(57)【要約】【課題】  基板を高圧アニール装置内で水蒸気アニール処理する場合に、水蒸気アニール処理の効果を維持したまま、処理中に基板表面に付着するパーティクルやコンタミネーションを大幅に低減することができる水蒸気アニール用治具を提供する。【解決手段】  平板状の基板１の外縁部１ａを熱膨張可能に支持して基板を内部に収容する下部支持部材１２と、下部支持部材の上部全体を覆う上部蓋部材１４とからなる。下部支持部材及び／又は上部蓋部材は、基板を処理する温度及び圧力の範囲において、水蒸気分子を導入できかつ所定の粒径以上のパーティクル及びコンタミネーションの侵入を阻止する接触面１２ｄ, １４ｄ又はフィルタを有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の基板の外縁部を熱膨張可能に支持して基板を内部に収容する下部支持部材と、該下部支持部材の上部全体を覆う上部蓋部材とからなり、
前記下部支持部材及び／又は上部蓋部材は、基板を処理する温度及び圧力の範囲において、水蒸気分子を導入できかつ所定の粒径以上のパーティクル及びコンタミネーションの侵入を阻止する接触面又はフィルタを有する、ことを特徴とする水蒸気アニール用治具。
【請求項２】
前記下部支持部材は、基板の外縁部を熱膨張可能に支持する下部外縁部と基板の下面から所定の間隔を隔てて水平に延びる中央底部とを有し、
前記上部蓋部材は、下部外縁部上に積層される上部外縁部と基板の上面から所定の間隔を隔てて水平に延びる中央蓋部とを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の水蒸気アニール用治具。
【請求項３】
前記下部外縁部と上部外縁部は、互いに接触しその接触面のみで内部と外部が連通しており、かつ該接触面は、水蒸気分子を低い圧損で導入できかつ所定の粒径以上のパーティクル又はコンタミネーションの侵入を阻止する面粗さを有する、ことを特徴とする請求項２に記載の水蒸気アニール用治具。
【請求項４】
前記下部外縁部と上部外縁部はその間に挟持されたフィルタのみを介して内部と外部が連通しており、かつ該フィルタは、水蒸気分子を低い圧損で導入できかつ所定の粒径以上のパーティクル又はコンタミネーションの侵入を阻止する大きさの連通穴を有する、ことを特徴とする請求項２に記載の水蒸気アニール用治具。
【請求項５】
前記下部支持部材及び上部蓋部材は、石英、ＳｉＣ、グラファイト、又は無アルカリガラスからなる、ことを特徴とする請求項１に記載の水蒸気アニール用治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板を汚染を防止しながら水蒸気アニール処理するための水蒸気アニール用治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板、例えば液晶用ＴＦＴ基板やシリコンウエハを加圧水蒸気下で熱処理することにより、熱酸化膜形成、シリコン中欠陥の終端処理、層間絶縁膜のリフロー処理、等の処理が可能であることが知られている。以下、かかる熱処理を「水蒸気アニール処理」と呼ぶ。
【０００３】
水蒸気アニール処理を行うための装置又は方法として、例えば特許文献１〜３が知られている。
【０００４】
特許文献１の高圧アニール装置は、図７に示すように、上部圧力容器５２ａと下部圧力容器５２ｂとからなる外部圧力容器５２と、上部内部容器５３ａと下部内部容器５３ｂとからなる内部容器５３と、外部圧力容器５２と内部容器５３との間に設けた加熱装置５４とを有し、上部内部容器５３ａと下部内部容器５３ｂの間の熱処理室５９内に基板ステージ５０を設け、この基板ステージ５０に複数の基板５１を載置して、加圧水蒸気下で熱処理するものである。
【０００５】
特許文献２の半導体素子の製造方法は、ゲート絶縁膜が形成された基板を水蒸気を含む１気圧以上の雰囲気中で６００℃以下の温度で加熱処理する工程を含んでおり、これにより半導体素子に含まれる欠陥及びダングリングボンドを低減するものである。
【０００６】
特許文献３のウエーハの熱処理用治具は、図８（Ａ）に示すように、治具本体６４と支持部６２とを有し、治具本体が熱処理時に変形しない硬質材料で構成され、支持部のウエーハと接する面６３が、熱処理時に前記硬質材料よりも軟化する軟質材料で構成され、これにより高温で熱処理する場合でもキズやスリップの発生を抑制するものである。
また、特許文献３は、図８（Ｂ）（Ｃ）に示すリング状及び皿状のサセプタも開示している。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１５２５６７号公報、「高圧アニール装置」
【特許文献２】特開２００２−２８０５６０号公報、「半導体素子の製造方法、その製造方法によって製造される半導体素子及び半導体装置」
【特許文献３】特開２００５−１９７４８号公報、「ウエーハの熱処理用治具及び熱処理方法」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、従来は、複数の基板を高圧アニール装置内で水蒸気アニール処理を行う場合、各基板をそのまま基板ステージに載置し、あるいは、各基板をリング状又は皿状のサセプタを介して載置していた。
しかし、水蒸気アニール処理で使用する高温高圧の水蒸気は反応性が高く、そのため、半導体基板以外の容器や配管とも反応し、パーティクルやコンタミネーションを発生させる問題点があった。
これらのパーティクルやコンタミネーションは、容器や配管系内に滞留して経時的に増加するため、基板に付着して基板を汚染し、水蒸気アニール処理の品質低下やデバイスの歩留まり低下の要因ともなる。また、基板の大型化に伴い、装置が大型化し、容器や配管系のクリーニングが困難となっていた。
【０００９】
本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、基板を高圧アニール装置内で水蒸気アニール処理する場合に、水蒸気アニール処理の効果を維持したまま、処理中に基板表面に付着するパーティクルやコンタミネーションを大幅に低減することができる水蒸気アニール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】
【００１０】
本発明によれば、平板状の基板の外縁部を熱膨張可能に支持して基板を内部に収容する下部支持部材と、該下部支持部材の上部全体を覆う上部蓋部材とからなり、
前記下部支持部材及び／又は上部蓋部材は、基板を処理する温度及び圧力の範囲において、水蒸気分子を導入できかつ所定の粒径以上のパーティクル及びコンタミネーションの侵入を阻止する接触面又はフィルタを有する、ことを特徴とする水蒸気アニール用治具が提供される。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記下部支持部材は、基板の外縁部を熱膨張可能に支持する下部外縁部と基板の下面から所定の間隔を隔てて水平に延びる中央底部とを有し、
前記上部蓋部材は、下部外縁部上に積層される上部外縁部と基板の上面から所定の間隔を隔てて水平に延びる中央蓋部とを有する。
【００１２】
また本発明の好ましい一実施形態によれば、前記下部外縁部と上部外縁部は、互いに接触しその接触面のみで内部と外部が連通しており、かつ該接触面は、水蒸気分子を低い圧損で導入できかつ所定の粒径以上のパーティクル又はコンタミネーションの侵入を阻止する面粗さを有する。
【００１３】
また本発明の好ましい別の実施形態によれば、前記下部外縁部と上部外縁部はその間に挟持されたフィルタのみを介して内部と外部が連通しており、かつ該フィルタは、水蒸気分子を低い圧損で導入できかつ所定の粒径以上のパーティクル又はコンタミネーションの侵入を阻止する大きさの連通穴を有する。
【００１４】
前記下部支持部材及び上部蓋部材は、石英、ＳｉＣ、グラファイト、又は無アルカリガラスからなる、ことが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
上記本発明の構成によれば、水蒸気アニール用治具が、平板状の基板の外縁部を熱膨張可能に支持して基板を内部に収容する下部支持部材と、下部支持部材の上部全体を覆う上部蓋部材とからなるので、パーティクルやコンタミネーションが、容器や配管系内に滞留していても、上部蓋部材により基板上に直接堆積するのを効果的に防止できる。
また、下部支持部材及び／又は上部蓋部材は、パーティクル及びコンタミネーションの侵入を阻止する接触面又はフィルタを有するので、この接触面又はフィルタにより、水蒸気分子を導入して水蒸気アニール処理の効果を維持し、同時にパーティクル及びコンタミネーションの侵入を阻止して、基板表面に付着するパーティクルやコンタミネーションを大幅に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の水蒸気アニール用治具の第１実施形態図である。この図において、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）はそのＣ部拡大図である。
この図に示すように、本発明の水蒸気アニール用治具１０は、平板状の基板１（この例では直径１５０ｍｍ、厚さ２ｍｍのシリコンウエハ）を対象とし、下部支持部材１２と上部蓋部材１４からなる。
平板状の基板１は、例えば液晶用ＴＦＴ基板やシリコンウエハ等の半導体基板である。平板状の基板１は、この例では円形であるが、矩形その他の形状でもよい。また、基板はガラスやシリコンの均質素材でも、表面に半導体素子が形成された複合材でも、あるいは中間工程の基板であってもよい。
【００１８】
下部支持部材１２は、平板状の基板１の外縁部１ａを熱膨張可能に支持して基板１を内部に収容する。この下部支持部材１２は、基板１の外縁部１ａを熱膨張可能に支持する下部外縁部１２ａと、基板１の下面から所定の間隔Ｇａを隔てて水平に延びる中央底部１２ｂとを有する。この例において、間隔Ｇａは約２ｍｍである。
下部外縁部１２ａの幅（半径方向長さ）は、この例では、約２３ｍｍである。
また、下部支持部材１２は、下部外縁部１２ａと中央底部１２ｂとの間に一定勾配の傾斜部１２ｃを有する。この傾斜部１２ｃは、基板１の外縁部１ａの下端の全縁又は少なくとも一部と接触し、基板１の外縁部１ａを熱膨張可能に支持し、かつ外縁部１ａを含む基板全面の水蒸気アニールを可能にしている。
【００１９】
上部蓋部材１４は、下部支持部材１２の上部全体を覆うようになっている。この上部蓋部材１４は、下部外縁部１２ａの上に積層される上部外縁部１４ａと、基板１の上面から所定の間隔Ｇｂを隔てて水平に延びる中央蓋部１４ｂとを有する。この例において、間隔Ｇｂは約２ｍｍである。
また、上部蓋部材１４は、上部外縁部１４ａと中央蓋部１４ｂとの間に段付部１４ｃを有し、この段付部１４ｃが下部外縁部１２ａの内周縁と嵌合して上部蓋部材１４の水平移動を防止するようになっている。
【００２０】
さらに下部支持部材１２及び上部蓋部材１４は、基板１を処理する温度及び圧力（例えば、１００〜８００℃、０〜５ＭＰａ）の範囲において、水蒸気分子を導入できかつ所定の粒径以上のパーティクル及びコンタミネーションの侵入を阻止する接触面１２ｄ，１４ｄを有する。
この接触面１２ｄ，１４ｄは、下部支持部材１２に上部蓋部材１４を積層した状態で、上部蓋部材１４の自重で互いに密着するようになっている。なお、自重と併用して、他の締結手段（例えば、錘り、ボルト・ナット、開閉具等）を用いて密着させてもよい。
【００２１】
接触面１２ｄ，１４ｄの平面度は、１０〜２０μｍの範囲で設定し、かつ表面粗さＲａも、平面度と同等に設定する。
この構成により、接触面１２ｄ，１４ｄは、内部を気密にするほどには完全に密着せず、その間に、平面度と表面粗さで決まる微細な流路が形成される。この微細流路は、後述する実施例から、最大平面度の約１／１０、すなわち、約１〜２μｍの範囲となり、水蒸気分子を導入でき、かつ所定の粒径（この場合、１〜２μｍ）以上のパーティクル及びコンタミネーションの侵入を阻止することができることが確認された。
【００２２】
下部支持部材１２と上部蓋部材１４の所定の間隔Ｇａ，Ｇｂは、接触面１２ｄ，１４ｄを通して水蒸気を内部に導入する際に、できるだけ短時間で内外差圧がなくなるように、１〜５ｍｍの範囲で設定するのがよい。
間隔Ｇａ，Ｇｂが１ｍｍ未満になると、基板と反応する水蒸気量が少なくなるため水蒸気アニール処理の品質が低下するおそれがある。また、５ｍｍを超えると、内部の水蒸気圧力が外部水蒸気に追従できなくなるおそれがある。
【００２３】
下部支持部材１２及び上部蓋部材１４は、石英、ＳｉＣ、グラファイト、又は無アルカリガラスからなることが好ましい。これらの材料を用いることにより、半導体基板、例えば液晶用ＴＦＴ基板やシリコンウエハとの熱膨張係数が近いため、熱膨張／熱収縮による隙間の拡大／縮小や相対的なズレを小さくできる。また、これらの材料は、高温高圧の水蒸気との反応性が低いため、内部でもパーティクルやコンタミネーションの発生を抑制することができる。
【００２４】
図２は、本発明の水蒸気アニール用治具の第２実施形態図である。この図において、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）はそのＣ部拡大図である。この図は下部支持部材１２から上部蓋部材１４を分離した状態で示している。
この例において、基板１は直径２００ｍｍ、厚さ２ｍｍのシリコンウエハである。また下部外縁部１２ａの幅（半径方向長さ）は、この例では、約４ｍｍである。
また、下部支持部材１２は、下部外縁部１２ａと中央底部１２ｂとの間に一定厚の段差部１２ｅを有する。この段差部１２ｅは、基板１の外縁部１ａの全縁又は少なくとも一部と接触し、基板１の外縁部１ａを熱膨張可能に支持し、かつ外縁部下面（２〜３ｍｍ幅）以外の基板全面の水蒸気アニールを可能にしている。
その他の構成は、第１実施形態図と同様である。
【００２５】
図３は、本発明の水蒸気アニール用治具の第３実施形態図である。この図は、全体断面図を示している。
この例において、下部支持部材１２及び上部蓋部材１４は、基板１を処理する温度及び圧力（例えば、１００〜８００℃、０〜５ＭＰａ）の範囲において、水蒸気分子を導入できかつ所定の粒径以上のパーティクル及びコンタミネーションの侵入を阻止するフィルタ２０を有する。
下部外縁部１２ａと上部外縁部１４ａは、その間に挟持されたフィルタ２０のみを介して内部と外部が連通している。またこのフィルタ２０は、水蒸気分子を低い圧損で導入できかつ所定の粒径以上のパーティクル又はコンタミネーションの侵入を阻止する大きさの連通穴を有する。
フィルタ２０は、焼結金属、セラミックフィルタ、シリコン繊維板等であるのがよい。
【００２６】
この例において、下部外縁部１２ａは、段差部１２ｅの他にさらにフィルタ段差部１２ｆを有し、この上面と上部蓋部材１４との間に平板リング状のフィルタ２０を挟持するようになっている。
またこの例では、下部支持部材１２と上部蓋部材１４は、直接接触する接触面を持たず、僅かな隙間（例えば０．１〜０．２ｍｍ）を有している。
その他の構成は、第２実施形態図と同様である。
【００２７】
図４は、本発明の水蒸気アニール用治具の第４実施形態図である。この図は、全体断面図を示している。
この例において、上部蓋部材１４は、上下面を貫通する貫通孔１４ｅを有し、外部から水蒸気を内部に自由に導入できるようになっている。また、フィルタ２０はこの貫通孔１４ｅを完全に塞ぐように、この例では円板状に構成され、下部外縁部１２ａに設けられたフィルタ段差部１２ｆの上面と上部蓋部材１４との間に挟持されるようになっている。
またこの例では、下部支持部材１２と上部蓋部材１４の外周部は、図示しないシール部材で完全に気密を保持するようになっている。
その他の構成は、第３実施形態図と同様である。
【００２８】
上述した本発明の構成によれば、水蒸気アニール用治具１０が、平板状の基板１の外縁部を熱膨張可能に支持して基板を内部に収容する下部支持部材１２と、下部支持部材１２の上部全体を覆う上部蓋部材１４とからなるので、パーティクルやコンタミネーションが、容器や配管系内に滞留していても、上部蓋部材１４により基板１上に直接堆積するのを効果的に防止できる。
また、下部支持部材１２及び／又は上部蓋部材１４は、パーティクル及びコンタミネーションの侵入を阻止する接触面１２ｄ，１４ｄ又はフィルタ２０を有するので、この接触面又はフィルタにより、水蒸気分子を導入して水蒸気アニール処理の効果を維持し、同時にパーティクル及びコンタミネーションの侵入を阻止して、基板表面に付着するパーティクルやコンタミネーションを大幅に低減することができる。
【実施例１】
【００２９】
基板１として、直径２００ｍｍ、厚さ２ｍｍのシリコンウエハを用い、約７００℃で通常の水蒸気アニール処理を実施した。基板は治具を使用しない場合（従来例）と、本発明の水蒸気アニール用治具を使用する場合（本発明）の両方を同一条件で行なった。
従来例と本発明の表面汚染度を比較するため、水蒸気アニール処理後の基板表面を全反射蛍光Ｘ線分析により分析した。この結果、図５の結果が得られた。
【００３０】
図５は従来例（Ａ）と本発明（Ｂ）の基板表面の汚染状態を示している。この図において、横軸は汚染原子のエネルギーであり、縦軸は汚染個数である。また、図６及び表１は図５の結果をまとめたものである。
図６及び表１から、基板を構成する原子以外のＣｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｎｉ等がすべて従来例（Ａ）に比較して本発明（Ｂ）では大幅に減少しているのがわかる。
また、水蒸気アニール処理後の基板表面の酸化膜の厚さは、従来例（Ａ）と本発明（Ｂ）で同一であり、水蒸気処理効果は低減していないことが確認された。
【００３１】
【表１】
2007019227.tif 000003
【００３２】
上述したように、図２の水蒸気アニール用治具を用いた場合、水蒸気アニール用治具の接触部において、パーティクルおよびコンタミネーションの侵入を阻止し、水蒸気は半導体基板表面に到達し、水蒸気処理効果は低減しない。
処理雰囲気がパーティクルおよびコンタミネーションに汚染されている高圧水蒸気下での処理例として、６インチシリコンウエハを処理した場合、水蒸気アニール用治具を使用しない場合、パーティクル検出数＝９７４５個以上（粒径０．２７μｍ以上）、メタルコンタミネーションはＦｅ分で９６×１０１０［ａｔｏｍｓ／ｃｍ２］であったのに対し、水蒸気アニール用治具を使用する場合、パーティクル検出数＝２６個以上、メタルコンタミネーションはＦｅ分で０．６３×１０１０［ａｔｏｍｓ／ｃｍ２］まで低減した。
また、水蒸気アニール用治具は、容器、配管等と比較して小型、軽量であり、汚染しても容易に洗浄することができる。
【００３３】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の水蒸気アニール用治具の第１実施形態図である。
【図２】本発明の水蒸気アニール用治具の第２実施形態図である。
【図３】本発明の水蒸気アニール用治具の第３実施形態図である。
【図４】本発明の水蒸気アニール用治具の第４実施形態図である。
【図５】本発明の効果を示す全反射蛍光Ｘ線分析結果である。
【図６】本発明と従来例との表面汚染の比較図である。
【図７】特許文献１の高圧アニール装置の構成図である。
【図８】特許文献３のウエーハの熱処理用治具の模式図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  基板、１ａ  外縁部、
１０  水蒸気アニール用治具、１２  下部支持部材、
１２ａ  下部外縁部、１２ｂ  中央底部、１２ｃ  傾斜部、
１２ｄ  接触面、１２ｅ  段差部、
１４  上部蓋部材、１４ａ  上部外縁部、１４ｂ  中央蓋部、
１４ｃ  段付部、１４ｄ  接触面、２０  フィルタ
【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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