(57)【要約】【課題】低コストで短時間に均一な膜厚のエピタキシャル膜を得ることを可能とする。【解決手段】チャンバと、ガス流を横断する方向に設けられた開度調節可能な複数のバッフル孔を有するバッフルと、各バッフル孔の開度を調節する開度調節手段と、チャンバ内に投入されたウェーハの温度を検出する温度検出手段と、開度調節手段におけるバッフル孔の開度から算出されたチャンバ内のガス流量と温度検出手段により検出されたウェーハ温度とをパラメータとして入力し、予め定められたシミュレーションモデルにしたがってエピタキシャル膜が最も均一となるときのバッフル孔の開度の最適状態を求め、これを開度調節手段に出力する制御手段と、を有してなる。【選択図】図１
2010034474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にガス流路が設けられてなるとともにウェーハを保持するサセプタが前記ガス流路内に設けられてなるチャンバと、
該チャンバのガス流上流側に接続され前記ガス流を横断する方向に設けられた開度調節可能な複数のバッフル孔を有するバッフルと、
各バッフル孔の開度を調節する開度調節手段と、
前記チャンバ内に投入されたウェーハの温度を検出する温度検出手段と、
前記開度調節手段におけるバッフル孔の開度から算出されたチャンバ内のガス流量と前記温度検出手段により検出されたウェーハ温度とをパラメータとして入力し、予め定められたシミュレーションモデルにしたがってエピタキシャル膜が最も均一となるときのバッフル孔の開度の最適状態を求め、これを前記開度調節手段に出力する制御手段と、
を有してなることを特徴とするエピタキシャル成長装置。
【請求項２】
前記温度検出手段は、前記チャンバ内に投入されたウェーハの中央の温度を検出する中央温度検出手段と、前記ウェーハの周囲の温度を検出する周囲温度検出手段とを有する請求項１記載のエピタキシャル成長装置。
【請求項３】
前記チャンバ内に反応ガスを導入するガス導入手段を有し、
前記ガス導入手段は、前記チャンバ内に投入されたウェーハの中央に向かって反応ガスを導入する中央ガス導入手段と、前記チャンバ内に投入されたウェーハの外側に向かって反応ガスを導入する外側ガス導入手段とを有し、
前記バッフル孔が前記それぞれのガス導入手段について複数設けられてなることを特徴とする請求項１または２記載のエピタキシャル成長装置。
【請求項４】
チャンバ内に投入されたウェーハを加熱するとともに当該チャンバ内にガス流を横断する方向に設けられた開度調節可能な複数のバッフル孔を介して反応ガスを導入し、前記ウェーハ表面に前記反応ガスの熱分解によるエピタキシャル膜を形成するエピタキシャルウェーハの製造方法において、
各バッフル孔の開度から前記チャンバ内に導入された反応ガスの流量状態を検出するステップと、
前記チャンバ内に投入されたウェーハの温度を検出するステップと、
前記ステップで検出されたガス流量と前記ステップで検出されたウェーハ温度とをパラメータとして入力し、予め定められたシミュレーションモデルにしたがってエピタキシャル膜が最も均一となるときのバッフル孔の開度の最適状態を求めるステップと、
前記ステップで求められたバッフル孔の開度の最適状態により前記反応ガスの供給量を制御するステップと、を有することを特徴とするエピタキシャルウェーハ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャル成長装置及びエピタキシャルウェーハ製造方法に用いて好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造分野において、シリコンウェーハ基板上にエピタキシャル層を成長させたエピタキシャルウェーハが従来から知られている。エピタキシャルウェーハは基板上に任意の厚さ・抵抗をもったエピ層を形成でき、デバイス製作の障害となるgrow-in欠陥問題の解消もできるため、その使用範囲は広がっている。
【０００３】
また、半導体デバイスは年々、微細化の要求が高くなっており、それに伴い使用されるエピタキシャルウェーハの品質向上も求められている。特に、エピ膜厚の均一性は重要要求事項であり、リソフォトグラフィー工程等に大きな影響を与えるものである。また、１枚のウェーハから多数のデバイスを製作する場合、ウェーハ上、広範囲に渡ってその品質を維持させることが重要であり、近年ではウェーハ外周部近傍（ウェーハ側面より約3〜5mm）まで含めた管理が必要となってきている。
【０００４】
シリコンウェーハのエピ成長には気相成長法がよく使用されており、原料ガスとしてシラン系ガス（ＳｉＨ４、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４  ）、キャリアガスとしてＨ２ を使用することが多い。
【特許文献１】特開２００５−１８３５１１号公報
【特許文献２】特開２００６−０８６１７７号公報
【特許文献３】特開２００７−０１２６６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、通常、エピタキシャル成長は、ウェーハを高温に熱し、供給律速条件下で実施されるため、エピタキシャル膜厚はウェーハ上を流れるガス流速の影響を受けやすいことが知られている。しかしながら、従来のエピタキシャル製造装置ではウェーハ上部空間を流れるガス流速が、流れ水平方向に異なっている為、膜厚の不均一性が平坦度悪化を引き起こしていた。
【０００６】
また、特許文献３に記載されるように、ガス供給口と称されるエピタキシャル成長炉内のウェーハ近傍でガス供給口の断面積によりガス流量を制御した場合には、ガス流を横断する方向にガス流量の分布の設定をおこなうことは可能となるが、一度その設定をすると、ガス供給口を構成する部材を取り替えまたは再加工しなければその変更ができないという問題があり、この際、加工の難しい石英製の部材を精密加工することが要求されるため、細かい制御をすることが難しいとともにそのコストが高くなるという問題があった。
また、この場合、ウェーハ面内方向に離間して分散配置している加熱手段を調節した場合など、ガス流量のさらなる微調整が必要になった場合、迅速に必要なガス流量設定変更に対応できないという問題があり、さらに、ガス供給口位置におけるガス流量調節では、ウェーハに対するガス流量分布の影響を完全に排除できないためエピタキシャル膜の均一性をより向上したいという要求があった。
また、ガス供給口の断面積によりガス流量を制御した場合には、ガス流量の調節位置と処理をおこなうウェーハとの距離が短すぎるため、発生するガス流の乱れがウェーハ面上まで達してしまし、複数のノズルによって直接チャンバ内にガスを供給した場合にノズル形状に依存してガス流れの跡が付くように帯状に平坦度が悪化して膜厚の均一性が低下する現象が、ノズルの場合と同様かそれと同程度に発生し、制御の困難性が高いことが解決できていないという問題があった。
【０００７】
本発明は、低コストで短時間に均一な膜厚のエピタキシャル膜を得ることができる気相エピタキシャル成長装置および半導体ウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
本発明はこのようにウェーハ表面に形成されるエピタキシャル膜の膜厚分布均一性を向上させるため、シミュレーションにより最適なバッフル孔開閉を実機炉に対してフィードバック可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の本発明のエピタキシャル成長装置は、内部にガス流路が設けられてなるとともにウェーハを保持するサセプタが前記ガス流路内に設けられてなるチャンバと、
該チャンバのガス流上流側に接続され前記ガス流を横断する方向に設けられた開度調節可能な複数のバッフル孔を有するバッフルと、
各バッフル孔の開度を調節する開度調節手段と、
前記チャンバ内に投入されたウェーハの温度を検出する温度検出手段と、
前記開度調節手段におけるバッフル孔の開度から算出されたチャンバ内のガス流量と前記温度検出手段により検出されたウェーハ温度とをパラメータとして入力し、予め定められたシミュレーションモデルにしたがってエピタキシャル膜が最も均一となるときのバッフル孔の開度の最適状態を求め、これを前記開度調節手段に出力する制御手段と、
を有してなることにより上記課題を解決した。
本発明本発明において、前記温度検出手段は、前記チャンバ内に投入されたウェーハの中央の温度を検出する中央温度検出手段と、前記ウェーハの周囲の温度を検出する周囲温度検出手段とを有することがより好ましい。
本発明本発明は、前記チャンバ内に反応ガスを導入するガス導入手段を有し、
前記ガス導入手段は、前記チャンバ内に投入されたウェーハの中央に向かって反応ガスを導入する中央ガス導入手段と、前記チャンバ内に投入されたウェーハの外側に向かって反応ガスを導入する外側ガス導入手段とを有し、
前記バッフル孔が前記それぞれのガス導入手段について複数設けられてなることが可能である。
また、また、本発明のエピタキシャルウェーハ製造方法において、チャンバ内に投入されたウェーハを加熱するとともに当該チャンバ内にガス流を横断する方向に設けられた開度調節可能な複数のバッフル孔を介して反応ガスを導入し、前記ウェーハ表面に前記反応ガスの熱分解によるエピタキシャル膜を形成するエピタキシャルウェーハの製造方法において、
各バッフル孔の開度から前記チャンバ内に導入された反応ガスの流量状態を検出するステップと、
前記チャンバ内に投入されたウェーハの温度を検出するステップと、
前記ステップで検出されたガス流量と前記ステップで検出されたウェーハ温度とをパラメータとして入力し、予め定められたシミュレーションモデルにしたがってエピタキシャル膜が最も均一となるときのバッフル孔の開度の最適状態を求めるステップと、
前記ステップで求められたバッフル孔の開度の最適状態により前記反応ガスの供給量を制御するステップと、を有する手段を採用することもできる。
【０００９】
本発明の本発明のエピタキシャル成長装置は、内部にガス流路が設けられてなるとともにウェーハを保持するサセプタが前記ガス流路内に設けられてなるチャンバと、
該チャンバの一端側に備えられて前記チャンバ内にガスを供給するガス供給口と、
該ガス供給口のガス流上流側に接続され前記ガス流を横断する方向に設けられた開度調節可能な複数のバッフル孔と、
各バッフル孔を開閉可能に設けられその開度により各バッフル孔におけるガス通過流量を設定する開閉ピンと、
前記開閉ピンの位置を制御して各バッフル孔の開度を調節する開度調節手段と、
前記チャンバ内に投入されたウェーハの温度を検出する温度検出手段と、
前記開度調節手段におけるバッフル孔の開度から算出されたチャンバ内のガス流量と前記温度検出手段により検出されたウェーハ温度とをパラメータとして入力し、予め定められたシミュレーションモデルにしたがってエピタキシャル膜が最も均一となるときのバッフル孔の開度の最適状態を求め、これを前記開度調節手段に出力する制御手段と、
を有してなることにより、メインガスの流入機構には、ガス流れを整流化する為のバッフルを備えており、そのバッフル孔の調整により炉内ガス流れが変わり、膜厚分布を変化させることにより、エピタキシャル膜厚の均一性を向上することが可能となる。
このとき、ウェーハ投入されるチャンバと反応ガスを導入する手段とその反応ガスを調整するバッフルを備え、シミュレーションにてエピ膜厚分布を予測し、その結果をもとに膜厚分布が均一化するようにバッフルの通過流量を調整すること、つまり、複数のバッフル孔の開度をそれぞれ個別に制御してそれぞれのバッフル孔におけるガス流量を制御することを可能とするために、チャンバ内に投入されたウェーハを加熱するとともに当該チャンバ内に反応ガスを導入し、ウェーハ表面に反応ガスの熱分解によるエピタキシャル膜を形成するに際し、チャンバ内に導入された反応ガスの実際の流量を検出するとともにチャンバ内に投入されたウェーハの実際の温度を検出し、これら実際の反応ガス流量とウェーハ温度とを、モデル化されたシミュレーションプログラムにパラメータとして入力し、目的とするエピタキシャル膜が最も均一になるときのバッフル孔の開度の最適状態をシミュレーション計算する。そして、シミュレーション計算により求められたバッフル孔の開度の最適状態の最適状態を気相成長工程にフィードバックし、この最適値によりウェーハにエピタキシャル成長をおこなう。
【００１０】
本発明では、均一なエピタキシャル膜を成長させるための主要因となるバッフル孔の開度に起因する反応ガス流量と実際に測定したウェーハ温度とをこれをシミュレーションプログラムに代入するので、短時間で目的とする加熱エネルギーを求めることができ、リアルタイムでフィードバック制御を実行することができる。
また、従来の技術ではヒーターの経時劣化や反応ガスの流量変動に対応できなかったのが、本発明では、シミュレーション結果によりバッフル開度を調節するのみで対応できるので、新たな装置構成を必要とせず、ヒーターの経時劣化があっても、また反応ガスの流量変動が生じてもこれに対応することができ、正確な予測値に基づいてエピタキシャル膜を成長させることができる。
【００１１】
本発明本発明において、前記温度検出手段は、前記チャンバ内に投入されたウェーハの中央の温度を検出する中央温度検出手段と、前記ウェーハの周囲の温度を検出する周囲温度検出手段とを有することにより、これらの温度検出手段の出力に基づいて、ガス流方向を横断する方向に複数設けられたバッフル孔の開度を調節することで、ウェーハ面内方向（ウェーハの径方向）でガス流を横断する方向におけるガス流量分布をウェーハ温度分布に対応して形成することが可能となり、これにより、エピタキシャル膜厚の均一性をより一層向上することが可能となる。
【００１２】
本発明本発明は、前記チャンバ内に反応ガスを導入するガス導入手段を有し、
前記ガス導入手段は、前記チャンバ内に投入されたウェーハの中央に向かって反応ガスを導入する中央ガス導入手段と、前記チャンバ内に投入されたウェーハの外側に向かって反応ガスを導入する外側ガス導入手段とを有し、
前記バッフル孔が前記それぞれのガス導入手段について複数設けられてなることにより、内側と外側との２系統のみならず、より精密なガス流量の制御をおこなおうことが可能となる。
この際、φ３００ｍｍウェーハを処理する場合に、バッフル孔は、片側７〜１５
箇所とすることが可能であり、ガス流路におけるウェーハの全幅にわたってこれらのバッフル孔は均等または不均等な間隔に配置されることができる。
【００１３】
また、また、本発明のエピタキシャルウェーハ製造方法において、チャンバ内に投入されたウェーハを加熱するとともに当該チャンバ内にガス流を横断する方向に設けられた開度調節可能な複数のバッフル孔を介して反応ガスを導入し、前記ウェーハ表面に前記反応ガスの熱分解によるエピタキシャル膜を形成するエピタキシャルウェーハの製造方法において、
各バッフル孔の開度から前記チャンバ内に導入された反応ガスの流量状態を検出するステップと、
前記チャンバ内に投入されたウェーハの温度を検出するステップと、
前記ステップで検出されたガス流量と前記ステップで検出されたウェーハ温度とをパラメータとして入力し、予め定められたシミュレーションモデルにしたがってエピタキシャル膜が最も均一となるときのバッフル孔の開度の最適状態を求めるステップと、
前記ステップで求められたバッフル孔の開度の最適状態により前記反応ガスの供給量を制御するステップと、を有する手段を採用することにより、より一層精密にガス流量を制御して、エピタキシャル膜厚の均一性を向上することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、シミュレーションを行うことにより膜厚均一化のための最適なバッフル開度を求めることができ、実機での調整時間の短縮およびコストの削減をすることができるという効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態におけるエピタキシャル成長装置を示す模式側断面図、図２は、図１におけるｘ矢視した本実施形態におけるエピタキシャル成長装置を示す模式平断面図であり、図において、符号１は、エピタキシャル成長装置である。
【００１６】
本実施形態におけるエピタキシャル成長装置１は、図１、図２に記載するように、上ドーム部７と下ドーム部９とこれらの間に設けられた中リング部８とからチャンバが構成され、該チャンバ内には、ウェーハ１２を保持するサセプタ１１が、チャンバ内をガス流路（チャンバ内上部）２とチャンバ内下部３にウェーハ１２で分けるように設けられる。
サセプタ１１はサセプタ支持部１６により回転可能に支持され、サセプタ支持部１６は、チャンバ外部の図示しない回転駆動機構により回転可能とされている。チャンバ外側の上ドーム部７の上側位置および下ドーム部９の下側には赤外線ランプ１５，１５がウェーハ１２加熱用に複数設けられている。サセプタ１１の外側には余熱リング１０が設けられ、余熱リング１０の上面はサセプタ１１上のウェーハ１２の表面と略同一面となるようになっている。なお、上ドーム部７が、さらに上下２つに分解される構造も可能である。
【００１７】
中リング部８は、厚みを有する略円筒形状石英部材とされ、その上面８１が平面状とされる。この中リング部８には、ガス流路２の上流側と下流側となる位置で上面８１外周側に、底面８２，８３が略水平面とされかつ外周と同心の垂直曲面８４，８５を有する切欠８６，８７が設けられている。この切欠８６，８７は、中リング部８の径方向に均一な寸法を有し、中リング部８の周方向には、ガス流路２の幅方向にウェーハ１２の径寸法と同程度かやや大きい程度に設定されており、これにより、後述するようにガス流供給口のガス流路２幅方向に、ウェーハ１２全面にガスを供給可能とされている。
中リング部８の内周上側には、余熱リング１０により中リング部８とサセプタ１１との間でチャンバ内上部２とチャンバ内下部３とを分離しつつ、余熱リング１０中リング部８の上面８１と余熱リング１０上面とが略同一平面となるように余熱リング１０を載置する凸部８８が周設されている。
【００１８】
上ドーム部７は、上方が一体となった蓋部で閉じられた中リング部８と同径で同幅の円筒形状石英部材とされ、下端面７１は中リング８上面８１と密着される平面状とされる。
この上ドーム部７には、中リング部８の切欠８６，８７に対応する円周位置には、底面８２，８３および垂直曲面８４，８５にそれぞれ対向する天井面７２，７３および垂直曲面７４，７５を有する切欠７６，７７が円周内側に設けられている。切欠７６，７７の外周位置では、下端面７１ａが下端面７１よりも下側に突出されている。
【００１９】
これらの切欠７６，８６が組み合わされることにより、図１，図２に示すように、底面８２、垂直曲面８４、垂直曲面７４、天井面７２、および、上面８１の一部で囲まれたガス供給口が形成される。このガス供給口は、中リング部８の外周位置と内周位置とで、ガスを流入および放出する高さ位置が異なり、下側から流入されたガスが、ガス衝突壁面（垂直曲面）８４に衝突して拡散し、流量調節面（天井面）７２により流量を調節されるようになっている。
同様に切欠７７，８７が組み合わされることにより、底面８３、垂直曲面８５、垂直曲面７５、天井面７３、および、上面８１の一部で囲まれたガス排出口が形成され、中リング部８の外周位置と内周位置とで、ガスを流入および放出する高さ位置が異なるようになっている。
【００２０】
ガス供給口には、図１，図２に示すように、ガス流路２の幅方向に２つに分割された導入側整流部材６が接続され、この導入側整流部材６には穴付きのバッフル５、ガス導入部材４を介して、イン側流量調節器１７の設けられたイン側導入配管１９、アウト側流量調節器１８の設けられたアウト側導入配管２０、反応ガスやキャリアガスを圧送するポンプが接続されている。イン側導入配管１９，アウト側導入配管２０は、図示しないガス供給手段に接続されたガス導入管２１から分岐している。
ガス排出口には、排気側整流部材１３が接続され、この排気側整流部材１３には、ガス排気部材１４を介して図示しないガス排気手段が接続されている。なお、図２においては、ガス導入部材４、ガス排気部材１４は省略している。
【００２１】
また、ガス供給口の下側のガス流入位置となる底面８２には、図２に示すように、垂直方向かつガス流速方向に延在するガス供給口仕切り板８ａ，８ｂが設けられる。このガス供給口仕切り板８ａ，８ｂの上端は中リング部８の上面８１と面一となるように設けられており、ガス排出口のチャンバに開口した部分の形状としては、複数に分割されることなく１つとなっている。
さらに、導入側整流部材６にも、これらガス供給口仕切り板８ａ，８ｂに連続して整流部材仕切り板６ａ，６ｂが設けられて、ウェーハ１２の中心側（イン側）および、ウェーハ１２の外周側（アウト側）に供給するガスを別々に送り込むように分離されている。
【００２２】
図３は、図１におけるバッフルを示す模式正面図、図４は、チャンバ内におけるガス流を示す模式平断面図である。
バッフル５は、図１〜図４に示すように、ガス流と直交するように設けられた平板状とされ、複数のバッフル孔５１，５１…がウェーハ１２の表面と並行な方向に等間隔で片側７〜１５箇所好ましくは１０箇所設けられている。これらのバッフル孔５１には、バッフルの上流側から各バッフル孔５１を閉塞から開放まで開度を調節可能とするように開閉ピン５２，５２…が設けられる。バッフル孔５１はバッフル５の全幅にわたって均等な間隔に配置され、その中心位置の間隔は１０〜２５ｍｍに設定することができる。
【００２３】
バッフル５は、チャンバ内のウェーハ１２との最短距離５Ｌが１００〜２００ｍｍの範囲となるように設けられる。ここで、バッフル５とウェーハ１２との最短距離５Ｌは、あくまで、ガス流路に沿ったガス流の長さによって定義される。最短距離が上記の範囲よりも短いと、エピタキシャル処理をおこなうウェーハとの間隔が短すぎ、このウェーハ状においてガス流の乱れが発生してエピタキシャル膜厚の均一性が低下する可能性があるため好ましくなく、上記の範囲よりも長いと、不必要に製造装置の寸法が大きくなり、製造コストがかかるため好ましくない。
【００２４】
バッフル孔５１はその直径が１．５〜７．０ｍｍの範囲となるように設定され、開閉ピン５２は、バッフル孔５１の上流側に接してかつ上下方向（ウェーハの軸方向）に移動することでバッフル開度を調節可能とされている。また、開閉ピン５２はそれぞれ図示しない駆動手段によって、バッフル孔開度を調節するように位置調節されるとともに、その開度調節をおこなう制御装置５Ａに接続されている。
【００２５】
本願発明のエピタキシャル成長装置１においては、エピタキシャル成長する際には、ウェーハ１２がサセプタ１１上に載置され、サセプタ支持具１６により一定の回転数で回転される。
次いで、ガス導入管２１より原料ガスとなるシラン系ガス（ＳｉＨ４  、ＳｉＣｌ２Ｈ２、ＳｉＨＣｌ３  、ＳｉＣｌ４  ）とキャリアガスＨ２  が導入され、イン側導入配管１９，アウト側導入配管２０に分岐後、イン側流量調節器１７，アウト側流量調節器１８にてガス流量が調整される。その後、供給ガスは、ガス導入部材４、穴付きバッフル５、導入側整流部材６を通り、中リング部８のガス衝突壁面８４で拡散し、さらにチャンバ上部天井面７２でガス流路２内へと向きを変えられウェーハ１２上を流れる。Ｓｉソースガスをキャリアガスで希釈してドーパントを微量混合してなる反応ガスをチャンバ内に導入し、導入された反応ガスはウェーハ１２の表面を通過してエピタキシャル膜を成長させた後、ガス排出口よりエピタキシャル成長置１外へ排出される。この反応ガスの流れを図４に矢印にて示す。
【００２６】
この状態で、赤外線ランプ１５を点灯させることによりウェーハ１２、サセプタ１１、リング１０を加熱し、ウェーハ１２のガス流路（チャンバ内上部）２を供給ガスが通過する際、ウェーハ１２上でエピタキシャル成長が起こり、エピタキシャル膜が形成される。
通常、穴付きバッフル５を通過したイン側ガス２３、アウト側ガス２２，２４は、中リング部８のガス衝突壁面８４で拡散した後、上ドーム部７と中リング部８の隙間を通ってチャンバ内へと流れる。
【００２７】
チャンバ内に投入されたウェーハ１２はサセプタ１１に載置される。このサセプタは、ウェーハ１２の中心点を中心にした回転軸の駆動により所定の速度で回転する。サセプタ１２の材質は特に限定されないが、たとえば炭素基材の表面にＳｉＣ被膜をコーティングしたものが好ましく採用される。なお、サセプタへウェーハ１２を搬入したり、サセプタからウェーハ１２を搬出したりする方式としては特に限定されず、ベルヌイチャックを用いて搬送治具の昇降によりウェーハを移載するタイプや、ウェーハ下面をピンで支持して当該ピンの昇降により移載するタイプの何れも適用することができる。
【００２８】
本実施形態のエピタキシャル成長装置１では、図示しないが、ウェーハ１２表面の中央（中心付近）の温度を検出するものとされ熱電対または放射温度計から構成される中心温度センサーと、ウェーハ１２の周縁部または周囲の温度を検出するものとされ熱電対または放射温度計から構成される外側温度センサーが設けられている。上述したように、ウェーハ１２はサセプタ１１の回転により一定速度で回転するので、外側温度センサーはウェーハ１２の周囲の温度を満遍なく取得するために、一定時間間隔で計測する。そして、中心温度センサーおよび外側温度センサーにより検出された実際のウェーハ表面温度は制御装置５Ａに出力される。
【００２９】
制御装置５Ａは、ガス流量調節装置に指令を送出して２つの流量調節バルブ１７，１８の開度を制御するとともに、開閉ピン５２の駆動位置を制御することによりバッフル孔５１の開度を制御する。同時に制御装置５Ａは、各ヒーター１５，１５の制御装置（不図示）から一定時間間隔で電力値Ｐ１〜Ｐ４を取得する。また、中心温度センサーから一定時間間隔でウェーハＷ表面中央の実際の温度Ｔ１を取得するとともに、外側温度センサから一定時間間隔でウェーハＷ表面周囲の実際の温度Ｔ２を取得する。
【００３０】
そして、取得されたウェーハの表面温度Ｔ１，Ｔ２および各ヒーター１５，１５の電力値から、図５に示すように実際の温度分布を計算するとともに、膜厚分布を計算する。ここで、得られた膜厚分布が目標とする膜厚均一性を満たす範囲内にない場合には、バッフル孔５１，５１それぞれの開度およびこれらの開度比（バッフル孔間のバランス）をシミュレーションモデルによって計算し、その中で最も膜厚が均一となるときの、バッフル孔５１，５１の開度の最適値を求める。そして、この求められた最適開度を図示しない駆動手段へ送出し、開閉ピン５２，５２の位置設定をおこなうよう求められた最適開度の指令が送出される。
【００３１】
図６は、本実施形態におけるエピタキシャルウェーハ製造方法を示すフローチャートである。
本実施形態のエピタキシャルウェーハ製造方法においては、図６に示すように、初期設定により加熱及びバッフル開度を設定する初期設定工程Ｓ０１と、ウェーハ温度検出工程Ｓ０２と、シミュレーションモデルによる流れの計算を実行する流れ計算工程Ｓ０３と、温度分布を計算する温度分布計算工程Ｓ０４と、膜厚分布を計算する膜厚分布計算工程Ｓ０５と、膜厚が均一かを判断する膜厚判断工程Ｓ０６と、判断工程Ｓ０６の結果からバッフル最適開度を得る最適開度工程Ｓ０７と、この最適開度を出力し開閉ピン５２位置を制御するピン位置制御工程Ｓ０８とを有する。
【００３２】
図６に示す初期設定工程Ｓ０１では、エピタキシャル膜を成長させるべきウェーハ１２をチャンバのサセプタ１１にセットしたのち、加熱調節装置から各ヒーター１５，１５のそれぞれに初期値の電力を供給する。これによりチャンバ内に投入されたウェーハ１２が所定の温度、たとえば１１３０℃に加熱される。ウェーハ１２が所定温度に到達したら、バッフル孔５１，５１…をそれぞれ初期値の開度で開き、ガス導入装置によりガス供給口から反応ガスをチャンバ内へ導入する。これによりウェーハ１２表面にエピタキシャル膜が成長し始める。
【００３３】
図６に示すウェーハ温度検出工程Ｓ０２においては、初期設定工程Ｓ０１にて加熱制御および反応ガス導入制御を開始した後、温度センサーから一定時間間隔でウェーハ表面の中央温度Ｔ１と周囲温度Ｔ２を制御装置５Ａに取り込む。また、各ヒーター１５，１５の制御装置から一定時間間隔で、各ヒーター１５，１５に供給される電力値Ｐ（加熱エネルギー）を制御装置５Ａに取り込む。
【００３４】
図６に示す流れ計算工程Ｓ０３においては、ウェーハ温度検出工程Ｓ０２にてウェーハ１２の実際の温度Ｔ１，Ｔ２と実際のヒーターの電力値Ｐを取り込んだ後、これをパラメータとして図５に示すシミュレーションモデルによる流れの計算を実行する。すなわち、図６に示す温度分布計算工程Ｓ０４として、実際の温度分布を計算するとともに、図６に示す温度分布計算工程Ｓ０５として膜厚分布を計算する。
【００３５】
次に、図６に示す膜厚判断工程Ｓ０６において、得られた膜厚分布が目標とする膜厚均一性を満たす範囲内にあるかどうかを判断し、満足する範囲にない場合には、流れ計算工程Ｓ０３に戻り、各バッフル孔５１，５１…の開度およびこれらバッフル孔５１の位置と開度との関係をシミュレーションモデルによって再計算する。この判断工程Ｓ０６において、得られた膜厚分布が最も均一になったら、そのときのバッフル孔５１，５１…の開度によるガス流分布状態を最適開度とし（最適開度工程Ｓ０７）、これを制御装置５Ａから出力する（ピン位置制御工程Ｓ０８）。
【００３６】
ここで再び初期設定工程Ｓ０１に戻り、先のピン位置制御工程Ｓ０８にて出力された最適開度となるピン位置情報を図示しない駆動手段へ出力して開閉ピン５２，５２の位置設定をおこない、その開度でウェーハ１２に反応ガスを供給する。
以上の処理を、エピタキシャル膜の成長が終了するまで行う。
【００３７】
本実施形態では、均一なエピタキシャル膜を成長させるための主変数となるウェーハ温度Ｔ１，Ｔ２とを実際に測定し、これを制御装置５Ａのシミュレーションプログラムに代入するので、短時間で目的とする最適開度分布（反応ガス流量分布）を求めることができ、リアルタイムで複数のバッフル孔開度に対するフィードバック制御を実行することができる。これにより、シミュレーションにより計算した結果をもとにバッフル孔５１の開閉度を変化させ、ウェーハ１２上方を通過するガス流量を、ガス流に直交する方向において回転するウェーハ１２表面温度に対応した流量分布となるように制御することが可能となるためけ、成膜するエピタキシャル層膜厚分布の均一化を図ることができる。
【００３８】
同時に、複数のバッフル孔５１の開度をそれぞれ設定変更することが容易になるため、in側とout側とに分かれているイン側導入配管１９、アウト側導入配管２０に対して、in/outの流量配分を容易に微調整して変更することも可能となる。
特に、イン側流量調節器１７とアウト側流量調節器１８とによる調節のみではできないような微細な流量分布を形成することが可能になるとともに、この流量分布を短時間で変更することが可能となる。
【００３９】
なお、ガス供給口およびガス排出口のそれぞれを上下２つに分離される構成とし、上側のガス供給口および上側のガス排出口を用いて上述した反応ガスを導入および排出する一方で、下側のガス供給口および下側のガス排出口を用いて、水素ガスなどのキャリアガスをウェーハの下側に向かって導入および排出することもできる。これによりウェーハの裏面から放出されたドーパントをより効果的にチャンバ外へ排出してオートドープの発生を防止することができる。
【００４０】
また、ガス供給口を上下に分割して水素ガスなどのキャリアガスをチャンバ内に導入する場合に、一つのガス排出口から、反応ガスと裏面ドーパント排出用キャリアガスを排出してもよい。ただし、本実施形態においてはガス供給口およびガス排出口の具体的構造は問題ではなく、したがってガス供給口及びガス排出口の構造は必要に応じて改変することができる。ちなみに、ガス供給口を上下に分割した場合、裏面ドーパント排出用キャリアガスはエピタキシャル膜の成長に無関係であることから、反応ガスが導入されるガス導入口のように中央ガス供給口ａと外側ガス供給口に分割する必要はない。
【００４１】
＜実施例＞
以下、本発明の実施例について説明する。
上述した実施形態におけるエピタキシャル成長装置において、φ５ｍｍのバッフル孔を片側１１箇所とし、これらをガス流路におけるウェーハの全幅にわたって均等な間隔に配置して、φ３００ｍｍウェーハを処理した。この際、全供給ガス流量９０ＳＬＭ、in/out比（イン側流量調節器とアウト側流量調節器とにおける流量比率）＝２：１、ウェーハ温度１１５０℃とした。
各バッフル孔の開閉ピンにウェーハ中央位置から順に番号を付け、それぞれの開度を表１に示すように設定して、エピ厚（エピタキシャル膜厚）のバラツキを測定して分析した。その結果を表１に実験例１〜４として示す。また、全ての開閉ピンにおいて開度を１００％としたものを表１に実験例５として示す。
なお、相対ピン位置とはウェーハ径寸法に対する位置をパーセンテージで示したものである。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
さらに、これら実験例１〜５の結果を元に、シミュレーションにてループ計算を実施し、最適開度を求めこの結果による開度分布としてエピタキシャル成膜処理をおこなった結果を実験例６として表１に示す。
【００４４】
これらの結果から、バッフル孔における開度を制御することで、エピタキシャル層膜厚分布のバラツキを低減することが可能となることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係るエピタキシャル成長装置の一実施形態を示す模式側断面図である。
【図２】図１におけるｘ矢視した状態におけるエピタキシャル成長装置を示す模式平断面図である。
【図３】図１におけるバッフルを示す模式正面図である。
【図４】チャンバ内におけるガス流を示す模式平断面図である。
【図５】ウェーハ中心からの距離に対する温度分布と膜厚分布との計算結果を示すグラフである。
【図６】本発明に係るエピタキシャルウェーハ製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１…エピタキシャル成長装置
２…ガス流路（チャンバ内上部）
３…チャンバ内下部
４…ガス導入部材
５…バッフル
５１…バッフル孔
５２…開閉ピン
６…導入側整流部材
６ａ，６ｂ…整流部材仕切り板
７…上ドーム部（チャンバ上部）
７２…流量調節面（天井面）
８…中リング部（石英部材）
８ａ，８ｂ…ガス供給口仕切り板
８４…ガス衝突壁面（垂直曲面）
９…下ドーム部
１０…予熱リング
１１…サセプタ
１２…ウェーハ
１３…排気側整流部材
１４…ガス排気部材
１５…赤外線ランプ
１６…サセプタ支持部
１７…イン側流量調節器
１８…アウト側流量調節器
１９…イン側導入配管
２０…アウト側導入配管
２１…ガス導入配管
【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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