特許 7269798 縦型ウェハボート及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-26

(45)【発行日】2023-05-09

(54)【発明の名称】縦型ウェハボート及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20230427BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20230427BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 N

H01L21/31 F

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019113261

(22)【出願日】2019-06-19

(65)【公開番号】P2020205384

(43)【公開日】2020-12-24

【審査請求日】2021-11-30

(73)【特許権者】

【識別番号】507182807

【氏名又は名称】クアーズテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101878

【弁理士】

【氏名又は名称】木下 茂

(74)【代理人】

【識別番号】100187506

【弁理士】

【氏名又は名称】澤田 優子

(72)【発明者】

【氏名】荻津 健

【審査官】湯川 洋介

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－１８８２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１０８９２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３１１２９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－００５３７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

天板と、前記天板に一端が固定され、他端が底板に固定された複数の支柱と、前記支柱の側面から水平方向に突出するウェハ支持部とを有する縦型ウェハボートであって、
シリコンウェハが載置される前記ウェハ支持部の上面が、非加熱処理状態のシリコンウェハが接触する第１の領域と、加熱処理状態のシリコンウェハが接触する第２の領域と、
を備え、
前記第１の領域の表面粗さが、前記第２の領域の表面粗さよりも大きく形成されていることを特徴とする縦型ウェハボート。

【請求項2】

シリコンウェハが載置される前記ウェハ支持部の上面において、
前記第２の領域は、前記ウェハ支持部の上面先端から該ウェハ支持部の基端に向かって１～３ｍｍまでの領域であることを特徴とする請求項１に記載された縦型ウェハボート。

【請求項3】

シリコンウェハが載置される前記ウェハ支持部の上面において、
前記第１の領域の表面粗さＲａは小さくても１．５μｍであり、
前記第２の領域の表面粗さＲａは大きくても０．４μｍであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された縦型ウェハボート。

【請求項4】

前記ウェハ支持部の上面は、支柱側から先端に向かって下方向に傾斜するテーパ面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された縦型ウェハボート。

【請求項5】

前記請求項１乃至請求項４のいずれかに記載された縦型ウェハボートの製造方法であって、
前記支柱に前記ウェハ支持部を形成する工程と、
前記第２の領域の表面粗さを、前記第１の領域の表面粗さよりも小さく形成する工程と、を備えることを特徴とする縦型ウェハボートの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、縦型ウェハボート及びその製造方法に関し、特に半導体デバイスの製造に使用される、シリコンウェハを載置する縦型ウェハボート及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体製造プロセスでは、シリコンウェハ（以下、ウェハと呼ぶ）に対し酸化や拡散、ＣＶＤ等の熱処理が行われる。この熱処理時に使用されるウェハボートとしては、垂直に立設した複数（例えば４本）のボート支柱に対し、水平方向にウェハ支持部（ウェハ格納用溝）が延設された縦型ウェハボートが知られている。
そして、このウェハ支持部にウェハを搭載し、所定の熱処理を行うことで、高スループットを実現でき、ウェハの量産化を図っている。

【0003】

しかしながら、ウェハ支持部はウェハと接するため、ウェハ支持部の表面粗さが粗い場合には、熱処理中にウェハとウェハ支持部とが擦れ、ウェハにスリップと呼ばれる表面傷や、パーティクルが発生するという技術的課題があった。

【0004】

そのため従来は、ウェハに接触するウェハ支持部の上面の粗さを均一に低くする（滑らかにする）ことが望ましいとされていた。
例えば、特許文献１（特開２００５－２０３６４８号公報）に開示された縦型ウェハボートでは、ウェハ支持部上にシリコン製の板状の支持体を配置し、その支持体がウェハ裏面の外周部に接触する構成が用いられている。
尚、特許文献１には、このウェハと接する前記支持体の表面粗さは０．１μｍ以下に抑えられ、それによりウェハとの間の摩擦が小さくなり、ウェハ接触面への傷つきが防止されると記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００５－２０３６４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、ウェハを収容した縦型ウェハボートをチャンバに収容し熱処理を施す場合、熱処理初期段階（炉にいれた直後、或いは昇温開始直後など）では、急速に加熱されるため、ウェハの反り、ボートの変形などにより、ウェハ支持部に載置された状態からウェハが移動することがあった。
特に、特許文献１に開示されたウェハボートのようにウェハと接する部位の表面粗さＲａが小さい場合には、ウェハとウェハ支持部との間の摩擦力が小さいため、ウェハの移動は抑制し難いものであった。
このウェハの移動は、時として、ウェハ中心が１ｍｍ以上も移動することがあり、その結果、ウェハとウェハ支持部との間に、大きな擦れが生じ、ウェハにスリップが生じる、またパーティクルが発生するという技術的課題があった。

【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、縦型ウェハボートにおいて、シリコンウェハの移動を抑制するとともに、シリコンウェハのスリップ及びパーティクルの発生を抑制できる縦型ウェハボート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、本発明に係る縦型ウェハボートは、天板と、前記天板に一端が固定され、他端が底板に固定された複数の支柱と、前記支柱の側面から水平方向に突出するウェハ支持部とを有する縦型ウェハボートであって、シリコンウェハが載置される前記ウェハ支持部の上面が、非加熱処理状態のシリコンウェハが接触する第１の領域と、加熱処理状態のシリコンウェハが接触する第２の領域と、を備え、前記第１の領域の表面粗さが、前記第２の領域の表面粗さよりも大きく形成されていることを特徴としている。

【0009】

尚、シリコンウェハが載置される前記ウェハ支持部の上面において、前記第２の領域は、前記ウェハ支持部の上面先端から該ウェハ支持部の基端に向かって１～３ｍｍまでの領域であることが望ましい。
また、シリコンウェハが載置される前記ウェハ支持部の上面において、前記第１の領域の表面粗さＲａは小さくても１．５μｍであり、前記第２の領域の表面粗さＲａは大きくても０．４μｍであることが望ましい。
更に、前記ウェハ支持部の上面は、支柱側から先端に向かって下方向に傾斜するテーパ面に形成されていても良い。

【0010】

本発明によれば、ウェハボートの各ウェハ支持部において、その上面先端から所定範囲の第２の領域が、表面粗さが小さい状態になされ、そのほかの領域である第１の領域は、第２の領域の表面粗さよりも表面粗さが大きい状態となされる。
そのため、非加熱処理状態においては、ウェハ外周部が前記表面粗さの大きい第１の領域に当接して、ウェハの移動が抑制される。
そして、加熱処理状態においては、ウェハが反ってウェハ最外周縁部が浮き、前記表面粗さの大きい領域から離れる。このとき、ウェハ外周部は平滑化された第２の領域により支持されることになり、スリップ及びパーティクルの発生を防止することができる。
尚、非加熱処理状態とは、ウェハ載置後の状態から、加熱されてもウェハが未だ反らないウェハ加熱初期段階を含む状態をいう。また加熱処理状態とは、熱によりウェハが反って、ウェハ最外周縁部が浮き上がる、ウェハの加熱状態をいう。

【0011】

また、前記課題を解決するためになされた、本発明に係る縦型ウェハボートの製造方法は、上記縦型ウェハボートの製造方法であって、前記支柱に前記ウェハ支持部を形成する工程と、前記第２の領域の表面粗さを、前記第１の領域の表面粗さよりも小さく形成する工程と、を備えることを特徴としている。
前記第２の領域の表面粗さを、前記第１の領域の表面粗さよりも小さく形成する工程は、例えば、第２の領域を研磨等の機械的処理により、第１の領域の表面粗さより小さくすることができる。
尚、第１の領域は、素地の表面粗さであっても良いが、好ましくは、第２の領域と同様に、研磨等の機械的処理を行い、所定の表面粗さにするのが望ましい。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、ウェハ支持部を備えた縦型ウェハボートにおいて、シリコンウェハの移動を抑制するとともに、シリコンウェハのスリップ及びパーティクルの発生を抑制できる縦型ウェハボート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】

【0013】

【図1】図１は、本実施形態に係る縦型ウェハボートの正面図である。

【図2】図２は、図１に示した縦型ウェハボートが有するウェハ支持部を拡大して示す斜視図である。

【図3】図３は、図１の縦型ウェハボートが支持するウェハの外周部領域を示すウェハの平面図である。

【図4】図４（ａ）は、熱処理初期段階（非加熱状態）におけるウェハ外周部とウェハ支持部との接触状態を示す側面図であり、図４（ｂ）は、熱処理中（加熱状態）におけるウェハ外周部とウェハ支持部との接触状態を示す側面図である。

【図5】図５は、本発明に係る縦型ウェハボートの変形例であって、図５（ａ）は、熱処理初期段階（非加熱状態）におけるウェハ外周部とウェハ支持部との接触状態を示す側面図であり、図５（ｂ）は、熱処理中（加熱状態）におけるウェハ外周部とウェハ支持部との接触状態を示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明に係る縦型ウェハボート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。図１は、本実施形態に係る縦型ウェハボートの正面図であり、図２は、図１に示した縦型ウェハボートが有するウェハ支持部を拡大して示す斜視図である。また、図３は、図１の縦型ウェハボートが支持するウェハの外周部領域を示すシリコンウェハの平面図である。

【0015】

図１に示すように、縦型ウェハボート１は、ウェハ挿入方向の始端側に配された２本の支持部材２と、ウェハ挿入方向の終端側（奥側）に配された１本の支持部材２とを具備している。前記各支持部材２の下端部は、円板形状の底板４に立設（固定）され、さらに各支持部材２の上端部は、円板状の天板３によって支持（固定）されている。

【0016】

図１、図２に示すように前記各支持部材２には、それぞれ多数のシリコンウェハＷを支持するために複数の板状のウェハ支持部２ａが形成されている。各支持部材２におけるウェハ支持部２ａは、厚さＬ１＝２～３ｍｍ、長さ（奥行き）Ｌ２＝１０～２０ｍｍ、幅Ｌ３＝１５～２０ｍｍであり、縦方向に例えば８ｍｍピッチで５０～１５０個形成されている。

【0017】

図３に示すように、このウェハ支持部材２ａによるシリコンウェハＷの保持可能領域Ｗ１（当接可能領域）は、いわゆるウェハ周縁部であるが、その径方向の幅ｄ２は、例えば、ウェハＷの直径ｄ１とすると、（ｄ１－ｄ１×０．９５）÷２の長さ寸法になされている。
言い換えると、ウェハＷの一端から径方向に、０．０２５ｄ１の幅をもって、ウェハ支持部材２ａに接している。

【0018】

本実施の形態において各ウェハ支持部２ａの上面は、その表面粗さＲａが先端領域（第２の領域）２ａ２と、その他の領域（第１の領域）２ａ１とで異なるように形成されている。
具体的には、図２に示すようにウェハ支持部２ａの先端から該ウェハ支持部２ａの基端に向かった距離Ｌ４＝１ｍｍ～３ｍｍまでの先端領域（第２の領域）２ａ２は、研磨加工により平滑化され、その表面粗さＲａが０．４μｍ以下とされている。

【0019】

一方、その他の領域（第１の領域）２ａ１は、平滑化処理はされず、その表面粗さＲａは１．５μｍ以上と粗い状態となされる。
尚、その他の領域（第１の領域）２ａ１は、素地のまま、あるいは研磨加工等で１．５μｍ以上の表面粗さとしても良い。

【0020】

このようにウェハ支持部２ａの上面を２つの領域に分けるのは、ウェハの搭載後から加熱処理の初期段階（非加熱状態）では、図４（ａ）に示すようにウェハ外周部がウェハ支持部２ａの表面粗さＲａの大きい領域（第１の領域）２ａ１に接触し、ウェハＷと第１の領域２ａ１との間の摩擦力が大きく、ウェハＷの移動が抑制される。
また、加熱状態において、図４（ｂ）のようにウェハＷが反った場合、ウェハ外周部は最外周縁部が浮いて、表面粗さＲａの大きい領域（第１の領域）２ａ１から離れ、表面粗さＲａの小さい領域（第２の領域）２ａ２に接触する。
即ち、ウェハＷと第２の領域２ａ２との間の摩擦力は小さいため、ウェハＷの擦れが抑制され、ウェハ外周縁部のスリップやパーティクルの発生が抑制される。

【0021】

また、この縦型ウェハボート１は、ＳｉＣ質基材にＳｉＣ膜が被覆されているものが好ましい。前記ＳｉＣ質基材としては、反応焼結ＳｉＣすなわちカーボン成分を含むＳｉＣ焼成体にＳｉを含浸し、前記カーボン成分とＳｉの一部とが反応し、ＳｉＣ化されたＳｉ－ＳｉＣであることが好ましい。
あるいはＳｉＣの成形体を高温で熱処理した再結晶質ＳｉＣ、焼結助剤を添加し焼結した自焼結ＳｉＣ等でもよい。また、前記ＳｉＣ膜としては、高純度で結晶質のＳｉＣ膜を形成することのできるＣＶＤによるＳｉＣ膜が好ましい。

【0022】

このような縦型ウェハボート１は次のようにして製造することができる。
まず、ＳｉＣ質基材を支柱２、天板３、底板４の所定の形状に機械加工して製作する。その後、支柱２、天板３、底板４を組み立て、表面にＳｉＣ被覆膜をＣＶＤ法により形成する。

【0023】

そして、まず、その他の領域２ａ１（第１の領域）に対して、粗く削る粗研磨処理により、その表面粗さＲａを１．５μｍ以上とする。
尚、その他の領域（第１の領域）２ａ１の素地の表面粗さＲａが１．５μｍ以上である場合には、研磨処理を行わなくても良い。
その後、ウェハ支持部２ａの上面先端から該ウェハ支持部２ａの基端に向かって１ｍｍ～３ｍｍまでの先端領域（第２の領域）２ａ２に対し研磨加工し、表面粗さＲａを０．４μｍ以下として平滑化する。

【0024】

そして、全てのウェハ支持部２ａの上面が、上記のように先端領域（第２の領域）２ａ２とその他の領域（第１の領域）とで表面粗さＲａが異なるように形成されると、本発明の縦型ウェハボート１が得られる。

【0025】

以上のように本発明に係る実施の形態によれば、縦型ウェハボート１の各ウェハ支持部２ａは、その上面の先端領域（第２の領域）２ａ２の表面粗さＲａが０．４μｍ以下に平滑化され、その他の領域（第１の領域）２ａ１は表面粗さＲａが１．５μｍ以上の粗い状態となされる。
そのため、縦型ウェハボート１にウェハＷを載置後の熱処理初期段階（非加熱状態）においては、ウェハ外周部が前記表面粗さの大きい領域（第１の領域）２ａ１に当接し、ウェハＷの移動が抑制され、熱処理状態（加熱状態）においては、ウェハＷが反ってウェハ最外周縁部が浮き、前記表面粗さの大きい領域（第１の領域）２ａ１から離れる。そして、ウェハ外周部は、平滑化された先端領域（第２の領域）２ａ２に当接して支持されることになり、スリップ及びパーティクルの発生が防止される。

【0026】

尚、前記実施の形態においては、図４に示したように、ウェハ支持部２ａは、その厚さ寸法が略均一な形状であるものとしたが、本発明にあっては、その形態に限定されるものではない。
例えば、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、ウェハ支持部２ａの上面を、先端に向かって下方向に傾斜するテーパ面としてもよい。

【0027】

その場合、例えば図５（ａ）に示すように、熱処理の初期段階（非加熱状態）においては、ウェハ外周部が表面粗さＲａの大きい領域（第１の領域）２ａ１に当接する上に、三方からのウェハ支持部２ａのテーパ面で、ウェハ外周部を（すり鉢状に）保持するため、ウェハの移動がより抑制される。

【0028】

また、熱処理中にウェハが反ると、図５（ｂ）に示すようにウェハ最外周縁部は浮いて表面粗さＲａの大きい領域（第１の領域）２ａ１から離れ、ウェハ支持部２ａにおける表面粗さＲａの小さの先端領域（第２の領域）２ａ２によりウェハ外周部が支持される。
これにより熱処理中におけるスリップ及びパーティクルの発生を抑制することができる。

【実施例】

【0029】

本発明に係る縦型ウェハボートについて、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縦型ウェハボートを製造し、得られた縦型ウェハボートを用いてウェハの熱処理を行うことによりその性能を検証する実験を行った。

【0030】

本実験では、ウェハ支持部における先端領域（第２の領域）とそれ以外の領域（第１の領域）の境界位置、及びそれぞれの領域の表面粗さＲａを条件として、ウェハ移動距離、熱処理後のウェハへのパーティクル付着量について検証した。

【0031】

１回の熱処理に用いる縦型ボートには、直径３００ｍｍのシリコンウェハを５０枚収容し、炉内において８００℃で１時間加熱する熱処理を行った。
そして、ボート上部、中部、下部に設置された観察用ウェハを、熱処理後にシリコンウェハ外周とウェハ支持部の奥側との距離の変化を測定し、ウェハ平均移動量を求めた。
また、ウェハ表面に付着したパーティクルの個数（φ３００ｍｍシリコンウェハ表面に付着した０．２μｍ以上のパーティクル個数）を測定し、パーティクル付着量を求めた。
更に、シリコンウェハ裏面のスリップの発生状態を観察した。

【0032】

本実験の条件及び実験結果を表１に示す。
尚、表１に示す実験結果としてのウェハ平均移動量は、ウェハ中心の移動量が０．１ｍｍ以下の場合を○、０．１ｍｍ超１ｍｍ以下を△、１ｍｍ超を×とした。
また、スリップが発生しなかった場合を○、スリップが発生した場合を×とした。
また、ウェハへのパーティクル付着量は、０．２μｍ以上のパーティクルの付着が認められない場合には○、０．２μｍ以上のパーティクルの数が２０個以下の場合には△、０．２μｍ以上のパーティクルの数が２０個を超える場合には×とした。

【0033】

【表1】

【0034】

表１に示すようにウェハ支持部上面の先端部領域（第２の領域）を先端から１．０～３．０ｍｍまでの範囲とし、その先端領域（第２の領域）の表面粗さＲａを０．４μｍ以下、該先端領域以外（第１の領域）の表面粗さＲａを１．５μｍ以上とすることにより熱処理初期段階におけるウェハの移動を抑制し、熱処理中におけるスリップ及びパーティクルの発生を抑制できることを確認した。

【符号の説明】

【0035】

１ ウェハボート
２ 支持部材
２ａ ウェハ支持部
２ａ１ 他の領域（第１の領域）
２ａ２ 先端領域（第２の領域）
３ 天板
４ 底板
Ｗ シリコンウェハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】