JP6047854B2 - Single wafer epitaxial wafer manufacturing apparatus and epitaxial wafer manufacturing method using the same - Google Patents
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Description
本発明は、枚葉式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。 The present invention relates to a single wafer epitaxial wafer manufacturing apparatus and an epitaxial wafer manufacturing method using the same.
半導体ウェーハに対し枚葉式にエピタキシャル層を成長する装置として、気相成長装置を用いた枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置が知られている。一般的に枚葉式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長する場合、サセプタと称される載置部に載置し、反応が行われる。 2. Description of the Related Art A single wafer epitaxial wafer manufacturing apparatus using a vapor phase growth apparatus is known as an apparatus for growing a single wafer epitaxial layer on a semiconductor wafer. In general, when an epitaxial layer is grown on a polished wafer using a single-wafer epitaxial wafer manufacturing apparatus, the epitaxial layer is placed on a placing portion called a susceptor and a reaction is performed.
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収まることができ、均質な反応が行われる。 The susceptor has an edge region and a wafer pocket in the edge region, and the wafer pocket is formed to be several millimeters larger than the wafer. When the wafer is accommodated in the wafer pocket, the wafer can be accommodated at a specific position even when the susceptor is rotated, and a homogeneous reaction is performed.
しかし、ウェーハポケット内において、ウェーハの偏心載置が起きると、上述のように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ため、ウェーハポケットとウェーハの数ミリの隙間により、処理ガスの局所的な乱流が発生し、局所的なエピタキシャル層の膜厚不均一が発生し、フラットネス悪化の要因となる。 However, when the wafer is eccentrically placed in the wafer pocket, the wafer pocket is formed several millimeters larger than the wafer as described above. Turbulent flow occurs, and the thickness of the local epitaxial layer becomes uneven, which causes deterioration of flatness.
ウェーハの偏心載置の要因の一つとして、チャンバ内の加熱時にサセプタ温度上昇による熱変形が想定される。熱変形により、サセプタの位置ずれが発生し、その結果相対的にウェーハの偏心載置が起きている可能性がある。すなわち、高温時に発生したサセプタの位置ずれが、ウェーハ載置温度である低温時に持ちこされ、そのままウェーハを定位置に載置すると相対的に偏心載置になると考えられる。 As one of the factors for the eccentric placement of the wafer, thermal deformation due to a rise in susceptor temperature during heating in the chamber is assumed. Due to the thermal deformation, the susceptor is displaced, and as a result, there is a possibility that the wafer is relatively eccentrically placed. That is, it is considered that the susceptor misalignment generated at a high temperature is brought at a low temperature, which is the wafer mounting temperature, and becomes relatively eccentric when the wafer is mounted at a fixed position as it is.
従来の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を図4及び図5に示した概略図により説明する。 A conventional single wafer epitaxial wafer manufacturing apparatus will be described with reference to the schematic views shown in FIGS.
図4及び図5に示す従来の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置100は、チャンバ(図示は省略)内に設けられ、上面中央部にウェーハWを載置するためのウェーハポケット102(座ぐり部と呼ばれることもある)が設けられたサセプタ104と、前記サセプタ104を支持し且つ回転せしめるためのサポートシャフト106と、を含み、前記サポートシャフト106が、回転可能な主支柱108と、前記主支柱108に設けられ、前記サセプタ104の下面を支持する複数のアーム部110と、を有し、前記サセプタ104は、前記サセプタ104の下面に複数のサセプタ凹部112を有している。
A conventional single wafer epitaxial
サセプタ104とそれを支持するサポートシャフト106のアーム部110の接触部114の構造は、サセプタ104の下面に設けられたサセプタ凹部112に、サポートシャフト106のアーム部110の円柱状頭部116がサセプタ凹部112に差し込まれる構造となっている。サセプタ104が熱膨張することを考慮して、サポートシャフト106のアーム部円柱状頭部116はサセプタ104と同材質の円柱状SiC(炭化ケイ素)製部材118となっており、また嵌め合い部分はサセプタ104の熱膨張を逃がす分だけの隙間122、即ち遊び空間を設けることで、サセプタ104及び円柱状SiC製部材118の破損を防いでいる。また、枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置100は、サセプタ104を貫通して伸びるリフトピン124を有しており、リフトピン124を上下動させることでウェーハWが昇降せしめられる。
The structure of the
しかし、チャンバの加熱時にサセプタ104の熱膨張が発生した際、サセプタ104の下面のサセプタ凹部112とサポートシャフト106のアーム部円柱状頭部116の接触部114において、前記隙間122の分だけ滑りが発生するが、熱分布の状態によりサセプタの熱膨張が非等方的に起こった場合、サセプタ104とサポートシャフト106のアーム部頭部116の各接触部114にて不均一な滑りが発生し、その結果、サセプタ104の中心C1とサポートシャフト106の中心C2との間に位置ずれ126が生じている可能性がある。そして、これによりウェーハWの偏心載置128が生じると考えられる。
However, when thermal expansion of the
特許文献1には、サセプタとサポートシャフトのアーム部頭部の接触部の面形状を変更することで、サセプタ熱膨張による不均一な滑りが発生しても、自動調芯されてサセプタの位置ずれを防止する方法が開示されている。しかしながら、特許文献1のサポートシャフトのアーム部頭部は、その図などからわかるように円柱状とされており、また、サセプタの下面の凹部とサポートシャフトのアーム部頭部の接触部において明らかに隙間が空いており、遊び空間が存在する。故に、チャンバ加熱時に、熱分布の状態によりサセプタの熱膨張が非等方的に起こった場合、サセプタとサポートシャフトのアーム部の各接触部にて不均一な滑りが発生し、結果サセプタとサポートシャフト間の位置ずれを起こす可能性がやはりある。 In Patent Document 1, by changing the surface shape of the contact portion between the susceptor and the arm portion of the support shaft, even if non-uniform slippage due to susceptor thermal expansion occurs, self-alignment is performed and the susceptor is displaced. A method of preventing this is disclosed. However, the arm portion head portion of the support shaft in Patent Document 1 is formed in a columnar shape as can be seen from the figure, and is clearly in the contact portion between the recess on the lower surface of the susceptor and the arm portion head portion of the support shaft. There is a gap and there is a play space. Therefore, if the susceptor thermally expands anisotropically due to heat distribution during chamber heating, non-uniform slip occurs at each contact portion between the susceptor and the arm portion of the support shaft, resulting in the susceptor and support. There is still the possibility of misalignment between the shafts.
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、加熱時のサセプタの位置ずれを防止することが出来るようにした枚葉式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。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and a single wafer epitaxial wafer manufacturing apparatus capable of preventing the susceptor from being displaced during heating and manufacturing of an epitaxial wafer using the same. It aims to provide a method.
上記課題を解決するために、本発明の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置は、上面中央部に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、
前記サセプタを支持し且つ回転せしめるためのサポートシャフトと、を含み、
前記サポートシャフトが、回転可能な主支柱と、前記主支柱に設けられ、前記サセプタの下面を支持する複数のアーム部と、を有し、
前記サセプタは、前記サセプタの下面に複数のサセプタ凹部を有し、
前記複数のアーム部が、前記サセプタの下面を垂直に支持するための石英製頭部をそれぞれ有し、前記複数のアーム部の石英製頭部が前記複数のサセプタ凹部に遊び空間のない状態でそれぞれ密接嵌合せしめられて前記複数のサセプタ凹部の幅方向内表面と接触せしめられることにより、サセプタの熱膨張を石英製頭部の弾性変形により等方的に吸収できるようにしたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, a single-wafer epitaxial wafer manufacturing apparatus according to the present invention includes a susceptor provided with a wafer pocket for placing a wafer in the center of the upper surface,
A support shaft for supporting and rotating the susceptor,
The support shaft has a rotatable main column, and a plurality of arms provided on the main column and supporting the lower surface of the susceptor;
The susceptor has a plurality of susceptor recesses on a lower surface of the susceptor,
Said plurality of arm portions is a quartz head for supporting the lower surface of the susceptor vertically respectively have, in the state quartz head portion of said plurality of arm portions without play space to said plurality of susceptors recesses by being contacted with each closely fit together crimped in the width direction in a surface of said plurality of susceptors recess, and characterized in that as the thermal expansion of the susceptor can isotropically absorbed by the elastic deformation of the quartz head To do.
このように、サセプタ凹部とサポートシャフトのアーム部頭部との嵌め合いの隙間を無くし遊びを無くすことで、サセプタ凹部とサポートシャフトのアーム部頭部との接触部における滑りを無くすことができる。すなわち、前記アーム部の石英製頭部の少なくとも一部が前記サセプタ凹部に遊び空間のない状態で密接嵌合せしめられることで、前記一部の外周面が前記サセプタ凹部の少なくとも幅方向の内表面と接触せしめられることとなり、サセプタ凹部とアーム部の石英製頭部との接触部における滑りを無くすことができる。 In this way, slipping at the contact portion between the susceptor recess and the arm portion head of the support shaft can be eliminated by eliminating the clearance between the susceptor recess and the arm portion head of the support shaft to eliminate play. That is, at least a part of the quartz head of the arm part is closely fitted to the susceptor recess without any play space, so that the outer peripheral surface of the part is at least the inner surface in the width direction of the susceptor recess. Therefore, it is possible to eliminate slippage at the contact portion between the susceptor recess and the quartz head portion of the arm portion.
前記サポートシャフトのアーム部頭部を、従来の円柱状SiC製頭部から石英製頭部に変更することで、サセプタの熱膨張を石英製頭部の弾性変形により等方的に吸収でき、サセプタの位置ずれを防止することができる。また、石英製頭部の反発力により各アーム部に均等に力が働くのである。さらに、前記サポートシャフトのアーム部頭部を、従来の円柱状SiC製頭部から石英製頭部に変更することで、アーム部頭部から発生する金属原子による不純物汚染を防止することができる利点もある。また、石英製頭部を含めたアーム部を石英製とするのがさらに好ましい。 By changing the arm portion head of the support shaft from a conventional cylindrical SiC head to a quartz head, the thermal expansion of the susceptor can be isotropically absorbed by the elastic deformation of the quartz head. Can be prevented. Further, the force acts equally on each arm portion by the repulsive force of the quartz head. Further, by changing the arm portion head of the support shaft from a conventional cylindrical SiC head to a quartz head, it is possible to prevent impurity contamination caused by metal atoms generated from the arm portion head There is also. More preferably, the arm portion including the quartz head is made of quartz.
また、前記サポートシャフトのアーム部は、少なくともその石英製頭部が角柱状とされるのが好ましい。前記角柱状頭部が、板状頭部とされてなるのがさらに好ましい。 In addition, it is preferable that at least the quartz head of the arm portion of the support shaft has a prismatic shape. More preferably, the prismatic head is a plate-like head.
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、前記枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を用い、前記サセプタのウェーハポケットにウェーハを載置し、前記ウェーハ上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。 The epitaxial wafer manufacturing method of the present invention is characterized in that the wafer is placed in a wafer pocket of the susceptor and the epitaxial layer is vapor-phase grown on the wafer using the single wafer epitaxial wafer manufacturing apparatus.
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、ウェーハポケット内におけるウェーハの偏心載置の問題が解消することで、エピタキシャル層の膜厚が均一でフラットネスの良好なエピタキシャルウェーハが得られる。 According to the method for producing an epitaxial wafer of the present invention, an epitaxial wafer having a uniform epitaxial layer thickness and good flatness can be obtained by eliminating the problem of the eccentric placement of the wafer in the wafer pocket.
本発明によれば、加熱時のサセプタの位置ずれを防止することが出来るようにした枚葉式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。 According to the present invention, it is possible to provide a single-wafer epitaxial wafer manufacturing apparatus and a method for manufacturing an epitaxial wafer using the same, which can prevent the susceptor from being displaced during heating. Have
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。 In the following, one embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, it is needless to say that these descriptions are given by way of example and should not be construed as limiting.
図1において、符号10は、本発明に係る枚葉式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。枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置10は、上面中央部にウェーハ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を支持し且つ回転せしめるためのサポートシャフト16と、を含み、前記サポートシャフト16が、回転可能な主支柱18と、前記主支柱18に設けられ、前記サセプタ14の下面を支持する複数のアーム部20と、を有し、前記サセプタ14が、前記サセプタ14の下面に、複数のサセプタ凹部22を有し、前記複数のアーム部20が、前記サセプタ14の下面を垂直に支持するための石英製頭部24をそれぞれ有し、前記複数のアーム部20の石英製頭部24が前記サセプタ凹部22に遊び空間のない状態で密接嵌合せしめられて前記複数のサセプタ凹部22の幅方向内表面26と接触せしめられている。枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置10は、サセプタ14を貫通して伸びるリフトピン25を有しており、リフトピン25を上下動させることでウェーハWが昇降せしめられる。図1の例では、前記石英製頭部24は板状頭部とされており、サセプタ14の中心C1とサポートシャフト16の中心C2はほぼ一致している。
In FIG. 1,
また、アーム部頭部を石英製頭部24とすることで、図2に示すように、サセプタ14の熱膨張を石英製頭部24の弾性変形により等方的に吸収でき、サセプタ14の位置ずれを防止することができる。図2において、熱膨張したサセプタ14と弾性変形した石英製頭部24を仮想線で示した。さらに、石英製頭部の反発力により各アーム部に均等に力が働くのである。さらにまた、前記サポートシャフトのアーム部頭部を、従来の円柱状SiC製頭部から石英製頭部に変更することで、アーム部頭部から発生する金属原子による不純物汚染を防止することができる利点もある。
Further, by making the head of the arm portion the
さらに、石英製頭部24は前記サセプタ凹部22に遊び空間のない状態で密接嵌合せしめられて前記サセプタ凹部22の幅方向内表面26と接触せしめられている限り、種々の形状とすることができる。石英製頭部を種々の形状とした例を図3(a)〜(d)に示す。図3において、(a)が石英製頭部を板状頭部とした一つの実施の形態を示し、(b)が石英製頭部を板状頭部とした別の実施の形態を示し、(c)が石英製頭部を角柱状とした実施の形態を示し、(d)は石英製頭部を円柱状とした例を示す。このうち、例えば図3(a),図3(b)に示すような板状頭部28a,28bとするのが好適である。また、図3(c)に示すような角柱状頭部30としてもよい。さらに、図3(d)に示すような円柱状頭部32としてもよい。
Further, as long as the
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。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples, and various modifications can be made without departing from the technical idea of the present invention. Of course.
(実施例1)
石英製頭部を用いた図1に示す枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を用いて、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、ウェーハ載置ずれ量とEP厚均一性にて評価を行った。石英製頭部としては、図3(a)に示されるような板状頭部のものを使用した。
Example 1
Using a single-wafer epitaxial wafer manufacturing apparatus shown in FIG. 1 using a quartz head, P is formed on a P-type silicon single crystal wafer having a diameter of 300 mm and a main surface orientation (100) at a target thickness of 5 μm. Type silicon epitaxial layers (resistivity: 10 Ω · cm) were grown and evaluated based on wafer mounting deviation and EP thickness uniformity. As the quartz head, a plate-shaped head as shown in FIG. 3A was used.
<ウェーハ載置ずれ量>
ウェーハ載置ずれは、サセプタ貫通孔パターン転写法にて評価した。サセプタ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。ウェーハ載置ずれ量は、0.2mmであった。結果を表1に示す。
<Wafer placement deviation amount>
Wafer placement deviation was evaluated by a susceptor through-hole pattern transfer method. The susceptor through-hole pattern transfer method is a method in which a wafer is placed on a susceptor having a through-hole and an etching gas is introduced at a temperature at which an epitaxial layer is grown. This is a method for measuring the position of the through-hole pattern transferred to, and evaluating the amount of eccentricity of the wafer mounting position. The amount of wafer placement deviation was 0.2 mm. The results are shown in Table 1.
<EP厚均一性>
EP厚均一性はウェーハ外周縁から2mmの外周部エピタキシャル層膜厚差にて評価を行った。ウェーハの載置ずれが起きると、外周部のエピタキシャル層の膜厚が周方向で不均一になることが分かっており、またそれがEP厚均一性を悪化させる原因となっている。外周部エピタキシャル層膜厚差は、42nmであった。結果を表2に示す。
<EP thickness uniformity>
The EP thickness uniformity was evaluated by the thickness difference of the outer peripheral epitaxial layer 2 mm from the outer peripheral edge of the wafer. It has been found that when the wafer is displaced, the thickness of the epitaxial layer at the outer peripheral portion becomes non-uniform in the circumferential direction, which causes the EP thickness uniformity to deteriorate. The difference in film thickness of the outer peripheral epitaxial layer was 42 nm. The results are shown in Table 2.
(比較例1)
図4に示した従来の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を用い、実施例1と同様に、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、実施例1と同様にして、ウェーハ載置ずれ量とEP厚均一性にて評価を行った。ウェーハ載置ずれ量は0.6mmであった。結果を表1に示す。また、外周部エピタキシャル層膜厚差は65nmであった。結果を表2に示す。
(Comparative Example 1)
Using the conventional single wafer type epitaxial wafer manufacturing apparatus shown in FIG. 4, on a P-type silicon single crystal wafer having a diameter of 300 mm and a main surface orientation (100) as in Example 1, the target thickness is 5 μm. Then, a P-type silicon epitaxial layer (resistivity: 10 Ω · cm) was grown and evaluated in the same manner as in Example 1 by the wafer mounting deviation amount and the EP thickness uniformity. The amount of wafer placement deviation was 0.6 mm. The results are shown in Table 1. Further, the outer peripheral epitaxial layer thickness difference was 65 nm. The results are shown in Table 2.
表1及び表2から明らかな如く、実施例1では比較例1と比べてウェーハ載置ずれ量及びEP厚均一性ともに改善した。 As is clear from Tables 1 and 2, in Example 1, both the wafer placement deviation and the EP thickness uniformity were improved as compared with Comparative Example 1.
従って、サセプタ凹部とサポートシャフトのアーム部頭部との嵌め合いの隙間を無くして遊びを無くし、サポートシャフトのアーム部頭部を石英製とした本発明の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置では、サセプタの熱膨張による位置ずれを防止でき、ウェーハ載置ずれ、EP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。 Therefore, in the single wafer type epitaxial wafer manufacturing apparatus of the present invention in which the clearance between the recess of the susceptor and the arm portion head of the support shaft is eliminated to eliminate play, and the arm portion head of the support shaft is made of quartz, the susceptor It was confirmed that misalignment due to thermal expansion can be prevented, and wafer placement misalignment and EP thickness uniformity can be improved.
10:本発明の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置、12,102:ウェーハポケット、14,104:サセプタ、16,106:サポートシャフト、18,108:主支柱、20,110:アーム部、22,112:サセプタ凹部、24,30,32:石英製頭部、25,124:リフトピン、26:幅方向内表面、28a,28b:板状頭部、100:従来の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置、114:接触部、116:円柱状頭部、118:円柱状SiC製部材、122:隙間、126:位置ずれ、128:ウェーハの偏心載置、C1:サセプタの中心、C2:サポートシャフトの中心、W:ウェーハ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Single wafer type epitaxial wafer manufacturing apparatus of this invention, 12, 102: Wafer pocket, 14, 104: Susceptor, 16, 106: Support shaft, 18, 108: Main strut, 20, 110: Arm part, 22, 112 : Susceptor recess, 24, 30, 32: quartz head, 25, 124: lift pin, 26: inner surface in the width direction, 28a, 28b: plate head, 100: conventional single wafer epitaxial wafer manufacturing apparatus, 114 : Contact portion, 116: cylindrical head, 118: cylindrical SiC member, 122: gap, 126: misalignment, 128: eccentric placement of wafer, C1: center of susceptor, C2: center of support shaft, W : Wafer.
Claims (4)
前記サセプタを支持し且つ回転せしめるためのサポートシャフトと、を含み、
前記サポートシャフトが、回転可能な主支柱と、前記主支柱に設けられ、前記サセプタの下面を支持する複数のアーム部と、を有し、
前記サセプタは、前記サセプタの下面に複数のサセプタ凹部を有し、
前記複数のアーム部が、前記サセプタの下面を垂直に支持するための石英製頭部をそれぞれ有し、前記複数のアーム部の石英製頭部が前記複数のサセプタ凹部に遊び空間のない状態でそれぞれ密接嵌合せしめられて前記複数のサセプタ凹部の幅方向内表面と接触せしめられることにより、サセプタの熱膨張を石英製頭部の弾性変形により等方的に吸収できるようにしたことを特徴とする枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置。 A susceptor provided with a wafer pocket for placing a wafer in the center of the upper surface;
A support shaft for supporting and rotating the susceptor,
The support shaft has a rotatable main column, and a plurality of arms provided on the main column and supporting the lower surface of the susceptor;
The susceptor has a plurality of susceptor recesses on a lower surface of the susceptor,
Said plurality of arm portions is a quartz head for supporting the lower surface of the susceptor vertically respectively have, in the state quartz head portion of said plurality of arm portions without play space to said plurality of susceptors recesses by being contacted with each closely fit together crimped in the width direction in a surface of said plurality of susceptors recess, and characterized in that as the thermal expansion of the susceptor can isotropically absorbed by the elastic deformation of the quartz head Single wafer epitaxial wafer manufacturing equipment.
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