成膜装置および成膜方法
【課題】ウェハの種類にかかわらずその温度分布を最小限にして成膜することのできる成膜装置および成膜方法を提供する。
【解決手段】成膜が行なわれるシリコンウェハ１０１の種類に応じて、シリコンウェハ１０１の面内の温度分布を均一にするのに最適な第２の部材１０７を選択して成膜室１０２内に搬送し、第１の部材１０３に載置することでサセプタ１１０を完成させる。第２の部材１０７は、シリコンウェハ１０１の温度分布に応じて厚みが変化している。これにより、異なる種類のシリコンウェハ１０１を処理する場合であっても、温度分布を最小限にして成膜することができる。保管室には、第２の部材を加熱する第２の加熱部が設けられていることが好ましい。
【解決手段】成膜が行なわれるシリコンウェハ１０１の種類に応じて、シリコンウェハ１０１の面内の温度分布を均一にするのに最適な第２の部材１０７を選択して成膜室１０２内に搬送し、第１の部材１０３に載置することでサセプタ１１０を完成させる。第２の部材１０７は、シリコンウェハ１０１の温度分布に応じて厚みが変化している。これにより、異なる種類のシリコンウェハ１０１を処理する場合であっても、温度分布を最小限にして成膜することができる。保管室には、第２の部材を加熱する第２の加熱部が設けられていることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置および成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エピタキシャル成長技術は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などのパワーデバイスのように、比較的膜厚の大きい結晶膜を必要とする半導体素子の製造に広く用いられている。
【０００３】
エピタキシャル成長技術では、ウェハの温度を均一にすることが重要である。ウェハに温度分布があると、膜厚が不均一になるからである。特に、膜厚の大きいエピタキシャルウェハを製造する際には、エピタキシャル成長に要する時間が長くなるため、僅かな温度差であっても膜厚均一性を大きく低下させる結果となり得る。
【０００４】
特許文献１には、ウェハのエッジ部から熱が逃げることによりエッジ部での膜厚均一性が低下するのを防ぐため、ウェハを載置する第１のホルダと、第１のホルダを支持する第２のホルダとを備えた気相成長装置が開示されている。第１のホルダを第２のホルダに用いる材料より熱伝導率の大きい材料で構成することにより、第１のホルダからウェハへの伝熱を良好にするとともに第２のホルダからの放熱を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５８６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ウェハの温度分布は一様ではない。すなわち、エッジ部分での温度低下に限られるものではなく、また、ウェハの種類によっても異なる温度分布を呈する。このため、特許文献１の気相成長装置では、均一な温度分布が得られない場合があった。
【０００７】
本発明は、こうした課題を克服するためになされたものである。すなわち、本発明の目的は、ウェハの種類にかかわらずその温度分布を最小限にして成膜することのできる成膜装置を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の目的は、ウェハの種類にかかわらずその温度分布を最小限にして成膜することのできる成膜方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の成膜装置は、
基板を収容する成膜室と、
成膜室内で基板を支持するサセプタと、
サセプタに支持された基板を加熱する第１の加熱部と、
成膜室の外部に設けられてサセプタを保管する保管室と、
成膜室に開閉部を介して接続する待機室と、
基板の種類に応じてサセプタを保管室から取り出し、待機室を介して成膜室にサセプタを搬送する搬送手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２の成膜装置は、
基板を収容する成膜室と、
成膜室内で基板を支持する第１の部材と、
第１の部材に支持された基板を加熱する第１の加熱部と、
第１の部材に支持されて基板と加熱部の間に配置される第２の部材と、
成膜室の外部に設けられて第２の部材を保管する保管室と、
成膜室に開閉部を介して接続する待機室と、
基板の種類に応じて第２の部材を保管室から取り出し、待機室を介して成膜室に第２の部材を搬送する搬送手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の第１および第２の成膜装置において、保管室には、サセプタおよび第２の部材を加熱する第２の加熱部が設けられていることが好ましい。
第１の成膜装置においては、成膜室内にあるサセプタの温度を測定する第１の温度測定手段と、保管室内にあるサセプタの温度を測定する第２の温度測定手段とを有することが好ましい。また、保管室内には、サセプタを保持するサセプタ保持部材が設けられており、サセプタ保持部材は、サセプタを保管室内の所定位置に移動可能なように構成されていることが好ましい。所定位置は、第２の温度測定手段によって温度測定をする位置、および、搬送手段によって待機室との間でサセプタを搬送可能な位置であることが好ましい。
第２の成膜装置においては、成膜室内にある第１の部材の温度を測定する第１の温度測定手段と、保管室内にある第２の部材の温度を測定する第２の温度測定手段とを有することが好ましい。また、保管室内には、第２の部材を保持するサセプタ保持部材が設けられており、サセプタ保持部材は、第２の部材を保管室内の所定位置に移動可能なように構成されていることが好ましい。所定位置は、第２の温度測定手段によって温度測定をする位置、および、搬送手段によって待機室との間で第２の部材を搬送可能な位置であることが好ましい。
【００１３】
本発明の第１の成膜方法は、
第１の加熱部が設けられた成膜室内に基板を搬送してサセプタで支持し成膜処理を行なう成膜方法において、
第２の加熱部を備えた保管室にサセプタを保管し、基板の種類に応じてサセプタを保管室から取り出した後、開閉部を介して成膜室に接続された待機室に搬送し、次いでサセプタを成膜室に搬送することを特徴とするものである。
成膜室内にあるサセプタの温度と保管室内にあるサセプタの温度が同程度となるように、第２の加熱部の出力を調整することが好ましい。
【００１４】
本発明の第２の成膜方法は、
第１の加熱部が設けられた成膜室内に基板を搬送して第１の部材で支持し成膜処理を行なう成膜方法において、
第２の加熱部を備えた保管室に第２の部材を保管し、基板の種類に応じて第２の部材を保管室から取り出した後、開閉部を介して成膜室に接続された待機室に搬送し、次いで成膜室に搬送して第１の部材で第２の部材を支持するとともに、基板と第１の加熱部の間に第２の部材を配置して成膜処理を行なうことを特徴とするものである。
成膜室内にある第１の部材の温度と保管室内にある第２の部材の温度が同程度となるように、第２の加熱部の出力を調整することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ウェハの種類にかかわらずその温度分布を最小限にして成膜することのできる成膜装置および成膜方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態１における枚葉式の成膜装置の模式的な概念図である。
【図２】実施形態１の第２の成膜方法にかかる成膜室の構成を示す断面図である。
【図３】実施形態１の成膜室内に設けられるサセプタを構成する第１の部材を拡大した断面図および対応する上面図である。
【図４】実施形態１のサセプタにシリコンウェハが載置された様子を拡大して示す断面図である。
【図５】平坦な表面を有する第２の部材を用いて複数種のシリコンウェハを加熱したときの温度分布のシミュレーションを示すグラフである。
【図６】第２の部材の模式的な断面図とこれに対応する上面図である。
【図７】他の一例の第２の部材を第１の部材に載置した様子を示す断面図である。
【図８】実施形態１の成膜方法の工程を示すフローチャートである。
【図９】保管室の模式的な断面図である。
【図１０】実施形態２の第１の部材の近傍の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施形態１
図１は、本実施形態における枚葉式の成膜装置１００の模式的な概念図である。本実施形態においては、基板の一例としてシリコンウェハ１０１を用いる。但し、これに限られるものではなく、場合に応じて、他の材料からなるウェハなどを用いてもよい。
また、図２は、本発明の第２の成膜方法にかかる成膜室１０２の構成を示す断面図である。本実施形態においては、サセプタ１１０は、シリコンウェハ１０１を支持する第１の部材１０３と、第１の部材１０３に支持されてシリコンウェハ１０１と第１の加熱部１０５との間に配置される第２の部材１０７とからなる。そして、第２の部材１０７は、第１の加熱部１０５からの熱によって生じるシリコンウェハ１０１の温度分布に応じて形状が異なる部材である。
【００１８】
成膜装置１００には、待機室１２０が設けられている。この待機室１２０を中心に、成膜室１０２、保管室１３０、ロードロック室１４０が相互に連通して配置されている。また、それぞれの連結部分には、相互に気密を保持することができる開閉部であるゲートバルブを有する搬送路１２２、１２３、１２４が設けられている。
また、成膜室１０２、待機室１２０、保管室１３０は水素（Ｈ２）または窒素（Ｎ２）雰囲気に保持されている。さらに、それぞれ図示しない圧力調整弁および真空ポンプが接続されており、所望の圧力にすることができ、それぞれを等圧に調整することができる。ここでは、７００Ｔｏｒｒ程度の微減圧状態に調圧されている。
【００１９】
待機室１２０には、搬送手段である搬送機構１２１が設けられている。搬送機構１２１は、成膜装置１００の外部からロードロック室１４０に搬入されたシリコンウェハ１０１を順次成膜室１０２に搬送する。また、搬送機構１２１は、成膜が完了したシリコンウェハ１０１を成膜室１０２から取り出してロードロック室１４０に搬送する。そして、ロードロック室１４０から成膜装置１００外へと搬出される。
さらに、搬送機構１２１は、保管室１３０に収容された第２の部材１０７も成膜室１０２へ搬送することができる。
【００２０】
後述するように、保管室１３０には、第２の部材１０７に限らず、シリコンウェハの種類に応じた複数の種類の第２の部材が収容されている。また、保管室１３０には、第２の部材を加熱する第２の加熱部１３１が設けられており、収容される第２の部材を所定の温度に加熱しておくことができる。そのため、第２の部材が成膜室１０２に搬送された際に急激に温度を変動させることがなく、熱応力による第２の部材の破損を防止することができる。
【００２１】
図３は成膜室１０２内に設けられるサセプタ１１０を構成する第１の部材１０３を拡大した断面図および対応する上面図である。さらに、図４は、サセプタ１１０にシリコンウェハ１０１が載置された様子を拡大して示す断面図である。
【００２２】
成膜室１０２は、搬送機構１２１によって搬送されたシリコンウェハ１０１を収容し、結晶膜の成膜を行なう。ここでは、シリコンウェハ１０１をサセプタ１１０に略水平に載置した状態で成膜処理を行なう枚葉式の成膜装置を例として挙げたが、シリコンウェハ１０１を収容する態様は、これに限定するものではない。
【００２３】
成膜室１０２の内部には、シリコンウェハ１０１が載置されるＳｉＣ（炭化ケイ素）製の第１の部材１０３が同じくＳｉＣ製の略円筒状の回転部１０４の上部に設けられている。シリコンウェハ１０１は、搬送機構１２１によって搬送路１２２を通して搬入され、第１の部材１０３上に載置される。
【００２４】
回転部１０４は上部に比べ下部が細く形成されており、成膜室１０２外において図示しない回転機構と接続されている。これにより、回転部１０４の水平断面の中心を直交する線を回転軸として所定の回転数で回転させることができる。
【００２５】
第１の部材１０３は中央に開口部を有するリング状であり、周端部が回転部１０４の上端に固定されている。そして、リング状の第１の部材１０３の内端部には、上下二段の座ぐりが形成されている。
【００２６】
上段の座ぐりである第１座ぐり１０３ａには、シリコンウェハ１０１が載置される。第１座ぐり１０３ａの内径は、シリコンウェハ１０１の直径よりも僅かに大きく形成されている。そのため、シリコンウェハ１０１の略水平方向への移動を拘束することができる。
また、第１の部材１０３の上面から第１座ぐり１０３ａの水平な面までの深さは、シリコンウェハ１０１の厚さと略同一かまたはこれ以下に形成されている。そのため、第１座ぐり１０３ａにシリコンウェハ１０１が載置されると、シリコンウェハ１０１の上面は、第１の部材１０３の上面と略同じかまたは上面よりも高い位置になる。よって、供給された成膜ガスがシリコンウェハ１０１の中心付近から周縁部方向へ流れるとき、第１座ぐり１０３ａの垂直な面にガス流が当たらず、スムーズな成膜ガス流を形成することができる。
【００２７】
下段の座ぐりである第２座ぐり１０３ｂには、収容されるシリコンウェハ１０１の種類に応じて搬送された第２の部材１０７が載置される。
【００２８】
第２の部材１０７は、リング状の第１の部材１０３の中央に形成された開口部よりも直径が大きく、またその周端部はつば状に形成されているため、第２座ぐり１０３ｂの水平な面に懸架するように載置することができる。つまり、第１の部材１０３の開口部を第２の部材１０７で蓋をしたような状態となる。
【００２９】
第２の部材１０７が第２座ぐり１０３ｂに載置され、第１の部材１０３と組み合わされることで、サセプタ１１０が完成される。また、これによりシリコンウェハ１０１に成膜が行なわれる領域と、回転部１０４内の下部の領域とが実質的に区画される。これにより、回転部１０４内に配置された部材から発生する不純物が成膜の行なわれる領域に入りにくくなる。このため、シリコンウェハ１０１上に形成される結晶膜に不純物が混入するのを防いで、結晶膜の品質低下を抑制することができる。
【００３０】
また、サセプタ１１０は、第１の部材１０３と第２の部材１０７から構成されており、第１の部材１０３は成膜室１０２内の回転部１０４に垂直方向の動きが拘束されず着脱可能であって、例えば、保管室１３０内に第２の部材１０７とともに保管されていても良い。
その場合、第１の部材１０３と第２の部材１０７をそれぞれ待機室１２０を介して成膜室１０２内に搬送し、第１の部材１０３で第２の部材１０７を上述の形態のように支持するとしても良い。
【００３１】
シリコンウェハ１０１は、下方に設けられたインヒータ１０５ａとアウトヒータ１０５ｂとからなる第１の加熱部１０５によって加熱される。本実施形態では、これらの間に第２の部材１０７が配置されるので、第１の加熱部１０５からの熱は、第２の部材１０７を通じてシリコンウェハ１０１に伝わる。このとき、シリコンウェハ１０１と離間している第２の部材１０７からシリコンウェハ１０１に伝わる輻射熱の量は、シリコンウェハ１０１と第２の部材１０７との間隔が近いほど大きくなる。つまり、第１の加熱部１０５の温度は一定であっても、シリコンウェハ１０１と第２の部材１０７との距離が近ければ輻射熱が伝わりやすくなる。したがって、第２の部材１０７の厚みを局所的に厚くして第２の部材１０７からシリコンウェハ１０１までの距離を短くすることで、シリコンウェハ１０１の温度を局所的に高めることができる。
また逆に、第２の部材１０７の表面とシリコンウェハ１０１の間隔が遠いほど、輻射熱の伝わる量は小さくなる。つまり、第１の加熱部１０５の温度は一定であっても、シリコンウェハ１０１と第２の部材との距離が遠ければ輻射熱が伝わりにくくなる。そのため、第２の部材の厚みを局所的に薄くして第２の部材１０７からシリコンウェハ１０１までの距離を長くすることで、シリコンウェハ１０１の過熱を局所的に抑制することができる。
【００３２】
成膜室１０２の上部には、シリコンウェハ１０１の表面に結晶膜を成膜させるための成膜ガスを供給する成膜ガス供給部１５０が設けられている。また、成膜ガス供給部１５０のシリコンウェハ側の端部には、成膜ガスの吐出孔が多数形成されたシャワープレート１５１が接続されている。シャワープレート１５１はシリコンウェハ１０１に対向して配置されており、シリコンウェハ１０１の表面に向かって成膜ガスを供給することができる。
【００３３】
成膜室１０２の下部には、成膜室１０２内のガスを排気する排気部１５２が複数設けられている。排気部１５２は、図示しない真空ポンプおよび排気機構と接続され、成膜後の成膜ガスを成膜装置１００外へと排出する。
【００３４】
まず、厚みが均一な第２の部材を用いて成膜する例について述べる。
【００３５】
図２、図３、図４において用いられている第２の部材１０７は、厚みが均一であり、シリコンウェハ１０１の全面に均一に輻射熱を伝える形状である。
【００３６】
図５は、平坦な表面を有する第２の部材１０７を用いて複数種のシリコンウェハを加熱したときの温度分布のシミュレーションを示すグラフである。
図５のグラフの実線ａは、ボロンなどのＰ型の不純物が１０１８/ｃｍ３位程度まで添加された８インチ（約２００ｍｍφ）シリコンウェハ１０１（以後Ｐ＋ウェハ１０１と称す）の温度分布である。実線ａに示されるように、第２の部材１０７を介して加熱されたＰ＋ウェハ１０１は、設定温度１１００℃に対し、全面において誤差±１℃以内の良好な温度分布が形成されることが確認された。
上述のような良好な温度分布の状態で成膜ガスが供給されれば、Ｐ＋ウェハ１０１の全面に良質な結晶膜を均一に成膜させることができる。
【００３７】
次に、厚みが均一でない第２の部材を用いて成膜する例について述べる。
【００３８】
図５のグラフの点線ｂは、Ｐ型の不純物が１０１６/ｃｍ３以下程度に添加された８インチシリコンウェハ（以後Ｐ−ウェハ１０１´と称す）の温度分布である。点線ｂに示されるように、Ｐ−ウェハ１０１´は、平坦な表面の第２の部材１０７を介して加熱されたとき、中央部近傍は設定温度と略同じ温度となる。しかし、中心から５０ｍｍ程度離れた部分においては設定温度よりも最大で５℃程度低くなり、さらに周縁部付近では設定温度よりも最大で５℃程度高くなる傾向が確認された。つまり、Ｐ−ウェハ１０１´を平坦な表面の第２の部材１０７を介して加熱すると、周方向に最大１０℃の誤差のある温度分布が形成されてしまう。
【００３９】
そこで、厚みが均一な第２の部材１０７に代えて、厚みが均一でない第２の部材１０７´を用いて成膜を行う。すなわち、第２の部材１０７は、Ｐ＋ウェハ１０１の成膜には適しているが、Ｐ−ウェハ１０１´の成膜には適当でないので、Ｐ−ウェハ１０１´の成膜に適した第２の部材１０７´を保管室１３０から取り出して搬送機構１２１によって成膜室１０２に搬送する。
【００４０】
図６は、第２の部材１０７´の模式的な断面図とこれに対応する上面図である。この図に示すように、第２の部材１０７´は厚みが均一でなく、表面にＰ−ウェハ１０１´までの距離が短い凸部１０８と、Ｐ−ウェハ１０１´までの距離が長い凹部１０９とを有する。理解を容易にするために、図６の上面図で凸部１０８および凹部１０９の位置を明示するために実線を用いて区画しハッチングを施した。但し、断面図を参照すれば分かるように、凸部１０８、凹部１０９、その他平坦な表面との境界はなだらかであり、明確な境界線は存在しない。Ｐ−ウェハ１０１´は、同心円状の温度分布を有するので、凸部１０８および凹部１０９は、第２の部材１０７´に同心円状に形成される。
【００４１】
図７は、第２の部材１０７´を第１の部材１０３に載置した様子を示す断面図である。
【００４２】
上述したように、第２の部材から伝わる輻射熱の量は、シリコンウェハからの距離に依存している。そのため、該シリコンウェハの温度分布に応じてシリコンウェハからの距離が局所的に異なるように厚みを変えた第２の部材を用いることで、シリコンウェハの温度分布を均一にすることが可能となる。
すなわち、第２の部材１０７´には、Ｐ−ウェハ１０１´で設定温度よりも温度が低くなる領域の直下に凸部１０８が形成されており、設定温度よりも温度が高くなる領域の直下に凹部１０９が形成されている。このような形状の第２の部材１０７´を用いれば、Ｐ−ウェハ１０１´への輻射熱の量を面内で変えることができるので、Ｐ−ウェハ１０１´の温度が面内で均一になるようにすることができる。
【００４３】
換言すると、第２の部材１０７´の断面形状は、ウェハ１０１の温度分布に対応したものとなる。つまり、第２の部材１０７´の中心を通る垂直断面の形状は、図５の点線ｂの天地を反転させたものに相似する。
したがって、厚みが均一である第２の部材を介して加熱されたシリコンウェハの温度分布のデータがあれば、温度を均一にするように厚みが調整された第２の部材を設計することができる。
【００４４】
上述したように設計された第２の部材を、用いるシリコンウェハの種類の数だけ予め保管室１３０に収容しておけば、成膜を行なうシリコンウェハの種類に応じて最適な第２の部材を用いることができる。これにより、あらゆるシリコンウェハを均一に加熱することができ、良質な結晶膜を成膜することができる。
また、本実施形態では、通常の生産稼働を行ないながら第２の部材の交換の作業を行なうことができるため、装置の分解などの煩雑な作業が必要ない。そのため、高い稼働率を維持したまま、あらゆるシリコンウェハの特性に合わせて均一な温度分布を得るための調整を行なうことができる。
【００４５】
図８は、本実施形態の成膜方法の工程を示すフローチャートである。
本実施形態の成膜方法の一態様は、以下の工程をもって行われる。
【００４６】
まず、用いるシリコンウェハ１０１に応じて、均一な温度分布で加熱できる最適な第２の部材１０７が選択される。そして、搬送機構１２１によって保管室１３０から待機室１２０を通って成膜室１０２内へと搬入され、第１の部材１０３の第２座ぐり１０３ｂに載置され、サセプタ１１０が完成される（Ｓ１０１）。
このとき、成膜室１０２内は成膜温度（設定温度）にまでは達してはいないものの、第２の部材１０７が常温の状態で搬入された場合に熱応力がかかるのに十分な例えば７００℃以上に調整されている。しかしながら第２の部材１０７は、保管室１３０内において第２の加熱部１３１によって予め７００℃〜８００℃程度まで加熱されている。そのため、第２の部材１０７の温度を急激に変動させずにすみ、熱応力による破損を防止することができる。
【００４７】
次に、ロードロック室１４０に供給されたシリコンウェハ１０１が搬送機構１２１によって成膜室１０２へと搬入される。そして、第１の部材１０３の第１座ぐり１０３ａに載置される（Ｓ１０２）。
【００４８】
次に、第１の加熱部１０５を昇温させ、第２の部材１０７を加熱する。加熱された第２の部材１０７は、シリコンウェハ１０１に対する実質的なヒータとなり、シリコンウェハ１０１に輻射熱を伝える。そして、第１の部材１０３に載置されたシリコンウェハ１０１を設定温度になるまで徐々に加熱する（Ｓ１０３）。
【００４９】
そして、シリコンウェハ１０１が設定温度（例えば１１００℃）まで加熱された後に、シャワープレート１５１から成膜ガスを供給し、結晶膜の成膜を開始する（Ｓ１０４）。シリコンウェハ１０１には、面内全体に均一な温度分布が形成されているため、全面に良質な結晶膜を成膜させることができる。
【００５０】
上述の成膜処理が例えば数十分程度行なわれ、所望の膜厚の結晶膜の成膜が完了したシリコンウェハ１０１は、搬送機構１２１によって成膜室１０２から搬出される。そして、ロードロック室１４０内に搬送し、成膜装置１００の外部へと搬出される（Ｓ１０５）。
上述の工程が順次繰り返されることにより、成膜装置１００は良質な結晶膜が均一に成膜されたシリコンウェハ１０１を連続して製造することができる。
【００５１】
ここで、次に成膜室１０２に搬入されるためにロードロック室１４０に供給されたシリコンウェハ１０１が、搬出されていった成膜処理済のシリコンウェハ１０１と同じ特性のシリコンウェハであれば、第２の部材１０７を入れ替えることなく、続けて成膜処理を行なえばよい。一方、異なった特性のシリコンウェハを搬入する場合には、工程Ｓ１０１において、新たなシリコンウェハに応じた第２の部材１０７´と、第１の部材１０３に載置されている第２の部材１０７を交換すればよい。
このように、装置の分解などの煩雑な作業を必要とせずに、シリコンウェハ１０１の特性に応じた第２の部材１０７を用いることができる。そのため、稼働効率を低下させることなく、あらゆるシリコンウェハに対して良質な結晶膜を得るための調整を行なうことができる。
本実施の形態においては、成膜室１０２に設けられた、第１の温度測定手段としての放射温度計１６０によって第１の部材１０３の温度を測定し、保管室１３０内に置かれた第２の部材の温度が測定温度となるように、第２の加熱部１３１の温度を調整することが好ましい。このようにすることにより、例えば、第２の部材１０７に代えて第２の部材１０７´を成膜室１０２に搬送する場合において、第２の部材１０７′の温度は予め第１の部材１０３の温度付近まで加熱されているので、第２の部材１０７′を成膜室１０２の内部に搬入しても、第２の部材１０７′の温度を急激に変動させずにすみ、熱応力による破損を防止することができる。
図９は、保管室１３０の模式的な断面図である。保管室１３０には、導入口１７０を通じて水素ガスまたは窒素ガスが導入される。また、排気口１７１には、図示しない圧力調整弁または真空ポンプが接続していて、保管室１３０内の圧力を所望の圧力にすることができる。
図９に示すように、保管室１３０には、サセプタ保持部材１８０が設けられている。第２の部材１０７および第２の部材１０７′は、サセプタ保持部材１８０によって保持されている。また、保管室１３０には、第２の温度測定手段としての放射温度計１６１が設けられていて、サセプタ保持部材１８０に保持された第２の部材の温度を所定位置で測定可能である。
成膜室１０２に設けられた放射温度計１６０によって第１の部材１０３の温度を測定した結果と、放射温度計１６１によって測定された保管室１３０内での第２の部材の温度とに基づいて、第２の加熱部１３１の温度を調整することにより、保管室１３０内に置かれた第２の部材の温度が成膜室１０２内の第１の部材１０３の温度と同程度となるようにすることが可能である。
尚、図９の例では、第２の加熱部１３１は１箇所にのみ設けられているが、サセプタ保持部材１８０を挟んで第２の加熱部１３１と対向する位置にもう１つ設けることもできる。この構成であれば、第２の部材をより短時間で均一に加熱することが可能である。
サセプタ保持部材１８０は、保管室１３０の中で昇降可能なように構成されている。これにより、放射温度計１６１による温度測定を行う場合には、サセプタ保持部材１８０を上下に動かして、第２の部材１０７または第２の部材１０７′を測定位置まで移動させることができる。また、搬送路１２３から第２の保持部材１０７または第２の保持部材１０７′を搬出する場合にも、サセプタ保持部材１８０を上下に動かして、第２の部材１０７または第２の部材１０７′を搬送路１２３の高さ、すなわち、搬送機構１２１によって待機室１２０との間で第２の部材１０７または第２の部材１０７′を搬送可能な位置まで移動させることができる。さらに、搬送路１２３を通じて保管室１３０の中に他の第２の保持部材を搬入する場合にも、サセプタ保持部材１８０を上下に動かして、保持部１８１の位置を搬送路１２３の高さに合わせておけば、搬入した第２の保持部材をスムーズにサセプタ保持部材１８０で保持することができる。
【００５２】
また、従来の装置では、シリコンウェハをストックするカセット（図示せず）に収容された複数枚のシリコンウェハの処理を全て完了させるまで、成膜環境を変更することは望ましくなかった。そのため、一連のロットの処理を完了させるまでは他種のシリコンウェハを処理することが難しかった。しかしながら、本実施形態の成膜方法であれば、上述した成膜環境の切り替えの作業を通常の生産稼働中にも行なうことができる。したがって、需要があるシリコンウェハを、需要のあるときに必要なだけ製造するといった柔軟性のある操業を行なうことができる。
【００５３】
さらに言えば、カセットに装填されたシリコンウェハが一枚一枚全て異なる特性のものであったとしても、逐一第２の部材１０７を入れ替えれば、全てのウェハに良質な結晶膜を成長させることもできる。
【００５４】
実施形態２
さらに、好ましい他の一態様について説明する。
図１０は、本実施形態の第１の部材２０３の近傍の構成を示す断面図である。
【００５５】
この態様では、Ｐ＋のシリコンウェハ２０１を加熱する第１の加熱部２０５は、インヒータ一系統だけとなっている。そして、第１の部材２０３に載置される第２の部材２０７は、周縁部に凸部２０８が形成され、他の部分は平坦な形状となったものである。
【００５６】
従来、第１の部材とシリコンウェハが接地した状態で加熱すると、接地面において放熱が起こり、周囲に比べ温度低下が生じていた。これをカバーするためにアウトヒータを設けるなどして、面内の温度分布を均一にする手法が採用されていた。
【００５７】
しかし、周縁部に凸部２０８が形成された第２の部材２０７を用いれば、シリコンウェハ２０１の周縁部での放熱をカバーするだけの輻射熱を伝えることができ、温度低下を抑止することができる。よって、シリコンウェハ２０１面内の均一な温度分布を得ることができる。
これにより、本実施形態の態様においては、良質な結晶膜が形成されたシリコンウェハ２０１を製造することができる。
【００５８】
以上、具体例を参照しながら本発明の実施形態について詳述した。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することもできる。
【００５９】
例えば、実施形態１では、搬送機構１２１は、シリコンウェハ１０１および第２の部材１０７の双方を搬送するとした。しかし、シリコンウェハ１０１を搬送するための搬送機構と、第２の部材１０７を搬送するための搬送機構をそれぞれ独立して一基ずつ設けても良い。これによれば、一方の搬送中にもう一方の搬送を待たなければならないというような作業ロスが生じないため、リードタイムの短縮に寄与することができる。
【００６０】
また、成膜室１０２、保管室１３０、ロードロック室１４０への搬入出を行なう搬送機構を搬送路１２２、１２３、１２４近傍に一基ずつ、合計三基設けてもよい。これによれば、第２の部材やシリコンウェハを搬送機構同士で相互に受け渡して搬入出することもできる。
【００６１】
本発明の実施形態１および２では、第２の部材だけが保管室に保管されており、成膜室に搬送されて第１の部材に載置されることでサセプタが完成される態様について説明した。但し、第１の部材、第２の部材が一体型となったサセプタが保管室に保管され、用いられるシリコンウェハに応じて搬送されるような態様であっても良い。
【００６２】
また、本発明で用いられている第１の加熱部１０５、第２の加熱部１３１に付随して設けられる電気配線や、出力を制御するコントローラ、あるいはシリコンウェハ１０１の表面温度を検知するセンサなどについては図中においては省略した。
【００６３】
本発明の実施形態の一例として、一般的な成膜装置および成膜方法について説明したが、これに限らず、単結晶膜を成膜するエピタキシャル成長装置や、ポリシリコン膜の成膜を目的とする装置などであっても、本発明を適用して同等の作用効果を得ることができる。
【００６４】
さらに、装置の構成や制御の手法など、本発明に直接必要としない部分などについては記載を省略したが、必要とされる装置の構成や、制御の手法などを適宜選択して用いることができる。
【００６５】
また、本発明を説明するために示した図において、説明のために必要な構成以外は省略し、縮尺等についても原寸大のものとは一致させず、明示できるよう適宜変更した。
【００６６】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての成膜装置、および各部材の形状は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００６７】
１００…成膜装置
１０１、２０１…シリコンウェハ（Ｐ＋ウェハ）
１０１´…Ｐ−ウェハ
１０２…成膜室
１０３、２０３…第１の部材
１０３ａ…第一座ぐり
１０３ｂ…第二座ぐり
１０４…回転部
１０５、２０５…第１の加熱部
１０５ａ…インヒータ
１０５ｂ…アウトヒータ
１０７、１０７´、２０７…第２の部材
１０８、２０８…凸部
１０９…凹部
１１０…サセプタ
１２０…待機室
１２１…搬送機構
１２２、１２３、１２４…搬送路
１３０…保管室
１３１…第２の加熱部
１４０…ロードロック室
１５０…成膜ガス供給部
１５１…シャワープレート
１５２…ガス排気部
１６０、１６１…放射温度計
１７０…導入口
１７１…排気口
１８０…サセプタ保持部材
１８１…保持部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置および成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エピタキシャル成長技術は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などのパワーデバイスのように、比較的膜厚の大きい結晶膜を必要とする半導体素子の製造に広く用いられている。
【０００３】
エピタキシャル成長技術では、ウェハの温度を均一にすることが重要である。ウェハに温度分布があると、膜厚が不均一になるからである。特に、膜厚の大きいエピタキシャルウェハを製造する際には、エピタキシャル成長に要する時間が長くなるため、僅かな温度差であっても膜厚均一性を大きく低下させる結果となり得る。
【０００４】
特許文献１には、ウェハのエッジ部から熱が逃げることによりエッジ部での膜厚均一性が低下するのを防ぐため、ウェハを載置する第１のホルダと、第１のホルダを支持する第２のホルダとを備えた気相成長装置が開示されている。第１のホルダを第２のホルダに用いる材料より熱伝導率の大きい材料で構成することにより、第１のホルダからウェハへの伝熱を良好にするとともに第２のホルダからの放熱を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５８６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ウェハの温度分布は一様ではない。すなわち、エッジ部分での温度低下に限られるものではなく、また、ウェハの種類によっても異なる温度分布を呈する。このため、特許文献１の気相成長装置では、均一な温度分布が得られない場合があった。
【０００７】
本発明は、こうした課題を克服するためになされたものである。すなわち、本発明の目的は、ウェハの種類にかかわらずその温度分布を最小限にして成膜することのできる成膜装置を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の目的は、ウェハの種類にかかわらずその温度分布を最小限にして成膜することのできる成膜方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の成膜装置は、
基板を収容する成膜室と、
成膜室内で基板を支持するサセプタと、
サセプタに支持された基板を加熱する第１の加熱部と、
成膜室の外部に設けられてサセプタを保管する保管室と、
成膜室に開閉部を介して接続する待機室と、
基板の種類に応じてサセプタを保管室から取り出し、待機室を介して成膜室にサセプタを搬送する搬送手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２の成膜装置は、
基板を収容する成膜室と、
成膜室内で基板を支持する第１の部材と、
第１の部材に支持された基板を加熱する第１の加熱部と、
第１の部材に支持されて基板と加熱部の間に配置される第２の部材と、
成膜室の外部に設けられて第２の部材を保管する保管室と、
成膜室に開閉部を介して接続する待機室と、
基板の種類に応じて第２の部材を保管室から取り出し、待機室を介して成膜室に第２の部材を搬送する搬送手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の第１および第２の成膜装置において、保管室には、サセプタおよび第２の部材を加熱する第２の加熱部が設けられていることが好ましい。
第１の成膜装置においては、成膜室内にあるサセプタの温度を測定する第１の温度測定手段と、保管室内にあるサセプタの温度を測定する第２の温度測定手段とを有することが好ましい。また、保管室内には、サセプタを保持するサセプタ保持部材が設けられており、サセプタ保持部材は、サセプタを保管室内の所定位置に移動可能なように構成されていることが好ましい。所定位置は、第２の温度測定手段によって温度測定をする位置、および、搬送手段によって待機室との間でサセプタを搬送可能な位置であることが好ましい。
第２の成膜装置においては、成膜室内にある第１の部材の温度を測定する第１の温度測定手段と、保管室内にある第２の部材の温度を測定する第２の温度測定手段とを有することが好ましい。また、保管室内には、第２の部材を保持するサセプタ保持部材が設けられており、サセプタ保持部材は、第２の部材を保管室内の所定位置に移動可能なように構成されていることが好ましい。所定位置は、第２の温度測定手段によって温度測定をする位置、および、搬送手段によって待機室との間で第２の部材を搬送可能な位置であることが好ましい。
【００１３】
本発明の第１の成膜方法は、
第１の加熱部が設けられた成膜室内に基板を搬送してサセプタで支持し成膜処理を行なう成膜方法において、
第２の加熱部を備えた保管室にサセプタを保管し、基板の種類に応じてサセプタを保管室から取り出した後、開閉部を介して成膜室に接続された待機室に搬送し、次いでサセプタを成膜室に搬送することを特徴とするものである。
成膜室内にあるサセプタの温度と保管室内にあるサセプタの温度が同程度となるように、第２の加熱部の出力を調整することが好ましい。
【００１４】
本発明の第２の成膜方法は、
第１の加熱部が設けられた成膜室内に基板を搬送して第１の部材で支持し成膜処理を行なう成膜方法において、
第２の加熱部を備えた保管室に第２の部材を保管し、基板の種類に応じて第２の部材を保管室から取り出した後、開閉部を介して成膜室に接続された待機室に搬送し、次いで成膜室に搬送して第１の部材で第２の部材を支持するとともに、基板と第１の加熱部の間に第２の部材を配置して成膜処理を行なうことを特徴とするものである。
成膜室内にある第１の部材の温度と保管室内にある第２の部材の温度が同程度となるように、第２の加熱部の出力を調整することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ウェハの種類にかかわらずその温度分布を最小限にして成膜することのできる成膜装置および成膜方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態１における枚葉式の成膜装置の模式的な概念図である。
【図２】実施形態１の第２の成膜方法にかかる成膜室の構成を示す断面図である。
【図３】実施形態１の成膜室内に設けられるサセプタを構成する第１の部材を拡大した断面図および対応する上面図である。
【図４】実施形態１のサセプタにシリコンウェハが載置された様子を拡大して示す断面図である。
【図５】平坦な表面を有する第２の部材を用いて複数種のシリコンウェハを加熱したときの温度分布のシミュレーションを示すグラフである。
【図６】第２の部材の模式的な断面図とこれに対応する上面図である。
【図７】他の一例の第２の部材を第１の部材に載置した様子を示す断面図である。
【図８】実施形態１の成膜方法の工程を示すフローチャートである。
【図９】保管室の模式的な断面図である。
【図１０】実施形態２の第１の部材の近傍の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施形態１
図１は、本実施形態における枚葉式の成膜装置１００の模式的な概念図である。本実施形態においては、基板の一例としてシリコンウェハ１０１を用いる。但し、これに限られるものではなく、場合に応じて、他の材料からなるウェハなどを用いてもよい。
また、図２は、本発明の第２の成膜方法にかかる成膜室１０２の構成を示す断面図である。本実施形態においては、サセプタ１１０は、シリコンウェハ１０１を支持する第１の部材１０３と、第１の部材１０３に支持されてシリコンウェハ１０１と第１の加熱部１０５との間に配置される第２の部材１０７とからなる。そして、第２の部材１０７は、第１の加熱部１０５からの熱によって生じるシリコンウェハ１０１の温度分布に応じて形状が異なる部材である。
【００１８】
成膜装置１００には、待機室１２０が設けられている。この待機室１２０を中心に、成膜室１０２、保管室１３０、ロードロック室１４０が相互に連通して配置されている。また、それぞれの連結部分には、相互に気密を保持することができる開閉部であるゲートバルブを有する搬送路１２２、１２３、１２４が設けられている。
また、成膜室１０２、待機室１２０、保管室１３０は水素（Ｈ２）または窒素（Ｎ２）雰囲気に保持されている。さらに、それぞれ図示しない圧力調整弁および真空ポンプが接続されており、所望の圧力にすることができ、それぞれを等圧に調整することができる。ここでは、７００Ｔｏｒｒ程度の微減圧状態に調圧されている。
【００１９】
待機室１２０には、搬送手段である搬送機構１２１が設けられている。搬送機構１２１は、成膜装置１００の外部からロードロック室１４０に搬入されたシリコンウェハ１０１を順次成膜室１０２に搬送する。また、搬送機構１２１は、成膜が完了したシリコンウェハ１０１を成膜室１０２から取り出してロードロック室１４０に搬送する。そして、ロードロック室１４０から成膜装置１００外へと搬出される。
さらに、搬送機構１２１は、保管室１３０に収容された第２の部材１０７も成膜室１０２へ搬送することができる。
【００２０】
後述するように、保管室１３０には、第２の部材１０７に限らず、シリコンウェハの種類に応じた複数の種類の第２の部材が収容されている。また、保管室１３０には、第２の部材を加熱する第２の加熱部１３１が設けられており、収容される第２の部材を所定の温度に加熱しておくことができる。そのため、第２の部材が成膜室１０２に搬送された際に急激に温度を変動させることがなく、熱応力による第２の部材の破損を防止することができる。
【００２１】
図３は成膜室１０２内に設けられるサセプタ１１０を構成する第１の部材１０３を拡大した断面図および対応する上面図である。さらに、図４は、サセプタ１１０にシリコンウェハ１０１が載置された様子を拡大して示す断面図である。
【００２２】
成膜室１０２は、搬送機構１２１によって搬送されたシリコンウェハ１０１を収容し、結晶膜の成膜を行なう。ここでは、シリコンウェハ１０１をサセプタ１１０に略水平に載置した状態で成膜処理を行なう枚葉式の成膜装置を例として挙げたが、シリコンウェハ１０１を収容する態様は、これに限定するものではない。
【００２３】
成膜室１０２の内部には、シリコンウェハ１０１が載置されるＳｉＣ（炭化ケイ素）製の第１の部材１０３が同じくＳｉＣ製の略円筒状の回転部１０４の上部に設けられている。シリコンウェハ１０１は、搬送機構１２１によって搬送路１２２を通して搬入され、第１の部材１０３上に載置される。
【００２４】
回転部１０４は上部に比べ下部が細く形成されており、成膜室１０２外において図示しない回転機構と接続されている。これにより、回転部１０４の水平断面の中心を直交する線を回転軸として所定の回転数で回転させることができる。
【００２５】
第１の部材１０３は中央に開口部を有するリング状であり、周端部が回転部１０４の上端に固定されている。そして、リング状の第１の部材１０３の内端部には、上下二段の座ぐりが形成されている。
【００２６】
上段の座ぐりである第１座ぐり１０３ａには、シリコンウェハ１０１が載置される。第１座ぐり１０３ａの内径は、シリコンウェハ１０１の直径よりも僅かに大きく形成されている。そのため、シリコンウェハ１０１の略水平方向への移動を拘束することができる。
また、第１の部材１０３の上面から第１座ぐり１０３ａの水平な面までの深さは、シリコンウェハ１０１の厚さと略同一かまたはこれ以下に形成されている。そのため、第１座ぐり１０３ａにシリコンウェハ１０１が載置されると、シリコンウェハ１０１の上面は、第１の部材１０３の上面と略同じかまたは上面よりも高い位置になる。よって、供給された成膜ガスがシリコンウェハ１０１の中心付近から周縁部方向へ流れるとき、第１座ぐり１０３ａの垂直な面にガス流が当たらず、スムーズな成膜ガス流を形成することができる。
【００２７】
下段の座ぐりである第２座ぐり１０３ｂには、収容されるシリコンウェハ１０１の種類に応じて搬送された第２の部材１０７が載置される。
【００２８】
第２の部材１０７は、リング状の第１の部材１０３の中央に形成された開口部よりも直径が大きく、またその周端部はつば状に形成されているため、第２座ぐり１０３ｂの水平な面に懸架するように載置することができる。つまり、第１の部材１０３の開口部を第２の部材１０７で蓋をしたような状態となる。
【００２９】
第２の部材１０７が第２座ぐり１０３ｂに載置され、第１の部材１０３と組み合わされることで、サセプタ１１０が完成される。また、これによりシリコンウェハ１０１に成膜が行なわれる領域と、回転部１０４内の下部の領域とが実質的に区画される。これにより、回転部１０４内に配置された部材から発生する不純物が成膜の行なわれる領域に入りにくくなる。このため、シリコンウェハ１０１上に形成される結晶膜に不純物が混入するのを防いで、結晶膜の品質低下を抑制することができる。
【００３０】
また、サセプタ１１０は、第１の部材１０３と第２の部材１０７から構成されており、第１の部材１０３は成膜室１０２内の回転部１０４に垂直方向の動きが拘束されず着脱可能であって、例えば、保管室１３０内に第２の部材１０７とともに保管されていても良い。
その場合、第１の部材１０３と第２の部材１０７をそれぞれ待機室１２０を介して成膜室１０２内に搬送し、第１の部材１０３で第２の部材１０７を上述の形態のように支持するとしても良い。
【００３１】
シリコンウェハ１０１は、下方に設けられたインヒータ１０５ａとアウトヒータ１０５ｂとからなる第１の加熱部１０５によって加熱される。本実施形態では、これらの間に第２の部材１０７が配置されるので、第１の加熱部１０５からの熱は、第２の部材１０７を通じてシリコンウェハ１０１に伝わる。このとき、シリコンウェハ１０１と離間している第２の部材１０７からシリコンウェハ１０１に伝わる輻射熱の量は、シリコンウェハ１０１と第２の部材１０７との間隔が近いほど大きくなる。つまり、第１の加熱部１０５の温度は一定であっても、シリコンウェハ１０１と第２の部材１０７との距離が近ければ輻射熱が伝わりやすくなる。したがって、第２の部材１０７の厚みを局所的に厚くして第２の部材１０７からシリコンウェハ１０１までの距離を短くすることで、シリコンウェハ１０１の温度を局所的に高めることができる。
また逆に、第２の部材１０７の表面とシリコンウェハ１０１の間隔が遠いほど、輻射熱の伝わる量は小さくなる。つまり、第１の加熱部１０５の温度は一定であっても、シリコンウェハ１０１と第２の部材との距離が遠ければ輻射熱が伝わりにくくなる。そのため、第２の部材の厚みを局所的に薄くして第２の部材１０７からシリコンウェハ１０１までの距離を長くすることで、シリコンウェハ１０１の過熱を局所的に抑制することができる。
【００３２】
成膜室１０２の上部には、シリコンウェハ１０１の表面に結晶膜を成膜させるための成膜ガスを供給する成膜ガス供給部１５０が設けられている。また、成膜ガス供給部１５０のシリコンウェハ側の端部には、成膜ガスの吐出孔が多数形成されたシャワープレート１５１が接続されている。シャワープレート１５１はシリコンウェハ１０１に対向して配置されており、シリコンウェハ１０１の表面に向かって成膜ガスを供給することができる。
【００３３】
成膜室１０２の下部には、成膜室１０２内のガスを排気する排気部１５２が複数設けられている。排気部１５２は、図示しない真空ポンプおよび排気機構と接続され、成膜後の成膜ガスを成膜装置１００外へと排出する。
【００３４】
まず、厚みが均一な第２の部材を用いて成膜する例について述べる。
【００３５】
図２、図３、図４において用いられている第２の部材１０７は、厚みが均一であり、シリコンウェハ１０１の全面に均一に輻射熱を伝える形状である。
【００３６】
図５は、平坦な表面を有する第２の部材１０７を用いて複数種のシリコンウェハを加熱したときの温度分布のシミュレーションを示すグラフである。
図５のグラフの実線ａは、ボロンなどのＰ型の不純物が１０１８/ｃｍ３位程度まで添加された８インチ（約２００ｍｍφ）シリコンウェハ１０１（以後Ｐ＋ウェハ１０１と称す）の温度分布である。実線ａに示されるように、第２の部材１０７を介して加熱されたＰ＋ウェハ１０１は、設定温度１１００℃に対し、全面において誤差±１℃以内の良好な温度分布が形成されることが確認された。
上述のような良好な温度分布の状態で成膜ガスが供給されれば、Ｐ＋ウェハ１０１の全面に良質な結晶膜を均一に成膜させることができる。
【００３７】
次に、厚みが均一でない第２の部材を用いて成膜する例について述べる。
【００３８】
図５のグラフの点線ｂは、Ｐ型の不純物が１０１６/ｃｍ３以下程度に添加された８インチシリコンウェハ（以後Ｐ−ウェハ１０１´と称す）の温度分布である。点線ｂに示されるように、Ｐ−ウェハ１０１´は、平坦な表面の第２の部材１０７を介して加熱されたとき、中央部近傍は設定温度と略同じ温度となる。しかし、中心から５０ｍｍ程度離れた部分においては設定温度よりも最大で５℃程度低くなり、さらに周縁部付近では設定温度よりも最大で５℃程度高くなる傾向が確認された。つまり、Ｐ−ウェハ１０１´を平坦な表面の第２の部材１０７を介して加熱すると、周方向に最大１０℃の誤差のある温度分布が形成されてしまう。
【００３９】
そこで、厚みが均一な第２の部材１０７に代えて、厚みが均一でない第２の部材１０７´を用いて成膜を行う。すなわち、第２の部材１０７は、Ｐ＋ウェハ１０１の成膜には適しているが、Ｐ−ウェハ１０１´の成膜には適当でないので、Ｐ−ウェハ１０１´の成膜に適した第２の部材１０７´を保管室１３０から取り出して搬送機構１２１によって成膜室１０２に搬送する。
【００４０】
図６は、第２の部材１０７´の模式的な断面図とこれに対応する上面図である。この図に示すように、第２の部材１０７´は厚みが均一でなく、表面にＰ−ウェハ１０１´までの距離が短い凸部１０８と、Ｐ−ウェハ１０１´までの距離が長い凹部１０９とを有する。理解を容易にするために、図６の上面図で凸部１０８および凹部１０９の位置を明示するために実線を用いて区画しハッチングを施した。但し、断面図を参照すれば分かるように、凸部１０８、凹部１０９、その他平坦な表面との境界はなだらかであり、明確な境界線は存在しない。Ｐ−ウェハ１０１´は、同心円状の温度分布を有するので、凸部１０８および凹部１０９は、第２の部材１０７´に同心円状に形成される。
【００４１】
図７は、第２の部材１０７´を第１の部材１０３に載置した様子を示す断面図である。
【００４２】
上述したように、第２の部材から伝わる輻射熱の量は、シリコンウェハからの距離に依存している。そのため、該シリコンウェハの温度分布に応じてシリコンウェハからの距離が局所的に異なるように厚みを変えた第２の部材を用いることで、シリコンウェハの温度分布を均一にすることが可能となる。
すなわち、第２の部材１０７´には、Ｐ−ウェハ１０１´で設定温度よりも温度が低くなる領域の直下に凸部１０８が形成されており、設定温度よりも温度が高くなる領域の直下に凹部１０９が形成されている。このような形状の第２の部材１０７´を用いれば、Ｐ−ウェハ１０１´への輻射熱の量を面内で変えることができるので、Ｐ−ウェハ１０１´の温度が面内で均一になるようにすることができる。
【００４３】
換言すると、第２の部材１０７´の断面形状は、ウェハ１０１の温度分布に対応したものとなる。つまり、第２の部材１０７´の中心を通る垂直断面の形状は、図５の点線ｂの天地を反転させたものに相似する。
したがって、厚みが均一である第２の部材を介して加熱されたシリコンウェハの温度分布のデータがあれば、温度を均一にするように厚みが調整された第２の部材を設計することができる。
【００４４】
上述したように設計された第２の部材を、用いるシリコンウェハの種類の数だけ予め保管室１３０に収容しておけば、成膜を行なうシリコンウェハの種類に応じて最適な第２の部材を用いることができる。これにより、あらゆるシリコンウェハを均一に加熱することができ、良質な結晶膜を成膜することができる。
また、本実施形態では、通常の生産稼働を行ないながら第２の部材の交換の作業を行なうことができるため、装置の分解などの煩雑な作業が必要ない。そのため、高い稼働率を維持したまま、あらゆるシリコンウェハの特性に合わせて均一な温度分布を得るための調整を行なうことができる。
【００４５】
図８は、本実施形態の成膜方法の工程を示すフローチャートである。
本実施形態の成膜方法の一態様は、以下の工程をもって行われる。
【００４６】
まず、用いるシリコンウェハ１０１に応じて、均一な温度分布で加熱できる最適な第２の部材１０７が選択される。そして、搬送機構１２１によって保管室１３０から待機室１２０を通って成膜室１０２内へと搬入され、第１の部材１０３の第２座ぐり１０３ｂに載置され、サセプタ１１０が完成される（Ｓ１０１）。
このとき、成膜室１０２内は成膜温度（設定温度）にまでは達してはいないものの、第２の部材１０７が常温の状態で搬入された場合に熱応力がかかるのに十分な例えば７００℃以上に調整されている。しかしながら第２の部材１０７は、保管室１３０内において第２の加熱部１３１によって予め７００℃〜８００℃程度まで加熱されている。そのため、第２の部材１０７の温度を急激に変動させずにすみ、熱応力による破損を防止することができる。
【００４７】
次に、ロードロック室１４０に供給されたシリコンウェハ１０１が搬送機構１２１によって成膜室１０２へと搬入される。そして、第１の部材１０３の第１座ぐり１０３ａに載置される（Ｓ１０２）。
【００４８】
次に、第１の加熱部１０５を昇温させ、第２の部材１０７を加熱する。加熱された第２の部材１０７は、シリコンウェハ１０１に対する実質的なヒータとなり、シリコンウェハ１０１に輻射熱を伝える。そして、第１の部材１０３に載置されたシリコンウェハ１０１を設定温度になるまで徐々に加熱する（Ｓ１０３）。
【００４９】
そして、シリコンウェハ１０１が設定温度（例えば１１００℃）まで加熱された後に、シャワープレート１５１から成膜ガスを供給し、結晶膜の成膜を開始する（Ｓ１０４）。シリコンウェハ１０１には、面内全体に均一な温度分布が形成されているため、全面に良質な結晶膜を成膜させることができる。
【００５０】
上述の成膜処理が例えば数十分程度行なわれ、所望の膜厚の結晶膜の成膜が完了したシリコンウェハ１０１は、搬送機構１２１によって成膜室１０２から搬出される。そして、ロードロック室１４０内に搬送し、成膜装置１００の外部へと搬出される（Ｓ１０５）。
上述の工程が順次繰り返されることにより、成膜装置１００は良質な結晶膜が均一に成膜されたシリコンウェハ１０１を連続して製造することができる。
【００５１】
ここで、次に成膜室１０２に搬入されるためにロードロック室１４０に供給されたシリコンウェハ１０１が、搬出されていった成膜処理済のシリコンウェハ１０１と同じ特性のシリコンウェハであれば、第２の部材１０７を入れ替えることなく、続けて成膜処理を行なえばよい。一方、異なった特性のシリコンウェハを搬入する場合には、工程Ｓ１０１において、新たなシリコンウェハに応じた第２の部材１０７´と、第１の部材１０３に載置されている第２の部材１０７を交換すればよい。
このように、装置の分解などの煩雑な作業を必要とせずに、シリコンウェハ１０１の特性に応じた第２の部材１０７を用いることができる。そのため、稼働効率を低下させることなく、あらゆるシリコンウェハに対して良質な結晶膜を得るための調整を行なうことができる。
本実施の形態においては、成膜室１０２に設けられた、第１の温度測定手段としての放射温度計１６０によって第１の部材１０３の温度を測定し、保管室１３０内に置かれた第２の部材の温度が測定温度となるように、第２の加熱部１３１の温度を調整することが好ましい。このようにすることにより、例えば、第２の部材１０７に代えて第２の部材１０７´を成膜室１０２に搬送する場合において、第２の部材１０７′の温度は予め第１の部材１０３の温度付近まで加熱されているので、第２の部材１０７′を成膜室１０２の内部に搬入しても、第２の部材１０７′の温度を急激に変動させずにすみ、熱応力による破損を防止することができる。
図９は、保管室１３０の模式的な断面図である。保管室１３０には、導入口１７０を通じて水素ガスまたは窒素ガスが導入される。また、排気口１７１には、図示しない圧力調整弁または真空ポンプが接続していて、保管室１３０内の圧力を所望の圧力にすることができる。
図９に示すように、保管室１３０には、サセプタ保持部材１８０が設けられている。第２の部材１０７および第２の部材１０７′は、サセプタ保持部材１８０によって保持されている。また、保管室１３０には、第２の温度測定手段としての放射温度計１６１が設けられていて、サセプタ保持部材１８０に保持された第２の部材の温度を所定位置で測定可能である。
成膜室１０２に設けられた放射温度計１６０によって第１の部材１０３の温度を測定した結果と、放射温度計１６１によって測定された保管室１３０内での第２の部材の温度とに基づいて、第２の加熱部１３１の温度を調整することにより、保管室１３０内に置かれた第２の部材の温度が成膜室１０２内の第１の部材１０３の温度と同程度となるようにすることが可能である。
尚、図９の例では、第２の加熱部１３１は１箇所にのみ設けられているが、サセプタ保持部材１８０を挟んで第２の加熱部１３１と対向する位置にもう１つ設けることもできる。この構成であれば、第２の部材をより短時間で均一に加熱することが可能である。
サセプタ保持部材１８０は、保管室１３０の中で昇降可能なように構成されている。これにより、放射温度計１６１による温度測定を行う場合には、サセプタ保持部材１８０を上下に動かして、第２の部材１０７または第２の部材１０７′を測定位置まで移動させることができる。また、搬送路１２３から第２の保持部材１０７または第２の保持部材１０７′を搬出する場合にも、サセプタ保持部材１８０を上下に動かして、第２の部材１０７または第２の部材１０７′を搬送路１２３の高さ、すなわち、搬送機構１２１によって待機室１２０との間で第２の部材１０７または第２の部材１０７′を搬送可能な位置まで移動させることができる。さらに、搬送路１２３を通じて保管室１３０の中に他の第２の保持部材を搬入する場合にも、サセプタ保持部材１８０を上下に動かして、保持部１８１の位置を搬送路１２３の高さに合わせておけば、搬入した第２の保持部材をスムーズにサセプタ保持部材１８０で保持することができる。
【００５２】
また、従来の装置では、シリコンウェハをストックするカセット（図示せず）に収容された複数枚のシリコンウェハの処理を全て完了させるまで、成膜環境を変更することは望ましくなかった。そのため、一連のロットの処理を完了させるまでは他種のシリコンウェハを処理することが難しかった。しかしながら、本実施形態の成膜方法であれば、上述した成膜環境の切り替えの作業を通常の生産稼働中にも行なうことができる。したがって、需要があるシリコンウェハを、需要のあるときに必要なだけ製造するといった柔軟性のある操業を行なうことができる。
【００５３】
さらに言えば、カセットに装填されたシリコンウェハが一枚一枚全て異なる特性のものであったとしても、逐一第２の部材１０７を入れ替えれば、全てのウェハに良質な結晶膜を成長させることもできる。
【００５４】
実施形態２
さらに、好ましい他の一態様について説明する。
図１０は、本実施形態の第１の部材２０３の近傍の構成を示す断面図である。
【００５５】
この態様では、Ｐ＋のシリコンウェハ２０１を加熱する第１の加熱部２０５は、インヒータ一系統だけとなっている。そして、第１の部材２０３に載置される第２の部材２０７は、周縁部に凸部２０８が形成され、他の部分は平坦な形状となったものである。
【００５６】
従来、第１の部材とシリコンウェハが接地した状態で加熱すると、接地面において放熱が起こり、周囲に比べ温度低下が生じていた。これをカバーするためにアウトヒータを設けるなどして、面内の温度分布を均一にする手法が採用されていた。
【００５７】
しかし、周縁部に凸部２０８が形成された第２の部材２０７を用いれば、シリコンウェハ２０１の周縁部での放熱をカバーするだけの輻射熱を伝えることができ、温度低下を抑止することができる。よって、シリコンウェハ２０１面内の均一な温度分布を得ることができる。
これにより、本実施形態の態様においては、良質な結晶膜が形成されたシリコンウェハ２０１を製造することができる。
【００５８】
以上、具体例を参照しながら本発明の実施形態について詳述した。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することもできる。
【００５９】
例えば、実施形態１では、搬送機構１２１は、シリコンウェハ１０１および第２の部材１０７の双方を搬送するとした。しかし、シリコンウェハ１０１を搬送するための搬送機構と、第２の部材１０７を搬送するための搬送機構をそれぞれ独立して一基ずつ設けても良い。これによれば、一方の搬送中にもう一方の搬送を待たなければならないというような作業ロスが生じないため、リードタイムの短縮に寄与することができる。
【００６０】
また、成膜室１０２、保管室１３０、ロードロック室１４０への搬入出を行なう搬送機構を搬送路１２２、１２３、１２４近傍に一基ずつ、合計三基設けてもよい。これによれば、第２の部材やシリコンウェハを搬送機構同士で相互に受け渡して搬入出することもできる。
【００６１】
本発明の実施形態１および２では、第２の部材だけが保管室に保管されており、成膜室に搬送されて第１の部材に載置されることでサセプタが完成される態様について説明した。但し、第１の部材、第２の部材が一体型となったサセプタが保管室に保管され、用いられるシリコンウェハに応じて搬送されるような態様であっても良い。
【００６２】
また、本発明で用いられている第１の加熱部１０５、第２の加熱部１３１に付随して設けられる電気配線や、出力を制御するコントローラ、あるいはシリコンウェハ１０１の表面温度を検知するセンサなどについては図中においては省略した。
【００６３】
本発明の実施形態の一例として、一般的な成膜装置および成膜方法について説明したが、これに限らず、単結晶膜を成膜するエピタキシャル成長装置や、ポリシリコン膜の成膜を目的とする装置などであっても、本発明を適用して同等の作用効果を得ることができる。
【００６４】
さらに、装置の構成や制御の手法など、本発明に直接必要としない部分などについては記載を省略したが、必要とされる装置の構成や、制御の手法などを適宜選択して用いることができる。
【００６５】
また、本発明を説明するために示した図において、説明のために必要な構成以外は省略し、縮尺等についても原寸大のものとは一致させず、明示できるよう適宜変更した。
【００６６】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての成膜装置、および各部材の形状は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００６７】
１００…成膜装置
１０１、２０１…シリコンウェハ（Ｐ＋ウェハ）
１０１´…Ｐ−ウェハ
１０２…成膜室
１０３、２０３…第１の部材
１０３ａ…第一座ぐり
１０３ｂ…第二座ぐり
１０４…回転部
１０５、２０５…第１の加熱部
１０５ａ…インヒータ
１０５ｂ…アウトヒータ
１０７、１０７´、２０７…第２の部材
１０８、２０８…凸部
１０９…凹部
１１０…サセプタ
１２０…待機室
１２１…搬送機構
１２２、１２３、１２４…搬送路
１３０…保管室
１３１…第２の加熱部
１４０…ロードロック室
１５０…成膜ガス供給部
１５１…シャワープレート
１５２…ガス排気部
１６０、１６１…放射温度計
１７０…導入口
１７１…排気口
１８０…サセプタ保持部材
１８１…保持部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容する成膜室と、
前記成膜室内で前記基板を支持するサセプタと、
前記サセプタに支持された前記基板を加熱する第１の加熱部と、
前記成膜室の外部に設けられて前記サセプタを保管する保管室と、
前記成膜室に開閉部を介して接続する待機室と、
前記基板の種類に応じて前記サセプタを前記保管室から取り出し、前記待機室を介して前記成膜室に前記サセプタを搬送する搬送手段とを有することを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記保管室には、第２の加熱部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記成膜室内にあるサセプタの温度を測定する第１の温度測定手段と、
前記保管室内にあるサセプタの温度を測定する第２の温度測定手段とを有することを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
基板を収容する成膜室と、
前記成膜室内で前記基板を支持する第１の部材と、
前記第１の部材に支持された前記基板を加熱する第１の加熱部と、
前記第１の部材に支持されて前記基板と前記第１の加熱部の間に配置される第２の部材と、
前記成膜室の外部に設けられて前記第２の部材を保管する保管室と、
前記成膜室に開閉部を介して接続する待機室と、
前記基板の種類に応じて前記第２の部材を前記保管室から取り出し、前記待機室を介して前記成膜室に前記第２の部材を搬送する搬送手段とを有することを特徴とする成膜装置。
【請求項５】
前記保管室には、第２の加熱部が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記成膜室内にある前記第１の部材の温度を測定する第１の温度測定手段と、
前記保管室内にある前記第２の部材の温度を測定する第２の温度測定手段とを有することを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。
【請求項７】
第１の加熱部が設けられた成膜室内に基板を搬送してサセプタで支持し成膜処理を行なう成膜方法において、
第２の加熱部を備えた保管室に前記サセプタを保管し、前記基板の種類に応じて前記サセプタを前記保管室から取り出した後、開閉部を介して前記成膜室に接続された待機室に搬送し、次いで前記サセプタを前記成膜室に搬送することを特徴とする成膜方法。
【請求項８】
前記成膜室内にあるサセプタの温度と前記保管室内にあるサセプタの温度が同程度となるように、前記第２の加熱部の出力を調整することを特徴とする請求項７に記載の成膜方法。
【請求項９】
第１の加熱部が設けられた成膜室内に基板を搬送して第１の部材で支持し成膜処理を行なう成膜方法において、
第２の加熱部を備えた保管室に第２の部材を保管し、前記基板の種類に応じて前記第２の部材を前記保管室から取り出した後、開閉部を介して前記成膜室に接続された待機室に搬送し、次いで前記成膜室に搬送して前記第１の部材で前記第２の部材を支持するとともに、前記基板と前記第１の加熱部の間に前記第２の部材を配置して成膜処理を行なうことを特徴とする成膜方法。
【請求項１０】
前記成膜室内にある前記第１の部材の温度と前記保管室内にある前記第２の部材の温度が同程度となるように、前記第２の加熱部の出力を調整することを特徴とする請求項９に記載の成膜方法。
【請求項１】
基板を収容する成膜室と、
前記成膜室内で前記基板を支持するサセプタと、
前記サセプタに支持された前記基板を加熱する第１の加熱部と、
前記成膜室の外部に設けられて前記サセプタを保管する保管室と、
前記成膜室に開閉部を介して接続する待機室と、
前記基板の種類に応じて前記サセプタを前記保管室から取り出し、前記待機室を介して前記成膜室に前記サセプタを搬送する搬送手段とを有することを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記保管室には、第２の加熱部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記成膜室内にあるサセプタの温度を測定する第１の温度測定手段と、
前記保管室内にあるサセプタの温度を測定する第２の温度測定手段とを有することを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
基板を収容する成膜室と、
前記成膜室内で前記基板を支持する第１の部材と、
前記第１の部材に支持された前記基板を加熱する第１の加熱部と、
前記第１の部材に支持されて前記基板と前記第１の加熱部の間に配置される第２の部材と、
前記成膜室の外部に設けられて前記第２の部材を保管する保管室と、
前記成膜室に開閉部を介して接続する待機室と、
前記基板の種類に応じて前記第２の部材を前記保管室から取り出し、前記待機室を介して前記成膜室に前記第２の部材を搬送する搬送手段とを有することを特徴とする成膜装置。
【請求項５】
前記保管室には、第２の加熱部が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記成膜室内にある前記第１の部材の温度を測定する第１の温度測定手段と、
前記保管室内にある前記第２の部材の温度を測定する第２の温度測定手段とを有することを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。
【請求項７】
第１の加熱部が設けられた成膜室内に基板を搬送してサセプタで支持し成膜処理を行なう成膜方法において、
第２の加熱部を備えた保管室に前記サセプタを保管し、前記基板の種類に応じて前記サセプタを前記保管室から取り出した後、開閉部を介して前記成膜室に接続された待機室に搬送し、次いで前記サセプタを前記成膜室に搬送することを特徴とする成膜方法。
【請求項８】
前記成膜室内にあるサセプタの温度と前記保管室内にあるサセプタの温度が同程度となるように、前記第２の加熱部の出力を調整することを特徴とする請求項７に記載の成膜方法。
【請求項９】
第１の加熱部が設けられた成膜室内に基板を搬送して第１の部材で支持し成膜処理を行なう成膜方法において、
第２の加熱部を備えた保管室に第２の部材を保管し、前記基板の種類に応じて前記第２の部材を前記保管室から取り出した後、開閉部を介して前記成膜室に接続された待機室に搬送し、次いで前記成膜室に搬送して前記第１の部材で前記第２の部材を支持するとともに、前記基板と前記第１の加熱部の間に前記第２の部材を配置して成膜処理を行なうことを特徴とする成膜方法。
【請求項１０】
前記成膜室内にある前記第１の部材の温度と前記保管室内にある前記第２の部材の温度が同程度となるように、前記第２の加熱部の出力を調整することを特徴とする請求項９に記載の成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２８０９８（Ｐ２０１０−２８０９８Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２７２７１（Ｐ２００９−１２７２７１）
【出願日】平成２１年５月２７日（２００９．５．２７）
【出願人】（５０４１６２９５８）株式会社ニューフレアテクノロジー (669)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２７日（２００９．５．２７）
【出願人】（５０４１６２９５８）株式会社ニューフレアテクノロジー (669)
【Ｆターム（参考）】
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