(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器内に基板を載置するサセプタを備え、該サセプタに座ぐり部を形成すると共に、該座ぐり部に設けられた貫通孔に挿通してリフトピンが摺動自在に配設され、前記リフトピンを昇降させて前記基板の裏面と接離させることにより、前記サセプタ上における基板の着脱を行う気相成長装置において、
前記リフトピンが昇降するときの当該リフトピンの前記サセプタとの摺動面には、表面粗さ５μm以下となるように研磨が施されており、
前記サセプタは、前記貫通孔の内面が表面粗さ５μm以下に形成されており、
前記リフトピンおよび前記サセプタの表面は、ＳｉＣにより形成されていることを特徴とする気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リフトピンを昇降させてサセプタ上における基板の着脱を行う気相成長装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン等の半導体基板上に単結晶薄膜等を気相成長させる気相成長装置として、枚葉式の気相成長装置が知られている。
【０００３】
この枚葉式の気相成長装置は、原料ガスが供給される反応容器内にサセプタを備え、このサセプタには、基板を収容するための座ぐり部が形成されている。
そして、この座ぐり部に設けられた貫通孔に挿通してリフトピンが摺動自在に配設されている。このリフトピンは、その頭部が座ぐり部に臨むように配設されている。そして、リフトピンを昇降させてその頭部を基板の裏面と接離させることにより、座ぐり部に基板を収容したり、座ぐり部から基板を取り出したりできるように構成されている。
即ち、リフトピンの頭部に基板を載置した状態で、リフトピンを摺動させてその頭部を座ぐり部に没入させることで、基板が座ぐり部に収容される。こうして座ぐり部に基板を収容して、反応容器内に原料ガスを供給し、基板上に単結晶薄膜を気相成長させる。気相成長後の基板は、座ぐり部からリフトピンの頭部を突出させることで上方に突き出される。こうして突き出された基板は、ハンドラ等の搬送手段により反応容器外へ搬送される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の気相成長装置により製造される半導体基板は、近年さらに微細化・高集積化の傾向にある半導体デバイスの特性に影響を与えないように、その表面近傍に生じる僅かな結晶欠陥や半導体基板の表面に付着したパーティクルを低減する必要がある。このために、今後の気相成長装置には、結晶欠陥の発生やパーティクルの付着がない半導体基板を、安定して製造するための技術開発が極めて重要な課題となる。
【０００５】
本発明の課題は、気相成長中に生じるパーティクルの付着や結晶欠陥の形成を低減できる気相成長装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、気相成長中に生じる結晶欠陥やパーティクルの原因の一つとして、リフトピンが摺動して生じる摩耗粉に注目した。従来のリフトピンとしては、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition；化学的気相成長）法により基材の表面にＳｉＣ（Silicon Carbide）膜を形成させたものが使用されている。このＣＶＤ法によりＳｉＣ膜を形成した従来のリフトピンは、１００μm程度の表面粗さをもつ。そして、本発明者らはリフトピンの表面粗さを５μm以下とすることで、気相成長中に生じる結晶欠陥やパーティクルの発生を抑制できることが判り、本発明を想到するに至った。
【０００７】
即ち、本発明の気相成長装置は、反応容器内に基板を載置するサセプタを備え、該サセプタに座ぐり部を形成すると共に、該座ぐり部に設けられた貫通孔に挿通してリフトピンが摺動自在に配設され、前記リフトピンを昇降させて前記基板の裏面と接離させることにより、前記サセプタ上における基板の着脱を行う気相成長装置において、
前記リフトピンが昇降するときの当該リフトピンの前記サセプタとの摺動面には、表面粗さ５μm以下となるように研磨が施されており、
前記サセプタは、前記貫通孔の内面が表面粗さ５μm以下に形成されており、
前記リフトピンおよび前記サセプタの表面は、ＳｉＣにより形成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、リフトピンのサセプタとの摺動面に研磨が施されているために、リフトピンを昇降させて基板をサセプタ上に着脱する過程で、リフトピンがより滑らかに摺動するようになる。即ち、リフトピンの表面から生じる摩耗粉を大幅に低減できる。これにより、反応容器内で摩耗粉が飛散することが低減され、摩耗粉等の異物が基板に付着することを大幅に低減できる。従って、基板上に気相成長させる薄膜に結晶欠陥やパーティクルが生じることを大幅に低減できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜６を参照して、本発明の実施の形態の気相成長装置１０を詳細に説明する。
図１に示すように、この気相成長装置１０は枚葉式のリアクターとしての機能を備えており、反応容器１１内にサセプタ１２を備える。このサセプタ１２はその上面に座ぐり部１２ａを備え、この座ぐり部１２ａの底面１２ｃにシリコンウェーハ（基板）２０（以下ウェーハ２０）を載置させる。また、サセプタ１２は背面からサポート手段Ｐにより支えられている。このサポート手段Ｐは回転軸１４を備え、この回転軸１４は矢印ａで示す上下方向に移動可能に配設されていると共に、矢印ｂで示す方向に回転可能に配設されている。この回転軸１４の先端部から複数のスポーク１５が放射状に分岐している。これらスポーク１５の先端には垂直ピン１５ｂが設けられ、この垂直ピン１５ｂの先端がサセプタ１２の裏面に形成された凹部１２ｄに嵌入されている。
【００１３】
また、サセプタ１２はリフトピン１３を備え、このリフトピン１３はその頭部１３ａが拡径されている。このリフトピン１３は、座ぐり部１２ａの底面１２ｃに設けられた貫通孔１２ｂに挿通され、その頭部１３ａが座ぐり部１２ａの底面１２ｃに臨むように配設されている。さらに、リフトピン１３の軸部１３ｂはスポーク１５に設けられた貫通孔１５ａを貫通している。
【００１４】
ところで、上記リフトピン１３は、ＳｉＣからなる基材の表面にＣＶＤ法によりＳｉＣ膜を形成した後、その表面の粗さが５μm以下となるまで研磨されている。また、サセプタ１２は、カーボンからなる基材の表面にＳｉＣ膜を形成して構成されている。
また、本実施の形態のサセプタ１２では、リフトピン１３と摺動する部分についてはその表面粗さが５μm以下に研磨されている。より具体的には、サセプタ１２の貫通孔１２ｂはその内面が表面粗さ５μm以下に研磨されている。
【００１５】
このような気相成長装置１０により、以下の通りにしてウェーハ２０上にシリコン等の単結晶薄膜をエピタキシャル成長させることができる。
先ず、図１に示すように、リフトピン１３の後端を反応容器１１の底面に当接させた状態で、サポート手段Ｐを下降させると、リフトピン１３の頭部１３ａは座ぐり部１２ａの底面１２ｃから突き出される。この頭部１３ａにウェーハ２０をその裏面２１が接触するように載置する。
この状態でサポート手段Ｐを上昇させると、リフトピン１３の軸部１３ｂが貫通孔１２ｂの内面と摺動しながら、サセプタ１２が上昇する。そしてリフトピン１３の頭部１３ａが座ぐり部１２ａの底面１２ｃに没入するまでサセプタ１２を上昇させると、ウェーハ２０が座ぐり部１２ａの底面１２ｃに載置される。さらにサポート手段Ｐを上昇させて、図２に示すように、所定高さにウェーハ２０を位置させる。
【００１６】
こうして反応容器１１内にウェーハ２０を載置し、回転軸１４を回転させることでウェーハ２０を回転させると共に、赤外線ランプ１６によりウェーハ２０を上下から加熱しながら、ウェーハ２０上に単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる。この際、上方に設けられる供給管１１ａからは、キャリアガスとなるＨ2ガスと共に原料ガスを供給する。また、下方に設けられる供給管１１ｂからは、パージガスとなるＨ2ガスを上記原料ガスよりも高圧で供給する。これにより、原料ガスがサセプタ１２の下方に進入せずに、ウェーハ２０の表面にほぼ層流を形成しながら供給される。
【００１７】
こうしてエピタキシャル成長が終了したウェーハ２０を、サセプタ１２から取り出すには、サポート手段Ｐを下降させる。サポート手段Ｐを下降させていくと、リフトピン１３の後端が反応容器１１の底面に当接し、さらにサポート手段Ｐを下降させることで、ウェーハ２０の裏面２１に当接したリフトピン１３の頭部１３ａが、ウェーハ２０を座ぐり部１２ａから上方に突き出す（図１にウェーハ２０を突き出した状態を図示）。こうしてウェーハ２０を突き出した状態で、サセプタ１２とウェーハ２０との間に図示しないハンドラを挿入し、ウェーハ２０の受け渡しおよび搬送を行う。
なお、図１および図２では、リフトピン１３のうち二本だけを断面により図示しているが、リフトピン１３は互いに等間隔に離間する三箇所に配設されており、ウェーハ２０を三点から突き出すように構成されている。
【００１８】
［実施例］
ＣＶＤ法によりリフトピン１３の表面にＳｉＣ膜を所定膜厚に形成し、グラインダによりその表面粗さが最も大きな値を示す部分で５μmとなるまで研磨した。この研磨はリフトピン１３の表面全体に渡って行った。なお、リフトピン１３の研磨面を切断してその表面近傍をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）により観察し、研磨面の凹凸を実測することにより表面粗さが５μm以下まで研磨されていることを確認した。また、グラインダによる研磨には、リフトピン１３の表面にＳｉＣ膜を形成していることを考慮して同一の材質からなるＳｉＣの砥石を使用した（以下「共擦り」と称す）。このように共擦りすることで、ＳｉＣ膜の研磨面へ異物が混入することを防止できる。こうして研磨した表面を洗浄することにより研磨粉を充分に除去して、リフトピン１３を得た。また、サセプタ１２の貫通孔１２ｂの内面についても同様に表面粗さ５μm以下に研磨した。
【００１９】
こうして得られたリフトピン１３を枚葉式の気相成長装置１０に使用し、エピタキシャル成長が終了して気相成長装置１０から取り出した各ウェーハ２０上のパーティクル数を計測した結果を図３、図４に示す。パーティクルの計測は光散乱式のウェーハパーティクル検査装置により行った。なお、表面近傍に生じる結晶欠陥も、光散乱式のウェーハパーティクル検査装置により、パーティクルとして計測される。また、図３は０．１３μmより大きいパーティクルを計測した結果であり、図４は２０μmより大きいパーティクルを計測した結果である。また、図３、図４において、横軸は計測されたパーティクルの数を示しており、縦軸はウェーハ２０の枚数を示している。また、計測したウェーハ２０のＮ数は５５７４枚であった。
図３と図４の何れにおいても、パーティクルが全く計測されないウェーハが最も多く、パーティクルの増加に伴ってウェーハ枚数が次第に減少していく傾向であった。そして、図３に示すように、０．１３μmより大きいパーティクルを計測した場合、パーティクルが全く計測されなかったウェーハが全体のほぼ５０％を占め、ウェーハ１枚当たりに計測されたパーティクルの平均値は１．１６ヶ／ウェーハであり、標準偏差は２．１０であった。また、図４に示すように、２０μmより大きいパーティクルを計測した場合、パーティクルが全く計測されなかったウェーハが全体のほぼ９５％を占め、パーティクルの平均値は０．０６ヶ／ウェーハであり、標準偏差は０．２９であった。
【００２０】
［比較例］
従来のリフトピンを使用して枚葉式の気相成長装置によりエピタキシャル成長させた結果を図５、図６に示す。このリフトピンは、ＣＶＤ法によりその表面全体にＳｉＣ膜を形成したそのままの状態で使用し、その表面粗さは最も大きな値を示す部分で１００μm程度であった。なお、図５は０．１３μmより大きいパーティクルについての結果であり、図６は２０μmより大きいパーティクルについての結果である。また、横軸および縦軸は図３、図４と同様であり、計測したウェーハのＮ数は１１４９３枚であった。
図５および図６においても、図３および図４と同様に、パーティクルの増加に伴ってウェーハ枚数が次第に減少していく傾向であった。ただし、図５に示すように、０．１３μmより大きいパーティクルを計測した場合、パーティクルが全く計測されなかったウェーハは全体のほぼ３５％程度であり、パーティクルの平均値は１．７５ヶ／ウェーハであり、標準偏差は２．７３であった。また、図６に示すように、２０μmより大きいパーティクルを計測した場合、パーティクルが全く計測されなかったウェーハは全体のほぼ９０％程度であり、パーティクルの平均値は０．１３ヶ／ウェーハであり、標準偏差は０．４５であった。
【００２１】
以上の本実施例と比較例とのデータから、本実施例のリフトピン１３を使用すると、従来のリフトピンを使用するよりも、エピタキシャル成長後に計測されるパーティクル数が低減されることが判る。
即ち、図３と図５を比較すると、比較例ではパーティクルが全く計測されなかったウェーハが全体の３５％程度であったのに対して、本実施例ではパーティクルが全く計測されなかったウェーハが全体の５０％程度に増加することが判る。また、比較例ではパーティクルの平均値が１．７５ヶ／ウェーハであったのに対して、本実施例では１．１６ヶ／ウェーハに低減される。さらに、比較例では標準偏差が２．７３であったのに対して、本実施例では標準偏差が２．１０に低減される。
同様に、図４と図６を比較すると、パーティクルが全く計測されなかったウェーハが、従来、全体の９０％程度だったものが、本実施例では９５％程度に増加する。また、パーティクルの平均値が０．１３ヶ／ウェーハから０．０６ヶ／ウェーハに低減されると共に、標準偏差が０．４５から０．２９に低減される。
こうして、エピタキシャル成長中に発生する摩耗粉を低減することにより、パーティクルの付着や結晶欠陥の形成が低減されたエピタキシャルウェーハを高い歩留まりで得ることができる。
【００２２】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、本発明のリフトピン１３としてはその表面全体を研磨しても良いし、ウェーハ２０を座ぐり部１２ａの底面１２ｃに載置させたり、ウェーハ２０を座ぐり部１２ａの底面１２ｃから突き出すときに、リフトピン１３の表面が摺動する部分だけを研磨しても良い。
また、本実施例ではリフトピン１３をＳｉＣによる共擦りにより研磨したが、その他の手段を用いても良く、例えば、ダイヤモンド等のＳｉＣよりも硬い材質により、リフトピン１３を研磨しても良い。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、適宜に変更可能であることは勿論である。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、リフトピンのサセプタとの摺動面に研磨が施されているために、リフトピンを摺動させたときに生じる摩耗粉を大幅に低減できる。これにより、リフトピンが摺動しても摩耗粉等の異物が基板に付着せず、基板上に気相成長させる薄膜にパーティクルの付着や結晶欠陥が生じることを大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した一実施形態の気相成長装置１０であり、ウェーハ２０を座ぐり部１２ａから上方に突き出した様子を示す図である。
【図２】図１の気相成長装置１０であり、ウェーハ２０を座ぐり部１２ａに収容した状態を示す図である。
【図３】本実施例のリフトピンを使用して得られたエピタキシャルウェーハについて、０．１３μmより大きいパーティクルを計測した結果を示すグラフである。
【図４】本実施例のリフトピンを使用して得られたエピタキシャルウェーハについて、２０μmより大きいパーティクルを計測した結果を示すグラフである。
【図５】従来のリフトピンを使用して得られたエピタキシャルウェーハについて、０．１３μmより大きいパーティクルを計測した結果を示すグラフである。
【図６】従来のリフトピンを使用して得られたエピタキシャルウェーハについて、２０μmより大きいパーティクルを計測した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０    気相成長装置
１１    反応容器
１２    サセプタ
１２ａ  座ぐり部
１２ｂ  貫通孔
１３    リフトピン
２０    シリコンウェーハ（基板）
２１    シリコンウェーハの裏面
【図１】
0003931578.tif 000002
【図２】
0003931578.tif 000003
【図３】
0003931578.tif 000004
【図４】
0003931578.tif 000005
【図５】
0003931578.tif 000006
【図６】
0003931578.tif 000007