JP4228347B2 - ウェーハ支持体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体処理装置内に設置され、ウェーハ、例えばシリコンウェーハ等の半導体ウェーハを支持するウェーハ支持体に関し、特にオリエンテーションフラット付きウェーハのオリエンテーションフラット部を効果的に保持することができるようにしたウェーハ支持体に関する。
【0002】
【関連技術】
半導体デバイスの材料となるシリコンウェーハ(以下、単にウェーハということもある)は、主にチョクラルスキー法(Czochralski:以下CZ法という)で育成されたシリコン単結晶を円板状に加工し、主表面を研磨することにより得られる。このようなウェーハには通常7〜10×1017atoms/cm3程度(JEIDA)の酸素が過飽和状態で含まれているため、デバイスプロセスの熱処理中に酸素析出物として析出する。この酸素析出物は、ウェーハ表面に形成されるデバイス活性領域に析出すると、接合リークの低下等デバイス特性に悪影響を及ぼすが、他方、デバイス活性領域以外のバルク中に析出すると、デバイスプロセス中にウェーハ内部へ混入した金属元素を捕獲するゲッタリングサイトとして機能する。なお、JEIDAは日本電子工業振興協会(現在は、JEITA:日本電子情報技術産業協会に改称された。)の略称である。
【0003】
近年、ウェーハの出荷段階において酸素析出物は析出していないが、デバイス活性領域が形成される表面近傍に酸素析出物の形成がない無欠陥層(Denuded Zone:以下DZ層という)を維持したまま、デバイスプロセスでの熱処理によってデバイス活性領域より深いバルク位置に酸素析出物を析出させてゲッタリング能力を付与するというウェーハの製造方法が提案されている(例えば、特許文献1)。
【0004】
この方法はウェーハを窒素、アンモニア、アルゴンガス等、あるいはこれらの混合ガス雰囲気中で、例えば、50℃/secといった昇温速度で室温付近より急速昇温し、1200℃前後の温度で数十秒程度加熱保持した後、例えば、50℃/secといった降温速度で急速に冷却することを特徴としている。このような急速昇温、急速降温処理を行う急速熱プロセス(Rapid ThermalProcess、以下RTPという)装置の加熱源としてはハロゲンランプが広く用いられている。このようなRTP装置の中にはウェーハWの外周部だけを支持する環状ウェーハ支持体10(図9)を備えているものがあり、これによってウェーハWは水平に保持される。
【0005】
この環状ウェーハ支持体10の一つの構造例を図9〜図12を用いて以下に説明する。図9〜図12に示すように、ウェーハ支持体10は断面が下向きのコの字をした環状のウェーハ支持体本体12と、該ウェーハ支持体本体12から内方に延出した同じく環状の支持棚部14からなる。一般に、8インチ以上のウェーハには結晶方位を指定するオリエーテーションノッチ(以下ノッチという)が形成されており、支持棚部14上にウェーハWのノッチ部WNが完全に載置支持されるよう支持棚部14の幅が設計されている。そのため、ウェーハWの第一主表面と第2主表面はウェーハ支持体10により光学的にほぼ完全に分離されている。
【0006】
通常、ウェーハWは第1主表面から所定の距離に配置される、例えば、ハロゲンランプ(図示せず)によって第1主表面側が加熱される。一方、ウェーハWの温度は第2主表面から所定の距離に配置される赤外線センサー(図示せず)により第2主表面側から計測される。ウェーハの温度制御は、この赤外線センサーで計測した温度データに基づきハロゲンランプにフィードバックをかけて制御する。赤外線センサーで温度計測する際に、第1主表面側の加熱ランプからの光が第2主表面側に位置するセンサーに入るとノイズの原因になるため、支持棚部14上にノッチ部WNが完全に載置支持され、ウェーハWとウェーハ支持体10の間に光が透過するような隙間を発生させないことが重要である。なお、第1主表面と第2主表面は被処理ウェーハWの表面と裏面の関係であるが、表面、裏面のいずれかを第1主表面とすれば第2主表面は第1主表面と反対の側の面を意味する。
【0007】
RTA装置内において、ノッチ付きウェーハWがウェーハ支持体10に載置支持された状態で、例えば、1200℃という高温に加熱されると、ノッチ付きウェーハWはウェーハの自重と加熱の作用によりウェーハWの中心部が下がり御椀状の形状へと変化する(図12)。ウェーハWには御椀形状のソリが発生するが、同心円状に点対称に反るため、結果としてウェーハ支持体10の支持棚部14の最内周部全体と均一に接触する。このため、ウェーハWの自重が均一にウェーハ支持体に分散され、応力が臨界のせん断応力を超えることがなく、スリップ転位が発生しない。
【0008】
一方、6インチ以下のウェーハには結晶方位を指定するオリエンテーションフラット(以下OFということがある)が主に形成されている。このOF付ウェーハを支持するウェーハ支持体は、図9〜図12に示したウェーハ支持体とは異なる構造を有しており、図13〜図15を用いて以下に説明する。図13〜図15に示すように、このOF付きウェーハWを支持するウェーハ支持体20は断面が下向きのコの字をした環状のウェーハ支持体本体22と、該ウェーハ支持体本体22から内方に延出した同じく環状でOF付きウェーハWを載置支持する支持棚部24とを有している。そして、この支持棚部24はOF付きウェーハWのOF以外のウェーハエッジ部分を支持するエッジ支持部24a、及びOF部を支持する直線形状のOF支持部24bからなる。このエッジ支持部24aとOF支持部24bは同一平面上にあり、OF付きウェーハはエッジ全体でウェーハ支持体20と接触することになるので、前述したようにOF付きウェーハWの第1主表面と第2主表面はウェーハ支持体20により光学的にほぼ完全に分離されるので、加熱ランプからの光がセンサーに入らない構造となる。
【0009】
【特許文献1】
特表2001−503009号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
RTA装置内において、OF付きウェーハWがウェーハ支持体20に支持された状態で、例えば、1200℃という高温に加熱されるとOF付きウェーハWはウェーハの自重と加熱の作用によりウェーハWの中心部が下がり御椀状の形状へと変化する。しかしながら、OF付きウェーハWは円形のウェーハの一部分が直線的な形状をしているという特異性から、OF部分はソリが発生する前、すなわち加熱前は直線形状であるが、ソリが発生した後、すなわち加熱中の形状は直線部の中心付近が窪んだ凹型形状になる。他方、ウェーハを支持するウェーハ支持体20の加熱によるソリは、ウェーハのソリに比べて無視できる程度であり、加熱前の形状と同一であるといえるため、加熱中のウェーハWのOF部とウェーハ支持体20の接触は、図16に示すようにウェーハWのOF中心部分28でのみ接触することになり、この部分にウェーハの自重によるせん断応力以上の強い応力が集中し、スリップが発生する。
【0011】
本発明はこれらの問題に鑑みなされたものであり、OF付きウェーハを載置支持するウェーハ支持体であって、RTP装置による熱処理を行っても該ウェーハのOF中心部にせん断応力を超える応力が発生せず、スリップの発生が防止された構造のウェーハ支持体を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明のウェーハ支持体は、熱処理室と該熱処理室の上部に配置された加熱ランプと該熱処理室の下部に配置された温度センサーとを有する熱処理装置において、該熱処理室内で熱処理されるオリエンテーションフラット付きウェーハを支持しかつ該熱処理室内に設置される環状のウェーハ支持体であって、該ウェーハの該オリエンテーションフラット部以外のウェーハエッジ部分を支持する環状の支持棚部と、該オリエンテーションフラット部を下方から空隙を介して覆う被覆棚部と、を備えたことを特徴とする。このような構造のウェーハ支持体上にOF付きウェーハを載置すれば、急速加熱によってウェーハが下向きの御椀状に反ることによりOF部分が下向きの凹状に反っても、ウェーハのOF部とウェーハ支持体の被覆棚部の間には空隙が存在するので、たとえ該ウェーハのOF部分が該被覆棚部と接触しても、接触によって発生する応力は弱くなり、該ウェーハのOF中心部にはせん断応力を超える応力が発生しなくなる。
【0013】
また、前記被覆棚部は、支持棚部の内周面から内方に延出し、支持棚部の内周面と交わるオリエンテーションフラット部の長さより長い弦と、該弦によって分割された該支持棚部の内周面のうち短い円弧とによって囲まれた劣弓形形状に形成されるのが好適である。さらに、前記被覆棚部と前記オリエンテーションフラット部の間の空隙を形成する支持棚部の表面と被覆棚部の表面の段差Lは10μm以上10mm以下であることが好ましい。被覆棚部を上記のような形状とし、支持棚部の表面と被覆棚部の表面の段差Lを10μm以上10mm以下とすることにより、ウェーハのオリエンテーションフラット部を被覆棚部で下方から空隙を介して覆うことができる。
【0014】
前記被覆棚部は、内方へ向かうにつれて下方に傾斜する形状をしていることが望ましい。このように、前記被覆棚部に内方へ向かって下方に傾斜する形状とすれば、ウェーハのオリエンテーションフラット部を被覆棚部で下から空隙を介して覆うことができる。また、前記被覆棚部と前記オリエンテーションフラット部の間の空隙は10μm以上10mm以下であることが好ましい。
【0015】
前記被覆棚部の端部がウェーハのオリエンテーションフラット部からウェーハ中心方向に向かって1mm以上10mm以内の範囲に位置するようにすれば、加熱ランプの光がウェーハ第2主表面側に設置した温度センサーに入りこんで有害なノイズになることがないという有利さがある。
【0016】
また、前記ウェーハ支持体が、環状のウェーハ支持体本体と、該ウェーハ支持体本体から内方に延出する環状の支持棚部と、該支持棚部から内方に延出する劣弓形形状の被覆棚部とを有し、該ウェーハ支持体本体、支持棚部及び被覆棚部の厚さはそれぞれ5mm以下であることが特に望ましい。
【0017】
このように、ウェーハ支持体を構成するウェーハ支持体本体、支持棚部、被覆棚部の厚さをそれぞれ5mm以下にすれば熱容量が小さくなるため、急速加熱処理を行ってもウェーハWと接触する部分の温度変化がウェーハWの温度変化に十分に追随できるので、ウェーハの接触部分からのスリップ発生を防ぐことができる。
【0018】
さらに、支持棚部の幅は1mm以上5mm以内であることが好ましい。支持棚部の幅が1mm以上5mm以内より好ましくは3mm以内であれば、同じく熱容量が小さいため、急速加熱処理を行ってもウェーハWと接触する部分の温度変化がウェーハWの温度変化に十分に追随できるので、ウェーハWの接触部分からのスリップ発生を同様に防ぐことができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面中図1〜図8に基づいて説明するが、図示例は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。
【0020】
図1は本発明のウェーハ支持体を搭載したRTP処理装置の構造を示す概略説明図である。RTP装置100はハウジング107を有しており、該ハウジング107内には石英チューブからなる熱処理室104が設けられている。該熱処理室104の上部に加熱用ハロゲンランプ103が配置されている。ハロゲンランプ103は棒状のランプを複数本並列配置してもよいし、バブル状ランプをウェーハWの中心から同心円状に配置してもよい。熱処理室104にはウェーハWを投入するためのウェーハ投入口105と、置換ガスやプロセスガスのガス導入口106が設けられており、それらと反対側の端には導入したガスを排気するためのガス排出口108が設けられている。この熱処理室104にはウェーハ支持体30を保持するためのサポートリング101が設置されている。
【0021】
ウェーハWはウェーハ支持体30により支持される。ハウジング107の間隙112には赤外線センサー111が配置されており、赤外線センサー111で検出した温度信号が制御用コントローラー109に送られて、規定の昇温速度、降温速度、保持温度になるようにランプ加熱源110の出力を制御できるようになっている。サポートリング101とウェーハ支持体30は加熱ランプから放射される光に対して不透明、かつ、汚染の無い材料を用いるとよく、通常はカーボンを炭化ケイ素でコーティングした材料を用いるとよい。
【0022】
図2は本発明のウェーハ支持体の一つの実施の形態を示す概略上面説明図である。図3は図2のウェーハ支持体の要部を示す断面斜視説明図で、(a)はウェーハを除いた状態、(b)はウェーハを載置した状態を示す。図4は図2のウェーハ支持体にウェーハを載置した状態を示す上面説明図である。図5は図4のV−V線断面図である。
【0023】
ウェーハ支持体30は、断面が下向きのコの字をした環状のウェーハ支持体本体32と、該ウェーハ支持体本体32から内方に延出した同じく環状で、OF付きウェーハWのOF以外のウェーハエッジ部分WEを載置する支持棚部34と、該支持棚部34から段差Lで内方に延出し、OF部を下方から空隙38を介して覆う被覆棚部36からなる。
【0024】
この被覆棚部36は、支持棚部34の内周部から内方に延出し、支持棚部34の内周面と交わるOF部の長さよりも長い弦36aと、該弦36aによって分割された該支持棚部34の内周面のうち短い円弧36bとによって囲まれた劣弓形形状に形成されている。換言すれば、図2〜図5に示されるように、該弦36aは被覆棚部36の端部36aに一致し、円弧36bは支持棚部34の内周面の一部となる。
【0025】
支持棚部34の幅は1mm以上で5mm以内、より望ましくは3mm以内である。支持棚部34の幅が5mmを超えるとウェーハ支持体30の熱容量が大きくなり、急速加熱中にウェーハWと接触する支持棚部34の温度がウェーハWの温度変化に追随できなくなる。
【0026】
そのため、ウェーハWの外周部の温度が低くなって面内の温度分布が不均一となり、支持棚部34と接触するウェーハWの外周部からスリップが発生する。また、支持棚部34の幅が1mm以下であると、ウェーハWをロボットで搬送して支持棚部34上に積載する際の搬送の余裕が極端に小さくなるので、搬送スピードを小さくして搬送精度を上げる必要が出てくる。
【0027】
また、ウェーハ支持体30の厚さは5mm以下、より好ましくは1mm以下が望ましい。厚さが5mmを超えると、ウェーハ支持体30の熱容量が大きくなり、急速加熱中にウェーハWと接触する支持棚部34の温度がウェーハWの温度変化に追随できなくなる。そのため、前述の場合と同様にウェーハ面内の温度分布が不均一となり、支持棚部34と接触するウェーハWの外周部からスリップが発生する。
【0028】
被覆棚部36の端部36aは、ウェーハWのOF部からウェーハ中心方向に向かって1mm以上10mm以内の範囲にあることが好ましい。このようにすれば、ウェーハのOF部は下方から空隙38を介して覆われるので、加熱ランプの光がウェーハ第2主表面側に設置した温度センサーに入りこんで有害なノイズになることはない。また、支持棚部34と被覆棚部36の段差Lは10μm以上10mm以内とすることが好ましい。OF付きウェーハWとウェーハ支持体30の支持棚部34は、OF部以外のウェーハ外周部全体で接触する。一方、OF部はウェーハ支持体30の被覆棚部36と段差Lによる空隙38を介して対向しているため、加熱中に反りが発生してもウェーハ支持体30の被覆棚部36と非接触となるか、あるいは従来よりも弱い接触となり、応力が分散される。この結果、発生する応力がせん断応力以下に押さえられるため、スリップの発生が防止できる。
【0029】
なお、本発明のウェーハ支持体30は、OF付きウェーハのみならずノッチ付きウェーハも処理することが可能であるため、従来のウェーハ支持体のように、OF付きウェーハを処理する際とノッチ付きウェーハを処理する際のウェーハ支持体の交換が不要となり、生産性の面でも有利となる。
【0030】
図6は本発明におけるウェーハ支持体の別の実施形態を示す概略上面説明図である。図7は図6に示したウェーハ支持体の要部を示す断面斜視説明図で、(a)はウェーハを除いた状態、(b)はウェーハを載置した状態を示す。ウェーハ支持体40のウェーハ支持体本体42と支持棚部44は、図2〜図5に示したウェーハ支持体30と同一構造である。一方、被覆棚部46は内方に向かうにつれて下方に傾斜する形状をしており、その端部46aはウェーハWのOF部からウェーハ中心方向に向かって1mm以上10mm以内の範囲にあることが好ましい。このようにすれば、ウェーハWのOF部は下から覆われるので、加熱ランプの光がウェーハ裏面側に設置した温度センサーに入りこんで有害なノイズになることはない。なお、該被覆棚部46は図2〜図5の場合と同様に上面から見て劣弓形形状をなしており、図6及び図7に示されるように、劣弓形形状の弦46aは被覆棚部46の端部46aと一致し、また円弧46bは支持棚部の内周の一部となる。
【0031】
図8は図6のVIII−VIII線断面図で、被覆棚部46のOFに対応する部位における断面状態を示す。この被覆棚部46は内方に向かうにつれて下方に傾斜する形状であるため、支持棚部44と接触している被覆棚部46の高さは、支持棚部44と同一であるが、内方に向かうにつれ下方へ傾斜しており、OF部の中心部に対応する部位ではウェーハWと被覆棚部46の間に空隙48が形成される。被覆棚部46をこのような形状にすれば、ウェーハWと被覆棚部46の間に形成される空隙48はOF中心で最も大きくなる。そのため、加熱中のウェーハWに反りが発生し、OFの中心部が窪んだ凹型に変形しても、空隙48が10μm以上10mm以下の範囲で形成されれば、ウェーハWと被覆棚部46は接触しないか、従来よりも弱く接触する。この結果、従来よりもOF中心部に発生する応力は分散され、スリップの発生が防止できる。
【0032】
【実施例】
以下に実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈されるべきでないことはいうまでもない。
【0033】
(実施例1)
6インチn型OF付きウェーハを50枚準備し、RTP処理装置へ投入する前に反りを測定したところ、15〜20μmであった。このうち25枚を、図2〜図5に示したような本発明のウェーハ支持体を取り付けたRTP処理装置に1枚ずつ投入し熱処理を行った。ウェーハは、室温で装置に投入され、60℃/秒で1200℃まで昇温、1200℃で30秒間保持、60℃/秒で室温まで降温された後、装置外へ取り出された。これら25枚のウェーハをX線トポグラフィ装置で観察したところ、スリップの発生は0枚であった。
【0034】
(比較例1)
残り25枚のウェーハを、図13〜図15に示したような従来のウェーハ支持体を取り付けたRTP処理装置に1枚ずつ投入し実施例と同じ条件の熱処理を行った。その後、25枚のウェーハをX線トポグラフィ装置で観察したところ、スリップの発生は14枚であった。上記した実施例1及び比較例1から明らかなごとく、RTP装置による熱処理の際に従来のウェーハ支持体を用いるとスリップが発生していたウェーハであっても、本発明のウェーハ支持体を用いることによってスリップの発生を皆無とすることができることが確認された。
【0035】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、OF付きウェーハを加熱するRTP処理装置において、ウェーハのOF部以外のウェーハ外周部を支持する支持棚部と、空隙を介して下からOF部を覆う被覆棚部とを備えたウェーハ支持体を用いることにより、熱処理中に発生するOF部とウェーハ支持体との接触を緩和して、該接触に起因したスリップを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のウェーハ支持体を搭載したRTP装置の構造を示す概略説明図である。
【図2】 本発明のウェーハ支持体の一つの実施の形態を示す概略上面説明図である。
【図3】 図2に示したウェーハ支持体の要部を示す断面斜視説明図で、(a)はウェーハを除いた状態、(b)はウェーハを載置した状態を示す。
【図4】 図2に示したウェーハ支持体にウェーハを載置した状態を示す上面説明図である。
【図5】 図4のV−V線断面図である。
【図6】 本発明のウェーハ支持体の別の実施の形態を示す概略上面説明図である。
【図7】 図6に示したウェーハ支持体の要部を示す断面斜視説明図で、(a)はウェーハを除いた状態、(b)はウェーハを載置した状態を示す。
【図8】 図6のVIII−VIII線断面図である。
【図9】 従来のウェーハ支持体の一つの構造例におけるウェーハ支持状態を示す要部の断面斜視説明図である。
【図10】 図9のウェーハ支持体の全体構造を示す概略上面説明図である。
【図11】 図10のXI−XI線断面図である。
【図12】 図11のウェーハ支持状態における熱処理時のウェーハの反りの状態を示す断面説明図である。
【図13】 従来のウェーハ支持体の他の構造例を示す概略上面説明図である。
【図14】 図13に示したウェーハ支持体にウェーハを載置した状態を示す上面説明図である。
【図15】 図14のXV−XV線断面図である。
【図16】 図14のウェーハ支持状態における熱処理時のウェーハの反りの状態を図14のXVI−XVI線によって断面し拡大して示す断面説明図である。
【符号の説明】
10,20:従来のウェーハ支持体、12,22:従来のウェーハ支持体本体、14,24:従来の支持棚部、24a:エッジ支持部、24b:OF支持部、28:OF中心部分、30,40:本発明のウェーハ支持体、32,42:ウェーハ支持体本体、34,44:支持棚部、36,46:被覆棚部、36a,46a:弦又は端部、38,48:空隙、100:RTP装置、101:サポートリング、103:ハロゲンランプ、104:熱処理室、105:ウェーハ投入口、106:ガス導入口、107:ハウジング、108:ガス排出口、109:制御用コントローラー、110:ランプ加熱源、111:赤外線センサー、112:間隙、L:段差、OF:ウエーハオリエンテーションフラット部、W:ウェーハ、WE:ウェーハエッジ部分、WN:ウェーハノッチ部。
Claims (8)
- 熱処理室と該熱処理室の上部に配置された加熱ランプと該熱処理室の下部に配置された温度センサーとを有する熱処理装置において、該熱処理室内で熱処理されるオリエンテーションフラット付きウェーハを支持しかつ該熱処理室内に設置される環状のウェーハ支持体であって、該ウェーハの該オリエンテーションフラット部以外のウェーハエッジ部分を支持する環状の支持棚部と、該オリエンテーションフラット部を下方から空隙を介して覆う被覆棚部と、を備えたことを特徴とするウェーハ支持体。
- 前記被覆棚部は、前記支持棚部の内周面から内方に延出し、該支持棚部の内周面と交わるオリエンテーションフラット部の長さより長い弦と、該弦によって分割された該支持棚部の内周面のうち短い円弧とによって囲まれた劣弓形形状に形成されることを特徴とする請求項1に記載のウェーハ支持体。
- 前記被覆棚部と前記オリエンテーションフラット部の間の空隙を形成する前記支持棚部の表面と前記被覆棚部の表面の段差Lは10μm以上10mm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のウェーハ支持体。
- 前記被覆棚部は、内方へ向かうにつれて下方に傾斜する形状であることを特徴とする請求項2に記載のウェーハ支持体。
- 前記被覆棚部と前記オリエンテーションフラット部の間の空隙は10μm以上10mm以下であることを特徴とする請求項4に記載のウェーハ支持体。
- 前記ウェーハ支持体が、環状のウェーハ支持体本体と、該ウェーハ支持体本体から内方に延出する環状の支持棚部と、該支持棚部から内方に延出する劣弓形形状の被覆棚部とを有し、該ウェーハ支持体本体、支持棚部及び被覆棚部の厚さはそれぞれ5mm以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のウェーハ支持体。
- 前記支持棚部の幅が1mm以上5mm以内であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のウェーハ支持体。
- 前記被覆棚部の端部が前記オリエンテーションフラット部からウェーハ中心方向に向かって1mm以上10mm以内の範囲にあることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項記載のウェーハ支持体。
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