JP3357311B2 - 半導体製造装置におけるウェハ支持装置 - 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、エピタキシャル成
長装置に設けられたウェハ支持装置に係わり、特にウェ
ハをウェハ支持台に載せるのに好適なウェハ支持装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エピタキシャル成長装置等の半導体製造
装置には、シリコンウェハを１枚ずつ処理する枚葉式と
称されるものがある。このような枚葉式の半導体製造装
置においては、通常、ウェハを１枚だけ水平に支持する
ためのウェハ支持装置が処理チャンバ内に設けられてい
る。

【０００３】一般的なウェハ支持装置は、ウェハが載置
されるウェハ支持台であるサセプタと、ウェハをサセプ
タに対して上下動させてウェハをサセプタ上に載せるリ
フト機構とを備えている。従来のサセプタは、例えば図
５及び図６に示すように、上面部に円形のポケット（凹
部）５１を有しており、このポケット５１にウェハＷを
収納し支持するようになっている。

【０００４】また、従来一般のリフト機構は、サセプタ
を貫通して延びる複数本のリフトピンを有しており、こ
れらのリフトピンの上端にウェハを載せ、リフトピンを
上下動させることで、ウェハを昇降させることができる
ようになっている。このようなリフト機構により、搬送
ロボットのブレードに載せて運ばれてきたウェハをサセ
プタ上に移載したり、あるいはその逆に、ウェハをサセ
プタから搬送ロボットに受け渡したりすることが可能と
なる。

【０００５】また、サセプタの上方及び下方には、サセ
プタ上で支持されたウェハを高温に加熱するための多数
のハロゲンランプ（赤外線ランプまたは遠赤外線ラン
プ）が配置されている。

【０００６】このようなエピタキシャル成長装置におい
て、ウェハ支持装置によりウェハを支持した後、ハロゲ
ンランプを点灯してウェハを加熱すると共に、処理ガス
を処理チャンバ内に導入すると、所定温度に加熱された
ウェハの表面に沿って処理ガスが層流状態で流れ、ウェ
ハ上に薄膜が形成される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては、以下の問題点が存在する。

【０００８】すなわち、上述した従来の枚葉式エピタキ
シャル成長装置では、ウェハの搬送は、全てのハロゲン
ランプを点灯した状態で行うこととしている。この場
合、搬送ロボットによりウェハが処理チャンバ内に搬入
されると、搬入直後はサセプタの上方にウェハが位置す
ることになるため、ウェハの表面（上面）の熱膨張が裏
面の熱膨張よりも大きくなり、その結果ウェハに反りが
生じてしまう。

【０００９】このような反りが生じたウェハを、図５及
び図６に示すようなサセプタ５０のポケット５１内に収
めるためには、ポケット５１の深さを深くする必要があ
る。ところで、ウェハがサセプタ上に載置されると、下
方のハロゲンランプの熱がサセプタを介してウェハＷの
裏面に伝わるようになるため、ウェハはほぼ元の平坦な
状態となる。このとき、ポケット５１が深いと、処理ガ
スの層流状態が維持されなくなり、その結果ウェハ上の
膜の膜厚及び抵抗の分布が悪化する。

【００１０】本発明の目的は、ウェハ上の膜の膜厚及び
抵抗の分布を良好にすることのできるエピタキシャル成
長装置におけるウェハ支持装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、処理チャンバと、この処理チャンバの上
方及び下方に配置された、ウェハを加熱するための加熱
手段とを備えたエピタキシャル成長装置におけるウェハ
支持装置であって、処理チャンバ内に設置され、ウェハ
が支持される凹部を有するウェハ支持台と、ウェハを凹
部に載せるウェハ載置手段と、ウェハ支持台における凹
部の外側に設けられた複数のウェハ位置決め用の突起と
を備え、凹部は、平坦な状態のウェハを凹部に載せたと
きにウェハ支持台の上面と平坦な状態のウェハ上面とが
面一になるような深さを有し、ウェハ位置決め用の突起
の高さ位置は、加熱手段からの熱により反りが生じたウ
ェハを凹部に載せたときに反りが生じたウェハ最上部の
高さ位置と同等以上である構成とする。

【００１２】ウェハが処理チャンバ内に搬入された直後
は、処理チャンバの上方及び下方に配置された加熱手段
からの熱によるウェハ表面およびウェハ裏面の熱膨張の
差が原因となって、ウェハ中央側に対してウェハエッジ
側が上方に曲がった反りが生ずることが分かっている
が、本発明に従ってウェハ位置決め用の突起を設けるこ
とにより、ウェハの反りに対処すべく従来のように凹部
を深くする必要がなくなる。このとき、凹部の深さを、
平坦な状態のウェハを載せたときにウェハ支持台の上面
と平坦な状態のウェハ上面とが面一になるような深さと
することにより、反りが生じたウェハが凹部に載置され
た後、ウェハが元の平坦な状態に戻った際には、処理チ
ャンバ内に反応ガスを導入すると、反応ガスはほぼ層流
状態を維持してウェハ上面部を流れるようになる。これ
により、ウェハの膜厚及び抵抗の分布が良くなる。

【００１３】上記エピタキシャル成長装置におけるウェ
ハ支持装置において、好ましくは、ウェハ位置決め用の
突起は、凹部の中心に向かって下方に傾斜するテーパ面
を有する。これにより、ウェハ載置手段で凹部にウェハ
を載置するときに、ウェハが凹部に対してわずかに水平
方向にずれてしまっても、ウェハは、その外周下縁部の
一部分がウェハ位置決め用の突起のテーパ面に接した状
態で当該テーパ面に沿って内側下方に移動し、確実に凹
部内に収まるようになる。

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて図面を参照して説明する。

【００１７】図１は、本発明に係るウェハ支持装置が設
置された半導体製造装置としてエピタキシャル成長装置
を概略的に示したものである。同図において、エピタキ
シャル成長装置１０は、シリコンウェハ（図１には示さ
ず）を１枚ずつ処理する枚葉式であり、石英ガラスで構
成された処理チャンバ１２を備え、この処理チャンバ１
２内にはウェハ支持装置１４が配設されている。処理チ
ャンバ１２の側部には処理ガスの導入口１６が形成さ
れ、これに対向する位置には処理ガスの排気口１８が形
成されている。また、処理チャンバ１２の上側領域及び
下側領域には、複数本のハロゲンランプ２０が放射状に
それぞれ配置されている。

【００１８】このようなエピタキシャル成長装置１０に
おいて、ウェハ支持装置１４によりウェハを支持した
後、ハロゲンランプ２０を点灯してウェハを加熱すると
共に、排気口１８から排気を行いながらトリクロルシラ
ン（ＳｉＨＣｌ３）ガスやジクロルシラン（ＳｉＨ２Ｃ
ｌ２）ガス等を処理ガスとして導入口１６から導入する
と、所定温度に加熱されたウェハの表面に沿って処理ガ
スが層流状態で流れ、ウェハ上にシリコンの単結晶がエ
ピタキシャル成長する。

【００１９】ウェハ支持装置１４は、ウェハが支持され
るウェハ支持台であるサセプタ２２と、このサセプタ２
２上にウェハを載置するウェハ載置手段であるリフト機
構２４とを備えている。

【００２０】サセプタ２２は、炭化シリコンで被覆され
たグラファイト材料から成る円盤状のものであり、処理
チャンバ１２の下部に立設された石英ガラス製の支持シ
ャフト２６により、裏面側から三点で水平に支持されて
いる。

【００２１】サセプタ２２の構造を図２及び図３に示
す。同図において、サセプタ２２の上面部には、ウェハ
Ｗを収納し支持するための支持領域を形成する円形のポ
ケット（凹部）２２ａを有している。このポケット２２
ａの底面は、その中心位置Ｏがサセプタ２２の中心に一
致し、またその径ＲはウェハＷの口径にほぼ等しくなっ
ている。また、ポケット２２ａの側面は、全体にわたっ
てポケット２２ａの中心Ｏに向かって下方に傾斜するテ
ーパ面を形成している。なお、ポケット２２ａの側面は
テーパ面でなくてもよい。

【００２２】また、ポケット２２ａの深さは、当該ポケ
ット２２ａの底面に平坦な状態のウェハＷが載置された
ときにサセプタ２２の上面とウェハＷ上面が面一になる
ように設定されている。これは、導入口１６から導入さ
れた処理ガスが層流状態を維持して流れるようにするた
めである。

【００２３】サセプタ２２におけるポケット２２ａの外
側には、ほぼ等間隔で配置された複数個（ここでは４
個）の突起２８が形成されている。各突起２８は、ポケ
ット２２ａの側面に続いてポケット２２ａの中心Ｏに向
かって下方に傾斜するテーパ面２８ａを有している。こ
こで、突起２８の高さ位置は、反りが生じたウェハをポ
ケット２２ａ内に収納した際に当該ウェハの最上部（ウ
ェハ両端部）にほぼ等しいか、それよりもわずかに高く
なるように設定されている。また、突起２８の数は、少
なくとも３個あればよい。なお、突起２８は、サセプタ
２２の上面に接着等により固定される。

【００２４】図１に戻り、リフト機構２４は、支持シャ
フト２６の主軸を囲むように配置された上下動可能なリ
フトチューブ３０と、このリフトチューブ３０を上下動
させる駆動装置３２と、リフトチューブ３０から放射状
に延びる３本のリフトアーム３４と、サセプタ２２の底
面から貫通形成された貫通孔３６（図４参照）を通りリ
フトアーム３４の上端に固定されているリフトピン３８
とを備えており、駆動装置３２を制御してリフトチュー
ブ３０及びリフトアーム３４を上昇させると、リフトピ
ン３８が押し上げられるようになっている。

【００２５】以上のように構成したウェハ支持装置１４
にウェハＷを支持させる場合、まず、搬送ロボットを操
作し、搬送ロボットのブレード４０（図２参照）に載置
されたウェハＷをサセプタ２２における各突起２８の内
側であるポケット２２ａの直上位置に配置する。次い
で、リフト機構２４の駆動装置３２を制御してリフトピ
ン３８を上昇させる。なお、図示はしないが搬送ロボッ
トのブレード４０はリフトピン３８とは重ならないよう
に構成されており、これによりリフトリング３２の上昇
を妨げることはない。リフトピン３８がブレード４０よ
りも高い位置まで上昇すると、ウェハＷはブレード４０
からリフトピン３８の上端に載り移り、ウェハＷは３点
で支持されるようになる（図４（ａ）参照）。

【００２６】その後、搬送ロボットのブレード４０をサ
セプタ２２の上方から処理チャンバ１２の外部に移動さ
せる。そして、ウェハＷを支持したリフトピン３８を下
降させ、ポケット２２ａ内に降ろす。このとき、ウェハ
Ｗがわずかに水平方向にずれ、ウェハＷの外周下縁部の
一部分が突起２８のテーパ面２８ａに接触しても、ウェ
ハＷはそのテーパ面２８ａに沿って下降するので、ウェ
ハＷは傾くことなくポケット２２ａ内に収まるようにな
る（図４（ｂ）参照）。この後、上述したエピタキシャ
ル成長プロセスが実行されることになる。

【００２７】また、ウェハＷをサセプタ２２から持ち上
げ、搬送ロボットのブレード４０に移載させる場合は、
上記とは逆の手順でリフト機構２４及び搬送ロボットを
操作すればよい。

【００２８】以上のように構成した本実施形態にあって
は、サセプタ２２のポケット２２ａの外側に複数の突起
２８を設けたので、ウェハＷの搬入時に生じる反りに対
処すべくポケット２２ａを深くする必要がなく、これに
より導入口１６から導入された処理ガスはほぼ層流状態
を維持して流れるようになる。したがって、ウェハＷの
膜厚及び抵抗の分布が良くなる。

【００２９】また、そのような突起２８に、ポケット２
２ａの中心Ｏに向かって下方に傾斜するテーパ面２８ａ
を形成したので、ウェハＷがわずかに水平方向にずれて
も、ウェハＷは、その外周下縁部の一部分がテーパ面２
８ａに接触した状態でそのテーパ面２８ａに沿って下降
し、ポケット２２ａ内に収まる。したがって、ウェハＷ
の位置ずれに対処すべく、ポケット２２ａの径をウェハ
Ｗの口径に対して大きくする必要も無く、これによりウ
ェハＷの外周部がポケット側面に接触することが原因で
発生するパーティクルは無くなる。なお、上述したよう
にウェハＷをポケット２２ａ内に収める際にウェハＷが
位置ずれを起こすと、ウェハＷがテーパ面２８ａに接す
るが、この接触部分はウェハＷの外周下縁部だけなの
で、この時ウェハＷの外周部が接触することで発生する
パーティクルは極めて少ない。

【００３０】なお、本実施形態においては、ウェハ位置
決め用の突起２８に、ポケット２２ａの中心Ｏに向かっ
て下方に傾斜するテーパ面２８ａを設けたが、このよう
なテーパ面２８ａは必ずしも設けなくてもよい。

【００３１】また、ポケット２２ａの底面に平坦な状態
のウェハＷが載置されたときにサセプタ２２の上面とウ
ェハＷ上面が面一になるようにしたが、ポケット２２ａ
の深さはこれに限られず、ポケットの底面にウェハＷが
載置されたときにサセプタ２２の上面よりもウェハＷ上
面が高くなるようにしてもよく、あるいはポケット２２
は設けなくても良い。要は、ウェハＷ上を流れる処理ガ
スがある程度層流状態を維持できればよい。この場合、
ポケットの深さにある程度の自由度をもたせることがで
きるので、サセプタの製造が容易に行える。

【００３２】以上、本発明の好適な実施形態について述
べたが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言
うまでもない。例えば、上記実施形態の半導体製造装置
はエピタキシャル成長装置であるが、本発明は、他の処
理を行うもの、例えばＣＶＤ装置等にも適用可能であ
る。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、ウェハ支持台における
凹部の外側に複数のウェハ位置決め用の突起を設けると
共に、凹部の深さを、平坦な状態のウェハを凹部に載せ
たときにウェハ支持台の上面と平坦な状態のウェハ上面
とが面一になるような深さとし、ウェハ位置決め用の突
起の高さ位置を、加熱手段からの熱により反りが生じた
ウェハを凹部に載せたときに反りが生じたウェハ最上部
の高さ位置と同等以上としたので、処理チャンバ内に導
入された処理ガスはある程度層流状態を保って流れるよ
うになり、これによりウェハの膜厚及び抵抗の分布が良
好になる。

【００３４】また、ウェハ位置決め用の突起に、凹部の
中心に向かって下方に傾斜するテーパ面を形成した場合
には、凹部にウェハを載置する際に、ウェハの外周面が
凹部の側面に接することによって生じるパーティクルを
低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のウェハ支持装置が適用可能なエピタキ
シャル成長装置を概略的に示す説明図である。

【図２】図１に示すサセプタの上面図である。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

【図４】図２及び図３に示すサセプタ上にウェハを支持
する様子を示す図である。

【図５】従来におけるウェハ支持装置のサセプタの一例
を示す上面図である。

【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。

【符号の説明】

１０…半導体製造装置、１２…処理チャンバ、１４…ウ
ェハ支持装置、２２…サセプタ（ウェハ支持台）、２２
ａ…ポケット（凹部）２４…リフト機構（ウェハ載置手
段）、２８…突起（ウェハ位置決め用の突起）、２８ａ
…テーパ面、Ｗ…ウェハ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有馬 靖二 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地 内 アプライド マテリアルズ ジャパ ン 株式会社内 (56)参考文献 特開 平９−202969（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−190647（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−161802（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−243166（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/68 H01L 21/205

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理チャンバと、この処理チャンバの上
   方及び下方に配置された、ウェハを加熱するための加熱
   手段とを備えたエピタキシャル成長装置におけるウェハ
   支持装置であって、 前記処理チャンバ内に設置され、前記ウェハが支持され
   る凹部を有するウェハ支持台と、 前記ウェハを前記凹部に載せるウェハ載置手段と、 前記ウェハ支持台における前記凹部の外側に設けられた
   複数のウェハ位置決め用の突起とを備え、 前記凹部は、平坦な状態の前記ウェハを当該凹部に載せ
   たときに前記ウェハ支持台の上面と前記平坦な状態のウ
   ェハ上面とが面一になるような深さを有し、 前記ウェハ位置決め用の突起の高さ位置は、前記加熱手
   段からの熱により反りが生じた前記ウェハを前記凹部に
   載せたときに前記反りが生じたウェハ最上部の高さ位置
   と同等以上であるエピタキシャル成長装置におけるウェ
   ハ支持装置。
2. 【請求項２】 前記ウェハ位置決め用の突起は、前記凹
   部の中心に向かって下方に傾斜するテーパ面を有する請
   求項１記載のエピタキシャル成長装置におけるウェハ支
   持装置。