JP2006093541A - Wafer holder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、オリエンテーションフラットを有するウェハのためのウェハホルダに係り、ウェハもウェハホルダも損傷しないウェハホルダに関する。 The present invention relates to a wafer holder for a wafer having an orientation flat, and to a wafer holder that does not damage either the wafer or the wafer holder.
半導体基板上に有機金属気相成長法でエピタキシャル成長をさせる半導体製造装置の一部として、半導体基板を反応室に面して支持するためのホルダ(以下、ウェハホルダ)は、エピタキシャル成長中の半導体基板をその半導体基板の法線に平行な公転軸の周りに公転させるようになっている。ウェハと呼ばれる半導体基板は、円の一部を直線で切り取ったような平面形状を有する。この切り取ったような部分(弦の部分)をオリエンテーションフラット(以下、OF)という。OFはウェハの位置(向き)を決めるために設けたものである。 As a part of a semiconductor manufacturing apparatus that performs epitaxial growth on a semiconductor substrate by metal organic vapor phase epitaxy, a holder for supporting the semiconductor substrate facing the reaction chamber (hereinafter referred to as a wafer holder) It revolves around a revolution axis parallel to the normal line of the semiconductor substrate. A semiconductor substrate called a wafer has a planar shape obtained by cutting a part of a circle with a straight line. This cut-out portion (string portion) is called an orientation flat (hereinafter referred to as OF). OF is provided to determine the position (orientation) of the wafer.
ウェハを水平に保持するウェハホルダは、水平な面にウェハよりも少し(クリアランスの程度)大きい窪みあるいは段差のある穴(以下、ウェハ保持部)を設けることにより、ウェハを載置するための水平な底部の周囲にウェハの移動を規制するための壁を形成したものである。 A wafer holder for holding a wafer horizontally is provided with a recess or stepped hole (hereinafter referred to as a wafer holding portion) slightly larger than the wafer (hereinafter referred to as a wafer holding portion) on a horizontal surface. A wall for restricting the movement of the wafer is formed around the bottom.
以下、ウェハホルダについてより詳しく説明を加える。 Hereinafter, the wafer holder will be described in more detail.
半導体エピタキシャルウェハのMOVPE(Metal Organic Vapor Phase Epitxy)成長においては、エピタキシャルな成長を実現するために所望の半導体結晶に対して特定の基板を用いる。例えば、GaAs基板をGaAs/AlGaAsやAlGaInPのヘテロエピタキシャルウェハに用い、サファイア基板をGaNのエピタキシャルウェハに用いる。 In MOVPE (Metal Organic Vapor Phase Epixy) growth of a semiconductor epitaxial wafer, a specific substrate is used for a desired semiconductor crystal in order to realize epitaxial growth. For example, a GaAs substrate is used as a heteroepitaxial wafer of GaAs / AlGaAs or AlGaInP, and a sapphire substrate is used as an epitaxial wafer of GaN.
これらの基板(ウェハ)は、エピタキシャル成長時には所望の半導体結晶に対して特有の温度範囲に制御されたチャンバ内にセットされる。この基板表面に原料ガスを供給することによってエピタキシャル成長がなされる。 These substrates (wafers) are set in a chamber controlled to a temperature range specific to a desired semiconductor crystal during epitaxial growth. Epitaxial growth is performed by supplying a source gas to the substrate surface.
この際、基板をセットするウェハホルダには、熱伝導性が良いこと、加工が容易で精度が良い既存技術があること、安価であること、腐食に強いこと、軽いことを理由に、カーボンが用いられる。 At this time, carbon is used for the wafer holder to set the substrate because it has good thermal conductivity, has existing technology that is easy to process and has high accuracy, is inexpensive, is resistant to corrosion, and is light. It is done.
カーボン製のウェハホルダの全体的形状にはチャンバの構造により多岐にわたるバリエーションがあるが、基板をセットする部分についてはバリエーションが限られている。基板をセットする部分、すなわちウェハ保持部の従来からある代表的な形状を図4と図5に示す。 There are various variations in the overall shape of the carbon wafer holder depending on the structure of the chamber, but variations are limited for the portion where the substrate is set. FIGS. 4 and 5 show typical conventional shapes of a portion for setting a substrate, that is, a wafer holding portion.
図4(a)及び(b)に示したウェハホルダは、フェイスアップ型のチャンバにおいて使用されるものである。すなわち、上面から見て円形のウェハホルダ46に3つの円形のウェハ保持部40が形成されている。ウェハ保持部40は、ウェハホルダ46の水平な面にウェハよりも少し大きい窪みを形成したものである。この窪みの全体がウェハを載置するための水平な底部となっており、その底部の周囲には窪みの縁がウェハの移動を規制するための壁44として形成されていることになる。
The wafer holder shown in FIGS. 4A and 4B is used in a face-up type chamber. That is, three
図5(a)及び(b)に示したウェハホルダ並びに図5(c)及び(d)に示したウェハホルダは、いずれもフェイスダウン型のチャンバにおいて使用されるものである。すなわち、上面から見て円形のウェハホルダ56に3つの円形のウェハ保持部50が形成されている。図5(a)及び(b)のウェハ保持部50は、ウェハホルダ56の水平な面にウェハよりも少し大きい穴を形成し、その穴の途中に段差を形成したものである。段差の部分はウェハよりも少し小さくなっており、この段差の部分がウェハを載置するための水平な底部53となっている。そして穴の縁がウェハの移動を規制するための壁54となっている。また、図5(c)及び(d)のウェハ保持部50’は、ウェハホルダ56’の水平な面にウェハよりも少し大きい穴を形成し、ウェハホルダ56’の下面に穴の縁からせり出した爪57を設けたものである。この爪57が底部の代わりにウェハを載置する部材となる。
Both the wafer holder shown in FIGS. 5A and 5B and the wafer holder shown in FIGS. 5C and 5D are used in a face-down type chamber. That is, three
1枚あるいは多数枚のウェハをセット(チャージともいう)したウェハホルダは、温度を制御されたチャンバ内において原料ガスを供給されるが、その際、一ウェハ面内、あるいは各ウェハ間でのエピタキシャル成長部分の厚さ、キャリア濃度、組成の平均化を図るために、ウェハの法線に平行な回転軸の周りに回転させる機構を設けてある。 A wafer holder in which one or a large number of wafers are set (also referred to as charge) is supplied with a source gas in a temperature-controlled chamber. At that time, an epitaxial growth portion within one wafer surface or between each wafer. In order to average the thickness, carrier concentration, and composition, a mechanism for rotating around a rotation axis parallel to the normal line of the wafer is provided.
半導体製造装置の種類によっては、ウェハホルダをさらに支持するホルダを有するものもある。 Some types of semiconductor manufacturing apparatuses have a holder that further supports the wafer holder.
ウェハホルダに対する動力源からの動力の伝達方法とウェハのセット方法により、回転軸がウェハと交わらないウェハホルダと、回転軸がウェハの中心にあるウェハホルダとがある。前者は公転式、後者は自転式と呼ばれる。自公転式と呼ばれるものは、動力の伝達方法に工夫をして公転軸と自転軸との両方を持ち、公転と自転を行うことができる。 Depending on the method of transmitting power from the power source to the wafer holder and the method of setting the wafer, there are a wafer holder whose rotation axis does not intersect with the wafer and a wafer holder whose rotation axis is at the center of the wafer. The former is called the revolution type and the latter is called the rotation type. The so-called revolution type has both a revolution axis and a revolution axis by devising a power transmission method, and can perform revolution and revolution.
背景技術の問題点は、公転を与えて成長をさせる場合、ウェハに働く慣性力でウェハホルダに対してウェハが回転しようとすることである。この慣性力のために、ウェハがウェハホルダからずれる、ウェハをずれないように固定する治具でウェハ表面に傷が付くなどの問題につながる。 The problem of the background art is that when the growth is performed by giving revolution, the wafer tries to rotate with respect to the wafer holder by the inertial force acting on the wafer. This inertia force leads to problems such as the wafer being displaced from the wafer holder and the surface of the wafer being scratched by a jig for fixing the wafer so as not to be displaced.
この問題を解決する方法のひとつに、単葉式のウェハホルダに1枚のウェハをセットして自転を与えて成長を行う方法がある。しかし、一度にウェハを一枚しか生産できないので、産業において有効な方法とはいえない。複葉式のウェハホルダに複数枚のウェハを1バッチとしてセットするほうが産業には有効である。 As one method for solving this problem, there is a method in which a single wafer is set on a single-wafer type wafer holder and the growth is performed by giving rotation. However, since only one wafer can be produced at a time, it is not an effective method in the industry. It is more effective for the industry to set a plurality of wafers as one batch in a double-wafer type wafer holder.
なお、多くの半導体エピタキシャルウェハには、最初に述べたOFが設けられているので、このOFを利用してウェハの回転を防止することができる。つまり、図6に示されるように、ウェハ保持部60にはOF1に対向する直線状の部分(対向部)65を形成する。対向部65は、円形の窪み又は穴のうちのウェハ2が切り取られた部分に相当する箇所を埋めたようになっている。つまり、ウェハ2の移動を規制するための壁64の一部として直線状の対向部65が形成される。この場合、OF1が対向部65に干渉することで、ウェハ2の回転が防止される。
Since many semiconductor epitaxial wafers are provided with the OF described above, the rotation of the wafer can be prevented using this OF. That is, as shown in FIG. 6, a linear portion (opposing portion) 65 facing the
しかしながら、実用上では、ウェハが慣性で回転しようとする力によって、OFの角と対向部のうち弱い方が損傷してしまうという問題がある。例えば、図7(a)に示すように、サファイア基板からなるウェハ72に対してカーボン製のウェハホルダ76を用いると、慣性力Fによりウェハ72がS方向に回転してOF71の角が対向部75に接触(破線円内)したとき、ウェハホルダ76が損傷してしまう。一方、図7(b)に示すように、GaAs基板からなるウェハ72’に対してカーボン製のウェハホルダ76を用いると、形状は図7(a)と同じであっても、慣性力Fによりウェハ72’がS方向に回転してOF71’の角が対向部75に接触(破線円内)したとき、ウェハ72’の方が損傷してしまう。つまり、図6のように直線状の対向部65が形成されたウェハホルダでは、ウェハかウェハホルダのいずれかが破損することは避けられない。
However, in practice, there is a problem that the weaker one of the corners of the OF and the opposing portion is damaged by the force with which the wafer is rotated by inertia. For example, as shown in FIG. 7A, when a
ウェハ保持部の設計において、窪み又は穴の大きさはカーボンの加工の寸法公差を含め、ウェハの出し入れに支障のない程度の余裕(クリアランス)を持たせるのが通常であり、OFに対する対向部にもクリアランスを持たせる。しかし、ウェハが公転することによる慣性力がウェハに働くと、そのクリアランスの中でウェハが回転する。このため。図7(a)あるいは図7(b)のように、ウェハとウェハホルダが尖った点で接触し、慣性力がその点に集中してしまう。また、ウェハホルダにはこのような接触が繰り返されることになる。こうした接触により、素材の弱い方が損傷してしまう。 In the design of the wafer holding part, the size of the recess or hole is usually given a margin (clearance) that does not interfere with the removal and insertion of the wafer, including the dimensional tolerance of the processing of the carbon. Also give clearance. However, when the inertial force due to the revolution of the wafer acts on the wafer, the wafer rotates within the clearance. For this reason. As shown in FIG. 7A or 7B, the wafer and the wafer holder come into contact with each other at a sharp point, and the inertial force is concentrated on that point. Further, such contact is repeated on the wafer holder. Such contact damages the weaker material.
ウェハが損傷することは、エピタキシャルウェハの歩留りの低下を招くことになる。逆に、ウェハホルダが損傷することは、カーボンの粉がチャンバ内に発生することにつながり、このような制御できない不純物による汚染は半導体製造上好ましくない。 Damage to the wafer leads to a decrease in the yield of the epitaxial wafer. Conversely, damage to the wafer holder leads to generation of carbon powder in the chamber, and such contamination by uncontrollable impurities is undesirable in semiconductor manufacturing.
なお、特許文献1には、イオンビームをウェハに照射するイオン注入装置において、ウェハの移動を制限する各種部材が示されている。しかし、これらの部材はウェハの上面上に被さる部分を有している。MOVPE法では、ウェハの上面上に出ている部材があると、その部材がウェハの上面を通過するガスの流れを乱すおそれがある。ガス流の乱れは一ウェハ面内、あるいは各ウェハ間での成長速度の均一性を損ねる。従って、ウェハの上面上に部材を設ける特許文献1の構成はMOVPE法には不向きである。
また、特許文献1は、ウェハを確実に保持することを主旨としたもので、クリアランスの中でウェハが移動したときに生じる問題を解決するものではない。
Further,
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ウェハもウェハホルダも損傷しないウェハホルダを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a wafer holder that solves the above-described problems and does not damage the wafer and the wafer holder.
上記目的を達成するために本発明は、オリエンテーションフラットを有するウェハを載置するための水平な底部の周囲に前記ウェハの移動を規制するための壁が形成され、前記ウェハの法線に平行な公転軸の周りに前記ウェハを公転させるウェハホルダにおいて、前記壁のうち前記オリエンテーションフラットに対向する部分(対向部)が前記オリエンテーションフラットに向かって曲線状に膨らんでいるものである。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a wall for restricting movement of the wafer is formed around a horizontal bottom for mounting a wafer having an orientation flat, and is parallel to the normal line of the wafer. In the wafer holder that revolves the wafer around a revolution axis, a portion (opposing portion) of the wall that faces the orientation flat swells in a curved shape toward the orientation flat.
前記対向部の曲率半径をR1とし、前記壁の曲率半径をR0としたとき、0.3R0<R1<5R0であってもよい。 When the radius of curvature of the facing portion is R1 and the radius of curvature of the wall is R0, 0.3R0 <R1 <5R0 may be satisfied.
前記対向部の曲率中心と前記壁の曲率中心との離間距離をLとしたとき、L<R0+R1であって、かつその差(R0+R1)−Lをdとし、前記オリエンテーションフラットの長さをDとしたとき、0<d<D/2であってもよい。 When the distance between the center of curvature of the facing portion and the center of curvature of the wall is L, L <R0 + R1, and the difference (R0 + R1) −L is d, and the length of the orientation flat is D Then, 0 <d <D / 2 may be satisfied.
前記対向部の膨らみ形状が楕円弧であってもよい。 The bulging shape of the facing portion may be an elliptical arc.
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。 The present invention exhibits the following excellent effects.
(1)OFの角が対向部に接触することがないので、ウェハもウェハホルダも損傷しない。 (1) Since the corner of the OF does not come into contact with the facing portion, neither the wafer nor the wafer holder is damaged.
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1に示されるように、本発明に係るウェハホルダが1個ないし複数個備えているウェハ保持部10は、オリエンテーションフラット(以下、OF)1を有するウェハ2を載置するための水平な底部3の周囲にウェハ2の移動を規制するための壁4が形成され、ウェハ2の法線(図示せず)に平行な公転軸(図示せず)の周りにウェハ2を公転させるウェハホルダにおいて、壁4のうちOF1に対向する部分(対向部)5がOF1に向かって曲線状に膨らんでいるものである。ウェハホルダの輪郭形状は任意であるので、ここでは省略してある。
As shown in FIG. 1, a
壁4は図4、図5で説明したように窪みあるいは穴の縁により形成されている。壁4のうち対向部以外はウェハ2よりクリアランス分だけ径の大きい円形に形成されている。背景技術と比較すると、図6のウェハホルダでは対向部が直線であるのに対して本発明では対向部5が曲線であることに特徴がある。図1では、ウェハ2の曲率中心が壁4の曲率中心に一致するようウェハ2が底部3に載置されているので、クリアランスがほぼ全周に均等に現れている。ただし、対向部5においては、OF1が対向部5の膨らみの最大箇所にほぼ接している。
As described with reference to FIGS. 4 and 5, the
ここで、対向部5の曲線として円弧を使用するものとする。壁4の曲率半径をR0とし、対向部5の曲率半径をR1としたとき、0.3R0<R1<5R0であるのが好ましい。下限である0.3R0<R1が好ましい理由は、ウェハ2がウェハ保持部10の中で必要以上に動かないようにできるからである。一方、上限であるR1<5R0が好ましい理由は、これ以上R1を大きくすると対向部5が直線に近づいてしまい、効果が小さくなるからであり、R1<5R0であれば対向部5の膨らみが程良い曲線になる。
Here, it is assumed that an arc is used as the curve of the facing
下限については、0.5R0<R1とするのがいっそう好ましく、R1を0.3R0に近づけた場合に比してクリアランスがやや大きめにとれるのでウェハ2の出し入れを容易にすることができる。
The lower limit is more preferably 0.5R0 <R1, and the clearance can be made slightly larger than when R1 is brought close to 0.3R0, so that the
対向部5の曲率中心(図示せず)と壁4の曲率中心Oとの離間距離をLとしたとき、L<R0+R1の関係が必要になる。両者の曲率半径R0,R1の和と曲率中心間距離Lとの差(R0+R1)−Lをdとしたとき、差dは、OF1の加工寸法に応じて決めると良い。例えば、OF1の長さをDとしたとき、0<d<D/2とする。下限である0<dは、L≠R0+R1であるから自明である。上限であるd<D/2はウェハ2の全体的な大きさに比べた対向部5の大きさの自然なバランスを考慮したものである。
When the distance between the center of curvature (not shown) of the facing
具体例として、壁4の曲率半径R0=25.5mmに対して対向部5の曲率半径R1=30.0mmとした。また、曲率中心間距離L=55.0mmとした。このとき、OF1の長さD=16.0mmに対して、差d=0.5mmとなった。
As a specific example, the curvature radius R1 of the facing
本発明のウェハホルダによれば、対向部5がOF1に向かって曲線状に膨らんでいるため、慣性力によりウェハ2が回転してもOF1が対向部5の接線となり、OF1の角が対向部5に接触することがない。このようにウェハ2とウェハホルダ(壁4や対向部5)が尖った点で接触することがなくなるので、互いの素材の強弱によらず、ウェハもウェハホルダも損傷することがない。
According to the wafer holder of the present invention, since the facing
なお、図1の形態では対向部5の膨らみ形状として円弧を採用しているが、膨らみ形状は楕円弧等の曲がり方向が反転しない曲線であればよいことは、明らかである。
In addition, although the circular arc is employ | adopted as the bulging shape of the opposing
次に、ウェハ保持部を複数個備えているウェハホルダについて説明する。 Next, a wafer holder having a plurality of wafer holding portions will be described.
図2(a)及び(b)に示されるように、ウェハホルダは円形の上面6を有し、その上面6に複数個(ここでは3個)のウェハ保持部10を有する。各ウェハ保持部10には図1で説明した曲線状に膨らんでいる対向部5が形成されている。このウェハホルダの公転軸は、例えば上面6の円の中心に位置し、各ウェハ保持部10はこの公転軸からの距離が均一になるよう、同一円周上に配置されている。そして、各ウェハ保持部10において対向部5は公転軸から遠い位置に設けられている。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the wafer holder has a circular
次に、図2のウェハホルダについて実際にウェハ及びウェハホルダの損傷を調べた。すなわち図2のウェハホルダをカーボンで作成し、さらに炭化珪素でコーティングした。また、比較のため図3のように直線状の対向部35を有するウェハ保持部30を図2と同様に配置したウェハホルダを同じくカーボンで作成し、さらに炭化珪素でコーティングした。それぞれのウェハホルダにサファイア基板からなるウェハを載置し、そのウェハに窒化ガリウム(GaN)を成長させるMOVPE成長のプロセスを繰り返した。
Next, the wafer holder of FIG. 2 was actually examined for damage to the wafer and the wafer holder. That is, the wafer holder of FIG. 2 was made of carbon and further coated with silicon carbide. For comparison, a wafer holder in which the
サファイア基板とカーボン製ウェハホルダとでは、柔らかいウェハホルダの方に傷が入りやすい。したがって、プロセスを繰り返すことで、ウェハホルダの耐久性を調べることができる。 In the sapphire substrate and the carbon wafer holder, the soft wafer holder is easily damaged. Therefore, the durability of the wafer holder can be examined by repeating the process.
この結果、図2のウェハホルダには傷が付かなかった。しかし、図3のウェハホルダでは、対向部35にOF1の角が接触する部分でウェハホルダに傷ができた。2時間のプロセスを10回行ったところで、ウェハホルダの傷から発生したカーボン粉がチャンバ内を汚染してしまった。 As a result, the wafer holder in FIG. 2 was not damaged. However, in the wafer holder of FIG. 3, the wafer holder was damaged at the portion where the corner of OF <b> 1 contacts the facing portion 35. When the 2-hour process was performed 10 times, the carbon powder generated from the scratches on the wafer holder contaminated the chamber.
1 オリエンテーションフラット(OF)
2 ウェハ
3 底部
4 壁
5 対向部
6 ウェハホルダ
1 Orientation flat (OF)
2
Claims (4)
2. The wafer holder according to claim 1, wherein the bulging shape of the facing portion is an elliptical arc.
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CN111088483A (en) * | 2019-10-31 | 2020-05-01 | 华灿光电(苏州)有限公司 | Epitaxial graphite susceptor |
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