JP2007258694A - 気相成長装置及び支持台 - Google Patents
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Abstract
【構成】本発明の気相成長装置は、チャンバ120内にはヒータより加熱されるホルダ110上に載置されたシリコンウェハ101が収容され、チャンバ120には成膜するためのガスを供給する流路122及びガスを排気する流路124が接続された装置において、かかるホルダ110が、シリコンウェハ101と接触する第1のホルダ112と、第1のホルダ112に接続する第2のホルダ114とを有し、第1のホルダ112の材料として、第2のホルダ114に用いる材料よりも熱伝導率の大きい材料を用いることを特徴とする。本発明によれば、基板の温度を確保することができる。
【選択図】図1
Description
図26は、図25に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
シリコンウェハ200の支持部材となるホルダ210(サセプタともいう。)には、シリコンウェハ200の直径より若干大きめの径のザグリ穴が形成されている。そして、かかるザグリ穴にシリコンウェハ200が収まるように載置される。かかる状態でホルダ210を回転させることによりシリコンウェハ200を回転させて、供給された原料ガスの熱分解或いは水素還元反応によりシリコンエピタキシャル膜を成長させる。
チャンバと、
チャンバ内に配置され、基板裏面と接触して基板を載置する第1の支持部と、第1の支持部に接続して第1の支持部を支持する第2の支持部とを有する支持台と、
基板裏面側で基板からの距離が支持台よりさらに離れた位置に配置され、基板を加熱する熱源と、
チャンバ内に成膜するためのガスを供給する第1の流路と、
ガスを前記チャンバから排気する第2の流路と、
を備えたことを特徴とする。
チャンバと、
チャンバ内に配置され、底面で基板を載置する第1の開口部と第1の開口部の外周側で外周端より内側に位置する環状の第2の開口部とが形成された支持台と、
基板裏面側で基板からの距離が前記支持台よりさらに離れた位置に配置され、基板を加熱する熱源と、
チャンバ内に成膜するためのガスを供給する第1の流路と、
ガスを前記チャンバから排気する第2の流路と、
を備えたことを特徴とする。
気相成長装置が有するチャンバ内で、基板を載置する支持台であって、
基板と接触する第1の支持部と、
第1の支持部に接続し、第1の支持部に用いる材料よりも熱伝導率の小さい材料を用いた第2の支持部と、
を備えたことを特徴とする。
気相成長装置の一例となる枚葉式エピタキシャル成長装置のプロセス開発においては、膜厚均一性が求められる。かかる膜厚均一性を左右するポイントとして、シリコンウェハエッジの均一性が挙げられることが明らかとなった。これは、所謂、エッジ効果と呼ばれ、ウェハエッジ数mmに見られる、ウェハ中央部とは異なる特異現象である。この現象には温度分布が非常に関与しており、エッジ付近の温度分布を良好にすることが求められる。後述するように温度が低下する傾向があるエッジ温度を上昇させるためにはエッジが接触するホルダの一部分をいかに温度上昇させるかがカギである。そして、その加熱手法を発明するに至った。以下、図面を用いて説明する。
図1において、気相成長装置の一例となるエピタキシャル成長装置100は、支持台の一例となるホルダ(サセプタとも言う。)110、チャンバ120、シャワーヘッド130、真空ポンプ140、圧力制御弁142、アウトヒータ150、インヒータ160、回転部材170を備えている。チャンバ120には、ガスを供給する流路122とガスを排気する流路124が接続されている。そして、流路122は、シャワーヘッド130に接続されている。図1では、実施の形態1を説明する上で必要な構成について説明している。ただし、縮尺等は、実物とは一致させていない(以下、各図面において同様である)。
図2に示すように、エピタキシャル成長装置システム300は、筺体により全体が囲まれている。
図3は、エピタキシャル成長装置システムのユニット構成の一例を示す図である。
エピタキシャル成長装置システム300内では、カセットが、カセットステージ(C/S)310或いはカセットステージ(C/S)312に配置される。そして、カセットにセットされたシリコンウェハ101が、搬送ロボット350によりロードロック(L/L)チャンバ320内に搬送される。そして、トランスファーチャンバ330内に配置された搬送ロボット332によりL/Lチャンバ320からシリコンウェハ101がトランスファーチャンバ330内に搬出される。そして、搬出されたシリコンウェハ101がエピタキシャル成長装置100のチャンバ120内に搬送される。そして、エピタキシャル成長法によりシリコンウェハ101表面にシリコンエピタキシャル膜が成膜される。シリコンエピタキシャル膜が成膜されたシリコンウェハ101は、再度、搬送ロボット332によりエピタキシャル成長装置100からトランスファーチャンバ330内に搬出される。そして、搬出されたシリコンウェハ101は、L/Lチャンバ320に搬送される。その後、搬送ロボット350によりL/Lチャンバ320からカセットステージ(C/S)310或いはカセットステージ(C/S)312に配置されたカセットに戻される。図3に示すエピタキシャル成長装置システム300では、エピタキシャル成長装置100のチャンバ120とL/Lチャンバ320とが2台ずつ搭載されている。これにより、スループットを向上させることができる。
本実施の形態1では、基板と接触する第1のホルダ112の材料として、第2のホルダ114に用いる材料よりも熱伝導率λの大きい材料を用いる。すなわち、第1のホルダ112の材料の熱伝導率λ1の方が第2のホルダ114の材料の熱伝導率λ2より大きくなるように構成する。例えば、第1のホルダ112の材料として、炭化珪素(SiC)を用いると好適である。また、第2のホルダ114の材料として、窒化珪素(Si3N4)を用いると好適である。金属材料を用いずにSiCやSi3N4といったセラミック材料を用いることで、金属汚染を回避することができる。また、第1のホルダ112の材料の熱伝導率λ1が、第2のホルダ114の材料の熱伝導率λ2の2倍以上となるように材料を選択することが望ましい。
図5では、基板と接触する第1のホルダ212の材料として、第2のホルダ214に用いる材料よりも熱伝導率λの大きい材料を用いる。すなわち、第1のホルダ212の材料の熱伝導率λ1の方が第2のホルダ214の材料の熱伝導率λ2より大きくなるように構成する。そして、第1のホルダ212と第2のホルダ214とを段差を設けて接続させる。言い換えれば、第2のホルダ214の内周側上部の径を小さくすることで、内周端の下部に内周側に延びる凸部215を形成する。すなわち、内周側にザグリ穴を開ける。他方、第1のホルダ212の外周側下部の径を小さくすることで、外周端の上部に外周側に延びる凸部213を形成する。そして、第2のホルダ214の内周側の凸部215底面に第1のホルダ212の凸部213の裏面が載るように配置しても好適である。接続箇所で確実に接触しているのは、第2のホルダ214の内周側に設けたザグリ穴となる凸部215の底面とその底面に載っている第1のホルダ212の外周側の凸部213の裏面である。そして、第1のホルダ212の外周面と第2のホルダ214の内周面との間にはわずかな隙間ができる。よって、第1のホルダ212と第2のホルダ214との接触面積を小さくすることができる。そのため、第1のホルダ212と第2のホルダ214との間での熱伝達を悪くすることができる。このように構成することにより、さらに、シリコンウェハ101からの放熱を外部に逃がさないようにすることができる。
図6では、基板と接触する第1のホルダ222の材料として、第2のホルダ224に用いる材料よりも熱伝導率λの大きい材料を用いる。すなわち、第1のホルダ222の材料の熱伝導率λ1の方が第2のホルダ224の材料の熱伝導率λ2より大きくなるように構成する。そして、第1のホルダ222と第2のホルダ224とが接続する位置で第1のホルダ222と第2のホルダ224の少なくとも1つの上面側に切り欠き部を形成する。例えば、第1のホルダ222と第2のホルダ224との間に空間(切り欠き)を設けて接続させる。言い換えれば、第2のホルダ224の内周側上部の径を小さくすることで、内周側に延びる凸部225を形成する。他方、第1のホルダ222の外周側上部の径も小さくすることで、外周端に外周側に延びる凸部223を形成する。そして、凸部225の先端面と凸部223の先端面とを接続することで、第1のホルダ222と第2のホルダ224とを接続する。このように構成しても第1のホルダ222と第2のホルダ224との接触面積を小さくすることができる。そのため、第1のホルダ222と第2のホルダ224との間での熱伝達を悪くすることができる。このように構成することにより、さらに、シリコンウェハ101からの放熱を外部に逃がさないようにすることができる。
実施の形態1では、シリコンウェハ101の載るホルダの材質を改善することにより、加熱装置であるヒータに負荷をかけることなくウェハエッジの温度を上昇させるにように構成した。実施の形態2では、ホルダの材質ではなく、ホルダの形状を改善することにより、加熱装置であるヒータに負荷をかけることなくウェハエッジの温度を上昇させる構成について説明する。
図7において、支持台の一例となるホルダ(サセプタとも言う。)110以外は、図1と同様である。実施の形態2では、ホルダ110の構成以外は、実施の形態1と同様である。
図9は、図8に示すホルダの上面概念図である。
ホルダ110は外周が円形に形成されている。そして、回転部材170上に配置される。シリコンウェハ101が載るホルダ110のザグリ穴116の底面に図8及び図9に示すような所定の間隔で放射状に均一に形成された切り欠き部50を設ける。すなわち、切り欠き部50は、シリコンウェハ101裏面と接触する面に形成される。これにより、熱源となるアウトヒータ150やインヒータ160からの熱をシリコンウェハ101がホルダ110を介さずに切り欠き部50の空間を通って直接受けることができる。かかる構成により、特に、アウトヒータ150やインヒータ160からの輻射熱がシリコンウェハ101のエッジにあたりやすくすることができる。さらに、切り欠き部50を形成することで、シリコンウェハ101との接触面積を小さくすることができる。よって、シリコンウェハ101からホルダ110への放熱面積を小さくすることができる。よって、放熱量を抑制することができる。また、切り欠き部50の切り欠き面積は、シリコンウェハ101が載る面の面積の30%以上とすると特に好適である。ここで、切り欠き部50の切り欠きパターンは、これに限るものではない。以下、他の形状の切り欠きパターンについて説明する。
図11は、図10に示すホルダの上面概念図である。
ここでは、シリコンウェハ101が載るホルダ110のザグリ穴116の底面に図10及び図11に示すような所定の間隔で切り欠き部52を設ける。また、切り欠き部52は、均一に切り欠き開始位置からなだらかに円周方向に曲がる形状に形成される。このような構成としても好適である。切り欠き開始位置からなだらかに円周方向に曲げることにより、シリコンウェハ101がアウトヒータ150やインヒータ160からの熱を直接受ける空間の偏りを低減することができる。図8及び図9に示す切り欠き部50の切り欠きパターンでは、シリコンウェハ101の半径方向の箇所においてまったく熱が直接伝わらない箇所が存在することになる。しかし、図10及び図11に示すような切り欠きパターンにすることにより、まったく熱が直接伝わらない半径方向箇所を低減する、或いは無くすことができる。また、切り欠き部52の切り欠き面積は、シリコンウェハ101が載る面の面積の30%以上とすると特に好適である点は同様である。ここでは、切り欠き開始位置からなだらかに円周方向に曲がる形状のパターンとしたがこれに限るものではない。例えば、直線から急激に折れ曲がっても構わない。まったく熱が直接伝わらない半径方向箇所を低減する、或いは無くすような形状であれば構わない。
実施の形態3は、実施の形態1と実施の形態2との組み合わせの構成について説明する。
図12は、実施の形態3におけるエピタキシャル成長装置の構成を示す概念図である。
図12において、支持台の一例となるホルダ(サセプタとも言う。)110以外は図1と同様である。実施の形態3では、ホルダ110の構成以外は、実施の形態1と同様である。
図14は、図13に示すホルダの上面概念図である。
まず、実施の形態1と同様、基板と接触する第1のホルダ118の材料として、第2のホルダ114に用いる材料よりも熱伝導率λの大きい材料を用いる。すなわち、第1のホルダ118の材料の熱伝導率λ1の方が第2のホルダ114の材料の熱伝導率λ2より大きくなるように構成する。例えば、第1のホルダ118の材料として、炭化珪素(SiC)を用いると好適である。また、第2のホルダ114の材料として、窒化珪素(Si3N4)を用いると好適である。金属材料を用いずにSiCやSi3N4といったセラミック材料を用いることで、金属汚染を回避することができる。また、第1のホルダ118の材料の熱伝導率λ1が、第2のホルダ114の材料の熱伝導率λ2の2倍以上となるように材料を選択することが望ましい。第1のホルダ118と第2のホルダ114との接続形態は、図5や図6で説明したように接触面積を小さくするように接続しても好適である。
図16は、図15に示すホルダの上面概念図である。
実施の形態2と同様、ここでは、シリコンウェハ101が載るホルダ110のザグリ穴116の底面に図10及び図11に示すような所定の間隔で切り欠き部52を設ける。そして、均一に切り欠き開始位置からなだらかに円周方向に曲がる形状に形成された切り欠き部52を設ける。このような構成としても好適である。切り欠き開始位置からなだらかに円周方向に曲げることにより、シリコンウェハ101がアウトヒータ150やインヒータ160からの熱を直接受ける空間の偏りを低減することができる。かかる構成により、まったく熱が直接伝わらない半径方向箇所を低減する、或いは無くすことができる。また、切り欠き部52の切り欠き面積は、シリコンウェハ101が載る面の面積の30%以上とすると特に好適である点は同様である。また、切り欠き開始位置からなだらかに円周方向に曲がる形状のパターンとしたがこれに限るものではなく、直線から急激に折れ曲がっても構わない。まったく熱が直接伝わらない半径方向箇所を低減する、或いは無くすような形状であれば構わない。ここでも、第1のホルダ118と第2のホルダ114との接続形態は、図5や図6で説明したように接触面積を小さくするように接続しても好適である。
実施の形態1では、ホルダを2つの部材に分け、熱伝導率が小さい材質の部材を外側に配置することで放熱を抑制した。しかしながら、放熱を抑制する手法は、これに限るものではない。実施の形態4では、ホルダの伝熱面積を小さくすることで放熱を抑制する手法について説明する。
図18は、実施の形態5におけるホルダの一例の断面構成を示す概念図である。その他の構成は、実施の形態1と同様である。ホルダ320は、内側にシリコンウェハ101と接触する第1のホルダ232と外側に第1のホルダ232に接続する第2のホルダ234とを有している。第1のホルダ232は、第1の支持部の一例となる。第2のホルダ234は第2の支持部の一例となる。また、第1のホルダ232は、所定の内径の貫通する開口部が形成される。そして、上面側から垂直或いは所定の角度で所定の深さに掘り込まれたザグリ穴の低面でシリコンウェハ101の裏面と接触してシリコンウェハ101を支持する。第1のホルダ232は、外周部に裏側(シリコンウェハ101裏面側)に延びる環状の凸部233を有している。そして、第2のホルダ234には、内周側に貫通しない開口部が形成される。これにより、内周端の下部に内周側に延びる凸部235が形成される。そして、凸部235の上面となる開口部の底面で凸部233の先端部と接触して、第1のホルダ232を支持する。また、開口部の側面で第1のホルダ232のセンターリング(芯出し)を行なう。そして、第1のホルダ232が実質的に水平方向に移動した場合に側面の一部が第2のホルダ234の開口部の側面に当接することになる。よって、第1のホルダ232と第2のホルダ234との接触箇所は、開口部の底面と凸部233の先端部となるため、伝熱面積を小さくすることができる。凸部233の先端面の面積は小さいほうが望ましい。より小さくすることでさらに伝熱面積を小さくすることができる。仮に接触していても、物理的に別々の部品が一方で他方を単に支持するように組み合わされた場合には、熱伝導はさらに小さくなる。すなわち、単に第2のホルダ234の所定の箇所に第1のホルダ232を載せただけの場合、熱伝導はさらに小さくなる。元々分離されていた2つの部品が組み合わされてもその接触面の間にはいくらかの隙間が生じる。この物理的な隙間(距離)は、10〜30μm程度と考えられる。例えば、第1のホルダ232と第2のホルダ234の材料の熱伝導率が0.25W/mm・Kとする。そして、隙間に入り込むガスがH2ガスである場合、H2ガスの熱伝導率は0.0007W/mm・K程度となる。また、真空状態に近くなると、圧力の低下とともに熱伝導率はさらに低下する。このように、接触箇所に隙間が生じていれば、部品がもつ固体としての熱伝導率よりも実際の接触箇所の熱伝達は大幅に小さくなる。よって、第1のホルダ232と第2のホルダ234間の熱伝達は大幅に抑制されることになる。したがって、シリコンウェハ101側から外部(回転部材170側)への放熱を大幅に抑制することができる。
図19は、実施の形態6におけるホルダの一例を上面から見た概念図である。
図20は、図19に示すホルダの断面構成を示す概念図である。その他の構成は、実施の形態1と同様である。ホルダ331は、内側にシリコンウェハ101と接触する第1のホルダ242(第1の支持部の一例)と外側に第1のホルダ242に接続する第2のホルダ244(第2の支持部の一例)とを有している。また、第1のホルダ242は、所定の内径の貫通する開口部が形成される。そして、上面側から垂直或いは所定の角度で所定の深さに掘り込まれたザグリ穴の低面でシリコンウェハ101の裏面と接触してシリコンウェハ101を支持する。そして、第1のホルダ242は、裏面に形成された複数の凸部248を有している。凸部248は、3箇所以上が望ましい。また、上方から見て、シリコンウェハ101を取り囲むようにして、回転中心を軸として、均等な角度で配置されると好適である。そして、第2のホルダ244は、内周側に開口部が形成され、この開口部の底面で凸部248の先端部と接触して、第1のホルダ242を支持する。また、第1のホルダ242は、さらに、外周側に延びる複数の凸部246を有している。凸部246は、3箇所以上が望ましい。また、上方から見て、回転中心を軸として、均等な角度で配置されると好適である。第1のホルダ242が実質的に水平方向に移動した場合に第2のホルダ244の開口部の側面に凸部246のいくつかが当接する。これにより、第1のホルダ242のセンターリング(芯出し)を行なう。このように、凸部248の先端部で第2のホルダ244と接するため伝熱面積を小さくすることができる。よって、シリコンウェハ101側から外部(回転部材170側)への放熱を抑制することができる。
図22は、図21に示すホルダの断面構成を示す概念図である。
第2のホルダ244は、内周側に開口部が形成され、開口部の底面に形成された複数の凸部258を有している。そして、凸部258の先端部で第1のホルダ242の裏面と接触して、第1のホルダ242を支持する。また、第2のホルダ244は、開口部の側面に内周側に延びる複数の凸部256を有する。そして、凸部256は、第1のホルダ242が実質的に水平方向に移動した場合に第1のホルダ242の側面に当接する。すなわち、凸部256で第1のホルダ242のセンターリング(芯出し)を行なう。ここでは、凸部を第2のホルダ244側に配置した。このように構成しても同様の効果を得ることができる。また、凸部256或いは凸部258は、第2のホルダ244と一体で形成されても良いし、別部品として形成されても構わない。特に、別部品として形成される場合、第2のホルダ244に取り付けるための開口部を設ければ済むので加工が簡易となり好適である。また、図23に示すように、凸部248が第1のホルダ242に形成され、凸部256が第2のホルダ244に形成されても構わない。或いは、図24に示すように、凸部258が第1のホルダ242に形成され、凸部246が第2のホルダ244に形成されても構わない。
以上、本実施の形態6では、2種類のホルダの例を説明したが、いずれの形態でも、ホルダを第1と第2のホルダという2つの別々の部品に分け、それを組合せる構成としている。そのため、上述したように、厳密には接触箇所に隙間が生じていると考えられる。よって、部品がもつ熱伝導率よりも実際の接触箇所の熱伝達は大幅に小さくなる。さらに、本実施の形態6では、いくつかの凸部で相手と接触するだけなので、さらに、熱伝達を大幅に抑制することができる。
100 エピタキシャル成長装置
101,200 シリコンウェハ
110,210,311,320,331 ホルダ
112,118,232,242 第1のホルダ
114,234,244 第2のホルダ
116 ザグリ穴
120 チャンバ
122,124 流路
130 シャワーヘッド
140 真空ポンプ
142 圧力制御弁
150 アウトヒータ
160 インヒータ
170 回転部材
233,235,246,248,256,258 凸部
300 エピタキシャル成長装置システム
310,312 カセットステージ
320 L/Lチャンバ
330 トランスファーチャンバ
332,350 搬送ロボット
Claims (10)
- チャンバと、
前記チャンバ内に配置され、基板裏面と接触して前記基板を載置する第1の支持部と、前記第1の支持部に接続して前記第1の支持部を支持する第2の支持部とを有する支持台と、
前記基板裏面側で前記基板からの距離が前記支持台よりさらに離れた位置に配置され、前記基板を加熱する熱源と、
前記チャンバ内に成膜するためのガスを供給する第1の流路と、
前記ガスを前記チャンバから排気する第2の流路と、
を備えたことを特徴とする気相成長装置。 - 前記第1の支持部の材料として、前記第2の支持部に用いる材料よりも熱伝導率の大きい材料を用いることを特徴とする請求項1記載の気相成長装置。
- 前記第1の支持部の材料として、炭化珪素(SiC)を用いることを特徴とする請求項2記載の気相成長装置。
- 前記第2の支持部の材料として、窒化珪素(Si3N4)を用いることを特徴とする請求項3記載の気相成長装置。
- 前記第1の支持部に切り欠き部を設けることを特徴とする請求項1記載の気相成長装置。
- 前記第1の支持部は、外周部に基板裏面側に延びる環状の凸部を有し、
前記第2の支持部は、内周側に開口部が形成され、前記開口部の底面で前記凸部の先端部と接触して、前記第1の支持部を支持することを特徴とする請求項1記載の気相成長装置。 - 前記第1の支持部は、裏面に形成された複数の凸部を有し、
前記第2の支持部は、内周側に開口部が形成され、前記開口部の底面で前記凸部の先端部と接触して、前記第1の支持部を支持することを特徴とする請求項1記載の気相成長装置。 - 前記第2の支持部は、内周側に開口部が形成され、前記開口部の底面に形成された複数の凸部を有し、前記凸部の先端部で前記第1の支持部の裏面と接触して、前記第1の支持部を支持することを特徴とする請求項1記載の気相成長装置。
- チャンバと、
前記チャンバ内に配置され、底面で基板を載置する第1の開口部と前記第1の開口部の外周側で外周端より内側に位置する環状の第2の開口部とが形成された支持台と、
前記基板裏面側で前記基板からの距離が前記支持台よりさらに離れた位置に配置され、前記基板を加熱する熱源と、
前記チャンバ内に成膜するためのガスを供給する第1の流路と、
前記ガスを前記チャンバから排気する第2の流路と、
を備えたことを特徴とする気相成長装置。 - 気相成長装置が有するチャンバ内で、基板を載置する支持台であって、
前記基板と接触する第1の支持部と、
前記第1の支持部に接続し、前記第1の支持部に用いる材料よりも熱伝導率の小さい材料を用いた第2の支持部と、
を備えたことを特徴とする支持台。
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