JP6369297B2 - 半導体ウェーハの支持方法及びその支持装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ランプ加熱による急速昇降温熱処理装置を用いて熱処理される半導体ウェーハを水平に支持する半導体ウェーハの支持方法及びその支持装置に関するものである。
近年における電子・通信機器の発展には、その中心となる半導体集積回路（ＬＳＩ）の技術の進歩が大きく寄与している。一般に、ＬＳＩ等の半導体デバイスの製造には、チョクラルスキー（ＣＺ）法により引き上げられた半導体単結晶インゴットをスライスして得られたウェーハに、研磨、面取り加工等を施して形成された半導体ウェーハが用いられている。
このような、半導体ウェーハを用いたデバイス製造工程、或いは半導体ウェーハ自体の加工工程において、例えば、ウエーハ表層において、無欠陥層を形成するために、及び/又は酸素析出物を形成し制御するために、熱処理が施されている。この熱処理法として、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）装置を用いた赤外線のランプ加熱による急速昇降温熱処理法が知られている。この熱処理法では、急速に所定の温度まで上昇させ、かつその温度から急速に冷却させることができるため、これにより半導体ウェーハを極めて短時間で熱処理できる。
デバイス工程で半導体ウェーハを１０００℃以上の高温で熱処理することが求められているのに対して、従来からの半導体ウェーハの熱処理工程における問題点は、１０００℃以上の高温で熱処理を施した場合、ウェーハ表面にスリップ転位と呼ばれる欠陥が生じてしまうことである。このようなスリップ転位が発生すると、ウェーハの機械的強度が低下するだけでなく、デバイス特性にまで悪影響を及ぼす。
スリップ転位は、半導体ウェーハを支持ピンで支持して熱処理する際に、半導体ウェーハの支持ピンに接触する部分の局所的な温度低下により発生する。このウェーハの局所的な温度低下は、加熱されたウェーハの熱が支持ピンへ逃げるという支持ピンへの伝熱現象と、ウェーハ下面の支持ピン接触部に向かう赤外線ランプの光を支持ピンが遮蔽するという支持ピンによる遮光現象が原因であり、熱処理温度が高くなる程、発生しやすい傾向がある。
これまで、熱処理の際のスリップ転位による欠陥の発生を抑制する半導体ウェーハの支持方法及び支持装置が特許文献１に開示されている。この半導体ウェーハの支持方法及び支持装置では、図７に示すように、熱処理される半導体ウェーハＷを下面ＷＢから複数の支持ピン２１によって水平に支持するときに、支持ピン２１として平面形状の上面２１ａを有するものを用いるとともに、支持ピン２１の上面２１ａを半導体ウェーハＷの下面ＷＢに対して傾斜させた状態にして、支持ピン２１の上面２１ａと支持ピン２１の側面２１ｃとがなす角部２１ｄの上に半導体ウェーハＷを載せて支持する。具体的には、ピン先端部２１ｕの上面２１ａは、ピン軸２１ｂに対して直交した平面形状に形成され、ベーストレイ２０の上面２０ａには、ピン２１を垂直方向に対して傾斜角度αで倒れた状態で保持するピンホルダー１２が固着される。ピンホルダー１２にはピン２１を垂直方向に対して傾斜角度αで倒れた状態で保持するように保持孔１２ａが形成される。
上記特許文献１の支持方法によれば、支持ピン２１は、その上面２１ａと側面２１ｃとがなす角部２１ｄ（線状のエッジの最上部）で半導体ウェーハＷの下面ＷＢに接触することになるので、支持ピン２１と半導体ウェーハ下面ＷＢとの接触面積を小さくでき、これにより、半導体ウェーハＷの下面ＷＢから支持ピン２１へ逃げる熱量を減少させることができ、半導体ウェーハＷの面内の温度差を減少させて熱応力により生じるスリップ転位による欠陥の発生を抑制することができる。
特開２０１１−２９２２５号公報（請求項１、段落［００１４］、[００５９]〜[００６４]、図９）
しかしながら、図７に示される特許文献１の支持方法では、支持ピン２１と半導体ウェーハ下面ＷＢとの接触面積を小さくして、半導体ウェーハＷの下面ＷＢから支持ピン２１へ逃げる伝熱量を減少させることができるけれども、半導体ウェーハＷの下面ＷＢと接触する支持ピン２１の先端部２１ｕの角部２１ｄから下ろした垂線Ｘ上に支持ピン２１の胴部２１ｅが位置するため、半導体ウェーハ下面ＷＢの角部２１ｄに向かう赤外線ランプの光が支持ピン２１の胴部２１ｅにより遮蔽される。このため、特許文献１の支持方法では、支持ピン２１による角部２１ｄへの遮光現象が生じており、半導体ウェーハを熱処理する際のウェーハの局所的な温度低下が依然として起こり、熱処理温度を１３００℃まで高めたときにスリップ転位の発生を確実に防止することができない。
本発明の目的は、半導体ウェーハを熱処理する際に、加熱されたウェーハから支持ピンへの伝熱を減少し、かつウェーハ下面の支持ピン接触部に向かう赤外線ランプの支持ピンによる遮光をなくして、１３００℃の高温の熱処理でもスリップ転位の発生を確実に防止する半導体ウェーハの支持方法及びその支持装置を提供することにある。
本発明の第１の観点は、図１及び図２に示すように、ランプ加熱による急速昇降温熱処理装置により熱処理される半導体ウェーハＷを、ベーストレイ５２に固定される少なくとも３本の支持ピン５１によってベーストレイ５２の上方でウェーハＷの下面ＷＢにおいて、水平に支持する半導体ウェーハの支持方法であって、支持ピン５１は、半導体ウェーハＷの下面ＷＢと接触する接触部Ｙを有する先端部５１ａと、ベーストレイ５２に固定される基部５１ｂと、先端部５１ａから基部５１ｂに至るまでの胴部５１ｃとが一体的に形成され、先端部５１ａが胴部５１ｃより先細りに形成され、胴部５１ｃ及び基部５１ｂが接触部Ｙからベーストレイ５２側に下ろす垂線Ｘに接触しないように支持ピン５１が傾斜して配置されることを特徴とする。
本発明の第２の観点は、第１の観点に基づく発明であって、図２に示すように、ベーストレイ５２の上面５２ａに凹部５２ｂが形成され、凹部５２ｂに基部５１ｂが挿入されてベーストレイ５２に固定される半導体ウェーハの支持方法である。
本発明の第３の観点は、第２の観点に基づく発明であって、図２に示すように、凹部５２ｂに基部５１ｂが挿入されて溶接によりベーストレイ５２に直接固定される半導体ウェーハの支持方法である。
本発明の第４の観点は、第１の観点に基づく発明であって、図３及び図４に示すように、ベーストレイ５２の上面５２ａに基部５１ｂ又は基部５１ｂと胴部５１ｃを保持するピンホルダー５４が固着され、かつピンホルダー５４が接触部Ｙからベーストレイ５２側に下ろす垂線Ｘに接触しないように配置される半導体ウェーハの支持方法である。
本発明の第５の観点は、第１の観点に基づく発明であって、図５に示すように、ベーストレイ５２に基部５１ｂ又は基部５１ｂと胴部５１ｃが貫通可能な貫通孔５２ｃが形成され、ベーストレイ５２の下面５２ｄに貫通孔５２ｃを貫通した基部５１ｂ又は基部５１ｂと胴部５１ｃを保持するピンホルダー５５が固着され、かつピンホルダー５５が接触部Ｙからベーストレイ５２側に下ろす垂線Ｘに接触しないように配置される半導体ウェーハの支持方法である。
本発明の第６の観点は、第１ないし第５の観点のいずれかの観点に基づく発明であって、支持ピン５１の材質が石英又はＳｉＣであって、ベーストレイ５２の材質が石英である半導体ウェーハの支持方法である。
本発明の第７の観点は、第１ないし第６の観点のいずれかの観点に基づく発明であって、図１に示すように、支持ピン５１は先端部５１ａが基部５１ｂよりベーストレイ５２の外側になるように傾斜して配置される半導体ウェーハの支持方法である。
本発明の第８の観点は、第１ないし第６の観点のいずれかの観点に基づく発明であって、図６に示すように、支持ピン５１は先端部５１ａが基部５１ｂよりベーストレイ５２の内側になるように傾斜して配置される半導体ウェーハの支持方法である。
本発明の第９の観点は、図１及び図２に示すように、ランプ加熱による急速昇降温熱処理装置により熱処理される半導体ウェーハＷを水平に支持する支持装置５０において、少なくとも３本の支持ピン５１と支持ピン５１を固定するためのベーストレイ５２とを有し、支持ピン５１は、半導体ウェーハＷの下面ＷＢと接触する接触部Ｙを有する先端部５１ａと、ベーストレイ５２に固定される基部５１ｂと、先端部５１ａから基部５１ｂに至るまでの胴部５１ｃとが一体的に形成され、先端部５１ａが胴部５１ｃより先細りに形成され、胴部５１ｃ及び基部５１ｂが接触部Ｙからベーストレイ５２側に下ろす垂線Ｘに接触しないように支持ピン５１が傾斜して配置されることを特徴とする。
本発明の第１０の観点は、第９の観点に基づく発明であって、図２に示すように、ベーストレイ５２の上面５２ａに凹部５２ｂが形成され、凹部５２ｂに基部５１ｂが挿入されてベーストレイ５２に固定される半導体ウェーハの支持装置である。
本発明の第１１の観点は、第１０の観点に基づく発明であって、図２に示すように、凹部５２ｂに基部５１ｂが挿入されて溶接によりベーストレイ５２に直接固定される半導体ウェーハの支持装置である。
本発明の第１２の観点は、第９の観点に基づく発明であって、図３及び図４に示すように、ベーストレイ５２の上面５２ａに基部５１ｂ又は基部５１ｂと胴部５１ｃを保持するピンホルダー５４が固着され、かつピンホルダー５４が接触部Ｙからベーストレイ５２側に下ろす垂線Ｘに接触しないように配置される半導体ウェーハの支持装置である。
本発明の第１３の観点は、第９の観点に基づく発明であって、図５に示すように、ベーストレイ５２に基部５１ｂ又は基部５１ｂと胴部５１ｃが貫通可能な貫通孔５２ｃが形成され、ベーストレイ５２の下面５２ｄに貫通孔５２ｃを貫通した基部５１ｂ又は基部５１ｂと胴部５１ｃを保持するピンホルダー５５が固着され、かつピンホルダー５５が接触部Ｙからベーストレイ５２側に下ろす垂線Ｘに接触しないように配置される半導体ウェーハの支持装置である。
本発明の第１４の観点は、第９ないし第１３の観点のいずれかの観点に基づく発明であって、支持ピン５１の材質が石英又はＳｉＣであって、ベーストレイ５２の材質が石英である半導体ウェーハの支持装置である。
本発明の第１５の観点は、第９ないし第１４の観点のいずれかの観点に基づく発明であって、図１に示すように、支持ピン５１は先端部５１ａが基部５１ｂよりベーストレイ５２の外側になるように傾斜して配置される半導体ウェーハの支持装置である。
本発明の第１６の観点は、第９ないし第１４の観点のいずれかの観点に基づく発明であって、図６に示すように、支持ピン５１は先端部５１ａが基部５１ｂよりベーストレイ５２の内側になるように傾斜して配置される半導体ウェーハの支持装置である。
本発明の第１の観点の半導体ウェーハの支持方法及び第９の観点の支持装置によれば、先端部が胴部より先細りに形成され、胴部及び基部が支持ピン接触部からベーストレイ側に下ろす垂線に接触しないように支持ピンが傾斜して配置されるため、半導体ウェーハを１３００℃の高温で熱処理したときにも、加熱されたウェーハから支持ピンへの伝熱を減少するとともに、支持ピン接触部の下方に赤外線ランプの光を遮蔽するものがなくなる。具体的には、支持ピンを傾斜することにより、赤外線ランプの光が支持ピンの先端部に直接照射されるため、先端部の温度上昇がより高まる。またウェーハ下面におけるこの光により生じる先端部の影の面積が最小になる。これにより、支持ピン接触部におけるウェーハの温度低下が極めて低くなり、スリップ転位の発生を確実に防止することができる。
本発明の第２の観点の半導体ウェーハの支持方法及び第１０の観点の支持装置によれば、ベーストレイの上面に形成された凹部に支持ピンの基部を挿入するだけでベーストレイに固定するため、支持ピンをベーストレイに簡便に固定できるとともに、支持ピンをベーストレイに安定して固定することができる。
本発明の第３の観点の半導体ウェーハの支持方法及び第１１の観点の支持装置によれば、支持ピンの基部を凹部に挿入して溶接することにより、より安定して支持ピンをベーストレイに固定することができる。
本発明の第４の観点の半導体ウェーハの支持方法及び第１２の観点の支持装置によれば、ベーストレイの上面にピンホルダーを支持ピン接触部からベーストレイ側に下ろす垂線に接触しないように配置して固着し、このピンホルダーにより支持ピンの基部又は基部と胴部を保持するので、支持ピンをベーストレイにより一層安定して固定することができるとともに、ウェーハ下面の支持ピン接触部に向かう赤外線ランプの光がピンホルダーによって遮光されることがない。
本発明の第５の観点の半導体ウェーハの支持方法及び第１３の観点の支持装置によれば、ベーストレイの下面にピンホルダーを支持ピン接触部からベーストレイ側に下ろす垂線に接触しないように配置して固着し、支持ピンの基部又は基部と胴部をベーストレイの貫通孔を貫通してこのピンホルダーにより保持するので、支持ピンをベーストレイにより一層安定して固定できる。またベーストレイの上面にピンホルダーを固着した第４の観点の支持方法と比較して、ウェーハ下面に向かう赤外線ランプの光がピンホルダーによって遮光されず、ピンホルダーに起因して生じる赤外線ランプ光のウェーハ下面における影の影響をより小さくすることができる。
本発明の第６の観点の半導体ウェーハの支持方法及び第１４の観点の支持装置によれば、支持ピンの材質を石英とすることにより、熱伝導率が低くなり、ウェーハ下面から支持ピンへの熱流を抑制できる。またベーストレイの材質を石英とすることにより、ランプ光を遮ることなく支持部の温度低下を抑制することができる。更に支持ピンの材質をＳｉＣとすることにより、高温下で形状が安定で強度のある支持ピンとなり、先端部５１ａの形状が安定し、鋭角な形状とした場合にもその破損を防止できる。
本発明の第７の観点の半導体ウェーハの支持方法及び第１５の観点の支持装置によれば、支持ピンをその先端部が基部よりベーストレイの外側になるように傾斜して配置すれば、半導体ウェーハの外周温度の低下を補うために外周側の赤外線ランプの出力を高めたときにピンによる外周斜め方向からのランプ光の遮蔽が最小化されることによりウェーハ面内の温度分布を均一にすることができる。
本発明の第８の観点の半導体ウェーハの支持方法及び第１６の観点の支持装置によれば、支持ピンをその先端部が基部よりベーストレイの内側になるように傾斜して配置すれば、ベーストレイの回転に伴って発生する遠心力によって支持ピンがベーストレイから抜けにくくなる。
本発明の第１の実施形態による半導体ウェーハの支持装置の平面図とその支持装置の正面図である。 本発明の第１の実施形態による半導体ウェーハを支持した状態の支持装置の要部断面図である。 本発明の第２の実施形態による半導体ウェーハを支持した状態の支持装置の要部断面図である。 本発明の第３の実施形態による半導体ウェーハを支持した状態の支持装置の要部断面図である。 本発明の第４の実施形態による半導体ウェーハを支持した状態の支持装置の要部断面図である。 本発明の別の支持装置の平面図とその支持装置の正面図である。 従来例の半導体ウェーハを支持した状態の支持装置の要部側面図である。
次に本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。
＜第１の実施形態＞
図１及び図２に示すように、本実施形態の支持対象となる、シリコンウェーハに代表される半導体ウェーハ（以下、単にウェーハという）Ｗは、ＲＴＡ装置（急速昇降温熱処理装置）内に設けられた半導体ウェーハの支持装置５０に水平に支持されて、赤外線のランプ（図示せず）により熱処理されるようになっている。ＲＴＡ装置は石英からなるチャンバ（図示せず）を有する。赤外線ランプは複数個備えられており、チャンバを上下から囲繞するとともに、赤外線の照射方向をチャンバに向けて配置されている。また、赤外線ランプのパワーは、個別に制御可能になっている。
この実施の形態では、支持装置５０は、３本の支持ピン５１とこの支持ピン５１を固定するための石英からなる円板状のベーストレイ５２とを有する。ベーストレイ５２はＲＴＡ装置のチャンバ内で回転軸５３（図１）を中心に水平状態で回転可能に構成される。３本の支持ピン５１は、それぞれウェーハＷの下面ＷＢと接触する接触部Ｙを有する先端部５１ａと、ベーストレイ５２に固定される基部５１ｂと、先端部５１ａから基部５１ｂに至るまでの胴部５１ｃとが一体的に形成される。
支持ピン５１の材質は石英又はＳｉＣが好ましい。支持ピン５１を石英のような熱伝導率の低い材質にすることによりウェーハ下面から支持ピンへの熱流を抑制できる。また支持ピン５１をＳｉＣのような高温下で形状が安定で強度のある材質にすることにより先端部５１ａの形状が安定し、鋭角な形状とした場合にもその破損を防止できる。ベーストレイ５２の材質はランプ光を遮らない透明石英が好ましい。
支持ピン５１は、例えば、円柱状の棒体の上端を削り出した鉛筆の先端のようにして円錐状の先端部５１ａを作り出す。その胴部５１ｃ及び基部５１ｂは円柱状であることが好ましい。即ち、先端部５１ａは胴部５１ｃより先細りの円錐状に形成される。先端部５１ａの接触部Ｙは点状又は球面状をなす。またこの実施の形態では、胴部５１ｃ及び基部５１ｂのみならず先端部５１ａを含めてすべてが接触部Ｙからベーストレイ側に下ろす垂線Ｘに接触しないように、即ち、接触部Ｙの下方には支持ピン２１の先端部、胴部及び基部が存在しないように、支持ピン５１が傾斜して配置される。なお、先端部５１ａは図示しないが円錐台状に形成することもできる。先端部５１ａが円錐台状の場合は接触部Ｙは図７に示す角部２１ｄと同様に線状のエッジになり、この場合には、先端部を除いた胴部及び基部のみが接触部Ｙからベーストレイ側に下ろす垂線Ｘに接触しないようになる。
図２に示すように、ベーストレイ５２の上面５２ａに３つの凹部５２ｂが形成され、この凹部５２ｂに支持ピン５１の基部５１ｂが挿入されてベーストレイ５２に固定される。凹部５２ｂの内径は支持ピン５１の基部５１ｂの外径より僅かに大きく、凹部５２ｂに基部５１ｂを挿入した支持ピン５１を緩みなく固定する。３つの凹部５２は基部５１ｂを固定したときに支持ピン５１をウェーハ裏面ＷＢからの垂線Ｘに対してそのピン軸５１ｄが傾斜角度αで傾斜した状態になるように形成される。この傾斜角度αは３本の支持ピン５１において統一されている。
この支持ピン５１の円錐状の先端部５１ａがなす角度をβとすると、この実施の形態では、次の関係式（１）が成り立つ。
β／２ ＜ α ＜ （９０−β／２） （１）
傾斜角度αは５度以上７０度以下の範囲にあることが好ましい。下限値未満では支持ピン軸部によるランプ光遮蔽からウェーハ支持部温度が低下しスリップ低減効果が得られにくくなり、上限値を超えると支持ピンの長さが長くなりピンの折損が発生し易くなる。また先端部５１ａがなす角度βは５度以上４０度以下の範囲にあることが好ましい。下限値未満ではピン先端部に折損が発生し易くなり、上限値を超えると支持ピン先端部によるランプ光遮蔽からウェーハ支持部温度が低下しスリップ低減効果が得られにくくなる。
更に３つの凹部５２ｂはベーストレイ５２を上面から視たときに１２０度間隔で配置される。これにより、３本の支持ピン５１も、円形のウェーハＷを支持するために、上面視で１２０度間隔で配置される。即ち、ウェーハＷは、チャンバ内において、チャンバの内壁面から離間した状態で、図１に示すように、その下面ＷＢ側から３点で支持されるようになっている。
この実施の形態の支持方法では、ベーストレイ５２の上面５２ａに形成された凹部５２ｂに支持ピン５１の基部５１ｂを挿入するだけでベーストレイ５２に固定するため、支持ピン５１をベーストレイ５２に簡便に固定できるとともに、支持ピン５１をベーストレイ５２に安定して固定することができる。ウェーハＷはベーストレイ５２に固定された３本の支持ピン５１により水平に３点支持される。また支持ピン５１を傾斜することにより、赤外線ランプの光が支持ピン５１の先端部５１aに直接照射されるため、先端部５１aの温度上昇がより高まるとともに、ウェーハ下面ＷＢにおけるこの光により生じる先端部５１aの影の面積が最小になる。具体的には、支持ピン５１は点状の接触部Ｙでウェーハ裏面ＷＢに接触することになるので、支持ピン５１とウェーハＷとの接触面積を極小にすることができる。これにより、ウェーハ裏面ＷＢから支持ピン５１へ逃げる熱量を減少させることができる。また支持ピン接触部Ｙの下方には支持ピン５１の先端部５１ａ、胴部５１ｃ、基部５１ｂが存在しないため、ベーストレイ５２を通過した赤外線ランプの光は先端部５１ａ、胴部５１ｃ、基部５１ｂで遮断されることなく支持ピン接触部Ｙに到達する。こうした接触部Ｙからの支持ピンへの伝熱現象と接触部Ｙにおける支持ピン５１による遮光現象が解消されるため、ウェーハ面内の温度差が特許文献１よりも減少して、熱応力により生じるスリップ欠陥の発生を確実に抑制することができる。
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態を図３に示す。図３において、図２と同じ構成部材については同じ参照符号を付し、その説明を省略する。図３に示す支持装置５０では、ベーストレイ５２の上面５２ａに３つのピンホルダー５４が溶接され、上面視で１２０度間隔で固着される。このピンホルダー５４には、第１の実施形態で述べた凹部５２ｂに相当する凹部５４ａが形成される。この凹部５４ａの内径は、凹部５２ｂと同様に、支持ピン５１の基部５１ｂ及び胴部５１ｃの各外径より僅かに大きく、凹部５４ａに基部５１ｂ及び胴部５１ｃを挿入した支持ピン５１を緩みなく固定する。３つの凹部５４ａは基部５１ｂ及び胴部５１ｃを固定したときに支持ピン５１をウェーハ裏面ＷＢからの垂線Ｘに対してそのピン軸５１ｄが傾斜角度αで傾斜した状態になるように形成される。なお図示しないが、ピンホルダー５４の高さを小さくして、凹部５４ａには支持ピン５１の基部５１ｂのみが挿入されるピンホルダーでもよい。第２の実施形態のその他の構成は、第１の実施形態と同じである。
第２の実施形態の支持方法では、ベーストレイ５２の上面５２ａにピンホルダー５４を支持ピン接触部Ｙからベーストレイ５２側に下ろす垂線Ｘに接触しないように配置して固着し、このピンホルダー５４により支持ピン５１の基部５１ｂと胴部５１ｃ又は基部５１ｂを保持するので、支持ピン５１をベーストレイ５２により一層安定して固定することができるとともに、ウェーハ下面ＷＢの支持ピン接触部Ｙに向かう赤外線ランプの光がピンホルダー５４によって遮光されることがない。こうした接触部Ｙからの支持ピンへの伝熱現象と接触部Ｙにおける支持ピン５１による遮光現象が解消されるため、ウェーハ面内の温度差が特許文献１よりも減少して、熱応力により生じるスリップ欠陥の発生を確実に抑制することができる。
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態を図４に示す。図４において、図３と同じ構成部材については同じ参照符号を付し、その説明を省略する。図４に示す支持装置５０の特徴ある構成は、支持ピン５１の円錐状の先端部５１ａを第１及び第２の実施形態の先端部より細くし、そのなす角度βを第１及び第２の実施形態の先端部のなす角度より小さくしたことにある。第３の実施形態のその他の構成は、第２の実施形態と同じである。
第３の実施形態の支持方法では、支持ピン５１の先端部５１ａを第２の実施形態の先端部より細くしたので、上述した接触部Ｙからの支持ピンへの伝熱現象と接触部Ｙにおける支持ピン５１による遮光現象をより一層解消することができる。
＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態を図５に示す。図５において、図３と同じ構成部材については同じ参照符号を付し、その説明を省略する。図５に示す支持装置５０の特徴ある構成は、ベーストレイ５２に支持ピン５１の基部５１ｂ及び胴部５１ｃが貫通可能な貫通孔５２ｃが形成され、ベーストレイ５２の下面５２ｄに貫通孔５２ｃを貫通した基部５１ｂ及び胴部５１ｃを保持するピンホルダー５５が溶接により固着され、このピンホルダー５５が支持ピン接触部Ｙからベーストレイ５２側に下ろす垂線Ｘに接触しないように配置されることにある。なお図示しないが、ピンホルダー５５の高さを小さくして、凹部５５ａには支持ピン５１の基部５１ｂのみが挿入されるピンホルダーでもよい。第４の実施形態のその他の構成は、第３の実施形態と同じである。
第４の実施形態の支持方法では、ベーストレイ５２の下面５２ｄにピンホルダー５５を支持ピン接触部Ｙからベーストレイ５２側に下ろす垂線Ｘに接触しないように配置して固着し、支持ピン５１の基部５１ｂと胴部５１ｃ又は基部５１ｂをベーストレイ５２の貫通孔５２ｃを貫通してこのピンホルダー５５により保持するので、支持ピン５１をベーストレイ５２により一層安定して固定できる。またベーストレイ５２の上面５２ａにピンホルダー５４を固着した第３の実施形態の支持方法と比較して、ウェーハ下面ＷＢに向かう赤外線ランプの光がピンホルダー５４によって遮光されず、ピンホルダー５４に起因して生じる赤外線ランプ光のウェーハ下面ＷＢにおける影の影響がより小さくなる。これにより、第３の実施形態の支持方法よりも、支持ピン接触部におけるウェーハの温度低下をより低くすることができる。
なお、第１の実施形態では、図１に示すように、支持ピン５１の先端部５１ａが基部５１ｂよりベーストレイ５２の外側になるように支持ピン５１を傾斜して配置する例を示したが、本発明は、図６に示すように、支持ピン５１の先端部５１ａが基部５１ｂよりベーストレイ５２の内側になるように支持ピン５１を傾斜して配置してもよい。図１に示すように先端部５１ａをベーストレイ５２の外側になるように支持ピン５１を配置すれば、半導体ウェーハの外周温度の低下を補うために外周側の赤外線ランプの出力を高めたときにピンによる外周斜め方向からのランプ光の遮蔽が最小化されることによりウェーハ面内の温度分布を均一にすることができる。また図６に示すように、先端部５１ａをベーストレイ５２の内側になるように支持ピン５１を配置すれば、ベーストレイ５２の回転に伴って発生する遠心力によって支持ピン５１がベーストレイ５２の凹部５２ｂから抜けにくくなる。
次に本発明の実施例と比較例を説明する。
＜実施例１＞
図３に示す支持装置を有するＲＴＡ装置を用いて、直径３００ｍｍ、厚さ７７５μｍの３枚のシリコンウェーハを熱処理した。支持ピン５１は、円錐状の先端部５１ａと、円柱形状の胴部５１ｃと基部５１ｂとを有しており、支持ピン全体の長さが１９．５ｍｍ、先端部５１ａの長さが９ｍｍ、胴部５１ｃと基部５１ｂの直径が１．５ｍｍに形成されたものを用いた。支持ピン５１の材質は石英とした。支持ピン５１の傾斜角度αは３０度であり、支持ピン５１の先端部５１ａのなす角度βは９度とした。ピンホルダー５４は高さ５ｍｍのものを用いた。
＜実施例２＞
図４に示す支持装置を有するＲＴＡ装置を用いて、実施例１と同一のシリコン単結晶インゴットから切り出した直径３００ｍｍ、厚さ７７５μｍの３枚のシリコンウェーハを熱処理した。支持ピン５１は、円錐状の先端部５１ａと、円柱形状の胴部５１ｃと基部５１ｂとを有しており、支持ピン全体の長さが２４ｍｍ、先端部５１ａの長さが５ｍｍ、胴部５１ｃと基部５１ｂの直径が１ｍｍに形成されたものを用いた。支持ピン５１の材質はＳｉＣとした。支持ピン５１の傾斜角度αは４５度であり、支持ピン５１の先端部５１ａのなす角度βは６度とした。ピンホルダー５４は高さ４ｍｍのものを用いた。
＜比較例１＞
図７に示す支持装置を有するＲＴＡ装置を用いて、実施例１と同一のシリコン単結晶インゴットから切り出した直径３００ｍｍ、厚さ７７５μｍの３枚のシリコンウェーハを熱処理した。支持ピン２１は、円錐状の先端部２１ｃと、円柱形状の本体部（胴部と基部に相当）２１ｅとを有しており、支持ピン全体の長さが１７ｍｍ、先端部２１ｃの長さが６．５ｍｍ、本体部２１ｅの直径が１．５ｍｍに形成されたものを用いた。支持ピン２１の材質は石英であった。支持ピン２１の傾斜角度αは３度であり、支持ピン２１の先端部２１ｃのなす角度βは９度であった。ピンホルダー１２は高さ８ｍｍのものを用いた。
＜比較試験＞
実施例１、実施例２及び比較例１の支持装置を有するＲＴＡ装置を用いて、その最高の熱処理温度を１２００℃、１２５０℃、１３００℃に個別に設定し、昇温速度５０℃／秒、処理時間１０秒、降温速度５０℃／秒で、それぞれ３枚のシリコンウェーハを熱処理した。熱処理したシリコンウェーハについてウェーハ裏面からウェーハ表面まで伸展しているスリップをレーザー散乱方式の異物検査装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製 ＳＰ１）で測定した。その結果を表１に示す。
＜評価＞
表１から明らかなように、比較例１の支持装置を有するＲＴＡ装置では、最高熱処理温度が１２００℃ではスリップ転位は発生しなかったが、１２５０℃、１３００℃でスリップ転位が発生した。これに対して実施例１及び２の支持装置を有するＲＴＡ装置では、最高熱処理温度が１２００℃は勿論のこと、１２５０℃、１３００℃でもスリップ転位は発生しなかった。以上の結果から、本発明の支持方法及び支持装置によれば、１３００℃の高温の熱処理でもスリップ転位の発生を確実に防止できることが判った。
本発明は、半導体ウェーハ並びに半導体デバイスの製造において広く利用可能である。
Ｗ 半導体ウェーハ
Ｘ 垂線
Ｙ 支持ピン接触部
５０ 半導体ウェーハの支持装置
５１ 支持ピン
５１ａ 支持ピンの先端部
５１ｂ 支持ピンの基部
５１ｃ 支持ピンの胴部
５１ｄ 支持ピンのピン軸
５２ ベーストレイ
５２ａ ベーストレイの上面
５２ｂ ベーストレイの凹部
５２ｃ ベーストレイの貫通孔
５２ｄ ベーストレイの下面
５３ 回転軸
５４ ピンホルダー
５４ａ ピンホルダーの凹部
５５ ピンホルダー
５５ａ ピンホルダーの凹部

Claims (16)

  1. ランプ加熱による急速昇降温熱処理装置により熱処理される半導体ウェーハを、ベーストレイに固定される少なくとも３本の支持ピンによって前記ベーストレイの上方で前記ウェーハの下面において、水平に支持する半導体ウェーハの支持方法であって、
    前記支持ピンは、前記半導体ウェーハの下面と接触する接触部を有する先端部と、前記ベーストレイに固定される基部と、前記先端部から前記基部に至るまでの胴部とが一体的に形成され、
    前記先端部が前記胴部より先細りに形成され、
    前記胴部及び前記基部が前記接触部から前記ベーストレイ側に下ろす垂線に接触しないように前記支持ピンが傾斜して配置されることを特徴とする半導体ウェーハの支持方法。
  2. 前記ベーストレイの上面に凹部が形成され、前記凹部に前記基部が挿入されて前記ベーストレイに固定される請求項１記載の支持方法。
  3. 前記凹部に前記基部が挿入されて溶接により前記ベーストレイに直接固定される請求項２記載の支持方法。
  4. 前記ベーストレイの上面に前記基部又は前記基部と前記胴部を保持するピンホルダーが固着され、かつ前記ピンホルダーが前記接触部から前記ベーストレイ側に下ろす垂線に接触しないように配置される請求項１記載の支持方法。
  5. 前記ベーストレイに前記基部又は前記基部が貫通可能な貫通孔が形成され、前記ベーストレイの下面に前記貫通孔を貫通した前記基部又は前記基部と前記胴部を保持するピンホルダーが固着され、かつ前記ピンホルダーが前記接触部から前記ベーストレイ側に下ろす垂線に接触しないように配置される請求項１記載の支持方法。
  6. 前記支持ピンの材質が石英又はＳｉＣであって、前記ベーストレイの材質が石英である請求項１ないし５いずれか１項に記載の支持方法。
  7. 前記支持ピンは前記先端部が前記基部より前記ベーストレイの外側になるように傾斜して配置される請求項１ないし６のいずれか１項に記載の支持方法。
  8. 前記支持ピンは前記先端部が前記基部より前記ベーストレイの内側になるように傾斜して配置される請求項１ないし６いずれか１項に記載の支持方法。
  9. ランプ加熱による急速昇降温熱処理装置により熱処理される半導体ウェーハを水平に支持する支持装置において、少なくとも３本の支持ピンと前記支持ピンを固定するためのベーストレイとを有し、前記支持ピンは、前記半導体ウェーハの下面と接触する接触部を有する先端部と、前記ベーストレイに固定される基部と、前記先端部から前記基部に至るまでの胴部とが一体的に形成され、前記先端部が前記胴部より先細りに形成され、前記胴部及び前記基部が前記接触部から前記ベーストレイ側に下ろす垂線に接触しないように前記支持ピンが傾斜して配置されることを特徴とする半導体ウェーハの支持装置。
  10. 前記ベーストレイの上面に凹部が形成され、前記凹部に前記基部が挿入されて前記ベーストレイに固定される請求項９記載の支持装置。
  11. 前記凹部に前記基部が挿入されて溶接により前記ベーストレイに直接固定される請求項１０記載の支持装置。
  12. 前記ベーストレイの上面に前記基部又は前記基部と前記胴部を保持するピンホルダーが固着され、かつ前記ピンホルダーが前記接触部から前記ベーストレイ側に下ろす垂線に接触しないように配置される請求項９記載の支持装置。
  13. 前記ベーストレイに前記基部又は前記基部が貫通可能な貫通孔が形成され、前記ベーストレイの下面に前記貫通孔を貫通した前記基部又は前記基部と前記胴部を保持するピンホルダーが固着され、かつ前記ピンホルダーが前記接触部から前記ベーストレイ側に下ろす垂線に接触しないように配置される請求項９記載の支持装置。
  14. 前記支持ピンの材質が石英又はＳｉＣであって、前記ベーストレイの材質が石英である請求項９ないし１３いずれか１項に記載の支持装置。
  15. 前記支持ピンは前記先端部が前記基部より前記ベーストレイの外側になるように傾斜して配置される請求項９ないし１４のいずれか１項に記載の支持装置。
  16. 前記支持ピンは前記先端部が前記基部より前記ベーストレイの内側になるように傾斜して配置される請求項９ないし１４のいずれか１項に記載の支持装置。
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