JP2005019748A

JP2005019748A - Thermal treatment jig and thermal treatment method for wafer

Info

Publication number: JP2005019748A
Application number: JP2003183443A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kobayashi; 武史小林
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2005-01-20

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermal treatment jig and a thermal treatment method capable of effectively suppressing occurenses of scratches or slips even if thermal treatment is carried out at high tmperatures of not less than 1,000°C. <P>SOLUTION: The thermal treatment jig 1a which holds the wafer W when thermal treatment comprises at least a jig body 4a composed of hard material not defomed at the time of thermal treatment, and a holding part 2a with its at least surface 3a contacting with the wafer composed of a soft material softened more than the hard material when heat treating, preferably the same material as the wafer to be thermal treated, or the material with its hardness smaller than that of the wafer at the time of thermal treatment. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウエーハ等のウエーハの熱処理用治具及び熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエーハ、例えばシリコンウエーハを用いてデバイスを作製する場合、ウエーハの加工プロセスから素子の形成プロセスまで多数の工程が介在し、その一つに熱処理工程がある。熱処理工程は、ウエーハの表層における無欠陥層の形成、ゲッタリング、結晶化、酸化膜形成、不純物拡散等を目的として行われる重要なプロセスである。
【０００３】
このようなウエーハの熱処理工程、例えば、酸化や不純物拡散に用いられる拡散炉（酸化・拡散装置）としては、ウエーハの大口径化に伴い、図８に示すような多数のウエーハＷを所定の間隔をあけて水平に支持した状態で熱処理を行う縦型の熱処理炉２０が主に用いられている。熱処理炉２０内のウエーハＷは、反応室２２の周囲に設けられたヒータ２４によって加熱することができる。熱処理中は、反応室２２にはガス導入管２６を介してガスが導入され、上方から下方に向かって流れてガス排気管２８から外部に排出される。なお、使用するガスは熱処理の目的によって異なるが、主としてＨ_２、Ｎ_２、Ｏ_２、Ａｒ等が用いられる。不純物拡散の場合には、これらのガスを不純物化合物ガスのキャリアガスとしても使用する。
【０００４】
このような縦型熱処理炉２０を用いてウエーハＷを熱処理する際には、多数のウエーハＷを水平にセットするための縦型熱処理用ボート１１（以下、「熱処理用ボート」、「縦型ボート」、或いは単に「ボート」という場合がある。）が用いられる。
図７（Ａ）は一般的な熱処理用ボート１１の概略を示している。４本の支柱（ロッド）１４の両端部に一対の板材（端板、あるいは天板、底板とも言う）１６ａ，１６ｂが連結されている。各支柱１４には多数のスリット（溝）１５が形成され、各スリット１５間の凸部がウエーハＷの支持部１２として作用する。そして、図７（Ｂ）に示されるように、ウエーハＷの外周部が、各支柱１４の支持部１２によって支持されることになる。
【０００５】
このような縦型ボート１１におけるウエーハ支持部１２は種々の形状が採用されており、例えば図６（Ａ）に示されるように円柱形状の支柱１４ａに凹み状のスリット（溝）１５ａを設けて半円状の支持部１２ａを形成したもの、あるいは図６（Ｂ）に示されるようにウエーハの中心に近い箇所まで支持するために幅の広い角柱形状の支柱１４ｂに凹み状のスリット１５ｂを設けて長方形の支持部１２ｂを形成したものがある。
他にも、スリット形状を円弧状にしたものや鉤型状にしたもの、さらに、各支持部の上面に段差を設けて直径の異なるウエーハを支持することができるボートも提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
縦型ボート１１を用いてウエーハＷを熱処理する際には、各支柱１４の同じ高さに形成されている支持部１２にウエーハＷの外周部を載置することでウエーハＷが水平に支持されることになる。しかし、ウエーハＷの外周部を支持した場合、ウエーハＷの自重により撓みが生じるとともに支持部１２と接する部分に応力が集中し、スリップと呼ばれる結晶欠陥が発生するおそれがある。
【０００７】
熱処理時のスリップの発生を防止する手段として、リング状又は皿状の治具を用いることが提案されている（例えば特許文献２参照）。特に大直径（例えば３００ｍｍ以上）のウエーハを熱処理する場合、ウエーハの重量も大きくなるので支持される箇所に応力が集中してスリップが生じ易くなるが、各支柱の支持部上に例えば図５（Ａ）に示すようなリング状のサセプタ３７を載せ、これを介して図５（Ｂ）のようにウエーハＷを支持する。サセプタ３７とウエーハＷとの接触面積が大きく、荷重等が分散されるため、スリップの発生が抑制されることになる。
なお、開口部（切り欠き部）３８は、ウエーハＷをサセプタ３７上に移載する時に移載機が通過できるように設けられているものであるが、開口部３８の無い完全なリング状のサセプタや、図４（Ａ）（Ｂ）に示すような皿状のサセプタ３６が使用される場合もある。
【０００８】
また、熱処理装置に関しては、図８に示したような多数のウエーハをまとめて熱処理するいわゆるバッチ式の装置２０のほか、図９に示すようにウエーハＷを一枚ずつ処理する枚様式の熱処理装置４０が使用される場合もある。このような枚葉式の熱処理装置４０では、装置内に配置されたサセプタ４１の上面にウエーハＷを載置して熱処理が行われる。ウエーハを熱処理する際には、ランプ４４等による加熱が行われるとともに、ガス導入管４６からガスが導入され、反応室４２内を通ってガス排気管４８から外部に排出される。
【０００９】
【特許文献１】
特開平５−２９１１６６号公報
【特許文献２】
特開平６−２６０４３８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
例えばシリコンウエーハを熱処理する場合、いずれのタイプの熱処理装置を使用するにせよウエーハの金属汚染を防ぐため、熱処理用ボートやサセプタ等の熱処理用治具は、一般的に、石英、単結晶シリコン、多結晶シリコン、炭化ケイ素等の材料で構成されたものが用いられる。また、熱処理の際のウエーハのキズやスリップの発生を防ぐため、ウエーハと接する面（支持面あるいは接触面）は、エッチング、研磨等により平滑化されている。
【００１１】
ところが、例えば、縦型熱処理炉内で熱処理を行う場合、熱処理用ボートを用いてウエーハの外周部を支持してもウエーハを完全に水平に支持することは困難である。そのため、支持部の接触面が滑らかに加工されていても実質的に点支持となって応力集中が起き易く、結果的にスリップの発生を招いてしまう場合がある。
【００１２】
また、リング状や皿状のサセプタ等、ウエーハの広いエリアを支持する熱処理用治具でも、支持面全体で水平度を出す加工は非常に困難であり、実質的に点支持となることが多い。このため、ウエーハに対し、特に１０００℃以上の高温で熱処理を行うと、支持部分を起点としてウエーハにキズやスリップが発生するおそれがある。
【００１３】
このようなスリップ等の欠陥は、ウエーハの材料特性の低下、ひいてはデバイスプロセスにおける歩留まり低下の要因となるため、特に１０００℃以上となる高温熱処理を行う場合でもウエーハにキズやスリップを発生させないことが望ましい。
【００１４】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、ウエーハを特に１０００℃以上となるような高温で熱処理する場合でも、キズやスリップの発生を効果的に抑制することができる熱処理用治具および熱処理方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明によれば、ウエーハを熱処理する際に該ウエーハを支持する熱処理用治具であって、少なくとも治具本体と支持部とを有し、前記治具本体が、熱処理時に変形しない硬質材料で構成されており、前記支持部の少なくともウエーハと接する面が、熱処理時に前記硬質材料よりも軟化する軟質材料で構成されていることを特徴とするウエーハの熱処理用治具が提供される（請求項１）。
【００１６】
このように、治具本体が熱処理時に変形しない硬質材料で構成されている一方、支持部の少なくともウエーハと接する面が熱処理時に本体の硬質材料よりも軟化する軟質材料で構成されていれば、例えば１０００℃以上となるような高温熱処理でも、治具本体は変形せずに安定した状態を保ち、一方、支持面（接触面）は軟化して面接触に近い状態でウエーハをソフトに支持するものとなる。従って、ウエーハを熱処理する際、このような熱処理用治具でウエーハを支持することで、キズやスリップの発生を効果的に抑制することができる。
【００１７】
この場合、ウエーハを支持する面を構成する軟質材料は、熱処理すべきウエーハと同じ材料、または、熱処理時にウエーハよりも硬度が小さくなる材料であることが好ましく（請求項２）、例えば、シリコンまたは石英とすれば（請求項３）、特にシリコンウエーハに対するキズやスリップの発生をより効果的に防ぐものとなる。
【００１８】
一方、治具本体を構成する硬質材料は、セラミックスであることが好ましく（請求項４）、特に、炭化ケイ素であることが好ましい（請求項５）。
すなわち、治具本体をセラミックス、特に炭化ケイ素で構成した熱処理用治具とすれば、例えば１２００℃にもなる極めて高温でも変形しない安定したものとなる。
【００１９】
本発明に係る熱処理用治具の形態としては、例えば、治具本体となる複数の支柱にウエーハを支持するための溝を設けた縦型熱処理用ボート（請求項６）、あるいはリング状または皿状のサセプタとすることができる（請求項７）。
これらの形態の熱処理用治具はウエーハの熱処理に多く使用されており、ウエーハが支持されている部分に応力が集中する場合があるが、本発明のような構成とすることで、治具本体は安定した状態を保ちつつ、ウエーハをソフトに支持するものとなり、キズやスリップの発生を特に効果的に防ぐことができる。
【００２０】
さらに、本発明によれば、ウエーハを熱処理する方法において、前記ウエーハを支持する熱処理用治具として、少なくとも治具本体と支持部とを有し、前記治具本体が、熱処理時に変形しない硬質材料で構成されており、前記支持部の少なくともウエーハと接する面が、前記熱処理すべきウエーハと同じ材料、または、熱処理時に前記ウエーハよりも硬度が小さくなる材料で構成されているものを用い、該熱処理用治具で前記ウエーハを支持して熱処理を行うことを特徴とするウエーハの熱処理方法が提供される（請求項８）。
【００２１】
このように、ウエーハを熱処理する際、治具本体と支持面がそれぞれ適した材料で構成されている熱処理用治具を用いてウエーハの熱処理を行えば、ウエーハをソフトに支持して、安定して熱処理することができ、キズやスリップの発生を効果的に防ぐことができる。
【００２２】
この場合、例えば、ウエーハの熱処理を、１０００℃以上の熱処理温度で行うこともできる（請求項９）。
例えばシリコンウエーハを１０００℃以上の高温で行う場合でも上記のような治具を用いて熱処理を行えば、スリップ等の発生をより確実に抑制することができ、本発明が特に有効となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明者が熱処理時のスリップの発生につき詳しく調査したところ、スリップの発生は、特に高温の熱処理で使用される炭化ケイ素などの硬質材料からなる熱処理用ボートやサセプタを用いた場合に多く、その原因として、支持部の表面粗さのほか、治具（支持部）とウエーハとの硬さの違い等により支持部と接触している位置（外周部）にキズが発生し、さらにそのキズからスリップが発生し易いことが判った。
そこで、本発明の熱処理用治具は、治具本体を熱処理時に変形しない硬質材料で構成し、支持部の少なくともウエーハと接する面を熱処理時に前記硬質材料よりも軟化する軟質材料で構成するようにした。
【００２４】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る熱処理用治具を用いてシリコンウエーハを熱処理する場合について具体的に説明する。
図１（Ａ）（Ｂ）は、本発明に係わる熱処理用治具（縦型熱処理用ボート）の例の要部を示している。図１（Ａ）に示されている熱処理用ボート１ａは、図７に示したような一般的な熱処理ボート１１と同様、複数（例えば４本）の円柱状の支柱４ａと、各支柱４ａの両端部に連結した一対の板材（不図示）によりボート本体が構成されている。そして、各支柱４ａにはウエーハを支持するために所定の間隔で溝５ａが設けられ、各溝５ａの間にウエーハを支持するウエーハ支持部２ａが形成されている。
【００２５】
本発明の熱処理用ボート１ａでは、支柱４ａ等のボート本体は、熱処理時に変形しない硬質材料で構成される。このような硬質材料としては、熱処理温度等を考慮して適宜選択すれば良いが、熱処理するウエーハの金属汚染等を防ぐことも考慮し、例えば、金属不純物をほとんど含有しない炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の硬質のセラミックス（焼結体）を好適に使用することができる。特に、高純度の炭化ケイ素を用いた場合には、１０００℃以上、特に１２００℃以上の極めて高温で熱処理を行う際にも変形し難く、長期間使用することができるものとなる。なお、耐熱性基材上にＣＶＤ法によりＳｉＣコートしたものも好適である。
【００２６】
一方、ウエーハ支持部２ａの上面、すなわちウエーハと接する面（支持面あるいは接触面）３ａは、熱処理時に硬質材料よりも軟化する軟質材料で構成される。このような軟質材料も熱処理温度等を考慮し、実際に適用される熱処理温度でも溶けずに軟化するガラス系の材料等を適宜選択すれば良いが、特に、熱処理時に熱処理対象物であるウエーハよりも硬度が小さくなる材料が好ましく、例えば熱処理対象物がシリコンである場合、石英を好適に用いることができる。石英あれば、熱処理時、特に１２００℃付近でも溶けずに支持面３ａとしては程よく軟化し、また、ウエーハに対する汚染を防ぐという利点もある。
【００２７】
また、支持面３ａ構成する材料として、熱処理するべきウエーハと同じ材料、すなわち、シリコンも好適である。支持面３ａをシリコンで構成すれば、熱処理するウエーハと同じ材質であるため汚染を確実に防ぐ上、熱処理時、治具本体を構成する炭化ケイ素よりも軟化することになる。
【００２８】
支持面３ａを軟質材料で構成する方法は特に限定されず、例えば、石英で構成した支持体を支持部２ａに取り付けるほか、支持部２ａの少なくとも上面に軟質材料をＣＶＤ法等によりコーティングしても良い。
【００２９】
なお、前記したように、熱処理用治具の材質として、従来から石英、単結晶シリコン、多結晶シリコン、炭化ケイ素などが用いられており、特に１０００℃以上の高温熱処理を行う場合のボートの材質としては、炭化ケイ素が主に用いられていた。しかし、炭化ケイ素は石英等に比べ硬質であり、高温（例えば１０００℃以上）でも変形せず、ウエーハとの熱膨張率や硬さの違いによりウエーハと接触している位置にキズが発生し、そのキズからスリップが発生することがある。一方、例えば石英で熱処理用治具を構成した場合、石英は比較的軟質な材料であり、例えば６００℃付近（ガラス転位温度約５７３℃）で軟化が始まり、さらに高温になると強度の低下に伴い変形し、例えば１２００℃ではボートとしての役割を果さなくなってしまう。
【００３０】
これらのボートに対し、本発明に係る熱処理用ボート１ａでは、ボート本体となる各支柱４ａ等が炭化ケイ素等の硬質な材料で構成されているため、１０００℃以上、例えば１２００℃の高温で熱処理が行われても、支柱４ａや支持部２ａは変形することはない。一方、ウエーハ支持部２ａの接触面３ａは石英等の比較的軟質な材料で構成されているため、例えば１０００℃以上の熱処理時に炭化ケイ素よりも軟化し、特に石英等であればシリコンウエーハよりも硬度が小さくなり、面接触に近い状態でウエーハを支持することが可能となる。従って、このような熱処理用ボート１ａを用いてウエーハの熱処理を行うことで、ウエーハに対するキズの発生を効果的に抑制することができる。
なお、図１（Ｂ）の熱処理用ボート１ｂは、支柱４ｂ、支持部２ｂ、溝５ｂの各形状以外は、図１（Ａ）の熱処理用ボート１ａと同様の構成となっている。
【００３１】
図２（Ａ）（Ｂ）は、本発明に係る熱処理用治具の他の一例であるリング状のサセプタ６ａを示している。サセプタ本体７ａはセラミックス（ＳｉＣ）等の硬質材料で構成されており、本体７ａの外周上には、ウエーハ支持部として石英等の軟質材料で構成されたリング状の支持体８ａが配置されている。支持体８ａの内側には下方に傾斜したテーパがついた支持面９ａが形成されており、図２（Ｂ）に示されているように、ウエーハＷの面取り部付近が支持されることになる。なお、支持体８ａは、例えば、サセプタ本体７ａに嵌め込むようにして取り付けるものとすることができる。
【００３２】
このように治具本体であるサセプタ本体７ａが硬質材料で構成され、支持部９ａが軟質材料で構成されたリング状のサセプタ６ａによってウエーハＷを支持し、例えば１０００℃以上の高温で熱処理を行う場合、ウエーハＷの外周部全体が軟化した支持体によって支持されるため、キズやスリップの発生をより効果的に抑制することができる。
【００３３】
図３は、本発明に係るさらに他の形態の熱処理用治具として、皿状のサセプタ６ｂを示している。セラミックス（ＳｉＣ）等の硬質材料で構成された皿状のサセプタ本体７ｂの上に、図２のサセプタ６ａと同様、石英等の軟質材料で構成されたリング状の支持体８ｂが配置されている。このような皿状のサセプタ６ｂでは、本体７ｂが皿状であるため特に変形し難く、熱処理中、ウエーハは軟化した支持体８ｂ（支持面９ｂ）により支持されるため、キズやスリップの発生を効果的に防ぐことができる。
【００３４】
なお、サセプタとする場合、図２や図３で示したようなに周方向に沿って欠けた部分（開口部）のない完全なリング状または皿状のサセプタ６ａ，６ｂであれば、図５に示すような開口部３８付近の応力集中によるスリップの発生を防止することができるが、図示した形状のもに限定されない。例えば、図５に示したような開口部（切り欠き部）３８が形成されているもの、また、支持面がテーパではなく、水平なものとしても良く、支持面を石英等の軟質材料でコーティングして構成しても良い。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。
（実施例）
熱処理するウエーハとして、直径３００ｍｍ、厚さ７７９μｍの鏡面研磨されたシリコンウエーハを用意した。
熱処理治具は、図２に示したようなリング状のサセプタを用いた。サセプタ本体はＳｉＣ製のセラミックスをベースにＣＶＤ−ＳｉＣコートしたものであり、外径３０５ｍｍ、厚さ２．０ｍｍ、幅２５ｍｍの完全な（開口部の無い）リング状のものである。そして、ウエーハ支持面には石英が直径３０５ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍ、テーパ角５°（内側に傾斜）で形成されている。
【００３６】
このようなサセプタに、シリコンウエーハが石英の支持部で支持されるように載置し、さらに、このサセプタを、図７に示すような縦型熱処理用ボートの支持部に移載した。このようにして熱処理用ボートにサセプタを介してウエーハを８０枚セットした。
【００３７】
ウエーハをセットした熱処理用ボートを、図８に示すような熱処理炉内に搬入し、アルゴン雰囲気中、１２００℃、１時間の熱処理を行なった。
熱処理後、炉からボートを搬出し、熱処理後のウエーハに対して目視及びＸ線Ｌａｎｇ法にてスリップ転位の発生状況を確認した。
その結果、目視ではまったくスリップ転位は確認されず、Ｘ線による観察ではスリップらしき欠陥が存在するウエーハもあったが、そのような欠陥の発生率は５％以下であった。
【００３８】
（比較例）
全体がＳｉＣセラミックスで構成されたリング状のサセプタを用い、上記実施例と同様にしてシリコンウエーハの熱処理を行った。
熱処理後、目視及びＸ線Ｌａｎｇ法にて同様にスリップ転位の発生状況を観察したところ、目視によってもスリップの発生をはっきりと認識できるウエーハが存在し、Ｘ線による方法では、実施例と同じ基準で発生率を確認すると、５０％程度のウエーハに対して欠陥が観察された。
【００３９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００４０】
例えば、前記実施例では、リング状のサセプタを用いたバッチ式の熱処理を例に説明したが、図３で示したような皿状のサセプタを用いるほか、これらのサセプタを用いることなく、図１（Ａ）、（Ｂ）に示したような本発明に係る熱処理用ボートでウエーハを直接支持して熱処理を行ってもよい。
【００４１】
さらに、本発明に係る熱処理用治具は、図９に示すような枚様式の熱処理装置４０においても適用することができる。例えば、ＳｉＣ等の硬質材料で構成したサセプタ本体の上面、すなわちウエーハと接する面（保持面）を、熱処理時に本体よりも軟化する石英やシリコン等の軟質材料で構成し、これを枚葉式熱処理装置内に配置すれば良い。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、治具本体が熱処理時に変形しない硬質材料で構成されており、一方、支持部の少なくともウエーハと接する面が熱処理時に前記硬質材料よりも軟化する軟質材料、好ましくは、熱処理時にウエーハよりも硬度が小さくなる材料で構成されている熱処理用治具とする。このような熱処理用治具を用いて熱処理を行うことにより、例えば１０００℃以上となるような高温熱処理でも、治具本体は変形せずにウエーハをソフトに支持するため、キズやスリップの発生を効果的に抑制することができる。その結果、デバイスプロセスにおける歩留まりの向上につながる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る縦型熱処理用ボートの例の要部（ウエーハ支持部）を示す概略斜視図である。
（Ａ）半円形の支持部
（Ｂ）長方形の支持部
【図２】本発明に係るリング状のサセプタの一例を示す概略図である。
（Ａ）斜視図
（Ｂ）断面図（ウエーハを支持した状態）
【図３】本発明に係る皿状のサセプタの一例を示す概略図である。
（Ａ）斜視図
（Ｂ）断面図
【図４】従来の皿状のサセプタの一例を示す概略図である。
（Ａ）斜視図
（Ｂ）断面図
【図５】開口部を有する従来のリング状のサセプタの一例を示す概略図である。
（Ａ）平面図
（Ｂ）断面図（ウエーハを支持した状態）
【図６】従来の熱処理用ボートにおけるウエーハ支持部を示す概略斜視図である。
（Ａ）半円形の支持部
（Ｂ）長方形の支持部
【図７】縦型熱処理用ボートの一例を示す概略図である。
（Ａ）正面図
（Ｂ）横方向断面図（ウエーハを支持した状態）
【図８】縦型熱処理炉の一例を示す概略図である。
【図９】枚葉式熱処理装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ…熱処理用ボート、２ａ，２ｂ…支持部、
３ａ，３ｂ…ウエーハ支持面（接触面）、４ａ，４ｂ…支柱、
５ａ，５ｂ…溝、６ａ，６ｂ…サセプタ、７ａ，７ｂ…サセプタ本体、
８ａ，８ｂ…支持体、９ａ，９ｂ…ウエーハ支持面（接触面）、
１１…熱処理用ボート、１２，１２ａ，１２ｂ…支持部、
１４，１４ａ，１４ｂ…支柱、１５，１５ａ，１５ｂ…溝、
１６ａ，１６ｂ…板材（天板、底板）、２０…熱処理炉、
４０…枚葉式熱処理装置、Ｗ…ウエーハ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a jig for heat treatment of a wafer such as a silicon wafer and a heat treatment method.
[0002]
[Prior art]
When a device is manufactured using a semiconductor wafer, for example, a silicon wafer, a number of steps are involved from a wafer processing process to an element formation process, one of which is a heat treatment step. The heat treatment step is an important process performed for the purpose of forming a defect-free layer on the surface layer of the wafer, gettering, crystallization, oxide film formation, impurity diffusion, and the like.
[0003]
As a diffusion furnace (oxidation / diffusion apparatus) used for such a wafer heat treatment step, for example, for oxidation or impurity diffusion, a large number of wafers W as shown in FIG. A vertical heat treatment furnace 20 that performs heat treatment in a state where it is horizontally supported with an opening is mainly used. The wafer W in the heat treatment furnace 20 can be heated by a heater 24 provided around the reaction chamber 22. During the heat treatment, gas is introduced into the reaction chamber 22 through the gas introduction pipe 26, flows from the upper side to the lower side, and is discharged from the gas exhaust pipe 28 to the outside. The gas to be used varies depending on the purpose of the heat treatment, but H ₂ , N ₂ , O ₂ , Ar, etc. are mainly used. In the case of impurity diffusion, these gases are also used as a carrier gas for the impurity compound gas.
[0004]
When the wafer W is heat-treated using such a vertical heat treatment furnace 20, a vertical heat treatment boat 11 (hereinafter referred to as "heat treatment boat", "vertical boat" for setting a number of wafers W horizontally. Or simply “boat”).
FIG. 7A shows an outline of a general heat treatment boat 11. A pair of plate members (also referred to as end plates, or top plates and bottom plates) 16 a and 16 b are connected to both ends of the four columns (rods) 14. A large number of slits (grooves) 15 are formed in each support column 14, and a convex portion between the slits 15 acts as a support portion 12 for the wafer W. Then, as shown in FIG. 7B, the outer peripheral portion of the wafer W is supported by the support portion 12 of each support column 14.
[0005]
The wafer support 12 in such a vertical boat 11 has various shapes. For example, as shown in FIG. 6A, a cylindrical column 14a is provided with a concave slit (groove) 15a. In order to support a semicircular support portion 12a or a portion close to the center of the wafer as shown in FIG. 6 (B), a wide prismatic column 14b is provided with a concave slit 15b. In some cases, a rectangular support portion 12b is formed.
In addition, there are proposed boats with slits that are arcuate or bowl-shaped, and boats that can support wafers of different diameters by providing a step on the upper surface of each support (patent) Reference 1).
[0006]
When the wafer W is heat-treated using the vertical boat 11, the wafer W is horizontally supported by placing the outer peripheral portion of the wafer W on the support portion 12 formed at the same height of each column 14. Will be. However, when the outer peripheral portion of the wafer W is supported, the wafer W is bent by its own weight, and stress is concentrated on a portion in contact with the support portion 12, which may cause a crystal defect called slip.
[0007]
As a means for preventing the occurrence of slip during heat treatment, it has been proposed to use a ring-shaped or dish-shaped jig (see, for example, Patent Document 2). In particular, when a wafer having a large diameter (for example, 300 mm or more) is heat-treated, the weight of the wafer is increased, so that stress concentrates on the supported portion and slip easily occurs. For example, FIG. A ring-shaped susceptor 37 as shown in FIG. 5A is placed, and the wafer W is supported through the susceptor 37 as shown in FIG. Since the contact area between the susceptor 37 and the wafer W is large and the load and the like are dispersed, the occurrence of slip is suppressed.
The opening (notch) 38 is provided so that the transfer machine can pass when the wafer W is transferred onto the susceptor 37. However, the opening 38 is not a complete ring. In some cases, a susceptor or a dish-shaped susceptor 36 as shown in FIGS.
[0008]
As for the heat treatment apparatus, in addition to the so-called batch-type apparatus 20 for collectively heat-treating a large number of wafers as shown in FIG. 8, a sheet-type heat treatment apparatus for treating wafers W one by one as shown in FIG. 40 may be used. In such a single wafer heat treatment apparatus 40, the wafer W is placed on the upper surface of the susceptor 41 arranged in the apparatus to perform the heat treatment. When the wafer is heat-treated, heating is performed by the lamp 44 and the like, gas is introduced from the gas introduction pipe 46, passes through the reaction chamber 42, and is discharged to the outside from the gas exhaust pipe 48.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-291166 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-260438
[Problems to be solved by the invention]
For example, when heat treating silicon wafers, heat treatment jigs such as heat treatment boats and susceptors generally use quartz, single crystal silicon, or the like to prevent metal contamination of the wafer regardless of the type of heat treatment apparatus used. Those made of materials such as polycrystalline silicon and silicon carbide are used. In order to prevent the wafer from being scratched or slipped during the heat treatment, the surface (support surface or contact surface) in contact with the wafer is smoothed by etching, polishing, or the like.
[0011]
However, for example, when heat treatment is performed in a vertical heat treatment furnace, it is difficult to support the wafer completely horizontally even if the outer peripheral portion of the wafer is supported using a heat treatment boat. For this reason, even if the contact surface of the support portion is processed smoothly, the support becomes substantially point-supported and stress concentration tends to occur, resulting in the occurrence of slip.
[0012]
Moreover, even with a heat treatment jig that supports a wide area of the wafer, such as a ring-shaped or dish-shaped susceptor, it is very difficult to achieve levelness across the entire support surface, and in many cases it is substantially point supported. . For this reason, if the wafer is heat-treated particularly at a high temperature of 1000 ° C. or higher, the wafer may be scratched or slipped starting from the support portion.
[0013]
Such defects, such as slip, cause deterioration of the material properties of the wafer, and hence yield in the device process. Therefore, even when high-temperature heat treatment at 1000 ° C. or higher is performed, the wafer may not be scratched or slipped. desirable.
[0014]
The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and heat treatment capable of effectively suppressing the generation of scratches and slips even when the wafer is heat-treated particularly at a high temperature of 1000 ° C. or higher. An object of the present invention is to provide a jig and a heat treatment method.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, a heat treatment jig for supporting a wafer when heat treating the wafer has at least a jig main body and a support portion, and the jig main body includes: A wafer heat treatment jig characterized in that it is made of a hard material that does not deform during heat treatment, and at least a surface that contacts the wafer is made of a soft material that is softer than the hard material during heat treatment. Is provided (claim 1).
[0016]
Thus, while the jig body is made of a hard material that does not deform during heat treatment, at least the surface that contacts the wafer of the support portion is made of a soft material that softens more than the hard material of the body during heat treatment. Even when high-temperature heat treatment is performed at 1000 ° C or higher, the jig body remains stable without deformation, while the support surface (contact surface) softens and softly supports the wafer in a state close to surface contact. It becomes. Therefore, when the wafer is heat-treated, the generation of scratches and slips can be effectively suppressed by supporting the wafer with such a heat treatment jig.
[0017]
In this case, the soft material constituting the wafer supporting surface is preferably the same material as the wafer to be heat-treated, or a material having a hardness lower than that of the wafer during heat treatment (Claim 2), for example, silicon or If quartz is used (Claim 3), the generation of scratches and slips on the silicon wafer, in particular, can be more effectively prevented.
[0018]
On the other hand, the hard material constituting the jig body is preferably ceramics (Claim 4), and particularly preferably silicon carbide (Claim 5).
That is, if the jig body is a heat treatment jig made of ceramics, particularly silicon carbide, the jig body is stable without being deformed even at an extremely high temperature of 1200 ° C., for example.
[0019]
As a form of the heat treatment jig according to the present invention, for example, a vertical heat treatment boat in which grooves for supporting a wafer are provided on a plurality of pillars serving as a jig body (Claim 6), or a ring shape or a dish A susceptor in the form of a ring (claim 7).
These types of heat treatment jigs are often used for heat treatment of wafers, and stress may concentrate on the portion where the wafers are supported. Can softly support the wafer while maintaining a stable state, and can effectively prevent the occurrence of scratches and slips.
[0020]
Further, according to the present invention, in the method for heat treating a wafer, the heat treatment jig for supporting the wafer has at least a jig body and a support portion, and the jig body is a hard material that does not deform during heat treatment. And at least the surface of the support portion that contacts the wafer is made of the same material as the wafer to be heat-treated, or a material whose hardness is smaller than that of the wafer during heat treatment. A wafer heat treatment method is provided in which the wafer is supported by a jig for heat treatment (claim 8).
[0021]
In this way, when heat treating the wafer, if the heat treatment of the wafer is performed using a jig for heat treatment in which the jig body and the support surface are made of suitable materials, the wafer is softly supported and stabilized. Heat treatment, and it is possible to effectively prevent scratches and slips.
[0022]
In this case, for example, the heat treatment of the wafer can be performed at a heat treatment temperature of 1000 ° C. or higher (claim 9).
For example, even when the silicon wafer is performed at a high temperature of 1000 ° C. or higher, if the heat treatment is performed using the jig as described above, the occurrence of slip or the like can be more reliably suppressed, and the present invention is particularly effective.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
When the present inventor investigated in detail the occurrence of slip during heat treatment, the occurrence of slip is particularly frequent when using a heat treatment boat or susceptor made of a hard material such as silicon carbide used in high temperature heat treatment. As a cause, scratches occur at the position (outer periphery) in contact with the support part due to the difference in hardness between the jig (support part) and the wafer in addition to the surface roughness of the support part. It was found that slip is likely to occur.
Therefore, the heat treatment jig of the present invention is configured such that the jig body is made of a hard material that does not deform during heat treatment, and at least the surface of the support portion that contacts the wafer is made of a soft material that softens more than the hard material during heat treatment. did.
[0024]
Hereinafter, the case where a silicon wafer is heat-treated using the heat-treatment jig according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
1A and 1B show the main part of an example of a heat treatment jig (vertical heat treatment boat) according to the present invention. The heat treatment boat 1a shown in FIG. 1A is similar to the general heat treatment boat 11 as shown in FIG. 7, and includes a plurality of (for example, four) columnar columns 4a and each column 4a. A boat body is constituted by a pair of plate members (not shown) connected to both ends. Each support 4a is provided with a groove 5a at a predetermined interval to support the wafer, and a wafer support portion 2a for supporting the wafer is formed between the grooves 5a.
[0025]
In the heat treatment boat 1a of the present invention, the boat main body such as the column 4a is made of a hard material that does not deform during heat treatment. Such a hard material may be appropriately selected in consideration of the heat treatment temperature and the like. However, in consideration of preventing metal contamination of the wafer to be heat treated, for example, silicon carbide (SiC) containing almost no metal impurities. These hard ceramics (sintered bodies) can be preferably used. In particular, when high-purity silicon carbide is used, even when heat treatment is performed at an extremely high temperature of 1000 ° C. or higher, particularly 1200 ° C. or higher, it is difficult to be deformed and can be used for a long time. In addition, what coated SiC by the CVD method on the heat resistant base material is also suitable.
[0026]
On the other hand, the upper surface of the wafer support portion 2a, that is, the surface (support surface or contact surface) 3a in contact with the wafer is made of a soft material that softens more than the hard material during heat treatment. In consideration of the heat treatment temperature and the like for such a soft material, a glass-based material that does not melt even at the heat treatment temperature that is actually applied may be appropriately selected. A material with low hardness is preferable. For example, when the heat treatment object is silicon, quartz can be used suitably. If quartz is used, there is an advantage in that the support surface 3a is moderately softened without being melted even at around 1200 ° C. during heat treatment, and contamination to the wafer is prevented.
[0027]
Further, as the material constituting the support surface 3a, the same material as the wafer to be heat-treated, that is, silicon is also suitable. If the support surface 3a is made of silicon, it is made of the same material as that of the wafer to be heat-treated, so that contamination is surely prevented and the heat treatment is softer than silicon carbide constituting the jig body.
[0028]
The method of forming the support surface 3a with a soft material is not particularly limited. For example, a support made of quartz is attached to the support portion 2a, and at least the upper surface of the support portion 2a is coated with a soft material by a CVD method or the like. good.
[0029]
As described above, quartz, single crystal silicon, polycrystalline silicon, silicon carbide and the like have been conventionally used as the material for the heat treatment jig, and the boat material particularly when performing high temperature heat treatment at 1000 ° C. or higher. As for, silicon carbide was mainly used. However, silicon carbide is harder than quartz or the like, does not deform even at high temperatures (for example, 1000 ° C. or higher), and scratches are generated at positions in contact with the wafer due to differences in thermal expansion coefficient and hardness from the wafer. Slip may occur from the scratch. On the other hand, for example, when the heat treatment jig is made of quartz, quartz is a relatively soft material, and for example, softening starts at around 600 ° C. (glass transition temperature of about 573 ° C.), and as the temperature decreases, the strength decreases. For example, at 1200 ° C., the boat does not function as a boat.
[0030]
With respect to these boats, in the heat treatment boat 1a according to the present invention, since each column 4a and the like serving as a boat body is made of a hard material such as silicon carbide, heat treatment is performed at a high temperature of 1000 ° C. or higher, for example, 1200 ° C. However, the support 4a and the support part 2a are not deformed. On the other hand, since the contact surface 3a of the wafer support portion 2a is made of a relatively soft material such as quartz, it is softer than silicon carbide during a heat treatment of, for example, 1000 ° C. or more. The hardness is reduced, and the wafer can be supported in a state close to surface contact. Therefore, by performing the heat treatment of the wafer using such a heat treatment boat 1a, it is possible to effectively suppress the generation of scratches on the wafer.
The heat treatment boat 1b shown in FIG. 1B has the same configuration as that of the heat treatment boat 1a shown in FIG. 1A except for the shapes of the columns 4b, the support portions 2b, and the grooves 5b.
[0031]
2A and 2B show a ring-shaped susceptor 6a which is another example of the heat treatment jig according to the present invention. The susceptor body 7a is made of a hard material such as ceramics (SiC), and a ring-shaped support body 8a made of a soft material such as quartz is disposed on the outer periphery of the body 7a as a wafer support portion. . A support surface 9a having a taper inclined downward is formed inside the support 8a, and the vicinity of the chamfered portion of the wafer W is supported as shown in FIG. 2B. . In addition, the support body 8a can be attached, for example so that it may fit in the susceptor main body 7a.
[0032]
In this way, the susceptor body 7a, which is a jig body, is made of a hard material, and the support portion 9a is supported by the ring-shaped susceptor 6a made of a soft material, and heat treatment is performed at a high temperature of, for example, 1000 ° C. or higher. In this case, since the entire outer peripheral portion of the wafer W is supported by the softened support, generation of scratches and slips can be more effectively suppressed.
[0033]
FIG. 3 shows a dish-shaped susceptor 6b as a heat treatment jig according to still another embodiment of the present invention. Similar to the susceptor 6a of FIG. 2, a ring-shaped support 8b made of a soft material such as quartz is disposed on a dish-like susceptor body 7b made of a hard material such as ceramics (SiC). . In such a dish-shaped susceptor 6b, the main body 7b has a dish-like shape and is not particularly deformable. During the heat treatment, the wafer is supported by the softened support body 8b (support surface 9b). Can be effectively prevented.
[0034]
If the susceptor is a complete ring-shaped or dish-shaped susceptor 6a, 6b without a portion (opening) lacking along the circumferential direction as shown in FIGS. The occurrence of slip due to stress concentration in the vicinity of the opening 38 as shown in FIG. 6 can be prevented, but is not limited to the illustrated shape. For example, an opening (notch) 38 as shown in FIG. 5 may be formed, and the support surface may be horizontal, not tapered, and the support surface may be coated with a soft material such as quartz. May be configured.
[0035]
【Example】
Examples of the present invention and comparative examples will be described below.
(Example)
As a wafer to be heat-treated, a mirror-polished silicon wafer having a diameter of 300 mm and a thickness of 779 μm was prepared.
As the heat treatment jig, a ring-shaped susceptor as shown in FIG. 2 was used. The susceptor body is a CVD-SiC coated base made of SiC ceramics, and is a complete ring shape (no opening) having an outer diameter of 305 mm, a thickness of 2.0 mm, and a width of 25 mm. On the wafer support surface, quartz is formed with a diameter of 305 mm, a width of 20 mm, a thickness of 1.0 mm, and a taper angle of 5 ° (inclined inward).
[0036]
The silicon wafer was placed on such a susceptor so as to be supported by the quartz support portion, and this susceptor was transferred to the support portion of the vertical heat treatment boat as shown in FIG. In this manner, 80 wafers were set on the heat treatment boat via the susceptor.
[0037]
The boat for heat treatment in which the wafer was set was carried into a heat treatment furnace as shown in FIG. 8, and heat treatment was performed at 1200 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere.
After the heat treatment, the boat was taken out of the furnace, and the occurrence of slip dislocation was confirmed visually and by X-ray Lang method on the heat-treated wafer.
As a result, no slip dislocation was visually confirmed, and some wafers were found to have slip-like defects by X-ray observation, but the incidence of such defects was 5% or less.
[0038]
(Comparative example)
A silicon wafer was heat-treated in the same manner as in the above example, using a ring-shaped susceptor that was entirely composed of SiC ceramics.
After heat treatment, the occurrence of slip dislocation was observed in the same manner visually and by X-ray Lang method. As a result, there was a wafer that could clearly recognize the occurrence of slip by visual observation. As a result, defects were observed for about 50% of the wafers.
[0039]
The present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is merely an example, and the present invention has the same configuration as that of the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
[0040]
For example, in the above-described embodiment, a batch type heat treatment using a ring-shaped susceptor has been described as an example, but in addition to using a dish-shaped susceptor as shown in FIG. 3, without using these susceptors, FIG. The heat treatment may be performed by directly supporting the wafer with the heat treatment boat according to the present invention as shown in (A) and (B).
[0041]
Furthermore, the heat treatment jig according to the present invention can also be applied to a sheet-type heat treatment apparatus 40 as shown in FIG. For example, the upper surface of the susceptor body made of a hard material such as SiC, that is, the surface in contact with the wafer (holding surface) is made of a soft material such as quartz or silicon that softens more than the body during heat treatment, and this is a single wafer heat treatment. What is necessary is just to arrange | position in an apparatus.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the jig body is made of a hard material that does not deform during heat treatment, while at least the surface of the support portion that contacts the wafer is softer than the hard material during heat treatment, preferably Is a heat treatment jig made of a material whose hardness is smaller than that of the wafer during heat treatment. By performing heat treatment using such a heat treatment jig, the jig main body softly supports the wafer without being deformed even at high temperature heat treatment, for example, 1000 ° C. or higher. It can be effectively suppressed. As a result, the yield in the device process is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a main part (wafer support part) of an example of a vertical heat treatment boat according to the present invention.
(A) Semicircular support portion (B) Rectangular support portion FIG. 2 is a schematic view showing an example of a ring-shaped susceptor according to the present invention.
(A) Perspective view (B) Cross section (Wafer supported)
FIG. 3 is a schematic view showing an example of a dish-shaped susceptor according to the present invention.
(A) Perspective view (B) Cross-sectional view FIG. 4 is a schematic view showing an example of a conventional dish-shaped susceptor.
(A) Perspective view (B) Cross-sectional view FIG. 5 is a schematic view showing an example of a conventional ring-shaped susceptor having an opening.
(A) Plan view (B) Cross-sectional view (with wafer supported)
FIG. 6 is a schematic perspective view showing a wafer support portion in a conventional heat treatment boat.
(A) Semicircular support portion (B) Rectangular support portion FIG. 7 is a schematic view showing an example of a vertical heat treatment boat.
(A) Front view (B) Lateral cross-sectional view (state in which wafer is supported)
FIG. 8 is a schematic view showing an example of a vertical heat treatment furnace.
FIG. 9 is a schematic view showing an example of a single wafer heat treatment apparatus.
[Explanation of symbols]
1a, 1b ... boat for heat treatment, 2a, 2b ... support part,
3a, 3b ... Wafer support surface (contact surface), 4a, 4b ... strut,
5a, 5b ... groove, 6a, 6b ... susceptor, 7a, 7b ... susceptor body,
8a, 8b ... support, 9a, 9b ... wafer support surface (contact surface),
11 ... Boat for heat treatment, 12, 12a, 12b ... Supporting part,
14, 14a, 14b ... struts, 15, 15a, 15b ... grooves,
16a, 16b ... plate material (top plate, bottom plate), 20 ... heat treatment furnace,
40: Single wafer heat treatment device, W: Wafer.

Claims

ウエーハを熱処理する際に該ウエーハを支持する熱処理用治具であって、少なくとも治具本体と支持部とを有し、前記治具本体が、熱処理時に変形しない硬質材料で構成されており、前記支持部の少なくともウエーハと接する面が、熱処理時に前記硬質材料よりも軟化する軟質材料で構成されていることを特徴とするウエーハの熱処理用治具。A jig for heat treatment for supporting the wafer when heat treating the wafer, having at least a jig body and a support portion, the jig body being made of a hard material that does not deform during heat treatment, A wafer heat treatment jig, characterized in that at least a surface of the support portion in contact with the wafer is made of a soft material that softens more than the hard material during heat treatment.

前記ウエーハと接する面を構成する軟質材料が、前記熱処理すべきウエーハと同じ材料、または、熱処理時に前記ウエーハよりも硬度が小さくなる材料であることを特徴とする請求項１に記載のウエーハの熱処理用治具。2. The heat treatment of a wafer according to claim 1, wherein the soft material constituting the surface in contact with the wafer is the same material as the wafer to be heat-treated or a material having a hardness lower than that of the wafer during the heat treatment. Jig.

前記ウエーハと接する面を構成する軟質材料が、シリコンまたは石英であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のウエーハの熱処理用治具。3. The wafer heat treatment jig according to claim 1, wherein the soft material constituting the surface in contact with the wafer is silicon or quartz.

前記治具本体を構成する硬質材料が、セラミックスであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のウエーハの熱処理用治具。The jig for heat treatment of a wafer according to any one of claims 1 to 3, wherein the hard material constituting the jig body is ceramic.

前記セラミックスが、炭化ケイ素であることを特徴とする請求項４に記載のウエーハの熱処理用治具。5. The wafer heat treatment jig according to claim 4, wherein the ceramic is silicon carbide.

前記熱処理用治具が、治具本体となる複数の支柱に前記ウエーハを支持するための溝を設けた縦型熱処理用ボートであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のウエーハの熱処理用治具。6. The heat treatment jig according to claim 1, wherein the heat treatment jig is a vertical heat treatment boat in which grooves for supporting the wafer are provided in a plurality of support columns serving as jig bodies. The wafer heat treatment jig according to Item.

前記熱処理用治具が、リング状または皿状のサセプタであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のウエーハの熱処理用治具。The wafer heat treatment jig according to any one of claims 1 to 5, wherein the heat treatment jig is a ring-shaped or dish-shaped susceptor.

ウエーハを熱処理する方法において、前記ウエーハを支持する熱処理用治具として、少なくとも治具本体と支持部とを有し、前記治具本体が、熱処理時に変形しない硬質材料で構成されており、前記支持部の少なくともウエーハと接する面が、前記熱処理すべきウエーハと同じ材料、または、熱処理時に前記ウエーハよりも硬度が小さくなる材料で構成されているものを用い、該熱処理用治具で前記ウエーハを支持して熱処理を行うことを特徴とするウエーハの熱処理方法。In the method for heat-treating a wafer, the jig for heat treatment supporting the wafer has at least a jig body and a support part, and the jig body is made of a hard material that does not deform during heat treatment, and the support At least the surface in contact with the wafer of the part is made of the same material as the wafer to be heat-treated or a material whose hardness is smaller than that of the wafer during heat treatment, and the wafer is supported by the heat treatment jig And heat-treating the wafer.

前記ウエーハの熱処理を、１０００℃以上の熱処理温度で行うことを特徴とする請求項８に記載のウエーハの熱処理方法。9. The wafer heat treatment method according to claim 8, wherein the heat treatment of the wafer is performed at a heat treatment temperature of 1000 [deg.] C. or more.