(57)【要約】【課題】  ウェハもウェハホルダも損傷しないウェハホルダを提供する。【解決手段】  オリエンテーションフラット１を有するウェハ２を載置するための水平な底部３の周囲に前記ウェハ２の移動を規制するための壁４が形成され、前記ウェハ２の法線に平行な公転軸の周りに前記ウェハ２を公転させるウェハホルダ１０において、前記壁４のうち前記オリエンテーションフラット１に対向する部分（対向部）５が前記オリエンテーションフラット１に向かって曲線状に膨らんでいる。オリエンテーションフラット１の角が対向部５に接触することがないので、ウェハ２もウェハホルダも損傷しない。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オリエンテーションフラットを有するウェハを載置するための水平な底部の周囲に前記ウェハの移動を規制するための壁が形成され、前記ウェハの法線に平行な公転軸の周りに前記ウェハを公転させるウェハホルダにおいて、前記壁のうち前記オリエンテーションフラットに対向する部分（対向部）が前記オリエンテーションフラットに向かって曲線状に膨らんでいることを特徴とするウェハホルダ。
【請求項２】
前記対向部の曲率半径をＲ１とし、前記壁の曲率半径をＲ０としたとき、０．３Ｒ０＜Ｒ１＜５Ｒ０であることを特徴とする請求項１記載のウェハホルダ。
【請求項３】
前記対向部の曲率中心と前記壁の曲率中心との離間距離をＬとしたとき、Ｌ＜Ｒ０＋Ｒ１であって、かつその差（Ｒ０＋Ｒ１）−Ｌをｄとし、前記オリエンテーションフラットの長さをＤとしたとき、０＜ｄ＜Ｄ／２であることを特徴とする請求項２記載のウェハホルダ。
【請求項４】
前記対向部の膨らみ形状が楕円弧であることを特徴とする請求項１記載のウェハホルダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オリエンテーションフラットを有するウェハのためのウェハホルダに係り、ウェハもウェハホルダも損傷しないウェハホルダに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板上に有機金属気相成長法でエピタキシャル成長をさせる半導体製造装置の一部として、半導体基板を反応室に面して支持するためのホルダ（以下、ウェハホルダ）は、エピタキシャル成長中の半導体基板をその半導体基板の法線に平行な公転軸の周りに公転させるようになっている。ウェハと呼ばれる半導体基板は、円の一部を直線で切り取ったような平面形状を有する。この切り取ったような部分（弦の部分）をオリエンテーションフラット（以下、ＯＦ）という。ＯＦはウェハの位置（向き）を決めるために設けたものである。
【０００３】
ウェハを水平に保持するウェハホルダは、水平な面にウェハよりも少し（クリアランスの程度）大きい窪みあるいは段差のある穴（以下、ウェハ保持部）を設けることにより、ウェハを載置するための水平な底部の周囲にウェハの移動を規制するための壁を形成したものである。
【０００４】
以下、ウェハホルダについてより詳しく説明を加える。
【０００５】
半導体エピタキシャルウェハのＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔｘｙ）成長においては、エピタキシャルな成長を実現するために所望の半導体結晶に対して特定の基板を用いる。例えば、ＧａＡｓ基板をＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰのヘテロエピタキシャルウェハに用い、サファイア基板をＧａＮのエピタキシャルウェハに用いる。
【０００６】
これらの基板（ウェハ）は、エピタキシャル成長時には所望の半導体結晶に対して特有の温度範囲に制御されたチャンバ内にセットされる。この基板表面に原料ガスを供給することによってエピタキシャル成長がなされる。
【０００７】
この際、基板をセットするウェハホルダには、熱伝導性が良いこと、加工が容易で精度が良い既存技術があること、安価であること、腐食に強いこと、軽いことを理由に、カーボンが用いられる。
【０００８】
カーボン製のウェハホルダの全体的形状にはチャンバの構造により多岐にわたるバリエーションがあるが、基板をセットする部分についてはバリエーションが限られている。基板をセットする部分、すなわちウェハ保持部の従来からある代表的な形状を図４と図５に示す。
【０００９】
図４（ａ）及び（ｂ）に示したウェハホルダは、フェイスアップ型のチャンバにおいて使用されるものである。すなわち、上面から見て円形のウェハホルダ４６に３つの円形のウェハ保持部４０が形成されている。ウェハ保持部４０は、ウェハホルダ４６の水平な面にウェハよりも少し大きい窪みを形成したものである。この窪みの全体がウェハを載置するための水平な底部となっており、その底部の周囲には窪みの縁がウェハの移動を規制するための壁４４として形成されていることになる。
【００１０】
図５（ａ）及び（ｂ）に示したウェハホルダ並びに図５（ｃ）及び（ｄ）に示したウェハホルダは、いずれもフェイスダウン型のチャンバにおいて使用されるものである。すなわち、上面から見て円形のウェハホルダ５６に３つの円形のウェハ保持部５０が形成されている。図５（ａ）及び（ｂ）のウェハ保持部５０は、ウェハホルダ５６の水平な面にウェハよりも少し大きい穴を形成し、その穴の途中に段差を形成したものである。段差の部分はウェハよりも少し小さくなっており、この段差の部分がウェハを載置するための水平な底部５３となっている。そして穴の縁がウェハの移動を規制するための壁５４となっている。また、図５（ｃ）及び（ｄ）のウェハ保持部５０’は、ウェハホルダ５６’の水平な面にウェハよりも少し大きい穴を形成し、ウェハホルダ５６’の下面に穴の縁からせり出した爪５７を設けたものである。この爪５７が底部の代わりにウェハを載置する部材となる。
【００１１】
１枚あるいは多数枚のウェハをセット（チャージともいう）したウェハホルダは、温度を制御されたチャンバ内において原料ガスを供給されるが、その際、一ウェハ面内、あるいは各ウェハ間でのエピタキシャル成長部分の厚さ、キャリア濃度、組成の平均化を図るために、ウェハの法線に平行な回転軸の周りに回転させる機構を設けてある。
【００１２】
半導体製造装置の種類によっては、ウェハホルダをさらに支持するホルダを有するものもある。
【００１３】
ウェハホルダに対する動力源からの動力の伝達方法とウェハのセット方法により、回転軸がウェハと交わらないウェハホルダと、回転軸がウェハの中心にあるウェハホルダとがある。前者は公転式、後者は自転式と呼ばれる。自公転式と呼ばれるものは、動力の伝達方法に工夫をして公転軸と自転軸との両方を持ち、公転と自転を行うことができる。
【００１４】
【特許文献１】特開２０００−３０６９８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
背景技術の問題点は、公転を与えて成長をさせる場合、ウェハに働く慣性力でウェハホルダに対してウェハが回転しようとすることである。この慣性力のために、ウェハがウェハホルダからずれる、ウェハをずれないように固定する治具でウェハ表面に傷が付くなどの問題につながる。
【００１６】
この問題を解決する方法のひとつに、単葉式のウェハホルダに１枚のウェハをセットして自転を与えて成長を行う方法がある。しかし、一度にウェハを一枚しか生産できないので、産業において有効な方法とはいえない。複葉式のウェハホルダに複数枚のウェハを１バッチとしてセットするほうが産業には有効である。
【００１７】
なお、多くの半導体エピタキシャルウェハには、最初に述べたＯＦが設けられているので、このＯＦを利用してウェハの回転を防止することができる。つまり、図６に示されるように、ウェハ保持部６０にはＯＦ１に対向する直線状の部分（対向部）６５を形成する。対向部６５は、円形の窪み又は穴のうちのウェハ２が切り取られた部分に相当する箇所を埋めたようになっている。つまり、ウェハ２の移動を規制するための壁６４の一部として直線状の対向部６５が形成される。この場合、ＯＦ１が対向部６５に干渉することで、ウェハ２の回転が防止される。
【００１８】
しかしながら、実用上では、ウェハが慣性で回転しようとする力によって、ＯＦの角と対向部のうち弱い方が損傷してしまうという問題がある。例えば、図７（ａ）に示すように、サファイア基板からなるウェハ７２に対してカーボン製のウェハホルダ７６を用いると、慣性力Ｆによりウェハ７２がＳ方向に回転してＯＦ７１の角が対向部７５に接触（破線円内）したとき、ウェハホルダ７６が損傷してしまう。一方、図７（ｂ）に示すように、ＧａＡｓ基板からなるウェハ７２’に対してカーボン製のウェハホルダ７６を用いると、形状は図７（ａ）と同じであっても、慣性力Ｆによりウェハ７２’がＳ方向に回転してＯＦ７１’の角が対向部７５に接触（破線円内）したとき、ウェハ７２’の方が損傷してしまう。つまり、図６のように直線状の対向部６５が形成されたウェハホルダでは、ウェハかウェハホルダのいずれかが破損することは避けられない。
【００１９】
ウェハ保持部の設計において、窪み又は穴の大きさはカーボンの加工の寸法公差を含め、ウェハの出し入れに支障のない程度の余裕（クリアランス）を持たせるのが通常であり、ＯＦに対する対向部にもクリアランスを持たせる。しかし、ウェハが公転することによる慣性力がウェハに働くと、そのクリアランスの中でウェハが回転する。このため。図７（ａ）あるいは図７（ｂ）のように、ウェハとウェハホルダが尖った点で接触し、慣性力がその点に集中してしまう。また、ウェハホルダにはこのような接触が繰り返されることになる。こうした接触により、素材の弱い方が損傷してしまう。
【００２０】
ウェハが損傷することは、エピタキシャルウェハの歩留りの低下を招くことになる。逆に、ウェハホルダが損傷することは、カーボンの粉がチャンバ内に発生することにつながり、このような制御できない不純物による汚染は半導体製造上好ましくない。
【００２１】
なお、特許文献１には、イオンビームをウェハに照射するイオン注入装置において、ウェハの移動を制限する各種部材が示されている。しかし、これらの部材はウェハの上面上に被さる部分を有している。ＭＯＶＰＥ法では、ウェハの上面上に出ている部材があると、その部材がウェハの上面を通過するガスの流れを乱すおそれがある。ガス流の乱れは一ウェハ面内、あるいは各ウェハ間での成長速度の均一性を損ねる。従って、ウェハの上面上に部材を設ける特許文献１の構成はＭＯＶＰＥ法には不向きである。
【００２２】
また、特許文献１は、ウェハを確実に保持することを主旨としたもので、クリアランスの中でウェハが移動したときに生じる問題を解決するものではない。
【００２３】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ウェハもウェハホルダも損傷しないウェハホルダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記目的を達成するために本発明は、オリエンテーションフラットを有するウェハを載置するための水平な底部の周囲に前記ウェハの移動を規制するための壁が形成され、前記ウェハの法線に平行な公転軸の周りに前記ウェハを公転させるウェハホルダにおいて、前記壁のうち前記オリエンテーションフラットに対向する部分（対向部）が前記オリエンテーションフラットに向かって曲線状に膨らんでいるものである。
【００２５】
前記対向部の曲率半径をＲ１とし、前記壁の曲率半径をＲ０としたとき、０．３Ｒ０＜Ｒ１＜５Ｒ０であってもよい。
【００２６】
前記対向部の曲率中心と前記壁の曲率中心との離間距離をＬとしたとき、Ｌ＜Ｒ０＋Ｒ１であって、かつその差（Ｒ０＋Ｒ１）−Ｌをｄとし、前記オリエンテーションフラットの長さをＤとしたとき、０＜ｄ＜Ｄ／２であってもよい。
【００２７】
前記対向部の膨らみ形状が楕円弧であってもよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２９】
（１）ＯＦの角が対向部に接触することがないので、ウェハもウェハホルダも損傷しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３１】
図１に示されるように、本発明に係るウェハホルダが１個ないし複数個備えているウェハ保持部１０は、オリエンテーションフラット（以下、ＯＦ）１を有するウェハ２を載置するための水平な底部３の周囲にウェハ２の移動を規制するための壁４が形成され、ウェハ２の法線（図示せず）に平行な公転軸（図示せず）の周りにウェハ２を公転させるウェハホルダにおいて、壁４のうちＯＦ１に対向する部分（対向部）５がＯＦ１に向かって曲線状に膨らんでいるものである。ウェハホルダの輪郭形状は任意であるので、ここでは省略してある。
【００３２】
壁４は図４、図５で説明したように窪みあるいは穴の縁により形成されている。壁４のうち対向部以外はウェハ２よりクリアランス分だけ径の大きい円形に形成されている。背景技術と比較すると、図６のウェハホルダでは対向部が直線であるのに対して本発明では対向部５が曲線であることに特徴がある。図１では、ウェハ２の曲率中心が壁４の曲率中心に一致するようウェハ２が底部３に載置されているので、クリアランスがほぼ全周に均等に現れている。ただし、対向部５においては、ＯＦ１が対向部５の膨らみの最大箇所にほぼ接している。
【００３３】
ここで、対向部５の曲線として円弧を使用するものとする。壁４の曲率半径をＲ０とし、対向部５の曲率半径をＲ１としたとき、０．３Ｒ０＜Ｒ１＜５Ｒ０であるのが好ましい。下限である０．３Ｒ０＜Ｒ１が好ましい理由は、ウェハ２がウェハ保持部１０の中で必要以上に動かないようにできるからである。一方、上限であるＲ１＜５Ｒ０が好ましい理由は、これ以上Ｒ１を大きくすると対向部５が直線に近づいてしまい、効果が小さくなるからであり、Ｒ１＜５Ｒ０であれば対向部５の膨らみが程良い曲線になる。
【００３４】
下限については、０．５Ｒ０＜Ｒ１とするのがいっそう好ましく、Ｒ１を０．３Ｒ０に近づけた場合に比してクリアランスがやや大きめにとれるのでウェハ２の出し入れを容易にすることができる。
【００３５】
対向部５の曲率中心（図示せず）と壁４の曲率中心Ｏとの離間距離をＬとしたとき、Ｌ＜Ｒ０＋Ｒ１の関係が必要になる。両者の曲率半径Ｒ０，Ｒ１の和と曲率中心間距離Ｌとの差（Ｒ０＋Ｒ１）−Ｌをｄとしたとき、差ｄは、ＯＦ１の加工寸法に応じて決めると良い。例えば、ＯＦ１の長さをＤとしたとき、０＜ｄ＜Ｄ／２とする。下限である０＜ｄは、Ｌ≠Ｒ０＋Ｒ１であるから自明である。上限であるｄ＜Ｄ／２はウェハ２の全体的な大きさに比べた対向部５の大きさの自然なバランスを考慮したものである。
【００３６】
具体例として、壁４の曲率半径Ｒ０＝２５．５ｍｍに対して対向部５の曲率半径Ｒ１＝３０．０ｍｍとした。また、曲率中心間距離Ｌ＝５５．０ｍｍとした。このとき、ＯＦ１の長さＤ＝１６．０ｍｍに対して、差ｄ＝０．５ｍｍとなった。
【００３７】
本発明のウェハホルダによれば、対向部５がＯＦ１に向かって曲線状に膨らんでいるため、慣性力によりウェハ２が回転してもＯＦ１が対向部５の接線となり、ＯＦ１の角が対向部５に接触することがない。このようにウェハ２とウェハホルダ（壁４や対向部５）が尖った点で接触することがなくなるので、互いの素材の強弱によらず、ウェハもウェハホルダも損傷することがない。
【００３８】
なお、図１の形態では対向部５の膨らみ形状として円弧を採用しているが、膨らみ形状は楕円弧等の曲がり方向が反転しない曲線であればよいことは、明らかである。
【００３９】
次に、ウェハ保持部を複数個備えているウェハホルダについて説明する。
【００４０】
図２（ａ）及び（ｂ）に示されるように、ウェハホルダは円形の上面６を有し、その上面６に複数個（ここでは３個）のウェハ保持部１０を有する。各ウェハ保持部１０には図１で説明した曲線状に膨らんでいる対向部５が形成されている。このウェハホルダの公転軸は、例えば上面６の円の中心に位置し、各ウェハ保持部１０はこの公転軸からの距離が均一になるよう、同一円周上に配置されている。そして、各ウェハ保持部１０において対向部５は公転軸から遠い位置に設けられている。
【００４１】
次に、図２のウェハホルダについて実際にウェハ及びウェハホルダの損傷を調べた。すなわち図２のウェハホルダをカーボンで作成し、さらに炭化珪素でコーティングした。また、比較のため図３のように直線状の対向部３５を有するウェハ保持部３０を図２と同様に配置したウェハホルダを同じくカーボンで作成し、さらに炭化珪素でコーティングした。それぞれのウェハホルダにサファイア基板からなるウェハを載置し、そのウェハに窒化ガリウム（ＧａＮ）を成長させるＭＯＶＰＥ成長のプロセスを繰り返した。
【００４２】
サファイア基板とカーボン製ウェハホルダとでは、柔らかいウェハホルダの方に傷が入りやすい。したがって、プロセスを繰り返すことで、ウェハホルダの耐久性を調べることができる。
【００４３】
この結果、図２のウェハホルダには傷が付かなかった。しかし、図３のウェハホルダでは、対向部３５にＯＦ１の角が接触する部分でウェハホルダに傷ができた。２時間のプロセスを１０回行ったところで、ウェハホルダの傷から発生したカーボン粉がチャンバ内を汚染してしまった。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態を示すウェハホルダのひとつのウェハ保持部の平面図である。
【図２】（ａ）は本発明の一実施形態を示すウェハホルダの平面図及び側面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線の断面図である。
【図３】（ａ）は比較のために作成したウェハホルダの平面図及び側面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’線の断面図である。
【図４】（ａ）は背景技術のウェハホルダの平面図及び側面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ’線の断面図である。
【図５】（ａ）は背景技術のウェハホルダの平面図及び側面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ’線の断面図であり、（ｃ）は別の背景技術のウェハホルダの平面図及び側面図であり、（ｄ）は（ｃ）におけるＥ−Ｅ’線の断面図である。
【図６】ＯＦを利用してウェハの回転を防止するウェハ保持部の平面図である。
【図７】（ａ），（ｂ）はそれぞれウェハが回転したときのウェハ保持部の平面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  オリエンテーションフラット（ＯＦ）
２  ウェハ
３  底部
４  壁
５  対向部
６  ウェハホルダ
【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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【図６】
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【図７】
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