JP2007273673A - 縦型ウエハボート - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、ロッドマークと呼ばれているウエハ裏面に発生する傷を抑止し、パーティクルの発生を防止することのできる縦型ボートを提供することである。
【解決手段】 本発明の縦型ウエハボートは、鉛直方向に互いに平行状態に配置された３本以上のウエハ支持棒と、これらの上下端部に配置され、これらを固定する上支持プレート及び下支持プレートを具備する縦型ウエハボートであって、上記ウエハ支持棒には、該ウエハ支持棒長手軸方向に垂直に複数の溝部が形成されており、その溝部によって構成されるウエハ支持腕部は、ウエハ中心部に向かって先細り形状であって、上方に傾斜しており、それら各ウエハ支持椀部の先端部に水平な半円状のウエハ支持面が存在し、前記溝部の奥側に前記傾斜に対し、８７°〜９３°の角度で、溝部背面が存在することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、縦型ウエハボートに関し、特にＬＰ−ＣＶＤ（Low Pressure-Chemical Vapor
Deposition：減圧化学気相成長）装置に用いるのに適した縦型ウエハボートに関する。

従来半導体デバイスの製造工程において、シリコンウエハを、熱処理して、その表面に酸化被膜を形成したり、あるいは不純物元素を拡散して接合を形成したりして製造されている。このシリコンウエハの酸化・拡散処理工程では多数の半導体ウエハをウエハボートと呼ばれているウエハ保持治具に載置して、これをウエハ処理用拡散炉に搬入して熱処理を行っている。

このウエハ保持治具すなわちウエハボートとしては、保持するウエハの平面がほぼ鉛直方向に配向するよう立てかけて支持する横型ボートと、ウエハを水平に保持する縦型ボートがあり、近年の３００ｍｍのような大口径シリコンウエハの処理においては縦型ボートを用いることが多くなっている。

このウエハ保持治具である縦型ウエハボートは、上下の支持プレートと、これらの支持プレートを固定するウエハ支持棒からなっている。そして、このウエハ支持棒には、多数の溝が櫛の歯状に形成されており、その溝にシリコンウエハが多数水平方向に配置され、上記熱処理に利用されるようになっている。

この半導体製造の処理手法として、ＬＰ−ＣＶＤ法が広く用いられるようになっている。このＬＰ−ＣＶＤ法は、例えば、ウエハボートに配置したシリコンウエハ上に電極、埋め込み配線となるポリシリコン薄膜や犠牲層エッチング時のストッパとなる窒化珪素膜を、温度６５０〜７５０℃で、圧力０．１〜１０Ｔｏｒｒの低圧下で均一成膜するものである。

半導体ウエハ熱処理工程のＬＰ−ＣＶＤ工程において、最外周を保持する縦型ボートを用いた場合、熱処理されたウエハには、保持治具との接触点において、ロッドマークと称されるウエハ裏面における傷が発生したり、また、保持治具とウエハとの摺擦によるパーティクルが発生したりことがある。

このために、ＬＰ−ＣＶＤ工程において、複数の形状のボートが開発され検討されてきている。その結果、ウエハ外周にロッドマークなどの不良があると、ウエハ製造の後処理において問題となる可能性があり、これらは、ウエハの製造パフォーマンスを低下させる原因となっている。
ウエハの支持箇所や接触状態などのボートによるウエハの保持方法は、ロッドマーク発生や、パーティクル発生の要因の一つとなり、これまで、様々な保持治具形状が検討され開発されてきている。また、スロット角度の状態制御や表面粗さの制御などの技術も提案されてきている。

上記課題を解決するための１手段として、ウエハの６０〜７０％中心側を保持するタイプの縦型ボートが公知である（特許文献１参照）。しかしながらこのボートをＬＰ−ＣＶＤ工程にて使用した場合、スロットが長いため、スロットに隠れるウエハの域が広くなり、ＬＰ−ＣＶＤ膜をデポするガスの流れを遮断しやすくなり、ウエハパフォーマンスを出しにくい（膜厚のばらつきが発生しやすくなる）ことが考えられる。また保持される部分が内周側のため、仮に中心側でパーティクルが発生する可能性が高くなり、ウエハに与える影響は大きいと考えられる。また、このタイプの縦型ボートは製造難易度が高いため、コストがかかってしまう問題があった。

また他の手段として、ウエハ支持溝をウエハ中央部に向けて上方に傾斜させ先端部を曲面とし、かつ、溝部背面を垂直にしたボートが公知である（特許文献２参照）。しかしながら、このボートでは、ウエハ保持面の先端部が曲面であるため、ウエハとの接触が点もしくは線接触となり、応力集中によるウエハ裏面の傷形成、パーティクルやスリップ発生（高温処理の場合）の要因となっていた。

特開平６−１６８９０２号公報 特開平８−１０７０８０号公報、図３（ｂ）

本発明は、上記従来のウエハボートの問題を解消すべくなされたもので、ロッドマークと呼ばれているウエハ裏面に発生する傷を抑止し、パーティクルの発生を防止することのできる縦型ボートを提供することである。

本発明は、鉛直方向に互いに平行状態に配置された３本以上のウエハ支持棒と、これらの上下端部に配置され、これらを固定する上支持プレート及び下支持プレートを具備する縦型ウエハボートであって、
上記ウエハ支持棒には、該ウエハ支持棒長手軸方向に垂直に複数の溝部が形成されており、その溝部によって構成されるウエハ支持腕部は、ウエハ中心部に向かって先細り形状であって、上方に傾斜しており、
それら各ウエハ支持椀部の先端部に水平な半円状のウエハ支持面が存在し
前記溝部の奥側に前記傾斜に対し、８７°〜９３°の角度で、溝部背面が存在することを特徴とする縦型ウエハボートである。

前記本発明において、前記支持椀部のウエハ支持面と接触するウエハ面の位置は、該ウエハ中心から該ウエハの半径の９０〜９７％の同心円領域に存在することが好ましい。

また、前記本発明において、前記ウエハ支持棒の前記溝部背面での水平断面形状がウエハ中央側に向かって先細りとなる六角形状であることが好ましい。

このような本発明によれば、このボートを用いて熱処理したウエハにおいて、ロッドマークの発生、及びパーティクルの発生を防止することができる。

以下図面によって本発明を説明する。図１〜６が本発明の縦型ボートの外観を示す図であり、図１がその左側面図、図２がその右側面図、図３がその正面図、図４がその背面図、図５がその上面図、及び図６がその下面図である。図１〜６において、縦型ボートは、上支持プレート１１と、下支持プレート１２が平行に配置されており、その間に、複数の支持棒１３が配置されている。

図７は、前記図１の支持棒１３の一部を拡大した図である。図７（ａ）は、その左側面図、図７（ｂ）は、その正面図、図７（ｃ）はその右側面図、図７（ｄ）は、背面図、図７（ｅ）は平面図、図７（ｆ）は底面図である。図７に見られるように、支持棒１３には、溝部１５及び支持椀部１４が形成されている。この支持椀部１４には、複数のシリコンウエハが載置されるようになっている。

以下、前記図７に示すウエハ支持腕部の拡大図である図８を用いて本発明の特徴部分について説明する。図８は、前記図７に示す支持椀部１４の拡大図であり、図８（ａ）が平面図、図８（ｂ）が底面図である。

支持椀部１４は、図８（ａ）に見られるように、ウエハ支持腕部１４から中心部方向に、平面断面形状が先細りになっており、かつ、図７（ａ）に見られるように、水平方向に対して角度αで上向きに傾斜して形成され、その先端部にシリコンウエハ支持領域であるウエハ支持面１６が形成されている。そして、ウエハ支持腕部１４に形成されたウエハ支持面１６に隣接して、テーパ面１７が形成されている。このテーパ面１７によって、ウエハ支持面１６の面積が規制されるようになっている。
本発明においては、上記支持椀部１４の水平方向とのなす角度αとしては、３〜１４°の範囲が好ましい。角度αがこの範囲を下回ると、ウエハの支持部より外周側も高温時の自重変形等で当該支持椀部１４と接触する可能性が高くなり、ロッドマークやパーティクルが発生する可能性が高くなる。一方角度αが、この範囲を上回ると、各支持椀部１４の間の距離を長くとる必要があり、処理するウエハ枚数の低下により生産性が悪いといった問題があり、好ましくない。

ウエハ支持面の面積は、３〜２０ｍｍ^２の範囲が好ましい。この面積が大きすぎるとウエハと接触する可能性を高め広範囲不良が発生する可能性が高くなっていく。逆に面積が小さすぎると突起がウエハをひっかくような現象となり、ウエハに傷が付きやすくなる。このボートは１スロットあたり保持面積が３〜２０ｍｍ^２と小さいためロッドマークやパーティクル発生が小範囲にのみになり、これらの不具合発生の機会が少なくなる。
また、このウエハ支持面は、ウエハ中心側に円弧部が向いた半円形状とすることが好ましい。その理由は、円弧部が中心に向かっていることで、ウエハ自重変形に伴う応力を効率的に分散させることができ、かつ、円弧部の対向側を直線的にカットした形状（半円形状）とすることでより効率的な接触面積の減少化が図られるとともに、ウエハ支持面のウエハ外周からの距離や接触面積の制御を高い再現率で行うことができるからである。

溝部奥部の背面と、前記ウエハ支持腕部の平面とのなす角度（図７（ａ）のβ）は、８７〜９３°の角度で立ち上がる形状とすることが好ましい。この角度が、上記範囲より小さくなると、加工上この小さい角度の角部からクラックなどが発生しやすくなってしまう。また、ＬＰ−ＣＶＤ工程での使用を考えると、デポ膜を洗浄で除去する際にこの小さい角に洗浄液が回り込みにくいため、デポ膜が残りやすく、パーティクル発生の原因を作ってしまう可能性がある。また、ボートの支持棒の長手方向縦軸に平行に溝部奥部の壁面が立ち上がっている形状よりも、溝部に、スペースが形成されるため、ウエハ上面へのウエハ処理用ガスの回り込みがよくなり、ウエハ表面に形成する薄膜の膜厚のばらつきが抑制され、膜厚不均一不良の発生を抑止することができる。

前記ウエハ支持腕部のウエハ支持面と接触するウエハ面の位置は、支持するウエハ半径の９０〜９７％の同心円領域に存在することが好ましい。この点について、ウエハと、ウエハ支持腕部のウエハ支持面との接触状体を示す図９を用いて説明する。図９において、４１がウエハであり、４２がウエハ中心である。そして、このウエハ４１の周辺部に、ウエハ支持腕部のウエハ支持面との接触面４３がある。ウエハ上に複数あるこの接触面４３は、ウエハ中心４２からみて、同心円上に存在しており、その位置は、ウエハ中心４２からみて、ウエハの半径Ｒの９０〜９７％の位置となる。この接触面の位置が、上記範囲よりウエハ中心に近づくと、ウエハ支持腕部によって遮蔽される領域が増加するため、形成される薄膜の膜厚不均一の原因となる。これに対して、接触面の位置が、上記範囲より周辺部に近づくと、支持面とウエハ面との接触位置における応力が大きくなって、スリップ発生の原因となり好ましくない。

また、支持棒の溝部部分における断面形状は、図８の斜線部分１４に示すように、六角形となっていることが好ましい。これによって、ウエハ支持腕部の溝部奥部と、ウエハ支持腕部の底面部と、ウエハ支持腕部に載置されるウエハの表面との間で形成される空間のガス開放性が増大し、この空間へのウエハ処理ガスの回り込みが良好となり、ガス滞留が防止され、ウエハ表面に形成される薄膜の膜厚不均一を回避することができる。

上記ボートの材質としては、石英ガラス、炭化珪素、ＣＶＤ−ＳｉＣコートの炭素、単結晶シリコン、多結晶シリコン、シリコン含浸炭化珪素などが挙げられる。また、高純度であり、耐熱性及び耐腐食性が良好なものが好ましい。石英ガラスは、溶接による加工が容易であるため、支持プレート及び支持棒を溶接によって一体化することによって製造することができる。他の材料においては、溶接等の手段によって一体化することは困難であるため、組み立てもしくは接着によって製造することが好ましい。
ボートの基材表面に高純度の薄膜を形成することもできる。これによって純度の低い基材を用いても、熱処理によるウエハへの不純物汚染の危険性を回避することが可能となる。

本発明は、上記構成を採用することにより、所要の効果を発揮するものであるが、本発明は、上記構成に限定されるものではなく、その特徴を損なうことなく各種の変形が可能である。
すなわち、図１においては、支持棒として３本の例を示したが、必ずしも３本である必要はなく、４本もしくはそれ以上であってもよい。
また、上支持プレートとして、中心部に孔が形成されているドーナッツ状のプレートの例を示しているが、中心の穴を形成しない円盤状のものであってもよいし、ドーナッツ状のプレートにスリットが形成されているものであってもよい。このスリットによって、ボートを用いた熱処理の際の熱応力によるプレートの破壊を防止することができる。
また下支持プレートも同様にドーナッツ状、スリット形成ドーナッツ状、および円盤状のプレートとすることができる。
上支持プレートと下支持プレートとは同一の形状であってもよいし、異なった形状のものであってもよい。
また、下支持プレートの底面には、ボートを支持する突起が形成されていてもよい。

本発明のウエハボートの外観を示す左側面図である。 本発明のウエハボートの外観を示す右側面図である。 本発明のウエハボートの外観を示す正面図である。 本発明のウエハボートの外観を示す背面図である。 本発明のウエハボートの外観を示す平面図である。 本発明のウエハボートの外観を示す底面図である。 本発明のウエハボートの一部拡大図である。 本発明のウエハボートの支持椀部を拡大した外観図である。 本発明のウエハボート上にウエハを載置した関係を示す図である。

符号の説明

１１…上部支持プレート
１２…下部支持プレート
１３…支持棒
１４…支持椀部
１５…溝部
１６…ウエハ支持面
１７…テーパ部
１８…溝部奥部壁面
４１…ウエハ
４２…ウエハ中心
４３…接触面

Claims (3)

1. 鉛直方向に互いに平行状態に配置された３本以上のウエハ支持棒と、これらの上下端部に配置され、これらを固定する上支持プレート及び下支持プレートを具備する縦型ウエハボートであって、
   上記ウエハ支持棒には、該ウエハ支持棒長手軸方向に垂直に複数の溝部が形成されており、その溝部によって構成されるウエハ支持腕部は、ウエハ中心部に向かって先細り形状であって、上方に傾斜しており、
   前記ウエハ支持腕部の先端部に水平のウエハ支持面が形成され、
   前記溝部の奥部は、前記ウエハ支持腕部の傾斜面に対し、８７°〜９３°の角度で、溝部背面を形成していることを特徴とする縦型ウエハボート。
2. 前記ウエハ支持腕部のウエハ支持面と接触するウエハ面の位置は、該ウエハ中心から該ウエハの半径の９０〜９７％の同心円領域に存在することを特徴とする請求項１記載の縦型ウエハボート。
3. 前記ウエハ支持棒の前記溝部背面での水平断面形状が、ウエハ中央側に向かって先細りとなる六角形状であることを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の縦型ウエハボート。
   
   

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