JP6641670B2 - Single wafer type epitaxial wafer manufacturing apparatus and epitaxial wafer manufacturing method - 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及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 type epitaxial wafer manufacturing apparatus and an epitaxial wafer manufacturing method using the same.
近年、デバイスメーカーからの高フラットネスエピタキシャルウェーハの要求が高まっており、エピタキシャルウェーハのフラットネス品質の向上が重要な課題となっている。特に、エピタキシャルウェーハ外周部におけるフラットネスの要求品質は高く、要求を満たすためには製造プロセス上の種々のパラメーターを厳密に制御する必要がある。外周部フラットネスを制御するためのパラメーターの1つとして、サセプタ上にウェーハを載置した際のサセプタ中心とウェーハ中心とのズレ量、すなわち載置ズレ量が挙げられる。載置ズレがなく、ウェーハが、サセプタ上面に設けられたウェーハポケットの中央に載置された場合、エピタキシャル反応中の反応ガスは、ウェーハ全外周部に対して等価に当たる。これに対して、ウェーハが、ウェーハポケットの中央からずれて載置された場合、ウェーハ外周部の、ウェーハポケットの外周部に近接した部分では、最外周に反応ガスが当たりにくくなるために、ウェーハ外周部での膜厚ダレが生じる。逆に、ウェーハ外周部の、ウェーハポケットの外周部から離れた部分では、最外周に積極的に反応ガスが当たるため、膜厚のハネが生じる。特に、ウェーハポケットの外周部から離れたウェーハ外周部が、エピタキシャル成長起因で生じるファセット位置に相当した場合、載置ズレによる外周ハネとファセット成長によるハネとが重なり合うことで、より外周ハネが顕在化し、外周部フラットネスの悪化が顕著となる。したがって、ウェーハの載置バラツキを抑制し、載置位置を制御することは、エピウェーハの外周フラットネスを向上させるために重要である。 In recent years, the demand for high flatness epitaxial wafers from device manufacturers has increased, and improving the flatness quality of epitaxial wafers has become an important issue. In particular, the required quality of flatness in the outer peripheral portion of the epitaxial wafer is high, and it is necessary to strictly control various parameters in the manufacturing process in order to satisfy the requirement. One of the parameters for controlling the outer peripheral flatness is a displacement amount between the center of the susceptor and the center of the wafer when the wafer is placed on the susceptor, that is, a displacement amount. When there is no displacement and the wafer is placed in the center of the wafer pocket provided on the upper surface of the susceptor, the reaction gas during the epitaxial reaction equally hits the entire outer peripheral portion of the wafer. On the other hand, if the wafer is placed out of the center of the wafer pocket, the outer periphery of the wafer, in the portion close to the outer periphery of the wafer pocket, is difficult for the reactive gas to hit the outermost periphery. Thickness sag occurs at the outer peripheral portion. Conversely, in a portion of the outer peripheral portion of the wafer away from the outer peripheral portion of the wafer pocket, the outermost outer periphery is positively exposed to the reaction gas, so that the film thickness flies. In particular, when the outer peripheral portion of the wafer away from the outer peripheral portion of the wafer pocket corresponds to a facet position caused by epitaxial growth, the outer peripheral splash becomes more apparent due to the overlap of the outer peripheral splash due to the mounting displacement and the splash due to the facet growth, Deterioration of outer peripheral flatness becomes remarkable. Therefore, it is important to suppress the variation in the placement of the wafer and control the placement position in order to improve the outer flatness of the epi-wafer.
載置ズレが生じる要因の1つとして、反応炉内へウェーハを搬入する際に、炉内温度が変化することで、サセプタが熱膨張・熱収縮し、サセプタ位置が搬入ウェーハごとに変動することが挙げられる。図6に、従来のサセプタ支持部分における模試図を示す。図6のように、サセプタ30の下側にはサポートシャフトのアーム部31が設けられる。そのアーム部31の頭部を構成するチップ34が、サセプタ30の下面に設けられたサセプタ凹部32に嵌まることでサセプタ30を支持している。このとき、サセプタ凹部32とチップ34との間にはクリアランスが設けられている。このクリアランスがあることで、サセプタ30が熱膨張した際に、チップ34に対して、サセプタ30からの過度な応力がかからず、熱膨張による応力を逃がす設計となっているが、逆に、サセプタ30の変動が大きく、位置が不安定になることで、ウェーハ載置位置バラツキの要因の1つとなっている。
One of the causes of the displacement is that when the wafer is loaded into the reactor, the susceptor thermally expands and contracts due to changes in the furnace temperature, and the susceptor position changes for each loaded wafer. Is mentioned. FIG. 6 shows a schematic diagram of a conventional susceptor support portion. As shown in FIG. 6, an
ウェーハ載置位置バラツキの対策として特許文献1、2が開示されている。具体的には、特許文献1には、アーム部の頭部を石英製とし、その石英製頭部とサセプタ凹部とを遊び空間のない状態で密接嵌合せしめることが開示されている。また、特許文献2には、サセプタの中心部を支持する中心支持部材を設け、その中心支持部材がSiCで構成されるか又はカーボン基材にSiCコートを施してなることが開示されている。
上記のように特許文献1の構成では、アーム部の頭部の材質を石英製に変更する必要がある。また、特許文献2の構成ではサセプタの中心部を支持する中心支持部材を設ける必要がある。
As described above, in the configuration of Patent Literature 1, it is necessary to change the material of the head of the arm to quartz. Further, in the configuration of
本発明は、アーム部の頭部の材質変更や中心支持部材の設置を行わなくても、ウェーハ載置位置バラツキを抑制することと、サセプタが熱変形することにより生ずる応力によりアーム部が破損してしまうことを抑制することの両立を図ることができる枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置及びエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することを課題とする。 The present invention suppresses variations in the wafer mounting position without changing the material of the head of the arm and installing the center support member, and the arm is damaged due to the stress caused by thermal deformation of the susceptor. It is an object of the present invention to provide a single-wafer-type epitaxial wafer manufacturing apparatus and an epitaxial wafer manufacturing method that can achieve both of suppressing the occurrence of the epitaxial wafer.
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備え、
前記サポートシャフトが、垂直方向に設けられた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、
前記サセプタの下面には複数のサセプタ凹部が形成されており、
前記アーム部は、前記主支柱から斜め上方又は水平方向に延設された延設部と、前記サセプタ凹部に嵌合する頭部とを有し、
前記頭部が前記サセプタ凹部にクリアランス0〜0.5mmで密接嵌合せしめられ、
前記延設部の曲げ剛性が36N・m2以下に設定されたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, a single wafer type epitaxial wafer manufacturing apparatus of the present invention is
A susceptor provided with a wafer pocket for mounting a wafer on the upper surface,
A support shaft for supporting and rotating the susceptor,
The support shaft has a rotatable main support provided in a vertical direction, and a plurality of arms provided on the main support and supporting a lower surface of the susceptor,
A plurality of susceptor recesses are formed on the lower surface of the susceptor,
The arm portion has an extending portion that extends obliquely upward or horizontally from the main support, and a head that fits into the susceptor recess,
The head is closely fitted to the susceptor recess with a clearance of 0 to 0.5 mm,
The bending rigidity of the extending portion is set to 36 N · m 2 or less.
本発明によれば、アーム部の頭部が、サセプタ凹部にクリアランス0〜0.5mmで密接嵌合せしめられているので、アーム部の頭部をサセプタ凹部に遊び空間を持った状態(0.5mmより大きいクリアランスを持った状態)で嵌合する構成に比べて、サセプタの熱変形を抑えることができる。これにより、ウェーハ載置位置バラツキを抑制できる。さらに、本発明では、アーム部の延設部の曲げ剛性が36N・m2以下に設定されているので、サセプタが熱変形することにより生じる応力を、その延設部の撓みで緩和できる。これにより、頭部周辺にかかる応力を低減でき、頭部周辺が破損してしまうのを抑制できる。 According to the present invention, since the head of the arm is closely fitted to the susceptor recess with a clearance of 0 to 0.5 mm, the head of the arm has a play space in the susceptor recess (0. Thermal deformation of the susceptor can be suppressed as compared with a configuration in which the susceptor is fitted with a clearance larger than 5 mm. Thereby, variation in the wafer mounting position can be suppressed. Furthermore, in the present invention, since the bending rigidity of the extending portion of the arm portion is set to 36 N · m 2 or less, the stress caused by the susceptor being thermally deformed can be reduced by the bending of the extending portion. Thereby, stress applied to the periphery of the head can be reduced, and damage to the periphery of the head can be suppressed.
なお、上記クリアランスとは、図8に示すように、アーム部の頭部26がサセプタ凹部13内を移動した際に最もクリアランスが広くなった場合における、その最も広いクリアランスを言う。クリアランスが0mmとは、アーム部の頭部26とサセプタ凹部13の形状が完全に一致して、アーム部の頭部26がサセプタ凹部13内を移動する隙が無いことを意味する。
In addition, as shown in FIG. 8, the clearance is the widest clearance when the head becomes wider when the
また、本発明において延設部の曲げ剛性が3N・m2以上に設定される。延設部の曲げ剛性を3N・m2以上とすることで、アーム部が設計位置からダレてしまうのを抑制、つまりアーム部の耐久性低下を抑制できる。 Further, in the present invention, the bending rigidity of the extension portion is set to 3 N · m 2 or more. By setting the bending rigidity of the extension portion to 3 N · m 2 or more, it is possible to prevent the arm portion from sagging from the design position, that is, to suppress a decrease in the durability of the arm portion.
また、本発明において、前記アーム部は、前記頭部を構成するチップと、前記延設部を含んで構成され、先端に前記チップが接続されたアーム本体とを有する。このように、アーム部の頭部(チップ)が別部品で構成されると、チップとアーム本体との接触部に応力が集中して、その接触部が破損しやすくなるが、上記のように延設部の曲げ剛性範囲が3〜36N・m2に設定されることで、接触部の破損を抑制できる。 Further, in the present invention, the arm portion includes a chip constituting the head, and an arm main body including the extending portion and having the tip connected to the tip. As described above, if the head (chip) of the arm portion is formed of a separate component, stress is concentrated on the contact portion between the chip and the arm body, and the contact portion is easily damaged. By setting the bending rigidity range of the extension portion to 3 to 36 N · m 2 , damage to the contact portion can be suppressed.
また、本発明の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を用いてエピタキシャルウェーハを製造する。これにより、ウェーハ載置位置バラツキを抑制した形でエピタキシャルウェーハを製造できるので、エピタキシャルウェーハ外周部におけるフラットネスを向上できる。 Further, an epitaxial wafer is manufactured by using the single wafer type epitaxial wafer manufacturing apparatus of the present invention. Thereby, the epitaxial wafer can be manufactured in a form in which the variation of the wafer mounting position is suppressed, so that the flatness at the outer peripheral portion of the epitaxial wafer can be improved.
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図1の枚葉式エピタキシャルウェーハ成長装置1は、透明石英部材等から構成された反応炉2を備える。反応炉2内には、エピタキシャル成長させるウェーハWを載置するためのサセプタ14が配置されている。サセプタ14は例えばSiC製であったり、黒鉛基材にSiCコートが施されたものであったりする。サセプタ14は、円形の上面14a及び下面14bを有した形状、つまり円盤状に形成される。サセプタ14は、上面14a及び下面14bが水平となるように配置される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The single-wafer-type epitaxial wafer growing apparatus 1 of FIG. 1 includes a
サセプタ14の上面14aの中央部には、ウェーハWを水平に載置するためのウェーハポケット12が形成されている。ウェーハポケット12は、側面視で凹形状に形成され、平面視でウェーハWの径よりも若干大きい径の円形に形成される。ウェーハポケット12の深さは、ウェーハWの厚さと同程度となっている。
At the center of the
ウェーハポケット12の底部には、サセプタ14の下面14bまで貫通する複数の貫通孔15が形成されている。これら貫通孔15には、ウェーハWをウェーハポケット12に収容したり、ウェーハポケット12からウェーハWを取り出したりするためのリフトピン29が挿入されている。リフトピン29は昇降動作が可能に設けられて、リフトピン29が上昇するとウェーハWはウェーハポケット12から持ち上がった状態となり、リフトピン29が下降すると、ウェーハWはウェーハポケット12に収容された状態となる。
At the bottom of the
また、サセプタ14の下面14bにおける外周部(ウェーハポケット12が形成されるサセプタ中央部よりも径方向外側の位置)には、後述するチップ22が嵌まる複数のサセプタ凹部13が形成されている。サセプタ凹部13は、アーム部20の個数分形成され、且つ、サセプタ14の中心線L1を中心とした円周上に等間隔(言い換えると複数のアーム部20の円周方向における間隔と同じ間隔)で形成されている。
Further, a plurality of susceptor recesses 13 into which a
サセプタ14の下側領域には、サセプタ14を水平に支持するサポートシャフト16が配置されている。そのサポートシャフト16は、垂直方向(鉛直方向と平行な方向)に伸びた主支柱18と、その主支柱18の上部から斜め上方に延設された複数(例えば3本)のアーム部20とを備えている。主支柱18は、その中心線L2が、サセプタ14の中心線L1と一致するように設けられる。また、主支柱18は中心線L2回りに回転可能に設けられる。主支柱18の上端18aと、サセプタ14の下面14bとの間には空間が形成されている。
A support shaft 16 that horizontally supports the
複数のアーム部20は、主支柱18を中心とした円周方向に等間隔で配置されている。各アーム部20は、主支柱18に接続されるアーム本体21と、アーム本体21の先端に接続されアーム部20の頭部を構成するチップ22とを備えている。さらに、アーム本体21は、主支柱18から、サセプタ凹部13が形成された径方向位置まで斜め上方に延設された傾斜部23と、その傾斜部23の、主支柱18と接続される端部と反対側の端部から、垂直上向きに延設された垂直部24とを有する(図2参照)。傾斜部23は直線状に延設されている。垂直部24の先端面の中心には、チップ22を固定するための穴25が形成されている。アーム本体21は例えば石英製とすることができる。傾斜部23が本発明の延設部に相当する。なお、傾斜部23に代えて、水平方向に延設された水平延設部が設けられたとしても良い。
The plurality of
チップ22は、図2に示すように、チップ本体26と、チップ本体26の下面から突出する突出部27とを有する。突出部27は、アーム本体21に形成された穴25と同一径に形成されており、穴25に圧入又はネジ嵌合されている。チップ本体26は、先端からの一部がサセプタ凹部13に嵌合している。また、チップ本体26の径は、例えば垂直部24の径よりも小さくなっており、チップ本体26の下面の全部が、垂直部24の先端面に接触している。チップ22は例えばSiC製とすることができる。
As shown in FIG. 2, the
図1の説明に戻って、反応炉2の周囲には、気相成長時や塩化水素ガスによる反応炉クリーニング時などの各処理時に、反応炉2内を加熱して反応炉2内を所定温度に制御するヒータ3が設けられている。そのヒータ3は、例えばハロゲンランプや、赤外線ランプである。
Returning to the description of FIG. 1, the inside of the
反応炉2の水平方向における一端側には、反応炉2内に各種ガスを水平方向に導入するガス導入口5が形成されている。そのガス導入口5は、サセプタ14より上側に形成されている。ガス導入口5からは、気相成長時には、シリコン単結晶薄膜(シリコンエピタキシャル層)の原料となるシリコンソースガス(具体的にはトリクロロシラン(TCS)等のシラン系ガス)、シリコンソースガスを希釈するためのキャリアガス(例えば水素)、及びエピタキシャル層の導電型や導電率を調整するためのドーパントガス(例えばボロンやリンを含むガス)を含む反応ガスが導入される。また、反応炉2のクリーニング時には、ガス導入口5からは、反応ガスの代わりに、反応炉2の内壁、サセプタ14等の各部に堆積した副生成物をエッチングするガスとして例えば塩化水素ガス(HClガス)が導入される。
At one end of the
また、反応炉2の、ガス導入口5が形成された側の反対側には、反応炉2内からガスを排出するガス排出口6が形成されている。
A gas outlet 6 for discharging gas from the inside of the
また、エピタキシャルウェーハ成長装置1は、主支柱18を回転させる駆動部4を備えている。駆動部4により主支柱18が回転すると、サセプタ14及びこれに載置されたウェーハWは、サセプタ14の中心線L1回りに回転する。
Further, the epitaxial wafer growth apparatus 1 includes a driving unit 4 for rotating the
以上がエピタキシャルウェーハ成長装置1の構成である。なお、チップ22とサセプタ凹部13とのクリアランスや、アーム部20の曲げ剛性範囲については後述する。
The above is the configuration of the epitaxial wafer growth apparatus 1. The clearance between the
次に、エピタキシャルウェーハ成長装置1を用いてシリコンエピタキシャルウェーハを製造する方法を説明する。先ず、シリコンウェーハWを反応炉2内に投入して、ウェーハポケット12に載置させる。反応炉2には、シリコンウェーハWを投入する前段階から、ガス導入口5を介して水素を導入しておく。次に、サセプタ14に載置されたシリコンウェーハWをヒータ3により熱処理温度(例えば1050〜1200℃)まで加熱する。次に、シリコンウェーハWの主表面に形成されている自然酸化膜を除去する為の気相エッチングを行う。次に、シリコンウェーハWを所望の成長温度(例えば1050〜1180℃)に合わせ、ガス導入口5から反応ガスを導入することによって、シリコンウェーハWの主表面上にシリコン単結晶薄膜を気相成長させシリコンエピタキシャルウェーハとする。最後に、反応炉2を取り出し温度(例えば650℃)まで降温した後、シリコンエピタキシャルウェーハを反応炉2外に搬出する。
Next, a method of manufacturing a silicon epitaxial wafer using the epitaxial wafer growth apparatus 1 will be described. First, a silicon wafer W is charged into the
ここで、ウェーハWは、ウェーハ中心がウェーハポケット12の中心(サセプタ14の中心線L1)に一致するようにウェーハポケット12に載置されるのが好ましい。ウェーハ中心がウェーハポケット12の中心からずれると、ウェーハ外周部と、ウェーハポケット12の外周部との間の隙間に偏りが生じてしまい、その偏りにより反応ガスのウェーハ外周部への当たり方が変わることで、ウェーハ外周部におけるエピタキシャル層の膜厚が不均一となるためである。一方で、サセプタ14は、反応炉2内へのウェーハWの搬入時と気相成長時との間で大きな温度変化を受け、この温度変化によりサセプタ14は熱膨張又は熱収縮する。このサセプタ14の熱変形(熱膨張、熱収縮)によりウェーハポケット12が径方向に伸びたり縮んだりすることで、ウェーハポケット12におけるウェーハ載置位置にバラツキが生ずる。
Here, the wafer W is preferably placed in the
そこで、本実施形態では、反応炉2内へのウェーハ搬入時のサセプタ位置を安定させ、載置位置バラツキを抑制することを目的とし、チップ22の形状をサセプタ凹部13の形状と合わせることにより、従来、サセプタ凹部とチップとの間に生じていたクリアランスを無くした。すなわち、図3に示すように、チップ本体26とサセプタ凹部13は、平面視で互いに同一形状(図3の例では長穴状)に形成される。またチップ本体26とサセプタ凹部13との間のクリアランス(図8参照)は0mmに設定されている。そして、チップ本体26はサセプタ凹部13に密接嵌合せしめられている。なお、チップ本体26の公差と、サセプタ凹部13の公差とを考慮すると、クリアランスは0mm〜0.5mmの範囲にあれば良い。すなわち、実際に使用しているサセプタ凹部13とチップ本体26とにおいて、サセプタ凹部13の設計形状が公差の範囲で最大、かつチップ本体26の設計形状が公差の範囲内で最小となる時に、図8のようにチップ本体26がサセプタ凹部13内を移動した際に最もクリアランスが広くなった場合におけるそのクリアランスが0.5mmであった。このように、クリアランスは、公差が無いときの値としては0mmに設定され、公差を含めると0.5mmまで許容される。
Therefore, in the present embodiment, the shape of the
一方、クリアランスを0mm〜0.5mmとすると、サセプタ14の熱変形により生ずる応力により、アーム部20(特にチップ本体26と垂直部24との接触部A(図2参照))が破損するおそれがある。
On the other hand, if the clearance is 0 mm to 0.5 mm, there is a possibility that the arm 20 (particularly, the contact portion A between the chip
そこで、本実施形態では、以下に説明するように、傾斜部23(図2参照)の厚さを薄くし、傾斜部23の撓みを利用することで応力を吸収する設計とした。
Therefore, in the present embodiment, as described below, the thickness of the inclined portion 23 (see FIG. 2) is reduced, and the stress is absorbed by utilizing the bending of the
すなわち、曲げモーメントに対する梁部材の変形のしにくさを表す指標として、断面2次モーメントが挙げられる。傾斜部23の断面が例えば長方形であるとすると、長方形断面において、断面寸法及び座標軸を図4のように定義した場合、X軸まわりの断面2次モーメントIxは以下の式で表される。
Ix=bh3/12
That is, as an index indicating the difficulty of deformation of the beam member with respect to the bending moment, a second moment of area is given. Assuming that the cross section of the
Ix = bh 3/12
また、梁部材の材質を考慮した際の曲げ変形のしにくさを表す指標として、曲げ剛性Jが挙げられる。曲げ剛性Jは、ヤング率Eおよび断面2次モーメントIを用いて、以下の式で表される。
J=EI
Further, as an index indicating the difficulty of bending deformation in consideration of the material of the beam member, there is a bending rigidity J. The bending stiffness J is expressed by the following equation using the Young's modulus E and the second moment of area I.
J = EI
傾斜部23の材質が石英とすると、石英のヤング率はE=7.0×1010〜7.4×1010N/m2程度である。
If the material of the
そして、傾斜部23の曲げ剛性Jを36N・m2以下に設定することで、チップ本体26と垂直部24との接触部Aの破損を抑制できる。厳密にいうと、サセプタ14が径方向に熱変形する際には、図2の紙面に直交する方向100のまわりに傾斜部23を曲げようとする力が発生する。この方向100まわりの傾斜部23の曲げ剛性を36N・m2以下に設定することで、傾斜部23の、方向100まわりの曲げ変形を促進でき、これにより接触部Aにかかる応力を小さくでき、接触部Aの破損を抑制できる。なお、方向100は、傾斜部23の中心線L3(図2参照)を面内に包含し且つ鉛直方向に平行な平面で傾斜部23を切ったときの断面(つまり、図1、図2の断面)に直交し且つ中心線L3と交わる座標軸を意味する。なお、座標軸100以外の座標軸(例えば、図2の断面の面内に設定された、中心線L3と一致した座標軸101や、座標軸100、101の両方に直交する座標軸102)まわりの曲げ剛性は、36N・m2より大きくても良いし、36N・m2以下であっても良いが、36N・m2以下とすることでより一層、接触部Aの破損を抑制できる。
By setting the bending rigidity J of the
図4の例では、X軸が図2の座標軸100、Y軸が図2の座標軸102としたとき、少なくともX軸まわりの曲げ剛性Jが36N・m2以下に設定される。
In the example of FIG. 4, when the X axis is the coordinate
また、傾斜部23の曲げ剛性Jは3N・m2以上に設定される。曲げ剛性が3N・m2未満の場合には、エピタキシャルウェーハの製造後のアーム部20に設計位置からのダレが生じ、アーム部20の耐久性が低下してしまう。すなわち、曲げ剛性Jを3N・m2以上に設定することで、アーム部20のダレを抑制できる。なお、図2の座標軸100まわりの曲げ剛性は3N・m2以上に設定され、それ以外の座標軸101、102まわりの曲げ剛性も3N・m2以上に設定される。
Further, the bending rigidity J of the
本実施形態では、チップ22をサセプタ凹部13にクリアランス0〜0.5mmで密接嵌合するようにしたので、サセプタ14の熱変形によりサセプタ14が嵌合部の過大なクリアランス内での位置ずれを起こすことを抑制でき、ウェーハ載置位置バラツキを抑制できる。これにより、エピタキシャルウェーハ外周部におけるフラットネスを向上できる。
In the present embodiment, the
また、傾斜部23の曲げ剛性範囲を3〜36N・m2としたので、サセプタ14の熱変形により生ずる応力を傾斜部23の撓みで緩和でき、これにより、アーム部20の破損を抑制できる。また、アーム部20の設計位置からのダレも抑制できる。
In addition, since the bending rigidity range of the
なお、図3では、サセプタ凹部13及びチップ本体26の形状が長穴状の例を示したが、クリアランスが0〜0.5mmを満たすのであれば、長穴以外の形状(円形、四角形など)であっても良い。また、アーム本体21の材質は、石英以外の材質であっても良い。チップ22の材質はSiC以外であっても良い。
FIG. 3 shows an example in which the shapes of the
また、傾斜部23の断面(図2のIV−IV線での断面)は長方形以外の形状(正方形、円形など)であっても良い。 The cross section of the inclined portion 23 (cross section taken along line IV-IV in FIG. 2) may be a shape other than a rectangle (square, circular, etc.).
また、ウェーハWやエピタキシャル層の種類、導電型、抵抗率等の品質は問わない。 In addition, the quality of the type, conductivity type, resistivity, and the like of the wafer W and the epitaxial layer does not matter.
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to examples, but these do not limit the present invention.
(比較例1)
サセプタ凹部とチップとのクリアランスを無くし、従来のアーム部(傾斜部の曲げ剛性が63〜67N・m2)を用いて、エピタキシャルウェーハを製造した。このときに使用したエピタキシャルウェーハ製造装置の構成を図1〜図3、図5を参照して説明すると以下の通りである。すなわち、サセプタ14はカーボン基材にSiCコートが施されて構成される。サセプタ14は直径300mmのウェーハ載置用に構成され、すなわちウェーハポケット12は直径300mmより若干大きい径に設定される。
(Comparative Example 1)
The clearance between the susceptor concave portion and the chip was eliminated, and an epitaxial wafer was manufactured using a conventional arm portion (the bending rigidity of the inclined portion was 63 to 67 N · m 2 ). The configuration of the epitaxial wafer manufacturing apparatus used at this time will be described below with reference to FIGS. That is, the
サセプタ14の中心線L1と、サセプタ凹部13の中心との距離d1(図1参照)は175.25mmである。サセプタ凹部13の深さd2(図2参照)は1.8mmである。サセプタ凹部13の平面視での形状は長穴状である(図3参照)。この長穴における長い方の径d3は5.8mm、短い方の径d4は5.3mmである。
The distance d1 (see FIG. 1) between the center line L1 of the
チップ22はSiC製である。チップ本体26の平面視での形状は長穴状である(図3参照)。この長穴における長い方の径d5は5.5mmであり、短い方の径d6は5.15mmである。つまり、チップ本体26とサセプタ凹部13とのクリアランス(図8参照)は0.3mm(=5.8mm−5.5mm)である。
The
チップ22の軸方向の長さd8(図2参照)は24.1mmである。チップ本体26の軸方向の長さd9(図2参照)は12.7mmである。
The axial length d8 (see FIG. 2) of the
アーム本体21の材質は石英である。垂直部24の軸方向の長さd10(図5参照)は36.6mmである。垂直部24の軸線に直交する平面で切ったときの断面は6.6mm×8.1mmの長方形状である。また、穴25(図2参照)の径は2.6mmである。
The material of the
アーム部20の個数は3本である。傾斜部23の水平方向の長さd11(図5参照)は169.15mmである。傾斜部23の垂直方向の長さd12(図5参照)は67.6mmである。傾斜部23の長さd13(図5参照)は182.16mmである。主支柱18の上端18aとサセプタ14の下面14bの間の距離d14(図1参照)は95.1mmである。
The number of the
傾斜部23の、中心線L3に直交する平面で切ったときの断面は長方形状である。傾斜部23は、図5に示すように、主支柱18に接続される付け根部231と、それ以外の部分232(以下、主部という)とを含んで構成される。付け根部231は、主支柱18に近い側から、水平方向の長さd15が20mm、垂直方向の長さd16が20mmである第1部分231aと、傾斜部23の延設方向における長さd17が15mmである第2部分231bとを有する。主部232の、座標軸100(図2参照)まわりの曲げ剛性は63〜67N・m2である。
The cross section of the
直径300mm、結晶面方位(100)、抵抗率10Ωcmのシリコンウェーハの表面に、シリコンエピタキシャル層を成長させた。エピタキシャル層の膜厚は4μm、成長温度は1130℃とした。 A silicon epitaxial layer was grown on the surface of a silicon wafer having a diameter of 300 mm, a crystal plane orientation (100), and a resistivity of 10 Ωcm. The thickness of the epitaxial layer was 4 μm, and the growth temperature was 1130 ° C.
エピタキシャル成長後にアーム部20の状態を確認したところ、チップ22とアーム本体21との接触部A(図2参照)に破損が確認された。
When the state of the
このように、傾斜部23の曲げ剛性が大きいと、サセプタ14が熱変形する際の応力が傾斜部23の撓みで緩和されず、接触部Aに集中することで、接触部Aが破損したものと考えられる。
As described above, when the bending rigidity of the
(実施例1)
そこで、傾斜部23の主部232(図5参照)の、座標軸100(図2参照)まわりの曲げ剛性を36N・m2以下として、比較例1と同じエピタキシャル成長条件でエピタキシャルウェーハを製造した。主部232の曲げ剛性以外の構成は比較例1と同じである。エピタキシャル成長後にアーム部20の状態を確認したところ破損はみられなかった。
(Example 1)
Thus, an epitaxial wafer was manufactured under the same epitaxial growth conditions as in Comparative Example 1, except that the bending rigidity of the main portion 232 (see FIG. 5) of the
以上より、チップ22とサセプタ凹部13とのクリアランスを0mmとしたとしても、傾斜部23の曲げ剛性を36N・m2以下とすることで、アーム部20の破損を抑制できることが分かった。
From the above, it was found that even if the clearance between the
なお、実施例1で使用したチップ本体の径及びサセプタ凹部の径の公差の範囲内でクリアランスが最大となる場合が0.5mmである。したがって、クリアランスが厳密に0mmでなくても、0.5mm以下であれば公差の範囲内であるとして、クリアランスが0mmのときと同様の効果が得られると考えられる。 The case where the clearance is maximum within the tolerance of the diameter of the chip body and the diameter of the susceptor recess used in Example 1 is 0.5 mm. Therefore, even if the clearance is not exactly 0 mm, if the clearance is 0.5 mm or less, it is considered that the clearance is within the tolerance range, and the same effect as when the clearance is 0 mm is considered to be obtained.
(比較例2)
傾斜部23の主部232の曲げ剛性をさらに低下させて、座標軸100まわりの曲げ剛性を3N・m2未満として、実施例1、比較例1と同じエピタキシャル成長条件でエピタキシャルウェーハを製造した。主部232の曲げ剛性以外の構成は実施例1、比較例1と同じである。エピタキシャル成長後にアーム部20の状態を確認したところ、アーム部20に設計位置からのダレが生じ、耐久性に問題があった。
(Comparative Example 2)
An epitaxial wafer was manufactured under the same epitaxial growth conditions as in Example 1 and Comparative Example 1 by further reducing the bending stiffness of the
実施例1、比較例1、2より、傾斜部23の曲げ剛性の適正範囲は3〜36N・m2であることが分かった。
From Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 , it was found that the appropriate range of the bending rigidity of the
(比較例3)
図6に示す従来のアーム本体33と、従来のチップ34とを用いた場合における、サセプタの変位量及びウェーハの載置ズレ量(ウェーハ中心とウェーハポケットの中心とのズレ量)を測定した。アーム本体33は、比較例1で使用したアーム本体と同じである。図7に示すように、サセプタ凹部32の平面視での形状は径が5.8mm×5.3mmの長穴状である。チップ34の平面視での形状は径が5.15mmの円形である。したがって、チップ34とサセプタ凹部32とのクリアランスは0.65mmである。チップ34の形状、チップ34とサセプタ凹部32とのクリアランス以外のエピタキシャルウェーハ成長装置の構成は、比較例1と同じである。
(Comparative Example 3)
The displacement of the susceptor and the displacement of the wafer (the displacement between the center of the wafer and the center of the wafer pocket) were measured when the conventional arm body 33 and the
比較例1と同じエピタキシャル成長条件でエピタキシャルウェーハを製造した。このとき、エピタキシャル成長中のウェーハ及びサセプタをカメラで撮影して、その撮影画像に基づいて、サセプタ変位量及びウェーハ載置ズレ量を求めた。サセプタ変位量は、サセプタ回転中心(図1の例では主支柱18の中心線L2の位置)に対するサセプタ中心(図1の例ではサセプタ14の中心線L1の位置)の距離として求めた。また、ウェーハの載置ズレ量ΔEは、ウェーハ中心とウェーハポケットの中心とが一致しているときのウェーハエッジ部分とウェーハポケットのエッジ部分との間隔E1に対する、実際のウェーハエッジ部分とウェーハポケットのエッジ部分との間隔E2のズレ量(つまりΔE=E2−E1)として求めた。
An epitaxial wafer was manufactured under the same epitaxial growth conditions as in Comparative Example 1. At this time, the wafer and the susceptor during the epitaxial growth were photographed with a camera, and the susceptor displacement amount and the wafer mounting displacement amount were obtained based on the photographed images. The amount of displacement of the susceptor was determined as the distance between the center of the susceptor (the position of the center line L1 of the
(実施例2)
傾斜部23の主部232(図5参照)の、座標軸100(図2参照)まわりの曲げ剛性が6N・m2、それ以外は実施例1と同じ構成のエピタキシャルウェーハ成長装置を用いて、比較例1と同じエピタキシャル成長条件でエピタキシャルウェーハを製造した。そして、比較例3と同様にして、サセプタ変位量及びウェーハの載置ズレ量を測定した。
(Example 2)
The bending stiffness of the main part 232 (see FIG. 5) of the
比較例3、実施例2の結果を表1に示す。なお、表1において、「n」は、実験の回数を示している。「max」は、n回の実験で得られた結果(サセプタ変位量、載置ズレ量)のうち最大値を示している。「avg」はn回の実験で得られた結果の平均値を示している。「stdev」はn回の実験で得られた結果の標準偏差を示している。 Table 1 shows the results of Comparative Example 3 and Example 2. In Table 1, “n” indicates the number of experiments. “Max” indicates the maximum value among the results (susceptor displacement amount and mounting displacement amount) obtained in n experiments. “Avg” indicates the average value of the results obtained in n experiments. “Stdev” indicates the standard deviation of the results obtained in n experiments.
表1に示すように、実施例2のほうが、比較例3よりも、サセプタ変位量及び載置ズレ量が減少している。また、実施例2の載置ズレ量のstdev(ウェーハ載置位置のバラツキ)は、比較例3のそれよりも小さくなっている。 As shown in Table 1, the susceptor displacement amount and the mounting displacement amount are smaller in Example 2 than in Comparative Example 3. In addition, the stdev (variation in the wafer mounting position) of the mounting displacement amount of the second embodiment is smaller than that of the comparative example 3.
以上より、チップとサセプタ凹部とのクリアランスを無くし、且つ、傾斜部の曲げ剛性を小さくすることで、サセプタ変位量、ウェーハ載置ズレ量及びウェーハ載置位置バラツキが抑制されることが確認できた。 From the above, it was confirmed that by eliminating the clearance between the chip and the susceptor concave portion and reducing the bending rigidity of the inclined portion, the susceptor displacement amount, the wafer mounting displacement amount, and the wafer mounting position variation were suppressed. .
なお、上記実施例で用いたエピタキシャルウェーハ成長装置の構成(各部の材質や長さ)と異なるエピタキシャルウェーハ成長装置であっても、チップとサセプタ凹部とのクリアランスが0〜0.5mmの範囲にあり、且つ、傾斜部の曲げ剛性が3〜36N・m2の範囲にあれば、サセプタの熱変形により生じた応力を傾斜部の撓みで緩和できるので、ウェーハ載置位置のバラツキを抑制できることに加えて、アーム部の破損も抑制できる。 It should be noted that even in an epitaxial wafer growth apparatus different from the configuration (material and length of each part) of the epitaxial wafer growth apparatus used in the above embodiment, the clearance between the chip and the susceptor recess is in the range of 0 to 0.5 mm. When the bending rigidity of the inclined portion is in the range of 3 to 36 N · m 2 , the stress caused by the thermal deformation of the susceptor can be reduced by the bending of the inclined portion, and thus, the variation in the wafer mounting position can be suppressed. Thus, damage to the arm can also be suppressed.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであったとしても本発明の技術的範囲に包含される。 Note that the present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is an exemplification, has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and has the same function and effect, whatever It is included in the technical scope of the present invention.
1 枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置
12 ウェーハポケット
13 サセプタ凹部
14 サセプタ
16 サポートシャフト
18 主支柱
20 アーム部
21 アーム本体
22 チップ
23 傾斜部
24 垂直部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Single-wafer type epitaxial
Claims (5)
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備え、
前記サポートシャフトが、垂直方向に設けられた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、
前記サセプタの下面には複数のサセプタ凹部が形成されており、
前記アーム部は、前記サセプタ凹部に嵌合する頭部を構成するチップと、前記主支柱から斜め上方又は水平方向に延設された延設部を含んで構成され、先端に前記チップが接続されたアーム本体とを有し、
前記チップは前記アーム本体とは別部品であり、
前記頭部が前記サセプタ凹部にクリアランス0〜0.5mmで密接嵌合せしめられ、
前記延設部の曲げ剛性が36N・m2以下に設定され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 mounting a wafer on the upper surface,
A support shaft for supporting and rotating the susceptor,
The support shaft has a rotatable main support provided in a vertical direction, and a plurality of arms provided on the main support and supporting a lower surface of the susceptor,
A plurality of susceptor recesses are formed on the lower surface of the susceptor,
The arm portion includes a chip constituting a head to be fitted into the susceptor recess, and an extending portion extending obliquely upward or horizontally from the main support , and the tip is connected to the tip. Arm body ,
The tip is a separate part from the arm body,
The head is closely fitted to the susceptor recess with a clearance of 0 to 0.5 mm,
A single-wafer epitaxial wafer manufacturing apparatus, wherein the extension portion has a bending rigidity of 36 N · m 2 or less.
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