JP2022095138A - Susceptor, substrate processing device, and substrate processing method - Google Patents
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Description
本発明は、サセプタ、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サセプタおよび当該サセプタを用いる基板処理方法の改良に関する。 The present invention relates to a susceptor, a substrate processing apparatus and a substrate processing method, and uses, for example, a substrate processing apparatus capable of forming an epitaxial film of silicon carbide (SiC), a susceptor capable of being provided in the substrate processing apparatus, and the susceptor. Regarding improvement of substrate processing method.
炭化珪素(SiC)は、珪素(Si)と炭素(C)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 (C). Not only is SiC superior in insulation 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.
炭化珪素のエピタキシャル成長技術に使用されるエピタキシャル成長装置等の成膜装置では、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、ウエハを加熱しながら、成膜のための原料となるガス(以下、「原料ガス」と略称する場合がある)を成膜室内に供給すると、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)。また、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。このため、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 a film forming apparatus such as an epitaxial growth apparatus used in the epitaxial growth technique for silicon carbide, for example, a wafer is placed inside a film forming chamber held at normal pressure or reduced pressure. Then, while heating the wafer, when a gas as a raw material for film formation (hereinafter, may be abbreviated as "raw material gas") is supplied to the film forming chamber, a thermal decomposition reaction of the raw material gas occurs on the surface of the wafer. A hydrogen reduction reaction occurs and an epitaxial film is formed on the wafer (for example, Patent Document 1). Further, 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, the wafer is epitaxially grown while being rotated at high speed.
ところで、図8に示すSiCエピタキシャル成長装置1000を用いてウエハ上にエピタキシャル膜を成膜する場合、従来、サセプタ10の基板載置部11に基板(例えばウエハ)1を収容した後、成膜室1100に設けられた円筒状の回転ステージ1400上端にサセプタ10を載置してなされている。このため、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10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。
By the way, when an epitaxial film is formed on a wafer by using the SiC
また、SiCのエピタキシャル成膜処理を装置内で繰り返すことにより、サセプタ10のおもて面にSiCが成膜・堆積され続け、これによりサセプタ10の基板載置部11の面内に図9に示す炭化珪素400から成る突起や段差を生じる場合がある。そして、生じた段差や突起によって、収容された基板(ウエハ)1をサセプタ10が安定して保持できなくなり、成膜時におけるサセプタ10の回転によってウエハがサセプタ10から外れてしまうことに繋がる。サセプタ10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、成膜室内に破損したウエハが残存することになり、成膜時におけるパーティクルの一因ともなってしまう。
Further, by repeating the epitaxial film formation process of SiC in the apparatus, SiC continues to be formed and deposited on the front surface of the
以下、SiCのエピタキシャル成膜処理について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の基板載置部に収容され、ウエハを収容したサセプタは、エピタキシャル成長装置における成膜室内の回転ステージ上端に載置される。そして、成膜時には回転ステージ上端に載置された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ことでエピタキシャル成長し、成膜が進んでいく。 Hereinafter, the SiC epitaxial film forming process will be specifically described. First, the wafer to be filmed is housed in the substrate mounting portion of the susceptor, and the susceptor containing the wafer is the upper end of the rotary stage in the film forming chamber in the epitaxial growth apparatus. It is placed in. Then, at the time of film formation, the susceptor placed on the upper end of the rotating stage is 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、サセプタのおもて面へのSiCの堆積は多く、堆積が進行すると、ウエハが収容される基板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ため、ウエハを回転させた上で原料ガスを吹き付けることが必要である。このため、サセプタの基板載置部に生じた段差の影響でウエハが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 front surface of the susceptor, and as the deposition progresses, the deposited SiC in the surface of the substrate mounting portion where the wafer is housed becomes a step, which can stably hold the wafer. It can be difficult. During film formation by epitaxial growth, it is necessary to rotate the wafer and then spray the raw material gas in order to perform stable film formation. For this reason, if the wafer becomes an unstable holding state due to the influence of the step generated on the substrate 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の付着を抑えることが理想となるが、ウエハのみに原料ガスが供給され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。また、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考えられるが、サセプタへの熱伝導の影響を抑えることが難しく、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. Further, although it is conceivable to change the temperature of only the susceptor to suppress the adhesion of SiC, 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.
このため、ウエハを安定して保持できるように定期的にサセプタに付着したSiCを除去することが好ましいが、SiCは非常に硬い物質であり、サセプタに付着したSiCを容易に除去することができない。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ことになる。このため、サセプタに付着したSiCを除去する頻度を高めることは好ましくない。 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.
このような技術的背景の下、本発明者は、サセプタへの炭化珪素の成膜・堆積を抑制し、基板(例えばウエハ)を安定かつ継続して保持することができる基板保持体と、当該基板保持体を備える基板処理装置、および、上記基板保持体を用いる基板処理方法を既に提案している(特許文献2参照)。 Under such a technical background, the present inventor has a substrate holder capable of suppressing the formation and deposition of silicon carbide on a susceptor and stably and continuously holding a substrate (for example, a wafer). We have already proposed a substrate processing apparatus including a substrate holder and a substrate processing method using the substrate holder (see Patent Document 2).
すなわち、基板を安定かつ継続して保持することのできる基板保持体は、図10に示すように処理対象となる基板1が平面部11aに載置されかつ当該平面部11a外周の直径が基板1の外径以上である基板載置部11と、当該基板載置部11を囲むと共に上記平面部11aの外周端から垂直方向に延びる壁部12aと当該壁部12aの上端から上記平面部11aの外側方向へ水平に延びる上面12bとで構成される周縁部12を有するサセプタ10と、当該サセプタ10における周縁部12の上面12bに載置されかつ上記基板載置部11の平面部11aに対向する部位に開口部20aが設けられた蓋材20を備えることを特徴とするものであった。尚、図10中、符号30は蓋材20をサセプタ10に固定するネジ等の固定手段を示す。
That is, in the substrate holder capable of stably and continuously holding the substrate, as shown in FIG. 10, the
そして、図11に示すSiCエピタキシャル成長装置1000の回転ステージ1400上端に上記基板保持体を載置してSiCのエピタキシャル成膜処理がなされた場合、蓋材20の作用によりサセプタ10へのSiCの成膜・堆積が抑制されるため基板1を安定かつ継続して保持することが可能になると共に、SiCの除去作業を要さずにサセプタ10の長寿命化が図れるため当該サセプタ10を繰り返し使用することが可能となる。このため、SiC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可能な基板保持体、基板処理装置および基板処理方法を提供できる効果を有するものであった。尚、図11中、符号12cは、サセプタ10の基板載置部11における背面側に設けられた複数の突起部を示しており、該突起部を回転ステージ1400の円筒内壁面にそれぞれ係止させて、上記基板保持体は、回転ステージ1400上端に固定載置されている。
When the substrate holder is placed on the upper end of the
しかし、本発明者が研究、改良を続けた結果、サセプタ10に蓋材20が付設された特許文献2に係る基板保持体には更なる改善の余地を有することが判明した。
However, as a result of continuous research and improvement by the present inventor, it has been found that there is room for further improvement in the substrate holder according to
すなわち、上記基板保持体においては、図10に示すように蓋材20が基板1上面の外周部を覆うように設置されているため、基板1の上方側から供給される原料ガスの流れが蓋材20により阻まれて基板1の外周部に原料ガスが到達し難くなり、基板1外周部に幅1mm以上の未成膜領域を生じる場合があることが確認された。更に、上記基板保持体においては、サセプタ10の基板載置部11に基板1を載置(収容)した後、ネジ等の固定手段30を用いて蓋材20を取り付ける作業が必要となり、かつ、エピタキシャル成膜処理後においては上記蓋材20をサセプタ10から取り外す作業が必要になるため、作業効率を低下させてしまう問題も確認された。
That is, in the substrate holder, as shown in FIG. 10, the
本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、特許文献1に係るサセプタの問題(サセプタのおもて面部にSiC膜が堆積し易い問題)、および、サセプタと蓋材とで構成される特許文献2に係る基板保持体の問題(未成膜領域が発生し易く、作業効率を低下させる問題)が解消されるサセプタ、基板処理装置および基板処理方法を提供することにある。
The present invention has been made by paying attention to such a problem, and the problems thereof are the problem of the susceptor according to Patent Document 1 (the problem that the SiC film is easily deposited on the front surface of the susceptor) and the problem. , A susceptor, a substrate processing apparatus, and a substrate processing method for solving the problem of the substrate holder according to
すなわち、本発明に係る第1の発明は、
処理対象となる基板が平面部に載置されかつ当該平面部外周の直径が上記基板の外径以上である基板載置部と、当該基板載置部を囲むと共に上記平面部の外周端から垂直方向に延びる壁部と当該壁部の上端から上記平面部の外側方向へ水平に延びる上面とで構成される周縁部を有するサセプタにおいて、
上記周縁部の壁部上端に当該周縁部の上面から上記平面部の内側方向へ水平に張り出すリング状庇部が設けられると共に、リング状庇部における開口部の直径が上記基板の外径以上であり、かつ、リング状庇部の上記平面部側端部と当該平面部との間の垂直方向における長さが上記基板の厚さより大きいことを特徴とする。
That is, the first invention according to the present invention is
A substrate mounting portion on which the substrate to be processed is mounted on a flat surface portion and the diameter of the outer periphery of the flat surface portion is equal to or larger than the outer diameter of the substrate, and a substrate mounting portion surrounding the substrate mounting portion and perpendicular to the outer peripheral edge of the flat surface portion. In a susceptor having a peripheral edge portion composed of a wall portion extending in a direction and an upper surface extending horizontally from the upper end of the wall portion toward the outside of the flat surface portion.
A ring-shaped eaves portion is provided at the upper end of the wall portion of the peripheral edge portion so as to horizontally project from the upper surface of the peripheral edge portion toward the inside of the flat surface portion, and the diameter of the opening in the ring-shaped eaves portion is equal to or larger than the outer diameter of the substrate. Moreover, the length in the vertical direction between the flat portion side end portion of the ring-shaped eaves portion and the flat surface portion is larger than the thickness of the substrate.
また、本発明に係る第2の発明は、
第1の発明に記載のサセプタにおいて、
上記平面部外周の直径と上記基板の外径との差が1.0mm~1.4mmであることを特徴とし、
第3の発明は、
第2の発明に記載のサセプタにおいて、
上記リング状庇部における開口部の直径と上記基板の外径との差が0.4mm~0.6mmであることを特徴とし、
第4の発明は、
第1の発明~第3の発明のいずれかに記載のサセプタにおいて、
上記リング状庇部の厚さが0.5mm以下であることを特徴とし、
第5の発明は、
第1の発明~第4の発明のいずれかに記載のサセプタにおいて、
上記リング状庇部の平面部側端部と当該平面部に載置される基板上面間における垂直方向の長さが0.3mm以下であることを特徴とする。
Further, the second invention according to the present invention is
In the susceptor according to the first invention,
The difference between the diameter of the outer circumference of the flat surface portion and the outer diameter of the substrate is 1.0 mm to 1.4 mm.
The third invention is
In the susceptor according to the second invention,
The difference between the diameter of the opening in the ring-shaped eaves and the outer diameter of the substrate is 0.4 mm to 0.6 mm.
The fourth invention is
In the susceptor according to any one of the first invention to the third invention,
The ring-shaped eaves are characterized in that the thickness is 0.5 mm or less.
The fifth invention is
In the susceptor according to any one of the first to fourth inventions.
The length between the end of the ring-shaped eaves on the flat surface side and the upper surface of the substrate placed on the flat surface is 0.3 mm or less in the vertical direction.
次に、本発明に係る第6の発明は、
基板処理装置において、
第1の発明~第5発明のいずれかに記載のサセプタを備えることを特徴とし、
第7の発明は、
第6の発明に記載の基板処理装置において、
化学気相蒸着法により上記基板に膜を成膜する成膜装置であることを特徴とし、
第8の発明は、
第7の発明に記載の基板処理装置において、
上記成膜装置の成膜室内にサセプタが載置される円筒状の回転ステージを備え、第1の発明~第5発明のいずれかに記載のサセプタの上記基板載置部における背面側に突起部が設けられると共に、上記回転ステージの筒状上端部に設けられた凹部にサセプタの突起部を嵌合させて上記サセプタが回転ステージに固定されていることを特徴とする。
Next, the sixth invention according to the present invention is
In the board processing equipment
The susceptor according to any one of the first to fifth inventions is provided.
The seventh invention is
In the substrate processing apparatus according to the sixth invention.
It is characterized by being a film forming apparatus that deposits a film on the above substrate by a chemical vapor deposition method.
The eighth invention is
In the substrate processing apparatus according to the seventh invention,
A cylindrical rotating stage on which a susceptor is placed is provided in the film forming chamber of the film forming apparatus, and a protrusion on the back surface side of the substrate mounting portion of the susceptor according to any one of the first to fifth inventions. The susceptor is fixed to the rotary stage by fitting the protrusion of the susceptor into the concave portion provided at the upper end of the cylindrical shape of the rotary stage.
更に、本発明に係る第9の発明は、
基板処理方法において、
第1の発明~第5発明のいずれかに記載のサセプタに上記基板を保持する基板保持工程と、
上記基板保持工程後、上記サセプタを回転させつつ上記基板を処理する処理工程と、
を有することを特徴とし、
第10の発明は、
第9の発明に記載の基板処理方法において、
上記処理工程は、上記基板に膜を成膜する成膜工程であることを特徴とする。
Further, the ninth invention according to the present invention is
In the board processing method
The substrate holding step of holding the substrate in the susceptor according to any one of the first to fifth inventions,
After the substrate holding step, a processing step of processing the substrate while rotating the susceptor, and a processing step of processing the substrate.
Characterized by having
The tenth invention is
In the substrate processing method according to the ninth invention,
The processing step is characterized in that it is a film forming step of forming a film on the substrate.
本発明のサセプタによれば、
周縁部の上面から平面部の内側方向へ水平に張り出すリング状庇部が設けられ、該リング状庇部の作用によりサセプタへの炭化珪素の成膜・堆積が抑制されるため基板を安定かつ継続して保持することが可能となり、かつ、炭化珪素の除去作業を要さずにサセプタの長寿命化が図れるため当該サセプタを繰り返し使用することが可能になると共に、サセプタからの基板の飛び出しもリング状庇部の作用により防止することが可能となる。
According to the susceptor of the present invention
A ring-shaped eaves that horizontally project from the upper surface of the peripheral surface toward the inside of the flat surface is provided, and the action of the ring-shaped eaves suppresses the formation and deposition of silicon carbide on the susceptor, thus making the substrate stable. Since it is possible to continuously hold the susceptor and the life of the susceptor can be extended without the need for removing silicon carbide, the susceptor can be used repeatedly, and the substrate may pop out from the susceptor. It can be prevented by the action of the ring-shaped eaves.
また、リング状庇部の平面部側端部と当該平面部との間の垂直方向における長さが基板の厚さより大きく、基板の上方側から供給される原料ガスの流れがリング状庇部により阻まれないため基板外周部に未成膜領域を生じることがなく、更に、構成部材として蓋材を使用しないため蓋材に起因した作業効率の低下も防止することが可能となる。 Further, the length in the vertical direction between the flat portion side end portion of the ring-shaped eaves portion and the flat surface portion is larger than the thickness of the substrate, and the flow of the raw material gas supplied from the upper side of the substrate is caused by the ring-shaped eaves portion. Since it is not hindered, an undeposited region is not generated on the outer peripheral portion of the substrate, and further, since a lid material is not used as a constituent member, it is possible to prevent a decrease in work efficiency due to the lid material.
このため、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えるサセプタ、基板処理装置および基板処理方法を提供することが可能となる。 Therefore, it is possible to provide a susceptor, 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、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は実施形態によって何ら限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments.
1.サセプタ
本発明に係るサセプタとして図1に示すサセプタ100が例示され、図1(a)はサセプタ100の構成断面図、図1(b)はサセプタ100の平面図である。
1. 1. Suceptor As the susceptor according to the present invention, the
まず、サセプタ100は、図1(a)に示すように基板載置部101と周縁部102およびリング状庇部103とで構成されている。
First, as shown in FIG. 1A, the
すなわち、本発明に係るサセプタ100は、処理対象となる基板1が平面部101aに載置されかつ当該平面部101a外周の直径が基板1の外径以上である基板載置部101と、当該基板載置部101を囲むと共に上記平面部101aの外周端から垂直方向に延びる壁部102aと当該壁部102aの上端から上記平面部101aの外側方向へ水平に延びる上面102bとから成る周縁部102と、当該周縁部102の壁部102a上端に設けられかつ周縁部102の上面102bから上記平面部101aの内側方向へ水平に張り出すリング状庇部103とで構成されている。
That is, the
上記基板載置部101における平面部101aは、周縁部102の上面102bより凹んだ円形状になっており、上記上面102bは所定の幅を有する平面状である。また、上記リング状庇部103における開口部103aの直径は、基板載置部101の平面部101a内へ基板1を収容できるようにするため基板1の外径以上に設定され、かつ、リング状庇部103の平面部101a側端部103bと当該平面部101aとの間の垂直方向における長さは、基板1の上方側から供給される原料ガスの流れがリング状庇部103により阻まれないようにするため基板1の厚さより大きく設定される。
The
そして、上記基板載置部101の平面部101aに基板1を載置してサセプタ100を回転させた場合、基板1の側面にある周縁部102の壁部102aとリング状庇部103が基板1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
また、本発明に係るサセプタとしては、図1に示すサセプタ100の他に、図2に示す複数の基板載置部201を有するサセプタ200が挙げられ、複数の基板を基板載置部201の平面部201aに載置することができる。サセプタ200は、サセプタ100と同様、平面部201a外周の直径が基板の外径以上であり、平面部201aの外周端から垂直方向に延びる壁部202aと壁部202aの上端から平面部201aの外側方向へ水平に延びる上面202bとから成る周縁部202と図示外のリング状庇部を有する。また、基板載置部201における平面部201aは周縁部202の上面202bより凹んだ円形状になっており、上記上面202bは所定の幅を有する平面状である。更に、本発明に係るサセプタとしては、図3(a)に示す基板載置部301の背面側に複数の突起部304を設けたサセプタ300が挙げられ、図3(b)に示す回転ステージ1400の筒状上端部に設けられた凹部1401に上記突起部304を嵌合させてサセプタ300が回転ステージ1400に固定される構造にしてもよい。尚、突起部304の本数は、回転ステージ1400にサセプタ300が安定して固定されるように3本以上が好ましい。
Further, examples of the susceptor according to the present invention include a
そして、サセプタ100、200、300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
尚、処理対象となる基板としては、例えば円盤状のウエハを挙げることができるが、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 substrate to be processed may be, for example, a disk-shaped wafer, but is not particularly limited, and may be a plate on which parts or the like for realizing some function can be arranged.
2.サセプタ300の使用例
(1)以下、サセプタ300の使用例について説明する。
2. 2. Examples of Use of Suceptor 300 (1) Hereinafter, examples of use of
図3(b)は、化学気相蒸着法により基板1に炭化珪素のエピタキシャル膜を成膜する成膜装置(エピタキシャル成長装置1000)の構成断面図である。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1100へ導入する原料ガス導入口1300と、基板載置部301の平面部に基板1が載置されたサセプタ300を保持して回転させる回転ステージ1400を少なくとも備え、当該回転ステージ1400の筒状上端部に設けられた凹部1401に基板保持体300の上記突起部304を嵌合させてサセプタ300が回転ステージ1400に固定されている。
FIG. 3B is a structural cross-sectional view of a film forming apparatus (epitaxial growth apparatus 1000) for forming an epitaxial film of silicon carbide on the
エピタキシャル成長装置1000を用いて基板1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1はサセプタ300における基板載置部301の平面部に載置される。または、基板1が載置されたサセプタ300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1が載置されたサセプタ300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1に吹き付けることで、成膜を行うことができる。
The procedure for growing an epitaxial film on the
図4は、サセプタ300に載置された基板1の上方側から供給される原料ガスの流れを示した説明図である。基板1にエピタキシャル膜を成長させる場合、原料ガスは基板1の上方側から基板1のおもて面1aへ吹きつけられることになる。これにより、基板1のおもて面1a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1が回転することにより遠心力の影響を受け、基板1のおもて面1a全体へと行き渡らせることができる。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the flow of the raw material gas supplied from the upper side of the
基板1のおもて面1a中心から基板1の端部1bへの原料ガスの流れにおいて、サセプタ300におけるリング状庇部303の作用によって基板1の端部1bまで到達した原料ガスはサセプタ300の壁部302aに到達する。原料ガスの流れは、壁部302aに阻まれることによって基板1の端部1b付近において対流が生じ、この対流が、基板1のおもて面1a内でのエピタキシャル膜の膜厚分布にバラつきを生じさせる一因となることがある。よって、この対流を生じさせないよう基板1のおもて面1aとサセプタ300の上面302bは段差が無く同一平面上にあることが好ましいが、サセプタ300の回転により基板1の飛び出しが防止できるようにする必要もある。そこで、リング状庇部303の平面部301a側端部303bと平面部301aとの間の垂直方向における長さは上述したように基板1の厚さより大きく設定されている。
In the flow of the raw material gas from the center of the
このように設定されることで、基板1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1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、成膜処理中に、載置された基板1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、基板載置部301や壁部302aへの炭化珪素の付着や堆積を防止または抑制することができる。
By setting in this way, it is possible to suppress abnormal film formation without obstructing the natural flow of the raw material gas sprayed on the
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400が付着したサセプタ10に基板1を載置した状態の概略断面図を図9に示す。
FIG. 9 shows a schematic cross-sectional view of a state in which the
成膜処理を繰り返し行うことで、サセプタ10の基板載置部11や壁部に炭化珪素400が付着し堆積していくことで、基板1を保持するために重要な基板載置部11や壁部において上述した炭化珪素400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、基板載置部11に基板1を載置しても、基板載置部11と基板1との間に隙間ができる等により基板1が不安定な状態で載置されてしまう。この状態で上記成膜室1100内においてサセプタを回転させると、サセプタ10が基板1をしっかりと保持することができず、サセプタから基板1が飛んでしまう場合がある。この場合には、成膜室1100の内壁への衝突等により、基板1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1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10に付着した炭化珪素400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400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。
By repeating the film forming process,
但し、上記サセプタ100、200、300を使用することで、上記問題を解消することができる。
However, the above problem can be solved by using the
すなわち、リング状庇部を有する上記サセプタ100、200、300であれば、リング状庇部があることで、原料ガスが基板1の側面を介して基板載置部301や壁部302aに炭化珪素を付着させる弊害を回避できる。このため、サセプタ300を繰り返し使用しても、基板1を安定してしっかりと保持し続けることができ、基板1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1においてエピタキシャル膜を成膜できることで歩留まりを上げることができる。
That is, in the case of the
また、基板載置部301や壁部302aに炭化珪素が付着しにくいため、サセプタ300を長寿命化させて繰り返し使用できる。また、炭化珪素400を除去するためのメンテナンスの回数が減り、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。このため、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。
Further, since silicon carbide does not easily adhere to the
ところで、上記サセプタ300は、図3(a)に示すように基板載置部301の背面側に複数の突起部304が設けられ、これ等突起部304を、図3(b)に示すように回転ステージ1400の筒状上端部に設けられた凹部1401に嵌合させた構造になっている。このような構造を採った場合、サセプタ20の突起部12cが回転ステージ1400の筒状内壁面に係止される図11の構造に較べてサセプタ300が回転ステージ1400の筒状上端部に強固に固定載置されるため、サセプタ300の飛び出しとサセプタ300からの基板1の飛び出しを確実に防止できる利点を有する。
By the way, in the
(2)サセプタの寸法
図5に例示したサセプタ100の寸法d1(平面部外周端と平面部中央に載置された基板1外周端との間の距離)、寸法d2(リング状庇部103の開口端部と平面部中央に載置された基板1外周端との間の距離)、寸法d3(リング状庇部103の厚さ)、および、寸法d4(リング状庇部103の平面部側端部と平面部に載置された基板1上面間における垂直方向距離)について、以下、説明する。
(2) Dimensions of the susceptor Dimension d1 (distance between the outer peripheral edge of the flat surface portion and the outer peripheral edge of the
(2-1)寸法d1
上述したように基板載置部101における平面部外周の直径は基板1の外径以上に設定されるが、図5に示す寸法d1(平面部外周端と平面部中央に載置された基板1外周端との間の距離)を0.5mm~0.7mm、すなわち、平面部外周の直径と基板1外径との差を1.0mm~1.4mmに設定することが好ましい。
(2-1) Dimension d1
As described above, the diameter of the outer periphery of the flat surface portion in the
このように設定した場合、リング状庇部103により基板1の飛び出しが確実に防止されるため、特許文献2に係る基板保持体の蓋材を省略できる利点を有する。
When set in this way, the ring-shaped
(2-2)寸法d2
上述したようにリング状庇部103の開口部直径は基板1の外径以上に設定されるが、図5に示す寸法d2(リング状庇部103の開口端部と平面部中央に載置された基板1外周端との間の距離)を0.2mm~0.3mm、すなわち、リング状庇部103における開口部の直径と上記基板1の外径との差を0.4mm~0.6mmに設定することが好ましい。
(2-2) Dimension d2
As described above, the opening diameter of the ring-shaped
このように設定した場合、サセプタ100における基板載置部101への基板1の載置並びに取り出し作業が容易になるため、作業効率が向上する利点を有する。
When set in this way, the work of mounting and taking out the
(2-3)寸法d3、および、寸法d4
基板1およびサセプタ100における垂直方向の寸法設定は、リング状庇部103の厚さを0.5mm以下、リング状庇部103の平面部側端部と平面部に載置された基板1上面間における垂直方向距離を0.3mm以下に設定することが好ましい。
(2-3) Dimension d3 and Dimension d4
For the vertical dimension setting in the
このように設定した場合、基板1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できるため、基板1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できる利点を有する。更に、成膜処理中に、載置された基板1の側面への原料ガスの侵入を阻止または抑制できるため、基板載置部101や壁部への炭化珪素の付着や堆積を防止または抑制できる利点を有する。
When set in this way, abnormal film formation can be suppressed without obstructing the natural flow of the raw material gas sprayed on the
(3)尚、炭化珪素のエピタキシャル成長装置1000におけるサセプタの使用例を主として挙げたが、本発明に係るサセプタとしては他の用途も考えられる。本発明に係るサセプタ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、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サセプタを用いることができる。
(3) Although an example of using the susceptor in the silicon carbide
3.基板処理装置
次に、本発明に係る基板処理装置の例について説明する。
3. 3. Substrate processing apparatus Next, an example of the substrate processing apparatus according to the present invention will be described.
本発明に係る基板処理装置は、本発明に係る上記サセプタを備えるものである。 The substrate processing apparatus according to the present invention includes the above-mentioned susceptor according to the present invention.
基板処理装置としては、サセプタ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3(b)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 susceptor. For example, a film forming apparatus for forming a film on a substrate by a chemical vapor deposition method may be used. Specifically, the
また、本発明に係るサセプタは、基板を回転させて処理する場合に有用であることから、本発明に係る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。更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 susceptor according to the present invention is useful when the substrate is rotated for processing, the substrate processing apparatus according to 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 embodiment, the substrate cleaning device may be provided with 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.
4.基板処理方法
次に、本発明に係る基板処理方法の例について説明する。
4. Substrate processing method Next, an example of the substrate processing method according to the present invention will be described.
本発明に係る基板処理方法は、本発明に係る上記サセプタ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。 The substrate processing method according to the present invention includes a substrate holding step of holding the substrate in the susceptor according to the present invention, 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。 The processing step may be a film forming step of forming a film on the substrate.
本発明に係る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1にエピタキシャル膜を成長させる基板処理方法を例に挙げて説明する。
As a substrate processing method according to the present invention, a substrate processing method for growing an epitaxial film on the
(1)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内において、基板1をサセプタ300の基板載置部301に載置するか、あるいは、成膜室1100の外部において、基板1をサセプタ300の基板載置部301に載置する工程が挙げられる。この場合には、基板保持工程後にサセプタ300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。
(1) Substrate holding step As a substrate holding step, for example, the
(2)処理工程
処理工程としては、例えば、成膜工程の場合、基板保持工程後、図3(b)に示す成膜室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1が載置されたサセプタ300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1に吹き付けることで、成膜処理を行うことができる。
(2) Treatment step As the treatment step, for example, in the case of the film formation step, the temperature in 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1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。更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1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
(3)その他の工程
本発明に係る基板処理方法は、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1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。
(3) Other Steps The substrate processing method according to the present invention may include further steps in addition to the substrate holding step and the processing step. For example, a curing step for cleaning the
以下、本発明の実施例について具体的に説明する。但し、本発明は、これ等の実施例によって何ら限定されるものではない。 Hereinafter, examples of the present invention will be specifically described. However, the present invention is not limited to these examples.
[評価の内容]
図3(b)と図8に示したエピタキシャル成長装置1000を使用し、本発明に係るサセプタ300[図3(a)参照]に基板1を載置してエピタキシャル成長膜の成膜処理した場合と、従来のサセプタ10(図8参照)に基板1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1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
尚、評価においては、本発明に係るサセプタ300を用いるか、従来のサセプタ10を用いるかのみを違いとし、基板1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1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1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1への成膜処理を繰り返し、累積成膜量あたりの基板1の飛び出し回数を評価した。
<Evaluation of protrusion of
The film formation process on the
尚、基板1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。
As the
従来のサセプタ10(図8参照)は、カーボン製で、直径163mm、基板載置部11における平面部11aの直径153mm、周縁部12の幅は5mm、基板載置部11の厚みは2mm、壁部12aの高さは基板1の厚さに合わせて0.5mmとした。
The conventional susceptor 10 (see FIG. 8) is made of carbon and has a diameter of 163 mm, a diameter of the
また、本発明に係るサセプタ300[図3(a)参照]は、カーボン製で、直径163mm、基板載置部301における平面部301aの直径153mm、周縁部302の幅は5mm、基板載置部301の厚みは2mm、壁部302aの高さは0.8mm(基板1の厚さ0.5mm+上記寸法d4の0.3mm)、リング状庇部303の厚みは0.5mm(上記寸法d3参照)、平面部301aの外周端と平面部301a中央に載置された基板1外周端との間の距離は0.6mm(上記寸法d1参照)、および、リング状庇部303の開口端部と平面部301a中央に載置された基板1外周端との間の距離は0.3mm(上記寸法d2参照)とした。
Further, the susceptor 300 [see FIG. 3A] according to the present invention is made of carbon and has a diameter of 163 mm, a
また、成膜処理においては、本発明に係るサセプタ300および従来のサセプタ10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6に示す。図6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、白抜きのグラフが本発明に係るサセプタ300を使用した場合で、黒塗りのグラフが従来のサセプタ10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1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1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. 6, the horizontal axis is the cumulative film formation amount of the epitaxial growth film formed, the white graph is the case where the
図6の結果より、従来のサセプタ10を使用した場合には、累積成膜量が300μmの項目までは基板1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1の飛び出しの発生頻度が上がることが分かった。成膜処理後には、その都度、基板1が飛び出したサセプタ10の状態を確認したところ、基板載置部11の平面部11a表面や壁部12a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、これ等の段差や突起が基板1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 shown in FIG. 6, when the
一方で、本発明に係るサセプタ300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1の飛び出しが一度も発生しなかった。特に、リング状庇部303があることで、サセプタ300の基板載置部301や壁部302a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、基板載置部301や壁部302a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、リング状庇部303があることで基板1の飛び出しを防止することができた。
On the other hand, when the
〈特許文献2の基板保持体に係る蓋材20の膜厚への影響の評価〉
ここでは、本発明に係るサセプタ300[図3(a)参照]、および、サセプタ10に蓋材20が付設された特許文献2に係る基板保持体(図10参照)を用い、かつ、厚みが0.5mmから2.0mmまで異なる蓋材20を用意し、各基板保持体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1にエピタキシャル成長膜を成膜した。
<Evaluation of the effect of the
Here, the susceptor 300 [see FIG. 3A] according to the present invention and the substrate holder (see FIG. 10) according to
そして、得られたエピタキシャル成長膜の膜厚を測定し、本発明に係るサセプタ300と特許文献2に係る基板保持体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。
Then, the film thickness of the obtained epitaxial growth film was measured and compared with the average value of the film thickness of the epitaxial growth film when the
(1)特許文献2に係る基板保持体を使用した場合
結果を図7に示す。図7のグラフ図では、蓋材20の厚みを横軸とし、0mmには蓋材20を使用せずにサセプタ10(従来のサセプタ10)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。
(1) When the substrate holder according to
そして、この膜厚の平均値と、蓋材20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。
Then, when the average value of this film thickness is compared with the film thickness of the thickest portion of the epitaxial growth film formed by using the
特許文献2に係る基板保持体を使用した場合、蓋材20の厚みが1mm以下であれば、図7のグラフ図に示すように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、蓋材20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。特許文献2に係る基板保持体を使用した場合、蓋材20の厚みが1mm以下であれば、蓋材20が原料ガスの自然な流れを阻害せず、蓋材20が無い状態と殆ど変わらないことを指し示している。
When the substrate holder according to
(2)本発明に係るサセプタ300を使用した場合
他方、本発明に係るサセプタ300を使用した場合、上方側から供給される原料ガスの流れがリング状庇部303で阻まれることなく原料ガスが基板1の外周部に到達し易いため、上述した寸法d1~寸法d4に設定されてい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ることが確認された。
(2) When the
本発明によれば、蓋材に起因した作業効率の低下が防止され、かつ、サセプタへの炭化珪素の成膜・堆積が抑制され、サセプタからの基板の飛び出しを防止できると共に、基板外周部へ原料ガスを均等に到達させることが可能なため、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サセプタとして利用される産業上の利用可能性を有している。 According to the present invention, it is possible to prevent a decrease in work efficiency due to the lid material, suppress the film formation / deposition of silicon carbide on the susceptor, prevent the substrate from popping out from the susceptor, and to the outer peripheral portion of the substrate. Since the raw material gas can be evenly reached, it has industrial applicability as a susceptor capable of stably forming a film by epitaxial growth of silicon carbide at low cost and for a long period of time.
1 基板
1a おもて面
1b 端部
10 サセプタ
11 基板載置部
11a 平面部
12 周縁部
12a 壁部
12b 上面
12c 突起部
20 蓋材
20a 開口部
30 固定手段
100 サセプタ
101 基板載置部
101a 平面部
102 周縁部
102a 壁部
102b 上面
103 リング状庇部
103a 開口部
103b 平面部側端部
200 サセプタ
201 基板載置部
201a 平面部
202 周縁部
202a 壁部
202b 上面
300 サセプタ
301 基板載置部
301a 平面部
302 周縁部
302a 壁部
302b 上面
303 リング状庇部
303a 開口部
303b 平面部側端部
304 突起部
400 炭化珪素
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
1401 凹部
d1 平面部外周端と平面部中央に載置された基板外周端間の距離
d2 リング状庇部の開口端部と平面部中央に載置された基板外周端間の距離
d3 リング状庇部の厚さ
d4 リング状庇部の平面部側端部と平面部に載置された基板上面間の垂直方向距離
A 矢印
B 矢印
1
Claims (10)
上記周縁部の壁部上端に当該周縁部の上面から上記平面部の内側方向へ水平に張り出すリング状庇部が設けられると共に、リング状庇部における開口部の直径が上記基板の外径以上であり、かつ、リング状庇部の上記平面部側端部と当該平面部との間の垂直方向における長さが上記基板の厚さより大きいことを特徴とするサセプタ。 A substrate mounting portion on which the substrate to be processed is mounted on a flat surface portion and the diameter of the outer periphery of the flat surface portion is equal to or larger than the outer diameter of the substrate, and a substrate mounting portion surrounding the substrate mounting portion and perpendicular to the outer peripheral edge of the flat surface portion. In a susceptor having a peripheral edge portion composed of a wall portion extending in a direction and an upper surface extending horizontally from the upper end of the wall portion toward the outside of the flat surface portion.
A ring-shaped eaves portion is provided at the upper end of the wall portion of the peripheral edge portion so as to horizontally project from the upper surface of the peripheral edge portion toward the inside of the flat surface portion, and the diameter of the opening in the ring-shaped eaves portion is equal to or larger than the outer diameter of the substrate. The susceptor is characterized in that the length in the vertical direction between the flat portion side end portion of the ring-shaped eaves portion and the flat surface portion is larger than the thickness of the substrate.
上記基板保持工程後、上記サセプタを回転させつつ上記基板を処理する処理工程と、
を有することを特徴とする基板処理方法。 A substrate holding step of holding the substrate in the susceptor 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, and a processing step of processing the substrate.
A substrate processing method comprising.
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