(57)【要約】【課題】ウェハの均一な温度分布を実現するのに有効なサセプタと、スリップの発生を低減しつつ、均一な膜厚の膜を成膜することのできる成膜装置とを提供する。【解決手段】サセプタ１０２は、シリコンウェハ１０１の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部１０２ａと、第１のサセプタ部１０２ａの外周部に接して設けられ、第１のサセプタ部１０２ａの開口部分を遮蔽する第２のサセプタ部１０２ｂとを有する。第２のサセプタ部１０２ｂは、シリコンウェハ１０１が第１のサセプタ部１０２ａに支持された状態でシリコンウェハ１０１との間に所定の間隔Ｈの隙間２０１が形成されるように配置されるとともに、第１のサセプタ部１０２ａとの間にも隙間２０１に連続し且つ所定の間隔Ｈと実質的に等しい間隔Ｈ’の隙間２０２が形成されるように配置される。【選択図】図３
2011014682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対して所定の処理を行う際に前記基板が載置されるサセプタであって、
前記基板の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部と、
前記第１のサセプタ部の外周部に接して設けられ、前記第１のサセプタ部の開口部分を遮蔽する第２のサセプタ部とを有し、
前記第２のサセプタ部は、前記基板が前記第１のサセプタ部に支持された状態で前記基板との間に所定の間隔の隙間が形成されるように配置されるとともに、前記第１のサセプタ部との間にも前記隙間に連続し且つ前記所定の間隔と実質的に等しい間隔の隙間が形成されるように配置されることを特徴とするサセプタ。
【請求項２】
前記第２のサセプタ部は、前記第１のサセプタ部の開口部分を遮蔽する第１の部分と、前記第１のサセプタ部より開口部分の大きいリング状であって、前記第１のサセプタ部の外周部に接して設けられ、前記第１の部分の外周部を支持する第２の部分とに分割されることを特徴とする請求項１に記載のサセプタ。
【請求項３】
前記第１の部分は、前記第１のサセプタ部の開口部分を遮蔽する第３の部分と、前記第３の部分を支持するリング状であって、前記第２の部分に支持される第４の部分とに分割されることを特徴とする請求項２に記載のサセプタ。
【請求項４】
基板が搬入される成膜室と、
前記成膜室内で前記基板が載置されるサセプタと、
前記サセプタを介して前記基板を加熱する加熱部とを有し、
前記サセプタは、前記基板の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部と、
前記第１のサセプタ部の外周部に接して設けられ、前記第１のサセプタ部の開口部分を遮蔽する第２のサセプタ部とを備えており、
前記第２のサセプタ部は前記第１のサセプタ部と対向する部分に凹部を有し、前記基板が前記第１のサセプタ部に支持された状態で前記基板と前記第２のサセプタ部との間には所定の間隔の隙間が形成されるとともに、前記第１のサセプタ部と前記第２のサセプタ部の間にも前記隙間に連続し且つ前記所定の間隔と実質的に等しい間隔の隙間が形成されることを特徴とする成膜装置。
【請求項５】
成膜室内で基板を加熱しながら前記基板の上に所定の膜を形成する成膜方法であって、
前記基板の外周部をリング状の第１のサセプタ部で支持し、前記第１のサセプタ部の開口部分を遮蔽する第２のサセプタ部を前記第１のサセプタ部の外周部に接して設けるとともに、前記基板が均一に加熱されるように、前記基板が前記第１のサセプタ部に支持された状態で前記基板と前記第２のサセプタ部との間に所定の間隔の隙間をおいて配置し、前記第１のサセプタ部と前記第２のサセプタ部との間にも前記隙間に連続し且つ前記所定の間隔と実質的に等しい間隔の隙間が形成されるように配置することを特徴とする成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サセプタおよびこれを用いた成膜装置と成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)等のパワーデバイスのように、比較的膜厚の大きい結晶膜を必要とする半導体素子の製造工程では、エピタキシャル成長技術が利用される。
【０００３】
膜厚の大きなエピタキシャルウェハを高い歩留まりで製造するには、均一に加熱されたウェハの表面に新たな原料ガスを次々に接触させて成膜速度を向上させる必要がある。そこで、ウェハを高速で回転させながらエピタキシャル成長させることが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
特許文献１では、ウェハを支持するリング状のサセプタがサセプタ支えに嵌着されており、サセプタ支えに接続する回転軸が回転することによって、ウェハが回転する。ここで、サセプタは、その内周側に設けられた座ぐり内にウェハの外周部を受け入れる構造となっている。つまり、ウェハの裏面は、外周部の極狭い部分のみがサセプタに接触しており、残りの部分は、ウェハを裏面から加熱する均熱板の表面に向けて露出している。こうした構造の場合、加熱部や回転部で発生した金属原子などの汚染物質によってウェハが汚染され、エピタキシャル膜の電気特性が低下するおそれがあった。
【０００５】
また、特許文献１では、反応室内に導入された原料ガスとキャリアガスとの混合ガスは、ウェハの回転に伴う遠心力によって、ウェハの上面中心部から放射状に流れて外周部に掃き出された後、排気孔を通じて反応室の外部へ排出されるとある。しかしながら、サセプタがリング状を呈することによって、掃き出されたガスの一部が、ウェハの外周部とサセプタの隙間を通ってサセプタの開口部分へと流れ、ウェハとサセプタの間にエピタキシャル膜が形成されるという問題もあった。このような膜が形成されると、ウェハがサセプタに貼り付いてしまい、ウェハ搬送時の障害となるだけでなく、スリップと称される結晶欠陥が発生する原因ともなる。スリップは、ウェハに反りを生じさせたり、ＩＣデバイスにリークを起こしたりして、ＩＣデバイスの歩留まりを著しく減少させる。
【０００６】
そこで、ウェハの外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部と、第１のサセプタ部の開口部分に密嵌される円盤状の第２のサセプタ部とからなるサセプタが提案されている。このサセプタによれば、第２のサセプタ部によって第１のサセプタ部の開口部分が塞がれるので、加熱部や回転部で発生した汚染物質によってウェハが汚染されるのを防ぐことができる。また、ウェハの外周部とサセプタの隙間を通る混合ガスの流れを遮断することもできる。
【０００７】
ところで、ウェハをサセプタ上に載置する際に、ウェハと第２のサセプタとの間には混合ガスが挟まれる。すると、ウェハの自重によって挟まれた混合ガスの圧力が上昇する。この混合ガスは、その後ウェハと第２のサセプタの間から抜け出るが、それまでに上昇した圧力が原因となってウェハが所定の位置からずれてしまう。また、ウェハは、裏面から加熱されて表面にエピタキシャル膜が形成される。したがって、第２のサセプタ部にウェハの裏面全体が接触していると、加熱による熱変形によりウェハは表面側に向かって凹状に反ってしまい、ウェハを回転させながらの成膜ができなくなるおそれもあった。
【０００８】
こうした問題に対しては、ウェハの外周部を第１のサセプタ部によって支持し、ウェハと第２のサセプタ部との間に隙間を設ける構成が考えられる。この構成によれば、ウェハを載置する際にウェハは所定位置からずれず、また、加熱によってウェハが凹状に反る問題も解消される。しかし、この場合、新たに次のような問題が生じる。
【０００９】
図８は、上記構成を模式的に示したウェハ外周部付近の一部断面図である。この図に示すように、サセプタ３０２は、シリコンウェハ３０１の外周部を支持する第１のサセプタ部３０２ａと、第１のサセプタ部３０２ａの開口部分に密嵌される第２のサセプタ部３０２ｂとからなる。そして、シリコンウェハ３０１と第２のサセプタ部３０２ｂとの間には隙間３０３が設けられている。
【００１０】
サセプタ３０２は、図示しないヒータによって図の下方から加熱され、シリコンウェハ３０１は、サセプタ３０２を介して加熱される。このとき、シリコンウェハ３０１の外周部は、第１のサセプタ部３０２ａに接しているので、第１のサセプタ部３０２ａを通じて加熱される。一方、シリコンウェハ３０１の外周部以外の部分は、第２のサセプタ部３０２ｂから、さらに、隙間３０３に存在する雰囲気ガスを介して加熱される。ここで、第１のサセプタ部３０２ａはＳｉＣからなり雰囲気ガスより熱抵抗が低いので、シリコンウェハ３０１の外周部はそれ以外の部分に比べて温度が上昇する。その結果、シリコンウェハ３０１の温度分布は不均一なものとなり、形成されるエピタキシャル膜の膜厚も不均一になる。また、シリコンウェハ３０１と第１のサセプタ部３０２ａとの接触部分に熱応力が集中して、サセプタ３０２の破損やスリップの発生を招くという問題も生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平５−１５２２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、ウェハの貼り付き、金属汚染、位置ずれを低減するとともに、ウェハの均一な温度分布を実現するのに有効なサセプタを提供することにある。
【００１３】
また、本発明の目的は、スリップの発生を低減しつつ、均一な膜厚の膜を成膜することのできる成膜装置および成膜方法を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第１の態様は、基板に対して所定の処理を行う際に基板が載置されるサセプタに関する。
このサセプタは、基板の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部と、第１のサセプタ部の外周部に接して設けられ、第１のサセプタ部の開口部分を遮蔽する第２のサセプタ部とを有する。
第２のサセプタ部は、基板が第１のサセプタ部に支持された状態で基板との間に所定の間隔の隙間が形成されるように配置されるとともに、第１のサセプタ部との間にも隙間に連続し且つ所定の間隔と実質的に等しい間隔の隙間が形成されるように配置される。
【００１６】
本発明の第１の態様においては、２つの隙間の境界における第１のサセプタ部と第２のサセプタ部の断面端部が、それぞれテーパ形状を有していることが好ましい。
【００１７】
本発明の第１の態様において、第２のサセプタ部は、第１のサセプタ部の開口部分を遮蔽する第１の部分と、第１のサセプタ部より開口部分の大きいリング状であって、第１のサセプタ部の外周部に接して設けられ、第１の部分の外周部を支持する第２の部分とに分割される構造とすることができる。
この場合、さらに、第１の部分は、第１のサセプタ部の開口部分を遮蔽する第３の部分と、第３の部分を支持するリング状であって、第２の部分に支持される第４の部分とに分割される構造とすることができる。
【００１８】
本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様によるサセプタを備えたことを特徴とする成膜装置に関する。
具体的には、本発明の成膜装置は、基板が搬入される成膜室と、成膜室内で基板が載置されるサセプタと、サセプタを介して基板を加熱する加熱部とを有し、サセプタは、基板の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部と、第１のサセプタ部の外周部に接して設けられ、第１のサセプタ部の開口部分を遮蔽する第２のサセプタ部とを備えており、第２のサセプタ部は第１のサセプタ部と対向する部分に凹部を有し、基板が第１のサセプタ部に支持された状態で基板と第２のサセプタ部との間には所定の間隔の隙間が形成されるとともに、第１のサセプタ部と第２のサセプタ部の間にも隙間に連続し且つ所定の間隔と実質的に等しい間隔の隙間が形成されることを特徴とする。
【００１９】
本発明の第３の態様は、成膜室内で基板を加熱しながら基板の上に所定の膜を形成する成膜方法であって、基板の外周部をリング状の第１のサセプタ部で支持し、第１のサセプタ部の開口部分を遮蔽する第２のサセプタ部を第１のサセプタ部の外周部に接して設けるとともに、基板が均一に加熱されるように、基板が第１のサセプタ部に支持された状態で基板と第２のサセプタ部との間に所定の間隔の隙間をおいて配置し、第１のサセプタ部と第２のサセプタ部との間にも隙間に連続し且つ所定の間隔と実質的に等しい間隔の隙間が形成されるように配置することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の第１の態様によれば、ウェハの貼り付き、金属汚染、位置ずれを低減するとともに、ウェハの均一な温度分布を実現するのに有効なサセプタが提供される。
本発明の第２の態様によれば、スリップの発生を低減しつつ、均一な膜厚の膜を成膜することのできる成膜装置が提供される。
本発明の第３の態様によれば、スリップの発生を低減しつつ、均一な膜厚の膜を成膜することのできる成膜方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施の形態の成膜装置の模式的な断面図である。
【図２】本実施の形態のサセプタにウェハを載置した状態を示す断面図である。
【図３】図２の一部拡大断面図である。
【図４】ウェハの温度分布を、本実施の形態の構成と従来の構成とで比較した一例である。
【図５】本実施の形態のサセプタの一例である。
【図６】本実施の形態のサセプタの一例である。
【図７】本実施の形態のサセプタの一例である。
【図８】従来のサセプタにウェハを載置した状態を示す一部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本実施の形態における枚葉式の成膜装置１００の模式的な断面図である。
【００２３】
本実施の形態においては、基板としてシリコンウェハ１０１を用いる。但し、これに限られるものではなく、場合に応じて、他の材料からなるウェハを用いてもよい。
【００２４】
成膜装置１００は、成膜室としてのチャンバ１０３を有する。
【００２５】
チャンバ１０３の上部には、加熱されたシリコンウェハ１０１の表面に結晶膜を成膜するための原料ガスを供給するガス供給部１２３が設けられている。また、ガス供給部１２３には、原料ガスの吐出孔が多数形成されたシャワープレート１２４が接続している。シャワープレート１２４をシリコンウェハ１０１の表面と対向して配置することにより、シリコンウェハ１０１の表面に原料ガスを供給できる。
【００２６】
チャンバ１０３の下部には、反応後の原料ガスを排気するガス排気部１２５が複数設けられている。ガス排気部１２５は、調整弁１２６および真空ポンプ１２７からなる排気機構１２８に接続されている。排気機構１２８は、図示しない制御機構により制御されてチャンバ１０３内を所定の圧力に調整する。
【００２７】
チャンバ１０３の内部には、本実施の形態によるサセプタ１０２が、回転部１０４の上に設けられている。サセプタ１０２は、高温下にさらされることから、例えば高純度のＳｉＣを用いて構成される。
【００２８】
回転部１０４は、円筒部１０４ａと回転軸１０４ｂを有している。回転軸１０４ｂが図示しないモータによって回転することにより、円筒部１０４ａを介してサセプタ１０２が回転する。
【００２９】
図１において、円筒部１０４ａは、上部が解放された構造であるが、サセプタ１０２が設けられることにより、上部が覆われて中空領域（以下、Ｐ２領域と称す。）を形成する。ここで、チャンバ１０３内をＰ１領域とすると、Ｐ２領域は、サセプタ１０２によって実質的にＰ１領域と隔てられた領域となる。
【００３０】
Ｐ２領域には、サセプタ１０２を介してシリコンウェハ１０１を裏面から加熱する加熱部としてのインヒータ１２０とアウトヒータ１２１が設けられている。これらのヒータは、回転軸１０４ｂ内に設けられた略円筒状の石英製のシャフト１０８の内部を通る配線１０９によって給電される。
【００３１】
加熱により変化するシリコンウェハ１０１の表面温度は、チャンバ１０３の上部に設けられた放射温度計１２２によって計測される。尚、シャワープレート１２４を透明石英製とすることによって、放射温度計１２２による温度測定がシャワープレート１２４で妨げられないようにすることができる。計測した温度データは、図示しない制御機構に送られた後、インヒータ１２０およびアウトヒータ１２１の出力制御にフィードバックされる。これにより、シリコンウェハ１０１を所望の温度となるように加熱できる。
【００３２】
回転部１０４の回転軸１０４ｂは、チャンバ１０３の外部まで延設されており、図示しない回転機構に接続している。円筒部１０４ａが所定の回転数で回転することにより、サセプタ１０２を回転させることができ、ひいてはサセプタ１０２に支持されたシリコンウェハ１０１を回転させることができる。円筒部１０４ａは、シリコンウェハ１０１の中心を通り、且つ、シリコンウェハ１０１に直交する線を軸として回転することが好ましい。
【００３３】
図２は、サセプタ１０２にシリコンウェハ１０１を載置した状態を示す断面図である。また、図３は、図２の一部拡大断面図である。
【００３４】
図２および図３に示すように、サセプタ１０２は、シリコンウェハ１０１の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部１０２ａと、第１のサセプタ部１０２ａの外周部に接して設けられ、第１のサセプタ部１０２ａの開口部分を遮蔽する第２のサセプタ部１０２ｂとを有する。図１に示すように、サセプタ１０２をチャンバ１０３内に設置すると、第２のサセプタ部１０２ｂによって第１のサセプタ部１０２ａの開口部分が塞がれるので、Ｐ２領域で発生した汚染物質によってシリコンウェハ１０１が汚染されるのを防ぐことができる。また、シリコンウェハ１０１の外周部とサセプタ１０２の隙間を通って、原料ガスがＰ２領域に進入するのを防ぐこともできる。したがって、シリコンウェハ１０１とサセプタ１０２の間にエピタキシャル膜が形成されて、シリコンウェハ１０１がサセプタ１０２に貼り付いたり、スリップが発生したりするのを低減できる。
【００３５】
図３に示すように、シリコンウェハ１０１と第２のサセプタ部１０２ｂとの間には、隙間２０１が設けられている。換言すると、第２のサセプタ部１０２ｂは第１のサセプタ部１０２ａと対向する部分に凹部を有しているので、シリコンウェハ１０１が第１のサセプタ部１０２ａに支持された状態でシリコンウェハ１０１と第２のサセプタ部１０２ｂとの間には所定の間隔の隙間２０１が形成される。これにより、ウェハを載置する際に、シリコンウェハ１０１に位置ずれが起こるのを防ぐことができる。また、インヒータ１２０とアウトヒータ１２１により、サセプタ１０２を介してシリコンウェハ１０１を裏面から加熱したときに、シリコンウェハ１０１が表面側に向かって凹状に反るのを防ぐこともできる。
【００３６】
シリコンウェハ１０１が所定の位置に載置された状態であると、シリコンウェハ１０１の表面に所定の膜厚の均一なエピタキシャル膜を形成できるだけでなく、シリコンウェハ１０１が変形するのを防ぐこともできる。すなわち、シリコンウェハ１０１が所定の位置からずれると、回転運動による遠心力の偏りが原因でウェハが飛散するおそれがある。一方、図３のように、シリコンウェハ１０１と第２のサセプタ部１０２ｂとの間に隙間２０１があると、載置する際にシリコンウェハ１０１がずれないので、シリコンウェハ１０１に対して所定の位置で成膜処理を行える。つまり、シリコンウェハ１０１が飛散するのを防ぐことができる。
【００３７】
サセプタ１０２は、第１のサセプタ部１０２ａと第２のサセプタ部１０２ｂとの間に隙間２０２を有する。隙間２０２は、隙間２０１に連続する空間である。すなわち、隙間２０１と隙間２０２との間に、これらの空間を仕切る遮蔽物は設けられていない。
【００３８】
図１に示すように、サセプタ１０２の上にシリコンウェハ１０１を載置すると、シリコンウェハ１０１の外周部は第１のサセプタ部１０２ａに接する。この状態で、インヒータ１２０とアウトヒータ１２１により、サセプタ１０２を介してシリコンウェハ１０１を裏面から加熱する。ここで、サセプタ１０２は、シリコンウェハ１０１の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部１０２ａと、第１のサセプタ部１０２ａの外周部に接して設けられ、第１のサセプタ部１０２ａの開口部分を遮蔽する第２のサセプタ部１０２ｂとを有してなるので、インヒータ１２０とアウトヒータ１２１によって最初に加熱されるのは、第２のサセプタ部１０２ｂである。その後、第２のサセプタ部１０２ｂから、隙間２０１および隙間２０２に存在する雰囲気ガスや、第１のサセプタ部１０２ａを介して、シリコンウェハ１０１が加熱される。シリコンウェハ１０１が加熱される様子について、以下でさらに詳しく説明する。
【００３９】
シリコンウェハ１０１の外周部以外の部分は、第２のサセプタ部１０２ｂから、隙間２０１に存在する雰囲気ガスを介して加熱される。一方、シリコンウェハ１０１の外周部は、第１のサセプタ部１０２ａに接しているので、第１のサセプタ部１０２ａを通じて加熱される。この際、第１のサセプタ部１０２ａと第２のサセプタ部１０２ｂとの間に隙間２０２が設けられていることにより、シリコンウェハ１０１の外周部は次の２通りのルートを通じて加熱されることになる。
【００４０】
１つは、第２のサセプタ部１０２ｂから、隙間２０２に存在する雰囲気ガスを介し、さらに第１のサセプタ部１０２ａを介してシリコンウェハ１０１が加熱されるルートである。他の１つは、第２のサセプタ部１０２ｂとの接触部を通じて第１のサセプタ部１０２ａが加熱され、次いで、シリコンウェハ１０１が加熱されるルートである。どちらのルートも、第１のサセプタ部１０２ａにシリコンウェハ１０１の外周部が接して加熱される点で、前述した図８の例と共通する。
【００４１】
しかしながら、図８の例では、ヒータによってまず第１のサセプタ部３０２ａが加熱されるのに対して、本実施の形態の構成によれば、まず、第２のサセプタ部１０２ｂがヒータで加熱され、次いで、この熱が第１のサセプタ部１０２ａに伝わる点で異なる。さらに、第２のサセプタ部１０２ｂから第１のサセプタ部１０２ａに熱が伝わる際、シリコンウェハ１０１の外周部に近い第１のサセプタ部１０２ａには、隙間２０２に存在する雰囲気ガスを通じて熱が伝わる。一方、第２のサセプタ部１０２ｂから第１のサセプタ部１０２ａに直接的に熱が伝わる部分は、これらが接する部分、すなわち、第１のサセプタ部１０２ａの外周部であり、シリコンウェハ１０１の外周部から離れた部分である。つまり、シリコンウェハ１０１の外周部に第１のサセプタ部１０２ａが接してこの部分が加熱されるという点で図８と共通していても、外周部に接する第１のサセプタ部１０２ａの温度は、図８の場合に比べて低くなる。また、本実施の形態の構成によれば、隙間２０１と隙間２０２との間に、これらの空間を仕切る遮蔽物が設けられていないので、遮蔽物を通じて第２のサセプタ部１０２ｂからシリコンウェハ１０１や第１のサセプタ部１０２ａに熱が伝わり、シリコンウェハ１０１の特定部分の温度が上昇することもない。
【００４２】
図３において、隙間２０１の高さＨと、隙間２０２の高さＨ’とは、実質的に等しくなることが好ましい。これらの隙間に存在する雰囲気ガスの熱抵抗はＳｉＣより高いので、隙間の高さを調整することにより、シリコンウェハ１０１の温度分布を調整することができる。すなわち、高さＨと高さＨ’とを等しくすることで、シリコンウェハ１０１の温度分布を均一にすることができる。高さＨと高さＨ’とは、例えば、０．６ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲で等しい値とすることができるが、チャンバ内の圧力に応じて適宜設定することが好ましい。また、シリコンウェハ１０１の温度分布は、隙間２０２の横方向の長さＬによっても調整することができる。Ｌが長くなると、第２のサセプタ部１０２ｂとの接触部を通じて第１のサセプタ部１０２ａからシリコンウェハ１０１に伝わる熱量が減少しシリコンウェハ１０１外周部の温度が低くなる。
【００４３】
尚、サセプタ１０２において、第１のサセプタ部１０２ａと第２のサセプタ部１０２ｂとは、それぞれ別個に形成された後に組み合わされた構造とすることができるが、最初から一体となった構造としてもよい。
【００４４】
図４は、熱伝導シミュレーションを実施し、本実施の形態のサセプタ（サセプタ１０２）を用いた場合と、図８に示す従来のサセプタ（サセプタ３０２）を用いた場合とでシリコンウェハの温度分布を比較した一例である。尚、横軸は、シリコンウェハの中心からの距離を示しており、縦軸は、シリコンウェハの温度を示している。この図から分かるように、従来のサセプタを用いた場合には、シリコンウェハの外周部で温度が著しく高くなるが、本実施の形態のサセプタによれば、外周部での温度上昇が抑制されて略均一な温度分布となる。
【００４５】
このように、サセプタ１０２においては、第２のサセプタ部１０２ｂが、シリコンウェハ１０１が第１のサセプタ部１０２ａに支持された状態でシリコンウェハ１０１との間に所定の間隔Ｈの隙間２０１が形成されるように配置されるとともに、第１のサセプタ部１０２ａとの間にも隙間２０１に連続する隙間２０２が形成されるように配置される。ここで、隙間２０２の間隔Ｈ’は、隙間２０１の間隔Ｈと実質的に等しくなることが好ましい。このような構造を有するサセプタ１０２によれば、シリコンウェハ１０１の外周部の温度が、外周部以外の部分の温度より急激に上昇することがないので、シリコンウェハ１０１の均一な温度分布が妨げられない。また、シリコンウェハ１０１の外周部における熱応力が低減されるので、シリコンウェハ１０１にスリップが発生するのを防止することもできる。
【００４６】
図５は、本実施の形態のサセプタの別の例であり、サセプタにシリコンウェハを載置した状態の一部断面図である。尚、図５に示されていないサセプタの他端も図５に示す構造と同様とする。
【００４７】
図５に示すサセプタ１０２１は、シリコンウェハ１０１の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部１０２ａ１と、第１のサセプタ部１０２ａ１の外周部に接して設けられ、第１のサセプタ部１０２ａ１の開口部分を遮蔽する第２のサセプタ部１０２ｂ１とを有し、シリコンウェハ１０１と第２のサセプタ部１０２ｂ１との間に隙間２０１１が設けられているとともに、第１のサセプタ部１０２ａ１と第２のサセプタ部１０２ｂ１との間にも隙間２０２１が設けられている点で、図３に示すサセプタ１０２と共通する。
【００４８】
しかし、サセプタ１０２では、隙間２０１と隙間２０２の境界における第１のサセプタ部１０２ａと第２のサセプタ部１０２ｂの断面が、それぞれ鉛直方向に平行な端部１０２ａ’、１０２ｂ’を有しているのに対して、サセプタ１０２１では、隙間２０１１と隙間２０２１の境界における第１のサセプタ部１０２ａ１と第２のサセプタ部１０２ｂ１の断面端部１０２ａ１’、 １０２ｂ１’が、それぞれテーパ形状を有している点で異なる。
【００４９】
上述したように、サセプタ１０２では、隙間２０１と隙間２０２との間に、これらの空間を仕切る遮蔽物が設けられていない。したがって、遮蔽物を通じて第２のサセプタ部１０２ｂからシリコンウェハ１０１や第１のサセプタ部１０２ａに熱が伝わり、シリコンウェハ１０１の特定部分の温度が上昇するといったことがない。しかし、第１のサセプタ部１０２ａの位置と第２のサセプタ部１０２ｂの位置とが相対的にずれて、これらの距離が非常に近づくか、あるいは、これらが接してしまうと、隙間２０１と隙間２０２との間に遮蔽物が設けられたのと同じ状態になることが考えられる。
【００５０】
そこで、図５のように、隙間２０１１と隙間２０２１の境界における第１のサセプタ部１０２ａ１と第２のサセプタ部１０２ｂ１の断面端部１０２ａ１’、 １０２ｂ１’を、それぞれテーパ形状にする。これにより、第１のサセプタ部１０２ａ１の位置と第２のサセプタ部１０２ｂ１の位置とが相対的にずれても、これらの間の距離が大きく変わらないようにすることができる。
【００５１】
尚、サセプタ１０２１において、第１のサセプタ部１０２ａ１と第２のサセプタ部１０２ｂ１とは、それぞれ別個に形成された後に組み合わされた構造とすることができるが、最初から一体となった構造としてもよい。
【００５２】
図６は、本実施の形態のサセプタの別の例であり、サセプタにシリコンウェハを載置した状態の一部断面図である。尚、図６に示されていないサセプタの他端も図６に示す構造と同様とする。
【００５３】
図６に示すサセプタ１０２２は、シリコンウェハ１０１の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部１０２ａ２と、第１のサセプタ部１０２ａ２の開口部分を遮蔽する第２のサセプタ部１０２ｂ２と、第１のサセプタ部１０２ａ２より開口部分の大きいリング状であって、第１のサセプタ部１０２ａ２の外周部に接して設けられ、第２のサセプタ部１０２ｂ２の外周部を支持する第３のサセプタ部１０２ｃ２とを有する。すなわち、サセプタ１０２２は、図３や図５における第２のサセプタ部が、第１のサセプタ部を支持する部分で２つに分割された構造に対応する。
【００５４】
換言すると、サセプタ１０２２は、図３や図５における第２のサセプタ部が、第１のサセプタ部の開口部分を遮蔽する第１の部分と、第１のサセプタ部より開口部分の大きいリング状であって、第１のサセプタ部の外周部に接して設けられ、第１の部分の外周部を支持する第２の部分とに分割された構造と表現することができる。第１の部分は、図６で第２のサセプタ部１０２ｂ２に対応し、第２の部分は、図６で第３のサセプタ部１０２ｃ２に対応する。
【００５５】
図６に示すサセプタ１０２２は、シリコンウェハ１０１と第２のサセプタ部１０２ｂ２との間に隙間２０１２が設けられているとともに、第１のサセプタ部１０２ａ２と第２のサセプタ部１０２ｂ２との間にも隙間２０２２が設けられている点で、図３や図５に示すサセプタと共通する。尚、図６では、隙間２０１２と隙間２０２２の境界における第１のサセプタ部１０２ａ２と第２のサセプタ部１０２ｂ２の断面端部１０２ａ２’、 １０２ｂ２’が、それぞれテーパ形状を有しているが、図３に示すサセプタと同様に鉛直方向に平行な端部となっていてもよい。
【００５６】
図３や図５に示す第２のサセプタ部では、第１のサセプタ部を支持する部分と、第１のサセプタ部と第２のサセプタ部の隙間との境界付近に熱応力が集中する場合がある。また、熱変形により第２のサセプタ部が撓むことによって、シリコンウェハと第２のサセプタ部との距離が変化すると、シリコンウェハの温度分布が均一になり難くなることが考えられる。
【００５７】
そこで、第２のサセプタ部を第１のサセプタ部を支持する部分で２つに分割する。すなわち、図６に示すように、サセプタ１０２２を、シリコンウェハ１０１の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部１０２ａ２と、第１のサセプタ部１０２ａ２の開口部分を遮蔽する第２のサセプタ部１０２ｂ２と、第１のサセプタ部１０２ａ２より開口部分の大きいリング状であって、第１のサセプタ部１０２ａ２の外周部に接して設けられ、第２のサセプタ部１０２ｂ２の外周部を支持する第３のサセプタ部１０２ｃ２とで構成する。この構成によれば、応力が集中しやすい部分が予め分割されているので、この部分に応力が集中してサセプタ１０２２が破損するのを回避できる。また、第２のサセプタ部１０２ｂ２の撓みによる変形も軽減されるので、シリコンウェハ１０１の温度分布をより均一にすることもできる。
【００５８】
図７は、本実施の形態のサセプタの他の例であり、サセプタにシリコンウェハを載置した状態の一部断面図である。尚、図７に示されていないサセプタの他端も図７に示す構造と同様とする。
【００５９】
図７に示すサセプタ１０２３は、図６で述べたサセプタ１０２２における第２のサセプタ部１０２ｂ２が、隙間２０１２と隙間２０２２の境界付近で分割された構造に対応する。このことは、次のように言い表すこともできる。つまり、図６のサセプタ１０２２を、図３や図５における第２のサセプタ部の第１のサセプタ部の開口部分を遮蔽する第１の部分と、第１のサセプタ部より開口部分の大きいリング状であって、第１のサセプタ部の外周部に接して設けられ、第１の部分の外周部を支持する第２の部分とに分割された構造と表現した場合、図７のサセプタ１０２３は、第１の部分が、第１のサセプタ部の開口部分を遮蔽する第３の部分と、第３の部分を支持するリング状であって、第２の部分に支持される第４の部分とに分割された構造と表現することができる。第３の部分は、図７で第２のサセプタ部１０２ｂ３に対応し、第４の部分は、図７で第４のサセプタ部１０２ｄ３に対応する。
【００６０】
図７において、サセプタ１０２３は、シリコンウェハ１０１の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部１０２ａ３と、第１のサセプタ部１０２ａ３の開口部分を遮蔽する第２のサセプタ部１０２ｂ３と、第１のサセプタ部１０２ａ３より開口部分の大きいリング状であって、第１のサセプタ部１０２ａ３の外周部に接して設けられる第３のサセプタ部１０２ｃ３と、第２のサセプタ部１０２ｂ３を支持するリング状であって、第３のサセプタ部１０２ｃ３に支持される第４のサセプタ部１０２ｄ３とを有する。
【００６１】
サセプタ１０２３では、シリコンウェハ１０１と第２のサセプタ部１０２ｂ３との間に隙間２０１３が設けられているとともに、第１のサセプタ部１０２ａ３と第４のサセプタ部１０２ｄ３との間にも隙間２０２３が設けられている。尚、図７では、隙間２０１３と隙間２０２３の境界における第１のサセプタ部１０２ａ３と第４のサセプタ部１０２ｄ３の断面端部１０２ａ３’、 １０２ｄ３’が、それぞれテーパ形状を有しているが、図３に示すサセプタと同様に鉛直方向に平行な端部となっていてもよい。
【００６２】
サセプタを図６に示す構造とすることによって、第２のサセプタ部に生じる応力を軽減できることを述べた。そして、図７の構造によれば、第２のサセプタ部に生じる応力をさらに軽減することができる。すなわち、図６の第２のサセプタ部１０２ｂ２の隙間２０１２と隙間２０２２の境界付近が予め分割された図７の構造とすることによって、第２のサセプタ部の熱変形時の拘束が解放されるので、第２のサセプタ部全体に生じる応力を低減することができる。また、図７の構造であれば、ウェハを簡便かつ安定した状態で搬送することができる。例えば、図１で回転部１０４の内部に昇降ピンを設け、この昇降ピンを上昇させて第２のサセプタ部１０２ｂ３を支持した後、昇降ピンをさらに上昇させて、第２のサセプタ部１０２ｂ３を第４のサセプタ部１０２ｄ３から引き離す。さらに第２のサセプタ部１０２ｂ３を上昇させて、チャンバ１０３の内部に搬入されたシリコンウェハ１０１の下面を第２のサセプタ部１０２ｂ３で支持する。次いで、第２のサセプタ部１０２ｂ３を、昇降ピンで支持したままの状態で下降させて初期位置に戻す。このように、図７の構造によれば、シリコンウェハ１０１を第２のサセプタ部１０２ｂ３で支持する。したがって、サセプタ１０２３上の成膜処理が可能な位置に簡便かつ安定した状態でシリコンウェハ１０１を載置することができる。
【００６３】
以上述べたように、本実施の形態のサセプタによれば、第１のサセプタ部と第２のサセプタ部（但し、図７の例では第４のサセプタ部）との間に隙間を有するので、ウェハの外周部に第１のサセプタ部が接することによってこの部分が加熱される構成であっても、外周部に接する第１のサセプタ部の温度は、従来の構成に比べて低くなる。したがって、ウェハの外周部の温度が、外周部以外の部分の温度より急激に上昇することがないので、ウェハの均一な温度分布が妨げられない。また、ウェハと第１のサセプタ部との接触部分における熱応力の集中が低減されるので、サセプタが破損したり、ウェハにスリップが発生したりするのを低減することもできる。
【００６４】
また、本実施の形態の成膜装置によれば、上記サセプタを用いるので、スリップの発生を低減しつつ、均一な膜厚の膜をウェハ上に成膜することができる。
【００６５】
本実施の形態による成膜方法の一例について、図１を参照しながら説明する。この成膜方法によれば、スリップの発生を低減しつつ、均一な膜厚の膜を成膜することができる。尚、サセプタ１０２に代えて、サセプタ１０２１、１０２２、１０２３を用いてもよい。
【００６６】
まず、図２のようにサセプタ１０２の上にシリコンウェハ１０１を載置する。具体的には、シリコンウェハ１０１の外周部をリング状の第１のサセプタ部１０２ａで支持し、第１のサセプタ部１０２ａの開口部分を遮蔽する第２のサセプタ部１０２ｂを第１のサセプタ部１０２ａの外周部に接して設けるとともに、シリコンウェハ１０１が均一に加熱されるように、シリコンウェハ１０１が第１のサセプタ部１０２ａに支持された状態でシリコンウェハ１０１と第２のサセプタ部１０２ｂとの間に所定の間隔Ｈの隙間２０１をおいて配置し、第１のサセプタ部１０２ａと第２のサセプタ部１０２ｂとの間にも隙間２０１に連続し且つ所定の間隔Ｈと実質的に等しい間隔Ｈ’の隙間２０２が形成されるように配置する。次いで、例えば、数１０ｔｏｒｒの減圧下で水素ガスを流しながら、回転部１０４に付随させて、シリコンウェハ１０１を５０ｒｐｍ程度で回転させる。
【００６７】
次に、インヒータ１２０およびアウトヒータ１２１によってシリコンウェハ１０１を１１００℃〜１２００℃に加熱する。例えば、成膜温度である１１５０℃まで徐々に加熱する。
【００６８】
放射温度計１２２による測定でシリコンウェハ１０１の温度が１１５０℃に達したことを確認した後は、徐々にシリコンウェハ１０１の回転数を上げていく。そして、ガス供給部１２３からシャワープレート１２４を介して原料ガスをチャンバ１０３の内部に供給する。本実施の形態においては、原料ガスとしてトリクロロシランを用いることができ、キャリアガスとしての水素ガスと混合した状態で、ガス供給部１２３からチャンバ１０３の内部に導入する。
【００６９】
チャンバ１０３の内部に導入された原料ガスは、シリコンウェハ１０１の方に流下する。そして、シリコンウェハ１０１の温度を１１５０℃に維持し、サセプタ１０２を９００ｒｐｍ以上の高速で回転させながら、ガス供給部１２３からシャワープレート１２４を介して次々に新たな原料ガスをシリコンウェハ１０１に供給する。これにより、高い成膜速度で効率よくエピタキシャル膜を成膜させることができる。
【００７０】
このように、原料ガスを導入しつつサセプタ１０２を回転させることにより、シリコンウェハ１０１の上に均一な厚さのシリコンのエピタキシャル層を成長させることができる。例えば、パワー半導体の用途では、３００ｍｍのシリコンウェハ上に１０μｍ以上、多くは１０μｍ〜１００μｍ程度の厚膜が形成される。厚膜を形成するには、成膜時の基板の回転数を高くするのがよく、例えば、上記のように９００ｒｐｍ程度の回転数とするのがよい。
【００７１】
尚、シリコンウェハ１０１のチャンバ１０３内への搬入、あるいは、チャンバ１０３外への搬出には、公知の方法を適用することができる。
【００７２】
例えば、図３に示すサセプタ１０２であって、第１のサセプタ部１０２ａと第２のサセプタ部１０２ｂとが一体的に構成されたものを用いる場合には、例えば、ベルヌーイ効果を利用してシリコンウェハ１０１を搬送することができる。例えば、シリコンウェハの裏面の中央部近傍から周縁部方向に向けて、放射状に保持ガスが噴き出されるようにする。すると、ベルヌーイ効果が生じて、シリコンウェハを浮上させて保持することができる。尚、図５に示すサセプタ１０２１であって、第１のサセプタ部１０２ａ１と第２のサセプタ部１０２ｂ１とが一体的に構成されたものを用いる場合も同様である。
【００７３】
また、図７に示すサセプタを用いる場合には、次のようにすることができる。
【００７４】
例えば、図１において、図示しない搬送用ロボットを用い、シリコンウェハ１０１をチャンバ１０３へと搬入する。ここで、回転部１０４の内部には、回転軸１０４ｂの内部を貫通する図示しない昇降ピンが設けられているとする。昇降ピンを上昇させて第２のサセプタ部１０２ｂ３を支持した後、昇降ピンをさらに上昇させて、第２のサセプタ部１０２ｂ３を第４のサセプタ部１０２ｄ３から持ち上げて引き離す。さらに第２のサセプタ部１０２ｂ３を上昇させて、搬送用ロボットに支持されたシリコンウェハ１０１の下面を第２のサセプタ部１０２ｂ３で支持する。第２のサセプタ部１０２ｂ３のシリコンウェハ１０１と対向する面に、図示しない複数の凸部を設けておけば、凸部でシリコンウェハ１０１を支持するようにすることができる。次いで、シリコンウェハ１０１を搬送用ロボットから引き離し、第２のサセプタ部１０２ｂ３のみでシリコンウェハ１０１基板を支持する。シリコンウェハ１０１を第２のサセプタ部１０２ｂ３に受け渡した後の搬送用ロボットは、チャンバ１０３内から退去させる。次に、シリコンウェハ１０１を受け取った第２のサセプタ部１０２ｂ３を、昇降ピンで支持したままの状態で下降させる。そして、第２のサセプタ部１０２ｂ３を初期位置に戻す。このようにして、シリコンウェハ１０１をサセプタ１０２３上の成膜処理が可能な位置に載置することができる。成膜処理を終えた後は、上記と逆の操作によりシリコンウェハ１０１を第２のサセプタ部１０２ｂ３から搬送用ロボットに受け渡し、チャンバ１０３の外部へと搬出する。
【００７５】
図３または図５に示すサセプタであって、第１のサセプタ部と第２のサセプタ部とが一体的に構成されていないものを用いる場合や、図６に示すサセプタを用いる場合には、第１のサセプタ部を昇降ピンで昇降させることで、搬送用ロボットとの間でシリコンウェハ１０１を受け渡すようにすることができる。
【００７６】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
【００７７】
例えば、上記実施の形態では、シリコンウェハを回転させながら成膜する構成としたが、シリコンウェハを回転させずに成膜してもよい。
【００７８】
また、上記実施の形態では、成膜装置の一例としてエピタキシャル成長装置を挙げたが、本発明はこれに限られるものではない。成膜室内に反応ガスを供給し、成膜室内に載置されるウェハを加熱してウェハの表面に膜を形成する成膜装置であれば、ＣＶＤ装置などの他の成膜装置であってもよい。
【００７９】
また、本発明は、ウェハを加熱しながらウェハに対してアッシングなどの処理を行う場合にも適用することができる。すなわち、本発明のサセプタによれば、ウェハの温度分布を均一にすることができるので、ウェハに対して均一な処理を行うことが可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１００…成膜装置
１０１…シリコンウェハ
１０２、１０２１、１０２２、１０２３…サセプタ
１０３…チャンバ
１０４…回転部
１０４ａ…円筒部
１０４ｂ…回転軸
１０８…シャフト
１０９…配線
１２６…調整弁
１２７…真空ポンプ
１２８…排気機構
１２０…インヒータ
１２１…アウトヒータ
１２２…放射温度計
１２３…ガス供給部
１２４…シャワープレート
１２５…ガス排気部
２０１、２０２、２０１１、２０２１、２０１２、２０２２、２０１３、２０２３…隙間
１０２ａ、１０２ａ１、１０２ａ２、１０２ａ３…第１のサセプタ部
１０２ｂ、１０２ｂ１、１０２ｂ２、１０２ｂ３…第２のサセプタ部
１０２ｃ２、１０２ｃ３…第３のサセプタ部
１０２ｄ３…第４のサセプタ部
【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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【図８】
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