(57)【要約】      （修正有）【課題】マルチデポ処理を行う場合に、エピタキシャルウェーハの品質を安定させ得るエピタキシャルウェーハの製造方法および装置を提供する。【解決手段】石英製上側ドーム１２を有する枚葉式のエピタキシャル成長炉１と、ウェーハＷを載置するサセプタ１６と、エピタキシャル成長炉のチャンバ１１内へ反応ガス又はクリーニングガスを供給するガス供給系３と、チャンバ内を加熱する加熱器１５と、ウェーハの表面の温度を検出する赤外線放射温度センサ４と、検出された温度が所定温度範囲になるように加熱器の出力を制御するとともに、ガス供給系を制御する制御器５と、を備える。制御器は、クリーニング処理を終了してから第１回のウェーハをチャンバ内に投入するまでの待機時間を、加熱器の出力の変動率が所定範囲に入る時間に設定し、クリーニング処理を終了してからの時間が待機時間に達するまでは、第１回のウェーハの投入を禁止する。【選択図】図１
2020088322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エピタキシャル成長炉のチャンバ内にウェーハを１枚ずつ投入し、
非接触式温度センサにより前記ウェーハの表面の温度を計測しつつ、当該検出された温度が所定温度範囲になるように前記チャンバ内を加熱する加熱器の出力を制御し、
前記チャンバ内に反応ガスを供給しながら前記ウェーハの表面にエピタキシャル層を気相成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
複数回のエピタキシャル成長処理を連続して実施したのちに、前記チャンバ内に堆積した堆積物を除去するクリーニング処理を１回実施するエピタキシャルウェーハの製造方法において、
前記クリーニング処理を終了してから第１回のウェーハを前記チャンバ内に投入するまでの待機時間を、前記複数回のエピタキシャル成長処理を実施する際における前記加熱器の出力の変動率が所定範囲に入る時間に設定し、エピタキシャル成長処理を実施するエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記待機時間は、前記クリーニング処理を終了してから第１回のエピタキシャル成長処理を実施する際の前記加熱器の出力と、第２回以降のエピタキシャル成長処理を実施する際の前記加熱器の出力との変動率が、±０．５％の範囲に入る時間である請求項１に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記エピタキシャル成長炉の上部には石英製上側ドームが設けられ、
前記非接触式温度センサは、前記エピタキシャル成長炉の外から前記石英製ドームを介して前記ウェーハの表面の温度を検出する請求項１又は２に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記非接触式温度センサは、赤外線放射温度センサである請求項１〜３のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項５】
少なくとも石英製上側ドームを有する枚葉式のエピタキシャル成長炉と、
ウェーハを載置するサセプタと、
前記エピタキシャル成長炉のチャンバ内へ反応ガス又はクリーニングガスを供給するガス供給系と、
前記チャンバ内を加熱する加熱器と、
前記チャンバの外から前記石英製上側ドームを介して前記ウェーハの表面の温度を検出する赤外線放射温度センサと、
前記赤外線放射温度センサにより検出された温度が所定温度範囲になるように前記加熱器の出力を制御するとともに、前記ガス供給系を制御する制御器と、を備えるエピタキシャルウェーハの製造装置において、
前記制御器は、
複数回のエピタキシャル成長処理を連続して実施したのちに、前記チャンバ内に堆積した堆積物を除去するクリーニング処理を１回実施するように前記ガス供給系を制御し、
前記クリーニング処理を終了してから第１回のウェーハを前記チャンバ内に投入するまでの待機時間を、前記複数回のエピタキシャル成長処理を実施する際における前記加熱器の出力の変動率が所定範囲に入る時間に設定し、
前記クリーニング処理を終了してからの時間が前記待機時間に達するまでは、前記第１回のウェーハの投入を禁止し、前記クリーニング処理を終了してからの時間が前記待機時間を超えたら、前記第１回のウェーハの投入を許可するエピタキシャルウェーハの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャルウェーハの製造方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコンエピタキシャルウェーハの製造において、複数のシリコンウェーハに対して同時にエピタキシャル成長処理をするバッチ方式のエピタキシャル成長装置以外に、大口径のシリコンウェーハにも対応可能な枚葉式のエピタキシャル成長装置が使用される。この種の枚葉式のエピタキシャル成長装置は、エピタキシャル成長炉のチャンバ内でサセプタに載置されたウェーハを高温に加熱するとともに回転させ、水素キャリアによるシリコン反応ガスを導入し、ウェーハの表面にシリコン薄膜を成長させる。シリコンエピタキシャル成長の反応ガスとしては、モノシランガス（ＳｉＨ４）や塩化シランガス（ＳｉＨ２Ｃｌ２，ＳｉＨＣｌ３）等が用いられる。
【０００３】
この反応過程では、アモルファスシリコンや塩化シランポリマー等の材料ガスの生成物が、チャンバ内の壁面やサセプタ等に付着して堆積する。この堆積物が、エピタキシャル成長過程中に剥がれて、ウェーハ上に付着すると、不純物としてウェーハの薄膜内に混入してウェーハの品質が低下するおそれがある。このため、順次のウェーハのエピタキシャル成長処理の間に、チャンバ内に塩化水素ガスや三フッ化塩素ガス等のクリーニングガスを供給し、堆積物を除去するためのクリーニング処理が行われる。なお、ウェーハ１枚のエピタキシャル成長処理ごとにクリーニング処理を行うと生産性が低下することから、複数回のエピタキシャル成長処理を連続して実施したのちに、チャンバ内のクリーニング処理を１回実施する、いわゆるマルチデポ処理方法が行われることもある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−２６７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、デバイス構造に基づき、シリコンウェーハの表面のシリコンエピタキシャル薄膜質も高品質化、高精度化が進み、上記マルチデポ処理方法を行うと、チャンバ内のクリーニング処理を実施した後の第１回のエピタキシャル成長処理によるエピタキシャル層の品質（たとえば膜厚）と、第２回以降のエピタキシャル成長処理によるエピタキシャル層の品質（たとえば膜厚）とがばらついて、品質が安定しないという問題があった。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、複数回のエピタキシャル成長処理を連続して実施したのちに、チャンバ内のクリーニング処理を１回実施するマルチデポ処理を行う場合に、エピタキシャルウェーハの品質を安定させ、且つエピタキシャル成長処理条件などの設備状態を一定に保ち得るエピタキシャルウェーハの製造方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、エピタキシャル成長炉のチャンバ内にウェーハを１枚ずつ投入し、
非接触式温度センサにより前記ウェーハの表面の温度を計測しつつ、当該検出された温度が所定温度範囲になるように前記チャンバ内を加熱する加熱器の出力を制御し、
前記チャンバ内に反応ガスを供給しながらウェーハの表面にエピタキシャル層を気相成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
複数回のエピタキシャル成長処理を連続して実施したのちに、前記チャンバ内に堆積した堆積物を除去するクリーニング処理を１回実施するエピタキシャルウェーハの製造方法において、
前記クリーニング処理を終了してから第１回のウェーハを前記チャンバ内に投入するまでの待機時間を、前記複数回のエピタキシャル成長処理を実施する際における前記加熱器の出力の変動率が所定範囲に入る時間に設定し、エピタキシャル成長処理を実施するエピタキシャルウェーハの製造方法によって上記課題を解決する。
【０００８】
本発明において、前記待機時間は、前記クリーニング処理を終了してから第１回のエピタキシャル成長処理を実施する際の前記加熱器の出力と、第２回以降のエピタキシャル成長処理を実施する際の前記加熱器の出力との変動率が、±０．５％の範囲に入る時間であることがより好ましい。
【０００９】
本発明において、前記エピタキシャル成長炉の上部には石英製上側ドームが設けられ、前記非接触式温度センサは、前記エピタキシャル成長炉の外から前記石英製ドームを介して前記ウェーハの表面の温度を検出するように構成することができる。
【００１０】
本発明において、前記非接触式温度センサは、たとえば赤外線放射温度センサである。
【００１１】
また本発明は、少なくとも石英製上側ドームを有する枚葉式のエピタキシャル成長炉と、
ウェーハを載置するサセプタと、
前記エピタキシャル成長炉のチャンバ内へ反応ガス又はクリーニングガスを供給するガス供給系と、
前記チャンバ内を加熱する加熱器と、
前記チャンバの外から前記石英製上側ドームを介して前記ウェーハの表面の温度を検出する赤外線放射温度センサと、
前記赤外線放射温度センサにより検出された温度が所定温度範囲になるように前記加熱器の出力を制御するとともに、前記ガス供給系を制御する制御器と、を備えるエピタキシャルウェーハの製造装置において、
前記制御器は、
複数回のエピタキシャル成長処理を連続して実施したのちに、前記チャンバ内に堆積した堆積物を除去するクリーニング処理を１回実施するように前記ガス供給系を制御し、
前記クリーニング処理を終了してから第１回のウェーハを前記チャンバ内に投入するまでの待機時間を、前記複数回のエピタキシャル成長処理を実施する際における前記加熱器の出力の変動率が所定範囲に入る時間に設定し、
前記クリーニング処理を終了してからの時間が前記待機時間に達するまでは、前記第１回のウェーハの投入を禁止し、前記クリーニング処理を終了してからの時間が前記待機時間を超えたら、前記第１回のウェーハの投入を許可するエピタキシャルウェーハの製造装置によっても上記課題を解決する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、クリーニング処理を終了してから第１回のウェーハをチャンバ内に投入するまでの待機時間を、複数回のエピタキシャル成長処理を実施する際における加熱器の出力の変動率が所定範囲に入る時間に設定するので、マルチデポ処理を行う場合に、エピタキシャルウェーハの品質を安定させることができ、且つエピタキシャル成長処理条件などの設備状態を一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のエピタキシャルウェーハの製造装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一実施の形態の処理工程（マルチデポ処理）の温度推移を示すグラフである。
【図３】待機時間を０秒〜３００秒としたときのエピタキシャル層の相対膜厚を測定した確認実験の結果を示すグラフである。
【図４】待機時間を０秒〜３００秒としたときのシリコンウェーハ表面の相対温度を測定した確認実験の結果を示すグラフである。
【図５】待機時間を０秒〜３００秒としたときのハロゲンランプの相対出力を測定した確認実験の結果を示すグラフである。
【図６】待機時間を０秒〜３００秒としたときの上側ドームの相対温度を測定した確認実験の結果を示すグラフである。
【図７】待機時間と、第１回から第３回のエピタキシャル成長処理時の上側ドームの相対温度との関係を測定した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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、本発明のエピタキシャルウェーハの製造装置Ａの一実施の形態を示すブロック図である。
【００１５】
図１に示すように、エピタキシャル成長炉１は、シリコンウェーハＷにエピタキシャル層を形成するためのチャンバ１１を有する。このチャンバ１１は、上側ドーム１２と、下側ドーム１３と、これら上側ドーム１２及び下側ドーム１３を固定して支持するドーム取り付け体１４とにより構成される。上側ドーム１２および下側ドーム１３は、石英などの透明な材料から構成され、エピタキシャル成長炉１の上方および下方に複数配置された複数のハロゲンランプ１５により、後述するサセプタ１６およびサセプタ１６に載置されるシリコンウェーハＷが加熱される。複数のハロゲンランプ１５は、図１にその一部を示すように、エピタキシャル成長炉１の上方と下方とのそれぞれに環状に配置され、駆動部２４により各ハロゲンランプ１５の出力が制御され、当該駆動部２４は制御器５からの制御信号により制御される。
【００１６】
エピタキシャル成長炉１は、さらに、チャンバ１１を上部空間１１ａと下部空間１１ｂとに仕切るサセプタ１６を備える。サセプタ１６は、円板形状とされ、サセプタ回転軸１７に連なる支持アーム１８によってその下面の外周部に固定され、サセプタ回転軸１７を回転駆動することにより回転する。また、サセプタ１６の外周部には、その周方向に向かって１２０度毎に合計３本の貫通孔が形成されている。各貫通孔には、シリコンウェーハＷを昇降させる昇降ピン１９が遊挿されている。昇降ピン１９の昇降は、リフトアーム２０により行われる。これらサセプタ回転軸１７の回転駆動、リフトアーム２０の昇降駆動は、駆動部２１により行われ、当該駆動部２１は、制御器５からの指令信号により制御される。
【００１７】
なお、サセプタ１６の材質は、エピタキシャル層を形成する際に不純物が混入するのを防止するため、サセプタ１６の表面がＳｉＣにより形成されていればよく、被コーティング材の材質は特に限定されない。一般的に炭素基材の表面にシリコンカーバイド（ＳｉＣ）被膜をコーティングしたものが多く用いられるが、サセプタ１６の全体がＳｉＣで形成されていてもよい。
【００１８】
ドーム取り付け体１４の、サセプタ１６の上面と略等しい高さ位置には、ガス供給口２２とガス排出口２３とが対向して配置されている。エピタキシャル成長処理時において、ガス供給口２２からは、チャンバ１１の内部にトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）などのシリコン反応ガスを水素ガス（Ｈ２ガス）等のキャリアガスで希釈し、それに必要に応じてジボラン（Ｂ２Ｈ６）等のドーパントを微量混合した混合ガスが、シリコンウェーハＷの上部表面に対して平行（水平方向）に供給される。この供給された混合ガスは、シリコンウェーハＷの表面を通過してエピタキシャル層を成長させた後、ガス排出口２３よりチャンバ１１の外に排出される。
【００１９】
一方、クリーニング処理時には、図示しないウェーハ搬送機構により図示しないゲートバルブを通過してシリコンウェーハＷがチャンバ１１より搬出された状態で、所定の手順に従い塩化水素（ＨＣｌ）ガス等のクリーニングガスをガス供給口２２からチャンバ１１に導入し、ガス排出口２３から排出する。これにより、サセプタ１６などに付着した堆積物をドライエッチングにより除去する。こうした反応ガスやクリーニングガスの供給・排出は、ガス供給系３により行われ、当該ガス供給系３は、制御器５からの制御信号により制御される。
【００２０】
エピタキシャル成長炉１の上方の中央部には、赤外線放射温度センサ４が設けられ、シリコンウェーハＷから放射される赤外線の量を、上側ドーム１２を介して光学的に検出し、これによりシリコンウェーハＷの表面の温度を非接触で検出する。なお、物体はその表面から赤外線を放射しており、物体表面の温度は赤外線の量によって決まるところ、赤外線は空間を伝ってエネルギーを運ぶという特徴がある。赤外線放射温度センサ４は、この空間を伝ってきた赤外線を光学的に読み取り、物体とセンサを接触させることなく温度を測定する。赤外線放射温度センサ４により検出された検出信号は制御器５に読み出され、制御器５は、これにより検出されたシリコンウェーハＷの表面温度に応じて駆動部２４からハロゲンランプ１５の出力を、たとえばＰＩＤ制御（Proportional Integral Differential Controller）する。すなわち、エピタキシャル成長処理時にはシリコンウェーハＷの表面温度が所定温度範囲になるように駆動部２４を制御して各ハロゲンランプ１５の出力を制御する。たとえば、検出されたシリコンウェーハＷの表面温度が所定温度範囲より低い場合はハロゲンランプ１５の出力を増加させ、所定温度範囲より高い場合はハロゲンランプ１５の出力を減少させる制御を実行する。
【００２１】
制御器５は、ＣＰＵ，ＲＯＭ及びＲＡＭなどを有するコンピュータで構成され、図示しないウェーハ搬送機構およびゲートバルブ、ガス供給系３、ハロゲンランプ１５の駆動部２４、サセプタ１６の駆動部２１を制御する。そのため、エピタキシャルウェーハを製造するためのプロセスシーケンスおよび制御パラメータ（温度、圧力、ガスの種類及びガスの流量、時間などの制御目標値）に関する装置の処理プログラム（以下、プロセスレシピともいう）と、エピタキシャル成長炉および排気管をクリーニングするためのプロセスシーケンスおよび制御パラメータに関する処理プログラム（以下、クリーニングレシピともいう）が確立され、エピタキシャル成長処理時にはプロセスレシピが読み出されて、ウェーハ搬送機構、ゲートバルブ、ガス供給系３、ハロゲンランプ１５の駆動部２４及びサセプタ１６の駆動部２１を制御し、クリーニング処理時にはクリーニングレシピが読み出されて、ウェーハ搬送機構、ゲートバルブ、ガス供給系３、ハロゲンランプ１５の駆動部２４及びサセプタ１６の駆動部２１を制御する。
【００２２】
本実施形態のエピタキシャルウェーハの製造装置Ａでは、いわゆるマルチデポ処理が実行される。マルチデポ処理とは、複数回のエピタキシャル製造処理を連続して実施したのちに、チャンバ１１内に堆積した堆積物を除去するクリーニング処理を１回実施する操業方式をいう。マルチデポ処理の一例を図２に示す。図示する例では、第１回、第２回及び第３回という３回のエピタキシャル成長処理を連続して実施したのちに、１回のクリーニング処理を実施し、これを繰り返す。
【００２３】
エピタキシャル成長炉１の一側面には、図示しないゲートバルブ及びロードロック室が設けられ、エピタキシャル成長処理前のシリコンウェーハＷは、ロードロック室からゲートバルブを介してチャンバ１１内へ投入され、エピタキシャル成長処理後のシリコンウェーハＷは、ゲートバルブを介してロードロック室へ取り出される。すなわち、図示しないゲートバルブを開いてチャンバ１１から成膜後のシリコンエピタキシャルウェーハＷを、図示しないウェーハ搬送機構によりゲートバルブを介して搬出する。そして、ゲートバルブを閉じ、駆動部２４を制御してハロゲンランプ１５の出力を制御してエピタキシャル成長炉１のチャンバ１１内の温度を所定温度に昇温し、ガス供給系３を制御して、チャンバ１１内に塩化水素ガスや三フッ化塩素ガス等のクリーニングガスを所定時間供給し、堆積物を除去する（クリーニング処理）。次いで、ハロゲンランプ１５をＯＦＦするとともに、エピタキシャル成長炉１のチャンバ１１内を水素ガスでパージして冷却する。ここで、前記所定温度（クリーニング処理温度）への昇温は、１１３０℃から１２５０℃が好ましく、温度が高いほどクリーニングガスの供給時間を短くできる。そして、前記クリーニングガスを供給する所定時間は、チャンバ内に堆積したシリコン堆積物を除去し、石英製の上側ドーム１２の内壁に付着するシリコン堆積物も除去する程度の時間に設定する。クリーニング処理温度は、後述するエピタキシャル成長処理の温度よりも高く設定することが好ましい。これにより、シリコン堆積物を短時間でクリーニングすることができる。
【００２４】
クリーニング処理を終了すると、チャンバ１１内に成膜前のシリコンウェーハＷを投入したのち、駆動部２４を制御してハロゲンランプ１５の出力を制御してチャンバ１１の内部温度を１０００〜１２００℃の間で所定温度に昇温し、ガス供給系３を制御して、チャンバ１１内にモノシランガス（ＳｉＨ４）や塩化シランガス（ＳｉＨ２Ｃｌ２，ＳｉＨＣｌ３）等の反応ガスを、水素または不活性ガス等のキャリアガスとともに所定時間供給し、シリコンウェーハＷの表面にエピタキシャル層を成膜する（エピタキシャル成長処理）。次いで、ハロゲンランプ１５をＯＦＦするとともに、チャンバ１１内を水素ガスでパージして冷却したのち、チャンバ１１から成膜後のシリコンエピタキシャルウェーハＷを搬出するとともに、次の成膜前のシリコンウェーハＷを投入し、第１回のエピタキシャル成長処理と同様にエピタキシャル成長処理を行う。こうしたエピタキシャル成長処理を３回繰り返したのち、上述したクリーニング処理を行う。
【００２５】
ここで、本発明者が探求したところ、クリーニング処理温度をエピタキシャル成長処理温度より高く設定した条件下において、クリーニング処理を終了してから第１回のエピタキシャル成長処理を行うまでの間の時間により、成膜されたシリコンエピタキシャルウェーハＷの膜厚がばらつくことが判明した。図３は、クリーニング処理温度をエピタキシャル成長処理温度より高く設定した条件下、同じエピタキシャルウェーハの製造装置Ａを用いて同じ条件でクリーニング処理と３回のエピタキシャル成長処理とを行った場合において、クリーニング処理を終了してから第１回のエピタキシャル成長処理を行うまでの間の時間（以下、待機時間ともいい、チャンバ１１の冷却時間でもある。）を、０秒、６０秒、１２０秒、１８０秒、２４０秒及び３００秒としたときのエピタキシャル層のウェーハの中心の相対膜厚を測定した確認実験の結果を示すグラフである。なお、エピタキシャルの厚さは４μｍで行った。この確認実験の結果によれば、第２回の膜厚と第３回の膜厚との増減率は、どの水準であっても０．２％以下の増加または減少で、さほど差はないが、第１回の膜厚と第２回以降の膜厚との増減率は、０．５％を超える値で減少することがわかり、これは無視できないくらいに大きい。そして、待機時間が短いほど第１回の膜厚が厚く、待機時間が長いほど第１回の膜厚が薄い。よって、適当の時間を選定すれば、第１回の膜厚と第２回以降の膜厚との増減率が小さくなることが分かる。なお、前記増減率は、（（（ｎ＋１）回目の値［μｍ］−ｎ回目の値［μｍ］）の絶対値）／ｎ回目の値［μｍ］×１００［％］、（ただしｎは１以上の数値）で定義した値とする。
【００２６】
エピタキシャル成長処理時のエピタキシャル層の膜厚は、シリコンウェーハＷの表面温度が高いほど厚くなるので、制御器５は、赤外線放射温度センサ４により検出したシリコンウェーハＷの表面温度に応じてハロゲンランプ１５の出力をＰＩＤ制御し、シリコンウェーハＷの表面温度が所定温度範囲になるように制御する。図４は、上述した確認実験における赤外線放射温度センサ４により検出されたシリコンウェーハＷの表面の相対温度の測定結果を示すグラフである。この結果によれば、第１回から第３回までシリコンウェーハＷの表面温度は所定温度範囲に維持されている。このようにシリコンウェーハＷの表面温度が所定温度範囲に維持されているにも拘らず、図３に示すように第１回の膜厚と第２回以降の膜厚との差が大きくなっている。尚、シリコンウェーハＷの表面温度の変動は、±１度以下が好ましい。
【００２７】
ちなみに、図５は、上述した確認実験におけるハロゲンランプ１５の相対出力の変動を測定した結果を示すグラフである。この結果によれば、待機時間が短いほどハロゲンランプ１５の出力が小さく制御され、待機時間が長いほどハロゲンランプ１５の出力が大きく制御されている。これは、待機時間が短いほどエピタキシャル成長炉１の内部温度が高い状態で維持されるのでハロゲンランプ１５の出力が小さくなる方向の制御が実行され、待機時間が長いほどエピタキシャル成長炉１の内部温度が低下するのでハロゲンランプ１５の出力が大きくなる方向の制御が実行されるためであると考えられる。
【００２８】
しかしながら、図４及び図５に示すように、赤外線放射温度センサ４により検出されたシリコンウェーハＷの表面温度が所定温度範囲になるようにハロゲンランプ１５の出力をＰＩＤ制御しているにも拘らず、図３に示すように第１回の膜厚がばらつくのは、何か他の要因があるものと推察される。そこで、本発明者は、上側ドーム１２の温度に着目し、図に記載していない石英表面を測定可能な赤外線放射温度センサを用い、上述した確認実験における上側ドーム１２の温度をエピタキシャル成長処理時に測定した。この結果を図６に示す。図６は、クリーニング処理温度をエピタキシャル成長処理の温度よりも高く設定した条件下において、待機時間を０秒、６０秒、１２０秒、１８０秒、２４０秒及び３００秒としたときの上側ドーム１２の相対温度を測定した確認実験の結果を示すグラフである。この結果によれば、待機時間が短いほど上側ドーム１２の温度が高く、待機時間が長いほど上側ドーム１２の温度が低い。すなわち、図６の結果と図３の結果を併せると、上側ドーム１２の温度が高いほど第１回の膜厚が厚く、上側ドーム１２の温度が低いほど第１回の膜厚が薄い結果となり、温度と膜厚との関係が整合する。したがって、上側ドーム１２の温度を制御すれば、図３に示す第１回の膜厚のバラツキを抑制することができるものと推察される。なお、石英表面を測定可能な赤外線放射温度センサは、赤外線放射温度センサ４と異なる測定波長とする。具体的には、赤外線放射温度センサ４の検出範囲が０．９〜０．９７μｍに対し４．８〜５．２μｍを用いる。
【００２９】
図７は、上記確認実験において使用したものと同じエピタキシャルウェーハの製造装置Ａを用いて同じ条件でクリーニング処理と３回のエピタキシャル成長処理とを行った場合において、待機時間と、第１回から第３回のエピタキシャル成長処理時の上側ドーム１２の相対温度との関係を測定した結果を示すグラフである。この結果によれば、上側ドーム１２の温度がばらつくのは第１回のエピタキシャル成長処理の場合のみであり、第２回及び第３回のエピタキシャル成長処理時の上側ドーム１２の温度は殆んど一定となっている。したがって、主として第１回のエピタキシャル成長処理時の上側ドーム１２の温度、すなわちクリーニング処理後の待機時間を制御すれば、図３に示す第１回の膜厚のバラツキを抑制することができるものと推察される。さらに、上側ドーム１２の温度は、前記石英表面を測定可能な赤外線放射温度センサにて、全てのエピタキシャル成長処理時において±１０度以下、好ましくは±５度以下となるように前記待機時間を設定することができる。
【００３０】
こうした上側ドーム１２の温度により第１回のエピタキシャル成長処理後の膜厚がばらつくのは、以下の理由によるものと推察される。すなわち、待機時間が短い場合には、ＰＩＤ制御によってハロゲンランプ１５の出力が抑制されているものの上側ドーム１２の温度が高く、上側ドーム１２からの輻射熱によって、シリコンウェーハＷの実際の表面温度が、赤外線放射温度センサ４により検出された温度より高くなっているものと推察される。したがって実際の膜厚が目標膜厚より厚くなる。これに対して、待機時間が長い場合は、上側ドーム１２の温度が充分に低くなり当該上側ドーム１２からの輻射熱の影響が極めて小さい。したがって、シリコンウェーハＷの実際の表面温度は、赤外線放射温度センサ４により検出されたシリコンウェーハＷの表面温度との乖離が小さくなり、ＰＩＤ制御されたハロゲンランプ１５の出力に応じた表面温度となるため、目標とされる膜厚になるものと推察される。
【００３１】
以上の確認実験により、本実施形態のエピタキシャルウェーハの製造装置Ａにおいては、エピタキシャル成長処理時のプロセスレシピを複数準備することなく、待機時間をエピタキシャルウェーハの製造装置Ａの固有値に設定することで、図３に示す第１回のエピタキシャル成長処理後の膜厚と、第２回以降のエピタキシャル成長処理後の膜厚とのバラツキを小さくすることができる。待機時間は、エピタキシャルウェーハの製造装置Ａの個体差やプロセスレシピの条件により異なると予想されるため、エピタキシャルウェーハの製造装置Ａごと及びプロセスレシピごとに、待機時間を複数設定した場合の第１回のエピタキシャル成長処理時のエピタキシャル層の膜厚と第２回以降のエピタキシャル成長処理時の膜厚とのデータを実験又はコンピュータシミュレーションにより取得しておき、これら膜厚の増減率が所定の許容範囲に入るときの待機時間の範囲を予め取得する。そして、実際の生産時には、こうして取得した待機時間の範囲を用いて、クリーニング処理を終了してからの時間が待機時間の範囲にある場合は、次のウェーハの投入を許可し、クリーニング処理を終了してからの時間が待機時間の範囲にない場合は、次のウェーハの投入を禁止するように制御器５により制御する。さら加えて、上側ドーム温度も同様に取得しておき上側ドーム温度が所定の許容範囲に入るときの待機時間の範囲を取得することもできる。設備状態における特に石英製上側ドームにおいて、温度を安定させることで、ハロゲンランプ１５の出力もさらに安定させることができる。次のウェーハの投入の許可及び禁止は、制御器５により図示しないウェーハ搬送機構を制御することにより行うことができる。なお、増減率の所定の範囲とは、±０．５％以下が好ましく、±０．２％以下がより好ましい。ここで、±で表示するときは増加および減少方向を表す。
【００３２】
上述したとおり、マルチデポ処理における第１回のエピタキシャル成長処理時の膜厚と第２回以降のエピタキシャル成長処理時の膜厚は、上側ドーム１２の温度に強く相関するため、図６に示すように複数の待機時間に対する上側ドーム１２の温度を計測し、第１回のエピタキシャル成長処理時の上側ドーム１２の温度と、第２回以降のエピタキシャル成長処理時の上側ドーム１２の温度との変動率が所定範囲内に入る待機時間の範囲を予め求めてもよい。またこれに代えて、マルチデポ処理における第１回のエピタキシャル成長処理時の膜厚と第２回以降のエピタキシャル成長処理時の膜厚は、ハロゲンランプ１５の出力にも強く相関するため、図５に示すように複数の待機時間に対するハロゲンランプ１５の出力を計測し、第１回のエピタキシャル成長処理時のハロゲンランプ１５の出力と、第２回以降のエピタキシャル成長処理時のハロゲンランプ１５の出力との変動率が所定範囲内に入る待機時間の範囲を予め求めてもよい。
【００３３】
図５に示すハロゲンランプ１５の出力の変動率と図３に示すエピタキシャル膜の増減率の結果を表１に示す。なお、ハロゲンランプ１５の出力の変動率を（第２回以降のエピタキシャル成長処理時のハロゲンランプ１５の出力−第１回のエピタキシャル成長処理時のハロゲンランプ１５の出力）÷（第１回のエピタキシャル成長処理時のハロゲンランプ１５の出力）と定義する。また、エピタキシャル層の膜厚の増減率は、第１回と第２回の膜厚の増減率を上記定義に基づき表１に示す。
【表１】
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【００３４】
図５に示すエピタキシャルウェーハの製造装置Ａの結果においては、待機時間が０秒のときの変動率は１．６４％、６０秒のときの変動率は１．２５％、１２０秒のときの変動率は０．５０％、１８０秒のときの変動率は０．２５％、２４０秒のときの変動率は−０．４９％、３００秒のときの変動率は−０．９８％である。これに対して、図３に示す第１回と第２回の膜厚の増減率は、待機時間が０秒のときの膜厚増減率は０．５５％、６０秒のときの膜厚増減率は０．４２％、１２０秒のときの膜厚増減率は０．１８％、１８０秒のときの膜厚増減率は０．０３％、２４０秒のときの膜厚増減率は０．１３％、３００秒のときの膜厚増減率は０．１６％である。エピタキシャル層の膜厚の増減率の許容範囲を０．２０％以下とすれば、ハロゲンランプ１５の出力の変動率が±０．９８％の範囲にある場合に膜厚のバラツキが抑制される。
【符号の説明】
【００３５】
Ａ…エピタキシャルウェーハの製造装置
１…エピタキシャル成長炉
１１…チャンバ
１２…上側ドーム
１３…下側ドーム
１４…ドーム取り付け体
１５…ハロゲンランプ
１６…サセプタ
１６ａ…外周部
１７…サセプタ回転軸
１８…支持アーム
１９…昇降ピン
２０…リフトアーム
２１…駆動部
２２…ガス供給口
２３…ガス排出口
２４…駆動部
３…ガス供給系
４…赤外線放射温度センサ
５…制御器
Ｗ…シリコンウェーハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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