(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円板形状の本体と、この本体の上面に本体と同心的に設けられ、かつ前記上面からリング形状に突出した第１支持リングと、この第１支持リングの外側に同心的に形成され、かつ前記上面からリング形状に突出した第２支持リングとを有し、この第２支持リングと第１支持リングの２重リングにより半導体ウェーハを支持する半導体ウェーハ熱処理用保持具であって、
半導体ウェーハが半径Ｒ、ポアソン比νを有し、半径ｂ１を有する第１支持リングと、
半径ｂ２を有する第２支持リングとを有し、前記第１支持リングの半径ｂ１は、前記第２支持リングの半径ｂ２よりも小さく、かつ
【数１】
0003942317.tif 000007
（但し、Ｂ１＝ｂ１／Ｒ、Ｂ２＝ｂ２／Ｒ、ν：半導体ウェーハ材料のポアソン比）
不等式（Ａ）及び（Ｂ）の両方を満足し、前記第１支持リングと前記第２支持リングの支持面は同一平面にあり、この支持面により半導体ウェーハを支持し、
上記Ｂ１およびＢ２が
【数２】
0003942317.tif 000008
であることを特徴とする半導体ウェーハ熱処理用保持具。
【請求項２】
上記Ｂ１およびＢ２が
【数３】
0003942317.tif 000009
であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハ熱処理用保持具。
【請求項３】
上記２重リングの断面形状が三角形であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体ウェーハ熱処理用保持具。
【請求項４】
上記三角形の断面は中空状であることを特徴とする請求項３に記載の半導体ウェーハ熱処理用保持具。
【請求項５】
上記２重リングの断面形状が矩形であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体ウェーハ熱処理用保持具。
【請求項６】
上記矩形の断面は中空であることを特徴とする請求項５に記載の半導体ウェーハ熱処理用保持具。
【請求項７】
円板形状の本体と、この本体の上面に本体と同心的に設けられ、かつ前記上面からリング形状に突出した第１支持リングと、この第１支持リングの外側に同心に形成され、かつ前記上面からリング形状に突出した第２支持リングとを有する半導体ウェーハ熱処理用保持具を用意し、熱処理される半導体ウェーハを第１支持リングと第２支持リングとの２重リングで支持した状態で半導体ウェーハ熱処理用保持具に保持し、しかる後、半導体ウェーハが保持された半導体ウェーハ熱処理用保持具を熱処理装置に収納し、熱処理する半導体ウェーハの熱処理方法であって、半導体ウェーハが半径Ｒ、ポアソン比νを有し、半径ｂ１を有する第１支持リングと、半径ｂ２を有する第２支持リングとを有し、前記第１支持リングの半径ｂ１は、前記第２支持リングの半径ｂ２よりも小さく、かつ
【数４】
0003942317.tif 000010
（但し、Ｂ１＝ｂ１／Ｒ、Ｂ２＝ｂ２／Ｒ、ν：半導体ウェーハ材料のポアソン比）
不等式（Ａ）及び（Ｂ）の両方を満足し、前記第１支持リングと前記第２支持リングの支持面は同一平面にあり、この支持面により半導体ウェーハを支持することを特徴とする半導体ウェーハ熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウェーハ熱処理用保持具に係わり、特に熱処理中に半導体ウェーハに発生するスリップを防止するウェーハ熱処理用保持具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程においては、酸化、拡散等多数の熱処理工程があり、この熱処理工程毎に複数の半導体ウェーハを縦型ウェーハボートに保持し、多数の半導体ウェーハが保持された縦型ウェーハボートを縦型熱処理炉に収納し、加熱して熱処理を行っている。
【０００３】
半導体ウェーハが保持される縦型ウェーハボートは、半導体ウェーハを保持するための多数のスリットを有する棒形状の支持部材を複数本、縦方向に平行に立設した構造になっており、半導体ウェーハは半導体ウェーハの外周部の数点を支持部材のスリットで支持された状態で、縦型熱処理炉で熱処理される。
【０００４】
縦型ウェーハボートの支持部材のスリットで支持された半導体ウェーハは、支持部から自重による応力を受け、さらに熱処理時にはウェーハ面内の温度差によって熱応力を受ける。
【０００５】
これら重畳した応力が半導体ウェーハのシリコン結晶のせん断降伏応力値を越えると、
半導体ウェーハに結晶転位が生じ、結晶の塑性変形であるスリップとなり、半導体ウェーハの品質を低下させる。
【０００６】
なお、半導体ウェーハにスリップを発生させるせん断降伏応力値は高温であるほど小さく、スリップが発生しやすい。
【０００７】
さらに近年、生産性を向上させるため超高温下で熱処理が行われ、また、半導体デバイスの高集積化に伴い半導体ウェーハ１枚あたりのデバイス収率を上げるため、半導体ウェーハの大口径化が進んでおり、熱処理温度の超高温化とウェーハ径の増大により、ウェーハボートの支持部から受ける応力が増大し、スリップ転位が発生しやすくなり、深刻な問題となっている。
【０００８】
そこで、この問題を解決する種々の試みがなされている。
【０００９】
本発明に関連する従来技術として、例えば、特開平５−１５２２２８号公報には、半導体ウェーハよりも大きな円板状のシリコン単結晶、石英もしくはＳｉＣからなる保持部材を、平行に立設された複数本の棒形状支持支柱に設けられた支持部材の支持用溝により支持させ、支持部材上に支持部材よりも小さい半導体ウェーハを保持する方法が開示されている。ここに開示された方法は、支持部材を半導体ウェーハよりも大きく形成することにより、熱処理工程において、半導体ウェーハが支持用溝に接触するのを防止して、半導体ウェーハの破損等を防止するものである。
【００１０】
しかしながら、この発明では、例え円板状の支持部材を用いたとしても、半導体ウェーハと支持部材は面接触となり、半導体ウェーハに局部的な温度低下が起こり、高温熱処理中にスリップが発生することがあった。
【００１１】
また、特開平６−１５１３４７号公報には、半円弧状の支持部材により半導体ウェーハを支持し、縦型炉での熱処理時半導体ウェーハにスリップが発生するのを防止する縦型熱処理炉用ボートが開示されているが、この縦型熱処理炉用ボートは、半円弧形状の支持部材で支持しているため、面積、重量が大きい３００φｍｍの大口径半導体ウェーハ用には適さない。
【００１２】
さらに上述の半円弧形状の支持部材に変えて半導体ウェーハ直径の約０．７倍の直径を有するリング形状の支持部に半導体ウェーハを線接触で支持する構造の縦型熱処理炉用ボートが提案されているが、このボートは半導体ウェーハと支持部の変形により実質的には３点ないし４点支持になってしまい、支持点に応力が集中し、半導体ウェーハのスリップ問題を解決するに至っていない。
【００１３】
また、半導体ウェーハ直径の約０．７倍の直径を有する円周上に３点支持用の支持部を設けた構造の縦型熱処理炉用ボートが提案されているが、支持点に応力が集中し、ウェーハのスリップ問題を解決するに至っていない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、熱処理時保持される半導体ウェーハにスリップが発生しない半導体ウェーハ熱処理用保持具および熱処理方法が要望されている。
【００１５】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、熱処理時保持される半導体ウェーハにスリップが発生しない半導体ウェーハ熱処理用保持具および熱処理方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本願請求項１の発明は、円板形状の本体と、この本体の上面に本体と同心的に設けられ、かつ前記上面からリング形状に突出した第１支持リングと、この第１支持リングの外側に同心的に形成され、かつ前記上面からリング形状に突出した第２支持リングとを有し、この第２支持リングと第１支持リングの２重リングにより半導体ウェーハを支持する半導体ウェーハ熱処理用保持具であって、
半導体ウェーハが半径Ｒ、ポアソン比νを有し、半径ｂ１を有する第１支持リングと、
半径ｂ２を有する第２支持リングとを有し、前記第１支持リングの半径ｂ１は、前記第２支持リングの半径ｂ２よりも小さく、かつ
【数５】
0003942317.tif 000002
【００１７】
（但し、Ｂ１＝ｂ１／Ｒ、Ｂ２＝ｂ２／Ｒ、ν：半導体ウェーハ材料のポアソン比）
不等式（Ａ）及び（Ｂ）の両方を満足し、前記第１支持リングと前記第２支持リングの支持面は同一平面にあり、この支持面により半導体ウェーハを支持し、
上記Ｂ１およびＢ２が
【数６】
０．３＜Ｂ１＜０．５
０．７＜Ｂ２＜０．９
であることを特徴とする半導体ウェーハ熱処理用保持具であることを要旨としている。
【００１８】
本願請求項２の発明では、上記Ｂ１およびＢ２が
【数７】
０．３５＜Ｂ１＜０．４５
０．７５＜Ｂ２＜０．８５
であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハ熱処理用保持具であることを要旨としている。
【００１９】
本願請求項３の発明では、上記２重リングの断面形状が三角形であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体ウェーハ熱処理用保持具であることを要旨としている。
【００２０】
本願請求項４の発明では、上記三角形の断面は中空状であることを特徴とする請求項３に記載の半導体ウェーハ熱処理用保持具であることを要旨としている。
【００２１】
本願請求項５の発明では、上記２重リングの断面形状が矩形であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体ウェーハ熱処理用保持具であることを要旨としている。
【００２２】
本願請求項６の発明では、上記矩形の断面は中空であることを特徴とする請求項５に記載の半導体ウェーハ熱処理用保持具であることを要旨としている。
【００２３】
本願請求項７の発明は、円板形状の本体と、この本体の上面に本体と同心的に設けられ、かつ前記上面からリング形状に突出した第１支持リングと、この第１支持リングの外側に同心に形成され、かつ前記上面からリング形状に突出した第２支持リングとを有する半導体ウェーハ熱処理用保持具を用意し、熱処理される半導体ウェーハを第１支持リングと第２支持リングとの２重リングで支持した状態で半導体ウェーハ熱処理用保持具に保持し、しかる後、半導体ウェーハが保持された半導体ウェーハ熱処理用保持具を熱処理装置に収納し、熱処理する半導体ウェーハの熱処理方法であって、、半導体ウェーハが半径Ｒ、ポアソン比νを有し、半径ｂ１を有する第１支持リングと、半径ｂ２を有する第２支持リングとを有し、前記第１支持リングの半径ｂ１は、前記第２支持リングの半径ｂ２よりも小さく、かつ
【数８】
0003942317.tif 000003
（但し、Ｂ１＝ｂ１／Ｒ、Ｂ２＝ｂ２／Ｒ、ν：半導体ウェーハ材料のポアソン比）
不等式（Ａ）及び（Ｂ）の両方を満足し、前記第１支持リングと前記第２支持リングの支持面は同一平面にあり、この支持面により半導体ウェーハを支持することを特徴とする半導体ウェーハ熱処理方法であることを要旨としている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる半導体ウェーハ熱処理用保持具および熱処理方法の一実施の形態について添付図面に基づき説明する。
【００２５】
図１に示すように本発明に係わる半導体ウェーハ熱処理用治具、例えば枚葉式ウェーハボート１は、外周にリング状の立上部２を有する円板形状の本体３と、この本体３に同心的に設けられ、本体３からリング形状に突出し、内側に位置する第１支持リング４と、本体３から突出し、第１支持リング４の外側に同心に形成されて２重リング形状をなす第２支持リング５とを有している。
【００２６】
枚葉式ウェーハボート１は半導体ウェーハＳｂを第１支持リング４と第２支持リング５との２重リングにより支持し、従来と同様にして熱処理を行なう。
【００２７】
また、半導体ウェーハＳｂを支持する第１支持リング４は半径がｂ１であり、第２支持リング５の半径がｂ２であり、かつ、両支持リング４、５は、同一高さ（同一平面）の支持面４ｓ、５ｓを有しており、支持面４ｓと支持面５ｓのみが半導体ウェーハＳｂと接触し、枚葉式ウェーハボート１の他の部位は接触せず、半導体ウェーハＳｂと本体３間にギャップｐが形成され、半導体ウェーハＳｂが均一に加熱されるようになっている。
【００２８】
枚葉式ウェーハボート１は、例えば、高純度で耐熱性を有する燒結ＳｉＣにより一体的に形成され、その表面にはさらに高純度化するために、ＣＶＤによりＳｉＣ膜が被覆されている。
【００２９】
図７に模式的に示すように、円板形状の半導体ウェーハＳｂが半径ｂの支持リングにより水平に保持されたとき、半導体ウェーハＳｂは自重により撓む。半導体ウェーハＳｂの半径ｒにおける撓み量ｗは、次式により表示される（ｗが正となるとき、支持リング面より低く撓んでいることを意味する）。
【００３０】
【数９】
0003942317.tif 000004
【００３１】
これに対し、同一支持面にある２つの支持リングによる２重リング支持の場合では、図１に模式的に示すように、半導体ウェーハＳｂは、一方の支持リングにより支持される場合、他方の支持リングの位置での撓みは正にならないと、他方の支持リングで半導体ウェーハＳｂを支持することが実現しない。
【００３２】
すなわち、一方の支持リングの半径が決められたら、他方の支持リングの半径は、一義的にある範囲に拘束される。
【００３３】
ここで、第１支持リング（内側支持リング）４の半径をｂ１、第２支持リング（外側支持リング）５の半径をｂ２（ｂ１＜ｂ２）とする場合、ｂ１とｂ２の以下の関係により規定される。
【００３４】
【数１０】
0003942317.tif 000005
但し、Ｂ１＝ｂ１／Ｒ、Ｂ２＝ｂ２／Ｒ
【００３５】
半導体ウェーハＳｂの原料であるシリコンのポアソン比νは０．３であるので、式（Ａ）および式（Ｂ）からＢ１およびＢ２は図６に示すような範囲の値をとることができる。
【００３６】
第１支持リング４の半径ｂ１は、半導体ウェーハＳｂの半径Ｒに対して、すなわち、Ｂ１（＝ｂ１／Ｒ）は、０より大きく０．７より小さく、かつ、第２支持リング５の半径ｂ２は、半導体ウェーハＳｂの半径Ｒに対して、すなわち、Ｂ２（＝ｂ２／Ｒ）は、０．６６より大きく１．０より小さい範囲で、２重支持が可能である。２つの第１支持リング４と第２支持リング５にかかる荷重をバランスよくとるためには、Ｂ１は０．３より大きく０．５より小さく、かつ、Ｂ２は、０．７より大きく０．９より小さい範囲に第１支持リング４と第２支持リング５の半径を選択することが好ましい。
【００３７】
さらには、Ｂ１は０．３５より大きく０．４５より小さく、かつ、Ｂ２は、０．７５より大きく０．８５より小さい範囲で第１支持リング４と第２支持リング５の半径を選択することが最も好ましい。
【００３８】
例えば、半導体ウェーハ熱処理用保持具１を用いて、直径２００ｍｍ（Ｒ＝１００ｍｍ）、３００ｍｍ（Ｒ＝１５０ｍｍ）および４００ｍｍ（Ｒ＝２００ｍｍ）の半導体ウェーハＳｂを保持する場合には、表１で示すように第１支持リング４の半径ｂ１と第２支持リング５の半径ｂ２が決定される。
【００３９】
【表１】
0003942317.tif 000006
【００４０】
表１からも明らかなように、直径３００ｍｍ（Ｒ＝１５０ｍｍ）の半導体ウェーハＳｂを保持する半導体ウェーハ熱処理用保持具１の最も好ましい第１支持リング４の半径ｂ１と第２支持リング５の半径ｂ２は、５２．５＜ｂ１＜６７．５、１１２．５＜ｂ２＜１２７．５であることがわかる。
【００４１】
なお、図４に示す他の実施形態の半導体ウェーハ熱処理用保持具６のように、本体７から突出する第１支持リング８と第２支持リング９の形状は、上記実施形態のように断面形状が三角形に限らず、台形等を含む矩形でもよく、この場合には、支持面８ｓ、９ｓは平面状になるが、実際の半導体ウェーハＳｂの支持は支持面のそれぞれの側の角部８ｃ、９ｃで行われる。
【００４２】
また、三角形、矩形の断面形状の第１支持リングと第２支持リングは、中空形状に限らず、中実形状であってもよい。
【００４３】
さらに、第１支持リングと第２支持リングは必ずしも完全なリング形状でなくてもよく、部分的に不連続であっても、実質的にリング形状をなしていればよい。
【００４４】
次に本発明に係わる熱処理方法について説明する。
【００４５】
図１および図２に示すように、半導体ウェーハＳｂを第１支持リング４と第２支持リング５に支持させ、半導体ウェーハ熱処理用保持具１で同心的に保持し、半導体ウェーハＳｂが保持された半導体ウェーハ熱処理用保持具１を、図５に示すように、枚葉式ウエーハ熱処理装置１１の装置本体１２内に収納する。
【００４６】
しかる後、発熱体１３により石英ガラス窓１４を介して半導体ウェーハＳｂを加熱し、
熱処理用ガスをガス供給口１５から、ガス分配板１６を介してガスを加熱室１７に供給して、半導体ウェーハＳｂを熱処理し、ガスを排気口１８から排出して、半導体ウェーハＳｂの熱処理を行う。
【００４７】
この熱処理工程において、半導体ウェーハＳｂは半導体ウェーハ熱処理用保持具１の第１支持リング４の支持面４ｓと第２支持リング５の支持面５ｓで支持され、さらには、第１支持リング４の半径ｂ１と第２支持リング５の半径ｂ２が特定範囲に規定され、例えば、半導体ウェーハＳｂは式（Ａ）、式（Ｂ）を満足する半径ｂ１、ｂ２を有する第１支持リング４と第２支持リング５により支持されているので、半導体ウェーハＳｂに撓みが生じず、従って、半導体ウェーハＳｂに応力の発生がなく、撓みによる応力と熱処理による熱応力との重畳によりスリップが生じることもない。
【００４８】
また、枚葉式ウェーハボート１の円板形状の本体３には、第１支持リング４と第２支持リング５とが同心的に設けられているので、本体３の剛性が増し、本体３を薄くすることができ、枚葉式ウェーハボート１の熱追従性を向上させることができ、半導体ウェーハＳｂの均一加熱性が向上し、さらに生産性の向上にも寄与できる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明に係わる半導体ウェーハ熱処理用保持具によれば、熱処理時保持される半導体ウェーハにスリップが発生しない半導体ウェーハ熱処理用保持具を提供することができる。
【００５０】
すなわち、円板形状の本体と、この本体の上面に本体と同心的に設けられ、かつ上面からリング形状に突出した第１支持リングと、この第１支持リングの外側に同心的に形成され、かつ上面からリング形状に突出した第２支持リングとを有し、半導体ウェーハを第１支持リングと第２支持リングとの２重リングで支持する半導体ウェーハ熱処理用保持具であるので、超高温加熱時等においても、半導体ウェーハに撓みが生じず、従って、半導体ウェーハに応力の発生がなく、撓みによる応力と熱処理による熱応力との重畳によりスリップが生じることもなく、さらに本体の剛性が増し、本体を薄くすることができ、半導体ウェーハ熱処理用保持具の熱追従性を向上させることができ、半導体ウェーハの均一加熱性が向上し、さらに生産性の向上にも寄与でき、枚葉式ウェーハボートに適する半導体ウェーハ熱処理用保持具を提供することができる。
【００５１】
また、半導体ウェーハ熱処理用保持具に設けられた第１支持リングの半径と第２支持リングの半径は不等式（Ａ）、（Ｂ）を満足し、第１支持リングと第２支持リングの支持面は同一平面にあり、この支持面により半導体ウェーハを支持するので、半導体ウェーハにかかる応力を緩和することができ、保持時、スリップが発生しない半導体ウェーハ熱処理用保持具を提供することができる。
【００５２】
また、Ｂ１（＝ｂ１／Ｒ）およびＢ２（＝ｂ２／Ｒ）が、０＜Ｂ１＜０．７、０．６６＜Ｂ２＜１．０であるので、半導体ウェーハにかかる応力を緩和することができる。
【００５３】
また、Ｂ１およびＢ２が、０．３＜Ｂ１＜０．５、０．７＜Ｂ２＜０．９であるので、
半導体ウェーハにかかる応力を確実に緩和することができる。
【００５４】
また、Ｂ１およびＢ２が、０．３５＜Ｂ１＜０．４５、０．７５＜Ｂ２＜０．８５であるので、半導体ウェーハにかかる応力をさらに確実に緩和することができる。
【００５５】
また、２重リングの断面形状が三角形であるので、支持面の熱容量を減じることができ、半導体ウェーハにスリップが発生するのを防止できる。
【００５６】
また、三角形の断面は中空状であるので、さらに支持面の熱容量を減じることができ、
半導体ウェーハにスリップが発生するのを防止できる。
【００５７】
また、２重リングの断面形状が矩形であるので、さらに本体の剛性を増すことができる。
【００５８】
また、矩形の断面は中空であるので、本体の剛性を増しながら、支持面の熱容量を減じることができ、半導体ウェーハにスリップが発生するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係わる半導体ウェーハ熱処理用保持具の断面図。
【図２】  本発明に係わる半導体ウェーハ熱処理用保持具の平面図。
【図３】  本発明に係わる半導体ウェーハ熱処理用保持具で半導体ウェーハを保持した状態の模式図。
【図４】  本発明に係わる半導体ウェーハ熱処理用保持具に設けられた第１支持リングの半径と第２支持リングの半径の範囲を示す説明図。
【図５】  本発明に係わる半導体ウェーハ熱処理用保持具の他の実施形態の断面図。
【図６】  本発明に係わる半導体ウェーハ熱処方法を説明する説明図。
【図７】  １重支持リングで半導体ウェーハを支持した場合の撓み状態を模式的に示す説明図。
【符号の説明】
１  枚葉式ウェーハボート
２  立上部
３  本体
４  第１支持リング
４ｓ  支持面
５  第２支持リング
５ｓ  支持面
６  半導体ウェーハ熱処理用保持具
７  本体
８  第１支持リング
８ｓ  支持面
９  第２支持リング
９ｓ  支持面
１１  枚葉式ウェーハ熱処理装置
１２  装置本体
１３  発熱体
１４  石英ガラス窓
１５  ガス供給口
１６  ガス分配板
１７  加熱室
１８  ガスを排気口
Ｓｂ  半導体ウェーハ
ｐ  ギャップ
【図１】
0003942317.tif 000011
【図２】
0003942317.tif 000012
【図３】
0003942317.tif 000013
【図４】
0003942317.tif 000014
【図５】
0003942317.tif 000015
【図６】
0003942317.tif 000016
【図７】
0003942317.tif 000017