JP2010265004A - ウェーハケース - Google Patents

Abstract

【課題】高いシール性を確保し、ケース素材を原因とした半導体ウェーハの有機物汚染を解消可能で、航空輸送時の気圧変化によるウェーハやケースの変形、破損を防止できるウェーハケースを提供する。
【解決手段】各金属製の容器本体と蓋とを、第１，第２の波形シール部を有したシール構造で密閉するウェーハケースとし、第１，２の波形シール部を含む容器本体および蓋の各シール面の表面粗度を０．８Ｓ〜１．６Ｓとした。そのため、高いシール性を確保しながら、ウェーハケースの素材を原因とした半導体ウェーハの有機物汚染を解消できる。
【選択図】図１

Description

この発明はウェーハケース、詳しくは半導体ウェーハを密閉状態で保管および搬送が可能なウェーハケースに関する。

シリコンウェーハの有機汚染は、デバイスの性能に悪影響を及ぼすことが知られている。そこで、近年では、シリコンウェーハの表面に付着した有機物の評価、有機物に起因したデバイスの特性評価が重要視されている。有機汚染の発生は、ウェーハ熱処理工程などのウェーハ製造プロセス中に限るのではなく、シリコンウェーハの保管時や運搬時にも発生する。そこで、ウェーハの保管中や運搬中の有機物からの汚染を最小限に抑える運搬保管用のウェーハケースが必要とされる。

一般のウェーハケースの素材は、ポリプロピレン、ポリカーボネートなどの合成樹脂である。合成樹脂製のウェーハケースの場合、ケース成形時に使用した酸化防止剤などの有機物が脱ガス成分となり、これが外部に放出されてウェーハ表面を汚染していた。これにより、ウェーハ製造プロセスを反映したシリコンウェーハに対する金属汚染量および金属汚染の影響を正確に評価することができなかった。そこで、これを解消する従来技術として、例えば特許文献１の保管運搬容器（ウェーハケース）が知られている。これは、保管運搬容器のうち、その内部の空気にさらされる表面部分を全て金属製としたものである。

特開平１１−１４７５８１号公報

ところで、ウェーハ輸送の一形態として、高度数千〜１万ｍを飛行する航空機による航空輸送が行われている。この場合、機内の貨物室の気圧は、おおよそ０．７〜０．８ａｔｍに達する。そのため、密閉性能が良いウェーハケースの場合、気圧の低い上空において、その気圧差から、空気の膨張により、常圧の地上でウェーハケースを密封した袋が膨らむ。また、ケース内の空気は膨張し、蓋と容器本体とを封止する高純度アルミニウム製のガスケットのわずかな隙間を通して、袋内へと流出する。これにより、袋はさらに膨らむ。

そして、着陸時に、航空機が常圧の地上へ降下してくると、上空飛行時とは反対の気圧関係から、袋内の低圧の空気が、比較的高い外圧により圧縮されて収縮する。しかも、ガスケットによって蓋が容器本体の開口部へ強固に密着するので、この袋の空気はケース内へは流れ込まない。その結果、ウェーハケースがちょうど四方から押し潰されたように変形するとともに、内側へ湾曲した外壁によって内部のウェーハを傷つけるおそれがあった。しかも、蓋は容器本体に強固に密着されるので、開蓋時に蓋が開きにくいという別の問題も生じていた。

そこで、発明者は、鋭意研究の結果、金属製のウェーハケースにおいて、ガスケットに代えて山部と谷部とが連続する波形状のシール構造を採用し、かつ容器本体のシール面の表面粗度と、蓋のシール面の表面粗度とをそれぞれ０．８Ｓ〜１．６Ｓとすることに想到した。こうすれば、高いシール性を確保しながら、ウェーハケースの素材を原因としたシリコンウェーハの有機物汚染を解消できるとともに、航空輸送時の気圧変化によるシリコンウェーハおよびウェーハケースの変形や破損を防止可能であることを知見し、この発明を完成させた。

すなわち、この発明は、高いシール性を確保しながら、ウェーハケースの素材を原因とした半導体ウェーハの有機物汚染を解消可能であるとともに、航空輸送時の気圧変化による半導体ウェーハおよびウェーハケースの変形、破損を防止することができるウェーハケースを提供することを目的とする。
また、この発明は、航空輸送直後でも蓋が開け易く、かつ蓋開閉に伴う容器本体および蓋の各シール部の損傷を防止することができるウェーハケースを提供することを目的としている。
この発明は、軽微な衝突傷や軽微な擦り傷から、容器本体の表面および蓋の表面を保護することができるウェーハケースを提供することを目的としている。

また、ウェーハ搬送においては、枚葉タイプのみではなくマルチタイプでの複数枚の同時搬送も必要で、後者の場合、特に、ウェーハの直径が４５０ｍｍの場合には、そのウェーハ自重により凹変形が生じることが予測される。そのため、同一容器内で２枚以上のウェーハを積み重ねて収納する際には、ウェーハ同士の接触を防止するため、ウェーハ間に使用するスペーサの形状を工夫する必要がある。
この発明は、１個のウェーハケースで同一サイズの半導体ウェーハを２枚以上収納し、搬送および保管が可能になるウェーハケースを提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、複数枚の半導体ウェーハが収納される金属製の容器本体と、前記各半導体ウェーハの間に装填され、該各半導体ウェーハを前記容器本体の厚さ方向に所定間隔で保持する金属製のスペーサと、前記各半導体ウェーハより大径な円板で、かつ該スペーサを介して積層された複数枚の半導体ウェーハを、前記容器本体の厚さ方向の両側方から挟み込む中底板および中上板と、前記容器本体の開口部をシール構造を介して密閉する金属製の蓋とを備え、前記シール構造は、前記蓋に当接される前記容器本体のシール面に形成され、かつ環状の山部と環状の谷部とが前記ウェーハケースの内外方向へ交互に連続する第１の波形シール部と、前記容器本体に当接される前記蓋のシール面に形成され、かつ前記第１の波形シール部の前記山部または前記谷部に噛合可能な環状の山部と環状の谷部とが、前記ウェーハケースの内外方向へ交互に連続する第２の波形シール部とを有し、前記第１の波形シール部を含む前記容器本体のシール面の表面粗度と、前記第２の波形シール部を含む前記蓋の表面粗度とを、０．８Ｓ〜１．６Ｓとしたウェーハケースである。

請求項１に記載の発明によれば、金属製の容器本体と金属製の蓋とを、第１の波形シール部と第２の波形シール部と有したシール構造を介して密閉し、第１の波形シール部を含む容器本体のシール面の表面粗度と、第２の波形シール部を含む蓋のシール面の表面粗度とをそれぞれ０．８Ｓ〜１．６Ｓとした。このように、金属製の容器本体と金属製の蓋とを平滑度が高く、迷路のようなシール面同士を噛み合わせて容器本体を密閉するようにしたので、高いシール性を確保しながら、ウェーハケースの素材を原因とした半導体ウェーハの有機物汚染を解消することができる。

しかも、航空輸送中、気圧の低い上空では、その気圧差から、ケース内の空気は膨張し、第１の波形シール部と第２の波形シール部との隙間よりウェーハケースの外へ流出する。これにより、上空でのウェーハケースの破裂が防止される。一方、着陸時、航空機が常圧の地上へ降下して行けば、上空飛行時とは反対の気圧関係から、機内の空気およびケース内の空気が、比較的高い外圧により圧縮される。しかしながら、従来のウェーハケースのように、ガスケットなどで蓋が容器本体の開口部へ強固に密着していないので、機内の空気が第１の波形シール部と第２の波形シール部との隙間からケース内に流入する。その結果、航空輸送時の気圧変化によるウェーハケースの変形、破損を防止することができる。

また、ウェーハ間にスペーサが装填された複数の半導体ウェーハを、中底板と中上板とを用いて、容器本体の厚さ方向の両側に２枚以上保持し、これを容器本体に収納するようにしたので、１個のウェーハケースを使用し、同一径の複数の半導体ウェーハの搬送、保管が可能になる。中底板と中上板は、各半導体ウェーハより大径な円板である。そのため、ウェーハ搬送中、重ね合わされた半導体ウェーハがウェーハケース内で移動しても、半導体ウェーハの外周部がケース内壁に衝突して破損するおそれはほとんどない。

半導体ウェーハとしては、例えばシリコンウェーハ（単結晶シリコンウェーハ、多結晶シリコンウェーハなど）を採用することができる。
半導体ウェーハの口径は、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍなど任意である。
半導体ウェーハの比抵抗値は任意である。例えば、０．００１〜２０００Ω・ｃｍでもよい。

容器本体の素材および蓋の素材としては、例えばアルミニウム、チタン、ステンレス、銅、鉛、ニッケル、白金またはこれらの合金を採用することができる。このうち、軽量かつ安価で、材料として市場より入手しやすいことから、アルミニウム合金が好ましい。また、容器本体および蓋は、その全てが金属でなくてもよい。少なくとも、容器本体の内面および蓋の内面が金属であればよい。容器本体および蓋の各内面のみを金属とする方法としては、例えば、容器本体の内面および蓋の内面に対して、金属板または金属箔の貼着や、金属コーテイングを行うことが考えられる。

さらに、容器本体の素材および蓋の素材は、アルミニウム合金としてもよい。この場合、軽微な衝突傷や軽微な擦り傷から、容器本体の表面および蓋の表面を保護することができる。
アルミニウム合金としては、例えばＪＩＳ Ａ５０５２と、ＪＩＳ Ａ５０５６とに規定されたアルミニウムとマグネシウムとを２．２〜２．８％含む合金を採用することができる。アルミニウム合金のうち、強度および加工性に優れていることからＪＩＳ Ａ５０５２が最適である。また、加工後に硬質アルマイト処理を施し、容器本体の表面および蓋の表面を硬化させた方法が、耐腐食性、耐摩耗性、および耐衝撃性を向上させるという理由により好ましい。

シール構造とは、容器本体の蓋に当接されるシール面と、蓋の容器本体に当接されるシール面とに形成され、容器本体の開口部を蓋により密閉可能な構造である。
第１の波形シール部は、容器本体のシール面の全域に形成しても、容器本体のシール面の一部のみに形成してもよい。また、第２の波形シール部は、蓋のシール面の全域に形成しても、蓋のシール面の一部のみに形成してもよい。

第１の波形シール部および第２の波形シール部において、環状の山部の断面形状と環状の谷部の断面形状としては、例えば三角形、四角形（台形を含む）などを採用することができる。山部と谷部との形成条数はそれぞれ１条でも２条以上でもよい。
「環状の山部」とは、断面形状が山形の環状突条をいう。「環状の谷部」とは、断面形状が谷形の環状溝をいう。
「環状の山部と環状の谷部とがウェーハケースの内外方向へ交互に連続する」とは、容器本体に形成された山部と谷部との場合、山部および谷部が容器本体の開口部の軸線を同心軸として、交互に同心配置されている状態をいう。また、蓋の山部と谷部との場合、山部および谷部が蓋の中心線を中心にして交互に同心配置されている状態をいう。

また、第１の波形シール部の山部と第２の波形シール部の山部とは、頂上が平坦面で、第１の波形シール部の谷部と第２の波形シール部の谷部とは谷底が尖っているように設けてもよい。この場合、ケース密閉時には、容器本体と蓋とのシール部分の一部（各山部の頂上部分）に環状の空間（エアポケット）が形成される。エアポケットは、ケース内外の温度差やケース内外の気圧差などによって発生するウェーハケースのシール性の変動を小さくする緩衝空間となる。その結果、航空輸送直後でも蓋が開け易い。しかも、山部の欠け易い頂上がカットされて谷部に衝突することがないので、蓋開閉に伴う容器本体および蓋の各シール部の損傷を防止することができる。

山部の平坦面のうち、その山部と谷部とが連続する方向の両辺の間隔（最短距離）は０．８〜１．２ｍｍとしてもよい。０．８ｍｍ未満では、外部衝撃等による損傷およびケース内外の温度差やケース内外の気圧差などによって発生するウェーハケースのシール性の変動を抑える緩衝作用が低減する。また、１．２ｍｍを超えた場合にも同様に緩衝作用が低減する。このように、山部の平坦面のうち、その山部と谷部とが連続する方向の両辺の好ましい間隔を０．８〜１．２ｍｍとすれば、シール部の耐衝撃性および耐摩耗性が高まる。

山部の斜面の傾斜角度および谷部の斜面の傾斜角度は、それぞれ９０°〜１２０°である。９０°未満では、シール部の耐衝撃性が低減する。また、９０°を超えれば、シール部の接触面積が大きくなって密閉性が高まり、さらにエアポケットの容積も大きくなるので緩衝作用も高まる。山部の斜面と谷部の斜面との好ましい傾斜角度は、それぞれ９０°〜１２０°とすれば、いかなる保管環境下においても密閉性を長時間維持可能で、容器自体の経時劣化を抑制できる。

容器本体のシール面の表面粗度と蓋のシール面の表面粗度とが０．８Ｓ未満では、本体と蓋部の双方が密着し、蓋が開け難くなる。また、１．６Ｓを超えれば、シール性が低下する。よって、容器本体のシール面と蓋のシール面との好ましい表面粗度は、０．８Ｓ〜１．６Ｓである。この範囲であれば、多少の温度変動、気圧変動、衝撃等が生じても密閉性が保持できる。
ウェーハケースの内部には、半導体ウェーハを支持する各種の保持具、各種のスペーサを設けることができる。これらの部材の素材としては、アルミニウム、ニッケル、白金またはこれらの合金を採用することができる。

同一径の半導体ウェーハとしては、例えば１５０ｍｍウェーハ、２００ｍｍウェーハ、３００ｍｍウェーハ、４５０ｍｍウェーハなどを採用することができる。
ウェーハ保持手段は、同一径の半導体ウェーハを、１個の容器本体に２枚以上結合させて収納可能な構造を有している。具体的には、厚さ１ｍｍ以上で、Ｏリング形もしくは十字形、トライアングル形の金属からなるスペーサと、このスペーサがウェーハ間に装填された複数の半導体ウェーハを分離可能に結合するウェーハ結合構造体とを備えている。

ウェーハ保持手段の構造（機構）は、ウェーハ間にスペーサを装填して重ね合わせた複数の半導体ウェーハを、容器本体の厚さ方向（ウェーハの重ね合わせ方向）から、中底板と中上板とにより挟持可能であれば任意である。手動式でも、モータ駆動の自動式でもよい。
中底板および中上板の素材としては、例えばアルミニウム、ニッケルなどを採用することができ、容器本体または蓋と同じ素材でもよい。
中底板および中上板の形状は、平面視して円形、三角形、四角形以上の多角形を採用することができる。その他、任意形状でもよい。
中底板および中上板の大きさは、例えば半導体ウェーハと略同じか、それより大きくてもよい。中底板の厚さは、スペーサを介して重ね合わされた複数の半導体ウェーハを挟持可能であれば任意である。
スペーサの素材としては、例えばアルミニウム、ニッケルなどを採用することができ、容器本体、蓋または中底板や中上板と同じ素材でもよい。
スペーサは、厚さが１ｍｍ未満ではケース収納時の半導体ウェーハの撓みを十分に防止することができない。スペーサの好ましい厚さは、１〜１０ｍｍである。この範囲であれば、軽量で、かつケース収納時の半導体ウェーハの撓みを良好に防止することができる。

請求項２に記載の発明は、前記スペーサは、平面視して十字形または三角形で、かつその外接円の直径が前記半導体ウェーハの直径と同一で、厚さが１ｍｍ以上のものである請求項１に記載のウェーハケースである。

請求項２に記載の発明によれば、スペーサを平面視して十字形または三角形で、かつその外接円の直径を半導体ウェーハの直径と同一とし、さらにその厚さを１ｍｍ以上としたので、半導体ウェーハをスペーサによって水平支持した際、自重によるウェーハ中心部の弛みをスペーサの中央部によって防止することができる。しかも、円板形状のスペーサに比べて半導体ウェーハとの接触面積が小さくなり、スペーサとの接触による半導体ウェーハの損傷領域を狭くすることができる。

ここでいう三角形には、正三角形、二等辺三角形、直角三角形などを採用することができる。ここでいう十字形には、縦線と横線とが同じ長さのもの、縦線と横線の長さが異なるもの、縦線と横線とが直交するもの、縦線と横線とが直交しないものを含む。これらのうち、半導体ウェーハの安定した支持の観点から、正三角形と、縦線と横線が同一長さでかつ両線が直交した十字形が好ましい。

請求項１に記載の発明によれば、金属製の容器本体と金属製の蓋とを、第１の波形シール部と第２の波形シール部と有したシール構造を介して密閉し、しかも第１の波形シール部を含む容器本体のシール面の表面粗度と、第２の波形シール部を含む蓋のシール面の表面粗度とをそれぞれ０．８Ｓ〜１．６Ｓとした。このように、金属製の容器本体と金属製の蓋とを、平滑度が高く、迷路のようなシール面同士を噛み合わせて容器本体を密閉するようにしたので、高いシール性を確保しながら、ウェーハケースの素材を原因とした半導体ウェーハの有機物汚染を解消することができる。

しかも、航空輸送中、気圧の低い上空では、その気圧差から、ケース内の空気は膨張し、第１の波形シール部と第２の波形シール部との隙間からケース外へ流出するので、上空でのウェーハケースの破裂を防止することができる。一方、着陸時、機内の空気およびケース内の空気が、比較的高い外圧により圧縮されるが、従来品のように例えばガスケットなどで蓋が容器本体の開口部へ強固に密着されていないので、機内の空気が第１の波形シール部と第２の波形シール部との隙間からケース内に流入する。その結果、航空輸送時の気圧変化によるウェーハケースの変形、破損を防止することができる。
また、ウェーハ間にスペーサが装填された複数の半導体ウェーハを、中底板と中上板とにより挟み込む保持構造を採用したので、１個のウェーハケースを使用し、同一径の複数の半導体ウェーハの搬送、保管が可能になる。また、中底板と中上板とを、各半導体ウェーハより大径としたので、ウェーハ搬送中、重ね合わされた半導体ウェーハがウェーハケース内で移動し、ケース内壁にウェーハ外周部が衝突して破損するというおそれがほとんどない。

請求項２に記載の発明によれば、スペーサを平面視して十字形または三角形で、かつその外接円の直径を半導体ウェーハの直径と同一とし、さらにその厚さを１ｍｍ以上としたので、半導体ウェーハをスペーサによって水平支持した際、自重によるウェーハ中心部の弛みをスペーサの中央部によって防止することができる。しかも、円板形状のスペーサに比べて半導体ウェーハとの接触面積が小さくなり、スペーサとの接触による半導体ウェーハの損傷領域を狭くすることができる。
中底板および中上板の素材は、ウェーハケース内での塵の発生を抑えるため、例えば容器本体および蓋と同じように、金属が好ましい。

この発明の実施例１に係るウェーハケースの使用状態を示す要部拡大縦断面図である。 この発明の実施例１に係るウェーハケースの一部断面図を含む平面図である。 この発明の実施例１に係るウェーハケースのシール構造を示す要部拡大縦断面図である。 この発明の実施例１に係るウェーハケースで使用される十字形状のスペーサの拡大平面図である。 この発明の実施例１に係るウェーハケースで使用される三角形状のスペーサの拡大平面図である。 この発明の実施例１に係るウェーハケースであって、円弧形状のスペーサが適用されたものの要部拡大縦断面図である。 この発明の実施例１に係るウェーハケースであって、円弧形状のスペーサが適用されたものの一部断面図を含む平面図である。 この発明の実施例１に係るウェーハケースであって、円弧形状のスペーサが適用されたものの拡大平面図である。 この発明の実施例１および従来例に係るウェーハケースを使用した航空輸送の直後のウェーハ表面の有機物汚染量を示すグラフである。

以下、この発明の実施例を具体的に説明する。ここでは、シリコンウェーハを５枚のみ収納可能なマルチタイプのウェーハケースを例とする。

図１および図２において、１０はこの発明の実施例１に係るウェーハケースで、５枚のシリコンウェーハ（半導体ウェーハ）１１が収納される金属製の容器本体１２と、シール構造１４を介して、容器本体１２の開口部を密閉する金属製の蓋１３と、容器本体１２の内部に設けられ、各シリコンウェーハ１１を容器本体１２の厚さ方向に所定間隔で保持するウェーハ保持手段３３とを備えている。

各シリコンウェーハ１１は、チョクラルスキー式により引き上げられた単結晶インゴットをウェーハ加工して得られた直径３００ｍｍ、Ｐ形、比抵抗値１０Ω・ｃｍのものである。
容器本体１２は、アルミニウム合金（アルミニウムに２．２〜２．８％のマグネシウムを含み、硬質アルマイト処理により表面が硬化されたもの）製の平面視して正方形状の容器である。容器本体１２は、平面視して正方形状の底板１２ｂと、底板１２ｂの４つの辺部上に一体形成された４枚の厚肉な外側板１２ａとを有している。各外側板１２ａの上端面が、容器本体１２のシール面となる。容器本体１２の一方の両端部の外面には、一対の厚肉なハンドル３４が配設されている。

蓋１３は、容器本体１２と同じ素材からなる平面視して正方形でかつ開口が下向きの深さが浅い容器形状のものである。蓋１３は、平面視して正方形状の天板１３ｂと、天板１３ｂの４つの辺部下に一体形成された４枚の厚肉な外側板１３ａとを有している。外側板１３ａの下端面が蓋１３のシール面となる。
天板１３ｂの外周部の下面には、高さが外側板１３ａの高さと略同じ環状支柱１３ｄが、天板１３ｂと一体形成されている。環状支柱１３ｄの下部には、後述する中上板３２を上方から押圧する複数の押圧突起２０の元部が、環状支柱１３ｄの周方向へ所定ピッチで埋設されている。押圧突起２０の素材は、ステンレス製である。天板１３ｂの中央部の上面には、水平軸を中心にして回動自在な取っ手２１が設けられている。
蓋１３の外側板１３ａの各辺の長さ方向の両端部には、容器本体１２のバッグ留め金具１９が掛止される留めリング２２が配設されている。ウェーハケース１０の閉蓋時、蓋１３を閉じて容器本体１２の開口部を塞ぎ、各バッグ留め金具１９のリングを各留めフック２２に掛止することで、蓋１３が容器本体１２に当接され、ウェーハケース１０が密封される。

次に、図１〜図３を参照して、前記シール構造１４を詳細に説明する。
図１〜図３に示すように、シール構造１４は、容器本体１２のシール面に形成され、かつ環状の２条の山部２３と環状の２条の谷部２４とが、ウェーハケース１０の内外方向へ交互（波形状）に連続した第１の波形シール部２５と、蓋１３のシール面に形成され、第１の波形シール部２５に噛合可能な環状の２条の山部２３と環状の２状の谷部２４とが、ウェーハケース１０の内外方向へ交互に連続した第２の波形シール部２６とを有している。

また、第１の波形シール部２５の山部２３と、第２の波形シール部２６の山部２３との頂上には、それぞれ平坦面２３ａが形成されている。さらに、第１の波形シール部２５の谷部２４と第２の波形シール部２６の谷部２４とは、谷底がそれぞれ尖っている。各山部２３の法面の傾斜角度θと、各谷部２３の法面の傾斜角度θとはそれぞれ１２０°である。各山部２３の平坦面２３ａのうち、その山部２３と谷部２４とが連続する方向の両辺の間隔ｄは０．８ｍｍである。そして、第１の波形シール部２５を含む容器本体１２のシール面の表面粗度と、第２の波形シール部１６を含む蓋１３の表面粗度とは、それぞれ０．８〜１．６Ｓである。このように、各山部２３および各谷部２４の法面の傾斜角度θをそれぞれ１２０°とし、かつ各山部２３の平坦面２３ａの間隔（山部２３と谷部２４との連続方向と直交する方向の辺の長さ）ｄを０．８ｍｍとしたので、いかなる保管環境下においても密閉性を長時間維持でき、容器自体の経時劣化を抑制することができる。

次に、図１および図２を参照して、前記ウェーハ保持手段３３を詳細に説明する。
図１および図２に示すように、ウェーハ保持手段３３は、各シリコンウェーハ１１の間に装填されるＯリング形状の４枚のスペーサ３０と、これらのスペーサ３０が各ウェーハ間に１枚ずつ装填された５枚のシリコンウェーハ１１を分離可能に結合するボルトナット構造体５０とを備えている。
すなわち、５枚のシリコンウェーハ１１は、各ウェーハ間にスペーサ３０が１つずつ装填されながら、容器本体１２の厚さ方向に平行に積み重ねられることで、ウェーハ群１１Ａとして構成される。ウェーハ群１１Ａは、容器本体１２の底板１２ｂ上に載置される４枚の中底板３１と、最上層のシリコンウェーハ１１の上に載置される４枚の中天板３２とによって挟まれ、この状態のままウェーハ保持手段３３により保持される。以下、これらの構成部品を具体的に説明する。

各スペーサ３０は容器本体１２と同じ素材からなり、厚さが５ｍｍ、外径がシリコンウェーハ１１の直径と同一の円環形状（リング形状）の部材である。また、別の形態のスペーサとして、例えば平面視して十字形状のスペーサ３０Ａ（図４）や、平面視して三角形のスペーサ３０Ｂ（図５）などを採用してもよい。スペーサ３０Ａ，３０Ｂの外接円の直径は、シリコンウェーハ１１の直径と同じである。その他、図６〜図８に示すように、平面視して円弧形状のスペーサ３０Ｃでもよい。スペーサ３０Ａ〜３０Ｃの素材はスペーサ３０と同じである。また、スペーサ３０Ａ、３０Ｂの外接円の直径は、シリコンウェーハ１１の直径と同一である。図６および図８中、３０ａはボルト３４の貫通孔である。

このように、スペーサ３０Ａを平面視して十字形とし、スペーサ３０Ｂを平面視して三角形とし、かつスペーサ３０Ａ、３０Ｂの外接円の直径をシリコンウェーハ１１の直径と同一としたので、シリコンウェーハ１１をスペーサ３０Ａ、３０Ｂによって水平支持した際、自重によるウェーハ中心部の弛みをスペーサ３０Ａ、３０Ｂの中央部によって防止することができる。しかも、円板形状のスペーサに比べてシリコンウェーハ１１との接触面積が小さくなり、スペーサ３０Ａ、３０Ｂと接触して損傷する可能性があるウェーハ領域を小さくすることができる。
また、図６〜図８に示すように、各スペーサ３０Ｃは、幅方向の中間を通る中心線の長さが６０ｍｍの円弧形状の板片で、容器本体１２の周方向に９０°毎に合計４つ配置されている。各スペーサ３０Ｃの寸法は、内径が２８０ｍｍ、外径が３００ｍｍ、厚さが５ｍｍである。各スペーサ３０Ｃの長さ方向の両端部には、表裏面を貫通して貫通孔３０ａが形成されている。各スペーサ３０Ｃの外辺部の下面は、シリコンウェーハ１１の厚さ分だけ平坦に肉盛りされている。

図１および図２に示すように、中底板３１および中上板３２は、容器本体１２と同じ素材からなる円板である。このうち、中底板３１は、直径がシリコンウェーハ１１より大径な３２０ｍｍで、厚さは４ｍｍである。ただし、中底板３１の外周部の上面は、シリコンウェーハ１１の中央部が中底板３１の中央部に接触しないように、平坦に肉盛りされている。また、中底板３１の外周部には、その周方向へ９０°毎に、合計４対のナット孔３１ａが、その表裏面を貫通して形成されている。そして、中上板３２の形状およびサイズは、肉盛り部分が中上板３２の外周部の下面となる他は中底板３１と同一である。中上板３２の外周部には、中底板３１の各ナット孔３１ａと連通可能な４対の貫通孔３２ａが形成されている。

ボルトナット構造体５０は、先側のねじ部３４ａがナット孔３１ａに螺合し、かつ中間部が、貫通孔３２ａに挿通されるとともに、元側のねじ部３４ｂが別の貫通孔３２ａの上側の開口から外方へ突出する合計８本のボルト３４と、各ボルト３４の元側のねじ部３４ｂに螺合される合計８個の蝶形ナット３５とから構成される。

各シリコンウェーハ１１のケース収納時には、まず、容器本体１２の底板１２ｂの上面に中底板３１を載置する。その後、シリコンウェーハ１１とスペーサ３０とを交互に積み重ね、最後に５枚目のシリコンウェーハ１１の上に中天板３２を載置する。このとき、各ナット孔３１ａと各貫通孔３２ａとを対応するもの同士で連通させる。次に、連通した各孔３１ａ、３２ａに各ボルト３４を１本ずつ挿入する。ここで、各ボルト３４の先側のねじ部３４ａを中底板３１のナット孔３１ａに螺合し、各ボルト３４の元側のねじ部３４ｂに各蝶形ナット３５をそれぞれ螺合することで、中底板３１と中天板３２との間で各シリコンウェーハ１１を締結する。
このように、上下に隣り合うシリコンウェーハ１１間にスペーサ３０を挿入しながら、５枚のシリコンウェーハ１１を積み重ねる。その結果、１個のウェーハケース１０を使用し、直径が同じ５枚のシリコンウェーハ１１の搬送および保管を行うことができる。

次に、図１および図２を参照して、この発明の実施例１に係るウェーハケース１０の使用方法を説明する。
図１および図２に示すように、容器本体の底板１２ｂの上面（外周部を除く領域）に、中底板３１を載置する。その後、中底板３１上に、直径３００ｍｍのシリコンウェーハ１１の外周部を載置する。次に、載置されたシリコンウェーハ１１上にＯリング状のスペーサ３０を一つ載置し、そのスペーサ３０の上に２枚目のシリコンウェーハ１１を載置する。このとき、各シリコンウェーハ１１とスペーサ３０とは、平面視して各外縁を一致させる。それ以降は、この重ね合わせの作業を繰り返すことで、計５枚のシリコンウェーハ１１からなるウェーハ群１１Ａを形成し、これを容器内に収納する。それから、ウェーハ群１１Ａの最上段のシリコンウェーハ１１の上面に中上板３２を載置する。また、Ｏリング形状のスペーサ３０に替えて、図３に示す十字形状のスペーサ３０Ａ、図４に示す三角形状のスペーサ３０Ｂおよび図６〜図８に示す円弧形状（三日月形状）のスペーサ３０Ｃを用いる場合にも、スペーサ３０と同じ扱いにより、ウェーハ群１１Ａを形成する。

次いで、容器本体１２と蓋１３とをシール構造１４を介して閉蓋し、バッグ留め金具１９を留めフック２２に掛止し、容器本体１２を密閉する。このとき、頂上が平坦面の２条の各山部２３と、谷底が尖った２条の各谷部２４とが、容器本体１２の第１の波形シール部２５と蓋１３の第２の波形シール部２６との間で互いに噛合される。その結果、各山部２３の頂上と各谷部２４の谷底との隙間に環状のエアポケット２７がそれぞれ形成される。閉蓋されたウェーハケース１０は、アルミニウム製の図示しない袋により密封される。
また、容器本体１２の密閉時には、蓋１３の天板１３ｂの各押圧突起２０が、中上板３２の外周部を上方から押圧する。これにより、ウェーハ移送中におけるウェーハケース１０の内部空間でのウェーハ群１１Ａの移動を抑制することができる。

このように、第１の波形シール部２５を含む容器本体１２のシール面の表面粗度と、第２の波形シール部２６を含む蓋１３のシール面の表面粗度とをそれぞれ０．８〜１．６Ｓとし、かつ金属製の容器本体１２と金属製の蓋１３とを、平滑度が高く、迷路のようなシール面同士を噛み合わせて容器本体１２を密閉するようにしたので、高いシール性を確保しながら、ウェーハケース１０の素材を原因としたシリコンウェーハ１１の有機物汚染を解消することができる。

また、容器本体１２の各山部２３の頂上と蓋１３の各山部２３の頂上にそれぞれ平坦面を形成し、これらに対峙可能な容器本体１２の各谷部２４の谷底と蓋１３の各谷部２４の谷底とをそれぞれ尖らせたので、ケース閉蓋時には、容器本体１２と蓋１３とのシール部分の一部（各山部２３の頂上部分）に環状のエアポケット２７が形成される。エアポケット２７は、ケース内外の温度差やケース内外の気圧差などによって発生するウェーハケース１０のシール性の変動を小さくする緩衝空間となる。その結果、航空輸送直後でも蓋１３が開け易い。しかも、各山部２３の欠け易い頂上がカットされて各谷部２４に衝突することがないので、蓋開閉に伴う容器本体１２および蓋１３の各シール部２５，２６の損傷を防止することができる。

さらに、容器本体１２の素材および蓋１３の素材を、それぞれアルミニウムに２．２〜２．８％のマグネシウムを含み、硬質アルマイト処理により表面が硬化されたアルミニウム合金を採用したので、軽微な衝突傷や軽微な擦り傷から、容器本体１２の表面および蓋１３の表面を保護することができる。
さらにまた、中底板３１と中上板３２とを、各シリコンウェーハ１１より大径としたので、ウェーハ搬送中、重ね合わされたシリコンウェーハ１１がウェーハケース１０の内部空間で移動し、ケース内壁にウェーハ外周部が衝突して破損するおそれがない。

ここで、実際に実施例１のウェーハケースと従来のウェーハケースとを使用し、実施例１の直径３００ｍｍのシリコンウェーハを、佐賀県伊万里市から山形県米沢市までの往復の航空輸送をしたとき、輸送後のウェーハ表面の有機物の汚染量を測定した結果を報告する。
従来のウェーハケースとしては３００ｍｍＦＯＳＢを用いた。３００ｍｍＦＯＳＢは、容器本体がポリカーボネート製で、蓋がポリカーボネート製のＳＥＭＩ Ｍ３１という構造のシリコンウェーハ梱包用のケースである。
伊万里市の工場内で、実施例１のウェーハケース１０と従来のウェーハケースとに、同時洗浄された実施例１のシリコンウェーハを各１枚ずつ収納し、飛行機により高度１００００ｍに達する輸送テストを行った。輸送時間は１００時間、高度１００００ｍの気圧は８００ｈＰａであった。

米沢市の工場に到着後、すぐに折り返し伊万里市の工場に返送、到着後、ウェーハ加熱脱離−ガスクロマトグラフィー−質量分析法（Ｗａｆｅｒ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ−Ｇａｓ Ｃｒｏｍａｔｏｇｒａｐｙ − Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＷＴＤ−ＧＣ−ＭＳ）により、シリコンウェーハの表面の有機物の汚染量を測定した。具体的には、シリコンウェーハをＨｅガス中で４００℃に加熱し、シリコンウェーハの表面より熱脱離した有機物を、吸着剤（ＴＥＮＡＸ）に捕集して濃縮後、ＧＣ−ＭＳで分析した（イオン化方式：電子衝撃法（ＥＩ法）７０ｅＶ）。
分析の結果、従来のウェーハケースを使用した航空輸送では、シリコンウェーハの表面の有機物汚染量は０．４５２ｎｇ／ｃｍ^２であった。これに対して、実施例１のウェーハケースを使用した場合では、シリコンウェーハの表面の有機物汚染量は０．００４ｎｇ／ｃｍ^２と２桁低い結果が得られた（図９のグラフ）。

また、ウェーハ搬送後、各シリコンウェーハの外周部（特に、外周縁）の損傷状態を作業者の肉眼で検査したところ、クラックなどの破損はまったくなかった。これは、ウェーハ群を表裏面側から挟持する中底板および中上板を、各シリコンウェーハより大径としたので、仮にウェーハ移送中にウェーハケースの内部空間でウェーハ群が移動したとしても、ケース内壁にウェーハ外周部が衝突して破損することがなかったからと推測される。

この発明は、多結晶太陽電池などのシリコン系太陽電池の原料を製造する際に有用である。

Claims (2)

1. 複数枚の半導体ウェーハが収納される金属製の容器本体と、
   前記各半導体ウェーハの間に装填され、該各半導体ウェーハを前記容器本体の厚さ方向に所定間隔で保持する金属製のスペーサと、
   前記各半導体ウェーハより大径な円板で、かつ該スペーサを介して積層された複数枚の半導体ウェーハを、前記容器本体の厚さ方向の両側方から挟み込む中底板および中上板と、
   前記容器本体の開口部をシール構造を介して密閉する金属製の蓋とを備え、
   前記シール構造は、前記蓋に当接される前記容器本体のシール面に形成され、かつ環状の山部と環状の谷部とが前記ウェーハケースの内外方向へ交互に連続する第１の波形シール部と、前記容器本体に当接される前記蓋のシール面に形成され、かつ前記第１の波形シール部の前記山部または前記谷部に噛合可能な環状の山部と環状の谷部とが、前記ウェーハケースの内外方向へ交互に連続する第２の波形シール部とを有し、前記第１の波形シール部を含む前記容器本体のシール面の表面粗度と、前記第２の波形シール部を含む前記蓋の表面粗度とを、０．８Ｓ〜１．６Ｓとしたウェーハケース。
2. 前記スペーサは、平面視して十字形または三角形で、かつその外接円の直径が前記半導体ウェーハの直径と同一で、厚さが１ｍｍ以上のものである請求項１に記載のウェーハケース。

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