JP5047923B2 - 化学気相蒸着用ウェーハ及びこれを製造する方法 - Google Patents
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Description
本発明は化学気相蒸着設備において金属成長層の蒸着が行われるウェーハ及びこれを製造する方法に関する。
一般的にウェーハ上に薄膜を形成する技術のうち化学的方式を用いる化学気相蒸着方法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＣＶＤ）は、ソース物質の化学反応を用いてウェーハ表面上に半導体薄膜や絶縁膜などを形成する。このような化学気相蒸着方法は現在、ウェーハ上にシリコン膜、酸化物膜、シリコン窒化物膜、或いはシリコン酸窒化物膜、タングステン膜などのような多様な薄膜を蒸着するために利用されている。これら化学気相蒸着に使用されるウェーハローディング装置としては真空方式のサセプタが多く使われている。
図１は一般的な化学気相蒸着設備を図示した概略図で、このような装置３０は一定大きさの内部空間を有する反応チャンバ３１と、上記反応チャンバ３１内に回転可能に配置され蒸着対象物のウェーハ２が載せられるポケット３２ａを備えるサセプタ３２と、上記サセプタ３２の下部に配置されて熱を提供するヒータ３３、上記反応チャンバ３１の内部へ反応ガスを供給するガス流入口３４及び反応が終了した廃ガスを外部排出するガス排気口（未図示）を含んで構成する。
このような装置３０は、上記ガス流入口３４を通して反応ガスのソースガスとキャリアガスがサセプタ３２の上部面と接触すると同時に、上記ヒータ３３によって加熱されるサセプタ３２を通してウェーハ２が高温で加熱することにより、流入される反応ガスが高い温度のウェーハ２の蒸着面である上部面で化学的蒸着反応によりウェーハ２の表面に窒化物薄膜を形成し、反応が終了したガスは分散物と共に排気口を通して外部排出される。
ここで、ソースガスの３族ガスとしては、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）及びトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）などが使用でき、キャリアガスとしてはアンモニアなどが使用できる。
一方、上記サセプタ３２のポケット３２ａに載せられたウェーハ２を蒸着する過程において、図２に図示した通り、上記ウェーハ２の上部面２ａの蒸着面は反応ガスと接するよう外部露出される反面、ウェーハ２の下部面２ｂはサセプタ３２に接するため、上記ウェーハの下部面２ｂは上部面２ａに比べて相対的に高い温度で加熱され、これによって上記ウェーハ２は外周側が上部に曲がる反り変形が発生する。
このようなウェーハ２の反り変形は、蒸着中格子定数及び熱膨張率の差によって発生し、ウェーハの蒸着面に対する温度均一度に悪影響を及ぼすことになり波長均一度に悪影響を及ぼすだけでなく、応力集中によりウェーハが破損するという問題点があった。
即ち、ウェーハ２の蒸着面に膜が蒸着する間、上記サセプタ３２上に置かれたウェーハ２に熱が均一に伝達されない場合、加熱された熱がサセプタの内周及び外周方向に同一に伝達されなくなるため、ポケットに装着されたウェーハの物質膜蒸着効率が低下する。
また、上記ウェーハが発光ダイオード製造用のサファイア基板の場合、ウェーハ上でも領域によって相違する発光波長領域を有する発光ダイオードが生産されることがある。
これは上記サセプタ３２上に載せられたウェーハ２の加熱状態が全体ウェーハにわたって異なるため、一つのウェーハに形成される物質膜の窒化膜の厚さも領域によって激しいバラツキを示し、このようなバラツキによって発光ダイオード半導体素子の発光波長特性が異なって表れることとなった。
このように、一つのサセプタ上で蒸着されたウェーハから生産される発光 ダイオードの発光波長領域が均一ではなく多様にあらわれるため、これを均一化できるサセプタが求められる。
また、このような問題点を引き起こすウェーハの反り変形はウェーハの直径が大型化する傾向に伴い漸次大きくなり、ウェーハの大型化に最大の障害として台頭している実情である。
そのため、本発明は上記の問題点を解決するため案出したもので、その目的は、格子定数及び熱膨張率の差による反り変形に係わらず全体の面積が均一に加熱して蒸着面に成長層を均一に蒸着し、応力集中による破損を防ぐことの出来る化学気相蒸着用ウェーハ及びこれを製造する方法を提供することにある。
上記の目的を達成すべく、本発明は、反応ガスが供給される高温雰囲気の反応チャンバ内に設けられるサセプタのポケットに搭載され少なくとも一つ以上の金属有機物が蒸着面に蒸着されるウェーハであって、上記ポケットに搭載されるウェーハ胴体の下部面には上記ポケットの底面と接触する外側の縁から上記ウェーハ胴体の中心に向かって上記ポケットの底面との一定の間隔を徐々に増大させるよう傾斜する離隔部を備えることを特徴とする化学気相蒸着用ウェーハを提供する。
好ましく、上記離隔部は一定大きさの曲率を有する弧形断面状で備えられる。
好ましく、上記離隔部と上記サセプタの底面との間の最大浮き上り高さは上記ウェーハ胴体の最大厚さに対して２０乃至４０％の大きさで備えられる。
好ましく、上記ウェーハ胴体の外周面と上記ポケットの内周面との間には一定大きさの間隔を形成する。
好ましく、上記ウェーハ胴体の外側の縁は上記サセプタの底面と線接触或いは面接触する。
好ましく、上記ウェーハ胴体の上部面は平面状で備えられる。
また本発明は、一定厚さのウェーハ胴体を提供する段階と、上記ウェーハ胴体の一側面を固定板に固定して外部露出されるウェーハ胴体の他側面を平面研磨材により平坦に研磨して蒸着面を形成する段階と、上記ウェーハ胴体の蒸着面を固定板に固定して外部露出されるウェーハ胴体の一側面を曲面研磨材により一定大きさの曲率を有するよう曲面加工する段階と、を含む化学気相蒸着用ウェーハの製造方法を提供する。
好ましく、上記曲面研磨材は上記ウェーハ胴体の一側面と対応する前面が一定大きさの曲率半径を有する曲面状の円盤で備えられる。
好ましく、上記曲面研磨材は上記駆動軸を上記ウェーハ胴体側に加圧する加圧力によって上記ウェーハ胴体の中心側に凸むよう弾性変形される円盤状の弾性板で備えられる。
好ましく、上記ウェーハ胴体の一側面に曲面研磨される離隔部と上記ウェーハ胴体が搭載されるサセプタの底面との間の最大浮き上り高さは上記ウェーハ胴体の最大厚さに対して２０乃至４０％の大きさで備えられる。
上記構成の本発明によると、サセプタのポケットに搭載されるウェーハ胴体の下部面にポケットの底面と接触する外側の縁からウェーハ胴体の中心に向かってポケットの底面との一定間隔を徐々に増大させる離隔部を備えることにより、蒸着時ウェーハ胴体の上部面に蒸着される金属成長層とウェーハ胴体の格子定数の差及び熱膨張率の差によって反り変形が発生するが、ウェーハ胴体の下部面に曲面加工された離隔部がポケットの底面に面接触することによりウェーハ胴体を全体的に均一に加熱するため、ウェーハの表面温度を均一にして応力集中による破損を防ぎ、蒸着を均一な厚さに形成して品質を向上させるという効果が得られる。
以下、本発明を添付の図面により詳しく説明する。
図３は本発明による化学気相蒸着用ウェーハを図示した断面斜視図で、図４は本発明による化学気相蒸着用ウェーハがサセプタに搭載された状態図である。
図３は本発明による化学気相蒸着用ウェーハを図示した断面斜視図で、図４は本発明による化学気相蒸着用ウェーハがサセプタに搭載された状態図である。
本発明の実施例によるウェーハ１００は、高温雰囲気の内部空間へ反応ガスが供給される反応チャンバ３１に回転可能に配置されるサセプタ３２のポケット３２ａに搭載され、少なくとも一つ以上の金属化合物が蒸着される蒸着対象物である。
このようなウェーハ１００は、成長層が形成される上部面とポケットの底面と対応する下部面を有し、一定大きさの外径を有する円盤型基板で設けられるウェーハ胴体１０１を含み、これは窒化物半導体発光素子のエピタキシャル成長層が蒸着されるサファイア基板で備えられることもある。
上記ウェーハ１００の上部面は平面状で備えられ、上記ポケット３２ａに搭載されるウェーハ胴体１０１の下部面１２０には上記ポケット３２ａの底面３２ｂと接触する外側の縁１２１から上記ウェーハ胴体１０１の中心Ｏに向かって上記ポケット３２ａの底面３２ｂとの離隔距離を徐々に増大させるよう傾斜する離隔部１２２を備える。
ここで、上記ウェーハ胴体１０１の中心と上記離隔部１２２の中心は相互一致し、上記離隔部１２２の外径の大きさは上記ウェーハ胴体１０１の外径の大きさと同じか相対的に小さく備えられることもある。
このような上記離隔部１２２は一定大きさの曲率Ｒを有する弧形断面状で設けられることが好ましい。
また、上記ウェーハ胴体１０１の下部面の離隔部１２２と上記サセプタ３２の底面３２ｂとの間で測定される最大浮き上り高さｈは、上記ウェーハ胴体１０１の最大厚さ或いは平均厚さＴに対して２０乃至４０％の大きさで設けられることが好ましい。
上記最大浮き上り高さが基準範囲以下の場合は、加工による応力低減効果が小さく、基準範囲以上であると応力が再度増加するだけでなく曲面加工時ウェーハが破損する恐れがある。
図８は、８インチの外径及び５００μｍの厚さを有するウェーハの浮き上り高さｈによる応力の変化を図示したグラフで、最大浮き上り高さｈが高くなるにつれ応力が小さくなることが分かり、特に上記ウェーハ胴体１０１の最大厚さ或いは平均厚さＴに対して２０乃至４０％の大きさのとき応力が最も低くあらわれることが分かる。
そして、上記ウェーハ胴体１０１の外周面と上記ポケット３２ａの内周面との間には一定大きさの間隔を形成することが好ましく、これは上記ポケット３２ａを通してウェーハ胴体１０１へ伝達される熱による反り変形時に上記ウェーハ胴体１０１の外側の縁がポケットの内周面に接して破損することを防ぐためである。
また、上記ウェーハ胴体１０１の外側の縁１２１は、上記ポケット３２ａの底面３２ｂと線接触するものと図示して説明したが、これに限定されず、上記ポケット３２ａの底面３２ｂと面接触してこれを通して一部の熱が伝達できるよう備えられることも出来る。
図５（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、本発明による化学気相蒸着用ウェーハを製造する工程を図示した手順図である。
本発明のウェーハ１００を製造するため、図５（ａ）に図示した通り、一定大きさの外径を有する円盤状のウェーハ胴体１０１を用意し、上記ウェーハ胴体１０１の一側面を固定板１０２に堅固に固定する。
このような状態で、上記ウェーハ胴体１０１の他側面には、図５（ｂ）に図示した通り、一定大きさの外径を有する円盤状の平面研磨材１０４を配置し、上記平面研磨材１０４は一方向に回転駆動が可能で、上記固定板１０２側に往復直線移動が可能な駆動軸１０５の先端に装着される。
また、上記平面研磨材１０４の前面を上記ウェーハ胴体１０１の他側面に面接触させた後、上記駆動軸１０５を一方向に回転させると同時に上記駆動軸を固定板側に加圧することにより、上記ウェーハ胴体の他側面を平坦に平面研磨して平坦な蒸着面１１０を形成することとなる。
次いで、上記平面研磨材１０４により他側面が蒸着面となるよう平面研磨されたウェーハ胴体１０１は、上記固定板１０２から分離した後、上記ウェーハ胴体１０１の他側面である蒸着面１１０を上記固定板１０２に堅固に固定する。
このような状態で、上記ウェーハ胴体１０１の他側面には、図５（ｃ）に図示した通り、円盤状の曲面研磨材１１４を対応配置し、上記曲面研磨材１１４は一方向に回転駆動が可能で、上記固定板１０２側に往復直線移動が可能な駆動軸１１５の先端に装着される。
ここで、上記平面研磨材１０４と曲面研磨材１１４は相違する駆動軸１０５，１１５にそれぞれ備えられることが出来るが、これに限定されず、２つの駆動軸１０５，１１５のいずれか一つに取り替え可能であるよう備えられることが出来る。
次に、上記曲面研磨材１１４の前面を上記ウェーハ胴体１０１の一側面に面接触させた後、上記駆動軸１１５を一方向に回転させると同時に上記駆動軸を固定板１０２側に一定強さの加圧力で加圧することにより、上記ウェーハ胴体１０１の一側面を一定大きさの曲率半径を有する曲面に加工することとなる。
ここで上記曲面研磨材１１４は、図６に図示した通り、上記ウェーハ胴体１０１の一側面と対応する前面が一定大きさの曲率半径を有する曲面状の円盤で備えられることが出来るが、これに限定されない。
上記曲面研磨材１１４は、上記駆動軸１１５を上記ウェーハ胴体１０１側に加圧する加圧力によって上記ウェーハ胴体１０１の中心側に凸むよう弾性変形される円盤状の弾性板で備えられることも出来る。
そして、上記曲面研磨材１１４により一側面を曲面研磨したウェーハ胴体１０１を上記固定板１０２から分離すると、上記ウェーハ胴体１０１の一側面の下部面１２０には上記ポケット３２ａの底面３２ｂと接触する外側の縁１２１からウェーハ胴体１０１の中心Ｏに向かって上記ポケット３２ａの底面３２ｂとの離隔距離を徐々に増大させる離隔部１２２を備えたウェーハ１００を製造完成することとなる。
この際、上記ウェーハ胴体１０１の下部面１２０である離隔部１２２と上記サセプタ３２の底面３２ｂとの間で測定される最大浮き上り高さｈは、上記ウェーハ胴体１０１の最大厚さ或いは平均厚さＴに対して２０乃至４０％大きさで設けられることが好ましい。
一方、上記のように製造されたウェーハ１００を反応チャンバ３１内に設けられるサセプタ３２のポケット３２ａに搭載した後、サセプタ３２の近傍に配置されたヒータから提供される熱を上記ウェーハ１００へ伝達すると同時に、高温雰囲気の反応チャンバ３１内へ反応ガスを供給すると、上記ポケット３２ａに載せられたウェーハ胴体の上部面に金属物成長層が蒸着される。
この際、蒸着の初期に上記ポケット３２ａに載せられたウェーハ胴体１０１の上部の蒸着面１１０は、図７（ａ）に図示した通り、ポケット３２ａの底面３２ｂと並ぶよう水平面に備えられ、上記ウェーハ胴体１０１の下部面１２０のうち外側の縁１２１は、ポケット３２ａの底面３２ｂに接する反面、残りの殆どは一定大きさの曲率を有するよう曲面加工された離隔部１２２によってポケット３２ａの底面３２ｂから離隔して分離されている。
このような状態で、上記サセプタを通して伝達される熱によってウェーハ胴体が加熱すると同時に、反応ガスがウェーハ胴体の上部面に接触すると、化学反応によってＧａＮのような窒化物金属成長層が一定厚さに蒸着することとなる。
続いて、図７（ｂ）に図示した通り、上記ウェーハ胴体１０１とその上部面である蒸着面に蒸着される金属成長層との間の格子定数及び熱膨張係数の差、及び上記ウェーハ胴体１０１の上部面と下部面との間の温度の差によって上記ウェーハ胴体１０１の中心領域は下部に徐々に変形され、外周領域は上部に徐々に変形される反り変形が発生する。
しかし、上記ウェーハ胴体１０１の反り変形が発生すると同時に上記ウェーハ胴体１０１の下部面１２０は、図７（ｃ）に図示した通り、曲面加工された離隔部１２２の曲率半径が徐々に一直線に近づくよう大きくなることにより、ポケット３２ａの底面３２ｂに接することとなる。
一方、上記ウェーハ胴体１０１の上部の蒸着面１１０は上記離隔部１２２の曲率半径が徐々に一直線に近づくよう大きくなるにつれ下部に凸むよう曲面状に変形される。
このような場合、上記ウェーハ胴体１０１の下部面はポケットの底面との接触状態を安定してそのまま維持することにより、上記サセプタを通して上記ウェーハ胴体へ熱を一定に伝達でき、これによりウェーハ胴体１０１の蒸着面に金属成長層が蒸着される間、ウェーハ胴体１０１を全体の面積にわたり均一に加熱することが出来る。
このような場合、上記ウェーハ１００に熱が均一に伝達されることにより、ウェーハの蒸着効率を増加させることができ、ウェーハに形成される金属物質膜の窒化物金属成長層の膜厚も領域に係わらず発光波長特性が均一にあらわれることとなる。
本発明は特定の実施例に係わり図示して説明したが、当業界において通常の知識を有している者であれば添付の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域を外れない範囲内で本発明を多様に修正及び変更できることを明らかにする。
３１ 反応チャンバ
３２ サセプタ
３３ ヒータ
１００ ウェーハ
１０１ ウェーハ胴体
１０２ 固定板
１０４ 平面研磨材
１０５、１１５ 駆動軸
１１４ 曲面研磨材
１２２ 離隔部
３２ サセプタ
３３ ヒータ
１００ ウェーハ
１０１ ウェーハ胴体
１０２ 固定板
１０４ 平面研磨材
１０５、１１５ 駆動軸
１１４ 曲面研磨材
１２２ 離隔部
Claims (5)
- 反応ガスが供給される高温雰囲気の反応チャンバ内に設けられるサセプタのポケットに搭載され、少なくとも一つ以上の金属有機物が蒸着面に蒸着されるウェーハであって、
前記ポケットに搭載されるウェーハ胴体の下部面には、前記ポケットの底面と接触する外側の縁から前記ウェーハ胴体の中心に向かって前記ポケットの底面との一定の間隔を徐々に増大させるよう傾斜する離隔部を備え、
前記離隔部は、一定大きさの曲率を有する弧形断面状で備えられ、
前記離隔部と前記サセプタの底面との間の最大浮き上り高さは、前記ウェーハ胴体の最大厚さに対して２０乃至４０％の大きさで備えられ、
前記ウェーハ胴体の外周面と前記ポケットの内周面との間には、一定大きさの間隔が形成され、
前記ウェーハ胴体の外側の縁は、前記サセプタの底面と線接触或いは面接触し、
前記ウェーハ胴体の上部面は、平面状で備えられる
ことを特徴とする化学気相蒸着用ウェーハ。 - 一定厚さのウェーハ胴体を提供する段階と、
前記ウェーハ胴体の一側面を固定板に固定して外部露出されるウェーハ胴体の他側面を平面研磨材により平坦に研磨して蒸着面を形成する段階と、
前記ウェーハ胴体の蒸着面を固定板に固定して外部露出されるウェーハ胴体の一側面を曲面研磨材により一定大きさの曲率を有するよう曲面加工する段階と、を含む化学気相蒸着用ウェーハの製造方法。 - 前記曲面研磨材は、前記ウェーハ胴体の一側面と対応する前面が一定大きさの曲率半径を有する曲面状の円盤で備えられることを特徴とする請求項２に記載の化学気相蒸着用ウェーハの製造方法。
- 前記曲面研磨材は、駆動軸を前記ウェーハの胴体側に加圧する加圧力によって前記ウェーハ胴体の中心側に凸むよう弾性変形される円盤状の弾性板で備えられることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の化学気相蒸着用ウェーハの製造方法。
- 前記ウェーハ胴体の一側面に曲面研磨される離隔部と前記ウェーハ胴体が搭載されるサセプタの底面との間の最大浮き上り高さは、前記ウェーハ胴体の最大厚さに対して２０乃至４０％の大きさで備えられることを特徴とする請求項２から請求項４の何れかに記載の化学気相蒸着用ウェーハの製造方法。
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