JP4007598B2 - サセプタおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サセプタおよびその製造方法に関し、より詳細には、ＳｉＣ被覆カーボン材からなるワーク処理用サセプタおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハの成膜、熱処理等の各種処理においては、半導体ウエハは、サセプタに載置されて行われる。例えば、シリコンウエハのエピタキシャル成長用サセプタとしては、一般に、円盤状のカーボン基材にワーク載置面を加工して、これをＳｉＣ膜により被覆したＳｉＣ被覆カーボン材からなるサセプタが用いられている。
【０００３】
このような従来のサセプタは、変形により、ウエハ面内での均一な熱伝導が妨げられ、スリップの発生、面内におけるエピ膜厚の不均一等の課題を生じていた。
特に、ヘテロエピタキシャルウエハの場合は、熱伝導率の異なる異種物質の存在により、ウエハ面内での熱伝導は、より不均一となりやすかった。
【０００４】
また、基材表面をＳｉＣ膜で被覆したサセプタにおいては、前記基材とＳｉＣとの熱膨張係数の差が小さい場合、ＳｉＣ被膜は剥離しやすく、一方、両者の熱膨張係数の差が大きい場合には、ＳｉＣ被膜にクラックが発生しやすかった。
【０００５】
さらに、基材にウエハ載置面を加工した後、ＳｉＣ膜により被覆する場合、表面と裏面との表面積の差が大きいと、表面積が小さい方向に凹形状に湾曲変形しやすく、ウエハ載置面をフラット状に形成することは難しかった。
変形の程度によっては、ウエハ載置面にうねりが発生し、ウエハとの間に不均一に空間部が形成され、ウエハ面内の均熱伝導性が妨げられることとなる。
このように、従来のサセプタは、熱容量の観点からも、スループットが十分であるとは言えなかった。
【０００６】
上記のような問題点を解消するために、例えば、図７に示すようなサセプタが提案されている（特許文献１参照。）。図７は従来のサセプタ１０の断面図であり、図８はこのサセプタ１０の上面図を示したものである。図７および図８に示すサセプタは、カーボン基材１１をＳｉＣ膜１２、１３で被覆して、全体的に円環状のウエハ支持凸部１４の下方に、環状の空隙１５を形成したものである。
【０００７】
また、図９および図１０に示すようなウエハＷとワーク載置面との間の所定箇所に隙間を設けたものも提案されている（例えば、特許文献２等参照。）。
図９は、ワーク載置面の外周部に環状溝を形成して凸形状とし、中央部でウエハＷを支持し、ウエハＷの外周部の下部に空隙２５を形成したサセプタ２０である。
逆に、図１０に示すサセプタ３０は、ワーク載置面の中央部に段差を設けて凹形状とし、外周部でウエハＷを支持し、ウエハＷの中央部の下部に空隙３５を形成したものである。
【０００８】
また、図１１に示すように、カーボン基材４１の全面をＳｉＣ膜４２で被覆したサセプタ４０であって、該ＳｉＣ膜４２の膜厚は、ワーク載置面側の方を裏面側よりも薄く形成したものも提案されている（例えば、特許文献３参照）。
これは、カーボン基材を被覆するＳｉＣ膜の膜厚を調整することにより、サセプタの変形（反り）を防止しようとするものである。
【０００９】
【特許文献１】
特開平７−１６１６４８号公報
【特許文献２】
特開２００１−１２６９９５号公報
【特許文献３】
特許２５６６７９６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図７および図８に示したような形状のサセプタ１０は、環状の空隙１５を形成する工程において、当該箇所にカーボンリングを嵌め込んでおき、これを焼き抜くことが必要である。このため、円環状のウエハ支持凸部１４は、少なくとも１個の切欠き部１６を設けなければならない。
したがって、この切欠き部１６があるが故に、ウエハ面内の均熱伝導性が必ずしも十分であるとは言えなかった。
【００１１】
また、上記図９に示したようなサセプタ２０は、ウエハＷの中央部が外周部よりも高温になる傾向があり、十分な面内均熱伝導性は得られなかった。
一方、図１０に示したようなサセプタ３０の場合には、ウエハＷの面内の均熱伝導性はある程度は改善されるものの、ウエハＷが撓み、角部Ｂとの接触によって、ウエハＷにスリップが生じるという課題が生じた。
さらに、上記図９および図１０に示したようなサセプタにおいては、いずれも、ウエハＷの中央部と外周部での温度差が大きくなり易く、さらに、ウエハＷ裏面に空隙部が広く形成されているため、ウエハとサセプタとの温度差が大きくなる時間帯が存在する。このため、ウエハが反り、外周部がはね上がる、いわゆるカールと呼ばれる現象が生じやすいという課題も有していた。
【００１２】
また、上記図１１に示したようなサセプタ４０においては、たとえウエハＷの変形が抑制されたとしても、面内の均熱伝導性は十分であるとは言えなかった。
【００１３】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、特に、半導体ウエハのような薄板状のワークの処理用のサセプタであって、ＳｉＣ被覆カーボン材からなるサセプタにおいて、ワークの面内均熱伝導性を向上させ、サセプタに載置するワークの各種処理におけるスループットの向上を図ることができるサセプタおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るサセプタは、ＳｉＣ被覆カーボン材からなるワーク処理用サセプタであって、ワーク載置面側はフラット状であり、裏面側は中央部が外周部よりも厚くなるように段差が設けられた凸型円盤状であり、前記ワーク載置面側のＳｉＣ被覆膜は、外周部における膜厚が、中央部における膜厚の０．６倍以上０．９倍以下であり、中央部から外周部に向かって連続的に減少しており、前記裏面側のＳｉＣ被覆膜は、前記凸型円盤状部の中央部における膜厚が、外周部における膜厚の０．６倍以上０．９倍以下であることを特徴とする。
上記のようなカーボン基材の形状およびＳｉＣ被覆膜の膜厚とすることにより、熱容量を小さくすることができ、載置されるワークの面内における均熱伝導性を向上させ、ウエハ等のワークへの成膜、熱処理等の各種処理におけるスループットの向上を図ることができる。
また、裏面側のＳｉＣ被覆膜の膜厚は、カーボン基材の形状および反りに伴うサセプタの歪を防止する観点から、ワーク載置面側のＳｉＣ被覆膜の膜厚とのバランスを考慮したものである。
【００１５】
前記サセプタは、ワークを安定して載置する観点から、前記ワーク載置面が平面または深さ３０μｍ以下で湾曲した凹形状であることが好ましい。
【００１７】
さらにまた、サセプタの歪を防止する観点から、前記ワーク載置面側の外周部と裏面側の外周部のＳｉＣ被覆膜厚が同等であることが好ましい。
【００１８】
また、本発明に係るサセプタの製造方法は、上記ワーク処理用サセプタを製造する方法であって、表面はフラット状であり、裏面は中央部が外周部よりも厚くなるように段差が設けられた凸形円盤状のカーボン基材に、表面側の外周部には、リング状のマスクを接近させ、裏面側には、外周部に同心円上に複数の貫通孔を有する板状のマスクを接近させて配置して、前記カーボン基材表面にＳｉＣ被覆膜を形成させる第１のＳｉＣコーティング処理工程と、前記リング状のマスクと貫通孔を有する板状のマスクとを置き換えて、さらにＳｉＣ被覆膜を形成させる第２のＳｉＣコーティング処理工程と、前記リング状のマスクと貫通孔を有する板状のマスクとを再び置き換えて、前記第１のＳｉＣコーティング処理工程と同じ配置で、さらにＳｉＣ被覆膜を形成させる第３のＳｉＣコーティング工程とを備えていることを特徴とする。
上記製造法によれば、特定の箇所に、優先的または選択的にＳｉＣ被覆膜を形成させ、膜厚を制御することができ、本発明に係るフラット状のワーク載置面を有するサセプタを容易に得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、図面を参照して、ワークとして半導体ウエハを例に、より詳細に説明する。
図１に、本発明に係るサセプタの概略断面図を示す。
図１に示すサセプタは、カーボン基材１がＳｉＣ膜２により被覆されたＳｉＣ被覆カーボン材からなる半導体ウエハ処理用サセプタであって、ウエハ載置面側はフラット状であり、裏面側は中央部が外周部よりも厚くなるように段差が設けられた凸型円盤状に形成されている。
サセプタの形状を、上記のように、外周部を薄く、中央部を厚くすることにより、サセプタ全体の熱容量を小さくすることができ、ウエハの熱処理時における昇降温速度を速くすることができ、スループットの向上を図ることができる。
【００２０】
なお、前記ウエハ載置面はフラット状に形成されているが、本発明でいうフラトッ状とは、段差を有した形状でなく、滑らかな面であることを意味し、必ずしも水平平面である場合に限られない。
また、ウエハ載置面は、必ずしも、完全なフラット面に限られず、深さ１．５ｍｍ以下の一つの座ぐり部が形成された面であってもよい。
ただし、前記フラット状のウエハ載置面は、凸面またはうねりを有する面であることは好ましくなく、平面または深さ３０μｍ以下で湾曲した凹形状であることが好ましい。
ウエハ載置面が凸面である場合、ウエハのスライドまたはポッピングが発生しやすくなる。
また、ウエハ載置面が凹形状であっても、深さ３０μｍを超える場合、スリップまたは上述のカールの問題が発生しやすくなる。
したがって、前記ウエハ載置面は、ウエハを安定して載置する観点から、平面または深さ３０μｍ以下で湾曲した凹形状であることが好ましい。
【００２１】
前記サセプタにおいて、前記ウエハ載置面側のＳｉＣ被覆膜は、外周部における膜厚ｂが、中央部における膜厚ａの０．６倍以上０．９倍以下、すなわち、０．６ａ≦ｂ≦０．９ａであることが好ましい。
さらに、前記サセプタの裏面側のＳｉＣ被覆膜は、中央部における膜厚ｃが、外周部における膜厚ｄの０．６倍以上０．９倍以下、すなわち、０．６ｄ≦ｃ≦０．９ｄであることが好ましい。
ｂ＜０．６ａの場合、または、ｃ＞０．９ｄの場合、サセプタの外周部が裏面側に反るような歪が生じる。
逆に、ｂ＞０．９ａの場合、または、ｃ＜０．６ｄの場合は、サセプタの外周部がウエハ載置面側に反るような歪が生じる。
したがって、０．６ａ≦ｂ≦０．９ａ、かつ、０．６ｄ≦ｃ≦０．９ｄとなるように、ＳｉＣ被覆膜２の膜厚を調整することにより、フラット状のサセプタを形成することができる。
このとき、ウエハ載置面側の外周部のＳｉＣ被覆膜の膜厚ｂと裏面側の外周部のＳｉＣ被覆の膜厚ｄが同等である、すなわち、ｂ＝ｄであることが、サセプタの歪を防止する観点から、より好ましい。
【００２２】
また、前記サセプタは、外周部の厚さが半径の０．１倍以上０．４倍以下であることが好ましい。
外周部の厚さが半径の０．４倍を超える場合、サセプタの熱容量が大きくなりすぎ、ウエハ処理におけるスループットの向上、経済性の観点から好ましくない。
一方、外周部の厚さが半径の０．１倍未満である場合、変形等を生じやすくなり、十分な強度が得られない。
【００２３】
なお、本発明に係るサセプタにおいては、これを構成するカーボン基材の熱膨張係数を、ＳｉＣ被覆膜の熱膨張係数に比べて大きくすることにより、熱処理におけるサセプタ使用時のＳｉＣ被覆膜の剥離またはクラックの発生をより防止することができる。
【００２４】
本発明に係るサセプタの製造方法によれば、上記のようなＳｉＣ被覆膜の膜厚の制御を行うことができる。
本発明に係るサセプタの製造方法は、表面はフラット状であり、裏面は中央部が外周部よりも厚くなるように段差が設けられた凸形円盤状のカーボン基材に、表面側の外周部には、リング状のマスクを接近させ、裏面側には、外周部に同心円上に複数の貫通孔を有する板状のマスクを接近させて配置して、前記カーボン基材表面にＳｉＣ被覆膜を形成させる第１のＳｉＣコーティング処理工程と、前記リング状のマスクと貫通孔を有する板状のマスクとを置き換えて、さらにＳｉＣ被覆膜を形成させる第２のＳｉＣコーティング処理工程と、前記リング状のマスクと貫通孔を有する板状のマスクとを再び置き換えて、前記第１のＳｉＣコーティング処理工程と同じ配置で、さらにＳｉＣ被覆膜を形成させる第３のＳｉＣコーティング工程とを備えたものである。
【００２５】
一般に、本発明に係るサセプタのように、裏面に段差を有する形状であり、かつ、ＳｉＣ膜で被覆されたサセプタは、従来のサセプタと比較して、ウエハ載置面をフラット状に形成することは難しい。
本発明に係る製造方法は、特定の箇所に、優先的または選択的にＳｉＣ被覆膜を形成させることにより、目的とするフラット状のウエハ載置面を有するサセプタを形成することを可能としたものである。
【００２６】
本発明に係る製造方法の具体的な製造工程を、図１〜図５を参照して、以下に述べる。
まず、板状カーボン材を研削加工し、図２に示すような、表面はフラット状であり、裏面は中央部に凸部を有する凸形円盤状のカーボン基材１を作製する。
そして、図２に示すように、前記カーボン基材１の表面側に、リング状のマスク３を接近させて配置する。
一方、裏面側には、図３に示すような外周部に同心円上に複数の貫通孔４ａを有する板状のマスク４を接近させて配置する。
なお、前記マスク３、４は、所定の治具等を用いて（図示せず）、カーボン基材１に接触させないように配置する。
【００２７】
表面側に配置される前記マスク３は、外周から半径の２０％程度の部分までマスキングできるリング状であることが好ましい。
また、裏面側に配置されるマスク３は、外周から半径の２０％程度までの部分に貫通孔４ａを有しているものであることが好ましい。
図４に示すマスク４は、貫通孔４ａが４個形成されているものであるが、この貫通孔４ａの数は特に限定されない。ただし、均等な間隔で形成されていることが好ましい。
【００２８】
前記マスク３および４を配したカーボン基材１を、コーティング炉内にセットして、第１のＳｉＣコーティング処理を施す。
図４に、第１のＳｉＣコーティング処理後のカーボン基材１を示す。
図４に示すように、第１のＳｉＣコーティング処理によるＳｉＣ被覆膜２ａの膜厚は、表面側は中央部が厚く、一方、裏面側の中央部は薄くなる。
通常は、このような形状のカーボン基材の表裏両面に、均等な膜厚でＳｉＣコーティングを施すと、カーボン基材の収縮率は、表面側の方が裏面側に比べて大きいため、高温雰囲気中でのＳｉＣコーティング処理後の冷却時に、表面側がわずかに凹形状に湾曲した形状となる。
本発明においては、上記のようなマスクを使用したコーティング処理を行うことにより、逆に、図４に示すように、表面側がわずかに凸形状に湾曲した形状となる。
【００２９】
上記第１のＳｉＣコーティング処理は、１回以上４回以下行い、形成されるＳｉＣ被覆膜２ａを、１０〜４０μｍ程度の範囲内で、適当な膜厚に調整することが好ましい。
なお、ＳｉＣコーティング処理方法は、特に限定されるものではないが、通常は、ＣＶＤ法が用いられる。
【００３０】
次に、前記マスク３および４の配置を、上記第１のＳｉＣコーティング処理時と置き換えて、第２のＳｉＣコーティング処理を施す。
図５に、第２のＳｉＣコーティング処理後のカーボン基材１を示す。
図５に示すように、第２のＳｉＣコーティング処理工程においては、カーボン基材１の全面において、第１のＳｉＣコーティング処理によるＳｉＣ被覆膜２ａと第２のＳｉＣコーティング処理によるＳｉＣ被覆膜２ｂとを合わせたＳｉＣ被覆膜全体が、ほぼ均等の膜厚となるように、複数回繰り返しコーティングする。そして、カーボン基材１の全面にほぼ均等の膜厚のＳｉＣ被覆膜が形成されると、カーボン基材１の表面側の収縮率が裏面側に比べて大きくなるため、図５に示すように、ＳｉＣ膜に被覆されたカーボン基材は、全体として、表面側がわずかに凹形状に湾曲した形状となる。
【００３１】
さらに、前記マスク３および４の配置を再び置き換えて、上記第１のＳｉＣコーティング処理時と同じ配置として、第３のＳｉＣコーティング処理を施す。
この第３のＳｉＣコーティング処理により、図１に示すように、表面側はフラット状となり、表面側のＳｉＣ被覆膜の外周部における膜厚ｂが、中央部における膜厚ａの０．６倍以上０．９倍以下となり、一方、裏面側のＳｉＣ被覆膜の凸型円盤状部の中央部における膜厚ｃが、外周部における膜厚ｄの０．６倍以上０．９倍以下であるサセプタを得ることができる。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
［実施例１］
表面はフラット状であり、裏面は中央部が外周部よりも厚くなるように段差が設けられた凸形円盤状のカーボン基材を研削加工した。
前記カーボン基材の表面側の外周部に、リング状のマスクを接近させ、一方、裏面側に、外周部に同心円上に複数の貫通孔を有する板状のマスクを接近させて配置し、コーティング炉内にセットして、１５００℃以上１８５０℃以下で、第１のＳｉＣコーティング処理を複数回施した。
次に、両面のマスクを置き換えて、１５００℃以上１８５０℃以下で、第２のＳｉＣコーティング処理を複数回施した。
さらに、両面のマスクを再び置き換えて、第１のＳｉＣコーティング処理時と同じ配置として、第３のＳｉＣコーティング処理を複数回施した。
上記工程により、前記カーボン基材表面にＳｉＣ被覆膜を形成させ、図１に示すようなサセプタを作製した。
得られたＳｉＣ被覆カーボン材からなるサセプタのＳｉＣ被覆膜の各部分における膜厚は、表１に示すとおりである。
【００３３】
前記サセプタのウエハ載置面（表面）の反り量を測定した。なお、反り量が−である場合は、表面が凹形状であり、＋である場合は、凸形状であることを意味する。
また、前記サセプタにシリコンウエハを載置し、ウエハ面内における均熱伝導性の評価を行った。この評価は、以下の方法により行った。
まず、Ａｒ雰囲気下、１０００℃で１０分間の熱処理を行ったときのウエハ面内温度を図６において×印で示す５点で測定した。このときの温度変化ΔＴが±１０℃内、すなわち、｜ΔＴ｜≦１０（Ｋ）のときの評価を○とし、また、ΔＴが±２０℃を超えるもの、すなわち、｜ΔＴ｜＞２０（Ｋ）のときの評価を×とした。
これらの結果を表１に示す。
【００３４】
［実施例２および３］
ＳｉＣ被覆膜を表１の実施例２または３に示すような膜厚とし、それ以外については、実施例１と同様にして、サセプタを作製し、反り量の測定および載置したウエハの面内における均熱伝導性についての評価を行った。
これらの結果を表１に示す。
【００３５】
［比較例１および２］
ＳｉＣ被覆膜を表１の比較例１または２に示すような膜厚とし、それ以外については、実施例１と同様にして、サセプタを作製し、反り量の測定および載置したウエハの面内における均熱伝導性についての評価を行った。
これらの結果を表１に示す。
なお、比較例２においては、サセプタ上にウエハを安定して載置させることが困難であり、均熱伝導性の評価を行うことができなかった。
【００３６】
［比較例３］
裏面に段差が設けられておらず、両面ともフラット状であるカーボン基材を用い、また、ＳｉＣ被覆膜を表１の比較例３に示すような膜厚とし、それ以外については、実施例１と同様にして、サセプタを作製し、反り量の測定および載置したウエハの面内における均熱伝導性についての評価を行った。
これらの結果を表１に示す。
なお、ウエハ載置面には、直線状にうねりが発生した。
【００３７】
［比較例４〜６］
ＳｉＣ被覆膜を表１の比較例４〜６に示すような膜厚とし、それ以外については、実施例１と同様にして、サセプタを作製し、反り量の測定および載置したウエハの面内における均熱伝導性についての評価を行った。
これらの結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明に係るサセプタを用いることにより、載置されるワークの面内均熱伝導性が向上され、サセプタに載置するウエハ等のワークへの成膜、熱処理等の各種処理におけるスループットの向上を図ることができる。
また、本発明に係る製造方法によれば、カーボン基材表面に形成するＳｉＣ被覆膜の膜厚を適当に制御することが可能であるため、フラット状のワーク載置面を有する本発明に係るサセプタを容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るサセプタの断面図である。
【図２】カーボン基材およびマスクの断面図である。
【図３】マスク４の底面図である。
【図４】第１のＳｉＣコーティング処理後のカーボン基材の断面図である。
【図５】第２のＳｉＣコーティング処理後のカーボン基材の断面図である。
【図６】実施例において、ウエハ面内の均熱伝導性の評価における測定箇所を示した図である。
【図７】従来のサセプタを示した断面図である。
【図８】図７に示したサセプタの上面図である。
【図９】サセプタの他の従来例を示した断面図である。
【図１０】サセプタの他の従来例を示した断面図である。
【図１１】サセプタの他の従来例を示した断面図である。
【符号の説明】
１、１１、４１ カーボン基材
２、１２、１３、４２ ＳｉＣ被覆膜（ＳｉＣ膜）
２ａ 第１のＳｉＣコーティングによるＳｉＣ被覆膜
２ｂ 第２のＳｉＣコーティングによるＳｉＣ被覆膜
３、４ マスク
４ａ 貫通孔
１０、２０、３０、４０ サセプタ
１４ ウエハ支持凸部
１５、２５、３５ 空隙
１６ 切欠き部
Ｗ ウエハ
【発明の属する技術分野】
本発明は、サセプタおよびその製造方法に関し、より詳細には、ＳｉＣ被覆カーボン材からなるワーク処理用サセプタおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハの成膜、熱処理等の各種処理においては、半導体ウエハは、サセプタに載置されて行われる。例えば、シリコンウエハのエピタキシャル成長用サセプタとしては、一般に、円盤状のカーボン基材にワーク載置面を加工して、これをＳｉＣ膜により被覆したＳｉＣ被覆カーボン材からなるサセプタが用いられている。
【０００３】
このような従来のサセプタは、変形により、ウエハ面内での均一な熱伝導が妨げられ、スリップの発生、面内におけるエピ膜厚の不均一等の課題を生じていた。
特に、ヘテロエピタキシャルウエハの場合は、熱伝導率の異なる異種物質の存在により、ウエハ面内での熱伝導は、より不均一となりやすかった。
【０００４】
また、基材表面をＳｉＣ膜で被覆したサセプタにおいては、前記基材とＳｉＣとの熱膨張係数の差が小さい場合、ＳｉＣ被膜は剥離しやすく、一方、両者の熱膨張係数の差が大きい場合には、ＳｉＣ被膜にクラックが発生しやすかった。
【０００５】
さらに、基材にウエハ載置面を加工した後、ＳｉＣ膜により被覆する場合、表面と裏面との表面積の差が大きいと、表面積が小さい方向に凹形状に湾曲変形しやすく、ウエハ載置面をフラット状に形成することは難しかった。
変形の程度によっては、ウエハ載置面にうねりが発生し、ウエハとの間に不均一に空間部が形成され、ウエハ面内の均熱伝導性が妨げられることとなる。
このように、従来のサセプタは、熱容量の観点からも、スループットが十分であるとは言えなかった。
【０００６】
上記のような問題点を解消するために、例えば、図７に示すようなサセプタが提案されている（特許文献１参照。）。図７は従来のサセプタ１０の断面図であり、図８はこのサセプタ１０の上面図を示したものである。図７および図８に示すサセプタは、カーボン基材１１をＳｉＣ膜１２、１３で被覆して、全体的に円環状のウエハ支持凸部１４の下方に、環状の空隙１５を形成したものである。
【０００７】
また、図９および図１０に示すようなウエハＷとワーク載置面との間の所定箇所に隙間を設けたものも提案されている（例えば、特許文献２等参照。）。
図９は、ワーク載置面の外周部に環状溝を形成して凸形状とし、中央部でウエハＷを支持し、ウエハＷの外周部の下部に空隙２５を形成したサセプタ２０である。
逆に、図１０に示すサセプタ３０は、ワーク載置面の中央部に段差を設けて凹形状とし、外周部でウエハＷを支持し、ウエハＷの中央部の下部に空隙３５を形成したものである。
【０００８】
また、図１１に示すように、カーボン基材４１の全面をＳｉＣ膜４２で被覆したサセプタ４０であって、該ＳｉＣ膜４２の膜厚は、ワーク載置面側の方を裏面側よりも薄く形成したものも提案されている（例えば、特許文献３参照）。
これは、カーボン基材を被覆するＳｉＣ膜の膜厚を調整することにより、サセプタの変形（反り）を防止しようとするものである。
【０００９】
【特許文献１】
特開平７−１６１６４８号公報
【特許文献２】
特開２００１−１２６９９５号公報
【特許文献３】
特許２５６６７９６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図７および図８に示したような形状のサセプタ１０は、環状の空隙１５を形成する工程において、当該箇所にカーボンリングを嵌め込んでおき、これを焼き抜くことが必要である。このため、円環状のウエハ支持凸部１４は、少なくとも１個の切欠き部１６を設けなければならない。
したがって、この切欠き部１６があるが故に、ウエハ面内の均熱伝導性が必ずしも十分であるとは言えなかった。
【００１１】
また、上記図９に示したようなサセプタ２０は、ウエハＷの中央部が外周部よりも高温になる傾向があり、十分な面内均熱伝導性は得られなかった。
一方、図１０に示したようなサセプタ３０の場合には、ウエハＷの面内の均熱伝導性はある程度は改善されるものの、ウエハＷが撓み、角部Ｂとの接触によって、ウエハＷにスリップが生じるという課題が生じた。
さらに、上記図９および図１０に示したようなサセプタにおいては、いずれも、ウエハＷの中央部と外周部での温度差が大きくなり易く、さらに、ウエハＷ裏面に空隙部が広く形成されているため、ウエハとサセプタとの温度差が大きくなる時間帯が存在する。このため、ウエハが反り、外周部がはね上がる、いわゆるカールと呼ばれる現象が生じやすいという課題も有していた。
【００１２】
また、上記図１１に示したようなサセプタ４０においては、たとえウエハＷの変形が抑制されたとしても、面内の均熱伝導性は十分であるとは言えなかった。
【００１３】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、特に、半導体ウエハのような薄板状のワークの処理用のサセプタであって、ＳｉＣ被覆カーボン材からなるサセプタにおいて、ワークの面内均熱伝導性を向上させ、サセプタに載置するワークの各種処理におけるスループットの向上を図ることができるサセプタおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るサセプタは、ＳｉＣ被覆カーボン材からなるワーク処理用サセプタであって、ワーク載置面側はフラット状であり、裏面側は中央部が外周部よりも厚くなるように段差が設けられた凸型円盤状であり、前記ワーク載置面側のＳｉＣ被覆膜は、外周部における膜厚が、中央部における膜厚の０．６倍以上０．９倍以下であり、中央部から外周部に向かって連続的に減少しており、前記裏面側のＳｉＣ被覆膜は、前記凸型円盤状部の中央部における膜厚が、外周部における膜厚の０．６倍以上０．９倍以下であることを特徴とする。
上記のようなカーボン基材の形状およびＳｉＣ被覆膜の膜厚とすることにより、熱容量を小さくすることができ、載置されるワークの面内における均熱伝導性を向上させ、ウエハ等のワークへの成膜、熱処理等の各種処理におけるスループットの向上を図ることができる。
また、裏面側のＳｉＣ被覆膜の膜厚は、カーボン基材の形状および反りに伴うサセプタの歪を防止する観点から、ワーク載置面側のＳｉＣ被覆膜の膜厚とのバランスを考慮したものである。
【００１５】
前記サセプタは、ワークを安定して載置する観点から、前記ワーク載置面が平面または深さ３０μｍ以下で湾曲した凹形状であることが好ましい。
【００１７】
さらにまた、サセプタの歪を防止する観点から、前記ワーク載置面側の外周部と裏面側の外周部のＳｉＣ被覆膜厚が同等であることが好ましい。
【００１８】
また、本発明に係るサセプタの製造方法は、上記ワーク処理用サセプタを製造する方法であって、表面はフラット状であり、裏面は中央部が外周部よりも厚くなるように段差が設けられた凸形円盤状のカーボン基材に、表面側の外周部には、リング状のマスクを接近させ、裏面側には、外周部に同心円上に複数の貫通孔を有する板状のマスクを接近させて配置して、前記カーボン基材表面にＳｉＣ被覆膜を形成させる第１のＳｉＣコーティング処理工程と、前記リング状のマスクと貫通孔を有する板状のマスクとを置き換えて、さらにＳｉＣ被覆膜を形成させる第２のＳｉＣコーティング処理工程と、前記リング状のマスクと貫通孔を有する板状のマスクとを再び置き換えて、前記第１のＳｉＣコーティング処理工程と同じ配置で、さらにＳｉＣ被覆膜を形成させる第３のＳｉＣコーティング工程とを備えていることを特徴とする。
上記製造法によれば、特定の箇所に、優先的または選択的にＳｉＣ被覆膜を形成させ、膜厚を制御することができ、本発明に係るフラット状のワーク載置面を有するサセプタを容易に得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、図面を参照して、ワークとして半導体ウエハを例に、より詳細に説明する。
図１に、本発明に係るサセプタの概略断面図を示す。
図１に示すサセプタは、カーボン基材１がＳｉＣ膜２により被覆されたＳｉＣ被覆カーボン材からなる半導体ウエハ処理用サセプタであって、ウエハ載置面側はフラット状であり、裏面側は中央部が外周部よりも厚くなるように段差が設けられた凸型円盤状に形成されている。
サセプタの形状を、上記のように、外周部を薄く、中央部を厚くすることにより、サセプタ全体の熱容量を小さくすることができ、ウエハの熱処理時における昇降温速度を速くすることができ、スループットの向上を図ることができる。
【００２０】
なお、前記ウエハ載置面はフラット状に形成されているが、本発明でいうフラトッ状とは、段差を有した形状でなく、滑らかな面であることを意味し、必ずしも水平平面である場合に限られない。
また、ウエハ載置面は、必ずしも、完全なフラット面に限られず、深さ１．５ｍｍ以下の一つの座ぐり部が形成された面であってもよい。
ただし、前記フラット状のウエハ載置面は、凸面またはうねりを有する面であることは好ましくなく、平面または深さ３０μｍ以下で湾曲した凹形状であることが好ましい。
ウエハ載置面が凸面である場合、ウエハのスライドまたはポッピングが発生しやすくなる。
また、ウエハ載置面が凹形状であっても、深さ３０μｍを超える場合、スリップまたは上述のカールの問題が発生しやすくなる。
したがって、前記ウエハ載置面は、ウエハを安定して載置する観点から、平面または深さ３０μｍ以下で湾曲した凹形状であることが好ましい。
【００２１】
前記サセプタにおいて、前記ウエハ載置面側のＳｉＣ被覆膜は、外周部における膜厚ｂが、中央部における膜厚ａの０．６倍以上０．９倍以下、すなわち、０．６ａ≦ｂ≦０．９ａであることが好ましい。
さらに、前記サセプタの裏面側のＳｉＣ被覆膜は、中央部における膜厚ｃが、外周部における膜厚ｄの０．６倍以上０．９倍以下、すなわち、０．６ｄ≦ｃ≦０．９ｄであることが好ましい。
ｂ＜０．６ａの場合、または、ｃ＞０．９ｄの場合、サセプタの外周部が裏面側に反るような歪が生じる。
逆に、ｂ＞０．９ａの場合、または、ｃ＜０．６ｄの場合は、サセプタの外周部がウエハ載置面側に反るような歪が生じる。
したがって、０．６ａ≦ｂ≦０．９ａ、かつ、０．６ｄ≦ｃ≦０．９ｄとなるように、ＳｉＣ被覆膜２の膜厚を調整することにより、フラット状のサセプタを形成することができる。
このとき、ウエハ載置面側の外周部のＳｉＣ被覆膜の膜厚ｂと裏面側の外周部のＳｉＣ被覆の膜厚ｄが同等である、すなわち、ｂ＝ｄであることが、サセプタの歪を防止する観点から、より好ましい。
【００２２】
また、前記サセプタは、外周部の厚さが半径の０．１倍以上０．４倍以下であることが好ましい。
外周部の厚さが半径の０．４倍を超える場合、サセプタの熱容量が大きくなりすぎ、ウエハ処理におけるスループットの向上、経済性の観点から好ましくない。
一方、外周部の厚さが半径の０．１倍未満である場合、変形等を生じやすくなり、十分な強度が得られない。
【００２３】
なお、本発明に係るサセプタにおいては、これを構成するカーボン基材の熱膨張係数を、ＳｉＣ被覆膜の熱膨張係数に比べて大きくすることにより、熱処理におけるサセプタ使用時のＳｉＣ被覆膜の剥離またはクラックの発生をより防止することができる。
【００２４】
本発明に係るサセプタの製造方法によれば、上記のようなＳｉＣ被覆膜の膜厚の制御を行うことができる。
本発明に係るサセプタの製造方法は、表面はフラット状であり、裏面は中央部が外周部よりも厚くなるように段差が設けられた凸形円盤状のカーボン基材に、表面側の外周部には、リング状のマスクを接近させ、裏面側には、外周部に同心円上に複数の貫通孔を有する板状のマスクを接近させて配置して、前記カーボン基材表面にＳｉＣ被覆膜を形成させる第１のＳｉＣコーティング処理工程と、前記リング状のマスクと貫通孔を有する板状のマスクとを置き換えて、さらにＳｉＣ被覆膜を形成させる第２のＳｉＣコーティング処理工程と、前記リング状のマスクと貫通孔を有する板状のマスクとを再び置き換えて、前記第１のＳｉＣコーティング処理工程と同じ配置で、さらにＳｉＣ被覆膜を形成させる第３のＳｉＣコーティング工程とを備えたものである。
【００２５】
一般に、本発明に係るサセプタのように、裏面に段差を有する形状であり、かつ、ＳｉＣ膜で被覆されたサセプタは、従来のサセプタと比較して、ウエハ載置面をフラット状に形成することは難しい。
本発明に係る製造方法は、特定の箇所に、優先的または選択的にＳｉＣ被覆膜を形成させることにより、目的とするフラット状のウエハ載置面を有するサセプタを形成することを可能としたものである。
【００２６】
本発明に係る製造方法の具体的な製造工程を、図１〜図５を参照して、以下に述べる。
まず、板状カーボン材を研削加工し、図２に示すような、表面はフラット状であり、裏面は中央部に凸部を有する凸形円盤状のカーボン基材１を作製する。
そして、図２に示すように、前記カーボン基材１の表面側に、リング状のマスク３を接近させて配置する。
一方、裏面側には、図３に示すような外周部に同心円上に複数の貫通孔４ａを有する板状のマスク４を接近させて配置する。
なお、前記マスク３、４は、所定の治具等を用いて（図示せず）、カーボン基材１に接触させないように配置する。
【００２７】
表面側に配置される前記マスク３は、外周から半径の２０％程度の部分までマスキングできるリング状であることが好ましい。
また、裏面側に配置されるマスク３は、外周から半径の２０％程度までの部分に貫通孔４ａを有しているものであることが好ましい。
図４に示すマスク４は、貫通孔４ａが４個形成されているものであるが、この貫通孔４ａの数は特に限定されない。ただし、均等な間隔で形成されていることが好ましい。
【００２８】
前記マスク３および４を配したカーボン基材１を、コーティング炉内にセットして、第１のＳｉＣコーティング処理を施す。
図４に、第１のＳｉＣコーティング処理後のカーボン基材１を示す。
図４に示すように、第１のＳｉＣコーティング処理によるＳｉＣ被覆膜２ａの膜厚は、表面側は中央部が厚く、一方、裏面側の中央部は薄くなる。
通常は、このような形状のカーボン基材の表裏両面に、均等な膜厚でＳｉＣコーティングを施すと、カーボン基材の収縮率は、表面側の方が裏面側に比べて大きいため、高温雰囲気中でのＳｉＣコーティング処理後の冷却時に、表面側がわずかに凹形状に湾曲した形状となる。
本発明においては、上記のようなマスクを使用したコーティング処理を行うことにより、逆に、図４に示すように、表面側がわずかに凸形状に湾曲した形状となる。
【００２９】
上記第１のＳｉＣコーティング処理は、１回以上４回以下行い、形成されるＳｉＣ被覆膜２ａを、１０〜４０μｍ程度の範囲内で、適当な膜厚に調整することが好ましい。
なお、ＳｉＣコーティング処理方法は、特に限定されるものではないが、通常は、ＣＶＤ法が用いられる。
【００３０】
次に、前記マスク３および４の配置を、上記第１のＳｉＣコーティング処理時と置き換えて、第２のＳｉＣコーティング処理を施す。
図５に、第２のＳｉＣコーティング処理後のカーボン基材１を示す。
図５に示すように、第２のＳｉＣコーティング処理工程においては、カーボン基材１の全面において、第１のＳｉＣコーティング処理によるＳｉＣ被覆膜２ａと第２のＳｉＣコーティング処理によるＳｉＣ被覆膜２ｂとを合わせたＳｉＣ被覆膜全体が、ほぼ均等の膜厚となるように、複数回繰り返しコーティングする。そして、カーボン基材１の全面にほぼ均等の膜厚のＳｉＣ被覆膜が形成されると、カーボン基材１の表面側の収縮率が裏面側に比べて大きくなるため、図５に示すように、ＳｉＣ膜に被覆されたカーボン基材は、全体として、表面側がわずかに凹形状に湾曲した形状となる。
【００３１】
さらに、前記マスク３および４の配置を再び置き換えて、上記第１のＳｉＣコーティング処理時と同じ配置として、第３のＳｉＣコーティング処理を施す。
この第３のＳｉＣコーティング処理により、図１に示すように、表面側はフラット状となり、表面側のＳｉＣ被覆膜の外周部における膜厚ｂが、中央部における膜厚ａの０．６倍以上０．９倍以下となり、一方、裏面側のＳｉＣ被覆膜の凸型円盤状部の中央部における膜厚ｃが、外周部における膜厚ｄの０．６倍以上０．９倍以下であるサセプタを得ることができる。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
［実施例１］
表面はフラット状であり、裏面は中央部が外周部よりも厚くなるように段差が設けられた凸形円盤状のカーボン基材を研削加工した。
前記カーボン基材の表面側の外周部に、リング状のマスクを接近させ、一方、裏面側に、外周部に同心円上に複数の貫通孔を有する板状のマスクを接近させて配置し、コーティング炉内にセットして、１５００℃以上１８５０℃以下で、第１のＳｉＣコーティング処理を複数回施した。
次に、両面のマスクを置き換えて、１５００℃以上１８５０℃以下で、第２のＳｉＣコーティング処理を複数回施した。
さらに、両面のマスクを再び置き換えて、第１のＳｉＣコーティング処理時と同じ配置として、第３のＳｉＣコーティング処理を複数回施した。
上記工程により、前記カーボン基材表面にＳｉＣ被覆膜を形成させ、図１に示すようなサセプタを作製した。
得られたＳｉＣ被覆カーボン材からなるサセプタのＳｉＣ被覆膜の各部分における膜厚は、表１に示すとおりである。
【００３３】
前記サセプタのウエハ載置面（表面）の反り量を測定した。なお、反り量が−である場合は、表面が凹形状であり、＋である場合は、凸形状であることを意味する。
また、前記サセプタにシリコンウエハを載置し、ウエハ面内における均熱伝導性の評価を行った。この評価は、以下の方法により行った。
まず、Ａｒ雰囲気下、１０００℃で１０分間の熱処理を行ったときのウエハ面内温度を図６において×印で示す５点で測定した。このときの温度変化ΔＴが±１０℃内、すなわち、｜ΔＴ｜≦１０（Ｋ）のときの評価を○とし、また、ΔＴが±２０℃を超えるもの、すなわち、｜ΔＴ｜＞２０（Ｋ）のときの評価を×とした。
これらの結果を表１に示す。
【００３４】
［実施例２および３］
ＳｉＣ被覆膜を表１の実施例２または３に示すような膜厚とし、それ以外については、実施例１と同様にして、サセプタを作製し、反り量の測定および載置したウエハの面内における均熱伝導性についての評価を行った。
これらの結果を表１に示す。
【００３５】
［比較例１および２］
ＳｉＣ被覆膜を表１の比較例１または２に示すような膜厚とし、それ以外については、実施例１と同様にして、サセプタを作製し、反り量の測定および載置したウエハの面内における均熱伝導性についての評価を行った。
これらの結果を表１に示す。
なお、比較例２においては、サセプタ上にウエハを安定して載置させることが困難であり、均熱伝導性の評価を行うことができなかった。
【００３６】
［比較例３］
裏面に段差が設けられておらず、両面ともフラット状であるカーボン基材を用い、また、ＳｉＣ被覆膜を表１の比較例３に示すような膜厚とし、それ以外については、実施例１と同様にして、サセプタを作製し、反り量の測定および載置したウエハの面内における均熱伝導性についての評価を行った。
これらの結果を表１に示す。
なお、ウエハ載置面には、直線状にうねりが発生した。
【００３７】
［比較例４〜６］
ＳｉＣ被覆膜を表１の比較例４〜６に示すような膜厚とし、それ以外については、実施例１と同様にして、サセプタを作製し、反り量の測定および載置したウエハの面内における均熱伝導性についての評価を行った。
これらの結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明に係るサセプタを用いることにより、載置されるワークの面内均熱伝導性が向上され、サセプタに載置するウエハ等のワークへの成膜、熱処理等の各種処理におけるスループットの向上を図ることができる。
また、本発明に係る製造方法によれば、カーボン基材表面に形成するＳｉＣ被覆膜の膜厚を適当に制御することが可能であるため、フラット状のワーク載置面を有する本発明に係るサセプタを容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るサセプタの断面図である。
【図２】カーボン基材およびマスクの断面図である。
【図３】マスク４の底面図である。
【図４】第１のＳｉＣコーティング処理後のカーボン基材の断面図である。
【図５】第２のＳｉＣコーティング処理後のカーボン基材の断面図である。
【図６】実施例において、ウエハ面内の均熱伝導性の評価における測定箇所を示した図である。
【図７】従来のサセプタを示した断面図である。
【図８】図７に示したサセプタの上面図である。
【図９】サセプタの他の従来例を示した断面図である。
【図１０】サセプタの他の従来例を示した断面図である。
【図１１】サセプタの他の従来例を示した断面図である。
【符号の説明】
１、１１、４１ カーボン基材
２、１２、１３、４２ ＳｉＣ被覆膜（ＳｉＣ膜）
２ａ 第１のＳｉＣコーティングによるＳｉＣ被覆膜
２ｂ 第２のＳｉＣコーティングによるＳｉＣ被覆膜
３、４ マスク
４ａ 貫通孔
１０、２０、３０、４０ サセプタ
１４ ウエハ支持凸部
１５、２５、３５ 空隙
１６ 切欠き部
Ｗ ウエハ
Claims (4)
- ＳｉＣ被覆カーボン材からなるワーク処理用サセプタであって、ワーク載置面側はフラット状であり、裏面側は中央部が外周部よりも厚くなるように段差が設けられた凸型円盤状であり、前記ワーク載置面側のＳｉＣ被覆膜は、外周部における膜厚が、中央部における膜厚の０．６倍以上０．９倍以下であり、中央部から外周部に向かって連続的に減少しており、前記裏面側のＳｉＣ被覆膜は、前記凸型円盤状部の中央部における膜厚が、外周部における膜厚の０．６倍以上０．９倍以下であることを特徴とするサセプタ。
- 前記ワーク載置面は、平面または深さ３０μｍ以下で湾曲した凹形状であることを特徴とする請求項１記載のサセプタ。
- 前記ワーク載置面側の外周部と裏面側の外周部のＳｉＣ被覆膜厚が同等であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のサセプタ。
- 請求項１から請求項３までのいずれかに記載のワーク処理用サセプタを製造する方法であって、
表面はフラット状であり、裏面は中央部が外周部よりも厚くなるように段差が設けられた凸形円盤状のカーボン基材に、表面側の外周部には、リング状のマスクを接近させ、裏面側には、外周部に同心円上に複数の貫通孔を有する板状のマスクを接近させて配置して、前記カーボン基材表面にＳｉＣ被覆膜を形成させる第１のＳｉＣコーティング処理工程と、
前記リング状のマスクと貫通孔を有する板状のマスクとを置き換えて、さらにＳｉＣ被覆膜を形成させる第２のＳｉＣコーティング処理工程と、
前記リング状のマスクと貫通孔を有する板状のマスクとを再び置き換えて、前記第１のＳｉＣコーティング処理工程と同じ配置で、さらにＳｉＣ被覆膜を形成させる第３のＳｉＣコーティング工程とを備えていることを特徴とするサセプタの製造方法。
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