JP2004088077A - 半導体ウエハ処理用部材 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体ウエハのスリップの発生が抑制され、更に半導体ウエハとの適度の密着性が得られ、耐久性の優れた半導体ウエハ処理用部材を提供する。
【解決手段】本発明にかかる半導体ウエハ処理用部材Ａは、少なくとも表面に成膜されたＳｉＣ膜Ｃを有する半導体ウエハ処理用部材Ａにおいて、前記半導体ウエハが載置される載置部は、半導体ウエハが実質的に当接する凸部１と、前記凸部１間に形成された成膜状態の表面状態が維持された凹部２とを備え、前記凸部１上面１ａの表面粗さＲａが０．０５μｍ〜１．３μｍであることを特徴としている。
【選択図】 図３
【解決手段】本発明にかかる半導体ウエハ処理用部材Ａは、少なくとも表面に成膜されたＳｉＣ膜Ｃを有する半導体ウエハ処理用部材Ａにおいて、前記半導体ウエハが載置される載置部は、半導体ウエハが実質的に当接する凸部１と、前記凸部１間に形成された成膜状態の表面状態が維持された凹部２とを備え、前記凸部１上面１ａの表面粗さＲａが０．０５μｍ〜１．３μｍであることを特徴としている。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）のみからなる、もしくは基体の表面にＳｉＣ膜を有する、すなわち少なくとも表面に成膜されたＳｉＣ膜が存在する半導体ウエハ処理用部材に関し、より詳細には、例えば、ウエハボート、サセプタ等の半導体処理治具の構成材として用いられる半導体ウエハ処理用部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程では、半導体ウエハ表面に窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）やポリシリコン等の薄膜を形成するが、この薄膜形成工程等で用いられるウエハボート等の治具には、石英ガラス製の治具、あるいは炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）のみからなる、もしくはカーボン、ＳｉＣ含浸ＳｉＣ等の表面にＳｉＣ膜を有する半導体ウエハ処理用部材からなる治具が用いられている。
この少なくとも表面に成膜されたＳｉＣ膜が存在する半導体ウエハ処理用部材からなる治具は、石英ガラス製治具に比べ耐熱サイクル特性、耐熱衝撃特性に優れており、高温で使用されるＣＶＤ装置等に使用されている。
【０００３】
このような少なくとも表面に成膜されたＳｉＣ膜が存在する半導体ウエハ処理用部材を得るための成膜方法としては、（１）反応室中に珪素源と炭素源とからなる原料ガスを外部から導入し、常圧又は減圧下で加熱する方法、あるいは（２）基体が炭素である場合には反応室中に外部から珪素源となる原料ガスを導入し、常圧又は減圧下で加熱する方法が一般的に行われている。
【０００４】
前記したような化学気相蒸着によって形成された炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）は、結晶粒の大小はあるものの、いずれもその表面に結晶粒の一部である鋭利な凸部が形成される。この状態を模式的に図４、図５に示す。図４は表面状態を模式的に示した平面図、図５は表面状態を模式的に示した断面図である。なお、図４において黒色で示された部分は凹部を、白色で示された部分は凸部を示している。図５において、符号Ｂは、例えば炭素からなる基体であって、その上面に炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）Ｃが化学気相蒸着によって形成されている。また図４、図５に示すように、この炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）Ｃの上面には結晶粒の一部である先端が鋭利な凸部１が形成されている。
この表面状態からなる半導体ウエハ処理用部材を、半導体ウエハの製造工程に用いると、先端が鋭利な凸部１の存在により、機械的あるいは熱的応力の発生に伴い、半導体ウエハに傷、スリップが発生するという問題があった。
【０００５】
この問題を解決するために、従来、前記炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）を形成した後に、前記凸部が存在しないように、炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の表面（上面）を定盤研磨し、その表面を鏡面にしていた。この表面状態を模式的に図６に示す。図６は表面状態を模式的に示した断面図である。
【０００６】
このように、炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の表面が鏡面状態の場合には、半導体ウエハとの密着性が強くなり、半導体ウエハが炭化珪素膜に密着し、載置した半導体ウエハを取り出す際、半導体ウエハが炭化珪素に付着する虞がある。そこで、この半導体ウエハとの密着性を適切にするために、鏡面研磨後、ブラスト処理をし、適度の凹凸面を形成していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記したように、表面（上面）を定盤研磨し、その表面を鏡面状態にした炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）にあっては、炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の表面全体が定盤研磨による機械的な外部応力を受けている。
また、鏡面研磨後、ブラスト処理をし、適度の凹凸面が形成された炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）にあっては、炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の表面全体がブラスト処理による機械的な外部応力を受けている。
このような機械的な外部応力を受けた炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の表面には、特にＳｉＣ結晶の粒界において微細なマイクロクラックが存在し、また視覚的観察では確認できないダメージが存在する。そのため、半導体ウエハ処理に使用する前、あるいは半導体ウエハ処理に使用した後に、酸素ベーク等のドライ洗浄、あるいはＨＦ等のウェット洗浄を行うと、前記マイクロクラックから、あるいは前記ダメージの増長に伴うクラックから炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）が劣化し、半導体ウエハ処理用部材の寿命を縮める要因になっていた。また、前記クラックが生じると、基体からＣＯガスや炭化水素ガス等の不純物ガスが発生し、処理する半導体ウエハを汚染するという課題があった。
【０００８】
本発明者等は炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の表面状態について鋭意検討した結果、前記炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の表面状態が特定の状態にある場合に、微細なマイクロクラック、ダメージが少なく、半導体ウエハを汚染することなく、しかも半導体ウエハ処理用部材の寿命が長く、また半導体ウエハのスリップの発生が抑制され、更に半導体ウエハとの適度の密着性が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
従って、本発明の目的は、半導体ウエハのスリップの発生が抑制され、更に半導体ウエハとの適度の密着性が得られ、耐久性の優れた半導体ウエハ処理用部材を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、本発明にかかる半導体ウエハ処理用部材は、少なくとも表面に成膜されたＳｉＣ膜が存在する半導体ウエハ処理用部材において、前記半導体ウエハが載置される載置部は、半導体ウエハが実質的に当接する凸部と、前記凸部間に形成された成膜状態の表面状態が維持された凹部とを備え、前記凸部上面の表面粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）が０．０５μｍ〜１．３μｍであることを特徴としている。
【００１０】
本発明にかかる半導体ウエハ処理用部材にあっては、前記したように、半導体ウエハが実質的に当接する凸部と、前記凸部間に形成された成膜状態の表面状態が維持された凹部とを備えた表面状態を有している。
このように、前記凸部間に形成された凹部の表面（上面）が成膜状態に維持されているため、半導体ウエハが載置される載置部の炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の表面においては、特にＳｉＣ結晶の粒界において微細なマイクロクラックの発生が抑制され、また視覚的観察では確認できないダメージの発生も抑制される。
【００１１】
その結果、半導体ウエハ処理に使用する前、あるいは半導体ウエハ処理に使用した後に、酸素ベーク等のドライ洗浄、あるいはＨＦ等のウェット洗浄を行っても、前記マイクロクラック、ダメージが抑制されているため、炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）が劣化することもなく、優れた耐久性を奏する。また、基体からのＣＯガス、炭化水素ガス等の不純物ガスの発生を抑制でき、半導体ウエハの汚染を防止することができる。
しかも、半導体ウエハが実質的に当接する凸部上面の表面粗さＲａが０．０５μｍ〜１．３μｍであるため、半導体ウエハとの適切な密着性を図ることができる。
【００１２】
ここで、本発明においては、前記載置部の垂直上方からの所定範囲の平面観察において、前記凹部が占める面積が全体面積の２０乃至９０％であることが好ましい。前記凹部上面が占める面積を２０％以上とすることで、上述の耐久性が特に顕著となり、半導体ウエハ処理用部材、特にカーボン基体の表面にＳｉＣ膜を形成したサセプタとしての耐用寿命を２倍以上に高めることができる。
また、前記凹部上面が占める面積を９０％以下とすることで、半導体ウエハの熱的変形等に伴い、成膜状態の表面状態が維持された凹部に存在する結晶粒の一部である先端が鋭利な凸部に、該半導体ウエハが当接することによる、スリップの発生の危険性をより少なくできる。
【００１３】
また、本発明においては、前記凹部上面の表面粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）が、測定長３００μｍ以上で測定した時に３μｍ以上であることが好ましい。
これによって、前記ＳｉＣ膜の表面における３００μｍ以上の長さで測定した表面粗さＲａが３μｍ以上であるため、半導体ウエハの変形を抑制することができる。３００μｍ以上の長さで測定した表面粗さＲａが３μｍを下回ると、半導体ウエハ処理用部材からの放射伝熱が大となり、ウエハ上面に対し下面側が急速加熱を受け、結果、半導体ウエハのカール（そり）につながってしまい易い。より好ましくは、前記凹部における３００μｍ以上の長さで測定した表面粗さＲａが６μｍ以上が良く、前記した現象で生じる半導体ウエハのそり発生をより低減することができる。
【００１４】
更に、本発明においては、前記凸部上面と前記凹部の面とが接続される角部が、曲面になされていることが好ましい。これによって、半導体ウエハが熱的変形等に伴い前記角部に当接することで、スリップ発生に繋がる危険性を極力少なくすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる半導体ウエハ処理用部材を図１乃至図３に基づいてより具体的に説明する。
図１は、本発明にかかる半導体ウエハ処理用部材のＳｉＣ膜（炭化珪素膜）の表面状態を模式的に示した平面図であり、図２は、同様に模式的に示した斜視図であり、図３は、模式的に示した断面図である。
【００１６】
この半導体ウエハ処理用部材Ａは、炭素材からなる基体Ｂと、前記基体Ｂの表面に成膜されたＳｉＣ膜Ｃを有している。そして、この半導体ウエハ処理用部材Ａにおいて、半導体ウエハが載置される載置部は、図１乃至図３に示すように、半導体ウエハが実質的に当接する凸部１と、前記凸部１間に形成された成膜状態の表面状態が維持された凹部２とを備えている。
なお、半導体ウエハが実質的に当接するとは、半導体ウエハの熱処理等を行った場合に、熱的変形、機械的変形が生じた状態で、前記半導体ウエハが接することをいう。
【００１７】
また、前記載置部の垂直上方からの所定範囲（具体的には、２００×３００μｍ）の平面観察において、前記凹部２が占める面積が全体面積の２０〜９０％となるように形成されている。例えば、図１の場合には８０％となっている。
特に、前記した凹部２が占める面積が全体の面積の２０％〜７０％の場合には、半導体ウエハが熱的変形、機械的変形が生じても、通常、半導体ウエハ面が凹部２上面２ａ（表面）に接することがなく、より好ましい。
また、前記凸部１は研磨され、その上面１ａは平面に形成されている。即ち、図５に示す凸部１（ＳｉＣ結晶）の鋭利な先端を研磨することによって、平面になされている。なお、凸部上面とは、図３に示したＬの範囲であり、このＬの範囲のみが加工を受けており、これ以外の部分は凹部２になる。
しかも、前記凸部１の上面１ａは、表面粗さＲａが０．０５μｍ〜１．３μｍに形成されている。
【００１８】
前記研磨にあっては、図６に示すような半導体ウエハ処理用部材の全表面が鏡面状態まで研磨するものではなく、前記凸部１間に形成された成膜状態の表面が維持された凹部２が、後述する所定の割合で残存する状態で研磨を終了する。つまり、凹部２においては、前記凸部１上面１ａ（表面）より低い位置にその頂部があるＳｉＣ結晶による凹凸が部分的に存在する。なお、図２、図３に示すように、前記凸部１の上面１ａと前記凹部２の表面２ａとが接続される角部１ｂが曲面に形成されている。
【００１９】
更に、前記凹部２上面２ａは、その部分のみを３００μｍ以上の長さで選択し測定した際の表面粗さＲａが３μｍ以上に形成されている。
即ち、この半導体ウエハ処理用部材Ａにあっては、図５に示すようなＳｉＣ結晶からなる鋭角な山形部のみを研磨し、図３に示すように、半導体ウエハが実質的に当接する凸部１の上面１ａを平面状になすと共に、前記凸部１間に形成された凹部２の表面が成膜状態のまま維持されるように研磨がなされる。
このような研磨であれば、機械的な外部応力はＳｉＣ結晶の粒界にほとんど付加されることなく、しかも従来に比べて少ない。その結果、半導体ウエハが載置される載置部の炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）Ｃの表面の、特に機械的な外部応力を受ける研磨された結晶粒子の断面（凸部上面１ａ）の、微細なマイクロクラックの発生が抑制され、また視覚的観察では確認できないダメージの発生も抑制される。
【００２０】
したがって、半導体ウエハ処理に使用する前、あるいは半導体ウエハ処理に使用した後に、この半導体ウエハ処理用部材Ａを酸素ベーク等のドライ洗浄、あるいはＨＦ等のウェット洗浄しても、前記マイクロクラック、ダメージが抑制されているため、炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）Ｃの劣化が抑制され、炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）Ｃの剥離も防止でき、優れた耐久性を奏する。また前記クラックが抑制されるため、カーボン等からなる基体を用いた場合には基体Ｂから放出されるＣＯガス、炭化水素ガスの発生を抑制でき、半導体ウエハの汚染を防止できる。
【００２１】
また、前記したように半導体ウエハが実質的に当接する凸部１の上面１ａの表面粗さＲａが０．０５μｍ〜１．３μｍであるため、半導体ウエハとの適切な密着性を図ることができる。
即ち、凸部１の上面１ａの表面粗さＲａが０．０５μｍ未満の場合、凸部１上面が極めて平滑な面になり、半導体ウエハが炭素珪素膜に付着する虞がある。一方、凸部１上面１ａの表面粗さＲａが１．３μｍを超えると、凸部１の上面１ａの凹凸が大きくなるため、半導体ウエハの表面が機械的な損傷を受ける虞がある。したがって、凸部１の上面１ａの表面粗さＲａは、０．０５μｍ〜１．３μｍであることが好ましい。
なお、ＳｉＣ膜を研磨することによって上記表面粗さにでき、半導体ウエハとの密着性を適切になすことができるため、従来行われていたブラスト処理を省略することができる。
【００２２】
また、前記載置部の垂直上方からの所定範囲の平面観察において、前記凹部２が占める面積が全体面積の２０乃至９０％であることが好ましい。
前記凹部２上面２ａが占める面積を２０％以上とすることで上述の耐久性が特に顕著となり、半導体ウエハ処理用部材、特にカーボン基体の表面にＳｉＣ膜を形成したサセプタとしての耐用寿命を２倍以上に高めることができる。
また、前記凹部上面が占める面積を９０％以下とすることで、半導体ウエハの熱的変形等に伴い、成膜状態の表面状態が維持された凹部に存在する結晶粒の一部である先端が鋭利な凸部に、該半導体ウエハが当接することによる、半導体ウエハのスリップ発生の危険性をより低くすることができる。
【００２３】
また、本発明においては、前記凹部上面の表面粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）が３００μｍ以上の長さで測定した時に３μｍ以上であることが好ましい。
これによって、前記ＳｉＣ膜Ｃの表面における測定長３００μｍ以上の長さ、例えば５００μｍの長さで測定した表面粗さＲａが３μｍ以上であるため、半導体ウエハの変形を抑制することができる。
３００μｍ以上の長さで測定した表面粗さＲａが３μｍを下回ると、半導体ウエハ処理用部材からの放射伝熱が大となり、ウエハ上面に対し下面側が急速加熱を受け、結果、半導体ウエハのカール（そり）につながってしまい易い。より好ましくは、前記凹部における３００μｍ以上の長さで測定した表面粗さＲａが６μｍ以上であり、前記現象で生じる半導体ウエハのそり発生をより低減することができる。
更に、前記凸部１上面１ａと前記凹部２の面２ａとが接続される角部１ｂが、曲面になされていることが好ましい。これによって、半導体ウエハの熱的変形等に伴い前記角部１ｂに当接することによる、スリップ発生につながる危険性を極力低くすることができる。
【００２４】
更に、前記凸部１上面１ａと前記凹部２の面とが接続される角部１ｂが曲面になされている場合には、半導体ウエハに対する前記角部１ｂによる機械的な損傷が抑制される。なお、炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）Ｃを研磨する際、ＳｉＣ膜の結晶粒の大きさを考慮して、角部を曲面に形成することができる。
【００２５】
【実施例】
実施例に基づいて、本発明を更に説明する。但し、本発明は下記実施例に何ら制限されるものでない。
（実施例１）
曲面凹状のウエハ載置部を複数備えたサセプタ形状に加工した等方性炭素基体に、ＳｉＣ膜を化学的に蒸着形成した。この蒸着は、反応室中に外部から珪素源となる原料ガスを導入し、減圧下で加熱する一般的な方法で行った。
具体的には、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処理される基体を配置し、一酸化珪素ガスを反応室内に導入し、基体表面に化学的に炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）を形成した。なお、この炭化珪素膜を構成する一つの結晶粒は３０μｍ〜１８０μｍであった。
【００２６】
このサセプタのウエハ載置部を研磨装置と砥石の間に緩衝材を配置し、砥石を所定面積の分割体とした回転式研磨機で研磨し、炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の凸部上面の表面粗さＲａが０．０５μｍのサセプタを得た。なお、前記載置部の垂直上方からの所定範囲の平面観察において、半導体ウエハが実質的に当接しない凹部が占める面積が全体面積の３０％になるようにした。また、前記凹部上面の表面粗さは、測定長さ５００μｍで、Ｒａ＝１０μｍであった。
そして、このサセプタに半導体ウエハを載置し、エピタキャル成長装置に組み込み、１００枚の半導体ウエハを処理し、半導体ウエハに発生したスリップの数、半導体ウエハがＳｉＣ膜に付着した枚数、ウエハ下面にキズが生じた枚数、及びカール不良の発生枚数を測定した。その結果を表１に示す。
なお、エピタキャル成長装置における処理は、処理温度１１００℃、２５Ｔｏｒｒ、ＳｉＣｌ４ ／Ｈ２気流下、１時間処理の条件下で行った。
【００２７】
また、この実施例１にかかるサセプタについて耐食性の実験を行った。この実験は、１４００℃、１００Ｔｏｒｒ、ＨＣｌ／Ｈ２ 気流下、１時間処理の条件下で行った。その結果を表１に示す。
【００２８】
（実施例２）
実施例１と同様にして形成したサセプタのウエハ載置部を回転式研磨機で研磨し、炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の凸部１の上面１ａの表面粗さＲａが０．３８μｍのサセプタを得た。なお、前記凹部の面積比は６０％であり、同部の表面粗さは実施例１と同等であった。
そして、実施例１と同様な条件下で測定を行った。その結果を表１に示す。
【００２９】
（実施例３）
実施例１と同様にして形成したサセプタのウエハ載置部を回転式研磨機で研磨し、炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の凸部１の上面１ａの表面粗さＲａが１．３μｍのサセプタを得た。なお、前記凹部の面積比は６０％であり、同部の表面粗さは実施例１と同等であった。
そして、実施例１と同様な条件下で測定を行った。その結果を表１に示す。
【００３０】
（実施例４）
ＳｉＣ膜形成時に温度を１１００〜１２５０℃、減圧度を５０〜３０トール、珪素源をトリクロロシランとする以外は実施例２と同様にして炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の凸部１の上面１ａの表面粗さＲａが０．３９μｍのサセプタを得た。なお、凹部の面積比は６０％であり、同部の表面粗さは測定長さ５００μｍでＲａ＝０．７μｍであった。
【００３１】
（比較例１）
実施例１と同様にして形成したサセプタのウエハ載置部を回転式研磨機で研磨し、炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の凸部１の上面１ａの表面粗さＲａが０．０１μｍの略鏡面状態のサセプタを得た。そして、実施例１と同様な条件下で測定を行った。その結果を表１に示す。なお、前記凹部の面積比は６０％であり、同部の表面粗さは実施例１と同等であった。
【００３２】
（比較例２）
実施例１と同様にして形成したサセプタのウエハ載置部を回転式研磨機で研磨し、炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の凸部１の上面１ａの表面粗さＲａが１．８μｍのサセプタを得た。そして、実施例１と同様な条件下で測定を行った。その結果を表１に示す。なお、前記凹部の面積比は６０％であり、同部の表面粗さは実施例１と同等であった。
【００３３】
（比較例３）
実施例１と同様にして形成したウエハ載置部を、研磨することなく、サセプタとした。そして、実施例１と同様な条件下で測定を行った。その結果を表１に示す。
【００３４】
（比較例４）
実施例１と同様にして形成したウエハ載置部全体をＳｉＣ粒子を用いたサンドブラスト処理をし、前記載置部の前面が機械的な外部応力を受け表面粗さＲａが０．６μｍのサセプタを得た。そして、実施例１と同様な測定を行った。その結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
上記表１から明らかなように、実施例１乃至実施例４にあっては比較例１乃至４と対比しスリップ数、付着枚数、カール不良発生数が少なく、また耐食性に優れ半導体ウエハ処理部材としては適していることが認められた。
また、実施例の中でも、前記凹部上面の表面粗さＲａが３μｍ以上で大きい実施例１乃至３にあっては、特に耐食性の点でより優れていることが認められた。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体ウエハのスリップの発生が抑制され、更に半導体ウエハとの適度の密着性が得られ、耐久性の優れた半導体ウエハ処理用部材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明にかかる半導体ウエハ処理用部材のＳｉＣ膜（炭化珪素膜）の表面状態を模式的に示した平面図である。
【図２】図２は、本発明にかかる半導体ウエハ処理用部材のＳｉＣ膜（炭化珪素膜）の表面状態を模式的に示した斜視図である。
【図３】図３は、本発明にかかる半導体ウエハ処理用部材のＳｉＣ膜（炭化珪素膜）の表面状態を模式的に示した断面図である。
【図４】図４は、化学気相蒸着によって形成された炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の表面状態を模式的に示した平面図である。
【図５】図５は、化学気相蒸着によって形成された炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の表面状態を模式的に示した断面図である。
【図６】図６は、化学気相蒸着によって形成された炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の研磨し、鏡面とした表面状態を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
Ａ 半導体ウエハ処理用部材
Ｂ 基体
Ｃ 炭化珪素膜
１ 凹部
１ａ 凸部上面（表面）
１ｂ 角部
２ 凹部
２ａ 凹部表面（上面）
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）のみからなる、もしくは基体の表面にＳｉＣ膜を有する、すなわち少なくとも表面に成膜されたＳｉＣ膜が存在する半導体ウエハ処理用部材に関し、より詳細には、例えば、ウエハボート、サセプタ等の半導体処理治具の構成材として用いられる半導体ウエハ処理用部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程では、半導体ウエハ表面に窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）やポリシリコン等の薄膜を形成するが、この薄膜形成工程等で用いられるウエハボート等の治具には、石英ガラス製の治具、あるいは炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）のみからなる、もしくはカーボン、ＳｉＣ含浸ＳｉＣ等の表面にＳｉＣ膜を有する半導体ウエハ処理用部材からなる治具が用いられている。
この少なくとも表面に成膜されたＳｉＣ膜が存在する半導体ウエハ処理用部材からなる治具は、石英ガラス製治具に比べ耐熱サイクル特性、耐熱衝撃特性に優れており、高温で使用されるＣＶＤ装置等に使用されている。
【０００３】
このような少なくとも表面に成膜されたＳｉＣ膜が存在する半導体ウエハ処理用部材を得るための成膜方法としては、（１）反応室中に珪素源と炭素源とからなる原料ガスを外部から導入し、常圧又は減圧下で加熱する方法、あるいは（２）基体が炭素である場合には反応室中に外部から珪素源となる原料ガスを導入し、常圧又は減圧下で加熱する方法が一般的に行われている。
【０００４】
前記したような化学気相蒸着によって形成された炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）は、結晶粒の大小はあるものの、いずれもその表面に結晶粒の一部である鋭利な凸部が形成される。この状態を模式的に図４、図５に示す。図４は表面状態を模式的に示した平面図、図５は表面状態を模式的に示した断面図である。なお、図４において黒色で示された部分は凹部を、白色で示された部分は凸部を示している。図５において、符号Ｂは、例えば炭素からなる基体であって、その上面に炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）Ｃが化学気相蒸着によって形成されている。また図４、図５に示すように、この炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）Ｃの上面には結晶粒の一部である先端が鋭利な凸部１が形成されている。
この表面状態からなる半導体ウエハ処理用部材を、半導体ウエハの製造工程に用いると、先端が鋭利な凸部１の存在により、機械的あるいは熱的応力の発生に伴い、半導体ウエハに傷、スリップが発生するという問題があった。
【０００５】
この問題を解決するために、従来、前記炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）を形成した後に、前記凸部が存在しないように、炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の表面（上面）を定盤研磨し、その表面を鏡面にしていた。この表面状態を模式的に図６に示す。図６は表面状態を模式的に示した断面図である。
【０００６】
このように、炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の表面が鏡面状態の場合には、半導体ウエハとの密着性が強くなり、半導体ウエハが炭化珪素膜に密着し、載置した半導体ウエハを取り出す際、半導体ウエハが炭化珪素に付着する虞がある。そこで、この半導体ウエハとの密着性を適切にするために、鏡面研磨後、ブラスト処理をし、適度の凹凸面を形成していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記したように、表面（上面）を定盤研磨し、その表面を鏡面状態にした炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）にあっては、炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の表面全体が定盤研磨による機械的な外部応力を受けている。
また、鏡面研磨後、ブラスト処理をし、適度の凹凸面が形成された炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）にあっては、炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の表面全体がブラスト処理による機械的な外部応力を受けている。
このような機械的な外部応力を受けた炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の表面には、特にＳｉＣ結晶の粒界において微細なマイクロクラックが存在し、また視覚的観察では確認できないダメージが存在する。そのため、半導体ウエハ処理に使用する前、あるいは半導体ウエハ処理に使用した後に、酸素ベーク等のドライ洗浄、あるいはＨＦ等のウェット洗浄を行うと、前記マイクロクラックから、あるいは前記ダメージの増長に伴うクラックから炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）が劣化し、半導体ウエハ処理用部材の寿命を縮める要因になっていた。また、前記クラックが生じると、基体からＣＯガスや炭化水素ガス等の不純物ガスが発生し、処理する半導体ウエハを汚染するという課題があった。
【０００８】
本発明者等は炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の表面状態について鋭意検討した結果、前記炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の表面状態が特定の状態にある場合に、微細なマイクロクラック、ダメージが少なく、半導体ウエハを汚染することなく、しかも半導体ウエハ処理用部材の寿命が長く、また半導体ウエハのスリップの発生が抑制され、更に半導体ウエハとの適度の密着性が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
従って、本発明の目的は、半導体ウエハのスリップの発生が抑制され、更に半導体ウエハとの適度の密着性が得られ、耐久性の優れた半導体ウエハ処理用部材を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、本発明にかかる半導体ウエハ処理用部材は、少なくとも表面に成膜されたＳｉＣ膜が存在する半導体ウエハ処理用部材において、前記半導体ウエハが載置される載置部は、半導体ウエハが実質的に当接する凸部と、前記凸部間に形成された成膜状態の表面状態が維持された凹部とを備え、前記凸部上面の表面粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）が０．０５μｍ〜１．３μｍであることを特徴としている。
【００１０】
本発明にかかる半導体ウエハ処理用部材にあっては、前記したように、半導体ウエハが実質的に当接する凸部と、前記凸部間に形成された成膜状態の表面状態が維持された凹部とを備えた表面状態を有している。
このように、前記凸部間に形成された凹部の表面（上面）が成膜状態に維持されているため、半導体ウエハが載置される載置部の炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の表面においては、特にＳｉＣ結晶の粒界において微細なマイクロクラックの発生が抑制され、また視覚的観察では確認できないダメージの発生も抑制される。
【００１１】
その結果、半導体ウエハ処理に使用する前、あるいは半導体ウエハ処理に使用した後に、酸素ベーク等のドライ洗浄、あるいはＨＦ等のウェット洗浄を行っても、前記マイクロクラック、ダメージが抑制されているため、炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）が劣化することもなく、優れた耐久性を奏する。また、基体からのＣＯガス、炭化水素ガス等の不純物ガスの発生を抑制でき、半導体ウエハの汚染を防止することができる。
しかも、半導体ウエハが実質的に当接する凸部上面の表面粗さＲａが０．０５μｍ〜１．３μｍであるため、半導体ウエハとの適切な密着性を図ることができる。
【００１２】
ここで、本発明においては、前記載置部の垂直上方からの所定範囲の平面観察において、前記凹部が占める面積が全体面積の２０乃至９０％であることが好ましい。前記凹部上面が占める面積を２０％以上とすることで、上述の耐久性が特に顕著となり、半導体ウエハ処理用部材、特にカーボン基体の表面にＳｉＣ膜を形成したサセプタとしての耐用寿命を２倍以上に高めることができる。
また、前記凹部上面が占める面積を９０％以下とすることで、半導体ウエハの熱的変形等に伴い、成膜状態の表面状態が維持された凹部に存在する結晶粒の一部である先端が鋭利な凸部に、該半導体ウエハが当接することによる、スリップの発生の危険性をより少なくできる。
【００１３】
また、本発明においては、前記凹部上面の表面粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）が、測定長３００μｍ以上で測定した時に３μｍ以上であることが好ましい。
これによって、前記ＳｉＣ膜の表面における３００μｍ以上の長さで測定した表面粗さＲａが３μｍ以上であるため、半導体ウエハの変形を抑制することができる。３００μｍ以上の長さで測定した表面粗さＲａが３μｍを下回ると、半導体ウエハ処理用部材からの放射伝熱が大となり、ウエハ上面に対し下面側が急速加熱を受け、結果、半導体ウエハのカール（そり）につながってしまい易い。より好ましくは、前記凹部における３００μｍ以上の長さで測定した表面粗さＲａが６μｍ以上が良く、前記した現象で生じる半導体ウエハのそり発生をより低減することができる。
【００１４】
更に、本発明においては、前記凸部上面と前記凹部の面とが接続される角部が、曲面になされていることが好ましい。これによって、半導体ウエハが熱的変形等に伴い前記角部に当接することで、スリップ発生に繋がる危険性を極力少なくすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる半導体ウエハ処理用部材を図１乃至図３に基づいてより具体的に説明する。
図１は、本発明にかかる半導体ウエハ処理用部材のＳｉＣ膜（炭化珪素膜）の表面状態を模式的に示した平面図であり、図２は、同様に模式的に示した斜視図であり、図３は、模式的に示した断面図である。
【００１６】
この半導体ウエハ処理用部材Ａは、炭素材からなる基体Ｂと、前記基体Ｂの表面に成膜されたＳｉＣ膜Ｃを有している。そして、この半導体ウエハ処理用部材Ａにおいて、半導体ウエハが載置される載置部は、図１乃至図３に示すように、半導体ウエハが実質的に当接する凸部１と、前記凸部１間に形成された成膜状態の表面状態が維持された凹部２とを備えている。
なお、半導体ウエハが実質的に当接するとは、半導体ウエハの熱処理等を行った場合に、熱的変形、機械的変形が生じた状態で、前記半導体ウエハが接することをいう。
【００１７】
また、前記載置部の垂直上方からの所定範囲（具体的には、２００×３００μｍ）の平面観察において、前記凹部２が占める面積が全体面積の２０〜９０％となるように形成されている。例えば、図１の場合には８０％となっている。
特に、前記した凹部２が占める面積が全体の面積の２０％〜７０％の場合には、半導体ウエハが熱的変形、機械的変形が生じても、通常、半導体ウエハ面が凹部２上面２ａ（表面）に接することがなく、より好ましい。
また、前記凸部１は研磨され、その上面１ａは平面に形成されている。即ち、図５に示す凸部１（ＳｉＣ結晶）の鋭利な先端を研磨することによって、平面になされている。なお、凸部上面とは、図３に示したＬの範囲であり、このＬの範囲のみが加工を受けており、これ以外の部分は凹部２になる。
しかも、前記凸部１の上面１ａは、表面粗さＲａが０．０５μｍ〜１．３μｍに形成されている。
【００１８】
前記研磨にあっては、図６に示すような半導体ウエハ処理用部材の全表面が鏡面状態まで研磨するものではなく、前記凸部１間に形成された成膜状態の表面が維持された凹部２が、後述する所定の割合で残存する状態で研磨を終了する。つまり、凹部２においては、前記凸部１上面１ａ（表面）より低い位置にその頂部があるＳｉＣ結晶による凹凸が部分的に存在する。なお、図２、図３に示すように、前記凸部１の上面１ａと前記凹部２の表面２ａとが接続される角部１ｂが曲面に形成されている。
【００１９】
更に、前記凹部２上面２ａは、その部分のみを３００μｍ以上の長さで選択し測定した際の表面粗さＲａが３μｍ以上に形成されている。
即ち、この半導体ウエハ処理用部材Ａにあっては、図５に示すようなＳｉＣ結晶からなる鋭角な山形部のみを研磨し、図３に示すように、半導体ウエハが実質的に当接する凸部１の上面１ａを平面状になすと共に、前記凸部１間に形成された凹部２の表面が成膜状態のまま維持されるように研磨がなされる。
このような研磨であれば、機械的な外部応力はＳｉＣ結晶の粒界にほとんど付加されることなく、しかも従来に比べて少ない。その結果、半導体ウエハが載置される載置部の炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）Ｃの表面の、特に機械的な外部応力を受ける研磨された結晶粒子の断面（凸部上面１ａ）の、微細なマイクロクラックの発生が抑制され、また視覚的観察では確認できないダメージの発生も抑制される。
【００２０】
したがって、半導体ウエハ処理に使用する前、あるいは半導体ウエハ処理に使用した後に、この半導体ウエハ処理用部材Ａを酸素ベーク等のドライ洗浄、あるいはＨＦ等のウェット洗浄しても、前記マイクロクラック、ダメージが抑制されているため、炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）Ｃの劣化が抑制され、炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）Ｃの剥離も防止でき、優れた耐久性を奏する。また前記クラックが抑制されるため、カーボン等からなる基体を用いた場合には基体Ｂから放出されるＣＯガス、炭化水素ガスの発生を抑制でき、半導体ウエハの汚染を防止できる。
【００２１】
また、前記したように半導体ウエハが実質的に当接する凸部１の上面１ａの表面粗さＲａが０．０５μｍ〜１．３μｍであるため、半導体ウエハとの適切な密着性を図ることができる。
即ち、凸部１の上面１ａの表面粗さＲａが０．０５μｍ未満の場合、凸部１上面が極めて平滑な面になり、半導体ウエハが炭素珪素膜に付着する虞がある。一方、凸部１上面１ａの表面粗さＲａが１．３μｍを超えると、凸部１の上面１ａの凹凸が大きくなるため、半導体ウエハの表面が機械的な損傷を受ける虞がある。したがって、凸部１の上面１ａの表面粗さＲａは、０．０５μｍ〜１．３μｍであることが好ましい。
なお、ＳｉＣ膜を研磨することによって上記表面粗さにでき、半導体ウエハとの密着性を適切になすことができるため、従来行われていたブラスト処理を省略することができる。
【００２２】
また、前記載置部の垂直上方からの所定範囲の平面観察において、前記凹部２が占める面積が全体面積の２０乃至９０％であることが好ましい。
前記凹部２上面２ａが占める面積を２０％以上とすることで上述の耐久性が特に顕著となり、半導体ウエハ処理用部材、特にカーボン基体の表面にＳｉＣ膜を形成したサセプタとしての耐用寿命を２倍以上に高めることができる。
また、前記凹部上面が占める面積を９０％以下とすることで、半導体ウエハの熱的変形等に伴い、成膜状態の表面状態が維持された凹部に存在する結晶粒の一部である先端が鋭利な凸部に、該半導体ウエハが当接することによる、半導体ウエハのスリップ発生の危険性をより低くすることができる。
【００２３】
また、本発明においては、前記凹部上面の表面粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）が３００μｍ以上の長さで測定した時に３μｍ以上であることが好ましい。
これによって、前記ＳｉＣ膜Ｃの表面における測定長３００μｍ以上の長さ、例えば５００μｍの長さで測定した表面粗さＲａが３μｍ以上であるため、半導体ウエハの変形を抑制することができる。
３００μｍ以上の長さで測定した表面粗さＲａが３μｍを下回ると、半導体ウエハ処理用部材からの放射伝熱が大となり、ウエハ上面に対し下面側が急速加熱を受け、結果、半導体ウエハのカール（そり）につながってしまい易い。より好ましくは、前記凹部における３００μｍ以上の長さで測定した表面粗さＲａが６μｍ以上であり、前記現象で生じる半導体ウエハのそり発生をより低減することができる。
更に、前記凸部１上面１ａと前記凹部２の面２ａとが接続される角部１ｂが、曲面になされていることが好ましい。これによって、半導体ウエハの熱的変形等に伴い前記角部１ｂに当接することによる、スリップ発生につながる危険性を極力低くすることができる。
【００２４】
更に、前記凸部１上面１ａと前記凹部２の面とが接続される角部１ｂが曲面になされている場合には、半導体ウエハに対する前記角部１ｂによる機械的な損傷が抑制される。なお、炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）Ｃを研磨する際、ＳｉＣ膜の結晶粒の大きさを考慮して、角部を曲面に形成することができる。
【００２５】
【実施例】
実施例に基づいて、本発明を更に説明する。但し、本発明は下記実施例に何ら制限されるものでない。
（実施例１）
曲面凹状のウエハ載置部を複数備えたサセプタ形状に加工した等方性炭素基体に、ＳｉＣ膜を化学的に蒸着形成した。この蒸着は、反応室中に外部から珪素源となる原料ガスを導入し、減圧下で加熱する一般的な方法で行った。
具体的には、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処理される基体を配置し、一酸化珪素ガスを反応室内に導入し、基体表面に化学的に炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）を形成した。なお、この炭化珪素膜を構成する一つの結晶粒は３０μｍ〜１８０μｍであった。
【００２６】
このサセプタのウエハ載置部を研磨装置と砥石の間に緩衝材を配置し、砥石を所定面積の分割体とした回転式研磨機で研磨し、炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の凸部上面の表面粗さＲａが０．０５μｍのサセプタを得た。なお、前記載置部の垂直上方からの所定範囲の平面観察において、半導体ウエハが実質的に当接しない凹部が占める面積が全体面積の３０％になるようにした。また、前記凹部上面の表面粗さは、測定長さ５００μｍで、Ｒａ＝１０μｍであった。
そして、このサセプタに半導体ウエハを載置し、エピタキャル成長装置に組み込み、１００枚の半導体ウエハを処理し、半導体ウエハに発生したスリップの数、半導体ウエハがＳｉＣ膜に付着した枚数、ウエハ下面にキズが生じた枚数、及びカール不良の発生枚数を測定した。その結果を表１に示す。
なお、エピタキャル成長装置における処理は、処理温度１１００℃、２５Ｔｏｒｒ、ＳｉＣｌ４ ／Ｈ２気流下、１時間処理の条件下で行った。
【００２７】
また、この実施例１にかかるサセプタについて耐食性の実験を行った。この実験は、１４００℃、１００Ｔｏｒｒ、ＨＣｌ／Ｈ２ 気流下、１時間処理の条件下で行った。その結果を表１に示す。
【００２８】
（実施例２）
実施例１と同様にして形成したサセプタのウエハ載置部を回転式研磨機で研磨し、炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の凸部１の上面１ａの表面粗さＲａが０．３８μｍのサセプタを得た。なお、前記凹部の面積比は６０％であり、同部の表面粗さは実施例１と同等であった。
そして、実施例１と同様な条件下で測定を行った。その結果を表１に示す。
【００２９】
（実施例３）
実施例１と同様にして形成したサセプタのウエハ載置部を回転式研磨機で研磨し、炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の凸部１の上面１ａの表面粗さＲａが１．３μｍのサセプタを得た。なお、前記凹部の面積比は６０％であり、同部の表面粗さは実施例１と同等であった。
そして、実施例１と同様な条件下で測定を行った。その結果を表１に示す。
【００３０】
（実施例４）
ＳｉＣ膜形成時に温度を１１００〜１２５０℃、減圧度を５０〜３０トール、珪素源をトリクロロシランとする以外は実施例２と同様にして炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の凸部１の上面１ａの表面粗さＲａが０．３９μｍのサセプタを得た。なお、凹部の面積比は６０％であり、同部の表面粗さは測定長さ５００μｍでＲａ＝０．７μｍであった。
【００３１】
（比較例１）
実施例１と同様にして形成したサセプタのウエハ載置部を回転式研磨機で研磨し、炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の凸部１の上面１ａの表面粗さＲａが０．０１μｍの略鏡面状態のサセプタを得た。そして、実施例１と同様な条件下で測定を行った。その結果を表１に示す。なお、前記凹部の面積比は６０％であり、同部の表面粗さは実施例１と同等であった。
【００３２】
（比較例２）
実施例１と同様にして形成したサセプタのウエハ載置部を回転式研磨機で研磨し、炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の凸部１の上面１ａの表面粗さＲａが１．８μｍのサセプタを得た。そして、実施例１と同様な条件下で測定を行った。その結果を表１に示す。なお、前記凹部の面積比は６０％であり、同部の表面粗さは実施例１と同等であった。
【００３３】
（比較例３）
実施例１と同様にして形成したウエハ載置部を、研磨することなく、サセプタとした。そして、実施例１と同様な条件下で測定を行った。その結果を表１に示す。
【００３４】
（比較例４）
実施例１と同様にして形成したウエハ載置部全体をＳｉＣ粒子を用いたサンドブラスト処理をし、前記載置部の前面が機械的な外部応力を受け表面粗さＲａが０．６μｍのサセプタを得た。そして、実施例１と同様な測定を行った。その結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
上記表１から明らかなように、実施例１乃至実施例４にあっては比較例１乃至４と対比しスリップ数、付着枚数、カール不良発生数が少なく、また耐食性に優れ半導体ウエハ処理部材としては適していることが認められた。
また、実施例の中でも、前記凹部上面の表面粗さＲａが３μｍ以上で大きい実施例１乃至３にあっては、特に耐食性の点でより優れていることが認められた。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体ウエハのスリップの発生が抑制され、更に半導体ウエハとの適度の密着性が得られ、耐久性の優れた半導体ウエハ処理用部材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明にかかる半導体ウエハ処理用部材のＳｉＣ膜（炭化珪素膜）の表面状態を模式的に示した平面図である。
【図２】図２は、本発明にかかる半導体ウエハ処理用部材のＳｉＣ膜（炭化珪素膜）の表面状態を模式的に示した斜視図である。
【図３】図３は、本発明にかかる半導体ウエハ処理用部材のＳｉＣ膜（炭化珪素膜）の表面状態を模式的に示した断面図である。
【図４】図４は、化学気相蒸着によって形成された炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の表面状態を模式的に示した平面図である。
【図５】図５は、化学気相蒸着によって形成された炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の表面状態を模式的に示した断面図である。
【図６】図６は、化学気相蒸着によって形成された炭化珪素膜（ＳｉＣ膜）の研磨し、鏡面とした表面状態を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
Ａ 半導体ウエハ処理用部材
Ｂ 基体
Ｃ 炭化珪素膜
１ 凹部
１ａ 凸部上面（表面）
１ｂ 角部
２ 凹部
２ａ 凹部表面（上面）
Claims (4)
- 少なくとも表面に成膜されたＳｉＣ膜が存在する半導体ウエハ処理用部材において、
前記半導体ウエハが載置される載置部は、半導体ウエハが実質的に当接する凸部と、前記凸部間に形成された成膜状態の表面状態が維持された凹部とを備え、前記凸部上面の表面粗さＲａが０．０５μｍ〜１．３μｍであることを特徴とする半導体ウエハ処理用部材。 - 前記載置部の垂直上方からの所定範囲の平面観察において、前記凹部が占める面積が全体面積の２０乃至９０％であることを特徴とする請求項１に記載された半導体ウエハ処理用部材。
- 前記凹部上面の表面粗さＲａが、測定長３００μｍ以上で測定した時に３μｍ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された半導体ウエハ処理用部材。
- 前記凸部上面と前記凹部の上面とが接続される角部が、曲面になされていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された半導体ウエハ処理用部材。
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