特許 7333675 リフトピン、半導体製造装置およびリフトピン製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-17

(45)【発行日】2023-08-25

(54)【発明の名称】リフトピン、半導体製造装置およびリフトピン製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20230818BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 N

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022538113

(86)(22)【出願日】2021-02-01

(86)【国際出願番号】 JP2021003466

(87)【国際公開番号】W WO2022162928

(87)【国際公開日】2022-08-04

【審査請求日】2022-06-17

(73)【特許権者】

【識別番号】510052285

【氏名又は名称】株式会社 天谷製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000420

【氏名又は名称】弁理士法人ＭＩＰ

(72)【発明者】

【氏名】松本 宗之

(72)【発明者】

【氏名】福井 宏和

【審査官】湯川 洋介

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２５２２２９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００９－５９８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平５－６６９８９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】中国実用新案第２０３４３４１３６（ＣＮ，Ｕ）

【文献】特開２００３－２１８００３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２６７２１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１４２７８８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体製造装置において基板の搬送時に前記基板を持ち上げる昇降機構に取り付けられ、前記基板を支持するリフトピンであって、
前記基板の持ち上げ時に当該基板と当接する先端部分が丸みを有する第１の部材と、前記昇降機構と接続される第２の部材とから構成され、
前記第１の部材は、前記基板よりも硬度が低く、かつ、当該リフトピンの直径よりも長手方向の寸法が大きく、
前記第２の部材は、前記第１の部材よりも強度が高く、前記第２の部材の長手方向の全外面を長手方向に前記第１の部材が覆うか、又は前記第１の部材が前記第２の部材の内部を長手方向に全長にわたり延びることを特徴とする、
リフトピン。

【請求項8】

半導体製造装置において基板の搬送時に前記基板を持ち上げる昇降機構に取り付けられ、前記基板を支持するリフトピンの製造方法であって、
前記基板よりも硬度が低い材料を、凸型部分を有し、前記凸型部分の反対側の先端部分が丸みを有し、かつ、当該リフトピンの直径よりも長手方向の寸法が大きい第１の部材として加工する第１の工程と、
前記第１の部材よりも強度が高い材料を、凹型部分を有する第２の部材として加工する第２の工程と、
前記第１の部材と、前記第２の部材とを嵌合する工程と
を含み、
前記第１の部材が前記第２の部材の内部を長手方向に全長にわたり延びることを特徴とする、リフトピン製造方法。

【請求項9】

前記第１の工程は、前記凸型部分の長手方向の面を、凹凸形状に加工し、
前記第２の工程は、前記凹型部分の長手方向の面を、凹凸形状に加工する、
請求項８に記載のリフトピン製造方法。

【請求項10】

半導体製造装置において基板の搬送時に前記基板を持ち上げる昇降機構に取り付けられ、前記基板を支持するリフトピンの製造方法であって、
前記基板よりも硬度が低い材料を、凹型部分を有し、前記凹型部分の反対側の先端部分が丸みを有し、かつ、当該リフトピンの直径よりも長手方向の寸法が大きい第１の部材として加工する第１の工程と、
前記第１の部材よりも強度が高い材料を、凸型部分を有する第２の部材として加工する第２の工程と、
前記第１の部材と、前記第２の部材とを嵌合する工程と
を含み、
前記第２の部材の長手方向の全外面を長手方向に前記第１の部材が覆うことを特徴とする、リフトピン製造方法。

【請求項11】

前記第１の工程は、前記凹型部分の長手方向の面を、凹凸形状に加工し、
前記第２の工程は、前記凸型部分の長手方向の面を、凹凸形状に加工する、
請求項１０に記載のリフトピン製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板を支持するリフトピン、このリフトピンを備える半導体製造装置およびこのリフトピンの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ステージ上に載置された基板上に半導体材料を結晶成長させて成膜し、半導体デバイスを製造する装置（以下、単に「半導体製造装置」として参照する）が開発されている。半導体デバイスを製造するプロセスにおいて半導体製造装置は、高温、高真空といった環境下で反応性ガスを使用するなど、特殊な条件が求められる。したがって、半導体デバイスの歩留まりを向上するために、半導体製造装置の内部は、高い清浄度が要求される。

【0003】

ところで、半導体製造装置において、ホルダ上の基板を搬送する場合には、基板をホルダから持ち上げ、アームを用いるのが一般的である。この際に、昇降機構と連結した支持体（以下、「リフトピン」として参照する）によって、基板の裏面の少なくとも３点を支持し、リフトピンを上昇させることで、基板を持ち上げることができる。

【0004】

リフトピンは基板裏面を支持することから、基板に傷を付けないようにするために、柔らかい材料で構成されていることが好ましい。この点につき、特開２０１６－２２５４４４号公報（特許文献１）では、リフトピンの少なくともその表層域が、基板を載置するサセプタよりも強度が低い材料で構成されたリフトピンを開示している。

【0005】

しかしながら、半導体製造装置の内部環境は、上述した通り特殊なものであり、リフトピンの寿命に影響を及ぼし得る。加えて、リフトピンは、基板の裏面のうちリフトピンと接触する部分を汚染させない材料を選択することが求められる。このようなリフトピンの耐久性能や基板の汚染などについては、特許文献１にでは考慮されておらず、リフトピンの構成に関して、さらなる技術開発が求められていた。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、強度を確保し、かつ、基板に影響を及ぼさないリフトピン、半導体製造装置およびリフトピン製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

すなわち、本発明によれば、
半導体製造装置において基板の搬送時に前記基板を持ち上げる昇降機構に取り付けられ、前記基板を支持するリフトピンであって、
前記基板の持ち上げ時に当該基板と当接する第１の部材と、前記昇降機構と接続される第２の部材とから構成され、
前記第１の部材は、前記基板よりも硬度が低く、
前記第２の部材は、前記第１の部材よりも強度が高いことを特徴とする、
リフトピンが提供される。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、強度を確保し、かつ、基板に影響を及ぼさないリフトピン、半導体製造装置およびリフトピン製造方法が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本実施形態の半導体製造装置の内部空間の概略構成を示す図。

【図2】本実施形態の半導体製造装置において基板を搬送する際のリフトピンの動作例を示す図。

【図3】本実施形態の半導体製造装置において基板を搬送する際のリフトピンの動作例を示す図。

【図4】本実施形態のリフトピンの構造の例を示す断面図。

【図5】本実施形態のリフトピンを製造する第１の製造方法を示す図。

【図6】本実施形態のリフトピンを製造する第２の製造方法を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明を、実施形態をもって説明するが、本発明は後述する実施形態に限定されるものではない。なお、以下に参照する各図においては、共通する要素について同じ符号を用い、適宜その説明を省略するものとする。

【0011】

なお、以下に説明する実施形態では、半導体製造装置１は、基板Ｗとガス状の前駆体材料とを反応させて、基板Ｗの表面に半導体材料を結晶成長させる、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を採用した装置を例に説明するが、特に実施形態を限定するものではない。したがって、スパッタリング法、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法やＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法など、種々の結晶成長を行う半導体製造装置１に対して、本実施形態を適用することができる。

【0012】

図１は、本実施形態の半導体製造装置１の内部空間の概略構成を示す図である。本実施形態の半導体製造装置１は、内部の空間の所定の位置において、基板Ｗと前駆体材料とを反応させて、基板Ｗの表面に半導体材料を結晶成長させる。そのため、基板Ｗは、半導体製造装置１内を随時搬送され、ホルダなどに載置される。

【0013】

基板Ｗの搬送は、リフトピン１０によってホルダから持ち上げられ、後述するアームなどによって行われうる。リフトピン１０は、基板Ｗを裏面側から支持し、昇降機構によって上下方向に移動する部品である。本実施形態の半導体製造装置１は、基板Ｗを安定的に支持するために、図１に示すように、少なくとも３のリフトピン１０ａ、１０ｂ、１０ｃを備える。

【0014】

次に、基板Ｗの搬送について、図２および図３を以て説明する。図２および図３は、本実施形態の半導体製造装置１において基板Ｗを搬送する際のリフトピン１０の動作例を示す図である。なお、以下に説明する実施形態では、リフトピン１０の数が３つである半導体製造装置１を例示しているが、特に実施形態を限定するものではない。

【0015】

まず、図２について説明する。図２は、本実施形態のリフトピン１０の動作例の側面図であり、図２（ａ）は基板Ｗがホルダ２０に載置された状態を示し、図２（ｂ）は基板Ｗがホルダ２０から持ち上げられた状態を示している。

【0016】

図２（ａ）に示すように、ホルダ２０は、リフトピン１０ａ～１０ｃが通り抜ける穴が設けられており、昇降機構によってリフトピン１０ａ～１０ｃは、図中の矢印の方向に移動する。リフトピン１０ａ～１０ｃが上昇すると、各リフトピン１０はホルダ２０に載置された基板Ｗに当接し、さらに上昇することで、基板Ｗがホルダ２０から持ち上がる。したがって、基板Ｗは図２（ｂ）に示すような状態となり、その後、アームなどによって搬送される。なお、ホルダ２０は、基板Ｗの結晶成長プロセスにおいて加熱されることがあり、熱の均一性の観点から、リフトピン１０が通る穴は小さいほうが好ましい。そのため、リフトピン１０の形状も、一般に細いものとなる。

【0017】

次に、図３について説明する。図３は、本実施形態のリフトピン１０の動作例の斜視図であり、図３（ａ）は基板Ｗがホルダ２０に載置された状態を示し、図３（ｂ）は基板Ｗがホルダ２０から持ち上げられた状態を示している。すなわち、図３（ａ）は図２（ａ）に対応し、図３（ｂ）は図２（ｂ）に対応している。なお、図３においては、図面の見やすさの観点から、図２におけるホルダ２０が省略されている点に留意されたい。

【0018】

図３（ａ）に示すように、リフトピン１０ａ～１０ｃが図３（ａ）中の矢印の方向に上昇することで、基板Ｗに当接され、基板Ｗが持ち上げられる。このとき、図３（ｂ）に示すように基板Ｗは、アーム３０に支持される高さまで持ち上げられる。その後、アーム３０は、図３（ｂ）中の矢印の方向に移動し、基板Ｗの下方に挿入される。アーム３０が基板Ｗの下方に挿入された後、リフトピン１０ａ～１０ｃが下降すると、基板Ｗがアーム３０上に載置され、アーム３０が移動することによって、基板Ｗが搬送される。

【0019】

ところで、基板Ｗの持ち上げ時のリフトピン１０との接触によって基板Ｗに傷が付くと、半導体デバイスの歩留まりが低下する。したがって、リフトピン１０の先端部分は、基板Ｗよりも柔らかい材料で構成されていることが好ましい。一方で、リフトピン１０は細長い形状をしていることから、繰り返しの搬送プロセスに耐えうる強度を有していることが好ましい。また、半導体製造装置１の内部空間の清浄性を維持するために、リフトピン１０の材料は、高温、高真空に耐え、かつ、前駆体材料に対して耐腐食性を有していることが求められる。そのため、リフトピン１０は、以下に説明するような実施形態の構造とすることが好ましい。

【0020】

図４は、本実施形態のリフトピン１０の構造の例を示す断面図である。本実施形態のリフトピン１０は、図４（ａ）～（ｆ）に示すような種々の構造を採用することができる。本実施形態のリフトピン１０は、リフトピン１０の先端部分を構成する第１の部材１１と、リフトピン１０の下方の昇降機構と接続される第２の部材１２とから構成される。リフトピン１０は、第２の部材１２と接続される昇降機構が駆動することによって垂直方向に移動することができ、第１の部材１１は、基板Ｗの持ち上げ時に、基板Ｗの裏面と当接する。

【0021】

図４に示すように、本実施形態の各構造例のリフトピン１０は、第１の部材１１と、第２の部材１２とで、異なる材料を用いる。特に、先端部分を構成する第１の部材１１は、基板Ｗよりも硬度の低い材料を用いることで、搬送プロセスにおいて基板Ｗを傷つけることなく、基板Ｗを持ち上げることができる。一般的な半導体製造プロセスにおいては、例えばＳｉ（シリコン）基板、Ｇｅ（ゲルマニウム）基板、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）基板、サファイア基板、ＧａＮ（窒化ガリウム）基板、ＧａＰ（リン化ガリウム）基板、ＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）基板、ＩｎＰ（リン化インジウム）基板などの各種材料の基板が用いられる。したがって、本実施形態における第１の部材１１の材料は、これらの基板材料よりも硬度の低いものを選択し得る。第１の部材１１の材料には、例えば、ポリイミド樹脂、テフロン（登録商標）、ゴム、カーボングラファイトなどを用いることができるが、特に実施形態を限定するものではない。

【0022】

一方で、リフトピン１０の全体を第１の部材１１のように柔らかい材料で構成すると、搬送プロセスにおけるリフトピン１０の強度が十分に確保されにくくなる。そこで、第２の部材１２は、第１の部材１１よりも強度の高い材料を用いることで、繰り返しの搬送プロセスに耐えることができる。ここで、本実施形態の説明において用いられる「強度の高い材料」とは、リフトピン１０としての十分な強度が確保できること、すなわち基板Ｗの昇降や搬送に耐え得る強度であること、また、結晶成長プロセスにおける加熱に耐え得ることを意味する。第２の部材１２の材料には、例えば、タングステン、ジルコニア、各種セラミックス材料、各種金属材料などを用いることができるが、特に実施形態を限定するものではない。

【0023】

以下では、図４（ａ）～（ｆ）に示すリフトピン１０の各構造の詳細について説明する。

【0024】

まず、図４（ａ）について説明する。図４（ａ）は、本実施形態のリフトピン１０の構造の第１の例を示している。第１の例のリフトピン１０は、図４（ａ）に示すように、第１の部材１１の下部に第２の部材１２が配置された構造である。第１の例において、第１の部材１１と、第２の部材１２とは、接着剤などによって固定することができる。第１の例のリフトピンは、第１の部材１１を柔らかい材料で構成し、第２の部材１２を強度の高い材料で構成していることから、基板Ｗへの傷を抑制しつつ、リフトピン１０の強度を向上することができる。

【0025】

次に、図４（ｂ）について説明する。図４（ｂ）は、本実施形態のリフトピン１０の構造の第２の例を示している。第２の例のリフトピン１０は、図４（ｂ）に示すように、第２の部材１２の少なくとも先端部分が第１の部材１１で覆われた構造である。すなわち、第２の例のリフトピン１０は、第１の部材１１の凹部に、第２の部材１２が嵌合した構造である。図４（ｂ）に示した構造とすることで、第２の例のリフトピン１０は、第１の部材１１に第２の部材１２が嵌め込まれ、かつ、各部材が接触する面積を大きくできるため、第１の例のリフトピン１０よりも強度を向上することができる。

【0026】

次に、図４（ｃ）について説明する。図４（ｃ）は、本実施形態のリフトピン１０の構造の第３の例を示している。第３の例のリフトピン１０は、図４（ｃ）に示すように、円筒形状の第２の部材１２の中空部分に、第１の部材１１が嵌合した構造である。図４（ｃ）に示した構造とすることで、第３の例のリフトピン１０は、第１の部材１１が第２の部材１２に嵌め込まれ、かつ、各部材が接触する面積を大きくできるため、第１の例のリフトピン１０よりも強度を向上することができる。

【0027】

次に、図４（ｄ）について説明する。図４（ｄ）は、本実施形態のリフトピン１０の構造の第４の例を示している。第４の例のリフトピン１０は、図４（ｄ）に示すように、第１の部材１１が窪み部分を有しており、第２の部材１２の一部が、第１の部材１１の窪み部分に嵌合した構造である。なお、第４の例のリフトピン１０も、図４（ｃ）に示した第３の例のリフトピン１０と同様に、第２の部材１２が中空部分を有する形状とすることができる。すなわち、第４の例のリフトピン１０は、第１の部材１１と、第２の部材１２とが、相互に嵌合している構造となる。図４（ｄ）に示した構造とすることで、第４の例のリフトピン１０は、第１の部材１１と第２の部材１２とを相互に嵌め込んで固定することができ、かつ、各部材が接触する面積を大きくできるため、第３の例のリフトピン１０よりも強度を向上することができる。

【0028】

次に、図４（ｅ）について説明する。図４（ｅ）は、本実施形態のリフトピン１０の構造の第５の例を示している。第５の例のリフトピン１０は、図４（ｅ）に示すように、図４（ｂ）に示したリフトピン１０の構造において、第１の部材１１と、第２の部材１２とが長手方向において接触する面に凹凸形状を有した構造である。図４（ｅ）に示した構造とすることで、第５の例のリフトピン１０は、第１の部材１１と第２の部材１２とを摩擦によって固定することができるため、第２の例のリフトピン１０よりも強度を向上することができる。

【0029】

次に、図４（ｆ）について説明する。図４（ｆ）は、本実施形態のリフトピン１０の構造の第６の例を示している。第６の例のリフトピン１０は、図４（ｆ）に示すように、図４（ｃ）に示したリフトピン１０の構造において、第１の部材１１と、第２の部材１２とが長手方向において接触する面に凹凸形状を有した構造である。図４（ｆ）に示した構造とすることで、第６の例のリフトピン１０は、第１の部材１１と第２の部材１２とを摩擦によって固定することができるため、第３の例のリフトピン１０よりも強度を向上することができる。

【0030】

図４に説明した構造とすることによって、本実施形態のリフトピン１０は、基板Ｗを傷つけず、かつ、搬送プロセスの繰り返しに耐える強度を有することができる。なお、図４（ｂ）～（ｆ）のリフトピン１０においても、第１の部材１１と、第２の部材１２とを、接着剤などで接着して固定することができる。

【0031】

次に、本実施形態のリフトピン１０を製造する各種方法について、図５および図６を以て説明する。なお、本実施形態のリフトピン１０は、図５および図６に示す以外の方法によっても製造することができ、以下の説明は、特に実施形態を限定するものではない。

【0032】

図５は、本実施形態のリフトピン１０を製造する第１の製造方法を示す図である。なお、図５に示す第１の製造方法は、特に図４（ｃ）や図４（ｄ）の構造のリフトピン１０を製造するのに適している。

【0033】

第１の製造方法では、まず図５（ａ）に示すように、第２の部材１２を円筒形状に加工する工程を行う。なお、第２の部材１２は、加工されたものを用意することで、図５（ａ）の工程としてもよい。

【0034】

次に、図５（ｂ）のように、液状の第１の部材１１を、第２の部材１２の中空部分に注入する工程を行う。その後、図５（ｃ）では、注入された第１の部材１１を硬化させる工程を行う。

【0035】

さらにその後、図５（ｄ）に示すように、硬化した第１の部材１１を所定の形状に形成する工程を行う。以上の図５（ａ）～（ｄ）に示した工程を行うことで、図４（ｂ）に示したような本実施形態のリフトピン１０を製造することができる。

【0036】

続いて、図６について説明する。図６は、本実施形態のリフトピン１０を製造する第２の製造方法を示す図である。なお、図６では、図４（ｆ）に示したリフトピン１０を製造する方法を例に説明しているが特に実施形態を限定するものではなく、他の構造のリフトピン１０を製造する場合であっても図６の製造方法を採用することができる。

【0037】

第２の製造方法では、まず図６（ａ）に示すように、第１の部材１１と、第２の部材１２とを所定の形状に加工する工程を行う。図６（ａ）の例では、第１の部材１１を凸型部分を有する形状に加工し、第２の部材１２を凹型部分を有する形状に加工する。

【0038】

また、図６（ａ）の工程では、第１の部材１１の凸型部分や、第２の部材１２の凹型部分の長手方向の面、すなわち対になる部材と接触する面が凹凸形状となるように加工してもよい。このようにして、凸型部分や凹型部分の側面を凹凸形状に加工することで、図４（ｆ）に示したようなリフトピン１０を製造することができる。

【0039】

その後、第２の部材１２の凹型部分に第１の部材１１を嵌合させる工程を行うことで、図６（ｂ）に示すように、本実施形態のリフトピン１０を製造することができる。なお、第２の製造方法における嵌合させる工程では、第１の部材１１と第２の部材１２とが接触する面に接着剤を塗布してもよく、これによって、リフトピン１０の強度をさらに向上させることができる。

【0040】

以上、説明した本発明の実施形態によれば、強度を確保し、かつ、基板に影響を及ぼさないリフトピン、半導体製造装置およびリフトピン製造方法を提供することができる。

【0041】

以上、本発明について実施形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者が推考しうる実施態様の範囲内において、本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0042】

１…半導体製造装置、
１０…リフトピン、
１１…第１の部材、
１２…第２の部材、
２０…ホルダ、
３０…アーム、
Ｗ…基板

【先行技術文献】

【特許文献】

【0043】

【文献】特開２０１６－２２５４４４号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】