JP7035996B2 - 気相成長装置およびエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法 - Google Patents
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Description
このような環状溝および頭部の構造によって、サセプタの自重によって頭部と環状溝との当接部分を環状溝の底部に移動させ、サセプタ支持部材による回転中心とサセプタの中心との位置ずれを抑制している。
以下、本発明の一実施形態について説明する。
〔気相成長装置の構成〕
図1に示すように、気相成長装置1は、チャンバ2と、サセプタ3と、加熱部4と、サセプタ支持部材5と、3本のリフトピン6と、リフトピン支持部材7と、駆動手段8とを備えている。
上ドーム21および下ドーム22は、石英によって形成されている。
下ドーム22の中央には、下方に延びて、後述するリフトピン支持部材7の主柱71が挿通される筒部221が設けられている。
ドーム固定体23は、エピタキシャル膜形成室20内に反応ガスを供給するためのガス供給口24と、エピタキシャル膜形成室20から反応ガスを排出するためのガス排出口25とを備えている。
サセプタ3の一方の主面には、シリコンウェーハWが収容される円形状のザグリ部31が形成されている。ザグリ部31の直径は、シリコンウェーハWの直径よりも大きくなっている。
サセプタ3の他方の主面の外縁近傍には、後述する支持ピン53が嵌め込まれる3個の嵌合溝32が設けられている。嵌合溝32は、サセプタ3の周方向に120°間隔で設けられている。なお、嵌合溝32のさらに詳細な構成については後述する。
また、サセプタ3には、両主面を貫通する3個の貫通孔33が設けられている。
各貫通孔33は、ザグリ部31内において、サセプタ3の周方向に120°間隔で設けられている。各貫通孔33は、図1の部分拡大図に示すように、シリコンウェーハWが載置されるザグリ部31の載置面31Aからサセプタ3の厚さ方向中心に向かうにしたがって内径が小さくなる円錐状のテーパ部33Aと、サセプタ3の厚さ方向で内径が等しい軸孔部33Bとを備えている。
アーム52は、主柱51の周方向に120°間隔で斜め上方に延びるように設けられている。アーム52の中央よりも支持ピン53側には、当該アーム52を貫通する貫通孔52Aが設けられている。
各支持ピン53は、無垢のSiCで形成されており、サセプタ3の各嵌合溝32にそれぞれ嵌め込まれることで、当該サセプタ3を支持する。なお、支持ピン53のさらに詳細な構成については後述する。
リフトピン6は、軸部62が貫通孔33の軸孔部33Bに挿通され、その自重によって頭部61がテーパ部33Aに当接することによって、サセプタ3で支持される。
各アーム72は、主柱71の周方向に120°間隔で斜め上方に延びるように設けられている。
当接部73は、リフトピン6を下方から支持する。
嵌合溝32は、図3(A)に示すように、下面視においてサセプタ3の径方向に延びる長方形状に形成されている。3個の嵌合溝32のうち、1個の嵌合溝32は、サセプタ3の中心を通りかつシリコンウェーハWの搬入方向Dと平行な仮想線上、かつ、サセプタ3の中心よりも搬入方向D側に位置している。また、嵌合溝32は、図3(B)に示すように、当該嵌合溝32が延びる方向に直交する縦断面視で半円状の円弧面部321と、円弧面部321の両端からそれぞれ下方に延びる平面部322とを備えている。この円弧面部321および平面部322は、サセプタ3の径方向に沿って同じ形状で連続的に形成されている。円弧面部321および平面部322の表面粗さRaは、2μm以下になっている。
円弧面部321を構成する部分のうち、高さ方向の最も高い位置に存在する部分は、位置決め部321Aを構成している。円弧面部321を構成する部分のうち、位置決め部321A以外の部分は、傾斜部321Bを構成している。傾斜部321Bは、サセプタ3におけるシリコンウェーハWの載置面31Aに対して傾斜している。
嵌合溝32や支持ピン53の部材精度のばらつきによって、支持ピン53が嵌合溝32に嵌め込まれないという不具合を防止するために、基部531および摺接頭部532の直径は、嵌合溝32の円弧面部321の直径および一対の平面部322間の距離よりも小さくなっている。
次に、気相成長装置1を用いたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法について説明する。
まず、シリコンウェーハWを準備する。シリコンウェーハWの直径は、200mm、300mm、450mmなど、いずれの大きさであってもよい。
気相成長装置1のエピタキシャル膜形成室20が加熱部4で加熱されていない常温時には、図4(A)に示すように、支持ピン53は、嵌合溝32におけるサセプタ3の径方向外側に位置している。また、サセプタ3が支持ピン53に載置されると、最初に摺接頭部532が嵌合溝32の傾斜部321Bに接触する場合があるが、サセプタ3の自重により、摺接頭部532と嵌合溝32との接触部分が位置決め部321Aの方向に移動する。そして、摺接頭部532の頂部が位置決め部321Aに接触すると、各支持ピン53は、嵌合溝32内においてサセプタ3の周方向の特定位置に位置決めされる。この各支持ピン53の位置決めによって、サセプタ3は、その中心とサセプタ支持部材5の回転軸とが重なり、当該サセプタ3に載置されたシリコンウェーハWの主面が水平面と平行となるように、サセプタ支持部材5で支持される。
この後、搬送手段が新しいシリコンウェーハWをエピタキシャル膜形成室20内に搬入すると、上述の処理が行われ、エピタキシャルシリコンウェーハが製造される。
また、摺接頭部532を半球状に形成しているため、摺接頭部532が円弧面部321に対する相対移動によって摩耗することを抑制でき、サセプタ支持部材5に対するサセプタ3の経時的な位置ずれを抑制できる。
なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更などが可能である。
図5(B)に示すように、嵌合溝32の代わりに、縦断面視でサセプタ3の下面から斜め上方、かつ、互いに近づく方向に延びるとともに、サセプタ3の径方向に同じ形状で連続的に形成された一対の傾斜部341Bを有する嵌合溝34を適用してもよい。
図5(C)に示すように、嵌合溝32の代わりに嵌合溝34を適用するとともに、支持ピン53の代わりに、基部531のみで構成された嵌合凸部としての支持ピン55を適用してもよい。
図5(A)~(C)に示す構成において、支持ピン54,53,55に対するサセプタ3の下降が規制された状態において、嵌合溝32,34,34における支持ピン54,53,55との接触部分が位置決め部321A,341A,341Aを構成する。
支持ピン53,54,55の基部531は、多角柱状であってもよいし、摺接頭部542は多角錘状であってもよい。
サセプタ3に摺接頭部532,摺接頭部542と同じあるいは似た形状の嵌合凸部を設けて、サセプタ支持部材5に嵌合溝32,34,34を設けてもよい。
嵌合溝32,34,34および支持ピン53,54,55を4個ずつ以上設けてもよい。
上記実施形態と同様の構成を有し、直径300mmのシリコンウェーハW用の気相成長装置を準備した。
サセプタ3の嵌合溝32を、サセプタ3径方向と直交する縦断面視での開口幅が5.5mmとなるように形成した。また、嵌合溝32を、サセプタ3径方向の長さが10mmとなるように形成した。
支持ピン53を、基部531および摺接頭部532の直径が5mmとなるように形成した。
以上の構成によって、図3(B)に示すように、支持ピン53が嵌合溝32に対して位置決めされたときの、嵌合溝32の開口縁と支持ピン53の基部531とのクリアランスCAは、0.25mmずつになる。
具体的には、まず、支持ピン53の摺接頭部532が、嵌合溝32内におけるサセプタ3の周方向の特定位置に位置決めされた状態において、エピタキシャル膜形成室20を常温から搬送時設定温度の700℃まで昇温した。次に、シリコンウェーハWをエピタキシャル膜形成室20内に搬入した後、成膜時設定温度の1100℃まで昇温して気相成長処理を行い、搬送時設定温度まで降温した。その後、エピタキシャル膜形成室20からエピタキシャルシリコンウェーハを搬出してから、シリコンウェーハWをエピタキシャル膜形成室20内に搬入し、気相成長処理を行った。同様の処理を繰り返し、25枚目のエピタキシャルシリコンウェーハをエピタキシャル膜形成室20から搬出した後、エピタキシャル膜形成室20を常温まで降温した。
その後、サセプタ3の位置を変えずに、25枚のエピタキシャルシリコンウェーハを連続的に製造するごとに、エピタキシャル膜形成室20を一旦常温まで降温し、合計で100枚のエピタキシャルシリコンウェーハを製造した。
嵌合溝32および支持ピン53のそれぞれの代わりに、図6に示すような嵌合溝39および支持ピン59を適用したこと以外は、実施例と同様の条件で100枚のエピタキシャルシリコンウェーハを製造した。
嵌合溝39は、下面視において、嵌合溝32と同じ形かつ同じ大きさの長方形状に形成されている。嵌合溝39は、サセプタ3の径方向と直交する縦断面視で、サセプタ3の下面に対して直交する方向に延びる一対の側面部391と、一対の側面部391の上端同士を接続し、サセプタ3の下面と平行な底面部392とを備えている。
支持ピン59は、円柱状の基部591を有し、その上面591Aは基部591の軸と直交する平面状に形成されている。
以上の構成によって、図6に示す縦断面視において、支持ピン59が嵌合溝39の中央に位置決めされたときの、嵌合溝39の開口縁と基部591とのクリアランスCBは、クリアランスCAと同じ0.25mmずつになる。
実施例、比較例において、シリコンウェーハWのサセプタ3上の目標載置位置に対する載置位置のずれを、測定装置(Epicrew社製 Edge Zoom)を用いてサセプタ3上方から測定した。ここで、シリコンウェーハW搬入時のサセプタ3上での停止位置は全処理において同じ位置であることから、シリコンウェーハWの載置位置が目標載置位置からずれている場合、サセプタ3がサセプタ支持部材5に対してずれていることを表す。
また、比較例における25枚処理ごとの平均のずれ位置(ずれ量、ずれ方向)の遷移を図8(A)に示し、実施例における同遷移を図8(B)に示す。
なお、図7(A),(B)、図8(A),(B)において、縦軸Yおよび横軸Xの値は、図1、図3、図4(A)~(C)のXYZ軸を基準とした値である。すなわち、縦軸Yの正の値は、シリコンウェーハWの搬出方向へのずれを示し、負の値は、シリコンウェーハWの搬入方向D(図3(A)参照)へのずれを示す。また、横軸Xの正の値は、搬入方向と直交する一方の方向へのずれを示し、負の値は、搬入方向と直交する他方の方向へのずれを示す。
また、横軸および縦軸の位置がともに0mmの場合、載置位置が目標載置位置からずれていないことを表す。
また、図8(A)に示すように、比較例では、処理枚数が増えるごとに、載置位置の目標載置位置からのずれが大きくなり、100枚の処理が終了した時点でのずれ量は0.75mmであった。これに対し、図8(B)に示すように、実施例では、載置位置の目標載置位置からのずれが比較例よりも小さく、100枚の処理が終了した時点でのずれ量は0.25mmであった。
以上の結果から、以下のことが確認できた。
比較例では、嵌合溝39の底面部392と支持ピン59の上面591Aとが、サセプタ3の下面、つまり水平面と平行なため、サセプタ3が支持ピン59に対してずれると、そのずれた状態が維持されたまま、次の処理が行われる。その結果、目標載置位置からのシリコンウェーハWの載置位置のずれが徐々に大きくなることがわかった。
Claims (3)
- シリコンウェーハにエピタキシャル膜を形成する気相成長装置であって、
前記シリコンウェーハが載置される円板状のサセプタと、
前記サセプタを支持して回転させるサセプタ支持部材とを備え、
前記サセプタには、複数の嵌合溝が設けられ、前記サセプタ支持部材には、前記複数の嵌合溝のそれぞれに嵌め込まれる複数の嵌合凸部が設けられ、
前記嵌合溝には、断面視で前記サセプタの下面から斜め上方、かつ、互いに近づく方向に延びるように形成され、前記サセプタの自重によって、前記嵌合凸部が接触した状態を維持したまま、当該嵌合凸部を当該嵌合溝に対して前記サセプタの周方向に相対移動させる一対の面状の傾斜部と、前記傾斜部によって相対移動させられた前記嵌合凸部を前記周方向の特定位置に位置決めする位置決め部とが設けられ、
前記傾斜部および前記位置決め部は、前記サセプタの径方向に連続的に形成され、
前記嵌合凸部における前記傾斜部との接触部分は、凸曲面状に形成されていることを特徴とする気相成長装置。 - 請求項1に記載の気相成長装置において、
前記傾斜部および前記位置決め部の表面粗さRaは、2μm以下であることを特徴とする気相成長装置。 - シリコンウェーハにエピタキシャル膜を形成するエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法であって、
請求項1または請求項2に記載の気相成長装置を用いて、前記シリコンウェーハにエピタキシャル膜を形成することを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
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