(57)【要約】【課題】サセプタへのウェハ固着を防止する。【解決手段】一つの実施形態によれば、半導体製造装置は、サセプタ、回転部、及び振動発生部が設けられる。サセプタは、チャンバ内に設けられ、ウェハを支持してウェハの成膜中に回転する。回転部は、サセプタに連結し、チャンバの内部及び外部に設けられ、サセプタを回転する。振動発生部は、成膜中にサセプタに振動を与える。【選択図】  図１
2013065781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内に設けられ、ウェハを支持するサセプタと、
前記サセプタに連結し、前記チャンバの内部から外部にかけて設けられ、前記サセプタを回転する回転部と、
前記サセプタに振動を与える振動発生部と、
を具備することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記振動発生部は、前記チャンバの外部の前記回転部に接し、振動を発生する振動子を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記回転部とは離間し、給電回路と給電コイルを有する給電カプラが設けられる給電部を更に具備し、前記給電部は前記振動発生部に設けられる受電部に電力を供給することを特徴とする請求項２に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記チャンバの外部の前記回転部に装着され、ケーブルを介して電力を前記振動発生部に伝えるスリップリングと、
前記チャンバの外部の前記回転部と離間し、前記スリップリングとはすべり接点で接触し、電力を前記スリップリングに伝えるブラシホルダーと、
を更に具備することを特徴とする請求項２に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記振動子は、前記サセプタの回転によって発生する振動数よりも高い振動数を前記サセプタに与えることを特徴とする請求項２項に記載の半導体製造装置。
【請求項６】
前記半導体製造装置は、枚葉式或いはバッチ式エピタキシャル成長装置であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳ、バイポーラ、或いはディスクリート等のシリコン系電子デバイスや、ＧａＮ、ＧａＡｓ、或いはＳｉＣ等の化合物系電子デバイスなどにはウェハ上に単結晶の半導体層を成長するエピタキシャル成長装置が多用される。例えば、シリコンパワーデバイスでは数μｍ以上の厚膜の結晶成長がエピタキシャル成長装置を用いて行われる。
【０００３】
厚膜の結晶成長では、ウェハとサセプタとの固着が発生するという問題点がある。固着が発生した場合、搬送時のシャフトによるウェハの突き上げで固着部が剥がされ、ウェハにクラックやチッピングが発生する。クラックやチッピングが多発すると最悪の場合、チャンバ内でウェハが破損してしまう可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−７１２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、サセプタへのウェハ固着を防止することができる半導体製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一つの実施形態によれば、半導体製造装置は、サセプタ、回転部、及び振動発生部が設けられる。サセプタは、チャンバ内に設けられ、ウェハを支持してウェハの成膜中に回転する。回転部は、サセプタに連結し、チャンバの内部及び外部に設けられ、サセプタを回転する。振動発生部は、成膜中にサセプタに振動を与える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係るエピタキシャル成長装置を示す概略断面図である。
【図２】第１の実施形態に係るエピタキシャル成長中のサセプタとウェハの関係を説明する図である。
【図３】第１の実施形態に係る回転数と振動数の関係を示す図である。
【図４】変形例のエピタキシャル成長装置を示す概略断面図である。
【図５】第２の実施形態に係るエピタキシャル成長装置を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る半導体製造装置について、図面を参照して説明する。図１は半導体製造装置としてのエピタキシャル成長装置を示す概略断面図である。本実施形態では、エピタキシャル成長中にサセプタを振動させてウェハ固着を防止している。
【００１０】
図１に示すように、エピタキシャル成長装置９０には、チャンバ１、サセプタ２、回転部３、反応室４、ガス供給部５、排気部６、ヒータ７、振動発生部８、温度計測部９、電極１０、ウェハ１１、及び電源２０が設けられる。枚葉式のエピタキシャル成長装置９０は、例えばシリコンパワーデバイスの厚膜の結晶成長に適用される。ここでは、厚膜の結晶成長とは、例えば数μｍから数百μｍの範囲をいう。
【００１１】
エピタキシャル成長装置９０は、チャンバ１で形成される反応室４でエピタキシャル成長が行われる。チャンバ１の上部には、加熱されたウェハ１１（例えば、シリコンウェハ）の表面にエピタキシャル層を成長するために使用される原料ガスを供給するガス供給部５が設けられる。例えば、シリコンウェハの場合、原料ガスとしてトリクロロシラン（ＳｉＨＣＬ３）ガス等が用いられ、キャリアガスとして水素（Ｈ２）ガス等が用いられる。反応温度は、例えば１１００℃〜１２００℃の範囲に設定される。
【００１２】
チャンバ１の上部には、ガス供給部５に隣接してウェハ１１の表面温度を測定する温度計測部９が設けられる。温度計測部９には、例えば放射温度計が用いられる。
【００１３】
チャンバ１の両下端部には、反応後の原料ガスを排気する排気部６が設けられる。排気された反応後の原料ガスは、図示しない排気機構に排出される。排気機構は、反応室４内の圧力を所定の値に調節する。
【００１４】
チャンバ１の内部には、ウェハ１１を支持する支持部材としてのサセプタ２が設けられる。サセプタ２は、回転部３に連結している。サセプタ２は、例えば高純度の炭化ケイ素（ＳｉＣ)から構成される。回転部３はウェハ１１及びサセプタ２を回転し、チャンバ１の内部及び外部に設けられる。回転部３は、例えば化ケイ素（ＳｉＣ)或いは炭化ケイ素（ＳｉＣ)をコートしたカーボン（Ｃ）材から構成される。
【００１５】
ウェハ１１及びサセプタ２直下には、ウェハ１１を加熱するヒータ７が設けられる。ヒータ７は、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ)から構成される。ヒータ７は、電極１０から電力が供給される。
【００１６】
チャンバ１の外部の回転部３には、サセプタ２を振動させる振動発生部８が装着される。振動発生部８が装着される回転部３の温度は、チャンバ１内部とは異なり比較的低温、例えば１００℃以下に保持されている。振動発生部８には受電部３２及び振動子３３が設けられる。受電部３２には、給電コイルを有する受電カプラと受電回路が設けられる。振動発生部８は、受電部３２で電力を受電し、その電力をもとにして回転部３に接する振動子３３で振動を発生する。振動子３３は、例えば数ｋＨｚ以上の超音波振動をサセプタ２に伝える。
【００１７】
電源２０は、チャンバ１の外部の回転部３と離間して固定位置に配置され、振動発生部１０とは所定距離を保ちながら近接配置される。電源２０には、給電部３１が設けられる。給電部３１には、給電回路と給電コイルを有する給電カプラが設けられる。電源２０は、給電部３１で発生した電力を受電部３２へ非接触で供給する。所定距離とは、給電部３１と受電部３２の間隔であり、例えば１００ｍｍ以内に保たれる。
【００１８】
エピタキシャル成長装置９０は、ウェハ１１を高速回転させながらエピタキシャル成長を行っている。ウェハ１１を例えば数百ｒｐｍ以上高速回転させながらエピタキシャル成長を行うと反応室４内の原料ガスの輸送効率が増大し、ウェハ１１表面に到達する原料ガス濃度を上げることが可能となる。このため、原料ガスの使用量を増加させることなく時間当たりのエピタキシャル成長速度を増大することができる。
【００１９】
次に、ウェハ固着の防止について図２及び図３を参照して説明する。図２はエピタキシャル成長中のサセプタとウェハの関係を説明する図、図２（ａ）はサセプタ振動なしの場合、図２（ｂ）はサセプタ振動有の場合である。図３は、回転数と振動数の関係を示す図である。
【００２０】
図２（ａ）に示すように、ウェハ１１を高速回転させながらエピタキシャル成長を行うエピタキシャル成長装置９０では、回転の高速化に伴う遠心力により、ウェハ１１がサセプタ２側へ動くことで接触し、成長種によりウェハ１１とサセプタ２がエピ層１２を介して互いに固着する可能性がある。エピ層１２の厚さが増大するほど固着の可能性が増大する。また、ウェハ１１を低速回転させながらエピタキシャル成長を行う場合でも固着の可能性がある。
【００２１】
このような固着は、エピタキシャル成長後の搬送のシャフトによる突上げの際、強制的に剥がされることで、ウェハ１１のクラックやチッピング、ウェハ１１の割れといった問題を高確率で発生させ、歩留まり低下の原因となる。
【００２２】
図２（ｂ）に示すように、本実施形態のエピタキシャル成長装置９０では、振動発生部８を用いて、エピタキシャル成長中にサセプタ２に振動を与えている。この振動によりエピタキシャル成長中でのウェハ１１とサセプタ２の固着を防止している。ここで、サセプタ２への振動及び固着防止について詳述する。
【００２３】
回転中心から距離ｅはなれた位置で回転運動している質量ｍの物体にかかる遠心力Ｆは、
F=m×ω２×e・・・・・・・・・・・・・・・・・式（１）
と表される。ここでωは角速度である。ウェハ１１とサセプタ２の接触を一時的に離すためには、遠心力Ｆより大きい力が必要となる。今、サセプタ２の回転によるウェハ１１の振動数をｆｗ、サセプタ２に与える振動数をｆ、振幅をｘ、ウェハ１１とサセプタ２を離間させる力をＦｒとすると、
Fw×(e/x)１／２＜Fr・・・・・・・・・・・・・・・・・式（２）
で表される。即ち、サセプタ２に与える振動数ｆをサセプタ２の回転によるウェハ１１の振動数ｆｗよりも高周波に設定すればウェハ１１とサセプタ２の固着が防止できることになる。
【００２４】
一例として、図３に示すように、ウェハ１１を回転させる回転数が５００ｒｐｍのとき、サセプタ２の回転によるウェハ１１の振動数ｆｗが７０Ｈｚであるので、例えばサセプタ２に与える振動数ｆを１５ＫＨｚという超音波に設定すればよい。ウェハ１１を回転させる回転数が７００ｒｐｍのとき、サセプタ２の回転によるウェハ１１の振動数ｆｗが１００Ｈｚであるので、例えばサセプタ２に与える振動数ｆを１６ＫＨｚという超音波に設定すればよい。ウェハ１１を回転させる回転数が１０００ｒｐｍのとき、サセプタ２の回転によるウェハ１１の振動数ｆｗが１４０Ｈｚであるので、例えばサセプタ２に与える振動数ｆを１７．７ＫＨｚという超音波に設定すればよい。図３では、偏心量が０．３５ｍｍ、振幅が５μｍの場合である。
【００２５】
サセプタ２に超音波振動を与えることにより、ウェハ１１のチッピングやクラック等の発生、ウェハ１１の割れを防止することができる。
【００２６】
上述したように、本実施形態の半導体製造装置では、チャンバ１、サセプタ２、回転部３、反応室４、ガス供給部５、排気部６、ヒータ７、振動発生部８、温度計測部９、電極１０、ウェハ１１、及び電源２０が設けられる。振動発生部８は、チャンバ１の外部の回転部３に装着され、サセプタ２の回転によるウェハ１１の振動数ｆｗよりも高周波な振動数ｆをサセプタ２に伝える。
【００２７】
このため、エピタキシャル成長中にウェハ１１とサセプタ２との接触することを防ぎ、固着を防止することができる。ウェハ１１のチッピングやクラック等の発生、ウェハ１１の割れを防止することができる。したがって、エピタキシャル成長装置９０を用いて生産されるシリコンパワーデバイスなどの半導体素子やＩＣ／ＬＳＩなどの半導体集積回路の生産性向上及び歩留改善を達成することができる。
【００２８】
なお、本実施形態では、枚葉式のエピタキシャル成長装置９０に適用したが必ずしもこれに限定されるものではない。例えば図４に示す変形例のバッチ式エピタキシャル成長装置９１にも適用することができる。具体的には、回転部３に連結するサセプタ２ａに複数枚のウェハ１１を載置してエピタキシャル成長を実行してもよい。
【００２９】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る半導体製造装置について、図面を参照して説明する。図５は半導体製造装置を示す概略断面図である。本実施形態では、振動発生部への電力の供給方法を変更している。
【００３０】
以下、実施例１と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
【００３１】
図５に示すように、エピタキシャル成長装置９２には、チャンバ１、サセプタ２、回転部３、反応室４、ガス供給部５、排気部６、ヒータ７、振動発生部８ａ、温度計測部９、電極１０、ウェハ１１、電源２０ａ、スリップリング４１、ブラシホルダー４２、及びケーブル４３が設けられる。枚葉式のエピタキシャル成長装置９２は、例えばシリコンパワーデバイスの厚膜の結晶成長に適用される。
【００３２】
電源２０ａは、エピタキシャル成長装置９２近傍に固定設置される。ブラシホルダー４２は、回転部３と離間して固定設置される。ブラシホルダー４２は、電源２０ａから電力が供給され、すべり接点で接触するスリップリング４１に電力を伝える。
【００３３】
スリップリング４１は、チャンバ１の外部の回転部３に装着される。ここでは、スリップリング４１は、振動発生部８ａ直下に配置される。スリップリング４１は、ブラシホルダー４２から供給される電力を回転部３に固定されるケーブル４３を介して振動発生部８ａに伝える。
【００３４】
ここで、スリップリング４１とブラシホルダー４２は、すべり接点で接触しているので回転部３の回転により摩耗する。このため、所定の摩耗量に到達した時点でスリップリング４１とブラシホルダー４２を交換するのが好ましい。
【００３５】
振動発生部８ａは、チャンバ１の外部の回転部３に装着され、サセプタ２を振動する。振動発生部８ａが装着される回転部３の温度は、チャンバ１内部とは異なり比較的低温、例えば１００℃以下に保持されている。振動発生部８ａには振動子３３が設けられる。振動発生部８ａは、ケーブル４３を介して電力が供給され、回転部３に接する振動子３３で振動を発生する。
【００３６】
上述したように、本実施形態の半導体製造装置では、チャンバ１、サセプタ２、回転部３、反応室４、ガス供給部５、排気部６、ヒータ７、振動発生部８ａ、温度計測部９、電極１０、ウェハ１１、電源２０ａ、スリップリング４１、ブラシホルダー４２、及びケーブル４３が設けられる。振動発生部８ａは、ブラシホルダー４２、スリップリング４１、及びケーブル４３を介して電力が供給される。振動発生部８ａは、チャンバ１の外部の回転部３に装着され、サセプタ２の回転によるウェハ１１の振動数よりも高周波な振動数をサセプタ２に伝える。
【００３７】
このため、エピタキシャル成長中にウェハ１１とサセプタ２との接触することを防ぎ、固着を防止することができる。ウェハ１１のチッピングやクラック等の発生、ウェハ１１の割れを防止することができる。したがって、エピタキシャル成長装置９２を用いて生産されるシリコンパワーデバイスなどの半導体素子やＩＣ／ＬＳＩなどの半導体集積回路の生産性向上及び歩留改善を達成することができる。
【００３８】
なお、実施形態ではシリコンパワーデバイス（パワーＭＯＳトランジスタやＩＧＢＴ）に適用しているが、ＣＭＯＳやバイポーラなどのシリコン系ＩＣ／ＬＳＩにも適用でき、ＧａＮ、ＧａＡｓ、或いはＳｉＣ等の化合物系電子デバイスなどにも適用することができる。
【００３９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４０】
１  チャンバ
２、２ａ  サセプタ
３  回転部
４  反応室
５  ガス供給部
６  排気部
７  ヒータ
８、８ａ  振動発生部
９  温度計測部
１０  電極
１１  ウェハ
１２  エピ層
２０、２０ａ  電源
３１  給電部
３２  受電部
３３  振動子
４１  スリップリング
４２  ブラシホルダー
４３  ケーブル
９０、９１、９２  エピタキシャル成長装置
【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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