| 【発明の名称】 |
半導体熱処理用ダミーウェーハ |
| 【発明者】 |
【氏名】市島 雅彦
【氏名】外谷 栄一
【氏名】永田 智浩
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| 【要約】 |
【課題】使用時の熱応力や繰り返し使用による応力の蓄積によるクラックや割れを防止し、長寿命化、ＣＶＤ等の工程歩留も高く、さらにＣＶＤ等の操炉回数もく生産性向上にも寄与する半導体熱処理用ダミーウェーハを提供する。
【解決手段】ヤング率が２５ＧＰａ〜３５ＧＰａであるガラス状カーボン基材よりなることを特徴とする半導体熱処理用ダミーウェーハ。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ヤング率が２５ＧＰａ〜３５ＧＰａであるガラス状カーボン基材よりなることを特徴とする半導体熱処理用ダミーウェーハ。
【請求項２】 上記ガラス状カーボン基材は耐熱衝撃温度が７００℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体熱処理用ダミーウェーハ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体熱処理用ダミーウェーハに係わり、特にガラス状カーボン基材で形成される半導体熱処理用ダミーウェーハに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から半導体回路装置の製造において、半導体ウェーハは熱処理炉の炉芯管内で各種の熱処理が施されているが、これらの熱処理はボート等の保持装置に被処理ウェーハを載置し、被処理ウェーハが載置された保持装置を加熱された炉芯管内に装入して、更に昇温し処理ガスを導入して熱処理するものである。
【０００３】これらの熱処理炉においては、従来から複数のダミーウェーハをボートの所定箇所に載置し、導入されるガスが被処理ウェーハに直接あたらないようにしてウェーハの汚染を防止している。また、ダミーウェーハによりガス流を制御して炉内の均熱化が図られており、熱処理炉用のダミーウェーハは、シリコン製、石英製およびＳｉＣ製のものが主として使用されている。
【０００４】さらに、ＣＶＤ工程においても、炉内での均熱やＣＶＤ膜厚の均一化のため、ダミーウェーハが使用されており、ダミーウェーハ上にもＣＶＤにより成膜され、その膜厚が厚くなると膜剥離が生じ、この剥離した膜がシリコンウェーハの上に落下してパーティクルとなるため、一定時間使用すると酸洗浄を行ない、ダミーウェーハ上に付着した被膜を除去した後、再使用するのが一般的である。
【０００５】またＳｉＣ製ダミーウェーハは酸洗浄による消耗は比較的少なく繰返し使用が可能であるが、基材自体の耐熱衝撃性が低くヤング率が大きいため、使用時の熱衝撃や繰返し使用による応力の蓄積、ＣＶＤ膜種との熱膨脹係数の違いによる熱応力により、クラックや割れが発生する問題がある。
【０００６】このクラックや割れが発生した場合、多量のパーティクルが発生するため、炉内部材の全ての洗浄を行わなければならない。
【０００７】上述したダミーウェーハの問題点を解決するため、本願発明者等は特開平９−１３９３２９号のようなガラス状カーボン製ダミーウェーハを提案している。
【０００８】この発明者等が開示したダミーウェーハは、熱膨張係数が３．０〜３．５×１０-6／℃であるガラス状カーボン基材で形成し、かつ少なくとも一面の表面粗さＲａが３〜３０μｍに形成したものである。この開示のダミーウェーハは、成膜処理に用いて剥離等のダストの発生を防止することができ、また、成膜中にダミーウェーハ上に付着する被膜を処理工程中強固に保持することができ、さらに被膜の剥離によるウェーハ汚染を防止することができるので、歩留りよく均質な処理ウェーハを得ることができる。また、ダミーウェーハに用いられるガラス状カーボン基材は、耐食性および耐熱性に優れ、ダミーウェーハとしての要件を充分に満足し、特に、ダミーウェーハ上の被膜をフッ酸やフッ硝酸水溶液等で洗浄除去して表面状態を回復再生でき、再使用が可能であり実用的である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本願発明者等は上記開示されたガラス状カーボン製ダミーウェーハをさらに改良したもので、本発明に係わるガラス状カーボン製ダミーウェーハは、使用時の熱応力や繰り返し使用による応力の蓄積によるクラックや割れを防止し、長寿命化、ＣＶＤ等の工程歩留の向上、さらにＣＶＤ等の操炉回数向上させて生産性向上にも寄与する半導体熱処理用ダミーウェーハを提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するためになされた本願請求項１の発明は、ヤング率が２５ＧＰａ〜３５ＧＰａであるガラス状カーボン基材よりなることを特徴とする半導体熱処理用ダミーウェーハであることを要旨としている。
【００１１】本願請求項２の発明では上記ガラス状カーボン基材は耐熱衝撃温度が７００℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体熱処理用ダミーウェーハであることを要旨としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳しく説明する。
【００１３】一般に、熱処理に使用されるダミーウェーハは、石英製ボートに載置される被処理シリコンウェーハとほぼ同等の形態に形成され、例えば直径が２００ｍｍ、厚さが約８００μｍである。また、ボートに載置される本発明に係わるダミーウェーハの枚数及び載置位置は、各処理条件に応じて適宜選択される。通常、ボートの上部と下部に、それぞれ約１〜１５枚ずつ載置される。
【００１４】本発明に係わるダミーウェーハを形成するガラス状カーボン基材は、外観がガラス状の高硬質炭素で、耐摩耗性、ガス不透過性であり、基本的に固相炭素化により製造されるものである。
【００１５】本発明において、好ましいガラス状カーボン基材は耐熱衝撃温度７００℃以上で、ヤング率が２５ＧＰａ〜３５ＧＰａである。
【００１６】ダミーウェーハを用い半導体熱処理により成膜処理される場合、ダミーウェーハ上にも成膜組成物が形成されることになるが、本願発明者らによれば、異なる材質（基材）に形成される被膜が圧縮応力には強いが引張り応力には弱いことが知見された。
【００１７】この異なる材質に形成された被膜は、引張り応力には弱いため、成膜組成物の熱膨張係数より大きな熱膨張係数を有する基材のダミーウェーハにすれば、高温のダミーウェーハ上に形成される被膜は、成膜後の冷却時において剥離や反りが低減することを見出した。
【００１８】上記ガラス状カーボン基材で形成された本発明に係わるダミーウェーハは、基材の耐熱衝撃温度が７００℃以上であるので、熱処理に使用時の熱衝撃や繰返し使用による応力の蓄積に起因したクラックや割れを防止することができる。
【００１９】ガラス状カーボン基材の耐熱衝撃温度が７００℃未満であると、使用時の熱衝撃や蓄積された応力によりクラックや割れが発生する。また基材のヤング率が２５ＧＰａ〜３５ＧＰａであるので、基材とＣＶＤ膜種との熱膨脹係数の違いにより生じる熱応力を基材の反りにより逃がすことができるため、基材のクラックや割れを防止することができる。基材のヤング率が３５ＧＰａより大きいと、基材とＣＶＤ膜種との熱膨脹係数の違いにより生じる熱応力を基材の反りにより逃がすことができず、基材のクラックや割れを防止することができず、またヤング率が２５ＧＰａより小さいと基材の反り量が大きくなり同様にクラックや割れが発生する。
【００２０】本発明で用いるガラス状カーボン基材は、一般に、極めて高硬度であり加工が困難であることから、予め所定形状に成形した後、炭素化して製造する。
【００２１】例えば、フラン系樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下、約８００℃以上の温度で緩やかに長時間焼成することにより生成される。
【００２２】特に、本発明に用いるガラス状カーボンとしては、熱硬化性樹脂に有機スルホン酸を添加して常温重合させ流動状重合物とし、流動状態で成形型に注入して緩やかに昇温して硬化させて成形体を形成し、得られた成形体を８００〜１２００℃に所定の速度で昇温して焼成炭化し、要すれば表面加工した後、更に、２０００〜２５００℃に加熱して純化処理する方法である。この方法で得られるガラス状カーボン基材は、基材の熱衝撃性が高く、ヤング率が小さい、すなわち、耐熱衝撃温度７００℃以上で、ヤング率が２５ＧＰａ〜３５ＧＰａであり、基材のクラックや割れを防止する場合に適用することができ、さらに粒界が存在することなく、最大気孔径が０．１μｍ以下の極小で開気孔率が０．０１％以下のものも製造することができ、特に、カーボン微粒子等の飛散のおそれがなく、汚染を極端に嫌う場合に適用することができる。
【００２３】本発明に係わるダミーウェーハは、上記ガラス状カーボン基材で構成されて、耐熱性、熱伝導性に優れてクラックや割れに強く、また、清浄性に富むのでポリシリコンの成膜処理においてはダスト発生防止に効果がある。さらにガラス状カーボン基材は高耐食性であり、ＨＮＯ3 −ＨＦ水溶液で表面洗浄することができるので、簡便に表面状態を回復させることができる。
【００２４】
【実施例】（１）評価試験の目的ダミーウェーハを用いＣＶＤを行い、■ダミーウェーハの寿命■製品ウェーハのＣＶＤ工程歩留■ＣＶＤ操炉回数を調べる。
【００２５】（２）試料の作製■実施例フリフリルアルコールに０．４重量部のｐ−トルエンスルホン酸を添加重合して得られた流動性ポリマーを用い、直径２６０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの円板形状に成形し、加熱して硬化した。この硬化体を窒素雰囲気中で１０℃／ｈｒの速度で昇温し、１０００℃で加熱焼成し、さらに表面加工し、表面加工後２０００℃水素雰囲気炉内で脱炭処理を行い、基材の耐熱衝撃温度（ΔＴ）８００℃で、ヤング率２８ＧＰａ、直径２００ｍｍ、厚さ約８００μｍのガラス状カーボン製ダミーウェーハを得た。
【００２６】■比較例１フリフリルアルコールに０．４重量部のｐ−トルエンスルホン酸を添加重合して得られた流動性ポリマーを用い、直径２６０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの円板形状に成形し、加熱して硬化した。この硬化体を窒素雰囲気中で７℃／ｈｒの速度で昇温し、１０００℃で加熱焼成し、さらに表面加工し、表面加工後約１０００℃水素雰囲気炉内で脱炭処理を行い、基材の耐熱衝撃温度（ΔＴ）６００℃で、ヤング率４７ＧＰａ、直径２００ｍｍ、厚さ約８００μｍのガラス状カーボン製ダミーウェーハを得た。
【００２７】■比較例２フリフリルアルコールに０．４重量部のｐ−トルエンスルホン酸を添加重合して得られた流動性ポリマーを用い、直径２６０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの円板形状に成形し、加熱して硬化した。この硬化体を窒素雰囲気中で１３℃／ｈｒの速度で昇温し１０００℃で加熱焼成し、さらに表面加工し、表面加工後３３００℃水素雰囲気炉内で脱炭処理を行い、基材の耐熱衝撃温度（ΔＴ）１０００℃で、ヤング率２０ＧＰａ、直径２００ｍｍ、厚さ約８００μｍのガラス状カーボン製ダミーウェーハを得た。
【００２８】■従来例ＳｉＣダミーウェーハを用意した。このＳｉＣダミーウェーハは直径２００ｍｍ、厚さ約８００μｍの円板形状で基材の耐熱衝撃温度（ΔＴ）３５０℃で、ヤング率３２０ＧＰａである。
【００２９】（３）評価試験方法ポリシリコンのＣＶＤ工程において、各試料をボートの上下に各１０枚ずつの合計２０枚を載置する。酸洗浄は堆積した膜厚が１０μｍに達した時点で行い、再使用する。
【００３０】ダミーウェーハにクラックや割れが発生した場合には、その都度新しいダミーウェーハと交換した。
【００３１】（４）評価結果評価結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
■耐熱衝撃温度（ΔＴ）が低いとクラックや割れ数が増加し、パーティクルの発生によりＣＶＤ工程歩留（ダスト歩留）が低下することがわかった。
【００３３】実施例は、耐熱衝撃温度が８００℃で、耐熱衝撃温度１０００℃の比較例２と共にダストによるパーティクルの発生は極めて少なく、パーティクルが発生したＣＶＤウェーハを除外した製品歩留は９７％と高位にある。
【００３４】耐熱衝撃温度６００℃の比較例１、耐熱衝撃温度３５０℃の従来例では共にクラックの発生があり、クラック発生により多量のダストを発生し、パーティクルにより製品歩留はそれぞれ７９％、７１％と低い。
【００３５】■ヤング率が大きいとＣＶＤによってダミーウェーハ表面に堆積した被膜がこの被膜とダミーウェーハ基材の熱膨脹係数の違いから、被膜に応力が生じ被膜にクラックを生じ、ダスト発生数の増加につながることがわかった。
【００３６】実施例はヤング率が２８ＧＰａで、ヤング率２０ＧＰａの比較例２と共にダストの発生によるパーティクルの発生は極めて少なく、製品歩留は９７％と高位にある。
【００３７】ヤング率４７ＰＧａの比較例１、ヤング率３２０ＧＰａの従来例はで、クラックが発生し多量のダストによるパーティクルにより製品歩留はそれぞれ７９％、７１％と低い。
【００３８】■ヤング率が小さいとＣＶＤによってダミーウェーハ表面に堆積した被膜がこの被膜とダミーウェーハ基材の熱膨脹係数の違いから生じる熱応力を反りにより逃がし、ダストによる歩留低下を防止できるが、ヤング率が低すぎると、反り量が大きくなり操炉中自動搬送での不具合し、またクラックや割れの原因となってダミーウェーハの寿命は短縮され寿命までのＣＶＤ操炉回数が減少することがわかった。
【００３９】ヤング率が２８ＧＰａの実施例はＣＶＤ操炉回数が１８００回と最も高位で生産性が高い。これに対し、ヤング率が２０ＧＰａの比較例２は、上述のようにクラックの発生、突発ダスト不良発生共なく、ダスト歩留は９７％と実施例と同様に高位であるが、寿命が実施例の６ケ月に対して３ケ月と極めて短く、操炉回数も少ない。また、操炉中の反り量が大きくＣＶＤ炉の自動搬送において不都合が発生し、操炉回数も低下する。
【００４０】■実施例だけがＣＶＤ工程歩留も高く、寿命も長く、寿命までのＣＶＤ操炉回数も最も多い。
【００４１】
【発明の効果】本発明の半導体熱処理用ダミーウェーハは、ガラス状カーボンを基材としているので、酸洗浄により消耗せず、また基材のヤング率が２５ＧＰａ〜３５ＧＰａであるので、使用時の熱応力や繰り返し使用による応力の蓄積、ＣＶＤ膜種との熱膨脹係数の違いによる熱応力によるクラックの発生や割れを防止でき、寿命が長く、ＣＶＤ等の工程歩留も高く、さらにＣＶＤ操炉回数もく生産性向上にも寄与し、さらにヤング率が２５ＧＰａ〜３５ＧＰａで耐熱衝撃温度が７００℃以上なので、一層効果的に寿命を長くでき、ＣＶＤ等の工程歩留向上および生産性向上が可能である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２２１１２２
【氏名又は名称】東芝セラミックス株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年７月１０日（１９９８．７．１０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７８７６５
【弁理士】
【氏名又は名称】波多野 久 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３０９９７（Ｐ２０００−３０９９７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１月２８日（２０００．１．２８） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−１９６０９５ |
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