JP3008774B2 - ウエーハの仕込み方法 - Google Patents

ウエーハの仕込み方法

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JP3008774B2
JP3008774B2 JP7423394A JP7423394A JP3008774B2 JP 3008774 B2 JP3008774 B2 JP 3008774B2 JP 7423394 A JP7423394 A JP 7423394A JP 7423394 A JP7423394 A JP 7423394A JP 3008774 B2 JP3008774 B2 JP 3008774B2
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勝義 今井
俊夫 植木
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体単結晶基板(以
下「ウエーハ」と言う。)の仕込み方法に関し、詳しく
は、気相成長装置内に略垂直または垂直軸に対し傾斜し
て設けられたサセプタにウエーハを仕込む方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】半導体製造工程において、ウエーハ上に
気相反応を利用して半導体エピタキシャル層(以下「エ
ピタキシャル層」と言う。)を成長させる技術(気相エ
ピタキシャル法)は極めて重要である。エピタキシャル
層をウエーハ上に気相成長させる際には、枚葉型、縦型
(またはパンケーキ型)、バレル型(またはシリンダ
型)等の成長装置が用いられているが、中でもバレル型
成長装置は、ウエーハの表裏の温度差が比較的小さくな
る構造を持つのでスリップ等の温度差に起因する結晶欠
陥が発生しづらく、また、比較的均一な抵抗率分布を持
つエピタキシャル層を一度に多くのウエーハ上に形成す
ることができる利点もある。
【0003】図は、従来のバレル型気相成長装置の一
例を示す。このバレル型気相成長装置50内には、反応
炉となるバレル状(または円筒状)のベルジャ51が設
けられている。前記ベルジャ51は石英製で、加熱ラン
プ54からの放射エネルギを透過するように透明な側壁
を有している。
【0004】ベルジャ51内の中央部には、ウエーハW
を保持するサセプタ52が吊るされ、垂直軸を中心にし
て回転するようになっている。サセプタ52は通常グラ
ファイトからなり、表面が炭化珪素によって被覆され、
ウエーハWが炭素によって汚染されるのを防止してい
る。また、サセプタ52内部の中心軸には図示しない温
度センサが設けられ、サセプタ52の裏面温度をモニタ
している。
【0005】ベルジャ51の側面外周には、水平に設け
られた縦列の加熱ランプ54がベルジャ51を同軸に取
り囲むように複数個配置され、ベルジャ51の側壁から
一定距離を置いて設けられている。ベルジャ51内に設
けられたサセプタ52とウエーハWは、この加熱ランプ
54により加熱される。
【0006】ベルジャ51の上部は一対の反応ガス供給
用ノズル55と接続され、処理中に前記ノズル55より
供給された原料ガスを含む反応ガスとキャリアガスは、
サセプタ52の側表面に沿って下方に流れ、ベルジャ5
1下部と接続されたガス排気口より外部に排出される。
【0007】上記構成のバレル型気相成長装置50を用
いてエピタキシャル成長する場合は、ウエーハWを収容
したベルジャ51内にキャリアガスとともに原料ガスを
流し、ベルジャ51の透明な側壁を透過して伝達される
加熱ランプ54からの放射エネルギにより、サセプタ5
2及びそれに保持されたウエーハWを所望の反応温度に
加熱する。すると、ベルジャ51内の熱的に活性化され
た原料ガスが気相反応し、ウエーハW上にエピタキシャ
ル層が成長する。
【0008】ウエーハWをバレル型気相成長装置50に
仕込む際には、ベルジャ51内の雰囲気を窒素ガス等の
不活性ガスで置換した後に、サセプタ52をベルジャ5
1内から仕込み位置にまで上昇させる。サセプタ52
は、垂直軸方向に長く延びた多角形の支持構造体であ
り、各側面に形成した円形凹状の座ぐり53でウエーハ
Wを保持するようになっている。サセプタ52は、上部
よりも下部が大きくて側面で軸方向に対し若干の傾きが
形成されているので、ウエーハWも傾斜して座ぐり53
内に保持され、ウエーハWが落下することを防止でき
る。
【0009】従来、ウエーハWをサセプタ52に仕込む
際には、図4(a)に示すように、オペレータがテフロ
ン(デュポン社商品名)のコーティングを施したステン
レススチール製のピンセット81でウエーハWの周辺部
を握持し、該ウエーハWを座ぐり53の内縁部53aに
載せ、座ぐり53の底面53bに立てかけるようにしな
がらウエハWを座ぐり53に仕込む。更に、図4(b)
に示すように、ピンセット81でウエーハWの主表面の
周辺部を押し、ウエーハWの裏面全体を座ぐり53の底
面53bに当接させた状態にする。ウエーハWと底面5
3bの間に隙間があると、その隙間の位置に対応するウ
エーハ上に温度差に起因するスリップ等の結晶欠陥が発
生するので問題である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上記の仕込み方法で
は、ピンセット81がウエーハWの主表面に直接接触す
るため、該ウエーハWの主表面に損傷が発生する。ま
た、ステンレススチール製のピンセット81にはテフロ
ンのコーティングを施してあるが、長期間の使用により
テフロンのコーティングが剥がれて、ウエーハWや座ぐ
り53への金属汚染を引き起こす。さらに、ピンセット
81でウエーハWを座ぐり53に押し込む際に、ウエー
ハWの下端部が座ぐり53との接点である内縁部53a
を必然的に擦ってしまい、該内縁部53aを傷めるだけ
でなく、摩擦により発生したシリコンやSiCの粒子が
ウエーハW上に付着する。
【0011】ウエーハに損傷を与えず且つウエーハ自体
から粒子を発生しないようなウエーハ取扱システムとし
て、ロボットを使用し、ウエーハの縁をピボット式のフ
ィンガで握持して仕込むシステムが米国特許4,01
2,971号や米国特許4,457,661号及び米国
特許5,224,809号で開示されている。
【0012】これらのシステムを利用して仕込を行う
と、ウエーハ主表面での損傷や金属汚染または粒子の付
着は、大幅に抑制できる。すなわち、ウエーハの縁を握
持しウエーハWの主表面には直接接触しないので、ウエ
ーハ主表面での損傷が発生しない。また、ウエーハの縁
を握持するフィンガは耐熱製の高分子化合物のような非
金属物質で構成できるので、金属汚染も防止できる。さ
らに、ウエーハWを座ぐり53の底面53bに押し付け
た後に内縁部53aに下ろすので、内縁部53aで粒子
も発生しない。
【0013】しかしこれらのシステムを用いるには、ウ
エーハの仕込み及び取り出しを行う際にフィンガが開閉
運動できるだけの空間を持つ堀り込みを座ぐりの周辺部
に形成する必要があり、気相エピタキシャル成長を行う
際にこの堀り込みに起因する新たな問題が発生する。
【0014】すなわち、キャリアガスの水素や原料ガス
の気相反応により副生する塩化水素が、不純物が高濃度
にドープされたウエーハの裏面側に前記堀り込み部を通
って過剰に回り込むと、前記ウエーハの裏面側を酸化膜
で形成した保護膜で被覆してあっても、該酸化膜は過剰
の水素や塩化水素によりエッチング除去されるためオー
トドープ現象が発生し、エピタキシャル層の抵抗率に悪
影響を及ぼす。また、気相エピタキシャル成長中に原料
ガスがウエーハの裏面側に前記堀り込み部を通って過剰
に回り込むと、その原料ガスの回り込んだ場所がシリコ
ン結晶類の析出によって部分的に盛り上がり、ウエーハ
の周辺部のフラットネスレベルが悪くなる。
【0015】また、座ぐりに仕込まれたウエーハの周辺
部と座ぐりの内縁部との間隔が前記堀り込み部で急に大
きくなっているため、該掘り込み部での温度分布が局部
的に不均一となり、前記堀り込み部に対応するウエーハ
の周辺部に温度差に起因する微小なスリップ等の結晶欠
陥が発生する。
【0016】さらに、上記のシステムはロボットを使用
する事が要件であるため、従来の装置に導入するために
は大がかりな改造が必要となる。
【0017】本発明は、上記の問題点を解決しようとす
るもので、その目的は、ウエーハの主表面の損傷や粒子
の発生及び金属汚染を防止することができるウエーハの
仕込み方法を、簡単な構成で提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明のウエ
ーハの仕込み方法は、気相成長装置内に略垂直または垂
直軸に対し傾斜して設けられたサセプタにウエーハを仕
込む際に、加圧ガスをウエーハ表面に噴射して該ウエー
ハの裏面全体を前記サセプタに当接させることを特徴と
する。
【0019】例えば、気相成長装置内に略垂直または垂
直軸に対し傾斜して設けられたサセプタにウエーハを仕
込む際に、真空チャックで該ウエーハの裏面を吸着して
前記サセプタの外周面に形成された座ぐりの内縁部に載
せ、次いで加圧ガスを該ウエーハ表面に噴射して該ウエ
ーハの裏面全体を座ぐりの底面に当接させる方法が好ま
しい。
【0020】また、気相成長装置内に略垂直または垂直
軸に対し傾斜して設けられたサセプタにウエーハを仕込
む際に、握持案内用器具で該ウエーハの縁を保持しなが
ら、加圧ガスを該ウエーハ表面に噴射して該噴射圧力で
該ウエーハを前記握持案内用器具に沿って移動させて前
記サセプタの外周面に形成された座ぐり内に案内し、該
ウエーハの裏面全体を座ぐりの底面に当接させる方法が
好ましい。
【0021】前記加圧ガスは、孔径が0.1μm以下の
フィルタにより濾過されたものが好ましい。前記加圧ガ
スの噴出口は、例えば、ガスの出口の先端部に近いほど
径が大きい末広がり状のものが好ましい。
【0022】
【作用】図1に示すように、気相成長装置内に略垂直ま
たは垂直軸に対し傾斜して設けられたサセプタ52にウ
エーハWを仕込む際に、加圧ガスをウエーハW表面に噴
射しその圧力で該ウエーハWをサセプタ52に押し付け
る方法は、サセプタ52上から剥離し加圧ガスにより巻
き上げられる粒子や加圧ガス中に存在する粒子がウエー
ハWの表面に付着し、気相成長により積層欠陥や突起物
になるとの先入観により、これまでウエーハWの仕込に
試みられることが無かった。
【0023】しかし、サセプタ52にウエーハWを仕込
む際に、該ウエーハWの裏面全体をサセプタ52に当接
させるために、実際に加圧ガスを該ウエーハWの表面に
噴射してみると、ウエーハWの主表面に直接接触しない
ので、傷などの損傷が発生しない上に、ピンセット81
でウエーハWの周辺部を押す方法よりもむしろ粒子の発
生量は少なく、また、スリップ等の温度差に起因する結
晶欠陥の発生も無かった。
【0024】これは、加圧ガスをウエーハWの表面の中
心付近に噴射した場合、加圧ガスはウエーハの中心付近
から周辺方向に流れるので、ウエーハWの下端部と座ぐ
り53の内縁部53aとの間で発生するシリコンやSi
Cの粒子が前記加圧ガスの流れに逆らってウエーハW上
に付着することを抑制すると同時に、既にウエーハW表
面に付着していた粒子を吹き飛ばすこともできるからで
あると考えられる。
【0025】図3に示す気相成長装置50内に略垂直ま
たは垂直軸に対し傾斜して設けられたサセプタ52にウ
エーハWを仕込む際には、例えば図1(a)に示すよう
に、真空チャック21のようなウエーハ保持手段で該ウ
エーハWの裏面を保持して前記サセプタ52の外周面に
形成された座ぐり53の内縁部53aに載せ、次いで空
気や窒素またはヘリウムのような不活性ガス等の加圧ガ
スをウエーハWの表面に噴射する。すると、前記加圧ガ
スの圧力でウエーハWはサセプタ52に押し付けられる
ので、図1(b)に示すように、ウエーハWの裏面全体
を座ぐり53の底面53bに当接させることができる。
【0026】ウエーハ保持手段として、前記真空チャッ
ク21の代わりに握持案内用器具22を用いる場合は、
図2に示すように、該握持案内用器具22でウエーハW
の縁を保持する。次いで、空気や窒素またはヘリウムの
ような不活性ガス等の加圧ガスをウエーハWの表面に噴
射して、その圧力でウエーハWを握持案内用器具22に
沿って移動させながら前記サセプタ52の外周面に形成
された座ぐり53内に案内する。すると、前記加圧ガス
の圧力でウエーハWはサセプタ52に押し付けられるの
で、ウエーハWの裏面全体を座ぐり53の底面53bに
当接させることができる。
【0027】前記ウエーハWの表面へ加圧ガスを噴射す
る際に、該加圧ガスの出口をウエーハWの中央部に向け
て行うと、加圧ガスの圧力はウエーハ全面に均等に掛か
るのでウエーハWの裏面全体がサセプタ52に当接しや
すく、また、前記加圧ガスのガス流がサセプタ52の表
面に吹きつけられる割合も低いのでサセプタ52上から
剥離してウエーハW上に巻き上げられる粒子の量も少な
い。
【0028】前記加圧ガスは、該加圧ガス内の粒子がウ
エーハWの表面に付着することを防止するために、孔径
が0.1μm以下のフィルタ13〔図1(a)を参照〕
により濾過された清浄なものを使用することが好まし
い。前記フィルタ13の孔径が0.1μmより大きくな
ると、0.1μmよりも大きな粒子が前記フィルタ13
を通過してウエーハWの表面に付着し、気相成長により
デバイス加工後問題となる積層欠陥や突起物になる。前
記フィルタ13の位置はできるだけ加圧ガスの出口側が
好ましく、加圧ガスの噴射手段11〔図1(a)を参
照〕としては例えば、内部にカートリッジ式のフィルタ
13を備えたものが良い。
【0029】前記加圧ガスの噴出口12〔図1(a)を
参照〕は、ウエーハ径が比較的に小さい場合には円筒形
にしてもよいが、ウエーハ径が例えば4インチφ以上と
比較的に大きい場合には、図1(a)に示すように、ガ
スの出口の先端部に近いほど径が大きい末広がり状に形
成することが好ましく、こうすることで、ウエーハWに
対する加圧ガスの噴射面積が増大し、座ぐり53への仕
込みをより的確に行うことができる。
【0030】前記加圧ガスの噴射手段11は、銃の形状
にしてオペレータがウエーハの仕込みの際に手に保持で
きるようにしても良いし、ロボットによるウエーハのハ
ンドリングシステムに組み込んでもよい。
【0031】
【実施例】次に本発明を、図面に示す実施例により更に
詳細に説明する。 実施例1 図1(a)および図1(b)は本実施例のウエーハの仕
込み手順を示す説明図である。
【0032】オペレータによるウエーハ仕込み方法を、
加圧ガスの噴射手段11の一例であるN2 銃11aの使
用例について説明する。N2 銃11aは銃の形状をした
加圧ガスの噴射手段11の一形態であり、N2 銃11a
の噴出口からは加圧されたN2 ガスが噴出される。図1
(a)に示すように、所定の圧力に設定された加圧窒素
供給ライン(図示せず)に連絡したN2 銃11aを左手
で持つ。右手(利き手側)で真空チャック21を握って
ウエーハWの裏面を吸着し、これを垂直軸に対し傾斜し
た気相成長用のサセプタ52の座ぐり53の内縁部53
aに載せる。次いで、ウエーハWの表面から約10cm
手前の位置でN2 ガスをウエーハWの中心部に噴射し、
噴射を継続しながら真空チャック21の真空を解除して
これをウエーハWから外し、N2 ガスの圧力によりウエ
ーハWの裏面全体を座ぐり53の底面53bに当接させ
る〔図1(b)〕。
【0033】前記N2 銃11aは例えば図1(a)に示
す構造を持ち、先端部に末広がり状のノズル12と、該
ノズル12の上流側に孔径が0.1μm以下で交換取り
付けが可能なカートリッジ型フィルタ13とを備えたも
のである。なお、15はフィルタ13交換用の継手であ
り、16aはN2 ガス供給用の開閉弁を操作する引金で
ある。また、真空チャック21において24は吸着部、
25は開閉弁である。
【0034】ウエーハW表面へのN2 ガスの噴射は、ノ
ズル12のガス噴出口先端部におけるN2 ガスの圧力と
流量をウエーハ直径が大きいほど高くするとともに、前
記ガス噴出口先端部とウエーハWとの距離D〔図1
(b)を参照〕を5〜15cmとして行うことが好まし
い。
【0035】つぎに、実施例1の方法による試験例1
と、図4の従来例による比較例1とについて説明する。 〔試験例1〕実施例1の手段および方法によって、図3
に示すバレル型気相成長装置内に設けられたサセプタ5
2の各座ぐり53に、6インチφのウエーハWを仕込ん
だ後、所定の条件で気相成長を行い、ウエーハWの主表
面における欠陥の発生率を調査した。
【0036】なお、N2 銃11aのノズル12はフッ素
樹脂(テフロン)製で、ノズル形状は円錐形で末広がり
のものとするとともにN2 ガス噴出口12の径を6mm
φとし、該ガス噴出口12とウエーハWとの距離Dを1
0cm、N2 ガスの噴出圧、流量をそれぞれ1.5kg
f/cm2 、18Nl/minとした。カートリッジ型
フィルタ13は、孔径が0.01μmのものを用いた。
その結果、粒子と表面異物付着の発生率は両方合わせて
1.0%であり、傷とスリップの発生は無かった。
【0037】〔比較例1〕図の手段および方法を用い
た以外は、試験例1と同様にして気相成長を行い、欠陥
の発生率を調査した。この場合、ウエーハWの仕込みで
は、ピンセット81でウエーハWの周辺部を握持し座ぐ
りの内縁部に載せた後に、ピンセット81でウエーハW
の周辺部を押すようにして仕込んだ。その結果、ピンセ
ットで握持した箇所と押した箇所でウエーハ全数に傷が
発生し、ウエーハWの周辺部を除外した場合での粒子や
表面異物付着の発生率は両方合わせて3.9%であっ
た。一方、スリップの発生は無かった。
【0038】このように本発明により、傷の発生率を従
来方法に比べて大幅に減少させることができる上に、粒
子や表面異物付着の発生率も従来方法に比べて減少させ
ることができた。
【0039】本発明では、前記N2 銃11aに代えて例
えば図2に示すように、直径約1.5cm、長さ約15
cmのガス供給管11bの先端部にノズル12と、該供
給管11bの適所に開閉弁16bを設け、該供給管11
bに加圧ガス供給用のフレキシブルホースを接続したも
のを用いることもできる。また、前記ノズル12の噴射
位置決めと前記開閉弁16bの操作を自動制御できるよ
うなシステムにすると、ロボットによる自動仕込みにも
適用可能である。さらに、前記真空チャック21に代え
て握持案内用器具22を用いてウエーハWの縁を保持す
るようにしてもよい。
【0040】また本試験例では、バレル型気相成長装置
内に設けられたサセプタの座ぐりにウエーハを仕込む方
法について説明されているが、本発明は、気相成長装置
内に略垂直または垂直軸に対し傾斜して設けられたサセ
プタであれば、バレル型気相成長装置に限らず適用可能
である。
【0039】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明で
は気相成長装置内に略垂直または垂直軸に対し傾斜して
設けられたサセプタにウエーハを仕込む際に、加圧ガス
をウエーハ表面に噴射することによりウエーハWの主表
面に直接接触せずに該ウエーハの裏面全体を前記サセプ
タに当接させるようにしたので、ウエーハの主表面の損
傷や粒子の発生及び金属汚染の防止を行うことができ
る。孔径0.1μm以下のフィルタにより濾過された清
浄な加圧ガスを使用すると、該加圧ガス内の粒子がウエ
ーハの表面に付着することを効果的に防止できる。前記
加圧ガスの噴出口を該ガス噴出口先端部に近いほど径が
大きい末広がり状に形成すると、ウエーハに対する加圧
ガスの噴射面積が増大するので、座ぐりへの仕込みをよ
り的確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の説明図であって、(a)はウ
エーハを真空チャックで保持してサセプタの座ぐり内縁
部に載せた状態を、(b)はウエーハの仕込み完了時の
状態を、それぞれ示すものである。
【図2】別の実施例の説明図であって、ウエーハを握持
案内用器具で保持してサセプタの座ぐりに案内する状態
を示すものである。
【図3】従来のバレル型気相成長装置の正面断面図であ
る。
【図4】従来のウエーハ仕込み方法の説明図であって、
(a)はウエーハをサセプタの座ぐり内縁部に載せた状
態を、(b)はウエーハの仕込み完了時の状態をそれぞ
れ示すものである。
【符号の説明】
11 加圧ガスの噴射手段 11a N2 銃 11b ガス供給管 12 ノズル 13 フィルタ 16a 引金 16b 開閉弁 21 真空チャック 22 握持案内用器具 25 開閉弁 50 バレル型気相成長装置 51 ベルジャ(反応炉) 52 サセプタ 53 座ぐり 53a 内縁部 53b 底面 54 加熱ランプ 55 ノズル 81 ピンセット W ウエーハ
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 H01L 21/68

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 気相成長装置内に略垂直または垂直軸に
    対し傾斜して設けられたサセプタにウエーハを仕込む際
    に、加圧ガスを該ウエーハ表面に噴射して該ウエーハの
    裏面全体を前記サセプタに当接させることを特徴とする
    ウエーハの仕込み方法。
  2. 【請求項2】 気相成長装置内に略垂直または垂直軸に
    対し傾斜して設けられたサセプタにウエーハを仕込む際
    に、真空チャックで該ウエーハの裏面を吸着して前記サ
    セプタの外周面に形成された座ぐりの内縁部に載せ、次
    いで加圧ガスを該ウエーハ表面に噴射して該ウエーハの
    裏面全体を座ぐりの底面に当接させることを特徴とする
    ウエーハの仕込み方法。
  3. 【請求項3】 気相成長装置内に略垂直または垂直軸に
    対し傾斜して設けられたサセプタにウエーハを仕込む際
    に、握持案内用器具で該ウエーハの縁を保持しながら、
    加圧ガスを該ウエーハ表面に噴射して該噴射圧力で該ウ
    エーハを前記握持案内用器具に沿って移動させて前記サ
    セプタの外周面に形成された座ぐり内に案内し、該ウエ
    ーハの裏面全体を座ぐりの底面に当接させることを特徴
    とするウエーハの仕込み方法。
  4. 【請求項4】 前記加圧ガスは、孔径が0.1μm以下
    のフィルタにより濾過されたものであることを特徴とす
    る請求項2または請求項3に記載のウエーハの仕込み方
    法。
  5. 【請求項5】 前記加圧ガスの噴出口は、ガスの出口の
    先端部に近いほど径が大きい末広がり状であることを特
    徴とする請求項2または請求項3に記載のウエーハの仕
    込み方法。
  6. 【請求項6】 気相成長装置内に略垂直または垂直軸に
    対し傾斜して設けられたサセプタにウエーハを仕込む際
    に、真空チャックで該ウエーハの裏面を吸着して前記サ
    セプタの外周面に形成された座ぐりの内縁部に載せ、次
    いで孔径が0.1μm以下のフィルタにより濾過された
    加圧ガスを出口の先端部に近いほど径が大きい末広がり
    状のガス噴出口から該ウエーハ表面に噴射して該ウエー
    ハの裏面全体を座ぐりの底面に当接させることを特徴と
    するウエーハの仕込み方法。
  7. 【請求項7】 気相成長装置内に略垂直または垂直軸に
    対し傾斜して設けられたサセプタにウエーハを仕込む際
    に、握持案内用器具で該ウエーハの縁を保持しながら、
    孔径が0.1μm以下のフィルタにより濾過された加圧
    ガスを出口の先端部に近いほど径が大きい末広がり状の
    ガス噴出口から該ウエーハ表面に噴射して、該噴射圧力
    で該ウエーハを前記握持案内用器具に沿って移動させて
    前記サセプタの外周面に形成された座ぐり内に案内し、
    該ウエーハの裏面全体を座ぐりの底面に当接させること
    を特徴とするウエーハの仕込み方法。
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