JP3544481B2 - 半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボート - Google Patents
半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボート Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボートに係わり、特に長期間使用が可能で、半導体製造装置や半導体ウェーハをパーティクル汚染しない半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボートに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、珪素(Si)と炭化珪素(SiC)からなるSi−SiC系材質は緻密性、高純度および強度に優れているため、半導体熱処理用ウェーハボート(以下、ウェーハボートと記す。)に用いられている。
【0003】
しかし、Si−SiC系材質は緻密性と高硬度であるため、ウェーハボートの構成部品間の接合は接着剤を用いて行い、この接着剤の凝固はウェーハボート製造プロセスの溶融シリコン含浸工程において行っていた。この溶融シリコン含浸工程においてウェーハボート基材の焼成体に体積変化が起こり、この体積変化率が半導体ウェーハのウェーハ保持部材と支持基板間で微妙に異なり、特に複数個のウェーハ保持部材間の伸びの違いによりウェーハボートに応力が発生し、接合部割れにつながることがしばしばあった。
【0004】
また、接着剤で一体化された炭化珪素質組立ウェーハボートは、ウェーハボートを用いた熱処理工程中に、半導体ウェーハの荷重による応力と加熱による熱応力を受け、ウェーハボート、特に接合部にはシリコン含浸、凝固工程で残留応力が存在しており、ウェーハボートを長時間使用すると、使用中にウェーハボートが損傷することがあった。
【0005】
さらに、このようなウェーハボートの熱処理使用中の損傷、あるいはウェーハボートの搬送中に局部的な損傷が生じても、損傷が生じた構成部品を交換することができず、ウェーハボート全体を廃棄するなどの手段が取られて、不経済であった。
【0006】
そこで、特開平10−273399号公報に記載されているように、半導体ウェーハ支持溝が設けられたウェーハ保持部材の両端部にネジ部を形成し、2枚の基板に穿設された取付孔を貫通したネジ部にナットを螺合させて一体に組立てた組立式ウェーハボートが記載されている。この記載のウェーハボートは、ネジ部とナットの螺合によってウェーハボートの組立てを行っているため、Si含浸炭化珪素材料のような炭化珪素質材料を用いて、ネジ部、ナットを形成するための切削加工を行うと、ネジ部にバリが生じる。
【0007】
上記切削は微細加工であるためネジ部のバリを十分に除去することは困難であり、実質的にバリが残存する。このバリが残存したウェーハボートを用いて、半導体ウェーハの熱処理を行うと、熱処理炉などの半導体製造装置を汚染したり、半導体ウェーハを汚染する場合があった。
【0008】
また、炭化珪素質材料のウェーハボートは、このウェーハボートに用いられる基材中からの不純物汚染を防止するために、通常基材の表面にCVD−SiC膜を形成する。しかしながら、上記のように微細加工されたネジ部に所定の厚さのCVD−SiC被膜を均一に形成することは困難であり、特にネジ部の凹部に十分な被膜が形成されず、その結果、わずか1回のナット締めによって、被膜が破損して、この螺合部分から上記のような不純物を熱処理装置内に放出したり、この破損に起因するパーティクル汚染が発生する危険性があった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、構成部品の交換が容易で、熱処理中の熱応力による損傷がなく、長期間使用が可能であり、半導体製造装置や半導体ウェーハに対するパーティクルおよび不純物汚染のない半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボートが要望されていた。
【0010】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、構成部品の交換が容易で、熱処理中の熱応力により損傷することがなく、長期間使用が可能であり、半導体製造装置や半導体ウェーハに対するパーティクルおよび不純物汚染のない半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボートを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本願請求項1の発明は、半導体ウェーハ載置用の溝部が形成され少なくとも一端部に係止部が設けられた炭化珪素質のウェーハ保持部材と、このウェーハ保持部材固定用の取付孔が設けられた炭化珪素質の支持基板と、前記取付孔を貫通した前記係止部と係合する炭化珪素質の係合体を有し、前記係止部はウェーハ保持部材に直交して設けられ直方体形状であり、前記係合体は扁平な有底円筒形状をなし、かつ前記係止体が貫通され、その係合面の直径上に設けられた長方形状の係合用孔とこの係合用孔により2分割されて前記係合面に形成された分割係合面とを有し、この2個の分割係合面は水平面に対して反対方向のテーパを有することを特徴とする半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボートであることを要旨としている。
【0012】
本願請求項2の発明では、上記係合体の係合面は3〜5°のテーパを有していることを特徴とする請求項1に記載の半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボートであることを要旨としている。
【0014】
本願請求項3の発明では、上記係合体と係止部の係合面の表面粗さがいずれも算術平均粗さRa1.0〜3.0μmであることを特徴とする請求項2に記載の半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボートであることを要旨としている。
【0015】
本願請求項4の発明では、上記係合体と係止部の係合面の表面粗さがいずれも最大高さRy20μm以下であることを特徴とする請求項3に記載の半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボート。
【0016】
本願請求項5の発明では、上記ウェーハ保持部材と、支持基板と、係止体のいずれにも、表面に30〜100μmのCVD−SiC被膜が形成されている請求項1ないし4のいずれか1項に記載の半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボートであることを要旨としている。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボートを図面を参照して説明する。
【0018】
図1に示すように、半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボート、例えば縦型ウェーハボート1は、半導体ウェーハ載置用の溝部2が形成され、少なくとも一端部例えば両端部3a、3bに各々同一形状をなす係止部4が設けられた例えば4本の炭化珪素質のウェーハ保持部材5と、このウェーハ保持部材5取付用の取付孔6が各々設けられた炭化珪素質の2枚の支持基板7、8と、取付孔6を貫通した係止部4と係合する炭化珪素質の係合体9とを有し、取付部1aで着脱自在に取付けられて一体に組立られている。
【0019】
上記ウェーハ保持部材5、支持基板7、8および係合体9を形成するウェーハボート基材には、ウェーハボート1組立前にいずれも、その表面にCVD−SiC被膜が形成されている。
【0020】
上記支持基板7は円板形状をなし、半導体ウェーハの出入れを考慮して偏倚した位置に4個のほぼ長方形状の取付孔6が穿設されている。支持基板8は支持基板7と同様の形状を有するとともに、中空円筒形状の脚部8aを有し、この脚部8aに係合体9が収納される。
【0021】
図2〜図4に示すように、溝部2が形成されたウェーハ保持部材5は、両端部3に係止部4を有し、この係止部4は端部3から延伸し取付孔6を貫通する細い円柱形状の取付挿入部10の長手方向と直交するように設けられ、平滑な平面形状の係合面4aを有している。
【0022】
取付挿入部10および係止部4が貫通する取付孔6は、支持基板、例えば上部支持基板7、8に各4個穿設され、係止部4が容易に貫通できるような長方形状をなしている。
【0023】
図5に示すように、取付部1aの構造は、支持基板7、8の取付孔6を貫通した取付挿入部10と係止部4のうち、係止部4に係合体9を係合させて、ウェーハ保持部材5を支持基板7、8に取付けてなっている。
【0024】
取付部1aにおいて、取付孔6を貫通した取付挿入部10および係止部4は、支持基板7、8の表面部7a、8aから突出しており、取付挿入部10は上記係合体9の係合面11の平均(中央部位)肉厚t1とほぼ同じ長さt2だけ突出している。
【0025】
図6〜図8に示すように、取付部1aでウェーハ保持部材5の係止部4と係合する係合体9は、扁平な有底円筒形状をなし、底部には係合面11が形成され、この係合面11には係合面11の対角線上にほぼ長方形状の係合用孔12が形成されており、この係合用孔12により係合面11は2個の分割係合面11a、11bに分割されている。この2個の分割係合面11a、11bは、図8に示すように、紙面側から見た場合、水平面に対して角度θが3〜5°、例えば4°のテーパを有する傾斜面をなしており、分割係合面11a、11bのテーパは逆方向になっている。
【0026】
このテーパはいずれも取付挿入部10および係止部4が係合体9の係合用孔12を貫通する状態で、係合体9を取付挿入部10中心に回転させる場合、係止部4と分割係合面11a、11bの摩擦抵抗が増大する方向に傾斜している。
【0027】
係合面11のテーパθを水平面に対して3〜5°にするのは、係合面(接触面)の摩擦抵抗を増大させて、係合体9による取付部1aの締付けが強固に行われ、係合が緩むことがないようにするためである。
【0028】
係合面11のテーパθが3°より小さいと係合体9が締まらず、安定的にウェーハ保持部材5を支持基板7、8に固定できない。
【0029】
係合面11のテーパθが5°を超えると係合体9を十分に回転できず、係合体9が緩み易く、ウェーハ保持部材5と支持基板7、8の固定の信頼性に欠ける。
【0030】
上記係止部4と係合体9の係合面4a、10の表面粗さは、いずれも算術平均粗さRaは1.0〜3.0μmであり、さらに、いずれも最大高さRyは20μm以下になっている(Ra、Ryはいずれも JIS B 0601−1994 表面粗さ−定義及び表示による)。
【0031】
表面粗さを算術平均粗さRa1.0〜3.0μmにするのは、係止部4と係合体9の係合面(接触面)4a、10の表面粗さが締付けに適して、係合面4a、10での滑りがなく、係合体9により係止部4の締付けが十分に行われて、強固な組立が行えるからである。さらに、ウェーハボート基材からのパーティクル発生がなく、また、組立作業性もよい。
【0032】
表面粗さの算術平均粗さRaが1.0μmより小さいと、上記係止部4と係合体9の係合面(接触面)4a、10は滑り易くなり、係合体9による締付けを十分に行うことができず、安定したボート組立をすることができない。
【0033】
表面粗さの算術平均粗さRaが3.0μmを超えると、ウェーハボート基材からのパーティクル発生が生じ易くなる。また、組立作業性が低下する。
【0034】
表面粗さの最大高さRyを20μm以下にするのは、上記パーティクル発生の抑制効果をより確実にするためであり、また、組立作業性を低下させることがないからである。
【0035】
上記ウェーハ保持部材5、支持基板7、8および係合体9の基材の表面に形成されるCVD−SiC被膜の厚さは30〜100μmであり、CVD−SiC被膜形成をした場合の係合面4a、11の表面粗さおよび最大高さは、被膜表面のものである。
【0036】
被膜の厚さを30〜100μmとするのは、Si−SiC等のウェーハボート基材ウェーハ保持部材5、支持基板7、8および係合体9から不純物が被膜表面に拡散するのを抑制できる十分な厚さであるからである。また、係合面4a、11の強度としても十分耐えられるからである。
【0037】
被膜の厚さが30μmより小さいと、Si−SiC等のウェーハボート基材から不純物が被膜表面に拡散して、被膜が不純物の拡散を防止するというCVD−SiC被膜の目的を達成することができない。また、係合面4a、11の強度としては不十分であり、破損する虞がある。
【0038】
被膜の厚さが100μmを超えると、ウェーハボート基材のエッジ部にCVDが集中して堆積する肉盛り状態になり、この状態でウェーハボート1を使用すると、従来技術のバリに相当するものとなり、パーティクル汚染の要因となる。パーティクル汚染を防止しようとすると、CVD被覆後に再度研磨工程が必要となり、製造コストが増加する。
【0039】
なお、上述した実施形態では、ウェーハ保持部材を2個の支持基板に係合体を用いて組立てる完全組立方式の縦型ウェーハボートの例で説明したが、ウェーハ保持部材の一端部が接着剤で接合され、他端部のみ上述のような係合方式により組立てた半組立式のウェーハボートでもよく、また、上述した縦型ウェーハボート1にあっては、支持基板8は脚部8aを有する底板となるが、横型ウェーハボートでは、2枚の支持基板を同一形状のものにすればよい。
【0040】
また、上述したウェーハ保持部材5の係止部4は、上述のような長方形状に限らずいずれの形状でもよく、例えば十字形状であってもよい。この係合体4が十字形状の場合には、係合体9の係合用孔もその形状に合わせて十字形状である。
【0041】
次に、ウェーハボート1の組立方法について説明する。
【0042】
図2に示すように、ウェーハ保持部材5の取付挿入部10と係止部4をウェーハ保持部材5の取付孔6に貫通させて、取付挿入部10の一部(長さt2)と係止部4を支持基板7、8の表面部7a、8aから突出させる。この突出した係止部4と係合体9の係合用孔12を一致させた後、係合体9を押込み、係合用孔12に取付挿入部10と係止部4を貫通させる。
【0043】
しかる後、取付挿入部10を中心軸として係合体9を一方向例えば時計回り方向に、所定角度例えば90°回動させて、分割係合面11a、11bと係止部4の係合面4aを係合させる。同様に支持基板8の取付けも行い、ウェーハボート1の組立てが完了する。
【0044】
この係合によるウェーハボート1の組立時、ウェーハ保持部材5と支持基板7、8の組立てが、ネジとナットの螺合によって行うのと異なり、係合体9をわずか90°回動させるだけでウェーハボート1の組立てが行えるので、ウェーハボート基材に形成されたCVD−SiC被膜を破損することがなく、不純物を半導体製造装置に放出したり、パーティクルを発生させたりすることがない。
【0045】
また、この係合時、取付挿入部10の長さt2が係合面11の平均(中央部位)肉厚t1とほぼ同じ長さを有し、分割係合面11a、11bが4°を有しているので、係合面4aと分割係合面11a、11bの摩擦抵抗が増大して、係合体9により係合部4の締付けが行われ、係合が緩むことなく、安定したボート組立てができる。
【0046】
さらに、係合面の表面粗さが算術平均粗さRa1.0〜3.0μmであり、表面粗さの最大高さRyを20μm以下であるので、係合体9により係止部4の締付けが十分に行われて、強固組立てが行え、さらに、取付部1aからのパーティクル発生がなく、組立作業性もよい。
【0047】
また、接着剤だけでウェーハ保持部材5の支持基板7、8への取付けるのと異なり、少なくとも一端部を係合による組立方式にしたので、複数個のウェーハ保持部材間の伸びの違いによりウェーハボートに応力が発生し、接合部割れにつながることがない。
【0048】
さらに、係止部4は扁平な有底円筒形状の係合体9内に収納されているので、ウェーハボート1の使用時、取扱い不注意により、係止部4を破損することがない。
【0049】
【実施例】
表1に示すように、係合面の表面粗さとテーパ角度を変えたウェーハボートを製造し、組立時および使用時の状況を調べた。調査結果は表1の通りである。
【0050】
【表1】
【0051】
【発明の効果】
本発明に係わる半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボートによれば、構成部品の交換が容易で、熱応力による損傷がなく、長期間使用が可能であり、パーティクル汚染の発生のない半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボートを提供できる。
【0052】
また、支持基台へのウェーハ保持部材の取付けが、螺合のようなネジ溝を有する複雑な構造を有さず、簡単な構造で係合体と係止部との係合によって行っているので、CVD−SiC被膜を係合体と係止部を強固かつ均一に行うことができる。
【0053】
さらに、係合体の係合面に3〜5°のテーパを持たせれば、係合面の摩擦抵抗が増大して、係合体による取付部の締付け強固に行われ、係合が緩むことがなく、安定したボート組立てができる。
【0054】
係止部を扁平な有底円筒形状の係合体内に収納するようにすれば、ウェーハボートの使用時、取扱い不注意により、係止部を破損することがなく、長時間の使用が可能になる。
【0055】
係合体と係止部の係合面の表面粗さがいずれも算術平均粗さRa1.0〜3.0μmにすれば、係合体により取付部の締付けが十分に行われて、強固な組立てが行え、さらに、取付部からのパーティクル発生がなく、組立作業性もよい。
【0056】
ウェーハボートの表面のCVD−SiC被膜を30〜100μmにすれば、Si−SiC等ウェーハボート基材の係合部から不純物が被膜表面に拡散するのを抑制できる。また、係合面での被膜の破損を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボートの斜視図。
【図2】本発明に係わる半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボートの取付部を分解して示す説明図。
【図3】本発明に係わる半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボートに用いられるウェーハ保持部材を一部切欠して示す側面図。
【図4】本発明に係わる半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボートに用いられるウェーハ保持部材の係止部を示す斜視図。
【図5】本発明に係わる半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボートの取付部の断面図。
【図6】本発明に係わる半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボートに用いられる係合体の斜視図。
【図7】本発明に係わる半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボートに用いられる係合体の平面図。
【図8】本発明に係わる半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボートに用いられる係合体の正面図。
【図9】本発明に係わる半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボートに用いられる係合体の側面図。
【符号の説明】
1 半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボート
1a 取付部
2 溝部
3 端部
4 係止部
5 ウェーハ保持部材
6 取付孔
7 支持基板
8 支持基板
9 係合体
10 取付挿入部
11 係合面
11a 分割係合面
11b 分割係合面
12 係合用孔
Claims (5)
- 半導体ウェーハ載置用の溝部が形成され少なくとも一端部に係止部が設けられた炭化珪素質のウェーハ保持部材と、このウェーハ保持部材固定用の取付孔が設けられた炭化珪素質の支持基板と、前記取付孔を貫通した前記係止部と係合する炭化珪素質の係合体を有し、前記係止部はウェーハ保持部材に直交して設けられ直方体形状であり、前記係合体は扁平な有底円筒形状をなし、かつ前記係止体が貫通され、その係合面の直径上に設けられた長方形状の係合用孔とこの係合用孔により2分割されて前記係合面に形成された分割係合面とを有し、この2個の分割係合面は水平面に対して反対方向のテーパを有することを特徴とする半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボート。
- 上記係合体の係合面は3〜5°のテーパを有していることを特徴とする請求項1に記載の半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボート。
- 上記係合体と係止部の係合面の表面粗さがいずれも算術平均粗さRa1.0〜3.0μmであることを特徴とする請求項2に記載の半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボート。
- 上記係合体と係止部の係合面の表面粗さがいずれも最大高さRy20μm以下であることを特徴とする請求項3に記載の半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボート。
- 上記ウェーハ保持部材と、支持基板と、係止体のいずれにも、表面に30〜100μmのCVD−SiC被膜が形成されている請求項1ないし4のいずれか1項に記載の半導体製造用炭化珪素質組立ウェーハボート。
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