【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、縦型熱処理炉によるウエーハ熱処理に使用されるウエーハ支持リングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの素材であるシリコンウエーハは各種の熱処理を受けるのが通例であり、その熱処理に使用される熱処理炉の一つとして縦型炉がある。縦型熱処理炉では、所定枚数のシリコンウエーハが縦型のウエーハボートに水平姿勢で上下方向に所定の間隔で搭載されて、縦型の炉体内にローディングされる。そして、所定の雰囲気ガスを炉体内に供給しながら、炉体内のシリコンウエーハを所定温度に加熱する。
【０００３】
縦型熱処理炉に使用される縦型ボートは、基本的に横型炉に使用される横型ボートを縦に向けた構成であり、天板と底板の間に垂直に配置された複数本の支柱を有している。複数本の支柱は、正面側からのウエーハの挿入を可能にするために正面を広くあけて配置されており、各支柱の長手方向複数箇所にウエーハの外周縁部が嵌合するように設けられた切り込みにより、所定枚数のウエーハを上下方向に所定の間隔で支持する。
【０００４】
シリコンウエーハが受ける熱処理の一つとしてウエーハ表面の清浄化を目的とした高温熱処理がある。この熱処理では、多数枚のシリコンウエーハがウエーハボートに搭載されて熱処理炉内にローディングされ、Ａｒ及び／又はＨ２ といった非酸化性ガス中で１１００℃以上の高温に加熱されることにより、ウエーハの表層部からＣＯＰなどのミクロ欠陥が除去される。
【０００５】
縦型熱処理炉でこのような高温処理を行う場合の問題点の一つとして、支柱の支持部によるスリップ転位の発生がある。即ち、従来の縦型ボートでは、ウエーハの外周縁部が支柱により複数箇所（通常は４箇所）で局部的に支持される。このため支持部にウエーハの自重が集中し、大きな内部応力が生じることにより、加熱温度が高くなるほど、またウエーハ径が大きくなるほど、支持部の近傍でスリップ転位が発生しやすくなるのである。
【０００６】
このような状況下で提案されたスリップ対策の一つが、特許文献１に記載されたウエーハ支持リングである。この対策では、複数本の支柱に設けた切り込みを利用して、複数のウエーハ支持リングを上下方向に所定の間隔で支柱に取り付け、該リングによりウエーハを支持する。ウエーハ支持リングは、ロボットによるウエーハの移載を可能にするために周方向の一部が開口したＣ字型のリングであり、ウエーハの外周縁部を開口部に対応する部分を除いて広く支持する。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−２６０４３８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ウエーハ支持リングを使用することにより、ウエーハに付加される荷重が分散し、スリップ転位の発生頻度は低下する。しかしながら、その発生を完全に防止することは困難であり、むしろ特定部位に集中する傾向のあることが、本発明者による調査から判明した。
【０００９】
本発明の目的は、スリップの発生頻度を従来よりも更に低減できる縦型ボート用ウエーハ支持リングを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者はウエーハ支持リングを使用したときのスリップ転位の発生状況、及びそのスリップ転位の防止策について詳細に調査した。その結果、以下の事実が判明した。
【００１１】
従来のウエーハ支持リングの平面形状を図２（ａ）に、そのウエーハ支持リングを使用したときのスリップ転位の発生状況を図２（ｂ）に示す。ウエーハ支持リング１０は、周方向の一部にウエーハ移載のために開口部１１を有している。ウエーハ支持リング１０の開口部１１を挟む両端面１２，１２は、当該開口部１１の中央を通過する半径線に平行である。
【００１２】
シリコンウエーハ２０は、その外周縁部がウエーハ支持リング１０の内周部により、開口部１１のところを除いて支持される。そして、そのウエーハ２０においては、スリップ転位２１はウエーハ支持リング１０の両端面１２，１２に対応する箇所、特に図２（ａ）中にＳで示す内周側の角部に対応する部分に集中的に発生すること、その発生頻度は両端面１２，１２の開き角度、即ち前記半径線に平行な基準線に対する傾斜角度に依存し、その傾斜角度の選択によりスリップ転位を激減させ得ることが判明した。
【００１３】
本発明のウエーハ支持リングは、かかる知見を基礎として開発されたものであり、複数枚のウエーハを上下方向に所定間隔で支持する縦型ボートの各ウエーハ支持部に装着され、周方向の一部が開口したＣ字型のウエーハ支持リングにおいて、開口部を挟む両端面を、当該開口部の中央を通過する半径線に平行な基準線に対し、内周側へ向かって間隔が広がる方向へ傾斜させたものである。
【００１４】
ウエーハ支持リングの開口部を挟む両端面をこのように傾斜させることにより、両端面の外周側の角部は鋭角に尖るが、内周側の角部は鈍角に広がった形状になる。鋭角に尖った外周側の角部はウエーハに接触しないが、鈍角に広がった内周側の角部はウエーハに接触する。ウエーハに接触する内周側の角部が鈍角に広がることがスリップ転位の低減に寄与していると考えられる。
【００１５】
即ち、図２（ａ）にＳで示し、ウエーハと接触する内周側の角部が鈍角に広がることにより、この角部に起因する応力集中が緩和され、スリップ転位が発生し難くなると考えられる。
【００１６】
ウエーハ支持リングの開口部を挟む両端面の前記基準線に対する傾斜角度θは２０度以上が好ましく、２０〜４０度が特に好ましい。この傾斜角度θが小さすぎるとスリップ転位を低減する効果が不十分であり、大きすぎる場合はリングの両端部が細く尖ってリング幅が狭くなり、ウエーハに対する支持面積が減少することから、十分にウエーハを支持することが難しくなり、この点からスリップ転位が発生しやすくなる。
【００１７】
ウエーハ支持リングの材質としてはシリコン又はＳｉＣが好ましい。なぜなら、同じ熱膨脹係数のシリコンを用いることで、熱処理の昇降温時における接触部分の温度差を小さくすることができ、スリップ転位を低減する効果が上がる。ＳｉＣについては、シリコンよりも強度が高く、熱処理による形状変化が少ないことから、ウエーハを安定的に支持することができる。
【００１８】
前記両端面のエッジ部に対しては、スリップ転位防止の点から面取りを行うのがよい。面取り加工としては糸面取り加工でもよいが、Ｒ加工仕上げの方がより好ましい。
【００１９】
前記開口部の広さは、中心から見た開き角度（中心角）で表して２０〜９０度が適当である。これが小さいと、ウエーハを支持リングに移載するためのロボットアームが開口部を通過することが困難になる。逆に大きい場合はウエーハと支持リングの接触周長が減少し、開口部においてウエーハが自重により撓むことにより、リング開口部でスリップ転位が発生しやすくなる。
【００２０】
なお、本発明のウエーハ支持リングは、スリップ転位が発生しやすい２００ｍｍ以上の大径ウエーハに有効であり、３００ｍｍ以上の大径ウエーハに特に有効である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す平面図である。
【００２２】
本実施形態のウエーハ支持リング１０は、縦型ボートの４本の支柱３０に所定間隔で水平に取り付けられるＣ字型リングである。リング径としては、リング内周部でウエーハ外周縁部を支持できるように、ウエーハ外径Ｄより小さい内径とそのウエーハ外径Ｄより大きい外径とを有している。
【００２３】
ウエーハ支持リング１０の開口部１１を挟む両端面１２，１２は、開口部１１の中央を通過する半径線に平行な基準線Ｏ，Ｏに対し、内周側へ向かって間隔が広がる方向へ角度θで傾斜している。傾斜角度θは２０度以上に設定されている。
【００２４】
比較試験を行うために、ＳｉＣからなる外径が３０５ｍｍ、内径が２５０ｍｍ、厚みが５ｍｍ、開口部の広さが中心角で４０度、両端面の基準線に対する傾斜角度θが０度、１０度、２０度、３０度の３００ｍｍウエーハ用支持リングを作製した。
【００２５】
各リングを縦型ボートに取り付け、その縦型ボートを用いて、３００ｍｍシリコンウエーハをアルゴン雰囲気、１２００℃×１時間の条件で１００枚同時に熱処理した。熱処理後の各ウエーハにおけるスリップ転位の発生状況をＸＲＴにて確認した。
【００２６】
傾斜角度θが０度及び１０度のリングを使用した場合は、リングの内周側の角部に対応する部分にスリップ転位が発生したが、傾斜角度θが２０度及び３０度のリングを使用した場合はスリップ転位は発生しなかった。
【００２７】
リング材質を単結晶シリコンに代えて同じ試験を行ったところ、ＳｉＣと同じ結果が得られた。
【００２８】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明のシリコン支持リングは、開口部を挟む両端面を、当該開口部の中央を通過する半径線に平行な基準線に対し、内周側へ向かって間隔が広がる方向へ傾斜させるという簡単な手法により、スリップの発生頻度を従来よりも大幅に低減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す平面図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は従来のウエーハ支持リングの形状及びそのウエーハ支持リングを使用したときのスリップ転位の発生状況を示す平面図である。
【符号の説明】
１０ ウエーハ支持リング
１１ 開口部
１２ 端面
２０ ウエーハ
２１ スリップ転位
３０ 支柱[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wafer support ring used for wafer heat treatment in a vertical heat treatment furnace.
[0002]
[Prior art]
A silicon wafer, which is a material for semiconductor devices, is usually subjected to various heat treatments, and a vertical furnace is one of the heat treatment furnaces used for the heat treatment. In the vertical heat treatment furnace, a predetermined number of silicon wafers are mounted on a vertical wafer boat in a horizontal posture at predetermined intervals in the vertical direction and loaded into the vertical furnace body. Then, the silicon wafer in the furnace body is heated to a predetermined temperature while supplying a predetermined atmospheric gas into the furnace body.
[0003]
A vertical boat used in a vertical heat treatment furnace is basically a horizontal boat used in a horizontal furnace, with a plurality of columns arranged vertically between the top and bottom plates. Have. The plurality of struts are arranged with a wide front face so that the wafer can be inserted from the front side, and are provided so that the outer peripheral edge of the wafer is fitted to a plurality of longitudinal positions of each strut. By the cutting, the predetermined number of wafers are supported in the vertical direction at predetermined intervals.
[0004]
One of the heat treatments that silicon wafers undergo is high-temperature heat treatment for the purpose of cleaning the wafer surface. In this heat treatment, a large number of silicon wafers are mounted on a wafer boat, loaded into a heat treatment furnace, and heated to a high temperature of 1100 ° C. or higher in a non-oxidizing gas such as Ar and / or H 2 . Micro defects such as COP are removed from the surface layer.
[0005]
One of the problems when performing such high-temperature treatment in a vertical heat treatment furnace is the occurrence of slip dislocation due to the support portion of the support. That is, in the conventional vertical boat, the outer peripheral edge of the wafer is locally supported by a support column at a plurality of locations (usually 4 locations). For this reason, the weight of the wafer concentrates on the support portion, and a large internal stress is generated. As the heating temperature increases and the wafer diameter increases, slip dislocation is more likely to occur in the vicinity of the support portion.
[0006]
One of the slip countermeasures proposed under such circumstances is the wafer support ring described in Patent Document 1. In this measure, a plurality of wafer support rings are attached to the columns at predetermined intervals in the vertical direction using notches provided in the plurality of columns, and the wafers are supported by the rings. The wafer support ring is a C-shaped ring that is partially open in the circumferential direction to enable transfer of the wafer by the robot, and widely supports the outer peripheral edge of the wafer except for the portion corresponding to the opening. To do.
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-260438
[Problems to be solved by the invention]
By using the wafer support ring, the load applied to the wafer is dispersed, and the frequency of occurrence of slip dislocation decreases. However, it has been found from the investigation by the present inventor that it is difficult to completely prevent the occurrence, but rather tends to concentrate on a specific site.
[0009]
An object of the present invention is to provide a wafer support ring for a vertical boat that can further reduce the frequency of occurrence of slip as compared with the conventional one.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present inventor has investigated in detail the occurrence of slip dislocation when a wafer support ring is used and the preventive measures for the slip dislocation. As a result, the following facts were found.
[0011]
FIG. 2 (a) shows the planar shape of a conventional wafer support ring, and FIG. 2 (b) shows the occurrence of slip dislocation when the wafer support ring is used. The wafer support ring 10 has an opening 11 in a part of the circumferential direction for wafer transfer. Both end faces 12 and 12 sandwiching the opening 11 of the wafer support ring 10 are parallel to a radial line passing through the center of the opening 11.
[0012]
The outer peripheral edge of the silicon wafer 20 is supported by the inner peripheral part of the wafer support ring 10 except for the opening 11. In the wafer 20, slip dislocations 21 are concentrated at locations corresponding to both end faces 12, 12 of the wafer support ring 10, particularly at portions corresponding to the corners on the inner peripheral side indicated by S in FIG. It is found that the frequency of occurrence depends on the opening angle of both end faces 12, 12, that is, the inclination angle with respect to the reference line parallel to the radial line, and slip dislocation can be drastically reduced by the selection of the inclination angle. did.
[0013]
The wafer support ring of the present invention has been developed on the basis of such knowledge, and is mounted on each wafer support portion of a vertical boat that supports a plurality of wafers at a predetermined interval in the vertical direction, and a part in the circumferential direction. In a C-shaped wafer support ring with an opening, both end surfaces sandwiching the opening are inclined in a direction in which the distance increases toward the inner circumference with respect to a reference line parallel to a radial line passing through the center of the opening. It has been made.
[0014]
By inclining the both end faces sandwiching the opening of the wafer support ring in this way, the corners on the outer peripheral side of both end faces are sharpened, but the corners on the inner peripheral side have an obtuse angle. The sharp corners on the outer peripheral side do not contact the wafer, but the inner peripheral corners spread to an obtuse angle contact the wafer. It is thought that the fact that the corners on the inner peripheral side in contact with the wafer spread at an obtuse angle contributes to the reduction of slip dislocations.
[0015]
That is, as indicated by S in FIG. 2 (a), the corner portion on the inner peripheral side in contact with the wafer spreads to an obtuse angle, so that stress concentration caused by this corner portion is relaxed and slip dislocation is unlikely to occur. .
[0016]
The inclination angle θ with respect to the reference line of both end faces sandwiching the opening of the wafer support ring is preferably 20 degrees or more, and particularly preferably 20 to 40 degrees. If this inclination angle θ is too small, the effect of reducing slip dislocation is insufficient, and if it is too large, both ends of the ring are sharply pointed and the ring width is narrowed, and the support area for the wafer is reduced. It becomes difficult to support the wafer, and slip dislocation tends to occur from this point.
[0017]
The material of the wafer support ring is preferably silicon or SiC. This is because, by using silicon having the same thermal expansion coefficient, the temperature difference at the contact portion during the temperature rise / fall of the heat treatment can be reduced, and the effect of reducing slip dislocation increases. Since SiC has higher strength than silicon and has less shape change due to heat treatment, it can stably support the wafer.
[0018]
The edge portions of the both end faces are preferably chamfered from the viewpoint of preventing slip dislocation. As the chamfering process, a thread chamfering process may be used, but the R process finishing is more preferable.
[0019]
The opening is suitably 20 to 90 degrees in terms of the opening angle (center angle) viewed from the center. When this is small, it becomes difficult for the robot arm for transferring the wafer to the support ring to pass through the opening. On the other hand, when it is large, the contact peripheral length of the wafer and the support ring decreases, and the wafer is bent by its own weight at the opening, so that slip dislocation is likely to occur at the ring opening.
[0020]
The wafer support ring of the present invention is effective for large-diameter wafers of 200 mm or more where slip dislocation is likely to occur, and is particularly effective for large-diameter wafers of 300 mm or more.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of the present invention.
[0022]
The wafer support ring 10 of this embodiment is a C-shaped ring that is horizontally attached to the four support columns 30 of the vertical boat at predetermined intervals. The ring diameter has an inner diameter smaller than the wafer outer diameter D and an outer diameter larger than the wafer outer diameter D so that the outer peripheral edge of the wafer can be supported by the inner periphery of the ring.
[0023]
Both end faces 12 and 12 sandwiching the opening 11 of the wafer support ring 10 are angled in a direction in which the distance increases toward the inner peripheral side with respect to the reference lines O and O parallel to the radial line passing through the center of the opening 11. It is inclined at θ. The inclination angle θ is set to 20 degrees or more.
[0024]
In order to perform a comparative test, the outer diameter of SiC is 305 mm, the inner diameter is 250 mm, the thickness is 5 mm, the opening width is 40 degrees at the central angle, and the inclination angle θ with respect to the reference line of both end faces is 0 degrees and 10 degrees. Support rings for 300 mm wafers of 20 degrees and 30 degrees were produced.
[0025]
Each ring was attached to a vertical boat, and using the vertical boat, a 300 mm silicon wafer was simultaneously heat-treated in an argon atmosphere at 1200 ° C. × 1 hour. The occurrence of slip dislocations in each wafer after heat treatment was confirmed by XRT.
[0026]
When a ring with an inclination angle θ of 0 degrees and 10 degrees was used, slip dislocation occurred in a portion corresponding to the inner peripheral corner of the ring, but a ring with an inclination angle θ of 20 degrees and 30 degrees was used. In this case, slip dislocation did not occur.
[0027]
When the same test was performed by replacing the ring material with single crystal silicon, the same result as SiC was obtained.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, the silicon support ring of the present invention has a direction in which both end faces sandwiching the opening widen toward the inner peripheral side with respect to a reference line parallel to a radial line passing through the center of the opening. By the simple method of inclining to the side, there is an effect that the frequency of occurrence of slip can be greatly reduced as compared with the conventional method.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are plan views showing the shape of a conventional wafer support ring and the occurrence of slip dislocation when the wafer support ring is used.
[Explanation of symbols]
10 Wafer Support Ring 11 Opening 12 End Face 20 Wafer 21 Slip Dislocation 30 Post
