JP7264038B2

JP7264038B2 - 気相成長装置及び気相成長処理方法

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Publication number: JP7264038B2
Application number: JP2019228866A
Authority: JP
Inventors: 直之和田; 由生南出
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2023-04-25
Anticipated expiration: 2039-12-19
Also published as: JP2021097180A

Description

本発明は、エピタキシャルウェーハの製造などに用いられる気相成長装置及び気相成長処理方法に関するものである。

エピタキシャルウェーハの製造などに用いられる気相成長装置において、シリコンウェーハ裏面への損傷を最小限にするために、シリコンウェーハをリング状のキャリアに搭載した状態で、ロードロック室から反応室までの工程を搬送することが提案されている（特許文献１）。

この種の気相成長装置では、ロードロック室において待機したリング状のキャリアに処理前のウェーハを搭載する一方、処理後のウェーハは、リング状のキャリアに搭載されたまま反応室からロードロック室に搬送される。

米国特許出願公開２０１７／０１１０３５２号公報

ところで、エピタキシャル成長工程において、サセプタが高温熱処理を受けると、サセプタの載置面のシリコン膜中の成分、例えばＨＣｌ成分あるいはＳｉ成分などが、シリコンウェーハの裏面に転写（マストランスファ）される。水素熱処理工程を終えたシリコンウェーハには、その裏面の一部に自然酸化膜が残存しているため、残存する自然酸化膜の上にもサセプタのシリコン膜が転写され、エピタキシャルシリコンウェーハの裏面に曇りが発生するという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、シリコンウェーハの裏面へのマストランスファを抑制することができる気相成長装置及び気相成長処理方法を提供することである。

本発明は、ウェーハの外縁（端部または外周部の範囲を含む、以下、本明細書において同じ）を支持するリング状のキャリアを用いて、前記ウェーハにＣＶＤ膜を形成する気相成長装置であって、
前記ウェーハにＣＶＤ膜を形成する反応室には、
上面に前記キャリアが載置されるサセプタと、
前記サセプタを支持して回転駆動部により回転するサポートシャフトと、
前記サポートシャフトに対して昇降駆動部により昇降するリフトシャフトと、
前記サセプタを貫通し、前記ウェーハに接触することなく前記キャリアを上下移動可能に設けられたにキャリアリフトピンと、
前記サセプタの上部に設けられた上側ヒータと、
前記サセプタの下部であって前記キャリアリフトピンの内側に設けられた下側ヒータと、が設けられ、
前記上側ヒータと前記下側ヒータの総加熱パワーに対する前記下側ヒータの加熱パワーが、４８％～５２％である気相成長装置である。

本発明において、前記サセプタの裏面であって、前記キャリアに搭載されたウェーハの垂直下方向の裏面且つキャリアリフトピンの内側の裏面と、前記下側ヒータとの間には、熱及び光を実質的に遮る部材が設けられていない。

本発明において、複数の前記キャリアを用いて、
複数の処理前のウェーハを、少なくともロードロック室及びウェーハ移載室を介して反応室へ順次搬送するとともに、
複数の処理後のウェーハを、前記反応室から、前記ウェーハ移載室、前記ロードロック室へ順次搬送し、
前記ロードロック室は、第１ドアを介して前記ファクトリインターフェースと連通するとともに、第２ドアを介して前記ウェーハ移載室と連通し、
前記ウェーハ移載室は、ゲートバルブを介して、前記反応室と連通し、
前記ウェーハ移載室には、前記ロードロック室に搬送されてきた処理前のウェーハをキャリアに搭載された状態で前記反応室に投入するとともに、前記反応室において処理を終えた処理後のウェーハをキャリアに搭載された状態で前記反応室から取り出して前記ロードロック室に搬送する第１ロボットが設けられ、
前記ファクトリインターフェースには、処理前のウェーハをウェーハ収納容器から取り出し、前記ロードロック室にて待機するキャリアに搭載するとともに、前記ロードロック室に搬送されてきた、キャリアに搭載された処理後のウェーハを、ウェーハ収納容器に収納する第２ロボットが設けられ、
前記ロードロック室には、キャリアを支持するホルダが設けられているように構成してもよい。

また本発明は、
ウェーハの外縁を支持するリング状のキャリアを用いて、前記ウェーハにＣＶＤ膜を形成する気相成長方法であって、
前記ウェーハにＣＶＤ膜を形成する反応室には、
上面に前記キャリアが載置されるサセプタと、
前記サセプタを支持して回転駆動部により回転するサポートシャフトと、
前記サポートシャフトに対して昇降駆動部により昇降するリフトシャフトと、
前記サセプタを貫通し、前記ウェーハに接触することなく前記キャリアを上下移動可能に設けられたキャリアリフトピンと、
前記サセプタの上部に設けられた上側ヒータと、
前記サセプタの下部であって前記キャリアリフトピンの内側に設けられた下側ヒータと、が設けられた気相成長装置を用いた気相成長処理方法において、
前記反応室にて前記ウェーハを処理する場合の上側ヒータと前記下側ヒータの総加熱パワーに対する前記下側ヒータの加熱パワーが、４８％～５２％である気相成長処理方法である。

本発明によれば、下側ヒータの加熱パワーが、マストランスファを抑制できる最適温度に設定されるので、シリコンウェーハの裏面へのマストランスファを抑制することができる。

本発明の実施形態に係る気相成長装置を示すブロック図である。本発明の実施形態に係るキャリアを示す平面図である。ウェーハ及び反応炉のサセプタを含めたキャリアの断面図である。ロードロック室に設けられたホルダを示す平面図である。ウェーハおよびキャリアを含めたホルダの断面図である。ロードロック室におけるウェーハ及びキャリアの移載手順を示す平面図及び断面図である。反応室内におけるウェーハ及びキャリアの移載手順を示す平面図及び断面図である。図６（Ａ）は、第１ロボットのハンドの先端に装着された第１ブレードの一例を示す平面図、図６（Ｂ）は、キャリア及びウェーハを含めた第１ブレードの断面図である。反応室に設けられたサセプタを示す要部断面図である。本実施形態の気相成長装置におけるウェーハ及びキャリアの取り廻し手順を示す図（その１）である。本実施形態の気相成長装置におけるウェーハ及びキャリアの取り廻し手順を示す図（その２）である。本実施形態の気相成長装置におけるウェーハ及びキャリアの取り廻し手順を示す図（その３）である。本実施形態の気相成長装置におけるウェーハ及びキャリアの取り廻し手順を示す図（その４）である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る気相成長装置１を示すブロック図であり、中央に示す気相成長装置１の本体は、平面図により示したものである。本実施形態の気相成長装置１は、いわゆるＣＶＤ装置であり、一対の反応炉１１，１１と、単結晶シリコンウェーハなどのウェーハＷＦをハンドリングする第１ロボット１２１が設置されたウェーハ移載室１２と、一対のロードロック室１３と、ウェーハＷＦをハンドリングする第２ロボット１４１が設置されたファクトリインターフェース１４と、複数枚のウェーハＷＦを収納したウェーハ収納容器１５（カセットケース）を設置するロードポートと、を備える。

ファクトリインターフェース１４は、ウェーハ収納容器１５が載置されるクリーンルームと同じ大気雰囲気とされた領域である。このファクトリインターフェース１４には、ウェーハ収納容器１５に収納された処理前のウェーハＷＦを取り出してロードロック室１３へ投入する一方、ロードロック室１３へ搬送されてきた処理後のウェーハＷＦをウェーハ収納容器１５へ収納する第２ロボット１４１が設けられている。第２ロボット１４１は、第２ロボットコントローラ１４２により制御され、ロボットハンドの先端に装着された第２ブレード１４３が、予めティーチングされた所定の軌跡に沿って移動する。

ロードロック室１３とファクトリインターフェース１４との間には、気密性を有する開閉可能な第１ドア１３１が設けられ、ロードロック室１３とウェーハ移載室１２との間には、同じく気密性を有する開閉可能な第２ドア１３２が設けられている。そして、ロードロック室１３は、不活性ガス雰囲気とされたウェーハ移載室１２と、大気雰囲気とされたファクトリインターフェース１４との間で、雰囲気ガスを置換するスペースとして機能する。そのため、ロードロック室１３の内部を真空排気する排気装置と、ロードロック室１３に不活性ガスを供給する供給装置とが設けられている。

たとえば、ウェーハ収納容器１５から処理前のウェーハＷＦをウェーハ移載室１２に搬送する場合には、ファクトリインターフェース１４側の第１ドア１３１を閉じ、ウェーハ移載室１２側の第２ドア１３２を閉じ、ロードロック室１３を不活性ガス雰囲気とした状態で、第２ロボット１４１を用いて、ウェーハ収納容器１５のウェーハＷＦを取り出し、ファクトリインターフェース１４側の第１ドア１３１を開け、ウェーハＷＦをロードロック室１３に搬送する。次いで、ファクトリインターフェース１４側の第１ドア１３１を閉じて当該ロードロック室１３を再び不活性ガス雰囲気にしたのち、ウェーハ移載室１２側の第２ドア１３２を開き、第１ロボット１２１を用いて、当該ウェーハＷＦをウェーハ移載室１２に搬送する。

逆に、ウェーハ移載室１２から処理後のウェーハＷＦをウェーハ収納容器１５へ搬送する場合には、ファクトリインターフェース１４側の第１ドア１３１を閉じ、ウェーハ移載室１２側の第２ドア１３２を閉じ、ロードロック室１３を不活性ガス雰囲気とした状態で、ウェーハ移載室１２側の第２ドア１３２を開き、第１ロボット１２１を用いて、ウェーハ移載室１２のウェーハＷＦをロードロック室１３に搬送する。次いで、ウェーハ移載室１２側の第２ドア１３２を閉じて当該ロードロック室１３を再び不活性ガス雰囲気にしたのち、ファクトリインターフェース１４側の第１ドア１３１を開き、第２ロボット１４１を用いて、当該ウェーハＷＦをウェーハ収納容器１５に搬送する。

ウェーハ移載室１２は、密閉されたチャンバからなり、一方がロードロック室１３と開閉可能な気密性を有する第２ドア１３２を介して接続され、他方が気密性を有する開閉可能なゲートバルブ１１４を介して接続されている。ウェーハ移載室１２には、処理前のウェーハＷＦをロードロック室１３から反応室１１１へ搬送するとともに、処理後のウェーハＷＦを反応室１１１からロードロック室１３へ搬送する第１ロボット１２１が設置されている。第１ロボット１２１は、第１ロボットコントローラ１２２により制御され、ロボットハンドの先端に装着された第１ブレード１２３が、予めティーチングされた動作軌跡に沿って移動する。

気相成長装置１の全体の制御を統括する統括コントローラ１６と、第１ロボットコントローラ１２２と、第２ロボットコントローラ１４２とは、相互に制御信号を送受信する。そして、統括コントローラ１６からの動作指令信号が第１ロボットコントローラ１２２に送信されると、第１ロボットコントローラ１２２は、第１ロボット１２１の動作を制御し、当該第１ロボット１２１の動作結果が第１ロボットコントローラ１２２から統括コントローラ１６へ送信される。これにより、統括コントローラ１６は、第１ロボット１２１の動作状態を認識する。同様に、統括コントローラ１６からの動作指令信号が第２ロボットコントローラ１４２に送信されると、第２ロボットコントローラ１４２は第２ロボット１４１の動作を制御し、当該第２ロボット１４１の動作結果が第２ロボットコントローラ１４２から統括コントローラ１６へ送信される。これにより、統括コントローラ１６は、第２ロボット１４１の動作状態を認識する。

ウェーハ移載室１２には、図示しない不活性ガス供給装置から不活性ガスが供給され、排気口に接続されたスクラバ（洗浄集塵装置）によってウェーハ移載室１２のガスが浄化されたのち、系外へ放出される。この種のスクラバは、詳細な図示は省略するが、たとえば従来公知の加圧水式スクラバを用いることができる。

反応炉１１は、ＣＶＤ法によりウェーハＷＦの表面にエピタキシャル膜を生成するための装置であって、反応室１１１を備え、当該反応室１１１内にウェーハＷＦを載置して回転するサセプタ１１２が設けられ、また反応室１１１に水素ガス及びＣＶＤ膜を生成するための原料ガス（ＣＶＤ膜がシリコンエピタキシャル膜の場合は、たとえば四塩化ケイ素ＳｉＣｌ_４やトリクロロシランＳｉＨＣｌ_３など）やドーパントガスを供給するガス供給装置１１３が設けられている。また図示は省略するが、反応室１１１の周囲には、ウェーハＷＦを所定温度に昇温するための加熱ランプが設けられている。さらに、反応室１１１とウェーハ移載室１２との間には、ゲートバルブ１１４が設けられ、ゲートバルブ１１４を閉塞することで反応室１１１のウェーハ移載室１２との気密性が確保される。これら反応炉１１のサセプタ１１２の駆動、ガス供給装置１１３によるガスの供給・停止、加熱ランプのＯＮ／ＯＦＦ、ゲートバルブ１１４の開閉動作の各制御は、統括コントローラ１６からの指令信号により制御される。なお、図１に示す気相成長装置１は、一対の反応炉１１，１１を設けた例を示したが、一つの反応炉１１でもよく、３つ以上の反応炉でもよい。

反応炉１１にも、ウェーハ移載室１２と同様の構成を有するスクラバ（洗浄集塵装置）が設けられている。すなわち、ガス供給装置１１３から供給された水素ガス又は原料ガスやドーパントガスは、反応室１１１に設けられた排気口に接続されたスクラバによって浄化されたのち、系外へ放出される。このスクラバについても、たとえば従来公知の加圧水式スクラバを用いることができる。

本実施形態の気相成長装置１では、ウェーハＷＦを、当該ウェーハＷＦの全周外縁を支持するリング状のキャリアＣを用いて、ロードロック室１３と反応室１１１との間を搬送する。図２Ａは、キャリアＣを示す平面図、図２Ｂは、ウェーハＷＦ及び反応炉１１のサセプタ１１２を含めたキャリアＣの断面図、図５は、反応室１１１内におけるウェーハＷＦ及びキャリアＣの移載手順を示す平面図及び断面図である。

本実施形態のキャリアＣは、たとえばＳｉＣなどの材料からなり、リング状に形成され、図２Ｂに示すサセプタ１１２の上面に載置される底面Ｃ１１と、ウェーハＷＦの裏面の外縁全周に接触して支持する上面Ｃ１２と、外周側壁面Ｃ１３と、内周側壁面Ｃ１４とを有する。そして、キャリアＣに支持されたウェーハＷＦが、反応室１１１内に搬入される場合には、図５（Ａ）の平面図に示すように、第１ロボット１２１の第１ブレード１２３にキャリアＣを載置した状態で、同図（Ｂ）に示すようにサセプタ１１２の上部まで搬送し、同図（Ｃ）に示すようにサセプタ１１２に対して上下移動可能に設けられた３つ以上のキャリアリフトピン１１５により、一旦キャリアＣを持ち上げ、同図（Ｄ）に示すように第１ブレード１２３を後退させたのち、同図（Ｅ）に示すようにサセプタ１１２を上昇させることで、サセプタ１１２の上面にキャリアＣを載置する。

逆に、反応室１１１において処理を終了したウェーハＷＦをキャリアＣに搭載した状態で取り出す場合は、図５（Ｅ）に示す状態から、同図（Ｄ）に示すようにサセプタ１１２を下降させてキャリアリフトピン１１５のみによってキャリアＣを支持し、同図（Ｃ）に示すように、キャリアＣとサセプタ１１２との間に第１ブレード１２３を前進させたのち、同図（Ｂ）に示すように３つのキャリアリフトピン１１５を下降させて第１ブレード１２３にキャリアＣを載置し、第１ロボット１２１のハンドを動作させる。これにより、処理を終了したウェーハＷＦをキャリアＣに搭載した状態で取り出すことができる。

また本実施形態の気相成長装置１では、キャリアＣを、ロードロック室１３から反応室１１１までの工程間を搬送するため、ロードロック室１３において、処理前のウェーハＷＦをキャリアＣに載置し、処理後のウェーハＷＦをキャリアＣから取り出す。そのため、ロードロック室１３には、キャリアＣを上下２段に支持するホルダ１７が設けられている。図３Ａは、ロードロック室１３に設けられたホルダ１７を示す平面図、図３Ｂは、ウェーハＷＦを含めたホルダ１７の断面図である。本実施形態のホルダ１７は、固定されたホルダベース１７１と、当該ホルダベース１７１に対して上下に昇降可能に設けられた、２つのキャリアＣを上下２段に支持する第１ホルダ１７２及び第２ホルダ１７３と、ホルダベース１７１に対して上下に昇降可能に設けられた３つのウェーハリフトピン１７４と、が設けられている。

第１ホルダ１７２及び第２ホルダ１７３（図３Ａの平面図では、第２ホルダ１７３が第１ホルダ１７２により隠れているため、第１ホルダ１７２のみを図示する。）は、キャリアＣを４点で支持するための突起を有し、第１ホルダ１７２には１つのキャリアＣが載置され、第２ホルダ１７３にも１つのキャリアＣが載置される。なお、第２ホルダ１７３に載置されるキャリアＣは、第１ホルダ１７２と第２ホルダ１７３との間の隙間に挿入される。

図４は、ロードロック室１３におけるウェーハＷＦ及びキャリアＣの移載手順を示す平面図及び断面図であり、同図（Ｂ）に示すように第１ホルダ１７２にキャリアＣが支持されている状態で、当該キャリアＣに処理前のウェーハＷＦを搭載する手順を示す。すなわち、ファクトリインターフェース１４に設けられた第２ロボット１４１は、ウェーハ収納容器１５に収納された１枚のウェーハＷＦを第２ブレード１４３に載せ、ロードロック室１３の第１ドア１３１を介して、同図（Ｂ）に示すようにホルダ１７の上部まで搬送する。次いで、同図（Ｃ）に示すように、ホルダベース１７１に対して３つのウェーハリフトピン１７４を上昇させ、ウェーハＷＦを一旦持ち上げ、同図（Ｄ）に示すように第２ブレード１４３を後退させる。なお、３つのウェーハリフトピン１７４は、同図（Ａ）の平面図に示すように、第２ブレード１４３と干渉しない位置に設けられている。次いで、同図（Ｄ）及び（Ｅ）に示すように、３つのウェーハリフトピン１７４を下降させるとともに第１ホルダ１７２及び第２ホルダ１７３を上昇させることで、キャリアＣにウェーハＷＦを搭載する。

逆に、キャリアＣに載置された状態でロードロック室１３に搬送されてきた処理後のウェーハＷＦを、ウェーハ収納容器１５へ搬送する場合には、図４（Ｅ）に示す状態から、同図（Ｄ）に示すように３つのウェーハリフトピン１７４を上昇させるとともに第１ホルダ１７２及び第２ホルダ１７３を下降させ、ウェーハリフトピン１７４のみによってウェーハＷＦを支持し、同図（Ｃ）に示すようにキャリアＣとウェーハＷＦとの間に第２ブレード１４３を前進させたのち、同図（Ｂ）に示すように３つのウェーハリフトピン１７４を下降させて第２ブレード１４３にウェーハＷＦを載せ、第２ロボット１４１のハンドを動作させる。これにより、処理を終了したウェーハＷＦをキャリアＣからウェーハ収納容器１５へ取り出すことができる。なお、図４（Ｅ）に示す状態は、処理を終了したウェーハＷＦがキャリアＣの搭載された状態で第１ホルダ１７２に搬送されているが、第２ホルダ１７３に搬送された場合も同様の手順で、ウェーハＷＦをキャリアＣからウェーハ収納容器１５へ取り出すことができる。

図６（Ａ）は、第１ロボット１２１のハンドの先端に装着された第１ブレード１２３の一例を示す平面図、図６（Ｂ）は、キャリアＣ及びウェーハＷＦを含めた第１ブレード１２３の断面図である。本実施形態の第１ブレード１２３は、短冊板状の本体の一面に、キャリアＣの外周側壁面Ｃ１３に対応した径の第１凹部１２４が形成されている。第１凹部１２４の径は、キャリアＣの外周側壁面Ｃ１３の径よりわずかに大きく形成されている。そして、第１ロボット１２１は、ウェーハＷＦを載せた又は空のキャリアＣを搬送する場合には、キャリアＣを第１凹部１２４に載せる。

図７は、キャリアＣを用いてウェーハＷＦを搬送する場合のサセプタ１１２の周辺構造を示す要部断面図であり、アッパドーム及びロアドームの図示は省略する。サセプタ１１２は、回転駆動部１１９ａにより回転するサポートシャフト１１６の上端に固定されて支持されている。また、サポートシャフト１１６の軸部は、リフトシャフト１１７の軸部に挿入され、このリフトシャフト１１７の上端が、キャリアＣを昇降させるキャリアリフトピン１１５に接触及び離反する。リフトシャフト１１７は、サポートシャフト１１６とともに回転するとともに、昇降駆動部１１９ｂにより上昇位置と下降位置との間を昇降する。キャリアリフトピン１１５は、円周方向に対して等配な位置、たとえば３箇所に配置されている。キャリアリフトピン１１５の上端は膨出する形状とされ、サセプタ１１２を上下移動可能に挿通し、サセプタ１１２に支持されている。さらに、キャリアリフトピン１１５は、サポートシャフト１１６に設けられた貫通孔１１６１を貫通し、その下端がリフトシャフト１１７の上端に接触及び離反する。

そして、反応室１１１においてＣＶＤ膜を形成する場合には、図７に示すように、キャリアリフトピン１１５が自重によりサセプタ１１２に支持された状態（下降位置）で、回転駆動部１１９ａによりサポートシャフト１１６を回転させる。一方、ウェーハＷＦが搭載されたキャリアＣをサセプタ１１２に載置する場合や、サセプタ１１２に載置されたキャリアＣを搬出する場合には、昇降駆動部１１９ｂによりリフトシャフト１１７を搬送位置に移動させ、キャリアリフトピン１１５を上下移動することにより、キャリアＣを受け取ったり持ち上げたりする。

反応室１１１のアッパドーム及びロアドームの外部には、反応室１１１を上側から加熱する上側インナヒータ１１８ＵＩ及び上側アウタヒータ１１８ＵＯと、反応室１１１を下側から加熱する下側インナヒータ１１８ＬＩ及び下側アウタヒータ１１８ＬＯとが設けられている。これら上側インナヒータ１１８ＵＩ，上側アウタヒータ１１８ＵＯ，下側インナヒータ１１８ＬＩ及び下側アウタヒータ１１８ＬＯとしては、例えば、ハロゲンランプなどを用いることができる。特に限定はされないが、これら上側インナヒータ１１８ＵＩ，上側アウタヒータ１１８ＵＯ，下側インナヒータ１１８ＬＩ及び下側アウタヒータ１１８ＬＯは、反応室の中心に対して複数のヒータが放射状に配列されている。また、上側インナヒータ１１８ＵＩは、主としてウェーハＷＦの表面の内側にその照準が合わされ、上側アウタヒータ１１８ＵＯは、主としてウェーハＷＦの表面の外側にその照準が合わされ、下側インナヒータ１１８ＬＩは、主としてウェーハＷＦの裏面の内側にその照準が合わされ、下側アウタヒータ１１８ＬＯは、主としてウェーハＷＦの裏面の外側にその照準が合わされている。また、上側インナヒータ１１８ＵＩ，上側アウタヒータ１１８ＵＯ，下側インナヒータ１１８ＬＩ及び下側アウタヒータ１１８ＬＯは、それぞれの加熱比率（ヒータに供給される電力比率）が制御できるように構成されており、加熱比率を制御することによって高品質なシリコンエピタキシャルウェーハが製造可能となっている。

特に本実施形態の気相成長装置１では、図７に示すように、サセプタ１１２の裏面であって、キャリアＣに搭載されたウェーハＷＦの垂直下方向の裏面には、下側インナヒータ１１８ＬＩ及び下側アウタヒータ１１８ＬＯから照射される光及び熱を実質的に遮る部材が設けられていない。すなわち、サポートシャフト１１６は、サセプタ１１２を部分的に支持するアームを有するだけであり、リフトシャフト１１７もキャリアリフトピン１１５に対応する位置だけに設けられている。また、キャリアリフトピン１１５もウェーハＷＦの外周縁の直下近傍に設けられている。これにより、図７に符号Ｈで示す加熱線が、キャリアリフトピン１１５に実質的に遮られることなくサセプタ１１２の裏面に均一に照射することになる。なお、特に限定はされないが、サポートシャフト１１６、リフトシャフト１１７及びキャリアリフトピン１１５といった部材を、光及び熱を透過する材料で構成してもよい。

そして、本実施形態の気相成長装置１では、反応室１１１内においてキャリアＣからウェーハＷＦを持ち上げる必要はないので、ウェーハリフトピン（図４のウェーハリフトピン１７４参照）を反応室１１１に設ける必要もないことから、たとえばＷＯ２００５／０３４２１９の［０００８］に記載されているように、ウェーハリフトピンを介してサセプタの下方に放熱されることで、シリコンエピタキシャル層の膜厚が薄くなるといった膜厚変化そのものがなくなる。またそのため、上側ヒータ１１８Ｕ（上側インナヒータ１１８ＵＩ及び上側アウタヒータ１１８ＵＯを総称する）と、下側ヒータ１１８Ｌ（下側インナヒータ１１８ＬＩ及び下側アウタヒータ１１８ＬＯを総称する）の総加熱パワーに対する下側ヒータ１１８Ｌの加熱パワー、すなわち下側ヒータ１１８Ｌの加熱比率は、マストランスファが抑制される温度にのみ焦点を合わせて設定することができる。すなわち、従来のように、サセプタ１１２の裏面にウェーハリフトピンが設けられていると、当該ウェーハリフトピンが位置する部分とそれ以外の部分で温度差が生じ、これによりウェーハの表面に成長するエピタキシャル層の膜厚も差が生じる。そのため従来では、ウェーハの表面のエピタキシャル層に発生する凹凸が最小になると同時に、マストランスファも最小になる下側ヒータ１１８Ｌの加熱パワーをチューニングする必要があったが、本実施形態の気相成長装置１では、マストランスファのみを抑制するための下側ヒータ１１８Ｌの加熱パワーを設定すればよい。

たとえば、上側ヒータ１１８Ｕと下側ヒータ１１８Ｌの総加熱パワーに対する下側ヒータ１１８Ｌの加熱パワー、すなわち下側ヒータ１１８Ｌの加熱比率を、４６％、４８％、５０％、５２％、５４％、５８％にそれぞれ設定し、シリコンウェーハの表面に４μｍのシリコンエピタキシャル層を形成した場合の、シリコンウェーハ裏面の端縁から２ｍｍ以内の領域における膜厚変化量を測定したところ、表１のとおりであった。なお、膜厚変化量のマイナスは、シリコンウェーハがエッチングされていることを示す。

表１に示すとおり、下側ヒータ１１８Ｌの加熱比率が４６％であると、膜厚変化量がマイナス側に大きく、また下側ヒータ１１８Ｌの加熱比率が５４％以上であると、膜厚変化量がプラス側に大きい。したがって、下側ヒータ１１８Ｌの加熱比率を、４８％～５２とすることで、マストランスファを最小範囲にすることができる。

次に、本実施形態の気相成長装置１における、エピタキシャル膜の生成前（以下、単に処理前ともいう）及びエピタキシャル膜の生成後（以下、単に処理後ともいう）のウェーハＷＦと、キャリアＣとを、取り廻す手順を説明する。図８～図１１は、本実施形態の気相成長装置におけるウェーハ及びキャリアの取り廻し手順を示す模式図であり、図１の一方側のウェーハ収納容器１５、ロードロック室１３及び反応炉１１に対応し、ウェーハ収納容器１５には、複数枚のウェーハＷ１，Ｗ２，Ｗ３…（たとえば合計２５枚）が収納され、この順で処理を開始するものとする。

図８の工程Ｓ０は、これから気相成長装置１を用いて処理を開始するスタンバイ状態を示し、ウェーハ収納容器１５には、複数枚のウェーハＷ１，Ｗ２，Ｗ３…（たとえば合計２５枚）が収納され、ロードロック室１３の第１ホルダ１７２には空のキャリアＣ１が支持され、第２ホルダ１７３には空のキャリアＣ２が支持され、ロードロック室１３は不活性ガス雰囲気になっているものとする。

次の工程Ｓ１において、第２ロボット１４１は、ウェーハ収納容器１５に収納されたウェーハＷ１を第２ブレード１４３に載せ、ロードロック室１３の第１ドア１３１を開け、第１ホルダ１７２に支持されたキャリアＣ１に移載する。この移載の手順は、図４を参照して説明したとおりである。

次の工程Ｓ２において、ロードロック室１３の第１ドア１３１を閉め、第２ドア１３２も閉めた状態で、ロードロック室１３の内部を再び不活性ガス雰囲気に置換する。そして、第２ドア１３２を開け、第１ロボット１２１の第１ブレード１２３にキャリアＣ１を載せ、反応炉１１のゲートバルブ１１４を開き、当該ゲートバルブ１１４を介してウェーハＷ１が搭載されたキャリアＣ１をサセプタ１１２に移載する。この移載の手順は、図４を参照して説明したとおりである。工程Ｓ２～Ｓ４において、反応炉１１では、ウェーハＷ１に対するＣＶＤ膜の生成処理が行われる。

すなわち、処理前のウェーハＷ１が搭載されたキャリアＣ１を反応室１１１のサセプタ１１２に移載してゲートバルブ１１４を閉じ、所定時間だけ待機したのち、ガス供給装置１１３により反応室１１１に水素ガスを供給して反応室１１１を水素ガス雰囲気とする。次いで加熱ランプにて反応室１１１のウェーハＷ１を所定温度に昇温し、必要に応じてエッチングや熱処理などの前処理を施したのち、ガス供給装置１１３により原料ガスやドーパントガスの流量および／又は供給時間を制御しながら供給する。これにより、ウェーハＷ１の表面にＣＶＤ膜が生成される。ＣＶＤ膜が形成されたら、ガス供給装置１１３により反応室１１１に再び水素ガスを供給して反応室１１１を水素ガス雰囲気に置換したのち、所定時間だけ待機する。

このように工程Ｓ２～Ｓ４において、反応炉１１によりウェーハＷ１に処理を行っている間、第２ロボット１４１は、ウェーハ収納容器１５から次のウェーハＷ２を取り出し、次の処理の準備をする。その前に、本実施形態では、工程Ｓ３において、ロードロック室１３の第２ドア１３２を閉め、第１ドア１３１も閉めた状態で、ロードロック室１３の内部を不活性ガス雰囲気に置換する。そして、第２ドア１３２を開け、第１ロボット１２１により、第２ホルダ１７３に支持されているキャリアＣ２を第１ホルダ１７２に移載し、第２ドア１３２を閉じる。これに続いて、工程Ｓ４において、第２ロボット１４１は、ウェーハ収納容器１５に収納されたウェーハＷ２を第２ブレード１４３に載せ、第１ドア１３１を開けて、ロードロック室１３の第１ホルダ１７２に支持されたキャリアＣ２に移載する。

このように本実施形態では、工程Ｓ３を追加し、ウェーハ収納容器１５に収納された処理前のウェーハＷＦは、ロードロック室１３のホルダ１７の最上段のホルダである第１ホルダ１７２に搭載する。これは以下の理由による。すなわち、工程Ｓ２に示すように、次のウェーハＷ２を搭載する空のキャリアＣ２が第２ホルダ１７３に支持されている場合、これにウェーハＷ２を搭載すると、処理後のウェーハＷ１を搭載したキャリアＣ１が第１ホルダ１７２に移載される可能性がある。本実施形態の気相成長装置１のキャリアＣは、反応室１１１にまで搬送されるため、キャリアＣがパーティクルの発生要因となり、処理前のウェーハＷ２の上部にキャリアＣ１が支持されると、処理前のウェーハＷ２に塵埃が落下するおそれがある。そのため、処理前のウェーハＷＦは、ロードロック室１３のホルダ１７の最上段のホルダ（第１ホルダ１７２）に搭載するように、工程Ｓ３を追加して、空のキャリアＣ２を第１ホルダ１７２に移載する。

工程Ｓ５において、ロードロック室１３の第１ドア１３１を閉め、第２ドア１３２も閉めた状態で、ロードロック室１３の内部を不活性ガス雰囲気に置換する。そして、反応炉１１のゲートバルブ１１４を開き、第１ロボット１２１の第１ブレード１２３を反応室１１１に挿入して、処理後のウェーハＷ１を搭載したキャリアＣ１を載せ、反応室１１１から取り出し、ゲートバルブ１１４を閉じた後、第２ドア１３２を開いて、ロードロック室１３の第２ホルダ１７３に移載する。これに続いて、第１ロボット１２１の第１ブレード１２３に、第１ホルダ１７２に支持されたキャリアＣ２を載せ、この処理前のウェーハＷ２を搭載したキャリアＣ２を、工程Ｓ６に示すように、ウェーハ移載室１２を介して、ゲートバルブ１１４を開けて反応炉１１のサセプタ１１２に移載する。

工程Ｓ６～Ｓ９において、反応炉１１では、ウェーハＷ２に対するＣＶＤ膜の生成処理が行われる。すなわち、処理前のウェーハＷ２が搭載されたキャリアＣ２を反応室１１１のサセプタ１１２に移載してゲートバルブ１１４を閉じ、所定時間だけ待機したのち、ガス供給装置１１３により反応室１１１に水素ガスを供給して反応室１１１を水素ガス雰囲気とする。次いで加熱ランプにて反応室１１１のウェーハＷ２を所定温度に昇温し、必要に応じてエッチングや熱処理などの前処理を施したのち、ガス供給装置１１３により原料ガスやドーパントガスの流量および／又は供給時間を制御しながら供給する。これにより、ウェーハＷ２の表面にＣＶＤ膜が生成される。ＣＶＤ膜が形成されたら、ガス供給装置１１３により反応室１１１に再び水素ガスを供給して反応室１１１を水素ガス雰囲気に置換したのち、所定時間だけ待機する。

このように工程Ｓ６～Ｓ９において、反応炉１１によりウェーハＷ２に処理を行っている間、第２ロボット１４１は、処理後のウェーハＷ１をウェーハ収納容器１５に収納するとともに、ウェーハ収納容器１５から次のウェーハＷ３を取り出し、次の処理の準備をする。すなわち、工程Ｓ７において、ロードロック室１３の第２ドア１３２を閉め、第１ドア１３１も閉めた状態で、ロードロック室１３の内部を不活性ガス雰囲気に置換する。そして、第１ドア１３１を開け、第２ロボット１４１により、第２ホルダ１７３に支持されているキャリアＣ１から処理後のウェーハＷ１を第２ブレード１４３に載せ、工程Ｓ８に示すように当該処理後のウェーハＷ１をウェーハ収納容器１５に収納する。これに続いて、上述した工程Ｓ３と同様に、工程Ｓ８において、ロードロック室１３の第１ドア１３１を閉め、第２ドア１３２も閉めた状態で、ロードロック室１３の内部を不活性ガス雰囲気に置換する。そして、第２ドア１３２を開け、第１ロボット１２１により、第２ホルダ１７３に支持されているキャリアＣ１を第１ホルダ１７２に移載する。

これに続いて、工程Ｓ９において、ロードロック室１３の第２ドア１３２を閉め、第１ドア１３１も閉めた状態で、ロードロック室１３の内部を不活性ガス雰囲気に置換する。そして、第２ロボット１４１により、ウェーハ収納容器１５に収納されたウェーハＷ３を第２ブレード１４３に載せ、工程Ｓ９に示すように、第１ドア１３１を開け、ロードロック室１３の第１ホルダ１７２に支持されたキャリアＣ１に移載する。

工程Ｓ１０においては、上述した工程Ｓ５と同様に、ロードロック室１３の第１ドア１３１を閉め、第２ドア１３２も閉めた状態で、ロードロック室１３の内部を不活性ガス雰囲気に置換する。そして、反応炉１１のゲートバルブ１１４を開き、第１ロボット１２１の第１ブレード１２３を反応室１１１に挿入して、処理後のウェーハＷ２を搭載したキャリアＣ２を載せ、ゲートバルブ１１４を閉じた後、第２ドア１３２を開いて、反応室１１１からロードロック室１３の第２ホルダ１７３に移載する。これに続いて、第１ロボット１２１の第１ブレード１２３に、第１ホルダ１７２に支持されたキャリアＣ１を載せ、この処理前のウェーハＷ３を搭載したキャリアＣ１を、工程Ｓ１１に示すように、ウェーハ移載室１２を介して、反応炉１１のサセプタ１１２に移載する。

工程Ｓ１０において、上述した工程Ｓ７と同様に、ロードロック室１３の第２ドア１３２を閉め、第１ドア１３１も閉めた状態で、ロードロック室１３の内部を不活性ガス雰囲気に置換する。そして、第１ドア１３１を開け、第２ロボット１４１により、第２ホルダ１７３に支持されているキャリアＣ２から処理後のウェーハＷ２を第２ブレード１４３に載せ、工程Ｓ１１に示すように当該処理後のウェーハＷ２をウェーハ収納容器１５に収納する。以下、ウェーハ収納容器１５に収納された全ての処理前のウェーハＷＦの処理が終了するまで、以上の工程を繰り返す。

以上のとおり、本実施形態の気相成長装置１においては、反応炉１１にて処理を行っている間に、次の処理前のウェーハＷＦをウェーハ収納容器１５から取り出して準備したり、処理後のウェーハＷＦをウェーハ収納容器１５に収納したりすることで、搬送のみに費やされる時間を極力少なくする。この場合、本実施形態のホルダ１７のように、ロードロック室１３におけるキャリアＣの待機数を２個以上に設定すると、搬送のみに費やされる時間の短縮自由度がより一層高くなる。そして、ロードロック室１３の専有スペースを考慮すると、複数のキャリアＣを左右に並べるより上下に多段に並べる方が、気相成長装置１の全体の専有スペースが小さくなる。ただし、複数のキャリアＣを上下に多段に並べると、処理前のウェーハＷＦの上部にキャリアＣが支持されることがあり、処理前のウェーハＷＦに塵埃が落下するおそれがある。しかしながら、本実施形態の気相成長装置１では、処理前のウェーハＷＦは、ロードロック室１３のホルダ１７の最上段のホルダ（第１ホルダ１７２）に搭載するように、工程Ｓ３，Ｓ８を追加し、空のキャリアＣ２を第１ホルダ１７２に移載するので、処理前のウェーハＷＦは最上段のキャリアＣに搭載される。この結果、キャリアＣに起因するパーティクルがウェーハＷＦに付着するのを抑制することができ、ＬＰＤ品質を高めることができる。

１…気相成長装置
１１…反応炉
１１１…反応室
１１２…サセプタ
１１３…ガス供給装置
１１４…ゲートバルブ
１１５…キャリアリフトピン
１１６…サポートシャフト
１１６１…貫通孔
１１７…リフトシャフト
１１８Ｕ…上側ヒータ
１１８Ｌ…下側ヒータ
１１９ａ…回転駆動部
１１９ｂ…昇降駆動部
１２…ウェーハ移載室
１２１…第１ロボット
１２２…第１ロボットコントローラ
１２３…第１ブレード
１２４…第１凹部
１３…ロードロック室
１３１…第１ドア
１３２…第２ドア
１４…ファクトリインターフェース
１４１…第２ロボット
１４２…第２ロボットコントローラ
１４３…第２ブレード
１５…ウェーハ収納容器
１６…統括コントローラ
１７…ホルダ
１７１…ホルダベース
１７２…第１ホルダ
１７３…第２ホルダ
１７４…ウェーハリフトピン
Ｃ…キャリア
Ｃ１１…底面
Ｃ１２…上面
Ｃ１３…外周側壁面
Ｃ１４…内周側壁面
ＷＦ…ウェーハ

Claims

ウェーハの外縁を支持するリング状のキャリアを用いて、前記ウェーハにＣＶＤ膜を形成する気相成長装置であって、
前記ウェーハにＣＶＤ膜を形成する反応室には、
上面に前記キャリアが載置されるサセプタと、
前記サセプタを支持して回転駆動部により回転するサポートシャフトと、
前記サポートシャフトに対して昇降駆動部により昇降するリフトシャフトと、
前記サセプタを貫通し、前記ウェーハに接触することなく前記キャリアを上下移動可能に設けられたキャリアリフトピンと、
前記サセプタの上部に設けられた上側ヒータと、
前記サセプタの下部であって前記キャリアリフトピンの内側に設けられた下側ヒータと、が設けられ、
前記上側ヒータと前記下側ヒータの総加熱パワーに対する前記下側ヒータの加熱パワーが、４８％～５２％である気相成長装置。
前記サセプタの裏面であって、前記キャリアに搭載されたウェーハの垂直下方向の裏面且つキャリアリフトピンの内側の裏面と、前記下側ヒータとの間には、熱及び光を実質的に遮る部材が設けられていない請求項１に記載の気相成長装置。
複数の前記キャリアを用いて、
複数の処理前のウェーハを、少なくともロードロック室及びウェーハ移載室を介して反応室へ順次搬送するとともに、
複数の処理後のウェーハを、前記反応室から、前記ウェーハ移載室、前記ロードロック室へ順次搬送し、
前記ロードロック室は、第１ドアを介してファクトリインターフェースと連通するとともに、第２ドアを介して前記ウェーハ移載室と連通し、
前記ウェーハ移載室は、ゲートバルブを介して、前記反応室と連通し、
前記ウェーハ移載室には、前記ロードロック室に搬送されてきた処理前のウェーハをキャリアに搭載された状態で前記反応室に投入するとともに、前記反応室において処理を終えた処理後のウェーハをキャリアに搭載された状態で前記反応室から取り出して前記ロードロック室に搬送する第１ロボットが設けられ、
前記ファクトリインターフェースには、処理前のウェーハをウェーハ収納容器から取り出し、前記ロードロック室にて待機するキャリアに搭載するとともに、前記ロードロック室に搬送されてきた、キャリアに搭載された処理後のウェーハを、ウェーハ収納容器に収納する第２ロボットが設けられ、
前記ロードロック室には、キャリアを支持するホルダが設けられている請求項１又は２に記載の気相成長装置。
ウェーハの外縁を支持するリング状のキャリアを用いて、前記ウェーハにＣＶＤ膜を形成する気相成長方法であって、
前記ウェーハにＣＶＤ膜を形成する反応室には、
上面に前記キャリアが載置されるサセプタと、
前記サセプタを支持して回転駆動部により回転するサポートシャフトと、
前記サポートシャフトに対して昇降駆動部により昇降するリフトシャフトと、
前記サセプタを貫通し、前記ウェーハに接触することなく前記キャリアを上下移動可能に設けられたキャリアリフトピンと、
前記サセプタの上部に設けられた上側ヒータと、
前記サセプタの下部であって前記キャリアリフトピンの内側に設けられた下側ヒータと、が設けられた気相成長装置を用いた気相成長処理方法において、
前記反応室にて前記ウェーハを処理する場合の上側ヒータと前記下側ヒータの総加熱パワーに対する前記下側ヒータの加熱パワーが、４８％～５２％である気相成長処理方法。