JP2003338505A - シリコンウェーハの支持方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェーハを支持して熱処理を施したときの分
解せん断応力が最小となる支持範囲を規定することによ
り、スリップ成長を抑制し、熱処理におけるシリコンウ
ェーハの大幅な歩留まり向上を達成する。 【解決手段】 シリコンウェーハ１３を熱処理するとき
に、同一高さに立設された複数の支持突起１２に、これ
ら全ての支持突起がウェーハ中心１３ａを中心とする同
一円上であってこの円を等分した位置になるように、ウ
ェーハを載せて支持し、位置がウェーハ中心からウェー
ハ半径の５５％から９５％までの範囲内にある、シリコ
ンウェーハの支持方法の改良であり、その特徴ある構成
は、支持突起の数が３又は４であって、これらの支持突
起がウェーハ中心からウェーハ半径の８３％から８８％
までの範囲内にあるところにある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウェーハ
を処理炉内で熱処理するときのシリコンウェーハの支持
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリコンウェーハを熱処理すると
きに、そのウェーハを支持するウェーハ支持具が知られ
ている。一般的なウェーハ支持具として、図１２に示す
ように、円板状の支持板１の上面側に上端が先細に形成
されたピン状の支持突起２を３本同一高さに立設し、こ
れら３本の支持突起２の上端縁にウェーハ３を載せ、こ
のウェーハ３を水平に支持する３点支持具が知られてい
る。しかし、この支持具にウェーハを載せて熱処理を施
すと、ウェーハと支持突起の接触点に生じる結晶欠陥を
起点としてスリップ転位が発生し、熱処理時のスリップ
成長によりウェーハの歩留まりが低下するという問題が
あった。

【０００３】このような問題を解決する方策として、半
導体ウェーハの荷重を分散させ、かつ自重応力を最小に
し得るように半導体ウェーハ内の所定領域に対応する３
点の位置に支持部を有することを特徴とするウェーハ支
持治具が開示されている（特開平１１−５４４４７）。
この公報に示されたウェーハ支持治具では支持部が支持
する半導体ウェーハ内の所定領域が半導体ウェーハの半
径×（０．５５〜０．９５）程度の範囲内でスリップの
発生を抑えることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、熱処理におけ
るスリップ成長は分解せん断応力に起因すると考えら
れ、特開平１１−５４４４７号公報に示されたウェーハ
支持治具では、ウェーハの自重応力のみを考慮した配置
位置を規定しているため、規定した範囲が広く、十分な
スリップ抑制効果を示しているとはいえなかった。

【０００５】本発明の目的は、ウェーハを支持して熱処
理を施したときの分解せん断応力が最小となる支持範囲
を規定することにより、スリップ成長を抑制し、熱処理
におけるシリコンウェーハの大幅な歩留まり向上を達成
する、シリコンウェーハの支持方法を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１及び図２に示すように、シリコンウェーハ１３を熱
処理するときに、同一高さに立設された複数の支持突起
１２に、これら全ての支持突起１２がウェーハ中心１３
ａを中心とする同一円上であってこの円を等分した位置
になるように、ウェーハ１３を載せて支持し、位置がウ
ェーハ中心１３ａからウェーハ半径の５５％から９５％
までの範囲内にある、シリコンウェーハの支持方法の改
良である。その特徴ある構成は支持突起１２の数が３又
は４であって、これらの支持突起１２がウェーハ中心１
３ａからウェーハ半径の８３％から８８％までの範囲内
にあるところにある。請求項１に係る発明では、ウェー
ハを支持して熱処理を施したときの分解せん断応力が最
小となる支持位置を規定することにより、ウェーハの突
起接触面からのスリップ成長を抑制し、高温熱処理を施
したシリコンウェーハの大幅な歩留まり向上を達成す
る。

【０００７】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明であって、３又は４の支持突起がウェーハ中心からウ
ェーハ半径の８５％にある支持方法である。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明のシリコンウェーハの支持
方法は、シリコンウェーハを熱処理するときに、同一高
さに立設された複数の支持突起に、これら全ての支持突
起がウェーハ中心を中心とする同一円上であってこの円
を等分した位置になるように、ウェーハを載せて支持
し、位置がウェーハ中心からウェーハ半径の５５％から
９５％までの範囲内にある、支持方法の改良である。本
発明において熱処理とは、酸化処理、化学気相蒸着法
（Chemical Vapor Deposition；ＣＶＤ）処理、アニー
ル処理等の各種製造プロセスに行われることを指す。特
に、ＲＴＡ（Rapid ThermalAnnealing）熱処理方法や枚
葉式熱処理装置は、これらの方法や装置を用いてシリコ
ンウェーハに熱処理を施すと、ウェーハ面内温度分布Δ
Ｔ（ΔＴ＝｜Ｔｃ−Ｔｅ｜；Ｔｃはウェーハ中心の温度
を示し、Ｔｅはウェーハ端縁の温度を示す。）の範囲幅
が小さくなるため、本発明の支持方法に好適である。

【０００９】シリコンはその結晶構造からスリップが生
じる方向、即ち結晶がずれる方向が１２方向ある。従っ
て、各方向に生じるスリップの駆動力と考えられる分解
せん断応力を求めるためには、ウェーハ内の応力（自重
応力と熱応力の和）を、各々の滑り方向について分解す
る必要がある。従来よりウェーハのスリップに関して様
々な解析が行われてきたが、これらの分解せん断応力を
求めるプロセスは非常に困難なため、省略して議論され
ていた。また、二次元モデルでは分解せん断応力を算出
する試みも見られたが、三次元モデルにおいては未だ解
析が行われたことはない。本発明において用いられる解
析手順は、先ずウェーハ自重による応力解析と熱応力に
よる応力解析をそれぞれ行い、次に、これらの和を滑り
方向に分解することにより分解せん断応力σ_rsを求め
た。本発明者らは、この応力解析により支持突起の数が
３又は４であって、これらの支持突起がウェーハ半径の
８３％から８８％の範囲内にあるときに分解せん断応力
σ_rsを最小にすることを導き出した。支持突起の数は３
又は４であるとき、ウェーハの加重を最も均等に分散す
ることができる。支持突起の数が５以上であると、特定
の支持突起に応力が集中してスリップが発生する不具合
を生じる。支持突起１２はウェーハ半径の８３％から８
８％の範囲内に位置するように形成される。支持突起１
２はその全てがウェーハ半径の８５％にあるように構成
されるのが好ましい。支持突起１２の位置がウェーハ半
径の８３％未満であると、デバイスメーカーが基板作製
のために使用するウェーハ内側に複数の支持突起との接
触傷が形成されてしまうため歩留まりが低下する。ウェ
ーハ半径の８８％を越えると、ウェーハの自重による撓
みが大きくなり、スリップ転位が増大する。

【００１０】次に本発明の実施の形態を説明する。図１
及び図２に示すように、円板状に形成された支持板１１
と、支持板１１に互いに間隔をあけて同一高さに立設さ
れた３つの支持突起１２からウェーハ支持具１０が構成
される。このウェーハ支持具は石英又はＳｉＣにより形
成されるか、又はＳｉＣの表面をポリシリコンで被覆し
て形成される。３つの支持突起１２はその全てがシリコ
ンウェーハ中心１３ａを中心とする同一円上に位置し、
この円を等分した位置になるようにそれぞれ配置され
る。これらの支持突起１２はウェーハ中心１３ａからウ
ェーハ半径の８３％から８８％までの範囲内にあるよう
に設けられる。図１及び図２におけるウェーハ内の細点
線は本発明のウェーハ支持範囲を示す。なお、図１及び
図２の符号１３ｂはシリコンウェーハ１３の結晶方位を
示すためのノッチであり、ウェーハ１３の外周縁の所定
の位置に形成される。本発明の支持方法では、結晶方位
によって特に支持位置を規定する必要はない。

【００１１】ウェーハ１３を３つの支持突起１２の上に
載せてウェーハ支持具１０に水平に支持した後、このウ
ェーハ支持具１０を図３に示すような処理炉１４内に搬
送して熱処理を施す。熱処理炉１４内の温度は加熱ラン
プ１６により例えば１１５０℃に上昇する。ウェーハ１
３は加熱されると、ウェーハ面内の温度差に起因する熱
応力が発生するが、各支持点における応力が均一かつ分
解せん断応力が最小となるような配置に支持突起１２を
設けたため、従来発生していたスリップ成長が抑制され
る。図３中の１６は加熱ランプ、１７はパイロメータを
それぞれ示す。

【００１２】なお、本実施の形態では支持突起の数を３
としたが、支持突起の数を４としてもよい。更に、本実
施の形態では支持板１１と支持突起１２からウェーハ支
持具１０を構成し、このウェーハ支持具１０の上にウェ
ーハ１３を載せて熱処理炉１４内に搬送したが、３又は
４の支持突起１２がウェーハ半径の８３％から８８％の
範囲内に位置するように固定された熱処理炉１４内にロ
ボットアーム等によりウェーハ１３を直接搬入して熱処
理を施してもよい。

【００１３】

【実施例】次に本発明の実施例を説明する。 ＜実施例１＞直径３００ｍｍφの結晶方位＜１００＞シ
リコンウェーハと＜１１１＞シリコンウェーハにおい
て、３点で支持して１１５０℃の熱処理を施した場合に
おけるウェーハ内の任意点における分解せん断応力及び
その最大値を有限要素法により解析した。なお、各支持
点は３つの支持突起が同一高さに立設され、これら全て
の支持突起がウェーハ中心を中心とする同一円上であっ
てこの円を等分した位置になるように、ウェーハを載せ
て支持し、これら支持点をウェーハ中心から１２０ｍｍ
（同８０％）、１２８ｍｍ（同８５％）、１３６ｍｍ
（同９１％）にそれぞれ変化させ、均一な面内温度分布
と仮定して解析を行った。

【００１４】＜実施例２＞実施例１と同様のウェーハに
おいて、４点で支持して１１５０℃の熱処理を施した場
合におけるウェーハ内の任意点における分解せん断応力
及びその最大値を有限要素法により解析した。なお、各
支持点は３つの支持突起が同一高さに立設され、これら
全ての支持突起がウェーハ中心を中心とする同一円上で
あってこの円を等分した位置になるように、ウェーハを
載せて支持し、これら支持点をウェーハ中心から１２０
ｍｍ（同８０％）、１２８ｍｍ（同８５％）、１３６ｍ
ｍ（同９１％）にそれぞれ変化させ、均一な面内温度分
布と仮定して解析を行った。

【００１５】実施例１及び実施例２で得られた分解せん
断応力σ_rsの最大値の結果を表１にそれぞれ示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】表１より明らかなように、３点での支持に
おいても、４点での支持においてもウェーハ半径の８５
％での支持位置が分解せん断応力σ_rsの最大値が最小を
示した。この分解せん断応力σ_rsの最大値が最小を示し
た８５％の応力とウェーハ半径の７５％に支持した場合
の応力をそれぞれ比較すると、３点支持では＜１００＞
ウェーハで約３７％、＜１１１＞ウェーハで約２３％程
度、４点支持でも＜１００＞ウェーハで約２０％、＜１
１１＞ウェーハで約２２％の応力を低減することができ
ることが判った。

【００１８】＜実施例３＞実施例１と同様のウェーハに
おいて３点で支持して１１５０℃の熱処理を施した場合
におけるウェーハ内の任意点における分解せん断応力を
有限要素法により解析した。支持点位置はウェーハ半径
の８０％，８３％，８５％，８８％及び９１％にそれぞ
れ変化させた。

【００１９】解析手順としては、先ず、形態係数を半径
方向に分布させ、非定常熱伝導解析を行った。これによ
り、面内温度分布が生じる。次に、熱伝導解析データ
（温度分布データ）を取込みながら、自重を付加した熱
応力解析を行った。表２に解析に用いた熱伝導解析デー
タをそれぞれ示す。表２中のＴｃはウェーハ中心の温度
を示し、Ｔｅはウェーハ端縁の温度を示す。またΔＴは
（｜Ｔｃ−Ｔｅ｜）である。

【００２０】

【表２】

【００２１】更に、得られた各要素の応力値を＜１００
＞、＜１１１＞ウェーハの分解せん断応力σ_rsに変換し
た。熱伝導解析データ〜における＜１００＞ウェー
ハの最大分解せん断応力σ _rsの解析結果を図４に、＜１
１１＞ウェーハの最大分解せん断応力σ_rsの解析結果を
図５にそれぞれ示す。また熱伝導解析データ〜にお
ける＜１００＞ウェーハの最大分解せん断応力σ_rsの解
析結果を図６に、＜１１１＞ウェーハの最大分解せん断
応力σ_rsの解析結果を図７にそれぞれ示す。

【００２２】図４及び図５より明らかなように、ウェー
ハの面内温度分布が上に凸の場合、ΔＴが２０℃以上で
あると、熱応力が支配的となり、ΔＴが６℃以下ではウ
ェーハ半径の８５％での支持位置が最小となった。図６
及び図７より明らかなように、ウェーハの面内温度分布
が下に凸の場合、ΔＴが１１℃においても自重応力の効
果が見られた。この場合も、ウェーハ半径の８５％での
支持位置が最小となった。これらの結果から、８３％か
ら８８％の範囲内での支持位置が分解せん断応力σ_rs最
小を示していることが判る。熱応力と自重応力の和を考
慮すると、３点支持、４点支持のいずれにおいてもウェ
ーハ半径の８３％から８８％、特に８５％の位置での支
持がよいことが判った。

【００２３】＜実施例４＞解析方法の支持方法をウェー
ハ下面の任意の４点をｚ方向の拘束とし、支持点位置を
ウェーハ半径の５０％，７５％，８０％，８５％及び９
１％にそれぞれ変化させた以外は実施例３と同様にして
有限要素法による解析を行った。熱伝導解析データ〜
における＜１００＞ウェーハの最大分解せん断応力σ
_rsの解析結果を図８に、＜１１１＞ウェーハの最大分解
せん断応力σ_rsの解析結果を図９にそれぞれ示す。また
熱伝導解析データ〜における＜１００＞ウェーハの
最大分解せん断応力σ_rsの解析結果を図１０に、＜１１
１＞ウェーハの最大分解せん断応力σ_rsの解析結果を図
１１にそれぞれ示す。

【００２４】図８及び図９より明らかなように、ウェー
ハの面内温度分布が上に凸の場合、ウェーハ半径の７５
％での支持において最大分解せん断応力σ_rsの顕著な差
が見られなくなった。＜１１１＞ウェーハの最大分解せ
ん断応力σ_rsでは、ΔＴが６℃以下の場合、ウェーハ半
径の８５％での支持位置が最小となった。また図１０及
び図１１より明らかなように、ウェーハの面内温度分布
が下に凸の場合、＜１００＞ウェーハの最大分解せん断
応力σ_rsでは、ΔＴが５℃以下の場合、ウェーハ半径の
８５％での支持位置が最小となり、＜１１１＞ウェーハ
の最大分解せん断応力σ_rsでは、ウェーハ半径の８５％
での支持位置が最小となった。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、シ
リコンウェーハを熱処理するときに、同一高さに立設さ
れた複数の支持突起に、これら全ての支持突起がウェー
ハ中心を中心とする同一円上であってこの円を等分した
位置になるように、ウェーハを載せて支持し、位置がウ
ェーハ中心からウェーハ半径の５５％から９５％までの
範囲内にある、シリコンウェーハの支持方法の改良であ
り、支持突起の数が３又は４であって、これらの支持突
起がウェーハ中心からウェーハ半径の８３％から８８％
までの範囲内にあることを特徴とする。支持突起の数を
３又は４とし、支持突起の支持位置を上記範囲内に規定
することにより、ウェーハを支持して熱処理を施したと
きの分解せん断応力が最小となるように支持することが
でき、スリップ成長を抑制し、熱処理におけるシリコン
ウェーハの大幅な歩留まり向上を達成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態におけるウェーハを支持す
るシリコンウェーハの平面図。

【図２】本発明の実施の形態における支持方法を示す斜
視図。

【図３】そのウェーハ支持部を含む熱処理炉の断面構成
図。

【図４】実施例３の熱伝導解析データ〜における３
点支持の支持点位置を変化させた＜１００＞方向の分解
せん断応力図。

【図５】実施例３の熱伝導解析データ〜における３
点支持の支持点位置を変化させた＜１１１＞方向の分解
せん断応力図。

【図６】実施例３の熱伝導解析データ〜における３
点支持の支持点位置を変化させた＜１００＞方向の分解
せん断応力図。

【図７】実施例３の熱伝導解析データ〜における３
点支持の支持点位置を変化させた＜１１１＞方向の分解
せん断応力図。

【図８】実施例４の熱伝導解析データ〜における４
点支持の支持点位置を変化させた＜１００＞方向の分解
せん断応力図。

【図９】実施例４の熱伝導解析データ〜における４
点支持の支持点位置を変化させた＜１１１＞方向の分解
せん断応力図。

【図１０】実施例４の熱伝導解析データ〜における
４点支持の支持点位置を変化させた＜１００＞方向の分
解せん断応力図。

【図１１】実施例４の熱伝導解析データ〜における
４点支持の支持点位置を変化させた＜１１１＞方向の分
解せん断応力図。

【図１２】(a) 複数の支持ピンでウェーハを支持する従
来のウェーハ支持を示す平面図。 (b) その従来のウェーハ支持方法を示す(a)のＡ−Ａ線
断面図。

【符号の説明】

１２ 支持突起 １３ シリコンウェーハ １３ａ ウェーハ中心

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中田 嘉信 東京都港区芝浦一丁目２番１号 三菱住友 シリコン株式会社内 (72)発明者 白木 弘幸 東京都港区芝浦一丁目２番１号 三菱住友 シリコン株式会社内 (72)発明者 長谷川 健 東京都港区芝浦一丁目２番１号 三菱住友 シリコン株式会社内 Ｆターム(参考） 5F031 CA02 HA02 HA08 HA09 HA37 MA30

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコンウェーハ(13,32)を熱処理する
   ときに、同一高さに立設された複数の支持突起(12,34)
   に、これら全ての支持突起(12,34)が前記ウェーハ中心
   (13a,32a)を中心とする同一円上であってこの円を等分
   した位置になるように、前記ウェーハ(13,32)を載せて
   支持し、前記位置がウェーハ中心(13a,32a)からウェー
   ハ半径の５５％から９５％までの範囲内にある、シリコ
   ンウェーハの支持方法において、 前記支持突起(12,34)の数が３又は４であって、これら
   の支持突起(12,34)がウェーハ中心(13a,32a)からウェー
   ハ半径の８３％から８８％までの範囲内にあることを特
   徴とするシリコンウェーハの支持方法。
2. 【請求項２】 ３又は４の支持突起がウェーハ中心から
   ウェーハ半径の８５％にある請求項１記載の支持方法。