JP7150567B2

JP7150567B2 - ウェハボートの製造方法

Info

Publication number: JP7150567B2
Application number: JP2018209398A
Authority: JP
Inventors: 誠鎬梁; 友和木村; 槙悟安部
Original assignee: Coorstek KK
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2018-11-07
Filing date: 2018-11-07
Publication date: 2022-10-11
Anticipated expiration: 2038-11-07
Also published as: JP2020077724A

Description

本発明は、ウェハボートの製造方法に関し、特に半導体デバイスの製造に使用されるシリコンウェハを熱処理工程において保持するウェハボートの製造方法に関する。

半導体製造プロセスでは、シリコンウェハ（以下、ウェハと呼ぶ）に対し酸化や拡散、ＣＶＤ等の熱処理が行われる。この熱処理時に使用されるウェハボートとしては、水平に配置されたボート支柱に対し、垂直にウェハ格納用溝を形成した横型ウェハボートと、垂直配置したボート支柱に対し水平にウェハ格納用溝（ウェハ支持部）を形成した縦型ウェハボートとがある。

縦型ウェハボートは、良好な炉内温度均一性や高スループット、クリーンルームの床面積減少を図ることができる。そのため、ウェハの量産化及び高集積化に対応することができ、近年では横型よりも縦型のウェハボートが広く使用されている。
しかしながら、ウェハの大口径化や熱処理温度の向上、ボート一台あたりのウェハ積載量の増加に伴い、ウェハ支持部や支柱の変形、ウェハ自体の重さによる反りが発生する場合がある。そのようなボートの変形やウェハの反りが生じた場合、ウェハとウェハ支持部との接触界面で、擦れる状況が作り出され、スリップ、表面キズ、パーティクル発生といった不良問題が発生していた。

そのような課題に対し、特許文献１（特開２００２－２３１７２６号公報）では、Ｓｉを基材とした熱処理用ボート表面に所定厚さのＳｉＯ_２膜を施すことにより、ＳｉＯ_２膜が緩衝材として機能し、スリップの発生を抑制するウェハボートを提案している。

しかしながら、昨今ではウェハ処理温度向上やウェハ積載枚数の増加に伴い、ＳｉＣ製のウェハボートが主流となっており、その表面に緩衝材として機能するＳｉＯ_２膜を形成する当該技術の適用が困難である。

また、特許文献２（特開２００３－０５９８５１号公報）では、主表面が高平坦で表面粗さの低いリング形状または馬蹄形状のウェハ支持体を開示している。このウェハ支持体は、ウェハボートの支柱に形成された溝にセットされ、その上にウェハが載置され、熱処理用途に使用される。そして、前記ウェハ支持体の内周部面取り幅及び主表面部分の表面粗さに工夫が施されており、スリップやパーティクル発生の抑制を狙っている。

しかしながら、特許文献２に開示されたウェハ支持体にあっては、その厚さや大きさによって、ウェハボート重量の増大やウェハ積載量の減少、当該支持体の反りによるウェハへの悪影響等が考えられ、効果的な施策とは言い切れない。

一方、本出願人は、特許文献３（特開２０１８－１０４７３７号公報）において、ＳｉＣ基材の表面にＣＶＤ－ＳｉＣコーティングを施し、ウェハ支持部分のエッジの面取り処理を行う縦型ウェハボートの製造方法を提案している。

その面取り処理には、具体的には、図５（ａ）、（ｂ）の平面図に示すように、周端にドーナツ状のブラシ５１が配置された円盤状の研磨部材５０を用いる。
まず、この研磨部材５０のブラシ５１を、支柱６０から突出するウェハ支持部６０ａのウェハ載置面６０ａ１及び、ウェハ載置面６０ａ１の周端のエッジ部６０ａ２に接触する位置に配置する（図５（ａ）の位置）。
そして、前記研磨部材５０を回転させて研磨しながら、図５（ｂ）に示すようにウェハ載置面６０ａ１の先端側に向けて移動させる。

この方法によれば、ウェハ載置面６０ａ１とエッジ部６０ａ２とを同時かつ均一に研磨し、短い加工時間でエッジ部６０ａ２のＲ面取りを行うことができ、その結果、応力集中起因によるスリップ発生が抑制され、パーティクルの発生も大幅に抑制される。

特開２００２－２３１７２６号公報特開２００３－０５９８５１号公報特開２０１８－１０４７３７号公報

しかしながら、特許文献３に提案した製造方法にあっては、研磨部材５０が円板形状であるため、エッジ部６０ａ２の後端側（図５（ｂ）の一点鎖線で囲む部分ＵｎＰ）にブラシ５１が当たらない。そのため、図６の斜視図に示すようにエッジ部６０ａ２の後端側部分ＵｎＰの面取りが出来なかった。
このようなウェハボートを使用してウェハの熱処理を行う場合、ウェハが前記エッジ部６０ａ２の後端側部分ＵｎＰ（面取りしていないエッジ）に接した際に、そこに応力集中によるスリップが発生する虞があった。また、前記エッジ部６０ａ２の後端側部分ＵｎＰ（面取りしていないエッジ）にウェハが接触し、デポ膜が剥離してパーティクルが発生する虞があった。

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、長尺形状のウェハ支持部を備えたウェハボートにおいて、ウェハ載置面の周端エッジ部の後端側（付け根側）まで面取り加工され、応力集中によるスリップ、パーティクルの発生を抑制することのできるウェハボート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、本発明に係るウェハボートの製造方法は、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の支柱と、前記支柱の側面から水平方向に突出するウェハ支持部とを有し、前記ウェハ支持部は、研磨されたウェハ載置面と、前記ウェハ載置面の周端に形成された平面視Ｕ字状のエッジ部とを有し、前記支柱との付け根部分のエッジ部がＲ面取りされると共に、一のＲ面取りされた付け根部分のエッジ部から、他のＲ面取りされた付け根部分のエッジ部まで、Ｕ字状のエッジ部が連続してＲ面取りされているウェハボートの製造方法において、前記エッジ部および前記ウェハ載置面が、研磨ベルトによって、研磨されることによって形成されることに特徴を有する。
尚、前記面取りされたエッジ部の表面粗さが０．２μｍ＜Ｒａ≦０．４μｍであることが望ましい。また、ＳｉＣ質基材の表面に、ＳｉＣ被覆膜が形成されていることが望ましい。

本発明に係るウェハボートの製造方法によれば、各ウェハ支持部は、ウェハ載置面が研磨加工により平滑化されるとともに、平面視Ｕ字状のエッジ部が全て面取りされる。
そのため、ウェハが載置された際、ウェハ裏面と鋭角なエッジとが接触する虞がなく、荷重の応力集中によるスリップ発生を防止することができる。また、ウェハの熱処理に伴い、ウェハ載置面の周端エッジ部の後端側（付け根側）にはデポ膜が堆積するが、鋭角なエッジがないためデポ膜が剥離せず、パーティクルの発生を防止することができる。

本発明にかかるウェハボートの製造方法によれば、長尺形状のウェハ支持部を備えたウェハボートであって、ウェハ載置面の周端エッジ部の後端側（付け根側）まで面取り加工され、応力集中によるスリップ、パーティクルの発生を抑制することのできるウェハボートを得ることができる。

図１は、本実施形態に係る縦型のウェハボートの正面図である。図２は、図１に示した縦型のウェハボートが有するウェハ支持部の１つを拡大して示す斜視図である。図３（ａ）は加工治具の平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ－Ａ矢視断面図であり、図３（ｃ）は図３（ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図である。図４は、図３の加工治具で研磨処理を行う様子を示す斜視図である。図５（ａ）、図５（ｂ）は、従来の研磨部材による研磨方法の一例を示す平面図である。図６は、従来のウェハ支持部において面取り加工されたエッジ部を示す斜視図である。

以下、本発明に係るウェハボート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、図１は、本実施形態に係る縦型のウェハボートの正面図、図２は、図１に示した縦型のウェハボートが有するウェハ支持部の１つを拡大して示す斜視図である。

図１に示すように、縦型のウェハボート１は、ウェハ挿入方向の始端側（ウェハ挿入始端側と称呼する）に配された２本の支柱２と、ウェハ挿入方向の終端側（以下、ウェハ挿入終端側と称呼する）に配された１本の支柱２とを具備している。前記各支柱２の下端部は、円板形状の底板４に立設（固定）され、さらに各支柱２の上端部は、円板状の天板３によって支持（固定）されている。

前記各支柱２は、それぞれ多数のウェハを支持するために複数の長尺板状のウェハ支持部２ａを有している。各支柱２におけるウェハ支持部２ａは、厚さ１ｍｍ以上５ｍｍ以下、長さ１０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下、幅５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、縦方向に例えば８ｍｍピッチで５０～１５０個形成されている。

各ウェハ支持部２ａにおいて、ウェハＷ下面が接する、或いは接する可能性がある部位は、図２に示す上面のウェハ載置面２ａ１と、その周端に形成された平面視Ｕ字状のエッジ部である。前記エッジ部は、先端側の先端エッジ部２ａ３、及び側面側の側面エッジ部２ａ２からなる。

前記ウェハ載置面２ａ１は研磨加工され、ウェハＷにスリップが生じないよう平滑化されている。また、図２に示すように、先端エッジ部２ａ３および側面エッジ部２ａ２は、Ｒ面取り加工されている。側面エッジ部２ａ２は、後端側の付け根部分まで面取りされている。即ち、エッジ部は、支柱２の側面を起点とするＵ字状の一端から、前記支柱２の側面を終点とするＵ字状の他端まで連続してＲ面取りされた状態である。この面取りされたエッジ部はＲ１ｍｍ以上Ｒ１０ｍｍ以下であり、前記エッジ部の表面粗さ（算術平均粗さ）は、Ｒａ≦０．４μｍとするのが好ましい。これは、表面粗さＲａ＞０．４μｍであると、ウェハＷが接した際に応力集中によるスリップが発生するおそれがあるためである。

このように形成されたウェハ支持部２ａによりウェハＷを支持すると、従来のように鋭角なエッジ部と接触する虞がなくなり、集中荷重によるスリップ発生を抑制することができる。また、ウェハＷの熱処理に伴い、ウェハ載置面２ａ１の周端エッジ部２ａ２の後端側（付け根側）にはデポ膜が堆積するが、鋭角なエッジがないためデポ膜が剥離せず、パーティクルの発生を防止することができる。

また、この縦型ウェハボート１は、ＳｉＣ質基材にＳｉＣ膜が被覆されているものが好ましい。前記ＳｉＣ質基材としては、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の一部とが反応し、ＳｉＣ化されたＳｉ－ＳｉＣであることが好ましい。或いは、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、前記ＳｉＣ膜としては、高純度で結晶質のＳｉＣ膜を形成することのできるＣＶＤによるＳｉＣ膜が好ましい。
尚、ＳｉＣ膜が形成された前記面取り部の表面粗さはＲａ０．４μｍ以下とするのが好ましく、それによりウェハＷにおける不具合防止効果を向上することができる。

また、前記形状のウェハ支持部２ａの面取り加工は、図３（ａ）～（ｃ）に示す加工治具１０を用いて行うことができる。
図３（ａ）は加工治具１０の平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ－Ａ矢視断面図であり、図３（ｃ）は図３（ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図である。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、加工治具１０は、水平方向に並列に配列された２本の従動シャフト１１と、これら２本の従動シャフト１１を同一方向に回転させる軸回転モータ１２と、２本の従動シャフト１１の先端側において２本の従動シャフト１１間に所定の張力で巻張された帯状の研磨ベルト１３とを有する。前記２本の従動シャフト１１間の距離寸法は、ウェハ支持部２ａの幅寸法より大きく設定されている。

更に、加工治具１０は、前記従動シャフト１１を回転可能に保持する軸回転モータ１２を、少なくとも高さ方向、左右方向、前後方向の３軸に移動可能なロボットアーム１４を有する。
前記研磨ベルト１３は、表面に研磨砥粒を接着した輪状（エンドレス状）の帯体であり、２本の従動シャフトに巻張された際、外周面が研磨面となる。研磨砥粒の大きさは、＃１００以上＃１２００以下とするのが好ましい。また、軸回転モータ１２による従動シャフト１１の回転速度は２０００ｒｐｍ以上３０００ｒｐｍ以下とするのが好ましい。

次に、本発明に係るウェハボートの製造方法について説明する。
まず、ＳｉＣ質基材を支柱２、天板３、底板４の所定の形状に機械加工して製作する。その後、支柱２、天板３、底板４を組み立て、表面にＳｉＣ被覆膜をＣＶＤ法により形成する。このとき支柱２に多数形成されたウェハ支持部２ａはエッジ部の面取りをしていない状態である。
そして、ウェハＷが接する部分あるいは接する可能性のある部分である、ウェハ支持部２ａのウェハ載置面２ａ１と、このウェハ載置面２ａ１の周端であるエッジ部、即ち側面エッジ部２ａ２及び先端エッジ部２ａ３を加工治具１０により研磨加工しＲ面取り加工する。

研磨、面取り加工について、具体的に説明すると、面取り加工は各ウェハ支持部２ａについて順に行われる。
各ウェハ支持部２ａに対しては、先ず、ロボットアーム１４により研磨ベルト１３を先端エッジ部２ａ３の上方に移動させる。このとき、支柱２からのウェハ支持部２ａの突出方向に対し、研磨ベルト１３の回転方向（ベルトの帯状に延びる方向）が直交するよう配置する。

次いで、軸回転モータ１２を回転駆動し、研磨ベルト１３を一方向に回転させる。更にロボットアーム１４により研磨ベルト１３を下降させ、先端エッジ部２ａ３に対し、研磨ベルト１３を所定の押圧力で所定時間押し付ける。押し付けられることにより、研磨ベルト１３は回転しながら先端エッジ部２ａ３に沿って撓んだ状態で研磨するため、先端エッジ部２ａ３のＲ面取りがなされる。

先端エッジ部２ａ３のＲ面取りが完了すると、ロボットアーム１４により研磨ベルト１３をウェハ支持部２ａの突出方向に沿って後方に移動させながら、図４の斜視図に示すように側面エッジ部２ａ２に対して回転する研磨ベルト１３を所定の強さで所定時間押し付ける。
これによりウェハ載置面２ａ１の研磨加工がなされ平滑化される。また、研磨ベルト１３は側面エッジ部２ａ２に沿って撓むため、側面エッジ部２ａ２のＲ面取りがなされる。図示するように研磨ベルト１３は、側面エッジ部２ａ２の後端側（付け根側）まで研磨するため、エッジ部はすべてＲ面取りされる。尚、Ｒ面取りされたエッジ部の表面粗さはＲａ≦０．４とされる。

以上のように本発明に係る実施の形態によれば、ウェハボート１の各ウェハ支持部２ａは、ウェハ載置面２ａ１が研磨加工により平滑化されるとともに、先端エッジ部２ａ３と側面エッジ部２ａ２とがＲ面取りされ、特に側面エッジ部２ａ２は、後端側の付け根部分までＲ面取りされている。
そのため、ウェハＷが載置された際、ウェハＷ裏面と鋭角なエッジとが接触する虞がなく、荷重の応力集中によるスリップ発生やパーティクルの発生を防止することができる。

尚、前記実施の形態においては、先端エッジ部２ａ３及び側面エッジ部２ａ２の面取りをＲ面加工するものとしたが、本発明にあっては、その構成に限定されるものではない。例えば、エッジ部をＣ面加工することによっても、鋭角エッジを無くして、ウェハ面への集中荷重を無くし、スリップの発生等を抑制することができる。

本発明に係るウェハボートについて、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ェハボートを製造し、得られたウェハボートを用いてウェハの熱処理を行うことにより、その性能を検証した。

（実験１）
実験１では、ウェハ支持部における先端エッジ部及び側面エッジ部の面取り加工の状態が、スリップやパーティクルの発生に及ぼす影響について検証した。
実施例１では、図２に示したようにウェハ支持部におけるウェハ載置面の研磨と、先端エッジ部及び側面エッジ部の面取り加工とを行い、先端エッジ部及び側面エッジ部は全てＲ面取り加工を施したウェハボートを製造した。前記先端エッジ部及び側面エッジ部の表面粗さ（算術平均粗さ）は、０μｍ＜Ｒａ＜０．３μｍとなるよう形成した。
このウェハボートを用い、評価用の複数のウェハを載置して熱処理を行った。熱処理後、評価用ウェハにおけるスリップ評価、及びパーティクル評価を行った。

実験に使用した炉はφ３００ｍｍ用縦型炉で、炉心管内径３９０ｍｍ×炉心管高さ１６５０ｍｍ、使用したウェハボートの外形は、天板と底板径３３０ｍｍ×ボート高さ１２００ｍｍである。
使用条件は、６００℃でウェハを１００枚積載したウェハボートを炉入れして１２００℃で昇温後１時間保持し、６００℃まで降温したのち取出した。ガスは全工程アルゴンガス１００％を毎分１５リットル流した。

スリップ評価は、φ３００ｍｍの鏡面仕上げシリコンウェハ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枚のウェハについて、Ｘ線トポグラフにて面内を測定し、観測されたスリップの中で最も長い最大スリップ長で比較するという評価を行なった。

また、パーティクル評価は、φ３００ｍｍウェハ内におけるパーティクル個数である。

実施例２では、ウェハ支持部における先端エッジ部及び側面エッジ部の表面粗さ（算術平均粗さ）が、０．２μｍ＜Ｒａ≦０．４μｍとなるよう形成した。
その他の条件は、実施例１と同じである。

比較例１では、ウェハ支持部における先端エッジ部及び側面エッジ部の表面粗さ（算術平均粗さ）が、０．５μｍ≦Ｒａ≦０．８μｍとなるよう形成した。
その他の条件は、実施例１と同じである。

比較例２では、図６に示したように側面エッジ部の後端側の付け根部のみ面取りをしていない状態の縦型ウェハボートを用いた。面取りされたエッジ部の表面粗さ（算術平均粗さ）は、Ｒａ≦０．４μｍに形成した。その他の条件は、実施例１と同じである。

比較例３では、ウェハ載置面の研磨加工をせず、先端エッジ部及び側面エッジ部に対し面取りをしていない状態の縦型ウェハボートを用いた。その他の条件は、実施例１と同じである。

実施例１、２及び比較例１、２、３の結果を表１に示す。
尚、表１において、スリップ評価の判定指標は、最大スリップ長が３０ｍｍを越えるものがあった場合を×、最大スリップ長が１０ｍｍ以上３０ｍｍ未満であった場合を△、最大スリップ長が１０ｍｍ未満もしくはスリップ自体が存在しなかった場合を○という指標によって３区分に分け、ランク付けした。
また、パーティクル評価の判定指標は、φ３００ｍｍシリコンウエハに０．２μｍ以上のパーティクルが３０個以上の場合を×、１０個以上３０個未満を△、１０個未満を○という指標によって３区分に分け、ランク付けした。

実施例１、２では、同時に熱処理した全てのウェハについて最大スリップ長が１０ｍｍ未満もしくはスリップ自体が存在しなかった。また、パーティクルも殆ど発生しなかった。
一方、比較例１、２では、スリップ、或いはパーティクルが発生したウェハがあった。比較例３では、より多くのウェハでスリップ、或いはパーティクルの発生が確認された。
これらの実験１の結果から、本発明に係るウェハボートによれば、長尺形状のウェハ支持部におけるウェハ載置面の周端エッジ部の後端側（付け根側）まで面取り加工することで、スリップの発生をより抑制することができると確認した。また、面取りしたエッジ部の表面粗さをＲａ≦０．４μｍとすることで、よりスリップ及びパーティクルの発生を抑制することができることを確認した。

１ウェハボート
２支柱
２ａウェハ支持部
２ａ１ウェハ載置面
２ａ２側面エッジ部
２ａ３先端エッジ部
３天板
４底板

Claims

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の支柱と、前記支柱の側面から水平方向に突出するウェハ支持部とを有し、
前記ウェハ支持部は、研磨されたウェハ載置面と、前記ウェハ載置面の周端に形成された平面視Ｕ字状のエッジ部とを有し、
前記支柱との付け根部分のエッジ部がＲ面取りされると共に、一のＲ面取りされた付け根部分のエッジ部から、他のＲ面取りされた付け根部分のエッジ部まで、Ｕ字状のエッジ部が連続してＲ面取りされているウェハボートの製造方法において、
前記エッジ部および前記ウェハ載置面が、研磨ベルトによって、研磨されることによって形成されることを特徴とするウェハボートの製造方法。
前記面取りされたエッジ部の表面粗さが０．２μｍ＜Ｒａ≦０．４μｍであることを特徴とする請求項１記載のウェハボートの製造方法。
ＳｉＣ質基材の表面に、ＳｉＣ被覆膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載されたウェハボートの製造方法。