JP2005191585A - 半導体ウェーハボート - Google Patents

Abstract

【課題】 ウェーハスリップ現象を防止する半導体ウェーハボートを提供する。
【解決手段】 多数個のウェーハが積載されるように上側部材、下側部材、及び上側部材と下側部材とを連結する支持部材２０を備え、各支持部材２０の内側の間にウェーハを安着可能な多数個のリング型安着板２１が一定間隔をおいて積層配置された垂直型半導体ウェーハボートにおいて、安着板２１上にウェーハの底面と接触する球型表面を有し、その断面形状が半円形であるリング型突起２２が形成されたことを特徴とする。
【選択図】 図１０

Description

本発明は半導体ウェーハボートに関するもので、より詳しくは、ウェーハとの接触面積を減らした半導体ウェーハボートに関するものである。

一般的に、半導体製造工程中にはいくつかの工程が反復的に遂行され、このような工程が遂行される設備としていくつかの種類の主設備及び補助設備が使用されている。

このような設備に設置されて多数個のウェーハを積載し、前記設備にローディング及びアンローディングするためのウェーハ容器の一種として半導体ウェーハボートがある。

このような半導体ウェーハボートは、厳しい工程条件、特に高温の環境でウェーハに酸化膜を成長させるか、電気的な特性を有するためにホウ素や燐等の不純物を活性化及び安定化させる拡散工程（Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ）等に耐える石英系列の材質で製作される。

図１は従来の一般的な半導体ウェーハボートを示したものである。
前記図面に示されるように、従来の垂直型（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｔｙｐｅ）半導体ウェーハボートは、多数個のウェーハ１が積載されるように上側部材２、下側部材３、及び前記上側部材２と下側部材３とを連結する３つの支持部材４を備え、前記各支持部材４の内側にウェーハ１の縁の一部分を挿入収容可能な多数個のスロット５が形成されている構成である。
この際、前記スロット５に安着された前記ウェーハ１は、図２に示されるように、前記スロット５によって半月形状の接触面６を有する。

一方、従来の他の形態の半導体ウェーハボートは、図３に示されるように、多数個のウェーハ１が積載されるように上側部材７、下側部材８、及び前記上側部材７と下側部材８とを連結する支持部材９を備え、前記各支持部材９の内側の間にウェーハ１を安着可能な多数個のリング形安着板１０が形成されたものである。
この際、前記安着板１０に安着される前記ウェーハ１は、図４に示されるように、前記安着板１０によって所定の幅のリング形状からなる接触面１１を有する。

しかし、前述したような従来の半導体ウェーハボートは図２及び図４に示される接触面６、１１によってスリップ（Ｓｌｉｐ）現象（一般的に接触面でよく始まり、ウェーハ表面に発生する微細なスクラッチによってウェーハの結晶構造が立て続けに壊れながらひびが入る現象）が頻繁に発生する問題点があった。

即ち、このようなスリップ現象は、前記ウェーハの熱膨張係数が前記スロットまたは前記安着板の接触面の熱膨張係数と互いに相異でこれらの間に形成された接触摩擦が発生し、このような摩擦によってウェーハの表面に微細スクラッチが生じ、微細スクラッチを始発にウェーハの結晶構造が格子線に沿ってねじれながらひびが入る現象である。

このようなスリップ現象が発生する要因は高温（約摂氏９００度以上）の工程条件でウェーハ加工が行われ、工程が行われるチャンバーの加熱速度が速いからで、前記ウェーハボートのスロット間隔または前記安着板の間隔が非常に狭い場合、または前記工程を終えた半導体ウェーハボートが前記チャンバー内にローディング及びアンローディングされる時、前記半導体ウェーハボートの乗降速度が速い場合にもスリップ現象が発生することがある。

従って、スリップ現象を防止するために従来には前述したような前記４つの要因等を考慮してウェーハを生産することで半導体素子の生産性が落ちる問題点があった。

また、このような要因以外にも、まだ明らかになっていない要因によって前記接触面が広いほど微細スクラッチが多発して前記スリップ現象が頻繁に発生することでウェーハに致命的な損傷を誘発させるか、ウェーハの可溶面積が減るという等の問題点があった。

本発明の目的は、微細なスクラッチを防止してウェーハスリップ現象を防止し、半導体素子の生産性及び収率を向上させるようにした半導体ウェーハボートを提供することにある。

このような、前記の目的を達成するために本発明による半導体ウェーハボートは、多数個のウェーハが積載されるように上側部材、下側部材、及び前記上側部材と下側部材とを連結する支持部材を備え、前記各支持部材の内側にウェーハの縁の一部分を挿入収容可能な多数個のスロットが形成された垂直型半導体ウェーハボートにおいて、前記スロット内に前記ウェーハの底面と接触する半球型突起が形成されることを特徴とする。

また、本発明による半導体ウェーハボートは、多数個のウェーハが積載されるように上側部材、下側部材、及び前記上側部材と下側部材とを連結する支持部材を備え、前記各支持部材の内側の間にウェーハを安着可能な多数個のリング型安着板が一定間隔をおいて積層配置された垂直型半導体ウェーハボートにおいて、前記安着板上に前記ウェーハの底面と接触する球型表面を有し、その断面形状が半円型であるリング型突起が形成されることを特徴とする。

また、本発明による半導体ウェーハボートは、多数個のウェーハが積載されるように上側部材、下側部材、及び前記上側部材と下側部材とを連結する支持部材を備え、前記各支持部材の内側の間にウェーハを安着可能な多数個のリング型安着板が一定の間隔をおいて積層配置された垂直型半導体ウェーハボートにおいて、前記安着板上に前記ウェーハの底面と接触する多数個の半球型突起が形成されることを特徴とする。

以下、本発明の具体的な実施例を添付された図面を参照して詳しく説明する。
図５及び図６を参照して説明すると、本発明の好ましい一実施例による半導体ウェーハボートは、多数個のウェーハ１が積載されるように上側部材１２、下側部材１３、及び前記上側部材１２と下側部材１３とを連結する３つの支持部材１４（通常３つまたは４つ設置される。）を備え、前記各支持部材１４の内側にウェーハ１の縁の一部分を挿入収容可能な多数個のスロット１５が形成された垂直型半導体ウェーハボートで、前記スロット１５内に前記ウェーハ１の底面と接触する半球型突起１６が形成された構成をしている。

即ち、前記半球型突起１６は、前記ウェーハ１の底面と点接触する球型表面が形成されたもので、このような半球型突起１６に接触するウェーハ１は、接触する部分が図８に示されるように３つの接触点１７で表れる。

ここで、図６に示される前記半球型突起１６の球型表面の曲率半径が非常に小さい場合には、前記ウェーハ１の表面にスクラッチを誘発することができる反面、非常に大きい場合には前記半球型突起１６と前記ウェーハ１の接触点１７付近で熱気流の流れが円滑ではなくなる。
このような前記球型表面の曲率半径はウェーハ１の重さ、強度、硬度等を考慮して最適化される。

従って、図７に示されるように、高温の工程チャンバーで形成された熱気流が前記半球型突起１６の周辺間隙を通じて前記ウェーハ１の上面及び底面に均一に循環され、特にスロット１５の付近でウェーハ１の熱気流の循環が容易に行われるようになることである。

従って、急激な熱変化によって前記ウェーハ１の上面及び底面で発生される熱ストレスを減少させ、熱膨張係数が相異である前記支持部材１４との接触面積を縮小させることでスリップ現象を防止することができる。

このような前記半球型突起１６は前記支持部材１４にスロット１５を形成する時、切削加工によって形成することが可能で、射出成形やプレス加工によって製作することもでき、または前記支持部材１４と同種の材質で製作して前記支持部材１４のスロットに溶接した後、アニーリング（Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）処理することで熱膨張による破損を防止することができる。

この際、前記支持部材１４と前記半球型突起１６の密着性を向上させるためには、前記スロット１５の底面に前記半球型突起１６の底面とかみ合う形状の溶接用溝を形成することが好ましい。

このような本発明の一実施例による半導体ウェーハボートの半球型突起１６の概念は他の形態の半導体ウェーハボートにも適用することができ、これは当業者において、修正及び変更が可能である。

一方、本発明の他の実施例による半導体ウェーハボートは図９及び図１０に示されるように、多数個のウェーハ１が積載されるように上側部材１８、下側部材１９、及び前記上側部材１８と下側部材１９とを連結する３つの支持部材２０（通常３つまたは４つが設置される）を備え、前記各支持部材２０の内側の間にウェーハ１を安着可能な多数個のリング型安着板２１が一定の間隔をおいて積層配置された垂直型半導体ウェーハボートで、前記安着板２１上に前記ウェーハ１の底面と接触する球型表面を有し、その断面形状が半円形であるリング型突起２２が形成された構成をしている。

このような前記安着板２１は、高温で前記ウェーハ１の垂れ下がることを防止するために考案されたもので、本発明は前記安着板２１にリング型突起２２を形成して前記ウェーハ１の表面と接触面積を減らすことができるようにしたものである。

即ち、前記リング型突起２２は前記ウェーハ１の底面と線接触するドーナッツ型表面が形成されたもので、このようなリング型突起２２に接触するウェーハ１は接触する部分が図１２に図示されたようにリング型接触線２３で表れる。

前記接触線２３はウェーハ１の底面にウェーハの中心から一定な半径を維持しながら形成されるし、高温の環境でウェーハ１の垂れ下がりを防止することができるように支持する。

即ち、前記リング形状の接触線２３の位置がウェーハ１の中心を基準に、ウェーハ１の外枠から始まってその半径が小さくなるほどウェーハ１の中央部の垂れ下がる現象を減らすことができる反面、所定の半径以下にさらに小さくなった場合にはウェーハ１の縁部の垂れ下がる現象が発生するので、前記リング型突起２２の半径はウェーハ１の垂れ下がり現象を考慮して最適化することができる。

また、前記リング型突起２２の断面は半減形で、前記半円の曲率半径が非常に小さい場合には、前記ウェーハ１の表面にスクラッチを誘発することができるし、非常に大きい場合には前記リング型突起２２と前記ウェーハ１の接触線２３の付近で熱気流の流れが円滑ではなくなる。
従って、前記リング型突起２２の前述したような要因を全て考慮して設計するべきである。

一方、図１１で図示されたように、高温の工程チャンバーで形成された熱気流が前記ウェーハ１の上面及び底面にそれぞれ到達されるし、特に安着板２１の周辺の前記ウェーハ１の表面に熱気流が円滑に到達することができる。

従って、急激な熱変化によって前記ウェーハ１の上面及び底面で発生される熱ストレスを減少させ、熱膨張係数が相異である前記安着板２１との接触面積を縮小させることでスリップ現象を防止することができる。

このような前記リング型突起２２は前記安着板２１を製作する時、切削加工によって形成することが可能で、射出成形やプレス加工によって製作することもでき、または前記安着板２１と同種の材質で制作して前記支持部材２０の安着板２１に溶接した後、アニーリング処理することで熱膨張による破損を防止することができる。

この際、前記安着板２１と前記リング型突起２２の密着性を向上させるためには溶接作業の前に前記安着板２１上に前記リング型突起２２の底面とかみ合わされる形状である溶接用リング溝を形成することが好ましい。

このような本発明の他の実施例による半導体ウェーハボートのリング型突起２２の概念は他の形態の半導体ウェーハボートにも適用することができ、これは当業者において修正及び変更が可能なものである。

一方、図１３及び図１４に示されるように、本発明の他の実施例による半導体ウェーハボートは多数個のウェーハ１が積載されるように上側部材２４、下側部材２５、及び前記上側部材２４と下側部材２５とを連結する３つの支持部材２６（通常３つまたは４つが設置される）を備え、前記各支持部材２６の内側の間にウェーハ１を安着可能な多数個のリング型安着板２７が一定の間隔をおいて積層配置された垂直型半導体ウェーハボートで、前記安着板２７に前記ウェーハの底面と接触する６つの半球型突起２８が形成された構成をしている。

このような前記安着板２７は高温で前記ウェーハ１の垂れ下がりをある程度防止するために発明されたもので、前記安着板２７に半球型突起２８を形成して前記ウェーハ１の表面と接触面積を減らすことができるようになされたものである。

即ち、前記半球型突起２８は前記ウェーハ１の底面と線接触する球型表面が形成されたもので、このような半球型突起２８に接触するウェーハ１は接触する部分が図１６に示されるように６つの接触点２９で表れる。
前記各接触点２９はウェーハ１の底面の周りに沿って等間隔で形成されるし、前記半球型突起２８は高温の環境でウェーハの垂れ下がりを防止可能に支持する。

即ち、前記各接触点２９を連結する円の位置がウェーハ１の中心を基準にウェーハ１の外枠から始まって、その半径が小さくなるほどウェーハ１の中央部の垂れ下がり現象を減らすことができる反面、所定の半径以下にさらに小さくなった場合にはウェーハ１の縁部の下がる現象が発生するようになる。

また、前記接触点２９の間隔が広いほど（前記半球型突起の形成個数が減るほど）ウェーハの部分的な垂れ下がり現象が増加し、その間隔が狭いほど（形成の個数が増えるほど）製作費が増加し、熱気流の循環効果は低下される。

また、前記半球型突起２８の曲率半径が非常に小さい場合には、前記ウェーハ１の表面にスクラッチを誘発することができるし、非常に大きい場合には前記半球型突起２８と前記ウェーハ１の各接触点２９の付近で熱気流の流れが円滑ではなくなる。

従って、前記半球型突起２８の形成個数、配置半径及び曲率半径等はウェーハ１の重さ、強度、硬度、下がり現象、熱気流の循環効果等を考慮して最適化することができる。

一方、図１５に図示されたように、高温の工程チャンバーで形成された熱気流が前記ウェーハ１の上面及び底面に均一に循環され、特に安着板２７の周辺での熱気流の循環を円滑にすることができる。

従って、急激な熱変化によって前記ウェーハ１の上面及び底面で発生される熱ストレスを現象させ、熱膨張係数が相異である前記安着板２７との接触面積を縮小させることでスリップ現象を防止することができる。

このような前記半球型突起２８は前記安着板２７を製作する時、切削加工によって形成されることもでき、射出形成やプレス加工によって製作することもできるし、また、前記安着板２７と同種の材質で制作して前記安着板２７に溶接された後、アニーリング処理することで熱膨張による破損を防止することができる。

この際、前記安着板２７と前記半球型突起２８の密着性を向上させるためには前記安着板２７上に前記半球型突起２８の底面形状とかみ合う溶接用溝を形成することが好ましい。
また、前記半球型突起２８は１個の前記安着板２７上に等間隔で３個乃至１２個程度形成することが好ましい。

このような本発明の他の実施例による半導体ウェーハボートの半球型突起２８の概念は他の形態の半導体ウェーハボートにも適用することができ、これは当業者において修正及び変更が可能なものである。

従って、本発明の各実施例による半導体ウェーハボートによると、ウェーハに対する従来の面接触支持状態を点接触または線接触支持状態に転換することで前記ウェーハに発生する微細スクラッチを減少させてスリップ現象を最小化することができる利点がある。

（発明の効果）
以上説明したように、本発明の半導体ウェーハボートによると、スリップ現象を防止してより高温での加工が自由になり、工程チャンバーの加熱速度を向上させることができるし、ウェーハボートのスロット間隔をより狭くしてウェーハを大量積載することができるだけではなく、ウェーハボートのローディング及びアンローディングを迅速にすることができるので半導体素子の生産性を大きく向上させることができる。

以上、本発明は記載された具体例に対してのみ詳しく説明されたが、本発明の技術思想範囲内で多様な変形及び修正が可能であることは当業者にとって明白なことであり、このような変形及び修正が添付された特許請求の範囲に属することは当然なことである。

従来の半導体ウェーハボートを示した斜視図である。 図１に積載されたウェーハの接触面を示した底面図である。 従来の他の半導体ウェーハボートを示した斜視図である。 図３に積載されたウェーハの接触面を示した底面図である。 本発明の一実施例による半導体ウェーハボートを示す斜視図である。 図５の半球型突起を示した部分拡大図である。 図５のＡ−Ａ線断面図である。 図５に積載されたウェーハの接触点を示した底面図である。 本発明の他の実施例による半導体ウェーハボートを示した斜視図である。 図９のリング型突起を示した部分拡大図である。 図９のＢ−Ｂ線断面図である。 図９に積載されたウェーハの接触線を示した底面図である。 本発明の他の実施例による半導体ウェーハボートを示した斜視図である。 図１３の半球型突起を示した部分拡大図である。 図１３のＣ−Ｃ線断面図である。 図１３に積載されたウェーハの接触点を示した底面図である。

符号の説明

１ ウェーハ
２、７、１２、１８、２４ 上側部材
３、８、１３、１９、２５ 下側部材
４、９、１４、２０、２６ 支持部材
５、１５ スロット
６、１１ 接触面
１０、２１、２７ 安着板
１６、２８ 半球型突起
１７、２９ 接触点
２２ リング型突起
２３ 接触線

Claims (3)

1. 多数個のウェーハが積載されるように上側部材、下側部材、及び前記上側部材と下側部材とを連結する支持部材を備え、前記各支持部材の内側の間にウェーハを安着可能な多数個のリング型安着板が一定間隔をおいて積層配置された垂直型半導体ウェーハボートにおいて、
   前記安着板上に前記ウェーハの底面と接触する球型表面を有し、その断面形状が半円形であるリング型突起が形成されたことを特徴とする半導体ウェーハボート。
2. 前記リング型突起は、前記安着板と同種の材質で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の前記半導体ウェーハボート。
3. 前記リング型突起は、前記安着板上に溶接して形成されることを特徴とする請求項１に記載の前記半導体ウェーハボート。
   

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