(57)【要約】【課題】半導体基板の面内温度の不均一性を抑制すること。【解決手段】半導体基板を収納可能なサセプタの底面上に、サセプタの熱伝導率より低い熱伝導率を有する材質からなり、サセプタと別体に構成されているとともに、半導体基板を支持する支持体を設置し、支持体上に半導体基板を載置し、半導体基板に対して熱処理を行う熱処理手段を稼働させることによって、半導体基板に対する熱処理を行う。支持体は、半導体基板と接する部分の曲率半径が７５０μｍ以下であり、熱伝導率が１４２Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1未満の材質から構成され、好適には４２Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以下である。支持体の材料は、サファイア、ルビー、または石英である。【選択図】図１
2018056566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を収納可能なサセプタの底面上に、前記サセプタの熱伝導率より低い熱伝導率を有する材質からなり、前記サセプタと別体に構成されているとともに、前記半導体基板を支持する支持体を設置し、
前記支持体上に前記半導体基板を載置し、
前記半導体基板に対して熱処理を行う熱処理手段を稼働させることによって、前記半導体基板に対する熱処理を行う
ことを特徴とする半導体熱処理方法。
【請求項２】
前記支持体の前記半導体基板と接する部分の曲率半径が７５０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体熱処理方法。
【請求項３】
前記支持体は、半径が７５０μｍの半球状に内包される立体形状を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体熱処理方法。
【請求項４】
前記支持体の熱伝導率が、４２Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以下である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体熱処理方法。
【請求項５】
前記サセプタに収納された前記半導体基板を覆うように、前記サセプタ上にサセプタカバーをさらに載置する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体熱処理方法。
【請求項６】
前記支持体の材料は、サファイア、ルビー、または石英である
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体熱処理方法。
【請求項７】
半導体基板を収納可能なサセプタと、
前記サセプタの底面上に設けられた、前記サセプタの熱伝導率より低い熱伝導率を有する材質からなり、前記サセプタと別体に構成されているとともに、前記半導体基板を支持する支持体と、
前記半導体基板に対して熱処理を行う熱処理手段と、を備える
ことを特徴とする半導体熱処理装置。
【請求項８】
前記熱処理手段と前記半導体基板との間に、前記半導体基板を覆うサセプタカバーが設けられている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体熱処理方法および半導体熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置の製造プロセスの分野においては、イオンを注入した後のドーパントの活性化、ドーパントの拡散、またはＩＦＶＤ（Impurity  Free  Vacancy  Disordering）法などの不純物拡散による混晶化などに熱処理が用いられる。この熱処理方法としては、電気炉を用いた抵抗加熱方式、ランプ加熱方式、レーザ加熱方式などがある。特に、急速加熱および急速冷却を行うＲＴＡ（Rapid  Thermal  Annealing）やＲＴＰ（Rapid  Thermal  Process）などにおいては、ランプ加熱方式が用いられることが多い。
【０００３】
ところが、ランプ加熱方式に用いられるハロゲンランプの放射光は、例えばヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）からなる半導体基板などの光吸収特性に適合しないことがある。この場合、半導体基板をランプ加熱方式によって十分に急速加熱することが困難になる。そのため、サセプタの底面上に半導体基板を載置し、ハロゲンランプの放射光を吸収して加熱されたサセプタによって半導体基板を加熱する場合がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−８６１６号公報
【特許文献２】特許第４５７７４６２号公報
【特許文献３】特開昭６２−１１４２１８号公報
【特許文献４】特開平９−１２９５７０号公報
【特許文献５】特開平１０−１７２９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年、低コスト化のために半導体基板の大口径化が進んだことにより、熱処理時において半導体基板の中央部と周辺部との温度差の絶対値がより拡大し、半導体基板における温度の面内均一性の低下が顕著になってきている。半導体基板に対する熱処理において、半導体基板における温度の面内均一性が低下すると、半導体基板に不具合が生じる可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、半導体基板の温度の面内均一性を向上できる半導体熱処理方法および半導体熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明に係る半導体熱処理方法は、半導体基板を収納可能なサセプタの底面上に、前記サセプタの熱伝導率より低い熱伝導率を有する材質からなり、前記サセプタと別体に構成されているとともに、前記半導体基板を支持する支持体を設置し、前記支持体上に前記半導体基板を載置し、前記半導体基板に対して熱処理を行う熱処理手段を稼働させることによって、前記半導体基板に対する熱処理を行うことを特徴とする。
【０００８】
本発明の一態様に係る半導体熱処理方法は、上記の発明において、前記支持体の前記半導体基板と接する部分の曲率半径が７５０μｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の一態様に係る半導体熱処理方法は、上記の発明において、前記支持体は、半径が７５０μｍの半球状に内包される立体形状を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の一態様に係る半導体熱処理方法は、上記の発明において、前記支持体の熱伝導率が、４２Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以下であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の一態様に係る半導体熱処理方法は、上記の発明において、前記サセプタに収納された前記半導体基板を覆うように、前記サセプタ上にサセプタカバーをさらに載置することを特徴とする。
【００１２】
本発明の一態様に係る半導体熱処理方法は、上記の発明において、前記支持体の材料は、サファイア、ルビー、または石英であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の一態様に係る半導体熱処理装置は、半導体基板を収納可能なサセプタと、前記サセプタの底面上に設けられた、前記サセプタの熱伝導率より低い熱伝導率を有する材質からなり、前記サセプタと別体に構成されているとともに、前記半導体基板を支持する支持体と、前記半導体基板に対して熱処理を行う熱処理手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の一態様に係る半導体熱処理装置は、上記の発明において、前記熱処理手段と前記半導体基板との間に、前記半導体基板を覆うサセプタカバーが設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る半導体熱処理方法および半導体熱処理装置によれば、半導体基板とサセプタとの間に、サセプタよりも熱伝導率が小さい支持体を介在させていることにより、半導体基板とサセプタとの間の熱伝導を低減できるので、半導体基板に対する熱処理において半導体基板の温度の面内均一性を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による熱処理装置を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による熱処理装置におけるサセプタの上面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態の変形例による基板保持部材を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態の変形例による基板保持部材に用いられる錐状の支持体の好適な例を説明するための略線図である。
【図５】図５は、半導体基板におけるスリップの発生状態の一例を示す平面図である。
【図６】図６は、本発明者の鋭意検討および従来技術の問題点を説明するための従来のサセプタを示す模式図である。
【図７】図７は、本発明者の鋭意検討および従来技術の問題点を説明するための従来のサセプタを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の一実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する一実施形態によって限定されるものではない。
【００１８】
まず、本発明の一実施形態によるサセプタを備えた熱処理装置について説明する。図１は、この一実施形態による熱処理装置を示す。なお、本明細書において熱処理とは、加熱処理または冷却処理である。
【００１９】
図１に示すように、一実施形態による半導体熱処理装置としての熱処理装置１は、チャンバ１０内に、支持体１１が設けられたサセプタ１２、サセプタカバー１３、加熱用ランプ１４、および熱電対１５が設けられている。チャンバ１０には、ガスライン１６、真空排気ポンプ１７、およびパイロメータ１８が接続されている。チャンバ１０は、例えばステンレスから構成された筐体である。
【００２０】
基板保持部材２を構成するサセプタ１２およびサセプタカバー１３は、例えばグラファイトなどから構成される。サセプタ１２にはザグリ部１２ａが設けられており、ザグリ部１２ａの下面に設けられた支持体１１上に、半導体基板２０を載置して収納可能に構成されている。なお、本明細書において半導体基板とは、下地となる半導体からなる基板上に、エピタキシャル成長された半導体層を有する構成も含む。
【００２１】
基板保持部材２は、チャンバ１０の内部に対して搬入可能および搬出可能に構成される。基板保持部材２は、チャンバ１０内において例えば石英からなるピン（図示せず）によって支持される。熱処理手段としての加熱用ランプ１４は、例えばタングステンランプやハロゲンランプからなり、チャンバ１０内において基板保持部材２のサセプタカバー１３側に配置されている。なお、加熱用ランプ１４の本数は、基板保持部材２の大きさによって種々の本数とすることができる。ここで、半導体基板２０が、例えばヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）からなるＧａＡｓ半導体基板である場合、加熱用ランプ１４からの放射光が半導体基板２０の光吸収特性と適合していないため、加熱用ランプ１４による半導体基板２０の急速加熱を十分に実行できない。そこで、半導体基板２０をグラファイトなどから構成された基板保持部材２によって覆うことによって、サセプタカバー１３およびサセプタ１２が放射光を吸収して加熱され、熱放射によって半導体基板２０が加熱される。
【００２２】
熱電対１５は、サセプタ１２の例えば下部に接続されている。パイロメータ１８は、基板保持部材２における熱放射を観察するためのものである。基板保持部材２の温度は、熱電対１５およびパイロメータ１８によって測定可能に構成される。熱電対１５またはパイロメータ１８によって測定された温度の計測値は制御部（図示せず）に供給される。制御部は、計測された温度の計測値に基づいて、加熱用ランプ１４の光強度やチャンバ１０に供給されるガスの流量を制御することによって、基板保持部材２の温度制御を行う。
【００２３】
ガスライン１６は、外部からチャンバ１０内に所定の気体を導入可能に構成されている。チャンバ１０に接続された真空排気ポンプ１７は、配管１７ａを通じてチャンバ１０内の気体を排気可能に構成されている。ガスライン１６および真空排気ポンプ１７によって、チャンバ１０内を所望のガス雰囲気としたり真空状態にしたりすることが可能である。
【００２４】
以上のように構成された熱処理装置１において、半導体基板２０に対する熱処理を行う場合の一例について説明する。すなわち、サセプタ１２のザグリ部１２ａの底面上に支持体１１を設置する。続いて、支持体１１上に半導体基板２０を載置して収納した後、半導体基板２０を覆うようにしてサセプタ１２上にサセプタカバー１３を載置する。次に、半導体基板２０を収納した基板保持部材２を熱処理装置１のチャンバ１０内に搬入し、加熱用ランプ１４を稼働させて熱放射を行う。以上により、半導体基板２０の熱処理が行われる。
【００２５】
次に、本発明の一実施形態による基板保持部材２の詳細について説明する。まず、一実施形態による基板保持部材２を説明するにあたり、本発明の理解を容易にするために、本発明者が行った鋭意検討について説明する。図５は、半導体基板におけるスリップの発生状態の一例を示す平面図である。
【００２６】
まず、ＧａＡｓなどからなる半導体基板２０に対して熱処理を行うと、図５に示すように、半導体基板２０にスリップ２１が発生するという問題があった。ここで、スリップ２１は、半導体基板２０に生じる応力が臨界せん断応力を超えることによって発生する、転位の集合体である。スリップ２１は、ノマルスキ顕微鏡によって線状に確認できたり、フォトルミネッセンス測定またはエレクトロルミネッセンス測定によって、非発光または低発光強度の線として確認できたりする。半導体基板２０に発生するスリップ２１に関する本発明者の知見によれば、スリップ２１の発生は、半導体基板２０の中央部と周辺部との間に生じる温度差によって、半導体基板２０内に応力が生じることが原因であると考えられる。従来、被熱処理物である半導体基板２０として、口径が５．０８ｃｍ（２インチ）程度の小口径の半導体基板が用いられていた。ところが、近年の低コスト化の要請に伴い、従来に比して大口径の半導体基板が用いられるようになってきた。半導体基板２０が大口径化されるに従って、半導体基板２０の中央部と周辺部との温度差の絶対値はより拡大するので、スリップ２１も発生しやすくなる。
【００２７】
そこで、本発明者は、半導体基板の中央部と周辺部との間の温度差の発生原因について、実験および鋭意検討を行った。図６および図７は、本発明者の鋭意検討および従来技術の問題点を説明するための従来のサセプタを示す模式図である。図６および図７に示すサセプタ１０１、ザグリ部１０１ａ、およびサセプタカバー１０２はそれぞれ、図１に示すサセプタ１２、ザグリ部１２ａ、およびサセプタカバー１３に対応する。
【００２８】
図６および図７に示すように、従来のサセプタ１０１においては、ザグリ部１０１ａの底面に半導体基板２０が直接的に載置される。サセプタカバー１０２は、ザグリ部１０１ａおよび半導体基板２０を覆うようにして、サセプタ１０１の上部に被せられる。なお、図６および図７においては、サセプタカバー１０２から半導体基板２０、および半導体基板２０からサセプタ１０１への主たる熱エネルギーの移動の向きを矢印で示す。矢印の大きさの大小は、熱エネルギーの移動量の大小を示す。
【００２９】
図６に示すように、半導体基板２０がサセプタ１０１のザグリ部１０１ａの底面において、半導体基板２０の全面でザグリ部１０１ａの底面と面接触をしている場合を想定する。この場合、半導体基板２０の冷却時においては、半導体基板２０はサセプタ１０１を介して底面全体から冷却される。
【００３０】
しかしながら、本発明者が種々実験を行ったところ、図７に示すように、実際には半導体基板２０が若干反っており、サセプタ１０１と半導体基板２０とは、半導体基板２０の周辺部の一部で接触する点接触か、または周辺部で接触する線接触になることが判明した。すなわち、半導体基板２０がその周辺部においてサセプタ１０１と部分的に接触していることにより、半導体基板２０とサセプタ１０１との接点が限定されるため、周辺部からの冷却が促進されて、半導体基板２０の中央部と周辺部との間において、温度差が大きくなってしまうことが確認された。
【００３１】
図６および図７においては、サセプタ１０１の上方からランプによって半導体基板２０を加熱する場合を想定している。この点、サセプタ１０１および半導体基板２０に対して上下の両面から加熱可能な熱処理装置を用いれば、半導体基板２０とサセプタ１０１との接点からの冷却を抑制することはできるが、この場合においても、半導体基板２０の中央部と周辺部との温度差をスリップの発生が確認できない程度にまで抑制されるほど低減させることは、極めて困難である。
【００３２】
また、半導体基板２０を加熱する熱処理は、サセプタ１０１およびサセプタカバー１０２に覆われた半導体基板２０に対して、例えば５００℃以上１２００℃以下の温度範囲で行われる。半導体基板２０の加熱時においても、上述した冷却時の場合に比して程度は小さいが、サセプタ１０１と半導体基板２０との点接触または線接触に起因して、半導体基板２０の中央部と周辺部との間に温度差が生じる。
【００３３】
本発明者の知見によれば、半導体基板２０におけるスリップの発生を抑制するために、半導体基板２０の中央部と周辺部との温度差を狭小化するための対策として、種々の方法が考えられる。具体的に例えば、半導体基板２０に対する熱処理において、待機ステップを設ける方法（特許文献２）、特に加熱処理においてはプレアニール工程を設ける方法（特許文献３）や、温度変化の速度を小さくする方法（特許文献４）や、不活性ガスであるヘリウム（Ｈｅ）雰囲気下で行う方法（特許文献５）などが考えられる。しかしながら、本発明者が実験および鋭意検討を行った結果、上述した種々の方法によっても、サセプタ１０１と半導体基板２０との接点に起因して生じる半導体基板２０の温度の面内均一性の向上には、対策として不十分であることが確認された。
【００３４】
以上のように得られた知見に基づいて、本発明者がさらなる鋭意検討を行った結果、半導体基板２０における中央部と周辺部との温度差を低減するためには、半導体基板２０とサセプタとの間の熱伝導を可能な限り遮断して、可能な限り放射による加熱や冷却のみにすることが好ましいことを想到した。具体的に、本発明者は、半導体基板とサセプタとの間の熱伝導を抑制するためには、第１に、半導体基板とサセプタとの接触面積を低減することが好ましく、第２に、サセプタにおいて半導体基板と接触する部分の材質の熱伝導率を小さくすることが好ましいことを想到した。半導体基板とサセプタとの接触面積を低減しつつ、接触部分の材質の熱伝導率を低減することによって、半導体基板２０と接する部分からの局所的な冷却を抑制できる。
本発明は、以上の鋭意検討により案出されたものである。
【００３５】
すなわち、一実施形態による基板保持部材２において、ザグリ部１２ａの底面に設けられた支持体１１の熱伝導率は、サセプタ１２の熱伝導率より低くなるように構成されている。なお、サセプタ１２は、表面が本体とは異なる材料によってコーティングされていてもよい。ここで、表面がコーティングされたサセプタ１２における「サセプタの熱伝導率」は、サセプタ本体とコーティング材との熱伝導率を厚さ方向に沿って平均化したものとする。すなわち、具体的な例を挙げると、サセプタ１２の本体の材料がグラファイト（熱伝導率：１４２Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1）、本体の厚さが８００μｍ、コーティングの材料が炭化シリコン（ＳｉＣ）（熱伝導率：２２５Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1）、コーティングの膜厚が両面にそれぞれ１００μｍである場合、サセプタ１２の熱伝導率は、｛８００×１４２＋（１００＋１００）×２２５｝／（８００＋１００＋１００）＝１５８．６Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と導出される。
【００３６】
また、図１に示すように、支持体１１は、サセプタ１２のザグリ部１２ａの底面側から上方に向かって底面に平行な断面積が小さくなる形状、具体的には例えば半球状であって、ザグリ部１２ａの底面に支持体１１の円断面側が接するように設けられる。これにより、支持体１１の球面側は、サセプタ１２の上方に向かう状態になり、支持体１１上に半導体基板２０を載置する場合には、支持体１１の球面の部分が半導体基板２０の下面との接点になる。理由は後述するが、支持体１１の球面側である上部の曲率半径、すなわち支持体１１における半導体基板２０との接点の曲率半径は、７５０μｍ以下が好ましい。この場合、半導体基板２０と支持体１１との接点は、理論的には点接触しているが実際には微小の面である。本明細書において、支持体１１と半導体基板２０とが点接触するとは、支持体１１と半導体基板２０との接触部分が理論的に点である場合のみならず、微小の面である場合を含む。さらに、支持体１１は、具体的には光学部品に一般に用いられる半球状のレンズなどから構成される。これは、半球状のレンズは、曲率半径が７５０μｍ以下のように微小であっても、高精度かつ安価で、入手性も良いためである。
【００３７】
表１に、種々の材質の熱伝導率を示す。表１から、グラファイトの熱伝導率は１４２Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1であることが分かる。そのため、サセプタ１２の材質がグラファイトである場合、支持体１１としては、熱伝導率が１４２Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1未満の材質から構成される。表１から、具体的に、支持体１１は、サファイア、ルビー、ＢＫ７、または合成石英から構成される。熱伝導率が１４２Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上のシリコン（Ｓｉ）や炭化シリコン（ＳｉＣ）は除外される。
【００３８】
また、表１に示す材質は、半球状のレンズの材質として採用されている点から、支持体１１を半球状のレンズから構成するのが好ましい。さらに、支持体１１の材質としては、熱伝導率が小さいのみならず、耐熱温度が特に加熱処理における処理温度より高い材質である必要がある。そのため、加熱時における処理温度が１０００℃程度の場合は、支持体１１の材質としては、耐熱温度が高い、サファイア、ルビー、または合成石英が好ましい。一方、ＢＫ７は、耐熱温度が５００℃程度と低いことから、熱処理には不適である。
【００３９】
【表１】
2018056566.tif 000003
【００４０】
また、熱処理装置１において、チャンバ１０内に反応性ガスなどを流しつつ熱処理を行う場合や、半導体基板２０やサセプタ１２などからアウトガスがある場合がある。これらの場合においては、支持体１１の材質としては、化学的安定性が高い材料を選択するのが好ましい。さらに、基板保持部材２を繰り返し使用する場合には、支持体１１の材質としては、耐摩耗性および強度が十分高い材質を選択するのが好ましい。以上の観点から、支持体１１の材質としては、サファイア、ルビー、または合成石英が好ましい。
【００４１】
また、図２に示すように、支持体１１は、サセプタ１２のザグリ部１２ａの底面において、例えば少なくとも３箇所以上に設けられている。支持体１１の設置箇所が３箇所未満であると、ザグリ部１２ａの底面において、支持体１１によって半導体基板２０を支持する場合に、極めて不安定になるためである。
【００４２】
支持体１１の配置としては、半導体基板２０を安定して支持するためには、同一半径の円周上に配置することが望ましい。換言すると、図２に示すサセプタ１２の底面の中心Ｏから支持体１１までの距離は、全ての支持体１１において互いに等しいことが望ましい。また、隣り合う支持体１１同士の間隔は、互いに等しいことが望ましい。換言すると、サセプタ１２の中心Ｏからそれぞれの支持体１１に引いた円周の半径に相当する線において、隣り合う支持体１１に延びた線がサセプタ１２の中心Ｏにおいてなす角度θ1，θ2，θ3は、互いに等しい（θ1＝θ2＝θ3）ことが望ましい。なお、支持体１１の数が４体以上の場合においても同様である。さらに、半導体基板２０の口径φ1（図１参照）が大きい場合、半導体基板２０自体の自重により生じる応力が大きくなるため、半導体基板２０の中央部、すなわちサセプタ１２の中央部に支持体１１をさらに設けてもよい。
【００４３】
また、加熱用ランプ１４としてハロゲンランプを用いる場合、ハロゲンランプの放射光を吸収できない被加熱対象物を加熱するためには、例えばグラファイトなどからなるサセプタ１２およびサセプタカバー１３によって被加熱対象物を覆う必要がある。これにより、ハロゲンランプの放射光をサセプタカバー１３が吸収し、サセプタカバー１３からの熱放射によって被加熱対象物を加熱することができる。さらに、ランプ加熱方式において、サセプタ１２やサセプタカバー１３の良好な温度分布で急速に加熱したり冷却したりするためには、サセプタ１２やサセプタカバー１３の熱容量を小さくする必要がある。熱容量を小さくするために、サセプタ１２における最も薄い部分、例えばザグリ部１２ａの底面の厚さを１ｍｍ以下にする場合がある。このようなサセプタ１２における非常に薄い部分を加工して、支持体１１のような微小な接点を有する突起を再現性良く形成することは極めて困難である。特に、サセプタ１２の材質がグラファイトである場合、形成した突起が、摩耗や酸素との反応によって消耗する可能性がある。以上の観点から、支持体１１は、サセプタ１２とは別体であることが望ましい。さらに、支持体１１をサセプタ１２とは別体に構成することにより、支持体１１の材質として、サセプタ１２の熱伝導率未満の材質とすることが容易になる。なお、支持体１１とサセプタ１２とを別体に構成されていれば、支持体１１はサセプタ１２に固着された状態であっても、載置された状態であっても良い。
【００４４】
（実施例１〜５）
次に、上述した一実施形態に基づく実施例について説明する。実施例において、図１に示す基板保持部材２は、表面に炭化シリコン（ＳｉＣ）がコーティングされたグラファイトからなる。サセプタ１２は、外径Ｗ1が１０．１６ｃｍ（４インチ）、ザグリ部１２ａの底面部分の厚さｈ1が１ｍｍ、サセプタカバー１３の厚さｈ3が１ｍｍである。支持体１１に関しては、サセプタ１２のザグリ部１２ａの底面上に、半球状レンズからなる支持体１１を３体、同一半径の円周上に沿って互いに等間隔、すなわち図２においてθ1＝θ2＝θ3＝１２０°になるように配置される。半導体基板２０に対する３体の支持体１１の配置位置はそれぞれ、半導体基板２０の外周から面方向に沿った内周側に５ｍｍの位置とする。半導体基板２０としては、ＧａＡｓ半導体基板を用い、基板厚ｄ1は３５０μｍ、口径φ1は５．０８ｃｍ（２インチ）である。
【００４５】
実施例１において、支持体１１の材質をサファイアにするとともに、曲率半径を２００μｍにする。支持体１１がいずれも半球状であることから、支持体１１の曲率半径は半球部分の半径であり、図１に示すサセプタ１２のザグリ部１２ａの底面から半導体基板２０の下面までの高さΔｈになる。ザグリ部１２ａの深さｈ2は、半導体基板２０の上面がサセプタカバー１３に接触しない深さである、例えば１ｍｍにする。実施例２〜５において、支持体１１の材質を合成石英にするとともに、曲率半径をそれぞれ、２５０μｍ、５００μｍ、７５０μｍ、および１０００μｍにする。ザグリ部１２ａの深さｈ2は、支持体１１の高さΔｈに応じて半導体基板２０の上面がサセプタカバー１３に接触しない深さ、具体的には例えば１〜２ｍｍの範囲で適宜設定する。
【００４６】
以上のように構成された支持体１１を設置した基板保持部材２を用いて、図１に示す熱処理装置１による半導体熱処理として、半導体基板２０に対する熱処理を行った。具体的には、加熱用ランプ１４によって室温から１０００℃まで昇温させ、この状態を３０秒間維持する。その後、加熱用ランプ１４の出力を停止させて、基板保持部材２を自然冷却させた。表２に、実施例１〜５における支持体１１の材質、曲率半径、およびスリップの発生の有無を示す。
【００４７】
【表２】
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【００４８】
表２から、実施例１〜４と実施例５とを比較すると、実施例１〜４においてスリップ２１が発生していないことが分かる。すなわち、支持体１１を、サファイアや合成石英などのサセプタ１２を構成する材質よりも熱伝導率が小さい材質から構成するとともに、半導体基板２０との接触部分の曲率半径を７５０μｍ以下にすることによって、半導体基板２０におけるスリップ２１の発生を回避できることが分かる。すなわち、支持体１１としては、熱伝導率が４２Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以下の材質から構成するのがより好ましく、支持体１１における半導体基板２０との接点における曲率半径は、７５０μｍ以下が望ましいことが分かる。一方、実施例５においては、スリップ２１の発生は認められるが、その発生量は従来に比して低減していることが確認された。すなわち、支持体１１を、サセプタ１２を構成する材質の熱伝導率未満の熱伝導率を有する合成石英から構成していることにより、スリップ２１の発生が低減したと考えられる。また、曲率半径について検討すると、実施例５におけるスリップ２１の発生は、支持体１１における半導体基板２０との接触部分の曲率半径が１０００μｍと大きいことに起因すると考えられる。すなわち、実施例５においては、実施例１〜４に比して、半導体基板２０の支持体１１との接触部分の近傍において、半導体基板２０の下面における支持体１１との距離の近い部分の面積が大きくなる。これにより、半導体基板２０は、支持体１１との接触部分およびその近傍から冷却されて、温度分布の面内不均一性が若干生じたものと考えられる。
【００４９】
（比較例）
次に、図７に示す従来技術によるサセプタ１０１およびサセプタカバー１０２を用いること以外は、一実施形態と同様の熱処理装置によって半導体基板２０に対する熱処理を行った比較例について説明する。
【００５０】
比較例においては、実施例と同様に、図７に示す基板保持部材１００は、表面にＳｉＣがコーティングされたグラファイトからなり、外径Ｗ0が１０．１６ｃｍ（４インチ）、ザグリ部１０１ａの底面部分の厚さＨ1が１ｍｍ、サセプタカバー１０２の厚さＨ3が１ｍｍである。さらに、半導体基板２０も実施例と同様に、ＧａＡｓ半導体基板であって、基板厚ｄ0が３５０μｍ、口径φ0が５．０８ｃｍ（２インチ）である。比較例において、サセプタ１０１のザグリ部１０２ａの深さＨ2は、１ｍｍとする。また、熱処理においても、実施例と同様の熱処理を行った。すなわち、加熱用ランプ１４によって基板保持部材１００を室温から１０００℃まで昇温させ、この状態を３０秒間維持する。その後、加熱用ランプ１４の出力を停止させて、基板保持部材１００を自然冷却させた。比較例において、熱処理が施された半導体基板２０を観測したところ、半導体基板２０の周辺部において多数のスリップが確認された。
【００５１】
（変形例）
次に、上述した一実施形態による基板保持部材の変形例について説明する。図３は、この一実施形態の変形例による基板保持部材を示す模式図であり、図４は、一実施形態の変形例による基板保持部材に用いられる支持体を示す断面図である。
【００５２】
図３に示すように、変形例による基板保持部材３においては、サセプタ１２のザグリ部１２ａの底面上に設けられた支持体１１ａの形状が、底面側から上方に向けて底面に平行な断面積が小さくなる形状、具体的は錐状である。錐状としては、三角錐状、四角錐状、多角錐状、または円錐状である。支持体１１ａは、ザグリ部１２ａの底面に支持体１１ａの錐状の底面が接するように設けられる。ここで、上述したように、実施例１〜５から、半導体基板２０における支持体１１との接触部分の近傍において、半導体基板２０の下面における支持体１１との距離が近い部分の面積が大きくなることにより、スリップが発生すると考えられる。さらに、曲率半径が７５０μｍ以下の半球状においてスリップが発生していないことから、図４に示すように、支持体１１ａの上端から錐状の下面に向かって、錐状の下面に対して略垂直に切断した場合の断面形状は、７５０μｍの半球に内包されるような立体形状が好ましい。すなわち、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、支持体１１ａは、直径Φが１５００μｍの半球状の内側に内包される錐状が好ましい。一方、図４（ｃ）に示すように、支持体１１ａの形状として、直径Φの半球状の外側にはみ出るような錐状は好ましくない。ここで、支持体１１ａが錐状の場合においても、半導体基板２０を複数の支持体１１ａ上に載置する場合に、サセプタ１２のザグリ部１２ａの底面から半導体基板２０の下面までの高さΔｈは、１００μｍ以上であることが好ましく、２００μｍ以上がより好ましい。なお、支持体１１ａの先端と半導体基板２０との接点の部分は、厳密な点に限定されるものではなく、滑らかに丸みを帯びていても、微小の面状であってもよい。その他の構成は、上述した一実施形態と同様である。
【００５３】
以上説明した本発明の一実施形態によれば、サセプタ１２の底面に配置され、半導体基板２０が載置される支持体１１，１１ａを、支持体１１の材質をサセプタ１２の材質よりも熱伝導率が小さい材質にするとともに、サセプタ１２の底面側から上方に向けて底面に平行な断面積が小さくなる形状、具体的には半球状または錐状にしている。これにより、支持体１１およびサセプタ１２と半導体基板２０との接触部分を低減させるとともに、半導体基板２０に対する熱処理に応じて生じる半導体基板２０の温度の面内均一性を向上させることができ、半導体基板２０におけるスリップ２１の発生を回避することが可能となる。
【００５４】
以上、本発明の一実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の一実施形態において挙げた数値、材料、および構成はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値、材料、および構成を用いてもよい。また、上述の一実施形態において挙げた材料や数値は、本発明の技術的思想の範囲内で適宜種々組み合わせることが可能である。
【００５５】
また、上述の一実施形態において、熱処理される半導体基板から製造される半導体素子は、電子デバイスや光学デバイスである。また、熱処理される半導体基板から製造される半導体レーザは、導波モードがマルチモードであってもシングルモードであってもよく、バー素子であってもシングルエミッタ素子であってもよい。
【００５６】
上述の一実施形態は、必ずしも熱処理の目的に限定されるものではなく、半導体基板における混晶化や、半導体基板へのイオン注入後のドーパントの活性化や拡散などの処理にも適用できる。
【００５７】
上述の一実施形態においては、半導体基板２０におけるスリップの発生を抑制する場合について説明したが、必ずしもスリップ２１の発生を抑制する場合に限定されず、半導体基板２０の面内温度分布が影響するパラメータにおいて、面内分布を向上する効果を有する。具体的に例えば、ドーパントの活性化のために熱処理を用いた場合には、ドーパントの活性化率の面内分布が向上する。
【００５８】
上述した一実施形態による熱処理装置１においては、ランプ加熱方式を採用しているが、抵抗加熱方式を採用することも可能である。また、熱処理としては、結晶成長中における熱処理や、アモルファス膜の堆積中の熱処理などであっても良い。
【符号の説明】
【００５９】
１  熱処理装置
２，３  基板保持部材
１０  チャンバ
１１，１１ａ  支持体
１２  サセプタ
１２ａ  ザグリ部
１３  サセプタカバー
１４  加熱用ランプ
１５  熱電対
１６  ガスライン
１７  真空排気ポンプ
１７ａ  配管
１８  パイロメータ
２０  半導体基板
【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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