WO2014170929A1 - ウェ－ハ支持ピン - Google Patents

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WO2014170929A1
WO2014170929A1 PCT/JP2013/002656 JP2013002656W WO2014170929A1 WO 2014170929 A1 WO2014170929 A1 WO 2014170929A1 JP 2013002656 W JP2013002656 W JP 2013002656W WO 2014170929 A1 WO2014170929 A1 WO 2014170929A1
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WO
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wafer
support pin
wafer support
tip
taper
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PCT/JP2013/002656
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French (fr)
Inventor
和永 大坂
井上　崇
磯貝　宏道
Original Assignee
テクノクオーツ株式会社
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Publication date
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Priority to JP2013520658A priority patent/JP6085558B2/ja
Priority to TW103113520A priority patent/TWI619196B/zh
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/6875—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by a plurality of individual support members, e.g. support posts or protrusions
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    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67115—Apparatus for thermal treatment mainly by radiation

Definitions

  • the present invention rationally sets the shape and surface roughness of the tip of the wafer support pin that horizontally supports the wafer during heat treatment of the semiconductor wafer, and uniform and stable wear of the tip of the support pin To maintain the reduction of the contact area for a long period of time, improve the life and productivity of the heat treatment, stabilize the consumption of the tip of the support pin, and reduce the contact area and heat capacity of the support pin tip. Wafer support that can maintain the period, suppress the occurrence of wafer slip defects due to thermal stress, realize high-temperature continuous processing for a long time, stabilize wafer quality and reduce production cost Regarding pins.
  • a rapid thermal process that rapidly heats and cools the wafer is performed.
  • RTP processing a rapid thermal process that rapidly heats and cools the wafer is performed.
  • a wafer is accommodated in a chamber of an RTP processing furnace, and the wafer is supported horizontally at three points by three support pins made of quartz from the back side, or a SiC ring is used. Supports the outer peripheral part of the wafer back side, or supports a plurality of outer peripheral parts of the wafer back side using a heat-resistant material such as SiC or quartz, at a high temperature of 1150 to 1350 ° C. for several seconds to several tens of seconds Performed by heat treating the wafer
  • the tip of the support pin is formed on a flat surface that is parallel to the wafer, the contact area with the wafer increases, the heat capacity of the contact increases, and the amount of heat from the wafer is supported. There is a problem that the temperature difference in the wafer surface increases by escaping to the pin, and slip is likely to occur.
  • the tip of the support pin is formed in a hemispherical shape or a pointed shape, the contact area with the wafer is reduced, the heat capacity of the contact portion is reduced, and the temperature difference in the wafer surface is reduced. The occurrence of slip can be suppressed, but as the number of uses increases, the upper end is consumed and the contact area with the wafer increases.
  • a flat top surface is formed at the upper end of the support pin, and the support pin is supported vertically or inclined with the top surface inclined with respect to the back surface of the wafer.
  • Patent Document 1 a flat top surface is formed at the upper end of the support pin, and the support pin is supported vertically or inclined with the top surface inclined with respect to the back surface of the wafer.
  • the upper end of the support pin is rounded into a flat or curved surface, and the lower peripheral surface thereof is formed into a tapered taper shape of 2 to 17 mm, and its diameter is set to 0. Some are formed to have a thickness of 2 to 1.5 mm or 0.5 to 1.5 mm (for example, see Patent Document 2).
  • the upper end portion of the support pin is formed in a flat shape, there are problems similar to the case where the upper end portion of the support pin is formed on the flat surface described above. Since the contact point will be in contact with the back surface of the wafer, the contact area will be consumed and the contact area with the wafer will increase as the number of uses increases as described above. There is a problem that productivity is reduced due to frequent replacement.
  • the surface roughness of the wafer contact portion of the wafer support of the vertical boat is ground with a resin grindstone, or sandblasted to form a predetermined surface roughness,
  • a resin grindstone or sandblasted to form a predetermined surface roughness
  • the wafer contact portion wears out and the contact area increases. Therefore, it is necessary to frequently replace the wafer support to ensure a small contact area. There is a problem that productivity is lowered.
  • the surface roughness Ra of the wafer support is set in a wide range of 0.05 ⁇ m to 50 ⁇ m, there is a problem that a uniform slip generation preventing effect cannot be obtained over the set range.
  • the surface of the wafer contact portion of the heat treatment jig of the vertical boat is subjected to alkali etching treatment, and the surface roughness RMS is formed to 0.3 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • Some have reduced the occurrence of wafer slip for example, see Patent Document 4.
  • this heat treatment jig is used more frequently, the wafer contact portion is consumed and the contact area becomes larger. Therefore, it is necessary to frequently replace the wafer support to secure a small contact area.
  • the surface roughness RMS of the wafer support is set in a wide range of 0.3 ⁇ m to 100 ⁇ m, the effect of reducing the occurrence of uniform slip over the set range There was a problem that could not be obtained.
  • the present invention solves such a problem, rationally sets the shape and surface roughness of the wafer support pin tip for horizontally supporting the wafer during heat treatment of the semiconductor wafer, and the support pin tip It promotes uniform and stable wear, maintains a reduced contact area for a long period of time, improves service life and improves heat treatment productivity, and stabilizes the wear of the tip of the support pin. Maintaining a reduction in contact area and heat capacity for a long period of time, suppressing the occurrence of wafer slip defects due to thermal stress, realizing long-term continuous processing at high temperatures, stabilizing wafer quality and reducing production costs
  • An object of the present invention is to provide a wafer support pin that can be reduced.
  • a wafer support pin that is horizontally supported by contacting a plurality of positions on the back surface of the wafer during heat treatment of the semiconductor wafer.
  • the surface roughness Ra of the surface roughness control unit is controlled to be 0.5 ⁇ m ⁇ Ra ⁇ 3.0 ⁇ m, and uniform and stable wear is promoted with an appropriate surface roughness.
  • the reduction of the contact area at the tip of the support pin is maintained for a long period of time, so that the lifetime can be improved and the occurrence of wafer slip defects due to thermal stress can be suppressed.
  • the tip of the support pin is formed with two truncated cones adjacent to each other, and the tip of the tip is compared with a conventional support pin having a single taper shaft.
  • the length is shortened to reduce the processing cost, and the mechanical strength of the tip is improved to prevent breakage.
  • the invention of claim 4 is such that the length of the tapered shaft portion on the front end side is longer than that of the other tapered shaft portion so that the tapered shaft portion on the side in contact with the back surface of the wafer can be used for a long period of time. ing.
  • the tip outer diameter of the tapered shaft portion on the tip side is formed to be 0.1 mm ⁇ to 0.3 mm ⁇ , so that the contact area and the heat capacity are reduced as compared with the prior art, and the slip defect of the wafer It is trying to suppress the occurrence of.
  • the invention according to claim 6 is characterized in that the taper angle of the taper shaft portion on the distal end side is formed at 10 ° to 25 °, and the taper angle of the other taper shaft portion is formed at 10 ° to 60 °.
  • a concave curved part is formed at the boundary of the part, the contact area of the tapered shaft part on the tip side is reduced and the heat capacity is reduced, the life is improved, and the generation of wafer slip defects due to thermal stress is suppressed, Realizing continuous high-temperature processing for a long period of time, stabilizing wafer quality and reducing production costs, and avoiding stress concentration at the boundary to improve mechanical strength and prevent breakage
  • the peripheral surface of the front end portion of the wafer support pin is controlled to have a predetermined surface roughness, when the contact portion of the wafer support pin is consumed, fine irregularities of the surface roughness control portion are obtained.
  • the side surface in the vicinity of the contact portion is uniformly and stably consumed by the contact portion, prevents excessive wear and delamination, maintains the contact area and heat capacity for a long time, improves the service life, and increases the thermal stress. It is possible to suppress the occurrence of wafer slip defects due to the above, to realize a long-term high-temperature continuous treatment, and to stabilize the quality of the wafer and reduce the production cost.
  • the surface roughness Ra of the surface roughness controller is controlled to 0.5 ⁇ m ⁇ Ra ⁇ 3.0 ⁇ m, uniform and stable wear is promoted with an appropriate surface roughness. It is possible to maintain a reduction in the contact area of the tip of the support pin for a long period of time, to improve the life and to suppress the occurrence of wafer slip defects due to thermal stress.
  • the two tapered shaft portions having a truncated cone shape are formed adjacent to the distal end portion of the support pin, the distal end portion is compared with the conventional support pin having a single taper shaft portion. As a result, the machining cost can be reduced, the mechanical strength of the tip can be improved, and breakage can be prevented.
  • the taper shaft portion on the front end side is longer than that of the other taper shaft portion, the taper shaft portion on the side in contact with the back surface of the wafer can be used for a long time. it can.
  • the tip outer diameter of the taper shaft portion on the tip side is formed to be 0.1 mm ⁇ to 0.3 mm ⁇ , the contact area and the heat capacity can be reduced as compared with the prior art, and the slip of the wafer The occurrence of defects can be suppressed.
  • the invention according to claim 6 is characterized in that the taper angle of the taper shaft portion on the distal end side is formed at 10 ° to 25 °, and the taper angle of the other taper shaft portion is formed at 10 ° to 60 °. Since the concave curved part is formed at the boundary part of the part, the contact area of the taper shaft part on the tip side can be reduced and the heat capacity can be reduced, the life is improved, and the occurrence of wafer slip defects due to thermal stress is suppressed. Realizes continuous high-temperature processing for a long time, stabilizes wafer quality and reduces production costs, avoids stress concentration at the boundary, improves mechanical strength, and prevents breakage Can do.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which a wafer is supported by using the wafer support pin of the present invention and the wafer is heat-treated.
  • FIG. 2 is a front view of a wafer support pin used for heat treatment of the wafer of FIG. 1.
  • FIG. 3 is an enlarged front view showing a front end portion of the wafer support pin of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a front view showing the main part of FIG. 3, showing an enlarged boundary between the first and second taper shafts.
  • FIG. 3 is a front view showing an application form of the wafer support pin of FIG. 2, in which the length of the first taper shaft portion is slightly shortened.
  • FIG. 6 is an enlarged front view showing a front end portion of the wafer support pin of FIG. 5.
  • a quartz RTP processing furnace is installed, and a plurality of halogen lamps 2 or infrared lamps are installed above it, and the temperature in the chamber 3 of the RTP processing furnace 1 is rapidly increased between 1150 to 1350 ° C. by the halogen lamp 2. It can be heated and cooled.
  • An atmosphere gas inlet 4 and a gas outlet 5 are provided on the side wall of the RTP processing furnace 1 so that argon gas, oxygen, nitrogen gas, ammonium gas, or an atmosphere gas mixed with them is circulated in the chamber 3.
  • a robot hand (not shown) is inserted into the gas inlet 4 and the gas outlet 5 so that the wafer W in the chamber 3 can be taken out.
  • Three pin holes 6 are formed at concentric equiangular positions at the bottom of the chamber 3, and three wafer support pins 7 made of quartz are erected in the pin holes 6.
  • a single-crystal silicon wafer W having a large diameter (300 mm in diameter) and having a mirror finish is supported horizontally at the tip.
  • the wafer support pin 7 is formed in a substantially elongated cylindrical shape by grinding the peripheral surface, and most of the wafer support pin 7 is constituted by a narrow cylindrical straight body portion 7a, and the first and second frustoconical shapes are formed at the front end portion thereof.
  • Two taper shaft portions 8 and 9 are formed adjacent to each other, and a base outer diameter of the second taper shaft portion 9 is formed to be the same as that of the straight body portion 7a.
  • the peripheral surface of the straight body portion 7a and the peripheral surface of the second taper shaft portion 9 are smoothly ground by a grinding wheel of appropriate grain size, and the taper angles ⁇ 1 and ⁇ 2 are determined by the wafer In order to reduce the contact area with W and improve the mechanical strength, it is formed so that ⁇ 1 ⁇ 2 , and the heights B and C are intended to be used for a long period of time for the first taper portion 8. > C.
  • the height or length B of the first taper shaft portion 8 is set to 1.2 mm or more based on the inventors' various experiments and tests and their knowledge, and contact is made by wear of the tip portion.
  • the heat capacity of the first taper shaft portion 8 is reduced, and the wafer support pin 7 is changed from the wafer W to the wafer support pin 7. The amount of heat that escapes to the wafer W is reduced to prevent slippage due to temperature drop or thermal stress in the wafer W.
  • the diameters A and ⁇ 1 and ⁇ 2 of the tip of the first taper shaft portion 8 are set to 0.3 mm or less based on the inventors' numerous experiments and knowledge, and contact with the back surface of the wafer W The area is reduced, and ⁇ 1 is set to 10 to 25 ° and ⁇ 2 is set to 10 to 120 ° to reduce the contact area of the first taper portion 8 with respect to the wafer W and improve the mechanical strength. ing.
  • the diameter A and Te of the tip - Reducing the path angle theta 1 further web - although the contact area for the wafer W can be reduced, web during high temperature heat treatment - liable to breakage by stress generated in the wafer support pins 7, If the wafer support pin 7 breaks, the support of the wafer W may be unbalanced and slipping may occur.
  • the tip of the wafer support pin 7 that contacts the wafer W increases, the thermal stress generated in the wafer W increases, and not only the probability of occurrence of slip increases, but also because the wafer support pin 7 has a small diameter, the first and second tapes There is a possibility that the wafer support pin 7 may be broken due to stress concentration generated at the boundary portion of the shaft portions 8 and 9 which will be described later.
  • the peripheral surface of the straight barrel portion 7a and the peripheral surface of the second taper shaft portion 9 are smoothly ground by a grinding wheel of appropriate grain size, and the side peripheral surface and the tip surface of the first taper shaft portion 8 are joined together.
  • the surface roughness is controlled.
  • the surface roughness of the wafer support in contact with the wafer is controlled in the vertical boat support of the above-mentioned document to reduce the contact area with the wafer. Thus, it is known to reduce the heat capacity.
  • the contact area with the wafer W is divided up and the stable use is impaired, and the heat treatment productivity is reduced. There is a concern that will decrease.
  • the grinding wheel has a coarse particle size or an etching amount is too large, the surface roughness of the tip of the wafer support pin 7 becomes rough, and the contact area with the wafer W can be reduced.
  • the mechanical strength of the wafer support pins 7 is weakened and breakage is likely to occur.
  • etching is not performed or the etching amount is insufficient, damage or distortion due to grinding remains, and the wafer support pin 7 is easily broken.
  • the metal impurity concentration is high, and metal impurities are transferred or diffused toward the wafer W in the vicinity of the contact portion with the wafer W, so that the wafer W after the heat treatment becomes a defective product.
  • a minute concave curved portion R is formed at the boundary portion 11 to prevent a notch effect at the boundary portion 11.
  • the concave curved portion R is formed intentionally or unintentionally according to the processing conditions by the processing tool, and is formed with a radius of 0.1 mm to 0.5 mm.
  • the surface roughness control unit 10 is formed over substantially the entire area of the front end and the side peripheral surface of the first taper shaft 8, but the lower end of the surface roughness control unit 10 is the first and
  • the second taper shafts 8 and 9 are spaced apart from the boundary part 11 and the distance between the second taper shafts 8 and 9 is about 10% to 20% of the length B of the first taper shaft part 8. For example, the stress concentration due to the notch effect of the boundary portion 11 and the stress concentration due to the microscopic notch effect of the surface roughness control unit 10 are avoided, and the breakage of the portion and the mechanical strength are prevented from being lowered. obtain.
  • the inventor has A ⁇ 0.3 mm ⁇ , B> 1.2 mm, 10 ° ⁇ 1 ⁇ 25 °, 10 ° ⁇ in the shape of the tip of the wafer support pin 7 described above.
  • a plurality of wafer support pins 7 with various shape dimensions A, B, ⁇ 1 and ⁇ 2 are manufactured under the conditions of ⁇ 120 ° and etching amount of 0 to 10 ⁇ m, and these are used for grinding
  • An experiment was conducted to select the grindstone and adjust the etching amount to obtain the optimum tip shape of the wafer support pin 7 and the optimum surface roughness.
  • Table 1 shows experimental examples 1 to 13 showing various tip shapes and processing conditions of the wafer support pins 7, and manufactured wafer support pins 7 separately from the experimental examples. Comparative Examples 1 to 11 showing the above are shown.
  • FP is Fire Polish
  • the surface of the abrasive grains is smoothed with a flame to suppress the generation of particles.
  • the inventor prepares a set of three wafer support pins 7 having the same shape and the same processing conditions using the wafer support pins 7 of the experimental example and the comparative example, and the lower end of the wafer support pins 7.
  • a single-crystal silicon wafer with a mirror finish of 300 mm in diameter was placed on the tip of the pin hole 6 and supported at three points.
  • a heat treatment was performed by holding the wafer at 1250 ° C. for 10 seconds, and this heat treatment was performed at a temperature increase rate of 700 ° C. to 1250 ° C. at 50 ° C./sec.
  • the surface of the wafer W was inspected with a laser scattering particle counter SP2 (manufactured by KLA Tencor) to determine the presence or absence of slip defects in the pin support portion.
  • the lifetime of the wafer W after the heat treatment was measured, and it was confirmed whether or not there was an abnormal decrease in the lifetime of the support portion of the wafer support pin 7. This is because the wafer W in which slip defects are detected in one of the three support portions is counted as the occurrence of slip defects, and the wafer W continues until the slip defect occurrence rate exceeds 1%.
  • the slip defect occurrence rate exceeded 1%, the number of processed sheets was counted, and the tip shape of the wafer support pin 7 after use was observed to confirm the presence or absence of breakage and abnormal wear.
  • Table 2 shows the experimental results. In the table, the ranks of the number of processed wafers W are 7001 or more, A rank, 5001 to 7000 are B rank, 3001 to 5000 are C rank, and 3000 or less are D rank.
  • the acceptance / rejection judgment of the contamination level in Table 2 was measured by the ⁇ -PCD method.
  • the carrier lifetime was 500 ⁇ S or more, it was accepted, and when it was less than that, it was rejected.
  • the judgment was normal if the average consumption per wafer W was 0.2 ⁇ m or less, and rejected if it was 0.2 ⁇ m or more.
  • the amount of wear of the three wafer support pins 7 is large, it is “large”, and if the amount of wear is large and the variation is conspicuous, it is “three differences” and the average of the three wafer support pins 7 When the difference between the maximum and minimum consumption was 0.1 ⁇ m or more, it was determined as abnormal.
  • the wafer support pin 7 having the optimum tip shape and processing conditions was determined.
  • the normal wafer support pins 7 with the number of processed sheets of A rank, the contamination level passed, and the consumption amount does not vary are Experimental Examples 2, 3, 5, 9, and 13. Since the taper angles of the first and second taper shaft portions 8 and 9 are the same, the length of the taper portions is increased, and the length of the taper processing from the tip portion is increased. Becomes higher. In addition, since the experimental example 13 has a very large etching amount, the processing cost becomes high, and when these wafer support pins 7 are deleted, the experimental examples 2, 3, and 9 remain.
  • the outer diameter A of the tip that contacts the wafer W is large in Experimental Example 2 and there is a concern about an increase in heat capacity.
  • the taper angle ⁇ 2 of the second taper shaft portion 9 is very high. Large (120 °), the angle of the boundary portion 11 between the first and second taper shaft portions 8 and 9 becomes sharper than that of the experimental example 3, and there is a concern about the occurrence of notch effect or stress concentration in the portion.
  • the wafer support pin 7 having the optimum tip shape and processing conditions was determined to be that of Experimental Example 3.
  • the wafer support pin 7 thus manufactured is as shown in FIGS. 2 and 3, and the surface roughness of the surface roughness control portion 10 on the side peripheral surface of the first taper shaft portion 8 was measured by a laser microscope. However, the surface roughness Ra was 0.5 ⁇ m ⁇ Ra ⁇ 3.0 ⁇ m.
  • the length C of the second taper shaft portion 9 of the wafer support pin 7 was 0.55 mm.
  • the tip shape of the wafer support pin 7 was confirmed from Tables 1 and 2 above.
  • a good effect can be obtained when the tip outer diameter A is 0.1 to 0.3 mm ⁇ , and the length B of the first taper shaft portion 8 is 1.2 mm as the lower limit, most of which is 2.
  • Good effects can be obtained at 5 mm or more, and the taper angle ⁇ 1 of the first taper shaft portion 8 can be obtained in a range of 10 to 25 °, and particularly stable at 15 °.
  • the obtained taper angle ⁇ 2 of the second taper shaft portion 9 was confirmed to be satisfactory in the range of 10 to 60 °.
  • the taper angles of the first taper shaft portion 8 and the second taper shaft portion 9 are the same, so that the second taper shaft portion 9 is It is formed in the same shape adjacent to the taper shaft portion 8. Further, the tip outer diameter A is 0.15 to 0.25 mm ⁇ , the length B of the first taper shaft portion 8 is 2.5 mm or more, and the taper angle ⁇ of the first taper shaft portion 8 is It was confirmed that good results were obtained when 1 was 15 to 25 °. As for processing conditions, it was confirmed that good results were obtained by grinding with a grinding wheel having an abrasive grain size of # 600, and a stable result was obtained with an etching amount of 1.5 ⁇ m.
  • the first tape - change the path shank 8 length B 1 from 2.5mm to 1.5 mm
  • a second Te - change the length C 1 of the path shank 9 from 0.55mm to 0.77 mm
  • the other end shape and processing conditions were the same as described above.
  • the wafer support pins 7 thus manufactured are as shown in FIGS. 5 and 6, and the lengths of the tip portions of the first and second taper shaft portions 8 and 9 are slightly shortened, so that the processing becomes easier. The heat capacity of the part can be reduced and the occurrence of slippage of the wafer W can be suppressed.
  • the surface roughness Ra of the surface roughness control unit 10 on the side peripheral surface of the first taper shaft portion 8 is 0.5 ⁇ m ⁇ Ra ⁇ 3.0 ⁇ m as described above, and the measurement method is as described above. It is the same.
  • the surface roughness control unit 10 is formed over substantially the entire area of the first taper shaft portion 8, but is formed over substantially the entire area of the first and second taper shaft portions 8, 9.
  • the wafer support pin 7 of the present invention is formed in an elongated cylindrical shape by grinding quartz, and the first and second taper shaft portions 8 having a truncated cone shape having large and small diameters at the tip portions thereof. 9 is formed, the second taper shaft portion 9 is formed at a desired position as compared with the conventional one in which a single conical or truncated cone shaped taper shaft portion is formed at the tip portion.
  • the length of the tip portion can be made shorter, and the labor of processing can be reduced accordingly, and the tip portion can be manufactured easily and inexpensively.
  • the outer diameter of the tip of the first taper shaft 8 is formed to be 0.3 mm ⁇ or less, and the surface roughness of the peripheral surface of the tip is controlled, so that the contact area with the wafer W and the heat capacity are reduced. And the occurrence of slip due to a decrease in the temperature of the wafer W during heat treatment can be prevented.
  • the length B of the first taper shaft portion 8 is formed to be 1.2 mm to 2.5 mm and shorter than that of the conventional support pin, the labor for processing the portion is reduced and it is easy and inexpensive. Can be produced.
  • the surface roughness of the entire surface of the side surface of the first taper shaft portion 8 is controlled and a fine uneven portion is formed in the surface roughness control portion 10, the contact portion is consumed and the vicinity side thereof is formed.
  • the peripheral surface is uniformly and stably peeled off or consumed at the uneven part, and the peripheral surface is excessive due to the wear of the contact part like the conventional support pin with the tip side peripheral surface being smooth.
  • the taper angle ⁇ 1 of the first taper shaft portion 8 is formed at 10 to 25 °, the mechanical strength is improved as compared with the conventional taper portion, and breakage of the tip portion can be prevented. Further, since the minute concave curved portion R is provided at the boundary portion 11 of the first and second taper shaft portions 8 and 9, stress concentration due to the notch effect of the boundary portion 11 can be prevented. Further, since the taper angle ⁇ 2 of the second taper shaft portions 8 and 9 is formed to be 10 to 120 °, the length of the second taper shaft portion 9 is reduced to reduce the labor of processing, and the web -The support pin 7 can be manufactured easily and inexpensively.
  • wafer support pin 7 When the wafer W is heat-treated using such a wafer support pin 7, three wafer support pins 7 processed in the same shape and under the same conditions are prepared, and the lower end portions thereof are RTP treated.
  • a wafer W made of single crystal silicon having a large diameter (diameter 300 mm) is mounted on the tip of the furnace 1 inserted into the pin hole 6 at the bottom of the furnace 1 and the surface roughness of which is controlled. 3 points horizontally.
  • the halogen lamp 2 is turned on and irradiated with the light to raise the temperature of the chamber 3 of the RTP processing furnace 1, maintain the chamber 3 at 1350 ° C., and introduce atmospheric gas from the gas inlet 4. Is discharged from the gas discharge port 5 and circulated, and under this condition, the wafer W is heated and heat-treated.
  • the back surface of the wafer W comes into contact with the tip surface of the wafer support pin 7 whose surface roughness is controlled at the beginning of the heat treatment, and the contact area is substantially reduced.
  • the amount of heat escaping to the wafer support pins 7 is reduced, the temperature difference in the wafer W or the thermal stress is reduced, and the occurrence of slip due to the thermal stress is suppressed.
  • the contact portion of the wafer support pin 7 is consumed, and the influence is exerted on the front end side peripheral surface in the vicinity of the contact portion. It peels by the said consumption.
  • the surface roughness control unit 10 is microscopically formed into a large number of fine irregularities, and the irregularities function as a starting point of peeling, and smoothly and stably finely peeled.
  • the reduction of the contact area of the contact portion of the wafer support pin 7 is maintained, the replacement period is extended, the life is improved, the heat treatment is continued for a long period of time, and the productivity of the wafer W is achieved. Improvement and stabilization of quality. Therefore, like a conventional support pin having a smooth front end side peripheral surface, the front end side peripheral surface of one set of support pins peels apart or excessively due to wear of the contact portion, and contact with the wafer W The area is divided and stable three-point support is lost, and it is not possible to use it in a short period of time.
  • the present invention rationally sets the shape and surface roughness of the tip of the wafer support pin that horizontally supports the wafer during heat treatment of the semiconductor wafer, and reduces the consumption of the tip of the support pin.
  • the contact area and heat capacity of the support pin tip are stabilized by improving the service life and improving the heat treatment productivity while maintaining the reduction of the contact area for a long time. Can be maintained for a long time, suppress the occurrence of slip defects in the wafer due to thermal stress, realize long-term high-temperature continuous processing, stabilize the quality of the wafer and reduce the production cost. Suitable for wafer support pins.

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Abstract

　半導体ウェ－ハの熱処理時にウェ－ハを水平に支持するウェ－ハ支持ピン先端部の形状と表面粗さを合理的に設定し、支持ピン先端部の消耗の一様かつ安定化を促し、接触面積の低減を長期間維持して寿命の向上と熱処理の生産性の向上を図るとともに、支持ピン先端部の消耗を安定させて支持ピン先端部の接触面積と熱容量の低減を長期間維持し、熱応力によるウェ－ハのスリップ欠陥の発生を抑制するとともに、長期間の高温連続処理を実現し、ウェ－ハの品質の安定化と生産コストの低減を図れる、ウェ－ハ支持ピンを提供すること。 【解決手段】 半導体ウェ－ハ（Ｗ）の熱処理時に、ウェ－ハ（Ｗ）の裏面の複数位置に接触して水平に支持するウェ－ハ支持ピン（７）であること。ウェ－ハ支持ピン（７）の先端部側周面を所定の表面粗さに制御したこと。

Description

ウェ－ハ支持ピン
　本発明は半導体ウェ－ハの熱処理時にウェ－ハを水平に支持するウェ－ハ支持ピン先端部の形状と表面粗さを合理的に設定し、支持ピン先端部の消耗の一様かつ安定化を促し、接触面積の低減を長期間維持して寿命の向上と熱処理の生産性の向上を図るとともに、支持ピン先端部の消耗を安定させて支持ピン先端部の接触面積と熱容量の低減を長期間維持し、熱応力によるウェ－ハのスリップ欠陥の発生を抑制するとともに、長期間の高温連続処理を実現し、ウェ－ハの品質の安定化と生産コストの低減を図れる、ウェ－ハ支持ピンに関する。
　半導体ウェ－ハの製造工程において、例えばウェ－ハの表面に酸化膜を形成する際、その合理的な熱処理方法として、ウェ－ハを急速に加熱し冷却する急速昇降温熱処理（Ｒapid　Ｔhermal　Ｐrocess；以下、ＲＴＰ処理という）が行われている。
　このＲＴＰ処理は、ＲＴＰ処理炉のチャンバ内にウェ－ハを収容し、該ウェ－ハを裏面側から石英製の３個の支持ピンで水平に３点支持し、またはＳiＣ製のリングを用いてウェ－ハ裏面側の外周部を支持し、或いはＳiＣ若しくは石英等の耐熱材を用いてウェ－ハ裏面側の外周部を複数箇所支持し、１１５０～１３５０℃の高温で数秒から数十秒ウェ－ハを熱処理して行っている
　しかし、熱処理工程では、ウェ－ハ面内の温度勾配が大きくなると、熱応力に起因する結晶転位（スリップ）の発生を避けられず、特に近時のようなウェ－ハの大口径化に伴なって、ウェ－ハの自重が増加し自重による曲げ応力によってスリップが発生し易くなってきている。
　このようなスリップがウェ－ハ表面に存在すると、半導体素子の製造工程で漏洩電流による歩留まり低下の原因になり、スリップが発生したウェ－ハは不良品として扱われるため、半導体製造工程ではスリップの低減が大きな課題になっており、その解決手段として支持ピンの先端形状に関する種々の提案がなされている。
　例えば支持ピンの先端部をウェ－ハと平行な平面形状の平坦面に形成した場合は、ウェ－ハとの接触面積が大きくなり接触部の熱容量が大きくなって、ウェ－ハから熱量が支持ピンに逃げてウェ－ハ面内の温度差が大きくなり、スリップを生じ易くなる問題がある。
　また、支持ピンの先端部を半球面状若しくは尖端形状に形成した場合は、ウェ－ハとの接触面積が小さくなり接触部の熱容量が低減されて、ウェ－ハ面内の温度差が低減され、スリップの発生を抑制できるが、使用回数が増えると上端部が消耗してウェ－ハとの接触面積が大きくなるため、小さい接触面積を確保するために支持ピンを頻繁に交換する必要が生じて生産性が低下する問題がある（例えば、特許文献１参照）。
　しかも、これらの支持ピンは先端部周面を平滑に形成しているため、ウェ－ハの接触部が消耗すると、先端部近傍が異状に消耗ないし剥離して消耗が助長され、短期間で支持ピンを交換したり使用できなくなるという問題があった。
　このような問題を解決するものとして、支持ピンの上端部に平面形状の上面を形成し、この上面をウェ－ハの裏面に対し傾斜させた状態で支持ピンを垂直に支持し、または傾斜させて支持させたものがある（例えば、特許文献１参照）。
　しかし、これらのものはウェ－ハの裏面に支持ピンの上端部の尖端部を接触させるため、前述と同様に使用回数が増えると尖端部が磨耗してウェ－ハとの接触面積が大きくなるため、小さい接触面積を確保するために支持ピンを頻繁に交換する必要が生じて生産性が低下し、また支持ピンを傾斜させて支持する場合は、ピンホルダの大形化と支持ピンの設置スペ－スの大形化を招く問題があった。
　また、この他の支持ピンとして、支持ピンの上端部を扁平または湾曲面状にラウンド処理し、その下側周面を２～１７ｍｍの先細のテ－パ状に形成し、その直径を０.２～１.５ｍｍまたは０.５～１.５ｍｍに形成したものがある（例えば、特許文献２参照）。
　しかし、支持ピンの上端部を扁平状に形成したものは、前述の平坦面に形成した場合と同様な問題があり、また支持ピンの上端部を湾曲面状にラウンド処理したものは、ウェ－ハの裏面に点接触することになるため、前述と同様に使用回数が増えると接触部が消耗してウェ－ハとの接触面積が大きくなるため、小さい接触面積を確保するために支持ピンを頻繁に交換する必要が生じて生産性が低下する問題がある。
　そして、支持ピンの上端部の扁平部またはラウンド処理部の直径を所定寸法に形成したり、テ－パ状部を所定の長さに形成しても前記問題の根本的な解決を図れない等の問題があった。
　ところで、支持ピンの代わりに、縦型ボ－トのウェ－ハ支持体のウェ－ハ接触部の表面粗さをレジン砥石で研削し、またはサンドブラスト加工して所定の表面粗さに形成し、ウェ－ハとウェ－ハ支持体との接着を防止するとともに、ウェ－ハのスリップの発生を防止するようにしたものがある（例えば、特許文献３参照）。
　しかし、ウェ－ハ支持体の使用回数が増えるとウェ－ハ接触部が消耗し、その接触面積が大きくなるため、小さい接触面積を確保するためにウェ－ハ支持体を頻繁に交換する必要が生じて生産性が低下する問題がある。また、ウェ－ハ支持体の表面粗さＲａが０．０５μｍ～５０μｍの広範囲に設定されているため、設定範囲に亘って一様なスリップの発生防止効果を得られないという問題があった。
　また、支持ピンの代わりの別のものとして、縦型ボ－トの熱処理用冶具のウェ－ハ接触部の表面をアルカリエッチング処理し、その表面粗さＲＭＳを０．３μｍ～１００μｍに形成し、ウェ－ハのスリップの発生を低減するようにしたものがある（例えば、特許文献４参照）。
　しかし、この熱処理用冶具も使用回数が増えるとウェ－ハ接触部が消耗し、その接触面積が大きくなるため、小さい接触面積を確保するためにウェ－ハ支持体を頻繁に交換する必要が生じて生産性が低下するという問題がある　また、ウェ－ハ支持体の表面粗さＲＭＳが０．３μｍ～１００μｍの広範囲に設定されているため、設定範囲に亘って一様なスリップの発生低減効果を得られないという問題があった。
特開２０１１－２９２２５号公報 特開２００８－１６６７６３号公報 特開平１０－３２１５４３号公報 特開２００４－６３６１７号公報
　本発明はこのような問題を解決し、半導体ウェ－ハの熱処理時にウェ－ハを水平に支持するウェ－ハ支持ピン先端部の形状と表面粗さを合理的に設定し、支持ピン先端部の消耗の一様かつ安定化を促し、接触面積の低減を長期間維持して寿命の向上と熱処理の生産性の向上を図るとともに、支持ピン先端部の消耗を安定させて支持ピン先端部の接触面積と熱容量の低減を長期間維持し、熱応力によるウェ－ハのスリップ欠陥の発生を抑制するとともに、長期間の高温連続処理を実現し、ウェ－ハの品質の安定化と生産コストの低減を図れる、ウェ－ハ支持ピンを提供することを目的とする。
　請求項１の発明は、半導体ウェ－ハの熱処理時に、ウェ－ハの裏面の複数位置に接触して水平に支持するウェ－ハ支持ピンにおいて、ウェ－ハ支持ピンの先端部側周面を所定の表面粗さに制御し、ウェ－ハ支持ピンの接触部の消耗時、表面粗さ制御部の微細な凹凸部によって、接触部近傍の側周面を一様かつ安定して消耗させ、過剰な消耗や剥離を防止して接触面積と熱容量の低減を長期間維持し、寿命の向上を図るとともに、熱応力によるウェ－ハのスリップ欠陥の発生を抑制し、長期間の高温連続処理を実現し、ウェ－ハの品質の安定化と生産コストの低減を図るようにしている。
　請求項２の発明は、表面粗さ制御部の表面粗さＲａを、０．５μｍ≦Ｒａ≦３．０μｍに制御し、適度な表面粗さによって一様かつ安定した消耗を促し、ウェ－ハ支持ピンの先端部の接触面積の低減を長期間維持し、寿命の向上と熱応力によるウェ－ハのスリップ欠陥の発生を抑制し得るようにしている。
　請求項３の発明は、支持ピンの先端部に、円錐台形状の二つのテーパ軸部を隣接して形成し、単一のテ－パ軸部を備えた従来の支持ピンに比べ先端部の長さを短縮し、その加工コストの低減を図るとともに、先端部の機械的強度を向上し折損を防止し得るようにしている。
　請求項４の発明は、先端側のテーパ軸部の長さを、他方のテーパ軸部よりも長く形成し、ウェ－ハの裏面に接触する側のテーパ軸部を長期間使用し得るようにしている。
　請求項５の発明は、先端側のテーパ軸部の先端外径を、０．１ｍｍφ～０.３ｍｍφに形成し、従来よりも接触面積の低減と熱容量の低減を図り、ウェ－ハのスリップ欠陥の発生を抑制するようにしている。
　請求項６の発明は、先端側のテーパ軸部のテーパ角度を１０°～２５°に形成し、他方のテーパ軸部のテーパ角度を１０°～６０°に形成するとともに、この二つのテーパ軸部の境界部に凹状の湾曲部を形成し、先端側のテーパ軸部の接触面積の低減と熱容量の低減を図り、寿命の向上と熱応力によるウェ－ハのスリップ欠陥の発生を抑制し、長期間の高温連続処理を実現し、ウェ－ハの品質の安定化と生産コストの低減を図るとともに、境界部における応力集中を回避して機械的強度を向上し、折損を防止するようにしている
　請求項１の発明は、ウェ－ハ支持ピンの先端部側周面を所定の表面粗さに制御したから、ウェ－ハ支持ピンの接触部の消耗時、表面粗さ制御部の微細な凹凸部によって、接触部近傍の側周面を一様かつ安定して消耗させ、過剰な消耗や剥離を防止して接触面積と熱容量の低減を長期間維持し、寿命の向上を図るとともに、熱応力によるウェ－ハのスリップ欠陥の発生を抑制し、長期間の高温連続処理を実現し、ウェ－ハの品質の安定化と生産コストの低減を図ることができる。
　請求項２の発明は、表面粗さ制御部の表面粗さＲａを、０．５μｍ≦Ｒａ≦３．０μｍに制御したから、適度な表面粗さによって一様かつ安定した消耗を促し、ウェ－ハ支持ピンの先端部の接触面積の低減を長期間維持し、寿命の向上と熱応力によるウェ－ハのスリップ欠陥の発生を抑制することができる。
　請求項３の発明は、支持ピンの先端部に、円錐台形状の二つのテーパ軸部を隣接して形成したから、単一のテ－パ軸部を備えた従来の支持ピンに比べ先端部の長さを短縮し、その加工コストの低減を図るとともに、先端部の機械的強度を向上し折損を防止することができる。
　請求項４の発明は、先端側のテーパ軸部の長さを、他方のテーパ軸部よりも長く形成したから、ウェ－ハの裏面に接触する側のテーパ軸部を長期間使用することができる。
　請求項５の発明は、先端側のテーパ軸部の先端外径を、０．１ｍｍφ～０.３ｍｍφに形成したから、従来よりも接触面積の低減と熱容量の低減を図れ、ウェ－ハのスリップ欠陥の発生を抑制することができる。
　請求項６の発明は、先端側のテーパ軸部のテーパ角度を１０°～２５°に形成し、他方のテーパ軸部のテーパ角度を１０°～６０°に形成するとともに、この二つのテーパ軸部の境界部に凹状の湾曲部を形成したから、先端側のテーパ軸部の接触面積の低減と熱容量の低減を図れ、寿命の向上と熱応力によるウェ－ハのスリップ欠陥の発生を抑制し、長期間の高温連続処理を実現し、ウェ－ハの品質の安定化と生産コストの低減を図れるとともに、境界部における応力集中を回避して機械的強度を向上し、その折損を防止することができる。
本発明のウェ－ハ支持ピンを使用してウェ－ハを支持し、ウェ－ハを熱処理している状況を示す断面図である。 図１のウェ－ハの熱処理に使用したウェ－ハ支持ピンの正面図である。 図２のウェ－ハ支持ピンの先端部を拡大して示す正面図である。 図３の要部を示す正面図で、第１および第２テ－パ軸部の境界部を拡大して示している。 図２のウェ－ハ支持ピンの応用形態を示す正面図で、第１テ－パ軸部の長さを若干短く形成している。 図５のウェ－ハ支持ピンの先端部を拡大して示す正面図である。
　以下、本発明を半導体ウェ－ハの製造工程において、例えばウェ－ハの表面に酸化膜を形成する熱処理に適用した図示の実施形態について説明すると、図１乃至図３において１はＲＴＰ処理場に設置された石英製のＲＴＰ処理炉で、その上方に複数のハロゲンランプ２または赤外線ランプが設置され、該ハロゲンランプ２によってＲＴＰ処理炉１のチャンバ３内の温度を１１５０～１３５０℃の間で急速に加熱・冷却可能にしている。
　前記ＲＴＰ処理炉１の側壁に雰囲気ガスのガス導入口４とガス排出口５とが設けられ、これらによってチャンバ３にアルゴンガス、酸素、窒素ガス、アンモニウムガスまたはそれらを混合した雰囲気ガス等を流通させ、またガス導入口４とガス排出口５にロボットハンド（図示略）を挿入し、チャンバ３内のウェ－ハＷを取り出し可能にしている。
　前記チャンバ３の底部に３個のピン孔６が同心円上の等角度度位置に形成され、該ピン孔６に石英製の３本のウェ－ハ支持ピン７が立設され、該ピン７の先端部に大口径（直径３００ｍｍ）の鏡面加工した単結晶シリコン製のウェ－ハＷが水平に支持されている。
　前記ウェ－ハ支持ピン７は周面を研削して略細長円柱状に形成され、その大半部を細長円柱状の直胴部７ａで構成し、その先端部に円錐台形状の第１および第２テ－パ軸部８，９を隣接して形成し、第２テ－パ軸部９の基部外径を直胴部７ａと同径に形成している。
　前記直胴部７ａの周面と第２テ－パ軸部９の周面は、適宜粒度の研削用砥石によって平滑に研削され、それらのテ－パ角度θ１，θ２は、ウェ－ハＷに対する接触面積の低減と機械的強度向上のため、θ１＜θ２に形成し、その高さないし長さＢ，Ｃは第１テ－パ軸部８の長期間使用を意図してＢ＞Ｃに形成している。
　この場合、前記第１テ－パ軸部８の高さないし長さＢは、発明者の数々の実験と試験およびそれらの知見を基に１．２ｍｍ以上に設定し、先端部の消耗によって接触面積が増大し、ウェ－ハＷにスリップが発生するまでの十分な使用期間を確保するため、第１テ－パ軸部８の熱容量を低減し、ウェ－ハＷからウェ－ハ支持ピン７へ逃げる熱量を低減して、ウェ－ハＷ内の温度低下ないし熱応力によるスリップの発生を防止するようにしている。
　また、第１テ－パ軸部８の先端の直径Ａとθ１、θ２は、発明者の数々の実験と知見を基に０．３φｍｍ以下に設定し、ウェ－ハＷの裏面に対する接触面積の低減を図り、またθ１を１０～２５°、θ２を１０～１２０°として、第１テ－パ軸部８のウェ－ハＷに対する接触面積の低減と機械的強度の向上を図っている。
　この場合、先端部の直径Ａとテ－パ角度θ１を更に小さくすると、ウェ－ハＷに対する接触面積は低減できるが、高温熱処理時にウェ－ハ支持ピン７に生じる応力によって折損し易くなり、ウェ－ハ支持ピン７が折損するとウェ－ハＷの支持のバランスが崩れてスリップが発生する惧れがある。
　一方、第１テ－パ軸部８の高さないし長さＢを１．２ｍｍ以下とし、かつテ－パ角度θ１を拡大すると、ウェ－ハＷと接触するウェ－ハ支持ピン７の先端部の熱容量が増大し、ウェ－ハＷに生ずる熱応力が増加して、スリップが発生する確率が上昇するだけでなく、ウェ－ハ支持ピン７が小径なため、第１および第２テ－パ軸部８，９の後述する境界部に生じる応力集中によって、ウェ－ハ支持ピン７が折損する惧れがある。
　前記直胴部７ａの周面と第２テ－パ軸部９の周面は、適宜粒度の研削用砥石によって平滑に研削され、第１テ－パ軸部８の側周面と先端面を表面粗さ制御している。
　この表面粗さ制御については、前述の文献の縦型ボ－トの支持体において、ウェ－ハと接触するウェ－ハ支持体の表面粗さを制御し、ウェ－ハに対する接触面積を低減して、熱容量の低減を図ることが知られている。
　しかし、ウェ－ハを支持するウェ－ハ支持ピン７では、その接触部表面の表面粗さを制御するだけでは、当該部が消耗すると接触面積が増加して熱容量が増加し、ウェ－ハＷにスリップが発生し易くなる。
　また、従来のウェ－ハ支持ピンは接触部近傍の側周面が平滑に形成されているため、接触部の消耗に伴なって近傍の側周面が過剰に剥離ないし消耗し、ウェ－ハ支持ピンの寿命が短くなる上に、１組のウェ－ハ支持ピンが区々に消耗する結果、ウェ－ハＷに対する接触面積が区々になって安定した使用が損なわれ、熱処理の生産性が低下する懸念がある。
　そこで、発明者は、ウェ－ハ支持ピン７の先端面とその側周面の表面粗さの制御に着目し、ウェ－ハ支持ピン７の先端部の消耗を安定かつ継続的に実現するため、次の実験を行なった。
　すなわち、ウェ－ハ支持ピン７の先端面と側周面に対し、ダイヤモンド砥粒を固着し粒度が#３２０～#１２００（最大粒子径９８μｍ～３９μｍ：ＪＩＳ　Ｒ６００１）の１または複数の研削用砥石を選択して研削し、研削後、これを例えば２０℃の１５％の酸性のＨＦ（フッ化水素酸）溶液に０～３００分間浸漬し、表面から０～１０μｍをエッチングして、第１テ－パ軸部８の側周面と先端面の表面粗さを制御するとともに、加工歪と加工汚染を除去した。
　この場合、前記研削用砥石の粒度が粗い場合、またはエッチング量が多すぎる場合は、ウェ－ハ支持ピン７の先端部の表面粗さが粗くなり、ウェ－ハＷとの接触面積は低減できるが、ウェ－ハ支持ピン７の機械的強度が弱くなり折損を生じ易くなる。
　一方、エッチングをしない、またはエッチング量が不十分の場合は、研削加工によるダメ－ジや歪が残存し、ウェ－ハ支持ピン７が折損し易くなるばかりか、ウェ－ハ支持ピン７表層の金属不純物濃度が高く、ウェ－ハＷとの接触部近傍において金属不純物がウェ－ハＷ側へ転写ないし拡散され、熱処理後のウェ－ハＷが不良品となる。
　前記境界部１１に微小な凹状湾曲部Ｒが形成され、境界部１１における切欠効果を防止している。前記凹状湾曲部Ｒは意図的または意図せず加工工具による加工条件によって形成され、０．１ｍｍ～０．５ｍｍの半径に形成されている。
　なお、この実施形態では、表面粗さ制御部１０を第１テ－パ軸部８の先端と側周面の略全域に形成しているが、表面粗さ制御部１０の下端を第１および第２テ－パ軸部８，９の境界部１１から離間して配置し、その離間距離を第１テ－パ軸部８の長さないし高さＢの約１０％～２０％に形成すれば、境界部１１の切欠効果による応力集中と、表面粗さ制御部１０の微視的な切欠効果による応力集中との重畳作用を回避し、当該部の折損と機械的強度の低下を防止し得る。
　発明者は以上のような知見を基に、前述のウェ－ハ支持ピン７の先端形状において、Ａ＜０．３ｍｍφ、Ｂ＞１．２ｍｍ、１０°＜θ１＜２５°、１０°＜θ２＜１２０°、エッチング量を０～１０μｍの条件の下で、各部の形状寸法Ａ、Ｂ、θ１、θ２を種々設定したウェ－ハ支持ピン７を複数製作し、これらに対し研削用砥石を選択し、かつエッチング量を調整して加工し、ウェ－ハ支持ピン７の最適な先端形状と、最適な表面粗さを求める実験をした。
　表１は、ウェ－ハ支持ピン７の各種先端形状とその加工条件を示す実験例１～１３と、実験例と別個にウェ－ハ支持ピン７を製作し、その各部先端形状とその加工条件を示す比較例１～１１を示している。表中、ＦＰはファイヤ　ポリッシュ（Ｆｉｒｅ　Ｐｏｌｉｓｈ）で、研削砥粒の表面を炎で炙って平滑化し、パ－ティクルの発生を抑制している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　次に、発明者は、前記実験例と比較例の各ウェ－ハ支持ピン７を使用し、同一形状で同一加工条件の１組３本のウェ－ハ支持ピン７を用意し、その下端をピン孔６に挿入して立設し、その先端に直径３００ｍｍの鏡面加工した単結晶シリコンウェ－ハを載せて３点支持した。
　そして、前記ウェ－ハを１２５０℃で１０秒間保持する熱処理を施し、この熱処理は、７００℃から１２５０℃の間の昇温速度を５０℃／ｓｅｃとした。熱処理後、ウェ－ハＷの表面をレーザ散乱式パ－ティクルカウンタＳＰ２（ＫＬＡ　Ｔｅｎｃｏｒ社製）で検査し、ピン支持部のスリップ欠陥の有無を判定した。
　また、熱処理後のウェ－ハＷのライフタイム（支持ピンによる汚染評価）測定を行い、ウェ－ハ支持ピン７の支持部における異常なライフタイムの低下の有無を確認した。これは、３箇所の支持部のうち、１箇所でもスリップ欠陥が検出されたウェ－ハＷは、スリップ欠陥発生としてカウントし、スリップ欠陥発生率が１％を超えるまで連続してウェ－ハＷを熱処理し、スリップ欠陥発生率が１％を超えた時点で処理枚数をカウントし、また使用後のウェ－ハ支持ピン７の先端形状を観察し、折損および異常消耗の有無を確認した。
　表２はその実験結果を示している。表中、ウェ－ハＷの処理枚数のランクは、７００１枚以上をＡランク、５００１～７０００枚をＢランク、３００１～５０００枚をＣランク、３０００枚以下をＤランクとした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
  
　表２の汚染レベルの合否判定は、μ－ＰＣＤ法によって計測し、キャリアライフタイムが５００μＳ以上の場合は合格とし、それ未満は不合格とした
　また、ウェ－ハ支持ピン７の消耗量の合否判定は、ウェ－ハＷの１枚当りの平均消耗量が０．２μｍ以下であれば正常、０．２μｍ以上は不合格とした。更に、３本のウェ－ハ支持ピン７の消耗量が多い場合は「多め」、消耗量が多くそのバラツキが目立つ場合は「３本差」とし、３本のウェ－ハ支持ピン７の平均消耗量の最大および最小の差が０．１μｍ以上の場合は異常と判定した。
　以上のような表２の結果を基に、最適の先端形状と加工条件のウェ－ハ支持ピン７を判定した。
　先ず、処理枚数がＡランクで、汚染レベルが合格、消耗量にバラツキがなく正常のウェ－ハ支持ピン７は、実験例２、３、５、９、１３であるが、実験例５は第１および第２テ－パ軸部８，９のテーパ角度が同一で、それらのテ－パ部の長さが長くなり、先端部からのテ－パ加工の長さが長くなるから、加工費が高くなる。また、実験例１３はエッチング量が非常に多いから、加工費が高くなり、これらのウェ－ハ支持ピン７を削除すると、実験例２、３、９が残る。
　このうち、実験例２はウェ－ハＷに接触する先端外径Ａが大きく、熱容量の増加が懸念され、実験例９は第２テ－パ軸部９のテ－パ角度θ２が非常に大きく（１２０°）、第１および第２テ－パ軸部８，９の境界部１１の角度が実験例３に比べて鋭くなり、当該部における切欠効果ないし応力集中の発生が懸念されるから、結局、最適の先端形状と加工条件のウェ－ハ支持ピン７は実験例３のものと判定した。
　前記実験例３のウェ－ハ支持ピン７の先端形状は表１のように、先端外径Ａ：０．１５ｍｍ、第１テ－パ軸部８長さ：２．５ｍｍ、第１および第２テ－パ軸部８，９のテ－パ角度：θ１＝１５°、θ２＝６０°で、加工条件は砥粒粒度#６００の研削砥石を用いて研削し、エッチング量は１．５μｍである
　こうして製作したウェ－ハ支持ピン７は図２、３のようで、その第１テ－パ軸部８の側周面の表面粗さ制御部１０の表面粗さをレーザ顕微鏡によって測定したところ、その表面粗さＲａは、０．５μｍ≦Ｒａ≦３．０μｍであった。また、前記ウェ－ハ支持ピン７の第２テ－パ軸部９の長さＣは０．５５ｍｍであった。
　また、ウェ－ハ支持ピン７の先端形状について、前記表１および２から次のことが確認された。
　先ず、先端外径Ａについては０．１～０．３ｍｍφで良好な効果を得られ、第１テ－パ軸部８の長さＢについては、１．２ｍｍを下限とし、その大半が２．５ｍｍ以上で良好な効果を得られ、第１テ－パ軸部８のテ－パ角度θ１については、１０～２５°の範囲で良好な結果が得られ、特に１５°で安定した結果が得られ、第２テ－パ軸部９のテ－パ角度θ２については、１０～６０°の範囲で良好な結果を得られることが確認された。
　この場合、θ２＝１０°とすると、第１テ－パ軸部８と第２テ－パ軸部９のテ－パ角度が同じになるので、第２テ－パ軸部９は第１テ－パ軸部８に隣接して同形に形成される。
　更に、先端外径Ａが０．１５～０．２５ｍｍφで、第１テ－パ軸部８の長さＢが２．５ｍｍ以上で、かつ第１テ－パ軸部８のテ－パ角度θ１が１５～２５°では、良好な結果を得られることが確認された。
　また、加工条件については砥粒粒度#６００の研削砥石による研削で良好な結果を得られ、エッチング量は１．５μｍで安定した結果を得られることが確認された。
　前記実験例３の応用形態として、前述のウェ－ハ支持ピン７の先端形状のうち、第１テ－パ軸部８長さＢ１を２．５ｍｍから１．５ｍｍに変更し、第２テ－パ軸部９の長さＣ１を０．５５ｍｍから０．７７ｍｍに変更し、その他の先端形状と加工条件は前述と同様にした。
　こうして製作したウェ－ハ支持ピン７は図５、６のようで、第１および第２テ－パ軸部８，９の先端部の長さが若干短くなり、それだけ加工が容易になるとともに、当該部の熱容量が低減されてウェ－ハＷのスリップの発生を抑制し得る。
　この場合の第１テ－パ軸部８の側周面の表面粗さ制御部１０の表面粗さＲａは、前述と同様に０．５μｍ≦Ｒａ≦３．０μｍで、その測定方法は前述と同様である。
　なお、前述の実施形態では表面粗さ制御部１０を第１テ－パ軸部８の略全域に形成しているが、第１および第２テ－パ軸部８，９の略全域に形成しても良く、そのようにすることで第１および第２テ－パ軸部８，９に分けて加工する不合理と手間から解消され、これを容易かつ安価に製作し得る。
　このように本発明のウェ－ハ支持ピン７は、石英を研削して細長円柱状に形成し、その先端部に大小異径の円錐台形状の第１および第２テ－パ軸部８，９を形成しているから、先端部に単一の円錐または円錐台形状のテ－パ軸部を形成した従来のものに比べて、第２テ－パ軸部９を所望の位置に形成することによって、先端部の長さを短めに形成でき、それだけ加工の手間が軽減されて容易かつ安価に製作し得る。
　そして、第１テ－パ軸部８の先端部の外径を０．３ｍｍφ以下に形成し、該先端部側周面を表面粗さ制御したから、ウェ－ハＷに対する接触面積と熱容量の低減を増進し、熱処理時におけるウェ－ハＷの温度低下によるスリップの発生を防止し得る。
　また、第１テ－パ軸部８の長さＢを１．２ｍｍ～２．５ｍｍに形成し、従来の支持ピンに比べ短く形成したから、当該部の加工の手間が軽減され容易かつ安価に製作し得る。
　しかも、第１テ－パ軸部８の側周面の略全域を表面粗さ制御し、この表面粗さ制御部１０に微細な凹凸状部を形成したから、接触部の消耗によってその近傍側周面が凹凸状部を境に一様かつ安定して円滑に剥離ないし消耗し、先端部側周面が平滑面の従来の支持ピンのように、接触部の消耗によってその近傍周面が過剰かつ不規則に消耗し、ウェ－ハ支持ピンによる水平かつ安定した支持機能が損なわれ、その寿命が低下して熱処理の生産性が低下する事態を防止し得る。
　そして、第１テ－パ軸部８のテーパ角度θ１を１０～２５°に形成したから、従来のものに比べ機械的強度が向上し先端部の折損を防止し得る。
　また、第１および第２テ－パ軸部８，９の境界部１１に微小な凹状湾曲部Ｒを設けたから、境界部１１の切欠効果による応力集中を防止し得る。
　更に、第２テ－パ軸部８，９のテーパ角度θ２を１０～１２０°に形成したから、第２テ－パ軸部９の長さを低減して加工の手間を軽減し、ウェ－ハ支持ピン７を容易かつ安価に製作し得る。
　このようなウェ－ハ支持ピン７を使用してウェ－ハＷを熱処理する場合は、同形かつ同一条件で加工した３本のウェ－ハ支持ピン７を用意し、それらの下端部をＲＴＰ処理炉１の底部のピン孔６に挿入して立設し、その表面粗さ制御した先端部に大口径（直径３００ｍｍ）の鏡面加工した単結晶シリコン製のウェ－ハＷを載置し、これを水平に３点支持する。
　そして、ハロゲンランプ２を点灯し、その光線を照射してＲＴＰ処理炉１のチャンバ３を昇温し、該チャンバ３を１３５０℃に維持するとともに、ガス導入口４から雰囲気ガスを導入し、これをガス排出口５から排出して流通させ、この状況の下で前記ウェ－ハＷを加熱して熱処理する。
　その際、ウェ－ハＷの裏面は熱処理当初、表面粗さ制御したウェ－ハ支持ピン７の先端面と接触し、その接触面積が実質的に低減されるから、ウェ－ハＷの裏面からウェ－ハ支持ピン７へ逃げる熱量が減少され、ウェ－ハＷ内の温度差ないしその熱応力が減少されて、熱応力によるスリップの発生を抑制する。
　このようなウェ－ハＷに対する熱処理を繰り返し行なう間に、ウェ－ハ支持ピン７の接触部が消耗し、その影響が接触部近傍の先端部側周面に及び、この先端部側周面が前記消耗によって剥離する。
　前記表面粗さ制御部１０は微視的には多数の微細な凹凸状に形成され、この凹凸部が剥離の起点位置として機能し、円滑かつ安定して微細に剥離する
　このため、剥離後もウェ－ハ支持ピン７の接触部の接触面積の低減が維持され、その交換時期を長期化させて寿命を向上し、熱処理の長期間の高温連続処理を実現し、ウェ－ハＷの生産性の向上と品質の安定化を図れる。
　したがって、先端部側周面が平滑面の従来の支持ピンのように、接触部の消耗によって１組の支持ピンの先端部側周面が区々または過剰に剥離し、ウェ－ハＷに対する接触面積が区々になって、安定した３点支持が損なわれ短期間で使用不能に陥ることがない。
　このように本発明は、半導体ウェ－ハの熱処理時にウェ－ハを水平に支持するウェ－ハ支持ピン先端部の形状と表面粗さを合理的に設定し、支持ピン先端部の消耗の一様かつ安定化を促し、接触面積の低減を長期間維持して寿命の向上と熱処理の生産性の向上を図るとともに、支持ピン先端部の消耗を安定させて支持ピン先端部の接触面積と熱容量の低減を長期間維持し、熱応力によるウェ－ハのスリップ欠陥の発生を抑制するとともに、長期間の高温連続処理を実現し、ウェ－ハの品質の安定化と生産コストの低減を図れる、ウェ－ハ支持ピンに好適である。
７　　　　　　　ウェ－ハ支持ピン
８　　　　　　　第１テ－パ軸部
９　　　　　　　第２テ－パ軸部
１０　　　　　　表面粗さ制御部
１１　　　　　　境界部
Ｗ　　　　　　　半導体ウェ－ハ
Ｂ，Ｂ１　　　　　　　　第１テ－パ軸部の長さ
Ｃ，Ｃ１　　　　　　　　第２テ－パ軸部の長さ
θ１　　　　　　　　　　　テーパ角度
θ２　　　　　　　　　　　テーパ角度
Ｒａ　　　　　　表面粗さ
Ｒ　　　　　　　凹状湾曲部

Claims (6)

  1. 　半導体ウェ－ハの熱処理時に、ウェ－ハの裏面の複数位置に接触して水平に支持するウェ－ハ支持ピンにおいて、ウェ－ハ支持ピンの先端部側周面を所定の表面粗さに制御したことを特徴とするウェ－ハ支持ピン。
  2. 　表面粗さ制御部の表面粗さＲａを、０．５μｍ≦Ｒａ≦３．０μｍに制御した請求項１記載のウェ－ハ支持ピン。
  3. 　前記ウェ－ハ支持ピンの先端部側に、円錐台形状の二つのテーパ軸部を隣接して形成した請求項１記載のウェ－ハ支持ピン。
  4. 　先端側のテーパ軸部の長さを、他方のテーパ軸部よりも長く形成した請求項３記載のウェ－ハ支持ピン。
  5. 　前記ウェ－ハ支持ピンの先端部外径を、０．１ｍｍφ～０.３ｍｍφに形成した請求項１記載のウェ－ハ支持ピン。
  6. 　先端側のテーパ軸部のテーパ角度を１０°～２５°に形成し、他方のテーパ軸部のテーパ角度を１０°～６０°に形成するとともに、この二つのテーパ軸部の境界部に凹状の湾曲部を形成した請求項３記載のウェ－ハ支持ピン。
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