(57)【要約】【課題】成膜工程中におけるウェハの反りを抑制し、ウェハ表面の膜をより均一に形成する。【解決手段】  トレー２１に載置されたウェハ２０を、ヒータ１２で加熱しながら搬送部１１によって搬送する。ヒータ１２が配置される領域内には、不活性ガスヘッド１３とディスパージョンヘッド１４が配置される。不活性ガスヘッド１３は、トレー２１が直下を通過するときに不活性ガスをウェハ２０に吹き付ける。ディスパージョンヘッド１４は、トレー２１が直下を通過するときに成膜ガスをウェハ２０に吹き付ける。トレー２１のウェハ載置面には、不活性ガスヘッド１３にて不活性ガスを吹き付けられた後のウェハ２０の反りに合わせた凹部が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トレーに載置されたウェハを工程路に沿って搬送する搬送部と、
前記工程路の所定領域に沿って配置され、前記搬送部によって搬送されるウェハを、前記トレーを介して加熱する加熱部と、
前記工程路の前記所定領域に配置され、前記ウェハを載せた前記トレーが直下を通過するときに、不活性ガスを前記ウェハの上方より吹き付ける不活性ガス供給部と、
前記工程路の前記所定領域における前記不活性ガス供給部の下流側に配置され、前記ウェハを載せた前記トレーが直下を通過するときに、成膜ガスを前記ウェハの上方より吹き付ける成膜ガス供給部とを備えており、
前記不活性ガス供給部は、前記成膜ガス供給部によって前記ウェハに吹き付けられる成膜ガスの総流量以上の不活性ガスを前記ウェハに吹き付け可能であることを特徴とする常圧ＣＶＤ装置。
【請求項２】
工程路に沿って搬送されるウェハを載置するトレーと、
前記トレーに載置されたウェハを前記工程路に沿って搬送する搬送部と、
前記工程路の所定領域に沿って配置され、前記搬送部によって搬送されるウェハを、前記トレーを介して加熱する加熱部と、
前記工程路の前記所定領域に配置され、前記ウェハを載せた前記トレーが直下を通過するときに、不活性ガスを前記ウェハの上方より吹き付ける不活性ガス供給部と、
前記工程路の前記所定領域における前記不活性ガス供給部の下流側に配置され、前記ウェハを載せた前記トレーが直下を通過するときに、成膜ガスを前記ウェハの上方より吹き付ける成膜ガス供給部とを備えており、
前記不活性ガス供給部は、前記成膜ガス供給部によって前記ウェハに吹き付けられる成膜ガスの総流量以上の不活性ガスを前記ウェハに吹き付け可能であり、
前記トレーのウェハ載置面には、前記不活性ガス供給部にて不活性ガスを吹き付けられた後のウェハの反りに合わせて前記ウェハを搭載できる凹部が形成されていることを特徴とする常圧ＣＶＤ装置。
【請求項３】
トレー上に戴置したウェハを工程路に沿って搬送し、
前記工程路を搬送されるウェハを、前記トレーを介して加熱しながら、前記ウェハを載せた前記トレーが不活性ガス供給部の直下を通過するときに、不活性ガスを前記ウェハの上方より吹き付ける第１の工程と、
前記工程路を搬送されるウェハを、前記トレーを介して加熱しながら、前記ウェハを載せた前記トレーが成膜ガス供給部の直下を通過するときに、成膜ガスを前記ウェハの上方より吹き付ける第２の工程とを含み、
前記第１の工程にて前記ウェハに吹き付けられる不活性ガスの総流量が、前記第２の工程にて前記ウェハに吹き付けられる成膜ガスの総流量以上であり、
前記トレーのウェハ載置面には、前記第１の工程後のウェハの反りに合わせて前記ウェハを搭載できる凹部が形成されていることを特徴とする成膜方法。
【請求項４】
請求項３に記載の成膜方法であって、
前記不活性ガスが、窒素であることを特徴とする成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池等の半導体デバイスの作製に用いる常圧ＣＶＤ装置および成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池等の半導体デバイスの作成においては、ＳｉＯ2等の成膜を行うのに、常圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法が広く用いられている。
【０００３】
従来の常圧ＣＶＤ装置の概略構成を図３を参照して説明すると以下の通りである。従来の常圧ＣＶＤ装置１００では、ウェハ１５１を載せたトレー１５２が、搬送手段１０１によって搬送され、ディスパージョンヘッド１０３下を通過するように送られる。また、搬送手段１０１による搬送路の所定領域にはヒータ１０２が配置され、トレー１５２の下方からウェハ１５１を加熱する。ディスパージョンヘッド１０３下面には複数のスリットが設けられており、あらかじめ設定された流量の材料ガスおよび希釈用ガスがディスパージョンヘッド１０３を通じて、ディスパージョンヘッド１０３下を通過するウェハ１５１上に吹き付けられるようになっている。
【０００４】
前記材料ガスがウェハ１５１上に噴出されると、ヒータ１０２からトレー１５２を通じてウェハ１５１に供給される熱エネルギーにより、材料ガスがウェハ１５１上で反応し、シリコン酸化膜等がウェハ１５１上に形成される。
【０００５】
このような常圧ＣＶＤ装置を用いた成膜工程では、加熱されたウェハに温度ムラが生じていると、形成される膜の膜厚にもムラが生じる。このため、膜厚ムラを防止するためには、ウェハを均一に加熱することが求められる。しかしながら、上記常圧ＣＶＤ装置では、ウェハが下面側から加熱されるため、熱せられた下面側の熱膨張が上面側よりも大きくなり、ウェハに下面側が凸となる反りが発生する。そして、このような反りの発生したウェハでは、ウェハの周辺部でトレーとの隙間が生じるため、ウェハの周辺部温度が中心部温度より低くなる。その結果、形成される膜は、ウェハの中心部膜厚が周辺部膜厚よりも大きくなる。
【０００６】
上記課題に対して、特許文献１には、トレーに凹部を設け、ウェハが反った時のトレーとの隙間の発生を防いで、薄膜を均一に生成する技術が開示されている。すなわち、特許文献１の常圧ＣＶＤ装置では、トレーに予め設けられる凹部は、加熱によって生じるウェハの反りに対応するものとなっている。このため、ウェハに反りが生じた状態においてもウェハとトレーとの間の隙間の発生を防いで、ウェハの加熱ムラを抑制できるようになっている。すなわち、ウェハ表面に形成される膜の膜厚ムラを抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−０３９１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１における常圧ＣＶＤ装置においても、さらに以下のような問題がある。すなわち、成膜工程中にウェハ上面に材料ガスや希釈用ガスが吹き付けられることで、ウェハ上面が冷やされウェハ上面が収縮することから、想定以上の反りがウェハに生じる。
【０００９】
例えば、トレーに予め設けられる凹部によって、成膜工程の開始時にウェハとトレーとが隙間なく接していたとしても（図４（ａ）参照）、成膜中にウェハの反りが大きくなって、ウェハとトレーとの間に隙間ができる（図４（ｂ）参照）。これにより、ウェハの加熱ムラが発生して、これに伴って膜厚ムラが発生する。
【００１０】
また、成膜工程中に生じるウェハの反りまでを考慮して、トレーに予め設けられる凹部を深くした場合も、膜厚ムラが発生する。この場合は、成膜工程の開始時に、ウェハの反りに対してトレーの凹部が深すぎることとなる（図４（ｃ）参照）。その結果、ウェハに加熱ムラ（ウェハの中心部温度が周辺部温度より低くなる）が生じている状態で成膜工程が開始され、膜厚ムラが発生する。
【００１１】
特に太陽電池では材料使用量低減の観点から、ウェハの厚みが更に薄くなる傾向にあり、ウェハの反りが更に大きく発生しやすくなっている。また、ウェハの反りによって、ウェハとトレーとの間に隙間が生じると、ウェハ周縁部の隙間からウェハ下面側に材料ガスが回り込み、下面側に膜が付着するという問題も発生する。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、成膜工程中におけるウェハの反りを抑制し、ウェハ表面の膜をより均一に形成することのできる常圧ＣＶＤ装置および成膜方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明の常圧ＣＶＤ装置は、トレーに載置されたウェハを工程路に沿って搬送する搬送部と、前記工程路の所定領域に沿って配置され、前記搬送部によって搬送されるウェハを、前記トレーを介して加熱する加熱部と、前記工程路の前記所定領域に配置され、前記ウェハを載せた前記トレーが直下を通過するときに、不活性ガスを前記ウェハの上方より吹き付ける不活性ガス供給部と、前記工程路の前記所定領域における前記不活性ガス供給部の下流側に配置され、前記ウェハを載せた前記トレーが直下を通過するときに、成膜ガス（材料ガスおよび希釈ガス）を前記ウェハの上方より吹き付ける成膜ガス供給部とを備えており、前記不活性ガス供給部は、前記成膜ガス供給部によって前記ウェハに吹き付けられる成膜ガスの総流量以上の不活性ガスを前記ウェハに吹き付け可能であることを特徴としている。
【００１４】
また、上記の課題を解決するために、本発明の他の常圧ＣＶＤ装置は、工程路に沿って搬送されるウェハを載置するトレーと、前記トレーに載置されたウェハを前記工程路に沿って搬送する搬送部と、前記工程路の所定領域に沿って配置され、前記搬送部によって搬送されるウェハを、前記トレーを介して加熱する加熱部と、前記工程路の前記所定領域に配置され、前記ウェハを載せた前記トレーが直下を通過するときに、不活性ガスを前記ウェハの上方より吹き付ける不活性ガス供給部と、前記工程路の前記所定領域における前記不活性ガス供給部の下流側に配置され、前記ウェハを載せた前記トレーが直下を通過するときに、成膜ガスを前記ウェハの上方より吹き付ける成膜ガス供給部とを備えており、前記不活性ガス供給部は、前記成膜ガス供給部によって前記ウェハに吹き付けられる成膜ガスの総流量以上の不活性ガスを前記ウェハに吹き付け可能であり、前記トレーのウェハ載置面には、前記不活性ガス供給部にて不活性ガスを吹き付けられた後のウェハの反りに合わせて前記ウェハを搭載できる凹部が形成されていることを特徴としている。
【００１５】
上記の構成によれば、ウェハは成膜ガス供給部から成膜ガスを吹き付けられる前（成膜工程の前）に、不活性ガス供給部から不活性ガスを吹き付けられる。この時、不活性ガス供給部によってウェハに吹き付けられる不活性ガスの総流量は、成膜ガスによって前記ウェハに吹き付けられる成膜ガスの総流量以上とされる。この不活性ガスのウェハへの吹き付けによって、ウェハ上面の温度が成膜工程時に下がる温度まで事前に下がる。これによって、成膜工程時の成膜ガスの吹き付けによって発生するウェハの反りが事前に再現され、成膜工程時におけるウェハの反り状態が安定化する。
【００１６】
上記の課題を解決するために、本発明の成膜方法は、トレー上に戴置したウェハを工程路に沿って搬送し、前記工程路を搬送されるウェハを、前記トレーを介して加熱しながら、前記ウェハを載せた前記トレーが不活性ガス供給部の直下を通過するときに、不活性ガスを前記ウェハの上方より吹き付ける第１の工程と、前記工程路を搬送されるウェハを、前記トレーを介して加熱しながら、前記ウェハを載せた前記トレーが成膜ガス供給部の直下を通過するときに、成膜ガスを前記ウェハの上方より吹き付ける第２の工程とを含み、前記第１の工程にて前記ウェハに吹き付けられる不活性ガスの総流量が、前記第２の工程にて前記ウェハに吹き付けられる成膜ガスの総流量以上であり、前記トレーのウェハ載置面には、前記第１の工程後のウェハの反りに合わせて前記ウェハを搭載できる凹部が形成されていることを特徴としている。
【００１７】
上記の構成によれば、前記常圧ＣＶＤ装置と同様に、成膜工程時の成膜ガスの吹き付けによって発生するウェハの反りが事前に再現され、成膜工程時におけるウェハの反り状態が安定化する。
【００１８】
上記構成によれば、十分な流量の不活性ガスをウェハ上面に吹き付け、あらかじめ成膜前にウェハを反らせておくことで、成膜ガス供給部の下を通過している間のウェハの反り具合の変化を小さくできる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の常圧ＣＶＤ装置および成膜方法では、ウェハは成膜ガス供給部から成膜ガスを吹き付けられる前（成膜工程の前）に、不活性ガス供給部から不活性ガスを吹き付けられる。この不活性ガスのウェハへの吹き付けによって、ウェハ上面の温度が成膜工程時に下がる温度まで事前に下がる。これによって、成膜工程時の成膜ガスの吹き付けによって発生するウェハの反りが事前に再現され、成膜工程時におけるウェハの反り状態が安定化する。
【００２０】
そのため、トレーのウェハ載置面に、不活性ガス供給部にて不活性ガスを吹き付けられた後のウェハの反りに合わせて凹部を形成しておくことで、成膜工程中においてウェハをトレーに常に密着させることができ、ウェハの温度が均一に保たれる。これにより、均一な膜厚を有する膜を形成できるといった効果を奏する。さらに、ウェハ下面への成膜ガスの回り込みも低減でき、ウェハの下面に膜が付着することも防止できるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであり、常圧ＣＶＤ装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１の常圧ＣＶＤ装置で使用されるトレーの形状を示す図であり、（ａ）は曲面の凹部を設けた例、（ｂ）は多段のザグリによる凹部を設けた例を示す図である。
【図３】従来の常圧ＣＶＤ装置の概略構成を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、従来の常圧ＣＶＤ装置を使用した成膜工程でのウェハとトレーとの接触状態の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係る常圧ＣＶＤ装置１０の概略構成を示す図である。
【００２４】
常圧ＣＶＤ装置１０は、大略的には、搬送部１１、ヒータ１２、不活性ガスヘッド１３（不活性ガス供給部）、およびディスパージョンヘッド（成膜ガス供給部）１４を備えて構成されている。搬送部１１は、成膜工程を受けるウェハ２０を工程路に沿って搬送するための手段であり、例えばコンベア等が用いられる。搬送されるウェハ２０はトレー２１に載置され、トレー２１ごと搬送部１１によって搬送される。ウェハ２０は例えばシリコン基板であり、トレー２１は例えばシリコンカーバイド等が材料として用いられる。
【００２５】
ヒータ１２は、上記工程路の所定領域に沿って配置され、搬送部１１によって搬送されるウェハ２０を下面側から（すなわちトレー２１を介して）加熱する。ヒータ１２が配置されている上記工程路の所定領域内には、トレー進行方向に沿った上流側に不活性ガスヘッド１３が配置され、下流側にディスパージョンヘッド１４が配置される。
【００２６】
不活性ガスヘッド１３は、ウェハ２０を載せたトレー２１が直下を通過するときに、後述の条件にて設定された流量の不活性ガスをウェハ２０に吹き付ける手段である。このため、不活性ガスヘッド１３の下面には複数の噴出口が設けられており、これらの噴出口は搬送されるウェハ２０の上面に対向する。不活性ガスヘッド１３は、不活性ガス供給配管１５を介して、窒素等の不活性ガスを貯蔵したボンベ等のガス貯蔵容器１６に接続されている。なお、不活性ガスとしては、窒素の他、希ガスなど反応性の低い気体を用いることができる。
【００２７】
ディスパージョンヘッド１４は、ウェハ２０を載せたトレー２１が直下を通過するときに、あらかじめ設定された流量の成膜ガス（材料ガスおよび希釈ガス）をウェハ２０に吹き付ける手段である。このため、ディスパージョンヘッド１４の下面には複数のスリットが設けられており、これらのスリットは搬送されるウェハ２０の上面に対向する。ディスパージョンヘッド１４は、成膜ガス供給配管１７を介して、材料ガスおよび希釈ガスを貯蔵したボンベ等のガス貯蔵容器１８に接続されている。
【００２８】
ウェハ２０がディスパージョンヘッド１４の直下を通過するときには、ウェハ上に噴出される材料ガスが、ヒータ１２によって供給される熱エネルギーによってウェハ２０上で反応する。これにより、シリコン酸化膜等がウェハ２０上に形成される。例えば、材料ガスとしてはモノシラン（ＳｉＨ4）と酸素、希釈用ガスとしては窒素等を使用することができる。これらのガスの組合せのときには、シリコン酸化膜がウェハ上に形成される。尚、材料ガスや希釈ガスの種類は、ウェハ上に形成する膜に合わせて適宜選択することができる。
【００２９】
本実施の形態に係る常圧ＣＶＤ装置１０を用いてウェハ２０に成膜する場合には、例えば図２（ａ）に示す形状のトレー２１が使用される。図２（ａ）に示すトレー２１は、不活性ガスヘッド１３の下を通過した時点でのウェハ２０の反り形状に合うように、曲面の凹部（ザグリ）が設けられている。
【００３０】
すなわち、常圧ＣＶＤ装置１０では、ウェハ２０は、ディスパージョンヘッド１４から成膜ガスを吹き付けられる前に、不活性ガスヘッド１３から不活性ガスを吹き付けられる。ここで、不活性ガスヘッド１３から噴出される不活性ガスの流量は、成膜工程時にディスパージョンヘッド１４から噴出される成膜ガスの総流量以上に設定される。このため、常圧ＣＶＤ装置１０では、不活性ガスヘッド１３は、ディスパージョンヘッド１４によってウェハ２０に吹き付けられる成膜ガスの総流量以上の不活性ガスをウェハ２０に吹き付け可能となるように設計される。具体的には、不活性ガスヘッド１３の供給配管径、流量制御弁の容量、排気能力を確保するために排気ダクト・ダンパー等、すべてその流量に見合った構造とされる必要がある。
【００３１】
成膜前の不活性ガスのウェハ２０への吹き付けによって、ウェハ２０上面の温度が成膜工程時の温度まで事前に下がる。これによって、成膜工程時の成膜ガスの吹き付けによって発生するウェハ２０の反りが事前に再現され、成膜工程時におけるウェハ２０の反り状態が安定化する。
【００３２】
図２（ａ）に示すトレー２１では、成膜工程時におけるウェハ２０の反りに合わせて凹部の曲面が形成されているので、成膜工程時にはウェハ２０がトレー２１の凹部に密着する。成膜工程中においてウェハ２０をトレー２１に常に密着させることができ、ウェハ２０の温度が均一に保たれるため、均一な膜厚を有する膜を形成できる。さらに、ウェハ２０下面への成膜ガスの回り込みも低減でき、ウェハ２０の下面に膜が付着することも防止できる。
【００３３】
尚、トレー２１においてウェハ２０を載置する凹部の形状は、図２（ａ）に示すような曲面に限定されるものではなく、他の形状であっても良い。例えば、凹部の製作を容易にするため、図２（ｂ）に示すように、円筒形状のザグリを多段階に形成して、ウェハ２０の反りの形状に近くなるような凹部をトレー２１に設けても良い。また、このように、多段のザグリによって凹部を形成する場合には、ザグリの段数を増やすことによって、凹部の形状をウェハ２０の反りの形状に近づけることができ（ウェハとトレーとの間の隙間を小さくでき）、ウェハ２０の温度の均一化を図る効果を高めることができる。また、ウェハ２０の周縁部がトレー２１の凹部の周縁部から浮かないようになっていれば、ウェハの下面に膜が付着することも防止できる。
【００３４】
図２（ａ）および図２（ｂ）に示すトレー２１では、２枚のウェハ２０が１つのトレー２１に載せられるように設計されているが、本発明はこれに限定されるものではない。１つのトレーに対して、１枚のウェハを載せるものであっても良く、３枚以上のウェハを乗せるものであっても良い。
【００３５】
本実施の形態に係る常圧ＣＶＤ装置１０では、ディスパージョンヘッドは１つのみ設ける構成であっても良く、ディスパージョンヘッドを複数設ける構成であっても良い。図１では、ディスパージョンヘッド１４を２個並べて配置した構成を例示している。ディスパージョンヘッドを複数設ける構成では、例えば、成膜エリアを複数に分けることで一つの成膜エリアあたりの処理時間を短縮し、装置のスループットを向上させることができる。
【００３６】
ディスパージョンヘッドを複数設ける構成では、ディスパージョンヘッドを１個のみ設ける場合と比べて、材料ガスおよび希釈用ガスの吹き付けによりウェハ上面が冷却される時間が長くなるため、ウェハの反りの変化がより大きくなるということが起こる。このため、本発明の成膜方法を適用することがより好適である。
【００３７】
シリコン等のウェハを材料とする太陽電池の製造コストにおいて、ウェハの占める割合は高い。それゆえ、ウェハを薄くスライスし、同量のインゴットからより多くのウェハを切り出すことで太陽電池の製造コストを下げる方法が、一般的に行われている。
【００３８】
しかも、太陽電池製造に用いる常圧ＣＶＤ装置の場合、製造コストを下げるために、装置１台あたりの生産能力を向上させるため、トレーの搬送速度を例えば、数倍程度に向上させる場合がある。トレー速度を向上させれば、ウェハがガスにさらされる時間も短くなるため、形成される膜もガスにさらされる時間に比例して薄くなる。
【００３９】
これを補うためには、材料ガスおよび希釈用ガスの流量を増やしたり、ディスパージョンヘッドを複数設け、ウェハに吹きつけるガス流量を増加させることで、形成される膜を厚くすることが可能である。ただし、成膜ガスのガス流量を増やすと、吹き付けられたガスによる冷却効果も大きくなり、上述した表裏の温度差によるウェハの反りがより大きくなる。また、ディスパージョンヘッドを複数設けることで、ウェハ上面が吹きつけられるガスにより冷却される時間が長くなるため、ウェハの反りがさらに大きくなる。
【００４０】
これに対し、本実施の形態に係る常圧ＣＶＤ装置１０では、トレーをディスパージョンヘッド下に送る前に、十分な流量の不活性ガスをウェハ上面に吹き付け、あらかじめ成膜前にウェハを反らせておくことで、ディスパージョンヘッド下を通過している間のウェハの反り具合の変化を小さくできる。ここでの不活性ガスの十分な流量とは、成膜のためディスパージョンヘッドから噴出させる材料ガスおよび希釈用ガスの合計流量以上の流量である。
【００４１】
あらかじめウェハを反らせておくことで、ウェハの反りの変化が小さくなる理由は、ウェハは反りが大きくなればなるほど、反りを是正する反発力が働き、それ以上に反りが大きくなりにくくなるためである。そして、あらかじめ不活性ガスの吹き付けによりウェハにできた反りに合わせて、トレーに凹部を形成しておくことで、成膜中のウェハとトレーとの接触部分が大きくなり、膜厚分布の改善・ウェハ下面への膜の付着防止が実現できる。
【００４２】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４３】
１０    常圧ＣＶＤ装置
１１    搬送部
１２    ヒータ（加熱部）
１３    不活性ガスヘッド（不活性ガス供給部）
１４    ディスパージョンヘッド（成膜ガス供給部）
２０    ウェハ
２１    トレー
【図１】
2014075428.tif 000003
【図２】
2014075428.tif 000004
【図３】
2014075428.tif 000005
【図４】
2014075428.tif 000006