JPS61296711A - 固着しないボ−トを使用する半導体ウエハ処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

発明の分野 本発明は一般的には加工中の半導体ウェハを保持する支
持体に関するものであυ、更に詳しく云うと高温でも固
着しない表面を有するウェハ支持体に関する。 発明の概要 高温によるウェハ加工型のウェハの石英ガラスボートへ
の固着は、ボート上にあるウェハを加熱する前にボート
の表面層を失透させることによって減少するか又はなく
なる。このことはボート表面をアルミナ含有末でお−っ
て約１１４０℃で約ｎ時間加熱することによって都合よ
く達成される。この粉末と接触させて加熱した後には、
通常はガラス状の透明なボートは厚さ約５〜１０ミル（
０，２〜０・３　ｍｍ　）の乳白色の不透明な表面層を
有するようになる。シリコンウェハは１２７５℃の温度
にまで加熱してもこの表面層に固着しない。 背景技術 電子工学技術、特に半導体技術においては、加工中にウ
ェハ又はその他の加工部材を支持および／又は保持する
ために穐々の保持器を用いるのが普通である。加工段階
の多くは高温、即ち１０００℃以上の温度を用いる。例
えばシリコンウェハを半導体デバイスに加工中の時には
、石英ガラス（ｆｕｓｅｄ　５ｉｌｉｃａ）でできてい
るウェハ支持体およびボートを用いるのが普通である。 石英ガラス、これはまた溶融したガラス質又はガラス状
石英とも云われることがしばしばあるが、特に有用な支
持体材料であシ、ガラス状をしていて必要とされる多く
の複雑な形に容易に作ることができ、高純度で調製する
ことができ、汚染物質の影響を比較的にうけに＜＜、加
工期間中にさらされる雰囲気の大部分と悪い反応をせず
、１０００〜１３００℃の範囲の温度に対してかなりの
寸法安定性を有する。アルミナ、シリコン、窒化珪素、
炭化珪素および炭素などの他の材料も時々用いられるが
、これらの材料は半導体デバイス製造に用いられる多数
の高温段階のうちのごく少数の段階にその適用可能性を
制限する技術上周知の一多数の限界をもっている。 石英ガラスは便利であシ一般的に使用できるが、半導体
加工の場合に問題がない訳ではない。技術上古くからあ
る１つの問題は、半導体ウェハ、特にシリコンウェハは
約ｘｚｏｏｊ以上に加熱すると石英ガラスの支持体に固
着する傾向がある点である。 温度が高ければ高い程ウェハと石英ガラスのボート又は
支持体とが固着する傾向は強くなる。 固着、はボート又は支持体の耐用年数を短かくするとと
もにウェハが欠けたシ破損したシする頻度を高くする。 このことは生産上の歩留りを低下させ価格を高くする。 石英ガラスボートをシリコン又は窒化珪素によって被覆
することによって固着を減らそうと−する先行技術の試
みは、その被覆がはく離したシ、又はボートの亀裂を生
じさせたシするので成功していない。従って、高温にお
いて半導体ウェハを支持する改良された方法および手段
に対する必要性が依然として存在する。要するに、高温
でも固着しない改良された汎用ウェハボートが必要とさ
れている。 発明の目的 従って、本発明の目的は高温でも固着しないウェハ用、
特に半導体ウェハ用ボート又は支持体のための改良され
た手段および方法を提供することである。 本発明のもう１つの目的は、石英ガラスの便利さと有用
性を保持しているが高温でも固着しない表面の性質を示
すウェハ用の改良された支持体を提供することである。 本発明のもう１つの目的は、ウェハ、特にシリコンおよ
びその他の半導体ウェハを保持する石英ガラス支持体上
の改良された、高温でも固着しない表面を提供すること
である。 本発明のもう１つの目的は、加工中に高温で用いても安
定していて溶解したシ解離したシせず、又は汚染を導入
しない、ウェハ支持用の改良された、高温でも固着しな
−い表面を提供することである。 本発明のもう１つの目的は、固着しない表面が支持体の
本体の熱膨張係数にできるだけ近い熱膨張係数を有する
ウェハ支持体用の改良された、高温でも固着しない表面
を提供することである。 本発明のもう１つの目的は、加工中の温度変化の結果と
しての剥離および／又は亀裂に耐性を示すウェハ支持体
用の改良された、高温でも固着しない表面を提供するこ
とである。 本発明のもう１つの目的は、ウェハ又はウェハ上で加工
されるデバイスの電気特性に悪影響を与えない改良され
た、高温でも固着しないウェハボートを提供することで
ある。 発明の要約 上述の、およびその他の目的および利点は、ウェハと接
触する溶融した、又はガラス状ウェハ支持体の表面部分
を失透させて少なくとも部分的に結晶構造をもたせ、お
よび／又は溶融した、又はガラス状材料の軟化点よシ高
い融点又は軟化点を有する別の耐火性材料と混ぜて合金
とする配列を提供することによって達成される。このこ
とは第１実施例においてはウニノ・を支持体に置く前に
、アルミナ粉末と接触しているウニノ・支持体を約１１
００℃以上の温度に加熱することによって達成される。 支持体表面が乳白色の不透明な外観を呈するようになる
まで、アルミナ粉末に接触している支持体を加熱するこ
とが望ましい。約５〜１０ミル（０，１〜０．３ｍｍ）
　　の厚さの処理した表面層が望ましい。アルミナ粉末
と接触させて１１４０℃でＬ時間加熱すると良い結果が
えられる。この処理後は、１２７５℃のような高温でも
ウニノ・の固着はなくなる。 本発明のこれらの、およびその他の特徴は更に下記の図
面および記述に説明されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は半導体ウニノ・加を保持する支持体ボート１０
の一部の簡略化した部分切取側面図である。 第２図はボート１０およびウニノ・銀の簡略化した断面
図である。ボート１０はウニ／Ｓ２０を受は入れてはソ
垂直方向にウェハ２０を保持するためのスロット郷を含
むサイトレール１１を含む。サイトレール１１は交差部
材ルによって適所に保持されている。側げた（　ｓｔｒ
ｌｎｇｅｒｉ　）はボートに縦剛性を与えている。第１
図〜第３図に示しであるボートの特定の構造上の特徴は
本発明にとっては重要ではなく、他のウェハ支持体配列
を用いてもよい。こ＼で用いられている“ボート”とい
う語は、単数又は複数のウェハが支持体に載っているか
又は支持体と接触しているすべての種類のウニノ・支持
体手段を云うことが意図されている。こ＼で用いられて
いる゛溶融し九２又は１ガラス質の″という語は、すべ
てのガラス状の、又は無定形の材料を含むことが意図さ
れている。 例えば、第１図〜第２図における場所１６におけるよう
に、１つ又は複数の相互接触点においてウェハとボート
の間の固着が起きる。シリコンウェハを石英ガラスと接
触させて高温、即ち１０００℃以上に加熱する−とこの
固着が起きる可能性のあることが知られている。固着の
可能性は温度が高ぐなるにつれて高くなシ、約１２００
℃を超えると特に著しくなる。例えば、石英ガラスボー
ト上に垂直又は水平に置かれたウニノーは１２７５℃又
はそれ以上にかなシの期間加熱するとしばしばボートに
固着することが一般に観察されている。ウェハ加工中に
はそのような温度にシリコンウェハ）をさらすことがし
ばしば必要であるので、固着は重大な問題である。固着
があるとウニノ・をボートから取シはずそうとする時に
ウニノ・が亀裂を起こしたシ、欠けたりする原因となシ
、ボートに残っているウニノ為破片のためにボートの清
掃又は修理をよシ頻回にする必要が生じる。これらの結
果はウニノ・加工費を増加させることになり望ましくな
い。 石英ガラスボートをアルミナを含む粉末と接触させて加
熱すると、重要な温度においてもシリコンウェハと石英
ガラスポートとの固着は避けられることが発見されてい
る。これは変化した構造をもった表面層が形成されるた
めと考えられる。組成の変化も起きるのかもしれない。 表面構造および／又は組成の変化はボート表面の融解又
は軟化温度を高め、ウェハへの固着の可能性を小さくす
ると考えられる。溶粧したボート表面の失透に触媒作用
を及ぼしたシ、又は溶融したボート表面と反応し又はそ
の表面において溶解してよ）高温の組成又は相を作るそ
の他の表面処理材料も使用できる。しかし、表面処理材
料がその後の加工中に半導体ウェハを汚染したシ又はウ
ェハの電気的性質を変えたシしないことが重要である。 従って、ナリウム又はカルシウムを含む化合物のような
比較的に揮発性の材料は、たとえそれらの材料がガラス
質シリカの失透触媒として作用することが知られていて
も適当ではない。 アルミナはこれまで可能と考えられていた温度よりもは
るかに低い温度で有用な表面失透を促進するのに使用で
きることが発見された。特に、表面失透は石英ガラスポ
ートの著しい軟化又はたわみ（ｓａｇｇｉｎｇ　）を回
避するのに十分な低い温度で導入できることが発見され
ている。このことが重要なのは、ボートの機械的ひずみ
又はその他の欠陥も生じさせる失透プロセスは有用でな
いからである。 アルミナは特に適当な表面処理材料である。という訳は
、アルミナはウェハの電気的性質に悪影響を与えるおそ
れのある望ましくない不純物を除去する程度にまで高度
に精製することができ、きわめて耐火性がすぐれていて
酸化シリコンの融点を超える融点を有しておシ、石英ガ
ラスの軟化温度以上の軟化又は融解温度を有するアルミ
ノ珪酸塩化合物又はシリカとの混合物を作シ、触媒とし
て作用して石英ガラスの失透を促進し、容易に入手でき
比較的安価であるからである。 失透は無定形の、ガラス状の、又は溶融した材料を結晶
形に変換することである。酸化珪素の結晶形は特定の融
解温度を有するか、石英ガラスはすべてのガラスと同様
に明確な融解温度を有しないか、温度が上昇するにつれ
て粘稠度が連続的に低下する、即ち次第に軟化する。石
英ガラスはシリカの一部の結晶形の融点以下の温度で著
しく軟化する。従って、シリカボート表面の失透は、シ
リコンウェハ、酸化したクリコンウェハ又は別のウェハ
材料の軟化又はそれらへの固着が起きる可能性のある温
度を高めることができる。固着しない表面を効率的に製
造するためには、失透させた表面層の融点をウェハ加工
を行う温度よシ高くすべきであシ、溶融した、又はガラ
ス質の芯の焼なまし点又はひずみ点よシ、高くすること
が好ましい。 実施例 第１図〜第３図に示した一般的な型の従来の石英ガラス
ウェハボードｌＯを技術上周知の方法により石英ガラス
状表面およびその他の部分品を用いて作つ九。ボー）　
１０を第３図に示すようにゆるい蓋蕊のある溶融石英皿
又は箱３１内のアルミナ雷有末（９）のなかに埋め、標
準的なガラス吹き手の焼なまし炉内でｎ時間１１４０℃
に保った。粉末間と接触させて加熱した後、処理したボ
ートは石英ガラス部品のための従来の方法で室温に冷や
した。 アルミナ含有末（資）は米国、ケンタラキー州、ルイス
ビルにあるレイノルズメタルズ社（ＲｅｙｎｏｌｄｓＭ
ｅｔａｌｓ　Ｃｏｍｐａｎｙ　）が製造した高純度の（
４５９’ａ）ＧＳ−５６５型アルミナと少量の（例えば
約２チめ）シリカとの混合物と考えられる。この混合物
は３１型アルミナと指定して米国、カリフォルニア州。 南すンフランシスコにあるオキシドライ社（Ｏｘｌ−Ｄ
ｒｙ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　）から入手した。それ
は一般には型ガラス部品を製作する際に離型剤として用
いられるものである。殆んど純粋なアルミナ、アルミノ
珪酸塩、珪酸マグネシウム−アルミニウムおよび／又は
これらの材料の一部又は全部を含む混合物のような他の
高純度耐火性材料もまた適当と考えられる。例えば珪酸
ジルコニウム又は珪酸チタンなどの他の材料も固着を減
らすのに有用かもしれないが、先づ最初にウェハの電気
的性質に何らかの影響があるかどうかについてテストし
なければならない。 ボート表面に適用する材料は、溶融したボートの芯の失
透を誘発又は促進し、および／又は溶融した芯と結合し
て溶融した芯よシも高い融解又は軟化温度を有する相又
は材料を作シ、ボート上に保持されることが意図されて
いる半導体ウェハにドーピングしたシ又はそのウェハを
望ましくない汚染することが知られているボート不純物
又は成分を表面に導入しない・物質であることが重要で
ある。アルミナはこれらの基準を満たすので特に魅力的
な材料である。ボー）　１０を粉末間中に埋めて加熱す
ることによって変化させた表面層を作ることは便利であ
るが、表面処理材料をボート１０に適用する他の方法も
用いることができる。例えば、表面処理材料をスラリー
として適用してもよく、又は化学的蒸着、吹付は又は浸
せき、又は表面被覆又は触媒を適用するための他の周知
の方法によって堆積させてもよい。 この粉末と接触させて加熱した結果として、石英ガラス
ボートの最初は透明であったガラス状表面は外観が乳白
色となり、もはや透明ではなくなシ、著しく粗くなる。 乳白色の外観および粗さの増大は表面層に結晶相が形成
されたことを示す。 従来の方法によ）室温で行われたＸ線回折検査は、表面
層がアルファクリプトパライトを含んでいることを示し
ている。このことは表面層に結晶相があることを示して
いる。クリストバライトは、約３００℃でアルファーベ
ータ結晶構造変換を行い約１７２３±５℃の融解温度を
有する二酸化珪素の結晶形である。この温度は石英ガラ
スの軟化範囲（１１２０〜１６８３℃）よシも少なくと
も高く、代表的なウェハ加工温度よシも摂氏で数百度高
い。 処理した表面層の電子分光分析は、この表面は原子比３
３．１％：　６６−９％　＋即ち殆んど２：１のシリコ
ンと酸素からできていることを示している。電子分光法
は表面の約（資）オングストローム（０，００３ミクロ
ン）内の化学的組成を測定し、重要な元素について約０
．１　％の検出感度を与える。アルミニウムもアルミナ
も検出されなかった。アルミニウム（又はアル２す）は
約ｏ、ｉ　％よυ下のレベルに存在するかもしれない。 上述の処理の後に、ボートは最高１２７５℃までの温度
での従来のシリコンウェハ加工工程を用いた。 処理したウェハではウェハ固着は観察されなかったが、
同じ設計の処理しなかったボートでは同じ工程段階の間
に著しいウェハ固着が観察された。 石英ガラスボートをアルミナ含有床と接触させて１１０
０〜１２００℃の温度で加熱したが、加熱時間は最高温
度で３〜４時間、最低温度でｎ時間であった。ボートの
表面は処理の時間が長くな多温度が上昇するにつれて、
澄んだ透明な色から乳白色の不透明な色に次第に変化す
ることが発見された。 石英ガラスの芯は澄んだま＼であった。表面を処理する
のに１２００〜１２５０℃以上の温度も使用できるが、
より高温では処理した表面層の厚さを調節するのがよシ
困難になるので余シ便利ではない。 温度が高くなるにつれて、同じ表面層の厚さをうるため
の処理時間は短くなる。 もし表面処理を余シに高すぎる温度で余シに長時間行う
と、ボートを室温に冷やした時および／又は温度を加工
期間中に循環させた時に乳白色の表面層の部分が溶融し
たシリカ芯からはげ落ちた。 これは望ましいことではない。剥離した断片の厚さは一
般にｎ　ミル（０，５ｍｍ）又はそれ以上であることが
発見された。２〜３ミル（０，０５〜０．０８ｍｍ）の
表面層の厚−さは有用ではあるが固着を防ぐ点では５〜
１０ミル（０，１〜０．３ｍｍ）の範囲の厚さほどは効
果′的ではなく、約２０　ミル（０，５ｍｍ）より厚い
層は剥離する可能性のあることが測定された。従って、
約２〜２ｏミル（０，０８〜０．５　ｍｍ　）の範囲の
層は有用であるが、５〜１０ミル（０，１〜０．３　ｍ
ｍ）の範囲の層が好ましい。 処理したボートの冷却又は温度循環で最も厚い層が剥離
するということは、層の熱膨張係数（ＴＣＥ）がボート
本体のＴＣＥとや＼違うことを示している。層のＴＣＥ
がボート本体のＴＣＥとできるだけ一致して十分な厚さ
の層が剥離することなしに得られるようにすることが重
要である。表面層に失透したシリカおよび／又はアルミ
ノ珪酸塩又はその混合物を用いることが望ましいが、そ
の理由はクリストバライトおよび一部のアルミノ珪酸塩
は大部分の他の材料よシも石英ガラスのＴＣＥに近似し
ている一方で石英ガラスよシ高い融点又は軟化点を有す
るからでおる。いづれの場合にも、高温でも固着しない
表面を提供するのに十分な厚さのクリストバライト層が
剥離することなしに得られた。 上記に本発明を説明したが、高温でも固着しない表面を
有する改良された石英ガラスポートがボートに結晶又は
結晶−無定形混合表面を適用することによって得られ、
このことはボートと望ましくない汚染効果なしてよシ高
温の結晶表面層を作る失透促進剤および／又はアルミナ
のような混合物形成材料とを接触させて加熱するといっ
たような簡単な方法を用いて行うことができることは明
らかであろう。上記の方法および手段はボート本体のＴ
ＣＥに十分に近いＴＣＥを有する固着しない表面層を提
供するので、ボートおよび層の亀裂が避けられ、その後
のウェハ加工段階におけるボートの温度循環中に固着し
ない層は剥離しないことは明らかである。表面失透処理
はボートのたわみ又はひずみを回避するのに十分な低い
温度で行うことができることも更に明らかである。 本発明を特定の手段、方法および材料によって説明した
が、当業者はこ＼に教示した原理はこれらの原理に基づ
いた変形であるその他の手段、方法および材料にあては
まることを理解するものと思う。更に、当業者は、本発
明は石英ガラスポートにシリコン半導体ウェハが固着す
るのを防止することを目的としてその利用について説明
されているが、と＼に説明した原理は他の半導体および
他のウェハおよびボート材料、特に任意のガラス状又は
ガラス質材料で作られたボートにあてはまることを理解
するものと思われる。従って、添付の特許請求の範囲に
はそのようなすべての変形を含むことが意図されている
。 以下本発明の実施の態様を記す。 １、前記処理段階は前記ガラス状表面領域をアルミナ含
有材料と接触させて加熱する工程を含む特許請求の範囲
第１項の方法。

【図面の簡単な説明】

第１図は半導体ウェハを保持する代表的なボー第２図は
第１図のボートの断面図である。 第３図は第１図〜第２図のウェハボートが失透又は硬化
材料中に漬けられている箱の簡略化した断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体デバイスを含む半導体ウェハを提供する工程
   と、 前記デバイスの製造中に前記半導体ウェハと接触するた
   めのガラス状表面領域を有する支持手段を提供する工程
   と、 前記ガラス状表面領域を失透手段で処理し、前記ガラス
   状表面領域の少なくとも一部分を結晶にする工程と、 その後前記部分的結晶領域と接触して前記半導体ウェハ
   を加熱する工程と、 を具える半導体デバイス処理方法。 ２、石英ガラス部分を有するウェハ支持手段を提供する
   工程と、 前記石英ガラス部分に失透促進材料を適用する工程と、 前記石英ガラス部分を前記失透促進材料と接触させて少
   なくとも１１００℃に加熱する工程と、その後で前記ウ
   ェハ支持体上で半導体ウェハを加熱する工程とを含む、 半導体ウェハ処理方法。