(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体製造プロセスにおける熱処理装置で使用されるウェーハを載置するための熱処理治具を製造するにあたり、ウェーハに発生する損傷や結晶欠陥を低減できる形状であることを測定できる熱処理用治具の形状測定方法及びその装置を提供する。【解決手段】形状測定時における熱処理用治具５の支持部９、１８、２７の位置を、縦型熱処理装置における保持部の位置と同一にした。これにより、熱処理用治具５の自重による撓みが計測器上で便宜的に再現できる。よって、半導体製造プロセスにおける縦型熱処理装置で使用されるウェーハ３を載置するための熱処理治具５を製造するにあたり、ウェーハ３に発生する損傷や結晶欠陥を低減できる形状であることを、簡易でかつ正確に測定できる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦型熱処理装置の保持部に保持されるとともに、その上面に熱処理される半導体ウェハが載置される熱処理用治具の形状測定方法において、
前記熱処理用治具を支持する支持部の位置を、前記縦型熱処理装置における前記熱処理用治具の前記保持部の位置と同一にして、前記熱処理用治具の形状を測定することを特徴とする熱処理用治具の形状測定方法。
【請求項２】
前記熱処理用治具を支持する前記支持部の形状が、前記熱処理装置における前記熱処理用治具の前記保持部の形状と同一である請求項１に記載の熱処理用治具の形状測定方法。
【請求項３】
前記熱処理用治具の形状測定手段は、前記熱処理用治具に対して非接触で測定する非接触式測定手段である請求項１又は２に記載の熱処理用治具の形状測定方法。
【請求項４】
縦型熱処理装置の保持部に保持されるとともに、その上面に熱処理される半導体ウェハが載置される熱処理用治具の形状測定装置において、
前記熱処理用治具を支持する支持部の位置が、前記縦型熱処理装置における前記熱処理用治具の前記保持部の位置と同一であることを特徴とする熱処理用治具の形状測定装置。
【請求項５】
前記熱処理用治具を支持する前記支持部の形状が、前記熱処理装置における前記熱処理用治具の前記保持部の形状と同一である請求項４に記載の熱処理用治具の形状測定装置。
【請求項６】
前記熱処理用治具の形状測定手段は、前記熱処理用治具に対して非接触で測定する非接触式測定手段である請求項４又は５に記載の熱処理用治具の形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体の製造プロセスで使用される縦型熱処理装置で熱処理を行なうために使用される熱処理用治具に係り、半導体ウェーハの結晶欠陥や損傷の発生が少ない形状であることを特定するために用いる熱処理用治具の形状測定方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造プロセスの中で、半導体ウェーハ（以下「ウェーハ」という。）を処理するプロセスとして、アニール処理、酸化処理、拡散処理などの高温を用いた熱処理プロセスがあり、この熱処理プロセスでは、ウェーハの大口径化に伴い縦型の熱処理装置が用いられている。
【０００３】
この種の縦型熱処理装置では、図１の如く上下で対を成す天板１、１と、両天板１、１間に設置された３本ないしは４本の支持棒２、２…に形成された、図２の複数の溝４にウェーハ３を配置するボートと呼ばれる保持具が用いられている。このような、ボートによりウェーハ３を保持し熱処理した場合、ウェーハ３の重量がボートの溝４との接触部で支えられているため、ウェーハ３に熱がかかった際に、ウェーハ３とボート材質の熱膨張差や自重による撓みによる位置ずれや、ウェーハ３の自重によるせん断応力により、ウェーハ３に損傷や結晶欠陥（スリップ）が発生するという問題があった。
【０００４】
この問題を解決するために、溝４によるウェーハ３の保持に替えて特許文献１に示されるような、図３の円形ドーナツ形状の熱処理治具５によりウェーハ３の周辺部を図４の如く保持し、熱処理治具５の周部を図５の如くボートの溝４に支持させることが提案されている。
【０００５】
また、特許文献２に示されるように、ウェーハを熱処理治具に載置した場合に、自重によりウェーハが撓み、内径接触部でせん断応力が働くことにより発生する結晶欠陥を防止する手段が提案されている。
【０００６】
さらには、ウェーハ周辺部での保持をより有効にする手段として特許文献３に示されるように、ウェーハ外周部に接触する部分を半導体素子作成領域外としたり、ウェーハ保持面に中心に向かって傾斜をつけたりすることで面接触ではなく線接触にすることで損傷や結晶欠陥の発生を減少させる提案がなされている。
【０００７】
これらの熱処理治具は、耐熱性や不純物による汚染を防止するため、溶融石英、合成石英、炭化けい素焼結体に同素材をＣＶＤコートした材料、ソリッド品とよばれるＣＶＤ法で製造された炭化けい素、シリコン、カーボンなどが素材として使用されている。
【特許文献１】特開平７−４５６９１号公報
【特許文献２】特開平９−１９９４３８号公報
【特許文献３】特開２００５−１０１１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、半導体製造プロセスにおける熱処理温度が、例えばアニール処理工程のように１２００℃以上による処理が普及し、かつウェーハの欠点に対する要求がより厳しくなるに従い、従来提案されてきた形状の熱処理治具であっても損傷や結晶欠陥が検出されている。
【０００９】
これは、従来の提案が、ウェーハの変形にのみ着目した熱処理治具の形状の提案であるのに対し、熱処理治具自体の自重による変形、あるいは、より高温領域での熱処理治具の熱による変形が考慮されていないためである。また、これらの変形は、従来着目されてきた径方向のみならず、熱処理治具自体を保持するボートの溝の個数、位置、形状によって決定される円周方向の変形が加味されていないためである。
【００１０】
これらの熱処理治具自体の自重、あるいは熱による変形を加味した最適な熱処理治具形状の提案は、有限要素法などによるシミュレーションによって決定することが可能である。
【００１１】
一方、シミュレーションによって変形を加味した形状の熱処理治具を作成した場合、その形状が所定の精度に仕上がったかどうかを確認する必要がある。このとき、従来から用いられている三次元測定器では、被測定物である熱処理治具を載置するステージが平面であるため、熱処理治具が自重により撓んで正確な測定ができない。また、触針式の測定器では、測定圧により熱処理治具が変形し正確な測定ができない。さらには、前述の損傷や結晶欠陥を防止するためには、熱処理治具のウェーハを載置する面の三次元形状を決定することが必要条件であるのに対し、平坦なステージ上では反対の面の加工精度、一義的には平行度の影響を受けるため正確な測定が困難である。
【００１２】
これらの変形や平行度を考慮し、測定した形状を補正することも可能ではあるが、余計な工数が必要となり、生産性を著しく阻害している。
【００１３】
かかる現状を鑑み、本発明は上記課題を解決すべくなされたもので、半導体製造プロセスにおける熱処理装置で使用されるウェーハを載置するための熱処理治具を製造するにあたり、ウェーハに発生する損傷や結晶欠陥を低減できる形状であることを、簡易でかつ正確に測定できる熱処理用治具の形状測定方法及びその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１に記載の方法発明は、前記目的を達成するために、縦型熱処理装置の保持部に保持されるとともに、その上面に熱処理される半導体ウェーハが載置される熱処理用治具の形状測定方法において、前記熱処理用治具を支持する支持部の位置を、前記縦型熱処理装置における前記熱処理用治具の前記保持部の位置と同一にして、前記熱処理用治具の形状を測定することを特徴としている。
【００１５】
請求項４に記載の装置発明は、前記目的を達成するために、縦型熱処理装置の保持部に保持されるとともに、その上面に熱処理される半導体ウェーハが載置される熱処理用治具の形状測定装置において、前記熱処理用治具を支持する支持部の位置が、前記縦型熱処理装置における前記熱処理用治具の前記保持部の位置と同一であることを特徴としている。
【００１６】
請求項２に記載の方法発明は、請求項１において、前記熱処理用治具を支持する前記支持部の形状が、前記熱処理装置における前記熱処理用治具の前記保持部の形状と同一であることを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の装置発明は、請求項４において、前記熱処理用治具を支持する前記支持部の形状が、前記熱処理装置における前記熱処理用治具の前記保持部の形状と同一であることを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載の方法発明は、請求項１又は２において、前記熱処理用治具の形状測定手段は、前記熱処理用治具に対して非接触で測定する非接触式測定手段であることを特徴とする。
【００１９】
請求項６に記載の装置発明は、請求項４又は５において、前記熱処理用治具の形状測定手段は、前記熱処理用治具に対して非接触で測定する非接触式測定手段であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１、４に係る発明によれば、形状測定時における熱処理用治具の支持部の位置を、縦型熱処理装置における熱処理用治具の保持部の位置と同一にしたので、熱処理用治具の自重による撓みが計測器上で便宜的に再現できる。これにより、半導体製造プロセスにおける縦型熱処理装置で使用されるウェーハを載置するための熱処理治具を製造するにあたり、ウェーハに発生する損傷や結晶欠陥を低減できる形状であることを、簡易でかつ正確に測定できる。また、熱処理用治具の裏面全体の加工精度ではなく、縦型熱処理装置内の保持部と接触する位置の加工精度で傾き、および表面との平行度が決定されるので、実用上との誤差が小さい状態でウェーハ搭載面の加工精度を容易に測定することが可能となる。
【００２１】
請求項２、５に係る発明の如く、支持部の形状を保持部の形状と同一にすることが好ましい。これにより、保持部の溝の巾や深さによる撓みの違いを加味した、実際に使用する状態と極めて近い計測が可能となる。また、溝部自体の撓みを考慮すれば、溝状になった形状の支持部を用いることが好ましい。更に、素材によりヤング率が異なるため、支持部を保持部と同一の素材を用いることがより好ましい。
【００２２】
一方、このような治具の形状、精度を計測するための測定器は、電子式ダイヤルゲージを使用した三次元測定器が一般的であるが、このような接触式の測定手段の場合、ダイヤルゲージの接触圧で熱処理治具が撓むため正確な測定が不可能である。
【００２３】
このため、請求項３、６に係る発明の如く、接触式の測定手段ではなく非接触式測定手段を使用することが好ましい。これにより、正確な測定が可能となる。この非接触式測定手段としては、レーザーあるいは静電容量を利用した変位計や光学的干渉計などが利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付図面に基づいて本発明に係る熱処理用治具の形状測定方法及びその装置の好ましい実施の形態を詳説する。
【００２５】
まず、実施の形態を説明する前に、実施の形態と比較するための従来技術を概説する。図６は、従来用いられていた熱処理治具５を測定するための装置（ステージ６）への載置方法が示されている。この場合、測定すべき熱処理治具５の表面形状・精度は、熱処理治具５の裏面の形状・精度と表面と裏面の平行度、さらには熱処理治具５が自重で撓んだ変位が加味され、しかも自重によって撓んだ形状がステージ６の形状で抑制された変位として加味され表面の形状・精度として測定されることになる。なお、符号７は、撓む前の熱処理治具５を示している。
【００２６】
図７（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の実施の形態に係る熱処理治具５を測定するための装置（ステージ６）への載置方法を示す側面図、平面図である。熱処理治具５に対してそれを使用する、縦型熱処理装置の保持部と同一の保持位置、数で熱処理治具５を保持するため、ステージ６の面で抑制される変位はなく、自重による撓みも実使用における撓みと極めて近い値として計測することが可能である。
【００２７】
〔実施例１〕
両者の測定比較結果として、同一の熱処理治具５を従来の測定方法で測定した結果を図１２のグラフに、本発明による測定結果を図１３のグラフにそれぞれ示す。図１２、図１３の横軸は熱処理治具５の円周方向の角度を示し、縦軸は前記円周方向の角度位置に対する変位量（撓み量）が示されている。
【００２８】
本測定に用いた熱処理治具５は、外形３２０ｍｍ、内径２００ｍｍ、厚さが２．５ｍｍであって、材質は焼結ＳｉＣにＳｉＣをＣＶＤにより５０μｍコーティングしたものを用いた。前者は測定装置として、アンリツ社製フラットネステスタ（型式ＫＳ９９０Ｘ）を使用し、前者の測定では、フラットなステージ６上に図６の如く熱処理治具５を直接載置して測定した。後者の測定では、図７の如く同一測定器のステージ６上に３箇所、それぞれの設置位置を９０度振った箇所に、半径１０ｍｍの半球状に作成したＳｉＣ支持部９、１８、２７を配置し、その上に熱処理治具５を載置し測定を実施した。
【００２９】
また、各々の測定箇所は、図１１に示すように熱処理治具５の外周側から、５ｍｍ（外側）、１５ｍｍ（中央）、２５ｍｍ（内側）の円周上に等角度で３６点測定し、グラフ上にプロットした。
【００３０】
この測定結果より、フラットなステージ６上で測定した場合（図１２参照）に比べて、実施の形態による測定方法による結果（図１３参照）では、より円周方向の凹凸が強調され、また熱処理治具５の外周と内周の差が拡大していることがわかる。よって、実施の形態による測定方法では、熱処理治具５の撓み量を正確に測定することができる。
【００３１】
このとき図８（Ａ）、（Ｂ）で示すように溝４の深さ、さらには熱処理具と接する溝４の面の二次元形状により熱処理治具５が撓む大きさは、円周方向、内径方向で異なってくるので、請求項２、５に記載するように支持部の形状を、縦型熱処理装置の保持部の形状と同一にすることが好ましい。すなわち、支持部の形状を溝４の形状と同一にすることが好ましい。これにより、熱処理治具５のより正確な測定が可能になる。
【００３２】
また、図９で示すように実際に使用される保持具上で溝４により形成された支持部９は、その自重と熱処理治具５の重量により撓むため、これを加味するうえでは、測定器上の支持部９も溝４の形状も同一であることが好ましい。また、支持部９の撓みを決定するヤング率が、実際に使用される保持部と同一または近い値のものを選択することがより好ましい。なお、図９において符号１０は、撓む前の溝４を示している。
【００３３】
〔実施例２〕
図１４に示すグラフと図１５に示すグラフは、上記のような測定方法であって、形状・精度の検出手段として、前者は接触式のダイヤルゲージ、後者はレーザー反射式の変位計を用いた場合の計測結果である。図１４、図１５の横軸は熱処理治具５の円周方向の角度を示し、縦軸は前記円周方向の角度位置に対する変位量（撓み量）が示されている。
【００３４】
本測定に用いた熱処理治具５は、外形３２０ｍｍ、内径２００ｍｍ、厚さが２．５ｍｍであって、材質は焼結ＳｉＣにＳｉＣをＣＶＤにより５０μｍコーティングしたものを用いた。測定装置として、アンリツ社製フラットネステスタ（型式ＫＳ９９０Ｘ）を使用し、ステージ上に３箇所、それぞれの設置位置を９０度振った箇所に、半径１０ｍｍの半球状に作成したＳｉＣ支持部９、１８、２７（図７参照）を配置し、その上に熱処理治具５を載置し測定を実施した。
【００３５】
また、各々の測定箇所は、図１１に示すように熱処理治具の外周側から、５ｍｍ（外側）、１５ｍｍ（中央）、２５ｍｍ（内側）の円周上に等角度で３６点測定し、グラフ上にプロットした。このとき、後者の測定で使用した保持具は測定位置９、１８、２７の熱処理治具の下に配置されている。
【００３６】
更に、前者の測定では、検出器として接触式のミツトヨ社製ダイアルゲージ（形式２０４６Ｆ）を使用し、後者では非接触式のアンリツ社製光マイクロ（型式ＫＬ１３０１Ｂ）を使用した。両者の比較より、径方向では測定圧による測定差はみられないものの、円周方向で凹凸の部の差が非接触式の場合に小さくなっており、より正確な測定が可能となっていることを示している。これにより、測定手段としては、請求項３、６に記載の如く非接触式の測定手段であることが好ましい。この原因は図１０の如く、触針式の測定器１１では、測定圧により熱処理治具５が変形し正確な測定ができないためである。
【００３７】
また、図１６（Ａ）で示すように支持部９の位置、形状を縦型熱処理装置の保持部の位置、形状と同一にし、この支持部９に図１６（Ｂ）で示すように熱処理治具５を支持させた状態で、非接触式の測定手段１２により熱処理用治具５の撓み量を測定することが好ましい。これにより、さらなる正確な測定が可能となる。非接触式の測定手段１２としては、レーザーあるいは静電容量を利用した変位計や光学的干渉計などが利用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、半導体製造プロセスにおける熱処理装置で使用されるウェーハを載置するための熱処理治具を製造するにあたり、ウェーハに発生する損傷や結晶欠陥を低減できる形状であることを、簡易でかつ正確に測定できる方法及び装置を提供することに好適に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】縦型熱処理装置に用いられる保持具を示す概略斜視図
【図２】保持具の一部である保持用溝を示す概略斜視図
【図３】熱処理治具の概略斜視図
【図４】熱処理治具の使用方法を示す概略斜視図
【図５】保持具の保持用溝への熱処理治具の保持方法を示す概略斜視図
【図６】従来の測定装置への載置方法を示す概略図
【図７】本発明による測定装置への載置方法を示す概略図
【図８】実施例２により解決しようとする課題を説明する概略図
【図９】実施例２のより好ましい例を示した説明図
【図１０】触針式の測定器によって熱処理治具を測定している状態を示す説明図
【図１１】本発明を実施するに当たり選択した熱処理治具の測定位置を示す熱処理用治具の斜視図
【図１２】従来の測定方法による測定結果を示す比較グラフ
【図１３】本発明の測定結果を示す比較グラフ
【図１４】接触式の検出器を用いた測定結果を示す比較グラフ
【図１５】非接触式の検出器を用いた測定結果を示す比較グラフ
【図１６】非接触式の測定手段によって熱処理治具を測定する説明図
【符号の説明】
【００４０】
１…天板、２…支持棒、３…ウェーハ、４…溝、５…熱処理治具、６…ステージ、７…撓む前のウェーハ、８…触針式の測定器、９…支持部、１０…溝の撓み、１１…接触式測定器、１２…非接触式の測定手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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