JP5038381B2 - サセプタおよび成膜装置 - Google Patents

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Description

本発明は、サセプタおよびこれを用いた成膜装置に関する。
ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)等のパワーデバイスのように、比較的膜厚の大きい結晶膜を必要とする半導体素子の製造工程では、エピタキシャル成長技術が利用される。
膜厚の大きなエピタキシャルウェハを高い歩留まりで製造するには、均一に加熱されたウェハの表面に新たな原料ガスを次々に接触させて成膜速度を向上させる必要がある。そこで、ウェハを高速で回転させながらエピタキシャル成長させることが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１では、ウェハを支持するリング状のサセプタがサセプタ支えに嵌着されており、サセプタ支えに接続する回転軸が回転することによって、ウェハが回転する。ここで、サセプタは、その内周側に設けられた座ぐり内にウェハの外周部を受け入れる構造となっている。つまり、ウェハの裏面は、外周部の極狭い部分のみがサセプタに接触しており、残りの部分は、ウェハを裏面から加熱する均熱板の表面に向けて露出している。こうした構造の場合、加熱部や回転部で発生した金属原子などの汚染物質によってウェハが汚染され、エピタキシャル膜の電気特性が低下するおそれがあった。
また、特許文献１では、反応室内に導入された原料ガスとキャリアガスとの混合ガスは、ウェハの回転に伴う遠心力によって、ウェハの上面中心部から放射状に流れて外周部に掃き出された後、排気孔を通じて反応室の外部へ排出されるとある。しかしながら、この構造の場合、サセプタがリング状を呈することによって、掃き出されたガスの一部が、ウェハの外周部とサセプタの隙間を通ってサセプタの開口部へと流れ、ウェハとサセプタの間にエピタキシャル膜が形成される。すると、ウェハがサセプタに貼り付いてしまい、ウェハ搬送時の障害となるだけでなく、スリップと称される結晶欠陥が発生する原因ともなる。スリップは、ウェハに反りを生じさせたり、ＩＣデバイスにリークを起こしたりして、ＩＣデバイスの歩留まりを著しく減少させる。
そこで、ウェハの外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部と、第１のサセプタ部の開口部に密嵌される円盤状の第２のサセプタ部とからなるサセプタが提案されている。このサセプタによれば、第２のサセプタ部によって第１のサセプタ部の開口部が塞がれるので、加熱部や回転部で発生した汚染物質によってウェハが汚染されるのを防ぐことができる。また、ウェハの外周部とサセプタの隙間を通る混合ガスの流れを遮断することもできる。
特開平５−１５２２０７号公報
反応室内において、サセプタはその下方に配置されたヒータによって加熱される。ウェハが第１のサセプタ部と第２のサセプタ部に接していると、ウェハはこれらのサセプタ部を介して加熱される。このとき、ウェハの温度分布が均一でないと、形成されるエピタキシャル膜の膜厚が不均一になってしまう。また、ウェハが所定の位置に載置されない場合にも、ウェハの表面に所定の厚みの膜を均一に形成することができなくなる。そこで、ウェハを所定の位置に載置した状態で温度分布を均一にしてエピタキシャル成長できるようにする技術が求められている。
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものである。
すなわち、本発明の目的は、ウェハの貼り付きや金属汚染を低減するとともに、ウェハの均一な温度分布と位置ずれ防止とを実現するのに有効なサセプタを提供することにある。
また、本発明の目的は、スリップの発生を低減しつつ、均一な膜厚の膜を成膜することのできる成膜装置を提供することにある。
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
本発明の第１の態様は、リング状の第１のサセプタ部と、
第１のサセプタ部の開口部に密嵌されるとともに、第１のサセプタ部の外周部に接し、開口部と外周部の間で第１のサセプタ部との間に所定の間隔の隙間を有する第２のサセプタ部と、
基板を載置して加熱したときに、隙間にある熱膨張したガスが抜け出る孔とを備えたことを特徴とするサセプタに関する。
上記孔は、第１のサセプタ部の径方向または径方向と垂直な方向に設けられていることが好ましい。
また、第１のサセプタ部と第２のサセプタ部は、載置される基板に接することが好ましい。
さらに、上記孔の直径は、１．５ｍｍ以上で４．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
本発明の第２の態様は、基板に対して所定の処理を行う際に基板が載置されるサセプタであって、
基板の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部と、
第１のサセプタ部の外周部に接して設けられ、第１のサセプタ部の開口部を遮蔽する第２のサセプタ部とを有し、
第２のサセプタ部は、基板が第１のサセプタ部に支持された状態で基板との間に所定の間隔の隙間が形成されるように配置されるとともに、第１のサセプタ部との間にもこの隙間に連続し且つ所定の間隔と実質的に等しい間隔の隙間が形成されるように配置され、
基板を載置して加熱したときに、これらの隙間にある熱膨張したガスが抜け出る孔が設けられていることを特徴とするサセプタに関する。
上記孔は、第１のサセプタ部の径方向または径方向と垂直な方向に設けられていることが好ましい。
また、上記孔の直径は、１．５ｍｍ以上で４．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
本発明の第３の態様は、基板が搬入される成膜室と、
成膜室内で基板が載置されるサセプタと、
サセプタを介して基板を加熱する加熱部とを有し、
サセプタは、リング状の第１のサセプタ部と、
第１のサセプタ部の開口部に密嵌されるとともに、第１のサセプタ部の外周部に接し、開口部と外周部の間で第１のサセプタ部との間に所定の間隔の隙間を有する第２のサセプタ部と、
基板を載置して加熱したときに、隙間にある熱膨張したガスが抜け出る孔とを備えたことを特徴とする成膜装置に関する。
本発明の第４の態様は、基板が搬入される成膜室と、
成膜室内で基板が載置されるサセプタと、
サセプタを介して基板を加熱する加熱部とを有し、
サセプタは、基板の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部と、
第１のサセプタ部の外周部に接して設けられ、第１のサセプタ部の開口部を遮蔽する第２のサセプタ部とを有し、
第２のサセプタ部は、基板が第１のサセプタ部に支持された状態で基板との間に所定の間隔の隙間が形成されるように配置されるとともに、第１のサセプタ部との間にもこの隙間に連続し且つ所定の間隔と実質的に等しい間隔の隙間が形成されるように配置され、
基板を載置して加熱したときに、サセプタには、これらの隙間にある熱膨張したガスが抜け出る孔が設けられていることを特徴とする成膜装置に関する。
本発明の第５の態様は、基板が搬入される成膜室と、
成膜室内で基板が載置されるサセプタと、
サセプタを回転させる回転部と、
サセプタを介して基板を加熱する加熱部とを有し、
サセプタは、リング状の第１のサセプタ部と、
第１のサセプタ部の開口部に密嵌されるとともに、第１のサセプタ部の外周部に接し、開口部と外周部の間で第１のサセプタ部との間に所定の間隔の隙間を有する第２のサセプタ部とを備えており、
第２のサセプタ部には溝が設けられていて、回転部に設けられた孔と溝が連通するようにサセプタを配置し、基板を載置して加熱したときに、隙間にある熱膨張したガスが抜け出るようにしたことを特徴とする成膜装置に関する。
本発明の第６の態様は、基板が搬入される成膜室と、
成膜室内で基板が載置されるサセプタと、
サセプタを回転させる回転部と、
サセプタを介して基板を加熱する加熱部とを有し、
サセプタは、基板の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部と、
第１のサセプタ部の外周部に接して設けられ、第１のサセプタ部の開口部を遮蔽する第２のサセプタ部とを有し、
第２のサセプタ部は、基板が第１のサセプタ部に支持された状態で基板との間に所定の間隔の隙間が形成されるように配置されるとともに、第１のサセプタ部との間にもこの隙間に連続し且つ所定の間隔と実質的に等しい間隔の隙間が形成されるように配置され、
第２のサセプタ部に設けられた溝と、回転部に設けられた孔とを連通させ、基板を載置して加熱したときに、隙間にある熱膨張したガスが抜け出るようにしたことを特徴とする成膜装置に関する。
本発明の第７の態様は、成膜室内で基板を加熱しながら基板の上に所定の膜を形成する成膜方法であって、
基板の外周部をリング状の第１のサセプタ部で支持し、
第１のサセプタ部の開口部に密嵌して基板の外周部以外の部分を支持する第２のサセプタ部を、第１のサセプタ部の外周部に接し、且つ、開口部と外周部の間で第１のサセプタ部との間に所定の間隔の隙間が形成されるように配置し、
基板を載置して加熱したときに、加熱によって膨張した隙間にあるガスを成膜室内に排出しながら所定の膜を形成することを特徴とする成膜方法に関する。
本発明の第８の態様は、成膜室内で基板を加熱しながら基板の上に所定の膜を形成する成膜方法であって、
基板の外周部をリング状の第１のサセプタ部で支持し、
第１のサセプタ部の開口部を遮蔽する第２のサセプタ部を、第１のサセプタ部の外周部に接して設けるとともに、基板が第１のサセプタ部に支持された状態で基板と第２のサセプタ部との間に所定の間隔の隙間が形成されるように、また、第１のサセプタ部と第２のサセプタ部との間にもこの隙間に連続し且つ所定の間隔と実質的に等しい間隔の隙間が形成されるように配置し、
基板を載置して加熱したときに、加熱によって膨張したこれらの隙間にあるガスを成膜室内に排出しながら所定の膜を形成することを特徴とする成膜方法に関する。
本発明のサセプタによれば、ウェハの貼り付きや金属汚染を低減するとともに、ウェハの均一な温度分布と位置ずれ防止とを実現することができる。
本発明の成膜装置によれば、スリップの発生を低減しつつ、均一な膜厚の膜を成膜することができる。
実施の形態１における成膜装置の模式的な断面図である。 実施の形態１で、サセプタにウェハを載置した断面図の一例である。 ウェハの温度変化と上昇力の関係を示す一例である。 図２における第１のサセプタ部の平面図である。 実施の形態１におけるサセプタの別の例である。 図５のサセプタの一部拡大断面図である。 実施の形態２における成膜装置の模式的な断面図である。 図７における第２のサセプタ部の平面図である。 実施の形態３における成膜装置の模式的な断面図である。
実施の形態１．
図１は、本実施の形態における枚葉式の成膜装置１００の模式的な断面図である。
本実施の形態においては、基板としてシリコンウェハ１０１を用いる。但し、これに限られるものではなく、場合に応じて、他の材料からなるウェハを用いてもよい。
成膜装置１００は、成膜室としてのチャンバ１０３を有する。
チャンバ１０３の上部には、加熱されたシリコンウェハ１０１の表面に結晶膜を成長させるための原料ガスを供給するガス供給部１２３が設けられている。また、ガス供給部１２３には、原料ガスの吐出孔が多数形成されたシャワープレート１２４が接続している。シャワープレート１２４をシリコンウェハ１０１の表面と対向して配置することにより、シリコンウェハ１０１の表面に原料ガスが供給される。
チャンバ１０３の下部には、反応後の原料ガスを排気するためのガス排気部１２５が複数設けられている。ガス排気部１２５は、調整弁１２６および真空ポンプ１２７からなる排気機構１２８に接続している。また、排気機構１２８は、図示しない制御機構により制御されてチャンバ１０３内を所定の圧力に調整する。
チャンバ１０３の内部には、本実施の形態によるサセプタ１０２が、回転部１０４の上方に設けられている。サセプタ１０２は、高温下にさらされることから、例えば高純度のＳｉＣを用いて構成される。
回転部１０４は、円筒部１０４ａと回転軸１０４ｂを有している。回転軸１０４ｂが図示しないモータによって回転することにより、円筒部１０４ａを介してサセプタ１０２が回転する。
図１において、円筒部１０４ａは、上部が解放された構造であるが、サセプタ１０２が配置されることにより、上部が覆われて中空領域（以下、Ｐ２領域と称す。）を形成する。ここで、チャンバ１０３内をＰ１領域とすると、Ｐ２領域は、サセプタ１０２によって実質的にＰ１領域と隔てられた領域となる。
Ｐ２領域には、加熱部としてのインヒータ１２０とアウトヒータ１２１が設けられている。これらのヒータは、回転軸１０４ｂ内に設けられた略円筒状の石英製のシャフト１０８の内部を通る配線１０９によって給電され、サセプタ１０２を介してシリコンウェハ１０１をその裏面から加熱する。
加熱により変化するシリコンウェハ１０１の表面温度は、チャンバ１０３の上部に設けられた放射温度計１２２によって計測される。尚、シャワープレート１２４を透明石英製とすることによって、放射温度計１２２による温度測定が、シャワープレート１２４で妨げられないようにすることができる。計測した温度データは、図示しない制御機構に送られた後、インヒータ１２０およびアウトヒータ１２１の出力制御にフィードバックされる。これにより、シリコンウェハ１０１を所望の温度となるように加熱できる。
回転部１０４の回転軸１０４ｂは、チャンバ１０３の外部まで延設されており、図示しない回転機構に接続している。円筒部１０４ａが所定の回転数で回転することにより、サセプタ１０２を回転させることができ、ひいてはサセプタ１０２に支持されたシリコンウェハ１０１を回転させることができる。円筒部１０４ａは、シリコンウェハ１０１の中心を通り、且つ、シリコンウェハ１０１に直交する軸を中心として回転することが好ましい。
図２は、サセプタ１０２にシリコンウェハ１０１を載置した状態の断面図である。
図２に示すように、サセプタ１０２は、シリコンウェハ１０１の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部１０２ａと、第１のサセプタ部１０２ａの開口部を遮蔽する第２のサセプタ部１０２ｂとを有する。
図１に示すように、サセプタ１０２をチャンバ１０３内に設置すると、第２のサセプタ部１０２ｂによって第１のサセプタ部１０２ａの開口部が塞がれるので、Ｐ２領域で発生した汚染物質によってシリコンウェハ１０１が汚染されるのを防ぐことができる。また、シリコンウェハ１０１の外周部とサセプタ１０２の隙間を通って、原料ガスがＰ２領域に進入するのを防ぐこともできる。したがって、シリコンウェハ１０１とサセプタ１０２の間にエピタキシャル膜が形成されて、シリコンウェハ１０１がサセプタ１０２に貼り付いたり、スリップが発生したりするのを低減できる。
第１のサセプタ部１０２ａの開口部に第２のサセプタ部１０２ｂが密嵌された状態では、サセプタ１０２の外周部、すなわち、第１のサセプタ部１０２ａと第２のサセプタ部１０２ｂとの間に隙間２０１が形成される。隙間２０１の高さ、すなわち、隙間２０１における第１のサセプタ部１０２ａと第２のサセプタ部１０２ｂの距離は、例えば、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍとすることができる。隙間２０１を設けることにより、次のような効果が得られる。
図２に示すように、サセプタ１０２の上にシリコンウェハ１０１を載置すると、シリコンウェハ１０１は、第１のサセプタ部１０２ａと第２のサセプタ部１０２ｂに接する。この状態でシリコンウェハ１０１は、図１のインヒータ１２０とアウトヒータ１２１により、サセプタ１０２を介してその裏面から加熱される。このとき、インヒータ１２０とアウトヒータ１２１によって最初に加熱されるのは、第２のサセプタ部１０２ｂである。
隙間２０１がない場合、シリコンウェハ１０１の外周部は、第２のサセプタ部１０２ｂを通じて熱せられた第１のサセプタ部１０２ａによって加熱される。一方、シリコンウェハ１０１の外周部以外の部分は、第２のサセプタ部１０２ｂを介して加熱される。ここで、何らかの原因でシリコンウェハ１０１の外周部の温度が高くなると、エピタキシャル膜の膜厚が不均一になったり、シリコンウェハ１０１と第１のサセプタ部１０２ａとの接触部分に熱応力が集中して、サセプタ１０２の破損やスリップの発生を招いたりする。しかしながら、こうした問題は、隙間２０１を設けることで解消される。
第１のサセプタ部１０２ａと第２のサセプタ部１０２ｂの間に隙間２０１を設けると、シリコンウェハ１０１の外周部は、第２のサセプタ部１０２ｂから隙間２０１に存在する雰囲気ガスを介して伝熱された第１のサセプタ部１０２ａによって加熱される。ここで、第１のサセプタ部１０２ａや第２のサセプタ部１０２ｂを構成するＳｉＣは雰囲気ガスより熱抵抗が低い。したがって、隙間２０１を設けることで熱抵抗の高い雰囲気ガスが介在することになり、第２のサセプタ部１０２ｂから第１のサセプタ部に伝わる熱も低くなる。これにより、シリコンウェハ１０１の外周部における温度上昇が抑制される。
また、第１のサセプタ部１０２ａには、径方向と垂直な方向に孔（貫通孔）２０２が設けられている。これは、シリコンウェハ１０１の位置ずれ防止に効果的である。
隙間２０１にある雰囲気ガスは、加熱による温度上昇に伴って熱膨張する。孔２０２がないと、上昇した雰囲気ガスの圧力によって第１のサセプタ部１０２ａが押し上げられる。すると、第１のサセプタ部１０２ａに接するシリコンウェハ１０１に対し、シリコンウェハ１０１をその裏面から押し上げる力（以下、上昇力と称す。）が働く。その結果、シリコンウェハ１０１が所定の位置からずれてしまう。しかし、孔２０２があると、熱膨張した雰囲気ガスは孔２０２から抜け出るので、第１のサセプタ部１０２ａが押し上げられることはない。したがって、シリコンウェハ１０１に位置ずれが生じることもない。
図３は、ウェハの温度変化と上昇力の関係を示す一例である。この図に示すように、ウェハに働く上昇力は温度勾配によって変化する。例えば、質量５４ｇのシリコンウェハを７００秒程度かけて２００℃から７００℃まで加熱すると、上昇力は１．５×１０−２ｇｆ〜２×１０−２ｇｆの大きさになる。その後、加熱速度を落とすと上昇力は低下するが、再び加熱速度を上げると上昇力は大きくなる。例えば、２００秒程度で温度を７５０℃から１１００℃まで加熱すると、上昇力は２．５×１０−２ｇｆ〜２．８×１０−２ｇｆにもなる。かかる上昇力の発生を抑えるのに適当な孔の大きさ、個数および配置は、例えば、非定常熱流動解析を用いたシミュレーションによって求められる。ウェハの質量が上昇力の最大値より大きければ、ウェハに位置ずれは起こらない。したがって、この関係を満足する孔の大きさ、個数および配置を求めればよい。
図４は、図２における第１のサセプタ部１０２ａの平面図である。図４に示すように、孔２０２は、第１のサセプタ部１０２ａを３等分する位置に３個設けることができる。上記シミュレーションによれば、シリコンウェハ１０１の直径が２００ｍｍである場合、孔２０２の直径が２ｍｍであればウェハの上昇力を十分に抑制することができる。さらに、本発明者の検討によれば、シリコンウェハ１０１の直径が３００ｍｍである場合にも、孔２０２の直径を２ｍｍとし、第１のサセプタ部１０２ａを３等分する位置に３個設けることによって、シリコンウェハ１０１の上昇力を十分に抑制可能である。
孔の大きさ、個数および配置は、ウェハの直径やウェハにかかる応力の分布などに応じて適宜設定することが好ましい。
孔が小さすぎるとエピタキシャル成長膜によって孔が塞がれるおそれがある。また、孔部分に応力が集中してサセプタの破損を招くおそれもある。さらに、小さすぎる孔は加工が困難であるので、加工の容易性も考慮して大きさを決定する必要がある。一方、孔が大きすぎるとサセプタに温度分布が生じ、形成されるエピタキシャル膜の膜厚が不均一になってしまう。例えば、リング状の第１のサセプタ部において、孔の直径が幅方向の寸法（外径と内径の差）の５分の１を超えると、サセプタに温度分布が生じる。したがって、孔の直径はこの値を超えないようにするのがよい。例えば、シリコンウェハ１０１の直径が２００ｍｍである場合、第１のサセプタ部１０２ａの幅方向の寸法は２３ｍｍとすることができる。このとき、孔の直径は、１．５ｍｍ以上で４．５ｍｍ以下とするのが好ましい。
孔の個数は、３個に限られるものではなく、１個以上であればよい。但し、サセプタの均熱性を考慮すると複数個設けるのがよく、さらにサセプタに温度分布が生じるのを防ぐ点から３個とするのが特に好ましい。
孔を設ける箇所は、サセプタの温度分布と応力分布を考慮して決定する。温度勾配の大きいところに孔を設けるとサセプタの円周方向に引っ張り応力が増大して割れを招く。また、サセプタの応力分布の大きいところに孔を設けても割れを招くことになる。したがって、孔は、温度勾配のできるだけ小さいところや応力の集中していないところに設けるようにする。
図５は、本実施の形態におけるサセプタの別の例である。図５は、サセプタ１０２１にシリコンウェハ１０１を載置した状態を示している。また、図６は、図５の一部拡大断面図である。
図５および図６に示すように、サセプタ１０２１は、シリコンウェハ１０１の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部１０２ａ１と、第１のサセプタ部１０２ａ１の外周部に接して設けられ、第１のサセプタ部１０２ａ１の開口部を遮蔽する第２のサセプタ部１０２ｂ１とを有する。この構造によれば、図２に示すサセプタ１０２と同様の効果が得られる。
すなわち、サセプタ１０２１を図１のチャンバ１０３内に設置すると、第２のサセプタ部１０２ｂ１によって第１のサセプタ部１０２ａ１の開口部が塞がれるので、Ｐ２領域で発生した汚染物質によってシリコンウェハ１０１が汚染されるのを防ぐことができる。また、シリコンウェハ１０１の外周部とサセプタ１０２１の隙間を通って、原料ガスがＰ２領域に進入するのを防ぐこともできる。したがって、シリコンウェハ１０１とサセプタ１０２１の間にエピタキシャル膜が形成されて、シリコンウェハ１０１がサセプタ１０２１に貼り付いたり、スリップが発生したりするのを低減できる。
サセプタ１０２１は、第１のサセプタ部１０２ａ１と第２のサセプタ部１０２ｂ１との間に隙間２０１１を有する点で、図２のサセプタ１０２と同様である。しかし、サセプタ１０２１では、シリコンウェハ１０１と第２のサセプタ部１０２ｂ１との間にも隙間２０１１’が形成されている。
隙間２０１１’は、隙間２０１１に連続する空間である。すなわち、隙間２０１１と隙間２０１１’との間に、これらの空間を仕切る遮蔽物は設けられていない。隙間２０１１’を設けることで、シリコンウェハ１０１の位置ずれをより効果的に防ぐことができる。以下、この効果について詳述する。
シリコンウェハが第２のサセプタ部に接する構造であると、シリコンウェハをサセプタ上に載置する際に、シリコンウェハと第２のサセプタ部との間に雰囲気ガスが挟まれることがある。挟まれたガスの圧力はシリコンウェハの自重によって上昇し、その後、シリコンウェハと第２のサセプタの間からガスが抜け出るが、このときにシリコンウェハが所定の位置からずれてしまう。これに対して、図６のようにシリコンウェハ１０１を第１のサセプタ部１０２ａ１によって支持し、シリコンウェハ１０１と第２のサセプタ部１０２ｂ１との間に隙間２０１１’を設ける構成とすれば、上記問題を解消することが可能である。
また、第２のサセプタ部にシリコンウェハが接触していると、加熱による熱変形によってシリコンウェハに反りが発生し、シリコンウェハを回転させながらの成膜ができなくなるおそれがある。しかし、図６のように、シリコンウェハ１０１と第２のサセプタ部１０２ｂ１との間に隙間２０１１’を設ける構成とすれば、こうした問題を解消することもできる。
さらに、隙間２０１１と隙間２０１１’との間に、これらの空間を仕切る遮蔽物を設けないことにより、遮蔽物を通じて第２のサセプタ部１０２ｂ１からシリコンウェハ１０１や第１のサセプタ部１０２ａ１に熱が伝わり、シリコンウェハ１０１の特定部分の温度が上昇するのを防ぐこともできる。
サセプタ１０２１の上にシリコンウェハ１０１を載置すると、シリコンウェハ１０１の外周部は第１のサセプタ部１０２ａ１に接する。この状態で、図１のインヒータ１２０とアウトヒータ１２１により、サセプタ１０２１を介してシリコンウェハ１０１を裏面から加熱する。このとき、インヒータ１２０とアウトヒータ１２１によって最初に加熱されるのは、第２のサセプタ部１０２ｂ１である。その後、第２のサセプタ部１０２ｂ１から、隙間２０１１および隙間２０１１’に存在する雰囲気ガスや、第１のサセプタ部１０２ａ１を介して、シリコンウェハ１０１が加熱される。シリコンウェハ１０１が加熱される様子について、以下でさらに詳しく説明する。
シリコンウェハ１０１の外周部以外の部分は、第２のサセプタ部１０２ｂ１から、隙間２０１１’に存在する雰囲気ガスを介して加熱される。一方、シリコンウェハ１０１の外周部は、第１のサセプタ部１０２ａ１に接しているので、第１のサセプタ部１０２ａ１を通じて加熱される。この際、第１のサセプタ部１０２ａ１と第２のサセプタ部１０２ｂ１との間に隙間２０１１が設けられていることにより、シリコンウェハ１０１の外周部は次の２通りのルートを通じて加熱されることになる。
１つは、第２のサセプタ部１０２ｂ１から、隙間２０１１に存在する雰囲気ガスを介し、さらに第１のサセプタ部１０２ａ１を介してシリコンウェハ１０１が加熱されるルートである。他の１つは、第２のサセプタ部１０２ｂ１との接触部を通じて第１のサセプタ部１０２ａ１が加熱され、次いで、シリコンウェハ１０１が加熱されるルートである。どちらのルートも、まず、第２のサセプタ部１０２ｂ１がヒータで加熱され、次いで、この熱が第１のサセプタ部１０２ａ１に伝わるが、シリコンウェハ１０１の外周部に近い第１のサセプタ部１０２ａ１には、隙間２０１１に存在する雰囲気ガスを通じて熱が伝わる。一方、第２のサセプタ部１０２ｂ１から第１のサセプタ部１０２ａ１に直接的に熱が伝わる部分は、これらが接する部分、すなわち、第１のサセプタ部１０２ａ１の外周部であり、シリコンウェハ１０１の外周部から離れた部分である。つまり、隙間２０１１を設けることで、シリコンウェハ１０１の外周部に接する第１のサセプタ部１０２ａ１の温度は、隙間２０１１を設けない場合に比べて低くなる。
図６において、隙間２０１１の高さＨと、隙間２０１１’の高さＨ’とは、実質的に等しくなることが好ましい。これらの隙間に存在する雰囲気ガスの熱抵抗はＳｉＣより高いので、隙間の高さを調整することにより、シリコンウェハ１０１の温度分布を調整することができる。すなわち、高さＨと高さＨ’とを等しくすることで、シリコンウェハ１０１の温度分布を均一にすることができる。高さＨと高さＨ’とは、例えば、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲で等しい値とすることができるが、チャンバ内の圧力に応じて適宜設定することが好ましい。また、シリコンウェハ１０１の温度分布は、隙間２０１１の横方向の長さＬによっても調整することができる。Ｌが長くなると、第２のサセプタ部１０２ｂ１との接触部を通じて第１のサセプタ部１０２ａ１からシリコンウェハ１０１に伝わる熱量が減少しシリコンウェハ１０１の外周部の温度が低くなる。
第１のサセプタ部１０２ａ１には、径方向と垂直な方向に孔（貫通孔）２０２１が設けられている。これは、シリコンウェハ１０１の位置ずれ防止に効果的である。
隙間２０１１や隙間２０１１’にある雰囲気ガスは、加熱による温度上昇に伴って熱膨張する。孔２０２１がないと、上昇した雰囲気ガスの圧力によって第１のサセプタ部１０２ａ１が押し上げられる。すると、第１のサセプタ部１０２ａ１に接するシリコンウェハ１０１に対して上昇力が働く。その結果、シリコンウェハ１０１が所定の位置からずれてしまう。しかし、孔２０２１があると、熱膨張した雰囲気ガスは孔２０２１から抜け出るので、第１のサセプタ部１０２ａ１が押し上げられることはない。したがって、シリコンウェハ１０１に位置ずれが生じることもない。
孔の大きさ、個数および配置は、上述した図２のサセプタ１０２ａと同様にして決定することができる。例えば、シリコンウェハ１０１の直径が２００ｍｍである場合、孔２０２１の直径を２ｍｍとし、第１のサセプタ部１０２ａ１を３等分する位置に３個設けることによって、シリコンウェハ１０１の上昇力を十分に抑制することができる。シリコンウェハ１０１の直径が３００ｍｍであっても同様である。
孔の大きさ、個数および配置は、ウェハの直径やウェハにかかる応力の分布などに応じて適宜設定することが好ましい。
孔が小さすぎるとエピタキシャル成長膜によって孔が塞がれるおそれがある。また、孔部分に応力が集中してサセプタの破損を招くおそれもある。さらに、小さすぎる孔は加工が困難であるので、加工の容易性も考慮して大きさを決定する必要がある。一方、孔が大きすぎるとサセプタに温度分布が生じ、形成されるエピタキシャル膜の膜厚が不均一になる。例えば、リング状の第１のサセプタ部において、孔の直径が幅方向の寸法（外径と内径の差）の５分の１を超えると、サセプタに温度分布が生じる。したがって、孔の直径はこの値を超えないようにするのがよい。例えば、シリコンウェハ１０１の直径が２００ｍｍである場合、第１のサセプタ部１０２ａの幅方向の寸法は２３ｍｍとすることができる。このとき、孔の直径は、１．５ｍｍ以上で４．５ｍｍ以下とするのが好ましい。
孔の個数は、３個に限られるものではなく、１個以上であればよい。但し、サセプタの均熱性を考慮すると複数個設けるのがよく、さらにサセプタに温度分布が生じるのを防ぐ点から３個とするのが特に好ましい。
孔を設ける箇所は、サセプタの温度分布と応力分布を考慮して決定する。温度勾配の大きいところに孔を設けるとサセプタの円周方向に引っ張り応力が増大して割れを招く。また、サセプタの応力分布の大きいところに孔を設けても割れを招くことになる。したがって、孔は、温度勾配のできるだけ小さいところや応力の集中していないところに設けるようにする。
尚、サセプタ１０２１において、第１のサセプタ部１０２ａ１と第２のサセプタ部１０２ｂ１とは、それぞれ別個に形成された後に組み合わされた構造とすることができるが、最初から一体となった構造としてもよい。
以上述べたように、本実施の形態のサセプタによれば、第１のサセプタ部と第２のサセプタ部との間に隙間があるので、ウェハの外周部に第１のサセプタ部が接することによってこの部分が加熱される構成であっても、外周部に接する第１のサセプタ部の温度は隙間がない場合に比べて低くなる。したがって、ウェハの外周部の温度が、外周部以外の部分の温度より急激に上昇することがないので、ウェハの均一な温度分布が妨げられない。また、ウェハと第１のサセプタ部との接触部分における熱応力の集中が低減されるので、サセプタが破損したり、ウェハにスリップが発生したりするのを低減することもできる。
また、本実施の形態のサセプタによれば、第１のサセプタ部に孔が設けられているので、第１のサセプタ部と第２のサセプタ部との間の隙間にある雰囲気ガスは孔を通じて外部に抜け出せる。したがって、加熱により雰囲気ガスが膨張しても第１のサセプタ部が押し上げられることがなく、ウェハに位置ずれが生じるのを防ぐことが可能である。
さらに、本実施の形態のサセプタを用いた成膜装置によれば、スリップの発生を低減しつつ、均一な膜厚の膜をウェハ上に成膜することができる。
実施の形態２．
図７は、本実施の形態における枚葉式の成膜装置１００’の模式的な断面図である。尚、図７において、図１と同じ符号を付した部分は同じものであることを示している。また、基板としてシリコンウェハ１０１を用いるが、これに限られるものではなく、場合に応じて他の材料からなるウェハを用いてもよい。
成膜装置１００’は、成膜室としてのチャンバ１０３を有する。チャンバ１０３の内部には、本実施の形態によるサセプタ１０２’が、回転部１０４’の上方に設けられている。サセプタ１０２’は、高温下にさらされることから、例えば高純度のＳｉＣを用いて構成される。また、回転部１０４’には、後述する溝２０３とチャンバ１０３内のＰ１領域とをつなぐ孔（貫通孔）２０４が設けられている。
サセプタ１０２’は、シリコンウェハ１０１の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部１０２ａ’と、第１のサセプタ部１０２ａ’の開口部を遮蔽する第２のサセプタ部１０２ｂ’とを有する。
図７に示すように、サセプタ１０２’をチャンバ１０３内に設置すると、第２のサセプタ部１０２ｂ’によって第１のサセプタ部１０２ａ’の開口部が塞がれるので、Ｐ２領域で発生した汚染物質によってシリコンウェハ１０１が汚染されるのを防ぐことができる。また、シリコンウェハ１０１の外周部とサセプタ１０２’の隙間を通って、原料ガスがＰ２領域に進入するのを防ぐこともできる。したがって、シリコンウェハ１０１とサセプタ１０２’の間にエピタキシャル膜が形成されて、シリコンウェハ１０１がサセプタ１０２’に貼り付いたり、スリップが発生したりするのを低減できる。
第１のサセプタ部１０２ａ’の開口部に第２のサセプタ部１０２ｂ’が密嵌された状態において、サセプタ１０２’の外周部、すなわち、第１のサセプタ部１０２ａ’と第２のサセプタ部１０２ｂ’との間には隙間２０１が形成されている。隙間２０１の高さ、すなわち、第１のサセプタ部１０２ａ’と第２のサセプタ部１０２ｂ’の距離は、例えば、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍとすることができる。シリコンウェハ１０１の外周部が何らかの原因で温度が高い場合、隙間２０１を設けることでシリコンウェハ１０１を均一に加熱することが可能である。つまり、サセプタ１０２’の構成によれば、シリコンウェハ１０１の外周部は、第２のサセプタ部１０２ｂ’から隙間２０１に存在する雰囲気ガスを介して伝熱された第１のサセプタ部１０２ａ’によって加熱される。ここで、第１のサセプタ部１０２ａ’や第２のサセプタ部１０２ｂ’を構成するＳｉＣは雰囲気ガスより熱抵抗が低い。したがって、隙間２０１を設けることで熱抵抗の高い雰囲気ガスが介在することになり、第２のサセプタ部１０２ｂ’から第１のサセプタ部１０２ａ’に伝わる熱も低くなる。これにより、シリコンウェハ１０１の外周部における温度上昇が抑制される。
図８は、第２のサセプタ部１０２ｂ’の平面図である。この図に示すように、第２のサセプタ部１０２ｂ’には溝２０３が設けられている。サセプタ１０２’は、図７に示すように、回転部１０４’に設けられた孔２０４に溝２０３が連通するように配置される。このような構成とすることにより、シリコンウェハ１０１の位置ずれが防止できる。この効果について以下に詳述する。
隙間２０１にある雰囲気ガスは、加熱による温度上昇に伴って熱膨張する。溝２０３およびこれに連通する孔２０４がないと、上昇した雰囲気ガスの圧力によって第１のサセプタ部１０２ａ’が押し上げられる。すると、第１のサセプタ部１０２ａ’に接するシリコンウェハ１０１に対して上昇力が働く。その結果、シリコンウェハ１０１が所定の位置から動いてしまう。しかし、本実施の形態の構成によれば、熱膨張した雰囲気ガスは溝２０３と孔２０４を通じてＰ１領域へ抜け出る。これにより、第１のサセプタ部１０２ａ’が押し上げられて、シリコンウェハ１０１に位置ずれが生じるのを防ぐことができる。また、本実施の形態の構成によれば、エピタキシャル成長膜によって孔２０４が塞がれるおそれは低く、この点で見れば実施の形態１で述べた構成よりも有利である。
溝２０３および孔２０４の大きさ、個数および配置は、シリコンウェハ１０１の直径やこれにかかる応力の分布などに応じて適宜設定することが好ましい。
溝および孔が小さすぎると、この部分に応力が集中してサセプタの破損を招くおそれがある。さらに、小さすぎる溝や孔は加工が困難であるので、加工の容易性も考慮して大きさを決定する必要がある。一方、溝や孔が大きすぎるとサセプタに温度分布が生じ、形成されるエピタキシャル膜の膜厚が不均一になってしまう。したがって、こうした点も考慮して大きさを決定するのがよい。
溝および孔の個数は１個以上であればよいが、サセプタの均熱性や応力分布を考慮すると複数個設けることが好ましい。
以上述べたように、本実施の形態の成膜装置によれば、サセプタに溝が設けられている。そして、サセプタは、溝と回転部に設けられた孔とが連通するように配置される。これにより、第１のサセプタ部と第２のサセプタ部との間にある雰囲気ガスが溝と孔を通じて外部に抜け出せる。したがって、加熱により雰囲気ガスが膨張しても第１のサセプタ部が押し上げられることはなく、ウェハに位置ずれが生じるのを防ぐことが可能である。
尚、本実施の形態では、シリコンウェハ１０１が第２のサセプタ部１０２ｂ’に接している例について述べたが、図５のように、シリコンウェハと第２のサセプタ部の間に隙間が設けられた構成であってもよい。
実施の形態３．
図９は、本実施の形態における枚葉式の成膜装置１００’’の模式的な断面図である。尚、図９において、図１と同じ符号を付した部分は同じものであることを示している。また、基板としてシリコンウェハ１０１を用いるが、これに限られるものではなく、場合に応じて他の材料からなるウェハを用いてもよい。
成膜装置１００’’は、成膜室としてのチャンバ１０３を有する。チャンバ１０３の内部には、本実施の形態によるサセプタ１０２’’が、回転部１０４’’の上に設けられている。サセプタ１０２’’は、高温下にさらされることから、例えば高純度のＳｉＣを用いて構成される。
サセプタ１０２’’は、シリコンウェハ１０１の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部１０２ａ’’と、第１のサセプタ部１０２ａ’’の開口部を遮蔽する第２のサセプタ部１０２ｂ’’とを有する。
図９に示すように、サセプタ１０２’’をチャンバ１０３内に設置した状態では、第２のサセプタ部１０２ｂ’’によって第１のサセプタ部１０２ａ’’の開口部が塞がれているので、Ｐ２領域で発生した汚染物質によってシリコンウェハ１０１が汚染されるのを防ぐことができる。また、シリコンウェハ１０１の外周部とサセプタ１０２’’の隙間を通って、原料ガスがＰ２領域に進入するのを防ぐこともできる。したがって、シリコンウェハ１０１とサセプタ１０２’’の間にエピタキシャル膜が形成されて、シリコンウェハ１０１がサセプタ１０２’’に貼り付いたり、スリップが発生したりするのを低減できる。
第１のサセプタ部１０２ａ’’の開口部に第２のサセプタ部１０２ｂ’’が密嵌された状態において、サセプタ１０２’’の外周部、すなわち、第１のサセプタ部１０２ａ’’と第２のサセプタ部１０２ｂ’’との間には隙間２０１が形成されている。隙間２０１の高さ、すなわち、隙間２０１における第１のサセプタ部１０２ａ’’と第２のサセプタ部１０２ｂ’’の距離は、例えば、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍとすることができる。シリコンウェハ１０１の外周部が何らかの原因で温度が高い場合、隙間２０１を設けることにより、シリコンウェハ１０１を均一に加熱することが可能である。つまり、サセプタ１０２’’の構成によれば、シリコンウェハ１０１の外周部は、第２のサセプタ部１０２ｂ’’から隙間２０１に存在する雰囲気ガスを介して伝熱された第１のサセプタ部１０２ａ’’によって加熱される。ここで、第１のサセプタ部１０２ａ’’や第２のサセプタ部１０２ｂ’’を構成するＳｉＣは雰囲気ガスより熱抵抗が低い。したがって、隙間２０１を設けることで熱抵抗の高い雰囲気ガスが介在することになり、第２のサセプタ部１０２ｂ’’から第１のサセプタ部１０２ａ’’に伝わる熱も低くなる。これにより、シリコンウェハ１０１の外周部における温度上昇が抑制される。
本実施の形態のサセプタ１０２’’には、サセプタ１０２’’の径方向に、隙間２０１とチャンバ１０３内のＰ１領域とをつなぐ孔（貫通孔）２０５が設けられている。孔２０５は、実施の形態２におけるような溝を第２のサセプタ部１０２ｂ’’に設けることで形成できる。このような構成とすることにより、シリコンウェハ１０１の位置ずれが防止できる。この効果について以下に詳述する。
隙間２０１にある雰囲気ガスは、加熱による温度上昇に伴って熱膨張する。孔２０５がないと、上昇した雰囲気ガスの圧力によって第１のサセプタ部１０２ａ’’が押し上げられる。すると、第１のサセプタ部１０２ａ’’に接するシリコンウェハ１０１に対して上昇力が働く。その結果、シリコンウェハ１０１が所定の位置から動いてしまう。しかし、本実施の形態の構成によれば、熱膨張した雰囲気ガスは孔２０５を通じてＰ１領域へ抜け出る。これにより、第１のサセプタ部１０２ａ’’が押し上げられて、シリコンウェハ１０１に位置ずれが生じるのを防ぐことができる。また、本実施の形態の構成によれば、エピタキシャル成長膜によって孔２０５が塞がれるおそれは低く、この点で見れば実施の形態１で述べた構成よりも有利である。
孔２０５の大きさ、個数および配置は、シリコンウェハ１０１の直径やこれにかかる応力の分布などに応じて適宜設定することが好ましい。
孔が小さすぎると、この部分に応力が集中してサセプタの破損を招くおそれがある。さらに、小さすぎる孔は加工が困難であるので、加工の容易性も考慮して大きさを決定する必要がある。一方、孔が大きすぎるとサセプタに温度分布が生じ、形成されるエピタキシャル膜の膜厚が不均一になってしまう。したがって、こうした点も考慮して大きさを決定するのがよい。
孔の個数は１個以上であればよいが、サセプタの均熱性や応力分布を考慮すると複数個設けることが好ましい。
以上述べたように、本実施の形態のサセプタによれば、第１のサセプタ部と第２のサセプタ部との間に隙間があるので、ウェハの外周部に第１のサセプタ部が接することによってこの部分が加熱される構成であっても、外周部に接する第１のサセプタ部の温度は隙間がない場合に比べて低くなる。したがって、ウェハの外周部の温度が、外周部以外の部分の温度より急激に上昇することがないので、ウェハの均一な温度分布が妨げられない。また、ウェハと第１のサセプタ部との接触部分における熱応力の集中が低減されるので、サセプタが破損したり、ウェハにスリップが発生したりするのを低減することもできる。
また、本実施の形態の成膜装置によれば、サセプタの径方向に隙間とチャンバ内とをつなぐ孔が設けられているので、隙間にある雰囲気ガスは孔を通じてチャンバ内に抜け出せる。したがって、加熱により雰囲気ガスが膨張しても第１のサセプタ部が押し上げられることがなく、ウェハに位置ずれが生じるのを防ぐことが可能である。
尚、本実施の形態では、シリコンウェハ１０１が第２のサセプタ部１０２ｂ’’に接している例について述べたが、図５のように、シリコンウェハと第２のサセプタ部の間に隙間が設けられた構成であってもよい。また、上記例では、第２のサセプタ部１０２ｂ’’に溝を設けることで、サセプタ１０２’’の径方向に、隙間２０１とチャンバ１０３内のＰ１領域とをつなぐ孔（貫通孔）２０５を設けたが、第１のサセプタ部１０２ａ’’に溝を設けてもよい。
実施の形態４．
図２に示すサセプタを用いた成膜方法の一例について、図１を参照しながら説明する。この成膜方法によれば、スリップの発生を低減しつつ、均一な膜厚の膜を成膜することができる。尚、図２のサセプタに代えて図５に示すサセプタを用いてもよい。また、図１の成膜装置に代えて、図７または図９に示す成膜装置を用いてもよい。
まず、図２のようにサセプタ１０２の上にシリコンウェハ１０１を載置する。具体的には、シリコンウェハ１０１の外周部をリング状の第１のサセプタ部１０２ａで支持し、外周部以外の部分を第２のサセプタ部１０２ｂで支持する。第２のサセプタ部１０２ｂは、第１のサセプタ部１０２ａの外周部に接しており、第１のサセプタ部１０２ａの開口部を遮蔽するように配置される。このとき、第１のサセプタ部１０２ａと第２のサセプタ部１０２ｂとの間には隙間２０１が形成される。尚、シリコンウェハ１０１の直径は、例えば、２００ｍｍまたは３００ｍｍとすることができる。
次いで、常圧下または適当な減圧下で水素ガスを流しながら、回転部１０４に付随させて、シリコンウェハ１０１を５０ｒｐｍ程度で回転させる。
次に、インヒータ１２０およびアウトヒータ１２１によってシリコンウェハ１０１を１１００℃〜１２００℃に加熱する。例えば、成膜温度である１１５０℃まで徐々に加熱する。
放射温度計１２２による測定でシリコンウェハ１０１の温度が１１５０℃に達したことを確認した後は、徐々にシリコンウェハ１０１の回転数を上げていく。そして、ガス供給部１２３からシャワープレート１２４を介して原料ガスをチャンバ１０３の内部に供給する。本実施の形態においては、原料ガスとしてトリクロロシランを用いることができ、キャリアガスとしての水素ガスと混合した状態で、ガス供給部１２３からチャンバ１０３の内部に導入する。
チャンバ１０３の内部に導入された原料ガスは、シリコンウェハ１０１の方に流下する。そして、シリコンウェハ１０１の温度を１１５０℃に維持し、サセプタ１０２を９００ｒｐｍ以上の高速で回転させながら、ガス供給部１２３からシャワープレート１２４を介して次々に新たな原料ガスをシリコンウェハ１０１に供給する。これにより、高い成膜速度で効率よくエピタキシャル膜を成膜させることができる。
このように、原料ガスを導入しつつサセプタ１０２を回転させることにより、シリコンウェハ１０１の上に均一な厚さのシリコンのエピタキシャル層を成長させることができる。例えば、パワー半導体の用途では、３００ｍｍのシリコンウェハ上に１０μｍ以上、多くは１０μｍ〜１００μｍ程度の厚膜が形成される。厚膜を形成するには、成膜時の基板の回転数を高くするのがよく、例えば、上記のように９００ｒｐｍ程度の回転数とするのがよい。
尚、シリコンウェハ１０１のチャンバ１０３内への搬入、あるいは、チャンバ１０３外への搬出には、公知の方法を適用することができる。
例えば、図１において、図示しない搬送用ロボットを用い、シリコンウェハ１０１をチャンバ１０３へと搬入する。ここで、回転部１０４の内部には、回転軸１０４ｂの内部を貫通する図示しない昇降ピンが設けられているとする。昇降ピンを上昇させて第１のサセプタ部１０２ａを支持した後、昇降ピンをさらに上昇させて、第１のサセプタ部１０２ａを第２のサセプタ部１０２ｂから持ち上げて引き離す。さらに第１のサセプタ部１０２ａを上昇させて、搬送用ロボットに支持されたシリコンウェハ１０１の下面を第１のサセプタ部１０２ａで支持する。第１のサセプタ部１０２ａのシリコンウェハ１０１と対向する面に、図示しない複数の凸部を設けておけば、凸部でシリコンウェハ１０１を支持するようにすることができる。次いで、シリコンウェハ１０１を搬送用ロボットから引き離し、第１のサセプタ部１０２ａのみでシリコンウェハ１０１を支持する。シリコンウェハ１０１を第１のサセプタ部１０２ａに受け渡した後の搬送用ロボットは、チャンバ１０３内から退去させる。次に、シリコンウェハ１０１を受け取った第１のサセプタ部１０２ａを、昇降ピンで支持したままの状態で下降させる。そして、第１のサセプタ部１０２ａを初期位置に戻す。このようにして、シリコンウェハ１０１をサセプタ１０２上の成膜処理が可能な位置に載置することができる。成膜処理を終えた後は、上記と逆の操作によりシリコンウェハ１０１を第１のサセプタ部１０２ａから搬送用ロボットに受け渡し、チャンバ１０３の外部へと搬出する。
尚、図５に示すサセプタ１０２ａ１を用いた場合にも、上記と同様にしてシリコンウェハ１０１を搬出入することができる。
図２に示すサセプタ１０２において、第１のサセプタ部１０２ａと第２のサセプタ部１０２ｂとが一体的に構成されたものである場合には、例えば、ベルヌーイ効果を利用してシリコンウェハ１０１を搬送することができる。例えば、シリコンウェハの裏面の中央部近傍から周縁部方向に向けて、放射状に保持ガスが噴き出されるようにする。すると、ベルヌーイ効果が生じて、シリコンウェハを浮上させて保持することができる。尚、図５に示すサセプタ１０２１であって、第１のサセプタ部１０２ａ１と第２のサセプタ部１０２ｂ１とが一体的に構成されたものを用いる場合も同様である。
尚、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
例えば、実施の形態１では第１のサセプタに孔を設けて、第１のサセプタ部と第２のサセプタ部との間にある雰囲気ガスが孔を通じて外部に抜け出せるようにした。また、実施の形態２では、第２のサセプタ部に溝を、回転部に孔をそれぞれ設け、これらが連通するように配置することによって、第１のサセプタ部と第２のサセプタ部との間にある雰囲気ガスが溝と孔を通じて外部に抜け出せるようにした。さらに、実施の形態３では、サセプタの径方向に孔を設け、第１のサセプタ部と第２のサセプタ部との間にある雰囲気ガスが孔を通じて外部に抜け出せるようにした。しかしながら、本発明のサセプタの構造は、これらに限られるものではなく、第１のサセプタ部と第２のサセプタ部の間にある雰囲気ガスがサセプタに設けられた孔を通じて外部に抜け出せる構造であればよい。但し、サセプタのヒータと対向する面に孔を設けると、加熱部や回転部で発生した金属原子などの汚染物質がこの孔を通じて移動してウェハを汚染するおそれがある。したがって、サセプタのヒータと対向する面以外の部分に孔を設けることが好ましい。
また、上記各実施の形態では、シリコンウェハを回転させながら成膜する構成としたが、シリコンウェハを回転させずに成膜してもよい。
また、上記各実施の形態では、成膜装置の一例としてエピタキシャル成長装置を挙げたが、本発明はこれに限られるものではない。成膜室内に反応ガスを供給し、成膜室内に載置されるウェハを加熱してウェハの表面に膜を形成する成膜装置であれば、ＣＶＤ装置などの他の成膜装置であってもよい。
さらに、本発明は、ウェハを加熱しながらウェハに対してアッシングなどの処理を行う場合にも適用することができる。すなわち、本発明のサセプタによれば、ウェハの位置ずれをおこさずにその温度分布を均一にすることができるので、ウェハに対して均一な処理を行うことが可能である。
１００、１００’、１００’’…成膜装置
１０１…シリコンウェハ
１０２、１０２１、１０２’、１０２’’…サセプタ
１０３…チャンバ
１０４、１０４’、１０４’’…回転部
１０４ａ、１０４ａ’、１０４ａ’’…円筒部
１０４ｂ，１０４ｂ’、１０４ｂ’’…回転軸
１０８…シャフト
１０９…配線
１２６…調整弁
１２７…真空ポンプ
１２８…排気機構
１２０…インヒータ
１２１…アウトヒータ
１２２…放射温度計
１２３…ガス供給部
１２４…シャワープレート
１２５…ガス排気部
２０１、２０１１、２０１１’…隙間
１０２ａ、１０２ａ１、１０２ａ’、１０２ａ’’…第１のサセプタ部
１０２ｂ、１０２ｂ１、１０２ｂ’、１０２ｂ’’…第２のサセプタ部
２０２、２０２１、２０４、２０５…孔
２０３…溝

Claims (4)

  1. リング状の第１のサセプタ部と、
    前記第１のサセプタ部の開口部に密嵌されるとともに、前記第１のサセプタ部の外周部に接し、前記開口部と前記外周部の間で前記第１のサセプタ部との間に所定の間隔の隙間を有する第２のサセプタ部と、
    基板を載置して加熱したときに、前記隙間にある熱膨張したガスが抜け出る孔とを備え、
    前記孔は、前記第１のサセプタ部の径方向と垂直な方向に設けられていることを特徴とするサセプタ。
  2. 基板に対して所定の処理を行う際に前記基板が載置されるサセプタであって、
    前記基板の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部と、
    前記第１のサセプタ部の外周部に接して設けられ、前記第１のサセプタ部の開口部を遮蔽する第２のサセプタ部とを有し、
    前記第２のサセプタ部は、前記基板が前記第１のサセプタ部に支持された状態で前記基板との間に所定の間隔の隙間が形成されるように配置されるとともに、前記第１のサセプタ部との間にも前記隙間に連続し且つ前記所定の間隔と実質的に等しい間隔の隙間が形成されるように配置され、
    前記基板を載置して加熱したときに、これらの隙間にある熱膨張したガスが抜け出る孔が設けられており、
    前記孔は、前記第１のサセプタ部の径方向と垂直な方向に設けられていることを特徴とするサセプタ。
  3. 基板が搬入される成膜室と、
    前記成膜室内で前記基板が載置されるサセプタと、
    前記サセプタを介して前記基板を加熱する加熱部とを有し、
    前記サセプタは、リング状の第１のサセプタ部と、
    前記第１のサセプタ部の開口部に密嵌されるとともに、前記第１のサセプタ部の外周部に接し、前記開口部と前記外周部の間で前記第１のサセプタ部との間に所定の間隔の隙間を有する第２のサセプタ部と、
    前記基板を載置して加熱したときに、前記隙間にある熱膨張したガスが抜け出る孔とを備え、
    前記孔は、前記第１のサセプタ部の径方向と垂直な方向に設けられていることを特徴とする成膜装置。
  4. 基板が搬入される成膜室と、
    前記成膜室内で前記基板が載置されるサセプタと、
    前記サセプタを介して前記基板を加熱する加熱部とを有し、
    前記サセプタは、前記基板の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部と、
    前記第１のサセプタ部の外周部に接して設けられ、前記第１のサセプタ部の開口部を遮蔽する第２のサセプタ部とを有し、
    前記第２のサセプタ部は、前記基板が前記第１のサセプタ部に支持された状態で前記基板との間に所定の間隔の隙間が形成されるように配置されるとともに、前記第１のサセプタ部との間にも前記隙間に連続し且つ前記所定の間隔と実質的に等しい間隔の隙間が形成
    されるように配置され、
    前記基板を載置して加熱したときに、前記サセプタには、これらの隙間にある熱膨張したガスが抜け出る孔が設けられており、
    前記孔は、前記第１のサセプタ部の径方向と垂直な方向に設けられていることを特徴とする成膜装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1865354B1 (en) * 2005-03-17 2016-03-16 Hamamatsu Photonics K.K. Microscopic image capturing device
JP5038365B2 (ja) * 2009-07-01 2012-10-03 株式会社東芝 サセプタおよび成膜装置
US20120244684A1 (en) * 2011-03-24 2012-09-27 Kunihiko Suzuki Film-forming apparatus and method
DE102011007682A1 (de) * 2011-04-19 2012-10-25 Siltronic Ag Suszeptor zum Abstützen einer Halbleiterscheibe und Verfahren zum Abscheiden einer Schicht auf einer Vorderseite einer Halbleiterscheibe
JP5802069B2 (ja) * 2011-06-30 2015-10-28 株式会社ニューフレアテクノロジー 気相成長方法及び気相成長装置
KR101915460B1 (ko) * 2012-04-05 2018-11-06 주식회사 테스 기판처리장치
US9589818B2 (en) * 2012-12-20 2017-03-07 Lam Research Ag Apparatus for liquid treatment of wafer shaped articles and liquid control ring for use in same
KR102535623B1 (ko) * 2013-11-12 2023-05-26 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 고온계 배경 제거
JP2015119005A (ja) * 2013-12-17 2015-06-25 三菱電機株式会社 成膜装置
KR102506495B1 (ko) 2015-01-12 2023-03-03 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 기판 후면 변색 제어를 위한 지지 조립체
US10266414B2 (en) * 2015-06-16 2019-04-23 Hemlock Semiconductor Operations Llc Susceptor arrangement for a reactor and method of heating a process gas for a reactor
KR102373977B1 (ko) * 2015-10-05 2022-03-15 삼성전자주식회사 기판 처리 장치
US10276455B2 (en) 2016-07-29 2019-04-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. System and method for measurement of semiconductor device fabrication tool implement

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3090339B2 (ja) * 1990-03-19 2000-09-18 株式会社東芝 気相成長装置および方法
EP0448346B1 (en) * 1990-03-19 1997-07-09 Kabushiki Kaisha Toshiba Vapor-phase deposition apparatus
WO1999023691A2 (en) * 1997-11-03 1999-05-14 Asm America, Inc. Improved low mass wafer support system

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