JPH11150074A - 半導体ウエハ保持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウエハへの、スリップを発生し得るよ
うなストレスを従来に比べて大幅に低減し、スリップ欠
陥等を生じることなく良好なエピタキシャル成長を行え
る半導体ウエハ保持装置の提供 【解決手段】 半導体ウエハを裏面側から保持するため
のウエハ載置領域を表面に持つサセプタと、前記ウエハ
載置領域における一つ以上の同心円周の各円周上の４等
角度間隔位置で前記サセプタ表面から突設され、先端部
で前記ウエハ裏面を支持するバネ機構を持つ支持ピン
と、を備えた半導体ウエハ保持装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハの表
面にエピタキシャル成長を行う際に、半導体ウエハを良
好に保持することのできる半導体ウエハ保持装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、最も広く研究、応用されている、
Ｈ−Ｓｉ−Ｃｌ系ＣＶＤ（Chemical vapor deposition)
法によるシリコンエピタキシャル成長は、高温に加熱さ
れたシリコン基板上に水素キャリアによりSiCl₄ ，SiHC
l₃，SiH₂Cl₂ ，SiH₄等のシリコンソースガスを供給し、
半導体ウエハ基板上でＨ−Ｓｉ−Ｃｌ系の反応を通じて
シリコン単結晶を堆積、成長させるものである。

【０００３】このようなエピタキシャル成長では、一般
的に、輻射加熱方式で加熱されるチャンバ内のＳｉＣ−
ＣＶＤサセプタ（通常、グラファイトをＳｉＣでＣＶＤ
コートしたもの）上に半導体ウエハ基板を載置し、所定
反応温度において反応ガスをチャンバ内に送り込むとい
う構成を持つ成長炉装置が用いられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き、エピタキ
シャル成長を行う際の半導体ウエハのサセプタ載置状態
では、半導体ウエハの裏面側外周面はサセプタにほぼ一
様に接している。

【０００５】しかしながら、実際には、一般的に用いら
れているＳｉＣ−ＣＶＤサセプタの表面は、その製造方
法により平滑度に限界があり、粗面になっている。この
粗さは、サセプタ表面に不規則な多数の突起を含み、こ
れらの突起がウエハ裏面に対して点接触で半導体ウエハ
を支持することになる。

【０００６】このように、不均一な複数の突起による支
持は、半導体ウエハへ局所的な加重が作用し、当接箇所
がちょうどウエハの物性上弱い部分に在ると、半導体ウ
エハにストレスを与える。その結果、エピタキシャル成
長時の高温環境下においては、結晶がすべり変形してウ
エハ表面に段差が生じる、所謂スリップ欠陥を誘発する
恐れがある。

【０００７】特に、近年、直径４００ｍｍ以上という半
導体ウエハの大口径化に伴って大きくなる半導体ウエハ
の自重により、支持点に作用する局所的加重も大きく、
ウエハへのストレスの問題はますます無視できないもの
となる。

【０００８】本発明は、上記問題点に鑑み、サセプタに
よる半導体ウエハの保持において、半導体ウエハへ、エ
ピタキシャル成長工程中にスリップを発生し得るような
ストレスを従来に比べて大幅に低減し、スリップ欠陥等
を生じることなくエピタキシャル成長を良好に行い得る
半導体ウエハ保持装置の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明に係る半導体ウエハ保持装置
では、半導体ウエハを裏面側から保持するためのウエハ
載置領域を表面に持つサセプタと、前記ウエハ載置領域
における一つ以上の同心円周の各円周上の４等角度間隔
位置で前記サセプタ表面から突設され、先端部で前記ウ
エハ裏面を支持するバネ機構を持つ支持ピンと、を備え
たものである。

【００１０】また、請求項２に記載の発明に係る半導体
ウエハ保持装置では、請求項１に記載の半導体ウエハ保
持装置において、前記円周上の支持ピンは、半導体ウエ
ハの結晶面（１００）に対して結晶方位＜１１０＞上を
支持する位置にあるものである。

【００１１】さらに、請求項３ に記載の発明に係る半
導体ウエハ保持装置では、請求項１に記載の半導体ウエ
ハ保持装置において、前記バネ機構は、前記支持ピンを
支える可撓性部材を有するものである。

【００１２】また、請求項４に記載の発明に係る半導体
ウエハ保持装置では、請求項３に記載の半導体ウエハ保
持装置において、前記可撓性部材は、石英からなる板バ
ネであるものである。

【００１３】本発明においては、まず、サセプタ表面に
突設された少なくとも４点で半導体ウエハを支持するも
のである。単に４つの突起でで支持しようとしても、実
際には３点支持となってしまう。この３点のみではやは
り支持点での局所的加重が大きく、半導体ウエハへのス
トレスも大きくなってしまう。

【００１４】しかしながら、本発明では、バネ機構を備
えた同一円周上に４等角度間隔、即ち周方向で９０度の
角度間隔で設けられた支持ピンによって支持するもので
あるため、全支持ピンによって均等に支持されるもので
ある。

【００１５】即ち、半導体ウエハがサセプタ上に載置さ
れる当初、２〜３本の支持ピンの先端部に半導体ウエハ
裏面が当接しているだけでも、これら支持ピンは半導体
ウエハの加重が係るとバネ機構によって沈み込むため、
全支持ピンの先端部が当接することになる。

【００１６】各々の支持ピンはバネ機構の弾性力により
半導体ウエハへ反作用を生じる。最終的に半導体ウエハ
の加重と各支持ピンからの弾性力とが均衡し、全支持ピ
ンによる均一で安定な半導体ウエハ支持状態が得られ
る。従って、本発明の半導体ウエハ保持装置によれば、
従来は３点支持になってしまうのに対して、少なくとも
４点で均等に半導体ウエハを支持することができるた
め、従来より半導体ウエハに生じるストレスが低減さ
れ、エピタキシャル成長時にスリップ欠陥等が生じ難く
なる。

【００１７】一方、半導体ウエハは、結晶面（１００）
で切り出されたシリコンウエハ基板であるのが一般的で
あり、この場合、表面の結晶方位＜１１０＞上の位置で
機械的強度が最も大きく、結晶方位［００１］［０１
０］に該当する位置で機械的強度が最も小さいことが知
られている。

【００１８】そこで、本発明における支持ピンを、請求
項２に記載したように、半導体ウエハ裏面の結晶方位＜
１１０＞上を支持するものとすれば、少なくとも物性上
最も機械的強度の大きい４部位で半導体ウエハを支持す
ることになるため、より安定に半導体ウエハを支持する
ことができる。これは、特に重量の大きい大口径のもの
に有利である。

【００１９】なお、結晶方位＜１１０＞とは、シリコン
単結晶等の立方結晶系において、結晶方位［１１０］
と、この結晶方位に結晶構造上の性質が共通する等価な
方位をいう。具体的には、以下の表１に示すものであ
る。

【００２０】

【表１】

【００２１】例えば、結晶方位［１１０］と等価な方位
である、前記表１中にＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈで示した各結晶方
位は、いずれも半導体ウエハの半径方向にあり、ウエハ
の周方向で９０度の等角度間隔となる。従って、上記４
方位のうちいずれかの方位に当たるウエハ裏面上に支持
ピンによる支持位置を設定すれば、容易に他の９０度の
角度間隔でサセプタ上に配置された支持ピンによる支持
位置を、ウエハ裏面上の前記方位上に当たる位置とする
ことができる。

【００２２】また、通常、半導体ウエハには、ウエハ基
板面内の＜１１０＞方位を示すオリエンテーションフラ
ットやオリエンテーションノッチ等のマーキングが設け
られているので、これらのマーキングを利用して、いず
れかの支持ピンによるウエハ裏面の支持位置が上記Ｅ、
Ｆ、Ｇ、Ｈのうちのいずれかの方位上に来るようにサセ
プタ上に位置決めすることが容易にできる。

【００２３】さらに、サセプタ上に突設される支持ピン
は多いほど、局所的な加重は小さくなり、ウエハへのス
トレスが低減されるのは言うまでもないが、この場合、
複数の同心円上の各周上に９０度の角度間隔で突設され
る支持ピンが、ウエハ基板面内の＜１１０＞の４方位に
当たる位置上に、半径方向に並ぶ配置を基本とすれば良
い。

【００２４】本発明における支持ピンのバネ機構として
は、請求項３に記載したように、可撓性部材を利用する
構成が簡便である。即ち、支持ピン自身が剛性のもので
あっても、支持ピンが可撓性部材に支えられる構成とす
れば、支持ピンにバネ力を持たせることができる。

【００２５】可撓性部材としては、例えば、石英板のよ
うな、外力によって僅かな撓みを生じるもので充分であ
る。具体的には、サセプタ下面側に石英板を配置し、石
英板に所定配置で突設した支持ピンをサセプタに嵌通
し、サセプタ表面から突出させる構成があげられる。ま
た、サセプタ表面に所定配置に凹部を形成し、石英から
なる板バネを介して凹部に支持ピンとしての凸部を取付
けるという構成もあげられる。

【００２６】もちろん、本発明における支持ピンのバネ
機構は、このような石英板バネを利用した構成に限るも
のではなく、エピタキシャル成長の際のサセプタによる
半導体ウエハの保持において、支持ピンに弾性を持た
せ、全支持ピンによる均等で安全なウエハ支持を可能と
するものであれば良い。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態として、石
英板をバネ機構に利用した半導体ウエハ保持装置を備え
た横型エピタキシャル成長炉の概略構成を図２の断面図
に示した。図１は、半導体ウエハ保持装置部分の説明図
である。

【００２８】本実施形態による半導体ウエハ保持装置
は、主に、チャンバ１内に載置されるサセプタ２と、サ
セプタ２の下面に同軸で設置された石英板４とから構成
される。石英板４上面には、複数の支持ピン５が突設さ
れている。一方、サセプタ２には、支持ピン５の配列に
一致するように貫通孔３が形成されており、各支持ピン
５が対応するそれぞれの貫通孔３に挿入され、先端部が
サセプタ２表面から突出している。

【００２９】これら支持ピン５の配列は、半導体ウエハ
Ｗをウエハ裏面の表１におけるＥ，Ｆ，Ｇ，Ｈで示した
４方位上で支持するように、サセプタ２表面上で同一円
周上の９０度の角度間隔位置に４本配置されている。本
実施形態においては、３つの同心円上にそれぞれ４本ず
つ配置した。従って、前記４方位上に相当する半径方向
にそれぞれ３本ずつ、全部で１２本支持ピン３が並ぶ配
列となる。

【００３０】これら支持ピン３上に半導体ウエハＷを載
置する際には、通常＜１１０＞方位に該当する位置に施
されているオリエンテーションノッチＮ等のマーキング
を利用し、それぞれ半径方向にならぶ支持ピン３の４列
のうち一列に、ノッチＮと半導体ウエハＷの中心を結ぶ
直線方向を一致させ、半導体ウエハＷの中心をサセプタ
２と同軸になるよう載置すれば、自ずと半導体ウエハＷ
裏面の前記４方位上でそれぞれ４列の支持ピン３が半導
体ウエハＷを支持することになる。

【００３１】なお、支持ピン３は、わずかながらも可撓
性を持つ石英板４上に突設されたものであり、これら支
持ピン３に作用する加重は、石英板４の弾性によって加
重作用と支持側の反作用とが均衡状態になるまで分散す
る。従って、半導体ウエハｗが支持ピン３上に載置され
ると、最終的に全支持ピン３による均等な支持状態が得
られる。

【００３２】上記のごとき構成の半導体ウエハ保持装置
を備えたエピタキシャル成長炉におけるエピタキシャル
成長工程は、以下の通りである。まず、ロボットアーム
等により、前述のごとくノッチＮ方向を半径方向に並ん
だ支持ピン３の４列のうちの一列に位置させながら、ウ
エハ裏面の前記Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈの４方位上にそれぞれ４
列の支持ピン３による支持位置を一致させたうえで半導
体ウエハＷを反応チャンバ１内のサセプタ２上に載置す
る。

【００３３】反応チャンバ１外の赤外線ランプ６等の加
熱手段によって、チャンバ内をエピタキシャル成長条件
に必要な温度（約１１００〜１２００℃）まで加熱す
る。所定温度に達したら、この温度を維持しつつ、反応
チャンバ１内へ反応ガス流を供給し、ウエハ表面におけ
るエピタキシャル成長を開始する。

【００３４】このエピタキシャル成長工程の間中、半導
体ウエハＷは、多数の支持ピン３によって均等に、しか
もウエハの物性上最も機械的強度の大きい部位で安定に
支持されるため、従来のような３点のみによる支持の場
合に比べて各支持点での局所的加重は小さく、半導体ウ
エハＷにかかるストレスは大幅に低減される。従って、
ストレスによるスリップ欠陥の発生の危険性も大幅に低
減される。

【００３５】次に、上記実施形態とは異なるバネ機構を
持つ保持機構を他の実施形態を図３の部分断面図に示
す。本実施形態においては、球状支持ピン２３をサセプ
タ２０表面に配置するものであり、その配列は、上記第
１の実施形態の支持ピンの配置と同様のものとする。

【００３６】本実施形態の保持装置は、サセプタ２０に
各球状支持ピン２３位置ごとにバネ機構を備えたもので
ある。すなわち、サセプタ２０の表面側には、所定の支
持ピン配置位置に断面階段上の穴２１が形成されてお
り、穴２１内壁の段上に、穴２１を塞ぐように石英から
なる板バネ２２がはめ込まれている。この板バネ２２の
中央の開口に球状支持ピン２３の下部が嵌合された状態
で設置され、球状支持ピン２３は可撓性のある板バネに
支えられる構成となる。

【００３７】また、球状支持ピン２３の上端は、若干、
サセプタ２０表面より突出しており、半導体ウエハＷ載
置の際には、点接触での支持となる。このようなサセプ
タ２０上に半導体ウエハＷを載置すると、各球状支持ピ
ン２３のバネ板２２の弾性によって、最終的には全球状
支持ピン２３による均等な支持状態が得られる。

【００３８】さらに、第１の実施例の場合と同様に、球
状支持ピン２３による支持位置をウエハ裏面の前記Ｅ，
Ｆ，Ｇ，Ｈの４方位上に一致させれば、半導体ウエハＷ
の機械的強度が最も大きい部位での安定な支持となる。

【００３９】このような保持装置を備えたエピタキシャ
ル成長炉であれば、各球状支持ピン２３による支持位置
における局所的加重も小さく、エピタキシャル成長の工
程中にウエハにかかるストレスも小さく、スリップ発生
の危険性も小さい。

【００４０】なお、上記実施の形態においては、いずれ
も支持ピンの配置を４半径方向にそれぞれ３本ずつの全
１２本としたが、もちろん、それ以下、あるいは以上の
支持ピンを配列してもよい。特に、直径４００ｍｍ以上
の大口径半導体ウエハなど、重量の大きなウエハを保持
する場合には、より多くの支持ピンで均等に保持するこ
とが望ましく、さらに、結晶方位＜１１０＞上での支持
となる支持ピン配置を基本とすることが望ましい。

【００４１】

【発明の効果】本発明は、以上説明したとおり、バネ機
構を備えた支持ピンにより半導体ウエハを支持する構成
であるため、４点以上の位置での均等な支持状態が得ら
れる。従って、従来３点のみによる支持の場合に比べて
支持部位における局所的加重が小さくなり、ウエハへの
ストレスが低減され、エピタキシャル成長工程中におけ
るスリップ発生の危険性も大幅に低減されるという効果
がある。

【００４２】また、支持ピンによる支持位置を、結晶面
（１００）で切り出されたウエハに対して結晶方位＜１
００＞上に一致させる配置とすることにより、ウエハの
機械的強度が最も大きい部位での支持となり、たとえ大
口径の重量の大きい半導体ウエハであっても、安定に且
つストレスが小さい状態で支持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による半導体ウエハ保持
装置の概略構成を示す斜視図である。

【図２】図１の半導体ウエハ保持装置を備えたエピタキ
シャル成長炉の概略構成図である。

【図３】本発明の他の実施形態による半導体ウエハ保持
装置の概略構成を示す部分断面図である。

【符号の説明】

１：反応チャンバ ２，２０：サセプタ ３：貫通孔 ４：石英板 ５：支持ピン ６：赤外線ランプ ２１：開口 ２２：板バネ ２３：球状支持ピン

フロントページの続き (72)発明者 井上 和俊 群馬県安中市中野谷555番地の１ 株式会 社スーパーシリコン研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウエハを裏面側から保持するため
   のウエハ載置領域を表面に持つサセプタと、 前記ウエハ載置領域における一つ以上の同心円周の各円
   周上の４等角度間隔位置で前記サセプタ表面から突設さ
   れ、先端部で前記ウエハ裏面を支持するバネ機構を持つ
   支持ピンと、を備えたことを特徴とする半導体ウエハ保
   持装置。
2. 【請求項２】 前記円周上の支持ピンは、半導体ウエハ
   の結晶面（１００）に対して結晶方位＜１１０＞上を支
   持する位置にあることを特徴とする請求項１に記載の半
   導体ウエハ保持装置。
3. 【請求項３】 前記バネ機構は、前記支持ピンを支える
   可撓性部材を有することを特徴とする請求項１に記載の
   半導体ウエハ保持装置。
4. 【請求項４】 前記可撓性部材は、石英からなる板バネ
   であることを特徴とする請求項３に記載の半導体ウエハ
   保持装置。