JPH10163079A

JPH10163079A - ウェハ

Info

Publication number: JPH10163079A
Application number: JP9231469A
Authority: JP
Inventors: Keichi Takahashi; 佳智高橋; Hiroaki Wada; 宏明和田; Taro Miyamoto; 太郎宮本
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1996-10-03
Filing date: 1997-08-27
Publication date: 1998-06-19
Anticipated expiration: 2017-08-27
Also published as: US6013236A; JP4086936B2

Abstract

(57)【要約】【課題】耐熱性、耐酸性に優れ、汚染性の少ないダミ
ーウェハを提供する。【解決手段】密度が２．９ｇ／ｃｍ³以上であり、且
つ炭化ケイ素粉末と加非金属系焼結助剤とが均質に混合
された混合物を焼結することにより得られた炭化ケイ素
焼結体を用いる。ここで、炭化ケイ素焼結体が前記混合
物を非酸化性雰囲気下でホットプレスすることにより得
られたものであること、炭化ケイ素粉末が、液状のケイ
素化合物を含むケイ素源と、加熱により炭素を生成する
液状の有機化合物を含む炭素源と、重合又は架橋触媒と
を混合して得られた混合物を固化して固形物を得る固化
工程と、得られた固形物を非酸化性雰囲気下で焼成する
焼成工程とを含む製造方法により得られたものであるこ
と、炭化ケイ素焼結体に含まれる不純物元素の総含有量
が１ｐｐｍ以下であることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路等の製造
でのシリコンウェハに対する熱拡散、熱酸化、及び気相
成長等の処理工程において、炉内温度や気体濃度等の均
一性の評価、汚染物質の除去及び各種処理条件の決定等
のために用いられるウェハ（以下、ダミーウェハとい
う）に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体製造プロセスにおいて
は、ウェハ表面を酸化する工程、リンやホウ素等のドー
プ元素をシリコン中に拡散させる工程、ウェハ表面にＣ
ＶＤ（化学的気相蒸着法）やＰＶＤ（物理的気相蒸着
法）により各種被膜を形成させる工程が重要な位置を占
めており、これらの工程において如何に処理条件を一定
に保つかが製品の歩留り向上やより高集積なデバイスを
製造する上で重要なポイントになる。

【０００３】上記の工程では、一般に、ウェハ１００枚
以上が装填されたボートをヒーターを備えた反応炉に入
れて各処理を行うバッチ処理が採られているが、このよ
うな処理では、反応炉の位置によって温度差があった
り、原料ガスの濃度が不均一になる等の問題がある。こ
のため、温度や原料ガスの濃度等の処理条件が反応炉内
の他の箇所の処理条件と異なるおそれのある箇所に、製
品ウェハとしては用いないダミーウェハを設置して、各
ダミーウェハ上に積層された薄膜の厚みや成分等が同じ
であるか否かによって、処理条件の均一性を評価してい
る。また、このダミーウェハは、エッチング処理装置に
おけるプラズマ処理条件を検討したり、装置内に発生し
たパーティクルを除去したりするためにも使用される。
このような目的で用いられるダミーウェハは、高温下で
反復して使用されたり、また、ダミーウェハ上に形成さ
れた被膜を除去することによって反復使用を可能にする
ために酸で繰り返し処理される。

【０００４】そして、従来、ダミーウェハの材料とし
て、通常の製品ウェハの材料と同じシリコンや石英等が
使用されている。しかし、シリコンで形成されたダミー
ウェハの場合、耐熱性があまり良好でないため、形状が
経時的に変化しやすく、また酸への耐久性が低いため、
溶解により表面が荒れてしまい、パーティクルが発生し
やすいという問題があり、ダミーウェハとしての寿命が
短い。一方、石英の場合は、耐熱性及び耐酸性が十分で
なく、また、導電性でないためにエッチング処理等に使
用することができない。このため、シリコンや石英に代
わり、耐熱性に優れたカーボン材料、耐酸性に優れたセ
ラミックス材料がダミーウェハの材料として期待されて
おり、中でも、構成元素が製品である半導体デバイスに
無害であることから、炭化ケイ素焼結体が最も期待され
ている。

【０００５】ところが、炭化ケイ素は焼結が困難な材料
であるため、焼結を容易にするための助剤として炭化ボ
ロンやアルミナ等を炭化ケイ素に少量添加することが一
般的であり、これらの添加物が不純物となるため、従来
の炭化ケイ素は前述のダミーウェハの材料としては不適
切であった。

【０００６】従って、前述のような有害な助剤を用いな
い炭化ケイ素焼結法及び焼結体が望まれており、例え
ば、ケイ素及び炭素を含むガスや溶液を原料として、
ｉ）気相成長により微細な粉末を形成し、形成された粉
末を材料として焼結体を作製する方法、ｉｉ）気相成長
により直接板状の成形体（焼結体）を作製する方法が提
案されている。

【０００７】しかし、これらの方法は、生産性が非常に
悪く、コストが高いという欠点を有しており、さらに、
上記ｉ）の方法は、粉末が微細すぎて焼結後もパーティ
クルが発生し易い等という欠点を有し、ｉｉ）の方法
は、肉厚の成形体を作製し難いという欠点を有してい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事実を考
慮してなされたものであり、本発明の目的は、耐熱性及
び耐酸性に優れ、汚染性の少ない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、鋭意検討
した結果、特定の製造方法により得られた炭化ケイ素の
焼結体をダミーウェハとして使用したときに、非常に優
れた特性を発揮し得ることを見出し、本発明を完成し
た。

【００１０】即ち、本発明のダミーウェハは、密度が
２．９ｇ／ｃｍ³以上であり、且つ炭化ケイ素粉末と非
金属系焼結助剤とが均質に混合された混合物を焼結する
ことにより得られた炭化ケイ素焼結体で形成されたこと
を特徴とする。

【００１１】ここで、前記非金属系焼結助剤が、加熱に
より炭素を生成する有機化合物であることが好ましく、
この非金属系焼結助剤は、炭化ケイ素粉末表面を被覆し
ている状態で存在することができる。

【００１２】炭化ケイ素焼結体は、前記混合物を非酸化
性雰囲気下でホットプレスすることにより得ることがで
きる。

【００１３】また、前記炭化ケイ素粉末は、少なくとも
１種以上の液状のケイ素化合物を含むケイ素源と、加熱
により炭素を生成する少なくとも１種以上の液状の有機
化合物を含む炭素源と、重合又は架橋触媒とを混合して
得られた混合物を固化して固形物を得る固化工程と、得
られた固形物を非酸化性雰囲気下で焼成する焼成工程と
を含む製造方法により製造することができる。

【００１４】前記炭化ケイ素焼結体に含まれる不純物元
素の総含有量が１ｐｐｍ以下であることが好ましい。

【００１５】本発明によれば、炭化ケイ素粉末を焼結す
るに当たり、焼結助剤としてホウ素、アルミニウム、ベ
リリウム等の金属やその化合物である金属系焼結助剤
と、カーボンブラック、グラファイト等の炭素系焼結助
剤との二種類を組み合わせたもの等は用いずに、後述の
非金属系焼結助剤のみを用いるため、焼結体の純度が高
く、また結晶粒界での異物が少なく、且つ炭化ケイ素本
来の性質として炭素材料に比し耐熱性、耐酸性及び耐汚
染性に優れたダミーウェハが提供される。

【００１６】また、炭化ケイ素粉末として、請求項５記
載の製造方法により得られた粉末を用いれば、さらに純
度が高い焼結体が得られ、不純物元素の総含有量を１ｐ
ｐｍ以下にすることが可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明をさらに詳細に説
明する。

【００１８】本発明の炭化ケイ素製ダミーウェハの原料
として用いられる炭化ケイ素粉末は、α型、β型、非晶
質或いはこれらの混合物等が挙げられるが、特に、焼結
体の熱膨張率の点から、β型炭化ケイ素粉末が好適に使
用される。このβ型炭化ケイ素粉末のグレードには特に
制限はなく、例えば、一般に市販されているβ型炭化ケ
イ素粉末を用いることができる。この炭化ケイ素粉末の
粒径は、高密度化の観点からは小さいことが好ましく、
０．０１〜５μｍ程度、さらには、０．０５〜３μｍ程
度であることが好ましい。粒径が０．０１μｍ未満であ
ると、計量、混合などの処理工程における取扱が困難と
なり、５μｍを超えると比表面積が小さく、即ち、隣接
する粉体との接触面積が小さくなり、高密度化が困難と
なるため、好ましくない。

【００１９】好適な炭化ケイ素原料粉体の態様として
は、粒径が０．０５〜１μｍ、比表面積が５ｍ²／ｇ以
上、遊離炭素１％以下、酸素含有量１％以下のものが好
適に用いられる。また、用いられる炭化ケイ素粉末の粒
度分布は特に制限されず、炭化ケイ素焼結体の製造時に
おいて、粉体の充填密度を向上させること及び炭化ケイ
素の反応性の観点から、２つ以上の極大値を有するもの
も使用しうる。

【００２０】ダミーウェハに用いる炭化ケイ素焼結体は
高純度であることが好ましく、高純度の炭化ケイ素焼結
体を得るためには、原料の炭化ケイ素粉末として、高純
度の炭化ケイ素粉体を用いればよい。

【００２１】高純度の炭化ケイ素粉末は、例えば、少な
くとも１種以上の液状のケイ素化合物を含むケイ素源
と、加熱により炭素を生成する少なくとも１種以上の液
状の有機化合物を含む炭素源と、重合又は架橋触媒と、
を均質に混合して得られた固形物を非酸化性雰囲気下で
焼成する焼成工程とを含む製造方法により得ることがで
きる。

【００２２】高純度の炭化ケイ素粉末の製造に用いられ
るケイ素化合物（以下、適宜、ケイ素源と称する）とし
ては、液状のものと固体のものとを併用することができ
るが、少なくとも一種は液状のものから選ばれなくては
ならない。液状のものとしては、アルコキシシラン（モ
ノ−、ジ−、トリ−、テトラ−）及びテトラアルコキシ
シランの重合体が用いられる。アルコキシシランの中で
はテトラアルコキシシランが好適に用いられ、具体的に
は、メトキシシラン、エトキシシラン、プロポキシシラ
ン、ブトキシシラン等が挙げられるが、ハンドリングの
点からはエトキシシランが好ましい。また、テトラアル
コキシシランの重合体としては、重合度が２〜１５程度
の低分子重量合体（オリゴマー）及びさらに重合度が高
いケイ酸ポリマーで液状のものが挙げられる。これらと
併用可能な固体状のものとしては、酸化ケイ素が挙げら
れる。本発明において酸化ケイ素とは、ＳｉＯの他、シ
リカゾル（コロイド状超微細シリカ含有液、内部にＯＨ
基やアルコキシル基を含む）、二酸化ケイ素（シリカゲ
ル、微細シリカ、石英粉体）等を含む。

【００２３】これらケイ素源のなかでも、均質性やハン
ドリング性が良好な観点から、テトラエトキシシランの
オリゴマー及びテトラエトキシシランのオリゴマーと微
粉体シリカとの混合物等が好適である。また、これらの
ケイ素源は高純度の物質が用いられ、初期の不純物含有
量が２０ｐｐｍ以下であることが好ましく、５ｐｐｍ以
下であることがさらに好ましい。

【００２４】また、高純度炭化ケイ素粉末の製造に使用
される加熱により炭素を生成する有機化合物としては、
液状のもの他、液状のものと固体のものとを併用するこ
とができ、残炭率が高く、且つ触媒若しくは加熱により
重合又は架橋する有機化合物、例えば、フェノール樹
脂、フラン樹脂、ポリイミド、ポリウレタン、ポリビニ
ルアルコール等の樹脂のモノマーやプレポリマーが好ま
しく、その他、セルロース、しょ糖、ピッチ、タール等
の液状物も用いられ、特にレゾール型フェノール樹脂が
好ましい。また、その純度は目的により適宜制御選択が
可能であるが、特に高純度の炭化ケイ素粉末が必要な場
合には、各金属を５ｐｐｍ以上含有していない有機化合
物を用いることが望ましい。

【００２５】本発明に使用される原料粉体である高純度
炭化ケイ素粉体を製造するにあたっての、炭素とケイ素
の比（以下、Ｃ／Ｓｉ比と略記）は、混合物を１０００
℃にて炭化して得られる炭化物中間体を、元素分析する
ことにより定義される。化学量論的には、Ｃ／Ｓｉ比が
３．０の時に生成炭化ケイ素中の遊離炭素が０％となる
はずであるが、実際には同時に生成するＳｉＯガスの揮
散により低Ｃ／Ｓｉ比において遊離炭素が発生する。こ
の生成炭化ケイ素粉体中の遊離炭素量が焼結体等の製造
用途に適当でない量にならないように予め配合を決定す
ることが重要である。通常、１気圧近傍で１６００℃以
上での焼成では、Ｃ／Ｓｉ比を２．０〜２．５にすると
遊離炭素を抑制することができ、この範囲を好適に用い
ることができる。Ｃ／Ｓｉ比を２．５以上にすると遊離
炭素が顕著に増加するが、この遊離炭素は粒成長を抑制
する効果を持つため、粒子形成の目的に応じて適宜選択
しても良い。但し、雰囲気の圧力を低圧又は高圧で焼成
する場合は、純粋な炭化ケイ素を得るためのＣ／Ｓｉ比
は変動するので、この場合は必ずしも前記Ｃ／Ｓｉ比の
範囲に限定するものではない。

【００２６】なお、遊離炭素の焼結の際の作用は、本発
明で用いられる炭化ケイ素粉体の表面に被覆された非金
属系焼結助剤に由来する炭素によるものに比較して非常
に弱いため、基本的には無視することができる。

【００２７】また、本発明においてケイ素源と加熱によ
り炭素を生成する有機化合物とを均質に混合した固形物
を得るために、ケイ素源と該有機化合物の混合物を硬化
させて固形物とすることも必要に応じて行われる。硬化
の方法としては、加熱により架橋する方法、硬化触媒に
より硬化する方法、電子線や放射線による方法が挙げら
れる。硬化触媒としては、炭素源に応じて適宜選択でき
るが、フェノール樹脂やフラン樹脂の場合には、トルエ
ンスルホン酸、トルエンカルボン酸、酢酸、しゅう酸、
塩酸、硫酸等の酸類、ヘキサミン等のアミン類等を用い
る。

【００２８】この原料混合固形物は必要に応じ加熱炭化
される。これは窒素又はアルゴン等の非酸化性雰囲気中
８００℃〜１０００℃にて３０分〜１２０分間該固形物
を加熱することにより行われる。

【００２９】さらに、この炭化物をアルゴン等の非酸化
性雰囲気中１３５０℃以上２０００℃以下で加熱するこ
とにより炭化ケイ素が生成する。焼成温度と時間は希望
する粒径等の特性に応じて適宜選択できるが、より効率
的な生成のためには１６００℃〜１９００℃での焼成が
望ましい。

【００３０】また、より高純度の粉体を必要とする時に
は、前述の焼成時に２０００〜２１００℃にて５〜２０
分間加熱処理を施すことにより不純物をさらに除去でき
る。

【００３１】以上より、特に高純度の炭化ケイ素粉末を
得る方法としては、本願出願人が先に特願平７−２４１
８５６号として出願した単結晶の製造方法に記載された
原料粉体の製造方法、即ち、高純度のテトラアルコキシ
シラン、テトラアルコキシシラン重合体、酸化ケイ素か
ら選択される１種以上をケイ素源とし、加熱により炭素
を生成する高純度有機化合物を炭素源とし、これらを均
質に混合して得られた混合物を非酸化性雰囲気下におい
て加熱焼成して炭化ケイ素粉体を得る炭化ケイ素生成工
程と、得られた炭化ケイ素粉体を、１７００℃以上２０
００℃未満の温度に保持し、該温度の保持中に、２００
０℃〜２１００℃の温度において５〜２０分間にわたり
加熱する処理を少なくとも１回行う後処理工程とを含
み、前記２工程を行うことにより、各不純物元素の含有
量が０．５ｐｐｍ以下である炭化ケイ素粉体を得るこ
と、を特徴とする高純度炭化ケイ素粉末の製造方法等を
利用することができる。

【００３２】本発明のウェハに好適に使用し得る炭化ケ
イ素焼結体を製造するにあたって、前記炭化ケイ素粉末
と混合されて用いられる非金属系焼結助剤としては、加
熱により炭素を生成する、所謂炭素源と称される物質が
用いられ、加熱により炭素を生成する有機化合物又はこ
れらで表面を被覆された炭化ケイ素粉末（粒径：０．０
１〜１μｍ程度）が挙げられ、効果の観点からは前者が
好ましい。

【００３３】また、本発明において、前記炭化ケイ素粉
末と混合される、加熱により炭素を生成する有機化合物
（以下、適宜、炭素源と称する）として用いられる物質
は、従来の焼結助剤に代えて、非金属系焼結助剤として
添加されることにより反応を促進させる機能を有する物
質であり、具体的には、残炭率の高いコールタールピッ
チ、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、フェ
ノキシ樹脂やグルコース等の単糖類、蔗糖等の少糖類、
セルロース、デンプン等の多糖類などの等の各種糖類が
挙げられる。これらは炭化ケイ素粉末と均質に混合する
という目的から、常温で液状のもの、溶媒に溶解するも
の、熱可塑性或いは熱融解性のように加熱することによ
り軟化するもの或いは液状となるものが好適に用いられ
るが、なかでも、得られる成形体の強度が高いフェノー
ル樹脂、特に、レゾール型フェノール樹脂が好適であ
る。

【００３４】この有機化合物は加熱されると粒子表面
（近傍）においてカーボンブラックやグラファイトの如
き無機炭素系化合物を生成し、焼結中に炭化ケイ素の表
面酸化膜を効率的に除去する焼結助剤として有効に作用
すると考えられる。なお、カーボンブラックやグラファ
イト粉末等従来より炭素系焼結助剤として知られている
ものを焼結助剤として添加しても、前記非金属系焼結助
剤を添加して得られるような本発明の効果を達成するこ
とはできない。

【００３５】本発明において、炭化ケイ素粉末と非金属
系焼結助剤との混合物を得る際に、非金属系焼結助剤を
溶媒に溶解又は分散させて混合することが好ましい。溶
媒は、非金属系焼結助剤として使用する化合物に対して
好適なもの、具体的には、好適な加熱により炭素を生成
する有機化合物であるフェノール樹脂に対しては、エチ
ルアルコール等の低級アルコール類やエチルエーテル、
アセトン等を選択することができる。また、この非金属
系焼結助剤及び溶媒についても不純物の含有量が低いも
のを使用することが好ましい。

【００３６】炭化ケイ素粉末と混合される非金属系焼結
助剤の添加量は少なすぎると焼結体の密度が上がらず、
多過ぎると焼結体に含まれる遊離炭素が増加するため高
密度化を阻害する虞があるため、使用する非金属系焼結
助剤の種類にもよるが、一般的には、１０重量％以下、
好ましくは２〜５重量％となるように添加量を調整する
ことが好ましい。この量は、予め炭化ケイ素粉末の表面
のシリカ（酸化ケイ素）量をフッ酸を用いて定量し、化
学量論的にその還元に充分な量を計算することにより決
定することができる。

【００３７】なお、ここでいう炭素としての添加量と
は、上記の方法により定量されたシリカが非金属系焼結
助剤に由来する炭素で、下記の化学反応式により還元さ
れるものとし、非金属系焼結助剤の熱分解後の残炭率
（非金属系焼結助剤中で炭素を生成する割合）などを考
慮して得られる値である。

【００３８】

【化１】ＳｉＯ₂ ＋３Ｃ → ＳｉＣ＋２ＣＯまた、本発明に係る炭化ケイ素焼結体においては、炭化
ケイ素焼結体中に含まれる炭化ケイ素に由来する炭素原
子及び非金属系焼結助剤に由来する炭素原子の合計が３
０重量％を超え、４０重量％以下であることが好まし
い。含有量が３０重量％以下であると、焼結体中に含ま
れる不純物の割合が多くなり、４０重量％を超えると炭
素含有量が多くなり得られる焼結体の密度が低下し、焼
結体の強度、耐酸化性等の諸特性が悪化するため好まし
くない。

【００３９】本発明に係わる炭化ケイ素焼結体を製造す
るにあたって、まず、炭化ケイ素粉末と、非金属系焼結
助剤とを均質に混合するが、前述の如く、非金属系焼結
助剤であるフェノール樹脂をエチルアルコールなどの溶
媒に溶解し、炭化ケイ素粉末と十分に混合する。混合は
公知の混合手段、例えば、ミキサー、遊星ボールミルな
どによって行うことができる。混合は、１０〜３０時
間、特に、１６〜２４時間にわたって行うことが好まし
い。十分に混合した後は、溶媒の物性に適合する温度、
例えば、先に挙げたエチルアルコールの場合には５０〜
６０℃の温度、で溶媒を除去し、混合物を蒸発乾固させ
たのち、篩にかけて混合物の原料粉体を得る。なお、高
純度化の観点からは、ボールミル容器及びボールの材質
を金属をなるべく含まない合成樹脂にする必要がある。
また、乾燥にあたっては、スプレードライヤーなどの造
粒装置を用いてもよい。

【００４０】本発明のダミーウェハを製造する製造方法
において必須の工程である焼結工程は、粉体の混合物又
は後記の成形工程により得られた粉体の混合物の成形体
を、温度２０００〜２４００℃、圧力３００〜７００ｋ
ｇｆ／ｃｍ²、非酸化性雰囲気下で成形金型中に配置
し、ホットプレスする工程である。

【００４１】ここで使用する成形金型は、得られる焼結
体の純度の観点から、成形体と金型の金属部とが直接接
触しないように、型の一部又は全部に黒鉛製等の材料を
使用するか、金型内にテフロンシート等を介在させるこ
とが好ましい。

【００４２】本発明においてホットプレスの圧力は３０
０〜７００ｋｇｆ／ｃｍ²の条件で加圧ことができる
が、特に、４００ｋｇｆ／ｃｍ²以上の加圧した場合に
は、ここで使用するホットプレス部品、例えば、ダイ
ス、パンチ等は耐圧性の良好なものを選択する必要があ
る。

【００４３】ここで、焼結工程を詳細に説明するが、焼
結体を製造するためのホットプレス工程の前に以下の条
件で加熱、昇温を行って不純物を十分に除去し、炭素源
の炭化を完全に行わせしめた後、前記条件のホットプレ
ス加工を行うことが好ましい。

【００４４】即ち、以下の２段階の昇温工程を行うこと
が好ましい。まず、炉内を真空下、室温から７００℃に
至るまで、緩やかに加熱する。ここで、高温炉の温度制
御が困難な場合には、７００℃まで昇温を連続的に行っ
てもよいが、好ましくは、炉内を１０^-4ｔｏｒｒにし
て、室温から２００℃まで緩やかに昇温し、該温度にお
いて一定時間保持する。その後、さらに緩やかに昇温を
続け、７００℃まで加熱する。さらに７００℃前後の温
度にて一定時間保持する。この第１の昇温工程におい
て、吸着水分や結合剤の分解が行われ、炭素源の熱分解
による炭化が行われる。２００℃前後或いは７００℃前
後の温度に保持する時間は結合剤の種類、焼結体のサイ
ズによって好適な範囲が選択される。保持時間が十分で
あるか否かは真空度の低下がある程度少なくなる時点を
めやすにすることができる。この段階で急激な加熱を行
うと、不純物の除去や炭素源の炭化が十分に行われず、
成形体に亀裂や空孔を生じさせる虞があるため好ましく
ない。

【００４５】一例を挙げれば、５〜１０ｇ程度の試料に
関しては、１０^-4ｔｏｒｒにして、室温から２００℃ま
で緩やかに昇温し、該温度において約３０分間保持し、
その後、さらに緩やかに昇温を続け、７００℃まで加熱
するが、室温から７００℃に至るまでの時間は６〜１０
時間程度、好ましくは８時間前後である。さらに７００
℃前後の温度にて２〜５時間程度保持することが好まし
い。

【００４６】真空中で、さらに７００℃から１５００℃
に至るまで、前記の条件であれば６〜９時間ほどかけて
昇温し、１５００℃の温度で１〜５時間ほど保持する。
この工程では二酸化ケイ素、酸化ケイ素の還元反応が行
われると考えられる。ケイ素と結合した酸素を除去する
ため、この還元反応を十分に完結させることが重要であ
り、１５００℃の温度における保持時間は、この還元反
応による副生物である一酸化炭素の発生が完了するま
で、即ち、真空度の低下が少なくなり、還元反応開始前
の温度である１３００℃付近における真空度に回復する
まで、行うことが必要である。この第２の昇温工程にお
ける還元反応により、炭化ケイ素粉体表面に付着して緻
密化を阻害し、大粒成長の原因となる二酸化ケイ素が除
去される。この還元反応中に発生するＳｉＯ、ＣＯを含
む気体は不純物元素を伴っているが、真空ポンプにより
これらの発生気体が反応炉へ絶えず排出され、除去され
るため、高純度化の観点からもこの温度保持を十分に行
うことが好ましい。

【００４７】これらの昇温工程が終了した後に、高圧ホ
ットプレスを行うことが好ましい。温度が１５００℃よ
り高温に上昇すると焼結が開始するが、その際、異常粒
成長を押さえるために３００〜７００ｋｇｆ／ｃｍ²程
度までをめやすとして加圧を開始する。その後、炉内を
非酸化性雰囲気とするために不活性ガスを導入する。こ
の不活性ガスとしては、窒素あるいは、アルゴンなどを
用いるが、高温においても非反応性であることから、ア
ルゴンガスを用いることが望ましい。

【００４８】炉内を非酸化性雰囲気とした後、温度を２
０００〜２４００℃、圧力３００〜７００ｋｇｆ／ｃｍ
²となるように加熱、加圧をおこなう。プレス時の圧力
は原料粉体の粒径によって選択することができ、原料粉
体の粒径が小さいものは加圧時の圧力が比較的小さくて
も好適な焼結体が得られる。また、ここで１５００℃か
ら最高温度である２０００〜２４００℃までへの昇温は
２〜４時間かけて行うが、焼結は１８５０〜１９００℃
で急速に進行する。さらに、この最高温度で１〜３時間
保持し、焼結を完了する。

【００４９】ここで最高温度が２０００℃未満であると
高密度化が不十分となり、２４００℃を超えると成形体
原料が昇華（分解）する虞があるため好ましくない。ま
た、加圧条件が５００ｋｇｆ／ｃｍ²未満であると高密
度化が不十分となり、７００ｋｇｆ／ｃｍ²を超えると
黒鉛型などの成形型の破損の原因となり、製造の効率か
ら好ましくない。

【００５０】この焼結工程においても、得られる焼結体
の純度保持の観点から、ここで用いられる黒鉛型や加熱
炉の断熱材等は、高純度の黒鉛原料を用いることが好ま
しく、黒鉛原料は高純度処理されたものが用いられる
が、具体的には、２５００℃以上の温度で予め十分ベー
キングされ、焼結温度で不純物の発生がないものが望ま
しい。さらに、使用する不活性ガスについても、不純物
が少ない高純度品を使用することが好ましい。

【００５１】本発明では、前記焼結工程を行うことによ
り優れた特性を有する炭化ケイ素焼結体が得られるが、
最終的に得られる焼結体の高密度化の観点から、この焼
結工程に先立って以下に述べる成形工程を実施してもよ
い。以下にこの焼結工程に先立って行うことができる成
形工程について説明する。ここで、成形工程とは、炭化
ケイ素粉末と、炭素源とを均質に混合して得られた原料
粉体を成形金型内に配置し、８０〜３００℃の温度範囲
で、５〜６０分間にわたり加熱、加圧して予め成形体を
調整する工程である。ここで、原料粉体の金型への充填
は極力密に行うことが、最終的な焼結体の高密度化の観
点から好ましい。この成形工程を行うと、ホットプレス
のために試料を充填する際に嵩のある粉体を予めコンパ
クトになしうるので、繰り返しにより高密度の成形体や
厚みの大きい成形体を製造し易くなる。

【００５２】加熱温度は、８０〜３００℃、好ましくは
１２０〜１４０℃の範囲、圧力６０〜１００ｋｇｆ／ｃ
ｍ²の範囲で、充填された原料粉体の密度を１．５ｇ／
ｃｍ ³以上、好ましくは、１．９ｇ／ｃｍ³以上とする
ようにプレスして、加圧状態で５〜６０分間、好ましく
は２０〜４０分間保持して原料粉体からなる成形体を得
る。ここで成形体の密度は、粉体の平均粒径が小さくな
る程高密度にしにくくなり、高密度化するためには成形
金型内に配置する際に振動充填等の方法をとることが好
ましい。具体的には、平均粒径が１μｍ程度の粉体では
密度が１．８ｇ／ｃｍ³以上、平均粒径が０．５μｍ程
度の粉体では密度が１．５ｇ／ｃｍ³以上であることが
より好ましい。それぞれの粒径において密度が１．５ｇ
／ｃｍ³又は１．８ｇ／ｃｍ³未満であると、最終的に
得られる焼結体の高密度化が困難となる。

【００５３】この成形体は、次の焼結工程に付す前に、
予め用いるホットプレス型に適合するように切削加工を
行うことができる。この成形体を前記の温度２０００〜
２４００℃、圧力３００〜７００ｋｇｆ／ｃｍ²、非酸
化性雰囲気下で成形金型中に配置し、ホットプレスする
工程即ち焼成工程に付して、高密度、高純度の炭化ケイ
素焼結体を得るものである。

【００５４】以上により生成した炭化ケイ素焼結体は、
十分に高密度化されており、密度は２．９ｇ／ｃｍ³以
上である。得られた焼結体の密度が２．９ｇ／ｃｍ³未
満であると、曲げ強度、破壊強度などの力学的特性や電
気的な物性が低下し、さらに、パーティクルが増大し、
汚染性が悪化するため好ましくない。炭化ケイ素焼結体
の密度は、３．０ｇ／ｃｍ³以上であることがより好ま
しい。

【００５５】また、得られた焼結体が多孔質体である
と、耐熱性、耐酸化性、耐薬品性や機械強度に劣る、洗
浄が困難である、微小割れが生じて微小片が汚染物質と
なる、ガス透過性を有する等の物性的に劣る点を有する
ことになり、用途が限定されるなどの問題点も生じてく
る。

【００５６】本発明で得られる炭化ケイ素焼結体の不純
物元素の総含有量は、５ｐｐｍ以下、好ましくは３ｐｐ
ｍ以下、より好ましくは１ｐｐｍ以下であるが、半導体
工業分野への適用の観点からは、これらの化学的な分析
による不純物含有量は参考値としての意味を有するに過
ぎない。実用的には、不純物が均一に分布しているか、
局所的に偏在しているかによっても、評価が異なってく
る。従って、当業者は一般的に実用装置を用いて所定の
加熱条件のもとで不純物がどの程度ウェハを汚染するか
を種々の手段により評価している。なお、液状のケイ素
化合物と、加熱により炭素を生成する液状の有機化合物
と、重合又は架橋触媒と、を均質に混合して得られた固
形物を非酸化性雰囲気下で加熱炭化した後、さらに、非
酸化性雰囲気下で焼成する焼成工程とを含む製造方法に
よれば、炭化ケイ素焼結体に含まれる不純物元素の総含
有量を１ｐｐｍ以下にすることができる。また、その
際、上記原料は得られる炭化ケイ素焼結体の所望の純度
に応じ、適当な純度の物質を選択する必要がある。ここ
で不純物元素とは、１９８９年ＩＵＰＡＣ無機化学命名
法改訂版の周期律表における１族から１６族元素に属
し、且つ、原子番号３以上であり、原子番号６〜８及び
同１４の元素を除く元素をいう。

【００５７】その他、本発明で得られる炭化ケイ素焼結
体の好ましい物性について検討するに、例えば、室温に
おける曲げ強度は５０．０〜６５．０ｋｇｆ／ｍｍ²、
１５００℃における曲げ強度は５５．０〜８０．０ｋｇ
ｆ／ｍｍ²、ヤング率は３．５×１０⁴〜４．５×１０
⁴、ビッカース硬度は２０００ｋｇｆ／ｍｍ²以上、ポ
アソン比は０．１４〜０．２１、熱膨張係数は３．８×
１０^-6〜４．２×１０ ^-6（℃^-1）、熱伝導率は１５０Ｗ
／ｍ・ｋ以上、比熱は０．１５〜０．１８ｃａｌ／ｇ・
℃、耐熱衝撃性は５００〜７００ΔＴ℃、比抵抗は１Ω
・ｃｍ以下であることが好ましい。

【００５８】上記の製造方法により得られた焼結体は、
必要に応じて、加工、研磨、洗浄等の処理を行なわれ
る。本発明のダミーウェハは、ホットプレス等により円
柱状試料（焼結体）を形成させ、これを径方向にスライ
ス加工することによって製造することができ、その加工
方法として、放電加工が好適に用いられる。

【００５９】本発明では、一例として、直径が１００〜
４００ｍｍ、厚みが０．５〜１．０ｍｍのダミーウェハ
を製造することができ、また、ウェハの表面粗さとし
て、研磨により用途に応じて、中心線平均粗さ（Ｒａ）
を０．０１〜１０μｍの範囲で調製することができる。

【００６０】上記の製造方法においては、前記加熱条件
を満たしうるものであれば、特に製造装置等に制限はな
く、焼結用の型の耐圧性を考慮すれば、公知の加熱炉内
や反応装置を使用することができる。

【００６１】本発明の原料粉体である炭化ケイ素粉体及
び原料粉体を製造するためのケイ素源と炭素源、さら
に、非酸化性雰囲気とするために用いられる不活性ガ
ス、それぞれの純度は、各不純物元素含有量５ｐｐｍ以
下であることが好ましいが、加熱、焼結工程における純
化の許容範囲内であれば必ずしもこれに限定するもので
はない。また、ここで不純物元素とは、１９８９年ＩＵ
ＰＡＣ無機化学命名法改訂版の周期律表における１族か
ら１６族元素に属し、且つ、原子番号３以上であり、原
子番号６〜８及び同１４の元素を除く元素をいう。

【００６２】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明
するが、本発明の主旨を超えない限り本実施例に限定さ
れるものではない。

【００６３】（実施例１）成形体の製造市販のβ型炭化ケイ素粉体（ＧｒａｄｅＢ−ＨＰ、
Ｈ．Ｃ．シュタルク社製、平均粒径２μｍ）１４１ｇと
含水率２０％の高純度液体レゾール型フェノール樹脂９
ｇをエタノール２００ｇに溶解したものとを、遊星ボー
ルミルで１８時間攪拌し、十分に混合した。その後、５
０〜６０℃に加温してエタノールを蒸発乾固させ、５０
０μｍの篩にかけて均質な炭化ケイ素原料粉体を得た。
この原料粉体１５ｇを金型に充填し１３０℃で２０分間
プレスして、密度２．２ｇ／ｃｍ³、外径約２００ｍ
ｍ、厚み約１００ｍｍの円柱状の成形体を得た。

【００６４】焼結体の製造この成形体を黒鉛製型に入れ、以下の条件でホットプレ
スを行った。ホットプレス装置としては、高周波誘導加
熱式１００ｔホットプレスを用いた。（焼結工程の条件）１０^-5〜１０^-4ｔｏｒｒの真空条件
下で、室温から７００℃まで６時間かけて昇温し、５時
間その温度に保持した。（第１の昇温工程）真空条件下で、７００℃〜１２００℃まで３時間で昇温
し、さらに、１２００℃〜１５００℃まで３時間で昇温
し、１時間その温度に保持した。（第２の昇温工程）さらに、５００ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力で加圧し、アルゴ
ン雰囲気下にて１５００℃〜２２００℃まで３時間で昇
温し、１時間その温度に保持した。（ホットプレス工
程）得られた焼結体の密度は３．１８ｇ／ｃｍ³、ビッカー
ス硬度は２５００ｋｇｆ／ｍｍ²、電気比抵抗は０．３
Ω・ｃｍであった。得られた焼結体を酸による加熱処理
で熱分解した後ＩＣＰ−質量分析及びフレームレス原子
吸光法で評価した結果を表１に示す。

【００６５】ダミーウェハの製造上記のように得られた焼結体を放電加工機で裁断加工
し、さらに切断面を研磨機で研磨することにより直径２
００ｍｍ、厚み０．６ｍｍのダミーウェハを得た。

【００６６】（実施例２）高純度炭化ケイ素粉末の製造シリカ含有率４０％の高純度エチルシリケートオリゴマ
ー６８０ｇと含水率２０％の高純度液体レゾール型フェ
ノール樹脂３０５ｇを混合し、触媒として高純度トルエ
ンスルホン酸２８％水溶液１３７ｇを加えて硬化乾燥
し、均質な樹脂状固形物を得た。これを窒素雰囲気下９
００℃で１時間炭化させた。得られた炭化物のＣ／Ｓｉ
は元素分析の結果２．４であった。この炭化物４００ｇ
を炭素製容器に入れ、アルゴン雰囲気下で１８５０℃ま
で昇温し１０分間保持した後２０５０℃まで昇温して５
分間保持してから降温して平均粒径１．３μｍの粉末を
得た。不純物含有量は各元素０．５ｐｐｍ以下となっ
た。

【００６７】成形体の製造上記方法により得られた高純度炭化ケイ素粉末１４１ｇ
と含水率２０％の高純度液体レゾール型フェノール樹脂
９ｇをエタノール２００ｇに溶解したものとを、遊星ボ
ールミルで１８時間攪拌し、十分に混合した。その後、
５０〜６０℃に加温してエタノールを蒸発乾固させ、５
００μｍの篩にかけて均質な炭化ケイ素原料粉体を得
た。この原料粉体１５ｇを金型に充填し１３０℃で２０
分間プレスして、密度２．１ｇ／ｃｍ³、外径約２００
ｍｍ、厚み約１００ｍｍの円柱状の成形体を得た。

【００６８】焼結体の製造この成形体を黒鉛製型に入れ、以下の条件でホットプレ
スを行った。ホットプレス装置としては、高周波誘導加
熱式１００ｔホットプレスを用いた。（焼結工程の条件）１０^-5〜１０^-4ｔｏｒｒの真空条件
下で、室温から７００℃まで６時間かけて昇温し、５時
間その温度に保持した。（第１の昇温工程）真空条件下で、７００℃〜１２００℃まで３時間で昇温
し、さらに、１２００℃〜１５００℃まで３時間で昇温
し、１時間その温度に保持した。（第２の昇温工程）さらに５００ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力で加圧し、アルゴン
雰囲気下にて１５００℃〜２２００℃まで３時間で昇温
し、１時間その温度に保持した。（ホットプレス工程）得られた焼結体の密度は３．１５ｇ／ｃｍ³、ビッカー
ス硬度は２６００ｋｇｆ／ｍｍ²、電気比抵抗は０．２
Ω・ｃｍであった。なお、不純物濃度を下記表１に示
す。

【００６９】また、実施例２による得られた焼結体につ
いて物性を詳細に測定した結果、前記以外の特性とし
て、室温における曲げ強度は５０．０ｋｇｆ／ｍｍ²、
１５００℃における曲げ強度は５０．０ｋｇｆ／ｍ
ｍ²、ヤング率は４．１×１０⁴、ポアソン比は０．１
５、熱膨張係数は３．９×１０^-6℃^-1、熱伝導率は２０
０Ｗ／ｍ・ｋ以上、比熱は０．１６ｃａｌ／ｇ・℃、耐
熱衝撃性は５３０ΔＴ℃であり、前記の好ましい物性を
全て満たしていることが確認された。

【００７０】ダミーウェハの製造上記のように得られた焼結体を放電加工機で裁断加工
し、さらに切断面を研磨機で研磨することにより直径２
００ｍｍ、厚み０．６ｍｍのダミーウェハを得た。

【００７１】（比較例１）成形体の製造市販のβ型炭化ケイ素粉体（ＧｒａｄｅＢ−ＨＰ、
Ｈ．Ｃ．シュタルク社製、平均粒径２μｍ）１４１ｇと
炭化ホウ素（Ｂ₄Ｃ）１．１ｇと含水率２０％の高純度
液体レゾール型フェノール樹脂９ｇをエタノール２００
ｇに溶解したものを、遊星ボールミルで１８時間攪拌
し、十分に混合した。その後、５０〜６０℃に加温して
エタノールを除去、蒸発乾固させ、５００μｍの篩にか
けて均質な炭化ケイ素原料粉体を得た。この原料粉体１
５ｇを金型に充填し１３０℃で２０分間プレスして、密
度２．２ｇ／ｃｍ³、外径約２００ｍｍ、厚み約１００
ｍｍの円柱状の成形体を得た。

【００７２】焼結体の製造この成形体を黒鉛製型に入れ、以下の条件でホットプレ
スを行った。ホットプレス装置としては、高周波誘導加
熱式１００ｔホットプレスを用いた。（焼結工程の条件）１０^-5〜１０^-4ｔｏｒｒの真空条件
下で、室温から７００℃まで６時間かけて昇温し、５時
間その温度に保持した。（第１の昇温工程）真空条件下で、７００℃〜１２００℃まで３時間で昇温
し、さらに、１２００℃〜１５００℃まで３時間で昇温
し、１時間その温度に保持した。（第２の昇温工程）さらに、１５０ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力で加圧し、アルゴ
ン雰囲気下にて１５００℃〜２２００℃まで３時間で昇
温し、１時間その温度に保持した。（ホットプレス工
程）得られた焼結体の密度は３．１８ｇ／ｃｍ³、ビッカー
ス硬度は２４００ｋｇｆ／ｍｍ²、電気比抵抗は１０⁸
Ω・ｃｍであった。不純物濃度を下記表１に示す。

【００７３】ダミーウェハの製造上記のように得られた焼結体を放電加工機で裁断加工
し、さらに切断面を研磨機で研磨することにより直径２
００ｍｍ、厚み０．６ｍｍのダミーウェハを得た。

【００７４】（比較例２）市販の高純度黒鉛製ダミーウ
ェハ（密度１．６５ｇ／ｃｍ³、ビッカース硬度３５０
ｋｇｆ／ｍｍ²、電気比抵抗２．４×１０^-3Ω・ｃｍ）
を使用した。

【００７５】これらの不純物濃度を下記表１に示す。（比較例３）市販のシリコンウェハ（密度２．３３ｇ／
ｃｍ³、ビッカース硬度５５０ｋｇｆ／ｍｍ²、電気比
抵抗１．３×１０^-2Ω・ｃｍ）を使用した。

【００７６】これらの不純物濃度を下記表１に示す。

【００７７】

【表１】

【００７８】上記実施例及び比較例のダミーウェハにつ
いて耐熱性、汚染性及び耐酸性を評価した。各評価法は
以下のとおりである。

【００７９】耐熱性ウェハボートに実施例及び比較例のダミーウェハをそれ
ぞれ５枚ずつ載置し、次いでこのウェハボートをバッチ
処理可能な拡散装置に装着して、内部温度を１２５０℃
まで昇温し、この温度を１０時間保持した後に、室温ま
で冷却した。このサイクルを１０回繰り返した後のダミ
ーウェハの変形度（％）［（試験後のダミーウェハの面
内うねり量）／（試験前のダミーウェハの面内うねり
量）×１００］を求めた。ここで、面内うねり量は、ウ
ェハの中心を通る第一の線（半径）に沿ってウェハをそ
の幅方向に切断したと想定した場合の第一の仮想切断面
の最も高い部分と最も低い部分の高低差を求め、同様に
ウェハの中心を通り且つ第一の線と直交する第二の線
（半径）に沿ってウェハをその幅方向に切断したと想定
した場合の第二の仮想切断面の最も高い部分と最も低い
部分の高低差を求めたときの、両者の平均値として求め
た。

【００８０】汚染性ウェハボートに実施例及び比較例のダミーウェハ２枚
を、シリコンウェハを挟持する形で載置し、次いでこの
ウェハボートをバッチ処理可能な拡散装置に装着して、
内部温度を１２５０℃まで昇温し、この温度を１０時間
保持した後に、室温まで冷却した。そして、ダミーウェ
ハに挟持されたシリコンウェハの表面より１μｍ以内で
の鉄の原子数を確認した。

【００８１】耐酸性ウェハボートに実施例及び比較例のダミーウェハをそれ
ぞれ５枚ずつ載置し、次いでこのウェハボートをバッチ
処理可能なＣＶＤ成膜装置に装着して、内部温度を８０
０℃まで昇温すると共に、モノシランガス及び酸素を装
置内に導入し、約１０時間の被膜形成処理を行った後、
各ダミーウェハを取出し、フッ酸をベースとする強酸で
酸化シリコン被膜を溶解させる洗浄処理を行った。この
作業を１０回実施した後のダミーウェハの重量損失
（％）［１−（試験後のダミーウェハの重量）／（試験
前のダミーウェハの重量）×１００］を求めた。

【００８２】評価結果を表２に示す。

【００８３】

【表２】

【００８４】前記の各実施例及び比較例に明らかなよう
に、本発明の方法により得られた実施例の炭化ケイ素焼
結体は、十分な密度を有し、不純物含有率も極めて低
く、耐熱性及び耐酸性に優れるものであった。また、実
施例の炭化ケイ素焼結体はウェハに対する汚染も少ない
ものであった。

【００８５】

【発明の効果】本発明によれば、耐熱性及び耐酸性に優
れ、汚染性の少ないダミーウェハを提供することができ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】密度が２．９ｇ／ｃｍ³以上であり、且
つ炭化ケイ素粉末と非金属系焼結助剤とが均質に混合さ
れた混合物を焼結することにより得られた炭化ケイ素焼
結体で形成されたことを特徴とするウェハ。
【請求項２】前記非金属系焼結助剤が、加熱により炭
素を生成する有機化合物であること、を特徴とする請求
項１に記載のウェハ。
【請求項３】前記非金属系焼結助剤が、炭化ケイ素粉
末表面を被覆していること、を特徴とする請求項１又は
２に記載のウェハ。
【請求項４】前記炭化ケイ素焼結体は前記混合物を非
酸化性雰囲気下でホットプレスすることにより得られた
ものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
１項に記載のウェハ。
【請求項５】前記炭化ケイ素粉末が、少なくとも１種
以上の液状のケイ素化合物を含むケイ素源と、加熱によ
り炭素を生成する少なくとも１種以上の液状の有機化合
物を含む炭素源と、重合又は架橋触媒とを混合して得ら
れた混合物を固化して固形物を得る固化工程と、得られ
た固形物を非酸化性雰囲気下で焼成する焼成工程とを含
む製造方法により得られたことを特徴とする請求項１乃
至４のいずれか１項に記載のウェハ。
【請求項６】前記炭化ケイ素焼結体に含まれる不純物
元素の総含有量が１ｐｐｍ以下であることを特徴とする
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のウェハ。