JP2009099576A - 縦型ウエハボート - Google Patents

Abstract

【課題】純化処理の純化効率を向上した、長尺化したウエハ支持部を有する縦型ウエハボートを提供する。
【解決手段】天板７には、載置されるウエハＷの中心点を中心として形成された開口部７ａと、前記開口部７に通じるウエハの挿入側に形成されたスリット部７ｂとを備え、前記スリット７の幅Ｔが前記天板７の幅φＤの３５％以上４５％以下であり、更にウエハ支持部２ａ，３ａ，４ａ，５ａの先端部から支柱部２ｂ，３ｂ，４ｂ，５ｂ方向に向かって、ウエハ支持部２ａ，３ａ，４ａ，５ａの長さの４０％以上６０％以下の位置まで上面角部２ａ１，３ａ１，４ａ１，５ａ１が面取りされ、かつ前記面取り終端位置から前記支柱部２ｂ，３ｂ，４ｂ，５ｂまでの上面角部２ａ２，３ａ２、４ａ２，５ａ２が９０°以下の角度をもって形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウエハの熱処理で使用する縦型ウエハボートに関し、特に、長尺なウエハ支持部を有する縦型ウエハボートに関する。

半導体デバイス製造に使用されるウエハは熱処理が施されており、この熱処理は、熱処理装置内に多数のウエハを載置した縦型ウエハボートを収容することによってなされる。

ところで、最近のウエハは大口径化し、それに伴いウエハにスリップが生じ易く、その対策は重要な問題である。このスリップを抑制する対策として、例えば、特許文献１において、ウエハ支持部がウエハの外周部からウエハ半径の４０〜６０％の位置まで支持することで、ウエハの変形を最小化して、スリップの発生を抑制する発明が提案されている。

この提案された縦型ウエハボートについて、図８に基づいて説明する。尚、図８は縦型ウエハボートを、その上部から透視して見た状態を示している。
図８において、ウエハボート１００は、鉛直方向に互いに平行状態に配置されたウエハ挿入方向Ｘから見た前方の支持部材１０１，１０２および後方の支持部材１０３，１０４を具備しており、これらの各支持部材１０１，１０２，１０３，１０４は、円板形状の基台（底板）上に立設され、さらに各支持部材の上端部は、円板状の上部固定部材（天板）によって支持されている。
尚、図８に示された外周円を示す符号１０５は、このウエハボート１００の上部固定部材（天板）を示している。また、仮想線で示す符号Ｗは、このウエハボート１００に搭載されるウエハの搭載位置を示している。また矢印Ｘは、ウエハボート１００に対するウエハＷの挿入方向を示している。

そして、前記各支持部材１０１〜１０４は、支柱部１０１ｂ，１０２ｂ，１０３ｂ、１０４ｂとこれら支柱部１０１ｂ，１０２ｂ，１０３ｂ、１０４ｂの側面よりそれぞれ水平に突出して形成される複数のウエハ支持部１０１ａ，１０２ａ，１０３ａ，１０４ａから構成されている。

また、ウエハ挿入方向前方側に位置する支持部材１０１，１０２及びウエハ挿入方向後方側に位置する支持部材１０３，１０４は、ウエハＷの挿入中心点Ｏを通りウエハＷの挿入方向Ｘに伸びた仮想線ｈに対して線対称に構成されている。
また、前記ウエハ挿入方向前方側に位置する支持部材１０１，１０２は、ウエハ支持部を含む水平断面が略への字状に形成され、一方ウエハ支持部１０３ａ，１０４ａは支持部材１０３，１０４から略直線状に延設されている。
ここで、ウエハ挿入方向前方側に位置する支持部材１０１，１０２のウエハ支持部１０１ａ，１０２ａのウエハ挿入中心に向かう先端部、ウエハ挿入方向前方側に位置する支持部材１０３，１０４の先端部が、ウエハＷの半径の４０〜６０％に位置するように構成されている。

この構成によって、ウエハＷは、各ウエハ支持部１０１ａ，１０２ａ，１０３ａ，１０４ａによって支持され、ウエハＷの変形を抑制できる。その結果、ウエハ挿入側溝のウエハ挿入側方向前方位置への応力集中を緩和することができ、スリップの低減対策を有効ならしめることができる。
特開２００６−０８０４５２号公報

前記したような、載置されるウエハ半径の４０〜６０％の位置まで延設されたウエハ支持部を有する縦型ウエハボート、いわゆる長尺形状のウエハ支持部を有する縦型ウエハボートの場合、ウエハの変形を最小化する点では極めて有効なものではあるが、ウエハのスリップ発生をより確実に抑制することができないという技術的課題があった。

また、縦型ウエハボートは使用するにつれて、縦型ウエハボートに金属不純物が蓄積（転写）され、汚染されることが知られている。そのため、縦型ウエハボートは定期的に洗浄または純化処理することが行われている。
前記純化処理は、ウエハを積載しない縦型ウエハボートを熱処理炉に収容し、純化ガスを一定時間流すことにより、金属不純物を縦型ウエハボート表層から拡散除去することによって行なわれる。

しかしながら、前記したように長尺形状のウエハ支持部を備えた縦型ウエハボートを純化する場合、縦型ウエハボートに配置されたウエハ支持部間の距離が小さく、更にウエハ支持部が長いため、純化ガスがウエハ支持部の支柱近傍まで十分に行き届かず、短時間で効率良く純化処理を行なうことができないという技術的課題があった。特に、純化ガスが滞留する領域においては、純化ガスが置換されないため、純化処理が不十分となるという技術的課題があった。

本発明者等は、長尺化したウエハ支持部を有する縦型ウエハボートにおいて、ウエハの変形抑制の観点のみならず、この変形により生ずる発生応力の最小化の観点および、当該ボートでのガスの流れの観点から検討を行なった。
その結果、縦型ウエハボートの天板の開口部が特定形状寸法を有し、またウエハ支持部が特定配置ならびに特定構造を有している場合に、ウエハのスリップをより確実に抑制することができ、長尺化したウエハ支持部材の支柱部近傍まで純化処理を効率良く行なうことができることを見出し、本発明を想到するに至った。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、ウエハのスリップをより確実に抑制することができ、純化処理の純化効率が向上した、長尺化したウエハ支持部を有する縦型ウエハボートを提供することを目的とするものである。

本発明にかかる縦型ウエハボートは、天板と、前記天板に一端が固定され、他端が底板に固定された複数本の支柱と、前記支柱の側面から水平方向に突出し、載置されるウエハの中心からウエハの半径の６０％以上７５％以下の位置まで延設されたウエハ支持部とを有する縦型ウエハボートにおいて、前記天板には、載置されるウエハの中心点を中心として形成された開口部と、前記開口部に通じるウエハの挿入側に形成されたスリット部とを備え、前記スリットの幅が前記天板の幅の３５％以上４５％以下であり、更に、前記ウエハ支持部の先端から前記支柱方向に向かって、ウエハ支持部の長さの４０％以上６０％以下の位置まで上面角部が面取りされ、かつ前記面取り終端位置から前記支柱までの前記上面角部が９０°以下の角度をもって形成されていることを特徴としている。

ここで、前記天板の開口部面積が天板上面の面積の３０〜４０％であること、また前記天板のスリット幅がウエハ挿入方向前方側に位置する２つのウエハ支持部先端部の間隔と同一であることが望ましい。

本発明によれば、ウエハのスリップをより確実に抑制することができ、純化処理の純化効率が向上した、長尺化したウエハ支持部を有する縦型ウエハボートを得ることができる。

本発明にかかる縦型ウエハボートの実施形態について、図１乃至図７に基づいて説明する。尚、図１は実施形態にかかる縦型ウエハボートの正面図、図２は図１に示した縦型ウエハボートの側面図、図３は縦型ウエハボートの天板の平面図、図４は、図１のＩ−Ｉ断面図、図５は、実施形態にかかる縦型ウエハボートの支持部の側面図、図６はウエハ挿入方向前方側の支持部の平面図、図７はウエハ挿入方向後方側の支持部の平面図である。

図１、図２に示すように、縦型ウエハボート１は、鉛直方向に互いに平行状態に配置されたウエハ挿入方向Ｘから見た前方の支持部材２，３および後方の支持部材４，５を具備している。前記各支持部材２，３，４，５の下端部は、円板形状の底板６に立設され、さらに各支持部材２，３，４，５の上端部は、円板状の天板７によって支持されている。

更に図４に基づいて 各支持部材２，３，４，５の構成を説明する。尚、図８に示した場合と同様に、図４の仮想線で示す符号Ｗは、この縦型ウエハボート１に搭載されるウエハの搭載位置を示し、矢印Ｘは、縦型ウエハボート１に対するウエハＷの挿入方向を示している。

前記各支持部材２，３，４，５は、支柱部２ｂ，３ｂ，４ｂ，５ｂと、これら支柱部２ｂ，３ｂ，４ｂ，５ｂの側面より、それぞれ水平に突出して形成される複数のウエハ支持部２ａ，３ａ，４ａ，５ａから構成されウエハ支持部を含む水平断面が略への字状に形成されている。
また、前記各支持部材２，３，４，５におけるウエハ支持部２ａ，３ａ，４ａ，５ａは、図１に示すように、縦方向に８ｍｍピッチで５０〜１５０個形成されている。

また、ウエハ挿入方向前方側に位置する支持部材２，３は、ウエハＷの挿入方向ＸとウエハＷの挿入中心点Ｏを結ぶ仮想線ｈに対して線対称に構成されていて、ウエハ支持部２ａ，３ａの先端部Ｓ２，Ｓ３は上面から見た場合半円形状となっている。
更に、ウエハ挿入方向後方側に位置する支持部材４，５は、ウエハＷの挿入中心点Ｏを通りウエハＷの挿入方向Ｘに伸びた仮想線ｈに対して線対称に構成されている。
そして、ウエハ挿入方向後方側に位置する支持部材４，５は、ウエハＷの挿入中心点Ｏに向かって略直線状に形成され、ウエハ支持部４ａ，５ａはウエハ挿入方向後方側の支持部材４，５からストレートに延設している。前記ウエハ支持部４ａ，５ａの先端部Ｓ４，Ｓ５は上面から見た場合半円形状となっている。

本発明においては、ウエハ支持部２ａ，３ａの先端部Ｓ２，Ｓ３及びウエハ支持部４ａ，５ａの先端部Ｓ４，Ｓ５は、ウエハの中心からウエハＷの半径の６０％以上７５％以下の位置に配されるように構成されている。前記先端部Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５の各々が、当該所定位置に配置されることによって、発生応力を極力小さくすることができ、結果、ウエハのスリップ発生を低減できる。
なお、このウエハ支持部の先端部の位置は、上記の通り、ウエハ支持部が４箇所に存在する縦型ウエハボートにおいて最適なものであり、ウエハ中心からウエハ半径方向の６５％以上７５％以下がより好ましい。

また、前記天板７の開口部７ａは、純化時のガスの主流を天板７の中央に形成するために、天板７の中央部に形成されている。この開口部７ａは、天板７の上面から見たとき、ウエハ支持部２，３，４，５の先端部Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５が開口部７ａ内側に突出しない、直径φＡをもって形成されている。このようにすることによって、前記開口部７ａ内に突出したウエハ支持部２，３，４，５の先端部Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５によるウエハ中央側における特異なガスの乱れを生じ難くすることができ、より好ましい。

前記開口部７ａは、天板の中心（載置されるウエハの中心）を中心とした円形であることが望ましいが、特にこれに限定されるものではなく、その他の形状、例えば、正方形、六角形、八角形等の多角形，楕円径、星型、歯車型であっても良い。

また天板７の外形の形状についても、一般的な円形が望ましいが、特にこれに限定されるものではなく、その他の形状、例えば、正方形，六角形，八角形等の多角形，楕円系，略星型，歯車型であっても良い。

更に、天板７のウエハＷの挿入側には、前記開口部７ａに通じるスリット部７ｂが形成されている。前記スリット部７ｂの幅方向の中間点が、ウエハＷの挿入方向ＸとウエハＷの挿入中心点Ｏを結ぶ仮想線ｈ上に位置するように、前記スリット部７ｂが形成されている。

また、天板７のスリット部７ｂの幅Ｔは、天板の幅の３５％以上４５％以下の寸法が望ましい。ここで、前記天板７の幅とは、天板７が矩形形状である場合には、ウエハ挿入方向Ｘと直交する方向の長さを意味し、また天板７が円形である場合にはその直径φＤを意味している。
このように、スリット部７ｂの幅Ｔを天板の幅の３５％以上としたのは、３５％未満では天板７を介して十分なガス供給量を確保できないためであり、一方天板の幅の４５％以下としたのは、４５％を越えた幅ではボートの強度が弱くなるため、好ましくないからである。

また、図５、図６に示すように、ウエハ支持部２ａ，３ａの先端部から支柱方向に、ウエハ支持部材２，３長さの４０％以上６０％以下の位置まで（ウエハ支持部２ａ，３ａ長さの４０％以上６０％以下の長さｌ１で）、ウエハ支持部２ａ，３ａの上面角部２ａ１，３ａ１は面取りがなされている。
そして、前記面取りの終端位置から支柱部２ｂ，３ｂまで（ウエハ支持部２ａ，３ａ長さの４０％以上６０％以下の長さｌ２で）、ウエハ支持部２ａ，３ａの上面角部２ａ２，３ａ２が９０°以下の鋭角の角度をもって形成されている。

また、同様に図７に示すように、ウエハ支持部４ａ，５ａの先端部から支柱方向に、ウエハ支持部４ａ，５ａ長さの４０％以上６０％以下位置まで（ウエハ支持部４ａ，５ａ長さの４０％以上６０％以下の長さｌ３で）、ウエハ支持部４ａ，５ａの上面角部４ａ１，５ａ１は面取りがなされている。
そして、前記面取りの終端位置から支柱部４ｂ，５ｂまで（ウエハ支持部４ａ，５ａ長さの４０％以上６０％以下の長さｌ４で）、ウエハ支持部４ａ，５ａの上面角部４ａ２，５ａ２が９０°以下の鋭角の角度をもって形成されている。

本発明では、前記ウエハ支持部２ａ，３ａ，４ａ，５ａの面取りは、スリップ発生の抑制とウエハ支持部２ａ，３ａ，４ａ，５ａの支柱部２ｂ，３ｂ，４ｂ，５ｂの近傍に発生させるガス乱流の発生効率との兼ね合いで規定される。
即ち、面取りがウエハ支持部２ａ，３ａ，４ａ，５ａの先端から支柱方向にその長さの４０％未満である場合には、面取りされていない部位がウエハＷと接触する機会が増大するのでスリップが発生する可能性が高い。
一方、前記面取りがウエハ支持部２ａ，３ａ，４ａ，５ａの先端から支柱方向にその長さの６０％を超える場合には、面取りされていない領域が少なくなり（角部が９０°以下の鋭角である領域が少なくなり）、前記鋭角な角部による支柱部近傍の乱流発生効果が得られ難くなる。尚、前記面取りはＣ面取り、Ｒ面取りを含むものである。

また、前記面取りの終端位置から支柱部まで、ウエハ支持部２ａ，３ａ，４ａ，５ａの上面の角部が９０°以下の鋭角の角部を形成したのは、ガスが角部に当たった際に支柱部近傍での乱流を発生させることを目的としている。
前記ウエハ支持部２ａ，３ａ，４ａ，５ａの上面の角部が９０°を超える角部の場合には、角部でのガスの回り込みが小さくなり、特に、支柱部近傍での乱流が発生し難くなり、好ましくない。
なお、ウエハ支持部２，３，４，５の断面の形状は、特に限定されるものではなく、矩形、四角形、三角形、さらに上面以外は他面が曲面であっても良い。

更に本発明では、天板７の開口部７ａの面積が、天板７の上面の面積の３０％以上４０％以下に形成されていることがより好ましい。
このように開口部面積を規定したのは、天板７の下部にあるウエハ支持部２ａ，３ａ，４ａ，５ａにガスが十分行き届くようにするためである。
具体的には、天板７の開口部７ａの面積が、天板の上面の面積の３０％未満では、ガスが十分にボートの下部まで供給されにくく、純化効果が十分に得られない虞がある。一方、開口面積が４０％を超える場合は、上方から下方にボートを通過するガスの流れが増大して、ガスが支柱及びウエハ支持部に接触せず、単にガスがボート内部を通過するに過ぎない状態となり、やはり純化効果が十分に得られない虞がある。

更に、前記天板７のスリット部７ｂの幅Ｔは、前記したウエハ挿入始端側の支持部先端部Ｓ２，Ｓ３の間隔と同一であることがより望ましい。
この場合、天板７の上面から見たときスリット部７ｂの縁部とウエハ支持部２ａ，３ａの先端部Ｓ２，Ｓ３とが重なるため、ウエハ支持部２ａ，３ａの先端部Ｓ２，Ｓ３がスリット部７ｂの内側に突出することによって生じるウエハ中央側の特異なガスの乱れをより確実に抑制できる。

後の比較実験の条件説明で記載する方法の図１〜図４の縦型ウエハボートにおけるウエハ挿入方向前方側の支持部材２，３のウエハ支持部２ａ，３ａ及びウエハ挿入方向後方側の支持部材４，５のウエハ支持部４ａ，５ａの長さと支持部２ｂ，３ｂ，４ｂ，５ｂから延設する方向並びに天板７のスリット部７ｂの幅を変更し、天板７上方から見た場合に、ウエハ支持部２ａ，３ａ，４ａ，５ａの先端が、天板７の開口部７ａ及びスリット部７ｂから突出しないボート設計における各部のパラメータをＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとし、それぞれを、
Ａ：天板の幅に対するスリット幅の比率
Ｂ：ウエハ支持部の先端の位置（ウエハ半径に対するウエハ中心からの比率）
Ｃ：ウエハ支持部の面取り位置（ウエハ支持部長さに対するその先端からの長さ比率）
Ｄ：ウエハ支持部の面取り終端部から支柱までの上面角部の角度
とした場合、Ａ〜Ｄの条件を表１に示すように変えて作製した縦型ウエハボートについて、比較実験を行なった。

以下に、この比較実験の条件を説明する。
実験に使用した炉はφ３００ｍｍ用縦型炉で、炉心管内径３９０ｍｍ×炉心管高さ１６５０ｍｍ、使用した縦型ウエハボートの外形は、天板と底板径３３０ｍｍ×ボート高さ１２００ｍｍである。この炉を用いた実験として、各縦型ウエハボートを同一の使用条件で連続１０回熱処理したのち、評価用ウエハ１枚をボート中央部（ボート上部からの溝位置５０溝目）に配置し、評価用の熱処理を施した。

使用条件は、６００℃でウエハを１００枚積載した縦型ウエハボートを炉入れして１２００℃間で昇温後１時間保持し、６００℃まで降温したのち取出しした。また、評価用の熱処理としては、６００℃で炉入れして１２００℃まで昇温後１０時間保持し、６００℃間で降温したのち炉出しした。どちらの場合も、ガスは全工程アルゴンガス１００％を毎分１５リットル流した。

ＭＣＬの評価は、１２インチの鏡面仕上げシリコンウエハを用い、評価用熱処理後にこのウエハのＭＣＬ評価を実施した。ＭＣＬ評価は、ＪＩＳ Ｋ ０１０２−５７．４の規格でＩＣＰ−ＭＳ法による分析で、鉄元素を対象にして評価した。ウエハは、表面のうち中心から外周方向に向かって半径の８０％より内側を部位１、その外側を部位２、部位１と部位２の結果を足したものを総合として分類し、それぞれの部位での分析値で比較した。なお、分析方法は特開２００２−３９９２７に記載の方法に準じた。

ＭＣＬ評価の判定指標は、分析結果の値によって３区分に分け、ランク付けした。すなわち、ＭＣＬ値が１．０atoms/cc以上を△、を０．５〜１．０atoms/ccの範囲を○、０．５atoms/cc未満を◎とした。

また、スリップ評価は、１２インチの鏡面仕上げシリコンウエハ１００枚を積載して前述の使用条件で１回熱処理したものを、ボート上部から１枚目，５０枚目，１００枚目の３枚のウエハについて、Ｘ線トポグラフにて面内を測定し、観測されたスリップの中で最も長い最大スリップ長で比較するという評価を行なった。

このスリップ評価の判定指標は、最大スリップ長が３０ｍｍを越えるものがあった場合を△、最大スリップ長が１０ｍｍ未満であった場合もしくはスリップ自体が存在しなかった場合を○という指標によって２区分に分け、ランク付けした。

表１の比較実験による評価結果から、前記Ａ〜Ｄいずれの条件もすべて本発明の所定範囲内とすることでウエハのスリップ発生が抑制され、かつ、支持部全体が高純度に純化されることが確認された。

図１は実施形態にかかる縦型ウエハボートの正面図である。 図２は図１に示した縦型ウエハボートの側面図である。 図３は縦型ウエハボートの天板の平面図である。 図４は図１のＩ−Ｉ断面図である。 図５は実施形態にかかる縦型ウエハボートの支持部の側面図である。 図６はウエハ挿入方向前方側の支持部の平面図である。 図７はウエハ挿入方向後方側の支持部の平面図である。 図８は、従来の縦型ウエハボートのウエハ支持部を示す平面図である。

符号の説明

１ 縦型ウエハボート
２ 支持部材
２ａ ウエハ支持部
２ａ１ 上面角部
２ａ２ 上面角部
２ｂ 支柱部
３ 支持部材
３ａ ウエハ支持部
３ａ１ 上面角部
３ａ２ 上面角部
３ｂ 支柱部
４ 支持部材
４ａ ウエハ支持部
４ａ１ 上面角部
４ａ２ 上面角部
４ｂ 支柱部
５ 支持部材
５ａ ウエハ支持部
５ａ１ 上面角部
５ａ２ 上面角部
５ｂ 支柱部
６ 底板
７ 天板
Ｓ１〜Ｓ４ ウエハ支持部先端部
Ｗ ウエハ

Claims (3)

1. 天板と、前記天板に一端が固定され、他端が底板に固定された複数本の支柱と、前記支柱の側面から水平方向に突出し、載置されるウエハの中心からウエハの半径の６０％以上７５％以下の位置まで延設されたウエハ支持部とを有する縦型ウエハボートにおいて、
   前記天板には、載置されるウエハの中心点を中心として形成された開口部と、前記開口部に通じるウエハの挿入側に形成されたスリット部とを備え、
   前記スリットの幅が前記天板の幅の３５％以上４５％以下であり、更に、前記ウエハ支持部の先端から前記支柱方向に向かって、ウエハ支持部の長さの４０％以上６０％以下の位置まで上面角部が面取りされ、かつ前記面取り終端位置から前記支柱までの前記上面角部が９０°以下の角度をもって形成されていることを特徴とする縦型ウエハボート。
2. 前記天板の開口部面積が、天板上面の面積の３０％以上４０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の縦型ウエハボート。
3. 前記天板のスリット幅が、ウエハ挿入方向前方側に位置する２つのウエハ支持部先端部の間隔と同一であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の縦型ウエハボート。

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