(57)【要約】【課題】ウエーハを水平に保持してエピタキシャル成長を行う水平円盤型サセプタでのウエーハとサセプタのスティッキング現象を防止する。【解決手段】ウエーハ８を水平に収容する凹部７を、サセプタ３の上面に設ける。凹部７の底面外周部に凸部９を設ける。凸部９は、凹部７の底面１０を内周側より上方へ突出させることにより形成されており、その高さはウエーハ８の厚みの０．２〜０．４倍である。凹部７内に載置されたウエーハ８が定位置から径方向へスライドしたときに、ウエーハ８の外周縁部裏側のテーパー面１２に凸部７が当接することにより、ウエーハ８が前記定位置の近傍に保持される。ウエーハ８が凹部７の内周面１１に接触する事態が回避されることにより、スティッキングの原因となるブリッジの発生が抑制される。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エピタキシャル成長に使用され、対象ウエーハをほぼ水平に収容する凹部が上面に設けられた水平円盤型のサセプタにおいて、前記凹部の底面を内周側より上方へ突出させることにより形成されており、且つ前記凹部内に載置されたウエーハが凹部内の定位置から径方向へスライドしたときに該ウエーハの外周縁部裏側のテーパー面に当接することにより該ウエーハを前記定位置の近傍に保持する凸部が、前記底面の外周部に設けられていることを特徴とするエピタキシャル成長用サセプタ。
【請求項２】
前記凸部は、前記ウエーハの外周に沿って間欠的に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャル成長用サセプタ。
【請求項３】
前記凸部は、前記ウエーハの外周に沿って環状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャル成長用サセプタ。
【請求項４】
前記凸部は、前記ウエーハの厚みの０．２〜０．４倍の高さであることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャル成長用サセプタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エピタキシャルウエーハの製造に使用されるエピタキシャル成長サセプタに関し、更に詳しくは対象ウエーハをほぼ水平に保持してエピタキシャル成長を行う水平円盤型のエピタキシャル成長用サセプタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エピタキシャル成長装置の一種として枚葉式装置がある。この装置は、横型の加熱炉内に配置された水平円盤型のサセプタの上にウエーハを載せ、これを垂直軸まわりに回転させながら、炉内水平方向に原料ガスを流通させることにより、ウエーハの上面にエピタキシャル膜を形成するものであり、ウエーハの大径化と共に多用されるようになり、３００ｍｍウエーハ対応装置でも主流と目されている。
【０００３】
枚葉式エピタキシャル成長装置では、エピタキシャル成長を必要とするウエーハの上面にのみ原料ガスを接触させることを目的として、ウエーハを収容する円形の凹部がサセプタの上面に設けられる。座ぐりと呼ばれるこの凹部内にウエーハを収容してエピタキシャル成長を行うことより、スティッキングなどと呼ばれるウエーハとサセプタの固着現象が抑制される。
【０００４】
枚葉式エピタキシャル成長装置における水平円盤型サセプタの上面に設けられる凹部は基本的に１個であるが、大型の横型加熱炉内に大径の水平円盤型サセプタを配置し、その上面の回転中心回りに複数の凹部を設けて、複数枚のウエーハを同時処理することも考えられている。
【０００５】
ところで、エピタキシャル成長を用いるウエーハの用途として、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ  ）に代表されるパワーデバイスがある。パワーデバイス向けエピタキシャルウエーハの製造では、エピタキシャル成長膜の厚みが厚く、１００μｍ程度に達することも少なくない。このような厚膜形成では、サセプタ上のウエーハが凹部内に収容されているにもかかわらず、サセプタ内周面とウエーハ外周面との間が、ブリッジと呼ばれる両者に跨がった析出物によりスティックする現象が発生しやすい。この現象が生じると、エピタキシャル成長後にサセプタからウエーハを取り出すときに、スティック部分の成長膜を剥がさなければならず、その際にウエーハの外周部分に相当の力が付加されるために、しばしばウエーハにクラックが発生し、割れに至ることもある。
【０００６】
水平円盤型サセプタにおけるブリッジの発生及びこれによるウエーハとサセプタのスティッキング現象を防止するための対策として、サセプタ凹部の底面外周部に溝を設ける技術やエピタキシャル成長速度を制御する技術は特許文献１に記載されている。バレル炉での縦型サセプタにおいては、傾斜面に設けられたポケットの最下部内周面複数の微小突起を設けて、ウエーハの外周面がポケット最下部の内周面に密着しないようにする技術が特許文献２に記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１２８６９４号公報
【０００８】
【特許文献２】
特許第２６５２７５９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらのステキング対策には以下の問題がある。
【００１０】
後で詳しく述べるが、水平円盤型サセプタにおけるスティッキングの原因の一つは、サセプタの凹部内でウエーハが径方向にスライドすることによりウエーハの外周面が凹部の内周面に局部的に接触し、その接触部でブリッジが形成されやすくなることである。このスライドは、サセプタの凹部内にウエーハを自動搬入する際に生じるだけでなく、前述した大型の横型加熱炉内に大径の水平円盤型サセプタを配置し、その上面の回転中心回りに複数の凹部を設けて、複数枚のウエーハを同時処理する技術では、凹部内のウエーハに遠心力が作用するため、操業中もウエーハが径方向にスライドし、局部的な接触によるスティッキングが生じやすい。
【００１１】
このような事情のため、サセプタ凹部の底面外周部に溝を設ける技術では、ウエーハ外周面と凹部内周面との局部的な接触が避けられず、ブリッジ及びこれによるウエーハとサセプタのスティッキングは十分に防止されない。また、エピタキシャル成長速度を制御する技術は本来の操業に影響を及ぼす危険がある。一方、バレル炉での縦型サセプタを対象とした微小突起は、微小突起がウエーハの外周面に接触するため、この接触部分でブリッジがむしろ発生しやすくなり、その本質的な解決策にならないばかりか、ブリッジの発生を助長するおそれさえある。
【００１２】
本発明の目的は、凹部内に水平に収容されたウエーハのスティッキングを効果的に防止できるエピタキシャル成長用サセプタを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者らは次の一つの現象に着目した。即ち、大型の横型加熱炉内に大径の水平円盤型サセプタを配置し、その上面の回転中心回りに複数の凹部を設けて、複数枚のウエーハを同時処理する技術では、サセプタの上面に設けた１つの凹部内でウエーハを処理する枚葉処理の場合よりもスティッキングが発生しやすい。この理由を調べたところ以下の事実が判明した。
【００１４】
複数枚のウエーハを同時処理する技術では、サセプタの回転中心回りにウエーハが配置されるために、ウエーハに遠心力が作用し、凹部内のウエーハがサセプタの外周側へスライドしやすい。その結果、ウエーハの外周面が凹部の内周面に周方向の一部で局部的に接触し、接触部でブリッジが容易に発生するため、スティッキングが発生しやすくなる。このようなスティッキングを防止するためには、ウエーハをサセプタの凹部内に同心状に保持して、ウエーハが凹部内で変位するのを防止し、ウエーハの周囲に均等な隙間を残すのが有効である。この方法として、ウエーハの外周面に点接触するような微小突起を凹部の内周面に設けるのが有効と考えられる。しかし、この対策は逆効果となる。なぜなら、ウエーハ外周面に微小突起が接触する部分で、むしろブリッジが発生しやすくなるからである。
【００１５】
このような事情に鑑み、本発明者らはブリッジの発生を助長することなく、ウエーハを凹部内に同心状に保持する方法について検討した。その結果、ウエーハの外周面（最外周の尖った部分）に接触しないような比較的低い凸部を凹部の底面外周部に設け、これをウエーハ外周縁部裏側のテーパー面に当接させてウエーハを凹部内に同心状に保持するのがよいことを知見した。このような低い凸部によると、凸部とウエーハの接触部が単に低くなるだけでなく、その接触部がウエーハの陰となり、これら両面から接触部でのブリッジの発生が抑制される。また仮に、接触部にブリッジによるスティッキングが生じても、剥がす際にウエーハが損傷し難い。
【００１６】
本発明のエピタキシャル成長用サセプタは、かかる知見を基礎として開発されたものであり、その特徴点は、エピタキシャル成長に使用され、対象ウエーハをほぼ水平に収容する凹部が上面に設けられた水平円盤型のサセプタにおいて、前記凹部の底面を内周側より上方へ突出させることにより形成されており、且つ前記凹部内に載置されたウエーハが凹部内の定位置から径方向へスライドしたときに該ウエーハの外周縁部裏側のテーパー面に当接することにより該ウエーハを前記定位置の近傍に保持する凸部が、前記底面の外周部に設けられていることにある。
【００１７】
前記凸部は、前記ウエーハの外周に沿って間欠的に配置してもよいし、前記ウエーハの外周に沿って環状に形成してもよい。
【００１８】
前記凸部の高さは、前記ウエーハの厚みの０．２〜０．４倍が好ましい。０．２倍未満の場合は、凸部にウエーハが乗り上げやすく、ウエーハを保持する効果が小さい。０．４倍を超える場合はウエーハとの接触部でブリッジが発生しやすくなる。凸部の内径（周方向に間欠的に配置されている場合は凸部を周方向に連続させて形成される環状壁の内径）は、ウエーハの直径以上、（凹部内径−１ｍｍ）以下が好ましい。ウエーハの直径未満の場合は、凸部の内径内にウエーハを配置することが困難になる。（凹部内径−１ｍｍ）を超える場合は、ウエーハの外周面が凹部の内周面に接近しすぎ、両者間にブリッジが発生する危険性が高まる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明のサセプタを使用するエピタキシャル成長装置の概略構成図で側面図、図２は同概略構成図で平面図、図３はサセプタの上面に設けられた凹部の構造説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は図ａ中のＡ−Ａ線矢示図、図４（ａ）（ｂ）はサセプタの機能説明図である。
【００２０】
ここにおけるエピタキシャル成長装置は、シリコンウエーハのエピタキシャル成長に使用される横型装置である。この装置は、図１及び図２に示すように、チャンバー１内に水平に設置された横型の反応管２を有している。反応管２内には、水平円盤型のサセプタ３が長手方向の中央部に位置して設けられると共に、サセプタ３を長手方向の前後から挟むようにして水平な仕切り板６，６が設けられている。
【００２１】
サセプタ３は、反応管２内に下方から挿入された支持軸４により水平に支持されており、支持軸４の回転により中心部の垂直軸回りに回転駆動される。反応管２の下方には、反応管２内を所定温度に高周波加熱する誘導コイル５が、支持軸４を取り囲むようにして設けられている。仕切り板６，６はサセプタ３と共同して反応管２内をサセプタ２より上側の空間と下側の空間とに区画し、上側の空間に原料ガスを一端部から他端部へかけて流通させる。
【００２２】
サセプタ３の上面には、座ぐりと呼ばれる複数の凹部７，７・・が設けられている。複数の凹部７，７・・は、ウエーハ８を水平に収容する構成になっており、サセプタ３の回転中心回りに等角配置されている。各凹部７の底面外周部には、図３（ａ）（ｂ）に示すように、環状の凸部９が設けられている。凸部９は、その内側の正規レベルの水平な底面１０から上方へ直角に突出している。凸部９の外周側は、凹部７の内周面１１と一体化している。
【００２３】
凸部９の内径Ｄはウエーハ８の直径以上、（凹部７の内径−１ｍｍ）以下に設定されており、その深さｄはウエーハ８の厚みの０．２〜０．４倍に設定されている。このような凸部９の寸法設定により、後で詳しく説明するとおり、凹部７内のウエーハ８が凹部７の内周面１１に接触する事態が回避され、サセプタ３が複数枚のウエーハ８，８・・を同時に支持して回転する構成であるにもかかわらず、スティッキングが防止される。
【００２４】
次に、エピタキシャル成長下におけるサセプタ３の機能について説明する。
【００２５】
エピタキシャル成長では、ベーキング工程の後、エピタキシャル成長工程が開始される。エピタキシャル成長工程では、反応管２内が所定温度に加熱されると共に、その管内の仕切り板６，６より上側の空間に、原料ガスが反応管２の一端部から他端部へ流通される。また、複数枚のウエーハ８，８・・を凹部７，７・・内に支持するサセプタ３が、周方向に所定速度で回転する。このような操作により、各ウエーハ８の上面にエピタキシャル成長膜が形成される。
【００２６】
ここで、操業に先立ち、サセプタ３の凹部７，７・・内の各定位置（同心位置）にロボットによりウエーハ８，８・・が搬入されるが、このとき各凹部７内でウエーハ８が定位置から径方向にスライドする危険性がある。これに加え、操業中にサセプタ３が回転することによっても、各凹部７内のウエーハ８は定位置から径方向にスライドする危険性がある。
【００２７】
環状の凸部９が存在しない従来のサセプタの場合は、図４（ａ）に示すように、凹部７内でウエーハ８が径方向にスライドすることにより、ウエーハ８の外周面（最外周の先尖り部）が凹部７の内周面１１に接触する。その結果、接触部でブリッジによるスティッキングが容易に生じる。これに対し、本サセプタ３では、凹部７の底面外周部に環状の凸部９が形成されている。この凸部７は、図４（ｂ）に示すように、ウエーハ８の厚みに比して十分に低いため、凹部７のウエーハ８が径方向へスライドしたときに、ウエーハ８の外周縁部裏側のテーパー面１２に当接する。これにより、ウエーハ８は凹部７の底面１０に接触したまま（浮き上がりを避けつつ）、定位置の近傍に保持される。その結果、ウエーハ８の外周面（最外周の先尖り部）が凹部７の内周面１１に接触する事態が回避され、両者間のブリッジによるスティッキングが防止される。
【００２８】
即ち、ウエーハ８が凹部７内の定位置近傍に保持されることにより、ウエーハ８の外周面と凹部７の内周面１１との間に隙間が確保されるだけでなく、ウエーハ８のテーパー面１２に凸部９が接触することにより、接触部分が従来より大幅に低くなって、しかもウエーハ８の陰となるため、接触部分でのスティッキングも効果的に抑制されるのである。この結果、サセプタ３が複数枚のウエーハ８，８・・を支持して回転させる複数枚同時処理の構成であるにもかかわらず、更には５０μｍ以上とういような厚膜形成を行う場合にあっても、サセプタ３とウエーハ７の間のブリッジによるスティッキングが効果的に防止される。
【００２９】
ウエーハ８の浮き上がりを阻止することの目的は次のとおりである。ウエーハ８が浮き上がると、ウエーハ面内の温度分布が不均一となる。また、浮き上がった部分からウエーハ８の表面を流れる原料ガスがウエーハ８の裏面側に回り込み、ウエーハ裏面が部分的にエピタキシャル成膜されてしまう。
【００３０】
図５は、大径の水平円盤型サセプタ上に５枚の直径２００ｍｍ、厚さ７２５μｍのシリコンウエーハを載せて１００μｍの厚膜エピタキシャル成長を行う場合の、サセプタとウエーハ間のスティッキングに起因するクラックの発生頻度を、前述の凸部がある場合とない場合について示したグラフである。
【００３１】
サセプタ凹部の底面外周部に凸部を設けることにより  サセプタとウエーハ間のブリッジによるスティッキングを原因とするクラックの発生頻度が大幅に低下する。平均では、１バッチ当たりのクラック発生枚数は１．４３枚から０．０９枚に低減し、クラック発生割合は２８．６％から１．６％に低減する。
【００３２】
図６〜図８はサセプタの他の凹部構造を示している。図６では、凹部６の底面外周部に設けられる凸部９は、凹部７の内周面１１から分離して独立したリブを形成している。図７及び図８では、凸部９は円周方向で複数に分割されており、ここでは複数の弧状に形成されている。この場合も、凸部９は凹部７の内周面１１に対して一体化したものでも分離したものでもよい。
【００３３】
図９は更に別のサセプタにおける凹部構造を示す平面図、図１０（ａ）〜（ｃ）は同サセプタの機能説明図である。ここにおける凹部７の底面１０は、下方へ凸の湾曲面になっている。凹部７の底面１０を湾曲面とする目的は次のとおりである。ウエーハを下から加熱すると、ウエーハは下方へ凸の湾曲形状となるため、ウエーハへの均一加熱を図るためには凹部の底面をウエーハ形状に沿った湾曲面とする必要がある。このような底面１０に対しても、凸部９を外周部に設けることにより、凹部７内のウエーハ８は、半径方向へスライドしたときに、外周縁部裏側のテーパー面１２が凸部９に当接し、凹部７の底面１０からの浮き上がりを回避しつつ凹部７の内周面１１との接触を回避できる。
【００３４】
凸部９は、ここでは周方向の３箇所に設けられ、うち２つは、ウエーハ８のオリエンテーションフラットに当接するように構成されている。少なくとも一つの凸部９がウエーハ８のオリエンテーションフラットに当接する構成とすることにより、ウエーハ８の径方向のスライドだけでなく、周方向の回転を阻止することも可能となる。
【００３５】
また、上述の実施形態では、水平円盤型のサセプタ３は上面に複数の凹部７を有しているが、１つの凹部７を有するものであってもよい。即ち、本発明は１の凹部を有する水平円盤型のサセプタにも適用可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明のエピタキシャル成長用サセプタは、対象ウエーハをほぼ水平に収容する凹部が上面に設けられた水平円盤型のサセプタにおいて、凹部の底面を内周側より上方へ突出させることにより形成された凸部を底面の外周部に設け、凹部内の定位置に載置されたウエーハが径方向へスライドしたときに、前記凸部をウエーハの外周縁部裏側のテーパー面に当接させて、ウエーハを前記定位置の近傍に保持することにより、前記ウエーハのスティッキングを効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のサセプタを使用するエピタキシャル成長装置の概略構成図で側面図である。
【図２】同概略構成図で平面図である。
【図３】同サセプタの上面に設けられた凹部の構造説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は図ａ中のＡ−Ａ線矢示図である。
【図４】（ａ）（ｂ）はサセプタの機能説明図である。
【図５】サセプタとウエーハ間のスティッキングに起因するクラックの発生頻度を、凸部がある場合とない場合について示したグラフである。
【図６】サセプタの他の凹部構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は図ａ中のＢ−Ｂ線矢示図である。
【図７】サセプタの他の凹部構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は図ａ中のＣ−Ｃ線矢示図である。
【図８】サセプタの他の凹部構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は図ａ中のＤ−Ｄ線矢示図である。
【図９】更に別のサセプタにおける凹部構造を示す平面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は同サセプタの機能説明図である。
【符号の説明】
１  チャンバー
２  反応管
３  サセプタ
４  支持軸
５  コイル
６  仕切り板
７  サセプタ３の凹部
８  ウエーハ
９  凹部７の底面に設けた凸部
１０  凹部７の底面
１１  凹部７の内周面
１２  ウエーハ８のテーパー面
【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】
2004327761.tif 000010
【図９】
2004327761.tif 000011
【図１０】
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