JP2000049098A - エピタキシャル成長炉 - Google Patents

エピタキシャル成長炉

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JP2000049098A JP10211028A JP21102898A JP2000049098A JP 2000049098 A JP2000049098 A JP 2000049098A JP 10211028 A JP10211028 A JP 10211028A JP 21102898 A JP21102898 A JP 21102898A JP 2000049098 A JP2000049098 A JP 2000049098A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウエハ表面へのパーティクル汚染の原
因となる反応生成物の堆積を防止し得る半導体ウエハ保
持機構を備えたエピタキシャル成長炉を提供すること。 【解決手段】 半導体ウエハの成長対象面を露呈させる
開口部と、半導体ウエハの成長対象表面側の周縁の面取
りテーパー面に全周に亘って係合する開口縁部と、半導
体ウエハの成長対象表面の裏面側でウエハ外周部と解除
可能に係合する複数の爪部とを有するウエハホルダを、
エピタキシャル成長炉に備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハの表
面にエピタキシャル層を形成するためのエピタキシャル
成長炉に関するものであり、詳しくは、炉内で半導体ウ
エハを保持するためのウエハホルダに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】現在、高温に加熱されたシリコン基板上
に水素キャリアにより、SiCl４ ，SiHCl３，SiH２Cl２
またはSiH４等のシリコンソースガスを供給し、基板上
でＨ−Ｓｉ−Ｃｌ系の反応を通じてシリコン単結晶を堆
積、成長させるＨ−Ｓｉ−Ｃｌ系ＣＶＤ（Chemical vap
or deposition)法がシリコンエピタキシャル成長方法と
して最も広く研究、応用されている。
【０００３】このようなエピタキシャル成長には、対象
となる半導体ウエハをシールドチャンバ内のサセプタ上
に保持し、例えば、ハロゲンランプや赤外線ランプ等に
よる輻射加熱方式で加熱しつつ材料ガスをチャンバ内に
送り込む構成を持った成長炉装置が用いられている。材
料ガスは、半導体ウエハの成長対象表面に供給され、そ
の表面上にエピタキシャル成長層が形成される。
【０００４】近年、半導体ウエハの大口径化に伴って、
反応炉の大型化も当然避けられないものとなっている。
そこで、大口径ウエハ用の成長炉としては枚葉式が一般
的となっている。これは、枚葉処理であるので反応室自
体はコンパクトにでき、また、加熱条件、ガス流分布等
の設計が容易でエピタキシャル膜特性の均一性を高くで
きる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】エピタキシャル成長層
はもちろん半導体ウエハの対象表面上に効率よく形成さ
れるのが望ましいが、実際は、チャンバ内で材料ガスに
触れるもの全ての面上に反応生成物の堆積が起こってし
まう。このような必要ない部分への反応生成物の堆積は
高品質のウエハ製造を妨げる原因になり得るものであ
る。
【０００６】特に、半導体ウエハの周辺のウエハ保持機
構の可動部にこの反応生成物の堆積が生じると、可動に
伴って生成物が剥離してウエハ表面上に落下し、パーテ
ィクル汚染となる場合がある。
【０００７】また、反応ガスが半導体ウエハの周縁から
ウエハの裏面側へ回り込んでしまうと、ウエハ裏面上に
エピタキシャル成長層が形成されてしまうだけでなく、
裏面側に配置されている加熱機構にも生成物が付着し、
エピタキシャル成長反応中でのウエハに対する加熱量に
変化が生じるなど、ウエハの品質を低下させる可能性も
あった。
【０００８】本発明は、上記問題点に鑑み、半導体ウエ
ハ表面へのパーティクル汚染の原因となる反応生成物の
堆積を防止し得る半導体ウエハ保持機構を備えたエピタ
キシャル成長炉の提供を目的とする。また、本発明は、
材料ガスのウエハ周縁から裏面側への回り込みを防止し
得る半導体ウエハ保持機構を備えたエピタキシャル成長
炉の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明に係るエピタキシャル成長炉
は、シールドチャンバ内で半導体ウエハの成長対象表面
に高温下で材料ガスを供給することにより前記表面にエ
ピタキシャル層を形成するためのエピタキシャル成長炉
において、前記半導体ウエハの成長対象表面を露呈させ
る開口部と、半導体ウエハの成長対象表面側の周縁の面
取りテーパー面に全周に亘って係合する開口縁部と、半
導体ウエハの成長対象表面の裏面側でウエハ外周部と解
除可能に係合する複数の爪部と、を有するウエハホルダ
を備えたものである。
【００１０】また、請求項２に記載の発明に係るエピタ
キシャル成長炉は、請求項１に記載のエピタキシャル成
長炉において、前記ウエハホルダの開口縁部は、半導体
ウエハの成長対象表面側の周縁の面取りテーパー面のみ
と全周に亘り接触するものである。
【００１１】また請求項３に記載の発明に係るエピタキ
シャル成長炉は、請求項１または請求項２に記載のエピ
タキシャル成長炉において、前記ウエハホルダの爪部
は、前記開口の中心方向に予め付勢するバネ手段と、該
バネ手段の付勢に抗して爪部を開放状態にロックするた
めの解除可能な操作機構とをさらに備えたものである。
【００１２】また、請求項４に記載の発明に係るエピタ
キシャル成長炉は、請求項１、請求項２または請求項３
に記載のエピタキシャル成長炉において、前記爪部が、
半導体ウエハの前記裏面側の周縁の面取りテーパー面に
対応する斜面部を有するものである。
【００１３】本発明においては、半導体ウエハをその表
面側周縁の面取りテーパー面に全周に亘って嵌合する開
口縁部で支持し、ウエハ裏面側の外周部を複数の爪部で
解除可能に係止することによって半導体ウエハを保持す
るウエハホルダを備えたものである。即ち、本発明にお
けるウエハ保持機構の可動部は爪部であり、この可動部
はウエハの裏面側のみに位置することになる。
【００１４】従って、本発明のエピタキシャル成長炉内
でウエハを保持するウエハホルダにおいては、可動部の
可動によって発塵が生じても、またこの可動部に反応生
成物が堆積したとしても、塵や剥離した反応生成物がウ
エハ表面上に落下して汚染することは回避される。
【００１５】本発明におけるウエハホルダにおいてウエ
ハ表面側の周縁面取りテーパー面を支持するのはウエハ
外周形状に合致嵌合する形状をもった開口縁部である
が、この開口縁部はウエハ表面側のテーパー面と全周接
触するものであるため、ホルダ開口は完全にウエハによ
って塞がれ、ホルダとウエハ周縁との間には実質的に隙
間がなくなる。
【００１６】従って、ウエハ表面側にのみ材料ガスを供
給する場合、ホルダとウエハ周縁との間を通って材料ガ
スがウエハ表面側から裏面側へ回り込むことはない。こ
のため、ウエハ裏面側へ回り込んだ材料ガスがウエハ裏
面付近に配置されている加熱機構に接触して反応生成物
を堆積することにより均一な加熱状態の維持を困難にす
ることもなく、ウエハの品質低下をまねく恐れもない。
【００１７】なお、材料ガスをウエハ表面側のみに供給
し、ホルダ外周縁からウエハ裏面側へ回り込むことがな
いような材料ガス供給の構成としては、例えば、チャン
バ内に互いに表面側が平行に対向するように２枚の半導
体ウエハを近接配置する構成とし、上下の給排気機構に
よってこの２枚のウエハ間にのみ材料ガスを層流として
流通させる構成が考えられる。さらに、これら２枚のウ
エハの全周を覆うことによって、周辺から隔離された独
立した反応空間を形成し、この反応空間内には専ら材料
ガスを流通させる構成としても良い。
【００１８】また、ホルダの開口縁部は、ウエハ表面側
の周縁面取りテーパー面のみと全周に亘って接触して支
持する形状とすることが好ましい。前記テーパー面のみ
との接触によってもウエハを表面側に開口を抜けること
なく支持することはでき、この場合、開口縁部はテーパ
ー面以外のウエハ表面の周辺に接触して覆うことがない
ため、エピタキシャル層を形成できるウエハ表面の有効
面積をより広くすることができるとともに、開口縁部の
周辺を覆う領域に反応生成物が堆積して汚染の原因とな
ることもない。
【００１９】また、本発明におけるウエハホルダの複数
の爪部の、裏面側でウエハ外周部と解除可能に係合する
構成としては、バネを利用したものが簡便である。即
ち、開口の中心方向に予付勢するバネ手段と、該バネ手
段の付勢に抗して爪部を開放状態にロックする解除可能
な操作機構である。
【００２０】半導体ウエハをホルダに保持する際には、
まず操作機構で各爪部をバネ手段の予付勢に対抗してホ
ルダ外周方向へ付勢した開放状態とし、ホルダの爪部を
備えた面（ホルダ裏面）側から開口を塞ぐように、且つ
ウエハ表面側の周縁面取りテーパ面を開口周縁に当接さ
せながら半導体ウエハを載置する。ウエハ載置後、各爪
部のホルダ外周方向への付勢をとけば、各爪部はバネ手
段の開口中心方向への付勢によってウエハ裏面側の周縁
を開口中心方向に押圧し、互いに挟み込んでウエハ保持
状態が得られる。
【００２１】なお、この複数の爪部によるウエハに対す
る押圧力は互いに均一に分散するように、爪部をホルダ
周上に等角度間隔で配置することが好ましい。これは、
不均一な複数の爪部による押圧は、半導体ウエハへ局所
的な加重が作用し、押圧方向がちょうどウエハの物性上
弱い部分に合致すると、半導体ウエハにストレスを与
え、その結果、エピタキシャル成長時の高温環境下にお
いては、結晶がすべり変形してウエハ表面に段差が生じ
る、所謂スリップ欠陥を誘発する恐れがあるためであ
る。
【００２２】さらに、爪部の配置は、半導体ウエハの機
械的強度が大きい部位に対してそれぞれ互いに均一な押
圧力が作用する位置および数とすることが最も望まし
い。例えば、半導体ウエハは結晶面（１００）で切り出
されたシリコンウエハ基板であるのが一般的であり、こ
の場合、表面の結晶方位＜１１０＞上の位置で機械的強
度が最も大きことが知られている。
【００２３】従って、ウエハホルダの各爪部の半導体ウ
エハに対する相対位置は、各爪部による押圧方向が半導
体ウエハ結晶方位＜１１０＞上に一致するホルダ周上の
４部位となるようにすれば、少なくとも物性上最も機械
的強度の大きい部位で半導体ウエハを押圧挟持すること
になるため、より安定に半導体ウエハを保持することが
できる。これは、特に重量の大きい大口径半導体ウエハ
に有利である。
【００２４】実際、半導体ウエハを保持するだけであれ
ば、２つの爪部で可能であるが、２点支持では自重によ
りウエハが撓み易く、特に大口径ウエハでは、顕著であ
る。そこで、本発明におけるウエハホルダでは、少なく
とも３つの爪部を有する構成とする。設計、製造上は、
この３つ或いは上記の如き４つの爪部を持つ構成が簡便
である。もちろん、５つ以上でもかまわないが、いずれ
にしてもホルダ周上に等角度間隔で配置する。
【００２５】なお、半導体ウエハの裏面側周縁にも面取
りテーパー面が形成されている場合は、各爪部の当接部
分にウエハのテーパー面に対応する斜面部を持つ形状と
することによって半導体ウエハの保持状態をより安定な
ものにできる。
【００２６】また、半導体ウエハの周縁を表面側と裏面
側から保持する構成を持つ本発明におけるウエハホルダ
は、半導体ウエハを縦置き（ウエハ表面を垂直方向に沿
って立てて置く）にできるため、ウエハの結晶欠陥の原
因となり得る自重による反りを防止でき、また１枚以上
の半導体ウエハの同時エピタキシャル成長処理が可能で
大口径ウエハに適すると思われる縦置き型に採用でき
る。
【００２７】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態として、バネ
式操作機構によって操作される複数の爪部を持つウエハ
ホルダを用い、半導体ウエハ２枚同時にエピタキシャル
層を形成できる構成を持つエピタキシャル成長炉を以下
の図１〜図４に示す。
【００２８】図１は、チャンバ内の所定位置に半導体ウ
エハが保持された状態のチャンバ内を半導体ウエハ裏面
側から見た概略正面図であり、図２は図１のチャンバを
側面側からみた中央断面図である。図３は本実施形態の
エピタキシャル成長炉に用いたウエハホルダの構成を示
すものであり、（ａ）は裏面側から見た平面図であり
（ｂ）は横断面図である。また図４はウエハホルダのバ
ネ式操作機構を示すものであり、（ａ）は裏面側から見
た部分拡大平面図であり（ｂ）は操作機構部分の部分断
面図であり、（ｃ）は爪部の動作を説明する模式図であ
る。
【００２９】本実施形態のエピタキシャル成長炉では、
図１および図２に示すように、一対の略円筒ドラム状の
サセプタ２がそれぞれ回転可能にチャンバ１内に支持さ
れている。この両サセプタ２の互いに対向する円筒ドラ
ムの一端側開口には、それぞれウエハ１０が成長対象表
面が互いに対向状態で露呈するようにウエハホルダ１１
を介して垂直方向に立てて保持される。ここでは、この
サセプタ開口周縁は、ウエハホルダ１１の外周形状に合
致し、このサセプタ開口を塞ぐようにウエハホルダ１１
の周辺部がロック機構Ｒによって解除可能に挟持される
ものとした。
【００３０】一方、サセプタ２の外周面上には、複数の
ベーンからなる回転用フィン３が取り付けられている。
このフィン３は、回転用ガス供給管４からベーンに吹き
付けられるガス供給によって回転し、フィン３の回転に
伴う円筒ドラム状のサセプタ２の水平軸回りの回転によ
ってウエハホルダ１１と共に垂直面内に保持されている
半導体ウエハ１０も水平軸回りに回転される。
【００３１】ウエハホルダ１１は、図３および図４に示
すように、中央に、ウエハ１０の成長対象表面を露呈す
る開口部を備えたリング形状のものである。開口縁部１
２は、ウエハ１０表面側の周縁の面取りテーパー面のみ
に全周接触状態で係合してウエハ１０が表面側に抜ける
のを阻止する形状となっている。従って、ウエハ１０
を、表面側周縁を開口縁部１２上に当接させてホルダ１
１上に載置することによって、ホルダ１１の開口部は隙
間なくウエハ１０に塞がれる。
【００３２】また、ホルダ１１のウエハ裏面側（ホルダ
裏面側とする）には、等角度間隔で４つの爪部操作機構
１２が設けられている。この操作機構１２は、それぞれ
爪部１４がバネ１６によってホルダ開口の中心方向に予
め付勢されており、この爪部１４をバネ１６の予付勢に
抗してホルダ外周方向に押し戻した状態でロックしてな
る開放状態が得られる構成となっている。各爪部１４
は、自由状態では先端部１５が開口縁部１２より内側に
突出している。
【００３３】従って、各爪部１４の開放状態においてウ
エハ１０をその表面側周縁を開口縁部１２に嵌合させて
ホルダ１１上に載置したのちに、各爪部１４のロックを
解除すると、再びバネ１６の付勢に従って各爪部１４の
先端部１５は開口中心方向に移動して互いにウエハ１０
の裏面側周縁を４つのウエハ周方向から中心に向かって
押圧挟持し、ウエハ１０の保持状態が得られる。なお、
本実施形態では、ウエハ１０のホルダ上１１の載置に当
たっては、各爪部１４の押圧方向と、ウエハ１０の機械
的強度の大きい方位、例えばウエハ１０の結晶方位＜１
１０＞上と一致するように位置決めするものとした。
【００３４】また、図４（ｃ）に示したようにウエハ１
０の裏面側周縁も面取りテーパー面が形成されている場
合には、爪先端部１５に前記テーパー面に対応する斜面
を形成することによってウエハ周縁に対してより安定な
係止状態が得られる。
【００３５】以上のように、それぞれウエハ１０を保持
している２組のホルダ１１を、それぞれチャンバ１内の
サセプタ２に取り付けることによって２枚のウエハ１０
をチャンバ１内に位置決め配置することができる。
【００３６】本実施形態においては、チャンバ１内に、
一対のウエハ１０の成長対象表面間に周囲から独立した
反応空間を形成する環状ハウジングＨが備えられてお
り、この反応空間内へ、チャンバ１上部からチャンバ１
内へ貫通挿入されている材料ガス供給管５からノズル６
を介して材料ガスが供給されている。また反応空間内に
供給された材料ガス流の下流は、ノズル７を介して吸引
されてガス排出管８からチャンバ１外へ排出される。
【００３７】なお、本実施形態では、環状ハウジングＨ
の内周領域で、ガス供給用ノズル６はウエハ１０のほぼ
上方半周に沿った円弧状のスリット孔を有し、ガス吸引
用ノズル７は、ほぼ残りの下方半周に沿った円弧状のス
リット孔を有ている。このようなガス供給用ノズル６と
ガス吸引用ノズル７との間の給排構造によって反応空間
内には上方から下方へ流通する材料ガスの層流が形成さ
れる。
【００３８】従って、この一対のウエハ１０の間の独立
した反応空間内に上方から材料ガスが供給されることに
よって両ウエハ１０の表面側のみにその表面に沿った材
料ガス層流が形成され、ウエハ裏面側へ材料ガスが回り
こむことはない。
【００３９】さらに、本実施形態のウエハホルダ１１
は、開口周縁１２でウエハ１０の周縁を全周接触で支持
しているため、ウエハ１０とホルダ１１との間にはウエ
ハ裏面側へ材料ガスが回り込めるような間隙は存在しな
い。
【００４０】エピタキシャル成長過程においては、チャ
ンバ１の外側に配置されているヒータ９によってチャン
バ壁を介して各ウエハ１０の裏面側へ輻射熱を照射して
加熱されているが、本実施形態においては、上記の如く
ウエハ裏面側に材料ガスが回ってチャンバ１のウエハ裏
面側領域に相当する内壁に反応生成物が堆積することが
ないため、成長反応が行われている間中、常に一定の輻
射熱照射量が維持され、加熱量の変化に起因するウエハ
の品質低下は回避される。
【００４１】以上のように、本実施形態におけるウエハ
ホルダによれば、半導体ウエハを保持するための可動部
である爪部の操作機構は、ウエハの裏面側に存在するた
め、材料ガスをウエハ表面側のみに流通させれば操作機
構部分に材料ガスが触れることなく、パーティクル汚染
の原因となり得る反応生成物の堆積は生じない。
【００４２】また、もしこの操作機構部分に反応生成物
が堆積したとしても、ウエハ取り外し等の操作時に反応
生成物が剥離してもウエハの表面側にパーティクルとし
て落下してエピタキシャル層形成ウエハを汚染すること
はない。また、操作機構に可動によって生じる発塵もウ
エハ表面側に落下することはない。
【００４３】なお、上記実施の形態のウエハホルダにお
いては、４つの爪部およびの操作機構を備えたものを示
したが、本発明はこれに限定されるものではなく、３つ
以上の爪部がホルダ上で互いに等角度間隔をもって配置
される構成であれば良い。
【００４４】また、上記実施形態では、反応空間内に供
給される材料ガスの流通はチャンバ上方から下方へ向か
う構成としたが、もちろん下方から上方へ向かう流れと
する構成も可能である。
【００４５】また、フィン３を回転させるためのガスに
は、エピタキシャル成長反応の基準ガスである水素ガス
あるいは不活性ガスを利用できる。また、この回転用ガ
スを円筒ドラム状のサセプタ２の冷却に兼用すれば、サ
セプタ２を低温維持できるので、サセプタ（ドラム）内
という非常にウエハ１０に近接した位置にヒータを配置
でき、効率的なウエハ１０の加熱ができるとともに装置
構成全体をコンパクト化できる。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明では、ウエ
ハを保持するウエハホルダの可動部がウエハ裏面側に存
在するため、可動部に反応生成物が堆積してもこれがエ
ピタキシャル成長層の形成されたウエハ表面上に落下し
て汚染することは回避されるという効果がある。
【００４７】また、ウエハホルダの開口周縁をウエハ周
縁に全接触状態で嵌合係止する構成とすることによっ
て、ウエハとホルダとの間に間隙をなくし、材料ガスが
ウエハ裏面側へ回り込むことを防止でき、ウエハ裏面側
の加熱機構等に反応生成物が堆積してウエハの品質低下
の原因となる成長反応過程における加熱の不均一等の問
題も回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態としてのエピタキシャル
成長炉のチャンバ内をウエハ裏面側から見た概略正面図
である。
【図２】図１のチャンバ内を側面側から見たたて断面図
である。
【図３】本発明のエピタキシャル成長炉に用いたウエハ
ホルダの構成図であり（ａ）は裏面側から見た平面図で
あり、（ｂ）は横断面図である。
【図４】図３のウエハホルダの爪部操作機構の構成図で
あり（ａ）はホルダ裏面側から見た部分拡大平面図であ
り（ｂ）は横部分断面図、（ｃ）は爪部付近の横断面拡
大図である。
【符号の説明】
１：チャンバ ２：サセプタ ３：回転用フィン ４：回転用ガス供給管 ５：材料ガス供給管 ６：ノズル（材料ガス供給用） ７：ノズル（ガス吸引用） ８：ガス排気管 ９：ヒーター １０：半導体ウエハ １１：ウエハホルダ １２：開口周縁 １３：操作機構 １４：爪部 １５：先端部 １６：バネ Ｈ：環状ハウジング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黛 雅典 群馬県安中市中野谷555番地の１ 株式会 社スーパーシリコン研究所内 (72)発明者 井上 和俊 群馬県安中市中野谷555番地の１ 株式会 社スーパーシリコン研究所内 (72)発明者 儀間 真敏 群馬県安中市中野谷555番地の１ 株式会 社スーパーシリコン研究所内 Ｆターム(参考） 4K030 AA06 CA04 CA12 FA10 GA02 5F045 DP04 DP28 DQ10 EM03 EM10

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 反応チャンバ内で半導体ウエハの成長対
    象表面に高温下で材料ガスを供給することにより前記表
    面にエピタキシャル層を形成するためのエピタキシャル
    成長炉において、 前記半導体ウエハの成長対象表面を露呈させる開口部
    と、半導体ウエハの成長対象表面側の周縁の面取りテー
    パー面に全周に亘って係合する開口縁部と、半導体ウエ
    ハの成長対象表面の裏面側でウエハ外周部と解除可能に
    係合する複数の爪部と、を有するウエハホルダを備えた
    ことを特徴とするエピタキシャル成長炉。
  2. 【請求項２】 前記ウエハホルダの開口縁部は、半導体
    ウエハの成長対象表面側の周縁の面取りテーパー面のみ
    と全周に亘り接触するものであることを特徴とする請求
    項１に記載のエピタキシャル成長炉。
  3. 【請求項３】 前記ウエハホルダの爪部は、前記開口の
    中心方向に予め付勢するバネ手段と、該バネ手段の付勢
    に抗して爪部を開放状態にロックするための解除可能な
    操作機構とを更に備えたことを特徴とする請求項１また
    は請求項２に記載のエピタキシャル成長炉。
  4. 【請求項４】 前記爪部が、半導体ウエハの前記裏面側
    の周縁の面取りテーパー面に対応する斜面部を有するこ
    とを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３に記
    載のエピタキシャル成長炉。
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