エピタキシャル成長装置、及び基板移載方法
【課題】低水分分圧でエピタキシャル成長を行える技術を提供する。
【解決手段】このエピタキシャル成長装置１では、搬入室２５と第１のロードロック室３１との間に搬送室１４が配置され、その搬送室１４と、搬入室２５と、第１のロードロック室３１には、窒素ガス導入ポート２０、２１、２８がそれぞれ設けられている。窒素ガス導入ポート２０、２１、２８から窒素ガスを導入すると、窒素ガス雰囲気中で搬入室２５から第１のロードロック室３１内に基板１７を搬送できる。第１のロードロック室３１内に搬入された基板１７は、ボートに搭載され、ボートローダ２９によって熱処理室１２内に搬入される。そのボートローダ２９周囲には、加熱されたオイルが循環できる循環路４が配置されており、ベーキングの際に、ボートローダ２９を加熱できるように構成されている。従って、従来では加熱できない部分までベーキングを行うことができる。
【解決手段】このエピタキシャル成長装置１では、搬入室２５と第１のロードロック室３１との間に搬送室１４が配置され、その搬送室１４と、搬入室２５と、第１のロードロック室３１には、窒素ガス導入ポート２０、２１、２８がそれぞれ設けられている。窒素ガス導入ポート２０、２１、２８から窒素ガスを導入すると、窒素ガス雰囲気中で搬入室２５から第１のロードロック室３１内に基板１７を搬送できる。第１のロードロック室３１内に搬入された基板１７は、ボートに搭載され、ボートローダ２９によって熱処理室１２内に搬入される。そのボートローダ２９周囲には、加熱されたオイルが循環できる循環路４が配置されており、ベーキングの際に、ボートローダ２９を加熱できるように構成されている。従って、従来では加熱できない部分までベーキングを行うことができる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はエピタキシャル成長装置の技術分野にかかり、特に、低温でエピタキシャル成長を行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、シリコン層のエピタキシャル成長は、１０００℃〜１２００℃程度の高温で行われている。しかし、高温でシリコン層のエピタキシャル成長を行う場合には、高温のため、基板中の不純物が一旦雰囲気ガス中に放出され、それが再びエピタキシャル層中に取り込まれるオートドーピング現象が発生する。このオートドーピング現象が発生すると、成長中のエピタキシャル層の濃度制御が困難になり、所望濃度のエピタキシャル層が得られないという問題がある。
【０００３】また、基板表面にエピタキシャル層を成長させる際、基板に含まれる不純物が、エピタキシャル層側に移動したり、また、逆に、エピタキシャル層中の不純物が基板側へ移動するという現象がある。この移動は、温度が高くなると増大する傾向にあり、エピタキシャル層の濃度制御を一層困難なものにしている。
【０００４】更に、集積回路ＩＣに用いられるバイポーラトランジスタの高速化のためには、高濃度且つ薄いベース層の形成が不可欠である。しかし、従来のイオン注入技術では、チャネリングのため、４０ｎｍ以下のベース層を形成することは困難であった。
【０００５】近年、この問題に対する対策の一つとして、ベース層となる高不純物層を、イオン注入ではなく、エピタキシャル成長によって形成させる技術が盛んに研究されており、チャネリングが無いことから、薄いベース層を形成できると期待されている。
【０００６】また、一方では、ＭＯＳＦＥＴ(metal oxide semiconductor field effect transistor)に於いても、ショートチャネルに有利なエピタキシャルウエハやソース・ドレイン部の選択エピタキシャル成長が期待され、その研究が進められている。
【０００７】従来の一般的なシリコンエピタキシャル成長は上述したように通常１０００℃〜１２００℃の高温且つ大量の高純度水素雰囲気下でエピタキシャル成長させるため、シリコン基板表面に、ダメージ層や、重金属の汚染が無い限り、その結晶性が悪化することはない。
【０００８】しかし、バイポーラトランジスタのベース層をエピタキシャル成長によって形成する場合には、急峻なプロファイルを得る必要がある。このため、エピタキシャル成長中の拡散を防止するために、熱処理温度をできるだけ低くする必要があり、ベース層形成のシリコンエピタキシャル成長は、５００℃〜９００℃という低温で行われている。
【０００９】このように、低温でシリコンエピタキシャル成長を行うためには、きわめて清浄度の高い雰囲気で成膜しなければならない。特に、成膜装置内部の水分や酸素の分圧を十分に低減し、管理しなければ良好な結晶性を有するエピタキシャル成長とはならない。
【００１０】上述したように、低温でシリコンエピタキシャル成長を行うためには、清浄度の高い雰囲気で行わなければならない理由を図４を参照して説明する。図４(ａ)〜(ｃ)は、シリコン基板２０１に対するエピタキシャル成長過程を示す模式的な概要断面図である。
【００１１】図４(ａ)に示すシリコン基板２０１上に、低温でシリコンエピタキシャル成長を行うためには、例えばシリコン基板２０１をエピタキシャル成長装置に導入する前に、その表面を希フツ酸処理等によって清浄な表面を出し行っても、エピタキシャル成長装置内部の水分や酸素の分圧が高い場合は、図４(ｂ)に示すように、エピタキシャル成長前にシリコン基板２０１の表面が再び酸化されて、酸化膜が生じたり、エピタキシャル成長途中で島状に酸化膜２０２が形成される。このような酸化膜２０２が発生すると、図４(ｃ)に示すように、シリコン結晶成長が阻害されて基板２０１上に成長されたシリコン成長層２０３内に積層欠陥２０４が発生し易くなる。
【００１２】そしてこのような積層欠陥が発生すれば、シリコン成長層２０３の表面ラフネス(表面粗さ)が大きくなり、その表面が悪化し良好な結晶性が得られない。
【００１３】このようなエピタキシャル成長の可否と、成長温度と、雰囲気中の水分分圧との関係については、G.Ghidini and F.W.Smith によって報告されている(J.Electrochem. Soc. vol.131,pp.2924(1984)。図２は、この文献における上記の関係を示す図である。
【００１４】これによれば、エピタキシャル成長の可否の境界直線Ｌで示されるように、設定した成膜の温度条件(横軸)において直線Ｌ上の水分分圧以下の水分分圧で成膜しなければ酸化され易く、表面のラフネスが悪くなる。すなわち単結晶成長しない傾向があることを示し、シリコンエピタキシャル成長を低温で行う程、水分分圧を低くしなと酸化が生じ易くなることを示している。
【００１５】上述した低温エピタキシャル成長における水分分圧を低減するための解決策の一つとして、図３に示す装置がある。図３の符号１０１は、そのようなエピタキシャル成長装置であり、複数枚一括処理するバッチ方式が採用されており、縦型の反応室１１２内にシリコン基板を１００枚程度収容し、一括してエピタキシャル成長ができるように構成されている。
【００１６】このエピタキシャル成長装置１０１は、第１、第２のロードロック室１３１、１３２と、搬入室１２５を有しており、第２のロードロック室１３２は、ゲートバルブ１２４を介して上述の反応室１１２に接続されている。
【００１７】また、搬入室１２５と第１のロードロックの間と、第１のロードロック室１３１と第２のロードロック室１３２の間は、それぞれゲートバルブ１２２、１２３を介して接続されている。
【００１８】第１、第２のロードロック室１３１、１３２と、反応室１１２には、それぞれ真空ポンプ１４１〜１４３が接続されており、各室１３１、１３２、１１２を個別に真空排気できるように構成されている。
【００１９】このエピタキシャル成長装置１０１を使用する場合には、各ゲートバルブ１２２〜１２４を閉じた状態で真空ポンプ１４１〜１４３を動作させ、反応室１１２と第１、第２のロードロック室１３１、１３２とを個別に高真空雰囲気しておく。
【００２０】第１のロードロック室１３１には、窒素ガス導入ポート１２８が設けられており、第１のロードロック室１３１内を真空雰囲気にした後、窒素ガス導入ポート１２８から窒素ガスを導入し、予め大気圧まで復圧させておく。
【００２１】搬入室１２５内には、反応室でエピタキシャル成長を行う際に基板を裁置するためのボート１１６を配置しておき、ボート１１６上にシリコン基板を搭載した後、ゲートバルブ１２２を開け、ボートを第１のロードロック室１３１内に移動する。
【００２２】次いで、ゲートバルブ１２２を閉じ、第１のロードロック室１３１を搬入室１２５から遮断した後、第１のロードロック室１３１内を真空排気する。
【００２３】第２のロードロック室１３２は、予め５．０×１０-6Ｐａ程度の圧力まで真空排気されており、第１のロードロック室１３１内が同程度の圧力まで真空排気された後、第１、第２のロードロック室１３１、１３２間のゲートバルブ１２３を開け、ボートを第２のロードロック室１３２内に搬入する。
【００２４】このとき、反応室１１２は、約５．０×１０-7Ｐａ程度の圧力まで真空排気されている。続いて、反応室１１２の真空排気を止めて、水素ガスを導入した直後にゲートバルブ１２４を開け、第２のロードロック室１３２内のボート１１６を、第２ロードロック室と反応室１１２の間を昇降させるための機構であるボートローダ１２９によって反応室１１２内に移載する。
【００２５】符号１１６は、反応室１１２内に移載された状態のボートを示しており、シリコン基板１１７が搭載されている。
【００２６】反応室１１２は石英製であり、その周囲には、発熱体１１５が配置されている。シリコン基板を反応室１１２へ移載後、所望の超高真空圧力まで真空排気後、真空排気しながら、水素ガスを導入して、発熱体１１５に通電して発熱させ、シリコン基板１１７を加熱する。シリコン基板１１７を約９００℃程度まで昇温し、シリコン基板１１７表面に形成された自然酸化膜を除去する。
【００２７】自然酸化膜の除去後、発熱体１１５への通電量を制御し、シリコン基板の温度を所望の成膜温度まで低下させた後、反応室１１２内にシリコンエピタキシャル層の原料となるガスを導入し、シリコン基板１１７表面へのシリコンエピタキシャル層成長を行う。
【００２８】シリコンエピタキシャル層が所定膜厚に形成された後、反応室１１２へ移載したのとは逆の手順でシリコン基板１１７を搬入室１２５へ移載し、エピタキシャル成長装置１０１外へ取り出す。
【００２９】上記のようなエピタキシャル成長装置１０１では、エピタキシャル成長プロセスを繰り返し行うと、反応室１１２の内壁にシリコン薄膜が付着形成され該薄膜が剥離する場合パーティクルになり、エピタキシャル層の欠陥原因となるため除去する必要がある。
【００３０】そこで、エピタキシャル成長プロセスがある程度の回数行われた時点で、反応室１１２の清掃が行われており、その清掃のために、反応室１１２と真空ポンプ１４３に接続する排気経路１１３と第１、第２のロードロック室１３１、１３２とを大気に開放し、石英製の反応室１１２を取り外し、ウエットエッチング処理によってシリコン薄膜を除去し、乾燥させた後、該石英製チューブ等を元通り取り付けている。
【００３１】しかしながら、清掃の際に、反応室１１２や排気経路１１３、第１、第２のロードロック室１３１、１３２の内部が大気に暴露されるため、その壁面等に水分等が吸着してしまい、超高真空雰囲気まで真空排気できなくなってしまう。
【００３２】そこでこのエピタキシャル成長装置１０１では、第１、第２のロードロック室１３１、１３２と排気経路１１３に、テープヒータ１２６a、１２６b、１２６cが巻かれており、テープヒータ１２６a、１２６b、１２６cを発熱させ、第１、第２のロードロック室１３１、１３２と排気経路１１３とを加熱できるように構成されている。
【００３３】エッチング処理後、各ゲートバルブ１２２〜１２４を閉じ、真空排気しながら第１、第２のロードロック室１３１、１３２と排気経路１１３とを１５０℃程度に加熱することで、ベーキング(第１、第２のロードロック室１３１、１３２と排気経路１１３の内壁に付着した水分等の焼き出し)を行えるようになっている。この時、反応室１１２は、発熱体１１５に通電して過熱しておく。図６の符号１３７は、第１、第２のロードロック室１３１、１３２や排気経路１１３の壁面を示している。
【００３４】テープヒータ１２６a、１２６b、１２６cによるベーキングを行うと、排気経路１１３と、第１、第２のロードロック室１３１、１３２内の雰囲気を超高真空雰囲気まで戻すことができる。
【００３５】しかしながら上記エピタキシャル成長装置１０１では、その構造上、ボートローダ１２９や、ゲートバルブ１２２〜１２４等はテープヒータを巻きつけることができない。従って、その部分は十分なベーキングが行えず、真空雰囲気中に放出された水分等が排気経路１１３や第２のロードロック室１３２内に再吸着し、所望の到達圧力まで真空排気するまでや、低い水分分圧にするまでに膨大な時間を要し、メンテナンス時間が増大し、装置の生産性を悪化させる原因となっていた。
【００３６】また、このエピタキシャル成長装置１０１は、反応室１１２と第２のロードロック室１３２の間等の接続部分にはＯリングが設けられている。このエピタキシャル成長装置１０１には、冷却装置１５０が設けられており、Ｏリングが設けられた部分には、冷却装置１５０に接続された循環路１５１が配置されている。そして、発熱体１１５を発熱させる際には、循環路１５１内に冷却水を循環させ、Ｏリング周囲を冷却することで、Ｏリングが熱損しないようにされている。しかし、上記のようなベーキングを行う場合には、テープヒータの周辺にもＯリングが配置されているため、循環路１５１内から冷却水を抜き取り、循環路１５１内の冷却水が沸騰しないようにする必要があり、その抜き取り作業に要する時間が、更にメンテナンス時間を増大させるという問題もある。
【００３７】更に、上記従来技術のエピタキシャル成長装置１０１では、シリコン基板１１７をボート１１６上に搭載する際に、搬入室１２５内が大気に開放されるため、シリコン基板１１７の搭載後、ボート１１６を搬入室１２５内から第１のロードロック室１３１内に移動させる際に、第１のロードロック室１３１内が大気に暴露されてしまう。
【００３８】従って、第１のロードロック室１３１内に大気中の水分が侵入すると、第１のロードロック室１３１の内壁に吸着されてしまう。水分の吸着エネルギーは大きいため、その状態から、第１のロードロック１３１内を５．０×１０-6Ｐａ程度の圧力にするためには膨大な真空排気時間を必要とし、スループットが悪化するという問題がある。
【００３９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、反応室内部の水分分圧を低くし、低温で高品質のエピタキシャル層を形成できるエピタキシャル成長装置を提供することにある。
【００４０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、搬入室と、ロードロック室と、反応室とを有し、前記搬入室と前記ロードロック室と前記反応室とは、それぞれ個別に気密にできるように構成されると共に、前記搬入室内に配置された基板を、大気に曝さずに、前記ロードロック室を通して前記反応室内に搬入し、複数枚の基板を一括して、該反応室内でエピタキシャル成長を行うように構成されたバッチ方式のエピタキシャル成長装置であって、前記搬入室と前記ロードロック室との間には搬送室が配置され、前記搬入室と前記ロードロック室と前記搬送室には、それぞれ窒素ガス導入ポートが設けられたことを特徴とする。
【００４１】請求項２記載の発明は、前記基板を反応室内部に導入するためのボートに配置した状態で前記反応室内に搬入し、基板表面にエピタキシャル成長を行えるように構成された請求項１記載のエピタキシャル成長装置であって、前記搬送室内には基板移載ロボットが配置され、カセットに搭載された状態の基板が前記搬入室内に配置されると、前記基板移載ロボットにより、前記カセットから前記基板を取り出し、前記ロードロック室内に配置されたボート上に移載できるように構成されたことを特徴とする。
【００４２】請求項３記載の発明は、二つ以上のロードロック室および反応室とを有し、前記反応室前段のロードロック室内には基板を反応室内部へ出し入れする機構であるボートローダが配置され、前記ロードロック室内に、基板が搭載されたボートが搬入されると、前記ボートローダにより、前記ボートを前記反応室内に移動させ、前記反応室内で前記基板表面にエピタキシャル成長を行えるように構成されたバッチ方式のエピタキシャル成長装置であって、前記ボートローダのボートが載置された底部には循環路が配置され、該循環路内を加熱された熱媒体が循環し、前記ボートローダを加熱できるように構成されたことを特徴とする。
【００４３】請求項４記載の発明は、請求項３記載のエピタキシャル成長装置であって、前記反応室とロードロック室との間等にはＯリングが配置され、該Ｏリング付近には、冷却されたオイルが循環できる循環路が設けられたことを特徴とする。
【００４４】請求項５記載の発明は、請求項２記載のエピタキシャル成長装置の内部で基板を移載する基板移載方法であって、前記カセットを前記搬入室内に配置した後、前記搬入室を大気から遮断し、前記窒素ガス導入ポートから前記搬入室内に窒素ガスを導入し、内部雰囲気を窒素ガス置換すると共に、前記搬送室と前記ロードロック室内を窒素ガス雰囲気にした後、前記搬入室と前記ロードロック室とを前記搬送室に接続し、前記移載を行うことを特徴とする。
【００４５】本発明は上記のように構成されており、搬入室と、ロードロック室と、反応室とを有している。搬入室と、ロードロック室と、反応室とは、それぞれ個別に気密にできるように構成されており、また、搬入室内に配置された基板を、大気に曝さずに、ロードロック室を通して反応室内に搬入できるように構成されている。反応室内に搬入された基板を加熱しながらエピタキシャル層の原料ガスを導入すると、基板表面にエピタキシャル成長を行えるようになっている。
【００４６】更に、このエピタキシャル成長装置では、搬入室とロードロック室との間に搬送室が配置され、その搬送室と、前述の搬入室及びロードロック室には、窒素ガス導入ポートがそれぞれ設けられている。
【００４７】搬入室に設けられた窒素ガス導入ポートを用いれば、搬入室だけを大気に開放して基板を搬入し、大気雰囲気との間の扉を閉じ、搬入室内を大気から遮断させた後、内部に窒素ガスを導入すると、搬入室内を所望の水分濃度の窒素ガス雰囲気に置換することができる。
【００４８】また、搬送室に設けられた窒素ガス導入ポートを用い、搬送室内部に窒素ガスを導入すると、搬送室内部も所望の水分濃度の窒素ガス雰囲気にすることができる。
【００４９】また、ロードロック室は、予め高真空雰囲気まで真空排気しておき、ロードロック室に設けられた窒素ガス導入ポートを用い、同様に、内部を窒素ガス雰囲気にしておくと、搬入室と搬送室との間のゲートバルブ及び搬送室とロードロック室の間のゲートバルブを開け、搬送室を通し、窒素ガス雰囲気中で基板を搬入室からロードロック室内に搬入することができる。
【００５０】ロードロック室内に、大気が侵入しないので、搬入後、ロードロック室と搬送室の間のゲートバルブを閉じ、ロードロック室内を真空排気すると、短時間で高真空雰囲気まで真空排気することができる。
【００５１】複数のロードロック室から構成されている場合には、最も搬送室に近いロードロック室のみを用いることにより、ロードロック室の容積が小さい分さらに短時間で高真空雰囲気を達成できる。
【００５２】またボートは、基板を搭載した状態で反応室内に搬入されるので、ボートに水分が吸着している場合、エピタキシャル成長層の結晶性を悪化させるが、ボートが大気に曝されないため、ボートに水分等が吸着することがなく、従って、反応室内に水分が侵入することもない。
【００５３】ロードロック室内の基板を反応室内に搬入する際、基板が搭載されたボートをロードロック室内に設けられたボートローダにより、ボートごと基板を反応室内に搬入する。このエピタキシャル成長装置では、そのボートローダのボートが載置された底部に循環路が位置するようにされており、その循環路内は、加熱されたオイルが循環できるように構成されている。
【００５４】従って、ベーキングを行う際に、ボートローダも加熱することができるので、ロードロック室内を短時間で超高真空雰囲気まで真空排気することができる。
【００５５】この循環路は、反応室とロードロック室との間に設けられたＯリング周囲にも配置されており、エピタキシャル成長を行う際には、冷却されたオイルがその循環路内を循環するように構成されている。
【００５６】このように、本発明のエピタキシャル成長装置では、ベーキングを行うときに加熱される部分に冷却水は用いられていないので、ベーキングの際に冷却水が沸騰することがない。従って、水抜き作業が不要であり、ベーキングの作業時間を大幅に短縮させることができる。
【００５７】
【発明の実施の形態】本発明の基板移載方法を、本発明のエピタキシャル成長装置と共に説明する。図１を参照し、符号１は、本発明の一実施形態のエピタキシャル成長装置であり、上述した従来技術のエピタキシャル成長装置１０１と同様に、第１、第２のロードロック室３１、３２と、搬送室１４と、反応室１２等とを有している。
【００５８】このエピタキシャル成長装置１では、更に、搬入室２５が設けられている。搬入室２５は、搬送室１４の前段に配置されており、従って、搬入室２５と、搬送室１４と、第１のロードロック室３１と、第２のロードロック室３２と、反応室１２とは、この順序で配置されている。そして、各室１４、２５、３１、３２、１２は、それぞれゲートバルブ９、２２〜２４を介して接続されており、後述するように、搬入室２５内に搬入したシリコン基板をその順序で通過させ、反応室１２内に搬入できるように構成されている。
【００５９】このエピタキシャル成長装置１を使用する場合、予め各ゲートバルブ９、２２〜２４を閉じ、真空ポンプ４１〜４３を動作させ、第１、第２のロードロック室３１、３２内は５．０×１０-6Ｐａ程度の圧力、反応室１２内は５．０×１０-7Ｐａ程度の圧力まで真空排気しておく。このとき、ボート１６は、第１のロードロック室３１内に配置しておく。
【００６０】また、発熱体１５に通電し、反応室１２は４００℃程度に昇温させておく。このエピタキシャル成長装置１は、加熱冷却装置５０を有しており、発熱体１５に通電する際には、Ｏリングが配置された部分に、後述するように、２０℃程度に温度制御した熱媒体を循環させ、Ｏリングを冷却できるように構成されている。この冷却装置５０については、後述するベーキング作業において併せて説明する。
【００６１】搬入室２５と、搬送室１４と、第１のロードロック室３１には、窒素ガス導入ポート２０、２１、２８がそれぞれ設けられており、第１のロードロック室３１は真空排気できる構成で、搬送室１４と、搬入室２５とは、個別に大気中で窒素置換できるように構成されている。搬入室２５と搬送室１４の内部に、窒素ガス導入ポート２０、２１から窒素ガスを導入し、内部雰囲気を窒素ガス置換しておく。
【００６２】成膜対象のシリコン基板は、加熱した硫酸−過酸化水素水溶液、及び加熱したアンモニア−過酸化水素水溶液に順番に浸漬し、有機物とパーティクルを除去した後、希フッ酸液に浸漬し、金属汚染物の除去と、自然酸化膜の除去を行った後、搬入室２５に設けられた扉１８を開け、カセット７に搭載した状態で、搬入室２５内に配置する。
【００６３】配置後、直ちに扉１８を閉じ、窒素ガス導入ポート２０から窒素ガスを導入する。搬入室２５内部にはセンサー５が設けられており、該センサー５によって搬入室２５内の雰囲気を監視し、所望の水分濃度、酸素濃度になるまで窒素ガス置換を行う。
【００６４】続いて、第１のロードロック室３１内には、窒素ガス導入ポート２８から窒素ガスを導入し、大気圧の窒素ガスで充満させる。搬送室１４内には、基板移載ロボット８が配置されており、搬送室１４内部と第１のロードロック室３１内部が大気圧の窒素ガス雰囲気になった後、ゲートバルブ９、２２を開け、カセット７内に満載されたシリコン基板１７を、第１のロードロック室３１内に配置されたボート１６に移載する。搬送室１４内にはセンサー６が設けられており、窒素ガスを導入しながら移載する際に、センサー６によって、搬送室１４の内部雰囲気を監視し、所定の水分濃度、酸素濃度を維持させる。
【００６５】移載完了後、ゲートバルブ９、２２を閉じ、第１のロードロック室３１内を５．０×１０-6Ｐａの圧力まで真空排気する。
【００６６】次いで、ゲートバルブ２３を開け、第２のロードロック室３２内に、シリコン基板１７が配置されたボート１６を移動させ、ゲートバルブ２３を閉めた後、第２のロードロック室３２内を５．０×１０-6Ｐａの圧力まで真空排気する。
【００６７】このとき、反応室１２は、５．０×１０-7Ｐａ程度の圧力まで真空排気されており、第２ロードロック室３２内が５．０×１０-6Ｐａ程度の圧力まで真空排気する。続いて反応室１２内に水素ガスを導入し、第２のロードロック室３２との間のゲートバルブ２４を開ける。
【００６８】ボートローダ２９を動作させ、水素ガス雰囲気中でボート１６を反応室１２内に搬入する。ボート１６を搬入後、ボードローダ上面を反応炉下面に当接し、反応室１２内部への水素ガス導入を停止し、内部を真空排気する。
【００６９】反応室１２内部が所定圧力まで真空排気された後、水素ガスを導入しながら反応室１２の周囲に配置された発熱体１５を発熱させ、ボート１６に配置されたシリコン基板１７を約９００℃程度に加熱し、シリコン基板１７表面の自然酸化膜を還元除去する。
【００７０】次いで、発熱体１５の発熱量を制御し、シリコン基板１７を所定の成膜温度まで低下させた後、シリコンエピタキシャル層の原料ガスを導入し、シリコン基板１７表面へのシリコンエピタキシャル層成長を行う。
【００７１】シリコンエピタキシャル層が所定膜厚に形成された後、反応室１２へ搬入したのとは逆の手順で、ボート１６を第２のロードロック室３２を介して第１のロードロック室３１内に移動させ、搬送室１４内の基板移載ロボット８によって、ボート１６内に配置されたシリコン基板１７を、搬入室２５内に配置されたカセット７に移載し、扉１８から取り出す。
【００７２】以上説明したように、ボート１６は真空雰囲気か、窒素ガス雰囲気に置かれるため、水分の吸着が無く、反応室１２内に水分が侵入しないようになっている。また、搬入室２５に窒素ガス導入ポート２０が設けられており、未処理のシリコン基板を搬入室２５内に装着した後、窒素ガス置換を行ってから、搬入室２５を搬送室１４に接続するので、第１のロードロック室３１内に、搬送室１４を介してシリコン基板を搬入する際に、第１のロードロック室３１及び搬送室１４内に大気が侵入することはない。
【００７３】これにより、第１、第２のロードロック室３１、３２内や、反応室１２内を超高真空雰囲気まで真空排気する時間が短くて済み、スループットが大幅に向上する。
【００７４】次に、上記エピタキシャル成長装置１のベーキング方法について説明する。このエピタキシャル成長装置１は、第１、第２のロードロック室３１、３２と反応室１２を真空ポンプ４３に接続する排気経路１３には、循環路４が巻かれている。この循環路４は、ボートローダ２９のボートが載置された底部や、反応室１２と排気経路１３との間のＯリングの周囲にも配置されている。
【００７５】そして、循環路４は、加熱冷却装置５０に接続されており、加熱冷却装置５０によって温度制御された耐熱性のオイルが循環できるように構成されている。
【００７６】反応室１２内でエピタキシャル成長を行う場合には、２０℃程度に温度制御したオイルをＯリング周囲に循環させ、発熱体１５の発熱からＯリングを保護している。しかし、従来技術にもあるように反応室１２に付着した反応物をウエットエッチング処理により、除去を行った後は、第１、第２のロードロック室３１、３２や反応室１２を真空排気し、加熱冷却装置５０によってオイルを昇温させ、１５０℃程度に温度制御されたオイルを、第１、第２のロードロック室３１、３２、ボートローダ２９周囲に配置された循環路４や、ゲートバルブ２４内に配置された循環路４内を循環させている。その結果、テープヒータ２６a、２６bでは加熱できない部分がオイルによって加熱される。
【００７７】第１、第２のロードロック室３１、３２や、排気経路１３が１５０℃に安定した後、経過時間と到達圧力を記録し、第１、第２のロードロック室３１、３２や排気経路１３内の圧力低下が飽和するまでベーキングを継続し、その後、真空排気しながら加熱冷却装置５０によってオイルを２５℃に降温させる。
【００７８】第１、第２のロードロック室３１、３２や排気経路１３が２５℃で安定した後、経過時間と圧力とを記録し、圧力低下の飽和が確認されると、その圧力を到達圧力とする。到達圧力は真空ポンプの性能と、第１、第２のロードロック室３１、３２や排気経路１３を構成する部材からのガス放出量、透過ガス量、リーク量で決まる。
【００７９】上記加熱冷却装置５０によるベーキングを行っているときには、反応室１２は、発熱体１５によってベーキングされている。
【００８０】以上説明したように、本発明のエピタキシャル成長装置１では、加熱したオイルを循環させることで、従来では加熱できなかった部分も加熱できるため、ベーキングを十分に行えるようになっている。従って、反応室１２や第１、第２のロードロック室３１、３２内を超高真空雰囲気まで短時間で真空排気することが可能である。
【００８１】また、この循環路４内を循環するオイルは、エピタキシャル成長の際にも、ベーキングの際にも用いられるため、水抜き作業が不要であり、作業時間の短縮にも寄与できる。
【００８２】図５(ａ)〜(ｃ)はオイル循環路の具体的な構成を示す図である。同図(ａ)は、排気経路１３壁面上に銅配管で構成された循環路８１が溶接固定された例である。同図(ｂ)は、ボートローダ２９のボートが載置された底部に循環路８２が埋め込まれた例である。同図(ｃ)は、反応室１２と排気経路１３との間のＯリング周囲等のＯリング周囲等内の、Ｏリング７５に近接した位置に循環路８３が埋め込まれている例である。
【００８３】
【発明の効果】ロードロック室や反応室内に大気が侵入しないので、低い水分分圧でエピタキシャル成長を行うことができ、従って、低温で良質な結晶のエピタキシャル成長が可能である。また、ボートローダやゲートバルブもベーキングできるので、超高真空雰囲気まで短時間で真空排気でき、反応室内の水分分圧を低くすることができる。また、水抜き作業が不要なので、ベーキング作業も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例のエピタキシャル成長装置
【図２】エピタキシャル層の結晶性と成長温度及び水分分圧の関係を説明するためのグラフ
【図３】従来技術のエピタキシャル成長装置を説明するための図
【図４】(ａ)〜(ｃ)：シリコン基板表面へのエピタキシャル層成長を説明するための図
【図５】(ａ)〜(ｃ)：循環路の構成例を示す図
【図６】テープヒータの取り付け状態を示す図
【符号の説明】
１……エピタキシャル成長装置
４……循環路
８……基板移載ロボット
１２……反応室
１４……搬送室
１６……ボート
１７……基板(シリコン基板)
２０、２１、２８……窒素ガス導入ポート
２５……搬入室
２９……ボートローダ
３１……第１のロードロック室
３２……第２のロードロック室
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はエピタキシャル成長装置の技術分野にかかり、特に、低温でエピタキシャル成長を行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、シリコン層のエピタキシャル成長は、１０００℃〜１２００℃程度の高温で行われている。しかし、高温でシリコン層のエピタキシャル成長を行う場合には、高温のため、基板中の不純物が一旦雰囲気ガス中に放出され、それが再びエピタキシャル層中に取り込まれるオートドーピング現象が発生する。このオートドーピング現象が発生すると、成長中のエピタキシャル層の濃度制御が困難になり、所望濃度のエピタキシャル層が得られないという問題がある。
【０００３】また、基板表面にエピタキシャル層を成長させる際、基板に含まれる不純物が、エピタキシャル層側に移動したり、また、逆に、エピタキシャル層中の不純物が基板側へ移動するという現象がある。この移動は、温度が高くなると増大する傾向にあり、エピタキシャル層の濃度制御を一層困難なものにしている。
【０００４】更に、集積回路ＩＣに用いられるバイポーラトランジスタの高速化のためには、高濃度且つ薄いベース層の形成が不可欠である。しかし、従来のイオン注入技術では、チャネリングのため、４０ｎｍ以下のベース層を形成することは困難であった。
【０００５】近年、この問題に対する対策の一つとして、ベース層となる高不純物層を、イオン注入ではなく、エピタキシャル成長によって形成させる技術が盛んに研究されており、チャネリングが無いことから、薄いベース層を形成できると期待されている。
【０００６】また、一方では、ＭＯＳＦＥＴ(metal oxide semiconductor field effect transistor)に於いても、ショートチャネルに有利なエピタキシャルウエハやソース・ドレイン部の選択エピタキシャル成長が期待され、その研究が進められている。
【０００７】従来の一般的なシリコンエピタキシャル成長は上述したように通常１０００℃〜１２００℃の高温且つ大量の高純度水素雰囲気下でエピタキシャル成長させるため、シリコン基板表面に、ダメージ層や、重金属の汚染が無い限り、その結晶性が悪化することはない。
【０００８】しかし、バイポーラトランジスタのベース層をエピタキシャル成長によって形成する場合には、急峻なプロファイルを得る必要がある。このため、エピタキシャル成長中の拡散を防止するために、熱処理温度をできるだけ低くする必要があり、ベース層形成のシリコンエピタキシャル成長は、５００℃〜９００℃という低温で行われている。
【０００９】このように、低温でシリコンエピタキシャル成長を行うためには、きわめて清浄度の高い雰囲気で成膜しなければならない。特に、成膜装置内部の水分や酸素の分圧を十分に低減し、管理しなければ良好な結晶性を有するエピタキシャル成長とはならない。
【００１０】上述したように、低温でシリコンエピタキシャル成長を行うためには、清浄度の高い雰囲気で行わなければならない理由を図４を参照して説明する。図４(ａ)〜(ｃ)は、シリコン基板２０１に対するエピタキシャル成長過程を示す模式的な概要断面図である。
【００１１】図４(ａ)に示すシリコン基板２０１上に、低温でシリコンエピタキシャル成長を行うためには、例えばシリコン基板２０１をエピタキシャル成長装置に導入する前に、その表面を希フツ酸処理等によって清浄な表面を出し行っても、エピタキシャル成長装置内部の水分や酸素の分圧が高い場合は、図４(ｂ)に示すように、エピタキシャル成長前にシリコン基板２０１の表面が再び酸化されて、酸化膜が生じたり、エピタキシャル成長途中で島状に酸化膜２０２が形成される。このような酸化膜２０２が発生すると、図４(ｃ)に示すように、シリコン結晶成長が阻害されて基板２０１上に成長されたシリコン成長層２０３内に積層欠陥２０４が発生し易くなる。
【００１２】そしてこのような積層欠陥が発生すれば、シリコン成長層２０３の表面ラフネス(表面粗さ)が大きくなり、その表面が悪化し良好な結晶性が得られない。
【００１３】このようなエピタキシャル成長の可否と、成長温度と、雰囲気中の水分分圧との関係については、G.Ghidini and F.W.Smith によって報告されている(J.Electrochem. Soc. vol.131,pp.2924(1984)。図２は、この文献における上記の関係を示す図である。
【００１４】これによれば、エピタキシャル成長の可否の境界直線Ｌで示されるように、設定した成膜の温度条件(横軸)において直線Ｌ上の水分分圧以下の水分分圧で成膜しなければ酸化され易く、表面のラフネスが悪くなる。すなわち単結晶成長しない傾向があることを示し、シリコンエピタキシャル成長を低温で行う程、水分分圧を低くしなと酸化が生じ易くなることを示している。
【００１５】上述した低温エピタキシャル成長における水分分圧を低減するための解決策の一つとして、図３に示す装置がある。図３の符号１０１は、そのようなエピタキシャル成長装置であり、複数枚一括処理するバッチ方式が採用されており、縦型の反応室１１２内にシリコン基板を１００枚程度収容し、一括してエピタキシャル成長ができるように構成されている。
【００１６】このエピタキシャル成長装置１０１は、第１、第２のロードロック室１３１、１３２と、搬入室１２５を有しており、第２のロードロック室１３２は、ゲートバルブ１２４を介して上述の反応室１１２に接続されている。
【００１７】また、搬入室１２５と第１のロードロックの間と、第１のロードロック室１３１と第２のロードロック室１３２の間は、それぞれゲートバルブ１２２、１２３を介して接続されている。
【００１８】第１、第２のロードロック室１３１、１３２と、反応室１１２には、それぞれ真空ポンプ１４１〜１４３が接続されており、各室１３１、１３２、１１２を個別に真空排気できるように構成されている。
【００１９】このエピタキシャル成長装置１０１を使用する場合には、各ゲートバルブ１２２〜１２４を閉じた状態で真空ポンプ１４１〜１４３を動作させ、反応室１１２と第１、第２のロードロック室１３１、１３２とを個別に高真空雰囲気しておく。
【００２０】第１のロードロック室１３１には、窒素ガス導入ポート１２８が設けられており、第１のロードロック室１３１内を真空雰囲気にした後、窒素ガス導入ポート１２８から窒素ガスを導入し、予め大気圧まで復圧させておく。
【００２１】搬入室１２５内には、反応室でエピタキシャル成長を行う際に基板を裁置するためのボート１１６を配置しておき、ボート１１６上にシリコン基板を搭載した後、ゲートバルブ１２２を開け、ボートを第１のロードロック室１３１内に移動する。
【００２２】次いで、ゲートバルブ１２２を閉じ、第１のロードロック室１３１を搬入室１２５から遮断した後、第１のロードロック室１３１内を真空排気する。
【００２３】第２のロードロック室１３２は、予め５．０×１０-6Ｐａ程度の圧力まで真空排気されており、第１のロードロック室１３１内が同程度の圧力まで真空排気された後、第１、第２のロードロック室１３１、１３２間のゲートバルブ１２３を開け、ボートを第２のロードロック室１３２内に搬入する。
【００２４】このとき、反応室１１２は、約５．０×１０-7Ｐａ程度の圧力まで真空排気されている。続いて、反応室１１２の真空排気を止めて、水素ガスを導入した直後にゲートバルブ１２４を開け、第２のロードロック室１３２内のボート１１６を、第２ロードロック室と反応室１１２の間を昇降させるための機構であるボートローダ１２９によって反応室１１２内に移載する。
【００２５】符号１１６は、反応室１１２内に移載された状態のボートを示しており、シリコン基板１１７が搭載されている。
【００２６】反応室１１２は石英製であり、その周囲には、発熱体１１５が配置されている。シリコン基板を反応室１１２へ移載後、所望の超高真空圧力まで真空排気後、真空排気しながら、水素ガスを導入して、発熱体１１５に通電して発熱させ、シリコン基板１１７を加熱する。シリコン基板１１７を約９００℃程度まで昇温し、シリコン基板１１７表面に形成された自然酸化膜を除去する。
【００２７】自然酸化膜の除去後、発熱体１１５への通電量を制御し、シリコン基板の温度を所望の成膜温度まで低下させた後、反応室１１２内にシリコンエピタキシャル層の原料となるガスを導入し、シリコン基板１１７表面へのシリコンエピタキシャル層成長を行う。
【００２８】シリコンエピタキシャル層が所定膜厚に形成された後、反応室１１２へ移載したのとは逆の手順でシリコン基板１１７を搬入室１２５へ移載し、エピタキシャル成長装置１０１外へ取り出す。
【００２９】上記のようなエピタキシャル成長装置１０１では、エピタキシャル成長プロセスを繰り返し行うと、反応室１１２の内壁にシリコン薄膜が付着形成され該薄膜が剥離する場合パーティクルになり、エピタキシャル層の欠陥原因となるため除去する必要がある。
【００３０】そこで、エピタキシャル成長プロセスがある程度の回数行われた時点で、反応室１１２の清掃が行われており、その清掃のために、反応室１１２と真空ポンプ１４３に接続する排気経路１１３と第１、第２のロードロック室１３１、１３２とを大気に開放し、石英製の反応室１１２を取り外し、ウエットエッチング処理によってシリコン薄膜を除去し、乾燥させた後、該石英製チューブ等を元通り取り付けている。
【００３１】しかしながら、清掃の際に、反応室１１２や排気経路１１３、第１、第２のロードロック室１３１、１３２の内部が大気に暴露されるため、その壁面等に水分等が吸着してしまい、超高真空雰囲気まで真空排気できなくなってしまう。
【００３２】そこでこのエピタキシャル成長装置１０１では、第１、第２のロードロック室１３１、１３２と排気経路１１３に、テープヒータ１２６a、１２６b、１２６cが巻かれており、テープヒータ１２６a、１２６b、１２６cを発熱させ、第１、第２のロードロック室１３１、１３２と排気経路１１３とを加熱できるように構成されている。
【００３３】エッチング処理後、各ゲートバルブ１２２〜１２４を閉じ、真空排気しながら第１、第２のロードロック室１３１、１３２と排気経路１１３とを１５０℃程度に加熱することで、ベーキング(第１、第２のロードロック室１３１、１３２と排気経路１１３の内壁に付着した水分等の焼き出し)を行えるようになっている。この時、反応室１１２は、発熱体１１５に通電して過熱しておく。図６の符号１３７は、第１、第２のロードロック室１３１、１３２や排気経路１１３の壁面を示している。
【００３４】テープヒータ１２６a、１２６b、１２６cによるベーキングを行うと、排気経路１１３と、第１、第２のロードロック室１３１、１３２内の雰囲気を超高真空雰囲気まで戻すことができる。
【００３５】しかしながら上記エピタキシャル成長装置１０１では、その構造上、ボートローダ１２９や、ゲートバルブ１２２〜１２４等はテープヒータを巻きつけることができない。従って、その部分は十分なベーキングが行えず、真空雰囲気中に放出された水分等が排気経路１１３や第２のロードロック室１３２内に再吸着し、所望の到達圧力まで真空排気するまでや、低い水分分圧にするまでに膨大な時間を要し、メンテナンス時間が増大し、装置の生産性を悪化させる原因となっていた。
【００３６】また、このエピタキシャル成長装置１０１は、反応室１１２と第２のロードロック室１３２の間等の接続部分にはＯリングが設けられている。このエピタキシャル成長装置１０１には、冷却装置１５０が設けられており、Ｏリングが設けられた部分には、冷却装置１５０に接続された循環路１５１が配置されている。そして、発熱体１１５を発熱させる際には、循環路１５１内に冷却水を循環させ、Ｏリング周囲を冷却することで、Ｏリングが熱損しないようにされている。しかし、上記のようなベーキングを行う場合には、テープヒータの周辺にもＯリングが配置されているため、循環路１５１内から冷却水を抜き取り、循環路１５１内の冷却水が沸騰しないようにする必要があり、その抜き取り作業に要する時間が、更にメンテナンス時間を増大させるという問題もある。
【００３７】更に、上記従来技術のエピタキシャル成長装置１０１では、シリコン基板１１７をボート１１６上に搭載する際に、搬入室１２５内が大気に開放されるため、シリコン基板１１７の搭載後、ボート１１６を搬入室１２５内から第１のロードロック室１３１内に移動させる際に、第１のロードロック室１３１内が大気に暴露されてしまう。
【００３８】従って、第１のロードロック室１３１内に大気中の水分が侵入すると、第１のロードロック室１３１の内壁に吸着されてしまう。水分の吸着エネルギーは大きいため、その状態から、第１のロードロック１３１内を５．０×１０-6Ｐａ程度の圧力にするためには膨大な真空排気時間を必要とし、スループットが悪化するという問題がある。
【００３９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、反応室内部の水分分圧を低くし、低温で高品質のエピタキシャル層を形成できるエピタキシャル成長装置を提供することにある。
【００４０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、搬入室と、ロードロック室と、反応室とを有し、前記搬入室と前記ロードロック室と前記反応室とは、それぞれ個別に気密にできるように構成されると共に、前記搬入室内に配置された基板を、大気に曝さずに、前記ロードロック室を通して前記反応室内に搬入し、複数枚の基板を一括して、該反応室内でエピタキシャル成長を行うように構成されたバッチ方式のエピタキシャル成長装置であって、前記搬入室と前記ロードロック室との間には搬送室が配置され、前記搬入室と前記ロードロック室と前記搬送室には、それぞれ窒素ガス導入ポートが設けられたことを特徴とする。
【００４１】請求項２記載の発明は、前記基板を反応室内部に導入するためのボートに配置した状態で前記反応室内に搬入し、基板表面にエピタキシャル成長を行えるように構成された請求項１記載のエピタキシャル成長装置であって、前記搬送室内には基板移載ロボットが配置され、カセットに搭載された状態の基板が前記搬入室内に配置されると、前記基板移載ロボットにより、前記カセットから前記基板を取り出し、前記ロードロック室内に配置されたボート上に移載できるように構成されたことを特徴とする。
【００４２】請求項３記載の発明は、二つ以上のロードロック室および反応室とを有し、前記反応室前段のロードロック室内には基板を反応室内部へ出し入れする機構であるボートローダが配置され、前記ロードロック室内に、基板が搭載されたボートが搬入されると、前記ボートローダにより、前記ボートを前記反応室内に移動させ、前記反応室内で前記基板表面にエピタキシャル成長を行えるように構成されたバッチ方式のエピタキシャル成長装置であって、前記ボートローダのボートが載置された底部には循環路が配置され、該循環路内を加熱された熱媒体が循環し、前記ボートローダを加熱できるように構成されたことを特徴とする。
【００４３】請求項４記載の発明は、請求項３記載のエピタキシャル成長装置であって、前記反応室とロードロック室との間等にはＯリングが配置され、該Ｏリング付近には、冷却されたオイルが循環できる循環路が設けられたことを特徴とする。
【００４４】請求項５記載の発明は、請求項２記載のエピタキシャル成長装置の内部で基板を移載する基板移載方法であって、前記カセットを前記搬入室内に配置した後、前記搬入室を大気から遮断し、前記窒素ガス導入ポートから前記搬入室内に窒素ガスを導入し、内部雰囲気を窒素ガス置換すると共に、前記搬送室と前記ロードロック室内を窒素ガス雰囲気にした後、前記搬入室と前記ロードロック室とを前記搬送室に接続し、前記移載を行うことを特徴とする。
【００４５】本発明は上記のように構成されており、搬入室と、ロードロック室と、反応室とを有している。搬入室と、ロードロック室と、反応室とは、それぞれ個別に気密にできるように構成されており、また、搬入室内に配置された基板を、大気に曝さずに、ロードロック室を通して反応室内に搬入できるように構成されている。反応室内に搬入された基板を加熱しながらエピタキシャル層の原料ガスを導入すると、基板表面にエピタキシャル成長を行えるようになっている。
【００４６】更に、このエピタキシャル成長装置では、搬入室とロードロック室との間に搬送室が配置され、その搬送室と、前述の搬入室及びロードロック室には、窒素ガス導入ポートがそれぞれ設けられている。
【００４７】搬入室に設けられた窒素ガス導入ポートを用いれば、搬入室だけを大気に開放して基板を搬入し、大気雰囲気との間の扉を閉じ、搬入室内を大気から遮断させた後、内部に窒素ガスを導入すると、搬入室内を所望の水分濃度の窒素ガス雰囲気に置換することができる。
【００４８】また、搬送室に設けられた窒素ガス導入ポートを用い、搬送室内部に窒素ガスを導入すると、搬送室内部も所望の水分濃度の窒素ガス雰囲気にすることができる。
【００４９】また、ロードロック室は、予め高真空雰囲気まで真空排気しておき、ロードロック室に設けられた窒素ガス導入ポートを用い、同様に、内部を窒素ガス雰囲気にしておくと、搬入室と搬送室との間のゲートバルブ及び搬送室とロードロック室の間のゲートバルブを開け、搬送室を通し、窒素ガス雰囲気中で基板を搬入室からロードロック室内に搬入することができる。
【００５０】ロードロック室内に、大気が侵入しないので、搬入後、ロードロック室と搬送室の間のゲートバルブを閉じ、ロードロック室内を真空排気すると、短時間で高真空雰囲気まで真空排気することができる。
【００５１】複数のロードロック室から構成されている場合には、最も搬送室に近いロードロック室のみを用いることにより、ロードロック室の容積が小さい分さらに短時間で高真空雰囲気を達成できる。
【００５２】またボートは、基板を搭載した状態で反応室内に搬入されるので、ボートに水分が吸着している場合、エピタキシャル成長層の結晶性を悪化させるが、ボートが大気に曝されないため、ボートに水分等が吸着することがなく、従って、反応室内に水分が侵入することもない。
【００５３】ロードロック室内の基板を反応室内に搬入する際、基板が搭載されたボートをロードロック室内に設けられたボートローダにより、ボートごと基板を反応室内に搬入する。このエピタキシャル成長装置では、そのボートローダのボートが載置された底部に循環路が位置するようにされており、その循環路内は、加熱されたオイルが循環できるように構成されている。
【００５４】従って、ベーキングを行う際に、ボートローダも加熱することができるので、ロードロック室内を短時間で超高真空雰囲気まで真空排気することができる。
【００５５】この循環路は、反応室とロードロック室との間に設けられたＯリング周囲にも配置されており、エピタキシャル成長を行う際には、冷却されたオイルがその循環路内を循環するように構成されている。
【００５６】このように、本発明のエピタキシャル成長装置では、ベーキングを行うときに加熱される部分に冷却水は用いられていないので、ベーキングの際に冷却水が沸騰することがない。従って、水抜き作業が不要であり、ベーキングの作業時間を大幅に短縮させることができる。
【００５７】
【発明の実施の形態】本発明の基板移載方法を、本発明のエピタキシャル成長装置と共に説明する。図１を参照し、符号１は、本発明の一実施形態のエピタキシャル成長装置であり、上述した従来技術のエピタキシャル成長装置１０１と同様に、第１、第２のロードロック室３１、３２と、搬送室１４と、反応室１２等とを有している。
【００５８】このエピタキシャル成長装置１では、更に、搬入室２５が設けられている。搬入室２５は、搬送室１４の前段に配置されており、従って、搬入室２５と、搬送室１４と、第１のロードロック室３１と、第２のロードロック室３２と、反応室１２とは、この順序で配置されている。そして、各室１４、２５、３１、３２、１２は、それぞれゲートバルブ９、２２〜２４を介して接続されており、後述するように、搬入室２５内に搬入したシリコン基板をその順序で通過させ、反応室１２内に搬入できるように構成されている。
【００５９】このエピタキシャル成長装置１を使用する場合、予め各ゲートバルブ９、２２〜２４を閉じ、真空ポンプ４１〜４３を動作させ、第１、第２のロードロック室３１、３２内は５．０×１０-6Ｐａ程度の圧力、反応室１２内は５．０×１０-7Ｐａ程度の圧力まで真空排気しておく。このとき、ボート１６は、第１のロードロック室３１内に配置しておく。
【００６０】また、発熱体１５に通電し、反応室１２は４００℃程度に昇温させておく。このエピタキシャル成長装置１は、加熱冷却装置５０を有しており、発熱体１５に通電する際には、Ｏリングが配置された部分に、後述するように、２０℃程度に温度制御した熱媒体を循環させ、Ｏリングを冷却できるように構成されている。この冷却装置５０については、後述するベーキング作業において併せて説明する。
【００６１】搬入室２５と、搬送室１４と、第１のロードロック室３１には、窒素ガス導入ポート２０、２１、２８がそれぞれ設けられており、第１のロードロック室３１は真空排気できる構成で、搬送室１４と、搬入室２５とは、個別に大気中で窒素置換できるように構成されている。搬入室２５と搬送室１４の内部に、窒素ガス導入ポート２０、２１から窒素ガスを導入し、内部雰囲気を窒素ガス置換しておく。
【００６２】成膜対象のシリコン基板は、加熱した硫酸−過酸化水素水溶液、及び加熱したアンモニア−過酸化水素水溶液に順番に浸漬し、有機物とパーティクルを除去した後、希フッ酸液に浸漬し、金属汚染物の除去と、自然酸化膜の除去を行った後、搬入室２５に設けられた扉１８を開け、カセット７に搭載した状態で、搬入室２５内に配置する。
【００６３】配置後、直ちに扉１８を閉じ、窒素ガス導入ポート２０から窒素ガスを導入する。搬入室２５内部にはセンサー５が設けられており、該センサー５によって搬入室２５内の雰囲気を監視し、所望の水分濃度、酸素濃度になるまで窒素ガス置換を行う。
【００６４】続いて、第１のロードロック室３１内には、窒素ガス導入ポート２８から窒素ガスを導入し、大気圧の窒素ガスで充満させる。搬送室１４内には、基板移載ロボット８が配置されており、搬送室１４内部と第１のロードロック室３１内部が大気圧の窒素ガス雰囲気になった後、ゲートバルブ９、２２を開け、カセット７内に満載されたシリコン基板１７を、第１のロードロック室３１内に配置されたボート１６に移載する。搬送室１４内にはセンサー６が設けられており、窒素ガスを導入しながら移載する際に、センサー６によって、搬送室１４の内部雰囲気を監視し、所定の水分濃度、酸素濃度を維持させる。
【００６５】移載完了後、ゲートバルブ９、２２を閉じ、第１のロードロック室３１内を５．０×１０-6Ｐａの圧力まで真空排気する。
【００６６】次いで、ゲートバルブ２３を開け、第２のロードロック室３２内に、シリコン基板１７が配置されたボート１６を移動させ、ゲートバルブ２３を閉めた後、第２のロードロック室３２内を５．０×１０-6Ｐａの圧力まで真空排気する。
【００６７】このとき、反応室１２は、５．０×１０-7Ｐａ程度の圧力まで真空排気されており、第２ロードロック室３２内が５．０×１０-6Ｐａ程度の圧力まで真空排気する。続いて反応室１２内に水素ガスを導入し、第２のロードロック室３２との間のゲートバルブ２４を開ける。
【００６８】ボートローダ２９を動作させ、水素ガス雰囲気中でボート１６を反応室１２内に搬入する。ボート１６を搬入後、ボードローダ上面を反応炉下面に当接し、反応室１２内部への水素ガス導入を停止し、内部を真空排気する。
【００６９】反応室１２内部が所定圧力まで真空排気された後、水素ガスを導入しながら反応室１２の周囲に配置された発熱体１５を発熱させ、ボート１６に配置されたシリコン基板１７を約９００℃程度に加熱し、シリコン基板１７表面の自然酸化膜を還元除去する。
【００７０】次いで、発熱体１５の発熱量を制御し、シリコン基板１７を所定の成膜温度まで低下させた後、シリコンエピタキシャル層の原料ガスを導入し、シリコン基板１７表面へのシリコンエピタキシャル層成長を行う。
【００７１】シリコンエピタキシャル層が所定膜厚に形成された後、反応室１２へ搬入したのとは逆の手順で、ボート１６を第２のロードロック室３２を介して第１のロードロック室３１内に移動させ、搬送室１４内の基板移載ロボット８によって、ボート１６内に配置されたシリコン基板１７を、搬入室２５内に配置されたカセット７に移載し、扉１８から取り出す。
【００７２】以上説明したように、ボート１６は真空雰囲気か、窒素ガス雰囲気に置かれるため、水分の吸着が無く、反応室１２内に水分が侵入しないようになっている。また、搬入室２５に窒素ガス導入ポート２０が設けられており、未処理のシリコン基板を搬入室２５内に装着した後、窒素ガス置換を行ってから、搬入室２５を搬送室１４に接続するので、第１のロードロック室３１内に、搬送室１４を介してシリコン基板を搬入する際に、第１のロードロック室３１及び搬送室１４内に大気が侵入することはない。
【００７３】これにより、第１、第２のロードロック室３１、３２内や、反応室１２内を超高真空雰囲気まで真空排気する時間が短くて済み、スループットが大幅に向上する。
【００７４】次に、上記エピタキシャル成長装置１のベーキング方法について説明する。このエピタキシャル成長装置１は、第１、第２のロードロック室３１、３２と反応室１２を真空ポンプ４３に接続する排気経路１３には、循環路４が巻かれている。この循環路４は、ボートローダ２９のボートが載置された底部や、反応室１２と排気経路１３との間のＯリングの周囲にも配置されている。
【００７５】そして、循環路４は、加熱冷却装置５０に接続されており、加熱冷却装置５０によって温度制御された耐熱性のオイルが循環できるように構成されている。
【００７６】反応室１２内でエピタキシャル成長を行う場合には、２０℃程度に温度制御したオイルをＯリング周囲に循環させ、発熱体１５の発熱からＯリングを保護している。しかし、従来技術にもあるように反応室１２に付着した反応物をウエットエッチング処理により、除去を行った後は、第１、第２のロードロック室３１、３２や反応室１２を真空排気し、加熱冷却装置５０によってオイルを昇温させ、１５０℃程度に温度制御されたオイルを、第１、第２のロードロック室３１、３２、ボートローダ２９周囲に配置された循環路４や、ゲートバルブ２４内に配置された循環路４内を循環させている。その結果、テープヒータ２６a、２６bでは加熱できない部分がオイルによって加熱される。
【００７７】第１、第２のロードロック室３１、３２や、排気経路１３が１５０℃に安定した後、経過時間と到達圧力を記録し、第１、第２のロードロック室３１、３２や排気経路１３内の圧力低下が飽和するまでベーキングを継続し、その後、真空排気しながら加熱冷却装置５０によってオイルを２５℃に降温させる。
【００７８】第１、第２のロードロック室３１、３２や排気経路１３が２５℃で安定した後、経過時間と圧力とを記録し、圧力低下の飽和が確認されると、その圧力を到達圧力とする。到達圧力は真空ポンプの性能と、第１、第２のロードロック室３１、３２や排気経路１３を構成する部材からのガス放出量、透過ガス量、リーク量で決まる。
【００７９】上記加熱冷却装置５０によるベーキングを行っているときには、反応室１２は、発熱体１５によってベーキングされている。
【００８０】以上説明したように、本発明のエピタキシャル成長装置１では、加熱したオイルを循環させることで、従来では加熱できなかった部分も加熱できるため、ベーキングを十分に行えるようになっている。従って、反応室１２や第１、第２のロードロック室３１、３２内を超高真空雰囲気まで短時間で真空排気することが可能である。
【００８１】また、この循環路４内を循環するオイルは、エピタキシャル成長の際にも、ベーキングの際にも用いられるため、水抜き作業が不要であり、作業時間の短縮にも寄与できる。
【００８２】図５(ａ)〜(ｃ)はオイル循環路の具体的な構成を示す図である。同図(ａ)は、排気経路１３壁面上に銅配管で構成された循環路８１が溶接固定された例である。同図(ｂ)は、ボートローダ２９のボートが載置された底部に循環路８２が埋め込まれた例である。同図(ｃ)は、反応室１２と排気経路１３との間のＯリング周囲等のＯリング周囲等内の、Ｏリング７５に近接した位置に循環路８３が埋め込まれている例である。
【００８３】
【発明の効果】ロードロック室や反応室内に大気が侵入しないので、低い水分分圧でエピタキシャル成長を行うことができ、従って、低温で良質な結晶のエピタキシャル成長が可能である。また、ボートローダやゲートバルブもベーキングできるので、超高真空雰囲気まで短時間で真空排気でき、反応室内の水分分圧を低くすることができる。また、水抜き作業が不要なので、ベーキング作業も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例のエピタキシャル成長装置
【図２】エピタキシャル層の結晶性と成長温度及び水分分圧の関係を説明するためのグラフ
【図３】従来技術のエピタキシャル成長装置を説明するための図
【図４】(ａ)〜(ｃ)：シリコン基板表面へのエピタキシャル層成長を説明するための図
【図５】(ａ)〜(ｃ)：循環路の構成例を示す図
【図６】テープヒータの取り付け状態を示す図
【符号の説明】
１……エピタキシャル成長装置
４……循環路
８……基板移載ロボット
１２……反応室
１４……搬送室
１６……ボート
１７……基板(シリコン基板)
２０、２１、２８……窒素ガス導入ポート
２５……搬入室
２９……ボートローダ
３１……第１のロードロック室
３２……第２のロードロック室
【特許請求の範囲】
【請求項１】搬入室と、真空排気が可能なロードロック室と、反応室とを有し、前記搬入室と前記ロードロック室と前記反応室とは、それぞれ個別に気密にできるように構成されると共に、前記搬入室内に配置された基板を、大気に曝さずに、前記ロードロック室を通して前記反応室内に搬入し、該反応室内でエピタキシャル成長を行うように構成されたバッチ方式のエピタキシャル成長装置であって、前記搬入室と前記ロードロック室との間には基板をロードロック室へ移載するための機構を有する搬送室が配置され、前記搬入室と前記ロードロック室と前記搬送室には、それぞれ不活性ガス導入ポートが設けられたことを特徴とするエピタキシャル成長装置。
【請求項２】基板を反応室内に搬入し、基板表面にエピタキシャル成長を行えるように構成された請求項１記載のエピタキシャル成長装置であって、前記搬送室内には基板移載ロボットが配置され、カセットに搭載された状態の基板が前記搬入室内に配置されると、前記基板移載ロボットにより、前記カセットから前記基板を取り出し、前記ロードロック室内に配置された反応室内部へ基板を導入するための治具であるボート上に移載できるように構成されたことを特徴とするエピタキシャル成長装置。
【請求項３】二つ以上のロードロック室および反応室とを有し、前記反応室前段のロードロック室内には基板を反応室内部へ出し入れする機構であるボートローダが配置され、前記ロードロック室内に、基板が搭載されたボートが搬入されると、前記ボートローダにより、前記ボートを前記反応室内に移動させ、前記反応室内で前記基板表面にエピタキシャル成長を行えるように構成されたエピタキシャル成長装置であって、前記ボートローダのボートが載置された底部には循環路が配置され、該循環路内を加熱された熱媒体が循環し、前記ボートローダを加熱できるように構成されたことを特徴とするバッチ方式のエピタキシャル成長装置。
【請求項４】請求項３記載のエピタキシャル成長装置であって、前記反応室およびロードロック室を気密させるためのシール用のＯリング付近には、冷却された熱媒体が循環できる循環路が設けられたことを特徴とするエピタキシャル成長装置。
【請求項５】請求項２記載のエピタキシャル成長装置の内部で基板を移載する基板移載方法であって、前記カセットを前記搬入室内に配置した後、前記搬入室を大気から遮断し、前記不活性ガス導入ポートから前記搬入室内に不活性ガスを導入し、内部雰囲気を不活性ガス置換すると共に、前記搬送室と前記ロードロック室内を不活性ガス雰囲気にした後、前記搬入室と前記ロードロック室とを遮断するための扉を開放し反応室内に基板を導入するための治具であるボートにカセット内の基板の移載を行うことを特徴とする基板移載方法。
【請求項１】搬入室と、真空排気が可能なロードロック室と、反応室とを有し、前記搬入室と前記ロードロック室と前記反応室とは、それぞれ個別に気密にできるように構成されると共に、前記搬入室内に配置された基板を、大気に曝さずに、前記ロードロック室を通して前記反応室内に搬入し、該反応室内でエピタキシャル成長を行うように構成されたバッチ方式のエピタキシャル成長装置であって、前記搬入室と前記ロードロック室との間には基板をロードロック室へ移載するための機構を有する搬送室が配置され、前記搬入室と前記ロードロック室と前記搬送室には、それぞれ不活性ガス導入ポートが設けられたことを特徴とするエピタキシャル成長装置。
【請求項２】基板を反応室内に搬入し、基板表面にエピタキシャル成長を行えるように構成された請求項１記載のエピタキシャル成長装置であって、前記搬送室内には基板移載ロボットが配置され、カセットに搭載された状態の基板が前記搬入室内に配置されると、前記基板移載ロボットにより、前記カセットから前記基板を取り出し、前記ロードロック室内に配置された反応室内部へ基板を導入するための治具であるボート上に移載できるように構成されたことを特徴とするエピタキシャル成長装置。
【請求項３】二つ以上のロードロック室および反応室とを有し、前記反応室前段のロードロック室内には基板を反応室内部へ出し入れする機構であるボートローダが配置され、前記ロードロック室内に、基板が搭載されたボートが搬入されると、前記ボートローダにより、前記ボートを前記反応室内に移動させ、前記反応室内で前記基板表面にエピタキシャル成長を行えるように構成されたエピタキシャル成長装置であって、前記ボートローダのボートが載置された底部には循環路が配置され、該循環路内を加熱された熱媒体が循環し、前記ボートローダを加熱できるように構成されたことを特徴とするバッチ方式のエピタキシャル成長装置。
【請求項４】請求項３記載のエピタキシャル成長装置であって、前記反応室およびロードロック室を気密させるためのシール用のＯリング付近には、冷却された熱媒体が循環できる循環路が設けられたことを特徴とするエピタキシャル成長装置。
【請求項５】請求項２記載のエピタキシャル成長装置の内部で基板を移載する基板移載方法であって、前記カセットを前記搬入室内に配置した後、前記搬入室を大気から遮断し、前記不活性ガス導入ポートから前記搬入室内に不活性ガスを導入し、内部雰囲気を不活性ガス置換すると共に、前記搬送室と前記ロードロック室内を不活性ガス雰囲気にした後、前記搬入室と前記ロードロック室とを遮断するための扉を開放し反応室内に基板を導入するための治具であるボートにカセット内の基板の移載を行うことを特徴とする基板移載方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０００−２１６１０２（Ｐ２０００−２１６１０２Ａ）
【公開日】平成１２年８月４日（２０００．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１１−１５４２０
【出願日】平成１１年１月２５日（１９９９．１．２５）
【出願人】（０００２３１４６４）日本真空技術株式会社 (1,740)
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１２年８月４日（２０００．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１１年１月２５日（１９９９．１．２５）
【出願人】（０００２３１４６４）日本真空技術株式会社 (1,740)
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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