JPH03132018A

JPH03132018A - エピタキシヤル気相成長装置

Info

Publication number: JPH03132018A
Application number: JP27117389A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Kubota; 清久保田; Kimito Nishikawa; 公人西川; Kazuo Mori; 和夫森
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1989-10-17
Filing date: 1989-10-17
Publication date: 1991-06-05
Anticipated expiration: 2010-06-14
Also published as: JPH0756864B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野】

この発明はロードロック機構を備え、真空中でウェハ交
換ができるようにした減圧式エピタキシャル気相成長装
置の改良に関する。

【従来の技術】

有機金属熱分解法（ＭＯＣｖＤ又ハｏＭｖＰＥ）は、サ
セプタ上の加熱された基板に対して、原料ガスを流し、
基板の近傍で気相反応を起こさせ、基板の上に反応生成
物の薄膜を形成するものである。成長室に於いてサセプタ上で薄膜形成されるが、一つの
基板について成長が終わると、次の基板と取り換えなけ
ればならない。基板交換は頻繁に行わなくてはならない
。そのたびに成長室を開いていたのでは非能率であるし
、成長室が汚染されやすく、危険でもある。そこで成長室にロードロック機構を設け、真空中で基板
交換できるようにした装置が作られた（例えば特開昭［
１３−１１８８３４、特開昭１１ｉ３−２９９１１５）
。　ロードロック機構を有するものは、複数枚の基板を
真空中で連続して交換できるので能率的である。また基
板交換のために成長室を開く必要がない。色々な形式のものがある。例えば、ゲートバルブによっ
て成長室と遮断する事のできる搬送室を設け、搬送室へ
基板を入れ、搬送機構によって基板を成長室のサセプタ
上へ運ぶようになっているものもある。搬送室は真空に
引くことができ、この空間を真空に引いてから基板を搬
送する。或は、搬送室とは別に、これにゲートバルブを介してつ
ながる基板交換室を設けたものもある。基板交換室には、複数のウェハをトレイに入れた状態で
収容できる。複数のトレイは上下に並ぶ棚に配列され全
体として昇降できる。大気中から基板交換室へ複数のウ
ェハトレイを入れ真空に引く。ゲートバルブを開き、ト
レイを持ち上げて、搬送室に入れる。搬送機構によって
基板をトレイのまま成長室のサセプタへ搬送する。これが１枚目の操作である。実際には連続して成長を行うのであるから、２枚目以後
は、サセプタ上の成長済みのウェハのウェハトレイを搬
送機構で搬出し空の棚に載せる。この後、未処理のウェハのウェハトレイを搬送機構で成
長室のサセプタ上へ移す。成長室のゲートバルブを閉じ
、搬送機構を戻し、ウェハトレイを入れた棚を基板交換
室に戻しゲートバルブを閉じる。この後成長室で薄膜形
成を行う。このような成長室、搬送室、基板交換室の３つの空間か
らなる気相成長装置も提案されている。これは複数枚のウェハを引き続いて処理する事ができて
能率的である。最初に複数枚のウェハトレイを基板交換
室に入れた後、基板交換室、搬送室などが大気にさらさ
れる事なく全て真空中で搬送がなされる。３室構成であるので、このような便利な点かある。

【発明が解決しようとする課題】

３室構成の気相成長装置は能率的であるといってもそれ
は従来のものに比べての話である。これも未だに能率上
の問題がある。それは基板１枚当たりの処理時間が長ずざるということ
である。基板は室温で基板交換室にある。当然であるが
、室温で搬送される。熱が関与する過程はすべて成長室
において行われる。成長室に時間的な負担がかかり過ぎ
ている。このため基板１枚当たりの処理時間が長くなり
過ぎるのである。より詳しく説明する。室温の状態で成長室のサセプタ上へ運ばれた基板は、適
当な成長温度まで加熱されなければならない。成長させ
るべき薄膜によって変わるが、必要な温度はｅｏｏ’　
ｃ〜８５０°Ｃ程度である。この加熱はサセプタの内部
にある抵抗加熱ヒータ、又は成長室の外部にある高周波
加熱コイルによってなされる。この昇温過程に要する時間Ｔ１は、２０〜３０分程度で
程度。この後、原料ガスを通して基板上に薄膜成長を行う。こ
れも薄膜材料や所望の膜厚によって異なるが、例えば１
時間かかる事がある。より短いことも長いこともある。簡単のため成長過程の所要時間Ｔ２を１時間とする。成長が終わるとサセプタ内のヒータ或は高周波コイルの
電力を弱＜シ、或は電力供給を遮断して、サセプタ上で
基板を徐冷する。サセプタはカーボン製である事が多い
が、基板やウェハトレイよりもはるかに大きい熱容量を
持つ。このためサセプタの冷却には長い時間がかかる。この冷却過程に要する時間Ｔ３は例えば９０分程度であ
る。昇温、成長、冷却の各過程を行うに要する時間は（ＴＩ
＋　Ｔ２＋　Ｔ＊）である。この間、サセプタは１枚の
ウェハ（基板）トレイによって占有されている。基板搬送のための時間を無視するとしても、基板１枚当
たりの処理時間は（ＴＩ＋７２＋７３）となり長い。先
程の例ではこれが３時間程度になる。基板１枚当たりの処理時間をもっと短くしなければスル
ーブツトがそれ以上上がらない。より高能率の装置が強
く要望されている。昇温、成長、冷却の３過程は全て成長室内で、サセプタ
上で行われている。これが処理時間を長くしている原因
である。よく考えてみれば昇温、冷却は成長室の中で行
われなければならないというものではない。これらの過
程は別の空間で行う事ができる筈である。ロードロツタ機構を備え、成長室、搬送室、基板交換室
からなる王室構成の気相成長装置であって、１枚当たり
の処理時間を短くする事のできる装置を提供する事が本
発明の目的である。

【課題を解決するための手段】

搬送室の内部に、未処理ウェハを加熱する予備加熱装置
と、処理済みウェハを徐冷する徐冷装置を設ける。そし
て、未処理ウェハは予備加熱してから成長室へ送り、成
長の終わった処理済みウェハはまだ熱いうちにサセプタ
から取り外し徐冷装置で徐冷する。これが本発明の気相
成長装置の新規な点である。即ち、本発明のエピタキシャル気相成長装置は、 ■原料ガスを導入するガス導入口と排ガスを排気するガ
ス排出口とを有し真空に引（ことのできる成長室と、 ■成長室の中に回転昇降可能に設けられウェハを保持す
るウェハトレイを載せるべきサセプタと、 ■サセプタ及びウェハを加熱するための加熱装置と、 ■ゲートバルブを介して成長室に連続するように設けら
れ真空に引くことができウェハトレイを搬送する空間で
ある搬送室と、 ■ウェハを保持したウェハトレイを搬送室と成長室の間
で搬送する搬送機構と、 ■搬送室にゲートバルブを介して連続するように設けら
れ真空に引く事ができ複数のウェハトレイを収容できる
基板交換室と、 ■基板交換室の中に設けられウェハトレイを置くための
複数の棚を有するカセットと、 ■基板交換室の中に設けられカセットを保持するための
カセット台と、 ■カセット台を搬送室と基板交換室の間で移動させるカ
セット移動装置と、［相］搬送室の内部に設けられ未処理ウェハを保持する
ウェハトレイを一時的に滞留させウェハを予備加熱する
予備加熱装置と、 ■搬送室の内部に設けられ処理済みウェハを保持するウ
ェハトレイを一時的に滞留させウェハを徐冷させる徐冷
装置と、よりなっている。

【作　　用】

基板交換室には複数のウェハトレイを収容したカセット
が設けられている。基板交換室、搬送室は一旦真空に引
かれた後、適当な圧力、雰囲気になっている。雰囲気は
Ｎ２、Ｎ２などである。成長室も適当な圧力雰囲気に保
たれている。基板交換室のゲートバルブを開き、カセットを搬送室へ
移動させる。搬送機構でひとつのウェハトレイを搬送し
予備加熱装置に置く。ここで適当な温度Ｔ１まで予備加
熱する。成長室のゲートバルブを開き、予備加熱したウェハトレ
イを搬送機構により、成長室のサセプタの上へ戴置する
。搬送機構を戻し、ゲートバルブを閉じる。成長室内で
ウェハに向かって原料ガスを流しウェハ上に薄膜成長を
行う。成長温度Ｔｂに保たれる。成長後、加熱を停止するのでウェハの温度が下がるが、
室温より高いある温度Ｔ０で、ゲートバルブを開き、ウ
ェハトレイを取り出す。搬送機構によってサセプタから
ウェハトレイを外し、徐冷装置に置く。徐冷装置でＴ。から室温Ｔ。にまで徐冷させる。この後、この処理済み
ウェハを保持したウェハトレイをカセットに戻す。以上は１枚のウェハに着眼したものである。実際にはい
くつものウェハトレイが動いてゆくので、動作はやや複
雑である。予備加熱と徐冷とが成長室の外部で行われる。成長室で行われるのは、薄膜成長と、最終的な加熱（Ｔ
、→Ｔｂ）、初期徐冷（Ｔｂ＋Ｔｏ）だけである。これに要する時間Ｔ４は、先述の（Ｔ１＋７２＋　ＴＯ
）よりも短い。Ｔ４はＴ２より大きいが、（Ｔ　Ｉ＋　
７２　＋　Ｔ３）よりも短いので、ウェハー枚当たりの
処理時間は短縮される事になる。ウェハー枚当たりの処理時間が、この構成ではＴ４にな
り、ＴＩやＴ３の大部分が処理時間に含まれなくなる。

【実施例】

第１図は本発明の実施例に係る気相成長装置の概略断面
図である。縦長の成長室５の中にサセプタ３が回転昇降自在に設け
られる。回転シャフト４がサセプタ３を回転昇降自在に
支持している。サセプタ３の中には抵抗加熱ヒータがあ
り、サセプタ３とウェハトレイ２、ウェハ１を加熱して
いる。成長室は真空排気できる。成長室５の上頂部にガス導入口２０１下方にガス排出口
２１がある。ガス導入口２０から原料ガスが成長室内に
入る。成長室を上から下へと原料ガスが流れ、ウェハ１
の近傍で気相反応が起こる。反応生成物がウェハ１の表
面に堆積してゆく。排ガスはガス排出口２１から排出さ
れる。この先に真空排気装置がある。原料ガスは生成物によって異なるが、ＧａＡｓ１ＡＩＧ
ａＡｓなどの薄膜を生成する場合は、Ｇａｓ　ｋｌなど
を含む有機金属ガス、人ｓＪ、Ｈ２などの混合ガスであ
る。キャリアガスであるＨ２の比率が最も大きい。ゲートバルブ６を介して、搬送室７が成長室５に続いて
設けられる。横に長い空間であって、ウェハトレイを搬
送する空間を与える。搬送室７も真空に引くことができ
る。搬送室と成長室との間でウェハトレイを移動させるため
の搬送アーム８が設けられる。これは水平に動くことが
できる。従来の搬送機構と同様な機械的構造を持ってい
る。しかし、本発明では高温のままウェハトレイを搬送
する事になるから高温に耐える材料で搬送機構を作らな
ければならない。ゲートバルブ１２を介して、基板交換室９が搬送室７に
続いて設けられる。基板交換室９も真空に引くことがで
きる。基板交換室９の中には、複数のウェハトレイを入れるた
めの棚を存するカセット１１が、カセット台１０の上に
置かれている。カセットはカセット移動装置１６により
、基板交換室９と搬送室７の間を移動できるようになっ
ている。移動の方向は上下方向であっても、水平方向で
あっても良い。この例では上下方向に移動する事になっ
ている。それは基板交換室９を搬送室７の下に設けてい
るからである。搬送室７の側方に基板交換室９を設ければ移動の方向が
水平方向になる。次に本発明の特徴的な部分を説明する。搬送室７の途中に、予備加熱装置１８と、徐冷装置１９
とが設けられる。予備加熱装置１８は未処理ウニ／＼を室温ＴＯからある
温度Ｔ、まで予備加熱するものである。ＧａＡｓ基板で
あれば、Ｔ、は４００°Ｃ程度であり、Ａｓ抜けが起こ
らない温度とする。予備加熱装置１８はランプヒータ１３と、加熱台１４と
よりなる。ランプヒータは例えば赤外線ランプである。ウェハトレイごと加熱台１４にウェハを置くと、ヒータ
の熱により予備加熱される。徐冷装置１９は、薄膜形成が終わって未だ高温であるウ
ェハを徐冷する。Ｔｃ→Ｔｏまでに冷却するのである。ＴｏはＧａＡｓ基板であれば４００°Ｃ程度である。こ
れを室温Ｔ。まで徐々に冷却する。徐冷装置１９は、冷
却台１５とランプヒータ１３よりなる。このランプヒー
タは、ウェハの急激な冷却を回避するためのものである
。ヒータのパワーを徐々に小さくしなからウェハを徐冷
できるようにしている。ランプヒータ１３のかわりに抵抗加熱ヒータや高周波加
熱コイルを用いても良い。この図では予備加熱装置１８と徐冷装置１９が近くに並
んでいるが、両者を離して設ける事もできる。加熱台１４、冷却台１５はウェハトレイを置くためのも
のであるが、これは昇降する事ができる。上昇位置にあ
るとき、搬送アーム８とウェハトレイの交換有する事が
できる。搬送アーム８から加熱台１４、冷却台１５ヘウ
エハトレイを移す事もできるし、加熱台、冷却台から搬
送アームへウェハトレイを移す事もできる。下降位置に
あるとき、これらは搬送アーム８の運動を妨害しない。　ウェハトレイを交換する時以外は、加熱台１４、冷却
台１５は下降位置にある。以上の構成に於いて、動作は次のようになる。ウェハトレイ同士を区別するため、処理を受ける順にウ
ェハトレイ（又はウェハ）をＡｌＢｌＣ，Ｄ、Ｅ、、、
、とする。１枚目のウェハＡは処理済みで常温に戻り（Ｔ。）カセット１１に戻されている。２枚目のウェハＢは薄膜形成処理を済んだが徐冷台１５
において冷却されている（Ｔｏ→Ｔｏ）。３枚目のウェハＣは薄膜形成処理中で、成長室５のサセ
プタ３の上にある（Ｔｂ）。４枚目のウェハＤは予備加熱中で加熱台１５の中に置か
れている（Ｔｏ””Ｔ−）。カセット１１は、ウェハＢ１Ｃ，Ｄの席が空席になって
いる。このように３枚のウェハＢ、Ｃ，Ｄが同時に何らかの過
程にある。この後、搬送アーム８で、冷却台１５からウニ／％　１
３をカセット１１に運び、成長室を開いてサセプタを下
げ搬送アーム８でウェハＣを冷却台１５に運ぶ。成長室
を開くときは、その雰囲気を搬送室７に一致させてから
にする。さらに、加熱台１４のウェハＤを搬送アーム８でサセプ
タの上に運ぶ。成長室を閉じ真空に引いて、適当な雰囲
気にしてさらにウェハＤを加熱（Ｔ、→Ｔｂ）シ、薄膜
成長を始める。さらに、カセットからウェハＥを取り出し加熱台１４に
置く。この状態で薄膜成長が行われる。この時間がＴ４である。予備加熱、徐冷に必要な時間は、最終加熱、薄膜成長（
Ｔ、→Ｔｂ＋Ｔ０）、初期冷却の時間より短いので、Ｔ
４は成長室での最終加熱、薄膜成長、初期冷却に要する
時間で決まる。例えばＧａＡｓ基板の場合、Ｔ、＝　Ｔ、＝　４００°
Ｃ、Ｔｂ＝７００〜８００°Ｃとすると、Ｔｂ＋Ｔｏの
初期冷却は約３０分である。最終加熱（Ｔ、→Ｔｂ）を
１０分、成長時間を１時間とすると、Ｔ４は約１時間４
０分となる。従来法では、Ｔ、＝２０〜３０分、Ｔ２＝６０分、Ｔ３
＝　９０分として、Ｔ、＋　ｒ２＋　７３＝　１７０分
〜１８０分の時間がかかっていた。これに比べて、本発
明によれば約１／２の時間で済む。

【発明の効果】

（１）　　従来、成膜終了後ウェハは成長室のサセプタ
上で常温まで冷えてから搬出されていた。サセプタの熱
容量が大きいため長い冷却時間が必要であった。ところが本発明に於いては−、ウェハがかなり高温（ｒ
ｃ）である時に取り出し高温のまま冷却台へ搬送する。ここで時間を取る冷却を行う。従って成長室の使用時間を従来の半分以下にする事がで
きる。このためウェハ１枚当たりの処理時間が大幅に短縮され
る。 ■　成膜中に次のウェハを予備加熱するので、成長室で
ウェハを加熱するための時間が短縮される。（３）　　搬送室の中で予備加熱を行い、ここでベーキ
ングが行われる。脱ガスされたクリーンなウェハトレイ
が成長室の中へ搬送させるので、成長室を汚さない。よ
り高純度の成膜が可能となる。従来は成長室の内部でウェハトレイを加熱したので脱ガ
ス成分が成長室内を汚す惧れがあった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るエピタキシャル気相成長
装置の概略断面図。１、、、、　ウェハ、２．、、、　ウェハトレイ３、、
、、サセプタ、４．、、、回転シャフト５゜７　。９゜１１　。１３゜１５　。１７　。１９゜２１　。成長室、ｅ、、、、ゲートバルブ搬送室、８．、、、搬送アーム基板交換室、１０．、、、カセット台カセット、１２．、、、ゲートバルブランプヒータ、１４．、、加熱台冷却台、１６．、、カセット移動製置棚、１８．、、予備加熱装置徐冷装置、２０．、、ガス導入口ガス排気口明　者　　　　久保１）　　清西　　川　　公　　人森　　　　　和　　夫日新電機株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

　原料ガスを導入するガス導入口と排ガスを排出するガ
ス排出口とを有し真空に引くことのできる成長室と、成
長室の中に回転昇降可能に設けられウェハを保持するウ
ェハトレイを載せるべきサセプタと、サセプタ及びウェ
ハを加熱するための加熱装置と、ゲートバルブを介して
成長室に連続するよう設けられ真空に引くことができウ
ェハトレイを搬送する空間である搬送室と、ウェハを保
持したウェハトレイを搬送室と成長室の間で搬送する搬
送機構と、搬送室にゲートバルブを介して連続するよう
に設けられ真空に引く事ができる複数のウェハトレイを
収容できる基板交換室と、基板交換室の中に設けられウ
ェハトレイを置くための複数の棚を有するカセットと、
基板交換室の中に設けられカセットを保持するためのカ
セット台と、カセット台を搬送室と基板交換室の間で移
動させるカセット移動装置と、搬送室の内部に設けられ
未処理ウェハを保持するウェハトレイを一時的に滞留さ
せウェハを予備加熱する予備加熱装置と、搬送室の内部
に設けられ処理済みウェハを保持するウェハトレイを一
時的に滞留させウェハを徐冷する徐冷装置とよりなる事
を特徴とするエピタキシャル気相成長装置。