JPH08191096A

JPH08191096A - 半導体用治具

Info

Publication number: JPH08191096A
Application number: JP117295A
Authority: JP
Inventors: Osamu Nakamura; 修中村; Toshifumi Kanamori; 稔文金森
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-01-09
Filing date: 1995-01-09
Publication date: 1996-07-23

Abstract

(57)【要約】【構成】基材として黒鉛が用いられ、表面が炭化珪素膜
２６ａ、２６ｂで被覆された、例えば、サセプタのよう
なウエハポケット２１を有する半導体用治具であって、
ウエハポケットのコーナー部に、円もしくは楕円状等の
コーナーのない形状の溝４０が形成された半導体用治
具。【効果】熱膨張率の大きな黒鉛基材を使用した場合にお
いても炭化珪素膜の剥離を防止することができ、基材と
して使用する黒鉛の熱膨張率の許容範囲をより広くとる
ことができるので、製造コストを大幅に低下させること
が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面が炭化珪素膜で被
覆された黒鉛製の半導体用治具、より詳細には、主とし
て半導体製造プロセスにおいてウエハの熱処理に用いら
れるサセプタ等の熱処理用治具に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造プロセスでの諸処理におい
て、ウエハを直接取り扱う治具（ウエハ治具）として、
例えば、表面にウエハとほぼ同径で深さが１ｍｍ程度以
下の窪み（ウエハポケット）が形成されたサセプタと称
する治具が用いられる。この治具は高周波誘導加熱によ
り高温に熱せられ、かつ腐食性の強い雰囲気下で使用さ
れるので、基材としては高純度黒鉛材が用いられるが、
更に、この基材からの不純物によって製品（ウエハ）が
汚染されないように、その表面に厚さが２００μｍ程度
以下の緻密で欠陥のない炭化珪素膜がコーティングされ
た状態で使用に供される。

【０００３】半導体デバイスの製造においては、気相成
長装置を用い、外部と遮断された容器内に置かれたウエ
ハ上に反応性ガスを供給し、ウエハの表面に薄膜を形成
する工程がある。図１はこのような気相成長装置の一例
の概略縦断面図である。気相成長装置３０は石英製のチ
ャンバ３１とチャンバベース３２によって外部と隔離さ
れており、チャンバ内の中心部には略円筒形状の支持台
３３が回転可能な状態で配置されている。支持台３３の
上面には前記のサセプタ２０が取り付けられており、そ
の上面には複数個のウエハポケット２１が設けられ、ウ
エハ２７が載置されている。

【０００４】サセプタ２０の中央には開口部２２が形成
されており、支持台３３の上部には開口部２２を貫いて
ノズル３４が接続されている。ノズル３４には複数個の
ノズル孔３４ａが形成されており、支持台３３の中空部
３３ａに導入された原料ガスがノズル孔３４ａからウェ
ハ２７表面に対し、略平行に供給されるようになってい
る。支持台３３周辺のチャンバベース３２には原料ガス
の排出口３５が形成されている。またサセプタ２０の下
方にはコイル３６が配設されており、サセプタ２０が１
０００℃前後の温度に誘導加熱されるようになってい
る。

【０００５】図２はサセプタ２０の拡大図で、（ａ）は
平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。基台
２３は等方性黒鉛材からなり、例えば、直径約７００m
m、厚さ約２０mmの円盤形状をなし、その中央には開口
部２２が設けられ、開口部２２および基台２３の周縁に
はアール部２３ａが形成されている。基台２３の上面２
４には、ウエハ２７の直径よりひと回り大きく、ウエハ
２７の厚さとほぼ同一の深さを有する円形座繰り形状の
ウエハポケット２１が複数個設けられている。

【０００６】さらに、ウエハポケット２１を含む基台上
面２４および基台下面２５は、ウエハ２７上に薄膜を形
成する際の基台２３中の不純物の放出によるウエハ２７
や気相成長装置３０内の汚染を防止するために、炭化珪
素膜２６ａ、２６ｂで完全にコーティングされている。
なお、炭化珪素膜２６ａ、２６ｂはＣＶＤ法等により約
２００μm 以下の同一厚さで形成されている。

【０００７】上記のサセプタを製造するには、すなわち
黒鉛基材上に炭化珪素膜をコーティングするには、緻密
な炭化珪素膜を迅速に得るため、主に熱ＣＶＤ法等が用
いられる。熱ＣＶＤ法は、高温下に保持した基材に原料
ガスを吹き付け、基材上での原料ガスの熱分解反応によ
り膜を析出させる手法であり、１２００℃以上で、減圧
〜常圧の反応条件下で、シラン系ガスを原料として用い
る。

【０００８】ところが、ＣＶＤ法により生成させた炭化
珪素（ＣＶＤ−ＳｉＣ）と黒鉛材とでは、表１に示すよ
うに物性値（熱膨張率および弾性率）が異なるため、コ
ーティング温度から室温に冷却する場合、あるいは炭化
珪素膜をコーティングしたサセプタを使用温度から室温
に冷却する場合に、炭化珪素膜に熱応力が発生する。

【０００９】この時、両者の熱膨張率の差がある程度以
上あると、ウエハポケット内のコーナー部、すなわちウ
エハポケットの底部と周辺部との境界部で膜が破断し、
基材から剥離する。なお、表１において、黒鉛材が一定
の物性値を示さないのは、物性値が黒鉛材の原料性状等
により左右されるからである。

【００１０】

【表１】

【００１１】この炭化珪素膜の剥離は、成膜直後のみな
らず製品の使用途中においても発生するため、製品歩留
まりの低下にとどまらず、ユーザーからのクレームが発
生し、問題となる場合がある。このため、黒鉛材の物性
値を厳しく管理する必要があり、製造コストの上昇につ
ながっていた。

【００１２】上記の問題を解決するため、従来、幾つか
の提案がなされている。例えば、特公平５−８３５１７
号公報では、黒鉛と炭化珪素との熱膨張率の差を緩和す
るため、黒鉛基材表層の気孔内に溶融珪素を含浸させて
珪化し、黒鉛基材表層の熱膨張率を炭化珪素のそれに近
づけておいて、その上に更に炭化珪素をコーティングす
る黒鉛−炭化珪素複合体の製造法が提案されている。

【００１３】また、特開平１−１４５４００号公報に記
載されるシリコンウエハ加熱用治具は、黒鉛とその表面
に形成されるＳｉＣ被膜の密着性の悪さが剥離の原因で
あるとし、その対策として、黒鉛基板表面に高温でＳｉ
Ｏガスを作用させて中間層ＳｉＣを形成させ、次いでそ
の表面にＳｉＣ被膜を蒸着させることにより密着性の向
上をはかり、ＳｉＣ被膜の剥離を防止しようとするもの
である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の溶融Ｓ
ｉにより黒鉛基材表層を珪化した場合（特公平５−８３
５１７号公報）、非常に強固なＳｉＣ層ができるため、
実質的にはＳｉＣ膜をコーティングした場合と同様にな
り、黒鉛基材の熱膨張率によってはやはり剥離が生じ
る。また、珪化層を薄くしてこれを避けようとすると、
その効果が小さくなり、改善の意味をなさない。また、
特開平１−１４５４００号公報に記載の発明により得ら
れる中間層ＳｉＣは強度が十分ではなく、その部分から
剥離する場合がある。

【００１５】さらに、上記のいずれにおいても、従来の
製造プロセスに対して新たなプロセスの付与が必要にな
るので、製造コストの上昇は避けられない。

【００１６】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、サセプタ等の製造時あるいは使用時における
炭化珪素膜の剥離を防止し、基材として使用する黒鉛の
許容物性条件を緩やかにして、製造コストの上昇の抑制
ないしは低下を図ることを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の課題
を解決するために検討を重ねた結果、炭化珪素膜（以
下、「ＳｉＣ膜」あるいは単に「膜」という）の剥離は
ウエハポケットの形状に起因する引張応力の発生による
ものであることを見いだした。すなわち、黒鉛基材の熱
膨張率は炭化珪素（ＳｉＣ）の熱膨張率より大きく、高
温から室温まで冷却した場合、ＳｉＣには圧縮応力のみ
が発生するので、膜の剥離や膜破断等の現象が起こるこ
とは考えにくいが、黒鉛基材の構造がウェハーポケット
等に見られるように段形状をなす場合は、そのコーナー
部の近傍でＳｉＣ膜に対して引張応力が発生し、この引
張応力によって膜が破断するのである。発生する引張応
力の大きさは黒鉛基材とＳｉＣ膜の熱膨張率の差の大小
に対応する。

【００１８】従って、製品（サセプタ等）の性能を損な
わない範囲でウエハポケットのコーナー部近傍に発生す
る応力を緩和できる形状とすることによりＳｉＣ膜の剥
離を防止することが可能と考えられ、検討の結果、コー
ナー部に溝を設けることによって引張応力の発生を緩和
し、膜の剥離を防止できることを確認した。

【００１９】本発明は上記の知見に基づいてなされたも
ので、その要旨は、下記の半導体用治具にある。

【００２０】表面が炭化珪素膜で被覆された、ウエハポ
ケットを有する黒鉛製の半導体用治具であって、前記ウ
エハポケット内のコーナー部に溝が形成されていること
を特徴とする半導体用治具。

【００２１】図３は本発明に係るサセプタの模式図で、
（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図であ
る。この図に示すように、ウエハポケット２１のコーナ
ー部全周にわたって小さな溝４０が形成されている。

【００２２】

【作用】ウエハポケットを上記のような形状とすること
による応力緩和効果について、サセプタを例にとって以
下に詳細に述べる。

【００２３】本発明者等はＳｉＣ膜の剥離剥離現象を解
明するため、熱膨張率の異なる種々の黒鉛基材からなる
サセプタにＳｉＣ膜をコーティングし、そのウエハポケ
ットのコーナ部近傍ならびにその上縁角部近傍の断面の
詳細観察を行った。その結果、ＳｉＣ膜の剥離を起こし
ていない基材においても、そのコーナー部近傍ならびに
その上縁角部近傍（以下、単に「角部近傍」という）に
おいて微細なクラックが発生している場合があることを
見出した。そこで、コーナー部及び角部近傍について応
力解析を行った結果、図４に模式的に示すように、高温
状態から室温まで冷却する際、ＳｉＣ膜２６ａのコーナ
ー部及び角部（それぞれ、図中の○で囲んだ部分）の近
傍（Ａ及びＢで示した部分）において変形が生じ、その
結果、Ａ部及びＢ部に引張応力が集中して発生すること
が判明した。発生応力量はＡ部の方が大きく、Ａ部が破
断したのちにＢ部が破断し、被膜の剥離が生じるものと
考えられる。

【００２４】図４に示したＳｉＣ膜２６ａの変形の状態
から、膜２６ａの破断及び剥離の原因となる引張応力の
発生は、コーナー部及び角部が剛性の高い形状となって
いるため変形しにくく、その部分に隣接するＡ部及びＢ
部に応力が集中するものと考えられる。

【００２５】従って、ＳｉＣ膜２６ａのコーナー部を、
より変形しやすく、応力が分散する形状とすることによ
り膜２６ａの破断、剥離を防止することができる。な
お、コーナー部を変形しやすい形状にすれば、前記の角
部近傍における変形も緩和される。

【００２６】その具体的な形状としては、溝があげられ
る。図５はこのような溝の一例の断面を模式的に示した
図で、（ａ）は断面が略楕円状の溝４０がＳｉＣ膜２６
ａのコーナー部のウエハポケット底部側に設けられた場
合、（ｂ）は断面が円形の溝４０がコーナー部の中央
（ウエハポケットの底部と周壁部の境界）に設けられた
場合である。溝４０の断面形状は、上記のような円もし
くは楕円状等のコーナーのない形状であることが望まし
い。これによって、従来の段形状のウエハポケットにお
いては点に集中していた力を溝部全体で受けるようにな
り、応力が緩和され、ＳｉＣ膜の破断、剥離を防止する
ことができる。

【００２７】溝のサイズとしては、溝の断面形状を略円
形の一部と見立てた場合、その直径がＳｉＣ膜厚の３倍
以上数ｍｍ以下であるのが好ましい。直径が膜厚の３倍
以上であれば応力緩和効果があり、溝の端部がウエハの
端部から中心側に数ｍｍを超えて広がっていなければウ
エハに与える影響は小さい。より高品位のウエハを処理
する場合は、溝の直径が｛（ウエハポケット直径−ウエ
ハ径）／２｝以下、すなわち、溝の端部がウエハの端部
より中心側に入っていないことが望ましく、この場合
は、製品に対する影響は全く認められない。

【００２８】上記のように、本発明の半導体用治具にお
いては、ウエハポケットのコーナー部に小さな溝が形成
されているので、高温状態から室温まで冷却される際に
生じる応力を緩和し、ＳｉＣ膜の破断、剥離を防止する
ことができる。その結果、基材として使用する黒鉛の熱
膨張率の許容範囲を広げることができ、製造コストの低
下が可能となる。

【００２９】

【実施例１】熱膨張率５．２の黒鉛材を図２に示したサ
セプタに加工し、更に、ウエハポケットのコーナー部の
底部側に（すなわち、前記図５（ａ）に示したように）
溝を形成した後、その表面に、２０％ＣＨ₃ＳｉＣ１₃
（水素で希釈）を原料として１３５０℃で反応させて厚
さ１５０μｍのＳｉＣ膜をコートした。なお、溝の断面
形状は略円形で、その直径を６００μｍとした。次い
で、室温まで冷却したが、ＳｉＣ膜の破断、剥離は生じ
ず、またウエハの処理に５００回使用しても問題は発生
しなかった。

【００３０】

【実施例２】熱膨張率５．１の黒鉛材を同じく図２に示
したサセプタに加工し、更に、ウエハポケットのコーナ
ー部中央に（すなわち、前記図５（ｂ）に示したよう
に）溝を形成し、実施例１におけると同じ条件で表面に
厚さ１５０μｍのＳｉＣ膜をコートした。なお、溝の断
面形状は略円形で、その直径を１ｍｍとした。次いで、
室温まで冷却したが、ＳｉＣ膜の破断、剥離は生じず、
また１０００回の使用にも問題は発生しなかった。

【００３１】

【比較例１】熱膨張率５．２の黒鉛材を図２に示したサ
セプタに加工し、実施例１におけると同じ条件で表面に
厚さ１５０μｍのＳｉＣ膜をコートした。次いで、室温
まで冷却したところ、ウエハポケット内の周辺部にＳｉ
Ｃ膜の破断が発生した。

【００３２】

【比較例２】熱膨張率５．１の黒鉛材を同じく図２に示
したサセプタに加工し、実施例１におけると同じ条件で
表面に厚さ１５０μｍのＳｉＣ膜をコートした。次い
で、室温まで冷却し、ＳｉＣ膜に破断、剥離のないサセ
プタが得られたが、このサセプタをウエハの処理に使用
したところ、使用１００回でウエハポケット内の周辺部
にＳｉＣ膜の破断が発生した。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係わるサ
セプタ等の半導体用治具においては、ウエハポケットの
コーナー部に小さな溝が形成されているので、熱膨張率
の大きな黒鉛基材を使用した場合においてもＳｉＣ膜の
剥離を防止することができる。

【００３４】従って、基材として使用する黒鉛の熱膨張
率の許容範囲をより広くとることができ、製造コストを
大幅に低下させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】気相成長装置の一例の概略縦断面図である。

【図２】気相成長装置に取り付けられている従来のサセ
プタの模式図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ
−Ｘ線断面図である。

【図３】本発明に係るサセプタの模式図で、（ａ）は平
面図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。

【図４】ウエハポケットのコーナー部及び角部近傍にお
けるＳｉＣ膜の熱応力による変形の説明図である。

【図５】ウエハポケットのコーナー部に形成された溝の
一例の断面を模式的に示す図で、（ａ）は断面が略楕円
状の溝がＳｉＣ膜のコーナー部のウェハーポケット底部
側に設けられた場合、（ｂ）は断面が円形の溝がコーナ
ー部の中央に設けられた場合である。

【符号の説明】

２０：サセプタ、２１：ウエハポケット、２２：開口
部、２３：基台、２４：基台上面、２５：基台下面、２
６ａ及び２６ｂ：炭化珪素（ＳｉＣ）膜、２７：ウエ
ハ、３０：気相成長装置、３１：チャンバ、３２：チャ
ンバベース、３３：支持台、３４：ノズル、３５：原料
ガス排出口、３６：ヒータ、４０：溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面が炭化珪素膜で被覆された、ウエハポ
ケットを有する黒鉛製の半導体用治具であって、前記ウ
エハポケット内のコーナー部に溝が形成されていること
を特徴とする半導体用治具。