JPH08288372A - ウエハ支持プレート - Google Patents

ウエハ支持プレート

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JPH08288372A
JPH08288372A JP7111299A JP11129995A JPH08288372A JP H08288372 A JPH08288372 A JP H08288372A JP 7111299 A JP7111299 A JP 7111299A JP 11129995 A JP11129995 A JP 11129995A JP H08288372 A JPH08288372 A JP H08288372A
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JP
Japan
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wafer
support
support plate
pin
radius
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Pending
Application number
JP7111299A
Other languages
English (en)
Inventor
Masanobu Hiramoto
雅信 平本
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Nippon Pillar Packing Co Ltd
Original Assignee
Nippon Pillar Packing Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH08288372A publication Critical patent/JPH08288372A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】支持ピンにおけるウエハ支持部の曲率半径を
1.0〜2.5mmに設定することで、ウエハのピン接触
部分に作用する応力の大幅な低減を図って、被処理半導
体ウエハに圧痕が付くのを確実に防止すると共に、ウエ
ハとピンとの接触面積増大を可及的抑制して均一加熱を
阻害しないウエハ支持プレートの提供を目的とする。 【構成】被処理半導体ウエハ15を支持する支持ピン1
4を備えたウエハ支持プレート13であって、上記支持
ピン13におけるウエハ支持部の曲率半径を1.0〜
2.5mmに設定したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えばRTP(Rapi
d Thermal Processing)装置等の半導体アニーリング処
理装置に内蔵されて被処理半導体ウエハ(wafer )が支
持される複数のピンを備えたようなウエハ支持プレート
に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、デバイスの高集積化および素子微
細化が進むにつれて、熱処理(酸化、拡散、アニール)
プロセスにおいては浅く、かつ高濃度の不純物ドープ層
の形成が要請され、例えばイオン注入によって浅く、か
つ横方向の広がりの少ない接合形成を行なう場合、不純
物の活性化、イオン注入によるダメージの回復、残留欠
陥の低減などのアニール効果が要求され、このようなイ
オン打込み後のアニール(annealウエハの結晶構造の乱
れを修復する焼鈍処理)を行なう装置として上述のRT
P装置(急熱プロセッサ)が用いられる。
【0003】このRTP装置としては、例えば特開平2
−14514号公報に記載の如く、プロセスチャンバと
しての処理室に対して上下動可能な円盤状ウエハ支持プ
レート(いわゆるクオーツ円盤)を備え、このウエハ支
持プレートの上面に複数たとえば円周上の等間隔に位置
する3本の支持ピンを一体的に突設形成し、これらの各
支持ピンで被処理半導体ウエハを支持すべく構成した装
置がある。
【0004】上述の支持ピンとしては例えば図4に示す
ように同ピン41先端のウエハ支持部42の曲率半径が
0.75mmもしくはそれ以下の石英(クオーツ)製のも
のが用いられる。このような支持ピン41を有するウエ
ハ支持プレートを用いて、上述のRTP装置で被処理半
導体ウエハをアニール処理する場合、支持ピン41の先
端が尖鋭なため、被処理半導体ウエハの自重により該ウ
エハのピン接触部分に大きな応力が作用して、被処理半
導体ウエハに凹状の圧痕が付き、例えば400〜125
0℃に加熱された後に数秒間で室温へと冷却されるウエ
ハの熱処理中において、上述の圧痕からウエハに微小ク
ラックが発生する問題点があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】支持ピンの曲率半径を
R=0.4mmとし、8インチウエハ(50g)を剛体と
みなし、3点支持した場合にヘルツノ公式から計算した
τmaxは、1200℃におけるシリコンの降伏せん断
応力とそのオーダにおいて一致することから、1200
℃前後でウエハを熱処理する場合、微小クラックの発生
と、支持ピンの曲率半径の間には密接な関係があるとい
う知見にもとづき、この発明の請求項1記載の発明は、
支持ピンにおけるウエハ支持部の曲率半径を1.0〜
2.5mmに設定することで、ウエハのピン接触部分に作
用する応力の大幅な低減を図って、被処理半導体ウエハ
に圧痕が付くのを確実に防止すると共に、ウエハとピン
との接触面積増大を可及的抑制して均一加熱を阻害しな
いウエハ支持プレートの提供を目的とする。
【0006】この発明の請求項2記載の発明は、上記請
求項1記載の発明の目的と併せて、上述の支持ピンを石
英(SiO2 )もしくは炭化ケイ素(SiC)で構成す
ることで、石英の場合には不純物がなく、清浄な雰囲気
の実現が可能で、かつ急熱急冷に対して高い耐久性を有
し、炭化ケイ素の場合には、熱電導率が極めてよいた
め、ウエハとピンとの接触面積が多少増加したとして
も、接触部付近の均一加熱が妨げられることがなく、加
熱度合の一様化を図ることができ、さらに1000℃を
越える温度でウエハの処理が可能なウエハ支持プレート
の提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項1記載
の発明は、被処理半導体ウエハを支持する支持ピンを備
えたウエハ支持プレートであって、上記支持ピンにおけ
るウエハ支持部の曲率半径を1.0〜2.5mmに設定し
たウエハ支持プレートであることを特徴とする。
【0008】この発明の請求項2記載の発明は、上記請
求項1記載の発明の構成と併せて、上記支持ピンを石英
もしくは炭化ケイ素で構成したウエハ支持プレートであ
ることを特徴とする。
【0009】
【発明の作用及び効果】この発明の請求項1記載の発明
によれば、上述の支持ピンにおけるウエハ支持部の曲率
半径を1.0〜2.5mmの範囲内に設定したので、ウエ
ハのピン接触部分に作用する応力(せん断応力を含む)
の大幅な低減を図ることができ、被処理半導体ウエハに
圧痕がつくのを確実に防止して、熱処理中における微小
クラックの発生を阻止することができる効果があり、併
せて、ウエハとピンとの接触面積増大を可及的抑制し
て、均一加熱を阻害しない効果がある。
【0010】因に上述の曲率半径が1.0mm未満の場合
には、応力が大きくなり、ウエハに圧痕が付き、逆に曲
率半径が2.5mmを超過する場合には、支持ピンの被処
理半導体ウエハに対する接触面積が過大となって、均一
加熱が阻害されるが、本発明ではこのような問題点を解
決することができる。
【0011】この発明の請求項2記載の発明によれば、
上記請求項1記載の発明の効果と併せて、上述の支持ピ
ンを石英(quartz)もしくは炭化ケイ素で構成したので
次の如き効果がある。すなわち、支持ピンを石英(Si
2 )(熱伝導率は最大で3W/mk)で構成した場合
には、不純物がなく、清浄な雰囲気の実現が可能で、か
つ急熱急冷に対して高い耐熱性を有する効果がある。
【0012】また、支持ピンを炭化ケイ素(SiC)で
構成した場合には、その熱電導率は146W/m℃と極
めて良好なため、被処理半導体ウエハと支持ピンとの接
触面積が多少増加したとしても、接触部付近の均一加熱
が妨げられることがなく、加熱度合の一様化を達成する
ことができる効果があり、加えて耐熱性も良好であるた
め、1000℃を越える温度でのウエハの熱処理に最適
である。
【0013】
【実施例】この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳
述する。図面はウエハ支持プレートを備えたホットウォ
ール形RTP装置(急熱プロセッサ)を示し、図1にお
いて、このRTP装置1はウエハ装填、取外し部2の上
部にプロセスチャンバとしての処理室3を構成してい
る。
【0014】この処理室3はSiC製の壁部材4で囲繞
されると共に、その外側は断熱材5で覆われている。ま
た壁部材4の外面上域にはヒータ素線6を有するヒータ
7を配設し、処理室3内の上部を加熱部8に設定してい
る。一方、上述の処理室3と連通するようにウエハ装
填、取外し部2の下側には壁部材9,10で囲繞された
温度制御部11を構成している。
【0015】さらに上述の処理室3の下方開口12に位
置する円盤状かつ石英製のウエハ支持プレート13(い
わゆるクオーツ円盤)を水平に配設し、このウエハ支持
プレート13上面に一体的に取付けられた合計3本の支
持ピン14(図2参照)で、被処理半導体ウエハ15を
支持すべく構成している。上述のウエハ支持プレート1
3および3本の支持ピン14は昇降手段16で上昇およ
び下降処理されるように構成している。
【0016】すなわち、この昇降手段16はウエハ支持
プレート13の下面に連結された昇降ロッド17と、こ
の昇降ロッド17を上下動させるためのスライダ18
と、上述の昇降ロッド17に対して並行に立設配置され
たスクリュ19と、上述のスライダ18を上下案内する
ガイドレールと、プーリ21,22およびベルト23を
介して上述のスクリュ19を回転させるDCサーボモー
タ24とを備え、DCサーボモータ24の回転軸を正転
駆動した時、各要素21,23,22を介してスクリュ
19を正転させ、スライダ18と昇降ロッド17とを上
動させることで、ウエハ支持プレート13,支持ピン1
4、被処理半導体ウエハ15を図1の状態から処理室3
の加熱部8に上昇させ、DCサーボモータ24の回転軸
を逆転駆動した時、各要素21,23,22を介してス
クリュー19を逆転させ、スライダ18と昇降ロッド1
7とを下動させることでウエハ支持プレート13、支持
ピン14、被処理半導体ウエハ15を処理室3の加熱部
8から図1に示す位置(待機位置)へ下降させるように
構成している。
【0017】また上述のウエハ支持プレート13の所定
部にはガス導入ノズル25を設ける一方、待機位置の被
処理半導体ウエハ15と対応するように冷却ガスジェッ
ト26を配設している。因に、上述のRTP装置1にあ
っては、ウエハ装填、取外し部2で単一の被処理半導体
ウエハ15を待機位置におけるウエハ支持プレート13
上に3本の支持ピン14…を介して装填した後に、昇降
手段16のと作用で上述の被処理半導体ウエハ15を加
熱部8に上昇させて、ガス導入ノズル25からのプロセ
スガスのパージにより要求するガス環境を形成した後
に、ヒータ7の作用により該ウエハ15を例えば400
〜1250℃に加熱させ、次いで加熱部8の被処理半導
体ウエハ15を待機位置に下降制御して、該ウエハ15
に冷却ガスを噴射して冷却処理した後に、処理後のウエ
ハ15をウエハ装填、取外し部2により取外し、一連の
半導体アニーリング処理を施すものである。
【0018】ところで、図2、図3に示すように、上述
のウエハ支持プレート13の上面に一体的に取付けた合
計3本の支持ピン14における上端部に相当するウエハ
支持部14aの鋸率半径Rは1.0〜2.5mmの範囲内
に設定すると共に、これら各支持ピン14を石英(Si
2 いわゆるクオーツ)もしくは炭化ケイ素(SiCい
わゆるカーボランダム)で構成している。
【0019】上述の支持ピン15におけるウエハ支持部
14aの曲率半径Rが大きいほど、被処理半導体ウエハ
15が該支持ピン14から受ける応力およびせん断応力
は小さくなる。すなわち、図2に示す如く被処理半導体
ウエハ15が曲率半径Rの3点支持構造のウエハ支持プ
レート13上の支持ピン14…に載っている場合、両者
14,15はヘルツ接触(Hertzian contact)となっ
て、これら両者14,15の接触領域は円形となる。
【0020】今上記ヘルツ接触における接触面の半径を
a、最大接触圧力をPmax、接触圧力をP、最大せん
断応力をτmax、ウエハ15の重量をW、ウエハ15
のヤング率(Young's modulus 、単純な垂直応力とその
方向の縦ひずみの比のことで縦弾性係数と同意)を
1 、支持ピン14のヤング率をE2 、ウエハ15のポ
アソン比(Poissn's ratio、単純な垂直応力による弾性
棒の横ひずみと、軸方向の縦ひずみとの絶対値の比率)
をν1 、支持ピン14のポアソン比をν2 とすると、上
述の接触面の半径a、最大接触圧力Pmax、接触圧力
P、最大せん断応力τmaxはヘルツの公式により次に
[数1]で示すようになる。
【0021】
【数1】
【0022】これらのことから、上述の接触面の半径a
は支持ピン14の曲率半径Rの1/3乗に比例し、接触
面積は曲率半径Rの2/3乗に比例する。故に最大接触
圧力Pmaxおよび最大せん断応力τmaxは曲率半径
Rの2/3乗に逆比例することが明かとなり、以上のこ
とから上述の支持ピン14におけるウエハ支持部14a
の曲率半径Rが大きい程、被処理半導体ウエハ15が支
持ピン14から受ける応力およびせん断応力は小とな
り、これら応力およびせん段応力に対して有利になるも
のと推考される。
【0023】このように、上述の支持ピン14における
ウエハ支持部14aの曲率半径Rを1.0〜2.5mmの
範囲内に設定したので、ウエハ15のピン接触部分に作
用する応力(せん断応力を含む)の大幅な低減を図るこ
とができ、被処理半導体ウエハ15に圧痕が付くのを確
実に防止して、熱処理中における微小クラックの発生を
阻止することができる効果があり、併せて、ウエハ15
とピン14との接触面積増大を可及的抑制して、均一加
熱を阻害しない効果がある。
【0024】因に上述の曲率半径Rが1.0mm未満の場
合には、応力が大きくなり、ウエハ15に圧痕が付き、
逆に曲率半径Rが2.5mmを超過する場合には、支持ピ
ン14の被処理半導体ウエハ15に対する接触面積が過
大となって、均一加熱が阻害されるが、本発明ではこの
ような問題点を解決することができる。
【0025】また、上述の支持ピン14を石英もしくは
炭化ケイ素で構成したので、次の如き効果がある。すな
わち、支持ピン14を石英(SiO2 )で構成した場合
には、不純物がなく、清浄な雰囲気の実現が可能で、か
つ急熱急冷に対して高い耐熱製を有する効果がある。
【0026】また、支持ピン14を炭化ケイ素(Si
C)で構成した場合には、その熱電導率は146W/m
℃と極めて良好なため、被処理半導体ウエハ15と支持
ピン14との接触面積が多少増加したとしても、接触部
付近の均一加熱が妨げられることがなく、加熱度合の一
様化(温度均一性)を達成することができる効果があ
り、加えて耐熱性も良好であるため、1000℃を越え
るウエハの熱処理も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のウエハ支持プレートを備えたRTP装
置の断面図。
【図2】ウエハ支持プレートの拡大図。
【図3】支持ピン先端の曲率状態を示す部分説明図。
【図4】従来の支持ピン先端の曲率状態を示す部分説明
図。
【符号の説明】
13…ウエハ支持プレート 14…支持ピン 14a…ウエハ支持部 15…被処理半導体ウエハ R…曲率半径

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被処理半導体ウエハを支持する支持ピンを
    備えたウエハ支持プレートであって、上記支持ピンにお
    けるウエハ支持部の曲率半径を1.0〜2.5mmに設定
    したウエハ支持プレート。
  2. 【請求項2】上記支持ピンを石英もしくは炭化ケイ素で
    構成した請求項1記載のウエハ支持プレート。
JP7111299A 1995-04-11 1995-04-11 ウエハ支持プレート Pending JPH08288372A (ja)

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