JP4211592B2 - ウェーハ支持具の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、シリコンウェーハ等に熱処理を施す際にウェーハを支持するために用いられるシリコン支持具の製造方法に関し、特に、ＳＩＭＯＸ（Separation by Implanted Oxygen）ウェーハの製造工程における酸化性雰囲気下での熱処理を施す際に好適なシリコン支持具の製造方法に関するものである。
従来、半導体デバイス等のプロセスで行われているシリコンウェーハ等の熱処理では、石英やＳｉＣから形成されたウェーハ支持具が使用されてきたが、熱処理時においてウェーハとウェーハ支持具の材質の熱膨張係数の違いからウェーハの接触部においてスリップが発生する、材質の強度に問題がある、金属汚染し易い等の観点から、近年、シリコン製のウェーハ支持具が使用されている。シリコン材料は硬い材料であるため、シリコン製のウェーハ支持具を作製するためには、ダイヤモンド砥粒を固めたブレードを回転させてシリコン材料に当てることによる切削加工を行っている。このため、シリコン製ウェーハ支持具の表面には加工ダメージ及び汚染層が導入される。導入された加工ダメージ及び汚染層をそのままにしてウェーハ支持具として使用すると、この加工ダメージ及び汚染層を起因として熱処理時にパーティクルが発生したり、ウェーハが汚染されたりし、ウェーハの歩留まりが低下する問題があった。
この問題を解決する方策として、機械加工により導入された加工ダメージ及び汚染層を化学エッチング又は化学的機械的研磨により除去又は薄くする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に示された製造方法では、加工ダメージ及び汚染層を除去又は薄くすることでこの加工ダメージ及び汚染層を起因とするパーティクルや汚染の発生を抑制しており、化学エッチングにはフッ硝酸（ＨＦ／ＨＮＯ3）又はＫＯＨ等のアルカリ系エッチャントが使用されている。
特開２００２−７６１００号公報
上記特許文献１に示されたフッ硝酸（ＨＦ／ＨＮＯ3）を用いて化学エッチングを施すことで加工ダメージ及び汚染層を除去すると、ウェーハ支持具の表面粗さは低下する。この場合、水素アニールのような還元雰囲気で熱処理を施す場合においては、パーティクルの発生等を抑制することができる。しかしながら、図４に示すように、表面粗さが低下したウェーハ支持具を用い、ＳＩＭＯＸウェーハの製造工程における熱処理のように酸化性雰囲気下でウェーハに高温熱処理を施して、ウェーハ１とウェーハ支持具２の各表面に表面酸化膜１ａ，２ｂが形成されると、表面酸化膜１ａ，２ｂの接触面積が大きいことに起因して、ウェーハ１とウェーハ支持具２の接触箇所ではこれら表面酸化膜１ａ，２ｂが一体化して、両者が貼り付いてしまう不具合が生じていた。
本発明の目的は、酸化性雰囲気下での熱処理においてもウェーハと支持具とが貼り付かないウェーハ支持具の製造方法を提供することにある。
本発明の目的は、酸化性雰囲気下での熱処理においてもウェーハと支持具とが貼り付かないウェーハ支持具の製造方法を提供することにある。
請求項１に係る発明は、シリコン材料に機械加工を施してシリコンウェーハを支持可能なウェーハ支持具の形状に成形する工程と、機械加工により成形した支持具の表面に導入された加工ダメージ及び汚染層を化学エッチングにより除去する工程とを含むウェーハの熱処理時にウェーハを支持するウェーハ支持具の製造方法の改良であり、その特徴ある構成は、化学エッチングをフッ酸、硝酸及びリン酸をそれぞれ含む混酸エッチング水溶液により行い、ウェーハと接触する部分の表面粗さＲａを０．２〜２．０μｍに制御しながら加工ダメージ及び汚染層を除去するところにある。
請求項１に係る発明では、フッ酸、硝酸及びリン酸をそれぞれ含む混酸エッチング水溶液により加工ダメージ及び汚染層を除去することでウェーハと接触する部分の表面粗さを制御することができる。具体的には従来の化学エッチングを施した後の表面粗さよりも表面粗さＲａが大きくなるように制御できる。このようにウェーハと接触する箇所の表面粗さＲａを大きくすることで、図３に示すように、酸化性雰囲気下でウェーハ１１に熱処理を施してウェーハ１１とウェーハ支持具１２の各表面に表面酸化膜１１ａ，１２ｂが形成されても、表面酸化膜１１ａと１２ｂの接触面積は比較的小さくなるため、ウェーハ１１とウェーハ支持具１２にそれぞれ形成される表面酸化膜１１ａ，１２ｂは一体化することがなく、ウェーハ１１とウェーハ支持具１２が貼り付いてしまうことがない。
請求項１に係る発明では、フッ酸、硝酸及びリン酸をそれぞれ含む混酸エッチング水溶液により加工ダメージ及び汚染層を除去することでウェーハと接触する部分の表面粗さを制御することができる。具体的には従来の化学エッチングを施した後の表面粗さよりも表面粗さＲａが大きくなるように制御できる。このようにウェーハと接触する箇所の表面粗さＲａを大きくすることで、図３に示すように、酸化性雰囲気下でウェーハ１１に熱処理を施してウェーハ１１とウェーハ支持具１２の各表面に表面酸化膜１１ａ，１２ｂが形成されても、表面酸化膜１１ａと１２ｂの接触面積は比較的小さくなるため、ウェーハ１１とウェーハ支持具１２にそれぞれ形成される表面酸化膜１１ａ，１２ｂは一体化することがなく、ウェーハ１１とウェーハ支持具１２が貼り付いてしまうことがない。
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、混酸エッチング水溶液のフッ酸、硝酸、リン酸及び水の混合割合が、体積比で５０重量％フッ酸：７０重量％硝酸：８５重量％リン酸：水が１〜１３：１〜４：１〜１３：０〜３．４である製造方法である。
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明であって、化学エッチング前の加工ダメージ及び汚染層を有する支持具の表面粗さＲａが０．１〜１μｍのとき、化学エッチングにより加工ダメージ及び汚染層を除去した支持具の表面粗さＲａが化学エッチング前に比べて０〜１００％増加する製造方法である。
請求項４に係る発明は、請求項１ないし４いずれか１項に係る発明であって、加工ダメージ及び汚染層を化学エッチングにより除去する工程の後に、フッ酸を含む水溶液により洗浄する工程を更に含み、水溶液中のフッ酸濃度が１〜５０重量％である製造方法である。
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明であって、化学エッチング前の加工ダメージ及び汚染層を有する支持具の表面粗さＲａが０．１〜１μｍのとき、化学エッチングにより加工ダメージ及び汚染層を除去した支持具の表面粗さＲａが化学エッチング前に比べて０〜１００％増加する製造方法である。
請求項４に係る発明は、請求項１ないし４いずれか１項に係る発明であって、加工ダメージ及び汚染層を化学エッチングにより除去する工程の後に、フッ酸を含む水溶液により洗浄する工程を更に含み、水溶液中のフッ酸濃度が１〜５０重量％である製造方法である。
以上述べたように、本発明のウェーハ支持具の製造方法は、シリコン材料に機械加工を施してシリコンウェーハを支持可能なウェーハ支持具の形状に成形する工程と、機械加工により成形した支持具の表面に導入された加工ダメージ及び汚染層を化学エッチングにより除去する工程とを含み、その特徴ある構成は、化学エッチングをフッ酸、硝酸及びリン酸をそれぞれ含む混酸エッチング水溶液により行い、ウェーハと接触する部分の表面粗さＲａを０．２〜２．０μｍに制御しながら加工ダメージ及び汚染層を除去するところにある。フッ酸、硝酸及びリン酸をそれぞれ含む混酸エッチング水溶液により加工ダメージ及び汚染層を除去することでウェーハと接触する部分の表面粗さを制御する。具体的には従来の化学エッチングを施した後の表面粗さよりも表面粗さＲａが大きくなるように制御する。このようにウェーハと接触する箇所の表面粗さＲａを大きくすることで、ウェーハとの接触面積を比較的小さくでき、酸化性雰囲気下でウェーハの熱処理を施してもウェーハとウェーハ支持具にそれぞれ形成される表面酸化膜が一体化せず、点での接触を維持するのでウェーハとウェーハ支持具が貼り付いてしまうことがない。
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
本発明におけるウェーハの熱処理時にウェーハを支持するウェーハ支持具は、図１に示すように、複数の凹溝を有し各凹溝に複数枚のウェーハを鉛直に支持する横型のボートタイプのウェーハ支持具１２や、図２に示すような複数枚のウェーハを各ウェーハ間の間隔をあけて水平に支持する縦型のホルダータイプのウェーハ支持具２４、一枚のウェーハを水平に支持する枚葉式の支持具などが挙げられるが、ウェーハを支持可能であればその形状は特に問わない。
本発明におけるウェーハの熱処理時にウェーハを支持するウェーハ支持具は、図１に示すように、複数の凹溝を有し各凹溝に複数枚のウェーハを鉛直に支持する横型のボートタイプのウェーハ支持具１２や、図２に示すような複数枚のウェーハを各ウェーハ間の間隔をあけて水平に支持する縦型のホルダータイプのウェーハ支持具２４、一枚のウェーハを水平に支持する枚葉式の支持具などが挙げられるが、ウェーハを支持可能であればその形状は特に問わない。
本発明のウェーハ支持具の製造方法は、シリコン材料に機械加工を施してシリコンウェーハを支持可能なウェーハ支持具の形状に成形する工程と、機械加工により成形した支持具の表面に導入された加工ダメージ及び汚染層を化学エッチングにより除去する工程を含む。横型のボートタイプのウェーハ支持具の製造方法としては、先ず、シリコン材料として単結晶シリコンインゴットを用意する。２００ｍｍシリコンウェーハを横型熱処理炉にて熱処理するのであれば、２００ｍｍ単結晶シリコンインゴットをシリコン材料として用いるのが好ましい。またシリコン材料に単結晶インゴットを用いるのは金属汚染を抑制するためである。このシリコン材料に機械加工を施して複数枚のウェーハを支持可能なボートタイプのウェーハ支持具の形状に成形する。機械加工では、ダイヤモンド砥粒を固めたブレードを回転させながら、切削する箇所に当てることで所望の形状に成形していく。ブレードやこのブレードを稼働させる装置からの金属汚染もあるので、機械加工の途中にシリコン材料に対してフッ硝酸によるエッチングを施すことが好ましい。この機械加工によりシリコン材料は所望の形状に成形されるが、成形体の表面には加工ダメージ及び汚染層が導入される。
次に、機械加工により成形した成形体の表面に導入された加工ダメージ及び汚染層を、化学エッチングにより除去する。本発明の特徴ある構成は、この化学エッチングをフッ酸、硝酸及びリン酸をそれぞれ含む混酸エッチング水溶液により行い、ウェーハと接触する部分の表面粗さを制御しながら加工ダメージ及び汚染層を除去するところにある。フッ酸、硝酸及びリン酸をそれぞれ含む混酸エッチング水溶液により加工ダメージ及び汚染層を除去することでウェーハと接触する部分の表面粗さを制御することができる。具体的には従来の化学エッチングを施した後の表面粗さよりも表面粗さＲａが大きくなるように制御できる。このようにウェーハと接触する箇所の表面粗さＲａを大きくすることで、ウェーハとウェーハ支持具の接触面積を比較的小さくする。ウェーハとの接触面積を比較的小さくしたウェーハ支持具を用い、酸化性雰囲気下でウェーハの熱処理を施して、ウェーハとウェーハ支持具に表面酸化膜をそれぞれ形成しても、ウェーハとウェーハ支持具にそれぞれ形成される表面酸化膜が一体化しないのでウェーハとウェーハ支持具が貼り付いてしまうことがない。
化学エッチングに用いる混酸エッチング水溶液は、フッ酸、硝酸、リン酸及び水の混合割合が、体積比で５０重量％フッ酸：７０重量％硝酸：８５重量％リン酸：水が１〜１３：１〜４：１〜１３：０〜３．４である。上記配合割合の範囲内に規定したのは、この範囲内のエッチング液で表面粗さを増加できるからである。混酸エッチング水溶液の混合割合は、体積比で５０重量％フッ酸：７０重量％硝酸：８５重量％リン酸：水が１〜１３：１〜４：１〜１３：０〜３．４が好ましい。このうち、５０重量％ＨＦ：７０重量％ＨＮＯ3：Ｈ2Ｏ：８５重量％Ｈ3ＰＯ4を体積比で２：１：１：４の割合で混合した混酸エッチング水溶液が好適である。
化学エッチングは、この混酸エッチング液を用いて、約１０〜３０秒間のエッチングを１〜６回程度行い、加工ダメージ及び汚染層を１０〜１００μｍ除去する。このうち、約３０秒間のエッチングを６回程度行い、加工ダメージ及び汚染層を５０〜１００μｍ除去することが好適である。
このような組成を有する混酸エッチング液により、加工ダメージ及び汚染層をエッチングすることで、化学エッチング前の加工ダメージ及び汚染層を有する支持具の表面粗さＲａが０．１〜１μｍのとき、化学エッチングにより加工ダメージ及び汚染層を除去した支持具の表面粗さＲａは化学エッチング前に比べて０〜１００％増加する。
化学エッチングは、この混酸エッチング液を用いて、約１０〜３０秒間のエッチングを１〜６回程度行い、加工ダメージ及び汚染層を１０〜１００μｍ除去する。このうち、約３０秒間のエッチングを６回程度行い、加工ダメージ及び汚染層を５０〜１００μｍ除去することが好適である。
このような組成を有する混酸エッチング液により、加工ダメージ及び汚染層をエッチングすることで、化学エッチング前の加工ダメージ及び汚染層を有する支持具の表面粗さＲａが０．１〜１μｍのとき、化学エッチングにより加工ダメージ及び汚染層を除去した支持具の表面粗さＲａは化学エッチング前に比べて０〜１００％増加する。
本発明の製造方法により得られたウェーハ支持具のウェーハと接触する部分の表面粗さＲａは０．２〜２．０μｍに制御される。表面粗さＲａが０．２μｍ未満であると、酸化性雰囲気下での熱処理時にウェーハとウェーハ支持具にそれぞれ形成される表面酸化膜が一体化してしまう不具合を生じ、表面粗さＲａが２．０μｍを越えると、ウェーハに傷を与えるおそれがある。好ましい表面粗さＲａは１〜２μｍである。
加工ダメージ及び汚染層を化学エッチングにより除去する工程の後に、フッ酸を含む水溶液により洗浄する工程を更に含むことで、残存する金属不純物を除去できる。フッ酸を含む水溶液中のフッ酸濃度は１〜５０重量％である。好ましいフッ酸濃度は５〜５０重量％である。このフッ酸を含む水溶液に１時間ほど浸漬させて洗浄し、自然乾燥させる。
このように上記工程を経ることにより、本発明のシリコン製ウェーハ支持具が得られる。本実施の形態では図１に示すように、本発明のウェーハ支持具１２に形成された複数の凹溝１２ａに複数枚のウェーハ１１をそれぞれ鉛直に支持する。このウェーハ１１を支持したウェーハ支持具１２を図示しない熱処理炉内に設置し、加熱することで、ウェーハ１１が熱処理される。
このように上記工程を経ることにより、本発明のシリコン製ウェーハ支持具が得られる。本実施の形態では図１に示すように、本発明のウェーハ支持具１２に形成された複数の凹溝１２ａに複数枚のウェーハ１１をそれぞれ鉛直に支持する。このウェーハ１１を支持したウェーハ支持具１２を図示しない熱処理炉内に設置し、加熱することで、ウェーハ１１が熱処理される。
上記製造方法により得られた本発明のシリコン製のウェーハ支持具は、支持具１２に加工ダメージ及び汚染層を有さず、ウェーハ１１と接触する部分の表面粗さＲａが０．２〜２．０μｍであることを特徴とする。このような特徴を有する本発明のウェーハ支持具は、ウェーハとの接触面積が比較的小さいため、図３に示すように、酸化性雰囲気下でウェーハ１１の熱処理を施してもウェーハ１１とウェーハ支持具１２にそれぞれ形成される表面酸化膜１１ａ，１２ｂが一体化することなく、点接触するに留まるのでウェーハ１１とウェーハ支持具１２が貼り付いてしまうことがない。
なお、本実施の形態ではウェーハ支持具の形状を図１に示すようなウェーハを鉛直に支持する形状のウェーハ支持具１２として説明したが、図２に示すようなウェーハを水平に支持する形状のウェーハ支持具２４にも適用できる。なお、図２中の符号２１は棒状の複数の支持柱であり、符号２３は複数の支持柱２１の所定の高さに形成された凹溝であり、符号２２は凹溝２３の下部水平面に載せるベースプレートである。ウェーハ支持具２４は複数本の支持柱２１の同一水平面内に位置する４つの支持具用凹溝２３の下部水平面に載せられたベースプレート２２の上に載せられ、このウェーハ支持具２４の上面にはシリコンウェーハ２６が載るように構成される。
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
先ず、シリコン材料として単結晶シリコンインゴットを用意した。このシリコン材料に機械加工を施して複数枚のウェーハを支持可能なボートタイプのウェーハ支持具の形状に成形した。機械加工の途中にはシリコン材料に対してフッ硝酸によるエッチングを施した。この機械加工により成形された成形体の表面には加工ダメージ及び汚染層が導入された。次に、機械加工により成形した成形体の表面に導入された加工ダメージ及び汚染層を、化学エッチングにより除去した。エッチング液には５０重量％ＨＦ：７０重量％ＨＮＯ3：Ｈ2Ｏ：８５重量％Ｈ3ＰＯ4を体積比で２：１：１：４の割合で混合した混酸エッチング水溶液を用いた。化学エッチングは、この混酸エッチング液を用いて、約３０秒間のエッチングを６回程度行い、加工ダメージ及び汚染層を５０〜１００μｍ除去した。ウェーハ支持具のウェーハと接触する部分の表面粗さＲａを測定したところ、２．０μｍであった。このようにしてボートタイプのシリコン製ウェーハ支持具を作製した。
＜実施例１＞
先ず、シリコン材料として単結晶シリコンインゴットを用意した。このシリコン材料に機械加工を施して複数枚のウェーハを支持可能なボートタイプのウェーハ支持具の形状に成形した。機械加工の途中にはシリコン材料に対してフッ硝酸によるエッチングを施した。この機械加工により成形された成形体の表面には加工ダメージ及び汚染層が導入された。次に、機械加工により成形した成形体の表面に導入された加工ダメージ及び汚染層を、化学エッチングにより除去した。エッチング液には５０重量％ＨＦ：７０重量％ＨＮＯ3：Ｈ2Ｏ：８５重量％Ｈ3ＰＯ4を体積比で２：１：１：４の割合で混合した混酸エッチング水溶液を用いた。化学エッチングは、この混酸エッチング液を用いて、約３０秒間のエッチングを６回程度行い、加工ダメージ及び汚染層を５０〜１００μｍ除去した。ウェーハ支持具のウェーハと接触する部分の表面粗さＲａを測定したところ、２．０μｍであった。このようにしてボートタイプのシリコン製ウェーハ支持具を作製した。
＜比較例１＞
材質をＳｉＣに代えて、実施例１と同形状のボートタイプのウェーハ支持具を作製した。
材質をＳｉＣに代えて、実施例１と同形状のボートタイプのウェーハ支持具を作製した。
＜比較試験＞
実施例１で作製したウェーハ支持具を用いてシリコンウェーハのサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．１２に熱処理を施した。同様に、比較例１で作製したウェーハ支持具を用いてシリコンウェーハのサンプルＮｏ．１３〜Ｎｏ．２４に熱処理を施した。熱処理は酸化性雰囲気下１３００℃の温度で２０時間保持した。熱処理を終えたウェーハサンプルをウェーハ支持具から取出し、ウェーハに発生したスリップの最大長さと合計長さをそれぞれ測定した。表１にその結果をそれぞれ示す。
実施例１で作製したウェーハ支持具を用いてシリコンウェーハのサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．１２に熱処理を施した。同様に、比較例１で作製したウェーハ支持具を用いてシリコンウェーハのサンプルＮｏ．１３〜Ｎｏ．２４に熱処理を施した。熱処理は酸化性雰囲気下１３００℃の温度で２０時間保持した。熱処理を終えたウェーハサンプルをウェーハ支持具から取出し、ウェーハに発生したスリップの最大長さと合計長さをそれぞれ測定した。表１にその結果をそれぞれ示す。
表１より明らかなように、ＳｉＣ製のウェーハ支持具を用いて熱処理を施したウェーハサンプルＮｏ．１３〜Ｎｏ．２４は、スリップの最大長さが総じて大きく、合計長さもかなりの長さに達していた。これに対して本発明のウェーハ支持具を用いて熱処理を施したウェーハサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．１２ではスリップの最大長さ、スリップの合計長さそれぞれ低減されていた。
１１ シリコンウェーハ
１１ａ 表面酸化膜
１２ ウェーハ支持具
１２ａ 凹溝
１２ｂ 表面酸化膜
１１ａ 表面酸化膜
１２ ウェーハ支持具
１２ａ 凹溝
１２ｂ 表面酸化膜
Claims (4)
- シリコン材料に機械加工を施してシリコンウェーハを支持可能なウェーハ支持具の形状に成形する工程と、前記機械加工により成形した支持具の表面に導入された加工ダメージ及び汚染層を化学エッチングにより除去する工程とを含むウェーハの熱処理時に前記ウェーハを支持するウェーハ支持具の製造方法において、
前記化学エッチングをフッ酸、硝酸及びリン酸をそれぞれ含む混酸エッチング水溶液により行い、ウェーハと接触する部分の表面粗さＲａを０．２〜２．０μｍに制御しながら前記加工ダメージ及び汚染層を除去することを特徴とするウェーハ支持具の製造方法。 - 混酸エッチング水溶液のフッ酸、硝酸、リン酸及び水の混合割合が、体積比で５０重量％フッ酸：７０重量％硝酸：８５重量％リン酸：水が１〜１３：１〜４：１〜１３：０〜３．４である請求項１記載の製造方法。
- 化学エッチング前の加工ダメージ及び汚染層を有する支持具の表面粗さＲａが０．１〜１μｍのとき、化学エッチングにより加工ダメージ及び汚染層を除去した支持具の表面粗さＲａが前記化学エッチング前に比べて０〜１００％増加する請求項１記載の製造方法。
- 加工ダメージ及び汚染層を化学エッチングにより除去する工程の後に、フッ酸を含む水溶液により洗浄する工程を更に含み、前記水溶液中のフッ酸濃度が１〜５０重量％である請求項１ないし３いずれか１項に記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003419631A JP4211592B2 (ja) | 2003-12-17 | 2003-12-17 | ウェーハ支持具の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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