JP2022101920A - 縦型ウエハボート - Google Patents
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Abstract
【課題】従来の断熱材に代えて、SiC膜で被覆された板状の多孔質炭化ケイ素の少なくとも最底面をSiC膜で被覆しないものを用いることにより、多数枚のシリコンウエハを一度に搭載することができる縦型ウエハボートを提供する。【解決手段】本発明の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するウエハ支持部と、多孔質炭化ケイ素からなり、少なくとも最底面にSiC膜が形成されていない前記底板とを有することを特徴とする。【選択図】図4
Description
本発明は、例えば、半導体ウエハの高温熱処理に用いられる縦型ウエハボートに関する。
半導体デバイスの製造においては、被処理体であるウエハに酸化、拡散、膜形成またはアニールなどの熱処理を行うが、このとき複数枚のウエハを支持して熱処理装置への出し入れする支持具としてウエハボートが使用される。
このウエハボートの一つに、熱処理装置の上方または下方から装入して、上下方向に積層する縦型ウエハボートがある。縦型ウエハボートは、均一な熱処理を施すため、各ウエハを所定間隔で支持する構造を有し、また、保温調節するための断熱板が設けられた断熱板ホルダを有している。
そして、熱処理炉内を所定の温度に昇温および保持した後、ウエハを縦型のウエハボートに装入して熱処理を行う。
縦型ウエハボートとして、例えば、特許文献1には、複数枚の半導体ウエハを平行に装入支持するための支持溝を有するウエハ支持部と、断熱板支持部とが一体に構成され、前記断熱板支持部に断熱板が一体となるように接合されたウエハボートが記載されている。
特許文献2には、その一端側に炉口を有する炉本体と、炉本体内の他端側に配置され、ウエハを保持する縦型のボートと、ボートの少なくとも一端部を保持するとともに、熱処理時に炉本体を保温する保温体とを備え、前記保温体が、ボート側に配置された1枚の厚肉断熱版と、炉口側に配置された複数枚の薄肉断熱板と、厚肉断熱板および薄肉断熱板を水平に支持する支持体とを備える熱処理装置が開示されている。
特許文献1および2の縦型ウエハボートまたは熱処理装置のいずれも、ウエハボートの下に、複数枚のウエハを均一に保温するために断熱板または保温体が設けられている。
しかしながら、特許文献1および2の断熱板または保温体は、所定の厚みを有する断熱板が1枚または複数枚配置されたものであるため、熱処理装置の中で一定の範囲を占めることとなり、ウエハボートの熱処理装置全体に占める割合がそれだけ小さくなり、被処理体であるウエハの枚数が制限される。
本発明は、縦型ウエハボートの底板に設けられる、保温調節するための断熱部材として、従来の断熱材に代えて、SiC膜で被覆された板状の多孔質炭化ケイ素の少なくとも最底面をSiC膜で被覆しないものを用いることにより、多数枚のシリコンウエハを一度に搭載することができる縦型ウエハボートを提供することを目的とする。
本発明の縦型ウエハボートは、天板と、底板と、前記天板に一端が固定され、他端が前記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するウエハ支持部とからなるSiC膜を有し、前記底板は、多孔質炭化ケイ素からなり、少なくとも最底面にSiC膜が形成されていないことを特徴とする。
前記底板にSiC膜は形成されていないことが好ましい。
前記多孔質炭化ケイ素の気孔率は、40%以上50%以下であることが好ましい。
底板の材質に、気孔率が40~50%の多孔質炭化ケイ素を選択することで、断熱板を薄肉化でき、熱処理炉に収容可能なウエハの枚数を増加することができる。また、高い多孔性のため、熱処理後の冷却時に熱が冷めやすく、ウエハの冷却時間を短縮することができる。
前記底板の厚みは、20~50mmであることが好ましい。
前記底板にSiC膜は形成されていないことが好ましい。
前記多孔質炭化ケイ素の気孔率は、40%以上50%以下であることが好ましい。
底板の材質に、気孔率が40~50%の多孔質炭化ケイ素を選択することで、断熱板を薄肉化でき、熱処理炉に収容可能なウエハの枚数を増加することができる。また、高い多孔性のため、熱処理後の冷却時に熱が冷めやすく、ウエハの冷却時間を短縮することができる。
前記底板の厚みは、20~50mmであることが好ましい。
本発明の縦型ウエハボートでは、底板に多孔質炭化ケイ素からなる断熱部材を用い、かつ、その少なくとも最底面を炭化ケイ素膜で覆わず、多孔質炭化ケイ素を露出させた構成を備える。本発明では、このような構成を備えることにより、底板の熱伝導を小さくできるので、熱処理に際して、ダミーウエハを用いる必要がなく、結果的に製品ウエハの処理枚数を増加させることができる。つまり、前記縦型ウエハボートを用いることで、多数枚のシリコンウエハを一度に熱処理することができ、効率的である。また、縦型ウエハボートの底板を多孔質炭化ケイ素からなる部材で形成することにより、熱処理後の冷却時に熱が冷めやすく、ウエハの冷却時間を短縮することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の縦型ウエハボートについて説明する。
図4は、本発明の一実施形態に係る縦型ウエハボート10を示している。前記縦型ウエハボート10は、天板1と、前記天板1に一端が固定され、他端が底板4に固定された3本の支柱2と、前記支柱2の側面から水平方向に突出するウエハ支持部2aと、前記底板4とを有する。図1は、縦型ウエハボート10を装入した縦型熱処理炉を示している。
図2のとおり、前記板状の多孔質炭化ケイ素4aの表面は、通常、炭化ケイ素膜4bで被覆されているが、本発明に係る底板4では、その少なくとも最底面が炭化ケイ素膜4bで覆われていない。図4に示す縦型ウエハボート10は、円筒形状を有し、ウエハを側面から略平行に差し込み、ウエハ支持部2aの上に載置する構成を有する。3本の支柱2は、ウエハWの外周縁上に配置され、搭載後にウエハにかかる荷重が3点に分散されるように、ウエハ支持部2aから略水平に突出した爪部(図示せず)が設けられている。そして、各支柱2の下端は、円板形状の断熱性の底板4に固定され、さらに各支柱2の上端部は、円板状の天板1によって固定されている。
図4は、本発明の一実施形態に係る縦型ウエハボート10を示している。前記縦型ウエハボート10は、天板1と、前記天板1に一端が固定され、他端が底板4に固定された3本の支柱2と、前記支柱2の側面から水平方向に突出するウエハ支持部2aと、前記底板4とを有する。図1は、縦型ウエハボート10を装入した縦型熱処理炉を示している。
図2のとおり、前記板状の多孔質炭化ケイ素4aの表面は、通常、炭化ケイ素膜4bで被覆されているが、本発明に係る底板4では、その少なくとも最底面が炭化ケイ素膜4bで覆われていない。図4に示す縦型ウエハボート10は、円筒形状を有し、ウエハを側面から略平行に差し込み、ウエハ支持部2aの上に載置する構成を有する。3本の支柱2は、ウエハWの外周縁上に配置され、搭載後にウエハにかかる荷重が3点に分散されるように、ウエハ支持部2aから略水平に突出した爪部(図示せず)が設けられている。そして、各支柱2の下端は、円板形状の断熱性の底板4に固定され、さらに各支柱2の上端部は、円板状の天板1によって固定されている。
各支柱2は、ウエハWを支持するためのウエハ支持部2aを有している。各支柱2におけるウエハ支持部2aは、長さ10~100mm、幅5~15mm、厚さ1~5mmであり、縦方向に例えば8mmピッチで50~150個形成されている。
前記ウエハ支持部2aのウエハWと接する表面は研磨加工され、ウエハWにスリップが生じないよう平滑化されている。このように形成されたウエハ支持部2aによりウエハWを支持すると、ウエハWによる荷重が偏ることがなく、またウエハWが傷つくことなく、スリップ発生を抑制することができる。なお、本発明の縦型ウエハボート10は、3本に限られず、複数本、具体的には3~5本の支柱2を備える。
また、この縦型ウエハボート10の底板4以外の部材は、反応焼結SiC、すなわちカーボン成分を含むSiC焼成体に金属ケイ素(Si)を含浸させ、前記カーボン成分とSiの一部が反応し、SiC化されたSi-SiC複合材料で形成される。或いは、SiC-CVDコートした材料や、SiCの成形体を高温で熱処理した再結晶質SiC、焼結助剤を添加して焼結した自焼結SiCなどで形成されてもよい。なお、SiC-CVDコートとは、Si-SiC複合材料に化学蒸着(CVD)によって、高純度で結晶質のSiC膜を形成することである。
縦型ウエハボート10の下部で、前記支柱2の下端部は、円板形状の底板4に固定されている。
底板4は、板状の多孔質炭化ケイ素4aにSiC膜4bを被覆した断熱部材である。前記板状の多孔質炭化ケイ素4aは、具体的には、前記Si-SiC複合材料、SiCの成形体を高温で熱処理した再結晶質SiC、または、焼結助剤を添加して焼結した自焼結SiCなどである。前記断熱部材は、これらの材料をSiC-CVDコートしたものである。SiC膜4bの厚みは、通常5~20μmである。前記断熱部材は、本発明において、底板4は、縦型ウエハボート10の底部を形成するだけでなく、保温体または断熱部材としての役割も有する。
底板4は、板状の多孔質炭化ケイ素4aにSiC膜4bを被覆した断熱部材である。前記板状の多孔質炭化ケイ素4aは、具体的には、前記Si-SiC複合材料、SiCの成形体を高温で熱処理した再結晶質SiC、または、焼結助剤を添加して焼結した自焼結SiCなどである。前記断熱部材は、これらの材料をSiC-CVDコートしたものである。SiC膜4bの厚みは、通常5~20μmである。前記断熱部材は、本発明において、底板4は、縦型ウエハボート10の底部を形成するだけでなく、保温体または断熱部材としての役割も有する。
底板4は、通常、多孔質炭化ケイ素4aからなる断熱部材と、その外表面をSiC膜4bで被覆した形態を有するが、本発明に係る底部4は、外表面のうち、少なくとも最底面がSiC膜4bで被覆されていない。底板4の最底面はSiC膜4bで覆わず、多孔質炭化ケイ素4aを露出させることで、底板の熱伝導を小さくすることができる。
多孔質炭化ケイ素4aからなる断熱部材は、その外表面のうち最底面にSiC膜4bを有しないことがより好ましい。
なお、最底面とは、縦型ウエハボート10の外側であって、底板4のウエハWを載置しない側の面である。
底板4の熱伝導率は10~150W/mKであることが好ましい。
多孔質炭化ケイ素4aからなる断熱部材は、その外表面のうち最底面にSiC膜4bを有しないことがより好ましい。
なお、最底面とは、縦型ウエハボート10の外側であって、底板4のウエハWを載置しない側の面である。
底板4の熱伝導率は10~150W/mKであることが好ましい。
底板4を形成する断熱部材の気孔率は40~50%が好ましく、45~50%がより好ましい。底板4を気孔率40~50%の断熱部材で形成することで、熱処理後の冷却時に熱が冷めやすく、ウエハの冷却時間を短縮することができる。気孔率が40%未満であると、底板4が充分な断熱性を備えられないことがある。一方、気孔率は50%を超えると、底板4が必要な強度を備えられないことがある。
底板4を形成する断熱部材の気孔径は、通常5~50μm、好ましくは10~30μmである。底板4を気孔径5~50μmの断熱部材で形成することで、底板4の強度を維持することができる。なお、底板4は50~70MPa程度の強度を有することが好ましい。
底板4の厚みは20~50mmが好ましく、30~40mmがより好ましい。底板4の厚みが20mm未満であると、底板4が充分な断熱効果を発揮できないことがある。底板4の厚みが50mmを超えると、底板4が大きく、縦型熱処理炉内に底板4が占める割合が増すため、収納可能なウエハの枚数が少なくなる。
本発明の縦型ウエハボート10の製造方法について、一例を挙げて説明する。Si-SiC複合材料を支柱2、天板1および底板4を所定の形状に機械加工して作製する。その後、支柱2、天板1および底板4の各部材を接着して組み立て、表面にSiC膜をCVDにより形成する。
次いで、ウエハWが接する部分であるウエハ支持部2a上面と、このウエハ支持部2a上面の周端部、特にウエハ支持部2a上面の側面および先端とを加工治具により研磨加工し、面取り加工する。
次いで、ウエハWが接する部分であるウエハ支持部2a上面と、このウエハ支持部2a上面の周端部、特にウエハ支持部2a上面の側面および先端とを加工治具により研磨加工し、面取り加工する。
ウエハWの熱処理は、本発明の縦型ウエハボート10内にウエハWを搭載し、例えば、600℃に加熱した縦型熱処理炉に、ウエハWを搭載した縦型ウエハボート10を装入して、酸素などの処理ガスを導入することにより行う。図1に示すように、縦型熱処理炉は、縦型ウエハボート10を装入する炉心管11と、処理ガスを導入するためのガス供給管15と、均熱領域を確保するために炉心管11の外周囲に適宜間隔を空けて設けられた均熱管12と、前記炉心管11内のウエハWを加熱するために均熱管12の外周囲に設けられた加熱部材13と、炉内ガスを排出するための排気管14とを備えている。
ウエハを積載した縦型ウエハボート10が縦型熱処理炉の炉心管11内に収容された後、炉心管11内を加熱部材13により加熱するとともに、ガス供給管15によって処理ガスが上下から下方にかけて供給される。
これにより、炉心管11内では、高温の処理ガス雰囲気下に、ウエハに所定の熱処理が施される。
これにより、炉心管11内では、高温の処理ガス雰囲気下に、ウエハに所定の熱処理が施される。
本発明の縦型ウエハボート10について、実施例および比較例に基づきさらに説明する。
[実施例1]
使用した炉はφ300mmウエハW用の縦型熱処理炉で、炉心管11の内径390mm×高さ1650mmで、使用した縦型ウエハボート10の外形は、天板3および底板4の径330mm×高さ1200mmである。
板状の多孔質SiC材料の最底面以外の面をSiC膜で被覆した底板4を用いて、縦型ウエハボート10を作製し、熱処理後のウエハWの歪みに起因するスリップ評価を行うことで、底板4の差異に起因するウエハボート内の温度ムラを評価した。底板4の最底面以外の面には、Si-SiC複合材料にSiC-CVDコートした材料を使用した。底板4の最底面は多孔質SiCであるSi-SiC複合材料を露出させた。
熱処理条件は、600℃でウエハを100枚積載した縦型ウエハボート10を炉心管11内に装入して、1200℃まで加熱後、1時間保持し、600℃まで降温した後、取り出すものとした。
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(XRT)により面内を測定した。観測されたスリップの中で最も長い最大スリップ長は、1mm未満であった。
使用した炉はφ300mmウエハW用の縦型熱処理炉で、炉心管11の内径390mm×高さ1650mmで、使用した縦型ウエハボート10の外形は、天板3および底板4の径330mm×高さ1200mmである。
板状の多孔質SiC材料の最底面以外の面をSiC膜で被覆した底板4を用いて、縦型ウエハボート10を作製し、熱処理後のウエハWの歪みに起因するスリップ評価を行うことで、底板4の差異に起因するウエハボート内の温度ムラを評価した。底板4の最底面以外の面には、Si-SiC複合材料にSiC-CVDコートした材料を使用した。底板4の最底面は多孔質SiCであるSi-SiC複合材料を露出させた。
熱処理条件は、600℃でウエハを100枚積載した縦型ウエハボート10を炉心管11内に装入して、1200℃まで加熱後、1時間保持し、600℃まで降温した後、取り出すものとした。
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(XRT)により面内を測定した。観測されたスリップの中で最も長い最大スリップ長は、1mm未満であった。
[比較例1]
実施例1において、底板4として、板状の多孔質SiC材料の全表面をSiC膜で被覆したものを使用した以外は、実施例1と同様にして、縦型ウエハボート10を作製し、同じ条件で熱処理を行い、熱処理後のウエハWの歪みに起因するスリップ評価を行うことで、底板4の差異に起因するウエハボート内の温度ムラを評価した。観測されたスリップの中で最も長い最大スリップ長は、5mm以上であった。
実施例1において、底板4として、板状の多孔質SiC材料の全表面をSiC膜で被覆したものを使用した以外は、実施例1と同様にして、縦型ウエハボート10を作製し、同じ条件で熱処理を行い、熱処理後のウエハWの歪みに起因するスリップ評価を行うことで、底板4の差異に起因するウエハボート内の温度ムラを評価した。観測されたスリップの中で最も長い最大スリップ長は、5mm以上であった。
1 天板
2 支柱
2a ウエハ支持部
4 底板
4a 多孔質炭化ケイ素底板
4b 多孔質炭化ケイ素底板を覆う炭化ケイ素膜
10 縦型ウエハボート
11 炉心管
12 均熱管
13 加熱部材(ヒータ)
14 排気管
15 ガス供給管
16 保温筒
17 ダミーウエハ
2 支柱
2a ウエハ支持部
4 底板
4a 多孔質炭化ケイ素底板
4b 多孔質炭化ケイ素底板を覆う炭化ケイ素膜
10 縦型ウエハボート
11 炉心管
12 均熱管
13 加熱部材(ヒータ)
14 排気管
15 ガス供給管
16 保温筒
17 ダミーウエハ
Claims (4)
- 天板と、底板と、前記天板に一端が固定され、他端が前記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するウエハ支持部とからなるSiC膜を有する縦型ボートであって、
前記底板は、多孔質炭化ケイ素からなり、少なくとも最底面にSiC膜が形成されていないことを有することを特徴とする縦型ボート。 - 前記底板にSiC膜が形成されていないことを特徴とする請求項1に記載の縦型ウエハボート。
- 前記多孔質炭化ケイ素の気孔率が、40%以上50%以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の縦型ウエハボート。
- 前記底板の厚みが20~50mm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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020216305A JP2022101920A (ja) | 2020-12-25 | 2020-12-25 | 縦型ウエハボート |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020216305A JP2022101920A (ja) | 2020-12-25 | 2020-12-25 | 縦型ウエハボート |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2022101920A true JP2022101920A (ja) | 2022-07-07 |
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ID=82273357
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2020216305A Pending JP2022101920A (ja) | 2020-12-25 | 2020-12-25 | 縦型ウエハボート |
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2020
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