JP3220730B2 - Graphite wafer holding jig for atmospheric pressure CVD equipment - Google Patents

Graphite wafer holding jig for atmospheric pressure CVD equipment

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JP3220730B2
JP3220730B2 JP14861491A JP14861491A JP3220730B2 JP 3220730 B2 JP3220730 B2 JP 3220730B2 JP 14861491 A JP14861491 A JP 14861491A JP 14861491 A JP14861491 A JP 14861491A JP 3220730 B2 JP3220730 B2 JP 3220730B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、常圧CVD装置におい
て使用され、半導体素子用の原料ウエハを保持するため
のウエハ保持治具に関し、特にその大部分を黒鉛材によ
って形成したウエハ保持治具に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wafer holding jig used in a normal-pressure CVD apparatus for holding a raw material wafer for a semiconductor device, and more particularly to a wafer holding jig mostly formed of a graphite material. It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術】常圧CVD装置において使用されるウエ
ハ保持治具は、半導体素子を製造するプロセスにおい
て、その原料となるシリコン等によって形成したウエハ
に酸化膜を形成するために、図6に示すように、多数の
ウエハを保持したまま常圧CVD装置内に挿入されるも
のである。このウエハ上に酸化膜を形成する工程では、
同時に治具にも酸化膜が形成されるが、この治具を繰り
返し使用すると酸化膜がしだいに厚く堆積することとな
り、これが使用中に剥離し、ウエハに悪影響を及ぼすた
め、定期的にフッ酸による酸化膜の洗浄が必要となる。
2. Description of the Related Art A wafer holding jig used in a normal pressure CVD apparatus is shown in FIG. 6 for forming an oxide film on a wafer formed of silicon or the like as a raw material in a process of manufacturing a semiconductor device. Thus, the wafer is inserted into the atmospheric pressure CVD apparatus while holding a large number of wafers. In the step of forming an oxide film on the wafer,
At the same time, an oxide film is formed on the jig. However, if this jig is used repeatedly, the oxide film will gradually become thicker, which will peel off during use and adversely affect the wafer. Cleaning of the oxide film is required.

【0003】ところで、一般的なウエハ保持治具は、主
として石英素材を使用して形成されているが、この石英
素材はフッ酸に弱いため、フッ酸洗浄を何回も繰り返す
とこの石英素材からなるウエハ保持治具は細ってしまっ
て使用できなくなることから、耐久性に劣るものであっ
た。
[0003] By the way, a general wafer holding jig is mainly formed using a quartz material. However, since this quartz material is weak to hydrofluoric acid, if the hydrofluoric acid cleaning is repeated many times, the quartz material is removed. The resulting wafer holding jig becomes so thin that it cannot be used, resulting in poor durability.

【0004】そこで、フッ酸に対する耐触性を有するセ
ラミックスによって、この種のウエハ保持治具を形成す
ることも考えられているのであるが、近年の技術の進歩
に伴ってウエハ自体の径が大きくなってきており、セラ
ミックスの焼成収縮を考慮しながら大型化したウエハ保
持治具を形成することは非常に困難となってきているの
である。特に、セラミックスは、その優れた硬度が災い
して加工性が非常に悪いものであり、寸法精度において
も大型化すればするほど劣るものであるのである。そし
て、何よりも、セラミックスは、焼成助剤を使用して焼
成されるものであるが、この焼成助剤が焼成後に不純物
として残留するものであり、この残留不純物はウエハ保
持治具として問題となるのである。
Therefore, it has been considered to form a wafer holding jig of this type using ceramics having resistance to hydrofluoric acid. However, the diameter of the wafer itself has been increased due to recent technological advances. Therefore, it is very difficult to form a large-sized wafer holding jig in consideration of shrinkage of firing of ceramics. In particular, ceramics are very poor in workability due to their excellent hardness, and the dimensional accuracy is inferior as the size increases. Most of all, ceramics are fired using a firing aid, but the firing aid remains as an impurity after firing, and this residual impurity becomes a problem as a wafer holding jig. It is.

【0005】一方、ウエハに酸化膜を常圧で形成するこ
とができるようにすべく、図6に示したような常圧CV
D装置30が開発されてきているが、この常圧CVD装
置30においては、インコネル(ニッケル・クロム合
金)製のウエハ保持治具をヒーター上にて例えばチエン
駆動により移動するものである。この常圧CVD装置3
0においては、ガス分散ヘッドを3つのゾーンに分離す
ることによりウエハに対する酸化膜の形成を容易として
いるものであり、この成長層形成領域の両側にチッ素ガ
スのカーテンを設けてある。
On the other hand, in order to be able to form an oxide film on a wafer at normal pressure, a normal pressure CV as shown in FIG.
Although the D apparatus 30 has been developed, the normal pressure CVD apparatus 30 moves a wafer holding jig made of Inconel (nickel-chromium alloy) on a heater by, for example, driving a chain. This atmospheric pressure CVD device 3
In No. 0, the gas dispersion head is divided into three zones to facilitate the formation of an oxide film on the wafer, and nitrogen gas curtains are provided on both sides of the growth layer formation region.

【0006】このような常圧CVD装置30において重
要なことは、ヒーター上を移動する保持治具上の各ウエ
ハの温度分布が均等になっていることである。この温度
分布に着目してみると、図6に示した常圧CVD装置3
0にあっては、反応ガスやカーテンガスが流れているこ
と、ウエハ保持治具が移動するものであること、及びウ
エハ保持治具がインコネルのような熱伝導率のよい材料
によって形成されていること等の理由によって、各ウエ
ハの温度を均一なものとすることはなかなか困難であ
る。酸化膜形成時のウエハに温度ムラがあると、その酸
化膜は均質なものとすることができなくなって、非常に
不利である。さらにインコネルを用いると、加熱により
そりが生じ易く、そのためウエハーとの密着性が悪くな
り、生成する酸化膜は不均質なものになり易い。
What is important in such a normal pressure CVD apparatus 30 is that the temperature distribution of each wafer on the holding jig moving on the heater is uniform. Focusing on this temperature distribution, the normal pressure CVD apparatus 3 shown in FIG.
At 0, the reaction gas or curtain gas is flowing, the wafer holding jig moves, and the wafer holding jig is formed of a material having good thermal conductivity such as Inconel. For these reasons, it is very difficult to make the temperature of each wafer uniform. If the wafer has an uneven temperature during the formation of the oxide film, the oxide film cannot be made uniform, which is very disadvantageous. Further, when Inconel is used, warping is easily caused by heating, so that adhesion to a wafer is deteriorated, and an oxide film to be formed tends to be non-uniform.

【0007】そこで、現在は、耐熱性、低い熱伝導性、
易加工性、耐薬品等のウエハ保持治具を構成するものと
しての長所を多く有した黒鉛材を使用したものも提案さ
れてきている。このようなウエハ保持治具用の材料とし
て使用されている高密度黒鉛は、少なくとも優れた化学
的安定性耐熱性を備え、高密度化も容易であることか
ら、特性的に極めて好適な材料である。
Therefore, at present, heat resistance, low thermal conductivity,
There has been proposed one using a graphite material having many advantages as a component of a wafer holding jig such as easy workability and chemical resistance. High-density graphite used as a material for such a wafer holding jig has at least excellent chemical stability and heat resistance and is easily densified. is there.

【0008】ところが、黒鉛材を使用して形成したウエ
ハ保持治具においては、その使用を繰り返すと、黒鉛材
の一部が微細な粒子となって脱落することがあり、これ
がウエハの汚損の原因となることがあったのである。ま
た、この高密度黒鉛は、コークスあるいはカーボンの微
粉をタールピッチなどのバインダー成分と共に高密度に
形成した後焼成することにより黒鉛化したものであり、
巨視的には黒鉛の粒体集合による組織構造を有している
ため、粒体脱落による消耗が発生するだけでなく、脱落
した黒鉛粒子がウエハ上面を汚染する等の欠点を招く不
都合がある。さらには、高密度黒鉛は、その組織構造に
おいて気孔(細孔)を有するため、黒鉛製治具をフッ酸
で洗浄するとその気孔にフッ酸が入り込み、一旦気孔内
に入り込んだフッ酸はぬけにくいという不都合もある。
However, in a wafer holding jig formed using a graphite material, if the use is repeated, a part of the graphite material may become fine particles and fall off, which is a cause of the contamination of the wafer. It was sometimes. In addition, this high-density graphite is graphitized by forming fine powder of coke or carbon with a binder component such as tar pitch at a high density and then firing,
Macroscopically, it has a textured structure due to the aggregation of graphite particles, which causes disadvantages such as not only consumption due to falling particles, but also contamination of the dropped graphite particles on the upper surface of the wafer. Furthermore, since high-density graphite has pores (pores) in its tissue structure, when a graphite jig is washed with hydrofluoric acid, hydrofluoric acid enters the pores, and the hydrofluoric acid that once enters the pores is hard to be removed. There is also an inconvenience.

【0009】以上のような、この種のウエハ保持治具に
おける開発・改良経過を詳細に検討した結果、本発明者
等は、この種のウエハ保持治具を構成するための材料と
しては全ての面を考慮するとやはり黒鉛材が優れている
との結論を得たのであるが、黒鉛材を使用するためには
上述した問題を解決しなければならないことになった。
そこで、本発明者等は、黒鉛材からの粒子の脱落をどの
ように防止するか、またフッ酸洗浄の際、フッ酸の入り
込みをどのように防止するかについて種々研究してきた
結果、所謂熱分解炭素を採用することが良い結果を生む
ことに気付き、本発明を完成したのである。
As a result of a detailed study of the development and improvement process of this kind of wafer holding jig as described above, the present inventors have found that all materials for forming this kind of wafer holding jig are used. Although it was concluded that the graphite material was excellent in view of the surface, the problem described above had to be solved in order to use the graphite material.
Thus, the present inventors have conducted various studies on how to prevent the particles from falling off from the graphite material and how to prevent the entry of hydrofluoric acid during hydrofluoric acid cleaning. He realized that the use of cracked carbon produced good results and completed the present invention.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の経緯
に基づいてなされたもので、その解決しようとする課題
は、ウエハ保持治具を黒鉛材によって形成した場合の黒
鉛粒子の脱落である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made on the basis of the above circumstances, and the problem to be solved is the falling off of graphite particles when a wafer holding jig is formed of a graphite material. .

【0011】そして、本発明の目的とするところは、黒
鉛材から黒鉛粒子が脱落しないようにしてウエハへの汚
損の問題を解決しながら黒鉛材の長所を十分生かすこと
のできるウエハ保持治具を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a wafer holding jig capable of preventing the graphite particles from falling off the graphite material and solving the problem of contamination on the wafer while making full use of the advantages of the graphite material. To provide.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、まず、請求項1に係る本発明の採った手段は、
「全体が等方性高密度高純度で、20℃〜400℃の平
均熱膨張係数が1.3〜7.0×10-6/℃、かつ水銀
圧入法で測定される平均細孔半径が18000オングス
トローム以下である黒鉛材11によって形成されて、常
圧CVD装置内において半導体素子用の原料ウエハ20
を保持するためのウエハ保持治具10であって、常圧C
VD装置30の表面に、熱分解炭素被膜14を形成した
ことを特徴とする常圧CVD装置のためのウエハ保持治
具10」である。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, first, the means adopted by the present invention according to claim 1 is:
"The whole is isotropic, high-density, high-purity, the average coefficient of thermal expansion at 20 ° C to 400 ° C is 1.3 to 7.0 × 10 -6 / ° C, and the average pore radius measured by the mercury intrusion method is A raw material wafer 20 for a semiconductor element formed of a graphite material 11 of 18000 Å or less and formed in a normal pressure CVD apparatus.
Is a wafer holding jig 10 for holding the normal pressure C
A wafer holding jig 10 for a normal pressure CVD apparatus, wherein a pyrolytic carbon film 14 is formed on the surface of a VD apparatus 30.

【0013】また、請求項2に係る発明の採った手段
は、「全体が等方性高密度高純度で、20℃〜400℃
の平均熱膨張係数が1.3〜7.0×10-6/℃、かつ
水銀圧入法で測定される平均細孔半径が18000オン
グストローム以下である黒鉛材11によって形成され
て、常圧CVD装置内において半導体素子用の原料ウエ
ハ20を保持するためのウエハ保持治具10であって、
黒鉛材11の表面に、この黒鉛材11の表面を炭化硅素
に転化した内層被膜12と、この内層被膜12の上にこ
れより緻密質の炭化硅素または熱分解炭素を沈積被覆し
て形成した外層被膜13とによって被覆したことを特徴
とする常圧CVD装置のための黒鉛製ウエハ保持治具1
0」である。
The means adopted by the invention according to claim 2 is that the whole is isotropic, high-density, high-purity, 20 ° C. to 400 ° C.
Is formed of a graphite material 11 having an average thermal expansion coefficient of 1.3 to 7.0 × 10 −6 / ° C. and an average pore radius measured by a mercury intrusion method of 18000 angstroms or less. A wafer holding jig 10 for holding a raw material wafer 20 for a semiconductor element therein;
An inner layer 12 formed by converting the surface of the graphite 11 into silicon carbide, and an outer layer formed by depositing a denser silicon carbide or pyrolytic carbon on the inner layer 12 on the surface of the graphite 11. A graphite wafer holding jig 1 for an atmospheric pressure CVD apparatus, characterized by being covered with a coating 13.
0 ".

【0014】各請求項の発明に係るウエハ保持治具10
においては、その基材である黒鉛材の、20℃〜400
℃における平均熱膨張係数が1.3〜7.0×10-6
℃であることが必要である。その理由は、黒鉛材の表面
に熱分解炭素被膜14または外層被膜13等を形成した
場合に、この熱分解炭素被膜14または外層被膜13
が、ウエハ保持治具10全体を激しいヒートサイクル中
においても、その黒鉛材11の表面にて亀裂を生じたり
剥離したりすることがないようにするためである。つま
り、黒鉛材11と、これの上に形成されるべき熱分解炭
素被膜14または外層被膜13等との特に熱膨張係数の
間に差がないようにして、熱分解炭素被膜14または外
層被膜13自体を耐久性に優れたものとする必要がある
からである。その意味では、この黒鉛材11の上記温度
範囲における平均熱膨張係数が2.0〜5.0×10-6
であることがより好ましいものであり、また異方比につ
いても1.5以下であることがより好ましいものであ
る。
A wafer holding jig 10 according to the invention of each claim
In the case of the graphite material as a base material,
The average coefficient of thermal expansion at 1.3 ° C. is 1.3 to 7.0 × 10 −6 /
It must be in ° C. The reason is that when the pyrolytic carbon coating 14 or the outer coating 13 is formed on the surface of the graphite material, the pyrolytic carbon coating 14 or the outer coating 13 is formed.
However, even if the entire wafer holding jig 10 is subjected to a severe heat cycle, the surface of the graphite material 11 is not cracked or peeled off. That is, there is no difference between the graphite material 11 and the thermal expansion coefficient of the pyrolytic carbon coating 14 or the outer coating 13 to be formed on the graphite material 11 or the like. This is because it is necessary to make itself excellent in durability. In this sense, the average thermal expansion coefficient of the graphite material 11 in the above temperature range is 2.0 to 5.0 × 10 −6.
Is more preferable, and the anisotropic ratio is more preferably 1.5 or less.

【0015】また、黒鉛材11の室温と任意の温度との
間の平均熱膨張係数を知るためには、表1に示した補正
値を利用すればよい。つまり、一般の黒鉛材における熱
膨張係数の温度による変化量は、その種類にかかわらず
殆ど一定であるので、20℃〜100℃で測定された値
に表1に示された補正値を加えることによって、室温と
任意の温度との間の平均熱膨張係数を求めることができ
るのである。
Further, in order to know the average coefficient of thermal expansion between the room temperature of the graphite material 11 and an arbitrary temperature, the correction values shown in Table 1 may be used. In other words, since the amount of change in thermal expansion coefficient of general graphite materials due to temperature is almost constant regardless of the type, it is necessary to add the correction values shown in Table 1 to the values measured at 20 ° C to 100 ° C. Thus, the average coefficient of thermal expansion between room temperature and any temperature can be determined.

【0016】 [0016]

【0017】また、各請求項の発明に係るウエハ保持治
具10においては、その基材である黒鉛材11の、水銀
圧入法で測定される平均細孔半径が18000オングス
トローム以下のものであることが必要である。その理由
は、黒鉛材11表面に形成した熱分解炭素被膜14また
は外層被膜13のアンカー効果を十分なものとする必要
があるからである。また、もし、この黒鉛材11の水銀
圧入法で測定される平均細孔半径が18000よりも大
きいと、黒鉛材11の表面に形成された熱分解炭素被膜
14または外層被膜13の十分な平坦性を確保すること
ができなくて、当該ウエハ保持治具10を激しいヒート
サイクル中に置いたとき、外層被膜13や熱分解炭素被
膜14に集中応力が部分的にかかり易くなって折角形成
した外層被膜13や熱分解炭素被膜14に亀裂が早期に
入ってしまったり、場合によっては剥離してしまうから
である。
In the wafer holding jig 10 according to the present invention, the graphite material 11 as a base material thereof has an average pore radius measured by a mercury intrusion method of 18,000 angstroms or less. is necessary. The reason is that the pyrolytic carbon coating 14 or the outer coating 13 formed on the surface of the graphite material 11 needs to have a sufficient anchor effect. If the average pore radius of the graphite material 11 measured by the mercury intrusion method is larger than 18000, the flatness of the pyrolytic carbon film 14 or the outer layer film 13 formed on the surface of the graphite material 11 is sufficient. When the wafer holding jig 10 is placed in an intense heat cycle, concentrated stress is likely to be partially applied to the outer layer coating 13 and the pyrolytic carbon coating 14, so that the outer layer coating formed at an angle is formed. This is because cracks enter the cracks 13 and the pyrolytic carbon coating 14 at an early stage or peel off in some cases.

【0018】請求項1に係るウエハ保持治具10を形成
するために、熱分解炭素の被膜層14を黒鉛材11の表
面に形成させる方法としては、各種化学蒸着法により行
うことができる。通常は、黒鉛材11を加熱し、メタ
ン、プロパン等の炭化水素ガスを高温の黒鉛材11に接
触させることにより反応させ、黒鉛材11の表面に熱分
解炭素を生成させる方法による。この場合、炭化水素ガ
スの濃度調整、あるいはキャリアガスには水素ガスが適
している。また、反応は常圧もしくは減圧下で行われる
が、被膜14の均一性及び平滑性を得るため減圧下で行
うのが好ましく、300Torr以下で行うのが望まし
い。
The method for forming the pyrolytic carbon coating layer 14 on the surface of the graphite material 11 to form the wafer holding jig 10 according to the first aspect can be performed by various chemical vapor deposition methods. Usually, the graphite material 11 is heated, and a hydrocarbon gas such as methane or propane is brought into contact with the high-temperature graphite material 11 to cause a reaction, thereby generating pyrolytic carbon on the surface of the graphite material 11. In this case, hydrogen gas is suitable for adjusting the concentration of the hydrocarbon gas or for the carrier gas. The reaction is carried out under normal pressure or reduced pressure. However, the reaction is preferably carried out under reduced pressure in order to obtain the uniformity and smoothness of the coating film 14, and preferably at 300 Torr or less.

【0019】なお、熱分解炭素の被膜層14は、10μ
m〜800μmの範囲の厚さが望ましく、厚すぎても被
膜14の剥離やクラックを生じやすくなるので、50μ
m〜300μm程度が最適である。
The pyrolytic carbon coating layer 14 has a thickness of 10 μm.
It is desirable that the thickness be in the range of m to 800 μm.
The optimum is about m to 300 μm.

【0020】これに対して、請求項2に係るウエハ保持
治具10を形成するために、黒鉛材11の表面層を炭化
硅素に転化して内層被膜12を形成する方法としては、
硅素蒸気又は各種硅素化合物と反応させるか、パックセ
メンテーションを応用した方法などがあるが、最も好ま
しい方法として一酸化硅素ガスと黒鉛材11とを次式の
ように反応させる方法があげられる。 SiO(g)+2C=SiC+CO(g)
On the other hand, in order to form the wafer holding jig 10 according to the second aspect, a method of converting the surface layer of the graphite material 11 to silicon carbide to form the inner layer coating 12 includes the following.
There is a method of reacting with silicon vapor or various silicon compounds, or a method of applying pack cementation, and the most preferable method is a method of reacting silicon monoxide gas with the graphite material 11 according to the following formula. SiO (g) + 2C = SiC + CO (g)

【0021】この方法を用いることによって、ウエハ保
持治具10のための黒鉛材11の形状、寸法を保持した
ままラムズデール記法による2H、3Cなどの結晶構造
(ポリタイプ)を持った内層被膜12を形成することが
できる。
By using this method, the inner layer film 12 having a crystal structure (polytype) such as 2H, 3C or the like by Ramsdale notation while maintaining the shape and dimensions of the graphite material 11 for the wafer holding jig 10 is maintained. Can be formed.

【0022】上記の反応は、1200℃〜2000℃の
温度範囲で加熱することにより進行する。ここで、一酸
化硅素ガスを発生させるには、硅素粉と二酸化硅素粉の
混合体、又は炭化硅素粉と二酸化硅素粉の混合体、ある
いは炭素粉と二酸化硅素粉の混合体、その他、各種硅素
化合物を1200℃〜2000℃に加熱することにより
行なうことができる。
The above reaction proceeds by heating in a temperature range of 1200 ° C. to 2000 ° C. Here, in order to generate silicon monoxide gas, a mixture of silicon powder and silicon dioxide powder, a mixture of silicon carbide powder and silicon dioxide powder, a mixture of carbon powder and silicon dioxide powder, and other various silicon It can be carried out by heating the compound to 1200 ° C to 2000 ° C.

【0023】黒鉛材11と一酸化硅素とを反応させて黒
鉛材11の表面を炭化硅素に転化させて内層被膜12を
形成するとき、処理温度を1200℃〜1650℃の範
囲で選択することによって、黒鉛材11の表面の硅化層
の中に未反応炭素を残留させ、結晶構造が2Hのポリタ
イプを主成分とする炭化硅素を生成させることができ、
炭化硅素分の重量割合である硅化率をいろいろ変えたも
のをつくることができる。又、処理温度のほかに処理時
間を調整することによっても黒鉛材11表面の硅化層の
厚さをコントロールすることができる。その他にも、一
酸化硅素の濃度を調整することによって硅化率、硅化層
の厚さをコントロールすることができる。
When the graphite material 11 is reacted with silicon monoxide to convert the surface of the graphite material 11 to silicon carbide and form the inner layer 12, the treatment temperature is selected in the range of 1200 ° C. to 1650 ° C. The unreacted carbon remains in the silicide layer on the surface of the graphite material 11 to form silicon carbide having a crystal structure of 2H and a polytype as a main component;
It is possible to produce variously changed silicidation rate, which is the weight ratio of silicon carbide. The thickness of the silicide layer on the surface of the graphite material 11 can be controlled by adjusting the processing time in addition to the processing temperature. In addition, the silicidation rate and the thickness of the silicide layer can be controlled by adjusting the concentration of silicon monoxide.

【0024】同様に黒鉛材11と一酸化硅素との反応温
度を1650℃〜2000℃の範囲で選択することによ
って、黒鉛材11の表面の硅化層の中に未反応炭素を残
留させ、結晶構造が2Hと3Cのポリタイプの混合物、
あるいは3Cのポリタイプを主成分とする炭化硅素を生
成することができる。黒鉛材11の表面を炭化硅素に転
化した複合炭素全体の中の炭化硅素分率である硅化率は
98重量%以下にしておくことが望ましい。
Similarly, by selecting the reaction temperature between the graphite material 11 and silicon monoxide in the range of 1650 ° C. to 2000 ° C., unreacted carbon remains in the silicide layer on the surface of the graphite material 11 and the crystal structure Is a mixture of polytypes of 2H and 3C,
Alternatively, silicon carbide having a 3C polytype as a main component can be produced. It is desirable that the silicidation ratio, which is the silicon carbide fraction in the entire composite carbon obtained by converting the surface of the graphite material 11 into silicon carbide, is 98% by weight or less.

【0025】以上のようにして得られた内層被膜12上
に、これよりさらに緻密質の炭化硅素または熱分解炭素
を沈積被覆して外層被膜13を形成するのである。すな
わち、この請求項2に係る発明のウエハ保持治具10に
おける外層被膜13としては、炭化硅素被膜からなる場
合と、前述した熱分解炭素被膜14とからなる場合の2
種類の場合があるのである。
The outer coating 13 is formed by depositing and coating denser silicon carbide or pyrolytic carbon on the inner coating 12 obtained as described above. In other words, the outer layer coating 13 in the wafer holding jig 10 according to the second aspect of the present invention is composed of a silicon carbide coating and the above-described pyrolytic carbon coating 14.
There are types.

【0026】炭化硅素を沈積被覆して外層被膜13を形
成するには、CVD法、PVD法等によって行なうこと
ができる。CVD法は、四塩化硅素とトルエンあるいは
Si−Cの骨格を有する有機ハロゲン化硅素化合物、具
体的にはトリクロルメチルシランかジクロクメチルシラ
ンなどを水素雰囲気注1000℃〜1800℃で熱分解
させて炭化硅素被膜、すなわち外層被膜13を形成す
る。
The formation of the outer layer film 13 by depositing and coating silicon carbide can be performed by a CVD method, a PVD method, or the like. In the CVD method, an organic silicon halide compound having a skeleton of silicon tetrachloride and toluene or Si-C, specifically, trichloromethylsilane or dichloromethylsilane is thermally decomposed at 1000 ° C. to 1800 ° C. in a hydrogen atmosphere. A silicon carbide film, that is, an outer film 13 is formed.

【0027】PVD法の具体例は、ターゲットとしてS
i又はSiCを用いて行なうスパッタリング蒸着があ
り、スパッターガスとしてアルゴンなどを用いて120
0℃以上の条件で行なえばよい。
A specific example of the PVD method is that the target is S
There is a sputtering deposition performed using i or SiC.
What is necessary is just to carry out under conditions of 0 degreeC or more.

【0028】この外層被膜13を構成している緻密質炭
化硅素の結晶構造は、転化反応で生成した炭化硅素の熱
膨張係数等との整合性を保つために、3Cのポリタイプ
あるいは2Hのポリタイプ、又はこれらの混合物成分を
主成分とすることが好ましいが、4H、6Hが主成分と
なってもよい。
The crystal structure of the dense silicon carbide forming the outer layer coating 13 is made of a 3C polytype or 2H polytype in order to maintain consistency with the coefficient of thermal expansion of silicon carbide generated by the conversion reaction. Preferably, the main component is a type or a mixture thereof, but 4H or 6H may be the main component.

【0029】また、外層被膜13を熱分解炭素の被膜に
よって構成する場合に、この熱分解炭素の被膜層を黒鉛
材11上の内層被膜12の表面に形成させる方法として
は、前述した熱分解炭素被膜14の場合と同様に、各種
化学蒸着法により行うことができる。通常は、内層被膜
12を形成した黒鉛材11を加熱し、メタン、プロパン
等の炭化水素ガスを高温の内層被膜12に接触させるこ
とにより反応させ、内層被膜12の表面に熱分解炭素を
生成させる方法による。この場合、炭化水素ガスの濃度
調整、あるいはキャリアガスには水素ガスが適してい
る。また、反応は常圧もしくは減圧下で行われるが、被
膜の均一性及び平滑性を得るため減圧下で行うのが好ま
しく、300Torr以下で行うのが望ましい。
When the outer layer 13 is formed of a pyrolytic carbon film, the method of forming the pyrolytic carbon film layer on the surface of the inner layer film 12 on the graphite material 11 is as described above. As in the case of the coating film 14, it can be performed by various chemical vapor deposition methods. Normally, the graphite material 11 on which the inner layer coating 12 is formed is heated, and a hydrocarbon gas such as methane or propane is brought into contact with the high-temperature inner layer coating 12 to cause a reaction, thereby generating pyrolytic carbon on the surface of the inner layer coating 12. Depends on the method. In this case, hydrogen gas is suitable for adjusting the concentration of the hydrocarbon gas or for the carrier gas. The reaction is carried out under normal pressure or reduced pressure, but is preferably carried out under reduced pressure in order to obtain uniformity and smoothness of the film, and is preferably carried out at 300 Torr or less.

【0030】なお、熱分解炭素の被膜からなる外層被膜
13は、10μm〜800μmの範囲の厚さが望まし
く、厚すぎても外層被膜13の剥離やクラックを生じや
すくなるので、50μm〜300μm程度が最適であ
る。
The thickness of the outer coating 13 made of a pyrolytic carbon coating is desirably in the range of 10 μm to 800 μm. If the outer coating 13 is too thick, the outer coating 13 is liable to peel off or crack. Optimal.

【0031】[0031]

【発明の作用】以上のように構成した各請求項の発明に
係るウエハ保持治具10の作用について説明すると、次
の通りである。
The operation of the wafer holding jig 10 according to the present invention will be described below.

【0032】まず、各発明に係るウエハ保持治具10
は、その大部分を黒鉛材11によって形成してあるか
ら、その加工が容易なものとなっているだけでなく、寸
法精度にも優れており、これによって保持するウエハ2
0に酸化膜を形成する場合の温度に十分耐え得るものと
なっている。
First, the wafer holding jig 10 according to each invention
Since most of the wafers are formed by the graphite material 11, not only the processing thereof is easy, but also the dimensional accuracy is excellent, and the
In other words, it can withstand the temperature at which the oxide film is formed at 0.

【0033】各発明に係るウエハ保持治具10において
は、黒鉛材11の表面に直接熱分解炭素被膜14を形成
したもの(請求項1のウエハ保持治具10)、あるいは
黒鉛材11の表面側に向けて内側から、内層被膜12と
外層被膜13とを形成したもの(請求項2のウエハ保持
治具10)であるから、その表面全体が熱分解炭素被膜
14、あるいは緻密な炭化硅素または熱分解炭素によっ
て覆われたものとなっている。この熱分解炭素被膜14
や炭化硅素被膜は、その内側に位置する黒鉛材11が粒
体の集合体としての組織構造を有しているのに対して、
粒体集合体とは異なる緻密組織となっている。つまり、
この熱分解炭素被膜14や炭化硅素被膜は気孔がほとん
ど存在せず、しかも密度が大きく、ガラスなみの非常に
低い気体透過率を有したものとなっているのである。
In the wafer holding jig 10 according to each invention, the pyrolytic carbon coating 14 is directly formed on the surface of the graphite material 11 (the wafer holding jig 10 of claim 1), or the surface side of the graphite material 11 Since the inner coating 12 and the outer coating 13 are formed from the inside toward the surface (the wafer holding jig 10 of claim 2), the entire surface thereof is pyrolytic carbon coating 14 or dense silicon carbide or thermal silicon coating. It is covered with pyrolytic carbon. This pyrolytic carbon coating 14
And the silicon carbide coating, the graphite material 11 located inside has a texture structure as an aggregate of granules,
It has a dense structure different from the granular aggregate. That is,
The pyrolytic carbon film 14 and the silicon carbide film have almost no pores, a high density, and a very low gas permeability similar to that of glass.

【0034】また、各請求項に係るウエハ保持治具10
の各構成部材を形成している黒鉛材11として、水銀圧
入法で測定される平均細孔半径が18000オングスト
ローム以下であるものを使用したから、この黒鉛材11
の表面に形成されるべき熱分解炭素被膜14または外層
被膜13の黒鉛材11に対するアンカー効果が非常に優
れたものとなっており、前述したこととも併せて、この
外層被膜13または熱分解炭素被膜14の黒鉛材11に
対する接着強度は十分なものとなっているのである。
Further, a wafer holding jig 10 according to each claim is provided.
Since the average pore radius measured by the mercury intrusion method is 18000 angstroms or less, the graphite material 11 forming each of the constituent members was used.
The anchor effect of the pyrolytic carbon film 14 or the outer layer film 13 to be formed on the surface of the graphite material 11 is very excellent. In addition to the above, the outer layer film 13 or the pyrolytic carbon film The adhesive strength of the graphite material 11 to the graphite material 11 is sufficient.

【0035】そして、特に重要なことは、このウエハ保
持治具10を構成している黒鉛材11を上記のものとし
たから、当該ウエハ保持治具10が図6に示した常圧C
VD装置30内に配置されてヒーターにより加熱された
場合の温度分布を均等にするのである。したがって、こ
のウエハ保持治具10上に載置される各ウエハ20の温
度分布を均等な状態とするのである。
What is particularly important is that the graphite material 11 constituting the wafer holding jig 10 is as described above, so that the wafer holding jig 10 is at normal pressure C shown in FIG.
That is, the temperature distribution when the heater is arranged in the VD device 30 and is heated by the heater is equalized. Therefore, the temperature distribution of each wafer 20 placed on the wafer holding jig 10 is made uniform.

【0036】さらに、各請求項のウエハ保持治具10の
黒鉛材11として、20℃〜400℃の平均熱膨張係数
が1.3〜7.0×10-6/℃であるものを使用したか
ら、上記熱分解炭素被膜14または外層被膜13を黒鉛
材11の表面に形成したとき、ウエハ保持治具10全体
を激しいヒートサイクル中においたとしても、黒鉛材1
1と外層被膜13または熱分解炭素被膜14との間には
熱膨張差が殆ど生じない。従って、外層被膜13または
熱分解炭素被膜14は、ウエハ保持治具10を繰り返し
ヒートサイクル中においたとしても、クラックを生じた
り、黒鉛材11から剥離したりすることがないのであ
り、全体として、単なる黒鉛材11によって構成したウ
エハ保持治具に比較すると、約3倍の寿命を有したもの
となったのである。
Further, as the graphite material 11 of the wafer holding jig 10 of each claim, a material having an average coefficient of thermal expansion at 20 ° C. to 400 ° C. of 1.3 to 7.0 × 10 −6 / ° C. was used. Thus, when the pyrolytic carbon film 14 or the outer layer film 13 is formed on the surface of the graphite material 11, even if the entire wafer holding jig 10 is subjected to a severe heat cycle, the graphite material 1
1 and the outer layer coating 13 or the pyrolytic carbon coating 14 hardly causes a difference in thermal expansion. Therefore, even when the wafer holding jig 10 is repeatedly subjected to the heat cycle, the outer layer coating 13 or the pyrolytic carbon coating 14 does not crack or peel off from the graphite material 11. Compared to a wafer holding jig simply made of graphite material 11, the life was about three times as long.

【0037】以上が、各請求項に係るウエハ保持治具1
0の特に黒鉛材11に由来する作用であるが、各請求項
に係るウエハ保持治具10においては、黒鉛材11の表
面側に前述したような構成を有する被膜をそれぞれ形成
してあるので、次のような作用上の特性がある。これを
各請求項に係るウエハ保持治具10毎に項を分けて説明
する。
The above is a description of the wafer holding jig 1 according to each claim.
In particular, in the wafer holding jig 10 according to each claim, since the coating having the above-described configuration is formed on the surface side of the graphite material 11, It has the following operational characteristics. This will be described separately for each wafer holding jig 10 according to each claim.

【0038】・請求項1のウエハ保持治具10について この請求項1のウエハ保持治具10は、そのウエハ保持
治具10を構成している黒鉛材11が前述したようなも
のであるため、その表面に形成された熱分解炭素被膜1
4は、十分な平坦性・平面性を有したものとなってお
り、当該ウエハ保持治具10を激しいヒートサイクル中
に置いたとしても、特に熱分解炭素被膜14に部分的な
集中応力がかかることはない。このことによっても、熱
分解炭素被膜14の黒鉛材11に対する接着性は良好な
ものとなっているのであり、熱分解炭素被膜14自体の
耐久性も向上しているのである。
Regarding the wafer holding jig 10 of the present invention, the wafer holding jig 10 of the present invention is such that the graphite material 11 constituting the wafer holding jig 10 is as described above. Pyrolytic carbon coating 1 formed on the surface
No. 4 has sufficient flatness and flatness, and even when the wafer holding jig 10 is placed in a severe heat cycle, a partial concentrated stress is particularly applied to the pyrolytic carbon film 14. Never. This also improves the adhesiveness of the pyrolytic carbon coating 14 to the graphite material 11 and improves the durability of the pyrolytic carbon coating 14 itself.

【0039】つまり、ウエハ保持治具10の外表面全て
が、以上のような性質を有する熱分解炭素被膜14によ
って、図3に示すように被覆されているから、このウエ
ハ保持治具10を図6に示したような常圧CVD装置3
0内に入れて加熱しその後に室温状態に置くというヒー
トサイクル中に何回も曝した場合に、ウエハ保持治具1
0表面の熱分解炭素被膜14は、上記ヒートサイクルに
よって影響されず、黒鉛材11のように粒子が脱落する
ことはないのである。また、気孔がほとんど存在しない
ため、炉外へ出し、大気にふれた場合でも、水分及びガ
ス等の吸着はなく、使用時に放出されるガス分は極めて
少ない。従って、このウエハ保持治具10を使用すれ
ば、ウエハ20の汚損は解避されるのである。なお、熱
分解炭素被膜14自体が含有する全灰分を、後述の実施
例にて示すように、20ppm以下に抑えることが可能
であるから、この熱分解炭素被膜14の灰分によるウエ
ハ20の汚損は全く無視し得るものである。
That is, since the entire outer surface of the wafer holding jig 10 is covered with the pyrolytic carbon film 14 having the above-described properties as shown in FIG. Atmospheric pressure CVD device 3 as shown in FIG.
When the wafer is exposed many times during a heat cycle in which it is heated in a temperature range of 0 ° C. and then kept at room temperature, the wafer holding jig 1
The pyrolytic carbon film 14 on the zero surface is not affected by the heat cycle, and the particles do not fall off unlike the graphite material 11. Further, since there are almost no pores, even when the gas is taken out of the furnace and exposed to the atmosphere, there is no adsorption of moisture and gas, and the amount of gas released during use is extremely small. Therefore, if the wafer holding jig 10 is used, the contamination of the wafer 20 is avoided. Since the total ash content of the pyrolytic carbon coating 14 itself can be suppressed to 20 ppm or less, as will be described later, the contamination of the wafer 20 by the ash of the pyrolytic carbon coating 14 It is completely negligible.

【0040】また、熱分解炭素被膜14自体はフッ酸に
対する耐触性に非常に優れた性質を有しているので、こ
れによって被覆したウエハ保持治具10をフッ酸によっ
て何回洗浄したとしても、これによりウエハ保持治具1
0が消耗することはないのである。従って、このウエハ
保持治具10は、その耐久性に非常に優れたものとなっ
ているのである。さらに、熱分解炭素被膜14は、粒体
集合体としての組織構造を有する黒鉛材11とは異なる
緻密組織を有し、気孔をほとんど内在しないため、フッ
酸が入り込んでぬけにくいという不都合は生じない。
Further, since the pyrolytic carbon film 14 itself has very good resistance to hydrofluoric acid, even if the wafer holding jig 10 coated with it is washed many times with hydrofluoric acid. This allows the wafer holding jig 1
Zero is not consumed. Therefore, the wafer holding jig 10 is extremely excellent in durability. Furthermore, since the pyrolytic carbon film 14 has a dense structure different from that of the graphite material 11 having a structure structure as a granular aggregate, and hardly contains pores, there is no inconvenience that hydrofluoric acid enters and is difficult to be removed. .

【0041】・請求項2のウエハ保持治具10について この請求項2のウエハ保持治具10においては、請求項
1における熱分解炭素被膜14または緻密質の炭化硅素
被膜からなる外層被膜13を、黒鉛材11の表面にこれ
を転化させて内層被膜12とした表面側に形成したもの
であるため、この内層被膜12による次のような作用が
重要となるものである。
Regarding the wafer holding jig 10 of the present invention, in the wafer holding jig 10 of the present invention, the outer layer coating 13 made of the pyrolytic carbon coating 14 or the dense silicon carbide coating according to the first aspect is provided. Since this is formed on the surface side of the graphite material 11 which is converted into the inner coating film 12 by converting the same, the following operation by the inner coating film 12 is important.

【0042】つまり、この請求項2に係るウエハ保持治
具10は、まず、黒鉛材11の表面に、これを炭化硅素
に転化した内層被膜12を形成したのであるから、黒鉛
材11と内層被膜12との間は完全な連続組織となって
いるのである。すなわち、内層被膜12は、黒鉛材11
の表面を一酸化硅素などの硅素含有ガスと反応させて変
化させたものであるから、その黒鉛材11との境界は完
全な連続組織となっているのである。従って、この内層
被膜12がその表面側となる外層被膜13を守る援衝材
としての作用をするものであり、この内層被膜12の表
面側に形成した外層被膜13は、当該ウエハ保持治具1
0を激しいヒートサイクル中においた場合に亀裂を生じ
たり剥離したりすることはないのである。
That is, in the wafer holding jig 10 according to the second aspect, the inner layer 12 is first formed on the surface of the graphite 11 by converting it into silicon carbide. There is a completely continuous organization between the two. That is, the inner layer coating 12 is made of the graphite material 11.
Is changed by reacting the surface with a silicon-containing gas such as silicon monoxide, so that the boundary with the graphite material 11 has a completely continuous structure. Therefore, the inner layer coating 12 functions as a support material for protecting the outer layer coating 13 on the surface side, and the outer layer coating 13 formed on the surface side of the inner layer coating 12 is attached to the wafer holding jig 1.
No cracking or delamination occurs when 0 is subjected to a severe heat cycle.

【0043】また、ウエハ保持治具10の内層被膜12
の外表面側全体は、炭化硅素被膜または熱分解炭素被膜
14からなる外層被膜13よって被覆してあるから、こ
の外層被膜13によってウエハ保持治具10を主として
構成している黒鉛材11全体が保護されているのであ
る。
The inner coating 12 of the wafer holding jig 10
Is coated with an outer layer 13 made of a silicon carbide film or a pyrolytic carbon film 14, so that the outer layer 13 protects the entire graphite material 11 mainly constituting the wafer holding jig 10. It is being done.

【0044】つまり、炭化硅素からなる外層被膜13
は、それ自体が硬度の高いものであるとともに、黒鉛材
11に内層被膜12を介して一体化されているから、そ
の内部に位置する黒鉛材11を完全に包み込んでこれを
保護しているのである。そして、この外層被膜13は、
これと略同質の内層被膜12の表面にCVD法等によっ
て形成したのであるから、内層被膜12に対する接着強
度が十分なものであるだけでなく、当該ウエハ保持治具
10がヒートサイクル中におかれた場合の熱衝撃にも十
分耐え得るものとなっているのである。
That is, the outer coating 13 made of silicon carbide
Since the material itself is high in hardness and is integrated with the graphite material 11 via the inner layer coating 12, the graphite material 11 located inside is completely wrapped and protected. is there. And this outer layer coating 13
Since it is formed on the surface of the inner layer film 12 of substantially the same quality by the CVD method or the like, not only the adhesive strength to the inner layer film 12 is sufficient, but also the wafer holding jig 10 is placed in a heat cycle. In this case, it can withstand the thermal shock in the event that it occurs.

【0045】一方、外層被膜13が熱分解炭素被膜14
によって形成されている場合には、この熱分解炭素被膜
14による上記請求項1に係るウエハ保持治具10にお
ける作用と同様の作用をする他、緩衝材としてまたアン
カーとしての作用を有する内層被膜12によって、この
外層被膜13である熱分解炭素被膜14が黒鉛材11の
表面にしっかりと保持されているのである。これによ
り、外層被膜13である熱分解炭素被膜14は、ウエハ
保持治具10がヒートサイクル中におかれたとしても、
これに亀裂や剥離が生ずることはないのである。
On the other hand, the outer layer coating 13 is
In this case, the pyrolytic carbon coating 14 has the same function as that of the wafer holding jig 10 according to the first aspect of the present invention. Thus, the pyrolytic carbon film 14 as the outer layer film 13 is firmly held on the surface of the graphite material 11. Accordingly, even if the wafer holding jig 10 is placed in a heat cycle, the pyrolytic carbon coating 14 as the outer layer coating 13 is formed.
It does not crack or peel.

【0046】[0046]

【実施例】次に、各発明に係るウエハ保持治具10を、
図面に示した実施例に従って説明すると、このウエハ保
持治具10は、図1に示すように、黒鉛材11を主材と
する平板状の支持台から成るものであり、これらの支持
台は、等方性を有し、高密度(1.7〜2.0g/cm
3)でしかも高純度(全灰分20ppm以下)の黒鉛材
11によって形成したものである。また、このウエハ保
持治具10を形成している黒鉛材11は、水銀圧入法で
測定される平均細孔半径が18000オングストローム
以下のものである。さらに、このウエハ保持治具10を
構成している黒鉛材11は、20℃〜400℃の平均熱
膨張係数が1.3〜7.0×10-6/℃のものである。
そして、この黒鉛材11の表面には、図3に示したよう
に、熱分解炭素被膜14が形成してあり(請求項1のウ
エハ保持治具10)、また、図4または図5に示すよう
に、内側から順に、内層被膜12及び熱分解炭素または
炭化硅素からなる内層被膜12が形成(請求項2のウエ
ハ保持治具10)してある。
Next, a wafer holding jig 10 according to each invention will be described.
To explain according to the embodiment shown in the drawings, as shown in FIG. 1, the wafer holding jig 10 is composed of a flat support having a graphite material 11 as a main material. It has isotropic properties and high density (1.7 to 2.0 g / cm
3 ) It is formed of a graphite material 11 of high purity (total ash content not more than 20 ppm). The graphite material 11 forming the wafer holding jig 10 has an average pore radius measured by a mercury intrusion method of 18,000 angstroms or less. Further, the graphite material 11 constituting the wafer holding jig 10 has an average thermal expansion coefficient of 1.3 to 7.0 × 10 −6 / ° C. at 20 ° C. to 400 ° C.
A pyrolytic carbon film 14 is formed on the surface of the graphite material 11 as shown in FIG. 3 (wafer holding jig 10 of claim 1), and is shown in FIG. 4 or FIG. As described above, the inner layer film 12 and the inner layer film 12 made of pyrolytic carbon or silicon carbide are formed in order from the inside (the wafer holding jig 10 of claim 2).

【0047】また、本実施例において使用している黒鉛
材11にあっては、その上記の範囲の平均細孔半径を有
する細孔の占める容積が、0.02cc/g〜0.20
cc/gとしてある。このような容積の細孔を形成した
のは、この黒鉛材11表面に形成される外層被膜13や
熱分解炭素被膜14のアンカー効果をより効果的にする
ためであり、外層被膜13や熱分解炭素被膜14の密着
性確保と、外層被膜13や熱分解炭素被膜14に対する
ヒートサイクル中での集中応力の発生がないようにする
ためである。
In the graphite material 11 used in this embodiment, the volume occupied by the pores having the average pore radius in the above range is 0.02 cc / g to 0.20 cc.
cc / g. The pores having such a volume are formed to make the anchor effect of the outer layer coating 13 and the pyrolytic carbon coating 14 formed on the surface of the graphite material 11 more effective. This is for ensuring the adhesion of the carbon coating 14 and preventing the occurrence of concentrated stress during the heat cycle on the outer coating 13 and the pyrolytic carbon coating 14.

【0048】以上のような基材である黒鉛材11の条件
を前提としながら、各請求項の発明の実施例について詳
述すると、次の通りである。
The following is a detailed description of embodiments of the present invention, based on the conditions of the graphite material 11 as a base material as described above.

【0049】・請求項1に係るウエハ保持治具10につ
いて このウエハ保持治具10においては、図3にも示したよ
うに、上記の特性を有する黒鉛材11の表面に、厚さ1
0〜500μm程度の熱分解炭素被膜14が、その支持
台の各ウエハ20が載置される少なくとも表面側に被覆
して形成してある。
Regarding the wafer holding jig 10 according to the first aspect, in the wafer holding jig 10, as shown in FIG.
A pyrolytic carbon film 14 having a thickness of about 0 to 500 μm is formed so as to cover at least the surface of the support table on which the wafers 20 are mounted.

【0050】熱分解炭素の被覆14を、黒鉛材11表面
に形成する方法としては、通常用いられる各種化学蒸着
法(CVD)により行うことができ、黒鉛材11上を8
00〜2600℃に加熱しておき、炭化水素あるいはハ
ロゲン化炭化水素を水素ガス共存下で基材と接触させ、
多数の気孔を有する黒鉛材11上に熱分解炭素の緻密な
層14を形成させる。これらの反応は常圧もしくは減圧
下で行われるが、熱分解炭素被膜14の均一性、平滑性
を考えると減圧下、特に300Torr以下で行うこと
が望ましい。また、熱分解炭素被膜14の厚みは、10
μm〜500μmが望ましい。その理由は、10μm以
下では十分な耐消耗性が得られないからであり、500
μm以上では黒鉛材11との熱膨張差により被膜にクラ
ックを生じる可能性が大きいからである。
The method of forming the coating 14 of pyrolytic carbon on the surface of the graphite material 11 can be performed by various commonly used chemical vapor deposition methods (CVD).
Heated to 00 to 2600 ° C., and a hydrocarbon or halogenated hydrocarbon is brought into contact with a substrate in the presence of hydrogen gas,
A dense layer of pyrolytic carbon is formed on a graphite material having many pores. These reactions are performed under normal pressure or reduced pressure. However, considering the uniformity and smoothness of the pyrolytic carbon film 14, it is preferable to perform the reaction under reduced pressure, particularly at 300 Torr or less. The thickness of the pyrolytic carbon coating 14 is 10
μm to 500 μm is desirable. The reason is that if the thickness is less than 10 μm, sufficient wear resistance cannot be obtained.
If the thickness is more than μm, there is a high possibility that cracks will occur in the coating due to the difference in thermal expansion with the graphite material 11.

【0051】勿論、以上のように形成した熱分解炭素そ
れ自体は高純度であるが、これを積層させるために使用
した黒鉛材11中に種々な不純物、例えば、鉄、ニッケ
ル、コバルト、バナジウムが混入していることがあり、
これらが熱分解炭素側に残留することがある。熱分解炭
素中に不純物が混入する経路として考えられるのは、前
述した黒鉛材11中の不純物が、熱分解炭素形成中に拡
散すること、及び供給ガス中に不純物が混入しているこ
とがあげられる。これらの不純物は、高純度の黒鉛材1
1を用いること及び供給ガスの純度(ガス供給部品、供
給管及び反応容器等の構造、材質を選択する)により、
熱分解炭素中に混入しないようにすることができるもの
である。このような方法によって、当該熱分解炭素被膜
14中の全灰分(鉄などの不純物)の量を20ppm以
下とすることができるのである。
Of course, the pyrolytic carbon formed as described above has high purity, but various impurities such as iron, nickel, cobalt, and vanadium are contained in the graphite material 11 used for laminating the pyrolytic carbon itself. It may be mixed,
These may remain on the pyrolytic carbon side. Possible routes through which impurities are mixed in the pyrolytic carbon are that the impurities in the graphite material 11 are diffused during the formation of the pyrolytic carbon and that the impurities are mixed in the supply gas. Can be These impurities are high purity graphite material 1
1 and the purity of the supply gas (select the structure and material of the gas supply parts, supply pipe and reaction vessel, etc.)
It can prevent mixing in pyrolytic carbon. By such a method, the amount of all ash (impurities such as iron) in the pyrolytic carbon coating 14 can be reduced to 20 ppm or less.

【0052】熱分解炭素被膜14を形成するための原料
ガスとしては、不純物を十分除去したメタン、プロパン
あるいはベンゼン等の炭化水素ガスを用い、その濃度の
調整をも行なうキャリアガスとして水素ガス及びアルゴ
ンガスを使用した。これにより、原料ガスは、高温にな
っている黒鉛材11の表面で、分解、結合などにより、
熱分解炭素となって沈積した。
As a raw material gas for forming the pyrolytic carbon film 14, a hydrocarbon gas such as methane, propane or benzene from which impurities have been sufficiently removed is used, and hydrogen gas and argon gas are used as carrier gases for adjusting the concentration. Gas was used. As a result, the raw material gas is decomposed, bonded, and the like on the surface of the graphite material 11 at a high temperature.
Deposited as pyrolytic carbon.

【0053】・請求項2に係るウエハ保持治具10につ
いて このウエハ保持治具10においては、まず黒鉛材11の
表面を炭化硅素に転化することにより、黒鉛材11に対
して連続的となった内層被膜12を形成しておき、この
内層被膜12の表面にこれより緻密な炭化硅素または熱
分解炭素の被膜からなる外層被膜13を形成したのであ
る。
Regarding the wafer holding jig 10 according to the second aspect, in the wafer holding jig 10, the surface of the graphite material 11 is first converted into silicon carbide to be continuous with the graphite material 11. The inner layer film 12 was formed, and the outer layer film 13 composed of a denser silicon carbide or pyrolytic carbon film was formed on the surface of the inner layer film 12.

【0054】内層被膜12及び外層被膜13は次のよう
にして形成される。すなわち、まず所定の雰囲気ガスを
循環または供給するようにした炉内を1200℃〜20
00℃になるようにする。又、一酸化硅素ガスは黒鉛ル
ツボ内一酸化硅素ガス発生源を1200℃〜2000℃
に加熱することによって発生させることができ、それを
一酸化硅素ガス供給口より導入して黒鉛材と反応させ
る。残留一酸化硅素ガスは炉内の排気ガス口より排出す
る。
The inner coating 12 and the outer coating 13 are formed as follows. That is, first, the inside of a furnace in which a predetermined atmospheric gas is circulated or supplied is set at 1200 ° C. to 20 ° C.
The temperature is set to 00 ° C. In addition, silicon monoxide gas is used to generate silicon monoxide gas in a graphite crucible at 1200 ° C to 2000 ° C.
It is generated by heating to a high temperature, and is introduced through a silicon monoxide gas supply port to react with the graphite material. Residual silicon monoxide gas is exhausted from the exhaust gas port in the furnace.

【0055】表面が炭化硅素に転化された黒鉛材11は
スリットによって区切られた沈積被覆帯域へ移され、C
VD処理等がほどこされる。ハロゲン化硅素化合物など
とキャリヤーガスとしての水素ガス等の混合ガスは、原
料ガス供給口より導入して沈積被覆用ヒーターで100
0℃〜1800℃になった黒鉛材11の上に緻密質の炭
化硅素または熱分解炭素を沈積被覆して外層被膜13を
形成する。熱分解炭素被膜については前述した熱分解炭
素被膜14と同様な方法を採用すればよい。
The graphite material 11 whose surface has been converted to silicon carbide is transferred to a sedimentary coating zone separated by slits,
VD processing or the like is performed. A mixed gas of a silicon halide compound or the like and hydrogen gas or the like as a carrier gas is introduced from a raw material gas supply port and is supplied to a deposition coating heater for 100 hours.
An outer layer coating 13 is formed by depositing and coating dense silicon carbide or pyrolytic carbon on the graphite material 11 at 0 ° C. to 1800 ° C. For the pyrolytic carbon coating, a method similar to that of the pyrolytic carbon coating 14 described above may be employed.

【0056】勿論、以上のように形成した内層被膜12
及び外層被膜13それ自体は高純度であるが、これを積
層させるために使用した黒鉛基材中に種々な不純物、例
えば、鉄、ニッケル、コバルト、バナジウムが混入して
いることがあり、これらが内層被膜12に残留すること
がある。内層被膜12及び外層被膜13中に不純物が混
入する経路として考えられるのは、前述した黒鉛基材中
の不純物が、熱分解炭素形成中に拡散すること、及び供
給ガス中に不純物が混入していることがあげられる。こ
れらの不純物は、高純度の黒鉛基材を用いること及び供
給ガスの純度(ガス供給部品、供給管及び反応容器等の
構造、材質を選択する)により、内層被膜12または外
層被膜13に混入しないようにすることができるもので
ある。このような方法によって、当該内層被膜12及び
外層被膜13中の全灰分(鉄などの不純物)の量を20
ppm以下とすることができるのである。
Of course, the inner layer film 12 formed as described above
And the outer layer coating 13 itself has high purity, but various impurities such as iron, nickel, cobalt, and vanadium may be mixed in the graphite base material used for laminating the same, and It may remain on the inner layer coating 12. It is considered that the impurities in the inner coating film 12 and the outer coating film 13 are mixed into the above-mentioned route in which the impurities in the graphite substrate are diffused during the formation of the pyrolytic carbon, and the impurities are mixed in the supply gas. That is. These impurities do not mix into the inner layer coating 12 or the outer layer coating 13 due to the use of a high-purity graphite base material and the purity of the supply gas (select the structure and materials of the gas supply parts, supply pipes and reaction vessels, etc.). That is what you can do. By such a method, the total amount of ash (impurities such as iron) in the inner layer coating 12 and the outer layer coating 13 is reduced by 20%.
ppm or less.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上詳述したように、各発明において
は、上記実施例にて例示した如く、その基材となるべき
黒鉛材11として、全体が等方性高密度高純度で、20
℃〜400℃の平均熱膨張係数が1.3〜7.0×10
-6/℃、かつ水銀圧入法で測定される平均細孔半径が1
8000オングストローム以下であるものを採用したか
ら、全体として耐熱性及び化学的安定性に優れ、しかも
加工容易なウエハ保持治具10を提供することができる
のであり、特に各ウエハ20に対する温度分布を均一な
ものとして、各ウエハ20に酸化膜等を形成する場合の
優れた環境を提供することができるのである。
As described above in detail, in each of the inventions, as exemplified in the above-mentioned embodiment, the graphite material 11 to be the base material is entirely made of an isotropic, high-density, high-purity material.
Average thermal expansion coefficient of 1.3 to 7.0 × 10 ° C. to 400 ° C.
-6 / ° C and the average pore radius measured by the mercury intrusion method is 1
Since a wafer having a thickness of 8000 angstroms or less is employed, it is possible to provide a wafer holding jig 10 which is excellent in heat resistance and chemical stability as a whole and is easy to process. What is more, an excellent environment for forming an oxide film or the like on each wafer 20 can be provided.

【0058】以上の効果の他に、特に請求項1に係るウ
エハ保持治具10においては、上記のような黒鉛材11
の表面に熱分解炭素被膜14を形成したので、この熱分
解炭素被膜14によって各ウエハ20に対する不純物と
なり易い黒鉛粉の脱落を確実に防止することができ、し
かも耐フッ酸性に優れたものとすることができるのであ
る。
In addition to the above effects, in particular, in the wafer holding jig 10 according to the first aspect, the graphite material 11
Since the pyrolytic carbon coating 14 is formed on the surface of the substrate 20, the pyrolytic carbon coating 14 can surely prevent the graphite powder, which is likely to be an impurity, from falling off the wafers 20 and have excellent resistance to hydrofluoric acid. You can do it.

【0059】また、請求項2に係るウエハ保持治具10
においては、上記の請求項1に係るウエハ保持治具10
における効果と同様な効果を得ることができ、さらに、
炭化硅素または熱分解炭素からなる外層被膜13を、黒
鉛材11の表面を炭化硅素に転化させることにより形成
した内層被膜12によって支持するようにしているか
ら、外層被膜13の黒鉛材11に対する密着強度をより
一層十分なものとすることができるものである。
Further, the wafer holding jig 10 according to claim 2
In the above, the wafer holding jig 10 according to claim 1
You can get the same effect as in
Since the outer coating 13 made of silicon carbide or pyrolytic carbon is supported by the inner coating 12 formed by converting the surface of the graphite material 11 into silicon carbide, the adhesion strength of the outer coating 13 to the graphite material 11 is improved. Can be made even more satisfactory.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】各発明に係るのウエハ保持治具にウエハを保持
させた状態を示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a state where a wafer is held by a wafer holding jig according to each invention.

【図2】同側面図である。FIG. 2 is a side view of the same.

【図3】請求項1に係るウエハ保持治具の部分拡大断面
図である。
FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view of the wafer holding jig according to claim 1;

【図4】請求項2に係るウエハ保持治具を示すものであ
って、特に外層被膜として熱分解炭素被膜を採用した場
合の部分拡大断面図である。
FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view showing a wafer holding jig according to claim 2, particularly when a pyrolytic carbon film is employed as an outer layer film.

【図5】請求項2に係るウエハ保持治具を示すものであ
って、特に外層被膜として炭化硅素被膜を採用した場合
の部分拡大断面図である。
FIG. 5 is a partially enlarged cross-sectional view showing a wafer holding jig according to claim 2, particularly when a silicon carbide film is used as an outer layer film.

【図6】本発明のウエハ保持治具が使用される常圧CV
D装置の側面図である。
FIG. 6 is a normal pressure CV in which the wafer holding jig of the present invention is used.
It is a side view of D device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ウエハ保持治具 11 黒鉛材 12 内層被膜 13 外層被膜 14 熱分解炭素被膜 20 ウエハ 30 常圧CVD装置 Reference Signs List 10 Wafer holding jig 11 Graphite material 12 Inner layer coating 13 Outer layer coating 14 Pyrolytic carbon coating 20 Wafer 30 Normal pressure CVD apparatus

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−227783(JP,A) 特開 昭63−74995(JP,A) 特開 昭64−9900(JP,A) 特開 平1−145400(JP,A) 特開 平3−129729(JP,A) 特公 昭48−26597(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 B65D 85/00 B65D 85/86 Continuation of front page (56) References JP-A-63-227783 (JP, A) JP-A-63-74995 (JP, A) JP-A-64-9900 (JP, A) JP-A-1-145400 (JP) JP-A-3-129729 (JP, A) JP-B-48-26597 (JP, B1) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/205 B65D 85/00 B65D 85/86

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 全体が等方性高密度高純度で、20℃〜
400℃の平均熱膨張係数が1.3〜7.0×10-6
℃、かつ水銀圧入法で測定される平均細孔半径が180
00オングストローム以下である黒鉛材によって形成さ
れて、常圧CVD装置内において半導体素子用の原料ウ
エハを保持するためのウエハ保持治具であって、 前記黒鉛材の表面に、熱分解炭素からなる被膜を形成し
たことを特徴とする常圧CVD装置のためのウエハ保持
治具。
1. The whole isotropic, high-density, high-purity, 20 ° C.
The average coefficient of thermal expansion at 400 ° C. is 1.3 to 7.0 × 10 −6 /
C. and an average pore radius of 180 measured by a mercury intrusion method.
A wafer holding jig formed of a graphite material having a thickness of not more than 00 angstrom and holding a raw material wafer for a semiconductor element in an atmospheric pressure CVD apparatus, wherein a coating made of pyrolytic carbon is formed on a surface of the graphite material. A wafer holding jig for a normal pressure CVD apparatus, characterized in that a jig is formed.
【請求項2】 全体が等方性高密度高純度で、20℃〜
400℃の平均熱膨張係数が1.3〜7.0×10-6
℃、かつ水銀圧入法で測定される平均細孔半径が180
00オングストローム以下である黒鉛材によって形成さ
れて、常圧CVD装置内において半導体素子用の原料ウ
エハを保持するためのウエハ保持治具であって、 前記黒鉛材の表面に、この黒鉛材の表面を炭化硅素に転
化した内層被膜と、この内層被膜の上にこれより緻密質
の炭化硅素または熱分解炭素を沈積被覆して形成した外
層被膜とによって被覆したことを特徴とする常圧CVD
装置のための黒鉛製ウエハ保持治具。
2. The whole isotropic, high-density, high-purity, 20 ° C.
The average coefficient of thermal expansion at 400 ° C. is 1.3 to 7.0 × 10 −6 /
C. and an average pore radius of 180 measured by a mercury intrusion method.
A wafer holding jig formed of a graphite material having a thickness of not more than 00 Å and holding a raw material wafer for a semiconductor device in a normal pressure CVD apparatus, wherein the surface of the graphite material is provided on the surface of the graphite material. Atmospheric pressure CVD characterized by being coated with an inner layer film converted to silicon carbide and an outer layer film formed by depositing and coating denser silicon carbide or pyrolytic carbon on the inner layer film.
Graphite wafer holding jig for equipment.
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