JP2000150402A - 基板支持治具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエーハ支持治具の加工精度にばらつきがあ
ったり、ウエーハ自体に局部的な変形があっても、ウエ
ーハの熱処理時にスリップ転位の発生が阻止された基板
の支持治具を提供する。 【解決手段】 熱処理室内で高温熱処理が施される薄板
状の基板を基板支持治具に設けられた複数の支持部上に
載置して、該基板を前記支持部で水平支持するようにし
た基板の支持治具において、前記基板支持治具を前記複
数の支持部の全てを、各支持部が単独で上下動可能な弾
性支持部で構成し、基板の変形があっても、各支持部に
おける応力を均一化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体基板に高温熱
処理等の処理を行なう際に用いられる基板支持治具に係
り、特に縦型熱処理装置や枚葉式熱処理装置に用いるウ
エーハボートやサセプタ等の基板支持治具に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】半導体基板（以下ウエ
ーハという）の高温熱処理については、近年のウエーハ
の大口径化に伴ない、ウエーハをボート等により水平支
持する支持方式にて熱処理を行なう枚葉式熱処理装置や
縦型熱処理装置が多用されてきている。

【０００３】図１０はかかる縦型のウエーハ熱処理装置
について従来提供されている技術の１例を示す。図１０
において、０１は熱処理装置であり次のように構成され
ている。立設された中空のヒータ０８内に均熱管０２が
設けられ、該均熱管０２内には上部が覆蓋された石英ガ
ラス製の反応管０４が同心に設けられている。該反応管
０４の天井面にはガス導入管０６が連通され、また前記
反応管０４の下端部には排気管０７が連通されている。
該反応管０４の下端はマニホールド０３に固定され、該
マニホールド０３の下面に圧接可能に設けられた蓋体０
１１によって、反応管０４の内部は密閉状態となってい
る。

【０００４】前記反応管０４内には多数のウエーハ１が
ウエーハボート０１３に水平姿勢で多段に保持された状
態で装入される様になっており、詳しく説明するに、前
記蓋体０１１の上面に石英製のボートキャップ０１４が
載置され、該ボートキャップ０１４の上部にウエーハボ
ート０１３が立設され、複数枚のウエーハ１が支柱０１
５、該支柱０１５に刻設されたウエーハ支持溝（不図
示）等を備えた前記ウエーハボート０１３に支持されて
いる。蓋体０１１は図示しないボートエレベータに支持
され、前記ウエーハボート０１３は該ボートエレベータ
により、前記反応管０４内に挿脱されるようになってい
る。

【０００５】０６は、前記反応管０４の内部に置かれた
ウエーハ１に熱処理用の雰囲気ガス（Ｎ₂，Ｏ₂等）を供
給するガス導入管、０７は熱処理前の排気及び熱処理後
のガスを排出するための排気管である。そしてウエーハ
１の熱処理は前記ヒータ０８により炉内が所定温度に加
熱された状態で前記排気管０７より反応管０４内が排気
された後、前記ガス導入管０６より雰囲気ガスが導入さ
れて行なわれる。

【０００６】かかる熱処理装置０１においては、ウエー
ハ１を支持するウエーハ支持溝が主としてウエーハ１の
周縁領域下面を支持するようになっているため、ウエー
ハ１の中央領域やウエーハ周辺部がその自重で下方に撓
み易くなっている。このため、かかる熱処理装置による
場合は、この撓みによる応力で、前記熱処理装置０１に
よる高温熱処理時に、ウエーハ１にスリップ転位即ち結
晶のずれが生じ易くなり、ウエーハ製造時の歩溜りが低
下する。

【０００７】かかるスリップ転位の発生原因としては、
ウエーハ１の面内温度差による熱応力、ウエーハ１の自
重による曲げ応力、ウエーハ１の支持部における応力集
中、接触による損傷等が挙げられる。

【０００８】かかるスリップ転位に欠陥の発生を防止す
る技術として、従来種々の発明が提案されている。即
ち、ウエーハの自重による曲げ応力を抑制する技術とし
ては、ウエーハをリングで支持する手段（特開平９−１
９９４３８号）が提案されている。しかしながら、これ
らの技術によって、計算上ウエーハに発生する応力を、
スリップ転位が発生する臨界分解せん断応力以下にして
も、実際の熱処理時においては、ウエーハ１にスリップ
転位が発生する。

【０００９】かかるスリップ転位発生の要因として、ウ
エーハに起因するものとしては、実際のウエーハでは不
均一な反りやうねりが発生し、このため基板支持治具に
よる支持点が４点以上になる支持治具においては、偏荷
重が発生し、理論計算値よりも大きな応力の発生を見る
ことが挙げられる。

【００１０】また基板支持治具に起因するものとして
は、該支持治具のウエーハ支持部の加工表面粗さが大き
い場合にウエーハの該支持部との接触部に接触傷、応力
集中、熱伝導の集中、曲げ応力の発生等による。さら
に、支持治具の使用中の径時変化（支持治具の熱歪み変
形）もスリップ転位の発生の要因となる。

【００１１】スリップ転位発生の要因となる偏荷重は、
ウエーハの支持部が３点の場合には支持部のウエーハの
変形の有無に拘らず同一荷重となるため発生しないが、
支持部が４点以上の場合には、上記のようにかかる偏荷
重が発生する。

【００１２】上記４点以上の支持の場合は、基板支持治
具の支持部の高さが、ウエーハ保持の前後で変化しない
固定支持点であると、例えばウエーハの上に凸状の反り
がある場合には支持位置の高さまでウエーハが変形しな
いと支持治具に接触しないこととなり、その結果、前記
支持位置でのウエーハに掛かる応力のばらつきが支持部
間において大きくなって偏荷重が発生する。また上記と
反対に、ウエーハに凹状の反りがある場合には支持位置
の高さまでウエーハが変形することにより、支持位置に
おいて過大な応力がかかることとなる。

【００１３】上記のような問題点、即ちスリップ転位の
発生を抑制する技術として特開平８−２３６５１５号の
発明が提供されている。図１１は、前記特開平８−２３
６５１５号にて提供されている技術を示す斜視図であ
る。

【００１４】図１１において、０１６はウエーハ支持治
具で、ウエーハ１とほぼ同径の環状で偏平なベース部０
１７を有し、このベース部０１７の上面部には前記ウエ
ーハ１の周縁領域下面を支持する複数（この例では３
つ）の固定支持点０１８が周方向に適宜間隔で上向きに
突設されている。また、前記ベース部０１７には内周の
一部から径方向内方へほぼ水平に延出された細長い板状
の梁部０１９が一体的に形成され、この梁部０１９は弾
性で上下方向に撓み可能になっている。

【００１５】この梁部０１９の先端上部には上記ウエー
ハ１の中央領域下面を前記梁部０１９の弾性力を利用し
て弾性を支持する弾性支持点０２０が上向きに突設され
ている。前記固定支持点０１８は共に同一高さに形成さ
れ、上記弾性支持点０２０はウエーハ１を支持する際の
梁部０１９の撓み量を考慮して固定支持点０１８よりも
所定高さだけ高く形成されている。

【００１６】この弾性支持点０２０による弾性支持によ
り、自重で撓むウエーハ１の中央領域の撓みが矯正され
るように構成されている。そして、上記固定支持点０１
８によりウエーハ１の下面を支持する複数の固定支持部
が構成され、上記弾性支持点０２０によりウエーハ１の
自重による撓み部分を矯正すべく弾性支持する弾性支持
部が構成されている。

【００１７】前記のように、かかる従来技術にあって
は、ウエーハ支持治具０１６は、ウエーハ１の中央部を
梁部０１９及びこれの先端の弾性支持点０２０によって
弾性支持する一方で、ウエーハ１の外周寄りの部位につ
いて環状のベース部０１７上に設けた３つの固定支持点
０１８で支持している。

【００１８】このため、前記ウエーハ支持治具０１６の
外周寄りの複数（上記の場合は３つ）の固定支持点０１
８の加工精度が低く、各支持点の高さにばらつきがあっ
たり、また該ウエーハ支持治具０１６の加工精度は高く
あっても、ウエーハ１の外周部の反りが大きく中間部が
凹状となるような場合には中央の弾性支持点０２０にウ
エーハ１の支持荷重が集中し、上記スリップ転位が発生
し易くなる。

【００１９】本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、ウ
エーハ支持治具の加工精度のばらつきがあったり、ウエ
ーハ自体に局部的な変形があっても、ウエーハの熱処理
時にスリップ転位の発生が阻止された基板の支持治具を
提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題を解
決するため、その第１発明として、熱処理室内で高温熱
処理が施される薄板状の基板を基板支持治具に設けられ
た複数の支持部上に載置して、該基板を前記支持部で水
平支持するようにした基板の支持治具であって、前記基
板を支持する複数の支持部の全てを、各支持部が単独で
上下動可能な弾性支持部に構成されたことを特徴とする
基板の支持治具を提案する。

【００２１】かかる発明によれば、基板が大口径の為に
自重による反り等によって変形している場合、基板を支
持する基板支持部の全てを弾性支持体によって支持して
いるので、基板の支持点の位置が弾性支持部の弾性変形
によって上下に自在に移動して該基板の変形に対応した
支持点位置となる。これによって基板の各支持部におけ
る応力が均一となって従来技術のような偏荷重の発生が
阻止され、超高温下における基板の熱処理においてもス
リップ転位の発生のない熱処理が可能となる。

【００２２】また、第２発明は、前記弾性支持部がコイ
ルばね若しくは板ばね状をなすことを特徴とする。即
ち、弾性支持部がコイルばねである場合は大きな変形能
が得られ、又板ばねである場合は基板支持治具の厚さが
小さくなり、小形コンパクトな基板の支持治具が得られ
る。ここで前記基板支持位置の反対側が剛体により支持
されていれば、各支持位置間で応力のアンバランスが生
じる事なく基板の大きな口径に対応した応力均一化作用
を得ることができる。

【００２３】第３発明は、前記弾性支持部が、リング状
のベース部材から内側に放射状に突設された複数のアー
ムを備えるとともに、該アームをベース部材に対し薄肉
に形成するか若しくは材質を異ならして弾性力を持たせ
たリング状のベース部材からなる。この場合は、前記同
様に弾性支持部が板ばねであるので厚さが小さく、また
リング状ベースの内側に複数板ばねを放射状に突設して
いるので、外形が小さく、小形コンパクトな支持構造と
なるとともに、前記ベース部材側で剛体を維持していて
も、アームは弾性力を持たせた構造とすることが可能と
なる。

【００２４】尚、前記弾性支持部はウエーハに対する汚
染を避けるために、化学的安定性の高い石英ガラス若し
くはＳｉＣで形成するのがよく、例えば剛体となるべき
ベース部材をＳｉＣ、弾性支持部を石英ガラスで形成
し、熱処理空間下で弾性作用を営んでもよく、又前記ア
ームその他の弾性支持部をベース部材に対し薄肉に形成
して弾性作用を持たせてもよい。

【００２５】更に第４発明は、前記複数の支持部を夫々
結ぶ仮想円が小径と大径の複数の円になるように構成し
たことを特徴とするもので、これにより、大径のウエー
ハにおいては、より複数点で支持することができ、応力
が均一化し、一層の均等保持が可能となる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施
形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、そ
の相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、こ
の発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説
明例にすぎない。

【００２７】図５は本発明に係るウエーハ支持治具が適
用される半導体基板（ウエーハ）の熱処理装置のボート
キャップとボートを示す要部斜視図である。図５におい
て、前記図１０に示す蓋体０１１の上面に石英製のボー
トキャップ１４が載置され、該ボートキャップ１４の上
部に円板状の上板１５Ａ及び底板１５Ｂとの間に４本の
支柱１５が片側に寄せて配設され、該支柱１５の内周側
に図２及び図４に示すように、上下に多数の支持溝１６
が刻設され、該支持溝１６に後記するリング円板状のベ
ース２ｂ、３ｂ、４ｄを含む基板（ウエーハ）支持治具
２、３、４が上下に積層され、該支持治具２、３、４上
に夫々ウエーハ１が配設されている。

【００２８】本実施形態は前記熱処理装置０１に用いら
れる基板支持治具の改良に係るものである。図１〜図２
はその第１実施形態を示し、図１（Ａ）は基板支持治具
の側面図、（図１（Ｂ）のＢ−Ｂ矢視図）、図１（Ｂ）
は図１（Ａ）のＡ矢視図（平面図）である。図２は前記
支柱の支持溝１６に前記基板支持治具２を介装した状態
を示す。

【００２９】図１において、１はウエーハ、２は該ウエ
ーハ１が載置される基板支持治具である。該基板支持治
具２はＳｉＣからなるリング円板状ベース２ｂ上に石英
ガラス製の複数のコイルばね２ａを取付け、各コイルば
ね２ａの上端に設けた支持点２ｃ上に前記ウエーハ１を
載置して、該ウエーハ１をコイルばね２ａにより弾性支
持するように構成されている。この実施形態ではコイル
ばね２ａによる支持点が４箇所であるが、複数箇所であ
ればよい。

【００３０】この場合、板状ベース２ｂはウエーハ１よ
り十分肉厚で前記コイルばね２ａとウエーハ１が載置さ
れても、更には図２に示すように、板状ベース２ｂ周縁
が支持溝１６に係止された状態でも変形しない程度の剛
性を有するのが好ましい。尚、本実施形態では板状ベー
ス２ｂ外周側に縁部２０ｂを設け、支持溝１６内でのガ
タの防止を図っている。

【００３１】かかる実施形態において、上記支持点２ｃ
の位置、つまりコイルばね２ａの位置は任意に選定でき
るがウエーハ１の変形量が大きい部位を選定するのが好
ましい。

【００３２】かかる実施形態によれば、ウエーハ１が変
形している場合、基板支持治具２のウエーハ１の支持点
２ｃの位置がコイルばね２ａの弾性変形によって上下に
自在に移動し、ウエーハ１の変形に対応した支持点位置
となる。従って、ウエーハ１の各支持点部における応力
が均一となって、従来技術のような偏荷重の発生が回避
され、スリップ転位の発生が防止される。また、変形能
の大きいコイルばね２ａによる弾性支持であるので、ウ
エーハ１の変形量が大きい場合でも、上記応力均等化作
用が確実になされる。

【００３３】図３〜図４は本発明の第２実施形態に係る
基板支持治具３を示し、図３（Ａ）は基板支持治具の側
面図、（図３（Ｂ）のＤ−Ｄ矢視図）、図３（Ｂ）は図
３（Ａ）のＣ矢視図（平面図）である。図４は前記支柱
１５の支持溝１６に前記基板支持治具３を介装した状態
を示す。この実施形態においては、基板支持治具の弾性
支持手段として板ばねを用いている。

【００３４】即ち、図３〜図４において、３ａは石英ガ
ラス製の薄肉の板ばねで、その固定端であるリング円状
の石英ガラス若しくはＳｉＣからなるベース３ｂから内
側つまりウエーハ１の中心方向へ向けて放射状に配設さ
れて片持梁状に構成されている。各板ばね３ａの端部上
面には半球状の支持点３ｃが固設され、各支持点３ｃ上
にウエーハ１が載置され前記板ばね３ａにより弾性支持
されている。

【００３５】この場合においても、リング円状の板状ベ
ース３ｂはウエーハ１より十分肉厚で、図４に示すよう
に、板状ベース３ｂ周縁が支持溝１６に係止された状態
でも変形しない程度の剛性を有するのが好ましい。

【００３６】この実施形態においては、上記支持点３ｃ
の数（つまり板ばね３ａの数）はウエーハ１の円周方向
等間隔に４箇所であるが、複数箇所であればよく、より
多数箇所で支持されれば更に良い。また間隔は任意でよ
い。この実施形態におけるウエーハ１の応力均一化作用
は前記実施形態と同様であるが、この場合は板ばね３ａ
を放射状に配置しているので、前記第１実施形態の基板
支持治具２よりも基板支持治具の高さが小さくなり、コ
ンパクトな支持構造となる。

【００３７】図６は本発明の第３実施形態に係る基板支
持治具４を示し、（Ａ）はその側面図（（Ｂ）のＥ−Ｅ
矢視図）、（Ｂ）は（Ａ）のＦ−Ｆ線矢視図である。前
記基板支持治具４を前記支柱１５の支持溝１６に介装し
た状態は図４と同一なのでその図示を省略する。

【００３８】即ち、図６において、４ａは石英ガラス製
の環状板からなるリングでＳｉＣからなる厚肉リング円
状のベース４ｄに固定されている。このリング４ａの内
周には円周方向等間隔（不等間隔でも可）に板ばね部４
ｂが突設されている。該板ばね部４ｂは、交互に長さを
異ならせて前記リング４ａから内側に（つまりウエーハ
１の中心方向に）片持梁状に突設され、その先端上部に
は支持点４ｃ（４ｃ₁及び４ｃ₂）が設けられている。

【００３９】前記支持点４ｃ₁と支持点４ｃ₂を夫々結ぶ
仮想円が小径と大径の複数の円になるように構成されて
いるために、大径のウエーハ１においては応力が均一化
し、一層の均等保持が可能となる。そして、該支持点４
ｃ上にはウエーハ１が載置され、該ウエーハ１は前記板
ばね部４ｂによって弾性支持されている。

【００４０】この場合においても、リング円状の板状ベ
ース４ｄはウエーハ１より十分肉厚で、図４に示すよう
に、板状ベース４ｄ周縁が支持溝１６に係止された状態
でも変形しない程度の剛性を有するのが好ましい。

【００４１】この実施形態においては、リング４ａ内側
に突設された片持ばり状の板ばね部４ｂによってウエー
ハ１の適所を弾性支持するので、前記第１実施形態と同
様な応力均一化作用がなされる。かかる実施形態におい
ては、板ばね部４ｂとリング４ａが一体的にリング状に
形成されているので板状ベース４ｄへの固着が容易で、
且つ基板支持治具の外形が小さく、かつ厚さも小さくな
り、前記第１実施形態の基板支持治具２より小型コンパ
クトなウエーハの支持構造となる。

【００４２】図７〜図９は前記第１〜第３実施形態を含
む、ウエーハ１の支持点の配置例を示す。図７は４箇所
の支持点１１による４点支持で、図１〜図２に示す第１
実施形態及び図３〜図４に示す第２実施形態と同様な配
置である。

【００４３】図８は支持点１２１を外側の円周上に、支
持点１２２を内側の円周上に配置した円周上多点支持
で、図６に示す第３実施形態と同様な配置である。この
場合、前記支持点１２１と支持点１２２を夫々結ぶ仮想
円が小径と大径の複数の円になるように構成されている
ために、大径のウエーハ１においては応力が均一化する
均等保持が可能となる。図９は、平面多点支持で、支持
点１３をウエーハ１の下部全体に配置している。この場
合、大口径のウエーハで枚葉式の熱処理を行なう場合に
は特に好ましい。

【００４４】

【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、基板
支持治具の全ての支持部を弾性支持部に構成しているの
で、基板の変形がある場合には、基板の支持点が弾性支
持部の弾性変形によって容易に上下に移動することによ
り、基板の各支持部における応力が均一となって偏荷重
の発生が阻止される。

【００４５】これによって高温下における基板の熱処理
において、スリップ転位の発生のない熱処理が可能とな
り基板の品質を高く保持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１〜図２は本発明の第１実施形態に係る基
板の支持治具を示し、図１（Ａ）は基板支持治具の側面
図、（図１（Ｂ）のＢ−Ｂ矢視図）、図１（Ｂ）は図１
（Ａ）のＡ矢視図（平面図）である。

【図２】 図２は前記支柱の支持溝１６に前記基板支持
治具２を介装した状態を示す。

【図３】 図３〜図４は本発明の第２実施形態に係る基
板の支持治具を示し、図３（Ａ）は基板支持治具の側面
図、（図３（Ｂ）のＤ−Ｄ矢視図）、図３（Ｂ）は図３
（Ａ）のＣ矢視図（平面図）である。

【図４】 図４は前記支柱の支持溝１６に前記基板支持
治具３を介装した状態を示す。

【図５】 本発明に係るウエーハ支持治具が適用される
半導体基板（ウエーハ）の熱処理装置のボートキャップ
とボートを示す要部斜視図である。

【図６】 図６は本発明の第３実施形態に係る基板支持
治具を示し、（Ａ）はその側面図（（Ｂ）のＥ−Ｅ矢視
図）、（Ｂ）は（Ａ）のＦ−Ｆ線矢視図である。

【図７】 上記実施形態におけるウエーハ支持点の配置
の第１例を示す平面図である。

【図８】 上記支持点配置の第２例を示す平面図であ
る。

【図９】 上記支持点配置の第３例を示す平面図であ
る。

【図１０】 一般的な半導体基板の熱処理装置の縦断面
図である。

【図１１】 従来技術に係る基板の支持治具の１例を示
す外観斜視図である。

【符号の説明】

０１ 熱処理装置 １ ウエーハ ２、３、４ 基板支持治具 ２ａ コイルばね ２ｃ、３ｃ、４ｃ₁、４ｃ₂ 支持点 ３ａ 板ばね ４ａ リング ４ｂ 板ばね部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱処理室内で高温熱処理が施される薄板
   状の基板を基板支持治具に設けられた複数の支持部上に
   載置して、該基板を前記支持部で水平支持するようにし
   た基板支持治具において、 前記基板を支持する前記複数の支持部の全てを、各支持
   部が単独で上下動可能な弾性支持部に構成されたことを
   特徴とする基板支持治具。
2. 【請求項２】 前記弾性支持部がコイルばね若しくは板
   ばね状をなすことを特徴とする請求項１記載の基板支持
   治具。
3. 【請求項３】 前記弾性支持部が、リング状のベース部
   材から内側に放射状に突設された複数のアームを備える
   とともに、該アームをベース部材に対し薄肉に形成する
   か若しくは材質を異ならして弾性力を持たせた請求項１
   記載の基板支持治具。
4. 【請求項４】 前記複数の支持部を夫々結ぶ仮想円が小
   径と大径の複数の円になるように構成したことを特徴と
   する請求項１記載の基板支持治具。