JPH04324625A - 気相成長装置 - Google Patents
気相成長装置Info
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- JPH04324625A JPH04324625A JP12224191A JP12224191A JPH04324625A JP H04324625 A JPH04324625 A JP H04324625A JP 12224191 A JP12224191 A JP 12224191A JP 12224191 A JP12224191 A JP 12224191A JP H04324625 A JPH04324625 A JP H04324625A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、気相成長装置に係り、
特にウェハを保持しウェハと共に少なくともウェハ保持
部を加熱されるウェハ保持体の改良に関する。
特にウェハを保持しウェハと共に少なくともウェハ保持
部を加熱されるウェハ保持体の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の気相成長装置は、サセプタと称す
る炭素製のウェハ保持体上にウェハを置き、RF加熱に
よってウェハ保持体を加熱してウェハを加熱したり、ま
たは赤外線加熱によってウェハ保持体と共にウェハを加
熱したりしていた。ウェハ保持体はウェハに対して十分
大きな熱容量を有するように比較的厚く形成され、熱的
安定を得るようにしていた。
る炭素製のウェハ保持体上にウェハを置き、RF加熱に
よってウェハ保持体を加熱してウェハを加熱したり、ま
たは赤外線加熱によってウェハ保持体と共にウェハを加
熱したりしていた。ウェハ保持体はウェハに対して十分
大きな熱容量を有するように比較的厚く形成され、熱的
安定を得るようにしていた。
【0003】上記の従来の気相成長装置はバッチ処理方
式がほとんどであったが、半導体デバイスは年々高集積
化され、それに連れてチップサイズも大きくなり、生産
性を上げるためにウェハは大口径化され、また、デバイ
スの微細化に伴って気相成長の品質要求は厳しくなって
きており、このような情況に対応するため、枚葉処理方
式の気相成長装置に移行しつつある。
式がほとんどであったが、半導体デバイスは年々高集積
化され、それに連れてチップサイズも大きくなり、生産
性を上げるためにウェハは大口径化され、また、デバイ
スの微細化に伴って気相成長の品質要求は厳しくなって
きており、このような情況に対応するため、枚葉処理方
式の気相成長装置に移行しつつある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】バッチ処理方式は気相
成長に要する1サイクルの時間が比較的長くても処理枚
数の増加により生産性を確保することが可能であるが、
枚葉処理方式においては1サイクルの時間を短縮しなけ
れば、生産性を確保できない。ところで、ウェハ保持体
の熱容量が大きすぎると、加熱および冷却に時間を要す
る。そこで、枚葉処理方式においては、ウェハ保持体の
肉厚を極力薄くする必要がある。
成長に要する1サイクルの時間が比較的長くても処理枚
数の増加により生産性を確保することが可能であるが、
枚葉処理方式においては1サイクルの時間を短縮しなけ
れば、生産性を確保できない。ところで、ウェハ保持体
の熱容量が大きすぎると、加熱および冷却に時間を要す
る。そこで、枚葉処理方式においては、ウェハ保持体の
肉厚を極力薄くする必要がある。
【0005】しかしながら、気相成長用の反応ガスは、
ウェハだけでなくウェハ保持体にも接触して、その表面
にシリコン等の気相成長膜が積層される。この気相成長
膜は、例えばシリコンの場合、ウェハ保持体の基材炭素
よりヤング率が1桁程度大きく、かつ熱膨脹係数は半分
程度と小さいため、ウェハ保持体を薄くすると、ウェハ
保持体は大きく変形し、クラックを発生することがある
と共に、ウェハを的確に保持することができない。
ウェハだけでなくウェハ保持体にも接触して、その表面
にシリコン等の気相成長膜が積層される。この気相成長
膜は、例えばシリコンの場合、ウェハ保持体の基材炭素
よりヤング率が1桁程度大きく、かつ熱膨脹係数は半分
程度と小さいため、ウェハ保持体を薄くすると、ウェハ
保持体は大きく変形し、クラックを発生することがある
と共に、ウェハを的確に保持することができない。
【0006】そこで、従来は、ウェハ保持体上の気相成
長膜の厚さが10μm程度に達する毎にガスエッチング
して気相成長膜を除去する必要があり、生産性を阻害す
ると共に、ウェハ保持体は数回のエッチングにより永久
変形して元に戻らなくなり、さらに10μm以上の気相
成長膜を形成することが困難である等の問題があった。
長膜の厚さが10μm程度に達する毎にガスエッチング
して気相成長膜を除去する必要があり、生産性を阻害す
ると共に、ウェハ保持体は数回のエッチングにより永久
変形して元に戻らなくなり、さらに10μm以上の気相
成長膜を形成することが困難である等の問題があった。
【0007】本発明は、ウェハ保持体の変形を防止する
と共にウェハ保持体をより薄くして急速加熱および急速
冷却を可能にし、的確な気相成長を能率的に行うことの
できる気相成長装置を提供することを目的としている。
と共にウェハ保持体をより薄くして急速加熱および急速
冷却を可能にし、的確な気相成長を能率的に行うことの
できる気相成長装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、ウェハをウェハ保持板で支持し、ウェハと
少なくともウェハ保持板のウェハ保持部を加熱してウェ
ハ表面に気相成長させる気相成長装置において、ウェハ
保持板を炭素繊維強化炭素複合材料を基体として形成し
たものである。
の本発明は、ウェハをウェハ保持板で支持し、ウェハと
少なくともウェハ保持板のウェハ保持部を加熱してウェ
ハ表面に気相成長させる気相成長装置において、ウェハ
保持板を炭素繊維強化炭素複合材料を基体として形成し
たものである。
【0009】
【作用】基体が炭素繊維強化炭素複合材料で形成された
ウェハ保持体は、ヤング率がシリコンの気相成長膜の2
倍以上あり、熱膨脹係数がシリコンの気相成長膜に比較
的近い値であり、さらに曲げ強さが炭素の2倍程度であ
るため、その厚さを薄くしても気相成長に伴なう変形を
極くわずかに押えることができ、かつ炭素繊維強化炭素
複合材料は、化学的に安定しており、熱衝撃に強いため
、気相成長に悪影響を及ぼすことなく、急速加熱、急速
冷却による能率的な気相成長が的確に行われる。
ウェハ保持体は、ヤング率がシリコンの気相成長膜の2
倍以上あり、熱膨脹係数がシリコンの気相成長膜に比較
的近い値であり、さらに曲げ強さが炭素の2倍程度であ
るため、その厚さを薄くしても気相成長に伴なう変形を
極くわずかに押えることができ、かつ炭素繊維強化炭素
複合材料は、化学的に安定しており、熱衝撃に強いため
、気相成長に悪影響を及ぼすことなく、急速加熱、急速
冷却による能率的な気相成長が的確に行われる。
【0010】
【実施例】以下本発明の実施例について図1ないし図4
を参照して説明する。図1において、ベース10の下面
には上方に向って伸びる中空円筒体11が取付けられ、
その上端にヒータ支え12が取付けられている。ヒータ
支え12には絶縁棒13,反射板14および絶縁棒15
を介してヒータ16が取付けられている。中空円筒体1
1の下端はフタ18によって閉じられ、中空円筒体11
の内部にはフタ18を貫通してヒータ16に接続された
給電用配線17が設けられている。
を参照して説明する。図1において、ベース10の下面
には上方に向って伸びる中空円筒体11が取付けられ、
その上端にヒータ支え12が取付けられている。ヒータ
支え12には絶縁棒13,反射板14および絶縁棒15
を介してヒータ16が取付けられている。中空円筒体1
1の下端はフタ18によって閉じられ、中空円筒体11
の内部にはフタ18を貫通してヒータ16に接続された
給電用配線17が設けられている。
【0011】中空円筒体11の周囲を囲むように中空回
転軸20が設けられ、中空回転軸20はベアリング21
,21により中空円筒体11と無関係に回転自在にベー
ス10に取付けられている。中空回転軸20にはプーリ
22が取付けられ、ベルト23により図示しないモータ
により回転を与えられるようになっている。
転軸20が設けられ、中空回転軸20はベアリング21
,21により中空円筒体11と無関係に回転自在にベー
ス10に取付けられている。中空回転軸20にはプーリ
22が取付けられ、ベルト23により図示しないモータ
により回転を与えられるようになっている。
【0012】中空回転軸20の上端は、一部のみを示す
ベルジャ24によってベース10の上面上方に形成され
る反応室25内に伸び、その上端にはキー26を介して
炭素製の支持円盤27が固着されている。支持円盤27
には石英ガラス,炭素またはセラミックス製の支持リン
グ28が支持円盤27と一体的に回転可能に取付けられ
ている。
ベルジャ24によってベース10の上面上方に形成され
る反応室25内に伸び、その上端にはキー26を介して
炭素製の支持円盤27が固着されている。支持円盤27
には石英ガラス,炭素またはセラミックス製の支持リン
グ28が支持円盤27と一体的に回転可能に取付けられ
ている。
【0013】支持リング28は、ヒータ支え12,反射
板14およびヒータ16の外周を囲んで、ヒータ16よ
り上方へ伸びている。支持リング28の内周面の上方寄
りの途中には段部29が形成され、段部29に炭素製の
加熱板30が嵌着されている。加熱板30はヒータ16
と間隔を置いてほぼ平行に配置され、ヒータ16に非接
触で加熱されるようになっている。
板14およびヒータ16の外周を囲んで、ヒータ16よ
り上方へ伸びている。支持リング28の内周面の上方寄
りの途中には段部29が形成され、段部29に炭素製の
加熱板30が嵌着されている。加熱板30はヒータ16
と間隔を置いてほぼ平行に配置され、ヒータ16に非接
触で加熱されるようになっている。
【0014】支持リング28の上端には段部31が形成
され、段部31にリング状のウェハ保持体32が嵌着さ
れ、ウェハ保持体32の上面内周寄りに形成された段部
33内にウェハWを保持するようになっている。ウェハ
保持体32に支持されたウェハWは、加熱板30と好ま
しくは3mm以上の所定の間隔Cを有するように置かれ
る。
され、段部31にリング状のウェハ保持体32が嵌着さ
れ、ウェハ保持体32の上面内周寄りに形成された段部
33内にウェハWを保持するようになっている。ウェハ
保持体32に支持されたウェハWは、加熱板30と好ま
しくは3mm以上の所定の間隔Cを有するように置かれ
る。
【0015】ウェハ保持体32は、炭素繊維を芯材とし
て、それを炭素で固めたいわゆる炭素繊維強化炭素複合
材料で作られている。ウェハ保持体32は、特に厚さ方
向の強度を持たせるため、炭素繊維の織物に樹脂を含浸
させ、ホットプレスで成形し、焼成、含浸黒鉛化のサイ
クルを繰返し行った後、所定形状に機械加工したもので
ある。ウェハ保持体32の表面にはSiCコートを施こ
すことが好ましい。ウェハ保持体32の厚さは1ないし
2mm程度に薄く形成されている。
て、それを炭素で固めたいわゆる炭素繊維強化炭素複合
材料で作られている。ウェハ保持体32は、特に厚さ方
向の強度を持たせるため、炭素繊維の織物に樹脂を含浸
させ、ホットプレスで成形し、焼成、含浸黒鉛化のサイ
クルを繰返し行った後、所定形状に機械加工したもので
ある。ウェハ保持体32の表面にはSiCコートを施こ
すことが好ましい。ウェハ保持体32の厚さは1ないし
2mm程度に薄く形成されている。
【0016】次いで本装置の作用について説明する。ヒ
ータ16に給電し、加熱板30を加熱すると共に、中空
回転軸20を回転させ、加熱板30,ウェハ保持体32
およびウェハWを回転させる。ウェハWとウェハ保持体
32は加熱板30によって加熱される。
ータ16に給電し、加熱板30を加熱すると共に、中空
回転軸20を回転させ、加熱板30,ウェハ保持体32
およびウェハWを回転させる。ウェハWとウェハ保持体
32は加熱板30によって加熱される。
【0017】ウェハWの温度Tは、図2に示すように加
熱板30とウェハWの間隔Cによって変化し、間隔Cが
3mmより小さい範囲では変化が大きく現れる。そこで
、間隔Cは3mm以上の所定値に保つことが好ましい。
熱板30とウェハWの間隔Cによって変化し、間隔Cが
3mmより小さい範囲では変化が大きく現れる。そこで
、間隔Cは3mm以上の所定値に保つことが好ましい。
【0018】ウェハ保持体32は、間隔Cを所定値に保
つようにウェハWを支持すると共に、加熱板30によっ
て加熱され、ウェハWの外周を加熱して該外周の温度低
下を押え、ウェハWの中心から外周までの全域にわたり
、均一な温度分布とする役目を有している。
つようにウェハWを支持すると共に、加熱板30によっ
て加熱され、ウェハWの外周を加熱して該外周の温度低
下を押え、ウェハWの中心から外周までの全域にわたり
、均一な温度分布とする役目を有している。
【0019】ウェハWを所定の気相成長温度に加熱した
ところで、反応ガスを図1において上方からウェハWに
向けて流下させることにより気相成長を施こすが、この
ときウェハWの表面だけでなく、ウェハ保持体32の表
面にも気相成長膜が形成される。
ところで、反応ガスを図1において上方からウェハWに
向けて流下させることにより気相成長を施こすが、この
ときウェハWの表面だけでなく、ウェハ保持体32の表
面にも気相成長膜が形成される。
【0020】気相成長膜はシリコンの場合、ヤング率が
11500Kgf/mm2 と炭素のヤング率1200
Kgf/mm2 のほぼ10倍であり、かつ熱膨脹係数
は2.33×10−6/℃と炭素の4〜5×10−6/
℃より小さいため、ウェハ保持体32を従来のように炭
素で作った場合には、前述したように、ウェハ保持体3
2がその表面に形成された気相成長膜の影響を大きく受
け、気相成長およびその前後の昇温,降温時に比較的大
きく変形し、加熱板30とウェハWの間隔Cを所定値に
保つことができないと同時に、ウェハWとウェハ保持体
32との接触も局部的になり、ウェハWを均一に加熱す
ることができず、スリップを発生させると共に、気相成
長膜の膜厚分布を低下させる。
11500Kgf/mm2 と炭素のヤング率1200
Kgf/mm2 のほぼ10倍であり、かつ熱膨脹係数
は2.33×10−6/℃と炭素の4〜5×10−6/
℃より小さいため、ウェハ保持体32を従来のように炭
素で作った場合には、前述したように、ウェハ保持体3
2がその表面に形成された気相成長膜の影響を大きく受
け、気相成長およびその前後の昇温,降温時に比較的大
きく変形し、加熱板30とウェハWの間隔Cを所定値に
保つことができないと同時に、ウェハWとウェハ保持体
32との接触も局部的になり、ウェハWを均一に加熱す
ることができず、スリップを発生させると共に、気相成
長膜の膜厚分布を低下させる。
【0021】しかしながら、炭素繊維強化炭素複合材料
製のウェハ保持体32は、ヤング率が25000Kgf
/mm2 でシリコン気相成長膜の2倍以上あり、熱膨
脹係数は3×10−6/℃とシリコン気相成長膜のそれ
に比較的近い値を有し、かつ曲げ強さも炭素の650〜
700Kgf/mm2 のほぼ2倍である1300Kg
f/mm2 と大きい。
製のウェハ保持体32は、ヤング率が25000Kgf
/mm2 でシリコン気相成長膜の2倍以上あり、熱膨
脹係数は3×10−6/℃とシリコン気相成長膜のそれ
に比較的近い値を有し、かつ曲げ強さも炭素の650〜
700Kgf/mm2 のほぼ2倍である1300Kg
f/mm2 と大きい。
【0022】そこで、本装置のウェハ保持体32は、厚
さを1.5mmと薄くしても変形は見られず、1回に1
0μm の厚さの気相成長膜を成長させた場合には15
回の使用すなわち、合計150μm の気相成長にも十
分耐えることができた。
さを1.5mmと薄くしても変形は見られず、1回に1
0μm の厚さの気相成長膜を成長させた場合には15
回の使用すなわち、合計150μm の気相成長にも十
分耐えることができた。
【0023】以下に本発明の効果を明確にするため、気
相成長例を示す。ウェハWは6インチのシリコンウェハ
、気相成長温度は図3に示すように、1100℃であり
、700℃から1100℃までの昇温と、1100℃か
ら700℃までの降温を1分間で行った。気相成長圧力
は76Torr,反応ガスはSiH2Cl2 ;100
0SccMとH2 ;30SLMの混合ガスであり、ウ
ェハ保持体32は炭素繊維強化炭素複合材料製で厚さ2
mm,内径147.6mm,外径218mmであった。
相成長例を示す。ウェハWは6インチのシリコンウェハ
、気相成長温度は図3に示すように、1100℃であり
、700℃から1100℃までの昇温と、1100℃か
ら700℃までの降温を1分間で行った。気相成長圧力
は76Torr,反応ガスはSiH2Cl2 ;100
0SccMとH2 ;30SLMの混合ガスであり、ウ
ェハ保持体32は炭素繊維強化炭素複合材料製で厚さ2
mm,内径147.6mm,外径218mmであった。
【0024】上記の条件で気相成長を行ったところ、ウ
ェハ保持体32の変形は見られず、ウェハWを50倍の
微分干渉電子顕微鏡で観察したところ、図4に示すよう
に、ウェハWの外周部にスリップSをわずかに生じたの
みであり、また気相成長膜の膜厚分布は膜厚10μm
で±1.7%であり、ウェハWが極めて均一に加熱され
たことが判明した。また、得られた気相成長膜はオート
ドープによる遷移幅の広がりは見られなかった。
ェハ保持体32の変形は見られず、ウェハWを50倍の
微分干渉電子顕微鏡で観察したところ、図4に示すよう
に、ウェハWの外周部にスリップSをわずかに生じたの
みであり、また気相成長膜の膜厚分布は膜厚10μm
で±1.7%であり、ウェハWが極めて均一に加熱され
たことが判明した。また、得られた気相成長膜はオート
ドープによる遷移幅の広がりは見られなかった。
【0025】これに対し、ウェハ保持体32に炭素製の
ものを用いたほかは上記と同一条件で気相成長を行った
場合には、ウェハ保持体32は中央側が高くなる方向へ
わん曲しており、スリップSも図5に示すようにウェハ
Wの外周部の全域に数mmないし10mm程度のものが
多く発生し、膜厚分布も±4%であった。これは、ウェ
ハ保持体32の変形によりウェハWの温度分布が悪化し
たためと考えられる。
ものを用いたほかは上記と同一条件で気相成長を行った
場合には、ウェハ保持体32は中央側が高くなる方向へ
わん曲しており、スリップSも図5に示すようにウェハ
Wの外周部の全域に数mmないし10mm程度のものが
多く発生し、膜厚分布も±4%であった。これは、ウェ
ハ保持体32の変形によりウェハWの温度分布が悪化し
たためと考えられる。
【0026】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ウェ
ハ保持体をより薄く形成してウェハの均熱性を損うこと
なしに急速加熱,急速冷却が可能となり、能率的に気相
成長を行うことができ、さらにウェハを的確に保持して
均一に加熱することができ、このためスリップのない膜
厚分布の良好な気相成長を行うことができる。
ハ保持体をより薄く形成してウェハの均熱性を損うこと
なしに急速加熱,急速冷却が可能となり、能率的に気相
成長を行うことができ、さらにウェハを的確に保持して
均一に加熱することができ、このためスリップのない膜
厚分布の良好な気相成長を行うことができる。
【図1】本発明の一実施例を示す部分断面図である。
【図2】加熱板とウェハとの間隔Cとウェハ温度Tとの
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図3】本発明の気相成長装置による気相成長例の温度
変化を示す図である。
変化を示す図である。
【図4】図3に示した温度変化により本発明の気相成長
装置で気相成長を行ったときのスリップ発生状況を示す
図である。
装置で気相成長を行ったときのスリップ発生状況を示す
図である。
【図5】図3に示した温度変化により従来の気相成長装
置で気相成長を行ったときのスリップ発生状況を示す図
である。
置で気相成長を行ったときのスリップ発生状況を示す図
である。
16 ヒータ
20 回転軸
25 反応室
30 加熱板
32 ウェハ保持体
W ウェハ
Claims (1)
- 【請求項1】 ウェハをウェハ保持板で支持し、ウェ
ハと少なくともウェハ保持板のウェハ保持部を加熱して
ウェハ表面に気相成長させる気相成長装置において、前
記ウェハ保持板を炭素繊維強化炭素複合材料を基体とし
て形成したことを特徴とする気相成長装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12224191A JP3230162B2 (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | 気相成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12224191A JP3230162B2 (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | 気相成長装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04324625A true JPH04324625A (ja) | 1992-11-13 |
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