JP6219794B2

JP6219794B2 - サセプタ

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Publication number: JP6219794B2
Application number: JP2014171504A
Authority: JP
Inventors: 文弥小林; 祥熊谷; 和宏牛田; 正大西; 知徳石垣
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2017-10-25
Anticipated expiration: 2034-08-26
Also published as: JP2016046464A

Description

本発明は、ウェハを載置するウェハポケットを上面側に有するサセプタに関する。

半導体を製造する際に用いられる半導体熱処理炉の半導体装置用治具（ウェハボート，サセプター，ホルダー）等の各種部材には、高耐熱、高耐久、高強度等の特性が要求されることから、高純度の炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いた炭化ケイ素部材やカーボン（Ｃ）の基材にＳｉＣ被膜等をコーティングしたものが広く使用されている。

特開２０００−３３２０９６号公報特開２０１０−２３９０２０号公報

ところで、近年、ウェハの大口径化等に伴ってサセプタのウェハ載置面のサイズも拡大しており、サセプタには高均熱性が益々求められている。従って、サセプタの昇温速度および熱利用効率の観点では、熱伝導率が高い部材によってサセプタを構成することが好ましく、炭化ケイ素（ＳｉＣ）によって構成されるサセプタを用いることが好ましい。しかし、炭化ケイ素は比重が大きいため、軽量化されることが望まれる。

この対策として、サセプタの裏面側を凹状にすることで、サセプタの重量を低減させる対策が考えられる。

ここで、サセプタを回転させるスピンドル中心では、スピンドルからの熱引けによる均熱性悪化などの不具合を防止するために一定の肉厚を維持する必要がある。このため、サセプタの裏面側では、スピンドル中心では肉厚を厚くしておくことが必要になる。

しかし、サセプタの裏面側で、スピンドル中心の肉厚部と、サセプタ裏面側を凹状にしたことによる肉薄部とで段差が生じる。そしてこの段差により均熱性が悪化して、加熱時の熱応力集中やサセプタの自重により破損が生じる不具合が考えられる。

そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、炭化ケイ素で構成され、しかも軽量化されていても、破損防止となる構造にされたサセプタを提供することを課題とする。

本発明の第１の特徴に係るサセプタは、ウェハが載置されるウェハ載置面を有する、炭化ケイ素からなる板状の上側部材と、前記上側部材が積層され、前記上側部材を支持するとともに下方に突出する軸受部を回転中心位置に有する、炭化ケイ素からなる下側部材と、を備え、前記下側部材は、前記軸受部の下面側を形成する軸受下面と、前記軸受下面の外周縁から斜め上方になだらかに広がり、軸受部周囲の下側部材本体の下面に連続する広がり面と、を有し、前記軸受下面の仮想延長面と前記広がり面とのなす角度が１５〜８０°の範囲であり、かつ、前記広がり面は、前記下側部材本体の下面に繋がる曲率半径０．１〜１０ｍｍの範囲の湾曲面を有することを特徴とする。

本発明によれば、炭化ケイ素で構成されしかも軽量化されていても、破損防止となる構造にされたサセプタを提供することができる。

（ａ）は、本発明の一実施形態に係るサセプタを示す平面図、（ｂ）は（ａ）の矢視１ｂ−１ｂの側面断面図である。図１（ｂ）の部分拡大図である。本発明の一実施形態の変形例を示す模式的な部分拡大断面図である。実験例１で、サセプタ条件および評価結果を示す説明図である。実験例２で、サセプタ条件および評価結果を示す説明図である。

以下において、本発明の実施形態に係るサセプタについて、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。

図１で、（ａ）は、本発明の一実施形態（以下、本実施形態という）に係るサセプタを示す平面図、（ｂ）は（ａ）の矢視１ｂ−１ｂの側面断面図である。図２は、図１（ｂ）の部分拡大図である。

図１、図２に示すように、本実施形態のサセプタ１０は、上側部材１２と下側部材１４とを有する。上側部材１２および下側部材１４は、何れも、ウェハ配置面と平行な投影面から見て（すなわち平面視で）円板状となっている。上側部材１２および下側部材１４は、いずれも炭化ケイ素からなる。

上側部材１２は、炭化ケイ素からなる板状の部材であり、ウェハが載置されるウェハ載置面を上面側に有する。上面側には、ウェハを載置するウェハポケット１６が形成されている。

下側部材１４は、炭化ケイ素からなり、積層された上側部材１２を支持する。また、下側部材１４は、下方から入れられるスピンドル軸を受け止める軸受部１８を回転中心位置に有する。この軸受部１８は下方に突出している。そして、下側部材１４は、軸受部１８の下面側を形成する軸受下面１８ｓと、軸受下面１８ｓの外周縁１８ｅから斜め上方になだらかに広がり、軸受部１８周囲の下側部材本体下面１４ｍｓ（下側部材本体１４ｍの下面）に連続する広がり面１９ｓと、を有する。この広がり面１９ｓは、下側部材本体１４ｍに連続して軸受部１８との隅部を埋めている肉厚部１９によって形成されている。

そして、軸受下面１８ｓの仮想延長面Ｊと広がり面１９ｓとのなす角度θが１５〜８０°の範囲である。しかも、広がり面１９ｓは、下側部材本体下面１４ｍｓに繋がる、曲率半径Ｒが０．１〜１０ｍｍの範囲の湾曲面２１ｓを有する。なお、本実施形態では、軸受下面１８ｓは平面である。

また、本実施形態では、上側部材１２の外周部に上側鍔部２０が形成されている。そして、上側部材１２は、上側鍔部２０よりも内周側の位置から下方に突出する嵌合凸部２２を下面側に有する。下側部材１４は、嵌合凸部２２の下面２２ｂに面接触する嵌合凹部３２を上面側に有して上側部材１２を支える構成になっている。

そして、嵌合凸部２２が嵌合凹部３２に入れられることで下側部材１４に上側部材１２がセットされると、平面視では下側部材１４は上側部材１２によって全面にわたって覆われ、かつ、上側部材１２の外周部（上側鍔部２０）が下側部材１４に非接触になっている。また、下側部材１４には、上側部材１２が下側部材１４にセットされたときに上側鍔部２０に対向するように下側外周部３０（下側鍔部）が形成されている。

また、本実施形態では、上側部材１２が下側部材１４にセットされたときには、ウェハポケット１６の水平方向位置が全て上側鍔部２０よりも内周側の位置となるように、ウェハポケット１６の形成位置が予め決められている。

また、本実施形態では、下側外周部３０は、下側部材１４を構成する下側部材本体１４ｍから外周側へ張り出している。そして、ウェハポケット１６の外周側端１６ｅの水平方向位置は、下側部材本体１４ｍの外周壁１４ｅよりも内周側に位置している。

また、上側部材１２は、高純度の炭化ケイ素、例えば６Ｎ以上の純度を有する炭化ケイ素によって構成される。ここで、Ｎは純度を表す。３Ｎは、純度９９．９％を意味しており、６Ｎは、純度９９．９９９９％を意味している。純度は、主金属材料の純度を意味しており、金属不純物を１００から差し引いた値であり、「１００％−金属不純物(％)＝純度（％）」で表される。

具体的な詳細例としては、上側部材１２は、２０００〜２４００℃の温度条件及び３００〜７００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力条件で炭化ケイ素を含む混合物をホットプレスによって加工することによって得られる。上側部材１２の炭化ケイ素の純度が６Ｎ以上であることによって、サセプタ１０の昇温速度及び熱利用効率の低下が抑制される。

下側部材１４は、ウェハ配置面に対して直交する方向において上側部材１２に積層されており、上側部材１２を支持する。すなわち、下側部材１４は、上側部材１２に対して加熱源（ヒータ）側に配置される。

また、下側部材１４は、例えば９９〜９９．９％の純度を有する炭化ケイ素によって構成される。具体的な詳細例としては、下側部材１４は、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）などの焼結助剤を用いて、２０００〜２２００℃の温度条件で炭化ケイ素を含む混合物を焼結することによって得られる。このように、下側部材１４が炭化ケイ素によって構成される場合には、下側部材１４を構成する炭化ケイ素の純度は、上側部材１２を構成する炭化ケイ素の純度よりも低く、２Ｎ〜３Ｎの範囲であることが好ましい。下側部材１４を構成する炭化ケイ素の純度が３Ｎ以下であることによって、ヒータのパターンが直接的にウェハに転写されることが抑制される。一方で、下側部材１４を構成する炭化ケイ素の純度が２Ｎ以上であることによって、サセプタ１０の昇温速度及び熱利用効率の低下が抑制される。

本実施形態では、上側部材１２の熱伝導率は、下側部材１４の熱伝導率よりも高い。例えば、上側部材１２の熱伝導率は２００Ｗ／ｍ・Ｋ（ＲＴ）以上であり、下側部材１４の熱伝導率は１４０〜１７０Ｗ／ｍ・Ｋ（ＲＴ）の範囲である。この場合、上側部材１２の熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ（ＲＴ）以上である理由は、上側部材１２を構成する炭化ケイ素の純度が６Ｎ以上である理由と同様である。下側部材１４の熱伝導率は、１４０〜１７０Ｗ／ｍ・Ｋ（ＲＴ）の範囲である理由は、下側部材１４を構成する炭化ケイ素の純度が２Ｎ〜３Ｎの範囲である理由と同様である。

また、上側部材１２の熱抵抗値は、下側部材１４の熱抵抗値よりも低い。上側部材１２の熱抵抗値は、５．０×１０^−３ｍ・Ｋ（ＲＴ）／Ｗ以下であり、下側部材１４の熱抵抗値は、５．８×１０^−３〜７．１×１０^−３ｍ・Ｋ（ＲＴ）／Ｗの範囲である。上側部材１２の熱抵抗値が５．０×１０^−３ｍ・Ｋ（ＲＴ）／Ｗ以下であることによって、サセプタ１０の昇温速度及び熱利用効率の低下が抑制される。下側部材１４の熱抵抗値が５．８×１０^−３ｍ・Ｋ（ＲＴ）／Ｗ以上であることによって、ヒータのパターンが直接的にウェハに転写されることが抑制される。一方で、下側部材１４の熱抵抗値が７．１×１０^−３ｍ・Ｋ（ＲＴ）／Ｗ以下であることによって、サセプタ１０の昇温速度及び熱利用効率の低下が抑制される。

（作用、効果）
以下、本実施形態の作用、効果を説明する。

本実施形態では、上側部材１２と下側部材１４とが、いずれも炭化ケイ素で形成されている。そして、下側部材１４では、軸受下面１８ｓの仮想延長面Ｊと広がり面１９ｓとのなす角度θが１５〜８０°の範囲、すなわち、軸受下面１８ｓと広がり面１９ｓとのなす角度（鈍角）が１００〜１６５°の範囲である。しかも、広がり面１９ｓは、下側部材本体下面１４ｍｓに繋がる、曲率半径Ｒが０．１〜１０ｍｍの範囲の湾曲面２１ｓを有する。

従って、広がり面１９ｓを有する肉厚部１９が軸受部１８の周囲に連続している構造になっているので、この肉厚部１９を設けていない場合や、熱引けと関係ない部位を削って下側部材本体１４ｍとの大きな段差を形成する肉厚部を設けた場合に比べ、軸受部１８およびその周囲での均熱性の悪化を抑えることができ、また強度が補強されている。よって、炭化ケイ素で構成され、しかも軽量化されていても、破損防止となる構造にされたサセプタ１０とすることができる。

角度θが１５°よりも小さいと、下側部材本体１４ｍの重量が重くなり過ぎてしまう。角度θが８０°よりも大きいと、均熱性の悪化により応力集中による破損が下側部材１４に生じ易い。この点から、角度θの好ましい範囲は３０°以上、５５°以下である。

また、湾曲面２１ｓの曲率半径Ｒが０．１ｍｍよりも小さいと、研削加工する砥石で形成され得る最小の曲率半径を下回ることになり、加工にかかる時間が大幅に増大する。湾曲面２１ｓの曲率半径Ｒが１０ｍｍよりも大きいと、下側部材本体１４ｍの重量軽減を十分には行い難くなる。

また、本実施形態では、嵌合凸部２２が嵌合凹部３２に入れられることで下側部材１４に上側部材１２がセットされると、平面視では下側部材１４は上側部材１２によって全面にわたって覆われる。従って、下側部材１４の熱が下側外周部３０から上方へ逃げて部分的に温度が下がることが防止される。

また、ウェハ配置面を有する板状の上側部材１２の熱伝導率が下側部材１４の熱伝導率よりも高い。従って、サセプタ１０の昇温速度及び熱利用効率の低下が抑制される。一方で、上側部材１２よりもヒータ側に配置される下側部材１４の熱伝導率が上側部材１２の熱伝導率よりも低い。従って、ヒータのパターンが直接的にウェハに転写されることが抑制され、ウェハ配置面における均熱性を向上させることができる。

また、上側部材１２よりもヒータ側に下側部材１４を配置することによって、サセプタ１０を支持する支持体を介して、サセプタ１０の熱が逃げにくくなる。

なお、軸受部１８の開口壁下端部１８ｐから外周縁１８ｅまでの長さＬが１ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、軸受部１８の均熱性を十分に確保できるとともに軸受部１８の強度を十分に高くすることができる。

また、広がり面１９ｓおよび湾曲面２１sに代えて、軸受部１８の中心線Ｃ（図２参照）を面内に含む断面（図３参照）では、軸受下面１８ｓに連続する直線部４９ｓと、直線部４９ｓと下側部材本体下面１４ｍｓに繋がる、曲率半径Ｒが０．１〜１０ｍｍの範囲の湾曲線５１ｓと、が形成される構成にしてもよい。このような直線部４９ｓ、すなわち円錐台斜面５０ｓが軸受下面１８ｓに繋がっていることにより、上記断面で湾曲線が軸受下面１８ｓに繋がっている場合に比べ、応力集中を更に緩和する構造となる。

つまり、湾曲面２１ｓの曲率半径Ｒが１０ｍｍよりも大きいと、直線部４９ｓが少なくなり、曲面と曲面とがつながることで、そのつなぎ目に段差が付き、応力集中による破損につながる可能性がある。この点から、曲率半径Ｒは１ｍｍ以上、８ｍｍ以下であることがさらに好ましく、さらに好ましくは２ｍｍ以上、６ｍｍ以下である。

またつなぎ目の段差が付く可能性を減じる観点から直線部４９ｓの長さは１ｍｍ〜３ｍｍであることが好ましい。

また、以上の説明は、軸受部１８の周囲に広がり面１９ｓが形成されている場合で説明したが、軸受部１８以外で下側部材１４の下方に突出する部位によって形成される段差、例えば、図２に示すように、下側部材１４の外周部付近で下方に突出するリング状の突出部４０によって形成される段差であっても、この段差を埋めるように肉厚部３９を形成して広がり面１９ｓと同様の広がり面３９ｓを形成することによって、同様の効果を奏することができる。

また、本実施形態では、下側部材１４に上側部材１２がセットされたとき、上側鍔部２０と下側外周部３０との間に形成される隙間が０．１ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、サセプタ１０の使用中に上側部材１２が下側部材１４から外れて飛び出すことを十分に防止し易い。

また、下側部材１４をグラファイトによって構成することも可能である。これにより、更に軽量化される。

［実験例１］
本発明者は、４５０φの径のサセプタに関し、上記実施形態のサセプタとして実施例１〜７を、比較用のサセプタとして比較例１、２を、それぞれ用いて、耐破壊性、均熱性、および、重量に関して評価した。各サセプタの条件および評価結果を図４に示す。図４で、耐破壊性および均熱性の評価では、「○」は優、「△」は良あるいはやや不良、「×は不良を示し、重量の評価では、「○」は優、「増」はやや増え過ぎあるいは増え過ぎ、「減」は減り過ぎあるいはやや減りすぎ、を意味する。

本実験例では、角度αが１０°（比較例１）では均熱性があまり良くなかったが、１５°（実施例２）では、均熱性が良好であった。また、角度αが８５°（比較例２）では耐破壊性が悪化していたが、８０°（実施例３）では、耐破壊性が優れていた。

［実験例２］
また、本発明者は、１１７φの径のサセプタに関し、上記実施形態のサセプタとして実施例８〜１４を、比較用のサセプタとして比較例３、４を、それぞれ用いて、耐破壊性、均熱性、および、重量に関して評価した。各サセプタの条件および評価結果を図５に示す。本実験例でも、実験例１と同様の評価結果となった。

１０…サセプタ、１２…上側部材、１４…下側部材、１４ｍ…下側部材本体、１４ｍｓ…下側部材本体下面（下側部材本体の下面）、１８…軸受部、１８ｅ…外周縁、１８ｓ…軸受下面、１８ｐ…開口壁下端部、１９ｓ…広がり面、２１ｓ…湾曲面、４９ｓ…直線部、５１ｓ…湾曲線、Ｊ…仮想延長面、θ…角度

Claims

ウェハが載置されるウェハ載置面を有する、炭化ケイ素からなる板状の上側部材と、
前記上側部材が積層され、前記上側部材を支持するとともに下方に突出する軸受部を回転中心位置に有する、炭化ケイ素からなる下側部材と、
を備え、
前記下側部材は、前記軸受部の下面側を形成する軸受下面と、前記軸受下面の外周縁から斜め上方になだらかに広がり、軸受部周囲の下側部材本体の下面に連続する広がり面と、
を有し、
前記軸受下面の仮想延長面と前記広がり面とのなす角度が１５〜８０°の範囲であり、かつ、前記広がり面は、前記下側部材本体の下面に繋がる曲率半径０．１〜１０ｍｍの範囲の湾曲面を有することを特徴とするサセプタ。
前記軸受部の開口壁下端部から前記外周縁までの長さが１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のサセプタ。
前記軸受部の中心線を面内に含む断面では、前記広がり面が、
前記軸受下面に連続する直線部と、
前記直線部および前記下側部材本体の下面に繋がる曲率半径０．１〜１０ｍｍの範囲の湾曲線と、
で構成されることを特徴とする請求項１または２に記載のサセプタ。