が切欠き１１である。

これらの係合孔１１，１６．１７のうち、切欠き１１は
、打抜きだけでなく、インゴットＩＯＡの外周側からの
加工によっても得ることができるため、切欠き１１を形
成するための加工装置の選択の自由度が高い。また、写
真製版などの工程でウェハ１０のオリエンテーション指
示部として利用する際にも、ウェハ１０の外周エツジに
切欠き１１の開口部が存在するため、この開口部を利用
すれば、透孔１６，１７を用いて位置決めを５する場合
と比較して、より容易に位置決めができる。

（３）　　棒材１１０の変形例が第１３図〜第１５図に
示されている。第１３図の棒材１１２は、両端部１１５
の径が中央部１１３の径よりも大きくなっている棒材で
ある。中央部１１３のうち端部１１５に近い部分１１３
ａ、１１３ｂが第１図のＵ　ｎ　１２２に受入れられる
。したがって、ウェハ１０を吊下げた棒材１１２に対し
てその長手方向に外力が加わっても、端部１１５がＵｉ
’Ｍ１２２の外側面に係合することにより、棒材１１２
が支持脚材１２０から脱落してしまうことはない。もっ
とも、棒材１１２をウェハ１０の切欠き１１または透孔
１６，１７に押通可能とするために、切欠き１１または
透孔１６，１７のサイズは、端部１１５の径よりも大き
いことが必要である。

中央部１１３の上面には、幅ＬＡを有する切込み１１４
が所定のピッチＬＰで配列するように形成されている。

切込み１１４の幅ＬＡはウェハ１０の厚さよりも若干大
きな値を持っている。そして、各ウェハ１０の切欠き１
１が、この切込み１１４に嵌合わさるように、ウェハ１
０を中央部１１３に吊下げる。このため、ピッチＬＰを
、ウェハ１０の吊下げ相互間隔として最適の間隔に合わ
せておけば、ウェハ１０を最適間隔で吊下げることが容
易となる。また、外力などによってウェハ１０が棒材１
１２の長手方向にずれてしまうこともないため、ウェハ
１０の最適間隔の維持能力も高い。

第１４図は、第１３図の棒材１１２のうち中央部１１３
のみによって形成された棒材１１６を示す。この棒材１
１６にもまた、切込み１１４の規則的な配列が形成され
ている。

第１５図は、断面三角形の棒材１１７を示す。

この棒材１１７は、ウェハ１０の端部に第１０Ａ図の切
欠き１１または第１２図の透孔１７を形成しであるとき
に特に有用である。この場合には、支持脚材１２０の頂
部に、第４Ｃ図の平部１２６を形成しておくことが望ま
しい。棒材１１７を用いたときには、ウェハ１０が棒材
１１７に吊下げられた状態において、ウェハハンガー１
００の持ち運び時にウェハ１０が棒材１１７のまわりで
揺動することを防止できる。もっとも、このときには、
ウェハ１０の主面に平行な方向に、棒材１１７からウェ
ハ１０へと応力が加わる。このため、ウェハ１０に加わ
る応力を最小限にしたいときには、断面円形の棒材１１
０，１１２または１１６が好ましい。

第１６図は、この発明の熱処理方法に用いられるウェハ
ハンガーの第２の例を示す分解斜視図である。このウェ
ハハンガー３００は、Ｉ’Ｎ４３１０と支持脚材３２０
とから構成されている。棒材３１０には、その長手方向
に沿ってテーバ部３１２の規則的配列が形成されている
（第１７図参照）。

後に詳述する原理によって所用枚数の半導体ウェハ２０
がテーパ溝３１２のそれぞれに挟み込まれ、それによっ
て棒材３１０にウェハ２０が吊下げられる。

一方、支持脚材３２０は、一対の鍋形脚部３２５ａ、３
２５ｂと、それらを連結する一対の連結部３２８ａ、３
２８ｂとからなっている。錨形脚部３２５ａ、３２５ｂ
の軸部３２３は鉛直方向に立設され、その頂部にはＵ字
溝３２２が形成されている。また、腕部３２４の底面３
２７は加熱チューブ２０２（第６図）の内壁面に適合す
る弧状となっている。連結部３２８ａ、３２８ｂは、各
腕部３２４の先端３２６を相互に連結する。

Ｕ字溝３２２は、棒材３１０の両端部３１１ａ。

３１１ｂを受入れることにより、ウェハ２０を吊下げた
棒材３１０を水平に支持する。軸部３２３の高さＨはウ
ェハ２０の直径よりも大きい。好ましくは、ウェハハン
ガー３００を加熱チューブ２０２内に入れたときに、ウ
ェハ２０の中心点ＣＷの高さが加熱チューブ２０２の中
心位置と実質的に同一となるように、軸部３２３の長さ
（すなわち、ウェハハンガー３００の最下部から測った
Ｕ字溝３２２の高さ）が定められる。

支持脚材３２０はウェハ２０の熱処理温度に耐え得る材
料、たとえば石英で形成されている。これに対して、棒
材３１０の材料は、ウェハ２０の熱処理温度に耐え得る
という条件だけてなぐ、ウェハ２０の線膨張係数（シリ
コンウェハの場合はβ−４，２Ｘ　１０−’に一’）よ
りも小さな線膨張係数を有するという条件をも満足する
ように選択する。このような材質の多くはセラミックス
であり、たとえばアルミニウムシリケートやジルコンジ
ュライトが棒材３１０の材質として選択される。

第１８Ａ図は棒材３１０の部分断面図である。

テーバｍ　３１２の開目部の幅Ｗ５はウェハ２０の厚さ
より大きくされる一方、テーバ溝３１２の底面の幅Ｗ６
はウェハ２０の厚さより小さく値とされている。、テー
バ溝３１２のテーパ角θは、たとえば約７″である。

ウェハ２０をウェハハンガー３００に吊下げるにあたっ
ては、まず、ウェハ２０の端部をテーパ満３１２内に抑
大れる。すると、棒材３１０とウェハ２０とのそれぞれ
の弾性力によって、ウェハ２０の端部はテーバ溝３１２
内の一対のテーパ面間に挟持される（第１８Ｂ図）。所
要数（たとえば２５枚）のウェハ２０を挟持した棒材３
１０は、Ｕ字溝３２２の上に載置され、それによって棒
材３１０が実質的に水平に支持される。この状態のウェ
ハハンガー３００は、第１図に示したウェハハンガー１
００と同様の手順に従って加熱チューブ２０２内に導入
され、この加熱チューブ２０２内で熱処理を受ける。

この熱処理において、ウェハ２０およびウェハハンガー
３００の双方の温度が上昇し、それによってこれらは熱
膨張する。このとき、棒材３１０の線膨張係数がウェハ
２０の線膨張係数より小さいため、第１８Ｂ図において
、テーバ溝３１２の幅の増加量はウェハ２０の厚さの増
加量よりも小さい。その結果、テーバ溝３１２によるウ
ェハ２０の挾持力は増大し、棒材３１０からのウェハ２
０の落下を確実に防止できることになる。また、ウェハ
２０における塑性変形や異常拡散が防止できることは、
第１図のウェハハンガー１００と同様である。

このウェハ３００では、係合孔を持たないウェハ２０を
吊下げることができる。したがって、ウェハ２０に係合
孔を形成する工程は不要であ・る。

また、棒材３１０と支持脚材３２０とが相互に分離可能
となっていなくとも、ウェハ２０をウェハ３００に着脱
することができる。このため、棒材３１０と支持脚材３
２０とが一体化されているようなウェハハンガーも、こ
の発明の概念に含まれている。このような変形も考慮し
て「棒材」および「支持脚材」は、それぞれ「棒状部」
および「支持脚部」という用語で広く表現することが可
能である。もっとも、棒状部と支持脚部とを着脱自在と
した方が、ウェハ２０の着脱が容易となる。

第１図のウェハハンガー１００と第１６図のウェハハン
ガー３００とのそれぞれの支持脚材１２０．３２０は、
いずれのウェハハンガー１００゜３００にも利用できる
。このため、たとえば棒材１１０と支持脚材３２０とを
組合わせてウェハハンガーを構成してもよい。

この発明は、ウェハへの不純物拡散工程のみならず、ウ
ェハの熱酸化など種々の熱処理に適用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、請求項１の発明では、ウェハが加
熱炉内に吊下げられるため、ウェハの自重による塑性変
形を防止できる。このため、その後の工程におけるマス
クなどの位置決めに誤差が生ずることはなく、このウェ
ハから得られる半導体チップの歩留まりや電気的特性の
信頼度が向上する。

請求項２の発明では、ウェハが加熱炉の内部空間の中心
部分に吊下げられるため、炉内底部に在住するホコリな
どがウェハに付着することが少ない。また、加熱炉内の
天井面からウェハまでの距離と、加熱炉内の底面からウ
ェハまでの距離とがほぼ同一となる。このため、請求項
１の発明における効果に加えて、異常拡散などを有効に
防止し、ウェハの均一な熱処理が可能となるという効果
が得られる。

請求項３のウェハハンガーでは、ウェハに形成した係合
孔に棒材を挿通してウェハを吊下げるため、ウェハの取
扱いが容易である。また、ウェハが棒材から落下するこ
ともない。

請求項４のウェハハンガーでは、ウェハと棒状部とのそ
れぞれの線膨張係数の違いを利用して、ウェハがテーパ
溝に確実に挟持されるにしている。

このため、ウェハハンガーへのウェハの着脱が容易であ
るだけでなく、ウェハハンガーからのウェハの落下を有
効に防止できる。

請求項５の半導体ウエノ＼は、請求項３のウェハハンガ
ーにおいて、棒材を挿通可能な切欠きを有している。そ
して、この切欠きは比較的小さなもので足りるため、ウ
ェハの主面の利用効率が高い。

また、この切欠きはウェハのオリエンテーション指示部
としての機能をも有するため、オリエンテーションフラ
ットを別個に設ける必要はない。さらに、棒材を挿通さ
せるための透孔を設ける場合と異なり、ウェハの外周面
側からの加工によって切欠きが形成できるため、加工装
置の選択度も高い。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例で用いられるウェハハンガ
ー１００の分解斜視図、第２Ａ図はつエババンガー１０
０によって吊下げるために適した形状を持つ半導体ウェ
ハ１０の平面図、第２Ｂ図はウェハ１０の端部に形成し
た切欠き１１の拡大図、第３図は切欠き１１の形成方法
を説明するためのインゴットＩＯＡの斜視図、第４Ａ図
から第４Ｃ図は三角脚部１２１ａ、１２１ｂの頂部の構
造例を示す図、第５図は加熱炉２００内に導入されたウ
ェハハンガー１００を示す図、第６図は第５図のＶｌ−
Ｖｌ断面図、第７図はウェハハンガー１００の支持脚材
の変形例を示す図、第８図および第９図は切欠き１１の
利点をオリエンテーションフラット１３と比較して示す
図、第１０Ａ図、第１０Ｂ図、第１１図および第１２図
はウェハ１０の形状の変形例を示す図、第１３図から第
１５図はウェハハンガーで用いられる棒材の変形例を示
す図、第１６図は別のウェハハンガー３００の分解斜視
図、第１７図はウェハハンガー３００に用いられる棒材
３１０の斜視図、第１８Ａ図および第１８Ｂ図は棒材３
１０へのウェハ２０の挿入を説明する図、第１９図は従
来のウェハ保持器具であるボート２の説明図、第２０図
は第１９図の■−■断面図、第２１図はウェハ１の塑性
変形の説明図、第２２図は従来の他のウェハ保持器具６
の説明図である。図において、１０．２０は半導体ウェハ、１１は切欠き
、１００．３００はウェハハンガー　１１０．３１０は
棒材、１２０，３２０は支持脚材、３１２はテーパ溝、
２００は加熱炉である。なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体ウエハを加熱炉内で加熱することにより、
前記半導体ウエハの熱処理を行う方法であって、（ａ）半導体ウエハをウエハハンガーに吊下げる工程と
、（ｂ）前記半導体ウエハを吊下げた前記ウエハハンガー
を加熱炉内に導入する工程と、（ｃ）前記加熱炉に加熱電力を供給し、それによって、
前記ウエハハンガーに吊下げられた前記半導体ウエハの
熱処理を行う工程とを備える半導体ウエハの熱処理方法
。
（２）請求項１の熱処理方法であって、前記工程（ｂ）が、（ｂ−ｌ）前記半導体ウエハの中心点の高さが、前記加
熱炉の炉内空間中心点の高さと実質的に同一となるよう
に前記ウエハハンガーを前記加熱炉内で保持する工程を
有することを特徴とする半導体ウエハの熱処理方法。
（３）半導体ウエハを加熱炉内で加熱して熱処理を行う
際に、前記半導体ウエハを前記加熱炉内で吊下げるため
に用いられるウエハハンガーであって、（ａ）前記半導体ウエハの端部に形成された係合孔に挿
通可能な棒材と、（ｂ）前記棒材の両端を支持して前記棒材を実質的に水
平に保持する支持脚材とを備え、前記棒材は前記支持脚材に対して着脱自在となっている
とともに、前記棒材と前記支持脚材とは、前記熱処理の
温度に対して耐熱性を有する材質で形成されているウエ
ハハンガー。
（４）半導体ウエハを加熱炉内で加熱して熱処理を行う
際に、前記半導体ウェハを前記加熱炉内で吊下げるため
に用いられるウェハハンガーであって、（ａ）前記半導体ウエハの線膨張係数よりも小さな線膨
張係数を有し、その長手方向に沿って配列した複数のテ
ーパ溝を有する棒状部と、（ｂ）前記棒状部の両端を支持して前記棒状部を実質的
に水平に保持する支持脚部とを備え、前記棒状部と前記
支持脚部とは前記熱処理の温度に対して耐熱性を有する
とともに、前記テーパ溝の開口幅は前記半導体ウエハの
厚さよりも大きく、かつ前記テーパ溝の底部の幅は前記
半導体ウエハの厚さよりも小さく設定され、前記半導体
ウエハの端部が前記テーパ溝で挟持されることにより前
記半導体ウエハが前記棒状部に吊下げれることを特徴と
するウエハハンガー。
（５）開口部に向ってテーパ状となった切欠きが端部に
形成されていることを特徴とする半導体ウェハ。