JPH0488656A

JPH0488656A - 黒鉛製ウエハ保持治具

Info

Publication number: JPH0488656A
Application number: JP2205545A
Authority: JP
Inventors: Koshin Horio; 堀尾　康臣; Seiji Minoura; 誠司箕浦
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1990-07-31
Filing date: 1990-07-31
Publication date: 1992-03-23
Anticipated expiration: 2013-02-25
Also published as: JP2719664B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、半導体素子用の原料ウェハを保持して、炉内
に挿入するためのウェハ保持治具に関し、特にその大部
分を黒鉛材によって形成したウェハ保持治具に関するも
のである。

（従来の技術）ウェハ保持治具は、半導体素子を製造するプロセスにお
いて、その原料となるシリコン等にょうて形成したウェ
ハに酸化膜を形成するために、第３図に示すように、多
数のウェハを保持したまま高温炉内に挿入されるもので
ある。このウェハ上に酸化膜を形成する工程では、同時
に治具にも酸化膜が形成されるが、この治具を繰り返し
使用すると酸化膜がしだいに厚く堆積することとなり、
これが使用中に剥離し、ウェハに悪影響を及ぼすため、
定期的にフッ酸による酸化膜の洗浄が必要となる。

この種のウェハ保持治具としては、一般には石英素材を
使用して形成されているが、この石英素材はフッ酸に弱
いため、フッ酸洗浄を何回も繰り返すとこの石英素材か
らなるウェハ保持治具は細ってしまって使用できなくな
ることから、耐久性に劣るものであった。

そこで、フッ酸に対する耐触性を有するセラミックスに
よって、この種のウェハ保持治具を形成することも考え
られているのであるが、近年の技術の進歩に伴ってウエ
ノ１自体の径が大きくなってきており、セラミックスの
焼成収縮を考慮しながら大型化したウェハ保持治具を形
成することは非常に困難となってきているのである。特
に、セラミックスは、その優れた硬度が災いして加工性
が非常に悪いものであり、寸法精度においても大型化す
ればするほど劣るものであるのである。そして、何より
も、セラミックスは、焼成助剤を使用して焼成されるも
のであるが、この焼成助剤が焼成後に不純物として残留
するものであり、この残留不純物はウェハ保持治具とし
て問題となるのである。

そして、現在は、耐熱性、易加工性、耐薬品等のウェハ
保持治具を構成するものとしての長所を多く有した黒鉛
材を使用したものも提案されてきている。ところか、黒
鉛材を使用して形成したウェハ保持治具においては、そ
の使用を繰り返すと、黒鉛材の一部か微細な粒子となっ
て脱落することがあり、これがウェハの汚損の原因とな
ることかあったのである。

つまり、このようなウェハ保持治具用の材料として使用
されている高密度黒鉛は、少なくとも優れた化学的安定
性を備え、高密度化も容易であることから、特性的に極
めて好適な材料である。

しかしながら、この高密度黒鉛は、コークスあるいはカ
ーボンの微粉をタールピッチなどのバインダー成分と共
に高密度に形成した後焼成することにより黒鉛化したも
のであり、巨視的には黒鉛の粒体集合による組織構造を
有しているため、粒体脱落による消耗が発生する。また
、脱落した黒鉛粒子がウェハ上面を汚染する等の欠点を
招く不都合がある。

また、高密度黒鉛はその組織構造において気孔を有する
ため、黒鉛製治具をフッ酸で洗浄すると、その気孔にフ
ッ酸が入り込み、ぬけにくいという不都合がある。

以上のような、この種のウェハ保持治具における開発・
改良経過を詳細に検討した結果、本発明者等は、この種
のウェハ保持治具を構成するための材料としては全ての
面を考慮するとやはり黒鉛材が優れているとの結論を得
たのであるが、黒鉛材を使用するためには上述した問題
を解決しなければならないことになった。そこで、本発
明者等は、黒鉛材からの粒子の脱落をどのように防止す
るか、またフッ酸洗浄の際、フッ酸の入り込みをどのよ
うに防止するかについて種々研究してきた結果、所謂熱
分解炭素を採用することが良い結果を生むことに気付き
、本発明を完成したのである。

（発明が解決しようとする課！り本発明は、以上の経緯に基づいてなされたもので、その
解決しようとする課題は、ウェハ保持治具を黒鉛材によ
って形成した場合の黒鉛粒子の脱落である。

そして、本発明の目的とするところは、黒鉛材から黒鉛
粒子が脱落しないようにして、ウェハへの汚損の問題を
解決しながら黒鉛材の長所を十分生かすことのできるウ
ェハ保持治具を提供することにある。

（課題を解決するための手段）以上の課題を解決するために、本発明の採った手段は、「全体が等方性高密度高純度黒鉛材によって形成されて
、半導体素子用の原料ウェハ（２０）を保持するための
ウェハ保持治具（１０）であって、黒鉛材の表面に、熱
分解炭素からなる被膜を形成したことを特徴とするウェ
ハ保持治具（１０）Ｊである。

（発明の作用）以上のように構成した本発明に係るウェハ保持治具（１
０）の作用について説明すると、次の通りである。

まず、本発明に係るウェハ保持治具（１０）は、その支
持台（１１）や棚棒（１２）等の構成部材を黒鉛材によ
って形成しであるから、その加工が容易なものとなって
いるたけでなく、寸法精度にも優れており、これによっ
て保持するウェハ（２０）に酸化膜を形成する場合の温
度に十分耐え得るものとなっている。

本発明に係るウェハ保持治具（ｌＯ）は、黒鉛材によっ
て形成した支持台（１１）等の各構成部材の表面に熱分
解炭素被膜（１４）を形成したのであるから、その表面
全体が熱分解炭素被膜（１４）によって覆われたものと
なっている。この熱分解炭素被膜（１４）は、その内側
に位置する黒鉛材が粒体の集合体としての組織構造を有
しているのに対して、粒体集合体とは異なる緻密組織と
なっている。つまり、この熱分解炭素被膜（１４）は気
孔がほとんど存在せず、しかも密度か大きく、ガラスな
みの非常に低い気体透過率を有したものとなっているの
である。

ウェハ保持治具（１０）の外表面金てが、以上のような
性質を有する熱分解炭素被膜（１４）によって、第２図
に示すように被覆されているから、このウェハ保持治具
（１０）を第３図に示したような炉内に入れて加熱しそ
の後に室温状態に置くというヒートサイクル中に何回も
曝した場合に、ウェハ保持治具（１０）表面の熱分解炭
素被膜は、上記ヒートサイクルによって影響されずζ黒
鉛材のように粒子が脱落することはないのである。また
、気孔がほとんど存在しないため、炉外へ出し、大気に
ふれた場合でも、水分及びガス等の吸着はなく、使用時
に放出されるガス分は極めて少ない。従って、このウェ
ハ保持治具（１０）を使用すれば、ウェハ（２０）の汚
損は解避されるのである。なお、熱分解炭素被膜（１４
）自体か含有する全灰分を、後述の実施例にて示すよう
に、１０ｐｐｍ以下に抑えることが可能であるから、こ
の熱分解炭素被膜（１４）の天分によるウェハ（２０）
の汚損は全く無視し得るものである。

また、熱分解炭素被＠（１４）自体はフッ酸に対する耐
蝕性に非常に優れた性質を有しているので、これによっ
て被覆したウェハ保持治具（１０）をフッ酸によって何
回洗浄したとしても、これによりウェハ保持治具（１０
）か消耗することはないのである。

従って、このウェハ保持治具（１０）は、その耐久性に
非常に優れたものとなっているのである。さらに、熱分
解炭素被膜は、粒体集合体としての組織構造を有する黒
鉛材とは異なる緻密組織を有し、気孔をほとんど内在し
ないため、フッ酸が入り込んでぬけにくいという不都合
は生じない。

（実施例）次に、本発明に係るウェハ保持治具（１０）を、図面に
示した実施例に従って説明すると、このウェハ保持治具
（１０）は、第１図に示すように、一対の支持台（１１
）間に多数の保持溝（１３）を有する棚棒（１２）を連
結して一体化したものであり、これらの支持台（１工）
及び棚棒（１２）は、等方性を有し、高密度（１、７〜
２　、　Ｏｇ／ｃｍ”　）でしかも高純度（全灰分１０
ｐｐｍ以下）の黒鉛材によって形成したものである。そ
して、これら支持台（１１）及び棚棒（１２）等の構成
部材の表面には、第２図に示したように、厚さ１０〜５
００μｍ程度の熱分解炭素被膜（１４）か形成しである
。

このウェハ保持治具（１０）は、本実施例においては次
のように形成している。まず、前述したような黒鉛材を
使用して各支持台（１１）及び棚棒（１２）を形成する
。勿論、各棚棒（１２）には予め保持溝（１３）を形成
しておく。そして、これらを第１図に示したような状態
のものとして組み付けてから、その全体表面に熱分解炭
素被膜（１４）を形成したのである。

熱分解炭素の被覆（１４）を、黒鉛基材表面に形成する
方法としては、通常用いられる各種化学蒸着法（ＣＶＤ
）により行うことができ、黒鉛基材上を８００〜２６０
０℃に加熱しておき、炭化水素あるいはハロゲン化炭化
水素を水素ガス共存下で基材と接触させ、多数の気孔を
有する黒鉛基材上に熱分解炭素の緻密な層を形成させる
。これらの反応は常圧もしくは減圧下で行われるか、熱
分解炭素被膜の均一性、平滑性を考えると減圧下、特に
３００　Ｔｏｒｒ以下で行うことが望ましい。また、熱
分解炭素表面層の厚みは、１０μｍ〜５００μｍが望ま
しい。その理由は、１０μｍ以下では十分な耐消耗性が
得られないからであり、５００μｍ以上では基材との熱
膨張差により被膜にクラックを生じる可能性が大きいか
らである。

勿論、以上のように形成した熱分解炭素それ自体は高純
度であるが、これを積層させるために使用した黒鉛基材
中に種々な不純物、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、
バナジウムが混入していることがあり、これらが熱分解
炭素側に残留することがある。熱分解炭素中に不純物が
混入する経路として考えられるのは、前述した黒鉛基材
中の不純物か、熱分解炭素形成中に拡散すること、及び
供給ガス中に不純物か混入していることかあげられる。

これらの不純物は、高純度の黒鉛基材を用いること及び
供給ガスの純度（ガス供給部品、供給管及び反応容器等
の構造、材質を選択する）により、熱分解炭素中に混入
しないようにすることができるものである。このような
方法によって、当該熱分解炭素被膜（１４）中の全天分
（鉄などの不純物）の量を１０ｐｐｍ以下とすることが
できるのである。

熱分解炭素被膜（１４）を形成するための原料ガスとし
ては、不純物を十分除去したメタン、プロパンあるいは
ベンゼン等の炭化水素ガスを用い、その濃度の調整をも
行なうキャリアガスとして水素ガス及びアルゴンガスを
使用した。これにより、原料ガスは、高温になっている
支持台（１１）等の表面で、分解、結合などにより、熱
分解炭素となって沈積した。

以上の第１図に示したウェハ保持治具（１０）は、所謂
横型のものであるが、本発明は第４図に示すような縦型
のウェハ保持治具（１０）にも適用できることは言うま
でもない。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明においては、上記実施例に
て例示した如く、「全体が等方性高密度高純度黒鉛材によって形成されて
、半導体素子用の原料ウェハ（２０）を保持するための
ウェハ保持治具（１０）であって、黒鉛材の表面に、熱
分解炭素からなる被膜を形成したこと」にその特徴があり、これにより、黒鉛材から黒鉛粒子が
剥がれないようにして、ウニ／１への汚損の問題を解決
しながら黒鉛材の長所を十分生かすことのできるウェハ
保持治具を提供することができるのである。

第１図は本発明に係る横型のウェハ保持治具にウェハを
保持させた状態を示す斜視図、第２図はウェハ保持治具
の表面に形成した熱分解炭素被膜を示す部分拡大断面図
、第３図はこのウェハ保持治具を使用している状態の断
面図、第４図は縦型のウェハ保持治具の斜視図である。

符　　号　　の　　説　　明１０・・・ウェハ保持治具、１１・・・支持台、１２・
・・棚棒、１３・・・保持溝、１４・・・熱分解炭素被
膜、２０・・・ウェハ。

以　　上

Claims

【特許請求の範囲】　全体が等方性高密度高純度黒鉛材によって形成されて
、半導体素子用の原料ウェハを保持するためのウェハ保
持治具であって、前記黒鉛材の表面に、熱分解炭素からなる被膜を形成し
たことを特徴とするウェハ保持治具。