JP2021100030A - Substrate holder, substrate processing device, and substrate processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板保持体、基板処理装置および基板処理方法に関し、例えば炭化珪素(SiC)のエピタキシャル膜を成膜することのできる基板処理装置、当該基板処理装置に備えることのできる基板保持体および当該基板保持体を用いる基板処理方法に関する。 The present invention relates to a substrate holder, a substrate processing apparatus, and a substrate processing method, for example, a substrate processing apparatus capable of forming an epitaxial film of silicon carbide (SiC), a substrate holder that can be provided in the substrate processing apparatus, and a substrate holder. The present invention relates to a substrate processing method using the substrate holder.
炭化珪素(SiC)は、珪素(Si)と炭素で構成される化合物半導体材料である。SiCは絶縁破壊電界強度がSiの10倍、バンドギャップがSiの3倍と優れているだけでなく、デバイスの作製に必要なp型、n型の制御が広い範囲で可能であること等から、Siの限界を超えるパワーデバイス用材料として期待されている。
Silicon carbide (SiC) is a compound semiconductor material composed of silicon (Si) and carbon. SiC is not only excellent in dielectric breakdown
また、炭化珪素は、より薄い厚さでも高い耐電圧が得られるため、薄く構成することにより、ON抵抗が小さく、低損失の半導体が得られることが特徴である Further, since silicon carbide can obtain a high withstand voltage even with a thinner thickness, it is characterized in that a semiconductor having a small ON resistance and a low loss can be obtained by making it thin.
エピタキシャル成長装置等の、炭化珪素のエピタキシャル成長技術に使用される成膜装置では、常圧または減圧に保持された成膜室の内部に、例えば、ウエハを載置する。そして、このウエハを加熱しながら、成膜室内に、成膜のための原料となるガス(以下、単に「原料ガス」とする場合がある)を供給する。すると、ウエハの表面で原料ガスの熱分解反応および水素還元反応が起こり、ウエハ上にエピタキシャル膜が成膜される(例えば特許文献1)。 In a film forming apparatus used in an epitaxial growth technique for silicon carbide, such as an epitaxial growth apparatus, for example, a wafer is placed inside a film forming chamber held at normal pressure or reduced pressure. Then, while heating this wafer, a gas as a raw material for film formation (hereinafter, may be simply referred to as “raw material gas”) is supplied to the film forming chamber. Then, a thermal decomposition reaction and a hydrogen reduction reaction of the raw material gas occur on the surface of the wafer, and an epitaxial film is formed on the wafer (for example, Patent Document 1).
エピタキシャルウェハを高い歩留まりで安定的に製造するには、均一に加熱されたウエハの表面に新たな原料ガスを次々に接触させて、気相成長の速度を向上させる必要がある。そこで、ウエハを高速回転させながらエピタキシャル成長させることが行われている。 In order to stably produce an epitaxial wafer with a high yield, it is necessary to bring new raw material gases into contact with the surface of the uniformly heated wafer one after another to improve the rate of vapor phase growth. Therefore, epitaxial growth is performed while rotating the wafer at high speed.
従来のSiCエピタキシャル成長装置では、ウエハへのSiCの成膜だけでなく、ウエハを保持するサセプタのおもて面にもSiC膜が堆積していた。おもて面にSiC膜が堆積したサセプタは、おもて面部とSiC膜が堆積していないうら面部との熱膨張率の違いにより、変形する場合がある。この変形が生じた場合には、ウエハを安定して保持することができず、高速回転することができない。 In the conventional SiC epitaxial growth apparatus, not only the SiC film is formed on the wafer, but also the SiC film is deposited on the front surface of the susceptor holding the wafer. The susceptor with the SiC film deposited on the front surface may be deformed due to the difference in the thermal expansion rate between the front surface portion and the back surface portion on which the SiC film is not deposited. When this deformation occurs, the wafer cannot be stably held and cannot rotate at high speed.
また、SiCエピタキシャル成膜処理を装置内で繰り返す事により、サセプタ表面にSiCが成膜・堆積され続け、これによりサセプタ表面や内径部側壁に突起や段差を生じる場合がある。生じた段差や突起によって、サセプタにセットされたウエハをサセプタが安定して保持することが出来なくなり、これが成膜時のサセプタの回転によってウエハがサセプタからが外れてしまう事に繋がる。サセプタからウエハが外れてしまうと、ウエハが破損するおそれや、成膜炉内に破損したウエハが残存する事になり、成膜時のパーティクルの一因ともなってしまう。 Further, by repeating the SiC epitaxial film forming process in the apparatus, SiC continues to be formed and deposited on the surface of the susceptor, which may cause protrusions or steps on the surface of the susceptor or the side wall of the inner diameter portion. Due to the generated steps and protrusions, the susceptor cannot stably hold the wafer set on the susceptor, which leads to the wafer being detached from the susceptor due to the rotation of the susceptor during film formation. If the wafer is removed from the susceptor, the wafer may be damaged or the damaged wafer may remain in the film forming furnace, which also contributes to particles during film formation.
SiCのエピタキシャル成膜処理についてより具体的に説明すると、まず、成膜対象となるウエハはサセプタに設置され、ウエハが設置されたサセプタは、エピタキシャル成長装置の育成炉内の回転部上にセットされる。そして、成膜時には回転部上にセットされたウエハおよびサセプタを回転させ、ウエハに原料ガスが吹き付けられる事でエピタキシャル成長し、成膜が進んでいく。 More specifically, the epitaxial film formation process of SiC will be described first. First, the wafer to be filmed is installed on the susceptor, and the susceptor on which the wafer is installed is set on the rotating portion in the growing furnace of the epitaxial growth apparatus. Then, at the time of film formation, the wafer and the susceptor set on the rotating portion are rotated, and the raw material gas is sprayed onto the wafer to grow epitaxially, and the film formation proceeds.
成膜処理を繰り返し行うと、原料ガスの反応の影響を受け、ウエハ以外にもSiCの堆積が生じる。特に、サセプタの表面へのSiCの堆積は多く、堆積が進行すると、ウエハを載置するサセプタの載置部の面内で堆積したSiCが段差となり、ウエハを安定して保持することが困難となる場合がある。エピタキシャル成長による成膜時は、安定的な成膜を行う為に、ウエハを回転した上で原料ガスを吹き付ける事が必要である。その為、ウエハが、サセプタの載置部に生じた段差の影響で不安定な保持状態になると、サセプタを回転させることでサセプタからウエハが飛び出すおそれがあり、飛び出しによる結果、ウエハの破損に繋がってしまう場合がある。 When the film forming process is repeated, SiC is deposited in addition to the wafer due to the influence of the reaction of the raw material gas. In particular, there is a large amount of SiC deposited on the surface of the susceptor, and as the deposition progresses, the SiC deposited in the plane of the mounting portion of the susceptor on which the wafer is placed becomes a step, making it difficult to stably hold the wafer. May become. At the time of film formation by epitaxial growth, it is necessary to spray the raw material gas after rotating the wafer in order to perform stable film formation. Therefore, if the wafer becomes an unstable holding state due to the influence of the step generated on the mounting portion of the susceptor, the wafer may pop out from the susceptor by rotating the susceptor, and as a result of the popping out, the wafer may be damaged. It may end up.
そこで、サセプタへのSiCの付着を抑える事が理想となるが、ウエハのみに原料ガスを供給する制御をすることは、サセプタにウエハが保持されている点から構造的に困難である。なお、サセプタのみ温度を変更してSiCの付着を抑えるという手法も挙げられるが、サセプタへの熱伝導の影響を抑える事が難しく、現実的にはサセプタへの成膜を防止することは難しい。 Therefore, it is ideal to suppress the adhesion of SiC to the susceptor, but it is structurally difficult to control the supply of the raw material gas only to the wafer because the wafer is held by the susceptor. Although there is a method of suppressing the adhesion of SiC by changing the temperature of only the susceptor, it is difficult to suppress the influence of heat conduction on the susceptor, and in reality, it is difficult to prevent the film formation on the susceptor.
そこで、ウエハを安定して保持できるよう、定期的にサセプタへ付着したSiCを除去する事が好ましいが、SiCは非常に硬い物質であり、サセプタに付着したSiCを容易に除去する事が出来ない。また、SiCの除去を行うとしても、多大なるコストおよび時間を要す事になる。よって、サセプタへ付着したSiCを除去する頻度を高める事は、好ましくない。 Therefore, it is preferable to periodically remove the SiC adhering to the susceptor so that the wafer can be stably held, but the SiC is a very hard substance and the SiC adhering to the susceptor cannot be easily removed. .. Further, even if SiC is removed, a great deal of cost and time will be required. Therefore, it is not preferable to increase the frequency of removing SiC adhering to the susceptor.
本発明は、このような事情に鑑み、サセプタへの炭化珪素の成膜を抑制することで、基板を安定して保持し続けることができると共に、サセプタを炭化珪素の除去作業をせずに長寿命化させて繰り返し使用できることで、炭化珪素のエピタキシャル成長による安定した成膜を、安価にかつ長期的に行うことができる、基板保持体、基板処理装置および基板処理方法を提供することを目的とする。 In view of such circumstances, the present invention can keep the substrate stable by suppressing the film formation of silicon carbide on the susceptor, and the susceptor can be extended without removing the silicon carbide. It is an object of the present invention to provide a substrate holder, a substrate processing apparatus, and a substrate processing method capable of stably forming a film by epitaxial growth of silicon carbide for a long period of time by extending the life of the silicon carbide. ..
上記課題を解決するため、本発明の基板保持体は、処理対象となる基板を載置し、外周の直径が当該基板の外径以上である載置部と、当該外周を囲む壁状の周縁部と、を有するサセプタと、直径が前記基板の外径よりも小さい開口部を有し、前記周縁部に載置する蓋と、を備える。 In order to solve the above problems, the substrate holder of the present invention mounts a substrate to be processed, and has a mounting portion whose outer diameter is equal to or larger than the outer diameter of the substrate, and a wall-shaped peripheral edge surrounding the outer circumference. A susceptor having a portion, and a lid having an opening having a diameter smaller than the outer diameter of the substrate and being placed on the peripheral portion are provided.
前記蓋の厚みが1mm以下であってもよい。 The thickness of the lid may be 1 mm or less.
前記基板と前記蓋は接触するか、または前記基板と前記蓋との隙間は0.5mm以内であってもよい。 The substrate and the lid may be in contact with each other, or the gap between the substrate and the lid may be within 0.5 mm.
前記基板の外径と前記蓋の前記開口部の直径との差は、0.5mm以内であってもよい。 The difference between the outer diameter of the substrate and the diameter of the opening of the lid may be 0.5 mm or less.
前記蓋を前記周縁部に載置した状態で前記サセプタに固定する固定手段を備えてもよい。 A fixing means for fixing the lid to the susceptor in a state of being placed on the peripheral portion may be provided.
また、上記課題を解決するため、本発明の基板処理装置は、上記した本発明の基板保持体を備える。 Further, in order to solve the above problems, the substrate processing apparatus of the present invention includes the above-mentioned substrate holder of the present invention.
前記基板処理装置は、化学気相蒸着法により前記基板に膜を成膜する成膜装置であってもよい。 The substrate processing apparatus may be a film forming apparatus for forming a film on the substrate by a chemical vapor deposition method.
また、上記課題を解決するため、本発明の基板処理方法は、上記した本発明の基板保持体に前記基板を保持する基板保持工程と、前記基板保持工程後、前記サセプタを回転させつつ前記基板を処理する処理工程と、を含む。 Further, in order to solve the above problems, the substrate processing method of the present invention comprises a substrate holding step of holding the substrate on the substrate holder of the present invention described above, and after the substrate holding step, the substrate is rotated while the susceptor is rotated. Including a processing step of processing.
前記処理工程は、前記基板に膜を成膜する成膜工程であってもよい。 The processing step may be a film forming step of forming a film on the substrate.
本発明によれば、サセプタへの炭化珪素の成膜を抑制することで、基板を安定して保持し続けることができると共に、サセプタを炭化珪素の除去作業をせずに長寿命化させて繰り返し使用できることで、炭化珪素のエピタキシャル成長による安定した成膜を、安価にかつ長期的に行うことができる、基板保持体、基板処理装置および基板処理方法を提供することができる。 According to the present invention, by suppressing the film formation of silicon carbide on the susceptor, the substrate can be stably held, and the susceptor is repeatedly extended in life without removing the silicon carbide. By being able to use it, it is possible to provide a substrate holder, a substrate processing apparatus, and a substrate processing method capable of stably forming a film by epitaxial growth of silicon carbide at low cost and for a long period of time.
以下、本発明の基板保持体、基板処理装置および基板処理方法について、これらの一実施形態を説明する。ただし、本発明は、これらの一実施形態によって何ら限定されるものではない。 Hereinafter, one embodiment of the substrate holder, the substrate processing apparatus, and the substrate processing method of the present invention will be described. However, the present invention is not limited to these one embodiments.
[基板保持体]
本発明の基板保持体としては、図1に示す基板10を保持する基板保持体100が挙げられ、サセプタ110と、蓋120とを備える。
[Board holder]
Examples of the substrate holder of the present invention include a
〈サセプタ110〉
図2は、サセプタ110の概略図であり、図2(a)はサセプタ110の側面断面図、図2(b)はサセプタ110の平面図である。サセプタ110は、処理対象となる基板10を載置し、外周111の直径が基板10の外径以上である載置部112と、外周111を囲む壁状の周縁部115と、を有する。載置部112は、周縁部115より凹んだ凹状の平面である円形状である。また、周縁部115は、載置部112の外周111より垂直に伸びる壁116を備え、上部117は所定の幅を有する平面状である。
<
2A and 2B are schematic views of the
載置部112に基板10を載置してサセプタ110を回転させた場合、基板10の側面にある周縁部115が基板10のずれや飛び出しを防止する役目を担うことができる。
When the
なお、本発明のサセプタとしては、サセプタ110の他にも、図3に示す複数の載置部212を有するサセプタ210が挙げられ、複数の基板10を載置することができる。サセプタ210は、サセプタ110と同様に、外周211の直径が基板10の外径以上であり、外周211を囲む壁状の周縁部215を有する。載置部212は、周縁部215より凹んだ凹状の平面である円形状である。また、周縁部215は、載置部212の外周211より垂直に伸びる壁216を備え、上部217は所定の幅を有する平面状である。
As the susceptor of the present invention, in addition to the
サセプタ110、210としては、例えばSiCのエピタキシャル成長装置に用いる場合には、カーボン製のサセプタを用いることができる。また、他の用途の場合には、それぞれの用途に適した素材のサセプタを用いることができる。
As the
なお、処理対象となる基板10としては例えば円盤状のウエハが挙げられるが、特に限定されず、何らかの機能を実現するための部品等を配置することのできる板であってもよい。
The
〈蓋120〉
図4は、蓋120の概略図であり、図4(a)は蓋120の側面断面図、図4(b)は蓋120の平面図である。蓋120は、直径が基板10の外径よりも小さい開口部121を有し、サセプタ110の周縁部115に載置するリング状の形状である。なお、蓋120の外径は、サセプタ110の外径と略同一であってもよい。
<
4A and 4B are schematic views of the
図1に示すように、載置部112に基板10を載置し、さらにサセプタ110の周縁部115に蓋120を載置した状態で、基板保持体100を回転させた場合、基板10の側面にある周縁部115が基板10のずれや飛び出しを防止する役目を担うことができる。さらに、蓋120の開口部121が基板10の外径よりも小さい直径であることにより、基板保持体100の回転による基板10の飛び出しを防止できると共に、基板保持体100の外部より開口部120を介して基板10に所定の処理を施すことができる。
As shown in FIG. 1, when the
なお、本発明の蓋としては、蓋120の他にも、図5に示す複数の開口部221を有する蓋220が挙げられ、複数の基板10の飛び出しを防止することができる。蓋220は、蓋120と同様に、直径が基板10の外径よりも小さい開口部221を複数有し、サセプタ210の周縁部215に載置することができる。なお、蓋220の外径は、サセプタ210の外径と略同一であってもよい。
As the lid of the present invention, in addition to the
蓋120、220としては、例えばSiCのエピタキシャル成長装置に用いる場合には、カーボン製の蓋を用いることができる。また、他の用途の場合には、それぞれの用途に適した素材の蓋を用いることができる。
As the
〈固定手段〉
基板保持体100は、蓋120を周縁部115に載置した状態でサセプタ110に固定する固定手段130を備えることができる(図1)。固定手段130によって蓋120をサセプタ110に固定することで、基板保持体100を回転させたときの基板10の飛び出しを、より確実に防止することができる。なお、蓋220をサセプタ210に固定する場合にも、同様に固定手段を用いることができる。
<Fixing means>
The
固定手段としては、蓋をサセプタに固定することができれば、特に限定されない。例えば、図1に示す固定手段130のように、釘、ネジ、ネイルのような形状のものでもよく、ボルトとナットからなる締結部材や、クリップ、クランプ等によって蓋とサセプタを固定してもよい。 The fixing means is not particularly limited as long as the lid can be fixed to the susceptor. For example, like the fixing means 130 shown in FIG. 1, the shape may be a nail, a screw, a nail, or the lid and the susceptor may be fixed by a fastening member composed of a bolt and a nut, a clip, a clamp, or the like. ..
固定手段としては、例えばSiCのエピタキシャル成長装置に用いる場合には、カーボン製の固定手段を用いることができる。また、他の用途の場合には、それぞれの用途に適した素材の固定手段を用いることができる。 As the fixing means, for example, when used in a SiC epitaxial growth device, a carbon fixing means can be used. Further, in the case of other uses, a fixing means of a material suitable for each use can be used.
(基板保持体100の使用例)
以下、基板保持体100の使用例について、説明する。図6は、化学気相蒸着法により基板10に炭化珪素のエピタキシャル膜を成膜するエピタキシャル成長装置1000の側面断面を示す概略図である。エピタキシャル成長装置1000は、成膜室1100を形成するボックス型の断熱材1200と、原料ガスを成膜室110へ導入する原料ガス導入口1300と、載置部112に基板10を載置したサセプタ110を載置して回転させる回転ステージ1400を少なくとも備える。
(Example of using the substrate holder 100)
Hereinafter, an example of using the
エピタキシャル成長装置1000を用いて基板10にエピタキシャル膜を成長させる手順を説明すると、例えば、エピタキシャル成長装置1000の成膜室1100内にて、基板10はサセプタ110の載置部112に載置される。または、基板10が載置されたサセプタ110が、エピタキシャル成長装置1000の成膜室1100へセットされる。その後、成膜室1100内の温度を指定温度まで上昇させる。温度上昇後に基板10が載置されたサセプタ110は、矢印Aで示す回転のように回転ステージ1400により回転し、原料ガス導入口1300より矢印Bで示す方向に成膜室1100へ導入される原料ガスを基板10に吹き付けることで、成膜を行うことができる。
Explaining the procedure for growing an epitaxial film on the
図7は、基板10を載置したサセプタ110の側面断面を示す概略図である。基板10にエピタキシャル膜を成長させる場合には、原料ガスは基板10の上部から基板10のおもて面11へ吹きつけられることになる。これにより、基板10の表面での反応により成膜が進むことになるが、原料ガスは基板10が回転する事により、遠心力の影響を受け、基板10の表面11の全体へと行き渡らせる事が出来る。基板10のおもて面11の中心から基板10の端部12への原料ガスの流れにおいて、端部12まで到達した原料ガスは、サセプタ110の壁116に到達する。原料のガス流れは、壁116に阻まれることによって基板10の端部12付近において対流が生じ、この対流が、基板10のおもて面11内でのエピタキシャル膜の膜厚分布にバラつきが生じる一因となることがある。
FIG. 7 is a schematic view showing a side cross section of the
よって、この対流を生じさせないよう、基板10のおもて面11とサセプタ110の上部117は、段差が無く同一平面上にある事が好ましい。ただし、サセプタ110の回転により基板10が飛び出しを防止できるよう、基板10のおもて面11よりもサセプタ110の上部117の方が0.5〜0.6mm高くなるように周縁部115の高さを設定することができる。
Therefore, in order to prevent this convection, it is preferable that the
図8に、エピタキシャル成長装置1000による成膜処理を繰り返し行うことで炭化珪素300が付着したサセプタ110に、基板10を載置した状態の側面断面の概略図を示す。成膜処理を繰り返し行うことで、サセプタ110の載置部112や壁116に炭化珪素300が付着して堆積していくことで、基板10を保持するために重要な載置部112や壁116において炭化珪素300による突起や段差が生じることになる。このような突起や段差が生じると、載置部112に基板10を載置しても、載置部112と基板10との間に隙間が出来る等により基板10が不安定な状態で載置されてしまう。この状態で成膜室1100内においてサセプタ110を回転させと、サセプタ110が基板10をしっかりと保持することができず、サセプタ110から基板10が飛んでしまう場合がある。この場合には、成膜室110の内壁への衝突等により、基板10の破損が生じてしまうおそれがある。また、飛んでしまった基板10には成膜の制御ができないため、所望のエピタキシャル膜を成長させることができない。そして、先に述べたように、サセプタ110に付着した炭化珪素300の除去には多大なるコストおよび時間を要すことから、炭化珪素300を除去するメンテナンスの頻度を上げることは好ましくない。
FIG. 8 shows a schematic side cross section of a state in which the
ただし、基板保持体100を使用することで、上記の問題を解消することができる。すなわち、サセプタ110のみならず蓋120を備える基板保持体100であれば、蓋120があることで原料ガスが基板10の側面を介して載置部112や壁116へ炭化珪素が付着することを防止できる。そのため、基板保持体100を繰り返し使用しても、基板10を安定してしっかりと保持し続けることができ、基板10が飛んでしまうことを防止できるため、エピタキシャル成長装置1000に設置した全ての基板10においてエピタキシャル膜を成膜出来ることで歩留まりを上げることが出来る。
However, the above problem can be solved by using the
また、載置部112や壁116へ炭化珪素が付着しにくいため、サセプタ110を長寿命化させて繰り返し使用できる。また、炭化珪素300を除去するためのメンテナンスの回数が減る、またはメンテナンス不要となることで、成膜にかかるコストを抑えることができる。
Further, since silicon carbide does not easily adhere to the mounting
そのため、炭化珪素のエピタキシャル成長による安定した成膜を、安価にかつ長期的に行うことができる。 Therefore, stable film formation by epitaxial growth of silicon carbide can be performed inexpensively and for a long period of time.
蓋120や蓋220において、その厚みは1mm以下であることが好ましい。そうすることで、基板10に吹付けられる原料ガスの自然な流れを阻害することなく、異常な成膜を抑制することができ、基板10の成膜対象面における成膜の偏りを抑えて安定的な成膜を維持することができる。また、原料ガスの流れを阻害しないよう、蓋120や蓋220の厚みはできるだけ均一であることが好ましく、例えば厚みの誤差を厚みの平均の±0.1mm以内に設定することができる。
The thickness of the
なお、蓋120や蓋220の厚みが1mmより厚くなると、原料ガスの自然な流れを阻害するおそれがあり、その結果として基板10の成膜対象面における成膜の偏りが生じ、安定的な成膜を維持することが困難となる場合がある。
If the thickness of the
基板保持体100が基板10を保持する際には、図1に示すように基板10と蓋120は接触するか、または基板10と蓋120との隙間は0.5mm以内であることが好ましい。そうすることで、基板10に吹付けられる原料ガスの自然な流れを阻害することなく、異常な成膜を抑制することができ、基板10の成膜対象面における成膜の偏りを抑えて安定的な成膜を維持することができる。
When the
また、基板10と蓋120との隙間が0.5mm以内であることにより、成膜処理中に、載置された基板10の側面への原料ガスの侵入を阻止または抑制できることにより、載置部112や壁116への炭化珪素300の付着や堆積を防止または抑制することができる。
Further, since the gap between the
基板10と蓋220の場合も同様に、基板10と蓋220は接触するか、または基板10と蓋220との隙間は0.5mm以内であることが好ましい。
Similarly, in the case of the
なお、基板10と蓋120または蓋220との隙間が0.5mmより大きくなると、原料ガスの自然な流れを阻害するおそれがあり、その結果として基板10の成膜対象面における成膜の偏りが生じ、安定的な成膜を維持することが困難となる場合がある。また、成膜処理中に載置された基板10の側面へ原料ガスが侵入するおそれがあり、これにより載置部112や壁116等への炭化珪素300の付着や堆積が生じるおそれがある。
If the gap between the
また、蓋120の開口部121や蓋220の開口部221が基板10の外径よりも小さい直径を有することに加え、基板10の外径と、蓋120の開口部121または蓋220の開口部221の直径との差は、0.5mm以内であることが好ましい。この差が0.5mm以内であることにより、仮に載置部112や壁116等に炭化珪素300が付着して段差等が生じた場合であっても、サセプタ110やサセプタ210の回転による基板10の飛び出しを防止することができる。また、基板10の処理対象面積が過度に狭くならないため、例えば基板10にエピタキシャル膜を成膜させる場合において、その成膜面積が過度に狭くはならず、エピタキシャル基板の製造効率への影響はない。
Further, in addition to the
上記の差が0.5mmよりも大きいと、基板10の処理対象面積が狭くなるおそれがあり、例えば基板10にエピタキシャル膜を成膜させる場合には、その成膜面積が狭くなることで、エピタキシャル基板の製造効率が低下してしまうおそれがある。
If the above difference is larger than 0.5 mm, the processing target area of the
なお、更に原料ガスが侵入することによる、載置部112、212や壁116、216への炭化珪素300の付着を防止する効果を得るためには、基板10の外径と、蓋120の開口部121または蓋220の開口部221の直径との差は、0.2mm〜0.5mmであることがより好ましい。
Further, in order to obtain the effect of preventing the
上記では、炭化珪素のエピタキシャル成長装置1000における基板保持体100の使用例を主として挙げたが、本発明の基板保持体としては他の用途も考えられる。本発明の基板保持体は、基板を回転させて処理する場合に有用であり、例えば、基板を回転させて炭化珪素の多結晶膜を成膜する成膜装置や、基板の塗布対象面に所定の処理液をスピンコートするスピンコータ、基板の洗浄対象面を洗浄液で洗浄した後に基板を回転させて洗浄液を除去する仕組みを備える基板の洗浄装置等にも、基板保持体100を用いることができる。
In the above, an example of using the
[基板処理装置]
次に、本発明の基板処理装置の例について説明する。本発明の基板処理装置は、上記した本発明の基板保持体を備えるものである。
[Board processing equipment]
Next, an example of the substrate processing apparatus of the present invention will be described. The substrate processing apparatus of the present invention includes the substrate holder of the present invention described above.
基板処理装置としては、基板保持体を備えるものであれば特に限定されない。例えば、化学気相蒸着法により前記基板に膜を成膜する成膜装置であってもよく、具体的には、成膜装置として図6に示すエピタキシャル成長装置1000であれば、炭化珪素製の基板にエピタキシャル膜を成膜することができる。
The substrate processing apparatus is not particularly limited as long as it includes a substrate holder. For example, it may be a film forming apparatus for forming a film on the substrate by a chemical vapor deposition method. Specifically, the
また、本発明の基板保持体は、基板を回転させて処理する場合に有用であることから、本発明の基板処理装置としては、基板の塗布対象面に所定の処理液をスピンコートするスピンコータであってもよい。さらに別の態様としては、基板の洗浄対象面を洗浄液で洗浄した後に基板を回転させて洗浄液を除去する仕組みを備える基板の洗浄装置であってもよい。 Further, since the substrate holder of the present invention is useful when the substrate is rotated for processing, the substrate processing apparatus of the present invention is a spin coater that spin-coats a predetermined treatment liquid on the surface to be coated with the substrate. There may be. As yet another aspect, the substrate cleaning apparatus may have a mechanism for removing the cleaning liquid by rotating the substrate after cleaning the surface to be cleaned of the substrate with the cleaning liquid.
[基板処理方法]
次に、本発明の基板処理方法の例について説明する。本発明の基板処理方法は、上記した本発明の基板保持体に基板を保持する基板保持工程と、基板保持工程後、サセプタを回転させつつ基板を処理する処理工程と、を含む。
[Board processing method]
Next, an example of the substrate processing method of the present invention will be described. The substrate processing method of the present invention includes a substrate holding step of holding the substrate on the substrate holder of the present invention described above, and a processing step of processing the substrate while rotating the susceptor after the substrate holding step.
処理工程は、基板に膜を成膜する成膜工程であってもよい。例えば、本発明の基板処理方法として、エピタキシャル成長装置1000を用いて基板10にエピタキシャル膜を成長させる基板処理方法を例示して説明する。
The treatment step may be a film forming step of forming a film on the substrate. For example, as a substrate processing method of the present invention, a substrate processing method for growing an epitaxial film on a
〈基板保持工程〉
基板保持工程としては、例えば、エピタキシャル成長装置1000の成膜室1100内にて、基板10をサセプタ110の載置部112に載置した後、蓋112を被せて、適宜固定手段130でサセプタ110と蓋112を固定する工程が挙げられる。または、成膜室1100の外部にて、基板10をサセプタ110の載置部112に載置した後、蓋112を被せて、適宜固定手段130でサセプタ110と蓋112を固定する工程が挙げられる。この場合には、基板保持工程後に基板保持体100がエピタキシャル成長装置1000の成膜室1100へセットされる。
<Board holding process>
As a substrate holding step, for example, in the
〈処理工程〉
処理工程としては、例えば、成膜工程の場合には、基板保持工程後、成膜室1100内の温度を指定温度まで上昇させる。温度上昇後に基板10が載置された基板保持体100を、矢印Aで示す回転のように回転ステージ1400により回転させ、原料ガス導入口1300より矢印Bで示す方向に成膜室1100へ導入される原料ガスを基板10に吹き付けることで、成膜処理を行うことができる。
<Processing process>
As a treatment step, for example, in the case of a film forming step, the temperature inside the
処理工程は成膜工程に限定されず、例えば、スピンコータを用いる場合には、基板10の塗布対象面に所定の処理液をスピンコートする工程であってもよい。さらに別の態様としては、基板の洗浄装置を用いる場合には、基板10の洗浄対象面を洗浄液で洗浄した後に基板を回転させて洗浄液を除去する工程であってもよい。
The treatment step is not limited to the film forming step, and for example, when a spin coater is used, it may be a step of spin-coating a predetermined treatment liquid on the surface to be coated of the
(その他の工程)
本発明の基板処理方法は、基板保持工程と処理工程の他にも、更なる工程を含んでもよい。例えば、処理対象となる基板10を清浄な状態とするような養生工程や、処理工程後に基板への処理が十分であったか否かを判定する判定工程等が挙げられる。
(Other processes)
The substrate processing method of the present invention may include a further step in addition to the substrate holding step and the processing step. For example, a curing step for cleaning the
以下に示す実施例によって、本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は、これら実施例によって何ら限定されるものではない。 The present invention will be described in detail with reference to the examples shown below. However, the present invention is not limited to these examples.
[評価の内容]
図6に示すエピタキシャル成長装置1000を使用し、サセプタ110および蓋112を備える基板保持体100に基板10を保持してエピタキシャル成長膜の成膜処理した場合と、従来のように蓋112は使用せずにサセプタ110に基板10を載置してエピタキシャル成長膜の成膜処理をした場合とについて、基板10の飛び出しの有無およびエピタキシャル成長膜の膜厚への影響について、評価した。
[Details of evaluation]
When the
なお、評価においては、基板10の保持に基板保持体100を用いるか、サセプタ110を用いるかのみを違いとし、基板10や、原料ガスの組成や混合比、原料ガスの流量や吹き付け時間、基板10の回転速度等の成膜条件は同一として、成膜を繰り返し行った。
In the evaluation, the only difference is whether the
〈基板10の飛び出しの評価〉
エピタキシャル成長装置1000により基板10への成膜処理を繰り返し、累積成膜量あたりの基板10の飛び出し回数を評価した。
<Evaluation of protrusion of
The film formation process on the
なお、基板10は直径152.4mm(6インチ)、厚さ0.5mmの炭化珪素単結晶ウエハを使用した。サセプタ110は、カーボン製で、直径163mm、載置部112の外周111の直径153mm、周縁部115の幅は5mm、載置部112の厚みは2mm、壁116の高さは基板10の厚さに合わせて0.5mmとした。そして、蓋120は、カーボン製で、厚みは均一で0.5mm、開口部の直径は基板10の直径よりも0.3mm小さい152.1mm、直径はサセプタ110と同様に163mmのリング形状であり、リングの幅は5.45mmとした。また、固定手段130として、ネジ頭の出っ張りを抑えたカーボン製の低頭ネジを使用し、均等に4か所の部分でネジ止めしてサセプタ110と蓋120を固定した。
As the
また、成膜処理においては、基板保持体100およびサセプタ110は交換せずに、当初から試験を終了するまで繰り返し使用した。
Further, in the film forming process, the
結果を図9に示す。図9では横軸がエピタキシャル成長膜を成膜した累積成膜量であり、白抜きのグラフが基板保持体100を使用した場合で、黒塗りのグラフがサセプタ110を使用した場合である。また、「100μm」の項目は成膜処理1回目から累積成膜量が100μmまでの間に発生した基板10の飛び出し回数を表示している。「300μm」の項目は累積成膜量が100μmから300μmまでの間に発生した基板10の飛び出し回数を表示している。500μm〜1500μmの項目についても同様であり、各項目について、10回ずつ成膜処理を行った。
The results are shown in FIG. In FIG. 9, the horizontal axis is the cumulative amount of film formed on which the epitaxial growth film is formed, the white graph shows the case where the
図9の結果より、蓋120を使用せずにサセプタ110を使用した場合には、累積成膜量が300μmの項目までは基板10の飛び出しは認められないものの、累積成膜量が500μmを超えて急激に基板10の飛び出しの発生頻度が上がることがわかった。成膜処理後には、その都度、基板10が飛び出したサセプタ110の状態を確認したところ、載置部112の表面や壁116に炭化珪素が徐々に付着し、累積成膜量が500μmを超えると、この付着した炭化珪素が段差および突起へと成長していることが確認され、これらの段差や突起が基板10の飛び出しの要因となったことは明らかであった。
From the results of FIG. 9, when the
一方で、基板保持体100を使用した場合においては、成膜処理の開始から累積成膜量が1500μmの状態下まで、基板10の飛び出しが一度も発生しなかった。特に、蓋120があることで、サセプタ110の載置部112や壁116には炭化珪素がほとんど付着していなかった。また、繰り返しの成膜処理の終盤において、載置部112や壁116に炭化珪素が付着して段差や突起が生じた場合であっても、蓋120があることで基板10の飛び出しを防止することができた。
On the other hand, when the
〈蓋112の厚みが与える膜厚への影響の評価〉
ここでは、0.5mmから2.0mmまで厚みの異なる蓋120を用意し、基板保持体100としてエピタキシャル成長膜の成膜処理を1回行い、基板10にエピタキシャル成長膜を成膜した。そして、得られたエピタキシャル成長膜の膜厚を測定し、蓋120を使用せずにサセプタ110を使用した場合のエピタキシャル成長膜の膜厚の平均値と比較し、膜厚の偏りについて評価した。
<Evaluation of the effect of the thickness of the
Here,
結果を図10に示す。図10では、蓋120の厚みを横軸とし、0mmには蓋120を使用せずにサセプタ110を使用した場合におけるエピタキシャル成長膜の膜厚の平均値を100%として示した。そして、この膜厚の平均値と、蓋120を用いて成膜したエピタキシャル成長膜のうち、最も厚みのある部分の膜厚とを比較して、膜厚が1.2倍厚くなった場合を120%、1.4倍厚くなった場合を140%としてプロットした。
The results are shown in FIG. In FIG. 10, the thickness of the
結果として、蓋120の厚みが1mm以下であれば、成膜されたエピタキシャル成長膜の厚みはほぼ均一であり、蓋120を使用しなかった場合と同様の膜厚のものを得ることができた。これは、蓋120の厚みが1mm以下であれば、蓋120が原料ガスの自然な流れを阻害せず、蓋120が無い状態と殆ど変わらないことを指し示している。
As a result, when the thickness of the
なお、蓋120の厚みが1mmを超えると、エピタキシャル成長膜の厚みに偏りが生じ、厚膜になる部分が生じる傾向が認められた。これは、蓋120が原料ガスの自然な流れを阻害することが原因であるものと予想された。
When the thickness of the
ただし、膜厚が120%程度までは許容可能な範囲であることから、蓋120の厚みが1.5mmまでであれば、エピタキシャル成長膜の成膜に使用しても問題の無いことが示唆された。
However, since the film thickness up to about 120% is within an acceptable range, it was suggested that if the thickness of the
[まとめ]
以上のように、本発明によれば、サセプタへの炭化珪素の成膜を抑制することで、基板を安定して保持し続けることができると共に、サセプタを炭化珪素の除去作業をせずに長寿命化させて繰り返し使用できることで、炭化珪素のエピタキシャル成長による安定した成膜を、安価にかつ長期的に行うことができる。
[Summary]
As described above, according to the present invention, by suppressing the film formation of silicon carbide on the susceptor, the substrate can be stably held and the susceptor can be extended without removing the silicon carbide. Since the life is extended and the silicon carbide can be used repeatedly, stable film formation by epitaxial growth of silicon carbide can be performed inexpensively and for a long period of time.
10 基板
11 おもて面
12 端部
100 基板保持体
110 サセプタ
111 外周
112 載置部
115 周縁部
116 壁
117 上部
120 蓋
121 開口部
130 固定手段
210 サセプタ
211 外周
212 載置部
215 周縁部
216 壁
217 上部
220 蓋
221 開口部
1000 エピタキシャル成長装置
1100 成膜室
1200 断熱材
1300 原料ガス導入口
1400 回転ステージ
A 矢印
B 矢印
10
Claims (9)
直径が前記基板の外径よりも小さい開口部を有し、前記周縁部に載置する蓋と、を備える基板保持体。 A susceptor having a mounting portion on which a substrate to be processed is placed and whose outer peripheral diameter is equal to or larger than the outer diameter of the substrate, and a wall-shaped peripheral peripheral portion surrounding the outer circumference.
A substrate holder having an opening having a diameter smaller than the outer diameter of the substrate and having a lid to be placed on the peripheral portion.
前記基板保持工程後、前記サセプタを回転させつつ前記基板を処理する処理工程と、
を含む、基板処理方法。 A substrate holding step of holding the substrate on the substrate holder according to any one of claims 1 to 5.
After the substrate holding step, a processing step of processing the substrate while rotating the susceptor,
Substrate processing methods, including.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2019230377A JP2021100030A (en) | 2019-12-20 | 2019-12-20 | Substrate holder, substrate processing device, and substrate processing method |
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