(57)【要約】【課題】基板処理装置における基板支持部材の軸ずれを低減すること、及び／又は、分解、クリーンニング、組立等のメンテナンスを容易化する。【解決手段】チャンバと、チャンバ内で基板を支持する基板支持部材と、基板支持部材の下面に上端が連結されたサポートシャフト７と、サポートシャフト７の下端と係合してサポートシャフト７を回転させるサポートプラグ９とを備える。サポートシャフト７は第１係合部７１〜７４を有し、サポートプラグ９は第１係合部７１〜７４と係合する第２係合部９１〜９４を有する。第１及び第２係合部は、サポートシャフト７及びサポートプラグ９の軸方向に直交する面（水平面）内の少なくとも２方向におけるサポートシャフト７とサポートプラグ９との軸ずれを規制する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理装置であって、
内部空間を外部空間から隔離するチャンバと、
第１面及び第２面を有し前記内部空間において前記第１面上に基板を支持する支持部材と、
第１端と第２端を有し前記支持部材の前記第２面に前記第１端が連結された第１回転軸と、
前記第１回転軸の前記第２端と係合して前記第１回転軸を回転させる第２回転軸と、
を備え、前記第１回転軸の前記第２端は第１係合部を有し、前記第２回転軸は前記第１回転軸の第１係合部と係合する第２係合部を有し、前記第１及び第２係合部は、前記第１回転軸及び前記第２回転軸の軸方向に直交する面内の少なくとも２方向における前記第１回転軸と前記第２回転軸とのずれを規制するように構成されていることを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板処理装置或いは熱処理装置としてのエピタキシャル成長装置は、例えば、チャンバ内に半導体基板を支持するためのサセプタを有する。サセプタの下面にはサポートシャフトが連結され、サポートシャフトは、回転動力源（モーター）を有するローテーションアセンブリの回転出力軸であるサポートプラグと接合されている。このような構成において、ローテーションアセンブリがサポートプラグを回転させることにより、サポートシャフトとともにサセプタが回転する。
【０００３】
チャンバの上方及び下方には、半導体基板を加熱するための赤外線ランプが配置されている。上記の構成によって半導体基板を回転させることにより赤外線ランプによって加熱される半導体基板の温度が均一化される。
【０００４】
半導体基板が所定温度に加熱された後、半導体基板の上面に層流を形成するように反応ガスが半導体基板上に流され、これにより半導体基板の表面に半導体層（エピタキシャル成長層）が形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の装置では、回転対称性の高い膜厚分布を有する半導体層を形成することが難しい。この原因は、ローテーションアセンブリのサポートプラグとサポートシャフトとを同軸上に維持しつ続けることが難しいからである。このような原因を取り除くために、サポートシャフトを注意深くサポートプラグと接合したとしても、サポートシャフトとサポートプラグとの接合部の加工精度や形状のために、両部材の軸の経時的なずれが発生することがあった。
【０００６】
また、サポートシャフトとサポートプラグとを接合した構成では、サポートシャフト、サポートプラグ、更にはローテーションアセンブリの構成部品の交換、修理、クリーニング等のメンテナンスにおける作業性が悪い。例えば、サポートシャフトとサポートプラグとが接合されていると、両者を分離することが困難である。また、分離後にサポートシャフトとサポートプラグとを接合する際に、両部材の軸がずれる可能性もある。
【０００７】
現在のところ、上記のような装置においても、形成される半導体層の膜厚均一性が要求仕様を満たしている。したがって、今までは、サポートシャフトとサポートプラグとの軸ずれは問題視されていなかった。
【０００８】
しかしながら、例えば、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  又は、ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＯｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェハに着目すると、ＳＯＩ層に対する均一性の要求が非常に厳しく、ナノスケールの制御が必要となりつつある。例えば、ＩＴＲＳ（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｒｏａｄｍａｐ  ｆｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）によれば、１００ｎｍ以下のＳＯＩ層において不均一性が±５％以下という非常に厳しい要求が提示されている。このような要求を満たすためには、少なくとも膜厚分布に回転対称性をもたせる必要である。
【０００９】
そこで、本発明者等は、サポートシャフトの軸とサポートプラグの軸とを常に一致させることによりサセプタの軸ずれ（偏心）を解消し、これにより、形成される半導体層の膜厚分布の回転対称性を改善することを目指した。また、サポートシャフトの軸とサポートプラグの軸とは、種々の熱処理条件において常に一致しているべきである。
【００１０】
本発明は、以上の課題認識を基礎としてなされたものであり、基板処理装置における基板支持部材の軸ずれを低減すること、及び／又は、分解、クリーンニング、組立等のメンテナンスを容易化することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の基板処理装置は、内部空間を外部空間から隔離するチャンバと、第１面及び第２面を有し前記内部空間において前記第１面上に基板を支持する支持部材と、第１端と第２端を有し前記支持部材の前記第２面に前記第１端が連結された第１回転軸と、前記第１回転軸の前記第２端と係合して前記第１回転軸を回転させる第２回転軸とを備える。そして、前記第１回転軸の前記第２端は第１係合部を有し、前記第２回転軸は前記第１回転軸の第１係合部と係合する第２係合部を有し、前記第１及び第２係合部は、前記第１回転軸及び前記第２回転軸の軸方向に直交する面内の少なくとも２方向における前記第１回転軸と前記第２回転軸とのずれを規制するように構成されている。
【００１２】
本発明の好適な実施の形態によれば、例えば、図２（ａ）〜（ｄ）に例示的に示されるように、前記第１及び第２係合部は、それぞれ、前記軸方向に平行であるが互いに平行でない少なくとも２つの接触面を有し、前記第１係合部の接触面と前記第２係合部の接触面とが接触するように構成されうる。
【００１３】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記第１及び第２係合部は、例えば、図３に例示的に示すように、それぞれ、前記軸方向に直交する面に平行でなく互いに平行でもない少なくとも２つの接触面を有し、前記第１係合部の接触面と前記第２係合部の接触面とが接触するように構成されうる。
【００１４】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記第１回転軸の前記第１係合部は、例えば、図３に例示的に示すように、前記第２回転軸の方向に向かって幅が狭くなった突出部分を含みうる。これとは逆に、前記第２回転軸の前記第２係合部が、前記第２回転軸の方向に向かって幅が狭くなった突出部分を含んでもよい。
【００１５】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記第１及び第２係合部の前記軸方向の長さは、前記第１回転軸の半径の１／１０以上であって前記第１回転軸の前記軸方向の長さ以下であることが好ましい。
【００１６】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記第２回転軸は、金属部材にテフロン（登録商標）を被覆してなることが好ましい。
【００１７】
本発明の他の側面に係る基板処理装置は、内部空間を外部空間から隔離するチャンバと、第１面及び第２面を有し前記内部空間において前記第１面上に基板を支持する支持部材と、第１端と第２端を有し前記支持部材の前記第２面に前記第１端が連結された第１回転軸と、前記第１回転軸の前記第２端と係合して前記第１回転軸を回転させる第２回転軸とを備える。そして、前記第１回転軸の前記第２端は第１係合部を有し、前記第２回転軸は前記第１回転軸の第１係合部と係合する第２係合部を有し、前記第１及び第２回転軸の軸方向における前記第１及び第２係合部の長さは、前記第１回転軸の半径の１／１０以上であって前記第１回転軸の前記軸方向の長さ以下である。
【００１８】
本発明の更に他の側面に係る基板処理装置は、内部空間を外部空間から隔離するチャンバと、第１面及び第２面を有し前記内部空間において前記第１面上に基板を支持する支持部材と、第１端と第２端を有し前記支持部材の前記第２面に前記第１端が連結された第１回転軸と、前記第１回転軸の前記第２端と係合して前記第１回転軸を回転させる第２回転軸とを備え、前記第２回転軸は、金属部材にテフロン（登録商標）を被覆してなる。
【００１９】
上記の各基板処理装置は、前記サセプタ上の基板を加熱する加熱器を更に備え、前記基板を熱処理するように構成されうる。
【００２０】
或いは、上記の各基板処理装置は、エピタキシャル成長装置として構成されうる。
【００２１】
本発明は、基板処理方法としても把握することができ、該基板処理方法は、上記のいずれかの基板処理装置の前記支持部材上に配置する工程と、前記第２回転軸を回転駆動することにより前記第１回転軸に連結された前記サセプタ上の前記基板を回転させながら前記基板を処理する工程とを含みうる。
【００２２】
本発明は、基板製造方法としても把握することができ、該基板製造方法は、多孔質層を有する基板を上記のいずれかの基板処理装置の前記チャンバ内の前記支持部材上に配置する工程と、前記第２回転軸を回転駆動することにより前記第１回転軸に連結された前記サセプタ上の前記基板を回転させるとともに前記基板を所定温度に維持し、前記チャンバ内に反応ガスを供給しながら前記基板の多孔質層上に半導体層を形成する工程と、前記半導体層が形成された基板を前記チャンバから取り出す工程と、前記半導体層の上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層が形成された基板を前記絶縁層を挟んで他の基板と結合して結合基板を作製する工程と、前記結合基板を前記多孔質層の部分で分離する工程とを含みうる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００２４】
図１は、本発明の好適な実施の形態の基板処理装置としての枚葉式エピタキシャル成長装置の概略構成を示す模式図である。エピタキシャル成長装置１は、石英ガラス等の赤外線を透過する材料からなるドームを含むプロセスチャンバ２を備え、プロセスチャンバ２によってその内部空間が外部空間から隔離される。プロセスチャンバ２の内部空間の中央には、上面（第１面）上にウェハ（基板）Ｗを支持する支持部材としてのサセプタ３が配置されている。サセプタ３は、例えば、カーボングラファイトからなる部材を化学気相堆積法によって炭化シリコン（ＳｉＣ）で被覆して構成される。
【００２５】
プロセスチャンバ２には、ガス供給口４及びガス排気口５が設けられている。エピタキシャル成長のための反応ガスは、不図示のガス源からガス供給口４を通してプロセスチャンバ２の内部空間に供給され、ガス排気口５を通して不図示のガス回収部に排気される。ガス供給口４及びガス排気口５は、ウェハＷの表面に沿って反応ガスの層流が形成されるように配置されている。
【００２６】
プロセスチャンバ２の上方及び下方には、加熱器としての複数の赤外線ランプ６が配置されている。赤外線ランプ６から放射される赤外線は、赤外線透過性のプロセスチャンバ２を通してウェハＷに提供され、ウェハＷを反応活性領域まで加熱しその後ウェハＷの温度を一定に維持する。
【００２７】
サセプタ３の下面（第２面）には、それを水平に支持するサポートシャフト（第１回転軸）７の上端（第１端）が直接又は他の部材を介して連結されている。図１に示す構成例では、サポートシャフト７の上端は、複数本（例えば、３本）の支持アーム７ａを有し、該複数の支持アーム７ａがサセプタ３に連結されている。サポートシャフト７は、例えば石英ガラスで構成されうる。ここで、サセプタ３が１つの平面内で回転するように、サセプタ３とサポートシャフト７の軸方向とは直交している。
【００２８】
サポートシャフト７の下端（第２端）は、ローテーションアセンブリ（回転動力源）８の出力回転軸としてのサポートプラグ９（第２回転軸）と係合している。サポートシャフト７は、ローテンションアセンブリ８のサポートプラグ９によって回転駆動され、これによりサセプタ３がウェハＷとともに回転する。
【００２９】
サポートシャフト７は、その下端に第１係合部を有し、サポートプラグ９は、その上端に第２係合部を有し、第１係合部と第２係合部とが係合する。第１及び第２係合部は、サポートシャフト７及びサポートプラグ９の軸方向に直交する面（図１では、水平面）内の少なくとも２方向におけるサポートシャフト７とサポートプラグ９との軸ずれを規制するように構成されている。このような第１及び第２係合部でサポートシャフト７とサポートプラグ９とが係合させる構成により、サポートシャフト７の中心軸とサポートプラグ９の中心軸とが一致した状態が維持される。したがって、サセプタ３の軸ずれ（偏心）が抑えられ、これにより、ウェハＷ上に形成されるエピタキシャル成長層の厚さの回転対称性を高めることができる。そして、このエピタキシャル成長装置をＳＯＩウェハの製造に適用することにより、回転対象性が高い膜厚分布をもったＳＯＩ層を有するＳＯＩウェハを製造することができる。
【００３０】
以下、サポートシャフト７の下端に設けられた第１係合部及びサポートプラグ９の上端に設けられた第２係合部のより具体的な構成例を説明する。図２は、第１係合部及び第２係合部の４つの構成例を示す図である。
【００３１】
図２（ａ）に示す構成例では、サポートシャフト７の下端に設けられた第１係合部７１は＋形状の凹部を含み、サポートプラグ９の上端に設けられた第２係合部９１は＋形状の凸部を含む。これとは逆に、第１係合部７１が＋形状の凸部を含み、第２係合部９１が＋形状の凹部を含むように構成されてもよい。＋形状の凹部又は凸部を含む係合部は、水平面内（サポートシャフト７及びサポートプラグの軸方向に直交する面内）の直交する２方向におけるサポートシャフト７とサポートプラグ９との軸ずれを防止する。ここで、２方向における軸ずれを防止することにより、結果として、水平面内におけるあらゆる方向の軸ずれが防止される。
【００３２】
図２（ｂ）に示す構成例では、サポートシャフト７の下端に設けられた第１係合部７２は放射状に３方向に直線部が延びる凹部を含み、サポートプラグ９の上端に設けられた第２係合部９２は放射状に３方向に直線部が延びる凸部を含む。これとは逆に、第１係合部７２が凸部を含み、第２係合部９２が凹部を含むように構成されてもよい。図２（ｂ）に示す構成においても、水平面内におけるあらゆる方向の軸ずれが防止される。
【００３３】
図２（ｃ）に示す構成例では、サポートシャフト７の下端に設けられた第１係合部７３は三角柱状にくり貫いた凹部を含み、サポートプラグ９の上端に設けられた第２係合部９３は三角柱状の凸部を含む。これとは逆に、第１係合部７３が凸部を含み、第２係合部９３が凹部を含むように構成されてもよい。図２（ｃ）に示す構成においても、水平面内におけるあらゆる方向の軸ずれが防止される。
【００３４】
図２（ｄ）に示す構成例では、サポートシャフト７の下端に設けられた第１係合部７４は第１方向に延びる凹部とそれに直交する第２方向に延びる凸部を含み、サポートプラグ９の上端に設けられた第２係合部９４は第１方向に延びる凸部とそれに直交する第２方向に延びる凹部を含む。図２（ｄ）に示す構成においても、水平面内におけるあらゆる方向の軸ずれが防止される。
【００３５】
図２に例示的に示すような軸ずれ防止構造を有する第１及び第２係合部によりサポートシャフト７とサポートプラグ９とを係合させることにより、軸方向に直交する面内のあらゆる方向における両者間の軸ずれが防止される。これは、サポートシャフト７とサポートプラグ９とを接合することなく、単に係合させることを可能にする。したがって、このような軸ずれ防止構造を採用することにより、エピタキシャル成長装置１の分解及び組立、特にサポートシャフト７の着脱を容易にし、メンテナンス作業を著しく効率化することができる。
【００３６】
図２の（ａ）〜（ｄ）に示す係合部の例は、いずれもサポートシャフト７及びサポートプラグ９の軸方向に平行な接触面（７１ａ、７２ａ、７３ａ、７４ａ、９１ａ、９２ａ、９３ａ、９４ａ）によって、サポートプラグ９からサポートシャフト７に回転駆動力を伝達するとともに、サポートプラグ９とサポートシャフト７との軸ずれを防止する。このような構成に代えて、例えば図３に示すように、サポートプラグ９からサポートシャフト７に向かって幅Ｗが狭くなった突出部を含む第２係合部を採用することもできる。また、これとは逆に、サポートシャフト７からサポートプラグ９に向かって幅Ｗが狭くなった突出部を含む第１係合部を採用することもできる。
【００３７】
ここで、サポートプラグ９に設けられた第２係合部９５が、サポートプラグ９からサポートシャフト７に向かって幅Ｗが狭くなった突出部を含む場合には、それに係合するサポートシャフト７側の第１係合部７５は、サポートシャフト７からサポートプラグ９に向かって幅が広くなる窪み部を含むように構成されうる。図３に代表的に示される構造の係合部を採用する場合、サポートシャフト７の第１係合部及びサポートプラグ９第２係合部の加工精度が比較的低い場合においても、サポートシャフト７の第１係合部をサポートプラグ９の第２係合部に容易に係合させることができる。
【００３８】
図３に例示的に示すような軸方向に対して傾斜した接触面（第１係合部と第２係合部との接触面）を有する構成は、例えば、図４（ａ）に示すように、水平面内の１方向にのみサポートシャフト７とサポートプラグ９との軸ずれを防止する係合部７６、９６にも適用することができる。
【００３９】
各係合部の高さ又は深さＨは、例えば、サポートシャフト７の半径の１／１０以上かつサポートシャフト７の長さ以下とすることが好ましい。このように寸法を決定することにより、サポートシャフト７とサポートプラグ９との軸ずれを更に低減することができ、また、サポートシャフト７をガイドする部材（軸受）の負担を軽減することもできる。
【００４０】
係合部の高さ又は深さに関する以上のような限定は、例えば図４（ａ）、（ｂ）に示すように、水平面内の１方向にのみサポートシャフト７とサポートプラグ９との軸ずれを防止する係合部７６、９６、７７、９７にも適用することができる。
【００４１】
サポートプラグ９は、種々の材料で構成しうるが、金属からなる部材をテフロン（登録商標）で被覆して構成されることが好ましい。一般には、サポートプラグ９は、テフロン（登録商標）を成型して作製されうるが、この場合、サポートプラグ９がサポートシャフト７から受ける荷重と熱により変形しうる。このような変形が過度になると、サポートシャフト７とサポートプラグ９との軸ずれを引き起こしうる。したがって、サポートプラグ９の変形を防止しつつ、サポートプラグ９によるサポートシャフト７、更にはプロセスチャンバ２の内部空間の汚染を最小化するために、上記のように、金属部材をテフロン（登録商標）で被覆してサポートプラグ９を形成することが好ましい。
【００４２】
【実施例】
［実施例１］
図２（ａ）に示す第１、第２係合部７１、９１をそれぞれサポートシャフト７、サポートプラグ９に形成した。サポートシャフト７、サポートプラグ９の直径は、それぞれ３５ｍｍとした。第１係合部７の凹部及び第２係合部９の凸部の高さＨを５ｍｍ、幅Ｗを５ｍｍとした。ローテーションアセンブリ８を動作させてサセプタ３を回転させたところ、回転中のサセプタ３の偏心（軸ずれ）は確認されなかった。また、サセプタ３上面の回転軸方向（鉛直方向）の触れ幅は、レーザー変位計で測定したところ、約５０μｍであった。
【００４３】
［実施例２］
図４（ａ）に示す第１、第２係合部７６、９６をそれぞれサポートシャフト７、サポートプラグ９に形成した。ここで、第１係合部７６の窪み部及び第２係合部９６の突出部の角度は、鋭角（例えば、１０〜２０度）とした。
【００４４】
［実施例３］
図４（ｂ）に示す第１、第２係合部７７、９７をそれぞれサポートシャフト７、サポートプラグ９に形成した。ここで、第１係合部７７の深さ及び第２係合部９７の高さは５ｍｍとして、サポートシャフト７、サポートプラグ９の直径はそれぞれ３５ｍｍとした。
【００４５】
［実施例４］
図２（ａ）〜（ｄ）、図３、図４（ａ）、（ｂ）に示すそれぞれ形状を有するサポートプラグ９を金属からなる部材にテフロン（登録商標）を被覆して作製した。
【００４６】
【適用例】
図５を参照しながら、図１に代表的に示す本発明の基板処理装置としてのエピタキシャル成長装置を適用したＳＯＩ基板の製造方法を説明する。
【００４７】
図５（ａ）に示す工程では、単結晶シリコン基板等の半導体基板（シード基板）１１を準備し、その表面に陽極化成等により多孔質層１２を形成する。ここで、多孔質層１２は、多孔度が異なる２以上の層を積層した構造として構成されてもよい。
【００４８】
次いで、図５（ｂ）に示す工程では、多孔質層１２の上に単結晶シリコン層等の半導体層１３を形成し、更にその上に熱酸化等により絶縁層（酸化膜）１４を形成する。ここで、半導体層１３は、多孔質層１２上に図１に代表的に示すエピタキシャル成長装置１を使ってエピタキシャル成長させることができる。その手順を説明すると、まず、エピタキシャル成長装置１のチャンバ２内のサセプタ３上に図５（ａ）に示す基板を配置する。そして、ローテーションアセンブリ６を起動してサポートプラグ９を回転させ、これにより、サポートシャフト７に連結されたサセプタ３とともに基板を回転させる。また、赤外線ランプ６によって基板を所定温度まで加熱する。この状態でガス供給口４を通してチャンバ２の内部空間に反応ガスを供給しながらガス排気口５を通して反応ガス及び反応生成物を排気しながら、基板の上面に沿った層流を形成する。この反応ガスによって基板の多孔質層１２上にエピタキシャル層１３が成長する。所望の厚さのエピタキシャル層１３が形成されたら、基板をチャンバ３から取り出して、次工程に渡す。
【００４９】
本発明の好適な実施の形態のエピタキシャル成長装置を使用することにより、回転対称性の高い膜厚分布を有する半導体層（ＳＯＩ層）１３を得ることができる。
【００５０】
次いで、図５（ｃ）に示す工程では、図５（ｂ）に示す第１基板１０を絶縁層１４を挟んで第２基板（ハンドル基板）２０に結合し結合基板３０を作製する。
【００５１】
次いで、図５（ｄ）に示す工程では、結合基板３０を多孔質層１２の部分で分割し、第２基板２０上に埋め込み絶縁層としての絶縁層１４を有し、その上に半導体層１３を有し、その上に多孔質層の一部１２ｂが残留したＳＯＩ構造を得る。
【００５２】
次いで、図５（ｅ）に示す工程では、第２基板側の表面に残留している多孔質層１２ｂを除去し、これにより、半導体層１３が表面に露出したＳＯＩ基板４０を得る。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば、基板処理装置における基板支持部材の軸ずれを低減すること、及び／又は、分解、クリーンニング、組立等のメンテナンスを容易化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施の形態の基板処理装置としての枚葉式エピタキシャル成長装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】サポートシャフトの下端の第１係合部及びサポートプラグの上端の第２係合部の構成例を示す図である。
【図３】サポートシャフトの下端の第１係合部及びサポートプラグの上端の第２係合部の構成例を示す図である。
【図４】サポートシャフトの下端の第１係合部及びサポートプラグの上端の第２係合部の構成例を示す図である。
【図５】ＳＯＩ基板の製造方法を示す図である。
【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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