WO2018142788A1 - リフトピン、該リフトピンを用いたエピタキシャル成長装置およびシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法 - Google Patents

リフトピン、該リフトピンを用いたエピタキシャル成長装置およびシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a lift pin, an epitaxial growth apparatus using the lift pin, and a method for manufacturing a silicon epitaxial wafer.
  • single crystal silicon is grown by the Czochralski method (CZ method), etc., the silicon single crystal is cut into blocks, and then sliced thinly, and then surface grinding (lapping), etching, and mirror polishing. (Polishing) It is obtained by final cleaning after the process. After that, various quality inspections are performed and if no abnormality is confirmed, the product is shipped as a product.
  • CZ method Czochralski method
  • a single crystal silicon thin film is vapor-phase grown (epitaxially grown) on a silicon wafer. Manufacturing.
  • the epitaxial growth apparatus 1 For manufacturing a silicon epitaxial wafer, for example, a single wafer epitaxial growth apparatus is used.
  • a general single wafer epitaxial growth apparatus will be described with reference to FIG.
  • the epitaxial growth apparatus 1 has an epitaxial film forming chamber 2 surrounded by an upper dome 11, a lower dome 12, and a dome mounting body 13.
  • the epitaxial film forming chamber 2 is provided with a gas supply port 31 and a gas discharge port 32 for supplying and discharging a reactive gas at positions opposite to the side surfaces thereof.
  • a susceptor 4 on which the silicon wafer W is placed is disposed in the epitaxial film forming chamber 2.
  • the susceptor 4 is supported by a susceptor support shaft 41 connected to the susceptor rotating portion 40 at the outer periphery of the lower surface thereof, and rotates together with the susceptor support shaft 41. Further, the susceptor 4 is formed with a through hole 42 through which lift pins 5 for moving the silicon wafer W up and down are passed. The lift pin 5 is lifted and lowered with its base end supported by the lift shaft 6.
  • the lift pin 5 has a head portion 52 that contacts the silicon wafer W and a straight body portion 51 that is inserted into the through hole 42 of the susceptor 4.
  • the silicon wafer W introduced into the epitaxial film forming chamber 2 moves the lift pins 5 inserted through the through holes 42 of the susceptor 4 toward the upper side of the susceptor 4, and the head 50 of the lift pins 5 is moved as shown in FIG.
  • the silicon wafer W is brought into contact with the back surface of the silicon wafer W and is temporarily supported by the lift pins 5.
  • the upward movement of the lift pin 5 is performed through the upward movement of the elevating shaft 6 that supports the base end of the lift pin 5.
  • the susceptor support shaft 41 that supports the susceptor 4 is raised to move the susceptor 4 to the position of the silicon wafer W, and the silicon wafer W is placed on the susceptor 4.
  • the head 52 of the lift pin 5 is accommodated in the through hole 42 of the susceptor 4.
  • the silicon wafer W is placed on the susceptor 4.
  • the silicon wafer W is heated to a temperature of 1000 ° C. or higher by a plurality of heating lamps 14 disposed above and below the susceptor 4, while a reactive gas is supplied into the epitaxial film forming chamber 2 to obtain a predetermined thickness.
  • the epitaxial film is grown to produce a silicon epitaxial wafer.
  • the susceptor 4 is lowered by the lowering of the support shaft 41. This lowering is performed until the lift pins 5 are supported by the lift shaft 6 and protrude from the susceptor 4, and the silicon wafer W is supported by the lift pins 5. Then, a transfer blade (not shown) is introduced into the epitaxial film forming chamber 2, the lift pin 5 is lowered and the silicon wafer W is placed on the transfer blade, whereby the silicon wafer W is transferred from the lift pin 5 to the transfer blade. Thereafter, the silicon wafer W is withdrawn from the growth apparatus 1 together with the transfer blade.
  • the silicon wafer W is abutted and supported by the lift pins 5.
  • Patent Document 1 proposes a lift pin having a sheath (sheath) portion formed of SiC and a glassy carbon head fitted in the sheath portion.
  • the surface of the lift pin that contacts the silicon wafer is made of a material having a hardness lower than that of the silicon wafer. Therefore, with this lift pin, it is considered that wrinkles can be prevented from occurring at a position where the head and the silicon wafer are in contact with each other. Further, in this lift pin, since the sheath portion and at least the surface of the susceptor 4 are formed of SiC, which is the same material, the straight body portion of the lift pin and the wall surface around the through hole 42 when the lift pin is moved up and down It is thought that dust generation due to sliding can be prevented.
  • Patent Document 1 in order to fit the head portion into the sheath portion, the inset portion is cracked due to a difference in thermal expansion due to different materials of the head portion and the sheath portion due to high heat treatment during the epitaxial growth process. There is a concern that it cannot be used.
  • this inventor replaces the fitting of the head which consists of glassy carbon to a hollow sheath part as described in patent document 1, and consists of glassy carbon on the top part of the lift pin which consists of a SiC base material.
  • the carbon-based coating material was peeled off.
  • an object of the present invention is to provide a lift pin for an epitaxial growth apparatus that can prevent the carbon-based coating material from peeling off.
  • the present inventor diligently studied a way to solve the above-mentioned problems, and assumed that the cause of peeling with the prototype lift pin is that the adhesion between the carbon-based coating material and the SiC base material is insufficient. . Since the SiC base material has a dense SiC structure, the carbon-based coating material coated on the SiC base material has a simple laminated structure, and it is considered that separation occurs during epitaxial growth due to a difference in thermal expansion. Accordingly, the idea of using a porous body instead of the SiC base material as the base material of the lift pin was conceived, and such a lift pin was found to be effective for any of the above-mentioned problems and to complete the present invention. Arrived.
  • the gist configuration of the present invention is as follows. (1) A lift pin that is inserted in a through hole of a susceptor installed in the epitaxial growth apparatus so as to be movable in the penetration direction, and moves the silicon wafer forward and backward with respect to the susceptor while supporting the silicon wafer placed on the susceptor. There, A straight body inserted into the through hole; A head abutting against the silicon wafer; A covering portion that covers at least the top of the head, The straight body part and the head part are made of a porous body, The covering portion is made of a carbon-based covering material, The lift pin, wherein the covering portion fills at least a part of the void of the porous body in the head.
  • the term “contact” as used in the present specification means that when epitaxial growth is performed, the head of the lift pin passes through a covering portion having a surface layer thickness of 1 ⁇ m to 100 ⁇ m that is sufficiently smaller than the thickness of the head. It means that it is “connected with touching” or “attached” to the back of the screen.
  • the surface layer thickness is the thickness from the outermost surface on the head side of the lift pin (exposed surface of the covering portion) to the surface on the contact side of the head in the central axis of the lift pin.
  • An epitaxial growth apparatus comprising the lift pin according to any one of (1) to (5).
  • a method for producing a silicon epitaxial wafer comprising growing an epitaxial film on a silicon wafer using the epitaxial growth apparatus according to (6).
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a lift pin 500 according to the present embodiment.
  • the lift pin 500 is inserted in the through hole 42 of the susceptor 4 installed in the above-described epitaxial growth apparatus 1 with reference to FIG. 1 so as to be movable in the penetration direction, and supports the silicon wafer W placed on the susceptor 4.
  • the silicon wafer W is moved forward and backward with respect to the susceptor 4. That is, the lift pin 500 according to the present embodiment can be used in place of the lift pin 5 inserted through the through hole 42 of the susceptor 4 of the epitaxial growth apparatus 1 according to the prior art shown in FIG.
  • the lift pin 500 has a straight body portion 510 inserted into the through hole 42, a head portion 520 that contacts the silicon wafer W, and a covering portion 550 that covers at least the top portion of the head portion 520. Accordingly, the interface between the lift pin 500 and the silicon wafer W is the exposed surface 550A of the covering portion 550 (the outermost surface of the lift pin 500).
  • the straight body portion 510 can have a rod shape, and the head portion 520 can have a larger diameter than the straight body portion 510 and the through hole 40.
  • the lift pin 500 according to the present embodiment need not be limited in shape as long as it has a head that supports the silicon wafer at the tip of the rod-like straight body, and is therefore limited to the shape shown in the drawing. is not.
  • the lift pin 500 may have an appropriate shape.
  • the straight body portion 510 and the head portion 520 are made of a porous body, and the covering portion 550 is made of a carbon-based covering material.
  • the covering portion 550 fills at least a part of the void of the porous body in the head portion 520.
  • the thickness D of the covering portion 550 is defined by the total thickness (D1 + D2) of the surface layer thickness D1 and the deep portion thickness D2. .
  • the surface layer thickness D1 is from the exposed surface 550A of the covering portion 550 in the central axis of the lift pin 500 (which is the outermost surface of the lift pin 500 and is a portion that directly contacts the back surface of the silicon wafer during epitaxial growth). It is the thickness up to the surface 520A on the contact side of the head 520. Further, the deep portion thickness D2 is a thickness of a portion filling the surface layer portion of the covering portion 550 from the surface 520A on the contact side of the head portion 520 in the central axis of the lift pin 500.
  • the lift pin 500 according to the present embodiment has the above-described filling structure, it is possible to ensure adhesion between the covering portion 550 made of a carbon-based covering material and the head portion 520 made of a porous body. Therefore, even when the lift pins 500 are used in the epitaxial growth apparatus 1, the carbon-based coating material can be prevented from being peeled off.
  • the surface layer thickness D1 of the covering portion 550 is normally 1 ⁇ m to 100 ⁇ m, which is sufficiently smaller than the thickness of the head portion 520 of the lift pin 500.
  • the depth D2 of the covering portion 550 made of the carbon-based covering material filling the voids of the porous body is preferably 50 ⁇ m or more, and more preferably 100 ⁇ m or more. This is because the cover portion 550 has a structure that does not easily peel off due to the anchor effect. Further, all of the voids of the porous body of the head 520 may be filled with the covering portion 550.
  • the total thickness D of the covering portion 550 is preferably 100 ⁇ m or more, and is preferably 300 ⁇ m or less in consideration of the manufacturing efficiency of the lift pins 500.
  • the interface between the lift pin 500 and the silicon wafer W is the exposed surface 550A of the covering portion 550, and the carbon-based coating material comes into contact with the silicon wafer W.
  • the carbon-based coating material is preferably a material having a hardness lower than that of the silicon wafer W. By doing so, it is possible to more reliably avoid wrinkling of the back surface of the silicon wafer by the lift pins 500.
  • a carbon-based coating material glassy carbon or pyrolytic carbon is preferably used. These carbon-based coating materials have heat resistance to withstand use in an epitaxial growth apparatus (maximum temperature of about 1200 ° C.), and also have resistance to HCl used as an etching gas.
  • these carbon-based coating materials are also advantageous in that they do not contain elements that form active levels in the silicon epitaxial wafer. Furthermore, the use of these carbon-based coating materials is advantageous in that it is easy to obtain thermal uniformity within the silicon wafer surface during the formation of the epitaxial film.
  • the porous body constituting the straight body portion 510 and the head portion 520 is preferably made of porous SiC or a porous carbon material. If porous SiC is used, the portion where the lift pin 500 is in contact with the wall surface around the through hole 42 of the susceptor 4 is made of SiC of the same material, which is preferable in terms of more reliably suppressing dust generation due to the sliding of both.
  • the porous carbon material is preferable in that the covering portion 550 is easily filled with at least a part of the voids of the porous body and is less likely to be peeled off.
  • the structure including the straight body portion 510 and the head portion 520 can be obtained by a general method.
  • the porous SiC constitutes a structure made up of the straight body portion 510 and the head portion 520
  • the structure can be produced by dispersing pores in a SiC sintered body sintered at normal pressure.
  • a covering portion 550 made of a carbon-based covering material is formed on the top portion of the head portion 520.
  • a thermosetting resin such as phenol resin and COPNA resin
  • a covering portion 550 made of glassy carbon can be formed by heat treatment at 700 to 2600 ° C. in an inert gas atmosphere such as argon.
  • the covering portion 550 thus formed fills the voids of the porous body in the head portion 520 because the glassy carbon infiltrates the inside of the head portion 520.
  • the depth D2 of the covering portion 550 is derived from infiltration.
  • the coating portion 550 made of glassy carbon can be formed as follows. That is, a thermosetting resin such as a phenol resin that is a raw material for glassy carbon is subjected to impregnation treatment or coating treatment, or both impregnation treatment and coating treatment, partially or entirely on the head 520, and carbon Also, the covering portion 550 made of glassy carbon can be formed.
  • a thermosetting resin such as a phenol resin that is a raw material for glassy carbon is subjected to impregnation treatment or coating treatment, or both impregnation treatment and coating treatment, partially or entirely on the head 520, and carbon
  • the covering portion 550 made of glassy carbon can be formed.
  • a furan resin, a polycarbodiimide resin, a furfural-phenol copolymer, a divinylbenzene resin, a COPNA resin, or the like can be used as the thermosetting resin.
  • the depth D2 of the covering portion 550 is derived from impregnation.
  • pyrolytic carbon when used as the carbon-based coating material, a hydrocarbon material is sprayed or applied to the top of the head 520 or partially over the head, and is formed by a thermal CVD method or the like at 800 ° C. or higher. A film may be used.
  • the covering portion 550 thus formed fills the voids of the porous body in the head portion 520 because pyrolytic carbon also enters the inside of the head portion 520. In this case, the depth D2 of the covering portion 550 is derived from infiltration.
  • Pyrolytic carbon is high purity and high crystallinity carbon obtained by pyrolyzing hydrocarbon compounds having about 1 to 8 carbon atoms. Pyrocurve (manufactured by Ibiden Co., Ltd.) is used as pyrolytic carbon. And pyrographs (Toyo Tanso Co., Ltd.) are known.
  • the method of manufacturing the covering portion 550 of the lift pin 500 according to the present embodiment is not limited to the specific example described above.
  • the straight body 510 is covered with the SiC coating material 530.
  • the SiC coating material 530 can be formed by a chemical vapor deposition method (CVD method).
  • CVD method chemical vapor deposition method
  • the coating thickness by the SiC coating material 530 to the straight body part 510 shall be 40 micrometers or more, and it is more preferable to set it as 60 micrometers or more.
  • the porosity of the porous body used in the present embodiment is preferably 15% or more and 85% or less, and more preferably 35% or more and 85% or less. In order to obtain the above-described effect more reliably, it is particularly preferable to set the ratio to 15% or more and 60% or less.
  • the “porosity” in the present specification is the volume of the voids in the porous body in the total volume of the porous body, assuming that the voids in the porous body are not filled with the carbon-based coating material. A percentage.
  • coated part 550 has coat
  • the carbon-based coating material of the covering portion 550 may fill all the voids inside the head portion 520.
  • the SiC coating material 530 covers the straight body portion 510, but the side coating surface and the lower surface of the head portion 520, that is, the surfaces other than those covered with the coating portion 550 May be provided.
  • the epitaxial growth apparatus includes the lift pin 500 described above.
  • the structure of the epitaxial growth apparatus other than the lift pins 500 the same structure as the general epitaxial growth apparatus 1 described above with reference to FIG. 1 can be used.
  • an epitaxial film is grown on the silicon wafer using the epitaxial growth apparatus having the lift pins 500. By this manufacturing method, peeling of the carbon-based coating material can be prevented.
  • a lift pin 500 shown in FIG. 4 was produced.
  • the porosity of porous SiC was set to 40%.
  • a head portion 520 of the lift pin 500 was impregnated with a phenol resin and carbonized to form a covering portion made of glassy carbon.
  • the thickness from the outermost surface of the lift pin 500 (exposed surface 550A of the covering portion 550) to the surface 520A of the head portion 520, ie, the surface layer thickness D1 was about 40 ⁇ m.
  • coated part 550 from the surface 520A of the contact side of the head 520 was 100 micrometers.
  • each thickness is a measured value of each average thickness after carrying out the epitaxial growth process of 50 sheets, having measured the lift pin cross-sectionally after this test and using a microscope and SEM.
  • Invention Example 2 Invention Example 1, a coating portion made of glassy carbon was formed. Instead, pyrolytic carbon was used as a carbon-based coating material. Other conditions were the same as in Invention Example 2, and a lift pin according to Invention Example 2 was produced.
  • Comparative Example 1 A lift pin 5 shown in FIG. 3 was prepared.
  • the straight body portion 51 and the head portion 52 of the lift pin 5 are made of dense (not porous) SiC.
  • the surface of the head 52 was coated with glassy carbon to produce a lift pin according to Comparative Example 1.
  • the lift pins according to Invention Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 were applied to the epitaxial growth apparatus 1 shown in FIG. 1, and a silicon epitaxial wafer was manufactured according to the following procedure.
  • the susceptor 4 used was a carbon substrate whose surface was SiC coated.
  • As a substrate for the silicon epitaxial wafer a boron-doped silicon wafer W having a diameter of 300 mm was used.
  • trichlorosilane gas as a source gas was supplied at a temperature of 1150 ° C., and the surface of the susceptor 4 was coated with silicon.
  • the silicon wafer W was introduced into the epitaxial film forming chamber 2 and placed on the susceptor 4 using lift pins.
  • hydrogen gas was supplied at 1150 ° C. to perform hydrogen baking, and then an epitaxial silicon film was grown at 1150 ° C. by 4 ⁇ m to obtain an epitaxial silicon wafer.
  • trichlorosilane gas was used as the source gas
  • diborane gas was used as the dopant gas
  • hydrogen gas was used as the carrier gas.
  • the evaluation criteria were as follows. ⁇ : 0.2 pieces / wafer or less ⁇ : 0.2 pieces / wafer or less to 0.5 pieces / wafer or less ⁇ : 0.5 pieces / wafer or less

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Abstract

リフトピンによるシリコンウェーハ裏面の疵付きを回避するとともに、該リフトピンがサセプタの貫通孔周りの壁面と摺れ合うことによる発塵を抑制することができ、さらにガラス状カーボンの剥離を防止することのできる、エピタキシャル成長装置用のリフトピンを提供する。 本発明によるリフトピンは、サセプタの貫通孔内に挿通するための直胴部と、シリコンウェーハに当接するための頭部と、前記頭部の頂部を少なくとも被覆する被覆部と、を有し、前記直胴部および前記頭部は、多孔質体からなり、前記被覆部は炭素系被覆材からなり、前記被覆部が、前記頭部における前記多孔質SiCの空隙の少なくとも一部を充填する。

Description

リフトピン、該リフトピンを用いたエピタキシャル成長装置およびシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法
 本発明は、リフトピン、該リフトピンを用いたエピタキシャル成長装置、およびシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。
 一般に、シリコンウェーハは、チョクラルスキー法(CZ法)等により単結晶シリコンを育成し、該シリコン単結晶をブロックに切断した後、薄くスライスし、平面研削(ラッピング)工程、エッチング工程および鏡面研磨(ポリッシング)工程を経て最終洗浄することにより得られる。その後、各種品質検査を行って異常が確認されなければ製品として出荷される。
 ここで、結晶の完全性がより要求される場合や、抵抗率の異なる多層構造を必要とする場合などには、シリコンウェーハ上に単結晶シリコン薄膜を気相成長(エピタキシャル成長)させてシリコンエピタキシャルウェーハを製造する。
 シリコンエピタキシャルウェーハの製造には、例えば枚葉式エピタキシャル成長装置が用いられている。ここで、一般的な枚葉式エピタキシャル成長装置について、図1を参照して説明する。図1に示すように、エピタキシャル成長装置1は、上部ドーム11、下部ドーム12及びドーム取付体13に囲まれたエピタキシャル膜形成室2を有する。このエピタキシャル膜形成室2は、その側面の対向する位置に反応ガスの供給及び排出を行うガス供給口31及びガス排出口32が設けられる。一方、エピタキシャル膜形成室2内には、シリコンウェーハWが載置されるサセプタ4が配置される。サセプタ4は、サセプタ回転部40に連結されたサセプタサポートシャフト41によってその下面の外周部が嵌合支持され、サセプタサポートシャフト41とともに回転する。また、サセプタ4には、シリコンウェーハWの昇降を行うためのリフトピン5を通過させる貫通孔42が形成されている。また、リフトピン5は、その基端を昇降シャフト6により支持されて昇降される。
 図2に示す、サセプタ4の貫通孔42周りの拡大図と、図3に示す、リフトピン5の拡大図とを用いて、より詳細に説明する。リフトピン5は、シリコンウェーハWと当接する頭部52およびサセプタ4の貫通孔42内に挿通される直胴部51とを有する。エピタキシャル膜形成室2内に導入したシリコンウェーハWは、サセプタ4の貫通孔42に挿通したリフトピン5をサセプタ4の上方に向けて移動し、図2に示すように、リフトピン5の頭部50をシリコンウェーハWの裏面に当接させて、シリコンウェーハWをリフトピン5で一旦支持する。ここで、リフトピン5の上昇移動は、該リフトピン5の基端を支持する昇降シャフト6の上昇移動を介して行う。
 次いで、サセプタ4を支持するサセプタサポートシャフト41を上昇してサセプタ4をシリコンウェーハWの位置まで移動し、シリコンウェーハWをサセプタ4上に載置する。この状態において、リフトピン5の頭部52は、サセプタ4の貫通孔42内に収められる。こうして、シリコンウェーハWをサセプタ4上に載置する。そして、例えばサセプタ4の上方および下方に配置した複数台の加熱ランプ14によりシリコンウェーハWを1000℃以上の温度に加熱する一方、エピタキシャル膜形成室2内に反応ガスを供給して、所定の厚さのエピタキシャル膜を成長させてシリコンエピタキシャルウェーハを製造する。
 エピタキシャル成長後、サポートシャフト41の下降によってサセプタ4を下降する。この下降は、リフトピン5が昇降シャフト6に支持されサセプタ4から突出する位置まで行い、シリコンウェーハWをリフトピン5にて支持しておく。そして、エピタキシャル膜形成室2内に図示しない搬送ブレードを導入し、リフトピン5を下降して搬送ブレード上にシリコンウェーハWを載置することにより、シリコンウェーハWをリフトピン5から搬送ブレードに受け渡す。その後、搬送ブレードとともにシリコンウェーハWを成長装置1から退出させる。
 以上で説明したシリコンエピタキシャルウェーハの製造工程において、成長装置1内に導入したシリコンウェーハWをサセプタ4上に載置するまでの過程および、エピタキシャル成長後のシリコンウェーハWをサセプタ4から搬送ブレードに受け渡す過程では、シリコンウェーハWをリフトピン5にて当接支持することになる。このシリコンウェーハ裏面のリフトピン5が当接する頭部52は、リフトピン5が上昇しながら当り、引き続き頭部の接触が維持されるために、該接触する部分での疵の発生をまねいていた。
 さらに、前述の過程およびその前後には、リフトピン5を昇降することが必須になるが、このリフトピン5の昇降動作において、リフトピン5の直胴部51がサセプタ4の貫通孔42周りの壁面と摺れ合う結果、発塵をまねいていた。この塵はパーティクルとなってエピタキシャル膜表面に付着し、シリコンウェーハ品質を低下させるため、その抑制が望まれていた。
 そこで、特許文献1には、SiCで形成されたさや(鞘)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リフトピンが提案されている。
特開2003-142407号公報
 特許文献1に開示されるリフトピンでは、当該リフトピンの、シリコンウェーハと接触する面をシリコンウェーハよりも硬度の低い材料とする。そのため、このリフトピンであれば、頭部とシリコンウェーハとが接触する位置での疵の発生を防止でき得ると考えられる。また、このリフトピンであれば、さや部とサセプタ4の少なくとも表面とが同質の材料であるSiCで形成されるため、リフトピンを昇降動作する際の、リフトピンの直胴部と貫通孔42周りの壁面との摺れ合いによる発塵も防止でき得ると考えられる。
 しかしながら、特許文献1では、頭部をさや部にはめ込むために、エピタキシャル成長処理時の高熱処理によって、頭部およびさや部の材質が異なることによる熱膨張差に起因して、はめ込み部が割れてしまい使用できない危惧がある。
 そこで、本発明者は、特許文献1に記載されるような、中空のさや部へのガラス状カーボンからなる頭部のはめ込みに替えて、SiC基材からなるリフトピンの頂部にガラス状カーボンからなる炭素系被覆材をコーティングしたリフトピンを作製することを試みた。しかしながら、こうして試作したリフトピンを用いてエピタキシャル成長装置に供した場合、炭素系被覆材が剥がれてしまった。
 そこで、本発明は、炭素系被覆材の剥離を防止することのできる、エピタキシャル成長装置用のリフトピンを提供することを目的とする。
 本発明者は、上記課題を解決するための方途について鋭意検討し、試作したリフトピンで剥離が生ずる原因は、炭素系被覆材と、SiC基材との密着性が不十分であるからだと仮定した。SiC基材は緻密なSiC構造を有するため、SiC基材上にコーティングした炭素系被覆材は単純な積層構造となり、熱膨張の相違によりエピタキシャル成長中に剥離が生じてしまうと考えられる。そこで、リフトピンの基材としてSiC基材に替えて、多孔質体を用いることを着想し、こうしたリフトピンであれば、上記諸課題のいずれにも有効であることを見出し、本発明を完成するに到った。
 即ち、本発明の要旨構成は以下の通りである。
(1)エピタキシャル成長装置内に設置するサセプタの貫通孔内を該貫通方向に移動可能に挿通され、前記サセプタに載置するシリコンウェーハを支持しながら該シリコンウェーハを前記サセプタに対して進退させるリフトピンであって、
 前記貫通孔内に挿通される直胴部と、
 前記シリコンウェーハに当接する頭部と、
 前記頭部の頂部を少なくとも被覆する被覆部と、を有し、
 前記直胴部および前記頭部は、多孔質体からなり、
 前記被覆部は炭素系被覆材からなり、
 前記被覆部が、前記頭部における前記多孔質体の空隙の少なくとも一部を充填していることを特徴とするリフトピン。
 なお、本明細書で言う「当接」とは、エピタキシャル成長を行う際に、リフトピンの頭部が、該頭部の厚みに比べて十分小さな表層厚み1μm~100μmの被覆部を介して、シリコンウェーハの裏面に「当たっている状態でつながっている」、あるいは「くっついている」状態を意味する。なお、表層厚みとは、リフトピンの中心軸において、リフトピンの頭部側の最表面(被覆部の露出面)から、頭部の当接側の表面までの厚みである。
(2)前記多孔質体は多孔質SiCまたは多孔質炭素材からなる、前記(1)に記載のリフトピン。
(3)前記直胴部がSiCコート材により被覆される、前記(1)または(2)に記載のリフトピン。
(4)前記多孔質体の気孔率が、15%以上85%以下である、前記(1)~(3)のいずれかに記載のリフトピン。
(5)前記被覆部の前記炭素系被覆材がガラス状カーボンまたは熱分解炭素からなる、前記(1)~(4)のいずれか1項に記載のリフトピン。
(6)前記(1)~(5)のいずれかに記載のリフトピンを有することを特徴とする、エピタキシャル成長装置。
(7)前記(6)に記載のエピタキシャル成長装置を用いて、シリコンウェーハ上にエピタキシャル膜を成長させることを特徴とする、シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
 本発明によれば、炭素系被覆材の剥離を防止することのできる、エピタキシャル成長装置用のリフトピンを提供することができる。
従来技術によるエピタキシャル成長装置の断面図である。 従来技術による、エピタキシャル成長装置におけるサセプタの貫通孔周りを示す断面図である。 従来技術によるリフトピンを示す部分断面図である。 本発明の一実施形態に従うリフトピンを示す断面図である。 本発明の一実施形態に従うリフトピンの頭部の拡大断面図である。
 以下、図面を参照して、本発明のリフトピンについて詳しく説明する。なお、図中の各構成の縦横比は、説明の便宜上誇張して図示しており、実際とは異なる。
 図4は、本実施形態に従うリフトピン500を示す断面図である。リフトピン500は、図1を用いて既述のエピタキシャル成長装置1内に設置するサセプタ4の貫通孔42内を該貫通方向に移動可能に挿通され、サセプタ4に載置するシリコンウェーハWを支持しながら該シリコンウェーハWをサセプタ4に対して進退させる。すなわち、本実施形態に従うリフトピン500は、図1に示した従来技術によるエピタキシャル成長装置1のサセプタ4の貫通孔42に挿通されるリフトピン5に置き換えて使用することができるものである。
 ここで、リフトピン500は、貫通孔42内に挿通される直胴部510と、シリコンウェーハWに当接する頭部520と、頭部520の頂部を少なくとも被覆する被覆部550と、を有する。したがって、リフトピン500と、シリコンウェーハWとが接触する界面は、被覆部550の露出面550A(リフトピン500の最表面)となる。図4に示すように、直胴部510は棒状とすることができ、頭部520は、直胴部510および貫通孔40より太径とすることができる。なお、本実施形態に従うリフトピン500は、棒状の直胴部の先端にシリコンウェーハを支持する頭部を有するものであれば、形状を限定する必要はなく、従って、図示の形状に限定されるわけではない。サセプタ4に応じて、リフトピン500を適切な形状とすればよい。
 ここで、リフトピン500において、直胴部510および頭部520は、多孔質体からなり、被覆部550は炭素系被覆材からなるものとする。そして、リフトピン500において、被覆部550が、頭部520における多孔質体の空隙の少なくとも一部を充填している。なお、本明細書において、リフトピン500の頭部520側の拡大図である図5に示すように、被覆部550の厚みDを表層厚みD1および深部厚みD2との合計厚み(D1+D2)により定義する。すなわち、表層厚みD1とは、リフトピン500の中心軸において、被覆部550の露出面550A(リフトピン500の最表面であり、エピタキシャル成長を行う際にシリコンウェーハ裏面と直接接触する部分である。)から、頭部520の当接側の表面520Aまでの厚みである。また、深部厚みD2とは、リフトピン500の中心軸において、頭部520の当接側の表面520Aから、被覆部550の表層部を充填する部分の厚みとする。
 本実施形態に従うリフトピン500では、上述した充填構造を有するため、炭素系被覆材からなる被覆部550と、多孔質体からなる頭部520との密着性を確保することができる。そのため、リフトピン500をエピタキシャル成長装置1に供した場合でも、炭素系被覆材の剥離を防止することができる。
 なお、被覆部550の表層厚みD1は通常、1μm~100μmであり、リフトピン500の頭部520の厚みに比べて十分小さい。また、多孔質体の空隙を充填している炭素系被覆材からなる被覆部550の深部厚みD2は、50μm以上とすることが好ましく、100μm以上とすることが好ましい。アンカー効果により、被覆部550が剥離しにくい構造となるためである。また、被覆部550により、頭部520の多孔質体の空隙の全部が充填されていてもよい。被覆部550の全体厚みDは、100μm以上とすることが好ましく、リフトピン500の製造効率を考慮すると、300μm以下とすることが好ましい。
 また、前述のとおり、リフトピン500と、シリコンウェーハWとが接触する界面は、被覆部550の露出面550Aであり、炭素系被覆材がシリコンウェーハWと接触することとなる。そのため、炭素系被覆材としては、シリコンウェーハWよりも硬度の低い材料とすることが好ましい。こうすることで、リフトピン500によるシリコンウェーハ裏面の疵付きをより確実に回避することができる。このような炭素系被覆材として、ガラス状カーボンまたは熱分解炭素などを用いることが好ましい。なお、これらの炭素系被覆材は、エピタキシャル成長装置内での使用(最高温度1200℃程度)に耐えるための耐熱性を有しており、またエッチングガスとして使用するHClに対しての耐性もある点でも好ましい。さらに、これらの炭素系被覆材は、シリコンエピタキシャルウェーハ内に活性な準位を形成する元素を含まない点でも有利である。さらに、これらの炭素系被覆材を用いれば、エピタキシャル膜の成膜時におけるシリコンウェーハ面内の均熱性が得られやすい点でも有利である。
 さらに、直胴部510および頭部520を構成する多孔質体は、多孔質SiCまたは多孔質炭素材からなることが好ましい。多孔質SiCを用いれば、リフトピン500がサセプタ4の貫通孔42周りの壁面と接触する部分は同質材料のSiCであるため、両者の摺れ合いによる発塵をより確実に抑制できる点で好ましい。一方、多孔質炭素材は被覆部550が、多孔質体の空隙の少なくとも一部を充填しやすいく、且つ剥がれが起こりにくくなる点で好ましい。
 本発明に従うリフトピン500において、直胴部510および頭部520からなる構造体は、一般的な手法により得ることができる。例えば、多孔質SiCが直胴部510および頭部520からなる構造体を構成する場合、常圧で焼結したSiC焼結体に気孔を分散させることにより作製することができる。
 この頭部520の頂部に対して、炭素系被覆材からなる被覆部550を形成する。例えば、炭素系被覆材としてガラス状カーボンを用いる場合、フェノール樹脂およびCOPNA(コプナ)樹脂などの、熱硬化性樹脂を溶剤に溶解させ、当該溶液を頭部520の頂部表面に刷毛塗り、スプレー等による塗布を行う。そして、乾燥および硬化を経た後、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下にて、700~2600℃で加熱処理することで、ガラス状カーボンからなる被覆部550を形成することができる。こうして形成した被覆部550は、頭部520の内部にもガラス状カーボンが浸潤するため、頭部520における多孔質体の空隙を充填する。この場合、被覆部550の深部厚みD2は、浸潤由来となる。
 また、以下のようにしても、ガラス状カーボンからなる被覆部550を形成することができる。すなわち、ガラス状カーボンの原料となるフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を、頭部520に対して部分的または全体に、含浸処理もしくは被覆処理、または含浸処理及び被覆処理の両処理を施し、炭素化することでも、ガラス状カーボンからなる被覆部550を形成することができる。なお、熱硬化性樹脂としてはフェノール樹脂の他にも、フラン樹脂、ポリカルボジイミド樹脂、フルフラール-フェノール共重合体、ジビニルベンゼン樹脂及び、COPNA(コプナ)樹脂などを用いることができる。この場合、被覆部550の深部厚みD2は、含浸由来となる。
 一方、炭素系被覆材として熱分解炭素を用いる場合、頭部520の頂部に対して部分的または頭部全体に、炭化水素材料を吹付けあるいは塗布し、800℃以上の熱CVD法等により成膜すればよい。こうして形成した被覆部550は、頭部520の内部にも熱分解炭素が侵入するため、頭部520における多孔質体の空隙を充填する。この場合、被覆部550の深部厚みD2は、浸潤由来となる。なお、熱分解炭素とは、炭素数1~8程度の炭化水素系化合物を熱分解させて得られる高純度で高結晶化度の炭素であり、熱分解炭素として、パイロカーブ(イビデン株式会社製)、パイログラフ(東洋炭素株式会社製)などが知られる。
 なお、本実施形態に従うリフトピン500の被覆部550を製造する手法が、上述した具体例に制限されないことは勿論である。
 また、直胴部510がSiCコート材530により被覆されることも好ましい。こうすることで、リフトピン500と、サセプタ4の貫通孔42周りの壁面との摺れ合いによる発塵をより確実に抑制することができる。なお、SiCコート材530は化学蒸着法(CVD法)によって形成することができる。なお、直胴部510へのSiCコート材530による被覆厚みを40μm以上とすることが好ましく、60μm以上とすることがより好ましい。
 さらに、上述した効果をより確実に得るため、本実施形態に用いる多孔質体の気孔率を、15%以上85%以下とすることが好ましく、35%以上85%以下とすることも好ましい。上述した効果をより確実に得るためには、特に15%以上60%以下とすることが好ましい。なお、本明細書における「気孔率」とは、多孔質体内の空隙が炭素系被覆材により充填されていないと仮定した場合の、多孔質体の全体積に占める多孔質体内の空隙の体積の割合とする。
 なお、図4の例では、被覆部550が頭部520の頂部のみを被覆しているが、頭部520の全部を被覆してもよい。また、被覆部550の炭素系被覆材が、頭部520の内部における空隙の全てを充填してもよい。
 一方、図4の例では、SiCコート材530を直胴部510を被覆しているが、頭部520の側周面および下面、すなわち被覆部550により被覆されている以外の面にSiCコート材が設けられてもよい。
 また、本実施形態に従うエピタキシャル成長装置は、上述したリフトピン500を有する。該エピタキシャル成長装置の、リフトピン500以外の構成は、図1を用いて既述の一般的なエピタキシャル成長装置1と同様のものを用いることができる。さらに、本実施形態に従うシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法は、このリフトピン500を有するエピタキシャル成長装置を用いて、シリコンウェーハ上にエピタキシャル膜を成長させる。この製造方法により、炭素系被覆材の剥離を防止することができる。
 次に、本発明の効果をさらに明確にするため、以下の実施例を挙げるが、本発明は以下の実施例に何ら制限されるものではない。
(発明例1)
 図4に示すリフトピン500を作製した。リフトピン500の作製にあたり、多孔質SiCの気孔率を40%とした。リフトピン500の頭部520をフェノール樹脂で含浸し、炭素化して、ガラス状カーボンからなる被覆部を形成した。リフトピン500の最表面(被覆部550の露出面550A)から頭部520の表面520Aまでの厚み、すなわち表層厚みD1は約40μmであった。また、頭部520の当接側の表面520Aから、被覆部550の表層部を充填する部分の厚み(すなわち、深部厚みD2)は、100μmであった。さらに、直胴部510の周面を、CVD法を用いて1250℃にてSiCコート材で被覆した。なお、各厚みは本試験後にリフトピンを断面破断して顕微鏡、SEMを用いて測定したものであり、50枚エピタキシャル成長処理した後の、各平均厚みの測定値である。
(発明例2)
 発明例1ではガラス状カーボンからなる被覆部を形成していたところ、これに替えて熱分解炭素を炭素系被覆材とした。その他の条件は発明例2と同様にして発明例2に係るリフトピンを作製した。
(比較例1)
 図3に示す、リフトピン5を用意した。リフトピン5の直胴部51および頭部52は、緻密な(多孔質でない)SiCからなる。この頭部52の表面に、ガラス状カーボンをコーティングし、比較例1に係るリフトピンを作製した。
(比較例2)
 図3に示す、SiCのみからなるリフトピン5を用意し、比較例2に係るリフトピンとした。
(比較例3)
 図3に示す、ガラス状カーボンのみからなるリフトピン5を用意し、比較例3に係るリフトピンとした。
 図1に示したエピタキシャル成長装置1に、発明例1,2および比較例1~3に係るリフトピンを適用し、以下の手順に従って、シリコンエピタキシャルウェーハを製造した。なお、サセプタ4は、カーボン基材の表面にSiCコートしたものを用いた。また、シリコンエピタキシャルウェーハの基板としては、ボロンドープされた直径300mmのシリコンウェーハWを用いた。
 シリコンエピタキシャルウェーハの製造にあたり、まず、原料ソースガスであるトリクロロシランガスを温度1150℃にて供給し、サセプタ4の表面に対してシリコンコートを施した。次いで、シリコンウェーハWをエピタキシャル膜形成室2内に導入し、リフトピンを用いてサセプタ4上に載置した。続いて、1150℃にて、水素ガスを供給し、水素ベークを行った後、1150℃にて、シリコンのエピタキシャル膜を4μm成長させてエピタキシャルシリコンウェーハを得た。ここで、原料ソースガスとしてはトリクロロシランガスを用い、また、ドーパントガスとしてジボランガス、キャリアガスとして水素ガスを用いた。
 こうして得られたシリコンエピタキシャルウェーハについて、表面および裏面の品質を評価した。発明例1,2および比較例1については、エピタキシャル成長後にリフトピンを取り出し、炭素系被覆材の剥離の有無を目視により観察した。結果を表1に示す。なお、各評価手法は次のとおりである。
<表面品質>
 得られたエピタキシャルウェーハについて、0.25μmLPD発生密度を測定した。すなわち、作製したエピタキシャルウェーハについて、ウェーハ表面検査装置(ケーエルエーテンコール社製、SP-2)を用いて、エピタキシャル膜表面で観察されるサイズ0.25μm以上の表面欠陥(LPD:Light Point Defect)の個数を評価した。この測定結果によって、発塵によるパーティクルの発生状況を評価することができる。
 評価基準は下記のとおりとした。
  ○:0.2個/wafer以下
  △:0.2個/wafer超~0.5個/wafer以下
  ×:0.5個/wafer超
<裏面品質>
 得られたエピタキシャルウェーハについて、リフトピン当接部のピンマーク強度として、ウェーハ表面検査装置(ケーエルエーテンコール社製、SP-2)を用いて、リフトピン接触領域における、レーザー反射の設定値以上の散乱強度を有する領域の面積を測定し、ウェーハ裏面のリフトピン起因の疵付きを評価した。
 評価基準は下記のとおりとした。
  ◎:0.5mm以下
  ○:0.5mm超~1mm以下
  △:1mm超~2mm以下
  ×:2mm
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1から、本発明に従う発明例1,2のリフトピンを用いることで、リフトピンによるシリコンウェーハ裏面の疵付きを回避するとともに、該リフトピンがサセプタの貫通孔周りの壁面と摺れ合うことによる発塵を抑制することができ、さらに炭素系被覆材の剥離を防止できることが確認できた。
  1  エピタキシャル成長装置
  2  エピタキシャル膜形成室
  4  サセプタ
  5  リフトピン
  6  昇降シャフト
  W  シリコンウェーハ
 11  上部ドーム
 12  下部ドーム
 13  ドーム取付体
 40  サセプタ回転部
 41  サセプタサポートシャフト
 42  貫通孔
 500 リフトピン
 510 直胴部
 520 頭部
 530 SiCコート材
 550 被覆部
 

Claims (7)

  1.  エピタキシャル成長装置内に設置するサセプタの貫通孔内を該貫通方向に移動可能に挿通され、前記サセプタに載置するシリコンウェーハを支持しながら該シリコンウェーハを前記サセプタに対して進退させるリフトピンであって、
     前記貫通孔内に挿通される直胴部と、
     前記シリコンウェーハに当接する頭部と、
     前記頭部の頂部を少なくとも被覆する被覆部と、を有し、
     前記直胴部および前記頭部は、多孔質体からなり、
     前記被覆部は炭素系被覆材からなり、
     前記被覆部が、前記頭部における前記多孔質体の空隙の少なくとも一部を充填していることを特徴とするリフトピン。
  2.  前記多孔質体は多孔質SiCまたは多孔質炭素材からなる、請求項1に記載のリフトピン。
  3.  前記直胴部がSiCコート材により被覆される、請求項1または2に記載のリフトピン。
  4.  前記多孔質体の気孔率が、15%以上85%以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載のリフトピン。
  5.  前記被覆部の前記炭素系被覆材がガラス状カーボンまたは熱分解炭素からなる、請求項1~4のいずれか1項に記載のリフトピン。
  6.  請求項1~5のいずれか1項に記載のリフトピンを有することを特徴とする、エピタキシャル成長装置。
  7.  請求項6に記載のエピタキシャル成長装置を用いて、シリコンウェーハ上にエピタキシャル膜を成長させることを特徴とする、シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
     
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