JP4350438B2

JP4350438B2 - 半導体熱処理用部材

Info

Publication number: JP4350438B2
Application number: JP2003183032A
Authority: JP
Inventors: 雅也横川; 克之島貫
Original assignee: Covalent Materials Corp
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2023-06-26
Also published as: JP2005019724A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体熱処理用部材に係わり、特にＳｉＣ被覆カーボンを用いた半導体熱処理用部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にＳｉＣ被覆カーボンを用いたエピタキシャル成長用サセプタは、任意の形状に加工したカーボン基材にＳｉＣ膜を被覆して製造される。サセプタの耐食性能は、ＳｉＣ膜の結晶性に大きく影響される。すなわち耐食性を高めるためには、表面が結晶性の良好なＳｉＣ膜のファセット、結晶軸、格子点で覆われている状態が好適である。一方、ＳｉＣ結晶が非常に発達したサセプタでは、表面粗さが粗くなり、半導体ウェーハの裏面に傷を付け易く、スリップ発生の重大な要因の一つとなっていた。
【０００３】
従来、サセプタ等の半導体熱処理用部材に用いられるＳｉＣ被覆カーボンは、塩素置換シラン類を原料としたＣＶＤにより形成されているが、この方法ではＳｉＣ結晶の成長が不十分で、半導体ウェーハ処理において、十分な耐食性は得られない。そこで結晶性の発達を促しＳｉＣ膜を形成しているが、この方法ではサセプタの表面粗さが粗く、ウェーハ裏面に傷を発生させることがあった。これを改良するものとして、例えば特許文献１では、ＳｉＣ結晶の粒径とその占拠率を制御する半導体熱処理用部材が提案されているが、粒径が５μｍ以上であるため、ウェーハ裏面に傷が発生する場合があり、問題が十分解消されていない。また、特許文献２では、結晶性の高いＳｉＣの表面を一部研磨し、表面粗さを低減させているが、この方法では概ね１０〜９５％の研磨面が露出し、この研磨面がファセットと比較して耐食性に劣るため、シリコンボートとともに使用し、処理した場合にＳｉＣダストを発生するという問題点があった。さらに、特許文献２のものは、不活性雰囲気下では、処理温度においてＳｉＣからの揮発成分は極めて少ないが、シリコンウェーハと同時に処理した場合、近傍のシリコン蒸気によって、表面の反応が促進され、種々の分解ガス成分が気相中でＳｉＣを運搬する。Ｓｉ蒸気によりＳｉＣ（固体）→Ｓｉ_２Ｃ（気体）の活性エネルギーが約３０％低減する。ＳｉＣ部材からのＳｉＣ汚染を抑制するために、表面を酸化する方法が考えられるが、ＳｉＣに比べてＳｉＯ_２の不純物拡散係数は極めて大きく、この方法では製品内部の不純物や酸化炉内の不純物を表面に凝集してしまい、高清浄度を必要とする製造工程には不適当である。
【０００４】
【特許文献１】
特公平６−６６２６５号（第２頁第３欄第１５〜１９行、第１図）
【０００５】
【特許文献２】
特許第３０９４３１２号（明細書段落番号［０００５］、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、ウェーハ裏面の傷の発生を防止して半導体ウェーハにスリップを発生させることがなく、かつ高清浄度を必要とする製造工程に適する半導体熱処理用部材を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、カーボン質基材の表面にＳｉＣ被膜を形成してなり、シリコンウェーハを載置するウェーハ受部を備えた半導体熱処理用部材であって、前記ウェーハ受部のＳｉＣ被膜の表面はＳｉＣ結晶成長面からなり、前記ＳｉＣ被膜の厚さが３０μｍ以上１５０μｍ以下であり、前記ＳｉＣ被膜の表面にて観察されるＳｉＣ結晶が粒径１０μｍ以上のものが１５０μｍ×１５０μｍ以上大きな任意の面積当り８０％以上を占め、かつ、前記ＳｉＣ結晶成長面の任意の位置での２００μｍ以上の長さで測定した中心線平均粗さＲａが１．２μｍ以上４μｍ以下であることを特徴とする半導体熱処理用部材が提供される。
これにより、ウェーハ裏面の傷の発生を防止して半導体ウェーハにスリップを発生させることがなく、かつ高清浄度を必要とする製造工程に適する半導体熱処理用部材が実現される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる半導体熱処理用部材の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【０００９】
図１は本発明に係わる半導体熱処理用部材の実施形態として半導体ウェーハ熱処理用治具が組込まれた半導体ウェーハ熱処理用装置の斜視図を示す。
【００１０】
図１に示すように、本実施形態の半導体ウェーハ熱処理用治具１は、ウェーハ熱処理用装置２に組込まれて使用されてウェーハボートとして使用される。
【００１１】
ウェーハ熱処理用装置２は、Ｓｉ材が用いられ、円板形状の基台３と、この基台３に開口部４が形成されるように立設された３本の支柱５、これら支柱５に設けられた多数の水平方向に延びる突起部６と、支柱５の安定と支柱５間の間隔保持のために支柱５の上端に設けられたほぼ馬蹄形状の上部固定板７で構成されている。
【００１２】
半導体ウェーハ熱処理用治具１（以下、単に治具という。）は、開口部４から挿入され、この支柱５の各々の突起部６に載置されてウェーハ熱処理用装置２に着脱に収納、配置される。
【００１３】
図１および図２に示すように、治具１は、平板状で一部が切欠されたリング状（ほぼ馬蹄形状）をなし、この馬蹄形部分に半導体ウェーハＷを支持するウェーハ受部１ｓが形成されている。
【００１４】
さらに、図３に示すように、治具１にはカーボン基材１ａにＳｉＣ膜１ｂを形成してなるＳｉＣ被覆カーボンが用いられ、ＳｉＣ膜１ｂの表面は、何かしらの加工が施された加工面ではなくＣＶＤコーティング等での結晶成長によって得られたそのままの面であるＳｉＣ結晶成長面からなり、その膜厚が３０μｍ以上１５０μｍ以下であり、ＳｉＣ被膜の表面にて観察されるＳｉＣ結晶が粒径１０μｍ以上のものが１５０μｍ×１５０μｍ以上大きな任意の面積当り８０％以上を占め、その表面の任意の位置について２００μｍ以上の長さで測定した中心線平均粗さＲａ（ＪＩＳ−Ｂ０６０１−１９８２）が１．２μｍ以上４μｍ以下になっている。
【００１５】
なお、ここで粒径とは、治具１の任意の一表面に対し垂直な方向からＳｉＣ被膜を構成する各ＳｉＣ結晶をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）にて観察した際のＳｉＣ結晶各頂点の外接円の直径をいい、また、加工とは、研磨等の機械的加工あるいはケミカルエッチング等の化学的加工を意味する。また、１５０μｍ×１５０μｍ以上大きな任意の面積でのＳｉＣ結晶の評価は、本発明のＳｉＣ結晶の特徴をより明確にするのに必要な観察視野の広さを特定している。
【００１６】
治具１に用いられるＳｉＣ被覆カーボンを製造するには、予め当該製品形状をＳｉＣよりも熱膨張係数の大きな基材カーボンに賦与し、ＳｉＣを少なくとも１回１５００℃以上１８５０℃以下の温度で被覆した後、その表面の少なくとも一部を所定の表面粗さにまで研磨し、その後再度ＳｉＣを１５００℃℃以上１８５０℃以下の温度で少なくとも１回被覆する。
【００１７】
上記のようにして得られた治具１は、表面がＳｉＣのファセット、結晶軸、格子点（ＳｉＣ結晶成長）からなる結晶性が高く耐食性に優れ、従来法では達成されないような表面粗さが制御されている。
【００１８】
上記表面をファセット、結晶軸、格子点（ＳｉＣ結晶成長）のみで構成するのは、最表面の構造を熱力学的に最も安定な状態とするためである。ここでＳｉＣ膜厚が３０μｍ未満では、ＳｉＣ膜が薄く、基材との熱膨張係数差による熱変形に耐えられず、破損または変形し、実用に耐えない。一方ＳｉＣ膜厚が１５０μｍを超えるとＳｉＣ膜がほとんど熱変形できず、加熱時にＳｉＣ膜にクラックが発生し、実用に耐えない。ＳｉＣ膜の性状として、１０μｍ以上の粒子が８０％以上を占有するとしたのは、ＳｉＣ膜では粒界とファセットの耐食性が大きく異なり、粒界部を起点として侵食されるのを防ぐためである。１０μｍ未満の粒子ではファセットの面積に対する粒界の割合が比較的高いために、粒界からＳｉＣ膜が侵食され易く、この割合が２０％を超えると１０μｍ未満の粒子付近を起点としたＳｉＣ膜の侵食が、基材近傍まで到達するのに要する時間が短くなり、部材の寿命を短縮する。
【００１９】
本発明において、Ｒａを１．２μｍ以上としたのは、Ｒａが１．２μｍより小さいと例えばシリコンウェーハを載置して熱処理した際のＳｉＣとＳｉの固着を防止するためである。一方、Ｒａを４μｍ以下としたのは、Ｒａが４μｍを超えると、鋭利な凹凸の発生が激しくなるため、ウェーハ裏面に傷（スクラッチ）を与え、スリップを引起すためである。
【００２０】
図１に示すように、半導体ウェーハ熱処理用治具１が組込まれ、シリコンウェーハＷがウェーハ受部１ｓに載置されたウェーハ熱処理用装置２を熱処理炉に入れて、熱処理を行なうが、治具１のウェーハ受部１ｓはその表面のＳｉＣ結晶の発達が抑制されて、ＳｉＣ被膜の表面にて観察されるＳｉＣ結晶が粒径１０μｍ以上のものが１５０μｍ×１５０μｍ以上大きな任意の面積当り８０％以上を占め、その表面の任意の位置について２００μｍ以上の長さで測定した中心線平均粗さＲａが１．２μｍ以上４μｍ以下に制御されているので、半導体ウェーハの裏面に傷が付かず、スリップ発生もない。また、ＳｉＣの表面に研磨面、加工面が露出しないので、ＳｉＣダストの発生が大幅に抑制され、図４に示す従来の状態のように製品内部の不純物や酸化炉内の不純物がウェーハ表面に凝集してしまうことがなく、高清浄度の熱処理が行なえる。
【００２１】
なお、上記実施形態では、半導体ウェーハ熱処理用治具をＳｉ製の半導体ウェーハ熱処理用装置に組込んだ例で説明したが、ＳｉＣ製等他の材質の半導体ウェーハ熱処理用装置に組込んでも、さらに、本発明に係わる半導体熱処理用部材を半導体ウェーハ熱処理に適するリング状、円板状等種々の形状にして用いても、本発明の効果が得られる。本発明に係わる半導体熱処理用部材を半導体ウェーハ熱処理に適する種々の形状にしたものも本発明の範囲に属する。
【００２２】
【実施例】
［試験］下記のようにＳｉＣ膜の条件を変化させた試料を作製し、シリコン製ボートに装着し、ウェーハ受部にシリコンウェーハを載置してＡｒガス雰囲気下１３００℃で２時間処理を繰返し、ウェーハ裏面傷、ＳｉＣダクト発生および耐用回数について調べた。
【００２３】
［試料］（実施例１）１６００〜１８００℃の温度で２０〜０．１トールの減圧に保持された反応室内の反応ゾーンに、ウェーハ受部が形成されたカーボン基材（Ｃ源）を配置し、一酸化ケイ素ガス（Ｓｉ源）を反応室内に導入し、基材表面にＳｉＣ膜を形成した。このＳｉＣ膜を形成する一つの結晶粒は３０〜１８０μｍであった。このサセプタのウェーハ受部をＲａ０．９μｍに研磨し、その後再び１６００〜１８００℃の温度で２０〜０．１トールの減圧に保持された反応室内の反応ゾーンに、上記ウェーハ受部を研磨したＳｉＣ被覆カーボンを配置し、一酸化ケイ素ガスを反応室内に導入し、表面にＳｉＣ結晶を形成して、ＳｉＣ被覆カーボンを得た。
なお、実施例及び比較例におけるＲａとは、接触式表面粗さ計を用い、ＪＩＳ−Ｂ０６０１−１９８２に基づき、算出された中心線平均粗さを意味する。
（実施例２）ウェーハ受部研磨時の表面粗さをＲａ０．２μｍとする以外は実施例１と同様にしてＳｉＣ被覆カーボンを得た。
（実施例３）ウェーハ受部研磨時の表面粗さをＲａ０．１μｍとする以外は実施例１と同様にしてＳｉＣ被覆カーボンを得た。
【００２４】
（比較例１）実施例１のＳｉＣ被覆カーボンのウェーハ受部表面を研磨してＳｉＣ被覆カーボンを得た。
（比較例２）ウェーハ受部研磨時の表面の表面粗さをＲａ１．４μｍとする以外は実施例１と同様にしてＳｉＣ被覆カーボンを得た。
（比較例３）ウェーハ受部研磨時の表面の表面粗さをＲａ０．０４μｍ（鏡面）とする以外は実施例１と同様にしてＳｉＣ被覆カーボンを得た。
（比較例４）作製時の処理温度を１１００〜１４００℃にする以外は実施例１と同様にしてＳｉＣ被覆カーボンを得た。なお、このときＳｉＣ膜を形成する結晶粒は１０μｍ未満の粒子を１５％含んでいた。
（比較例５）ＳｉＣ膜形成時間を１／４とする以外は実施例２と同様にしてＳｉＣ被覆カーボンを得た。なお、このときＳｉＣ膜厚は２０μｍであった。
（比較例６）実施例１の工程を２回繰返して、ＳｉＣ被覆カーボンを得た。なお、このときＳｉＣ膜厚は１８０μｍであった。
【００２５】
［結果］
【表１】

【００２６】
表１からもわかるように、本発明の範囲内のＳｉＣ膜厚、粒径１０μｍ以上のＳｉＣ結晶粒子の占有率およびウェーハ受部表面粗さＲａを有する実施例１〜３は、いずれもウェーハ裏面傷がなく、ＳｉＣダスト発生もなく、さらに、耐用回数が１５８〜１３９回と極めて多かった。
【００２７】
これに対して、各条件とも本発明の範囲内であるが、研磨面の露出がある比較例１は、ＳｉＣダスト発生があり、さらに、耐用回数が実施例１〜３に比べて、３２〜２２％低下した。
【００２８】
ウェーハ受部表面粗さの線粗さが本発明の範囲外（超）である比較例２は、耐用回数が実施例１並に優れているが、ウェーハ裏面に傷が発生した。
【００２９】
ウェーハ受部表面粗さの線粗さが本発明の範囲外（未満）である比較例３は、ＳｉＣダスト発生があり、さらに、耐用回数が実施例１の６０％に低下した。
【００３０】
粒径１０μｍ以上のＳｉＣ結晶粒子の占有率が本発明の範囲外（未満）である比較例４は、ＳｉＣダスト発生があり、さらに、耐用回数が実施例１の５１％に低下した。
【００３１】
ＳｉＣ膜厚が本発明の範囲外（未満）である比較例５は、ウェーハ裏面の傷およびＳｉＣダストの発生が共にないが、耐用回数が実施例１の１２％（１９回）と著しく低下した。
【００３２】
ＳｉＣ膜厚が本発明の範囲外（超）である比較例６は、ウェーハ裏面の傷およびＳｉＣダストが共に発生し、さらに、耐用回数が実施例１の６２％に低下した。
【００３３】
【発明の効果】
本発明に係わる半導体熱処理用部材によれば、ウェーハ裏面の傷の発生を防止して半導体ウェーハにスリップを発生させることがなく、かつ高清浄度を必要とする製造工程に適する半導体熱処理用部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる半導体熱処理用部材の実施形態が組込まれた半導体ウェーハ熱処理用装置の斜視図。
【図２】本発明に係わる半導体熱処理用部材の実施形態の平面図。
【図３】本発明に係わる半導体熱処理用部材の実施形態の断面図。
【図４】従来のウェーハ熱処理用治具の使用状態を示す概念図。
【符号の説明】
１治具
１ａ基材
１ｂＳｉＣ膜
１ｓウェーハ受部
２ウェーハ熱処理用装置

Claims

カーボン質基材の表面にＳｉＣ被膜を形成してなり、シリコンウェーハを載置するウェーハ受部を備えた半導体熱処理用部材であって、
前記ウェーハ受部のＳｉＣ被膜の表面はＳｉＣ結晶成長面からなり、前記ＳｉＣ被膜の厚さが３０μｍ以上１５０μｍ以下であり、
前記ＳｉＣ被膜の表面にて観察されるＳｉＣ結晶が粒径１０μｍ以上のものが１５０μｍ×１５０μｍ以上大きな任意の面積当り８０％以上を占め、かつ、前記ＳｉＣ結晶成長面の任意の位置での２００μｍ以上の長さで測定した中心線平均粗さＲａが１．２μｍ以上４μｍ以下であることを特徴とする半導体熱処理用部材。