JP2004006841A - 滑りのない垂直架台構造 - Google Patents

Abstract

【課題】滑りをなくし、高温に耐え、ダイヤモンド鋸で作ることができ、ウエーハ上に大きな影を投げかけない、垂直架台構造を提供する。
【解決手段】複数の半導体ウエーハを離間した実質的に水平の平行な関係に支持するための垂直の架台に関し、この垂直の架台は、（ａ）垂直の支持手段と、（ｂ）垂直の支持手段から実質的に水平に延びウエーハを支持するための複数の支持段を区画形成する複数の垂直に離間された水平の支持手段とを具備し、前記水平の支持手段が突起であり、各突起がウエーハ受け台で終わる腕からなりそれにより各支持段の少なくとも１つのウエーハ受け台とその支持されたウエーハとの間の最も内部の接触がウエーハの縁から測ってウエーハ半径の２０％と８０％の間の範囲となるようにし、前記腕が連続し上方に傾斜して突出しウエーハ受け台で終わっている。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、滑りのない垂直架台構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路（ＩＣ’Ｓ）のような半導体素子の製造は、典型的には、反応ガスの存在する中でシリコンウエーハを熱処理することを必要とする。この工程の間、半導体素子がさらされる温度とガスの濃度とは、これら素子が処理環境のごく僅かな変動にも敏感な１μｍより小さな寸法の電気回路要素を含むことが多いため、慎重に制御されなければならない。
【０００３】
半導体製造産業は、典型的には、水平または垂直な受け台の中でウエーハを処理する。典型的には「ボート」と称される、水平の受け台は半円形の形状に配列された３つ又は４つの水平に設けられた棒を有し、各棒は規則正しい間隔の内側に向く溝の組を有している。各組の溝は垂直に配設されたウエーハを担持するため垂直な空間を区画形成する。
【０００４】
典型的には「垂直架台」と称される垂直な受け台は半円形の形状に配列された３つ又は４つの垂直に設けられた支柱を有し、各支柱は水平に配設されたウエーハを担持するための空間を区画形成するよう規則正しい間隔の溝の組を有している。公知の垂直架台は図１に示されている。この架台は典型的には頂部プレートと、底部プレートと、頂部プレートを底部プレートに固定するための３つ又は４つの支柱とを有している。「歯」と称される各溝の間の支柱の部分は、ウエーハを底部プレートから規則正しい間隔でこれに水平に支持するため同一間隔をおいて配されている。架台全体はウエーハを処理するため垂直な炉の中に置かれる。垂直な架台上で処理されるウエーハはその面全体にわたって温度勾配を少ししか受けないため、半導体製造は増々垂直の炉に変わりつつある。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第５４９２２２９号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、垂直炉による方法には欠点がある。図１の従来技術に示されるように、公知の垂直架台に配置されたウエーハはその外側縁が支持されているにすぎない。このように、これらの歯に当接するウエーハの部分はウエーハの残りの部分よりも高い応力を受ける。炉の中の温度が約１０００℃を超えた時、これらの応力は増大することが多く単一結晶のウエーハの部分はこの応力に応じて結晶プレートに沿い相互に対し移動する。「滑り」と称されるこの現象は滑りが生じたウエーハの部分に位置する半導体素子の価値を事実上破壊する。
【０００７】
特許文献１は、中心に近い支柱を有する垂直架台構造を開示している。しかし、この構造の第１の実施形態はシリカ成分（高温を受けやすい）を結合することによって作られるか又は水の噴流を用いて内部スリット（不都合な）を形成することによって作られなければならない。この構造の第２の実施形態はもっぱらより便利なダイヤモンド鋸を用いることにより作ることができるが、ウエーハの上に大きな影を投じるわん曲した垂直の支持体を必要とする。
【０００８】
したがって、滑りをなくし、高温に耐え、ダイヤモンド鋸で作ることができ、またウエーハ上に大きな影を投げかけない、垂直架台構造が必要である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
また、本発明によれば、複数の半導体ウエーハを、離間し実質的に水平の平行な関係で支持するための垂直架台が提供され、この垂直架台は、（ａ）垂直の支持手段と、（ｂ）垂直の支持手段から実質的に水平に延びるウエーハを支持するための複数の支持段を区画形成する複数の垂直に離間した水平の支持手段とを具備し、水平の支持手段が突起であり、各突起がウエーハ受け台で終わる腕を具備し、それにより、各支持段の少なくとも１つのウエーハ受け台とその支持されたウエーハとの間の最も内部の接触点がウエーハの縁から測ってウエーハ半径の２０％と８０％との間の範囲にあるようにし、前記腕が連続した上方への傾斜で突出しウエーハ受け台で終わっていることを特徴としている。
また、本発明によれば、複数の半導体ウエーハを離間し実質的に水平の平行な関係に支持する垂直の架台が提供され、この垂直架台は、（ａ）垂直の支持手段と、（ｂ）垂直の支持手段から実質的に水平に延びウエーハを支持するための複数の支持段を区画形成する水平の支持手段とを具備し、水平の支持手段が、水平に突出しウエーハにウエーハの縁から連続して接触する突起であり、それにより、各支持段の少なくとも１つの腕とその支持されたウエーハとの間の最も内部の接触点がウエーハの半径から測ってウエーハの半径の２０％と８０％との間の範囲となるようにしていることを特徴としている。
或る実施形態においては、垂直の架台は、（ａ）頂部プレートと、（ｂ）底部プレートと、（ｃ）複数の垂直の支柱であって、各支柱の上端が頂部プレートの周縁の周りに固定され各支柱の下端が底部プレートの周縁の周りに固定され、支柱の各々が底部プレートから等距離で離間された複数の突起を有しウエーハを水平に支持するための複数の支持段を区画形成するようにしている複数の垂直の支柱とを具備し、各支持段の突起の少なくとも１つとその支持されたウエーハとの間の最も内部の接触点がウエーハの縁から測ってウエーハの半径の２０％と８０％との間の範囲にあることを特徴としている。
【００１０】
第１の好ましい実施形態（図２のような）においては、各突起はウエーハ受け台で終わる腕を具備しまたウエーハはウエーハ受け台によってもっぱら支持される。各ウエーハ受け台と支持されたウエーハとの間の最も内部の接触点はウエーハの縁から測ってウエーハの半径２０％と８０％との間の範囲にある。好ましくは、腕は連続する上方への傾斜で突出しウエーハ受け台は水平である。さらに好ましくは、突起は支柱がウエーハの３０％以下に、最も好ましくはウエーハの１０％以下に影を投げかけるように位置決めされる。
第２の好ましい実施形態（図３のような）において、各突起は水平に突出する腕からなりウエーハとはウエーハの縁から連続して接触しそれにより腕とウエーハとの間の最も内部の接触点がウエーハの半径から測ってウエーハ半径の２０％と８０％の間の範囲となるようにする。好ましくは突起は支柱がウエーハの３０％以下に、最も好ましくはウエーハの１０％以下に影を投げかけるようにして位置される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図２を参照すると、半導体ウエーハＷを処理するための垂直架台が提供され、この垂直架台は、（ａ）頂部プレート２と、（ｂ）底部プレート３と、（ｃ）複数の垂直な支柱４であって、各支柱の上端５が頂部プレート２の周縁の周りに固定され各支柱の下端６が底部プレート３の周縁の周りに固定され、支柱の各々が底部プレート３から等距離で離間した複数の突起７を有しウエーハＷを水平に支持するための複数の支持段を区画形成するようにした、複数の垂直の支柱４、とを具備し、各突起７がウエーハ受け台９で終わる腕８を具備し、それにより、ウエーハ受け台とウエーハとの間の最も内部の接触点がウエーハの縁から測ってウエーハの半径の２０％と８０％との間の範囲にあるようにしている。
【００１２】
図２に示される構造の予備的な試験はこの構造が滑りの問題を解決することを示している。理論にとらわれないで、ウエーハに周縁の支持のみを与えること（図１のような）が滑りを与える大きな応力を生じさせることが考えられる。本発明（図２に具体化されたような）はウエーハの中心により接近した支持を行うことによってこの応力を小さくする。
【００１３】
第１の実施形態の連続する傾斜は、典型的には、水平面から約０．５度と約１０度の間である。この実施形態のウエーハ受け台は、典型的には、ウエーハに接触するよう位置づけられ、それにより、少なくとも１つ（好ましくは、少なくとも３つ）のウエーハ受け台の各々とその支持されたウエーハとの間の最も内部の接触点が（ウエーハの縁から測って）ウエーハの半径の２０％と８０％の間（好ましくは、ウエーハの半径の３３％と６６％の間）の範囲にあるようにする。１つの支持段におけるウエーハ受け台の全表面積は、典型的には、ウエーハの表面積の約０．０２％と約１％の間である。
【００１４】
ここで、図３を参照すると、半導体ウエーハを処理するための垂直架台が提供され、この垂直架台は、（ａ）頂部プレート１２と、（ｂ）底部プレート１３と、（ｃ）複数の垂直の支柱１４であって、各支柱の上端１５が頂部プレート１２の周縁の周りに固定され、各支柱の下端１６が底部プレート１３の周縁の周りに固定され、支柱の各々が底部プレート１３から等距離で離間された複数の突起１７を有し、ウエーハＷを水平に支持するための複数の支持段を区画形成する複数の垂直の支柱１４とを具備し、各突起１７がウエーハにウエーハの縁から連続して接触するよう水平に突出する腕からなり、それにより、この腕とウエーハとの間の最も内部の接触点がウエーハの縁から測ってウエーハの半径の２０％と８０％の間の範囲となるようにする。
【００１５】
図３に示した本発明の実施形態は、図２に示した実施形態とはその腕が水平である点で異なっている。水平の腕は傾斜した腕よりも垂直の空間を少ししか必要としないので、より多くのウエーハが、傾斜した腕を有する同様な高さの架台におけるよりもこの構造を有する架台の中で処理することができる。さらに、この架台は傾斜した腕の実施形態のウエーハ受け台を作るための別の機械加工工程を必要としないので組立てるのがさらに容易となる。
【００１６】
第２の好ましい実施形態においては、少なくとも１つ（好ましくは、少なくとも３つ）の腕の各々とその支持されたウエーハとの間の最も内部の接触点はウエーハ半径の２０％と８０％の間（好ましくは、３３％と６６％の間）の範囲にある。さらに、１つの支持段の腕とその支持されたウエーハとの間の全接触面積は典型的にはウエーハの表面積の約１％と約５％との間である。
【００１７】
滑りを引き起こす応力を最小にするため、ウエーハが載る突起（すなわち、ウエーハ受け台又は水平の腕）の表面は同一平面上にありまた滑らかであるようにすべきである。例えば、支持段の突起の表面は、ＡＳＭＥナショナルスタンダードＹ１４．５Ｍ−１９９４のセクション６．５．４に規定されるように約０．０５ｍｍ以内に同一平面とすべきである。各々がＡＮＳＩ／ＡＳＭＥナショナルスタンダードＢ４６．１−１９８５のセクション３．９．１によって規定されるように約１ミクロン（μｍ）Ｒａ以内で滑らかとすべきである。
【００１８】
突起が典型的には垂直架台の支柱から延びる距離（突起の端部と支柱との間の最短距離を測ることにより知られ図３に「Ａ」として示されている）は一般に処理されるウエーハの大きさによって決まる。例えば、処理されるウエーハが１５０ｍｍの直径を有している時、突起は、典型的には、少なくとも、１７ｍｍ、通常は、約２２ｍｍと約４２ｍｍの間、好ましくは、約２９ｍｍ延びている。処理されるウエーハが２００ｍｍの直径を有している時、突起は、典型的には、少なくとも、２４ｍｍ、通常は、約３２ｍｍと約５２ｍｍの間、好ましくは、約３８ｍｍ延びている。処理されるウエーハが３００ｍｍの直径を有している時、突起は、典型的には、少なくとも、３２ｍｍ、通常は、約４２ｍｍと約７２ｍｍの間、好ましくは、約５６ｍｍ延びている。
【００１９】
本発明の垂直架台は、半導体処理のための垂直架台の高温度生産に普通に用いられる任意の材料（好ましくは、再結晶されたシリコン炭化物）から作ることができる。この架台材料はまたシリコン炭化物、シリコン窒化物、または、ダイヤモンドのような耐熱性材料で被覆されたＣＶＤとすることができる。好ましくは、架台はＷｏｒｃｅｓｔｅｒ．　ＭＡのノートン会社から入手可能な再結晶されたシリコン炭化物、ＣＲＹＳＴＡＲからなっている。
【００２０】
垂直架台の支柱は典型的には支柱の内部の支柱に近接したウエーハの部分からの輻射熱および／または反応ガス（垂直炉の周縁から進入する）を遮蔽し又は「影でおおう」ことが観察されてきた。したがって、ウエーハの「影でおおわれた」部分とウエーハの残りの部分の間に温度および／またはガスの集中の大きな変化が生じる。これらの変化は滑り発生応力を生じる一因となる。したがって、ある実施形態においては、突起は支柱がウエーハの３０％以下（好ましくは、ウエーハの１０％以下）に影を投げかけるように半径方向に向けられる。本発明の目的のため、この影の割合は反応ガス、および／または、熱が支柱によって邪魔されない経路の架台周縁から半径方向に直接前進することができるウエーハの面の割合を決定することによって計算される。図４（Ｂ）の影になった部分はウエーハ上の図２（Ａ）および図３（Ａ）の支柱によって生じた影を示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】公知の垂直架台構造である。
【図２】（Ａ）はウエーハ受け台で終る腕を具備する突起を有する本発明の垂直架台の頂面図であり、（Ｂ）はその側面図である。
【図３】（Ａ）は水平の腕を有する本発明の垂直架台の頂面図であり、（Ｂ）はその側面図である。
【図４】典型的なウエーハに図２および図３の支柱によって生じた影を示す。
【符号の説明】
２，１２…頂部プレート
３，１３…底部プレート
４，１４…支柱
７，１７…突起
８…腕
９…ウエーハ受け台
Ｗ…ウエーハ

Claims (24)

1. 複数の半導体ウエーハを離間した実質的に水平で平行な関係に支持するための垂直の架台であって、（ａ）垂直な支持手段と、（ｂ）垂直の支持手段から実質的に水平に延びウエーハを支持するための複数の支持段を区画形成する複数の垂直に離間された水平の支持手段とを具備し、前記水平の支持手段が突起であり、該突起の各々がウエーハ受け台で終わる腕を具備しそれにより各支持段の少なくとも１つのウエーハ受け台とその支持されたウエーハとの間の最も内部の接触がウエーハの縁から測ってウエーハ半径の２０％と８０％の間の範囲となるようにし、前記腕が連続し上方に傾斜して突出しウエーハの縁で終わっている垂直の架台。
2. 各支持段の少なくとも３つのウエーハ受け台の各々とその支持されたウエーハとの間の最も内部の接触がウエーハの縁から測ってウエーハの半径の２０％と８０％との間の範囲である請求項１に記載の架台。
3. 各支持段の少なくとも１つのウエーハ受け台とその支持されたウエーハとの間の最も内部の接触がウエーハの縁から測ってウエーハの半径の３３％と６６％の間の範囲である請求項１に記載の架台。
4. 各支持段の少なくとも３つのウエーハ受け台の各々とその支持されたウエーハとの間の最も内部の接触がウエーハの縁から測ってウエーハの半径の３３％と６６％の間の範囲である請求項１に記載の架台。
5. ウエーハ受け台が水平である請求項１に記載の架台。
6. 垂直の支持手段が支柱であり該支柱がウエーハの３０％以下に影を投げかける請求項１に記載の架台。
7. 支柱がウエーハの１０％以下に影を投げかける請求項６に記載の架台。
8. 各ウエーハ受け台が約１μｍの粗さ（Ｒａ）を有している請求項１に記載の架台。
9. 各支持段のウエーハ受け台が約０．０５ｍｍ以内の同一平面上にある請求項１に記載の架台。
10. 支持段のウエーハ受け台とその支持されたウエーハとの間の全接触面積がウエーハの表面積の約０．０２％と約１％との間である請求項１に記載の架台。
11. 再結晶したシリコン炭化物からなる請求項１に記載の架台。
12. ＣＶＤシリコン炭化物で被覆された請求項１に記載の架台。
13. 複数の半導体ウエーハを離間した実質的に水平の平行な関係に支持するための垂直の架台であって、（ａ）垂直の支持手段と、（ｂ）垂直の支持手段から実質的に水平に延びウエーハを支持するための複数の支持段を区画形成する複数の垂直に離間した水平の支持手段とを具備し、前記水平の支持手段がウエーハにウエーハの縁から連続して接触するよう水平に突出する突起であり、それにより各支持段の腕の少なくとも１つとその支持されたウエーハとの間の最も内部の接触がウエーハの半径から測ってウエーハ半径の２０％と８０％の間の範囲となるようにしている垂直の架台。
14. 各支持段の少なくとも３つの腕の各々とその支持されたウエーハとの間の最も内部の接触がウエーハの半径から測ってウエーハ半径の２０％と８０％の間の範囲である請求項１３に記載の架台。
15. 各支持段の少なくとも１つの腕とその支持されたウエーハとの間の最も内部の接触がウエーハの半径から測ってウエーハ半径の３３％と６６％の間の範囲である請求項１３に記載の架台。
16. 各支持段の少なくとも３つの腕の各々とその支持されたウエーハとの間の最も内部の接触がウエーハの半径から測ってウエーハ半径の３３％と６６％の間の範囲である請求項１３に記載の架台。
17. 垂直の支持手段が支柱であり、該支柱がウエーハの３０％以下に影を投げかける請求項１３に記載の架台。
18. 前記支柱がウエーハの１０％以下に影を投げかける請求項１７に記載の架台。
19. ウエーハに接触する各腕の部分が１μｍの粗さ（Ｒａ）を有している請求項１３に記載の架台。
20. 各支持段の腕が約０．０５ｍｍ以内で同一平面上にある請求項１３に記載の架台。
21. 再結晶したシリコン炭化物からなる請求項１３に記載の架台。
22. ＣＶＤシリコン炭化物で被覆された請求項１３に記載の架台。
23. 支持段の腕とその支持されたウエーハとの間の全接触面積がウエーハの表面積の約１％と約５％の間である請求項１３に記載の架台。
24. （ａ）請求項１の垂直の架台の突起の上に複数のウエーハを置く段階と、（ｂ）ウエーハを約１０００℃より高い温度で処理する段階とを含む処理方法。

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