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JP3250628B2 - 縦型半導体熱処理用治具 - Google Patents

縦型半導体熱処理用治具

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JP3250628B2
JP3250628B2 JP33716092A JP33716092A JP3250628B2 JP 3250628 B2 JP3250628 B2 JP 3250628B2 JP 33716092 A JP33716092 A JP 33716092A JP 33716092 A JP33716092 A JP 33716092A JP 3250628 B2 JP3250628 B2 JP 3250628B2
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wafer
heat treatment
wafer holder
treatment jig
vertical semiconductor
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毅 稲葉
栄一 外谷
隆 田中
泰実 佐々木
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東芝セラミックス株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、水平にした複数の半
導体ウエハを垂直方向に並置し、それら半導体ウエハを
加熱してその表面に酸化シリコン被膜を形成したり、そ
の内部に不純物原子を拡散したりする半導体熱処理作業
に用いられる縦型半導体熱処理用治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の縦型半導体熱処理用治具は、従
来より公知である。例えば、実開昭６２−１２８６３３
号公報には、図７および図８に示す構成を持つものが開
示されている。
【０００３】図７および図８において、従来の縦型半導
体熱処理用治具５０は、上下に間隔をおいて配置された
２枚の端板６０と、それら端板６０の間に間隔をおいて
立設された４本の支持棒７０と、それら支持棒７０に上
下方向に間隔Ｇをおいて固定された複数のウエハ保持体
８０とから構成されている。これらウエハ保持体８０
は、半導体ウエハＷの外周面とほぼ同じ曲率半径を持つ
半円弧状とされ、図７に示すように、その外周部におい
て４箇所で各支持棒７０に固定されている。
【０００４】ウエハ保持体８０には、図８に示すよう
に、上面の内側に円弧状の溝８１が形成されており、そ
の溝８１の底面をウエハＷが載置されるウエハ載置面８
２とし、その側面をウエハＷが当接されるウエハ当接面
８３としている。ウエハＷは、搬送ロボットのアームに
保持されてこの治具５０の近傍まで搬送された後、各ウ
エハ保持体８０の開口部（切欠部）を通ってそのウエハ
載置面８２上に載置される。また、ウエハＷの外周面
は、そのウエハ当接面８３に当接して位置決めされる。
ウエハ載置面８２を含む板状のウエハ載置部８４は、厚
さＴを持っている。上記ウエハ保持体８０としては、石
英ガラスの単体やＳｉを含浸させたＳｉＣの単体により
形成されたもの、あるいはＳｉを含浸させたＳｉＣより
なる基材の表面にＣＶＤ−ＳｉＣ膜を被覆したもの、さ
らにはカーボンよりなる基材の表面にＣＶＤ−ＳｉＣ膜
を被覆したもの等が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の縦型半
導体熱処理用治具５０では、ウエハ保持体８０のウエハ
載置部８４の厚さＴは通常、強度を考慮してかなり厚く
してある（例えば１０００μｍより大きい）ため、この
部分の熱容量が大きい。このため、保持しているウエハ
Ｗの温度が所定の昇温パターン通りに上昇し難く、その
結果、昇温時間が長くなるだけでなくウエハ面内の特性
にバラツキが生じるという問題がある。
【０００６】さらに、各ウエハＷについて見ると、ウエ
ハ保持体８０に接触しているウエハＷの外周縁部の昇温
速度が、その他の部分の昇温速度に比べて小さくなるた
め、それら両部分間の温度差が大きく、このことによっ
てもウエハ面内の特性にバラツキが生じるという問題も
ある。
【０００７】そこで、この発明の目的は、保持している
半導体ウエハの温度を周囲温度の変化に対して好適に追
従させることができ、しかも、保持している半導体ウエ
ハのそれぞれについて温度分布の均等性を改善すること
ができる縦型半導体熱処理用治具を提供することにあ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明の縦型半導体熱
処理用治具は、上下に間隔をおいて配置された端部材
と、それら端部材の間に間隔をおいて立設された複数の
支持部材と、それら支持部材に上下方向に間隔をおいて
固定され且つ半導体ウエハの挿入側に切欠部を有する略
円弧状の複数のウエハ保持体とを備えてなる縦型半導体
熱処理用治具において、前記ウエハ保持体が、ＣＶＤ法
によるＳｉＣおよびＣＶＤ法によるＳｉ3Ｎ4のいずれか
より形成されており、また、前記ウエハ保持体のウエハ
載置部が、１００〜１０００μｍの厚さを持つ板状であ
り且つそのウエハ載置部に続いて下方に延びる板状の補
強部を有していることを特徴とする。
【０００９】この発明において、前記ウエハ保持体を
「ＣＶＤ法によるＳｉＣ」または「ＣＶＤ法によるＳｉ
3Ｎ4」により形成するのは、これらは極めて高い強度お
よび弾性率と優れた耐摩耗性を有するだけでなく、極め
て高純度であるからである。また、組織が緻密で表面粗
さが小さいため、使用中に半導体ウエハが接触しても、
ウエハ保持体あるいは半導体ウエハが損傷または摩耗
し、パーティクルを発生する恐れが少ないからでもあ
る。
【００１０】前記ウエハ保持体のウエハ載置部を板状と
するのは、ウエハ載置部の両側から熱が加わってその温
度が周囲温度に追従しやすくするためである。また、そ
の厚さを１００〜１０００μｍの範囲に限定するのは、
１００μｍより薄いと、保持した半導体ウエハの重量に
より破損する恐れが大きくなるからであり、１０００μ
ｍより厚いと、昇温時の温度追従性が悪くなると共に、
各半導体ウエハについてウエハ保持体との接触部とそれ
以外の部分との間で温度差が大きくなるからである。こ
の厚さは、熱処理する半導体ウエハの直径に応じて１０
０〜１０００μｍの範囲で任意に設定する。
【００１１】前記ウエハ保持体の板状の補強部は、ウエ
ハ載置部（通常ほぼ水平に形成される）に対して例えば
Ｌ字を形成するように屈曲していれば足りる。しかし、
そのＬ字を形成する板状部に続いて第２の板状部をさら
に形成して、前記ウエハ載置部と共にＵ字あるいはコの
字を形成するようにしてもよいし、そのＵ字状部分ある
いはコの字状部分にさらに略矩形を形成するように第３
の部分を付加してもよい。
【００１２】前記ウエハ保持体の半導体ウエハを保持す
る構成は、半導体ウエハの外周縁部を支持し且つ位置決
めするものであれば特に限定されないが、保持する半導
体ウエハの外周とほぼ同じ曲率半径を持つ円弧状の溝を
形成し、その溝に半導体ウエハの外周縁部を載置して位
置決めするようにするのが好ましい。
【００１３】
【作用】この発明の縦型半導体熱処理用治具では、ウエ
ハ載置部が、１００〜１０００μｍの厚さを持つ板状で
あるため、ウエハ載置部の幅（半径方向長さ）が同じで
あれば、ウエハ載置部の熱容量が小さくなる。このた
め、昇温時のウエハの温度追従性が改善され、また各ウ
エハについて、ウエハ保持体に接触している部分とその
他の部分との温度差がほとんどなくなるため、温度分布
の均等性（均熱性）も改善される。
【００１４】さらに、前記ウエハ載置部に続いて板状の
補強部を有しているため、ウエハ載置部の厚さを上記の
ように薄くしても十分な強度が得られ、またウエハ保持
体自身の反りが防止されて安定した寸法精度が得られ
る。
【００１５】
【実施例】以下、添付図面に基づいてこの発明の実施例
を説明する。
【００１６】（第１実施例）図１は、この発明の縦型半
導体熱処理用治具の第１実施例に用いるウエハ保持体の
平面図、図２はそのＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００１７】この発明の縦型半導体熱処理用治具の全体
構成は、図７および図８に示した従来の縦型半導体熱処
理用治具５０とほぼ同様である。すなわち、上下に間隔
をおいて配置された２枚の端板（図示省略）と、それら
端板の間に間隔をおいて立設された４本の支持棒４０
と、それら支持棒４０に上下方向に間隔をおいて固定さ
れた複数のウエハ保持体１０とから構成されている。各
ウエハ保持体１０は、水平状態で間隔をおいて上下方向
に配置されている。
【００１８】ウエハ保持体１０は、図１に示すように、
半円弧状の平面形状を持っている。ウエハ保持体１０の
内側には、半導体ウエハＷの外周とほぼ等しい曲率半径
を持つ円弧状の溝１１が形成してあり、その溝１１の深
さは半導体ウエハＷの厚さにほぼ等しい。このウエハ保
持体１０は、ＣＶＤ法によるＳｉＣまたはＣＶＤ法によ
るＳｉ3Ｎ4により形成される。各々単体により形成する
ことが純度的により好ましいが、純度を満足する範囲で
これらの複合体でもかまわない。
【００１９】ウエハ保持体１０の断面形状は、図２に示
すように全体がほぼ矩形であり、その内側部が階段状に
屈曲されて溝１１を形成している。このウエハ保持体１
０は中空であり、内部に空隙１６を有している。ウエハ
保持体１０の底面には、円弧状に延びる透孔１７が形成
されており、その透孔を通って周囲の気体が空隙１６内
に容易に導入されるようになっている。この構成によ
り、熱処理時には、ウエハ保持体１０は外側および内側
の両方から同時に加熱されることができる。
【００２０】溝１１の水平な底面はウエハ載置面１２で
あり、溝１１の垂直な側面はウエハ当接面１３である。
ウエハ載置面１２を含む板状部はウエハ載置部１４であ
り、その厚さはＴ１である。この厚さＴ１は、１００〜
１０００μｍの範囲内で半導体ウエハＷの口径に応じて
任意に設定される。
【００２１】ウエハ載置部１４以外の部分は、いずれも
同じ厚さＴ２を持つ。この厚さＴ２は、例えば、２００
μｍ以上で且つウエハ載置部１４の厚さＴ１に対してそ
れよりも５％以上厚くするのが好ましい。厚さＴ２が２
００μｍより薄いと、ウエハ保持体１０の応力により反
りが発生するからであり、また肉厚の差を５％より少な
くすることによって、支持部材としての強度がさらに向
上するからである。
【００２２】ウエハ載置部１４の下方には、ウエハ載置
部１４に続いて補強部１５が設けられている。この補強
部１５は、ウエハ載置部１４の内側端部から垂直下方に
延びる板状部１５ａと、その板状部１５ａに続いてその
下端部から水平方向外側に延びる板状部１５ｂから形成
されている。このＬ字状の補強部１５により、ウエハ載
置部１４の厚さＴ１を薄くしているにもかかわらず、ウ
エハ保持体１０の十分な強度が得られる。また、ウエハ
保持体１０に、応力に起因して反りや撓みが生じる恐れ
がなくなり、全体の寸法精度を維持することができる。
【００２３】ウエハ保持体１０の外側部分は、固定部１
８とされている。ウエハ保持体１０は、図４（ａ）に示
すように、固定部１８を支持棒４０に形成された固定用
溝４１に係合して水平に固定される。
【００２４】以上の構成を持つ縦型半導体熱処理用治具
に半導体ウエハＷを載置する場合には、半導体ウエハＷ
を搬送ロボットのアームに保持してその治具の近傍まで
搬送し、その後、ウエハ保持体１０の切欠部側から前記
アームを挿入してウエハＷをウエハ載置面１２上に載置
する。このウエハＷの位置決めは、ウエハ当接面１３に
よって行なわれる。こうして、ウエハＷは図１のように
して保持される。
【００２５】（第２実施例）図３は、この発明の縦型半
導体熱処理用治具の第２実施例に用いるウエハ保持体を
示す断面図である。
【００２６】第２実施例のウエハ保持体１０は、第１実
施例のウエハ保持体１０の周囲を、ウエハ保持体１０を
形成するのと同じ材質、すなわちＣＶＤ法によるＳｉＣ
またはＣＶＤ法によるＳｉ3Ｎ4の膜１９により覆ったも
のである。このようにすると、パーティクル発生源とな
るウエハ保持体１０の内面（カーボン除去面）がＣＶＤ
−ＳｉＣ膜またはＣＶＤ−Ｓｉ3Ｎ4膜１９により覆われ
るため、パーティクルの発生する恐れがいっそう少なく
なる利点がある。
【００２７】（第３実施例）図５は、この発明の縦型半
導体熱処理用治具の第３実施例に用いるウエハ保持体を
示す断面図である。
【００２８】第３実施例のウエハ保持体１０は、第１実
施例のウエハ保持体１０において、補強部１５の構成を
変えたものである。第３実施例では、補強部１５が第１
実施例の垂直下方に延びる板状部１５ａのみから形成さ
れている。
【００２９】（第４実施例）図６は、この発明の縦型半
導体熱処理用治具の第４実施例に用いるウエハ保持体を
示す断面図である。
【００３０】第４実施例のウエハ保持体１０は、第１実
施例のウエハ保持体１０において、補強部１５の構成を
変えたものである。第４実施例では、補強部１５が、第
１実施例の二つの板状部１５ａ、１５ｂと、板状部１５
ｂの外端部より上方に突出・形成された突出部１５ｃか
ら形成されている。このように、補強部１５の構成は種
々の変形が可能である。
【００３１】以上の各実施例において、ウエハ保持体１
０は通常、図４（ａ）に示すように支持棒４０に水平に
固定されるが、図４（ｂ）に示すように、ウエハ保持体
１０全体を角度αだけ傾斜して固定してもよい。この場
合、ウエハ保持体１０のウエハ挿入側（切欠部側）が上
位に位置するようにする。こうすると、保持している半
導体ウエハＷがいっそう落下し難くなる。
【００３２】また、図４（ｃ）に示すように、ウエハ保
持体１０のウエハ載置面１２あるいはウエハ載置部１４
のみを角度βだけ傾斜して形成し、ウエハ保持体１０全
体は水平に固定してもよい。
【００３３】（製法） 次に、この発明の縦型半導体熱処理用治具のウエハ保持
体１０の製法について説明する。
【００３４】ＣＶＤ法により形成されるＳｉＣ（あるい
はＳｉ3Ｎ4）単体を製作する一般的な方法としては、所
定形状に形成したカーボン基材の表面にＣＶＤ−ＳｉＣ
膜を形成し、その後、カーボン基材を酸化して除去する
方法が知られている。この発明の縦型半導体熱処理用治
具のウエハ保持体１０は、この方法によって製作するこ
とができる。
【００３５】しかし、この方法では、ＳｉＣ単体のカー
ボンとの接触面にカーボン灰分がパーティクルとして付
着しており、これは超音波洗浄や酸洗浄などを行なって
も完全に除去することができない。そこで、カーボンと
の接触面を研磨して除去する。あるいは、研磨除去を行
なわずに再度ＣＶＤ処理を行ない、第２実施例で述べた
ように、上記単体の周囲にＳｉＣ（あるいはＳｉ3Ｎ4）
の膜を形成する。再度のＣＶＤ処理により、発生するパ
ーティクル数は約１／１００に低減される。
【００３６】他の製法として、カーボン基材の所定形状
とした表面にＳｉを気相析出させてＳｉ層を形成し、そ
のＳｉ層の表面にＳｉＣを気相析出させてＳｉＣ層を形
成した後、前記カーボン基材を酸化・除去し、さらに前
記Ｓｉ層をエッチング処理で除去してＳｉＣ層のみから
なるウエハ保持体１０を得る方法がある。この製法によ
れば、前記カーボン基材の酸化・除去に伴って発生する
パーティクルを効果的に除去することができるという利
点がある。
【００３７】（試験）次に、この発明と従来例との比較
試験を行なった結果を以下に示す。
【００３８】ＣＶＤ−ＳｉＣ単体により、第１実施例と
同じ構成を持つウエハ保持体１０を製作し、試料Ａ〜Ｇ
を得た。それらのウエハ載置部１４の肉厚は下記の通り
とし、ウエハ接触部１４以外の肉厚は１５００μｍとし
た。
【００３９】上記試料Ａ〜Ｇについて、プログラムの昇
温パターンに従って常温から１２００゜Ｃまで昇温する
間に、半導体ウエハＷの中心部とその外周縁部（ウエハ
保持体との接触箇所）の２点で温度を熱電対により測定
し、その温度差を調べた。
【００４０】また、こうして１２００゜Ｃに達した後、
その温度に保持してから上記温度差が２゜Ｃ以内になる
時間を測定した。その結果は次の通りである。
【００４１】 試料 肉厚（μｍ） 温度差（゜Ｃ） 時間（ｍｉｎ） Ａ １５００ ２８ １８ Ｂ １２００ ２４ １６ Ｃ １０００ １０ ７ Ｄ ７００ ９ ５ Ｅ ４００ ７ ３ Ｆ １００ ５ ３ Ｇ ５０ − − （注）試料Ｇについては、試験中にウエハ保持体が破損
したため、データが得られなかった。
【００４２】以上の試験結果より、ウエハ保持体１０の
ウエハ載置部１４の厚さが１００〜１０００μｍの範囲
で優れた効果が得られることが分かる。
【００４３】また、上記第１実施例（ＣＶＤ−ＳｉＣ膜
なし）および第２実施例（ＣＶＤ−ＳｉＣ膜付き）と同
じ構成のウエハ保持体を製作し、パーティクル発生量の
比較試験を行なった。その結果は次の通りである。
【００４４】 パーティクル径 ＣＶＤ−ＳｉＣ膜なし ＣＶＤ−ＳｉＣ膜付き （μｍ） （個） （個） ０．２４〜１０．０ ４１０ ２ ０．２０〜０．２３ ５２０ ３ ０．１６〜０．１９ ９５０ １０ ０．１１〜０．１５ １６８０ １５ 以上の試験結果より、ＣＶＤ−ＳｉＣ膜を付けた場合に
は、その膜がない場合に比べてパーティクル発生量が約
１／１００に低減されることが分かる。
【００４５】なお、ウエハ保持体１０の形状、配置など
は、図示しているものに限定されず、他の任意のものに
変更してもよいことはもちろんである。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の縦型半
導体熱処理用治具によれば、保持している半導体ウエハ
の温度を周囲温度の変化に対して好適に追従させること
ができ、しかも、保持している半導体ウエハのそれぞれ
について温度分布の均等性を改善することも可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の縦型半導体熱処理用治具の第１実施
例に用いるウエハ保持体の平面図である。
【図２】図１の縦型半導体熱処理用治具の第１実施例に
用いるウエハ保持体のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】この発明の縦型半導体熱処理用治具の第２実施
例に用いるウエハ保持体の断面図である。
【図４】この発明のウエハ保持体の支持棒への固定状況
を示す要部断面図である。
【図５】この発明の縦型半導体熱処理用治具の第３実施
例に用いるウエハ保持体の断面図である。
【図６】この発明の縦型半導体熱処理用治具の第４実施
例に用いるウエハ保持体の断面図である。
【図７】従来の縦型半導体熱処理用治具の一例を示す要
部斜視図である。
【図８】図７の従来の縦型半導体熱処理用治具の要部拡
大断面図である。
【符号の説明】
１０ 縦型半導体熱処理用治具のウエハ保持体 １１ 溝 １２ ウエハ載置面 １３ ウエハ当接面 １４ ウエハ載置部 １５ 補強部 １５ａ 垂直方向板状部 １５ｂ 水平方向板状部 １５ｃ 突出部 １６ 空隙 １７ 透孔 １８ 固定部 １９ ＣＶＤ膜 ４０ 支持棒 Ｗ 半導体ウエハ Ｔ１ ウエハ載置部の厚さ Ｔ２ ウエハ載置部以外の部分の厚さ
フロントページの続き (72)発明者 田中 隆 山形県西置賜郡小国町大字小国町378番 地 東芝セラミックス株式会社小国製造 所内 (72)発明者 佐々木 泰実 山形県西置賜郡小国町大字小国町378番 地 東芝セラミックス株式会社小国製造 所内 (56)参考文献 特開 昭61−42153（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−121640（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−14914（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−224281（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−128633（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−99851（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/68 H01L 21/205 H01L 21/31

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 上下に間隔をおいて配置された端部材
    と、それら端部材の間に間隔をおいて立設された複数の
    支持部材と、それら支持部材に上下方向に間隔をおいて
    固定され且つ半導体ウエハの挿入側に切欠部を有する略
    円弧状の複数のウエハ保持体とを備えてなる縦型半導体
    熱処理用治具において、 前記ウエハ保持体が、ＣＶＤ法によるＳｉＣおよびＣＶ
    Ｄ法によるＳｉ3Ｎ4のいずれかより形成されており、ま
    た、前記ウエハ保持体のウエハ載置部が、１００〜１０
    ００μｍの厚さを持つ板状であり且つそのウエハ載置部
    に続いて下方に延びる板状の補強部を有していることを
    特徴とする縦型半導体熱処理用治具。
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