JPH0629224A

JPH0629224A - 半導体製造装置

Info

Publication number: JPH0629224A
Application number: JP20610192A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Saito; 芳彦斉藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-07-09
Filing date: 1992-07-09
Publication date: 1994-02-04

Abstract

(57)【要約】【目的】ロードロック室、自動搬送系及びディスク高速
回転方式を有する枚葉式気相エピタキシャル成長装置に
おいて、被処理ウェーハがウェーハホルダーの正常の位
置にセットされない状態で高速回転すると、エピタキシ
ャル膜の品質の低下やウェーハ破損による稼働率の低下
などを招く。これを防止し、装置の信頼性を向上する。【構成】ウェーハをウェーハホルダーに自動搬送した際
に、ウェーハが正常な位置にセットされたか否かを検知
する機構（例えば発光素子からのビーム光をウェーハに
入射し、反射光を受光素子で検知する）と、正常な位置
にセットされていない場合には、正常な位置にセットす
る機構（例えば、警報を発し、ウェーハを前段工程に戻
し、セット動作をやり直す）とを前記成長装置に新設す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置に関す
るもので、特に枚葉式気相エピタキシャル成長装置の搬
送系に使用されるものである。

【０００２】

【従来の技術】シリコン気相エピタキシャル成長装置
は、大別して（ａ）縦型（パンケーキ型とも呼ばれ
る）、（ｂ）シリンダー型（バレル型とも呼ばれる）、
（ｃ）枚葉式とがある。

【０００３】（ａ）縦型エピタキシャル成長装置の構造
の概要を図５に示す。被処理ウェーハ１は、ヒータ（誘
導コイル）２により高周波加熱されるサセプタ３上に載
置される。これらは、反応ガス供給口４及び排気口５を
設けた石英ベルジャー６内に収納される。反応ガスは、
中央のガスノズル７から反応室内に導入され、一様に被
処理ウェーハ上に供給される。この装置は、高抵抗エピ
タキシャル膜の制御性（エピタキシャル膜のρ_VGの均一
性）や、ｔ_VG（エピタキシャル膜の膜厚）分布の均一性
が、比較的良好であるなどの利点があるが、反面スリッ
プによる転位や、パーティクルの付着が多いなどの欠点
がある。

【０００４】（ｂ）シリンダー型エピタキシャル成長装
置の構造の概要を図６に示す。被処理ウェーハ１は、多
面体のサセプタ３の側面に保持される。ウェーハ１は石
英ベルジャー６の側壁を取り囲むヒータ（赤外線加熱）
２により加熱される。なお図５と同一符号は、同一部分
または相当部分をあらわす。この成長装置は、スリップ
転位やパーティクル特性に優れる反面、高抵抗層の制御
性に劣るなどの欠点がある。

【０００５】縦型及びシリンダー型の共通の特徴とし
て、ウェーハ口径が大口径になるに従い、生産性が劣化
するという問題がある。この問題に対しての一つの解と
して、装置の大型化がある。しかし装置の大型化は、反
面、形成されるエピタキシャル膜の比抵抗ρ_VG及び膜厚
ｔ_VGの均一性などの成膜特性の劣化、クリーンルーム内
の占有面積の増大、動力費及び消耗品部材費の増加等、
技術上及び経済性の面で不利となる。

【０００６】（ｃ）枚葉式（一枚ずつウェーハを処理す
る方式）のエピタキシャル成長装置は、ウェーハの大口
径化にともない，前記縦型及びシリンダー型の装置では
両立し難くなってきたエピタキシャル膜の特性の向上
と、生産性の向上とを解決する製造装置として考案され
たものであり、大口径（約 6吋以上）のウェーハに使用
する装置としては、上記 2つの点において、縦型やシリ
ンダー型の装置より優れている。また従来の装置では比
較的困難であったロードロックやウェーハの自動搬送等
の機能との結合が容易である点も枚葉式エピタキシャル
成長装置の利点である。

【０００７】図７は、枚葉式エピタキシャル成長装置の
構成の概念図である。同図において、ウェーハ１１は、
サセプタ１３上にセットされる。カーボンヒータ１２
は、電極２３から電力を受け、サセプタ１３を加熱す
る。原料ガス（Ｓi Ｈ₂Ｃl ₂）及びキャリアガスＨ₂
は、ガス供給口１４より反応室１６に導入され、整流板
１８を経て一様にウェーハ上に供給され、エピタキシャ
ル成長が行われ、排気口１５より排出される。反応室１
６は外筒１６ａ，内筒（ライナー）１６ｂ、石英窓１６
ｃ及び底板などから構成され、側壁に測定口１７及び図
示してないがロードロック室とを接続するゲートバルブ
が設けられる。サセプタ１３は、回転軸１９に固着さ
れ、モータ２０により、高速回転される。熱遮蔽板２１
及び冷却筒２２により、モータ２０等が加熱されるのを
防止する。

【０００８】上記枚葉式エピタキシャル成長装置は、エ
ピタキシャル膜のｔ_VG分布、ρ_VG分布を制御するため、
ウェーハを支持するサセプタを回転する必要がある。特
に反応ガス流及び境界層を制御する場合、高速に回転す
る必要がある。この場合には、ウェーハがサセプタ（ウ
ェーハホルダーを兼ねる）の正常の位置にセットされて
いないと、回転中にウェーハがずれ、ｔ_VGやρ_VGの分布
の均一性が悪化する。またウェーハ面内の温度分布が悪
くなり、熱歪によるスリップ転位が発生するなど品質面
が劣化する。最悪の場合には、ウェーハが割れて、装置
内が汚染され、修復のために稼動率が低下する。現状の
枚葉式エピタキシャル成長装置の自動搬送系では、ウェ
ーハがウェーハホルダーの正常の位置にセットされたか
否か確認できない問題点がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来のバッチ形式の縦
型またはシリンダー型のエピタキシャル成長装置では、
ウェーハの大口径化につれて巨大化へと向かっている
が、前述のように技術上や経済性の面で不利な点が目立
ち、枚葉式を用いる必要性が高まっている。

【００１０】しかしながら従来のロードロッ室、自動搬
送系及びディスク高速回転方式を有する枚葉式エピタキ
シャル成長装置では、ウェーハがウェーハホルダーの正
常な位置にセットされない場合があつても、セットミス
の状態で高速回転が行なわれる。このため、エピタキシ
ャル膜のｔ_VGやρ_VG分布の不均一、或いはスリップ転位
の発生など、該膜の品質低下に加え、最悪の場合には、
ウェーハが割れて装置内を汚染し、修復するのに多大の
労力と時間を必要とし、生産性を著しく低下するという
課題がある。

【００１１】本発明は、枚葉式気相エピタキシャル成長
装置において、被処理ウェーハがウェーハホルダーの正
常の位置にセットされない状態で高速回転し、エピタキ
シャル膜の品質の低下やウェーハ破損による稼働率の低
下等が生ずることを防止し、それによりエピタキシャル
成長装置の信頼性を向上することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体製造装置
は、ロードロック室、自動搬送系及びディスク高速回転
方式を有する枚葉式気相エピタキシャル成長装置におい
て、ウェーハがディスクのウェーハホルダーの正常な位
置にセットされたことを確認する機構を有し、かつ正常
にセットされていない場合には、正常な位置にセットす
る機構を持つことを特徴とする半導体製造装置である。

【００１３】なお、ロードロック室（load-lock chambe
r ）は、反応室（処理室）を大気中に開放しないで、ウ
ェーハの取り入れ、取り出しを行なうことを目的とした
真空予備室である。またディスク高速回転方式は、ディ
スク（disk 平円盤）状のウェーハ及びウェーハホルダ
ーを高速回転しながらエピタキシャル膜を成長させる方
式である。

【００１４】また正常な位置にセットすることは、あら
かじめ決められた所定位置に配設することで、例えば図
３に示すように、ウェーハホルダー３３の凹部内周壁よ
り突出した環状のウェーハ載置面５１に密着して置くこ
とである。

【００１５】

【作用】本発明の枚葉式気相エピタキシャル成長装置に
おいて、ウェーハがディスクのウェーハホルダーの正常
な位置にセットされたことを確認する機構、例えば図３
に示すように、発光素子と受光素子とを所定位置に設
け、発光素子からの入射光が該ウェーハ主面で反射し
て、受光素子が一定量以上の該反射光を受光すれば、ウ
ェーハは正常な位置にセットされたと確認する機構を持
つ。

【００１６】またウェーハが正常にセットされていない
場合には、ウェーハを該ホルダーの正常な位置にセット
する機構、例えば正常にセットされていない場合（図４
参照）には、その旨を知らせる警報を発し、手動または
自動でウェーハをウェーハホルダーの正常な位置にセッ
トする機構、もしくは前段工程のウェーハ位置決め機構
にウェーハを戻し、正規の工程により、再度ウェーハの
位置決めなどを行ない、ウェーハのローディングを繰り
返す機構を持つ。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例に
ついて説明する。

【００１８】図１は、本発明の半導体製造装置（枚葉式
気相エピタキシャル成長装置）の構成を示す概念図であ
る。同図に示す反応室４０の内部において、サセプタ
（ウェーハホルダーを兼ねる）３３は、被処理ウェーハ
３１を保持、加熱すると共に、回転機構（図示せず）
に、回転軸３９を介して固着され、成膜時、被処理ウェ
ーハ３１を保持した状態で、高速回転する円盤状のウェ
ーハ保持体で、いわゆるディスク高速回転方式と呼ばれ
る。サセプタ３３は、下部に配置されたヒータ（高周波
誘導コイル）３２により加熱される。反応室４０の上部
には、ガス供給口３４が設けられ、外部のガス制御装置
（図示せず）から反応ガスなどが室内に供給される。反
応室４０の底部にはガス排気口３５ａが設けられてい
る。

【００１９】ロードロック室４１は、ゲートバルブ３７
ａを介して反応室４０に、またゲートバルブ３７ｂを介
して準備室４２に、それぞれ連接して設けられる。ロー
ドロック室４１は、反応室４０を大気中に開放しない
で、サセプタ３３にウェーハ３１をロード／アンロード
するために設けられたもので、ゲートバルブ３７ａ、３
７ｂと排気口３５ｂに接続される真空排気系（図示せ
ず）との組み合わせ動作により、反応室を常に真空に保
持する。

【００２０】図２は、ウェーハのロード／アンロード機
構３８の動作を説明するための模式的な側面図である。
該機構３８は、ウェーハ突き上げピン４９を有し、ピン
４９は、その先端部にウェーハ３１が載置、支持され、
ピン昇降機構５０に駆動されて、サセプタ３３及びヒー
タ３２に設けられた孔を通って、自在にウェーハを上昇
または下降させることができる。符号４４は、先割れフ
ォーク型のウェーハハンドリングアームであって、この
先割れした二本の条片上に差し渡すような態様で、ウェ
ーハ３１を支持すると共に、図１に示すハンドラー駆動
部４５により駆動され、反応室４０及び準備室４２にウ
ェーハ３１を搬入及び搬出することができる。

【００２１】次にウェーハ３１がウェーハホルダー３３
の正常な位置、すなわちホルダー３３の凹部内周壁より
突出した環状のウェーハ載置面５１にセットされる動作
について、図１及び図２を参照して説明する。位置決め
機構４６により、所定位置に配置されたウェーハ３１
は、ウェーハハンドリングアーム４４に移載され、ハン
ドラー駆動部４５を作動し、ゲートバルブ３７ｂ及び３
７ａを通り、反応室４０内に搬入される。ウェーハ３１
が前記ウェーハ載置面５１の真上にきたところで、ウェ
ーハハンドリングアーム４４の前進を止める。次にピン
昇降機構５０を駆動し、ウェーハ突き上げピン４９を上
昇し、ウェーハ３１をウェーハハンドリングアーム４４
から受け取る。ウェーハハンドリングアーム４４はその
まま後退して反応室４０から退去する。次にピン昇降機
構５０を駆動し、ウェーハ突き上げピン４９を下降し、
ウェーハ３１をウェーハホルダー３３のウェーハ載置面
５１に密着させて載置する。

【００２２】なおウェーハホルダー３３にセットされた
ウェーハを、取り外し、反応室外へ搬出する動作は、上
記の動作をほぼ逆の順序で行なえばよい。

【００２３】ロード／アンロード機構３８、ウェーハハ
ンドリングアーム４４、ハンドラー駆動部４５、及び位
置決め機構４６等はコンピュータを内蔵する制御装置４
３により自動制御され、自動搬送系を構成する。

【００２４】次に本発明の気相エピタキシャル成長装置
の特徴を、前記実施例について図１ないし図４を参照し
て説明する。本発明は、ウェーハをウェーハホルダーに
自動搬送した際に、ウェーハ３１がウェーハホルダー３
３にセットされた位置を検知する信号を発生する検知装
置３６と、その信号を受けて、ウェーハがウェーハホル
ダーの正常位置にセットされたか否かを判断し、正常位
置にセットされない場合には正常位置へ再セットする制
御信号を出力する制御装置４３と、正常位置にセットさ
れていないことを知らせる警報器４３ａ等とを、具備す
ることを特徴としている。

【００２５】次に検知装置３６の一例として、図３に示
すように、発光素子４７と受光素子４８とを組み合わせ
た構成がある。発光素子４７は指向性の鋭いビーム光を
発生するレーザダイオード等、受光素子４８はホトダイ
オード等を使用する。発光素子４７よりビーム光をウェ
ーハに照射し、ウェーハからの反射光を受光素子４８で
受光する。図３はウェーハ３１が、ウェーハホルダー３
３に正常にセットされた状態を示す断面図である。ウェ
ーハ３１がウェーハホルダー３３に正常にセットされた
状態で、発光素子４７からウェーハ３１にビーム光が入
射し、その反射光が受光素子４８の受光面に入るため
の、発光素子４７と受光素子４８との相対位置関係は、
図３に示すように、発光素子４７のウェーハ載置面５１
からの高さＨ、ウェーハホルダー３３の凹部の深さＤ、
凹部の直径Ｌ及びビーム光の入射角θをパラメータとし
て決定することができる。

【００２６】図４は、ウェーハ３１がウェーハホルダー
３３に正常にセットされない場合の一例を示すものであ
る。すなわちウェーハ３１は、載置面５１と左上がり
（図面上で）の傾斜角αで載置されている。このセット
ミスの状態では、受光素子４８が受光する光量Ｐ₂は、
図３に示す正常にセットされた場合に受光する光量Ｐ₀
に比し著しく減少する。

【００２７】上記構成の検知機構において、受光素子４
８が受光する光量Ｐは、該素子４８で電気信号に変換さ
れ、制御装置４３に入力される。制御装置４３におい
て、前記光量Ｐ（実際は対応する電気量であるが、便宜
上同一文字を使用）は、あらかじめストアされている正
常にセットされた場合の光量Ｐ₀と比較され、ＰがＰ₀
にほぼ等しい場合には、被処理ウェーハ３１はウェーハ
ホルダー３３の正常な位置にセットされたと判断され
る。

【００２８】検知装置の他の実施例として、テレビカメ
ラを反応室外部に設け、透明な石英ガラス窓を通して、
ウェーハホルダー３３内にセットされたウェーハ３１を
撮像し、公知の画像処理手段により、ウェーハがウェー
ハホルダーの正常位置にセットされたかどうかを確認
し、正常にセットされていない場合には、セットミスの
態様を判断することが可能である。

【００２９】又検知装置の他の実施例として、受光素子
４８に代えて、単位受光素子を多数配列した例えばテレ
ビカメラの光電変換面を利用し、反射光を該面に直接入
射し、この入射点の光電変換面上の位置からウェーハが
正常にセットされたかどうか、またセットミスの場合に
は、その態様を知ることができる。

【００３０】次にウェーハがウェーハホルダーの正常な
位置にセットされていない場合、正常な位置にセットす
る機構について説明する。この機構の望ましい実施態様
は、制御装置４３に警報器４３ａを付設し、検知装置３
６からの信号により、ウェーハが正常位置にセットされ
ていないと判断した場合には、警報器４３ａによって当
該作業者などにその旨を知らせる。次に手動または自動
的にロード／アンロード機構３８を動作させ、前述のウ
ェーハローディング動作と反対の手順で、セットミスさ
れたウェーハを、ウェーハホルダー３３から取り外し、
ウェーハハンドリングアーム４４により、位置決め機構
４６に戻す。戻されたウェーハは、正規の手順にしたが
って、位置決め機構４６によって再度、所定位置に配置
され、前記ウェーハローディング動作を繰り返す。なお
セットミスのウェーハを位置決め機構４６に戻すことが
できない場合には、工程を中断して、処置をする。

【００３１】セットミスされたウェーハを、正常な位置
にリセットする機構の他の実施例として、反応室外から
操作できるウェーハ突き押しアームを反応室内に設け、
検知したセットミスの態様に基づき、ウェーハ周縁を押
圧して正常な位置にリセットする方法も考えられる。

【００３２】従来技術の欠点は、前述したようにウェー
ハ搬送の信頼性に欠ける点であった。特にディスク高速
回転方式の装置では、ウェーハがウェーハホルダーに正
常にセットされていない状態で高速回転すると、ウェー
ハが破損し、チャンバー内がウェーハの破片で汚染さ
れ、修復するのに時間がかかり、稼働率が低下する。

【００３３】従来の装置では、ほぼ10³回に 1回の割合
でセットミスが発生した。この頻度は、月に 1回から 3
回内のレベルであり、その度に装置の維持保全（メンテ
ナンス）が必要となり、生産性を著しく低下させた。前
述の機能を設けることにより、セットミスの発生が、約
10⁵回に 1回の割合になり、大幅に生産性が向上した。

【００３４】

【発明の効果】前述のように、本発明の枚葉式エピタキ
シャル成長装置においては、ウェーハがウェーハホルダ
ーの正常な位置にセットされたことを確認する機構と、
正常な位置にセットされない場合には、正常な位置にセ
ットする機構とを設けたことにより、被処理ウェーハが
ウェーハホルダーの正常な位置にセットされないで高速
回転することがなくなり、これにより、エピタキシャル
膜の品質の低下や、ウェーハ破損による稼動率の低下等
を防止することが可能となり、エピタキシャル成長装置
の信頼性を向上することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の枚葉式気相エピタキシャル成長装置の
構成を示す概念図である。

【図２】本発明及び従来例のウェーハのロード／アンロ
ード機構の動作を説明するための模式的な側面図であ
る。

【図３】ウェーハがウェーハホルダーに正常にセットさ
れた場合の検知装置の動作を説明するための模式的な断
面図である。

【図４】ウェーハがウェーハホルダーに正常にセットさ
れていない場合の検知装置の動作を説明するための模式
的な断面図である。

【図５】従来の縦型エピタキシャル成長装置の構造の概
要を示す概念図である。

【図６】従来のシリンダー型エピタキシャル成長装置の
構造の概要を示す概念図である。

【図７】従来の枚葉式エピタキシャル成長装置の構成を
模式的に示す一部破砕斜視図である。

【符号の説明】

３１被処理ウェーハ３２ヒータ３３サセプタ（ウェーハホルダー）３４ガス供給口３５ａ，３５ｂ排気口３６検知装置３７ａ，３７ｂゲートバルブ３８ウェーハ・ロード／アンロード機構４０反応室４１ロードロック室４２準備室４３制御装置４３ａ警報器４４ウェーハハンドリングアーム４５ハンドラー駆動部４６ウェーハ位置決め機構４７発光素子４８受光素子４９ウェーハ突き上げピン５０ピン昇降機構５１正常なウェーハ載置面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロードロック室、自動搬送系及びディスク
高速回転方式を有する枚葉式気相エピタキシャル成長装
置において、ウェーハがディスクのウェーハホルダーの
正常な位置にセットされたことを確認する機構を有し、
かつ正常にセットされていない場合には、正常な位置に
セットする機構を持つことを特徴とする半導体製造装
置。