JP4575570B2 - ウェーハ保持具、ウェーハ保持装置及び熱処理炉 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェーハの熱処理、特にＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ ＩＭｐｌａｎｔｅｄ ＯＸｙｇｅｎ）ウェーハやアニールウェーハの作製等の高温熱処理に適した、ウェーハ保持具、ウェーハ保持装置及び熱処理炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、シリコンウェーハの大口径化に伴い、シリコンウェーハの熱処理装置には、縦型熱処理炉が用いられるようになっている。この縦型熱処理炉内には縦型ボートが設置されており、この縦型ボートには複数本の垂直に延びた支柱が設けられ、支柱内側の側面に複数設けられた支持溝にウェーハを搭載して、熱処理が行われる。ところが、このような支持方法では、ウェーハの最外周部にウェーハ支持部が設けられることになり、かつ支持部付近にウェーハの自重が集中するために、ＳＩＭＯＸウェーハやアニールウェーハの作製等で行われる高温熱処理において、ウェーハ支持部付近に大きな曲げ応力が発生し、この応力が当該熱処理温度でのシリコンウェーハの降伏応力を超えてしまうと、熱処理中に、ウェーハ内部にスリップ転位と言う欠陥が発生する問題があった。
【０００３】
この問題を回避するために、従来は、図８に示すように、ボート１の複数の支柱２の支持溝３にウェーハ支持板６を載せ、その上にウェーハを載せて、熱処理を行うことで支持面積を増大させ、スリップの発生を抑制する方法が用いられてきている。さらに、この支持板に凹状に切り欠き７を形成することで、真空チャックによりウェーハ裏面を吸着、搬送する方式のウェーハ搬送装置を適用することが可能であり、高速搬入出による高生産性が実現されている。
【０００４】
しかし、この技術でも、スリップを十分抑制するには至っていない。前記技術では、ウェーハ支持板の形状は、その中心に対して対称でなく、かつ、支持板自身が支柱２によって非対称に支持されているため、ウェーハ支持板が熱処理中に変形する。一方、ウェーハ支持板とシリコンウェーハの接触面積が増大したことにより、ウェーハ支持板とシリコンウェーハと間の摩擦力が増大する。このため、ウェーハ支持板の熱変形による応力が、シリコンウェーハに伝わりやすくなり、スリップが容易に発生してしまう。
【０００５】
この問題を回避するために、特開２０００−９１４０６号公報には、図９に示すように、切り欠きの無いウェーハ支持板１１に、ウェーハの受け部材となるシリコン球１２を３個載せ、このシリコン球によってシリコンウェーハ１０を３点支持する支持具が提案されている。この方法では、ウェーハ支持板に切り欠きが無いために、ウェーハ支持板の熱変形が比較的少ない。さらに、シリコン球とシリコンウェーハとが溶着しない非酸化性雰囲気熱処理においては、点支持によってウェーハ支持板とウェーハの摩擦力を緩和できる。このため、ウェーハ支持板の熱変形に起因するスリップを抑制できる。
【０００６】
しかし、この技術でも、ＳＩＭＯＸアニールで用いられる酸化性雰囲気での熱処理においては、シリコン球がシリコンウェーハと溶着してしまうため、ウェーハ支持板の熱変形によるスリップを十分抑制するには至っていない。また、ウェーハ支持板に切り欠きが無いため、ウェーハ搬送装置が大型化し、搬送動作に必要な空間がウェーハ支持板の上下に広がってしまう。さらに、搬送動作も複雑となるため、搬送時間が従来よりも長くなる。このため、バッチ当たりの熱処理炉の生産性が低下する。さらに大きな問題は、この技術では、支持部にウェーハ自重の１／３の荷重が集中して加わるため、ウェーハ自重による応力によって、ウェーハ支持部にスリップが発生してしまうことである。このように、ウェーハの自重を３箇所のみのウェーハ支持部に分配する上記方法では、シリコンウェーハの大口径化に伴って、ウェーハの自重が増大し続けている中で、今後、スリップ発生の問題がますます深刻化してくることは明白である。
【０００７】
一方、ウェーハ支持板を用いずにスリップ発生を防止する方法も提案されている。例えば、特開平１１−４０５６９号公報のように、ボートにウェーハ１枚当たり４箇所のウェーハ支持部を設けた方法である。この場合、ウェーハ支持部が４箇所あるため、３箇所の同様な形状のウェーハ支持部でウェーハを支持する場合に比べ、各ウェーハ支持部でシリコンウェーハの自重によって発生する応力が小さくなることは明白である。
【０００８】
しかしながら、この方法では、ウェーハ支持部の高さが４箇所とも３０μｍ以内の精度でそろっていることが必要であるため、この寸法精度を有するボートの製造が極めて困難、かつ高価になってしまうと言う問題がある。さらに、ボートにウェーハ１枚当たり５箇所以上のウェーハ支持部を設けようとすると、この寸法精度を有するボートの製造は、さらに困難となるため、ウェーハ支持部の個数を簡易に増やすことができないと言う問題がある。なお、同様の問題は、前記の特開２０００−９１４０６号公報の方法において、ウェーハ支持板に載せるシリコン球の数を４個以上とした場合にも、やはり生ずることは言うまでもない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
シリコンウェーハの熱処理、特にＳＩＭＯＸウェーハやアニールウェーハの作製等の高温熱処理において、生産性を損なわずに、かつ、廉価なウェーハ保持具を用いてスリップの発生を十分に抑制することは、シリコンウェーハの製造歩留を向上させるための観点から、解決しなければならない重要な課題である。そして、その実現には、以下の要件を満足したウェーハ保持具が必要である。
【００１０】
すなわち、（１）工業的に実現可能な、かつ安価な保持具の製造を可能とするため、３０μｍを越える寸法誤差を許容できる保持具構造であること、（２）ウェーハの自重による応力の発生を抑制するため、ウェーハを４箇所以上のウェーハ支持部で支持できる構造であること、（３）ウェーハ支持板の熱変形による応力を緩和するために、ウェーハを点支持する構造であること、（４）高生産性を維持するために、ウェーハ保持具には凹状に切り欠きが形成され、真空チャックによりウェーハ裏面を吸着、搬送する方式のウェーハ搬送装置を適用することが可能であること、（５）保持具がシリコンウェーハと熱処理中に溶着しない材料により構成されていること、等を満たしていなければならない。また、さらには前記要件を満足したウェーハ保持具が組み込まれた、ウェーハ保持装置及び熱処理炉が必要である。
【００１１】
しかしながら、既に述べたように、従来技術では、上記課題を解決するには至っていないのが現状である。
【００１２】
本発明は、以上に述べた課題を解決し、シリコンウェーハの高温熱処理に適したウェーハ保持具、ウェーハ保持装置及び熱処理炉を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願発明者らは、シリコンウェーハの熱処理、特にＳＩＭＯＸウェーハやアニールウェーハの作製等の高温熱処理に適した、前記（１）〜（５）の要件を満足するシリコンウェーハの保持方法について、これまでに鋭意検討を重ねてきた。
【００１４】
本発明者らは、上記検討の第一段階として、まず（１）〜（４）の要件を満足するウェーハの保持具の構造につき鋭意検討を重ね、この結果、切り欠きを形成した板状のウェーハ支持板上に、ウェーハ支持部を有する複数のウェーハ受け部材を載せ、さらに受け部材の内のいくつかを、その上部に複数の凸部形状のウェーハ支持部を有する構成とし、かつウェーハ保持具に対する可動性も有する構造とすれば、前記（１）〜（４）の要件に適したウェーハ保持具を実現できるとの構想を得るに至った。本発明によるウェーハ保持具の最大の特徴は、上部に複数の凸部形状のウェーハ支持部を有する受け部材が、ウェーハ保持具に対して可動性を有する可動受け部材である点である。受け部材の可動性により、複数の凸部形状のウェーハ支持部が、それぞれウェーハ裏面に倣って位置変化するため、保持具と受け部材に３０μｍを越える寸法誤差があって、支持部の高さが一意にそろっていない場合にも、自己整合的に、４箇所以上のウェーハ支持部でウェーハを支持することが可能となる。
【００１５】
本発明者らは、さらに前記のウェーハ保持具を実際に作製し、これ用いてシリコンウェーハの高温熱処理を行い、ウェーハの自重に起因するスリップ発生、及びウェーハ支持板の熱変形起因のスリップ発生を抑制できることを見いだした。
【００１６】
本発明者らは、さらに、前記（５）の要件を満足するウェーハ保持具の材質についても検討を重ね、シリコンウェーハと保持具との溶着を防止することのできるウェーハ保持具の材質を見いだした。
【００１７】
上記の検討を組み合わせた結果、本発明者らは、シリコンウェーハの高温熱処理において、廉価かつ高生産性を維持したまま、ウェーハにスリップが発生することを防止できるシリコンウェーハの保持具を完成するに至った。
【００１８】
本発明は、上面にウェーハを載せる板状の保持具であって、該保持具上にウェーハ支持部を有する３個以上のウェーハ受け部材が配置され、かつ該受け部材の内少なくとも１個がその上部に複数の凸部形状のウェーハ支持部を有すると共に、保持具に対し可動である構造を有してなる可動受け部材からなり、ウェーハを少なくとも４箇所のウェーハ支持部で支持してなることを特徴とするウェーハ保持具である。
【００１９】
さらに、前記複数の凸部を上部に有する可動受け部材は、板状部材と、該板状部材の下部略中央部で前記保持具と点接触又は線接触をする支持部と、該板状部材上部に凸状のウェーハ支持部を前記保持具と接触する支持部の両側に備えた構造であることが望ましい。
【００２０】
あるいは、前記複数の凸部を上部に有する可動受け部材は、板状部材と、該板状部材の下部略中央部で前記保持具と点接触をする支持部と、該板状部材の上部に凸状のウェーハ支持部を３箇所備えた構造であることが望ましい。
【００２１】
また、本発明は、上面にウェーハを載せる板状の保持具であって、該保持具上に３個以上の受け部材が配置され、かつ、該受け部材の内少なくとも１個は、上部に平面を有し、下部略中央部で前記保持具と点接触又は線接触をする支持部を有する可動受け部材であり、さらに該可動受け部材上部の平面上には、板状部材と該板状部材の下部略中央部で前記保持具と点接触又は線接触をする支持部と該板状部材上部に複数の凸状ウェーハ支持部を備えた可動受け部材が１個以上配置されてなることを特徴とするウェーハ保持具である。
【００２２】
ここで、上記の何れかに記載のウェーハ受け部材のウェーハ支持部は、ウェーハを点支持する構造であることが望ましい。
【００２３】
さらに好ましくは、前記ウェーハを点支持する構造が、曲率半径が１００ｍｍ以下の球面加工形状であることが望ましい。
【００２４】
また、上記の何れかに記載のウェーハ受け部材の材質は、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2又はＳｉから選ばれる１種、又はこれらの組み合わせであることが望ましい。
【００２５】
また、上記の何れかに記載のウェーハ受け部材のウェーハ支持部の材質は、ＳｉＣ及び／又はＳｉ3Ｎ4であることが望ましい。
【００２６】
さらに、上記の何れかに記載の保持具は、切り欠きのある円板形状であることが望ましい。
【００２７】
さらに、本発明は、複数のウェーハを支持、載置するウェーハ保持装置であって、該保持装置の複数本略平行に配された支柱に形成された複数の保持具用凹溝に、上記の何れかに記載のウェーハ保持具を水平に挿入・保持してなるウェーハ保持装置である。
【００２８】
さらに、本発明は、上記記載のウェーハ保持装置を備えてなる熱処理炉である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を添付図面に基づき説明する。
【００３０】
本発明に係わるウェーハ保持具は、板状の保持具であって、例えば図１乃至図４に示すように、円板形状のウェーハ支持板２１である。このウェーハ支持板２１は、通常ＳｉＣ、ＳｉＯ2又はＳｉによって形成される。ウェーハ支持板２１には、真空チャックによりウェーハ裏面を吸着、搬送する方式のウェーハ搬送装置の適用が可能となるよう、真空チャックの挿入位置に切り欠き２２が形成されていることが望ましい。
【００３１】
このウェーハ支持板２１の上に、図１乃至図４に示すように、上部にウェーハ支持部を有する３個以上のウェーハ受け部材３１、３５、４１、５１が配置される。前記３個以上の受け部材の少なくとも１個は、例えば図５乃至図６に示すように、その上部に複数の凸部形状のウェーハ支持部３２を有すると共に、保持具に対し可動性を有する可動受け部材とする。あるいは、前記３個以上受け部材の内少なくとも１個は、例えば図７に示すように、その上部に平面を有し、保持具に対し可動性を有する可動受け部材５１、６１であると共に、さらに前記可動受け部材上部の平面上に、複数の凸部形状のウェーハ支持部を有すると共に、保持具に対し可動性を有する可動受け部材３１、４１が１個以上配置されているようにする。
【００３２】
なお、ウェーハ支持板２１は、その上部に３個以上の受け部材を配置できる部位を有し、かつ切り欠き２２を有していれば、必要に応じ、円板形状以外の形状としても良い。
【００３３】
さらに、ウェーハ支持板２１上の可動受け部材配置部位には、可動受け部材の位置決め等を目的として、必要に応じ、可動受け部材の可動性を損なわない範囲で穴あけ加工やざぐり加工を施しても良い。
【００３４】
このように、３個以上の受け部材を上面に載せたウェーハ支持板２１は、半導体熱処理炉に設けられた、複数のウェーハを支持、載置するためのウェーハ保持装置に挿入され、水平に保持される。
【００３５】
このウェーハ保持装置は、例えば図９に示すような、鉛直方向に延びた３本乃至４本の支柱２を有する縦型ボート１であり、この場合、ウェーハ支持板２１は、保持具用溝３に挿入される。縦型ボートは、通常ＳｉＣ、ＳｉＯ2又はＳｉによって形成される。
【００３６】
３個以上の受け部材を載せたウェーハ支持板２１がウェーハ保持装置に水平に保持された後、真空チャックを有するウェーハ搬送装置によって、ウェーハ１０が、その裏面を吸着され、切り欠き２２の開口方向からウェーハ支持板２１の上部に水平に搬入される。ウェーハ１０が、ウェーハ１０の中心とウェーハ支持板２１の略中心が鉛直方向に並ぶ位置まで水平に搬入されると、真空チャックが垂直方向に下降する。これに伴ってウェーハ１０も垂直方向に下降し、ここで真空チャックによるウェーハ吸着が解除されることにより、受け部材を介してウェーハ支持板２１上にウェーハ１０が支持される。
【００３７】
真空チャックは、その後切り欠き２２の開口部から外部に引き出され、次の搬送動作に移る。このような搬送動作は、従来技術であるボートによるシリコンウェーハの直接支持でも採用されている方法である。この方式は、特開２０００−９１４０６号公報に記載されているような、昇降ピンと自動搬送用チャックとの組み合わせで搬送を行う方式と比較して、保持具用溝３の間隔を小さく取ることが可能であり、生産性を損ねることがない。また、搬送機構も単純であるため、高速搬送が可能であると同時に、搬送装置が大型化しにくい。
【００３８】
ウェーハ１０が、上記の手順に従って、複数の受け部材を介してウェーハ支持板２１上に支持された後、例えば縦型ボート１であるウェーハ保持装置は、熱処理炉内に設置された熱処理用チューブ内に導入され、引き続き、所定の熱処理が実施される。熱処理の条件は処理目的により様々であるが、その多くは縦型ボート１を炉内に導入する際の待機時炉内温度が６００〜１０００℃の範囲であり、そこから０．１〜２０℃／ｍｉｎ程度の昇温速度にて炉内温度を上げ、６００〜１４００℃の範囲で所定時間熱処理を行い、さらに０．１〜２０℃／ｍｉｎ程度の降温速度にて待機時炉内温度に戻す処理となる。この際、炉内の雰囲気は、一般に、窒素、アルゴン、水素、酸素、ＨＣｌ等やこれらの混合体である。
【００３９】
なお、ウェーハの熱処理には、縦型熱処理炉による処理の他に、ウェーハを炉内に導入後、急速に昇降温を行うＲａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ／Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ （ＲＴＡ／ＲＴＯ）処理があり、本発明に記載のウェーハ保持具は、このＲＴＡ／ＲＴＯ処理にも利用可能であることは言うまでもない。
【００４０】
熱処理を終えたウェーハは、縦型ボート１と共に熱処理用チューブから排出される。その後、真空チャックを有するウェーハ搬送装置が、上記に述べたウェーハ搬入手順の逆動作を行うことによって、ウェーハ１０は、ウェーハ支持板２１の上部からウェーハ支持板２１に形成された切り欠き２２の方向に水平に搬出される。
【００４１】
以下、図１乃至図８に示す本発明の実施形態を用い、本発明に係わるウェーハ保持具によるウェーハ支持動作とその効果をさらに詳述する。
【００４２】
図１に示す本発明の実施形態では、ウェーハ支持板２１の上に、上部に２箇所の凸部形状のウェーハ支持部３２が形成された可動受け部材３１が１個、上部に１箇所のウェーハ支持部３２が形成された固定受け部材３５が２個の、計３個の受け部材が配置されている。図１及び図５に示すように、可動受け部材の望ましい構造の一つは、可動受け部材が、板状部材と、板状部材の下部略中央部に前記保持具と点接触又は線接触をする支持部と、該板状部材上部に凸状のウェーハ支持部を、ウェーハ支持板と接触する支持部の両側に備えた構造である。
【００４３】
可動受け部材３１は、上記に述べたウェーハ搬入動作においては、ウェーハの自重をウェーハ支持部３２に受けることにより、支持部３４を支点として天秤に似た動作を行う。この結果、可動受け部材３１上に形成された２箇所のウェーハ支持部３２は、図１に示した４箇所のウェーハ支持部３２がすべてウェーハ裏面に接触することのできる配置まで各々移動し、そこで静止する。
【００４４】
以上の動作により、保持具と受け部材が３０μｍを越える寸法誤差をもっており、ウェーハ支持部の高さが一意にそろっていない場合にも、図１の例では、自己整合的に、４箇所のウェーハ支持部でウェーハ１０を支持することが可能である。
【００４５】
さらに、ウェーハ支持板２１の上に載せる可動受け部材の個数を図１の例よりも増やすことで、より多くのウェーハ支持部でウェーハを支持することが可能である。例えば、図２に示す本発明の実施形態では、ウェーハ支持板２１の上には３個の可動受け部材３１が載せられている。この場合、ウェーハが搬入されると、３個の可動受け部材３１のそれぞれが、図１に示す本発明の実施形態と同様の天秤様動作を行う結果、保持具と受け部材に寸法誤差がある場合でも、自己整合的に、６箇所のウェーハ支持部でウェーハ１０を保持することが可能である。
【００４６】
このように、本発明では、寸法誤差の大きな、安価なウェーハ支持板や受け部材を用いた場合にも、４箇所以上のウェーハ支持部によって、ウェーハを支持することが容易に可能である。従って、ウェーハの自重によって支持部に発生する応力を、従来技術に比べて緩和することが可能となり、このためウェーハの自重によるスリップ発生を抑制できる。
【００４７】
なお、ウェーハ支持板には、４個以上の受け部材を載せても良い。この場合には、ウェーハ支持板上に配置される４個以上の受け部材の内、固定受け部材の数を２個以下とし、残りの受け部材を、上面に複数の凸状のウェーハ支持部３２を有する可動受け部材とする。すると、受け部材の寸法誤差により、４個以上の受け部材の中から、少なくとも３個の受け部材が選ばれてウェーハ支持に供される。ここで、ウェーハ支持板に載せる固定受け部材の数を２個以下とすれば、前記ウェーハ支持に供される少なくとも３個の受け部材の中には、可動受け部材が必ず１個以上含まれるため、図１や図２に示した本発明の実施形態と同様、４箇所以上のウェーハ支持部によって、ウェーハを支持することができる。
【００４８】
図３には、可動受け部材の望ましい他の構造を用いた、本発明の別の実施形態を示す。図３に示すように、可動受け部材の望ましい他の構造は、可動受け部材が板状部材と、その下部略中央部に前記保持具と点接触をする支持部と、該板状部材の上部に凸状のウェーハ支持部を３箇所備えた構造である。
【００４９】
可動受け部材４１は、上記に述べたウェーハ搬入動作においては、ウェーハの自重をウェーハ支持部３２に受けることにより、支持部４４を支点として、ウェーハ支持板２１に対して微小に傾く。この結果、図３に示す本発明の実施形態では、ウェーハ支持部３２は、図３に示す９箇所のウェーハ支持部３２がすべてウェーハ裏面に接触することのできる配置までおのおの移動し、そこで静止する。以上の動作により、図３の例では、ウェーハ支持板２１や可動受け部材４１に寸法誤差がある場合にも、自己整合的に、９箇所の支持部でウェーハ１０を支持することが可能である。このため、ウェーハの自重によって支持部に発生する応力を、図１及び図２に示す実施形態に比べて、さらに緩和することが可能となる。
【００５０】
図１又は図２においては、可動受け部材３１の代わりに、図５に示す可動受け部材３６及び３８のように、板状部材３３の下部略中央部にざぐり加工を施し、該ざぐりを錐形状、球状又は碁石型形状の支持部３７又は３９で支持する方式の可動受け部材を用いても良い。また、図３においては、可動受け部材４１の代わりに、図６に示す可動受け部材４６のように、板状部材４３の下部中央部における支持部４７の曲率が、可動受け部材４１よりも小さな可動受け部材を用いても良い。
【００５１】
また、可動受け部材４１の代わりに、図６に示す可動受け部材５５のように、板状部材４３の下部中央部にざぐり加工を施し、該ざぐりを錐形状、球状又は碁石型形状の支持部３７で支持する方式の受け部材を用いても良い。さらに、図５に示す可動受け部材３６又は図６に示す可動受け部材５５においては、錐形状の支持部３７がウェーハ支持板２１に一体形成されていても良い。このように、可動受け部材の支持部は、受け部材の可動性を損なわなければ、その形状や構成に特に制約はない。
【００５２】
さらに、図３において、可動受け部材４１の代わりに、可動受け部材５６のように、板状部材５７が支持部４７とウェーハ支持部３２を結ぶ複数の腕からなる外周形状を有する受け部材５６を用いても良い。このように、可動受け部材の板状部材も、受け部材の可動性を損なわなければ、その形状に特に制約はない。
【００５３】
さらに、ウェーハ支持板２１に載せられた可動受け部材３１、３６、３８、４１、４６、５５、５６の上部に存在するウェーハ支持部３２の個数は、可動受け部材１個当たり４個以上であっても良い。この場合には、寸法誤差によって、４個以上のウェーハ支持部３２の中から、２個乃至３個のウェーハ支持部３２が選ばれてウェーハ支持に供される。従って、図１や図２に示した本発明の実施形態と同様、４箇所以上のウェーハ支持部によってウェーハを支持することができる。
【００５４】
図４には、可動受け部材の望ましいさらに他の構造を用いた、本発明の別の実施形態を示す。
【００５５】
図４に示す本発明の実施形態では、ウェーハ支持板２１の上には３個の可動受け部材５１が載せられている。これは、上部に平面を有し、下部略中央部に前記保持具と点接触又は線接触をする支持部を有する可動受け部材の形状であれば良く、さらに該可動受け部材の上部の平面上に、例えば図５乃至図６に示したような、複数のウェーハ支持部を有する可動受け部材が、１個以上配置された構成である。このような構造の他の一例としては、図７に示す可動受け部材６１のような構造が挙げられる。
【００５６】
図４の場合、可動受け部材５１の上には３個の可動受け部材４１が載せられている。この可動受け部材４１は、上述したウェーハ搬入動作において、ウェーハの自重をウェーハ支持部３２に受けることにより、支持部４４を支点として、可動受け部材５１の上部の平面５３に対して微小に傾く。さらに、可動受け部材５１自身も、支持部５４を支点としてウェーハ支持板２１に対して微小に傾く。この結果、図４に示す本発明の実施形態では、各々のウェーハ支持部３２は、図４に示す２７箇所のウェーハ支持部３２がすべてウェーハ裏面に接触することのできる配置まで自己整合的に移動し、そこで静止する。
【００５７】
以上の動作により、図４に示す本発明の実施形態では、ウェーハ支持板２１や可動受け部材５１に寸法誤差がある場合にも、自己整合的に２７箇所のウェーハ支持部でウェーハ１０を支持することが可能である。このため、ウェーハの自重によって支持部に発生する応力を、図１乃至図３に示す本発明の実施形態に比べて、さらに緩和することが可能となる。
【００５８】
可動受け部材５１の上には、可動受け部材４１ではなく、例えば図５乃図６に示す各種の可動受け部材を載せても良く、さらにこれらを混載してもよい。また、可動受け部材５１の上には、例えば図５乃図６に示す各種の可動受け部材を１個以上と、図１に示す固定受け部材３５とを混載しても良い。
【００５９】
さらに、図１乃至図７に示した各種の可動受け部材を、ウェーハ支持板２１上に混載しても良いことは、言うまでもない。ただし、この際には、混載する各種の可動受け部材におけるウェーハ支持部の高さの設計値を、すべて同一にしておくことが望ましい。
【００６０】
ウェーハ支持板２１に載せられ、かつ、ウェーハ１０の支持に供される３個の受け部材の配置は、ウェーハ１０の中心から延びる垂線が、前記３個の受け部材の形作る３角形の内部を通過するような３点の位置に配置されることが望ましい。より望ましくは、前記３個の受け部材が、上記配置であって、かつ、ウェーハ支持板２１の中心からウェーハ１０の半径の７０％程度離れた位置に配置すると良い。
【００６１】
受け部材の上部に形成された複数のウェーハ支持部３２同士の間隔は、受け部材の加工を容易にするため、５ｍｍ以上離すと良い。また、前記間隔の上限値に特に規定はなく、受け部材３個をウェーハ支持板２１上に重なることなく配置できる間隔以下であれば良い。
【００６２】
受け部材の上部に形成された複数のウェーハ支持部３２は、ウェーハを点支持する構造であることが望ましい。仮に、ウェーハ支持部３２先端の曲率半径が極めて大きい場合、ウェーハと受け部材上の間に生ずる摩擦力が増大し、シリコンウェーハをウェーハ支持板に載せて熱処理炉で加熱すると、ウェーハ支持板の熱変形により発生する応力を、ウェーハの支持点において緩和することが困難になることがある。この結果、ウェーハ内にスリップが発生するおそれがある。しかし、ウェーハを点支持する構造とすれば、上記応力は緩和され、スリップ発生には至らない。
【００６３】
さらに望ましくは、受け部材の上部に形成された複数のウェーハ支持部３２は、その先端が曲率半径１００ｍｍ以下の球面加工となっていることが望ましい。
【００６４】
受け部材はシリコンウェーハに直接接触するため、以下の条件を満たす材料から構成されていることが望ましい。すなわち、（ａ）材料の融点がＳｉ融点（１４１０℃）以上であること、（ｂ）１４１０℃以下の温度でシリコンウェーハを支えるのに十分な機械的強度を持つこと、（ｃ）シリコンウェーハへの汚染をさけるため、汚染レベルの低い固体材料であること、等を満たす材料から構成されていることが望ましい。このような要件を満たす材質としては、例えば、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、Ｓｉがあげられる。このように、受け部材に用いられる材料は、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、Ｓｉから選ばれる１種、又はこれらの組み合わせであることが望ましい。
【００６５】
可動受け部材の上部に形成された複数のウェーハ支持部３２に用いられる材料は、前述の条件を満たすだけでなく、受け部材とシリコンウェーハの溶着を防ぐために、高温での酸化雰囲気中におかれても、酸化物形成等の変質が少ない材料から構成されていることが望ましい。このような要件を満たす材質としては、例えば、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4があげられる。このように、可動受け部材の上部に形成された複数のウェーハ支持部３２に用いられる材料は、ＳｉＣ及び／又はＳｉ3Ｎ4であることが望ましい。
【００６６】
【実施例】
次に、本発明のウェーハ保持具、ウェーハ保持装置及び熱処理炉が、所望の効果を奏するかを実験により確認した。実験には、図３乃至図８に記載の、可動受け部材３１、３６、３８、４１、４６、５１、５５、５６、６１及び固定受け部材３５を用いた。
【００６７】
上記各種の可動受け部材を作製する際は、その上部に形成された複数のウェーハ支持部３２同士の間隔を５〜４０ｍｍの範囲内とした。上記各種の可動受け部材をウェーハ支持板２１に搭載する際には、可動受け部材を、ウェーハ支持板２１の中心からウェーハ１０の半径の約７０％離れた位置に配置した。また、この際、可動受け部材の形作る多角形が正多角形となるように配置した。ただし、正多角形の頂点がウェーハ支持板２１に形成された切り欠き２２と重なってしまう場合には、当該受け部材の位置を切り欠き２２を外すようにずらした。ウェーハ支持板２１上に可動受け部材を配置した後、ウェーハ支持板２１を縦型ボートに搭載し、さらにその縦型ボートを縦型熱処理炉に搭載した。
【００６８】
さらに実験には、８インチシリコンウェーハ（直径２００ｍｍ）、１２インチシリコンウェーハ（直径３００ｍｍ）を用いた。該各種シリコンウェーハに対して、縦型熱処理炉に１２００℃で１２時間Ａｒ１００％雰囲気中で処理した場合、及び１３９０℃で１２時間ドライ酸化処理した場合のスリップ発生状況を調べた。
【００６９】
さらに、本発明の比較例として、図９に示した特開２０００−９１４０６号公報記載の治具を用いて、上記と同じ熱処理を行い、そのスリップ発生状況を、本発明の実施例と比較した。この際、シリコン球１２の直径は３ｍｍ、またウェーハ支持板１１に載せるシリコン球１２の数は３〜５個とした。さらに、シリコン球を、ウェーハ支持板１１の中心からウェーハ１０の半径の約７０％離れた位置であって、さらにシリコン球の形作る多角形が正多角形となる位置に配置して、熱処理を行った。
【００７０】
スリップの発生状況は、Ｘ線トポグラフィーにより確認した。その他実験の詳細条件については、表１に示した。なお、表１中で、○はスリップの発生がないこと、△は軽度のスリップ発生があること、×は重度のスリップ発生があることを示す。
【００７１】
表１に示すように、本発明の実施例は、１２００℃Ａｒ雰囲気中では、全水準で○を示しているのに対し、比較例は△か×であった。さらに、本発明の実施例の中で、ウェーハ支持部の曲率半径が１００ｍｍ以下、かつ、ウェーハ支持部の材質がＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4の水準は、１３９０℃の酸化雰囲気でも、殆どの水準が○で、極一部が△を示しているのに対し、比較例は全水準で×であった。
従って、特開２０００−９１４０６号公報記載の従来技術に比べ、本発明のウェーハ保持具、ウェーハ保持装置及び熱処理炉は、スリップ発生に対し明らかな改善効果が認められた。
【００７２】
【表１】
【００７３】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、シリコンウェーハの熱処理、特にＳＩＭＯＸウェーハやアニールウェーハの作製等の高温熱処理に適した、工業的に実現可能な、かつ高価でないウェーハ保持具であって、さらにシリコンウェーハのスリップ発生を防止することができるウェーハ保持具を提供することができる。
【００７４】
さらに、本発明によれば、前記ウェーハ保持具を搭載することにより、高生産性を維持したまま、シリコンウェーハのスリップ発生を防止できるウェーハ保持装置及び熱処理炉を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第一実施形態のウェーハ保持具の斜視図
【図２】本発明第二実施形態のウェーハ保持具の斜視図。
【図３】本発明第三実施形態のウェーハ保持具の斜視図。
【図４】本発明第四実施形態のウェーハ保持具の斜視図。
【図５】本発明第一及び第二実施形態の可動受け部材の斜視図、及びＣ−Ｄ線断面図、Ｅ−Ｆ線断面図及びＧ−Ｈ線断面図。
【図６】本発明第三実施形態の可動受け部材の斜視図及び側面図。
【図７】本発明第四実施形態の可動受け部材の斜視図及び側面図。
【図８】ウェーハ保持具が搭載された縦型ボートの斜視図。
【図９】従来技術のウェーハ保持具の斜視図及びＡ−Ｂ線断面図。
【符号の説明】
１ ボート
２ ボート支柱
３ 支持溝
６、１１、２１ ウェーハ支持板
７、２２ 切り欠き
１２ シリコン球
１０ シリコンウェーハ
３１、３６、３８、４１、４６、５１、５５、５６、６１ 可動受け部材
３２ 凸部形状のウェーハ支持部
３３、４３、５７ 板状部材
３４、３７、３９、４４、４７、５４、６４ ウェーハ支持板と点接触又は線接触する支持部
３５ 固定受け部材
５３ 可動受け部材上部の平面
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェーハの熱処理、特にＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ ＩＭｐｌａｎｔｅｄ ＯＸｙｇｅｎ）ウェーハやアニールウェーハの作製等の高温熱処理に適した、ウェーハ保持具、ウェーハ保持装置及び熱処理炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、シリコンウェーハの大口径化に伴い、シリコンウェーハの熱処理装置には、縦型熱処理炉が用いられるようになっている。この縦型熱処理炉内には縦型ボートが設置されており、この縦型ボートには複数本の垂直に延びた支柱が設けられ、支柱内側の側面に複数設けられた支持溝にウェーハを搭載して、熱処理が行われる。ところが、このような支持方法では、ウェーハの最外周部にウェーハ支持部が設けられることになり、かつ支持部付近にウェーハの自重が集中するために、ＳＩＭＯＸウェーハやアニールウェーハの作製等で行われる高温熱処理において、ウェーハ支持部付近に大きな曲げ応力が発生し、この応力が当該熱処理温度でのシリコンウェーハの降伏応力を超えてしまうと、熱処理中に、ウェーハ内部にスリップ転位と言う欠陥が発生する問題があった。
【０００３】
この問題を回避するために、従来は、図８に示すように、ボート１の複数の支柱２の支持溝３にウェーハ支持板６を載せ、その上にウェーハを載せて、熱処理を行うことで支持面積を増大させ、スリップの発生を抑制する方法が用いられてきている。さらに、この支持板に凹状に切り欠き７を形成することで、真空チャックによりウェーハ裏面を吸着、搬送する方式のウェーハ搬送装置を適用することが可能であり、高速搬入出による高生産性が実現されている。
【０００４】
しかし、この技術でも、スリップを十分抑制するには至っていない。前記技術では、ウェーハ支持板の形状は、その中心に対して対称でなく、かつ、支持板自身が支柱２によって非対称に支持されているため、ウェーハ支持板が熱処理中に変形する。一方、ウェーハ支持板とシリコンウェーハの接触面積が増大したことにより、ウェーハ支持板とシリコンウェーハと間の摩擦力が増大する。このため、ウェーハ支持板の熱変形による応力が、シリコンウェーハに伝わりやすくなり、スリップが容易に発生してしまう。
【０００５】
この問題を回避するために、特開２０００−９１４０６号公報には、図９に示すように、切り欠きの無いウェーハ支持板１１に、ウェーハの受け部材となるシリコン球１２を３個載せ、このシリコン球によってシリコンウェーハ１０を３点支持する支持具が提案されている。この方法では、ウェーハ支持板に切り欠きが無いために、ウェーハ支持板の熱変形が比較的少ない。さらに、シリコン球とシリコンウェーハとが溶着しない非酸化性雰囲気熱処理においては、点支持によってウェーハ支持板とウェーハの摩擦力を緩和できる。このため、ウェーハ支持板の熱変形に起因するスリップを抑制できる。
【０００６】
しかし、この技術でも、ＳＩＭＯＸアニールで用いられる酸化性雰囲気での熱処理においては、シリコン球がシリコンウェーハと溶着してしまうため、ウェーハ支持板の熱変形によるスリップを十分抑制するには至っていない。また、ウェーハ支持板に切り欠きが無いため、ウェーハ搬送装置が大型化し、搬送動作に必要な空間がウェーハ支持板の上下に広がってしまう。さらに、搬送動作も複雑となるため、搬送時間が従来よりも長くなる。このため、バッチ当たりの熱処理炉の生産性が低下する。さらに大きな問題は、この技術では、支持部にウェーハ自重の１／３の荷重が集中して加わるため、ウェーハ自重による応力によって、ウェーハ支持部にスリップが発生してしまうことである。このように、ウェーハの自重を３箇所のみのウェーハ支持部に分配する上記方法では、シリコンウェーハの大口径化に伴って、ウェーハの自重が増大し続けている中で、今後、スリップ発生の問題がますます深刻化してくることは明白である。
【０００７】
一方、ウェーハ支持板を用いずにスリップ発生を防止する方法も提案されている。例えば、特開平１１−４０５６９号公報のように、ボートにウェーハ１枚当たり４箇所のウェーハ支持部を設けた方法である。この場合、ウェーハ支持部が４箇所あるため、３箇所の同様な形状のウェーハ支持部でウェーハを支持する場合に比べ、各ウェーハ支持部でシリコンウェーハの自重によって発生する応力が小さくなることは明白である。
【０００８】
しかしながら、この方法では、ウェーハ支持部の高さが４箇所とも３０μｍ以内の精度でそろっていることが必要であるため、この寸法精度を有するボートの製造が極めて困難、かつ高価になってしまうと言う問題がある。さらに、ボートにウェーハ１枚当たり５箇所以上のウェーハ支持部を設けようとすると、この寸法精度を有するボートの製造は、さらに困難となるため、ウェーハ支持部の個数を簡易に増やすことができないと言う問題がある。なお、同様の問題は、前記の特開２０００−９１４０６号公報の方法において、ウェーハ支持板に載せるシリコン球の数を４個以上とした場合にも、やはり生ずることは言うまでもない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
シリコンウェーハの熱処理、特にＳＩＭＯＸウェーハやアニールウェーハの作製等の高温熱処理において、生産性を損なわずに、かつ、廉価なウェーハ保持具を用いてスリップの発生を十分に抑制することは、シリコンウェーハの製造歩留を向上させるための観点から、解決しなければならない重要な課題である。そして、その実現には、以下の要件を満足したウェーハ保持具が必要である。
【００１０】
すなわち、（１）工業的に実現可能な、かつ安価な保持具の製造を可能とするため、３０μｍを越える寸法誤差を許容できる保持具構造であること、（２）ウェーハの自重による応力の発生を抑制するため、ウェーハを４箇所以上のウェーハ支持部で支持できる構造であること、（３）ウェーハ支持板の熱変形による応力を緩和するために、ウェーハを点支持する構造であること、（４）高生産性を維持するために、ウェーハ保持具には凹状に切り欠きが形成され、真空チャックによりウェーハ裏面を吸着、搬送する方式のウェーハ搬送装置を適用することが可能であること、（５）保持具がシリコンウェーハと熱処理中に溶着しない材料により構成されていること、等を満たしていなければならない。また、さらには前記要件を満足したウェーハ保持具が組み込まれた、ウェーハ保持装置及び熱処理炉が必要である。
【００１１】
しかしながら、既に述べたように、従来技術では、上記課題を解決するには至っていないのが現状である。
【００１２】
本発明は、以上に述べた課題を解決し、シリコンウェーハの高温熱処理に適したウェーハ保持具、ウェーハ保持装置及び熱処理炉を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願発明者らは、シリコンウェーハの熱処理、特にＳＩＭＯＸウェーハやアニールウェーハの作製等の高温熱処理に適した、前記（１）〜（５）の要件を満足するシリコンウェーハの保持方法について、これまでに鋭意検討を重ねてきた。
【００１４】
本発明者らは、上記検討の第一段階として、まず（１）〜（４）の要件を満足するウェーハの保持具の構造につき鋭意検討を重ね、この結果、切り欠きを形成した板状のウェーハ支持板上に、ウェーハ支持部を有する複数のウェーハ受け部材を載せ、さらに受け部材の内のいくつかを、その上部に複数の凸部形状のウェーハ支持部を有する構成とし、かつウェーハ保持具に対する可動性も有する構造とすれば、前記（１）〜（４）の要件に適したウェーハ保持具を実現できるとの構想を得るに至った。本発明によるウェーハ保持具の最大の特徴は、上部に複数の凸部形状のウェーハ支持部を有する受け部材が、ウェーハ保持具に対して可動性を有する可動受け部材である点である。受け部材の可動性により、複数の凸部形状のウェーハ支持部が、それぞれウェーハ裏面に倣って位置変化するため、保持具と受け部材に３０μｍを越える寸法誤差があって、支持部の高さが一意にそろっていない場合にも、自己整合的に、４箇所以上のウェーハ支持部でウェーハを支持することが可能となる。
【００１５】
本発明者らは、さらに前記のウェーハ保持具を実際に作製し、これ用いてシリコンウェーハの高温熱処理を行い、ウェーハの自重に起因するスリップ発生、及びウェーハ支持板の熱変形起因のスリップ発生を抑制できることを見いだした。
【００１６】
本発明者らは、さらに、前記（５）の要件を満足するウェーハ保持具の材質についても検討を重ね、シリコンウェーハと保持具との溶着を防止することのできるウェーハ保持具の材質を見いだした。
【００１７】
上記の検討を組み合わせた結果、本発明者らは、シリコンウェーハの高温熱処理において、廉価かつ高生産性を維持したまま、ウェーハにスリップが発生することを防止できるシリコンウェーハの保持具を完成するに至った。
【００１８】
本発明は、上面にウェーハを載せる板状の保持具であって、該保持具上にウェーハ支持部を有する３個以上のウェーハ受け部材が配置され、かつ該受け部材の内少なくとも１個がその上部に複数の凸部形状のウェーハ支持部を有すると共に、保持具に対し可動である構造を有してなる可動受け部材からなり、ウェーハを少なくとも４箇所のウェーハ支持部で支持してなることを特徴とするウェーハ保持具である。
【００１９】
さらに、前記複数の凸部を上部に有する可動受け部材は、板状部材と、該板状部材の下部略中央部で前記保持具と点接触又は線接触をする支持部と、該板状部材上部に凸状のウェーハ支持部を前記保持具と接触する支持部の両側に備えた構造であることが望ましい。
【００２０】
あるいは、前記複数の凸部を上部に有する可動受け部材は、板状部材と、該板状部材の下部略中央部で前記保持具と点接触をする支持部と、該板状部材の上部に凸状のウェーハ支持部を３箇所備えた構造であることが望ましい。
【００２１】
また、本発明は、上面にウェーハを載せる板状の保持具であって、該保持具上に３個以上の受け部材が配置され、かつ、該受け部材の内少なくとも１個は、上部に平面を有し、下部略中央部で前記保持具と点接触又は線接触をする支持部を有する可動受け部材であり、さらに該可動受け部材上部の平面上には、板状部材と該板状部材の下部略中央部で前記保持具と点接触又は線接触をする支持部と該板状部材上部に複数の凸状ウェーハ支持部を備えた可動受け部材が１個以上配置されてなることを特徴とするウェーハ保持具である。
【００２２】
ここで、上記の何れかに記載のウェーハ受け部材のウェーハ支持部は、ウェーハを点支持する構造であることが望ましい。
【００２３】
さらに好ましくは、前記ウェーハを点支持する構造が、曲率半径が１００ｍｍ以下の球面加工形状であることが望ましい。
【００２４】
また、上記の何れかに記載のウェーハ受け部材の材質は、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2又はＳｉから選ばれる１種、又はこれらの組み合わせであることが望ましい。
【００２５】
また、上記の何れかに記載のウェーハ受け部材のウェーハ支持部の材質は、ＳｉＣ及び／又はＳｉ3Ｎ4であることが望ましい。
【００２６】
さらに、上記の何れかに記載の保持具は、切り欠きのある円板形状であることが望ましい。
【００２７】
さらに、本発明は、複数のウェーハを支持、載置するウェーハ保持装置であって、該保持装置の複数本略平行に配された支柱に形成された複数の保持具用凹溝に、上記の何れかに記載のウェーハ保持具を水平に挿入・保持してなるウェーハ保持装置である。
【００２８】
さらに、本発明は、上記記載のウェーハ保持装置を備えてなる熱処理炉である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を添付図面に基づき説明する。
【００３０】
本発明に係わるウェーハ保持具は、板状の保持具であって、例えば図１乃至図４に示すように、円板形状のウェーハ支持板２１である。このウェーハ支持板２１は、通常ＳｉＣ、ＳｉＯ2又はＳｉによって形成される。ウェーハ支持板２１には、真空チャックによりウェーハ裏面を吸着、搬送する方式のウェーハ搬送装置の適用が可能となるよう、真空チャックの挿入位置に切り欠き２２が形成されていることが望ましい。
【００３１】
このウェーハ支持板２１の上に、図１乃至図４に示すように、上部にウェーハ支持部を有する３個以上のウェーハ受け部材３１、３５、４１、５１が配置される。前記３個以上の受け部材の少なくとも１個は、例えば図５乃至図６に示すように、その上部に複数の凸部形状のウェーハ支持部３２を有すると共に、保持具に対し可動性を有する可動受け部材とする。あるいは、前記３個以上受け部材の内少なくとも１個は、例えば図７に示すように、その上部に平面を有し、保持具に対し可動性を有する可動受け部材５１、６１であると共に、さらに前記可動受け部材上部の平面上に、複数の凸部形状のウェーハ支持部を有すると共に、保持具に対し可動性を有する可動受け部材３１、４１が１個以上配置されているようにする。
【００３２】
なお、ウェーハ支持板２１は、その上部に３個以上の受け部材を配置できる部位を有し、かつ切り欠き２２を有していれば、必要に応じ、円板形状以外の形状としても良い。
【００３３】
さらに、ウェーハ支持板２１上の可動受け部材配置部位には、可動受け部材の位置決め等を目的として、必要に応じ、可動受け部材の可動性を損なわない範囲で穴あけ加工やざぐり加工を施しても良い。
【００３４】
このように、３個以上の受け部材を上面に載せたウェーハ支持板２１は、半導体熱処理炉に設けられた、複数のウェーハを支持、載置するためのウェーハ保持装置に挿入され、水平に保持される。
【００３５】
このウェーハ保持装置は、例えば図９に示すような、鉛直方向に延びた３本乃至４本の支柱２を有する縦型ボート１であり、この場合、ウェーハ支持板２１は、保持具用溝３に挿入される。縦型ボートは、通常ＳｉＣ、ＳｉＯ2又はＳｉによって形成される。
【００３６】
３個以上の受け部材を載せたウェーハ支持板２１がウェーハ保持装置に水平に保持された後、真空チャックを有するウェーハ搬送装置によって、ウェーハ１０が、その裏面を吸着され、切り欠き２２の開口方向からウェーハ支持板２１の上部に水平に搬入される。ウェーハ１０が、ウェーハ１０の中心とウェーハ支持板２１の略中心が鉛直方向に並ぶ位置まで水平に搬入されると、真空チャックが垂直方向に下降する。これに伴ってウェーハ１０も垂直方向に下降し、ここで真空チャックによるウェーハ吸着が解除されることにより、受け部材を介してウェーハ支持板２１上にウェーハ１０が支持される。
【００３７】
真空チャックは、その後切り欠き２２の開口部から外部に引き出され、次の搬送動作に移る。このような搬送動作は、従来技術であるボートによるシリコンウェーハの直接支持でも採用されている方法である。この方式は、特開２０００−９１４０６号公報に記載されているような、昇降ピンと自動搬送用チャックとの組み合わせで搬送を行う方式と比較して、保持具用溝３の間隔を小さく取ることが可能であり、生産性を損ねることがない。また、搬送機構も単純であるため、高速搬送が可能であると同時に、搬送装置が大型化しにくい。
【００３８】
ウェーハ１０が、上記の手順に従って、複数の受け部材を介してウェーハ支持板２１上に支持された後、例えば縦型ボート１であるウェーハ保持装置は、熱処理炉内に設置された熱処理用チューブ内に導入され、引き続き、所定の熱処理が実施される。熱処理の条件は処理目的により様々であるが、その多くは縦型ボート１を炉内に導入する際の待機時炉内温度が６００〜１０００℃の範囲であり、そこから０．１〜２０℃／ｍｉｎ程度の昇温速度にて炉内温度を上げ、６００〜１４００℃の範囲で所定時間熱処理を行い、さらに０．１〜２０℃／ｍｉｎ程度の降温速度にて待機時炉内温度に戻す処理となる。この際、炉内の雰囲気は、一般に、窒素、アルゴン、水素、酸素、ＨＣｌ等やこれらの混合体である。
【００３９】
なお、ウェーハの熱処理には、縦型熱処理炉による処理の他に、ウェーハを炉内に導入後、急速に昇降温を行うＲａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ／Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ （ＲＴＡ／ＲＴＯ）処理があり、本発明に記載のウェーハ保持具は、このＲＴＡ／ＲＴＯ処理にも利用可能であることは言うまでもない。
【００４０】
熱処理を終えたウェーハは、縦型ボート１と共に熱処理用チューブから排出される。その後、真空チャックを有するウェーハ搬送装置が、上記に述べたウェーハ搬入手順の逆動作を行うことによって、ウェーハ１０は、ウェーハ支持板２１の上部からウェーハ支持板２１に形成された切り欠き２２の方向に水平に搬出される。
【００４１】
以下、図１乃至図８に示す本発明の実施形態を用い、本発明に係わるウェーハ保持具によるウェーハ支持動作とその効果をさらに詳述する。
【００４２】
図１に示す本発明の実施形態では、ウェーハ支持板２１の上に、上部に２箇所の凸部形状のウェーハ支持部３２が形成された可動受け部材３１が１個、上部に１箇所のウェーハ支持部３２が形成された固定受け部材３５が２個の、計３個の受け部材が配置されている。図１及び図５に示すように、可動受け部材の望ましい構造の一つは、可動受け部材が、板状部材と、板状部材の下部略中央部に前記保持具と点接触又は線接触をする支持部と、該板状部材上部に凸状のウェーハ支持部を、ウェーハ支持板と接触する支持部の両側に備えた構造である。
【００４３】
可動受け部材３１は、上記に述べたウェーハ搬入動作においては、ウェーハの自重をウェーハ支持部３２に受けることにより、支持部３４を支点として天秤に似た動作を行う。この結果、可動受け部材３１上に形成された２箇所のウェーハ支持部３２は、図１に示した４箇所のウェーハ支持部３２がすべてウェーハ裏面に接触することのできる配置まで各々移動し、そこで静止する。
【００４４】
以上の動作により、保持具と受け部材が３０μｍを越える寸法誤差をもっており、ウェーハ支持部の高さが一意にそろっていない場合にも、図１の例では、自己整合的に、４箇所のウェーハ支持部でウェーハ１０を支持することが可能である。
【００４５】
さらに、ウェーハ支持板２１の上に載せる可動受け部材の個数を図１の例よりも増やすことで、より多くのウェーハ支持部でウェーハを支持することが可能である。例えば、図２に示す本発明の実施形態では、ウェーハ支持板２１の上には３個の可動受け部材３１が載せられている。この場合、ウェーハが搬入されると、３個の可動受け部材３１のそれぞれが、図１に示す本発明の実施形態と同様の天秤様動作を行う結果、保持具と受け部材に寸法誤差がある場合でも、自己整合的に、６箇所のウェーハ支持部でウェーハ１０を保持することが可能である。
【００４６】
このように、本発明では、寸法誤差の大きな、安価なウェーハ支持板や受け部材を用いた場合にも、４箇所以上のウェーハ支持部によって、ウェーハを支持することが容易に可能である。従って、ウェーハの自重によって支持部に発生する応力を、従来技術に比べて緩和することが可能となり、このためウェーハの自重によるスリップ発生を抑制できる。
【００４７】
なお、ウェーハ支持板には、４個以上の受け部材を載せても良い。この場合には、ウェーハ支持板上に配置される４個以上の受け部材の内、固定受け部材の数を２個以下とし、残りの受け部材を、上面に複数の凸状のウェーハ支持部３２を有する可動受け部材とする。すると、受け部材の寸法誤差により、４個以上の受け部材の中から、少なくとも３個の受け部材が選ばれてウェーハ支持に供される。ここで、ウェーハ支持板に載せる固定受け部材の数を２個以下とすれば、前記ウェーハ支持に供される少なくとも３個の受け部材の中には、可動受け部材が必ず１個以上含まれるため、図１や図２に示した本発明の実施形態と同様、４箇所以上のウェーハ支持部によって、ウェーハを支持することができる。
【００４８】
図３には、可動受け部材の望ましい他の構造を用いた、本発明の別の実施形態を示す。図３に示すように、可動受け部材の望ましい他の構造は、可動受け部材が板状部材と、その下部略中央部に前記保持具と点接触をする支持部と、該板状部材の上部に凸状のウェーハ支持部を３箇所備えた構造である。
【００４９】
可動受け部材４１は、上記に述べたウェーハ搬入動作においては、ウェーハの自重をウェーハ支持部３２に受けることにより、支持部４４を支点として、ウェーハ支持板２１に対して微小に傾く。この結果、図３に示す本発明の実施形態では、ウェーハ支持部３２は、図３に示す９箇所のウェーハ支持部３２がすべてウェーハ裏面に接触することのできる配置までおのおの移動し、そこで静止する。以上の動作により、図３の例では、ウェーハ支持板２１や可動受け部材４１に寸法誤差がある場合にも、自己整合的に、９箇所の支持部でウェーハ１０を支持することが可能である。このため、ウェーハの自重によって支持部に発生する応力を、図１及び図２に示す実施形態に比べて、さらに緩和することが可能となる。
【００５０】
図１又は図２においては、可動受け部材３１の代わりに、図５に示す可動受け部材３６及び３８のように、板状部材３３の下部略中央部にざぐり加工を施し、該ざぐりを錐形状、球状又は碁石型形状の支持部３７又は３９で支持する方式の可動受け部材を用いても良い。また、図３においては、可動受け部材４１の代わりに、図６に示す可動受け部材４６のように、板状部材４３の下部中央部における支持部４７の曲率が、可動受け部材４１よりも小さな可動受け部材を用いても良い。
【００５１】
また、可動受け部材４１の代わりに、図６に示す可動受け部材５５のように、板状部材４３の下部中央部にざぐり加工を施し、該ざぐりを錐形状、球状又は碁石型形状の支持部３７で支持する方式の受け部材を用いても良い。さらに、図５に示す可動受け部材３６又は図６に示す可動受け部材５５においては、錐形状の支持部３７がウェーハ支持板２１に一体形成されていても良い。このように、可動受け部材の支持部は、受け部材の可動性を損なわなければ、その形状や構成に特に制約はない。
【００５２】
さらに、図３において、可動受け部材４１の代わりに、可動受け部材５６のように、板状部材５７が支持部４７とウェーハ支持部３２を結ぶ複数の腕からなる外周形状を有する受け部材５６を用いても良い。このように、可動受け部材の板状部材も、受け部材の可動性を損なわなければ、その形状に特に制約はない。
【００５３】
さらに、ウェーハ支持板２１に載せられた可動受け部材３１、３６、３８、４１、４６、５５、５６の上部に存在するウェーハ支持部３２の個数は、可動受け部材１個当たり４個以上であっても良い。この場合には、寸法誤差によって、４個以上のウェーハ支持部３２の中から、２個乃至３個のウェーハ支持部３２が選ばれてウェーハ支持に供される。従って、図１や図２に示した本発明の実施形態と同様、４箇所以上のウェーハ支持部によってウェーハを支持することができる。
【００５４】
図４には、可動受け部材の望ましいさらに他の構造を用いた、本発明の別の実施形態を示す。
【００５５】
図４に示す本発明の実施形態では、ウェーハ支持板２１の上には３個の可動受け部材５１が載せられている。これは、上部に平面を有し、下部略中央部に前記保持具と点接触又は線接触をする支持部を有する可動受け部材の形状であれば良く、さらに該可動受け部材の上部の平面上に、例えば図５乃至図６に示したような、複数のウェーハ支持部を有する可動受け部材が、１個以上配置された構成である。このような構造の他の一例としては、図７に示す可動受け部材６１のような構造が挙げられる。
【００５６】
図４の場合、可動受け部材５１の上には３個の可動受け部材４１が載せられている。この可動受け部材４１は、上述したウェーハ搬入動作において、ウェーハの自重をウェーハ支持部３２に受けることにより、支持部４４を支点として、可動受け部材５１の上部の平面５３に対して微小に傾く。さらに、可動受け部材５１自身も、支持部５４を支点としてウェーハ支持板２１に対して微小に傾く。この結果、図４に示す本発明の実施形態では、各々のウェーハ支持部３２は、図４に示す２７箇所のウェーハ支持部３２がすべてウェーハ裏面に接触することのできる配置まで自己整合的に移動し、そこで静止する。
【００５７】
以上の動作により、図４に示す本発明の実施形態では、ウェーハ支持板２１や可動受け部材５１に寸法誤差がある場合にも、自己整合的に２７箇所のウェーハ支持部でウェーハ１０を支持することが可能である。このため、ウェーハの自重によって支持部に発生する応力を、図１乃至図３に示す本発明の実施形態に比べて、さらに緩和することが可能となる。
【００５８】
可動受け部材５１の上には、可動受け部材４１ではなく、例えば図５乃図６に示す各種の可動受け部材を載せても良く、さらにこれらを混載してもよい。また、可動受け部材５１の上には、例えば図５乃図６に示す各種の可動受け部材を１個以上と、図１に示す固定受け部材３５とを混載しても良い。
【００５９】
さらに、図１乃至図７に示した各種の可動受け部材を、ウェーハ支持板２１上に混載しても良いことは、言うまでもない。ただし、この際には、混載する各種の可動受け部材におけるウェーハ支持部の高さの設計値を、すべて同一にしておくことが望ましい。
【００６０】
ウェーハ支持板２１に載せられ、かつ、ウェーハ１０の支持に供される３個の受け部材の配置は、ウェーハ１０の中心から延びる垂線が、前記３個の受け部材の形作る３角形の内部を通過するような３点の位置に配置されることが望ましい。より望ましくは、前記３個の受け部材が、上記配置であって、かつ、ウェーハ支持板２１の中心からウェーハ１０の半径の７０％程度離れた位置に配置すると良い。
【００６１】
受け部材の上部に形成された複数のウェーハ支持部３２同士の間隔は、受け部材の加工を容易にするため、５ｍｍ以上離すと良い。また、前記間隔の上限値に特に規定はなく、受け部材３個をウェーハ支持板２１上に重なることなく配置できる間隔以下であれば良い。
【００６２】
受け部材の上部に形成された複数のウェーハ支持部３２は、ウェーハを点支持する構造であることが望ましい。仮に、ウェーハ支持部３２先端の曲率半径が極めて大きい場合、ウェーハと受け部材上の間に生ずる摩擦力が増大し、シリコンウェーハをウェーハ支持板に載せて熱処理炉で加熱すると、ウェーハ支持板の熱変形により発生する応力を、ウェーハの支持点において緩和することが困難になることがある。この結果、ウェーハ内にスリップが発生するおそれがある。しかし、ウェーハを点支持する構造とすれば、上記応力は緩和され、スリップ発生には至らない。
【００６３】
さらに望ましくは、受け部材の上部に形成された複数のウェーハ支持部３２は、その先端が曲率半径１００ｍｍ以下の球面加工となっていることが望ましい。
【００６４】
受け部材はシリコンウェーハに直接接触するため、以下の条件を満たす材料から構成されていることが望ましい。すなわち、（ａ）材料の融点がＳｉ融点（１４１０℃）以上であること、（ｂ）１４１０℃以下の温度でシリコンウェーハを支えるのに十分な機械的強度を持つこと、（ｃ）シリコンウェーハへの汚染をさけるため、汚染レベルの低い固体材料であること、等を満たす材料から構成されていることが望ましい。このような要件を満たす材質としては、例えば、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、Ｓｉがあげられる。このように、受け部材に用いられる材料は、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、Ｓｉから選ばれる１種、又はこれらの組み合わせであることが望ましい。
【００６５】
可動受け部材の上部に形成された複数のウェーハ支持部３２に用いられる材料は、前述の条件を満たすだけでなく、受け部材とシリコンウェーハの溶着を防ぐために、高温での酸化雰囲気中におかれても、酸化物形成等の変質が少ない材料から構成されていることが望ましい。このような要件を満たす材質としては、例えば、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4があげられる。このように、可動受け部材の上部に形成された複数のウェーハ支持部３２に用いられる材料は、ＳｉＣ及び／又はＳｉ3Ｎ4であることが望ましい。
【００６６】
【実施例】
次に、本発明のウェーハ保持具、ウェーハ保持装置及び熱処理炉が、所望の効果を奏するかを実験により確認した。実験には、図３乃至図８に記載の、可動受け部材３１、３６、３８、４１、４６、５１、５５、５６、６１及び固定受け部材３５を用いた。
【００６７】
上記各種の可動受け部材を作製する際は、その上部に形成された複数のウェーハ支持部３２同士の間隔を５〜４０ｍｍの範囲内とした。上記各種の可動受け部材をウェーハ支持板２１に搭載する際には、可動受け部材を、ウェーハ支持板２１の中心からウェーハ１０の半径の約７０％離れた位置に配置した。また、この際、可動受け部材の形作る多角形が正多角形となるように配置した。ただし、正多角形の頂点がウェーハ支持板２１に形成された切り欠き２２と重なってしまう場合には、当該受け部材の位置を切り欠き２２を外すようにずらした。ウェーハ支持板２１上に可動受け部材を配置した後、ウェーハ支持板２１を縦型ボートに搭載し、さらにその縦型ボートを縦型熱処理炉に搭載した。
【００６８】
さらに実験には、８インチシリコンウェーハ（直径２００ｍｍ）、１２インチシリコンウェーハ（直径３００ｍｍ）を用いた。該各種シリコンウェーハに対して、縦型熱処理炉に１２００℃で１２時間Ａｒ１００％雰囲気中で処理した場合、及び１３９０℃で１２時間ドライ酸化処理した場合のスリップ発生状況を調べた。
【００６９】
さらに、本発明の比較例として、図９に示した特開２０００−９１４０６号公報記載の治具を用いて、上記と同じ熱処理を行い、そのスリップ発生状況を、本発明の実施例と比較した。この際、シリコン球１２の直径は３ｍｍ、またウェーハ支持板１１に載せるシリコン球１２の数は３〜５個とした。さらに、シリコン球を、ウェーハ支持板１１の中心からウェーハ１０の半径の約７０％離れた位置であって、さらにシリコン球の形作る多角形が正多角形となる位置に配置して、熱処理を行った。
【００７０】
スリップの発生状況は、Ｘ線トポグラフィーにより確認した。その他実験の詳細条件については、表１に示した。なお、表１中で、○はスリップの発生がないこと、△は軽度のスリップ発生があること、×は重度のスリップ発生があることを示す。
【００７１】
表１に示すように、本発明の実施例は、１２００℃Ａｒ雰囲気中では、全水準で○を示しているのに対し、比較例は△か×であった。さらに、本発明の実施例の中で、ウェーハ支持部の曲率半径が１００ｍｍ以下、かつ、ウェーハ支持部の材質がＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4の水準は、１３９０℃の酸化雰囲気でも、殆どの水準が○で、極一部が△を示しているのに対し、比較例は全水準で×であった。
従って、特開２０００−９１４０６号公報記載の従来技術に比べ、本発明のウェーハ保持具、ウェーハ保持装置及び熱処理炉は、スリップ発生に対し明らかな改善効果が認められた。
【００７２】
【表１】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、シリコンウェーハの熱処理、特にＳＩＭＯＸウェーハやアニールウェーハの作製等の高温熱処理に適した、工業的に実現可能な、かつ高価でないウェーハ保持具であって、さらにシリコンウェーハのスリップ発生を防止することができるウェーハ保持具を提供することができる。
【００７４】
さらに、本発明によれば、前記ウェーハ保持具を搭載することにより、高生産性を維持したまま、シリコンウェーハのスリップ発生を防止できるウェーハ保持装置及び熱処理炉を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第一実施形態のウェーハ保持具の斜視図
【図２】本発明第二実施形態のウェーハ保持具の斜視図。
【図３】本発明第三実施形態のウェーハ保持具の斜視図。
【図４】本発明第四実施形態のウェーハ保持具の斜視図。
【図５】本発明第一及び第二実施形態の可動受け部材の斜視図、及びＣ−Ｄ線断面図、Ｅ−Ｆ線断面図及びＧ−Ｈ線断面図。
【図６】本発明第三実施形態の可動受け部材の斜視図及び側面図。
【図７】本発明第四実施形態の可動受け部材の斜視図及び側面図。
【図８】ウェーハ保持具が搭載された縦型ボートの斜視図。
【図９】従来技術のウェーハ保持具の斜視図及びＡ−Ｂ線断面図。
【符号の説明】
１ ボート
２ ボート支柱
３ 支持溝
６、１１、２１ ウェーハ支持板
７、２２ 切り欠き
１２ シリコン球
１０ シリコンウェーハ
３１、３６、３８、４１、４６、５１、５５、５６、６１ 可動受け部材
３２ 凸部形状のウェーハ支持部
３３、４３、５７ 板状部材
３４、３７、３９、４４、４７、５４、６４ ウェーハ支持板と点接触又は線接触する支持部
３５ 固定受け部材
５３ 可動受け部材上部の平面
Claims (11)
- 上面にウェーハを載せる板状の保持具であって、該保持具上にウェーハ支持部を有する３個以上のウェーハ受け部材が配置され、かつ該受け部材の内少なくとも１個がその上部に複数の凸部形状のウェーハ支持部を有すると共に、保持具に対し可動である構造を有してなる可動受け部材からなり、ウェーハを少なくとも４箇所のウェーハ支持部で支持してなることを特徴とするウェーハ保持具。
- 前記複数の凸部を上部に有する可動受け部材が、板状部材と、該板状部材の下部略中央部で前記保持具と点接触又は線接触をする支持部と、該板状部材上部に凸状のウェーハ支持部を前記保持具と接触する支持部の両側に備えた構造であることを特徴とする請求項１記載のウェーハ保持具。
- 前記複数の凸部を上部に有する可動受け部材が、板状部材と、該板状部材の下部略中央部で前記保持具と点接触をする支持部と、該板状部材の上部に凸状のウェーハ支持部を３箇所備えた構造であることを特徴とする請求項１記載のウェーハ保持具。
- 上面にウェーハを載せる板状の保持具であって、該保持具上に３個以上の受け部材が配置され、かつ、該受け部材の内少なくとも１個は、上部に平面を有し、下部略中央部で前記保持具と点接触又は線接触をする支持部を有する可動受け部材であり、さらに該可動受け部材上部の平面上には、板状部材と該板状部材の下部略中央部で前記保持具と点接触又は線接触をする支持部と該板状部材上部に複数の凸状ウェーハ支持部を備えた可動受け部材が１個以上配置されてなることを特徴とするウェーハ保持具。
- 前記ウェーハ受け部材のウェーハ支持部が、ウェーハを点支持する構造であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のウェーハ保持具。
- 前記ウェーハを点支持する構造が、曲率半径が１００ｍｍ以下の球面加工形状であることを特徴とする請求項５記載のウェーハ保持具。
- 前記ウェーハ受け部材の材質が、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2又はＳｉから選ばれる１種、又はこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のウェーハ保持具。
- 前記ウェーハ受け部材のウェーハ支持部の材質が、ＳｉＣ及び／又はＳｉ3Ｎ4であることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のウェーハ保持具。
- 前記保持具が、切り欠きのある円板形状である請求項１〜８の何れかに記載のウェーハ保持具。
- 複数のウェーハを支持、載置するウェーハ保持装置であって、該保持装置の複数本略平行に配された支柱に形成された複数の保持具用凹溝に、請求項１〜９の何れかに記載のウェーハ保持具を水平に挿入・保持してなることを特徴とするウェーハ保持装置。
- 請求項１０記載のウェーハ保持装置を備えてなることを特徴とする熱処理炉。
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