JP7264038B2 - 気相成長装置及び気相成長処理方法 - Google Patents

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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やトリクロロシランSiHCl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。
Figure 0007264038000001
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 (4)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
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