JP2005235906A - ウェーハ保持具及び気相成長装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、気相成長後のシリコンエピタキシャルウェーハの裏面に発生する傷を低減することのできるウェーハ保持具及び気相成長装置を提供する。
【解決手段】ウェーハ保持具３０は、シリコンエピタキシャルウェーハＷの主裏面を保持しながら該シリコンエピタキシャルウェーハＷを反応室１１から搬出するものであり、座ぐり３２は、水平面に対して座ぐり３２の外周側から中央側に向かって低くなるように傾斜した支持面３２２を有し、支持面３２２でシリコンエピタキシャルウェーハＷの裏面側の外周縁を支持する。
【選択図】図３

Description

本発明は、シリコンエピタキシャルウェーハを搬出するウェーハ保持具及び気相成長装置に関する。

シリコンエピタキシャルウェーハは、シリコン単結晶基板の表面に、シリコンエピタキシャル層を気相成長させることによって製造することができる。このような気相エピタキシャル成長は、例えば、枚葉式の気相成長装置によって行われることが知られている。
枚葉式の気相成長装置は、シリコン単結晶基板を１枚ずつ処理する装置であり、シリコン単結晶基板を１枚載置するためのサセプタを内部に有し、周囲にハロゲンランプ等からなる加熱装置を有する透光性の反応室と、該反応室のサセプタ上にシリコン単結晶基板を載置するハンドラ（handler）等の搬送手段とを備えて概略構成されている。
この気相成長装置によって気相成長する場合は、反応室外からハンドラのブレード(blade)によってシリコン単結晶基板の主裏面を保持して反応室内のサセプタに１枚載置し、加熱装置によってシリコン単結晶基板を加熱する。そして、反応室内にシリコン原料ガスやドーパントガスを、所定時間、所定の流量で供給することによりシリコンエピタキシャル層を形成しシリコンエピタキシャルウェーハとする。得られたシリコンエピタキシャルウェーハは、再び主裏面がハンドラのブレードによって保持されながら反応室外に搬出される。
このようなハンドラのブレード１００は、図４に示すように、シリコンエピタキシャルウェーハＷを位置決め状態で配置するための座ぐり１０１を有している。座ぐり１０１は、平坦で環状の支持面を有する外周側座ぐり部１０２と、この外周側座ぐり部１０２よりも窪んだ状態に形成された中央側座ぐり部１０３とを有している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１５１５６７号公報

しかしながら、気相成長後に上記反応室外に搬出されたシリコンエピタキシャルウェーハは、ブレードの外周側座ぐり部と接触する裏面に傷が発生しやすい。
本発明は、シリコンエピタキシャルウェーハの裏面に発生する傷を低減することのできるウェーハ保持具及び気相成長装置を提供することを課題としている。

反応室外に搬出されたシリコンエピタキシャルウェーハの裏面に傷が発生するのは、以下の理由に依ると考えられる。
気相成長後のシリコンエピタキシャルウェーハを反応室から搬出する温度は、例えば、約６００℃〜９００℃と高温環境下で行われるものが多い。一方、従来のハンドラのブレードは、ほぼ室温であるため、約６００℃〜９００℃に加熱されたシリコンエピタキシャルウェーハを搬出する際に、ブレードが接触することによりシリコンエピタキシャルウェーハが冷却されて上に凸となるように反る。その後、搬送中に徐々に冷却されることによってシリコンエピタキシャルウェーハは平坦な状態となる。
ここで、オートドープの発生防止として、シリコン単結晶基板の主裏面に常圧ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition；化学的気相成長)法によるシリコン酸化膜（以下、単にＣＶＤ酸化膜という）を形成する場合があるが、このように裏面にＣＶＤ酸化膜が形成されたシリコン単結晶基板に、シリコンエピタキシャル層が気相成長されたシリコンエピタキシャルウェーハは、常温で下に凸となるように反り易いという特性がある。そのため、裏面にＣＶＤ酸化膜が形成されたシリコンエピタキシャルウェーハの場合は、一旦、上述のように冷却されて平坦な状態となった後に、さらに下に凸となるように反る。
このようにシリコンエピタキシャルウェーハが平坦な状態からさらに下に凸となるように形状が変化する際に、シリコンエピタキシャルウェーハの裏面が、ブレード１００の外周側座ぐり部１０２と中央側座ぐり部１０３との間に形成される角部分に接触することによって傷が形成される。

そこで、上記課題を解決するため、本発明に係るウェーハ保持具は、シリコンエピタキシャルウェーハの主裏面を保持しながら該シリコンエピタキシャルウェーハを反応室から搬出するウェーハ保持具であって、
下に凸の曲面形状を有する前記シリコンエピタキシャルウェーハを支持する座ぐりを備え、
前記座ぐりは、水平面に対して前記座ぐりの外周側から中央側に向かって低くなるように傾斜した支持面を有し、前記支持面で前記シリコンエピタキシャルウェーハの裏面側の外周縁を支持することを特徴としている。

本発明のウェーハ保持具によれば、シリコンエピタキシャルウェーハを支持する座ぐりを備え、座ぐりは、水平面に対して前記座ぐりの外周側から中央側に向かって低くなるように傾斜した支持面となるので、従来、外周側座ぐり部と中央側座ぐり部との間に形成されていた角部分をなくすことが可能となる。これにより、シリコンエピタキシャルウェーハの裏面が前記角部分と接触することがなくなるので、裏面に傷が発生するのを防ぐことができる。

特に、前記傾斜した支持面は、前記シリコンエピタキシャルウェーハの裏面側面取り部と接触していることが好ましい。

この場合、シリコンエピタキシャルウェーハは気相成長後冷却されることによって下に凸となる際に、支持面がシリコンエピタキシャルウェーハの裏面に接触しなくなり、シリコンエピタキシャルウェーハの裏面に傷が発生するのを確実に防ぐことができる。
前記シリコンエピタキシャルウェーハの裏面側面取り部と前記支持面が接触する位置における前記支持面の傾斜角度が水平面に対して０．２〜２２°であって、かつ前記シリコンエピタキシャルウェーハの裏面側面取り部と前記支持面が接触する位置と前記ウェーハ保持具の底部表面との間隔が０．３ｍｍ以上であることが好ましい。
このように、シリコンエピタキシャルウェーハの裏面側面取り部と支持面が接触する位置における支持面の傾斜角度が水平面に対して０．２°以上あり、かつシリコンエピタキシャルウェーハの裏面側面取り部と支持面が接触する位置とウェーハ保持具の底部表面との間隔が０．３ｍｍ以上であれば、支持面とシリコンエピタキシャルウェーハの主裏面との接触を確実に防止することができる。また、シリコンエピタキシャルウェーハの裏面側面取り部と支持面が接触する位置において支持面の傾斜角度が水平面に対して２２°以下であれば支持面とシリコンエピタキシャルウェーハの接触部を確実に裏面側面取り部とすることができる。

また、前記シリコン単結晶基板の主裏面にはＣＶＤ酸化膜が形成されていることが好ましい。このようにシリコン単結晶基板の主裏面にＣＶＤ酸化膜を形成することによって、シリコン単結晶基板の主裏面からのオートドープの影響を防止することができる。

本発明に係る気相成長装置は、前記ウェーハ保持具を備えていることを特徴としている。

本発明によれば、水平面に対して座ぐりの外周側から中央側に向かって低くなるように傾斜した支持面が、シリコンエピタキシャルウェーハの裏面側の外周縁部を支持するので、シリコンエピタキシャルウェーハが気相成長後冷却されることによって下に凸となる際に、支持面がシリコンエピタキシャルウェーハの裏面側面取り部と接触するようになり、支持面はシリコンエピタキシャルウェーハの裏面と接触しなくなるので、裏面に傷が発生するのを防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は、本発明に係る気相成長装置の反応室の模式的な正面断面図、図３(a)は本発明に係るウェーハ保持具の平断面図、図３(b)はウェーハ保持具の縦断面図、図３(c)はウェーハ保持具の横断面図である。
まず、本発明に係るウェーハ保持具を備えた気相成長装置の構成について説明する。ここでは、気相成長装置の好適な一例として、枚葉式の気相成長装置としての機能を備えたものについて説明する。
なお、本実施の形態では、下に凸となる曲面形状を有するシリコン単結晶基板として、主裏面にＣＶＤ酸化膜を形成した基板に対してシリコンエピタキシャル層を気相成長させ、シリコンエピタキシャルウェーハを製造する場合を例に挙げる。

図１及び図２に示すように、気相成長装置１は、シリコン単結晶基板Ｗが内部に配されて、該シリコン単結晶基板Ｗにシリコンエピタキシャル層を気相成長させる反応室１１と、反応室１１から気相成長後のシリコンエピタキシャルウェーハＷを保持し搬出する本発明のウェーハ保持具３０（図３参照）とを備えている。

反応室１１の内部には、シリコン単結晶基板Ｗを上面で支持するサセプタ２０が設けられている。
また、反応室１１には、該反応室１１内に原料ガス（例えば、トリクロロシラン）及びキャリアガス（例えば、水素）を含む気相成長用ガスをサセプタ２０の上側の領域に導入してサセプタ２０上のシリコン単結晶基板Ｗの主表面上に供給する気相成長用ガス導入管１５が設けられている。
また、反応室１１のうちの、気相成長用ガス導入管１５が設けられた側と同じ側には、反応室１１内にパージガス（例えば、水素）をサセプタ２０の下側の領域に導入するパージガス導入管１６が設けられている。
さらに、反応室１１のうちの、気相成長用ガス導入管１５及びパージガス導入管１６が設けられた側と反対側には、反応室１１内のガス（気相成長用ガス及びパージガス）が排気される排気管１７が設けられている。
また、反応室１１の外部には、該反応室１１を上側と下側とから加熱する加熱装置１４a、１４bが設けられている。加熱装置１４a、１４bとしては、例えば、ハロゲンランプ等が挙げられる。

サセプタ２０は、例えば炭化ケイ素で被覆されたグラファイトにより構成されている。このサセプタ２０は、例えば略円板状に形成され、その主表面には、該主表面上にシリコン単結晶基板Ｗを位置決めするための平面視略円形状の凹部である座ぐり２１が形成されている。
座ぐり２１の底面には、座ぐり２１に載置されたシリコン単結晶基板Ｗを裏面から支持するとともに、シリコン単結晶基板Ｗを上下方向に移動するためのリフトピン１３が挿通されるリフトピン用孔部２２が形成されている。

リフトピン１３は、丸棒状に形成された胴体部１３aと、該胴体部１３aの上端部に形成されてシリコン単結晶基板Ｗを支持する頭部１３bとを備えている。頭部１３bは、シリコン単結晶基板Ｗを支持しやすいように胴体部１３aの径に比べて大きく形成されている。

また、サセプタ２０の裏面には、該裏面からサセプタ２０を支持するサセプタ支持部材１２が設けられている。このサセプタ支持部材１２は、矢印Ａで示す上下方向に移動可能で、かつ、矢印Ｂで示す方向に回転可能とされている。サセプタ支持部材１２の先端部には、放射状に分岐した複数の支持アーム１２aが設けられている。
そして、支持アーム１２aの先端部は、サセプタ２０をその上面が略水平となるようにサセプタ２０の裏面に形成された凹部２３に嵌合されている。また、支持アーム１２aには、リフトピン１３の胴体部１３aが貫通する貫通孔１２bが形成されている。

本発明に係るウェーハ保持具３０は、いわゆるハンドラ（図示しない）と言われる搬送手段に備えられており、支点部を軸に水平方向に回動可能な棒状の回動部材（図示しない）の一端に設けられ、シリコン単結晶基板ＷあるいはシリコンエピタキシャルウェーハＷの主裏面の一部を保持する。
また、ウェーハ保持具３０は、図３(a)〜(c)に示すように、長手方向両端部に平断面視コ字型状の切欠部３０a、３０bがそれぞれ形成された平断面視略Ｈ型の板状をなしており、透明石英製である。
ウェーハ保持具３０の一方の端部には、回動部材との接続部３１が設けられており、他方の端部の縁部は円弧状に形成されている。また、ウェーハ保持具３０の他方の端部側の切欠部３０bは、一方の端部側の切欠部３０aよりも大きく形成されており、他方の端部側に形成された切欠部３０b内、及び、ウェーハ保持具３０の短手方向の両外側には、上述のリフトピン１３が配置されるようになっている。
さらに、ウェーハ保持具３０の中央には、シリコン単結晶基板Ｗ又はシリコンエピタキシャルウェーハＷを支持する座ぐり３２を備えている。

座ぐり３２は、水平面に対して、前記座ぐり３２の外周側から中央側に向かって低くなるように傾斜した支持面３２２と、座ぐり３２の中央に位置し、略水平な面を有する底部３２１とを備えている。

また、シリコンエピタキシャルウェーハＷの裏面側面取り部と支持面３２２が接触する位置における支持面３２２の傾斜角度が水平面に対して０．２〜２２°であって、かつシリコンエピタキシャルウェーハＷの裏面側面取り部と支持面３２２が接触する位置とウェーハ保持具３０の底部３２１表面との間隔ｄが０．３ｍｍ以上であることが好ましい。
シリコンエピタキシャルウェーハＷが気相成長後冷却されることによって、下に凸となるシリコンエピタキシャルウェーハＷの反り量は、直径２００ｍｍの場合最大０．３ｍｍに達する。このときシリコンエピタキシャルウェーハＷの裏面側面取り部と支持面３２２との接触部における水平面に対するシリコンエピタキシャルウェーハＷの傾斜角度は０．２°に相当する。従って、シリコンエピタキシャルウェーハＷの裏面側面取り部と支持面３２２が接触する位置における支持面３２２の傾斜角度が水平面に対して０．２°以上であって、かつシリコンエピタキシャルウェーハＷの裏面側面取り部と支持面３２２が接触する位置とウェーハ保持具３０の底部３２１表面との間隔ｄが０．３ｍｍ以上あれば、シリコンエピタキシャルウェーハＷが支持面３２２又は底部３２１と接触することを防止することができる。
また、シリコンエピタキシャルウェーハＷに反りがない場合、シリコンエピタキシャルウェーハＷの裏面側面取り部が支持面３２２と接触することのできる支持面３２２の水平面に対する最大傾斜角度は２２°である。従って、シリコンエピタキシャルウェーハＷの裏面側面取り部と支持面３２２が接触する位置において支持面３２２の傾斜角度が水平面に対して２２°以下であれば、支持面３２２とシリコンエピタキシャルウェーハＷの接触部を確実に裏面側面取り部とすることができる。

また、支持面３２２のうち、シリコンエピタキシャルウェーハＷの少なくとも裏面側の外周縁に接触するエッジ部分３２３、すなわち、幅方向に位置する両側縁部及び切欠部３０a、３０bを形成する縁部（平断面視コ字型部分）が曲面形状に形成されている（図３(a)中、斜線部分で示した箇所）。

また、底部３２１には、シリコンエピタキシャルウェーハＷの主裏面を保持した際の空気抜きとしての平断面視だるま形状の空気抜き用穴３２４が形成されている。

次に、上述した構成の気相成長装置１を用いて、シリコン単結晶基板Ｗにシリコンエピタキシャル層を気相成長することによってシリコンエピタキシャルウェーハＷを製造する方法について説明する。
まず、主裏面にＣＶＤ酸化膜が形成された未処理のシリコン単結晶基板Ｗの主裏面をハンドラのウェーハ保持具３０によって保持させて、回動部材の収縮・回動によってウェーハ保持具３０を反応室１１のサセプタ２０上に移動する。
ここで、図２に示すように、サセプタ支持部材１２を下降させることによってサセプタ２０を下降させ、リフトピン１３を、サセプタ２０に対して相対的に上昇させておく。この状態で、ハンドラのウェーハ保持具３０を２つのリフトピン１３の間に挿入させ、かつ、ウェーハ保持具３０の前記切欠部３０b内に１つのリフトピン１３を挿入させて、上面で保持したシリコン単結晶基板Ｗを各リフトピン１３の頭部１３b上に搭載して、シリコン単結晶基板Ｗの主表面を上にして支持させる。

次いで、ハンドラを待避させる一方で、図１に示すようにサセプタ支持部材１２を上昇させることによってサセプタ２０を上昇させ、リフトピン１３を、サセプタ２０に対して相対的に下降させる。このサセプタ２０上昇の過程で、座ぐり２１の底面がシリコン単結晶基板Ｗの主裏面に到達すると、それまでリフトピン１３の頭部１３b上に支持されていたシリコン単結晶基板Ｗが座ぐり２１の底面に支持された状態へと移行する。

次に、反応室１１内のシリコン単結晶基板Ｗに水素雰囲気下で熱処理を施して、シリコン単結晶基板Ｗの主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させる。
すなわち、サセプタ支持部材１２を鉛直軸回りに回転駆動させることによりサセプタ２０及びシリコン単結晶基板Ｗを回転させる。そして、加熱装置１４a、１４bに電力を供給し、サセプタ２０上のシリコン単結晶基板Ｗを所望の温度（例えば、１１００℃〜１２００℃）に加熱し、この温度を保持するとともに、気相成長用ガス導入管１５を介してシリコン単結晶基板Ｗの主表面上に気相成長用ガスを略水平に供給する。一方、パージガス導入管１６を介してサセプタ１１の下側に水素ガスを導入する。したがって、気相成長中、サセプタ２０の上側には気相成長用ガス流が、下側にはパージガス流がそれぞれサセプタ２０及びシリコン単結晶基板Ｗと略平行に形成される。
このようにシリコン単結晶基板Ｗの主表面上にシリコンエピタキシャル層を形成してシリコンエピタキシャルウェーハＷを製造する。気相成長後、加熱装置１４a、１４bの出力を止め、加熱処理を終了する。

上記気相成長工程後、回動部材を収縮・回動させて、ウェーハ保持具３０をシリコンエピタキシャルウェーハＷの位置へ移動させて、ウェーハ保持具３０でシリコンエピタキシャルウェーハＷの主裏面を保持する。
ここで、予めサセプタ２０の回転を止めた後に、図２に示すようにサセプタ支持部材１２を下降させて、各リフトピン１３を互いに略等量だけサセプタ２０上方に突出させ、これによってシリコンエピタキシャルウェーハＷをサセプタ２０の座ぐり２１上方に上昇させておく。そして、この状態で、ハンドラのウェーハ保持具３０を座ぐり２１とシリコンエピタキシャルウェーハＷとの間に挿入させて、ウェーハ保持具３０でシリコンエピタキシャルウェーハＷの主裏面の一部に接触して保持する。

上記保持工程後、反応室１１からシリコンエピタキシャルウェーハＷをハンドラによって搬出する。
搬出されたシリコンエピタキシャルウェーハＷは、例えばロードロック室（図示しない）のカセット内へと収納され、収納後、ハンドラは元の所定の位置に戻る。

以上のように反応室１１から取り出されたシリコンエピタキシャルウェーハＷは約６００〜９００℃に加熱されていることから、ウェーハ保持具３０に接触することによって冷却されて上に凸となるように反る。その後、搬送中に徐々に冷却されて一旦、平坦な状態となり、さらに下に凸となるように形状が変化する。
一方、ウェーハ保持具３０の支持面３２２は座ぐり３２の外周側から中央側に向かって低くなるように傾斜しており、支持面３２２でシリコンエピタキシャルウェーハＷの裏面側の外周縁を支持するので、シリコンエピタキシャルウェーハＷは平坦な状態から下に凸となるように形状が変化する際に、支持面３２２がシリコンエピタキシャルウェーハＷの裏面側面取り部と接触する。よって、支持面３２２はシリコンエピタキシャルウェーハＷの裏面と接触しなくなり、裏面に傷が発生するのを防ぐことができる。

また、支持面３２２のうち、シリコンエピタキシャルウェーハＷの少なくとも裏面側の外周縁に接触するエッジ部分３２３が曲面形状に形成されているので、エッジ部分３２３にシリコンエピタキシャルウェーハＷが接触した場合でも、シリコンエピタキシャルウェーハＷの裏面に傷が発生することがない。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本発明の気相成長装置１は、上述した枚葉式に限定されるものではなく、例えば、縦型（パンケーキ型）、バレル型（シリンダ型）等にも適用可能である。

本発明に係る気相成長装置の反応室の模式的な正面断面図であり、特に、気相成長中の状態を示す。 本発明に係る気相成長装置の反応室の模式的な正面断面図であり、特に、リフトピンにより基板をサセプタ上方に支持した状態を示す。 本発明に係るウェーハ保持具を示す図であり、(a)は平断面図、(b)は縦断面図、(c)は横断面図である。 従来例を示すウェーハ保持具の側断面図である。

符号の説明

１ 気相成長装置
１１ 反応室
３０ ウェーハ保持具
３２ 座ぐり
３２２ 支持面
Ｗ シリコン単結晶基板、シリコンエピタキシャルウェーハ

Claims (5)

1. シリコンエピタキシャルウェーハの主裏面を保持しながら該シリコンエピタキシャルウェーハを反応室から搬出するウェーハ保持具であって、
   下に凸の曲面形状を有する前記シリコンエピタキシャルウェーハを支持する座ぐりを備え、
   前記座ぐりは、水平面に対して前記座ぐりの外周側から中央側に向かって低くなるように傾斜した支持面を有し、前記支持面で前記シリコンエピタキシャルウェーハの裏面側の外周縁を支持することを特徴とするウェーハ保持具。
2. 前記傾斜した支持面は、前記シリコンエピタキシャルウェーハの裏面側面取り部と接触することを特徴とする請求項１に記載のウェーハ保持具。
3. 前記シリコンエピタキシャルウェーハの裏面側面取り部と前記支持面が接触する位置における前記支持面の傾斜角度が水平面に対して０．２〜２２°であって、かつ前記シリコンエピタキシャルウェーハの裏面側面取り部と前記支持面が接触する位置と前記ウェーハ保持具の底部表面との間隔が０．３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のウェーハ保持具。
4. 前記シリコン単結晶基板は、主裏面にＣＶＤ酸化膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のウェーハ保持具。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のウェーハ保持具を備えることを特徴とする気相成長装置。

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