JP6794526B2 - エピタキシリアクタにおける半導体ウェハを操作するための装置およびエピタシャル層を有する半導体上ウェハを製造するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、エピタキシリアクタにおける半導体ウェハを操作するための装置に関する。本発明は、さらに、上記の装置が使用される、エピタキシャル層を有する半導体ウェハを製造する方法に関する。

従来技術／課題
半導体ウェハ上へのエピタキシャル層の堆積は、従来、エピタキシリアクタで、しばしば単一ウェハリアクタで、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（化学蒸着））によって実行される。

ＵＳ２０１４／０２５１２０８Ａ１およびＵＳ２０１０／００８６７８４Ａ１は、このようなエピタキシリアクタの詳細な説明を含んでいる。半導体ウェハの操作の１つの本質部分は、エピタキシャル層の堆積前におけるサセプタ上への半導体ウェハの配置、およびエピタキシャル層における堆積後のサセプタからのエピタキシャル層を有する半導体ウェハの引上げを備える。したがって、用いられる装置は、サセプタ、ウェハ引上げシャフトおよびウェハ引上げピンに加えて、サセプタ運搬シャフト、サセプタ運搬アームおよびサセプタ支持ピンを備える。

ウェハ引上げシャフトは、上端が横方向上側に延在しかつウェハ引上げピンの下方で終わるクロスメンバを有する。ウェハ引上げシャフトの昇降の間に、ウェハ引上げピンおよび半導体ウェハ、またはそれぞれピン上に配置される可能性のあるエピタキシャル層を有する半導体ウェハも昇降される。ウェハ引上げピンは、この場合、サセプタ運搬シャフトのサセプタ運搬アームに位置する穴、およびサセプタの貫通ボアを通り抜ける。記載された装置の不利点は、その使用が粒子を生み出しやすく、粒子がサセプタに向かって面する半導体ウェハの裏面を汚染するということである。粒子は、ウェハ引上げピンとサセプタ運搬アームの穴およびサセプタの貫通ボアの内面との間の摩擦の結果として研磨された材料として形成される。摩擦は、特に、装置が広い温度範囲で機能することが可能なままでなければならず、高温での熱膨張が考慮される必要があるということにも起因する。ウェハ引上げピンは、垂直位置からの傾きにも影響される。このような状況では、追加の粒子が形成される。

この課題は、本発明の目的を生じさせる。

本発明の目的は、エピタキシリアクタにおける半導体ウェハを操作するための装置であって、
サセプタと、
サセプタを通って延在する長手方向穴と、
ウェハ引上げシャフトと、
長手方向穴を通って案内されるウェハ引上げピンと、
サセプタ運搬シャフトと、
サセプタ運搬アームと、
サセプタ支持ピンと、
サセプタ運搬アームに固定されるガイドスリーブと、
ガイドスリーブから突出し、上端にウェハ引上げピンが挿入されるボアを有し、ウェハ引上げシャフトによってウェハ引上げピンとともに昇降可能であるガイド要素と、を備える、装置によって達成される。

目的は、さらに、エピタキシャル層を有する半導体ウェハを製造する方法であって、
エピタキシリアクタにおける本発明に係る装置の提供と、
ウェハ引上げピン上への半導体ウェハの配置と、
ウェハ引上げピンの下降による、サセプタ上への半導体ウェハの配置と、
半導体ウェハ上へのエピタキシャル層の堆積と、
ウェハ引上げピンの上昇による、サセプタからの結果として生じるエピタキシャル層を有する半導体ウェハの上昇と、
エピタキシリアクタからのエピタキシャル層を有する半導体ウェハの取出しと、を備える方法によって達成される。

提案された装置の使用は、サセプタ上への半導体ウェハの下降およびサセプタからのエピタキシャル層を有する半導体ウェハの上昇の過程における粒子の形成を抑制し、特に、半導体ウェハの裏面またはエピタキシャル層を有する半導体ウェハの裏面が粒子によって汚染されることを回避する。さらに、装置の偏心、径方向の遊びおよび垂直方向の遊びなどの特性が、その構成によって最小化される。

特に、装置は、ウェハ引上げピンがサセプタの長手方向穴を通って線形的に案内される間に動かされるように構成される。摩擦による粒子の形成は、支配的な動作温度にかかわらず抑制される。

少なくとも３つのサセプタ運搬アームは、好ましくは、サセプタ運搬シャフトの上端に固定される一片の要素によって形成される。サセプタ運搬シャフト上へねじ留めされる、石英からなる星形状要素が特に好適である。しかしながら、星形状要素は、複数の部品からなってもよく、サセプタ運搬シャフト上へ設置された、たとえばねじ留めされた石英からなるストラットを備えてもよい。

ガイドスリーブは、サセプタ運搬アームに固定される、好ましくは要求されたときにそれらが容易に交換可能であるようにねじ留めされる。ガイドスリーブは、好ましくは、研磨された内面を有し、好ましくは石英からなる。内面の平均粗さＲａは、好ましくは、０．４μｍ以下である。ガイドスリーブ、および両端においてガイドスリーブから突出するガイドスリーブの中のガイド要素は、それぞれウェハ引上げピンの線形的に案内された移動を確保する線形摺動ベアリングを形成する。ロッド形状のガイド要素は、ガイドスリーブと同じ材料からなり、平均粗さＲａが好ましくは同様に０．４μｍ以下である外面を有する。したがって、ガイドスリーブとガイド要素との間には摩擦はほとんど起こらないため、同様に粒子はほとんど形成されず、仮にあったとしてもサセプタおよびその上に位置する半導体ウェハから十分な距離にある場所のみであるため、粒子による半導体ウェハの裏面の汚染はなくされる。特に、ガイドスリーブおよびガイド要素の配置ならびに長手方向穴は、ウェハ引上げピンの昇降の間に半導体ウェハの即時の近接において粒子が生み出されることを防ぐ。さらに、同様に、垂直方向の位置からウェハ引上げピンの不注意による傾きが起こりえない。

好ましくはＴ字形の断面を有する上端を有するウェハ引上げピンは、ガイド要素が上端に有するガイド要素のボアの中へ挿入される。ウェハ引上げピンおよびガイド要素のボアは、好ましくは、ウェハ引上げピンが室温でガイド要素のボアの中へ挿入されたときにセンタリングされるように寸法決めされる。好ましい構成によれば、ウェハ引上げピンは、ガイド要素と異なる熱膨張率を有する異なる材料から、好ましくはシリコンカーバイドからなる。この場合、ウェハ引上げピンおよびガイド要素の製造公差は、エピタキシャル層の堆積の間に設定される温度で、クランプする態様でウェハ引上げピンがガイド要素に接続されるようにさらに寸法決めされる。好ましくは、クランプ接続は、９００℃より高い温度で得られる。クランプ接続によって、ウェハ引上げピンは径方向の遊びを有さず、粒子の形成を抑制することに貢献する。

この構成は、ウェハ引上げピンおよびサセプタの長手方向穴が、少なくとも室温から堆積温度にまでわたる温度範囲において常に同じ高さに位置合わせされたままとなることも確保する。さらに、これは、ウェハ引上げピンのＴ字形の端部が同期的にサセプタ上に配置され、サセプタから持ち上げられることができることを確保する。

ウェハ引上げピンを動かすために、ウェハ引上げシャフトおよびウェハ引上げシャフトのクロスメンバの外側端部上に当接するガイド要素が昇降する。

さらに、直立要素が、高さ調整可能にサセプタ運搬アームの外側端部に固定される、好ましくはねじ留めされる。直立要素の上端は、サセプタ支持ピンが挿入される軸方向ボアを有し、その頭部は、好ましくは、球状に丸みを帯びている。サセプタの裏面には、サセプタ支持ピンの球状の丸みを帯びた頭部を受容するための細長い基面を有する止まり穴がある。止まり穴の長さおよび幅は、止まり穴の開口の方向に増加する。好ましくは、止まり穴は、サセプタ支持ピンのための角柱外形を有する基部を形成する。この構成は、サセプタの低摩擦の径方向移動、特にサセプタ材料の熱膨張によって始められる自動センタリング移動を可能にする。

サセプタは、好ましくは、板状の断面を有し、突起として構成される環状ベアリング表面およびサセプタ底部を備える。半導体ウェハは、縁部領域において、環状ベアリング表面上に裏面がある状態で位置し、サセプタ底部から短い距離にある。サセプタは、一片で構成されてもよく、リングおよび平坦なサセプタ底部によって形成されてもよく、この場合、リングは平坦なサセプタ上に位置する。長手方向穴および止まり穴は、サセプタ底部に配置される。

本発明に係る方法の前述の実施形態に関して示された構成は、本発明に係る装置に対応して適用されてもよい。逆に、本発明に係る装置の前述の実施形態に関して示された構成は、本発明に係る方法に対応して適用されてもよい。本発明に係る実施形態のこれらのおよび他の構成は、図面の説明および請求項に説明される。個々の構成は、本発明の実施形態として別々にまたは組み合わされて実施され得る。さらに、それらは、独立して保護可能な有利な実施形態を説明し得る。

本発明に係る構成を有する装置を通る断面図である。 拡大図で図１に係る装置の個々の構成を示す図である。 拡大図で図１に係る装置の個々の構成を示す図である。 拡大図で図１に係る装置の個々の構成を示す図である。

本発明に係る例示の実施形態の詳細な説明
図１に係る装置は、サセプタ運搬シャフト４とウェハ引上げシャフト２とを備える。互いから等距離にあるサセプタ運搬アーム５が、サセプタ運搬シャフト４の上端へねじ留めされる一片の星形状要素を形成するように組み合わされる。ウェハ引上げシャフト２は、径方向上側に突出するクロスメンバを備え、その端部上にはガイド要素８を支持するためにプラットフォームが備えられる。ガイド要素８は、サセプタ運搬アーム５に固定されるガイドスリーブ７を通り抜ける。ガイド要素８の上端は、ウェハ引上げピン３が挿入されるボアを有する。ウェハ引上げピン３は、サセプタ１の長手方向穴１１を通って延在する。サセプタ１は、裏面に、細長い基面を有し、かつサセプタ支持ピン６の球状に丸みを帯びた頭部１０上が当接する止まり穴１２を有する。サセプタ支持ピン６は、直立要素９の上端の軸方向ボアの中へ挿入される。直立要素９は、サセプタ運搬アームの外側端部でサセプタ運搬アーム５上に高さ調整可能に固定される。

図２は、ボアが設けられるガイド要素８の上端、およびボアの中へ挿入されるウェハ引上げピン３の下端の拡大図である。この領域は、円および文字Ａで、図１に示される。

図３は、サセプタ運搬アーム５に固定されるガイドスリーブ７、およびガイドスリーブ７を通り抜けかつウェハ引上げシャフト２のクロスメンバのプラットフォーム上に下端において支持されるガイド要素８の一部の拡大図である。この領域は、円および文字Ｂで、図１に示される。

図４は、サセプタ支持ピン６の上端、およびサセプタ１の裏面上の止まり穴１２の中へ突出するサセプタ支持ピンの球状に丸みを帯びた頭部１０の拡大図である。この領域は、円および文字Ｃで、図１に示される。

例示の実施形態の上記の説明は、例として理解されるべきである。これによりなされた本開示は、一方で、当業者に本発明およびそれに関する利点を理解させることを可能にし、他方で、当業者の理解の範囲内で明らかである説明された構造および方法に対する変更および修正を含む。したがって、このような変更および修正、ならびに等価物は、すべて請求の保護の範囲によってカバーされることが意図される。

用いられる参照符号の一覧
１ サセプタ
２ ウェハ引上げシャフト
３ ウェハ引上げピン
４ サセプタ運搬シャフト
５ サセプタ運搬アーム
６ サセプタ支持ピン
７ ガイドスリーブ
８ ガイド要素
９ 直立要素
１０ 球状に丸みを帯びた頭部
１１ 長手方向穴
１２ 止まり穴

Claims (6)

1. エピタキシリアクタにおける半導体ウェハを操作するための装置であって、
   サセプタと、
   前記サセプタを通って延在する長手方向穴と、
   ウェハ引上げシャフトと、
   前記長手方向穴を通って案内されるウェハ引上げピンと、
   サセプタ運搬シャフトと、
   サセプタ運搬アームと、
   サセプタ支持ピンと、
   前記サセプタ運搬アームに固定されるガイドスリーブと、
   前記ガイドスリーブから突出し、上端に前記ウェハ引上げピンが挿入されるボアを有し、前記ウェハ引上げシャフトによって前記ウェハ引上げピンとともに昇降可能であるガイド要素と、を備え、
   前記ガイド要素および前記ウェハ引上げピンは、異なる熱膨張率を有し、９００℃より高い温度で前記ガイド要素と前記ウェハ引上げピンとの間にクランプ接続が形成されるように寸法決めされる公差を有して製造される、装置。
2. 前記サセプタ運搬アームは、前記サセプタ運搬シャフトの上端へねじ留めされる一片の星形状要素を形成する、請求項１に記載の装置。
3. 前記サセプタ運搬アームの外側端部で前記サセプタ運搬アームに高さ調整可能に接続され、かつ前記サセプタ支持ピンが挿入される軸方向ボアを有する、直立要素を備え、前記サセプタ支持ピンは、球状に丸みを帯びた頭部を有する、請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 前記サセプタ支持ピンの前記球状に丸みを帯びた頭部を受容するために、前記サセプタの裏面に細長い止まり穴を備え、前記止まり穴の長さおよび幅は、前記止まり穴の開口の方向に増加する、請求項３に記載の装置。
5. エピタキシャル層を有する半導体ウェハを製造する方法であって、
   エピタキシリアクタにおける請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の装置の提供と、
   前記ウェハ引上げピン上への半導体ウェハの配置と、
   前記ウェハ引上げピンの下降による、前記サセプタ上への前記半導体ウェハの配置と、
   前記半導体ウェハ上への前記エピタキシャル層の堆積と、
   前記ウェハ引上げピンの上昇による、前記サセプタからの結果として生じる前記エピタキシャル層を有する半導体ウェハの引上げと、
   前記エピタキシリアクタからの前記エピタキシャル層を有する前記半導体ウェハの取出しと、を備える、方法。
6. 単結晶シリコンの半導体ウェハ上へのシリコンのエピタキシャル層の堆積を備える、請求項５に記載の方法。

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