JPH09139330A

JPH09139330A - ダミーウエハ

Info

Publication number: JPH09139330A
Application number: JP7322328A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Sotodani; 栄一外谷; Shinya Azuma; 新哉我妻; Masahiko Ichijima; 雅彦市島; Tomohiro Nagata; 智浩永田
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1995-11-15
Filing date: 1995-11-15
Publication date: 1997-05-27

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体熱処理炉内の均熱化及び処理ウエハの
汚染防止に有効なダミーウエハの提供。【解決手段】半導体熱処理工程用のダミーウエハであ
って、ガラス状カーボン材で形成されることを特徴とす
るダミーウエハ。特に、室温から４５０℃における熱膨
張係数が２．５〜３．５×１０^-6／℃であるガラス状カ
ーボンで形成されることが好ましい。また、少なくとも
一面が鏡面に形成されることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はダミーウエハに関
し、詳しくは、半導体基板であるシリコンウエハを処理
炉内において、均一に処理することができ不良品の発生
を防止し、また、汚染を防止できるガラス状カーボン材
製のダミーウエハに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、シリコンウエハ等の半導体基
板は、炉芯管内で各種の処理が施されている。これら処
理は、一般に、ボート等の載置装置に被処理ウエハをセ
ットし、加熱した炉心管内に装入し、更に昇温し、処理
ガスを導入して熱処理するものである。処理炉として
は、ウエハを垂直に横方向に複数並列させる横型炉と、
ウエハを水平に縦方向に複数並列させる縦型炉とのいず
れかが処理条件に応じて用いられている。これらの処理
炉においては、従来から複数のダミーウエハをボートの
所定箇所にセットし、導入されるガスが処理されるウエ
ハに直接あたらないようにしてウエハの汚染を防止して
いる。また、ダミーウエハによりガス流を制御して炉内
の均熱化を図ったりしている。

【０００３】上記の処理炉で用いられるダミーウエハと
しては、一般的にはシリコン板でその他の材質としては
アルミナ単結晶板、石英板またはＳｉＣ膜板があるが、
近年、半導体の高集積化に伴い、基板においてもより高
い均質性が求められ、従来より更に処理時の汚染を防止
でき、炉内の熱の不均一を防止するべく、また、それに
より熱処理工程での歩留の向上を図るように、ダミーウ
エハの改良が種々提案されている。例えば、特開平５−
２８３３０６号公報においては、ダミーウエハとして要
求される所定波長光の非透過性の改良を主たる目的に、
珪素含浸の炭化珪素基材表面に所定のアルミナ及びシリ
カからなるＣＶＤ膜を形成したダミーウエハが提案され
ている。ダミーウエハは、上記不透光性である外に、上
記公報にも記載されるように、高清浄度、高耐食性、耐
熱性、高強度等がよいことが一般に要求されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】通常、処理炉において
ボートにセットした各ウエハがそれぞれ均等に加熱処理
されるために均熱域を広範囲に保持できるようにヒータ
が配設される。しかし、特に、縦型熱処理炉では、ダミ
ーウエハを所定に配置した場合でも炉芯管に導入される
処理ガスの流れは不均等となり易く、ウエハに対する加
熱状態が配置部位により変化するおそれがある。そのた
め、例えば、ボートの上部にセットされたウエハと下部
にセットされたウエハとで表面粗さや拡散濃度などの面
状態が異なったり、また、炉内の同一の高さにセットさ
れたウエハでも右側と左側との流速が異なったりして１
枚のウエハの面内において面状態が異なる等の現象が生
じ、炉内での熱処理が各ウエハに均等に行われず、均質
な処理ウエハが得られない等の問題がある。本発明は、
上記のような半導体基板ウエハの熱処理において、ウエ
ハを均一に熱処理できないという現状に鑑み、炉芯管内
にセットされた各ウエハを均一な面状態で熱処理できる
ようにすることを目的とする。発明者らは、上記目的の
ため、従来のダミーウエハの基材及び性状について再検
討すると同時に、上記ダミーウエハに要求される特性を
有し、更に、特殊な形態を採ることなくヒータによる加
熱で処理炉内を均熱状態に保持できる材質等について鋭
意検討した。その結果、所定のガラス状カーボン材で形
成したダミーウエハを用いることにより、ウエハ処理の
歩留が著しく向上することを見出し本発明を完成した。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、半導体
熱処理工程用のダミーウエハであって、ガラス状カーボ
ン材で形成されていることを特徴とするダミーウエハが
提供される。本発明のダミーウエハは、特に前記ガラス
状カーボンの室温から４５０℃における熱膨張係数が
２．５〜３．５×１０^-6／℃であることが好ましい。ま
た、その少なくとも一面が鏡面に形成されることが好ま
しい。

【０００６】本発明は上記のように構成され、半導体熱
処理工程用のダミーウエハをガラス状カーボン材により
形成されることから、炉内温度を均等に保持することで
き、歩留よく均質な処理ウエハを得ることができる。こ
の理由は明らかでないが、ダミーウエハを形成するガラ
ス状カーボンは、特に、鏡面加工した場合は、その効果
が著しいことから、表面が平滑で、反射率が良好である
ことにより、炉内を均熱に保持する伝熱作用に何らか寄
与しているものと推測される。また、ガラス状カーボン
材は、気孔が殆ど無く平滑な表面でありガス吸着やガス
発生を抑え、更に高純度化が可能であることから、ウエ
ハを汚染することがない。更に、ガラス状カーボン材
は、耐食性及び耐熱性に優れ、ダミーウエハとしての要
件を充分に満足し、特に、上記の炉内の均熱性とウエハ
汚染防止に優れる。従って、本発明のダミーウエハを用
いることにより、ボートのいずれの部位にセットされた
ウエハであっても、中央部にセットされた基板とほぼ同
じ状態で熱処理されるため、熱処理炉を効率的に使用で
き、生産性も向上する。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳しく説明
する。本発明のダミーウエハは、その形状等は、特に制
限されるものでない。通常、石英製ボートにセットされ
る被処理シリコンウエハとほぼ同等の形態に形成され
る。即ち、約６００〜８００μｍの厚さを有する。ま
た、ボートにセットする本発明のダミーウエハの枚数及
びセット位置は、各処理条件に応じて適宜選択すること
ができる。通常、ボートの上部と下部に、それぞれ約１
〜１５枚ずつセットされる。

【０００８】本発明のダミーウエハを形成するガラス状
カーボン材は、外観がガラス状の高硬質炭素で、耐摩耗
性、ガス不透過性であり、基本的に固相炭素化により製
造されるものである。本発明において、好ましいガラス
状カーボン材は、耐熱温度２０００℃以上、カサ比重
１．５〜１．６ｇ／ｃｍ³ 、曲げ強度１００ＭＰａ以
上、熱伝導率５〜１０Ｗ／ｍ・Ｋであり、特に、熱膨張
率（石英押捧式測定法で室温から４５０℃の値）が２．
５〜３．５×１０^-6／℃である。２．５×１０^-6／℃未
満のガラス状カーボン材では等方性に成形することが難
しく、ダミーウエハとして変形が大きく多数回の使用に
耐えられない。一方、３．５×１０^-6／℃を超えるガラ
ス状カーボン材は、多数回の使用に耐えることができる
が耐酸化性、耐食性またはダスト発生等で問題があるた
めダミーウエハとしては適当でない。また、ガラス状カ
ーボン材の表面粗さ（Ｒａ）は、通常は鏡面ではない。
しかし、ガラス状カーボン材の表面の少なくとも一面を
鏡面加工して表面粗さＲａ０．１μｍ以下の鏡面状態と
することにより、反射効率を顕著に向上させることがで
きる。なお、両面を鏡面として用いる方が、シリコンウ
エハをより高歩留で処理することができるが、経費が嵩
むため、鏡面加工を片面または両面とするかは、目的と
するシリコンウエハの性状や処理条件等により適宜選択
すればよい。

【０００９】本発明で用いる上記ガラス状カーボン材
は、一般に、極めて高硬度であり加工が困難であること
から、予め所定形状に成形した後、炭素化して製造す
る。例えば、フラン系樹脂、フェノール系樹脂、エポキ
シ樹脂等の熱硬化性樹脂を、窒素、アルゴン等の不活性
ガス雰囲気下、約８００℃以上の温度で緩やかに長時間
焼成することにより生成される。特に、本発明のガラス
状カーボンとしては、特開平３−２８５０８６号公報に
開示される方法で製造される高純度のものが好ましい。
即ち、熱硬化性樹脂に有機スルホン酸を添加して常温重
合させ流動状重合物とし、流動状態で成形型に注入して
緩やかに昇温して硬化させて成形体を形成し、得られた
成形体を８００〜１２００℃に徐々に昇温して焼成炭化
し、要すれば表面加工した後、更に、２０００〜２５０
０℃に加熱して純化処理する方法である。この方法で得
られるガラス状カーボン材は粒界が存在することなく、
最大気孔径が０．１μｍ以下の極小で開気孔率が０．０
１％以下のものも製造することができ、特に、カーボン
微粒子等の飛散のおそれがなく、汚染を極端に嫌う場合
に適用することができる。

【００１０】本発明のダミーウエハは、上記ガラス状カ
ーボン材で構成されて、耐熱性、熱伝導性に優れ、ま
た、清浄性に富み、特に、窒化珪素の成膜処理において
は、ほぼ同様の熱膨張率を有するため、ダミーウエハ上
に形成される窒化珪素膜の剥離のおそれが少なく、処理
ウエハの汚染を低減することができる。また、ガラス状
カーボン材は高耐食性であり、処理によりダミーウエハ
表面が処理ガス等により平滑状態が損なわれ反射効率が
低下した場合、ＨＮＯ₃ −ＨＦ水溶液で表面洗浄するこ
とができ、簡便に反射効率を回復させることができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明す
る。但し、本発明は下記実施例により制限されるもので
ない。実施例１縦型拡散炉を用いて、シリコンウエハ表面に窒化珪素膜
を成膜する熱処理を行った。先ず、フリフリルアルコー
ルに０．４重量部のｐ−トルエンスルホン酸を添加重合
して得られた流動性ポリマーを用い、直径２６０ｍｍ、
厚さ１ｍｍ、オリエーションフラット幅６５ｍｍの円板
状に成形し、加熱して硬化した。得られた硬化体を、窒
素雰囲気中で１０００℃まで加熱焼成し、更に、２３０
０℃に昇温して純化処理してガラス状カーボン材製のダ
ミーウエハを製造した。得られたガラス状カーボン材の
ダミーウエハは、気孔率０．１％、表面粗さ（接触式表
面粗さ計で測定）１μｍであり、熱伝導率８Ｗ／ｍ・
Ｋ、熱膨張率（室温から４５０℃）３．２×１０^-6／℃
であった。次いで、Ｓｉ−ＳｉＣ基材表面にＣＶＤ−Ｓ
ｉＣ膜をコートした全長８００ｍｍで、溝数１２５個、
ピッチ間隔が６．０ｍｍ、溝幅２．５ｍｍの縦型ボート
に、上記で得られたダミーウエハを、上部に２枚、下部
に３枚それぞれセットし、更に、直径２００ｍｍシリコ
ンウエハをロット単位で４ロットセットした。セットさ
れたボートを縦型炉芯管に装入して、炉内中央部温度が
７５０℃となるように調節保持した。その後、炉芯管
に、処理ガスとしてＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ ガスを０．１リット
ル／分（標準状態、以下同様とする。）、ＮＨ₃ ガスを
１リットル／分の流量で導入して３０分間成膜した。

【００１２】使用したガラス状カーボン製ダミーウエハ
をそれぞれＨＮＯ₃ −ＨＦ水溶液中に浸漬して表面に付
着した窒化珪素膜を洗浄除去し、その後、純水で水洗
し、洗浄時の付着水を完全に除去するように熱風乾燥
し、表面状態をガラス状カーボン材の初期状態に回復さ
せ再生した。処理された各ウエハの表面状態の合否判定
は、上記のように洗浄再生したガラス状カーボン材ダミ
ーウエハを再使用しつつ、上記と同様の成膜処理を１０
回繰り返し、得られた４０ロットのシリコンウエハにつ
いて、各ロット毎に成膜の均質性、ダストレベル及び不
純物レベルをそれぞれ測定し、その結果により成膜の
均質性に関しシリコンウエハ面内で窒化珪素膜の厚さが
５％以内のばらつきであること、ダストレベルに関し
シリコンウエハ面内で１００ケ以下であること、不純
物レベルに関しＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｎａ、
Ｋ、Ｃｕがそれぞれ１×１０¹⁶原子数／ｃｍ³ 以下であ
ることを良品の条件として良品率を算出した。その結果
を表１に示した。また、それぞれの炉内温度も表１に示
した。

【００１３】上記の４０ロットの成膜処理を行った後、
更に引き続き、洗浄再生して用いたガラス状カーボン材
製のダミーウエハを、それぞれ同様に洗浄再生処理を繰
り返し、同様の成膜処理に継続使用した。その結果、繰
り返し６０回用いても何等支障が生じることがなく、更
に継続して使用することができた。

【００１４】

【表１】

【００１５】比較例１〜３ガラス状カーボン材のダミーウエハをセットした位置
に、比較例１としてシリコンダミーウエハ、比較例２と
して石英製ダミーウエハ、比較例３としてＣＶＤで生成
したＳｉＣ膜単品により形成したダミーウエハを、それ
ぞれ実施例１と同様にボートにセットし、また同様にシ
リコンウエハをセットして実施例１と同様にして各４０
ロットのシリコンウエハを窒化珪素の成膜処理した。処
理されたシリコンウエハの表面状態を実施例１と同様に
測定し、良品率を算出した。また、炉内の温度も同様に
測定した。それらの結果を表１に示した。この場合、使
用後のシリコンダミーウエハ、石英製ダミーウエハ及び
ＳｉＣダミーウエハを、それぞれ実施例１と同様に洗浄
処理して再使用することにしたが、シリコンダミーウエ
ハは再使用不能であり、各成膜処理毎に新たなシリコン
ダミーウエハを用いた。また、石英製ダミーウエハ及び
ＳｉＣダミーウエハは、１０回の再使用においては問題
がなかった。しかし、更に継続的に、洗浄再使用を繰り
返した結果、石英製ダミーウエハは、洗浄により著しい
重量減少があり、２０回で使用不能となった。また、Ｓ
ｉＣ膜ダミーウエハは５０回で使用不能となった。この
原因は、熱変形、クラックによるものであった。更に、
これらのダミーウエハを洗浄して再使用する回数が増え
るに従い、処理シリコンウエハの不良品発生数も徐々に
増加する傾向にあった。

【００１６】実施例２実施例１と同様にして形成したガラス状カーボン材製ダ
ミーウエハの片表面を、表面研磨装置を用い研削、研磨
加工し、表面粗さＲａ約０．０１μｍ以下の鏡面とし
た。実施例１と同様にシリコンウエハをセットした同様
のボートに、得られた片面が鏡面のガラス状カーボン材
製ダミーウエハを鏡面がシリコンウエハ方向になるよう
に、鏡面を上部では下向きに、下部では上向きにしてセ
ットした。このボートを実施例１と同様に炉芯管に装入
して、同様に窒化珪素を成膜し４０ロットを処理した。
処理されたシリコンウエハの表面状態を実施例１と同様
に測定し、良品率を算出した。また、炉内の温度も同様
に測定した。それらの結果を表１に示した。なお、本実
施例の処理されたシリコンウエハの良品は、実施例１の
表面を鏡面処理していないガラス状カーボン材ダミーウ
エハを用いた場合のものに比較して、特に、鏡面処理ガ
ラス状カーボン製ダミーウエハ近傍のロットにおいて窒
化珪素膜が良好なシリコンウエハが得られた。更に、４
０ロット成膜処理に使用後のガラス状カーボン材製ダミ
ーウエハを、それぞれ実施例１と同様に洗浄処理して再
生し、継続して再使用した。その結果、６０回用いても
シリコンウエハに不良品が発生することもなく、更にそ
れ以上継続使用できた。

【００１７】上記の実施例及び比較例より明らかなよう
に、ガラス状カーボン材製ダミーウエハを用いることに
より、炉芯管内を安定して温度保持できシリコンウエハ
表面状態を均質に高歩留で成膜処理することができるこ
とが分かる。また、ガラス状カーボン材製ダミーウエハ
は、耐食性に優れ、フッ硝酸洗浄においても変化するこ
となく、また、熱変形やクラックもなく、６０回以上も
再生、再使用できることも分かる。更に、実施例２から
明らかなように、鏡面加工したガラス状カーボン材のダ
ミーウエハを用いて行った窒化珪素の成膜処理は、ボー
トのセット部位によらず、面状態が均質な処理シリコン
ウエハを安定してより高歩留で得ることができることが
分かる。

【００１８】

【発明の効果】本発明のダミーウエハは、表面平滑なガ
ラス状カーボン材により形成されることから、ボートに
被処理シリコンウエハと共に所定にセットして処理炉に
配設して用いることにより、炉内温度が安定して保持で
きることから、処理炉内に配設されたボートのセット部
位によることなく、安定して均質で良好な面状態の処理
シリコンウエハを高歩留で得ることができる。しかも、
洗浄再生処理によっても長期間にわたり有効な特性が維
持され耐久性に優れ、再使用できるためウエハの生産性
の向上が著しい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/324 Ｃ０４Ｂ 35/52 Ａ (72)発明者永田智浩山形県西置賜郡小国町大字小国町378番地東芝セラミックス株式会社小国製造所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体熱処理工程用のダミーウエハであ
って、ガラス状カーボン材で形成されていることを特徴
とするダミーウエハ。
【請求項２】前記ガラス状カーボンの室温から４５０
℃における熱膨張係数が２．５〜３．５×１０^-6／℃で
ある請求項１記載のダミーウエハ。
【請求項３】前記ダミーウエハの少なくとも一面が鏡
面に形成されてなる請求項１または２記載のダミーウエ
ハ。