JP2002008981A - 減圧エピタキシャル成長装置およびその装置の制御方法 - Google Patents
減圧エピタキシャル成長装置およびその装置の制御方法Info
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Abstract
ることにより、回転機構部を構成する機械部品類の汚染
が抑制されると共に、半導体ウエハの汚染が抑制される
減圧気相エピタキシャル成長装置およびその装置の制御
方法を提供する。 【解決手段】 前記回転機構部の内部をパージするため
のパージガス導入管6と、前記パージガス導入管によっ
て導入されたガスを排出するパージガス排出管7と、前
記パージガス排出管に設けられた圧力調整弁41と、前
記回転機構部内の内圧を検知する圧力計21と、前記検
知した圧力に基づいて演算処理し、回転機構部内部の圧
力が適正値になるように、パージガス排出管に設けられ
た圧力調整弁41の開度を制御する演算・制御部21と
を備えている。
Description
ル成長装置およびその装置の制御方法に関し、より詳細
には、シリコンウエハ等の半導体基板を載置するサセプ
タの回転機構部の内圧を特定範囲内に制御維持した減圧
気相エピタキシャル成長装置およびその装置の制御方法
に関する。
キシャル単結晶薄膜を気相成長させるエピタキシャル成
長には、一般に減圧CVD装置等が用いられている。こ
の従来の減圧エピタキシャル成長装置について図2に基
づいて詳述すると、減圧エピタキシャル成長装置は、処
理炉1と、前記処理炉内部に配置され、半導体ウエハ8
を載置保持して回転するサセプタ9と、前記サセプタ9
を回転させる回転機構部5と、処理炉内部に成膜用ガス
を導入するガス導入管11と、前記成膜用ガスを排出す
るガス排出管10と、前記成膜用ガスを排出するガス排
出管10に設けられた圧力調整弁4と、前記処理炉の内
圧を検知する圧力計2と、前記検知した圧力に基づいて
演算処理し、処理炉内部の圧力が適正値になるように、
成膜用ガスを排出するガス排出管10に設けられた圧力
調整弁4の開度を制御する演算・制御部3とを備えてい
る。このように構成されているため、処理炉1の内圧
は、所定の圧力に制御され、半導体ウエハ8は所定の圧
力下で処理される。
た回転機構部5には、パージガス導入管6とパージガス
排出管7が配設されており、回転機構部5の内部をパー
ジするArガス等の不活性ガスが、パージガス導入管6
より導入され、回転機構部5の内部をパージした後、パ
ージガス排出管7から排出されるように構成されてい
る。このように、回転機構部5の内部を不活性ガスによ
りパージすることにより、回転機構部5で発生する金属
汚染が処理炉1の内部へ取り込まれるのを抑制し、金属
汚染による処理炉汚染、半導体ウエハ汚染を防止してい
る。
エピタキシャル成長装置にあっては、回転機構部内部の
圧力は制御されていなかった。そのため、従来の装置で
は、例えば、処理炉内圧(p1 )と回転機構部内圧(p
2 )との状態が相対的にp1 >p2 である場合、処理炉
内で使用している反応性ガス(成膜用ガス)が回転機構
部内に入り、該機構部を構成するベアリングやエンコー
ダといった機械部品類を汚染するため、頻繁に回転機構
部を清掃する必要があった。また、上記の場合とは逆
に、p1 とp2 との状態がp1 <p2 である場合、回転
機構部内を通過して金属に汚染されたパージガスが、処
理炉内に侵入するため、処理される半導体ウエハが金属
に汚染されることがあった。
り少なくし、かつ、処理される半導体ウエハの金属汚染
を最小限に抑制するためには、p1 =p2 に維持するの
が有効であるが、その両者の適正な範囲は必ずしも明確
ではなかった。特に、適正な範囲にp2 を設定できたと
しても、処理炉内のガス流量の変化等によって処理炉内
圧p1 が変動した場合、p2 が適正範囲から外れ、上記
した弊害が生ずる。
機構部との間を完全にシールすることによって、上記し
た弊害を防止することが考えられるが、サセプタを回転
させる回転軸が回転機構部から処理炉内部に延設されて
いる等の装置の構造上、高いシール性を確保することが
できない。仮に高いシール性を確保しようとすれば、装
置の構造が複雑化し、また装置自体が高価になるという
新たな問題が生ずる。
鑑みてなされたものであり、回転機構部の内圧を特定範
囲内に制御維持することにより、回転機構部を構成する
機械部品類の汚染が抑制されると共に、半導体ウエハの
汚染が抑制される減圧気相エピタキシャル成長装置およ
びその装置の制御方法を提供することを目的とする。
るためになされた本発明にかかる減圧エピタキシャル成
長装置は、処理炉と、処理炉内部に配置され、半導体ウ
エハを載置して回転するサセプタと、前記サセプタを回
転させる回転機構部と、処理炉内部に成膜用ガスを導入
するガス導入管と、前記成膜用ガスを排出するガス排出
管とを備えた減圧エピタキシャル成長装置において、前
記回転機構部内をパージするためのパージガス導入管
と、前記パージガス導入管によって導入されたガスを排
出するパージガス排出管と、前記パージガス排出管に設
けられた圧力調整弁と、前記回転機構部内の内圧を検知
する圧力計と、前記検知した圧力に基づいて演算処理
し、回転機構部内部の圧力が適正値になるように、パー
ジガス排出管に設けられた圧力調整弁の開度を制御する
演算・制御部とを備えたことを特徴としている。
ャル成長装置には、前記パージガス排出管に設けられた
圧力調整弁と、前記回転機構部内の内圧を検知する圧力
計と、前記検知した圧力に基づいて演算処理し、回転機
構部内部の圧力が適正値になるように、パージガス排出
管に設けられた圧力調整弁の開度を制御する演算・制御
部とを備えているため、従来の装置では制御することが
できなかった回転機構部内部の圧力を所望の範囲に制御
することができる。即ち、本発明にかかる減圧気相エピ
タキシャル成長装置では、成膜用ガス(反応性ガス等)
の処理炉内から回転機構部内への侵入が抑制されるた
め、回転機構部内の汚染が低減される。また、パージガ
スの回転機構部から処理炉内への侵入が抑制されるた
め、半導体ウエハの汚染が低減される。
計及び回転機構部内の内圧を検知する圧力計とを備え、
前記検知した処理炉の内圧及び回転機構部内の内圧に基
づいて演算処理し、前記回転機構部内部の圧力が適正値
になるように、パージガス排出管に設けられた圧力調整
弁の開度を制御する演算・制御部とを備えることが望ま
しい。
圧力計及び回転機構部内の内圧を検知する圧力計とを備
え、前記検知した処理炉の内圧及び回転機構部内の内圧
に基づいて演算処理し、前記回転機構部内部の圧力が適
正値になるように、パージガス排出管に設けられた圧力
調整弁の開度を制御する演算・制御部とを備えているた
め、前記処理炉の内圧が変化した場合であっても、回転
機構部内部の圧力を適正値になすことができる。
置にあっては、前記成膜用ガスを排出するガス排出管に
設けられた圧力調整弁と、前記処理炉の内圧を検知する
圧力計と、前記検知した処理炉の内圧に基づいて演算処
理し、処理炉内部の圧力が適正値になるように、成膜用
ガスを排出するガス排出管に設けられた圧力調整弁の開
度を制御する演算・制御部とを備えていることが望まし
い。
された本発明にかかる減圧エピタキシャル成長装置の制
御方法は、前記処理炉内圧をp1 とし、前記回転機構部
内圧をp2 としたとき、p2 とp1 の比P(P=p2 /
p1 )を、0.9≦P≦1.0の範囲に制御することを
特徴としている。前記回転機構部内圧を前記条件を満た
すように制御することにより、回転機構部を構成する機
械部品類の汚染が抑制され、かつ半導体ウエハの汚染が
抑制される。
基づいて具体的に説明する。図1は、本発明にかかる減
圧エピタキシャル成長装置を模式的に示した概略図であ
る。図1に示すように、本発明にかかる減圧エピタキシ
ャル成長装置は、従来の減圧エピタキシャル成長装置と
同様に、処理炉1と、前記処理炉内部に配置され、半導
体ウエハ8を載置して回転するサセプタ9と、前記サセ
プタ9を回転させる回転機構部5と、処理炉内部に成膜
用ガス(反応ガス等)を導入するガス導入管11と、前
記成膜用ガスを排出するガス排出管10と、前記成膜用
ガスを排出するガス排出管10に設けられた圧力調整弁
4と、前記処理炉の内圧を検知する圧力計2と、前記検
知した圧力に基づいて演算処理し、処理炉内部の圧力が
適正値になるように、成膜用ガスを排出するガス排出管
10に設けられた圧力調整弁4の開度を制御する演算・
制御部3とを備えている。このように構成されているた
め、処理炉1の内圧は、所定の圧力に制御され、半導体
ウエハ8は所定の圧力下で処理される。
た回転機構部5には、パージガス導入管6とパージガス
排出管7が配設されており、回転機構部5の内部をパー
ジするArガス等の不活性ガスが、パージガス導入管6
より導入され、回転機構部5の内部をパージした後、パ
ージガス排出管7から排出されるように構成されてい
る。
整弁41が設けられると共に、前記回転機構部5内の内
圧を検知する圧力計21が設けられている。また、前記
圧力計21によって検知された圧力に基づいて演算処理
し、回転機構部5の内部の圧力が適正値になるように、
パージガス排出管7に設けられた圧力調整弁41の開度
を制御する演算・制御部31が設けられている。この前
記演算・制御部31には、前記した圧力計21からのデ
ータのほか、処理炉1の内圧を検知する圧力計2からの
データも入力され、前記検知した処理炉1の内圧及び回
転機構部5内の内圧に基づいて演算処理し、前記回転機
構部5の内部の圧力が適正値になるように、パージガス
排出管7に設けられた圧力調整弁414の開度を制御す
るように構成されている。
シャル成長装置の動作について説明する。前記処理炉1
内には処理される半導体ウエハ8がサセプタ9上に載置
され、回転する。このとき、処理炉1内の上方から、前
記半導体ウエハ8の上面に向けて、反応ガス、ドーパン
トガス、キャリアガス等の成膜用ガスが供給される。こ
の成膜用ガスは、半導体ウエハ8の面上で反応し、該面
にエピタキシャル単結晶膜を成長させながら、処理炉1
の底部に流下し、成膜用ガス排出管10から排出され
る。
力計2によって、処理炉内圧を検知し、その測定データ
は演算・制御部3に入力される。この演算・制御部3で
は、半導体ウエハ8を処理するのに最適な圧力になすた
め、圧力制御弁4の弁開度を調節する制御信号を圧力制
御弁4に送出する。その結果、圧力制御弁4の弁開度は
調節され、処理炉1の内圧は自動的に最適な圧力に制御
される。
1によって、回転機構部5の内圧が検知され、この測定
データは演算・制御部31に入力される。また、演算・
制御部31には、処理炉1の底部に設けられた圧力計2
によって検知された処理炉内圧の測定データが入力され
る。この演算・制御部31では、前記した回転機構部5
の内圧及び処理炉1の内圧データに基づいて、回転機構
部5の内圧を最適な圧力になすため、圧力制御弁41の
弁開度を調節する制御信号を圧力制御弁41に送出す
る。その結果、圧力制御弁41の弁開度は調節され、回
転機構部5の内圧は、自動的に最適な圧力に制御され
る。このように、回転機構部5の内圧及び処理炉1の内
圧データに基づいて、圧力制御弁41の弁開度を調節し
ているため、処理炉1の内圧が変動した際にも、回転機
構部5の内圧を最適な圧力になすことができる。
処理炉1の内圧と回転機構部5の内圧が下記の関係を満
たすように制御される。すなわち、処理炉内圧をp1 、
回転機構部内圧をp2 としたとき、p1 とp2の比P
(P=p2 /p1 )が、 0.9≦P≦1.0 の関係を満たすように制御する。
圧が回転機構部5の内圧よりも高い場合には(p1 >p
2 )、処理炉内で使用している反応性ガスが回転機構部
内に入り、ベアリングやエンコーダ等の機械部品を汚し
てしまうため、頻繁に回転機構部部を清掃する必要が生
じ、好ましくない。一方、処理炉1の内圧が回転機構部
5の内圧よりも10%以上低い場合(p1<0.9p
2 )、反応性ガスが回転機構部5の内部に侵入すること
は阻止され、回転機構部5の清掃頻度は少なくなる。し
かし、回転機構部内を通過して金属に汚染されたガス
が、処理炉1の内部に侵入するため、処理される半導体
ウエハが金属に汚染されてしまう不都合を招来する。
なように、本発明においては、上記規定範囲内に回転機
構部内圧を制御・維持することが、回転機構部内部の汚
染を、清掃頻度が生産性の点から許容することができる
程度となるように抑制し、かつ、半導体ウエハの金属汚
染を品質管理上の許容値以下に抑制するために特に重要
である。
成長装置を用いた気相エピタキシャル成長において、上
記圧力条件以外の操作条件は、従来の成長方法と特に異
なるところはなく、ほぼ同様の成長条件が採用されて差
し支えない。また、処理炉の反応温度は、半導体ウエハ
の種類、成長させるエピタキシャル単結晶膜の種類等に
よりそれぞれ相違するが、例えば、シリコンウエハ上に
シリコンエピタキシャル膜を成長させる場合には、通
常、1100℃以上1200℃以下程度の温度が採用さ
れる。更に、膜形成に用いる半導体基板としては、典型
的にはシリコンウエハであるが、炭化ケイ素基板等のシ
リコン以外の半導体基板も使用することができる。更に
また、前記半導体基板上に形成される薄膜は、シリコン
膜が最も一般的であるが、その他の薄膜、例えば、Ga
As膜等でも支障なく適用され得る。また、上記気相成
長に用いる成膜用ガスとしては、特に限定されることな
く、通常のエピタキシャル成長法による膜形成で用いら
れる成膜用ガスを使用することができる。
・制御部3と、回転機構部用の演算・制御部31とを別
個のものとして形成した場合について説明したが、特に
これに限定されるものではなく、両方の機能を備えた1
つの演算・制御部として形成しても良い。また、上記実
施形態にあっては、処理炉内圧と回転機構部の内圧のデ
ータに基づいて圧力制御弁41の開度調節を行うように
構成した場合について説明したが、通常処理炉内圧は2
0±0.2Torrに設定されるため、回転機構部内圧
p 2 が、0.9(20±0.2Torr)<p2 <20
±0.2Torrの範囲になるように、回転機構部内圧
のデータのみに基づいて圧力制御弁41の開度調節を行
うように構成しても良い。
装置を用い、かつ、処理炉内圧p 1 と回転機構部内圧p
2 との比P(P=p2 /p1 )を変化させて作製したエ
ピタキシャルウエハのFe汚染濃度を測定した。これら
の測定結果を図3にグラフとして示す。上記以外のエピ
タキシャルウエハ製造条件は、以下の条件とした。 被処理半導体ウエハ:8インチ径シリコンウエハ サセプタ回転速度:1500rpm 炉内温度:1000±3℃、炉内圧力:20±0.2T
orr 成膜用ガス:原料ガス:SiH4 3000slm;ドー
パント:B2 H6 75ppm;キャリア:H2 成長処理時間:0.1時間
においては、被処理ウエハのFe汚染濃度は検出限界以
下でほぼ安定している。これに対して、P>1.0で
は、Pの増加に対しFeの汚染濃度が急激に増大してい
る。したがって、エピタキシャルウエハの品質を維持す
る観点からは、Pが1.0以下に制御されることが重要
であることがわかる。
を50枚処理した後、回転機構部内壁に付着した反応生
成物量を測定した。これらの測定結果を図4にグラフと
して示す。
応生成物の付着はほとんど見られない。また、0.9≦
P≦1.0では、Pが小さくなるにしたがって、付着反
応生成物量は徐々に増加する程度である。これに比べ
て、P<0.9では付着反応生成物量は急増している。
したがって、回転機構部内部のメンテナンス頻度を考慮
した場合、Pは0.9以上で制御されるのが好ましいこ
とがわかる。
の品質を維持し、なおかつ、回転機構部内部のメンテナ
ンス頻度を低減させるためには、上記処理炉内圧p1 と
回転機構部内圧p2 との比P(P=p2 /p1 )を 0.9≦P≦1.0 の範囲に維持することが重要であることが認められた。
装置及びおよびその装置の制御方法によれば、半導体ウ
エハの金属汚染を防止すると共に、サセプタを回転させ
る回転機構部の清掃(メンテナンス)頻度を低減させる
ことができる。
模式的に示した概略図である。
示した概略図である。
の比Pを変化させて作製したエピタキシャルウエハのF
e汚染濃度の推移を示した線図である。
の比Pを変化させた時の回転機構部壁面に付着した反応
生成物量の推移を示した線図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 処理炉と、処理炉内部に配置され、半導
体ウエハを載置して回転するサセプタと、前記サセプタ
を回転させる回転機構部と、処理炉内部に成膜用ガスを
導入するガス導入管と、前記成膜用ガスを排出するガス
排出管とを備えた減圧エピタキシャル成長装置におい
て、 前記回転機構部内をパージするためのパージガス導入管
と、前記パージガス導入管によって導入されたガスを排
出するパージガス排出管と、前記パージガス排出管に設
けられた圧力調整弁と、前記回転機構部内の内圧を検知
する圧力計と、前記検知した圧力に基づいて演算処理
し、回転機構部内部の圧力が適正値になるように、パー
ジガス排出管に設けられた圧力調整弁の開度を制御する
演算・制御部とを備えたことを特徴とする減圧エピタキ
シャル成長装置。 - 【請求項2】 前記処理炉の内圧を検知する圧力計及び
回転機構部内の内圧を検知する圧力計とを備え、前記検
知した処理炉の内圧及び回転機構部内の内圧に基づいて
演算処理し、前記回転機構部内部の圧力が適正値になる
ように、パージガス排出管に設けられた圧力調整弁の開
度を制御する演算・制御部とを備えたことを特徴とする
請求項1に記載された減圧エピタキシャル成長装置。 - 【請求項3】 前記成膜用ガスを排出するガス排出管に
設けられた圧力調整弁と、前記処理炉の内圧を検知する
圧力計と、前記検知した処理炉の内圧に基づいて演算処
理し、処理炉内部の圧力が適正値になるように、成膜用
ガスを排出するガス排出管に設けられた圧力調整弁の開
度を制御する演算・制御部とを備えたことを特徴とする
請求項1または請求項2に記載された減圧エピタキシャ
ル成長装置。 - 【請求項4】 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載
された減圧エピタキシャル成長装置の制御方法におい
て、 前記処理炉内圧をp1 とし、前記回転機構部内圧をp2
としたとき、p2 とp 1 の比P(P=p2 /p1 )を、
0.9≦P≦1.0の範囲に制御することを特徴とする
減圧エピタキシャル成長装置の制御方法。
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