JP5704461B2

JP5704461B2 - 枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置およびそれを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法

Info

Publication number: JP5704461B2
Application number: JP2012038426A
Authority: JP
Inventors: 一成須田; 小林　武史; 武史小林
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2032-02-24
Also published as: JP2013175543A

Description

本発明は、枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置およびそれを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。

半導体ウェーハに対し枚葉式にエピタキシャル層を成層する装置として、気相成長装置を用いた枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置が知られている。一般的に枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を用いて、研磨後のウェーハ上にエピタキシャル層を成層する場合、サセプタと称される載置部に載置し、反応が行われる。

サセプタは縁部領域を有し、かつ縁部領域内にウェーハポケット（座ぐり部と呼ばれることもある）を有しており、ウェーハポケットはウェーハよりも数ミリ大きく形成されている。このウェーハポケットにウェーハが収まることにより、サセプタを回転してもウェーハが特定位置にとどまることができ、均質な反応が行われる。

しかし、ウェーハポケット内において、ウェーハの偏心載置が起きると、上述のようにウェーハポケットはウェーハよりも数ミリ大きく形成されているため、ウェーハポケットとウェーハの数ミリの隙間により、処理ガスの局所的な乱流が発生し、局所的なエピタキシャル層の膜厚不均一が発生し、フラットネス悪化の要因となる。

ウェーハの偏心載置の要因の一つとして、チャンバ内の加熱時にサセプタ温度上昇による熱変形が想定される。熱変形により、サセプタの位置ずれが発生し、その結果相対的にウェーハの偏心載置が起きている可能性がある。

このため、従来の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置では、ウェーハの偏心載置を抑制すべく、サセプタを支持するためにサポートシャフトの中心からサセプタへ伸びる石英支柱を設け、ウェーハの偏心載置を抑制したりしていた。

従来の石英製の中心支柱部材を用いた枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置の要部概略図を図４に示す。

図４において、符号１００は、従来の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を示す。枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置１００は、ウェーハＷを載置するためのウェーハポケット１０２が設けられたサセプタ１０４と、前記サセプタ１０４の中心部を支持する中心支柱部材１０６と、を有している。前記中心支柱部材１０６は、石英製である。

前記サセプタ１０４にはさらにウェーハポケット１０２からウェーハＷを上昇させるためのリフトピン１０８ａ，１０８ｂが設けられている。サセプタ１０４のウェーハポケット１０２の周縁部には、リフトピン１０８ａ，１０８ｂが挿通される貫通孔１０９ａ，１０９ｂを有しており、前記貫通孔１０９ａ，１０９ｂに挿通されたリフトピン１０８ａ，１０８ｂの上端がウェーハＷに当接せしめられる構成とされている。

前記中心支柱部材１０６は、下部にサポートシャフト１１０が取り付けられている。前記サポートシャフト１１０はアーム部１１２を有しており、サセプタ１０４の周縁部を支持すると共に前記中心支柱部材１０６を支持する構成とされている。そして、サセプタ１０４の中心ｍとサポートシャフト１１０の中心ｎとが一致しており、サセプタ１０４の位置ずれが生じない構成となっている。

しかしながら、上記した従来の石英製の中心支柱部材を用いた枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置では、サセプタ１０４の中心部の温度低下が発生してしまい、エピタキシャル層の膜厚均一性が悪化するという問題があった。

このため、特許文献１では、サポートシャフトの中心からサセプタへ伸びる石英支柱を取り除くことにより、温度分布の改善が行われている。

従来の中心支柱部材を取り除いた枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置の要部概略図を図５に示す。

図５において、符号２００は、従来の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を示す。枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置２００は、ウェーハＷを載置するためのウェーハポケット２０２が設けられたサセプタ２０４と、を有しており、アーム部２０６を有するサポートシャフト２１０が取り付けられている。前記サポートシャフト２１０のアーム部２０６により、サセプタ２０４の周縁部が支持される構成とされている。

前記サセプタ２０４にはさらにウェーハポケット２０２からウェーハＷを上昇させるためのリフトピン２０８ａ，２０８ｂが設けられている。サセプタ２０４のウェーハポケット２０２の周縁部には、リフトピン２０８ａ，２０８ｂが挿通される貫通孔２０９ａ，２０９ｂを有しており、前記貫通孔２０９ａ，２０９ｂに挿通されたリフトピン２０８ａ，２０８ｂの上端がウェーハＷに当接せしめられる構成とされている。

しかしながら、図５に示した特許文献１の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置のように、サポートシャフト２１０の中心からサセプタ２０４へ伸びる石英支柱を取り除いてしまうと、高温時のサセプタ２０４とサポートシャフト２１０のアーム部２０６の熱変形により、サセプタ２０４の中心Ｏとサポートシャフト２１０の中心Ｐとがずれてしまい、サセプタ２０４の位置ずれが生じやすく、ウェーハＷの偏心載置の原因となるという問題があった。ウェーハ偏心載置は局所的なエピタキシャル層の膜厚不均一を誘発するため、温度分布を保ちつつサセプタの位置ずれを防止する方法が必要とされていた。

また、近年、ウェーハのフラットネスを要求するレベルが上がっており、エピタキシャル層の膜厚均一性とともにウェーハ偏心載置による局所的なフラットネス悪化も重要な課題となってきている。

特開２０００−１０３６９６号公報

本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みなされたもので、サセプタの中心部の温度分布を悪化させることなく、サセプタの位置ずれを防止することができるようにした枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置およびそれを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置は、ウェーハを載置するためのウェーハポケットが設けられたサセプタと、前記サセプタの中心部を支持する中心支柱部材と、を有する枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置であって、前記ウェーハポケットからウェーハを上昇させるためのリフトピンをさらに有し、前記サセプタの中心部には前記中心支柱部材が挿通される貫通孔が設けられかつ前記貫通孔に挿通された前記中心支柱部材は前記サセプタに固定され、前記中心支柱部材はその下部がサポートシャフトの中心孔に差し込まれることによって前記サポートシャフトに取り付けられ、前記サポートシャフトはアーム部を有し前記サセプタの周縁部を支持すると共に前記中心支柱部材を支持しかつ前記サセプタの中心と前記サポートシャフトの中心とが一致して前記サセプタの位置ずれが生じない構成となっており、さらに前記中心支柱部材が、ＳｉＣ（炭化珪素）で構成されるか又はカーボン基材にＳｉＣコートを施してなることを特徴とする。

前記カーボン基材にSiCコートを施してなる中心支柱部材の例としては、例えば、黒鉛基材にCVD（化学的気相成長法）によってSiC被膜を形成した中心支柱部材とすることができる。

このように、従来の石英支柱の替わりにサセプタの中心部にSiCで構成されるか又はカーボン基材にSiCコートを施してなる支柱を固定し、サポートシャフト中心部に差し込むことで温度分布を悪化させず、サセプタの位置ずれを改善することが可能である。

また、前記中心支柱部材が前記リフトピンと同一素材で構成されてなるのが好適である。

本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、前記枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を用い、前記サセプタ上にウェーハを載置し、前記ウェーハ上にエピタキシャル層を気相成長させることを特徴とする。

本発明によれば、サセプタの中心部の温度分布を悪化させることなく、サセプタの位置ずれの防止をすることができるようにした枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を提供することができるという著大な効果を有する。

また、本発明によれば、サセプタの中心部の温度分布を悪化させることなく、サセプタの位置ずれの防止をすることができるため、高いフラットネスを有するエピタキシャルウェーハを製造することができるエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することができるという著大な効果を有する。

本発明に係る枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置の一つの実施の形態を示す要部概略図である。実施例１で得られたエピタキシャル層の膜厚分布を示すグラフである。実施例２で得られたエピタキシャル層の膜厚分布を示すグラフである。従来の石英製の中心支柱部材を用いた枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置の要部概略図である。従来の中心支柱部材を取り除いた枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置の要部概略図である。比較例１で得られたエピタキシャル層の膜厚分布を示すグラフである。比較例２で得られたエピタキシャル層の膜厚分布を示すグラフである。

以下、本発明の一つの実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、これらの説明は例示的に示されるもので限定的に解釈すべきものでないことはいうまでもない。

図1において、符号１０は、本発明に係る枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置の一つの実施の形態を示す。枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置１０は、ウェーハＷを載置するためのウェーハポケット１２が設けられたサセプタ１４と、前記サセプタ１４の中心部を支持する中心支柱部材１６と、を有する枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置であって、前記中心支柱部材１６が、SiCで構成されるか又はカーボン基材にSiCコートを施してなる。

前記サセプタ１４にはさらにウェーハポケット１２からウェーハＷを上昇させるためのリフトピン１８ａ，１８ｂが設けられている。すなわち、図１に示したように、サセプタ１４のウェーハポケット１２の周縁部には、リフトピン１８ａ，１８ｂが挿通される貫通孔１９ａ，１９ｂを有しており、前記貫通孔１９ａ，１９ｂに挿通されたリフトピン１８ａ，１８ｂの上端がウェーハＷに当接せしめられる構成とするのが好適である。このリフトピン１８ａ，１８ｂの構成は、例えば特許文献１記載のリフトピンと同様の構成とすることができる。また、前記リフトピン１８ａ，１８ｂの材質は、前記中心支柱部材１６と同一素材で構成されてなるのが好適である。

前記中心支柱部材１６は、下部にサポートシャフト２０が取り付けられている。前記サポートシャフト２０はアーム部２２を有しており、サセプタ１４の周縁部を支持すると共に前記中心支柱部材１６を支持する構成とされている。また、前記中心支柱部材１６は環状の固定治具２４を有しており、前記中心支柱部材１６は固定治具２４によって、サセプタ１４に固定される構成とされている。

好ましくは、図１に示したように、サセプタ１４の中心には、前記中心支柱部材１６が挿通される貫通孔２６を有しており、前記貫通孔２６に挿通された中心支柱部材１６の上端がウェーハＷに当接せしめられる構成とするのが好適である。

したがって、サセプタ１４の中心Ｑとサポートシャフト２０の中心Ｒとが一致しており、サセプタ１４の位置ずれが生じない構成となっている。

以下に、本発明の実施例をあげてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想から逸脱しない限り様々の変形が可能であることは勿論である。

（実施例１）
図１に示した枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を用い、直径３００ｍｍ、主表面の面方位（１００）のｐ型シリコン単結晶ウェーハ上に、目標厚さ５μｍにてｐ型シリコンエピタキシャル層（抵抗率１０Ω・ｃｍ）を成長させた。リフトピン１８ａ，１８ｂ及び中心支柱部材１６は、SiC（炭化珪素）製のものを使用した。

評価項目である温度分布はエピタキシャル層の膜厚にて評価を行った。中心部の温度が低下すると、その分膜厚も低下し薄膜化するため、中心部のエピタキシャル層の膜厚分布により温度を評価することが可能である。また、ウェーハの載置ずれはウェーハ外周縁から2mmの外周部エピタキシャル層膜厚差にて評価を行った。ウェーハの載置ずれが起きると、外周部のエピタキシャル層の膜厚が周方向で不均一になることが分かっており、またそれがフラットネスを悪化させる原因となっている。そのためウェーハ外周部の周方向のエピタキシャル層の膜厚差を求めることで、ウェーハの載置ずれが起きているかを評価した。

結果を図２及び表１に示す。図２に示すように、中心部の薄膜化は発生しなかったため、どのウェーハの位置（wafer position）においても、エピタキシャル層の膜厚分布（％）のばらつきが小さく良好なフラットネスを有するエピタキシャルウェーハが得られた。そのため、サセプタ１４の中心部における温度低下は起こらなかったと判断できる。また、外周部エピタキシャル層膜厚差は39.8nmと従来の石英製中心支柱部材が存在する比較例1と同等の値となり、SiC製の中心支柱部材１６によりサセプタ１４の位置ずれは起こらなかったと判断できる。したがって、良好な結果が得られた。

（実施例２）
中心支柱部材として、カーボン基材にSiCコートを施して中心支柱部材とした以外は実施例１と同様にして、直径３００ｍｍ、主表面の面方位（１００）のｐ型シリコン単結晶ウェーハ上に、目標厚さ５μｍにてｐ型シリコンエピタキシャル層（抵抗率１０Ω・ｃｍ）を成長させた。カーボン基材にSiCコートを施した中心支柱部材は、黒鉛基材にCVD（化学的気相成長法）によってSiC被膜を形成し、中心支柱部材としたものを使用した。

実施例１と同様にして評価した結果を図３及び表１に示す。図３に示すように、中心部の薄膜化は発生しなかったため、どのウェーハの位置（wafer position）においても、エピタキシャル層の膜厚分布（％）のばらつきが小さく良好なフラットネスを有するエピタキシャルウェーハが得られた。そのため、サセプタの中心部における温度低下起こらなかったと判断できる。また、外周部エピタキシャル層膜厚差は40.3nmと従来の石英製中心支柱部材が存在する比較例1と同等の値となり、カーボン基材にSiCコートを施した中心支柱部材によりサセプタの位置ずれは起こらなかったと判断できる。したがって、良好な結果が得られた。

（比較例１）
比較例１として、図４に示した従来の石英製の中心支柱部材１０６を有するサポートシャフト１１０を用いた枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置１００を用いた以外は実施例１と同様の条件にてエピタキシャルウェーハ製造試験を実施した。結果を図６及び表１に示す。

図６に示すように中心部のエピタキシャル層膜厚が約1.3%薄膜化し、中心部のエピタキシャル層の膜厚均一性が悪化してしまったため、この石英製中心支柱１０６を有するサポートシャフト１１０では、中心支柱１０６により、中心部の温度低下が発生したと判断できる。一方、外周部エピタキシャル層膜厚差は41.7nmと良好であったため、中心支柱があることでサセプタの位置ずれは起こっておらず、その結果ウェーハ載置ずれは起こらなかったと思われる。

（比較例２）
比較例２として、図５に示した従来の中心支柱部材を取り除いた枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置２００を用いた以外は実施例１と同様の条件にてエピタキシャルウェーハ製造試験を実施した。結果を図７及び表１に示す。

図６に示すように、中心部の薄膜化は発生せず、この中心支柱がないサポートシャフト２１０では、サセプタ２０４の中心部の温度低下は起こらなかった。一方、外周部エピタキシャル層膜厚差は68.3nmと悪化してしまい、中心支柱を取り除いたためウェーハの載置ずれが発生したと思われる。

以上のようにして得られたエピタキシャルウェーハの評価を表２に示す。

表２からわかるように、実施例１及び実施例２では、中心部の温度分布を保ちつつ、ウェーハ載置ずれを改善することができたため、全体エピタキシャル層膜厚分布及び外周部エピタキシャル層膜厚分布の両方において良好な結果が得られた。このように、本発明では、サセプタの中心部の温度分布を悪化させることなく、サセプタの位置ずれの防止をすることができるので、良好なフラットネスを有するエピタキシャルウェーハを作製することができる。

１０：本発明の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置、１２，１０２，２０２：ウェーハポケット、１４，１０４，２０４：サセプタ、１６，１０６：中心支柱部材、１８ａ，１８ｂ，１０８ａ，１０８ｂ，２０８ａ，２０８ｂ，２０９ａ，２０９ｂ：リフトピン、１９ａ，１９ｂ，１０９ａ，１０９ｂ：貫通孔、２０，１１０，２１０：サポートシャフト、２２，１１２，２０６：アーム部、２４：固定治具、２６：貫通孔、１００，２００：従来の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置、ｍ，Ｏ，Ｑ：サセプタの中心、ｎ，Ｐ，Ｒ：サポートシャフトの中心、Ｗ：ウェーハ。

Claims

ウェーハを載置するためのウェーハポケットが設けられたサセプタと、前記サセプタの中心部を支持する中心支柱部材と、を有する枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置であって、前記ウェーハポケットからウェーハを上昇させるためのリフトピンをさらに有し、前記サセプタの中心部には前記中心支柱部材が挿通される貫通孔が設けられかつ前記貫通孔に挿通された前記中心支柱部材は前記サセプタに固定され、前記中心支柱部材はその下部がサポートシャフトの中心孔に差し込まれることによって前記サポートシャフトに取り付けられ、前記サポートシャフトはアーム部を有し前記サセプタの周縁部を支持すると共に前記中心支柱部材を支持しかつ前記サセプタの中心と前記サポートシャフトの中心とが一致して前記サセプタの位置ずれが生じない構成となっており、さらに前記中心支柱部材が、ＳｉＣで構成されるか又はカーボン基材にＳｉＣコートを施してなることを特徴とする枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置。
前記中心支柱部材が前記リフトピンと同一素材で構成されてなることを特徴とする請求項１記載の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置。
請求項１又は２記載の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を用い、前記サセプタ上にウェーハを載置し、前記ウェーハ上にエピタキシャル層を気相成長させることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。