特開 2022-75052 基板保持体、基板処理装置および基板処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022075052

(43)【公開日】2022-05-18

(54)【発明の名称】基板保持体、基板処理装置および基板処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20220511BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20220511BHJP

   C30B 25/12 20060101ALI20220511BHJP

   C23C 14/50 20060101ALI20220511BHJP

   C23C 16/458 20060101ALI20220511BHJP

【ＦＩ】

H01L21/205

H01L21/68 N

C30B25/12

C23C14/50 D

C23C16/458

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020185584

(22)【出願日】2020-11-06

(71)【出願人】

【識別番号】000183303

【氏名又は名称】住友金属鉱山株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095223

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 章三

(74)【代理人】

【識別番号】100085040

【弁理士】

【氏名又は名称】小泉 雅裕

(74)【代理人】

【識別番号】100137752

【弁理士】

【氏名又は名称】亀井 岳行

(72)【発明者】

【氏名】横山 雄一

【テーマコード（参考）】

4G077

4K029

4K030

5F045

5F131

【Ｆターム（参考）】

4G077AA03

4G077BE08

4G077DB01

4G077EG04

4G077EG14

4G077HA12

4G077TA04

4G077TA12

4G077TF01

4G077TF02

4G077TF06

4K029AA04

4K029AA24

4K029BD01

4K029JA01

4K029JA05

4K030BA37

4K030CA04

4K030CA12

4K030GA02

4K030GA05

4K030JA01

4K030LA12

5F045AB06

5F045BB02

5F045BB08

5F045BB14

5F045DP03

5F045DP28

5F045EF02

5F045EM02

5F045EM09

5F131AA02

5F131AA22

5F131BA04

5F131CA02

5F131CA09

5F131CA45

5F131EA04

5F131GA05

5F131GA26

5F131GA42

(57)【要約】

【課題】基板を安定かつ継続して保持することができ、基板外周部に未成膜領域が生じ難い基板保持体、基板処理装置および基板処理方法を提供する。
【解決手段】基板１が平面部111aに載置され該平面部外周の直径が基板の外径以上である基板載置部111と、平面部外周端から垂直に延びる壁部112aと壁部上端から水平に延びる上面112bとで構成される周縁部112とを有するサセプタ110と、上面112bに載置されかつ平面部111aに対向した部位に開口部120aが設けられた蓋材120を備える基板保持体100であって、蓋材の開口部内壁面におけるサセプタ側端部近傍に該開口部径を基板の外径より大きくした大径部121が設けられ、開口部内壁面におけるサセプタ側端部近傍を除いた部位に該開口部径を基板の外径より小さくした小径部122が設けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理対象となる基板が平面部に載置されかつ当該平面部外周の直径が上記基板の外径以上である基板載置部と、当該基板載置部を囲むと共に上記平面部の外周端から垂直方向に延びる壁部と当該壁部の上端から水平方向に延びる上面とで構成される周縁部を有するサセプタと、
当該サセプタにおける周縁部の上面に載置されかつ上記基板載置部の平面部に対向する部位に開口部が設けられた蓋材を備える基板保持体において、
上記蓋材の開口部内壁面におけるサセプタ側の端部近傍に当該開口部径を上記基板の外径より大きくした大径部が設けられ、かつ、上記開口部内壁面におけるサセプタ側の端部近傍を除いた部位に当該開口部径を基板の外径より小さくした小径部が設けられていることを特徴とする基板保持体。

【請求項2】

上記大径部の開口部径がサセプタ側方向に向かって漸増していることを特徴とする請求項１に記載の基板保持体。

【請求項3】

上記蓋材の開口部内壁面におけるサセプタ側の端部を面取り加工して上記大径部が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の基板保持体。

【請求項4】

上記蓋材の厚み方向の長さをＣ（ｍｍ）、上記大径部の厚み方向の長さをＤ（ｍｍ）とした場合、
Ｄ（ｍｍ）＝Ｃ／２（ｍｍ）に設定されていることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の基板保持体。

【請求項5】

上記小径部の直径をφＹ（ｍｍ）、基板の外径をφＷ（ｍｍ）とした場合、
φＷ（ｍｍ）－１．０ｍｍ≦φＹ（ｍｍ）≦φＷ（ｍｍ）－０．５ｍｍに設定されていることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の基板保持体。

【請求項6】

上記基板載置部における平面部外周の直径をφＸ（ｍｍ）、基板の外径をφＷ（ｍｍ）とした場合、
φＷ（ｍｍ）＜φＸ（ｍｍ）≦φＷ（ｍｍ）＋０．５ｍｍに設定されていることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の基板保持体。

【請求項7】

上記基板の厚みをＡ（ｍｍ）、上記サセプタにおける壁部の厚みをＢ（ｍｍ）とした場合、
Ａ（ｍｍ）≦Ｂ（ｍｍ）≦Ａ（ｍｍ）＋０．５ｍｍに設定されていることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の基板保持体。

【請求項8】

上記サセプタにおける周縁部の上面に上記蓋材が載置された状態でサセプタに蓋材を固定する固定手段を備えることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の基板保持体。

【請求項9】

請求項１～８のいずれかに記載の基板保持体を備えることを特徴とする基板処理装置。

【請求項10】

化学気相蒸着法により上記基板に膜を成膜する成膜装置であることを特徴とする請求項９に記載の基板処理装置。

【請求項11】

請求項１～８のいずれかに記載の基板保持体に上記基板を保持する基板保持工程と、
上記基板保持工程後、上記サセプタを回転させつつ上記基板を処理する処理工程と、
を有することを特徴とする基板処理方法。

【請求項12】

上記処理工程は、上記基板に膜を成膜する成膜工程であることを特徴とする請求項１１に記載の基板処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板保持体、基板処理装置および基板処理方法に関し、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）のエピタキシャル膜を成膜することのできる基板処理装置、当該基板処理装置に備えることのできる基板保持体および当該基板保持体を用いる基板処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

炭化珪素（ＳｉＣ）は、珪素（Ｓｉ）と炭素（Ｃ）で構成される化合物半導体材料である。ＳｉＣは絶縁破壊電界強度がＳｉの１０倍、バンドギャップがＳｉの３倍と優れているだけでなく、デバイスの作製に必要なｐ型、ｎ型の制御が広い範囲で可能であること等から、Ｓｉの限界を超えるパワーデバイス用材料として期待されている。

【0003】

また、炭化珪素は、より薄い厚さでも高い耐電圧が得られるため、薄く構成することにより、ＯＮ抵抗が小さく、低損失の半導体が得られることが特徴である。

【0004】

エピタキシャル成長装置等の炭化珪素のエピタキシャル成長技術に使用される成膜装置では、常圧または減圧に保持された成膜室の内部に、例えばウエハを載置する。そして、ウエハを加熱しながら、成膜室内に、成膜のための原料となるガス（以下、「原料ガス」と略称する場合がある）を供給すると、ウエハの表面で原料ガスの熱分解反応および水素還元反応が起こり、ウエハ上にエピタキシャル膜が成膜される（例えば特許文献１）。

【0005】

エピタキシャルウェハを高い歩留まりで安定的に製造するには、均一に加熱されたウエハの表面に新たな原料ガスを次々に接触させて気相成長の速度を向上させる必要がある。このため、ウエハを高速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。

【0006】

ところで、従来のＳｉＣエピタキシャル成長装置では、ウエハへのＳｉＣの成膜だけでなく、ウエハを保持するサセプタのおもて面にもＳｉＣ膜が堆積していた。おもて面にＳｉＣ膜が堆積したサセプタは、おもて面部とＳｉＣ膜が堆積していないうら面部との熱膨張率の違いにより変形する場合がある。この変形が生じた場合には、ウエハを安定して保持することができず、高速回転することができない。

【0007】

また、ＳｉＣエピタキシャル成膜処理を装置内で繰り返すことにより、サセプタのおもて面にＳｉＣが成膜・堆積され続け、これによりサセプタ表面や内径部側壁に突起や段差を生じる場合がある。生じた段差や突起によって、サセプタにセットされたウエハをサセプタが安定して保持することができなくなり、これが成膜時におけるサセプタの回転によってウエハがサセプタからが外れてしまうことに繋がる。サセプタからウエハが外れてしまうと、ウエハが破損するおそれや、成膜炉内に破損したウエハが残存することになり、成膜時におけるパーティクルの一因ともなってしまう。

【0008】

以下、ＳｉＣのエピタキシャル成膜処理について具体的に説明すると、まず、成膜対象となるウエハはサセプタに設置され、ウエハが設置されたサセプタは、エピタキシャル成長装置における育成炉内の回転部上にセットされる。そして、成膜時には回転部上にセットされたウエハおよびサセプタを回転させ、ウエハに原料ガスが吹き付けられることでエピタキシャル成長し、成膜が進んでいく。

【0009】

成膜処理を繰り返し行うと、原料ガスの反応の影響を受け、ウエハ以外にもＳｉＣの堆積が生じる。特に、サセプタのおもて面へのＳｉＣの堆積は多く、堆積が進行すると、ウエハを載置するサセプタの載置部の面内で堆積したＳｉＣが段差となり、ウエハを安定して保持することが困難となる場合がある。エピタキシャル成長による成膜時は、安定的な成膜を行うため、ウエハを回転させた上で原料ガスを吹き付けることが必要である。このため、サセプタの載置部に生じた段差の影響でウエハが不安定な保持状態になると、サセプタを回転させることでサセプタからウエハが飛び出すおそれがあり、飛び出しによる結果、ウエハの破損に繋がってしまう場合がある。

【0010】

そこで、サセプタへのＳｉＣの付着を抑えることが理想となるが、ウエハのみに原料ガスを供給する制御をすることは、サセプタにウエハが保持されている点から構造的に困難である。尚、サセプタのみ温度を変更してＳｉＣの付着を抑えるという手法も挙げられるが、サセプタへの熱伝導の影響を抑えることが難しく、現実的にはサセプタへの成膜を防止することは難しい。

【0011】

このため、ウエハを安定して保持できるように定期的にサセプタに付着したＳｉＣを除去することが好ましいが、ＳｉＣは非常に硬い物質であり、サセプタに付着したＳｉＣを容易に除去することができない。また、ＳｉＣの除去を行うとしても、多大なるコストおよび時間を要すことになる。このため、サセプタに付着したＳｉＣを除去する頻度を高めることは好ましくない。

【0012】

このような技術的背景の下、本発明者は、サセプタへの炭化珪素の成膜・堆積を抑制し、基板（例えばウエハ）を安定かつ継続して保持することができる基板保持体と、当該基板保持体を備える基板処理装置、および、上記基板保持体を用いる基板処理方法を既に提案している（特許文献２参照）。

【0013】

すなわち、基板を安定かつ継続して保持することのできる上記基板保持体は、図１２に示すように処理対象となる基板１が平面部１１ａに載置されかつ当該平面部１１ａ外周の直径が上記基板１の外径以上である基板載置部１１と、当該基板載置部１１を囲むと共に上記平面部１１ａの外周端から垂直方向に延びる壁部１２ａと当該壁部１２ａの上端から水平方向に延びる上面１２ｂとで構成される周縁部１２を有するサセプタ１０と、当該サセプタ１０における周縁部１２の上面１２ｂに載置されかつ上記基板載置部１１の平面部１１ａに対向する部位に開口部２０ａが設けられた蓋材２０を備えることを特徴とするものであった。尚、図１２中、符号３０は蓋材２０をサセプタ１０に固定するネジ等の固定手段を示す。

【0014】

上記基板保持体によれば、蓋材２０の作用によりサセプタ１０への炭化珪素の成膜・堆積が抑制されるため基板１を安定かつ継続して保持することが可能になると共に、炭化珪素の除去作業を要さずにサセプタ１０の長寿命化が図れるため当該サセプタ１０を繰り返し使用することが可能となる。このため、炭化珪素のエピタキシャル成長による安定した成膜を安価にかつ長期的に行うことが可能な基板保持体、基板処理装置および基板処理方法を提供できる効果を有するものであった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0015】

【特許文献1】特開２０１８－０４６１４９号公報

【特許文献2】特願２０１９－２３０３７７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

しかしながら、その後の本発明者による研究、開発の結果、上記基板保持体には更なる改善の余地を有していることが判明した。

【0017】

すなわち、上記基板保持体においては、図１２に示すように蓋材２０が基板１上面の外周部を覆うように設置されているため、基板１の上方側から供給される原料ガスの流れが上記蓋材２０により阻まれて基板１の外周部に原料ガスが到達し難くなり、その結果、基板１外周部に幅１ｍｍ以上の未成膜領域を生じる場合があることが確認された。

【0018】

本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、特許文献２に記載された基板保持体の効果を具備し、かつ、基板の外周部に未成膜領域が生じない基板保持体、基板処理装置および基板処理方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0019】

すなわち、本発明に係る第１の発明は、
処理対象となる基板が平面部に載置されかつ当該平面部外周の直径が上記基板の外径以上である基板載置部と、当該基板載置部を囲むと共に上記平面部の外周端から垂直方向に延びる壁部と当該壁部の上端から水平方向に延びる上面とで構成される周縁部を有するサセプタと、当該サセプタにおける周縁部の上面に載置されかつ上記基板載置部の平面部に対向する部位に開口部が設けられた蓋材を備える基板保持体において、
上記蓋材の開口部内壁面におけるサセプタ側の端部近傍に当該開口部径を上記基板の外径より大きくした大径部が設けられ、かつ、上記開口部内壁面におけるサセプタ側の端部近傍を除いた部位に当該開口部径を基板の外径より小さくした小径部が設けられていることを特徴とする。

【0020】

また、本発明に係る第２の発明は、
第１の発明に記載の基板保持体において、
上記大径部の開口部径がサセプタ側方向に向かって漸増していることを特徴とし、
第３の発明は、
第２の発明に記載の基板保持体において、
上記蓋材の開口部内壁面におけるサセプタ側の端部を面取り加工して上記大径部が設けられていることを特徴とし、
第４の発明は、
第１の発明～第３の発明のいずれかに記載の基板保持体において、
上記蓋材の厚み方向の長さをＣ（ｍｍ）、上記大径部の厚み方向の長さをＤ（ｍｍ）とした場合、Ｄ（ｍｍ）＝Ｃ／２（ｍｍ）に設定されていることを特徴とし、
第５の発明は、
第１の発明～第４の発明のいずれかに記載の基板保持体において、
上記小径部の直径をφＹ（ｍｍ）、基板の外径をφＷ（ｍｍ）とした場合、
φＷ（ｍｍ）－１．０ｍｍ≦φＹ（ｍｍ）≦φＷ（ｍｍ）－０．５ｍｍに設定されていることを特徴とし、
第６の発明は、
第１の発明～第５の発明のいずれかに記載の基板保持体において、
上記基板載置部における平面部外周の直径をφＸ（ｍｍ）、基板の外径をφＷ（ｍｍ）とした場合、φＷ（ｍｍ）＜φＸ（ｍｍ）≦φＷ（ｍｍ）＋０．５ｍｍに設定されていることを特徴とし、
第７の発明は、
第１の発明～第６発明のいずれかに記載の基板保持体において、
上記基板の厚みをＡ（ｍｍ）、上記サセプタにおける壁部の厚みをＢ（ｍｍ）とした場合、Ａ（ｍｍ）≦Ｂ（ｍｍ）≦Ａ（ｍｍ）＋０．５ｍｍに設定されていることを特徴とし、
また、第８の発明は、
第１の発明～第７発明のいずれかに記載の基板保持体において、
上記サセプタにおける周縁部の上面に上記蓋材が載置された状態でサセプタに蓋材を固定する固定手段を備えることを特徴とする。

【0021】

次に、本発明に係る第９の発明は、
基板処理装置において、
第１の発明～第８発明のいずれかに記載の基板保持体を備えることを特徴とし、
第１０の発明は、
第９の発明に記載の基板処理装置において、
化学気相蒸着法により上記基板に膜を成膜する成膜装置であることを特徴とする。

【0022】

更に、本発明に係る第１１の発明は、
基板処理方法において、
第１の発明～第８発明のいずれかに記載の基板保持体に上記基板を保持する基板保持工程と、
上記基板保持工程後、上記サセプタを回転させつつ上記基板を処理する処理工程と、
を有することを特徴とし、
第１２の発明は、
第１１の発明に記載の基板処理方法において、
上記処理工程は、上記基板に膜を成膜する成膜工程であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0023】

本発明に係る基板保持体によれば、特許文献２に記載の基板保持体と同様、蓋材の作用によりサセプタへの炭化珪素の成膜・堆積が抑制されるため基板を安定かつ継続して保持することが可能になり、かつ、炭化珪素の除去作業を要さずにサセプタの長寿命化が図れるため当該サセプタを繰り返し使用することが可能となる。

【0024】

更に、上記蓋材の開口部内壁面におけるサセプタ側端部近傍に、当該開口部径を上記基板の外径より大きくした大径部が設けられているため、当該大径部の作用により、上方側から供給される原料ガスの流れが蓋材で阻まれることなく基板の外周部に原料ガスが到達し易くなり、かつ、上記蓋材の開口部内壁面におけるサセプタ側端部近傍を除いた部位に、当該開口部径を基板の外径より小さくした小径部が設けられているため、当該小径部の作用により、サセプタからの基板の飛び出しを確実に防止することができる。

【0025】

従って、炭化珪素のエピタキシャル成長による安定した成膜を安価にかつ長期的に行うことが可能な基板保持体、基板処理装置および基板処理方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明に係る基板保持体の一例を示す構成断面図。

【図2】図２（ａ）は本発明に係る基板保持体の一部を構成するサセプタの構成断面図、図２（ｂ）は上記サセプタの平面図。

【図3】上記サセプタの変形例に係る概略斜視図。

【図4】図４（ａ）は本発明に係る基板保持体の一部を構成する蓋材の構成断面図、図４（ｂ）は上記蓋材の平面図。

【図5】上記蓋材の変形例に係る概略斜視図。

【図6】化学気相蒸着法により基板に膜を成膜する成膜装置（エピタキシャル成長装置）の構成断面図。

【図7】サセプタに載置された基板（ウエハ）上方側から供給される原料ガスの流れを示す説明図。

【図8】炭化珪素が付着したサセプタに基板（ウエハ）を載置した状態を示す概略断面図。

【図9】本発明に係る基板保持体のサセプタと蓋材における寸法例を示す説明図。

【図10】図１０（ａ）と図１０（ｂ）は蓋材の開口部内壁面のサセプタ側端部近傍に設けられる大径部１２１の変形例を示す概略断面図、図１０（ｃ）と図１０（ｄ）は上記開口部内壁面のサセプタ側端部近傍を除いた部位に設けられる小径部１２２の変形例を示す概略断面図。

【図11】累積成膜量あたりの基板の飛び出し回数を示すグラフ図。

【図12】特許文献２に記載された基板保持体の一例を示す構成断面図。

【図13】蓋材の開口部内壁面に大径部を有しない基板保持体の蓋材２０の厚みの違いが与える膜厚への影響を示すグラフ図。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は、実施形態によって何ら限定されるものではない。

【0028】

［基板保持体］
本発明に係る基板保持体としては、図１に示す基板１を保持する基板保持体１００が挙げられ、サセプタ１１０と、蓋材１２０とを備える。

【0029】

〈サセプタ１１０〉
図２はサセプタ１１０の概略図であり、図２（ａ）はサセプタ１１０の構成断面図、図２（ｂ）はサセプタ１１０の平面図である。

【0030】

サセプタ１１０は、処理対象となる基板１が平面部１１１ａに載置されかつ当該平面部１１１ａ外周の直径が上記基板１の外径以上である基板載置部１１１と、当該基板載置部１１１を囲むと共に上記平面部１１１ａの外周端から垂直方向に延びる壁部１１２ａと当該壁部１１２ａの上端から水平方向に延びる上面１１２ｂとで構成される周縁部１１２を有する。また、基板載置部１１１の平面部１１１ａは、周縁部１１２の上面１１２ｂより凹んだ円形状であり、上記上面１１２ｂは所定の幅を有する平面状である。

【0031】

基板載置部１１１の平面部１１１ａに基板１を載置してサセプタ１１０を回転させた場合、基板１の側面にある周縁部１１２の壁部１１２ａが基板１のずれや飛び出しを防止する役目を担うことができる。

【0032】

尚、図９に示す基板保持体において、上記基板載置部（図示せず）における平面部外周の直径をφＸ（ｍｍ）、基板１の外径をφＷ（ｍｍ）とした場合、
φＷ（ｍｍ）＜φＸ（ｍｍ）≦φＷ（ｍｍ）＋０．５ｍｍに設定されることが好ましい。

【0033】

また、本発明に係るサセプタとしては、サセプタ１１０の他にも、図３に示す複数の基板載置部２１１を有するサセプタ２１０が挙げられ、複数の基板を基板載置部２１１の平面部２１１ａに載置することができる。サセプタ２１０は、サセプタ１１０と同様、平面部２１１ａ外周の直径が上記基板の外径以上であり、上記平面部２１１ａの外周端から垂直方向に延びる壁部２１２ａと当該壁部２１２ａの上端から水平方向に延びる上面２１２ｂとで構成される周縁部２１２を有する。また、基板載置部２１１の平面部２１１ａは、周縁部２１２の上面２１２ｂより凹んだ円形状であり、上記上面２１２ｂは所定の幅を有する平面状である。

【0034】

サセプタ１１０、２１０としては、例えばＳｉＣのエピタキシャル成長装置に用いる場合には、カーボン製のサセプタを用いることができる。また、他の用途の場合には、それぞれの用途に適した素材のサセプタを用いることができる。

【0035】

尚、処理対象となる基板としては例えば円盤状のウエハが挙げられるが、特に限定されず、何らかの機能を実現するための部品等を配置することのできる板であってもよい。

【0036】

〈蓋材１２０〉
図４は蓋材１２０の概略図であり、図４（ａ）は蓋材１２０の構成断面図、図４（ｂ）は蓋材１２０の平面図である。

【0037】

蓋材１２０は、上記サセプタ１１０における基板載置部１１１の平面部１１１ａ（図１参照）に対向する部位に開口部１２０ａを有しており、開口部１２０ａ内壁面におけるサセプタ１１０側の端部近傍に当該開口部径を上記基板の外径より大きくした大径部１２１が設けられていると共に、上記開口部１２０ａ内壁面におけるサセプタ１１０側の端部近傍を除いた部位に当該開口部径を基板の外径より小さくした小径部１２２が設けられている。尚、蓋材１２０の外径は、サセプタ１１０の外径と略同一であってもよい。

【0038】

そして、図１に示すように、基板載置部１１１の平面部１１１ａに基板１を載置し、かつ、サセプタ１１０における周縁部１１２の上面１１２ｂに蓋材１２０を載置した状態で基板保持体１００を回転させた場合、基板１の側面にある周縁部１１２の壁部１１２ａが基板１のずれや飛び出しを防止する役目を担うことができる。

【0039】

更に、上記蓋材１２０の開口部１２０ａ内壁面におけるサセプタ１１０側端部近傍に、当該開口部径を上記基板１の外径より大きくした大径部１２１が設けられているため、当該大径部１２１の作用により、上方側から供給される原料ガスの流れが蓋材１２０で阻まれることなく基板１の外周部に原料ガスが到達し易くなり、かつ、上記蓋材１２０の開口部１２０ａ内壁面におけるサセプタ１１０側端部近傍を除いた部位（図１に示すように上記開口部１２０ａ内壁面におけるサセプタ１１０側とは反対側の端部）に、当該開口部径を基板１の外径より小さくした小径部１２２が設けられているため、当該小径部１２２の作用により、基板保持体１００の回転によるサセプタ１１０からの基板１の飛び出しを確実に防止できると共に、基板保持体１００の外部より蓋材１２０の開口部１２０ａを介して基板１に所定の処理を施すことができる。

【0040】

尚、蓋材１２０の開口部１２０ａ内壁面に設けられる上記大径部１２１と小径部１２２の形状については、図１に示す形状の他にも、図１０に示す各種形状が挙げられる。

【0041】

上記大径部１２１の形状としては、図１０（ａ）（ｂ）が例示され、上記小径部１２２の形状としては、図１０（ｃ）（ｄ）が例示される。

【0042】

また、本発明に係る蓋材としては、蓋材１２０の他にも、図５に示す複数の開口部２２０ａを有する蓋材２２０が挙げられ、複数の基板の飛び出しを防止することができる。蓋材２２０は、蓋材１２０と同様、各開口部２２０ａ内壁面におけるサセプタ２１０（図３参照）側の端部近傍に当該開口部径を上記基板の外径より大きくした大径部（図示せず）が設けられていると共に、各開口部２２０ａ内壁面におけるサセプタ２１０側の端部近傍を除いた部位に当該開口部径を基板の外径より小さくした小径部（図示せず）が設けられている。また、蓋材２２０の外径は、図３に示した複数の基板載置部２１１を有する上記サセプタ２１０の外径と略同一であってもよい。

【0043】

蓋材１２０、２２０としては、例えばＳｉＣのエピタキシャル成長装置に用いる場合には、カーボン製の蓋材を用いることができる。また、他の用途の場合には、それぞれの用途に適した素材の蓋材を用いることができる。

【0044】

〈固定手段〉
図１に示す基板保持体１００は、図１２に示す固定手段３０と同様、サセプタ１１０における周縁部１１２の上面１１２ｂに蓋材１２０が載置された状態でサセプタ１１０に固定する固定手段（図示せず）を備えることができる。固定手段によって蓋材１２０をサセプタ１１０に固定することで、基板保持体１００を回転させたときの基板１の飛び出しをより確実に防止することができる。尚、図５に示した蓋材２２０をサセプタ２１０に固定する場合にも、同様に固定手段を用いることができる。

【0045】

固定手段の固定形態としては、蓋材をサセプタに固定することができれば、特に限定されない。例えば、図１２に示す固定手段３０のように、釘、ネジ、ネイルのような形状のものでもよく、ボルトとナットからなる締結部材や、クリップ、クランプ等によって蓋材とサセプタを固定してもよい。

【0046】

固定手段の素材としては、例えばＳｉＣのエピタキシャル成長装置に用いる場合には、カーボン製の固定手段を用いることができる。また、他の用途の場合には、それぞれの用途に適した素材の固定手段を用いることができる。

【0047】

（基板保持体１００の使用例）
以下、基板保持体１００の使用例について説明する。図６は、化学気相蒸着法により基板１に炭化珪素のエピタキシャル膜を成膜する成膜装置（エピタキシャル成長装置１０００）の構成断面図である。エピタキシャル成長装置１０００は、成膜室１１００を形成するボックス型の断熱材１２００と、原料ガスを成膜室１１００へ導入する原料ガス導入口１３００と、基板載置部１１１の平面部に基板１が載置されたサセプタ１１０を保持して回転させる回転ステージ１４００を少なくとも備える。

【0048】

エピタキシャル成長装置１０００を用いて基板１にエピタキシャル膜を成長させる手順を説明すると、例えば、エピタキシャル成長装置１０００の成膜室１１００内にて、基板１はサセプタ１１０における基板載置部１１１の平面部に載置される。または、基板１が載置されたサセプタ１１０が、エピタキシャル成長装置１０００の成膜室１１００へセットされる。その後、成膜室１１００内の温度を指定温度まで上昇させる。温度上昇後に基板１が載置されたサセプタ１１０は、矢印Ａで示す回転のように回転ステージ１４００により回転し、原料ガス導入口１３００より矢印Ｂで示す方向に成膜室１１００へ導入される原料ガスを基板１に吹き付けることで、成膜を行うことができる。

【0049】

図７は、サセプタ１１０に載置された基板１の上方側から供給される原料ガスの流れを示した説明図である。

【0050】

基板１にエピタキシャル膜を成長させる場合、原料ガスは基板１の上方側から基板１のおもて面１ａへ吹きつけられることになる。これにより、基板１の表面での反応により成膜が進むことになるが、原料ガスは基板１が回転することにより遠心力の影響を受け、基板１のおもて面１ａ全体へと行き渡らせることができる。基板１のおもて面１ａ中心から基板１の端部１ｂへの原料ガスの流れにおいて、蓋材（図示せず）の開口部内壁面におけるサセプタ１１０側端部に設けられた上記大径部の作用によって端部１ｂまで到達した原料ガスは、サセプタ１１０の壁部１１２ａに到達する。原料ガスの流れは、壁部１１２ａに阻まれることによって基板１の端部１ｂ付近において対流が生じ、この対流が、基板１のおもて面１ａ内でのエピタキシャル膜の膜厚分布にバラつきが生じる一因となることがある。よって、この対流を生じさせないよう、基板１のおもて面１ａとサセプタ１１０の上面１１２ｂは、段差が無く同一平面上にあることが好ましいが、サセプタ１１０の回転により基板１の飛び出しが防止できるようにする必要もある。

【0051】

そこで、図９に示す基板保持体において、基板１の厚みをＡ（ｍｍ）、サセプタ１１０における壁部１１２ａの厚みをＢ（ｍｍ）とした場合、
Ａ（ｍｍ）≦Ｂ（ｍｍ）≦Ａ（ｍｍ）＋０．５ｍｍの条件を満たすように周縁部１１２の高さを設定することができる。

【0052】

このように設定することにより、基板１に吹付けられる原料ガスの自然な流れを阻害することなく、異常な成膜を抑制することができ、基板１の成膜対象面における成膜の偏りを抑えて安定的な成膜を維持することができる。また、成膜処理中に、載置された基板１の側面への原料ガスの侵入を阻止または抑制できることにより、基板載置部１１１や壁部１１２ａへの炭化珪素の付着や堆積を防止または抑制することができる。

【0053】

尚、Ａ（ｍｍ）≦Ｂ（ｍｍ）≦Ａ（ｍｍ）＋０．５ｍｍの条件が満たされない場合、原料ガスの自然な流れを阻害するおそれがあり、その結果として基板１の成膜対象面における成膜の偏りが生じ、安定的な成膜を維持することが困難となることがある。また、成膜処理中に載置された基板１の側面へ原料ガスが侵入するおそれがあり、これにより基板載置部１１１や壁部１１２ａへの炭化珪素の付着や堆積が生じるおそれがある。

【0054】

図８に、エピタキシャル成長装置１０００による成膜処理を繰り返し行うことで、炭化珪素３００が付着したサセプタ１１０に基板１を載置した状態の概略断面図を示す。

【0055】

成膜処理を繰り返し行うことで、サセプタ１１０の基板載置部１１１や壁部１１２ａに炭化珪素３００が付着し堆積していくことで、基板１を保持するために重要な基板載置部１１１や壁部１１２ａにおいて炭化珪素３００による突起や段差が生じることになる。このような突起や段差が生じると、基板載置部１１１に基板１を載置しても、基板載置部１１１と基板１との間に隙間ができる等により基板１が不安定な状態で載置されてしまう。この状態で成膜室１１００内においてサセプタ１１０を回転させと、サセプタ１１０が基板１をしっかりと保持することができず、サセプタ１１０から基板１が飛んでしまう場合がある。この場合には、成膜室１１０の内壁への衝突等により、基板１の破損が生じてしまうおそれがある。また、飛んでしまった基板１には成膜の制御ができないため、所望のエピタキシャル膜を成長させることができない。そして、先に述べたように、サセプタ１１０に付着した炭化珪素３００の除去には多大なるコストおよび時間を要すことから、炭化珪素３００を除去するメンテナンスの頻度を上げることは好ましくない。

【0056】

但し、基板保持体１００を使用することで、上記問題を解消することができる。

【0057】

すなわち、サセプタ１１０のみならず蓋材１２０を備える基板保持体１００であれば、蓋材１２０があることで原料ガスが基板１の側面を介して基板載置部１１１や壁部１１２ａへ炭化珪素が付着することを防止できる。このため、基板保持体１００を繰り返し使用しても、基板１を安定してしっかりと保持し続けることができ、基板１が飛んでしまうことを防止できるため、エピタキシャル成長装置１０００に設置した全ての基板１においてエピタキシャル膜を成膜できることで歩留まりを上げることができる。

【0058】

また、基板載置部１１１や壁部１１２ａへ炭化珪素が付着しにくいため、サセプタ１１０を長寿命化させて繰り返し使用できる。また、炭化珪素３００を除去するためのメンテナンスの回数が減る、またはメンテナンス不要となることで、成膜にかかるコストを抑えることができる。そのため、炭化珪素のエピタキシャル成長による安定した成膜を、安価にかつ長期的に行うことができる。

【0059】

更に、上記基板保持体１００においては、蓋材１２０の開口部１２０ａ内壁面におけるサセプタ１１０側端部近傍に、当該開口部径を基板１の外径より大きくした大径部１２１が設けられているため、上方側から供給される原料ガスの流れが蓋材１２０で阻まれることなく基板１の外周部に原料ガスが到達し易くなり、かつ、上記蓋材１２０の開口部１２０ａ内壁面におけるサセプタ１１０側端部近傍を除いた部位に、当該開口部径を基板１の外径より小さくした小径部１２２が設けられているため、基板保持体１００の回転によるサセプタ１１０からの基板１の飛び出しを確実に防止することができる。

【0060】

尚、図９に示す基板保持体において、蓋材１２０の厚み方向の長さをＣ（ｍｍ）、上記大径部１２１の厚み方向の長さをＤ（ｍｍ）とした場合、
Ｄ（ｍｍ）＝Ｃ／２（ｍｍ）に設定されることが好ましい。

【0061】

このように設定されることで、基板１に吹付けられる原料ガスの自然な流れを阻害することなく、異常な成膜を抑制することができ、基板１の成膜対象面における成膜の偏りを抑えて安定的な成膜を維持することができる。また、原料ガスの流れを阻害しないよう、蓋材１２０の厚みはできるだけ均一であることが好ましく、例えば厚みの誤差を厚みの平均の±０．１ｍｍ以内に設定することができる。

【0062】

また、上記蓋材１２０の開口部１２０ａ内壁面におけるサセプタ１１０側端部近傍を除いた部位に設けられる小径部１２２については、以下の要件を満たすことが好ましい。

【0063】

すなわち、図９に示す基板保持体において、上記小径部１２２の直径をφＹ（ｍｍ）、基板１の外径をφＷ（ｍｍ）とした場合、
φＷ（ｍｍ）－１．０ｍｍ≦φＹ（ｍｍ）≦φＷ（ｍｍ）－０．５ｍｍの条件を満たすことが好ましい。

【0064】

この条件を満たすことにより、仮に基板載置部１１１や壁部１１２ａ等に炭化珪素３００が付着して段差等が生じた場合であっても、サセプタ１１０の回転による基板１の飛び出しを防止することができる。また、基板１の処理対象面積が過度に狭くならないため、例えば基板１にエピタキシャル膜を成膜させる場合において、その成膜面積が過度に狭くはならず、エピタキシャル基板の製造効率への影響はない。

【0065】

尚、炭化珪素のエピタキシャル成長装置１０００における基板保持体１００の使用例を主として挙げたが、本発明の基板保持体としては他の用途も考えられる。本発明の基板保持体は、基板を回転させて処理する場合に有用であり、例えば、基板を回転させて炭化珪素の多結晶膜を成膜する成膜装置や、基板の塗布対象面に所定の処理液をスピンコートするスピンコータ、基板の洗浄対象面を洗浄液で洗浄した後に基板を回転させて洗浄液を除去する仕組みを備える基板の洗浄装置等にも基板保持体１００を用いることができる。

【0066】

［基板処理装置］
次に、本発明に係る基板処理装置の例について説明する。本発明の基板処理装置は、上記した本発明の基板保持体を備えるものである。

【0067】

基板処理装置としては、基板保持体を備えるものであれば特に限定されない。例えば、化学気相蒸着法により前記基板に膜を成膜する成膜装置であってもよく、具体的には、成膜装置として図６に示すエピタキシャル成長装置１０００であれば、炭化珪素製の基板にエピタキシャル膜を成膜することができる。

【0068】

また、本発明の基板保持体は、基板を回転させて処理する場合に有用であることから、本発明の基板処理装置としては、基板の塗布対象面に所定の処理液をスピンコートするスピンコータであってもよい。更に別の態様としては、基板の洗浄対象面を洗浄液で洗浄した後に基板を回転させて洗浄液を除去する仕組みを備える基板の洗浄装置であってもよい。

【0069】

［基板処理方法］
次に、本発明に係る基板処理方法の例について説明する。本発明の基板処理方法は、上記した本発明の基板保持体に基板を保持する基板保持工程と、基板保持工程後、サセプタを回転させつつ基板を処理する処理工程と、を含む。

【0070】

処理工程は、基板に膜を成膜する成膜工程であってもよい。例えば、本発明の基板処理方法として、エピタキシャル成長装置１０００を用いて基板１にエピタキシャル膜を成長させる基板処理方法を例示して説明する。

【0071】

〈基板保持工程〉
基板保持工程としては、例えば、エピタキシャル成長装置１０００の成膜室１１００内にて、基板１をサセプタ１１０の基板載置部１１１に載置した後、蓋材１２０を被せて、適宜固定手段（図示せず）でサセプタ１１０と蓋材１２０を固定する工程が挙げられる。または、成膜室１１００の外部にて、基板１をサセプタ１１０の基板載置部１１１に載置した後、蓋材１２０を被せて、適宜固定手段（図示せず）でサセプタ１１０と蓋材１２０を固定する工程が挙げられる。この場合には、基板保持工程後に基板保持体１００がエピタキシャル成長装置１０００の成膜室１１００へセットされる。

【0072】

〈処理工程〉
処理工程としては、例えば、成膜工程の場合には、基板保持工程後、成膜室１１００内の温度を指定温度まで上昇させる。温度上昇後に基板１が載置された基板保持体１００を、矢印Ａで示す回転のように回転ステージ１４００により回転させ、原料ガス導入口１３００より矢印Ｂで示す方向に成膜室１１００へ導入される原料ガスを基板１に吹き付けることで、成膜処理を行うことができる。

【0073】

処理工程は成膜工程に限定されず、例えば、スピンコータを用いる場合には、基板１の塗布対象面に所定の処理液をスピンコートする工程であってもよい。更に別の態様としては、基板の洗浄装置を用いる場合には、基板１の洗浄対象面を洗浄液で洗浄した後に基板を回転させて洗浄液を除去する工程であってもよい。

【0074】

（その他の工程）
本発明の基板処理方法は、基板保持工程と処理工程の他にも、更なる工程を含んでもよい。例えば、処理対象となる基板１を清浄な状態とするような養生工程や、処理工程後に基板への処理が十分であったか否かを判定する判定工程等が挙げられる。

【実施例0075】

以下、本発明の実施例について具体的に説明する。但し、本発明は、これ等の実施例によって何ら限定されるものではない。

【0076】

［評価の内容］
図６に示すエピタキシャル成長装置１０００を使用し、サセプタ１１０および蓋材１２０を備える基板保持体１００（図１参照）に基板１を保持してエピタキシャル成長膜の成膜処理した場合と、従来のように蓋材１２０は使用せずにサセプタ１１０に基板１を載置してエピタキシャル成長膜の成膜処理をした場合とについて、基板１の飛び出しの有無およびエピタキシャル成長膜の膜厚への影響について、評価した。

【0077】

尚、評価においては、基板１の保持に基板保持体１００を用いるか、サセプタ１１０を用いるかのみを違いとし、基板１や、原料ガスの組成や混合比、原料ガスの流量や吹き付け時間、基板１の回転速度等の成膜条件は同一として、成膜を繰り返し行った。

【0078】

〈基板１の飛び出しの評価〉
エピタキシャル成長装置１０００により基板１への成膜処理を繰り返し、累積成膜量あたりの基板１の飛び出し回数を評価した。

【0079】

尚、基板１は直径１５２．４ｍｍ（６インチ）、厚さ０．５ｍｍの炭化珪素単結晶ウエハを使用した。サセプタ１１０は、カーボン製で、直径１６３ｍｍ、基板載置部１１１における平面部１１１ａの直径１５３ｍｍ、周縁部１１２の幅は５ｍｍ、基板載置部１１１の厚みは２ｍｍ、壁部１１２ａの高さは基板１の厚さに合わせて０．５ｍｍとした。

【0080】

そして、蓋材１２０は、カーボン製で、厚みは均一で０．５ｍｍ、蓋材１２０の開口部内壁面に設けられる小径部１２２の直径は基板１の直径よりも０．３ｍｍ小さい１５２．１ｍｍ、蓋材１２０の直径はサセプタ１１０と同様に１６３ｍｍのリング形状であり、リングの幅は５．４５ｍｍとした。また、固定手段として、ネジ頭の出っ張りを抑えたカーボン製の低頭ネジを使用し、均等に４か所の部分でネジ止めしてサセプタ１１０と蓋材１２０を固定した。

【0081】

また、成膜処理においては、基板保持体１００およびサセプタ１１０は交換せずに、当初から試験を終了するまで繰り返し使用した。

【0082】

結果を図１１に示す。図１１では横軸がエピタキシャル成長膜を成膜した累積成膜量であり、白抜きのグラフが基板保持体１００を使用した場合で、黒塗りのグラフがサセプタ１１０を使用した場合である。また、「１００μｍ」の項目は成膜処理１回目から累積成膜量が１００μｍまでの間に発生した基板１の飛び出し回数を表示している。「３００μｍ」の項目は累積成膜量が１００μｍから３００μｍまでの間に発生した基板１の飛び出し回数を表示している。５００μｍ～１５００μｍの項目についても同様であり、各項目について、１０回ずつ成膜処理を行った。

【0083】

図１１の結果より、蓋材１２０を使用せずにサセプタ１１０を使用した場合には、累積成膜量が３００μｍの項目までは基板１の飛び出しは認められないものの、累積成膜量が５００μｍを超えて急激に基板１の飛び出しの発生頻度が上がることが分かった。成膜処理後には、その都度、基板１が飛び出したサセプタ１１０の状態を確認したところ、基板載置部１１１の平面部１１１ａ表面や壁部１１２ａに炭化珪素が徐々に付着し、累積成膜量が５００μｍを超えると、この付着した炭化珪素が段差および突起へと成長していることが確認され、これ等の段差や突起が基板１の飛び出しの要因となったことは明らかであった。

【0084】

一方で、基板保持体１００を使用した場合においては、成膜処理の開始から累積成膜量が１５００μｍの状態下まで、基板１の飛び出しが一度も発生しなかった。特に、蓋材１２０があることで、サセプタ１１０の基板載置部１１１や壁部１１２ａには炭化珪素がほとんど付着していなかった。また、繰り返しの成膜処理の終盤において、基板載置部１１１や壁部１１２ａに炭化珪素が付着して段差や突起が生じた場合であっても、蓋材１２０があることで基板１の飛び出しを防止することができた。

【0085】

〈蓋材１２０の開口部内壁面に設けられた大径部１２１の膜厚への影響の評価〉
ここでは、図１に示す基板保持体１００（蓋材１２０の開口部内壁面に大径部１２１と小径部１２２を有する）、および、図１２に示す基板保持体１０（蓋材２０の開口部内壁面に大径部を有しない）を用い、かつ、開口部内壁面に大径部を有しない基板保持体１０については厚みが０．５ｍｍから２．０ｍｍまで異なる蓋材２０を用意し、各基板保持体としてエピタキシャル成長膜の成膜処理を１回行い、基板１にエピタキシャル成長膜を成膜した。そして、得られたエピタキシャル成長膜の膜厚を測定し、図１に示す基板保持体１００と図１２に示す基板保持体１０を使用した場合のエピタキシャル成長膜の膜厚の平均値と比較し、膜厚の偏りについて評価した。

【0086】

（１）基板保持体１０を使用した場合
結果を図１３に示す。図１３のグラフ図では、蓋材２０の厚みを横軸とし、０ｍｍには蓋材２０を使用せずにサセプタ１１０を使用した場合におけるエピタキシャル成長膜の膜厚の平均値を１００％として示した。

【0087】

そして、この膜厚の平均値と、蓋材２０を用いて成膜したエピタキシャル成長膜のうち、最も厚みのある部分の膜厚とを比較して、膜厚が１．２倍厚くなった場合を１２０％、１．４倍厚くなった場合を１４０％としてプロットした。

【0088】

基板保持体１０を使用した場合、蓋材２０の厚みが１ｍｍ以下であれば、図１３のグラフ図に示すように成膜されたエピタキシャル成長膜の厚みはほぼ均一であり、蓋材２０を使用しなかった場合と同様の膜厚のものを得ることができた。基板保持体１０を使用した場合、蓋材２０の厚みが１ｍｍ以下であれば、蓋材２０が原料ガスの自然な流れを阻害せず、蓋材２０が無い状態と殆ど変わらないことを指し示している。

【0089】

（２）基板保持体１００を使用した場合
他方、蓋材１２０の開口部内壁面に大径部１２１を有する基板保持体１００を使用した場合、上記大径部１２１の作用により、上方側から供給される原料ガスの流れが蓋材１２０で阻まれることなく原料ガスが基板１の外周部に到達し易いため、蓋材１２０の厚みＣ（図９参照）が１ｍｍ以上であっても、大径部１２１の厚み方向の長さＤ（図９参照）がＣ／２に設定されていれば成膜されたエピタキシャル成長膜の厚みはほぼ均一であることが確認された。

【産業上の利用可能性】

【0090】

本発明によれば、サセプタへの炭化珪素の成膜・堆積が抑制され、サセプタからの基板の飛び出しを防止できると共に、基板外周部へ原料ガスを均等に到達させることが可能なため、炭化珪素のエピタキシャル成長による安定した成膜を安価にかつ長期的に行うことができる基板保持体として利用される産業上の利用可能性を有している。

【符号の説明】

【0091】

１ 基板
１ａ おもて面
１ｂ 端部
１０ サセプタ
１１ 基板載置部
１１ａ 平面部
１２ 周縁部
１２ａ 壁部
１２ｂ 上面
２０ 蓋材
２０ａ 開口部
３０ 固定手段
１００ 基板保持体
１１０ サセプタ
１１１ 基板載置部
１１１ａ 平面部
１１２ 周縁部
１１２ａ 壁部
１１２ｂ 上面
１２０ 蓋材
１２０ａ 開口部
１２１ 大径部
１２２ 小径部
２１０ サセプタ
２１１ 基板載置部
２１１ａ 平面部
２１２ 周縁部
２１２ａ 壁部
２１２ｂ 上面
２２０ 蓋材
２２０ａ 開口部
３００ 炭化珪素
１０００ エピタキシャル成長装置
１１００ 成膜室
１２００ 断熱材
１３００ 原料ガス導入口
１４００ 回転ステージ
Ａ 矢印
Ｂ 矢印

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】