JP2021141198A - 縦型ウエハボート及び縦型ウエハボートの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ダミーウエハの縦型ウエハボートに対する固着を抑制した縦型ウエハボート及び縦型ウエハボートの製造方法を提供する。【解決手段】この縦型ウエハボート１は、複数のウエハを載置する、上下方向に配置された複数の棚部２ａ、２ｂを有するボート支柱部２と、前記ボート支柱２を保持する天板３と底板４とを備える。ダミーウエハＤＷが搭載される棚部２ｂ表面の表面粗さＲａを、製品ウエハが搭載される棚部２ａ表面の表面粗さＲａよりも大きく形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、縦型ウエハボート及び縦型ウエハボートの製造方法に関し、詳しくは、シリコンウエハ等を熱処理する際、シリコンウエハ等を搭載する縦型ウエハボート及び縦型ウエハボートの製造方法に関する。

従来から、シリコンウエハ等の半導体ウエハ（以下、単にウエハと称呼する）は、炉芯管等を有する縦型あるいは横型の熱処理炉内で各種の熱処理が施されている。これら熱処理は、一般にウエハボート等の支持載置治具にウエハをセットして、加熱した熱処理炉内に前記支持載置治具を挿入し、更に昇温加熱し、処理ガスを導入することによって行われている。

例えば、図５に基づいて、一般的な縦型熱処理炉及びその熱処理の概略について説明すると、縦型熱処理炉５０は、炉芯管５１と、均熱領域を確保するために前記炉芯管５１の外周囲に適宜の間隔を保持して配設された均熱管５２と、前記炉芯管５１内のウエハＷを加熱するために前記均熱管５２の外周囲に配設された加熱部材５３とを備えている。
また、前記炉芯管５１の出入口の温度を均一に保つための保温筒５４と、ウエハＷに対して処理ガスを炉芯管５１の頂部より内部空間に向けて供給するガス供給管５６と、炉芯管５１内の処理ガスを排出する排気管５５とを備えている。

そして、前記保温筒５４の上面には、熱処理が施される多数のウエハＷを積載した縦型ウエハボート１０が載置されるように構成されている。この縦型ウエハボート１０には、ウエハＷを支持載置する棚部１０ａが複数設けられ、上下方向に複数枚のウエハＷを載置できるように構成されている。

また、図６に模式的に示すように、前記縦型ウエハボート１０に載置されるウエハＷは、製品となるウエハ（製品ウエハともいう）ＰＷと、製品ウエハＰＷの上下部分に、製品ウエハＰＷを挟んで、載置されるいわゆるダミーウエハＤＷとからなる。

このように構成された縦型熱処理炉５０においては、製品ウエハＰＷ、ダミーウエハＤＷを積載したウエハボート１０が炉芯管５１に収容された後、炉芯管５１内を加熱部材５３により加熱すると共に、ガス供給管５６によって処理ガスが上方から下方に向けて供給される。
これにより、炉芯管５１内では、高温の処理ガス雰囲気とされ、ウエハＷ（製品ウエハＰＷ、ダミーウエハＤＷ）に所定の熱処理が施される。

このとき、ダミーウエハＤＷは、導入される処理ガスが、熱処理される製品ウエハＰＷに直接当たらないようにガス流を制御して、製品ウエハＰＷ上に形成される膜厚の均一性を向上させ、またその断熱作用にてガス流を制御して炉内の均熱化を図っている。

このような縦型ウエハボートとダミーウエハＤＷについて、種々の提案がなされている。
例えば、特許文献１では、高品質の基板処理が行え、基板処理の基板面内均一性の向上を図るために、基板保持手段にてウエハ等の基板を保持する間隔は、基板保持手段の中央部分に保持されるプロダクトウエハ等の製品用基板間の間隔よりも、基板保持手段の両端部分に配置されるダミーウエハ等の非製品用基板間の間隔が狭いものすることが提案されている。

また、特許文献２では、製品ウエハの面間膜厚均一性の向上を図るため、ボート上に、表面に凹凸が形成された複数の第１の基板（製品ウエハ）を積層保持するとともに第１の基板の上端若しくは下端に第１の基板よりも表面の凹凸が少ない第２の基板（ダミーウエハ）を保持し、処理室内にて第１の基板および第２の基板を処理する際に、第１の基板および第２の基板に向けて処理ガスを供給するとともに、第２の基板に向けて不活性ガスを供給することが提案されている。

特開２００４−２２１２２７号公報 特開２０１１−２４９４０７号公報

ところで、特許文献１，２のように製品ウエハの膜厚均一性の向上を図るための提案はなされているものの、ダミーウエハが縦型ボートに固着することによって生じる技術的課題を解決する提案はなされていない。
例えば、成膜される製品ウエハは、縦型ウエハボートへ収容され、処理が終了すると、縦型ウエハボートから取出される。
一方、ダミーウエハは、縦型ウエハボートに装着したまま、製品ウエハの成膜処理に繰り返し使用される。そのため、縦型ウエハボートと、縦型ウエハボートに装着されているダミーウエハには、膜が厚く堆積し、ダミーウエハが縦型ウエハボートに固着することがあった。

そして、ダミーウエハが縦型ウエハボートに固着した場合、縦型ウエハボートの洗浄等のメンテナンス時に、ダミーウエハは破壊して取り除かれる場合がある。
しかしながら、固着したダミーウエハの破片を完全に除去することは困難であり、未除去の破片が残存した状態で新たなダミーウエハを載置した場合、未除去の破片と新たなダミーウエハとの擦れがパーティクル発生の原因になるという技術的課題があった。
一方、ダミーウエハを連続使用せず、操炉毎に交換するとなると、製造コストや生産性が悪化するという技術的課題があった。

本発明者は、ダミーウエハを縦型ウエハボートに装着したまま、連続使用し、縦型ウエハボートとダミーウエハに厚い膜が堆積した場合にも、ダミーウエハが固着し難い、縦型ウエハボート及びそのボートの製造方法を鋭意研究し、本発明を想到した。

本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、ダミーウエハの縦型ウエハボートに対する固着を抑制した縦型ウエハボート及び縦型ウエハボートの製造方法を提供することを目的とする。

前記した課題を解決するためになされた、本発明に係る縦型ウエハボートは、複数のウエハを上下方向に載置する縦型ウエハボートにおいて、前記複数のウエハを載置する、上下方向に配置された複数の棚部を有するボート支柱部と、前記ボート支柱を保持する天板と底板とを備え、ダミーウエハが搭載される棚部表面の表面粗さＲａが、製品ウエハが搭載される棚部表面の表面粗さＲａよりも大きいことを特徴としている。

このように、本発明にかかる縦型ウエハボートでは、ダミーウエハが搭載される棚部表面の表面粗さＲａが、製品ウエハが搭載される棚部表面の表面粗さＲａよりも大きいため、ダミーウエハの縦型ウエハボートに対する固着が抑制される。

ここで、ダミーウエハが搭載される棚部表面の表面粗さＲａが１０μｍ以上５０μｍ以下であることが望ましい。
前記表面粗さが１０μｍ未満の場合、ダミーウエハを連続使用すると、従来のようにダミーウエハが固着する虞がある。
また、前記表面粗さが５０μｍを超える場合、熱処理時に、棚部におけるダミーウエハの載置位置にズレが発生し易く、棚部表面との擦れによるパーティクルが発生する虞がある。
したがって、ダミーウエハが搭載される棚部表面の表面粗さＲａが１０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。

また、製品ウエハが搭載される棚部表面の表面粗さＲａが０．５μｍ以上３．０μｍ以下であることが好ましい。
このように、製品ウエハが搭載される棚部表面の表面粗さＲａが０．５μｍ以上３．０μｍ以下であるため、ウエハの傷やスリップの発生を抑制することができる。

また、ボート支柱部、天板、底板がＳｉ−ＳｉＣ複合材あるいはＳｉＣ材からなり、その表面にＳｉＣ被膜層が形成されていることが好ましい。

また、ダミーウエハが搭載される棚部表面に、粒径１０μｍ以上１００μｍ以下のＳｉＣ粉を内在するＳｉＣ被膜層が形成されていることが好ましい。
このように、ＳｉＣ被膜層に、粒径１０μｍ以上１００μｍ以下のＳｉＣ粉を内在させることにより、ダミーウエハが搭載される棚部表面の表面粗さＲａを１０μｍ以上５０μｍ以下とすることができる。

前記した課題を解決するためになされた、本発明に係る縦型ウエハボートの製造方法は、複数のウエハを上下方向に載置する縦型ウエハボートの製造方法であって、前記複数のウエハを載置する、上下方向に配置された複数の棚部を有するボート支柱部と、前記ボート支柱を保持する天板と底板とを備え、ダミーウエハが搭載される棚部表面の表面粗さＲａが、製品ウエハが搭載される棚部表面の表面粗さＲａよりも大きい縦型ウエハボートの製造方法において、ボート支柱部、天板、底板を、Ｓｉ−ＳｉＣ複合材あるいはＳｉＣ材で形成し、ボートを組立てる工程と、前記組立工程の後、ダミーウエハが搭載される棚部表面に、粒径１０μｍ以上１００μｍ以下のＳｉＣ粉を付着させる工程と、前記ＳｉＣ粉付着工程の後、ボート表面に、ＣＶＤ法により、ＳｉＣ被膜層を形成する被膜層形成工程と、を少なくとも含むことを特徴としている。

このように、本発明にかかる縦型ウエハボートの製造方法にあっては、ダミーウエハが搭載される棚部表面に、粒径１０μｍ以上１００μｍ以下のＳｉＣ粉を付着させる工程と、前記ＳｉＣ粉付着工程の後、ボート表面に、ＣＶＤ法により、ＳｉＣ被膜層を形成する被膜層形成工程を備えるため、ダミーウエハが搭載される棚部表面の表面粗さＲａを、１０μｍ以上５０μｍ以下に容易にできる。

本発明によれば、ダミーウエハの縦型ウエハボートに対する固着を抑制した縦型ウエハボート及び縦型ウエハボートの製造方法を得ることができる。

図１は、本発明に係る縦型ウエハボートの概略構成を示す斜視図である。 図２は、図１に示した製品ウエハが搭載される棚部の斜視図である。 図３は、図１に示したダミーウエハが搭載される棚部の斜視図である。 図４は、本発明に係る縦型ウエハボート（ダミーウエハが搭載される棚部）の製造方法を説明するための図である。 図５は、縦型ウエハボートを収納した縦型熱処理炉の全体構成を模式的に示す断面図である。 図６は、縦型ウエハボートにおけるダミーウエハと製品ウエハの配置状態を示す概念図である。

以下に、本発明にかかる一実施形態について、図１乃至図３に基づいて説明する。なお、図１は本発明の一実施形態にかかる縦型ウエハボートを示す斜視図、図２は図１に示した縦型ウエハボートにおける製品ウエハが搭載される棚部の要部拡大図、図３は図１に示した縦型ウエハボートにおけるダミーウエハが搭載される棚部の要部拡大図、図４は図１に示した縦型ウエハボート（ダミーウエハが搭載される棚部）の製造方法を示す図である。

図１に示すように、この縦型ウエハボート１は、成膜処理される製品ウエハＰＷを搭載するための棚部２ａ及びダミーウエハＤＷを搭載するための棚部２ｂが形成された複数本の支柱２と、前記支柱２の上下端部を固定する天板３及び底板４とを備えている。
なお、前記支柱２、天板３、底板４を構成する基材としては、ＳｉＣ質基材（ＳｉＣ材）が好ましく、反応焼結ＳｉＣすなわちカーボン成分を含むＳｉＣ焼成体にＳｉを含浸し、前記カーボン成分とＳｉの一部が反応し、ＳｉＣ化されたＳｉ−ＳｉＣ（Ｓｉ−ＳｉＣ複合材）であることが好ましく、ＳｉＣの成形体を高温で熱処理した再結晶質ＳｉＣ、焼結助剤を添加し焼結した自焼結ＳｉＣ等でもよい。

また、図２に示すように、前記棚部２ａの上面部２ａ１は、製品ウエハＰＷを載置するウエハ載置部である。この上面部（ウエハ載置部）２ａ１の先端部には先端面取り部２ａ２が形成され、左右側面部には、側部面取り部２ａ３が形成されている。
尚、図中、この先端面取り部２ａ２、側部面取り部２ａ３は平面状に示されているが、これに限定されるものではなく、曲面状、いわゆるＲ形状に形成されていても良い。

また、このウエハ載置部２ａ１は、製品ウエハＰＷが搭載される棚部表面（ウエハ当接部表面）であり、その表面粗さＲａは０．５μｍ以上３．０μｍ以下に形成されている。先端面取り部２ａ２、側部面取り部２ａ３についても、ウエハ載置部２ａ１と同様に、表面粗さＲａが０．５μｍ以上３．０μｍ以下に形成されている。先端面取り部２ａ２、側部面取り部２ａ３に製品ウエハが当接する可能性があるため、表面粗さＲａが０．５μｍ以上３．０μｍ以下に形成されるのが好ましい。

ここで、前記表面の表面粗さＲａが０．５μｍ未満では、ウエハ載置部２ａ１上にウエハを載置した際に、滑りが生じ、ウエハボート移動時に製品ウエハＰＷが落下するおそれがあり、あるいは高温環境下で製品ウエハＰＷを加熱処理した場合に製品ウエハＰＷがボートの当接部で融着するおそれがあり好ましくない。
また、表面の表面粗さＲａが３．０μｍを超える場合には、ウエハ搭載時あるいは成膜処理等を行なった際に、製品ウエハＰＷ裏面に傷やスリップが生じることとなり好ましくない。

また、図３に示すように、前記棚部２ｂの上面部２ｂ１は、ダミーウエハＤＷを載置するウエハ載置部である。この上面部（ウエハ載置部）２ｂ１の先端部には、前記棚部２ａと同様に、先端面取り部２ｂ２が形成され、左右側面部には、側部面取り部２ｂ３が形成されている。
尚、図中、この先端面取り部２ｂ２、側部面取り部２ｂ３は平面状に示されているが、前記棚部２ａと同様に、曲面状、いわゆるＲ形状に形成されていても良い。

また、このウエハ載置部２ｂ１は、製品ウエハが搭載される棚部表面（ウエハ当接部表面）であり、その表面粗さＲａが１０μｍ以上５０μｍ以下になされている。
先端面取り部２ｂ２、側部面取り部２ｂ３についても、ウエハ載置部２ｂ１と同様に、表面粗さＲａが１０μｍ以上５０μｍ以下に形成されている。先端面取り部２ｂ２、側部面取り部２ｂ３に製品ウエハが当接する可能性があるため、表面粗さＲａが１０μｍ以上５０μｍ以下に形成されるのが好ましい。

ここで、前記表面粗さが１０μｍ未満の場合、ダミーウエハＤＷを連続使用すると、従来のようにダミーウエハＤＷの固着が発生する虞がある。また、前記表面粗さが５０μｍを超える場合、熱処理時に、棚部２ｂにおけるダミーウエハＤＷの載置位置にズレが発生し易く、棚部表面との擦れによるパーティクルが発生する虞がある。
したがって、ダミーウエハが搭載される棚部表面の表面粗さＲａが１０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。また、ダミーウエハが搭載される棚部表面の表面粗さＲａが１０μｍ以上５０μｍ以下であるため、膜が付着した際、アンカー効果が大きく、膜の剥離をより効果的に抑制することができる。

次に、本発明にかかる縦型ウエハボートの製造方法について、図４に基づいて説明する。
先ず、ＳｉＣ質基材を支柱２、天板３、底板４を所定の形状に機械加工し、またこれら基材の表面を研磨し、所定の表面粗さを有する部材を製作する。例えば支柱２には、図４（ａ）に示すように、棚部２ｂが形成される。

そして、図４（ｂ）に示すように、ダミーウエハＤＷが搭載される棚部２ｂ表面に、粒径１０μｍ以上１００μｍ以下のＳｉＣ粉５を付着させる。
このＳｉＣ粉５は、エタノール溶媒に混合して、塗布あるいは吹き付けによって付着させる。尚、製品ウエハＰＷが搭載される棚部２ａ表面には、表面粗さが大きくなるため、前記ＳｉＣ粉５を付着させない。

その後、図４（ｃ）に示すように、縦型ウエハボート表面に、ＣＶＤ法により、ＳｉＣ被膜層６を形成する。一般的には、高温減圧の条件のもと、２０μｍ〜１００μｍのＳｉＣ被膜層６を成膜する。
このとき、ダミーウエハＤＷが搭載される棚部２ｂ表面に、粒径１０μｍ以上１００μｍ以下のＳｉＣ粉５を付着させているために、ダミーウエハＤＷが搭載される棚部２ｂ表面の表面粗さＲａは１０μｍ以上５０μｍ以下に形成される。

一方、製品ウエハＰＷが搭載される棚部２ｂ表面の表面粗さＲａは、粒径１０μｍ以上１００μｍ以下のＳｉＣ粉が存在しないため、０．５μｍ以上３．０μｍ以下に形成される。尚、ＳｉＣ被膜層の表面粗さＲａが、３．０μｍを超える場合には、研磨処理がなされる。

更に、本発明にかかる実施例について説明する。
（実施例１）
先ず、反応焼結法によってＳｉ−ＳｉＣ複合材からなる３本の支柱、天板、底板を製作し、これら基材の表面を研磨し、算術平均表面粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１）が、０．５μｍの部材を製作した。そして、これら部材を組立て、６インチ用のボートを製作した。
次に、ダミーウエハが搭載される棚部表面に、平均粒径６０μｍのＳｉＣ粉を、エタノール溶媒に混合して、塗布して付着させた。
尚、製品ウエハが搭載される棚部表面には、表面粗さが大きくなるため、前記ＳｉＣ粉を付着させなかった。

続いて、ＣＶＤ炉内７０ｔｏｒｒ、１２００℃の条件下で、メチルトリクロロシランとＨ_２ガスを、流量比３：３０で適量導入し、前記６インチ用のボートを構成する支柱、天板、底板の表面に、厚さ５０μｍのＳｉＣ被覆膜を形成した。
このときの製品ウエハが搭載される棚部の表面粗さＲａは１．５μｍであった。ダミーウエハが搭載される棚部の表面粗さＲａは、３０μｍであった。

（実施例２）
実施例２では、実施例１と同じ条件で製作したボートのダミーウエハが搭載される棚部表面に、平均粒径２０μｍのＳｉＣ粉を、エタノール溶媒に混合して、塗布して付着させた。製品ウエハが搭載される棚部表面には、表面粗さが大きくなるため、前記ＳｉＣ粉を付着させなかった。

続いて、実施例１と同じ条件で前記ボートを構成する支柱、天板、底板の表面に、厚さ５０μｍのＳｉＣ被覆膜を形成した。
このときの製品ウエハが搭載される棚部の表面粗さＲａは２．１μｍであった。ダミーウエハが搭載される棚部の表面粗さＲａは、１０μｍであった。

（実施例３）
実施例３では、実施例１と同じ条件で製作したボートのダミーウエハが搭載される棚部表面に、平均粒径１００μｍのＳｉＣ粉を、エタノール溶媒に混合して、塗布して付着させた。製品ウエハが搭載される棚部表面には、表面粗さが大きくなるため、前記ＳｉＣ粉を付着させなかった。

続いて、実施例１と同じ条件で前記ボートを構成する支柱、天板、底板の表面に、厚さ５０μｍのＳｉＣ被覆膜を形成した。
このときの製品ウエハが搭載される棚部の表面粗さＲａは１．２μｍであった。ダミーウエハが搭載される棚部の表面粗さＲａは、５０μｍであった。

（比較例１）
比較例１では、実施例１と同じ条件で製作したボートのダミーウエハが搭載される棚部表面および製品ウエハが搭載される棚部表面にＳｉＣ粉を付着させなかった。

続いて、実施例１と同じ条件で前記ボートを構成する支柱、天板、底板の表面に、厚さ５０μｍのＳｉＣ被覆膜を形成した。
このときのダミーウエハが搭載される棚部表面粗さ、および製品ウエハが搭載される棚部の表面粗さＲａは共に１．５μｍであった。

（比較例２）
比較例２では、実施例１と同じ条件で製作したボートのダミーウエハが搭載される棚部表面に、平均粒径１５０μｍのＳｉＣ粉を、エタノール溶媒に混合して、塗布して付着させた。製品ウエハが搭載される棚部表面には、表面粗さが大きくなるため、前記ＳｉＣ粉を付着させなかった。

続いて、実施例１と同じ条件で前記ボートを構成する支柱、天板、底板の表面に、厚さ５０μｍのＳｉＣ被覆膜を形成した。
このときの製品ウエハが搭載される棚部の表面粗さＲａは１．８μｍであった。ダミーウエハが搭載される棚部の表面粗さＲａは、８０μｍであった。

そして、実施例１〜３、比較例１及び比較例２の６インチウエハボートの棚部の全てに製品ウエハ、ダミーウエハを載置し、これをＬＰ−ＣＶＤ装置内に配置し、ＳｉＮ膜を５μｍ積層させた後、ウエハボートをＬＰ−ＣＶＤ装置から取り出し、ウエハボートから製品ウエハを取り出す。
更に、新たな製品ウエハをウエハボートに載置し、ダミーウエハは連続使用し、ＳｉＮ膜を５μｍ積層させた。そして、ダミーウエハは連続５０回使用し、ダミーウエハとウエハボートの棚部との固着状況を調べた。
固着状況は、ダミーウエハを取り外した際にウエハボートの棚部にダミーウエハの破片の有無で評価した。
その結果を表１に示す。

以上のように、ダミーウエハが搭載される棚部表面の表面粗さＲａが１０μｍ以上５０μｍ以下である場合には、ダミーウエハの縦型ウエハボートに対する固着が抑制されることが確認された。

１ 縦型ウエハボート
２ 支柱
２ａ 製品ウエハが搭載される棚部
２ｂ ダミーウエハが搭載される棚部
３ 天板
４ 底板
５ ＳｉＣ粉
６ ＳｉＣ被覆膜
ＤＷ ダミーウエハ
ＰＷ 製品ウエハ

Claims (6)

1. 複数のウエハを上下方向に載置する縦型ウエハボートにおいて、
   前記複数のウエハを載置する、上下方向に配置された複数の棚部を有するボート支柱部と、前記ボート支柱を保持する天板と底板とを備え、
   ダミーウエハが搭載される棚部表面の表面粗さＲａが、製品ウエハが搭載される棚部表面の表面粗さＲａよりも大きいことを特徴する縦型ウエハボート。
2. ダミーウエハが搭載される棚部表面の表面粗さＲａが１０μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴する請求項１記載の縦型ウエハボート。
3. 製品ウエハが搭載される棚部表面の表面粗さＲａが０．５μｍ以上３μｍ以下であることを特徴する請求項１または請求項２記載の縦型ウエハボート。
4. ボート支柱部、天板、底板がＳｉ−ＳｉＣ複合材あるいはＳｉＣ材からなり、その表面にＳｉＣ被膜層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の縦型ウエハボート。
5. ダミーウエハが搭載される棚部表面に、粒径１０μｍ以上１００μｍ以下の炭化ケイ素粉を内在するＳｉＣ被膜層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の縦型ウエハボート。
6. 複数のウエハを上下方向に載置する縦型ウエハボートの製造方法であって、前記複数のウエハを載置する、上下方向に配置された複数の棚部を有するボート支柱部と、前記ボート支柱を保持する天板と底板とを備え、ダミーウエハが搭載される棚部表面の表面粗さＲａが、製品ウエハが搭載される棚部表面の表面粗さＲａよりも大きい縦型ウエハボートの製造方法において、
   ボート支柱部、天板、底板を、Ｓｉ−ＳｉＣ複合材あるいはＳｉＣ材で形成し、ボートを組立てる工程と、
   前記組立工程の後、ダミーウエハが搭載される棚部表面に、粒径１０μｍ以上１００μｍ以下の炭化ケイ素粉を付着させる工程と、
   前記炭化ケイ素粉付着工程の後、ボート表面に、ＣＶＤ法により、炭化ケイ素被膜層を形成する被膜層形成工程と、
   を少なくとも含むことを特徴とする縦型ウエハボートの製造方法。

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