JPH10163120A - 縦型ボート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】大口径のウェハを積載して熱処理してもスリッ
プが生じない縦型ボートを提供する。 【解決手段】上下に配置された円形の天板１と、天板１
の間に配置された支柱２とを具備する縦型半導体拡散装
置用の縦型ボートに、シリコンウェハ４の周辺部を水平
に支持するための円柱状の石英からなる支持突起５を取
り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウェハなどの
円板状の被処理体に対して熱処理を行う縦型半導体拡散
装置において、複数のウェハを積載し、水平に支持する
ために用いられる縦型ボートに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造プロセスの一つと
して、酸化膜の形成やドーパントの拡散を行うために高
温下で熱処理を行うプロセスがある。このような処理を
行うための装置は、横型の酸化・拡散装置にかわり、近
年は縦型酸化・拡散装置が主流となってきている。この
場合、ウェハは水平に保持された状態で熱処理が行われ
ている。

【０００３】図１は従来の縦型ボートの構成を示すもの
で、上下それぞれ対向して配置された円形の天板１の間
に複数（図１の例では４本）の支柱２が配列されてい
る。これらの支柱２の内側には機械研削加工によって１
００個以上の溝３が４〜７mmの間隔で形成されており、
それらの溝３にシリコンウェハ４を積載する。ウェハを
水平方向に移動することによって、縦型ボートに挿入あ
るいはボートから取り出すことができる。１０００℃以
下の熱処理に用いられる縦型ボートは石英製であるが、
１１００〜１２００℃の高温処理に用いられる縦型ボー
トは、従来は主に耐熱性に優れた高純度炭化珪素製のも
のが用いられている。

【０００４】この縦型ボートは所定枚数のウェハが積載
されると熱処理装置内へ導入され、所定の熱処理が行わ
れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の縦型ボートを用
いてウェハに１１００℃から１２００℃の高温熱処理工
程を施すと、スリップと呼ばれる結晶欠陥が発生する。
スリップの長さはウェハ周辺からウェハ中心に向かって
数cmにわたる。スリップの発生は半導体デバイスの歩留
りを著しく低下させる原因となるため、この点の解決が
望まれている。

【０００６】図２に示すように従来の縦型ボートはウェ
ハ４が支柱２の溝３に水平方向に沿って着脱されること
になるので、支柱２はウェハ４に対する挿入脱着口を形
成するように配置する必要が有る。このため、ウェハに
対し支持位置が不均等に配置されることになり、その結
果、ウェハの挿入方向Ｘに対して手前側の２点の支持点
にかかる荷重が大きくなる。スリップはウェハの支持位
置で加わる自重応力によって発生すると考えられてい
る。

【０００７】このような自重応力を低減し、スリップの
発生を抑える案として、ウェハの周辺を円弧状あるいは
円環状の支持板で支持して荷重を分散させる方法が特開
平6−163440号，特開平6−168903 号，特開平6−260438
号公報で提案されている。これらの方法を用いればス
リップの発生をかなり抑えることができるが、炭化珪素
製のボートを精度よく加工するのが困難であるため、ボ
ートが高価になる。また、ボートの構造が複雑なためウ
ェハの搬送トラブルが多く、従来の支持方法（図１）に
比べてウェハ間隔を広くせざるを得ない。その結果バッ
チサイズが小さくなり、生産性の低下につながるという
欠点がある。

【０００８】また、支持位置をウェハの中心寄りにする
ことでウェハの自重応力を低減したウェハの支持法が特
開平6−168902 号公報で提案されている。しかし、実際
にはこの方法においてもスリップの発生は避けられな
い。しかもウェハの内側の領域でスリップが発生するた
め、ウェハ周辺から発生した場合に比べて更なる不良チ
ップの増加をもたらす。

【０００９】８インチウェハを図２に示すように周辺４
点で支えた場合、ウェハの自重応力の最大値は約０.５
ＭＰａ である。この値は１２００℃の温度におけるシ
リコン結晶の降伏応力（約２.５ＭＰａ ）に比べてもか
なり小さい。ところが、スリップの発生したウェハを詳
細に調べると、ウェハとボートの治具が接触した場所で
ウェハに損傷が生じており、スリップはそこから発生し
ていることがわかった。１０００℃以上の熱処理には炭
化珪素製の縦型ボートを用いているが、炭化珪素はシリ
コンよりも硬いため、ウェハ積載時にウェハに損傷が生
じたと考えられる。このことから、スリップは自重応力
の下でウェハの損傷から発生すると考えられる。しか
し、もし損傷がなければ、自重応力自体はシリコンの降
伏応力以下であるので、スリップは発生しないであろ
う。従って、スリップの発生を抑えるにはウェハの損傷
を防止することが重要である。

【００１０】本発明の目的は、比較的安価で、ウェハ搬
送時のトラブルが少なく、且つ大口径のウェハを積載し
て熱処理を行ってもスリップの発生を抑えることができ
る縦型ボートを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上下に配置され
た円形の天板と、これら天板の間に配置された支柱とを
具備する半導体縦型拡散装置用の治具本体に、シリコン
ウェハの周辺部を水平に支持するための石英からなる円
柱状の突起を取り付けてなることを特徴とする縦型半導
体拡散装置用縦型ボートを要旨としている。

【００１２】

【発明の実施の形態】図３は本発明の縦型ボートの実施
例を示している。上下一対の円形天板１の間に３本以上
の支柱２が配置されている。図示した実施例では３本の
支柱が使用されているが、本発明はこれに限定されな
い。天板１および支柱２の材質は耐熱性・耐腐蝕性が高
く、高純度で加工精度がよいものが望ましく、炭化珪
素，シリコン含浸炭化珪素，単結晶シリコン，多結晶シ
リコンなどが挙げられる。支柱の縦方向に沿って、所定
の間隔（例えば６mm）で複数のウェハ支持突起を組み込
む。支持突起は、耐熱性・耐腐蝕性が高く、高純度で加
工精度の高い、かつシリコンウェハよりも弾性定数の小
さい材質（例えば石英）からなる。石英は１１００℃以
上の高温では強度がやや落ちる。しかし、縦型ボートの
寿命は主に支柱の強度によって決まるため、ウェハ接触
部のみに石英を使えば１１００℃以上の温度でも使用に
十分耐える。この支持突起５にシリコンウェハ４を積載
する。図４に示すように支柱２および支持突起５を配置
すれば、ウェハ４を挿入方向Ｘに沿って水平に移動する
ことによって縦型ボートに挿入あるいは取り出すことが
できる。しかも、ウェハ４に反りがあったり、支持突起
を支柱に組み込む時の高さ位置に若干の不揃いがあって
もウェハを三点でバランスよく支持できる。このため、
従来の４点で支持する縦型ボートに比べてウェハへの応
力集中が少ない。

【００１３】次に支持突起の加工例および支柱への組み
込み方法の一例を図５に示す。支持突起は、長さ１０−
２０mm程度、先端を半球状に加工した円柱である。直径
は大きいほど強度が高いが、あまり大きくするとウェハ
間隔が広がり、バッチサイズが小さくなる。８インチウ
ェハ用縦型ボートでは３−５mm程度が適当である。支持
突起の断面は正円に限らず、楕円あるいは長方形を面取
りしたものでもかまわない。この支持突起にそれよりも
径が小さく、支柱の直径よりやや長い別の円柱を接合し
て支持突起部品５−１を形成する。次に支柱２に所定の
間隔（例えば６mm）で貫通孔６をあける。支持突起部品
５−１を貫通孔６に差し込み、支持突起部品５−２を溶
接する。

【００１４】図３に示したような縦型ボートを用い、以
下に述べるような熱処理を行った。まず、ボートに８イ
ンチウェハ１００枚を積載し、８００℃に保持した熱処
理装置へ１０cm／min の速度で挿入した。次に熱処理装
置の温度を１０００℃の温度まで８℃／min の速度で昇
温し、さらに５℃／min の速度で１２００℃の温度まで
昇温した。１２００℃の温度で６時間保持した後、８０
０℃の温度まで熱処理装置の温度を−２.５℃／minの速
度で下げ、ウェハを熱処理装置から引き出した。比較の
ために従来の縦型ボート（図１）を用いて同様の熱処理
実験を行った。

【００１５】熱処理後、ウェハのＸ線トポグラフ像を撮
影してスリップの発生状況を調べた。その結果、本発明
の縦型ボートを用いた場合にはスリップはほとんど発生
しなかった。一方、従来の縦型ボートを用いた場合に
は、ほぼ全数のウェハにおいて、ウェハ支持点近傍にス
リップの発生が認められた。これによって本発明の縦型
ボートがウェハのスリップ発生抑止に効果があることが
確かめられた。

【００１６】

【発明の効果】本発明はウェハを支持する部材に石英を
用いており、石英はシリコンよりも軟らかいため、ウェ
ハと接触してもウェハに傷がつきにくい。さらに、石英
の形状を円柱状にし、先端を半球状に加工することによ
って、より傷がつきにくくしてある。その結果、多数の
ウェハをまとめて熱処理を行ってもスリップの発生を抑
えることができる。さらに本発明では支柱から伸びた突
起でウェハを支持するため、従来の４点支持法に比べて
バランスよくウェハを支持することができ、支持位置で
の極端な応力集中を避けることができる。また円弧状あ
るいは円環状の支持板で支持する方法と比べても、ボー
トの構造が単純であるため、ウェハの搬送トラブルが起
こりにくい。その結果ウェハ間隔を狭くすることがで
き、バッチサイズを大きくして生産性を向上させること
が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の縦型ボートの説明図。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。

【図３】本発明の実施例による縦型ボートの説明図。

【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図。

【図５】支持突起の加工および支持突起を支柱に組み込
む方法を示す断面図。

【符号の説明】

１…天板、２…支柱、３…溝、４…シリコンウェハ、５
…支持突起、５−１，５−２…支持突起部品、６…貫通
孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 磯前 誠一 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 鈴木 匡 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 清水 博文 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 佐藤 友美 東京都小平市上水本町５丁目20番１号 日 立超エル・エス・アイ・エンジニアリング 株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上下に配置された円形の天板と、上記天板
   の間に配置された複数の支柱と、シリコンウェハの周辺
   部を水平に支持するために上記支柱に一定間隔で取り付
   けられた突起とからなることを特徴とする半導体拡散装
   置用縦型ボート。
2. 【請求項２】上記シリコンウェハを支持する上記突起が
   上記シリコンウェハよりも軟らかい材質からなり、上記
   突起の長手方向に垂直な断面積が円または楕円であるよ
   うな円柱か、あるいは、なめらかに面取りを施した角柱
   である請求項１に記載の縦型ボート。