(57)【要約】【課題】本発明は、エピタキシャルウェーハ裏面における傷、接触痕を発生させるのを防止し、且つ半永久的に使用できるサセプタを提供することを目的とする。【解決手段】本発明の気相成長装置用サセプタは、サセプタ基材の少なくともウェーハ支持領域に、ガラス状カーボン製のウェーハ支持部材を交換可能に設置したことを特徴とする。【選択図】図3
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サセプタ基材の少なくともウェーハ支持領域に、ガラス状カーボン製のウェーハ支持部材を交換可能に設置したことを特徴とする、気相成長装置用サセプタ。
【請求項２】
前記サセプタ基材が、ガラス状カーボン、全面をガラス状カーボンで被覆したSiC、全面にSiCの第1被覆層とガラス状カーボンの第2被覆層を備えるグラファイトカーボン、のいずれかである、請求項1に記載の気相成長装置用サセプタ。
【請求項３】
ガラス状カーボンのショア硬度が、100〜1500HSであることを特徴とする、請求項1又は2に記載の気相成長装置用サセプタ。
【請求項４】
前記ウェーハ支持部材のウェーハ支持面を、該サセプタのザグリ部の外周側から中心に向かって低くなるように、2°以下の角度で傾斜させたことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の気相成長装置用サセプタ。
【請求項５】
前記ウェーハが、直径300mm以上のシリコンウェーハであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の気相成長装置用サセプタ。
【請求項６】
請求項1〜5のいずれか一項に記載の気相成長装置用サセプタを備える、気相成長用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置用サセプタ及び気相成長装置に関し、特に、気相成長時におけるエピタキシャルウェーハでの傷、接触痕の発生を防止し、且つサセプタの半永久的使用を可能ならしめようとするものである。
【背景技術】
【０００２】
ウェーハを気相成長させてエピタキシャルウェーハを製造する、エピタキシャル成長装置の一種として、図1に示すような、枚葉式の気相成長装置がある。気相成長装置1は、ウェーハ2を水平に載置するためのサセプタ3と、炉内を加熱する加熱装置4と、サセプタを支持するサセプタサポート5と、サセプタを回転させるローター6と、気密性を保持するためのアッパーライナー7及びローワーライナー8とを備え、アッパードーム9、ローワードーム10によって炉1が区画されている。
一般に、枚葉式装置を用いてシリコンエピタキシャル成長を行うには、図1に示すように、エピタキシャル炉1内でサセプタサポート5を下降させて、ウェーハ2を支持するリフトピン5aを下降させ、水平に設置したサセプタ3にウェーハ2を載置する。このとき、ウェーハ2の上面のみを原料ガスと接触させるために、ウェーハ2をサセプタのザグリ部3a(サセプタ上面に設けられる円形の凹部)内に載置する。
そして、このサセプタ3を、ローター6によって回転させながら原料ガスをサセプタ3の上面に沿って水平方向に供給し、加熱機構4によって熱処理することによって、ウェーハ2にエピタキシャル膜を生成して、エピタキシャルウェーハを製造する。
【０００３】
近年、特にこのようなエピタキシャルウェーハは、高い品質が求められている。
また、製造コストの低減も強く求められており、サセプタの長寿命化による部材コストの削減がそのコスト低減手段の1つとして挙げられる。
すなわち、従来のサセプタは、強度に優れるグラファイトカーボンを基材とし、その表面をSiCで被覆してなる構造のものが比較的安価であるため多用されていた。
しかしながら、このサセプタにおいては、エピタキシャル成長装置内を浮遊する金属不純物がサセプタの表面に付着することによりSiC膜が部分的に侵食され、サセプタの深い領域に達し、ピンホールが発生するという現象が生じる。
ピンホールが発生すると、サセプタの基材であるグラファイトカーボンが露出して、基材に含まれている不純物が表面にせりあがり、エピタキシャルウェーハを汚染し、エピタキシャルウェーハのライフタイム特性などの電気的特性に影響を与えてしまうため、ピンホールが確認されたサセプタは交換する必要が生じる。一度、ピンホ−ルが発生すると、サセプタそのものの交換が必要となり、コスト増につながるという問題があった。
これに対し、特許文献1では、ガラス状カーボン(以下、GCと称する)単体からなるサセプタが提案されている。これによれば、コーティング膜にピンホールが発生することによる不純物汚染を解消でき、また、ウェーハとガラス状カーボンの熱膨張係数が近似しているので、熱膨張率差に起因するパーティクルの発生やサセプタの変形を防止できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平9−2895号公報
【０００５】
しかしながら、特許文献1に開示されるGC単体からなるサセプタは、その表面が非常に柔らかいため、繰り返し使用した場合に、ウェーハ着脱時に生じるウェーハとサセプタの擦れなどにより、ウェーハを支持するサセプタの支持領域部に凹み傷などの凹凸を発生させてしまい、パーティクルの発生やエピタキシャルウェーハの裏面品質に悪影響を及ぼすことが明らかとなった。
このため、エピタキシャルウェーハの品質の低下を招いた時点でサセプタを交換する必要が生じ、サセプタの部材コストの上昇を招く問題がある。
このような問題は、近年の特に300mm以上の大径ウェーハにおいて、その自重の増大も相まってより顕著となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ウェーハ裏面での傷、接触痕を防止し、且つエピタキシャルウェーハの裏面品質の劣化を招くことなく半永久的な使用が可能な気相成長装置用サセプタを、かかるサセプタを用いた気相成長装置と共に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
さて、発明者は、上記の課題を解決すべくサセプタの構造について鋭意研究を重ねた。
その結果、サセプタの一部に、すなわち、少なくともウェーハ支持領域にGC製の交換可能なウェーハ支持部材を設け、当該支持部材を交換可能として適宜取り替えることにより、所期した目的を有利に達成できることの新規知見を得た。
【０００８】
本発明は、上記の知見に基づくもので、その要旨構成は、次の通りである。
(1) サセプタ基材の少なくともウェーハ支持領域に、ガラス状カーボン製のウェーハ支持部材を交換可能に設置したことを特徴とする、気相成長装置用サセプタ。
【０００９】
(2)前記サセプタ基材が、ガラス状カーボン、全面をガラス状カーボンで被覆したSiC、全面にSiCの第1被覆層とガラス状カーボンの第2被覆層を備えるグラファイトカーボン、のいずれかである、前記(1)に記載の気相成長装置用サセプタ。
【００１０】
(3)ガラス状カーボンのショア硬度が、100〜1500HSであることを特徴とする、前記(1)又は(2)に記載の気相成長装置用サセプタ。
【００１１】
(4)前記ウェーハ支持部材のウェーハ支持面を、該サセプタのザグリ部の外周側から中心に向かって低くなるように、2°以下の角度で傾斜させたことを特徴とする、前記(1)〜(3)のいずれか1つに記載の気相成長装置用サセプタ。
【００１２】
(5)前記ウェーハが、直径300mm以上のシリコンウェーハであることを特徴とする、前記(1)〜(4)のいずれか1つに記載の気相成長装置用サセプタ。
【００１３】
(6)前記(1)〜(5)のいずれか1つに記載の気相成長装置用サセプタを備える、気相成長用装置。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、ウェーハ支持部材をGC製とすることにより、ウェーハ裏面での傷、接触痕を防止することができ、その結果、高品質のエピタキシャルウェーハを得ることができる。
また、この発明によれば、上述したウェーハ支持部材を交換可能とすることにより、サセプタの半永久的な使用が可能となり、エピタキシャルウェーハ製造コストを部材コストの面から低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の枚葉式の気相成長装置の断面図である。
【図２】本発明のサセプタの断面図である。
【図３】ウェーハの表面パーティクルの個数及びサセプタ支持領域の表面粗さとサセプタのエピタキシャル処理枚数との関係を示す図である。
【図４】GCの作製要領を示す図である。
【図５】サセプタに対する交換用部材の接続要領を示す図である。
【図６】ウェーハ支持領域を傾斜させたサセプタを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。
図2に、本発明の好適サセプタを部分断面図で示す。
図2(a)は、サセプタ3を構成する基材11のウェーハ支持領域3b上に、GCからなるリング12aを設置した構造例である。
【００１７】
エピタキシャル成長処理を行う際、シリコンウェーハはGCからなるリング12a上に載置してエピタキシャル成長処理が行われる。リング12aをGCで構成したことから、その表面は軟らかく、線熱膨張係数がシリコンと同程度であるため、このリング12a表面と接するシリコンウェーハ裏面に、接触傷や接触痕を発生させるのを防止することができる。
【００１８】
また、サセプタ3を使用するにつれ、ウェーハとの接触によりGC製のリング12aの表面形状が劣化した場合は、設置してあるGC製のリング12aを取り外し、新しいリングと交換することにより、支持部材の表面形状の劣化によるウェーハの裏面品質の低下を防止することができる。
しかも、サセプタ3全体の交換の必要がないことから部材コストの低減を達成することができる。
【００１９】
また、GC製のリングをウェーハ支持領域3b上に設置する代わりに、例えば図2(b)に示すように、GC製の円形の板状の交換用部材12bをウェーハ支持領域3bからザグリ部底面3cにかけて設置してもよい。また、図2(c)に示すように、GC製の円形の板状の交換用部材12bをサセプタ外周上面3dからザグリ部底面3cまで、サセプタ3の上面全体に設置してもよい。なお、表面をGCで被覆したウェーハ支持部材を用いるようにしてもよい。
【００２０】
このように、ウェーハを支持する支持部材をGCとしたことにより、エピタキシャル成長処理後のウェーハ裏面への傷、接触痕の発生を防止することができる。
しかしながら、前述したように、繰り返し複数回使用した場合に、ウェーハ着脱時に生じるウェーハとサセプタの擦れなどにより、ウェーハを支持するサセプタの支持領域側に傷や凹凸を発生させてしまい、パーティクルの発塵やエピタキシャルウェーハの裏面品質に悪影響を及ぼすことから、支持部材を定期的に交換する必要がある。
例えば、サセプタのウェーハ支持部材12ａの表面形状が粗くなると、ウェーハの表面のパーティクル個数が増加することから、サセプタのウェーハ支持部材12aの表面形状の劣化は、ウェーハ表面のパーティクルの個数を指標として判定することができる。
【００２１】
サセプタ基材11は、GC単体、あるいはSiC単体表面をGCで被覆する構成とすることが望ましい。汚染原因となるグラファイトカーボンを基材として使用しないので、ピンホール発生による不純物汚染を防止することができる。SiC単体表面をGCで被覆する構成とした場合には、SiCは強度に優れることからサセプタの変形防止に有効となる。ただし、SiCはウェーハより硬いため、ウェーハが大きく撓んでウェーハと接触した場合には接触傷や接触痕を発生させるおそれがあり、SiC表面をGCで被覆することにより、接触傷などの発生を防止することができる。
【００２２】
また、サセプタ基材11は、カーボングラファイト表面をSiCで被覆し、その表面にGCを被覆する三層構造と構成とすることが望ましい。グラファイトカーボンは安価であり、強度に優れることから、サセプタ製作コストおよびサセプタ変形防止に有効となる。ただし、単に、カーボングラファイト表面をSiCあるいはGCで被覆した構成とした場合には、ピンホール発生による不純物汚染の問題があるため、GCを更に被覆させた三層構造とすることで、ピンホールそのものの発生を抑制して不純物汚染を回避することができる。なお、SiC表面をGCで被覆する場合は、その膜厚が薄いと部分的な膜剥がれなどを生じてしまい、ピンホール抑制効果が小さくなるため、2〜40μmのGC膜を被覆することが望ましい。
【００２３】
本発明に従うGC製のウェーハ支持部材は、例えば図4に示すようにして作製することができる。なお、この図では、便宜上、板状のGC部材を作製する場合について説明する。
まず(a) 液体樹脂を容器へ注入し、熱硬化処理を行い、熱硬化性樹脂を成型する。次に、(b)成型した熱硬化性樹脂に対して、焼成前に、粗加工及び再度の熱処理を行う。(c)不活性雰囲気の炉内にて高温熱処理をして焼成、炭素化する。(d)次に製品寸法に加工を施す。(e)最後にハロゲンガス雰囲気の炉内で熱処理を行ってGCを高純度化する。これにより、ショア硬度が100〜1500HSのGC製のウェーハ支持部材を製造することができる。ショア硬度が高すぎる場合には、ウェーハに接触傷を発生させるおそれがある。
【００２４】
なお、リングや板状の交換可能なウェーハ支持部材をサセプタ基材に設置するには、かかる部材を単にサセプタに載置あるいは嵌合させるだけでも良いが、図5(a)に示すように基材11と接着剤13aにより接着させたり、図5(b)のようにボルト13bで固定させたりしてもよい。
【００２５】
また、図6(a)に示すように、本サセプタのウェーハ支持部3bは、ザグリ部の外周側から中央側に向かって低くなるように水平面に対して傾斜していることが好ましい。
すなわち、支持部材をGCで構成していることから、ウェーハ裏面への接触傷などの発生を抑制する作用を有するものの、接触傷低減の観点からは接触面積をできるだけ小さくなるように傾斜角を大きくすることが有利である。ただし、傾斜角αを大きくし過ぎた場合には、図6 (b)に示すように、ウェーハの周縁のみで支持することとなり、図6 (c)に示すように、裏面に傷は発生しないものの、ウェーハ自重による応力集中が大きくなり、ウェーハ周縁部でスリップの発生が増加してしまうおそれがあるため、傾斜角αは2°以下とするのが好ましい。また、エピタキシャルプロセス中、高温熱処理によりサセプタ上に載置されたウェーハは撓んでしまい、図6(d)に示すように、サセプタのウェーハ支持部内側端位置でウェーハ裏面が鋭角な内側端と当接し、この当接部位で生じる応力集中により、図6 (e)に示すように、円弧状の傷が発生するおそれがある。このため、傾斜角αは0.4°以上とするのが好ましく、直径300mm以上のウェーハの使用を考慮した場合には、傾斜角αは1°以上とするのが好ましい。
【００２６】
また、本サセプタの外形の厚み(図6(a)のT)は、3.8mm〜7.0mmであることが好ましい。3.8mm未満であると、エピタキシャル成長プロセス、特に、昇温時においてサセプタ下側からの加熱が過度となり、スリップや裏面くもり等のウェーハ品質異常を招く恐れがあり、7.0mmを超えると装置所望の電力では正常な昇温が出来ず、温度制御が困難になるからである。
【実施例】
【００２７】
《実験例１》
本発明の効果を実証するために、図１に示す枚葉式の気相成長装置を用い、図6(a)で示すサセプタを用いてエピタキシャル成長実験を行った。
具体的には、本発明例のサセプタとして、全面に厚み20μｍのSiCの第1被覆層と、厚み5μｍのガラス状カーボンの第2被覆層を備えるグラファイトカーボンを基材としたサセプタを製作し、このサセプタのウェーハ支持領域上に、GC単体からなる傾斜角αが1.0°のリング状のウェーハ支持部材を載置する構成とした。
この本発明例のサセプタを使用し、エピタキシャル成長処理を繰り返し行い、エピタキシャルウェーハの表面観察により検出されるパーティクル個数が大きく増加した時点で、GC製の支持部材のみを新しい支持部材に交換して、再度、エピタキシャル成長処理を繰り返し行った。
図3は、上記実験後のエピタキシャルウェーハ表面のパーティクル個数及びウェーハ支持部材表面の粗さの変化を示すものである。
ここで、ウェーハ表面のパーティクル個数は、光散乱による表面検査装置（KLA−Tencor社製、SP−1）を用い、粒径サイズ0.12μm以上のパーティクルをカウントした結果である。
また、サセプタ支持領域の粗さは、JIS B 0031 (1994)にて定義される算術平均粗さRaで示し、3D形状測定顕微鏡（KEYENCE製、VK−9500）により200μｍ×200μｍの領域を計測して算出した結果を示している。
図3から明らかなように、エピタキシャル成長処理回数が増大するにつれて、エピタキシャルウェーハ表面で観察されるパーティクル個数が増加し、サセプタのウェーハ支持部材表面の粗さも悪化することがわかる。
また、サセプタのウェーハ支持部材を交換した場合には、パーティクルが観察されず、再び、エピタキシャル成長処理回数が増大するにつれて、エピタキシャルウェーハ表面で観察されるパーティクル個数が増加することが分かる。
このように、パーティクルの発生原因はウェーハ支持部材表面の劣化に起因するものであり、パーティクルの観察個数を継続使用の基準として、サセプタのウェーハ支持部材を定期的に交換する作業を行えばよいことになる。
なお、サセプタのウェーハ支持部材を交換してエピタキシャル成長させた直後の、エピタキシャルウェーハ裏面の接触傷の発生有無を暗室集光灯下による目視検査で確認したが、全く観察されなかった。
【００２８】
《実験例２》
サセプタのウェーハ支持部材の傾斜角αの適正範囲を確認することを目的に、直径300mmと直径200mmのシリコンウェーハを用い、実験例１で使用したサセプタのウェーハ支持部材の傾斜角αをいくつかの水準に変化させて、その他の条件は実験例１と同一条件でエピタキシャル成長を行った。
このときのエピタキシャル成長条件は、結晶方位(100)、p型のシリコンウェーハをサセプタのウェーハ支持部材上に載置し、水素ベーク後、キャリアガスと共にSiHCl３を気相成長装置の炉内に供給して、1150℃の温度でエピタキシャル成長を行い、シリコンウェーハ表面に厚さ４μmのエピタキシャル膜を形成する条件とした。
上記により製造したエピタキシャルウェーハを暗室集光灯下による目視検査で確認してウェーハ面内で発生した傷やスリップの発生部位を特定し、当該部位を、表面検査装置（KLA−Tencor社製、SP−1）を用いて観察し、エピタキシャルウェーハ裏面に発生する円弧状の傷の長さ、及びスリップの長さを測定した。
ここで、「円弧状の傷の長さ」とは、発生した傷の総和であり、「スリップの長さ」とは、発生したスリップの総和である。測定結果を以下の表1に示す。
【００２９】
【表１】
2011146504.tif 000003
表1に示したように、傾斜角が2.0°を超えると、ウェーハ径サイズに関係なくスリップが発生することがわかる。また、ウェーハ裏面で観察された円弧状の傷のほとんどは、ウェーハ支持部材内側端が位置する箇所で発生していることから、ウェーハが撓み接触しているものと推定でき、このウェーハ撓みによる傷を生じない傾斜角の最小値はウェーハ径サイズに依存することがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
この発明によれば、エピタキシャルウェーハ裏面での傷、接触痕の発生を防止することができ、しかも、サセプタを半永久的に使用することができる。
本発明は、特に径が300mm以上の大径ウェーハの製造に好適である。
【符号の説明】
【００３１】
1  エピタキシャル炉
2  ウェーハ
3  サセプタ
3a  サセプタのザグリ部
3b  サセプタのザグリ部のウェーハ支持領域
3c  ザグリ部底面
3d  サセプタの外周上面
4  加熱機構
5  サセプタサポート
5a  ウェーハリフトピン
6  ローター
7  アッパーライナー
8  ローワーライナー
9  アッパードーム
10  ローワードーム
11  基材
12a  交換用部材(GCリング)
12b  交換用部材(GC板)
13a  接着剤
13b  ボルト
C  円弧状の傷
T  サセプタ外形厚み
α  水平面に対するウェ−ハ支持部の傾斜角度
【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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