JP2023142285A - 成膜方法 - Google Patents

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成明 石井
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Abstract

【課題】エピタキシャル成長にてＳｉＣ膜を成膜する際のウェハの位置ずれを低減することが可能な成膜方法を提供する。【解決手段】一実施形態に係る成膜方法は、反応室内でサセプタに載置されたウェハを回転する。次に、反応室内にプロセスガスを導入してウェハ上にＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させる成膜工程の前後でウェハの回転速度を変化させるときに、ウェハとサセプタとの間における接触面で発生する摩擦力がウェハの回転方向に発生する慣性力よりも大きくなるようにウェハの温度を制御する。【選択図】図３

Description

本発明は、成膜方法に関する。
ＳｉＣ（シリコンカーバイド）ウェハ上に、エピタキシャル成長にてＳｉＣ膜を成膜する場合、ＳｉＣウェハは、サセプタ上に載置される。このウェハおよびサセプタは、ＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させる成膜工程時に回転しているが、この成膜工程、および成膜工程の前後でウェハの回転速度を加速または減速することがある。このような回転速度の変化によって、ウェハがサセプタ上で回転移動して位置ずれが発生する場合がある。
ウェハの位置ずれが発生すると、成膜工程において、ＳｉＣウェハ上のみならずサセプタのウェハ載置部上の一部にもＳｉＣから成る堆積物が形成されることがある。堆積物がサセプタのウェハ載置部上の一部に形成されると、次のＳｉＣウェハは、サセプタのウェハ載置部上に形成された堆積物上に設置されることになる。ＳｉＣウェハが、一部に堆積物が形成されたウェハ載置部上に設置された状態で、ＳｉＣウェハをエピタキシャル成長に必要な温度まで昇温させると、ＳｉＣウェハの裏面に堆積物が転写されることがある。このような堆積物が転写した領域は、高低差が大きな凹凸形状となり、成膜工程後の工程で製造不良が発生し得る。
特開２０１９－４６８５５号公報
本発明は、エピタキシャル成長にてＳｉＣ膜を成膜する際のウェハの位置ずれを低減することが可能な成膜方法を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態に係る成膜方法は、
反応室内でサセプタに載置されたウェハを回転し、
反応室内にプロセスガスを導入して前記ウェハ上にＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させる成膜工程の前後で前記ウェハの回転速度を変化させるときに、前記ウェハと前記サセプタとの間における接触面で発生する摩擦力が前記ウェハの回転方向に発生する慣性力よりも大きくなるように前記ウェハの温度を制御する。
また、前記ウェハの回転速度を変化させるときの前記ウェハの温度が、１１００℃よりも高くてもよい。
また、前記サセプタにおける前記接触面の平面度が０．１－０．３ｍｍ以下であり、かつ前記接触面の面粗さが３－３５μｍであってもよい。
また、前記ウェハの回転速度が予め決められたしきい値以上のとき、前記反応室の壁面を加熱してもよい。
また、前記ウェハの回転速度が予め決められたしきい値のとき、前記プロセスガスを不活性ガスと水素ガスで切り替えてもよい。
本発明によれば、エピタキシャル成長にてＳｉＣ膜を成膜する際のプロセス工程においてウェハの位置ずれを低減することが可能となる。
本発明の一実施形態に係る成膜装置の模式的な断面図である。 一実施形態に係る成膜方法の手順を示すフローチャートである。 ウェハの温度、ウェハの回転速度、および反応室内に導入されるガスの流量の時間変化を示す図である。 （ａ）は１枚目のウェハが第１サセプタに載置された状態を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す切断線Ａ－Ａに沿った断面図である。 （ａ）はウェハがウェハ裏面載置部材上で回転方向に位置ずれした状態の一例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す切断線Ｂ－Ｂに沿った断面図である。 （ａ）は２枚目のウェハがウェハ裏面載置部材上に載置された状態を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す切断線Ｃ－Ｃに沿った断面図である。 成膜装置におけるウェハの上側部分を簡略化して示す図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
図１は、本発明の一実施形態に係る成膜装置１００の模式的な断面図である。本実施形態に係る成膜装置１００は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いるエピタキシャル成長装置である。以下、主にＳｉＣウェハ上にＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させる場合を例に説明する。
成膜装置１００は、ウェハＷを載置するサセプタ１を備える。サセプタ１は、サセプタユニットとも称することができ、ウェハＷ上にＳｉＣエピタキシャル膜の成膜を行う成膜室である反応室２内に設けられている。
サセプタ１に載置されたウェハＷに供給されたプロセスガスの反応によって、ウェハＷ上でＳｉＣ膜がエピタキシャル成長する。ここでプロセスガスとは、ＳｉＣソースガスとしてのＳｉ系ガス（例えばモノシラン（ＳｉＨ４）ガス）、Ｃ系ガス（例えばプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス）、ＳｉＣの成長を促進するためのＣｌ系ガス（例えば塩化水素（ＨＣｌ）ガス）、パージガスとしてのアルゴン（Ａｒ）ガス、キャリアガスとしての水素（Ｈ２）ガス等である。なお、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）などのように、Ｓｉ原子とＣｌ原子とを含むガスを、Ｓｉ系ガスとして用いることも可能である。
サセプタ１は、回転部４の上方に設けられる。サセプタ１は、開口部を有して構成された環状の形状を有する第１サセプタ１ａと、第１サセプタ１ａの内側に開口部を塞ぐように設けられた第２サセプタ１ｂと、を有する。第１サセプタ１ａの内周側には、ウェハＷを収納するための凹部が設けられている。そして、この凹部内にウェハＷの外周部を支持する載置部が設けられている。サセプタ１の材料には、カーボン、ＳｉＣ、ＴａＣを用いることが好ましい。あるいは、カーボンの表面にＴａＣを被覆した材料を用いてもよい。また、第１サセプタ１ａにおける凹部の構造は、環状の平板部材の内周側を、ウェハＷが収納できる口径で座ぐり加工したものや、環状の平板部材の外周側に、ウェハＷが収納できる内径を有する環状部材を載置したもの、更には、それらの組み合わせのいずれでもよい。
回転部４は、回転軸６と、その上部に接続されたホルダー１６と、から構成される。ホルダー１６は、その上部でサセプタ１を支持する。回転軸６が、モータ（不図示）によって回転することにより、ホルダー１６が回転する。ホルダー１６の回転を介してサセプタ１が回転する。このように、サセプタ１の上に載置されたウェハＷを、ウェハＷのほぼ中心を回転中心として、回転させることができる。
ホルダー１６は、上部が開口する構造を有する。回転部４内には、第１ヒーター１４が設けられている。第１ヒーター１４には、例えばカーボン（Ｃ）材の抵抗加熱ヒーターが用いられる。第１ヒーター１４は、回転軸６内に設けられた略円筒状の石英製のシャフト８の内部を通る電極（不図示）によって給電され、サセプタ１を介してウェハＷをその裏面側から加熱する。
また、回転部４内には、第１ヒーター１４による加熱を効率的に行うために、第１ヒーター１４の下方にリフレクタ１０が設けられている。リフレクタ１０には、カーボン、ＳｉＣなどの耐熱性の高い材料を用いる。また、リフレクタ１０の下方には断熱材１２が設けられる。リフレクタ１０や、断熱材１２を設けることにより、第１ヒーター１４からの熱がシャフト８やその設置部分等に伝わることを低減し、加熱時のヒーター電力を抑制することができる。
反応室２の下部には、余剰のプロセスガスや反応副生成物を含むガスを排出するための排気部２２が設けられる。排気部２２は、調整バルブ５８及び真空ポンプ５６からなる排気機構５４に接続される。排気機構５４は、反応室２から排出されたガスを外部に排出し、反応室２内を所定の圧力に調整する。
また、反応室２内には、成膜処理が行われる成膜領域と、反応室２の側壁（内壁）２ａとを仕切り、側壁２ａへの堆積物の生成を防止するために、円筒型のホットウォール式ライナー（壁面）２４が設けられている。ホットウォール式ライナー２４には、カーボン又はＳｉＣを被覆したカーボン、ＳｉＣなどの耐熱性の高い材料が用いられる。なお、回転部４と側壁（内壁）２ａとの間にも、回転部４と側壁（内壁）２ａとを仕切る不図示の円筒部材を設け、側壁（内壁）２ａへの着膜および入熱を低減することが望ましい。
ホットウォール式ライナー２４と側壁２ａとの間には、ウェハＷを上方から加熱する第２ヒーター２６が設けられている。ウェハＷは、第２ヒーター２６の下端より下方に載置される。ホットウォール式ライナー２４は第２ヒーター２６で加熱される。第２ヒーター２６は例えば抵抗加熱型のヒーターである。また、第２ヒーター２６と側壁２ａとの間には断熱材２０が設けられており、第２ヒーター２６からの熱が側壁２ａに伝わることを低減する。断熱材２０を設けることにより、加熱時のヒーター電力を抑制することができる。第２ヒーター２６は一体でなく、分割され、それぞれが独立に制御可能であってもよい。
なお、ホットウォール式ライナー２４は、ホットウォール式ライナー２４の外部に設けられた高周波コイルにより、誘導加熱されてもよい。
反応室２の上部には、熱効率を上げるために、第１ヒーター１４や第２ヒーター２６からの輻射を反射するリフレクタユニットＲＵ１が設けられている。
リフレクタユニットＲＵ１は、カーボン、ＳｉＣ、又はＳｉＣを被覆したカーボンを用いた薄板により構成されている。リフレクタユニットＲＵ１は１枚の薄板で構成してもよいし、複数枚の薄板を積層してもよい。
反応室２の上部には、ガス供給部３０が設けられている。ガス供給部３０は、ガス流路（ガスパイプ）３２、３４、３６を介して、成膜領域にパージガスやＳｉＣソースガス等のプロセスガスを供給する。例えば、ガス流路３２を介してウェハＷ上にパージガスとしてのアルゴンガス又は水素ガスが供給される。また、ガス流路３４、３６を介して、ウェハＷ上にＳｉＣソースガスとしてシランガスやプロパンガスがキャリアガスと共に供給される。なお図１では、各ガスに対して１本のガス流路が設けられているが、複数のガス流路を設けてもよい。また、ガス供給部３０の構造は、シャワーヘッドタイプとしてもよい。
なお、反応室２の上部には放射温度計（図示せず）が設けられ、ウェハＷの温度を測定することができる。この場合、反応室２の一部に図示しない石英ガラス窓を設け、石英ガラス窓を介して放射温度計でウェハＷの温度を測定する。
以下、上記のように構成された成膜装置１００を用いた成膜方法について説明する。
図２は、一実施形態に係る成膜方法の手順を示すフローチャートである。また、図３は、ウェハＷの温度、ウェハＷの回転速度、および反応室２内に導入されるガスの流量の時間変化を示す図である。
図２に示すフローチャートでは、まず、ウェハＷを載置したサセプタ１がホルダー１６上に取り付けられる（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１の時点で、ウェハＷの温度は、第１ヒーター１４および第２ヒーター２６によって、第１温度Ｔ１に保持される。第１温度Ｔ１は、ウェハＷを反応室２に搬出入するときの温度であり、例えば９００℃～１０００℃程度である。なお、ウェハＷを載置したサセプタ１を反応室２に搬入する際のウェハＷの温度にもよるが、通常、ウェハＷを載置したサセプタ１がホルダー１６上に取り付けた直後は、ウェハＷの温度は第１温度Ｔ１とは異なっており、所定時間が経過することにより、第１温度Ｔ１へと収束していく。図３では、載置したサセプタ１がホルダー１６上に取り付けた直後の過渡的な温度変化については、考慮していない。
また、本実施形態では、ステップＳ１０１の時点で、不活性ガスが反応室２内に導入されている。ここで不活性ガスは、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガスである。なお、ステップＳ１０１の時点で、反応室２内に導入するガスとして、不活性ガスを使用せず、水素（Ｈ２）ガスを用いることもできる。ステップＳ１０１における不活性ガス、又は、水素ガスのガス流量は、エピタキシャル成長に使用するガスの流量より少ない第１ガス流量Ｇ１に設定されている。これは、ガスの消費量を少なくしてコストを低減するためである。しかし、コストを考慮する必要がなければ、第１ガス流量Ｇ１は、エピタキシャル成長に使用するガスの流量である第２ガス流量Ｇ２と等しくてもよい。
次に、ホルダー１６が回転し始める（ステップＳ１０２）。このとき、ウェハＷの回転速度が第１回転速度Ｒ１になるように、ホルダー１６の回転速度が設定されている。第１回転速度Ｒ１は、ウェハＷにＳｉＣ膜を成膜する前後の状態時の回転速度であり、例えば５０ｒｐｍ（revolution per minute）程度である。
次に、図３に示すように、ウェハＷの回転速度が第１回転速度Ｒ１に到達してから所定時間経過した時刻ｔ１において、第２ヒーター２６への供給電力を一定に保ちながら、第１ヒーター１４への供給電力を増加させることによって、ウェハＷの温度を上昇させる（ステップＳ１０３）。
次に、ウェハＷの温度が予め設定されたしきい値温度Ｔｔｈに到達した時刻ｔ２において、ホルダー１６の回転速度を増加させることによって、ウェハＷの回転を加速し始める（ステップＳ１０４）。
次に、ウェハＷの回転速度が予め設定されたしきい値回転速度Ｒｔｈに到達した時刻ｔ３において、反応室２内に導入するプロセスガスを、不活性ガスから水素ガスへ切り替える（ステップＳ１０５）。なお、ウェハＷを反応室２へ搬入する際に、反応室２内が不活性ガスで置換されている必要がなければ、すなわち、反応室２内が水素ガスで満たされている状態で、ウェハＷを反応室２へ搬入した場合は、不活性ガスから水素ガスへのガスの切り替えを行う必要はない。また、不活性ガス、又は、水素ガスのガス流量は、時刻ｔ３まで、第１ガス流量Ｇ１から大きく変更しないことが望ましい。
また、ウェハＷの回転速度が予め設定されたしきい値回転速度Ｒｔｈに到達した時刻ｔ３において、第１ヒーター１４に加えて、第２ヒーター２６への供給電力を増加させることによって、ウェハＷの温度を更に上昇させる。
次に、時刻ｔ４において水素ガスの流量を増加させ始め、予め設定した第２ガス流量Ｇ２に到達させる。また、時刻ｔ５においてウェハＷの温度を予め設定した第２温度Ｔ２に到達させる。尚、図３においては便宜上、ウェハＷの温度が第２温度Ｔ２に到達した時刻と、回転速度が第２回転速度Ｒ２に到達した時刻と、ガス流量が第２ガス流量Ｇ２に到達した時刻とを、共にｔ５で一致させているが、これに限定されるものではない。
ウェハＷの回転速度が第２回転速度Ｒ２、ウェハＷの温度が第２温度Ｔ２、ガス流量が第２ガス流量Ｇ２に、それぞれ到達したのちに、時刻ｔ６において、水素ガスと共にＳｉ系ガス、Ｃ系ガス、ＳｉＣの成長を促進するためのＣｌ系ガス等を反応室２内に導入してウェハＷ上にＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させる（ステップＳ１０６）。第２温度Ｔ２は、ＳｉＣ膜の成膜温度であり、例えば１６２５℃程度である。また、第２回転速度Ｒ２は、例えば６００ｒｐｍ程度である。更に、第２ガス流量Ｇ２は１００～１５０ｓｌｍ程度である。なお、図３のガス流量のグラフでは、時刻ｔ６において、Ｓｉ系ガス、Ｃ系ガス、Ｃｌ系ガス等を供給開始することによるガス流量の増加は、考慮されていない。また、Ｓｉ系ガス、Ｃ系ガス、Ｃｌ系ガス等を供給してエピタキシャル成長を開始する前に、所定時間、Ｓｉ系ガス、Ｃ系ガス、Ｃｌ系ガス等を供給しない期間（時刻ｔ５から時刻ｔ６の間の時間）を設けて、ウェハＷの表面を水素ガスでエッチングしてもよい。
次に、時刻ｔ６から成膜時間が経過した時刻ｔ７において、Ｓｉ系ガス、Ｃ系ガス、ＳｉＣの成長を促進するためのＣｌ系ガス等の、ＳｉＣ膜のエピタキシャル成長に必要なプロセスガスの導入を停止する。こうすることで、エピタキシャル成長が停止する。なお、水素ガスは継続して反応室２に導入される。
次に、時刻ｔ８において、第１ヒーター１４および第２ヒーター２６の供給電力を減少させることによって、ウェハＷの温度を下降させる（ステップＳ１０７）。また、時刻ｔ８では、ホルダー１６の回転速度を減少させることによって、ウェハＷの回転を減速し始める。なお、図３のグラフでは、時刻ｔ７においてエピタキシャル成長を停止させ、その後、時刻ｔ８において、ウェハＷの温度を下降させ始めると共に、回転速度を減少させ始めているが、ウェハＷの温度を下降させ始めるタイミングと、回転速度を減少させ始めるタイミングは、エピタキシャル成長の停止のタイミングと同時であってもよい。また、ウェハＷの温度を下降させ始めるタイミングと回転速度を減少させ始めるタイミングとは、必ずしも同時である必要はない。
次に、ウェハＷの回転速度がしきい値回転速度Ｒｔｈに到達する時刻ｔ９において、ウェハＷの回転速度の減速を一旦停止する（ステップＳ１０８）。すなわち、ウェハＷの回転速度を、しきい値回転速度Ｒｔｈに保つようにする。なお、後述するホルダー１６の回転速度をさらに減少させ始める時刻ｔ１３まで、ウェハＷの回転速度は、しきい値回転速度Ｒｔｈに保たれる。
次に、時刻ｔ１１において、ガス流量を減少させ、ガス流量が第１ガス流量Ｇ１まで低下したのち、時刻ｔ１２において、反応室２内に導入するプロセスガスを、水素ガスから不活性ガスへ切り替える。なお、ウェハＷを反応室２から搬出する際に、反応室２内が不活性ガスで置換されている必要がない場合、すなわち、反応室２内が水素ガスで満たされている状態で、ウェハＷを反応室２から搬出する場合は、不活性ガスから水素ガスへのガスの切り替えを行う必要はない。また、上述したように、コストを考慮する必要がなければ、第１ガス流量Ｇ１は、エピタキシャル成長に使用するガスの流量である第２ガス流量Ｇ２と等しくてもよく、その場合は、ガス流量の変更を行う必要はない。
次に、時刻ｔ１３において、ホルダー１６の回転速度をさらに減少させることによって、ウェハＷの回転速度をしきい値回転速度Ｒｔｈからさらに低下させ始める（ステップＳ１０９）。ウェハＷの回転速度は、時刻ｔ１４において第１回転速度Ｒ１まで低下する。
その後、ウェハＷの回転を停止させ、ウェハＷおよびサセプタ１を反応室２内から搬出し、続いて次のウェハＷおよびサセプタ１を反応室２内に搬入する。
以下、上述した成膜方法で成膜されるときのウェハの状態について説明する。
図４（ａ）は、１枚目のウェハＷ１が第１サセプタ１ａに載置された状態を示す平面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す切断線Ａ－Ａに沿った断面図である。ウェハＷ１は、その裏面側でウェハ裏面載置部材１ａ１によって支持されている。ウェハ裏面載置部材１ａ１は、第１サセプタ１ａの凹部に収納されることで、第１サセプタ１ａの一部を構成する。ウェハ裏面載置部材１ａ１は、例えば炭素（Ｃ）を材料とする環状部材である。
また、ウェハＷ１の側面（外周面）は、ウェハ裏面載置部材１ａ１上に配置された側面ガイド１ａ２によって囲まれている。側面ガイド１ａ２は、第１サセプタ１ａの別の一部を構成する。側面ガイド１ａ２は、例えばＳｉＣを材料とする環状部材である。ウェハ裏面載置部材１ａ１および側面ガイド１ａ２は、第１サセプタ１ａの基材１ａ３によって支持されている。基材１ａ３は、ホルダー１６に着脱可能に取り付けられる。
なお、本実施形態では、第１サセプタ１ａは、ウェハ裏面載置部材１ａ１、側面ガイド１ａ２、および基材１ａ３から成る構造であるが、第１サセプタ１ａの構造は、これに限定されない。例えば、第１サセプタ１ａは、ウェハ裏面載置部材１ａ１と側面ガイド１ａ２とを同じ材料で一体化した構造であってもよい。
ウェハＷ１をサセプタ１上に載置し、サセプタ１を回転させ始めると、ウェハＷ１には回転方向の慣性力と、ウェハ裏面載置部材１ａ１との接触面における回転方向の摩擦力とが発生する。サセプタ１の回転速度を増加させる場合、ウェハＷ１に対する摩擦力は、ウェハＷ１が回転している向きと同一の向き（正の向き）に発生し、ウェハＷ１に対する慣性力は、ウェハＷ１が回転している向きと逆の向き（負の向き）に発生する。回転の角加速度が小さい時は、回転方向の慣性力と摩擦力とが釣り合うため、ウェハＷ１はウェハ裏面載置部材１ａ１上での回転方向の位置ずれを生じない。しかし、回転の角加速度が大きい時は、慣性力が最大静止摩擦力を上回るため、ウェハＷ１はウェハ裏面載置部材１ａ１上での回転方向の位置ずれを生じやすくなる。なお、ウェハＷ１は、側面ガイドによって水平移動を抑制されているため、ウェハＷの半径方向の慣性力や摩擦力については考慮していない。
例えば、直径：１５０ｍｍ、厚み：３５０μｍ、オリフラ長：４７．５ｍｍ、Ｗａｒｐ：６０μｍ以下のＳｉＣウェハと、ウェハ裏面載置部材１ａ１における載置面の平面度が０．２ｍｍ、面粗さＲｚが１２μｍのサセプタ１を使用し、上述したしきい値温度Ｔｔｈが１１００℃よりも低く、且つ、サセプタ１を回転させる際の角加速度が０．３１４ｒａｄ／ｓｅｃ２（≒３ｒｐｍ／ｓｅｃ）となる条件でサセプタ１を回転させた場合には、ウェハＷ１の位置がウェハ裏面載置部材１ａ１上で回転方向に数°～４５°程度ずれる場合がある。このような回転方向の位置ずれは、回転速度が変化する時、すなわち、図３においては、時刻ｔ２から時刻ｔ５の間の期間、時刻ｔ８から時刻ｔ９の間の期間、時刻ｔ１３から時刻ｔ１４の間の期間に生じやすい。なお、ＳｉＣウェハの厚みは、２００－５００μｍであることが好ましい。厚みが２００μｍより薄いと摩擦力が小さくなりすぎるため効果が抑えられ、５００μｍより厚いと基板コストが高くなってしまう。より好ましくは２９５－３５５μｍである。また、載置面の平面度は、０．１－０．３ｍｍが好ましく、より好ましくは０．１－０．２ｍｍで、面粗さは、３－３５μｍが好ましく、より好ましくは１０－１３μｍである。平坦度、面粗さが下限より小さいと、摩擦力が小さくなりすぎるため効果が抑えられ、大きすぎると基板上に形成される膜特性に影響するためである。
図５（ａ）は、ウェハＷ１がウェハ裏面載置部材１ａ１上で回転方向に位置ずれした状態の一例を示す平面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す切断線Ｂ－Ｂに沿った断面図である。
図５（ａ）に示すように、ウェハＷ１の外周面の一部には、直線状のオリフラＯＦが形成されている。そのため、ウェハＷ１の位置がウェハ裏面載置部材１ａ１上で回転方向にずれると、ウェハ裏面載置部材１ａ１の一部が露出する。そのため、図３に示す時刻ｔ２から時刻ｔ５までの期間にこのような位置ずれが生じた場合、時刻ｔ６から時刻ｔ７までのエピタキシャル成長期間には、ウェハ裏面載置部材１ａ１の一部が露出した状態で、ウェハＷ１上でＳｉＣ膜がエピタキシャル成長することになる。このとき、ウェハ裏面載置部材１ａ１の露出部分には、ＳｉＣから成る堆積物２００が形成されてしまう。この堆積物２００は、ウェハＷ１が成膜工程後に反応室２から搬出されても残存する。
図６（ａ）は、２枚目のウェハＷ２がウェハ裏面載置部材１ａ１に載置された状態を示す平面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す切断線Ｃ－Ｃに沿った断面図である。
ウェハ裏面載置部材１ａ１に堆積物２００が残存した状態で、２枚目のウェハＷ２がウェハ裏面載置部材１ａ１上に載置されると、堆積物２００とウェハＷ２とが接触することになる。この状態で、サセプタ１及びウェハＷ２の温度を増加させることにより、堆積物２００がウェハＷ２の裏面に転写されてしまう。そのため、成膜工程後の工程で製造不良が起こり得る。
上述した堆積物２００の発生は、ウェハＷ１が回転方向に位置ずれすることに起因する。また、ウェハＷ１の位置ずれは、サセプタ１を回転させることによりウェハＷ１に生じる回転方向の慣性力が、ウェハ裏面載置部材１ａ１とウェハとの接触面における最大静止摩擦力を上回ったことに起因する。
しかし、この最大静止摩擦力は、ウェハＷの温度が高くなるにつれて大きくなる。そこで、本実施形態では、時刻ｔ２から時刻ｔ５までのウェハＷの加速期間には、最大静止摩擦力が慣性力よりも高い関係を維持しやすくなるようにウェハＷの温度を制御する。具体的には、しきい値温度Ｔｔｈが１１００℃よりも高くなるように、第１ヒーター１４および第２ヒーター２６の供給電力を調整する。
しきい値温度Ｔｔｈが１１００℃よりも高くて１３００℃以下である場合、ウェハＷの位置ずれ量は、しきい値温度Ｔｔｈが１１００℃であるときの位置ずれ量に対して約半分程度に抑制しやすくなる。
また、しきい値温度Ｔｔｈが１３００℃よりも高くて１４００℃以下である場合、ウェハＷの位置ずれ量は、しきい値温度Ｔｔｈが１１００℃であるときのずれ量に対して約１／３程度以下に抑制しやすくなる。
さらに、しきい値温度Ｔｔｈが１４００℃よりも高い場合、ウェハＷの位置ずれ量は、ほぼゼロにしやすくなる。このように、しきい値温度Ｔｔｈが１１００℃よりも高くなると、ウェハＷの位置ずれ量を許容範囲内に抑制しやすくなる。
なお、ウェハＷ１の回転方向の位置ずれは、時刻ｔ２から時刻ｔ５までの間の回転速度加速期間だけでなく、図３に示す時刻ｔ８からｔ９の間、および、時刻ｔ１３から時刻ｔ１４の間の回転速度減速期間でも起こり得る。特に、時刻ｔ８から時刻ｔ９の間の期間においては、水素ガスが反応室２に導入されており、且つ、ＳｉＣ膜の成膜温度に近い高温領域である。そのため、ウェハＷ１の位置がウェハ裏面載置部材１ａ１上で回転方向にずれると、ウェハ裏面載置部材１ａ１の一部が露出し、ウェハ裏面載置部材１ａ１の表面が水素ガスによってエッチングされるなどのダメージを生じる恐れがある。そのため、本実施形態では、ウェハ温度がしきい値温度Ｔｔｈよりも高くなっている期間で、回転速度の減速を一旦停止させている。これにより、ウェハＷの回転を加速する時だけでなく減速する時にも、ウェハ裏面載置部材１ａ１とウェハとの接触面における最大静止摩擦力を、ウェハＷ１に生じる回転方向の慣性力よりも大きくしておくことができる。その結果、ウェハＷの位置ずれを抑制し、ウェハ裏面載置部材１ａ１へのダメージを抑制することが可能となる。なお、時刻ｔ８から時刻ｔ１３までの間、ウェハＷの回転速度が第２回転速度Ｒ２を維持し、時刻ｔ１３からウェハＷの回転速度を減速するようにしてもよいが、第１回転速度Ｒ１まで低下させる期間が長くなるため、スループットは悪化しやすくなる。
図７は、成膜装置１００におけるウェハＷの上側部分を簡略化して示す図である。図７に示すように、ウェハＷの上側には、ホットウォール式ライナー（壁面）２４が設けられている。ウェハＷ上にＳｉＣ膜を形成するためのプロセスガスＧは、ホットウォール式ライナー２４の内側領域を通って、ウェハＷ上に導入される。そのため、ホットウォール式ライナー２４には、ＳｉＣから成る堆積物が形成される場合がある。このようなＳｉＣから成る堆積物と、ホットウォール式ライナー２４との界面には、ＳｉＣから成る堆積物とホットウォール式ライナー２４との間の熱膨張係数差によって、特に、低温領域では大きな歪が生じているものと思われる。
低温領域に置いて、ホットウォール式ライナー２４が、第２ヒーター２６によって温度変化を受けると、堆積物が、ホットウォール式ライナー２４から剥離しやすくなる。剥離した堆積物は、パーティクルとして、ウェハＷ上に落下する。なお、また、希ガスと水素ガスとの切り替えや、ガス流量の変動も、ホットウォール式ライナー２４の温度変化をもたらす。
成膜前にパーティクルがウェハＷ上に付着すると、ＳｉＣ膜を成膜した際に、ウェハＷ上のＳｉＣ膜にパーティクルが埋め込まれる恐れがあり、欠陥などの成膜不良が起こり得る。また、成膜後にパーティクルがウェハＷ上に付着すると、成膜工程後の工程で製造不良が発生し得る。このようなパーティクルがウェハＷ上に付着することを抑制するためには、パーティクルが発生しやすいタイミングで、ウェハＷの回転速度をしきい値回転速度Ｒｔｈ以上にしておくことが望ましい。
そのため、本実施形態では、時刻ｔ３より前の期間と、時刻ｔ１３以降の期間、すなわち、ウェハＷの回転速度が、しきい値回転速度Ｒｔｈ未満である期間では、第２ヒーター２６への供給電力を一定に保つことが望ましい。また、希ガスと水素ガスとの切り替えや、ガス流量の変更を行わないことが望ましい。こうすることで、ウェハＷの回転速度が、しきい値回転速度Ｒｔｈ未満である期間に、ホットウォール式ライナー２４が温度変化を生じることを抑制しやすくなる。すなわち、しきい値回転速度Ｒｔｈ未満である期間での、パーティクルの発生を抑制することができるため、成膜不良を低減することが可能となる。
また、時刻ｔ３から時刻ｔ１３までの期間においては、ウェハＷの回転速度をしきい値回転速度Ｒｔｈ以上とし、且つ、時刻ｔ３より前の期間と、時刻ｔ１３以降の期間、に比べて高い電力を第２ヒーター２６へ供給することが望ましい。このように高い回転速度の状態で壁面を加熱することで、パーティクルがウェハＷに付着することを抑制しながら、ウェハＷを高温で加熱することができる。
更に、時刻ｔ３から時刻ｔ１３までの期間において、ウェハＷの回転速度をしきい値回転速度Ｒｔｈ以上としながら、必要に応じて、希ガスと水素ガスとの切り替えや、ガス流量の変更を行うことが望ましい。このように高い回転速度でガスの切り替えや流量を制御することで、パーティクルがウェハＷに付着することを抑制しながら、希ガスと水素ガスとの切り替えや、ガス流量の変更を行うことができる。なお、ウェハＷを反応室２から搬出する際に、反応室２内が不活性ガスで置換されている必要がない場合、すなわち、反応室２内が水素ガスで満たされている状態で、ウェハＷを反応室２から搬出する場合は、不活性ガスから水素ガスへのガスの切り替えを行う必要はない。また、コストを考慮する必要がなければ、第１ガス流量Ｇ１は、エピタキシャル成長に使用するガスの流量である第２ガス流量と等しくても良く、その場合は、ガス流量の変更を行う必要はない。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
１：サセプタ
２：反応室
１４：第１ヒーター
２６：第２ヒーター
１００：成膜装置

Claims (5)

  1. 反応室内でサセプタに載置されたウェハを回転し、
    反応室内にプロセスガスを導入して前記ウェハ上にＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させる成膜工程の前後で前記ウェハの回転速度を変化させるときに、前記ウェハと前記サセプタとの間における接触面で発生する摩擦力が前記ウェハの回転方向に発生する慣性力よりも大きくなるように前記ウェハの温度を制御する、成膜方法。
  2. 前記ウェハの回転速度を変化させるときの前記ウェハの温度が、１１００℃よりも高い、請求項１に記載の成膜方法。
  3. 前記サセプタにおける前記接触面の平面度が０．１－０．３ｍｍ以下であり、かつ前記接触面の面粗さが３－３５μｍである、請求項１または２に記載の成膜方法。
  4. 前記ウェハの回転速度が予め決められたしきい値以上のとき、前記反応室の壁面を加熱する、請求項１から３のいずれか１項に記載の成膜方法。
  5. 前記ウェハの回転速度が予め決められたしきい値のとき、前記プロセスガスを不活性ガスと水素ガスで切り替える、請求項１から４のいずれか１項に記載の成膜方法。
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