JPWO2004090967A1 - 半導体ウェーハ用熱処理治具 - Google Patents

半導体ウェーハ用熱処理治具 Download PDF

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Abstract

本発明の熱処理治具によれば、搭載する円板形状を半導体ウェーハの直径の６０％以上からなり、その厚さは１．０ｍｍ以上、１０ｍｍ以下で、前記ウェーハと接触する面の表面粗さ（Ｒａ値）は０．１μｍ以上、１００μｍ以下とし、その平坦度を同心円方向および直径方向で規定することにより、または、前記の平坦度に替えて、多点の平面度測定により各領域での最大高さを測定し、求めた仮想平均値面との差が５０μｍ以下にすることにより、半導体ウェーハが熱処理治具と密着することによって発生するスリップを低減することができる。これにより、自重応力の大きい半導体ウェーハを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治具として広く適用できる。

Description

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に関し、さらに詳細には、大径の半導体ウェーハ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低減できる半導体ウェーハ用熱処理治具に関する。
ＬＳＩデバイス製造プロセスで処理される半導体ウェーハは、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、半導体ウェーハ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ウェーハに熱応力が発生する。
一方、半導体ウェーハの支持方法によっては、ウェーハ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、シリコンウェーハの外周部のみを支持する方式である場合、直径３００ｍｍの半導体ウェーハを熱処理すると自重応力の影響が著しく、使用することが困難になる。
上記の熱応力や自重応力は、熱処理において半導体ウェーハ中にスリップと呼ばれる結晶欠陥を引き起こすことが分かっている。スリップはＬＳＩデバイスのリーク電流の増加や半導体ウェーハ平坦性の劣化の原因となる。半導体ウェーハの品質特性を確保するには、スリップの発生を低減するため、これらの熱応力や自重応力を小さくすることが重要である。
半導体ウェーハの熱処理に際し、縦型熱処理炉は設置スペースを小さくでき、大口径の半導体ウェーハを多量に熱処理するのに適していることから、半導体ウェーハの各種熱処理に用いられる装置として採用されている。
図１は、縦型熱処理炉に用いられる半導体ウェーハ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にはウェーハ支持部４が列設され、開口部２側から半導体ウェーハをウェーハ支持部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。
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、半導体ウェーハをウェーハ支持部４に載置し、または取り出しするための開口部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、半導体ウェーハの載置または取り出しを容易にするため、半導体ウェーハの直径相当程度に離間して配設される。
小口径の半導体ウェーハ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、ウェーハ裏面の外周部を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。
しかしながら、近年の半導体ウェーハ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を用いウェーハ裏面の外周部を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。
このため、最近では、半導体ウェーハの大口径化にともなうスリップの発生を低減するため、半導体ウェーハの裏面内部を複数点で支持する治具、または半導体とリング状に線接触、若しくは面接触で支持する治具構造が提案されている。
例えば、特開平１０−２７０３６９号公報では、リング形状（馬蹄形）の支持治具の表面に外周または内周と連通可能な凹部を設けたり、複数個の貫通孔を形成したウェーハの支持治具が提案されている。この支持治具によれば、ウェーハを移動する際に、支持治具の外周部に存在する気体が吸引され、複数個の凹部または貫通孔を介してウェーハと支持治具との接触部位に気体が流通し、ウェーハが支持治具に張りつくことがないとしている。
また、特開平１１−３８６５号公報では、２本で対をなす梁を１組または複数組、支柱の長手方向に所要の間隔を存して多数、水平保持させたウェーハ積載用ボートが提案されている。そして、この２本の梁の間隔を調整することによって、ウェーハの撓みを極力抑制し、スリップを防止するものである。
さらに、特開平１０−３２１５４３号公報には、シリコンウェーハと円板形状や馬蹄形状のウェーハ支持体（熱処理治具）との密着を防止するため、表面粗さを規定したウェーハ支持体が提案されている。
ところが、提案の支持治具のように、ウェーハとの接触方式を変更させた熱処理治具を使用することによって、新たな問題が発生することになる。すなわち、半導体ウェーハの裏面と支持治具が接触することにより、それぞれの変形が拘束され、熱応力または自重応力を上回るような、大きな応力が新たに半導体ウェーハに付加され、これが原因となってスリップが発生する。
新たなスリップ発生の要因は、熱処理治具自体の加工精度によるものであり、特に、半導体ウェーハ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。
しかしながら、上記特開平１０−２７０３６９号公報、特開平１１−３８６５号公報および特開平１０−３２１５４３号公報で提案された支持治具等では、一部に表面粗さについての記載はあるが、スリップ低減との関係についての説明がない上、支持治具等の平坦度に関する記載がない。
一方、特開２００３−１９７７２２号公報には、表面粗さおよび平面度を規定し、その形状がウェーハ保持面に同心円状に形成された複数の貫通孔を有し、ウェーハ保持面での貫通孔の総面積を規定したリング形状（馬蹄形状を含む）の熱処理用治具が開示されている。そして、同公報では、表面粗さＲａを０．１〜０．７μｍとし、平面度を５０μｍ以下とするのが望ましいとしている。
ところが、直径３００ｍｍの半導体ウェーハを対象とする熱処理用治具を想定する場合に、そのウェーハを保持する領域を全て平面度を５０μｍ以下で確保しようとすると、高精度の加工が必要となり、製造コストを増大させるだけでなく、加工精度の面において現実的な製造条件とすることができない。
前述の通り、半導体ウェーハの大径化にともなって開発された、ウェーハ裏面内部を支持する構造の治具では、新たなスリップ発生の要因が生じ、これらは、接触する領域における平坦度と表面粗さに大きく依存する。
さらに、本発明者の検討によれば、平坦度や表面粗さを所定の条件で管理する場合であっても、熱処理治具の表面は必ずしも平坦ではなく、表面にはうねりや表面粗さによる凹凸が存在し、そのうち一部の凸部に加わる自重応力に起因してスリップが発生することが明らかになる。
本発明は、このような検討結果を前提とし、従来の熱処理治具が包含する問題点を解消するためになされたものであり、熱処理治具が半導体ウェーハの裏面と接触する領域における平坦度および表面粗さを改善し、さらに表面うねりや表面粗さに起因する凸部を制限し、効果的にスリップの発生を低減させることができる熱処理治具を提供することを目的としている。
本発明者は、上記の問題点を解決するため、縦型熱処理炉の熱処理ボートに用いて各種の熱処理を行い、熱処理治具における平坦度、表面粗さ、および治具表面の局部的な凹凸について種々検討した結果、下記の（ａ）〜（ｄ）の知見を得ることができた。
（ａ）熱処理治具の厚さを規定することで、熱処理治具の反りに起因する平坦度を改善するとともに、自重応力による熱処理治具の撓み、さらに表面加工にともなう歪みを防止できる。
ただし、熱処理治具が厚くなると、治具の熱容量が大きくなり熱処理炉内での昇・降温特性が劣化し、また半導体ウェーハ投入枚数の減少により生産性が低下することに留意する必要がある。
（ｂ）熱処理治具における平坦度を規定し、表面粗さを適度に調整することにより、半導体ウェーハと熱処理治具との接触状況を改善することにより、両者の密着を防止できる。
（ｃ）熱処理治具が半導体ウェーハを接触保持する領域に、複数の凸部域を付加させることによって、自重応力や熱応力を緩和することができる。
（ｄ）熱処理治具の表面にＳｉＣコートすることにより、熱処理に酸素雰囲気を用いて半導体ウェーハの表面に酸化皮膜が成長する場合でも、成長した酸化皮膜と熱処理治具の表面との接着を防止できる。
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、次の（１）〜（５）の半導体ウェーハ用熱処理治具を要旨としている。
（１）半導体ウェーハをその上面に搭載して熱処理する円板形状の熱処理治具において、円板形状の直径は搭載される半導体ウェーハの直径の６０％以上であり、その厚さは１．０ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であり、前記半導体ウェーハと接触する面の表面粗さ（Ｒａ値）は０．１μｍ以上、１００μｍ以下であり、その平坦度は、同心円方向の平坦度で０．１ｍｍ以下であり、かつ直径方向の平坦度で０．２ｍｍ以下であることを特徴とする半導体ウェーハ用熱処理治具である（以下、「第１の熱処理治具」という）。
（２）半導体ウェーハをその上面に搭載して熱処理する円板形状の熱処理治具において、円板形状の直径は搭載される半導体ウェーハの直径の６０％以上であり、その厚さは１．０ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であり、前記半導体ウェーハと接触する面の表面粗さ（Ｒａ値）は０．１μｍ以上、１００μｍ以下であり、前記半導体ウェーハと接触する表面を多数領域に分割し、領域ごとに最大高さを測定し、各領域の最大高さと前記測定値から求められた仮想平均値面との差が５０μｍ以下であることを特徴とする半導体ウェーハ用熱処理治具である（以下、「第２の熱処理治具」という）。
（３）上記の「第１、２の熱処理治具」では、半導体ウェーハと接触する面の直径をその半導体ウェーハの直径の６０％以上にするのが望ましい。さらに、半導体ウェーハと接触する面をリング形状とし、その外径を半導体ウェーハの直径の６０％以上にするのが望ましい。
いずれの構成であっても、大口径の半導体ウェーハを保持する場合に、半導体ウェーハと熱処理治具との接触面積を低減させることができ、治具とウェーハの接着起因によるスリップを防止できるからである。
（４）上記の「第１の熱処理治具」では、半導体ウェーハと接触する面に複数の凸部域を設け、中心に対して点対称に配置することができる。
この場合に、複数の凸部域の平面形状を円形とし、その直径を５．０ｍｍ以上、３０．０ｍｍ以下にするのが望ましい。
（５）上記の「第１、２の熱処理治具」では、その基材材料をシリコン、含浸シリコンカーバイド、シリコンカーバイド、多孔質シリコンカーバイド、石英、シリコン、グラファイト、およびグラシーカーボンのいずれかから構成することができる。
この場合において、上記の基材材料に膜厚が１０μｍ以上、１５０μｍ以下のシリコンカーバイド（ＳｉＣ）のコートを行ってもよい。
また、ＳｉＣコートをしない場合には、多結晶Ｓｉ膜若しくはＳｉ３Ｎ４膜、またはＳｉＯ２膜を気相成長法などにより、０．２μｍから５０μｍ程度堆積させてもよい。
図１は、縦型熱処理炉に用いられる半導体ウェーハ用の熱処理ボートの構成例を示す図である。
図２は、本発明の熱処理治具の構成例を説明する図であり、（ａ）は平面図を示し、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）および（ｄ）は熱処理治具に円錐状および球状の座ぐりを設けた正面断面図、並びに（ｅ）は熱処理治具にリング形状を設けた正面断面図を示している。
図３は、本発明の熱処理治具の他の構成例を説明する断面図である。
図４は、本発明で規定する同心円方向での平坦度および直径方向の平坦度を説明する図である。
図５は、本発明の半導体ウェーハと接触する面がリング形状である熱処理治具の構成を説明する図であり、（ａ）は平面図を示し、（ｂ）は正面断面図を示している。
図６は、本発明の複数の凸部域を有する熱処理治具の構成を説明する図であり、（ａ）は熱処理治具の平面図を示し、（ｂ）は半導体ウェーハを搭載したＸ−Ｘ視野による正面断面図を示している。
図７は、熱処理治具の表面に凸部域を設ける手順の説明する図であり、（ａ）〜（ｄ）にその手順を示している。
図８は、本発明の第２の熱処理治具で規定する多点の平面度測定における各領域の最大高さと測定値から求められた仮想平均値面との差を管理する方法を説明する図である。
本発明の縦型熱処理炉に載置される半導体ウェーハ用熱処理治具の実施の形態を、図面を用いて「第１の熱処理治具」および「第２の熱処理治具」に区分して具体的に説明する。本発明の構成は、以下に説明する具体例に限定されるものではない。
１．第１の熱処理治具
１−１．第１の熱処理治具の構成
本発明の第１の熱処理治具では、円板形状の直径は搭載される半導体ウェーハの直径の６０％以上であり、その厚さは１．０ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であり、前記半導体ウェーハと接触する面の表面粗さ（Ｒａ値）は０．１μｍ以上、１００μｍ以下であり、その平坦度は、同心円方向の平坦度で０．１ｍｍ以下であり、かつ直径方向の平坦度で０．２ｍｍ以下であることを特徴としている。
図２は、本発明の熱処理治具の構成例を説明する図であり、（ａ）は平面図を示し、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）および（ｄ）は熱処理治具に円錐状および球状の座ぐりを設けた正面断面図、並びに（ｅ）は熱処理治具にリング形状を設けた正面断面図を示している。
図２に示す構成では、ウェーハ１０を搭載する熱処理治具１１は外径Ｄと厚さｔからなる円板形状であり、外径Ｄはウェーハ１０の直径より大きく構成されている。
さらに、図２（ｃ）〜（ｅ）には、熱処理治具１１のその他の構成断面例として、熱処理治具１１の中央部を円錐状に座ぐりを施したもの、熱処理治具１１の中央部を球状に座ぐりを施したもの、および熱処理治具１１にリング形状を設けたものを示している。
図３は、本発明の熱処理治具の他の構成例を説明する図である。図３に示す構成では、ウェーハ１０を搭載する熱処理治具１１は外径Ｄと厚さｔからなる円板形状からなり、ウェーハ１０との接触面の直径Ｄａとし、直径Ｄａはウェーハ１０の直径より小さく構成されている。
これは、前述の通り、大径の半導体ウェーハを保持する場合に、半導体ウェーハ１０と熱処理治具１１との接触面積を低減させることができ、熱処理治具とウェーハ間の接着によるスリップを防止できるからである。
第１の熱処理治具では、その厚さｔを１．０ｍｍ以上、１０ｍｍ以下と規定している。通常、熱処理治具ではその厚さを確保することにより、平坦度を向上させることができる。このため、１．０ｍｍ以上にすることで熱処理治具の反りや表面加工時に歪みをなくし、平坦度を改善することができる。
一方、その厚さが１０ｍｍを超えると、熱処理治具の熱容量が増大し、熱処理炉内での昇温・降温特性が劣化したり、投入枚数の減少し生産性が低下するので、上限は１０ｍｍとする。実操業では、熱処理炉内には数十枚の熱処理治具を搭載するため、その厚さは１．５ｍｍ以上、５．０ｍｍ以下にするのが望ましい。
第１の熱処理治具では、半導体ウェーハと接触する面の表面粗さを０．１μｍ以上、１００μｍ以下とする。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値）で表示する。
表面粗さが０．１μｍ未満である場合には、シリカ粒やシリコンカーバイド粒を用いたブラスト処理する方法、またはマシニング装置や旋盤機などを利用したツールマークを導入する方法により、表面をある程度粗くし、最終的に表面粗さ（Ｒａ値）を規定値以上にする必要がある。
ブラスト処理を行う場合は、表面粗さ（Ｒａ値）を大きくすると熱処理治具を破損する恐れがあり、表面粗さ（Ｒａ値）の上限を１００μｍにする。
一方、ツールマークを導入する場合は、表面粗さ（Ｒａ値）の上限値は治具厚さの１／３まで可能であるが、加工装置への負荷や生産性の低下を考慮し、その上限を１００μｍとする。本発明においては、表面粗さ（Ｒａ値）の上限を５０μｍとするのが望ましく、さらに望ましくは１μｍ以上、５μｍ以下の範囲である。
さらに、第１の熱処理治具では、同心円方向の平坦度を０．１ｍｍ以下とし、かつ直径方向の平坦度を０．２ｍｍ以下に規定している。本発明では、ＪＩＳ Ｂ ０６２１に規定する平坦度を用いる。
図４は、本発明で規定する同心円方向の平坦度および直径方向の平坦度を説明する図である。図４に示すように、同心円方向での平坦度は、熱処理治具１１の中心１１ａに対する同心円方向（矢印１３）での多点測定により得ることができる。また、直径方向の平坦度は、中心１１ａを起点とする放射状方向（矢印１４）での多点測定により得られる。
同心円方向の平坦度が０．１ｍｍを超えると、同心円内でウェーハ保持が３点になる可能性が大きく、その保持点でのウェーハ自重負荷によりスリップが発生し易くなる。したがって、同心円内でウェーハの多点保持を確保しようとすると、同心円方向の平坦度を０．１ｍｍ以下とし、望ましくは０．０５ｍｍ以下とする。
熱処理治具に凸部域が設けられた構造になる場合には、ウェーハの保持はその中央付近で接触保持される形態となり、その接触位置からスリップが発生し易くなる。この場合には、前記の問題を解消するため、熱処理治具にリング形状を設けたり、またはその表面の中央付近に凹型形状を設けるのが望ましい。
熱処理治具にリング形状または凹型形状を設ける場合には、リング形状の外形または凹型形状の座ぐり内径は、ウェーハの直径の６０％以上、８５％以下にするのが望ましい。
このように構成することによって、ウェーハは、その直径の６０％〜８５％の範囲で保持されることになり、同時に同心円方向の平坦度を０．１ｍｍ以下であるから、同心円内での多点保持が可能になり、スリップの発生を低減できる。
一方、熱処理治具の直径方向の平坦度は、０．２ｍｍ以下とする。直径方向の平坦度が０．２ｍｍを超えると、特定の同心円付近で線接触になるおそれがあり、スリップが発生し易くなる。本発明では、直径方向の平坦度を０．１ｍｍ以下にするのが望ましい。
上述した熱処理治具の形状以外であり、凸部域が構成されていない場合には、ウェーハ直径の６０％以下の領域に、リング形状や凹型形状を設ける必要がなく、平面形状の熱処理治具であればよい。
換言すれば、本発明の熱処理治具では、ウェーハ直径の６０％以下の領域に最大高さ領域が存在しない形状であり、ウェーハ直径の６０％以上の領域における平坦度として、同心円方向の平坦度は０．１ｍｍ以下であり、望ましくは０．０５ｍｍ以下であると同時に、直径方向の平坦度が０．２ｍｍ以下であり、望ましくは０．１ｍｍ以下であることを特徴としている。これにより、効率よくスリップを低減できる。
本発明の熱処理治具においては、平坦度の下限値は０（ゼロ）に近い程良いが、機械加工の精度や製造コストを考慮すれば、自ずから限界があり、いずれの平坦度も０．０３ｍｍを下限とするのが望ましい。
前述の通り、図４に示す同心円方向および直径方向の平坦度は、多点測定によって求めることができる。この多点測定では、同心円方向の測定に際し、例えば、半径が５ｍｍピッチとする円周上を５ｍｍピッチ程度となるよう均等に分割して測定する。
一方、直径方向の測定に際し、例えば、熱処理治具の外周を５ｍｍピッチ程度で均等に分割した角度（３００ｍｍウェーハを対象とする場合、１８０分割して角度２°とする）で、直径方向に５ｍｍピッチの等間隔で測定する。
第１の熱処理治具の平坦度に関し、例えば、直径３００ｍｍ相当のシリコンカーバイド材料を用いて円板加工で治具を製作する場合に、平面度測定装置による多点測定を行う（例えば、５ｍｍピッチ等間隔測定）。その情報に基づき、さらに切削若しくは研磨、または局所ブラスト処理工程などを施すことにより、最終的な熱処理治具の平坦度が調整される。
第１の熱処理治具では、半導体ウェーハと接触する面がリング形状であり、その外径が半導体ウェーハの直径よりも小さくするのが望ましい。これにより、半導体ウェーハとの接触面積を低減させることができ、さらに中心部分をカットし、接触面積を一層低減させることができる。
図５は、本発明の半導体ウェーハと接触する面がリング形状である熱処理治具の構成を説明する図であり、（ａ）は平面図を示し、（ｂ）は正面断面図を示している。ウェーハ１０を搭載する熱処理治具１１は、外径Ｄおよび厚さｔからなる円板形状で構成され、ウェーハ１０との接触面１１ｂは外径Ｄｏおよび内径Ｄｉのリング形状になっており、その外径Ｄｏはウェーハ１０の直径より小さい。
リング形状を形成するため、リング外周側での段差ｄ１およびリング内周側での段差ｄ２は、それぞれ特に限定しないが、ウェーハ１０に接触しない程度に確保するのがよい。
図５に示すように、リング形状で構成することによって、ウェーハ１０と接触する面１１ｂの面積を、前記図３で示す構成例よりさらに小さくすることができるので、半導体ウェーハと熱処理治具との接着によるスリップを防止できる。
第１の熱処理治具では、半導体ウェーハと接触する面に複数の凸部域を設け、中心に対して点対称に配置することができる。これにより、バランスよく接触面積を低減させて、密着によるスリップを防止することができる。この場合に、複数の凸部域の平面形状を円形とし、その直径を５．０ｍｍ以上、３０．０ｍｍ以下にするのが望ましい。一層、バランスよく接触面積を低減できるからである。
図６は、本発明の複数の凸部域を有する熱処理治具の構成を説明する図であり、（ａ）は熱処理治具の平面図を示し、（ｂ）は半導体ウェーハを搭載したＸ−Ｘ視野による正面断面図を示している。図６に示す構成では、中心に設けた凸部域１５、半径ｒ１の円周上に設けた６個の凸部域１６、および半径ｒ２の円周上に１２個の凸部域１７を設けている。
凸部域１５、１６、１７の配置は、熱処理治具１１の中心１１ａに対して点対称にする。さらに、凸部域１７の最外周間の距離Ｄｓは、ウェーハの直径より小さくするのが望ましい。
凸部域の配置は、図６に示す配置に限定されるものではなく、その他の配置も許容される。例えば、治具の中心から凸部域の直径を順次大きくしたり、大直径の凸部域の隙間に小直径の凸部域を設ける配置にしてもよい。
凸部域の形状は、図６（ａ）に示すディンプル構造に限定するものでなく、図示しないが格子状などのメッシュ構造からなる凸部域の形状であってもよい。熱処理治具に凸部域を形成する場合は、下記の図７に示すように、保護シールを貼りブラスト処理を行ってもよく、また刃先で溝切りを行うようにしてもよい。
図７は、熱処理治具の表面に凸部域を設ける手順の説明する図であり、（ａ）〜（ｄ）にその手順を示している。同（ａ）、（ｂ）では、凸部域を形成する熱処理治具１１の表面に、凸部域の形状とする保護シール１８を貼り付ける。その後、同（ｃ）に示すように、ブラスト処理Ｂにより保護シール１８を貼り付けていない表面を削り取ることによって、同（ｄ）に示すように、凸部域１５、１６、１７を設けた熱処理治具１１を作製することができる。
第１の熱処理治具では、その基材材料として、シリコン含浸シリコンカーバイド、シリコンカーバイド、多孔質シリコンカーバイド、石英、シリコン、グラファイトおよびグラシーカーボンのいずれかを採用することができる。
特に、シリコン、グラファイトおよびグラシーカーボンは、シリコンウェーハとの接触領域において、その硬度はシリコンと同等または軟らかいため、一層、スリップの低減を図ることができる。
さらに、基材材料の上に膜厚が１０μｍ以上、１５０μｍ以下のシリコンカーバイド（ＳｉＣ）をコートするのが望ましい。高純度のＳｉＣをコートすることにより、ウェーハへの汚染を減少することができる。また、グラファイトやグラシーカーボン製治具を使用する場合に、ＳｉＣコートすることは、酸化雰囲気の熱処理にも適用することができる。
また、ＳｉＣコートの代わりに、多結晶Ｓｉ膜やＳｉ３Ｎ４膜またはＳｉＯ２膜を、０．２μｍから５０μｍ程度堆積しても効果がある。
１−２．実施例
治具形状、厚さｔ、表面粗さ（Ｒａ値）および平坦度等を種々変更した第１の熱処理治具を作製し、縦型熱処理炉の４点外周支持のウェーハ支持部に挿入し、直径３００ｍｍのシリコンウェーハを搭載した。
熱処理条件は、１％酸素含有のガス雰囲気で、室温から１３００℃まで昇温し、その後１３００℃にて２時間保持させ、その後室温まで降温させた。熱処理後のシリコンウェーハをエックス線装置で観察し、スリップの発生有無を確認した。
実施例１では、前記図６に示す複数の凸部域を有する熱処理治具を作製した。そのため、前記図７に示すように、熱処理治具の基板材料としてシリコンを用い、直径３０４ｍｍおよび厚さ２．５ｍｍで、同心円方向の平坦度が０．０４ｍｍおよび直径方向の平坦度が０．０４ｍｍからなる円板形状に加工した（工程（ａ））。
得られた円板上に、ピッチ１．０ｍｍ幅の間隔で直径８．０ｍｍの円形保護シール１８でマスクを行い（工程（ｂ））、ブラスト処理Ｂを施して、円板表面を５０μｍ削り込みを行った（工程（ｃ））後、円形保護シール１８を取り除いて、凸部域１５、１６、１７を形成した（工程（ｄ））。
さらに、得られた円板治具１１の表面全面に弱いブラスト処理を施すことによって、表面粗さ（Ｒａ値）を１．５μｍとした熱処理治具を作製した。
作製された熱処理治具を用いて、上記の熱処理を実施した後のシリコンウェーハを観察した結果、スリップは発生していなかった。
実施例２ではＳｉＣコートを行った。基体材料はシリコンを用い、直径３０４ｍｍおよび厚み２．０ｍｍで、同心円方向の平坦度が０．０２ｍｍおよび直径方向の平坦度が０．０６ｍｍである円板形状に加工した。次に、ブラスト処理で表面粗さ（Ｒａ値）を２．５μｍとしたのち、ＳｉＣコートを換算で２０μｍ堆積させ、引き続き、異常ＳｉＣ成長領域を除去するため、軽く表面研磨を行い、さらにブラスト処理を施し、表面粗さ（Ｒａ値）を１．９μｍとした熱処理治具を作製した。
作製された熱処理治具を用いて、上記の熱処理を実施した後のシリコンウェーハを観察した結果、スリップは発生していなかった。
実施例３では、基体材料はシリコンカーバイトを用い、直径３０４ｍｍおよび厚さ２．０ｍｍで、同心円方向の平坦度が０．０８ｍｍおよび直径方向の平坦度が０．１９ｍｍからなる円板形状に加工したのち、ブラスト処理で、表面粗さ（Ｒａ値）を１．０μｍとした熱処理治具を作製した。
作製された熱処理治具を用いて、上記の熱処理を実施した後のシリコンウェーハを観察した結果、２０〜３０ｍｍ程度のスリップが数本発生していた。
実施例４では、表面粗さ（Ｒａ値）を変動させた熱処理治具を用いた。基体材料はシリコンを用い、図５に示す構造で、外径Ｄが３０４ｍｍ、外径Ｄｏが２３０ｍｍ、内径Ｄｉが２００ｍｍ、１１ｂの面に関して同心円方向の平坦度が０．０５ｍｍおよび直径方向の平坦度が０．０６ｍｍからなる円板形状に加工したのち、鏡面研磨し、さらに鏡面研磨後にブラスト処理を施した。
準備した円板の表面粗さ（Ｒａ値）が０．０２μｍ（鏡面研磨まま）、並びに０．１μｍ、１．３μｍおよび４．７μｍ（鏡面研磨後ブラスト処理）の４水準からなる熱処理治具を作製した。
作製された熱処理治具を用いて、上記の熱処理を実施した後のシリコンウェーハを観察した。表面粗さ（Ｒａ値）が０．０２μｍの熱処理治具を用いた場合は、熱処理治具とシリコンウェーハとの接着を起因とするスリップが多発した。
一方、表面粗さ（Ｒａ値）が０．１μｍの熱処理治具を用いた場合は、熱処理治具とシリコンウェーハと微細な接着痕が要因で、弱いスリップが数本発生し、表面粗さ（Ｒａ値）が１．３μｍおよび４．７μｍの熱処理治具を用いた場合は、スリップの発生は観察されなかった。
（比較例１）
比較例１では、薄肉の熱処理治具を用いた。基体材料はシリコンカーバイトを用い、直径３０４ｍｍおよび厚さ０．７５ｍｍで、同心円方向の平坦度が０．０８ｍｍおよび直径方向の平坦度が０．１９ｍｍで、さらに、表面粗さ（Ｒａ値）を１．０μｍである熱処理治具を作製した。
作製された熱処理治具を用いて、上記の熱処理を実施した後のシリコンウェーハを観察した結果、治具の肉厚が薄いために、シリコンウェーハの自重応力による変形が原因となり、スリップが多発した。
２．第２の熱処理治具
２−１．第２の熱処理治具の構成
本発明の第２の熱処理治具は、円板形状の直径は搭載される半導体ウェーハの直径の６０％以上であり、その厚さは１．０ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であり、前記半導体ウェーハと接触する面の表面粗さ（Ｒａ値）は０．０５μｍ以上、１００μｍ以下であり、前記半導体ウェーハと接触する表面を多数領域に分割し、領域ごとに最大高さを測定し、各領域の最大高さと前記測定値から求められた仮想平均値面との差が５０μｍ以下であることを特徴としている。
第２の熱処理治具では、搭載するウェーハは直径が３００ｍｍの大径を対象としており、ウェーハを接触保持する円板、またはリング形状の外形が半導体ウェーハの直径の６０％以上であり、その厚さが１．０ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であることは、前記第１の熱処理治具と同様であるが、後述する見掛け上の平坦度を良くするため、表面粗さ（Ｒａ値）を０．０５μｍ以上、１００μｍ以下と規定し、さらに、平坦度の特性に替えて、仮想平均値面の概念を規定している。
前述の第１の熱処理治具では、直径が３００ｍｍの大径ウェーハを搭載するために、その表面の平坦度を規定している。しかし、規定された平坦度を確保するには、超高精度の機械加工を必要とするので、製造コストが高騰するとの問題がある。
通常、半導体ウェーハと接触する熱処理治具の表面には局所的に凹凸のうねりが存在し、そのうねりの最大高さ位置でウェーハを保持することになる。そのため、第２の熱処理治具では、平坦度を所定の精度に留め、各領域での最大高さを測定することにしている。
すなわち、第２の熱処理治具では、例えば、平坦度が所定のレベルになるように加工し、その表面を５ｍｍ角の領域に分割し、各領域にプローブを順次接触させ多点の平面度測定を行う。そして、各領域での最大高さを測定し、得られた平面度測定値から仮想平均値面を求める。
次いで、各領域でのうねりの最大高さと仮想平均値面との差が５０μｍ以下となるように、５０μｍを超える領域を、例えばブラスト処理で削り取ることによって、見かけ上の平坦度、すなわち、多点の平面度測定における各領域の最大高さと測定値から求められた仮想平均値面との差を小さくする。
このように、見掛け上の平坦度を小さくすることによって、ウェーハを保持する領域中での接触点を増加させることができるので、ウェーハの自重応力にともなう負荷を分散することができる。
図８は、本発明の第２の熱処理治具で規定する多点の平面度測定における各領域の最大高さと測定値から求められた仮想平均値面との差を管理する方法を説明する図である。同図で示すように、熱処理治具１１の全面には表面うねり１９が形成されており、その表面の一部を微視的に観察すると、表面粗さを示す表面波形２０が見られる。
第２の熱処理治具における見掛け上の平坦度は、例えば、熱処理治具１１の平坦度が０．２ｍｍ（２００μｍ）程度となるように加工し、その表面を５ｍｍピッチ角等の間隔でＮ個の領域に分割して、多点の平面度測定を行う。
具体的には、分割した領域の各領域（図８ではＳ１〜Ｓ５を示す）にプローブ２１を接触させ、各領域での最大高さを測定し、得られた平面度測定値から仮想平均値面２２を求める。
そして、各領域での最大高さと仮想平均値面２２との差（図８ではＨ１〜Ｈ５を示す）が基準値Ｈａである５０μｍとなる基準面２３以下になるように管理する。これにより、見掛け上の平坦度は、初期加工の平坦度２００μｍより大幅に改善することができる。
最大高さと仮想平均値面との差が５０μｍ（基準値Ｈａ）を超える領域（図８では領域Ｓ３とＳ４が該当する）は、ブラスト処理して最大高さが５０μｍ以下となるように管理する。
上述のように、半導体ウェーハと接触する面の最大高さと仮想平均値面との差を管理することによって、ウェーハを保持する領域中での接触点を増加させることができるので、ウェーハの自重応力にともなう負荷を分散することができる。
さらに、第２の熱処理治具において、最大高さと仮想平均値面との差を管理することにしているのは、仮想平均値面より低い領域は、もともとウェーハと接触しにくいため、管理を必要としないためである。
しかも、ブラスト処理等で削り取る領域は、最大高さと仮想平均値面との差が基準値を超える領域のみとしているため、精度良く加工仕上げすることが可能になる。
上述の通り、第２の熱処理治具では、各領域での最大高さと仮想平均値面との差のうち、全領域で最大高さＨｍａｘ（図８では領域Ｓ３が該当する）を見掛け上の平坦度として管理する。そして、その基準値は５０μｍとする。
第２の熱処理治具では、前記図５に示すように、半導体ウェーハと接触する面がリング形状であり、その外径が半導体ウェーハの直径よりも小さくするのが望ましい。これにより、半導体ウェーハとの接触面積を低減させることができるためであり、さらに中心部分をカットして接触面積を低減させることで平坦度管理が行い易くなる。
さらに、第２の熱処理治具では、その基材材料として、シリコン含浸シリコンカーバイド、シリコンカーバイド、多孔質シリコンカーバイド、石英、シリコン、グラファイトおよびグラシーカーボンのいずれかを採用することができる。
また、前記第１の熱処理治具の基材材料で説明したように、１０μｍ以上、１５０μｍ以下のＳｉＣコートさせることやＳｉＣコートの代わりに多結晶Ｓｉ膜やＳｉ３Ｎ４膜またはＳｉＯ２膜を、０．２μｍ〜５０μｍ程度堆積させても効果がある。
２−２．実施例
治具形状、厚さｔ、表面粗さ（Ｒａ値）および見掛け上の平坦度等を種々変更した第２の熱処理治具を作製し、縦型熱処理炉の４点外周支持のウェーハ支持部に挿入し、直径３００ｍｍのシリコンウェーハを搭載した。
熱処理条件は、１％酸素含有のガス雰囲気で、室温から１３００℃まで昇温し、その後１３００℃にて２時間保持させ、その後室温まで降温させた。熱処理後のシリコンウェーハをエックス線装置で観察し、スリップの発生有無を確認した。
実施例５では、前記図３に示す熱処理治具を作製した。そのため、外径Ｄが３１９ｍｍ、厚さｔが２．０ｍｍ、ウェーハとの接触面の直径Ｄａが２８５ｍｍで、基材材料が焼結シリコンカーバイドからなる熱処理治具を作製した。
次いで、表面を５ｍｍ角の領域に分割し、多点の平面度測定により各領域での最大高さを測定し、求めた仮想平均値面との差が５０μｍを超える領域をブラスト処理で削り取り、見掛け上の平坦度を５０μｍ以下とした。さらに、ブラスト処理を施して、表面粗さ（Ｒａ値）を１．４μｍとした。
得られた熱処理治具を用いて、上記の熱処理を実施した後のシリコンウェーハを観察した結果、ウェーハとの接触面の外周部に僅かなスリップが発生していたが、他にスリップの発生はなかった。
実施例６では、基材材料がシリコンからなる図３に示す熱処理治具を作製した。外径Ｄが３１９ｍｍ、厚さｔが２．０ｍｍ、ウェーハとの接触面の直径Ｄａが２８５ｍｍで、基材材料がシリコンからなる熱処理治具を作製した。
次いで、実施例５と同じ条件で、多点の平面度測定により各領域での最大高さを測定し、最終的に、見掛け上の平坦度を５０μｍ以下とした。さらに、ブラスト処理を施し、表面粗さ（Ｒａ値）を１．４μｍとした。
得られた熱処理治具を用いて、上記の熱処理を実施した後のシリコンウェーハを観察した結果、スリップは発生しなかった。
実施例７では、基材材料がシリコンからなる図３に示す熱処理治具にＳｉＣコートを施した。外径Ｄが３１９ｍｍ、厚さｔが２．０ｍｍ、ウェーハとの接触面の直径Ｄａが２８５ｍｍで、基材材料がシリコンからなる熱処理治具を作製した。
次いで、実施例５と同じ条件で、多点の平面度測定により各領域での最大高さを測定し、求めた仮想平均値面との差が５０μｍ以下となるように加工を施し、見掛け上の平坦度を５０μｍ以下とした。さらに、ブラスト処理を施し、表面粗さ（Ｒａ値）を１．４μｍとした。
引き続き、ＳｉＣコートを換算で２０μｍ堆積させ、その後、表面異常突起物を研磨加工し、さらに両面ブラスト処理で約１０μｍほどＳｉＣコート膜を除去した後、表面粗さを１．５μｍとした。
得られた熱処理治具を用いて、上記の熱処理を実施した後のシリコンウェーハを観察した結果、微小なスリップが１本発生していた。
実施例８では、基材材料がシリコンからなる図５に示す熱処理治具にＳｉＣコートを施した。外径Ｄが３１９ｍｍ、厚さｔが４．０ｍｍ、ウェーハとの接触面の外径Ｄｏが２３０ｍｍ、内径Ｄｉが１８０ｍｍの基材材料がグラシーカーボンからなる熱処理治具を作製した。
次いで、実施例５と同じ条件で、多点の平面度測定により各領域での最大高さを測定し、求めた仮想平均値面との差が５０μｍを超える領域をブラスト処理で削り取り、見掛け上の平坦度を５０μｍ以下とした。さらに、ブラスト処理した表面を研磨して、表面粗さ（Ｒａ値）を１．２μｍとした。
引き続き、ＳｉＣコート５０μｍ堆積させ、その後ブラスト処理にて１０μｍ程度コート領域を研磨し、表面粗さ（Ｒａ値）を０．９μｍとした。
得られた熱処理治具を用いて、上記の熱処理を実施した後のシリコンウェーハを観察した結果、スリップは発生しなかった。
（比較例２）
比較例２では、薄肉で構成された、前記図２に示す熱処理治具を用いた。このため、外径Ｄが３１９ｍｍ、厚さｔが０．８５ｍｍで、基材材料がシリコンカーバイドからなる熱処理治具を作製した。
次いで、実施例５と同じ条件で、多点の平面度測定により各領域での最大高さを測定し、求めた仮想平均値面との差が５０μｍを超える領域をブラスト処理で削り取り、見掛け上の平坦度を５０μｍ以下とした。さらに、ブラスト処理した表面を研磨して、表面粗さ（Ｒａ値）を１．５μｍとした。
得られた熱処理治具を用いて、上記の熱処理を実施した後のシリコンウェーハを観察した結果、ウェーハの外周面からスリップが多発した。
 産業上の利用の可能性
本発明の熱処理治具によれば、搭載する円板形状を半導体ウェーハの直径の６０％以上からなり、その厚さを１．０ｍｍ〜１０ｍｍとし、前記ウェーハと接触する面の表面粗さ（Ｒａ値）を０．１μｍ〜１００μｍとし、その平坦度を同心円方向および直径方向で規定することにより、または、前記平坦度に替えて、多点の平面度測定により各領域での最大高さを測定し、求めた仮想平均値面との差が５０μｍ以下にすることにより、半導体ウェーハが熱処理治具と密着することによって発生するスリップを低減することができる。これにより、自重応力の大きい半導体ウェーハを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治具として広く適用できる。

Claims (12)

  1. 半導体ウェーハをその上面に搭載して熱処理する円板形状の熱処理治具において、
    円板形状の直径は搭載される半導体ウェーハの直径の６０％以上からなり、
    その厚さは１．０ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であり、
    前記半導体ウェーハと接触する面の表面粗さ（Ｒａ値）は０．１μｍ以上、１００μｍ以下であり、
    その平坦度は、同心円方向の平坦度で０．１ｍｍ以下であり、かつ直径方向の平坦度で０．２ｍｍ以下であることを特徴とする半導体ウェーハ用熱処理治具。
  2. 前記半導体ウェーハと接触する面の直径はその半導体ウェーハの直径の６０％以上であることを特徴とする請求項１記載の半導体ウェーハ用熱処理治具。
  3. 前記半導体ウェーハと接触する面はリング形状であり、その外径は前記半導体ウェーハの直径の６０％以上であることを特徴とする請求項１記載の半導体ウェーハ用熱処理治具。
  4. 前記半導体ウェーハと接触する面に複数の凸部域を設け、中心に対して点対称に配置したことを特徴とする請求項１〜３記載の半導体ウェーハ用熱処理治具。
  5. 前記複数の凸部域の平面形状は、直径が５．０ｍｍ以上、３０．０ｍｍ以下の円形であることを特徴とする請求項４記載の半導体ウェーハ用熱処理治具。
  6. 基材材料がシリコン含浸シリコンカーバイド、シリコンカーバイド、多孔質シリコンカーバイド、石英、シリコン、グラファイト、およびグラシーカーボンのいずれかからなることを特徴とする請求項１〜４記載の半導体ウェーハ用熱処理治具。
  7. さらに、前記基材材料に膜厚が１０μｍ以上、１５０μｍ以下のシリコンカーバイド（ＳｉＣ）をコートすることを特徴とする請求項６記載の半導体ウェーハ用熱処理治具。
  8. 半導体ウェーハをその上面に搭載して熱処理する円板形状の熱処理治具において、
    円板形状の直径は搭載される半導体ウェーハの直径の６０％以上であり、
    その厚さは１．０ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であり、
    前記半導体ウェーハと接触する面の表面粗さ（Ｒａ値）は０．０５μｍ以上、１００μｍ以下であり、
    前記半導体ウェーハと接触する表面を多数領域に分割し、領域ごとに最大高さを測定し、各領域の最大高さと前記測定値から求められた仮想平均値面との差が５０μｍ以下であることを特徴とする半導体ウェーハ用熱処理治具。
  9. 前記半導体ウェーハと接触する面の直径はその半導体ウェーハの直径の６０％以上であることを特徴とする請求項８記載の半導体ウェーハ用熱処理治具。
  10. 前記半導体ウェーハと接触する面はリング形状であり、その外径は前記半導体ウェーハの直径の６０％以上であることを特徴とする請求項８記載の半導体ウェーハ用熱処理治具。
  11. 基材材料はシリコン含浸シリコンカーバイド、シリコンカーバイド、多孔質シリコンカーバイド、石英、シリコン、グラファイト、およびグラシーカーボンのいずれかからなることを特徴とする請求項８〜１０記載の半導体ウェーハ用熱処理治具。
  12. さらに、前記基材材料に膜厚が１０μｍ以上、１５０μｍ以下のシリコンカーバイド（ＳｉＣ）をコートすることを特徴とする請求項１１記載の半導体ウェーハ用熱処理治具。
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