JP7545940B2 - Semiconductor heat treatment member and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、半導体熱処理部材に関し、例えばRTP装置(急速加熱処理装置)において好適に用いられ、半導体ウェーハを保持するリングに適用可能な半導体熱処理部材及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor heat treatment component, for example, a semiconductor heat treatment component suitable for use in an RTP apparatus (rapid thermal processing apparatus) and applicable to a ring that holds a semiconductor wafer, and a method for manufacturing the same.
半導体の製造工程において、加熱処理装置を用いて半導体ウェーハを熱処理する技術としてRTP装置が用いられる。RTP(Rapid Thermal Process)は、急速加熱処理を意味し、このRTP装置によって厚さ10nm以下の超薄型シリコン酸化膜を作ることができる。 In the semiconductor manufacturing process, an RTP apparatus is used as a technology for heat-treating semiconductor wafers using a heat treatment device. RTP (Rapid Thermal Process) stands for rapid heat treatment, and this RTP apparatus can create ultra-thin silicon oxide films with a thickness of less than 10 nm.
前記RTP装置は、ランプ加熱を用いた熱処理技術であり、この技術の特徴は、ウェーハを急速に加熱(数十秒で約1000℃)させると共に、等配列に配置された赤外線ランプをウェーハ表面温度からのフィードバックにより個々に制御する。それにより、ウェーハ表面温度の温度差を高精度に制御することが可能となる。 The RTP device is a thermal processing technology that uses lamp heating. The feature of this technology is that it heats the wafer rapidly (to about 1000°C in a few tens of seconds) and individually controls the evenly arranged infrared lamps through feedback from the wafer surface temperature. This makes it possible to control the temperature difference of the wafer surface with high precision.
一般的なRTP装置は、光源ランプとしてタングステン・ハロゲンランプ等を用いる。
そして、ウェーハ保持リング上に載置・保持された半導体ウェーハに光源ランプのエネルギーを直接吸収させるものである。半導体ウェーハを処理する環境としてはN2ガス等のクリーンなガス雰囲気が必要なため、処理室本体をハロゲン光の透過効率が良く熱的に安定した材料である石英からなる石英窓で密閉する構造としている。ウェーハは、光の照射バランスが良い処理室中央付近で、ウェーハ保持リング上に載置される。このRTP装置を用いる方式では、熱媒体を介さずにウェーハを加熱できることから、装置の熱応答を決定づける熱容量を最低限に抑えることが可能となる。その結果、瞬時加熱が実現できるため、ウェーハの構造を破壊する可能性が小さく、ウェーハのアニールに特に有効とされている。
A typical RTP device uses a tungsten halogen lamp or the like as a light source lamp.
The energy of the light source lamp is directly absorbed by the semiconductor wafer placed and held on the wafer holding ring. Since a clean gas atmosphere such as N2 gas is required as the environment for processing the semiconductor wafer, the processing chamber body is sealed with a quartz window made of quartz, which is a thermally stable material with good halogen light transmission efficiency. The wafer is placed on the wafer holding ring near the center of the processing chamber where the light irradiation balance is good. In this method using the RTP device, the wafer can be heated without using a heat medium, so the heat capacity that determines the thermal response of the device can be minimized. As a result, instantaneous heating can be realized, so there is little possibility of destroying the structure of the wafer, and it is considered to be particularly effective for wafer annealing.
このRTP装置において、ウェーハを載置するウェーハ保持リングは、一般に炭化珪素質セラミックスから形成されている。これは、炭化珪素質材料が高い耐熱性、熱伝導率を有することから、半導体ウェーハを均一に加熱でき、かつ破損し難いからである(特許文献1参照)。また、カーボン等の基材の表面にCVD法によって炭化珪素膜を施したものも多用されている(特許文献2参照)。 In this RTP apparatus, the wafer retaining ring on which the wafer is placed is generally made of silicon carbide ceramics. This is because silicon carbide materials have high heat resistance and thermal conductivity, allowing the semiconductor wafer to be heated uniformly and being less susceptible to damage (see Patent Document 1). Also commonly used are those in which a silicon carbide film is applied to the surface of a base material such as carbon by the CVD method (see Patent Document 2).
特に、RTP装置のような短時間に大きな熱が印加される場合には、装置の熱応答を決定づける熱容量を最低限に抑えるために、ウェーハ保持リングの厚みを低減することが試みられている。
しかしながら、従来のウェーハ保持リングは、その厚みが薄いほど熱的特性が向上するが、ウェーハ保持リングを形成する炭化珪素質材料は、靱性が低いため、薄くすることで機械的強度が下がり、構造的及び熱的に破損をする可能性が高かった。
In particular, in cases where a large amount of heat is applied in a short period of time, such as in an RTP apparatus, attempts are being made to reduce the thickness of the wafer retaining ring in order to minimize the thermal capacity that determines the thermal response of the apparatus.
However, while the thinner the conventional wafer retaining ring, the better its thermal properties. the silicon carbide material from which the wafer retaining ring is made has low toughness, making the ring thinner reduces its mechanical strength, increasing the likelihood of structural and thermal failure.
特に、熱伝達方向の肉厚を1.2mm以下とするためには、ダイヤモンド砥石や遊離砥粒等を用いた機械加工を行う必要があるが、ウェーハ保持リングの被加工面に微細な研磨傷(ツールマーク)が残るために、炭化珪素本来の強度に比べ大幅に強度が低下する。すなわち、被加工面の微細な研磨傷が起点となってウェーハ保持リングが破損することが多い。 In particular, to make the thickness in the heat transfer direction 1.2 mm or less, machining using diamond grindstones or loose abrasive grains is necessary, but because fine polishing scratches (tool marks) remain on the processed surface of the wafer retaining ring, the strength is significantly reduced compared to the inherent strength of silicon carbide. In other words, the wafer retaining ring is often damaged by fine polishing scratches on the processed surface.
また、ウェーハ保持リングを形成する炭化珪素質材料は、その純度を99.5%以上、理論密度97%以上の緻密質であり、純度が低く密度の低い炭化珪素質材料は、熱伝導率が低くなり、RTP装置では製品全体の熱分布差が大きくなり、発生する熱応力が増加し、使用時に破壊に至る可能性がある。
また、ウェーハ保持リングの表面の算術平均粗さRaが1.6μmを越えると、肉厚1mm以下の場合、ハンドリングや搬送など物理的なダメージによる破損や熱収縮の繰り返しにより、ウェーハ保持リングが破損する可能性が非常に高い。
In addition, the silicon carbide material from which the wafer retaining ring is made is dense, with a purity of 99.5% or more and a theoretical density of 97% or more. Silicon carbide material with low purity and low density has low thermal conductivity, which in turn increases the difference in heat distribution throughout the product in an RTP apparatus, increasing the generated thermal stress and possibly leading to destruction during use.
Furthermore, if the arithmetic mean roughness Ra of the surface of a wafer retaining ring exceeds 1.6 μm and the thickness is 1 mm or less, the wafer retaining ring is highly likely to be damaged due to physical damage such as breakage during handling and transportation, or due to repeated thermal contraction.
このような課題に対し特許文献3では、基材が炭化珪素質セラミックスからなり、表面に厚み0.05μm以上5μm以下の酸化珪素膜を形成したウェーハ保持リングを開示している。このウェーハ保持リングにおいては、表面の算術平均粗さRaが1.6μm以下であり、被加工面の微細な研磨傷などによる機械的強度の低下や熱応力による破損を防止し、RTP装置等の急速加熱処理装置に用いるのに適していると記載されている。
In response to these issues,
しかしながら、特許文献3に開示されたウェーハ保持リングにあっては、算術平均粗さRaが1.6μm以下であっても、半導体ウェーハへの伝熱性を制御して膜厚均一性が良好な酸化膜をウェーハ表面に成膜するには不十分であった。
本願発明者は、鋭意研究の結果、ウェーハへの伝熱性を制御して良好な酸化膜をウェーハ表面に成膜するには、ウェーハ搭載面において、高さ方向の指標である算術平均粗さRaと平面方向の指標である平均長さRSmとの両方を制御することが重要であることを知見した。
本願発明者は、高さ方向の指標である算術平均粗さRaと平面方向の指標である平均長さRSmとの両方を制御することを前提に本発明をするに至った。
However, in the wafer retaining ring disclosed in
As a result of extensive research, the inventors of the present application have discovered that in order to control the heat transfer to the wafer and form a good oxide film on the wafer surface, it is important to control both the arithmetic mean roughness Ra, which is an index in the height direction, and the mean length RSm, which is an index in the planar direction, on the wafer mounting surface.
The present inventors have arrived at the present invention on the premise of controlling both the arithmetic mean roughness Ra, which is an index in the height direction, and the mean length RSm, which is an index in the planar direction.
本発明は、上記事情の下になされたものであり、半導体ウェーハを保持するリングに適用可能な半導体熱処理部材において、前記半導体ウェーハに対し加熱処理により酸化膜を成膜する際、半導体ウェーハへの伝熱性が均一となり、ウェーハ表面に成膜された酸化膜の膜厚のばらつきを小さくすることのできる半導体熱処理部材及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention was made under the above circumstances, and aims to provide a semiconductor heat treatment component applicable to a ring that holds a semiconductor wafer, which has uniform heat transfer to the semiconductor wafer when an oxide film is formed on the semiconductor wafer by heat treatment, and a method for manufacturing the same, which can reduce the variation in thickness of the oxide film formed on the wafer surface.
前記課題を解決するためになされた本発明に係る半導体熱処理部材は、炭化珪素からなる基材の表面が酸化膜で被覆され、半導体ウェーハを保持する半導体熱処理部材であって、前記半導体ウェーハに接するウェーハ保持部の表面の算術平均粗さRaが0.3μm以下であって、且つ要素の平均長さRSmが40μm以下であることに特徴を有する。
尚、前記ウェーハ保持部の表面の算術平均粗さRaの最大値と最小値の差ΔRaが0.15μm以下であることが望ましい。
また、前記ウェーハ保持部の厚さは、1mm以下に形成されていることが望ましい。
また、前記ウェーハ保持部の表面に形成された酸化膜の膜厚は、0.3μm以上3μm以下であることが望ましい。
The semiconductor heat treatment member of the present invention, which has been made to solve the above problems, is a semiconductor heat treatment member having a substrate made of silicon carbide whose surface is coated with an oxide film and which holds a semiconductor wafer, and is characterized in that the arithmetic mean roughness Ra of the surface of the wafer holding part in contact with the semiconductor wafer is 0.3 μm or less, and the average element length RSm is 40 μm or less.
It is preferable that the difference ΔRa between the maximum and minimum values of the arithmetic mean roughness Ra of the surface of the wafer holder is 0.15 μm or less.
It is also preferable that the thickness of the wafer holder is set to 1 mm or less.
Moreover, it is desirable that the thickness of the oxide film formed on the surface of the wafer holder is 0.3 μm or more and 3 μm or less.
このように構成された半導体熱処理部材によれば、半導体ウェーハに接する面は、算術平均粗さRaが0.3μm以下であり、且つ粗さ要素の平均長さRSmが40μm以下に形成されている。これにより、保持した半導体ウェーハへの伝熱性が均一となり、半導体ウェーハに対し加熱処理により酸化膜を成膜する際、ウェーハ表面に成膜された酸化膜の膜厚のばらつきを小さくすることができる。 With a semiconductor heat treatment member configured in this manner, the surface in contact with the semiconductor wafer is formed to have an arithmetic mean roughness Ra of 0.3 μm or less and an average length of the roughness elements RSm of 40 μm or less. This makes the heat transfer to the held semiconductor wafer uniform, and when an oxide film is formed on the semiconductor wafer by heat treatment, it is possible to reduce the variation in the thickness of the oxide film formed on the wafer surface.
また、前記課題を解決するためになされた本発明に係る半導体熱処理部材の製造方法は、前記した半導体熱処理部材の製造方法であって、リング状の炭化珪素の基材を得る工程と、前記基材の表面をダイヤモンド砥石により算術平均粗さRaが0.3μm以下、要素の平均長さRSmが40μm以下となるように加工する工程と、前記基材を酸化雰囲気下で加熱し、基材の表面に膜厚0.3μm以上3μm以下の酸化膜を形成する工程とを備えることに特徴を有する。
このような方法によれば、前記した特徴を有する半導体熱処理部材を得ることができる。
In addition, the manufacturing method of the present invention, which has been made to solve the above-mentioned problems, is a manufacturing method of the above-mentioned semiconductor heat treatment member, and is characterized in that it comprises the steps of obtaining a ring-shaped silicon carbide substrate, processing the surface of the substrate with a diamond grinding wheel so that the arithmetic mean roughness Ra is 0.3 μm or less and the average element length RSm is 40 μm or less, and heating the substrate in an oxidizing atmosphere to form an oxide film having a thickness of 0.3 μm or more and 3 μm or less on the surface of the substrate.
According to this method, a semiconductor heat treatment member having the above-mentioned characteristics can be obtained.
本発明によれば、半導体ウェーハを保持するリングに適用可能な半導体熱処理部材において、前記半導体ウェーハに対し加熱処理により酸化膜を成膜する際、半導体ウェーハへの伝熱性が均一となり、ウェーハ表面に成膜された酸化膜の膜厚のばらつきを小さくすることのできる半導体熱処理部材及びその製造方法を提供することができる。 The present invention provides a semiconductor heat treatment component that can be applied to a ring that holds a semiconductor wafer, and a manufacturing method thereof that can uniformly transfer heat to the semiconductor wafer when an oxide film is formed on the semiconductor wafer by heat treatment, thereby reducing the variation in thickness of the oxide film formed on the wafer surface.
以下、本発明にかかる半導体熱処理部材の一実施形態について、図1及び図2に基づいて説明する。図1は、本発明の半導体熱処理部材としてのリングの平面図であり、図2は、図1のA-A矢視断面図である。尚、図は模式的または概念的なものであり、各部位の厚みと幅との関係、部位間の大きさの比率等は、正確に図示されていない。
また、本実施の形態においては、本発明の半導体熱処理部材として、RTP装置において用いられ、半導体ウェーハの表面に酸化膜の成膜処理等を行うために半導体ウェーハを保持するリングを適用した例について説明する。
An embodiment of a semiconductor heat treatment member according to the present invention will be described below with reference to Figures 1 and 2. Figure 1 is a plan view of a ring as a semiconductor heat treatment member according to the present invention, and Figure 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A in Figure 1. Note that the figures are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each portion, the size ratio between portions, etc. are not accurately shown.
In addition, in this embodiment, an example will be described in which a ring is used in an RTP apparatus as the semiconductor heat treatment member of the present invention, and which holds a semiconductor wafer in order to perform a process such as forming an oxide film on the surface of the semiconductor wafer.
図1に示すように、リング1(半導体熱処理部材)は、リング状の枠部2と、この枠部2の内側下方に形成された、半導体ウェーハを載置するためのウェーハ保持部3とから構成されている。
前記枠部2とウェーハ保持部3とは、炭化珪素からなる基材4の表面に酸化膜5が形成されたものからなり、前記酸化膜5の膜厚は、0.3μm以上3μm以下程度、好ましくは0.8μm以上1.2μm以下に形成されている。この酸化膜5が形成されていることによって、基材4方向への圧縮応力がかかり、耐性を持たせ、基材4が薄く形成されていても、ウェーハが搭載されたときなどの機械的な負荷や熱サイクルによる負荷からリング1の破損を防止することができる。
As shown in FIG. 1, the ring 1 (semiconductor heat treatment member) is composed of a ring-
The
尚、酸化膜5の膜厚が0.3μmより薄いと、基材4を薄く形成した場合に、機械的な負荷や熱サイクルによる負荷に対する耐性が低くなり、リング1が破損する虞がある。一方、酸化膜5の膜厚が3μmより厚いと、リング1の熱伝導性が低下し、熱処理結果に斑が生じる虞がある。また、酸化膜が剥離してパーティクルによるウェーハ汚染の原因になる虞もある。
If the thickness of the
また、ウェーハ保持部3の厚さt(基材4と酸化膜5とを合わせた厚さ)は、1mm以下、より好ましくは0.5mm以下に形成されている。このようにウェーハ保持部3を薄く形成することによって、基材4の熱容量が小さくなり、熱応答性が向上する。厚さtは、強度を確保するために好ましくは0.20mm以上に形成されている。
尚、ウェーハ保持部3の厚さが1mmより大きいと、基材4の熱容量が大きくなるため、熱応答性が低下し、好ましくない。
Furthermore, the thickness t of the wafer holder 3 (the combined thickness of the
If the thickness of the
また、リング1に形成されるリング状の枠部2の内径としては、半導体ウェーハを嵌め込むことができる限りは特に限定されるものではなく、加熱処理を行う半導体ウェーハの外径により任意の大きさのものを使用することができる。
また、前記枠部2の内周側下部に設けられたウェーハ保持部3としては、その上面に半導体ウェーハ4を載置した際に、該半導体ウェーハ4の表面が半導体熱処理部材1の上面と略平行な平面を形成するのが好ましく、これにより、RTP装置等による加熱処理の際に半導体ウェーハ全体を均一に加熱して処理することができる。
Furthermore, the inner diameter of the ring-
Furthermore, it is preferable that the
また、ウェーハ保持部3の内径としては、半導体ウェーハを載置することができる限り特に限定されるものではないが、載置する半導体ウェーハの外径より少しだけ小さい値であるのが好ましい。これにより、ウェーハ保持部3と半導体ウェーハとの接触部位が小さくなり、半導体ウェーハに加えた熱がウェーハ保持部3から拡散するのを防ぎ、熱分布のムラを少なくして均一に半導体ウェーハを加熱することができる。
The inner diameter of the
また、ウェーハ保持部3の表面は、高さ方向の指標である算術平均粗さRaは、0.3μm以下に形成され、粗さ曲線の要素の平均長さRSmは、40μm以下に形成されている。
算術平均粗さRaが0.3μmよりも大きいと半導体ウェーハとウェーハ保持部3の表面(搭載面)との間に隙間が生じ、伝熱性が低下するため、半導体ウェーハに熱を均一に伝えることが難しくなる。
また、粗さ曲線の要素の平均長さRSmが40μmを超える場合、半導体ウェーハとウェーハ保持部3とが接する面積が少なくなるため、伝熱による熱の伝わりが悪化する虞があるため好ましくない。
尚、粗さ曲線の要素の平均長さRSmは、熱処理時にウェーハがウェーハ保持部3に貼りつくことを防止するため、15μm以上であることが好ましい。
The surface of the
If the arithmetic mean roughness Ra is greater than 0.3 μm, a gap will occur between the semiconductor wafer and the surface (mounting surface) of the
Furthermore, if the average length RSm of the roughness curve elements exceeds 40 μm, the contact area between the semiconductor wafer and the
Incidentally, the average length RSm of the roughness curve element is preferably 15 μm or more in order to prevent the wafer from sticking to the
また、ウェーハ搭載面の算術平均粗さRaのばらつきは少ないほうがよく、Raの最大値と最小値との差分ΔRaは0.15μm以下がよい。より好ましくは、ΔRaは0.1μm以下であることにより、良好な熱伝達を示し、半導体ウェーハへの酸化膜成膜処理において、酸化膜の膜厚均一性がより良好なウェーハを得ることができる。このようなウェーハ保持部3(ウェーハ搭載面)を持ったリング1を用いて半導体ウェーハを処理することにより、ウェーハ面内の酸化膜厚のばらつきを0.10nm以下とすることが可能である。
In addition, it is preferable that the variation in the arithmetic mean roughness Ra of the wafer mounting surface is small, and the difference ΔRa between the maximum and minimum values of Ra is 0.15 μm or less. More preferably, ΔRa is 0.1 μm or less, which shows good heat transfer and allows the production of wafers with better oxide film thickness uniformity in the oxide film formation process on semiconductor wafers. By processing semiconductor wafers using a
続いて、本発明にかかるリング1の製造方法を説明する。まず、炭化珪素からなる基材4を製造する際には、炭化珪素を所定のリング状の成形体に形成し、この成形体を焼結させて、高い熱伝導率を有するリング状の基材4を得る。もしくは、カーボン基材の表面にCVD法にて炭化珪素を成長させ、その後前記カーボン基材を除去して、高い熱伝導率を有するリング状の炭化珪素基材4を得る。
Next, a method for manufacturing the
次いで、このリング状の基材4の表面をダイヤモンド砥石により算術平均粗さRaが0.3μm以下、要素の平均長さRSmが40μm以下となるように研削や研磨などの加工をする。さらに、基材4を酸化雰囲気下1000℃以上1300℃以下で熱を印加して酸化処理することにより、基材4の全表面に膜厚0.3μm以上3μm以下程度、好ましくは0.8μm以上1.2μm以下の酸化膜5を形成し、リング1を得る。
Next, the surface of this ring-shaped
図3に本発明のリング1を備えたRTP装置の一形態を示す。図3に示すようにRTP装置10は、雰囲気ガス導入口20a及び雰囲気ガス排出口20bを備えたチャンバ(反応管)20と、チャンバ20の上部に離間して配置された複数のランプ30と、チャンバ20内の反応空間25に半導体ウェーハWを支持する基板支持部40とを備える。また、図示しないが、半導体ウェーハWをその中心軸周りに所定速度で回転させる回転手段を備えている。
Figure 3 shows one embodiment of an RTP apparatus equipped with the
基板支持部40は、半導体ウェーハWの外周部を支持する本発明のリング1と、リング1を支持するステージ40aとを備える。チャンバ20は、例えば、石英で構成されている。ランプ30は、例えば、ハロゲンランプで構成されている。ステージ40aは、例えば、石英で構成されている。このRTP装置は10℃~300℃/秒の昇温又は降温の温度勾配で半導体ウェーハWの全体を均一に加熱して処理することができる。
The
尚、このRTP装置10における反応空間25内の温度制御は、基板支持部40のステージ40aに埋め込まれた複数の放射温度計50によってリング1の下部の基板径方向における基板面内多点(例えば9点)の平均温度を測定し、その測定された温度に基づいて複数のハロゲンランプ30の制御(各ランプの個別のON-OFF制御や、発光する光の発光強度の制御等)を行う。
The temperature in the
続いて、この実施形態にかかる半導体熱処理部材としてのリングを備えたRTP装置10による半導体ウェーハWの加熱処理方法を図3に従って説明する。
まず、リング1に半導体ウェーハWを載置して固定する。半導体ウェーハWの周縁部下面がウェーハ保持部3に接することになる。このリング1を、酸化雰囲気下の反応空間25内に設置されたステージ40aの上部に半導体ウェーハWの上面が略平行になるように固定する。
Next, a method of heat treating a semiconductor wafer W using an
First, the semiconductor wafer W is placed and fixed on the
また、雰囲気ガス導入口20aよりプロセスガスを導入するとともに雰囲気ガス排出口20bから反応空間25内のガスを排気し、半導体ウェーハW上に所定の気流を形成する。
次いで、等配列に配置されたハロゲンランプ30を半導体ウェーハWの表面温度からのフィードバックにより個々に制御して半導体ウェーハWの表面温度を制御しながら急速に加熱(例えば数十秒で約1,000℃)して半導体ウェーハWの加熱処理を行う。これにより、半導体ウェーハWの表面に所望の酸化膜が形成される。
Furthermore, a process gas is introduced through the
Next, the
以上のように本実施の形態に係るリング1(半導体熱処理部材)によれば、該リング1は、前記枠部2とウェーハ保持部3とにより構成され、それらは炭化珪素からなる基材4の表面に酸化膜5が形成されたものである。ここで、前記ウェーハ保持部3の表面は、算術平均粗さRaが0.3μm以下であり、且つ粗さ要素の平均長さRSmが40μm以下に形成されている。これにより、ウェーハ保持部3に保持した半導体ウェーハWへの伝熱性が均一となり、半導体ウェーハWに対し加熱処理により酸化膜を成膜する際、ウェーハ表面に成膜された酸化膜の膜厚のばらつきを小さくすることができる。
As described above, according to the ring 1 (semiconductor heat treatment member) of this embodiment, the
尚、前記実施の形態においては、本発明に係る半導体熱処理部材としてリングを例に説明したが、本発明にあっては、その形態に限定されるものではなく、炭化珪素の基材の表面に酸化膜の被膜をした半導体熱処理部材に広く適用することができる。 In the above embodiment, a ring has been used as an example of the semiconductor heat treatment member according to the present invention, but the present invention is not limited to this form and can be widely applied to semiconductor heat treatment members having an oxide film coating on the surface of a silicon carbide base material.
本発明に係る半導体熱処理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。
[実験1]
実験1では、ウェーハ保持部(ウェーハ搭載面)の表面状態が異なるリングを複数作成し(実施例1~5、比較例1~3)、そのリングに保持した半導体ウェーハを熱処理し、ウェーハ表面に成膜された酸化膜の膜厚均一性について調べた。
前記リングの作成においては、基材の表面をダイヤモンド砥石により算術平均粗さRaが0.3μm以下、要素の平均長さRSmが40μm以下となるように研削加工した。その後、基材を酸化雰囲気下1000℃以上1300℃以下で熱を印加して酸化処理することにより、基材の全表面に膜厚1.0μmの酸化膜を形成し、ウェーハ保持リングを得た。この時のウェーハ保持部の表面の算術平均粗さRa、要素の平均長さRSm及び算術平均粗さRaの差ΔRaは表1のとおりであった。
The semiconductor heat treatment member and the manufacturing method thereof according to the present invention will be further described with reference to examples.
[Experiment 1]
In
In the preparation of the ring, the surface of the substrate was ground with a diamond grindstone so that the arithmetic mean roughness Ra was 0.3 μm or less and the mean element length RSm was 40 μm or less. The substrate was then subjected to an oxidation treatment by applying heat at 1000° C. to 1300° C. in an oxidizing atmosphere to form an oxide film with a thickness of 1.0 μm on the entire surface of the substrate, thereby obtaining a wafer holding ring. The arithmetic mean roughness Ra, the mean element length RSm, and the difference ΔRa between the arithmetic mean roughness Ra of the surface of the wafer holding part at this time were as shown in Table 1.
各リングのウェーハ保持部(ウェーハ搭載面)は、ダイヤモンド砥石の番手を変更して表面粗さを変化させた。また、表面粗さは非接触粗さ計を用いて計測した。表面粗さは90度間隔でウェーハ保持部の表面を4点測定し、その平均値をとった。高さ方向の指標である算術平均粗さRaの差ΔRaは、4点の最大値Raから最小値Raを差し引いた値とした。
また、要素の平均長さRSmは、90度間隔でウェーハ保持部の表面の4点を非接触粗さ計にて測定し、その平均値を算出した。
The surface roughness of the wafer holder (wafer mounting surface) of each ring was changed by changing the grit size of the diamond grindstone. The surface roughness was measured using a non-contact roughness meter. The surface roughness was measured at four points on the surface of the wafer holder at 90 degree intervals, and the average value was taken. The difference ΔRa in the arithmetic mean roughness Ra, which is an index in the height direction, was calculated by subtracting the minimum value Ra from the maximum value Ra of the four points.
The average element length RSm was calculated by measuring four points on the surface of the wafer holder at 90 degree intervals with a non-contact roughness meter and calculating the average value.
また、半導体ウェーハに対する熱処理の条件としては、ドライ酸化雰囲気1000℃以上1150℃以下で60秒以上300秒以下とした。
表1に実施例及び比較例の条件、及び結果を示す。表1に示す評価は、半導体ウェーハに形成された酸化膜の膜厚の均一性として、面内ばらつきが0.06nm以下を◎とし、面内ばらつきが0.06nmより大きく0.08nm以下を○とし、面内ばらつきが0.08nmより大きく0.10nm以下を△とした。また、面内ばらつきが0.10nmを越えるものを×とした。
The conditions for the heat treatment of the semiconductor wafer were a dry oxidizing atmosphere at 1000° C. to 1150° C. for 60 seconds to 300 seconds.
Table 1 shows the conditions and results of the examples and comparative examples. The evaluations shown in Table 1 are for the uniformity of the thickness of the oxide film formed on the semiconductor wafer, with an in-plane variation of 0.06 nm or less being rated as ⊚, an in-plane variation of more than 0.06 nm and less than 0.08 nm being rated as ◯, and an in-plane variation of more than 0.08 nm and less than 0.10 nm being Δ. Also, an in-plane variation exceeding 0.10 nm was rated as x.
表1に示すように、ウェーハ保持部の算術平均粗さRaが0.3μm以下であって、且つ面方向の粗さ要素の平均長さRSmが40μm以下の場合、半導体ウェーハの表面に形成された酸化膜の面内ばらつきが0.10nm以下と小さくなり良好であった(実施例1~5)。
一方、ウェーハ保持部の算術平均粗さRaが0.3μmより大きく、又は面方向の粗さ要素の平均長さRSmが40μmより大きかった場合、ウェーハ酸化膜の面内ばらつきが大きくなった(比較例1~3)。
よって、本実験1の結果、ウェーハ保持部の算術平均粗さRaを0.3μm以下とし、且つ面方向の粗さ要素の平均長さRSmを40μm以下とすることにより、半導体ウェーハの表面に形成された酸化膜の面内ばらつきを0.10nm以下と小さくすることができることを確認した。
As shown in Table 1, when the arithmetic mean roughness Ra of the wafer holder was 0.3 μm or less and the average length RSm of the roughness elements in the planar direction was 40 μm or less, the in-plane variation of the oxide film formed on the surface of the semiconductor wafer was small and good, being 0.10 nm or less (Examples 1 to 5).
On the other hand, when the arithmetic mean roughness Ra of the wafer holder was greater than 0.3 μm or the mean length RSm of the roughness elements in the surface direction was greater than 40 μm, the in-surface variation of the wafer oxide film became large (Comparative Examples 1 to 3).
Therefore, as a result of this
[実験2]
実験2では、ウェーハ保持部(ウェーハ搭載面)に形成する酸化膜の膜厚が異なるリングを複数作成し(実施例6~11)、そのリングに保持した半導体ウェーハを熱処理し、ウェーハ表面に成膜された酸化膜の膜厚均一性およびパーティクルの発生について調べた。なお、リングの酸化膜の膜厚は、酸化雰囲気下での熱処理時間によって、調整した。実験2の条件及び評価結果を表2に示す。表2に示す評価のうち、半導体ウェーハに形成された酸化膜の膜厚の均一性は、面内ばらつきが0.06nm以下を◎とし、面内ばらつきが0.06nmより大きく0.08nm以下を○とし、面内ばらつきが0.08nmより大きく0.10nm以下を△とした。
また、リングにウェーハを搭載して、繰り返し100回使用したとときに、10回以上パーティクル異常となったものは△として、それ以外を〇とした。
[Experiment 2]
In
In addition, when a wafer was loaded on the ring and used repeatedly 100 times, those which showed
以上の実験2の結果、基材に形成する酸化膜の膜厚は、0.3μm以上3μm以下程度、好ましくは0.8μm以上1.2μm以下に形成することが好ましいことを確認した。
As a result of the
1 リング
2 枠部
3 ウェーハ保持部
4 基材
5 酸化膜
10 RTP装置
W 半導体ウェーハ
Claims (5)
前記半導体ウェーハに接するウェーハ保持部の表面の算術平均粗さRaが0.3μm以下であって、且つ要素の平均長さRSmが40μm以下であることを特徴とする半導体熱処理部材。 A semiconductor heat treatment member having a surface of a substrate made of silicon carbide covered with an oxide film and configured to hold a semiconductor wafer,
A semiconductor heat treatment member, characterized in that the arithmetic mean roughness Ra of the surface of the wafer holder in contact with the semiconductor wafer is 0.3 μm or less, and the mean element length RSm is 40 μm or less.
リング状の炭化珪素の基材を得る工程と、
前記基材の表面をダイヤモンド砥石により算術平均粗さRaが0.3μm以下、要素の平均長さRSmが40μm以下となるように加工する工程と、
前記基材を酸化雰囲気下で加熱し、基材の表面に膜厚0.3μm以上3μm以下の酸化膜を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体熱処理部材の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor heat treatment member according to any one of claims 1 to 4, comprising the steps of:
Obtaining a ring-shaped silicon carbide substrate;
A step of processing the surface of the substrate with a diamond grindstone so that the arithmetic mean roughness Ra is 0.3 μm or less and the mean length RSm of the elements is 40 μm or less;
and heating the base material in an oxidizing atmosphere to form an oxide film having a thickness of 0.3 μm or more and 3 μm or less on the surface of the base material.
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