JP7030604B2 - ウエハボートおよびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は縦型バッチ式熱処理装置において半導体ウエハを搭載するウエハボートに関し、特に、搭載する半導体ウエハの滑りを抑制したウエハボートに関する。
複数枚の半導体ウエハを、それぞれの主面が上下で対向するようにウエハボートに搭載して熱処理を行う縦型バッチ式熱処理装置においては、複数枚の半導体ウエハをウエハキャリアに搭載して装置内に搬送し、装置内で石英のウエハボートに移し替え、ウエハボートに搭載した状態で装置内の熱処理炉に移動し、熱処理後には、逆の動作で炉外に取り出
し、熱処理された半導体ウエハをウエハキャリアに収納する。この一連の搬送動作の中に、枚葉型のロボットアームによってウエハキャリアとウエハボート間で半導体ウエハを搬送する動作と、半導体ウエハが搭載されたウエハボートを熱処理炉内で上下方向に移動させる動作を含んでいる。
ここで、シリコン（Ｓｉ）ウエハの熱処理に使用される熱処理ボードについては、例えば特許文献１において、熱処理時に発生する局所的な温度差による熱応力に起因するスリップおよび自重応力に起因するスリップを抑制するための構成が開示されている。
特開２００６－５２７４号公報
昨今のパワー半導体装置の分野では、耐熱性、絶縁破壊電圧強度等に優れた炭化珪素（ＳｉＣ）半導体装置の開発が盛んであり、ＳｉＣウエハの需要が高まっているが、市販されているＳｉＣウエハは、両主面が鏡面研磨されており、市販のＳｉウエハに比べて滑りやすく、ウエハボートの移動時にウエハボートから落下する可能性が高いと言う問題があった。
本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、ＳｉＣウエハの落下を抑制したウエハボートを提供することを目的とする。
本発明に係るウエハボートは、複数のＳｉＣウエハを、それぞれの主面が上下で対向するように搭載するウエハボートであって、前記ウエハボートは石英で構成され、前記複数のＳｉＣウエハを支持する複数のウエハ棚が、前記複数のＳｉＣウエハの配列方向に沿って設けられたウエハ支持部材を有し、少なくとも前記ウエハ支持部材全体の表面粗さがＲａ値で２μｍ以上４μｍ以下である。
全体の表面粗さがＲａ値で２μｍ以上４μｍ以下のウエハボートを使用することで、ウエハ棚とＳｉＣウエハとの摩擦係数が大きくなり、ＳｉＣウエハが滑りにくくなり、ウエハボートの移動時にウエハボートからのＳｉＣウエハの落下を抑制できる。
本発明に係る実施の形態のウエハボートを使用する縦型バッチ式熱処理装置の概略図である。 本発明に係る実施の形態のウエハボートの概略図である。 本発明に係る実施の形態のウエハボートの部分側面図である。 本発明に係る実施の形態のウエハボートの平面図である。 本発明に係る実施の形態のウエハボートの部分断面図である。
＜実施の形態＞
図１は、本発明に係る実施の形態のウエハボートを使用する縦型バッチ式熱処理装置１００の構成を示す概略図である。図１に示す用に縦型バッチ式熱処理装置１００は、複数枚のＳｉＣウエハ６が収容可能なウエハキャリア１を装置外部との間で出し入れするキャリア室７０と、キャリア室７０に連通し、複数枚のＳｉＣウエハ６を、それぞれの主面が上下で対向するように搭載する石英のウエハボート３が格納されるボート室８０と、ボート室８０の上方に設けられ、ウエハボート３ごと複数枚のＳｉＣウエハ６に対して熱処理を行う熱処理炉５が配置された熱処理室９０とを備えている。石英を用いることで、耐熱性に優れたウエハボート３を得ることができる。なお、ウエハボート３の材質としてはサファイアなども考えられる。
ウエハキャリア１は、キャリアステージ７上に載置されて外部からキャリア室７０内に搬送される。通常、ウエハボート３に一度に搭載可能なＳｉＣウエハ６は、１つのウエハキャリア１に収容される枚数より多いため、ウエハキャリア１は、キャリア室７０内に複数搬送される。
キャリアステージ７においては、複数枚のＳｉＣウエハ６が、それぞれの主面が上下で対向するようにウエハキャリア１が搭載されている。なお、ＳｉＣウエハ６の裏面となる主面が下側となるようにウエハキャリア１に搭載されており、キャリア室７０内に設けられた搬送機構２１の搬送ロボットアーム２が、ＳｉＣウエハ６の裏面に接触してＳｉＣウエハ６を載置し、ウエハキャリア１からＳｉＣウエハ６を取り出す。なお、図１に示す搬送ロボットアーム２は、枚葉型であり、ウエハを１枚単位で搬送するが、一度に複数枚のウエハを搬送可能とする機能を備えていても良い。
ウエハキャリア１から取り出されたＳｉＣウエハ６は、搬送ロボットアーム２に載置された状態でボート室８０内まで搬送され、ウエハボート３に搭載される。搬送ロボットアーム２によってウエハキャリア１内の全てのＳｉＣウエハ６がウエハボート３に移し替えられると、ウエハボート３はボートエレベーター４によって、上方に移動し、熱処理室９０内に搬送される。
ここで、図２を用いてウエハボート３の概略の構成を示す。図２に示されるようにウエハボート３は、ＳｉＣウエハ６を出し入れする側が開口部となり、ウエハの出し入れ方向（Ｘ方向）に対して直交する方向（Ｙ方向）に２つのウエハ支持部材９が配置されている。
２つのウエハ支持部材９は、互いに向かい合う側に、垂直方向（Ｚ方向）に配列された複数のウエハ棚９ａを有し、複数のウエハ棚９ａは、例えばウエハ支持部材９に対して、ＳｉＣウエハ６の出し入れ方向と平行な方向にスリットを形成することで設けられており、向かい合ったウエハ支持部材９のウエハ棚９ａにＳｉＣウエハ６が挿入されることで、ＳｉＣウエハ６の左右の端縁部がウエハ棚９ａで支持されることとなる。
また、ウエハの挿入方向にも２つのウエハ支持部材１９が配置されており、ＳｉＣウエハ６を挿入する際に、ＳｉＣウエハ６の飛び出しを防止することができる。ウエハ支持部材１９は、垂直方向（Ｚ方向）に配列された複数のウエハ棚１９ａを有しており、この配列はウエハ支持部材９のウエハ棚９ａの配列と同じ配列間隔を有している。２つのウエハ支持部材９のウエハ棚９ａにＳｉＣウエハ６が挿入されると、２つのウエハ支持部材１９のウエハ棚１９ａにもＳｉＣウエハ６が挿入され、ウエハ棚１９ａによってＳｉＣウエハ６の端縁部が支持される。ウエハ支持部材１９は、ＳｉＣウエハ６の挿入方向とは異なる方向、例えばＳｉＣウエハ６の挿入方向に対して平面内で５０°～７０°傾いた方向にスリットを形成することでウエハ棚１９ａを設けているので、ウエハ棚１９ａにＳｉＣウエハ６を挿入すると、ＳｉＣウエハ６の挿入方向への動きが規制され、ＳｉＣウエハ６の飛び出しを防止する。なお、ウエハ支持部材９および１９は、垂直方向（Ｚ方向）に配置された円板状の２つの端面板３１に挟まれて固定されている。
熱処理室９０内には熱処理炉５が配置されており、ウエハボート３はボートエレベーター４の載置台４１に載置された状態で熱処理炉５内に搬入される。熱処理炉５は、円筒状であり、上面は閉じられ、下面が開口部となっており、当該開口部からウエハボート３が
熱処理炉５内に挿入されるようにボートエレベーター４を上昇させることで載置台４１が開口部を塞ぎ、熱処理炉５は密閉されることとなる。
熱処理炉５を密閉した状態で、熱処理により、例えばグラファイト膜をＳｉＣウエハ６に形成し、熱処理完了後、熱処理炉５内からＳｉＣウエハ６が積載された状態のウエハボート３はボートエレベーター４が下降することでボート室８０内に搬出される。
その後は、搬入動作とは逆の動作によりＳｉＣウエハ６がウエハボート３からキャリアステージ７上のウエハキャリア１に移し替えられ、キャリアステージ７によって装置外に搬出される。
以上説明したように、ウエハボート３はボートエレベーター４の載置台４１に載置された状態で熱処理炉５内に搬入され、搬出されるが、先に説明したように、ＳｉＣウエハ６は両主面が鏡面研磨されているので滑りやすい状態となっている。
図３は、ＳｉＣウエハ６が搭載された箇所を拡大したウエハボート３の側面図を示しており、２つのウエハ支持部材９のみを示している。図３に示すように、向かい合って配置された２つのウエハ支持部材９のウエハ棚９ａにＳｉＣウエハ６の裏面が接触するように搭載される。また、図４は、図３におけるウエハボート３を矢印Ａ方向から見た平面図であり、２つのウエハ支持部材９と２つのウエハ支持部材１９でＳｉＣウエハ６が支持されている。従って、ＳｉＣウエハ６の挿入方向と、それに直交する方向にはＳｉＣウエハ６の動きが規制されるが、ＳｉＣウエハ６の挿入方向とは反対の方向、すなわち、矢印Ｂ方向にはＳｉＣウエハ６が動く余地がある。
そこで、ウエハ支持部材９および１９のそれぞれのウエハ棚９ａおよび１９ａの表面粗さを粗くすることでＳｉＣウエハ６の滑りを抑制する構造とした。すなわち、ウエハボート３全体を希フッ酸に浸漬することでウエハボート３の表面全体を粗い表面とした。
より具体的には、表面粗さが算術平均粗さを表すＲａ値で０．５～１μｍ程度に仕上げられた未処理のウエハボート３を、濃度５～１０％、一例としては濃度約８％の希フッ酸液に２０～４０時間浸漬させることで、Ｒａ値で２μｍ以上４μｍ以下の表面粗さに変更した。なお、希フッ酸液の濃度を倍、例えば２０％程度にすれば浸漬時間を半分程度にでき、希フッ酸液の濃度および浸漬時間を調整することで、表面粗さを調整できる。また、希フッ酸以外に、王水（フッ酸、硝酸、塩酸の混合液）を使用しても同様の効果が得られる。
なお、ウエハボート３の表面粗さは、図３に示すウエハ支持部材９の側面において矢印１１で示すような範囲の測定領域を設定し、触針式の表面粗さ計により測定した。ウエハボート３全体を希フッ酸に浸漬することで、ウエハボート３の何れの表面でも同じ表面粗さにできる。
図５は、表面粗さを粗くしたウエハボート３の部分断面図であり、ウエハ支持部材９の一部とウエハ棚９ａの表面状態を三角形の凹凸で模式的に示している。図５に示されるように、ウエハボート３は、その表面全体が粗くなってＳｉＣウエハ６との摩擦係数が大きくなっており、ウエハ棚９ａに接触するＳｉＣウエハ６の裏面は、粗いウエハ棚９ａの表面によって、何れの方向にも滑りにくくなり、ウエハボート３の移動時にウエハボート３からＳｉＣウエハ６が落下する可能性を低くできる。落下により高価なＳｉＣウエハが破損することを防止することで製造コストが低減し、また、搬送トラブルによる製造ラインの停止時間が削減されることで、ＳｉＣ半導体装置の生産性も向上する。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
３ ウエハボート、４ ボートエレベーター、５ 熱処理炉、９，１９ ウエハ支持部材、９ａ，１９ａ ウエハ棚。

Claims (2)

  1. 複数のＳｉＣウエハを、それぞれの主面が上下で対向するように搭載するウエハボートであって、
    前記ウエハボートは石英で構成され、
    前記複数のＳｉＣウエハを支持する複数のウエハ棚が、前記複数のＳｉＣウエハの配列方向に沿って設けられたウエハ支持部材を有し、
    少なくとも前記ウエハ支持部材全体の表面粗さがＲａ値で２μｍ以上４μｍ以下である、ウエハボート。
  2. 複数のＳｉＣウエハを、それぞれの主面が上下で対向するように搭載するウエハボートであって、
    前記ウエハボートは、
    前記複数のＳｉＣウエハを支持する複数のウエハ棚が、前記複数のＳｉＣウエハの配列方向に沿って設けられたウエハ支持部材を有し、
    少なくとも前記ウエハ支持部材全体の表面粗さがＲａ値で２μｍ以上４μｍ以下である
    ウエハボートの製造方法であって、
    表面粗さがＲａ値で０．５～１μｍの未処理のウエハボートを準備する工程と、
    前記未処理のウエハボート全体を、
    濃度５～２０％の王水に浸漬する工程と、を備える、ウエハボートの製造方法。
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