JP2007036105A - シリコンウェーハ用サセプタ - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハ裏面での突起物発生をなくしてスリップ転位を防止するウェーハ保持部材を提供する。
【解決手段】ウェーハのベベル部で保持する構造のサセプタであって、その保持部の傾斜角度が、ウェーハのベベル角度をＸ°とした場合、Ｘ°−１〜Ｘ°＋１の範囲内で、リング状とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコンウェーハを熱処理する際にシリコンウェーハを載置するサセプタに関する。

近年、半導体製造プロセスにおける熱処理工程では、縦型炉が多用されている。縦型炉ではシリコンウェーハ（以下、特に断らない限り、ウェーハともいう）をボートに等間隔に積載し、同時に多数処理することができるので生産効率が高いためである。このような縦型ボートのウェーハ保持部はウェーハ裏面を保持するように設計されているが、ウェーハ裏面の応力集中に起因してスリップ転位が発生することを防止するため、サセプタを介してウェーハと広範囲に接触して保持するように工夫されている(たとえば、特許文献１参照)。また、スリップ発生のもうひとつの原因はウェーハ面内の温度差である。対策として、熱処理時に面内温度分布を均一にするため、サセプタに傾斜を持たせウェーハとほぼ同じ直径のサセプタにザグリ部を設けその上にウェーハの裏面を載置して保持面積を極端に少なくする方法が考えられるが、この方法でも、ウェーハ裏面がサセプタに接触していることは変わらず、スリップ転位の問題は依然として解決されない (たとえば、特許文献２参照)。
特開２００３−１７３９８２号公報 実開平５−２９１２９号公報

ウェーハを縦型炉方式で熱処理する際、スリップ転位の発生を防止するためサセプタが用いられているが、熱処理が高温であれば、ウェーハの裏面がサセプタとの接触部で融着し突起物が生成されることがある。この突起物はウェーハに固着して硬く、破砕しにくいので、デバイス製造プロセスまで残り、リソグラフィ工程でステッパーにチャックした際、チャックステージと干渉して局所的にフラットネスを悪化させるため、デフォーカスとなって不良デバイスが発生する原因となる。

そこで、ウェーハ裏面での突起物発生をなくしてスリップ転位を防止するウェーハ保持部材が望まれている。

この欄は、以下クレームに沿って訂正してください。

本発明の一態様によれば、ベベル部のベベル角度がＸ°のシリコンウェーハを載置し、熱処理する際に用いられるサセプタであって、前記ベベル部で前記シリコンウェーハを保持する保持部が形成され、前記保持部の傾斜角は、前記サセプタの水平底面に対して、Ｘ°−１°以上、Ｘ°＋１°以下の範囲であることを特徴とするシリコンウェーハ用サセプタが提供される。

前記サセプタにおいて、前記保持部と、この保持部に連なる縁部が形成されたリング状であることが好適である。

また、材質がシリコン、炭化珪素、及び石英から選ばれるいずれか１種であることが好適である。

本発明によれば、熱処理の際にシリコンウェーハと縦型ボートあるいはサセプタとの融着が原因でシリコンウェーハに発生する突起物を、ベベル部に限定することができるので、ウェーハ裏面の平面度を良好に保ち、デバイスのリソグラフィ工程おけるデフォーカスの問題を回避することが可能となる。

また、形状をリング状にすることにより、シリコンウェーハをベベル部全周で保持できるので、ウェーハ自重が分散されてスリップ転位の発生を防止することが可能である。

以下に、本発明の実施形態に係るウェーハ用サセプタの詳細な構成について説明する。まず、サセプタが使用される熱処理用ボートから説明する。図５は、半導体熱処理用縦型ボートの一例を示している。ボ−ト１はシリコン、炭化珪素等からなり、ウェーハより適宜に大径の円形状の上板２と同じく円形状の下板３の間に丸棒あるいは断面方形状の支柱４が互いに平行に４本配設されている。各支柱４にはウェーハ７を水平に載置するための溝５が一定間隔で形成されている。この溝にサセプタ６が着脱自在に嵌合されており、このサセプタ６にウェーハ７を水平方向（矢印Ａ方向）に移動して載置、支持される。

ウェーハの生産効率を高めるためは、熱処理を縦型炉方式とすることが望ましく、本発明の実施態様によれば、ウェーハを縦型炉方式で熱処理する際に、ウェーハを縦型ボートに直接搭載せずサセプタを介して搭載するのでウェーハ周縁部に対する支持態様が点状でなく線状又は面状となり、支持面積が大きくなって支持部にかかる荷重が減少しかつ分散する。従って、ウェーハ自重に起因する応力集中を回避して、ウェーハのスリップを防止して良好に支持することができる。

図１は、本発明の実施形態に基づくサセプタ６を示している。円周縁(リム部)の内周側にＸ°の傾斜部位（傾斜面）６１を設けリング状に形成されている。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＹ−Ｙ断面を示している。この傾斜面６１がシリコンウェーハのベベル部と接触する構造であり、シリコンウェーハのベベル角度をＸ°とした場合、傾斜面６１の傾斜角度がＸ°−１°〜Ｘ°＋１°の範囲であることを特徴とする。尚、リムの幅をR、サセプタの厚さをt1、内周端の厚さをt2、傾斜部の幅をWとする。

サセプタの材質としては、シリコン、炭化珪素、石英などが考えられるが、半導体シリコンウェーハと同じ単結晶体から切り出したシリコンが望ましい。例えば、ウェーハの原材料と同じ合成ポリシリコンを溶融して、ＣＺ引上げ法によりノンドープの単結晶インゴットを形成する。この単結晶を、ウェーハの加工と同様の方法でブロックカットしてからスライスする。その後、研削加工によって厚さ数mm以下の円形プレートに仕上げる。プレートの直径はサセプタとして載置するウェーハ径に応じて異なり、限定するものではないが、ウェーハに対して直径を大きくする方が良い。例えば、Φ200mmウェーハ用のサセプタを作成する場合Φ202〜280mmとし、Φ300mmウェーハ用サセプタであればΦ302〜380mmとすることが好ましい。この円板からサセプタ６を作るには、外周端から5〜40mm残して内側を除去してリング状あるいは半リング状に加工した後、研削、エッチング、研摩を経て、円周縁を所定厚にするとともに、内周側に、載置するウェーハ７のベベル角と同じＸ°で傾斜する部位を形成する。

傾斜角度の範囲Ｘ°−１°〜Ｘ°＋１°は、傾斜角度を変えて試作した数種類のサセプタにウェーハを載置して熱処理し、発生スリップの長さを測定した結果をもとに決定した。その結果を表１と表２に示す。表１は、熱処理ウェーハに認められる最大スリップ長によって分類し、ランク付けたものを示している。

スリップ発生がない場合をＡランクとし30mm以上のスリップが認められた場合をランクＥとして５段階に分類した。表２は、ベベル角度Ｘが22°であるΦ200mmウェーハをサンプルとして使用した場合、サセプタの傾斜角度とアニール後ウェーハに発生した最大スリップ長との関係を示したものである。

傾斜角度の異なる６種類のサセプタに対し、それぞれ１枚のウェーハを載置して、５バッチの熱処理を実施した。５枚のウェーハの中で最も発達したスリップ長さにもとづき表１のようにランク付けした。サセプタの傾斜角度が、ベベル角度をＸ°として、Ｘ°−１以上°、Ｘ°＋１°以下であればＡランクあるいはＢランクであった。Ａランク或いはＢランクであれば、実用には十分耐えられるレベルである。また、Ｘ°を22°から17°〜27°に変えても、スリップ発生の傾向は、Ｘ°＝22°の場合と同様の結果を得た。

図２乃至図４は、熱処理に際し、熱処理炉内に設置される縦型ボート、サセプタ、ウェーハの配置関係を示している。

まず、図２は、サセプタ６にウェーハ７を載置した状態を示す図である。図２におけるＡ部を拡大して示したものが図３であり、ウェーハのベベル部がサセプタの傾斜部で支持される状態を示している。図３において、それぞれ、６２はサセプタ円周縁、６３はサセプタバックサイド(バックサイドと成す角がＸ°である)、７１はベベル部トップ、７２はベヘルテーパ部(ベベル角がＸ°である)、７３ウェーハフロントサイド、７４はウェーハバックサイドである。

図４は、ウェーハ７がサセプタ６に載置されて支持されて、ボート溝に装着された状態を示す。ウェーハ７を載置されたサセプタ６は、縦型ボート１の溝部５に挿入される。

本発明の実施態様によれば、サセプタ６がウェーハ７を支持する部位の傾斜角度を、Ｘ°−１〜Ｘ°＋１の範囲内とすることにより、ウェーハ７との接触をベベル部に限定したものとしている(図３参照)。その結果、ウェーハ７を熱処理する際、サセプタ６と融着して突起物が発生する部位をベベル部に限定することができる。

本発明の別の実施態様として、サセプタ６がリング状であることを特徴とする。サセプタ６の形状が半リング状であれば、ウェーハ重量がサセプタの端部に集中するためスリップ転位の発生頻度が高くなり、融着してウェーハ裏面に突起を生成する可能性がある。また、サセプタがプレート状であれば、高温でウェーハが撓りベベル部以外でもサセプタに融着して突起が生成される場合があるので、サセプタの形状はリング状であることが好ましい。

以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により限定されるものではない。

Φ200mmウェーハ用のリング状サセプタを、本発明に基づいて単結晶シリコンから作成した例を述べる。

熱処理対象となるウェーハのベベル角Ｘ°が20°±1°であり、端面トップ幅が約0.28mmであり、ベベル傾斜幅が1±0.1mmであれば、この仕様に合わせ、サセプタの傾斜角Ｘを20°±1°とする(図１参照)。さらにウェーハ重量を支えるため、リムの厚さ(t1)を2mm、内周端面の厚さ(t2)を0.5mm、リム幅(R)を15mmとすれば、傾斜部の幅が5.5mm、リング幅が20.5mmとなる。

Φ200mmウェーハをこのような仕様のサセプタに積載して、縦型炉方式により熱処理した。本発明に基づいて傾斜角度を、Ｘ°−１〜Ｘ°＋１の範囲内で設計したものを[Ａ]とし、Ｘ°−１〜Ｘ°＋１の範囲外で設計したものを［Ｂ］として、両者にウェーハを積載した後、縦型ボートに搭載した。一例として［Ａ］の傾斜角度は22°であり、［Ｂ］の傾斜角度は20°である。[Ａ]と[Ｂ]それそれで５組のウェーハ／サセプタ対について縦型炉で1200℃、１時間の熱処理を施した。また、５枚のウェーハを同じボートに直接搭載して熱処理し比較例とした。

その後、ウェーハ裏面に発生した突起物の最大高さをKLA-Tencor社製の微細形状測定装置P-15で測定した。図６に突起物の高さを測定した結果を示す。直接ボートに設置した場合とサセプタの上に載置してボートに設置した場合とを比較した。熱処理用ボートに直接搭載したウェーハの裏面には、ウェーハ１枚当たり4.2〜6.4μｍ高の突起物が確認されたが、サセプタ[Ａ]または[Ｂ]を用いた場合は、ウェーハ裏面にアニール中に発生したと思われる高さを有する突起物は確認されなかった。

また、高温熱処理することで発生したスリップ転位について、リガク社製のＸ線トポグラフィ（ＸＲＴ）で評価した結果を図７に示す。直接ボートに設置した場合とサセプタの上に載置してボートに設置した場合とを比較した。その結果、熱処理用ボートに直接移載したウェーハ５枚のスリップ長はウェーハ１枚あたり25〜33mmであることを確認したが、サセプタ[Ａ]を適用した場合、スリップ転位は発生しなかった。しかし、サセプタ[Ｂ]を適用した場合は、熱処理用ボートに直接搭載したものに比べて軽微であるがスリップ転位の発生を完全に抑制できなかった。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、上記実施例では、φ200mmウェーハに対して、本発明のサセプタの効果を確認したが、ウェーハの径がφ200mm以下であれば、少なくともφ200mmウェーハの場合と同等の効果が得られることはいうまでもない。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施形態に係るウェーハ用サセプタの外観を示す図である。 サセプタにウェーハを載置した状態を示す図である。 ウェーハのベベル部がサセプタの傾斜部で支持される状態を示す図である。 ウェーハがサセプタに支持されて、ボート溝に装着された状態を示す図 ウェーハを縦型炉方式で熱処理する際に用いられる縦型ボートの一例を示す図である。 ウェーハを縦型ボートに載置して熱処理した際、ウェーハに形成された突起物高さの測定結果を示す図である。 ウェーハを縦型ボートに載置して熱処理した際、ウェーハ裏面に形成されたスリップ転位長の測定結果を示す図である。

符号の説明

1・・・ボート、６・・・サセプタ、７・・・ウェーハ、６１・・・傾斜部位（傾斜面）、７２・・・ベベルテーパ部。

Claims (3)

1. ベベル部のベベル角度がＸ°のシリコンウェーハを載置し、熱処理する際に用いられるサセプタであって、前記ベベル部で前記シリコンウェーハを保持する保持部が形成され、前記保持部の傾斜角は、前記サセプタの水平底面に対して、Ｘ°−１°以上、Ｘ°＋１°以下の範囲であることを特徴とするシリコンウェーハ用サセプタ。
2. 前記保持部と、この保持部に連なる縁部が形成されたリング状であることを特徴とする請求項１記載のシリコンウェーハ用サセプタ。
3. 材質が、シリコン、炭化珪素、及び石英から選ばれるいずれか1種であることを特徴とする請求項１記載のシリコンウェーハ用サセプタ。

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