JP2003142407A

JP2003142407A - 薄膜成長装置用のリフトピン、その形成方法およびリフトピン頭部

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Publication number: JP2003142407A
Application number: JP2001331815A
Authority: JP
Inventors: Yoji Takagi; 庸司高木
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2003-05-16
Anticipated expiration: 2021-10-30
Also published as: JP3672300B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ガラス状カーボンを用いたリフトピンを提供
する。【解決手段】リフトピンは、SiCで形成された中空の
さや部と、該さや部にはめ込まれたガラス状カーボンの
頭部と、を備える。サセプタが上昇または下降する際に
サセプタの貫通孔と摩擦するピンの部分がサセプタと同
じ材料のSiCで形成されているので、リフトピンが摩擦
によって削られる現象を低減することができる。全体的
にピン形状のカーボンのベースSiCをコーティングして
形成されたリフトピンを用意し、リフトピンの頂部を切
断してベースの頂部を露出させ、ベースの頂部が露出し
たリフトピンを酸素の存在下で加熱して前記ベースを除
去して中空のさや部を形成し、さや部にガラス状カーボ
ンのリフトピン頭部をはめ込む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エピタキシャル成
長装置などの熱処理装置において半導体ウェハなどの被
処理体を持ち上げるリフトピンおよびリフトピン頭部に
関する。

【０００２】

【従来の技術】エピタキシャル成長装置は、処理チャン
バ内にウェハ支持台であるサセプタを備えている。この
サセプタには、複数箇所、典型的には３個所に上下に貫
通する貫通孔が設けられている。この貫通孔にリフトピ
ンがはめ込まれている。ウェハを支持した状態ではリフ
トピン頭部はサセプタの上面とほぼ同一平面上にある。
ウェハの処理が終了すると、サセプタが下降する。リフ
トピンに対応する位置にはストッパが配置されているの
で、リフトピンはストッパにぶつかって下降を停止す
る。サセプタが下降を続けるので、リフトピンがサセプ
タの上面から突出する形になり、ウェハを持ち上げる。

【０００３】こうしてウェハが３本のリフトピンで持ち
上げられた状態で、搬送ロボットがウェハを処理装置か
ら取り出す。ウェハを処理装置に搬入するときは、これ
とほぼ逆のプロセスがとられる。すなわち、搬送ロボッ
トがウェハを、サセプタ上側に搬入する。ピンリフト機
構により、３本のリフトピンを上昇させて、リフトピン
でウェハを支持する。搬送ロボットが後退した後、リフ
トピンを下降させて、ウェハをサセプタ上に載置させ
る。

【０００４】リフトピンはカーボンにベースにSiCをコ
ーティングしたものが従来使われてきた。SiCはサセプ
タに用いられている材料であり、サセプタ全面にわたっ
て均一な熱分布がえられるようにするために、同一の材
料が使われたのである。ところがリフトピンは、サセプ
タから下方向に長く突出した部分をもっており、この突
出部分の放熱効果によりリフトピン頭部の温度がサセプ
タ上面の温度より低下する。この温度低下により、成膜
処理が完了したウェハのリフトピンに対応する位置でわ
ずかなへこみを生じることがわかっている。

【０００５】この問題に対する対策として、本願発明の
発明者は、特開2001-199791号公報において、赤外線の
透過率または熱伝導率が異なる２つの石英部材を接合し
てリフトピンを形成することを提案した。しかしなが
ら、石英のリフトピンは、700℃程度の低温エピタキシ
ャル装置での使用では満足できる結果が得られるが、10
00℃を超える高温エピタキシャル成長装置で使用する
と、表面にSiが付着し、チャンバのクリーニング工程に
繰り返しさらされるとエッチングされ劣化することがわ
かった。

【０００６】また、特許登録第3092801号には、リフト
ピンの放熱効果による温度低下に起因してウェハの膜厚
にへこみを生じること、この問題を解決するためにサセ
プタの基材よりも熱伝導率の低い基材からなるリフトピ
ンを使用することが記載されている。リフトピンの具体
的な構造としては、黒鉛の基材にSiCをコーティングし
たもの、SiCの基材にSiCをコーティングしたもの、全体
をガラス状カーボンで構成したもの、全体を石英で構成
したものが提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本願発明者は、上述し
たように石英のリフトピンは高温エピタキシャル成長装
置での使用には適さないことを見いだし、ガラス状カー
ボンを機械加工により削りだしたリフトピンをテストし
てきたが、ガラス状カーボンは、サセプタの材料である
SiCよりももろいため、サセプタを上下する際の摩擦に
より、リフトピンが削られ、微細な粉を発生し、エピタ
キシャル成長プロセスにとって好ましくないことを見い
だした。また、リフトピンが摩擦によって摩耗や、高温
におけるHClエッチング等のダメージにより、十分な耐
久性が得られないことを見いだした。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の一形態による
と、リフトピンは、SiCで形成された中空のさや部と、
該さや部にはめ込まれたガラス状カーボンの頭部と、を
備える。サセプタが上昇または下降する際にサセプタの
貫通孔と摩擦するピンの部分がサセプタと同じ材料のSi
Cで形成されているので、リフトピンが摩擦によって削
られる現象を低減することができる。

【０００９】また、この発明のもう一つの形態による
と、前記ガラス状カーボンの頭部の前記さや部にはめ込
まれた部分の長さは、所望のリフトピン特性が得られる
ように設定されている。こうすることにより、リフトピ
ンの頭部に対するリフトピンさや部の冷却作用の影響を
調節することができる。

【００１０】この発明は、一面において、リフトピンの
形成方法を提供する。この方法によると、全体的にピン
形状のカーボンのベースSiCをコーティングして形成さ
れたリフトピンを用意し、リフトピンの頂部を切断して
前記ベースの頂部を露出させ、ベースの頂部が露出した
リフトピンを酸素の存在下で加熱して前記ベースを除去
して中空のさや部を形成し、さや部にガラス状カーボン
のリフトピン頭部をはめ込むことを含む。

【００１１】この発明は、もう一つの側面において、シ
リコン単結晶薄膜を気相成長させる薄膜成長装置のサセ
プタに形成された貫通孔に挿入され、ウェハを該成長装
置に搬入する際または該成長装置から取り出す際に該ウ
ェハをリフトするリフトピンのための頭部を提供する。
この頭部は、ガラス状カーボンで形成されており、SiC
で形成された中空のさや部にはめ込まれて使用される。

【００１２】このリフトピン頭部は、はめ込み式なので
交換可能である。リフトピン頭部からさや部に延びる部
分の長さによって、さや部の放熱効果がリフトピン頭部
の温度に及ぼす影響が変わると考えられる。種々の長さ
のリフトピン頭部を作ってテストを行い、最適の長さの
リフトピン頭部を採用することができる。また、リフト
ピン頭部の痛み具合に応じてさや部はそのままにして、
リフトピン頭部だけを交換することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】次にこの発明の具体的な実施形態
を図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る薄膜
成長装置の一例としての枚葉式のエピタキシャル成長装
置を示す。エピタキシャル成長装置１は、石英ガラスで
構成された処理チャンバ２を備えており、この処理チャ
ンバ２の側壁には、ガス供給３とガス排気口４とが対向
して設けられている。処理チャンバ２の上方及び下方に
は、ウェハを加熱するための複数本の赤外線ランプ５
が、処理チャンバ２の中心に対して放射状に配置されて
いる。この赤外線ランプ５は、近赤外線ランプ及び遠赤
外線ランプのいずれであってもよい。

【００１４】処理チャンバ２内には、円盤状のサセプタ
（支持台）６が配置されている。サセプタ６は、炭化シ
リコン（SiC）で被覆されたカーボングラファイト材料
から構成されている。サセプタ６の上面部にはウェハＷ
が載置され、処理チャンバ２の下部に設けられた石英ガ
ラス製の支持シャフト７により、上面部が水平になるよ
うに、三点で裏面側から支持されている。

【００１５】図２に示すように、サセプタ６にはその中
心部に対して所要半径の円周上に等間隔で上下方向に延
びる複数の貫通孔８が形成されている。図３は、従来技
術のリフトピン９が貫通孔８に差し込まれた状態を示す
断面図である。貫通孔８は、小径部８ａと、この小径部
８ａの上部に形成されたテーパ面部８ｂと、このテーパ
面部８ｂの上部に形成された大径部８ｃとをもってい
る。各貫通孔８には、ピン状のリフトピン９が摺動可能
に挿入されている。リフトピン９の上端は、サセプタ６
の上面とほぼ平坦な面を形成し、この面上にウェハＷが
置かれる。

【００１６】再び図１を参照すると、エピタキシャル成
長装置１は、ピンリフト機構10を備えている。ピンリフ
ト機構１０は、支持シャフト７の主軸を囲むように配置
された上下動可能なリフトチューブ１１と、リフトチュ
ーブ１１を駆動する駆動装置１２と、リフトチューブ１
１から放射状に延びる、リフトピン９の数に対応する数
のリフトアーム１３とを備えている。各リフトアーム１
３の先端には、リフトピン９を受けるためのピン受け部
１４が取り付けられている。

【００１７】成膜に際しては、まず、搬送ロボットなど
の搬送手段を制御することで、ウェハＷがサセプタ６の
上側に導入され、この状態でリフトピン９がピンリフト
機構１０の駆動により上昇される。駆動装置１２によっ
てリフトチューブ１１が上昇されると、各リフトアーム
１３のピン受け部１４がリフトピン９の下端に接触し、
リフトピン９を押し上げる。

【００１８】こうしてリフトピン９の頭部9bがサセプタ
６の上面から上に突出し、搬送手段からウェハＷを受け
取る。搬送ロボットのアームを、サセプタ６の上方から
待避させ、ピンリフト機構を駆動して、リフトピン９を
下降させ、ウェハＷをサセプタ６に載置する。

【００１９】その後、次のようなエピタキシャル成長処
理が実行される。赤外線ランプ５によりウェハＷを加熱
した状態で、回転駆動装置（図示せず）によりサセプタ
６を回転させると共に、トリクロルシラン（ＳｉＨＣｌ
₃）ガスやジクロルシラン（ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂）ガスなどの
反応ガスを、ガス供給口３から処理チャンバ２内に供給
する。なお、これらの反応ガスは、水素ガスで希釈して
流してもよい。すると、その反応ガスが、所定温度に加
熱されたウェハＷの表面に沿って層流状態で流れ、ウェ
ハＷの表面にシリコンの単結晶がエピタキシャル成長す
る。

【００２０】図４は、この発明の一実施例におけるリフ
トピン30の構造およびその製造過程を示す。図４（ａ）
は、カーボンの基材23にＣＶＤによりSiCコーティング2
1を施した従来のリフトピンの断面構造を示す。このリ
フトピンを一点鎖線Ａ―Ａ'に沿って切断する。この切
断は、ウェハの切断に用いられるのこぎりを用いて行う
ことができ、またグラインダーでリフトピンの頂部を削
ることによって行うこともできる。こうして得られた構
造体のフランジ部分を一点鎖線Ｂ−Ｂ'およびＣ−Ｃ'に
従う円周に沿って削り取ることによって図４（ｂ）に示
す構造体を得る。

【００２１】図４（ｂ）の構造体を炉に入れ、酸素の存
在下で加熱すると、カーボン23が酸素と反応して二酸化
炭素に変化し、炭酸ガスとして炉から排出される。こう
して図４（ｂ）の構造体からカーボン23を取り除いてSi
Cからなるさや部21'を得る。一方において、市販の棒状
のガラス状カーボン(Glassy Carbon)から機械加工によ
る削りだしによって図４（ｃ）に示すリフトピン頭部27
を作る。こうして作られたリフトピン頭部27をさや部2
1'にはめ込んで、リフトピン30を得る。リフトピンの長
さは、８インチ（200mm）のウェハ用のもので、約57mm
で、12インチ（300mm）のウェハ用のもので、約110mmで
ある。

【００２２】サセプタに用いられるSiCが25℃において
約67W/mKの熱伝導率をもつのに対し、リフトピン頭部27
に用いられるガラス状カーボンは、25℃において概して
８W/mK以下の熱伝導率をもつ。この発明の発明者は、リ
フトピン頭部の熱伝導率は、製造ロットによって若干の
相違があり、25℃において5.5から6.5W/mKの熱伝導率の
ものが成膜プロセスにとって最も好ましいことを見いだ
した。

【００２３】図４（ａ）の従来のリフトピンを用いてエ
ピタキシャル成長を行うと、ウェハ上のリフトピンに対
応する位置でエピタキシャル成長膜の膜厚が1%以上、他
のウェハ部分より薄くなることが観測された。この現象
は、リフトピンの長いピン部の放熱効果によってピン頭
部の温度がサセプタの表面温度より低くなることが原因
であると考えられる。

【００２４】図４（ｃ）に示す本願発明の一実施例のリ
フトピン30を用いてエピタキシャル成長を行うと、ウェ
ハ上のリフトピンに対応する位置での膜厚の低下は、１
%未満であった。これは、ガラス状カーボンの熱伝導率
が小さいので、リフトピンの頭部27がピンのさや部の放
熱効果の影響をわずかしか受けないことによると考えら
れる。

【００２５】図４（ｃ）に示す実施例では、サセプタ６
の貫通孔8aと接触するリフトピン30の一部分であるさや
部21'は、サセプタ６と同じSicで作られている。さや部
21'は、サセプタ6の貫通孔8ａとの摩擦、または接触に
よって摩耗することがない。

【００２６】リフトピン頭部27は、さや部21'に延びる
部分（図に長さｄで示す部分）によって、さや部21'に
よる放熱効果の影響を受ける。したがって、さや部21'
による放熱効果の影響を小さくするためには、長さｄを
小さくするのがよい。また、なんらかの理由で、さや部
21'の高熱伝導率の影響を強めたいときは、長さｄを大
きくするのがよい。このように長さｄを調節すること
で、さや部21'の影響を制御することができる。

【００２７】図５は、この発明のもう一つの実施例を示
す。リフトピン頭部27からSiCさや部21'の中に延びる部
分の長さｄは、図４（ｃ）の実施例に比べてかなり短く
して、さや部21'による放熱効果の影響を小さくしてい
る。

【００２８】以上にこの発明を特定の実施例について説
明したが、この発明は、このような実施例に限定される
ものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のリフトピンを使用する薄膜成長装置
の一例を示す断面図。

【図２】サセプタに設けられたリフトピン用の貫通孔を
示す平面図。

【図３】従来技術のリフトピンがサセプタの貫通孔に差
し込まれた状態を示す断面図。

【図４】この発明の一実施例のリフトピンを作る工程を
示す断面図。

【図５】この発明のもう一つの実施例のリフトピンの断
面図。

【符号の説明】

２１' さや部２７リフトピン頭部３０リフトピン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高木庸司千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内Ｆターム(参考） 4K030 BA29 BB02 CA12 GA12 KA46 5F031 CA02 HA02 HA33 HA58 HA59 MA28 NA01 PA11 5F045 AB02 AC05 AF03 BB02 BB15 DP04 EK12 EK14 EM06 EM10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン単結晶薄膜を気相成長させる薄
膜成長装置のサセプタに形成された貫通孔に挿入され、
ウェハを該成長装置に搬入する際または該成長装置から
取り出す際に該ウェハをリフトするリフトピンであっ
て、 SiCで形成された中空のさや部と、前記さや部にはめ込まれたガラス状カーボンのリフトピ
ン頭部と、を備えるリフトピン。
【請求項２】前記リフトピン頭部は、5.5から6.5W/mK
の熱伝導率を有する請求項１に記載のリフトピン。
【請求項３】前記リフトピン頭部の前記さや部にはめ
込まれた部分の長さは、所望のリフトピン特性が得られ
るように設定されている請求項１に記載のリフトピン。
【請求項４】全体的にピン形状のカーボンのベースSi
Cをコーティングして形成されたリフトピンを用意し、前記リフトピンの頂部を切断して前記ベースの頂部を露
出させ、前記ベースの頂部が露出したリフトピンを酸素の存在下
で加熱して前記ベースを除去することにより中空のさや
部を形成し、前記さや部にガラス状カーボンのリフトピン頭部をはめ
込むことを含む、リフトピンの形成方法。
【請求項５】前記リフトピン頭部は、ガラス状カーボ
ンの棒から削りだして形成する請求項４に記載の形成方
法。
【請求項６】シリコン単結晶薄膜を気相成長させる薄
膜成長装置のサセプタに形成された貫通孔に挿入され、
ウェハを該成長装置に搬入する際または該成長装置から
取り出す際に該ウェハをリフトするリフトピンのための
頭部であって、ガラス状カーボンで形成されており、Si
Cで形成された中空のさや部にはめ込まれて使用される
リフトピン頭部。