JP2008034729A

JP2008034729A - ウエハボート

Info

Publication number: JP2008034729A
Application number: JP2006208566A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kawamoto; 聡川本
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Admap Inc
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Ferrotec Material Technologies Corp
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2026-07-31
Also published as: JP5192137B2

Abstract

【課題】組み立て式のウエハボートで熱容量を低減できるようにする。
【解決手段】上側フランジ部材１０１ａと下側フランジ部材１０１ｂとが、複数の支柱１０２により脱着可能に連結されている。またウエハー支持スリーブ１０３は、支柱１０２に外挿されて上側フランジ部材１０１ａと下側フランジ部材１０１ｂとの間に配置されている。このように構成されたウエハボートによれば、ウエハー支持スリーブ１０３が中空構造とされているので、熱容量が低減されるようになる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体デバイスの製造工程で使用される縦型ＣＶＤ装置などに用いるウエハボートに関する

シリコンを用いて製造される半導体デバイスは、シリコン基板（シリコンウエハ）の表面に酸化膜を形成する酸化工程，リンや硼素などの不純物を導入する拡散工程、及び窒化シリコンや多結晶シリコンの膜を形成する減圧ＣＶＤ（化学的気相成長）法による成膜工程などにより、シリコン基板の上に微細な回路を形成することで製造されている。これらの酸化工程，拡散工程，及び成膜工程では、酸化拡散装置，アニール装置，及び減圧ＣＶＤ装置なの半導体製造装置が使用される。これらの装置では、いずれも、複数のシリコンウエハを炉内に挿入してシリコンウエハ本体を高温に加熱する炉体部分，各種ガスを炉内に供給するガス導入部，及び排気部などを備え、複数枚のシリコンウエハを同時処理（バッチ処理）可能とされている。

図７は、一例として縦型減圧ＣＶＤ装置を示したものである。図７に示すＣＶＤ装置は、処理対象のウエハが収容される炉本体７０１を備え、この内周面に図示しないヒータが配設され、炉本体７０１の内部を高温に加熱し、高温の状態が維持可能とされている。また、炉本体７０１は、図示しない真空ポンプに接続され、炉本体７０１の内部を１．３ｋＰａ以下に減圧可能とされている。また、炉本体７０１の内部には、高純度石英や炭化珪素（ＳｉＣ）によって形成されたプロセスチューブ７０２が設けてある。

プロセスチューブ７０２によって覆われるベース７０３の中央部には、ボート受け７０４が設けられ、ボート受け７０４の上に、ＳｉＣや石英などから形成した縦型ラック状のウエハボート７０５が配置される。ウエハボート７０５の上下方向には、大規模集積回路（ＬＳＩ）などの半導デバイスを形成するための複数のシリコンウエハ７２１が、所定の間隔をあけて保持されている。また、ウエハボート７０５の側部には、反応ガスを炉内に導入するためのガス導入管７０６が配設され、また、炉内の温度を測定する熱電対を内蔵した熱電対保護管７０７が設けられている。

このように構成された図７に示す縦型減圧ＣＶＤ装置は、ウエハボート７０５を用いて複数のシリコンウエハ７２１が炉内に配置される。このようにしてシリコンウエハ７２１が配置された状態で、炉内を１３３ｋＰａ以下に減圧するとともに、例えば８００〜１２００℃の高温に加熱し、ガス導入管７０６を介してＨ₂などのキャリアガスとともにＳｉＣｌ₄などの反応性ガス（原料ガス）を炉内に導入することで、シリコンウエハ７２１の表面に多結晶シリコン膜（ポリシリコン膜）やシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）の形成などが行われる。

ところで、このような縦型縦型減圧ＣＶＤ装置において使用されるウエハボートは、炉への搬入及び搬出のときに、不均一な加熱或いは冷却を受け、大きな熱応力が発生する。また、従来からウエハボート７０５の上下部には、炉内でのガスの流れや温度の均一性を保持すること等を目的として、シリコンウエハ７２１と同一形状のダミーウエハ７２２を数枚ずつ配置している。また、ウエハボート７０５の上下方向には、シリコンウエハ７２１に付着するパーティクルの状態や、シリコンウエハ７２１に形成される膜の膜厚などを調べるために、所定の箇所に複数枚のモニタウエハ７２３をシリコンウエハ７２１と混在させて配置している。

このような縦型縦型減圧ＣＶＤ装置においては、シリコンウエハ７２１、ダミーウエハ７２２、及びモニタウエハ７２３を保持するウエハボート７０５が用いられる。このウエハボートとして、ＣＶＤ−ＳｉＣ膜（厚さ３００μｍ〜１５００μｍ）のみから構成された中空体構造のものが提案されている（特許文献１参照）。このウエハボートによれば、基材を持たない高純度なＳｉＣのみの構造のため、基材からの不純物による汚染が抑制できるようになる。以下、図８を用いてＣＶＤ−ＳｉＣ膜のみから構成された中空体構造のウエハボート７０５につて簡単に説明する。

図８に示すウエハボート７０５は、収納するウエハよりも大きい外径を有する一対の上側フランジ部材７５１ａ，下側フランジ部材７５１ｂと、これらを連結する複数本（図示では４本）のスリット棒部材７５２とで一体に構成されている。これらは、ＣＶＤ−ＳｉＣ膜による中空体構造とされている。上側フランジ部材７５１ａは、ダミーウエハ７２２の上側に配置され、この下側に配置される下側フランジ部材７５１ｂは、ボート受け７０４の上に載置される部分となる。上側フランジ部材７５１ａの中央部には上側孔７５５が、また、下側フランジ部材７５１ｂの中央部には下側孔７５６が開けられている。また、各スリット棒部材７５２のボート内面側には、上記各ウエハを保持するための溝７５３（図示では一部表示している）が切り込まれている。

また、上側フランジ部材７５１ａと下側フランジ部材７５１ｂには、これらの中央部よりも他端側に切り欠き溝７５４が切られている。切り欠き溝７５４は、各フランジ部材７５１ａ、７５１ｂの外周部と内周部の間に切られている。また、切り欠き溝７５４は、上側フランジ部材７５１ａと下側フランジ部材７５１ｂとがスリット棒部材７５２により連結され支持位置より、離間した位置に設けられている。

特開２００２−２８８５３７号公報特許第３４７９２０１号公報

ところが、上述した従来のＣＶＤ−ＳｉＣ膜の中空体構造によるウエハボートは、２つのフランジとこれを連結するスリット棒部材とが一体に形成されていたため、各部分を交換することが実質的に不可能な状態であった。このようなウエハボートを使用する中で、破損などの問題が発生する部位は、例えば切り欠き溝の部分など、特定の一部に集中する。このように特定の一部が破損しただけでも、上述した従来のウエハボートでは、全体を交換することになり、使用者にコストの面も含めて多大な負担をかけていた。このように、ＣＶＤ−ＳｉＣ膜の中空体構造によるウエハボートは、基材からの汚染発生がないなどの特徴を備えているが、実際の生産現場で使用し難いという問題があった。

これに対し、上側フランジ部材及び下側フランジ部材とこれらを連結するスリット棒部材とが、着脱可能な個別の部品で構成された組み立て式のウエハボートがある（特許文献２参照）。組み立て式のウエハボートであれば、部品毎の交換が可能であり、例えば破損したスリット棒部材のみを交換することが可能である。しかしながら、組み立て式のウエハボートでは、スリット棒部材を中空構造としていない。当然ではあるが、ウエハ載置部となる溝の部分を中空構造とはしていない。これは、連結部となるスリット棒部材の強度を維持した状態で、中空構造とすることが非常に困難なためと考えられる。このように、組み立て式のウエハボートでは、ウエハが接触するスリット棒部材が中空構造ではないため、熱容量が大きい構造となっている。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、組み立て式のウエハボートで熱容量を低減できるようにすることを目的とする。

本発明に係るウエハボートは、第１基盤及び第２基盤と、第１基盤及び第２基盤を脱着可能に連結する複数の支柱と、ウエハ載置用の溝部が形成された中空構造の複数のウエハ支持部材とを備え、ウエハ支持部材は、支柱が貫通されることによって第１基盤及び第２基盤の間に保持されるようにしたものである。従って、処理対象のウエハが接触するウエハ支持部材の熱容量が、中空構造となっていない場合に比較して低減される。

上記ウエハボートにおいて、ウエハ支持部材は、化学的気相成長法により堆積された炭化珪素より形成されていればよい。

以上説明したように、本発明によれば、ウエハボートの第１基盤と第２基盤とは、支柱により脱着可能に連結し、ウエハ支持部材は、支柱が貫通されることによって保持される構成としたので、組み立て式のウエハボートで熱容量を低減できるようなるという優れた効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態におけるウエハボートの構成例を示す斜視図である。図１に示すように、上記各ウェハよりも大きい外径を有する一対の上側フランジ部材（第１基盤）１０１ａ，下側フランジ部材（第２基盤）１０１ｂと、これらを連結する複数本（図示では４本）の支柱１０２とを備える。また、図１に示すウエハボートは、ウエハを保持するための溝１０４が形成された中空構造のウエハ支持スリーブ（ウエハ支持部材）１０３を備える。

ウエハ支持スリーブ１０３は、支柱１０２が貫通されることによって、上側フランジ部材１０１ａ及び下側フランジ部材１０１ｂの間に保持される。また、各々のウエハ支持スリーブ１０３は、溝１０４がウエハボートの内側を向くように配置される。言い換えると、溝１０４が、上側フランジ部材（第１基盤）１０１ａと下側フランジ部材（第２基盤）１０１ｂとの中心線が通る側を向くように、ウエハ支持スリーブ１０３は保持される。なお、溝１０４の形成されている面の法線は、必ずしも上記中心線を通るものではない。これらの各部材は、炭化珪素（ＳｉＣ）から構成されており、例えば、化学的気相成長法により堆積された炭化珪素より形成可能である。

なお、図１（ａ）では、一部のウエハ支持スリーブ１０３を示さずに、一部の支柱１０２を示し、図１（ｂ）では、ウエハ支持スリーブ１０３を設けずに、支柱１０２により上側フランジ部材１０１ａと下側フランジ部材１０１ｂとが連結された状態を示している。なお、４本の支柱１０２で上側フランジ部材１０１ａと下側フランジ部材１０１ｂとを連結しているが、これに限らず、３本の支柱１０２により上側フランジ部材１０１ａと下側フランジ部材１０１ｂとを連結してもよく、５本以上の支柱１０２により上側フランジ部材１０１ａと下側フランジ部材１０１ｂとを連結してもよい。また、全ての支柱１０２にウエハ支持スリーブ１０３を備える必要はない。例えば、５本の支柱１０２により上側フランジ部材１０１ａと下側フランジ部材１０１ｂとを連結し、このうち３本の支柱１０２にウエハ支持スリーブ１０３を備えるようにしてもよい。

例えば、支柱１０２は、外径１０ｍｍの円柱に形成されている。ウエハ支持スリーブ１０３は、溝１０４の断面が１２ｍｍ×７ｍｍの矩形に形成され、溝１０４を構成するための突起部の断面が１２ｍｍ×１２ｍｍの矩形に形成されている。また、溝１０４の間隔は８ｍｍとされ、溝１０４の配列方向の幅は、５ｍｍに形成され、全長１０００ｍｍとされている。

また、図２（ａ）の斜視図に示すように、各支柱１０２は、連結ねじ２０４とナット２０５とにより、下側フランジ部材１０１ｂに固定されている。これは、上部フランジ部材１０１ａにおいても同様である。支柱１０２は、端部に雌ネジ部１２１が設けられ、個々に連結ねじ２０４の一方の雄ネジ部２４１が螺着される。支柱１０２に雄ネジ部２４１が螺着された連結ねじ２０４の他方の雄ネジ部２４２が、下部フランジ部材１０１ｂに設けられた貫通孔を貫通し、ナット２０５に螺着されて締め付けられることで、支柱１０２の一端（下端）が下部フランジ部材１０１ｂに固定される。

また、下部フランジ部材１０１ｂの貫通孔には、ナット２０５が収容される円形の凹部からなるナット収容部１１１が形成されている。連結ねじ２０４の雄ネジ部２４２に螺着されるナット２０５が、ナット収容部１１１に収容されることで、下部フランジ部材１０１ｂの下面は、突起のない平坦な状態とされている。また、図２（ｂ）の平面図に示すように、ナット２０５の側面は、対向する平行な平面部とこれらに続く外側に凸の曲面の部分とから構成され、所定の治具により、ナット収容部１１１の内部で雄ネジ部２４２に螺着させかつ締め付けることが可能とされている。なお、ナット収容部を備えない場合もある。

上述したように、図１及び図２に例示するウエハボートによれば、上側フランジ部材１０１ａと下側フランジ部材１０１ｂとが、複数の支柱１０２により脱着可能に連結されている。また、上側フランジ部材１０１ａと下側フランジ部材１０１ｂとを連結する支柱１０２とは別に、ウエハ支持スリーブ１０３を設けているので、支柱１０２及びウエハ支持スリーブ１０３などの部品単位で交換することが可能となる。例えば、４箇所に設けられた内の１つのウエハ支持スリーブ１０３に破損が生じた場合でも、本ウエハボートによれば、破損が生じたウエハ支持スリーブ１０３のみを交換すればよく、ウエハボート全体を交換する必要がない。

また、上側フランジ部材１０１ａと下側フランジ部材１０１ｂとの連結は、ウエハ支持スリーブ１０３ではなく、支柱１０２によりなされているため、ウエハ支持スリーブ１０３は、ウエハを支持（保持）する強度を備えていればよい。このため、ウエハ支持スリーブ１０３の形状の自由度が増やせる。

なお、図１にも示すように、上側フランジ部材１０１ａの中央部には上側孔１５１ａが開けられ、また、下側フランジ部材１０１ｂの中央部には下側孔１５１ｂが開けられている。上側孔１５１ａと下側孔１５１ｂとは、同じ形状の中実構造の円盤形状に形成されている。上側孔１５１ａ、下側孔１５１ｂは、円形形状、楕円形状、あるいは、樽型形状などが望ましい。

なお、上側フランジ部材１０１ａと下側フランジ部材１０１ｂに、これらの中央部よりも他端側に切り欠き溝を設けるようにしてもよい。この切り欠き溝は、例えば、上側フランジ部材１０１ａの外周部と内周部の間に設けられていればよい。下側フランジ部材１０１ｂについても同様である。また、上記切り欠き溝は、支柱１０２により連結され支持されている位置より離間した箇所に設けられていればよい。また、切り欠き溝は、幅は１ｍｍ〜４ｍｍとされていればよい。切り欠き溝を設けることにより、上側フランジ部材１０１ａと下側フランジ部材１０１ｂとの間に温度差が生じて直径方向の膨張及び収縮に差が生じても、各々が切り欠き溝によって支柱１０２の延在方向に撓む。このため、各支柱１０２に加わる曲げ力が小さくなり、支柱１０２の割れの発生を抑制可能となる（特許文献１参照）。

次に、複数の支柱を連結することについて説明する。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、複数の支柱１０２ａを、連結ねじ２０４により継合させてより長い支柱１０２として用いることが可能である。

また、複数のウエハ支持スリーブをつなげて用いる場合、例えば、図４に示すように、ウエハ支持スリーブ１０３ａ及びウエハ支持スリーブ１０３ｂに、継手１３１ａ及び継手１３２ｂを設け、これらを係合させればよい。このように複数のウエハ支持スリーブを係合させれば、いずれか１つのウエハ支持スリーブを、内装される支柱を軸とした回転が不能に固定しておけば、他のウエハ支持スリーブも回転が不能とされるようになる。この結果、１つの支柱が貫通される複数のウエハ支持スリーブは、各々の溝が形成されている面を常に同一の方向に向けておくことができる。なお、この構造では、支柱の延在方向には、ウエハ支持スリーブが固定されることはなく、支柱と拘束し合うこともない。

次に、支柱１０２とウエハ支持スリーブ１０３とについて説明する。図５に示すように、ウエハ支持スリーブ１０３に内装される支柱１０２とウエハ支持スリーブ１０３の内壁面とは、所定の間隔の間隙５０１が設けられている。このように、間隙５０１を設けることで、ウエハ支持スリーブ１０３に、支柱１０２を容易に差し込むことができる。加えて、間隙５０１が断熱層として機能するために、ウエハボートが加熱された際に、ウエハが支持される領域の熱容量は、ウエハ支持スリーブ１０３の熱容量となり、熱容量が下げられるようになる。熱容量は重量（質量）に比例するため、中空構造とされたウエハ支持スリーブ１０３は、中実構造のウエハ支持スリーブに比較して大幅に質量が低減し、大幅な熱容量の低下が見込める。また、図５（ｂ）に示すように、溝１０４を構成する突起部５０２の部分にも中空部５０３が設けられているようにすることで、熱容量をより低下させることができる。

次に、炭化珪素より構成された本ウエハボートの製造方法について簡単に説明する。以下では、ウエハ支持スリーブ１０３を形成する場合を例に説明する。先ず、図６（ａ）に示すように、黒鉛よりなる基材６０１を形成する。基材６０１は、溝を形成するための突起部となる部分６０２を備える。次に、図６（ｂ）に示すように、基材６０１の表面に、化学的気相成長（ＣＶＤ）法により炭化珪素を堆積することで、膜厚３００〜１５００μｍ程度に炭化珪素膜６１１が成形された状態とする。

このようにして炭化珪素膜６１１が形成されたら、これらを酸素雰囲気で例えば９００℃に加熱することで、基材６０１が露出している開口部を介して基材６０１を燃焼除去すれば、図６（ｃ）に示すように、中空構造のウエハ支持スリーブ１０３が成形される。支柱１０２，連結ねじ２０４，及びナット２０５も、上述同様に成形可能である。従って、上側フランジ部材１０１ａ，下側フランジ部材１０１ｂも中空構造となっている。また、支柱１０２，連結ねじ２０４，及びナット２０５は、上述同様に成形した後に、雌ネジ部１２１及び雄ネジ部２４１を形成する。なお、上側フランジ部材１０１ａ及び下側フランジ部材１０１ｂは、中実構造とされているが、これらを中空構造に形成することも可能である。

このように、ＣＶＤ法により形成した炭化珪素膜のみで成形されたウエハボートによれば、半導体デバイスの製造に使用するウェハへの汚染を防止することができ、使用回数の増加が可能となり、より高い耐久性を備えた状態とすることができる。なお、上述では、溝１０４が断面矩形のウエハ支持スリーブ１０３の一面側に形成されているようにしたが、これに限るものではない。例えば、ウエハ支持スリーブ１０３の４つの側面に溝が形成されているようにしてもよい。この場合、溝により形成される庇の部分が、平面視円形にされていればよい。また、この場合、ウエハ支持スリーブは、円筒に形成されていてもよい。

また、上述では、ウエハボートの各部品をＣＶＤ法により形成した炭化珪素膜のみで構成するようにしたが、これに限るものではなく、例えば、石英や炭化珪素の焼結体から構成されていても良い。例えば、上側フランジ部材１０１ａ及び下側フランジ部材１０１ｂが、石英から構成され、また、支柱１０２などが石英や炭化珪素の焼結体から構成されるなど、部分的に異なる材料から構成されていても良い。ただし、前述したように、ＣＶＤ法により基材の表面に炭化珪素を堆積する製造方法で、中空構造が容易に形成できるので、ウエハ支持スリーブは、ＣＶＤ法により堆積された炭化珪素より形成することが好ましい。また、ウエハ支持スリーブは、処理対象のウエハが接触するので、汚染の観点からもＣＶＤ法により堆積された炭化珪素より形成することが好ましい。

本発明の実施の形態におけるウエハボートの構成例を示す斜視図である。本発明の実施の形態におけるウエハボートの一部の構成例を示す斜視図である。本発明の実施の形態におけるウエハボートの一部の構成例を示す構成図である。本発明の実施の形態におけるウエハボートの一部の構成例を示す斜視図である。本発明の実施の形態におけるウエハボートの一部の構成例を示す断面図である。本発明の実施の形態におけるウエハボートの製造方法例を示す工程図である。縦型減圧ＣＶＤ装置の構成例を示す構成図である。従来よりあるウエハボートの構成例を示す斜視図である。

符号の説明

１０１ａ…上側フランジ部材（第１基盤）、１０１ｂ…下側フランジ部材（第２基盤）、１０２…支柱、１０３…ウエハ支持スリーブ（ウエハ支持部材）、１０４…溝、１１１…ナット収容部、１２１…雌ネジ部、２０４…連結ねじ、２０５…ナット、２４１，２４２…雄ネジ部。

Claims

第１基盤及び第２基盤と、
前記第１基盤及び前記第２基盤を脱着可能に連結する複数の支柱と、
ウエハ載置用の溝部が形成された中空構造の複数のウエハ支持部材と
を備え、
前記ウエハ支持部材は、前記支柱が貫通されることによって前記第１基盤及び前記第２基盤の間に保持される
ことを特徴とするウエハボート。
請求項１記載のウエハボートにおいて、
前記ウエハ支持部材は、化学的気相成長法により堆積された炭化珪素より形成されている
ことを特徴とするウエハボート。