JP4029610B2 - ウェーハ支持具 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェーハに熱処理を施す際にウェーハを搭載するウェーハ支持具に関し、急速熱処理(RTA;Rapid Thermal Annealing)中に発生するスリップを防止することができるウェーハ支持具に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、シリコンウェーハ等の被処理基板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支持具として、円板状の支持板の上面側に上端が先細に形成されたピン状の突起を3本同一高さに立設し、この突起の上端縁にウェーハを載せてウェーハを水平に支持する3点支持具や、リング状の支持体の内周縁部に形成された水平部にウェーハを載せてウェーハを水平に支持するリング状支持具等が知られている。
【0003】
一般にリング状支持具には、熱処理によるウェーハの高温変形時の接触面近傍の応力を緩和する目的のため、ウェーハが接触する平坦面に続いて支持具本体の軸線に向かって下向きに穏やかに傾斜する傾斜面が付加されている。
図6(a)に示すように、傾斜面3を設けたウェーハ支持具1の上面である平坦面4にウェーハ5を載せると、ウェーハ5はその自重により小さく撓み、支持具本体2の平坦面4と傾斜面3が交わる部分6に接触面がくるようにして、ウェーハ支持具に支持される。図8はウェーハ支持具1の上にウェーハ5を載せた状態の上面図である。
【0004】
一方、シリコンウェーハの酸化膜耐圧(Time Zero Dielectric Breakdown)等の電気特性を改善するためには、デバイスが作製されるウェーハ表層部を無欠陥層とする必要がある。シリコンウェーハの表層部には結晶成長時に導入されるCOP(Crystal Originated Particle)と呼ばれる正八面体構造の結晶欠陥が存在し、このCOPが電気特性を劣化させる原因となっている。酸化膜耐圧を改善するためにシリコンウェーハを例えば、1250℃程度の高温で1〜60秒間といった短時間の急速熱処理(RTA)を施すことにより、シリコンウェーハ表面のCOP密度は著しく減少し、電気特性である酸化膜耐圧及び経時絶縁破壊特性(Time Dependent Dielectric Breakdown)も著しく改善されることが報告されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような高温で急速な昇温及び降温を行う急速熱処理を施すとウェーハの弾性率は大きく下がり、またその自重により大きく撓むため、図6(b)に示すように、支持具本体2の平坦面4と傾斜面3が交わる部分6から傾斜面3と支持具本体の内周面7が交わる部分8に接触面が移動する接触面の乗り移りが起こる。図7は図6(a)と図6(b)のウェーハ支持具とウェーハとの接触面を拡大して重ね合わせた部分拡大図であり、急速熱処理により大きく撓んだウェーハが支持具本体との接触面を移動させている状態を示す。
【0006】
このように、ウェーハの大きな撓みにより接触面の乗り移りが起きると、ウェーハの内側に接触面が2〜3mm程度入り込むことになるため、ウェーハ裏面の内側領域に接触面の移動に伴うスリップが発生し、これにより歩留まり低下をもたらす危険性があった。
また、急速熱処理におけるウェーハの大きな撓みによる接触面の移動は、任意の温度に到達すると急激に生じるため、接触面の移動における応力付加が大きくなり接触面にスリップが発生するおそれもあった。
【0007】
本発明の目的は、熱処理時の加熱によって生じるウェーハの撓みによる支持具本体との接触面の移動に起因するスリップの発生を抑制し得るウェーハ支持具を提供することにある。
【0008】
【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、リング状の支持具本体11と、支持具本体11の外周面12と内周面13との間の上面に外周面12に続く熱処理前のウェーハ17が接触する平坦面14とこの平坦面14から支持具本体11の軸線11aに向って平坦面14に対して下向きに傾斜する傾斜面16とを有し、支持具本体11の上面にウェーハ17を載せて急速熱処理されるウェーハ支持具の改良である。
その特徴ある構成は、ウェーハ17の直径をDとし、支持具本体11の内周面13の直径をr1とし、平坦面14と傾斜面16とが交わる部分18の直径をr2とし、傾斜面16の平坦面14に対する傾斜角度をθとするとき、0.90D≦r1≦0.98D、0.92D≦r2≦0.99D、1.20°≦θ≦10°であることにある。
請求項1に係る発明では、ウェーハ支持具の傾斜面の角度θを急速熱処理によって大きく撓んだウェーハの臨界角θcと同等の角度か、臨界角θcと接触しない上記範囲内に規定することにより、ウェーハが大きく撓んでも、接触面の乗り移りが起こらない。従って、接触面の跡が付かないためスリップを生じ難い。
【0009】
請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明であって、ウェーハの直径が200mmであるとき、傾斜角度θが1.20°≦θ≦10°であり、ウェーハの直径が300mmであるとき、傾斜角度θが1.82°≦θ≦10°であるウェーハ支持具である。
【0010】
請求項3に係る発明は、図4(a)、(b)及び図5に示すように、リング状の支持具本体11と、支持具本体11の外周面12と内周面13との間の上面に外周面12に続く熱処理前のウェーハ17が接触する平坦面14と平坦面14から支持具本体11の軸線11aに向って平坦面14に対して下向きに傾斜する傾斜面16とを有し、支持具本体11の上面にウェーハ17を載せて急速熱処理されるウェーハ支持具の改良である。
その特徴ある構成は、ウェーハ17の直径をDとし、支持具本体11の内周面13の直径をr1とし、平坦面14と傾斜面16とが交わる部分18の直径をr2とし、支持具本体11の外周面12の直径をr3とし、傾斜面16の平坦面14に対する傾斜角度をθとするとき、0.90D≦r1≦0.98D、0.92D≦r2≦0.99D、1.0D≦r3≦1.15D、1.5°≦θ≦4°であり、傾斜面16が曲率半径4〜1200mmの凸面に形成されることにある。
請求項3に係る発明では、ウェーハ支持具の傾斜面を上記範囲内の曲率半径を有する凸面とすることにより、急速熱処理により大きくウェーハが撓んでも、凸面に形成した傾斜面が接触面の移動を段階的に生じさせるため、ウェーハ接触面の移動における応力付加を緩和する。従って、支持具本体との急激な接触面の移動に起因するスリップの発生を抑制できる。
【0011】
請求項4に係る発明は、請求項3に係る発明であって、ウェーハの直径が200mmであるとき、傾斜角度θが1.5°≦θ≦3°であり、ウェーハの直径が300mmであるとき、傾斜角度θが2°≦θ≦4°であるウェーハ支持具である。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明のウェーハ支持具は、ウェーハに急速熱処理(RTA処理)を施す際に熱処理炉にウェーハを搭載するのに用いられる。
第1の実施の形態について説明する。図3に本発明のウェーハ支持具10を備えた枚葉式の熱処理炉20を示す。この枚葉式の熱処理炉20は断熱性材質からなる装置本体21から構成され、装置本体21内部は所定の間隔をあけて2枚の仕切板26により水平に仕切られる。仕切板26,26により仕切られた装置本体21内部の頂部及び底部には発熱体22がそれぞれ設置される。熱処理炉内で急速熱処理に用いられる発熱体22の加熱源としては白熱ランプ、ハロゲンランプ、アークランプ、グラファイトヒータ等が挙げられる。仕切板26,26で仕切られた空間に熱処理用ガスを供給するように装置本体21の一方の側部には、ガス供給口24が設けられる。仕切板26,26により仕切られた空間は、加熱室27としてウェーハ17とともにウェーハ支持具10が収容され、装置本体21の他方の側部に系外へ熱処理炉20内に供給した熱処理用ガスを排出するガス排出口28が設けられる。加熱室27内には所定の間隔をあけてSiCにより形成された棒状の複数の支持柱29が取出し台30に立設される。
【0013】
図1又は図2に示すように、ウェーハ支持具10はリング状に形成された支持具本体11からなり、支持具本体11はSiCにより形成される。一例として支持具本体11と同一形状に形成されたカーボン基材上にCVD法にてSiCを堆積していき、このSiCが所定の厚さになったときに上記カーボン基材を焼失することにより、支持具本体11が所定の形状に形成される。ウェーハ支持具10を構成する支持具本体11は複数の支持柱29の上端に載り、被処理基板であるシリコンウェーハ17の下面は支持具本体11上面の平坦面14に載せられ、そのウェーハ17はウェーハ支持具10により水平に支持されるように構成される。リング状の支持具本体11の外周面12と内周面13との間の上面には、ウェーハ17を上に載せる平坦面14と平坦面14から支持具本体11の軸線11aに向って平坦面14に対して下向きに傾斜する傾斜面16とを有する。ウェーハ17の直径をDとし、支持具本体11の内周面13の直径をr1とし、平坦面14と傾斜面16とが交わる部分18の直径をr2とし、傾斜面16の平坦面14に対する傾斜角度をθとするとき、0.90D≦r1≦0.98D、0.92D≦r2≦0.99D、1.20°≦θ≦10°の範囲内にそれぞれ形成される。
【0014】
傾斜面16の角度θはFEM(Finite Element Method、有限要素法)を用いることにより、急速熱処理時のシリコンウェーハの大きく撓んだ形状について解析して、この大きく撓んだウェーハの臨界角θcを計算することにより算出される。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。
上述したFEM法を用いてウェーハ支持具10の傾斜面16の角度θを臨界角θcと同等の角度か、臨界角θcより大きく規定することにより、急速熱処理における加熱によりウェーハ17が大きく撓んでも、接触面の乗り移りが起こらない。従って、乗り移りによる接触面の跡が付かないのでスリップを生じない。
【0015】
傾斜面16の角度θは、ウェーハ17の大きさ、厚さ等によりそれぞれ設定が必要であり、例えば、直径200mm、厚さ0.725mmのウェーハを支持するウェーハ支持具では、180mm≦r1≦196mm、184mm≦r2≦198mmの範囲内にそれぞれ形成され、傾斜面16の角度θは平坦面14に対して臨界角θc=1.20°と同等の角度か、臨界角θcより大きい角度である1.20°≦θ≦10°だけ下向きに調整され、直径300mm、厚さ0.775mmのウェーハを支持するウェーハ支持具では、270mm≦r1≦294mm、276mm≦r2≦297mmの範囲内にそれぞれ形成され、傾斜面16の角度θは平坦面14に対して臨界角θc=1.82°と同等の角度か、臨界角θcより大きい角度である1.82°≦θ≦10°だけ下向きに調整される。
【0016】
このように構成されたウェーハ支持具10にウェーハ17を載せた後、そのウェーハ支持具10をウェーハ17とともに熱処理炉20まで搬送し、装置本体21内の加熱室27に収納する。その後発熱体22,22によりウェーハ17を加熱し、熱処理用ガスをガス供給口24から加熱室27に供給して、ウェーハ17を熱処理し、ガスを排気口28から排出して、ウェーハ17の熱処理を行う。熱処理炉20を稼働して1250℃の高温まで50℃/secの昇温速度で昇温すると、ウェーハは弾性率が大きく低下し、その自重により大きく撓む。傾斜面16を大きく撓んだウェーハ17の臨界角θcと同等の角度か、臨界角θcより大きい角度θだけ下向きに形成したため、接触面の乗り移りは起こらない。このように上記範囲内に傾斜面16の角度θを規定することにより、ウェーハ17に大きな撓みが生じても接触面の移動に伴うスリップの発生を防ぐことができる。
熱処理炉20内でのウェーハ17の急速熱処理が終了すると、ウェーハ支持具10をウェーハ17とともに熱処理炉20から取出し、そのウェーハ支持具10から図示しないロボットアームにより熱処理済みのウェーハ17を次の処理工程に移送する。
【0017】
次に本発明の第2の実施の形態について説明する。第1の実施の形態と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、図5に示すように、ウェーハ17の直径をDとし、支持具本体11の内周面13の直径をr1とし、平坦面14と傾斜面16とが交わる部分18の直径をr2とし、支持具本体11の外周面12の直径をr3とし、傾斜面16の平坦面14に対する傾斜角度をθとするとき、0.90D≦r1≦0.98D、0.92D≦r2≦0.99D、1.0D≦r3≦1.15D、1.5°≦θ≦4°の範囲内になるようにそれぞれ形成され、傾斜面16が曲率半径4〜1200mmの凸面に形成される。傾斜面16の角度θは、平坦面14に対して1.5°≦θ≦4°下向きである。傾斜面16の角度θは、シリコンウェーハの直径によりそれぞれ異なるが、例えば、直径が200mmのウェーハを支持するウェーハ支持具の場合では1.5°≦θ≦3°、直径が300mmのウェーハを支持するウェーハ支持具の場合では2°≦θ≦4°の範囲内にそれぞれ規定して傾斜面の角度が設けられる。傾斜面16の角度θが下限値未満であると、傾斜面16を凸面とする効果が少なく、傾斜面16の角度θが上限値を越えると傾斜面16を凸面に形成しても急速熱処理における接触面の移動が急激に起こるおそれがある。
【0018】
図4(a)に示すように、ウェーハ支持具10断面における支持具本体11の内周面13と傾斜面16が交わる点A、平坦面14と傾斜面16が交わる点B、外周面12と平坦面14が交わる点Cの3点の座標を求め、この3点をそれぞれ通過するような円の半径を曲率半径として算出し、この曲率半径に沿った円弧状に傾斜面16を加工することにより、凸面状の傾斜面16を形成する。図4(a)及び図4(b)中の一点鎖線は3点の座標を通過する円弧を示し、点線は従来の傾斜面を示す。
例えば、直径が200mmのウェーハを支持するウェーハ支持具10では、傾斜面16の角度θは平坦面14に対して1.5°≦θ≦3°下向きに形成され、180mm≦r1≦196mm、184mm≦r2≦198mm、200≦r3≦230mmの範囲内にそれぞれ形成され、傾斜面16が曲率半径4〜1200mmの凸面となるように加工される。
【0019】
このように構成されたウェーハ支持具10の上にウェーハ17を載せると、急速熱処理する前は、図4(a)に示すように、ウェーハ17は小さく撓み、平坦面14と傾斜面16が交わる部分18にウェーハ17の接触面が位置してウェーハ17は支持具上に支持される。
ウェーハ支持具10にウェーハ17を載せた後、そのウェーハ支持具10をウェーハ17とともに熱処理炉20まで搬送し、装置本体21内の加熱室27に収納する。その後発熱体22,22によりウェーハ17を加熱し、熱処理用ガスをガス供給口24から加熱室27に供給して、ウェーハ17を熱処理し、ガスを排気口28から排出して、ウェーハ17の熱処理を行う。熱処理炉20を稼働して1250℃の高温まで50℃/secの昇温速度で昇温すると、図4(b)に示すように、ウェーハ17の弾性率は大きく下がり、またその自重により大きく撓むため、平坦面14と傾斜面16が交わる部分18から凸面状の傾斜面16上へと接触面は移動するが、凸面状に形成された傾斜面16が接触面の移動を段階的に生じさせるため、ウェーハに接触面の移動に伴う急激な応力を付加させることはない。傾斜面16を上記範囲内の曲率半径を有する凸面とすることにより、急速熱処理により大きくウェーハが撓んでも、凸面に形成した傾斜面16が接触面の移動を段階的に生じさせるため、接触面の移動における応力を分散できる。
熱処理炉20内でのウェーハ17の急速熱処理が終了すると、ウェーハ支持具10をウェーハ17とともに熱処理炉20から取出し、そのウェーハ支持具10から図示しないロボットアームにより熱処理済みのウェーハ17を次の処理工程に移送する。
【0020】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の第1のウェーハ支持具は、リング状の支持具本体と、支持具本体の外周面と内周面との間の上面に外周面に続く熱処理前のウェーハが接触する平坦面と平坦面から支持具本体の軸線に向って平坦面に対して下向きに傾斜する傾斜面とを有し、支持具本体の上面にウェーハを載せて急速熱処理されるウェーハ支持具の改良であり、その特徴ある構成は、ウェーハ17の直径をDとし、支持具本体11の内周面13の直径をr1とし、平坦面14と傾斜面16とが交わる部分18の直径をr2とし、傾斜面16の平坦面14に対する傾斜角度をθとするとき、0.90D≦r1≦0.98D、0.92D≦r2≦0.99D、1.20°≦θ≦10°、具体的にはウェーハの直径が200mmの時、1.20°≦θ≦10°、ウェーハの直径が300mmの時、1.82°≦θ≦10°であることにある。ウェーハ支持具の傾斜面の角度θを上記範囲内に規定することにより、急速熱処理における加熱によりウェーハが大きく撓んでも、傾斜面の傾斜角度θを大きく撓んだウェーハの臨界角θcと同等の角度か、臨界角θcと接触しない上記範囲内に規定したため、接触面の乗り移りが起こらない。従って、接触面の跡が付かないのでスリップを生じない。
【0021】
また、本発明の第2のウェーハ支持具は、リング状の支持具本体と、支持具本体の外周面と内周面との間の上面に外周面に続く熱処理前のウェーハが接触する平坦面と平坦面から支持具本体の軸線に向って平坦面に対して下向きに傾斜する傾斜面とを有し、支持具本体の上面にウェーハを載せて急速熱処理されるウェーハ支持具の改良である。その特徴ある構成は、ウェーハ17の直径をDとし、支持具本体11の内周面13の直径をr1とし、平坦面14と傾斜面16とが交わる部分18の直径をr2とし、支持具本体11の外周面12の直径をr3とし、傾斜面16の平坦面14に対する傾斜角度をθとするとき、0.90D≦r1≦0.98D、0.92D≦r2≦0.99D、1.0D≦r3≦1.15D、1.5°≦θ≦4°、具体的にはウェーハの直径が200mmの時、1.5°≦θ≦3°、ウェーハの直径が300mmの時、2°≦θ≦4°であり、傾斜面16が曲率半径4〜1200mmの凸面に形成されることにある。ウェーハ支持具の傾斜面を曲率半径4〜1200mmの凸面とすることにより、急速熱処理における加熱によりウェーハが大きく撓んでも、凸面に形成した傾斜面が接触面の移動を段階的に生じさせるので、ウェーハ移動時における応力負荷を緩和する。従って、支持具本体との接触面の移動に起因するスリップの発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ウェーハが大きく撓んだ状態を示す図2の部分拡大図。
【図2】本発明の第1実施形態を示すウェーハ支持具の断面図。
【図3】そのウェーハ支持具を含む枚葉式熱処理炉の断面構成図。
【図4】(a)ウェーハの撓みが小さい状態を示す図5の部分拡大図。
(b)ウェーハの撓みが大きい状態を示す図4(a)に対応する部分拡大図。
【図5】本発明の第2実施形態を示すウェーハ支持具の断面図。
【図6】(a)ウェーハの撓みが小さい状態を示す図8の断面図。
(b)ウェーハの撓みが大きい状態を示す図6(a)に対応する断面図。
【図7】図6(a)及び図6(b)の接触面を重ね合わせた部分拡大図。
【図8】従来のウェーハ支持具の上にウェーハを載せた上面図。
【符号の説明】
10 ウェーハ支持具
11 支持具本体
11a 軸線
12 外周面
13 内周面
14 平坦面
16 傾斜面
17 ウェーハ
18 平坦面と傾斜面とが交わる部分
Claims (4)
- リング状の支持具本体(11)と、前記支持具本体(11)の外周面(12)と内周面(13)との間の上面に前記外周面(12)に続く熱処理前のウェーハ(17)が接触する平坦面(14)と前記平坦面(14)から前記支持具本体(11)の軸線(11a)に向って前記平坦面(14)に対して下向きに傾斜する傾斜面(16)とを有し、
前記支持具本体(11)の上面に前記ウェーハ(17)を載せて急速熱処理されるウェーハ支持具において、
前記ウェーハ(17)の直径をDとし、前記支持具本体(11)の内周面(13)の直径をr1とし、前記平坦面(14)と前記傾斜面(16)とが交わる部分(18)の直径をr2とし、前記傾斜面(16)の前記平坦面(14)に対する傾斜角度をθとするとき、
0.90D≦r1≦0.98D、0.92D≦r2≦0.99D、1.20°≦θ≦10°であることを特徴とするウェーハ支持具。 - ウェーハの直径が200mmであるとき、傾斜角度θが1.20°≦θ≦10°であり、ウェーハの直径が300mmであるとき、傾斜角度θが1.82°≦θ≦10°である請求項1記載のウェーハ支持具。
- リング状の支持具本体(11)と、前記支持具本体(11)の外周面(12)と内周面(13)との間の上面に前記外周面(12)に続く熱処理前のウェーハ(17)が接触する平坦面(14)と前記平坦面(14)から前記支持具本体(11)の軸線(11a)に向って前記平坦面(14)に対して下向きに傾斜する傾斜面(16)とを有し、
前記支持具本体(11)の上面に前記ウェーハ(17)を載せて急速熱処理されるウェーハ支持具において、
前記ウェーハ(17)の直径をDとし、前記支持具本体(11)の内周面(13)の直径をr1とし、前記平坦面(14)と前記傾斜面(16)とが交わる部分(18)の直径をr2とし、前記支持具本体(11)の外周面(12)の直径をr3とし、前記傾斜面(16)の前記平坦面(14)に対する傾斜角度をθとするとき、
0.90D≦r1≦0.98D、0.92D≦r2≦0.99D、1.0D≦r3≦1.15D、1.5°≦θ≦4°であり、
前記傾斜面(16)が曲率半径4〜1200mmの凸面に形成されることを特徴とするウェーハ支持具。 - ウェーハの直径が200mmであるとき、傾斜角度θが1.5°≦θ≦3°であり、ウェーハの直径が300mmであるとき、傾斜角度θが2°≦θ≦4°である請求項3記載のウェーハ支持具。
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