JP2023528172A - 半導体材料からなる基板ウェハ上にエピタキシャル層を堆積するための方法および装置 - Google Patents

半導体材料からなる基板ウェハ上にエピタキシャル層を堆積するための方法および装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2023528172A
JP2023528172A JP2022565687A JP2022565687A JP2023528172A JP 2023528172 A JP2023528172 A JP 2023528172A JP 2022565687 A JP2022565687 A JP 2022565687A JP 2022565687 A JP2022565687 A JP 2022565687A JP 2023528172 A JP2023528172 A JP 2023528172A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
susceptor
support shaft
substrate wafer
misalignment
epitaxial layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022565687A
Other languages
English (en)
Inventor
シュテットナー，トーマス
エドマイヤー，バルター
リヒテネッガー，コーアビニアン
ヘヒト，ハネス
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siltronic AG
Original Assignee
Siltronic AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siltronic AG filed Critical Siltronic AG
Publication of JP2023528172A publication Critical patent/JP2023528172A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67259—Position monitoring, e.g. misposition detection or presence detection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02634—Homoepitaxy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
    • C23C16/4582—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
    • C23C16/4583—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/14—Heating of the melt or the crystallised materials
    • C30B15/16—Heating of the melt or the crystallised materials by irradiation or electric discharge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/10—Heating of the reaction chamber or the substrate
    • C30B25/105—Heating of the reaction chamber or the substrate by irradiation or electric discharge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/12—Substrate holders or susceptors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/16—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02381—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02587—Structure
    • H01L21/0259—Microstructure
    • H01L21/02598—Microstructure monocrystalline
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67115—Apparatus for thermal treatment mainly by radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/68—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for positioning, orientation or alignment
    • H01L21/681—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for positioning, orientation or alignment using optical controlling means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support

Abstract

半導体材料からなる基板ウェハ上にエピタキシャル層を堆積するための方法および装置。この方法は、上記基板ウェハがサセプタ上に載置され、上記サセプタが支持シャフトのアームによって保持されるように、堆積装置内に上記基板ウェハおよび上記サセプタを配置することと、上記サセプタの不整列が、上記サセプタを囲む予熱リングの位置に対する上記サセプタの位置に関して存在するかどうかを監視することと、上記支持シャフトの不整列が、上記予熱リングの位置に対する上記支持シャフトの位置に関して存在するかどうかを監視することと、上記不整列の少なくとも１つが存在する場合、対応の不整列を除去することと、上記エピタキシャル層を上記基板ウェハ上に堆積することとを含む。

Description

本発明の主題は、半導体材料から形成される基板ウェハ上にエピタキシャル層を堆積するための方法、およびこの方法を実行するための装置である。
先行技術／問題
エピタキシャル層を有する半導体ウェハは、そのような方法の製品であり、電子産業における特に要求の厳しい用途に必要とされる。したがって、エピタキシャル層の厚みの均一性およびエピタキシャル層中のドーパントの分布の均一性に関する、エピタキシャル層に対する要件は、特に厳しい。したがって、厳しい要件を満たすエピタキシャル層を有する半導体ウェハを高歩留まりで製造することを可能にする製造条件を作り出す強い動機がある。
半導体ウェハ基板上におけるエピタキシャル層の堆積は、通常、基板ウェハを受け入れ可能な堆積装置においてＣＶＤ（化学蒸着）を用いて行われる。エピタキシャル層の堆積中、基板ウェハはサセプタ上に位置し、サセプタは支持シャフトの支持アームによって保持され、支持シャフトによって回転され、堆積ガスが、基板ウェハの前面である自由上面上を導かれる。堆積装置は、通常、予熱リングも有し、予熱リングは、サセプタの周囲に、間隙によって隔てられて配置される。上部ドームおよび下部ドームは反応チャンバを画定し、その中でエピタキシャル層が基板ウェハ上に堆積される。ランプのバンクからの放射熱が、必要な堆積温度を提供するために、ドームを通して照射される。これらの特性を有する堆積装置は市販されている。加えて、例えば、ＵＳ２０１８ ０ ２８２ ９００ Ａ１で説明されるように、基板ウェハを堆積装置に装填し、基板ウェハをそこでサセプタ上に載置すること、または基板ウェハが上に載置されたサセプタを堆積装置に装填することが提供されてもよい。
サセプタの位置に対する基板ウェハの不整列が歩留まりに悪影響を及ぼす可能性があることが長い間公知である。通常、基板ウェハの円周線とサセプタの円周線とが同心円を形成するように、基板ウェハはサセプタ上で中央に配置されるべきである。
ＪＰ２０１７－６９ ４１４ Ａは、サセプタ上の基板ウェハの位置がカメラシステムによってどのように監視され、必要であれば、サセプタ支持シャフトを水平に移動して基板ウェハをサセプタ上において中心に置くかを記載する。
ＵＳ２００９ ０ ３１４ ２０５ Ａ１は、他の機能の中でも、とりわけ、予熱リングの位置を監視することができる観察システムの詳細を扱う。
ＵＳ２０１６ ０ １２５ ５８９ Ａ１は、不整列を検出するために使用することができる方法を説明する。
本発明者らは、サセプタの位置に対する基板ウェハの位置に関する基板ウェハの不整列に起因し得ない、粒子の存在、エピタキシャル層の厚みの不均一、およびエピタキシャル層内のドーパント分布の不均一のため、歩留まりの損失が生じ得ることを見出した。
本発明の目的は、そのような歩留まりの損失の理由を示し、それらがどのように改善され得るかを示すことである。
本発明の目的は、半導体材料の基板ウェハ上にエピタキシャル層を堆積させる方法によって達成され、本方法は、基板ウェハがサセプタ上に載置され、サセプタが支持シャフトのアームによって保持されるように、堆積装置内に基板プレートおよびサセプタを配置することと、サセプタの不整列が、サセプタを囲む予熱リングの位置に対するサセプタの位置に関して存在するかどうかを監視することと、支持シャフトの不整列が、予熱リングの位置に対する支持シャフトの位置に関して存在するかどうかを監視することと、不整列の少なくとも１つが存在する場合、対応の不整列を除去することと、エピタキシャル層を基板ウェハ上に堆積することとを含む。
本発明の目的は、加えて、半導体材料で作製された基板ウェハ上にエピタキシャル層を堆積するための装置によって達成され、本装置は、サセプタと、予熱リングと、サセプタ支持アームを有する支持シャフトと、カメラシステムとを備え、カメラシステムは、サセプタと予熱リングとの間の間隙の一部分の幅およびカメラシステムからサセプタまでの距離を監視するためのものであり、装置はさらに、予熱リングの位置に対するサセプタの位置に関するサセプタの不整列および／または予熱リングの位置に対する支持シャフトの位置に関する支持シャフトの不整列の存在を判定するための画像処理装置と、サセプタ支持シャフトを移動および傾斜させるための駆動ユニットと、不整列の場合に信号を生成するための制御装置とを備え、信号は、駆動ユニットを、存在する不整列を補正する態様で移動させる。
本発明者らは、上述の歩留まり損失が、予熱リングの位置に対するサセプタの位置および／またはその支持シャフトの位置に関する不整列の存在に起因し得ることを発見した。予熱リングとサセプタとの間には、通常、予熱リングの内周に沿って同じ幅を有する間隙が設けられる。予熱リングとサセプタとは互いに対して同心円状に配置され、サセプタは水平に配置される。支持シャフトは、予熱リングの中心を通って垂直軸に沿って整列される。
したがって、サセプタが支持シャフトの支持アーム上で予熱リングに対して偏心して位置する場合、またはサセプタが支持シャフトの支持アーム上で水平面から傾いている場合、サセプタの不整列が存在する。予熱リングの位置に対する支持シャフトの不整合は、支持シャフトが垂直であるが、予熱リングの中心を通る垂直軸に沿って整列していない場合、または支持シャフトが予熱リングの中心を通る垂直軸から傾いているために、存在する。
サセプタが予熱リングに接触すると、粒子が生成され、不純物として作用し、エピタキシャル層を有する半導体ウェハを意図した目的に使用できなくする。歩留まりの損失は、予熱リングとサセプタとの間の間隙の幅が、上記の不整合のうちの１つに起因して予熱リングの内周に沿って変動する場合にも、生じ得る。すると、プロセスガスが、サセプタの下側に沿って導かれるパージガスによって、間隙の異なる点で、様々な程度に希釈される可能性があり、その結果、エピタキシャル層の厚みおよびエピタキシャル層内のドーパントの分布が基板ウェハの円周方向に沿って変化する可能性がある。
上述の不整列は、堆積装置の低温状態ですでに存在し得るか、または堆積装置を動作温度まで加熱する過程でのみ生じ得、場合によっては再び低温状態まで冷却する過程で、例えば室温まで冷却するときに、消失し得る。
したがって、不整列の少なくとも１つが存在するかどうかを監視し、必要に応じて不整列を補正することが提案される。この目的のために、原則として、堆積装置を周囲温度まで冷却することができ、対応の不整列をなくすことができる。
これが可能な場合には、堆積装置を閉じた状態で支持シャフトを移動させることにより行うことが好ましい。他の場合には、堆積装置が開かれ、不整列の原因が修正される。例えば、サセプタが支持シャフトの支持アーム上に水平ではあるが予熱リングに対して偏心して位置決めされているため、またはサセプタが支持シャフトの支持アーム上に予熱リングと同心ではあるが水平位置から傾いて位置決めされているため、サセプタが不整列である場合、堆積装置を開き、サセプタを持ち上げ、支持シャフトの支持アーム上に意図されるように配置する。
支持シャフトを移動させて不整列を補正できる場合は、堆積装置を閉じたままとし、堆積装置を周囲温度まで冷却する必要はない。堆積装置の反応チャンバが既に高温状態にあり、少なくとも４５０℃以上の温度にある場合、支持シャフトの不整列が生じるとき、不整列は、好ましくは、堆積装置を４５０℃の指定温度以下に冷却することなく、特に好ましくは堆積装置内で達成される温度を低下させることなく、補正される。不整列の理由が、支持シャフトは垂直であるが予熱リングの中心を通る垂直軸に沿って整列していないため、または支持シャフトが予熱リングの中心を通る垂直軸から外れて傾いているためである場合、支持シャフトの不整列は、支持シャフトを移動させることによって補正することができる。
予熱リングの位置に対するサセプタおよび支持シャフトの位置に関するサセプタおよび支持シャフトの配置は、放射状に、好ましくは基板ウェハの周囲の一部分および予熱リングの内周の一部分を取り囲む少なくとも１つの領域にわたって延在する画像抜粋を捕捉するカメラシステムによって観察される。この画像抜粋はまた、サセプタと予熱リングとの間の間隙の一部分を含む。カメラシステムによって記録される画像抜粋は、好ましくは１２°以上の方位角幅を有する。これら一部分の位置は、好ましくはサセプタの上面までのカメラシステムの距離、またはこの距離の変化とともに、特徴的なコントラスト差から、画像処理装置によって識別される。適切な場合には、例えば、１つ以上のＬＥＤランプを含む照明システムを設けて、堆積装置が低温状態にある間に反応チャンバを照明することができる。支持シャフトの回転中、画像抜粋は、固定された間隔で記録され、評価される。互いに対する前記位置の時間的変化および前記距離の時間的変動から、画像処理装置は、サセプタおよび／または支持シャフトの上記不整列が存在するかどうかを判定する。制御装置が、この判定結果に基づいて、存在する不整列を、支持シャフトを移動させることによって解消する目的で、支持シャフトを変位および傾斜させる駆動ユニットを動作させる制御信号を生成する。
例えば、画像処理装置は、ＵＳ２０１６ ０ １２５ ５８９ Ａ１で説明されるアルゴリズムを使用することができ、または好ましくは、エッジ検出のためにＳｏｂｅｌ演算子を使用する画像処理を実施する。
カメラシステムは、少なくとも１つのカメラ、または好ましくは少なくとも２つのカメラを備え、カメラは、互いに対して９０°の方位角距離で２つの画像抜粋を記録する。比較のために画像処理装置による評価からのデータを保存することが有利であり、これらのデータは、堆積装置が低温状態にあり、上述の不整列のいずれも存在しないときに得られる。特に、支持シャフトおよびサセプタが意図されたように配置されるときにサセプタと予熱リングとの間の間隙の幅に関してそれぞれの画像抜粋を評価し、間隙の幅を記憶することが有利である。
堆積装置の下部ドームおよび駆動ユニットは、好ましくはベローを介して接続され、したがって、定置下部ドームに対する支持シャフトの変位および／または傾斜運動は、周囲雰囲気が支持シャフトに到達することなく、必要なときに開始され得る。
振動を減衰させるためには、上下のドームを離して保持する、いわゆる「ベースリング」の外側に支持アームの上端を取り付け、この支持アームの下端を、支持シャフトを変位および傾斜させる駆動装置に取り付けることが好ましい。
サセプタの支持シャフトを変位および傾斜させるための駆動装置は、少なくとも、支持シャフトをｘ方向およびｙ方向に変位させ、支持シャフトをｘ方向に平行な回転軸周りおよびｙ方向に平行な回転軸周りに傾斜させることができるよう、必要な数のアクチュエータを備える。したがって、例えば４つのアクチュエータが設けられ、各々が１つの運動を引き起こす。アクチュエータは、好ましくは圧電作動要素である。
堆積装置が加熱状態にあるときに不整列が生じる場合、上述の不整列は、好ましくは堆積装置が加熱されて閉じられているときも、支持シャフトを移動させることによって補正される。
支持シャフトが実際に意図されたように垂直に整列しているが、予熱リングの中心を通る垂直軸に沿って整列していない場合、およびサセプタが意図されたように支持アーム上に位置決めされている場合、サセプタが支持シャフトの周りを回転すると、カメラシステムの画像抜粋における間隙の幅は、期待される記憶された幅とは異なることが観察されることになり、または、カメラシステムが９０°の方位角距離に配置された２つのカメラを含む場合、観察される間隙の幅は異なることが観察されることになる。この場合、予熱リングの位置に対する支持シャフトの位置に関して、支持シャフトの不整列が存在する。それは、予熱リングの中心を通る垂直軸に沿った位置に支持シャフトを水平に変位させることによって補正される。
支持シャフトが予熱リングの中心を通る垂直軸に沿って意図されたように整列され、サセプタが実際に予熱リングの位置に対して同心円状に位置決めされるが、支持アーム上で水平から傾けられる場合、支持シャフトの周りでのサセプタの回転中、カメラの画像抜粋における、カメラシステムからサセプタまでの距離は、観察の過程にわたって正弦波状に変動することが観察されることになる。このサセプタの不整列は、サセプタを意図した位置に戻すことによって補正される。
サセプタが実際に意図されたように支持アーム上に位置決めされるが、支持シャフトが予熱リングの中心を通る垂直軸に沿って意図された整列から離れるように傾けられる場合、予熱リングの位置に対する支持シャフトの位置に関する支持シャフトの不整列も存在する。この場合、サセプタと予熱リングとの間隙の観察される幅は、支持シャフトとサセプタとが意図したように位置決めされたときに観察され記憶された間隙の幅とは異なることがわかる。この支持シャフトの不整列は、観察された間隙の幅が記憶された間隙の幅に対応するように、予熱リングの中心を通る垂直軸に沿った意図された位置に支持シャフトを傾けることによって、補正される。
例えば、堆積装置の低温状態で不整列が存在しない、すなわち、支持シャフトは予熱リングの中心を通る垂直軸に沿って意図されるように整列され、サセプタは支持アーム上に水平かつ予熱リングの位置に対して同心円状に位置決めされ、そして、支持シャフトの不整列は、堆積装置の加熱中に、支持シャフトが意図した位置から傾くことによってのみ生じる場合がある。
本発明は、基板ウェハが堆積装置に単独で装填されるか、サセプタと共に装填されるかにかかわらず、適用することができる。好ましくは、本発明による方法は、閉じた堆積装置内で、少なくとも４５０℃の動作温度で、適用される。
サセプタは、平面視で円形の外周を有し、好ましくはポケットと載置面とを有し、その上に基板ウェハがその裏面の縁部領域において載置される。基板ウェハは、好ましくは、基板ウェハの裏面とポケットの境界を形成する基部との間に距離があるように、載置面上に載置される。基板ウェハの裏面からサセプタ下の反応チャンバへのドーパントの輸送を容易にするために、ポケットの底部に穴を組み込むことができる。穴の代わりに、基部は、材料の多孔性によりドーパントの輸送を確実にすることができる繊維材料で作製することができる。
基板ウェハは、基板ウェハの前面上に堆積されるエピタキシャル層がそうであるように、好ましくは、単結晶シリコンからなる。基板ウェハの直径は、好ましくは少なくとも２００ｍｍ、特に好ましくは少なくとも３００ｍｍである。
本発明はまた、好ましくは、サセプタの位置に対する基板ウェハの位置に関す基板ウェハの不整列を判断および補正するために、当業者に公知の特徴を含む。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
本発明による特徴を有する堆積装置の例示的な実施形態を示す。 サセプタと予熱リングとの間の間隙の観察を示す。
本発明による例示的な実施形態の詳細な説明
図１に示す堆積装置２０の反応チャンバは、上方から上部ドーム１７によって、下方から下部ドーム１８によって境界が定められている。支持シャフト９は、反応チャンバの中心に突出し、支持アーム１０は、前記シャフトから上端で分岐している。支持アーム１０は、エピタキシャル層の堆積中に基板ウェハ１が載置されるサセプタ２を支持する。図示の実施形態では、堆積装置２０の装填中に基板ウェハ１を昇降シャフト１１上に載置し、昇降シャフト１１を下降させることによって基板ウェハ１をサセプタ上に載置することが提供される。堆積ガスは、上部ドーム１７に面する基板ガラスの前面を介してガス入口からガス出口に向けられ、ガス入口およびガス出口は両方とも堆積装置の側壁に位置する。堆積装置の側壁とサセプタ２との間には予熱リング３が配置されている。加えて、サセプタの下において、反応チャンバを通って、その下向きの側と平行に向けられるパージガスのために、対応するガス入口およびガス出口を設けることができる。矢印は、ガス流の流れ方向を示す。反応チャンバは、上部ドーム１７および下部ドーム１８を通して放射エネルギーを照射するランプバンク１９によって外部から加熱される。
サセプタを囲む予熱リング３の位置に対するサセプタ２の位置に関するサセプタ２の意図された配置では、予熱リング３とサセプタ２との間に間隙５が設けられ、その幅はサセプタの外周および予熱リングの内周に沿って一定である。サセプタ２の中心を通る軸と予熱リング３の中心を通る垂直軸２２とは一致する。予熱リング３の位置に対する支持シャフト９の位置に関する支持シャフト９の意図された配置では、サセプタ２の外周と予熱リングの内周とに沿った間隙５の幅は一定であり、支持シャフトが回転すると回転軸と垂直軸２２が一致する。
サセプタ２が支持アーム１０上に水平に位置決めされているが予熱リングに対して偏心している場合、またはサセプタ２が支持アーム１０上に水平に位置決めされていない場合、すなわち、垂直軸２２に直交して整列していない平面に位置する場合、サセプタ２を囲む予熱リング３の位置に対するサセプタ２の位置に関するサセプタ２の不整列が存在する。次いで、第１のケースでは、サセプタ２と予熱リング３との間の間隙５の観察される幅が変化し、第２のケースでは、サセプタ２からカメラシステム７までの距離が変化し（図２）、これによって、支持シャフト９によってサセプタ２が回転されるときに間隙５の幅が観察される。
支持シャフト９を囲む予熱リング３の位置に対する支持シャフト９の位置に関する支持シャフト９の不整列が存在するのは、サセプタ２と予熱リング３との間の間隙５の観察される幅が変化する場合に、支持シャフト９が、垂直に配向されるが、予熱リング３の中心を通る垂直軸２２に沿ってではないからである。支持シャフト９を囲む予熱リング３の位置に対する支持シャフト９の位置に関する支持シャフト９の不整列が存在するのは、また、間隙５の観察される幅が間隙５の記憶された幅と比較して変化している場合に、支持シャフト９が意図された位置から傾いているからであり、すなわち、サセプタ２が回転するときに、支持シャフト９の回転軸と垂直軸２２とが予熱リング３の中心を通って平行に配置されていない場合である。
図２に示すカメラシステム７は、支持シャフト９によるサセプタ２の回転中に画像抜粋６を観察するためのカメラを備える。画像抜粋６は、好ましくは、基板ウェハ１の外周の一部分、サセプタ２の外周の一部分、および予熱リング３の内周の一部分、したがってサセプタ２と予熱リング３との間の間隙５の一部分を取り囲む、径方向に延在する領域を捕捉する。基板ウェハ１は、基板ウェハ１の裏側２３がサセプタ２の基部２４から離れるように、サセプタ２のポケット内において、載置面４上に配置される。画像抜粋６に含まれる情報は、特に間隙５の幅およびカメラシステム７からサセプタ２までの距離に関して、画像処理装置８によって評価される。制御装置２１は、サセプタ２および／または支持シャフト９の不整列の有無をチェックするために用いられ、必要に応じて、支持シャフト９の不整列がある場合には、存在する支持シャフトの不整列を補正する駆動装置１２（図１）動作させる信号を生成する。サセプタの不整列が存在する場合、堆積装置は、必要であれば周囲温度にされ、開放され、不整列が修正される。
駆動装置１２は、支持シャフト９を変位または傾斜させることができ、もちろん両方を同時に行うことができるという特別な特性を有する。駆動装置１２の可能な実施形態を図１に示す。支持シャフト９の移動は、圧電アクチュエータなどのアクチュエータによってトリガされる。支持シャフト９を水平面内で変位させるために、アクチュエータ１３（ｘ方向の変位用）および１４（ｙ方向の変位用）が設けられ、アクチュエータ１６は、ｘ方向に平行な回転軸を中心に図１の視平面から支持シャフト９を傾斜角φで傾斜させるために設けられ、アクチュエータ１５は、ｙ方向に平行な回転軸を中心に図１の視平面内で支持シャフト９を傾斜角θで傾斜させるために設けられる。
堆積装置２０の下部ドーム１８は、支持シャフト９の移動を可能にし、それによって形成された内部空間を周囲雰囲気の流入に対して封止するために、ベロー２５によって駆動装置１２に接続される。
使用される参照番号のリスト
１ 基板ウェハ
２ サセプタ
３ 予熱リング
４ 配置面
５ 間隙
６ 画像抜粋
７ カメラシステム
８ 画像処理装置
９ 支持シャフト
１０ 支持アーム
１１ 昇降シャフト
１２ 駆動ユニット
１３ アクチュエータ（ｘ方向）
１４ アクチュエータ（ｙ方向）
１５ アクチュエータ（傾斜角φ）
１６ アクチュエータ（傾斜角θ）
１７ 上部ドーム
１８ 下部ドーム
１９ ランプバンク
２０ 堆積装置
２１ 制御装置
２２ 垂直軸
２３ 裏面
２４ 基部
２５ ベロー

Claims (4)

  1. 半導体材料の基板ウェハ上にエピタキシャル層を堆積させる方法であって、前記基板ウェハがサセプタ上に載置され、前記サセプタが支持シャフトのアームによって保持されるように、堆積装置内に前記基板ウェハおよび前記サセプタを配置することと、前記サセプタの不整列が、前記サセプタを囲む予熱リングの位置に対する前記サセプタの位置に関して存在するかどうかを監視することと、前記支持シャフトの不整列が、前記予熱リングの位置に対する前記支持シャフトの位置に関して存在するかどうかを監視することと、前記不整列の少なくとも１つが存在する場合、対応の不整列を除去することと、前記エピタキシャル層を前記基板ウェハ上に堆積することとを含む、方法。
  2. 前記支持シャフトを所定の位置に移動させることによって前記支持シャフトの前記不整列を補正することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. ４５０℃以上の温度で前記支持シャフトを移動させることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
  4. 半導体材料で作られた基板ウェハ上にエピタキシャル層を堆積するための装置であって、サセプタと、予熱リングと、サセプタ支持アームを有する支持シャフトと、カメラシステムとを備え、前記カメラシステムは、前記サセプタと前記予熱リングとの間の間隙の一部分の幅および前記カメラシステムから前記サセプタまでの距離を監視するためのものであり、前記装置はさらに、前記予熱リングの位置に対する前記サセプタの位置に関する前記サセプタの不整列および／または前記予熱リングの位置に対する前記支持シャフトの位置に関する前記支持シャフトの不整列の存在を判定するための画像処理装置と、前記サセプタ支持シャフトを移動および傾斜させるための駆動ユニットと、不整列の場合に信号を生成するための制御装置とを備え、前記信号は、前記駆動装置を、前記存在する不整列を補正する態様で移動させる、装置。
JP2022565687A 2020-04-27 2021-04-14 半導体材料からなる基板ウェハ上にエピタキシャル層を堆積するための方法および装置 Pending JP2023528172A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20171534.9 2020-04-27
EP20171534.9A EP3905311A1 (de) 2020-04-27 2020-04-27 Verfahren und vorrichtung zum abscheiden einer epitaktischen schicht auf einer substratscheibe aus halbleitermaterial
PCT/EP2021/059668 WO2021219381A1 (de) 2020-04-27 2021-04-14 Verfahren und vorrichtung zum abscheiden einer epitaktischen schicht auf einer substratscheibe aus halbleitermaterial

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023528172A true JP2023528172A (ja) 2023-07-04

Family

ID=70475962

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022565687A Pending JP2023528172A (ja) 2020-04-27 2021-04-14 半導体材料からなる基板ウェハ上にエピタキシャル層を堆積するための方法および装置

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20230178398A1 (ja)
EP (1) EP3905311A1 (ja)
JP (1) JP2023528172A (ja)
KR (1) KR20230005250A (ja)
CN (1) CN115461852A (ja)
IL (1) IL297558A (ja)
TW (1) TWI763425B (ja)
WO (1) WO2021219381A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4098782A1 (de) * 2021-06-01 2022-12-07 Siltronic AG Verfahren zum abscheiden einer epitaktischen schicht auf einer substratscheibe aus halbleitermaterial in einer abscheidevorrichtung
US20230143537A1 (en) * 2021-11-11 2023-05-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Semiconductor processing tool and method of operation

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6197117B1 (en) * 1997-07-23 2001-03-06 Applied Materials, Inc. Wafer out-of-pocket detector and susceptor leveling tool
US8398777B2 (en) * 2008-05-02 2013-03-19 Applied Materials, Inc. System and method for pedestal adjustment
US8726837B2 (en) 2008-06-23 2014-05-20 Applied Materials, Inc. Semiconductor process chamber vision and monitoring system
JP5535347B1 (ja) * 2013-02-04 2014-07-02 エピクルー株式会社 撮像装置、半導体製造装置および半導体製造方法
KR101539298B1 (ko) * 2013-11-25 2015-07-29 주식회사 엘지실트론 에피택셜 웨이퍼 성장 장치
US10196741B2 (en) * 2014-06-27 2019-02-05 Applied Materials, Inc. Wafer placement and gap control optimization through in situ feedback
US9959610B2 (en) 2014-10-30 2018-05-01 Applied Materials, Inc. System and method to detect substrate and/or substrate support misalignment using imaging
EP3082155B1 (en) * 2015-04-14 2023-08-30 Ebara Corporation Substrate processing apparatus and substrate processing method
JP6432742B2 (ja) 2015-09-30 2018-12-05 信越半導体株式会社 エピタキシャル成長装置及びエピタキシャルウェーハの製造方法
DE102015223807A1 (de) 2015-12-01 2017-06-01 Siltronic Ag Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe mit epitaktischer Schicht in einer Abscheidekammer, Vorrichtung zur Herstellung einer Halbleiterscheibe mit epitaktischer Schicht und Halbleiterscheibe mit epitaktischer Schicht
KR101868907B1 (ko) * 2017-03-15 2018-07-20 (주)에스에스피 경사 및 높이 조절이 가능한 웨이퍼 스테이지 장치
KR102546322B1 (ko) * 2018-10-19 2023-06-21 에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이. 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN115461852A (zh) 2022-12-09
TW202140850A (zh) 2021-11-01
IL297558A (en) 2022-12-01
KR20230005250A (ko) 2023-01-09
WO2021219381A1 (de) 2021-11-04
US20230178398A1 (en) 2023-06-08
EP3905311A1 (de) 2021-11-03
TWI763425B (zh) 2022-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10465986B2 (en) Heat treatment apparatus
US20190304825A1 (en) Dual temperature heater
JP2023528172A (ja) 半導体材料からなる基板ウェハ上にエピタキシャル層を堆積するための方法および装置
US9099513B2 (en) Substrate processing apparatus, and substrate processing method
KR102508832B1 (ko) 서셉터의 정렬을 위한 장치 및 방법
US9163311B2 (en) Film forming apparatus
US7527694B2 (en) Substrate gripping apparatus
US20070148607A1 (en) Vertical boat and vertical heat processing apparatus for semiconductor process
JP2020503674A (ja) 半導体処理のための円錐形ウエハセンタリングおよび保持装置
JP2021012944A (ja) 基板処理装置及び基板の受け渡し方法
KR101977376B1 (ko) 증착 장치
US20210225618A1 (en) Substrate processing apparatus and substrate processing method
JP4851670B2 (ja) 基板処理方法及び基板処理装置及び半導体装置の製造方法及び基板移載方法
TWI792577B (zh) 在半導體材料的基板晶圓上沉積磊晶層的方法和設備
TWI812229B (zh) 在沉積設備中之半導體材料的基板晶圓上沉積磊晶層的方法
KR101436059B1 (ko) 반도체 제조 장치 및 방법
US11261538B1 (en) In-situ temperature mapping for epi chamber
US20240035162A1 (en) System and method for auto correction of substrate misalignment
TW202242187A (zh) 用以判定目標物在反應室中之位置的固定裝置、半導體處理系統及方法
JP5441227B2 (ja) 基板処理方法、基板処理装置、半導体装置の製造方法および基板移載方法
JP2016017185A (ja) 半導体製造装置および半導体装置の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A529 Written submission of copy of amendment under article 34 pct

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A529

Effective date: 20221214

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20221214

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20231228

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240206

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240430