JP2017117850A - ウェハ支持機構、化学気相成長装置およびエピタキシャルウェハの製造方法 - Google Patents

ウェハ支持機構、化学気相成長装置およびエピタキシャルウェハの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ウェハに加わる熱応力に起因したウェハの破損を抑制できるウェハ支持機構、化学気相成長装置およびエピタキシャルウェハの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の一態様に係るウェハ支持機構は、ウェハ上に層を形成する化学気相成長装置に用いられるウェハ支持機構であって、ウェハ支持台と、前記ウェハ支持台により支持される可動部と、を備え、前記ウェハ支持台は、載置されるウェハの裏面と対向する第１面から起立し、載置されるウェハの外周端より内側に設けられた搬送用ウェハ支持部を有し、前記可動部は、前記搬送用ウェハ支持部より載置されるウェハの外周側に位置する成膜用ウェハ支持部を有し、前記搬送用ウェハ支持部の起立方向に前記ウェハ支持台に対して相対的に移動可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウェハ支持機構、化学気相成長装置およびエピタキシャルウェハの製造方法に関する。
基板上に、薄膜の層を形成する手段として、化学気相成長（ＣＶＤ）法が知られている。例えば、化学気相成長装置によりＳｉＣウェハ上にＳｉＣエピタキシャル層を成膜し、ＳｉＣエピタキシャルウェハを作製することが行われている。
化学気相成長では、エピタキシャル反応炉内の反応空間に、１枚ごとあるいは複数枚同時にウェハを挿入し、エピタキシャル層の成膜を行い、成膜終了後にウェハ取り出すというサイクルが行われる。
以下、本明細書においてエピタキシャル層を成膜前のウェハを単に「ウェハ」といい、エピタキシャル層を成膜後のウェハを「エピタキシャルウェハ」という。
生産における化学気相成長では単位時間当たりの生産枚数を増やして生産効率を高めるために、ウェハの挿入から取り出しまでの１サイクルを短くすることが求められる。そこで、成膜空間内の昇温及び降温に要する時間を短縮するために、成膜空間内を高温に維持し、高温の成膜空間にウェハを搬送する高温搬送が行われている。
しかしながら、高温の成膜空間内にウェハだけを単体で搬送すると、急激な熱変化を受けて、ウェハに歪み、たわみ等の形状変化が生じることがある。これらのウェハの形状変化は、特に大口径のウェハにおいて顕著である。特許文献１には、高温搬送に伴うウェハの形状変化を抑制するために、基板をサセプタ（ウェハ支持台）に設置したまま搬送し、そのまま成膜を行うことが記載されている。
高温搬送時のウェハの形状変化は、成膜空間と外部環境の温度差が大きい程顕著になる。例えば、ＳｉＣエピタキシャルウェハを作製する場合、成膜空間内の温度は１５００℃以上にまで上げられ、高温搬送時でも成膜空間の温度は７００〜１２００℃と高温になる。特許文献２には、高温成長を要するＳｉＣエピタキシャルウェハ製造用のＣＶＤ装置において、搬送用ロボットを用いてウェハが設置されたサセプタを搬送することが記載されている。
特許文献３には、ウェハ全面をサセプタに設置すると、ウェハが裏面からの加熱によりウェハ表面側に凹状に反ることが記載されている。またこのような反りによる問題を抑制する手段として、ウェハの周縁部のみでウェハを支持することが記載されている。
特開平１０−２２２２６号公報 特開２０１２−２８３８５号公報 特開２０１１−１４６８２号公報
しかしながら、特許文献１〜３に記載のサセプタでは、充分にウェハに加わる熱応力を緩和できず、エピタキシャル層を成長させる前にウェハが割れる等の問題があった。このような問題は、成膜空間の温度が高温である場合及び大口径のウェハにおいて顕著であった。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、ウェハに加わる熱応力に起因したウェハの破損を抑制できるウェハ支持機構、化学気相成長装置およびエピタキシャルウェハの製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、検討の結果、高温搬送時にウェハを支持する位置と、成膜処理時にウェハを支持する位置を変えることで、ウェハに加わる熱応力に起因したウェハの破損を抑制できることを見出した。
すなわち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手順を提供する。
（１）本発明の一態様に係るウェハ支持機構は、ウェハ上に層を形成する化学気相成長装置に用いられるウェハ支持機構であって、ウェハ支持台と、前記ウェハ支持台により支持される可動部と、を備え、前記ウェハ支持台は、載置されるウェハの裏面と対向する第１面から起立し、載置されるウェハの外周端より内側に設けられた搬送用ウェハ支持部を有し、前記可動部は、前記搬送用ウェハ支持部より載置されるウェハの外周側に位置する成膜用ウェハ支持部を有し、前記搬送用ウェハ支持部の起立方向に前記ウェハ支持台に対して相対的に移動可能である。
（２）上記（１）に記載のウェハ支持機構において、前記搬送用ウェハ支持部によって形成される円の直径が、載置されるウェハの直径の９７％以下であってもよい。
（３）上記（１）又は（２）のいずれかに記載のウェハ支持機構において、前記可動部の少なくとも一部が、前記ウェハ支持台の第１面と反対側の第２面から突出した押上部を有してもよい。
（４）上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のウェハ支持機構において、前記ウェハ支持機構を設置する設置部をさらに有し、前記設置部に前記ウェハ支持機構を設置することで、前記設置部により前記可動部が押し上げられ、前記ウェハの支持位置を前記搬送用ウェハ支持部から前記成膜用ウェハ支持部に切り替え可能であってもよい。
（５）本発明の一態様に係るウェハ支持機構は、載置されるウェハの裏面と対向する第１面から起立し、載置されるウェハの外周端より内側に設けられた搬送用ウェハ支持部を有し、前記搬送用ウェハ支持部より外周側に貫通孔が形成されたウェハ支持台と、前記貫通孔に挿入可能な成膜用ウェハ支持部を有し、前記ウェハ支持台を設置する設置部と、を有し、前記設置部に前記ウェハ支持台を設置することで、前記成膜用ウェハ支持部が前記ウェハ支持台の貫通孔に挿入され、前記ウェハの支持位置を前記搬送用ウェハ支持部から前記成膜用ウェハ支持部に切り替え可能である。
（６）本発明の一態様に係る化学気相成長装置は、上記（４）または（５）のいずれかに記載のウェハ支持機構を備える。
（７）本発明の一態様に係るエピタキシャルウェハの製造方法は、ウェハを搬送用空間から前記搬送用空間より高温の成膜空間に搬送し、成膜空間内で前記ウェハ上に層を形成するエピタキシャルウェハの製造方法であって、ウェハをウェハ支持台の搬送用ウェハ支持部に載置する載置工程と、前記搬送用空間から前記成膜空間に、前記ウェハ支持台ごと前記ウェハを搬送する搬送工程と、搬送された前記ウェハ支持台を前記成膜空間内に設置し、前記ウェハ上に層を成膜する成膜工程と、を有し、前記搬送工程から前記成膜工程に至る過程において、前記ウェハを支持する位置を前記搬送用ウェハ支持部から前記搬送用ウェハ支持部よりウェハの外周側に位置する成膜用ウェハ支持部に切り替える。
（８）上記（７）に記載のエピタキシャルウェハの製造方法において、前記成膜空間の温度が、７００℃以上であってもよい。
本発明の一態様に係るウェハ支持機構、化学気相成長装置およびエピタキシャルウェハの製造方法によれば、ウェハに加わる熱応力に起因したウェハの破損を抑制できる。
本発明の一態様に係る化学気相成長装置の断面模式図である。 本発明の一態様に係るウェハ支持機構の断面模式図である。 本発明の一態様に係るウェハ支持機構の平面模式図である。 搬送時と成膜時におけるウェハを支持するウェハ支持機構の断面模式図であり、（ａ）は搬送時であり、（ｂ）は成膜時である。 本発明の一態様に係るウェハ支持機構の変形例の断面模式図である。 本発明の別の態様に係るウェハ支持機構の断面模式図であり、設置部にサセプタが設置される直前の状態を示した図である。 本発明の一態様に係るウェハ支持機構の変形例の平面模式図である。 シミュレーションに用いたウェハ支持台の断面図である。 比較例１−１の条件でシミュレーションした結果を示す図である。 実施例１−１の条件でシミュレーションした結果を示す図である。 実施例１−２の条件でシミュレーションした結果を示す図である。 比較例２−１の条件でシミュレーションした結果を示す図である。 実施例２−１の条件でシミュレーションした結果を示す図である。 実施例２−２の条件でシミュレーションした結果を示す図である。
以下、本発明の一態様に係るウェハ支持機構、化学気相成長装置およびエピタキシャルウェハの製造方法について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
＜化学気相成長装置＞
図１は、本発明の一態様に係る化学気相成長装置の断面模式図である。
図１に示す化学気相成長装置１００は、成膜空間Ｒを形成する炉体３０と、搬送用空間Ｐを形成する準備室４０とを有する。炉体３０と準備室４０の間はシャッター３１で仕切られている。炉体３０の下方には、ウェハＷを載置したウェハ支持機構１０を設置するための設置部２０が設けられている。設置部２０は、支柱２１で支えられ、支柱２１は回転可能である。炉体３０には、図示略のガス供給管及びヒーター等が設置されている。ガス供給管は、原料ガス、キャリアガス、エッチングガス等を成膜空間Ｒに供給し、ヒーターは成膜空間Ｒ内を加熱する。
本明細書中において、ウェハＷの成膜面側を上方、成膜面と反対側を下方と表現することがある。
ウェハＷは、ウェハ支持機構１０上に載置される。ウェハＷが載置されたウェハ支持機構１０は、準備室４０と炉体３０の間のシャッター３１を開放した後、アーム４１により炉体３０に搬送される。
図２は、本発明の一態様に係るウェハ支持機構の断面模式図である。図３は、本発明の一態様に係るウェハ支持機構の平面模式図である。図２及び図３では、理解を容易にするために、ウェハＷを同時に図示している。図２に示すウェハ支持機構１０は、ウェハ支持台１１と可動部１５に分離されて構成されている。
ウェハ支持台１１は、載置されたウェハＷの裏面Ｗｂに対して対向する第１面１１ａから起立する搬送用ウェハ支持部１２を有する。図３に示すように、搬送用ウェハ支持部１２は、平面視で載置されるウェハＷの外周より内側に設けられる。具体的には、搬送用ウェハ支持部１２の外周は、ウェハＷの外周より２ｍｍ以上内側に存在することが好ましく、６ｍｍ以上内側に存在することがより好ましい。また搬送用ウェハ支持部１２によって形成される円の直径は、載置されるウェハＷの直径の９７％以下であることが好ましく、９２％以下であることがより好ましく、８０％以下であることがより好ましい。
また、搬送用ウェハ支持部の幅や位置は、ウェハの大きさ、ウェハ支持台により支持される可動部や成膜用ウェハ支持部の構造によって、好適なものを選択することができる。
尚、ウェハ支持部が半径方向に幅をもつ面接触の場合、「搬送用ウェハ支持部の外周」とは支持部の外周端を示す。また同じく、「搬送用ウェハ支持部によって形成される円の直径」とは、搬送用ウェハ支持部の外周となる円の直径を示す。さらに、幅をもつ支持部が、円ではなく円弧の集合である場合、その外接円を外周とみなして、同様に定義される。
ウェハＷを高温搬送した際にウェハＷに加わる熱応力は、ウェハＷを支持している部分で最も大きくなる。一般的にウェハ支持機構はウェハＷよりも熱容量が大きく、高温搬送した際にウェハより温まりにくい。よって高温搬送時、ウェハ支持機構はウェハＷよりも温度が低い状態になる。従って、ウェハＷにおける搬送用ウェハ支持部１２に触れている部分で温度の低い支持部に熱が逃げるので、ウェハＷにおける搬送用ウェハ支持部１２に触れている部分でのウェハ温度も低くなり、ウェハに温度分布がつく。ウェハＷに加わる熱応力がウェハＷを支持している部分で最も大きくなるのは、この温度分布起因である。また、ウェハＷは外周部の破壊強度が、内部の破壊強度よりも小さい。従って、内周部よりも外周部に応力がかかった方が、ウェハは割れやすい。ウェハの割れを抑制するためには、外周部の応力を低減させることが重要になる。搬送時にウェハＷを支持する搬送用ウェハ支持部１２の位置を載置されるウェハＷの外周より内側とすることで、外周部の応力を低減させることができ、ウェハ割れを抑制することができる。
一方で、搬送用ウェハ支持部１２が、ウェハＷの外周より大きく内側に存在する場合は、搬送時のウェハＷの安定性が低下する。そのため、搬送用ウェハ支持部１２によって形成される円の直径は、載置されるウェハＷの直径の３０％以上であることが好ましく、５０％以上であることがより好ましい。
ここで搬送用ウェハ支持部とは、ウェハをエピタキシャル成長時の位置に設置する直前の状態でウェハの支持を行うものを指す。ウェハ及び搬送用支持部の温度が変化する状態の時に、搬送用ウェハ支持部をウェハの外周端より内側で支持することがウェハのワレに対して効果があるためである。たとえば、ウェハを炉内に搬送するに当たり、途中でウェハを載せ替える操作を行う場合も考えられるが、その際は最終的にウェハをエピタキシャル成長時の位置に移動させるための支持部が本発明の一態様に係る搬送用ウェハ支持部となる。
可動部１５は、ウェハ支持台１１の外周に位置する。図２に示す可動部１５は、ウェハ支持台１１の外周端から中央に向かってウェハ支持台に沿って延在する延在部１５ａと、延在部１５ａから下方に懸架される懸架部１５ｂとからなる。可動部１５は、延在部１５ａがウェハ支持台１１に懸架することにより、支持される。懸架部１５ｂの一部は、ウェハ支持台１１の裏面（第２面）１１ｂより突出する押上部１７を有する。
延在部１５ａのウェハ支持台１１の中央側の端部には、ウェハＷに向かって起立する成膜用ウェハ支持部１６が設けられている。成膜用ウェハ支持部１６は、搬送用ウェハ支持部１２よりウェハＷの外周側に位置している。成膜用ウェハ支持部１６のウェハＷ側の上面１６ａは、可動部１５がウェハ支持台１１に懸架された状態において、搬送用ウェハ支持部１２のウェハＷ側の上面１２ａより下方に存在する。
可動部１５は、搬送用ウェハ支持部１２の起立方向にウェハ支持台１１に対して相対的に移動可能である。可動部１５が上方に移動すると、可動部１５と合せて成膜用ウェハ支持部１６が上方に移動し、成膜用ウェハ支持部１６の上面１６ａとウェハＷの裏面Ｗｂとが接触する。さらに成膜用ウェハ支持部１６を上方に移動すると、成膜用ウェハ支持部１６がウェハＷを支持することとなり、ウェハＷを支持する位置を搬送用ウェハ支持部１２から成膜用ウェハ支持部１６に変えることができる。
以下、図４を用いて、ウェハ支持機構１０を設置部２０に設置する際のウェハ支持機構の動作について具体的に説明する。図４は、搬送時と成膜時におけるウェハを支持するウェハ支持機構の断面模式図であり、（ａ）は搬送時であり、（ｂ）は成膜時である。
図４（ａ）に示すように、ウェハ支持機構１０はアーム４１によって支持され、搬送される。搬送状態では、可動部１５は、ウェハ支持台１１に懸架された状態である。そのため、図２と同様に、可動部１５の一部は、ウェハ支持台１１の第２面１１ｂより突出している。突出している部分が、押上部１７である。
搬送状態において、ウェハＷは搬送用ウェハ支持部１２によって支持されている。そのため、図１における成膜空間Ｒが高温でも、生じる熱応力自体を小さくできると共に、熱応力により生じるモーメントを小さくすることができる。その結果、ウェハＷの破損を防ぐことができる。
一方、成膜時には、ウェハ支持機構１０は図１に示す炉体３０の設置部２０上に設置される。そのため、ウェハ支持台１１の第２面１１ｂより突出した押上部１７は、設置部２０により押し上げられる。それに伴い、可動部１５全体が上方に押し上げられる。その結果、ウェハＷを支持する箇所が、搬送用ウェハ支持部１２から成膜用ウェハ支持部１６に変わる。
成膜時に、搬送用ウェハ支持部１２よりウェハＷの外周側に位置する成膜用ウェハ支持部１６でウェハＷを支持すると、以下のような利点がある。
ウェハを成膜温度まで昇温させると、ウェハは凹状に反りやすい。成膜時にウェハ支持部がウェハの内周側にあると、反ったウェハの外周部が、ウェハの外側のウェハ側面支持部から外れてしまう可能性がある。エピタキシャル成長中にウェハが所定の位置からずれると、狙った成膜品質が達成できない。一方で、ウェハ支持部をウェハの外周側で支持すると、ウェハが反っても、ウェハ外周部とウェハ側面支持部の位置関係が変わらないので、ウェハ位置ズレが発生しにくい。
なお、ウェハＷを高温環境下に搬送し、しばらく時間が経過した後は、ウェハＷの面内温度が均熱化するため、熱応力は緩和される。そのため、ウェハＷの外周端部でウェハＷを支持しても、ウェハＷが熱応力により破損することはない。
成膜用ウェハ支持部１６の位置は、搬送用ウェハ支持部１２より載置されるウェハＷの外周側にあり、成膜用ウェハ支持部１６の少なくとも一部がウェハＷの外周端と接していることが好ましい。成膜用ウェハ支持部１６の少なくとも一部がウェハＷの外周端と接することで、ウェハの位置ズレを抑制することができる。
またウェハＷの成膜時の安定性を高めるために、ウェハ支持機構１０にはウェハＷの側面を支持する側面支持部を設けてもよい。
上述のように、本発明の一態様に係る化学気相成長装置は、載置されるウェハＷの外周より内側に設けられた搬送用ウェハ支持部１２により搬送時のウェハＷを支持するため、熱応力に伴うウェハの破損を避けることができる。特に大口径のウェハを用いる場合や、搬送される前の温度と搬送後の温度とが大きく異なる場合に、効果が顕著に表れる。また成膜時には、搬送用ウェハ支持部１２より載置されるウェハＷの外周側に配置された成膜用ウェハ支持部１６によりウェハＷを支持するため、得られるエピタキシャルウェハの品質を高めることができる。
本発明の一態様に係る化学気相成長装置は、エピタキシャル反応炉内の反応空間に、１枚ごとにウェハを挿入する化学気相成長にも、複数枚同時にウェハを挿入する化学気相成長にも用いることができる。特に、一枚ずづウェハを搬送する装置の場合、搬送回数が多いので効果が大きく好適に用いられる。
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
（変形例）
例えば、ウェハ支持機構の構成を図５に示す構成としてもよい。図５は、本発明の一態様に係るウェハ支持機構の変形例の断面模式図である。図５に示すウェハ支持機構１１０は、ウェハ支持台１１に設けられた貫通孔１１Ａに成膜用ウェハ支持部１１６を有する可動部１１５が挿入されている。可動部１１５は、搬送時にはウェハ支持台１１の面内方向に起立する突起部１１６ｂにより、ウェハ支持台１１に懸架される。
成膜時には、ウェハ支持機構１１０を設置部に設置する。可動部１１５の内、ウェハ支持台１１の第２面１１ｂより突出した押上部１１７は、設置部により押し上げられる。その結果、可動部１１５全体が押し上げられ、成膜用ウェハ支持部１１６も上方に移動する。そして、成膜用ウェハ支持部１１６の上面１１６ａがウェハＷと接触し、ウェハＷを支持する箇所が搬送用ウェハ支持部１２から成膜用ウェハ支持部１１６に変わる。
図５に示すウェハ支持機構１１０の搬送用ウェハ支持部１２は、載置されるウェハの外周端より内側に設けられているため、熱応力によりウェハＷが割れることを避けることができる。またウェハ支持機構１１０における成膜用ウェハ支持部１１６は、搬送用ウェハ支持部１２より載置されるウェハＷの外周側に配置されているため、得られるエピタキシャルウェハの品質を高めることができる。
また図６に示すように、ウェハ支持機構とウェハ支持機構が設置される設置部とによって、搬送時と成膜時におけるウェハの支持位置の変更を実現してもよい。
図６は、本発明の別の態様に係るウェハ支持機構の断面模式図であり、サセプタが設置部に設置される直前の状態を示した断面模式図である。
図６に示すウェハ支持台１２０は、ウェハＷの裏面Ｗｂと対向する第１面１２０ａから突出し、載置されるウェハの外周端より内側に設けられた搬送用ウェハ支持部１２２を有し、搬送用ウェハ支持部１２２より載置されるウェハＷの外周側には貫通孔１２０Ａが設けられている。
ウェハ支持台１２０が設置される設置部２０には、設置部２０の成膜方向側の面から起立する成膜用ウェハ支持部１２６が設けられている。成膜用ウェハ支持部１２６の位置は、ウェハ支持台１２０の貫通孔１２０Ａの位置と対応している。
図６に示すウェハ支持台１２０は、アーム４１によって搬送される。搬送される際、ウェハＷは、ウェハ支持台１２０の搬送用ウェハ支持部１２２で支持される。搬送用ウェハ支持部１２２は、載置されるウェハの外周端より内側に設けられているため、熱応力によりウェハＷが割れることを避けることができる。
ウェハ支持台１２０を設置部２０に設置する際は、成膜用ウェハ支持部１２６をウェハ支持台１２０の貫通孔１２０Ａに挿入する。挿入された成膜用ウェハ支持部１２６は、貫通孔１２０Ａを貫き、ウェハＷを支持する。このとき成膜用ウェハ支持部１２６の高さは、搬送用ウェハ支持部１２２と貫通孔１２０Ａを合せた厚みより大きい。その結果、設置部２０に設けられた成膜用ウェハ支持部１２６の上面１２６ａがウェハＷと接触し、ウェハＷを支持する箇所が搬送用ウェハ支持部１２２から成膜用ウェハ支持部１２６に変わる。
成膜用ウェハ支持部１２６は、搬送用ウェハ支持部１２２より載置されるウェハＷの外周側に配置されているため、得られるエピタキシャルウェハの品質を高めることができる。
この他、電気的な駆動により成膜用ウェハ支持部を上下方向に移動する構成としてもよい。ただし、ＳｉＣエピタキシャルウェハ等を成膜する場合は、炉体３０内の温度は１５００℃近くまで上昇するため、駆動回路等を熱から遮断することが求められる。
またウェハ支持機構を平面視した形状も種々変更することができる。
例えば、図３では、搬送用ウェハ支持部１２及び成膜用ウェハ支持部１６のいずれもが円環状に形成されている。搬送用ウェハ支持部１２及び成膜用ウェハ支持部１６は、必ずしも円環状である必要はなく、図７に示すように搬送用ウェハ支持部１３２が点在していてもよい。搬送用ウェハ支持部１３２は、ランダムに点在していてもよいが、安定性の観点から同心円上に存在することが好ましい。この場合、「搬送用ウェハ支持部によって形成される円の直径」とは、点在する搬送用ウェハ支持部１３２を繋いで描くことができる最大の円の直径を意味する。
成膜用ウェハ支持部１６も、図７に示す搬送用ウェハ支持部１３２と同様に、円環の一部が切り欠いた形状でもよい。
また設置部２０も、ウェハ支持機構１０を支持することができれば特に問わない。例えば、円板状、円環状等種々の形状をとることができる。
（エピタキシャルウェハの製造方法）
本発明の一態様に係るエピタキシャルウェハの製造方法は、ウェハを搬送用空間から搬送用空間より高温の成膜空間に搬送し、成膜空間内でウェハ上に層を形成するエピタキシャルウェハの製造方法である。
本発明の一態様に係るエピタキシャルウェハの製造方法は、ウェハをウェハ支持台の搬送用ウェハ支持部に載置する載置工程と、搬送用空間から成膜空間に、ウェハ支持台ごとウェハを搬送する搬送工程と、搬送されたウェハ支持台を成膜空間内に設置し、ウェハ上に層を成膜する成膜工程と、を有する。以下、図１に示す化学気相成長装置及び図２に示すウェハ支持機構を例に、エピタキシャルウェハの製造方法について具体的に説明する。
まず、ウェハＷをウェハ支持台１１の搬送用ウェハ支持部１２に載置する。このとき、搬送用ウェハ支持部１２が、載置されるウェハＷの外周より内側にくるようにする。搬送用ウェハ支持部１２によって形成される円の中心と、載置されるウェハＷの中心は一致させることが好ましい。これらの中心を一致させることで、設置部２０を支える支柱２１の回転軸とウェハＷの中心を一致しやすくなり、得られるエピタキシャルウェハを均質にすることができる。また搬送時におけるウェハＷの安定性も高めることができる。
そして、ウェハＷが載置されたウェハ支持機構１０を搬送用空間Ｐに導入し、搬送用のアーム４１に設置する。アーム４１とウェハ支持機構１０の設置は特に問わない。例えば、ウェハ支持機構１０にネジ穴を設け、そのネジ穴にアーム４１を挿し込み、アーム４１にウェハ支持機構１０を設置することができる。
このとき、搬送用空間Ｐ内の温度は、作業性の観点から人が作業を行うことができる程度の温度であることが好ましく、例えば室温であることが好ましい。
次いで、炉体３０と準備室４０とを仕切るシャッター３１を開放し、搬送用空間Ｐから成膜空間Ｒにウェハ支持機構１０ごとウェハＷを搬送する。この際、必要に応じて搬送用空間Ｐを減圧処理等行う。
炉体３０で囲まれる成膜空間Ｒの温度の昇降温は、生産効率を高めるためには、可能な限り少なくすることが好ましい。そのため、成膜空間Ｒの温度は、搬送用空間Ｐと比較して高温となる。具体的には、例えば、ＳｉＣエピタキシャルウェハを作製する場合、エピタキシャル成長を行う温度は１５００℃以上である。そのため、成膜空間Ｒの温度は、搬送時においても７００℃以上であることが好ましい。
搬送用空間Ｐと成膜空間Ｒとの間には、数百℃程度の温度差がある。温度差により、サセプタ１０上に載置されたウェハＷには熱応力が加わる。ウェハ支持機構１０に触れている部分は、触れていない部分と比較して相対的に冷たく、ウェハに温度分布ができるためである。温度差が大きい程、ウェハＷに加わる熱応力は大きくなる。
ウェハＷに加わる熱応力は、ウェハＷを支持している部分で最も大きくなる。本発明の一態様に係るエピタキシャルウェハの製造方法では、載置工程において搬送用ウェハ支持部１２が、載置されるウェハＷの外周より内側にくるよう載置している。そのため、ウェハＷに過剰なモーメントが加わることを避けることができ、ウェハＷが割れることを避けることができる。
ウェハＷの割れを抑制する効果は、温度差を有する環境間への搬送時であれば効果を奏する。中でも、ＳｉＣエピタキシャルウェハ等のエピタキシャル成長に１５００℃程度の非常に高温を必要とするエピタキシャルウェハを作製する際に、この効果は特に顕著である。ＳｉＣエピタキシャルウェハを作製する場合、上述のように搬送時の成膜空間Ｒの温度は７００℃以上であることが好ましく、搬送用空間Ｐと成膜空間Ｒの温度差は６５０℃以上となる。
成膜空間Ｒ内に搬送されたウェハ支持機構１０は、炉体３０内に設けられた設置部２０に設置される。この過程で、ウェハを支持する位置を搬送用ウェハ支持部１２から搬送用ウェハ支持部１２よりウェハＷの外周側に位置する成膜用ウェハ支持部１６に切り替える。切り替え方向は特に問わないが、例えば図２、図５、図６に示すウェハ支持機構等を用いることによって実現することができる。
そして、ウェハＷを支持する箇所を切り替えた後、ウェハＷ上にエピタキシャル層を形成する。ウェハＷを支持する箇所を搬送時にウェハＷを支持する搬送用ウェハ支持部１２からウェハＷの外周側に変える。
エピタキシャル層の形成方法は、公知の化学気相成長（ＣＶＤ）法等を用いることができる。例えば、ＳｉＣウェハ上にエピタキシャル層を成長させる場合は、原料ガス、ドーパンドガス、エッチングガス、キャリアガス等を炉体３０内に導入しながら加熱する。加熱により分解した原料ガスがＳｉＣウェハ表面で反応することで、エピタキシャル層が成長し、ＳｉＣエピタキシャルウェハを得ることができる。本発明の一態様に係るウェハ支持機構及び化学気相成長装置は、ＳｉＣのエピタキシャルＳｉＣ成長装置以外にも適用することができるが、エピタキシャル成長温度が高温であるＳｉＣエピタキシャル成長で特に有効であり、好適に用いられる。
本発明の一態様に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法によれば、搬送時にウェハが割れることを避けることができる。また成膜時に成長するエピタキシャル層を均質にすることができる。
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
ウェハを高温搬送した際に、ウェハに加わる応力をシミュレーションにより求めた。図８は、シミュレーションに用いたウェハ支持台の断面図である。ウェハ支持台１４０のウェハ支持部１４１の幅ｗは、２ｍｍとした。そして、ウェハ支持台１４０の下方の温度を１０００℃とし、側方を９００℃に設定した。下方の温度は、化学気相成長装置におけるサセプタの加熱用ヒーターに対応し、側方の温度は炉体側面からの放射加熱に対応する。またシミュレーション結果はウェハの中央を中心に左右対称になるため、計算負荷を抑えるためにウェハの中央から片端までをシミュレーションした。
以下の実施例等では、ウェハＷの外周端からウェハ支持部１４１の外周端までの距離ｄを変えながら、ウェハＷに加わる応力をシミュレーションした。
（比較例１−１）
直径１００ｍｍのウェハをウェハ支持台上に載置した場合の応力を求めた。ウェハ支持部が支持している部分は、ウェハの中央から４８〜５０ｍｍの位置とした。すなわち、載置されたウェハの外周から０ｍｍの位置に、ウェハ支持部の外周が設けられる。ウェハ支持部によって形成される円の半径（５０ｍｍ）は、載置されるウェハの半径（５０ｍｍ）の１００％である。
（実施例１−１）
直径１００ｍｍのウェハをウェハ支持台上に載置した場合の応力を求めた。ウェハ支持部が支持している部分は、ウェハの中央から４６〜４８ｍｍの位置とした。すなわち、載置されたウェハの外周から２ｍｍの位置に、ウェハ支持部の外周が設けられる。ウェハ支持部によって形成される円の半径（４８ｍｍ）は、載置されるウェハの半径（５０ｍｍ）の９６％である。
（実施例１−２）
直径１００ｍｍのウェハをウェハ支持台上に載置した場合の応力を求めた。ウェハ支持部が支持している部分は、ウェハの中央から４４〜４６ｍｍの位置とした。すなわち、載置されたウェハの外周から４ｍｍの位置に、ウェハ支持部の外周が設けられる。ウェハ支持部によって形成される円の半径（４６ｍｍ）は、載置されるウェハの半径（５０ｍｍ）の９２％である。
図９〜図１１は、比較例１−１及び実施例１−１及び１−２の条件でシミュレーションした結果を示す図である。図９は、比較例１−１に対応し、図１０は、実施例１−１に対応し、図１１は、実施例１−２に対応する。
図９〜図１１に示すように、ウェハ支持部と接触している部分で最もウェハＷの温度が低くなっている。ウェハ支持部と接触している部分と触れていない部分で熱伝導率が異なるためである。
またウェハ支持部と接触している部分が最も低温になっているため、ウェハ支持部と接している部分に最も大きな応力が加わっている。比較例１−１（図９）の最大応力は、実施例１−１及び実施例１−２（図１０、図１１）と比較して大きい。図１０及び図１１に示すように最も低温となる部分がウェハの直径方向途中に存在する場合は、その周囲の温度もなだらかに変化しているため、応力がウェハの径方向に分散する。これに対し、図９に示すように最も低温となる部分がウェハの端部に存在する場合は、応力を分散することができず、最大応力が大きくなる。
またウェハ端部の主応力を比較すると、比較例１−１（図９）は１８０ＭＰａ、実施例１−１（図１０）は１２５ＭＰａ、実施例１−２（図１１）は７５ＭＰａである。ウェハは外周部の破壊強度が、内部の破壊強度よりも小さい。従って、内周部よりも外周部に応力がかかった方が、ウェハは割れやすい。ウェハの割れを抑制するためには、外周部の応力を低減させることが重要になる。ウェハ支持部の位置を載置されるウェハの外周より内側とすることで、外周部の応力を低減させることができ、ウェハ割れを抑制することができる。
次いで、同様のシミュレーションを、ウェハサイズを６インチに変更して行った。
（比較例２−１）
直径１５０ｍｍのウェハをウェハ支持台上に載置した場合の応力を求めた。ウェハ支持部が支持している部分は、ウェハの中央から７３〜７５ｍｍの位置とした。すなわち、載置されたウェハの外周から０ｍｍの位置に、ウェハ支持部の外周が設けられる。ウェハ支持部によって形成される円の半径（７５ｍｍ）は、載置されるウェハの半径（７５ｍｍ）の１００％である。
（実施例２−１）
直径１５０ｍｍのウェハをウェハ支持台上に載置した場合の応力を求めた。ウェハ支持部が支持している部分は、ウェハの中央から７１〜７３ｍｍの位置とした。すなわち、載置されたウェハの外周から２ｍｍの位置に、ウェハ支持部の外周が設けられる。ウェハ支持部によって形成される円の半径（７３ｍｍ）は、載置されるウェハの半径（７５ｍｍ）の９７％である。
（実施例２−２）
６インチ（直径１５２．４ｍｍ）のウェハをウェハ支持台上に載置した場合の応力を求めた。ウェハ支持部が支持している部分は、ウェハの中央から６９〜７１ｍｍの位置とした。すなわち、載置されたウェハの外周から４ｍｍの位置に、ウェハ支持部の外周が設けられる。ウェハ支持部によって形成される円の半径（７１ｍｍ）は、載置されるウェハの半径（７５ｍｍ）の９５％である。
図１２〜図１４は、比較例２−１及び実施例２−１及び２−２の条件でシミュレーションした結果を示す図である。図１２は、比較例２−１に対応し、図１３は、実施例２−１に対応し、図１４は、実施例２−２に対応する。
図１２〜図１４に示すように、ウェハサイズを大きくしても、ウェハ支持部と接触している部分で最もウェハＷの温度が低くなっている。
また最大応力は、比較例２−１（図１２）は実施例２−１及び実施例２−２（図１３、図１４）と比較して大きい。最も低温となる部分がウェハの端部に存在することで、応力を分散することができないためと考えられる。
またウェハ端部の主応力を比較すると、比較例２−１（図１２）は１８０ＭＰａ、実施例２−１（図１３）は１５０ＭＰａ、実施例２−２（図１４）は１１０ＭＰａである。ウェハは外周部の破壊強度が、内部の破壊強度よりも小さい。従って、内周部よりも外周部に応力がかかった方が、ウェハは割れやすい。ウェハの割れを抑制するためには、外周部の応力を低減させることが重要になる。ウェハ支持部の位置を載置されるウェハの外周より内側とすることで、外周部の応力を低減させることができ、ウェハ割れを抑制することができる。
１００…化学気相成長装置、１０，１１０…ウェハ支持機構、１１，１２０，１４０…ウェハ支持台、１１ａ，１２０ａ…第１面、１１ｂ…第２面、１１Ａ，１２０Ａ…貫通孔、１２，１２２，１３２…搬送用ウェハ支持部、１２ａ，１６ａ，１１６ａ，１２６ａ…上面、１５，１１５…可動部、１５ａ…延在部、１５ｂ…懸架部、１６，１１６，１２６…成膜用ウェハ支持部、１１５ｂ…突起部、１７，１１７…押上部、２０…設置部、２１…支柱、３０…炉体、３１…シャッター、４０…準備室、４１…アーム、１４１…ウェハ支持部、Ｐ…搬送用空間、Ｒ…成膜空間、Ｗ…ウェハ、Ｗｂ…裏面

Claims (8)

  1. ウェハ上に層を形成する化学気相成長装置に用いられるウェハ支持機構であって、
    ウェハ支持台と、前記ウェハ支持台により支持される可動部と、を備え、
    前記ウェハ支持台は、載置されるウェハの裏面と対向する第１面から起立し、載置されるウェハの外周端より内側に設けられた搬送用ウェハ支持部を有し、
    前記可動部は、前記搬送用ウェハ支持部より載置されるウェハの外周側に位置する成膜用ウェハ支持部を有し、前記搬送用ウェハ支持部の起立方向に前記ウェハ支持台に対して相対的に移動可能であるウェハ支持機構。
  2. 前記搬送用ウェハ支持部によって形成される円の直径が、載置されるウェハの直径の９７％以下である請求項１に記載のウェハ支持機構。
  3. 前記可動部の少なくとも一部が、前記ウェハ支持台の第１面と反対側の第２面から突出した押上部を有する請求項１又は２のいずれかに記載のウェハ支持機構。
  4. 前記ウェハ支持機構を設置する設置部をさらに有し、
    前記設置部に前記ウェハ支持機構を設置することで、前記設置部により前記可動部が押し上げられ、前記ウェハの支持位置を前記搬送用ウェハ支持部から前記成膜用ウェハ支持部に切り替え可能である請求項１〜３のいずれか一項に記載のウェハ支持機構。
  5. 載置されるウェハの裏面と対向する第１面から起立し、載置されるウェハの外周端より内側に設けられた搬送用ウェハ支持部を有し、前記搬送用ウェハ支持部より外周側に貫通孔が形成されたウェハ支持台と、
    前記貫通孔に挿入可能な成膜用ウェハ支持部を有し、前記ウェハ支持台を設置する設置部と、を有し、
    前記設置部に前記ウェハ支持台を設置することで、前記成膜用ウェハ支持部が前記ウェハ支持台の貫通孔に挿入され、前記ウェハの支持位置を前記搬送用ウェハ支持部から前記成膜用ウェハ支持部に切り替え可能であるウェハ支持機構。
  6. 請求項４または５のいずれかに記載のウェハ支持機構を備える化学気相成長装置。
  7. ウェハを搬送用空間から前記搬送用空間より高温の成膜空間に搬送し、成膜空間内で前記ウェハ上に層を形成するエピタキシャルウェハの製造方法であって、
    ウェハをウェハ支持台の搬送用ウェハ支持部に載置する載置工程と、
    前記搬送用空間から前記成膜空間に、前記ウェハ支持台ごと前記ウェハを搬送する搬送工程と、
    搬送された前記ウェハ支持台を前記成膜空間内に設置し、前記ウェハ上に層を成膜する成膜工程と、を有し、
    前記搬送工程から前記成膜工程に至る過程において、前記ウェハを支持する位置を前記搬送用ウェハ支持部から前記搬送用ウェハ支持部よりウェハの外周側に位置する成膜用ウェハ支持部に切り替えるエピタキシャルウェハの製造方法。
  8. 前記成膜空間の温度が、７００℃以上である請求項７のいずれかに記載のエピタキシャルウェハの製造方法。
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