(57)【要約】【課題】ウェハにおけるスリップの発生を防止するとともに、ウェハ−治具間の接触面における熱引けの発生を防止して、製造歩留を向上することのできる熱処理用治具を提供する。【解決手段】半導体ウェハを支持するための熱処理用治具１０である。半導体ウェハの平面部と接触して支持する接触面を有する複数の凸部１が設けられている。凸部１の、半導体ウェハの平面部と接触する接触面の周縁部は、曲面状に形成されていることが好ましく、また、凸部１の壁面についても、曲面状に形成されていることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハを支持するための熱処理用治具であって、前記半導体ウェハの平面部と接触して支持する接触面を有する複数の凸部が設けられていることを特徴とする熱処理用治具。
【請求項２】
前記凸部の、前記半導体ウェハの平面部と接触する接触面の周縁部が、曲面状に形成されている請求項１記載の熱処理用治具。
【請求項３】
前記凸部の壁面が、曲面状に形成されている請求項１または２記載の熱処理用治具。
【請求項４】
前記凸部の前記半導体ウェハの平面部と接触する接触面の外形が、円形または略矩形形状を呈する請求項１〜３のうちいずれか一項記載の熱処理用治具。
【請求項５】
前記凸部の、前記半導体ウェハの平面部と接触する接触面の最大径が０．５ｍｍ以上である請求項１〜４のうちいずれか一項記載の熱処理用治具。
【請求項６】
炭化ケイ素を主成分とする請求項１〜５のうちいずれか一項記載の熱処理用治具。
【請求項７】
高純度グラファイトを主成分とする請求項１〜５のうちいずれか一項記載の熱処理用治具。
【請求項８】
アルミナを主成分とする請求項１〜５のうちいずれか一項記載の熱処理用治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱処理用治具（以下、単に「治具」とも称する）に関し、詳しくは、半導体製造工程において、Ｓｉウェハ等の熱処理の際に用いられる熱処理用治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造工程においては、Ｓｉウェハなどの高温熱処理（高温アニール）を行うプロセスがある。このような熱処理プロセスでは、耐熱性や高温時形状安定性の確保の観点から、炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる治具が使用されている。
【０００３】
かかる熱処理用治具に関しては、例えば、特許文献１に、略薄板形状の被処理体を熱処理する際に用いられ、被処理体の端縁部付近を適宜の載置部で支持してこの被処理体を搭載する如く構成された熱処理用ボートにおいて、被処理体を搭載した際にこの被処理体と接触する載置部のエッジ部分を、丸く成形する技術が開示されている。また、特許文献２には、ウエーハ状の被処理体を水平に支持して熱処理する際に使用する熱処理用治具であって、被処理体の裏面側を支持する支持部を有し、支持部の支持面が凸曲面状に形成されてなる熱処理用治具が開示されている。
【特許文献１】特開平７−１６１６５４号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献２】特開２００６−５２７１号公報（特許請求の範囲等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したように、高温熱処理時において、ウェハは炭化ケイ素製の治具の上面に載置して処理されるが、この場合、高温での熱処理に伴い、ウェハと治具との接触部で、ウェハに結晶欠陥（スリップ）が発生することがあり、処理後のウェハの歩留まりが低下するという問題があった。また、ウェハの接触する面がリング状であって全面が接触するために、高温熱処理時に接触面から治具に対し熱の吸収（熱引け）が発生して、ウェハの接触面部分とそれ以外の非接触面部分との熱分布が不均一になり、結果としてウェハ上の膜厚さが不均一になるために歩留まりが低下してしまうという問題もあった。
【０００５】
そこで本発明の目的は、上記問題を解消して、ウェハにおけるスリップの発生を防止するとともに、ウェハ−治具間の接触面における熱引けの発生を防止して、製造歩留を向上することのできる熱処理用治具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は鋭意検討した結果、以下のようなことを見出した。
すなわち、ウェハにおけるスリップの発生状態を観察すると、スリップは、図８中に丸で囲んで示すウェハ１００と治具３０との接触面の周縁部において発生しており、この周縁部に問題があることがわかる。これは、熱処理の加熱、冷却などの温度変化によってウェハまたは治具が熱膨張などにより変化するなどしてウェハ１００が治具３０の周縁部の角と線接触するために、一部分だけ強く接触することになって、これに起因して熱処理後にウェハ面に異常が発生するものと考えられる。
【０００７】
かかる観点から本発明者はさらに検討した結果、ウェハと治具との接触面を複数箇所に分散させることにより、上記スリップおよび熱引きの発生の問題を解消できることを見出して、上記課題を解決するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の熱処理用治具は、半導体ウェハを支持するための熱処理用治具であって、前記半導体ウェハの平面部と接触して支持する接触面を有する複数の凸部が設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明においては、前記凸部の、前記半導体ウェハの平面部と接触する接触面の周縁部が、曲面状に形成されていることが好ましく、前記凸部の壁面が曲面状に形成されていることも好ましい。また、前記凸部の前記半導体ウェハの平面部と接触する接触面の外形は、好適には円形または略矩形形状を呈するものとする。さらに、前記凸部の、前記半導体ウェハの平面部と接触する接触面の最大径は、好適には０．５ｍｍ以上とする。本発明の治具は、炭化ケイ素を主成分として好適に形成することができる。また、高純度グラファイトまたはアルミナを主成分として形成することもできる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、上記構成としたことにより、ウェハにおけるスリップの発生を防止するとともに、ウェハ−治具間の接触面における熱引けの発生を防止して、製造歩留を向上できる熱処理用治具を実現することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
本発明は、半導体ウェハを支持するための熱処理用治具であって、半導体ウェハの平面部と接触して支持する接触面を有する複数の凸部が設けられている熱処理用治具である。
【００１２】
図１（ａ）に、本発明の熱処理用治具の一例の平面図を示す。図示する本発明の好適例の熱処理用治具１０においては、円板状の治具本体の表面に、計１２個の水平方向断面が円形状である凸部１が設けられている。図１（ｂ）はこの治具１０の同図（ａ）の中のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、同図（ｃ）はこの治具１０表面に設けられた凸部１によりウェハ１００を支持した状態を示す断面図である。また、図２（ａ）は、図１（ｂ）中の符号Ｂで示す丸で囲んだ部分の拡大図であり、これらにより、図示する凸部１がウェハ１００の平面部と接触して支持する接触面１Ａを有する断面略台形状を呈していることがわかる。
【００１３】
本発明においては、図示するように、半導体ウェハと接触して支持する面を複数箇所として、接触面を分散させたことで、接触面の周縁部でウェハが治具と一部分だけ強く接触することを防いで、高温熱処理時におけるスリップの発生を減少させることが可能となった。また、接触面が分散されて小さくなることから熱引けを最小化することができ、これによりウェハ面内の熱分布を均一化することができるため、いずれの点からも歩留の低下を防止して、生産性を向上することが可能となる。
【００１４】
本発明の治具において、半導体ウェハを支持する凸部の個数としては、好適には３〜１００個、より好適には４〜２０個である。凸部の個数が上記範囲より少ないと本発明の所期の効果が十分に得られず、一方、上記範囲より多くてもそれ以上の効果は得られない。
【００１５】
また、本発明の治具においては、図２（ａ）、（ｂ）の断面図に示すように、凸部の、ウェハの平面部と接触する接触面の周縁部を、曲面状に形成することが好ましい。図示するように、凸部の接触面の周縁部を曲面状に形成して、周縁部からエッジをなくすことで、ウェハと治具との線接触による強い接触を防止して、より確実にスリップ発生を抑制することが可能となる。
【００１６】
なお、図２（ｂ）は、接触面の周縁部を面取り加工することにより、周縁部にＲを付けた凸部１１であり、このＲの大きさは、Ｒ０．５以上とすることが好ましく、寸法上可能であれば、Ｒ１．０以上とすることがより好ましい。図２（ｂ）に示す凸部１１のように、単に周縁部を曲面状に形成した場合でもスリップの抑制効果は得られるが、図２（ａ）に示す凸部１のように、さらに壁面の断面形状をテーパ状とすることで、壁面が接触面に対し９０°をなす凸部１の場合よりも、より滑らかにＲ形状がつながるため、スリップが発生しにくく、好ましい。
【００１７】
また、本発明の治具においては、図３（ａ）の平面断面図に示すように、凸部２１の壁面についても、曲面状に形成することが好ましい。これにより、治具の表面に化学蒸着法（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄ；ＣＶＤ）などによりコーティングを施した際に、図３（ｂ）の凸部３１の場合のように、コーティング材３０が角部に溜まって突起などの異形を生じ、これに起因してスリップが発生することを防止することができ、結果として、コーティング品でも本発明によるスリップ防止効果を得ることができる。
【００１８】
本発明における凸部の好適な形状としては、ウェハの平面部と接触する接触面の外形が円形または略矩形形状を呈するような形状、例えば、円柱や四角柱、特には、図４中に斜視図で示すような円錐台（（ａ），符号４１）や四角錐台（（ｂ），符号５１）などを挙げることができる。
【００１９】
凸部の寸法は、設ける個数にもよるが、接触面の最大径が０．５ｍｍ以上、特には０．７〜１．０ｍｍとなるよう設定することが好ましい。具体的には例えば、図４（ａ）に示す円錐台４１の場合には、接触面の直径（Ｒ）φ０．５ｍｍ以上、高さ（ｈ）０．０５ｍｍ以上とすることができ、図４（ｂ）に示す四角錐台５１の場合には、接触面（ｘ）０．５ｍｍ×（ｘ）０．５ｍｍ以上、高さ（ｈ）０．０５ｍｍ以上とすることができる。
【００２０】
図５（ａ）に、本発明の熱処理用治具の他の例の平面図を示す。図示する本発明の他の好適例の熱処理用治具２０においては、リング状の治具本体の表面に、計４個の水平方向断面が四角形状である凸部１１が設けられている。図５（ｂ）はこの治具２０の同図（ａ）中のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。また、図５（ｂ）中の符号Ｄで示す丸で囲んだ部分の拡大図は、図２（ｂ）に相当する。すなわち本発明の熱処理用治具は、ウェハを支持するための複数の凸部を有するものであれば、治具本体の形状には特に制限はない。
【００２１】
本発明の治具は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）や、高純度グラファイト、アルミナ等を主成分として好適に形成することができ、従来公知の方法により製造することができるものである。具体的には、炭化ケイ素を主成分とする原料粉末を焼結して得られた炭化ケイ素焼結体を加工、研磨する方法や、原料粉末を溶媒中に溶解してスラリーとし、型を用いて目的形状に成形した後、仮焼して金属ケイ素（シリコン）を溶融含浸させる方法等を用いて、容易に製造することができる。
【００２２】
このうち炭化ケイ素焼結体の製造方法について、以下に説明する。
（炭化ケイ素焼結体）
炭化ケイ素焼結体の原料として用いられる炭化ケイ素粉末としては、α型、β型、非晶質あるいはこれらの混合物等が挙げられるが、特に、焼結体の熱膨張率の点から、β型炭化ケイ素粉末が好適である。このβ型炭化ケイ素粉末のグレードには特に制限はなく、一般に市販されているβ型炭化ケイ素粉末を適宜用いることができる。炭化ケイ素粉末の粒径は、高密度化の観点からは小さいことが好ましく、通常０．０１〜１０μｍ程度、特には０．０５〜５μｍ程度が好適である。粒径が０．０１μｍ未満であると、計量、混合などの処理工程における取扱いが困難となり、一方、５μｍを超えると比表面積が小さくなり、すなわち隣接する粉体との接触面積が小さくなって、高密度化が困難となるため、いずれも好ましくない。
【００２３】
特に好適に用いることができる炭化ケイ素粉末は、粒径０．０５〜１μｍ、比表面積５ｍ2／ｇ以上、遊離炭素１％以下、酸素含有量１％以下のものである。また、その粒度分布については特に制限されず、炭化ケイ素焼結体の製造時において、粉体の充填密度を向上させること、および、炭化ケイ素の反応性の観点から、２つ以上の極大値を有するものも使用し得る。
【００２４】
本発明の治具は半導体製造装置用途に使用されるものであるため、その素材となる炭化ケイ素焼結体は高純度であることが好ましい。したがって、高純度の炭化ケイ素焼結体を得るために、原料の炭化ケイ素粉末についても高純度の炭化ケイ素粉体を用いることが好ましい。
【００２５】
高純度の炭化ケイ素粉末は、例えば、少なくとも１種以上のケイ素化合物を含むケイ素源と、少なくとも１種以上の加熱により炭素を生成する有機化合物を含む炭素源と、重合または架橋触媒とを均質に混合して得られた固形物を、非酸化性雰囲気下で焼成する焼成工程を含む製造方法により得ることができる。
【００２６】
炭化ケイ素焼結体を製造するにあたっては、原料となる炭化ケイ素粉末とともに、非金属系焼結助剤を均質に混合する。その混合に際しては、フェノール樹脂等の非金属系焼結助剤をエチルアルコールなどの溶媒に溶解し、炭化ケイ素粉末と十分に混合する。混合は、公知の混合手段、例えば、ミキサー、遊星ボールミルなどによって行うことができる。混合は、１０〜３０時間、特には１６〜２４時間にわたって行うことが好ましい。十分に混合した後は、溶媒の物性に適合する温度、例えば、先に挙げたエチルアルコールの場合には５０〜６０℃の温度で、溶媒を除去し、混合物を蒸発乾固させたのち、篩にかけて混合物の原料粉末を得る。なお、高純度化の観点からは、ボールミル容器やボール等の混合手段の材質を、金属をなるべく含まない合成樹脂とする必要がある。また、乾燥にあたっては、スプレードライヤーなどの造粒装置を用いてもよい。
【００２７】
この混合物の原料粉末の焼結工程は、温度２０００〜２４００℃、圧力３００〜７００ｋｇｆ／ｃｍ2、非酸化性雰囲気下で成形金型中に配置して、ホットプレスすることにより行うことができる。なお、焼結を行う前に、後述するようにこの原料粉末を成形して、成形体とすることもできる。
【００２８】
焼結工程に使用する成形金型としては、得られる焼結体の純度の観点から、成形体と金型の金属部とが直接接触しないように、型の一部または全部に黒鉛製等の材料を使用するか、金型内にポリテトラフルオロエチレンシート（「テフロン（登録商標）シート」）等を介在させることが好ましい。
【００２９】
ホットプレスの圧力は、２９．４〜６８．６ＭＰａ（３００〜７００ｋｇｆ／ｃｍ2）とすることができるが、特に、３９．２ＭＰａ（４００ｋｇｆ／ｃｍ2）以上に加圧する場合には、使用するホットプレス部品、例えば、ダイス、パンチ等として、耐圧性の良好なものを選択する必要がある。
【００３０】
次に、炭化ケイ素成形体の製造方法について、以下に説明する。
（炭化ケイ素成形体）
炭化ケイ素成形体を製造するにあたっては、まず、原料となる炭化ケイ素粉末と、炭素源と、所望により有機バインダーや消泡剤等とを溶媒中に溶解または分散することによりスラリー状の混合粉体を製造する。このスラリー状の混合粉体を、溶解、分散時に十分に攪拌混合することにより、成形後に得られるグリーン体中に、均一に気孔を分散させることができる。
【００３１】
原料として用いる炭化ケイ素粉末および炭素源等については、原則として前述の炭化ケイ素焼結体の場合と同様のものを用いることができる。
【００３２】
上記により得られる炭化ケイ素素材の加工方法としては、素材からの部材の切り出しについては、ワイヤー放電加工機やダイヤモンドブレードのカッターによる直線切り出し、ワイヤー放電加工機による曲線切り出しが挙げられる。穴あけには、型彫放電加工機やダイヤモンド砥石研削加工機による丸穴開け、研削加工機や型彫放電加工機による底付穴・段付穴開け、ワイヤー放電加工機や型彫放電加工機による異形穴開け、型彫放電加工機やダイヤモンドタップ機によるネジ穴加工、円筒研削盤やダイヤモンド電着チップ使用旋盤によるオスネジ加工、ダイヤモンド砥石平面研削盤やラップ盤による平面加工、型彫放電加工機や形状研削盤による溝付け加工等が挙げられる。
【００３３】
放電加工機、例えば、型彫放電加工機、ワイヤー放電加工機等としては、一般の金属加工用放電加工機が使用できるが、電源が高出力であるほうが加工が行い易く、加工時間も短縮できる。電源回路は安定回路内蔵型、瞬間最大加工電流５０アンペア以上、最大ワイヤー送り速度１５ｍ／ｍｉｎ．以上、使用ワイヤー径０．３ｍｍ程度のコンピードワイヤー使用を目安とすることができる。また、吹き付け型ではなく、加工液浸漬型とする。
【００３４】
また、素材を所望の治具形状にするための加工は、部品の切り出し、穴あけ、ネジたて、ボルト、ナットなどの固定具の製造および鏡面加工など、公知の機械加工の手順で行うことができる。
【００３５】
さらに、本発明の治具における凸部は、成形や後加工が困難な場合には、以下に述べるようにして形成することも可能である。
すなわち、図６（ａ）に示すように、まず、本発明の治具を、治具本体１０Ａと、凸部６１ａ，６１ｂとに分割して、それぞれ作製する。図示する治具本体１０Ａは円板状を呈し、凸部６１ａ，６１ｂの差込部がそれぞれ嵌合する複数の貫通孔２を有している。また、凸部６１ａ，６１ｂは、平面断面が円形または略矩形形状を呈し、治具本体１０Ａの孔部と嵌合する差込部を有している。これら治具本体１０Ａおよび凸部６１ａ，６１ｂは、簡易な形状を有するため、それぞれ別個に加工形成することで、容易に作製可能である。
【００３６】
これら別個に作製した治具本体１０Ａと凸部６１ａ，６１ｂとを、図６（ｂ）に示すように治具形状に組み立てた後、同図（ｃ）に示すように、組み立てた炭化ケイ素部材の表面に、化学気相成長法（ＣＶＤ）により炭化ケイ素被膜（ＳｉＣ−ＣＶＤコート）４０を形成することで、これら治具本体１０Ａおよび凸部６１ａ，６１ｂを一体化して、互いに固定することができる。ＳｉＣ−ＣＶＤ被膜は純度および機械的物性値が炭化ケイ素部材と同等であるため、かかるＳｉＣ−ＣＶＤ被膜により、炭化ケイ素部材の特性を損なうことなく部材間の固定を行うことができる。また、被膜が剥がれても、基材を高純度のＳｉＣとすることで、炭化ケイ素部材の製品純度を確保することができるメリットもある。
【００３７】
この場合、上記炭化ケイ素被膜は、治具本体１０Ａと凸部６１ａ，６１ｂとの固定を行うことができるよう形成するものであればよく、したがって、少なくとも組み立てられた治具本体１０Ａおよび凸部６１ａ，６１ｂの表面のうち、接合部付近に形成することが必要であるが、図示するように、底面を除く治具表面の全体、または、図示はしないが底面も含む治具表面の全体に形成してもよく、特に制限はない。
【００３８】
また、この場合、炭化ケイ素被膜は、膜厚２０μｍ〜１００μｍ、特には２０μｍ〜３５μｍ程度で形成することが好ましい。膜厚２０μｍ未満では均一な被膜が形成しにくい一方、３５μｍを超えるとＣＶＤ装置内で固定治具に貼り付いてしまうおそれがあり、引き剥がす際に割れを生ずる危険性がある。また、膜厚が１００μｍを超えるとコスト高となり、寸法安定性も低下する傾向がある。炭化ケイ素被膜の形成条件については、上記範囲内の目的膜厚が得られるよう、常法に従い適宜決定することができ、特に制限されるものではない。
【００３９】
なお、治具本体および凸部の接合部形状については特に制限されるものではないが、図示するように、治具本体１０Ａと凸部６１ａ，６１ｂとに、互いに嵌合し合う凹凸部を設けることが好ましい。この場合、図７（ａ）の拡大図に示すように、一方の部材、図示例では凸部７１の接合端部７１Ａを面取りしておくことも好ましく、この場合、ＳｉＣ−ＣＶＤ被膜が回り込み、部材間の固定を安定にすることができる。
【００４０】
部材間の接合部に設ける凹凸部の形状については、図６，図７（ａ）に示すように、治具本体１０Ａに貫通孔２を設けて凸部を嵌合させる形状の他、図７（ｂ）に示すように、治具本体１０Ａと凸部８１とをネジ構造により固定する形状とすることもできる。また、図７（ｃ）に示すように、治具本体１０Ａと凸部９１とが嵌合部において間に隙間を有するものとしてもよく、この場合も回り込みにより隙間が充填される。さらに、図７（ｄ）に示すように、治具本体１０Ａおよび凸部１０１に凹凸部を設けずに蒸着を行って部材間を固定することもできるが、この場合、接合位置のずれを防止するために、部材間をあらかじめ接着剤等により仮留めした状態で、成膜を行うことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一好適例の熱処理用治具の、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、（ｃ）はウェハを載置した状態を示す断面図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る凸部の一例を示す拡大部分断面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る凸部の他の例を示す平面断面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る凸部の他の例を示す斜視図である。
【図５】本発明の他の好適例の熱処理治具の、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の熱処理用治具の製造方法の一例を示す説明図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の熱処理用治具における接合部形状の一例を示す断面図である。
【図８】従来の熱処理用治具を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１，１１，２１，３１，４１，５１，６１ａ，６１ｂ，７１，８１，９１，１０１  凸部
１Ａ  接触面
２  貫通孔
１０Ａ  治具本体
１０，２０，３０  熱処理用治具
３０  コーティング材
４０  炭化ケイ素被膜（ＳｉＣ−ＣＶＤコート）
１００  ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2008198800.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008198800.tif 000007
【図６】
2008198800.tif 000008
【図７】
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【図８】
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