JP2012510144A - 高温環境における半導体ウエハのための支持体 - Google Patents

高温環境における半導体ウエハのための支持体 Download PDF

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Abstract

多様な温度を含むプロセスの間、半導体ウエハを支持するためのウエハ支持体。ウエハ支持体は、上表面の一部がウエハを支持するように、半導体ウエハを受容するように適合される上表面を有する本体を含む。上表面は、陥凹領域の底面から隆起する傾斜表面を含む陥凹領域を有する。傾斜表面は、約１０度以下の傾斜角度を有する。

Description

本発明は、概して、高温環境において半導体ウエハを支持するための装置に関し、より具体的には、半導体ウエハへの損傷を制限するように適合される、そのような装置および方法に関する。
半導体ウエハは、一般的に、ある望ましい特性を達成するために、高温熱処理（例えば、アニーリング）を受ける。例えば、高温熱処理を使用して、半導体ウエハ上で無欠陥シリコン層が生成され得る。高温アニ−リングプロセスは、典型的には、垂直炉内で行われ、ウエハは、少なくとも約１１００℃、最も一般的には、約１２００℃乃至約１３００℃の温度に曝される。また、半導体ウエハは、種々の他の高温熱処理プロセス、例えば、急速熱処理（ＲＴＰ）にも曝され、所望され得る種々のウエハ特性を達成し得る。
半導体ウエハは、高温熱処理に付随する高温時、より可塑性となる。例えば、シリコンウエハは、７５０℃超の温度、特に、１１００℃超の温度では、より可塑性となる。半導体ウエハが、熱処理の間、適切に支持されない場合、ウエハは、重力および熱応力によって、すべりを被り得る。当技術分野において周知のように、すべりは、ウエハの素子領域内に汚染物質を導入し得る。さらに、過剰なすべりは、ウエハを塑性的に変形させ、生産上の問題をもたらす場合があり、例えば、フォトリソグラフィでは、オーバーレイの不良は、素子製造において収率損失をきたす。
ウエハ支持体は、通常、半導体ウエハとは異なる材料から構築される。例えば、ウエハ支持体は、多くの場合、高温熱処理の際に被る高温に曝される場合、比較的に強固なままであるため、炭化ケイ素（ＳｉＣ）から構築される。しかしながら、ウエハ支持体が、半導体ウエハと異なる材料から作製される場合、熱膨張係数の不整合が存在し得る。熱不整合は、加熱および冷却の間、ウエハ支持体の表面において、ウエハを滑動させ得る。
図１および２は、高温環境において半導体ウエハを支持するために使用される、先行技術のウエハ支持体を例証する。本先行技術のウエハ支持体は、ＳｉＣから構築され、開放Ｃ形状構成を有する。本構成によって、ウエハは、ロボット制御によって、ウエハ支持体から載荷および除荷可能となる。ウエハ支持体は、ウエハに係合し、ウエハを支持する、上表面を有する。ウエハ支持体の上表面に、深さ約０．２ミリメートル（ｍｍ）および幅約３０ｍｍの弓状溝がある。本溝の目的は、載荷の際、ウエハがウエハ支持体の上部から浮遊するのを防止し、また、除荷の際、ウエハがウエハ支持体に固着するのも防止する。溝の内側縁および外側縁のマージンは、多くの場合、断続的縁であって、これらの縁の形状は、ＳｉＣを機械加工する際の困難性のため、機械加工によって精密に制御することが不可能である。本発明者らは、半導体ウエハに損傷を及ぼす、先行技術のウエハ支持体の溝の縁の傾向を認めた。溝によってウエハ上に生じる損傷は、ウエハ収率を低減させる。
一態様では、本発明は、多様な温度を含むプロセスの間、半導体ウエハを支持するためのウエハ支持体を含む。ウエハ支持体は、その一部がウエハを支持するように、半導体ウエハを受容するように適合される上表面を有する本体を備える。上表面は、陥凹領域の底面から隆起する傾斜表面を含む陥凹領域を有する。傾斜表面は、約１０度以下の傾斜角度を有する。
別の態様では、本発明は、熱処理プロセスにおいて、半導体ウエハを支持するためのウエハ支持体を含む。ウエハ支持体は、半導体ウエハが、ウエハを支持するその少なくとも一部と係合するように適合される上表面を有する本体を備える。上表面は、外側縁と、内側限界および外側限界を有する陥凹領域と、を有する。内側および外側限界は、上表面の外側縁の内側の断続的縁が実質的に存在しない。
さらに別の態様では、本発明は、多様な温度を含むプロセスの間、半導体ウエハを支持するためのウエハ支持体を含む。ウエハ支持体は、その一部がウエハを支持するように、半導体ウエハを受容するように適合される上表面を有する本体を備える。上表面は、陥凹領域の底面から隆起する傾斜した外側マージンを含む陥凹領域を有する。傾斜した外側マージンは、約５度以下の傾斜角度を有する。
さらに別の態様では、本発明は、多様な温度を含むプロセスの間、半導体ウエハを支持するためのウエハ支持体を含む。ウエハ支持体は、その一部がウエハを支持するように、半導体ウエハを受容するように適合される上表面を有する本体を備える。上表面は、陥凹領域と、陥凹領域の内側の本体の周囲に延在する丸みのあるリッジと、を有する。陥凹領域は、丸みのあるリッジの少なくとも一部によって形成される内側マージンを含む。内側マージンは、最大約１０度以下の傾斜角度を有する。
また、本発明は、多様な温度を含むプロセスの間、半導体ウエハを支持するためのウエハ支持体を含む。ウエハ支持体は、その一部がウエハを支持するように、半導体ウエハを受容するように適合される上表面を有する本体を備える。上表面は、より高い外側縁とより低い内側縁との間に一定勾配を有する。
別の態様では、本発明は、多様な温度を含むプロセスの間、半導体ウエハを支持するためのウエハ支持体を含む。ウエハ支持体は、その一部がウエハを支持するように、半導体ウエハを受容するように適合される上表面を有する本体を備える。上表面は、より高い外側縁における勾配と、より低い内側縁における実質的に等しい勾配と、を有する。
他の目的および特徴は、一部は明白であって、一部は、以下に挙げられる。
先行技術のウエハ支持体の平面図である。 図１の線２-２を含む平面で切り取られた先行技術のウエハ支持体の一部の拡大断面である。 本発明のウエハ支持体の第１の実施形態の平面図である。 図３の線４-４を含む平面で切り取られた第１の実施形態のウエハ支持体の一部の拡大断面である。 本発明のウエハ支持体の第２の実施形態の平面図である。 図５の線６-６を含む平面で切り取られた第２の実施形態のウエハ支持体の一部の拡大断面である。対応する参照番号は、図面を通して、対応する部品を示す。
図３および４を参照すると、概して、１０１として指定される、本発明のウエハ支持体の第１の実施形態は、半導体ウエハ（例えば、シリコンウエハ（図示せず））に係合し、高温環境でウエハを支持するように適合される本体１０３から成る。例えば、ウエハ支持体１０１は、ウエハが、炉内において、高温でアニールされるプロセスにおいて使用するために好適である。また、ウエハ支持体１０１は、比較的に低温から比較的に高温に加熱される、および／または比較的に高温から比較的に低温に冷却されるのに伴って、ウエハを支持するために好適である。
本実施形態では、本体１０３は、Ｃ形状構成を有する。図３に例証されるように、本体１０３は、概して円形の円環の部分である。本体１０３の上表面１０５は、実質的に平坦な半導体ウエハの背面に係合するために、概して平坦である（注記される場合を除く）。ウエハ支持体１０１は、非使用時、種々の配向を有することが可能であって、上表面１０５は、その時のウエハ支持体の配向に応じて、本体１０３の上部とならない場合がある。便宜上、使用の際の上向表面は、上表面１０５と称される。ウエハ支持体１０１は、１０５０℃超（例えば、約１２００℃）の温度を有する環境に耐えることが可能である。例えば、ウエハ支持体１０１は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）から構築されてもよい。一実施形態では、本体１０３は、図３および４に例証されるように、一体型本体である。
本体１０３は、本体の一区分に開口部１１３を画定する対向する端部１１１を有する。端部１１１は、ロボットのアーム（図示せず）が、両端部の間に延在し、ロボットが、自動的に、ウエハを載荷し、ウエハ支持体１０１から除荷するときに、Ｃ形状本体１０３によって部分的に囲まれる内部空間にアクセスするための隙間を提供するように十分な距離だけ、相互に離間する。例えば、例証される実施形態の対向する端部１１１は、約５０ミリメートル（ｍｍ）乃至約１５０ｍｍの範囲の距離Ｄだけ相互に離間する。ウエハ支持体１０１の上表面１０５は、約３００ｍｍ乃至約３１０ｍｍの範囲の直径ＤＯを有する外側縁１２１を有する。一実施形態では、外側縁１２１は、３００ｍｍの直径のウエハを処理するために、約３００ｍｍ超（例えば、約３６０ｍｍ）の直径を有する。ウエハ支持体１０１の上表面１０５は、約１９０ｍｍ乃至約２１０ｍｍの範囲の直径ＤＩを有する内側縁１２３を有する。さらに、本体１０３は、約４５ｍｍ乃至約６０ｍｍの範囲の幅Ｗを有する。
ウエハ支持体１０１の上表面１０５は、幅広弓状溝１３１を含む。本溝１３１は、載荷の際、ウエハがウエハ支持体１０１の上表面１０５上方を浮遊する可能性を低減させる。また、溝１３１は、除荷の際、ウエハがウエハ支持体１０１に固着する可能在性も低減させる。図３および４に例証される実施形態では、溝１３１は、円形本体１０３の中心と一致する中心を有する弧に沿って、ウエハ支持体１０１の一端１１１から他端へと延在する。したがって、本実施形態では、弓状溝１３１は、ウエハ支持体１０１のＣ形状本体１０３と同心である。例証されるように、溝１３１は、本体１０３に沿って連続的に延在し、実質的に均一幅ＷＧを有する。溝幅ＷＧは、発明の範囲内において変化することが可能である。例えば、一実施形態では、溝１３１は、約１５ｍｍ乃至約５０ｍｍの範囲の幅ＷＧを有する。いくつかの実施形態では、溝幅ＷＧは、その長さに沿って変化することが可能であり、かつ／または溝１３１は、本体１０３に対して非同心であること可能であることが想定される。
図４に示されるように、溝１３１は、冠状リッジ１３５と傾斜した外側マージン１３７との間に延在する概して平面状の底面１３３を有する。冠状リッジ１３５は、その上にウエハが静置される機械加工された表面を形成する。リッジ１３５は、機械加工されるため、ウエハの底面を損傷する可能性を低減させる平滑表面を提供する。リッジ１３５は、本発明の範囲から逸脱することなく、他の粗さも有してもよいが、一実施形態では、リッジ１３５は、平均粗さ（Ｒａ）約２マイクロメートル（μｍ）未満の表面粗さを有する。リッジ１３５は、本発明の範囲から逸脱することなく、他の平滑断面形状も有してもよいが、一実施形態では、断面は、丸みのある形状を有する。特定の一実施形態では、リッジ１３５は、約１０度以下の最大傾斜角度を有する円の弧である断面を有する。いくつかの実施形態では、リッジ１３５は、約５度以下の最大傾斜角度有する円の弧である断面を有する。さらに他の実施形態では、リッジ１３５は、約２．５度以下の最大傾斜角度を有する円の弧である断面を有する。さらに、いくつかの実施形態では、リッジ１３５は、溝の底面１３３の上方へ約０．２ｍｍ隆起する。例証される実施形態では、内側リッジ１３５と外側縁１２１の高さは、略等しい。
いくつかの実施形態では、傾斜した外側マージン１３７は、溝１３１の底面１３３から本体１０３の外側縁１２１まで概して一定の勾配を有する。一実施形態では、傾斜した外側マージン１３７は、約５度の傾斜角度で勾配する。いくつかの実施形態では、マージン１３７は、約２．５度の傾斜角度で勾配する。さらに他の実施形態では、マージン１３７は、約１度の傾斜角度で勾配する。いくつかの実施形態では、マージン１３７は、上表面１０５の外側縁１２１まで延在する。外側マージン１３７は、本発明の範囲から逸脱することなく、他の幅を有してもよいが、いくつかの実施形態では、傾斜した外側マージンは、約２ｍｍの幅ＷＯを有する。
いくつかの実施形態では、本体１０３は、任意選択で、複数の部分を含み、発明の範囲内において、異なって構成されてもよい（例えば、丸みのあるプレート、閉じたリング、またはロボットアームによる使用のためのいかなる開口部も有しない他の形状として）。同様に、本体１０３は、発明の範囲内において、ＳｉＣ以外の材料からも作製することができる。
図５および６を参照すると、概して、２０１として指定される、本発明のウエハ支持体の第２の実施形態は、半導体ウエハ（例えば、シリコンウエハ（図示せず））に係合し、高温環境でウエハを支持するように適合される本体２０３を備える。本実施形態では、本体２０３は、Ｃ形状構成を有する。図５に例証されるように、本体２０３は、概して円形の円環の部分である。本体２０３の上表面２０５は、実質的に平坦な半導体ウエハの底面の外側縁に係合するために、概して円錐形である。
本体２０３は、本体の一区分に開口部２１３を画定する対向する端部２１１を有する。端部２１１は、ロボットが、自動的に、ウエハを載荷し、ウエハ支持体２０１から除荷する際、ロボットアーム（図示せず）が、端部間を移動し、Ｃ形状本体２０３によって部分的に囲まれる内部空間にアクセスする隙間を提供するために十分な距離だけ相互に離間する。例えば、例証される実施形態の対向する端部２１１は、第１の実施形態の支持体と類似範囲の距離Ｄだけ相互に離間する。ウエハ支持体２０１の上表面２０５は、第１の実施形態の支持体と同様の範囲の直径ＤＯを有する外側縁２２１を有する。一実施形態では、外側縁２２１は、３００ｍｍの直径のウエハを処理するために、約３００ｍｍ超（例えば、約３６０ｍｍ）の直径を有する。ウエハ支持体２０１の上表面２０５は、第１の実施形態の支持体と同様の範囲の直径ＤＩを有する内側縁２２３を有する。さらに、本体２０３は、第１の実施形態の支持体と同様の範囲の幅Ｗを有する。
いくつかの実施形態では、上表面２０５は、本体２０３の内側縁２２３から外側縁２２１まで概して一定の勾配を有する。いくつかの実施形態では、勾配は、本発明の範囲から逸脱することなく、半径方向および／または円周方向に変化してもよいことが想定される。一実施形態では、上表面２０５は、約５度の傾斜角度で勾配する。いくつかの実施形態では、上表面２０５は、約２．５度の傾斜角度で勾配する。さらに他の実施形態では、上表面２０５は、約１度の傾斜角度で勾配する。
いくつかの実施形態では、本体２０１は、任意選択で、複数の部分を含み、発明の範囲内において、異なって構成されてもよい（例えば、丸みのあるプレート、閉じたリング、またはロボットアームによる使用のためのいかなる開口部も有しない他の形状として）。同様に、本体２０１は、発明の範囲内において、ＳｉＣ以外の材料からも作製することができる。
本発明の要素またはその好ましい実施形態を紹介する際、冠詞「ａ（１つの）」、「ａｎ（１つの）」、「ｔｈｅ（その、前記）」、および「ｓａｉｄ（前記）」は、１つ以上の要素が存在することを意味するものと意図される。用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む、備える、成る）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、および「ｈａｖｉｎｇ（有する）」は、列挙される要素以外の付加的要素があり得ることを含意および意味するものと意図される。
上述に照らして、本発明のいくつかの目的が達成され、他の有利な結果が得られることが分かるであろう。
本発明の範囲から逸脱することなく、上述の構造および方法に、種々の変更を行う可能性があるように、上述の説明に含有され、付随の図面に図示されるあらゆる事柄は、例証であって、制限する意味合いとして解釈されるものではないことが意図される。

Claims (23)

  1. 多様な温度を含むプロセスの間、半導体ウエハを支持するためのウエハ支持体であって、その一部が前記ウエハを支持するように、前記半導体ウエハを受容するように適合される上表面を有する本体を備え、前記上表面が、陥凹領域の底面から隆起する傾斜表面を含む前記陥凹領域を有し、前記傾斜表面が、約１０度以下の傾斜角度を有する、ウエハ支持体。
  2. 前記傾斜表面が、前記陥凹領域の外側マージンの少なくとも一部を形成する、請求項１に記載のウエハ支持体。
  3. 前記傾斜表面が、約５度以下の傾斜角度を有する、請求項２に記載のウエハ支持体。
  4. 前記傾斜表面が、約２．５度以下の傾斜角度を有する、請求項３に記載のウエハ支持体。
  5. 前記傾斜表面が、約１度以下の傾斜角度を有する、請求項４に記載のウエハ支持体。
  6. 前記傾斜表面が、前記陥凹領域の内側マージンの少なくとも一部を形成する、請求項１に記載のウエハ支持体。
  7. 前記傾斜表面が、約５度以下の傾斜角度を有する、請求項６に記載のウエハ支持体。
  8. 前記傾斜表面が、約２．５度以下の傾斜角度を有する、請求項７に記載のウエハ支持体。
  9. 前記上表面が、その少なくとも一部が前記陥凹領域のマージンを形成する、丸みのあるリッジを含む、請求項１に記載のウエハ支持体。
  10. 前記丸みのあるリッジが、前記陥凹領域の内側マージンを形成する、請求項９に記載のウエハ支持体。
  11. 前記丸みのあるリッジが、約２μｍＲａ未満の表面粗さを有する、請求項１０に記載のウエハ支持体。
  12. 前記丸みのあるリッジが、前記陥凹領域の内側マージンの周囲において実質的に連続的である、請求項１０に記載のウエハ支持体。
  13. 前記丸みのあるリッジが、前記陥凹領域の底面の上方に約０．２ｍｍ以下の高さを有する、請求項１０に記載のウエハ支持体。
  14. 前記上表面の外側縁が、前記陥凹領域の底面の上方に約０．２ｍｍ以下の高さを有する、請求項１に記載のウエハ支持体。
  15. 前記陥凹部分が、実質的に均一な幅を有する、請求項１に記載のウエハ支持体。
  16. 前記本体が、少なくとも約１０５０℃の温度において、前記ウエハを支持するために十分な剛性を保有する材料から成る、請求項１に記載のウエハ支持体。
  17. 前記本体が、炭化ケイ素から成る、請求項１５に記載のウエハ支持体。
  18. 前記陥凹領域が、弓状溝を備える、請求項１に記載のウエハ支持体。
  19. 熱処理プロセスにおいて、半導体ウエハを支持するためのウエハ支持体であって、前記ウエハを支持する少なくともその一部と前記半導体ウエハを係合するように適合される上表面を有する本体を備え、前記上表面が、外側縁と、内側限界および外側限界を有する陥凹領域と、を有し、前記内側限界および外側限界には、実質的に前記上表面の外側縁の内側の断続的縁が存在しない、ウエハ支持体。
  20. 多様な温度を含むプロセスの間、半導体ウエハを支持するためのウエハ支持体であって、その一部が前記ウエハを支持するように、前記半導体ウエハを受容するように適合される上表面を有する本体を備え、前記上表面が、その底面から隆起する傾斜した外側マージンを含む陥凹領域を有し、前記傾斜した外側マージンが、約５度以下の傾斜角度を有する、ウエハ支持体。
  21. 多様な温度を含むプロセスの間、半導体ウエハを支持するためのウエハ支持体であって、その一部が前記ウエハを支持するように、前記半導体ウエハを受容するように適合される上表面を有する本体を備え、前記上表面が、陥凹領域と、前記陥凹領域の内側の前記本体の周囲に延在する丸みのあるリッジと、を有し、前記陥凹領域が、前記丸みのあるリッジの少なくとも一部によって形成される内側マージンを含み、前記内側マージンが、最大約１０度以下の傾斜角度を有する、ウエハ支持体。
  22. 多様な温度を含むプロセスの間、半導体ウエハを支持するためのウエハ支持体であって、その一部が前記ウエハを支持するように、前記半導体ウエハを受容するように適合される上表面を有する本体を備え、前記上表面が、より高い外側縁とより低い内側縁との間に一定勾配を有する、ウエハ支持体。
  23. 多様な温度を含むプロセスの間、半導体ウエハを支持するためのウエハ支持体であって、その一部が前記ウエハを支持するように、前記半導体ウエハを受容するように適合される上表面を有する本体を備え、前記上表面が、より高い外側縁における勾配と、より低い内側縁における実質的に等勾配と、を有する、ウエハ支持体。
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