JP2009135127A - 炭化ケイ素ウェハの保持方法及びウェハ保持具 - Google Patents

Abstract

【課題】炭化ケイ素単結晶ウェハを高温で加熱処理した後にウェハ裏面の表面粗さが悪化することを効果的に抑制することができるウェハ保持方法を提供する。
【解決手段】炭化ケイ素ウェハ１１をウェハ保持具に保持して加熱するに当たり、ウェハ保持具２１のウェハ保持面２１ａと炭化ケイ素ウェハ１１の裏面との隙間形成を防止する手段を用いること。
【選択図】図１

Description

この発明は、炭化ケイ素ウェハの保持方法及びこの保持方法に用いて好適なウェハ保持具に関する。

炭化ケイ素単結晶は、次世代半導体デバイスに適用して優れた特性を備えている。そのた、光デバイス、パワーデバイス、高周波デバイス、耐熱車載デバイスなどの各種デバイスに用いられている。これらの各種半導体デバイスを製造するために、あらかじめ用意された炭化ケイ素単結晶ウェハは、半導体製造装置の処理室内で熱処理や成膜やエッチングなどの各種処理が行われる。

この処理室内で炭化ケイ素単結晶ウェハを保持するウェハ保持具は、当該炭化ケイ素単結晶ウェハの裏面と接する平面的なウェハ保持面を有し、このウェハ保持面上に炭化ケイ素単結晶ウェハが載置された状態で、上記のような熱処理等の処理が行われる。

ここに、上記処理が高温であるときに、処理後の炭化ケイ素単結晶ウェハの裏面の表面粗さが悪化する場合があった。炭化ケイ素単結晶ウェハの裏面は、半導体デバイスが作成される表面とは反対側の面であるため、半導体デバイスの製造過程で炭化ケイ素単結晶ウェハの裏面の表面粗さが悪化したとしても、半導体デバイスの品質には影響を及ぼさない。しかしながら、半導体デバイスが作製された炭化ケイ素単結晶ウェハとしての製品美観を損う。

したがって、高温処理後の炭化ケイ素単結晶ウェハの裏面の表面粗さが粗い場合には、その程度に応じて裏面を研磨する作業を行っていた。しかし、この研磨作業は、半導体デバイスの製造時間の増加を招き、また、製造コストを増加させる。そのため、表面粗さの増加を抑制できる方法又は手段が求められているところである。

半導体ウェハ又はガラス基板を保持するウェハ保持具に関して、このウェハ保持面に多数の小突起を有し、この突起の上面でウェハを支持するものがある（特許文献１）。

しかしながら、特許文献１等の記載されているような、ウェハ保持面に多数の小突起を有するウェハ保持具を用いて、炭化ケイ素単結晶ウェハを高温処理すると、炭化ケイ素単結晶ウェハ裏面の表面粗さの悪化は解消できなかった。
特開平６−１３２３８７号公報

上述したように、高温での処理後に炭化ケイ素単結晶ウェハの裏面の表面粗さが粗くなることが、炭化ケイ素単結晶ウェハを用いた半導体デバイスの製造プロセスにおいて問題となる。そこで、本発明は、この問題を有利に解決するものであり、ウェハ保持具を用いて炭化ケイ素単結晶ウェハを高温処理する時における新規な保持方法により、高温での処理後の炭化ケイ素単結晶ウェハの裏面の表面粗さの悪化を効果的に抑制することのできる炭化ケイ素ウェハの保持方法及びこの保持方法に用いるウェハ保持具を提供することを目的とする。

本発明の炭化ケイ素ウェハの保持方法は、炭化ケイ素ウェハをウェハ保持具に保持して加熱するに当たり、ウェハ保持具のウェハ保持面と炭化ケイ素ウェハの裏面との隙間形成を防止する手段を用いることを特徴とする。

この隙間形成を防止する手段は、炭化ケイ素ウェハの加熱前に、当該炭化ケイ素ウェハの裏面に保護膜を形成することとすることができ、また、前記ウェハ保持面にウェハの吸引孔を有するウェハ保持具を用いることであることもできる。

また、本発明のウェハ保持具は、炭化ケイ素ウェハを保持するウェハ保持面と、このウェハ保持面に形成された吸引孔とを備え、この吸引孔は、排気手段と接続されることを特徴とする。

本発明の炭化ケイ素ウェハの保持方法によれば、ウェハ保持具で保持された炭化ケイ素ウェハを高温加熱した後においても、ウェハ裏面の表面粗さの悪化を抑制することができ、外観が良好で製造コストの増加の招くことなく炭化ケイ素半導体デバイスを製造することが可能となる。

本発明のウェハ保持具によれば、炭化ケイ素ウェハ裏面の表面粗さの悪化を効果的に抑制することができる。

発明者らは、炭化ケイ素単結晶ウェハの裏面の表面粗さの悪化の原因を解明すべく調査を行った。その結果、このウェハ裏面の表面粗さの悪化は、ウェハ保持具の平面的な保持面とウェハ裏面の間に隙間が形成されていることが原因であることを見出した。

ウェハ保持具に炭化ケイ素単結晶ウェハが保持されたとき、炭化ケイ素単結晶ウェハの裏面は、通常はウェハ保持具の平面的な保持面と密接する。しかしながら、ウェハ保持具に保持された炭化ケイ素単結晶ウェハが、何らかの原因によって反りを生じていた場合には、炭化ケイ素単結晶ウェハの裏面とウェハ保持具の保持面との間に隙間が形成されてしまう。この隙間が形成されている状態で半導体製造装置の処理室内で炭化ケイ素単結晶ウェハを減圧下で高温加熱すると、この隙間が生じている部分の炭化ケイ素単結晶ウェハの裏面から、シリコン原子、炭素原子が脱し、つまり熱エッチングを行ったのと同様になる。このことにより、ウェハ裏面の表面粗さの悪化すると考えられる。

そこで、本発明に係る炭化ケイ素ウェハの保持方法では、ウェハ保持具のウェハ保持面と炭化ケイ素ウェハの裏面との隙間形成を防止する手段を用いる。隙間形成を防止することにより、この隙間が生じている部分の炭化ケイ素単結晶ウェハの裏面から、シリコン原子、炭素原子が脱することを抑制でき、ひいては炭化ケイ素ウェハ裏面の表面粗さの悪化を抑制することができる。

この隙間形成を防止する手段の具体的な実施形態には、炭化ケイ素ウェハの加熱前に、当該炭化ケイ素ウェハの裏面に保護膜を形成することがある。図１は、この実施形態を説明する模式的な断面図である。半導体製造装置の処理室内で炭化ケイ素ウェハ１１は、ウェハ保持具２１に保持される。図１（ａ）は、このウェハ保持具２１がサセプタである例を示している。このウェハ保持具２１は、炭化ケイ素ウェハ１１が保持される大きさの凹部を有し、この凹部の底面が平面的なウェハ保持面２１ａである。ウェハ保持具２１の材料は、例えば炭化ケイ素である。

この炭化ケイ素ウェハ１１の裏面には、保護膜１２が形成されている。この保護膜は、炭化ケイ素ウェハ１１を加熱した時の高温で揮発を生じない材料からなり、例えばフェノール樹脂等の熱硬化型樹脂を用いることができる。保護膜１２の厚さは、炭化ケイ素ウェハ１１を加熱した時に炭化ケイ素ウェハ１１が熱エッチングされるのを防止し得る厚さ以上とすることができる。保護膜１２の形成は、上記材料のコーティングにより行うことができる。

図１（ｂ）は、保護膜１２が形成された炭化ケイ素ウェハ１１が、ウェハ保持具２１のウェハ保持面２１ａ上に載置され、保持されていることを示している。炭化ケイ素ウェハ１１の裏面に保護膜１２が形成されているため、ウェハ保持具２１のウェハ保持面２１ａ上の炭化ケイ素ウェハ１１に反りが生じていたとしても、炭化ケイ素ウェハ１１の裏面が隙間に露出することはなく、よって隙間形成が防止されている。このことから、炭化ケイ素ウェハ１１の裏面からシリコン原子や炭素原子が高温により脱することが抑制され、よって炭化ケイ素ウェハ１１裏面の表面粗さの悪化が抑制される。

隙間形成を防止する手段の別の具体的な実施形態には、ウェハ保持面にウェハの吸引孔を有するウェハ保持具を用いることがある。図２は、このような構成を有するウェハ保持具２２を用いる実施形態の説明図であり、同図（ａ）はウェハ保持具２２の模式的な断面図、同図（ｂ）は、ウェハ保持具２２の要部の平面図である。本実施態様の隙間形成防止手段においては、図２（ａ）に示されるように、ウェハ保持具２２は、厚み方向に貫通しウェハ保持面２２ａに露出する複数の吸引孔２２ｂを有している。これらの吸引孔２２ｂは、吸引装置３０に導管３１を通して接続される。吸引孔２２ｂを有するウェハ保持具２２のウェハ保持面２２ａ上に炭化ケイ素ウェハ１１が載置され、吸引装置３０を動作させると、吸引力により炭化ケイ素ウェハ１１がウェハ保持具２２のウェハ保持面２２ａに密着する。よって、このウェハ保持面２２ａと炭化ケイ素ウェハ１１の裏面との間に、隙間が形成されるのが防止される。たとえ炭化ケイ素ウェハ１１がウェハ保持面２２ａ上で反りを生じていたとしても、反りを解消するように吸引装置３０による吸引力を調整することで、隙間の形成は防止できる。

本実施形態において、吸引孔２２ｂは、図２（ｂ）に示されるように、吸引孔２２ｂは、同心円状と複数の直径方向の線分状の配列になっているが、本発明の保持方法及び保持具において、吸引孔の配列は図示した例に限定されない。炭化ケイ素ウェハの反りの面内分布が幾多にバリエーションがあるのに対応して、炭化ケイ素ウェハを保持面に密着させることのできるような吸引孔の配置とする。

図３は、別の実施形態に係るウェハの吸引孔を有するウェハ保持具２３の模式的な断面図である。図３に示される本実施形態のウェハ保持具２３は、炭化ケイ素ウェハ１１を保持するウェハ保持面２３ａを含む部分が多孔質材料２３ｂからなり、この多孔質材料２３ｂが導管３１を介して吸引装置３０と接続されている。この多孔質材料２３ｂの孔が吸引孔として作用する。多孔質材料２３ｂは、加熱時の高温により分解等することがない、炭化ケイ素その他のセラミックス材料を用いることができる。

図３に示した本実施形態のウェハ保持具２３を用いることにより、多孔質材料２３ｂを有するウェハ保持具２２のウェハ保持面２２ａ上に炭化ケイ素ウェハ１１が載置され、吸引装置３０を動作させると、吸引力により炭化ケイ素ウェハ１１がウェハ保持具２２のウェハ保持面２２ａに密着する。よって、このウェハ保持面２２ａと炭化ケイ素ウェハ１１の裏面との間に、隙間が形成されるのが防止される。たとえ炭化ケイ素ウェハ１１がウェハ保持面２２ａ上で反りを生じていたとしても、反りを解消するように吸引装置３０による吸引力を調整することで、隙間の形成は防止できる。

図４は、比較のために従来のウェハ保持具２０１を示す。このウェハ保持具２０１はサセプタの例であって、炭化ケイ素ウェハが保持される大きさの凹部を有し、この凹部の底面が平面的なウェハ保持面２０１ａである。この従来のウェハ保持具２０１のウェハ保持面２０１ａに炭化ケイ素ウェハ１０１を載置した状態を図５（ａ）〜（ｃ）に示す。図５（ａ）は、ウェハ保持具２０１のウェハ保持面２０１ａ上でウェハ１０１に反りが生じていない場合の例であり、この場合にはウェハ保持具２０１のウェハ保持面２０１ａと炭化ケイ素ウェハ１０１の裏面との間に隙間が生じておらず、高温処理を当該炭化ケイ素ウェハ１０１に行っても裏面の表面粗さの悪化は生じない。

しかしながら、図５（ｂ）に示されるように、ウェハ保持具２０１のウェハ保持面２０１ａ上でウェハ１０１に反りが生じている場合には、ウェハ保持具２０１のウェハ保持面２０１ａとウェハ１０１の裏面１０１ａとの間に隙間が生じてします。この場合、高温処理を炭化ケイ素ウェハ１０１に行うと、図５（ｃ）に示されるように、炭化ケイ素ウェハ１０１の裏面に粗れ１０１ｂが生じていたのである。

これに対して、本発明の実施形態に係る保持方法及び保持装置は、図１〜４に示したように、炭化ケイ素ウェハの裏面の表面粗度の悪化が生じないのであるから、本発明は顕著な効果を有している。

直径５０．８mm、裏面の表面粗さが０．４〜１．０ｎｍで、反り量が１０〜２０μｍである、第１のグループの炭化ケイ素ウェハと、直径５０．８mm、裏面の表面粗さが３０〜１００ｎｍで、反り量が３０〜５０μｍである、第２のグループの炭化ケイ素ウェハを、それぞれ複数個で用意した。

第１のグループの炭化ケイ素ウェハ及び第２のグループの炭化ケイ素ウェハの各々に熱処理をする際に、炭化ケイ素ウェハの保持方法として、図１に示した炭化ケイ素ウェハの裏面に保護膜を形成した隙間形成防止手段を用いた例（実施例１）、図２に示した吸引孔を有するウェハ保持具を用いた隙間形成防止手段を用いた例（実施例２）及びこれらの隙間形成防止手段を用いなかった例（比較例）の３種の例のいずれかを行った。加熱の条件は、１２０ｍｂａｒの減圧雰囲気で１６５０℃で１．５時間の加熱であった。

加熱後に各炭化ケイ素ウェハの裏面の表面粗さを測定した。その結果を表１に示す。

表１から明らかなように、実施例１及び実施例２は、比較例との対比で、第１のグループの炭化ケイ素ウェハ及び第２のグループの炭化ケイ素ウェハのいずれの場合も、加熱処理の前後でウェハ裏面の表面粗さの悪化が効果的に抑制されていた。

以上、本実施形態に係る炭化ケイ素ウェハの保持方法及びウェハ保持具を図面に従って説明したが、本発明の炭化ケイ素ウェハの保持方法及びウェハ保持具は、図面及び実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることはいうまでもない

本発明の実施の形態に係る炭化ケイ素ウェハの保持方法の一例を示す模式的な断面図である。 本発明の別の実施の形態に係る炭化ケイ素ウェハの保持方法の一例を示す模式的な断面図である。 本発明の別の実施の形態に係る炭化ケイ素ウェハの保持方法の一例を示す模式的な断面図である。 従来の炭化ケイ素ウェハの保持方法に用いるウェハ保持具の断面図である。 従来の炭化ケイ素ウェハの保持方法の説明図である。

符号の説明

１１ 炭化ケイ素ウェハ
１２ 保護膜
２１ ウェハ保持具
２１ａ 保持面
２１ｂ 吸引孔

Claims (4)

1. 炭化ケイ素ウェハをウェハ保持具に保持して加熱するに当たり、
   ウェハ保持具のウェハ保持面と炭化ケイ素ウェハの裏面との隙間形成を防止する手段を用いることを特徴とする炭化ケイ素ウェハの保持方法。
2. 前記隙間形成を防止する手段が、炭化ケイ素ウェハの加熱前に、当該炭化ケイ素ウェハの裏面に保護膜を形成することであることを特徴とする請求項１に記載の炭化ケイ素ウェハの保持方法。
3. 前記隙間形成を防止する手段が、前記ウェハ保持面にウェハの吸引孔を有するウェハ保持具を用いることであること特徴とする請求項１に記載の炭化ケイ素ウェハの保持方法。
4. 炭化ケイ素ウェハを保持するウェハ保持面と、このウェハ保持面に形成された吸引孔とを備え、この吸引孔は、排気手段と接続されることを特徴とするウェハ保持具。

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