JP4117225B2 - 基板熱処理支持部材 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板熱処理支持部材に係わり、特に被熱処理基板を支持する凹曲面形状の基板受部の形状を改良した基板熱処理支持部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程においては、酸化、拡散等多数の熱処理工程があり、半導体基板はこれらのプロセスで種々の熱処理を受ける。これらの熱処理には半導体基板を支持するための治具として基板熱処理支持部材が用いられている。
【０００３】
この基板支持部材には、ＳｉＯ_２、ＳｉＣなどの材質が用いられており、熱処理工程時、直接基板と接する基板受部は、外周付近のテーパ部と中央付近の平面部からなるポケット形状あるいは平面形状又は中央部を最深とした凹球面形状（特許文献１）が用いられている。しかしながら、前者のポケット形状では、半導体基板の直径が２００ｍｍ以上である場合、加熱時の半導体基板の撓みと面形状が合致せず、シリコンエピタキシャル成長工程のサセプタなどに使用すると、スリップが発生し易くなるという問題がある。
【０００４】
また、枚葉式サセプタから半導体基板ヘの熱供与や半導体基板から枚葉式サセプタ部材への熱放散は、半導体基板の特性に極めて大きな影響を与え、特にエピタキシャル成長工程においては、半導体基板と枚葉式サセプタ（基板受部）との距離のバラツキにより、エピタキシャル膜の成膜速度バラツキが生じ、このような影響は半導体基板の直径が大きくなる程大きい。後者の特許文献１の形状のサセプタでは、半導体基板の直径が３００ｍｍ以上である場合、加熱−冷却サイクルの繰返しにより変形し、例えばシリコン−ゲルマニウムのヘテロエピタキシャル工程に使用すると、基板表面に膜厚ムラを生じ白色のエピタキシャル膜表面のくすみが発生する可能性が高い。
【０００５】
なお、特許文献２には、比較的厚い基板を有するサセプタの多数の座ぐりの外周側に相当する部位が座ぐりの中心側より厚肉となるように、下方に突出した突出部をサセプタの裏面に形成するサセプタが提案されているが、特許文献２のサセプタは、比較的厚肉のバッチ式サセプタ全体の熱バランスをとることにより、半導体基板のスリップの発生を防止するものであり、熱処理作業の効率を図るため比較的肉薄にし例えば、直径２００ｍｍ以上の大直径半導体基板の加熱処理に用いられる枚葉式サセプタの変形を防止することは困難である。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２６９１５０号公報（段落［００１８］、［００２７］、［００３０］、図１、図２）
【０００７】
【特許文献２】
特開２００３−３７０７１号公報（段落［００２０］、［００２４］、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、エピタキシャル成長工程に用いても、半導体基板にスリップあるいは基板表面に膜厚ムラを生じず、白色のエピタキシャル膜表面のくすみの発生がない基板熱処理支持部材を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、被熱処理基板を支持する凹曲面形状の基板受部が平板状基材の一面に円形状に設けられた基板熱処理支持部材において、前記凹曲面形状は、その中心から外周に４５°の等間隔で８方向に測定したその６方向以上７方向以下の測定位置の形状が、前記中心を最深部とする半円弧状をなしかつ、その１方向以上連続する２方向以下の測定位置の形状が、前記中心から半径の５分の１以上２分の１以下の位置において前記半円弧状よりも深くなっていることを特徴とする基板熱処理支持部材が提供される。これにより、エピタキシャル成長工程に用いても、半導体基板にスリップあるいは基板表面に膜厚ムラを生じず、白色のエピタキシャル膜表面のくすみの発生がない基板熱処理支持部材が実現される。
【００１０】
好適な一例では、前記平板状基材は、カーボン基材にＳｉＣ膜を被覆してなる。これにより、載置される半導体基板表面の熱分布がより均一になる。
【００１１】
また、他の好適な一例では、前記ＳｉＣ膜は、粒径１０μｍ以上のＳｉＣ結晶粒子が表面積の８０％以上を占め、その膜厚は３０μｍ以上１５０μｍ以下である。これにより、基板熱処理支持部材の耐久性が向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる基板熱処理支持部材の一実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は本発明に係わる基板熱処理支持部材の斜視図である。
【００１４】
図１に示すように、本発明に係わる基板熱処理支持部材としての枚葉式サセプタ１は、被熱処理基板を支持する凹曲面形状の基板受部２が平板状基材３の一面に設けられている。
【００１５】
この基材３は、基板受部２の直径が３００ｍｍ以上４５０ｍｍ未満であるカーボン基材に粒径１０μｍ以上のＳｉＣ結晶粒子が表面積の８０％以上を占めるＳｉＣ膜が被覆され、このＳｉＣ膜厚は３０μｍ以上１５０μｍ以下である。これにより、基板熱処理支持部材の耐久性が向上する。粒径１０μｍ以上のＳｉＣ結晶粒子が表面積の８０％以上とすることで、ＳｉＣ膜の腐食速度を極力低減できる。また、ＳｉＣ膜を３０μｍ以上とすることによって、ＳｉＣ膜の機械的強度をより高いものとすることができる。さらに、膜厚が１５０μｍ以下とすることで、カーボン基材とＳｉＣ膜の熱膨張係数差によって境界部に歪みが集中してＳｉＣ膜が剥離する危険性を低減することができる。
【００１６】
カーボン基材の半導体基板と当接する部分を全てＳｉＣで被覆するのは、半導体基板表面の熱分布をより均一にするためである。表面にカーボン基材の露出があるとその放射率、熱伝導度、熱容量等の相異により、半導体基板表面の熱分布を変化させてしまう。なお、基材の材質としては、カーボン基材のほか、ガラス状カーボン、炭化珪素、ガラス状炭素被覆黒鉛材等が好ましい。
【００１７】
上記基板受部２をなす凹曲面形状は、その大部分が球面形状であり、その一部分が非球面形状をなしている。
【００１８】
例えば、図２及び図３に示すように、上記球面形状は、凹曲面形状の中心Ｏから外周に４５°の等間隔で８方向に測定したその６方向以上７方向（例えば、方向Ａ１を除くＡ２〜Ａ８方向）以下の測定位置の形状（凹曲面形状の断面）が、中心Ｏを最深部とする半円弧状をなしている。
【００１９】
一方、図２および図４に示すように、その１方向（本実施形態では１方向のＡ１）以上連続する２方向以下の測定位置の形状が、中心Ｏから例示する半径ＯＲの５分の１（Ｐ１で示す）以上２分の１（Ｐ２で示す）以下の位置において、一点鎖線で示す上記半円弧状よりも深くなっており、最深部が中心Ｏにある凹曲面形状の断面をなしている。
【００２０】
従って、基板受部２には、図２に示す方向軸Ｏ−Ａ１に沿って、図４に示すような面変形緩和域２Ａが形成される。
【００２１】
中心から外周に向かって４５°毎と８方向に測定した断面形状についてその６方向以上７方向以下の測定位置の形状が中心を最深部とした球面形状をなすようにしたのは、半導体基板の撓み形状に最もよく一致するのは球面形状であり、球面形状が６方向未満では半導体基板の撓み形状からの乖離が大きくなり、半導体基板の熱分布を不均一化するためである。全ての方向軸において球面形状、すなわち完全球面形状としないのは、基板受部全体が球面形状では、加熱−冷却サイクルを繰返すと、基板受部全体が不規則に変形して、半導体基板の熱分布を不均一化するからである。
【００２２】
なお、本実施形態では、１方向軸Ｏ−Ａ１に沿って面変形緩和域を設けたが、方向軸Ｏ−Ａ１から隣接する方向軸Ｏ−Ａ２に渡る面変形緩和域を設けるようにしてもよく、また、最深部を中心Ｏに設けたが、中心Ｏから半径の５分の１以上２分の１以下の位置に設けるようにしてもよい。
【００２３】
次に本発明に係わる基板熱処理支持部材を用いた半導体基板の熱処理方法について説明する。
【００２４】
図５に示すように、エピタキシャル成長装置１１を用いて半導体基板Ｗの表面に被膜を形成する場合には、ベルジャー１２に収容された基板熱処理支持部材としての枚葉式サセプタ１の凹曲面形状をなす円形状の基板受部２に半導体基板Ｗを載置する。このとき半導体基板Ｗは基板受部２の周縁部で支持される。
【００２５】
しかる後、ヒータ１３を付勢してベルジャー１２内を加熱し、原料ガスとしてのＨＳｉＣｌ_３ガスを流入させ、１１００℃で２時間処理し、半導体基板Ｗの表面にシリコン被膜を形成する。
【００２６】
上記のようなエピタキシャル成長工程において、半導体基板Ｗはその周縁部で基板受部２と接触して支持されこの状態で加熱処理を行うと、中央部はその自重により僅かに撓んで周縁部より沈み、その中央部が凹曲面形状の基板受部２の最深部である中央部に接し、この凹曲面全体で支持される。このとき、中心から外周に向かって４５°毎と８方向に測定した断面形状について、その６方向以上７方向以下の測定位置の形状が中心を最深部とした球面形状をなすことにより、半導体基板の撓み形状に最もよく一致し、全面で支持できる。
【００２７】
一方、枚葉式サセプタ１は加熱−冷却サイクルを繰返しても、基板受部２の所定の位置に面変形緩和域２Ａが設けられているので、枚葉式サセプタ１の変形が抑制され、これにより半導体基板Ｗの熱分布は均一になり、半導体基板と枚葉式サセプタとの距離のバラツキがなく、エピタキシャル膜の成膜速度のバラツキもなく、半導体基板の直径が３００ｍｍ以上になっても、均一な被膜を形成することができ、結果、白色のエピタキシャル膜表面のくすみ発生を抑制できる。
【００２８】
【実施例】
（１）基板熱処理支持部材の作製
実施例：カーボン基材を機械加工することで面変形緩和域が１方向において存在するように加工し、１１６０〜１８００℃の温度で２０〜０．１トルの減圧に保持された反応室内の反応ゾーンに、直径３０５ｍｍの円形状の基板受部を備えた上記カーボン基材を一酸化ケイ素ガスを反応室内に導入し、カーボン基材表面にＳｉＣ膜を全体が均一になるように厚さ８０μｍ形成した。このＳｉＣ膜を形成する一つの結晶粒は３０〜１８０μｍであった。このときＳｉＣ結晶の特性は表１に示すようになり、基板受部の形状は図７のようであり、面変形緩和域２Ａが、中心方向から外周に４５°の等間隔で８方向に測定したうち１方向において、中心から半径の５分の１以上２分の１以下の位置に形成されていることがわかる。
【００２９】
比較例：上記実施例と同様にカーボン基材に機械加工で面変形緩和域がない状態に加工し、カーボン基体を反応室内に載置して、実施例と同様にし比較例を得た。このときＳｉＣ結晶の特性は表１に示すようになり、基板受部の形状は図８のようであり、面変形緩和域が形成されていない。
【００３０】
（２）白色のエピタキシャル膜表面のくすみの発生状態の調査
実施例及び比較例を用い各々の基板受部にシリコン基板を載置し、ＨＳｉＣｌ_３ガス気流下１１００℃で２時間処理することを繰返して、白色のエピタキシャル膜表面のくすみの発生状態を調べた。
【００３１】
結果： 表１に示す。
【００３２】
【表１】

【００３３】
表１からもわかるように実施例には白色のエピタキシャル膜表面のくすみの発生が認められなかったが、比較例にはその発生が認められた。
【００３４】
【発明の効果】
本発明に係わる基板熱処理支持部材によれば、エピタキシャル成長工程に用いても、半導体基板にスリップあるいは基板表面に膜厚ムラを生じず、白色のエピタキシャル膜表面のくすみの発生がない基板熱処理支持部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる基板熱処理支持部材の斜視図。
【図２】本発明に係わる基板熱処理支持部材の平面を示す説明図。
【図３】図２のＡ３−Ｏ−Ａ７に沿う断面図。
【図４】図２のＡ１−Ｏ−Ａ５に沿う断面図。
【図５】本発明に係わる基板熱処理支持部材の使用状態を示す概念図。
【図６】本発明に係わる基板熱処理支持部材の使用状態を示す概念図。
【図７】本発明に係わる基板熱処理支持部材の基板受部の形状を示す試験結果図。
【図８】従来の基板熱処理支持部材の基板受部の形状を示す試験結果図。
【符号の説明】
１ 基板熱処理支持部材
２ 基板受部
３ 平板状基材

Claims (3)

1. 被熱処理基板を支持する凹曲面形状の基板受部が平板状基材の一面に円形状に設けられた基板熱処理支持部材において、前記凹曲面形状は、その中心から外周に４５°の等間隔で８方向に測定したその６方向以上７方向以下の測定位置の形状が、前記中心を最深部とする半円弧状をなしかつ、その１方向以上連続する２方向以下の測定位置の形状が、前記中心から半径の５分の１以上２分の１以下の位置において前記半円弧状よりも深くなっていることを特徴とする基板熱処理支持部材。
2. 請求項１に記載の基板熱処理支持部材において、前記平板状基材は、カーボン基材にＳｉＣ膜を被覆してなることを特徴とする基板熱処理支持部材。
3. 請求項２に記載の基板熱処理支持部材において、前記ＳｉＣ膜は、粒径１０μｍ以上のＳｉＣ結晶粒子が表面積の８０％以上を占め、その膜厚は３０μｍ以上１５０μｍ以下であることを特徴とする基板熱処理支持部材。

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