JP5464068B2 - エピタキシャル成長装置における内部部材の位置調整方法 - Google Patents
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Description
本発明は、シリコンウェーハ等の半導体ウェーハの表面にエピタキシャル膜を成長させるためのエピタキシャル成長装置における内部部材の位置調整方法に関する。
エピタキシャルウェーハの製造に使用する装置として、バッチ式と枚葉式のエピタキシャル成長装置が用いられている。バッチ式装置は複数枚のウェーハを同時にエピタキシャル成長させるのに対し、枚葉式装置はウェーハを１枚ずつエピタキシャル成長させる。従来はウェーハが小口径であったのもあり、バッチ式装置が多用されていたが、バッチ式ではウェーハの大口径化に対応し難くなってきたため、現在では枚葉式装置が主に使用されている。
枚葉式では、上側ドーム及び下側ドームを密着させることで内部に形成されたチャンバーの内部に水平状態に配置されたサセプタの上面にウェーハを載置してサセプタの周囲に配置された加熱手段によってウェーハを高温状態に保持し、サセプタを回転させながら、高温状態に保持されたウェーハの表面上に反応ガスを流すことによってエピタキシャル成長を行っている（例えば、特許文献１参照。）。
従来、定期的なチャンバーのメンテナンスを行う際には、上側ドームを取外してチャンバーを大気開放し、チャンバー内に設置されている内部部材を取外し、この取外した内部部材に洗浄等を施した後、再度内部部材を設置していた。ここで内部部材の設置位置にずれがあると、サセプタに傾きが生じたり、サセプタ回転時に偏心が生じる。このようなサセプタの傾きやサセプタ回転時に偏心がおきている状態で製造されたエピタキシャルウェーハでは良好な膜厚均一性を得ることが困難である。このため、再度内部部材を設置するときには、内部部材に簡易治具等を直接接触させることによって設置位置の調整をしていた。
しかしながら、設置位置の調整に簡易治具等を使用するため、設置部材の位置出しに精度の問題がある場合があった。また、簡易治具等を使用した設置位置調整では、内部部材に直接接触させる必要があることから、必ずチャンバーを大気開放して行わなければならず、結果として、チャンバー大気開放時間が長くなるため、チャンバー内への汚染の持ち込みが増加するおそれがあり、また、装置の立ち上がりも遅くなる不具合があった。更に、簡易治具等による内部部材への直接接触によって簡易治具由来の汚染がチャンバー内に持ち込まれる不具合が生じていた。
本発明の目的は、従来の簡易治具等に代えて、光学センサを使用するため、高い精度での位置出しが可能な、エピタキシャル成長装置における内部部材の位置調整方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、上側ドームの上方に取付けた光学センサによって内部部材の位置関係を検出し、検出結果から、水平面に対する傾き度や高さバラツキを算出し、得られた算出結果に基づき、サセプタの傾き度や高さバラツキを上側ドームをクランプリングに固定した状態で是正するため、チャンバーを大気開放する必要がなく、結果として、内部部材の位置調整時におけるチャンバー内への汚染の持ち込みを抑制することが可能な、エピタキシャル成長装置における内部部材の位置調整方法を提供することにある。
本発明の第１の観点は、図１に示すように、上側ドーム１２を固定するクランプリング１４の上面にこのクランプリング１４と相応する径を有し、光学センサ２９を取付け可能な取付け箇所２８ａを複数箇所備えたセンサ取付け用リング２８を設け、上側ドーム１２の上方であってセンサ取付け用リング２８の取付け箇所２８ａに単一の光学センサ２９を取付け、取付け箇所２８ａに取付けられた光学センサ２９により上側ドーム１２外部のベースプレート２７を基準高さとして上側ドーム１２を介してエピタキシャル成長するための半導体ウェーハを載せるサセプタ１６とこのサセプタ１６の周囲に設けられたプレヒートリング１８の位置関係を検出し、この検出する工程を、検出毎に光学センサ２９の取付け位置を移動して複数回繰返し、光学センサ２９が検出した複数の位置関係からサセプタ１６の水平面に対する傾き度と、サセプタ１６のプレヒートリング１８に対する高さバラツキを算出し、この算出結果に基づいてサセプタ１６を水平回転させる回転軸を回転可能に固定する台座位置を調整することによりサセプタの傾き度又は高さバラツキの少なくとも１つを上側ドーム１２をクランプリング１４に固定した状態で是正することを特徴とするエピタキシャル成長装置における内部部材の位置調整方法である。
本発明の第２の観点は、第１の観点に基づく発明であって、更に図４に示すように、センサ取付け用リング２８に立設されたポール３１に水平方向にスライドレール３２を設け、このスライドレール３２に光学センサ２９が摺動可能に取付けられたことを特徴とする。
本発明のエピタキシャル成長装置における内部部材の位置調整方法では、従来の簡易治具等に代えて、光学センサを使用するため、高い精度での位置出しが可能となる。結果として、この位置調整方法を施したエピタキシャル成長装置を用いることで、エピタキシャル膜が均質なエピタキシャルウェーハを製造することができる。
また、上側ドームの上方に取付けた光学センサによって内部部材の位置関係を検出し、この検出結果から、サセプタの水平面に対する傾き度や、サセプタのヒートリングに対する高さバラツキを算出し、更に算出結果に基づいてサセプタの傾き度や高さバラツキを上側ドームをクランプリングに固定した状態で是正するため、内部部材の位置調整時にチャンバーを大気開放する必要がない。結果として、内部部材の位置調整時における調整時間を短縮でき、チャンバー内への汚染の持ち込みを抑制することができる。
次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
図２に示すように、枚葉式のエピタキシャル成長装置１０はエピタキシャル層を形成するためのチャンバー１１を備える。このチャンバー１１は、略伏せ椀状の上側ドーム１２と、略椀状の下側ドーム１３とを有し、これらのドーム１２，１３を互いに密着させることにより内部に空間が形成される。上側ドーム１２，下側ドーム１３は石英等の透明な材料から構成される。また、上側ドーム１２はクランプリング１４により固定され、これによりチャンバー１１内が大気と遮断される。クランプリング１４はＳＵＳ等の材料から構成される。このチャンバー１１内部の空間には、表面（上面）にエピタキシャル層を成長させるための単一の半導体ウェーハ（図示せず）を載せるサセプタ１６が設けられ、このサセプタ１６はサセプタサポートシャフト１７により回転可能に保持される。上記サセプタ１６は比較的厚い円板状に形成され、グラファイト等の材料から構成される。また、サセプタ１６の周囲には、サセプタ１６外周部から間隔を空け、かつサセプタ１６の同心円状にプレヒートリング１８が設けられる。サセプタサポートシャフト１７は、下側ドーム１３の中心に回転可能に挿通された回転用軸部１７ａと、回転用軸部１７ａの上面に放射状に設けられサセプタ１６の下面を受ける複数本の支持アーム部１７ｂとを有する。支持アーム部１７ｂの外径はサセプタ１６の外径より僅かに小さく形成される。サセプタ１６の底壁には、回転用軸部１７ａの軸線を中心とする同一円周上であって円周方向に等間隔に複数の貫通孔１６ａが形成される。
一方、貫通孔１６ａにはリフトピン１９が挿通される。上記サセプタ１６はＳｉＣ膜により被覆されたカーボンにより形成され、リフトピン１９はＳｉＣ、グラシーカーボン（ガラス状カーボン）又は石英のいずれかにより形成される。このリフトピン１９はリフトシャフト２１により回転可能に保持される。リフトシャフト２１は、下側ドーム１３の中心に回転可能に挿通された回転用軸部２１ａと、回転用軸部２１ａの上面に放射状に設けられリフトピン１９の下面を受ける複数本のリフトアーム部２１ｂとを有する。回転用軸部１７ａ，２１ａの下方にはローテーションユニット２２が設けられる。このローテーションユニット２２により、サセプタ１６、サセプタサポートシャフト１７、リフトピン１９、リフトシャフト２１の各部材における上下運動、回転運動が行われる。上下運動はプロセスチャンバーからのウェーハの出し入れ（プロセス、ホーム、エクスチェンジポジション）の際に、回転運動はエピタキシャル成長中のサセプタ１６、サセプタサポートシャフト１７、リフトピン１９、リフトシャフト２１の各部材の回転の際にそれぞれ行われる。
一方、上側ドーム１２の外周面にはガス供給口１２ａ及びガス排出口１２ｂが配設される。ガス供給口１２ａには原料ガス及びキャリアガスを供給するガス導入管２３の一端が接続され、ガス排出口１２ｂにはガス排出管２４の一端が接続される。ガス導入管２３及びガス排出管２４はハステロイのような耐塩酸合金により形成される。また、上側ドーム１２の上方には上側ランプ（図示せず）が設けられ、下側ドーム１３の下方には下側ランプ２６が設けられる。これらのランプはハロゲンランプ、白熱ランプ、アークランプ、グラファイトヒータ等により形成される。更にチャンバー１１内には原料ガスがキャリアガスとともに導入されるように構成される。ここで、原料ガスとしては、ＳｉＨ2Ｃｌ2、ＳｉＨＣｌ3、ＳｉＨ4又はＳｉＣｌ4等が挙げられ、キャリアガスとしては、主にＨ2が挙げられる。ガス導入管２３及びガス供給口１２ａから導入された原料ガス等は上側ドーム１２とシリコンウェーハの間の空間を流れ、シリコンウェーハの表面にシリコン単結晶薄膜からなるエピタキシャル層を形成した後、ガス排出口１２ｂ及びガス排出管２４を通って排出されるようになっている。なお、上側ドーム１２外部に位置する符号２７はベースプレートである。
このように構成されたエピタキシャル成長装置における内部部材の位置調整方法を説明する。
先ず、図１に示すように、上側ドーム１２を固定するクランプリング１４の上面にセンサ取付け用リング２８を設置する。このセンサ取付け用リング２８は、クランプリング１４と相応する径を有し、光学センサ２９を取付け可能な取付け箇所２８ａを複数箇所備える。図３に示すセンサ取付け用リング２８では、６箇所の取付け箇所２８ａを備える。センサ取付け用リング２８は、光学センサ保持強度の理由からＳＵＳ等の金属材料から構成されることが好ましい。
次いで、センサ取付け用リング２８の複数の取付け箇所２８ａの任意の箇所に単一の光学センサ２９を取付ける。取付け箇所２８ａへの光学センサ２９の取付けはネジにより固定することが好ましい。この取付けにより、光学センサ２９はクランプリング１４上へ設置され、チャンバー１１外から各部材の設置位置高さを測定をすることができる。光学センサ２９は測定領域幅を広げるため、取付け箇所２８ａにポール３１を立設し、このポール３１の上側に光学センサ２９を取付けることが好ましい。光学センサ２９は既存のレーザー三角測量方式を使用することができる。また、図４に示すように、センサ取付け用リング２８に立設されたポール３１に水平方向にスライドレール３２を設け、このスライドレール３２に光学センサ２９を摺動可能に取付けてもよい。スライドレール３２に摺動可能に光学センサ２９を取付けることで、光学センサ２９による測定領域幅がより広がるため、より精度の高い検出をすることができる。
次に、任意の取付け箇所２８ａに取付けられた光学センサ２９により少なくともベースプレート２７、サセプタ１６及びプレヒートリング１８の測定領域における高さを測定し、ベースプレート２７を基準高さとしてサセプタ１６とプレヒートリング１８の位置関係を検出する。このサセプタ１６とプレヒートリング１８の位置関係の検出は、上側ドーム１２を介して非接触により行われるため、チャンバーを大気開放する必要がない。
図６に、実際に光学センサ２９により測定して得られた、チャンバー内外部材の設置位置高さプロファイルを示す。図６中、Ａはベースプレート、Ｂはクランプリング、Ｃはセンサー取付リング、Ｄは石英ライナー、Ｅはプレヒートリング、Ｆはサセプタを示す。図６に示すように、非接触で各部材の設置位置高さを検出することができる。
次に、上記検出する工程を、検出毎に光学センサ２９の取付け位置を移動して複数回繰返す。即ち、任意の取付け箇所での検出後、光学センサ２９を任意の取付け箇所から取外し、別の取付け位置に取付けることで光学センサ２９の取付け位置を移動し、この別の取付け位置で同様の測定を行い、それぞれの位置関係を検出する。検出回数が多いほど、算出される結果の精度がより高まるが、この検出工程を、取付け用リングの異なる取付箇所で少なくとも３回以上、好ましくは３回〜５回繰返すことが実用的である。また、取付け箇所は、ガス供給口１２ａ及びガス排出口１２ｂに近い箇所をそれぞれ選択することが好ましい。
次に、光学センサが検出した複数の位置関係からサセプタの水平面に対する傾き度と、サセプタのプレヒートリングに対する高さバラツキを算出する。サセプタの水平面に対する傾き度は、複数箇所のセンサ取付け箇所において測定されたサセプタのエッジ部高さのバラツキより算出し、プレヒートリングに対するサセプタ設置高さはセンサの各取付け箇所において測定されたプレヒートリングとサセプタエッジ部の設置高さとの差異により算出する。
次に、算出結果に基づいてサセプタを水平回転させる回転軸を回転可能に固定する台座位置を調整することによりサセプタの傾き度又は高さバラツキの少なくとも１つを上側ドームをクランプリングに固定した状態で是正する。
具体的には、図５に示すローテーションユニット２２に備え付けられた調整ねじ２２ａ，２２ｂで矢印方向に調整することにより、サセプタの傾き度を上側ドーム１２をクランプリング１４に固定した状態で是正することができる。また、ローテーションユニット２２に備え付けられた昇降ねじ（図示せず）でサセプタ設置高さを調整することにより、サセプタの高さバラツキを上側ドーム１２をクランプリング１４に固定した状態で是正することができる。
このように、本発明のエピタキシャル成長装置における内部部材の位置調整方法により、サセプタの傾き度又は高さバラツキを高い精度で位置出しを是正することができるため、この位置調整方法を施したエピタキシャル成長装置を用いることで、エピタキシャル膜が均質なエピタキシャルウェーハを製造することができる。
また、上側ドームの上方に取付けた光学センサによって内部部材の位置関係を検出し、この検出結果から、サセプタの水平面に対する傾き度や、サセプタのヒートリングに対する高さバラツキを算出し、更に算出結果に基づいてサセプタの傾き度や高さバラツキを上側ドームをクランプリングに固定した状態で是正するため、内部部材の位置調整時にチャンバーを大気開放する必要がない。結果として、内部部材の位置調整時における調整時間を短縮でき、チャンバー内への汚染の持ち込みを抑制することができる。
１０ エピタキシャル成長装置
１２ 上側ドーム
１４ クランプリング
１６ サセプタ
１８ プレヒートリング
２７ ベースプレート
２８ センサ取付け用リング
２８ａ 取付け箇所
２９ 光学センサ
１２ 上側ドーム
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２８ａ 取付け箇所
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Claims (2)
- 上側ドームを固定するクランプリングの上面に前記クランプリングと相応する径を有し、光学センサを取付け可能な取付け箇所を複数箇所備えたセンサ取付け用リングを設け、
前記上側ドームの上方であって前記センサ取付け用リングの取付け箇所に単一の光学センサを取付け、
前記取付け箇所に取付けられた光学センサにより前記上側ドーム外部のベースプレートを基準高さとして前記上側ドームを介してエピタキシャル成長するための半導体ウェーハを載せるサセプタと前記サセプタの周囲に設けられたプレヒートリングの位置関係を検出し、前記検出する工程を、前記検出毎に前記光学センサの取付け位置を移動して複数回繰返し、
前記光学センサが検出した複数の位置関係から前記サセプタの水平面に対する傾き度と、前記サセプタの前記プレヒートリングに対する高さバラツキを算出し、
前記算出結果に基づいて前記サセプタを水平回転させる回転軸を回転可能に固定する台座位置を調整することにより前記サセプタの傾き度又は高さバラツキの少なくとも１つを前記上側ドームを前記クランプリングに固定した状態で是正する
ことを特徴とするエピタキシャル成長装置における内部部材の位置調整方法。 - 前記センサ取付け用リングに立設されたポールに水平方向にスライドレールを設け、このスライドレールに光学センサが摺動可能に取付けられた請求項１記載の位置調整方法。
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