JP4622859B2 - 半導体基板用熱処理治具および半導体基板の熱処理方法 - Google Patents

半導体基板用熱処理治具および半導体基板の熱処理方法 Download PDF

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Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、縦型熱処理炉の熱処理ボートに用いられる熱処理治具および熱処理方法に関し、さらに詳細には、半導体基板を高温で熱処理する際に、結晶欠陥として発生するスリップを抑制できる半導体基板用の熱処理治具、およびそれを用いた熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩデバイス製造プロセスで処理される半導体基板は、酸化、拡散および成膜等の工程において、高温の熱処理を繰り返して製造される。その熱処理の際に、半導体基板の面内に不均一な温度分布が生じると、それにともなって半導体基板に熱応力が発生する。
【０００３】
一方、半導体基板の支持方法によっては、ウェーハ（基板）重量に起因して発生する応力（以下、単に「自重応力」という）が発生する。従来の熱処理用ボートでは、シリコン基板の外周部のみを支持する方式である場合には、直径３００ｍｍの半導体基板を熱処理すると自重応力の発生が著しく、使用することが困難になる。
【０００４】
上記の熱応力や自重応力は、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。半導体基板の品質特性を確保するには、スリップの発生を抑制するために、これらの熱応力や自重応力を低減させることが重要である。
【０００５】
半導体基板の熱処理に際し、縦型熱処理炉は設置スペースを小さくでき、大口径の半導体基板を多量に熱処理するのに適していることから、半導体基板の各種熱処理に用いられる装置として採用されている。
【０００６】
図１は、縦型熱処理炉に用いられる半導体基板用の熱処理ボートの構成例を示す図である。熱処理ボート１は、３本以上の支柱３とこの支柱３を上下位置で固定する上部天板５、および下部天板６から構成されており、開口部２が設けられている。前記支柱３には基板支持部４が列設され、開口部２側から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て所定の熱処理が行われる。
【０００７】
図１に示すように、熱処理ボート１は、離間配置された上下一対の天板５、６と、これらを連結する複数本の支柱３とで構成されるため、半導体基板を基板支持部４に載置したり、または取り出すための開口部２を設けることが必要である。したがって、通常、開口部２側に設けられる２本の支柱３は、半導体基板の載置または取り出しを容易にするため、半導体基板の直径相当程度に離間して配設される。
【０００８】
小口径の半導体基板の熱処理に際しては、前記図１に示す熱処理ボート１を用いて、基板裏面の外周部を３点または４点程度の複数点で支持する方式が広く使用されてきた。しかし、近年の半導体基板の大口径化にともない、発生する自重応力が大幅に増大するようになると、前記図１に示す熱処理ボート１を用い基板裏面の外周部を３点または４点程度で支持する方式では、支持位置での自重応力の増大に合わせ、自重応力の不均一分布が促進され、スリップの発生が顕著になる。
【０００９】
このため、最近では、半導体基板の大口径化にともなうスリップの発生を低減するため、半導体基板の裏面内部を複数点で支持する治具、または半導体基板とリング状に線接触若しくは面接触で支持する治具が開発され実用化されている。
【００１０】
実用化された半導体基板の裏面内部を支持する治具を用いることによって、半導体基板を熱処理の際に発生するスリップを低減させることができる。しかし、これらの接触方式を変更させた構造を持つ熱処理治具を使用することによって、精度良くスリップを低減させるために、新たな問題が生じる。
【００１１】
例えば、半導体基板の裏面と支持治具が接着することにより、半導体基板および支持治具それぞれの変形が拘束されるため、熱応力または自重応力を上回る程の大きな応力が新たに半導体基板に付加されることがある。このような場合には、新たに付加される応力がスリップ発生の原因となる。
【００１２】
新たなスリップ発生の原因として、熱処理治具自体の加工精度によるものがあり、特に、半導体基板の裏面と支持治具とが接触する領域における表面の平坦度と表面粗さに大きく依存している。
【００１３】
通常、高温熱処理に使用される熱処理治具は、シリコンカーバイドから製作されている。このため、半導体基板と支持治具とが接触する領域における平坦度は２００μｍ以下であり、治具表面は局部的に表面凹凸部が集合した構造になっている。
【００１４】
そこで、本発明者らは、厚さ１ｍｍ未満のシリコンカーバイド製のホルダを設けて、その上に半導体基板より小径のシリコンまたはシリコンカーバイドからなるリングまたは円板治具を積載し、さらにその上に半導体基板を載置し熱処理を行なう方法を提案している（特許文献１、参照）。
【００１５】
同様に、本発明者らは、気相成長法に用いられるシリコンカーバイト製の熱処理治具上に、半導体基板裏面の中心部を支持するための中央突起部と該基板裏面を支持するための少なくとも１個の円弧部を配置し、半導体基板と接触する中央突起部と円弧部の接触面の全てまたは一部にキャッピング部材を配置した熱処理治具を開示している（特許文献２、参照）。
【００１６】
一方、本発明者らがなしたものではないが、特許文献３や特許文献４では、円板形状またはリング形状を具備した支持治具を用いて、これらの支持治具にシリコン基板を載置し熱処理することが記載されている。しかし、これらの公報には、円板形状またはリング形状の支持治具の平坦度や凹凸部の集合体に関する記載がない。
【００１７】
上述の特許文献１で提案された熱処理方法では、ＳＩＭＯＸ基板の熱処理のような処理温度が１３００℃を超え、保持時間が１０時間より長くなる超高温の熱処理条件になると、ホルダを構成するシリコンカーバイド自体の強度が弱くなる。このため、ホルダの厚みは１ｍｍ未満であり、撓みを抑制することができず、ホルダが支持するリングまたは円板治具にも、同様に撓みが発生する。そして、最終的に、半導体基板にもスリップが発生する。
【００１８】
上述の通り、半導体基板にスリップが発生するのは、超高温の熱処理条件下でのシリコンカーバイド製のホルダの強度不足、さらにホルダが保持するリングまたは円板治具の強度不足によるものである。また、半導体基板との接触条件によっては、小径円板またはリング治具と半導体基板との接触面での接着も強固になり、局所的な接着に起因するスリップも発生する。
【００１９】
特許文献２で開示する治具を用い、ホルダ上の円弧高さと中央突起部の高さを精度良く作製しても、高温熱処理時に生じるホルダの撓みにより、ホルダ上の円弧高さと中央突起部の高さとに誤差が発生し、スリップを低減させることは困難になる。
【００２０】
高温熱処理時に発生する誤差を低減するため、焼結シリコンカーバイドから厚いホルダを削り出し、撓みが発生しにくい中央突起部と円弧部を作製することも検討できるが、製造コストが増加し、工業的量産に適用できるものではない。
【００２１】
また、特許文献３や特許文献４などに記載される円板形状またはリング形状の支持治具を用いても、超高温の熱処理条件になると、半導体基板にスリップが発生している。このように、単に円板形状またはリング形状の支持治具を用いることによっては、熱処理にともなって発生するスリップを抑制するものにはならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】
特開２００１−３５８０８６号公報
【特許文献２】
特開２００３−０３７１１２号公報
【特許文献３】
特開平９−１９９４３８号公報
【特許文献４】
特開平１０−２７０３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、縦型熱処理炉の熱処理ボートを用いて半導体基板を熱処理する場合に、半導体基板に付加される応力を低減して、スリップの発生を抑制することができる、半導体基板用熱処理治具およびこれを用いた半導体基板の熱処理方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明者らは、上記の目的を達成するため、種々検討した結果、縦型熱処理炉の熱処理ボートに用いて熱処理を行う場合に、熱処理ボートに載置される熱処理治具を、半導体基板と直接接触して支持する第１の治具と、この第１の治具を保持するとともに熱処理ボートに載置する第２の治具（以下、単に「ホルダ」という）とで構成するのが有効であることに着目した。
【００２５】
さらに、検討を進め、治具材料の最適化として、第１の治具はシリコン材料から構成し、ホルダは高温強度に強い材料、例えば、シリコンカーバイドを用いることを必須とし、さらに、これらの第１の治具およびホルダの表面粗さと表面平坦度を規定することが望ましいことを知見した。
【００２６】
シリコン材料からなる第１の治具は、半導体基板と直接接触して支持する領域表面の平坦度を１００μｍ以下、望ましくは５０μｍ以下にすることにより、安定して半導体基板を支持できる。表面平坦度が１００μｍを超えるようになると、半導体基板との接触が点接触になり易く、スリップが生じ易くなる。
【００２７】
本発明で規定する平坦度は、ＪＩＳ Ｂ ０６２１に規定する平坦度を用いることにする。
【００２８】
第１の治具の半導体基板と直接接触する領域における厚みは、０．５ｍｍ〜１０ｍｍとし、望ましくは０．７ｍｍ〜５．０ｍｍとする。厚みが０．５ｍｍ未満では治具の加工時に破損が頻発し、治具作製時の歩留低下が大きくなると同時に、ホルダの平坦度に大きく影響される。一方、厚みが１０ｍｍを超えると、熱処理ボート当たりに載置できる半導体基板の枚数が減少し、熱処理の生産性を低下させることになる。
【００２９】
第１の治具での半導体基板と直接接触する領域における表面粗さは、０．０２μｍ〜１０μｍとし、望ましくは５．０μｍ以下とする。表面粗さが０．０２μｍ未満であると、半導体基板と接着し易く、１０μｍより大きい場合には、表面粗さを確保するためのブラスト処理時に治具が破損するおそれがある。
【００３０】
第１の治具では、ホルダと接触する領域においても、表面粗さを０．０２μｍ〜１０μｍとし、望ましくは５．０μｍ以下とするのがよい。上記の半導体基板と直接接触する領域における表面粗さの場合と同じ理由による。
【００３１】
本発明で規定する表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に規定する中心線平均粗さ（Ｒａ）で表示している。
【００３２】
第１の治具の構造は、円板形状またはリング形状などからなり、半導体基板を安定して支持できる構造であれば、いかなる構造でも適用できる。リング形状または馬蹄型形状からなる治具構造の場合には、半導体基板と接触する治具の幅、すなわち、リング幅または馬蹄幅は０．５ｍｍ以上にするのが望ましい。
【００３３】
また、第１の治具では、半導体基板と直接接触する領域表面にシリコンカーバイド膜、酸化膜、または多結晶シリコン膜のいずれかを形成することにより、さらにスリップ低減を図ることができる。
【００３４】
ホルダと第１の治具とが直接接触する領域表面の平坦度は、２００μｍ以下、望ましくは１００μｍ以下にすることにより、安定して第１の治具を保持することができる。すなわち、ホルダの平坦度を２００μｍ以下にすることにより、高温熱処理中に第１の治具がホルダの平坦度に倣って塑性変形することを防止できる。
【００３５】
ホルダでの第１の治具と直接接触する領域における厚みは、０．５ｍｍ〜１０ｍｍとする。厚みが０．５ｍｍ未満であると、ホルダの平坦度を精度良く加工することができず、一方、厚みが１０ｍｍを超えると、熱処理ボート内の熱容量が増加し、加熱効率の劣化や熱処理ボートに載置できる半導体基板の枚数が減少する。
【００３６】
ホルダでの第１の治具と直接接触する領域における表面粗さは、シリコン材料からなる第１の治具との接着を防止するため、０．０２μｍ〜１０μｍにするのが望ましい。
【００３７】
ホルダが採用する材料は、使用する熱処理温度に応じて選択できる。例えば、１０００℃以上で繰り返し熱処理を行う場合には、シリコンカーバイドなどを採用すればよく、１０００℃以下で熱処理を行う場合には、石英、シリコン材料などを採用すればよい。
【００３８】
ホルダの構造は、熱処理治具が安定する構造であれば、いかなる構造も適用できる。例えば、ホルダの熱容量を低減するため、リング構造にすることも、ザグリ構造にすることもできる。
【００３９】
さらに、熱処理治具を長期的に安定して使用するためには、ホルダの厚みが０．５ｍｍ〜１．０ｍｍと薄い場合には、ホルダが支持する第１の治具の厚みを１．０ｍｍ以上にするのが望ましい。さらに、ホルダの厚みが１．０ｍｍを超える場合には、ホルダが支持する第１の治具の厚みを０．５ｍｍ以上にすれるのが望ましい。
【００４０】
上述の構成を採用することにより、本発明の半導体基板用熱処理治具は、半導体基板と直接接触して支持するシリコン材料から構成される第１の治具と、この第１の治具を保持するとともに熱処理ボートに載置するための第２の治具（ホルダ）とからなる２分割構造で構成される。この構成により、以下に説明するように、半導体基板に発生するスリップを有効に抑制することができる。
【００４１】
例えば、直径３００ｍｍの半導体シリコン基板を縦型熱処理炉に複数枚投入し、熱処理する場合に、直径３２０ｍｍのシリコンカーバイド製のホルダ上に、直径２００ｍｍの単結晶シリコン材料からなる円板形状の第１の治具を載置し、その上に半導体シリコン基板を搭載した場合を考察する。
【００４２】
熱処理において、ホルダよりも小径である円板形状の第１の治具の面内温度差は、ホルダの面内温度差に比べ小さくなる。このため、半導体シリコン基板に付加される熱応力は、円板形状の第１の治具を設置することにより軽減される。さらに、第１の治具は単結晶シリコン材料から製作されているので、半導体シリコン基板の熱膨張係数も同じであり、熱処理中の変形に対しても有利に作用する。
【００４３】
半導体シリコン基板の裏面と第１の治具との間で局所的な接着が発生した場合、前述の通り、２分割構造で構成されているため、ホルダと第１の治具との間ではお互いの拘束力が作用せず、半導体シリコン基板は膨張係数の異なるホルダの影響を受けることがない。
【００４４】
言い換えると、熱処理において半導体シリコン基板が影響を受けるのは、熱膨張係数が同じである第１の治具だけであり、接着領域において付加される応力を低減でき、スリップの発生を抑制することが可能になる。さらに、半導体シリコン基板と第１の治具とでは、強度面でも同等の材料であるため、接触領域におけるキズやダメージが入り難くなり、このような点からも、スリップの発生を抑制する効果を発揮する。
【００４５】
本発明の半導体基板用熱処理治具では、半導体シリコン基板と同じ直径、または大きな直径で構成された第１の治具を採用しても、２分割構造による効果が得られる。上述の通り、熱膨張係数および強度が同じであることに加え、半導体シリコン基板を載置する治具が分割されているため、熱処理治具における厚み方向での温度差は、一体構造のそれに比べ、より低減しており、ホルダおよび第１の治具の変形を低減できることによる。
【００４６】
本発明の半導体基板用熱処理治具によれば、シリコン材料を用いた第１の治具の最適化を行うとともに、これを支持するホルダ自体も最適化することにより、ＳＩＭＯＸ熱処理のような超高温の熱処理条件下でも安定して使用でき、また半導体シリコン基板に発生するスリップを低減できる。
【００４７】
熱処理炉が非酸化性雰囲気、例えば、水素ガス雰囲気やアルゴンガス雰囲気であり、１０００℃以上で長時間の熱処理を行う場合には、シリコン材料同士の強力な接着を防止するため、第１の治具の表面に酸化膜、窒化膜、またはシリコンカーバイド膜を形成するのが有効である。また、熱処理炉が酸化雰囲気であっても、同様に、表面に膜を形成してもよく、膜を形成することなくそのまま使用しても良い。
【００４８】
熱処理に際し、半導体シリコン基板の特定位置にスリップが発生する場合には、その特定位置に対応する第１の治具の表面をシリコン材料およびシリコンカーバイド材料などを用いて、局所的に研削または研磨することにより、スリップの発生を抑制することができる。
【００４９】
半導体シリコン基板と第１の治具に接着が発生すると、半導体シリコン基板の一部が剥離し、第１の治具表面に固着してスリップの原因になるが、局所的に研削または研磨することにより、第１の治具表面に固着した剥離物を除去し、スリップの原因を解消することができる。
【００５０】
上記の構成を採用することによって、本発明の半導体基板用熱処理治具によれば、自重応力の大きい直径３００ｍｍの半導体ウェーハを高温で熱処理する場合であっても、結晶欠陥として発生するスリップを有効に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】縦型熱処理炉に用いられる半導体基板用の熱処理ボートの構成例を示す図である。
【図２】本発明の第１例である熱処理治具１０の構成を示す図である。
【図３】本発明の第２例である熱処理治具２０の構成を示す図である。
【図４】本発明の第３例である熱処理治具３０の構成を示す図である。
【図５】本発明の第４例である熱処理治具４０の構成を示す図である。
【図６】本発明の第５例である熱処理治具５０の構成を示す図である。
【図７】本発明の第６例である熱処理治具６０の構成を示す図である。
【図８】本発明の第７例である熱処理治具７０の構成を示す図である。
【図９】本発明の第８例である熱処理治具８０の構成を示す図である。
【図１０】本発明の第９例である熱処理治具９０の構成を示す図である。
【図１１】前記図２に示す熱処理治具１０のホルダ１１を使用するが、シリコン単結晶からなるリング２１を使用しない比較例１の構成を示す図である。
【図１２】前記図３に示す熱処理治具２０のホルダ１２を使用するが、シリコン単結晶からなるリング２２を使用しない比較例２の構成を示す図である。
【図１３】前記図４に示す熱処理治具３０のホルダ１３を使用するが、シリコン単結晶からなるリング２３を使用しない比較例３の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、本発明の縦型熱処理炉の熱処理ボートに載置される半導体基板用熱処理治具の実施の形態を図面を用いて、具体的に説明するが、本発明は、それらの具体例に限定されるものではない。
【００５３】
以下の本発明例および比較例で供試した基板は、いずれも直径３００ｍｍの半導体用シリコンとした。そのときの熱処理条件は、酸素５０％雰囲気にて室温から昇温開始、１３２０℃で１５時間保持した後、室温まで降温させた。熱処理後の半導体シリコン基板は、表面欠陥評価装置（魔鏡およびエックス線）によりスリップを観察した。全ての条件について、再現性を確認するために２〜３回の調査を実施した。
【００５４】
（本発明例）
本発明例では、図２〜図１０を用いて、９種類の熱処理治具（１０〜９０）の構成を説明する。
【００５５】
図２は、本発明の第１例である熱処理治具１０の構成を示す図である。熱処理治具１０に用いられるホルダ１１は、気相成長法により製作したシリコンカーバイド製であり、リング構造部１１ａを具備している。
【００５６】
ホルダ１１は直径（Ｈｄ）３２０ｍｍ、厚さ（Ｈｔ）１．３ｍｍであり、リング構造部１１ａは直径（Ｈｒｄ）２２０ｍｍ、高さ（Ｈｒｈ）３．５ｍｍ、幅（Ｈｒｗ）１．２ｍｍである。ホルダ１１のリング構造部１１ａは、表面粗さが１．６μｍ、平坦度が１８５μｍおよび２０μｍとなるように表面加工を行った。
【００５７】
次に、リング構造部１１ａにシリコン単結晶からなるリング２１を載置した。リング２１は、外径（Ｒｄ）２２３ｍｍおよびリング幅（Ｒｗ）１．５ｍｍとし、厚み（Ｒｔ）を０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ、５．０ｍｍおよび１０．０ｍｍと変化させた。
【００５８】
また、リング２１が半導体シリコン基板８およびリング構造部１１ａと接する領域では、平坦度３０μｍから３５μｍ、表面粗さ０．７μｍから１．６μｍに加工した。
【００５９】
図２に示すように、ホルダ１１にリング２１を載置した２分割構造からなる熱処理治具１０にシリコン基板８を載置し、そのホルダ１１を熱処理ボートに搭載し、縦型熱処理炉（図示せず）に投入して熱処理を行った。
【００６０】
上記の条件で熱処理した後、半導体シリコン基板８を取り出し表面を観察した。リング構造部の平坦度が１８５μｍのホルダ１１に載置した半導体シリコン基板８は、リング２１の厚みが０．５ｍｍのものでは大きなスリップが３本発生していた。
【００６１】
しかしながら、リング２１の厚みが０．７ｍｍ〜２．０ｍｍの場合には、厚みによる依存性がなく、再現テストの結果、スリップの発生なく、または１本から３本程の微細なスリップの発生があった。
【００６２】
次に、リング構造部の平坦度が２０μｍのホルダ１１は、平坦度１８５μｍのホルダ１１の結果とほぼ同等の結果であったが、リング２１の厚みが０．５ｍｍの場合に発生するスリップは低減する傾向にあった。
【００６３】
したがって、スリップはホルダ平坦度に影響を受けやすく、リング２１の厚みが薄い場合には、スリップ発生への影響は大きくなることが分かる。
【００６４】
図３は、本発明の第２例である熱処理治具２０の構成を示す図である。熱処理治具２０に用いられるホルダ１２は、気相成長法により製作したシリコンカーバイド製であり、リング構造部１２ａを具備している。
【００６５】
ホルダ１２は直径（Ｈｄ）３２０ｍｍ、厚さ（Ｈｔ）１．５ｍｍであり、リング構造部１２ａは高さ（Ｈｒｈ）２．０ｍｍ、外径（Ｈｒｄ）２８５ｍｍ、内径（Ｈｉｄ）２０３ｍｍで、幅（Ｈｒｗ）４１ｍｍを有している。ホルダ１２のリング構造部１２ａを平坦度４０μｍ、表面粗さ１．６μｍとなるように表面加工を行った。
【００６６】
このリング構造部１２ａにシリコン単結晶からなる外径（Ｒｄ）２２３ｍｍおよび厚み（Ｒｔ）２．０ｍｍで、幅（Ｒｗ）を０．５ｍｍ、０．８ｍｍおよび１．５ｍｍと変化させたリング２２を載置した。
【００６７】
また、リング２２が半導体シリコン基板８およびホルダ１２のリング構造部１２ａと接する部分の平坦度が２０μｍから３５μｍ、表面粗さ１．６μｍに表面加工した。
【００６８】
図３に示すように、このようにホルダ１２にリング２２を載置した２分割構造からなる熱処理治具２０に半導体シリコン基板８を載置して熱処理ボートに搭載し、縦型熱処理炉に投入して熱処理を行った。
【００６９】
同様に、熱処理後、半導体シリコン基板８を取り出し表面を観察した。スリップの発生はホルダに載置したリングの幅に依存することなく、再現テストの結果からも、スリップの発生なく、または微細なスリップが１本から２本発生しただけであった。
【００７０】
これより、少なくとも半導体シリコン基板を支持するリング幅は０．５ｍｍあれば良いことが分かる。
【００７１】
図４は、本発明の第３例である熱処理治具３０の構成を示す図である。熱処理治具３０に用いられるホルダ１３は、焼結シリコンカーバイド製であり、円板構造部１３ａを具備している。
【００７２】
ホルダ１３は直径（Ｈｄ）３２０ｍｍ、厚さ（Ｈｔ）１．２５ｍｍであり、円板構造部１３ａは直径（Ｈｒｄ）２８５ｍｍ、高さ（Ｈｒｈ）０．７５ｍｍである。ホルダ１３の円板構造部１３ａは、平坦度２０μｍ、表面粗さ１．５μｍとなるように表面加工を行った。
【００７３】
この円板構造部１３ａにシリコン単結晶からなる外径（Ｒｄ）２２８ｍｍで内径（Ｒｉｄ）が１５２ｍｍ、厚さ（Ｒｔ）２．０ｍｍのリング２３を載置した。
【００７４】
また、リング２３が半導体シリコン基板８およびホルダ１３の円板構造部１３ａと接する部分の平坦度が２０μｍ、表面粗さ１．６μｍから１．７μｍになるように表面加工した。
【００７５】
図４に示すように、ホルダ１３にリング２３を載置した２重構造からなる熱処理治具３０に３００ｍｍ半導体シリコン基板８を載置して熱処理ボート１に搭載し、縦型熱処理炉に投入して熱処理を行った。
【００７６】
熱処理後半導体シリコン基板８を取り出し表面を観察した。熱処理治具２０の場合と同じく、スリップはホルダに載置したリングの幅に依存することなく、再現テストの結果でも、スリップの発生なく、または微細なスリップが１本から２本発生していただけであった。
【００７７】
図５は、本発明の第４例である熱処理治具４０の構成を示す図である。熱処理治具４０に用いられるホルダ１３は、焼結シリコンカーバイド製であり、円板構造部１３ａを具備している。
【００７８】
ホルダ１３は直径（Ｈｄ）３２０ｍｍ、厚さ（Ｈｔ）１．２５ｍｍであり、円板構造部１３ａは直径（Ｈｒｄ）２８５ｍｍ、高さ（Ｈｒｈ）０．７５ｍｍである。ホルダ１３の円板構造部１３ａは、平坦度２０μｍ、表面粗さ１．５μｍとなるように表面加工を行った。
【００７９】
この円板構造部１３ａに、シリコン単結晶からなる直径（Ｒｄ）２２３ｍｍ、厚み（Ｒｔ）２ｍｍの円板２４を載置した。この円板２４は、半導体シリコン基板８およびホルダ１３の円板構造部１３ａと接する部分の平坦度が３０μｍ、表面粗さ１．５μｍとした。
【００８０】
この円板２４とホルダ１３からなる熱処理治具４０の上に半導体シリコン基板８を載置して熱処理ボートに搭載し、縦型熱処理炉に投入して熱処理を行った。
【００８１】
熱処理後、半導体シリコン基板８を取り出し表面を観察した。円板形状構造である熱処理治具４０であっても、熱処理治具２０の場合と同じく、スリップの発生がなく、または微細なスリップが１本から２本発生していただけであった。
【００８２】
図６は、本発明の第５例である熱処理治具５０の構成を示す図である。熱処理治具５０に用いられるホルダ１３は、焼結シリコンカーバイド製であり、円板構造部１３ａを具備している。
【００８３】
ホルダ１３は直径（Ｈｄ）３２０ｍｍ、厚さ（Ｈｔ）１．２５ｍｍであり、円板構造部１３ａは直径（Ｈｒｄ）２８５ｍｍ、高さ（Ｈｒｈ）０．７５ｍｍである。ホルダ１３の円板構造部１３ａは、平坦度２０μｍ、表面粗さ１．５μｍとなるように表面加工を行った。
【００８４】
この円板構造部１３ａに、シリコン単結晶からなる外径（Ｒｄ）２３０ｍｍ、内径（Ｒｉ）２２０ｍｍの外周リング、さらに内側に外径（Ｒｉｄ）９０ｍｍ、内径（Ｒｉｉ）８０ｍｍの内周リングを具備する厚み（Ｒｔ）３ｍｍの２重構造リング２５を載置した。
【００８５】
この２重構造リング２５は、半導体シリコン基板８およびホルダ１３の円板構造部１３ａと接する部分の平坦度２５μｍ、表面粗さ１．３μｍとした
【００８６】
この２重構造リング２５とホルダ１３からなる熱処理治具５０に半導体シリコン基板８を載置して熱処理ボートに搭載し、縦型熱処理炉に投入して熱処理を行った。
【００８７】
熱処理後、半導体シリコン基板８を取り出し表面を観察した。一体型２重構造リングからなる熱処理治具５０であっても、熱処理治具２０の場合と同様に、スリップの発生なく、または微細なスリップが１本から２本発生していただけであった。
【００８８】
図７は、本発明の第６例である熱処理治具６０の構成を示す図である。熱処理治具６０では、前記図５に示す熱処理治具４０で使用した単結晶シリコンからなる円板２４を処理したシリコンカーバイド膜付き円板２６を用いている。
【００８９】
このシリコンカーバイド膜付き円板２６は、前記図５に示す円板２４の表面に気相成長法によりシリコンカーバイド膜を２０μｍ堆積し、その後ハンドポリッシュで異常突起を除去後、さらにブラスト処理で表面粗さを１．２μｍになるように製作したものである。
【００９０】
シリコンカーバイド膜付き円板２６を、前記図５と同様に、焼結シリコンカーバイド製ホルダ１３の円板構造部１３ａ上に載置し、このシリコンカーバイド膜付き円板２６とホルダ１３からなる熱処理治具６０の上に半導体シリコン基板８を載置して熱処理ボートに搭載し、縦型熱処理炉に投入して熱処理を行った。
【００９１】
熱処理後、半導体シリコン基板８を取り出し表面を観察した。単結晶シリコンからなる熱処理治具表面に薄いシリコンカーバイドを被覆しても、前記熱処理治具４０の場合と同じ効果が得られた。すなわち、シリコンカーバイド被膜が薄いために材料特性（熱膨張係数など）は、シリコン材料に依存しているものと推察される。
【００９２】
図８は、本発明の第７例である熱処理治具７０の構成を示す図である。熱処理治具７０では、直径（Ｈｄ）３２０ｍｍ、厚み（Ｈｔ）３．０ｍｍ、平坦度４０μｍ、表面粗さ１．２μｍからなるシリコンカーバイド製のホルダ１７を用いている。
【００９３】
このホルダ１７上に、シリコン単結晶材料からなる直径（Ｒｄ）３０５ｍｍ、厚み（Ｒｔ）２．０ｍｍ、表面粗さ２．０μｍ、平坦度２０μｍの円板２７を載置した。この２重構造からなる熱処理治具７０に、半導体シリコン基板８を載置して熱処理ボート１に搭載し、縦型熱処理炉に投入して熱処理を行った。
【００９４】
熱処理後、半導体シリコン基板８を取り出し表面を観察した。半導体シリコン基板より大きい直径を有するシリコン材料からなる熱処理治具を用いてもスリップ発生状況は良好であった。
【００９５】
図９は、本発明の第８例である熱処理治具８０の構成を示す図である。熱処理治具８０では、直径（Ｈｄ）３２０ｍｍ、厚み（Ｈｔ）５．０ｍｍ、平坦度２５μｍ、表面粗さ１．２μｍからなる焼結シリコンカーバイド製のホルダ１８を用いている。
【００９６】
このホルダ１８上に、さらに同じく焼結シリコンカーバイド製からなる直径（Ｈｒｄ）３０５ｍｍ、厚み（Ｈｒｈ）５．０ｍｍ、平坦度２０μｍ、表面粗さ０．０２μｍの円板１９を重ね、さらに前記図３に示した熱処理治具２０で使用した外径（Ｒｄ）２２３ｍｍおよび厚み（Ｒｔ）２．０ｍｍで、リング幅（Ｒｗ）１．５ｍｍのシリコンリング２２を載置した。
【００９７】
ホルダ１８と円板１９とリング２２の３重構造からなる熱処理治具８０上に、半導体シリコン基板８を載置して熱処理ボートに搭載し、縦型熱処理炉に投入して熱処理を行った。
【００９８】
熱処理後、半導体シリコン基板８を取り出し表面を観察した。ホルダ厚みが５ｍｍの上に円板５ｍｍを載置して１０ｍｍになってもスリップ発生状況は良好であった。
【００９９】
図１０は、本発明の第９例である熱処理治具９０の構成を示す図である。熱処理治具９０に用いられるホルダ１２は、気相成長法により製作したシリコンカーバイド製であり、リング構造部１２ａを具備している。
【０１００】
ホルダ１２は直径（Ｈｄ）３２０ｍｍ、厚さ（Ｈｔ）１．５ｍｍであり、リング構造部１２ａは高さ（Ｈｒｈ）２．０ｍｍ、外径（Ｈｒｄ）２８５ｍｍ、内径（Ｈｉｄ）２０３ｍｍで、幅（Ｈｒｗ）４１ｍｍを有している。ホルダ１２のリング構造部１２ａを平坦度４０μｍ、表面粗さ１．６μｍとなるように表面加工を行った。
【０１０１】
このリング構造部１２ａの周辺には、シリコン単結晶からなる外径（Ｒｄ）２９０ｍｍ、内径（Ｒｉ）２８６ｍｍおよび厚み（Ｒｔ）２．０ｍｍのリング２８と、シリコン単結晶からなる外径（Ｒｉｄ）２０２ｍｍ、内径（Ｒｉｉ）１９８ｍｍおよび厚み（Ｒｔ）２．０ｍｍのリング２９を載置した。
【０１０２】
また、リング２８およびリング２９が半導体シリコン基板８並びにホルダ１２と接する部分の平坦度が２０μｍから３５μｍ、表面粗さ１．４μｍに表面加工した。
【０１０３】
図１０に示すように、このようにリング２８およびリング２９を載置した２分割構造からなる熱処理治具９０に半導体シリコン基板８を載置して熱処理ボートに搭載し、縦型熱処理炉に投入して熱処理を行った。
【０１０４】
同様に、熱処理後、半導体シリコン基板８を取り出し表面を観察した。シリコンカーバイド製のリング構造部とシリコン単結晶からなるリングとの両者で支持する構造の熱処理治具９０であっても、熱処理治具２０の場合と同じに、スリップの発生なく、または微細なスリップが１本から２本発生しただけであった。
【０１０５】
これより、リング２８およびリング２９を用いる場合であっても、スリップの発生を有効に低減できることが分かる。
【０１０６】
さらに、図示しないが、直径３２０ｍｍ、厚み０．７ｍｍ、平坦度１５０μｍ、表面粗さ０．６μｍからなる焼結シリコンカーバイド製のホルダ上に、前記図４に示した熱処理治具３０で使用したリング高さ０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、５．０ｍｍ、１０ｍｍからなるシリコンリング２３を設置させ、その上に半導体シリコン基板を搭載して縦型熱処理炉に投入した。
【０１０７】
熱処理後、半導体シリコン基板８を取り出し表面を観察した。シリコンリング高さが０．５ｍｍでは微細なスリップが４から５本発生した。シリコンリング高さが１．０ｍｍでは高さ０．５ｍｍの場合よりスリップは更に低減し、高さ５．０ｍｍでは、熱処理治具２０、３０の場合と同等レベルであることが分かった。
【０１０８】
すなわち、シリコンカーバイドが薄い場合でも、その上のシリコン材料からなる熱処理治具厚さが増加すると強度的に強くなりスリップ低減効果があることが分かる。
【０１０９】
（比較例）
図１１〜図１３は、比較例である熱処理治具の構成を示す図である。図１１は、前記図２に示す熱処理治具１０のホルダ１１を使用するが、シリコン単結晶からなるリング２１を使用しない比較例１の構成を示す図である。
【０１１０】
図１２は、前記図３に示す熱処理治具２０のホルダ１２を使用するが、シリコン単結晶からなるリング２２を使用しない比較例２の構成を示す図である。
【０１１１】
図１３は、前記図４に示す熱処理治具３０のホルダ１３を使用するが、シリコン単結晶からなるリング２３を使用しない比較例３の構成を示す図である。
【０１１２】
図１１〜図１３に示すいずれの場合も、前記図２〜図４に示すリング２１、２２、２３を使用することなく、直接半導体シリコン基板８を載置して縦型熱処理炉に投入した。
【０１１３】
図１１に示す比較例１では、平坦度１８５μｍのホルダでは円周２２０ｍｍのリング支持位置に大きなスリップが多発し、平坦度２０μｍホルダでも同様にスリップが多発するが低減する傾向を示している。
【０１１４】
図１２に示す比較例２では、外径２８５ｍｍ円周位置に対応する領域に大きなスリップが１０数本発生し、内周２０３ｍｍ周辺にも微細なスリップが数本発生していた。また、半導体シリコン基板を保持しているホルダ面内にも、十字形状のスリップが発生した。
【０１１５】
図１３に示す比較例３では、比較例２と同様に外径２８５ｍｍ円周位置に対応する領域に長く、微細なスリップが数本発生した。
【０１１６】
比較例１〜３の結果のよれば、ホルダ（シリコンカーバイド製）のみを使用した場合には、支持面周辺でスリップが発生していることから、支持部周辺に接触した半導体シリコン基板裏面にキズが付き、それを起点としてスリップが成長しているものと推察される。
【０１１７】
比較例で示すように、半導体基板用熱処理治具では、シリコンカーバイド製のホルダのみの構成では、全ての条件でスリップの発生を抑制できなかった。しかし、本発明例で示すように、上記のホルダーに単結晶シリコンからなる第１の治具を搭載し、２分割構造にすることによって、スリップの発生なく、または大幅にスリップの発生を抑制できる。
【産業上の利用の可能性】
【０１１８】
本発明の半導体基板用熱処理治具によれば、半導体基板と直接接触して支持するシリコン材料から構成される第１の治具と、この第１の治具を保持するとともに熱処理ボートに載置するための第２の治具（ホルダ）とからなる２分割構造で構成し、さらに治具材料の最適化を図るとともに、表面粗さと表面平坦度を規定することにより、熱処理時に半導体基板の特定箇所への応力集中を抑制し、治具の変形を低減できる。これにより、自重応力の大きい外形が３００ｍｍの半導体ウェーハを熱処理する場合、またＳＩＭＯＸ熱処理のような熱応力の大きい条件で熱処理する場合でも、スリップの発生を有効に防止でき、安定した半導体基板用の熱処理として広く適用できる。

Claims (6)

  1. 縦型熱処理炉の熱処理ボートに載置される熱処理治具であって、
    シリコン材料から構成され、直接接触して支持する半導体基板の外径より小径なリング形状の第１の治具と、
    リング形状または円板形状の凸部を有し、前記第１の治具を保持するとともに熱処理ボートに搭載するための第２の治具（ホルダ）とを設け、
    前記第２の治具と前記第１の治具との間ではお互いの拘束力が作用しない２分割構造で構成することを特徴とする半導体基板の熱処理治具。
  2. 前記第１の治具は前記半導体基板と直接接触する領域における厚みが０．５ｍｍ〜１０．０ｍｍ、表面粗さが０．０２μｍ〜１０．０μｍ、および平坦度が１００μｍ以下であり、
    前記第２の治具は前記第１の治具と直接接触する領域における厚みが０．５ｍｍ〜１０．０ｍｍ、表面粗さが０．０２μｍ〜１０μｍ、および平坦度が２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の熱処理治具。
  3. 前記第１の治具は、前記半導体基板と直接接触する幅が０．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体基板の熱処理治具。
  4. 前記第１の治具は前記半導体基板と直接接触する領域表面に、シリコンカーバイド膜、酸化膜、または多結晶シリコン膜のいずれかを形成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の半導体基板の熱処理治具。
  5. 縦型熱処理炉の熱処理ボートによる熱処理方法であって、
    前記熱処理ボートに載置される半導体基板用熱処理治具を、シリコン材料から構成され、直接接触して支持する半導体基板の外径より小径なリング形状の第１の治具と、リング形状または円板形状の凸部を有し、前記第１の治具を保持する第２の治具（ホルダ）とで構成し、前記第２の治具と前記第１の治具との間ではお互いの拘束力が作用しない２分割構造とし、
    前記第１の治具上で保持された半導体基板を熱処理することを特徴とする半導体基板の熱処理方法。
  6. 熱処理した半導体基板にスリップが発生した場合に、
    前記第１の治具の前記半導体基板と直接接触する領域における、当該スリップと対応した位置を研削または研磨することを特徴とする請求項５に記載の半導体基板の熱処理方法。
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