JP6368282B2 - ウエハボート及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ウエハボート及びその製造方法に関し、例えば半導体デバイスの製造工程で使用される縦型減圧ＣＶＤ装置において、シリコンウエハを保持するウエハボート及びその製造方法に関する。
処理対象であるシリコンウエハの表面に成膜する場合、化学的気相成長による成膜を行うＣＶＤ装置が用いられる。図４に従来の縦型減圧ＣＶＤ装置３０を示す。このＣＶＤ装置３０は、炉本体３１と、炉本体３１内に収容され、複数のシリコンウエハＷが収容されるプロセスチューブ３２と、炉本体３１とプロセスチューブ３２との間に配置されるヒータとを備えている。プロセスチューブ３２は、高純度石英や炭化珪素（ＳｉＣ）によって形成され、その内部が加熱されることによって高温の状態が維持されるようになっている。また、プロセスチューブ３２は、真空ポンプ（図示せず）に接続され、プロセスチューブ３２の内部を所定気圧（例えば１．３ｋＰａ）以下に減圧可能となされている。
前記プロセスチューブ３２によって覆われるベース３３の中央部には、ボート受け３４が設けられ、このボート受け３４の上に、縦型ラック状のウエハボート１が配置される。このウエハボート１には、複数のシリコンウエハＷが上下方向に所定の間隔を空けて保持されている。また、ウエハボート１の側部には、反応ガスを炉内に導入するためのガス導入管３５が配設され、また、炉内の温度を測定する熱電対を内蔵した熱電対保護管３６が設けられている。
このような縦型減圧ＣＶＤ装置３０においては、ウエハボート１に複数のシリコンウエハＷが保持され、炉本体３１内に収容される。
次いで、炉内を所定圧（例えば１．３ｋＰａ以下）に減圧するとともに、例えば６００〜９００℃の高温に加熱し、ガス導入管３５を介してキャリアガス（Ｈ２など）とともにＳｉＨ４などの反応性ガス（原料ガス）を炉内に導入することで、シリコンウエハＷの表面に多結晶シリコン膜や窒化珪素膜（ＳｉＮ）等の形成が行われる。
次いで、炉内を所定圧（例えば１．３ｋＰａ以下）に減圧するとともに、例えば６００〜９００℃の高温に加熱し、ガス導入管３５を介してキャリアガス（Ｈ２など）とともにＳｉＨ４などの反応性ガス（原料ガス）を炉内に導入することで、シリコンウエハＷの表面に多結晶シリコン膜や窒化珪素膜（ＳｉＮ）等の形成が行われる。
従来のウエハボート１は、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されるウエハボート１は、図５に示すように、収納するシリコンウエハＷよりも大きい外径を有する上下一対の天板３及び底板４と、それらを連結する複数（図では３本）の支柱２とにより構成されている。尚、天板３及び底板４は、シリコンウエハＷと同様に円板状に形成されている。
また、図６に示すように、前記支柱２には、シリコンウエハＷを支持するための支持溝２ａが設けられ、これにより支柱側面から突出した棚板部２ｂが形成され、その上面が係止面２ｂ１となっている。即ち、複数の支柱２に形成された係止面２ｂ１にシリコンウエハＷの縁部を係止することにより、シリコンウエハＷを保持するようになっている。
前記ウエハボート１にあっては、ＳｉＣ質基材の上からＣＶＤ処理によりＳｉＣ被覆膜が形成され、基材内部から外方への不純物の拡散を抑制するようになされる。
前記ウエハボート１にあっては、ＳｉＣ質基材の上からＣＶＤ処理によりＳｉＣ被覆膜が形成され、基材内部から外方への不純物の拡散を抑制するようになされる。
ところで、前記のように構成されたウエハボート１にあっては、ウエハＷにＣＶＤ処理を施す際、ウエハＷだけでなく、それを保持するウエハボート１にも処理膜（以下、デポジット膜と呼ぶ）が堆積する。
しかしながら、ＣＶＤ処理のプロセスによっては、ウエハボート１の基材表面に形成されたＳｉＣ被覆膜とデポジット膜（ＳｉＮ、Ｓｉ等）の熱膨張率に差異が生じる。そのため、棚板部２ｂにおいて、ＳｉＣ被覆膜上にウエハＷを支持する際、ＳｉＣ被覆膜上に付着するデポジット膜の密着強度（アンカー効果）が不足し、剥離したデポジット膜がパーティクルとなってシリコンウエハＷに付着するという課題があった。
しかしながら、ＣＶＤ処理のプロセスによっては、ウエハボート１の基材表面に形成されたＳｉＣ被覆膜とデポジット膜（ＳｉＮ、Ｓｉ等）の熱膨張率に差異が生じる。そのため、棚板部２ｂにおいて、ＳｉＣ被覆膜上にウエハＷを支持する際、ＳｉＣ被覆膜上に付着するデポジット膜の密着強度（アンカー効果）が不足し、剥離したデポジット膜がパーティクルとなってシリコンウエハＷに付着するという課題があった。
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、処理対象のシリコンウエハを支持するウエハボートにおいて、基材に形成されたＳｉＣ被覆膜とデポジット膜との充分なアンカー効果が得られるとともに、デポジット膜の剥離に起因するパーティクルの発生を抑制することのできるウエハボート及びその製造方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するためになされた、本発明に係るウエハボートは、ウエハを搭載するための棚板部が形成された複数本の支柱と、前記支柱の上下端部を固定する天板及び底板とを備えた、ＳｉＣ質基材の表面にＳｉＣ被覆膜が形成された縦型ウエハボートであって、前記棚板部の上面に、前記ウエハの縁部と当接する係止面が形成され、前記棚板部の下面は、その表面粗さＲａの大きさが、前記棚板部の後部側から前部側に向けて大きく形成されていることに特徴を有する。
尚、前記棚板部の下面において、その表面粗さＲａが、１．０μｍ以上３．０μｍ以下であることが望ましい。
尚、前記棚板部の下面において、その表面粗さＲａが、１．０μｍ以上３．０μｍ以下であることが望ましい。
このような構成によれば、棚板部の下面に粗面化処理が施されているため、ウエハを保持して熱処理する際に、デポジット膜の前記下面への堆積量（累積デポジット膜の厚さ）が増加し、それによってデポジット膜剥離が抑制される。その結果、パーティクルの発生が格段に減少し、パーティクルのウエハへの付着を抑制することができる。
また、棚板部の下面において、前部側ほど粗面化した状態とすることにより、従来はデポジット膜剥離が生じ易かった棚板部の前部側にデポジット膜を堆積しやすい状態とすることができ、デポジット膜剥離を抑制することができる。
また、棚板部の下面において、前部側ほど粗面化した状態とすることにより、従来はデポジット膜剥離が生じ易かった棚板部の前部側にデポジット膜を堆積しやすい状態とすることができ、デポジット膜剥離を抑制することができる。
また、前記課題を解決するためになされた、本発明に係るウエハボートの製造方法は、ウエハを搭載するための棚板部が形成された複数本の支柱と、前記支柱の上下端部を固定する天板及び底板とを備えた、ＳｉＣ質基材の表面にＳｉＣ被覆膜が形成された縦型ウエハボートの製造方法であって、前記棚板部の下面に、その表面粗さＲａの大きさが、前記棚板部の後部側から前部側に向けて大きくなる粗面化処理を施すステップを含むことに特徴を有する。
尚、前記棚板部の下面に粗面化処理を施すステップにおいて、その表面粗さＲａが１．０μｍ以上３．０μｍ以下となる粗面化処理を行うことが望ましい。
さらに前記棚板部の上面に平滑化処理を施すステップを含むことが望ましい。
このような製造方法によれば、前記したウエハボートを得ることができる。
尚、前記棚板部の下面に粗面化処理を施すステップにおいて、その表面粗さＲａが１．０μｍ以上３．０μｍ以下となる粗面化処理を行うことが望ましい。
さらに前記棚板部の上面に平滑化処理を施すステップを含むことが望ましい。
このような製造方法によれば、前記したウエハボートを得ることができる。
本発明によれば、処理対象のシリコンウエハを支持するウエハボートにおいて、基材に形成されたＳｉＣ被覆膜とデポジット膜との充分なアンカー効果が得られるとともに、デポジット膜の剥離に起因するパーティクルの発生を抑制することのできるウエハボート及びその製造方法を得ることができる。
以下、本発明に係るウエハボート及びその製造方法の実施形態について図面に基づき説明する。尚、本発明に係るウエハボートにあっては、既に図５、図６を用いて説明した従来のウエハボートとは、シリコンウエハを支持する棚板部の構成のみが異なるため、その他の構成部分については詳細な説明を省略する。
図１は、本発明のウエハボートが備える複数の支柱のうち、１本を一部拡大して示す側面図である。図２は、図１のＡ−Ａ矢視断面図であって、棚板部２ｂの下面側を示す図である。
図１（及び図５）に示すように、支柱２は、その長手方向に沿って内側に複数の支持溝２ａが所定の間隔を空けて形成されている。また、複数の前記支持溝２ａが形成されることによって板状の棚板部２ｂが形成されている。シリコンウエハＷは、その縁部が複数の支柱２にそれぞれ形成された前記棚板部２ｂの係止面２ｂ１に当接して支持され、ウエハボートに保持されることになる。
図１（及び図５）に示すように、支柱２は、その長手方向に沿って内側に複数の支持溝２ａが所定の間隔を空けて形成されている。また、複数の前記支持溝２ａが形成されることによって板状の棚板部２ｂが形成されている。シリコンウエハＷは、その縁部が複数の支柱２にそれぞれ形成された前記棚板部２ｂの係止面２ｂ１に当接して支持され、ウエハボートに保持されることになる。
各支柱２は、その表面がＣＶＤ処理によりＳｉＣ被覆膜に覆われており、さらに前記棚板部２ｂの上面（係止面２ｂ１）は、ＳｉＣ被覆膜からの平滑化された状態となされている。この平滑化処理により、棚板部２ｂの係止面２ｂ１にウエハＷが当接した際、ＳｉＣ被覆膜からのパーティクルの発生が抑制されるようになっている。
一方、前記棚板部２ｂの下面２ｂ２は、粗面化された状態（好ましくは、表面粗さＲａが１．０μｍ以上３．０μｍ以下）となされている。特に、この粗面化処理は、その表面粗さの大きさが、棚板部２ｂの後部側から前部側に向けて大きくなるようにされる。
これにより、ウエハＷを保持して熱処理を行う際、デポジット膜が前記棚板部２ｂの下面２ｂ２（特にデポジット膜剥離が生じ易かった前部側）に堆積しやすくなり、デポジット膜厚が大きくなることによって、パーティクルの原因となるデポジット膜剥離を抑制することができる。
一方、前記棚板部２ｂの下面２ｂ２は、粗面化された状態（好ましくは、表面粗さＲａが１．０μｍ以上３．０μｍ以下）となされている。特に、この粗面化処理は、その表面粗さの大きさが、棚板部２ｂの後部側から前部側に向けて大きくなるようにされる。
これにより、ウエハＷを保持して熱処理を行う際、デポジット膜が前記棚板部２ｂの下面２ｂ２（特にデポジット膜剥離が生じ易かった前部側）に堆積しやすくなり、デポジット膜厚が大きくなることによって、パーティクルの原因となるデポジット膜剥離を抑制することができる。
続いて、本発明に係るウエハボートの製造方法について図３に基づき説明する。図３（ａ）〜（ｄ）は、支柱２の形成方法を模式的に示す断面図である。支柱２を形成するには、先ず直棒状のＳｉＣ質基材１０に対し、その長手方向に沿って回転切削具を用いて並列に複数の溝加工を施す。これにより図３（ａ）に示すような、複数の支持溝２ａを有する支柱が形成される。また、この支持溝２ａにより水平方向に突出した板状の棚板部２ｂが形成され、その上面が係止面２ｂ１となる。
次いで、図３（ｂ）に示すように、前記ＳｉＣ質基材１０に対し、１１００℃で１５時間、化学的気相成長法（ＣＶＤ）による処理を行う。このＣＶＤ処理により、基材表面にＳｉＣ層１１を所定の膜厚（例えば６０μｍ）となるまで形成する。
次いで、図３（ｃ）に示すように、表面にＳｉＣ層１１が形成された棚板部２ｂの係止面２ｂ１に対し、ポリッシュ加工を行い平滑化する。
前記係止面２ｂ１へのポリッシュ加工が完了すると、図３（ｄ）に示すように、棚板部２ｂの下面２ｂ２に対する粗面化処理を行う。具体的には、メジアン径（Ｄ５０）が１００μｍ程度の炭化珪素粉を用い、前記下面２ｂ２に対するサンドブラスト処理を施す。
前記係止面２ｂ１へのポリッシュ加工が完了すると、図３（ｄ）に示すように、棚板部２ｂの下面２ｂ２に対する粗面化処理を行う。具体的には、メジアン径（Ｄ５０）が１００μｍ程度の炭化珪素粉を用い、前記下面２ｂ２に対するサンドブラスト処理を施す。
ここで、下面２ｂ２の表面粗さＲａは、１．０μｍ以上３．０μｍ以下とされ、棚板部２ｂの前部側ほど粗さＲａが大きくなるように形成される。このように棚板部２ｂの前部側ほど表面粗さＲａを大きくする加工は、支柱２の内側面側（溝部形成側）からサンドブラスト処理を施すことによって可能である。即ち、支柱２の溝部側からサンドブラスト処理を施すことによって、棚板部２ｂの前部側により多くの炭化珪素粉が当たり、棚板部２ｂの後部側ほど当たる量が減少する。このため、棚板部２ｂの下面２ｂ２において、前部側ほど大きく粗面化した状態に形成することができる。
尚、ＣＶＤ処理前のＳｉＣ質基材における棚板部２ｂの下面２ｂ２に対し、サンドブラスト処理を施して、表面粗さＲａを０．５μｍ以上２．０μｍ以下とし、その後にＣＶＤ処理を行い、前記下面２ｂ２の表面粗さＲａを１．０μｍ以上３．０μｍ以下に形成してもよい。
本発明に係るウエハボート及びその製造方法について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施の形態に示したウエハボートを製造し、得られたウエハボートの性能を検証した。
［実施例１］
実施例１では、支柱を形成するため、ＳｉＣ質基材に、ウエハを載置するための複数の支持溝を回転切削具により形成し、１１００℃で１５時間、ＣＶＤ処理を行い、表面にＳｉＣ被覆膜を６０μｍの厚さに形成した。
次いで、前記支持溝により形成された棚板部の上面（係止面）に対しポリッシュ加工を施し平滑化した。
実施例１では、支柱を形成するため、ＳｉＣ質基材に、ウエハを載置するための複数の支持溝を回転切削具により形成し、１１００℃で１５時間、ＣＶＤ処理を行い、表面にＳｉＣ被覆膜を６０μｍの厚さに形成した。
次いで、前記支持溝により形成された棚板部の上面（係止面）に対しポリッシュ加工を施し平滑化した。
さらに棚板部の下面に対しサンドブラスト処理（Ｄ５０：１００μｍ程度の炭化珪素粉を使用）を施し、前記下面において前部側ほど粗さが大きくなるように粗面化した。この粗面化処理により前記下面の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）は、図２に示した下面２ｂ２の前部側のエリアＡｒ１で２．１μｍ、中央のエリアＡｒ２で１．５μｍ、最も奥側（柱側）のエリアＡｒ３で１．１μｍとした。
また、得られた支柱を酸洗浄した後、純水による洗浄を行い、乾燥することにより支柱の完成形を得た。また、必要本数の支柱を同様に形成後、これらに天板、底板を組み付け、組み立て式縦型ウエハボートを製造した。
また、得られた支柱を酸洗浄した後、純水による洗浄を行い、乾燥することにより支柱の完成形を得た。また、必要本数の支柱を同様に形成後、これらに天板、底板を組み付け、組み立て式縦型ウエハボートを製造した。
さらに、製造した縦型ウエハボートによりシリコンウエハ５０枚を支持し、炉内において７５０℃で１時間の熱処理を行った。
この実施例１では、熱処理後のシリコンウエハにおいて、表裏面に付着したパーティクル量（個／ウエハ）を測定した。
この実施例１では、熱処理後のシリコンウエハにおいて、表裏面に付着したパーティクル量（個／ウエハ）を測定した。
［実施例２］
実施例２では、粗面化処理により棚板部下面の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）を、図２に示した下面２ｂ２の前部側のエリアＡｒ１で３．０μｍ、中央のエリアＡｒ２で２．０μｍ、最も奥側（柱側）のエリアＡｒ３で１．０μｍとした。その他の条件は、実施例１と同一である。
そして、製造した縦型ウエハボートを用い、実施例１と同条件でウエハの熱処理をおこない、ウエハ表裏面のパーティクル量（個／ウエハ）を測定した。
実施例２では、粗面化処理により棚板部下面の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）を、図２に示した下面２ｂ２の前部側のエリアＡｒ１で３．０μｍ、中央のエリアＡｒ２で２．０μｍ、最も奥側（柱側）のエリアＡｒ３で１．０μｍとした。その他の条件は、実施例１と同一である。
そして、製造した縦型ウエハボートを用い、実施例１と同条件でウエハの熱処理をおこない、ウエハ表裏面のパーティクル量（個／ウエハ）を測定した。
［実施例３］
実施例３では、粗面化処理により棚板部下面の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）を、図２に示した下面２ｂ２の前部側のエリアＡｒ１で２．１μｍ、中央のエリアＡｒ２で１．１μｍ、最も奥側（柱側）のエリアＡｒ３で０．５μｍとした。その他の条件は、実施例１と同一である。
そして、製造した縦型ウエハボートを用い、実施例１と同条件でウエハの熱処理をおこない、ウエハ表裏面のパーティクル量（個／ウエハ）を測定した。
実施例３では、粗面化処理により棚板部下面の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）を、図２に示した下面２ｂ２の前部側のエリアＡｒ１で２．１μｍ、中央のエリアＡｒ２で１．１μｍ、最も奥側（柱側）のエリアＡｒ３で０．５μｍとした。その他の条件は、実施例１と同一である。
そして、製造した縦型ウエハボートを用い、実施例１と同条件でウエハの熱処理をおこない、ウエハ表裏面のパーティクル量（個／ウエハ）を測定した。
［実施例４］
実施例４では、粗面化処理により棚板部下面の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）を、図２に示した下面２ｂ２の前部側のエリアＡｒ１で４．０μｍ、中央のエリアＡｒ２で３．１μｍ、最も奥側（柱側）のエリアＡｒ３で２．２μｍとした。その他の条件は、実施例１と同一である。
そして、製造した縦型ウエハボートを用い、実施例１と同条件でウエハの熱処理をおこない、ウエハ表裏面のパーティクル量（個／ウエハ）を測定した。
実施例４では、粗面化処理により棚板部下面の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）を、図２に示した下面２ｂ２の前部側のエリアＡｒ１で４．０μｍ、中央のエリアＡｒ２で３．１μｍ、最も奥側（柱側）のエリアＡｒ３で２．２μｍとした。その他の条件は、実施例１と同一である。
そして、製造した縦型ウエハボートを用い、実施例１と同条件でウエハの熱処理をおこない、ウエハ表裏面のパーティクル量（個／ウエハ）を測定した。
［比較例１］
比較例１では、支柱を形成するため、ＳｉＣ質基材に、ウエハを載置するための複数の支持溝を回転切削具により形成し、１１００℃で１５時間、ＣＶＤ処理を行い、表面にＳｉＣ被覆膜を６０μｍの厚さに形成した。
次いで、前記支持溝により形成された棚板部の上面（係止面）に対しポリッシュ加工を施し平滑化した。
また、得られた支柱を酸洗浄した後、純水による洗浄を行い、乾燥することにより支柱の完成形を得た。また、必要本数の支柱を同様に形成後、これらに天板、底板を組み付け、組み立て式縦型ウエハボートを製造した。
そして、製造した縦型ウエハボートを用い、実施例１と同条件でウエハの熱処理をおこない、ウエハ表裏面のパーティクル量（個／ウエハ）を測定した。
実施例１〜４及び比較例１の結果を表１に示す。
比較例１では、支柱を形成するため、ＳｉＣ質基材に、ウエハを載置するための複数の支持溝を回転切削具により形成し、１１００℃で１５時間、ＣＶＤ処理を行い、表面にＳｉＣ被覆膜を６０μｍの厚さに形成した。
次いで、前記支持溝により形成された棚板部の上面（係止面）に対しポリッシュ加工を施し平滑化した。
また、得られた支柱を酸洗浄した後、純水による洗浄を行い、乾燥することにより支柱の完成形を得た。また、必要本数の支柱を同様に形成後、これらに天板、底板を組み付け、組み立て式縦型ウエハボートを製造した。
そして、製造した縦型ウエハボートを用い、実施例１と同条件でウエハの熱処理をおこない、ウエハ表裏面のパーティクル量（個／ウエハ）を測定した。
実施例１〜４及び比較例１の結果を表１に示す。
表１に示すように、棚板部下面の表面粗さＲａを１．０μｍ以上３．０μｍ以下の範囲とすることにより、熱処理後のウエハボートの棚板部下面へのデポ堆積量が５０％以上増加し、剥離が抑制されウエハに付着するパーティクルを３０％以上低減できることを確認した。
１ ウエハボート
２ 支柱
２ａ 支持溝
２ｂ 棚板部
２ｂ１ 係止面
２ｂ２ 下面
３ 天板
４ 底板
１０ ＳｉＣ質基材
１１ ＳｉＣ被覆膜
２ 支柱
２ａ 支持溝
２ｂ 棚板部
２ｂ１ 係止面
２ｂ２ 下面
３ 天板
４ 底板
１０ ＳｉＣ質基材
１１ ＳｉＣ被覆膜
Claims (5)
- ウエハを搭載するための棚板部が形成された複数本の支柱と、前記支柱の上下端部を固定する天板及び底板とを備えた、ＳｉＣ質基材の表面にＳｉＣ被覆膜が形成された縦型ウエハボートであって、
前記棚板部の上面に、前記ウエハの縁部と当接する係止面が形成され、
前記棚板部の下面において、その表面粗さＲａの大きさが、前記棚板部の後部側から前部側に向けて大きく形成されていることを特徴とする縦型ウエハボート。 - 前記棚板部の下面は、その表面粗さＲａが、１．０μｍ以上３．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載された縦型ウエハボート。
- ウエハを搭載するための棚板部が形成された複数本の支柱と、前記支柱の上下端部を固定する天板及び底板とを備えた、ＳｉＣ質基材の表面にＳｉＣ被覆膜が形成された縦型ウエハボートの製造方法であって、
前記棚板部の下面に、その表面粗さＲａの大きさが、前記棚板部の後部側から前部側に向けて大きくなるよう処理を施すステップを含むことを特徴とする縦型ウエハボートの製造方法。 - 前記棚板部の下面に粗面化処理を施すステップにおいて、
その表面粗さＲａが１．０μｍ以上３．０μｍ以下となる粗面化処理を行うことを特徴とする請求項３に記載された縦型ウエハボートの製造方法。 - さらに前記棚板部の上面に平滑化処理を施すステップを含むことを特徴とする請求項３または請求項４に記載された縦型ウエハボートの製造方法。
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