JP2878399B2 - 半導体拡散炉用カーボン治具 - Google Patents
半導体拡散炉用カーボン治具Info
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- JP2878399B2 JP2878399B2 JP15163690A JP15163690A JP2878399B2 JP 2878399 B2 JP2878399 B2 JP 2878399B2 JP 15163690 A JP15163690 A JP 15163690A JP 15163690 A JP15163690 A JP 15163690A JP 2878399 B2 JP2878399 B2 JP 2878399B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体拡散炉に用いるカーボン治具に関す
る。
る。
黒鉛ないしカーボン治具は材質純度において第一級の
ものであり、その軽量化によって半導体に係わる工業設
備の全面的一新を促進することができる。
ものであり、その軽量化によって半導体に係わる工業設
備の全面的一新を促進することができる。
［従来の技術］ 従来、シリコンウエハを熱処理し、硼素、リンを拡散
させる時に使用するウエハボート、サセプター等の半導
体拡散炉用治具として、石英ガラス、シリコンあるいは
炭化珪素からなる治具が使用されている。
させる時に使用するウエハボート、サセプター等の半導
体拡散炉用治具として、石英ガラス、シリコンあるいは
炭化珪素からなる治具が使用されている。
［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、石英ガラス製の治具は軟化点が１、10
0℃のために熱処理中に変形してしまい、またα−クリ
ストバライトへの転移で失透し破損してしまうなどの理
由で寿命に限界がある。変形を抑えるために材料の厚さ
を限度まで増加して重くするが、被処理物の数量加増の
ためには余り役立たない一方、結晶転移の問題に対する
改善策は依然未解明である。
0℃のために熱処理中に変形してしまい、またα−クリ
ストバライトへの転移で失透し破損してしまうなどの理
由で寿命に限界がある。変形を抑えるために材料の厚さ
を限度まで増加して重くするが、被処理物の数量加増の
ためには余り役立たない一方、結晶転移の問題に対する
改善策は依然未解明である。
また、シリコン製の治具は、拡散処理中に治具自身に
も拡散が起こるため、拡散ガスの成分々布ないし被処理
物内の拡散効果を不均一にする原因となって、ウエハの
品質にバラツキを発生させる問題などがあり、生産性を
上げる場合にはシリコン製治具はむしろネットとなる。
も拡散が起こるため、拡散ガスの成分々布ないし被処理
物内の拡散効果を不均一にする原因となって、ウエハの
品質にバラツキを発生させる問題などがあり、生産性を
上げる場合にはシリコン製治具はむしろネットとなる。
その他、炭化珪素で作った治具も一部使われている
が、これは純度が悪いため、高度な品質を要求するウエ
ハ製造用には使用できなかった。
が、これは純度が悪いため、高度な品質を要求するウエ
ハ製造用には使用できなかった。
このような問題を抱えるため、従来治具に対する改良
の延長線上では、よりライフサイクルの長い軽量化治具
を求めることにより限界がある。
の延長線上では、よりライフサイクルの長い軽量化治具
を求めることにより限界がある。
そこで、本発明は、高純度であり、高温下でも変形す
ることなく、しかもシリコンウエハの拡散処理中にウエ
ハを汚染することもなく、拡散工程の歩留りを大幅に向
上でき、さらに、軽量化による拡散工程のオペレーショ
ン能率の高い半導体拡散炉用カーボン治具を提供しよう
とするものである。
ることなく、しかもシリコンウエハの拡散処理中にウエ
ハを汚染することもなく、拡散工程の歩留りを大幅に向
上でき、さらに、軽量化による拡散工程のオペレーショ
ン能率の高い半導体拡散炉用カーボン治具を提供しよう
とするものである。
［問題点を解決するための手段］ 前記問題点を解決するための本発明は、見掛密度が1.
40〜1.95g/cm3であり、0.5K本〜3K本のカーボン繊維を
用いたカーボン繊維強化炭素複合材料の一部ないし全面
に80〜2000μｍのSiC被膜を被覆したことを特徴とする
半導体用カーボン治具である。
40〜1.95g/cm3であり、0.5K本〜3K本のカーボン繊維を
用いたカーボン繊維強化炭素複合材料の一部ないし全面
に80〜2000μｍのSiC被膜を被覆したことを特徴とする
半導体用カーボン治具である。
好ましくは、見掛密度1.65〜1.85g/cm3であり、1K本
〜2K本のカーボン繊維を用いたカーボン繊維強化炭素複
合材の一部ないし全面を120〜1000μｍのSiC被膜によっ
て被覆することが望ましい。
〜2K本のカーボン繊維を用いたカーボン繊維強化炭素複
合材の一部ないし全面を120〜1000μｍのSiC被膜によっ
て被覆することが望ましい。
すなわち、本発明は強固なSiC被膜を形成するための
カーボン繊維強化炭素複合材料として、500本〜3000本
のカーボン繊維を用い、見掛密度が1.40〜1.95g/cm3の
ものが最適であることを見出したものであり、さらに
は、そのSiC被膜の膜厚が80〜2000μｍであることが最
良であることを見出したものである。ここで言う膜厚と
は、上記カーボン繊維強化炭素複合材料表面内部に入り
込んだ厚さを含めたものを意味する。
カーボン繊維強化炭素複合材料として、500本〜3000本
のカーボン繊維を用い、見掛密度が1.40〜1.95g/cm3の
ものが最適であることを見出したものであり、さらに
は、そのSiC被膜の膜厚が80〜2000μｍであることが最
良であることを見出したものである。ここで言う膜厚と
は、上記カーボン繊維強化炭素複合材料表面内部に入り
込んだ厚さを含めたものを意味する。
SiC被膜の形成方法としては、CVD法が望ましく、さら
に好ましくは、前記カーボン繊維強化炭素複合材料とSi
C被膜との間にSiCが混在するＣ−SiC層を存在させた構
造とする形成法がよい。このときのSiC被膜の膜厚はこ
のＣ−SiC層を含んだ膜厚を意味する。これは、前記複
合材料を一酸化珪素ガス含有の雰囲気中において熱処理
する第１の工程と、SiO（一酸化珪素）ガス及びCO（一
酸化炭素ガス）含有の雰囲気中において熱処理する第２
の工程とを用いる製造の場合、容易に形成される。
に好ましくは、前記カーボン繊維強化炭素複合材料とSi
C被膜との間にSiCが混在するＣ−SiC層を存在させた構
造とする形成法がよい。このときのSiC被膜の膜厚はこ
のＣ−SiC層を含んだ膜厚を意味する。これは、前記複
合材料を一酸化珪素ガス含有の雰囲気中において熱処理
する第１の工程と、SiO（一酸化珪素）ガス及びCO（一
酸化炭素ガス）含有の雰囲気中において熱処理する第２
の工程とを用いる製造の場合、容易に形成される。
［作用］ 治具のベースに用いるカーボン繊維強化炭素複合材料
が500〜3000本のカーボン繊維織布を用い、見掛密度を
1.45〜1.85g/cm3とすることによってSiC被膜が強固に蒸
着される。
が500〜3000本のカーボン繊維織布を用い、見掛密度を
1.45〜1.85g/cm3とすることによってSiC被膜が強固に蒸
着される。
カーボン繊維が500本より少ないとSiC被膜が剥離し易
くライフサイクルが短くなる。また3000本より多いと膜
厚を大きくしても毛ば立ちを抑えるアンカー効果が低下
し、ライフサイクルは短くなる。
くライフサイクルが短くなる。また3000本より多いと膜
厚を大きくしても毛ば立ちを抑えるアンカー効果が低下
し、ライフサイクルは短くなる。
見掛密度が1.40g/cm3より小さいと、表面部分におけ
る気孔などの凹凸も大きくなって、緻密なSiC被膜の蒸
着が難しくなり、SiC被膜の気密性が低い場合は治具と
して使用不可能となる。反対に、見掛密度が1.95g/cm3
より大きいと、基材自身が緻密質となりアンカー効果を
反対に減少させ、剥離し易い蒸着膜となる。
る気孔などの凹凸も大きくなって、緻密なSiC被膜の蒸
着が難しくなり、SiC被膜の気密性が低い場合は治具と
して使用不可能となる。反対に、見掛密度が1.95g/cm3
より大きいと、基材自身が緻密質となりアンカー効果を
反対に減少させ、剥離し易い蒸着膜となる。
即ち、炭素複合材料のベース表面を見る場合、上記条
件でSiC被膜の形成に適切な表面凹凸が得られ、また、
使用中に受ける圧力でカーボン繊維がベース表面に立上
がる毛ば立ち現象を抑制するアンカー効果を得るために
必要な凹凸表面が得られる。
件でSiC被膜の形成に適切な表面凹凸が得られ、また、
使用中に受ける圧力でカーボン繊維がベース表面に立上
がる毛ば立ち現象を抑制するアンカー効果を得るために
必要な凹凸表面が得られる。
さらに、SiC被膜の膜厚は80μｍ未満では高温時の耐
蝕性が劣り、逆に2000μｍより膜厚となると剥離し易く
なる。
蝕性が劣り、逆に2000μｍより膜厚となると剥離し易く
なる。
また、カーボン繊維強化炭素複合材料とSiC被膜との
間にSiCが混在するＣ−SiC層を存在させる構造とする場
合、前記複合材料とSiC膜との熱膨張差がＣ−SiC層によ
って吸収緩和され、より強固なSiC膜となる。
間にSiCが混在するＣ−SiC層を存在させる構造とする場
合、前記複合材料とSiC膜との熱膨張差がＣ−SiC層によ
って吸収緩和され、より強固なSiC膜となる。
［実施例］ 図面の例は、炉体内でウエハなどの非処理物３を支持
する台板治具を示す。
する台板治具を示す。
実施例１〜３ 500本〜3000本のカーボン繊維を用い含浸回数を変え
た樹脂含浸法により、カーボン繊維強化炭素複合材料１
を製造し、見掛密度が1.41〜1.93g/cm3の範囲にある治
具ベースを作成した。その後、高純度の液体中に入れて
超音波洗浄し、反応温度1600℃で反応ガスとしてSiOガ
ス及びCOガス、キャリアガスとしてN2ガスを流し、反応
ガス濃度と反応時間を変化させることにより、SiCの結
晶層からなる厚さ80〜2000μｍの範囲のSiC膜２を生成
させた。
た樹脂含浸法により、カーボン繊維強化炭素複合材料１
を製造し、見掛密度が1.41〜1.93g/cm3の範囲にある治
具ベースを作成した。その後、高純度の液体中に入れて
超音波洗浄し、反応温度1600℃で反応ガスとしてSiOガ
ス及びCOガス、キャリアガスとしてN2ガスを流し、反応
ガス濃度と反応時間を変化させることにより、SiCの結
晶層からなる厚さ80〜2000μｍの範囲のSiC膜２を生成
させた。
実施例４〜８ 実施例１〜３と同様の熱処理品を製造し、これを反応
炉内に納置し、反応温度1600℃で、反応ガスとして、Si
Oガス、キャリアガスとしてN2ガスを流すと共に、SiOガ
ス濃度と反応時間を変化させることにより、基材のＣと
反応させその表層部にSiCが混在するＣ−SiC層を含め、
SiCの結晶層からなる厚さ80〜2000μｍの範囲のSiCの結
晶層からなる厚さ80〜2000μｍの範囲のSiC膜２を生成
させた。
炉内に納置し、反応温度1600℃で、反応ガスとして、Si
Oガス、キャリアガスとしてN2ガスを流すと共に、SiOガ
ス濃度と反応時間を変化させることにより、基材のＣと
反応させその表層部にSiCが混在するＣ−SiC層を含め、
SiCの結晶層からなる厚さ80〜2000μｍの範囲のSiCの結
晶層からなる厚さ80〜2000μｍの範囲のSiC膜２を生成
させた。
これらのライフテストを第１表（Ａ）に示す。
ライフテストは、治具の上にシリコンウエハ３を置
き、1200℃に加熱する炉体に水素ガスを投入し、５分キ
ープした後、急冷する急熱急冷を一サイクルとして、シ
リコンウエハに汚染物質が検出されるまで、あるいは毛
ば立ちなどの異常が起こるまでその耐用サイクル数で判
定した。
き、1200℃に加熱する炉体に水素ガスを投入し、５分キ
ープした後、急冷する急熱急冷を一サイクルとして、シ
リコンウエハに汚染物質が検出されるまで、あるいは毛
ば立ちなどの異常が起こるまでその耐用サイクル数で判
定した。
表を見るように、治具のライフサイクルはSiC被膜の
膜厚だけで決らない。2000μｍの膜厚を持つNo.3と、80
μｍの膜厚を持つNo.1のライフサイクルは余り違わな
い。No.6とNo.4でも同様である。
膜厚だけで決らない。2000μｍの膜厚を持つNo.3と、80
μｍの膜厚を持つNo.1のライフサイクルは余り違わな
い。No.6とNo.4でも同様である。
また、カーボン繊維の本数を増加するだけではなく治
具のライフサイクルは改善されない。1500本のNo.5と30
00本のNo.6との比較では、No.5のライフサイクルは相当
に長い。ついでに、No.5の膜厚を見ると、No.6の約半分
でありながらより長いライフサイクルを得ている。
具のライフサイクルは改善されない。1500本のNo.5と30
00本のNo.6との比較では、No.5のライフサイクルは相当
に長い。ついでに、No.5の膜厚を見ると、No.6の約半分
でありながらより長いライフサイクルを得ている。
比較例１〜７ 0.3K本、1.5K本および3.3K本のカーボン繊維を用い、
実施例と同様に見掛密度が1.37〜1.99g/cm3の範囲にあ
る試料を作成した。その後実施例と同様に、SiCの結晶
層からなる厚さ50〜2200μｍの範囲のSiC膜を生成させ
た。ライフテストの結果は第１表（Ｂ）に示す。
実施例と同様に見掛密度が1.37〜1.99g/cm3の範囲にあ
る試料を作成した。その後実施例と同様に、SiCの結晶
層からなる厚さ50〜2200μｍの範囲のSiC膜を生成させ
た。ライフテストの結果は第１表（Ｂ）に示す。
第１表（Ａ）（Ｂ）を見ると、SiC被膜の効果を失う
早さを決める要因が、膜厚、カーボン繊維本数、見掛密
度の何れも単独の要因となっていないことを示し、要因
間に複雑な相互関係があることを明らかにする。
早さを決める要因が、膜厚、カーボン繊維本数、見掛密
度の何れも単独の要因となっていないことを示し、要因
間に複雑な相互関係があることを明らかにする。
即ち、SiC膜の緻密性とアンカー効果を第一級治具と
して使用可能となる所要の水準のもにするには、0.5K本
〜3K本のカーボン繊維を用い、見掛密度を1.40〜1.95g/
cm3としたカーボン繊維強化炭素複合材料に80〜2000μ
ｍのSiC膜を生成させることを要件としており、これを
満足して初めて、半導体拡散炉用カーボン治具の寿命を
大幅に延し得ることがわかった。さらには、Ｃ−SiC層
を中間層として形成することにより、ライフサイクルを
一層延長することができる。
して使用可能となる所要の水準のもにするには、0.5K本
〜3K本のカーボン繊維を用い、見掛密度を1.40〜1.95g/
cm3としたカーボン繊維強化炭素複合材料に80〜2000μ
ｍのSiC膜を生成させることを要件としており、これを
満足して初めて、半導体拡散炉用カーボン治具の寿命を
大幅に延し得ることがわかった。さらには、Ｃ−SiC層
を中間層として形成することにより、ライフサイクルを
一層延長することができる。
［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、カーボン繊維強化炭素
複合材料を構成するカーボン繊維とその見掛密度及びSi
C被膜の膜厚との最適組合せにより、強固なSiC被膜が可
能となり、従来治具が到達できなかった軽量・高純度か
つ高温下で変形し難い特性を備えることができ、ひいて
は半導体拡散炉用カーボン治具の寿命を大幅に向上する
ことができる。
複合材料を構成するカーボン繊維とその見掛密度及びSi
C被膜の膜厚との最適組合せにより、強固なSiC被膜が可
能となり、従来治具が到達できなかった軽量・高純度か
つ高温下で変形し難い特性を備えることができ、ひいて
は半導体拡散炉用カーボン治具の寿命を大幅に向上する
ことができる。
図面は、本発明の一実施例を示す台板治具の断面図であ
る。 1:カーボン繊維強化炭素複合材料 2:SiC被膜
る。 1:カーボン繊維強化炭素複合材料 2:SiC被膜
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/22 C23C 16/32 H01L 21/205
Claims (1)
- 【請求項１】見掛密度が1.40〜1.95g/cm3であり、0.5K
〜3Kのカーボン繊維を用いたカーボン繊維強化炭素複合
材料の一部ないし全面に80〜2000μｍのSiC膜を被覆し
たことを特徴とする半導体拡散炉用カーボン治具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15163690A JP2878399B2 (ja) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | 半導体拡散炉用カーボン治具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15163690A JP2878399B2 (ja) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | 半導体拡散炉用カーボン治具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0444315A JPH0444315A (ja) | 1992-02-14 |
| JP2878399B2 true JP2878399B2 (ja) | 1999-04-05 |
Family
ID=15522880
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15163690A Expired - Fee Related JP2878399B2 (ja) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | 半導体拡散炉用カーボン治具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2878399B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007063017B4 (de) * | 2007-12-21 | 2012-03-01 | Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh | Substrathalterung für Gasdiffusionsöfen |
-
1990
- 1990-06-12 JP JP15163690A patent/JP2878399B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0444315A (ja) | 1992-02-14 |
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