(57)【要約】【課題】大口径のＳＯＩ基板（ＳＩＭＯＸ基板）の苛酷な熱処理である、酸素含有雰囲気での高温熱処理において、基板の載置用治具と基板の密着により発生する顕著なスリップの発生を防止でき、また当該治具の製造及びメンテナンスが容易となる構成のシリコン基板の熱処理用治具。【解決手段】シリコン基板保持のために薄膜による弾性変形可能な保持部を熱処理治具上に設置することで、該基板を精度良く保持でき、かつ保持領域での自重応力を降伏応力以下にさせるために線接触あるいは面接触させることにより、スリップがさらに低減可能である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の熱処理用治具に、厚みが５０μｍ以上１５０μｍ以下の弾性構造を有する複数の支持部が脱着可能に装着され、該支持部を介して被熱処理基板を支持可能にしたシリコン基板の熱処理用治具。
【請求項２】
支持部が、反りを有する板材あるいはドーム状又はアーチ状部材である請求項１に記載のシリコン基板の熱処理用治具。
【請求項３】
支持部に少なくとも１以上のスリットを有する請求項２に記載のシリコン基板の熱処理用治具。
【請求項４】
支持部が、反りを有する板材あるいはドーム状又はアーチ状部材であり、支持部の被熱処理基板との接触表面精度（ｒｍｓ）が１μｍ以上である請求項１に記載のシリコン基板の熱処理用治具。
【請求項５】
被熱処理基板が、ＳＯＩ基板である請求項１に記載のシリコン基板の熱処理用治具。
【請求項６】
カーボン板材表面にＳｉＣ薄膜を形成する工程、カーボン板材を燃焼して除去した後にＳｉＣ薄膜を研磨して反りを持たせる工程、ＳｉＣ薄膜材からなる支持部を熱処理用治具に脱着可能に装着する工程を有する、請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱処理用治具の製造方法。
【請求項７】
反り板状、ドーム状又はアーチ状のカーボン材の表面にＳｉＣ薄膜を形成する工程、カーボン板材を燃焼して除去する工程、ＳｉＣ薄膜からなる反り板状、ドーム状又はアーチ状の支持部を熱処理用治具に脱着可能に装着する工程を有する、請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱処理用治具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シリコン基板の熱処理、例えば大口径のＳＯＩ基板（ＳＩＭＯＸ基板）の熱処理において、酸素含有雰囲気での高温熱処理における基板の載置用治具と基板の密着により発生する顕著なスリップの発生を防止でき、また治具の製造及びメンテナンスが容易であるシリコン基板の熱処理用治具とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の半導体デバイスに用いられる単結晶シリコン基板は、Ｃｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥がデバイス特性に影響を与えることからエピタキシャル基板となし、さらに水素やアルゴンアニールなどの所定雰囲気下、通常１２００℃前後で１時間程度の加熱を行う、高温熱処理された基板が要求されている。
【０００３】
また、ＳＯＩ基板は、デバイス動作の高速化、放射線耐圧特性、低消費電力化、ラッチアップ防止など非常に優れた特性を有し、特に絶縁層上に単結晶半導体層を有し、単結晶シリコン基板へのイオン注入工程、および熱処理工程からなるＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｂｙ  ＩＭｐｌａｎｔｅｄ  ＯＸｇｅｎ）と呼ばれる製造方法により作製されるＳＯＩ基板は、製造工程数が少ないため将来的に有効な手法として期待されている。
【０００４】
一般的に該プロセスは、シリコン基板を５００℃〜６５０℃の温度範囲内で酸素原子イオンあるいは酸素分子イオンを基板表面に１×１０１７〜１０１８  ｃｍ−２程度打ちこみ、その後アルゴンガスベースの微量酸素雰囲気下で１３００℃から１３９０℃程度の温度範囲で数時間熱処理を施すことにより、基板内部に注入された酸素イオンがシリコンと反応して基板内部に酸化膜を形成するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
かかるＳＩＭＯＸプロセスは、シリコン基板を微量酸素雰囲気下で１３５０℃付近で数時間の熱処理を必要とするため、特に直径が３００ｍｍ以上の大口径基板の場合には従来から使用されていた熱処理ボートでは、基板支持領域に最大自重応力が掛かり強烈なスリップを発生させることがある。
【０００６】
そこで、基板自重応力の低減化のために、例えば特開平２００１‐０６０５５９号や特開平２００１‐１０２３１８号において、平面リングホルダや２重突起リングホルダなどが提案されている。また、特開平２０００−１５０４０２号では、弾性構造を具備した新しい熱処理治具が提案されている。この治具は、単独で上下動可能なコイルや板ばねの弾性支持部を設けるもので、その先端部を突起構造にさせシリコン基板の裏面側を点接触にて精度良く保持する構造である。
【０００７】
熱処理治具に完全平面ホルダの構造を採用する場合は、基板に対する支持面積が広いため確かに基板自重応力の低減化には適している構造であるが、３００ｍｍ基板の裏面が鏡面研磨仕様になっていると、ホルダ上で接触した基板裏面上には多数の接触キズやパーティクルが付着し、品質規格として適用できないのが現状である。
【０００８】
２重突起リング構造を有するホルダでは、リング高さが同じになるよう構成されており、理想的にはシリコン基板を完全に２重リング上で保持する構造となり、かつ平面リングより接触面積を低減できるメリットがある。しかし、実際には基板裏面を２重リングにて完全に同じ高さ位置で保持することは極めて困難である。
【０００９】
発明者は、この原因としてホルダ作製上の精度問題により、同一突起リング内あるいはリング間での高さのバラツキが生じて、シリコン基板が均等にリング上に接触できず、不規則に点接触するために接触部で応力集中が起こり、熱処理過程でスリップが多発しているものと推察した。
【００１０】
弾性構造を採用する場合、３００ｍｍ基板を用いての弾性治具で精度良くシリコン基板裏面部を保持させることは可能であるが、基板接触部が突起構造であるため接触部での基板自重応力は降伏点を超えていると考えられる。従って、精度良くシリコン基板裏面部を保持させても、熱処理中に接触部を起点として激しい十字形状のスリップが発生する。
【００１１】
スリップの発生を回避するためには、少なくとも弾性保持治具は３個以上必要となり、１枚の基板に対して弾性治具の必要数量が多くなれば、単位当たりの荷重が減少してバネ径を極端に細くしたり、板ばねを薄くするなどの対応を取らないと、基板を搭載した時の弾性効果を十分発揮できなくなる。従って、熱処理治具に弾性構造部を一体に作り込む加工自体が極度に困難になるばかりか、シリコン基板の量産には不適なほどコストを要することになる。
【００１２】
この発明は、高温熱処理、例えば大口径のＳＯＩ基板（ＳＩＭＯＸ基板）の苛酷な熱処理である酸素含有雰囲気での高温熱処理において、基板の載置用治具と基板の密着により発生する顕著なスリップの発生を防止でき、また当該治具の製造及びメンテナンスが容易となる構成のシリコン基板の熱処理用治具とその製造方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
発明者は、スリップの発生を防止できかつ製造及びメンテナンスが容易となる構成の熱処理治具を目的に種々検討した結果、シリコン基板保持のために薄膜による弾性変形可能な保持部を熱処理治具上に設置することで、該基板を精度良く保持でき、かつ保持領域での自重応力を降伏応力以下にさせるために線接触あるいは面接触させることにより、スリップがさらに低減可能であることを知見し、この発明を完成した。
【００１４】
すなわち、この発明は、シリコン基板の熱処理に使用する熱処理用治具に、被処理基板を支持するための複数の弾性構造を有する支持部を脱着可能に装着した構成を特徴とし、例えば厚みが５０μｍ以上１５０μｍ以下の薄膜からなる反りを有する板材あるいはドーム状又はアーチ状部材からなる各支持部が被処理基板と接触して支持することを特徴とするシリコン基板の熱処理用治具である。
【００１５】
また、この発明は、カーボン板材表面にＳｉＣ薄膜を形成する工程、カーボン板材を燃焼して除去した後にＳｉＣ薄膜を研磨して反りを持たせる工程、ＳｉＣ薄膜材からなる支持部を熱処理用治具に脱着可能に装着する工程を有するか、あるいは反り板状、ドーム状又はアーチ状のカーボン材の表面にＳｉＣ薄膜を形成する工程、カーボン板材を燃焼して除去する工程、ＳｉＣ薄膜からなる反り板状、ドーム状又はアーチ状の支持部を熱処理用治具に脱着可能に装着する工程を有することを特徴とする熱処理用治具の製造方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
従来の２重リング突起構造を有するホルダ上にシリコン基板を搭載する場合、２重リング上に完全に接触することを前提としているが、実際には同一リング内あるいは内外リング間での高さ一致の確率が低いため、点接触で保持、局所的な応力が発生するためにスリップが発生していた。
【００１７】
そこで、従来のシリコンカーバイド（ＳｉＣ）熱処理治具（ホルダ）の作製プロセスを検証すると、切削加工によりホルダ形状の型を作製し、型上にＳｉＣを形成し、離型後に治具表面およびエッジ部を撫で表面上のバリなど除去することから、型の作製時の加工精度が±１００μｍ前後であるため各々のリング高さにバラツキが生じていることを知見した。
【００１８】
この発明による熱処理用治具は、薄膜による反りを有する板材あるいはドーム状又はアーチ状部材からなる弾性支持部を有するため、加工精度がばらついてもシリコン基板を搭載すると必ず基板自重応力により潰れが生じるため、各支持部において線接触あるいは面接触で保持することが可能で、これによって自重応力を低減でき、スリップも従来の治具より低減できる。また、該弾性支持部の所要箇所に１つあるいはそれ以上のスリットを設けることにより、弾性能力をさらに向上させることができる。
【００１９】
以下に、この発明による熱処理用治具の構成例を説明する。図１Ａに示す例は、平面サセプタ１の上面にアーチ状部材からなる弾性支持部２を配設した構成からなる。図１Ｂに示す例は、平面サセプタ１の上面にドーム状部材からなる弾性支持部３を配設した構成からなる。
【００２０】
ここでは、弾性支持部２，３はいずれも平面サセプタ１の上面に載置した。特に、ドーム状弾性支持部３は、位置決め用の凹部を設けてその中に載置した。さらに、ドーム状弾性支持部３には円周端から頂部側に切り欠いたスリットを設けてある。
【００２１】
前記アーチ状部材からなる弾性支持部２又はドーム状部材からなる弾性支持部３は、カーボン材より所要曲率のアーチ状あるいはドーム状の型材を作製し、型材表面に例えば１５０μｍ程度のＣＶＤ‐ＳｉＣ薄膜を成長させ、その後、酸化雰囲気で前記カーボン材を燃焼消滅させ、得られた薄膜アーチ状あるいはドーム状部材に仕上加工を施すことにより、容易に作製できる。
【００２２】
反りを有する薄膜板材を得るには、同様に平坦なカーボン材を湾曲加工してその表面にＣＶＤ‐ＳｉＣ薄膜を成長させて作製することができる。また、平坦なカーボン材表面にＣＶＤ‐ＳｉＣ薄膜を成長させ、その後カーボン材を燃焼消滅させて得られた薄膜板に研磨加工してより薄膜化して片側に反らせることで作製することができる。
【００２３】
弾性を有する支持部材の膜厚みは、処理対象のシリコン基板の外径や弾性支持部の形態などに依存するが、基本的には３点以上の弾性支持部で該基板を保持するため、厚みは１５０μｍ以下が望ましく、これを超えると弾性変形し難くなり、また５０μｍ未満では加工が困難かつ割れ易いため、５０〜１５０μｍ厚みが好ましく、さらに好ましくは５０〜１００μｍ程度が良い。
【００２４】
また、支持部材の曲率半径に関しては、当該治具の長さや直径あるいは厚みに依存するが、前記のごとく基本的に当該部材を少なくとも３つ以上でシリコン基板を保持させた場合に漬れが生じなく、かつ弾性を維持させることが可能であれば、これを適宜選定することができる。
【００２５】
さらに、支持部材の基板との接触表面は、高温酸化性ガス雰囲気下での同部材とシリコン基板の接着を防止するため、シリコン基板と接触する面を少なくともｒｍｓ値が１μｍ以上となるように設定することが望ましい。具体的には、研削や研磨時の加工精度を必要以上に精密加工とならないように考慮することで容易に実現できる。
【００２６】
【実施例】
実施例１
チョクラルスキー法により育成させた直径３００ｍｍ、酸素濃度が１４×１０１７ｃｍ−３  （ｏｌｄ  ＡＳＴＭ）、比抵抗が２０Ω・ｃｍからなる基板に、イオン注入機により５００℃で、２００ＫｅＶの加速電圧でドーズ量２×１０１７ｃｍ−２の酸素イオンを打ち込んだ。得られたシリコン基板に公知のＲＣＡ洗浄（ＳＣ−１，ＳＣ−２洗浄）を行い、その後、熱処理治具に載置し、縦型熱処理炉にて１３５０℃、酸素分圧０．５％アルゴンガス雰囲気中で４時間熱処理後、さらに酸素分圧を５０％に上げ４時間の熱処理を施して、ＳＩＭＯＸ基板を作製した。なお、熱処理には１０枚のシリコン基板を同時に処理した。
【００２７】
縦型熱処理炉の熱処理用治具として、図１Ａに示すアーチ状の弾性支持部材を、ＣＶＤ−ＳｉＣ薄膜にて幅２６ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚み８０μｍ、曲率半径６０ｍｍのアーチ型に作製し、平面サセプタ上の４か所に配設した構成のものを使用した。
【００２８】
実施例２
実施例１において、熱処理治具として、図１Ｂに示すドーム状の弾性支持部材を、ＣＶＤ−ＳｉＣ薄膜にて直径４８ｍｍ、厚み１００μｍ、曲率半径７５ｍｍのドーム型に作製し、平面サセプタ上の３か所に１２０度間隔で配設した構成のものを使用した。
【００２９】
比較例３
実施例２において、熱処理治具として、直径７５ｍｍ、厚み３０μｍ、曲率半径７５ｍｍのドーム形状をしたＣＶＤ−ＳｉＣ薄膜からなる部材を、平面サセプタ上の３か所に１２０度間隔で配設した構成のものを使用した。
【００３０】
比較例４
外周側リング位置と内周側リング位置がそれぞれ２２０ｍｍ、１８０ｍｍである従来の２重リングホルダを用いて、実施例１と同条件で熱処理を施して、ＳＩＭＯＸ基板を作製した。
【００３１】
総括
それぞれ上記熱処理を施し得られたサンプルをエックス線にてスリップ観察した結果、比較例３の場合は、ドーム型の弾性力が弱く潰れが生じており、弾性支持部材の外周部に対応する場所からスリップが多発していた。一方、実施例１及び実施例２では、比較例４と同じようにＣＶＤ−ＳｉＣ弾性支持部との接触領域に接触痕らしきものが基板裏面上に観察されたが、全般的に起点数が少なくスリップも大幅に低減していた。
【００３２】
【発明の効果】
この発明によると、実施例のごとき苛酷な高温熱処理、大口径のＳＯＩ基板（ＳＩＭＯＸ基板）の酸素含有雰囲気での高温熱処理において、基板の載置用治具と基板の密着により発生する顕著なスリップの発生を防止でき、また当該治具の製造は、弾性支持部材を別途作製して、基板状あるいはリング状の平面サセプタに配設するだけであり、製造ようであるばかりか、弾性支持部材のみの交換が可能でメンテナンスが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ、Ｂはこの発明による熱処理用治具の構成を示す平面サセプタの斜視説明図である。
【符号の説明】
１  平面サセプタ
２，３  弾性支持部
【図１】
2004172262.tif 000003