JP2015046428A - 冶具および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に反りが生じた場合にも、基板の裏面への原料ガス等の回り込みを抑制することができる冶具および半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】基板５０を載せる主面（上面１０ａ，２０ａ）を有する複数の部材１０，２０を備え、部材１０，２０は、主面（上面１０ａ，２０ａ）を含む底部１１，２１と、前記主面（上面１０ａ，２０ａ）から突出して前記基板５０の端面と接触する側壁部１２，２２と、前記側壁部１２，２２の上部から前記主面（上面１０ａ，２０ａ）に沿った方向に延びる爪部１３，２３とを含み、複数の前記部材１０，２０の前記底部１１，２１と前記爪部１３，２３との間に前記基板５０の外周部を配置することにより前記基板５０を保持可能である。【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に用いられる冶具、および該冶具を用いて実施される半導体装置の製造方法に関する。

従来、半導体製造装置において基板を処理する際には、半導体製造装置の構造や処理方法に応じて所定の冶具によって基板を保持した状態として処理が実施される。

たとえば、エピタキシャル成長装置においても、基板の保持形態には基板の成長面が鉛直方向上向きに保持されるフェイスアップ方式や、基板の成長面が鉛直方向下向きに保持されるフェイスダウン方式等があり、各方式に応じた冶具が用いられる。

特開平１０−１５００９５号公報には、ウエーハ載置部が段部を有し、段部の周縁部が異なる径の複数の円弧により形成されており、複数の円弧のいずれか一つの円弧がウエーハの径とほぼ等しい径を有する、ウエーハ処理装置が開示されている。

特開平１０−１５００９５号公報

しかしながら、基板の直径を大口径化していくと、該基板に対して処理を行うことによって基板に反りが生じることがある。たとえば、直径が１００ｍｍ以上の炭化珪素基板に対してエピタキシャル成長を行うと、炭化珪素基板に反りが発生する場合がある。このとき、炭化珪素基板が反った状態でエピタキシャル成長を続けると、エピタキシャル成長に用いられる原料ガス等が炭化珪素基板の裏面にも回り込んで、該裏面上にもエピタキシャル層が形成されてしまうという問題があった。これは、特開平１０−１５００９５号公報に記載のウエーハ処理装置においても、炭化珪素基板に反りが生じることを抑制することができず、かつ原料ガスが裏面に回り込むことを抑制することができないため、同様の問題が生じてしまう。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、基板に反りが生じた場合にも、基板の裏面への原料ガス等の回り込みを抑制することができる冶具および半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明に係る冶具は、基板を載せる主面を有する複数の部材を備え、部材は、主面を含む底部と、主面から突出して基板の端面と接触する側壁部と、側壁部の上部から主面に沿った方向に延びる爪部とを含み、複数の部材の底部と爪部との間に基板の外周部を配置することにより基板を保持可能に構成されている。

本発明によれば、基板に反りが生じた場合にも、基板の裏面への原料ガス等の回り込みを抑制することができる冶具および半導体装置の製造方法を提供することができる。

本実施の形態に係る冶具が用いられる半導体製造装置の断面図である。 図１中の冶具を説明するための断面図である。 図２中の線分ＩＩＩから見た上面図である。 図３に示す冶具の変形例を示す上面図である。 図３に示す冶具の他の変形例を示す上面図である。 図２に示す冶具の変形例を示す断面図である。

［本願発明の実施形態の説明］
はじめに、本発明の実施の形態の概要について説明する。

（１）本実施の形態に係る冶具（基板ホルダ１）は、基板５０を載せる主面（上面１０ａ，２０ａ，３０ａ）を有する複数の部材１０，２０，３０を備え、部材１０，２０，３０は、主面（上面１０ａ，２０ａ，３０ａ）を含む底部１１，２１，３１と、主面（上面１０ａ，２０ａ，３０ａ）から突出して基板５０の端面と接触する側壁部１２，２２，３２と、側壁部１２，２２，３２の上部から主面（上面１０ａ，２０ａ，３０ａ）に沿った方向に延びる爪部１３，２３，３３とを含み、複数の部材１０，２０，３０の底部１１，２１，３１と爪部１３，２３，３３との間に基板５０の外周部を配置することにより基板５０を保持可能である。

これにより、基板５０に反りが生じた場合にも、基板５０は爪部１３，２３，３３によって側壁部１２，２２，３２よりも上方に反ることが抑制されるため、裏面５０ｂは側壁部１２，２２，３２よりも上方に露出することが抑制される。冶具１がたとえばエピタキシャル成長装置（図１中の半導体製造装置１００）用として構成されている場合には、基板５０の表面５０ａが接するように設けられている反応室内（図１中、発熱体５の内周表面５ａ上）に、裏面５０ｂが表出することを抑制することができる。その結果、裏面５０ｂが反応室を流通する原料ガスに曝されることによって、裏面５０ｂに荒れ等の異常が生じることを抑制することができる。このとき、基板５０が反ることによって、裏面５０ｂと部材１０および部材２０の主面（１０ａ，２０ａ）との間には空隙が生じ、該空隙は部材１０および部材２０との隙間（図２において、端部１０ｅと端部２０ｅとの隙間）と接続されて原料ガスの流通路となる場合がある。しかし、この場合に裏面５０ｂが曝される原料ガスの流量は、反応室内に、裏面５０ｂが表出する場合と比べると少量に抑えることができるため、裏面５０ｂに荒れが生じることを十分に抑制することができる。

また、爪部１３，２３によって基板５０が基板ホルダ１から位置ずれすることを防止することができる。特に、半導体製造装置１００が基板ホルダ１を自公転させる機構を備えている場合には、基板ホルダ１から基板５０が飛びだすことを防止することができる。

（２）本実施の形態に係る冶具（基板ホルダ１）において、底部１１，２１，３１の外周部は円孤状部分を含み、側壁部１２，２２，３２は円弧状部分に沿って延びるように形成されており、爪部１３，２３，３３は、側壁部１２，２２，３２の全長に渡って形成されていてもよい。このようにすれば、基板５０に反りが生じた場合にも、爪部１３，２３，３３によって基板５０が側壁部１２，２２，３２よりも上方に反ることをより確実に抑制することができる。言い換えると、基板５０に生じた反りの方位や基板ホルダ１における基板５０の向きによらず、爪部１３，２３，３３によって基板５０が側壁部１２，２２，３２よりも上方に反ることを抑制することができる。その結果、基板５０にそりが生じた場合にも、裏面５０ｂが曝される原料ガスの流量を低減することができ、裏面５０ｂに荒れなどの異常が発生することを抑制することができる。

（３）本実施の形態に係る冶具（基板ホルダ１）において、側壁部１２，２２，３２から上面１０ａ，２０ａ，３１ａに沿った方向に延びる爪部１３，２３，３３の突出長さＬは、冶具１で保持することの可能な基板５０の最大直径の１０％以下であってもよい。ここで、最大直径とは、側壁部１２，２２，３２（言い換えると底部１１，２１，３１の円弧状部分）の曲率半径の２倍をいう。このようにすれば、基板５０に反りが生じた場合にも、裏面５０ｂが側壁部１２，２２の上方に形成されている反応室内に表出することを抑制することができるとともに、基板５０の表面５０ａにおいて反応室内に表出している領域の面積を十分に広く取ることができる。そのため、基板５０の表面５０ａに対して、たとえばエピタキシャル成長などの処理を施すことが可能な領域の面積を小さく制限させることなく、基板５０の反りを抑制し、裏面５０ｂに荒れなどの異常が発生することを抑制することができる。また、爪部１３，２３によって、基板５０に対する処理品質が低下すること（たとえば原料ガスなどの流れが乱されることによる面内均一性の悪化など）を抑制することができる。

（４）本実施の形態に係る冶具（基板ホルダ１）は、底部１１，２１の厚さ（ｔ１：図２）が１ｍｍ以下であってもよい。このようにすれば、半導体製造装置１００において冶具１が発熱体５に配置される場合には、発熱体５の熱を効率的に冶具１を介して基板５０に伝えることができる。

（５）本実施の形態に係る冶具（基板ホルダ１）において、部材１０，２０の平面形状は半円形状を有し、底部１１，２１と側壁部１２，２２と爪部１３，２３とにより構成される凹部が内周側に位置するように、２つの部材１０，２０が配置されて用いられていてもよい。このようにしても、基板５０は、部材１０の底部１１と爪部１３との間に外周部のおよそ半分が配置されるとともに、部材２０の底部２１と爪部２３との間に外周部の他の半分が配置されることにより、冶具１に保持されることができる。このとき、上述のように、裏面５０ｂが側壁部１２，２２上に表出することを抑制することができるため、裏面５０ｂに荒れが生じることを抑制することができる。

（６）本実施の形態に係る冶具（基板ホルダ１）において、部材１０，２０，３０の平面形状は扇形状を有し、底部１１，２１，３１と側壁部１２，２２，３２と爪部１３，２３，３３とにより構成される凹部が内周側に位置するように、３つ以上の部材１０，２０，３０が配置されて用いられていてもよい。このようにしても、基板５０は、冶具１に保持されることができる。このとき、上述のように、裏面５０ｂが側壁部１２，２２上に表出することを抑制することができるため、裏面５０ｂに荒れが生じることを抑制することができる。

（７）本実施の形態に係る冶具（基板ホルダ１）において、部材１０，２０は、炭素材料で構成されているベース体１４，２４を含んでいてもよい。このようにすれば、冶具１は高い耐熱性を有することができる。さらに、不純物含有量の低い高純度の炭素材料を用いることにより、冶具１から不純物が放出されることを抑制することができる。

（８）本実施の形態に係る冶具（基板ホルダ１）において、部材１０，２０は、ベース体１４，２４の外周表面を被覆し、炭化珪素および炭化タンタルの少なくとも１つにより構成されている被覆層１５，２５とを含んでもよい。このようにすれば、炭素材料が不純物（たとえば窒素原子Ｎ）を含んでいる場合にも、該不純物が炭素材料から放出されることを抑制することができる。その結果、冶具１に含まれる不純物によって、基板５０に対する処理（たとえばエピタキシャル成長）の品質が低下することを抑制できる。

（９）本実施の形態に係る冶具（基板ホルダ１）において、部材１０，２０は、炭化珪素で構成されているベース体１４，２４を含んでもよい。このようにすれば、冶具１からの不純物の放出を抑制することができるため、基板５０に対する処理（たとえばエピタキシャル成長）の品質が低下することを抑制できる。

（１０）爪部（１３，２３）において主面（１０ａ，２０ａ）に対向する面の面積は、冶具（１）で保持することの可能な基板（５０）の最大面積の１０％以下であってもよい。ここで、最大面積とは、側壁部１２，２２，３２（言い換えると底部１１，２１，３１の円弧状部分）の曲率半径の２倍の直径を有している基板の面積をいう。このようにすれば、半導体製造装置１００において冶具１が発熱体５に配置される場合には、発熱体５の熱を効率的に冶具１を介して基板５０に伝えることができる。

（１１）本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、上記冶具（基板ホルダ１）を準備する工程と、半導体製造装置の内部において冶具１の主面（１０ａ，２０ａ）上に基板５０を載せる工程と、冶具１の上面１０ａ，２０ａ上に載せられた基板５０に対し処理を行う工程とを備える。

このようにすれば、基板５０に反りが生じた場合にも、冶具１によって基板５０の裏面５０ｂが処理室（反応室）に表出することを抑制することができるため、裏面５０ｂが処理されることを抑制することができる。その結果、反りが生じている基板５０を用いても、基板５０に対する処理の品質のばらつきを抑制して、半導体装置の歩留まり低下を抑制することができる。

（１２）本実施の形態に係る半導体装置の製造方法において、処理を行う工程では、冶具（基板ホルダ１）の外周側から当接するガイド部材４０を用いて、半導体製造装置１００において冶具１の位置を固定してもよい。

半導体製造装置１００において基板５０を保持している冶具１の載置場所が凹部５ｃとして設けられている場合であって、冶具１の外形が凹部５ｃの内径よりも小さい場合には、該凹部５ｃの内壁と冶具１の外周端部との間に隙間が生じ、凹部５ｃ内において冶具１の位置は固定されていない。この場合、該隙間にガイド部材４０を挿入することにより、該凹部５ｃの内壁と冶具１の外周端部１０ｄ，２０ｄとをガイド部材４０を介して固定することができる。つまり、半導体製造装置１００に設けられている凹部５ｃの寸法が、処理の対象とする基板５０のサイズより大きい場合であっても、基板５０に対して適切な大きさの冶具１を用いながらも、該冶具１の凹部５ｃにおける位置をガイド部材４０を用いることにより固定することができる。また、ガイド部材４０を配置することで、冶具１を基板５０の外周部へと押し付けた状態とすることができ、基板５０を冶具１により確実に固定できる。

［本願発明の実施形態の詳細］
次に、本発明の実施の形態についてより詳細に説明する。

図１〜図３を参照して、本実施の形態に係る冶具について説明する。本実施の形態に係る冶具は、気相エピタキシャル成長装置に用いられる冶具である。本実施の形態において、気相エピタキシャル成長装置は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置１００である。ＣＶＤ装置１００において、基板５０を保持する基板ホルダ１は、その周囲を誘導加熱用コイル２と、石英管３と、断熱材４と、発熱体５とによって囲まれている。発熱体５は中空構造であって、内周面が反応室を形成している。反応室には、ガス供給部６が接続されている。基板ホルダ１は、発熱体５の内周上面に形成された凹部内に配置されている。

図２および図３を参照して、基板ホルダ１は、部材１０，２０からなっている。部材１０および部材２０は、それぞれ平面形状が半円形状に設けられており、半円孤状に設けられている外周端部１０ｄ，２０ｄと、直線状に設けられている端部１０ｅ，２０ｅとを有している。ここで、半円形状や半円弧状とは、真円の２分の１の形状のみを指すのではなく、これらと近似した形状も含んでいる。部材１０，２０を構成する材料は、炭化珪素（ＳｉＣ）である。

部材１０および部材２０は、底部１１，２１と、側壁部１２，２２と、爪部１３，２３とで構成されている。底部１１，２１の外周部は円弧状部分を含み、側壁部１２，２２と上述した外周端部１０ｄ，２０ｄを共有している。底部１１，２１は、端部１０ｅ，２０ｅを構成する直線状部分を含む。さらに、底部１１，２１は、基板５０を載置する上面１０ａ，２０ａと、後述する発熱体５に設けられた凹部の底面５ｂと対向する下面１１ｂ，２１ｂとを有している。上面１０ａ，２０ａおよび下面１１ｂ，２１ｂは、端部１０ｅ，２０ｅの表面（端面）とそれぞれ交差している。底部１１の厚みと底部２１の厚みは、いずれも厚みｔ１で等しく、厚みｔ１は１ｍｍ以下であるのが好ましい。端部１０ｅと端部２０ｅとの間には、間隔が開いていてもよいが、間隔は狭い方が好ましい。端部１０ｅと端部２０ｅとの間隔は、基板５０の裏面５０ｂが露出している空隙を形成するため、当該間隔を狭くすることにより、空隙を経て裏面５０ｂ側に原料ガスなどが流通することを抑制することができる。また、端部１０ｅと端部２０ｅとの間隔を狭くすることにより、同一の基板サイズに対して基板５０の裏面５０ｂに接する上面１０ａ，２０ａの面積を広くとることができるため、部材１０，２０を介して基板５０に効果的に熱を伝えることができる。

側壁部１２，２２は、底部１１，２１の外周側に位置し、上面１０ａ，２０ａから上方（基板５０の厚み方向）に突出するように形成されている。側壁部１２，２２は、外周端部１０ｄ，２０ｄを有している。また、図３を参照して、側壁部１２，２２は、端部１０ｅ，２０ｅとを有している。また、側壁部１２，２２は、基板５０の端面と接触する内周端部１２ｃ，２２ｃを有している。つまり、内周端部１２ｃ，２２ｃは、基板５０の端面に沿うように形成されており、具体的には円弧状に形成されている。このとき、内周端部１２ｃ，２２ｃの曲率半径は、基板５０の半径以上に設けられていればよい。図３を参照して、内周端部１２ｃ，２２ｃは、端部１０ｅ，２０ｅにおいて、部材１０，２０の外周側の２箇所に上面１０ａ，２０ａを挟んで互いに対向するように設けられている。側壁部１２，２２の厚みｗは、底部１１，２１の厚みｔよりも厚く設けられている。また、側壁部１２，２２の厚みｗは、３ｍｍ以下程度に設けられていればよい。このようにすれば、基板ホルダ１は十分な強度を有することができる。

図１および図２を参照して、側壁部１２，２２の上部表面１２ａ，２２ａは、後述する発熱体５の内周表面５ａと同一平面上に設けられている。側壁部１２，２２の高さＨ１、つまり、底部１１，２１の上面１０ａ，２０ａから側壁部１２，２２の上部表面１２ａ，２２ａまでの高さＨ１は、基板５０の厚みＨ２の２倍以上に設けられているのが好ましい。

爪部１３，２３は、側壁部１２，２２の上部において、内周端部１２ｃ，２２ｃの一部から上面１０ａ，２０ａに沿った方向において内側（端部１０ｅ，２０ｅ側）に延びている。爪部１３，２３が側壁部１２，２２の内周端部１２ｃ，２２ｃから端部１０ｅ，２１ｅ側に延びている突出長さＬは、基板５０の直径の１０％以下であるのが好ましい。一方、爪部１３，２３において上面１０ａ，２０ａに対向する面の面積は、基板５０の面積の１０％以下であるのが好ましい。上面１０ａ，２０ａに対する爪部１３，２３の高さＨ１は、基板５０の厚みＨ２の２倍以上に設けられているのが好ましい。図３を参照して、爪部１３，２３は、内周端部１２ｃ，２２ｃにおいて、端部１０ｅ，２０ｅから最も離れている位置から端部１０ｅ，２０ｅ側に延びるように形成されている。つまり、本実施の形態においては、爪部１３および爪部２３は、内周端部１２ｃの中間位置および内周端部２２ｃの中間位置に設けられている。

図１を参照して、上述のように、発熱体５は内周面が反応室を形成している。発熱体５の内周上面には、基板ホルダ１を載置するための凹部５ｃが形成されている。凹部５ｃの寸法および形状は、内部に基板ホルダ１が載置可能である限りにおいて、任意の寸法および形状に設けられていてもよい。図１〜図３を参照して、凹部５ｃの径は、基板ホルダ１の外径（部材１０と部材２０とを組み合わせて基板５０を保持している状態における外径）と同等以上として設けられていればよい。発熱体５の内周表面５ａに対する凹部５ｃの深さは、基板ホルダ１の部材１０，２０の上部表面１２ａ，２２ａが内周表面５ａよりも発熱体５の内側に突出していないように設けられているのが好ましい。発熱体５を構成する材料は、炭素材料であり、好ましくは不純物としてのＮ_２含有量の低い高純度の炭素部材である。なお、発熱体５において、凹部５ｃは複数形成されていてもよく、複数の凹部５ｃが自公転可能に構成されていてもよい。

凹部５ｃの径が基板ホルダ１の外径よりも大きく設けられている場合には、凹部５ｃにおいて基板ホルダ１の位置を固定するガイド部材４０を用いてもよい。具体的には、ガイド部材４０は、部材１０および部材２０のうちの一方の外周端部１０ｄ，２０ｄの一部を凹部５ｃの内壁に接触させた状態で、他方の部材１０，２０の外周端部１０ｄ，２０ｄと接触するとともに、凹部５ｃの内壁と接触するように設けられている。言い換えると、ガイド部材４０は、基板５０を保持している基板ホルダ１を凹部５ｃの内部において所定の方向に押さえつけることにより、凹部５ｃにおける基板５０の位置を固定している。図２および図３に示す例では、ガイド部材４０は、部材１０の外周端部１０ｄを凹部５ｃの内壁に接触させた状態で、部材２０の外周端部２０ｄと凹部５ｃの内壁とに同時に当接可能に設けられている。

ガイド部材４０は、発熱体５および部材１０，２０と独立した別体として設けられていてもよい。また、ガイド部材４０は、発熱体５の凹部５ｃ内にあらかじめ固着されていてもよいし、部材１０，２０の外周端部１０ｄ，２０ｄのいずれかに固着されていてもよい。また、ガイド部材４０は、凹部５ｃの内壁および部材１０，２０の外周端部１０ｄ，２０ｄの少なくとも一方と着脱可能に設けられていてもよい。

ガイド部材４０を構成する材料は、熱伝導率が高く、かつ不純物の放出量が少ない任意の材料とすればよいが、好ましくは、炭素原子を含む炭素材料である。ガイド部材４０を構成する炭素材料は、たとえば、炭化珪素（ＳｉＣ）や炭化タンタル（ＴａＣ）で被覆されているグラファイトである。また、ガイド部材４０を構成する炭素材料は、ＳｉＣであってもよい。ガイド部材４０の寸法および形状は、凹部５ｃにおいて基板ホルダ１を固定可能であり、かつ、凹部５ｃから発熱体５の内周表面５ａよりも内側に突出しない限りにおいて、任意の寸法および形状とすればよい。また、ガイド部材４０は、複数用いられてもよい。たとえば、２つのガイド部材４０が部材１０の外周端部１０ｄと凹部５ｃの内壁とに当接していてもよい。

図１を参照して、ガス供給部６は、基板５０上にエピタキシャル成長膜を形成するための反応ガスを発熱体５の内部に供給するための部材である。断熱材４は、発熱体５の外周囲を囲うように配置されている。石英管３は、断熱材４の外周側を囲うように配置されている。誘導加熱用コイル２は、複数のコイル部材を含み、たとえば、石英管３の外周側を巻回するように設けられている。誘導加熱用コイル２を高周波コイルとしてこれに高周波電流を流すと、電磁誘導作用により、発熱体５は誘導加熱される。これにより、基板５０および基板５０に供給される原料ガス等を所定の温度に加熱することができる。

次に、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、上述した本実施の形態に係る基板ホルダ１を用いて実施される。

まず、本実施の形態に係る冶具（基板ホルダ１）を準備する。基板ホルダ１の寸法は、基板５０の外径や厚み等に応じて適宜選択される。具体的には、基板５０の直径の１／２以上の曲率半径を有する内周端部１２ｃ，２２ｃが形成されており、上面１０ａ，２０ａから爪部１３，２３までの距離が基板５０の厚みの２倍以上である基板ホルダ１を準備する。基板５０の外径は、たとえば４インチである。なお、基板５０の外径は、４インチ以上、たとえば５インチ以上、もしくは６インチ以上であってもよい。

次に、基板５０として炭化珪素基板を準備する。基板５０は、単結晶炭化珪素からなる。次に、基板５０を基板ホルダ１を用いて保持する。具体的には、部材１０において底部１１と側壁部１２と爪部１３とにより構成される凹部と、部材２０において底部２１と側壁部２２と爪部２３とにより構成される凹部とが内周側に位置するように部材１０と部材２０とを配置した状態（端部１０ｅと端部２０ｅとが対向するように配置された状態）で、上面１０ａ，１２ａ上に基板５０を載置する。その後、部材１０と部材２０とで基板５０を挟み込むように端部１０ｅと端部２０ｅとの間隔を狭めることで、基板５０の端面が内周端部１２ｃ，２２ｃと接触し、爪部１３，２３が基板５０の表面５０ａ上に配置されて、基板５０が基板ホルダ１に保持される。

次に、基板ホルダ１に保持されている基板５０を半導体製造装置内に配置する。本実施の形態においては、一例として、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置１００を用いている。具体的には、まず、基板５０を保持している基板ホルダ１を発熱体５の凹部５ｃ内に置く。次に、基板５０が基板ホルダ１に適切に保持されていること（基板５０の端面が内周端部１２ｃ，２２ｃと接触していること）を確認した後、ガイド部材４０を基板ホルダ１の外周端部２０ｄと凹部５ｃの内壁とに同時に接触するように配置することにより、基板５０を保持している基板ホルダ１を凹部５ｃ内に固定する。

次に、発熱体５の凹部５ｃにおいて基板ホルダ１を介して固定された基板５０に対し、エピタキシャル成長を実施する。具体的には、誘導加熱用コイル２により発熱体５を１５００℃以上１７００℃以下程度に加熱した状態で、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）やシラン（ＳｉＨ_４）等の原料ガスや、水素等のキャリアガス、アンモニア（ＮＨ_３）等のドーパントガスを反応室内に供給する。これにより、基板５０の表面５０ａに、不純物としてたとえば窒素（Ｎ）が導入された炭化珪素からなるエピタキシャル層が形成される。

本実施の形態に係る基板ホルダ１および半導体装置の製造方法の作用効果について説明する。

本実施の形態に係る基板ホルダ１は、部材１０および部材２０が、端部１０ｅと端部２０ｅとが対向するように配置されたときに、底部１１，２１の上面１０ａ，２０ａが基板５０の裏面を支持するとともに、側壁部１２，２２の内周端部１２ｃ，２２ｃが基板５０の端面を固定している。さらにこのとき、爪部１３，２３が基板５０の表面上にせり出ている。

これにより、基板５０に反りが生じた場合にも、基板５０は爪部１３，２３によって側壁部１２，２２よりも上方に反ることが抑制されるため、裏面５０ｂは側壁部１２，２２よりも上方に露出することが抑制される。冶具１がたとえばエピタキシャル成長装置（図１中の半導体製造装置１００）用として構成されている場合には、基板５０の表面５０ａが接するように設けられている反応室内（図１中、発熱体５の内周表面５ａ上）に、裏面５０ｂが表出することを抑制することができる。その結果、反応室を流通する原料ガスに裏面５０ｂが曝されることによって、裏面５０ｂに荒れ等の異常が生じることを抑制することができる。このとき、基板５０が反ることによって、裏面５０ｂと部材１０および部材２０の主面（１０ａ，２０ａ）との間には空隙が生じ、該空隙は部材１０および部材２０との隙間（図２において、端部１０ｅと端部２０ｅとの隙間）と接続されて原料ガスの流通路となる場合がある。しかし、この場合に裏面５０ｂが曝される原料ガスの流量は、反応室内に、裏面５０ｂが表出する場合と比べると少量に抑えることができるため、裏面５０ｂに荒れが生じることを十分に抑制することができる。

また、爪部１３，２３によって基板５０が基板ホルダ１から位置ずれすることを防止することができる。特に、半導体製造装置１００が基板ホルダ１を自公転させる機構を備えている場合には、基板ホルダ１から基板５０が飛びだすことを防止することができる。

本実施の形態に係る基板ホルダ１において、主面に対する爪部１３，２３の高さ（Ｈ１：図２）は、基板５０の厚み（Ｈ２：図１）の２倍以下となるように設けられている。これにより、基板５０に反りが生じた場合にも、爪部１３，２３によって基板５０の裏面５０ｂが側壁部１２，２２上に表出することを抑制することができるとともに、爪部１３，２３と基板５０とが接触したときに基板５０に加えられる負荷を低減することができるため、基板５０の割れやクラックなどの発生を抑制することができる。

本実施の形態に係る基板ホルダ１は、爪部１３，２３が部材１０，２０の側壁部１２，２２から部分的に上面１０ａ，２０ａに沿った方向に延びているが、これに限られるものではない。たとえば、図４を参照して、爪部１３，２３は、基板５０の周方向における側壁部１２，２２の全長に渡って形成されていてもよい。このようにすれば、基板５０に生じた反りの方位や基板ホルダ１における基板５０の向きによらず、爪部１３，２３によって基板５０が側壁部１２，２２よりも上方に反ることを抑制することができる。その結果、基板５０にそりが生じた場合にも、裏面５０ｂが曝される原料ガスの流量を低減することができ、裏面５０ｂに荒れなどの異常が発生することを抑制することができる。

また、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法において、基板ホルダ１は、１つのガイド部材４０によって部材１０の外周端部１０ｄが半導体製造装置１００に設けられている凹部５ｃの内壁に当接されることにより、凹部５ｃにおいて固定されるが、これに限られるものではない。図４を参照して、たとえば２つのガイド部材４１，４２が、部材１０の外周端部１０ｄと凹部５ｃの内壁と、部材２０の外周端部２０ｄと凹部５ｃの内壁とそれぞれ当接するように、凹部５ｃ内に基板５０を挟んで対向配置されていてもよい。このようにしても、基板ホルダ１を凹部５ｃ内において固定することができる。このとき、基板５０の中心が凹部５ｃの中心と重なる位置に基板ホルダ１を固定することができる。つまり、たとえば外径が異なるために保持される基板ホルダ１の寸法が異なる複数の基板５０を処理する場合にも、ガイド部材４０の寸法を適宜選択することにより、凹部５ｃにおいて基板５０の中心位置を凹部５ｃの中心と合わせることができる。その結果、外径の異なる基板５０間で成長されたエピタキシャル層の膜質の面内分布が異なるといった問題の発生を抑制することができる。

また、本実施の形態に係る基板ホルダ１は、半円形状の２つの部材１０，２０により構成されているが、これに限られるものではない。図５を参照して、たとえば、扇形状の３つの部材１０，２０，３０により構成されていてもよい。この場合、好ましくは各部材１０，２０，３０のそれぞれに爪部１３，２３，３３が設けられている。このようにすれば、基板５０に生じた反りの方位や基板ホルダ１における基板５０の向きによらず、爪部１３，２３によって基板５０が側壁部１２，２２よりも上方に反ることを抑制することができる。また、部材１０，２０，３０は、それぞれ同一の中心角を有するように設けられていてもよいし、異なる中心角を有するように設けられていてもよい。

また、本実施の形態に係る基板ホルダ１において、部材１０，２０，３０を構成する材料は、ＳｉＣにより構成されていたが、これに限られるものではない。部材１０，２０，３０を構成する材料は、熱伝導率が高く、かつ不純物の放出量が少ない任意の材料とすればよいが、炭素原子を含む炭素材料であってもよい。この場合、たとえば窒素原子Ｎなどの不純物の含有量が低い高純度の炭素材料を用いることにより、冶具１から不純物が放出されることを抑制することができる。また、図６を参照して、部材１０，２０は、炭素材料からなるベース体１４，２４と、炭化珪素（ＳｉＣ）や炭化タンタル（ＴａＣ）からなり、ベース体１４，２４を被覆している被覆層１５，２５とで構成されていてもよい。ＳｉＣやＴａＣで被覆されていることにより、高温加熱されたときなどに炭素材料から不純物が放出されることを抑制することができる。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。

本発明は、大口径であって反り量の大きい基板を用いて半導体装置を製造する際に用いる冶具、および半導体装置の製造方法に特に有利に適用される。

１ 基板ホルダ（冶具）、
２ 誘導加熱用コイル、
３ 石英管、
４ 断熱材、
５ 発熱体、
５ａ 内周表面、
５ｃ 凹部、
６ ガス供給部、
１０，２０，３０ 部材、
１０ｄ，２０ｄ，３０ｄ 外周端部、
１０ｅ，２０ｅ，３０ｅ 端部、
１１，２１，３１ 底部、
１０ａ，２０ａ，３０ａ 上面、
１１ｂ，２１ｂ 下面、
１２，２２，３２ 側壁部、
１２ａ，２２ａ 上部表面、
１２ｃ，２２ｃ，３２ｃ 内周端部、
１３，２３，３３ 爪部、
１４，２４ ベース体、
１５，２５ 被覆層、
４０，４１，４２ ガイド部材、
５０ 基板、
５０ｂ 裏面、
１００ 半導体製造装置。

Claims (12)

1. 基板を載せる主面を有する複数の部材を備え、
   前記部材は、前記主面を含む底部と、前記主面から突出して前記基板の端面と接触する側壁部と、前記側壁部の上部から前記主面に沿った方向に延びる爪部とを含み、
   複数の前記部材の前記底部と前記爪部との間に前記基板の外周部を配置することにより前記基板を保持可能に構成されている、冶具。
2. 前記底部の外周部は円弧状部分を含み、前記側壁部は前記円弧状部分に沿って延びるように形成されており、
   前記爪部は、前記側壁部の全長に渡って形成されている、請求項１に記載の冶具。
3. 前記側壁部から前記主面に沿った方向に延びる前記爪部の突出長さは、前記冶具で保持することの可能な基板の最大直径の１０％以下である、請求項１または請求項２に記載の冶具。
4. 前記底部の厚さが１ｍｍ以下である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の冶具。
5. 前記部材の平面形状は半円形状を有し、
   前記底部と前記側壁部と前記爪部とにより構成される凹部が内周側に位置するように、２つの前記部材が配置されて用いられる、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の冶具。
6. 前記部材の平面形状は扇形状を有し、
   前記底部と、前記側壁部と、前記爪部とにより構成される凹部が内周側に位置するように、３つの前記部材が配置されて用いられる、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の冶具。
7. 前記部材は、炭素材料で構成されているベース体を含む、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の冶具。
8. 前記部材は、前記ベース体の外周表面を被覆し、炭化珪素および炭化タンタルの少なくとも１つにより構成されている被覆層を含む、請求項７に記載の冶具。
9. 前記部材は、炭化珪素で構成されているベース体を含む、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の冶具。
10. 前記爪部において前記主面に対向する面の面積は、前記冶具で保持することの可能な基板の最大面積の１０％以下である、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の冶具。
11. 請求項１に記載の冶具を準備する工程と、
    半導体製造装置の内部において、前記冶具の前記主面上に前記基板を載せる工程と、
    前記冶具の前記主面上に載せられた前記基板に対し、成膜を行う工程とを備える、半導体装置の製造方法。
12. 前記成膜を行う工程では、前記冶具の外周側から当接するガイド部材を用いて、前記半導体製造装置において前記冶具の位置を固定する、請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。

Images