JP3227474B2 - 半導体ウエハ熱処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハに熱
処理を施す半導体ウエハ処理装置に関するものであり、
特に半導体ウエハを縦置きにした状態で熱処理を施す半
導体ウエハ処理装置のウエハの保持に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ製造プロセスでは、半導体
ウエハに様々な熱処理が施される。半導体ウエハの熱処
理としては、主に酸化膜形成、化学的気相法によるエピ
タキシャル成長、ドーパント拡散、ゲッタリング熱処理
等がある。このような半導体ウエハの熱処理を行う半導
体ウエハ熱処理装置では、酸化炉、エピタキシャル成長
炉等の熱処理炉内の所定の位置に設けられたボードまた
はサセプタ等の基板支持台上に半導体ウエハを設置し、
熱処理炉内を所定のガス雰囲気下で１０００℃以上に加
熱し、各プロセスに応じた所定の処理を施している。

【０００３】このような従来の半導体ウエハ熱処理装置
には、半導体ウエハをサセプタ上に水平に載置して熱処
理を行う横型あるいは枚葉型の装置と、半導体ウエハを
垂直に設置されたサセプタ上に保持して熱処理を施す縦
型の装置が従来から一般的に知られている。そして、設
置場所の面積に余裕がない場合には、広い設置スペース
を要しない縦型の半導体ウエハ処理装置が用いられる。
特に、近年製造が試みられている直径４００ｍｍ級の大
径半導体ウエハに対して熱処理を施す場合には、横型の
装置では、通常の半導体ウエハの場合に比べて、設置ス
ペースが過大となるため、縦型の装置で熱処理を行うこ
とが望まれている。このような縦型の半導体ウエハ処理
装置では、サセプタに半導体ウエハを収容するためのざ
ぐりと呼ばれる凹部を設け、この凹部内に半導体ウエハ
を収容してサセプタから落下しないように保持してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
縦型の半導体ウエハ熱処理装置には、次のような問題が
ある。半導体ウエハは、サセプタのざぐり内に収容され
ているが、ざぐり内で確実に固定されているわけではな
いため、半導体ウエハが処理中に転倒し、サセプタから
落下してしまうという危険性がある。

【０００５】また、横型や枚葉型の半導体ウエハ処理装
置では、サセプタ上の半導体ウエハに対する熱温度分布
及び成膜分布を均一にすべく、半導体ウエハをサセプタ
ごと円周方向に回転させながら加熱処理を行っている。
縦型の半導体ウエハ処理装置でも、同様の理由により、
半導体ウエハを円周方向に回転させる必要がある。しか
しながら、縦型の半導体ウエハ処理装置において、半導
体ウエハをサセプタごと回転させると、半導体ウエハは
サセプタのざぐり内で固定されずに収容されているた
め、ウエハに作用する重力等の外力により、半導体ウエ
ハがサセプタのざぐり内を移動してしまう。そして、ざ
ぐりの内壁面と衝突したり、サセプタ上から半導体ウエ
ハが落下して、衝突や落下の衝撃で半導体ウエハにキ
ズ、割れ等が生じてしまう。このようなキズ、割れ等が
生じた状態で、半導体ウエハに加熱処理を施すと、結晶
欠陥の原因となり、半導体ウエハの品質が低下するとい
う問題がある。

【０００６】これを防止すべく、サセプタのざぐり内、
あるいはサセプタ上で半導体ウエハを固定支持すること
も考えられる。しかしながら、この場合には、ウエハに
作用する重力等の外力により半導体ウエハに支持部から
過剰な力を受け、この結果、半導体ウエハにキズ、割れ
等が生じてしまうという問題がある。また、半導体ウエ
ハに熱変形の歪みによる結晶欠陥が生じる等の問題があ
り、特に大径半導体ウエハでは深刻な問題である。

【０００７】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、半導体ウエハを縦に設置して熱処理を
施す場合に、半導体ウエハを確実に保持することによ
り、サセプタからの転倒を防止して半導体ウエハを高品
質に維持した状態で熱処理を施すことができる半導体ウ
エハ熱処理装置を提供することを主な目的とする。ま
た、本発明の別の目的は、半導体ウエハを縦に設置して
熱処理を施す場合に、半導体ウエハの移動による衝突や
落下を防止し、ウエハを円周方向に回転させながら熱処
理を行うことを可能として、高品質な半導体ウエハを製
造できる半導体ウエハ熱処理装置を提供することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ため、請求項１に係る発明は、半導体単結晶から切り出
された半導体ウエハ基板を、熱処理炉内の所定の位置で
垂直又は傾斜した状態を維持して所定の加熱条件下で処
理する熱処理装置において、前記ウエハ支持手段は、前
記ウエハ基板を載置する基板支持台と、この基板支持台
ごと前記ウエハ基板を周方向に回転させる回転手段と、
を備え、前記基板支持台は、そこに載置する前記ウエハ
基板の周縁部に対向する内壁面と、前記回転手段により
前記ウエハ基板を回転させても外れない程度の保持力を
有する保持部材を有し、該保持部材は、少なくとも３箇
所で前記ウエハ基板の周縁部に当接する当接部材と、前
記内壁面に配設されて前記当接部材に中心方向への付勢
力を与える付勢部材と、を有しており、前記熱処理炉内
で前記ウエハ基板を回転させた状態で熱処理を行うこと
を特徴とする。

【０００９】本発明において、「ウエハ基板を回転させ
ても外れない程度」とはウエハ基板の回転中にウエハに
作用する重力等の外力や熱応力等に対抗する力でウエハ
を保持できることをいう。例えばウエハの中心方向に向
かう付勢力や、ウエハの内方に向かう挟持力等をウエハ
周縁部に作用させることにより達成することができる
が、請求項１に係る発明では特に限定しない。

【００１０】このような保持力を有する保持部材として
は、例えば、薄い石英、ＳｉＣ等を材質とした弾性部
材、或いはこのような弾性部材を有する部材で構成する
ことができる。

【００１１】本発明は、このような保持部材によって、
ウエハに生じる外力等に対抗する保持力をウエハ基板周
縁部に作用させてウエハ基板を保持するので、ウエハ基
板を垂直又は傾斜した状態で保持することが確実とな
り、ウエハの転倒や基板支持台からの落下を防止するこ
とができる。また、ウエハ基板を回転手段によって回転
させた場合には、保持部材からの保持力によって、ウエ
ハに作用する重力等の外力や熱応力等に対抗できるた
め、ウエハ基板が基板支持台から外れたり移動すること
を防止することができる。このため、落下による衝撃や
移動による他部材との衝突を回避でき、結晶欠陥の生じ
ない高品質な半導体ウエハを製造することが可能とな
る。

【００１２】

【００１３】

【００１４】本請求項１に係る発明は、前記基板支持台
は、そこに載置するウエハ基板の周縁部に対向する内壁
面を有し、前記保持部材は、前記ウエハ基板の周縁部に
当接する当接部材と、前記内壁面に配設されて前記当接
部材に中心方向への付勢力を与える付勢部材と、を有し
ていることを特徴とする。

【００１５】本発明は、基板支持台の内壁面に配設され
た付勢部材によって、当接部材に中心方向の付勢力を作
用させ、この付勢力が当接部材によってウエハ基板の周
縁部に作用する。このため、ウエハはその周縁部で、保
持部材の当接部材と付勢部材によって確実に保持され
る。従って、ウエハ基板の垂直又は傾斜した状態での維
持が安定したものとなり、ウエハの転倒や基板支持台か
らの落下を防止することができる。また、ウエハ基板を
回転手段によって回転させた場合でも、当接部材を介し
て付勢部材からの付勢力によって、ウエハに作用する重
力等の外力等が吸収されるので、ウエハ基板が回転中に
基板支持台から外れて落下したり、ウエハが移動して基
板支持台の内壁面と衝突することを防止することができ
る。このため、落下や衝突による衝撃による結晶欠陥の
発生を回避して、高品質な半導体ウエハを製造すること
が可能となる。更に、ウエハが熱変形した場合でも、付
勢力により確実に当接部材とウエハ基板とが密着し、保
持状態が維持できる。

【００１６】本発明の付勢部材としては、例えば、薄い
石英、ＳｉＣ等を材質としたスプリング等の弾性部材等
を用いることができる。当接部材としては、例えば、カ
ーボンＳｉＣ−ＣＶＤコート、ＳｉＣ製又は石英製の部
材を用いることができる。また、付勢部材と当接部材を
一体に構成しても良い。この場合には、両部材を別々に
製造する必要がなくなるため、装置の製造コストを低減
できるという利点がある。尚、当接部材は、半導体ウエ
ハを安定に保持すべく、半導体ウエハの周縁部を少なく
とも３箇所で保持するように構成することが好ましい。

【００１７】本願の別の発明は、ウエハ基板を載置する
基板支持台において、そこに載置するウエハ基板の周縁
部に対向する内壁面と、載置するウエハ基板の周縁部に
接し、熱処理装置内の所定の位置で垂直又は傾斜した状
態でウエハ基板を回転させても外れない程度の保持力を
有する保持部材とを備え、前記保持部材は、前記ウエハ
基板の周縁部に当接する当接部材と、前記内壁面に配設
されて前記当接部材に中心方向への付勢力を与える付勢
部材とを有することを特徴とする基板支持台に係るもの
である。

【００１８】本発明では、請求項１に係る発明と同様
に、基板支持台を垂直又は傾斜した状態にした場合に、
内壁面と当接部材と付勢部材とによって、ウエハの転倒
や落下を防止し、また、ウエハ基板を回転させた場合で
も、ウエハの落下や移動を防止して結晶欠陥の発生を回
避することができる。

【００１９】請求項２に係る発明は、半導体単結晶から
切り出された半導体ウエハ基板を、熱処理炉内の所定の
位置で垂直又は傾斜した状態を維持して所定の加熱条件
下で処理する熱処理装置において、前記ウエハ支持手段
は、前記ウエハ基板を載置する基板支持台と、この基板
支持台ごと前記ウエハ基板を周方向に回転させる回転手
段と、を備え、前記基板支持台は、そこに載置するウエ
ハ基板の周縁部に対向する内壁面と、前記回転手段によ
り前記ウエハ基板を回転させても外れない程度の保持力
を有する保持部材を有し、該保持部材は、前記内壁面を
分割した一部又は全部からなる内壁面当接部と、その内
壁面当接部を中心方向に付勢する付勢手段と、を有して
おり、前記熱処理炉内で前記ウエハ基板を回転させた状
態で熱処理を行うことを特徴とする。

【００２０】本発明は、付勢手段によって、基板支持台
の内壁面を複数に分割した一部又は全部からなる内壁面
当接部材に中心方向の付勢力を作用させ、この付勢力が
内壁面当接部材によってウエハ基板の周縁部に作用す
る。即ち、ウエハ基板の周縁部には、内壁面当接部の面
接触による付勢力が作用する。このため、本発明は、内
壁面当接部と付勢手段によって、半導体ウエハに点接触
による付勢力が作用する場合に比べて、より確実に半導
体ウエハを保持することができる。従って、ウエハの垂
直又は傾斜した状態での維持がより一層安定したものと
なり、ウエハの転倒や基板支持台からの落下を防止する
ことができる。また、ウエハ基板を回転手段によって回
転させた場合でも、内壁面当接部を介して作用する付勢
手段からの付勢力によって、ウエハに作用する重力等の
外力等が吸収されるので、ウエハ基板が回転中に基板支
持台から外れて落下したり、ウエハの移動を防止するこ
とができる。このため、落下や衝突による衝撃による結
晶欠陥の発生を回避して、高品質な半導体ウエハを製造
することが可能となる。更に、ウエハが熱変形した場合
でも、付勢力により確実に内壁面当接部とウエハ基板と
が密着し、保持状態が維持できる。

【００２１】このような付勢手段としては、例えば、薄
い石英、ＳｉＣ等を材質としたスプリング等の弾性部材
等を用いることができる。

【００２２】また、内壁面当接部は、基板支持台に設け
られた凹部の壁面等として構成することができる。

【００２３】このように本発明は、保持部材の内壁面当
接部が基板支持台の内壁面の一部を構成するため、両者
を別個に製造する必要がなく、装置の製造コストを低減
することができる。

【００２４】本願の別の発明は、ウエハ基板を載置する
基板支持台において、そこに載置するウエハ基板の周縁
部に対向する内壁面と、載置するウエハ基板の周縁部に
接し、熱処理装置内の所定の位置で垂直又は傾斜した状
態でウエハ基板を回転させても外れない程度の保持力を
有する保持部材とを備え、前記保持部材は、前記内壁面
を複数に分割した一部又は全部からなる内壁面当接部
と、その内壁面当接部を中心方向に付勢する付勢手段と
を有することを特徴とする基板支持台に係るものであ
る。

【００２５】本発明では、請求項２に係る発明と同様
に、基板支持台を垂直又は傾斜した状態にした場合に、
内壁面当接部材と付勢手段とによって、ウエハの転倒や
落下を防止し、また、ウエハ基板を回転させた場合で
も、ウエハの落下や移動を防止して結晶欠陥の発生を回
避することができる。

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施形態につい
て、以下、図示例とともにに説明する。第一の実施形態
は、本発明をエピタキシャル成長炉に適用したものであ
り、図１にその概略構成の模式図を示す。第一実施形態
のエピタキシャル成長炉は、半導体ウエハを垂直に保持
した状態で、半導体ウエハ表面にエピタキシャル膜を成
長させるための装置である。図１に示すように、本実施
形態のエピタキシャル成長炉１は、半導体ウエハを保持
する基板支持台としてのサセプタ３と、サセプタ３を支
持する支持台と、半導体ウエハをサセプタ３で保持した
状態で回転させる回転駆動部１１と、反応ガスを供給す
るための反応ガスインジェクターポート１５と、炉内の
ガスを吸引排気する反応ガスベントポート１７と、炉内
を所定の温度に加熱する赤外線ランプ１３を備えてい
る。

【００３２】サセプタ３は、炉内でサセプタ保持部９に
垂直状態に設置されており、回転駆動部１１によって、
円周方向に回転可能となっている。サセプタ３表面に
は、凹部（ざぐり）が形成されており、このざぐり部４
内に半導体ウエハが収容される。図２に第一実施形態の
サセプタ３のざぐり部４内に半導体ウエハを収容した状
態の正面拡大図を示す。図２に示すように、サセプタ３
のざぐり部４内壁には、薄い石英又はＳｉＣ製の４個の
弾性部材７がウエハの中心角で９０度間隔で装着されて
いる。このうち３個の弾性部材７は、バネ式のものであ
る。他１個の弾性部材８は円弧状をなしており、半径方
向への伸縮によって弾性力を生じるようになっている。
各弾性部材７、８の先端には、カーボンＳｉＣ−ＣＶＤ
コート、ＳｉＣ製又は石英製のの当接部材５が装着され
ている。この当接部材５は、ざぐり部４内に設置された
半導体ウエハの周縁部を支持するものである。即ち、ざ
ぐり部４に設置された半導体ウエハは、その周縁部にお
いて当接部材５で支持され、各当接部材５は、４個の弾
性部材７、８の弾性力によってウエハの周縁部外方から
中心方向に付勢されている。尚、本実施形態では、バネ
式弾性部材７と円弧状弾性部材８を組み合わせて用いて
いるが、全ての弾性部材をバネ式弾性部材７として構成
する他、全ての弾性部材を円弧状弾性部材８として構成
できることはいうまでもない。

【００３３】このように構成された本実施形態のエピタ
キシャル成長炉１を利用して、半導体ウエハ表面にエピ
タキシャル膜を成長させる方法について以下に説明す
る。

【００３４】まず、事前に表面酸化膜の除去、ポリッシ
ング等を含む工程を経た半導体ウエハをエピタキシャル
成長炉１内のサセプタ３１４の設置位置まで搬送し、サ
セプタ３のざぐり部４に設置する。この際、４個の当接
部材５によって半導体ウエハの周縁部を支持する。ざぐ
り部４に設置され、４個の当接部材５で周縁部を支持さ
れた半導体ウエハには、４個の弾性部材７、８の弾性力
によって周縁部外方から中心方向に付勢される。このた
め、垂直状態の半導体ウエハは、当接部材５による支持
と弾性部材７、８による中心方向への付勢によってサセ
プタ３のざぐり部４に確実に保持され、転倒やサセプタ
３からの落下を防止できるようになっている。

【００３５】その後、エピタキシャル成長炉１内部を密
閉し、炉内を赤外線ランプ１３によって約１１００℃〜
１２００℃まで加熱する。これと同時に、回転駆動部１
１によって半導体ウエハをサセプタ３ごと円周方向に回
転させる。このとき、半導体ウエハの周縁部は当接部材
５で支持され、該当接部材５が４個の弾性部材７によっ
て周縁部外方から中心方向へ付勢されているので、回転
中にウエハに作用する重力等の外力は弾性部材７の弾性
力により吸収される。このため、ウエハのざぐり部４内
の移動は弾性部材７によって阻止され、ウエハが回転中
にざぐり部４内を移動して内壁に衝突したり、サセプタ
３から落下することを防止することができる。

【００３６】次いで、反応ガスインジェクターポート１
５から反応ガス、例えば、SiCl₄ ，SiHCl₃，SiH₂Cl₂ ，
SiH₄等を導入する。このとき、反応ガスの熱分解、還元
作用によって、ウエハＷ表面にはエピタキシャル膜が成
長し、エピタキシャルウエハが製造される。

【００３７】次に第二の実施形態のエピタキシャル成長
炉１について説明する。図３に第二実施形態のエピタキ
シャル成長炉１の概略構成の模式図を示す。第二の実施
形態のエピタキシャル成長炉１は、サセプタ３及び弾性
部材７のみが第一実施形態と異なるため、共通する部分
は同一符号を付し、説明を省略する。

【００３８】第二実施形態のサセプタ３の正面拡大図を
図４に示す。サセプタ３は、半導体ウエハを収容するざ
ぐり部４を有し、ざぐり部４内壁は、半導体ウエハの周
縁部に内接するように形成されている。また、サセプタ
３は、８個の扇状部材６に分割されており、各扇状部材
６は、半導体ウエハの半径方向に移動可能に構成されて
いる。

【００３９】サセプタ３の外壁、即ち、各扇状部材６の
周縁部と、サセプタ保持部９との間には、各扇状支持部
ごとに１個の薄い石英又はＳｉＣ製のバネ式弾性部材７
が装着されている。このため、ざぐり部４に設置された
半導体ウエハは、その周縁部において各扇状部材６の段
差部分、即ちざぐり部４内壁で支持され、各扇状部材６
は夫々弾性部材７の弾性力によって周縁部外方から中心
方向に付勢されている。

【００４０】従って、エピタキシャル成長炉１内で垂直
状態に保持された半導体ウエハは、扇状部材６の段差部
（ざぐり部４内壁）による支持と弾性部材７による中心
方向への付勢によってサセプタ３のざぐり部４に確実に
保持され、ウエハの転倒や落下を防止できる。また、ウ
エハを円周方向に回転させた場合には、回転中にウエハ
に作用する重力等の外力は弾性部材７の弾性力により吸
収される。このため、ウエハのざぐり内の移動は弾性部
材７によって阻止され、ウエハが回転中にざぐり部４内
を移動して内壁に衝突したり、サセプタ３から落下する
ことを防止することができる。

【００４１】

【００４２】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明は、基板支
持台がそこに載置する前記ウエハ基板の周縁部に接し、
前記回転手段により前記ウエハ基板を回転させても外れ
ない程度の保持力を有する保持部材を備えているため、
半導体ウエハの基板支持台上での保持が確実なものとな
り、熱処理中のウエハの転倒や落下による結晶欠陥の発
生を防止して、高品質な半導体ウエハを製造できるとい
う効果がある。

【００４３】また、本発明は、垂直状態又は傾斜状態で
半導体ウエハを保持して回転させながら熱処理を行う場
合でも、ウエハの移動による他部材との衝突や落下を防
止でき、高品質な半導体ウエハを製造できるという効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一実施形態のエピタキシャル成長炉の構成を
示す模式図である。

【図２】第一実施形態のサセプタ、当接部材及び弾性部
材の拡大正面図である。

【図３】第二実施形態のエピタキシャル成長炉の構成を
示す模式図である。

【図４】第二実施形態のサセプタ及び弾性部材の拡大正
面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 和俊 群馬県安中市中野谷555番地の１ 株式 会社スーパーシリコン研究所内 (56)参考文献 特開 平９−129556（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−84932（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−50335（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−73452（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/324 H01L 21/68

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体単結晶から切り出された半導体ウ
   エハ基板を、熱処理炉内の所定の位置で垂直又は傾斜し
   た状態を維持して所定の加熱条件下で処理する熱処理装
   置において、 前記ウエハ支持手段は、前記ウエハ基板を載置する基板
   支持台と、この基板支持台ごと前記ウエハ基板を周方向
   に回転させる回転手段と、を備え、 前記基板支持台は、そこに載置する前記ウエハ基板の周
   縁部に対向する内壁面と、前記回転手段により前記ウエ
   ハ基板を回転させても外れない程度の保持力を有する保
   持部材を有し、 該保持部材は、少なくとも３箇所で前記ウエハ基板の周
   縁部に当接する当接部材と、前記内壁面に配設されて前
   記当接部材に中心方向への付勢力を与える付勢部材と、
   を有しており、 前記熱処理炉内で前記ウエハ基板を回転させた状態で熱
   処理を行うことを特徴とする半導体ウエハ熱処理装置。
2. 【請求項２】 半導体単結晶から切り出された半導体ウ
   エハ基板を、熱処理炉内の所定の位置で垂直又は傾斜し
   た状態を維持して所定の加熱条件下で処理する熱処理装
   置において、 前記ウエハ支持手段は、前記ウエハ基板を載置する基板
   支持台と、この基板支持台ごと前記ウエハ基板を周方向
   に回転させる回転手段と、を備え 、 前記基板支持台は、そこに載置する前記ウエハ基板の周
   縁部に対向する内壁面と、前記回転手段により前記ウエ
   ハ基板を回転させても外れない程度の保持力を有する保
   持部材を有し、 該保持部材は、前記内壁面を分割した一部又は全部から
   なる内壁面当接部と、その内壁面当接部を中心方向に付
   勢する付勢手段と、を有しており、 前記熱処理炉内で前記ウエハ基板を回転させた状態で熱
   処理を行うことを特徴とする 半導体ウエハ熱処理装置。