JPH1126387A - ウェーハアダプタおよびその使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハンドリングロボット付エピタキシャル成
長炉におけるエピタキシャル成長テストなどを低コスト
で実施できるウェーハアダプタおよびその使用方法を提
供する。 【解決手段】 エピタキシャルウェーハより小型のテス
ト用またはモニタ用の小径ウェーハ１５やチップウェー
ハ２２ａ，２２ｂを、ウェーハアダプタ１０の表面の搭
載ポケット１６へ搭載する。その後、アダプタ１０をロ
ボットでエピタキシャル成長炉１１内へ挿填する。炉内
でテスト用のウェーハ１５，２２ａ，２２ｂの表面にシ
リコン単結晶をエピタキシャル成長させる。その後、ロ
ボットでアダプタ１０を炉外へ自動的に取り出す。この
結果、エピタキシャルウェーハと同形状のウェーハ専用
のロボット付エピタキシャル成長炉１４でも、エピタキ
シャルウェーハより小さなテスト用のウェーハ１５，２
２ａ，２２ｂを取り扱える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、エピタキシャル
成長炉によるエピタキシャルウェーハの製造に際して、
このエピタキシャルウェーハの品質保証・管理のために
使用されるウェーハアダプタおよびその使用方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えばＣＺ法（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋ
ｉ）により作製され、研磨されたシリコンウェーハの表
面に、シリコン単結晶を０．７５μｍ〜２００μｍ程度
の厚さで堆積、成長（以下、エピタキシャル成長）させ
たシリコン製のエピタキシャルウェーハが知られてい
る。このエピタキシャルウェーハは、シリコンウェーハ
上に任意の膜厚、抵抗率の単結晶シリコン層を形成する
ことができ、これにより高性能デバイスを製造すること
ができるという特長を有する。エピタキシャルウェーハ
の作製にあたっては、横型、縦型（パンケーキ型）、シ
リンダ型（バレル型）、枚葉型などの各種エピタキシャ
ル成長炉（以下、単に炉という場合がある）が用いられ
る。これらの炉では、例えばＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ） において、
１０００〜１２００℃前後の高温下で水素キャリアガス
を用いてシリコンソースガスを供給し、シリコンウェー
ハの表面上に、Ｈ−Ｓｉ−Ｃｌ系の反応を通じて、シリ
コン単結晶をエピタキシャル成長させる。

【０００３】ところで、このエピタキシャル成長炉で
は、実際のエピタキシャルウェーハ作製前におよび作製
中に、このウェーハの品質保証・管理を行うために、各
種モニタリングが行われている。これに使われるテスト
用またはモニタ用ウェーハとしては、従来、エピタキシ
ャルウェーハと同一径のダミーウェーハや、シリコンウ
ェーハを小片に切断したテスト用チップウェーハなどが
知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
ウェーハサイズがしだいに大型化（大径化）する傾向が
あり、例えば８インチ以上のウェーハの場合には、エピ
タキシャルウェーハと同一サイズのテスト用またはモニ
タ用ウェーハをこのテストまたはモニタ毎に使用する
と、大型のウェーハが高価であるために、その費用が高
くなるという問題点があった。また、近年、炉外にある
ウェーハを、エピタキシャル成長炉内のサセプタ（ウェ
ーハの支持板）に移載したり、反対に、サセプタからウ
ェーハをピックアップして炉外へ運び出す際に、それま
での手作業から、炉に付設されたロボットによりハンド
リングするエピタキシャル成長炉が増加している。ロボ
ットによるハンドリングは、通常、ハンドリング動作の
自由度が比較的小さい。これにより、取り扱えるウェー
ハは、エピタキシャルウェーハまたはこれと同一径でか
つエピタキシャル成長テスト時に使用されるテスト用ま
たはモニタ用ウェーハに限定されていた。したがって、
経済的に有利ではあるものの、小型のテスト用またはモ
ニタ用チップウェーハは取り扱えないという問題点があ
った。

【０００５】そこで、本願発明者らは、上記課題を解決
すべく鋭意研究を重ねた結果、小型のテスト用またはモ
ニタ用ウェーハであっても、エピタキシャルウェーハと
同一径のウェーハアダプタ（ウェーハ保持具）に搭載し
ておけば、ロボットを用いてテスト用またはモニタ用チ
ップウェーハが扱えることを知見し、この発明を完成す
るに至った。

【０００６】

【発明の目的】この発明の目的は、ロボットハンドリン
グ式のエピタキシャル成長炉を使ったエピタキシャル成
長テストまたは各種モニタリングでのコスト低減が図れ
るウェーハアダプタおよびその使用方法を提供すること
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、エピタキシャル成長炉内でのエピタキシャル成長に
先駆けて実施されるエピタキシャル成長テスト、また
は、エピタキシャル成長中もしくはエピタキシャル成長
炉内での各種モニタリングに使用されるウェーハアダプ
タであって、エピタキシャルウェーハと略同一径で、し
かも表面にはこのエピタキシャルウェーハと同一素材の
テスト用小径ウェーハまたはテスト用チップウェーハの
搭載ポケットが設けられたウェーハアダプタである。こ
こでいうエピタキシャル成長炉としては、例えば石英製
角形反応管のほぼ中央部に長方形サセプタを配置した横
型炉、銅製角管を蚊とり線香状に巻いたものをワークコ
イルとし、その上にドーナツ状サセプタを配置した縦型
炉（パンケーキ型炉）、多角錐台状のサセプタを有する
シリンダ型（バレル型）、拡散炉タイプの反応炉を使用
するホットウォール型炉、大量バッチ処理型で、ウェー
ハの上下に大型の加熱用サセプタを配置し、上下のサセ
プタの間にウェーハホルダ用サセプタを垂直に放射状に
配置したクラスタ型炉、例えば８インチ以上の大型ウェ
ーハに対して有利な、一枚毎の基板ウェーハ上に所定の
単結晶をエピタキシャル成長させる枚葉型炉などが採用
することができる。

【０００８】エピタキシャル成長としては、気相法（Ｖ
ａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ ；ＶＰＥ）、
液相法（Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ；
ＬＰＥ）、固相法（Ｓｏｌｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔ
ａｘｙ ；ＳＰＥ）が任意に選択することができる。特
に、シリコンのエピタキシャル成長には、成長層の結晶
性、量産性、装置の簡便さ、種々のデバイス構造形成の
容易さなどの点から、化学的気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＣＶＤ）が
好ましい。基板ウェーハの素材としては、一般的なシリ
コンの他、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）などが挙げられ
る。エピタキシャル成長される単結晶としては、シリコ
ン、ＧａＡｓ、ＳｉＣなどが挙げられる。ＣＶＤ法によ
るシリコン単結晶のエピタキシャル成長は、例えばシリ
コンを含んだ原料ガスを、キャリアガス（通常Ｈ₂ガ
ス）とともに反応炉内へ導入し、１０００℃以上の高温
に熱せられたシリコン単結晶の基板（ＣＺ法により作
製）上に、原料ガスの熱分解または還元によって生成さ
れたシリコンを析出させることで行なわれる。

【０００９】テスト用またはモニタ用の小径ウェーハや
チップウェーハは、テスト被体であるウェーハと同一素
材（例えばシリコン）でなければならない。また、これ
らのウェーハの形状や寸法は、製品ウェーハであるエピ
タキシャルウェーハに比べて小さければよい。これは、
この発明の主旨が、エピタキシャル成長炉に付設された
ロボットハンドでは取り扱えない小型のテスト用または
モニタ用ウェーハでも取り扱える、という点にあるから
である。例えば、チップウェーハの場合には、その縦横
の寸法が１０〜２０ｍｍ×１０〜２０ｍｍなどである。
ウェーハアダプタは、エピタキシャルウェーハと同一の
外形寸法を有しており、例えば３．５インチ、６イン
チ、８インチなどと限定されることはない。ただし、例
えば８インチなど大型のものほど、この発明が目的とす
るエピタキシャル成長テストまたは各種モニタでの経済
性の向上が図れて好ましい。

【００１０】ウェーハアダプタに形成される搭載ポケッ
トの形状、寸法、個数は、当然ながらテスト用またはモ
ニタ用の小径ウェーハやチップウェーハの形状、寸法、
個数に合わせて設計される。例えば、１枚のウェーハア
ダプタに、テスト用またはモニタ用の小径ウェーハとチ
ップウェーハとの２種類を各１個または複数個搭載して
もよい。また、その搭載形態は、単に搭載ポケットに載
置しても、搭載ポケットから脱落しないように嵌合させ
てもよい。これらの事柄は、請求項３のウェーハアダプ
タの使用方法についても同様である。

【００１１】また、請求項２に記載の発明は、上記ウェ
ーハアダプタがＳｉＣ製である請求項１に記載のウェー
ハアダプタである。

【００１２】さらに、請求項３に記載の発明は、エピタ
キシャルウェーハと略同一径のウェーハアダプタの表面
に形成された搭載ポケットに、上記エピタキシャルウェ
ーハより小さくてこのエピタキシャルウェーハと同一素
材の小径ウェーハまたはチップウェーハを搭載し、次い
で、上記ウェーハアダプタを、ロボットのハンドリング
によりエピタキシャル成長炉内へ自動挿填して、上記小
径ウェーハまたは上記チップウェーハの表面上で所定の
エピタキシャル成長または所定の熱処理を行い、その
後、上記ロボットによるハドリングにより、上記ウェー
ハアダプタを自動的に炉外へ取り出すウェーハアダプタ
の使用方法である。

【００１３】

【作用】この発明のウェーハアダプタおよびその使用方
法によれば、エピタキシャルウェーハに比べて小さなテ
スト用またはモニタ用の小径ウェーハまたはチップウェ
ーハを、ウェーハアダプタの表面の搭載ポケットに搭載
する。それから、このウェーハアダプタを、ハンドリン
グ用のロボットを使って、エピタキシャル成長炉内へ自
動挿填し、この炉内でこの小径ウェーハまたはチップウ
ェーハの表面に、例えばシリコン単結晶をエピタキシャ
ル成長する。その後、ロボットを用いてウェーハアダプ
タを自動的に炉外へ取り出す。これにより、エピタキシ
ャルウェーハと同形状のウェーハだけしか取り扱えない
ハンドリングロボットを配備したエピタキシャル成長炉
でも、エピタキシャルウェーハより小さなテスト用また
はモニタ用の小径ウェーハやチップウェーハを取り扱う
ことができる。したがって、エピタキシャル成長テスト
または炉内での各種モニタリングを低コストで自動化す
ることができる。

【００１４】特に、請求項２の発明によれば、ウェーハ
アダプタをＳｉＣ（炭化珪素）製としたので、シリコン
製のものに比べて耐久性がある。この結果、ウェーハア
ダプタの再利用の回数を増やすことができ、これにより
エピタキシャル成長テストまたは炉内でのモニタリング
のコストをより以上に低減することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に実施例を挙げてこの発明を
より具体的に説明する。まず、図１〜図３に基づいてこ
の発明の第１実施例のウェーハアダプタおよびその使用
方法を説明する。図１はこの発明の第１実施例に係るウ
ェーハアダプタが使用されるエピタキシャル成長炉の概
略構成図であり、図２はそのウェーハアダプタを拡大し
て示す平面図である。

【００１６】図１において、１０はこの発明の第１実施
例に係るウェーハアダプタであり、このウェーハアダプ
タ１０は、エピタキシャルウェーハの作製に先駆けて、
または、エピタキシャル成長中において、エピタキシャ
ル成長炉１１で行われる、エピタキシャル成長テストで
のテストウェーハの治具である。または、炉内で行われ
る各種モニタリング用のモニタウェーハの治具である。
各種のモニタリングとしては、例えば炉内の重金属汚染
などのモニタリングである。これはモニタ用のウェーハ
のみを炉内に装入し、エピタキシャル成長を実行した
後、これをＴＸＲＦ、ＡＡＳ等で分析するものである。
または、取り出したモニタ用ウェーハについてライフタ
イム測定を行うものである。このエピタキシャル成長炉
１１は枚葉型炉であり、上下に大きな輻射熱が得られる
ハロゲンランプ１２ａ，１２ｂを配設した石英反応炉１
３を有している。石英反応炉１３内には、水素ガスをキ
ャリアガスとして用いたシリコンソースガスの流路が設
けられている。また、この反応炉１３内にはターンテー
ブル型のサセプタ１４が回転可能に収納され、このサセ
プタ１４上には、エピタキシャルウェーハの基板となる
シリコンウェーハや、ウェーハアダプタ１０が搭載され
る。

【００１７】上記ウェーハアダプタ１０はＳｉＣ製で、
しかもエピタキシャル成長ウェーハと同サイズのウェー
ハ形状を有している（ここでは、直径２００ｍｍ、厚さ
１ｍｍ）。ウェーハアダプタ１０の表面中央部には、直
径１００ｍｍのテスト用またはモニタ用の小径ウェーハ
１５を搭載可能な直径１０２ｍｍの搭載ポケット１６
が、円板状に深さ０．４ｍｍで座グリ加工されている。
なお、テスト用またはモニタ用の小径ウェーハ１５と搭
載ポケット１６の大きさとを略同一にすれば、テスト用
またはモニタ用の小径ウェーハ１５の底部を、搭載ポケ
ット１６に嵌入することができる。これにより、取り扱
い時にテスト用またはモニタ用の小径ウェーハ１５が、
この搭載ポケット１６から脱落しにくくなる。図１にお
いて、１４ａはサセプタ１４の回転軸である。

【００１８】次に、この第１実施例のウェーハアダプタ
の使用方法を説明する。図３（ａ）は第１実施例に係る
ウェーハアダプタを拡大して示す中央部での断面図であ
る。図３（ｂ）は同じく第１実施例に係るテスト用また
はモニタ用の小径ウェーハを搭載ポケットに搭載した状
態でのウェーハアダプタを拡大して示すその中央部での
断面図である。図３（ａ），図３（ｂ）に示すように、
まず、比較的小さなテスト用またはモニタ用の小径ウェ
ーハ１５を、ウェーハアダプタ１０の表面に形成された
搭載ポケット１６に搭載する（図２も参照）。それか
ら、このウェーハアダプタ１０を、図外のハンドリング
用ロボットを使って、エピタキシャル成長炉１１内へ自
動挿填する（図１参照）。

【００１９】エピタキシャル成長炉１１の石英反応炉１
３の内部は、上下のハロゲンランプ１２ａ，１２ｂの熱
により、１０００〜１２００℃前後の高温雰囲気となっ
ている。この石英反応炉１３内へ、水素キャリアを用い
て、シリコンソースガスが矢印方向へ供給されている。
これにより、回転中のサセプタ１４上のウェーハアダプ
タ１０に載ったシリコン製の小径ウェーハ１５の表面
に、Ｈ−Ｓｉ−Ｃｌ系の反応を通じて、シリコン単結晶
が厚さ０．７５〜２００μｍ前後エピタキシャル成長さ
れる。エピタキシャル成長終了後、上記ロボットを使っ
て、ウェーハアダプタ１０を炉外へ自動的に取り出す。

【００２０】これにより、従来、エピタキシャル成長テ
スト時などには、エピタキシャルウェーハと同形状のダ
ミーウェーハ（図外）だけしか扱えなかったロボット付
きのエピタキシャル成長炉１４であっても、比較的小径
な小径ウェーハ１５を取り扱うことができる。したがっ
て、ロボットが配備されたエピタキシャル成長炉１４を
使用したエピタキシャル成長テストまたは炉内での各種
モニタリングでのコストを低減することができる。ま
た、ウェーハアダプタ１０をＳｉＣ製としたので、シリ
コン製のものに比べて耐久性があり、ウェーハアダプタ
１０の再利用の回数が増加し、これによりエピタキシャ
ル成長テストなどでのコストをより低減することができ
る。

【００２１】次に、図４〜図６に基づいて、この発明の
第２実施例に係るウェーハアダプタおよびその使用方法
を説明する。図４はこの発明の第２実施例に係るウェー
ハアダプタの拡大平面図である。図４に示すように、第
２実施例のウェーハアダプタ２０は、その表面の全域に
わたって、２個組の搭載ポケット２１ａ，２１ｂが、平
面視して十字になるように、互いに所定間隔あけて合計
９組配設されている。各搭載ポケット２１ａは縦横が１
６．５ｍｍ×１６．５ｍｍで、深さが０．４ｍｍの座グ
リ部である。また、他方の搭載ポケット２１ｂは縦横が
１６．５ｍｍ×２１．５ｍｍで、深さが０．４ｍｍの座
グリ部である。平面視して正方形の搭載ポケット２１ａ
には、シリコンウェーハを切断して作った１６ｍｍ×１
６ｍｍのテスト用またはモニタ用のチップウェーハ２２
ａが搭載される。一方、長方形の搭載ポケット２１ｂに
は、１６ｍｍ×２１ｍｍのテスト用またはモニタ用のチ
ップウェーハ２２ｂが搭載される。

【００２２】次に、この第２実施例のウェーハアダプタ
２０の使用方法を説明する。図５（ａ）は図４のＥ部分
の搭載ポケットの拡大平面図である。図５（ｂ）はテス
ト用またはモニタ用のチップウェーハが搭載された図４
のＥ部分の搭載ポケットの拡大平面図である。図６
（ａ）は図４のＥ部分の搭載ポケットの拡大断面図であ
る。図６（ｂ）はテスト用またはモニタ用のチップウェ
ーハが搭載された図４のＥ部分の搭載ポケットの拡大断
面図である。

【００２３】図５（ａ），図５（ｂ），図６（ａ），図
６（ｂ）に示すように、各搭載ポケット２１ａ，２１ｂ
に、対応するテスト用またはモニタ用のチップウェーハ
２２ａ，２２ｂをそれぞれ搭載する。次いで、第１実施
例と同様にして、図外のロボットにより、ウェーハアダ
プタ２０をエピタキシャル成長炉１１内のサセプタ１４
上へ載せる。その後、１０００〜１２００℃前後の炉内
温度で、シリコンソースガスを流しながらサセプタ１４
を回転させることで、チップウェーハ２２ａ，２２ｂの
表面に、厚さ０．７５〜２００μｍの厚さのシリコン単
結晶をエピタキシャル成長させる。ウェーハアダプタ２
０の表面全域にわたって、２個で１組の搭載ポケット２
１ａ，２１ｂを、平面視して十字になるように、互いに
所定の間隔をあけて合計９組配設したので、その後、実
際にエピタキシャル成長されるシリコンウェーハの表面
全体にわたって、精密にかつ細かにエピタキシャル成長
の状況を検査することができる。その他の構成、作用お
よび効果は、第１実施例と同様であるのでその説明を省
略する。

【００２４】

【発明の効果】この発明のウェーハアダプタおよびその
使用方法においては、エピタキシャルウェーハより小型
であるテスト用またはモニタ用の小径ウェーハやチップ
ウェーハを、ウェーハアダプタの表面の搭載ポケットに
搭載して、エピタキシャル成長炉内でエピタキシャル成
長テストまたは各種のモニタリングを行うようにしたの
で、ウェーハをロボットハンドリングするエピタキシャ
ル成長炉においても、エピタキシャルウェーハより小型
で経済的に有利なテスト用またはモニタ用のウェーハを
使用することができる。これにより、ロボット配備のエ
ピタキシャル成長炉を使ったエピタキシャル成長テス
ト、各種モニタリングでのコスト低減が図れる。

【００２５】特に、請求項２に記載の発明によれば、Ｓ
ｉＣ製のウェーハアダプタを採用したので、シリコン製
のものに比較して、ウェーハアダプタの再利用回数を増
大でき、これによりエピタキシャル成長テストなどでの
コストをさらに低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例に係るウェーハアダプタ
が使用されるエピタキシャル成長炉の概略構成図であ
る。

【図２】この発明の第１実施例に係るウェーハアダプタ
の拡大平面図である。

【図３】（ａ）はこの発明の第１実施例に係るウェーハ
アダプタの拡大中央断面図である。（ｂ）は同じくテス
ト用またはモニタ用の小径ウェーハを搭載ポケットに搭
載したウェーハアダプタの拡大中央断面図である。

【図４】この発明の第２実施例に係るウェーハアダプタ
の拡大平面図である。

【図５】（ａ）は図４のＥ部分の搭載ポケットの拡大平
面図である。（ｂ）はテスト用またはモニタ用のチップ
ウェーハが搭載された図４のＥ部分の搭載ポケットの拡
大平面図である。

【図６】（ａ）は図４のＥ部分の搭載ポケットの拡大断
面図である。（ｂ）はテスト用またはモニタ用のチップ
ウェーハが搭載された図４のＥ部分の搭載ポケットの拡
大断面図である。

【符号の説明】

１０，２０ ウェーハアダプタ、 １１ エピタキシャル成長炉、 １５ テスト用またはモニタ用の小径ウェーハ、 １６，２１ａ，２１ｂ 搭載ポケット、 ２２ａ，２２ｂ テスト用またはモニタ用のチップウェ
ーハ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エピタキシャル成長炉内でのエピタキシ
   ャル成長に先駆けて実施されるエピタキシャル成長テス
   ト、または、エピタキシャル成長中もしくはエピタキシ
   ャル成長炉内での各種モニタリングに使用されるウェー
   ハアダプタであって、 エピタキシャルウェーハと略同一径で、しかも表面には
   このエピタキシャルウェーハと同一素材のテスト用小径
   ウェーハまたはテスト用チップウェーハの搭載ポケット
   が設けられたウェーハアダプタ。
2. 【請求項２】 上記ウェーハアダプタがＳｉＣ製である
   請求項１に記載のウェーハアダプタ。
3. 【請求項３】 エピタキシャルウェーハと略同一径のウ
   ェーハアダプタの表面に形成された搭載ポケットに、上
   記エピタキシャルウェーハより小さくてこのエピタキシ
   ャルウェーハと同一素材の小径ウェーハまたはチップウ
   ェーハを搭載し、 次いで、上記ウェーハアダプタを、ロボットのハンドリ
   ングによりエピタキシャル成長炉内へ自動挿填して、上
   記小径ウェーハまたは上記チップウェーハの表面上で所
   定のエピタキシャル成長または所定の熱処理を行い、 その後、上記ロボットによるハドリングにより、上記ウ
   ェーハアダプタを自動的に炉外へ取り出すウェーハアダ
   プタの使用方法。