JP2020107720A - 気相成長装置及びこれに用いられるキャリア - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハ周縁部のＣＶＤ膜厚を均一にすることができる気相成長装置を提供する。【解決手段】キャリアＣは、サセプタ１１２の上面に載置される底面Ｃ１１と、ウェーハＷＦの裏面の外縁部に接触して支持する上面Ｃ１２と、外周側壁面Ｃ１３と、内周側壁面Ｃ１４とを有する無端のリング状に形成されるとともに、前記上面Ｃ１２の円周方向における構造又は形状が、前記ウェーハＷＦの円周方向における結晶方位に対応した関係を有する構造又は形状とされ、処理前のウェーハは、処理前のウェーハの円周方向における結晶方位と、円周方向における構造又は形状とが、前記対応した関係となるようにキャリアに搭載される。【選択図】 図１

Description

本発明は、エピタキシャルウェーハの製造などに用いられる気相成長装置及びこれに用いられるキャリアに関するものである。

エピタキシャルウェーハの製造などに用いられる気相成長装置において、シリコンウェーハ裏面への損傷を最小限にするために、シリコンウェーハをリング状のキャリアに搭載した状態で、ロードロック室から反応室までの工程を搬送することが提案されている（特許文献１）。

この種の気相成長装置では、ロードロック室において待機したリング状のキャリアに処理前のウェーハを搭載する一方、処理後のウェーハは、リング状のキャリアに搭載されたまま反応室からロードロック室に搬送される。

米国特許出願公開２０１７／０１１０３５２号公報 特開２００７−２９４９４２

しかしながら、上記従来技術のリング状のキャリアでは、シリコン単結晶ウェーハの周縁部におけるエピタキシャル層の形成膜厚の急激な変化を抑制できず、したがって特に周縁部の平坦化は困難であるという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、シリコンウェーハ裏面への損傷を最小限にしつつ、ウェーハ周縁部のＣＶＤ膜厚を均一にすることができる気相成長装置を提供することである。

本発明は、ウェーハの外縁を支持するリング状のキャリアを備え、複数の当該キャリアを用いて、
複数の処理前のウェーハを、ウェーハ収納容器から、ファクトリインターフェース、ロードロック室及びウェーハ移載室を介して反応室へ順次搬送するとともに、
複数の処理後のウェーハを、前記反応室から、前記ウェーハ移載室、前記ロードロック室及び前記ファクトリインターフェースを介して前記ウェーハ収納容器へ順次搬送する気相成長装置であって、
前記ロードロック室は、第１ドアを介して前記ファクトリインターフェースと連通するとともに、第２ドアを介して前記ウェーハ移載室と連通し、
前記ウェーハ移載室は、ゲートバルブを介して、前記ウェーハにＣＶＤ膜を形成する前記反応室と連通し、
前記ウェーハ移載室には、前記ロードロック室に搬送されてきた処理前のウェーハをキャリアに搭載された状態で前記反応室に投入するとともに、前記反応室において処理を終えた処理後のウェーハをキャリアに搭載された状態で前記反応室から取り出して前記ロードロック室に搬送する第１ロボットが設けられ、
前記ファクトリインターフェースには、処理前のウェーハをウェーハ収納容器から取り出し、前記ロードロック室にて待機するキャリアに搭載するとともに、前記ロードロック室に搬送されてきた、キャリアに搭載された処理後のウェーハを、ウェーハ収納容器に収納する第２ロボットが設けられ、
前記ロードロック室には、キャリアを支持するホルダが設けられ、
前記反応室には、前記キャリアを支持するサセプタが設けられた気相成長装置において、
前記キャリアは、前記サセプタの上面に載置される底面と、前記ウェーハの裏面の外縁部に接触して支持する上面と、外周側壁面と、内周側壁面とを有する無端のリング状に形成され、
前記キャリア、又は前記キャリア及び前記サセプタは、前記上面の円周方向における構造又は形状が、前記ウェーハの円周方向における結晶方位に対応した関係を有する構造又は形状とされ、
前記処理前のウェーハは、前記処理前のウェーハの円周方向における結晶方位と、前記キャリア又は前記キャリア及び前記サセプタの円周方向における構造又は形状とが、前記対応した関係となるように前記キャリアに搭載される気相成長装置である。

本発明において、前記キャリア又は前記キャリア及び前記サセプタの上面の円周方向における構造又は形状が、前記ウェーハの円周方向における結晶方位に対応した関係を有する構造又は形状とされているが、その一例として、前記キャリア又は前記キャリア及び前記サセプタの前記上面の円周方向におけるザグリ深さを、前記ウェーハの円周方向における結晶方位に対応した深さとする。

また、本発明における他の例として、前記キャリア又は前記キャリア及び前記サセプタの前記上面の円周方向におけるポケット幅を、前記ウェーハの円周方向における結晶方位に対応したポケット幅とする。

また本発明は、ウェーハの外縁を支持するリング状のキャリアであって、
前記キャリアを用いて、
複数の処理前のウェーハを、ウェーハ収納容器から、ファクトリインターフェース、ロードロック室及びウェーハ移載室を介して反応室へ順次搬送するとともに、
複数の処理後のウェーハを、前記反応室から、前記ウェーハ移載室、前記ロードロック室及び前記ファクトリインターフェースを介して前記ウェーハ収納容器へ順次搬送する気相成長装置用キャリアにおいて、
前記反応室のサセプタの上面に載置される底面と、前記ウェーハの裏面の外縁部に接触して支持する上面と、外周側壁面と、内周側壁面とを有する無端のリング状に形成されるとともに、前記上面の円周方向における構造又は形状が、前記ウェーハの円周方向における結晶方位に対応した関係を有する構造又は形状とされている気相成長装置用キャリアである。

本発明において、前記キャリアは、前記上面の円周方向におけるザグリ深さが、前記ウェーハの円周方向における結晶方位に対応した深さとすることができる。

また本発明において、前記キャリアは、前記上面の円周方向におけるポケット幅が、前記ウェーハの円周方向における結晶方位に対応したポケット幅とすることができる。

本発明によれば、キャリア又はキャリア及びサセプタの上面の円周方向における構造又は形状が、ウェーハの円周方向における結晶方位に対応した関係を有する構造又は形状とされているので、結晶方位に起因するＣＶＤの膜厚のバラツキが抑制される。その結果、ウェーハ周縁部のＣＶＤ膜厚を均一にすることができる。

本発明の実施形態に係る気相成長装置を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るキャリアを示す平面図である。 ウェーハ及び反応炉のサセプタを含めたキャリアの断面図である。 ロードロック室に設けられたホルダを示す平面図である。 ウェーハおよびキャリアを含めたホルダの断面図である。 ロードロック室におけるウェーハ及びキャリアの移載手順を示す平面図及び断面図である。 反応室内におけるウェーハ及びキャリアの移載手順を示す平面図及び断面図である。 （１００）面を主面とするシリコン単結晶ウェーハの結晶方位を示す平面図である。 本発明に係るキャリアの第１例を示す要部断面図である。 図７Ａのキャリアを示す平面図である。 図７Ａのキャリアの上面を図７Ｂの矢印の方向に沿って展開した図である。 本発明に係るキャリアの第１例の他の例を示す要部断面図である。 本発明に係るキャリアの第２例を示す要部断面図である。 図８Ａのキャリアを示す平面図である。 図８Ａのキャリアのポケット幅を図８Ｂの矢印の方向に沿って展開した図である。 本発明に係るキャリアの第２例の他の例を示す要部断面図である。 本実施形態の気相成長装置におけるウェーハ及びキャリアの取り廻し手順を示す図（その１）である。 本実施形態の気相成長装置におけるウェーハ及びキャリアの取り廻し手順を示す図（その２）である。 本実施形態の気相成長装置におけるウェーハ及びキャリアの取り廻し手順を示す図（その３）である。 本実施形態の気相成長装置におけるウェーハ及びキャリアの取り廻し手順を示す図（その４）である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る気相成長装置１を示すブロック図であり、中央に示す気相成長装置１の本体は、平面図により示したものである。本実施形態の気相成長装置１は、いわゆるＣＶＤ装置であり、一対の反応炉１１，１１と、単結晶シリコンウェーハなどのウェーハＷＦをハンドリングする第１ロボット１２１が設置されたウェーハ移載室１２と、一対のロードロック室１３と、ウェーハＷＦをハンドリングする第２ロボット１４１が設置されたファクトリインターフェース１４と、複数枚のウェーハＷＦを収納したウェーハ収納容器１５（カセットケース）を設置するロードポートと、を備える。

ファクトリインターフェース１４は、ウェーハ収納容器１５が載置されるクリーンルームと同じ大気雰囲気とされた領域である。このファクトリインターフェース１４には、ウェーハ収納容器１５に収納された処理前のウェーハＷＦを取り出してロードロック室１３へ投入する一方、ロードロック室１３へ搬送されてきた処理後のウェーハＷＦをウェーハ収納容器１５へ収納する第２ロボット１４１が設けられている。第２ロボット１４１は、第２ロボットコントローラ１４２により制御され、ロボットハンドの先端に装着された第２ブレード１４３が、予めティーチングされた所定の軌跡に沿って移動する。

ロードロック室１３とファクトリインターフェース１４との間には、気密性を有する開閉可能な第１ドア１３１が設けられ、ロードロック室１３とウェーハ移載室１２との間には、同じく気密性を有する開閉可能な第２ドア１３２が設けられている。そして、ロードロック室１３は、不活性ガス雰囲気とされたウェーハ移載室１２と、大気雰囲気とされたファクトリインターフェース１４との間で、雰囲気ガスを置換するスペースとして機能する。そのため、ロードロック室１３の内部を真空排気する排気装置と、ロードロック室１３に不活性ガスを供給する供給装置とが設けられている。

たとえば、ウェーハ収納容器１５から処理前のウェーハＷＦをウェーハ移載室１２に搬送する場合には、ファクトリインターフェース１４側の第１ドア１３１を閉じ、ウェーハ移載室１２側の第２ドア１３２を閉じ、ロードロック室１３を不活性ガス雰囲気とした状態で、第２ロボット１４１を用いて、ウェーハ収納容器１５のウェーハＷＦを取り出し、ファクトリインターフェース１４側の第１ドア１３１を開け、ウェーハＷＦをロードロック室１３に搬送する。次いで、ファクトリインターフェース１４側の第１ドア１３１を閉じて当該ロードロック室１３を再び不活性ガス雰囲気にしたのち、ウェーハ移載室１２側の第２ドア１３２を開き、第１ロボット１２１を用いて、当該ウェーハＷＦをウェーハ移載室１２に搬送する。

逆に、ウェーハ移載室１２から処理後のウェーハＷＦをウェーハ収納容器１５へ搬送する場合には、ファクトリインターフェース１４側の第１ドア１３１を閉じ、ウェーハ移載室１２側の第２ドア１３２を閉じ、ロードロック室１３を不活性ガス雰囲気とした状態で、ウェーハ移載室１２側の第２ドア１３２を開き、第１ロボット１２１を用いて、ウェーハ移載室１２のウェーハＷＦをロードロック室１３に搬送する。次いで、ウェーハ移載室１２側の第２ドア１３２を閉じて当該ロードロック室１３を再び不活性ガス雰囲気にしたのち、ファクトリインターフェース１４側の第１ドア１３１を開き、第２ロボット１４１を用いて、当該ウェーハＷＦをウェーハ収納容器１５に搬送する。

ウェーハ移載室１２は、密閉されたチャンバからなり、一方がロードロック室１３と開閉可能な気密性を有する第２ドア１３２を介して接続され、他方が気密性を有する開閉可能なゲートバルブ１１４を介して接続されている。ウェーハ移載室１２には、処理前のウェーハＷＦをロードロック室１３から反応室１１１へ搬送するとともに、処理後のウェーハＷＦを反応室１１１からロードロック室１３へ搬送する第１ロボット１２１が設置されている。第１ロボット１２１は、第１ロボットコントローラ１２２により制御され、ロボットハンドの先端に装着された第１ブレード１２３が、予めティーチングされた動作軌跡に沿って移動する。

気相成長装置１の全体の制御を統括する統括コントローラ１６と、第１ロボットコントローラ１２２と、第２ロボットコントローラ１４２とは、相互に制御信号を送受信する。そして、統括コントローラ１６からの動作指令信号が第１ロボットコントローラ１２２に送信されると、第１ロボットコントローラ１２２は、第１ロボット１２１の動作を制御し、当該第１ロボット１２１の動作結果が第１ロボットコントローラ１２２から統括コントローラ１６へ送信される。これにより、統括コントローラ１６は、第１ロボット１２１の動作状態を認識する。同様に、統括コントローラ１６からの動作指令信号が第２ロボットコントローラ１４２に送信されると、第２ロボットコントローラ１４２は第２ロボット１４１の動作を制御し、当該第２ロボット１４１の動作結果が第２ロボットコントローラ１４２から統括コントローラ１６へ送信される。これにより、統括コントローラ１６は、第２ロボット１４１の動作状態を認識する。

ウェーハ移載室１２には、図示しない不活性ガス供給装置から不活性ガスが供給され、排気口に接続されたスクラバ（洗浄集塵装置）によってウェーハ移載室１２のガスが浄化されたのち、系外へ放出される。この種のスクラバは、詳細な図示は省略するが、たとえば従来公知の加圧水式スクラバを用いることができる。

反応炉１１は、ＣＶＤ法によりウェーハＷＦの表面にエピタキシャル膜を生成するための装置であって、反応室１１１を備え、当該反応室１１１内にウェーハＷＦを載置して回転するサセプタ１１２が設けられ、また反応室１１１に水素ガス及びＣＶＤ膜を生成するための原料ガス（ＣＶＤ膜がシリコンエピタキシャル膜の場合は、たとえば四塩化ケイ素ＳｉＣｌ_４やトリクロロシランＳｉＨＣｌ_３など）を供給するガス供給装置１１３が設けられている。また図示は省略するが、反応室１１１の周囲には、ウェーハＷＦを所定温度に昇温するための加熱ランプが設けられている。さらに、反応室１１１とウェーハ移載室１２との間には、ゲートバルブ１１４が設けられ、ゲートバルブ１１４を閉塞することで反応室１１１のウェーハ移載室１２との気密性が確保される。これら反応炉１１のサセプタ１１２の駆動、ガス供給装置１１３によるガスの供給・停止、加熱ランプのＯＮ／ＯＦＦ、ゲートバルブ１１４の開閉動作の各制御は、統括コントローラ１６からの指令信号により制御される。なお、図１に示す気相成長装置１は、一対の反応炉１１，１１を設けた例を示したが、一つの反応炉１１でもよく、３つ以上の反応炉でもよい。

反応炉１１にも、ウェーハ移載室１２と同様の構成を有するスクラバ（洗浄集塵装置）が設けられている。すなわち、ガス供給装置１１３から供給された水素ガス又は原料ガスは、反応室１１１に設けられた排気口に接続されたスクラバによって浄化されたのち、系外へ放出される。このスクラバについても、たとえば従来公知の加圧水式スクラバを用いることができる。

本実施形態の気相成長装置１では、ウェーハＷＦを、当該ウェーハＷＦの全周外縁を支持するリング状のキャリアＣを用いて、ロードロック室１３と反応室１１１との間を搬送する。図２Ａは、キャリアＣを示す平面図、図２Ｂは、ウェーハＷＦ及び反応炉１１のサセプタ１１２を含めたキャリアＣの断面図、図５は、反応室１１１内におけるウェーハＷＦ及びキャリアＣの移載手順を示す平面図及び断面図である。

本実施形態のキャリアＣは、たとえばＳｉＣなどの材料からなり、無端のリング状に形成され、図２Ｂに示すサセプタ１１２の上面に載置される底面Ｃ１１と、ウェーハＷＦの裏面の外縁全周に接触して支持する上面Ｃ１２と、外周側壁面Ｃ１３と、内周側壁面Ｃ１４とを有する。そして、キャリアＣに支持されたウェーハＷＦが、反応室１１１内に搬入される場合には、図５（Ａ）の平面図に示すように、第１ロボット１２１の第１ブレード１２３にキャリアＣを載置した状態で、同図（Ｂ）に示すようにサセプタ１１２の上部まで搬送し、同図（Ｃ）に示すようにサセプタ１１２に対して上下移動可能に設けられた３つ以上のキャリアリフトピン１１５により、一旦キャリアＣを持ち上げ、同図（Ｄ）に示すように第１ブレード１２３を後退させたのち、同図（Ｅ）に示すようにサセプタ１１２を上昇させることで、サセプタ１１２の上面にキャリアＣを載置する。

逆に、反応室１１１において処理を終了したウェーハＷＦをキャリアＣに搭載した状態で取り出す場合は、図５（Ｅ）に示す状態から、同図（Ｄ）に示すようにサセプタ１１２を下降させてキャリアリフトピン１１５のみによってキャリアＣを支持し、同図（Ｃ）に示すように、キャリアＣとサセプタ１１２との間に第１ブレード１２３を前進させたのち、同図（Ｂ）に示すように３つのキャリアリフトピン１１５を下降させて第１ブレード１２３にキャリアＣを載置し、第１ロボット１２１のハンドを動作させる。これにより、処理を終了したウェーハＷＦをキャリアＣに搭載した状態で取り出すことができる。

また本実施形態の気相成長装置１では、キャリアＣを、ロードロック室１３から反応室１１１までの工程間を搬送するため、ロードロック室１３において、処理前のウェーハＷＦをキャリアＣに載置し、処理後のウェーハＷＦをキャリアＣから取り出す。そのため、ロードロック室１３には、キャリアＣを上下２段に支持するホルダ１７が設けられている。図３Ａは、ロードロック室１３に設けられたホルダ１７を示す平面図、図３Ｂは、ウェーハＷＦを含めたホルダ１７の断面図である。本実施形態のホルダ１７は、固定されたホルダベース１７１と、当該ホルダベース１７１に対して上下に昇降可能に設けられた、２つのキャリアＣを上下２段に支持する第１ホルダ１７２及び第２ホルダ１７３と、ホルダベース１７１に対して上下に昇降可能に設けられた３つのウェーハリフトピン１７４と、が設けられている。

第１ホルダ１７２及び第２ホルダ１７３（図３Ａの平面図では、第２ホルダ１７３が第１ホルダ１７２により隠れているため、第１ホルダ１７２のみを図示する。）は、キャリアＣを４点で支持するための突起を有し、第１ホルダ１７２には１つのキャリアＣが載置され、第２ホルダ１７３にも１つのキャリアＣが載置される。なお、第２ホルダ１７３に載置されるキャリアＣは、第１ホルダ１７２と第２ホルダ１７３との間の隙間に挿入される。

図４は、ロードロック室１３におけるウェーハＷＦ及びキャリアＣの移載手順を示す平面図及び断面図であり、同図（Ｂ）に示すように第１ホルダ１７２にキャリアＣが支持されている状態で、当該キャリアＣに処理前のウェーハＷＦを搭載する手順を示す。すなわち、ファクトリインターフェース１４に設けられた第２ロボット１４１は、ウェーハ収納容器１５に収納された１枚のウェーハＷＦを第２ブレード１４３に載せ、ロードロック室１３の第１ドア１３１を介して、同図（Ｂ）に示すようにホルダ１７の上部まで搬送する。次いで、同図（Ｃ）に示すように、ホルダベース１７１に対して３つのウェーハリフトピン１７４を上昇させ、ウェーハＷＦを一旦持ち上げ、同図（Ｄ）に示すように第２ブレード１４３を後退させる。なお、３つのウェーハリフトピン１７４は、同図（Ａ）の平面図に示すように、第２ブレード１４３と干渉しない位置に設けられている。次いで、同図（Ｄ）及び（Ｅ）に示すように、３つのウェーハリフトピン１７４を下降させるとともに第１ホルダ１７２及び第２ホルダ１７３を上昇させることで、キャリアＣにウェーハＷＦを搭載する。この場合に、第２ロボット１４１は、ウェーハＷＦの円周方向の位置、すなわちノッチＷＮ（図６参照）の位置と第２ブレード１４３との位置関係が所定の関係になるように、予めウェーハＷＦの方向を揃えてウェーハ収納容器１５に収納しておくか、又は第２ロボット１４１がウェーハＷＦの方向を揃えて第２ブレード１４３に載せるかし、最終的にはキャリアＣの円周方向の位置とウェーハＷＦの円周方向の位置との関係が、後述する図７Ｃ又は図８Ｃのような関係になるように搭載する。

逆に、キャリアＣに載置された状態でロードロック室１３に搬送されてきた処理後のウェーハＷＦを、ウェーハ収納容器１５へ搬送する場合には、図４（Ｅ）に示す状態から、同図（Ｄ）に示すように３つのウェーハリフトピン１７４を上昇させるとともに第１ホルダ１７２及び第２ホルダ１７３を下降させ、ウェーハリフトピン１７４のみによってウェーハＷＦを支持し、同図（Ｃ）に示すようにキャリアＣとウェーハＷＦとの間に第２ブレード１４３を前進させたのち、同図（Ｂ）に示すように３つのウェーハリフトピン１７４を下降させて第２ブレード１４３にウェーハＷＦを載せ、第２ロボット１４１のハンドを動作させる。これにより、処理を終了したウェーハＷＦをキャリアＣからウェーハ収納容器１５へ取り出すことができる。なお、図４（Ｅ）に示す状態は、処理を終了したウェーハＷＦがキャリアＣの搭載された状態で第１ホルダ１７２に搬送されているが、第２ホルダ１７３に搬送された場合も同様の手順で、ウェーハＷＦをキャリアＣからウェーハ収納容器１５へ取り出すことができる。

特に本実施形態のキャリアＣは、ＣＶＤ処理基板であるウェーハＷＦ（シリコン単結晶ウェーハなど）の結晶方位に応じた構造又は形状とされ、この構造又は形状により、ウェーハ周縁部のＣＶＤ膜厚を均一にする。図６は、（１００）面を主面とするウェーハＷＦ（厳密にいえば、シリコン単結晶ウェーハ）の結晶方位を示す平面図である。このウェーハＷＦの外周縁の一箇所には、シリコン単結晶インゴットからウェーハにスライスする工程において、結晶方位を示すノッチＷＮが形成される。本明細書における結晶方位は、図６に示すウェーハＷＦの平面図に示すように、原点Ｗｐを０度の基準点として反時計回りに３６０度までの角度を用いる。図６に示すように、（１００）面を主面とするウェーハＷＦの外周方向の結晶方位は、０度が＜１１０＞、４５度が＜１００＞、９０度が＜１１０＞と、４５度毎に鏡で折り返したような結晶方位が繰り返され、更に、９０度周期で、結晶方位が繰り返される。なお、０度から４５度までの間は、＜２３０＞、＜１２０＞、＜１３０＞となる。そして、ウェーハＷＦの外周縁部の膜厚分布は、この結晶方位に依存し、０度（３６０度）、９０度、１８０度、２７０度の近傍で膜厚が厚くなり、４５度、１３５度、２３０度、３１５度の近傍で膜厚が薄くなる。すなわち、結晶方位が＜１１０＞方向である範囲で相対的に厚膜になり、結晶方位が＜１００＞方向である範囲で相対的に薄膜になり、これらの間の膜厚は連続的に推移する。

そのため、本実施形態のキャリアＣは、以下のような構造又は形状とされている。図７Ａは、キャリアＣの第１例を示す要部断面図、図７Ｂは、同じくキャリアＣの第１例を示す平面図、図７Ｃは、同じくキャリアＣの第１例の上面Ｃ１２を図７Ｂの矢印の方向に沿って展開した図である。第１例のキャリアＣは、サセプタ１１２の上面に載置される底面Ｃ１１と、ウェーハＷＦの裏面の外縁全周に接触して支持する上面Ｃ１２と、外周側壁面Ｃ１３と、内周側壁面Ｃ１４とを有し、さらに上面Ｃ１２は、外周側壁面Ｃ１３に繋がる上面Ｃ１２１と、内周側壁面Ｃ１４に繋がる上面Ｃ１２２とを有する。そして、上面Ｃ１２２に、ウェーハＷＦの外周縁の全周が接触して搭載される。

ここで、ウェーハＷＦの外周縁が上面Ｃ１２２に接触する位置から、上面Ｃ１２１までの鉛直方向の高さをザグリ深さＤと定義すると、本実施形態のキャリアＣは、図７Ｃに示すように、０度（３６０度）、９０度、１８０度、２７０度の近傍でザグリ深さが相対的に大きいＤ２となり、４５度、１３５度、２３０度、３１５度の近傍でザグリ深さが相対的に小さいＤ１となり、これらの間のザグリ深さはＤ１とＤ２との間で連続的に変化するように、上面Ｃ１２１の高さが、円周方向について周期的に変化する形状とされている。

図７Ａに示す断面図において、ザグリ深さを大きいＤ２とした部分においては、水平方向に流れる反応ガス流は、相対的に高く形成された上面Ｃ１２１によってその一部が遮られるので、ウェーハＷＦの外周縁部の周囲において反応ガス流の淀みが生じ、反応ガス流量が若干少なくなる。これに対して、図７Ａに示す断面図において、ザグリ深さを小さいＤ１とした部分においては、水平方向に流れる反応ガス流は、相対的に低く形成された上面Ｃ１２１によってその一部が遮られることなく流れ、目標とする反応ガス流量の反応ガスが、ウェーハＷＦの外周縁部を含めて流れる。このため、ザグリ深さを円周方向に沿って図７Ｃの展開図のように変化させることで、ＣＶＤ膜の膜厚は、０度（３６０度）、９０度、１８０度、２７０度の近傍で相対的に薄くなり、４５度、１３５度、２３０度、３１５度の近傍で相対的に厚くなる。しかしながら、上述したとおり、（１００）面を主面とするウェーハにおいては、結晶方位が＜１１０＞方向である範囲で相対的に厚膜になり、結晶方位が＜１００＞方向である範囲で相対的に薄膜になり、これらの間の膜厚は連続的に推移することから、第１例のようにキャリアＣのザグリ深さを設定することで、結晶方位に起因する膜厚の周期的なバラツキを打ち消すことができる。

図７Ｄは、本発明に係るキャリアＣの第１例の他の例を示す要部断面図である。図７Ｄに示すキャリアＣの外径は、図７Ａに示すキャリアＣの外径より小さく、そのためサセプタ１１２の上面に載置した場合に、サセプタ１１２の外周隆起部１１２１と協働して上面Ｃ１２１を構成するものである。ここで、ウェーハＷＦの外周縁が上面Ｃ１２２に接触する位置から、キャリアＣの上面Ｃ１２１及びサセプタ１１２の外周隆起部１１２１の上面までの鉛直方向の高さをザグリ深さＤと定義すると、本実施形態のキャリアＣは、図７Ｃに示すように、０度（３６０度）、９０度、１８０度、２７０度の近傍でザグリ深さが相対的に大きいＤ２となり、４５度、１３５度、２３０度、３１５度の近傍でザグリ深さが相対的に小さいＤ１となり、これらの間のザグリ深さはＤ１とＤ２との間で連続的に変化するように、キャリアＣの上面Ｃ１２１及びサセプタ１１２の外周隆起部１１２１の上面の高さが、円周方向について周期的に変化する形状とされている。

本実施形態のキャリアＣは、ＣＶＤ処理基板であるウェーハＷＦの結晶方位に応じた構造又は形状とするに際し、上述した第１例以外にも第２例の構造又は形状とすることができる。図８Ａは、本発明に係るキャリアＣの第２例を示す要部断面図、図８Ｂは、同じくキャリアＣを示す平面図、図８Ｃは、同じくキャリアＣのポケット幅を図８Ｂの矢印の方向に沿って展開した図である。

第２例のキャリアＣは、サセプタ１１２の上面に載置される底面Ｃ１１と、ウェーハＷＦの裏面の外縁全周に接触して支持する上面Ｃ１２と、外周側壁面Ｃ１３と、内周側壁面Ｃ１４とを有し、さらに上面Ｃ１２は、外周側壁面Ｃ１３に繋がる上面Ｃ１２１と、内周側壁面Ｃ１４に繋がる上面Ｃ１２２とを有する。そして、上面Ｃ１２２に、ウェーハＷＦの外周縁の全周が接触して搭載される。

ここで、ウェーハＷＦの外周縁から、上面Ｃ１２１及び上面Ｃ１２２の境界面Ｃ１２３（縦壁面）までの水平方向の距離をポケット幅ＷＤと定義すると、本実施形態のキャリアＣは、図８Ｃに示すように、０度（３６０度）、９０度、１８０度、２７０度の近傍でポケット幅が相対的に小さいＷＤ１となり、４５度、１３５度、２３０度、３１５度の近傍でポケット幅が相対的に大きいＷＤ２となり、これらの間のポケット幅はＷＤ１とＷＤ２との間で連続的に変化するように、境界面Ｃ１２３の位置が、円周方向について周期的に変化する形状とされている。

図８Ａに示す断面図において、水平方向に流れる反応ガス流は、上面Ｃ１２１によってその一部が遮られるので、ウェーハＷＦの外周縁部の周囲において反応ガス流の淀みが生じ、反応ガス流量が若干少なくなる。ここで、ポケット幅を小さいＤ１とした部分においては、反応ガス流の淀みは、ポケット幅が小さいために、ウェーハＷＦの外周縁部の上部に留まるため、当該ウェーハＷＦの外周縁部において、反応ガス流量が若干少なくなる。これに対して、ポケット幅を大きいＤ２とした部分においては、反応ガス流の淀みは、広く形成されたポケット幅の部分にずれるため、目標とする反応ガス流量の反応ガスが、ウェーハＷＦの外周縁部を含めて流れる。このため、ポケット幅を円周方向に沿って図８Ｃの展開図のように変化させることで、ＣＶＤ膜の膜厚は、０度（３６０度）、９０度、１８０度、２７０度の近傍で相対的に薄くなり、４５度、１３５度、２３０度、３１５度の近傍で相対的に厚くなる。しかしながら、上述したとおり、（１００）面を主面とするウェーハにおいては、結晶方位が＜１１０＞方向である範囲で相対的に厚膜になり、結晶方位が＜１００＞方向である範囲で相対的に薄膜になり、これらの間の膜厚は連続的に推移することから、第２例のようにキャリアＣのポケット幅を設定することで、結晶方位に起因する膜厚の周期的なバラツキを打ち消すことができる。

図８Ｄは、本発明に係るキャリアＣの第２例の他の例を示す要部断面図である。図８Ｄに示すキャリアＣの外径は、図８Ａに示すキャリアＣの外径より小さく、そのためサセプタ１１２の上面に載置した場合に、サセプタ１１２の外周隆起部１１２１と協働して上面Ｃ１２１を構成するものである。ここでウェーハＷＦの外周縁から、上面Ｃ１２１及び上面Ｃ１２２の境界面Ｃ１２３（縦壁面）までの水平方向の距離をポケット幅ＷＤと定義すると、本実施形態のキャリアＣは、図８Ｃに示すように、０度（３６０度）、９０度、１８０度、２７０度の近傍でポケット幅が相対的に小さいＷＤ１となり、４５度、１３５度、２３０度、３１５度の近傍でポケット幅が相対的に大きいＷＤ２となり、これらの間のポケット幅はＷＤ１とＷＤ２との間で連続的に変化するように、境界面Ｃ１２３の位置が、円周方向について周期的に変化する形状とされている。ちなみに、ポケット幅が相対的に大きい部分は、キャリアＣの外周の隆起部分が欠如するとともに、サセプタ１１２の外周隆起部１１２１の内壁が凹状とされている。

次に、本実施形態の気相成長装置１における、エピタキシャル膜の生成前（以下、単に処理前ともいう）及びエピタキシャル膜の生成後（以下、単に処理後ともいう）のウェーハＷＦと、キャリアＣとを、取り廻す手順を説明する。図９〜図１２は、本実施形態の気相成長装置におけるウェーハ及びキャリアの取り廻し手順を示す模式図であり、図１の一方側のウェーハ収納容器１５、ロードロック室１３及び反応炉１１に対応し、ウェーハ収納容器１５には、複数枚のウェーハＷ１，Ｗ２，Ｗ３…（たとえば合計２５枚）が収納され、この順で処理を開始するものとする。

図９の工程Ｓ０は、これから気相成長装置１を用いて処理を開始するスタンバイ状態を示し、ウェーハ収納容器１５には、複数枚のウェーハＷ１，Ｗ２，Ｗ３…（たとえば合計２５枚）が収納され、ロードロック室１３の第１ホルダ１７２には空のキャリアＣ１が支持され、第２ホルダ１７３には空のキャリアＣ２が支持され、ロードロック室１３は不活性ガス雰囲気になっているものとする。

次の工程Ｓ１において、第２ロボット１４１は、ウェーハ収納容器１５に収納されたウェーハＷ１を第２ブレード１４３に載せ、ロードロック室１３の第１ドア１３１を介して第１ホルダ１７２に支持されたキャリアＣ１に移載する。この移載の手順は、図４を参照して説明したとおりである。

次の工程Ｓ２において、ロードロック室１３の第１ドア１３１を閉め、第２ドア１３２も閉めた状態で、ロードロック室１３の内部を不活性ガス雰囲気に置換する。そして、第２ドア１３２を開け、第１ロボット１２１の第１ブレード１２３にキャリアＣ１を載せ、反応炉１１のゲートバルブ１１４を開き、当該ゲートバルブ１１４を介してウェーハＷ１が搭載されたキャリアＣ１をサセプタ１１２に移載する。この移載の手順は、図４を参照して説明したとおりである。工程Ｓ２〜Ｓ４において、反応炉１１では、ウェーハＷ１に対するＣＶＤ膜の生成処理が行われる。

すなわち、処理前のウェーハＷ１が搭載されたキャリアＣ１を反応室１１１のサセプタ１１２に移載してゲートバルブ１１４を閉じ、所定時間だけ待機したのち、ガス供給装置１１３により反応室１１１に水素ガスを供給して反応室１１１を水素ガス雰囲気とする。次いで加熱ランプにて反応室１１１のウェーハＷ１を所定温度に昇温し、必要に応じてエッチングや熱処理などの前処理を施したのち、ガス供給装置１１３により原料ガスを流量および／又は供給時間を制御しながら供給する。これにより、ウェーハＷ１の表面にＣＶＤ膜が生成される。ＣＶＤ膜が形成されたら、ガス供給装置１１３により反応室１１１に再び水素ガスを供給して反応室１１１を水素ガス雰囲気に置換したのち、所定時間だけ待機する。

このように工程Ｓ２〜Ｓ４において、反応炉１１によりウェーハＷ１に処理を行っている間、第２ロボット１４１は、ウェーハ収納容器１５から次のウェーハＷ２を取り出し、次の処理の準備をする。その前に、本実施形態では、工程Ｓ３において、ロードロック室１３の第２ドア１３２を閉め、第１ドア１３１も閉めた状態で、ロードロック室１３の内部を不活性ガス雰囲気に置換する。そして、第２ドア１３２を開け、第１ロボット１２１により、第２ホルダ１７３に支持されているキャリアＣ２を第１ホルダ１７２に移載し、第２ドア１３２を閉じる。これに続いて、工程Ｓ４において、第２ロボット１４１は、ウェーハ収納容器１５に収納されたウェーハＷ２を第２ブレード１４３に載せ、第１ドア１３１を開けて、ロードロック室１３の第１ホルダ１７２に支持されたキャリアＣ２に移載する。

このように本実施形態では、工程Ｓ３を追加し、ウェーハ収納容器１５に収納された処理前のウェーハＷＦは、ロードロック室１３のホルダ１７の最上段のホルダである第１ホルダ１７２に搭載する。これは以下の理由による。すなわち、工程Ｓ２に示すように、次のウェーハＷ２を搭載する空のキャリアＣ２が第２ホルダ１７３に支持されている場合、これにウェーハＷ２を搭載すると、処理後のウェーハＷ１が第１ホルダ１７２に移載される可能性がある。本実施形態の気相成長装置１のキャリアＣは、反応室１１１にまで搬送されるため、キャリアＣがパーティクルの発生要因となり、処理前のウェーハＷ２の上部にキャリアＣ１が支持されると、処理前のウェーハＷ２に塵埃が落下するおそれがある。そのため、処理前のウェーハＷＦは、ロードロック室１３のホルダ１７の最上段のホルダ（第１ホルダ１７２）に搭載するように、工程Ｓ３を追加して、空のキャリアＣ２を第１ホルダ１７２に移載する。

工程Ｓ５において、ロードロック室１３の第１ドア１３１を閉め、第２ドア１３２も閉めた状態で、ロードロック室１３の内部を不活性ガス雰囲気に置換する。そして、反応炉１１のゲートバルブ１１４を開き、第１ロボット１２１の第１ブレード１２３を反応室１１１に挿入して、処理後のウェーハＷ１を搭載したキャリアＣ１を載せ、反応室１１１から取り出し、ゲートバルブ１１４を閉じた後、第２ドア１３２を開いて、ロードロック室１３の第２ホルダ１７３に移載する。これに続いて、第１ロボット１２１の第１ブレード１２３に、第１ホルダ１７２に支持されたキャリアＣ２を載せ、この処理前のウェーハＷ２を搭載したキャリアＣ２を、工程Ｓ６に示すように、ウェーハ移載室１２を介して、ゲートバルブ１１４を開けて反応炉１１のサセプタ１１２に移載する。

工程Ｓ６〜Ｓ９において、反応炉１１では、ウェーハＷ２に対するＣＶＤ膜の生成処理が行われる。すなわち、処理前のウェーハＷ２が搭載されたキャリアＣ２を反応室１１１のサセプタ１１２に移載してゲートバルブ１１４を閉じ、所定時間だけ待機したのち、ガス供給装置１１３により反応室１１１に水素ガスを供給して反応室１１１を水素ガス雰囲気とする。次いで加熱ランプにて反応室１１１のウェーハＷ２を所定温度に昇温し、必要に応じてエッチングや熱処理などの前処理を施したのち、ガス供給装置１１３により原料ガスを流量および／又は供給時間を制御しながら供給する。これにより、ウェーハＷ２の表面にＣＶＤ膜が生成される。ＣＶＤ膜が形成されたら、ガス供給装置１１３により反応室１１１に再び水素ガスを供給して反応室１１１を水素ガス雰囲気に置換したのち、所定時間だけ待機する。

このように工程Ｓ６〜Ｓ９において、反応炉１１によりウェーハＷ２に処理を行っている間、第２ロボット１４１は、処理後のウェーハＷ１をウェーハ収納容器１５に収納するとともに、ウェーハ収納容器１５から次のウェーハＷ３を取り出し、次の処理の準備をする。すなわち、工程Ｓ７において、ロードロック室１３の第２ドア１３２を閉め、第１ドア１３１も閉めた状態で、ロードロック室１３の内部を不活性ガス雰囲気に置換する。そして、第１ドア１３１を開け、第２ロボット１４１により、第２ホルダ１７３に支持されているキャリアＣ１から処理後のウェーハＷ１を第２ブレード１４３に載せ、工程Ｓ８に示すように当該処理後のウェーハＷ１をウェーハ収納容器１５に収納する。これに続いて、上述した工程Ｓ３と同様に、工程Ｓ８において、ロードロック室１３の第１ドア１３１を閉め、第２ドア１３２も閉めた状態で、ロードロック室１３の内部を不活性ガス雰囲気に置換する。そして、第１ロボット１２１により、第２ホルダ１７３に支持されているキャリアＣ２を第１ホルダ１７２に移載する。

これに続いて、工程Ｓ９において、ロードロック室１３の第２ドア１３２を閉め、第１ドア１３１も閉めた状態で、ロードロック室１３の内部を不活性ガス雰囲気に置換する。そして、第２ロボット１４１により、ウェーハ収納容器１５に収納されたウェーハＷ３を第２ブレード１４３に載せ、工程Ｓ９に示すように、第１ドア１３１を開けて、ロードロック室１３の第１ホルダ１７２に支持されたキャリアＣ１に移載する。

工程Ｓ１０においては、上述した工程Ｓ５と同様に、ロードロック室１３の第１ドア１３１を閉め、第２ドア１３２も閉めた状態で、ロードロック室１３の内部を不活性ガス雰囲気に置換する。そして、反応炉１１のゲートバルブ１１４を開き、第１ロボット１２１の第１ブレード１２３を反応室１１１に挿入して、処理後のウェーハＷ２を搭載したキャリアＣ２を載せ、ゲートバルブ１１４を閉じた後、第２ドア１３２を開けて、反応室１１１からロードロック室１３の第２ホルダ１７３に移載する。これに続いて、第１ロボット１２１の第１ブレード１２３に、第１ホルダ１７２に支持されたキャリアＣ１を載せ、この処理前のウェーハＷ３を搭載したキャリアＣ１を、工程Ｓ１１に示すように、ウェーハ移載室１２を介して、反応炉１１のサセプタ１１２に移載する。

工程Ｓ１０において、上述した工程Ｓ７と同様に、ロードロック室１３の第２ドア１３２を閉め、第１ドア１３１も閉めた状態で、ロードロック室１３の内部を不活性ガス雰囲気に置換する。そして、第１ドア１３１を開け、第２ロボット１４１により、第２ホルダ１７３に支持されているキャリアＣ２から処理後のウェーハＷ２を第２ブレード１４３に載せ、工程Ｓ１１に示すように当該処理後のウェーハＷ２をウェーハ収納容器１５に収納する。以下、ウェーハ収納容器１５に収納された全ての処理前のウェーハＷＦの処理が終了するまで、以上の工程を繰り返す。

以上のとおり、本実施形態の気相成長装置１において、ウェーハＷＦを搭載して反応室１１１に搬送されるキャリアＣの構造又は形状、具体的には円周方向に沿うザグリ深さＤ又はポケット幅ＷＤを、ウェーハＷＦの円周方向における結晶方位に対応した関係を有する構造又は形状としたうえで、第２ロボット１４１は、処理前のウェーハＷＦをキャリアＣに搭載する際に、処理前のウェーハＷＦの円周方向における結晶方位と、円周方向における構造又は形状とが、対応した関係となる方向に調節して搭載するので、結晶方位に起因する膜厚の周期的なバラツキを打ち消すことができる。

また、本実施形態の気相成長装置１においては、反応炉１１にて処理を行っている間に、次の処理前のウェーハＷＦをウェーハ収納容器１５から取り出して準備したり、処理後のウェーハＷＦをウェーハ収納容器１５に収納したりすることで、搬送のみに費やされる時間を極力少なくする。この場合、本実施形態のホルダ１７のように、ロードロック室１３におけるキャリアＣの待機数を２個以上に設定すると、搬送のみに費やされる時間の短縮自由度がより一層高くなる。そして、ロードロック室１３の専有スペースを考慮すると、複数のキャリアＣを左右に並べるより上下に多段に並べる方が、気相成長装置１の全体の専有スペースが小さくなる。ただし、複数のキャリアＣを上下に多段に並べると、処理前のウェーハＷＦの上部にキャリアＣが支持されることがあり、処理前のウェーハＷＦに塵埃が落下するおそれがある。しかしながら、本実施形態の気相成長装置１では、処理前のウェーハＷＦは、ロードロック室１３のホルダ１７の最上段のホルダ（第１ホルダ１７２）に搭載するように、工程Ｓ３，Ｓ８を追加し、空のキャリアＣ２を第１ホルダ１７２に移載するので、処理前のウェーハＷＦは最上段のキャリアＣに搭載される。この結果、キャリアＣに起因するパーティクルがウェーハＷＦに付着するのを抑制することができ、ＬＰＤ品質を高めることができる。

１…気相成長装置
１１…反応炉
１１１…反応室
１１２…サセプタ
１１３…ガス供給装置
１１４…ゲートバルブ
１１５…キャリアリフトピン
１２…ウェーハ移載室
１２１…第１ロボット
１２２…第１ロボットコントローラ
１２３…第１ブレード
１３…ロードロック室
１３１…第１ドア
１３２…第２ドア
１４…ファクトリインターフェース
１４１…第２ロボット
１４２…第２ロボットコントローラ
１４３…第２ブレード
１５…ウェーハ収納容器
１６…統括コントローラ
１７…ホルダ
１７１…ホルダベース
１７２…第１ホルダ
１７３…第２ホルダ
１７４…ウェーハリフトピン
Ｃ…キャリア
Ｃ１１…底面
Ｃ１２…上面
Ｃ１３…外周側壁面
Ｃ１４…内周側壁面
ＷＦ…ウェーハ

Claims (6)

1. ウェーハの外縁を支持するリング状のキャリアを備え、複数の当該キャリアを用いて、
   複数の処理前のウェーハを、ウェーハ収納容器から、ファクトリインターフェース、ロードロック室及びウェーハ移載室を介して反応室へ順次搬送するとともに、
   複数の処理後のウェーハを、前記反応室から、前記ウェーハ移載室、前記ロードロック室及び前記ファクトリインターフェースを介して前記ウェーハ収納容器へ順次搬送する気相成長装置であって、
   前記ロードロック室は、第１ドアを介して前記ファクトリインターフェースと連通するとともに、第２ドアを介して前記ウェーハ移載室と連通し、
   前記ウェーハ移載室は、ゲートバルブを介して、前記ウェーハにＣＶＤ膜を形成する前記反応室と連通し、
   前記ウェーハ移載室には、前記ロードロック室に搬送されてきた処理前のウェーハをキャリアに搭載された状態で前記反応室に投入するとともに、前記反応室において処理を終えた処理後のウェーハをキャリアに搭載された状態で前記反応室から取り出して前記ロードロック室に搬送する第１ロボットが設けられ、
   前記ファクトリインターフェースには、処理前のウェーハをウェーハ収納容器から取り出し、前記ロードロック室にて待機するキャリアに搭載するとともに、前記ロードロック室に搬送されてきた、キャリアに搭載された処理後のウェーハを、ウェーハ収納容器に収納する第２ロボットが設けられ、
   前記ロードロック室には、キャリアを支持するホルダが設けられ、
   前記反応室には、前記キャリアを支持するサセプタが設けられた気相成長装置において、
   前記キャリアは、前記サセプタの上面に載置される底面と、前記ウェーハの裏面の外縁部に接触して支持する上面と、外周側壁面と、内周側壁面とを有する無端のリング状に形成され、
   前記キャリア、又は前記キャリア及び前記サセプタは、前記上面の円周方向における構造又は形状が、前記ウェーハの円周方向における結晶方位に対応した関係を有する構造又は形状とされ、
   前記処理前のウェーハは、前記処理前のウェーハの円周方向における結晶方位と、前記キャリア又は前記キャリア及び前記サセプタの円周方向における構造又は形状とが、前記対応した関係となるように前記キャリアに搭載される気相成長装置。
2. 前記キャリア、又は前記キャリア及び前記サセプタは、前記上面の円周方向におけるザグリ深さが、前記ウェーハの円周方向における結晶方位に対応した深さとされている請求項１に記載の気相成長装置。
3. 前記キャリア、又は前記キャリア及び前記サセプタは、前記上面の円周方向におけるポケット幅が、前記ウェーハの円周方向における結晶方位に対応したポケット幅とされている請求項１に記載の気相成長装置。
4. ウェーハの外縁を支持するリング状のキャリアであって、
   前記キャリアを用いて、
   複数の処理前のウェーハを、ウェーハ収納容器から、ファクトリインターフェース、ロードロック室及びウェーハ移載室を介して反応室へ順次搬送するとともに、
   複数の処理後のウェーハを、前記反応室から、前記ウェーハ移載室、前記ロードロック室及び前記ファクトリインターフェースを介して前記ウェーハ収納容器へ順次搬送する気相成長装置用キャリアにおいて、
   前記反応室のサセプタの上面に載置される底面と、前記ウェーハの裏面の外縁部に接触して支持する上面と、外周側壁面と、内周側壁面とを有する無端のリング状に形成されるとともに、前記上面の円周方向における構造又は形状が、前記ウェーハの円周方向における結晶方位に対応した関係を有する構造又は形状とされている気相成長装置用キャリア。
5. 前記キャリアは、前記上面の円周方向におけるザグリ深さが、前記ウェーハの円周方向における結晶方位に対応した深さとされている請求項３に記載の気相成長装置用キャリア。
6. 前記キャリアは、前記上面の円周方向におけるポケット幅が、前記ウェーハの円周方向における結晶方位に対応したポケット幅とされている請求項３に記載の気相成長装置用キャリア。

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