JPH1083968A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱手段によってウエハ外周部を載置部を介
して加熱しかつウエハ中央部をウエハホルダーの中央開
口を介して加熱するにも拘らず、ウエハ全面をほぼ均一
温度に加熱することができる。 【解決手段】 リング形状のウエハホルダー１は、本体
部２と、ウエハ５の外周部を載置する載置部３とから構
成される。この本体部２は材料が炭素（Ｃ）であり、載
置部３は材料が炭化シリコン（ＳｉＣ）である。この炭
化シリコン（ＳｉＣ）は４００ｎｍ以上の波長に対する
透過率が約１０％であり、炭素（Ｃ）の透過率約０％に
比べて大きいので、ウエハ５は加熱ヒータによって全面
にわたってほぼ均一に加熱される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置に
係り、特にホルダーに載置した状態で半導体ウエハを加
熱処理する半導体製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１及び図１２は半導体製造工程で使
用される気相成長装置等の半導体製造装置を示したもの
である。両図において、リング形状のウエハホルダー１
は環状の本体部２とこの本体部２の内周側に位置する載
置部３とから構成され、この載置部３は厚さが本体部２
の厚さよりも薄く形成されている。これらの本体部２と
載置部３は素材が炭素（Ｃ）で構成され、この炭素素材
には炭化シリコン（ＳｉＣ）の薄膜４がコーティングさ
れている。また、載置部３にはウエハ５の外周部が載置
され、ウエハホルダー１の下方には直接抵抗加熱ヒータ
６が配置されている。

【０００３】直接抵抗加熱ヒータ６は、図１２に矢印で
示したように、ウエハホルダー１の中央開口から直接に
ウエハ５を輻射加熱すると共に、載置部３を介してウエ
ハ５を熱伝導で加熱する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の半導
体製造装置は、ウエハの全面を均一に加熱することがで
きず、ウエハ外周部がウエハ中央部に比べて低温にな
り、これによってウエハ外周部にスリップが多数発生
し、歩留りの低下を招き、またこのスリップに起因する
ウエハ割れのおそれが生じる。更に、気相成長装置にあ
ってはウエハ外周部の膜厚が他に比べて薄くなってしま
うといった問題もある。

【０００５】このようなウエハ外周部の低温化について
詳細に説明する。すなわち、加熱ヒータは、ウエハの中
央部をウエハホルダーの中央開口から直接に輻射加熱す
るのに対して、ウエハの外周部を炭素素材の載置部を介
して熱伝導により加熱する。載置部を構成する炭素素材
は、それ自体が熱を吸収してしまい透過率は実質的に０
％である。従って、加熱ヒータからの熱は載置部によっ
て大幅に遮断されるために、ウエハ外周部が中央部に比
べて低温になってしまう。

【０００６】そこで、本発明の目的は、加熱手段によっ
てウエハ外周部を載置部を介して加熱しかつウエハ中央
部をウエハホルダーの中央開口を介して加熱するにも拘
らず、ウエハ全面をほぼ均一な温度に加熱することがで
きる半導体製造装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に請求項１に記載された発明は、本体部と上記本体部の
内周側に位置しウエハの外周部を支持する載置部とを有
するリング形状のウエハホルダーと、上記ウエハホルダ
ーの下方に位置して上記ウエハホルダーを通して上記ウ
エハを加熱する加熱手段とを具備する半導体製造装置に
おいて、上記ウエハホルダーは上記本体部の材料と上記
載置部の材料とが異なる材料で構成され、上記載置部の
材料は、４００ｎｍ以上の波長に対して所定の透過率を
有する材料で構成されたことを特徴とするものである。
載置部の材料は、４００ｎｍ以上の波長に対する透過率
が上記本体部の材料よりも大きく選定したので、加熱手
段からの熱が従来に比べて十分に載置部を通過してウエ
ハ外周部を加熱する。従って、ウエハの全面をほぼ均一
に加熱することができる。

【０００８】請求項２に記載された発明は、請求項１に
記載の半導体製造装置において、上記載置部の材料の熱
伝導率は、上記本体部の材料の熱伝導率と同等以上であ
ることを特徴とするものである。載置部の熱伝導率は本
体部の熱伝導率と同等以上であるため、ウエハの全面を
なお一層均一に加熱することができる。

【０００９】請求項３に記載された発明は、請求項１に
記載の半導体製造装置において、上記載置部の材料は４
００ｎｍ以上の波長に対する透過率が１％以上であり、
かつ熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・℃以上であることを特徴と
するものである。

【００１０】請求項４に記載された発明は、請求項１に
記載の半導体製造装置において、上記本体部の材料は炭
素（Ｃ）であり、上記載置部の材料はシリコン（Ｓｉ）
と炭化シリコン（ＳｉＣ）と窒化シリコン（ＳｉＮ）と
から選択された少なくとも一種であることを特徴とする
ものである。

【００１１】請求項５に記載された発明は、請求項１に
記載の半導体製造装置において、上記載置部は上記本体
部に接着剤によって固着されていることを特徴とするも
のである。載置部は本体部に固着されているので、ウエ
ハホルダーの製造時の取扱いが容易になる。

【００１２】請求項６に記載された発明は、請求項１に
記載の半導体製造装置において、上記載置部は上記本体
部に分離可能に取付けられることを特徴とするものであ
る。

【００１３】請求項７に記載された発明は、ウエハホル
ダーの載置部分の全体を炭化シリコン（ＳｉＣ）で構成
したことを特徴とするものである。載置部は本体部から
分離可能であるので、定期的なメンテナンスや修理の時
にウエハホルダーの点検や修理が容易になる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明による半導体製造装
置の実施例を図１１及び図１２と同一部分には同一符号
を付して示した図１乃至図１０を参照して説明する。図
１は本発明の第１の実施例を示したもので、ウエハホル
ダー１は、本体部２と、ウエハ５の外周部を載置する載
置部３とから構成される。この本体部２の材料、炭素
（Ｃ）であり、載置部３の材料は炭化シリコン（Ｓｉ
Ｃ）である。この載置部３は厚さが本体部２の厚さより
も所定量ｄだけ低く定められ、この所定量ｄは、例えば
１５０ｍｍ（６インチ）直径のウエハ用のホルダーの場
合には約１ｍｍが好ましい。

【００１５】また、本体部２の炭素素材は、４００ｎｍ
以上の波長に対する透過率が約０％であり、温度１１５
０℃における熱伝導率が約４０〜５０ｗ／ｍ・℃であ
る。他方、載置部３の炭化シリコン素材は、４００ｎｍ
以上の波長に対する透過率が約１０％であり、温度１１
５０℃における熱伝導率が約５０ｗ／ｍ・℃である。こ
のことを図２を参照して立証する。図２はＣＶＤ−Ｓｉ
Ｃの透過および反射特性を示したものである。図におい
て横軸は波長を示し、縦軸は透過率を示している。図
中、曲線４は透過率を示しており、４００ｎｍ以上で透
過率は０％以上を示していることがわかる。

【００１６】本体部２と載置部３との接合部には有機化
合物系の接着剤が塗布されて、貼合される。この貼合せ
の後に、約１０００℃の温度でアニールを行って本体部
２と載置部３との密着性を高める。こうして一体化した
本体部２と載置部３とには、気相成長法（ＣＶＤ）によ
って約１００μｍの炭化シリコン（ＳｉＣ）の薄膜４が
成膜される。また、ウエハホルダー１の下方には直接抵
抗加熱ヒータ６が配置されている。

【００１７】なお、このような特性を有する炭化シリコ
ン素材は、以下に説明する反応焼結法によって作製され
る。すなわち、炭化シリコン（ＳｉＣ）の粉末に炭素
（Ｃ）粉末を添加し、更にタールピッチを加え、熱合
し、押出成型法によって成型する。この成型されたもの
を二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）及び炭素（Ｃ）からなる
詰粉の中で約２０００℃の温度で加熱する。これによっ
て、炭化シリコン（ＳｉＣ）の焼結体が作成される。

【００１８】その他の構成は、図１１及び図１２と同一
である。次に、この第１の実施例の作用を説明する。ウ
エハ５がリング形状のウエハホルダー１の載置部３に載
置される。この後に、加熱ヒータ６がウエハ５を加熱す
る。加熱ヒータ６からの熱は、リング形状ウエハホルダ
ー１の中央開口から直接にウエハ５を輻射加熱すると共
に、載置部３を介してウエハ５を加熱する。４００ｎｍ
以上の波長に対する載置部３の透過率は約１０％である
ため、ウエハ５の外周部も十分に加熱され、ウエハ５の
全面がほぼ均一な温度分布になる。

【００１９】図３は第１の実施例の変形例を示したもの
で、炭化シリコン素材からなる載置部３は突起３ａを有
し、この突起３ａは炭素素材からなる本体部２に嵌合さ
れている。本体部２と載置部３とは接着剤によって接合
される。こうして、突起３ａの存在によって接着面積が
増大されると共に、突起３ａと本体部２とが機械的に嵌
合されるため、本体部２と載置部３は一層強固に接合さ
れる。

【００２０】図４は第１の実施例の別の変形例を示した
もので、炭化シリコン素材からなる載置部３は一面での
み、炭素素材からなる本体部２に接着されているので、
構成が簡単となる。

【００２１】図５は本発明の第２の実施例を示したもの
で、炭素素材からなる本体部２には炭化シリコン（Ｓｉ
Ｃ）の薄膜が被覆される。炭化シリコン（ＳｉＣ）の載
置部３の横断面は、鉛直部３ｂと、この鉛直部３ｂの上
部及び下部から夫々逆方向に突出した上水平部３ｃ及び
下水平部３ｄとからなるＺ字状に構成される。このよう
なＺ字形状の載置部３は、上水平部３ｃが本体部２の上
面に接触するように本体部２に載置される。

【００２２】この第２の実施例では、載置部３は本体部
２に固着されるのではなく、本体部２に分離可能に取付
けられるので、製造が簡単になる。

【００２３】図６は、第２の実施例の変形例を示したも
ので、炭素素材からなる本体部２には突出部２ａが形成
され、炭化シリコン素材からなる載置部３の上水平部３
ｃがこの本体部２の突出部２ａに載置される。本体部２
及び載置部３の外表面に炭化シリコン（ＳｉＣ）の薄膜
が被覆される。

【００２４】図７は第１及び第２の実施例についての共
通変形例を示したものである。炭素素材からなる本体部
２の突出部２ａにはメネジが刻設され、炭化シリコン素
材からなる載置部３の上水平部３ｃには貫通孔が穿設さ
れている。炭素素材からなるオネジ７が上水平部３ｃの
貫通孔を介して突出部２ａのメネジに螺合されている。
このオネジ７は炭化シリコン（ＳｉＣ）の薄膜によって
被覆されている。また、本体部２及び載置部３も図５の
構成と同様に炭化シリコン（ＳｉＣ）の薄膜によって被
覆される。このように、この変形例では、オネジ７を取
り外すことによって、載置部３を本体部２から容易に分
離することができる。

【００２５】以上の実施例では、載置部３の素材は炭化
シリコン（ＳｉＣ）であったが、本発明はこれに限るこ
となく、窒化シリコン（ＳｉＮ）やシリコン（Ｓｉ）な
ども使用することができ、更には、炭化シリコン（Ｓｉ
Ｃ）と窒化シリコン（ＳｉＮ）とシリコン（Ｓｉ）との
二種以上の混合物を使用することもできる。また、上記
の実施例ではウエハホルダーに載置されたウエハを加熱
する加熱手段として直接抵抗加熱ヒータを使用したが、
本発明はこれに限らず、加熱用のランプなどを使用する
こともできる。

【００２６】次に、第１の実施例の効果を従来のホルダ
ーと比較して説明する。図１に示した第１の実施例の１
５０ｍｍ（６インチ）直径のウエハ用ホルダーと図１１
及び図１２に示した従来のウエハホルダーとを夫々エピ
タキシャル成長用の半導体製造装置に使用して、夫々の
ウエハの温度分布と外周の総スリップ長とエピタキシャ
ル膜厚分布とを測定した実験結果を図８乃至図１０に示
す。

【００２７】図８（ａ）は従来のウエハホルダーを使用
した時のエピタキシャル成長時（温度１０００℃）の面
内温度分布を示すために、縦軸に温度を横軸にウエハの
位置をとったグラフであり、図８（ｂ）は図１に示した
第１の実施例のウエハホルダーを使用した時の同様のグ
ラフである。これらのグラフから明らかなように、従来
のウエハホルダーではウエハの中心と外周端（７５ｃ
ｍ）では約５０℃の温度差が存在するが、第１の実施例
のウエハホルダーではその温度差は約５℃以下となって
いる。

【００２８】図９（ａ）は従来のウエハホルダーを使用
した時の５個のウエハサンプルＡ〜Ｅの外周スリップの
測定結果を示したグラフであり、図９（ｂ）は図１に示
した第１の実施例のウエハホルダーを使用した時の同様
のグラフである。これらのグラフから明らかなように、
従来のウエハホルダーでは外周の総スリップ長が１５０
ｍｍを越えているが、第１の実施例のウエハホルダーで
は総スリップ長が３０ｍｍ以下となっている。

【００２９】図１０（ａ）は従来のウエハホルダーを使
用した時のエピタキシャル膜厚分布を示したグラフであ
り、図１０（ｂ）は図１に示した第１の実施例のウエハ
ホルダーを使用した時の同様のグラフである。これらの
グラフから明らかなように、従来のウエハホルダーでは
ウエハの中心と外周端とのエピタキシャル膜厚差が約
１．０μｍであるが、第１の実施例のウエハホルダーで
は約０．３μｍ以下になっている。

【００３０】なお、図５乃至図７に示した第２の実施例
のウエハホルダーを使用した場合にも同様の効果を得る
ことができる。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、ウエハホルダーは本体部の材料と載置部の材料
とが異なり、４００ｎｍ以上の波長に対する透過率に関
して載置部の材料が本体部の材料よりも大きいため、加
熱手段からの熱が従来に比べて十分に載置部を通過して
ウエハ外周部を加熱することができ、ウエハの全面をほ
ぼ均一に加熱することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体製造装置の第１の実施例の
要部を示した断面図。

【図２】ＣＶＤ−ＳｉＣの透過率を示した線図。

【図３】第１の実施例の変形例を示した断面図。

【図４】第１の実施例の別の変形例を示した断面図。

【図５】本発明による半導体製造装置の第２の実施例の
要部を示した断面図。

【図６】第２の実施例の変形例を示した断面図。

【図７】第１及び第２の実施例の共通変形例を示した断
面図。

【図８】第１の実施例のウエハホルダーを使用した場合
のウエハの温度分布と従来のウエハホルダーを使用した
場合のウエハの温度分布とを示したグラフ。

【図９】第１の実施例のウエハホルダーを使用した場合
のウエハ外周の総スリップ長と従来のウエハホルダーを
使用した場合のウエハ外周の総スリップ長とを示したグ
ラフ。

【図１０】第１の実施例のウエハホルダーを使用した場
合のウエハの膜厚分布と従来のウエハホルダーを使用し
た場合のウエハの膜厚分布とを示したグラフ。

【図１１】従来のウエハホルダーに載置されたウエハを
示した平面図。

【図１２】図１１の線XII −XII に沿った断面図。

【符号の説明】

１ ウエハホルダー ２ 本体部 ３ 載置部 ５ ウエハ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】本体部と上記本体部の内周側に位置しウエ
   ハの外周部を支持する載置部とを有するリング形状のウ
   エハホルダーと、上記ウエハホルダーの下方に位置して
   上記ウエハホルダーを通して上記ウエハを加熱する加熱
   手段とを具備する半導体製造装置において、上記ウエハ
   ホルダーは上記本体部の材料と上記載置部の材料とが異
   なる材料で構成され、上記載置部の材料は、４００ｎｍ
   以上の波長に対して所定の透過率を有する材料で構成さ
   れていることを特徴とする半導体製造装置。
2. 【請求項２】上記載置部の材料の熱伝導率は、上記本体
   部の材料の熱伝導率と同等以上であることを特徴とする
   請求項１に記載の半導体製造装置。
3. 【請求項３】上記載置部の材料は４００ｎｍ以上の波長
   に対する透過率が１％以上であり、かつ熱伝導率が３０
   Ｗ／ｍ・℃以上であることを特徴とする請求項１に記載
   の半導体製造装置。
4. 【請求項４】上記本体部の材料は炭素（Ｃ）であり、上
   記載置部の材料はシリコン（Ｓｉ）と炭化シリコン（Ｓ
   ｉＣ）と窒化シリコン（ＳｉＮ）とから選択された少な
   くとも一種であることを特徴とする請求項１に記載の半
   導体製造装置。
5. 【請求項５】上記載置部は上記本体部に接着剤によって
   固着されていることを特徴とする請求項１に記載の半導
   体製造装置。
6. 【請求項６】上記載置部は上記本体部に分離可能に取付
   けられることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造
   装置。
7. 【請求項７】本体部と上記本体部の内周側に位置しウエ
   ハの外周部を支持する載置部とを有するリング形状のウ
   エハホルダーと、上記ウエハホルダーの下方に位置して
   上記ウエハホルダーを通して上記ウエハを加熱する加熱
   手段とを具備する半導体製造装置において、上記ウエハ
   ホルダーの載置部分の全体を炭化シリコン（ＳｉＣ）で
   構成したことを特徴とする半導体製造装置。