JP3931578B2 - 気相成長装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、リフトピンを昇降させてサセプタ上における基板の着脱を行う気相成長装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
シリコン等の半導体基板上に単結晶薄膜等を気相成長させる気相成長装置として、枚葉式の気相成長装置が知られている。
【0003】
この枚葉式の気相成長装置は、原料ガスが供給される反応容器内にサセプタを備え、このサセプタには、基板を収容するための座ぐり部が形成されている。
そして、この座ぐり部に設けられた貫通孔に挿通してリフトピンが摺動自在に配設されている。このリフトピンは、その頭部が座ぐり部に臨むように配設されている。そして、リフトピンを昇降させてその頭部を基板の裏面と接離させることにより、座ぐり部に基板を収容したり、座ぐり部から基板を取り出したりできるように構成されている。
即ち、リフトピンの頭部に基板を載置した状態で、リフトピンを摺動させてその頭部を座ぐり部に没入させることで、基板が座ぐり部に収容される。こうして座ぐり部に基板を収容して、反応容器内に原料ガスを供給し、基板上に単結晶薄膜を気相成長させる。気相成長後の基板は、座ぐり部からリフトピンの頭部を突出させることで上方に突き出される。こうして突き出された基板は、ハンドラ等の搬送手段により反応容器外へ搬送される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の気相成長装置により製造される半導体基板は、近年さらに微細化・高集積化の傾向にある半導体デバイスの特性に影響を与えないように、その表面近傍に生じる僅かな結晶欠陥や半導体基板の表面に付着したパーティクルを低減する必要がある。このために、今後の気相成長装置には、結晶欠陥の発生やパーティクルの付着がない半導体基板を、安定して製造するための技術開発が極めて重要な課題となる。
【0005】
本発明の課題は、気相成長中に生じるパーティクルの付着や結晶欠陥の形成を低減できる気相成長装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、気相成長中に生じる結晶欠陥やパーティクルの原因の一つとして、リフトピンが摺動して生じる摩耗粉に注目した。従来のリフトピンとしては、CVD(Chemical Vapor Deposition;化学的気相成長)法により基材の表面にSiC(Silicon Carbide)膜を形成させたものが使用されている。このCVD法によりSiC膜を形成した従来のリフトピンは、100μm程度の表面粗さをもつ。そして、本発明者らはリフトピンの表面粗さを5μm以下とすることで、気相成長中に生じる結晶欠陥やパーティクルの発生を抑制できることが判り、本発明を想到するに至った。
【0007】
即ち、本発明の気相成長装置は、反応容器内に基板を載置するサセプタを備え、該サセプタに座ぐり部を形成すると共に、該座ぐり部に設けられた貫通孔に挿通してリフトピンが摺動自在に配設され、前記リフトピンを昇降させて前記基板の裏面と接離させることにより、前記サセプタ上における基板の着脱を行う気相成長装置において、
前記リフトピンが昇降するときの当該リフトピンの前記サセプタとの摺動面には、表面粗さ5μm以下となるように研磨が施されており、
前記サセプタは、前記貫通孔の内面が表面粗さ5μm以下に形成されており、
前記リフトピンおよび前記サセプタの表面は、SiCにより形成されていることを特徴とする。
【0011】
本発明によれば、リフトピンのサセプタとの摺動面に研磨が施されているために、リフトピンを昇降させて基板をサセプタ上に着脱する過程で、リフトピンがより滑らかに摺動するようになる。即ち、リフトピンの表面から生じる摩耗粉を大幅に低減できる。これにより、反応容器内で摩耗粉が飛散することが低減され、摩耗粉等の異物が基板に付着することを大幅に低減できる。従って、基板上に気相成長させる薄膜に結晶欠陥やパーティクルが生じることを大幅に低減できる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図1〜6を参照して、本発明の実施の形態の気相成長装置10を詳細に説明する。
図1に示すように、この気相成長装置10は枚葉式のリアクターとしての機能を備えており、反応容器11内にサセプタ12を備える。このサセプタ12はその上面に座ぐり部12aを備え、この座ぐり部12aの底面12cにシリコンウェーハ(基板)20(以下ウェーハ20)を載置させる。また、サセプタ12は背面からサポート手段Pにより支えられている。このサポート手段Pは回転軸14を備え、この回転軸14は矢印aで示す上下方向に移動可能に配設されていると共に、矢印bで示す方向に回転可能に配設されている。この回転軸14の先端部から複数のスポーク15が放射状に分岐している。これらスポーク15の先端には垂直ピン15bが設けられ、この垂直ピン15bの先端がサセプタ12の裏面に形成された凹部12dに嵌入されている。
【0013】
また、サセプタ12はリフトピン13を備え、このリフトピン13はその頭部13aが拡径されている。このリフトピン13は、座ぐり部12aの底面12cに設けられた貫通孔12bに挿通され、その頭部13aが座ぐり部12aの底面12cに臨むように配設されている。さらに、リフトピン13の軸部13bはスポーク15に設けられた貫通孔15aを貫通している。
【0014】
ところで、上記リフトピン13は、SiCからなる基材の表面にCVD法によりSiC膜を形成した後、その表面の粗さが5μm以下となるまで研磨されている。また、サセプタ12は、カーボンからなる基材の表面にSiC膜を形成して構成されている。
また、本実施の形態のサセプタ12では、リフトピン13と摺動する部分についてはその表面粗さが5μm以下に研磨されている。より具体的には、サセプタ12の貫通孔12bはその内面が表面粗さ5μm以下に研磨されている。
【0015】
このような気相成長装置10により、以下の通りにしてウェーハ20上にシリコン等の単結晶薄膜をエピタキシャル成長させることができる。
先ず、図1に示すように、リフトピン13の後端を反応容器11の底面に当接させた状態で、サポート手段Pを下降させると、リフトピン13の頭部13aは座ぐり部12aの底面12cから突き出される。この頭部13aにウェーハ20をその裏面21が接触するように載置する。
この状態でサポート手段Pを上昇させると、リフトピン13の軸部13bが貫通孔12bの内面と摺動しながら、サセプタ12が上昇する。そしてリフトピン13の頭部13aが座ぐり部12aの底面12cに没入するまでサセプタ12を上昇させると、ウェーハ20が座ぐり部12aの底面12cに載置される。さらにサポート手段Pを上昇させて、図2に示すように、所定高さにウェーハ20を位置させる。
【0016】
こうして反応容器11内にウェーハ20を載置し、回転軸14を回転させることでウェーハ20を回転させると共に、赤外線ランプ16によりウェーハ20を上下から加熱しながら、ウェーハ20上に単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる。この際、上方に設けられる供給管11aからは、キャリアガスとなるH2ガスと共に原料ガスを供給する。また、下方に設けられる供給管11bからは、パージガスとなるH2ガスを上記原料ガスよりも高圧で供給する。これにより、原料ガスがサセプタ12の下方に進入せずに、ウェーハ20の表面にほぼ層流を形成しながら供給される。
【0017】
こうしてエピタキシャル成長が終了したウェーハ20を、サセプタ12から取り出すには、サポート手段Pを下降させる。サポート手段Pを下降させていくと、リフトピン13の後端が反応容器11の底面に当接し、さらにサポート手段Pを下降させることで、ウェーハ20の裏面21に当接したリフトピン13の頭部13aが、ウェーハ20を座ぐり部12aから上方に突き出す(図1にウェーハ20を突き出した状態を図示)。こうしてウェーハ20を突き出した状態で、サセプタ12とウェーハ20との間に図示しないハンドラを挿入し、ウェーハ20の受け渡しおよび搬送を行う。
なお、図1および図2では、リフトピン13のうち二本だけを断面により図示しているが、リフトピン13は互いに等間隔に離間する三箇所に配設されており、ウェーハ20を三点から突き出すように構成されている。
【0018】
[実施例]
CVD法によりリフトピン13の表面にSiC膜を所定膜厚に形成し、グラインダによりその表面粗さが最も大きな値を示す部分で5μmとなるまで研磨した。この研磨はリフトピン13の表面全体に渡って行った。なお、リフトピン13の研磨面を切断してその表面近傍をSEM(Scanning Electron Microscope:走査型電子顕微鏡)により観察し、研磨面の凹凸を実測することにより表面粗さが5μm以下まで研磨されていることを確認した。また、グラインダによる研磨には、リフトピン13の表面にSiC膜を形成していることを考慮して同一の材質からなるSiCの砥石を使用した(以下「共擦り」と称す)。このように共擦りすることで、SiC膜の研磨面へ異物が混入することを防止できる。こうして研磨した表面を洗浄することにより研磨粉を充分に除去して、リフトピン13を得た。また、サセプタ12の貫通孔12bの内面についても同様に表面粗さ5μm以下に研磨した。
【0019】
こうして得られたリフトピン13を枚葉式の気相成長装置10に使用し、エピタキシャル成長が終了して気相成長装置10から取り出した各ウェーハ20上のパーティクル数を計測した結果を図3、図4に示す。パーティクルの計測は光散乱式のウェーハパーティクル検査装置により行った。なお、表面近傍に生じる結晶欠陥も、光散乱式のウェーハパーティクル検査装置により、パーティクルとして計測される。また、図3は0.13μmより大きいパーティクルを計測した結果であり、図4は20μmより大きいパーティクルを計測した結果である。また、図3、図4において、横軸は計測されたパーティクルの数を示しており、縦軸はウェーハ20の枚数を示している。また、計測したウェーハ20のN数は5574枚であった。
図3と図4の何れにおいても、パーティクルが全く計測されないウェーハが最も多く、パーティクルの増加に伴ってウェーハ枚数が次第に減少していく傾向であった。そして、図3に示すように、0.13μmより大きいパーティクルを計測した場合、パーティクルが全く計測されなかったウェーハが全体のほぼ50%を占め、ウェーハ1枚当たりに計測されたパーティクルの平均値は1.16ヶ/ウェーハであり、標準偏差は2.10であった。また、図4に示すように、20μmより大きいパーティクルを計測した場合、パーティクルが全く計測されなかったウェーハが全体のほぼ95%を占め、パーティクルの平均値は0.06ヶ/ウェーハであり、標準偏差は0.29であった。
【0020】
[比較例]
従来のリフトピンを使用して枚葉式の気相成長装置によりエピタキシャル成長させた結果を図5、図6に示す。このリフトピンは、CVD法によりその表面全体にSiC膜を形成したそのままの状態で使用し、その表面粗さは最も大きな値を示す部分で100μm程度であった。なお、図5は0.13μmより大きいパーティクルについての結果であり、図6は20μmより大きいパーティクルについての結果である。また、横軸および縦軸は図3、図4と同様であり、計測したウェーハのN数は11493枚であった。
図5および図6においても、図3および図4と同様に、パーティクルの増加に伴ってウェーハ枚数が次第に減少していく傾向であった。ただし、図5に示すように、0.13μmより大きいパーティクルを計測した場合、パーティクルが全く計測されなかったウェーハは全体のほぼ35%程度であり、パーティクルの平均値は1.75ヶ/ウェーハであり、標準偏差は2.73であった。また、図6に示すように、20μmより大きいパーティクルを計測した場合、パーティクルが全く計測されなかったウェーハは全体のほぼ90%程度であり、パーティクルの平均値は0.13ヶ/ウェーハであり、標準偏差は0.45であった。
【0021】
以上の本実施例と比較例とのデータから、本実施例のリフトピン13を使用すると、従来のリフトピンを使用するよりも、エピタキシャル成長後に計測されるパーティクル数が低減されることが判る。
即ち、図3と図5を比較すると、比較例ではパーティクルが全く計測されなかったウェーハが全体の35%程度であったのに対して、本実施例ではパーティクルが全く計測されなかったウェーハが全体の50%程度に増加することが判る。また、比較例ではパーティクルの平均値が1.75ヶ/ウェーハであったのに対して、本実施例では1.16ヶ/ウェーハに低減される。さらに、比較例では標準偏差が2.73であったのに対して、本実施例では標準偏差が2.10に低減される。
同様に、図4と図6を比較すると、パーティクルが全く計測されなかったウェーハが、従来、全体の90%程度だったものが、本実施例では95%程度に増加する。また、パーティクルの平均値が0.13ヶ/ウェーハから0.06ヶ/ウェーハに低減されると共に、標準偏差が0.45から0.29に低減される。
こうして、エピタキシャル成長中に発生する摩耗粉を低減することにより、パーティクルの付着や結晶欠陥の形成が低減されたエピタキシャルウェーハを高い歩留まりで得ることができる。
【0022】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、本発明のリフトピン13としてはその表面全体を研磨しても良いし、ウェーハ20を座ぐり部12aの底面12cに載置させたり、ウェーハ20を座ぐり部12aの底面12cから突き出すときに、リフトピン13の表面が摺動する部分だけを研磨しても良い。
また、本実施例ではリフトピン13をSiCによる共擦りにより研磨したが、その他の手段を用いても良く、例えば、ダイヤモンド等のSiCよりも硬い材質により、リフトピン13を研磨しても良い。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、適宜に変更可能であることは勿論である。
【0023】
【発明の効果】
本発明によれば、リフトピンのサセプタとの摺動面に研磨が施されているために、リフトピンを摺動させたときに生じる摩耗粉を大幅に低減できる。これにより、リフトピンが摺動しても摩耗粉等の異物が基板に付着せず、基板上に気相成長させる薄膜にパーティクルの付着や結晶欠陥が生じることを大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した一実施形態の気相成長装置10であり、ウェーハ20を座ぐり部12aから上方に突き出した様子を示す図である。
【図2】図1の気相成長装置10であり、ウェーハ20を座ぐり部12aに収容した状態を示す図である。
【図3】本実施例のリフトピンを使用して得られたエピタキシャルウェーハについて、0.13μmより大きいパーティクルを計測した結果を示すグラフである。
【図4】本実施例のリフトピンを使用して得られたエピタキシャルウェーハについて、20μmより大きいパーティクルを計測した結果を示すグラフである。
【図5】従来のリフトピンを使用して得られたエピタキシャルウェーハについて、0.13μmより大きいパーティクルを計測した結果を示すグラフである。
【図6】従来のリフトピンを使用して得られたエピタキシャルウェーハについて、20μmより大きいパーティクルを計測した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
10 気相成長装置
11 反応容器
12 サセプタ
12a 座ぐり部
12b 貫通孔
13 リフトピン
20 シリコンウェーハ(基板)
21 シリコンウェーハの裏面
Claims (1)
- 反応容器内に基板を載置するサセプタを備え、該サセプタに座ぐり部を形成すると共に、該座ぐり部に設けられた貫通孔に挿通してリフトピンが摺動自在に配設され、前記リフトピンを昇降させて前記基板の裏面と接離させることにより、前記サセプタ上における基板の着脱を行う気相成長装置において、
前記リフトピンが昇降するときの当該リフトピンの前記サセプタとの摺動面には、表面粗さ5μm以下となるように研磨が施されており、
前記サセプタは、前記貫通孔の内面が表面粗さ5μm以下に形成されており、
前記リフトピンおよび前記サセプタの表面は、SiCにより形成されていることを特徴とする気相成長装置。
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