JP4367012B2

JP4367012B2 - 半導体基板の熱処理治具

Info

Publication number: JP4367012B2
Application number: JP2003158942A
Authority: JP
Inventors: 雅則赤塚; 秀彦奥田; 民雄本山; 辰巳草場
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2023-06-04
Also published as: JP2004363273A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は縦型熱処理炉に用いる半導体基板の熱処理治具に関し、さらに詳細には、半導体基板を高温で熱処理した際に発生するスリップという結晶欠陥の発生を抑制した半導体基板の熱処理治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩデバイス製造プロセスにおいて、半導体基板は酸化、拡散、成膜等の熱処理工程で繰り返し高温の熱処理を受け製造されている。その際半導体基板面内に温度分布の不均一が生じると熱応力が発生する。また、半導体基板の支持方法によっては大きな自重応力を発生する。これらの応力は熱処理において半導体基板中にスリップと呼ばれる結晶欠陥を引き起こすことがわかっている。スリップはＬＳＩデバイスのリーク電流の増加や半導体基板平坦性の劣化の原因となるため、熱応力及び自重応力を低減させることで抑制することが重要である。
【０００３】
縦型熱処理炉は設置スペースも小さく、大口径の半導体基板を多量に熱処理するのに適しており、半導体基板の各種熱処理に用いられている。この縦型熱処理炉に用いる半導体基板の熱処理治具の一例を図４に示すと、基板支持部４を有する３本以上の支持部材３と該基板支持部材３を上下で固定するための上部支持板５、下部支持板６から構成され全体で熱処理治具１となっており、半導体基板を基板支持部４に載置した後、縦型熱処理炉に挿入され所定の熱処理が行われる。
【０００４】
基板支持部材３が固定された熱処理治具１では、半導体基板を基板支持部４に載置取り出しするために開口部２が必要であり、挿入取り出し側の２本の支持部材３は半導体基板の直径相当以上離間して配設されている。
【０００５】
従来小口径の半導体基板は前記のように、基板裏面を３点あるいは４点程度の複数点で支持する熱処理治具が広く使用されてきた。近年半導体基板の大口径化が進展しているが、それに伴い自重応力の大幅な増大が問題となっており、前記のように半導体基板の半分を３点あるいは４点程度の複数点で支持する熱処理治具では支持位置の不均等に由来する自重応力も不均一になる。半導体基板の大口径化による自重応力の不均一を低減するため、最近では半導体基板裏面をリング状に支持する治具が開発され実用化されている。
【０００６】
リング状治具の使用によりスリップは低減する方向に向かっている。しかしながら、一般的にリング状支持治具は従来の３点あるいは４点支持治具の上に設置して使用するため、大幅なコスト高となることが問題となっている。
【０００７】
そこで、リング状支持治具を使用せずコスト低減の面で有利な一体型治具の開発も進められている。例えば、特許文献１には半導体基板の半径の５０％〜９０％の内周で支持することにより自重応力を低減したものがある。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−１６９０１０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体基板の支持は基板の外周縁部を支持するのではなく、半導体基板中央よりの基板半径の５０〜９０％の領域を支持しているものの、支持部分の先端の支持突起で半導体基板を点接触で支持しているため、支持突起部分の特定の場所に応力が集中し、その場所からのスリップが完全には抑制できないといった問題がある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような上記問題点に鑑みてなされたものであって、半導体基板支持部先端の方向を工夫することと、半導体基板を支持部全体で支持することにより特定場所への応力集中を低減し、応力不均等に由来するスリップの発生を抑制した縦型熱処理炉用熱処理治具を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明の半導体基板の熱処理治具は、縦型の熱処理炉に用いられ、半導体基板の投入取り出しの開口部を残して支持部材が複数個配置された熱処理治具において、前記支持部材それぞれから延伸突出した基板支持部を複数個備え、前記複数個の基板支持部のうち、少なくとも１つの基板支持部はその先端が載置される半導体基板の半径の２０％から８０％の位置を支持し、かつ、少なくとも２つの基板支持部はその先端が基板の中心方向に向いて延伸するとともに、その残りの基板支持部はその先端が基板の中心方向とは異なる方向を向いて延伸していることを特徴としている。
なお、前記複数個の基板支持部の数は、３から６であることが好ましい。
また、前記複数個の基板支持部は、その先端が前記半導体基板の周方向に均等に配置されていることが好ましい。
また、前記複数個の基板支持部のうち、少なくとも１つの基板支持部はその先端が前記半導体基板の半径の２０％から８０％の位置を支持するとともに、その残りの基板支持部はその先端が前記位置以外を支持することが好ましい。
また、前記複数個の基板支持部はそれぞれ、Ｉ字形状に形成されていることが好ましい。
また、前記複数個の基板支持部は４個であり、そのうちの基板投入方向奥側の２つの基板支持部は、その先端が、基板の中心方向に向いて延伸し、かつ、前記半導体基板の半径の２０％から８０％の位置を支持するとともに、残りの基板投入方向手前側の２つの基板支持部は、その先端が、基板の中心方向とは異なる方向を向いて延伸し、かつ、前記位置以外を支持することが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる縦型熱処理炉に用いる半導体基板熱処理治具の実施の形態を図１を用い具体例を示すが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００１２】
縦型熱処理炉に使用する熱処理治具１０は、図１（ａ）に示すように半導体基板７を載置支持するための多数の基板支持部４が形成された複数本の支持部材３と、該支持部材３の両端を固定する上部支持板５、下部支持板６とからなる。
【００１３】
支持部材３は、棒状からなり側部より延伸突出した基板支持部４を有し、支持部材３の上下端部は、上部および下部の支持板５、６に固定されており、基板支持部４の基板載置部９に半導体基板７を載置する構造となっている（図１（ｂ）、図１（ｃ））。基板支持部４は、棒状からなり支持部材３から張り出し、支持部材３の側面を基点として、半導体基板７の中心部に向け延伸突出する構造となっている。基板載置部９は研磨加工を施し、半導体基板７を均等に支持して特定の箇所での応力集中が生じないようになっている。なお、支持部材３は半導体基板７の投入および取り出しに支障のない間隔を有して上部および下部の支持板５、６に固定されている。
【００１４】
支持部材３から半導体基板７に向かって張り出した基板支持部４は、半導体基板７の撓みを抑制するために半導体基板７の半径の８０％から２０％の位置を支持する基板支持部４が少なくとも１本が必要である。半導体基板７の半径８０％以上（半導体基板の外縁部）の点での支持では半導体基板７の撓みの発生が顕著になる。また、熱処理治具１０への半導体基板の投入取り出しに用いる載置治具（図示せず）に支障のないように２０％以下の点までで支持する必要がある。前記に加え、半導体基板７に応力集中を生じさせないためには基板支持部４の先端は少なくとも２本以上が半導体基板７の中心部に向いて半導体基板７を載置している必要がある。半導体基板７の中心方向に向けて基板支持部４を２本以上配置することで基板支持部４先端の基板載置部９で左右均等に支持することができる。基板支持部４が１本では半導体基板７を支えきれず、また基板支持部４が２本以上半導体基板７の中心部に向いていないと半導体基板７を均等に支えきれない。
【００１５】
支持部材３は半導体基板７の円周方向に配置され、半導体基板７の移載が可能な開口部２を有して支持部材３の配置間隔であれば支持部材３が複数本でも構わない。半導体基板７の支持点数が多いほど半導体基板７に加わる荷重が分散され、自重応力が集中しないのでスリップの発生が少なくなる。
【００１６】
支持部材３、基板支持部４および上下支持板５、６の材質は、炭化珪素、単結晶シリコン、多結晶シリコン、シリコン含浸炭化珪素、炭化珪素でＣＶＤコートしたシリコン等のものが使用できるが、接着、溶着、切削、多分割されたパーツを組み上げていく方法等の製作方法および熱処理雰囲気の環境により適宜選択すればよい。
【００１７】
【実施例１】
本実施例を図１に基づいて詳細に説明する。本実施例の熱処理治具１０は、基板支持部１４を有する支持部材１３を４本有し、上部支持板１５および下部支持板１６からなる。半導体基板７の投入方向奥側の２本の支持部材１３から張り出している基板支持部１４は半導体基板７の中心方向に向け９０度の間隔をおいて延伸突出した構造となっている。
【００１８】
半導体基板７の投入方向手前側の２本の支持部材１３は半導体基板７の投入取り出しに支障のない開口部２を隔てて立設されており、支持部材１３からは半導体基板７の中心を経由し奥側の基板支持部１４と一直線となるべく方向に延伸するため、途中でＬ字形状に屈曲したＬ字形状基板支持部１４ａが支持部材１３とともにバルグから直接切り出されて配設されている。
【００１９】
基板支持部がＬ字形状にしているのは、前途記載のように半導体基板７の投入取り出しの邪魔にならないようにするためであり、半導体基板７の中心に向け９０度の間隔を有している。このＬ字形状の基板支持部１４ａおよび半導体基板７の投入方向奥側の２本の支持部材１３から張り出している基板支持部１４の基板載置部９に半導体基板７を載置する。
【００２０】
奥側の基板支持部１４および手前側のＬ字形状基板支持部１４ａの基板載置部９により、半導体基板７は円周方向に９０度間隔で支持され、基板支持部１４およびＬ字形状基板支持部１４ａの先端は半導体基板７の半径方向の６０％の位置まで延伸した基板載置部９により支持されている。また、基板支持部１４、支持部材１３および上下支持板１５，１６の材質は切り出し加工が容易な多結晶シリコンを用いた。なお、基板載置部９は研磨されており、半導体基板７の裏面を均一に支持するようになっている。
【００２１】
この熱処理治具１０を用いて、直径３００ｍｍのシリコン半導体基板の熱処理を実施した。半導体基板の間隔は９ｍｍ、熱処理の最高温度は１１５０℃、最高温度までの昇降温速度は２℃／分、その温度での保持時間は２時間とした。
【００２２】
熱処理後、Ｘ線トポグラフ法で本シリコン半導体基板を評価したところ、スリップは発生していないことが確認された。
【００２３】
【実施例２】
また、他の実施例として、図２に示す熱処理治具２０について説明する。半導体基板投入方向奥側の２本の支持部材２３から張り出している基板支持部２４は半導体基板７の中心方向に向け９０度の間隔をおいて延伸突出した構造となっているのは実施例１と同じである。
【００２４】
半導体基板投入方向手前側の２本の支持部材２３からは半導体基板７の中心を経由し奥側の基板支持部２４と一直線となるべく方向に延伸するため途中でＵ字形状に屈曲したＵ字形状基板支持部２４ａが切り出し加工により配設されている（図２（ａ）、図２（ｂ））。実施例１に示した熱処理治具１０と同様に、奥側の基板支持部２４および手前側のＵ字形状基板支持部２４ａは半導体基板７の中心方向に向いた基板載置部９により、半導体基板７は円周方向に９０度間隔で支持され、基板支持部２４およびＵ字形状基板支持部２４ａの先端は半導体基板７の半径方向の６０％の位置まで延伸した基板載置部９により支持されている。
【００２５】
基板支持部２４ａがＵ字形状にしているのは、前途記載のように半導体基板７の投入取り出しの邪魔にならないようにするためであり、半導体基板７の中心に向け９０度の間隔を有している。このＵ字形状の基板支持部４２ａおよび半導体基板７の投入方向奥側の２本の支持部材２３から張り出している基板支持部２４の基板載置部９に半導体基板７を載置する。
【００２６】
基板支持部２４は、実際には半導体基板７と接触している基板載置部９でのみ半導体基板７を支持しているため、支持部材２３から延伸する基板支持部は図１（ｃ）に示すＬ字状であっても図２（ｂ）に示すＵ字状であっても半導体基板７の荷重応力分布はほとんど影響しない。
【００２７】
図２に示す熱処理治具２０を用いて直径３００ｍｍのシリコン基板を実施例１と同様の熱処理を行い、熱処理後の評価を行ったところ、実施例１と同様スリップは発生していないことが確認された。
【００２８】
【実施例３】
また、他の実施例として、図３に示す熱処理治具３０を説明する。基板投入方向奥側の２本の支持部材３３から張り出している基板支持部３４は半導体基板７の中心方向に向け９０度の間隔をおいて延伸した構造となっているのは実施例１と同じである。基板投入方向手前側の２本の支持部材３３から延伸したＩ字形状基板支持部３４ａは、半導体基板７の半径の約９０％の場所に位置しており、かつ、半導体基板７の中心方向とは異なる方向を向いているが、残りの２本の基板支持部３４の先端は半導体基板７の半径の約６０％の場所に位置しており、かつ半導体基板７の中心方向に向いている。
【００２９】
図３に示す熱処理治具３０を用いて直径３００ｍｍのシリコン基板を実施例１と同様の熱処理を行い、熱処理後の評価を行ったところ、実施例１と同様スリップは発生していないことが確認された。
【００３０】
【実施例４】
また、他の実施例として、基板支持部４の先端の少なくとも１つが半導体基板７の半径の２０％〜８０％の位置とし、少なくとも２つの先端が半導体基板７の中心方向を向いており、基板支持部４は基板周方向に均等に分割し、数が３から６の範囲で変化させた熱処理治具を作製した。これらの熱処理治具を用いて実施例１と同様直径３００ｍｍのシリコン半導体基板の熱処理を実施し、熱処理後の評価を行ったところ、実施例１と同様スリップは発生していないことが確認された。
【００３１】
また、比較例として、特開平６−１６９０１０号公報に記載の熱処理治具と同様のものを作製し、実施例１と同じ熱処理を実施した。熱処理後Ｘ線トポグラフ法でシリコン半導体基板を評価したところ、各支持部先端から数十ｍｍのところからスリップが発生していることが確認できた。これは各支持部の先端で基板と点接触しているため応力集中が生じているためと考えられる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、熱処理時に特定場所への応力集中を低減し、応力不均等に由来するスリップの発生を抑制し、さらにリング状治具を用いることが無いためコスト高となる問題を解決した熱処理治具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の縦型熱処理炉用熱処理治具を示す図である。
【図２】本発明の縦型熱処理炉用熱処理治具の別の例を示す図である。
【図３】本発明の縦型熱処理炉用熱処理治具の別の例を示す図である。
【図４】従来の縦型熱処理炉用熱処理治具の全体を示す図である。
【符号の説明】
１，１０，２０，３０熱処理治具、
２開口部、
３，１３，２３，３３支持部材、
４，１４，２４，３４基板支持部、
１４ａＬ字形状基板支持部、
２４ａＵ字形状基板支持部、
３４ａＩ字形状基板支持部、
５，１５上部支持板、
６，１６下部支持板、
７半導体基板、
９基板載置部

Claims

縦型の熱処理炉に用いられ、半導体基板の投入取り出しの開口部を残して支持部材が複数個配置された熱処理治具において、
前記支持部材それぞれから延伸突出した基板支持部を複数個備え、
前記複数個の基板支持部のうち、少なくとも１つの基板支持部はその先端が載置される半導体基板の半径の２０％から８０％の位置を支持し、かつ、少なくとも２つの基板支持部はその先端が基板の中心方向に向いて延伸するとともに、その残りの基板支持部はその先端が基板の中心方向とは異なる方向を向いて延伸している
ことを特徴とする、半導体基板の熱処理治具。
前記複数個の基板支持部の数が３から６である
ことを特徴とする、請求項１記載の半導体基板の熱処理治具。
前記複数個の基板支持部は、その先端が前記半導体基板の周方向に均等に配置されている
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の半導体基板の熱処理治具。
前記複数個の基板支持部のうち、少なくとも１つの基板支持部はその先端が前記半導体基板の半径の２０％から８０％の位置を支持するとともに、その残りの基板支持部はその先端が前記位置以外を支持する
ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体基板の熱処理治具。
前記複数個の基板支持部はそれぞれ、Ｉ字形状に形成されている
ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の半導体基板の熱処理治具。
前記複数個の基板支持部は４個であり、
そのうちの基板投入方向奥側の２つの基板支持部は、その先端が、基板の中心方向に向いて延伸し、かつ、前記半導体基板の半径の２０％から８０％の位置を支持するとともに、
残りの基板投入方向手前側の２つの基板支持部は、その先端が、基板の中心方向とは異なる方向を向いて延伸し、かつ、前記位置以外を支持する
ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体基板の熱処理治具。