JP6536463B2 - エピタキシャル成長装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハの表面上にエピタキシャル膜を気相成長させるエピタキシャル成長装置に関する。

エピタキシャルウェーハは、半導体ウェーハの表面上にエピタキシャル膜を気相成長させたものである。例えば、結晶の完全性がより要求される場合や抵抗率の異なる多層構造を必要とする場合などには、シリコンウェーハ上に単結晶シリコン薄膜を気相成長（エピタキシャル成長）させてエピタキシャルシリコンウェーハを製造する。

エピタキシャルウェーハの製造には、例えば枚葉式エピタキシャル成長装置を用いる。ここで、一般的な枚葉式エピタキシャル成長装置について、図８を参照して説明する。図８に示すように、エピタキシャル成長装置３００は、上部ドーム１１、下部ドーム１２及びドーム取付体１３を含むチャンバ１０を有し、該チャンバ１０がエピタキシャル膜形成室を区画する。チャンバ１０には、その側面の対向する位置に反応ガスの供給および排出を行うガス供給口１５およびガス排出口１６が設けられる。一方、チャンバ１０内には、半導体ウェーハＷが載置されるサセプタ２０が配置される。サセプタ２０は、下方からサセプタサポートシャフト３０により支持される。サセプタサポートシャフト３０は、主柱３２と、この主柱３２から放射状に等間隔に延びる３本のアーム３４（１本は図示せず）とを含み、アーム３４の先端の３つの支持ピン３８（１つは図示せず）でサセプタ２０の下面外周部を嵌合支持する。また、サセプタ２０には３つの貫通孔（１つは図示せず）が形成され、３本のアーム３４にも貫通孔が１つずつ形成されている。これらアーム３４の貫通孔及びサセプタ２０の貫通孔には、リフトピン４０が挿通される。リフトピン４０の下端部は昇降シャフト５０に支持される。チャンバ１０内に搬入された半導体ウェーハＷの支持、この半導体ウェーハＷのサセプタ２０上への載置、および、気相成長後のエピタキシャルウェーハのチャンバ１０外への搬出の際には、昇降シャフト５０が昇降することで、リフトピン４０がアームの貫通孔およびサセプタの貫通孔と摺動しながら昇降し、その上端部で半導体ウェーハＷの昇降を行う。

また、上記のような枚葉式エピタキシャル成長装置においては、複数本のリフトピンはそれぞれ独立して設置されており、さらにリフトピンが挿通される貫通孔にはリフトピンが昇降できるようにある程度のクリアランスが設けられるのが一般的である。特許文献１では、このような枚葉式エピタキシャル成長装置において、リフトピン上に半導体ウェーハが存在する場合、半導体ウェーハの荷重等によりぐらつきが発生し、そのぐらつきにより半導体ウェーハのサセプタへの載置位置にバラつきが発生するという認識から、複数本のリフトピンを補助部材により相互接続することにより、補助部材が無い場合に比べて半導体ウェーハを昇降させる際のリフトピンのぐらつきを抑制し、半導体ウェーハの載置位置のずれを低減させる技術が記載されている。

特開２０１４−２２０４２７号公報

エピタキシャル膜の膜厚を均一にすることにより優れた平坦度特性を有するエピタキシャルウェーハを得るには、半導体ウェーハの搬送動作の際に、半導体ウェーハの主表面が水平面に対して平行となる状態を保つことが必須である。そのためには、搬送時にリフトピンの中心軸が鉛直方向に対して平行に位置することが望まれる。ここで、半導体ウェーハの搬送機構であるサセプタ、リフトピン、及びサセプタサポートシャフトの材料は、耐熱性、コスト、及び機能の観点から限られており、例えば、サセプタサポートシャフトに石英を用いる場合は、サセプタおよびリフトピンにはカーボングラファイト基材に炭化ケイ素を被覆した部材を用いることが一般的である。この場合、カーボングラファイトや炭化ケイ素の熱膨張係数は石英の熱膨張係数に比べて大きいため、半導体ウェーハＷの搬送温度である６００℃以上８００℃以下の温度帯域では、サセプタの貫通孔は、室温時を基準としてアームの貫通孔に対して相対的にサセプタの径方向外側に熱膨張により移動する。これに伴って、サセプタの貫通孔とアームの貫通孔とを挿通するリフトピンの中心軸の鉛直方向に対する傾きも室温時と６００℃以上８００℃以下の温度時とでは変化する。これらを考慮して、６００℃以上８００℃以下の温度においてリフトピンの中心軸が鉛直方向に対して平行に位置するように、室温時において、リフトピンの中心軸が鉛直方向に対してサセプタの径方向内側に傾くように設計するのが一般的である。しかしながら、半導体ウェーハの搬送動作の調整は室温でしか行うことができないため、室温時にリフトピンの中心軸が鉛直方向に対してサセプタの径方向内側に傾くように設計すると、室温と６００℃以上８００℃以下の温度とにおけるリフトピンの中心軸の鉛直方向に対する傾きが異なる。そのため、室温と６００℃以上８００℃以下の温度とにおける半導体ウェーハの搬送動作の差が大きくなる。すなわち、室温において、リフトピンの中心軸が鉛直方向に対してサセプタの径方向内側に傾いている状況の下で半導体ウェーハの搬送動作を調整したとしても、６００℃以上８００℃以下の温度では、サセプタの熱膨張によりリフトピンの中心軸は鉛直方向に対して平行に位置するため、６００℃以上８００℃以下の温度における半導体ウェーハの搬送動作は、室温での調整時における半導体ウェーハの搬送動作と乖離することになる。そのため、６００℃以上８００℃以下の温度における半導体ウェーハの搬送動作は必ずしも良好ではなかった。その結果として、エピタキシャル膜の膜厚が不均一になり、平坦度特性に優れたエピタキシャルウェーハが得られないという問題が存在していた。

また、特許文献１では、リフトピンのぐらつき抑制の観点から複数のリフトピンを補助部材により相互接続しているが、各部材の設計に関して室温と６００℃以上８００℃以下の温度とにおける熱膨張係数の差が何ら考慮されておらず、さらに、リフトピン同士が相互接続により固定されている。このため、熱膨張係数の差に起因する各部材の寸法の変化が半導体ウェーハの搬送動作に与える影響は、補助部材を設けていない場合に比べて大きくなることがわかった。

そこで本発明は、上記課題に鑑み、室温および６００℃以上８００℃以下の温度における半導体ウェーハの搬送動作の差を低減させることにより、６００℃以上８００℃以下の温度における半導体ウェーハの搬送動作の精度を向上させることができ、平坦度特性に優れたエピタキシャルウェーハを製造することができるエピタキシャル成長装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の要旨構成は以下のとおりである。
（１）半導体ウェーハの表面上にエピタキシャル膜を気相成長させるエピタキシャル成長装置であって、
チャンバと、
３以上の第１貫通孔を有し、前記チャンバ内で前記半導体ウェーハを載置するサセプタと、
前記サセプタを下方から支持するサセプタサポートシャフトであって、
前記サセプタの中心の下方に配置される主柱と、
前記主柱から前記サセプタの周縁部下方に放射状に延び、第２貫通孔を有する３本以上のアームと、
前記アームの先端において前記サセプタを直接支持する、前記アームの本数と同じ数の支持ピンと、
を有するサセプタサポートシャフトと、
上端部および下端部を有し、前記サセプタの前記第１貫通孔内および前記アームの前記第２貫通孔内に挿通され、上下方向に昇降されることにより、前記上端部で前記半導体ウェーハを支持しながら前記半導体ウェーハを前記サセプタに着脱させる、３本以上のリフトピンと、
前記リフトピンの下端部を支持しながら前記リフトピンを昇降させる昇降シャフトと、
を有し、
前記サセプタの前記第１貫通孔の水平面投射形状が円であり、かつ、前記アームの前記第２貫通孔の水平面投射形状が、長手方向が前記アームの延在方向と一致する長円であり、
前記サセプタの前記第１貫通孔および前記アームの前記第２貫通孔を投影した水平面において、室温および６００℃以上８００℃以下のいずれの温度においても、前記長円が前記円を包含することを特徴とするエピタキシャル成長装置。

（２）室温において、前記リフトピンと前記アームの前記第２貫通孔の内壁とのクリアランスのうち、前記アームの支持ピン側のクリアランスが前記アームの前記主柱側のクリアランスよりも大きい、上記（１）に記載のエピタキシャル成長装置。

（３）室温において、前記アームの支持ピン側のクリアランスが０．３５ｍｍ以上である、上記（２）に記載のエピタキシャル成長装置。

（４）室温において、前記アームの支持ピン側のクリアランスが１．０ｍｍ以下である、上記（２）または（３）に記載のエピタキシャル成長装置。

（５）室温において、前記リフトピンと前記サセプタの前記第１貫通孔の内壁とのクリアランスが０．１ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下である、上記（１）〜（４）のいずれか一つに記載のエピタキシャル成長装置。

（６）室温において、前記リフトピンと前記アームの前記第２貫通孔の内壁とのクリアランスのうち、前記アームの前記主柱側のクリアランスが０．１ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下である、上記（１）〜（５）のいずれか一つに記載のエピタキシャル成長装置。

（７）室温において、前記サセプタの中心から前記サセプタの前記第１貫通孔の内端までの距離と前記主柱の中心軸から前記アームの前記第２貫通孔の内端までの距離とが一致し、かつ、前記主柱の中心軸から前記アームの前記第２貫通孔の外端までの距離が前記サセプタの中心から前記サセプタの前記第１貫通孔の外端までの距離よりも長い、上記（１）〜（６）のいずれか一つに記載のエピタキシャル成長装置。

（８）６００℃以上８００℃以下の温度において、前記サセプタの中心から前記サセプタの前記第１貫通孔の外端までの距離と前記主柱の中心軸から前記アームの前記第２貫通孔の外端までの距離とが一致し、かつ、前記サセプタの中心から前記サセプタの前記第１貫通孔の内端までの距離が前記主柱の中心軸から前記アームの前記第２貫通孔の内端までの距離よりも長い、上記（１）〜（７）のいずれか一つに記載のエピタキシャル成長装置。

（９）室温および６００℃以上８００℃以下のいずれか一方の温度において、前記第１貫通孔の直径と前記第２貫通孔の短径とが一致する、上記（１）〜（８）のいずれか一つに記載のエピタキシャル成長装置。

本発明のエピタキシャル成長装置によれば、室温および６００℃以上８００℃以下の温度における半導体ウェーハの搬送動作の差を低減させることができるため、６００℃以上８００℃以下の温度における半導体ウェーハの搬送動作の精度を向上させることができ、平坦度特性に優れたエピタキシャルウェーハを製造することができる。

本発明の一実施形態によるエピタキシャル成長装置１００の模式図であり、室温における状態を示す。 本発明の一実施形態によるエピタキシャル成長装置１００の模式図であり、６００℃以上８００℃以下の温度における状態を示す。 （Ａ）はサセプタ２０、（Ｂ）はサセプタサポートシャフト３０の分解斜視図である。 （Ａ）はリフトピン４０、（Ｂ）は昇降シャフト５０の分解斜視図である。 （Ａ）は室温における、（Ｂ）は６００℃以上８００℃以下の温度における、サセプタ２０、サセプタサポートシャフト３０、リフトピン４０、及び昇降シャフト５０の位置関係を示した模式図である。 （Ａ）は室温における、（Ｂ）は６００℃以上８００℃以下の温度における、本発明の一実施形態における、サセプタ２０の第1貫通孔２２、アーム３４の第２貫通孔３６、及びリフトピン４０の直胴部４４の位置関係を示した水平断面図である。 （Ａ）は室温における、（Ｂ）は６００℃以上８００℃以下の温度における、比較例１によるエピタキシャル成長装置２００におけるサセプタ２０、サセプタサポートシャフト３０、リフトピン４０、および昇降シャフト５０の位置関係を示した模式図である。 従来のエピタキシャル成長装置３００の模式図であり、室温における状態を示す。

図１及び図２を参照して、本発明の一実施形態によるエピタキシャル成長装置１００を説明する。また、図３及び図４を参照して、このエピタキシャル成長装置１００に含まれるサセプタ２０、サセプタサポートシャフト３０、リフトピン４０、昇降シャフト５０を説明する。さらに、図５及び図６を参照して、本発明の一実施形態の特徴的部分である第１貫通孔２２及び第２貫通孔３６を説明する。

（エピタキシャル成長装置）
図１及び図２に示すエピタキシャル成長装置１００は、チャンバ１０と、図３（Ａ）にも示すサセプタ２０と、図３（Ｂ）にも示すサセプタサポートシャフト３０と、図４（Ａ）に示す３本のリフトピン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃと、図４（Ｂ）に示す昇降シャフト５０とを有する。

（チャンバ）
チャンバ１０は、上部ドーム１１、下部ドーム１２及びドーム取付体１３を含み、このチャンバ１０がエピタキシャル膜形成室を区画する。チャンバ１０には、その側面の対向する位置に反応ガスの供給および排出を行うガス供給口１５及びガス排出口１６が設けられる。

（サセプタ）
サセプタ２０は、チャンバ１０の内部で半導体ウェーハＷを載置する円盤状の部材である。ここで、サセプタ２０の主表面のうち、半導体ウェーハＷを載置する側の主表面をサセプタ２０の上面、それとは反対側の主表面をサセプタ２０の下面とする。図３（Ａ）も参照して、サセプタ２０は、周方向に１２０°等間隔で、サセプタ２０を上下方向に貫通する３つの第１貫通孔２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃを有する。すなわち、サセプタ２０の上面には、第１貫通孔２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃの開口部が形成されており、また、サセプタ２０の下面にも、第１貫通孔２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃの開口部が形成されている。これら第１貫通孔２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃには、後述するリフトピン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃがそれぞれ挿通される。各第１貫通孔は、半導体ウェーハの半径５０％以上の裏面部領域に同心円状に位置する。サセプタ２０は、カーボングラファイト（黒鉛）を母材とし、その表面を炭化ケイ素（SiC：ビッカース硬度2,346kgf/mm²）でコーティングしたものを使用することができる。サセプタ２０の表面には、半導体ウェーハＷを収容し載置するザグリ部（図示せず）が形成されている。

（サセプタサポートシャフト）
サセプタサポートシャフト３０は、チャンバ１０内でサセプタ２０を下方から支持するものであり、図３（Ｂ）に示すように、主柱３２と、３本のアーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃと、３本の支持ピン３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃとを有する。主柱３２は、サセプタ２０の中心の下方に配置される。

アーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃは、主柱３２からサセプタ２０の周縁部下方に放射状に延びる。ここで、主柱３２に沿ってサセプタ２０がある側をアーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの上側、その反対側をアーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの下側とする。アーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃは、図３（Ｂ）に示すように、それぞれアーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの上下方向に、主柱３２に沿って貫通する第２貫通孔３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃを有する。なお、本明細書において「サセプタの周縁部」とは、サセプタ中心からサセプタ半径の８０％以上外側の領域を意味する。支持ピン３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃは、アーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの先端においてサセプタ２０を直接支持する。すなわち、支持ピン３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃは、サセプタ２０の裏面周縁部を支持する。第２貫通孔３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃは、やはり後述するリフトピン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃがそれぞれ挿通される。本実施形態の特徴的部分は、このような第１貫通孔２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ、第２貫通孔３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ、及びリフトピン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの位置関係であり、その技術的意義は後述する。

サセプタサポートシャフト３０は、石英（ビッカース硬度1,103kgf/mm²）で構成することが望ましく、特に合成石英で構成することが望ましい。ただし、支持ピン３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃの先端部分は、サセプタ２０と同じ炭化ケイ素で構成することが好ましい。

（リフトピン）
図４（Ａ）に示すように、リフトピン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは、サセプタ２０の第１貫通孔２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ及びアーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの第２貫通孔３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃにそれぞれ挿通される直胴部４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃと、該直胴部４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ及び第１貫通孔２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃよりも太径の上端部４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃと、下端部４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃとをそれぞれ有する。リフトピン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは、サセプタ２０の第１貫通孔２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ及びアーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの第２貫通孔３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ内にそれぞれ挿通される。リフトピン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは、後述の昇降シャフト５０によって、上下方向に昇降されることにより、上端部４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃで半導体ウェーハＷ（半径５０％以上の裏面部領域）を支持しながら半導体ウェーハＷをサセプタ２０上に着脱させることができる。この動作についても詳細は後述する。リフトピン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは、サセプタ２０と同様に、カーボングラファイト基材に炭化ケイ素を被覆してなるのが一般的である。

（昇降シャフト）
図４（Ｂ）に示すように、昇降シャフト５０は、サセプタサポートシャフト３０の主柱３２を収容する中空を区画し、この主柱３２と回転軸を共有する昇降シャフトの主柱５２と、この昇降シャフトの主柱５２の先端で分岐する３本の支柱５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃとを有し、これら支柱５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃの先端部でリフトピン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの下端部４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃをそれぞれ支持する。昇降シャフト５０は石英で構成されることが好ましい。昇降シャフト５０が、サセプタサポートシャフト３０の主柱３２に沿って上下動することにより、リフトピン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを昇降させることができる。

（加熱ランプ）
加熱ランプ１４は、チャンバ１０の上側領域および下側領域に配置され、一般に、昇降温速度が速く、温度制御性に優れた、ハロゲンランプや赤外ランプが用いられる。

（エピタキシャルウェーハの製造手順）
次に、チャンバ１０内への半導体ウェーハＷの搬入、半導体ウェーハＷへのエピタキシャル膜の気相成長、および製造されたエピタキシャルウェーハのチャンバ１０外への搬出の一連の動作を、図１及び図２を適宜参照して説明する。

まず、加熱ランプ１４によりチャンバ１０内を６００℃以上８００℃以下の温度に予め加熱する。その後、図示しない搬送ブレードにより、チャンバ１０内に半導体ウェーハＷを搬入する。リフトピン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ（図１及び図２において４０Ｂは図示せず）がサセプタ２０の上方に向けて移動し、リフトピンの上端部４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃが半導体ウェーハＷの裏面に当接することにより、半導体ウェーハＷがリフトピン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃで一旦支持される。リフトピン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの上昇移動は、これらの下端部４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃを支持する昇降シャフト５０の上昇移動を介して行う。

次いで、サセプタサポートシャフト３０を上昇させることで、サセプタ２０を半導体ウェーハＷの位置まで移動し、半導体ウェーハＷをサセプタ２０上に載置する。この状態において、リフトピン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの上端部４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃは、サセプタ２０の第１貫通孔２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ内に収められる。その後、加熱ランプ１４により半導体ウェーハＷを１０００℃以上の温度に加熱する一方、ガス供給口１５からチャンバ１０内に反応ガスを供給して、所定の厚さのエピタキシャル膜を気相成長させて、エピタキシャルウェーハを製造する。気相成長中は、主柱３２を回転軸としてサセプタサポートシャフト３０を回転させることで、サセプタ２０及びその上の半導体ウェーハＷを回転させる。

その後、サセプタサポートシャフト３０を下降させることで、サセプタ２０を下降させる。この下降は、リフトピン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃが昇降シャフト５０に支持されサセプタ２０から突出する位置まで行い、製造後のエピタキシャルウェーハをリフトピン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃにて支持しておく。そして、チャンバ１０内に図示しない搬送ブレードを導入し、リフトピン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを下降して搬送ブレード上にエピタキシャルウェーハを載置する。こうして、エピタキシャルウェーハをリフトピン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃから搬送ブレードに受け渡す。その後、搬送ブレードとともにエピタキシャルウェーハをチャンバ１０外へ搬出する。

このような一連の動作において、６００℃以上８００℃以下の温度における半導体ウェーハＷの搬送動作の調整は室温で行われる。具体的には、加熱ランプ１４などの加熱ユニットを取り外した後、上部ドーム１１の上方から目視で確認しながら、室温下においてサセプタ２０に対して所定の位置に半導体ウェーハＷが位置するように搬送ブレードの搬送動作の調整を行う。

本実施形態では、サセプタ２０の第１貫通孔２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ及びアーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの第２貫通孔３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃは、図６(Ａ)，(Ｂ)に示すように、サセプタ２０の第１貫通孔２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃの水平面投射形状が円であり、かつ、アーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの第２貫通孔３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃの水平面投射形状が、長手方向がアーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの延在方向に一致する長円であり、サセプタ２０の第１貫通孔２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃおよびアーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの第２貫通孔３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃを投影した水平面において、室温および６００℃以上８００℃以下のいずれの温度においても、上記長円が上記円を包含するように設定される。以下では、第１貫通孔２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ、第２貫通孔３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ、及びリフトピン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの位置関係をこのように設定する技術的意義について、図５(Ａ)，(Ｂ)を適宜参照して説明する。

平坦度特性に優れたエピタキシャル膜を得るには、図５(Ｂ)に示すように、半導体ウェーハＷの搬送時である６００℃以上８００℃以下の温度において、リフトピン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの中心軸が鉛直方向に対して平行に位置することが求められる。これにより、半導体ウェーハＷの搬送の際、半導体ウェーハＷの主表面が水平面に対して平行となる状態が保たれる。ここで、６００℃以上８００℃以下の温度における半導体ウェーハＷの搬送動作の調整は、上述したように室温で行われる。しかしながら、図５(Ａ)，(Ｂ)に示すように、６００℃以上８００℃以下の温度におけるサセプタ２０の第１貫通孔２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃの位置は、室温時を基準としてアーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの第２貫通孔３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃの位置に対して相対的に熱膨張により変化する。そこで、この熱膨張による変化分をアーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの第２貫通孔３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃが吸収できるように、アーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの第２貫通孔３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃを上記のように設定すれば、図５(Ａ)に示すように、室温においても、リフトピン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの中心軸が鉛直方向に対して平行となる状態が実現される。これにより、室温と６００℃以上８００℃以下の温度における半導体ウェーハＷの搬送動作の差が低減されるため、６００℃以上８００℃以下の温度における半導体ウェーハの搬送動作の精度を向上させることができる。

サセプタサポートシャフト３０に石英を用いて、サセプタ２０にカーボングラファイト基材に炭化ケイ素を被覆した部材を用いる場合、カーボングラファイトや炭化ケイ素の熱膨張係数は石英の熱膨張係数に比べて大きい。従って、図６(Ｂ)に示すように、６００℃以上８００℃以下の温度では、サセプタ２０の第１貫通孔２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃは、図６(Ａ)に示す室温時を基準として、アーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの第２貫通孔３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃに対して相対的にサセプタ２０の径方向外側Ｘ２に移動する。そこで、図６(Ａ)に示すように、室温において、リフトピン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃとアーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの第２貫通孔３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃの内壁とのクリアランスのうち、アーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの支持ピン３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ側Ｙ２のクリアランスｄ３がアーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの主柱３２側Ｙ１のクリアランスｄ２よりも大きいことが好ましい。これにより、図５(Ａ)，(Ｂ)に示すように、室温および６００℃以上８００℃以下のいずれの温度においても、リフトピン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの中心軸は鉛直方向に対して平行に位置するため、室温と６００℃以上８００℃以下の温度とにおける半導体ウェーハの搬送動作の差が低減される。なお、カーボングラファイトや炭化ケイ素の熱膨張係数と石英の熱膨張係数との差を考慮して、室温において、図６(Ａ)に示すアーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの支持ピン３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ側Ｙ２のクリアランスｄ３を０．３５ｍｍ以上とすることがより好ましい。

図６(Ａ)を参照して、室温において、アーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの支持ピン３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ側Ｙ２のクリアランスｄ３が１．０ｍｍ以下であることが好ましい。また、室温において、リフトピン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃとサセプタ２０の第１貫通孔２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃの内壁とのクリアランスｄ１が０．１０ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下であることが好ましい。さらに、室温において、リフトピン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃとアーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの第２貫通孔３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃの内壁とのクリアランスのうち、アーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの主柱３２側Ｙ１のクリアランスｄ２が０．１０ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下であることが好ましい。上記のようなクリアランスを設けることによりリフトピンの昇降動作がより安定する。よって、リフトピン同士を相互接続して固定していなくても、半導体ウェーハＷの搬送動作の際におけるリフトピンのぐらつきは抑制される。なお、リフトピンのぐらつきをより抑制する観点からは、サセプタの裏面に、各リフトピンがそれぞれ挿通するような穴を有するリング形状のリフトピン支持部を設けても良い。

図６(Ａ)を参照して、室温において、サセプタ２０の中心Ｏ１からサセプタ２０の第１貫通孔２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃの内端までの距離Ｌ１と主柱３２の中心軸Ｏ２からアーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの第２貫通孔３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃの内端までの距離Ｌ３とが一致し、かつ、主柱３２の中心軸Ｏ２からアーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの第２貫通孔３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃの外端までの距離Ｌ４がサセプタ２０の中心Ｏ１からサセプタ２０の第１貫通孔２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃの外端までの距離Ｌ２よりも長くなるように設定することが好ましい。さらに、図６(Ｂ)を参照して、６００℃以上８００℃以下の温度において、サセプタ２０の中心Ｏ１からサセプタ２０の第１貫通孔２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃの外端までの距離Ｌ２’と主柱３２の中心軸Ｏ２からアーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの第２貫通孔３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃの外端までの距離Ｌ４’とが一致し、かつ、サセプタ２０の中心Ｏ１からサセプタ２０の第１貫通孔２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃの内端までの距離Ｌ１’が主柱３２の中心軸Ｏ２からアーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの第２貫通孔３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃの内端までの距離Ｌ３’よりも長くなるように設定することが好ましい。サセプタ２０の第１貫通孔２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃとアーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの第２貫通孔３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃとの位置関係をこのように設定することにより、室温および６００℃以上８００℃以下のいずれの温度においても、リフトピン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの中心軸が鉛直方向に対して平行となる状態が実現され、なおかつ、リフトピン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃのぐらつきを低減させることができる。

図６(Ａ)，（Ｂ）に示すように、サセプタ２０の材質とアーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの材質との熱膨張係数の差によって、サセプタ２０の第１貫通孔２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃがアーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの第２貫通孔３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃに対して相対的に移動するのは、サセプタ２０の径方向に垂直な方向ではなく、サセプタ２０の径方向である。そこで、サセプタ２０の径方向に垂直な方向へのリフトピン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃのぐらつきをより抑制する観点からは、室温および６００℃以上８００℃以下のいずれか一方の温度において、第１貫通孔の直径ｒ１，ｒ１’と第２貫通孔の短径ｒ２，ｒ２’とを一致させることが好ましい。

上記本実施形態では、主柱３２から分岐する方向には、等間隔に３本のアーム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃを延在させる例を示したが、本発明はこれに限定されず、４本以上分岐させてもよい。

（発明例１）
まず、図１〜６に示したエピタキシャル成長装置を用いて、室温において半導体ウェーハの搬送動作を上述した方法により調整した。次に、７００℃にて半導体ウェーハの搬送動作を行った。その後、上述した手順に従ってシリコンエピタキシャルウェーハを製造した。ここで、サセプタには、カーボングラファイト基材に炭化ケイ素を被覆した部材を用いた。また、サセプタサポートシャフトには石英を用いた。また、エピタキシャルウェーハの基板としては、ボロンドープされた直径３００ｍｍのシリコンウェーハを用いた。

エピタキシャルウェーハの製造は、まず、原料ソースガスであるトリクロロシランガスを温度１１５０℃にて供給し、サセプタの表面に対してシリコンコートを施した。次いで、シリコンウェーハをチャンバ内に導入し、リフトピンを用いてサセプタ上に載置した。続いて、１１５０℃にて、水素ガスを供給し、水素ベークを行った後、１１５０℃にて、シリコンのエピタキシャル膜を４μｍ成長させてエピタキシャルシリコンウェーハを得た。ここで、原料ソースガスとしてはトリクロロシランガスを用い、また、ドーパントガスとしてジボランガス、キャリアガスとして水素ガスを用いた。

図６(Ａ)を参照して、サセプタの第１貫通孔は、水平面投影形状が円となるように設定し、アームの第２貫通孔は、水平面投影形状が、長手方向がアームの延在方向に一致する長円となるように設定した。室温において、図６(Ａ)に示す円の直径ｒ１および長円の短径ｒ２は４．０ｍｍ、長円の長径Ｒは４．４ｍｍとした。また、リフトピンの水平方向の断面は円形状とし、その直径は室温において３．３５ｍｍとなるように設定した。すなわち、室温において、図６(Ａ)に示すクリアランスｄ３は０．７２５ｍｍ、ｄ１，ｄ２は０．３２５ｍｍとした。また、サセプタの第１貫通孔とアームの第２貫通孔との位置関係については、図６(Ａ)に示すＬ１，Ｌ３を１１４．２５ｍｍ、Ｌ４を１１８．６５ｍｍ、Ｌ２を１１８．２５ｍｍとし、さらに、図６(Ｂ)に示すＬ２’，Ｌ４’を１１８．２ｍｍ、Ｌ１’を１１４．６５ｍｍ、Ｌ３’を１１４．３ｍｍとした。

（発明例２）
サセプタの裏面に各リフトピンがそれぞれ挿通するような穴を有するリング形状のリフトピン支持部を設けた以外は、発明例１と同様の構成を有するエピタキシャル成長装置とした。

（比較例１）
サセプタの第１貫通孔およびアームの第２貫通孔はともに、水平面投影形状が円となるように設定した。円の直径は、いずれも室温において４．０ｍｍとした。また、サセプタの第１貫通孔とアームの第２貫通孔との位置関係については、室温において、サセプタの中心からサセプタの第１貫通孔の中心までの距離を１１３．９ｍｍ、主柱の中心軸からアームの第２貫通孔の中心までの距離を１１４．３ｍｍとなるように設定した。すなわち、図７（Ａ）に示すように、室温では、リフトピンの中心軸が鉛直方向に対してサセプタの径方向内側に傾き、図７（Ｂ）に示すように、６００℃以上８００℃以下の温度では、リフトピンの中心軸が鉛直方向に対して平行になるように設定した。

（評価方法および結果）
各比較例および発明例において、昇降シャフトの昇降移動を介して、リフトピンを昇降移動させることにより、サセプタ上にシリコンウェーハを搬送させる搬送動作およびエピタキシャル成長を１０回行い、それぞれの搬送動作およびエピタキシャル成長の後において、シリコンウェーハの中心とサセプタの中心とのズレ量およびシリコンエピタキシャル層の平坦度特性を測定した。なお、平坦度測定については、光干渉式変位測定計（KLA-Tencor社製、WaferSight）を用いてシリコンエピタキシャル層表面の厚み分布（SFQR値）を測定することによって評価した。測定結果を表１に示す。まず、ズレ量については、いずれの搬送動作およびエピタキシャル成長の後においても、発明例１，２は比較例１に比べてズレ量を低減させることができた。また、１０回のズレ量の平均値は、比較例１では平均１．８２ｍｍであったのに対し、発明例１では平均０．７７ｍｍ、発明例２では平均０．４１ｍｍと、減少していた。次に、平坦度特性についても、いずれの搬送動作後およびエピタキシャル成長の後においても、発明例１，２は比較例１に比べて平坦度特性を向上させることができた。また、１０回の平坦度特性の平均値は、比較例１では平均１９５ｎｍであったのに対し、発明例１では平均９８ｎｍ、発明例２では平均５９ｎｍと、減少していた。

本発明のエピタキシャル成長装置によれば、室温および６００℃以上８００℃以下の温度における半導体ウェーハの搬送動作の差を低減させることができるため、６００℃以上８００℃以下の温度における半導体ウェーハの搬送動作の精度を向上させることができ、平坦度特性に優れたエピタキシャルウェーハを製造することができる。

１００ エピタキシャル成長装置
１０ チャンバ
１１ 上部ドーム
１２ 下部ドーム
１３ ドーム取付体
１４ 加熱ランプ
１５ ガス供給口
１６ ガス排出口
２０ サセプタ
２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ 第１貫通孔
３０ サセプタサポートシャフト
３２ 主柱
３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ アーム
３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ 第２貫通孔
３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ 支持ピン
４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ リフトピン
４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ 上端部（頭部）
４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ 直胴部
４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ 下端部
５０ 昇降シャフト
５２ 昇降シャフトの主柱
５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ 支柱
Ｗ 半導体ウェーハ
Ｘ１ サセプタの中心側
Ｘ２ サセプタの径方向外側
Ｙ１ 主柱側
Ｙ２ アームの支持ピン側

Claims (6)

1. 半導体ウェーハの表面上にエピタキシャル膜を気相成長させるエピタキシャル成長装置であって、
   チャンバと、
   ３以上の第１貫通孔を有し、前記チャンバ内で前記半導体ウェーハを載置するサセプタと、
   前記サセプタを下方から支持するサセプタサポートシャフトであって、
   前記サセプタの中心の下方に配置される主柱と、
   前記主柱から前記サセプタの周縁部下方に放射状に延び、第２貫通孔を有する３本以上のアームと、
   前記アームの先端において前記サセプタを直接支持する、前記アームの本数と同じ数の支持ピンと、
   を有するサセプタサポートシャフトと、
   上端部および下端部を有し、前記サセプタの前記第１貫通孔内および前記アームの前記第２貫通孔内に挿通され、上下方向に昇降されることにより、前記上端部で前記半導体ウェーハを支持しながら前記半導体ウェーハを前記サセプタに着脱させる、３本以上のリフトピンと、
   前記リフトピンの下端部を支持しながら前記リフトピンを昇降させる昇降シャフトと、を有し、
   前記サセプタは、カーボングラファイト基材に炭化ケイ素を被覆した部材で構成され、前記サセプタサポートシャフトは石英で構成され、
   前記サセプタの前記第１貫通孔の水平面投影形状が円であり、かつ、前記アームの前記第２貫通孔の水平面投影形状が、長手方向が前記アームの延在方向と一致する長円であり、
   室温において、前記リフトピンと前記アームの前記第２貫通孔の内壁とのクリアランスのうち、前記アームの支持ピン側のクリアランスが前記アームの前記主柱側のクリアランスよりも大きく、
   室温において、前記アームの支持ピン側のクリアランスが０．３５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であり、
   前記サセプタの前記第１貫通孔および前記アームの前記第２貫通孔を投影した水平面において、室温および６００℃以上８００℃以下のいずれの温度においても、前記長円が前記円を包含することを特徴とするエピタキシャル成長装置。
2. 室温において、前記リフトピンと前記サセプタの前記第１貫通孔の内壁とのクリアランスが０．１ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下である、請求項１に記載のエピタキシャル成長装置。
3. 室温において、前記リフトピンと前記アームの前記第２貫通孔の内壁とのクリアランスのうち、前記アームの前記主柱側のクリアランスが０．１ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下である、請求項１または２に記載のエピタキシャル成長装置。
4. 室温において、前記サセプタの中心から前記サセプタの前記第１貫通孔の内端までの距離と前記主柱の中心軸から前記アームの前記第２貫通孔の内端までの距離とが一致し、かつ、前記主柱の中心軸から前記アームの前記第２貫通孔の外端までの距離が前記サセプタの中心から前記サセプタの前記第１貫通孔の外端までの距離よりも長い、請求項１〜３のいずれか一項に記載のエピタキシャル成長装置。
5. ６００℃以上８００℃以下の温度において、前記サセプタの中心から前記サセプタの前記第１貫通孔の外端までの距離と前記主柱の中心軸から前記アームの前記第２貫通孔の外端までの距離とが一致し、かつ、前記サセプタの中心から前記サセプタの前記第１貫通孔の内端までの距離が前記主柱の中心軸から前記アームの前記第２貫通孔の内端までの距離よりも長い、請求項１〜４のいずれか一項に記載のエピタキシャル成長装置。
6. 室温および６００℃以上８００℃以下のいずれか一方の温度において、前記第１貫通孔の直径と前記第２貫通孔の短径とが一致する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のエピタキシャル成長装置。