(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶薄膜を気相成長させる薄膜成長装置のサセプタに形成された貫通孔に挿入され、ウェハを該成長装置に搬入する際または該成長装置から取り出す際に該ウェハをリフトするリフトピンであって、
SiCで形成された中空のさや部と、
前記さや部にはめ込まれたガラス状カーボンのリフトピン頭部と、
を備えるリフトピン。
【請求項２】
前記リフトピン頭部は、5.5から6.5W/mKの熱伝導率を有する請求項１に記載のリフトピン。
【請求項３】
全体的にピン形状のカーボンのベースにSiCをコーティングして形成されたリフトピンを用意し、
前記リフトピンの頂部を切断して前記ベースの頂部を露出させ、
前記ベースの頂部が露出したリフトピンを酸素の存在下で加熱して前記ベースを除去することにより中空のさや部を形成し、
前記さや部にガラス状カーボンのリフトピン頭部をはめ込むことを含む、
リフトピンの形成方法。
【請求項４】
前記リフトピン頭部は、ガラス状カーボンの棒から削りだして形成する請求項３に記載の形成方法。
【請求項５】
シリコン単結晶薄膜を気相成長させる薄膜成長装置のサセプタに形成された貫通孔に挿入され、ウェハを該成長装置に搬入する際または該成長装置から取り出す際に該ウェハをリフトするリフトピンのための頭部であって、ガラス状カーボンで形成されており、SiCで形成された中空のさや部にはめ込まれて使用されるリフトピン頭部。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エピタキシャル成長装置などの熱処理装置において半導体ウェハなどの被処理体を持ち上げるリフトピンおよびリフトピン頭部に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エピタキシャル成長装置は、処理チャンバ内にウェハ支持台であるサセプタを備えている。このサセプタには、複数箇所、典型的には３個所に上下に貫通する貫通孔が設けられている。この貫通孔にリフトピンがはめ込まれている。ウェハを支持した状態ではリフトピン頭部はサセプタの上面とほぼ同一平面上にある。ウェハの処理が終了すると、サセプタが下降する。リフトピンに対応する位置にはストッパが配置されているので、リフトピンはストッパにぶつかって下降を停止する。サセプタが下降を続けるので、リフトピンがサセプタの上面から突出する形になり、ウェハを持ち上げる。
【０００３】
こうしてウェハが３本のリフトピンで持ち上げられた状態で、搬送ロボットがウェハを処理装置から取り出す。ウェハを処理装置に搬入するときは、これとほぼ逆のプロセスがとられる。すなわち、搬送ロボットがウェハを、サセプタ上側に搬入する。ピンリフト機構により、３本のリフトピンを上昇させて、リフトピンでウェハを支持する。搬送ロボットが後退した後、リフトピンを下降させて、ウェハをサセプタ上に載置させる。
【０００４】
リフトピンはカーボンのベースにSiCをコーティングしたものが従来使われてきた。SiCはサセプタに用いられている材料であり、サセプタ全面にわたって均一な熱分布がえられるようにするために、同一の材料が使われたのである。ところがリフトピンは、サセプタから下方向に長く突出した部分をもっており、この突出部分の放熱効果によりリフトピン頭部の温度がサセプタ上面の温度より低下する。この温度低下により、成膜処理が完了したウェハのリフトピンに対応する位置でわずかなへこみを生じることがわかっている。
【０００５】
この問題に対する対策として、本願発明の発明者は、特開2001-199791号公報において、赤外線の透過率または熱伝導率が異なる２つの石英部材を接合してリフトピンを形成することを提案した。しかしながら、石英のリフトピンは、700℃程度の低温エピタキシャル装置での使用では満足できる結果が得られるが、1000℃を超える高温エピタキシャル成長装置で使用すると、表面にSiが付着し、チャンバのクリーニング工程に繰り返しさらされるとエッチングされ劣化することがわかった。
【０００６】
また、特許登録第3092801号には、リフトピンの放熱効果による温度低下に起因してウェハの膜厚にへこみを生じること、この問題を解決するためにサセプタの基材よりも熱伝導率の低い基材からなるリフトピンを使用することが記載されている。リフトピンの具体的な構造としては、黒鉛の基材にSiCをコーティングしたもの、SiCの基材にSiCをコーティングしたもの、全体をガラス状カーボンで構成したもの、全体を石英で構成したものが提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明者は、上述したように石英のリフトピンは高温エピタキシャル成長装置での使用には適さないことを見いだし、ガラス状カーボンを機械加工により削りだしたリフトピンをテストしてきたが、ガラス状カーボンは、サセプタの材料であるSiCよりももろいため、サセプタを上下する際の摩擦により、リフトピンが削られ、微細な粉を発生し、エピタキシャル成長プロセスにとって好ましくないことを見いだした。また、リフトピンが摩擦によって摩耗や、高温におけるHClエッチング等のダメージにより、十分な耐久性が得られないことを見いだした。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の一形態によると、リフトピンは、SiCで形成された中空のさや部と、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。サセプタが上昇または下降する際にサセプタの貫通孔と摩擦するピンの部分がサセプタと同じ材料のSiCで形成されているので、リフトピンが摩擦によって削られる現象を低減することができる。
【０００９】
また、この発明のもう一つの形態によると、前記ガラス状カーボンの頭部の前記さや部にはめ込まれた部分の長さは、所望のリフトピン特性が得られるように設定されている。こうすることにより、リフトピンの頭部に対するリフトピンさや部の冷却作用の影響を調節することができる。
【００１０】
この発明は、一面において、リフトピンの形成方法を提供する。この方法によると、全体的にピン形状のカーボンのベースにSiCをコーティングして形成されたリフトピンを用意し、リフトピンの頂部を切断して前記ベースの頂部を露出させ、ベースの頂部が露出したリフトピンを酸素の存在下で加熱して前記ベースを除去して中空のさや部を形成し、さや部にガラス状カーボンのリフトピン頭部をはめ込むことを含む。
【００１１】
この発明は、もう一つの側面において、シリコン単結晶薄膜を気相成長させる薄膜成長装置のサセプタに形成された貫通孔に挿入され、ウェハを該成長装置に搬入する際または該成長装置から取り出す際に該ウェハをリフトするリフトピンのための頭部を提供する。この頭部は、ガラス状カーボンで形成されており、SiCで形成された中空のさや部にはめ込まれて使用される。
【００１２】
このリフトピン頭部は、はめ込み式なので交換可能である。リフトピン頭部からさや部に延びる部分の長さによって、さや部の放熱効果がリフトピン頭部の温度に及ぼす影響が変わると考えられる。種々の長さのリフトピン頭部を作ってテストを行い、最適の長さのリフトピン頭部を採用することができる。また、リフトピン頭部の痛み具合に応じてさや部はそのままにして、リフトピン頭部だけを交換することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次にこの発明の具体的な実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る薄膜成長装置の一例としての枚葉式のエピタキシャル成長装置を示す。エピタキシャル成長装置１は、石英ガラスで構成された処理チャンバ２を備えており、この処理チャンバ２の側壁には、ガス供給３とガス排気口４とが対向して設けられている。処理チャンバ２の上方及び下方には、ウェハを加熱するための複数本の赤外線ランプ５が、処理チャンバ２の中心に対して放射状に配置されている。この赤外線ランプ５は、近赤外線ランプ及び遠赤外線ランプのいずれであってもよい。
【００１４】
処理チャンバ２内には、円盤状のサセプタ（支持台）６が配置されている。サセプタ６は、炭化シリコン（SiC）で被覆されたカーボングラファイト材料から構成されている。サセプタ６の上面部にはウェハＷが載置され、処理チャンバ２の下部に設けられた石英ガラス製の支持シャフト７により、上面部が水平になるように、三点で裏面側から支持されている。
【００１５】
図２に示すように、サセプタ６にはその中心部に対して所要半径の円周上に等間隔で上下方向に延びる複数の貫通孔８が形成されている。図３は、従来技術のリフトピン９が貫通孔８に差し込まれた状態を示す断面図である。貫通孔８は、小径部８ａと、この小径部８ａの上部に形成されたテーパ面部８ｂと、このテーパ面部８ｂの上部に形成された大径部８ｃとをもっている。各貫通孔８には、ピン状のリフトピン９が摺動可能に挿入されている。リフトピン９の上端は、サセプタ６の上面とほぼ平坦な面を形成し、この面上にウェハＷが置かれる。
【００１６】
再び図１を参照すると、エピタキシャル成長装置１は、ピンリフト機構10を備えている。ピンリフト機構１０は、支持シャフト７の主軸を囲むように配置された上下動可能なリフトチューブ１１と、リフトチューブ１１を駆動する駆動装置１２と、リフトチューブ１１から放射状に延びる、リフトピン９の数に対応する数のリフトアーム１３とを備えている。各リフトアーム１３の先端には、リフトピン９を受けるためのピン受け部１４が取り付けられている。
【００１７】
成膜に際しては、まず、搬送ロボットなどの搬送手段を制御することで、ウェハＷがサセプタ６の上側に導入され、この状態でリフトピン９がピンリフト機構１０の駆動により上昇される。駆動装置１２によってリフトチューブ１１が上昇されると、各リフトアーム１３のピン受け部１４がリフトピン９の下端に接触し、リフトピン９を押し上げる。
【００１８】
こうしてリフトピン９の頭部9bがサセプタ６の上面から上に突出し、搬送手段からウェハＷを受け取る。搬送ロボットのアームを、サセプタ６の上方から待避させ、ピンリフト機構を駆動して、リフトピン９を下降させ、ウェハＷをサセプタ６に載置する。
【００１９】
その後、次のようなエピタキシャル成長処理が実行される。赤外線ランプ５によりウェハＷを加熱した状態で、回転駆動装置（図示せず）によりサセプタ６を回転させると共に、トリクロルシラン（ＳｉＨＣｌ3）ガスやジクロルシラン（ＳｉＨ2 Ｃｌ2）ガスなどの反応ガスを、ガス供給口３から処理チャンバ２内に供給する。なお、これらの反応ガスは、水素ガスで希釈して流してもよい。すると、その反応ガスが、所定温度に加熱されたウェハＷの表面に沿って層流状態で流れ、ウェハＷの表面にシリコンの単結晶がエピタキシャル成長する。
【００２０】
図４は、この発明の一実施例におけるリフトピン30の構造およびその製造過程を示す。図４（ａ）は、カーボンの基材23にＣＶＤによりSiCコーティング21を施した従来のリフトピンの断面構造を示す。このリフトピンを一点鎖線Ａ―Ａ'に沿って切断する。この切断は、ウェハの切断に用いられるのこぎりを用いて行うことができ、またグラインダーでリフトピンの頂部を削ることによって行うこともできる。こうして得られた構造体のフランジ部分を一点鎖線Ｂ−Ｂ'およびＣ−Ｃ'に従う円周に沿って削り取ることによって図４（ｂ）に示す構造体を得る。
【００２１】
図４（ｂ）の構造体を炉に入れ、酸素の存在下で加熱すると、カーボン23が酸素と反応して二酸化炭素に変化し、炭酸ガスとして炉から排出される。こうして図４（ｂ）の構造体からカーボン23を取り除いてSiCからなるさや部21'を得る。一方において、市販の棒状のガラス状カーボン(Glassy Carbon)から機械加工による削りだしによって図４（ｃ）に示すリフトピン頭部27を作る。こうして作られたリフトピン頭部27をさや部21'にはめ込んで、リフトピン30を得る。リフトピンの長さは、８インチ（200mm）のウェハ用のもので、約57mmで、12インチ（300mm）のウェハ用のもので、約110mmである。
【００２２】
サセプタに用いられるSiCが25℃において約67W/mKの熱伝導率をもつのに対し、リフトピン頭部27に用いられるガラス状カーボンは、25℃において概して８W/mK以下の熱伝導率をもつ。この発明の発明者は、リフトピン頭部の熱伝導率は、製造ロットによって若干の相違があり、25℃において5.5から6.5W/mKの熱伝導率のものが成膜プロセスにとって最も好ましいことを見いだした。
【００２３】
図４（ａ）の従来のリフトピンを用いてエピタキシャル成長を行うと、ウェハ上のリフトピンに対応する位置でエピタキシャル成長膜の膜厚が1%以上、他のウェハ部分より薄くなることが観測された。この現象は、リフトピンの長いピン部の放熱効果によってピン頭部の温度がサセプタの表面温度より低くなることが原因であると考えられる。
【００２４】
図４（ｃ）に示す本願発明の一実施例のリフトピン30を用いてエピタキシャル成長を行うと、ウェハ上のリフトピンに対応する位置での膜厚の低下は、１%未満であった。これは、ガラス状カーボンの熱伝導率が小さいので、リフトピンの頭部27がピンのさや部の放熱効果の影響をわずかしか受けないことによると考えられる。
【００２５】
図４（ｃ）に示す実施例では、サセプタ６の貫通孔8aと接触するリフトピン30の一部分であるさや部21'は、サセプタ６と同じSicで作られている。さや部21'は、サセプタ6の貫通孔8ａとの摩擦、または接触によって摩耗することがない。
【００２６】
リフトピン頭部27は、さや部21'に延びる部分（図に長さｄで示す部分）によって、さや部21'による放熱効果の影響を受ける。したがって、さや部21'による放熱効果の影響を小さくするためには、長さｄを小さくするのがよい。また、なんらかの理由で、さや部21'の高熱伝導率の影響を強めたいときは、長さｄを大きくするのがよい。このように長さｄを調節することで、さや部21'の影響を制御することができる。
【００２７】
図５は、この発明のもう一つの実施例を示す。リフトピン頭部27からSiCさや部21'の中に延びる部分の長さｄは、図４（ｃ）の実施例に比べてかなり短くして、さや部21'による放熱効果の影響を小さくしている。
【００２８】
以上にこの発明を特定の実施例について説明したが、この発明は、このような実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のリフトピンを使用する薄膜成長装置の一例を示す断面図。
【図２】サセプタに設けられたリフトピン用の貫通孔を示す平面図。
【図３】従来技術のリフトピンがサセプタの貫通孔に差し込まれた状態を示す断面図。
【図４】この発明の一実施例のリフトピンを作る工程を示す断面図。
【図５】この発明のもう一つの実施例のリフトピンの断面図。
【符号の説明】
２１'       さや部
２７        リフトピン頭部
３０        リフトピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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