JP2010272773A - 気相成長装置 - Google Patents

Abstract

【課題】チャンバの内壁に堆積するウォールデポの剥離を促進する気相成長装置を提供する。
【解決手段】気相成長装置１０は、チャンバ３、複数のランプ４１、送風手段５、及び一対の第１開閉扉を備える。チャンバ３は、ウェーハ１が設置されるサセプタ２を内部に配置し、原料ガスＧを内部に導入する。チャンバ３は、サセプタ２の上方を覆う第１隔壁３１、及びサセプタ２の下方を覆う第２隔壁３２を有する。複数のランプ４１は、第１隔壁３１を介してウェーハ１及びサセプタ２を加熱する。送風手段５は、第１隔壁３１の上面に冷却用空気（冷却媒体）Ａを送風する。一対の第１開閉扉は、原料ガスＧが導入されて、サセプタ２を越える下流側の内部領域３ｎと対向する外部領域３ｍに冷却用空気Ａの送風を堰き止めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、気相成長装置に関する。特に、半導体ウェーハ（以下、ウェーハという）を熱処理するチャンバを備える気相成長装置に関する。

一般に、枚葉式の気相成長装置は、回転する円盤状のサセプタをチャンバの内部に配置している。そして、ウェーハをサセプタに載置して、ウェーハ及びサセプタを周辺から加熱している。又、原料ガスをチャンバの内部に導入し、ウェーハの表面に結晶を気相成長させている。

このようなチャンバは、ウェーハ及びサセプタを高温度で加熱するため、石英などの耐熱素材で構成されている。一方、このようなチャンバは、一般に、冷却用空気をチャンバの外部に循環させて、冷却している。又、冷却水をチャンバの外部に循環させて冷却するチャンバも出現している。

このようなチャンバとしては、その外部に冷却用空気を循環したときに、冷却用空気の供給圧力を可変とした場合であっても、冷却用空気の漏洩を瞬時に検知することができる冷却装置を備えたチャンバが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１によるチャンバは、冷却装置が、冷却用空気を生成して外部に冷却用空気を供給する冷却用空気発生器と、冷却用空気の供給圧力値を検出する圧力センサと、圧力センサの検出値に基づいて冷却用空気の漏洩を検知する空気漏れ検知部と、を備えている。更に、空気漏れ検知部は、差分検出回路と比較回路を備えて構成している。

特許文献１によるチャンバは、差分検出回路が供給圧力の設定値と圧力センサで検出した供給圧力の検出値との差分をとり、比較回路が差分値と予め決められた空気漏洩の判断のための規格値との大小を比較し、冷却用空気の漏洩を瞬時に検知できる、としている。

又、このようなチャンバとしては、チャンバを構成する隔壁の温度が所定の目標温度で維持されるように、チャンバの外部を循環する冷却用空気の流量を制御する温度制御装置を備えたチャンバが開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２によるチャンバは、温度制御装置が温度測定器を含み、チャンバの隔壁の温度を測定している。この測定温度は所定の目標温度と比較される。そして、温度制御装置は、チャンバの近傍の空気流量を制御し、測定温度は実質的に目標温度と等しくなる、としている。

特開２００２−３５３１４３号公報 特開平９−３１２２６５号公報

特許文献２には、「チャンバを構成する壁の堆積物（ウォールデポジション：以下、ウォールデポという）を最小限にするために、石英からなるこの壁温は、狭い温度範囲内で制御されることが望ましい」と、記載されている。

又、特許文献２には、「クリーニング工程中、石英の壁温は、チャンバの内壁の上部に堆積されたウォールデポのエッチング（剥離）速度を最大にするために、異なる温度で維持されることが更に望ましい」と、記載されている。そして、特許文献２には、「そのような温度を維持することにより、ウェーハへの汚染問題が最小限に抑えられる」と、記載されている。

しかしながら、チャンバの壁温を狭い温度範囲内で適正に管理しても、ウォールデポがチャンバの内壁の上部に少しずつ堆積していくことを阻止することは、困難である。このため、現状では、塩素ガスを用いて、チャンバの内部をクリーニング（エッチング）しているが、ウォールデポの剥離が促進されないという問題がある。

ウォールデポの剥離が促進されない要因として、従来は、チャンバの内部をエッチング中にチャンバを冷却していたことが挙げられる。チャンバの構造を工夫して、ウォールデポの剥離を促進すれば、ウェーハへの汚染が最小限に抑えられる。つまり、ウェーハの品質を向上できる。

したがって、本発明は、チャンバを備える気相成長装置において、チャンバの内壁に堆積するウォールデポの剥離を促進することによって、ウェーハの品質を向上する気相成長装置を提供することを目的とする。

（１）本発明による気相成長装置は、半導体ウェーハが設置される回転可能なサセプタを内部に配置し、原料ガスを内部に導入するチャンバであって、前記サセプタの上方を覆う第１隔壁、及びこの第１隔壁の周縁を密閉する共に、前記サセプタの下方を覆う第２隔壁を有するチャンバと、前記第１隔壁を介して前記半導体ウェーハ及び前記サセプタを加熱する第１加熱手段と、前記第１隔壁の上面に冷却媒体を送風する送風手段と、前記第１隔壁の上面に配置して、前記原料ガスが導入されて前記サセプタを越える下流側の内部領域と対向する外部領域に前記冷却媒体の送風を堰き止め可能な第１遮蔽板と、を備えることを特徴とする。

（２）前記第１遮蔽板は、一対の第１開閉扉からなることが好ましい。

（３）前記第１隔壁の上面に配置して、前記一対の第１開閉扉から離間する一対の第２開閉扉であって、前記外部領域を越える下流側に前記冷却媒体の送風を堰き止め可能な一対の第２開閉扉を更に備えることが好ましい。

（４）前記第１隔壁の上面の両側部に固定して、前記冷却媒体の送風方向と略平行に配置する互いに離間する一対の固定ウイングを備え、前記一対の第１開閉扉及び前記一対の第２開閉扉を開くと、当該一対の第１開閉扉及び当該一対の第２開閉扉が前記一対の固定ウイングに重なるように向きを変えることが好ましい。

（５）前記第１隔壁は、透明な石英からなり、前記一対の第１開閉扉及び前記一対の第２開閉扉は、透明な石英からなることが好ましい。

本発明によれば、チャンバを構成する第１隔壁の上面に冷却媒体を送風する送風手段と、第１隔壁の上面に配置して、原料ガスが導入されてサセプタを越える下流側の内部領域と対向する外部領域に冷却媒体の送風を堰き止め可能な第１遮蔽板と、を備えるので、第１遮蔽板により、冷却媒体の送風を堰き止めることができ、第１隔壁の外部領域が保温される。したがって、第１隔壁の外部領域の保温熱が第１隔壁の内壁の上面から第１隔壁の外部領域への伝熱を抑制するために、第１隔壁の内壁の上面が保温されて、塩化水素（ＨＣｌ）と、チャンバの内壁に付着したシリコンなどとの反応効率が上がることで、ウォールデポの剥離が促進される。

本発明の一実施形態による気相成長装置の構成を示す縦断面図である。 前記実施形態による気相成長装置の要部を拡大した縦断面図である。 前記実施形態による気相成長装置に備わるチャンバの平面図であり、一対の第１及び第２開閉扉を閉じた状態図である。 前記実施形態による気相成長装置に備わるチャンバの平面図であり、一対の第１及び第２開閉扉を開いた状態図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。

最初に、本発明の一実施形態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構成を示す縦断面図である。図２は、前記実施形態による気相成長装置の要部を拡大した縦断面図である。図３は、前記実施形態による気相成長装置に備わるチャンバの平面図であり、一対の第１及び第２開閉扉を閉じた状態図である。図４は、前記実施形態による気相成長装置に備わるチャンバの平面図であり、一対の第１及び第２開閉扉を開いた状態図である。

図１又は図２を参照すると、実施形態による気相成長装置１０は、ウェーハ１が設置される回転可能なサセプタ２ａを内部に配置し、原料ガスＧを内部に導入するチャンバ３を備えている。チャンバ３は、サセプタ２ａの上方を覆う第１隔壁３１、及び第１隔壁３１の周縁を密閉する共に、サセプタ２ａの下方を覆う第２隔壁３２を有している。

又、図１又は図２を参照すると、気相成長装置１０は、第１隔壁３１を介して、ウェーハ１及びサセプタ２ａを加熱する第１加熱手段となる複数のランプ４１を備えている。又、気相成長装置１０は、第１隔壁３１の上面に冷却用空気（冷却媒体）Ａを送風する送風手段５を備えている。

図３又は図４を参照すると、気相成長装置１０は、第１隔壁３１の上面に配置する一対の第１開閉扉６１・６１を備えている。一対の第１開閉扉６１・６１は、外部領域３ｍの前段に位置している。外部領域３ｍは、原料ガスＧが導入されて、サセプタ２ａを越える下流側の内部領域３ｎと対向している。そして、一対の第１開閉扉６１・６１を閉じると、外部領域３ｍへの冷却用空気Ａの送風を堰き止めることができる。

図３又は図４を参照すると、気相成長装置１０は、第１隔壁３１の上面に配置する一対の第２開閉扉６２・６２を備えている。一対の第２開閉扉６２・６２は、一対の第１開閉扉６１・６１から離間している。一対の第２開閉扉６２・６２は、冷却用空気Ａの送風方向に対して外部領域３ｍの後段に位置している。そして、一対の第２開閉扉６２・６２を閉じると、ウェーハ１が位置する領域へ冷却用空気Ａの送風を堰き止めることができる。

第１開閉扉６１・６１及び第２開閉扉６２・６２は、それらを閉じたときに、外部領域３ｍのウォールデポＷＤの堆積領域を遮蔽できるような位置に設置することが好ましい。更に具体的には、第１開閉扉６１・６１及び第２開閉扉６２・６２は、シリコンのエピタキシャル成長における１５０ｍｍ以上の直径を有するサセプタにおいて、原料ガスの導入方向に対してサセプタにおける最も下流側の外周縁よりも１０ｍｍ〜５００ｍｍ下流側に、設置することが好ましい。

図３又は図４を参照すると、気相成長装置１０は、第１隔壁３１の上面の両側部に固定する一対の固定ウイング６３・６３を備えている。一対の固定ウイング６３・６３は、冷却用空気Ａの送風方向と略平行に配置している。そして、一対の固定ウイング６３・６３は、互いに離間している。

図３又は図４を参照すると、一対の第２開閉扉６２・６２を閉じると、一対の第２開閉扉６２・６２は、一対の固定ウイング６３・６３に重なるように向きを変える。更に、一対の第１開閉扉６１・６１を閉じると、一対の第１開閉扉６１・６１は、一対の第２開閉扉６２・６２を介して、一対の固定ウイング６３・６３に重なるように向きを変える。

図１から図４を参照すると、第１隔壁３１は、透明な石英からなっている。又、一対の第１開閉扉６１・６１及び一対の第２開閉扉６２・６２は、透明な石英からなっている。したがって、複数のランプ４１の光線を遮光することなく、チャンバ３の内部領域３ｎを上方から加熱できる。更には、第１開閉扉６１・６１及び第２開閉扉６２・６２を設ける構造とすることで、簡単な構造でありながら、ランプ４１の光線を遮光することなく、チャンバ３の内部領域３ｎを加熱させることができる。

更に、図１又は図２を参照すると、気相成長装置１０は、第２隔壁３２を介して、ウェーハ１及びサセプタ２ａを加熱する第２加熱手段となる複数のランプ４２及びランプ４３を備えている。第２隔壁３２は、透明な石英からなっている。したがって、複数のランプ４２及びランプ４３の光線を遮光することなく、サセプタ２ａを下方から加熱できる。

図１又は図２を参照すると、チャンバ３は、一対の基板１１・１２に支持されている。チャンバ３は、ウェーハ１の表面に結晶を気相成長させる原料ガスＧが導入される供給口３ａを一端側に有している。又、チャンバ３は、内部に導入された原料ガスＧが排出される排出口３ｂを他端側に有している。

図１を参照すると、基板１１は、外部から原料ガスＧが供給される通路１１ａを有している。通路１１ａの終端は、供給口３ａに接続されており、チャンバ３の内部に原料ガスＧを導入できる。一方、基板１２は、原料ガスＧを外部に回収する通路１２ｂを有している。通路１２ｂの始端は、排出口３ｂに接続されており、チャンバ３の内部の原料ガスＧを外部に回収できる。

図１又は図２を参照すると、ウェーハ載置部材２は、サセプタ２ａとサセプタ支持部材（回転軸）２ｂとで構成している。サセプタ２ａには、ウェーハ１が設置される。サセプタ支持部材２ｂの一端部は、サセプタ２ａの中心部に結合している。サセプタ支持部材２ｂの他端部は、図示しない回転装置に連結しており、この回転装置を駆動して、サセプタ２ａに設置されたウェーハ１を回転できる。例えば、サセプタ２ａは、ＳｉＣで被膜されたカーボン部材からなる。サセプタ支持部材２ｂは透明な石英からなる。複数のランプ４２及びランプ４３でサセプタ２ａを加熱することにより、ウェーハ１をその裏面側からも加熱できる。

図２から図４を参照すると、第１開閉扉６１は、平板状の扉体６１ａと回転軸６１ｂとで構成している。回転軸６１ｂの一端部は、扉体６１ａの終端部に結合している。回転軸６１ｂの他端部は、図示しない回転装置に連結しており、一対の第１開閉扉６１・６１を開閉できる。

図２から図４を参照すると、第２開閉扉６２は、平板状の扉体６２ａと回転軸６２ｂとで構成している。回転軸６２ｂの一端部は、扉体６２ａの端縁に結合している。回転軸６２ｂの他端部は、図示しない回転装置に連結しており、この回転装置を駆動して、一対の第２開閉扉６２・６２を開閉できる。

なお、図示はしないが、第１開閉扉６１及び第２開閉扉６２は、それらの扉体６１ａ・６２ａの外形がアルミニウム合金からなる外枠で囲われてもよく、更に、これらの外枠の内部に冷却水を循環させることが好ましい。

図１又は図２を参照すると、チャンバ３の上部は、ランプ４１を配するカバー１３で覆われている。又、チャンバ３の下部は、ランプ４３，４２を配するカバー１４で覆われている。カバー１３の一端側には、給気口１３ａを設けている。カバー１４の他端側には、排気口１４ａを設けている。

図１において、送風手段５は、冷却用空気Ａを送風する送風装置（図示せず）と、カバー１３・１４と、給気口１３ａ及び排気口１４ａと、を含んでいる。冷却用空気Ａの送風装置から冷却用空気Ａが給気口１３ａに供給される。そして、冷却用空気Ａがランプ４１〜４３を冷却しつつ、チャンバ３を外部から空冷して、冷却用空気Ａが排気口１４ａから排気される。なお、チャンバ３を外部から冷却するために、水冷式の冷却流路を補助的に設けてもよい。

次に、本発明の実施形態による気相成長装置１０の動作及び作用を説明する。

図１又は図２を参照すると、図示しない搬送装置からウェーハ１が搬送されて、ウェーハ１がサセプタ２ａに載置される。そして、ウェーハ１は、チャンバ３の内部で加熱されると共に、チャンバ３の内部で回転される。又、気相成長装置１０は、原料ガスＧをチャンバ３の内部に導入し、ウェーハ１の表面に結晶を気相成長させる。

気相成長中において、ウェーハ１の温度は、複数のランプ４１，４２及び４３の加熱によって制御されている。図３を参照すると、気相成長中において、一対の第１開閉扉６１・６１及び第２開閉扉６２・６２は、一対の固定ウイング６３・６３に重なるように向きを変えている。したがって、冷却用空気Ａは、第１隔壁３１の上面を全領域に亘り、送風しているので、冷却効率が高い。

ところで、図１を参照すると、チャンバ３に原料ガスＧが導入されて、サセプタ２ａを越える下流側の内部領域３ｎには、ウォールデポＷＤが付着しやすいという問題がある。より、具体的には、シリコンエピタキシャル成長において、温度と原料ガスの濃度とのバランスにより、サセプタ２ａを越える下流側の内部領域３ｎで化学反応又は熱分解によるシリコンのエピタキシャル成長が起こりやすく、ウォールデポＷＤが付着しやすい状態となっている。

なお、内部領域３ｎでウォールデポＷＤが発生しやすい理由は、次の通りであると考えられる。詳述すると、チャンバの内部の温度が高い方が、エピタキシャル成長（シリコン成長）が進行しやすいが、サセプタの直上においては、シリコン成長のほとんどがシリコンウェーハの表面にて進行する。したがって、シリコン成長は、サセプタの直上に位置するチャンバの内壁では進行しにくい。一方、サセプタの直上に位置しないチャンバの内壁では、温度が高い部分においては、シリコンが付着しやすくなる。

しかし、チャンバの内壁が低温になりすぎると、チャンバの内壁に付着したシリコンは、ゲル状のシリコンポリマー（例えば、シロキサン）となるが、ゲル状のシリコンポリマーは、エッチングで除去されやすいので、ウォールデポとして残留しにくい。又、原料ガスの濃度が高いほど、シリコン成長が進行しやすく、シリコンがチャンバの内壁に付着しやすくなる。以上の理由により、シリコンの濃度が高い領域で、チャンバの内壁の温度がある程度高い領域、即ち、サセプタ２ａを越える下流側の内部領域３ｎにおいてウォールデポＷＤが発生しやすい。

したがって、ウォールデポＷＤをエッチング（剥離）するため、チャンバ３からウェーハ１が取り出された後、原料ガスＧに代えて、例えば、塩素ガスがチャンバ３の内部に導入されて、チャンバ３の内部がエッチングされる。そして、前述したエッチングプロセスでは、冷却用空気Ａを送風して、加熱したチャンバ３を外部から空冷している（図３参照）。

図４を参照すると、本発明の実施形態では、前述したエッチングプロセスにおいて、一対の第１開閉扉６１・６１を閉じて、冷却用空気Ａの送風を堰き止めている。したがって、最もウォールデポＷＤが付着しやすい内部領域３ｎと対向する外部領域３ｍが空冷されることなく、保温される。つまり、内部領域３ｎも保温されて、ウォールデポＷＤの剥離が促進される。

このように、本発明の実施形態によれば、チャンバ３を構成する第１隔壁３１の上面に冷却用空気Ａを送風する送風手段５と、第１隔壁３１の上面に配置して、原料ガスＧが導入されてサセプタ２ａを越える下流側の内部領域３ｎと対向する外部領域３ｍに冷却用空気Ａの送風を堰き止め可能な一対の第１開閉扉６１・６１と、を備える。そのため、一対の第１開閉扉６１・６１を閉じると、冷却用空気Ａ体の送風が堰き止められて、第１隔壁３１の外部領域３ｍが保温される。したがって、第１隔壁３１の外部領域３ｍが保温されて、ウォールデポＷＤの剥離が促進される。

更に、図４を参照すると、本発明の実施形態では、前述したエッチングプロセスにおいて、一対の第２開閉扉６２・６２を閉じて、冷却用空気Ａの送風を堰き止めている。図４において、一対の第１開閉扉６１・６１及び第２開閉扉６２・６２が共に閉じており、第１隔壁３１の外部領域３ｍを囲っている。

図４を参照すると、更に、一対の固定ウイング６３・６３も第１隔壁３１の外部領域３ｍを囲っている。したがって、冷却用空気Ａは、外部領域３ｍを迂回するので、外部領域３ｍの保温が促進される。つまり、第１隔壁３１の外部領域３ｍが保温されて、ウォールデポＷＤの剥離が促進される。

実施形態による気相成長装置１０を用いて、５００枚のウェーハ１を気相成長させた後、ウォールデポＷＤの状態を目視して確認した。その結果、チャンバ３の内部を洗浄中にチャンバ３を冷却していた従来例と比較して、実施形態による気相成長装置１０は、ウォールデポＷＤの堆積領域が１／３程度に縮小され、ウォールデポＷＤの堆積量も激減していた。少なくとも、本発明の実施形態による一対の第１開閉扉６１・６１が冷却用空気Ａの送風を堰き止めることにより、ウォールデポＷＤの剥離が促進されたと考えられる。

以上、本発明の気相成長装置の実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に制限されるものではない。例えば、送風手段は、冷却媒体は、少なくとも第１隔壁３１の上面に送風すればよく、第１隔壁３１の上面を含むチャンバの外面全体に送風してもよい。冷却媒体は、空気に制限されず、各種ガスでもよい。

１ ウェーハ（半導体ウェーハ）
２ａ サセプタ
３ チャンバ
３ｍ 外部領域
３ｎ 内部領域
５ 送風手段
１０ 気相成長装置
３１ 第１隔壁（第１遮蔽板）
３２ 第２隔壁
４１ ランプ（第１加熱手段）
Ａ 冷却用空気（冷却媒体）
Ｇ 原料ガス

Claims (5)

1. 半導体ウェーハが設置される回転可能なサセプタを内部に配置し、原料ガスを内部に導入するチャンバであって、前記サセプタの上方を覆う第１隔壁、及びこの第１隔壁の周縁を密閉する共に、前記サセプタの下方を覆う第２隔壁を有するチャンバと、
   前記第１隔壁を介して前記半導体ウェーハ及び前記サセプタを加熱する第１加熱手段と、
   前記第１隔壁の上面に冷却媒体を送風する送風手段と、
   前記第１隔壁の上面に配置して、前記原料ガスが導入されて前記サセプタを越える下流側の内部領域と対向する外部領域に前記冷却媒体の送風を堰き止め可能な第１遮蔽板と、を備えることを特徴とする気相成長装置。
2. 前記第１遮蔽板は、一対の第１開閉扉からなることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
3. 前記第１隔壁の上面に配置して、前記一対の第１開閉扉から離間する一対の第２開閉扉であって、前記外部領域を越える下流側に前記冷却媒体の送風を堰き止め可能な一対の第２開閉扉を更に備えることを特徴とする請求項２記載の気相成長装置。
4. 前記第１隔壁の上面の両側部に固定して、前記冷却媒体の送風方向と略平行に配置する互いに離間する一対の固定ウイングを備え、
   前記一対の第１開閉扉及び前記一対の第２開閉扉を開くと、当該一対の第１開閉扉及び当該一対の第２開閉扉が前記一対の固定ウイングに重なるように向きを変えることを特徴とする請求項３記載の気相成長装置。
5. 前記第１隔壁は、透明な石英からなり、
   前記一対の第１開閉扉及び前記一対の第２開閉扉は、透明な石英からなる請求項３又は４記載の気相成長装置。

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