JP2553932B2 - ＳｉＣ質ウェーハ積載ボート - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体工業等で利用されるSiC質ウェーハ積
載ボートの形状の改良に関する。

〔従来の技術〕 半導体関連工業では、生産能率アップのために、高温
で短時間処理を含む工程が増加しており、例えば、シリ
コンウェーハを石英ガラス製のボートに積載して酸化、
拡散、アニール等の熱処理を、800〜1200℃の炉内で行
うが、石英ガラス製ボートは高温軟化によるボートの変
形、酸処理によるウェーハ挿入溝の形成の際に溝幅のバ
ラツキが派生する等の理由で、特定条件の下でのSi含浸
質SiC製ボートの需要も少しずつ増している。

しかしながら、前記SiC製ボートも、第４図および第
５図に示す如く、形状的には断面半円形状および台形を
雛形とする石英ガラス製ボートと同様の形状を踏襲して
おり、第４図に示す円形断面の積載棒状部材（２）を全
て脚部材（４）で固定した構造のボート、および第５図
に示すボートそのものの断面が円形状のものが存在する
が、当該積載棒状部材を固定する両端の支持板は一枚板
状部材が使用された。

〔発明が解決しようとする問題点〕

Si含浸質SiCあるいは自焼結SiC材料を石英ガラス製ボ
ートの代替品として使用した場合の最も問題になる課題
は熱衝撃性の低いことであり、石英ガラス材料の耐熱衝
撃性が1000℃程度の温度差でも製品の折損、破損に至ら
ないのに対し、Si含浸質SiC材料の場合には、その熱膨
張率の高さに起因して、温度差400℃以上では材料中に
マイクロクラックを生じて製品が破損する現象が頻発す
る。

上記、Si含浸質SiC材料の不具合は、ウェーハ挿入溝
を形成するウェーハ積載棒状部材が、その断面の単純な
円形を溝形成により切り欠く結果、断面係数を低下し、
発生応力による全体変形が大きくなることにも起因して
いる。

従って、機械的応力を受けた場合にSiC質ウェーハ積
載ボートの発生応力が許容応力を越える場合には、全体
変形を抑制できず折損等の現象が容易に派生する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明では上記問題点に鑑み、SiC質ウェーハ積載ボ
ートが使用中に受ける高熱作用下の熱応力歪を減殺する
ための形状的な変更を検討し、石英ガラスより熱膨張率
が大きいために実用が難しかったSiC質材の利用を可能
にするボート構造が根本的に再設計される。

Si含浸質SiCをシリコンウェーハ積載ボート材料とし
て用いる場合、その構成を、複数本の積載棒状部材と支
持板および脚部材の組み合わせとすることにより熱容量
を軽減し、また支持板間に偶数の脚部材を設置し、且つ
最外１本づつのみを前記偶数の脚部材で貫通支持するこ
とにより耐熱衝撃性を高め得る。

即ち上記ボートの組み合わせ構成におけるタイトな一
体構造および固定部分を可能な限り省略し、変形拘束を
緩める遊び部分から熱応力歪が解放される構造を開発し
た。

上記に詳述したように、石英ガラス代替Si含浸質SiC
を材料とする板と棒の接着構造体である本発明のボート
は、シリコンウェーハ積載時の精度を維持するのが困難
となる石英ガラス製ボートの構造的欠陥を脱却し、また
円筒の半割、あるいは三分割体にシリコンを含浸した従
来ボートに見られた形状が制約されること、重量が大き
いこと、精度が得られ無い等の欠点を補うことができ、
機械的応力を軽減して克服課題の耐熱衝撃性向上が可能
となる。

シリコンウェーハ積載ボートの汎用材となっている石
英ガラスのように、容易に溶接等の可能な材料では、軽
量化および材料の節約等の観点から丸棒の溶接形状を採
ることが多く、また、Low Pressure CVD工程のように反
応ガスの流れが重要な製造因子となっている工程では、
ガス流通解放断面積を広げるために、ウェーハ積載部の
切り欠き部の大きい方が好ましいが、以上のボート設計
因子はSi含浸質SiCを材料として用いる場合にも充分に
考慮しなげればならない。

そこで本発明では、第１図および第１図（A,B,C,D）
に示す如く、複数本の積載棒状部材を（２）間に結合し
た両端部支持板（１）の線対称的に区分される当該積載
棒状部材（２）をそれぞれ貫通結合する対の脚部材
（４）で構成されるウェーハ積載ボートにおいて、当該
ウェーハ積載ボートをSi含浸質SiCよりなるSiC質材で形
成し、前記支持板（１）の中央部にスリット（３）を設
けるとともに当該スリット（３）を跨ぐ把手部（1a）で
当該支持板（１）を一体保持し、上記複数本の積載棒状
部材（２）の最外部材の１本（2a）づつのみを貫通保持
する脚部材（４）で構成される構造により、積載棒状部
材（２）の伸縮および支持板（１）に加わる変形応力の
拘束を軽減させることに成功した。

また、第３図に示す複数本の積載棒状部材（２）の全
てを偶数の脚部材（４）で支え、両端の支持板（１）の
中央部にスリット（３）を設けるとともに支持板（１）
を一体維持する把手（1a）で熱歪を柔軟に吸収する構造
のものも同様の効果が期待できる。

尚、自焼結質SiC材と、Si含浸質SiC材との比較では、
後者の製造工程における収縮が極めて小さい特質がある
ことから、接着一体化の上で後者がより良いと言える。

〔作用および実施例〕

（実施例１） 第１図および第１図（A,B,C,D）に示す如く、４本の
φ10mmのSi含浸質SiCよりなる積載棒状部材（２）を逆
台形形状に配列し、両端を15mm厚の支持板（１）に接着
固定する。

当該支持板（１）には逆台形形状を二分割する形で垂
直にスリット（３）を設けるとともに把手（1a）で一体
維持し、且つ把手（1a）が熱歪を柔軟に吸収する構造体
とする。。

同様に15mm厚の２枚の脚部材（４）により前記４本の
積載棒状部材（２）の逆台形の長辺角に位置する最外片
の２本（2a）を固定するとともに、残りの逆台形の短辺
角に位置する中側の２本（2b）は、装置両端の支持板
（１）のみにより固定し、浮き構造を持たせる。

上記構造により装置全体が緩い構造を有するため高温
処理の際に発生する熱応力歪が装置緩み部で解放される
ので優れた耐熱衝撃特性を示す。

表１は上記記述を実証するデータで、第５図の従来の
一体型のパイプ形状を加工して製造した半円形断面の
例、第３図の支持板、積載棒状部材、脚部材より構成さ
れ、４本の積載棒状部材を全て脚部材により固定した従
来例に、支持板のスリットを加えた例、第１図の４本の
積載棒状部材の内、下方２本が脚部材で固定されておら
ず、しかも支持板のスリットを加えた本発明によるボー
トを、1150℃の炉の中へ出入りを繰り返すヒートサイク
ルテストを行った結果であり、破損に至るまでのサイク
ル数を示している。

尚、炉の中への出入り速度は、全て200mm/minであ
る。

（実施例２） 一般に材料に荷重による機械的応力が負荷された場合
に発生する応力は、Ｍを曲げモーメント、Ｚを断面係数
として、σ＝M/Zで記述される。

従って、機械的応力を軽減するには、断面係数Ｚを大
きくすれば良い。

円形断面で断面係数を大きくするには、断面積を大き
くすることが有効であるが、製品の軽量化という観点か
ら考えると、限界があり実用的ではない。

上記、材料力学的な考察から、ウェーハ積載用の溝が
形成される積載棒状部材（２）に関して、従来使用され
ている円形断面でなく他形状により断面係数を大きくす
ることが望ましい。

即ち、積載棒状部材（２）の断面形状を、第２図に示
す如く、軽量化の要請を損なわない範囲で、長方形
（５）とし、且つ断面の長辺を垂直方向に配置したSiC
質ウェーハ積載ボートを開発した。

本実施例の長方形積載棒状部材形状（５）により、断
面積を大幅に変更することなく、断面係数が増加し、更
にこれに起因して製品強度も高まるので、より優れたSi
C質ウェーハ積載ボートを得ることができる。

表２は従来の円形断面積載棒状部材（２）と、本発明
の長方形断面積載棒状部材（５）の断面積と断面係数の
関係を示す。

本発明の長方形断面積載棒状部材（５）は、断面積の
20％の増加は見込まれるものの、従来例の２倍の断面係
数を有することが明らかになった。

表３は、上記２例に就いて流さ60cmの積載棒状部材
（２）および（５）の中心に3kgの集中荷重を負荷した
場合の発生応力を比較したものであり、本発明の長方形
断面積載棒状部材（５）の発生応力は従来例の1/2に軽
減される。

尚、本実施例の曲げモーメントＭは、Ｍ＝３×60/4＝
45kg・cmである。

表４は、上記２例に就いて温度100〜900℃の条件で熱
サイクルを繰り返し賦与した場合の折損に至るまでの回
数を比較したものであり、明らかに本発明の長方形断面
積載棒状部材（５）が耐熱寿命性で優位である。

本実施例では、積載棒状部材の断面形状を長方形、本
数を４本としたが、上記諸条件は本実施例に限定されな
いのは当然のことである。

〔発明の効果〕

本発明のSiC質ウェーハ積載ボートは、熱応力歪を拘
束せずに解放する柔構造を特質とするから、石英ガラス
質ウェーハ積載ボートの特徴を備える上に、高温処理条
件における熱衝撃性に優れ、また軽量化が可能であり、
スリット部分の大きさの自由度が高く、Low Pressure C
VDにも対応可能であるとともに自動移載システムにも適
用でき高温度処理工程を含む諸工業の要請に答え得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のSiC質ウェーハ積載ボートの全体図、
第１図（A,B,C,D）は各々その上面図、底面図、正面
図、側面図を示し、第２図は本発明のSiC質ウェーハ積
載ボートの積載棒状部材を長方形の断面構造としたも
の、第３図は脚部材を全て脚部材により固定した従来例
に、支持板のスリットを加えた構造を示し、第４図は従
来の組み立て型ボートの斜視図、第５図は従来の一体型
のパイプ形状のボートを示す。 （１）支持板 （1a）歪吸収把手 （２）積載棒状部材 （2a）固定積載棒状部材 （2b）浮き構造積載棒状部材 （３）スリット （４）脚部材 （５）断面長方形積載棒状部材

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数本の積載棒状部材を間に結合した両端
   部支持板の線対称的に区分される当該積載棒状部材をそ
   れぞれ貫通結合する対の脚部材で構成されるウェーハ積
   載ボートにおいて、当該ウェーハ積載ボートをSi含浸質
   SiCよりなるSiC質材で形成し、前記脚部材が前記複数本
   の積載棒状部材の最外部材の１本づつのみを貫通保持す
   るように配設し、前記支持板の中央部にスリットを設け
   るとともに当該スリットを跨ぐ把手部で当該支持板を一
   体保持することを特徴とするSiC質ウェーハ積載ボート