JP5811355B2 - エピタキシャルウェーハ製造装置およびそれを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、エピタキシャルウェーハ製造装置およびそれを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。

半導体ウェーハに対し枚葉式にエピタキシャル層を成層する装置として、気相成長装置を用いたエピタキシャルウェーハ製造装置が知られている。一般的にエピタキシャルウェーハ製造装置を用いて、研磨後のウェーハ上にエピタキシャル層を成層する場合、サセプタと称される載置部に載置し、反応が行われる。

サセプタは縁部領域を有し、かつ縁部領域内にウェーハポケット（座ぐり部と呼ばれることもある）を有しており、ウェーハポケットはウェーハよりも数ミリ大きく形成されている。このウェーハポケットにウェーハが収まることにより、サセプタを回転してもウェーハが特定位置にとどまることができ、均質な反応が行われる。

従来のエピタキシャルウェーハ製造装置の要部概略断面図を図６に示す。

図６において、符号２００は、従来のエピタキシャルウェーハ製造装置を示す。エピタキシャルウェーハ製造装置２００は、ウェーハＷを載置するためのウェーハポケット２０２が設けられたサセプタ２０４と、を有しており、アーム部２０６を有するサポートシャフト２１０が取り付けられている。前記サポートシャフト２１０のアーム部２０６により、サセプタ２０４の周縁部が支持される構成とされている。

前記サセプタ２０４にはさらにウェーハポケット２０２からウェーハＷを上昇させるためのリフトピン２０８ａ，２０８ｂが設けられている。サセプタ２０４のウェーハポケット２０２の周縁部には、リフトピン２０８ａ，２０８ｂが挿通される貫通孔２０９ａ，２０９ｂを有しており、前記貫通孔２０９ａ，２０９ｂに挿通されたリフトピン２０８ａ，２０８ｂの上端がウェーハＷに当接せしめられる構成とされている。

近年、半導体集積回路の微細化が進み、半導体ウェーハに対する要求はさらに厳密かつ厳格になってきており、エピタキシャル層に関しても平坦度の向上が望まれている。エピタキシャル層の平坦度に影響を与える要因として、ウェーハを載置するサセプタの傾きが挙げられる。

サセプタ傾きを改善するために、サセプタを複数の支柱で保持するサセプタ支持機構に関して検討が行われており、特許文献１ではサセプタ支持機構の中心軸の固定位置を可変にすることで、サセプタの傾き、及び回転時の偏心を補正している。

しかし、サセプタ支持機構の熱変形の仕方によっては調整困難な場合が生じ、サセプタの傾きが修正できない場合がある。サセプタが傾いていると、ウェーハの載置時にウェーハポケット内でウェーハの滑りが発生し、ウェーハ載置ずれが発生する可能性がある。また、サセプタの傾き、及びそれに伴うウェーハ載置ずれにより、ウェーハにガスが不均一にあたりエピタキシャル層の膜厚の均一性を悪化させる恐れがある。

特開２００３−１３３３９７号公報

本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みなされたもので、サセプタの傾きを簡便に調整でき、かつ昇温時でも安定したサセプタ高さを維持することが可能であり、エピタキシャル層の膜厚均一性のよいエピタキシャルウェーハを製造できるようにしたエピタキシャルウェーハ製造装置およびそれを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のエピタキシャルウェーハ製造装置は、ウェーハを載置するためのウェーハポケットが設けられたサセプタと、前記サセプタの高さ調整機構を有し前記高さ調整機構を介して前記サセプタの少なくとも周辺部を支持する複数のアーム部と、前記アーム部を支えるサポートシャフトと、を具備したエピタキシャルウェーハ製造装置であり、前記高さ調整機構により前記サセプタの傾きを調整して前記サセプタを水平にできるようにしてなり、前記高さ調整機構が、前記アーム部のアーム柱部の一部に設けられた雄螺子部と雌螺子部との螺合を可変させて前記アーム柱部の長さ調整が可能とされた螺合機構であり、前記螺合機構により、前記サセプタの高さ調整をした後、前記螺合機構の螺合の可変を防止する外部カバーが着脱自在に設けられてなることを特徴とする。

サポートシャフトのアーム部に高さ調整機構を設け、前記高さ調整機構を介して前記サセプタの少なくとも周辺部を支持するように構成されているため、前記高さ調整機構により前記サセプタの傾きを簡便に調整して前記サセプタを水平にすることができる。これにより、サセプタが傾くことによるウェーハの載置ずれを防止することができる。

また、前記高さ調整機構が、前記アーム部のアーム柱部の一部に設けられた雄螺子部と雌螺子部との螺合を可変させて前記アーム柱部の長さ調整が可能とされた螺合機構であり、前記螺合機構により、前記サセプタの高さ調整をした後、前記螺合機構の螺合の可変を防止する外部カバーが着脱自在に設けられてなるのが好適である。

前記外部カバーを設けることで、エピタキシャル層を気相成長させる際の昇温時に、熱変形などにより、螺子が緩んで前記サセプタの高さが変わらないように、前記螺合機構の螺合の可変を防止することができる。

本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、前記エピタキシャルウェーハ製造装置を用いて、サセプタを水平にし、前記サセプタ上のウェーハにエピタキシャル層を気相成長させることを特徴とする。

本発明によれば、サセプタの傾きを簡便に調整でき、かつ昇温時でも安定したサセプタ高さを維持することが可能であり、エピタキシャル層の膜厚均一性のよいエピタキシャルウェーハを製造できるようにしたエピタキシャルウェーハ製造装置、およびそれを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することができるという著大な効果を有する。

本発明に係るエピタキシャルウェーハ製造装置の一つの実施の形態を示す要部概略断面図である。 本発明に係るエピタキシャルウェーハ製造装置に外部カバーを着脱自在に設けた状態を示す要部拡大概略断面図である。 本発明に係るエピタキシャルウェーハ製造装置に外部カバーを着脱自在に設けた状態を示す要部拡大概略斜視図である。 実施例におけるウェーハ位置及びエピタキシャル層膜厚分布を示すグラフである。 比較例におけるウェーハ位置及びエピタキシャル層膜厚分布を示すグラフである。 従来のエピタキシャルウェーハ製造装置の要部概略断面図である。

以下、本発明の一つの実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、これらの説明は例示的に示されるもので限定的に解釈すべきものでないことはいうまでもない。

図1において、符号１０は、本発明に係るエピタキシャルウェーハ製造装置の一つの実施の形態を示す。エピタキシャルウェーハ製造装置１０は、ウェーハＷを載置するためのウェーハポケット１２が設けられたサセプタ１４と、前記サセプタ１４の高さ調整機構１６ａ，１６ｂを有し前記高さ調整機構１６ａ，１６ｂを介して前記サセプタ１４の少なくとも周辺部１８ａ，１８ｂを支持する複数のアーム部２０ａ，２０ｂと、前記アーム部２０ａ，２０ｂを支えるサポートシャフト２２と、を具備したエピタキシャルウェーハ製造装置である。前記高さ調整機構１６ａ，１６ｂにより前記サセプタ１４の傾きを調整して前記サセプタ１４を水平にできるようにしてなる構成とされている。

前記サセプタ１４にはさらにウェーハポケット１２からウェーハＷを上昇させるためのリフトピン２４ａ，２４ｂが設けられている。サセプタ１４のウェーハポケット１２の周縁部には、リフトピン２４ａ，２４ｂが挿通される貫通孔２６ａ，２６ｂを有しており、前記貫通孔２６ａ，２６ｂに挿通されたリフトピン２４ａ，２４ｂの上端がウェーハＷに当接せしめられる構成とされている。

また、図示の例では、前記高さ調整機構１６ａ，１６ｂとして、前記アーム部２０ａ，２０ｂのアーム柱部２８ａ，２８ｂの一部に設けられた雄螺子部３０ａ，３０ｂと雌螺子部３２ａ，３２ｂとの螺合を可変させて前記アーム柱部２８ａ，２８ｂの長さ調整が可能とされた螺合機構３４ａ，３４ｂの例を示した。したがって、雄螺子部３０ａ，３０ｂと雌螺子部３２ａ，３２ｂとの螺合を可変させて前記アーム柱部２８ａ，２８ｂの長さを調整することで、前記サセプタ１４の高さ調整をして、前記サセプタ１４の傾きを調整することができる。

そして、前記螺合機構３４ａ，３４ｂにより、前記サセプタの高さ調整をした後は、前記螺合機構３４ａ，３４ｂの螺合の可変を防止する外部カバーが着脱自在に設けられてなるのが好適である。前記外部カバーを着脱自在に設けた構成を図２及び図３に示す。

図２及び図３において、高さ調整機構１６ａ，１６ｂである螺合機構３４ａ，３４ｂは、外部カバー３６が着脱自在に設けられている。図示の例では、アーム柱部２８ａが角型柱部とされており、かかる角型柱部に角型の外部カバー３６が着脱自在に外嵌されることで、雄螺子部３０ａと雌螺子部３２ａとの螺合が可変しないようにされている。これにより、アーム柱部２８ａの長さが固定され、エピタキシャル層を気相成長させる際の昇温時に、熱変形などにより、雄螺子部３０ａと雌螺子部３２ａの螺合が緩んでサセプタ１４の高さが変わらないようにすることができる。

以下に、本発明の実施例をあげてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想から逸脱しない限り様々の変形が可能であることは勿論である。

図２及び図３に示した外部カバーが着脱自在に外嵌されるようにした図１のエピタキシャルウェーハ製造装置を用い、直径３００ｍｍ、主表面の面方位（１００）のｐ型シリコン単結晶ウェーハ上に、目標厚さ５μｍにてｐ型シリコンエピタキシャル層（抵抗率１０Ω・ｃｍ）を成長させた。そして、サセプタの高さ調整機能によるサセプタ傾きの調整前後でのサセプタの傾きの評価、ウェーハ載置ずれ量の評価、エピタキシャル層の膜厚の均一性の評価をそれぞれ行った。

＜サセプタの傾きの評価＞
サセプタの傾きの評価では、サセプタの周方向の高さ分布を高さ調整の前後で測定しＰＶ（Peak to Valley）値を算出した。ＰＶ値により、どちらの方向にどれだけ傾いているか算出可能であり、ＰＶ値が大きいほど傾きが大きいことになる。

サセプタの高さ調整前のＰＶ値は０．５ｍｍであったため、傾きを修正するようにサセプタのアーム柱部の高さ調整機構である螺合機構の雄螺子部と雌螺子部の螺合を調整してサセプタ高さ調整を行ったところ、調整後のＰＶ値は０．２ｍｍと改善した。上述したサセプタの高さ調整後の評価を実施例１として、結果を表１に示す。また、上述したサセプタの高さ調整前の評価を比較例１として、結果を表１に示す。

表１から、高さ調整機構によりサセプタの傾きを簡便に調整してサセプタをほぼ水平にできたことがわかる。

＜ウェーハ載置ずれ量の評価＞
ウェーハ載置ずれ量の評価では、高さ調整の前後で貫通孔パターン転写法によりウェーハ載置ずれ量を評価した。前記貫通孔パターン転写法とは、貫通孔を有するサセプタ上にウェーハを載置し、エピタキシャル層を成長させる温度でエッチングガスを導入することで、ウェーハ裏面に貫通孔パターンを転写させた後、裏面に転写した貫通孔パターンの位置を測定し、ウェーハの載置位置の偏心量を評価する手法である。

サセプタの高さ調整前のウェーハ載置ずれ量は０．６ｍｍであったため、サセプタのアーム柱部の高さ調整機構である螺合機構の雄螺子部と雌螺子部の螺合を調整してサセプタ高さ調整を行ったところ、ウェーハ載置ずれ量は０．２ｍｍに改善した。上述したサセプタの高さ調整後の評価を実施例２として、結果を表２に示す。また、上述したサセプタの高さ調整前の評価を比較例２として、結果を表２及び図５に示す。

表２から、高さ調整機構によりサセプタの傾きを簡便に調整してウェーハ載置ずれ量が改善できたことがわかる。

＜エピタキシャル層の膜厚の均一性の評価＞
エピタキシャル層の膜厚の均一性の評価では、ウェーハ外周縁から２ｍｍ除外した任意の方向でのクロスセクションから膜厚均一性を算出した。サセプタ高さ調整前のエピタキシャル層の膜厚分布（％）は、±１．９％であり、ウェーハ載置ずれの影響により左右の膜厚分布が不均一となってしまった（図５）。そこで、サセプタのアーム柱部の高さ調整機構である螺合機構の雄螺子部と雌螺子部の螺合を調整してサセプタ高さ調整を行ったところ、エピタキシャル層の膜厚分布（％）は、±０．９％まで改善した（図４）。

上述したサセプタの高さ調整後の評価を実施例３として、結果を表３に示す。また、上述したサセプタの高さ調整前の評価を比較例３として、結果を表３に示す。

表３から、高さ調整機構によりエピタキシャル層の膜厚均一性のよいエピタキシャルウェーハが得られたことがわかる。

さらに、実施例２におけるサセプタの高さ調整をした場合のウェーハの載置ずれと実施例３におけるサセプタの高さ調整をした場合のエピタキシャル層の膜厚の均一性を、縦軸をエピタキシャル層膜厚分布、横軸をウェーハ位置として、図４に示す。

また、比較例２におけるサセプタの高さ調整をしなかった場合のウェーハの載置ずれと比較例３におけるサセプタの高さ調整をしなかった場合のエピタキシャル層の膜厚の均一性を、縦軸をエピタキシャル層膜厚分布、横軸をウェーハ位置として、図５に示す。図４と図５の比較からも、高さ調整後は、ウェーハの載置ずれが改善され、エピタキシャル層の膜厚均一性のよいエピタキシャルウェーハが得られたことがわかる。

したがって、高さ調整機構により、サセプタの傾き及びそれに伴うウェーハポケット内での載置ずれが改善し、エピタキシャル層の膜厚均一性を改善することが可能であることが確認された。

１０：本発明のエピタキシャルウェーハ製造装置、１２，２０２：ウェーハポケット、１４，２０４：サセプタ、１６ａ，１６ｂ：高さ調整機構、１８ａ，１８ｂ：周辺部、２０ａ，２０ｂ，２０６：アーム部、２２，２１０：サポートシャフト、２４ａ，２４ｂ，２０８ａ，２０８ｂ：リフトピン、２６ａ，２６ｂ，２０９ａ，２０９ｂ：貫通孔、２８ａ，２８ｂ：アーム柱部、３０ａ，３０ｂ：雄螺子部、３２ａ，３２ｂ：雌螺子部、３４ａ，３４ｂ：螺合機構、３６：外部カバー、２００：従来のエピタキシャルウェーハ製造装置、Ｗ：ウェーハ。

Claims (2)

1. ウェーハを載置するためのウェーハポケットが設けられたサセプタと、
   前記サセプタの高さ調整機構を有し前記高さ調整機構を介して前記サセプタの少なくとも周辺部を支持する複数のアーム部と、
   前記アーム部を支えるサポートシャフトと、
   を具備したエピタキシャルウェーハ製造装置であり、
   前記高さ調整機構により前記サセプタの傾きを調整して前記サセプタを水平にできるようにしてなり、
   前記高さ調整機構が、前記アーム部のアーム柱部の一部に設けられた雄螺子部と雌螺子部との螺合を可変させて前記アーム柱部の長さ調整が可能とされた螺合機構であり、前記螺合機構により、前記サセプタの高さ調整をした後、前記螺合機構の螺合の可変を防止する外部カバーが着脱自在に設けられてなることを特徴とするエピタキシャルウェーハ製造装置。
2. 前記請求項１記載のエピタキシャルウェーハ製造装置を用いて、サセプタを水平にし、前記サセプタ上のウェーハにエピタキシャル層を気相成長させることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。

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