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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Festhalten eines
Siliciumwafers an seiner Rückseite bei seiner Wärmebehandlung,
eine Einspannvorrichtung für die Wärmebehandlung
eines Siliciumwafers und den durch die Wärmebehandlung
erhaltenen wärmebehandelten Wafer.
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STAND DER TECHNIK
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Bei
dem Verfahren zur Herstellung von Siliciumwafern gibt es eine Reihe
von Stufen, in denen die Siliciumwafer, die direkt auf ihrer Rückseite
durch ein Trageelement kontaktiert und gestützt werden,
einer Wärmebehandlung unterworfen werden. Zum Beispiel
sind eine Wärmebehandlungsstufe unter Verwendung eines vertikalen
Schiffchens, eine RTA(rapid thermal annealing)-Stufe, eine epitaxiale
Zuchtstufe mit Einzelbeschickung und eine SOI-Wärmebehandlungsstufe
relevant und in vielen solchen Wärmebehandlungen werden
die Siliciumwafer, die direkt auf ihrer Rückseite durch
ein Stützelement kontaktiert und gestützt werden,
verschiedenen Verfahren unterworfen.
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Beispielsweise
wird bei der Wärmebehandlung von Siliciumwafern in einem
vertikalen ansatzweise arbeitenden Wärmebehandlungsofen
ein Waferträger (im Weiteren als „Trägerschiffchen"
bezeichnet) verwendet, wie er in 1 gezeigt
ist, welcher jeden Wafer an drei oder vier Punkten in dem äußeren Randbereich auf
der Rückseite des Wafers stützt. So umfasst das
Trägerschiffchen 1 drei oder vier Säulen 3,
eine Endplatte 5 an der Spitze und eine Endplatte 6 am
Boden, die an den oberen bzw. unteren Enden der Säulen 3 befestigt sind,
sowie eine seitliche Öffnung 2. Jede der Säulen 3 weist
eine Reihe von Wafertrageelementen 4 auf und nach Einbringen
von Siliciumwafern auf solche Trageelemente 4 durch die
seitliche Öffnung 2 wird das gesamte Schiffchen
in einen vertikalen Wärmebehandlungsofen für die
beabsichtigte Wärmebehandlung eingebracht.
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Wenn
jedoch die Siliciumwafer auf ein solches Trägerschiffchen
gebracht und einer Wärmebehandlung unterworfen werden,
tritt das Problem auf, dass Kristalldefekte, die als Fehlstellen
bezeichnet werden und von der Beschädigung ausgehen, die
an dem Kontaktpunkt zwischen den Wafern und der jeweiligen Trägerelementoberfläche
auftritt, in jedem Siliciumwafer vorhanden sein können
und eine solche Fehlstelle wächst und entwickelt sich unter
dem Einfluss der thermischen Last während der Wärmebehandlung
mit dem Ergebnis, dass die Waferausbeute sinkt. In dem Fall von
Wafern mit einem Durchmesser von 300 mm oder mehr können ein
solches Fehlstellenwachstum und eine Ausdehnung derselben auch durch
die Last hervorgerufen werden, die aus dem Eigengewicht des Wafers
resultiert (Gewichtsbelastung).
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Um
dieses Problem zu lösen, ist eine Einspannvorrichtung zum
Stützen eines Wafers bekannt, worin eine Kontaktfläche
zwischen jedem Wafer und jedem Trageelement verbreitert wird, so
dass die durch das Eigengewicht des Wafers hervorgerufene Belastung
verteilt und die Gewichtsbelastung soweit wie möglich reduziert
werden kann.
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Jedoch
sollte eine Vertiefung (die einer Lücke zwischen den Oberflächen
zweier benachbarter Wafertrageelemente 4 in dem in 1 gezeigten
Trägerschiffchen entspricht) in dieser Stützvorrichtung
eine unterschiedliche Bearbeitungsgenauigkeit haben oder verschiedene
Kontaktoberflächenbedingungen (Flachheit und Oberflächenrauhigkeit)
induzieren und bei einigen Vertiefungen kann die Belastung, die
durch das Eigengewicht des Wafers hervorgerufen wird, nicht über
die gesamte Kontaktoberfläche verteilt werden, sondern
sie wird an einer spezifischen Position konzentriert, zum Beispiel
in einem Punkt und dieser Kontaktpunkt kann als Ausgangspunkt für
die Fehlstellenbildung wirken.
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Um
einen solchen Zustand zu vermeiden, dass der Kontaktpunkt als Ausgangspunkt
für die Fehlstellenbildung in der Waferstützvorrichtung
wirkt, muss darauf geachtet werden, dass jeder Wafer in Kontakt
mit der gesamten relevanten Oberfläche jedes Stützelements
bei jeder Vertiefung kommt. Dies ist jedoch schwierig. Daher kann
nicht davon gesprochen werden, dass eine Haltevorrichtung mit einer
erhöhten Kontaktfläche zwischen dem Wafer und
dem Träger einen zufriedenstellenden Effekt auf die Inhibierung
von Fehlstellen zeigt.
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Andererseits
ist es im Hinblick auf Siliciumkristalle bekannt, dass die Belastung,
die zu der Ausdehnung von Fehlstellen beiträgt, in Abhängigkeit
von der Kristallorientierung variiert. Die
japanische Offenlegungsschrift (Kokai) Nr.
Hei 09-139352 offenbart eine Erfindung, die ein Waferschiffchen
für einen vertikalen Ofen betrifft, mit dem die Belastungsbildung
durch das Eigengewicht des Wafers reduziert werden kann. Dieses
Dokument beschreibt die Berechnung von kritischen Scherbeanspruchungen
bei Einwirkung einer vorbestimm ten thermischen Belastung auf einen
Siliciumwafer für zwölf Kristallfehlersysteme,
welche die Fehlstellenbildung in Siliciumwafern bestimmen.
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Nach
diesen Ergebnissen tritt eine Fehlstellenbildung entlang der Kristallorientierungen <110> und <100> kaum auf und es wird
daraus geschlossen, dass die Fehlstellenbildung unterdrückt
werden kann, indem der Wafer mit einer kristallinen (001)-Oberfläche
in einer Richtung der Kristallorientierung <100> oder <110> auf seiner Rückseite
gestützt wird.
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Selbst
wenn jedoch diese Technologie zur Unterdrückung der Fehlstellenbildung
eingesetzt wird, ist es schwierig, das Fehlstellenwachstum unter
Verwendung der oben erwähnten Wafereinspannvorrichtung
mit einer erhöhten Kontaktfläche zwischen Wafer
und Träger in dem Träger zu unterdrücken,
da die Kristallorientierung auf der Waferoberfläche richtungsabhängig
ist und die Belastung (Scherbeanspruchung), die zu der Fehlstellenerweiterung
beiträgt, entsprechend variiert und der Kontaktpunkt zwischen
dem Wafer und dem Trageelement, welcher als Ausgangspunkt für
die Fehlstelle wirkt, nicht ausgewählt werden kann.
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Das
Problem der Fehlstellenbildung ist nicht auf einen vertikalen ansatzweise
arbeitenden Wärmebehandlungsofen beschränkt, sondern
ist vielen Verfahren gemein, in denen Wafer, die lokal auf ihrer
Rückseite festgehalten werden, einer Wärmebehandlung
unterworfen werden, beispielsweise in einem Wärmebehandlungsofen
vom Einzelbeschickungstyp oder in einem Behandlungsofen für
das epitaxiale Wachstum.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Wie
oben erwähnt, kann die Wärmebehandlung eines Siliciumwafers,
der auf seiner Rückseite unterstützt wird, zu
einer Fehlstellenbildung in dem Siliciumwafer führen, da
der Kontaktpunkt zwischen dem Wafer und dem Trägerelement
als Ausgangspunkt dient, woran sich ein Wachstum und eine Ausdehnung
der Fehlstellen unter dem Einfluss von unter anderem thermischer
Belastung während der Wärmebehandlung anschließt,
mit dem Ergebnis, dass die Waferausbeute verringert wird. Diese
Probleme zu vermeiden ist schwierig.
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Die
vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben erwähnten
Probleme zu lösen und ihre Aufgabe ist es, (a) ein Verfahren
zum Festhalten eines Siliciumwafers mit der Kristallorientierung <100> oder <110>, gemäß dem
die Waferstützpositionen spezifiziert sind, um die Belastung
(Scherbeanspruchung), die zur Erweiterung der Fehlstellen beiträgt,
zu minimieren und das Anwachsen der Fehlstellen zu unterdrücken, wodurch
die Ausbeute an Siliciumwafern bei der Wärmebehandlung
deutlich verbessert wird, (b) eine Einspannvorrichtung für
die Wärmebehandlung, die bei einem solchen Verfahren eingesetzt
werden soll und (c) einen wärmebehandelten Wafer hoher
Qualität, der durch ein solches Verfahren und mit einer
solchen Einspannvorrichtung erhalten wird, bereitzustellen.
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Der
benannte Erfinder hat Untersuchungen durchgeführt, um diese
Aufgabe zu lösen. Als Ergebnis fand der Erfinder, dass
die Scherbeanspruchung, die zu der Erweiterung der Fehlstellen beiträgt,
in großem Maße gemäß den Positionen
in einer Umfangsrichtung in einem Siliciumwafer mit Kristallorientierung <110> oder <100> variiert und dass
die Scherbeanspruchung auf ein niedriges Niveau herabgesetzt und
das Fehlstel lenwachstum und ihre Erweiterung unterdrückt
werden kann, wenn jede Halteposition für den Wafer (Stützfläche)
adäquat spezifiziert wird.
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Diese
Erkenntnisse haben nun zu der Fertigstellung der vorliegenden Erfindung
geführt, die in (1) einem Verfahren zum Festhalten bzw.
Stützen von Siliciumwafern, (2) einer Einspannvorrichtung
für die Wärmebehandlung bzw. (3) wärmebehandelten
Wafern besteht, wie sie nachstehend beschrieben werden.
- (1) Das Verfahren zum Tragen bzw. Stützen eines Siliciumwafers
mit einer {100}-Kristallebene auf seiner Hauptoberfläche
(im Weiteren einfach als „Siliciumwafer mit Kristallorientierung <100>" oder „<100>-Wafer" bezeichnet)
oder eines Siliciumwafers mit einer {110}-Kristallebene auf seiner
Hauptoberfläche (im Weiteren einfach als „Siliciumwafer
mit Kristallorientierung <110>" oder „<110>-Wafer" bezeichnet)
zu seiner Wärmebehandlung ist dadurch gekennzeichnet, dass
(i) im Falle des <110>-Wafers die Rückseite
des Siliciumwafers gestützt wird (a) in „einem
fächerförmigen Bereich der Waferoberfläche
im Bereich von 40° bis 60° relativ zu der Bezugsrichtung
parallel zu der Siliciumwaferoberfläche" (Bezugsbereich),
wobei die Bezugsrichtung von dem Mittelpunkt des Siliciumwafers
zu <100> hin reicht und (b)
in anderen Bereichen der Waferoberfläche, die durch Rotationen
des Bezugsbereichs durch jeweils 90° bestimmt werden, gestützt wird
und (ii) im Falle des <100>-Wafers die Rückseite
des Siliciumwafers (a) in „einem fächerförmigen
Bereich der Waferoberfläche im Bereich von 40° bis
60° relativ zu der Bezugsrichtung" (Bezugsbereich), wobei die
Referenzrichtung zu <110> hin ist und (b) in
anderen Bereichen der Waferoberfläche gestützt
wird, die durch Rotationen des Bezugsbereichs um jeweils 90° bestimmt
werden.
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Der
Begriff „fächerförmiger Bereich der Waferoberfläche
im Bereich von 40° bis 60°" bedeutet, so wie er
hier verwendet wird, einen fächerförmigen Bereich,
der durch (a) ein radiales Liniensegment in der Richtung des oben
definierten Winkels von 40°, (b) ein radiales Liniensegment
in Richtung des oben definierten Winkels von 60°, wobei
beide mit dem Mittelpunkt des Wafers als Scheitel des Fächers
verbunden sind, und (c) einen Teil des Waferumfangs als Bogenteil
des Fächers zwischen den zwei radialen Liniensegmenten
definiert ist. Dieser fächerförmige Bereich der
Waferoberfläche stellt einen Bezugsbereich/Teil der Wafertragepositionen dar.
Der Bereich von „40° bis 60°" kann entweder
in positiver Richtung (die Richtung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn
wird hierin als „positive Richtung" bezeichnet) oder in
umgekehrter Richtung im Hinblick auf die obige Bezugsrichtung festgelegt
werden.
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Die
oben erwähnten „anderen Regionen der Waferoberfläche,
die durch Rotationen des Bezugsbereichs um jeweils 90° bestimmt
werden" geben andere Positionen zum Stützen des Wafers
an. Somit befinden sich diese Tragepositionen in fächerförmigen
Bereichen der Waferoberfläche, die aus Rotationen (Verschiebungen)
des oben erwähnten Bezugsbereichs um jeweils 90° in
Umfangsrichtung resultieren. Da Rotationen jeweils um 90° erfolgen
(in anderen Worten: Verschiebungen erfolgen jeweils um 90° in
positiver Richtung oder in umgekehrter Richtung), sollten viermalige
Verschiebungen beispielsweise des Bezugsbereichs, des fächerförmigen
Bereichs in dem Bereich von 40° bis 60° entweder
in positiver Richtung oder in umgekehrter Richtung dazu führen,
dass der vierte rotierte Bereich mit dem Bezugsbereich, dem ersten
40°–60° fächerförmigen
Bereich, überlappt. Somit gibt es vier potentielle Orte
(Flächen) für die Stellen zum Tragen des Wafers,
an denen die Scherbelastung, die zu einer Fehlstellenausweitung
beiträgt, auf ein niedriges Niveau herabgesetzt werden kann.
Beim Durchführen des erfindungsgemäßen
Trage- bzw. Halteverfahrens wird der Wafer im Allgemeinen an drei
von den vier Flächen unterstützt.
- (2) Die Halte- bzw. Einspannvorrichtung zur Wärmebehandlung
eines Siliciumwafers, die so ausgestaltet ist, dass sie einen Siliciumwafer
mit Kristallorientierung <100> oder einen Siliciumwafer
mit Kristallorientierung <110> an seiner Rückseite
stützt, ist dadurch gekennzeichnet, dass (i) im Falle des <110>-Wafers die Rückseite
des Siliciumwafers gestützt wird (a) in „einem
fächerförmigen Bereich der Waferoberfläche
im Bereich von 40° bis 60° relativ zu der Bezugsrichtung
parallel zu der Siliciumwaferoberfläche" (Bezugsbereich),
wobei die Bezugsrichtung von dem Mittelpunkt des Siliciumwafers
zu <100> hin reicht und (b)
in anderen Bereichen der Waferoberfläche, die durch Rotationen
des Bezugsbereichs durch jeweils 90° bestimmt werden, gestützt
wird und (ii) im Falle des <100>-Wafers die Rückseite
des Siliciumwafers (a) in „einem fächerförmigen
Bereich der Waferoberfläche im Bereich von 40° bis
60° relativ zu der Bezugsrichtung" (Bezugsbereich), wobei
die Referenzrichtung zu <110> hin ist und (b) in
anderen Bereichen der Waferoberfläche gestützt
wird, die durch Rotationen des Bezugsbereichs um jeweils 90° bestimmt
werden.
- (3) Der wärmebehandelte Siliciumwafer mit Kristallorientierung <100> oder der wärmebehandelte
Siliciumwafer mit Kristallorientierung <110> ist
dadurch gekennzeichnet, dass: (i) im Fall des <110>-Wafers
der Wafer wärmebehandelt und gestützt wird (a)
in „einem fächerförmigen Bereich im Bereich von
40° bis 60° relativ zu der Bezugsrichtung parallel
zu der Siliciumwaferoberfläche" (Bezugsbereich), wobei
die Bezugsrichtung von dem Mittelpunkt des Siliciumwafers zu <100> hin reicht, und (b)
in anderen Bereichen der Waferoberfläche, die durch Rotationen
des Bezugsbereichs um jeweils 90° bestimmt sind und (ii)
im Fall eines <100>-Wafers, der Wafer
wärmebehandelt und gestützt wird (a) in „einem
fächerförmigen Bereich der Waferoberfläche
im Bereich von 40° bis 60° relativ zur Bezugsrichtung"
(Bezugsbereich), wobei die Bezugsrichtung zu <110> hin
reicht und (b) in anderen Bereichen der Waferoberfläche,
die durch Rotationen des Bezugsbereichs um jeweils 90° bestimmt
sind.
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Gemäß dem
erfindungsgemäßen Verfahren zum Festhalten eines
Siliciumwafers ist es möglich, bei der Wärmebehandlung
eines Siliciumwafers mit Kristallorientierung <100> oder <110>, der auf seiner Rückseite
gestützt wird, die Belastung (Scherbeanspruchung), die
zu der Fehlstellenerweiterung beiträgt, zu reduzieren und
das Fehlstellenwachstum zu unterdrücken und dabei die Ausbeute
an wärmebehandelten Siliciumwafern deutlich zu erhöhen.
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Des
Weiteren kann dieses Trägerverfahren in einfacher Weise
unter Verwendung der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung
für die Wärmebehandlung eines Siliciumwafers durchgeführt
werden und den erfindungsgemäßen Siliciumwafer
hoher Qualität liefern, der wenige Fehlstellen und insbesondere
keine langen und großen Fehlstellen aufweist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die 1 zeigt
ein Beispiel für die Anordnung eines Halbleitersiliciumsubstrat-Trägerschiffchens
zur Verwendung in einem vertikalen Ofen zur Wärmebehandlung.
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Die 2 zeigt
maximal aufgelöste Scherbelastungen an verschiedenen Positionen
des Waferumfangs für einen Siliciumwafer mit einem Durchmesser
von 300 mm und einer Kristallorientierung <100>.
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Die 3 zeigt
maximal aufgelöste Scherbelastungen an verschiedenen Positionen
des Waferumfangs für einen Siliciumwafer mit einem Durchmesser
von 300 mm und einer Kristallorientierung <110>.
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Die 4 ist
eine erläuternde Zeichnung einer Ausführungsform
der Erfindung und zeigt ein Beispiel, in dem ein Siliciumwafer mit
Kristallorientierung <100> an drei Punkten unterstützt
wird.
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Die 5 ist
eine erläuternde Zeichnung einer Ausführungsform
der Erfindung und zeigt ein Beispiel, in dem ein Siliciumwafer mit
Kristallorientierung <110> an drei Punkten unterstützt
wird.
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Die 6 ist
eine schematische Darstellung der Hauptteile eines Trageelements
in einer Vierpunkt-Tragevorrichtung zur Wärmebehandlung
für den Einsatz in einem vertikalen Wärmebehandlungsofen.
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Die 7 zeigt
Stellen, die zu Ausgangspunkten für Fehlstellen in dem
in den Beispielen verwendeten Siliciumwafer werden. Die 7(a) steht für den Fall eines
Wafers mit Kristallorientierung <100> und die 7(b) für den Fall eines Wafers
mit Kristallorientierung <110>.
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Beste Ausführungsformen der Erfindung
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Im
Folgenden werden das Verfahren zum Stützen bzw. Halten
des Siliciumwafers, die Haltevorrichtung für die Wärmebehandlung
und der so bzw. damit erhaltene wärmebehandelte Wafer jeweils
gemäß der vorliegenden Erfindung genauer beschrieben.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zum Halten bzw. Unterstützen
eines Siliciumwafers ist wie oben erwähnt ein Verfahren
zum Halten eines Siliciumwafers mit Kristallorientierung <100> oder eines Siliciumwafers mit
Kristallorientierung <110> zu seiner Wärmebehandlung
und ist dadurch gekennzeichnet, dass (i) im Falle des <110>-Wafers die Rückseite
des Siliciumwafers gestützt wird (a) in „einem
fächerförmigen Bereich der Waferoberfläche
im Bereich von 40° bis 60° relativ zu der Bezugsrichtung
parallel zu der Siliciumwaferoberfläche" (Bezugsbereich),
wobei die Bezugsrichtung von dem Mittelpunkt des Siliciumwafers
zu <100> hin reicht und (b)
in anderen Bereichen der Waferoberfläche, die durch Rotationen
des Bezugsbereichs durch jeweils 90° bestimmt werden, gestützt
wird und (ii) im Falle des <100>-Wafers die Rückseite
des Siliciumwafers (a) in „einem fächerförmigen
Bereich der Waferoberfläche im Bereich von 40° bis
60° relativ zu der Bezugsrichtung" (Bezugsbereich), wobei
die Referenzrichtung zu <110> hin ist und (b) in
anderen Bereichen der Waferoberfläche gestützt
wird, die durch Rotationen des Bezugsbereichs um jeweils 90° bestimmt
werden.
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Bei
der Durchführung dieses Verfahrens zum Halten eines Siliciumwafers
umfasst die Wärmebehandlung eine Wärmebehandlung, bei
der ein vertikales Schiffchen zur Wärmebehandlung eingesetzt
wird, eine RTA-Behandlung, durch die die Dauer der Wärmebehandlung
deutlich reduziert werden kann, ein epitaxiales Zuchtverfahren mit
Einzelbeschickung und eine SOI-Wärmebehandlung und andere.
In diesen Behandlungsstufen wird die Wärmebehandlung in
einem solchen Zustand durchgeführt, dass sich die Rückseite
des Siliciumwafers in direkten Kontakt mit einem Trageelement befindet
und dadurch gestützt wird, und wenn der Wafer beispielsweise
in der Nähe seiner Randbereiche durch Trageelemente gestützt
wird, kommt es beim Vergleich der Umgebung des Mittelpunkts des
Wafers mit den Randbereichen unvermeidlich zu einer Temperaturdifferenz ΔT
(ΔT = |Tc – Te|, worin Tc für die Temperatur
des Wafermittelpunkts und Te für die Temperatur des Waferrandbereichs
steht) in der Waferebene in Folge des Unterschieds in der thermischen
Energie, die durch Strahlung von der Ofenwand abgegeben wird, insbesondere
während des Erhöhens oder Absenkens der Temperatur
bei der Wärmebehandlung.
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Diese
Temperaturdifferenz ΔT ruft thermische Belastung hervor,
die zu dem Fehlstellenwachstum und ihrer Erweiterung beiträgt,
die in dem Wafer an den Kontaktstellen zu den Wafertrageelementen
auftreten. Somit wirkt die Belastung als treibende Kraft für
das Wachstum und die Ausdehnung der Fehlstellen. Dieser thermische
Stress variiert, wenn die Temperaturdifferenz ΔT in der
Waferebene als Antwort auf den Lückenunterschied zwischen
benachbarten Wafern auf den Wafertrageelementen in dem Ofen und
auf Veränderungen bei der Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung
oder -erniedrigung variiert.
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Die
so bei der Wärmebehandlung des Siliciumwafers erzeugte
thermische Belastung wirkt als Scherbelastung, die ein Wachs tum
der Fehlstellen und ihre Erweiterung bewirkt und zu einer Scherverformung
führt und diese Scherbelastung variiert in großem
Umfang in Abhängigkeit von den Positionen in der Waferumfangsrichtung,
wie das im Weiteren beschrieben wird.
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Die
oben erwähnte in einem Siliciumwafer entstandene Fehlstelle
bewegt sich auf einer Siliciumkristall (111)-Oberfläche
bzw. -Ebene in drei [110]-Richtungen. Ein Siliciumkristall weist
vier Äquivalente (111)-Flächen auf, so dass eine
Gesamtheit von zwölf Fehlstellensystemen in Betracht gezogen
werden kann. Diese können jedoch in eine bestimmte Zahl
an Fehlstellensystemen klassifiziert werden. Die so klassifizierte
Anzahl an Fehlstellensystemen variiert in Abhängigkeit
von den Waferkristallorientierungen. Beispielsweise ist es im Fall
eines Siliciumwafers mit einer <100>-Flächen-
bzw. -Ebenenorientierung lediglich erforderlich, fünf Fehlstellensysteme
in Betracht zu ziehen, nämlich die in fünf Richtungen
aufgelösten Scherbeanspruchungen (die in eine bestimmte
Fehlstellenrichtung auf einer Fehlstellenebene aufgelöste
Beanspruchung).
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Deshalb
wurde zunächst eine Hauptkomponente der Beanspruchung in
einer Waferebene durch die Methode der finiten Elemente bestimmt
und anschließend in die Fehlstellenrichtungen aufgelöst
und die in die entsprechenden Richtungen der Fehlstellenerweiterung
aufgelösten Scherbeanspruchungen auf diese Weise berechnet.
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Die
in 2 gezeigten Daten wurden erhalten, indem ein Siliciumwafer
mit einem Durchmesser von 300 mm und einer <100>-Kristallorientierung
einer Wärmebehandlung unterworfen und die maximale aufgelöste
Scherbeanspruchung durch die Methode der finiten Elemente an jedem
Punkt des Waferumfangs während der Erhöhung der
Temperatur bestimmt wurde. Wie oben erwähnt, sind die aufgelösten
Scherbeanspruchungen die Beanspruchungen, die in den Fehlstellenrichtungen
auf der Fehlstellenebene zum Zeitpunkt der Entstehung der Fehlstelle
aufgelöst sind, so dass in der Figur der errechnete Wert
als „maximale aufgelöste Scherbelastung" bezeichnet
wird, was den Wert bedeutet, der als Ergebnis der Kombination von
mehreren aufgelösten Scherbeanspruchungen erhalten wird,
die jeweils an einer vorbestimmten Position in der Umgebung des
Umfangs des Siliciumwafers mit einer <100>-Kristallorientierung
einwirken.
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In 2 bezeichnet
die Abszisse die Position auf dem Waferumfang, die als Winkel (°)
relativ zu der Bezugsrichtung ausgedrückt wird, die so
definiert ist, dass sie vom Mittelpunkt des Wafers zu <110> parallel zu der Oberfläche
des Siliciumwafers reicht. Der Winkel 0° zeigt die Umfangsposition
(Bezugsposition) an, an der die Bezugsrichtung, die von dem Mittelpunkt
des Wafers zu <110> führt, den
Waferumfang schneidet. Wenn der Wafer horizontal in einer solchen
Weise platziert wird, dass die Position 0° (Bezugsposition)
an der nahen Seite liegt, nämlich in der 6-Uhr-Position
von oben betrachtet, zeigt die 90°-Position die (3-Uhr-)Position auf
dem rechten Rand des Waferumfangs und die -90°-Position
zeigt die (9-Uhr-)Position auf dem linken Rand des Waferumfangs.
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Wie
in 2 gezeigt, erreicht die maximale aufgelöste
Scherbeanspruchung ein relatives Maximum an der 0°-Position
(Bezugsposition) und erreicht ein relatives Minimum in der um 45° von
der Bezugsposition entfernten Position. Die relative minimale Beanspruchung
ist etwa die Hälfte der Beanspruchung in der 0°-Position.
Während in der Figur die Daten für den Halbkreis
(–90° bis 90°) des Wafers gezeigt sind,
gilt dasselbe in dem anderen Halbkreis. Die Positionen (Winkel)
der relativen maximalen aufgelösten Scherbeanspruchung und
die Positionen (Winkel) der relativen minimalen aufgelösten
Scherbeanspruchung erscheinen in Intervallen von 90°.
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Der
relative Maximalwert und der relative Minimalwert der maximalen
aufgelösten Scherbeanspruchungen und die Positionen, an
denen diese Werte erreicht werden (Waferumfangspositionen), bleiben
ungeachtet der Unterschiede in den Wärmebehandlungsbedingungen
konstant. Dies gilt auch für den Siliciumwafer mit einer <100>-Kristallorientierung,
der unten erwähnt ist.
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Die
in 3 gezeigten Daten wurden erhalten, indem die maximalen
aufgelösten Scherbelastungen in Positionen auf dem Waferumfang
eines Siliciumwafers mit einer <110>-Kristallorientierung
in der gleichen Weise durch die Methode der finiten Elemente errechnet
wurden. Jede in der Figur gezeigte maximale aufgelöste
Scherbeanspruchung ist der Wert, der als Ergebnis der Kombination
von mehreren aufgelösten Scherbeanspruchungen erhalten
wird, die jeweils auf den Siliciumwafer mit der <110>-Kristallorientierung
einwirken, ähnlich wie in dem Fall des Wafers mit der <100>-Kristallorientierung.
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Da
die Fehlstellensysteme in diesem Fall verschieden sind von denjenigen
eines Siliciumwafers mit <100>-Kristallorientierung,
unterscheidet sich das Profil der maximalen aufgelösten
Scherbeanspruchung von dem Fall eines Wafers mit <100>-Kristallorientierung.
In 3 deckt die Abszisse weiterhin den Bereich von 90° bis
zum gesamten Umfang (–90° bis 270°) ab.
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In 3 bezeichnet
die Abszisse die Position auf dem Waferumfang ausgedrückt
als Winkel (°) relativ zu der Bezugsrichtung, die so definiert
ist, dass sie von dem Mittelpunkt des Wafers zu <100> parallel
zu der Oberfläche des Siliciumwafers reicht; die Position
0° bezeichnet die Bezugsposition.
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Wie
in 3 gezeigt, erreicht die maximale aufgelöste
Scherbeanspruchung ein relatives Maximum in der Umgebung (innerhalb
des Bereichs von –15° bis 15°) der Bezugsposition
(0°). Im Fall des Wafers mit der Kristallorientierung <110> erreicht die maximale
aufgelöste Scherbeanspruchung ein relatives Minimum an Positionen,
die um 50° von der Bezugsposition entfernt liegen (d. h.
bei –50°, 50°), und der relative Minimalwert ist
etwas niedriger als die Hälfte der Beanspruchung in der
Umgebung der Bezugsposition.
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Wie
sich aus 3 entnehmen lässt,
erscheinen die Positionen (Winkel), an denen die maximale aufgelöste
Scherbelastung ein relatives Maximum erreicht, in Intervallen von
90° im Fall des Wafers mit der <110>-Kristallorientierung.
Andererseits ist bei den Positionen (Winkeln), an denen die Beanspruchung
ein relatives Minimum erreicht, die erste Position bei –50°,
die zweite bei 50° (somit beträgt das Intervall
zwischen der ersten und der zweiten 100°), und die dritte
ei 130° (somit beträgt das Intervall zwischen
der zweiten und der dritten 80°). Die nächste
(die vierte) liegt bei 230° und somit erscheinen die Positionen
(Winkel), bei denen die Beanspruchung ein relatives Minimum erreicht,
periodisch in unregelmäßigen 100°- oder
80°-Intervallen in alternierender Weise.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Halten eines
Wafers wird die Rückseite eines Siliciumwafers in einem
fächerförmigen Bereich der Waferoberfläche
im Bereich von 40° bis 60° (nämlich entweder
im Bereich von –40° bis –60° oder
im Bereich von 40° bis 60°) relativ zu der Bezugsrichtung
parallel zu der Oberfläche des Siliciumwafers unterstützt,
wobei die Bezugsrichtung von dem Mittelpunkt des Siliciumwafers
zu <100> im Falle des <110>-Siliciumwafers reicht,
oder im Fall des <100>-Wafers die Bezugsrichtung
von dem Mittelpunkt des Siliciumwafers zu <110> reicht,
und das Ziel ist es, die maximale aufgelöste Scherbeanspruchung,
die auf die Fehlstelle einwirkt, welche an jeden Kontaktpunkt mit
dem Wafertrageelement entsteht, soweit wie möglich zu unterdrücken,
um dadurch das Fehlstellenwachstum und ihre Ausdehnung durch Stützen des
Wafers an solchen Positionen zu unterdrücken, an denen
die maximale aufgelöste Scherbeanspruchung ein relatives
Minimum annimmt oder nahe daran ist.
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Im
Fall eines Siliciumwafers mit <100>-Kristallorientierung
legt die Position, an der die maximale aufgelöste Scherbelastung
ein relatives Minimum annimmt, bei –45° oder 45°,
so dass die Position in dem oben spezifizierten Bereich (–40° bis –60° oder
40° bis 60°) liegt. Somit entspricht der oben
erwähnte Bereich von 40° bis 60° der
Position, an der die maximale aufgelöste Scherbelastung
ein relatives Minimum annimmt oder der Position, an der die Belastung
einen Wert nahe dem relativen Minimalwert zeigt. Jede Position in
dem oben erwähnten fächerförmigen Bereich
der Waferoberfläche liegt innerhalb des Bereichs von 40° bis
60°.
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Deshalb
ist es möglich, wenn der Wafer in diesem fächerförmigen
Bereich gestützt wird, die maximale aufgelöste
Scherbean spruchung auf einen relativen Minimalwert oder einen nahe
daran liegenden Wert zu reduzieren. Die Waferhalteposition kann
sich an jedem beliebigen Ort (Fläche) innerhalb des oben
erwähnten fächerförmigen Bereichs befinden.
Es ist ebenso möglich, den Wafer über die gesamte
Ebene des fächerförmigen Bereichs der Waferoberfläche
zu unterstützen.
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In ähnlicher
Weise sind auch im Falle eines Siliciumwafers mit <110>-Kristallorientierung
die Positionen (–50°, 50°), an denen
die maximale aufgelöste Scherbeanspruchung ein relatives
Minimum annimmt, innerhalb des oben spezifizierten Bereiches (–40° bis –60°,
40° bis 60°) eingeschlossen. Somit entspricht
dieser spezifizierte Bereich den Positionen, an denen die maximale
aufgelöste Scherbelastung ein relatives Minimum annimmt,
oder den Positionen, an denen die Belastung einen Wert zeigt, der
nahe an dem relativen Minimalwert liegt.
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Deshalb
kann im Fall eines Siliciumwafers mit <100>-
oder <110>-Kristallorientierung
die maximale Scherbelastung, die möglicherweise die Fehlstelle
hervorruft, auf ein geringes Niveau reduziert werden, in dem der
Wafer in einem fächerförmigen Bereich der Waferoberfläche
im Bereich von 40° bis 60° relativ zu einer Bezugsrichtung
parallel zu der Siliciumwaferoberfläche gestützt
wird, wobei die Bezugsrichtung von dem Mittelpunkt des Siliciumwafers
zu <100> im Fall des <110>-Wafers reicht und
die Bezugsrichtung zu <110> im Fall des <100>-Wafers reicht.
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Der
Grund, warum in dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Halten entweder eines Wafers mit <110>-
oder <100>-Orientierung die anderen
Haltepositionen für den Wafer auf jeder Waferoberfläche
durch Rotationen des Bezugsbereichs (des erstge setzten fächerförmigen
Bereichs der Waferoberfläche, welcher oben erwähnt
ist) um jeweils 90° ausgewählt werden, ist, die
maximale aufgelöste Scherbelastung, die auf die Fehlstelle
einwirkt, soweit wie möglich zu verringern, um somit das
Fehlstellenwachstum und ihre Erweiterung zu unterdrücken,
indem der Wafer an Positionen gehalten wird, an denen die maximale
aufgelöste Scherbelastung ein relatives Minimum annimmt
oder einen Wert nahe des relativen Minimums zeigt.
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Bei
dem Siliciumwafer mit <100>-Kristallorientierung
bezeichnet der Bereich von 40° bis 60° breit den Bereich
von –40° bis –60° oder den Bereich
von 40° bis 60° und darunter ergeben Rotationen
des Bereichs von 40° bis 60°, der auf der positiven
Richtungsseite relativ zu der Bezugsposition (0°) liegt,
in positive Richtung jeweils um 90° den Bereich von 130° bis
150° und weiter den Bereich von 220° bis 240°.
Andererseits sind die Positionen, an denen die maximale aufgelöste
Scherbelastung ein relatives Minimum annimmt, zuerst 45°,
dann 135° und als nächstes 225° und diese
sind in den oben erwähnten spezifizierten Bereichen (130° bis
150°, 220° bis 240°) eingeschlossen.
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Was
den Siliciumwafer mit der <110>-Kristallorientierung
anbetrifft, so sind die Positionen, an denen die maximale aufgelöste
Scherbeanspruchung ein relatives Minimum annimmt, zunächst
50°, als nächstes 130° und dann weiter
230°, wie in 3 gezeigt, und sowohl 130° als
auch 230° sind in den spezifizierten Bereichen (130° bis
150°, 220° bis 240°) eingeschlossen,
obwohl der Winkel 130° der Untergrenze des spezifizierten
Bereichs (130° bis 150°) entspricht. Somit entsprechen
für beide der Siliciumwafer unabhängig davon, ob
die Kristallorientierung <100> oder <110> ist, diese spezifizierten
Bereiche den entsprechenden Positionen, an denen die ma ximale aufgelöste
Scherbeanspruchung ein relatives Minimum annimmt oder einen Wert
in der Nähe des relativen Minimums zeigt.
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Deshalb
kann, wenn der Siliciumwafer unabhängig davon, ob die Kristallorientierung <100> oder <110> ist, in solchen Waferoberflächenbereichen,
die durch Drehungen um jeweils 90° des fächerförmigen
Bezugsbereichs der Waferoberfläche, wie oben erwähnt,
unterstützt wird, die maximale aufgelöste Scherbelastung,
die auf die Fehlstelle einwirkt, in ähnlicher Weise auf
ein niedriges Niveau reduziert werden. Jede Halteposition für
den Wafer kann eine beliebige Stelle (Fläche) in jeder
dieser Waferoberflächenbereiche sein, die aus den oben
erwähnten Drehungen um jeweils 90° resultieren.
Ebenso ist es möglich, den Wafer auf der gesamten Fläche
jeder der so spezifizierten Bereiche, die in 90°-Intervallen
vorliegen, zu unterstützen.
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Im
Folgenden werden bevorzugtere Haltepositionen für einen
Siliciumwafer mit <100>- oder <110>-Kristallorientierung
gezeigt.
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In 2 liegen
bevorzugtere Haltepositionen für einen Siliciumwafer mit
Kristallorientierung <100> im Bereich von –45° ± 5° (nämlich
im Bereich von –50° bis –40°)
oder im Bereich von 45° ± 5° (im Bereich
von 40° bis 50°) als Bezugsbereich und überdies
in weiteren Bereichen, die aus Drehungen des Bezugsbereichs (45° ± 5°)
in positive Richtung um jeweils 90° resultieren, nämlich
der Bereich von 135 ± 5° (der Bereich von 130° bis
140°) und der Bereich von 225° ± 5° (der
Bereich von 220° bis 230°).
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Bevorzugtere
Positionen für das Halten bzw. Stützen eines Siliciumwafers
mit <100>-Kristallorientierung
liegen somit in „einem fächerförmigen
Bereich der Waferoberfläche im Bereich von 45° ± 5° relativ
zu einer Bezugsrichtung parallel zu der Siliciumwaferoberfläche
(Bezugsbereich), wobei die Bezugsrichtung von dem Mittelpunkt des
Siliciumwafers zu <110> reicht, und ebenfalls
in solchen anderen Bereichen der Waferoberfläche liegen,
die durch Rotationen des Bezugsbereichs, wie oben erwähnt,
um jeweils 90° bestimmt werden. Wie oben erwähnt,
kann der Bezugsbereich von „45° ± 5°"
entweder auf der positiven Richtungsseite oder der umgekehrten Richtungsseite
relativ zu der Bezugsrichtung liegen. Ebenso können die
oben erwähnten Drehungen um 90° entweder in positiver
Richtung oder in der entgegengesetzten Richtung vorgenommen werden.
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Andererseits
liegen wie in 3 gezeigt bevorzugtere Positionen
zum Halten eines Siliciumwafers mit <110>-Kristallorientierung
ausgedrückt als Winkel auf dem Waferumfang, wo eine maximale
aufgelöste Scherbelastung ein relatives Minimum annimmt,
in einem fächerförmigen Bereich der Waferoberfläche
im Bereich von 50° ± 5° und in einem
fächerförmigen Bereich der Waferoberfläche
im Bereich von 130° ± 5° relativ zu der Bezugsrichtung
parallel zu der Siliciumwaferoberfläche, wobei die Bezugsrichtung
von dem Mittelpunkt des Siliciumwafers zu <100> reicht
(daher mit dem Winkel 0° als Bezugspunkt). Der Grund hierfür
ist, dass im Fall des Wafers mit <110>-Kristallorientierung,
die Positionen (Winkel), bei denen die Beanspruchung ein relatives Minimum
annimmt, alternierend bei irregulären 100°- und
80°-Intervallen auftreten, so dass die Position (Winkel)
mit relativer minimaler Beanspruchung, die als nächste
auf 50° ± 5° folgt, 130° (50° +
80°) ist. Der Be reich von „50° ± 5°"
kann sich auf der positiven Richtungsseite oder der umgekehrten
Richtungsseite relativ zu der Bezugsrichtung/-punkt befinden.
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Deshalb
sind bevorzugtere Positionen zum Halten eines Siliciumwafers mit
Kristallorientierung <110> speziell die folgenden:
50° ± 5°, –50° ± 5°,
130° ± 5° und –130° ± 5° (das
Gleiche gilt für 230° ± 5°)
relativ zu der Bezugsrichtung/-punkt.
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Wenn
bei der Wärmebehandlung eines Siliciumwafers mit einer <100>- oder <110>-Kristallorientierung
die Rückseite des Siliciumwafers an bevorzugteren Haltepositionen
wie oben erwähnt gestützt wird, kann sichergestellt
werden, dass der Wafer an Positionen gehalten wird, an denen eine
maximale aufgelöste Scherbeanspruchung, die auf die Fehlstelle
einwirkt, einen relativen Minimalwert annimmt oder einen Wert zeigt,
der nahe an dem relativen Minimum liegt, so dass das Fehlstellenwachstum
und ihre Verbreiterung wirksam unterdrückt werden kann.
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Die 4 ist
eine Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Halten eines Siliciumwafers und zeigt beispielhaft
den Fall des Unterstützens eines Siliciumwafers mit <100>-Kristallorientierung
an drei Punkten. Die Kristallorientierung des Siliciumwafers ist
wie in der Erläuterung gezeigt.
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Der
Siliciumwafer 7 wird auf einen Satz von relevanten Wafertrageelementen 4 gelegt,
die in einer Reihe entlang jeder Säule (nicht gezeigt)
eines Trageschiffchens angeordnet sind.
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Die
schattierten Bereiche (schattierten Teile) auf der Oberfläche
des Wafers 7 sind die hier spezifizierten Positionsbereiche.
Es sind (a) „ein fächerförmiger Bereich
der Waferoberfläche im Bereich von 40° bis 60° relativ
zu einer Bezugsrichtung parallel zu der Siliciumwaferoberfläche"
(Bezugsbereich), wobei die Bezugsrichtung von dem Mittelpunkt des
Siliciumwafers zu <110> (durch eine unterbrochene
Linie in der Erläuterung gezeigt) reicht und (b) andere
Bereiche der Waferoberfläche gezeigt, die durch Rotationen
des Bezugsbereichs um jeweils 90° bestimmt sind.
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Wie
in 4 gezeigt, sind alle drei Wafertrageelemente 4,
die den Wafer stützen, innerhalb der hier spezifizierten
Tragepositionsbereiche (schraffierte Bereiche) angeordnet.
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Die 5 ist
ebenfalls eine erläuternde Illustration einer weiteren
Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Halten eines Siliciumwafers und zeigt den Fall, in
dem ein Siliciumwafer mit Kristallorientierung <110> an
drei Punkten gehalten wird. Die Kristallorientierung des Siliciumwafers
ist wie in der Illustration gezeigt.
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Die
schraffierten Teile auf der Oberfläche des Siliciumwafers 7 sind
die Tragepositionsbereiche, die hierin spezifiziert sind und sämtliche
der drei Waferhalteelemente 4, die den Wafer halten, sind
innerhalb der hier spezifizierten Bereiche für die Haltepositionen
angeordnet.
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Die
in 4 und 5 gezeigten Ausführungsformen
sind beide Beispiele für ein Halten des Wafers an drei
Punkten und dieses Dreipunkthaltesystem wird im Allgemeinen verwendet.
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Jedoch
ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Halten
nicht darauf beschränkt, sondern es kann auch ein Trageschiffchen
mit Vierpunktunterstützung eingesetzt werden.
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Wie
oben erläutert, kann, wenn die Siliciumwaferhaltepositionen
(a) in einem „fächerförmigen Bereich der
Waferoberfläche im Bereich von 40° bis 60° relativ
zu einer Bezugsrichtung parallel zu der Siliciumwaferoberfläche"
(Bezugsbereich), und (b) anderen Bereichen der Waferoberfläche,
die durch Rotationen des Bezugsbereichs um jeweils 90° bestimmt
sind, wobei die Bezugsrichtung von dem Mittelpunkt des Siliciumwafers zu <100> im Fall des <110>-Wafers und die Bezugsrichtung
von dem Mittelpunkt der Waferoberfläche zu <110> im Fall des <100>-Wafers reicht, wie
sie in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Halten
eines Wafers spezifiziert sind, liegen, die aufgelösten
Scherbeanspruchungen um nahezu 50% im Vergleich zu Fällen reduziert
werden, in denen die Haltepositionen außerhalb dieser Bereiche
liegen. Im Ergebnis können das Fehlstellenwachstum und
ihre Erweiterung unterdrückt und die Ausbeute an Siliciumwafern
bei der Wärmebehandlung demgemäß in großem
Umfang verbessert werden.
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Die
erfindungsgemäße Haltevorrichtung für
einen Siliciumwafer bei der Wärmebehandlung ist wie oben
erwähnt eine Wärmebehandlungshaltevorrichtung,
die so ausgestaltet ist, dass sie einen Siliciumwafer mit einer <100>-Kristallorientierung
oder einen Siliciumwafer mit einer <110>-Kristallorientierung
auf seiner Rückseite unterstützt bzw. hält
und ein Trage- bzw. Halteelement für das Tragen bzw. Halten
des Siliciumwafers umfasst (a) in einem „fächerförmigen
Bereich der Waferoberfläche im Bereich von 40° bis
60° relativ zu einer Bezugsrichtung parallel zu der Siliciumwaferoberfläche"
(Bezugsbereich), und (b) anderen Bereichen der Waferoberfläche, die
durch Rotationen des Bezugsbereichs um jeweils 90° bestimmt
sind, wobei die Bezugsrichtung von dem Mittelpunkt des Siliciumwafers
zu <100> im Fall des <110>-Wafers und die Bezugsrichtung von
dem Mittelpunkt der Waferoberfläche zu <110> im
Fall des <100>-Wafers reicht.
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Diese
Vorrichtung für die Wärmebehandlung kann als Vorrichtung
für die Wärmebehandlung zum Halten eines Siliciumwafers
mit Kristallorientierung <100> oder <110> auf seiner Rückseite
bei der Wärmebehandlung des Siliciumwafers unter Verwendung
eines Schiffchens für die vertikale Wärmebehandlung
eingesetzt werden, aber auch bei solchen Behandlungen wie einer
RTA-Behandlung, einem epitaxialen Zuchtverfahren mit Einzelbeschickung
oder einer SOI-Wärmebehandlung (Laminierungsbehandlung).
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Der
Begriff „Halteelement" schließt, so wie er hier
verwendet wird, Elemente für den direkten Kontakt mit und
das Halten bzw. Unterstützen von Siliciumwafern und Zusatzelemente
ein. Beispielsweise schließt es im Fall einer Haltevorrichtung
für die Wärmebehandlung (Trägerschiffchen 1)
zur Verwendung in einem vertikalen ansatzweise arbeitenden Wärmebehandlungsofen
wie in 1 gezeigt eine Reihe von Wafertrageelementen 4 zum
direkten Kontakt und Stützen der Siliciumwafer und Säulen 3 ein,
die jeweils mit den Wafertrageelementen 4 in einer Reihe
versehen sind.
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Der
Grund, warum die erfindungsgemäße Haltevorrichtung
für die Wärmebehandlung einen Siliciumwafer mit
Kristallorientierung <100> oder <110> (a) in einem „fächerförmigen
Bereich der Waferoberfläche im Bereich von 40° bis
60° relativ zu einer Bezugsrichtung parallel zu der Siliciumwaferoberfläche" (Bezugsbereich),
und (b) anderen Bereichen der Waferoberfläche, die durch
Rotationen des Bezugsbereichs um jeweils 90° bestimmt sind,
wobei die Bezugsrichtung von dem Mittelpunkt des Siliciumwafers
zu <100> im Fall des <110>-Wafers und die Bezugsrichtung
von dem Mittelpunkt der Waferoberfläche zu <110> im Fall des <100>-Wafers reicht (im
Weiteren werden sämtliche dieser Waferoberflächenbereiche
als „die hier spezifizierten Trage- bzw. Haltebereiche"
oder „spezifizierte Halte- bzw. Tragebereiche" zur Abkürzung
bezeichnet), trägt bzw. hält, ist die Reduzierung
der maximalen aufgelösten Scherbeanspruchung, die auf eine
Fehlstelle einwirkt, die an jedem Kontaktpunkt zwischen dem Wafer
und dem Trageelement entsteht, auf ein niedriges Niveau, um dadurch
das Wachstum und die Verbreitung von Fehlstellen zu vermeiden, wie
das oben erwähnt ist. Jede Position für das Halten
bzw. Tragen des Wafers kann sich an einer beliebigen Stelle oder
Fläche in den hier spezifizierten Trage- bzw. Haltebereichen
befinden. Ebenso ist es möglich, den Wafer auf der gesamten Oberfläche
der spezifizierten Haltebereiche zu unterstützen.
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Verschiedene
Ausführungsformen der Haltevorrichtung für die
Wärmebehandlung, die mit einem Trageelement versehen sind,
welche das Halten eines solchen Wafers ermöglichen, sind
unten beschrieben.
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In 4 oder 5 stützt
ein Satz von Wafertrageelementen 4, die den Siliciumwafer 7 halten,
den Wafer in den hierin spezifizierten und schraffierten Haltebereichen
und stellen Halteelemente der erfindungsgemäßen
Haltevorrichtung für die Wärmebehandlung dar.
In diesem Fall wird ein Dreipunkttragesystem zum Stützen
des Wafers mit drei Trageelementen in derselben Ebene verwendet.
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Die 6 ist
eine schematische Darstellung der Hauptbestandteile eines Trageelements
für einen Vierpunkttragetyp für eine Haltevorrichtung
zur Wärmebehandlung zur Verwendung in einem vertikalen
Ofen für die Wärmebehandlung. Obwohl die Haltevorrichtung
für die Wärmebehandlung diejenige ist, die eine
Mehrfachstufenstruktur aufweist, welche in der Lage ist, eine Anzahl
von Wafern in mehrstufiger Weise unterzubringen, wobei jeder horizontal
positioniert wird, zeigt die 6 lediglich
eine Draufsicht auf einen beliebigen Zustand der Haltevorrichtung.
Die 6(a) bis 6(c) zeigen,
wie ein Siliciumwafer in den spezifizierten Haltebereichen unterstützt
wird. Die 6(d) und 6(e) zeigen
jeweils ein Halteelement (Trägerscheibe), das bzw. die einen
Wafer in den spezifizierten Haltebereichen stützen können.
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Eine
Haltevorrichtung für die Wärmebehandlung, welche
in einem vertikalen Wärmebehandlungsofen verwendet werden
soll, muss mit mindestens einer Öffnung versehen sein,
durch die Siliciumwafer in die Haltevorrichtung für die
Wärmebehandlung eingebracht werden können, ungeachtet,
ob sie vom Dreipunkt- oder Vierpunktunterstützungstyp ist.
Solche Erwägungen gelten für alle in den 6(a) bis 6(d) gezeigten
Haltevorrichtungen für die Wärmebehandlung.
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In
der in 6(a) gezeigten Haltevorrichtung
für die Wärmebehandlung weist das Trageelement
vier Säulen 8 und vier ausgestreckte Arme 9 auf,
die jeweils an die Säulen 8 fixiert sind.
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Der
Siliciumwafer 7 wird in die Haltevorrichtung für
die Wärmebehandlung in der Richtung des in der Figur gezeigten
Pfeils eingeführt und direkt mit den vier ausgestreckten
Ar men 9 kontaktiert und durch sie gestützt. Die
fächerförmigen Bereiche, die gestrichelt gezeichnet
sind und mit dem Symbol S auf der Oberfläche 7 des
Siliciumwafers bezeichnet sind, umfassen (a) „einen fächerförmigen
Bereich der Waferoberfläche im Bereich von 40° bis
60° oder den spiegelbildlichen Bereich (d. h. den Bereich
von –40° bis –60° oder den Bereich von
40° bis 60°) relativ zu einer Bezugsrichtung parallel
zu der Siliciumwaferoberfläche" (Bezugsbereich) und (b)
eine andere Region, die durch Rotation des Bezugsbereichs um 90° bestimmt
wird (insbesondere den fächerförmigen Bereich
im Bereich von –130° bis –150° oder
im Bereich von 130° bis 150°), wobei die Bezugsrichtung
vom Mittelpunkt des Siliciumwafers 7 zu <100> im Falle eines <110>-Wafers und zu <110> im Falle eines <100>-Wafers reicht (in
beiden Fällen ist die Bezugsrichtung durch eine unterbrochene
Linie gezeigt). Der Siliciumwafer 7 wird, wie gezeigt,
an diesen speziellen Haltebereichen getragen bzw. gestützt,
so dass die maximale aufgelöste Scherbeanspruchung, die
auf die Fehlstelle einwirkt, auf ein niedriges Niveau herabgesetzt
und die Ausdehnung von Fehlstellen unterdrückt wird.
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In
der in 6(b) gezeigten Haltevorrichtung
für die Wärmebehandlung schließt das
Trageelement vier Säulen 8 und zwei ausgestreckte
Arme 9 ein, die an zwei Säulen 8 unter
den vier Säulen fixiert sind. Die anderen zwei Säulen 8 ohne
ausgestreckte Arme 9 werden mit Rillen zum Halten der Wafer
(Säulenrillen) versehen.
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Der
in die Haltevorrichtung für die Wärmebehandlung
eingebrachte Siliciumwafer 7 wird, wie in der Figur gezeigt,
in den spezifizierten und durch das Symbol S gekennzeichneten Halteregionen
durch zwei ausgestreckte Arme 9 und die Säulenrillen,
die jeweils in den Säulen 8 vorgesehen sind, gehal ten.
Unter Verwendung einer solchen Haltevorrichtung für die
Wärmebehandlung, die das so ausgestaltete Halteelement
umfasst, wird es möglich, die maximale aufgelöste
Scherbeanspruchung, die auf die Fehlstelle einwirkt, auf ein niedriges
Niveau herabzusetzen, die Ausbreitung von Fehlstellen zu unterdrücken
und des Weiteren die Haltevorrichtung für die Wärmebehandlung
zu vereinfachen und ihre Größe zu verringern.
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In
der in 6(c) gezeigten Haltevorrichtung
für die Wärmebehandlung schließt das
Trageelement vier Säulen 8, 8a (zwei
Säulen 8 davon sind mit Säulenrillen
versehen) und zwei ausgestreckte Arme 10 ein, ähnlich
zu der in 6(b) gezeigten Haltevorrichtung
für die Wärmebehandlung; jedoch sind die zwei
Säulen 8a mit den daran fixierten ausgestreckten
Armen 10 unterschiedlich angeordnet. So sind die zwei Säulen 8a dergestalt
angeordnet, dass sie sich auf entgegengesetzten Seiten des Wafers 7 befinden
und sich jeder Arm 10 zu der Öffnung für
das Einbringen des Wafers hin erstreckt. Des Weiteren ist wie in
der A-A-Pfeilansicht gezeigt ein zylindrischer Vorsprung 11 zum
Halten der Waferrückseite auf der Spitze jedes ausgestreckten Arms 10 ausgebildet.
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Der
Siliciumwafer 7, der in die Haltevorrichtung für
die Wärmebehandlung eingebracht wird, wird wie in der Figur
gezeigt durch Säulenrillen, die auf den zwei Säulen 8 ausgebildet
sind, und Vorsprüngen 11, die jeweils auf der
Spitze des ausgestreckten Arms 10 vorhanden sind, in den
spezifizierten und durch das Symbol S gekennzeichneten Haltebereichen
unterstützt. Die Vorsprünge 11 sind so
ausgestaltet, dass die ausgestreckten Arme 10 nicht in
Kontakt mit dem Siliciumwafer 7 an anderen Stellen als
den spezifizierten Tragestellen kommen können.
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Wenn
eine Haltevorrichtung für die Wärmebehandlung
verwendet wird, welche das so ausgestaltete Trageelement umfasst,
ist es möglich, die Ausbreitung von Fehlstellen zu unterdrücken,
das Einbringen der Siliciumwafer in die Haltevorrichtung für
die Wärmebehandlung zu erleichtern und die Größe
der Haltevorrichtung für die Wärmebehandlung zu
verringern.
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Das
in 6(d) gezeigte Trägerelement
ist eine Trägerscheibe 12. An vier Stellen auf
der Oberfläche dieser Trägerscheibe 12 befinden
sich vier zylindrische Vorsprünge 14, die einen
Werfer in den hierin spezifizierten Trägerregionen halten
können. Des Weiteren weist die Trägerscheibe 12 einen
offenen Schlitz 13 auf, der so ausgestaltet ist, dass er
Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen eines
Wafertransportarms, der den Siliciumwafer trägt, erlaubt.
Zum Festhalten dieser Trägerscheibe 12 kann beispielsweise
das Verfahren angewendet werden, welches das Versehen der Säulen
mit Rillen und das Einführen der Trägerscheibe 12 in
die Rillen zum Festhalten umfasst.
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Der
(nicht gezeigte) Siliciumwafer, der in die Haltevorrichtung für
die Wärmebehandlung eingeschoben wird, die ein solches
Trägerelement umfasst, wird durch die zylindrischen Vorsprünge 14,
die auf der Trägerscheibe 12 in den spezifizierten
Haltebereichen vorgesehen sind, unterstützt, so dass die
Ausbreitung von Fehlstellen, die potentiell bei der Wärmebehandlung
des Werfers auftreten, unterdrückt werden kann.
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Das
in 6(e) gezeigte Trageelement ist
ebenfalls eine Trägerscheibe 15 und auf ihrer
Oberfläche sind erhöhte Trägerteile 16 vorgesehen,
die vollständig mit der Anordnung der gesamten hierin spezifizierten Wafertragebereiche übereinstimmen.
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Wenn
eine Haltevorrichtung für die Wärmebehandlung
verwendet wird, die ein solches Trageelement umfasst, wird die thermische
Belastung, die auf den Siliciumwafer einwirkt, verteilt bzw. zerstreut,
so dass die Wirkung in Bezug auf das Unterdrücken der Fehlstellenbildung
verbessert wird. Wenn sie weiterhin als Suszeptor bei der epitaxialen
Züchtung eingesetzt wird, entsteht teilweise ein Leerraum
zwischen der Rückseite des Wafers und dem Suszeptor, so
dass die Wirkung des Ausbringens des Gases, das anderenfalls auf
der Rückseite des Wafers zurückgehalten würde,
verstärkt wird und auch eine präventive Wirkung
auf das Phänomen der Selbstdotierung erwartet werden kann.
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Zweckmäßig
als Materialien für das Stütz- bzw. Trageelement
sind Quarz, Siliciumeinkristalle, polykristallines Silicium, Siliciumcarbid
und mit Silicium imprägniertes Siliciumcarbid unteren anderen.
Das Material und die Form des Trageelements können unter
anderem in geeigneter Weise gemäß der thermischen
Umgebung in der relevanten Stufe ausgewählt werden.
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Der
erfindungsgemäße wärmebehandelte Wafer
ist wie oben erwähnt ein Siliciumwafer mit einer <100>- oder <110>-Kristallorientierung,
welcher einer Wärmebehandlung in einem Zustand unterworfen
wird, in dem er (a) in „einem fächerförmigen
Bereich der Waferoberfläche im Bereich von 40° bis
60° relativ zu einer Bezugsrichtung parallel zu der Siliciumwaferoberfläche"
(Bezugsbereich) und (b) in anderen Bereichen der Waferoberfläche,
die durch Rotationen des Bezugsbereichs um jeweils 90° bestimmt
werden, wobei die Bezugsrichtung von dem Mittelpunkt des Siliciumwafers
zu <100> hin im Fall des <110>-Wafers und zu <110> im Fall des <100>-Wafers reicht, gestützt
wird.
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Der
Begriff „Wärmebehandlung" so wie er hier verwendet
wird, bezieht sich auf die Wärmebehandlung unter Verwendung
eines Schiffchens für die vertikale Wärmebehandlung,
die RTA-Behandlung, das epitaxiale Züchten mit Einzelbeschickung,
die SOI-Wärmebehandlung oder dergleichen.
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Der
erfindungsgemäße wärmebehandelte Wafer
zeigt in seinem Aussehen keinen Unterschied zu den Siliciumwafern,
die durch konventionelle Verfahren gehalten und wärmebehandelt
werden. Jedoch zeigt der erfindungsgemäße wärmebehandelte
Wafer, der an den spezifizierten Haltebereichen festgehalten bzw.
gestützt und der Wärmebehandlung unterworfen wird,
wie das oben erwähnt ist, ein verringertes Wachstum und Ausdehnung
der Fehlstellen als Ergebnis der Herabsetzung der maximalen aufgelösten
Scherbelastung, die auf die Fehlstelle einwirkt, die an dem Kontaktpunkt
zwischen dem Wafer und jeder Halteposition während der Wärmebehandlung
gebildet wird, auf ein niedriges Niveau.
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Deshalb
ist der erfindungsgemäße wärmebehandelte
Wafer im Vergleich zu Siliciumwafern, die durch konventionelle Verfahren
gehalten und einer Wärmebehandlung unterworfen werden,
dadurch gekennzeichnet, dass er weniger Fehlstellen und insbesondere
keine langen und großen Fehlstellen aufweist. Insbesondere
ist deshalb die Verwendung dieses wärmebehandelten Wafers
vorteilhaft, indem die Ausbeute bei der Fertigung von Vorrichtungen
verbessert werden kann.
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BEISPIELE
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(Beispiel 1)
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Die 7 zeigt
die Stellen, an denen jeder Siliciumwafer mit Fehlstellenausgangspunkten
in den Beispielen der vorliegenden Erfindung versehen wurde. In
Beispiel 1 wurden, wie in 7(a) gezeigt,
Siliciumwafer mit einem Durchmesser von 200 mm und einer <100>-Kristallorientierung
mit Fehlstellenausgangspunkten an der Stelle „a" (mit a1
in der Figur bezeichnet) in der Umgebung der Bezugsposition (0°)
und an der von der Stelle „a" um 90° entfernten
Stelle (mit a2 bezeichnet) versehen (Fall 1).
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Alternativ
wurden dieselben wie oben erwähnten Siliciumwafer mit Fehlstellenausgangspunkten
an der um 45° in Umfangsrichtung von der Bezugsposition
(0°) entfernten Stelle „b" (mit b1 bezeichnet)
und an der von der Stelle „b" um 90° entfernten
Stelle (mit b2 bezeichnet) versehen (Fall 2). Die Stellen (b1, b2),
an denen Fehlstellenausgangspunkte im Fall 2 vorliegen, liegen innerhalb
der hierin spezifizierten Stütz- bzw. Tragebereiche für
den Wafer. Jeder Fehlstellenausgangspunkt wurde erzeugt, indem die äußerste
periphere Waferoberfläche unter Verwendung eines Vickers-Härtetesters
unter einer Belastung von 1 kg Gewicht eingekerbt wurde.
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Diese
Siliciumwafer wurden einer Wärmebehandlung unterworfen
und anschließend wurden für jeden Wafer die Längen
der Fehlstellen, die ausgehend von dem Punkt „a" und dem
von dem Punkt „a" um 90° entfernten Punkt gebildet
wurden und wuchsen, gemessen und der Maximalwert wurde bestimmt.
Entsprechend wurden die Längen der Fehlstellen, die von
dem Punkt „b" und dem von dem Punkt „b" um 90° entfernten
Punkt gebil det wurden und wuchsen, gemessen und der Maximalwert
wurde für jeden Wafer bestimmt.
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Die
Mittelwerte der maximalen Fehlstellenlängen für
den Fall 1 und den Fall 2 sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
| Fall | Fehlstellenausgangspunkt | Fehlstellenlänge
(Mittelwert) |
| 1 | Punkt „a"
und um 90° von dem Punkt „a" entfernter Punkt | 12
mm |
| 2 | Punkt „b"
und um 90° von dem Punkt „b" entfernter Punkt | 6
mm |
| 3 | Punkt „c"
und um 90° von dem Punkt „c" entfernter Punkt | 12
mm |
| 4 | Punkt „d"
und um 90° von dem Punkt „d" entfernter Punkt | 6
mm |
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Während
die mittlere Fehlstellenlänge im Fall 1 12 mm betrug, war
die Fehlstellenlänge im Fall 2 6 mm, was anzeigt, dass
im Fall 2, in dem die Fehlstellenausgangspunkte in den hierin spezifizierten
Waferhaltebereichen vorgesehen waren, die Fehlstellenlänge
auf die Hälfte der von Fall 1 reduziert werden konnte.
Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass
im Fall 2 die maximale aufgelöste Scherbelastung, wie oben
erwähnt, auf ein geringes Niveau herabgesetzt wurde und
somit das Fehlstellenwachstum unterdrückt wurde.
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(Beispiel 2)
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In
Beispiel 2 wurden die in 7(b) gezeigten
Siliciumwafer mit einem Durchmesser von 200 mm und einer <110>-Kristallorientierung
mit Fehlstellenausgangspunkten an der Stelle „c" (in der
Figur als c1 bezeichnet) in der Umgebung der Bezugsposition (0°)
und an dem von dem Punkt „c" um 90° entfernten
Punkt (als C2 bezeichnet) wie in Beispiel 1 versehen (Fall 3)
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Alternativ
wurden dieselben Siliciumwafer, wie sie oben erwähnt sind,
mit Fehlstellenausgangspunkten an dem Punkt „d" (als d1
bezeichnet), der um 45° in der Umfangsrichtung von der
Bezugsposition (0°) entfernt ist, und an dem Punkt (als
d2 bezeichnet), der um 90° von dem Punkt „d" entfernt
ist, versehen (Fall 4). Die Positionen (d1, d2), die im Fall 4 vorgegebene
Fehlstellenausgangspunkte sind, fallen in die hierin spezifizierten
Waferhaltebereiche.
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Die
Messergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt.
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Während
die mittlere Fehlstellenlänge im Fall 3 12 mm betrug, war
die mittlere Fehlstellenlänge im Fall 4 6 mm. Man kann
daher annehmen, dass das Fehlstellenwachstum auch in Siliciumwafern
mit einer <110>-Kristallorientierung
unterdrückt werden kann, wenn die Fehlstellenausgangspunkte
in den hierin spezifizierten Wafertragebereichen vorgesehen wurden.
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GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zum Halten von Siliciumwafern
ist ein Verfahren, bei dem die Waferhaltebereiche bei der Wärmebehandlung
in einem vertikalen Wärmebehandlungsofen spezifiziert werden. Bei
Siliciumwafern mit einer <100>- oder <110>-Kristallorientierung
kann dieses Verfahren die Scherbelastung reduzieren, die zu der
Erweiterung der Fehlstelle beiträgt, die anfänglich
an jedem Waferhalteelementkontaktpunkt gebildet wird, das Fehlstellenwachstum
unterdrücken und in nennenswerter Weise die Ausbeute an
wärmebehandelten Wafern verbessern. Dieses Halteverfahren
kann in einfacher Weise unter Verwendung der erfindungsgemäßen
Haltevorrichtung für die Wärmebehandlung eines
Siliciumwafers durchgeführt werden.
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Der
unter Verwendung des Halteverfahrens und der Wärmebehandlungshaltevorrichtung
erhaltene Siliciumwafer weist wenige Fehlstellen und insbesondere
keine langen und großen Fehlstellen auf und besitzt eine
hohe Qualität.
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Deshalb
können das Verfahren zum Halten des Siliciumwafers, die
Haltevorrichtung für die Wärmebehandlung und der
wärmebehandelte Wafer gemäß der vorliegenden
Erfindung in großem Umfang bei der Herstellung von Siliciumwafern
mit einer <100>- oder <110>-Kristallorientierung
und daraus hergestellten Vorrichtungen eingesetzt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es
wird ein Verfahren bereitgestellt, das auf die Herstellung von Siliciumwafer
mit einer <100>- oder <110>-Kristall-orientierung
anwendbar ist und darin besteht, die Waferhaltepositionen bei der
Wärmebehandlung in einem vertikalen Wärmebehandlungsofen
zu spezifizieren, sowie eine Wärmebehandlungshaltevorrichtung
zur Durchführung dieses Verfahrens. Damit wird es möglich,
die Scherbelastung, die zu der Ausdehnung der Fehlstelle beiträgt,
die als Ausgangspunkt an jedem Waferhalteelementkontaktpunkt entsteht,
zu unterdrücken, das Fehlstellenwachstum zu reduzieren
und somit die Ausbeute an wärmebehandelten Siliciumwafern
in nennenswerter Weise zu verbessern. Der unter Verwendung dieses
Halteverfahrens und der Wärmebehandlungsvorrichtung erhaltene
wärmebehandelte Wafer weist wenige Fehlstellen und insbesondere keine
langen und großen Fehlstellen auf und besitzt eine hohe
Qualität.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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