JP2023097005A - エピタキシャルウェーハの製造方法およびエピタキシャルウェーハ製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】マルチウェーハデポジションプロセスによるエピタキシャルウェーハの製造において、ウェーハの歪みを抑制する。
【解決手段】エピタキシャルウェーハ製造装置１のチャンバ１１内にウェーハＷを搬入し、ウェーハＷ上にエピタキシャル膜を成長させてエピタキシャルウェーハとし、チャンバ１１外にエピタキシャルウェーハを搬出するエピタキシャルウェーハ製造工程を複数回実行した後に、チャンバ１１内をクリーニングするエピタキシャルウェーハの製造方法であって、エピタキシャル膜の成長中に、第一加熱装置２４，２５によりサセプター１２に支持されたウェーハＷを加熱するとともに、サセプター１２の外縁部を第二加熱装置２７により加熱するエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。
【選択図】図１
【解決手段】エピタキシャルウェーハ製造装置１のチャンバ１１内にウェーハＷを搬入し、ウェーハＷ上にエピタキシャル膜を成長させてエピタキシャルウェーハとし、チャンバ１１外にエピタキシャルウェーハを搬出するエピタキシャルウェーハ製造工程を複数回実行した後に、チャンバ１１内をクリーニングするエピタキシャルウェーハの製造方法であって、エピタキシャル膜の成長中に、第一加熱装置２４，２５によりサセプター１２に支持されたウェーハＷを加熱するとともに、サセプター１２の外縁部を第二加熱装置２７により加熱するエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。
【選択図】図１
Description
本発明は、ウェーハ上にエピタキシャル膜を気相成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法およびエピタキシャルウェーハ製造装置に関する。
ウェーハ上にエピタキシャル膜を成長させるエピタキシャルウェーハ製造装置として、原料ガスをチャンバ内に導入し、この原料ガスの熱分解または還元により生成された原料を高温に加熱されたウェーハ上にエピタキシャル膜として気相成長させる装置が知られている。
エピタキシャル成長の際は、転位や単結晶の原子レベルの歪みなどの欠陥が生じないように、厳密な温度管理がなされる。
特許文献１には、エピタキシャルウェーハの外周部の温度を計測する工程と、サセプターの温度を計測する工程とを有し、エピタキシャルウェーハの外周部の温度とサセプターの温度との差が所定の範囲内となるように、サセプターまたはエピタキシャルウェーハを加熱することによって、エピタキシャルウェーハとサセプターとの接触部における転位発生を抑制する技術が開示されている。
特許文献１には、エピタキシャルウェーハの外周部の温度を計測する工程と、サセプターの温度を計測する工程とを有し、エピタキシャルウェーハの外周部の温度とサセプターの温度との差が所定の範囲内となるように、サセプターまたはエピタキシャルウェーハを加熱することによって、エピタキシャルウェーハとサセプターとの接触部における転位発生を抑制する技術が開示されている。
ところで、エピタキシャルウェーハの製造方法では、チャンバ内へのウェーハの搬入、エピタキシャル膜の成長、およびウェーハの搬出を行った後に、チャンバ内のクリーニングを行うことが一般的である。
一方、ウェーハの搬出の度にクリーニングを行うとトータル製造コストの点で不利となるため、ウェーハの搬入、エピタキシャル膜の成長、およびウェーハの搬出からなるエピタキシャルウェーハ製造工程を複数回繰り返した後に、クリーニングを行うマルチウェーハデポジションプロセスも知られている。すなわち、マルチウェーハデポジションプロセスによるエピタキシャルウェーハの製造方法では、クリーニングの頻度を低くして、コスト低減を図っている。
しかしながら、マルチウェーハデポジションプロセスで特許文献１の技術を適用すると、厳密な温度管理を行ってもウェーハに歪みが生じるという不具合があった。
一方、ウェーハの搬出の度にクリーニングを行うとトータル製造コストの点で不利となるため、ウェーハの搬入、エピタキシャル膜の成長、およびウェーハの搬出からなるエピタキシャルウェーハ製造工程を複数回繰り返した後に、クリーニングを行うマルチウェーハデポジションプロセスも知られている。すなわち、マルチウェーハデポジションプロセスによるエピタキシャルウェーハの製造方法では、クリーニングの頻度を低くして、コスト低減を図っている。
しかしながら、マルチウェーハデポジションプロセスで特許文献１の技術を適用すると、厳密な温度管理を行ってもウェーハに歪みが生じるという不具合があった。
本発明は、マルチウェーハデポジションプロセスによるエピタキシャルウェーハの製造において、ウェーハの歪みを抑制することができるエピタキシャルウェーハの製造方法およびエピタキシャルウェーハ製造装置を提供することを目的とする。
発明者らは、マルチウェーハデポジションプロセスによるエピタキシャルウェーハの製造においてウェーハに歪みが生じる原因は、エピタキシャル膜の成長時にサセプターの外縁部に堆積するポリシリコンなどの副生成物によりサセプターの外縁部の温度が変化することであると考え、この副生成物の堆積を考慮した製造方法および製造装置とすることによってウェーハの歪みを防止することができる本発明を完成するに至った。
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、エピタキシャルウェーハ製造装置のチャンバ内にウェーハを搬入し、前記ウェーハ上にエピタキシャル膜を成長させてエピタキシャルウェーハとし、前記チャンバ外に前記エピタキシャルウェーハを搬出するエピタキシャルウェーハ製造工程を複数回実行した後に、チャンバ内をクリーニングするエピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記エピタキシャル膜の成長中に、第一加熱装置によりサセプターに支持された前記ウェーハを加熱するとともに、前記サセプターの外縁部を第二加熱装置により加熱することを特徴とする。
上記エピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記ウェーハの外周部または前記サセプターの外縁部の温度を測定し、測定された温度に基づいて前記サセプターの外縁部を第二加熱装置により加熱することが望ましい。
上記エピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記サセプターの外縁部の温度を測定し、前記ウェーハの中心部の温度と前記サセプターの外縁部の温度との温度差がウェーハ間で変化しないように前記サセプターの外縁部を前記第二加熱装置により加熱することが望ましい。
上記エピタキシャルウェーハの製造方法であって、予め設定した加熱条件に基づいて前記サセプターの外縁部を前記第二加熱装置により加熱してもよい。
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、エピタキシャルウェーハ製造装置のチャンバ内にウェーハを搬入し、前記ウェーハ上にエピタキシャル膜を成長させてエピタキシャルウェーハとし、前記チャンバ外に前記エピタキシャルウェーハを搬出するエピタキシャルウェーハ製造工程を複数回実行した後に、チャンバ内をクリーニングするエピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記エピタキシャル膜の成長中に、第一加熱装置によりサセプターに支持された前記ウェーハを加熱するとともに、前記ウェーハの外周部または前記サセプターの外縁部の温度を測定し、測定された温度に基づいて前記ウェーハの外周部を第二加熱装置により加熱することを特徴とする。
上記エピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記ウェーハの外周部の温度を測定し、前記ウェーハの中心部の温度と前記ウェーハの外周部の温度との温度差がウェーハ間で変化しないように前記ウェーハの外周部を加熱してもよい。
上記エピタキシャルウェーハの製造方法であって、予め設定した加熱条件に基づいて前記ウェーハの外周部を前記第二加熱装置により加熱してもよい。
本発明のエピタキシャルウェーハ製造装置は、サセプターに支持されたウェーハを加熱する第一加熱装置と、前記ウェーハの外周部または前記サセプターの外縁部の温度を測定する温度測定装置と、前記サセプターの外縁部を加熱する第二加熱装置と、前記温度に基づいて前記第二加熱装置を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。
上記エピタキシャルウェーハ製造装置であって、前記第二加熱装置は、レーザー加熱装置であることが望ましい。
本発明のエピタキシャルウェーハ製造装置は、サセプターに支持されたウェーハを加熱する第一加熱装置と、前記ウェーハの外周部または前記サセプターの外縁部の温度を測定する温度測定装置と、前記ウェーハの外周部を加熱する第二加熱装置と、前記温度に基づいて前記第二加熱装置を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
〔第一実施形態〕
図１は、本発明の第一実施形態にかかるエピタキシャルウェーハ製造装置の概略図である。
図１に示すように、エピタキシャルウェーハ製造装置１は、ウェーハＷを１枚ずつ処理する枚葉式であり、装置本体２と、制御装置３と、ウェーハ搬送機構４とを備えている。
ウェーハＷとしては、例えば、シリコンウェーハ、ＧａＡｓウェーハ、ＩｎＰウェーハ、ＺｎＳウェーハ、ＺｎＳｅウェーハ、あるいは、ＳＯＩウェーハがある。
〔第一実施形態〕
図１は、本発明の第一実施形態にかかるエピタキシャルウェーハ製造装置の概略図である。
図１に示すように、エピタキシャルウェーハ製造装置１は、ウェーハＷを１枚ずつ処理する枚葉式であり、装置本体２と、制御装置３と、ウェーハ搬送機構４とを備えている。
ウェーハＷとしては、例えば、シリコンウェーハ、ＧａＡｓウェーハ、ＩｎＰウェーハ、ＺｎＳウェーハ、ＺｎＳｅウェーハ、あるいは、ＳＯＩウェーハがある。
装置本体２は、ウェーハＷが収容されるチャンバ１１と、チャンバ１１内においてウェーハＷをその下面側から水平に支持するサセプター１２と、支持部材駆動機構２３と、ガス供給装置２９とを備えている。サセプター１２は、サセプター支持部材１３により回転自在に支持されている。
チャンバ１１は、環状のベース３１と、収容したウェーハＷの上方を覆う上部ドーム３２と、ウェーハＷの下方を覆う下部ドーム３３とを備えている。
ベース３１には、水平方向で対向する位置に、チャンバ１１内部にガスＧを導入するガス導入口３１Ａと、チャンバ１１外部にガスＧを排出するガス排出口３１Ｂとが形成されている。
ベース３１には、水平方向で対向する位置に、チャンバ１１内部にガスＧを導入するガス導入口３１Ａと、チャンバ１１外部にガスＧを排出するガス排出口３１Ｂとが形成されている。
ガス供給装置２９は、ガス導入口３１Ａから、チャンバ１１内の上側空間にキャリアガス（例えば、水素（Ｈ２））と共に原料ガス（例えば、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３））、必要に応じてドーパントガス（例えば、ジボラン（Ｂ２Ｈ６））を導入する。これらのガスはガス排出口３１Ｂから排出される。
ベース３１の内側には、サセプター１２および導入されたガスＧを予熱するヒートリング１９が取り付けられている。ヒートリング１９は、トリクロロシランがウェーハＷと接触する前に、サセプター１２およびトリクロロシランを予熱する。これにより、成膜前および成膜中のウェーハＷの熱均一性が向上し、エピタキシャル膜の均一性が向上する。また、ヒートリング１９は、ガスＧがチャンバ１１の下部へ回り込むことを抑制する。
ヒートリング１９は、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）で被覆された炭素基材で形成することができる。
ヒートリング１９は、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）で被覆された炭素基材で形成することができる。
下部ドーム３３の中央には、下方に延びる筒体３３Ａが形成されている。筒体３３Ａ内には、サセプター１２を支持するサセプター支持部材１３を構成する内主柱５１および内主柱５１の外周に軸方向摺動自在に配置されてリフトピン支持部材２２の一部を構成する外主柱６１が挿通されている。外主柱６１の上端には外アーム６２が設けられている。
ベース３１は、例えば、ステンレスにより形成することができる。上部ドーム３２および下部ドーム３３は、例えば、チャンバ１１内のウェーハＷやサセプター１２を加熱する上部ランプ２４（第一加熱装置）および下部ランプ２５（第一加熱装置）からの赤外線などの熱線を遮らない透明石英により形成することができる。
サセプター１２は、チャンバ１１内でウェーハＷが載置される円板状の部材である。図２に示すように、サセプター１２の上面の最外周部には環状の外縁部１４が形成され、外縁部１４の内周側が円形の凹部１５となっている。凹部１５は、ウェーハＷを収容するために、ウェーハＷの直径よりもわずかに大きい直径で形成されている。凹部１５の最外周部には、凹部１５の底面よりも上方に突出する突出部１６が設けられている。突出部１６は、ウェーハＷの外縁部を支持する。サセプター１２は、例えば、炭化珪素で被覆された炭素基材で形成することができる。
図１に示すように、サセプター支持部材１３は、円柱状の内主柱５１と、内主柱５１の先端から放射状に延びる複数本のアーム５２によりサセプター１２を支持する。
リフトピン２１は、円柱状の軸部と、軸部の上端に設けられ、上方に向かうにしたがって径が大きくなる円錐台状の頭部とを備えている。リフトピン２１は、頭部がサセプター１２に支持される。
リフトピン２１は、例えば、炭化珪素、石英、炭素基材、ガラス状カーボン、あるいは、炭化珪素で被覆された炭素基材で形成することができる。
各々のリフトピン２１は、上下に摺動する際に下端がリフトピン支持部材２２により支持される。
リフトピン２１は、例えば、炭化珪素、石英、炭素基材、ガラス状カーボン、あるいは、炭化珪素で被覆された炭素基材で形成することができる。
各々のリフトピン２１は、上下に摺動する際に下端がリフトピン支持部材２２により支持される。
リフトピン支持部材２２は、円筒状の外主柱６１と、外主柱６１の先端から放射状に延びる複数本の外アーム６２と、各々の外アーム６２の先端にそれぞれ設けられた当接部６３とを備えている。各々の当接部６３は、対応するリフトピン２１を動かす際に下端に当接して支持する。
支持部材駆動機構２３は、サセプター支持部材１３を回転させたり、リフトピン支持部材２２を昇降させたりする。
チャンバ１１の上方であってウェーハＷの中心の上方には、第一パイロメーター２８Ａが取り付けられている。第一パイロメーター２８Ａは、ウェーハＷからの熱放射を感知し、ウェーハＷの表面温度を非接触で測定する。
チャンバ１１の上方には、ウェーハＷおよびサセプター１２を上方から加熱する上部ランプ２４が設けられている。
チャンバ１１の上方には、ウェーハＷおよびサセプター１２を上方から加熱する上部ランプ２４が設けられている。
チャンバ１１の下方には第二パイロメーター２８Ｂが取り付けられている。第二パイロメーター２８Ｂは、サセプター１２の中心部の温度を非接触で測定する。
チャンバ１１の下方には、サセプター１２を下方から加熱するための下部ランプ２５が設けられている。
チャンバ１１の下方には、サセプター１２を下方から加熱するための下部ランプ２５が設けられている。
上部ランプ２４および下部ランプ２５は、横置きタイプの複数の上部ハロゲンランプ７１および複数の下部ハロゲンランプ７２からなり、リング状に配列されている。なお、上部ランプ２４および下部ランプ２５の配列方法はこれに限ることはなく、例えば、下方からの加熱量を増やすために、リング状に配列された下部ハロゲンランプ７２の内側に、さらにハロゲンランプをリング状に配列してもよい。
第一パイロメーター２８Ａおよび第二パイロメーター２８Ｂとは別に、チャンバ１１の上方には、サセプター１２の外縁部１４の温度を測定する第三パイロメーター２８Ｃ（温度測定装置）が取り付けられている。第三パイロメーター２８Ｃは、上部ランプ２４との干渉を避けるためにサセプター１２の外縁部１４の直上には配置されておらず、上部ランプ２４の内側に配置されている。第三パイロメーター２８Ｃは、上部ランプ２４の外側に配置してもよい。
さらに、チャンバ１１の上方には、サセプター１２の外縁部１４を加熱するための補助加熱装置２７（第二加熱装置）が設けられている。補助加熱装置２７は、サセプター１２の外縁部１４を加熱するように方向付けられている。
補助加熱装置２７は、指向性があり、レンズの集光作用により直径１０ｍｍ程度の小さいポイントを集中して加熱することができる装置が好ましく、例えば、ＹＡＧレーザーやＹＬＦレーザーなどのレーザー加熱装置を採用することができる。補助加熱装置２７としては、赤外線による放射熱で加熱を行う加熱装置も採用することができる。
本実施形態の装置本体２では、第三パイロメーター２８Ｃおよび補助加熱装置２７はそれぞれ１つ設けられている。第三パイロメーター２８Ｃおよび補助加熱装置２７はサセプター１２の外縁部１４上の一点に向けて方向付けられているが、サセプター１２が回転することにより、外縁部１４の周方向の全周にわたって測定、加熱することができる。なお、第三パイロメーター２８Ｃおよび補助加熱装置２７は複数設けてもよい。また、補助加熱装置２７は、チャンバ１１の下部側に設けてもよい。
補助加熱装置２７は、指向性があり、レンズの集光作用により直径１０ｍｍ程度の小さいポイントを集中して加熱することができる装置が好ましく、例えば、ＹＡＧレーザーやＹＬＦレーザーなどのレーザー加熱装置を採用することができる。補助加熱装置２７としては、赤外線による放射熱で加熱を行う加熱装置も採用することができる。
本実施形態の装置本体２では、第三パイロメーター２８Ｃおよび補助加熱装置２７はそれぞれ１つ設けられている。第三パイロメーター２８Ｃおよび補助加熱装置２７はサセプター１２の外縁部１４上の一点に向けて方向付けられているが、サセプター１２が回転することにより、外縁部１４の周方向の全周にわたって測定、加熱することができる。なお、第三パイロメーター２８Ｃおよび補助加熱装置２７は複数設けてもよい。また、補助加熱装置２７は、チャンバ１１の下部側に設けてもよい。
制御装置３は、ウェーハ搬送機構４、支持部材駆動機構２３、上部ランプ２４、下部ランプ２５、補助加熱装置２７、およびガス供給装置２９を制御する。
制御装置３の記憶装置には、エピタキシャルウェーハを製造するためのプロセスシーケンスおよび制御パラメーター（温度、圧力、ガスの種類およびガスの流量、成膜時間などの制御目標値）に関する製造プログラムが記憶されており、温度（特に、チャンバ１１内のウェーハＷの設定温度）を管理するためのプロセスシーケンスおよびデータ（成長温度のキャリブレーションカーブなど）も含まれる。
制御装置３は、エピタキシャルウェーハの製造時においては製造プログラムを記憶装置から読み出し、ウェーハ搬送機構４、支持部材駆動機構２３、上部ランプ２４および下部ランプ２５並びにガス供給装置２９を制御する。
制御装置３は、温度管理時においては製造プログラムを記憶装置から読み出し、製造プログラムおよび測定データに基づいて、温度（特に、チャンバ１１内のウェーハＷの設定温度）を管理する。
ウェーハ搬送機構４は、チャンバ１１の図示しないウェーハ搬入出口を介して、ウェーハＷをチャンバ１１内に搬入し、チャンバ１１内から搬出する。
〔エピタキシャルウェーハの製造方法〕
次に、エピタキシャルウェーハ製造装置１を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法について説明する。
エピタキシャルウェーハの製造方法は、エピタキシャルウェーハ製造装置１を用い、複数のウェーハＷに順次エピタキシャル膜を成長させる方法である。
次に、エピタキシャルウェーハ製造装置１を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法について説明する。
エピタキシャルウェーハの製造方法は、エピタキシャルウェーハ製造装置１を用い、複数のウェーハＷに順次エピタキシャル膜を成長させる方法である。
図３に示すように、エピタキシャルウェーハの製造方法は、複数のウェーハＷを準備するウェーハ準備工程Ｓ１と、ウェーハＷを搬入するウェーハ搬入工程Ｓ２と、ウェーハＷにエピタキシャル膜Ｅを形成するエピタキシャル膜形成工程Ｓ３と、ウェーハＷを搬出するウェーハ搬出工程Ｓ４と、チャンバ１１内をクリーニングするクリーニング工程Ｓ５と、準備した全てのウェーハＷについてエピタキシャル膜Ｅを成長させたか（終了か否か）を判定する判定工程Ｓ６とを有する。
ここで、ウェーハ搬入工程Ｓ２、エピタキシャル膜形成工程Ｓ３、およびウェーハ搬出工程Ｓ４の３つの工程をエピタキシャルウェーハ製造工程と呼ぶ。
ここで、ウェーハ搬入工程Ｓ２、エピタキシャル膜形成工程Ｓ３、およびウェーハ搬出工程Ｓ４の３つの工程をエピタキシャルウェーハ製造工程と呼ぶ。
本実施形態のエピタキシャルウェーハの製造方法では、カウンタによってエピタキシャル膜製造工程を５回実行した後にクリーニング工程Ｓ５を実行するようにプログラムされている。
なお、本実施形態では、エピタキシャルウェーハ製造工程を５回実行してからクリーニング工程Ｓ５を実行したが、複数回（例えば２回から９回）であれば回数はこれに限ることはない。
なお、本実施形態では、エピタキシャルウェーハ製造工程を５回実行してからクリーニング工程Ｓ５を実行したが、複数回（例えば２回から９回）であれば回数はこれに限ることはない。
すなわち、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、ウェーハＷの搬入、エピタキシャル膜Ｅの成長、およびウェーハＷの搬出からなるエピタキシャルウェーハ製造工程を複数回繰り返した後に、クリーニングを行うマルチウェーハデポジションプロセスを用いた製造方法である。
ウェーハ準備工程Ｓ１は、ウェーハＷを準備する工程である。ウェーハＷの直径は、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍなど、いずれであってもよい。
ウェーハ搬入工程Ｓ２では、制御装置３は、ウェーハ搬送機構４を制御して、チャンバ１１の図示しないウェーハ搬入出口を介して、ウェーハＷをチャンバ１１内に搬入し、サセプター１２の凹部１５上で停止させる。次に、制御装置３は、支持部材駆動機構２３を制御して、リフトピン支持部材２２を上昇させ、サセプター１２で支持されているリフトピン２１を上昇させることにより、ウェーハＷを持ち上げ、ウェーハ搬送機構４からウェーハＷを受けとる。
次に、制御装置３は、支持部材駆動機構２３を制御して、リフトピン支持部材２２を下降させることにより、ウェーハＷをサセプター１２の凹部１５内に載置させる。
次に、エピタキシャル膜形成工程Ｓ３の詳細について説明する。エピタキシャル膜形成工程Ｓ３は、搬入されたウェーハＷ上にエピタキシャル膜Ｅを成長させてエピタキシャルウェーハとする工程である。
図４に示すように、エピタキシャル膜形成工程Ｓ３は、ガス導入工程Ｓ３１と、ウェーハ加熱工程Ｓ３２と、温度測定工程Ｓ３３と、エピタキシャル膜成長工程Ｓ３４と、温度差判定工程Ｓ３５と、加熱工程Ｓ３６と、成長時間判定工程Ｓ３７と、を有する。
図４に示すように、エピタキシャル膜形成工程Ｓ３は、ガス導入工程Ｓ３１と、ウェーハ加熱工程Ｓ３２と、温度測定工程Ｓ３３と、エピタキシャル膜成長工程Ｓ３４と、温度差判定工程Ｓ３５と、加熱工程Ｓ３６と、成長時間判定工程Ｓ３７と、を有する。
ガス導入工程Ｓ３１では、制御装置３は、ガス供給装置２９を制御して、ガス導入口３１Ａからキャリアガスとしての水素ガスの導入を開始する。制御装置３は、水素ガスを連続的に導入しつつ、ガス排出口３１Ｂから排出させることにより、チャンバ１１内を水素雰囲気にする。また、制御装置３は、水素ガスの導入と同時に支持部材駆動機構２３を制御して、サセプター支持部材１３を回転させる。
ウェーハ加熱工程Ｓ３２では、制御装置３は、第一パイロメーター２８ＡによりウェーハＷの表面温度を測定しつつ、上部ランプ２４および下部ランプ２５を制御して、ウェーハＷを成膜時設定温度までさらに加熱させる。本実施形態では、原料ガスとしてトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）を使用し、成膜時設定温度は、１，２００℃より低い温度領域に設定する。
温度測定工程Ｓ３３では、第一パイロメーター２８Ａを用いてウェーハＷの中心部Ｐ１の温度を測定するとともに、第三パイロメーター２８Ｃを用いてサセプター１２の外縁部１４の温度を測定する。
エピタキシャル膜成長工程Ｓ３４では、制御装置３は、第一パイロメーター２８ＡによりウェーハＷの表面温度を測定しつつ、上部ランプ２４および下部ランプ２５を制御して、チャンバ１１内の温度を上昇させるとともに、ガス供給装置２９を制御して、ガス導入口３１Ａから、トリクロロシランをチャンバ１１内の上側空間に供給させる。
サセプター１２の回転およびウェーハＷの温度が安定した時点で各種ガスを供給することにより、ウェーハＷにエピタキシャル膜Ｅを均一に成長させる。
次に、温度差判定工程Ｓ３５、および加熱工程Ｓ３６について説明する。
まず、エピタキシャル膜Ｅの成長中において生成される副生成物Ｂ、および補助加熱装置２７の制御について説明する。
エピタキシャル膜Ｅの成長中、サセプター１２の外縁部１４には、エピタキシャル成長処理に伴う副生成物Ｂ（ポリシリコン、図２参照）が堆積する。サセプター１２の外縁部１４に副生成物Ｂが堆積することによって、上部ランプ２４によるサセプター１２の外縁部の加熱効率が低下する。
まず、エピタキシャル膜Ｅの成長中において生成される副生成物Ｂ、および補助加熱装置２７の制御について説明する。
エピタキシャル膜Ｅの成長中、サセプター１２の外縁部１４には、エピタキシャル成長処理に伴う副生成物Ｂ（ポリシリコン、図２参照）が堆積する。サセプター１２の外縁部１４に副生成物Ｂが堆積することによって、上部ランプ２４によるサセプター１２の外縁部の加熱効率が低下する。
具体的には、副生成物Ｂの堆積が少ない場合には、ウェーハＷの中心部Ｐ１の温度とサセプター１２の外縁部１４の内部Ｐ３の温度との差が小さく、ウェーハＷの中心部Ｐ１の温度とウェーハＷの外周部Ｐ２の温度との差も小さくなる。
しかしながら、副生成物Ｂはランプから照射される赤外線の吸収率が低いため、副生成物Ｂの堆積が多い場合には、サセプター１２の外縁部１４の内部Ｐ３が加熱されにくくなる。これにより、ウェーハＷの中心部Ｐ１の温度とサセプター１２の外縁部１４の内部Ｐ３の温度との差が大きくなり、ウェーハＷの中心部Ｐ１の温度と突出部１６を介してサセプター１２の外縁部１４と接触するウェーハＷの外周部Ｐ２の温度との差も大きくなる。このウェーハＷの中心部Ｐ１と外周部Ｐ２との温度差により、ウェーハＷに原子レベルの歪みが生じたり、ウェーハＷの外周部Ｐ２のエピタキシャル膜Ｅの厚みが低下したりする。
しかしながら、副生成物Ｂはランプから照射される赤外線の吸収率が低いため、副生成物Ｂの堆積が多い場合には、サセプター１２の外縁部１４の内部Ｐ３が加熱されにくくなる。これにより、ウェーハＷの中心部Ｐ１の温度とサセプター１２の外縁部１４の内部Ｐ３の温度との差が大きくなり、ウェーハＷの中心部Ｐ１の温度と突出部１６を介してサセプター１２の外縁部１４と接触するウェーハＷの外周部Ｐ２の温度との差も大きくなる。このウェーハＷの中心部Ｐ１と外周部Ｐ２との温度差により、ウェーハＷに原子レベルの歪みが生じたり、ウェーハＷの外周部Ｐ２のエピタキシャル膜Ｅの厚みが低下したりする。
なお、ウェーハＷの歪みは、赤外光弾性を利用した歪み測定装置（ＳＩＲＤ装置）を用いて測定することができる。
また、「ウェーハＷの外周部」とは、円板形状のウェーハＷの直径において、外周から直径の３％までの周縁部分を意味する。
また、「ウェーハＷの外周部」とは、円板形状のウェーハＷの直径において、外周から直径の３％までの周縁部分を意味する。
制御装置３は、この歪みを抑制するために、第三パイロメーター２８Ｃを用いてサセプター１２の外縁部１４の温度を測定し、測定された温度に基づいて補助加熱装置２７を制御して、サセプター１２の外縁部１４を加熱する。
具体的には、温度差判定工程Ｓ３５では、ウェーハＷの中心部Ｐ１の温度と、温度測定工程Ｓ３３で測定されたサセプター１２の外縁部１４の温度との温度差が所定の閾値（例えば、５℃）以下か否かを判定する。
温度差が所定の閾値以下であった場合、補助加熱装置２７を使用することなく、ランプのみの加熱を続行する（加熱工程Ｓ３６Ａ）。一方、温度差が所定の閾値より大きい場合、ランプによる加熱に加えて、補助加熱装置２７によってサセプター１２の外縁部１４を加熱（レーザー加熱）する（加熱工程Ｓ３６Ｂ）。
すなわち、制御装置３は、副生成物Ｂの堆積によるサセプター１２の外縁部１４の加熱効率の低下を補うべく、ウェーハＷの中心部Ｐ１の温度とサセプター１２の外縁部の内部Ｐ３の温度との温度差が製造される複数のウェーハＷ間で変化しないようにサセプター１２の外縁部１４を加熱する。
温度差が所定の閾値以下であった場合、補助加熱装置２７を使用することなく、ランプのみの加熱を続行する（加熱工程Ｓ３６Ａ）。一方、温度差が所定の閾値より大きい場合、ランプによる加熱に加えて、補助加熱装置２７によってサセプター１２の外縁部１４を加熱（レーザー加熱）する（加熱工程Ｓ３６Ｂ）。
すなわち、制御装置３は、副生成物Ｂの堆積によるサセプター１２の外縁部１４の加熱効率の低下を補うべく、ウェーハＷの中心部Ｐ１の温度とサセプター１２の外縁部の内部Ｐ３の温度との温度差が製造される複数のウェーハＷ間で変化しないようにサセプター１２の外縁部１４を加熱する。
サセプター１２の外縁部１４の温度に基づく補助加熱装置２７の制御は、１回目のエピタキシャルウェーハ製造工程から５回目のエピタキシャルウェーハ製造工程まで実行してもよいし、１回目のエピタキシャルウェーハ製造工程では実行せず、２回目のエピタキシャルウェーハ製造工程以降で実行してもよい。
成長時間判定工程Ｓ３７では、所定のエピタキシャル膜成長時間に達したか否かを判定する。所定のエピタキシャル膜成長時間に達した場合は、エピタキシャル膜形成工程Ｓ３は終了となり、所定のエピタキシャル膜成長時間に達していない場合は、エピタキシャル膜Ｅの成長を続行する。
次に、図３を参照して、ウェーハ搬出工程Ｓ４、クリーニング工程Ｓ５、および判定工程Ｓ６について説明する。
エピタキシャル膜Ｅの形成後、ウェーハ搬出工程Ｓ１４では、制御装置３は、第一パイロメーター２８ＡによりウェーハＷの表面温度を測定しつつ、上部ランプ２４および下部ランプ２５を制御して、ウェーハＷの温度を成膜時設定温度から搬送時設定温度まで下げさせる。次に、制御装置３は、支持部材駆動機構２３を制御して、リフトピン支持部材２２を上昇させて、リフトピン２１によりウェーハＷをサセプター１２から持ち上げる。次に、制御装置３は、ウェーハ搬送機構４を制御して、チャンバ１１内部に移動させて、ウェーハＷの下方で停止させる。
エピタキシャル膜Ｅの形成後、ウェーハ搬出工程Ｓ１４では、制御装置３は、第一パイロメーター２８ＡによりウェーハＷの表面温度を測定しつつ、上部ランプ２４および下部ランプ２５を制御して、ウェーハＷの温度を成膜時設定温度から搬送時設定温度まで下げさせる。次に、制御装置３は、支持部材駆動機構２３を制御して、リフトピン支持部材２２を上昇させて、リフトピン２１によりウェーハＷをサセプター１２から持ち上げる。次に、制御装置３は、ウェーハ搬送機構４を制御して、チャンバ１１内部に移動させて、ウェーハＷの下方で停止させる。
次に、制御装置３は、支持部材駆動機構２３を制御して、リフトピン支持部材２２を下降させてウェーハＷをウェーハ搬送機構４に受け渡す。次に、制御装置３は、ウェーハ搬送機構４を制御して、ウェーハＷをチャンバ１１の外部に搬出させる。
次に、制御装置３は、ウェーハ搬送機構４を制御して、新しいウェーハＷをチャンバ１１内に搬入させた後、以上説明した一連の処理と同様の処理を行うことにより、新たなエピタキシャルウェーハを製造する。
制御装置３は、上記したエピタキシャルウェーハ製造工程を５回実行することで５枚のエピタキシャルウェーハを製造した後、クリーニング工程Ｓ５を実行する。
クリーニング工程Ｓ５は、塩化水素ガスをガス導入口３１Ａからチャンバ１１内に供給して、チャンバ１１内のクリーニングを行う工程である。塩化水素ガスの導入により、塩化水素ガスと副生成物Ｂとが反応して、副生成物Ｂがエッチングされて除去される。
クリーニング工程Ｓ５は、塩化水素ガスをガス導入口３１Ａからチャンバ１１内に供給して、チャンバ１１内のクリーニングを行う工程である。塩化水素ガスの導入により、塩化水素ガスと副生成物Ｂとが反応して、副生成物Ｂがエッチングされて除去される。
判定工程Ｓ６では、準備した全てのウェーハＷについてエピタキシャル膜Ｅを形成したかを判定し、全てのウェーハＷについて形成が終了した場合は、エピタキシャルウェーハの製造方法を終了する。
上記実施形態によれば、エピタキシャルウェーハ製造工程を複数回実行した後に、クリーニング工程を行う、所謂マルチウェーハデポジションプロセスにおいて、サセプター１２の外縁部１４の温度に基づいてサセプター１２の外縁部１４を加熱することにより、ウェーハＷの中心部Ｐ１の温度とサセプター１２の外縁部１４の内部Ｐ３の温度差の変化を抑制する。これにより、ウェーハＷの中心部Ｐ１の温度とウェーハＷの外周部Ｐ２の温度差に起因するウェーハＷの歪みを抑制することができる。
また、ウェーハＷではなく、サセプター１２の外縁部１４を加熱する構成としたことによって、直接加熱することによってスリップ転位などが発生するウェーハの製造にも適用することができる。
また、補助加熱装置２７としてレーザー加熱装置を採用したことによって、サセプター１２の外縁部１４の表面のみを集中して加熱することができる。
また、補助加熱装置２７としてレーザー加熱装置を採用したことによって、サセプター１２の外縁部１４の表面のみを集中して加熱することができる。
〔第二実施形態〕
以下、本発明の第二実施形態にかかるエピタキシャルウェーハの製造方法およびエピタキシャルウェーハ製造装置について説明する。なお、本実施形態では、第一実施形態と同様の構成については記載を省略する。
上記第一実施形態では、補助加熱装置２７は、サセプター１２の外縁部１４を加熱する構成であったが、図５に示すように、本実施形態の補助加熱装置２７Ｂは、ウェーハＷの外周部Ｐ２を加熱するように構成されている。すなわち、本実施形態の補助加熱装置２７Ｂは、ウェーハＷの外周部Ｐ２を加熱するように方向付けられている。
また、本実施形態の第三パイロメーター２８Ｄは、ウェーハＷの外周部Ｐ２の温度を測定するように方向付けられている。
以下、本発明の第二実施形態にかかるエピタキシャルウェーハの製造方法およびエピタキシャルウェーハ製造装置について説明する。なお、本実施形態では、第一実施形態と同様の構成については記載を省略する。
上記第一実施形態では、補助加熱装置２７は、サセプター１２の外縁部１４を加熱する構成であったが、図５に示すように、本実施形態の補助加熱装置２７Ｂは、ウェーハＷの外周部Ｐ２を加熱するように構成されている。すなわち、本実施形態の補助加熱装置２７Ｂは、ウェーハＷの外周部Ｐ２を加熱するように方向付けられている。
また、本実施形態の第三パイロメーター２８Ｄは、ウェーハＷの外周部Ｐ２の温度を測定するように方向付けられている。
本実施形態の制御装置３は、第三パイロメーター２８Ｄによって測定されるウェーハＷの外周部Ｐ２の温度に基づいて補助加熱装置２７Ｂを制御して、ウェーハＷの外周部Ｐ２を加熱する。
具体的には、制御装置３は、ウェーハＷの中心部Ｐ１の温度とウェーハＷの外周部Ｐ２の温度との温度差が変化しないようにウェーハＷの外周部Ｐ２を加熱する。
具体的には、制御装置３は、ウェーハＷの中心部Ｐ１の温度とウェーハＷの外周部Ｐ２の温度との温度差が変化しないようにウェーハＷの外周部Ｐ２を加熱する。
上記実施形態によれば、ウェーハＷの外周部Ｐ２を直接加熱する構成としたことによって、ウェーハＷの外周部Ｐ２の温度をより早く変化させ、余計な熱歪を与えないで制御することができる。
なお、上記各実施形態では、ウェーハＷの中心部Ｐ１の温度とサセプター１２の外縁部１４（またはウェーハＷの外周部Ｐ２）の温度との温度差が変化しないように補助加熱装置２７を制御したがこれに限ることはない。例えば、エピタキシャルウェーハの製造中には温度測定を行わず、予め設定した加熱条件に基づいて補助加熱装置２７を制御してもよい。
具体的には、事前にサセプター１２の外縁部１４の加熱条件を決定するために、複数回マルチウェーハデポジションプロセスによるエピタキシャルウェーハの製造を行う。その際、補助加熱装置２７による加熱条件を変化させながらサセプター１２の外縁部１４（またはウェーハＷの外周部Ｐ２）を加熱し、エピタキシャルウェーハ製造工程の回数毎にウェーハの品質が良かった加熱条件を、実際のエピタキシャルウェーハの製造の際の加熱条件として採用する。
なお、加熱条件は、パイロメーターを用いてウェーハやサセプターの温度測定を行い、これらの温度差などを確認しながら決定してもよい。
具体的には、事前にサセプター１２の外縁部１４の加熱条件を決定するために、複数回マルチウェーハデポジションプロセスによるエピタキシャルウェーハの製造を行う。その際、補助加熱装置２７による加熱条件を変化させながらサセプター１２の外縁部１４（またはウェーハＷの外周部Ｐ２）を加熱し、エピタキシャルウェーハ製造工程の回数毎にウェーハの品質が良かった加熱条件を、実際のエピタキシャルウェーハの製造の際の加熱条件として採用する。
なお、加熱条件は、パイロメーターを用いてウェーハやサセプターの温度測定を行い、これらの温度差などを確認しながら決定してもよい。
また、上記各実施形態では、堆積する副生成物Ｂの厚みは考慮されていないが、副生成物Ｂの厚みを測定または推定し、厚みに応じて補助加熱装置２７による加熱量を変化させてもよい。
また、上記各実施形態では、第一パイロメーター２８Ａによって測定されたウェーハＷの中心部Ｐ１の温度と、第三パイロメーター２８Ｃ、２８Ｄによって測定されたサセプター１２の外縁部１４またはウェーハＷの外周部Ｐ２の温度とに基づいて、補助加熱装置２７の制御を行ったがこれに限ることはない。例えば、第二パイロメーター２８Ｂによって測定されたサセプター１２の中心部Ｐ４（図２参照）の温度も加味して、補助加熱装置２７による制御を行ってもよい。
さらに、上記各実施形態では、補助加熱装置２７（第二加熱装置）としてレーザー加熱装置を採用したが、これに限ることはなく、例えば装置は、ハロゲンランプやキセノンランプなどの採用も可能である。
１…エピタキシャルウェーハ製造装置、２…装置本体、３…制御装置、４…ウェーハ搬送機構、１１…チャンバ、１２…サセプター、１３…サセプター支持部材、１５…凹部、１６…突出部、１９…ヒートリング、２４…上部ランプ（第一加熱装置）、２５…下部ランプ（第一加熱装置）、２７…補助加熱装置（第二加熱装置）、２８Ａ…第一パイロメーター、２８Ｂ…第二パイロメーター、２８Ｃ…第三パイロメーター、２９…ガス供給装置、３１…ベース、３１Ａ…ガス導入口、３１Ｂ…ガス排出口、３２…上部ドーム、３３…下部ドーム、Ｂ…副生成物、Ｐ１…ウェーハの中心部、Ｐ２…ウェーハの外周部、Ｐ３…サセプターの外縁部の内部、Ｐ４…サセプターの中心部、Ｗ…ウェーハ。
Claims (10)
- エピタキシャルウェーハ製造装置のチャンバ内にウェーハを搬入し、前記ウェーハ上にエピタキシャル膜を成長させてエピタキシャルウェーハとし、前記チャンバ外に前記エピタキシャルウェーハを搬出するエピタキシャルウェーハ製造工程を複数回実行した後に、チャンバ内をクリーニングするエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記エピタキシャル膜の成長中に、第一加熱装置によりサセプターに支持された前記ウェーハを加熱するとともに、前記サセプターの外縁部を第二加熱装置により加熱するエピタキシャルウェーハの製造方法。 - 請求項１に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記ウェーハの外周部または前記サセプターの外縁部の温度を測定し、測定された温度に基づいて前記サセプターの外縁部を第二加熱装置により加熱するエピタキシャルウェーハの製造方法。 - 請求項２に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記サセプターの外縁部の温度を測定し、前記ウェーハの中心部の温度と前記サセプターの外縁部の温度との温度差がウェーハ間で変化しないように前記サセプターの外縁部を前記第二加熱装置により加熱するエピタキシャルウェーハの製造方法。 - 請求項１に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
予め設定した加熱条件に基づいて前記サセプターの外縁部を前記第二加熱装置により加熱するエピタキシャルウェーハの製造方法。 - エピタキシャルウェーハ製造装置のチャンバ内にウェーハを搬入し、前記ウェーハ上にエピタキシャル膜を成長させてエピタキシャルウェーハとし、前記チャンバ外に前記エピタキシャルウェーハを搬出するエピタキシャルウェーハ製造工程を複数回実行した後に、チャンバ内をクリーニングするエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記エピタキシャル膜の成長中に、第一加熱装置によりサセプターに支持された前記ウェーハを加熱するとともに、前記ウェーハの外周部または前記サセプターの外縁部の温度を測定し、測定された温度に基づいて前記ウェーハの外周部を第二加熱装置により加熱するエピタキシャルウェーハの製造方法。 - 請求項５に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記ウェーハの外周部の温度を測定し、前記ウェーハの中心部の温度と前記ウェーハの外周部の温度との温度差がウェーハ間で変化しないように前記ウェーハの外周部を加熱するエピタキシャルウェーハの製造方法。 - 請求項５に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
予め設定した加熱条件に基づいて前記ウェーハの外周部を前記第二加熱装置により加熱するエピタキシャルウェーハの製造方法。 - サセプターに支持されたウェーハを加熱する第一加熱装置と、
前記ウェーハの外周部または前記サセプターの外縁部の温度を測定する温度測定装置と、
前記サセプターの外縁部を加熱する第二加熱装置と、
前記温度に基づいて前記第二加熱装置を制御する制御装置と、を備えるエピタキシャルウェーハ製造装置。 - 請求項８に記載のエピタキシャルウェーハ製造装置であって、
前記第二加熱装置は、レーザー加熱装置であるエピタキシャルウェーハ製造装置。 - サセプターに支持されたウェーハを加熱する第一加熱装置と、
前記ウェーハの外周部または前記サセプターの外縁部の温度を測定する温度測定装置と、
前記ウェーハの外周部を加熱する第二加熱装置と、
前記温度に基づいて前記第二加熱装置を制御する制御装置と、を備えるエピタキシャルウェーハ製造装置。
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| A621 | Written request for application examination |
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