TWI267162B - Tool for use in heat treating silicon wafer and silicon wafer heat treating method - Google Patents

Description

1267162 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於晶圓熱處理治具及晶圓熱處理方法，尤 其是關於適.合用在RTA等的技術。 【先前技術】 以往，在急速加熱矽晶圓之後迅速使其冷卻的熱處理 裝置當中，已知有一種以鹵素燈爲熱源的急速加熱裝置（ RTA )。在急速加熱裝置的爐內，爲了使熱處理中的矽晶 圓保持水平的狀態，如例如專利文獻1的第3圖（a )所 示搭載有環狀的晶圓保持器1 〇〇。 另外，已知也有一種如專利文獻2所示以複數個點支 持之形式的晶圓保持器。 然而，將晶圓支持成水平狀態而進行熱處理時會有發 生滑移移位，以致良率降低的問題點。就發生滑移移位的 原因而言，由於在支持著晶圓的部分還要加上晶圓本身的 自重，所以會因爲進行熱處理時所引起的晶圓之翹曲或熱 膨脹的差而在晶圓與突起之間產生滑動摩擦、或在晶圓之 自重集中的部分產生歪曲，因此在藉由該各支持突起所支 持的部分會發生滑移移位。 以往晶圓保持器的目的都是爲了降低滑移的發生，而 專利文獻2之目的在於降低由於定向平面之存在所導致的 滑移移位。 另外，沒有定向平面的晶圓當中，如非專利文獻1所 -5- (2) 1267162 示，有關於藉由複數個點支持之晶圓保持器的晶圓支 置的內容，記載著爲了降低滑移，最好使支持點位在 之半徑方向8 0至8 5 %的位置。 專利文獻1 :日本特開2002- 1 345 93號公報 專利文獻2 :日本特開2002· 1 708 65號公報 非專利文獻 1 : Takeda，R.et.al J. Electrochem. Vol. 1 44，No. 1 0,October ( 1 997 ) pp.L2 8 0-L282 然而，在沒有定向平面的晶圓當中，將這種矽晶 置於急速加熱裝置的晶圓保持器上，並且以1 000 °c 的爐內溫度急速加熱時，雖然晶圓還是會發生滑移， 必須更爲減少這種狀況。 【發明內容】 本發明是鑑於上述情況而硏創者，其目的在於提 種用來使從插銷'痕跡進入之移位的任意深度比元件形 域還要深，並且使這種在晶圓表面沒有滑移的無滑移 擴展到最大的晶圓熱處理治具及熱處理方法。 本發明之矽晶圓熱處理方法是在處理爐內對矽晶 行熱處理時的矽晶圓熱處理方法之中， 藉由位在該矽晶圓半徑之外側方向8 5至9 9.5 % 圍內的三個支持位置支持矽晶圓，以解決上述課題。 本發明之矽晶圓熱處理方法是利用具有彼此保持 而從支持框朝中心點突出的三個支持腕部，並且具有 各支持腕部的上側突出的支持突起，將矽晶圓載置於 持位 晶圓 S 〇 c .， 圓載 以上 但仍 供一 成區 區域 圓進 之範 間隔 朝向 前述 -6- 1267162 (3) 支持突起上而在處理爐內進行熱處理時之矽晶圓熱處理用 三點支持具的矽晶圓熱處理方法之中’ 當前述所有支持突起位在矽晶圓的同一圓周上時’使 前述所有支持突起位在矽晶圓半徑之外側方向85至99·5 %的範圍內，並且將前述各支持腕部配置成相對於中心點 分別形成120°的角度，藉此解決上述課題。 本發明之矽晶圓熱處理治具設有支持框； 彼此保持間隔而從該支持框朝中心點突出的三個支持 腕部；以及 朝向各支持腕部的上側突出的支持突起， 將前述各支持腕部配置成相對於中心點分別形成 120°的角度， 且可將前述所有支持突起設定成位在距離前述中心點 的同一圓周上，並且位在矽晶圓半徑之外側方向8 5至 9 9.5 %的範圍內，藉此解決上述課題。 在本發明當中，前述支持突起最好在前述支持腕部固 定成可設定固定位置的狀態。 而且，本發明之晶圓可藉由上述晶圓熱處理方法進行 熱處理。 本發明之矽晶圓熱處理方法是將所有矽晶圓支持位置 配置成相對於中心點分別形成1 2 0 °的角度，並且設定在 矽晶圓半徑之外側方向8 5至9 9 · 5 %的範圍內，藉此即可 將支持突起抵接所導致之從晶圓背面滑移移位的長度設定 地非常短，使其只能成長到不會對晶圓表面之元件形成區 -7- (4) 1267162 域造成影響的程度。 藉此即可減少在元件形成區域中之滑移移位的發生’ 而防止晶圓良率降低。 在此，使支持突起的位置位於比矽晶圓半徑之外側方 向8 5 %還內側時，在元件製造廠製作基板時所使用的晶 圓內側會形成有與複數個支持突起的接觸傷痕，以致良率 降低，而且如果是具有彼此保持間隔而從支持框朝中心點 突出的三個支持腕部之形式，腕部會變長而無法保持水平 狀態，而且隨著長時間的使用，支持腕部的變形會變大， 因而更無法保持水平狀態。因此，面內荷重會失去平衡， 在特定支持突起的滑移會變大，所以並不理想，使支持突 起的位置位於比矽晶圓半徑之外側方向99.5%還外側時， 若要載置晶圓，由於沒有餘裕，有時會無法順利載置。另 外’以邊緣部分支持的情況下，由於滑移會進入邊緣，使 晶圓變得容易破裂，因此並不理想。 另外，將相對於所有支持突起所在的矽晶圓之同一圓 周上的支持突起之位置的中心角度設定在1 20 °以外的情 況下’晶圓支持位置爲1 2 0 °的間隔會消失，因此各支持 位置的荷重會失去平衡，對於特定支持位置的荷重會變大 ’因此滑移移位長度會變長，有時滑移移位還會穿透至表 面。此外’由於面內的荷重平衡不佳，因此晶圓支持間隔 變得比1 2 0 °大時，晶圓很可能會朝晶圓支持間隔較大的 一方傾斜或落下，所以並不理想。 本發明之矽晶圓熱處理治具是在彼此形成1 20 °的角 1267162 (5)

度而保持間隔，並且從支持框朝中心點突出的三個第1、 第2及第3支持腕部的上側設有支持突起，而且可將各個 支持突起設定成位在距離前述中心點的同一圓周上，同時 位在矽晶圓半徑之外側方向8 5至9 9.5 %的範圍內，藉此 即可使所有矽晶圓支持位置相對於中心點分別形成1 20 ° 的角度，並且位在矽晶圓半徑之外側方向85至99.5%的 範圍內，因此可將支持突起抵接所導致的滑移移位之長度 設定得非常短，以形成不會對晶圓表面之元件形成區域造 成影響之程度的長度。 本發明當中，前述支持突起是在前述支持腕部固定成 可設定固定位置的狀態，因此可因應晶圓的直徑尺寸 、厚度尺寸、硬度·應力特性、熱特性等來設定晶圓支持 位置，且可將支持突起抵接所導致的滑移移位的長度設定 得非常短，以形成不會對晶圓表面之元件形成區域造成影 響之程度的長度。

具體而言，可形成將支持突起嵌合在設於支持腕部之 預定位置的固定孔而加以固定的構成等。 【實施方式】 以下根據圖面來說明本發明之矽晶圓熱處理治具及矽 晶圓熱處理方法之一實施形態。 第1圖是顯示本實施形態之矽晶圓熱處理治具的平面 圖，第2圖是顯示本實施形態之支持腕部的側面圖’第3 圖顯示是本實施形態之支持突起與砂晶圓之位置關係的挨 (6) 1267162 式平面圖。 圖面當中，符號1是矽晶圓熱處理治具，1 0是支持 框。 首先，本實施形態可適用在直徑爲1 5 0至4 0 0 mm， 較佳爲200至300 mm，而且沒有定向平面的矽晶圓。 本實施形態之矽晶圓熱處理治具1是如第1圖、第2 圖所示設有··具有分別大致正交的邊，而且從平面看來呈 口字形的支持框1 0 ;設在與此支持框1 0之開口部分相對 向的邊之中央的第1支持腕部3 1 ;以及設在支持框1 0的 另外兩邊的第2、第3支持腕部3 2、3 3。 這些第1、第2、第3支持腕部3 1、3 2、3 3皆與支持 框1 〇 —體形成，而且這些支持框1 0及支持腕部3 1、3 2 、33是由石英或碳化砂（SiC)形成、或是以多晶砂覆蓋 SiC的表面而形成。在這當中，由於石英具有耐熱性，且 不易成爲污染源，因此是較理想的材質。 支持腕部3 1、3 2、3 3是位在包含支持框1 0的同一平 面上，而且都是以朝向支持框1 0之大致中心位置的中心 點C的方式從支持框1 〇朝內側突出，相對於此中心點C ，支持腕部3 1、32、33是以彼此形成120°之角度的方式 保持間隔而設置。亦即，第2、第3支持腕部3 2、3 3是 設置成在其基端與支持框10的邊形成120° ( 60° )。

在這些支持腕部3 1、3 2、3 3的上側分別設有支持突 起41、42、43，而且可將各支持突起41、42、43設定成 位於距離中心點C的同一圓周C 1上，同時位在矽晶圓W -10- (7) 1267162 半徑R之外側方向8 5至9 9 ·5 %的範圍內。 在此，支持突起4 1、4 2、4 3的位置（插銷位置）在 矽晶圓W半徑R之外側方向8 5至9 9 · 5 %的範圍的意思是 如第3圖所示，將相對於矽晶圓W的半徑R ’位於自中 心C的距離爲r的圓周C 1上時稱爲r / R X 1 0 0 ( % )的 位置，並且使此1· / R X 1 0 0的値位在上述範圍而位於r 0 至r 1的範圍。 具體而言，支持突起41、42、43是如第2圖所示， 可藉由嵌合在各支持腕部31、32、33朝延伸方向所設置 的複數個固定孔5 1、5 2、5 3而設定固定位置。 在支持腕部3 1當中，複數個固定孔5 1、5 1是設置成 這些的間隔k爲等距離，在支持腕部32的固定孔52、52 以及在支持腕部3 3的固定孔5 3、5 3也是同樣的構成。 支持突起41、42、43是由石英或SiC形成、或是以 多晶矽覆蓋SiC的表面而形成。在這當中，由於石英具有 耐熱性，且不易成爲污染源，因此是較理想的材質。 這些支持突起4 1、42、43是設定成相對於中心點C 位在同一圓周C1上，而且如第3圖所示，在載置有矽晶 圓W時是設定成此圓周C 1的半徑r相對於晶圓W的半徑 R位在85至99.5%的範圍內。此時，晶圓W是以其中心 與中心點C 一致的方式而載置。 同時，固定孔5 1、5 2、5 3的各個間隔k是設定成r / R之5 %左右的値。此外，圖面當中雖然在比8 5 %還內 側也設有固定孔5 1，但這是爲了可適用在對應於不同尺 -11 - (8) 1267162 寸之矽晶圓W等的情況，亦可不設置這些固定孔。 在此，使支持突起的位置位在比矽晶圓半徑之外側方 向8 5 %還內側時，在元件製造廠製作基板時所使用的晶 圓內側會形成與複數個支持突起的接觸傷痕’因此良率會 降低，而且在具有彼此保持間隔而從支持框朝中心點突出 的三個支持腕部的形式之情況，則腕部會變長而無法保持 水平狀態，而且隨著長時間的使用，支持腕部的變形會變 大而無法再保持水平狀態。因此，面內荷重會失去平衡’ 在特定支持突起的滑移會變大，因此並不理想’使支持突 起的位置位在比矽晶圓半徑之外側方向9 9.5 %還的外側時 ，若要載置晶圓，由於沒有餘裕（margin )，因此有時會 無法順利載置。另外，以邊緣部分支持的情況下，滑移會 進入邊緣，使晶圓變得容易破裂，因此並不理想。 本實施形態之矽晶圓熱處理治具1是如第3圖所示’ 使支持突起4 1、4 2、4 3分別位在相對於晶圓中心點C的 同一圓周C1上而將晶圓W載置於支持突起41、42、43 上，使晶圓W在治具1支持成水平狀態之後，將此矽晶 圓熱處理治1搬到第4圖所示的處理爐20內對晶圓施以 熱處理。如此將矽晶圓W配置在矽晶圓熱處理治具1時 ，即使施以熱處理，也可降低在表面所發生的滑移移位。 此外，第4圖當中的符號2 1是加熱燈，22是高溫計。 此外，本實施形態當中的熱處理爐是使用單片式的熱 處理爐，但亦可適用可進行複數片處理之縱型熱處理爐中 的階梯狀晶舟（ladder boat )等的配置方法。 -12- (9) 1267162 而且，各支持腕部的支持突起彼此的間隔也可不必如 上述爲r/ R的5 %刻度，亦可爲其他値，或是亦可設定 成非等間隔的値。 〔實施例〕 接下來說明本發明之實施例。 〈實施例〉 準備一個直徑200 mm 0、厚度0.725 mm，而且沒有 定向平面（缺口式）的矽晶圓。 並且，使第1圖、第3圖所示的所有支持突起41、 42、43位在具有與上述晶圓W之中心相同的中心C，且 半徑爲r的同一圓周C 1上，並且相對於上述晶圓W的半 徑R將r/ R的値每隔5%調整成位在65至90%的範圍及 9 7 %。載置於如上述配置的各個矽晶圓熱處理治具1的支 持突起上而將晶圓W支持成水平狀態。將載置有此晶圓 的矽晶圓熱處理治具1放入第4圖所示的處理爐2 0內， 並以爐內溫度1 2 5 0 °C、1 〇秒的條件對晶圓W進行熱處理 〈比較評價〉 在如上述以背面側支持的狀態進行RTA處理後，於 表面側完成Sec co蝕刻（射哥蝕刻）的矽晶圓當中，觀察 在元件形成區域之表面所發生的滑移移位。如果移位未達 -13- (10) 1267162 到晶圓表面，則在進行s e c c 0蝕刻時應該看不見移位凹洞 。其中，r / R的値爲7 0 %的結果顯示於第6圖，爲9 7 % 的結果顯示於第7圖。 在此，支持突起位置（插銷位置）爲70%的第6圖 當中，圖像中所畫出的線是相對於顯示移位位置的點，使 這些的間隔形成最長而相對於各個滑移所畫出的線’並且 將此直線的長度設定爲滑移長度來測量。 接下來，依各晶圓求出第6圖所示的滑移長度的累積 長度（和）。該結果顯示於第5圖。另外’此値是相對於 同一支持突起位置（插銷位置）取得複數個晶圓之結果的 平均値。 〈結果〉 從第5圖所示的結果可知，如果支持突起位置（插銷 位置）相對於晶圓半徑比8 5 %大，則滑移全長會在7 mm 左右以下，因而可將晶圓的良率提升至實際上不會對元件 形成特性造成影響的程度。 尤其，在9 5 %以上，較佳爲9 7 %左右時，如第7圖 所示在表面就不會出現滑移移位，而可製造特性極佳的晶 圓。 〔產業上之可利用性〕 根據本發明之矽晶圓熱處理方法及熱處理治具，藉由 將所有矽晶圓支持位置配置成相對於中心點分別形成 -14- (11) 1267162 1 20 °的角度，並且設定在矽晶圓半徑之外側方向85至 9 9.5 %的範圍內，即可將支持突起抵接所導致的滑移移位 之長度設定得非常短，使其只能成長至不會對晶圓表面之 元件形成區域造成影響的程度，因此具有可降低元件形成 區域中之滑移移位的發生，而可防止晶圓之良率降低的效 果0 【圖式簡單說明】 第1圖是顯示本發明之矽晶圓熱處理治具之一實施形 態的平面圖。 第2圖是顯示第1圖之支持腕部的放大側面圖。 第3圖是顯示本發明之矽晶圓熱處理方法及熱處理治 具之一實施形態的模式平面圖。 第4圖是熱處理爐的剖面圖。 第5圖是顯示本發明之實施形態中的支持突起位置（ 插銷位置）與滑移全長的關係曲線圖。 第6圖是顯示本發明實施例之位於支持位置7 〇 %時 的晶圓表面狀態的圖像。 第7圖是顯示本發明實施例之位於支持位置9 7 %時 的晶圓表面狀態的圖像。 〔符號說明〕 1 矽晶圓熱處理治具 10 支持框 > 15- 1267162 (12) 20 3 1，32， 41 ， 42 ， 5 1，52， 處理爐 33 支持腕部 4 3 支持突起 5 3 固定孔

Claims (1)

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拾、申請專利範圍 第93 1 08793號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國95年6月5日修正 1 · 一種矽晶圓熱處理方法，是在處理爐內對矽晶圓 進行熱處理時的矽晶圓熱處理方法，其特徵爲： 藉由位在該矽晶圓半徑之外側方向8 5至9 9.5 %之範 圍內’且等間隔配置於圓周上的三個支持位置來支持5夕晶 圓， 在處理爐內，對前述被支持的矽晶圓施以RTA處理 〇 2· —種矽晶圓熱處理方法，是利用具有彼此保持間 隔而從支持框朝中心點突出的三個支持腕部，並且具有朝 向各支持腕部的上側突出的支持突起，將矽晶圓載置於前 述支持突起上而在處理爐內進行熱處理時之矽晶圓熱處理 用三點支持具的矽晶圓熱處理方法，其特徵爲： 當前述所有支持突起位在矽晶圓的同一圓周上時’使 前述所有支持突起位在矽晶圓半徑之外側方向85至99.5 %的範圍內，並且將前述各支持腕部配置成相對於中心點 分別形成120°的角度， 在處理爐內，對被前述三點支持具所支持的矽晶圓施 以RTA處理。 3. —*種砂晶圓熱處理治具，其特徵爲· 設有支持框； 1267162 彼此保持間隔而從該支持框朝中心點突出的三個支持 腕部；以及 朝向各支持腕部的上側突出的支持突起， 將前述各支持腕部配置成相對於中心點分別形成 120°的角度，

而且可將前述所有支持突起設定成位在距離前述中心 點的同一圓周上，並且位在矽晶圓半徑之外側方向8 5至 99.5%的範圍內。 4. 如申請專利範圍第3項的矽晶圓熱處理治具，其 中，將前述支持突起在前述支持腕部固定成可設定固定位 置的狀態。 5. —種矽晶圓，是直徑爲150〜400mm的矽晶圓，其 特徵爲：

在藉由申請專利範圍第1或2項的矽晶圓熱處理方法執 行RTA處理後，觀察在表面側進行Secco蝕刻（射哥蝕刻 )之表面所發生的滑移移位，當使滑移長度形成最長地， 把沿著顯示滑移移位的複數個點所畫成的直線長度作爲滑 移長度測量時，累積上述滑移長度而成的滑移全長爲7mm 以下。 -2 -