JP2732224B2 - ウエーハ支持ボート - Google Patents

ウエーハ支持ボート

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JP2732224B2 JP25980294A JP25980294A JP2732224B2 JP 2732224 B2 JP2732224 B2 JP 2732224B2 JP 25980294 A JP25980294 A JP 25980294A JP 25980294 A JP25980294 A JP 25980294A JP 2732224 B2 JP2732224 B2 JP 2732224B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は縦型熱処理装置に用いる
ウエーハ支持ボートに係り、特に炉心管内で回転しなが
らウエーハ上に所定の熱処理を行うCVD、拡散炉、そ
の他の縦型熱処理装置に用いるウエーハ支持ボート(以
下、縦型ウエーハ支持ボートとする)に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より半導体熱処理炉内に装設して使
用されるウエーハ支持ボートは、一般に炉心管の軸線方
向に沿って延設する軸状部材や板状部材、又は炉心管内
壁面に沿って湾曲させた弧状部材の内壁面側に、夫々所
定間隔存して多数のウエーハ保持溝を刻設し、該保持溝
にウエーハ周縁を係止させながら、単数又は複数点支持
にて多数枚の半導体ウエーハを整列配置する構成を取
る。そして、かかるボートが装設される熱処理装置に
は、炉心管の軸線が水平方向に延設される横型熱処理装
置と、軸線が垂直方向に延設される縦型熱処理装置の両
者が存在するが、近年、省設置面積化及び自動化の容易
さから縦型熱処理装置が多く用いられている。
【0003】そして、縦型ウエーハ支持ボートは、多数
枚のウエーハを上下に積層配置する構成を取るために、
横型熱処理装置の場合のようにV溝若しくはY溝の様な
溝形状を取ることなく、基本的にはウエーハを水平に設
置するための矩形スリット溝か、若しくはウエーハを斜
め上方に設置させるために斜め溝を設けている。しかし
ながら前記のようなスリット溝では、ウエーハと保持溝
間のクリアランスが小になり局所的な反応ガスの供給不
足や乱れが生じ、保持溝を刻設した支持柱周囲の熱処理
不良やボートマークと称するウエーハの外観不良が発生
する。又、前記欠点を解消するために、保持溝幅を大に
すると熱処理中の振動等により、ウエーハの欠け等が生
じやすい。
【0004】そこで前記欠点の解消と、ウエーハの案内
を容易にする為に、図4に示すように、支持柱43、4
4に上下に略断面台形状の保持溝101を形成し、該保
持溝101に線接触にてウエーハ10を保持する技術が
開示されている。しかしながら前記ボートは通常、回転
しながら熱処理を行う構成を取るために、保持溝101
を中心側に向け徐々に拡幅化しても側方より侵入する反
応ガスに対しては、特段に前記欠点の解消にはつながら
ず、僅かに溝部101の開口端において改善効果が見え
るに過ぎない。
【0005】又、前記の様に線接触にてウエーハ縁部が
保持溝に接触する構成では、熱処理中にその接触部で生
じる熱膨張率差等に起因してウエーハにボート接触痕
(欠け)が発生し、処理ウエーハの品質に悪影響をもた
らすとともに、前記欠けが保持溝に固着して突起となっ
たり、パーティクル発生の原因になったりする。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の欠点に鑑み、保持溝内に位置するウエーハの処理面
側にも十分に反応ガスが供給され、均一な熱処理を可能
とし、ボートマークのようなウエーハの外観不良が発生
しない縦型ウエーハ支持ボートを提供することを目的と
する。本発明の他の目的は、ウエーハ縁部の保持溝に接
触する接触部位を線接触から点接触に極力近づけ、これ
により熱膨張率差等に起因してウエーハに発生するボー
ト接触痕(欠け)を抑制するとともに、前記保持溝側の
突起の生成やパーティクル発生を阻止し得る縦型ウエー
ハ支持ボートを提供することにある。本発明の他の目的
は、ボートを回転させながら熱処理を行うCVD、その
他の熱処理装置に好適に使用される縦型ウエーハ支持ボ
ートを提供することにある。
【0007】
【課題を解決する為の手段】本発明は、好ましくは炉心
管内を回転させながら、保持溝を介して積層配置したウ
エーハの処理面上に、所定の熱処理を行う縦型ウエーハ
支持ボートに適用されるものである。即ち、具体的には
ボートの回転を効果的に利用して保持溝内に位置するウ
エーハ処理面に均等に反応ガスを送り込もうとするもの
である。そしてかかる着想を具現化する手段として本発
明は、前記保持溝をボート回転方向に対し斜めに傾斜さ
せ、ウエーハの処理面と対面する側に位置する保持溝部
空隙が、ボート回転方向に向けて徐々に拡幅化する略楔
状空間となるように設定したことを第1の特徴とする。
【0008】第2の特徴は、ウエーハと保持溝間が容易
に点接触を可能ならしめるもので、その特徴とする所
は、前記ウエーハの処理面と対面する溝部傾斜面を、ボ
ート回転方向とともに、ウエーハ中心方向に向け斜めに
傾斜させたことにある。
【0009】勿論、前記保持溝はウエーハが安定性よく
設置される必要がある。この為、本発明では、前記保持
溝の下側傾斜面の上端縁部にウエーハが載置された際
に、前記保持溝の上側傾斜面の下端縁部にウエーハ上面
が接触しないように、前記保持溝の溝幅とボート回転方
向に対する傾斜角度Aを設定する。
【0010】即ち、具体的には、前記ボート回転方向に
対する傾斜角度Aが4〜15°、好ましくは5〜12
°、更に好ましくは6〜10°であり、一方ウエーハ中
心方向に向けての傾斜角度Bが8〜20°、好ましくは
12〜18°の範囲に設定するのがよい。
【0011】尚、本発明は、ウエーハ両面に均一膜を形
成し得るものであるが、パーティクルが付着しにくい下
面側を製品面として採用したい場合、下面側ではウエー
ハと保持溝下側傾斜面間に形成される空隙がウエーハ上
側に比較して狭小となり易い為に、前記のような問題を
発生する。
【0012】本発明はこのような場合に有効に適用し得
るもので、ウエーハの両面側に処理面を形成し、特に下
面側を製品面として採用する縦型ウエーハ支持ボートに
おいて、前記保持溝をボート回転方向に対し下側に向け
て斜めに傾斜させ、該保持溝の下側傾斜面とウエーハと
の間に形成される保持溝部空隙が、ボート回転方向に向
けて徐々に拡幅化する略楔状空間となるように設定する
とともに、前記保持溝の下側傾斜面を、ウエーハ中心方
向に向け下側に傾斜させることにより、前記第1及び第
2の特徴と同様な効果を得ることが出来る。
【0013】又、本発明は5インチ、6インチ若しくは
8インチ以上の直径を有する大口径のウエーハの下面に
CVD処理を行うウエーハ支持ボートとして好適に適用
されるもので、この場合は、前記保持溝の溝幅が3±1
mm、前記ボート回転方向に対する傾斜角度Aが6±3
°、一方ウエーハ中心方向に向けて傾斜させた傾斜面の
傾斜角度Bが16±2°の範囲に設定するのがよい。
【0014】又、本発明は炉心管内を回転する縦型ウエ
ーハ支持ボートのみならず、静止した状態で炉心管内に
配置された縦型ウエーハ支持ボートにも有効に適用され
るもので、この場合は前記保持溝をボート周方向、言換
えればウエーハ円周方向に対し斜めに傾斜させ、ウエー
ハの処理面と対面する側に位置する保持溝部空隙が、前
記周方向に向けて徐々に拡幅化する略楔状空間となるよ
うに設定したウエーハ支持ボートが提案される。
【0015】
【作用】本発明の作用を、例えば縦型CVD装置に基づ
いて説明すると、膜の形成はウエーハの両面側に均一に
形成されるが、パーティクルが付着する機会が少ないウ
エーハの下面側を、製品面として採用しようとする目的
で、縦型ウエーハ支持ボートにシリコン単結晶からなる
ウエーハ10を積層配置し、反応ガスとしてシランを流
しながらウエーハ10の両面側にポリシリコン膜を形成
しようとしても、例えば図4の従来技術の様に保持溝1
01を断面台形状に形成した装置では、図1(b)で示
されるウエーハ10と下側傾斜面21a間の空隙20A
がウエーハ10上側の空隙20Bに比較して大幅に小さ
くなり、反応ガスが十分供給されず、その部分において
ポリシリコン膜が局所的に薄膜化し、ボートマークと称
するウエーハの外観不良を生じてしまう。
【0016】一方、本発明は図1(b)に示すように、
ウエーハ10の処理面と対面する側に位置する保持溝部
空隙20A、20Bが、ボート回転方向Rに向けて徐々
に拡幅化する略楔状空間となるように設定した為に、ウ
エーハ10の処理面と対面する側のボート4溝部内に、
反応ガスが容易に侵入し前記ボートマークの形成が抑制
若しくは阻止される。さて前記の場合、図1(a)で示
すように保持溝21の下側傾斜面21aの上端縁部22
にウエーハ10が載置される訳であるが、下側傾斜面2
1aは回転方向Rに沿う片側傾斜の為に、本実施例の様
に、保持溝21を形成する支持柱43、44が平行な二
面を有する断面太鼓形状の場合、上端縁部22における
ウエーハ10との設置面が線接触となる恐れがある。そ
こで本発明は、前記ウエーハ処理面と対面する下側傾斜
面21aを、ボート回転方向Rとともに、ウエーハ10
中心方向に向け斜めに傾斜させることにより二元方向に
傾斜面を持たせ、これによりウエーハ10の接触面での
点接触を可能にする。これにより線接触から点接触にウ
エーハ10の接触面積が大幅に低減するために、ウエー
ハの下面側におけるボート接触痕(欠け)の発生は大幅
に減少し、ウエーハの品質が向上する。
【0017】又、回転方向Rとともにボート4中心に向
けても徐々に拡幅化する略楔状空間が形成できるために
回転方向Rよりの反応ガスの侵入も一層容易化し、前記
ボートマークの形成が一層抑制される。尚、前記ボート
回転方向Rに対する傾斜角度Aは余りにきつくすると、
ウエーハ積層ピッチ間隔が広くなるとともに、前記保持
溝21の下側傾斜面21aの上端縁部22にウエーハ1
0が載置された際に、前記保持溝21の上側傾斜面の下
端縁部にウエーハ10上面が接触する恐れがあり、好ま
しくない。又、傾斜面が余りに小さいと前記反応ガスの
侵入が好ましく行われない。そこで本発明では、前記傾
斜角度Aを4〜15°、好ましくは5〜12°更に好ま
しくは6〜10°に設定するとした。
【0018】一方、ウエーハ10中心方向に向けての傾
斜角度Bについても同様で、余りにきつくすると、ウエ
ーハ積層ピッチ間隔が広くなるとともに、前記保持溝2
1の下側傾斜面21aの上端縁部22にウエーハ10が
載置された際の安定性が低下する恐れがあり、又、傾斜
面が余りに小さいと前記反応ガスの侵入が好ましく行わ
れない。そこで本発明は、前記傾斜角度Bについても8
〜20°、好ましくは12〜18°の範囲に設定すると
した。
【0019】尚、5インチ以上の大口径のウエーハ10
の両面にCVD処理を行う縦型ウエーハ支持ボート4と
して好適に適用される場合は、前記保持溝21の溝幅が
3±1mm、前記ボート回転方向Rに対する傾斜角度A
が6±3°、一方ウエーハ10中心方向に向けて傾斜さ
せた傾斜面の傾斜角度Bが16±2°の範囲に設定する
のがよい。
【0020】又、本発明はウエーハ10をほぼ水平に上
下に積層配置する場合に、特に好適に使用されるもの
で、この場合図2(b)の背柱及び側柱のいずれをも同
一の保持溝21形状に形成し得る。またその材質として
は、石英や耐熱ガラス、SiCのようなセラミック、多
結晶シリコン材等の高純度のものが使用される。又、ボ
ートが静止状態で熱処理される場合にも同様な作用を営
む。
【0021】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を例示
的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている
構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に
特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【0022】図3は本発明が適用される縦型CVD装置
1を示し、同図の2は、周囲に囲繞されたヒータ3内に
同心状に配設された円筒状の石英ガラスチューブ(炉心
管)で、該炉芯管2の下端開放部を閉塞する蓋体7に、
前記反応ガスを炉内に導入するガス供給管5とガス排出
管6を連設する。なお、ガス供給管5より導入された反
応ガスはガス整流管2’内を処理されるウエーハ10に
沿って上方に導かれ、ガス整流管2’の上部の開口よ
り、炉心管2の周壁部に沿って下方に導かれ、ガス排出
管6より排出される。
【0023】前記炉芯管2内には、図示しない駆動機構
により上下動及び回転可能な支持軸8上に水平に設置さ
れた支持台9と、該支持台9上に載置された透明石英製
の縦型ウエーハ支持ボート4が配設され、該ボート4は
図2(a)(b)に示すように、上下に配設した円板状
の底板41と天板42からなり、両板41、42間に一
対の棒状側柱43と棒状脊柱44を立設し、該側柱43
と背柱44の底板中心と対面する側に夫々後記に詳説す
るウエーハ保持溝21を多数刻設し、ウエーハ10がほ
ぼ水平状態である等間隔の距離で積層配置可能に構成し
ている。
【0024】尚、前記側柱43と背柱44(以下これら
を支持柱)は図1(d)に示すように、円棒の平行な2
面をカットした断面太鼓形状をなし、その長手方向が、
図2(b)に示すように底板41中心側に向くように設
定している。
【0025】このように支持柱43、44の断面形状を
太鼓状に狭幅に形成したのは、保持溝21の奥行を深く
して安定してウエーハ10を保持可能に構成するととも
に、保持溝21の短手幅を極力狭幅にすることにより、
ウエーハ10のボートかぶりを少なくすること、及びボ
ート回転方向Rに対する傾斜角度8°前後に設定した場
合においても、後記するように保持溝21の下側傾斜面
21aの上端縁部22にウエーハ10が載置された際
に、前記保持溝21の上側傾斜面の下端縁部にウエーハ
10上面が接触しないように配慮したためである。又、
前記支持柱43、44の振分け角度は、図2(b)に示
されるように前記ウエーハ10が水平に設置させた場合
にも脱落しないように、それぞれが60゜づつ振分けて
立設させている。
【0026】そしてかかるCVD装置1において、支持
軸8を降動させて炉芯管2下方に支持台9を位置させ
て、ウエーハ10を装設したボート4を支持台9上に載
設した後、支持軸8を昇動させて前記炉心管2を蓋体8
により気密的に閉塞しつつ、前記ボート4を該炉芯管2
内の所定位置に設置する。この状態で前記炉芯管2内を
不活性ガスとガス置換して次に真空下に置いた後、ヒー
タ3により所定温度(600〜1200℃)に加熱しつ
つ、ガス供給管5より反応ガスを流しながら支持軸8を
介して前記ボートを回転させながら所定の気相成長を行
うように構成している。
【0027】次に図1に基づいて前記夫々の支持柱4
3、44に刻設した保持溝21の形状について説明す
る。保持溝21は側柱43と背柱44いずれも同一形状
をなし、図中、(a)は保持溝21の正面図、(b)は
その左側面図で、ボート回転時に反応ガスが導入される
側の保持溝輪郭図を示す。(c)はその右側面図で、ボ
ート回転時の後端側における保持溝輪郭図を示す。
(d)は(c)のX−X線断面図である。
【0028】そして前記保持溝21は、例えば8インチ
の直径で肉厚が0.8mmのウエーハ10を積層配置す
るボート4の場合に、前記支持棒の短手幅Lを10〜1
2mm、長手幅Mを16〜18mmに設定した支持柱4
3、44を用い、保持溝21の刻設ピッチPを6.35
〜6.40mm、奥行Sを5.0〜6.0mmに設定す
るとともに、前記保持溝21をボート回転方向Rに対し
下側に向けて斜めに傾斜させ、その傾斜角度Aが6±3
°になるように設定する。この結果、該保持溝21の下
側傾斜面21aとウエーハ10との間に形成される保持
溝部空隙20Aが、ボート回転方向Rに向けて徐々に拡
幅化する略楔状空間とすることが出来る。
【0029】又、前記保持溝21の下側傾斜面21a
は、ウエーハ中心方向に向け下側に傾斜させ、該傾斜面
の傾斜角度Bが16±2°の範囲に設定する。この結
果、前記保持溝部空隙20Aは、ボート4中心に向けて
も徐々に拡幅化する略楔状空間とすることが出来る。
【0030】又、前記保持溝21の溝幅Wは3±1mm
に設定する。この理由は前記溝幅Wを余りに大きくする
と、前記ピッチを取ることが出来ず、又、余りに小さく
すると、前記保持溝21の下側傾斜面21aの上端縁部
22にウエーハが載置された際に、前記保持溝21の上
側傾斜面21bの下端縁部23にウエーハ10上面が接
触する恐れがでてくる。
【0031】そして前記のような保持溝21を有するボ
ートと、又、図4に示す保持溝101を有するボートを
夫々10脚製作し、該ボートを用いて、夫々8インチの
ウエーハを積層配置した後、図3に示す装置でCVD膜
を生成したところ、本実施例のボートについてはいずれ
も90%以上のウエーハについてボートマークの発生が
みられなかったが、図4に示す保持溝101を有するボ
ートではいずれも50%以上のウエーハについてボート
マークの発生がみられた。又、図4に示すボートでCV
D膜を形成したウエーハについてはボート接触痕や突起
がみられたが、本実施例のボートでCVD膜を形成した
ウエーハについてはこのようなものがほとんど発生せ
ず、大きな改善効果が得られた。
【0032】
【効果】以上記載のごとく本発明によれば、ウエーハ処
理面の上下を問わず、ボートの保持溝内に位置するウエ
ーハの処理面側にも十分に反応ガスが供給され、均一な
熱処理を可能とし、特にその下面側における効果は顕著
となる。又、本発明によれば、ウエーハ縁部の保持溝に
接触する接触部位を線接触から点接触に極力近づけるこ
とが出来、これによりウエーハに発生するボートマーク
やボート接触痕(欠け)の発生を抑制するとともに、前
記保持溝側の突起の生成やパーティクル発生を有効に阻
止し得る。更に本発明によれば、特に好ましくはボート
を回転させながら熱処理を行うCVDその他の熱処理装
置に好適に使用される縦型ウエーハ支持ボートを提供す
ることが出来る。等の種々の著効を有す。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の縦型ウエーハ支持ボートの実施例にか
かわる保持溝の形状を示し、(a)は保持溝の正面図、
(b)はその左側面図で、ボート回転時に反応ガスが導
入される側の保持溝輪郭図を示す。(c)はその右側面
図で、ボート回転時の後端側における保持溝輪郭図を示
す。(d)は(c)のX−X線断面図である。
【図2】図1の保持溝が刻設された縦型ウエーハ支持ボ
ートの全体図で、(a)は正面図、(b)は(a)のY
−Y線断面図である。
【図3】図2の縦型ウエーハ支持ボートを組込んだ縦型
CVD装置の全体概略図である。
【図4】従来公知の縦型ウエーハ支持ボートの保持溝形
状を示す。
【符号の説明】
2 炉心管 4 縦型ウエーハ支持ボート 10 ウエーハ 20A 保持溝部空隙 21 保持溝 21a 上端縁部 21b 下端縁部 22、23 溝部傾斜面(22 下側傾斜面、23 上
側傾斜面) A ボート回転方向に対する傾斜角度 B ウエーハ中心方向に向けての傾斜角度 W 保持溝の溝幅 R ボート回転方向
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 昌之 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150番地 信越半導体株式会社白河工場 内 (72)発明者 由利 勉 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150番地 信越半導体株式会社白河工場 内 (72)発明者 芹澤 陽一 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150番地 信越半導体株式会社白河工場 内 (72)発明者 秋元 衛 東京都新宿区西新宿1丁目22番2号 信 越石英株式会社内 (72)発明者 大越 信一 山形県天童市大字清池字藤段1357番3 株式会社山形信越石英内

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 その軸線が垂直方向に延設されている炉
    心管内を回転しながら、保持溝を介して積層配置したウ
    エーハの処理面上に所定の熱処理を行う縦型ウエーハ支
    持ボートにおいて、 前記保持溝をボート回転方向に対し斜めに傾斜させ、ウ
    エーハの処理面と対面する側に位置する保持溝部空隙
    が、ボート回転方向に向けて徐々に拡幅化する略楔状空
    間となるように設定したことを特徴とするウエーハ支持
    ボート
  2. 【請求項2】 前記ウエーハの処理面と対面する溝部傾
    斜面を、ボート回転方向とともに、ウエーハ中心方向に
    向け斜めに傾斜させたことを特徴とする請求項1記載の
    ウエーハ支持ボート
  3. 【請求項3】 前記保持溝の下側傾斜面の上端縁部にウ
    エーハが載置された際に、前記保持溝の上側傾斜面の下
    端縁部にウエーハ上面が接触しないように、前記保持溝
    の溝幅とボート回転方向に対する傾斜角度を設定したこ
    とを特徴とする請求項1記載のウエーハ支持ボート
  4. 【請求項4】 前記ボート回転方向に対する傾斜角度が
    4〜15°、好ましくは5〜12°、更に好ましくは6
    〜10°であり、一方ウエーハ中心方向に向けての傾斜
    角度が8〜20°、好ましくは12〜18°の範囲であ
    る請求項3記載のウエーハ支持ボート
  5. 【請求項5】 その軸線が垂直方向に延設されている炉
    心管内を回転しながら、保持溝を介して積層配置したウ
    エーハの下面側を含めて所定の熱処理を行う縦型ウエー
    ハ支持ボートにおいて、 前記保持溝をボート回転方向に対し下側に向けて斜めに
    傾斜させ、該保持溝の下側傾斜面とウエーハとの間に形
    成される保持溝部空隙が、ボート回転方向に向けて徐々
    に拡幅化する略楔状空間となるように設定するととも
    に、前記保持溝の下側傾斜面を、ウエーハ中心方向に向
    け下側に傾斜させたことを特徴とする請求項4記載のウ
    エーハ支持ボート
  6. 【請求項6】 5インチ以上の直径を有するウエーハの
    処理面上にCVD処理を行う請求項5記載のウエーハ支
    持ボートにおいて、 前記保持溝の溝幅が3±1mm、前記ボート回転方向に
    対する傾斜角度が6±3°、一方ウエーハ中心方向に向
    けて傾斜させた傾斜面の傾斜角度が16±2°の範囲で
    ある請求項5記載のウエーハ支持ボート
  7. 【請求項7】 その軸線が垂直方向に延設されている炉
    心管内に配置され、保持溝を介して積層配置したウエー
    ハの処理面上に所定の熱処理を行う縦型ウエーハ支持ボ
    ートにおいて、 前記保持溝をボート周方向に対し斜めに傾斜させ、ウエ
    ーハの処理面と対面する側に位置する保持溝部空隙が、
    前記周方向に向けて徐々に拡幅化する略楔状空間となる
    ように設定したことを特徴とするウエーハ支持ボート
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