JP2010157581A - Vapor-phase growth device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気相成長装置に関する。特に、加熱された半導体ウェーハを冷却する冷却チャンバを備える気相成長装置に関する。 The present invention relates to a vapor phase growth apparatus. In particular, the present invention relates to a vapor phase growth apparatus including a cooling chamber for cooling a heated semiconductor wafer.
例えば、枚葉式の気相成長装置は、一対のプロセスチャンバ、搬送ロボット付きのロードロックチャンバ、一対の冷却チャンバ、及び一対のフープ(FOUP:Front Opening Unified Pod)を配置する載置室を設けて構成されている。 For example, a single wafer type vapor phase growth apparatus includes a mounting chamber in which a pair of process chambers, a load lock chamber with a transfer robot, a pair of cooling chambers, and a pair of FOUPs (FOUP: Front Opening Unified Pod) are arranged. Configured.
プロセスチャンバは、半導体ウェーハを加熱してエピタキシャル層を成長させるエピタキシャル処理装置である。そして、処理後の加熱された半導体ウェーハを搬送ロボットがロードロックチャンバ内に受け取り、いずれか一方の冷却チャンバに移載して、半導体ウェーハを所定の温度まで冷却する。その後、いずれか一方の半導体ウェーハをフープに収容する。 The process chamber is an epitaxial processing apparatus that grows an epitaxial layer by heating a semiconductor wafer. The heated semiconductor wafer after processing is received by the transfer robot in the load lock chamber and transferred to one of the cooling chambers to cool the semiconductor wafer to a predetermined temperature. Thereafter, either one of the semiconductor wafers is accommodated in a hoop.
上述した気相成長装置は、半導体ウェーハの並列処理が可能な水平搬送式の自動搬送装置となっており、枚葉式の気相成長装置としては、処理能力が優れている。 The above-described vapor phase growth apparatus is a horizontal conveyance type automatic conveyance apparatus capable of parallel processing of semiconductor wafers, and has excellent processing capability as a single wafer type vapor phase growth apparatus.
このような気相成長装置は、プロセスチャンバに半導体ウェーハを授受するに当たり、例えば、帯板状のブレードの平面に半導体ウェーハを載置して移載している。このブレードは、半導体ウェーハの重心を横断しており、半導体ウェーハの裏面が接触するように構成している。 In such a vapor phase growth apparatus, when a semiconductor wafer is transferred to a process chamber, for example, the semiconductor wafer is placed on a plane of a strip-like blade and transferred. This blade crosses the center of gravity of the semiconductor wafer, and is configured such that the back surface of the semiconductor wafer contacts.
一方、プロセスチャンバは、半導体ウェーハの裏面の両翼(前記ブレードが当接しない領域)が載置され、昇降する一対一組のリフトピンを備えている。又、冷却チャンバは、半導体ウェーハの裏面の両翼が載置され、昇降する円弧状の一対のサイドサポートを備えている。 On the other hand, the process chamber includes a pair of lift pins on which both wings (regions where the blade does not contact) on the back surface of the semiconductor wafer are placed and moved up and down. The cooling chamber is provided with a pair of arc-shaped side supports on which both wings on the back surface of the semiconductor wafer are mounted and which move up and down.
したがって、一対一組のリフトピンの上方、又は一対のサイドサポートの上方に向かってブレードが水平方向に移動した後、ブレードが下降することにより、プロセスチャンバ又は冷却チャンバに半導体ウェーハを移載できる。 Accordingly, the semiconductor wafer can be transferred to the process chamber or the cooling chamber by moving the blade in the horizontal direction above the pair of lift pins or the pair of side supports and then lowering the blade.
しかし、プロセスチャンバで加熱された半導体ウェーハをブレードに載置すると、半導体ウェーハの表面と裏面の温度の不均衡や自重の影響により、半導体ウェーハの両翼が下方に反った状態で変形する現象が生ずる。 However, when a semiconductor wafer heated in the process chamber is placed on a blade, a phenomenon occurs in which both wings of the semiconductor wafer are warped downward due to the temperature imbalance of the front and back surfaces of the semiconductor wafer and the influence of its own weight. .
一方、冷却チャンバは、加熱された半導体ウェーハを所定の温度まで冷却する円板状の冷却プレートを備えている。一対のサイドサポートに載置された半導体ウェーハを下降させることにより、半導体ウェーハの裏面を冷却プレートの表面に近接させて、加熱された半導体ウェーハを冷却している。 On the other hand, the cooling chamber includes a disk-shaped cooling plate that cools the heated semiconductor wafer to a predetermined temperature. By lowering the semiconductor wafer placed on the pair of side supports, the back surface of the semiconductor wafer is brought close to the surface of the cooling plate to cool the heated semiconductor wafer.
例えば、上述した冷却プレートは、その表面の中央部から僅かに突出した複数の石英ピンに半導体ウェーハを載置して、半導体ウェーハの裏面を冷却プレートの表面に近接させるように構成している。 For example, the cooling plate described above is configured such that the semiconductor wafer is placed on a plurality of quartz pins slightly protruding from the center of the surface, and the back surface of the semiconductor wafer is brought close to the surface of the cooling plate.
しかし、冷却プレートは、ステンレス合金などの金属体からなり、加熱された半導体ウェーハの両翼が下方に反った状態で、冷却プレートの表面に近接すると、冷却プレートの表面に半導体ウェーハの両翼が接触して、半導体ウェーハが金属汚染されるという不具合がある。 However, the cooling plate is made of a metal body such as a stainless alloy, and when both wings of the heated semiconductor wafer are warped downwards and close to the surface of the cooling plate, both wings of the semiconductor wafer come into contact with the surface of the cooling plate. As a result, the semiconductor wafer is contaminated with metal.
このような不具合に対して、冷却プレートの表面と半導体ウェーハの裏面との接触を防止して、半導体ウェーハの金属汚染を防止する冷却チャンバが開示されている(例えば、特許文献1参照)。 For such a problem, a cooling chamber is disclosed in which contact between the front surface of the cooling plate and the back surface of the semiconductor wafer is prevented to prevent metal contamination of the semiconductor wafer (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1による冷却チャンバは、半導体ウェーハを冷却プレートの表面から一定の高さに保ち、かつ冷却プレートの外周部に形成された傾斜部に設置する複数の支持部材を備えている。この支持部材は、半導体ウェーハの周縁面を部分的に支持する支持面と、冷却プレートに接触する接触部と、を有している。支持部材は、石英、アルミナ、セラミックス、SiCから構成される一群の材料から選択されたものを含んでいる。
The cooling chamber according to
特許文献1による冷却チャンバは、上記複数の支持部材を備えることにより、半導体ウェーハと冷却プレートの外周部に形成された傾斜部との接触を回避できる、としている。
しかし、特許文献1による冷却チャンバは、冷却された支持面が加熱された半導体ウェーハを部分的に冷却するので、熱ショックで半導体ウェーハの内部に歪みが残留することが懸念される。つまり、複数の支持部材は、熱伝導で半導体ウェーハを部分的に冷却するのに対して、冷却チャンバの表面は、半導体ウェーハの輻射熱を吸熱するので、熱伝導速度の違いにより、半導体ウェーハの内部に歪みが残留することが懸念される。
However, since the cooling chamber according to
又、特許文献1による冷却チャンバは、硬度の大きい支持部材が半導体ウェーハに当接するので、半導体ウェーハを損傷することが懸念される。そして、以上のことが本発明の課題といってよい。
Further, in the cooling chamber according to
したがって、本発明は、冷却チャンバを備える気相成長装置において、半導体ウェーハの金属汚染を防止し、かつ半導体ウェーハの内外において損傷を防止する気相成長装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a vapor phase growth apparatus having a cooling chamber, which prevents metal contamination of a semiconductor wafer and prevents damage inside and outside the semiconductor wafer.
(1)本発明による気相成長装置は、加熱した半導体ウェーハを金属製の円板状の冷却プレートに近接して当該半導体ウェーハを冷却する冷却チャンバを備える気相成長装置であって、前記冷却チャンバは、前記冷却プレートに取り付けて前記半導体ウェーハの周縁を周方向に間隔をあけて支持する複数の支持部材を備え、前記支持部材は、前記半導体ウェーハが載置される円弧状の頂部を設けて、この頂部が前記冷却プレートの中心に向かう支持面と、この支持面から突出して前記半導体ウェーハの外周を部分的に囲う段差と、を有し、前記円弧状の頂部は、前記半導体ウェーハが前記冷却プレートに接触しない所定の高さを設けると共に、前記冷却プレートの中心に向かって下り傾斜していることを特徴とする。 (1) A vapor phase growth apparatus according to the present invention is a vapor phase growth apparatus including a cooling chamber that cools a heated semiconductor wafer in proximity to a metal disk-shaped cooling plate and cools the semiconductor wafer. The chamber includes a plurality of support members that are attached to the cooling plate and support peripheral edges of the semiconductor wafer at intervals in the circumferential direction, and the support member has an arcuate top portion on which the semiconductor wafer is placed. The top of the cooling plate has a support surface that extends toward the center of the cooling plate, and a step that protrudes from the support surface and partially surrounds the outer periphery of the semiconductor wafer. A predetermined height that does not contact the cooling plate is provided and is inclined downward toward the center of the cooling plate.
(2)前記支持部材は、前記冷却プレートの表面に当接する底面又は外周面から突出して、当該冷却プレートに着脱自在に固定されるピンを更に有することが好ましい。 (2) It is preferable that the support member further includes a pin that protrudes from a bottom surface or an outer peripheral surface that contacts the surface of the cooling plate and is detachably fixed to the cooling plate.
(3)前記支持部材は、耐熱性の硬質合成樹脂からなることが好ましい。 (3) The support member is preferably made of a heat-resistant hard synthetic resin.
本発明によれば、冷却チャンバを備える気相成長装置において、冷却チャンバが半導体ウェーハを支持する複数の支持部材を備え、この支持部材の支持面が冷却プレートに接触しない所定の高さを設けると共に、冷却プレートの中心に向かって下り傾斜している。そのため、支持部材により、半導体ウェーハを線接触又は点接触で支持するので、半導体ウェーハの金属汚染を防止し、かつ半導体ウェーハの損傷を防止できる。 According to the present invention, in the vapor phase growth apparatus including the cooling chamber, the cooling chamber includes a plurality of support members that support the semiconductor wafer, and the support surface of the support member has a predetermined height that does not contact the cooling plate. Inclined downward toward the center of the cooling plate. Therefore, since the semiconductor wafer is supported by line contact or point contact by the support member, metal contamination of the semiconductor wafer can be prevented, and damage to the semiconductor wafer can be prevented.
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
最初に、本発明による気相成長装置の構成を説明する。図1は、本発明の一実施形態による気相成長装置の平面図である。 First, the configuration of the vapor phase growth apparatus according to the present invention will be described. FIG. 1 is a plan view of a vapor phase growth apparatus according to an embodiment of the present invention.
図1を参照すると、気相成長装置100は、一対のプロセスチャンバ30・30、搬送ロボット(図示せず)付きのロードロックチャンバ20、一対の冷却チャンバ10・10を備えている。
Referring to FIG. 1, the vapor
図1において、プロセスチャンバ30は、半導体ウェーハ1を加熱してエピタキシャル層を成長させるエピタキシャル処理装置である。ロードロックチャンバ20は、エピタキシャル処理後の加熱された半導体ウェーハ(エピタキシャルウェーハ)1を搬送ロボットがロードロックチャンバ20内に受け取り、いずれか一方の冷却チャンバ10に移載して、半導体ウェーハ1を所定の温度まで冷却する。
In FIG. 1, a
図1において、気相成長装置100は、一対の冷却チャンバ10・10に隣接して、図示しない一対のフープを備えてもよく、所定の温度まで冷却された半導体ウェーハ1をフープに収容できる。又、気相成長装置100は、外部から搬送されたフープから半導体ウェーハ1を取り出して、エピタキシャル処理することもできる。
1, the vapor
図1に示された気相成長装置100は、半導体ウェーハ1の並列処理が可能な水平搬送式の自動搬送装置となっており、枚葉式の気相成長装置となっている。
A vapor
次に、本発明による気相成長装置に備わる冷却チャンバの構成を説明する。図2は、前記実施形態による気相成長装置に備わる冷却チャンバの平面図である。図3は、前記実施形態による冷却チャンバの縦断面図であり、図2のX−X矢視図である。図4は、前記実施形態による冷却チャンバの縦断面図であり、図2のY−Y矢視図である。 Next, the configuration of the cooling chamber provided in the vapor phase growth apparatus according to the present invention will be described. FIG. 2 is a plan view of a cooling chamber provided in the vapor phase growth apparatus according to the embodiment. FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the cooling chamber according to the embodiment, and is a view taken along the line XX of FIG. FIG. 4 is a vertical cross-sectional view of the cooling chamber according to the embodiment, and is a view taken in the direction of arrows YY in FIG.
図2から図4を参照すると、冷却チャンバ10は、金属製の円板状の冷却プレート11、一対のサイドサポート12・12、及び4つの支持部材13を備えている。冷却プレート11は、内部に冷却媒体が循環している。したがって、加熱した半導体ウェーハ1が冷却プレート11の表面11aに近接した状態を所定時間、維持することにより、半導体ウェーハ1を所定の温度に冷却できる。
Referring to FIGS. 2 to 4, the
図2から図4を参照すると、サイドサポート12・12は、冷却プレート11を間にして、対向配置されている。サイドサポート12は、サポート本体121と一対のアーム122・122を備えている。サポート本体121は、冷却プレート11の外周を囲うように配置され、昇降できる。アーム122は、サポート本体121から突出しており、冷却プレート11の中心に向かっている。又、アーム122の先端部には、半導体ウェーハ1の裏面が載置される石英製の着座12aを突出している。
Referring to FIGS. 2 to 4, the side supports 12 and 12 are arranged to face each other with the
又、図2から図4を参照すると、冷却チャンバ10は、直方体状の4個の支持部材13を備えている。これらの支持部材13は、冷却プレート11の外周部に周方向に間隔をあけて取り付けられている。したがって、これらの支持部材13は、半導体ウェーハ1の周縁を分散して支持できる。
2 to 4, the
図1に示された気相成長装置100は、プロセスチャンバ30に半導体ウェーハ1を授受するに当たり、帯板状のブレード(図示せず)の平面に半導体ウェーハ1を載置して移載している。このブレードは、半導体ウェーハ1の重心を横断しており、半導体ウェーハの裏面が接触するように構成している。
In transferring the
図1から図4を参照すると、一対のサイドサポート12・12の上方に向かってブレードが水平方向に移動した後、ブレードが下降することにより、冷却チャンバ10に半導体ウェーハ1を移載できる。
1 to 4, the
図2を参照すると、上述したように、アーム122の先端部には、石英製の着座12aを突出しており、金属製のアーム122に湾曲した半導体ウェーハ1が接触することなく、半導体ウェーハ1を搬送できる。そして、一対のサイドサポート12・12が下降することにより、半導体ウェーハ1が4個の支持部材13で支持される。一方、一対のサイドサポート12・12を上昇すると、半導体ウェーハ1を4個の支持部材13から離反できる。
Referring to FIG. 2, as described above, a
なお、図1から図4において、一対のサイドサポート12・12を2段に構成することもできる。そして、エピタキシャル処理後の半導体ウェーハ1を下段のサイドサポートに載置して、半導体ウェーハ1をフープに収容してよく、隣接する冷却チャンバ10に半導体ウェーハ1を移載した後に、対応するフープに収容することもできる。又、エピタキシャル処理前の半導体ウェーハ1をフープから取り出して、上段のサイドサポートに載置することもできる。
1 to 4, the pair of side supports 12 and 12 can be configured in two stages. Then, the
次に、本発明による冷却チャンバに備わる支持部材の構成を説明する。図5は、前記実施形態による冷却チャンバに備わる支持部材の斜視図である。図6は、前記実施形態による支持部材の正面図である。図7は、前記実施形態による支持部材の平面図である。図8は、前記実施形態による支持部材の左側面図である。 Next, the structure of the support member provided in the cooling chamber according to the present invention will be described. FIG. 5 is a perspective view of a support member provided in the cooling chamber according to the embodiment. FIG. 6 is a front view of the support member according to the embodiment. FIG. 7 is a plan view of the support member according to the embodiment. FIG. 8 is a left side view of the support member according to the embodiment.
図5から図8を参照すると、支持部材13は、支持面131と円弧状の段差132を有している。支持面131には、半導体ウェーハ1が載置される。段差132は、支持面131から突出している。又、段差132は、半導体ウェーハ1の外周を部分的に囲っている。そして、支持面131は、円弧状の頂部が冷却プレート11の中心に向かっている(図2参照)。
5 to 8, the
図3から図8を参照すると、支持面131の円弧状の頂部は、半導体ウェーハ1が冷却プレート11の表面11aに接触しない所定の高さを設けている。つまり、支持面131の円弧状の頂部は、変形した半導体ウェーハ1の両翼が冷却プレート11の表面11aに接触しない所定の高さを設けている。そして、この円弧状の頂部は、冷却プレート11の中心に向かって下り傾斜している。
3 to 8, the arcuate top of the
又、図3から図8を参照すると、支持部材13は、冷却プレート11の表面11aに当接する底面133から突出するピン13aを更に有している。ピン13aは、冷却プレート11に着脱自在に固定される。そして、支持部材13は、耐熱性の硬質合成樹脂からなっている。なお、ピン13aは、支持部材13の外周面から突出してもよい。
3 to 8, the
図5から図8を参照すると、実施態様として、支持面131の円弧面の曲率半径Rは、20mmから50mm程度の範囲が好ましい。支持部材13の高さ(厚さ)Hは、5mmから10mm程度の範囲に設定することが好ましい。支持面の最大高さH1は、支持部材13の高さHに対応して、4mmから10mm程度の範囲に設定することが好ましい。支持面131の円弧状の頂部の傾斜角度θは、2度から5度の範囲に設定することが好ましい。
5 to 8, as an embodiment, the radius of curvature R of the arc surface of the
実施態様として、支持部材13は、耐熱性の硬質合成樹脂であるポリイミド系樹脂(PI、PAI、PES、PEEKなど)からなることが好ましく、市販のベスペル(登録商標)を用いることが更に好ましい。ベスペルは、連続最高使用温度が150度から300度の範囲であり、その表面は、半導体ウェーハ1より柔らかいロックウェル強度40〜60を有している。又、支持面131の表面は、バフ研磨されて、表面粗さが円滑であることが好ましい。
As an embodiment, the
次に、本発明による気相成長装置100の作用を説明する。
Next, the operation of the vapor
図1を参照すると、プロセスチャンバ30から取り出された直後の半導体ウェーハ1は、約700度に加熱されている。この半導体ウェーハ1を冷却チャンバ10に移載した段階でも、半導体ウェーハ1は、約300度に保温されている。そして、プロセスチャンバ30から冷却チャンバ10に移動中に、半導体ウェーハ1をブレード(図示せず)に載置しているので、半導体ウェーハ1の表面と裏面の温度の不均衡や自重の影響により、半導体ウェーハ1の両翼が下方に反った状態で変形している。
Referring to FIG. 1, the
図3又は図4を参照すると、このように変形した半導体ウェーハ1を冷却プレート11に近接すると、半導体ウェーハ1の両翼が冷却プレート11の表面11aに接触して、半導体ウェーハ1が金属汚染される可能性がある。
Referring to FIG. 3 or FIG. 4, when the
図2又は図3を参照すると、冷却プレート11は、その表面11aから複数の石英ピン111を突出している。これらの石英ピン111に半導体ウェーハ1を載置することにより、冷却プレート11との接触防止を意図している。しかし、これらの石英ピン111は、冷却プレート11の表面11aからの突出量が1mm程度であり、変形した半導体ウェーハ1の接触防止に寄与することは困難である。
Referring to FIG. 2 or FIG. 3, the cooling
したがって、本発明の実施形態による冷却チャンバ10は、冷却プレート11の表面11aと半導体ウェーハ1の裏面との接触を防止するために、半導体ウェーハ1を冷却プレート11の表面11aから一定の高さに保つ複数の支持部材13を備えて構成した。
Therefore, the cooling
図2から図8を参照すると、支持部材13は、半導体ウェーハ1が載置される円弧状の頂部が冷却プレート11の中心に向かう支持面131を有しているので、半導体ウェーハ1の裏面と線接触して、半導体ウェーハ1の部分的な冷却が緩和される。つまり、支持面131の円弧状の頂部(仮想の稜線130)が半導体ウェーハ1の裏面と線接触して、半導体ウェーハ1の部分的な冷却の伝熱が緩和される。したがって、熱ショックの影響で半導体ウェーハの内部に歪みが残留することが解消される。
Referring to FIGS. 2 to 8, the
図8を参照すると、支持部材13は、冷却プレート11の中心に向かって下り傾斜しているので、半導体ウェーハ1の裏面と点接触して、半導体ウェーハ1の部分的な冷却が緩和される。又、この下り傾斜面は、半導体ウェーハ1の周縁を周方向に間隔をあけて支持しているので、半導体ウェーハ1を中心に向かう力が作用すると考えられる。
Referring to FIG. 8, since the
図2から図8を参照すると、支持部材13は、支持面131から突出して半導体ウェーハ1の外周を部分的に囲う円弧状の段差132を有しているので、半導体ウェーハ1の周縁を周方向に間隔をあけて支持するように、複数の支持部材13を冷却プレート11に取り付けて、振動などによる半導体ウェーハ1の脱落が防止される。なお、段差132は、必ずしも円弧状に形成する必要はなく、仮想の稜線130と略直交するように形成してもよい。
Referring to FIGS. 2 to 8, the
又、図5から図8を参照すると、支持部材13は、冷却プレート11の表面11aに当接する底面133から突出して、冷却プレート11に着脱自在に固定されるピン13aを有しているので、冷却プレート11に穿設された取り付け穴(図示せず)を利用して、支持部材13の交換が容易である。
5 to 8, the
そして、支持部材13は、耐熱性の硬質合成樹脂からなることが好ましく、支持面131が半導体ウェーハ1より柔らかいロックウェル強度40〜60を有することにより、半導体ウェーハ1の損傷が防止される。
The
このように、本発明の実施形態による気相成長装置100は、冷却チャンバ10を備える気相成長装置100において、半導体ウェーハ1の金属汚染を防止し、かつ半導体ウェーハ1の内外において損傷を防止する気相成長装置を提供できる。
As described above, the vapor
1 半導体ウェーハ
10 冷却チャンバ
11 冷却プレート
13 支持部材
100 気相成長装置
131 支持面
132 段差
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記冷却チャンバは、前記冷却プレートに取り付けて前記半導体ウェーハの周縁を周方向に間隔をあけて支持する複数の支持部材を備え、
前記支持部材は、前記半導体ウェーハが載置される円弧状の頂部を設けて、この頂部が前記冷却プレートの中心に向かう支持面と、この支持面から突出して前記半導体ウェーハの外周を部分的に囲う段差と、を有し、
前記円弧状の頂部は、前記半導体ウェーハが前記冷却プレートに接触しない所定の高さを設けると共に、前記冷却プレートの中心に向かって下り傾斜していることを特徴とする気相成長装置。 A vapor phase growth apparatus comprising a cooling chamber that cools a semiconductor wafer heated in proximity to a metal disk-shaped cooling plate,
The cooling chamber includes a plurality of support members attached to the cooling plate and supporting peripheral edges of the semiconductor wafer at intervals in a circumferential direction,
The support member has an arcuate top portion on which the semiconductor wafer is placed, and the top portion protrudes from the support surface toward the center of the cooling plate and partially protrudes from the outer periphery of the semiconductor wafer. A step to enclose,
The arc-shaped top portion is provided with a predetermined height at which the semiconductor wafer does not contact the cooling plate and is inclined downward toward the center of the cooling plate.
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