(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
面内全方向に等方性を有するカーボン基材と、このカーボン基材を被覆するＳｉＣ膜とを有するウェーハ熱処理用部材であって、前記カーボン基材のショア硬度が６０以上６８以下、熱膨張係数が４．８〜５．３×１０−６／℃で厚さが３ｍｍ以下、前記カーボン基材と前記ＳｉＣ膜との熱膨張係数差が０．６〜１．２×１０−６／℃であり、かつ、前記カーボン基材の面内全方向におけるカーボン基材の熱膨張係数のバラツキが０．０５×１０−６／℃以下であることを特徴とするウェーハ熱処理用部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体熱処理作業で使用される半導体部材に関し、特に半導体ウェーハを熱処理する作業で使用されるウェーハ処理部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、基材をセラミックス膜で被覆して構成される半導体用部材は、主に半導体製造工程における熱処理工程、例えばエピタキシャル成長工程やプラズマＣＶＤ工程に用いられている。
【０００３】
また、ウェーハを熱処理する際に用いられる部材には幾つかに分割され、それらを組み合わせて使用するものもある。このような組み合わせタイプにおいては、組み合わせが円滑に行えること、さらに、その隙間が極力小さいことが要求される。
【０００４】
従来のウェーハ処理部材においては、製品各部の形状を整えることは可能であるが、真円度や組み合わせについては考慮されていない。また、従来のウェーハ処理部材は基材の物理特性を厳選することによりその変形を防止していた。
【０００５】
従来の基材は熱膨張係数がその方向によって異なっているため、これを用いたウェーハ処理部材は使用時において、熱膨張量の違いによりその寸法が方向により異なり、変形を生じることがある。そして、この変形の問題は、組み合わせタイプなど高寸法制度が厳密に要求されるウェーハ処理部材では特に著しい。
【０００６】
また、従来のウェーハ処理部材は、図７に示すように、基材２２の片面にのみ凹部２３を設け、その後、全面にセラミックス膜２４を被覆している。
【０００７】
セラミックス膜は、使用後の膜厚は使用前の膜厚と比較して５〜２０μｍ程度の侵食がある。このような経時的セラミックス膜の変化がウェーハ処理部材変形の原因にもなっている。さらに、外周部にかかる内部応力を均一にすることができず変形するという問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで熱処理等に用いても熱膨張に起因する熱変形がないウェーハ処理部材が要望されている。
【０００９】
本発明は上記した事情を考慮してなされたもので、熱処理に用いても熱膨張に起因する熱変形がないウェーハ処理部材を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本願請求項１の発明は、面内全方向に等方性を有するカーボン基材と、このカーボン基材を被覆するＳｉＣ膜とを有するウェーハ熱処理用部材であって、前記カーボン基材のショア硬度が６０以上６８以下、熱膨張係数が４．８〜５．３×１０−６／℃で厚さが３ｍｍ以下、前記カーボン基材と前記ＳｉＣ膜との熱膨張係数差が０．６〜１．２×１０−６／℃であり、かつ、前記カーボン基材の面内全方向におけるカーボン基材の熱膨張係数のバラツキが０．０５×１０−６／℃以下であることを特徴とするウェーハ熱処理用部材であることを要旨としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係わるウェーハ処理部材の第１の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は本発明に係わるウェーハ処理部材の断面図である。
【００１３】
図１に示すように、ウェーハ処理部材１は、基材２からなり、この基材２の一方の面には凹部３が形成され、他方の面には凹部４が形成され、さらに、基材２にはセラミックス膜５が被覆されている。
【００１４】
基材２は、面内全方向に等方性を有する基材で構成され、その厚さは３ｍｍ以下であり、かつ、基材とセラミックス膜との熱膨張係数差が０．６〜１．２×１０−６／℃の範囲にあって、均一であり、面内全方向における基材の熱膨張係数のバラツキは０．０５×１０−６／℃以下である。
【００１５】
面内全方向の熱膨張係数は等方性であり、厚さ（深さ）方向には同一の熱膨張係数を有していないが、基材２の厚さが３ｍｍ以下であるので、厚さ（深さ）方向に熱膨張係数が均一性を有していなくとも、完成したウェーハ処理部材１の寸法は厚さ（深さ）方向の変化が小さく、３次元方向とも寸法に狂いを生じない。
【００１６】
基材２とセラミックス膜５との熱膨張係数差を０．６〜１．２×１０−６／℃とすることにより、常にセラミックス膜に圧縮残留応力を発生させることができ、基材に変形が生じたり、セラミックス膜のクラックの発生を防止することができる。
【００１７】
基材２とセラミックス膜５との熱膨張係数差が０．６×１０−６／℃より小さい場合には、基材２の形状に起因してセラミックス膜５に部分的な引張残留応力がかかり、セラミックス膜５にクラックが発生することがある。基材２とセラミックス膜５との熱膨張係数差が１．２×１０−６／℃より大きい場合には、基材２とセラミックス膜５の熱膨張係数の差が大きくなり過ぎ、セラミックス膜５に過大な圧縮残留応力が発生し、基材２が変形したり、セラミックス膜５にクラックが発生することがある。
【００１８】
さらに、図１に示すように、凹部３は円形形状をなし、その深さは、例えば、１ｍｍであり、凹部４は、凹部３と同じ形状を有し、その深さは、例えば、０．５ｍｍであり、中心面ｃに対して面対称ではない。凹部４を設ける理由は、基材２の外周部分にかかる力を均一にすることにより、ウェーハ処理部材１（基材２）の変形を防止するためであり、また、経時的セラミックス膜の変化（使用後の膜厚の侵食が５〜１０μｍ程度）があっても、この変化によってウェーハ処理部材１（基材２）が変形するのを防止するためである。
【００１９】
また、セラミックス膜５が基材２に被覆され、この被覆は通常１０００〜２０００℃の高温で実施する。基材２は常温の形状よりも熱膨張係数に応じて膨張し、その状態でセラミックス膜５を被覆する。基材２はセラミックス膜５の被覆後に常温に戻すと収縮しようとするが、セラミックス膜５が被覆されているため、膨張時ほどの変化量はない。セラミックス膜５は可能な限り厚さが均一であるのが好ましく、面内で膜厚が不均一であると、セラミックス膜５に生じる残留圧縮応力が不均一になり、ウェーハ処理部材１が舟形などに変形する場合がある。
【００２０】
なお、図２および図３に示すように、凹部３ａと凹部４ａの形状関係は、中心面ｃに対して面対称に設けても良い。さらに、図４に示すように、使用条件、設計条件などを考慮して、凹部３ｂと凹部４ｂの形状が異なるものがあってもよい。
【００２１】
さらに、本発明に係わるウェーハ処理部材を、エピタキシャル成長工程に用いる場合、多様に温度制御がなされるが、ウェーハ処理部材１は基材２とセラミックス膜５との面内全方向における熱膨張係数差が０．６〜１．２×１０−６／℃以下で均一であり、面内全方向における基材の熱膨張係数のバラツキは０．０５×１０−６／℃以下であるので、面内全方向の変形差はなく、また基材２の厚さが３ｍｍ以下であるので、厚さ（深さ）方向には均一な熱膨張係数を有していなくとも、３次元方向の寸法変化の差は小さく、従って、ウェーハ処理部材１（基材２）に変形は生じない。また、経時的セラミックス膜の変化があっても、この変化によってウェーハ処理部材１（基材２）が変形することはない。
【００２２】
次に本発明に係わるウェーハ処理部材の第２の実施形態について説明する。
【００２３】
第２の実施形態は、上記第１実施形態が、基材２の厚さが３ｍｍ以下、基材２とセラミックス膜５との熱膨張係数差が０．６〜１．２×１０−６／℃の範囲にあって、均一であり、面内全方向における基材２の熱膨張係数のバラツキは０．０５×１０−６／℃以下であるのに対して、基材２の厚さを規制せず、３次元方向における基材２とセラミックス膜５との熱膨張係数差が０．６〜１．２×１０−６／℃の範囲にあって、均一であり、３次元方向における基材２の熱膨張係数のバラツキが０．０５×１０−６／℃以下であるウェーハ処理部材である。
【００２４】
本第２の実施形態の基材は、３次元方向、すなわち、面内全方向および厚さ（深さ）方向に基材２とセラミックス膜５との熱膨張係数差が等しく０．６〜１．２×１０−６／℃の範囲にあり、３次元方向における基材２の熱膨張係数のバラツキは０．０５×１０−６／℃以下である。
【００２５】
基材２の熱膨張係数が３次元方向に等方性を有しているので、基材２の厚さが３ｍｍ以上であっても、面方向と厚さ（深さ）方向の変形差が生じることがなく、高温での熱処理に用いても、ウェーハ処理部材１（基材２）に変形が生じることがない。また、経時的セラミックス膜の変化があっても、この変化によってウェーハ処理部材（基材）が変形することはない。
【００２６】
また、本発明に係わるウェーハ処理部材の第３の実施形態について説明する。
【００２７】
本第３の実施形態は、上記第１実施形態もしくは第２実施形態のウェーハ処理部材において、ウェーハ処理部材にショア硬度が６０以上７０以下の基材を用い、この基材として、例えば、カーボンを用い、基材に被覆されるセラミックス膜に、例えば、ＳｉＣを用いるものである。
【００２８】
基材２のショア硬度を６０以上７０以下にすることにより、多数回の熱サイクルに対しても変形を生じることがなく使用回数を増加させることができる。ショア硬度を６０未満にすると基材が軟らか過ぎ、高温で変形が生じ、７０を超えると基材が硬過ぎ破損する。
【００２９】
基材としてカーボンが適するのは、カーボンが高温耐熱性に優れ、高純度であるからであり、セラミックス膜としてＳｉＣが適するのは、カーボンとＳｉＣ間の熱膨張係数差を小さくすることができるからである。
【００３０】
このような本第３の実施形態のウェーハ処理部材によれば、半導体製造プロセスのような常温及び８００℃以上の高温での熱サイクルを繰返しても変形に強いウェーハ処理部材が得られる。
【００３１】
【実施例】
一般的なウェーハ処理部材として、基材にカーボン、セラミックス膜にＳｉＣを用いたものを示す。
【００３２】
［試験１］
表１および２に示すような本発明に係わるウェーハ処理部材の範囲内（基材とセラミックス膜との熱膨張係数差が０．６〜１．２×１０−６／℃）にあるカーボン基材（実施例１〜４）および範囲外にあるカーボン基材（比較例１〜４）を用意し、直径３５０ｍｍに加工し、その中心部に直径３００ｍｍの凹部を形成した。その後、これらのカーボン基板にＳｉＣ膜を６０μｍ被覆し、図６に示すような方向Ａおよび方向Ｂの寸法を測定した。
【００３３】
結果：表１および２に示す。
【００３４】
【表１】
0004183945.tif 000002
【００３５】
【表２】
0004183945.tif 000003
【００３６】
実施例１および実施例２は、共に変形が小さく、クラックも発生しないことがわかった。これに対して、比較例１および比較例２は、変形やクラックが発生し、処理したウェーハに汚染やスリップなどの問題が発生することがわかった。
【００３７】
実施例３および実施例４は、共に寸法差が極めて小さいことがわかった。これに対して、比較例３および比較例４は、実施例４の約３０倍も寸法差があり、極めて大きいことがわかった。
【００３８】
［試験２］
上記試験１の実施例に用いたのと同様のウェーハ処理部材を用い、その基材に用いられるカーボンのショア硬度を表３に示すように変化させ、１１００℃の炉内に１０分配置し、炉出し後２０分放置する熱サイクルの耐熱試験を行った。この熱サイクル１０回後の各部材の状態を調べる。
【００３９】
結果：表３に示す。
【００４０】
【表３】
0004183945.tif 000004
【００４１】
基材カーボンのショア硬度が６０以上７０以下の実施例５〜７は、いずれも変形しないことがわかった。これに対してショア硬度が５０の比較例５及びショア硬度が５７の比較例６はいずれも変形することがわかった。また、ショア硬度が７１の比較例７は破損することがわかった。
【００４２】
【発明の効果】
本発明に係わるウェーハ処理部材によれば、熱処理に用いても熱膨張に起因する熱変形がないウェーハ処理部材を提供することができる。
【００４３】
すなわち、面内全方向に当方性を有する材料で構成された基材と、この基材を被覆するセラミックス膜とを有するウェーハ処理部材であって、上記基材の厚さが３ｍｍ以下、その面内全方向での基材とセラミックス膜との熱膨張係数差が０．６〜１．２×１０−６／℃であり、かつ、面内全方向における基材の熱膨張係数のバラツキが０．０５×１０−６／℃以下であるので、面方向での変化差が生じないため、面内変形はなく、また、厚さ（深さ）方向には均一な熱膨張係数を有していなくとも、面方向の変化量との差は小さく、ウェーハ処理部材（基材）には変形が生じない。
【００４４】
また、３次元方向に等方性を有する材料で構成される基材と、この基材を被覆するセラミックス膜とを有するウェーハ処理部材であって、上記基材の３次元方向での基材とセラミックス膜との熱膨張係数差が０．６〜１．２×１０−６／℃であり、かつ、３次元方向における基材の熱膨張係数のバラツキが０．０５×１０−６／℃以下であるので、基材の厚さが３ｍｍ以上の厚さであっても、面方向と厚さ（深さ）方向の変形差が生じることがなく、ウェーハ処理部材に変形が生じることがない。
【００４５】
また、基材は、ショア硬度が６０以上７０以下であるので、半導体製造プロセスのような常温及び８００℃以上の高温での熱サイクルを繰返しても変形することがない。
【００４６】
また、基材の両面に凹部が形成されるので、基材の外周部分にかかる力を均一にすることにより、より効果的に基材の変形を防止することができる。さらに、経時的セラミックス膜の変化があっても、この変化によってウェーハ処理部材（基材）が変形することがない。
【００４７】
また、両面に形成される凹部は、同一形状であるので、効果的に基材の外周部分にかかる力を均一にすることにより、効果的にウェーハ処理部材の変形を防止することができる。
【００４８】
また、基材の両面に形成される凹部は、基材の中心面に対して対称に形成されるので、効果的にウェーハ処理部材の変形を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係わるウェーハ処理部材の断面図。
【図２】  本発明に係わるウェーハ処理部材の他の実施形態の断面図。
【図３】  本発明に係わるウェーハ処理部材の他の実施形態の断面図。
【図４】  本発明に係わるウェーハ処理部材の他の実施形態の断面図。
【図５】  本発明に係わるウェーハ処理部材の使用状態を示す概念図。
【図６】  本発明に係わるウェーハ処理部材を実施例で用いる状態を示す説明図。
【図７】  従来のウェーハ処理部材の断面図。
【符号の説明】
１  ウェーハ処理部材
２  基材
３  凹部
４  凹部
５  セラミックス被膜
【図１】
0004183945.tif 000005
【図２】
0004183945.tif 000006
【図３】
0004183945.tif 000007
【図４】
0004183945.tif 000008
【図５】
0004183945.tif 000009
【図６】
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【図７】
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