JP2911023B2 - シリコンウエハ熱処理用石英ガラス治具およびその使用方法 - Google Patents
シリコンウエハ熱処理用石英ガラス治具およびその使用方法Info
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Description
いる石英ガラス治具、特にシリコンウエハの熱処理工程
で用いるシリコンウエハ熱処理用石英ガラス治具および
その使用方法に関する。
に比べて高純度であり、しかも溶接による融着が可能で
ある等の理由でシリコン半導体素子の熱処理用治具とし
て広く用いられてきた。前記高純度の石英ガラス治具に
シリコンウエハを載置し、それを電気炉内に搬入したの
ち、1000℃前後の高温に加熱してシリコンウエハの
熱処理を行うが、使用する電気炉としては、シリコンウ
エハを垂直に保持したまま熱処理する横型電気炉やシリ
コンウエハを水平に保持したまま熱処理する縦型電気炉
が用いられている。
増すとともに、フラッシュメモリのように極度に不純物
を嫌う素子が開発され、従来の高純度石英ガラス治具を
使用するだけではウエハの純度を保てない場合もでてき
た。そこで、より高純度の治具を製造するために、より
優れた原料水晶の精製技術が開発されたり、高純度化学
工業薬品から高純度の合成石英ガラスを製造する技術が
開発された。特に、合成石英ガラスにおいては金属不純
物の総量が0.1ppmを超えない格段に高純度の合成
石英ガラスが工業的に製造が可能となったし、これに耐
熱性を与えるために数ppmの目的添加物を他の不純物
を混入させることなくドープする(例えば1ppmのア
ルミニウム元素を加える)ことも可能になってきた。し
かしこのような高純度の石英ガラスを用いて治具を作製
し、高純度の雰囲気中でシリコンウエハの熱処理を行っ
ても、アルカリ元素、特にナトリウム元素による汚染が
避け難く、高級な素子の歩留まりは低いという欠点を克
服できなかった。
本発明者は、上記シリコンウエハの汚染の原因について
鋭意研究を重ねた結果、ウエハのアルカリ元素による汚
染が、接触している石英ガラス治具・炉心管・ライナー
管および炉体の耐火材といった直接接触のパスがあっ
て、このパスに添って起こることを見出した。そして前
記パスに添っての汚染が、シリコンウエハ熱処理用治具
の支持部材をアルミニウム元素を多く含有する石英ガラ
スで作製し、それを熱処理用治具と炉心管との接触位置
に配置することで遮断でき、ウエハの汚染が防止できる
ことを見出し、本発明を完成したものである。すなわち
のないシリコンウエハ熱処理用石英ガラス治具を提供す
ることを目的とする。
が設けられたシリコンウエハ熱処理用石英ガラス治具を
提供することを目的とする。
ることによるシリコンウエハ熱処理用石英ガラス治具の
使用方法を提供することを目的とす。
明は、ウエハ載置用部材と該部材を支持する支持部材が
一体に溶接されているシリコンウエハ熱処理用石英ガラ
ス治具において、前記支持部材がアルミニウム元素含有
量5〜20ppm、リチウム元素含有量0.1〜1pp
m、ナトリウム元素含有量0.1ppm以下の石英ガラ
スで形成されることを特徴とするシリコンウエハ熱処理
用石英ガラス治具およびその使用方法に係る。
ス治具は、上述のとおりウエハ載置用部材と該部材を支
持する支持部材からなり、ウエハ載置用部材にはシリコ
ンウエハを載置するための、例えば溝、爪等が設けられ
ており、また支持部材は前記ウエハ載置用部材を所定の
空間位置に支持する構造になっている。前記各部材は一
体となって本発明の治具を構成するが、治具には電気炉
の形状に応じて横型炉用治具および縦型炉用治具があ
る。前記治具に複数のシリコンウエハを載置し、電気炉
の炉芯管内に搬入し、1000℃前後の高温で処理して
シリコンウエハの酸化処理等の加熱処理が行なわれる。
支持部材からはリチウム元素が放出される一方、該ガラ
スにカリウム元素やナトリウム元素が吸収される。吸収
される元素のうちカリウム元素の吸収速度はナトリウム
元素の10分の1以下と緩慢であるところから実質上移
動しないと見做せるが、ナトリウム元素は吸収速度が速
いところから支持部材中に速やかに補足され蓄積されて
行く。支持部材にナトリウム元素が飽和してくるとウエ
ハ載置用部材にまでナトリウム元素が到達するようにな
り、結局シリコンウエハを汚染することになる。すなわ
ち、ナトリウム元素で支持部材の石英ガラスが汚染され
て、ナトリウム元素の補足力が弱まった時が本発明の治
具の寿命といえる。そのため、本発明の治具の使用に当
っては支持部材に切欠を介して設けた分析用突起部を切
り取りその中のナトリウム元素濃度を測定し、治具の寿
命を見定める必要がある。
くのアルミニウム元素を含有するとアルカリ元素が容易
に吸収されることはL.Jung「High Puri
tyNatural Quartz」p79〜80(1
992)の記載から類推できる。この類推に基づいて本
発明者が測定したところ、アルミニウム元素が5ppm
含有されると約3ppm程度のナトリウム元素が、また
15ppmのアルミニウム元素が含有されると約10p
pm程度のナトリウム元素が吸収されることが解った。
さらに1000℃前後でナトリウム元素の補足力が強い
のは飽和量の25%以下程度までであることも解った。
部材をアルミニウム元素含有量が5〜20ppm、リチ
ウム元素含有量が0.1〜1ppm、ナトリウム元素含
有量が0.1ppm以下の低アルカリ石英ガラスで作製
し、この支持部材でナトリウム元素を補足する一方、ウ
エハ載置用部材はアルミニウム元素含有量が3ppm以
下でリチウム元素含有量が0.05ppm以下の高純度
の石英ガラスで作製するものである。そして両者の部材
を溶接して本発明の石英ガラス治具を製造する。支持部
材のアルミニウム含有量が前記範囲未満ではナトリウム
元素の補足が悪く、前記範囲を超える量では、ガラスの
失透が生じやすくなる。また、ナトリウム元素の含有量
が前記範囲を超えると石英ガラスのナトリウム元素が速
く飽和状態に近づいて充分な補足力が維持できない。ナ
トリウム元素の補足力はナトリウム元素濃度が低い程強
い。本発明者の実験によれば、1100℃で1時間程度
のアニールでも高感度分析を行うと確実にナトリウム元
素の増大が観察できる。石英ガラス中のリチウム元素は
加熱処理中に減少しその代わりにナトリウム元素の吸収
が起こるのでリチウム元素の存在はナトリウム元素補足
の点で好ましい。リチウム元素の初期含有量が上記範囲
未満ではナトリウム元素の補足力が不充分である。また
リチウム元素が前記範囲を超えると放出されるリチウム
が多くなりこちらの害の方が大きくなる危険性がでてく
る。
ス中のOH基濃度を120ppm〜230ppmとする
と、ナトリウム元素の吸収速度が2倍以上となり、ナト
リウム元素の補足が有効となる。OH基濃度が前記範囲
以下では吸収促進効果が少なく、前記範囲を超えると石
英ガラス自身の耐熱性が不充分となる。
部材の重量がシリコンウエハ熱処理用石英ガラス治具の
全重量の30%以上となるように作製する。これにより
補足できるナトリウム元素の総量が大きくなる。これ以
下では治具の寿命が短くなる。
ガラスはナトリウム元素に汚染されないものが良いので
アルミニウムは少ない方がよい。耐熱性向上の目的で添
加する場合でも3ppm以下とすべきである。他方、リ
チウム元素については前記部材がウエハに近い場所に配
置されているところから放出されない方が好ましく、た
とえ含まれても0.05ppm以下とする必要がある。
理製品の高純度を維持したまま処理できるので、シリコ
ンウエハの薄い酸化膜づけ工程に使用されるにとどまら
ず、一般的な加熱処理治具としても用いることができ
る。
治具を図1、2および4に示す。図1は横型炉用治具、
図2は縦型炉用治具、図4は分析用突起部付横型炉用治
具である。前記各図において、1は横型炉用治具、2は
ウエハ載置用部材、3は支持部材、4はウエハ載置用
溝、5はシリコンウエハ、6は縦型炉用治具、7は分析
用突起部である。シリコン枚数は全てを示さないで省い
て表現している。
ウエハ載置用部材2を表1に示すアルミニウム元素含有
量が3ppm以下の石英ガラス素材Aで作成した。別に
表2に示す石英ガラス素材No.1〜4で支持部材を作
成し、前記ウエハ載置用部材2と溶接して横型炉用治具
1を組み立てた。
コンウエハを1150℃で100時間熱処理した。処理
されたシリコンウエハには均一で良質の酸化膜が形成さ
れていた。使用後の支持部材について純度を測定したと
ころ、表2のとおりであった。
はナトリウム元素およびカリウム元素の増加がみられ
る。特にナトリウム元素の増加が著しい。一方、ウエハ
載置用部材には表1に見られるようにナトリウム元素の
増加がみられない。このことからナトリウム元素は支持
部材で補足され、ウエハ載置用部材を汚染しないことが
わかる。
リコンウエハを1150℃で100時間熱処理した。使
用後の治具を分析したところ、ナトリウム元素の含有量
が0.05ppmに増加したにとどまったが、処理され
たウエハの酸化膜は不均一で不合格となった。
持部材の純度変化は表2に示す通りであったが、処理さ
れたウエハは全体的に膜厚が大き過ぎて電気特性も不合
格であった。熱処理時に放出されたリチウム元素がシリ
コンウエハに悪影響を及ぼしたものと思われる。
ある。使用を繰り返すたび毎に突起部を切り取りその中
のナトリウム濃度を測定した。突起部の素材中のナトリ
ウム元素含有量は0.05ppmであったが、使用とと
もに0.2ppm、0.4ppm、0.5ppm、0.
7ppmと増加して行き、0.7ppmの時は良質な操
業ができなかった。ナトリウム元素濃度が0.5ppm
のときが治具の寿命と判定された。すなわち、突起部の
分析値が0.5ppmを超えたら治具を使用しないとい
う単純な管理で、プロセスの清浄度を確保することがで
きる。
コンウエハを汚染することがなく、しかも処理したシリ
コンウエハに均一で良質な酸化膜を形成できる。かかる
本発明の治具は炉内に例えナトリウム汚染源があっても
支持部材で一定の時間汚染を防止できるので、シリコン
ウエハの熱処理を継続できる利点を有する。
析するという簡便な手段で治具の寿命を測定できその使
用を効果的に判断できる。
Claims (4)
- 【請求項1】ウエハ載置用部材と該部材を支持する支持
部材からなり、前記ウエハ載置用部材が前記支持部材に
より所定の空間位置に支持されて一体に溶接されてなる
シリコンウエハ熱処理用石英ガラス治具において、前記
支持部材がアルミニウム元素含有量5〜20ppm、リ
チウム元素含有量0.1〜1ppm、ナトリウム元素含
有量0.1ppm以下、OH基濃度が120ppm〜2
30ppmの石英ガラスで形成され、ウエハ載置用部材
がアルミニウム元素含有量が3ppm以下、リチウム元
素含有量が0.05ppm以下の石英ガラスで形成され
ていることを特徴とするシリコンウエハ熱処理用石英ガ
ラス治具。 - 【請求項2】支持部材の重量がシリコンウエハ熱処理用
石英ガラス治具の全重量の30%以上であることを特徴
とする請求項1記載のシリコンウエハ熱処理用石英ガラ
ス治具。 - 【請求項3】少なくとも2個の分析用突出部が切欠を介
して支持部材に設けられていることを特徴とする請求項
1記載のシリコンウエハ熱処理用石英ガラス治具。 - 【請求項4】請求項3に記載のシリコンウエハ熱処理用
石英ガラス治具の支持部材に設けた分析用突出部を切り
取り含有するナトリウム元素の濃度を測定することで該
治具の使用を決めることを特徴とするシリコンウエハ熱
処理用石英ガラス治具の使用方法。
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CN102560683A (zh) * | 2010-12-29 | 2012-07-11 | 有研半导体材料股份有限公司 | 一种防止硅片在热处理过程中崩边的方法及石英舟 |
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- 1994-08-31 JP JP22896694A patent/JP2911023B2/ja not_active Expired - Fee Related
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- 1995-08-30 KR KR1019950027730A patent/KR0171660B1/ko not_active IP Right Cessation
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