(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削加工により表面粗さを１μｍ〜１０μｍとした多孔質炭化ケイ素の表面を、ＣＶＤ法により緻密質炭化ケイ素を被覆して、炭化ケイ素質ダミーウェハの表面粗さが１μｍ〜１０μｍとなるようにした炭化ケイ素質ダミーウェハの製造方法。
【請求項２】
前記多孔質炭化ケイ素は、黒鉛基材をＣＶＲ法により炭化ケイ素質に転化されたものであることを特徴とする請求項１に記載の炭化ケイ素質ダミーウェハの製造方法。
【請求項３】
前記黒鉛基材の嵩密度が、１．０〜１．５ｇ／ｃｍ３の黒鉛材料である請求項２に記載の炭化ケイ素質ダミーウェハの製造方法。
【請求項４】
前記緻密質炭化ケイ素を被覆する前に前記多孔質炭化ケイ素を純化処理することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭化ケイ素質ダミーウェハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造工程において、半導体ウェハ上にポリシリコンや窒化ケイ素膜を成膜する工程に使用する炭化ケイ素質ダミーウェハに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程の中で、シリコンウェハ上に窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜やポリシリコン膜（多結晶シリコン膜）を形成する減圧ＣＶＤ工程がある。この工程では図３に示すような縦型の減圧ＣＶＤ炉（以下ＬＰＣＶＤ）が利用されている。図３において、炉本体１０には円筒状ヒータ１１が配設され、炉内が１０Ｔｏｒｒ以下に減圧できるようにしてある。円筒状ヒータ１１の内側には、均熱管１２を介して反応管１３が配置されてある。この反応管１３によって覆われているベース１９の中央部にはボート受け１８が設置してあり、このボート受け１８の上に石英や炭化ケイ素（ＳｉＣ）で作製された縦型ウェハボート１７が設けられている。このボート１７上にシリコンウェハー等の半導体素材である被処理物１６が、適宜間隔をあけて多数セットされた状態で収納配置されてある。また、反応管１３の内部には測温用の熱電対を内蔵した保護管１４と、ガス導入管２０が配置されている。
【０００３】
膜を形成するシリコンウェハ１６とともに、炉内の均熱を高めたり、ガスの流れを調整する目的で、炉内上下合わせて１５〜２０枚のダミーウェハが縦型ウェハボート１７に載置される。従来はこのダミーウェハには被処理物であるシリコンウェハと同質同形状のシリコンウェハや石英等が使われていた。
【０００４】
しかしながら、これらダミーウェハ上には、被処理物であるシリコンウェハ１６に成膜する際同時に、膜が形成される。そして、何度か使用するうちに、この膜との熱膨張の違いから発生する応力によって、処理中に反りや割れなどが発生する場合や、形成された膜が剥離し、炉内にパーティクルとなって飛散し、炉内を汚染するなど歩留りを低下させる原因となる。このため、これらの問題が発生する前に交換が必要である。また、シリコンは耐薬品性が十分でなく、形成された膜をフッ酸やフッ硝酸等で薬液洗浄するとダミーウェハ自身が損傷を受けるため、数回の使用で交換しなくてはいけなかった。
【０００５】
したがって、これらダミーウェハとしては次に挙げる特性が要求されると考えられる。
（１）Ｓｉ3 Ｎ4 膜やポリシリコン膜との付着性がよく、剥離しにくいこと。
（２）繰り返し薬液洗浄が可能で、洗浄後何回もダミーウェハとして使用が可能であること。
（３）高純度であること。
【０００６】
前記のダミーウェハとして必要であると考えられる特性を有している材料としてＳｉＣダミーウェハが最近では良く利用されてきている。特開平１０─１１６７５７号には、黒鉛基材にＳｉＣをＣＶＤ法により被覆し、黒鉛基材を灰化することによってＳｉＣのみとし、その表面粗さＲａを０．０１〜０．７μｍに調整することにより、形成される膜の付着力が向上し、パーティクル発生時のＳｉ3 Ｎ4 の累積膜厚が３μｍ程度となり、従来のシリコンダミーウェハに比較し、ダミーウェハの交換頻度が大幅に向上し、装置の稼働率を向上させる技術が開示されている。なお、従来のＳｉＣダミーウェハの表面粗さＲａは０．２〜０．９μｍである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、被処理物であるシリコンウェハの大口径化に伴い、さらなる装置の稼働率の向上、製造コストの低減が要望されており、前記ダミーウェハに必要とされる特性を有し、且つ特開平１０─１１６７５７号開示のＳｉＣダミーウェハ以上の装置稼働率をさらに向上させるＳｉＣダミーウェハが要求されている。
【０００８】
本発明の目的は、パーティクルの発生を抑制し、装置の稼働率を大幅に向上させることができ、前記ダミーウェハとして必要だと考えられる特性を有した、炭化ケイ素質ダミーウェハを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、本発明者らによる先行技術（特願平８─２２４４１２号）を応用する事により、前記ダミーウェハに必要だと考えられる特性を満足する炭化ケイ素質ダミーウェハを提供できると考え、鋭意研究を重ねていた時に、表面粗さを従来の物に比べ、粗くすることによりパーティクルの発生が抑制でき、パーティクル発生時の形成膜厚が大幅に向上することを発見し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の請求項１に記載の発明は、切削加工により表面粗さを１μｍ〜１０μｍとした多孔質炭化ケイ素の表面を、ＣＶＤ法により緻密質炭化ケイ素を被覆して、炭化ケイ素質ダミーウェハの表面粗さが１μｍ〜１０μｍとなるようにした炭化ケイ素質ダミーウェハの製造方法である。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記多孔質炭化ケイ素は、黒鉛基材をＣＶＲ法により炭化ケイ素質に転化されたものであることを特徴とする請求項１に記載の炭化ケイ素質ダミーウェハの製造方法である。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記黒鉛基材の嵩密度が、１．０〜１．５ｇ／ｃｍ３の黒鉛材料である請求項２に記載の炭化ケイ素質ダミーウェハの製造方法である。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記緻密質炭化ケイ素を被覆する前に前記多孔質炭化ケイ素を純化処理することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭化ケイ素質ダミーウェハの製造方法である。
【００１４】
本発明では、形成される膜の付着力を向上させるために、ＳｉＣダミーウェハの表面粗さＲａを１μｍ以上に調整している。これにより、膜とダミーウェハとの密着性が向上し、剥離しにくくなり、処理中のパーティクルの発生が抑制できる。
【００１５】
従来のＳｉＣダミーウェハの表面粗さはＲａが０．２〜０．９μｍであった。これは、ダミーウェハが他の被処理物であるシリコンウェハと同じ厚みである０．７３５ｍｍに調整する必要があり、また機械加工時に発生する割れを防止するために、難削材であるＳｉＣをこの厚みに調整し、歩留りを向上させ、製造コストを低減する上で求められた機械加工時の切削速度及び切り込み量等の切削条件によるものと推定される。表面粗さをこれ以上の粗さにするには、前記の切削速度や、切り込み量等を大きくすることにより得られる訳であるが、緻密質でダミーウェハの様な薄いＳｉＣを切削力を大きくして加工すると割れが発生し、歩留りが非常に悪くなってしまう。一方、表面粗さをこの値以上に滑らかにするには、切削速度、切り込み量を小さくすれば得られるが、加工に長時間を要し、ダミーウェハの製造コストの上昇の原因となる。
【００１６】
しかしながら、本発明に係るＳｉＣダミーウェハは、まず、１．０〜１．５ｇ／ｃｍ3 の高純度黒鉛基材を所定の円盤形状に加工後、ＣＶＲ処理を行い１００％ＳｉＣに転化し、多孔質のＳｉＣを作製する。この多孔質ＳｉＣの厚み方向のみ切削加工を行い、厚みを調節するとともに、表面粗さを１μｍ以上、好ましくは２μｍ以上、さらに好ましくは５μｍ以上に調節する。この段階でのＳｉＣは多孔質であるため、比較的加工が容易であるため、切削条件の制限が緩和され、表面粗さが粗いものへの加工も可能となる。
【００１７】
厚み及び表面粗さを調節後、ハロゲンガスで純化処理を行い、この多孔質ＳｉＣの表面にＣＶＤ処理を行い、被処理物であるシリコンウェハと同じ厚さである０．７２５ｍｍになるようにＳｉＣを被覆する。この際にＣＶＤ処理条件を制御することにより表面粗さを１μｍ以上、好ましくは２μｍ以上、さらに好ましくは５μｍ以上に調節する。
【００１８】
以上のように本発明では、ＣＶＤ処理によるＳｉＣの被覆前の多孔質の状態のＳｉＣに機械加工を行い、純化処理を行い、その後、ＣＶＤによりＳｉＣを被覆し、ＳｉＣダミーウェハを作製しているため、非常に高純度なダミーウェハとなる。また、機械加工の段階で表面粗さを粗めに調節できると同時に、多孔質の表面上にＣＶＤでＳｉＣを被覆するため、粗い面を形成することも可能となる。
【００１９】
また、表面粗さＲａが１０μｍ以上だと、膜の付着力は向上し、パーティクルが発生するまでに、非常に厚い膜が形成できる。しかしながら、現在、これらウェハの自動搬送には真空チャック方式が採用されており、そのため、表面粗さＲａが１０μｍ以上だと真空チャックによってウェハが吸引、自動搬送できないため、本発明では表面粗さＲａの上限を１０μｍとした。将来、この搬送技術が改良された場合は、表面粗さＲａも数１０μｍにする事ができると考えられ、さらなる製造コストの低減が期待できる。
【００２０】
なお、パーティクルの発生はダミーウェハの表面粗さに依存することより、将来、機械加工技術の進歩に伴い、表面の粗い面が工業的に加工できるようになれば、Ｓｉウェハ表面にＣＶＤ法によりＳｉＣを被覆したＳｉＣ質のダミーウェハや、黒鉛基材表面にＣＶＤ−ＳｉＣを被覆した後、黒鉛基材を灰化し、ＳｉＣ単体にしたＳｉＣ質ダミーウェハ等も、表面粗さを粗くし、パーティクルの発生を抑制できる可能性がある。
【００２１】
実施例を以下に示し、本発明を具体的に説明する。
（実施例１）
嵩密度１．３ｇ／ｃｍ3 の黒鉛基材を、直径２００ｍｍ、厚さ３ｍｍに加工し、ＣＶＲ処理を行い１００％ＳｉＣに転化し、多孔質のＳｉＣを作製した。次に厚み方向のみ切削加工を行い、厚さ０．４８５ｍｍに調整した。この時に表面粗さＲａを１．０μｍに調整した。その後、この多孔質ＳｉＣ基材をハロゲンガスで純化処理を行い、その後、ＣＶＤ処理を行い、表面にＳｉＣを形成させ、厚み０．７２５ｍｍ、平均粗さＲａが１．０μｍの８インチＳｉＣダミーウェハを得た。
【００２２】
（実施例２）
実施例１と同様の手順で、切削加工時の平均粗さＲａを２．３μｍにする事により最終表面粗さＲａが２．３μｍのＳｉＣダミーウェハを作製した。
【００２３】
（実施例３）
実施例１と同様の手順で、切削加工時の平均粗さＲａを５．１μｍにする事により最終表面粗さＲａが５．１μｍのＳｉＣダミーウェハを作製した。
【００２４】
（実施例４）
実施例１と同様の手順で、切削加工時の平均粗さＲａを１０．０μｍにする事により最終表面粗さＲａが１０．０μｍのＳｉＣダミーウェハを作製した。
【００２５】
（参考例１）
実施例１と同様の手順で、切削加工時の平均粗さＲａを１５．２μｍにする事により最終表面粗さＲａが１５．２μｍのＳｉＣダミーウェハを作製した。
【００２６】
（実施例５）
嵩密度１．８ｇ／ｃｍ３ の黒鉛基材を、直径２００ｍｍ、厚さ３ｍｍに加工し、ＣＶＤ処理により表面に緻密なＳｉＣを形成した。その後、この中央をスライス加工して半割りし、ＣＶＤ−ＳｉＣが被覆されていない面の黒鉛基材を機械加工により除去し、時間をかけて機械加工で表面粗さを調節することにより、最終表面粗さＲａが１．６μｍの８インチのＳｉＣダミーウェハを作製した。
【００２７】
（比較例１）
実施例１と同様の手順で、切削加工時の平均粗さＲａを０．５μｍにする事により最終表面粗さＲａが０．５μｍのＳｉＣダミーウェハを作製した。
【００２８】
（比較例２）
実施例６と同質の黒鉛基材を使用して、同様の手順で最終表面粗さＲａが０．２μｍの８インチのＳｉＣダミーウェハを作製した。
【００２９】
（比較例３）
被処理物質と同質の、表面粗さＲａが０．００２μｍの８インチシリコンウェハをダミーウェハとした。
【００３０】
実施例１〜５、参考例１及び比較例１〜３の各表面粗さのダミーウェハをそれぞれ２５枚作製し図２に示すように縦型ウェハボートに載置し、Ｓｉ３Ｎ４膜を生成した。モニターウェハとして上段、中段、下段に８インチのシリコンウェハを各一枚、計三枚を入れ、各モニターウェハの１枚当たりのパーティクル（０．２μｍ以上の大きさのもの）数が５０個以上となるまでのＳｉＣダミーウェハに形成されるＳｉ３Ｎ４膜厚を測定した。同時に真空チャック式の自動搬送が可能かどうかも調べた。
【００３１】
表１に試験結果を示す。
【００３２】
【表１】
0004275767.tif 000002
【００３３】
図１に、表１を基に、本発明におけるＳｉＣダミーウェハと、従来法によるＳｉＣダミーウェハ、そしてＳｉダミーウェハと、形成されるＳｉ3 Ｎ4 の累積膜厚及びその時のパーティクル数の関係を示す。この図より、本発明によるＳｉＣダミーウェハは従来使用されていたシリコンダミーウェハや従来法により作製されていたＳｉＣダミーウェハに比較し、表面粗さを大きくすることにより、形成される膜との付着性が向上し、パーティクルの発生前までの許容される累積膜厚が大幅に向上することが分かる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、ダミーウェハの表面粗さを１μｍ以上とすることで、形成される膜の付着力が向上し、パーティクルの発生が抑制できる。即ち、本発明のＳｉＣダミーウェハを使用することにより、ＬＰＣＶＤ処理工程において、ダミーウェハの交換、洗浄までの時間を大幅に延長でき、装置の稼働率が向上し、半導体製造コストの低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係る形成されるＳｉ3 Ｎ4 の累積膜厚とパーティクル発生数の関係図。
【図２】実施例に係る各ダミーウェハの評価試験時の縦型ウェハボートの断面該略図。
【図３】半導体製造工程における縦型ＬＰＣＶＤ炉の一例の断面概略図。
【符号の説明】
１０  炉本体
１１  円筒状ヒータ
１２  均熱管
１３  反応管
１６  シリコンウェハ
１７  縦型ウェハボート
【図１】
0004275767.tif 000003
【図２】
0004275767.tif 000004
【図３】
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