JP4521545B2 - 気相成長装置およびウェーハの着脱方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気相成長装置およびウェーハの着脱方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン単結晶基板（以下「基板」と称す）の主表面にシリコンエピタキシャル層（以下「薄膜」と称す）を気相成長させてシリコンエピタキシャルウェーハを製造する気相成長装置として、バレル型気相成長装置がある。
【０００３】
このバレル型気相成長装置１００では、例えば図５に示すように、作業台４０の下方にベルジャ３０が設けられている。反応炉３２は、このベルジャ３０とガスリング３１とから構成される。このガスリング３１は、ベルジャ３０と同心的な円環状に形成されており、作業台４０の上面に露出してベルジャ３０の上端部を固定する。このガスリング３１の近傍には、円筒状のクランプカバー４１が複数箇所に配設される。また、ガスリング３１には、図示しないガスノズルが設けられる。また、ベルジャ３０の外方には、ハロゲンランプ等の加熱手段３０ａが設けられる。
そして、多角錐台状のサセプタ１０がシールプレート２１に回転可能に垂設されており、その全体が昇降可能に設けられる（図５（ａ）に、サセプタ１０とシールプレート２１を上昇させた状態を図示する）。このシールプレート２１は、サセプタ１０を反応炉３２の内部に下降させた時に、ガスリング３１の内側で開口している部分を塞ぐ役目を持っている。
【０００４】
このバレル型気相成長装置１００において、シリコンエピタキシャルウェーハを製造するには、座ぐり１０ａに基板を載置したサセプタ１０をベルジャ３０内に下降させて、シールプレート２１をガスリング３１に密着させる。この状態で、クランプカバー４１の内部に配設される図示しないクランプによって、シールプレート２１とガスリング３１とを圧接する。この結果、反応炉３２が密閉状態となる。
こうして反応炉３２の内部を密閉状態とし、座ぐり１０ａに載置されている基板を加熱手段３０ａによって加熱する。この状態で、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ₃）等のシリコン原料ガスとドーパントガスを、キャリアガスとなる水素（Ｈ₂）ガスと共に、ガスリング３１に設けられる図示しないガスノズルから、反応炉３２の内部に供給する。
【０００５】
このバレル型気相成長装置１００において、作業者は、サセプタ１０をその全体が露出するまで反応炉３２より上昇させた後に、座ぐり１０ａに基板を載置したり、座ぐり１０ａからシリコンエピタキシャルウェーハを取り出したりする。
この時、反応炉３２の上端部では、ガスリング３１が開口したままになり、この開口した部分から反応炉３２の内部に基板等が落下することがないように、この開口した部分を塞いでおく必要がある。このために、座ぐり１０ａに基板を載置したり、座ぐり１０ａからシリコンエピタキシャルウェーハを取り出す時には、例えば図５（ａ）に示すように、板状の部材からなる落下防止板（落下防止部材）１１０（図５（ｂ）参照）をガスリング３１の上面に載置する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この落下防止板１１０は、従来、ガスリング３１の上面に接触して載置されるために、その設置に際してガスリング３１の上面と擦れ合うようになってしまい、パーティクルの発生原因となる。このパーティクルが反応炉３２の内部に落下すると、その後に製造するシリコンエピタキシャルウェーハに結晶欠陥が生じる等の品質低下に繋がってしまう。また通常、ガスリング３１は金属製であり、シリコンエピタキシャルウェーハを金属汚染する原因にもなってしまう。
【０００７】
本発明の課題は、パーティクルの発生を抑制できる気相成長装置およびウェーハの着脱方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明の気相成長装置は、サセプタに形成された座ぐりにウェーハを着脱するに際して、該サセプタを反応炉の上方に露出させるように構成された気相成長装置において、反応炉の上方に露出させたサセプタの下面と前記反応炉の上端部との両方に非接触で移動して、当該サセプタの下方を覆う落下防止部材が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、サセプタの座ぐりからウェーハが落下したり、あるいは、サセプタ自体が落下しても、サセプタの下方を覆う落下防止部材によって保持できる。この落下防止部材は、反応炉の上方に露出させたサセプタの下面と反応炉の上端部との両方に非接触で移動するので、パーティクルの発生をより低減できる。この結果、パーティクルが反応炉内に落下することをより低減できるので、結晶欠陥が低減された高品質なシリコンエピタキシャルウェーハをより安定して製造できる。
【００１０】
本発明において、例えば、反応炉をその上端部にガスリングを備えて構成し、サセプタを、ガスリングと圧接されて反応炉内を密閉状態とするシールプレートに垂設するように構成する場合には、落下防止部材は、反応炉の上方に露出させたサセプタの下面とガスリングとの両方に非接触で移動して、当該サセプタの下方を覆うように構成する。
【００１１】
この場合に、落下防止部材は、ウェーハをサセプタから着脱する側に突出して、前記サセプタの下方を覆うように構成することが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明において、ガスリングとシールプレートとを圧接させるクランプと、このクランプを収容するクランプカバーとを備えて構成する場合には、落下防止部材は、クランプカバーに非接触で移動可能に設けることが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明において、落下防止部材が前記反応炉の上方から完全に回避したことを検知する検知部を備えても良い。
【００１５】
また、本発明のウェーハ着脱方法は、サセプタを反応炉の上方に露出させ、落下防止部材がサセプタの下面と反応炉の上端部との両方に非接触で移動してサセプタの下方を覆った状態で、サセプタに形成された座ぐりにウェーハを着脱することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図１から図４を参照して、本発明の実施の形態の気相成長装置１を詳細に説明する。なお、図５に示す従来のバレル型気相成長装置１００と同様の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この気相成長装置１は、いわゆるバレル型の気相成長装置１であり、サセプタ１０と、反応炉３２とを備えている。このサセプタ１０は、図１に示すように、作業台４０の上方にその全体が露出するように昇降可能に配設される。
【００１７】
このサセプタ１０は、下方に拡がる多角錐台状に形成されており、その傾斜している側周面には、シリコン単結晶基板を載置させる座ぐり１０ａが上下に列設される。また、サセプタ１０は、その中心軸を通る回転軸１０ｂの周りで一体的に回転するように構成される。
【００１８】
このサセプタ１０の上部には蓋部２０が設けられており、この蓋部２０はステンレスからなるシールプレート２１を備える。このシールプレート２１に回転軸１０ｂを介してサセプタ１０が垂設される。
このシールプレート２１の下面は円環状に形成されており、この円環状の部分には２本の図示しない同心円状の凹部が形成される。それぞれの凹部には、ゴム材料からなるＯリング２２が僅かに下方に突出して嵌め合わされる（図２参照）。また、この蓋部２０の円環状の部分よりも内側には、石英からなる薄円筒状のバッフル２３が下方に突出して設けられる。
【００１９】
作業台４０には、その外周にネジ山が形成された棒状のスクリューロッド４３が垂直に延在している。このスクリューロッド４３のネジ山に、蓋部２０と一体である図示しない部材が螺合している。この結果、スクリューロッド４３を回転させると、サセプタ１０は、ガスリング３１の内側の開口している部分を通って昇降する。
【００２０】
ベルジャ３０は、図２に示すように、作業台４０の下方に設けられており、反応炉３２は、ベルジャ３０とガスリング３１とから構成される。
このベルジャ３０は石英からなり、その外方にハロゲンランプ等の加熱手段３０ａが設けられる。このベルジャ３０の上端部にガスリング３１が設けられる。
即ち、本実施の形態では、反応炉３２の上端部はガスリング３１となっている。
このガスリング３１は、ベルジャ３０と同心的な円環状に設けられる。このガスリング３１は金属製であり、作業台４０の上面に露出する。
【００２１】
このガスリング３１の近傍には、円筒状のクランプカバ−４１が設けられる。
これらクランプカバ−４１は、ガスリング３１の円周に沿ってほぼ等間隔に離間する３ヶ所に設けられる。これらクランプカバ−４１には、その先端が爪状のクランプ４２が収容される。このクランプ４２は水平に突出するクランプ軸４２ａを備えており（図２参照）、このクランプ軸４２ａはクランプカバー４１に回動可能に軸支される。こうして、クランプ４２はクランプ軸４２ａの周りに回動可能に配設される。
なお、図１および図２においては、気相成長装置１を作業台４０の前面から見た様子を図示しているために、２つのクランプカバー４１だけを示している。
【００２２】
図１および図２において、右側のクランプカバー４１は、その上面で回転可能に配設される回転盤４１ａと、この回転盤４１ａの下方でクランプカバー４１の側面を覆う固定部材４１ｂとを備える。この固定部材４１ｂはクランプカバー４１に固定される。そして、回転盤４１ａに落下防止板（落下防止部材）１１が設けられる。
この落下防止板１１は、アルミニウム（Ａｌ）製の基体に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなるシートが全面に貼設されている。この落下防止板１１は、水平な板状の皿部１１ａを備えており、この皿部１１ａにはその三方を取り囲む囲繞壁１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが形成される。このうち、囲繞壁（傾斜部）１１ｂは上方に向かって傾斜している。
【００２３】
そして、落下防止板１１は回転盤４１ａに以下の通りにして設けられる。
即ち、回転盤４１ａには一対の支持部材４１ｃが立設されており、これら支持部材４１ｃを一対の軸１２が貫通している（図２（ｂ）参照）。これら軸１２は平行に延在しており、その一端が囲繞壁１１ｄの略中央から上方に延出するつるし部１１ｅに固定される。従って、落下防止板１１は、回転盤４１ａがクランプカバー４１の上面で回転することによって、クランプカバー４１の中心軸を中心として水平に回動する。
【００２４】
この気相成長装置１を使用し、以下の通りにしてシリコンエピタキシャルウェーハを製造する。
初めに、サセプタ１０が反応炉３２の内部に収容されている状態で、クランプ４２を軸４２ａの周りに回動させ、クランプ４２をクランプカバー４１の内部に退避させる。これにより、シールプレート２１とガスリング３１とを圧接する力が開放される。
【００２５】
次いで、スクリューロッド４３を回転させると、図２（ａ）に示すように、サセプタ１０が上昇する。このサセプタ１０はガスリング３１の内側を上昇し、その全体が作業台４０の上方に露出する。この時、サセプタ１０の下面はガスリング３１の上面よりも上方に位置する。本実施の形態では、サセプタ１０の下面とガスリング３１の上面との間におよそ５ｃｍ程度の隙間が設けられる。
【００２６】
このサセプタ１０の下方では、ガスリング３１が開口している。
そこで作業者は、図２（ｂ）に示すように、落下防止板１１を手動によって回動させてサセプタ１０の下方に位置させる。この落下防止板１１は、ガスリング３１の上部、サセプタ１０の下面、クランプカバ−４１等に接触することなく回動するように設計される。この結果、落下防止板１１の皿部１１ａがサセプタ１０の下方を覆うと共に、落下防止板１１の囲繞壁１１ｂは、基板をサセプタ１０から着脱する側である作業台４０の前方に向けてやや突出する配置となる。この作業は、落下防止板１１を単に回動させるだけなので作業性が極めて良い。
【００２７】
この状態で、作業者は、サセプタ１０の座ぐり１０ａに基板を載置する。この時、基板が座ぐり１０ａから落下した場合にも、サセプタ１０の下方が落下防止板１１によって覆われているので、落下防止板１１の上面に確実に保持される。さらに、落下防止板１１には、テトラフルオロエチレンからなるシートが貼設されているので、落下した基板が金属汚染することを抑制できる。さらに、サセプタ１０自体が落下した場合にも、このサセプタ１０は落下防止板１１上に保持される。
【００２８】
こうして、作業台４０の前方に位置する側周面の全ての座ぐり１０ａに基板を載置したら、サセプタ１０を回転軸１０ｂの周りに回転させることによって、未だ基板を載置していない座ぐり１１ａを作業台４０の前方に位置させる。この時、落下防止板１１がサセプタ１０の下方に位置したままの状態で、サセプタ１０を回転させることができる。このように、順次、サセプタ１０を回転させながら、全ての座ぐり１１ａに基板を載置する。
【００２９】
こうして基板の載置が終了したら、作業者は、図２（ｃ）に示すように、落下防止板１１を回動させてガスリング３１の上方から退避させる。
ここで、落下防止板１１がガスリング３１の上方から完全に退避するまで回動すると、回転盤４１ａの側面から水平に突出する突起４１ｄが、固定部材４１ｂの側面から水平に突出する突起４１ｅに当接し、落下防止板１１がそれ以上回動することを防止する（図１参照）。即ち、本実施の形態では、２つの突起４１ｃ、４１ｄによって検知部が構成される。この検知部によって、作業者は、サセプタ１０を下降させても落下防止板１１に干渉しないことを認識できる。
【００３０】
そして、スクリューロッド４３を回転させることによって、再びサセプタ１０を反応炉３２の内部に下降させる。この結果、図２（ｃ）に示すように、蓋部２０のシールプレート２１とガスリング３１とが密着する。この状態で、クランプ４２を軸４２ａの周りに回動させると、クランプ４２の先端の爪状の部分が、クランプカバー４１の図示しない開口より突出し、蓋部２０の上面を押さえ付ける。これにより、シールプレート２１の下面から僅かに突出するゴム製のＯリングによって、シールプレート２１とガスリング３１とが圧接される部分の気密性が確保され、反応炉３２の内部が密閉状態となる。
【００３１】
次いで、加熱手段３０ａによって基板を加熱しながら、ガスリング３１に設けられている図示しないガスノズルより、原料ガスをキャリアガスと共に供給する。この原料ガスは、回転軸１０ｂの周りに回転されるサセプタ１０の側周面に沿って流れながら、基板の主表面上に供給され、ベルジャ３０の下方から外部へ排出される。こうして基板上に薄膜が気相成長し、シリコンエピタキシャルウェーハが製造される。なおこの時、バッフル２３はガスリング３１の内面を覆う配置となっており、ガスリング３１の内面が汚れることを防止する。
【００３２】
その後シリコンエピタキシャルウェーハを取り出すには、上記同様の手順によって、サセプタ１０をガスリング３１より上方に露出させる。そして、落下防止板１１を回動させてサセプタ１０の下方に位置させた状態で、サセプタ１０の座ぐり１１ａからシリコンエピタキシャルウェーハを取り出す。
【００３３】
［実施例］
本実施の形態の気相成長装置１を使用し、落下防止板１１を回動させる際に生じるパーティクル数を計測する。
なお、パーティクルの測定には、光散乱式のパーティクル検査装置（以下「パーティクルカウンタ」と称す）を使用する。このパーティクルカウンタのパーティクル取り入れ口を、図１における左側のクランプカバ−４１の２０ｍｍ手前の位置に固定し、気中パーティクルを測定する。この測定時間は１分間とする。
【００３４】
また、パーティクルの測定は次の二水準について行う。それぞれの水準において２回の測定を行って得られたパーティクル数の平均値を求める。
（１）１分間のうちに落下防止板１１を２往復する。
（２）１分間のうちに落下防止板１１を１０往復する。
なお、このパーティクルカウンタでは、パーティクルの粒径に応じた６つのチャンネルが用意されており、（ＣＨ１）０．１４μmから０．２μm、（ＣＨ２）０．２μmから０．３μm、（ＣＨ３）０．３μmから０．５μm、（ＣＨ４）０．５μmから１．０μm、（ＣＨ５）１．０μmから２．０μm、（ＣＨ６）２．０μm以上の粒径のパーティクル数がそれぞれ計測される。
【００３５】
また、パーティクルの測定は、ベルジャ３０を交換した直後に行った。これは、シリコンエピタキシャルウェーハの製造時はベルジャ３０内が高温になるために、その後にサセプタ１０を上昇させてパーティクルを測定しようとしても、その測定雰囲気が高温となり、パーティクルカウンタの測定に支障があるからである。そこで、パーティクルの測定は、ベルジャ３０の温度が低い交換直後とした。
【００３６】
表１は本実施例の結果をまとめた表である。
表１中、「２回」とは、落下防止板１１を２往復させて測定されたパーティクル数であり、「１０回」とは、落下防止板１１を１０往復させて測定されたパーティクル数である。
【表１】

表１から判るように、何れの水準においてもパーティクル数は少なく、特に、０．３μm以上の粒径のパーティクルについては、極僅かに計測されるのみである。
【００３７】
［比較例］
従来の落下防止板１１０（図５参照）を用い、実施例と同様の条件によってパーティクルを測定する。なお、パーティクルを測定する水準は、実施例に対応させて以下の二水準とした。
（１）１分間のうちに落下防止板１１０を２回抜き差しする。
（２）１分間のうちに落下防止板１１０を１０回抜き差しする。
【００３８】
表２は比較例の結果をまとめた表である。
【表２】

【００３９】
［実施例と比較例との比較］
図３は、落下防止板１１、１１０を１分間当たり２回操作した場合に、本実施例と比較例において計測されたパーティクル数を比較して示したグラフである。
また、図４は、落下防止板１１、１１０を１分間当たり１０回操作した場合に、本実施例と比較例において計測されたパーティクル数を比較して示したグラフである。
図３および図４から判るように、本実施の形態の気相成長装置１では、落下防止板１１が、サセプタ１０の下面とガスリング３１等に非接触で回動するので、従来の落下防止板１１０を用いる場合と比較して、パーティクル数が大幅に低減する。
【００４０】
なお、落下防止板１１の具体的な細部構成は、本実施の形態に示したものに限定されない。
例えば、落下防止板１１としては、ガスリング３１の上部、サセプタ１０の下面、クランプカバー４１等に接触することなく移動できるように設けられていれば、落下防止板１１には、囲繞壁１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが形成されていなくても良く、単なる板状の部材につるし部１１ｅを形成しても良い。
また、落下防止板１１は必ずしもガスリング３１の全面を覆うように設計する必要はなく、サセプタ１０およびサセプタ１０から落下した基板を保持できれば、如何なる形状に設計しても良い。さらに、落下防止板１１の皿部１１ａに開口等を適宜設けても良い。この場合には、落下防止板１１の軽量化が図られる。
【００４１】
また、本実施の形態では、落下防止板１１を手動によって回動させるように構成したが、落下防止板１１を回動させる駆動モータを設け、落下防止板１１が自動的に回動するように構成しても良い。さらに、落下防止板１１を動かそうとする時に操作するスイッチを設け、前記スイッチから出力される信号を取得した制御部が、前記駆動モータを駆動させることによって、落下防止板１１を自動的に動作させても良い。
また、本実施の形態では、落下防止板１１がガスリング３１の上方から完全に退避したことを検知する検知部として、２つの突起４１ｃ、４１ｄを当接させる構成としたが、その他、落下防止板１１の位置を検出する各種センサ等を設けても良い。また、所定位置まで移動した落下防止板１１が押圧操作することによって信号を出力するスイッチを設けても良い。
その他、気相成長装置１の細部構成等についても本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、適宜に変更可能であることは勿論である。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、落下防止部材は、反応炉の上方に露出させたサセプタの下面と反応炉の上端部との両方に非接触で移動するので、パーティクルの発生をより低減できる。この結果、パーティクルに起因する結晶欠陥がより低減されるので、高品質なシリコンエピタキシャルウェーハをより安定して製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した一実施の形態の気相成長装置を示す図である。
【図２】図１の気相成長装置を使用してシリコンエピタキシャルウェーハを製造する一連の過程を示す図であり、（ａ）はサセプタを露出させた様子を示す図であり、（ｂ）はサセプタの下方に落下防止板を回動させた様子を示す図であり、（ｃ）はサセプタを反応炉に下降させた様子を示す図である。
【図３】落下防止板を１分間当たり２回操作した場合に、本実施例の結果と比較例の結果を示したグラフである。
【図４】落下防止板を１分間当たり１０回操作した場合に、本実施例の結果と比較例の結果を示したグラフである。
【図５】従来の気相成長装置１００を示す図であり、（ａ）は従来の落下防止板を載置した様子を示す図であり、（ｂ）は従来の落下防止板を示す図である。
【符号の説明】
１ 気相成長装置
１０ サセプタ
１０ａ 座ぐり
１１ 落下防止板
１１ｂ 囲繞壁（傾斜部）
２１ シールプレート
３０ ベルジャ
３１ ガスリング
３２ 反応炉
４１ クランプカバー
４１ｄ 突起（検知部の一部）
４１ｅ 突起（検知部の一部）
４２ クランプ

Claims (6)

1. サセプタに形成された座ぐりにウェーハを着脱するに際して、該サセプタを反応炉の上方に露出させるように構成された気相成長装置において、前記反応炉の上方に露出させたサセプタの下面と前記反応炉の上端部との両方に非接触で移動して、当該サセプタの下方を覆う落下防止部材が設けられていることを特徴とする気相成長装置。
2. 前記反応炉は上端部にガスリングを備えて構成されており、前記サセプタは、前記ガスリングと圧接されて当該反応炉内を密閉状態とするシールプレートに垂設されており、前記落下防止部材は、前記反応炉の上方に露出させたサセプタの下面と前記ガスリングとの両方に非接触で移動して、当該サセプタの下方を覆うことを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
3. 前記落下防止部材は、前記ウェーハを前記サセプタから着脱する側に突出して、前記サセプタの下方を覆うことを特徴とする請求項１または２記載の気相成長装置。
4. 前記ガスリングと前記シールプレートとを圧接させるクランプと、該クランプを収容するクランプカバーとを備え、前記落下防止部材は、前記クランプカバーに非接触で移動可能に設けられていることを特徴とする請求項２記載の気相成長装置。
5. 前記落下防止部材が前記反応炉の上方から完全に回避したことを検知する検知部を備えることを特徴とする請求項１から４の何れか一つに記載の気相成長装置。
6. サセプタを反応炉の上方に露出させ、落下防止部材が前記サセプタの下面と前記反応炉の上端部との両方に非接触で移動して当該サセプタの下方を覆った状態で、前記サセプタに形成された座ぐりにウェーハを着脱することを特徴とするウェーハの着脱方法。

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