JP5145984B2 - 半導体製造装置およびそれを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハに熱処理を行うための半導体製造装置およびそれを用いた半導体装置の製造方法に関する。

従来より、サセプタおよびサセプタ支持シャフトを備えた半導体製造装置が、例えば特許文献１で提案されている。具体的に、特許文献１では、メインシャフトおよびこのメインシャフトから放射状に延びる３本のアームから構成されたサセプタ支持シャフトと、一面に一枚の半導体ウエハが配置され、他面にサセプタ支持シャフトの各アームが接続されるサセプタとを備えた枚葉式の半導体製造装置が提案されている。アームは、サセプタの他面の周縁部に接続されている。また、サセプタは処理チャンバ内に配置され、処理チャンバの外部に配置されたハロゲンランプによって加熱されるようになっている。

このような装置では、サセプタの他面の中心部にサセプタ支持シャフトの突起部が配置されないため、処理チャンバの下部側に配置されたハロゲンランプの輻射熱がサセプタ中心部においてサセプタ支持シャフトによって妨げられないようになっている。
特開２０００−１２４１４１号公報

しかしながら、上記従来の技術では、サセプタ上の１枚の半導体ウエハを均熱化することはできるが、サセプタに複数の半導体ウエハを配置することにより、以下の問題が生じることが発明者らの検討により明らかになった。

まず、サセプタの一面に複数の半導体ウエハを配置し、サセプタ下部のハロゲンランプからサセプタの他面に光を照射すると、サセプタの他面にアームの影ができてしまう。サセプタを回転させたとしても、アームはサセプタと共に回転することから、サセプタの他面に常にアームの影ができてしまう。したがって、サセプタの一面においてアームの影に対応する場所に配置された半導体ウエハのうち影の影響で温度が上がらない部分の膜厚が薄くなるという問題がある。

また、処理チャンバ内に一方向に成膜ガスを流すことにより、サセプタから処理チャンバ側への熱の逃げがあるため、アームをサセプタの周縁部に接続するということは、アームを介してサセプタの熱をメインシャフト側に逃がすことにもなる。これにより、半導体ウエハの外径方向に熱分布が形成されると共に、サセプタのうちアームが接続された場所の周辺の熱がアーム側に逃げるために半導体ウエハの周方向に熱分布が形成され、膜厚の不均一化が生じてしまうという問題がある。

さらに、近年の半導体ウエハの大型化により、サセプタと半導体ウエハとを合わせた重量が大きくなると、サセプタを支持するアームを太くするか、あるいはアームの本数を増加させる必要がある。これにより、アームを介した熱の逃げが大きくなることや、サセプタの他面に現れるアームの影が増加するため、サセプタの温度が下がり、成膜に影響が生じるという問題がある。

本発明は、上記点に鑑み、サセプタに複数の半導体ウエハを配置して熱処理するに際し、各半導体ウエハの均熱化を図ることができる半導体製造装置およびそれを用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、処理チャンバ（１０）内に配置され、一面（２１）および他面（２２）を有し、一面（２１）に複数の半導体ウエハ（６０）が配置されるサセプタ（２０）と、サセプタ（２０）の他面（２２）側に位置すると共に、サセプタ（２０）の他面（２２）に対し垂直方向に延びる棒状のメインシャフト（３１）と、該メインシャフト（３１）のうち前記サセプタ（２０）側の上端部（３１ａ）から放射状に延びてサセプタ（２０）の他面（２２）に接続される複数のアーム（３２）とを有するシャフト（３０）と、サセプタ（２０）の他面（２２）側であって、処理チャンバ（１０）の外部に配置され、加熱源となるハロゲンランプ（４０）とを有する半導体製造装置であって、サセプタ（２０）の一面（２１）に垂直な方向で、メインシャフト（３１）の上端部（３１ａ）および各アーム（３２）と半導体ウエハ（６０）とが離間していると共に、各アーム（３２）の間に半導体ウエハ（６０）が配置されていることを特徴とする。

これによると、各半導体ウエハ（６０）がアーム（３２）の影にならないようにすることができる。すなわち、アーム（３２）がハロゲンランプ（４０）の輻射熱を阻害しないようにすることができるので、各半導体ウエハ（６０）をそれぞれ均一に加熱することができ、半導体ウエハ（６０）内での膜厚の均一化を図ることができる。
また、半導体ウエハ（６０）の成膜における膜厚制御や不純物濃度の制御性を向上させることができる。さらに、半導体ウエハ（６０）の温度が不均一になることで半導体ウエハ（６０）に応力が生じるスリップ発生を防止することができる。

請求項２に記載の発明では、メインシャフト（３１）のうち上端部（３１ａ）とは反対側の下端部（３１ｂ）に回転機構（５０）を有し、回転機構（５０）によってメインシャフト（３１）の中心軸を中心にサセプタ（２０）が回転させられるようになっていることを特徴とする。

これにより、サセプタ（２０）の周方向に対し、ハロゲンランプ（４０）の配置位置のばらつきやハロゲンランプ（４０）の照度のばらつきがある場合にも、サセプタ（２０）が回転することにより、半導体ウエハ（６０）においてサセプタ（２０）の周方向の温度分布を無くすことができる。

請求項３に記載の発明では、サセプタ（２０）の一面（２１）に配置される半導体ウエハ（６０）の数と、アーム（３２）の数とは同じであることを特徴とする。

これによると、各半導体ウエハ（６０）がアーム（３２）の影にならないようにすることができる。すなわち、アーム（３２）がハロゲンランプ（４０）の輻射熱を阻害しないようにすることができるので、各半導体ウエハ（６０）をそれぞれ均一に加熱することができ、半導体ウエハ（６０）内での膜厚の均一化を図ることができる。アーム（３２）の数を半導体ウエハ（６０）の数と同じ本数とすることにより輻射熱を阻害しないで保持するアーム（３２）の本数を最大にすることができるため、一本あたりのアーム（３２）にかかるサセプタ（２０）の荷重を小さくすることができるため、アーム（３２）の太さを小さくできる。そのため、アーム（３２）がサセプタ（２０）を保持する部分からの熱の逃げを小さくできるためより均熱をはかることができる。

請求項４に記載の発明では、サセプタ（２０）の他面（２２）側に配置されるハロゲンランプ（４０）の数と、サセプタ（２０）の一面（２１）に配置される半導体ウエハ（６０）の数と、アーム（３２）の数とは同じであることを特徴とする。

これにより、アーム（３２）の影ができるサセプタ（２０）の他面（２２）側において、半導体ウエハ（６０）とアーム（３２）とハロゲンランプ（４０）との関係を全ての半導体ウエハ（６０）に対して対称にすることができるため、全ての半導体ウエハ（６０）を均一に熱処理することができる。

請求項５に記載の発明では、サセプタ（２０）の他面（２２）とアーム（３２）との接続点（２３）が、半導体ウエハ（６０）のうちメインシャフト（３１）の中心軸からもっとも離れた位置よりもメインシャフト（３１）の中心軸側に位置していることを特徴とする。

これにより、処理チャンバ（１０）側への熱の逃げが大きいサセプタ（２０）の外周部から離れた場所にアーム（３２）の接続点（２３）を設けることができる。したがって、サセプタ（２０）の外周側への新たな熱の逃げの経路を作らないようにすることができ、半導体ウエハ（６０）の均熱化を図ることができる。

請求項６に記載の発明では、サセプタ（２０）の一面（２１）の面方向において、半導体ウエハ（６０）の側面とサセプタ（２０）の側面との最短距離をｂとし、半導体ウエハ（６０）の側面と接続点（２３）との最短距離をｃとしたとき、ｃ＞ｂの条件を満たすことを特徴とする。

これにより、サセプタ（２０）の熱の主な逃げの経路をサセプタ（２０）の外周部に限定することができる。すなわち、アーム（３２）の接続点（２３）を介してアーム（３２）側に熱を逃がしにくくすることができ、半導体ウエハ（６０）の均熱化を図ることができる。

請求項７に記載の発明では、処理チャンバ（１０）内に配置され、一面（２１）および他面（２２）を有し、一面（２１）に複数の半導体ウエハ（６０）が配置されるサセプタ（２０）と、サセプタ（２０）の他面（２２）側に位置すると共に、サセプタ（２０）の他面（２２）に対し垂直方向に延びる棒状のメインシャフト（３１）と、該メインシャフト（３１）の上端部（３１ａ）から放射状に延びてサセプタ（２０）の他面（２２）に接続される複数のアーム（３２）とを有するシャフト（３０）と、サセプタ（２０）の他面（２２）側であって、処理チャンバ（１０）の外部に配置され、加熱源となるハロゲンランプ（４０）と、メインシャフト（３１）の下端部（３１ｂ）にメインシャフト（３１）の中心軸を中心にサセプタ（２０）を回転させる回転機構（５０）とを有する半導体製造装置であって、半導体ウエハ（６０）とアーム（３２）との数が同じであり、メインシャフト（３１）の中心軸を中心に、半導体ウエハ（６０）とアーム（３２）とが回転対称となるように配置されていることを特徴とする。

これにより、半導体ウエハ（６０）とアーム（３２）との関係を全ての半導体ウエハ（６０）に対して回転対称にすることができるため、半導体ウエハ（６０）を対称に熱処理することができる。また、サセプタ（２０）の他面（２２）においてアーム（３２）によって覆われていても、サセプタ（２０）が回転することにより、ハロゲンランプ（４０）の光が届きにくい部分の熱の不足分を補うことができ、半導体ウエハ（６０）を比較的均一に熱処理することができる。

さらに、請求項８に記載の発明のように、サセプタ（２０）の他面（２２）側に配置されるハロゲンランプ（４０）の数と、サセプタ（２０）の一面（２１）に配置される半導体ウエハ（６０）の数と、アーム（３２）の数とが同じであり、メインシャフト（３１）の中心軸を中心に、半導体ウエハ（６０）とアーム（３２）とハロゲンランプ（４０）とが回転対称となるように配置することができる。

これにより、アーム（３２）の影ができるサセプタ（２０）の他面（２２）側において、半導体ウエハ（６０）とアーム（３２）とハロゲンランプ（４０）との対称性をさらに向上させることができる。

請求項９に記載の発明では、処理チャンバ（１０）内に配置され、一面（２１）および他面（２２）を有し、一面（２１）に複数の半導体ウエハ（６０）が配置されるサセプタ（２０）と、サセプタ（２０）の他面（２２）側に位置すると共に、サセプタ（２０）の他面（２２）に対し垂直方向に延びる棒状のメインシャフト（３１）と、該メインシャフト（３１）の上端部（３１ａ）から放射状に延びてサセプタ（２０）の他面（２２）に接続される複数のアーム（３２）とを有するシャフト（３０）と、サセプタ（２０）の他面（２２）側であって、処理チャンバ（１０）の外部に配置され、加熱源となるハロゲンランプ（４０）とを有する半導体製造装置であって、サセプタ（２０）の他面（２２）とアーム（３２）との接続点（２３）が、半導体ウエハ（６０）のうちメインシャフト（３１）の中心軸からもっとも離れた位置よりもメインシャフト（３１）の中心軸側に位置していることを特徴とする。

このように、処理チャンバ（１０）への熱の逃げが大きいサセプタ（２０）の外周部とは別の場所に、熱の逃げの通路となるアーム（３２）の接続点（２３）を設け、サセプタ（２０）の外周部に新たな熱の逃げを作らないようにすることで、半導体ウエハ（６０）の均熱化を図ることができる。

請求項１０に記載の発明では、サセプタ（２０）の一面（２１）に配置される半導体ウエハ（６０）の数とアーム（３２）の数とが同じであり、メインシャフト（３１）の中心軸を中心に、半導体ウエハ（６０）とアーム（３２）とが回転対称となるように配置されていることを特徴とする。

これにより、半導体ウエハ（６０）とアーム（３２）との関係を全ての半導体ウエハ（６０）に対して回転対称にすることができるため、半導体ウエハ（６０）を対称に熱処理することができる。

請求項１１に記載の発明では、サセプタ（２０）の他面（２２）側に配置されるハロゲンランプ（４０）の数と、サセプタ（２０）の一面（２１）に配置される半導体ウエハ（６０）の数と、アーム（３２）の数とは同じであり、メインシャフト（３１）の中心軸を中心に、半導体ウエハ（６０）とアーム（３２）とハロゲンランプ（４０）とが回転対称となるように配置されていることを特徴とする。

これにより、半導体ウエハ（６０）とアーム（３２）とハロゲンランプ（４０）との対称性をさらに向上させることができる。

請求項１２に記載の発明では、アーム（３２）のうちメインシャフト（３１）の中心軸に平行な面（３２ａ）と、メインシャフト（３１）の側面（３１ｃ）との接続部が面取りされていることを特徴とする。

これによると、メインシャフト（３１）に対するアーム（３２）の接続部が肉厚になるため、当該接続部に生じる応力を低減することができる。これに伴い、サセプタ（２０）の荷重をささえるためのアーム（３２）を細くすることができる。これにより、ハロゲンランプ（４０）の光を遮るアーム（３２）の面積を小さくすることができ、半導体ウエハ（６０）をより均熱化することができる。

上記では、半導体製造装置について述べたが、この半導体製造装置を用いて半導体ウエハ（６０）に熱処理を行うことができる。すなわち、熱処理に際し、上記装置を用いて半導体ウエハ（６０）の均熱化を図ることができるので、半導体ウエハ（６０）に均一に成膜することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態で示される半導体製造装置は、例えば半導体ウエハにエピタキシャル膜等を成膜するものとして用いられる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体製造装置の概略断面図である。この図に示されるように、半導体製造装置は、処理チャンバ１０と、サセプタ２０と、シャフト３０と、ハロゲンランプ４０と、回転機構５０とを備えている。

処理チャンバ１０は、大気圧から減圧されて成膜ガスが注入される処理室１１を備え、この処理室１１内で半導体ウエハ６０を加熱処理するためのものである。具体的に、処理チャンバ１０は、石英ドーム１２、１３と冷却チャンバ１４、１５とを備えて構成されている。

石英ドーム１２、１３は、石英窓１２ａ、１３ａとフランジ部１２ｂ、１３ｂとで構成されている。石英窓１２ａ、１３ａは処理室１１の境界の一部を形成するように配置され、処理室１１より外側に向けて凸状となっている容器である。また、フランジ部１２ｂ、１３ｂは石英窓１２ａ、１３ａの開口端部に設けられたものである。そして、冷却チャンバ１４、１５は、Ｏリング１６、１７を介して石英ドーム１２、１３のフランジ部１２ｂ、１３ｂを拘束するものであり、内部に冷却水が流れる構造を有している。

石英ドーム１２、１３のフランジ部１２ｂ、１３ｂにＯリング１６、１７を介して冷却チャンバ１４、１５が固定されたものが２つ用意され、各石英ドーム１２、１３の各石英窓１２ａ、１３ａの凹部がそれぞれ向かい合わされて、各冷却チャンバ１４、１５が接合されて処理チャンバ１０が構成されている。このように、石英ドーム１２、１３、Ｏリング１６、１７、および冷却チャンバ１４、１５にて閉じられた空間が処理室１１となる。

サセプタ２０は、一面２１および他面２２を有し、一面２１に複数の半導体ウエハ６０が配置される円板状のテーブルである。

シャフト３０は、サセプタ２０を支持して当該サセプタ２０を処理チャンバ１０内に配置させるものであり、メインシャフト３１と複数のアーム３２とを備えている。

メインシャフト３１は、サセプタ２０の他面２２側に位置すると共に、サセプタ２０の他面２２に対し垂直方向に延びる棒状の部材である。メインシャフト３１のうちサセプタ２０側の上端部３１ａ側にサセプタ２０が配置され、上端部３１ａとは反対側の下端部３１ｂが回転機構５０に備え付けられている。

図１に示されるように、メインシャフト３１は、石英窓１３ａに設けられたメインシャフト貫通部１３ｃに差し込まれた形態になっている。これにより、メインシャフト３１の上端部３１ａは処理室１１内に配置され、下端部３１ｂは処理室１１の外部に配置されている。

アーム３２は、メインシャフト３１の上端部３１ａから放射状に延びてサセプタ２０の他面２２に接続され、サセプタ２０を支える部材である。本実施形態では、５本のアーム３２がメインシャフト３１に設けられており、５本のアーム３２でサセプタ２０を支えている。なお、図１では１本のアーム３２のみを描いてある。

図２は、メインシャフト３１の上端部３１ａとアーム３２との接続部の一部斜視図を示したものである。この図に示されるように、アーム３２のうちメインシャフト３１の中心軸に平行な面３２ａと、メインシャフト３１の側面３１ｃとの接続部が面取りされている。

これによると、図２の破線にて示されるように、アーム３２の面３２ａとメインシャフト３１の側面３１ｃとが略直角に交わる場合よりも、メインシャフト３１に対するアーム３２の接続部を肉厚にすることができ、当該接続部に生じる応力を低減することができる。すなわち、アーム３２を細くしても、アーム３２がサセプタ２０の荷重に耐えられる。

アーム３２とメインシャフト３１との接続部の形状によって、アーム３２の面３２ａとメインシャフト３１の側面３１ｃとが略直角に交わる場合のアーム３２よりも、アーム３２の太さを２０％細くすることができる。つまり、ハロゲンランプ４０の光を遮るアーム３２の面積を小さくすることができ、ひいては半導体ウエハ６０をより均熱化することができる。

なお、図２では、アーム３２とメインシャフト３１との接続部を一箇所のみ示してあるが、実際には全ての接続部において面取りされている。

また、図１に示されるハロゲンランプ４０は、輻射熱を発する加熱源であり、処理チャンバ１０の外部に複数配置されている。具体的には、ハロゲンランプ４０は、各石英窓１２ａ、１３ａに対向する場所に配置され、サセプタ２０の一面２１および他面２２を照らし加熱するようになっている。

回転機構５０は、メインシャフト３１の下端部３１ｂを支持し、メインシャフト３１の中心軸を中心にメインシャフト３１を回転させるものであり、モータ等を備えた周知のものである。この回転機構５０によってメインシャフト３１が回転すると、これに連動してアーム３２も回転し、ひいてはアーム３２に支持されたサセプタ２０も回転するようになっている。

この回転機構５０によってサセプタ２０を回転することで、サセプタ２０の周方向に対してハロゲンランプ４０の配置位置のばらつきやハロゲンランプ４０の照度のばらつきがあったとしても、半導体ウエハ６０においてサセプタ２０の周方向の温度分布を無くすことができる。

以上が、本実施形態に係る半導体製造装置の全体構成である。この半導体製造装置において、ハロゲンランプ４０の照度や回転機構５０の回転速度、処理室１１への成膜ガスの注入、冷却チャンバ１４、１５の冷却水の制御等は、図示しない制御装置により行われる。

次に、上記装置において、サセプタ２０の一面２１に配置する半導体ウエハ６０とシャフト３０との関係について説明する。図３は、サセプタ２０の一面２１を半導体ウエハ６０が配置される側から見た平面図である。

まず、図３の平面図に示されるように、サセプタ２０の一面２１に垂直な方向で、メインシャフト３１の上端部３１ａおよび各アーム３２と半導体ウエハ６０とが離間していると共に、各アーム３２の間に半導体ウエハ６０が配置されている。

このような配置関係により、下側のハロゲンランプ４０から見た場合に各半導体ウエハ６０がメインシャフト３１の上端部３１ａやアーム３２の影にならない。すなわち、メインシャフト３１の上端部３１ａやアーム３２が半導体ウエハ６０に対してハロゲンランプ４０の輻射熱を阻害しないため、各半導体ウエハ６０がそれぞれ均一に加熱されることになる。

また、サセプタ２０の一面２１に半導体ウエハ６０が配置された状態で、サセプタ２０の他面２２とアーム３２との接続点２３が、半導体ウエハ６０のうちメインシャフト３１の中心軸からもっとも離れた位置よりもメインシャフト３０の中心軸側に位置していることが望ましい。

このように接続点２３の位置を規定する理由は、サセプタ２０の熱の逃げの経路を制限するためである。ハロゲンランプ４０によって加熱されたサセプタ２０の熱は、サセプタ２０から冷却チャンバ１４、１５側に逃げる。また、サセプタ２０の熱は、サセプタ２０の他面２２とアーム３２との接続点２３を介してアーム３２を経由し、メインシャフト３１にも逃げる。このような熱の逃げの二経路が近い場所にあると、二経路から熱が逃げていくため、当該二経路に近い場所の温度が周囲よりも下がってしまう。これを回避するため、熱が逃げる経路の一部をなす上記接続点２３の位置を規定することで、サセプタ２０の外周側への新たな熱の逃げの経路を作らないようにしている。このようして、サセプタ２０の外径方向に温度分布が形成されないようにして半導体ウエハ６０の均熱化を図る。

さらに、サセプタ２０の一面２１に半導体ウエハ６０が配置された状態で、サセプタ２０の一面２１の面方向において、半導体ウエハ６０の側面とサセプタ２０の側面との最短距離をｂとし、半導体ウエハ６０の側面と接続点２３との最短距離をｃとしたとき、ｃ＞ｂの条件を満たすように半導体ウエハ６０をサセプタ２０に配置する。このように規定することにより、サセプタ２０の熱の主な逃げの経路をサセプタ２０の外周部に限定して、アーム３２の接続点２３を介してアーム３２側に熱を逃がしにくくする。その結果、外周部への熱の逃げに限定した設計ができ設計が簡単になる。

そして、本実施形態では、サセプタ２０の他面２２側に配置されるハロゲンランプ４０の数と、サセプタ２０の一面２１に配置される半導体ウエハ６０の数と、アーム３２の数とが同じである。このように、サセプタ２０の他面２２側に配置されるハロゲンランプ４０の数を規定するのは、アーム３２の影ができるサセプタ２０の他面２２側において、半導体ウエハ６０とアーム３２とハロゲンランプ４０との関係を全ての半導体ウエハ６０に対して対称にして、各半導体ウエハ６０で温度がばらつかないようにするためである。サセプタ２０の一面２１側においては、ハロゲンランプ４０を配置しない場合でもこの効果は有効である。本実施形態では、サセプタ２０の一面２１側にもハロゲンランプ４０を配置している。

図４は、半導体ウエハ６０とアーム３２とハロゲンランプ４０との位置関係を示した平面図であり、図３に相当する図である。この図に示されるように、サセプタ２０の一面２１に半導体ウエハ６０が配置された状態であり、さらにサセプタ２０が停止した状態において、サセプタ２０の一面に垂直な方向で各ハロゲンランプ４０と半導体ウエハ６０とが重なるようにハロゲンランプ４０が配置されている。これは、サセプタ２０の一面２１側および他面２２側の両方向において、処理チャンバ１０の外部にハロゲンランプ４０がそれぞれ配置されている。

これによると、半導体ウエハ６０とアーム３２とハロゲンランプ４０との関係が全ての半導体ウエハ６０に対して対称になり、全ての半導体ウエハ６０を均一に熱処理することが可能となる。

次に、上記装置およびサセプタ２０や半導体ウエハ６０の位置関係に基づいて、半導体ウエハ６０に熱処理を行う工程について説明する。

まず、処理チャンバ１０が開けられた状態で、サセプタ２０の一面２１に図３および図４の配置関係となるように半導体ウエハ６０を配置する。続いて、処理チャンバ１０を閉めて処理室１１が処理チャンバ１０の外部と隔離されるようにする。

この後、処理室１１を大気圧から減圧して真空状態とし、処理室１１内に成膜ガスを流し込む。また、ハロゲンランプ４０で処理チャンバ１０内を加熱すると共に、回転機構５０を駆動してサセプタ２０を回転させる。その状態で成膜ガス（例えばジクロロシラン）を処理チャンバ１０内に導入する。これにより、半導体ウエハ６０に成膜する。

発明者らは、半導体ウエハ６０にエピタキシャル膜を成長させて膜厚を調べた。その結果を図５および図６に示す。ここで、図７に示されるように、半導体ウエハ６０においてサセプタ２０の外径方向を＋Ｙ方向とし、＋Ｙ方向に垂直な方向において半導体ウエハ６０が時計回りの方向に回転させられる方向を＋Ｘ方向としている。

図５および図６では、サセプタ２０の一面に垂直な方向において、「▲」はアーム３２が半導体ウエハ６０と重なり、接続点２３の位置がサセプタ２０の外周側に配置される第１の場合、「□」はアーム３２が半導体ウエハ６０と重なり、接続点２３の位置が半導体ウエハ６０の中心に配置される第２の場合、「◆」はアーム３２が半導体ウエハ６０と重ならずに、図３の配置関係が満たされた本実施形態の場合を示している。

そして、第１の場合では、図５に示されるように、サセプタ２０の外径方向への熱の逃げが影響するため、＋Ｙ方向（サセプタ２０の外周側）で＋Ｙ方向よりも膜厚が小さくなっている。同様に、図６に示されるように、Ｘ方向においては半導体ウエハ６０の中心部で膜厚が小さくなっている。

第２の場合では、図５に示されるように、Ｙ方向での膜厚の薄膜化は見られないが、接続点が半導体ウエハ６０の中心部に位置しているため、当該接続点２３を介して熱が逃げることにより、図６に示されるように、半導体ウエハ６０の中央部では若干の膜厚の薄膜化が見られる。アーム３２で半導体ウエハ６０の中心部が覆われている影響も見られる。

しかしながら、本実施形態の場合では、アーム３２が半導体ウエハ６０の表面を覆っていない、すなわち半導体ウエハ６０の影にならないので、図５および図６に示されるように、均一な膜厚分布となっている。また、熱の逃げの経路が分散されているため、半導体ウエハ６０が均一に加熱され、膜厚が均一になっているとも言える。このような結果からも、アーム３２から半導体ウエハ６０が離間していることや接続点２３の位置を規定することで半導体ウエハ６０の均熱化が図られ、均一な膜を形成できることがわかる。

この場合、回転機構５０によってサセプタ２０を回転させることにより、半導体ウエハ６０においてサセプタ２０の周方向の温度分布を無くすことができる。これによっても、半導体ウエハ６０の均熱化を図ることができる。

均一な膜を形成できる他、半導体ウエハ６０の成膜における膜厚制御や不純物濃度の制御性を向上させることも可能となる。さらに、半導体ウエハ６０を均熱化することができることから、半導体ウエハ６０の温度が不均一になることで半導体ウエハ６０に応力が生じるスリップ発生を防止することも可能となる。

以上説明したように、本実施形態では、サセプタ２０の一面２１に垂直な方向で、メインシャフト３１の上端部３１ａおよび各アーム３２と半導体ウエハ６０とが離間していると共に、各アーム３２の間に半導体ウエハ６０が配置されていることが特徴となっている。

これにより、各半導体ウエハ６０がアーム３２の影にならないようにすることができ、アーム３２がハロゲンランプ４０の輻射熱を阻害しないようにすることが可能となる。したがって、各半導体ウエハ６０をそれぞれ均一に加熱することができる。

また、半導体ウエハ６０とアーム３２との位置関係、サセプタ２０とアーム３２との接続点２３の位置を規定することによっても、半導体ウエハ６０の均熱化を図ることができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。上記第１実施形態では、サセプタ２０の一面２１に垂直な方向で、アーム３２と半導体ウエハ６０とが離間しており、各アーム３２の間に半導体ウエハ６０が配置されていたが、本実施形態では、半導体ウエハ６０とアーム３２との数が同じであり、メインシャフト３１の中心軸を中心に、半導体ウエハ６０とアーム３２とが回転対称となるように配置されていることを特徴としている。

すなわち、半導体ウエハ６０とアーム３２とが回転対称となるように配置されていれば、サセプタ２０の一面２１に垂直な方向で、アーム３２と半導体ウエハ６０とが離間していなくても良いし、各アーム３２の間に半導体ウエハ６０が配置されていなくても良い。また、ｃ＞ｂの条件も満たしていなくても良い。なお、装置については図１に示されるものが採用される。

図８は、本実施形態においてサセプタ２０に半導体ウエハ６０を配置したときの平面図であり、図３に相当する図である。図８（ａ）はサセプタ２０の一面２１から見た平面図である。図８（ｂ）は、サセプタ２０の他面２２を下のハロゲンランプ４０側から見た平面図である。図８（ａ）に示されるように、メインシャフト３１の中心軸を中心に、半導体ウエハ６０とアーム３２とが回転対称となるように配置されている。また、サセプタ２０の一面２１に垂直な方向で、アーム３２と半導体ウエハ６０とがオーバーラップしている。

サセプタ２０の他面２２側に配置されるハロゲンランプ４０の数についても、サセプタ２０の一面２１に配置される半導体ウエハ６０の数およびアーム３２の数と同じになっている。図８（ｂ）に示されるように、半導体ウエハ６０とアーム３２とハロゲンランプ４０とが回転対称になるように、それぞれが配置されている。

このような配置関係によって半導体ウエハ６０にエピタキシャル膜を成長させると、図５および図６において「□」によって表される膜厚となる。この場合であっても、回転機構５０によってサセプタ２０を回転させることで、各半導体ウエハ６０を同じように加熱することができ、さらには各半導体ウエハ６０を均熱化することができるので、「▲」の場合よりも膜厚を均等にすることができる。

また、サセプタ２０の他面２２にアーム３２による影ができていても、サセプタ２０が回転することにより、ハロゲンランプ４０の光が届きにくい部分にハロゲンランプ４０の熱を届かせることができる。これにより、アーム３２によって影となる部分の熱の不足分が補われ、半導体ウエハ６０内での温度分布を回避して半導体ウエハ６０内での均熱化が図られる。これにより、図５に示されるように、特に半導体ウエハ６０のうち＋Ｙ方向の膜厚の減少が回避されている。

以上のように、半導体ウエハ６０とアーム３２との関係を全ての半導体ウエハ６０に対して回転対称に配置することで、各半導体ウエハ６０を対称に熱処理することが可能となる。また、ハロゲンランプ４０についてもアーム３２および半導体ウエハ６０と同じ数だけ設け、それぞれについて回転対称に配置することで、半導体ウエハ６０とアーム３２とハロゲンランプ４０との対称性をさらに向上させることが可能となる。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、第１実施形態における半導体ウエハ６０とアーム３２との配置関係のうち、サセプタ２０の他面２２とアーム３２との接続点２３が、半導体ウエハ６０のうちメインシャフト３１の中心軸からもっとも離れた位置よりもメインシャフト３０の中心軸側に位置していることのみを規定することが特徴となっている。

すなわち、サセプタ２０の一面２１に垂直な方向で、アーム３２と半導体ウエハ６０とが離間していなくても良いし、各アーム３２の間に半導体ウエハ６０が配置されていなくても良い。もちろん、ｃ＞ｂの条件も満たしていなくても良い。なお、装置については図１に示されるものが採用される。

本実施形態におけるアーム３２と半導体ウエハ６０との配置関係は、例えば図８に示される場合と同じである。このような配置関係により、サセプタ２０から処理チャンバ１０に逃げる熱の経路に新たな熱の逃げの経路を形成しないようにして、半導体ウエハ６０に熱分布が形成されないようにしている。

また、本実施形態では、半導体ウエハ６０とアーム３２との数が同じである。そして、メインシャフト３１の中心軸を中心に、半導体ウエハ６０とアーム３２とが回転対称となるように配置されている。

さらに、図８（ｂ）に示されるように、サセプタ２０の他面２２側にハロゲンランプ４０を配置するに際し、当該ハロゲンランプ４０の数をサセプタ２０の一面２１に配置される半導体ウエハ６０の数およびアーム３２の数と同じにして、メインシャフト３１の中心軸を中心に、半導体ウエハ６０とアーム３２とハロゲンランプ４０とを回転対称に配置する。

これにより、半導体ウエハ６０、アーム３２、およびハロゲンランプ４０の関係が全ての半導体ウエハ６０に対して回転対称になり、各半導体ウエハ６０を均熱化して熱処理することが可能となる。

以上のように、サセプタ２０とアーム３２との接続点２３の位置のみを規定して、サセプタ２０の外周部に新たな熱の逃げを作らないようにすることだけでも、半導体ウエハ６０の均熱化を図ることができる。

（他の実施形態）
図１に示される装置の構成は一例を示したものであり、当該構成に限定されるものではない。例えば、処理チャンバ１０が他の形状や他の部品によって構成されていても構わない。

上記各実施形態では、半導体ウエハ６０を５枚、アーム３２を５本、ハロゲンランプ４０を５個としているが、これらは一例を示したものであり、これらの数に限らず、他の数であっても構わない。この場合、例えば第１実施形態については、アーム３２の数と半導体ウエハ６０の数とが同じである必要はなく、例えば５本のアーム３２に対して３枚の半導体ウエハ６０をサセプタ２０に配置する場合であっても、第１実施形態で規定された配置の条件を満たすようにすることができる。

第１実施形態では、ハロゲンランプ４０の数と、半導体ウエハ６０の数と、アーム３２の数とが同じであると説明したが、ハロゲンランプ４０の数に関わらず、サセプタ２０の一面２１に配置される半導体ウエハ６０の数と、アーム３２の数とが同じとしても良い。このようにしても、各半導体ウエハ６０がアーム３２の影にならないようにすることができ、アーム３２がハロゲンランプ４０の輻射熱を阻害しないようにすることができるので、各半導体ウエハ６０をそれぞれ均一に加熱することができ、半導体ウエハ６０内での膜厚の均一化を図ることができる。

本発明の第１実施形態に係る半導体製造装置の概略断面図である。 メインシャフトの上端部とアームとの接続部の一部斜視図である。 サセプタの一面を半導体ウエハが配置される側から見た平面図である。 半導体ウエハとアームとハロゲンランプとの位置関係を示した平面図である。 半導体ウエハにおいてＹ方向のエピタキシャル膜の膜厚を示した図である。 半導体ウエハにおいてＸ方向のエピタキシャル膜の膜厚を示した図である。 半導体ウエハにおいてＸ方向およびＹ方向を規定した図である。 本発明の第２実施形態において、サセプタに半導体ウエハを配置したときの平面図である。

符号の説明

１０ 処理チャンバ
２０ サセプタ
２１ 半導体ウエハの一面
２２ 半導体ウエハの他面
２３ 接続点
３０ シャフト
３１ メインシャフト
３１ａ メインシャフトの上端部
３１ｂ メインシャフトの下端部
３１ｃ メインシャフトの側面
３２ アーム
３２ａ アームの面
４０ ハロゲンランプ
５０ 回転機構
６０ 半導体ウエハ

Claims (13)

1. 処理チャンバ（１０）内に配置され、一面（２１）および他面（２２）を有し、前記一面（２１）に複数の半導体ウエハ（６０）が配置されるサセプタ（２０）と、
   前記サセプタ（２０）の他面（２２）側に位置すると共に、前記サセプタ（２０）の他面（２２）に対し垂直方向に延びる棒状のメインシャフト（３１）と、該メインシャフト（３１）のうち前記サセプタ（２０）側の上端部（３１ａ）から放射状に延びて前記サセプタ（２０）の他面（２２）に接続される複数のアーム（３２）とを有するシャフト（３０）と、
   前記サセプタ（２０）の他面（２２）側であって、前記処理チャンバ（１０）の外部に配置され、加熱源となるハロゲンランプ（４０）とを有する半導体製造装置であって、
   前記サセプタ（２０）の一面（２１）に垂直な方向で、前記メインシャフト（３１）の上端部（３１ａ）および前記各アーム（３２）と前記半導体ウエハ（６０）とが離間していると共に、前記各アーム（３２）の間に前記半導体ウエハ（６０）が配置されていることを特徴とする半導体製造装置。
2. 前記メインシャフト（３１）のうち前記上端部（３１ａ）とは反対側の下端部（３１ｂ）に回転機構（５０）を有し、前記回転機構（５０）によって前記メインシャフト（３１）の中心軸を中心に前記サセプタ（２０）が回転させられるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
3. 前記サセプタ（２０）の一面（２１）に配置される前記半導体ウエハ（６０）の数と、前記アーム（３２）の数とは同じであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体製造装置。
4. 前記サセプタ（２０）の他面（２２）側に配置される前記ハロゲンランプ（４０）の数と、前記サセプタ（２０）の一面（２１）に配置される前記半導体ウエハ（６０）の数と、前記アーム（３２）の数とは同じであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体製造装置。
5. 前記サセプタ（２０）の他面（２２）と前記アーム（３２）との接続点（２３）が、前記半導体ウエハ（６０）のうち前記メインシャフト（３１）の中心軸からもっとも離れた位置よりも前記メインシャフト（３１）の中心軸側に位置していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体製造装置。
6. 前記サセプタ（２０）の一面（２１）の面方向において、前記半導体ウエハ（６０）の側面と前記サセプタ（２０）の側面との最短距離をｂとし、前記半導体ウエハ（６０）の側面と前記接続点（２３）との最短距離をｃとしたとき、ｃ＞ｂの条件を満たすことを特徴とする請求項５に記載の半導体製造装置。
7. 処理チャンバ（１０）内に配置され、一面（２１）および他面（２２）を有し、前記一面（２１）に複数の半導体ウエハ（６０）が配置されるサセプタ（２０）と、
   前記サセプタ（２０）の他面（２２）側に位置すると共に、前記サセプタ（２０）の他面（２２）に対し垂直方向に延びる棒状のメインシャフト（３１）と、該メインシャフト（３１）の上端部（３１ａ）から放射状に延びて前記サセプタ（２０）の他面（２２）に接続される複数のアーム（３２）とを有するシャフト（３０）と、
   前記サセプタ（２０）の他面（２２）側であって、前記処理チャンバ（１０）の外部に配置され、加熱源となるハロゲンランプ（４０）と、
   前記メインシャフト（３１）の下端部（３１ｂ）に前記メインシャフト（３１）の中心軸を中心に前記サセプタ（２０）を回転させる回転機構（５０）とを有する半導体製造装置であって、
   前記半導体ウエハ（６０）と前記アーム（３２）との数が同じであり、前記メインシャフト（３１）の中心軸を中心に、前記半導体ウエハ（６０）と前記アーム（３２）とが回転対称となるように配置されていることを特徴とする半導体製造装置。
8. 前記サセプタ（２０）の他面（２２）側に配置される前記ハロゲンランプ（４０）の数と、前記サセプタ（２０）の一面（２１）に配置される前記半導体ウエハ（６０）の数と、前記アーム（３２）の数とが同じであり、前記メインシャフト（３１）の中心軸を中心に、前記半導体ウエハ（６０）と前記アーム（３２）と前記ハロゲンランプ（４０）とが回転対称となるように配置されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体製造装置。
9. 処理チャンバ（１０）内に配置され、一面（２１）および他面（２２）を有し、前記一面（２１）に複数の半導体ウエハ（６０）が配置されるサセプタ（２０）と、
   前記サセプタ（２０）の他面（２２）側に位置すると共に、前記サセプタ（２０）の他面（２２）に対し垂直方向に延びる棒状のメインシャフト（３１）と、該メインシャフト（３１）の上端部（３１ａ）から放射状に延びて前記サセプタ（２０）の他面（２２）に接続される複数のアーム（３２）とを有するシャフト（３０）と、
   前記サセプタ（２０）の他面（２２）側であって、前記処理チャンバ（１０）の外部に配置され、加熱源となるハロゲンランプ（４０）とを有する半導体製造装置であって、
   前記サセプタ（２０）の他面（２２）と前記アーム（３２）との接続点（２３）が、前記半導体ウエハ（６０）のうち前記メインシャフト（３１）の中心軸からもっとも離れた位置よりも前記メインシャフト（３１）の中心軸側に位置していることを特徴とする半導体製造装置。
10. 前記サセプタ（２０）の一面（２１）に配置される前記半導体ウエハ（６０）の数と前記アーム（３２）の数とが同じであり、前記メインシャフト（３１）の中心軸を中心に、前記半導体ウエハ（６０）と前記アーム（３２）とが回転対称となるように配置されていることを特徴とする請求項９に記載の半導体製造装置。
11. 前記サセプタ（２０）の他面（２２）側に配置される前記ハロゲンランプ（４０）の数と、前記サセプタ（２０）の一面（２１）に配置される前記半導体ウエハ（６０）の数と、前記アーム（３２）の数とは同じであり、前記メインシャフト（３１）の中心軸を中心に、前記半導体ウエハ（６０）と前記アーム（３２）と前記ハロゲンランプ（４０）とが回転対称となるように配置されていることを特徴とする請求項９に記載の半導体製造装置。
12. 前記アーム（３２）のうち前記メインシャフト（３１）の中心軸に平行な面（３２ａ）と、前記メインシャフト（３１）の側面（３１ｃ）との接続部が面取りされていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の半導体製造装置。
13. 請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
    前記サセプタ（２０）に複数の半導体ウエハ（６０）を配置し、前記ハロゲンランプ（４０）により前記処理チャンバ（１０）内を加熱して、前記処理チャンバ（１０）内に反応ガスを流し込んで前記半導体ウエハ（６０）に成膜することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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