JP2007258694A - 気相成長装置及び支持台 - Google Patents

Abstract

【目的】基板エッジの温度をより均一に保つような支持部材を提供することを目的とする。
【構成】本発明の気相成長装置は、チャンバ１２０内にはヒータより加熱されるホルダ１１０上に載置されたシリコンウェハ１０１が収容され、チャンバ１２０には成膜するためのガスを供給する流路１２２及びガスを排気する流路１２４が接続された装置において、かかるホルダ１１０が、シリコンウェハ１０１と接触する第１のホルダ１１２と、第１のホルダ１１２に接続する第２のホルダ１１４とを有し、第１のホルダ１１２の材料として、第２のホルダ１１４に用いる材料よりも熱伝導率の大きい材料を用いることを特徴とする。本発明によれば、基板の温度を確保することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、気相成長装置及び支持台に係る。例えば、エピタキシャル成長装置におけるシリコンウェハ等の基板を支持する支持部材（支持台）に関する。

超高速バイポーラ、超高速のＣＭＯＳ等の半導体デバイスの製造において、不純物濃度や膜厚の制御された単結晶のエピタキシャル成長技術は、デバイスの性能を向上させる上で不可欠のものとなっている。シリコンウェハ等の半導体基板に単結晶薄膜を気相成長させるエピタキシャル成長には、一般に常圧化学気相成長法が用いられている。そして、場合によっては減圧化学気相成長（ＬＰ−ＣＶＤ）法が用いられている。反応容器内にシリコンウェハ等の半導体基板を配置する。そして、反応容器内を常圧（０．１ＭＰａ（７６０Ｔｏｒｒ））雰囲気或いは所定の真空度の真空雰囲気に保持した状態で前記半導体基板を加熱し回転させる。そして、この状態でシリコン源とボロン化合物、ヒ素化合物、或いはリン化合物等のドーパントとを含む原料ガスを供給する。そして、加熱された半導体基板の表面で原料ガスの熱分解或いは水素還元反応を行なう。これにより、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）、或いはヒ素（Ａｓ）がドープされたシリコンエピタキシャル膜を成長させることにより製造する（例えば、特許文献１参照）。

また、エピタキシャル成長技術は、パワー半導体の製造、例えば、ＩＧＢＴ（インシュレートゲートバイポーラトランジスタ）の製造にも用いられる。ＩＧＢＴ等のパワー半導体では、例えば、数１０μｍ以上の膜厚のシリコンエピタキシャル膜が必要となる。

図２５は、ホルダにシリコンウェハが支持された状態の一例を示す上面図である。
図２６は、図２５に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
シリコンウェハ２００の支持部材となるホルダ２１０（サセプタともいう。）には、シリコンウェハ２００の直径より若干大きめの径のザグリ穴が形成されている。そして、かかるザグリ穴にシリコンウェハ２００が収まるように載置される。かかる状態でホルダ２１０を回転させることによりシリコンウェハ２００を回転させて、供給された原料ガスの熱分解或いは水素還元反応によりシリコンエピタキシャル膜を成長させる。
特開平９−１９４２９６号公報

ところで、上述した基板に均一にシリコンエピタキシャル膜を成長させるために、上述したように基板を加熱しているが、基板のエッジ部から熱が逃げてしまう。そのため、特に、基板のエッジ部分の膜厚均一性が劣化してしまうといった問題があった。そのため、支持部材も加熱するように工夫しているがさらなる改善が望まれている。

本発明は、かかる問題点を克服し、基板エッジの温度をより均一に保つような支持部材を提供することを目的とする。

本発明の一態様の気相成長装置は、
チャンバと、
チャンバ内に配置され、基板裏面と接触して基板を載置する第１の支持部と、第１の支持部に接続して第１の支持部を支持する第２の支持部とを有する支持台と、
基板裏面側で基板からの距離が支持台よりさらに離れた位置に配置され、基板を加熱する熱源と、
チャンバ内に成膜するためのガスを供給する第１の流路と、
ガスを前記チャンバから排気する第２の流路と、
を備えたことを特徴とする。

また、第１の支持部の材料として、第２の支持部に用いる材料よりも熱伝導率の大きい材料を用いることが好適である。

そして、第１の支持部の材料として、炭化珪素（ＳｉＣ）を用いると好適である。また、第２の支持部の材料として、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）を用いると好適である。

また、第１の支持部と第２の支持部とが接続する位置で第１の支持部と第２の支持部の少なくとも１つの上面側に切り欠き部が形成されると好適である。

また、第１の支持部に切り欠き部を設けると好適である。そして、この切り欠き部は、基板裏面と接触する面に形成されると好適である。

或いは、第１の支持部は、外周部に基板裏面側に延びる環状の凸部を有し、第２の支持部は、内周側に開口部が形成され、この開口部の底面で凸部の先端部と接触して、第１の支持部を支持するように構成するとよい。

或いは、第１の支持部は、裏面に形成された複数の凸部を有し、第２の支持部は、内周側に開口部が形成され、この開口部の底面で上述した凸部の先端部と接触して、第１の支持部を支持するように構成してもよい。

そして、かかる場合、第１の支持部は、さらに、第１の支持部が実質的に水平方向に移動した場合に上述した開口部の側面に当接する、外周側に延びる複数の第２の凸部を有するように構成すると好適である。

或いは、第２の支持部は、第１の支持部が実質的に水平方向に移動した場合に第１の支持部の側面に当接する、内周側に延びる複数の第２の凸部を有するように構成してもよい。

或いは、第２の支持部は、内周側に開口部が形成され、この開口部の底面に形成された複数の凸部を有し、かかる凸部の先端部で第１の支持部の裏面と接触して、第１の支持部を支持するように構成すると好適である。

そして、かかる場合、第１の支持部は、第１の支持部が実質的に水平方向に移動した場合に開口部の側面に当接する、外周側に延びる複数の第２の凸部を有するように構成するとなおよい。

或いは、第２の支持部は、第１の支持部が実質的に水平方向に移動した場合に第１の支持部の側面に当接する、内周側に延びる複数の第２の凸部を有するように構成してもよい。

また、第１と第２の支持部は、物理的に別部品として形成され、第２の支持部の一部に第１の支持部を載置することを特徴とする。

本発明の他の態様の気相成長装置は、
チャンバと、
チャンバ内に配置され、底面で基板を載置する第１の開口部と第１の開口部の外周側で外周端より内側に位置する環状の第２の開口部とが形成された支持台と、
基板裏面側で基板からの距離が前記支持台よりさらに離れた位置に配置され、基板を加熱する熱源と、
チャンバ内に成膜するためのガスを供給する第１の流路と、
ガスを前記チャンバから排気する第２の流路と、
を備えたことを特徴とする。

その際、支持台は、第２の開口部が形成される部分の厚さが第２の開口部の内側部分の厚さより小さくなるように構成すると好適である。

上述した本発明の一態様の支持台は、
気相成長装置が有するチャンバ内で、基板を載置する支持台であって、
基板と接触する第１の支持部と、
第１の支持部に接続し、第１の支持部に用いる材料よりも熱伝導率の小さい材料を用いた第２の支持部と、
を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、基板へ熱が伝わり易く、基板からの熱が逃げにくくすることができ、基板の温度を確保することができる。よって、基板エッジの温度分布を良好にすることができ、膜厚均一性を向上させることができる。

実施の形態１．
気相成長装置の一例となる枚葉式エピタキシャル成長装置のプロセス開発においては、膜厚均一性が求められる。かかる膜厚均一性を左右するポイントとして、シリコンウェハエッジの均一性が挙げられることが明らかとなった。これは、所謂、エッジ効果と呼ばれ、ウェハエッジ数ｍｍに見られる、ウェハ中央部とは異なる特異現象である。この現象には温度分布が非常に関与しており、エッジ付近の温度分布を良好にすることが求められる。後述するように温度が低下する傾向があるエッジ温度を上昇させるためにはエッジが接触するホルダの一部分をいかに温度上昇させるかがカギである。そして、その加熱手法を発明するに至った。以下、図面を用いて説明する。

図１は、実施の形態１におけるエピタキシャル成長装置の構成を示す概念図である。
図１において、気相成長装置の一例となるエピタキシャル成長装置１００は、支持台の一例となるホルダ（サセプタとも言う。）１１０、チャンバ１２０、シャワーヘッド１３０、真空ポンプ１４０、圧力制御弁１４２、アウトヒータ１５０、インヒータ１６０、回転部材１７０を備えている。チャンバ１２０には、ガスを供給する流路１２２とガスを排気する流路１２４が接続されている。そして、流路１２２は、シャワーヘッド１３０に接続されている。図１では、実施の形態１を説明する上で必要な構成について説明している。ただし、縮尺等は、実物とは一致させていない（以下、各図面において同様である）。

ホルダ１１０は、内側に基板の一例となるシリコンウェハ１０１と接触する第１のホルダ１１２と外側に第１のホルダ１１２に接続する第２のホルダ１１４とを有している。第１のホルダ１１２は、第１の支持部の一例となる。第２のホルダ１１４は、第２の支持部の一例となる。また、第１のホルダ１１２は、所定の内径の貫通する開口部が形成される。そして、上面側から垂直或いは所定の角度で所定の深さに掘り込まれたザグリ穴１１６の低面でシリコンウェハ１０１の裏面と接触してシリコンウェハ１０１を支持する。

第２のホルダ１１２は外周が円形に形成されている。そして、第２のホルダ１１２は、図示していない回転機構によりシリコンウェハ１０１面と直交するシリコンウェハ１０１面の中心線を軸に回転させられる回転部材１７０上に配置される。そして、ホルダ１１０は、回転部材１７０と共に回転することで、シリコンウェハ１０１を回転させることができる。

ホルダ１１０の裏面側には、アウトヒータ１５０とインヒータ１６０が配置されている。アウトヒータ１５０とインヒータ１６０は、シリコンウェハ１０１の裏面からある距離離れた位置に配置される。その距離は、ホルダ１１０裏面と２つのヒータとの距離よりも離れている。アウトヒータ１５０によりシリコンウェハ１０１の外周部とホルダ１１０とを加熱することができる。そして、インヒータ１６０は、アウトヒータ１５０の下部に配置され、インヒータ１６０によりシリコンウェハ１０１の外周部以外を加熱することができる。インヒータ１６０とは別に、ホルダ１１０へと熱が逃げやすいシリコンウェハ１０１の外周部の加熱にアウトヒータ１５０を設けている。このように、２重ヒータとすることで、シリコンウェハ１０１の面内均一性を向上させることができる。

そして、ホルダ１１０、アウトヒータ１５０、インヒータ１６０、シャワーヘッド１３０、回転部材１７０は、チャンバ１２０内に配置される。回転部材１７０は、チャンバ１２０内から図示していない回転機構へとチャンバ１２０外に延びている。シャワーヘッド１３０は、チャンバ１２０内からチャンバ１２０外へと配管が延びている。

そして、反応容器となるチャンバ１２０内を常圧或いは真空ポンプ１４０により所定の真空度の真空雰囲気に保持する。この状態で、シリコンウェハ１０１をアウトヒータ１５０とインヒータ１６０とで加熱する。そして、ホルダ１１０の回転によりシリコンウェハ１０１を所定の回転数で回転させる。そして、回転させながら、シャワーヘッド１３０からシリコン源となる原料ガスをチャンバ１２０内に供給する。そして、加熱されたシリコンウェハ１０１の表面で原料ガスの熱分解或いは水素還元を行なう。これにより、シリコンウェハ１０１の表面にシリコンエピタキシャル膜を成長させる。チャンバ１２０内の圧力は、例えば、圧力制御弁１４２を用いて常圧或いは所定の真空度の真空雰囲気に調整すればよい。或いは常圧で用いる場合には、真空ポンプ１４０若しくは圧力制御弁１４２がない構成でも構わない。シャワーヘッド１３０では、チャンバ１２０外から配管で供給された原料ガスをシャワーヘッド１３０内部のバッファを介して、複数の貫通孔から排出するようにしている。そのため均一に原料ガスをシリコンウェハ１０１上に供給することができる。さらに、ホルダ１１０や回転部材１７０の圧力を内外同一（シリコンウェハ１０１の表面側雰囲気の圧力と裏面側雰囲気の圧力とを同じ）にする。これにより、原料ガスが回転部材１７０の内側、若しくは回転機構内部へと廻り込むことを防止することができる。同様に、図示していない回転機構側のパージガス等が、チャンバ内（シリコンウェハ１０１の表面側雰囲気）に漏れることを防止することができる。ここでは、チャンバ１２０内を真空ポンプ１４０により排気しているが、これに限るものではない。チャンバ１２０内を排気できるものならよい。例えば、常圧或いは常圧に近い真空雰囲気でよければ、ブロア等で排気してもよい。

図２は、エピタキシャル成長装置システムの外観の一例を示す図である。
図２に示すように、エピタキシャル成長装置システム３００は、筺体により全体が囲まれている。
図３は、エピタキシャル成長装置システムのユニット構成の一例を示す図である。
エピタキシャル成長装置システム３００内では、カセットが、カセットステージ（Ｃ／Ｓ）３１０或いはカセットステージ（Ｃ／Ｓ）３１２に配置される。そして、カセットにセットされたシリコンウェハ１０１が、搬送ロボット３５０によりロードロック（Ｌ／Ｌ）チャンバ３２０内に搬送される。そして、トランスファーチャンバ３３０内に配置された搬送ロボット３３２によりＬ／Ｌチャンバ３２０からシリコンウェハ１０１がトランスファーチャンバ３３０内に搬出される。そして、搬出されたシリコンウェハ１０１がエピタキシャル成長装置１００のチャンバ１２０内に搬送される。そして、エピタキシャル成長法によりシリコンウェハ１０１表面にシリコンエピタキシャル膜が成膜される。シリコンエピタキシャル膜が成膜されたシリコンウェハ１０１は、再度、搬送ロボット３３２によりエピタキシャル成長装置１００からトランスファーチャンバ３３０内に搬出される。そして、搬出されたシリコンウェハ１０１は、Ｌ／Ｌチャンバ３２０に搬送される。その後、搬送ロボット３５０によりＬ／Ｌチャンバ３２０からカセットステージ（Ｃ／Ｓ）３１０或いはカセットステージ（Ｃ／Ｓ）３１２に配置されたカセットに戻される。図３に示すエピタキシャル成長装置システム３００では、エピタキシャル成長装置１００のチャンバ１２０とＬ／Ｌチャンバ３２０とが２台ずつ搭載されている。これにより、スループットを向上させることができる。

図４は、ホルダにシリコンウェハが支持された状態の一例を示す断面図である。
本実施の形態１では、基板と接触する第１のホルダ１１２の材料として、第２のホルダ１１４に用いる材料よりも熱伝導率λの大きい材料を用いる。すなわち、第１のホルダ１１２の材料の熱伝導率λ_１の方が第２のホルダ１１４の材料の熱伝導率λ_２より大きくなるように構成する。例えば、第１のホルダ１１２の材料として、炭化珪素（ＳｉＣ）を用いると好適である。また、第２のホルダ１１４の材料として、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）を用いると好適である。金属材料を用いずにＳｉＣやＳｉ_３Ｎ_４といったセラミック材料を用いることで、金属汚染を回避することができる。また、第１のホルダ１１２の材料の熱伝導率λ_１が、第２のホルダ１１４の材料の熱伝導率λ_２の２倍以上となるように材料を選択することが望ましい。

このように、基板と接触する内側の部材の熱伝率を高くして、外側の部材の熱伝導率を相対的に低くすることで、熱源より加熱された熱が第１のホルダ１１２からシリコンウェハ１０１へと伝熱する。その一方で、第２のホルダ１１４からの放熱を抑制することができる。よって、加熱装置（熱源）であるヒータに負荷をかけることなく、熱源となるアウトヒータ１５０から受熱した熱をシリコンウェハ１０１に伝え易くすることができる。そして、逆に、シリコンウェハ１０１からの放熱を外部に逃がさないようにすることができる。これによりシリコンウェハ１０１のエッジ付近の温度をより上昇させることができ、シリコンウェハ１０１のエッジ付近の温度分布を均一に保つことができる。その結果、シリコンウェハ１０１のエッジ部の膜厚均一性を向上させることができる。

図５は、ホルダにシリコンウェハが支持された状態の他の例を示す断面図である。
図５では、基板と接触する第１のホルダ２１２の材料として、第２のホルダ２１４に用いる材料よりも熱伝導率λの大きい材料を用いる。すなわち、第１のホルダ２１２の材料の熱伝導率λ_１の方が第２のホルダ２１４の材料の熱伝導率λ_２より大きくなるように構成する。そして、第１のホルダ２１２と第２のホルダ２１４とを段差を設けて接続させる。言い換えれば、第２のホルダ２１４の内周側上部の径を小さくすることで、内周端の下部に内周側に延びる凸部２１５を形成する。すなわち、内周側にザグリ穴を開ける。他方、第１のホルダ２１２の外周側下部の径を小さくすることで、外周端の上部に外周側に延びる凸部２１３を形成する。そして、第２のホルダ２１４の内周側の凸部２１５底面に第１のホルダ２１２の凸部２１３の裏面が載るように配置しても好適である。接続箇所で確実に接触しているのは、第２のホルダ２１４の内周側に設けたザグリ穴となる凸部２１５の底面とその底面に載っている第１のホルダ２１２の外周側の凸部２１３の裏面である。そして、第１のホルダ２１２の外周面と第２のホルダ２１４の内周面との間にはわずかな隙間ができる。よって、第１のホルダ２１２と第２のホルダ２１４との接触面積を小さくすることができる。そのため、第１のホルダ２１２と第２のホルダ２１４との間での熱伝達を悪くすることができる。このように構成することにより、さらに、シリコンウェハ１０１からの放熱を外部に逃がさないようにすることができる。

図６は、ホルダにシリコンウェハが支持された状態の他の例を示す断面図である。
図６では、基板と接触する第１のホルダ２２２の材料として、第２のホルダ２２４に用いる材料よりも熱伝導率λの大きい材料を用いる。すなわち、第１のホルダ２２２の材料の熱伝導率λ_１の方が第２のホルダ２２４の材料の熱伝導率λ_２より大きくなるように構成する。そして、第１のホルダ２２２と第２のホルダ２２４とが接続する位置で第１のホルダ２２２と第２のホルダ２２４の少なくとも１つの上面側に切り欠き部を形成する。例えば、第１のホルダ２２２と第２のホルダ２２４との間に空間（切り欠き）を設けて接続させる。言い換えれば、第２のホルダ２２４の内周側上部の径を小さくすることで、内周側に延びる凸部２２５を形成する。他方、第１のホルダ２２２の外周側上部の径も小さくすることで、外周端に外周側に延びる凸部２２３を形成する。そして、凸部２２５の先端面と凸部２２３の先端面とを接続することで、第１のホルダ２２２と第２のホルダ２２４とを接続する。このように構成しても第１のホルダ２２２と第２のホルダ２２４との接触面積を小さくすることができる。そのため、第１のホルダ２２２と第２のホルダ２２４との間での熱伝達を悪くすることができる。このように構成することにより、さらに、シリコンウェハ１０１からの放熱を外部に逃がさないようにすることができる。

上述した第１のホルダ２１２と第１のホルダ２２２は、第１のホルダ１１２と同様、材料として、例えば、第１のホルダ１１２の材料として、炭化珪素（ＳｉＣ）を用いると好適である。また、第２のホルダ２１４と第２のホルダ２２４は、第２のホルダ１１４と同様、材料として、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）を用いると好適である。また、第１のホルダ２１２や第１のホルダ２２２の材料の熱伝導率λ_１が、第２のホルダ２１４や第２のホルダ２２４の材料の熱伝導率λ_２の２倍以上となるように材料を選択することが望ましい点も同様である。

このように、基板と接触する内側の部材の熱伝率を高くして、外側の部材の熱伝導率を相対的に低くすることで、熱源となるアウトヒータ１５０から受熱した熱をシリコンウェハ１０１に伝え易くすることができる。逆に、シリコンウェハ１０１からの放熱を外部に逃がさないようにすることができる。さらには、加熱装置（熱源）であるヒータに負荷をかけることがない。これによりシリコンウェハ１０１のエッジ付近の温度をより上昇させることができる。よって、シリコンウェハ１０１のエッジ付近の温度分布を均一に保つことができる。その結果、シリコンウェハ１０１のエッジ部の膜厚均一性を向上させることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、シリコンウェハ１０１の載るホルダの材質を改善することにより、加熱装置であるヒータに負荷をかけることなくウェハエッジの温度を上昇させるにように構成した。実施の形態２では、ホルダの材質ではなく、ホルダの形状を改善することにより、加熱装置であるヒータに負荷をかけることなくウェハエッジの温度を上昇させる構成について説明する。

図７は、実施の形態２におけるエピタキシャル成長装置の構成を示す概念図である。
図７において、支持台の一例となるホルダ（サセプタとも言う。）１１０以外は、図１と同様である。実施の形態２では、ホルダ１１０の構成以外は、実施の形態１と同様である。

図７に示すホルダ１１０は、は、所定の内径の貫通する開口部が形成される。そして、上面側から垂直或いは所定の角度で所定の深さに掘り込まれたザグリ穴１１６の低面でシリコンウェハ１０１の裏面と接触してシリコンウェハ１０１を支持する。

図８は、実施の形態２における切り欠き付きホルダの断面構成を示す概念図である。
図９は、図８に示すホルダの上面概念図である。
ホルダ１１０は外周が円形に形成されている。そして、回転部材１７０上に配置される。シリコンウェハ１０１が載るホルダ１１０のザグリ穴１１６の底面に図８及び図９に示すような所定の間隔で放射状に均一に形成された切り欠き部５０を設ける。すなわち、切り欠き部５０は、シリコンウェハ１０１裏面と接触する面に形成される。これにより、熱源となるアウトヒータ１５０やインヒータ１６０からの熱をシリコンウェハ１０１がホルダ１１０を介さずに切り欠き部５０の空間を通って直接受けることができる。かかる構成により、特に、アウトヒータ１５０やインヒータ１６０からの輻射熱がシリコンウェハ１０１のエッジにあたりやすくすることができる。さらに、切り欠き部５０を形成することで、シリコンウェハ１０１との接触面積を小さくすることができる。よって、シリコンウェハ１０１からホルダ１１０への放熱面積を小さくすることができる。よって、放熱量を抑制することができる。また、切り欠き部５０の切り欠き面積は、シリコンウェハ１０１が載る面の面積の３０％以上とすると特に好適である。ここで、切り欠き部５０の切り欠きパターンは、これに限るものではない。以下、他の形状の切り欠きパターンについて説明する。

図１０は、実施の形態２における他の切り欠き付きホルダの断面構成を示す概念図である。
図１１は、図１０に示すホルダの上面概念図である。
ここでは、シリコンウェハ１０１が載るホルダ１１０のザグリ穴１１６の底面に図１０及び図１１に示すような所定の間隔で切り欠き部５２を設ける。また、切り欠き部５２は、均一に切り欠き開始位置からなだらかに円周方向に曲がる形状に形成される。このような構成としても好適である。切り欠き開始位置からなだらかに円周方向に曲げることにより、シリコンウェハ１０１がアウトヒータ１５０やインヒータ１６０からの熱を直接受ける空間の偏りを低減することができる。図８及び図９に示す切り欠き部５０の切り欠きパターンでは、シリコンウェハ１０１の半径方向の箇所においてまったく熱が直接伝わらない箇所が存在することになる。しかし、図１０及び図１１に示すような切り欠きパターンにすることにより、まったく熱が直接伝わらない半径方向箇所を低減する、或いは無くすことができる。また、切り欠き部５２の切り欠き面積は、シリコンウェハ１０１が載る面の面積の３０％以上とすると特に好適である点は同様である。ここでは、切り欠き開始位置からなだらかに円周方向に曲がる形状のパターンとしたがこれに限るものではない。例えば、直線から急激に折れ曲がっても構わない。まったく熱が直接伝わらない半径方向箇所を低減する、或いは無くすような形状であれば構わない。

以上のように、シリコンウェハ１０１が載るホルダ１１０のザグリ面に切り欠きを形成する。これにより、ヒータからの輻射熱がシリコンウェハ１０１のエッジにあたりやすくすることができる。よって、熱源より直接シリコンウェハ１０１を加熱することができる。その結果、ウェハエッジの温度を上昇させることができる。さらに、ホルダ１１０とシリコンウェハ１０１との接触面積が小さくなるのでシリコンウェハ１０１からの放熱を抑制することができる。それらの結果、シリコンウェハ１０１のエッジ付近の温度分布を均一に保つことができる。よって、シリコンウェハ１０１のエッジ部の膜厚均一性を向上させることができる。

実施の形態３．
実施の形態３は、実施の形態１と実施の形態２との組み合わせの構成について説明する。
図１２は、実施の形態３におけるエピタキシャル成長装置の構成を示す概念図である。
図１２において、支持台の一例となるホルダ（サセプタとも言う。）１１０以外は図１と同様である。実施の形態３では、ホルダ１１０の構成以外は、実施の形態１と同様である。

ホルダ１１０は、内側に基板の一例となるシリコンウェハ１０１と接触する第１のホルダ１１８（第１の支持部の一例）と外側に第１のホルダ１１８に接続する第２のホルダ１１４（第２の支持部の一例）とを有している。また、第１のホルダ１１２は、所定の内径の貫通する開口部が形成される。そして、上面側から垂直或いは所定の角度で所定の深さに掘り込まれたザグリ穴１１６の低面でシリコンウェハ１０１の裏面と接触してシリコンウェハ１０１を支持する。第２のホルダ１１４は外周が円形に形成されている。そして、回転部材１７０上に配置される。

図１３は、実施の形態３における切り欠き付きホルダの断面構成を示す概念図である。
図１４は、図１３に示すホルダの上面概念図である。
まず、実施の形態１と同様、基板と接触する第１のホルダ１１８の材料として、第２のホルダ１１４に用いる材料よりも熱伝導率λの大きい材料を用いる。すなわち、第１のホルダ１１８の材料の熱伝導率λ_１の方が第２のホルダ１１４の材料の熱伝導率λ_２より大きくなるように構成する。例えば、第１のホルダ１１８の材料として、炭化珪素（ＳｉＣ）を用いると好適である。また、第２のホルダ１１４の材料として、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）を用いると好適である。金属材料を用いずにＳｉＣやＳｉ_３Ｎ_４といったセラミック材料を用いることで、金属汚染を回避することができる。また、第１のホルダ１１８の材料の熱伝導率λ_１が、第２のホルダ１１４の材料の熱伝導率λ_２の２倍以上となるように材料を選択することが望ましい。第１のホルダ１１８と第２のホルダ１１４との接続形態は、図５や図６で説明したように接触面積を小さくするように接続しても好適である。

このように、基板と接触する内側の部材の熱伝率を高くして、外側の部材の熱伝導率を相対的に低くすることで、熱源となるアウトヒータ１５０から受熱した熱をシリコンウェハ１０１に伝え易くすることができる。さらに、加熱装置（熱源）であるヒータに負荷をかけることもない。そして、逆に、シリコンウェハ１０１からの放熱を外部に逃がさないようにすることができる。これによりシリコンウェハ１０１のエッジ付近の温度をより上昇させることができる。

さらに、シリコンウェハ１０１が載る第１のホルダ１１８のザグリ穴１１６の底面に図１３及び図１４に示すような所定の間隔で放射状に均一に形成された切り欠き部５０を設ける。すなわち、切り欠き部５０は、シリコンウェハ１０１裏面と接触する面に形成される。これにより、熱源となるアウトヒータ１５０やインヒータ１６０からの熱をシリコンウェハ１０１がホルダ１１０を介さずに切り欠き部５０の空間を通って直接受けることができる。かかる構成により、特に、アウトヒータ１５０やインヒータ１６０からの輻射熱がシリコンウェハ１０１のエッジにあたりやすくすることができる。また、切り欠き部５０の切り欠き面積は、シリコンウェハ１０１が載る面の面積の３０％以上とすると特に好適である点は実施の形態２と同様である。ここで、切り欠き部５０の切り欠きパターンは、これに限るものではない。以下、他の形状の切り欠きパターンについて説明する。

図１５は、実施の形態３における他の切り欠き付きホルダの断面構成を示す概念図である。
図１６は、図１５に示すホルダの上面概念図である。
実施の形態２と同様、ここでは、シリコンウェハ１０１が載るホルダ１１０のザグリ穴１１６の底面に図１０及び図１１に示すような所定の間隔で切り欠き部５２を設ける。そして、均一に切り欠き開始位置からなだらかに円周方向に曲がる形状に形成された切り欠き部５２を設ける。このような構成としても好適である。切り欠き開始位置からなだらかに円周方向に曲げることにより、シリコンウェハ１０１がアウトヒータ１５０やインヒータ１６０からの熱を直接受ける空間の偏りを低減することができる。かかる構成により、まったく熱が直接伝わらない半径方向箇所を低減する、或いは無くすことができる。また、切り欠き部５２の切り欠き面積は、シリコンウェハ１０１が載る面の面積の３０％以上とすると特に好適である点は同様である。また、切り欠き開始位置からなだらかに円周方向に曲がる形状のパターンとしたがこれに限るものではなく、直線から急激に折れ曲がっても構わない。まったく熱が直接伝わらない半径方向箇所を低減する、或いは無くすような形状であれば構わない。ここでも、第１のホルダ１１８と第２のホルダ１１４との接続形態は、図５や図６で説明したように接触面積を小さくするように接続しても好適である。

このように、シリコンウェハ１０１が載るホルダ１１０のザグリ面に切り欠きを形成することで、ヒータからの輻射熱がシリコンウェハ１０１のエッジにあたりやすくすることができる。よって、熱源より直接シリコンウェハ１０１を加熱することができる。その結果、ウェハエッジの温度を上昇させることができる。さらに、ホルダ１１０とシリコンウェハ１０１との接触面積が小さくなるのでシリコンウェハ１０１からの放熱を抑制することができる。

以上のように、ヒータからホルダ１１０が受熱した熱をシリコンウェハ１０１に伝え易く、逆に、シリコンウェハ１０１からの放熱を外部に逃がさないようにすることができる。さらに、この効果と共に、シリコンウェハ１０１が載るホルダ１１０のザグリ面に切り欠きを形成してヒータからの輻射熱がシリコンウェハ１０１のエッジにあたりやすくすることにより、ウェハエッジの温度をさらに上昇させることができる。その結果、シリコンウェハ１０１のエッジ付近の温度分布を均一に保つことができる。よって、シリコンウェハ１０１のエッジ部の膜厚均一性を向上させることができる。

実施の形態４．
実施の形態１では、ホルダを２つの部材に分け、熱伝導率が小さい材質の部材を外側に配置することで放熱を抑制した。しかしながら、放熱を抑制する手法は、これに限るものではない。実施の形態４では、ホルダの伝熱面積を小さくすることで放熱を抑制する手法について説明する。

図１７は、実施の形態４におけるホルダの一例の断面構成を示す概念図である。その他の構成は、実施の形態１と同様である。ホルダ３１１は、所定の内径の貫通する開口部が形成される。そして、上面側から垂直或いは所定の角度で所定の深さに掘り込まれたザグリ穴（開口部）の低面でシリコンウェハ１０１の裏面と接触してシリコンウェハ１０１を支持する。そして、ホルダ３１１には、さらに、シリコンウェハ１０１を載置するザグリ穴よりも外周側で、かつ外周端より内側に位置する場所に、環状の溝Ｇ（第２の開口部）が形成される。このように溝Ｇを周囲に渡ってホルダ３１１の中央部に掘ることで、溝Ｇが形成される部分の厚さｄが溝Ｇの内側部分の厚さより小さくすることができる。よって、周方向の断面積を小さくすることができる。その結果、伝熱面積を小さくすることができる。よって、シリコンウェハ１０１側から外部（回転部材１７０側）への放熱を抑制することができる。

実施の形態５．
図１８は、実施の形態５におけるホルダの一例の断面構成を示す概念図である。その他の構成は、実施の形態１と同様である。ホルダ３２０は、内側にシリコンウェハ１０１と接触する第１のホルダ２３２と外側に第１のホルダ２３２に接続する第２のホルダ２３４とを有している。第１のホルダ２３２は、第１の支持部の一例となる。第２のホルダ２３４は第２の支持部の一例となる。また、第１のホルダ２３２は、所定の内径の貫通する開口部が形成される。そして、上面側から垂直或いは所定の角度で所定の深さに掘り込まれたザグリ穴の低面でシリコンウェハ１０１の裏面と接触してシリコンウェハ１０１を支持する。第１のホルダ２３２は、外周部に裏側（シリコンウェハ１０１裏面側）に延びる環状の凸部２３３を有している。そして、第２のホルダ２３４には、内周側に貫通しない開口部が形成される。これにより、内周端の下部に内周側に延びる凸部２３５が形成される。そして、凸部２３５の上面となる開口部の底面で凸部２３３の先端部と接触して、第１のホルダ２３２を支持する。また、開口部の側面で第１のホルダ２３２のセンターリング（芯出し）を行なう。そして、第１のホルダ２３２が実質的に水平方向に移動した場合に側面の一部が第２のホルダ２３４の開口部の側面に当接することになる。よって、第１のホルダ２３２と第２のホルダ２３４との接触箇所は、開口部の底面と凸部２３３の先端部となるため、伝熱面積を小さくすることができる。凸部２３３の先端面の面積は小さいほうが望ましい。より小さくすることでさらに伝熱面積を小さくすることができる。仮に接触していても、物理的に別々の部品が一方で他方を単に支持するように組み合わされた場合には、熱伝導はさらに小さくなる。すなわち、単に第２のホルダ２３４の所定の箇所に第１のホルダ２３２を載せただけの場合、熱伝導はさらに小さくなる。元々分離されていた２つの部品が組み合わされてもその接触面の間にはいくらかの隙間が生じる。この物理的な隙間（距離）は、１０〜３０μｍ程度と考えられる。例えば、第１のホルダ２３２と第２のホルダ２３４の材料の熱伝導率が０．２５Ｗ／ｍｍ・Ｋとする。そして、隙間に入り込むガスがＨ_２ガスである場合、Ｈ_２ガスの熱伝導率は０．０００７Ｗ／ｍｍ・Ｋ程度となる。また、真空状態に近くなると、圧力の低下とともに熱伝導率はさらに低下する。このように、接触箇所に隙間が生じていれば、部品がもつ固体としての熱伝導率よりも実際の接触箇所の熱伝達は大幅に小さくなる。よって、第１のホルダ２３２と第２のホルダ２３４間の熱伝達は大幅に抑制されることになる。したがって、シリコンウェハ１０１側から外部（回転部材１７０側）への放熱を大幅に抑制することができる。

ここで、第２のホルダ２３４の上面高さは、第１のホルダ２３２の上面と同じ高さ、或いは第１のホルダ２３２の上面より低くするように構成すると望ましい。すなわち、オフセットｔを０以上に設定することが望ましい。これによりシリコンウェハ１０１の上部から供給されたガスを滞ることなくなだらかにシリコンウェハ１０１の外周側へ流すことができる。

また、実施の形態１と同様、第１のホルダ２３２に用いる材料を第２のホルダ２３４に用いる材料よりも熱伝導率が大きい材料にするとさらに好適である。

実施の形態６．
図１９は、実施の形態６におけるホルダの一例を上面から見た概念図である。
図２０は、図１９に示すホルダの断面構成を示す概念図である。その他の構成は、実施の形態１と同様である。ホルダ３３１は、内側にシリコンウェハ１０１と接触する第１のホルダ２４２（第１の支持部の一例）と外側に第１のホルダ２４２に接続する第２のホルダ２４４（第２の支持部の一例）とを有している。また、第１のホルダ２４２は、所定の内径の貫通する開口部が形成される。そして、上面側から垂直或いは所定の角度で所定の深さに掘り込まれたザグリ穴の低面でシリコンウェハ１０１の裏面と接触してシリコンウェハ１０１を支持する。そして、第１のホルダ２４２は、裏面に形成された複数の凸部２４８を有している。凸部２４８は、３箇所以上が望ましい。また、上方から見て、シリコンウェハ１０１を取り囲むようにして、回転中心を軸として、均等な角度で配置されると好適である。そして、第２のホルダ２４４は、内周側に開口部が形成され、この開口部の底面で凸部２４８の先端部と接触して、第１のホルダ２４２を支持する。また、第１のホルダ２４２は、さらに、外周側に延びる複数の凸部２４６を有している。凸部２４６は、３箇所以上が望ましい。また、上方から見て、回転中心を軸として、均等な角度で配置されると好適である。第１のホルダ２４２が実質的に水平方向に移動した場合に第２のホルダ２４４の開口部の側面に凸部２４６のいくつかが当接する。これにより、第１のホルダ２４２のセンターリング（芯出し）を行なう。このように、凸部２４８の先端部で第２のホルダ２４４と接するため伝熱面積を小さくすることができる。よって、シリコンウェハ１０１側から外部（回転部材１７０側）への放熱を抑制することができる。

ここで、凸部２４６或いは凸部２４８は、第１のホルダ２４２と一体で形成されても良いし、別部品として形成されても構わない。特に、別部品として形成される場合、第１のホルダ２４２に取り付けるための開口部を設ければ済むので加工が簡易となり好適である。

図２１は、実施の形態６におけるホルダの他の一例を上面から見た概念図である。
図２２は、図２１に示すホルダの断面構成を示す概念図である。
第２のホルダ２４４は、内周側に開口部が形成され、開口部の底面に形成された複数の凸部２５８を有している。そして、凸部２５８の先端部で第１のホルダ２４２の裏面と接触して、第１のホルダ２４２を支持する。また、第２のホルダ２４４は、開口部の側面に内周側に延びる複数の凸部２５６を有する。そして、凸部２５６は、第１のホルダ２４２が実質的に水平方向に移動した場合に第１のホルダ２４２の側面に当接する。すなわち、凸部２５６で第１のホルダ２４２のセンターリング（芯出し）を行なう。ここでは、凸部を第２のホルダ２４４側に配置した。このように構成しても同様の効果を得ることができる。また、凸部２５６或いは凸部２５８は、第２のホルダ２４４と一体で形成されても良いし、別部品として形成されても構わない。特に、別部品として形成される場合、第２のホルダ２４４に取り付けるための開口部を設ければ済むので加工が簡易となり好適である。また、図２３に示すように、凸部２４８が第１のホルダ２４２に形成され、凸部２５６が第２のホルダ２４４に形成されても構わない。或いは、図２４に示すように、凸部２５８が第１のホルダ２４２に形成され、凸部２４６が第２のホルダ２４４に形成されても構わない。
以上、本実施の形態６では、２種類のホルダの例を説明したが、いずれの形態でも、ホルダを第１と第２のホルダという２つの別々の部品に分け、それを組合せる構成としている。そのため、上述したように、厳密には接触箇所に隙間が生じていると考えられる。よって、部品がもつ熱伝導率よりも実際の接触箇所の熱伝達は大幅に小さくなる。さらに、本実施の形態６では、いくつかの凸部で相手と接触するだけなので、さらに、熱伝達を大幅に抑制することができる。

以上説明した各実施の形態によれば、基板へ熱が伝わり易くする、或いは／及び基板からの熱を逃がしにくくすることができる。その結果、基板の温度を確保することができる。よって、基板エッジの温度分布を良好にすることができ、膜厚均一性を向上させることができる。

このように構成することでエッジ付近の温度分布を均一に保つことができ、膜厚均一性に優れたｎ−ベースの厚さである６０μｍ以上のエピタキシャル成長も可能となった。

なお、当然ながら、ＩＧＢＴに限らず、パワー半導体で、高耐圧を必要とする、パワーＭＯＳの他、電車などのスイッチング素子として使用される、ＧＴＯ（ゲートターンオフサイリスタ）や一般的なサイリスタ（ＳＣＲ）の厚いベースのエピタキシャル層形成に適用可能である。

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、気相成長装置の一例として、エピタキシャル成長装置について説明したが、これに限るものではなく、試料面に所定の膜を気相成長させるための装置であれば構わない。例えば、ポリシリコン膜を成長させる装置であっても構わない。

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。例えば、エピタキシャル成長装置１００を制御する制御部構成については、記載を省略したが、必要とされる制御部構成を適宜選択して用いることは言うまでもない。

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての気相成長装置、及び支持部材の形状は、本発明の範囲に包含される。

実施の形態１におけるエピタキシャル成長装置の構成を示す概念図である。 エピタキシャル成長装置システムの外観の一例を示す図である。 エピタキシャル成長装置システムのユニット構成の一例を示す図である。 ホルダにシリコンウェハが支持された状態の一例を示す断面図である。 ホルダにシリコンウェハが支持された状態の他の例を示す断面図である。 ホルダにシリコンウェハが支持された状態の他の例を示す断面図である。 実施の形態２におけるエピタキシャル成長装置の構成を示す概念図である。 実施の形態２における切り欠き付きホルダの断面構成を示す概念図である。 図８に示すホルダの上面概念図である。 実施の形態２における他の切り欠き付きホルダの断面構成を示す概念図である。 図１０に示すホルダの上面概念図である。 実施の形態３におけるエピタキシャル成長装置の構成を示す概念図である。 実施の形態３における切り欠き付きホルダの断面構成を示す概念図である。 図１３に示すホルダの上面概念図である。 実施の形態３における他の切り欠き付きホルダの断面構成を示す概念図である。 図１５に示すホルダの上面概念図である。 実施の形態４におけるホルダの一例の断面構成を示す概念図である。 実施の形態５におけるホルダの一例の断面構成を示す概念図である。 実施の形態６におけるホルダの一例を上面から見た概念図である。 図１９に示すホルダの断面構成を示す概念図である。 実施の形態６におけるホルダの他の一例を上面から見た概念図である。 図２１に示すホルダの断面構成を示す概念図である。 ホルダの断面構成の他の一例を示す概念図である。 ホルダの断面構成の他の一例を示す概念図である。 ホルダにシリコンウェハが支持された状態の一例を示す上面図である。 図２５に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。

符号の説明

５０，５２ 切り欠き部
１００ エピタキシャル成長装置
１０１，２００ シリコンウェハ
１１０，２１０，３１１，３２０，３３１ ホルダ
１１２，１１８，２３２，２４２ 第１のホルダ
１１４，２３４，２４４ 第２のホルダ
１１６ ザグリ穴
１２０ チャンバ
１２２，１２４ 流路
１３０ シャワーヘッド
１４０ 真空ポンプ
１４２ 圧力制御弁
１５０ アウトヒータ
１６０ インヒータ
１７０ 回転部材
２３３，２３５，２４６，２４８，２５６，２５８ 凸部
３００ エピタキシャル成長装置システム
３１０，３１２ カセットステージ
３２０ Ｌ／Ｌチャンバ
３３０ トランスファーチャンバ
３３２，３５０ 搬送ロボット

Claims (10)

1. チャンバと、
   前記チャンバ内に配置され、基板裏面と接触して前記基板を載置する第１の支持部と、前記第１の支持部に接続して前記第１の支持部を支持する第２の支持部とを有する支持台と、
   前記基板裏面側で前記基板からの距離が前記支持台よりさらに離れた位置に配置され、前記基板を加熱する熱源と、
   前記チャンバ内に成膜するためのガスを供給する第１の流路と、
   前記ガスを前記チャンバから排気する第２の流路と、
   を備えたことを特徴とする気相成長装置。
2. 前記第１の支持部の材料として、前記第２の支持部に用いる材料よりも熱伝導率の大きい材料を用いることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
3. 前記第１の支持部の材料として、炭化珪素（ＳｉＣ）を用いることを特徴とする請求項２記載の気相成長装置。
4. 前記第２の支持部の材料として、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）を用いることを特徴とする請求項３記載の気相成長装置。
5. 前記第１の支持部に切り欠き部を設けることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
6. 前記第１の支持部は、外周部に基板裏面側に延びる環状の凸部を有し、
   前記第２の支持部は、内周側に開口部が形成され、前記開口部の底面で前記凸部の先端部と接触して、前記第１の支持部を支持することを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
7. 前記第１の支持部は、裏面に形成された複数の凸部を有し、
   前記第２の支持部は、内周側に開口部が形成され、前記開口部の底面で前記凸部の先端部と接触して、前記第１の支持部を支持することを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
8. 前記第２の支持部は、内周側に開口部が形成され、前記開口部の底面に形成された複数の凸部を有し、前記凸部の先端部で前記第１の支持部の裏面と接触して、前記第１の支持部を支持することを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
9. チャンバと、
   前記チャンバ内に配置され、底面で基板を載置する第１の開口部と前記第１の開口部の外周側で外周端より内側に位置する環状の第２の開口部とが形成された支持台と、
   前記基板裏面側で前記基板からの距離が前記支持台よりさらに離れた位置に配置され、前記基板を加熱する熱源と、
   前記チャンバ内に成膜するためのガスを供給する第１の流路と、
   前記ガスを前記チャンバから排気する第２の流路と、
   を備えたことを特徴とする気相成長装置。
10. 気相成長装置が有するチャンバ内で、基板を載置する支持台であって、
    前記基板と接触する第１の支持部と、
    前記第１の支持部に接続し、前記第１の支持部に用いる材料よりも熱伝導率の小さい材料を用いた第２の支持部と、
    を備えたことを特徴とする支持台。

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