CN111213223A - 外延片的制造装置及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明将来自外延片的制造装置(1)的反应室(111)的排气量在反应室处进行外延成膜处理的情况下控制成第1排气量，在打开门阀(114)而在反应室和晶圆移载室(12)之间将晶圆(WF)投入或取出的情况下控制成比第1排气量小的第2排气量，在反应室处结束外延成膜处理后至结束反应室的气体的清洗处理为止，控制成比第1排气量大的第3排气量。

Description

外延片的制造装置及制造方法
技术领域
本发明涉及外延片的制造装置及制造方法。
背景技术
已知使用外延成长装置在背面具备多晶硅膜的硅晶圆的表面侧形成硅外延膜的外延硅片的制造方法，前述外延成长装置具备使外延膜成长的反应室(处理腔)、与反应室连通而将晶圆向反应室内搬运的晶圆移载室(转移腔)、设置于反应室和移载室的连通部而将反应室和移载室的气体的流通开放・封闭的间隔可动机构(门阀) (专利文献1)。
在该外延片的制造方法中，以使设为氮气氛围的移载室内的压力比设为氢气氛围的反应室内的压力高0.067kPa~0.267kPa(0.5Torr~2Torr)的状态打开门阀，将移载室内的硅晶圆向反应室内搬运，并且利用移载室内的压力和反应室内的压力之差将移载室内的氮气向反应室内供给。然后，将硅晶圆载置于设置于反应室内的基座，关闭门阀来停止向反应室内的氮气的供给后，在硅晶圆表面形成硅外延膜。
专利文献1 : 日本特开2013-232455号公报。
然而，若将反应室和移载室的差压像上述现有技术那样相同地设定，则被设定的差压较大时，打开门阀时颗粒容易卷起，另一方面，为使被设定的差压变小而排气压力下降时颗粒的排气不足。在哪种情况下均有LPD(Light Point Defect，光散射辉点缺陷)品质下降的问题。
发明内容
本发明所要解决的问题是，提供能够提高LPD品质的外延片的制造装置及制造方法。
本发明是一种外延片的制造装置，其特征在于，具备反应室、晶圆移载室、门阀、晶圆移载机构、第1控制机构、第1排气机构、第2排气机构、第2控制机构，
前述反应室使晶圆成长外延膜，
前述晶圆移载室与前述反应室连通，
前述门阀设置于前述反应室和前述晶圆移载室的连通部，将反应室和晶圆移载室的气体的流通开闭，
前述晶圆移载机构设置于前述晶圆移载室，将处理前的晶圆从前述晶圆移载室向前述反应室投入，将处理后的晶圆从前述反应室向前述晶圆移载室取出，
前述第1控制机构将前述晶圆从前述晶圆移载室向前述反应室投入而在前述反应室进行外延成膜处理后，执行将前述晶圆从前述反应室向前述晶圆移载室取出的控制，
前述第1排气机构排出前述晶圆移载室的气体，
前述第2排气机构排出前述反应室的气体，
前述第2控制机构控制基于前述第1排气机构及前述第2排气机构的排气量，
前述第2控制机构将基于前述第1排气机构的排气量控制在既定的范围，并且输入基于前述第1控制机构的外延膜的成长工序的控制信号，基于该控制信号，将基于前述第2排气机构的排气量在前述反应室处进行外延成膜处理的情况下控制成第1排气量，在打开前述门阀而在前述反应室和前述晶圆移载室之间将前述晶圆投入或取出的情况下控制成比前述第1排气量小的第2排气量，在前述反应室处结束外延成膜处理后至前述反应室的气体的清洗处理结束为止，控制成比前述第1排气量大的第3排气量。
在本发明中，更优选为，前述第2控制机构在从前述反应室处结束外延成膜处理而前述反应室的气体的清洗处理结束的时刻至打开前述门阀来将前述晶圆向前述晶圆移载室取出的时刻之间，将基于前述第2排气机构的排气量控制成前述第1排气量或第2排气量。
在本发明中，可以是，以基于由前述第1排气机构控制的排气量的排气压为基准，基于前述第1排气量的排气压为-0.4~-0.6kPa， 基于前述第2排气量的排气压为0~-0.3kPa， 基于前述第3排气量的排气压为-0.7kPa以上。
本发明是一种外延片的制造方法，前述外延片的制造方法使用外延片的制造装置，前述外延片的制造装置具备反应室、晶圆移载室、门阀、晶圆移载机构，前述反应室使晶圆成长外延膜，前述晶圆移载室与前述反应室连通，前述门阀设置于前述反应室和前述晶圆移载室的连通部，将反应室和晶圆移载室的气体的流通开闭，前述晶圆移载机构设置于前述晶圆移载室，将处理前的晶圆从前述晶圆移载室向前述反应室投入，将处理后的晶圆从前述反应室向前述晶圆移载室取出，其中，
将前述晶圆移载室的压力控制在既定的范围，将前述反应室的压力在前述反应室处进行外延成膜处理的情况下控制成第1压力，在打开前述门阀而在前述反应室和前述晶圆移载室之间将前述晶圆投入或取出的情况下控制成比前述第1压力高的第2压力，在前述反应室处结束外延成膜处理后至前述反应室的气体的清洗处理结束为止，控制成比前述第1压力低的第3压力。
在本发明中，更优选为，在从前述反应室处结束外延成膜处理而前述反应室的气体的清洗处理结束的时刻至打开前述门阀来将前述晶圆向前述晶圆移载室取出的时刻之间，将前述反应室的压力控制成前述第1压力或前述第2压力。
发明效果
根据本发明，在打开门阀来在反应室和晶圆移载室之间投入或取出晶圆的情况下，控制成比外延膜的生成时的第1排气量小的第2排气量，所以反应室与晶圆移载室的差压变小，能够抑制晶圆移载室的颗粒等的尘埃流向反应室而附着于晶圆。另一方面，反应室处结束外延成膜处理后至反应室的气体的清洗处理结束为止，控制成比外延膜的生成时的第1排气量大的第3排气量，所以能够在反应室内产生的颗粒等的尘埃不附着于晶圆的情况下向反应室外排出。结果，能够提高LPD品质。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的外延片的制造装置的框图。
图2是表示由图1的外延片的制造装置的第2控制器执行的控制流程的流程图。
图3是表示由图1的外延片的制造装置的第1控制器及第2控制器执行的控制内容的时间图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示本发明的实施方式的外延片的制造装置1(以下也简称作制造装置1。)的框图，中央所示的装置主体由俯视图表示。本实施方式的制造装置1是所谓的常压CVD装置，具备一对反应炉11、11、设置有操作单晶体硅晶圆等的晶圆WF的晶圆操作机器人121的晶圆移载室12、一对加载互锁室13、工厂接口14、收纳有多张晶圆WF的卡匣盒15。省略图示，但在工厂接口14设置有移载装置，前述移载装置将收纳于卡匣盒15的处理前的晶圆WF取出向加载互锁室13投入，或将被向加载互锁室13搬运的处理后的晶圆WF向卡匣盒15收纳。
加载互锁室13在与晶圆移载室12之间及与工厂接口14之间分别设置具有气密性的门，在设为非活性气体氛围的晶圆移载室12、设为大气氛围的工厂接口14之间，作为将氛围气体置换的空间发挥功能。例如，将处理前的晶圆WF从卡匣盒15向晶圆移载室12搬运的情况下，在打开工厂接口14侧的门而关闭晶圆移载室12侧的门的状态下，将卡匣盒15的晶圆WF经由工厂接口14向加载互锁室13搬运后，关闭工厂接口14侧的门，将该加载互锁室13置换成非活性气体氛围，之后打开晶圆移载室12侧的门，将该晶圆WF搬入晶圆移载室12。反之，将处理后的晶圆WF从晶圆移载室12向卡匣盒15搬运的情况下，在打开晶圆移载室12侧的门而关闭工厂接口14侧的门的状态下，将晶圆移载室12的晶圆WF向加载互锁室13搬运后，关闭晶圆移载室12侧的门，将该加载互锁室13置换成大气氛围，之后打开工厂接口14侧的门，将该晶圆WF经由工厂接口14向卡匣盒15搬运。
晶圆移载室12由密闭的腔构成，一方经由能够开闭的具有气密性的门与加载互锁室13连接，另一方被经由具有气密性的能够开闭的门阀114连接。在晶圆移载室12，如上所述，设置将处理前的晶圆WF从加载互锁室13向反应室111搬运并且将处理后的晶圆WF从反应室111向加载互锁室13搬运的晶圆操作机器人121，借助机器人控制器122按照预先指示的动作轨迹进行操作操作。另外，机器人控制器122与将外延片的制造装置1的整体的控制总括的第1控制器16，相互接收发送控制信号，若来自第1控制器16的动作指令信号被向机器人控制器122传送，则机器人控制器122控制晶圆操作机器人121的动作，该晶圆操作机器人121的动作结果被从机器人控制器122向第1控制器16传送，由此，该第1控制器16识别晶圆操作机器人121的动作状态。
从未图示的非活性气体供给装置向晶圆移载室12供给非活性气体，借助与排气口连接的洗涤器(洗涤集尘装置)123，晶圆移载室12的气体被净化后，被向系统外放出。省略详细的图示，但洗涤器123例如能够使用以往公知的加压水式洗涤器。这种加压水式洗涤器向文氏管等导入来自排气口的应排出的气体并且将加压水喷雾，由此除去气体所含的尘埃。并且，若向文氏管供给气体和加压水，则通过喷吸效果抽吸来自排气口的气体，所以也作为一种排气装置发挥功能。洗涤器123的加压水通过使设置于洗涤器的贮水罐的贮水借助循环泵循环而被供给，但循环泵的循环水量被第3控制器124控制，基于第3控制器124的循环泵的控制基于来自第1控制器16的指令信号而被执行。另外，例如，由于洗涤器123的排气功能使晶圆移载室12的压力变低的情况下，能够使基于洗涤器123的循环泵的循环水量增加，在使晶圆移载室12的压力变高的情况下，能够使基于洗涤器123的循环泵的循环水量减少。此外为使压变化也能够通过基于蝶形阀、针阀等的流路的开闭来进行控制。关于晶圆移载室12的压力的控制在后说明。另外，也可以构成为，取代洗涤器123或在其基础上设置排气泵，借助第3控制器124控制该排气泵的排气量。这些洗涤器123及/或排气泵相当于本发明的第1排气机构。
反应炉11是用于通过CVD法在晶圆WF的表面生成外延膜的装置，具备反应室111，在该反应室111内设置载置晶圆WF来旋转的基座112，此外设置有向反应室111供给氢气及用于生成外延膜的原料气体(四氯化硅SiCl4、三氯硅烷SiHCl3等)的气体供给装置113。此外，省略图示，但在反应室111的周围设置有用于将晶圆WF升温至既定温度的加热灯。进而，在反应室111和晶圆移载室12之间设置门阀114，通过将门阀114闭塞来确保反应室111与晶圆移载室12的气密性。这些反应炉11的基座112的驱动、基于气体供给装置113的气体的供给・停止、加热灯的开启/关闭、门阀114的开闭动作的各控制被来自第1控制器16的指令信号控制。另外，图1所示的外延片的制造装置1表示设置有一对反应炉11、11的例子，但可以是一个反应炉11，也可以是三个以上的反应炉。
在反应炉11也设置有具有与晶圆移载室12相同的结构的洗涤器115。即，被从气体供给装置113供给的氢气或原料气体借助与设置于反应室的排气口连接的洗涤器(洗涤集尘装置)115净化后，被向系统外放出。关于洗涤器115，省略详细地图示，但例如能够使用以往公知的加压水式洗涤器。这种加压水式洗涤器向文氏管等导入来自排气口的应排出的气体并且将加压水喷雾，由此除去排出的气体所含的尘埃。并且，若向文氏管供给气体和加压水，则通过喷吸效果抽吸来自排气口的气体，所以也作为一种排气装置发挥功能。洗涤器115的加压水通过使设置于洗涤器的贮水罐的贮水借助循环泵循环而被供给，但循环泵的循环水量被第2控制器116控制，基于第2控制器116的循环泵的控制基于来自第1控制器16的指令信号而被执行。另外，例如，由于洗涤器115的排气功能使反应室111的压力变低的情况下，能够使基于洗涤器115的循环泵的循环水量增加，在使反应室111的压力变高的情况下，能够使基于洗涤器115的循环泵的循环水量减少。此外为使压变化也能够通过基于蝶形阀的流路的开闭进行控制。关于反应室111的压力的控制在后说明。另外，也可以构成为，取代洗涤器115或在其基础上设置排气泵，借助第2控制器116控制该排气泵的排气量。这些洗涤器115及/或排气泵相当于本发明的第2排气机构。
参照图3说明反应炉11的外延膜的生成的流程。图3是表示本实施方式的外延片的制造装置1的第1控制器16及第2控制器116所执行的控制内容的时间图，在下部表示反应炉11的外延膜的生成工序。横轴的时间t0至时间t5表示成膜的一个周期。首先，时间t0时，打开门阀114，使用晶圆操作机器人121将上次的处理完的晶圆WF取出并将处理前的晶圆WF载置于反应室111的基座112。时间t1时，关闭门阀114，待机至时间t2后，在时间t2，借助气体供给装置113向反应室111供给氢气来使反应室111为氢气氛围。接着，开启加热灯，将反应室111的晶圆WF升温至既定温度，根据需要实施蚀刻、热处理等的前处理后，借助气体供给装置113将原料气体在控制流量及/或供给时间的同时供给。由此，时间t3时，在晶圆WF的表面生成外延膜。并且，时间t3时，借助气体供给装置113向反应室111再次供给氢气来将反应室111置换成氢气氛围后，从时间t4待机至时间t5，时间t5时打开门阀114，时间t5~t6时使用晶圆操作机器人121将此次处理完的晶圆WF取出并且将接下来的处理前的晶圆WF载置于反应室111的基座112。
以往的常压CVD装置中，在反应室111及晶圆移载室12分别设置有上述洗涤器115、123，但仅用于原来的气体净化，具备排气功能，但不进行任何排气量的控制。与此相对，在本实施方式的外延片的制造装置1中，着眼于洗涤器115、123具有的排气功能，与外延膜的生成工序建立关联，控制各洗涤器115、123的排气量，由此控制反应室111自身的压力及反应室111和晶圆移载室12的差压，由此抑制颗粒等尘埃附着于晶圆WF。参照图2及图3说明该具体的控制。
图2是表示由本实施方式的外延片的制造装置1的第2控制器116执行的控制流程的流程图，图3的上部是表示由该第2控制器116的控制实现的来自反应室111的气体排气量的过渡的时间图。图2所示的流程图的运算被以既定时间间隔(例如10msec)执行。另外，图3的纵轴表示来自反应室111的基于洗涤器115的排气量及来自晶圆移载室12的基于洗涤器123的排气量，所以反应室111及晶圆移载室12的压力的大小根据被供给的气体量而有稍许变动，但将晶圆取出・投入时压力相同，成膜中，反应室为较低的压力，成膜后清洗中晶圆反应室为更低的压力。
另外，本实施方式的外延片的制造装置1中，基于第3控制器124的洗涤器123的排气量的控制如图3的洗涤器123(第1排气机构)的目标排气量的图表所示，控制成该排气量进入既定的范围(也可以稍微有误差)，即控制成一定量。此外，基于与反应室111连接的洗涤器115的排气量能够设定成第1排气量、第2排气量及第3排气量这三个水平的排气量，如图3所示，为第2排气量＜第1排气量＜第3排气量的关系。进而虽未被特别限定，但通过这三个水平的排气量的设定，反应室111的压力相对于晶圆移载室12的压力的差设定成，在以由洗涤器123控制的排气量的排气压为基准时，基于第1排气量的排气压为-0.4~-0.6kPa，基于第2排气量的排气压为0~-0.3kPa，基于第3排气量的排气压为-0.7kPa以上。
在图2的步骤S1，第2控制器116输入从第1控制器16向制造装置1的控制信号。该控制信号包括图3的下部表示的外延膜的各生成工序中输出的指令信号，第2控制器116能够识别当前执行哪个工序。
在步骤S1中输入的来自第1控制器16的控制信号为反应室111的晶圆WF的取出/投入的情况下，进入步骤S3，使循环泵的循环水量减少，使得基于洗涤器115的排气量为第2排气量。由此，如图3的时间t0~t1所示，来自反应室111的排气量减少，由此，该反应室111的压力近似等于晶圆移载室12的压力。结果，能够抑制随着打开门阀114的瞬间的压力变动的颗粒等尘埃的产生(即飞扬)，且能够抑制晶圆移载室12的颗粒等的尘埃流向反应室111而附着于晶圆WF。
步骤S2中，来自第1控制器16的控制信号并非反应室111的晶圆WF的取出/投入的情况下，进入步骤S4，来自第1控制器16的控制信号为晶圆WF的取出/投入后的待机信号的情况下进入步骤S5。该待机信号被输入是晶圆WF的取出/投入完成而门阀114关闭的状态。步骤S5中，第2控制器116使循环泵的循环水量为中等程度，使得基于洗涤器115的排气量为第1排气量。由此，如图3的时间t1~t2所示，来自反应室111的排气量为与进行接下来的成膜工序的情况相同的排气量，能够顺畅地过渡至成膜工序。
步骤4中，来自第1控制器16的控制信号并非晶圆WF的取出/投入后的待机信号的情况下，进入步骤S6，来自第1控制器16的控制信号为成膜处理信号的情况下进入步骤S7。步骤S7中，第2控制器116使循环泵的循环水量为中等程度，使得基于洗涤器115的排气量为第1排气量。由此，如图3的时间t2~t3所示，来自反应室111的排气量为进行成膜工序的排气量。该状态下，进行外延膜的成膜处理(清洗→升温→烘烤→沉积)。
步骤6中，来自第1控制器16的控制信号并非外延膜的生成处理信号的情况下，进入步骤S8，来自第1控制器16的控制信号为外延膜的成膜处理后的氢气清洗的处理信号的情况下进入步骤S9。该氢气清洗信号被输入为门阀114还关闭着的状态。步骤S9中，第2控制器116使循环泵的循环水量增加，使得基于洗涤器115的排气量为第3排气量。由此，如图3的时间t3~t4所示，来自反应室111的排气量增加，由此，反应室111内产生的颗粒等的尘埃不会附着于晶圆WF，能够经由洗涤器115向反应室111外排出。
步骤8中，来自第1控制器16的控制信号并非外延膜的生成处理后的氢气清洗的处理信号的情况下，进入步骤S10，来自第1控制器16的控制信号为氢气清洗后的待机信号的情况下进入步骤S11。该氢气清洗后的待机信号被输入为门阀114还关闭着的状态。步骤S11中，第2控制器116使循环泵的循环水量为中等程度，使得基于洗涤器115的排气量为第1排气量。由此，如图3的时间t4~t5所示，接近接下来的晶圆WF的取出/投入的工序中被执行的第2排气量，所以时间t5时能够使打开门阀114的瞬间的晶圆移载室12和反应室111的压力差变小。另外，步骤S11中，第2控制器116也可以减少循环泵的循环水量，使得基于洗涤器115的排气量为第2排气量。步骤S11中，使基于洗涤器115的排气量为第1排气量时，有被从反应室111排出的尘埃的除去效果与实现时间t5时打开门阀114的瞬间的差压的减少的平衡的效果，与此相对，步骤S11中，使基于洗涤器115的排气量为第2排气量时，被从反应室111排出的尘埃的除去效果减少，但时间t5时使打开门阀114的瞬间的差压显著变小，所以抑制颗粒等的尘埃的产生(即飞扬)，且抑制从晶圆移载室12流向反应室111而附着于晶圆WF的效果变大。
步骤S10中，来自第1控制器16的控制信号并非氢气清洗后的待机信号的情况下返回步骤S1，以下重复以上的流程。
如上所述，在本实施方式的外延片的制造装置1中，着眼于洗涤器115、123具有的排气功能，与外延膜的生成工序建立关联，控制各洗涤器115、123的排气量，由此控制反应室111自身的压力及反应室111和晶圆移载室12的差压，由此抑制颗粒等尘埃附着于晶圆WF。实际制造这样控制的实施例的外延片(N＝1413张)、使洗涤器115、123的排气量恒定的情况的比较例的外延片(N＝1389张)，将磊晶缺陷在SP2的DCO(Darkfield CompositeOblique)模式下以200nm以上评价，与比较例为0.132个/WF相对，实施例为0.118个/WF。
附图标记说明
1…外延片的制造装置 11…反应炉 111…反应室 112…基座 113…气体供给装置114…门阀 115…洗涤器 116…第2控制器 12…晶圆移载室 121…晶圆操作机器人 122…机器人控制器 123…洗涤器 124…第3控制器 13…加载互锁室 14…工厂接口 15…卡匣盒 16…第1控制器 WF…晶圆。

Claims (5)

1.一种外延片的制造装置，其特征在于，
具备反应室、晶圆移载室、门阀、晶圆移载机构、第1控制机构、第1排气机构、第2排气机构、第2控制机构，
前述反应室使晶圆成长外延膜，
前述晶圆移载室与前述反应室连通，
前述门阀设置于前述反应室和前述晶圆移载室的连通部，将反应室和晶圆移载室的气体的流通开闭，
前述晶圆移载机构设置于前述晶圆移载室，将处理前的晶圆从前述晶圆移载室向前述反应室投入，将处理后的晶圆从前述反应室向前述晶圆移载室取出，
前述第1控制机构将前述晶圆从前述晶圆移载室向前述反应室投入而在前述反应室进行外延成膜处理后，执行将前述晶圆从前述反应室向前述晶圆移载室取出的控制，
前述第1排气机构排出前述晶圆移载室的气体，
前述第2排气机构排出前述反应室的气体，
前述第2控制机构控制基于前述第1排气机构及前述第2排气机构的排气量，
前述第2控制机构将基于前述第1排气机构的排气量控制在既定的范围，并且输入基于前述第1控制机构的外延膜的成长工序的控制信号，基于该控制信号，将基于前述第2排气机构的排气量在前述反应室处进行外延成膜处理的情况下控制成第1排气量，在打开前述门阀而在前述反应室和前述晶圆移载室之间将前述晶圆投入或取出的情况下控制成比前述第1排气量小的第2排气量，在前述反应室处结束外延成膜处理后至前述反应室的气体的清洗处理结束为止，控制成比前述第1排气量大的第3排气量。
2.如权利要求1所述的外延片的制造装置，其特征在于，
前述第2控制机构在从前述反应室处结束外延成膜处理而前述反应室的气体的清洗处理结束的时刻至打开前述门阀来将前述晶圆向前述晶圆移载室取出的时刻之间，将基于前述第2排气机构的排气量控制成前述第1排气量或第2排气量。
3.如权利要求1或2所述的外延片的制造装置，其特征在于，
以基于由前述第1排气机构控制的排气量的排气压为基准，
基于前述第1排气量的排气压为-0.4~-0.6kPa，
基于前述第2排气量的排气压为0~-0.3kPa，
基于前述第3排气量的排气压为-0.7kPa以上。
4.一种外延片的制造方法，前述外延片的制造方法使用外延片的制造装置，前述外延片的制造装置具备反应室、晶圆移载室、门阀、晶圆移载机构，前述反应室使晶圆成长外延膜，前述晶圆移载室与前述反应室连通，前述门阀设置于前述反应室和前述晶圆移载室的连通部，将反应室和晶圆移载室的气体的流通开闭，前述晶圆移载机构设置于前述晶圆移载室，将处理前的晶圆从前述晶圆移载室向前述反应室投入，将处理后的晶圆从前述反应室向前述晶圆移载室取出，其特征在于，
将前述晶圆移载室的压力控制在既定的范围，将前述反应室的压力在前述反应室处进行外延成膜处理的情况下控制成第1压力，在打开前述门阀而在前述反应室和前述晶圆移载室之间将前述晶圆投入或取出的情况下控制成比前述第1压力高的第2压力，在前述反应室处结束外延成膜处理后至前述反应室的气体的清洗处理结束为止，控制成比前述第1压力低的第3压力。
5.如权利要求4所述的外延片的制造装置，其特征在于，
在从前述反应室处结束外延成膜处理而前述反应室的气体的清洗处理结束的时刻至打开前述门阀来将前述晶圆向前述晶圆移载室取出的时刻之间，将前述反应室的压力控制成前述第1压力或前述第2压力。
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