(57)【要約】  半導体基板付近の温度を正確に測定することができる半導体基板の支持体を提供する。  ウエハ支持体（１）の第１の支持板（２）と第２の支持板（３）は互いに略同一の熱伝導率を有する材料で構成されていると共に重なって一体となっており、第１の支持板（２）の中心領域に設けられた貫通孔をキャップ（７）が覆っている。ウエハ支持体（１）のウエハ支持部（４）には、シリコン半導体ウエハ（９）が載置されており、シリコン半導体ウエハ（９）と座ぐり部（４ａ）との間には空間が形成されている。第２の支持板（３）に設けられた溝部（５）内には、熱電対（６）がシリコン半導体ウエハ（９）の載置面と平行にかつ支持板の中心領域及び周辺領域に配置され、シリコン半導体ウエハの温度を測定する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の支持板が積み重ねられて構成され、反応室内で半導体基板を支持する半導体基板の支持体であって、
最上段に位置する前記支持板の表面に半導体基板が載置されるように構成され、
２段目以降に位置する前記支持板の表面の中心領域及び周辺領域に温度測定手段が配置された
半導体基板の支持体。
【請求項２】
２段目以降に位置する前記支持板の表面に溝部が形成され、
該溝部内に前記温度測定手段が配置された
請求項１に記載の半導体基板の支持体。
【請求項３】
前記複数の支持板は熱伝導率が略同一である
請求項１または請求項２に記載の半導体基板の支持体。
【請求項４】
前記複数の支持板は同一材料からなる
請求項１または請求項２に記載の半導体基板の支持体。
【請求項５】
前記温度測定手段は熱電対である
請求項１または請求項２に記載の半導体基板の支持体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の支持体に関する。詳しくは、２段目以降に位置する支持板の表面の中心領域及び周辺領域に温度測定手段を配置することによって、半導体基板の処理中の半導体基板付近の温度を正確に測定しようとした半導体基板の支持体に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板上にエピタキシャル層を析出成長させて得られた微小欠陥のない完全結晶表面部を有する基板は、近年、ＭＰＵやメモリＩＣにおいて多く用いられている。例えばシリコンエピタキシャル層を析出成長させる方法としては、高温に加熱されたシリコン基板上に、ＳｉＣｌ４等の材料ガスと水素等の基準ガスとを含む反応ガスを供給し、シリコン基板上にシリコン単結晶を堆積させそして成長させるＣＶＤ（化学気相成長）法等が挙げられる。【０００３】
エピタキシャル層を析出成長させる装置としては様々なものがあるが、図１に、エピタキシャル層を析出成長させる従来の半導体製造装置の一例である概略断面図を示す。【０００４】
ここで示す半導体製造装置は、反応室１０１と、反応室１０１の周辺に配されたハロゲンランプ１０６と、反応室１０１内にて半導体ウエハを支持するウエハ支持体１０２からなる。反応室１０１は、反応ガス導入口１０４が形成されたステンレス製の第1の締め具１０９と、反応ガス排出口１０５が形成されたステンレス製の第２の締め具１１０と、第1の締め具及び第２の締め具によって両端を締め付けて固定された石英ガラス板１０７から構成されている。【０００５】
上記のように構成された半導体製造装置を用いてエピタキシャル層を析出成長させる場合には、ウエハ支持体上に半導体ウエハ１０３を載置し、反応ガス導入口１０４から反応ガス１０８を導入し、反応ガス排出口１０５から反応ガス１０８を排出して反応室１０１内に反応ガスを流すと共に、ハロゲンランプ１０６を照射して、半導体ウエハ１０３を加熱する。この反応ガスと熱によってエピタキシャル層を析出成長させる。【０００６】
ところで、エピタキシャル層の析出成長は半導体基板を所定の温度まで加熱し、半導体基板の温度を所定の温度範囲内に維持しながら行なわれるが、安定した析出成長を行なうために半導体基板の温度が所定の温度範囲内にあるかどうかを正確に把握する必要があった。【０００７】
そこで、米国特許第６０５３９８２号明細書には、シャフトを通り上方へ熱電対が延びて支持体の中央下部で終わり、半導体基板の中央部付近の温度を正確に測定する旨記載されている。図２にシャフトを通り上方へ熱電対が延びた従来の支持体の概略断面図を示す。【０００８】
図２に示すウエハ支持体１１１は、上方部分１１２と下方部分１１３を備え、半導体ウエハ１１８はウエハ支持体の窪み内に突き出た間隔保持材（スペーサー）１１７に載っており、下方部分１１３にはガスが流れる溝１１５及び溝１１６が設けられている。また、熱電対１１４はシャフト１１９を通り支持体下方から上方部分１１２の中心領域まで延びており、半導体ウエハ１１８の中心付近の温度を測定している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の支持体のようにシャフトを通って支持体の中心付近まで延びる熱電対を用いた温度測定では、支持体の中心領域のみのしかも１箇所の温度測定にとどまり、支持体の面内温度分布は均一ではないため半導体ウエハ付近の温度を正確に測るには充分ではなく、また、複数枚式の支持体のように周辺領域に複数の半導体ウエハを載せる支持体の場合には、半導体ウエハの近くに熱電対が配置されたものではなく、半導体ウエハ付近の温度を正確に測るには充分ではなかった。【００１０】
本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、半導体基板付近の温度を正確に測定することができる半導体基板の支持体を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明の半導体基板の支持体は、複数の支持板が積み重ねられて構成され、反応室内で半導体基板を支持する支持体であって、最上段に位置する前記支持板の表面に半導体基板が載置されるように構成され、２段目以降に位置する前記支持板の表面の中心領域及び周辺領域に温度測定手段が配置される。【００１２】
ここで、２段目以降に位置する支持板に温度測定手段が配置されることによって、温度測定手段に反応生成物等が形成されて測定に支障をきたすことを低減できる。すなわち、最上段に位置する支持板の表面に温度測定手段を配置した場合には、反応室内での反応生成物等が温度測定手段に付着してしまうが、２段目以降に位置する支持板に配置されていれば、反応室内での反応生成物等が温度測定手段に付着することを低減できる。また、２段目以降に位置する支持板の表面の中心領域及び周辺領域に温度測定手段が配置されることによって、支持板の表面の中心領域のみならず周辺領域の温度も測定できて、支持板の複数個所の温度測定が可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る半導体基板の支持体は、半導体基板付近の温度を正確に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。【００１５】
図３は、本発明を適用した複数枚式の半導体基板の支持体の一例を示す概略分解斜視図である。円形のウエハ支持体１は、円形状に二段階に窪んでおりそのうち上段である半導体ウエハを支持するウエハ支持部４並びに下段の座ぐり部４ａで構成された半導体ウエハを載置する箇所が円環状に配置されている、中心に貫通孔が設けられた円形板状の第１の支持板２と、熱電対や光ファイバー等の温度測定手段が支持板の中心領域及び周辺領域に配置されるように溝部５が半径方向に１箇所設けられている、中心に貫通孔が設けられた円形板状の第２の支持板３と、駆動装置（不図示）に接続されウエハ支持体１を回動可能にさせる支持体回動部材８と、第１の支持板の中心の貫通孔を覆うキャップ７から構成されている。【００１６】
ここで、半導体ウエハを支持できるのであれば、半導体ウエハを載置する箇所は三段階に窪んでいてもよい。このような窪みに半導体ウエハを載置することで、反応ガス流による半導体ウエハの位置ずれを防止できる。【００１７】
ここで、熱電対や光ファイバー等の温度測定手段が２段目以降に位置する支持板の表面の中心領域及び周辺領域に配置できるのであれば、溝部は形成しなくてもよい。また、熱電対や光ファイバー等の温度測定手段が２段目以降の支持板の表面の中心領域及び周辺領域に配置できるのであれば、溝部は複数形成されてもよい。更に、熱電対や光ファイバー等の温度測定手段が２段目以降に位置する支持板の表面の中心領域及び周辺領域に配置できるのであれば、半径方向に溝部を形成しなくてもよく、例えば渦巻状に形成してもよい。また、熱電対や光ファイバー等の温度測定手段が２段目以降に位置する支持板の表面の中心領域及び周辺領域に配置できるのであれば、溝部は必ずしも中心領域及び周辺領域のどちらにも形成されている必要はなく、中心領域または周辺領域のどちらかに形成されていてもよい。
また、熱電対や光ファイバー等の温度測定手段が２段目以降に位置する支持板の表面の中心領域及び周辺領域に配置できるのであれば、２段目以降の支持板に形成された溝部に石英製のチューブを配置し、そしてこのチューブ内に熱電対や光ファイバー等の温度測定手段を配置してもよく、これにより反応ガスから温度測定手段を保護することができ、更に、温度測定手段が配置された石英製のチューブ内に不活性ガス、例えば窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン及びラドンから選ばれる少なくとも１種のガスを流して常に温度測定手段を清浄に保ってもよい。【００１８】
図４は、図３に示すウエハ支持体に半導体ウエハを載せたものを備えた半導体製造装置の一例を示す概略断面図であり、ウエハ支持体の断面は図３のＩ−Ｉ線に沿って切断したものである。
図４に示す半導体製造装置は、反応室１０と、反応室の周辺に配されたハロゲンランプ１３と、反応室内にてシリコン半導体ウエハ９を支持する円板状のウエハ支持体１からなる。反応室１０は、反応ガス導入口１１が形成されたステンレス製の第１の締め具１６と、反応ガス排出口１２が形成されたステンレス製の第２の締め具１７と、第１の締め具と第２の締め具によって両端を締め付けて固定された石英ガラス板１４からなる。ここで、第１の締め具１６と第２の締め具１７は、石英ガラス板１４を締め付けて固定できれば、石英製のものでもよい。【００１９】
ウエハ支持体１の第１の支持板２と第２の支持板３は互いに略同一の熱伝導率を有する材料で構成されていると共に重なって一体となっており、第１の支持板２の中心領域に設けられた貫通孔をキャップ７が覆っている。第１の支持板２と第２の支持板３は互いに略同一の熱伝導率を有する材料で構成されていることで、熱電対６がシリコン半導体ウエハ９と同じ面に配置されていなくても、シリコン半導体ウエハ９と同じ面に配置されている場合と同等の精度でシリコン半導体ウエハ付近の温度を測定できる。
ウエハ支持体１のウエハ支持部４には、シリコン半導体ウエハ９が載置されており、シリコン半導体ウエハ９と座ぐり部４ａとの間には空間が形成されている。第２の支持板３に設けられた溝部５内には、熱電対６がシリコン半導体ウエハ９の載置面と平行にかつ支持板の中心領域及び周辺領域に配置され、シリコン半導体ウエハ付近の温度を測定する。支持板の中心領域及び周辺領域に熱電対が配置されることで、支持板の複数個所での温度測定が可能となり、その結果、正確な温度測定が可能となる。また、支持体回動部材８は、駆動装置（不図示）に接続され、これによってウエハ支持体１は回動可能になっている。【００２０】
ここで、第１の支持板２と第２の支持板３は互いに略同一の熱伝導率を有する材料で構成されているが、熱電対を２段目以降に位置する支持板の表面の中心領域及び周辺領域に配置できるのであれば、第１の支持板２と第２の支持板３は互いに略同一の熱伝導率を有する材料で構成されていなくてもよい。また、第１の支持板２と第２の支持板３が互いに同一の材料（ＳｉＣ）で構成されていれば、更に精度よくシリコン半導体ウエハ付近の温度を測定できる。【００２１】
上記の半導体製造装置を用いてエピタキシャル析出成長を行なう場合には、反応室１０内の円板状のウエハ支持体１の第１の支持板２上にシリコン半導体ウエハ９を載置し、反応ガス導入口１１から四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスと水素ガスを含む反応ガス１５が反応室１０内に導入される。ＳｉＣｌ４ガスと水素ガスを含む反応ガス１５は、シリコン半導体ウエハ９付近に流れ、反応室周辺に配置されたハロゲンランプ１３から光を反応室内に照射し、シリコン半導体ウエハ９が加熱されて、熱と反応ガスとによってエピタキシャル析出成長が行なわれる。【００２２】
析出成長工程中、ウエハ支持体１の第２の支持板３の中心領域及び周辺領域に配置された熱電対６によってシリコン半導体ウエハ９が所定の温度（１０００〜１２００℃）まで加熱されているかどうかを、半導体ウエハ付近の温度を測定して調べ、所定の温度に達していない場合にはハロゲンランプ１３の熱量を増大させる等、適宜所定の温度に達するように温度制御する。熱電対６による温度測定は析出成長工程中、常に行なわれる。
ここで、第２の支持板３に熱電対６が配置されていることによって、第１の支持板２に熱電対が配置された場合に比べて、熱電対にエピタキシャル層が形成されにくく温度測定に支障をきたしにくいので、安定して温度測定ができる。また、第２の支持板３の中心領域及び周辺領域に熱電対が配置されているので、支持板の複数個所の温度測定が可能となり、その結果、枚葉式の支持体においては大面積の半導体ウエハ付近についての厳密な温度測定ができ、また複数枚式の支持体においては各々の半導体ウエハ付近についての温度測定精度が向上し、枚葉式の支持体及び複数枚式の支持体のどちらにおいても正確に半導体ウエハ付近の温度を測定できる。【００２３】
ここで、光源としてハロゲンランプを用いているが、光源はシリコン半導体ウエハ９を加熱できるものであればどのような光源でもよく、例えば赤外線ランプを用いてもよい。【００２４】
また、図４には、筐体形状の反応室を有する半導体製造装置の例を示しているが、本発明を適用した半導体製造装置は、上記のウエハ支持体を収容できて半導体ウエハを加熱できれば、どのような形状の反応室を有していてもよく、例えば半球状ドーム型の反応室、釣り鐘形の反応室を有していてもよい。【００２５】
また、本実施例では、シリコン基板を用いた例を挙げて説明を行なっているが、エピタキシャル成長が行なえる基板であればどのようなものでもよく、例えばガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板やテルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）基板を用いてもよい。また、基板上にエピタキシャル層を析出成長させることができれば、どのような材料ガスを用いてもよく、例えばガリウムヒ素基板を用いる場合には、Ｇａを含有するガスを用い、テルル化亜鉛基板を用いる場合には、Ｔｅを含有するガスを用いる。【００２６】
次に、エピタキシャル成長工程について説明する。
シリコン半導体ウエハ９を支持しているウエハ支持体１を駆動装置（不図示）により回転させながら、ハロゲンランプ１３によって１０００〜１２００℃までシリコン半導体ウエハ９を加熱する。【００２７】
次に、反応ガス導入口１１からＳｉＣｌ４ガスと水素ガスを含む反応ガス１５を反応室１０内へ導入して、エピタキシャル成長を行なう。【００２８】
反応ガス中の材料ガスとしてＳｉＣｌ４ガスが反応室１０内に導入されているが、シリコン原子を含んだ気体であればどのようなものでもよく、例えば三塩化シラン（ＳｉＨＣｌ３）ガス、二塩化シラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガス若しくはシラン（ＳｉＨ４）ガスを反応室１０内に導入してもよい。【００２９】
このように、第２の支持板に熱電対が配置されていることによって、第１の支持板に熱電対が配置された場合に比べて、熱電対にエピタキシャル層が形成されにくく温度測定の支障をきたしにくいので、安定して温度測定ができる。また、第２の支持板の中心領域及び周辺領域に熱電対が配置されているので、支持板の複数個所の温度測定が可能となり、枚葉式の支持体及び複数枚式の支持体のどちらにおいても正確に半導体ウエハ付近の温度を測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】エピタキシャル層を析出成長させる従来の半導体製造装置の一例である概略断面図である。
【図２】シャフトを通り上方へ熱電対が延びた従来の支持体の概略断面図である。
【図３】本発明を適用した複数枚式の半導体基板の支持体の一例を示す概略分解斜視図である。
【図４】図３に示すウエハ支持体に半導体ウエハを載せたものを備えた半導体製造装置の一例を示す概略断面図であり、ウエハ支持体の断面は図３のＩ−Ｉ線に沿って切断したものである。
【符号の説明】
【００３１】
１    ウエハ支持体
２    第１の支持板
３    第２の支持板
４    ウエハ支持部
４ａ  座ぐり部
５    溝部
６    熱電対
７    キャップ
８    支持体回動部材
９    シリコン半導体ウエハ
１０    反応室
１１    反応ガス導入口
１２    反応ガス排出口
１３    ハロゲンランプ
１４    石英ガラス板
１５    ＳｉＣｌ４ガスと水素ガスを含む反応ガス
１６    第１の締め具
１７    第２の締め具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2006046308.tif 000006
2006046308.tif 000007