JPH0417919B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、放射加熱の間半導体ウエーハを保持
する半導体ウエーハ保持装置に関し、特にヒ化ガ
リウム〔galliumu arsenide（GaAs）〕製または
リン化インジウム〔indium phosphide（InP）〕製
の化合物半導体ウエーハを、分子線エピタキシヤ
ル成長即ちMBE成長（molecular beam
epitaxial growth）の間支持するために用いられ
る半導体ウエーハ保持装置に関するものである。

（従来の技術） 化合物半導体ウエーハのMBE成長中に、この
ウエーハを支持するための半導体ウエーハ保持装
置即ちホルダーが必要とされる理由は３つある。
第１の理由は、MBEシステム内での取り扱い中
に、非常にもろい化合物半導体ウエーハが破損し
ないようにこのウエーハを支持するためである。
第２の理由は、MBE成長に要求される温度（500
℃から700℃）まで化合物半導体ウエーハを加熱
するホツトプレートとして機能するためである。
第３の理由は、加熱中に化合物半導体ウエーハの
背面から化合物中の揮発性の大きな成分（例えば
GaAs中のヒ素成分）が失われるのを防ぐためで
ある。

従来GaAs製のウエーハを支持するために用い
られてきたホルダーは２種類に分けることができ
る。第１のホルダーは、モリブデン製のプレート
を用いるものであり、ウエーハはインジウムによ
つてこのプレートに半田付けされている。モリブ
デン製のプレートはGaAs製のウエーハを機械的
に保護するものである。そして、このモリブデン
製のプレートはMBEシステム内の放射加熱器
（radiation heater）によつて加熱される。イン
ジウムはGaAs製のウエーハに熱を伝達する媒体
として機能する。インジウムはある温度範囲内に
おいて融解することにより、GaAs製のウエーハ
とモリブデン製のプレートの熱膨張の相違によつ
て生じたひずみを除去する。また、融解したイン
ジウムの表面張力によりGaAs製のウエーハを決
まつた場所に支持することができる。

第２のホルダーはより最近の技術に係るもので
あるが、このホルダーはGaAs製のウエーハの背
面に薄い耐熱性金属フイルムを蒸着させて構成さ
れる。この金属フイルムはホツトプレートとして
機能し、GaAs製のウエーハを加熱する。この金
属フイルムはまた、GaAs製のウエーハの背面か
らヒ素成分が気化して失われてしまうのを防止す
るキヤツプとしても機能する。ウエーハを機械的
に保護するためにモリブデン製の環状支持部材が
使用されている。

（発明が解決しようとする問題点） 上述のインジウムを用いた半田付けによるホル
ダーは約10年間にわたつて使用されてきたが、次
のような問題点があつた。

モリブデン製のプレートにインジウムを用いて
ウエーハを半田付けし、そしてMBE成長後にウ
エーハを取り外すのは時間がかかるし、またこの
取り扱い中にウエーハが破損してしまうことがあ
つた。

また、ウエーハが比較的大きな場合には均一な
インジウムの半田層を形成することが難しかつ
た。そして、半田層が不均一な場合にはGaAs製
のウエーハの加熱も不均一となり、またMBE結
晶成長中にウエーハがひどくひずんでしまうこと
があつた。

更に、MBE成長後に次の処理を施す前にはウ
エーハの背面からインジウムを取り除く必要があ
るが、MBE成長中にインジウムがウエーハの背
面に深く入り込んでしまうため除去処理がしばし
ば困難となる。

またGaAs製のウエーハの背面に薄い耐熱性金
属フイルムを蒸着する第２のホルダーは、インジ
ウムを用いた半田付けを利用するホルダーと比べ
て優れた点を有するものではあるが、次のような
問題点を有している。

MBE成長前にウエーハの背面に耐熱性金属フ
イルムを形成させる蒸着工程が必要である。

また、この耐熱性金属フイルムはインジウムと
同様にMBE成長後に取り除く必要がある。

更に、この耐熱性金属フイルムはMBE成長中
にウエーハにひずみを生じさせることがある。

本発明は従来技術の有する以上の問題点に鑑み
なされたものであり、ウエーハに対する処理工程
が必要なく、またウエーハにひずみや、そりが生
じることのない半導体ウエーハ保持装置を提供す
ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記の問題点を解消するため、本発明の半導体
ウエーハ保持装置においては、その実施例を示す
第１図及び第２図に見られるように、放射線が通
過する密閉空間を形成するべく実質的に平行な関
係で間隔を開けて配置される半導体ウエーハ２０
とほぼ平坦なバツクプレート１４とを受け入れる
ように間隔を開けて配置された二つの面を備えた
環状の支持手段１２と、半導体ウエーハ２０とバ
ツクプレート１４とを支持手段１２に保持させる
保持手段３２，３４とを具備し、バツクプレート
１４をリン化ガリウムまたはサフアイヤから形成
している。

（作 用） 本発明の半導体ウエーハ保持装置では、環状の
支持手段１２の一方の側にホツトプレートとして
機能するバツクプレート１４が取り付けられ、他
方の側に半導体ウエーハ２０が支持され、バツク
プレート１４と半導体ウエーハ２０との間には気
密空間が形成される。そのため、半導体ウエーハ
２０に対して金属フイルムの蒸着等の処理工程を
施さなくても揮発性成分が減少することはない。
また、半導体ウエーハ２０に好ましくないひずみ
が発生することはない。

リン化ガリウムまたはサフアイヤからなるバツ
クプレート１４は、共に半導体ウエーハ２０によ
つて吸収される波長領域にある加熱放射線に対し
て十分な透明性を有しているため、加熱効率が高
くなる利点がある。リン化ガリウムからなるバツ
クプレートは、バツクプレートの面に平行な方向
及び垂直な方向への熱伝導性がほぼ均一であり、
効率のよい加熱を行える。またサフアイヤからな
るバツクプレートは、安価であり保持装置の価格
を安価りできる利点がある。

（実施例） 以下、第１図及び第２図を参照して本発明の実
施例を説明する。

１０は半導体ウエーハ保持装置である化合物半
導体ウエーハ用ホルダーであり、ホルダー１０は
ウエーハ２０をバツクプレート１４と隔てて支持
する環状の支持リング部材１２（環状の支持手
段）を有している。バツクプレート１４は支持リ
ング部材１２の一方の側に固定されるように取り
付けられる。本実施例においては、支持リング部
材１２の一方の側にバツクプレート用シート部２
４を形成し、バツクプレート用シート部２４にバ
ツクプレート１４を嵌め込んで上側からバツクプ
レート用リング１８によつて固定している。この
バツクプレート用リング１８は好ましくは、薄い
タンタル（tantalum）製プレートによつて形成
されるべきである。ウエーハ２０もまた、支持リ
ング部材１２の他方の側に形成されたウエーハ用
シート部２６に嵌め込まれ、上側からウエーハ用
リング１６（第１のリング部材）で適切に固定さ
れ支寺されている。ウエーハ用リング１６もタン
タル製であることが好ましい。なお本実施例にお
いて、バツクプレート用シート部２４及びウエー
ハ用シート部２６の表面が、ウエーハ２０とバツ
クプレート１４とを受け入れるように間隔を開け
て配置された二つの面を構成している。

支持リング部材１２、ウエーハ用リング１６及
びバツクプレート用リング１８にはそれぞれ孔３
０が周方向に等間隔で設けられている。この孔３
０にねじ部材３２を挿入し、このねじ部材３２と
固定部材を構成するナツト３４を嵌め込むことに
よつてウエーハ用リング１６とバツクプレート用
リング１８は支持リング部材１２に取り付けられ
たウエーハ２０及びバツクプレート１４を固定す
る。

支持リング部材１２はモリブデン
（molybdenum）製であることが好ましく、また
十分な機械的強度および硬さを有すべきである。
バツクプレート１４は、永久的に支持リング部材
１２に取り付けられ、ウエーハ２０の加熱を妨げ
ることなく、ウエーハ２０が例えばGaAs製であ
る場合に背面からヒ素成分が気化して失われてし
まうことを防止している。

ウエーハ用リング１６とバツクプレート用リン
グ１８とをタンタルにより製造すれば、モリブデ
ン製の支持リング部材１２からの熱伝達を最小限
にすることができる。

本実施例のホルダー１０を用いれば、従来のホ
ルダーのようにインジウムのような物質を溶着
し、そして取り除くといつたウエーハ２０に対す
る前後処理が不要となる。このホルダー１０は、
GaAs製又はInP製のウエーハ２０上へのMBE成
長に特に有用である。ウエーハ２０がホルダー１
０に取り付けられると空間２２が形成され、この
空間はGaAs製のウエーハ２０のMBE成長中に
ヒ素の損失を防止する密閉空間または密閉領域即
ちヒ素過圧領域を作る。ウエーハ２０は、外周縁
部が均一に支持されているので、MBE成長中の
ウエーハ２０のひずみ、そり等を最小限にするこ
とができる。

バツクプレート１４はウエーハ２０と直接接触
していないので、ウエーハ２０上に熱伝導によつ
て複数の局部ホツトスポツトを生じさせることが
できる。ウエーハ２０とバツクプレート１４との
間隔は、1.27mm（50mil）であることが好ましい。
バツクプレート１４はわずかに（300℃程度）加
熱されるだけであるので、ヒ素の付着率はほぼ０
であると推定される。これによりヒ素の局部過圧
が、GaAs製のウエーハ２０の背面の劣化又は分
解を防止する。空間２２の気密性又はシーリング
は完全ではないけれども、実験によればヒ素過圧
の確立は、少なくとも650℃まで劣化を防ぐのに
十分なものである。ちなみにバツクプレートを用
いないでGaAs製のウエーハを加熱した実験結果
によれば、GaAsウエーハの背面に、ウエーハの
放射率を変えるようなひどい劣化が生じ、ウエー
ハが急速に過熱状態となつてしまつた。

バツクプレート１４に使用される物質は慎重に
選択されなければならない。まず第１に、この物
質は例えば高温で非常に低い蒸気圧を有している
というような非常に高い真空適合性（vacuum
compatible）のあるものでなければならない。
バツクプレート１４はまた、例えばGaAs製のよ
うなウエーハ２０が熱を吸収する波長領域内で十
分な透明性を有するべきである。バツクプレート
１４がこのような透明性を有すると、ウエーハ２
０は効率よく加熱される。更に、バツクプレート
１４はあまり高価でなく、かつ適度な機械的強度
と硬さを有するものでなければならない。

以上の要求を満足する適当な基体材料として
は、リン化ガリウム〔gallium phosphido
（GaP）〕及びサフアイヤ（sapphire）をあげるこ
とができる。この材料としては、シリコンや熱分
解窒素ホウ素〔phrolytic boron nitride（PBN）〕
も考慮された。実験では、シリコン製のバツクプ
レートは非常によく機能することが確認された。
しかしながら、シリコンはGaAsよりもある温度
領域内で透明度が劣るためにGaAs製のウエーハ
１４の加熱の効率が悪くなる。実際、シリコン製
のウエーハは典型的なMBE成長状態において、
GaAs製のウエーハより高温となる。また熱分解
窒素ホウ素（PBN）製のバツクプレートも可視
領域内での透明性が劣つている。

これに対して、サフアイヤは可視領域
（visible region）において透明性を有しており、
その結果シリコン製やPBN製のバツクプレート
よりGaAs製のウエーハ２０を効率よく加熱する
ので、シリコンやPBNよりも優れていることが
確認された。リン化ガリウムは高価であり、脆い
という問題はあるが、サフアイヤと同様に透明性
に優れており、バツクプレートの表面方向及び該
表面と直交する方向の熱伝導性がほぼ等しく、加
熱効率に優れている。

MBE成長中にウエーハの良好な平坦度を維持
するためには、ウエーハの機械的支持手段を適当
なものとすることが重要である。そこでまず、３
つのクリツプによつてウエーハを吊り下げて支持
することを試みた。しかしながら、クリツプとの
接触箇所近傍でウエーハに大きなそり（bowing）
が生じてしまつた。このそりはクリツプからの熱
伝導による局部加熱のためである、クリツプとウ
エーハを囲むモリブデン製の支持リング部材１２
とは常にGaAs製のウエーハ２０より高温となつ
ている。なぜならば、これらの金属部品は、
GaAsよりもより効率的に熱放射を吸収するから
である。

第１図に示したタンタル製のウエーハ用リング
１６は高温のモリブデン製の支持リング部材１２
からGaAs製のウエーハ２０への熱伝導を最小限
のものとする。バツクプレート１４を支持リング
部材１２に適当に固定するためのバツクプレート
用リング１８にも同様のタンタル製のプレートが
使用されている。このバツクプレート１４は熱放
射を遮蔽するよう機能するので、モリブデン製の
支持リング部材１２の温度を下げる。このホルダ
ー１０は、クリツプを用いたホルダーに比べて平
坦性を改良してウエーハに生じるひずみを小さな
ものとすることができる。

（発明の効果） 本発明の半導体ウエーハ保持装置によれば、半
導体ウエーハに対して金属フイルムの蒸着等の処
理工程を施さなくても揮発性成分が減少すること
はなく、また半導体ウエーハに好ましくないひず
みが発生することがないという利点がある。

特に本発明で用いるリン化ガリウムまたはサフ
アイヤからなるバツクプレートは、半導体ウエー
ハによつて吸収される波長領域にある加熱放射線
に対して十分な透明性を有しているため、加熱効
率が高くなる利点がある。またリン化ガリウムか
らなるバツクプレートは、バツクプレートの面に
平行な方向及び垂直な方向への熱伝導性がほぼ均
一であり、効率のよい加熱を行える。そしてサフ
アイヤからなるバツクプレートは、安価であり保
持装置の価格を安価にできる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は化合物半導体ウエーハが取り付けられ
た本発明に係る半導体ウエーハ保持装置の断面
図、第２図は化合物半導体ウエーハと本発明に係
る半導体ウエーハ保持装置の分解斜視図である。 １０…ホルダー（半導体ウエーハ保持装置）、
１２…支持リング部材（支持手段）、１４…バツ
クプレート、１６…ウエーハ用リング、１８…バ
ツクプレート用リング、２０…ウエーハ、２２…
空間、２４…バツクプレート用シート部、２６…
ウエーハ用シート部、３０…孔、３２…ねじ部
材、３４…ナツト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 放射加熱の間半導体ウエーハを保持する半導
   体ウエーハ保持装置であつて、 放射線が通過する密閉空間を形成するべく実質
   的に平行な関係で間隔を開けて配置される半導体
   ウエーハとほぼ平坦なバツクプレートとを受け入
   れるように間隔を開けて配置された二つの面を備
   えた環状の支持手段と、 前記半導体ウエーハとバツクプレートとを前記
   支持手段に保持させる保持手段とを具備し、 前記バツクプレートがリン化ガリウムまたはサ
   フアイヤから形成されていることを特徴とする半
   導体ウエーハ保持装置。 ２ 前記密閉空間は、加熱中に前記半導体ウエー
   ハから放射される蒸気を過圧にすることができる
   ように十分にシールされている特許請求の範囲第
   １項に記載の半導体ウエーハ保持装置。 ３ 前記支持手段は、前記半導体ウエーハの外周
   の周囲を保持する構造を有している特許請求の範
   囲第１項に記載の半導体ウエーハ保持装置。 ４ 前記放射加熱は分子線エピタキシヤル加熱で
   ある特許請求の範囲第１項に記載の半導体ウエー
   ハ保持装置。 ５ 前記半導体ウエーハはヒ化ガリウムからなる
   特許請求の範囲第４項に記載の半導体ウエーハ保
   持装置。 ６ 前記半導体ウエーハはリン化インジウムから
   なる特許請求の範囲第４項に記載の半導体ウエー
   ハ保持装置。 ７ 前記半導体ウエーハは化合物半導体ウエーハ
   である特許請求の範囲第４項に記載の半導体ウエ
   ーハ保持装置。