(57)【要約】【課題】半導体ウェーハの金属汚染を防止し、かつ半導体ウェーハの内外において損傷を防止する。【解決手段】気相成長装置１００は、加熱した半導体ウェーハ１を金属製の円板状の冷却プレート１１に近接して、半導体ウェーハ１を冷却する冷却チャンバ１０を備える。冷却チャンバ１０は、冷却プレート１１に取り付けて、半導体ウェーハ１の周縁を周方向に間隔をあけて支持する複数の支持部材１３を備える。支持部材１３は、半導体ウェーハ１が載置される円弧状の頂部が冷却プレート１１の中心に向かう支持面１３１と、支持面１３１から突出して半導体ウェーハ１の外周を部分的に囲う段差１３２を有する。円弧状の頂部は、半導体ウェーハ１が冷却プレート１１に接触しない所定の高さを設けると共に、冷却プレート１１の中心に向かって下り傾斜している。【選択図】図２
2010157581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱した半導体ウェーハを金属製の円板状の冷却プレートに近接して当該半導体ウェーハを冷却する冷却チャンバを備える気相成長装置であって、
前記冷却チャンバは、前記冷却プレートに取り付けて前記半導体ウェーハの周縁を周方向に間隔をあけて支持する複数の支持部材を備え、
前記支持部材は、前記半導体ウェーハが載置される円弧状の頂部を設けて、この頂部が前記冷却プレートの中心に向かう支持面と、この支持面から突出して前記半導体ウェーハの外周を部分的に囲う段差と、を有し、
前記円弧状の頂部は、前記半導体ウェーハが前記冷却プレートに接触しない所定の高さを設けると共に、前記冷却プレートの中心に向かって下り傾斜していることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記支持部材は、前記冷却プレートの表面に当接する底面又は外周面から突出して、当該冷却プレートに着脱自在に固定されるピンを更に有することを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記支持部材は、耐熱性の硬質合成樹脂からなることを特徴とする請求項１又は２記載の気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置に関する。特に、加熱された半導体ウェーハを冷却する冷却チャンバを備える気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、枚葉式の気相成長装置は、一対のプロセスチャンバ、搬送ロボット付きのロードロックチャンバ、一対の冷却チャンバ、及び一対のフープ（ＦＯＵＰ：Ｆｒｏｎｔ  Ｏｐｅｎｉｎｇ  Ｕｎｉｆｉｅｄ  Ｐｏｄ）を配置する載置室を設けて構成されている。
【０００３】
プロセスチャンバは、半導体ウェーハを加熱してエピタキシャル層を成長させるエピタキシャル処理装置である。そして、処理後の加熱された半導体ウェーハを搬送ロボットがロードロックチャンバ内に受け取り、いずれか一方の冷却チャンバに移載して、半導体ウェーハを所定の温度まで冷却する。その後、いずれか一方の半導体ウェーハをフープに収容する。
【０００４】
上述した気相成長装置は、半導体ウェーハの並列処理が可能な水平搬送式の自動搬送装置となっており、枚葉式の気相成長装置としては、処理能力が優れている。
【０００５】
このような気相成長装置は、プロセスチャンバに半導体ウェーハを授受するに当たり、例えば、帯板状のブレードの平面に半導体ウェーハを載置して移載している。このブレードは、半導体ウェーハの重心を横断しており、半導体ウェーハの裏面が接触するように構成している。
【０００６】
一方、プロセスチャンバは、半導体ウェーハの裏面の両翼（前記ブレードが当接しない領域）が載置され、昇降する一対一組のリフトピンを備えている。又、冷却チャンバは、半導体ウェーハの裏面の両翼が載置され、昇降する円弧状の一対のサイドサポートを備えている。
【０００７】
したがって、一対一組のリフトピンの上方、又は一対のサイドサポートの上方に向かってブレードが水平方向に移動した後、ブレードが下降することにより、プロセスチャンバ又は冷却チャンバに半導体ウェーハを移載できる。
【０００８】
しかし、プロセスチャンバで加熱された半導体ウェーハをブレードに載置すると、半導体ウェーハの表面と裏面の温度の不均衡や自重の影響により、半導体ウェーハの両翼が下方に反った状態で変形する現象が生ずる。
【０００９】
一方、冷却チャンバは、加熱された半導体ウェーハを所定の温度まで冷却する円板状の冷却プレートを備えている。一対のサイドサポートに載置された半導体ウェーハを下降させることにより、半導体ウェーハの裏面を冷却プレートの表面に近接させて、加熱された半導体ウェーハを冷却している。
【００１０】
例えば、上述した冷却プレートは、その表面の中央部から僅かに突出した複数の石英ピンに半導体ウェーハを載置して、半導体ウェーハの裏面を冷却プレートの表面に近接させるように構成している。
【００１１】
しかし、冷却プレートは、ステンレス合金などの金属体からなり、加熱された半導体ウェーハの両翼が下方に反った状態で、冷却プレートの表面に近接すると、冷却プレートの表面に半導体ウェーハの両翼が接触して、半導体ウェーハが金属汚染されるという不具合がある。
【００１２】
このような不具合に対して、冷却プレートの表面と半導体ウェーハの裏面との接触を防止して、半導体ウェーハの金属汚染を防止する冷却チャンバが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１３】
特許文献１による冷却チャンバは、半導体ウェーハを冷却プレートの表面から一定の高さに保ち、かつ冷却プレートの外周部に形成された傾斜部に設置する複数の支持部材を備えている。この支持部材は、半導体ウェーハの周縁面を部分的に支持する支持面と、冷却プレートに接触する接触部と、を有している。支持部材は、石英、アルミナ、セラミックス、ＳｉＣから構成される一群の材料から選択されたものを含んでいる。
【００１４】
特許文献１による冷却チャンバは、上記複数の支持部材を備えることにより、半導体ウェーハと冷却プレートの外周部に形成された傾斜部との接触を回避できる、としている。
【特許文献１】特開２００３−１４２５６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、特許文献１による冷却チャンバは、冷却された支持面が加熱された半導体ウェーハを部分的に冷却するので、熱ショックで半導体ウェーハの内部に歪みが残留することが懸念される。つまり、複数の支持部材は、熱伝導で半導体ウェーハを部分的に冷却するのに対して、冷却チャンバの表面は、半導体ウェーハの輻射熱を吸熱するので、熱伝導速度の違いにより、半導体ウェーハの内部に歪みが残留することが懸念される。
【００１６】
又、特許文献１による冷却チャンバは、硬度の大きい支持部材が半導体ウェーハに当接するので、半導体ウェーハを損傷することが懸念される。そして、以上のことが本発明の課題といってよい。
【００１７】
したがって、本発明は、冷却チャンバを備える気相成長装置において、半導体ウェーハの金属汚染を防止し、かつ半導体ウェーハの内外において損傷を防止する気相成長装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
（１）本発明による気相成長装置は、加熱した半導体ウェーハを金属製の円板状の冷却プレートに近接して当該半導体ウェーハを冷却する冷却チャンバを備える気相成長装置であって、前記冷却チャンバは、前記冷却プレートに取り付けて前記半導体ウェーハの周縁を周方向に間隔をあけて支持する複数の支持部材を備え、前記支持部材は、前記半導体ウェーハが載置される円弧状の頂部を設けて、この頂部が前記冷却プレートの中心に向かう支持面と、この支持面から突出して前記半導体ウェーハの外周を部分的に囲う段差と、を有し、前記円弧状の頂部は、前記半導体ウェーハが前記冷却プレートに接触しない所定の高さを設けると共に、前記冷却プレートの中心に向かって下り傾斜していることを特徴とする。
【００１９】
（２）前記支持部材は、前記冷却プレートの表面に当接する底面又は外周面から突出して、当該冷却プレートに着脱自在に固定されるピンを更に有することが好ましい。
【００２０】
（３）前記支持部材は、耐熱性の硬質合成樹脂からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、冷却チャンバを備える気相成長装置において、冷却チャンバが半導体ウェーハを支持する複数の支持部材を備え、この支持部材の支持面が冷却プレートに接触しない所定の高さを設けると共に、冷却プレートの中心に向かって下り傾斜している。そのため、支持部材により、半導体ウェーハを線接触又は点接触で支持するので、半導体ウェーハの金属汚染を防止し、かつ半導体ウェーハの損傷を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２３】
最初に、本発明による気相成長装置の構成を説明する。図１は、本発明の一実施形態による気相成長装置の平面図である。
【００２４】
図１を参照すると、気相成長装置１００は、一対のプロセスチャンバ３０・３０、搬送ロボット（図示せず）付きのロードロックチャンバ２０、一対の冷却チャンバ１０・１０を備えている。
【００２５】
図１において、プロセスチャンバ３０は、半導体ウェーハ１を加熱してエピタキシャル層を成長させるエピタキシャル処理装置である。ロードロックチャンバ２０は、エピタキシャル処理後の加熱された半導体ウェーハ（エピタキシャルウェーハ）１を搬送ロボットがロードロックチャンバ２０内に受け取り、いずれか一方の冷却チャンバ１０に移載して、半導体ウェーハ１を所定の温度まで冷却する。
【００２６】
図１において、気相成長装置１００は、一対の冷却チャンバ１０・１０に隣接して、図示しない一対のフープを備えてもよく、所定の温度まで冷却された半導体ウェーハ１をフープに収容できる。又、気相成長装置１００は、外部から搬送されたフープから半導体ウェーハ１を取り出して、エピタキシャル処理することもできる。
【００２７】
図１に示された気相成長装置１００は、半導体ウェーハ１の並列処理が可能な水平搬送式の自動搬送装置となっており、枚葉式の気相成長装置となっている。
【００２８】
次に、本発明による気相成長装置に備わる冷却チャンバの構成を説明する。図２は、前記実施形態による気相成長装置に備わる冷却チャンバの平面図である。図３は、前記実施形態による冷却チャンバの縦断面図であり、図２のＸ−Ｘ矢視図である。図４は、前記実施形態による冷却チャンバの縦断面図であり、図２のＹ−Ｙ矢視図である。
【００２９】
図２から図４を参照すると、冷却チャンバ１０は、金属製の円板状の冷却プレート１１、一対のサイドサポート１２・１２、及び４つの支持部材１３を備えている。冷却プレート１１は、内部に冷却媒体が循環している。したがって、加熱した半導体ウェーハ１が冷却プレート１１の表面１１ａに近接した状態を所定時間、維持することにより、半導体ウェーハ１を所定の温度に冷却できる。
【００３０】
図２から図４を参照すると、サイドサポート１２・１２は、冷却プレート１１を間にして、対向配置されている。サイドサポート１２は、サポート本体１２１と一対のアーム１２２・１２２を備えている。サポート本体１２１は、冷却プレート１１の外周を囲うように配置され、昇降できる。アーム１２２は、サポート本体１２１から突出しており、冷却プレート１１の中心に向かっている。又、アーム１２２の先端部には、半導体ウェーハ１の裏面が載置される石英製の着座１２ａを突出している。
【００３１】
又、図２から図４を参照すると、冷却チャンバ１０は、直方体状の４個の支持部材１３を備えている。これらの支持部材１３は、冷却プレート１１の外周部に周方向に間隔をあけて取り付けられている。したがって、これらの支持部材１３は、半導体ウェーハ１の周縁を分散して支持できる。
【００３２】
図１に示された気相成長装置１００は、プロセスチャンバ３０に半導体ウェーハ１を授受するに当たり、帯板状のブレード（図示せず）の平面に半導体ウェーハ１を載置して移載している。このブレードは、半導体ウェーハ１の重心を横断しており、半導体ウェーハの裏面が接触するように構成している。
【００３３】
図１から図４を参照すると、一対のサイドサポート１２・１２の上方に向かってブレードが水平方向に移動した後、ブレードが下降することにより、冷却チャンバ１０に半導体ウェーハ１を移載できる。
【００３４】
図２を参照すると、上述したように、アーム１２２の先端部には、石英製の着座１２ａを突出しており、金属製のアーム１２２に湾曲した半導体ウェーハ１が接触することなく、半導体ウェーハ１を搬送できる。そして、一対のサイドサポート１２・１２が下降することにより、半導体ウェーハ１が４個の支持部材１３で支持される。一方、一対のサイドサポート１２・１２を上昇すると、半導体ウェーハ１を４個の支持部材１３から離反できる。
【００３５】
なお、図１から図４において、一対のサイドサポート１２・１２を２段に構成することもできる。そして、エピタキシャル処理後の半導体ウェーハ１を下段のサイドサポートに載置して、半導体ウェーハ１をフープに収容してよく、隣接する冷却チャンバ１０に半導体ウェーハ１を移載した後に、対応するフープに収容することもできる。又、エピタキシャル処理前の半導体ウェーハ１をフープから取り出して、上段のサイドサポートに載置することもできる。
【００３６】
次に、本発明による冷却チャンバに備わる支持部材の構成を説明する。図５は、前記実施形態による冷却チャンバに備わる支持部材の斜視図である。図６は、前記実施形態による支持部材の正面図である。図７は、前記実施形態による支持部材の平面図である。図８は、前記実施形態による支持部材の左側面図である。
【００３７】
図５から図８を参照すると、支持部材１３は、支持面１３１と円弧状の段差１３２を有している。支持面１３１には、半導体ウェーハ１が載置される。段差１３２は、支持面１３１から突出している。又、段差１３２は、半導体ウェーハ１の外周を部分的に囲っている。そして、支持面１３１は、円弧状の頂部が冷却プレート１１の中心に向かっている（図２参照）。
【００３８】
図３から図８を参照すると、支持面１３１の円弧状の頂部は、半導体ウェーハ１が冷却プレート１１の表面１１ａに接触しない所定の高さを設けている。つまり、支持面１３１の円弧状の頂部は、変形した半導体ウェーハ１の両翼が冷却プレート１１の表面１１ａに接触しない所定の高さを設けている。そして、この円弧状の頂部は、冷却プレート１１の中心に向かって下り傾斜している。
【００３９】
又、図３から図８を参照すると、支持部材１３は、冷却プレート１１の表面１１ａに当接する底面１３３から突出するピン１３ａを更に有している。ピン１３ａは、冷却プレート１１に着脱自在に固定される。そして、支持部材１３は、耐熱性の硬質合成樹脂からなっている。なお、ピン１３ａは、支持部材１３の外周面から突出してもよい。
【００４０】
図５から図８を参照すると、実施態様として、支持面１３１の円弧面の曲率半径Ｒは、２０ｍｍから５０ｍｍ程度の範囲が好ましい。支持部材１３の高さ（厚さ）Ｈは、５ｍｍから１０ｍｍ程度の範囲に設定することが好ましい。支持面の最大高さＨ１は、支持部材１３の高さＨに対応して、４ｍｍから１０ｍｍ程度の範囲に設定することが好ましい。支持面１３１の円弧状の頂部の傾斜角度θは、２度から５度の範囲に設定することが好ましい。
【００４１】
実施態様として、支持部材１３は、耐熱性の硬質合成樹脂であるポリイミド系樹脂（ＰＩ、ＰＡＩ、ＰＥＳ、ＰＥＥＫなど）からなることが好ましく、市販のベスペル（登録商標）を用いることが更に好ましい。ベスペルは、連続最高使用温度が１５０度から３００度の範囲であり、その表面は、半導体ウェーハ１より柔らかいロックウェル強度４０〜６０を有している。又、支持面１３１の表面は、バフ研磨されて、表面粗さが円滑であることが好ましい。
【００４２】
次に、本発明による気相成長装置１００の作用を説明する。
【００４３】
図１を参照すると、プロセスチャンバ３０から取り出された直後の半導体ウェーハ１は、約７００度に加熱されている。この半導体ウェーハ１を冷却チャンバ１０に移載した段階でも、半導体ウェーハ１は、約３００度に保温されている。そして、プロセスチャンバ３０から冷却チャンバ１０に移動中に、半導体ウェーハ１をブレード（図示せず）に載置しているので、半導体ウェーハ１の表面と裏面の温度の不均衡や自重の影響により、半導体ウェーハ１の両翼が下方に反った状態で変形している。
【００４４】
図３又は図４を参照すると、このように変形した半導体ウェーハ１を冷却プレート１１に近接すると、半導体ウェーハ１の両翼が冷却プレート１１の表面１１ａに接触して、半導体ウェーハ１が金属汚染される可能性がある。
【００４５】
図２又は図３を参照すると、冷却プレート１１は、その表面１１ａから複数の石英ピン１１１を突出している。これらの石英ピン１１１に半導体ウェーハ１を載置することにより、冷却プレート１１との接触防止を意図している。しかし、これらの石英ピン１１１は、冷却プレート１１の表面１１ａからの突出量が１ｍｍ程度であり、変形した半導体ウェーハ１の接触防止に寄与することは困難である。
【００４６】
したがって、本発明の実施形態による冷却チャンバ１０は、冷却プレート１１の表面１１ａと半導体ウェーハ１の裏面との接触を防止するために、半導体ウェーハ１を冷却プレート１１の表面１１ａから一定の高さに保つ複数の支持部材１３を備えて構成した。
【００４７】
図２から図８を参照すると、支持部材１３は、半導体ウェーハ１が載置される円弧状の頂部が冷却プレート１１の中心に向かう支持面１３１を有しているので、半導体ウェーハ１の裏面と線接触して、半導体ウェーハ１の部分的な冷却が緩和される。つまり、支持面１３１の円弧状の頂部（仮想の稜線１３０）が半導体ウェーハ１の裏面と線接触して、半導体ウェーハ１の部分的な冷却の伝熱が緩和される。したがって、熱ショックの影響で半導体ウェーハの内部に歪みが残留することが解消される。
【００４８】
図８を参照すると、支持部材１３は、冷却プレート１１の中心に向かって下り傾斜しているので、半導体ウェーハ１の裏面と点接触して、半導体ウェーハ１の部分的な冷却が緩和される。又、この下り傾斜面は、半導体ウェーハ１の周縁を周方向に間隔をあけて支持しているので、半導体ウェーハ１を中心に向かう力が作用すると考えられる。
【００４９】
図２から図８を参照すると、支持部材１３は、支持面１３１から突出して半導体ウェーハ１の外周を部分的に囲う円弧状の段差１３２を有しているので、半導体ウェーハ１の周縁を周方向に間隔をあけて支持するように、複数の支持部材１３を冷却プレート１１に取り付けて、振動などによる半導体ウェーハ１の脱落が防止される。なお、段差１３２は、必ずしも円弧状に形成する必要はなく、仮想の稜線１３０と略直交するように形成してもよい。
【００５０】
又、図５から図８を参照すると、支持部材１３は、冷却プレート１１の表面１１ａに当接する底面１３３から突出して、冷却プレート１１に着脱自在に固定されるピン１３ａを有しているので、冷却プレート１１に穿設された取り付け穴（図示せず）を利用して、支持部材１３の交換が容易である。
【００５１】
そして、支持部材１３は、耐熱性の硬質合成樹脂からなることが好ましく、支持面１３１が半導体ウェーハ１より柔らかいロックウェル強度４０〜６０を有することにより、半導体ウェーハ１の損傷が防止される。
【００５２】
このように、本発明の実施形態による気相成長装置１００は、冷却チャンバ１０を備える気相成長装置１００において、半導体ウェーハ１の金属汚染を防止し、かつ半導体ウェーハ１の内外において損傷を防止する気相成長装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態による気相成長装置の平面図である。
【図２】前記実施形態による気相成長装置に備わる冷却チャンバの平面図である。
【図３】前記実施形態による冷却チャンバの縦断面図であり、図２のＸ−Ｘ矢視図である。
【図４】前記実施形態による冷却チャンバの縦断面図であり、図２のＹ−Ｙ矢視図である。
【図５】前記実施形態による冷却チャンバに備わる支持部材の斜視図である。
【図６】前記実施形態による支持部材の正面図である。
【図７】前記実施形態による支持部材の平面図である。
【図８】前記実施形態による支持部材の左側面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  半導体ウェーハ
１０  冷却チャンバ
１１  冷却プレート
１３  支持部材
１００  気相成長装置
１３１  支持面
１３２  段差
【図１】
2010157581.tif 000003
【図２】
2010157581.tif 000004
【図３】
2010157581.tif 000005
【図４】
2010157581.tif 000006
【図５】
2010157581.tif 000007
【図６】
2010157581.tif 000008
【図７】
2010157581.tif 000009
【図８】
2010157581.tif 000010