JP2005311291A

JP2005311291A - 縦型ボート

Info

Publication number: JP2005311291A
Application number: JP2004286776A
Authority: JP
Inventors: Koji Araki; 浩司荒木; Motohiro Sei; 元浩清; Haruo Sudo; 治生須藤
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】加熱処理時のウェーハ保持体の変形、半導体ウェーハの大口径化に伴う半導体ウェーハの反り等を抑制し、半導体ウェーハが大口径であってもスリップ転位の発生を十分に抑制できる縦型ボートの提供。
【解決手段】半導体ウェーハＷを保持する複数のウェーハ保持体２と、各ウェーハ保持体を複数段に水平に支持する複数の支柱４と、各支柱を立設可能に平行に固定する両端の連結部材５ａ，５ｂとからなる縦型ボート１において、前記ウェーハ保持体が、円輪板状又は有端円輪板状を呈し、横断面が中心部から外周部に向けて段階的に高くなる形状維持部６、ウェーハ保持部７及びガード部８の３段からなる階段状に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェーハ（大口径のものを含む）に酸化や拡散、ＣＶＤ等の加熱を伴う処理（以下単に、「加熱処理」という。）を施す際に、半導体ウェーハをウェーハ保持体を介して複数段に水平に搭載する縦型ボートに関する。

通常、半導体ウェーハを加熱処理する際には、半導体ウェーハを上下方向へ複数段に搭載する、いわゆる縦型ボートが用いられる。
一般的に用いられる縦型ボートは、複数の半導体ウェーハを上下方向へ複数段に水平に搭載すべく複数の溝を形成した複数の支柱と、各支柱を立設可能に平行に固定する両端の連結部材とからなる。
しかしながら、近年の半導体ウェーハの大口径化、高重量化に伴い、上記のような一般的な縦型ボートを用いた場合、加熱処理後、半導体ウェーハにおける支柱の溝と対応する被保持部にスリップが発生してしまう不具合を生じる。

従来、縦型ボートとしては、ウェハを載置する円輪板状の複数枚のウェハ支持体と、これらウェハ支持体を水平に保持する複数の支柱と、これら支柱を立設可能に固定する固定部とからなる縦型ボートにおいて、前記ウェハ支持体が少なくとも石英ガラス、炭化珪素、シリコン、及び炭化珪素とシリコンの複合体の１種類からなり、表面粗さがＲａで０．０５μｍ以上、かつＲｍａｘで５０μｍ以下であるものが知られている（特許文献１参照）。
しかしながら、上記従来の縦型ボートでは、ウェハとウェハ支持体との接着を防止し得るものの、加熱処理時のウェーハ保持体（ウェハ支持体）の変形、半導体ウェーハの大口径化に伴う半導体ウェーハの反り等に起因するスリップ転位の発生を十分に抑制し得ない不具合がある。

一方、ウェーハ保持体としては、円板状のサセプタ本体の上面に半導体ウェーハを載置する円形の座ぐり部を形成し、かつ、座ぐり部の底面に半導体ウェーハをその外周部のみで載置すべく円形の座ぐり部を形成したウェーハホルダ（特許文献２参照）、又、外周縁と内周縁とで画定される環状のホルダ上面部と、該内周縁から下方に延びる内側壁面部と、該内側壁面から内方へ延設した中央部に貫通開口を有するウェーハ載置部と、ホルダ上面の外周縁から下方へ延びた外周側面部と、底面部とを有する基板ホルダ（特許文献３参照）が知られている。
しかしながら、上記ウェーハ保持体のいずれも、ウェーハ保持体以外の部材による半導体ウェーハの不純物汚染を防止し得るものの、前述した縦型ボートのように、加熱処理時のウェーハ保持体の変形、半導体ウェーハの大口径化に伴う半導体ウェーハの反り等に起因するスリップ転位の発生を十分に抑制し得ない不具合がある。
特開平１０−３２１５４３号公報特開平７−０５８０４１号公報特開平１１−１４０６５０号公報

本発明は、加熱処理時のウェーハ保持体の変形、半導体ウェーハの大口径化に伴う半導体ウェーハの反り等を抑制し、半導体ウェーハが大口径であっても、スリップ転位の発生を十分に抑制できる縦型ボートの提供を課題とする。

本発明の縦型ボートは、半導体ウェーハを保持する複数のウェーハ保持体と、各ウェーハ保持体を複数段に水平に支持する複数の支柱と、各支柱を立設可能に平行に固定する両端の連結部材とからなる縦型ボートにおいて、前記ウェーハ保持体が、円輪板状又は有端円輪板状を呈し、横断面が中心部から外周部に向けて段階的に高くなる形状維持部、ウェーハ保持部及びガード部の３段からなる階段状に設けられていることを特徴とする。

前記ウェーハ保持部の上面は、形状維持部側に向かう下り傾斜面に設けられていることが好ましい。
又、前記形状維持部の幅は、５〜１０ｃｍであることが好ましい。
更に、前記ウェーハ保持部の内径は、半導体ウェーハの外径より６ｍｍを上限として小さく設けられていることが好ましい。

本発明の縦型ボートによれば、ウェーハ保持部の内側に円輪板状又は有端円輪板状の形状維持部を設けることより、ウェーハ保持体の機械的強度が強化され、その変形が抑制され、又、半導体ウェーハがウェーハ保持部及び形状維持部の内周上縁の２周縁で支持され、半導体ウェーハの自重応力が緩和されるので、加熱処理に伴う半導体ウェーハのスリップ転位の発生を十分に抑制することができる。

図１は、本発明に係る縦型ボートの実施形態を示す正面断面図である。

この縦型ボート１は、シリコンによって形成され、半導体ウェーハＷを保持する複数のウェーハ保持体２と、各ウェーハ保持体２を溝３に係合させて複数段に水平に支持する複数の支柱４と、各支柱４を立設可能に平行に固定すべくそれらの上、下端を連結する円輪板状の上部、下部連結部材５ａ，５ｂとからなる。

ウェーハ保持体２は、図２、図３に示すように、円輪板状を呈し、横断面が中心部から外周部に向けて段階的に高くなる形状維持部６、ウェーハ保持部７及びガード部８の３段からなる階段状に設けられている。

形状維持部６は、半導体ウェーハＷの加熱処理工程の際にウェーハ保持体２の変形を防止すると共に、図４に示すように、半導体ウェーハＷの加熱処理等に、下方へ凸の凹形状に変形する半導体ウェーハＷを、形状維持部６の内周上縁とウェーハ保持部７の内周上縁との２周縁（半径方向の２点）で支持するための部分である。
形状維持部６の幅Ｗ₁は、５ｃｍ〜１０ｃｍの範囲であることが好ましい。
形状維持部６の幅Ｗ₁が、５ｃｍ未満だと、形状維持部６で半導体ウェーハＷを保持することができず、ウェーハ保持部７のみでの支持となる可能性があるため、半導体ウェーハＷの自重応力を緩和することができず、加熱処理後、スリップ転位が発生する。一方、形状維持部６の幅Ｗ₁が、１０ｃｍを超えると、形状維持部６での支持の自重応力が高くなる。又は、形状維持部６のみでの支持となる可能性があるため、形状維持部６が破損、若しくは、加熱処理後、スリップ転位が発生する。
形状維持部６の厚さｔ₁は、６００μｍ〜３ｍｍが好ましい。
形状維持部６の厚さｔ₁が、６００μｍ未満であると、形状加工が容易ではなく、又、加熱処理時の変形が大きくなり、形状維持部６の役割が果たせない。更に、加熱処理時において、形状維持部６で半導体ウェーハＷを保持する際に、形状維持部６が破損するおそれがあるため好ましくない。一方、形状維持部６の厚さｔ₁が、３ｍｍを超えると、ウェーハ保持体２全体が厚くなるため、縦型ボート１積載量が低下してしまい、生産性が悪くなるため好ましくない。

ウェーハ保持部７は、半導体ウェーハＷを保持するための部分で、その内径（形状維持部の外径）と支持する半導体ウェーハＷの外径との差、すなわち、図３の幅Ｗ₂を３．０ｍｍ以下とすることが好ましい。
幅Ｗ₃が、３．０ｍｍを超えると、熱処理工程によるホルダ痕とリソグラフィー工程でのチャッキング位置とが重畳し、フォーカスマージンの低下となる。
又、図８に示すように、ウェーハ保持部２１は、その上面に、形状維持部２０側に向かう下りの傾斜面が設けられていることがより好ましい。
これにより、加熱処理時に、半導体ウェーハＷがウェーハ保持部２１の上面と形状維持部２０の内周上縁との一周面と一周縁（半径方向の一直線と一点）とで支持され、半導体ウェーハＷの自重応力が一層緩和されるので、加熱処理に伴う半導体ウェーハＷのスリップ転位の発生を更に十分抑制することができる。
なお、ウェーハ保持部２１の上面の傾斜角度は、１０〜２５°が望ましい。
ウェーハ保持部２１の上面の傾斜角度が、１０°未満であると、半導体ウェーハＷがウェーハ保持部２１のみで支持されるため、スリップ転位が発生し易い。一方、２５°を超えると、半導体ウェーハＷの自重応力が形状維持部６に集中してしまうため、形状維持部６が破損するおそれがあり好ましくない。

ガード部８は、ウェーハ保持体２以外の部材からの金属不純物を捕獲する部分である。
ガード部８の高さ、すなわち、ウェーハ保持部７の上面とガード部８の上面との間隔（図３中のｄ₂）は、ウェーハ保持部７に積載する半導体ウェーハＷの厚さ以上であることが好ましい。
なお、ウェーハ保持部７の上面が傾斜している場合は、５００μｍ以上であることが好ましく、５００μｍ以上の幅ｄ₂を設けることで、加熱処理時における不純物汚染の低減効果を得ることができる。
又、ガード部８の幅（図３中のＷ₃）は、１〜１０ｍｍであることが好ましい。
ガード部８の幅Ｗ₃が、１ｍｍ未満であると、形状加工が困難であると共に、ウェーハ保持体２が加熱処理時に変形し易く好ましくない。一方、ガード部８の幅Ｗ₃が、１０ｍｍを超えると、縦型ボート１の横幅が大きくなり、加熱処理時の熱分布の均一化を図ることが難しい。

図１に示す縦型ボート１を用いて、外径２００ｍｍ、厚さ７２５μｍのシリコンウェーハＷ（ボロンドープ、比抵抗１０Ω・ｃｍ、酸素濃度１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）１０枚をウェーハ保持体２に保持し、Ａｒ（アルゴン）ガス１００％雰囲気において１２００℃の温度で、１時間熱処理を行った。

ここで使用したウェーハ保持体２は、内径１４０ｍｍ、外径２１５ｍｍの円輪板状を呈し、横断面が中心部から外周部に向けて段階的に高くなる形状維持部６、ウェーハ保持部７及びガード部８の３段から階段状に設けられている。
形状維持部６は、厚さｔ₁を１．０ｍｍ、幅Ｗ₁を５ｍｍとしている。
ウェーハ保持部７は、その内径（形状維持部の外径）をシリコンウェーハＷの外径より６．０ｍｍ小さい１９４．０ｍｍとし、かつ、外径（ガード部の内径）をシリコンウェーハＷの外径より３ｍｍ大きい２０３ｍｍとしており、又、その上面と形状維持部６の上面との間隔（段差）ｄ₁を１．２ｍｍとしている。
ガード部８は、その上面とウェーハ保持部７の上面との間隔（段差）ｄ₂を１．２ｍｍとし、かつ、上面の幅Ｗ₃を１．０ｍｍとしている。

比較のため、図５に示すように、円輪板状を呈し、横断面が中心部から外周部に向けて段階的に高くなるウェーハ保持部９及びガード部１０の２段のみからなる階段状をなすウェーハ保持体１１（特許文献３相当、比較例１）を用意し、実施例１と同様の加熱処理を実施した。
ここで使用したウェーハ保持体１１は、詳しくは、内径１４５ｍｍ、外径２１５ｍｍの円輪板状を呈し、実施例１で使用したウェーハ保持体２から形状維持部６が欠落した形状となっている。

又、比較のため、図６に示すように、円板状の保持体本体１２の上面にシリコンウェーハＷを載置する円形の座ぐり部１３を形成し、かつ、座ぐり部１３の下段に円形の座ぐり部１４を形成したウェーハ保持体１５（特許文献２相当、比較例２）を用意し、実施例１と同様の加熱処理を実施した。
ここで使用したウェーハ保持体１５は、詳しくは、外径２１５ｍｍの円板状を呈し、実施例１で使用したウェーハ保持体２の形状維持部６全体が円形の座ぐり部１４の形状となっている。

更に、比較のため、図７に示すように、円輪板状を呈し、横断面が中心部から外周部に向けて段階的に高くなるウェーハ保持部１６及びガード部１７の２段からなる階段状を呈するウェーハ保持体１８（比較例３）を用意し、実施例１と同様の加熱処理を実施した。
ここで使用したウェーハ保持体１８は、詳しくは、内径１４０ｍｍ、外径２１５ｍｍの円輪板状を呈し、実施例１で使用したウェーハ保持体２のうち、形状維持部６の幅５ｍｍ分、ウェーハ保持部１６が肉厚の形状となっている。

この縦型ボートのウェーハ保持体１９は、図８に示すように、内径１４０ｍｍ、外径２１５ｍｍの円輪板状を呈し、横断面が中心部から外周部に向けて段階的に高くなる形状維持部２０、ウェーハ保持部２１及びガード部２２の３段からなる階段状に設けられ、かつ、加熱処理時に、下方へ凸の凹形状に変形するシリコンウェーハＷをウェーハ保持部２１の上面と形状維持部２０の内周上縁との一周面と一周縁（半径方向の一直線と一点）とで支持すべく、ウェーハ保持部２１の上面が形状維持部２０に向う（中心部に向う）下り傾斜面に設けられている。
このウェーハ保持体１９は、詳しくは、実施例１で使用したウェーハ保持体２のうち、ウェーハ保持部７が、形状維持部６に向って、角度１５°の下り傾斜面の形状となっている。
そして、上述したウェーハ保持体１９を用意し、実施例１と同様の加熱処理を実施した。

以上の実施例１，２、比較例１〜３で得られたシリコンウェーハＷについて、スリップ転位の発生程度を、Ｘ線トポグラフを用いて撮影したＸ線写真より、総スリップ長を定規により測定した。
図９に、上記実施例１，２、比較例１〜３で得られた各１０枚のシリコンウェーハＷの総スリップ長の平均値を示す。

図９から分るように、比較例１の場合は、総スリップ長が長い結果となった。これは、形状維持部が存在しないため、ウェーハ保持体１１が変形してしまい、結果、スリップが発生したものと考えられる。
又、比較例２の場合は、比較例１に比べて、若干スリップ長が良化しているが、これは、座ぐり部１４の存在により、比較例１に比べて、ウェーハ保持体１５の変形は抑えられるが、、シリコンウェーハＷを座ぐり部１３のみで保持することになるため、スリップ転位を完全に抑制することができないものと考えられる。
更に、比較例３の場合は、ウェーハ保持部１６が肉厚の形状となっているために、支持するシリコンウェーハＷの自重応力が若干低下し、結果、比較例１，２と比べて総スリップ長が低下するものの、結局、シリコンウェーハＷの加熱処理時に、下方へ凸の凹形状の変形に対応することができず、結局、ウェーハ保持部１６の自重応力が増加し、結果、ウェーハ保持部１６の総スリップ長の大幅な低減は見込めない。

これに対し、実施例１の場合は、加熱処理時に下方へ凸の凹形状に変形するシリコンウェーハＷがウェーハ保持部７及び形状維持部６の内周上縁の二周縁（半径方向の二点）で支持され（図４参照）、シリコンウェーハＷの被保持部それぞれに掛かる応力が比較例の両ウェーハ保持体１１，１５よりも小さくなる。又、形状維持部６の存在により、加熱処理時のウェーハ保持体２の変形も抑えられるため、スリップ長が短くなる。
又、実施例２の場合は、実施例１の場合に加えて、変形するシリコンウェーハＷがウェーハ保持部２１の上面及び形状維持部２０の内周上縁の一周面と一周縁（半径方向の一直線と一点）で支持される（図８参照）ため、スリップ長が皆無となる。

なお、上述した両実施例においては、ウェーハ保持体２，１９を円輪板状を呈するものとする場合について説明したが、これに限定されるものではなく、円輪板の一部を切除した有端円輪板状を呈するものとしてもよい。

本発明に係る縦型ボートの実施例１を示す正面断面図である。図１の縦型ボートのウェーハ保持体の平面図である。図２における III−III 線矢視拡大断面図である。図１の縦型ボートの使用状態部分の部分説明図である。比較例１の縦型ボートのウェーハ保持体を示す断面図である。比較例２の縦型ボートのウェーハ保持体を示す断面図である。比較例３の縦型ボートのウェーハ保持体を示す部分断面図である。本発明に係る縦型ボートの実施例２を示す要部の断面図である。実施例１，２比較例１〜３の縦型ボートを用いて熱処理したシリコンウェーハの総スリップ長の説明図である。

符号の説明

１縦型ボート
２ウェーハ保持体
４支柱
５ａ上部連結部材
５ｂ下部連結部材
６形状維持部
７ウェーハ保持部
８ガード部
１９ウェーハ保持体
２０形状維持部
２１ウェーハ保持部
２２ガード部
Ｗ半導体ウェーハ（シリコンウェーハ）

Claims

半導体ウェーハを保持する複数のウェーハ保持体と、各ウェーハ保持体を複数段に水平に支持する複数の支柱と、各支柱を立設可能に平行に固定する両端の連結部材とからなる縦型ボートにおいて、前記ウェーハ保持体が、円輪板状又は有端円輪板状を呈し、横断面が中心部から外周部に向けて段階的に高くなる形状維持部、ウェーハ保持部及びガード部の３段からなる階段状に設けられていることを特徴とする縦型ボート。
前記ウェーハ保持部の上面が形状維持部側に向かう下り傾斜面に設けられていることを特徴とする請求項１記載の縦型ボート。
前記形状維持部の幅が５〜１０ｃｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の縦型ボート。
前記ウェーハ保持部の内径が半導体ウェーハの外径より６ｍｍを上限として小さく設けられていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の縦型ボート。