(57)【要約】【課題】サセプタの中心を回転軸とするＮ回対称のサセプタを用いた場合に、半導体ウェーハの載置位置の位置ずれ量を測定することのできる半導体ウェーハの載置位置測定方法を提供する。【解決手段】本発明による半導体ウェーハの載置位置測定方法は、サセプタの座ぐり部の開口縁が前記サセプタの中心を回転軸とするＮ回対称（ただし、Ｎは２以上の整数）であって、半導体ウェーハが載置された前記サセプタを回転させながら、前記半導体ウェーハの周縁および前記開口縁の間の間隙距離を測定する測定工程と、前記間隙距離の変動に基づき、周期回帰分析を行う第１算出工程と、前記第１算出工程によって得られる三角関数の振幅に基づき、前記位置ずれ量を求める第２算出工程と、を含む。【選択図】図7
2019102635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エピタキシャル装置内に設置され、かつ、凹形状の座ぐり部および内周壁面が設けられたサセプタの中心に対する、前記サセプタの前記座ぐり部に載置された半導体ウェーハの中心の位置ずれ量を測定する半導体ウェーハの載置位置測定方法であって、
前記サセプタの中心と前記座ぐり部の開口縁との間の径方向距離が周方向に変動するとともに、前記サセプタの前記座ぐり部の開口縁は前記サセプタの中心を回転軸とするＮ回対称（ただし、Ｎは２以上の整数）であり、
前記半導体ウェーハが載置された前記サセプタを前記周方向に１回以上回転させながら、前記周方向の所定位置における前記半導体ウェーハの周縁と前記開口縁の間の間隙距離を測定する測定工程と、
前記測定工程により得られた前記間隙距離の変動に基づき、前記サセプタの回転周期を１周期とする周期回帰分析を行う第１算出工程と、
前記第１算出工程によって得られる三角関数の振幅に基づき、前記位置ずれ量を求める第２算出工程と、
を含むことを特徴とする半導体ウェーハの載置位置測定方法。
【請求項２】
前記第１算出工程において、前記間隙距離の変動から、前記径方向距離の変動に起因するサセプタ形状要因を差し引いた補正間隙距離を求め、前記間隙距離に替えて前記補正間隙距離に基づき、前記周期回帰分析を行う、請求項１に記載の半導体ウェーハの載置位置測定方法。
【請求項３】
前記Ｎは偶数であり、前記間隙距離を１８０度周期で重ね合わせた平均値から、前記サセプタ形状要因を求める、請求項２に記載の半導体ウェーハの載置位置測定方法。
【請求項４】
前記サセプタ形状要因を、前記サセプタの設計値または形状測定値に基づき求める、請求項２に記載の半導体ウェーハの載置位置測定方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体ウェーハの載置位置測定方法を用いて前記位置ずれ量を求める工程と、
前記求めた位置ずれ量をフィードバックして、前記位置ずれ量が少なくなるよう前記半導体ウェーハの載置位置を調整する工程と、
別の半導体ウェーハを前記調整した載置位置に載置する工程と、
前記エピタキシャル装置により、前記別の半導体ウェ−ハの表面にエピタキシャル層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハの載置位置測定方法および半導体エピタキシャルウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハとして、シリコンウェーハが広く用いられている。一般に、シリコンウェーハは、チョクラルスキー法（ＣＺ法）等により単結晶シリコンを育成し、該シリコン単結晶をブロックに切断した後、薄くスライスし、平面研削（ラッピング）工程、エッチング工程および鏡面研磨（ポリッシング）工程を経て最終洗浄することにより得られる。その後、各種品質検査を行って異常が確認されなければ製品として出荷される。
【０００３】
ここで、結晶の完全性がより要求される場合や、抵抗率の異なる多層構造を必要とする場合などには、シリコンウェーハの表面に単結晶シリコン薄膜からなるエピタキシャル層を気相成長（エピタキシャル成長）させてエピタキシャルウェーハを製造する。また、シリコンウェーハ以外のＳｉＣやＧａＡｓなどの化合物半導体ウェーハに対しても、エピタキシャル成長は広く行われている。
【０００４】
図１に、シリコンウェーハからなる半導体ウェーハＷにエピタキシャル層を形成するために用いる一般的なエピタキシャル成長装置１５０を示す。このエピタキシャル成長装置は１５０は、気密性を保持するためのアッパーライナー１５１およびローワーライナー１５２を備え、アッパードーム１５３、ローワードーム１５４によってエピタキシャル成長炉が区画される。また、半導体ウェーハＷの周縁（ウェーハエッジ）と、サセプタ１の開口縁との間隙の距離を測定するための測定部１５５も、エピタキシャル成長装置１５０に設けられている。そして、このエピタキシャル成長炉の内部に半導体ウェーハＷを水平に載置するためのサセプタ１が設けられている。
【０００５】
図２Ａを用いて、従来公知の一般的なサセプタ１を説明する。エピタキシャル成長を行う際、半導体ウェーハＷをサセプタ１の座ぐり部１１に載置し、該サセプタ１を回転させながら成長ガス（ソースガス）を半導体ウェーハＷの表面に吹き付ける。なお、図２には、このサセプタ１の平面図およびＡ−Ａ断面図の模式図を示す。ここで、サセプタ１には、円形凹状の座ぐり部１１が設けられ、この座ぐり部１１の中心に半導体ウェーハＷの中心が位置するよう、半導体ウェーハＷが載置される。半導体ウェーハＷとサセプタ１とは、レッジ部１１Ｌで接触している。ここで、図２において、サセプタ１の中心と座ぐり部１１の開口縁１１Ｃとの間の径方向距離Ｌは周方向で一定である。そのため、ポケット幅とも呼ばれる半導体ウェーハＷの径方向外側端面と、内周壁面１１Ａとの距離Ｌpも周方向で一定である。したがって、サセプタ１を上面視したときの開口縁１１Ｃは円を描いている。
【０００６】
ここで、図２Ａは、半導体ウェーハＷの中心Ｃｗと、サセプタの中心Ｃｓとを完全に一致した状況を示したものである（図中で重複するため符号は付していない）。実際には、サセプタ１に半導体ウェーハＷを載置する際には、搬送用ロボット等が用いられたり、半導体ウェーハＷを載置する際にはリフトピン（図示せず）による昇降が行われる。さらに、エピタキシャル成長炉内は高温であるため、半導体ウェーハに反りが生じることもある。こうした理由により、図２Ｂに誇張して示すように、半導体ウェーハＷの中心Ｃｗと、サセプタの中心Ｃｓとを完全に一致させることは難しく、中心どうしの位置ずれが発生してしまう。以下では、中心どうしの位置ずれが生じているときの半導体ウェーハＷの中心Ｃｗと、サセプタの中心Ｃｓとの間の距離を位置ずれ量Ｇと称する。上述した理由により、一般的には位置ずれ量Ｇは数μｍ〜数百μｍ程度となる。
【０００７】
位置ずれ量Ｇが過大となると、形成したエピタキシャル層の膜厚分布に周期的な偏りが生じてしまうため、位置ずれ量Ｇを測定し、その結果を次回以降のエピタキシャル成長の際に調整する技術が知られている。位置ずれ量Ｇを測定するためには、例えば図３Ａに示すように、エピタキシャル成長装置１５０の測定部１５５を用いて、半導体ウェーハＷの径方向外側端面および開口縁１１Ａの間の間隙距離Ｌｐを測定し、この間隙距離Ｌｐの変動に基づき、位置ずれ量Ｇを測定する（例えば特許文献１を参照）。半導体ウェーハＷは円形であるため、図３Ｂに示すように、位置ずれが全くなければ間隙距離Ｌｐの変動はないが、位置ずれがある場合には、間隙距離Ｌｐは三角関数に従う周期関数として変動することとなる。したがって、位置ずれ量Ｇをその三角関数の振幅から求めることができる。
【０００８】
ところで、図４に示すように、主表面を｛１００｝面とするシリコンウェーハは、４５度単位で＜１１０＞方位と＜１００＞方位を繰り返す。この結晶方位の周期性に起因して、シリコンウェーハ表面にシリコンエピタキシャル層を成長させると９０度周期で異なる成長速度（「成長速度方位依存性」と呼ばれる）によってエピタキシャル層が成長する。こうした結晶方位ごとの成長速度差に伴い、エピタキシャル層の膜厚が周方向に大きく変動することとなり、その影響はウェーハエッジ領域（外周領域）ほど大きい。そのため、成長速度方位依存性はエピタキシャルウェーハの平坦度を悪化させる原因として知られている。
【０００９】
そこで、特許文献２では、サセプタ開口部の内周面の近傍で、半導体ウェーハの結晶方位の変化に従って周期的に構造及び／又は形状が変化するサセプタが提案されている。特に、特許文献２には、このサセプタのポケットの幅を、９０度、１８０度、又は、２７０度の周期で変化させることにより、周期的に構造及び／又は形状を変化させることが好ましいと開示されている。
【００１０】
特許文献２に開示されているように、サセプタのポケット幅が広くなると（後述の図５Ｃ参照）、シリコンソースガスがシリコンウェーハ周縁部にスムーズに供給されるようになり、周縁部のエピタキシャル層成長速度が速くなる。これに対して、サセプタのポケット幅が狭くなると（後述の図５Ｂ参照）逆の現象となり成長速度が遅くなる。
【００１１】
特許文献２の技術に従うサセプタとして、図５Ａに示すような、サセプタ１００を上面視したときに、座ぐり部１１９の開口縁１１０Ｃが４つの円弧を描くサセプタ１００が挙げられる。図５Ｂは図５ＡのＢ−Ｂ断面図であり、図５Ｃは図５ＡのＣ−Ｃ断面図である。図５Ｂ、図５Ｃに併せて示すサセプタ１００により、ポケット幅Ｌpをシリコンウェーハの結晶方位の変化に従って周期的に変化させることができるため、エピタキシャル成長時の成長速度方位依存性を抑制することができる。その結果、サセプタ１００を用いてエピタキシャル成長を行えば、エピタキシャル層の成長速度方位依存性を抑制して、エピタキシャル層の膜厚分布を改善することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１４−１５４５６５号公報
【特許文献２】特開２００７−２９４９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図２Ａに示した開口縁１１Ｃが円形かつ、開口縁１１Ｃの中心がサセプタ１の中心と一致する同心円型のサセプタであれば、特許文献１に開示される手法により、位置ずれ量Ｇを測定することが可能である。しかしながら、この技術を特許文献２に開示されるような、サセプタ１００の中心から開口縁１１０Ｃまでの距離Ｌが周期的に変動する形状（サセプタの中心を中心軸としてＮ回対称であり、図５Ａに示すサセプタであれば４回対称である）のサセプタに適用しても、位置ずれ量Ｇを求めることはできない。
【００１４】
実際に、図５Ａに示したサセプタ１００を用いた場合の位置ずれ量Ｇを求めるべく本発明者らが検討したところ、図６に示すような間隙距離Ｌｐのグラフが得られるだけである。なお、図６に併せて示すホーム信号とは、半導体ウェーハＷのノッチ位置（あるいはオリエンテーション・フラット（オリフラと呼ばれる）位置）を検出する信号である。隣接するホーム信号を用いれば、半導体ウェーハの１回転分（周方向に３６０度）の回転を確認することができる。
【００１５】
そこで本発明は、サセプタの中心を回転軸とするＮ回対称のサセプタを用いた場合に、半導体ウェーハの載置位置の位置ずれ量を測定することのできる載置位置測定方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、この半導体ウェーハの載置位置測定方法を用いた半導体エピタキシャルウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決すべく本発明者らは鋭意検討した。Ｎ回対称のサセプタを用いて間隙距離Ｌｐを測定する際に、図６に例示される間隙距離Ｌｐの周期的な変動が生ずるのは、（ｉ）位置ずれ起因であって、サセプタの３６０度回転周期を１周期とする三角関数に従う変動と、（ｉｉ）サセプタ形状要因となる（360／Ｎ）度周期のうねり成分と、に基づくからだと本発明者らは考えた。そこで、測定される間隙距離Ｌｐから、位置ずれ起因の三角関数に従う変動を抽出することができれば、その三角関数の振幅を用いて位置ずれ量を求めることができることを知見し、本発明を完成するに至った。上記知見に基づき完成した本発明の要旨構成は以下のとおりである。
【００１７】
＜１＞  エピタキシャル装置内に設置され、かつ、凹形状の座ぐり部および内周壁面が設けられたサセプタの中心に対する、前記サセプタの前記座ぐり部に載置された半導体ウェーハの中心の位置ずれ量を測定する半導体ウェーハの載置位置測定方法であって、
前記サセプタの中心と前記座ぐり部の開口縁との間の径方向距離が周方向に変動するとともに、前記サセプタの前記座ぐり部の開口縁は前記サセプタの中心を回転軸とするＮ回対称（ただし、Ｎは２以上の整数）であり、
前記半導体ウェーハが載置された前記サセプタを前記周方向に１回以上回転させながら、前記周方向の所定位置における前記半導体ウェーハの周縁と前記開口縁の間の間隙距離を測定する測定工程と、
前記測定工程により得られた前記間隙距離の変動に基づき、前記サセプタの回転周期を１周期とする周期回帰分析を行う第１算出工程と、
前記第１算出工程によって得られる三角関数の振幅に基づき、前記位置ずれ量を求める第２算出工程と、
を含むことを特徴とする半導体ウェーハの載置位置測定方法。
【００１８】
＜２＞  前記第１算出工程において、前記間隙距離の変動から、前記径方向距離の変動に起因するサセプタ形状要因を差し引いた補正間隙距離を求め、前記間隙距離に替えて前記補正間隙距離に基づき、前記周期回帰分析を行う、前記＜１＞に記載の半導体ウェーハの載置位置測定方法。
【００１９】
＜３＞  前記Ｎは偶数であり、前記間隙距離を１８０度周期で重ね合わせた平均値から、前記サセプタ形状要因を求める、前記＜２＞に記載の半導体ウェーハの載置位置測定方法。
【００２０】
＜４＞  前記サセプタ形状要因を、前記サセプタの設計値または形状測定値に基づき求める、前記＜２＞に記載の半導体ウェーハの載置位置測定方法。
【００２１】
＜５＞  前記＜１＞〜＜４＞に記載の半導体ウェーハの載置位置測定方法を用いて前記位置ずれ量を求める工程と、
前記求めた位置ずれ量をフィードバックして、前記位置ずれ量が少なくなるよう前記半導体ウェーハの載置位置を調整する工程と、
別の半導体ウェーハを前記調整した載置位置に載置する工程と、
前記エピタキシャル装置により、前記別の半導体ウェ−ハの表面にエピタキシャル層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、サセプタの中心を回転軸とするＮ回対称の座ぐり部の開口縁を有するサセプタを用いた場合に、半導体ウェーハの載置位置の位置ずれ量を測定することのできる半導体ウェーハの載置位置測定方法を提供することができる。さらに、本発明は、この半導体ウェーハの載置位置測定方法を用いた半導体エピタキシャルウェーハの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来公知の一般的なエピタキシャル成長装置の模式断面図である。
【図２Ａ】従来公知の一般的なサセプタの模式平面図およびそのＡ−Ａ断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａにおいて、半導体ウェーハの中心とサセプタの中心との位置ずれが生じたときの様子を誇張して示す模式平面図である。
【図３Ａ】図２ＢのＰ部の拡大模式図である。
【図３Ｂ】サセプタを回転させたときの間隙距離の変動を示す模式的なグラフである。
【図４】主面を｛１００｝面とするシリコンウェーハの結晶方位を説明する模式図である。
【図５Ａ】座ぐり部の開口縁が４つの円弧を描く、４回対称型のサセプタの模式平面図である。
【図５Ｂ】図５ＡにおけるＢ−Ｂ断面図である。
【図５Ｃ】図５ＡにおけるＣ−Ｃ断面図である。
【図６】図５Ａに示す４回対称のサセプタを用いたときに測定される間隙距離の変動を示すグラフである。
【図７】本発明に従う第１乃至第３実施形態の対応関係を示すブロックチャートである。
【図８】第１実施形態に従い得られる三角関数を示す一例である。
【図９Ａ】第２実施形態に従い得られるサセプタ形状要因の周期関数を示す一例である。
【図９Ｂ】第２実施形態に従い得られる三角関数を示す一例である。
【図１０Ａ】実施例１において測定された間隙距離を示すグラフである。
【図１０Ｂ】実施例１において得られたサセプタ形状要因の周期関数である。
【図１０Ｃ】実施例１において得られた２つの三角関数を示すグラフである。
【図１１Ａ】実施例２において測定された間隙距離を示すグラフである。
【図１１Ｂ】実施例２において得られたサセプタ形状要因の周期関数である。
【図１１Ｃ】実施例２において得られた２つの三角関数を示すグラフである。
【図１２Ａ】実施例３において測定された間隙距離を示すグラフである。
【図１２Ｂ】実施例３において得られたサセプタ形状要因の周期関数である。
【図１２Ｃ】実施例３において得られた２つの三角関数を示すグラフである。
【図１３Ａ】実施例４において測定された間隙距離を示すグラフである。
【図１３Ｂ】実施例４において得られたサセプタ形状要因の周期関数である。
【図１３Ｃ】実施例４において得られた２つの三角関数を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図７乃至図９Ｂを参照して、本発明に従う半導体ウェーハの載置位置測定方法およびそれを用いた半導体エピタキシャルウェーハの製造方法を説明する。図７は、本発明に従う第１乃至第３実施形態の対応関係を示すブロックチャートであり、第１実施形態から始めて、第２実施形態、第３実施形態の順に説明する。
【００２５】
なお、本明細書において、「周期」、「角度」、「対称」、「一定」の記載が数学的および幾何学な意味での厳密性を要件とするものではないことは当然に理解される。
【００２６】
（第１実施形態による半導体ウェーハの載置位置測定方法）
前述した図１、図２Ｂおよび図５Ａ乃至図５Ｃの符号を参照しつつ、本発明の第１実施形態による半導体ウェーハＷの載置位置測定方法を説明する。本施形態による半導体ウェーハＷの載置位置測定方法では、エピタキシャル装置１５０内に設置され、かつ、凹形状の座ぐり部１１０および内周壁面１１０Ａが設けられたサセプタの中心Ｃｓに対する、サセプタ１００の座ぐり部１１０に載置された半導体ウェーハＷの中心Ｃｗの位置ずれ量Ｇを測定する。ここで、本実施形態に用いるサセプタ１００は、その中心Ｃｓと座ぐり部１１０の開口縁１１０Ｃとの間の径方向距離Ｌは周方向に変動するとともに、サセプタ１００の座ぐり部１１０の開口縁１１０Ｃがサセプタ１００の中心Ｃｓを回転軸とするＮ回対称（ただし、Ｎは２以上の整数）の形状を有する。
【００２７】
そして、本実施形態による半導体ウェーハＷの載置位置測定方法は、半導体ウェーハＷが載置されたサセプタ１００を周方向に１回以上回転させながら、周方向の所定位置における半導体ウェーハＷの径方向外側端面と開口縁１１０Ｃの間の間隙距離Ｌｐを測定する測定工程と、測定工程により得られた間隙距離Ｌｐの変動に基づき、サセプタ１００の回転周期を１周期とする周期回帰分析を行う第１算出工程と、第１算出工程によって得られる三角関数の振幅に基づき、位置ずれ量Ｇを求める第２算出工程とを含む。以下、各工程の詳細を順次説明する。
【００２８】
本実施形態では、半導体ウェーハＷがエピタキシャル成長装置１５０内のサセプタ１００に載置された状態で、サセプタ１００を回転させながら、周方向の所定位置における半導体ウェーハＷの径方向外側端面および開口縁１１０Ｃの間の間隙距離を測定する。なお、半導体ウェーハＷはサセプタ１００の回転に伴い、必然的に回転する。この測定工程は、エピタキシャル成長装置１５０に搭載可能な測定部１５５を用いることができ、測定部１５５は、例えばＣＣＤカメラなどの撮像部および該撮像部によって撮像された画像に基づいて、任意の方向における２つの対象物（例えば半導体ウェーハＷの）間の距離の変動を解析する画像解析部を含むものである。なお、このような測定部１５５としては、一般的なCCDカメラや、ラインセンサーを用いることができる。なお、エピタキシャル成長を行うためのソースガスを半導体ウェーハＷに吹き付けながら測定してもよいが、必ずしもエピタキシャル成長させながら測定する必要はなく、サセプタ１００を回転させながら間隙距離Ｌｐの変動を測定すればよい。なお、サセプタ１００を周方向に少なくとも１回（１周期）は回転させるものとするが、それ以上回転させても構わない。次工程での周期回帰分析の分析の精度を高めるためには、複数回回転させた測定結果を取得することが好ましい。
【００２９】
次に、測定工程により得られた間隙距離Ｌｐの変動に基づき、サセプタ１００の回転周期を１周期とする周期回帰分析を行う第１算出工程を行う。この第１算出工程により、前述した（ｉ）半導体ウェーハＷの中心Ｃｗおよびサセプタの中心Ｃｓの中心どうしの位置ずれ起因であって、サセプタ１００の３６０度回転周期を１周期とする三角関数に従う変動を捉えることができる。周期回帰分析は、上記のサセプタ１００の３６０度回転周期を１周期とした三角関数によってフィッティングすればよく、得られた三角関数の振幅を続く第２工程で用いる。サセプタ１００の３６０度回転周期は、半導体ウェーハＷのノッチまたはオリフラ位置として検出される信号を、測定部１５５により検出し、計測時間を回転角度に換算してもよい。もちろん、回転角度に関しなくとも、サセプタの回転速度を考慮すれば計測時間からも上記三角関数を求めることは可能である。なお、三角関数によるフィッティングは三角関数への近似には最小二乗法を用いており、例えば以下のようにして算出される。
【００３０】
上述したＮ回対称の開口縁を有するサセプタでの間隙距離（ウェーハ周縁とサセプタ開口縁の間）の測定値は、載置位置ずれに起因する、サセプタ１回転で１周期の三角関数ＴＭＳ（θ）であらわされる信号と、当該サセプタの形状の関数が加算されたものとなる。そのため、間隙距離Gapは下記式［１］のとおり、位相θ（°）の関数で表現することができる。なお、Ａは載置位置ずれの振幅であり、αは載置位置ずれの位相差である。
Gap（θ）＝Ａsin（θ＋α）＋ＴＭＳ（θ）        ・・・［１］
ここで、サセプタが例えば４回対称の場合は、ＴＭＳ（θ）は９０度毎に対称性が現れるため、下記式［２］のとおりとなる。
ＴＭＳ（θ）＝ＴＭＳ（θ＋９０×ｎ）        ・・・［２］
ただし、ｎは整数である。
ここで、以下の計算によりGap（θ）とＴＭＳ（θ）の関係を求めることができる。
【数１】
2019102635.tif 000003
よって、載置位置によるずれの成分は下記式［３］から算出されるため、当該式［３］から振幅および位相差を算出することができる。
Ａsin（θ＋α）＝Ｇａｐ（θ）−ＴＭＳ（θ）        ・・・［３］
なお、上記式［１］〜［３］は三角関数の公式およびサセプタ形状の対称性からのみ導かれているため、すべての角度で成り立つ。
【００３１】
そして、第２算出工程では、第１算出工程によって得られた三角関数の振幅に基づき、位置ずれ量Ｇを求める。得られた三角関数の振幅そのものを位置ずれ量Ｇとして扱ってもよいし、さらに好ましくは、所定値を増減させて得た補正値を算出して、当該補正値を位置ずれ量Ｇとすることもできる。
【００３２】
図８は、前述した４回対称のサセプタ１００を用いた場合において、本第１実施形態により得られる三角関数の一例を示すグラフである。サセプタ１００の中心から開口縁１１０Ｃまでの距離Ｌが９０度周期で周期的に変動するため、その影響により間隙距離Ｌｐも９０度周期で変動しているように見える。なお、図６では、計測時間をサセプタの回転角度に換算している。本第１実施形態により、中心Ｃｗおよび中心Ｃｓの中心どうしの位置ずれ起因での三角関数を抽出すると、その振幅は８６．８７μｍであるため、この間隙距離の変動位置ずれ量Ｇも８６．８７μｍと判断することができる。
【００３３】
なお、サセプタ１００については、前述したサセプタ１００の中心Ｃｓと座ぐり部１１０の開口縁１１０Ｃとの間の径方向距離Ｌが周方向に変動するとともに、サセプタ１００の座ぐり部１１０の開口縁１１０Ｃがサセプタ１００の中心Ｃｓを回転軸とするＮ回対称（ただし、Ｎは２以上の整数）の形状を有すればよい。図５Ａ乃至図５Ｃに示した形状は例示に過ぎず、サセプタ１００を上面視した場合の開口縁の輪郭は複数の円弧から構成されてもよいし、楕円弧から構成されてもよいし、放物線から構成されてもよいし、任意の曲線形状とすることができる。さらに、開口縁１１０Ｃの上面視輪郭は正多角形形状であっても構わない。本実施形態は、任意のＮ回対称の形状を有するサセプタに適用することができる。なお、Ｎが２以上の整数であることは前述のとおりであり、例えば２回対称、３回対称、４回対称、６回対称、８回対称とすることができる。
【００３４】
また、本実施形態における第１算出工程において、間隙距離Ｌｐの変動から、径方向距離Ｌの変動に起因するサセプタ形状要因を差し引いた補正間隙距離Ｌｃを求め、間隙距離Ｌｐに替えて補正間隙距離Ｌｃに基づき、周期回帰分析を行ってもよい。以下で、この補正間隙距離Ｌｃに基づく位置ずれ量Ｇを求める場合の第２実施形態および第３実施形態を説明する。
【００３５】
（第２実施形態による半導体ウェーハの載置位置測定方法）
Ｎが偶数である場合、すなわち、サセプタが中心Ｃｓを中心軸とする偶数回対称（例えば２回対称、４回対称、６回対称など）の形状である場合、間隙距離Ｌｐを１８０度周期で重ね合わせた平均値から、径方向距離Ｌの変動に起因するサセプタ形状要因を求めることができる。これは、サセプタおよび半導体ウェーハは３６０度周期で回転するため、間隙距離Ｌｐを１８０度周期で重ね合わせた平均値をとれば、位置ずれ量Ｇに伴う間隙距離Ｌｐへの影響が相殺されるためである。この計算の具体例を、図９Ａのグラフに示す。
【００３６】
本第２実施形態では、第１実施形態の第１算出工程において、間隙距離Ｌｐの変動から直接、周期回帰分析を行っていたところ、これに替えて、径方向距離Ｌの変動に起因するサセプタ形状要因を差し引いた補正間隙距離Ｌｃを求める（図７参照）。そして、補正間隙距離Ｌｃに基づき、周期回帰分析を行って、サセプタの３６０度回転周期を１周期とする三角関数に従う変動を捉える。この周期回帰分析は、第１実施形態と同様にサセプタの３６０度回転周期を１周期とした三角関数によってフィッティングすればよい。そして、得られた三角関数の振幅は、第１実施形態と同様に、続く第２工程で用いる。
【００３７】
すなわち、図５Ａ乃至図５Ｃの符号を参照すると、第２実施形態による半導体ウェーハの載置位置測定方法では、半導体ウェーハＷが載置されたサセプタ１００を周方向に１回以上回転させながら、周方向の所定位置における半導体ウェーハＷの径方向外側端面および開口縁１１０Ｃの間の間隙距離を測定する測定工程と、測定工程により得られた間隙距離Ｌｐの変動から、径方向距離Ｌの変動に起因するサセプタ形状要因を差し引いた補正間隙距離Ｌｃを求め、補正間隙距離Ｌｃの変動に基づき、サセプタ１００の回転周期を１周期とする周期回帰分析を行う第１算出工程と、第１算出工程によって得られる三角関数の振幅に基づき、位置ずれ量Ｇを求める第２算出工程とを含む。そして、間隙距離Ｌｐを１８０度周期で重ね合わせた平均値から、径方向距離Ｌの変動に起因するサセプタ形状要因を求めるものである。
【００３８】
第１実施形態に比べて、本実施形態ではサセプタ形状要因を排除して周期回帰分析を行うため、本実施形態の方が位置ずれ量Ｇをより正確に求めることができ、好ましい。
【００３９】
ここで、図９Ａは、前述した４回対称のサセプタ１００を用いた場合において、本第２実施形態により得られるサセプタ形状要因の具体例を示すグラフである。図９Ａのグラフにおいて、間隙距離Ｌｐを１８０度周期（例えば、０度と１８０度、３０度と２１０度、など）で重ね合わせて示しており、サセプタ形状要因は、１８０度周期で重ね合わせた間隙距離Ｌｐの平均値である。そして、図９Ｂには、この間隙距離Ｌｐからサセプタ形状要因を差し引いた補正距離Ｌｃを示している。さらに、補正距離Ｌｃから三角関数フィッティングを行った結果（図９Ｂにおける「フィッティング結果」）も示す。本第２実施形態により、中心Ｃｗおよび中心Ｃｓの中心どうしの位置ずれ起因での三角関数の振幅は８２．３７μｍであるため、この間隙距離Ｌｐの変動位置ずれ量Ｇも８２．３７μｍと判断することができる。なお、図８と同様に、図９Ａ，図９Ｂでは、計測時間をサセプタの回転角度に換算している。
【００４０】
なお、径方向距離Ｌの変動に起因するサセプタ形状要因を求めるにあたり、間隙距離Ｌｐはサセプタ１００の１回転（３６０度）分の測定結果があれば充分に算出可能であるが、複数回転分の測定結果を用いた方が計算精度が高まることはもちろんである。
【００４１】
ここで、測定部１５５に用いられ得る一般的なＣＣＤカメラのサンプリングレート（フレームレート）３０ｆｐｓであり、この場合、サセプタの回転速度が１０ｒｐｍ〜１００ｒｐｍ程度、好ましくは７０ｒｐｍ以下であれば、特に問題なく第２実施形態を適用可能である。これに対して、測定部１５５による間隙距離Ｌｐを取得するサンプリングレートに対して、サセプタの回転数が過大である場合などでは、あらかじめ低速回転で充分な精度のサセプタ形状要因を取得しておくことが好ましい。サセプタ形状要因はサセプタ形状によって一意に定まるためである。そして、実際の高速回転で測定される間隙距離Ｌｐから、この低速回転で求めたサセプタ形状要因を差し引くことによって、補正距離Ｌｃを求めることが好ましい。また、サセプタの繰り返し形状の繋ぎ目は不連続（値が急に変わる）となるため、その繋ぎ目で測定精度をより確実に確保するためには不連続な部分も含めてその形状を正しく測定することが好ましい。そのため、測定部１５５のフレームレートとしては、サセプタの回転速度に対して十分に早いことが好ましい。
【００４２】
（第３実施形態による半導体ウェーハの載置位置測定方法）
また、第２実施形態では間隙距離Ｌｐの変動に基づきサセプタ形状要因を求めていたが、これに替えてサセプタ形状要因を、サセプタの設計値または形状測定値に基づき求めてもよい（図７参照）。第２工程は、前述の第２実施形態と同様である。第２実施形態はサセプタが偶数回対称の形状の場合に適用可能であるところ、本実施形態であればそうした制約はなく、サセプタが奇数回対称の形状の場合であっても適用可能である。なお、サセプタの形状測定値は、エピタキシャル成長の外部にサセプタを取り出して、市販の輪郭形状測定機や三次元測定機などを用いて測定すればよい。
【００４３】
以下、第１実施形態乃至第３実施形態に適用可能な具体的態様について説明するが、本発明はこれら具体例に限定されないことは当然に理解される。
【００４４】
前述した第１実施形態乃至第３実施形態に用いる半導体ウェーハとしてシリコンウェーハを用いることが好ましいが、他にも、例えば、ＳｉＣウェーハ、サファイアウェーハ、および化合物半導体ウェーハなど、エピタキシャル成長を行う任意の半導体ウェーハを用いることがである。また、半導体ウェーハの直径は何ら制限されず、例えば１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍなど、種々の直径の半導体ウェーハを適用可能である。大口径の半導体ウェーハほど、載置位置の位置ずれが問題となりやすいため、直径３００ｍｍ以上の半導体ウェーハに対して第１実施形態乃至第３実施形態を適用することが好ましい。
【００４５】
サセプタの素材としては、エピタキシャル膜の形成の際、サセプタからの汚染を低減するために、炭素基材の表面にシリコンカーバイド（ＳｉＣ）をコーティングしたものを用いることが一般的である。しかしながら、サセプタ全体がＳｉＣで形成されてもよく、サセプタ表面がＳｉＣでコーティングされていれば、内部には他の材料を含んでサセプタが構成されてもよい。さらに、サセプタ表面がシリコン膜で被覆されていることも好ましい態様である。サセプタからエピタキシャル膜への汚染を防止することができる。
【００４６】
図５Ｂ，図５Ｃでは、サセプタ１００とシリコンウェーハＷとが接触するレッジ部１１０Ｌをテーパー状の傾斜面として図示している。この態様はシリコンウェーハＷとサセプタとが点接触となり、接触面積が小さくなるため好ましい態様の一つである。一方、サセプタ１００とシリコンウェーハＷとが接触する部分（レッジ部）は必ずしも傾斜面である必要はなく、水平面であっても構わない。この場合、当該水平面とシリコンウェーハＷとが面接触してシリコンウェーハＷを支持することができる。径方向距離Ｌが周期的に変動していれば、レッジ部の形状は任意である。
【００４７】
また、サセプタ１００において、座ぐり部の底面１１０Ｂに、シリコンウェーハを載置する際に昇降リフトピンを挿通してシリコンウェーハＷを昇降させるためのリフトピン貫通孔が通常設けられる（図示せず）。さらに、底面１１０Ｂからサセプタ１００の裏面側に貫通する貫通孔が１箇所または複数箇所設けられていてもよい。サセプタの座ぐり部にシリコンウェーハＷをローディングする際に、サセプタとシリコンウェーハとの間のガスをサセプタの裏面側に排出するのに有用である。
【００４８】
（半導体エピタキシャルウェーハの製造方法）
また、本発明に従う半導体エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法は、前述した第１実施形態乃至第３実施形態による半導体ウェーハの載置位置測定方法を用いて前記位置ずれ量を求める工程と、前記求めた位置ずれ量をフィードバックして、前記位置ずれ量が少なくなるよう前記半導体ウェーハの載置位置を調整する工程と、別の半導体ウェーハを前記調整した載置位置に載置する工程と、前記エピタキシャル装置により、前記別の半導体ウェ−ハの表面にエピタキシャル層を形成する工程と、を含む。
【００４９】
なお、載置位置を調整する工程においては、搬送ロボットの搬送位置を調整するなどすればよい。また、半導体ウェ−ハの表面にエピタキシャル層を形成する際の成長条件は一般的なものとすることができる。シリコンウェーハにシリコンエピタキシャル層を形成する場合であれば、例えば、水素をキャリアガスとして、ジクロロシラン、トリクロロシランなどのソースガスをエピタキシャル成長炉内に導入し、使用するソースガスによっても成長温度は異なるが、概ね１０００〜１２００℃温度範囲の温度でＣＶＤ法により半導体ウェーハ上にエピタキシャル成長させることができる。エピタキシャル層の厚さは１〜１５μｍの範囲内とすることができる。
【００５０】
なお、位置ずれ量を求める工程を１枚の半導体ウェーハに対して行い、次の半導体ウェーハをエピタキシャル成長装置内に搬送するごとに、載置位置を調整してもよい。あるいは、位置ずれ量を求める工程を複数枚の半導体ウェーハ（例えば１バッチあたり２５枚）に対して行い、１バッチ終了後に載置位置を調整してもよい。また、位置ズレ量は、０．７ｍｍ以下に調整することが好ましく、０．４ｍｍ以下となるように調整するのがさらに好ましい。
【００５１】
本実施形態に従う半導体エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法は、載置位置の位置ずれを抑制できるため、形成されるエピタキシャル層の膜厚均一性を高めることができる点でも有用である。
【実施例】
【００５２】
（実施例１）
直径３００ｍｍのシリコンウェーハを、図５Ａ乃至図５Ｂに模式的に示す４回対称のサセプタに載置した。エピタキシャル成長装置１５０の測定部１５５（図１参照）としては、温度の影響を遮蔽するためのシースを施したＣＣＤカメラをランプの上方へ載置した。なお、間隙距離Ｌｐを測定するためのＣＣＤカメラのサンプリングレートは３０ｆｐｓである。
【００５３】
なお、シリコンウェーハをエピタキシャル膜形成室内に導入する際には搬送ロボットを用いてサセプタ上にシリコンウェーハを搬送し、リフトピンを用いてサセプタ上に載置した。続いて、１１３０℃にて、水素ガスを供給し、水素ベーク中にサセプタ回転数２０ｒｐｍとし、測定部１５５により間隙距離Ｌｐを測定した。１１３０℃にて、エピタキシャル膜厚制御で所望のサセプタ回転数に戻し、シリコンのエピタキシャル膜を成長させた。また、原料ソースガスとしてはトリクロロシランガスを用い、また、ドーパントガスとしてジボランガス、キャリアガスとして水素ガスを用いた。
【００５４】
得られたグラフを図１０Ａに示す。なお、図１０Ａには、シリコンウェーハのノッチ位置の検出を示すホーム信号を併せて示す。図１１Ａ，図１２Ａ，図１３Ａにおいても同様である。
【００５５】
第１実施形態に従い、間隙距離Ｌｐに対して直接、三角関数フィッティングを行った。結果を三角関数Ａとして図１０Ｃに併せて示す。得られた三角関数Ａの振幅に基づくと、位置ずれ量Ｇは０．５４０ｍｍであった。
【００５６】
さらに、第２実施形態に従い、得られた間隙距離Ｌｐを１８０度周期に変換して重ね合わせて平均値を算出し、サセプタ形状要因を求めた。結果を図１０Ｂに示す。間隙距離Ｌｐから、サセプタ形状要因を差し引きし、補正距離Ｌｃを算出した。結果を図１０Ｃに示す。さらに、補正距離Ｌｃに基づき、三角関数フィッティングを行った。結果を三角関数Ｂとして、図１０Ｃに示す。得られた三角関数Ｂの振幅に基づくと、位置ずれ量Ｇは０．５６２ｍｍであった。
【００５７】
（実施例２）
実施例１と同様にして、シリコンウェーハをエピタキシャル膜形成室内に導入し、サセプタを２０ｒｐｍで回転させながら、間隙距離Ｌｐの変動を測定した。そして、実施例１と同様にして、第１実施形態に従う三角関数Ａおよび第２実施形態に従う三角関数Ｂを求めた。サセプタ形状要因の算出結果を含めて、図１１Ａ乃至図１１Ｃに結果を示す。得られた三角関数Ａの振幅に基づく位置ずれ量Ｇは０．４３９ｍｍであり、得られた三角関数Ｂの振幅に基づく位置ずれ量Ｇは０．４２７ｍｍであった。
【００５８】
（実施例３）
実施例１と同様にして、シリコンウェーハをエピタキシャル膜形成室内に導入し、サセプタを７０ｒｐｍで回転させながら、間隙距離Ｌｐの変動を測定した。そして、実施例１と同様にして、第１実施形態に従う三角関数Ａおよび第２実施形態に従う三角関数Ｂを求めた。サセプタ形状要因の算出結果を含めて、図１１Ａ乃至図１１Ｃに結果を示す。得られた三角関数Ａの振幅に基づく位置ずれ量Ｇは０．５４６ｍｍであり、得られた三角関数Ｂの振幅に基づく位置ずれ量Ｇは０．５４６ｍｍであった。
【００５９】
（実施例４）
実施例１と同様にして、シリコンウェーハをエピタキシャル膜形成室内に導入し、サセプタを７０ｒｐｍで回転させながら、間隙距離Ｌｐの変動を測定した。そして、実施例１と同様にして、第１実施形態に従う三角関数Ａおよび第２実施形態に従う三角関数Ｂを求めた。サセプタ形状要因の算出結果を含めて、図１１Ａ乃至図１１Ｃに結果を示す。得られた三角関数Ａの振幅に基づく位置ずれ量Ｇは０．４４４ｍｍであり、得られた三角関数Ｂの振幅に基づく位置ずれ量Ｇは０．４０６ｍｍであった。
【００６０】
以上のとおり、実施例１〜４のいずれであっても、図５Ａ乃至図５Ｃに示す４回対称のサセプタを用いた場合に、半導体ウェーハの載置位置の位置ずれ量を測定可能であることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明によれば、サセプタの中心を回転軸とするＮ回対称のサセプタを用いた場合に、半導体ウェーハの載置位置の位置ずれ量を測定することのできる半導体ウェーハの載置位置測定方法を提供することができる。さらに本発明によれば、この半導体ウェーハの載置位置測定方法を用いた半導体エピタキシャルウェーハの製造方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１，１００      サセプタ
１１，１１０    座ぐり部
１１０Ａ        内周壁面
１１０Ｂ        底面
１１０Ｃ        開口縁
１１０Ｌ        レッジ部
１５０          エピタキシャル成長装置
１５１          アッパーライナー
１５２          ローワーライナー
１５３          アッパードーム
１５４          ローワードーム
１５５          測定部
Ｃｓ    サセプタ中心
Ｃｗ    半導体ウェーハ中心
Ｗ      シリコンウェーハ
Ｌ      サセプタの中心と座ぐり部の開口縁との間の径方向距離
Ｌp    間隙距離
【図１】
2019102635.tif 000004
【図２Ａ】
2019102635.tif 000005
【図２Ｂ】
2019102635.tif 000006
【図３Ａ】
2019102635.tif 000007
【図３Ｂ】
2019102635.tif 000008
【図４】
2019102635.tif 000009
【図５Ａ】
2019102635.tif 000010
【図５Ｂ】
2019102635.tif 000011
【図５Ｃ】
2019102635.tif 000012
【図６】
2019102635.tif 000013
【図７】
2019102635.tif 000014
【図８】
2019102635.tif 000015
【図９Ａ】
2019102635.tif 000016
【図９Ｂ】
2019102635.tif 000017
【図１０Ａ】
2019102635.tif 000018
【図１０Ｂ】
2019102635.tif 000019
【図１０Ｃ】
2019102635.tif 000020
【図１１Ａ】
2019102635.tif 000021
【図１１Ｂ】
2019102635.tif 000022
【図１１Ｃ】
2019102635.tif 000023
【図１２Ａ】
2019102635.tif 000024
【図１２Ｂ】
2019102635.tif 000025
【図１２Ｃ】
2019102635.tif 000026
【図１３Ａ】
2019102635.tif 000027
【図１３Ｂ】
2019102635.tif 000028
【図１３Ｃ】
2019102635.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月9日(2019.1.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エピタキシャル装置内に設置され、かつ、凹形状の座ぐり部および内周壁面が設けられたサセプタの中心に対する、前記サセプタの前記座ぐり部に載置された半導体ウェーハの中心の位置ずれ量を測定する半導体ウェーハの載置位置測定方法であって、
前記サセプタの中心と前記座ぐり部の開口縁との間の径方向距離が周方向に変動するとともに、前記サセプタの前記座ぐり部の開口縁は前記サセプタの中心を回転軸とするＮ回対称（ただし、Ｎは２以上の整数）であり、
前記半導体ウェーハが載置された前記サセプタを前記周方向に１回以上回転させながら、前記周方向の所定位置における前記半導体ウェーハの周縁と前記開口縁の間の間隙距離を測定する測定工程と、
前記測定工程により得られた前記間隙距離の変動に基づき、前記サセプタの回転周期を１周期とする周期回帰分析を行う第１算出工程と、
前記第１算出工程によって得られる三角関数の振幅に基づき、前記位置ずれ量を求める第２算出工程と、
を含み、
前記第１算出工程において、前記間隙距離の変動から、前記径方向距離の変動に起因するサセプタ形状要因を差し引いた補正間隙距離を求め、前記間隙距離に替えて前記補正間隙距離に基づき、前記周期回帰分析を行うことを特徴とする半導体ウェーハの載置位置測定方法。
【請求項２】
前記Ｎは偶数であり、前記間隙距離を１８０度周期で重ね合わせた平均値から、前記サセプタ形状要因を求める、請求項１に記載の半導体ウェーハの載置位置測定方法。
【請求項３】
前記サセプタ形状要因を、前記サセプタの設計値または形状測定値に基づき求める、請求項１に記載の半導体ウェーハの載置位置測定方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体ウェーハの載置位置測定方法を用いて前記位置ずれ量を求める工程と、
前記求めた位置ずれ量をフィードバックして、前記位置ずれ量が少なくなるよう前記半導体ウェーハの載置位置を調整する工程と、
別の半導体ウェーハを前記調整した載置位置に載置する工程と、
前記エピタキシャル装置により、前記別の半導体ウェ−ハの表面にエピタキシャル層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。