JP2011168426A - Silicon carbide ceramics, and fixture for semiconductor process using the silicon carbide ceramics - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭化ケイ素セラミックス、および、該炭化ケイ素セラミックスを用いた半導体プロセス用治具に関する。 The present invention relates to silicon carbide ceramics and a semiconductor process jig using the silicon carbide ceramics.
従来から、半導体を製造したり半導体に対して種々の処理をしたりする治具が開発されている(例えば、特許文献1参照)。また、半導体のうち、シリコン(Si)半導体に対する処理は、比較的に低温であるSiの融点(約1400℃)以下で行われていた。 Conventionally, a jig for manufacturing a semiconductor or performing various processes on the semiconductor has been developed (for example, see Patent Document 1). In addition, among semiconductors, a silicon (Si) semiconductor is processed at a temperature lower than the melting point of Si (about 1400 ° C.), which is relatively low.
しかしながら、近年、高温で行われる化合物半導体の処理が盛んになっており、このような高温環境下では、治具が熱応力によって割れやすいという問題があった。 However, in recent years, processing of compound semiconductors performed at high temperatures has become popular, and there has been a problem that jigs are easily cracked by thermal stress under such high temperature environments.
そこで、本発明の目的は、熱応力による割れを抑制することができる炭化ケイ素セラミックス、および、該炭化ケイ素セラミックスを用いた半導体プロセス用治具を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide silicon carbide ceramics capable of suppressing cracking due to thermal stress, and a semiconductor process jig using the silicon carbide ceramics.
前述した課題を解決するため、本発明は次のような特徴を有している。本発明の第1の特徴に係る炭化ケイ素セラミックスは、炭化ケイ素の純度が99.9999重量%以上で、かつ、密度が2.0〜3.0g/cm3であることを要旨とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention has the following features. The gist of the silicon carbide ceramic according to the first feature of the present invention is that the purity of silicon carbide is 99.9999% by weight or more and the density is 2.0 to 3.0 g / cm 3 .
このように、SiCの理論密度よりも低い密度にすることにより、結晶が多孔質な構造となり、ミクロな欠陥の集合体となるため、熱が加えられると熱応力が分散して欠陥ごとに発生する応力値を低減することにより、靭性が向上し熱応力に対する割れが生じにくくなる。なお、高密度で緻密な結晶組織を有するセラミックスでは靭性が低く、熱応力が加わるとミクロ欠陥に応力が集中するため、容易に脆性破壊する。 In this way, by making the density lower than the theoretical density of SiC, the crystal has a porous structure and becomes an assembly of micro defects, so when heat is applied, thermal stress is dispersed and generated for each defect. By reducing the stress value, the toughness is improved and cracking against thermal stress is less likely to occur. Note that ceramics having a high density and a dense crystal structure have low toughness, and when thermal stress is applied, stress concentrates on micro defects, so that brittle fracture is easily caused.
本発明の第2の特徴に係る半導体プロセス用治具は、前記第1の特徴に係る炭化ケイ素セラミックスからなることを要旨とする。 The gist of the semiconductor process jig according to the second feature of the present invention is the silicon carbide ceramics according to the first feature.
本発明の第3の特徴に係る半導体プロセス用治具は、100MPa以上の熱応力が加わる熱環境において使用されることを要旨とする。 The gist of the semiconductor process jig according to the third feature of the present invention is that it is used in a thermal environment to which a thermal stress of 100 MPa or more is applied.
本発明に係る炭化ケイ素セラミックス、および、該炭化ケイ素セラミックスを用いた半導体プロセス用治具によれば、熱応力による割れを抑制することができる。 According to the silicon carbide ceramic according to the present invention and the semiconductor process jig using the silicon carbide ceramic, cracking due to thermal stress can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態に係る炭化ケイ素セラミックスおよびこれを用いた半導体プロセス用治具の詳細を図面に基づいて説明する。具体的には、(1)本実施形態に係る半導体プロセス用治具の一例であるウェハ支持治具の全体構成、(2)本実施形態に係る炭化ケイ素セラミックスの物性、(3)作用効果、(4)その他の実施形態について説明する。但し、図面は模式的なものであり、各材料層の厚みやその比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。 Hereinafter, details of silicon carbide ceramics according to an embodiment of the present invention and a semiconductor process jig using the same will be described with reference to the drawings. Specifically, (1) the overall configuration of a wafer support jig that is an example of a semiconductor process jig according to the present embodiment, (2) physical properties of the silicon carbide ceramics according to the present embodiment, (3) operational effects, (4) Other embodiments will be described. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the thicknesses and ratios of the material layers are different from actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, the part from which the relationship and ratio of a mutual dimension differ also in between drawings is contained.
(1)本実施形態に係る半導体プロセス用治具の一例であるウェハ支持治具の全体構成
まず、本実施形態に係る半導体プロセス用治具の一例であるウェハ支持治具の全体構成について、図1を参照しつつ説明する。図1は、具体的にはウェハ支持治具であるサセプタ1を示している。
(1) Overall Configuration of a Wafer Support Jig that is an Example of a Semiconductor Process Jig According to the Present Embodiment First, a diagram illustrating an overall configuration of a wafer support jig that is an example of a semiconductor process jig according to the present embodiment. This will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a
図1(a)及び図1(b)に示すように、サセプタ1は、円盤状に形成されており、炭化ケイ素セラミックスから形成されている。図1(a)に示すように、サセプタ1の外形は平面視円形であり、中央側に平面視円形のウェハ保持部2が形成されている。このウェハ保持部2は、図1(b)に示すように、底面がウェハ保持面3に構成されており、図外の半導体ウェハがウェハ保持部2に保持される。このサセプタ1の使用環境は、100MPa以上の熱応力が加わる熱環境において使用される。また、サセプタ1に用いられる炭化ケイ素セラミックス中の炭化ケイ素は、後述するように、純度が99.9999重量%以上で、かつ、密度が2.0〜3.0g/cm3である。なお、ウェハ支持治具としては、サセプタ1に限定されず、均熱板、トレイなどの半導体ウェハを支持する治具全般を含む。
As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the
(2)炭化ケイ素セラミックスの物性
次に、本実施形態に係る炭化ケイ素セラミックスの物性を説明する。
(2) Physical property of silicon carbide ceramic Next, the physical property of the silicon carbide ceramic which concerns on this embodiment is demonstrated.
(2−1)純度
本実施形態に係る炭化ケイ素セラミックスにおける炭化ケイ素の純度は、99.9999重量%以上であり、好ましくは、99.99995重量%以上である。ここで、「純度」とは、定量分析により決定した主成分の試料中に占める割合を示し、本明細書では、純度は「重量比」で示す。定量分析とは、試料中にある成分量を決定するために実施する化学分析であり、重量分析、容量分析、および比色分析がある。本実施形態では、成分の重量を測定する重量分析の数値(重量%、wt%)を純度とする。
(2-1) Purity The purity of silicon carbide in the silicon carbide ceramic according to the present embodiment is 99.9999% by weight or more, and preferably 99.99995% by weight or more. Here, “purity” indicates the proportion of the main component determined by quantitative analysis in the sample, and in this specification, purity is indicated by “weight ratio”. Quantitative analysis is chemical analysis performed to determine the amount of a component in a sample, and includes gravimetric analysis, volumetric analysis, and colorimetric analysis. In the present embodiment, the value (weight%, wt%) of gravimetric analysis for measuring the weight of the component is the purity.
(2−2)密度
本実施形態に係る炭化ケイ素セラミックスの密度は、2.0〜3.0g/cm3である。ここで、密度(g/cm3)は、JIS R1634に従ったアルキメデス法によって算出した数値である。
(2-2) Density The density of the silicon carbide ceramics according to the present embodiment is 2.0 to 3.0 g / cm 3 . Here, the density (g / cm 3 ) is a numerical value calculated by the Archimedes method according to JIS R1634.
なお、炭化ケイ素の理論密度は3.21であるため、本実施形態に係る炭化ケイ素セラミックスの密度2.0〜3.0g/cm3は理論密度よりも低い。従って、結晶が多孔質な構造となり、ミクロな欠陥の集合体となるため、熱が加えられると熱応力が分散して欠陥ごとに発生する応力値を低減することにより、靭性が向上し熱応力に対する割れが生じにくくなる。 In addition, since the theoretical density of silicon carbide is 3.21, the density of silicon carbide ceramics according to the present embodiment is 2.0 to 3.0 g / cm 3 is lower than the theoretical density. Therefore, since the crystal has a porous structure and becomes an aggregate of microscopic defects, when heat is applied, the thermal stress is dispersed to reduce the stress value generated for each defect, thereby improving toughness and thermal stress. It becomes difficult for the crack to occur.
(2−3)その他の物性
本発明の炭化ケイ素セラミックスの原料として炭化ケイ素粉末が用いられる。この炭化ケイ素粉末は、α型、β型、非晶質またはこれらの混合物等が挙げられるが、特に、β型炭化ケイ素粉末が好適に使用される。このβ型炭化ケイ素粉末のグレードには特に制限はなく、例えば、一般に市販されているβ型炭化ケイ素粉末を用いることができる。
(2-3) Other physical properties Silicon carbide powder is used as a raw material for the silicon carbide ceramics of the present invention. Examples of the silicon carbide powder include α-type, β-type, amorphous, and mixtures thereof. In particular, β-type silicon carbide powder is preferably used. The grade of this β-type silicon carbide powder is not particularly limited, and for example, commercially available β-type silicon carbide powder can be used.
本実施形態に係る炭化ケイ素セラミックスを用いた治具は、好ましい態様において以下のような物性を有する。例えば、熱伝導率は60〜100W/m・K、室温における曲げ強度は約200MPa、ビッカース硬度(HV)は約400、ヤング率は約120GPa 、ポアソン比は0.17、線膨張率は4.5E−6/K、比熱は0.68J/g・Kである。なお、これらの物性のうち、熱伝導率が最も重要である。 The jig | tool using the silicon carbide ceramics concerning this embodiment has the following physical properties in a preferable aspect. For example, the thermal conductivity is 60 to 100 W / m · K, the bending strength at room temperature is about 200 MPa, the Vickers hardness (HV) is about 400, and the Young's modulus is about 120 GPa. The Poisson's ratio is 0.17, the linear expansion coefficient is 4.5E-6 / K, and the specific heat is 0.68 J / g · K. Of these physical properties, thermal conductivity is the most important.
(3)作用効果
以下に、本発明による作用効果を説明する。
(3) Operational Effects The operational effects according to the present invention will be described below.
(3−1)本実施形態に係る炭化ケイ素セラミックスは、炭化ケイ素の純度が99.9999重量%以上で、かつ、密度が2.0〜3.0g/cm3である。 (3-1) The silicon carbide ceramic according to the present embodiment has a purity of silicon carbide of 99.9999% by weight or more and a density of 2.0 to 3.0 g / cm 3 .
通常、SiCは靭性が低いため、高温プロセス中の熱応力による割れが発生しやすい。しかし、本実施形態のように、SiCの理論密度よりも低い密度にすることにより、結晶が多孔質な構造となり、ミクロな欠陥の集合体となるため、熱が加えられると熱応力が分散して欠陥ごとに発生する応力値を低減することにより、靭性が向上し熱応力に対する割れが生じにくくなる。なお、高密度で緻密な結晶組織を有するセラミックスでは靭性が低く、熱応力が加わるとミクロ欠陥に応力が集中するため、容易に脆性破壊する。 Usually, since SiC has low toughness, cracking due to thermal stress during high-temperature processes tends to occur. However, as in this embodiment, by setting the density lower than the theoretical density of SiC, the crystal has a porous structure and becomes an aggregate of microscopic defects. Therefore, when heat is applied, thermal stress is dispersed. By reducing the stress value generated for each defect, toughness is improved and cracking against thermal stress is less likely to occur. Note that ceramics having a high density and a dense crystal structure have low toughness, and when thermal stress is applied, stress concentrates on micro defects, so that brittle fracture is easily caused.
(3−2)本実施形態に係る半導体プロセス用治具は、前記(3−1)に記載の炭化ケイ素セラミックスからなるため、靭性が高く熱応力割れが生じにくく、高温プロセスでの使用に好適となる。 (3-2) Since the semiconductor process jig according to the present embodiment is made of the silicon carbide ceramic described in (3-1), it has high toughness and hardly causes thermal stress cracking and is suitable for use in a high-temperature process. It becomes.
(3−3)100MPa以上の熱応力が加わる熱環境において使用される(3−2)の半導体プロセス用治具によれば、高い温度環境下においても、熱応力割れが生じることなく使用することができる。 (3-3) According to the semiconductor process jig of (3-2) used in a thermal environment where a thermal stress of 100 MPa or more is applied, it should be used without causing thermal stress cracking even in a high temperature environment. Can do.
(4)その他の実施形態
なお、前述した実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
(4) Other Embodiments It should not be understood that the descriptions and drawings constituting a part of the disclosure of the above-described embodiments limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
本実施形態における炭化ケイ素セラミックス治具としては、ウェハ支持治具であるサセプタを一例として説明した。しかし、本発明により得られる炭化ケイ素セラミックスの半導体プロセス用治具は、以上のように説明した物性を有することより、半導体製造部品等の使用に供される。また、例えば、ドライエッチング装置、熱処理装置、イオン注入装置、CVD装置、PVD装置等に好適に用いられる。部品の一例としては、半導体ウェハを支持するサセプタ・ホルダ・トレー・均熱板等、ドライエッチング装置用のプラズマ電極、防護リング(フォーカスリング)、イオン注入装置用のスリット部品(アパーチャー)、イオン発生部や質量分析部用の防護板、熱処理装置やCVD装置におけるウェハ処理時に用いられるダミーウェハ等に適用できる。 As a silicon carbide ceramic jig in the present embodiment, a susceptor that is a wafer support jig has been described as an example. However, the semiconductor carbide jig of the silicon carbide ceramics obtained by the present invention has the physical properties described above, and is therefore used for semiconductor manufacturing parts and the like. Further, for example, it is suitably used for a dry etching apparatus, a heat treatment apparatus, an ion implantation apparatus, a CVD apparatus, a PVD apparatus, and the like. Examples of parts include susceptors, holders, trays, and soaking plates that support semiconductor wafers, plasma electrodes for dry etching equipment, protective rings (focus rings), slit parts (apertures) for ion implantation equipment, and ion generation The present invention can be applied to a protective plate for a part or a mass analysis part, a dummy wafer used at the time of wafer processing in a heat treatment apparatus or a CVD apparatus, or the like.
このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 As described above, the present invention naturally includes various embodiments that are not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
1…サセプタ、2…ウェハ保持部、3…ウェハ保持面
DESCRIPTION OF
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