(57)【要約】【課題】熱処理装置に設けられた半導体ウエハを支持するウエハ支持部材において、半導体ウエハに温度斑が生じることがなく、且つ装置にかかるコストを抑えること。【解決手段】熱処理装置に設けられ、半導体ウエハＷの下面側周縁部に当接して該半導体ウエハを支持するウエハ支持部材１であって、炭化珪素により板状に形成された所定厚さの基材１Ａと、前記基材の上に形成され、前記基材の厚さの少なくとも０．５％の厚さ寸法を有するシリカ膜１Ｂとを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理装置に設けられ、半導体ウエハの下面側周縁部に当接して該半導体ウエハを支持するウエハ支持部材であって、
炭化珪素により板状に形成された所定厚さの基材と、
前記基材の上に形成され、前記基材の厚さの少なくとも０．５％の厚さ寸法を有するシリカ膜とを有することを特徴とするウエハ支持部材。
【請求項２】
熱処理装置に設けられ、半導体ウエハの下面側周縁部に当接して該半導体ウエハを支持するウエハ支持部材の製造方法であって、
炭化珪素により所定厚さの板状の基材を形成するステップと、
前記基材の上に、該基材の厚さの少なくとも０．５％の厚さ寸法を有するシリカ膜を形成するステップとを含むことを特徴とするウエハ支持部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハ支持部材及びその製造方法に関し、例えば半導体素子の製造工程で使用されるＲＴＰ装置において、被処理基板である半導体ウエハを支持するウエハ支持部材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を製造するために使用される熱処理装置の一つとして、枚様式のＲＴＰ装置（急速昇降温処理装置）がある。図２に模式的に示すように、このＲＴＰ装置１０は、チャンバ１１と、チャンバ１１内に配置され、被処理基板である半導体ウエハＷを保持する保持治具１２と、チャンバ１１内の上部位置に配置され、前記保持治具１２に保持された半導体ウエハＷを加熱するための加熱源２０とを備えている。また、チャンバ１０にはガス導入管１３及びガス排出管１４が接続され、加熱処理中においてはチャンバ１０内に所定のガスが導入されるようになっている。
【０００３】
前記ＲＴＰ装置１０にあっては、加熱源２０として、例えば特許文献１に開示されるように高輝度タングステンランプやハロゲンランプ等が用いられている。
これら加熱源となるランプは、主に波長１μｍ付近に発光のピークを有しており、その加熱速度は例えば２５０℃／秒といった急速昇降温となる。
このため、ＲＴＰ装置１０によれば、半導体ウエハＷに対する短時間での熱処理が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２８８５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記ＲＴＰ装置１０において半導体ウエハＷを保持する保持治具１２は、半導体ウエハＷの下面側周縁部に当接して支持するウエハ支持部材１５を有する。
前記ウエハ支持部材１５は、半導体ウエハＷの下面側周縁部を支持するために、一般に半導体ウエハＷと略同径の環状（リング状）あるいはＣ字状に形成される。また、高温での半導体ウエハＷの均熱性を保つために、高強度の炭化珪素（ＳｉＣ）を材料とし、熱容量が小さくなるように薄板状に形成されている。
【０００６】
しかしながら、前記ウエハ支持部材１５は、半導体ウエハＷの材料として用いられるシリコンとは、１μｍ付近での波長の吸収率が異なるために、半導体ウエハＷよりも温度上昇しやすく、当接するウエハＷ周縁部に温度斑が生じるという課題があった。
前記課題を解決するため、従来は加熱源であるランプの配置や制御方法が検討され、外周側に熱量を増やす等の対策が取られてきたが、前記温度斑の発生を抑制するには不十分であった。
或いは、ウエハ支持部材１５の表面を鏡面研磨して反射率を上げ、赤外線の吸収を抑制する方法もあるが、研磨工数が増加し、製造コストが高くなるという課題があった。
【０００７】
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、熱処理装置に設けられ、半導体ウエハを支持するウエハ支持部材において、半導体ウエハに温度斑が生じることがなく、且つ装置にかかるコストを抑えることのできるウエハ支持部材及びその製造方法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】
【０００８】
前記課題を解決するためになされた、本発明に係るウエハ支持部材は、熱処理装置に設けられ、半導体ウエハの下面側周縁部に当接して該半導体ウエハを支持するウエハ支持部材であって、炭化珪素により板状に形成された所定厚さの基材と、前記基材の上に形成され、前記基材の厚さの少なくとも０．５％の厚さ寸法を有するシリカ膜とを有することに特徴を有する。
このような構成によれば、シリカ膜により、例えばランプ加熱源からの赤外線の吸収率を低減することができ、炭化珪素からなる基材の昇温速度を低下させることができる。その結果、当接する半導体ウエハの周縁部における温度斑の発生を抑制することができる。
また、ウエハ支持部材の表面を鏡面研磨する必要がなく、基材上にシリカ膜を形成するのみで、赤外線吸収量を低減することができるため、装置にかかるコストを抑制することができる。
【０００９】
また、前記課題を解決するためになされた、本発明に係るウエハ支持部材の製造方法は、熱処理装置に設けられ、半導体ウエハの下面側周縁部に当接して該半導体ウエハを支持するウエハ支持部材の製造方法であって、炭化珪素により所定厚さの板状の基材を形成するステップと、前記基材の上に、該基材の厚さの少なくとも０．５％の厚さ寸法を有するシリカ膜を形成するステップとを含むことに特徴を有する。
このような方法によれば、シリカ膜により、例えばランプ加熱源からの赤外線の吸収率を低減することができ、炭化珪素からなる基材の昇温速度を低下させることができる。その結果、当接する半導体ウエハの周縁部における温度斑の発生を抑制することができる。
また、ウエハ支持部材の表面を鏡面研磨する必要がなく、基材上にシリカ膜を形成するのみで、赤外線吸収量を低減することができるため、装置にかかるコストを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、熱処理装置に設けられ、半導体ウエハを支持するウエハ支持部材において、半導体ウエハに温度斑が生じることがなく、且つ装置にかかるコストを抑えることのできるウエハ支持部材及びその製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（ａ）は、本発明のウエハ支持部材の平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のウエハ支持部材に半導体ウエハを載置した状態の断面図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）のウエハ支持部材の断面の拡大図である。
【図２】図２は、従来のＲＴＰ装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係るウエハ支持部材及びその製造方法の実施形態について図面に基づき説明する。尚、本発明に係るウエハ支持部材にあっては、例えば図２を用いて説明した従来のＲＴＰ装置１０（熱処理装置）で用いられる保持治具１２において、半導体ウエハＷに当接する支持部材１５に代えて使用可能な部材である。
【００１３】
図１（ａ）は、本発明のウエハ支持部材の平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のウエハ支持部材に半導体ウエハＷを載置した状態の断面図である。また、図１（ｃ）は、図１（ａ）のウエハ支持部材の断面の拡大図である。
【００１４】
図１に示すように、ウエハ支持部材１は、被処理基板である半導体ウエハＷ（シリコンウエハ）と略同径に形成された環状（リング状）に形成される。このウエハ支持部材１の上に半導体ウエハＷを載置すると、図１（ｂ）に示すように半導体ウエハＷの周縁部がウエハ支持部材１の上面に当接し支持された状態となる。
【００１５】
前記ウエハ支持部材１は、少なくとも図１（ｃ）に示すように炭化珪素（ＳｉＣ）からなる基材１Ａの上に高純度のシリカ膜１Ｂが成膜されている。
前記基材１Ａは、半導体ウエハを支持可能な強度を有しつつ、熱容量が小さいことが望ましいため、厚さ寸法ｈ１が２ｍｍ以下、望ましくは０．３ｍｍ程度とされる。
また、シリカ膜１Ｂの厚さ寸法ｈ２は、基材１Ａの厚さ寸法ｈ１の少なくとも０．５％の厚さ寸法（例えば２μｍ）を有するものとされる。
また、このシリカ膜１Ｂの厚さｈ２の上限側の値は、膜厚が大きすぎると、炭化珪素とシリカの熱膨張率の差に起因してシリカ膜にクラックが生じ、それがパーティクル発生の原因となる虞があるため、１０μｍ以下であることが望ましい。
【００１６】
前記シリカ膜１Ｂは、例えば湿式酸化処理により形成することができるが、それに限らず、酸素雰囲気中で基材１Ａを加熱処理（乾式酸化）することにより形成することもできる。シリカ膜１Ｂを乾式酸化処理により形成した場合には、より緻密なシリカ膜が形成でき、それにより膜の透過率が向上し、赤外線の吸収を抑制することができる。
【００１７】
ここで、エネルギー保存の法則から、入射光は、反射光と透過光と吸収光との和に等しくなる。シリカ膜１Ｂは、波長１μｍ付近の透過率が約９０％であるため、光吸収率が１０％と小さい。そのため、ウエハ支持部材１全体の赤外線吸収量がシリカ膜１Ｂの分だけ低減されることになる。
また、ウエハ支持部材１における基材１Ａの表面粗さＲａは、パーティクルを抑制するために０．８μｍ以下の範囲内とされるが、より小さい値であれば反射効果の点でより好ましい。
【００１８】
このように構成されたウエハ支持部材１によれば、ランプ加熱源からの赤外線の吸収率を低減することにより炭化珪素からなるウエハ支持部材１の昇温速度を低下させることができる。その結果、当接する半導体ウエハＷの周縁部における温度斑の発生を抑制することができる。
また、ウエハ支持部材１の表面を鏡面研磨する必要がなく、基材１Ａ上にシリカ膜１Ｂを形成するのみで、赤外線吸収量を低減することができるため、装置にかかるコストを抑制することができる。
【００１９】
尚、前記実施の形態においては、ウエハ支持部材１を環形状（リング状）としたが、本発明にあっては、これに限定されるものではなく、例えばＣ字形状の形状としてもよい。
【実施例】
【００２０】
本発明に係るウエハ支持部材及びその製造方法について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施の形態に示したウエハ支持部材を製造し、その性能を検証した。
【００２１】
［実験１］
実験１では、本発明の効果を検証するために、下記の実施例１及び比較例１を行った。
［実施例１］
実施例１では、炭化珪素材料により基材厚さ０．２５４ｍｍの環状（リング状）のウエハ支持部材を形成し、その上面側に厚さ２μｍのシリカ膜を湿式酸化処理により形成した。
このウエハ支持部材を用いて半導体ウエハを支持し、所定のランプ加熱処理を行った。
この加熱処理においてウエハ中心部が１０５０℃となるよう加熱し、ウエハ支持部材における上面（ウエハ積載面）の温度を測定したところ、１１１２℃であった。
【００２２】
［比較例１］
比較例１では、実施例１で用いたウエハ支持部材の上面からシリカ膜を除去し、そのウエハ支持部材を用いて半導体ウエハを支持し、所定のランプ加熱処理を行った。
この加熱処理においてウエハ中心部が１０５０℃となるよう加熱し、ウエハ支持部材における上面（ウエハ積載面）の温度を測定したところ、１１２８℃であった。
【００２３】
実施例１及び比較例１の結果から、ウエハ支持部材における温度上昇を約１．５％低減できることを確認した。
【００２４】
［実験２］
実験２では、本発明を特定するために実施例２乃至実施例５を行った。
［実施例２］
実施例２では、炭化珪素材料により基材の厚さが１．５ｍｍ、基材上のシリカ膜の厚さが４．５μｍのウエハ支持部材を形成した。
このウエハ支持部材を用いて半導体ウエハを支持し、所定のランプ加熱処理を行った。
この加熱処理においてウエハ中心部が１０５０℃となるよう加熱し、ウエハ支持部材における上面（ウエハ積載面）の温度を測定したところ、１１５０℃であった。
【００２５】
［実施例３］
実施例３では、炭化珪素材料により基材の厚さが１．５ｍｍ、基材上のシリカ膜の厚さが７．５μｍのウエハ支持部材を形成した。
このウエハ支持部材を用いて半導体ウエハを支持し、所定のランプ加熱処理を行った。
この加熱処理においてウエハ中心部が１０５０℃となるよう加熱し、ウエハ支持部材における上面（ウエハ積載面）の温度を測定したところ、１１３９℃であった。
【００２６】
［実施例４］
実施例４では、炭化珪素材料により基材の厚さが１．５ｍｍ、基材上のシリカ膜の厚さが１０μｍのウエハ支持部材を形成した。
このウエハ支持部材を用いて半導体ウエハを支持し、所定のランプ加熱処理を行った。
この加熱処理においてウエハ中心部が１０５０℃となるよう加熱し、ウエハ支持部材における上面（ウエハ積載面）の温度を測定したところ、１１３５℃であった。
【００２７】
［実施例５］
実施例５では、炭化珪素材料により基材の厚さが１．５ｍｍ、基材上のシリカ膜の厚さが１５μｍのウエハ支持部材を形成した。
このウエハ支持部材を用いて半導体ウエハを支持し、所定のランプ加熱処理を行った。
この加熱処理においてウエハ中心部が１０５０℃となるよう加熱し、ウエハ支持部材における上面（ウエハ積載面）の温度を測定したところ、１１２０℃であった。
【００２８】
［比較例２］
基材の厚さ１．５ｍｍでシリカ膜のないウエハ支持部材を用いて同様の処理を行ったところ、ウエハ支持部材における上面（ウエハ積載面）の温度は１１５４℃であった。
【００２９】
表１に実施例２乃至実施例５の結果を示す。尚、表中の評価結果における○は充分な吸収率であり良好な結果であったことを示し、△は不十分な吸収率であったことを示す。また、×はパーティクルが半導体ウエハに多く付着する等により不良が生じた結果を示す。
【表１】
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【００３０】
表１に示す結果から、基材厚さ１．５ｍｍの場合、基材厚さに対するシリカ膜の厚さ比率が０．５％以上０．６７％以下の場合に良好な結果が得られることを確認した。
また、シリカ膜厚さが１５μｍの場合（実施例５）には、シリカ膜にクラックが生じ、パーティクルが多く発生する結果となった。これは、炭化珪素とシリカの熱膨張率の差に起因して膜にクラックが生じたものと推察される。
【００３１】
［実験３］
実験３では、基材の厚さにより本発明の効果に差異が生じるか検証した。
［実施例６］
実施例６では、炭化珪素材料により基材の厚さが２．０ｍｍ、基材上のシリカ膜の厚さが１０μｍのウエハ支持部材を形成した。
このウエハ支持部材を用いて半導体ウエハを支持し、所定のランプ加熱処理を行った。
この加熱処理においてウエハ中心部が１０５０℃となるよう加熱し、ウエハ支持部材における上面（ウエハ積載面）の温度を測定したところ、１１４８℃であった。
【００３２】
［実施例７］
実施例７では、炭化珪素材料により基材の厚さが２．２ｍｍ、基材上のシリカ膜の厚さが１１μｍのウエハ支持部材を形成した。
このウエハ支持部材を用いて半導体ウエハを支持し、所定のランプ加熱処理を行った。
この加熱処理においてウエハ中心部が１０５０℃となるよう加熱し、ウエハ支持部材における上面（ウエハ積載面）の温度を測定したところ、１１５５℃であった。
【００３３】
表２に実施例６、７の結果を示す。尚、表中の評価結果における○は充分な吸収率であり良好な結果であったことを示し、×はパーティクルが半導体ウエハに多く付着する等により不良が生じた結果を示す。
【表２】
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【００３４】
表２に示す結果（及び実験１，２の結果）から、基材厚さ２．０以下の場合に良好な結果が得られることを確認した。
これは、基材厚さが２．０ｍｍを越えると、十分な吸収率を確保する膜厚比にするには酸化膜が厚くなり、パーティクルが発生しやすくなるためである。また、熱容量が大きくなりすぎ、ウエハ積載面の温度が上昇するために、本発明の効果が低減するものと推察される。
【００３５】
以上の実施例の結果から、炭化珪素からなる基材の上に、基材の厚さの少なくとも０．５％の厚さ寸法を有するシリカ膜を形成することにより充分な温度吸収率が得られることを確認した。
【符号の説明】
【００３６】
１      ウエハ支持部材
１Ａ    基材
１Ｂ    シリカ膜
Ｗ      半導体ウエハ
【図１】
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【図２】
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