JP2007514306A - 被処理物を受けるための支持体及び支持体の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、被処理物のための受座及び受座の下側に受座が支える被処理物に沿ってガス出口がある、被処理物（１２）とりわけ半導体部品の基板、例えばウエハのための支持体（１０）に関する。所望のガスがよく配量され、微細に配分されてガス出口から流出することができるように、支持体（１０）が少なくとも部分的に、安定化した繊維（１８、２０）で作られ、ガス出口をなす気孔を備えた材料からなることを提案する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、炭素を含み、ガス出口又は通過口を形成するために多孔質に形成されている、被処理物例えば半導体部品の基板を受けるための支持体に関する。また本発明は、ガス出口又は通過口を形成する多孔質の炭素を使用して支持体を形成する、被処理物とりわけ半導体部品の基板例えばウエハを受けるための支持体の製造方法に関する。

この種の支持体は例えばＣＶＤ（化学蒸着）法のために利用することができる。その場合支持体のガス出口を通って流出するガス流は、ガスがドーピング原子を運び去ることにより、被処理物を貫通するドーピング原子による自己ドーピングが起こらないことを保証することができる（米国特許ＵＳ−Ａ−６，４４４，０２７を参照）.

米国特許ＵＳ−Ａ−５，９６０，５５５によれば、処理室内で偏平な被処理物の背面も清浄化するために、開口を有するサセプタが設けられる。清浄ガスがこの開口を通って背面に流れる。

日本特許公開ＪＰ−Ａ−１０２２３５４５（特開平１０−２２３５４５号）によれば、ＣＶＤ装置のためのサセプタはドリル穴を有し、前面からドープされる被処理物の背面で流出するドーピング原子がこの穴を経て排出される。

英国特許公開ＧＢ−Ａ−２１７２８２２は加工品の固定のために空気を吸引する繊維製の多孔質保持装置に関するものである。

ドイツ特許公開ＤＥ−Ａ−１０１４５６８６によれば、被処理物を無接触で搬送するために、圧縮ガスを通すための通過孔を有する円板形装置が提案される。代案として連続気孔形材料が使用される。材料としてあらゆる材料、例えばガラスが考えられる。

国際特許公開ＷＯ−Ａ−０３／０４９１５７によりウエハ搬送装置が明らかである。装置は、帯電を避けるために表面側に導電性ポリマーを有する炭素繊維強化材料からなる。

日本特許公開ＪＰ−Ａ−１１０３５３９１（特開平１１−３５３９１号）によるサセプタは炭素材料製の密閉体からなる。炭素からなり、閉じた表面を有する同様のサセプタが米国特許出願ＵＳ−Ａ−２００３／０１６００４４にも見られる。

ガラス状炭素と炭化ケイ素被覆からなる軽量のサセプタが日本特許公開ＪＰ−Ａ−０８１８１１５０（特開平８−１８１１５０号）により周知である。炭化ケイ素被覆によってサセプタが不通気性になる。

日本特許公開ＪＰ−Ａ−０３２４６９３１（特開平３−２４６９３１号）によれば、均一な熱配分のために炭素材料及び炭素繊維からなるサセプタが提案される。サセプタは互いに間隔を置いた２枚の板からなる。板の間の空洞に穴が通じている。ベース材料から不純物が出ることを防止するために、表面を炭化ケイ素膜で密閉する。

日本特許公開ＪＰ−Ａ−０９２０９１５２（特開平９−２０９１５２号）によれば、基板の処理のために、基板は炭素強化材料からなるリングの上に支えられる。リングは外側に炭化ケイ素層を有する。

多孔質炭素からなるサセプタが日本特許公開ＪＰ−Ａ−６０２５４６１０（特開昭６０−２５４６１０号）により周知である。

日本特許公開ＪＰ−Ａ−２００００３１０９８（特開２０００−３１０９８）による吸引装置は、支持体の上にある被処理物を低圧で固定するために、合成樹脂、炭素及びエボナイトからなり、垂直に通る気孔を有する本体を設ける。

本発明の課題は、所望のガスが支持体にあるガス出口を経てよく配量され、微細に分配されて流出することができるように、冒頭に挙げた種類の支持体及び支持体の製造方法を改良することにある。同時にガスを所望の範囲で所定のとおりに熱することを可能にすること、また高い安定性を与えること、更には、所望の寸法の支持体を簡単に製造する可能性を実現することも本発明の課題である。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記の課題解決のために、本発明はおおむね支持体が炭素繊維及び／又は炭化ケイ素繊維の骨格又は骨格断片からなり、繊維は炭素及び／又は炭化ケイ素基質に埋め込まれており、支持体は５％≦ｐ≦９５％、特に１０％≦ｐ≦９５％の有孔率ｐ及び０．１ｇ／ｃｍ³≦ρ≦３．０ｇ／ｃｍ³の密度ρを有するものとする。
特に支持体は気相浸透及び／又は液体含浸により安定化されている。その場合骨格はフェルト、不織布及び／又は織物層からなることができる。

繊維の安定化又は補剛は化学的気相浸透（ＣＶＩ）及び／又は液状物質の含浸によって行われる。これによっての繊維上に炭素及び／又は炭化ケイ素層が析出され、又はこの層が繊維から形成される。繊維を単数又は複数の炭素又は炭化ケイ素層の層列で包むことができ、その場合炭素から炭化ケイ素へ移行する段階的な系も考えられる。その場合段階的とは、とりわけ連続的又はほぼ連続的な移行が起こることを意味する。

炭素は特に熱分解炭素である。

このことに係りなく、十分な化学的安定性を得るために、最も外側の層は特に化学的気相析出により生成した炭化ケイ素層であることが好ましい。同時に炭化ケイ素の拡散阻止作用に基づき、ベース材料の不純物による支持体の汚染がまったく又は僅かしか起こらないことが保証される。

支持体の密度は０．１ｇ／ｃｍ³と３．０ｇ／ｃｍ³の間の値に調整され、密度の増加と共に支持体の強度及び熱伝導率が増加し、これに対して通気性が減少する。

先公知の先行技術と異なり、サセプタとも称される支持体として炭素及び／又は炭化ケイ素繊維からなる骨格が利用され、炭素又は炭化ケイ素層を形成又は塗布することによって骨格が安定化される。被覆の程度によって骨格の有孔率を調整することができる。

このことに係りなく、骨格の繊維構造によって確率的に分布し又はランダムに配列された等方性分布の気孔通路が存在し、被処理又は被清浄物に作用するガスがこの気孔通路を貫流する。任意に経過する当該の気孔通路を貫流することによって、支持体内部のガスの滞留時間が増加し、このためガスの極めて均一な温度上昇が生じる。また多数の気孔通路に基づき、極めて高い均質性を有するガス流が得られる。

冒頭に挙げた種類の支持体の製造方法は次の手順、
即ち
−炭素及び／又は炭化ケイ素で骨格を作り、
−基質をなす少なくとも１つの熱分解炭素及び／又は炭化ケイ素層で骨格を安定化し、
こうして安定化された骨格又は骨格の断片を支持体として使用することを特徴とする。

その場合、骨格として、炭素からなり又は炭素を含み、もしくは炭素に変換されるフェルト、不織布及び織物層が使用される。この変換は例えば炭化によって行われる。次に気相浸透（ＣＶＩ）及び／又は液体含浸によって骨格が安定化される。その際純炭素又は純炭化ケイ素からなる包被が生じるように、骨格の繊維を処理することができる。単数又は複数の炭素層及び／又は単数又は複数の炭化ケイ素層からなる層列を繊維の上に被着することも可能である。炭素から炭化ケイ素への段階的移行も可能である。

このことに係りなく、高い化学的安定性を得るために、繊維の外層として炭化ケイ素層を形成することが好ましい。

骨格の組成及び／又は繊維の安定化及び層の形成のための処理時間によって、被覆された骨格の密度、熱伝導率及び／又は有孔率を調整することができる。

特に本発明は、炭素及び／又は炭化ケイ素繊維からなる骨格の上に熱分解炭素及び／又は炭化ケイ素からなる単数又は複数の層を被着し、次にこうして作製された基質から支持体を切り取り、切り取られた支持体に高温清浄化を施し、次に炭化ケイ素からなる単数又は複数の層を熱分解炭素層の上に被着することを特徴とする。

骨格と基質の比は、例えば１：１３から１：１７までの範囲、特に約１：１４であることが好ましい。

基質をなす熱分解炭素と炭化ケイ素の比は１：１．８から１：２までの範囲、とりわけ約１：１．８６であることが好ましい。

支持体の総密度は１．５０ｇ／ｃｍ³から１．９ｇ／ｃｍ³までの範囲にあって、そのうち繊維分が０．０９８ｇ／ｃｍ³から０．１２ｇ／ｃｍ³まで、熱分解炭素分が０．４ｇ／ｃｍ³から０．８ｇ／ｃｍ³まで、炭化ケイ素分が０．８ｇ／ｃｍ³から１．０ｇ／ｃｍ³までのそれぞれの範囲にあることが好ましい。当該の支持体は約１４Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する。

多孔質材料からなる本発明に基づく支持体は、処理工程の際にガスを支持体又はサセプタを通して導くことを可能にする。例えばエピタクシー過程で洗浄又は清浄ガスがサセプタを通して導かれるならば、被処理物の背面への析出を防止することができる。またエピタクシー過程で被処理物の背面から出るドーピング原子がガス流によって運び去され、こうして被処理物の前面の自己ドーピングが大幅に減少されることを、清浄ガスによって保証することができる。

特に本発明に基づく支持体は、被処理物の前面と背面を別様に処理しようとする場合に使用される。本発明に基づく支持体を使用することによって、被処理物のすべての面にある酸化物層を、前面だけから酸化物が計画的に除去されるようにエッチングすることができる。支持体と被処理物の間にエッチングガスが無制限に導入されて、被処理物の背面の周縁区域の酸化物層の部分的エッチングを生じることが回避され、その結果背面の酸化物層が保護される。

エッチングガスを被処理物の上だけでなく、支持体にも通して導くならば、被処理物の背面を完全かつ均一にエッチングすることができる。同じことが被処理物のドーピングにも当てはまる。本発明に基づき多孔質の支持体を使用することにより、洗浄ガスで被処理物の背面のドーピングを防止することができ、又はドーピングガスを支持体に通して供給することによって、前面と背面の均一なドーピングを得ることができる。

本発明のその他の細部、利点及び特徴は特許請求の範囲及び特許請求の範囲に見られる特徴−単独で及び／又は組合せとして−だけでなく、図に見られる好ましい実施形態の下記の説明及び下記の実施例からも明らかである。

図１はサセプタとも称される支持体１０が示されている。支持体１０は図示しない処理室の中に配置され、被処理又は被清浄物１２例えばウエハを収容する。その場合支持体１０は、図２が明示するように、平面図で円形を有する。 他の幾何学的形状も可能である。本例で支持体１０は円周状の縁端部１２を有し、そこから後退して底部隔壁１４が広がり、その上に被処理物１２が配置される。

換言すれば、支持体１２はＵ形断面を有し、底部隔壁１４をなす横辺部の上に被処理物又は被清浄物−以下では略してウエハという−が配置される。

本発明によれば、支持体１０は炭素及び／又は炭化ケイ素繊維で形成された骨格からなる。材料としてフェルト、不織布又は織物層を利用することができる。これが炭素でない場合は、あらかじめ炭化することができる。その上で熱分解炭素（ＰｙＣ）及び／又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）で気相浸透（ＣＶＩ）により繊維１６、１８の安定化を行う。適当な液状物質で含浸することもできる。

繊維１６、１８の上に被着された層は図３に参照符号２０、２２で例示されている。層を備えた繊維の詳しい構造は図５で明らかである。その場合参照符号２４で炭素繊維の断面が例示されている。炭素繊維は単数又は複数の熱分解炭素層２６で取り囲まれ、一方、熱分解炭素層２６の外側は単数又は複数の炭化ケイ素層２８で包まれている。熱分解炭素と炭化ケイ素の別の層列も可能である。

被着された層２６、２８の厚さ及び繊維の直径並びにその相互配列によって、被覆された繊維１８、２０の間の間隙、それと共に通気性を調整することができる。換言すれば、有孔率によってガス出口又は通過口及びその分布又は経過が決まる。こうして骨格材料に基づき、ガスが流通することができるランダム配列かつ等方性分布の気孔通路を利用に供する構造が与えられる。当該のガス流路を図３に矢印（参照符号３０）で例示した。支持体１０を貫流するガスは、こうして支持体内で長い滞留時間を有するから、均一な温度上昇が起こる。また多孔質即ち多数の小さな通路に基づき、高い均質性のガス流が得られる。ガス出口のサイズと配置は機械的に作られるのではなく、もっぱら骨格及びその被覆の構造によって決まるから、機械的に作られた開口を有する支持体又はサセプタと比較して、本発明に基づく支持体１０により収容される被処理物は所望の通りに再現可能に処理又は被覆されることを保証する利点が得られる。

ランダム配列かつ等方性分布の気孔開口部即ち気孔通路の末端は、図４の画像の表示で明らかである。

次に実施例に基づき本発明を詳述する。支持体１０のためのベース材料として総不純物５ｐｐｍ以下の黒鉛フェルトを利用することができる。元素に関しては不純物は０．０５ｐｐｍ以下である。骨格と呼ばれる当該の黒鉛フェルトを熱分解炭素（ＰｙＣ）及び炭化ケイ素（ＳｉＣ）の気相浸透により安定化し、緻密化することができる。ベース材料を変え、ＣＶＩ処理を変更することによって、こうして作られる基質の物理的性質を広範囲に変え、それぞれの要求に適応させることができる。このことは次表の例で明らかである。

表１に材料密度と熱伝導率の関連を示す。

炭素繊維、熱分解炭素及び炭化ケイ素の比率を変えることによって、同じ密度で異なる熱伝導率を調整することができる。

表２に材料密度と有孔率の関連を示す。

炭素繊維、熱分解炭素及び炭化ケイ素の比率を変えることによって、同じ密度で異なる有孔率を調整することができる。

次に、その他の細部及び利点が明らかな一例に基づいて、本発明を詳述する。

支持体の製造のために、フェルトブランクをまず熱分解炭素で緻密化する。これはＣＶＩ法で行うことができる。そのために８００℃から１８００℃までの温度、０．０１ｍｂａｒから１０１３ｍｂａｒ ａｂｓｏｌｕｔｅまでの圧力で炭素含有ガス（例えばメタン）を分解する。次に支持体の幾何学的形状を得るために、緻密化したフェルトブランクの加工を行う。加工は機械的に行うことができる。続いて高温清浄化を行う。そのために、加工した被処理物を≧２０００℃で真空に保持する。ハロゲン含有ガスを反応室に送る。高温清浄化によって軸全体の総不純物が＜５ｐｐｍとなり、個別元素ごとにそれぞれ初期重量基準で＜０．０５ｐｐｍの値が得られる。最後に炭化ケイ素による緻密化をとりわけＣＶＩ法で行う。その場合単数又は複数のケイ素及び／又は炭素含有ガス例えばメチルトリクロルシランを８００℃から１６００℃までの温度、０．０１ｍｂａｒから１０１３ｍｂａｒａｂｓｏｌｕｔｅまでの圧力で分解する。

代案として熱分解炭素による緻密化又は炭化ケイ素による緻密化を液体含浸で行うことができる。その場合炭素及び／又はケイ素含有樹脂又は溶液、例えばフェノール樹脂に浸漬することによって、基質が被覆される。続いて真空又は保護ガス中で焼成する。

例えば密度と有孔率を保持して支持体の熱伝導率を変えるために、異なる出発フェルトブランクを利用することができる。例えばパノックス（Ｐａｎｏｘ）繊維をピッチ繊維に替えれば、繊維の高い熱伝導率に基づき同じ有孔率で支持体のより高い熱伝導率が生じる。

本発明に基づく支持体は例えば５００ｍｍ以上に及ぶ直径又は５ｍｍ以上に及ぶ厚さを有することができる。

サセプタのためにとりわけ円板状の幾何学的形状を選んだが、本発明の学説に従って別の幾何学的形状のサセプタも同様に製造することができる。

支持体及び支持体に支えられた被処理物の横断面図を示す。 支持体の平面図を示す。 図１及び２の支持体の破断縁に沿った拡大図を示す。 図１ないし３の支持体の拡大表面部分図を示す。 図１ないし４の支持体の繊維の詳細図を示す。

Claims (19)

1. 炭素を含み、ガス出口又は通過口を形成するために多孔質に形成されている、被処理物、例えば半導体部品の基板を受けるための支持体（１０）において、支持体（１０）が炭素繊維及び／又は炭化ケイ素繊維（１８、２０）の骨格又は骨格断片からなり、繊維が炭素及び／又は炭化ケイ素基質に埋め込まれており、支持体が５％≦ｐ≦９５％の有孔率ｐ及び０．１ｇ／ｃｍ³≦ρ≦３．０ｇ／ｃｍ³の密度ρを有することを特徴とする支持体。
2. 骨格がカーボンフェルト、不織布及び／又は織物層からなることを特徴とする請求項１に記載の支持体。
3. 繊維（１８、２０）が基質として単数又は複数の炭素層、例えば熱分解炭素層及び／又は炭化ケイ素層（２６、２８）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の支持体。
4. 基質が外側に炭化ケイ素層を有することを特徴とする上記請求項の少なくとも１つに記載の支持体。
5. 基質が炭素から炭化ケイ素へ段階的に移行する層系を有することを特徴とする上記請求項の少なくとも１つに記載の支持体。
6. 支持体（１０）の熱伝導率ｗが０．１０Ｗ／ｍＫ≦ｗ≦１００Ｗ／ｍＫ、特に３Ｗ／ｍＫ≦ｗ≦３０Ｗ／ｍＫであることを特徴とする上記請求項の少なくとも１つに記載の支持体。
7. 支持体が１．５０ｇ／ｃｍ³から１．９ｇ／ｃｍ³までの範囲の総密度を有し、そのうち繊維分が０．０９８ｇ／ｃｍ³から０．２ｇ／ｃｍ³までの範囲、及び／又は熱分解炭素分が０．４ｇ／ｃｍ³から０．８ｇ／ｃｍ³までの範囲、及び／又はＳｉＣ分が０．８ｇ／ｃｍ³から１．０ｇ／ｃｍ³までの範囲にあることを特徴とする上記請求項の少なくとも１つに記載の支持体。
8. 骨格と基質の重量比が約１：１３から１：１７までの範囲にあることを特徴とする上記請求項の少なくとも１つに記載の支持体。
9. ガス出口又は通過口を形成する多孔質の炭素を使用して支持体を形成する、被処理物、とりわけ半導体部品の基板例えばウエハを受けるための支持体の製造方法において、次の手順
   即ち
   −炭素及び／又は炭化ケイ素繊維で骨格を作り、
   −基質をなす少なくとも１つの熱分解炭素及び／又は炭化ケイ素層で骨格を安定化し、
   こうして安定化した骨格又は骨格断片を支持体として使用することを特徴とする方法。
10. 繊維を気相浸透（ＣＶＩ）及び／又は液体含浸により安定化することを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 骨格として、安定化したフェルト又は不織布又は安定化した織物層を使用することを特徴とする請求項９又は１０に記載の方法。
12. 繊維をもっぱら炭素により、又はもっぱら炭化ケイ素により安定化することを特徴とする請求項９ないし１１の少なくとも１つに記載の方法。
13. 炭素及び／又は炭化ケイ素からなる単数又は複数の層の層列で繊維を安定化することを特徴とする請求項９ないし１２の少なくとも１つに記載の方法。
14. 炭素から炭化ケイ素へ移行する段階的な層系で繊維を安定化することを特徴とする請求項９ないし１３の少なくとも１つに記載の方法。
15. 外層として炭化ケイ素層が形成されるようにして、骨格を安定化することを特徴とする請求項９ないし１４の少なくとも１つに記載の方法。
16. 骨格の組成及び／又は気相浸透又は液体含浸の持続時間によって、支持体の密度、熱伝導率及び／又は有孔率を調整することを特徴とする請求項９ないし１５の少なくとも１つに記載の方法。
17. 支持体を５％≦ｐ≦９５％、特に１０％≦ｐ≦９５％の有孔率ｐに調整することを特徴とする少なくとも請求項９に記載の方法。
18. 支持体を０．１ｇ／ｃｍ³≦ρ≦３．０ｇ／ｃｍ³の密度ρに調整することを特徴とする少なくとも請求項９に記載の方法。
19. 下記の手順、
    即ち
    −熱分解炭素からなる単数又は複数の層を炭素及び／又は炭化ケイ素繊維からなる骨格に被着し、
    −被覆された骨格から支持体を切り取り、
    −切り取った支持体を高温清浄化し、
    −炭化ケイ素からなる単数又は複数の層を、熱分解炭素で被覆された骨格に被着する
    ことを特徴とする請求項９ないし１７の少なくとも１つに記載の方法。
    

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