(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶半導体ウエハを、その上面に載置して加熱処理するプレート状のシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用治具において、
前記シリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用治具の全体がシリコンからなり、
前記上面が、被処理シリコン単結晶半導体ウエハの直径以上の直径の円形周縁を有すると共に、中央部に最深部を有する凹曲面形状に形成され、
前記上面に対向する下面が、上面と平行な凹曲面形状を有し、
前記シリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用治具の厚さが１．０乃至１．５ｍｍであり、
前記凹曲面形状は、その曲率半径をｒ、前記被処理シリコン単結晶半導体ウエハの半径をｂ、前記被処理シリコン単結晶半導体ウエハ周縁との接点位置と中央部の最深部との高低差ａとしたとき、
ｒ＝（ｂ2＋ａ2）／２ａで表され、かつ載置したウエハ周縁との接点位置と前記最深部との高低差ａが、前記シリコン単結晶半導体ウエハが撓わんだ際に、前記ウエハの周縁部と中央部の両方で支持される２０μｍ乃至５００μｍの範囲にあり、
前記上面の被処理シリコン単結晶半導体ウエハとの接触部における中心線平均粗さＲａが０．３乃至０．８μｍ範囲にあることを特徴とするシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用治具。
【請求項２】
前記上面から下面に貫通する複数の孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載されたシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用治具。
【請求項３】
被処理シリコン単結晶半導体ウエハを載置した請求項１又は請求項２記載のシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用治具を単数もしくは複数搭載した、前記被処理シリコン単結晶半導体ウエハを加熱処理するためのシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用装置であって、
該装置が、前記治具の下面中心点から半径方向に、該半径の０．６乃至０．８倍の距離を隔てた位置で前記治具を支持する支持部材を具備することを特徴とするシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用治具を用いたシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用装置。
【請求項４】
前記シリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用治具の下面支持が、ほぼ等間隔位置の３点により行われることを特徴とする請求項３に記載されたシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用治具を用いたシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用装置。
【請求項５】
頂板、底板及び該頂、底両板を所定間隔を隔てて連結固定する連結部材とを備え、両板間に、シリコン単結晶半導体ウエハを載置した複数の前記治具を上下多段に搭載、支持されたシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用装置であって、
前記支持部材が、夫々の前記治具を個別に支持できるように、前記連結部材から多段に突出して設けられていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載されたシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用治具を用いたシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用装置。
【請求項６】
前記連結部材が、円板状の頂底両板間に設けられた３本の柱状部材からなり、各柱状部材から前記支持部材を突出させたことを特徴とする請求項５に記載されたシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用治具を用いたシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用装置。
【請求項７】
被処理シリコン単結晶半導体ウエハを載置した前記治具を保持し、これを加熱処理するシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用装置であって、前記支持部材が、平板状基材の上面に突出形成されたものであることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載されたシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用治具を用いたシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用治具及びこれを用いたシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用装置に関し、より詳細には、特定形状に形成されたシリコン単結晶半導体ウエハ載置上面を有するプレート状のシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用治具及びこれを用いたシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程には、酸化、拡散、成膜等の種々の加熱処理プロセスがあり、半導体ウエハはこれらのプロセスで様々な加熱処理を受ける。そして、これらの処理の態様、使用する加熱手段の種類等に応じて種々の半導体ウエハ加熱処理用治具が用いられている。
例えば、縦型熱処理炉を用いる半導体ウエハ熱処理工程の場合、複数枚のシリコン単結晶ウエハ等の半導体ウエハが、縦型多段のウエハ保持治具、いわゆる縦型ウエハボ−トに搭載保持されて処理される。この縦型ウエハボ−トは、例えば、図６に示すように、ウエハ１２を載置するための多数の溝（スリット）１１が設けられた棒形状の支柱部材１０が複数本（通常３本あるいは４本、図６の場合には３本）、縦方向に配列した構造となっている。
【０００３】
ウエハ１２はこの複数の支柱部材１０により外周部の数点（図６の場合、３点）で支持されて熱処理される。このウエハボ−トの形成素材として、一般に、石英ガラス、炭化ケイ素（ＳｉＣ）コ−トのシリコン（Ｓｉ）含浸炭化ケイ素、単結晶シリコン、多結晶シリコン等が用いられている。
【０００４】
また、エピタキシャル成長装置等によるウエハ面への薄膜気相成長工程の場合、例えば、ＳｉＣコ−トされた黒鉛基材から成るバッチ式や枚葉式のサセプタ−に半導体ウエハが載置され、所定の処理がなされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、縦型ウエハボ−ト等の半導体ウエハ加熱処理用治具に載置された被処理ウエハには、ウエハの自重が支持部に集中するため、これにより生ずる応力が常に作用している。そして、この応力が臨界剪断応力を越えると、ウエハ内に転位が発生する。この転位は応力の作用により巨視的な大きさにまで広がり、スリップとなる。このスリップの発生はウエハの品質を大きく低下させる。
【０００６】
一般に、臨界剪断応力は高温ほどその値は小さくなり、このことは、熱処理等の高温雰囲気下では、ウエハのスリップが、常温時に比較して著しく発生し易くなることを意味している。
特に、近年、半導体デバイスの高集積化に伴いウエハ一枚当たりのデバイス収率を上げるために、ウエハの大口径化が進んでいる。
その結果、ウエハの自重が大きくなり、それに伴いウエハに作用する応力が増大する傾向にあり、ウエハ中にスリップがより発生し易くなってきている。
【０００７】
また、上記した理由の他に、ウエハのサイズが大きくなることに起因して、特に昇温時におけるウエハ中心部と周縁部との温度差が大きくなる傾向にあり、この温度差により生じる熱応力も上記スリップ発生の原因の一つとなっている。
チョクラルスキ−法で製造される所謂ＣＺ−シリコンウエハは、半導体デバイスの基材として代表的なものであるが、このＣＺ−シリコンウエハの内でも、特に、格子間酸素濃度［Ｏｉ］が低い低格子間酸素濃度ＣＺ−シリコンウエハは、発生したスリップが大きくなりやすい傾向を有し、加熱処理等のウエハ処理時に大きなスリップが発生していた。
【０００８】
このような、スリップ発生に基づくウエハの歩留まり低下を回避するためには、前記半導体ウエハ加熱処理用治具におけるウエハの支持点の数を増やし、一点当たりの支持荷重を減少させ、支持点での応力を前記臨界剪断応力以下に軽減させることが考えられる。
【０００９】
しかしながら、半導体ウエハ加熱処理用治具におけるウエハの支持点の数を増しても、各支持点間の水平精度等の問題から、実際には、ウエハは多くとも４点程度の支点でスポット的に支えられている状態となり、上記方法では依然として応力の集中が残り、実質的解決がなされない。
【００１０】
そこで、ウエハをそのほぼ全面で支持する方法、即ち、例えばウエハを、それとほぼ同径、同厚の円形プレ−ト上に載置して支持する方法が考えられた。この方法は、可能な限り支持点を増すことを基本概念としたものである。
しかし、実際のプレ−ト面には凹凸があり、実質的に凸部のみでウエハを支持してしまい、その結果スリップの発生を完全に抑制するという目的を達成することはできなかった。
また、この問題を解決する手段の一つとして、プレ−ト板のウエハ載置面を、鏡面研磨等により該表面の凹凸がほぼ完全になくなるまで仕上げ加工し、その表面にウエハを載置する方法が考えられる。
しかし、加熱処理時にウエハとプレ−ト板が強固に密着してしまい、ウエハとプレート板を剥離させることが困難となるという新たな不都合を招来した。
【００１１】
本発明者等は、従来のウエハボ−ト等の支持治具における上記問題点を解決するために、ウエハを面で支持するための載置面の最適形状について鋭意研究を重ねた結果、下記に詳述するようにウエハ載置面を特定形状に形成したプレ−ト状の半導体ウエハ加熱処理用治具を用いることにより上記問題が確実に解決できることを見出し、この知見に基づき本発明を完成した。
また、プレ−ト状の半導体ウエハ加熱処理用治具を搭載、支持する方法（部材）の最適形態について鋭意研究し、下記に詳述するように前記治具、及びこれを支持する部材の特定支持構造に形成した半導体ウエハ加熱処理用装置により、上記問題が確実に解決できることを見出し、この知見に基づき本発明を完成した。
【００１２】
本発明は、例え大口径のシリコン単結晶半導体ウエハであっても、スリップや欠陥を発生させることなく、シリコン単結晶半導体ウエハを均質に加熱処理することができるシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用治具及びこれを用いたシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用装置を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用治具は、シリコン単結晶半導体ウエハを、その上面に載置して加熱処理するプレート状のシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用治具において、前記シリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用治具の全体がシリコンからなり、前記上面が、被処理シリコン単結晶半導体ウエハの直径以上の直径の円形周縁を有すると共に、中央部に最深部を有する凹曲面形状に形成され、前記上面に対向する下面が、上面と平行な凹曲面形状を有し、前記シリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用治具の厚さが１．０乃至１．５ｍｍであり、前記凹曲面形状は、その曲率半径をｒ、前記被処理シリコン単結晶半導体ウエハの半径をｂ、前記被処理シリコン単結晶半導体ウエハ周縁との接点位置と中央部の最深部との高低差ａとしたとき、ｒ＝（ｂ2＋ａ2）／２ａで表され、かつ載置したウエハ周縁との接点位置と前記最深部との高低差ａが、前記シリコン単結晶半導体ウエハが撓わんだ際に、前記ウエハの周縁部と中央部の両方で支持される２０μｍ乃至５００μｍの範囲にあり、前記上面の被処理シリコン単結晶半導体ウエハとの接触部における中心線平均粗さＲａが０．３乃至０．８μｍ範囲にあることを特徴としている。
【００１５】
ここで、前記プレ−ト状治具のウエハ載置面に、複数の貫通孔が配設されていることが望ましく、前記貫通孔の口径が３ｍｍ乃至１０ｍｍであること、前記貫通孔の数が３個乃至１０個であることが望ましい。
【００１６】
また、本発明のシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用装置は、被処理シリコン単結晶半導体ウエハを載置した上記シリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用治具を、単数もしくは複数搭載した、前記被処理シリコン単結晶半導体ウエハを加熱処理するためのシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用装置であって、該装置が、前記治具の下面中心点から半径方向に、該半径の０．６乃至０．８倍の距離を隔てた位置で前記治具を支持する支持部材を具備することを特徴としている。
ここで、上記シリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用装置は、被処理ウエハ載置治具の下面を少なくとも３点で支持することが好ましい。
前記プレート状治具を底面で支持する少なくとも３点がほぼ等間隔に位置することが特に望ましい。
【００１７】
また、前記シリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用装置が、頂板、底板及び該頂、底両板を所定間隔を隔てて連結固定する連結部材とを備え、両板間に、シリコン単結晶半導体ウエハを載置した複数の前記治具を上下多段に搭載、支持されたシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用装置であって、前記支持部材が、夫々の前記治具を個別に支持できるように、前記連結部材から多段に突出して設けられていることを特徴とするシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用治具を用いたシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用装置であることが好ましい。
また、前記縦型ウエハボ−ト形式のシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用装置における前記連結部材が、円板状の頂底両板間に設けられた３本の柱状部材からなり、各柱状部材から前記支持部材を突出させたものであることが特に好ましい。
更に、前記シリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用装置が、被処理ウエハを載置した前記治具を保持し、これを加熱処理するシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用装置であって、前記支持部材が、平板状基材の上面に突出形成されたシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用装置、即ち、所謂、バッチ式または枚葉式半導体ウエハ処理装置用のサセプタ−であることが望ましい。
【００１８】
本発明にかかるシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用のプレート状治具は、ウエハを面で支持するために最適なウエハ載置面、即ち、載置ウエハの直径以上の直径を有すると共に中央部に最深部を有する凹曲面形状に形成され、かつ載置ウエハ周縁との接点位置から最深部までの高低差が２０乃至５００μｍの範囲にあるという特定ウエハ載置面を有するウエハ載置用プレ−トであることが顕著な特徴である。
【００１９】
例えば、周縁が円形の放物面形状または凹球面形状等の特定凹曲面形状載置面で、ウエハを支持した場合、初めにウエハの周縁部と該載置面とが接触する。
そして、載置されたウエハは、自重により撓んでその中央部は僅かに沈むことにより載置面中央部とも接するようになる。これによって、ウエハが載置面周辺部と中央部の両方で同時に支持され、応力の集中を緩和することができる。
【００２０】
上記のようなウエハ支持態様の場合、ウエハは広範囲で支持されるため、スリップは発生しない。
即ち、本発明においては、ウエハ載置用プレート状治具の載置面が凹曲面形状に形成されること及びウエハ載置面の中央部（最深部）と載置面周辺部のウエハ周縁接触位置との高さの差が２０乃至５００μｍの範囲にあることが特に重要である。
この差が５００μｍを越えるとウエハが撓わんでもウエハの中央部が載置面にまで達することができないため周縁部のみの支持となり、そこからスリップが発生しやすい。また、この差が２０μｍ未満ではウエハの中央部のみ、あるいはウエハの中央部と特定の一部を支持することになり、そこからスリップが発生する。
【００２１】
また、本発明のシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用治具において、前記プレート状治具の載置面の中心線平均粗さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４）を０．３乃至０．８μｍの範囲にすることによって、上記スリップ発生をより確実に防止することができ、また加熱処理時にウエハとプレ−トとが密着せず、容易にウエハを剥離させることができる。また、粗度をこの範囲とすることにより、剥離時にウエハが破壊するのを防止することが出来る。
【００２２】
また、プレート状治具の載置面に、口径が３乃至１０ｍｍ程度の貫通孔を、３乃至１０個、配設した態様のものは、加熱処理時に載置ウエハとプレ−トの間隙が真空状態となることによって、生ずる両者の密着を防止する利点を有する。
【００２３】
更に、前記プレート状治具の少なくとも載置面が、シリコン（Ｓｉ）からなる態様の治具の場合には、特に載置ウエハがシリコンウエハの場合、ウエハと熱膨張率や硬度等の物性が同一であるためウエハを傷つけたりすることがなく、また、特に単結晶シリコンの場合には、高純度であり、汚染の問題がない。
またプレ−ト状治具の上面に対向する下面が上面と平行な凹曲面形状を有し、該プレ−ト材の厚さが、１．０乃至１．５ｍｍの範囲にあるものは、上記利点の他に、プレ−ト上にウエハを載置して加熱した場合にも変形等を起こすことなく充分な支持強度を有する。特に、熱容量も過大でないため熱伝達も速く、加熱時にウエハを温度ムラなく均一に昇温させることができるため、温度歪みに基づくウエハのスリップ発生を抑制できる。
一方、プレ−ト治具の上面における高低差が２０μｍ乃至２００μｍの範囲にあり、下面がほぼ平面に形成されたものにあっては、熱伝達の不均一性から高低差を比較的小さく（２００μｍ）に抑える必要がある。
【００２４】
更にまた、前記プレ−ト状治具及びその底面において支持部材により、少なくとも３点で支持する半導体ウエハ加熱処理用装置で、前記３支持点が、プレート状治具の下面中心から半径方向に該半径の０．６乃至０．８倍の距離隔たって位置する半導体ウエハ加熱処理用装置は、従来しばしば生じた載置ウエハの外周部での波状変形を抑制できる利点を有する。
プレート状治具の下面中心から半径方向に該半径の０．６倍未満の場合には、支持部分が突起状となって、この部分のみの支持となってウエハにスリップが発生しやすくなる。一方、プレート状治具の下面中心から半径方向に該半径の０．８倍を越えた場合には、該プレ−トが撓みすぎ、主にウエハ周辺のみの支持となってスリップが発生しやすくなる。
また、半導体ウエハ加熱処理用装置が、いわゆる縦型ウエハボ−ト形式のものである場合は、ウエハ載置プレート治具を多段に搭載することができ、一度に多数のウエハをスリップ等の欠陥を生じさせることなく良好に加熱処理することができる。またプレ−ト状治具は、バッチ式あるいは枚葉式サセプタ−にも適用することができる。
【００２５】
本発明のシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用のプレート状治具は、特に、加熱処理時等においてスリップが発生しやすいといわれている低格子間酸素濃度シリコンウエハの加熱処理用に有効に適用できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下本発明を、図に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明にかかるプレ−ト状治具の一実施形態を誇張して示した斜視図であり、図２（ａ）、（ｂ）は、図１のプレ−ト状治具に被処理ウエハを載置した状態を示した図であって、（ａ）は載置直後のウエハの状態を示す断面図であり、（ｂ）は加熱中のウエハの状態変化を示す断面図である。図３は、プレート状治具の参考例を示す図であって、誇張して示した斜視図である。
図４は、加熱処理すべき半導体ウエハを載置した本発明のプレート状治具を多段搭載、支持した、本発明にかかる半導体ウエハ加熱処理用装置を炉内に収容した態様で示した図である。
図５（ａ）、（ｂ）は、単数のプレート状治具を３本の支持部材によって支持した枚葉式の、本発明にかかる半導体ウエハ加熱処理用装置を炉内に収容した態様で示し、（ａ）は、その側面図を、（ｂ）は平面図を示す。また図６は、半導体ウエハを支持する従来の縦型ウエハボ−トを示す。更に、図７は本発明のプレ−ト状治具の多段搭載支持する、本発明にかかる半導体ウエハ加熱処理装置を構成する支持具を示した斜視図、図８は単数のプレ−ト状治具をリング状の支持部材によって支持した枚葉式の、本発明にかかる半導体ウエハ熱処理装置を示した断面図、図９は図８に示した該装置の平面図、図１０はリング状の支持部材を馬蹄形状とした本発明にかかる半導体ウエハ加熱処理装置である。
【００２７】
本発明の半導体ウエハ加熱処理用のプレート状治具は、図１、図２に示すように、そのウエハ載置面（上面）が、載置される被処理ウエハの直径２ｂ（半径ｂ）以上の周縁直径Ｄを有すると共に、中央部に最深部を有する凹曲面形状に形成され、かつ載置ウエハ周縁との接点位置から前記最深部までの高低差ａが２０乃至５００μｍの範囲となるように形成される。
【００２８】
このウエハ載置面に被処理ウエハを載置すると、図２（ａ）に示すように、ウエハ１はその周縁部で載置面と接触して支持されこの状態で加熱処理を行うと、中央部はその自重により僅かに撓んで周縁部より沈み、その中央部がプレート状治具２の最深部である中央部に接し、この凹曲面全体で支持される（図２（ｂ））。
【００２９】
ウエハは、熱処理装置内で加熱された場合、下面側と上面側の両方から熱を受ける。その熱量は、通常、下面側が若干多いため、これによる熱膨張差により、ウエハの周辺部が極僅かではあるが上方に反る傾向がある。前記プレ−ト状治具２による凹曲面の支持は、前記ウエハのこのような性質を利用したものである。
【００３０】
本発明のプレ−ト状治具２のウエハ載置面は、上記したウエハの加熱処理時における自然変形に適合した形状に形成したものである。
該ウエハ載置面の形状は、上記の目的から、中央部に最深部を有する凹曲面形状であれば、特に限定されるものではない。例えば、任意の凹曲面形状に形成されて差し支えないが、凹曲面が放物線を回転して形成される放物面形状、円を回転して形成される凹球面形状等であっても良い。
【００３１】
特に好ましい凹曲面形状は、図２（ａ）に示すように、その曲率半径（ｒ）が、載置ウエハの半径をｂ、該ウエハ周縁の載置面との接点位置から載置面最凹点までの高低差をａとしたとき、
ｒ＝（ｂ2 ＋ａ2 ）  ／２ａ
の関係を有する凹球面状に形成されたものである。
【００３２】
本発明では、上記ウエハ載置面の凹曲面形状において、載置ウエハ周縁との接点位置から最深部までの高低差が、２０乃至５００μｍ、より好ましくは５０乃至３５０μｍ、の範囲にあるように形状設定することが重要である。
この高低差が５００μｍを越える場合は、ウエハの中央部が前記載置面の最深部である中央部に届かず、実質的にウエハ周辺部のみの支持となり、本発明の目的であるウエハのスリップ発生を充分に防止することができない。
一方、高低差が２０μｍを下回る場合は、ウエハの加熱時の反りが高低差を上回る場合が生じ、ウエハ中央部のみ、または、中央部と周辺部局所点のみでの支持となり、この場合も、本発明の目的を充分に達成することができない。
なお、前記ウエハ載置面が曲率半径ｒ＝（ｂ2 ＋ａ2 ）  ／２ａの関係を有する凹球面状に形成された場合、被処理ウエハ１２インチ径（３００ｍｍ）で、曲率半径は、５６．２５乃至５６２．５ｍとなる。
【００３３】
本発明の前記プレ−ト状治具の載置面（上面）において載置ウエハと接する部分は、その表面粗さである中心線平均粗さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４）が０．３乃至０．８μｍの範囲に形成されることが好ましい。
中心線平均粗さが０．３μｍを下回る場合は、加熱処理時にウエハと載置面とが密着する傾向があり、ウエハをプレート状治具から剥離させることが困難となる。
中心線平均粗さが、０．８μｍを越える場合は、ウエハの載置面接触部での支持が、粗面の凸点のみの支持となり、スリップ発生の誘因となる。
【００３４】
また、図示しないが、本発明のプレ−ト状治具のウエハ載置面に、口径が３乃至１０ｍｍ、特に好ましくは５乃至８ｍｍの貫通孔を、３乃至１０個、特に好ましくは４乃至７個、面内に均一に分布して配設することが好ましい。
上記の貫通孔を設けた態様のプレート状治具は、加熱処理時に載置ウエハとプレ−トの間隙が真空状態となることにより生ずる両者の密着を防止することができる。
【００３５】
前記貫通孔３の孔径が１０ｍｍより大きい場合や孔数が１０個より多い場合は、プレート状治具自体の強度低下やウエハ加熱時の温度むらの増大を招き易くなる。
また、ウエハ載置面に貫通孔が不均一に配置された場合は、プレート状治具の強度低下を招き、貫通孔がウエハ面の動径方向の同一直線上に３点以上並ぶ態様に配設された場合も同様にプレート状治具の強度低下を招く。
これは、穴が、同一直線上に並ぶとその領域で断面積が小さくなり、同じ力が作用する場合、断面積が小さくなるため応力は大きくなる。撓みは、応力に比例するので、結局上記の条件では大きく撓むことになる。
【００３６】
本発明で用いる上記プレート状治具の、ウエハ載置面以外の形状は、本発明の半導体ウエハ加熱処理用装置に搭載可能な形状であれば特に限定されるものではなく、該プレ−トを搭載する装置構造に合わせて適宜設定して良い。
このようなプレート状治具の外形形状として、例えば図１に示したような凹曲面皿形形状（カップ形状）のプレ−ト治具２や、図３に示したような上面に凹曲面形状が形成され底面が平らな凹面・平面型形状のウエハ載置用プレ−ト等を例示することができる。
【００３７】
加熱処理時にウエハを温度ムラなく均一に加熱昇温する観点からは、構成材がプレ−ト全体でほぼ等しい適正断面厚ｔを有し、熱容量が過大でないカップ形状（皿形）のプレ−ト治具２が好ましい。
凹面・平面型形状の治具（図３に示した治具）の場合は、治具の周縁部と中奥部ではその厚さの相違に基づく熱容量の差が若干有るため、これに半導体ウエハを載置し熱処理した際に、ウエハの面内温度分布に多少の不均一性を生ずる可能性がある。
このため、上記凹面・平面型形状のプレート状治具（図３に示した治具）の場合には、治具上面の凹曲面形状を、載置ウエハ周縁の接点位置と最深部との高低差が２０乃至２００μｍとなるように形成し、且つ、該治具の周縁部高さ（厚さ）を１．２乃至１．５ｍｍ、即ち、変形を防止するため治具中央部肉の厚さが１ｍｍ以上となるように形成することが好ましい。
また、プレ−ト状治具を構成する材料としては、通常この種の治具に用いられる材料、例えば、石英ガラス、炭化ケイ素（ＳｉＣ）コ−トのシリコン（Ｓｉ）含浸炭化ケイ素、単結晶シリコン、多結晶シリコン、ＣＶＤ−ＳｉＣ膜材等を挙げることができる。これらの内では、シリコンが好ましく、特に単結晶シリコンが好ましい。
特に、被処理半導体ウエハがシリコンウエハである場合には、プレート状治具２の、少なくともウエハ載置面部分はシリコン単結晶で形成されていることが、熱膨張率や硬度等の物性が同一であるためウエハを傷つけたりすることがなく、また、汚染させたりすることがなく好ましい。なお、熱膨張率の観点からは特に、シリコン単結晶単体であることが最も好ましい。
【００３８】
また図２に示したプレート状治具２は、特にその形成材料がシリコンからなる場合、プレ−ト材の断面厚さｔは１．０乃至１．５ｍｍの範囲にあることが好ましい。
プレート状治具の厚さが、１．０ｍｍを下回る場合は、プレ−ト状治具２を縦型ウエハボート形式の支持具で支持した際、支持された部分及びその周辺が盛り上がり、前記ウエハ載置面に局所的な凹凸を生じさせる。その結果、前記凹凸が載置したウエハと接し、ウエハにスリップを発生させる。
一方、厚さが１．５ｍｍを越える場合には、プレート状治具の熱容量が大きくなり、ウエハの面内温度不均一化が生じやすくなる。
なお、上記プレ−ト治具が、例えば、図３に示した凹面・平面型形状のプレ−ト治具２の場合は、その最薄部即ち面中央部の厚さｔを上記の断面厚さとする。
【００３９】
被処理ウエハを載置したプレ−ト状治具は、所定の支持部材を有する支持具で支持され、本発明の半導体ウエハ加熱処理用装置を構成して、該装置内に収容される。
本発明において、プレ−ト状治具を収容する支持具は、該プレ−ト状治具を支持する支持手段を備えた装置であれば特に限定されるものではなく、ウエハの処理目的に応じて適宜選択されて良い。
【００４０】
例えば、エピタキシャル成長装置等の処理装置の場合には、図５（ａ）、（ｂ）に示すような突起状支持部材４ａ上で支持されたウエハ載置用プレート治具２をベルジャー４ｂ内に収容するサセプター４を挙げることができる。
即ち、サセプタ−４の上には３つの突起状のプレ−ト支持部材４ａが設けられ、そのプレ−ト支持部材４ａの上に図１に示したカップ型（皿型）のプレ−ト治具２が載せられる。前記突起４ａはウエハ載置用プレ−ト治具２の中心に対して対象に１２０°の間隔をもって形成されている。
【００４１】
一方、縦型ウエハボ−トのような複数のウエハを多段に搭載する形式の支持治具を具備する半導体ウエハ加熱処理用装置の場合は、例えば、図４に示したようなプレート状治具の支持手段を多段に備えたものを例示することができる。
図４に示した縦型ウエハボ−ト状の支持具５は、この支柱（連結部材）５ａから突出した広幅のプレ−ト支持部材５ｂを備えている。前記プレ−ト状治具が、前記プレ−ト支持部材５ｂに多段載置される。なお、図４は縦型の熱処理炉の側面断面図であって、図中６は炉芯管、７はヒ−タを示している。
【００４２】
プレ−ト状治具を、支持具のプレ−ト支持部で支持する場合は、その底面において、プレ−ト状治具２の中心に対称な少なくとも３点で支持されることが好ましく、特に該３支持点が、ウエハ載置プレ−ト状治具の中心から半径方向に該半径の０．６乃至０．８倍の距離隔たって位置することが好ましい。
上記のようにプレ−ト状治具を支持することにより、従来、半導体ウエハ加熱処理用治具において、ウエハ載置用プレ−トの外周部での波状変形の発生を抑制できる。
【００４３】
また、前記したように図４に示された突起状支持部材５ｂに替えて、図７に示すようなリング状の支持部材５ｃとしても良く、また前記リング状の支持部材５ｃの一部を切欠いた馬蹄形状に支持部材を形成しても良い。
なお、前記リング状の支持部材は、図８、９に示すような枚葉式の熱処理装置用にも適用することができる。すなわち、基体８の上面にリング状の支持部材８ａを設け、プレ−ト状治具２を載置しても良い。図８は図９のＡ−Ａ断面図であり、図９は平面図である。
また、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、前記リング状の支持部材８ａの一部を切欠いた馬蹄形状に支持部材を形成しても良い。このとき、図１０（ａ）に示すようにその切欠き部分の大きさは、その中心角θが３０°以下が好ましい。これはウエハ面内に対して温度が不均一にならないようにするためであり、前記３０°が最大値であり、より好ましくは１０°以下が良い。
【００４４】
また前記したように支持部材の形状は、特に限定されるものではないが、該治具が当接する支持部材の熱容量は、可能な限り小さいことが好ましいため、支持部材は円形断面の棒状形状が好ましく、プレ−ト治具と支持部材は点接触となるようになすのが好ましい。
支持点数は３点以上でも構わないが、縦形ボ−ト形式の場合、棒状の連結部材の本数をその分だけ増やす必要があり、コストの増大を招くため、３本が好ましい。また枚葉式の場合においても３点以上の支持点を設けても良いが、支持部材あるいは平板状の寸法精度上、結局３点支持となるため、３点支持が好ましい。
【００４５】
また、単結晶シリコンインゴットから作製される単結晶シリコンウエハは、半導体デバイスの基材として代表的なものであるが、このシリコンウエハの内でも、特に、格子間酸素濃度［Ｏｉ］が低い低格子間酸素濃度ＣＺ−シリコンウエハ（通常［Ｏｉ］濃度が１．３×１０18 atoms/cm3 (old ASTM) 以下）は、加熱処理等のウエハ処理時に、特にスリップ発生し易く、また発生したスリップが大きくなり易い傾向を有することが知られている。
本発明の半導体ウエハ加熱処理用のプレート状治具は、このような低格子間酸素濃度ＣＺ−シリコンウエハの加熱処理用に特に有効に適用できる。
【００４６】
【実施例】
「参考例１」
シリコン単結晶インゴットから切り出した後、グラインダーによる研磨加工及びエッチング加工により、周縁が円形、中央部に最深部を有する凹球曲面形状のウエハ載置面（上面）を備え、下面が平面の図３に示すような凹面・平面型形状のプレート状治具を作製し、このプレート状治具をアンモニア水と過酸化水素から成る洗浄水を用いて洗浄した。
なお、該プレート状治具のウエハ載置面（上面）の直径は３０３ｍｍ、ウエハ周縁との接点位置から最深部までの高低差は２０μｍ、ウエハ載置面の中心線平均粗さＲａ０．５μｍ、治具の周縁部厚さ１．２ｍｍであった。また、ウエハ載置面には、その中心及び半径の０．６５倍の位置に６０°間隔で６個、すなわち、合計で７個の貫通孔を形成した。
次に示すサンプルウエハを用意し、上記プレート状治具の載置面（上面）上に図３（ｂ）に示す状態に載置した。
サンプルウエハとしては、直径３００ｍｍ、面方位［１００］、Ｐ型、抵抗ρ＝９〜１４Ω・ｃｍのシリコン単結晶ウエハを用いた。
なお、このサンプルウエハは、赤外吸収法により事前に測定した格子間酸素［Ｏｉ］濃度が、１．１〜１．２×１０18 atoms/cm3 (old ASTM) であった。
【００４７】
上記サンプルウエハを載置したプレート状治具２５個を縦方向多段に支持する支持具（縦型ウエハボート）に搭載した。また、この支持治具の上下端部には各々３枚づつダミーウエハを載置した。
前記支持治具は、図４に示したものと同等であり、シリコン製で３点支持式のものを用いた。なお、この支持治具は、ウエハを載置した前記プレート状治具の底面部を中心から半径の０．８倍の位置で該中心に対称に３点で支持するようにスリット（支持部材）が長く形成されている。
【００４８】
上記サンプルウエハ載置プレート状治具を上記支持具に搭載した半導体ウエハ加熱処理用装置を用いてウエハの熱処理を行い、その際のスリップ発生状況の評価を実施した。
なお、熱処理は、７００℃で炉入れした後、８℃／ｍｉｎで１０００℃迄昇温し、その後、２℃／ｍｉｎで１２００℃迄昇温、この１２００℃の状態で１時間保持し、２℃／ｍｉｎで１０００℃迄降温し、その後８℃／ｍｉｎで７００℃迄降温し、炉出しするシーケンスで行った。なお、炉内に水素ガスを２０ｌ／ｍｉｎで流入させ、水素雰囲気とした。
上記熱処理後のサンプルウエハのスリップ発生状態を、Ｘ−線トポグラフィー（ｌａｎｇ法）を用いて、測定評価した。なお、Ｘ−線ターゲットには、Ｍｏを用い、加速電圧５５ｋＶ、電流２９０ｍＡの操作条件で、２５枚すべてについて測定を実施した。回折面はスリップ観察に最も適している４００回折とした。
その評価結果を表１及び図１１に示す。なお、いずれの場合もスリップの位置に多少の違いがあるが、２５枚のほとんどが同様なスリップ発生状況であったため、その一例を図１１に示した。
【００４９】
「参考例２、３」
ウエハ載置面におけるウエハ周縁との接点位置から最深部までの高低差が１４０μｍ（参考例２）、２００μｍ（参考例３）であり、周縁部厚さが１．３ｍｍ（参考例２）、１．５ｍｍ（参考例３）である以外は参考例１と同様に作製したプレート状治具を用い、参考例１と同様の縦型ウエハボート形式の支持具に、参考例１と同様にしてプレート状治具を載置し、参考例１と同様に熱処理した後、ウエハのスリップ発生状態を測定評価した。
その評価結果を表１及び図１１に示す。
【００５０】
「比較例１」
参考例１で使用したと同様のシリコン単結晶インゴットから切り出し、グラインダーによる研磨加工及びエッチング加工により、上、下面が互いに平行平面の円盤状ウエハ載置用プレート状治具（厚さ０．９ｍｍ、上面中心線平均粗さＲａ０．５μｍ）を製作し、これを参考例１と同様の支持具に、参考例１と同様にして載置し、参考例１と同様に熱処理した後、ウエハのスリップ発生状態を測定評価した。
その結果を表１及び図１１に示す。
【００５１】
「比較例２」
ウエハ載置面におけるウエハ周縁との接点位置から最深部までの高低差が２２０μｍ、周縁部厚さ１．７ｍｍである以外は参考例１と同様に作製したプレート状治具を用い、参考例１と同様の支持具に、参考例１と同様に搭載し、同様に熱処理した後、ウエハのスリップ発生状態を測定評価した。その評価結果を表１及び図１１に示す。
【００５２】
「実施例１」
参考例１と同様のシリコン単結晶インゴットから、周縁が円形、中央部に最深部を有する凹曲面形状の上面を備え、該上面に平行する湾曲凹面状下面を有する凹曲面皿形形状のプレ−ト状治具を作製し、この治具をアンモニア水と過酸化水素からなる洗浄水を用いて洗浄した。
なお、該プレート状治具の上面（ウエハ載置面）の直径は３０３ｍｍ、ウエハ周縁との接点位置から最深部までの高低差は２０μｍ、ウエハ載置面の中心線平均粗さＲａ０．５μｍ、厚さ１．０ｍｍであった。
このプレート状治具を用い、参考例１と同様の支持具に、治具底面部を中心から半径の０．６倍の位置で対称３点支持した以外は実施例１と同様にして載置し、参考例１と同様に熱処理した後、ウエハのスリップ発生状態を測定評価した。  その評価結果を表１及び図１１に示す。
【００５３】
「実施例２、３」
高低差、厚さ、上面中心平均粗さＲａが夫々表１に記載した値である以外は実施例１と同様の凹曲面皿形プレート状治具を作製し、これを実施例１と同様にしてウエハのスリップ発生状態を測定評価した。
その評価結果を表１及び図１１に示す。
【００５４】
「比較例３乃至７」
高低差、厚さ、上面中心線平均粗さＲａが夫々表１に記載した値である以外は実施例１と同様の凹曲面皿形プレート状治具を作製し、縦型ウエハボート形式の治具搭載装置に、治具底面部を中心から夫々表１に記載した半径の倍数位置で支持した以外は実施例１と同様にして載置し（ただし、比較例５のみは４点対称支持）、実施例１と同様に熱処理した後、ウエハのスリップ発生状態を測定評価した。
その評価結果を表１及び図１１に示す。
【００５５】
「比較例８」
周縁部厚さ１．０ｍｍである以外は実施例１と同様に作製したプレート状治具を用い、参考例１と同様の支持具に、治具底面部を中心から半径の０．６倍の位置で対称３点支持した以外は参考例１と同様にして載置し、参考例１と同様に熱処理した後、ウエハのスリップ発生状態を測定評価した。その評価結果を表１及び図１１に示す。
【００５６】
【表１】
0004003906.tif 000002
【００５７】
図１１から明らかなように、参考例１〜３では、被処理ウエハ２５枚中１０〜１３枚において、ウエハの周辺部に１〜２本のスリップが観察された。しかしながら、１０ｍｍ以上のスリップはまったく観察されなかった。なお、残りの被処理ウエハのいずれにもスリップはまったく観察されなかった。
また、実施例１〜３では、２５枚の被処理ウエハのすべてについて、スリップはまったく観察されなかった。
一方、比較例１〜５、７、８では、ウエハの周辺部において１０ｍｍ以上のスリップが高密度に存在する部分が、数か所観察された。また比較例６ではウエハの略直径方向にへき開が観察された。
以上のように、実施例においては、特定形状のウエハ載置面を備え、これに被処理ウエハを載置して加熱処理するため、ウエハ内にスリップ等の欠陥の発生を防止でき、あるいは抑制できることが認められた。
【００５８】
【発明の効果】
本発明のシリコン単結晶半導体ウエハ加熱処理用治具は、上述した特定形状のウエハ載置面を備え、これに被処理ウエハを載置して加熱処理するため、例え大口径のウエハを高温熱処理する場合においてもウエハ内にスリップ等の欠陥を発生させることがなく、良好な品質の半導体デバイスを安定して歩留まり良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明にかかる半導体ウエハ加熱処理用治具の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】  図２は、図１の半導体ウエハ加熱処理用治具にウエハを載置した状態を示す図、（ａ）は加熱前の状態を示す断面図、（ｂ）は加熱処理状態におけるウエハ状態を示す断面図である。
【図３】  図３は、半導体ウエハ加熱処理用治具の参考例を示す斜視図である。
【図４】  図４は、本発明にかかる半導体ウエハ加熱処理用装置を炉内に収容した状態を示した図である。
【図５】  図５は、本発明にかかる単数のプレート状治具（半導体ウエハ加熱処理用治具）を支持した枚葉式の、本発明にかかる半導体ウエハ加熱処理用装置を炉内に収容した態様を示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【図６】  図６は、半導体ウエハを支持する従来の縦型ウエハボ−トを示す図である。
【図７】  図７は、本発明のプレ−ト状治具（半導体ウエハ加熱処理用治具）を多段搭載支持する支持具を示した斜視図である。
【図８】  図８は、単数のプレート状治具をリング状の支持部材によって支持した枚葉式の、本発明にかかる半導体ウエハ加熱処理用装置を示す図９のＡ−Ａ断面図である。
【図９】  図９は、図８に示す半導体ウエハ加熱処理用装置の平面図である。
【図１０】  図１０は、図８、図９に示したリング状の支持部材を馬蹄形状とした半導体ウエハ加熱処理用装置である。
【図１１】  図１１は、参考例・実施例・比較例における、熱処理後のサンプルウエハのｘ−線トポグラフによる状態観察図である。
【図１】
0004003906.tif 000003
【図２】
0004003906.tif 000004
【図３】
0004003906.tif 000005
【図４】
0004003906.tif 000006
【図５】
0004003906.tif 000007
【図６】
0004003906.tif 000008
【図７】
0004003906.tif 000009
【図８】
0004003906.tif 000010
【図９】
0004003906.tif 000011
【図１０】
0004003906.tif 000012
【図１１】
0004003906.tif 000013