JP3783557B2 - シリコンウェーハ熱処理用３点支持具の配置方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オリエンテーションフラットを有する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熱処理用３点支持具の配置方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコンウェーハを熱処理する際にそのシリコンウェーハを支持するウェーハ熱処理用支持具が知られている。ウェーハ熱処理用支持具として、図５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３点支持具にウェーハを水平に支持して熱処理をした場合、スリップ転位が発生し、歩留りが低下する問題点があった。スリップ転位が発生する原因としては、支持突起により支持した部分にウェーハ自体の自重が付加されるので、熱処理時に起きるウェーハの反りや熱膨張の差によりウェーハと突起との間に滑り摩擦を生じたり、ウェーハの自重の集中する部分に歪みを生じたりするため、その各支持突起により支持された部分に結晶転位が生じるものと考えられている。
【０００３】
このスリップ転位の発生を解消する方法として、▲１▼ウェーハと支持突起との接触位置をウェーハ中心方向に移動する方法、▲２▼接触点を増加させる方法、▲３▼加熱温度を低下させる方法等が提案されている。
しかし、▲１▼の方法では、ウェーハと支持突起との接触位置をウェーハ中心方向に移動するとウェーハの自重による撓みは抑制されるが、支持突起との滑り摩擦により生じる接触傷がウェーハの内側寄りに形成されてしまうため、歩留まりが悪くなる問題があった。▲２▼の方法は支持突起の数を増加させてウェーハと支持突起との接触点を増やし、各支持突起により支持された部分における応力を分散させるとともにウェーハ面内を均一に支えることにより接触傷を抑制する方法であるが、多くの支持点を精度良く加工することは難しい。従って、実際にウェーハと接触しているのは３点のみと考えられるため、効率的とはいえない。同様に、面状の支持面でウェーハを面内均一に支える方法も考えられるが、面状の支持面を精度良く均一に加工することは困難である。▲３▼の方法は、熱処理温度を低下させて、支持具とウェーハの材質の違いによる熱膨張の差を縮小することによりスリップ転位を抑制する方法であるが、ウェーハ特性を向上させるために加熱温度を高くする傾向にあり、現実的とは言えない。
【０００４】
そのため、現状ではウェーハと支持突起との接触位置をウェーハ端部へと移動させて滑り摩擦による傷をデバイスメーカーが製品の作製に使用しない箇所に形成してスリップ転位の拡大を抑制していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ウェーハがオリエンテーションフラットを有する場合、ウェーハ端部で支持突起と接触するように３点支持具の上に載せると、図３に示すように、ウェーハの撓みは偏った変形パターンとなり、この不均一な撓みに起因するスリップ転位が発生するおそれがあった。図３において、符号Ａは撓み量が比較的小さい領域、符号Ｂは撓み量が中程度の領域及び符号Ｃは撓み量が大きい領域である。
本発明の目的は、撓みを低減するとともに不均一な撓みに起因するスリップ転位の発生を抑制し得るシリコンウェーハ熱処理用３点支持具の配置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、支持具１０が円板状の支持板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つの第１、第２及び第３支持突起１２，１３，１４を有し、オリエンテーションフラット１６ａを有する直径が２００ｍｍのシリコンウェーハ１６を第１、第２及び第３支持突起１２，１３，１４の上に載せて処理炉内で熱処理するときのシリコンウェーハ熱処理用３点支持具の配置方法の改良である。
その特徴ある構成はウェーハ１６を第１、第２及び第３支持突起１２，１３，１４の上に載せた状態における支持具の配置が、第１、第２及び第３支持突起１２，１３，１４の全てがウェーハ直径の９６〜９９％の範囲内のウェーハと同心であってかつ同一円周上に位置し、第１支持突起１２がオリエンテーションフラット１６ａの平坦縁と直角でかつウェーハ中心点１６ｂを通る直線上であって、オリエンテーションフラット１６ａが形成されていない側に位置し、第２及び第３支持突起１３，１４が中心点１６ｂと第１支持突起１２とを結ぶ直線を中心点１６ｂを中心に右回り及び左回りに１２０゜回転させた２つの直線上からオリエンテーションフラット１６ａから離れる方向に同一円周上を１ｍｍ変位させて配置されることにある。
【０００７】
請求項１に係る発明では、第１、第２及び第３支持突起の全てをウェーハの同一円周上に位置させ、ウェーハ中心点と第１支持突起とを結ぶ直線をウェーハ中心点を中心に右回り及び左回りに１２０゜回転させた２つの直線上にそれぞれ第２及び第３支持突起を配置し、この第２及び第３支持突起をオリエンテーションフラットから離れる方向に同一円周上を１ｍｍ変位させて配置したので、ウェーハが第１、第２及び第３支持突起によりバランス良く支えられるため、従来１２０°間隔に配置されていた３つの支持突起の上にオリエンテーションフラットを有するウェーハを載せたときに不均一に形成されるオリエンテーションフラットと反対側の周辺部分の撓みを矯正でき、その不均一な撓みに起因するスリップ転位を抑制できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態について説明する。
まず本発明の方法は、直径が１５０〜４００ｍｍ、好ましくは２００〜３００ｍｍのシリコンウェーハに適する。
【０００９】
図１及び図２に示すように、３点支持具１０は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つの第１、第２及び第３支持突起１２，１３，１４を有する。この３点支持具は石英又はＳｉＣにより形成されるか、又はＳｉＣの表面をポリシリコンで被覆して形成される。このうち石英が耐熱性を有し、かつ汚染源になり難いため材質として好ましい。ウェーハ１６を第１、第２及び第３支持突起１２，１３，１４の上に載せた状態における支持具の配置は次の通りである。第１、第２及び第３支持突起１２，１３，１４はその全てがウェーハの同一円周上に位置し、かつウェーハ直径の９６〜９９％の範囲内のウェーハと同心であってかつ同一円周上に位置するように構成される。第１、第２及び第３支持突起はその全てがウェーハ直径の９６〜９９％の範囲内に位置するのが好ましい。第１、第２及び第３支持突起の位置がウェーハ直径の９６％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。また、第１、第２及び第３支持突起の位置がウェーハ直径の９９％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】
第１支持突起１２は支持板１１に固定され、第２及び第３支持突起１３，１４は円周に沿って水平可動に設けられる。この固定した第１支持突起１２を図１に示すように、オリエンテーションフラット１６ａの平坦縁と直角でかつウェーハ中心点１６ｂを通る直線上であって、オリエンテーションフラット１６ａが形成されていない側に配置し、第２及び第３支持突起１３，１４を中心点１６ｂと第１支持突起１２とを結ぶ直線を中心点１６ｂを中心に右回り及び左回りに１２０゜回転させた２つの直線上からオリエンテーションフラット１６ａより離れた方向に同一円周上を０．１〜５ｍｍ変位させて配置する。第２及び第３支持突起１３，１４を変位させる幅はウェーハの径やオリエンテーションフラットの大きさによるが、好ましくは０．１〜２ｍｍである。第２及び第３支持突起の変位幅が、それぞれ０．１ｍｍ未満であると、不均一な撓みを解消できない。第２及び第３支持突起の変位幅がそれぞれ５ｍｍを越えると、オリエンテーションフラット部に撓みを生じるため、不均一な撓みパターンになる。第２支持突起と第３支持突起はそれぞれ同じ幅だけ変位させることが好ましい。第２支持突起の変位幅と第３支持突起の変位幅が大きく異なると、撓みが不均一になる。図１において、符号Ａは撓み量が比較的小さい領域、符号Ｂは撓み量が中程度の領域である。
【００１１】
図２に戻って、第１支持突起１２がオリエンテーションフラット１６ａの平坦縁と直角でかつウェーハ中心点１６ｂを通る直線上であって、オリエンテーションフラット１６ａが形成されていない側に位置するようにウェーハ１６を第１、第２及び第３支持突起１２，１３，１４の上に載せてウェーハ１６を３点支持具１０に水平に支持した後、この３点支持具１０を図４に示すような処理炉２０内に搬送してウェーハに熱処理を施す。このようにシリコンウェーハを３点支持具に配置すると、熱処理を施してもオリエンテーションフラットによる不均一な撓みを生じることがない。図４中の２１は加熱ランプ、２２はパイロメータをそれぞれ示す。
【００１２】
なお、本実施の形態では熱処理炉に枚葉式の熱処理炉を用いたが、複数枚処理できる縦型熱処理炉におけるラダーボート等の配置方法にも適応できる。
【００１３】
【実施例】
次に本発明の実施例を説明する。
＜実施例１＞
直径２００ｍｍφ、厚さ０．７２５ｍｍのオリエンテーションフラットを有するシリコンウェーハを用意した。また、図２に示す支持突起の全てが上記ウェーハの同一円周上に位置し、かつ上記ウェーハの直径の９７％に位置するように構成された３点支持具を用意した。この３点支持具の第２及び第３支持突起は中心点と第１支持突起とを結ぶ直線を中心点を中心に右回り及び左回りに１２０゜回転させた２つの直線上にそれぞれ配置されている。この第２及び第３支持突起をオリエンテーションフラットから離れる方向にウェーハ円周に沿って１ｍｍ変位させて配置した。シリコンウェーハを第１支持突起がオリエンテーションフラットの平坦縁と直角でかつウェーハ中心点を通る直線上に位置するように配置して第１、第２及び第３支持突起の上に載せてウェーハを水平状態に支持した。このウェーハを載せた３点支持具を図４に示す処理炉内に入れ、炉内温度１２５０℃でウェーハを熱処理した。
【００１４】
＜比較例１＞
実施例１と同一のウェーハを用意し、第２及び第３支持突起を変位させない以外は実施例１と同様の３点支持具を用い、実施例１と同様の条件でウェーハを熱処理した。
【００１５】
＜比較評価＞
実施例１及び比較例１でＦＥＭ（Finite Element Method、有限要素法）を用いて、熱処理時のシリコンウェーハの撓みについて解析した。このＦＥＭ法は、各要素についての剛性方程式を重ね合わせたマトリックスからなる方程式に境界条件（拘束条件）を導入し、未知量を解析する方法である。以下にＦＥＭ法の解析条件を示す。
(1) 解析モデル：シェルメッシュ（４角形１次要素：厚み特性０．７２５ｍｍ）、要素長２ｍｍ
(2) 拘束条件
支持点３点を高さ方向に拘束し（接触を表現）、中心点を縦横方向に拘束（剛体運動を抑制）した。また、第２及び第３支持突起に位置する２つの支持点をオリエンテーションフラットと反対方向に０．１ｍｍずつずらしながら解析した。
【００１６】
実施例１及び比較例１のウェーハの撓みを図１及び図３にそれぞれ示す。なお、図１及び図３のウェーハ内における丸印は各支持突起の接触点を示す。
図３より明らかなように、比較例１では撓み量の異なる３つの領域が現われた。即ち、３つの支持点を含む撓み量が比較的小さい領域Ａと、ウェーハ中心に現われた撓み量が大きい領域Ｃと、領域Ａと領域Ｃとの中間の撓み量が中程度の領域Ｂとが現われた。符号Ｃで示される領域の撓み量が最大となるような偏った撓みパターンになった。これに対して、第２及び第３支持突起をオリエンテーションフラットから離れる方向にウェーハ円周に沿ってそれぞれ１ｍｍ変位させた実施例１では、図１に示すように、比較例１（図３）の領域Ｃが消えて、撓み量の異なる２つの領域Ａ及びＢのみが現われ、均一な撓みパターンを示した。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ウェーハを第１、第２及び第３支持突起の上に載せた状態における支持具の配置が、第１、第２及び第３支持突起の全てがウェーハ直径の９６〜９９％の範囲内のウェーハと同心であってかつ同一円周上に位置し、第１支持突起がオリエンテーションフラットの平坦縁と直角でかつウェーハ中心点を通る直線上であって、オリエンテーションフラットが形成されていない側に位置し、第２及び第３支持突起をウェーハ中心点と第１支持突起とを結ぶ直線をウェーハ中心点を中心に右回り及び左回りに１２０゜回転させた２つの直線上からオリエンテーションフラットから離れる方向に同一円周上を１ｍｍ変位させて配置したので、ウェーハが第１、第２及び第３支持突起によりバランス良く支えられるため、従来１２０°間隔に配置されていた３つの支持突起の上にオリエンテーションフラットを有するウェーハを載せたときに不均一に形成されるオリエンテーションフラットと反対側の周辺部分の撓みを矯正でき、その不均一な撓みに起因するスリップ転位を抑制できる。更に、この不均一な撓みを矯正するだけでなく、ウェーハに生じる撓みパターンが変化するため、変形量も抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配置方法により３点支持具の上にシリコンウェーハを載せたときの撓みを示す模式図。
【図２】本実施の形態における３点支持具の配置方法を示す斜視図。
【図３】比較例１の３点支持具の上にシリコンウェーハを載せたときの撓みを示す模式図。
【図４】熱処理炉の断面図。
【図５】(a) 従来の配置方法によりウェーハを支持した３点支持具の平面図。
(b) 図５(a)のＡ−Ａ線断面図。
【符号の説明】
１０ ３点支持具
１１ 支持板
１２ 第１支持突起
１３ 第２支持突起
１４ 第３支持突起
１６ シリコンウェーハ
１６ａ オリエンテーションフラット
１６ｂ 中心点

Claims (1)

1. 支持具(10)が円板状の支持板(11)と前記支持板(11)に互いに間隔をあけて同一高さに立設された３つの第１、第２及び第３支持突起(12,13,14)を有し、
   オリエンテーションフラット(16a)を有する直径が２００ｍｍのシリコンウェーハ(16)を前記第１、第２及び第３支持突起(12,13,14)の上に載せて処理炉内で熱処理するときのシリコンウェーハ熱処理用３点支持具の配置方法において、
   前記ウェーハ (16) を前記第１、第２及び第３支持突起 (12,13,14) の上に載せた状態における支持具の配置が、
   前記第１、第２及び第３支持突起(12,13,14)の全てがウェーハ(16)直径の９６〜９９％の範囲内の前記ウェーハと同心であってかつ同一円周上に位置し、
   前記第１支持突起(12)がオリエンテーションフラット(16a)の平坦縁と直角でかつウェーハ中心点(16b)を通る直線上であって、前記オリエンテーションフラット (16a) が形成されていない側に位置し、
   前記第２及び第３支持突起(13,14)が前記中心点(16b)と前記第１支持突起(12)とを結ぶ直線を前記中心点(16b)を中心に右回り及び左回りに１２０゜回転させた２つの直線上から前記オリエンテーションフラット(16a)から離れる方向に前記同一円周上を１ｍｍ変位させて配置される
   ことを特徴とするシリコンウェーハ熱処理用３点支持具の配置方法。

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