JP3685152B2

JP3685152B2 - シリコンウェーハの支持方法

Info

Publication number: JP3685152B2
Application number: JP2002147363A
Authority: JP
Inventors: 啓幸高階; 直樹小野; 嘉信中田; 弘幸白木; 健長谷川
Original assignee: 三菱住友シリコン株式会社
Priority date: 2002-05-22
Filing date: 2002-05-22
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2022-05-22
Also published as: JP2003338505A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェーハを処理炉内で熱処理するときのシリコンウェーハの支持方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコンウェーハを熱処理するときに、そのウェーハを支持するウェーハ支持具が知られている。一般的なウェーハ支持具として、図１２に示すように、円板状の支持板１の上面側に上端が先細に形成されたピン状の支持突起２を３本同一高さに立設し、これら３本の支持突起２の上端縁にウェーハ３を載せ、このウェーハ３を水平に支持する３点支持具が知られている。
しかし、この支持具にウェーハを載せて熱処理を施すと、ウェーハと支持突起の接触点に生じる結晶欠陥を起点としてスリップ転位が発生し、熱処理時のスリップ成長によりウェーハの歩留まりが低下するという問題があった。
【０００３】
このような問題を解決する方策として、半導体ウェーハの荷重を分散させ、かつ自重応力を最小にし得るように半導体ウェーハ内の所定領域に対応する３点の位置に支持部を有することを特徴とするウェーハ支持治具が開示されている（特開平１１−５４４４７）。この公報に示されたウェーハ支持治具では支持部が支持する半導体ウェーハ内の所定領域が半導体ウェーハの半径×（０．５５〜０．９５）程度の範囲内でスリップの発生を抑えることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、熱処理におけるスリップ成長は分解せん断応力に起因すると考えられ、特開平１１−５４４４７号公報に示されたウェーハ支持治具では、ウェーハの自重応力のみを考慮した配置位置を規定しているため、規定した範囲が広く、十分なスリップ抑制効果を示しているとはいえなかった。
【０００５】
本発明の目的は、ウェーハを支持して熱処理を施したときの分解せん断応力が最小となる支持範囲を規定することにより、スリップ成長を抑制し、熱処理におけるシリコンウェーハの大幅な歩留まり向上を達成する、シリコンウェーハの支持方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１及び図２に示すように、シリコンウェーハ１３を熱処理するときに、同一高さに立設された複数の支持突起１２に、これら全ての支持突起１２がウェーハ中心１３ａを中心とする同一円上であってこの円を等分した位置になるように、ウェーハ１３を載せて支持し、位置がウェーハ中心１３ａからウェーハ半径の５５％から９５％までの範囲内にある、シリコンウェーハの支持方法の改良である。
その特徴ある構成はシリコンウェーハの熱処理がＲＴＡ熱処理方法により行われ、ウェーハ支持具がＳｉＣの表面をポリシリコンで被覆して形成され、支持突起１２の数が３又は４であって、これらの支持突起１２がウェーハ中心１３ａからウェーハ半径の８５％にあるところにある。
請求項１に係る発明では、ウェーハを支持して熱処理を施したときの分解せん断応力が最小となる支持位置を規定することにより、ウェーハの突起接触面からのスリップ成長を抑制し、高温熱処理を施したシリコンウェーハの大幅な歩留まり向上を達成する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明のシリコンウェーハの支持方法は、シリコンウェーハを熱処理するときに、同一高さに立設された複数の支持突起に、これら全ての支持突起がウェーハ中心を中心とする同一円上であってこの円を等分した位置になるように、ウェーハを載せて支持し、位置がウェーハ中心からウェーハ半径の５５％から９５％までの範囲内にある、支持方法の改良である。本発明において熱処理とは、酸化処理、化学気相蒸着法（Chemical Vapor Deposition；ＣＶＤ）処理、アニール処理等の各種製造プロセスに行われることを指す。特に、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）熱処理方法や枚葉式熱処理装置は、これらの方法や装置を用いてシリコンウェーハに熱処理を施すと、ウェーハ面内温度分布ΔＴ（ΔＴ＝｜Ｔｃ−Ｔｅ｜；Ｔｃはウェーハ中心の温度を示し、Ｔｅはウェーハ端縁の温度を示す。）の範囲幅が小さくなるため、本発明の支持方法に好適である。
【０００９】
シリコンはその結晶構造からスリップが生じる方向、即ち結晶がずれる方向が１２方向ある。従って、各方向に生じるスリップの駆動力と考えられる分解せん断応力を求めるためには、ウェーハ内の応力（自重応力と熱応力の和）を、各々の滑り方向について分解する必要がある。従来よりウェーハのスリップに関して様々な解析が行われてきたが、これらの分解せん断応力を求めるプロセスは非常に困難なため、省略して議論されていた。また、二次元モデルでは分解せん断応力を算出する試みも見られたが、三次元モデルにおいては未だ解析が行われたことはない。
本発明において用いられる解析手順は、先ずウェーハ自重による応力解析と熱応力による応力解析をそれぞれ行い、次に、これらの和を滑り方向に分解することにより分解せん断応力σ_rsを求めた。本発明者らは、この応力解析により支持突起の数が３又は４であって、これらの支持突起がウェーハ半径の８５％にあるときに分解せん断応力σ_rsを最小にすることを導き出した。支持突起の数は３又は４であるとき、ウェーハの加重を最も均等に分散することができる。支持突起の数が５以上であると、特定の支持突起に応力が集中してスリップが発生する不具合を生じる。支持突起１２はその全てがウェーハ半径の８５％にあるように構成される。支持突起１２の位置がウェーハ半径の８３％未満であると、デバイスメーカーが基板作製のために使用するウェーハ内側に複数の支持突起との接触傷が形成されてしまうため歩留まりが低下する。ウェーハ半径の８８％を越えると、ウェーハの自重による撓みが大きくなり、スリップ転位が増大する。
【００１０】
次に本発明の実施の形態を説明する。
図１及び図２に示すように、円板状に形成された支持板１１と、支持板１１に互いに間隔をあけて同一高さに立設された３つの支持突起１２からウェーハ支持具１０が構成される。このウェーハ支持具はＳｉＣの表面をポリシリコンで被覆して形成される。３つの支持突起１２はその全てがシリコンウェーハ中心１３ａを中心とする同一円上に位置し、この円を等分した位置になるようにそれぞれ配置される。これらの支持突起１２はウェーハ中心１３ａからウェーハ半径の８５％にあるように設けられる。図１及び図２におけるウェーハ内の細点線は８３％〜８８％の範囲を示す。なお、図１及び図２の符号１３ｂはシリコンウェーハ１３の結晶方位を示すためのノッチであり、ウェーハ１３の外周縁の所定の位置に形成される。本発明の支持方法では、結晶方位によって特に支持位置を規定する必要はない。
【００１１】
ウェーハ１３を３つの支持突起１２の上に載せてウェーハ支持具１０に水平に支持した後、このウェーハ支持具１０を図３に示すような処理炉１４内に搬送して熱処理を施す。熱処理炉１４内の温度は加熱ランプ１６により例えば１１５０℃に上昇する。ウェーハ１３は加熱されると、ウェーハ面内の温度差に起因する熱応力が発生するが、各支持点における応力が均一かつ分解せん断応力が最小となるような配置に支持突起１２を設けたため、従来発生していたスリップ成長が抑制される。図３中の１６は加熱ランプ、１７はパイロメータをそれぞれ示す。
【００１２】
なお、本実施の形態では支持突起の数を３としたが、支持突起の数を４としてもよい。更に、本実施の形態では支持板１１と支持突起１２からウェーハ支持具１０を構成し、このウェーハ支持具１０の上にウェーハ１３を載せて熱処理炉１４内に搬送したが、３又は４の支持突起１２がウェーハ半径の８５％に位置するように固定された熱処理炉１４内にロボットアーム等によりウェーハ１３を直接搬入して熱処理を施してもよい。
【００１３】
【実施例】
次に本発明の実施例を説明する。
＜実施例１＞
直径３００ｍｍφの結晶方位＜１００＞シリコンウェーハと＜１１１＞シリコンウェーハにおいて、３点で支持して１１５０℃の熱処理を施した場合におけるウェーハ内の任意点における分解せん断応力及びその最大値を有限要素法により解析した。
なお、各支持点は３つの支持突起が同一高さに立設され、これら全ての支持突起がウェーハ中心を中心とする同一円上であってこの円を等分した位置になるように、ウェーハを載せて支持し、これら支持点をウェーハ中心から１２０ｍｍ（同８０％）、１２８ｍｍ（同８５％）、１３６ｍｍ（同９１％）にそれぞれ変化させ、均一な面内温度分布と仮定して解析を行った。
【００１４】
＜実施例２＞
実施例１と同様のウェーハにおいて、４点で支持して１１５０℃の熱処理を施した場合におけるウェーハ内の任意点における分解せん断応力及びその最大値を有限要素法により解析した。
なお、各支持点は３つの支持突起が同一高さに立設され、これら全ての支持突起がウェーハ中心を中心とする同一円上であってこの円を等分した位置になるように、ウェーハを載せて支持し、これら支持点をウェーハ中心から１２０ｍｍ（同８０％）、１２８ｍｍ（同８５％）、１３６ｍｍ（同９１％）にそれぞれ変化させ、均一な面内温度分布と仮定して解析を行った。
【００１５】
実施例１及び実施例２で得られた分解せん断応力σ_rsの最大値の結果を表１にそれぞれ示す。
【００１６】
【表１】

【００１７】
表１より明らかなように、３点での支持においても、４点での支持においてもウェーハ半径の８５％での支持位置が分解せん断応力σ_rsの最大値が最小を示した。この分解せん断応力σ_rsの最大値が最小を示した８５％の応力とウェーハ半径の７５％に支持した場合の応力をそれぞれ比較すると、３点支持では＜１００＞ウェーハで約３７％、＜１１１＞ウェーハで約２３％程度、４点支持でも＜１００＞ウェーハで約２０％、＜１１１＞ウェーハで約２２％の応力を低減することができることが判った。
【００１８】
＜実施例３＞
実施例１と同様のウェーハにおいて３点で支持して１１５０℃の熱処理を施した場合におけるウェーハ内の任意点における分解せん断応力を有限要素法により解析した。支持点位置はウェーハ半径の８０％，８３％，８５％，８８％及び９１％にそれぞれ変化させた。
【００１９】
解析手順としては、先ず、形態係数を半径方向に分布させ、非定常熱伝導解析を行った。これにより、面内温度分布が生じる。次に、熱伝導解析データ（温度分布データ）を取込みながら、自重を付加した熱応力解析を行った。表２に解析に用いた熱伝導解析データをそれぞれ示す。表２中のＴｃはウェーハ中心の温度を示し、Ｔｅはウェーハ端縁の温度を示す。またΔＴは（｜Ｔｃ−Ｔｅ｜）である。
【００２０】
【表２】

【００２１】
更に、得られた各要素の応力値を＜１００＞、＜１１１＞ウェーハの分解せん断応力σ_rsに変換した。
熱伝導解析データ▲１▼〜▲４▼における＜１００＞ウェーハの最大分解せん断応力σ_rsの解析結果を図４に、＜１１１＞ウェーハの最大分解せん断応力σ_rsの解析結果を図５にそれぞれ示す。また熱伝導解析データ▲５▼〜▲８▼における＜１００＞ウェーハの最大分解せん断応力σ_rsの解析結果を図６に、＜１１１＞ウェーハの最大分解せん断応力σ_rsの解析結果を図７にそれぞれ示す。
【００２２】
図４及び図５より明らかなように、ウェーハの面内温度分布が上に凸の場合、ΔＴが２０℃以上であると、熱応力が支配的となり、ΔＴが６℃以下ではウェーハ半径の８５％での支持位置が最小となった。図６及び図７より明らかなように、ウェーハの面内温度分布が下に凸の場合、ΔＴが１１℃においても自重応力の効果が見られた。この場合も、ウェーハ半径の８５％での支持位置が最小となった。これらの結果から、８３％から８８％の範囲内での支持位置が分解せん断応力σ_rs最小を示していることが判る。熱応力と自重応力の和を考慮すると、３点支持、４点支持のいずれにおいてもウェーハ半径の８３％から８８％、特に８５％の位置での支持がよいことが判った。
【００２３】
＜実施例４＞
解析方法の支持方法をウェーハ下面の任意の４点をｚ方向の拘束とし、支持点位置をウェーハ半径の５０％，７５％，８０％，８５％及び９１％にそれぞれ変化させた以外は実施例３と同様にして有限要素法による解析を行った。
熱伝導解析データ▲１▼〜▲４▼における＜１００＞ウェーハの最大分解せん断応力σ_rsの解析結果を図８に、＜１１１＞ウェーハの最大分解せん断応力σ_rsの解析結果を図９にそれぞれ示す。また熱伝導解析データ▲５▼〜▲８▼における＜１００＞ウェーハの最大分解せん断応力σ_rsの解析結果を図１０に、＜１１１＞ウェーハの最大分解せん断応力σ_rsの解析結果を図１１にそれぞれ示す。
【００２４】
図８及び図９より明らかなように、ウェーハの面内温度分布が上に凸の場合、ウェーハ半径の７５％での支持において最大分解せん断応力σ_rsの顕著な差が見られなくなった。＜１１１＞ウェーハの最大分解せん断応力σ_rsでは、ΔＴが６℃以下の場合、ウェーハ半径の８５％での支持位置が最小となった。また図１０及び図１１より明らかなように、ウェーハの面内温度分布が下に凸の場合、＜１００＞ウェーハの最大分解せん断応力σ_rsでは、ΔＴが５℃以下の場合、ウェーハ半径の８５％での支持位置が最小となり、＜１１１＞ウェーハの最大分解せん断応力σ_rsでは、ウェーハ半径の８５％での支持位置が最小となった。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、シリコンウェーハを熱処理するときに、同一高さに立設された複数の支持突起に、これら全ての支持突起がウェーハ中心を中心とする同一円上であってこの円を等分した位置になるように、ウェーハを載せて支持し、位置がウェーハ中心からウェーハ半径の５５％から９５％までの範囲内にある、シリコンウェーハの支持方法の改良であり、シリコンウェーハの熱処理がＲＴＡ熱処理方法により行われ、ウェーハ支持具がＳｉＣの表面をポリシリコンで被覆して形成され、支持突起の数が３又は４であって、これらの支持突起がウェーハ中心からウェーハ半径の８５％にあることを特徴とする。支持突起の数を３又は４とし、支持突起の支持位置を上記範囲内に規定することにより、ウェーハを支持して熱処理を施したときの分解せん断応力が最小となるように支持することができ、スリップ成長を抑制し、熱処理におけるシリコンウェーハの大幅な歩留まり向上を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるウェーハを支持するシリコンウェーハの平面図。
【図２】本発明の実施の形態における支持方法を示す斜視図。
【図３】そのウェーハ支持部を含む熱処理炉の断面構成図。
【図４】実施例３の熱伝導解析データ▲１▼〜▲４▼における３点支持の支持点位置を変化させた＜１００＞方向の分解せん断応力図。
【図５】実施例３の熱伝導解析データ▲１▼〜▲４▼における３点支持の支持点位置を変化させた＜１１１＞方向の分解せん断応力図。
【図６】実施例３の熱伝導解析データ▲５▼〜▲８▼における３点支持の支持点位置を変化させた＜１００＞方向の分解せん断応力図。
【図７】実施例３の熱伝導解析データ▲５▼〜▲８▼における３点支持の支持点位置を変化させた＜１１１＞方向の分解せん断応力図。
【図８】実施例４の熱伝導解析データ▲１▼〜▲４▼における４点支持の支持点位置を変化させた＜１００＞方向の分解せん断応力図。
【図９】実施例４の熱伝導解析データ▲１▼〜▲４▼における４点支持の支持点位置を変化させた＜１１１＞方向の分解せん断応力図。
【図１０】実施例４の熱伝導解析データ▲５▼〜▲８▼における４点支持の支持点位置を変化させた＜１００＞方向の分解せん断応力図。
【図１１】実施例４の熱伝導解析データ▲５▼〜▲８▼における４点支持の支持点位置を変化させた＜１１１＞方向の分解せん断応力図。
【図１２】 (a) 複数の支持ピンでウェーハを支持する従来のウェーハ支持を示す平面図。 (b) その従来のウェーハ支持方法を示す(a)のＡ−Ａ線断面図。
【符号の説明】
１２支持突起
１３シリコンウェーハ
１３ａウェーハ中心

Claims

シリコンウェーハ(13,32)を熱処理するときに、同一高さに立設された複数の支持突起(12,34)に、これら全ての支持突起(12,34)が前記ウェーハ中心(13a,32a)を中心とする同一円上であってこの円を等分した位置になるように、前記ウェーハ(13,32)を載せて支持し、前記位置がウェーハ中心(13a,32a)からウェーハ半径の５５％から９５％までの範囲内にある、シリコンウェーハの支持方法において、
前記シリコンウェーハの熱処理がＲＴＡ（ Rapid Thermal Annealing ）熱処理方法により行われ、
ウェーハ支持具がＳｉＣの表面をポリシリコンで被覆して形成され、
前記支持突起(12,34)の数が３又は４であって、これらの支持突起(12,34)がウェーハ中心(13a,32a)からウェーハ半径の８５％にあることを特徴とするシリコンウェーハの支持方法。