JP6432742B2

JP6432742B2 - 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

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Publication number: JP6432742B2
Application number: JP2015193956A
Authority: JP
Inventors: 小林　武史; 武史小林
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2018-12-05
Anticipated expiration: 2035-09-30
Also published as: JP2017069414A

Description

本発明は、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に関する。

例えば、半導体デバイスの製造工程においては、外気を遮断した反応炉内に配置した基板上に反応ガスを供給して基板にエピタキシャル層（薄膜）をエピタキシャル成長させる工程がある。この工程に使用される一般的な枚葉式の気相成長装置は円盤状のサセプタを有し、サセプタの表面には、基板の直径より数ミリ大きい内径を有する凹状のポケット部が形成され、ポケット部に基板が載置される。また、サセプタの裏面には、サセプタを支持するアームが接続し、アームには、例えば、鉛直方向の下方に沿って延びるサポートシャフトと称する軸部が接続する。軸部は軸部の軸線回りに回転可能であり、軸部が軸線回りに回転することで、サセプタとともにサセプタのポケット部に載置された基板が回転する。

ポケット部に載置される基板は、サセプタに対して昇降動作するリフトピンと称される複数本のピンによりポケット部に搬送される。具体的には、ポケット部にはサセプタの表裏を貫通する複数の貫通孔が形成される。各貫通孔にはサセプタに対して昇降可能に動作するリフトピンが挿入される。例えば、サセプタの上方に搬送された基板をポケット部に載置する場合は、各貫通孔から上方にリフトピンを突出させ、突出した複数のリフトピンの先端面で基板の裏面を支持するように基板を受け取る。そして、各リフトピンで基板を支持したまま各リフトピンを同時に下降させ、ポケット部に基板を降ろすことでポケット部に基板が載置される。基板を載置した後、リフトピンは、引き続き下降し、例えば、リフトピンの上端部が貫通孔に引っ掛かった状態で止まる。その後、軸部を軸線回りに回転させることで、サセプタとともにポケット部に載置された基板を回転させ、基板上に反応ガスを導入してエピタキシャル成長が施される。

ポケット部に載置される基板は、基板とポケット部との間の隙間が基板の周方向に沿って均一となるように基板の中心がポケット部の中心に一致するように載置されることが望ましい。しかし、ポケット部と基板の中心がずれることで、ポケット部と基板との間の隙間が基板の周方向で不均一になる場合がある。このように載置された基板に対してエピタキシャル成長を施すと、不均一となった隙間によりエピタキシャル成長時に供給される反応ガスの流れが変化する。その結果、基板の外周部に成長するエピタキシャル層の膜厚分布が不均一となり、製造されるエピタキシャルウェーハの平坦度が悪化してしまう。

平坦度を悪化させる基板の載置位置のずれの原因としては、反応炉内に位置するサセプタが熱変形して反応炉内におけるサセプタの位置がずれ、ポケット部に載置される基板の中心がポケット部の中心からずれることが考えられる。そこで、特許文献１では、先にサセプタに載置された基板の位置を測定し、測定した位置に基づき基板を搬送する搬送ロボットが次にサセプタの上方で停止する位置を調節し、ポケット部に載置される基板の載置位置のずれを抑制している。

しかし、特許文献１では、基板がリフトピンに渡される前、即ち、搬送ロボットに支持された基板の位置を搬送ロボットで調節するものであり、基板がリフトピンに渡された後においては、基板の位置を調節できない。搬送ロボットに支持された基板がリフトピンに渡される際は、基板の裏面がリフトピンの先端面で突き上げられ、搬送ロボットで調節された基板の位置が水平方向にずれてリフトピンに基板が受け渡される。この位置ずれが毎回同じ位置にずれる場合は、特許文献１の方法により基板の載置位置のずれを抑制することもできる。しかし、搬送ロボットからリフトピンに基板を受け渡す際に生じる基板の位置ずれは基板毎に変化する。それ故、搬送ロボット上で基板の位置を調節してもポケット部に載置される基板の載置位置のばらつきを十分に抑制することができない。

そこで、特許文献２及び３には、リフトピンに載置された基板を観察し、その観察結果を利用して基板にエピタキシャル成長を施すエピタキシャルウェーハの製造方法が開示されている。

特開２０１４−１２７５９５号公報特開平１０−２９４２８７号公報特開２０１４−２２９８６１号公報

しかし、特許文献２及び３では、リフトピンにおける基板の反りを観察するものであり、リフトピン上における基板の位置のずれを調節するものではない。

本発明の課題は、リフトピンに支持された基板とサセプタとの位置関係を調節可能な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を提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明のエピタキシャル成長装置は、
基板が載置されるサセプタと、
サセプタの表裏を貫通する貫通孔と、
貫通孔に挿入されてサセプタとの間で基板の受け渡しするために基板を支持して搬送するリフトピンと、
リフトピンに支持された基板の水平方向の位置情報を取得する取得部と、
サセプタとリフトピンとの水平方向の相対的な位置関係を変更することが可能な駆動部と、
位置情報に基づき駆動部を制御して水平方向におけるサセプタと基板との位置関係を調節する制御部と、
を備えることを特徴とする。

本発明のエピタキシャル成長装置では、リフトピンに支持された基板の水平方向の位置情報に基づきサセプタとリフトピンとの水平方向の相対的な位置関係を変更する。よって、リフトピンに支持された基板とサセプタとの水平方向の位置関係を調節することが可能となる。

本発明の実施態様では、制御部は、駆動部を制御して水平方向にサセプタを移動させて位置関係を調節する。これによれば、基板を支持するリフトピンの代わりにサセプタを移動させることで、リフトピンに載置された基板の位置がずれることなく、水平方向におけるサセプタと基板との位置関係を調節できる。

また、本発明の別の実施態様では、制御部は、駆動部を制御して水平方向にリフトピンを移動させて位置関係を調節する。これによれば、リフトピンを移動させる場合でも水平方向におけるサセプタと基板との位置関係を調節できる。

本発明の実施態様では、駆動部は、サセプタに対してリフトピンを相対的に上下方向に移動させることが可能であり、制御部は、駆動部を制御してサセプタに対してリフトピンを相対的に下降させてサセプタに基板を載置する。これによれば、水平方向におけるサセプタと基板との位置関係を調節した基板をサセプタに載置できる。

本発明の実施態様では、取得部は、リフトピンに支持された基板の上方から基板の撮像画像を撮像して撮像画像を位置情報として取得する撮像部を有する。これによれば、基板の撮像画像により基板の位置情報を容易に取得できる。

本発明の実施態様では、水平方向において互いに直交する２つの軸を第１軸と第２軸とし、撮像部は、第１軸の一端側に位置する基板の端部を含む領域を撮像する第１カメラと、第２軸の一端側に位置する基板の端部を含む領域を撮像する第２カメラとを有し、第１及び第２カメラが撮像する撮像画像を位置情報とする。これによれば、基板の中心回りに９０度ずれた基板の端のペアを撮像することで、撮像画像から、例えば、基板の中心位置などの基板の位置情報を精度よく取得することが可能となる。

本発明の実施態様では、駆動部は、上下方向に延びる軸線回りにサセプタとリフトピンを同期して回転させることが可能である。これによれば、気相成長時などにリフトピンに阻害されずにサセプタを回転させることが可能となる。

本発明の実施態様では、サセプタを支持して駆動部に接続するサセプタ支持部と、リフトピンを支持して駆動部に接続するリフトピン支持部と、を備え、駆動部は、サセプタ支持部を通じてサセプタを間接的に作動させ、かつ、リフトピン支持部を通じてリフトピンを間接的に作動させる。これによれば、駆動部により間接的にサセプタ及びリフトピンを移動、回転させることができる。

本発明の実施態様では、リフトピンの下端は、リフトピン支持部に固定されている。これによれば、リフトピンが移動する際にリフトピンがぐらつくのを抑制できる。よって、リフトピンで基板を移動させる際にリフトピン上で基板の位置がずれるのを抑制することができる。

また、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、
サセプタに向けて基板を搬送するためのリフトピンに支持された基板の水平方向の位置を計測する計測工程と、
計測工程で計測した位置に基づき水平方向におけるサセプタと基板との位置関係を調節する調節工程と、
を備えることを特徴とする。

本発明は、エピタキシャルウェーハの製造方法として構成したものである（前述の発明はエピタキシャル成長装置として構成したものである）。前述の発明と同様にリフトピンに支持された基板とサセプタとの水平方向の位置関係を調節することが可能となる。

本発明の実施態様では、調節工程は、リフトピン又はサセプタの少なくとも一方を水平方向に移動させて位置関係を調節する。これによれば、水平方向におけるサセプタと基板との位置関係を調節できる。

本発明の実施態様では、調節工程後にサセプタに対してリフトピンを相対的に下降させ、サセプタに基板を載置する載置工程を備える。これによれば、水平方向におけるサセプタと基板との位置関係を調節した基板をサセプタに載置できる。

本発明の実施態様では、載置工程は、リフトピンの姿勢を維持した状態でサセプタに対してリフトピンを相対的に下降させる。これによれば、リフトピンが移動する際にリフトピンがぐらつくのを抑制できる。そのため、リフトピンで基板を搬送する際にリフトピン上で基板の位置がずれるのを抑制することができる。

本発明の実施態様では、載置工程後に基板にエピタキシャル層を成長させる成長工程を備える。これによれば、基板に成長させるエピタキシャル層の外周部において、膜厚分布の均一性の良いエピタキシャルウェーハを製造することができる。

本発明の実施態様では、計測工程は、リフトピンに支持された基板の上方から基板の撮像画像を撮像し、撮像画像に基づき基板の水平方向の位置を計測する。これによれば、基板の撮像画像により基板の位置情報を容易に取得できる。具体的には、水平方向において互いに直交する２つの軸を第１軸と第２軸とし、計測工程は、第１軸の一端側に位置する基板の端部を含む領域と、第２軸の一端側に位置する基板の端部を含む領域を撮像画像として撮像する。これによれば、基板の中心回りに９０度ずれた基板の端のペアを撮像することで、撮像画像から、例えば、基板の中心位置などの基板の位置情報を精度よく取得することが可能となる。

本発明の一例の枚葉式の気相成長装置を示す模式断面図。図１のサセプタに基板を載置した一例を示す模式平面図。図１の基板が載置されていないサセプタ、リフトピン、サセプタ支持部及びリフトピン支持部等を示す模式図。図３の状態からサセプタに対して相対的にリフトピンを上昇させた状態を示す模式図。サセプタに対して相対的に上昇したリフトピンに支持された基板と、サセプタとの位置関係を示す模式平面図。図５の状態からサセプタに対して相対的にリフトピンを水平方向に移動させ、基板の中心とポケット部の中心を一致させた状態を示す模式平面図。図３の気相成長装置の制御部の一例を示すブロック図。比較例で使用した枚葉式の気相成長装置を示す模式断面図。図８の気相成長装置におけるリフトピンを上昇させ、リフトピンの先端面で基板を支持した状態を示す模式拡大図。図９の状態からリフトピンを下降させてサセプタに基板を載置した状態を示す模式拡大図。

図１は本発明のエピタキシャル成長装置の一例の枚葉式の気相成長装置１を示す。気相成長装置１により半導体基板（以下、「基板Ｗ」とする）にエピタキシャル層が気相成長され、エピタキシャルウェーハが製造される。気相成長装置１により、例えば、シリコン単結晶基板にシリコンエピタキシャル層を成長してシリコンエピタキシャルウェーハが製造される。

気相成長装置１は、透明石英製の天板２ａを有する反応炉２を備える。反応炉２の内部には、サセプタ３と、サセプタ３との間で基板Ｗの受け渡しをするリフトピン４と、サセプタ３を支持する石英製のサセプタ支持部５と、リフトピン４を支持する石英製のリフトピン支持部６を備える。

サセプタ３は、基板Ｗを水平又は略水平に支持するように円盤状に形成される。図２に示すようにサセプタ３は、サセプタ３の表面が円盤状に窪むポケット部３ａと、ポケット部３ａの表面からサセプタ３の裏面に向けて貫通する複数の貫通孔３ｂを備える。ポケット部３ａは、基板Ｗの直径より数ミリ大きく、基板Ｗの厚みと同程度の深さにサセプタ３の上面が円盤状にくり貫かれた凹状に形成される。ポケット部３ａの内側には基板Ｗが載置される。貫通孔３ｂは、例えば、円筒状の孔として形成され、貫通孔３ｂは、図２に示す平面視におけるポケット部３ａの中心Ｃ１回りに等角度間隔に複数（３つ）形成される。図１では２つの貫通孔３ｂが図示され、サセプタ３は、ポケット部３ａに基板Ｗが載置された状態で鉛直方向に延びる軸線Ｏ回りに回転可能なように反応炉２内に配置される。

サセプタ３の貫通孔３ｂには、サセプタ３との間で基板Ｗの受け渡しをするリフトピン４が挿入される。リフトピン４は、例えば、貫通孔３ｂの内径より小さい直径を有する円柱状に形成される。円柱状のリフトピン４の上端部（先端面）は、サセプタ３との間で基板Ｗを受け渡す際に基板Ｗを支持する支持面となり、リフトピン４の下端部は、後述するリフトピン支持部６に固定される。リフトピン４が貫通孔３ｂに挿入された状態で、リフトピン４は貫通孔３ｂ内を一定の距離、水平方向に移動可能なように貫通孔３ｂの内径とリフトピン４の直径の寸法が設定される（図２参照）。

図１に示すようにサセプタ３は、サセプタ支持部５で支持される。サセプタ支持部５は、サセプタ３の裏面側からサセプタ３を水平又は略水平に支持するように位置する。サセプタ支持部５は、軸線Ｏを軸心とするように鉛直方向に円筒状に延びる筒状部５ａと、筒状部５ａの上端部から放射状に延びてサセプタ３の裏面に接続するアーム５ｂを備える。

リフトピン４は、図１に示すリフトピン支持部６で支持される。リフトピン支持部６は、上端部が筒状部５ａから突出するように筒状部５ａに挿入される円柱状の支柱部６ａと、支柱部６ａの上端部から放射状に延びてリフトピン４の下端部に接続するアーム６ｂを備える。アーム６ｂにはリフトピン４の下端が固定され、アーム６ｂからリフトピン４が軸線Ｏに沿って突出するようにリフトピン４の姿勢が維持される。筒状部５ａに支柱部６ａが挿入された状態で支柱部６ａは筒状部５ａ内を一定の距離、水平方向に移動可能なように筒状部５ａの内径と支柱部６ａの外径の寸法が設定される。

筒状部５ａと支柱部６ａの下端部にはそれぞれ駆動部７が接続される。駆動部７は、筒状部５ａと支柱部６ａを独立して作動させる駆動手段（例えば、モーター）として構成される。駆動部７は、筒状部５ａを軸線Ｏ回りに回転可能であり、軸線Ｏに沿うように筒状部５ａを上下方向と水平方向（軸線Ｏに直交する平面の面内方向）に筒状部５ａを移動可能である。また、駆動部７は、支柱部６ａを軸線Ｏ回りに回転可能であり、軸線Ｏに沿う上下方向に移動可能である。

図３及び図４は、駆動部７によりリフトピン４を上下に作動させた様子を示す。図中のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は互いに直交する軸であり、Ｚ軸が軸線Ｏに対応する上下方向に延びる軸であり、Ｘ軸とＹ軸が水平方向において互いに直交して延びる軸である。図３に示す位置から駆動部７が筒状部５ａだけを下降又は支柱部６ａだけを上昇させると、筒状部５ａが支柱部６ａに対して相対的に下降することでリフトピン４が貫通孔３ｂから突出する（図３→図４）。逆に貫通孔３ｂから突出したリフトピン４を下降させる場合には、駆動部７が筒状部５ａ又は支柱部６ａを逆に作動させることで、リフトピン４が貫通孔３ｂの内部に収まる（図４→図３）。

図５及び図６は、駆動部７によりリフトピン４をサセプタ３に対して相対的に水平方向に移動させた様子を示す。図中のＸ軸とＹ軸は、図３及び図４のＸ軸とＹ軸に対応する軸である。図５及び図６は、貫通孔３ｂから突出したリフトピン４上に基板Ｗが支持された状態を示しており、図４のリフトピン４上に基板Ｗが載置された状態に相当する。図５に示す位置から駆動部７が筒状部５ａを水平方向（Ｘ軸・Ｙ軸方向）に移動させると、筒状部５ａが水平方向に移動し、リフトピン４がサセプタ３に対して相対的に水平方向に移動する。駆動部７が筒状部５ａを作動させると、例えば、ポケット部３ａの中心Ｃ１からずれた基板Ｗの中心Ｃ２を中心Ｃ１に一致させることができ（図５→図６）、リフトピン４とサセプタ３の水平方向の位置関係が調節される。

図１に戻って、反応炉２の外側には反応炉２の左右にガス供給管８及びガス排出管９が配置される。また、反応炉２の上下に複数のランプ１０が配置されるとともに、反応炉２内のサセプタ３に載置された基板Ｗの上方に複数のカメラ１１が配置される。

ガス供給管８は、反応炉２の水平方向の一端側（図１左側）に位置し、反応炉２内に各種のガスを略水平に供給する。ガス供給管８は、例えば、気相成長時には反応炉２内に気相成長ガスＧを供給する。気相成長ガスＧは、シリコン単結晶膜の原料となる原料ガスと、原料ガスを希釈するキャリアガスと、単結晶膜に導電型を付与するドーパントガスを有する。

ガス排出管９は、反応炉２の水平方向の他端側（図示右側）に位置し、反応炉２内のガスを反応炉２外に排出する。ガス排出管９からは、基板Ｗを通過した気相成長ガスＧ等が排出される。

ランプ１０は、反応炉２の上下に複数配置され、気相成長時に反応炉２内を加熱して反応炉２内に位置する基板Ｗ等の温度を調節する熱源となる。

カメラ１１は、反応炉２の透明石英製の天板２ａの上方に位置し、天板２ａを通して反応炉２内を撮影する。カメラ１１は、第１カメラ１１ａと第２カメラ１１ｂを有して、第１及び第２カメラ１１ａ、１１ｂにより、リフトピン４に支持された基板Ｗを撮影する。具体的には、第１及び第２カメラ１１ａ、１１ｂにより図２に示す撮像領域Ｒ１、Ｒ２を撮像する。図２では、図２に示すポケット部３ａの中心Ｃ１が原点となるように水平方向で互いに直交するＸ軸とＹ軸が図示される。撮像領域Ｒ１は、Ｘ軸の一端側に位置する（Ｘ軸の値が最大値となる）基板Ｗの端ｐ１を含む領域である。撮像領域Ｒ２は、Ｙ軸の一端側に位置する（Ｙ軸の値が最大値となる）基板Ｗの端ｐ２を含む領域である。第１、第２カメラ１１ａ、１１ｂによりＸＹ平面上（水平方向）における基板Ｗの位置を計測することが可能な撮像画像（動画等）が撮像される。カメラ１１が本発明の「取得部」及び「撮像部」に相当する。

図３及び図４に示すように第１及び第２カメラ１１ａ、１１ｂ並びに駆動部７は、それらを各々制御する制御部１２に電気的に接続される。制御部１２は、図７に示すように上記の各部を制御する制御用のコンピュータとして構成される。具体的には、コンピュータは、ＣＰＵ１２ａ、ＲＡＭ１２ｂ及びＲＯＭ１２ｃを備え、それらがバス１３でＩ／Ｏポート１４（入出力インターフェース）に接続される。そして、Ｉ／Ｏポート１４には、第１及び第２カメラ１１ａ、１１ｂ並びに駆動部７が接続される。

ＣＰＵ１２ａは、第１及び第２カメラ１１ａ、１１ｂ並びに駆動部７とのデータ通信及びデータ通信で取得したデータ等の情報処理の全般を司る。ＣＰＵ１２ａには、例えば、カメラ１１ａ、１１ｂで撮像された撮像画像がカメラ１１ａ、１１ｂから送信される。ＲＡＭ１２ｂはＣＰＵ１２ａの作業領域として機能する揮発性の記憶部である。ＲＯＭ１２ｃは、カメラ１１ａ、１１ｂと駆動部７とのデータ通信、及びそれらとのデータ通信で受信したデータを処理するために必要なデータとソフトウェア（プログラム）を記憶する不揮発性の記憶部である。

ＲＯＭ１２ｃには、カメラ１１ａ、１１ｂに関するプログラムとして、カメラ１１ａから入力される撮像画像から基板Ｗの位置を計測する計測プログラムＰ１が格納される。また、ＲＯＭ１２ｃには、駆動部７に関するプログラムとして、駆動部７の駆動を制御する制御プログラムＰ２が格納される。

計測プログラムＰ１は、撮像領域Ｒ１を撮像した第一カメラ１１ａ及び撮像領域Ｒ２を撮像した第二カメラ１１ｂの撮像画像から図２に示すＸＹ平面上（水平方向）の基板Ｗの位置を計測する。図２におけるＸ軸とＹ軸の原点はポケット部３ａの中心Ｃ１上に設定され、計測プログラムＰ１は、例えば、ポケット部３ａの中心Ｃ１と基板Ｗの中心Ｃ２とのＸＹ平面上の位置ずれを基板Ｗの位置情報として計測する。具体的には、撮像領域Ｒ１からＸ軸の値が最大値となる基板Ｗの端ｐ１の座標を算出し、撮像領域Ｒ２からＹ軸の値が最大値となる基板Ｗの端ｐ２の座標を算出する。両座標は基板Ｗの中心Ｃ２回りに９０度ずれた基板Ｗの端の座標となるため、両座標から基板Ｗの中心Ｃ２座標を算出し、ポケット部３ａの中心Ｃ１と基板Ｗの中心Ｃ２のＸＹ平面上の位置ずれを計測できる。なお、第１及び第２カメラ１１ａ、１１ｂから取得した２つの座標から基板Ｗの中心Ｃ２を計測することで、基板Ｗの中心Ｃ２の位置を精度よく計測できる。

図７に戻って、制御プログラムＰ２は、サセプタ３の上方に搬送された基板Ｗをサセプタ３のポケット部３ａに搬送するために駆動部７を制御する。具体的には、制御プログラムＰ２は、サセプタ３の上方に搬送された基板Ｗの裏面を各リフトピン４の先端面で支持して基板Ｗをサセプタ３に搬送するように駆動部７を制御する。リフトピン４で基板Ｗをサセプタ３に搬送する際に、リフトピン４に支持された基板Ｗの中心Ｃ２が、例えば、図２に示すＸＹ平面上でポケット部３ａの中心Ｃ１とずれる場合がある。このような場合、制御プログラムＰ２は、計測プログラムＰ１で計測した位置ずれに基づき中心Ｃ１、Ｃ２のずれがなくなるように駆動部７を制御してサセプタ３を水平方向に移動させる。また、ポケット部３ａに基板Ｗが載置された後は、制御プログラムＰ２は、サセプタ３及びリフトピン４を同期させて軸線Ｏ回りに回転させるように駆動部７を制御する。

以上、気相成長装置１の主要な各部を説明した。次に、図示しない搬送ロボットにより反応炉２内に搬送された基板Ｗにエピタキシャル層を成長させる一連の工程を説明する。基板Ｗは、図示しない搬送ロボットによりサセプタ３の上方に搬送され、サセプタ３の上方に搬送された基板Ｗは、例えば、次のようにしてサセプタ３上に載置される。搬送ロボットによりサセプタ３の上方に基板Ｗが搬送されると、ＣＰＵ１２ａはＲＯＭ１２ｃの制御プログラムＰ１等を読み出し、駆動部７を以下のように制御する。

ＣＰＵ１２ａは、駆動部７により支柱部６ａを上昇させてリフトピン４を持ち上げ、貫通孔３ｂからリフトピン４が突出させる（図３→図４）。リフトピン４は、自身の先端面が基板Ｗの裏面に到達するまで上昇し、リフトピン４の先端面で基板Ｗの裏面を支持して基板Ｗを受け取る。リフトピン４が基板Ｗを受け取ると、ＣＰＵ１２ａは、第１及び第２カメラ１１ａ、１１ｂに対して図２に示す撮像領域Ｒ１、Ｒ２の撮像画像を撮像させる。ＣＰＵ１２ａには、第１及び第２カメラ１１ａ、１１ｂから撮像画像（画像データ）が送信され、ＣＰＵ１２ａは送信された画像データをＲＡＭ１２ｂに格納する。すると、ＣＰＵ１２ａは格納した画像データと計測プログラムＰ１を読み出し、リフトピン４に支持された基板Ｗの中心Ｃ２がポケット部３ａの中心Ｃ１から水平方向にずれた距離と方向（位置情報）を計測する。そして、ＣＰＵ１２ａは計測した位置データをＲＡＭ１２ｂに格納する（計測工程）。

ＣＰＵ１２ａは、位置データを計測すると、図２に示すＸＹ平面上での基板Ｗの中心Ｃ２とポケット部３ａの中心Ｃ１とのずれがなくなるように駆動部７を制御する。駆動部７により水平方向に筒状部５ａを移動させることでサセプタ３を移動させ（図５→図６）、ポケット部３ａの中心Ｃ１と基板Ｗの中心Ｃ２のずれをなくし、サセプタ３と基板Ｗとの位置関係を調節する（調節工程）。

調節工程が終了すると、ＣＰＵ１２ａは駆動部７を制御して支柱部６ａを下降させて各リフトピン４を同時に下降させる（図４→図３参照）。すると、リフトピン４が降下してリフトピン４に支持された基板Ｗがポケット部３ａに載置される。その後、リフトピン４は更に降下し、図１に示すようにリフトピン４は、リフトピン４の先端面が基板Ｗの裏面から離れた位置で停止する（載置工程）。

以上のようにして基板Ｗがサセプタ３のポケット部３ａに搬送される。載置工程の終了後、ＣＰＵ１２ａは、駆動部７を制御して筒状部５ａ及び支柱部６ａを軸線Ｏ回りに同期させて回転させる。これにより、サセプタ３及びサセプタ３に載置された基板Ｗを軸線Ｏ回りに回転させるとともに、反応炉２内に気相成長ガスＧを導入して基板Ｗにエピタキシャル成長し、エピタキシャルウェーハを製造する（成長工程）。

以上の各工程を経てエピタキシャルウェーハが製造される。製造されるエピタキシャルウェーハにおいては、ポケット部３ａに載置された基板Ｗの位置に応じて基板Ｗに供給される気相成長ガスＧの流れが変化し、エピタキシャルウェーハ中のエピタキシャル層の膜厚に影響が生じる。図２に示すようにポケット部３ａに載置された基板Ｗの中心Ｃ２がポケット部３ａの中心Ｃ１から水平方向にずれていると、基板Ｗの周方向でポケット部３ａとの間に不均一な隙間が生じる。この状態で基板Ｗにエピタキシャル層を成長すると、成長するエピタキシャル層の膜厚が不均一となり、製造されるエピタキシャルウェーハの平坦度が悪化する。

そこで、従来では、このようなウェーハの平坦度を悪化させる基板Ｗの載置位置のずれを抑制するために、サセプタ３の上方に基板Ｗを搬送する搬送ロボットがサセプタ３の上方に停止する位置を調節していた。しかし、搬送ロボットからリフトピン４に基板Ｗを受け渡す際に、基板Ｗの裏面がリフトピン４の先端面で突き上げられ、搬送ロボットで調節された基板Ｗの位置が水平方向にずれて基板Ｗがリフトピン４上に受け渡される。更に、搬送ロボットからリフトピン４に基板Ｗを受け渡す際の基板Ｗの位置ずれは基板Ｗ毎に変化するため、搬送ロボット上で基板Ｗの位置を調節してもポケット部３ａに載置される基板Ｗの位置のばらつきを抑制できない。

そこで、本実施態様では、図２に示すようにリフトピン４に支持された基板ＷのＸＹ平面上（水平方向）の基板Ｗの中心Ｃ２とポケット部３ａの中心Ｃ１のずれを計測し、このずれを無くすようにサセプタ３と基板Ｗの位置関係を調節する。具体的には、駆動部７によりサセプタ３を図２のＸＹ平面上を移動させ、基板Ｗの中心Ｃ２を目標位置（ポケット部３ａの中心Ｃ１の直上）に調節する。これにより、リフトピン４に支持された基板Ｗとポケット部３ａとの位置関係を調節できる。そして、その後、駆動部７によりリフトピン４を降下させて基板Ｗをポケット部３ａに載置すれば、基板Ｗとポケット部３ａの水平方向の位置関係を維持した状態で基板Ｗをポケット部３ａに載置することが可能となる。また、基板Ｗをポケット部３ａに搬送するリフトピン４の下端は、リフトピン支持部６に固定されるため、リフトピン４が基板Ｗを搬送する際（リフトピン４が降下する際）のリフトピン４のぐらつきが抑制される。よって、リフトピン４上で水平方向におけるサセプタ３との位置関係を調節した基板Ｗをポケット部３ａに載置する場合に、ポケット部３ａに載置される基板Ｗの位置がずれるのを抑制できる。

本発明の効果を確認するために以下の実験を行った。以下においては、実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。

（実施例）
直径３００ｍｍ、主表面の面方位が（１００）及び導電型がＰ型であるシリコン単結晶基板（基板Ｗ）と気相成長装置１を用意した。次に、気相成長装置１の反応炉２内に用意した基板Ｗを搬入し、搬入した基板Ｗ上に導電型がＰ型、抵抗率が１Ω・ｃｍのエピタキシャル層を３μｍ成長してエピタキシャルウェーハを製造した。エピタキシャルウェーハを製造するにあたり、リフトピン４で基板Ｗをサセプタ３に搬送する際には、上記と同様にして水平方向における基板Ｗとサセプタ３との位置関係を調節した。具体的には、リフトピン４上に支持された基板Ｗの中心Ｃ２とポケット部３ａの中心Ｃ１との水平方向の位置ずれがなくなるように、サセプタ３の位置を調節した後、基板Ｗをポケット部３ａに載置した。

そして、上記の条件で製造したエピタキシャルウェーハの平坦度を評価した。平坦度の評価に際しては、エピタキシャルウェーハの外周部に形成した扇状の領域内のＥＳＦＱＲ（ＥｄｇｅＳｉｔｅＦｒｏｎｔＬｅａｓｔＳｑｕａｒｅｓＲａｎｇｅ）を測定し、ＥＳＦＱＲを測定した全領域の中の最大値をＥＳＦＱＲｍａｘとして取得して平坦度を評価した。なお、測定に際して、測定除外領域（ＥｄｇｅＥｘｃｌｕｓｉｏｎ）を２ｍｍとし、エピタキシャルウェーハの全周を５度間隔で７２分割して径方向の一辺の長さが３０ｍｍとなる扇状の領域をＥＳＦＱＲの測定領域とした。

以上のようにして２５枚のエピタキシャルウェーハを製造し、製造した各エピタキシャルウェーハからＥＳＦＱＲｍａｘを取得し、２５枚のエピタキシャルウェーハのＥＳＦＱＲｍａｘの平均（平均ＥＳＦＱＲｍａｘ）を算出した。また、各エピタキシャルウェーハを製造する際にポケット部３ａに載置された基板Ｗの中心Ｃ２とポケット部３ａの中心Ｃ１との載置位置のずれ（中心Ｃ１とＣ２との距離）を基板Ｗ毎に測定して載置位置のずれの平均値を算出した。

（比較例）
比較例では、次に示す構成以外は気相成長装置１と同様の従来からある気相成長装置１０１（図８）を用いてシリコンエピタキシャルウェーハを製造した。以下、気相成長装置１０１の説明をするが、気相成長装置１と同じ構成は同じ符号を付して説明を省略し、特有の構成について説明する。気相成長装置１０１は、サセプタ３の代わりにサセプタ１０３、リフトピン４の代わりにリフトピン１０４、サセプタ支持部５の代わりにサセプタ支持部１０５、リフトピン支持部６の代わりにリフトピン支持部１０６、駆動部７の代わりに駆動部１０７を備える。

サセプタ１０３はフランジ状の貫通孔１０３ｂを有する。リフトピン１０４は貫通孔１０３ｂに対応したフランジ状の頭部を有し、リフトピン１０４は図８に示すように貫通孔１０３ｂにぶら下がることが可能である。サセプタ支持部１０５は、軸線Ｏに沿って位置する支柱部１０５ａと、支柱部１０５ａの上端部から延びてサセプタ１０３に接続するアーム１０５ｂを有する。アーム１０５ｂにはリフトピン１０４をガイドする貫通孔Ｈが形成される。リフトピン支持部１０６は、支柱部１０５ａを囲む筒状部１０６ａと、筒状部１０６ａの上端部からリフトピン１０４の下方に延びるアーム１０６ｂを有する。アーム１０６ｂは、リフトピン１０４の下端を支持可能な台座を有する。支柱部１０５ａ及び筒状部１０６ａの下端は、駆動部１０７に接続する。駆動部１０７は、支柱部１０５ａと筒状部１０６ａを独立して作動させる。駆動部１０７は、支柱部１０５ａ及び筒状部１０６ａを軸線Ｏ回りに回転可能であり、軸線Ｏに沿うように支柱部１０５ａ及び筒状部１０６ａを上下方向に移動可能である。

図９及び図１０は、サセプタ１０３の上方に搬送された基板Ｗがリフトピン１０４によりサセプタ１０３に搬送される様子を示す。気相成長装置１０１では、駆動部１０７が支柱部１０５ａと筒状部１０６ａを水平方向に作動できず、リフトピン１０４上で基板Ｗとサセプタ１０３の水平方向の位置関係を調節できない。このような気相成長装置１０１を用いる以外は、実施例と同じ条件にして合計２５枚のエピタキシャルウェーハを製造し、平均ＥＳＦＱＲｍａｘと基板Ｗの載置位置のずれの平均値を算出した。

実施例及び比較例で得られた測定結果は次のようになった。実施例では、載置位置のずれの平均値が８４μｍ、平均ＥＳＦＱＲｍａｘが１７ｎｍに対して、比較例では、載置位置のずれの平均値が２４３μｍ、平均ＥＳＦＱＲｍａｘが３２ｎｍとなった。よって、実施例では、ポケット部３ａに載置される基板Ｗの載置位置のばらつきが低減するとともに、製造されたエピタキシャルウェーハの外周部における平坦度が良好になった。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその具体的な記載に限定されることなく、例示した構成等を技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせて実施することも可能であるし、またある要素、処理を周知の形態に置き換えて実施することもできる。

上記の説明では、駆動部７は支柱部６ａを軸線Ｏ回りに回転させること、かつ、軸線Ｏに沿う上下方向に移動させることが可能である例を説明した。しかし、駆動部７が、水平方向にも支柱部６ａを移動させることができるようにしてもよい。こうすることで、駆動部７が支柱部６ａを水平方向（例えば、図２のＸＹ平面）に移動させると、リフトピン４上に基板Ｗを支持した状態でリフトピン４を移動させ、基板Ｗとサセプタ３との水平方向の位置関係を調節することが可能となる（図５→図６参照）。

上記の説明では、サセプタ３に対してリフトピン４を降下させて基板Ｗをポケット部３ａに載置する例を説明した。しかし、サセプタ３をリフトピン４に対して上昇させて基板Ｗをポケット部３ａに載置してもよい。

１気相成長装置（エピタキシャル成長装置）
２反応炉２ａ天板
３サセプタ３ａポケット部
３ｂ貫通孔４リフトピン
５サセプタ支持部６リフトピン支持部
７駆動部１１カメラ（取得部、撮像部）
１２制御部Ｗ基板

Claims

基板が載置されるサセプタと、
前記サセプタの表裏を貫通する貫通孔と、
前記貫通孔に挿入されて前記サセプタとの間で前記基板の受け渡しするために前記基板を支持して搬送するリフトピンと、
前記リフトピンに支持された前記基板の水平方向の位置情報を取得する取得部と、
前記サセプタと前記リフトピンとの水平方向の相対的な位置関係を変更することが可能な駆動部と、
前記サセプタを支持して前記駆動部に接続するサセプタ支持部と、
前記リフトピンを支持して前記駆動部に接続するリフトピン支持部と、
前記位置情報に基づき前記駆動部を制御して水平方向における前記サセプタと前記基板との位置関係を調節する制御部と、
を備え、
前記サセプタ支持部は、鉛直方向に円筒状に延びる筒状部と、前記筒状部の上端部から放射状に延びて前記サセプタの裏面に接続するサセプタ支持アームとを備え、
前記リフトピン支持部は、上端部が前記筒状部から突出するように前記筒状部に挿入される円柱状の支柱部と、前記支柱部の上端部から放射状に延びて前記リフトピンの下端部に固定されるリフトピン支持アームとを備え、
前記駆動部は、前記筒状部を通じて前記サセプタを間接的に作動させ、又は、前記支柱部を通じて前記リフトピンを間接的に作動させることで前記相対的な位置関係を変更することを特徴とするエピタキシャル成長装置。
前記制御部は、前記駆動部を制御して水平方向に前記サセプタを移動させて前記位置関係を調節する請求項１に記載のエピタキシャル成長装置。
前記制御部は、前記駆動部を制御して水平方向に前記リフトピンを移動させて前記位置関係を調節する請求項１に記載のエピタキシャル成長装置。
前記駆動部は、前記サセプタに対して前記リフトピンを相対的に上下方向に移動させることが可能であり、
前記制御部は、前記駆動部を制御して前記サセプタに対して前記リフトピンを相対的に下降させて前記サセプタに前記基板を載置する請求項１ないし３のいずれか１項に記載のエピタキシャル成長装置。
前記取得部は、前記リフトピンに支持された前記基板の上方から前記基板の撮像画像を撮像して前記撮像画像を前記位置情報として取得する撮像部を有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載のエピタキシャル成長装置。
水平方向において互いに直交する２つの軸を第１軸と第２軸とし、
前記撮像部は、前記第１軸の一端側に位置する前記基板の端部を含む領域を撮像する第１カメラと、前記第２軸の一端側に位置する前記基板の端部を含む領域を撮像する第２カメラとを有し、前記第１及び第２カメラが撮像する前記撮像画像を前記位置情報とする請求項５に記載のエピタキシャル成長装置。
前記取得部は、前記第１カメラが撮像した撮像画像から前記第１軸の値が最大値となる前記基板の端の座標である第１座標を算出し、前記第２カメラが撮像した撮像画像から前記第２軸の値が最大値となる前記基板の端の座標である第２座標を算出し、前記第１座標及び前記第２座標に基づいて前記基板の中心座標を前記位置情報として算出する請求項６に記載のエピタキシャル成長装置。
前記駆動部は、前記筒状部を通じて前記サセプタを間接的に作動させ、かつ、前記支柱部を通じて前記リフトピンを間接的に作動させることで、上下方向に延びる軸線回りに前記サセプタと前記リフトピンを同期して回転させることが可能である請求項１ないし７のいずれか１項に記載のエピタキシャル成長装置。
サセプタに向けて基板を搬送するためのリフトピンに支持された前記基板の水平方向の位置を計測する計測工程と、
前記計測工程で計測した前記位置に基づき水平方向における前記サセプタと前記基板との位置関係を調節する調節工程と、
を備え、
前記サセプタは、鉛直方向に円筒状に延びる筒状部と、前記筒状部の上端部から放射状に延びて前記サセプタの裏面に接続するサセプタ支持アームとを備えたサセプタ支持部により支持されており、
前記リフトピンは、上端部が前記筒状部から突出するように前記筒状部に挿入される円柱状の支柱部と、前記支柱部の上端部から放射状に延びて前記リフトピンの下端部に固定されるリフトピン支持アームとを備えたリフトピン支持部により支持されており、
前記調節工程では、前記筒状部を通じて前記サセプタを間接的に作動させ、又は、前記支柱部を通じて前記リフトピンを間接的に作動させることで前記サセプタと前記基板との位置関係を調節することを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
前記調節工程は、前記リフトピン又は前記サセプタの少なくとも一方を水平方向に移動させて前記位置関係を調節する請求項９に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
前記調節工程後に前記サセプタに対して前記リフトピンを相対的に下降させ、前記サセプタに前記基板を載置する載置工程を備える請求項１０に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
前記載置工程は、前記リフトピンの姿勢を維持した状態で前記サセプタに対して前記リフトピンを相対的に下降させる請求項１１に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
前記載置工程後に前記基板にエピタキシャル層を成長させる成長工程を備える請求項１１又は１２に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
前記計測工程は、前記リフトピンに支持された前記基板の上方から前記基板の撮像画像を撮像し、前記撮像画像に基づき前記位置を計測する請求項９ないし１３のいずれか１項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
水平方向において互いに直交する２つの軸を第１軸と第２軸とし、
前記計測工程は、前記第１軸の一端側に位置する前記基板の端部を含む領域と、前記第２軸の一端側に位置する前記基板の端部を含む領域を前記撮像画像として撮像する請求項１４に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
前記計測工程では、前記第１軸の一端側に位置する前記基板の端部を含む領域の撮像画像から前記第１軸の値が最大値となる前記基板の端の座標である第１座標を算出し、前記第２軸の一端側に位置する前記基板の端部を含む領域の撮像画像から前記第２軸の値が最大値となる前記基板の端の座標である第２座標を算出し、前記第１座標及び前記第２座標に基づいて前記基板の中心座標を前記位置として算出する請求項１５に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。