JP3292428B2 - ウエハの支持方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシリコンウエハの支持方
法に関し、さらに詳しくは、シリコンウエハを熱処理す
る製造工程において、複数の半導体ウエ−ハを縦型熱処
理炉で処理するための縦型ウエハボートによるシリコン
ウエハの支持方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、シリコンウエハを製造するに
は、酸化拡散、析出などの処理のために多くの熱処理工
程を必要とし、直径６インチまでのシリコンウエハの熱
処理では、主に横型の熱処理炉が用いられてきた。しか
し、シリコンウエハの大口径化に伴い、シリコンウエハ
や炉芯管や縦型ウエハボートなどの熱処理炉構成部材が
重くなり、前記構成部材が熱クリープなどを起こして使
用することができないことがあり、近年では縦型の熱処
理炉が広く用いられるようになった。そして、この縦型
熱処理炉では、複数の半導体シリコンウエハを縦方向に
積載する縦型ウエハボートが用いられている。

【０００３】前記縦型熱処理炉に用いられる縦型ウエハ
ボートは、例えば、特開昭６０−１０７８４３号公報、
および特開平３−２９５２２７号公報などに示されるよ
うに、長手方向に所定の間隔をもって複数個のシリコン
ウエハ挿入溝が形成され、シリコンウエハの周囲に縦方
向に配列されるシリコンウエハ支持部材と、前記シリコ
ンウエハ支持部材の上下両端部を固定する支持プレート
とにより構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、縦型ボート
に挿入されたシリコンウエハは、前述のように通常数点
のシリコンウエハ支持部により支持され、この部分にお
いてシリコンウエハの自重と平衡するため、前記支持部
近傍のシリコンウエハ上に最大応力が発生する。またシ
リコンウエハは上述したようにシリコンウエハ支持部材
から自重による応力を受けるとともに、熱処理時にシリ
コンウエハ面内の温度差によって熱応力を受ける。

【０００５】そして、縦型熱処理炉での熱処理工程中
に、これらの応力が重なり、ついにはシリコンウエハの
結晶の剪断降伏応力値を越えることがある。前記剪断降
伏応力値を越えると、シリコンウエハに結晶転位が生じ
て、シリコンウエハを塑性変形（以下、スリップとい
う。）させる。その結果、製品の品質を低下させると共
に、シリコンウエハ製造の歩留まりを減少させるという
技術的課題があった。

【０００６】本願は上記技術的課題を解決するために、
シリコンウエハはシリコンの単結晶により形成されてい
るため、外力の大きさが同じであっても、その作用方向
によりすべり面上の分解剪断応力が異なることに着目し
てなされたものである。すなわち 単に、シリコンウエ
ハを支持する支持部材の数を増やし、シリコンウエハを
多数の点で支持しただけでは、シリコンウエハ上に発生
する応力を減少させることはできるが、スリップ発生に
関するすべり面上の分解剪断応力を抑制することができ
ないからである。そこで、本願はシリコンウエハのすべ
り面上に作用する分解剪断応力を減少させることによ
り、シリコンウエハに発生するスリップを抑制しようと
試みたものである。

【０００７】本発明は、上述したように、シリコンウエ
ハのすべり面上に作用する分解剪断応力を減少すること
により、シリコンウエハに発生するスリップを抑制し、
シリコンウエハ熱処理工程での高い歩留まり得ることが
できるシリコンウエハの支持方法を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記技術的課題を解決す
るためになされた本発明にかかるシリコンウエハの支持
方法は、ウエハ表面に平行な結晶面（１００）を有する
シリコンウエハの支持方法であって、前記ウエハを、そ
の中心から４５度の等間隔で８分割するような直線と前
記ウエハ外周円との８点の交点のうちの４点で支持し、
かつ、前記ウエハの外周円上に頂点が存在するように
［１１０］、［１１０］、［１１０］及び［１１０］方
向の４本の直線からなる四角形を想定したときに、前記
四角形の頂点が前記８点の交点のいずれか４つの交点と
一致していることを特徴としている。また、ウエハ表面
に平行な結晶面（１１１）を有するシリコンウエハの支
持方法であって、前記ウエハを、その中心から３０度の
等間隔で１２分割するような直線と前記ウエハ外周円と
の１２点の交点のうちの４点で支持し、かつ、前記ウエ
ハの外周円上に頂点が存在するように［１１０］、［１
０１］および［０１１］方向の３本の直線からなる三角
形を想定したときに、前記三角形の頂点が前記１２点の
交点のいずれか３つの交点と一致していることを特徴と
している。更に、前記シリコンウエハを９０度の間隔を
もった４点で支持することを特徴としている。

【０００９】

【作用】上記のようにシリコンウエハを支持することに
より、 τ＝Ｆｃｏｓβ／（Ａ／ｃｏｓα）＝σｃｏｓαｃｏｓβ で表される分解剪断応力τを小さく抑えることができる
ため、シリコンウエハの熱処理工程中に剪断降伏応力値
を越えることがなく、シリコンウエハに結晶転位が生じ
ることはなく、スリップの発生を防止することができ
る。

【００１０】

【実施例】まず、シリコンウエハを構成するＳｉ結晶に
おけるすべり面及びすべり方向について考察する。Ｓｉ
結晶は単結晶からなり、その原子配列はダイヤモンド型
結晶の原子配列をとっている。したがって、ダイヤモン
ド型結晶のすべり系、即ちすべり面及びすべり方向は面
心立方型結晶と同じく＜１１０＞｛１１１｝を有してい
る。そして、この面心立方型結晶の＜１１０＞｛１１
１｝すべり系には表１に示すように１２個の結晶学的に
等価なすべり系が存在している。

【００１１】ここで、前記＜ ＞、｛ ｝の記号、及び
後に用いる（ ）、［ ］の記号の意味について簡単に
説明する。これら記号は結晶学において一般的に用いら
れている記号であって、［ ］は結晶中の任意の格子点
から任意の他の格子点Ｐに至るベクトルの方向を表して
いる。即ち、結晶中の任意の格子点を原点Ｏとし結晶軸
（方向）ｘ、ｙ、ｚをとり（単位格子の辺長はａ、ｂ、
ｃである）、前記原点Ｏから任意の他の格子点Ｐに至る
ベクトルを考えた場合に、ベクトルＯＰはｕａ＋ｖｂ＋
ｗｃで表される。この［ｕｖｗ］は結晶方向と称される
ものである。

【００１２】また、＜ ＞は等価な方位群を表してい
る。即ち、ベクトルＯＰの結晶方向［ｕｖｗ］に沿う周
囲の原子の配列状態をみると、対称な方向が存在する。
これら方向は、結晶学的に互いに等価であり、これらの
方向をひとまとめにして＜ｕｖｗ＞で表したものであ
る。

【００１３】また、（ ）はミラ−指数と呼ばれるもの
であり、結晶中の相異なる３つの格子点を含む結晶面を
表している。そして、この結晶面についても、前述の方
向の場合と同様、結晶学的に互いに等価な結晶面が存在
する。｛ ｝はこれら等価の結晶面をひとまとめにして
表したものである。

【００１４】なお、負の成分は、一般的には、本願の図
に示すように、数字の上にバ−を引くことによって表さ
れるが、この明細書においては、数字の下にアンダ−ラ
インを引くことによって表すこととした。

【００１５】次に前述の面心立方型結晶の＜１１０＞
｛１１１｝すべり系について、図１に基づいて具体的に
説明する。図１に示すように、｛１１１｝面には結晶学
的に等価で方位の異なるものが（１１１）、（１１
１）、（１１１）、（１１１）と４つ存在する。即ち、
結晶中の相異なる３つの格子点Ａ、Ｂ、Ｃを含む結晶面
は（１１１）で表わされ、また３つの格子点Ｂ、Ｃ、Ｄ
を含む結晶面は（１１１）で表わされ、更に３つの格子
点、Ｃ、Ｄ、Ｅを含む結晶面は（１１１）で表わされ、
また３つの格子点、Ｃ、Ｅ、Ａを含む結晶面は（１１
１）で表わされている。これら結晶面の周囲の原子配列
状態、つまり対称性はいずれの結晶面もまったく同一で
あり、等価である。これら結晶面は、結晶学的に互いに
等価であり、これらの方向をひとまとめにして｛１１
１｝で表わされる。

【００１６】ここで、すべりは一般的に特定の結晶面で
起こる。この特定の結晶面をすべり面と称する。したが
って、ダイヤモンド型結晶のすべり面は｛１１１｝であ
る。

【００１７】次に、前記結晶面におけるすべり方向につ
いて検討する。結晶面（１１１）面におけるすべり方向
を考える。まず格子点Ａを原点として、格子点Ｃへ方向
があり、これは［０１１］で表すことができる。また格
子点Ｃを原点として、格子点Ｂへ方向があり、これは
［１０１］で表すことができる。更に格子点Ｂを原点と
して、格子点Ａへ方向があり、これは［１１０］で表す
ことができる。以上のように、（１１１）面には［１１
０］、［１０１］、［０１１］の３つの方向が含まれ
る。すべり方向は上記方向にすべるため、すべり方向は
１つのすべり面に対して３つの方向が存在する。

【００１８】なお、［１１０］に沿う周囲の原子の配列
状態をみると、［１０１］、［０１１］と対称である。
これら方向は、結晶学的に互いに等価であり、これらの
方向をひとまとめにして＜１１０＞で表わされる。

【００１９】同様に、（１１１）、（１１１）、（１１
１）の３つの面についても、各々の面内に３個の＜１１
０＞方向を含む。したがって、この面心立方型結晶の場
合には、表１に示すように１２個の結晶学的に等価なす
べり系が存在していることがわかる。

【００２０】

【表１】

【００２１】次に分解剪断応力τとすべり面との関係に
ついて図２に基づいて説明する。図２に示すように、試
料の引張り軸がすべり面の法線およびすべり方向となす
角をそれぞれα及びβ、試料の垂直断面積をＡ、外力Ｆ
（Ｆ＝σＡ、ここでσは垂直応力）とすると、分解剪断
応力τは、すべり面の面積はＡ／ｃｏｓαであり、外力
のすべり方向への成分がＦｃｏｓβであるから、 τ＝Ｆｃｏｓβ／（Ａ／ｃｏｓα）＝σｃｏｓαｃｏｓβ …… （１） で表される。

【００２２】次に、外力ＦがＳｉ単結晶に作用する場
合、上述の１２個のすべり系の中で式τ＝Ｆｃｏｓβ／
（Ａ／ｃｏｓα）＝σｃｏｓαｃｏｓβを最大にするす
べり系の｜ｃｏｓαｃｏｓβ｜を求める。ここで、τを
最大にするすべり系の｜ｃｏｓαｃｏｓβ｜はＳｃｈｍ
ｉｄ因子ｋと呼ばれ、このすべり面の法線方向をＤ_n 、
すべり方向をＤ_t とすると、その計算式は次のように与
えられる。

【００２３】

【数１】

【００２４】次に、具体的にＳｃｈｍｉｄ因子ｋの値を
図３に示されたシリコンウエハについて求める。図３に
示されたシリコンウエハはウエハ表面に平行し結晶面
（１００）の方位を有するシリコンウエハ（以下、単に
（１００）シリコンウエハと称する）を示す。そして、
このシリコンウエハ面内に座標軸、ｘ_w ，ｙ_w をとり、
シリコンウエハの面内において、ｘ_w 軸と角θの方向に
外力Ｆが作用する場合のＳｃｈｍｉｄ因子の値を求め
る。Ｓｃｈｍｉｄ因子は前述の式によって求められる
が、角θの変化によって変化するため、角度θとＳｃｈ
ｍｉｄ因子ｋの値との関係を示すと図４のようになる。

【００２５】図４からわかるように、Ｓｃｈｍｉｄ因子
の値は４５度周期、正弦半波曲線で表される。その最小
値（θ。＝４５ｎ、ｎ＝０，１，…で）は０．４０８２
で、また最大値（θ。＝４５ｎ＋２２．５、ｎ＝０，
１，…で）は０．４９２８である。これからわかるよう
に、最大値は最小値より約２１％大きい値をとる。した
がって、外力（応力）の作用方向を変えることにより、
スリップ発生に関連する分解剪断応力を約２割ほど減少
させることができる。

【００２６】以上から明らかなように、（１００）シリ
コンウエハを縦型ボートのシリコンウエハ支持部により
支持する際、Ｓｃｈｍｉｄ因子の値が最小値をとる角度
であるθ。＝４５ｎ（ｎ＝０，１，２，３，４，５，
６，７，８）の位置を支持することにより、分解剪断応
力を減少することができる。この状態図を図７（ａ）に
示す。なお、図中１０はシリコンウエハを、１１はシリ
コンウエハの支持点（支持部）を示している。

【００２７】同様に、Ｓｃｈｍｉｄ因子ｋ値を図５に示
されたシリコンウエハについて求める。図５に示された
シリコンウエハはウエハ表面に平行し結晶面（１１１）
の方位を有するシリコンウエハ（以下、単に（１１１）
シリコンウエハと称する）を示す。そして、このシリコ
ンウエハ面内に座標軸、ｘ_w ，ｙ_w をとり、シリコンウ
エハの面内において、ｘ_w 軸と角θの方向に外力Ｆが作
用する場合のＳｃｈｍｉｄ因子の値を求める。Ｓｃｈｍ
ｉｄ因子は前述の式によって求められるが、角θの変化
によって変化するため、角度θとＳｃｈｍｉｄ因子ｋの
値との関係を示すと図６のようになる。

【００２８】図６からわかるように、Ｓｃｈｍｉｄ因子
の値は３０度周期、正弦半波曲線で表される。その最小
値（θ。＝３０ｎ、ｎ＝０，１，…で）は０．４０８２
で、また最大値（θ。＝３０ｎ＋１５、ｎ＝０，１，…
で）は０．４７１４である。これからわかるように、最
大値は最小値より約１５％大きい値をとる。したがっ
て、外力（応力）の作用方向を変えることにより、スリ
ップ発生に関連する分解剪断応力を約１．５割程減少さ
せることができる。

【００２９】以上から明らかなように、（１１１）シリ
コンウエハを縦型ボートのシリコンウエハ支持部により
支持する際、Ｓｃｈｍｉｄ因子の値が最小値をとる角度
であるθ＝３０ｎ（ｎ＝０，１〜１２）の位置を支持す
ることにより、分解剪断応力を減少することができる。
この状態図を図７（ｂ）に示す。なお、図中１０はシリ
コンウエハを、１１はシリコンウエハの支持点（支持
部）を示している。

【００３０】また、（１００）シリコンウエハ及び（１
１１）シリコンウエハを縦型ボートのシリコンウエハ支
持部により支持する際、両者を取捨選択することなし
に、Ｓｃｈｍｉｄ因子が最小値をとる角度で支持するた
めには、縦型ボートのシリコンウエハ支持部は４５°と
３０°の最小公倍数である９０°の間隔を持って支持す
れば良い。なお、上記実施例においてウエハを４５°と
３０°間隔を持って支持すれば良いことを示したが、±
５度の範囲においてほぼ同等の効果を奏するため、この
角度の許容範囲として±５度の範囲は含まれるものであ
る。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明にかかるシリ
コンウエハ支持方法によれば、スリップ発生に関連する
分解剪断応力を減少させることができるため、シリコン
ウエハに結晶転位が生ずることがなく、シリコンウエハ
のスリップを防止できる。その結果、製品の品質を向上
させると共に、シリコンウエハ製造の歩留まりを向上さ
せるという効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はシリコン単結晶の１２個のすべり系を示
す図である。

【図２】図２は引張り変形における分解剪断応力を示す
図である。

【図３】図３は結晶面（１００）を有するシリコンウエ
ハを示す図である。

【図４】図４は結晶面（１００）を有するシリコンウエ
ハのＳｃｈｍｉｄ因子の値を示す図である。

【図５】図４は結晶面（１１１）を有するシリコンウエ
ハを示す図である。

【図６】図６は結晶面（１１１）を有するシリコンウエ
ハのＳｃｈｍｉｄ因子の値を示す図である。

【図７】図７は本発明の一実施例を示すであって、
（ａ）は結晶面（１００）を有するシリコンウエハの、
（ｂ）は結晶面（１１１）を有するシリコンウエハの支
持位置を示す図である。

【符号の説明】

１０ シリコンウエハ １１ 支持部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 廣野 芳和 山形県西置賜郡小国町大字小国町378 東芝セラミックス株式会社 小国製造所 内 (56)参考文献 特開 平１−228125（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−82016（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/22 511 H01L 21/205 H01L 21/31 H01L 21/68

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエハ表面に平行な結晶面（１００）を
   有するシリコンウエハの支持方法であって、 前記ウエハを、その中心から４５度の等間隔で８分割す
   るような直線と前記ウエハ外周円との８点の交点のうち
   の４点で支持し、 かつ、前記ウエハの外周円上に頂点が存在するように
   ［１１０］、［１１０］、［１１０］及び［１１０］方
   向の４本の直線からなる四角形を想定したときに、前記
   四角形の頂点が前記８点の交点のいずれか４つの交点と
   一致していることを特徴とするシリコンウエハの支持方
   法。
2. 【請求項２】 ウエハ表面に平行な結晶面（１１１）を
   有するシリコンウエハの支持方法であって、 前記ウエハを、その中心から３０度の等間隔で１２分割
   するような直線と前記ウエハ外周円との１２点の交点の
   うちの４点で支持し、 かつ、前記ウエハの外周円上に頂点が存在するように
   ［１１０］、［１０１］および［０１１］方向の３本の
   直線からなる三角形を想定したときに、前記三角形の頂
   点が前記１２点の交点のいずれか３つの交点と一致して
   いることを特徴とするシリコンウエハの支持方法。
3. 【請求項３】 前記シリコンウエハを９０度の間隔をも
   った４点で支持することを特徴とする請求項１または請
   求項２に記載のシリコンウエハの支持方法。