(57)【要約】      （修正有）【課題】稼働率を低下させることなくサセプタに堆積する副生成物の量を測定することが可能な気相成長装置及びサセプタの管理方法を提供する。【解決手段】気相成長装置１００は、サセプタに載置された基板上に成膜を行う反応室６０と、反応室の外部に設けられ、サセプタの重量を測定する重量測定機構を有する重量測定室７０と、サセプタを反応室から重量測定室に搬送する搬送機構８４と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サセプタに載置された基板上に成膜を行う反応室と、
前記反応室の外部に設けられ、前記サセプタの重量を測定する重量測定機構を有する重量測定室と、
前記サセプタを前記反応室から前記重量測定室に搬送する搬送機構と、
を備える気相成長装置。
【請求項２】
前記基板を前記サセプタから分離する分離機構を更に備える請求項１記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記サセプタを前記重量測定室の外部に取り出す取出部を更に備える請求項１又は請求項２記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記成膜の前の前記サセプタの重量を記憶する記憶部と、
前記成膜の前後の前記サセプタの重量変化に基づく判断を行う判断部と、
を更に備える請求項１ないし請求項３いずれか一項記載の気相成長装置。
【請求項５】
反応室内のサセプタに載置された基板上に成膜を行い、
大気雰囲気に晒すことなく前記サセプタを前記基板と分離して前記反応室外に取り出し、前記サセプタの重量を測定する、
サセプタの管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置及びサセプタの管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高品質な半導体膜を成膜する方法として、気相成長により基板（ウェハ）上に単結晶膜を成長させるエピタキシャル成長技術がある。
【０００３】
エピタキシャル成長技術を用いる気相成長方法及び気相成長装置では、常圧又は減圧に保持された反応室内の支持機構で基板を支持し、加熱する。次に、成膜の原料となる反応ガスを、基板上に供給する。基板の表面では反応ガスの熱反応等が生じ、エピタキシャル単結晶膜が成膜される。
【０００４】
特許文献１には、気相成長装置に基板を含むサセプタの重量を検出することができるロードセルを配置し、基板上に成長する結晶の膜厚をリアルタイムで測定する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１４８４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
気相成長装置では、基板を載置するサセプタに副生成物が堆積する。継続使用により堆積した副生成物の量が増加するため、基板周辺のプロセスガスの流れが変化する。プロセスガスの流れの変化により、基板上に成長する膜の質に影響が生じることがある。また、サセプタに堆積した副生成物の量が増加することにより、サセプタを回転させる際に、サセプタの回転が不安定になることがある。したがって、サセプタに堆積する副生成物の量が許容範囲に収まるように管理することが望まれる。
【０００７】
特に炭化珪素（ＳｉＣ）の成膜では、シリコン（Ｓｉ）のように、例えば塩化水素（ＨＣｌ）を用いたエッチングにより副生成物を除去することができない。そのため、例えば、サセプタに堆積した副生成物の量が許容範囲を超えた場合、副生成物を研削して除去するか、新品のサセプタや副生成物除去済のサセプタに交換する。サセプタに堆積した副生成物の量が、許容範囲を超えているか否かを判断するためには、例えば、サセプタを気相成長装置外に搬出して副生成物の量の測定を行う。この場合、気相成長装置の稼働率の低下が問題となる。
【０００８】
また、サセプタを気相成長装置外に搬出すると、大気中の水分等が付着して清浄度が低下する。そのため、サセプタを再度気相成長装置内に搬入する際には、ベーキング等による水分除去が必要となり、更に気相成長装置の稼働率が低下する。
【０００９】
気相成長装置の稼働率を低下させないために、サセプタに堆積する副生成物の量の管理を、基板に成膜された膜厚から推定して行うことが考えられる。しかし、成膜された膜厚は、成膜条件、サセプタの使用頻度、サセプタの材質等によって変化する。そのため、副生成物の量を正確に推定することは困難である。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、稼働率を低下させることなくサセプタに堆積する副生成物の量を測定することが可能な気相成長装置及びサセプタの管理方法を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様の気相成長装置は、サセプタに載置された基板上に成膜を行う反応室と、反応室の外部に設けられ、サセプタの重量を測定する重量測定機構を有する重量測定室と、サセプタを反応室から重量測定室に搬送する搬送機構と、を備える。
【００１２】
上述の態様の気相成長装置において、基板をサセプタから分離する分離機構を更に備えることが好ましい。
【００１３】
上述の態様の気相成長装置において、サセプタを重量測定室の外部に取り出す取出部を更に備えることが好ましい。
【００１４】
上述の態様の気相成長装置において、成膜の前のサセプタの重量を記憶する記憶部と、成膜の前後のサセプタの重量変化に基づく判断を行う判断部と、を更に備えることが好ましい。
【００１５】
本発明の一態様のサセプタの管理方法は、反応室内のサセプタに載置された基板上に成膜を行い、大気雰囲気に晒すことなくサセプタを基板と分離して反応室外に取り出し、サセプタの重量を測定する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一態様によれば、稼働率を低下させることなくサセプタに堆積する副生成物の量を測定することが可能な気相成長装置及びサセプタの管理方法の提供が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態の気相成長装置の模式図である。
【図２】実施形態の反応室及びサセプタの模式断面図である。
【図３】実施形態の重量測定室の模式断面図である。
【図４】実施形態の気相成長装置のサセプタの管理方法の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
なお、本明細書中では、気相成長装置が成膜可能に配置された状態での重力方向を「下」と定義し、その逆方向を「上」と定義する。したがって、「下部」とは、基準に対し重力方向の位置、「下方」とは基準に対し重力方向を意味する。そして、「上部」とは、基準に対し重力方向と逆方向の位置、「上方」とは基準に対し重力方向と逆方向を意味する。また、「縦方向」とは重力方向である。
【００２０】
本実施形態の気相成長装置は、サセプタに載置された基板上に成膜を行う反応室と、サセプタの重量を測定する重量測定機構を有する重量測定室と、サセプタを反応室から重量測定室に搬送する搬送機構と、を備える。
【００２１】
本実施形態のサセプタの管理方法は、反応室内のサセプタに載置された基板上に成膜を行い、サセプタを反応室外に取り出し、サセプタの重量を測定する。
【００２２】
本実施形態の気相成長装置及びサセプタの管理方法によれば、稼働率の向上が可能な気相成長装置及びサセプタの管理方法の提供が可能になる。
【００２３】
図１は、本実施形態の気相成長装置１００の模式図である。本実施形態の気相成長装置１００は、ＣＶＤ法（化学気相成長法）を用いるエピタキシャル成長装置である。以下、主にＳｉＣの基板Ｗ上にＳｉＣをエピタキシャル成長させる場合を例に説明する。
【００２４】
気相成長装置１００は、反応室６０と、重量測定室７０と、搬送室８２と、ロードロック室８９と、制御機構９０と、を有する。
【００２５】
搬送室８２内には、搬送機構の一例であるロボットアーム８４が設けられている。搬送室８２と反応室６０との間には、第１のゲートバルブ８６が設けられる。搬送室８２と重量測定室７０との間には、第２のゲートバルブ８７が設けられている。ロードロック室８９と搬送室８２の間には、第３のゲートバルブ８８が設けられている。
【００２６】
ロボットアーム８４は、大気圧未満の圧力下で、サセプタＳを反応室６０から重量測定室７０に搬送する。
【００２７】
上述の搬送においては、たとえば第１のゲートバルブ８６を開いた後、ロボットアーム８４を用いてサセプタＳを反応室６０から搬出する。次に、第１のゲートバルブ８６を閉じた後、第２のゲートバルブ８７を開く。次に、サセプタＳを重量測定室７０内に移動する。その後、第２のゲートバルブ８７を閉じる。
【００２８】
なお、基板Ｗが載置された状態でサセプタＳを反応室６０から重量測定室７０に搬送しても良い。また、基板Ｗが分離された状態でサセプタＳを反応室６０から重量測定室７０に搬送しても良い。
【００２９】
また、ロボットアーム８４は、基板Ｗの反応室６０内への搬送及び反応室６０内からの搬出を行う。更に、ロボットアーム８４は、基板Ｗの気相成長装置１００内への搬送及び気相成長装置１００からの搬出を行っても良い。この場合、ロボットアーム８４は、基板Ｗをロードロック室８９から搬入又はロードロック室８９へ搬送しても良い。
【００３０】
なお搬送機構の構成は、ロボットアーム８４を用いた構成に限定されない。
【００３１】
制御機構９０は、記憶部９２と、判断部９４と、を有する。記憶部９２は、基板Ｗ上への成膜の前のサセプタＳの重量を保存する。判断部９４は、基板Ｗ上への成膜の前後のサセプタＳの重量変化に基づく判断を行う。
【００３２】
判断部９４は、例えば、電子回路である。制御機構９０及び判断部９４は、例えば、演算回路等のハードウェアとプログラム等のソフトウェアの組み合わせで構成されるコンピュータである。
【００３３】
記憶部９２は、例えば、記憶デバイスである。記憶デバイスは、例えば、半導体メモリ、又は、ハードディスクである。
【００３４】
図２は、実施形態の反応室６０及びサセプタＳの模式断面図である。図２（ａ）は、実施形態の反応室６０の模式断面図である。図２（ｂ）は、実施形態のサセプタＳの模式断面図である。
【００３５】
サセプタＳ上には基板Ｗが載置されている。基板Ｗ上に、ＳｉＣエピタキシャル膜を形成するための原料となる複数種類のガス（プロセスガス）を供給し、基板Ｗ上で気相成長反応をさせて成膜を行う。
【００３６】
反応室６０は、基板Ｗ上で気相成長をさせてＳｉＣエピタキシャル膜の成膜を行う成膜室として、チャンバ２を有する。
【００３７】
サセプタＳは、回転部４の上方に設けられている。サセプタＳは、開口部を有して構成されたリング状の形状を有する外周サセプタＳ１と、外周サセプタＳ１の内側に開口部を塞ぐように設けられた内部サセプタＳ２と、を有する。外周サセプタＳ１の内周側には座ぐりが設けられている。そして、この座ぐり内に基板Ｗの外周部を受け入れて支持する構造が設けられている。サセプタＳは、ＳｉＣ、ＴａＣを用いて構成されることが好ましい。あるいは、カーボンの表面にＴａＣを被覆してサセプタＳを構成してもよい。
【００３８】
なお、サセプタＳの構造は、図２（ｂ）に示すものに限定されない。例えば、内部サセプタＳ２を省略した構成であっても、外周サセプタＳ１と内部サセプタＳ２とを一体としてもよい。
【００３９】
回転部４は、円筒部１６と回転軸６を有している。回転部４では、円筒部１６の上部でサセプタＳを支持している。そして、回転軸６が図示しないモータによって回転することにより、円筒部１６を介してサセプタＳが回転する。こうして、サセプタＳの上に基板Ｗが載置された場合、その基板Ｗを回転させることができる。
【００４０】
円筒部１６は、上部が開口する構造を有し、上部が開放された構造である。円筒部１６内には、ヒータ（主ヒータ）１４が設けられている。ヒータ１４には、例えば不純物がドープされたカーボン（Ｃ）材で構成される抵抗加熱ヒータが用いられる。ヒータ１４は、回転軸６内に設けられた略円筒状の石英製のシャフト８の内部を通る電極（図示せず）によって給電され、基板Ｗをその裏面から加熱する。
【００４１】
また、円筒部１６内には、ヒータ１４による加熱を効率的に行うために、ヒータ１４の下方にリフレクタ１０が設けられている。リフレクタ１０は、カーボン、ＳｉＣ、又はＳｉＣを被覆したカーボンなどの耐熱性の高い材料を用いて構成される。また、リフレクタ１０の下方には断熱材１２が設けられており、ヒータ１４からの熱がシャフト８やその設置部分等に伝わることを防止することができ、加熱時のヒータ電力を抑制することもできる。
【００４２】
回転部４の内部には、サセプタＳの昇降手段として第１の突き上げピン１８が配置されている。第１の突き上げピン１８の下端は、シャフト８の下部に設けられた図示されない昇降装置まで伸びている。そして、その昇降装置を動作させて第１の突き上げピン１８を上昇又は下降させることができる。
【００４３】
第１の突き上げピン１８は、サセプタＳを反応室６０へ搬送する時と、サセプタＳを反応室６０外へ搬出する時に使用される。第１の突き上げピン１８はサセプタＳを下方から支持し、持ち上げる。そして、ロボットアーム８４との間でサセプタＳの受け渡しができるように、サセプタＳを回転部４上方の所定の位置で保持するように動作する。
【００４４】
なお、第１の突き上げピン１８により、サセプタＳに基板Ｗが載置された状態でサセプタＳが昇降されても良い。
【００４５】
第２の突き上げピン４２は、基板Ｗと内部サセプタＳ２とを、外周サセプタＳ１から分離する。なお、このように基板ＷとサセプタＳとを分離する分離機構は、必ずしも反応室６０内に設けられる必要はなく、気相成長装置１００内に設けられていればよい。
【００４６】
チャンバ２の下部には、余剰のプロセスガスや反応副生成物を含むガスを排出するための排気部２２が設けられている。排気部２２は、調整バルブ５６及び真空ポンプ５８からなる排気機構５４に接続されている。排気機構５４は、チャンバ２から排出されたガスを外部に排出し、チャンバ２内を所定の圧力に調整する。
【００４７】
また、チャンバ２内には、成膜処理が行われる成膜領域と、チャンバ２の側壁（内壁）２ａとを仕切る円筒型のライナ２４が設けられている。ライナ２４は、カーボン又はＳｉＣを被覆したカーボン、ＳｉＣなどの耐熱性の高い材料を用いて構成される。
【００４８】
ライナ２４と側壁２ａとの間には、基板Ｗを上方から加熱する補助ヒータ２６が設けられている。補助ヒータ２６は例えば抵抗加熱型のヒータである。また、補助ヒータ２６と側壁２ａとの間には断熱材２０が設けられており、補助ヒータ２６からの熱がチャンバ２に伝わることを防止する。このことにより、加熱時のヒータ電力を抑制することができる。
【００４９】
チャンバ２の上部には、熱効率を上げるために、ヒータ１４や補助ヒータ２６からの輻射を反射するリフレクタユニットＲＵ１、ＲＵ２が設けられている。リフレクタユニットＲＵ２はリフレクタユニットＲＵ１の下方に設けられている。
【００５０】
リフレクタユニットＲＵ１、ＲＵ２は、カーボン、ＳｉＣ、又はＳｉＣを被覆したカーボンを用いた薄板により構成されている。リフレクタユニットＲＵ１、ＲＵ２は１枚の薄板で構成してもよいし、複数枚の薄板を積層してもよい。
【００５１】
チャンバ２の上部には、ガス供給部３０が設けられている。ガス供給部３０は、ガス流路（ガスパイプ）３２、３４、３６を介して、成膜領域にパージガスやＳｉＣソースガス等のプロセスガスを供給する。例えば、ガス流路３２を介して基板Ｗ上にパージガスとしてのアルゴンガス又は水素ガスが供給される。また、ガス流路３４、３６を介して、基板Ｗ上にＳｉＣソースガスとしてシランガスやプロパンガスが供給される。なお図２（ａ）では、各ガスに対して１本のガス流路が設けられているが、複数のガス流路を設けてもよい。
【００５２】
なお、チャンバ２の上部には放射温度計（図示せず）が設けられ、基板Ｗの温度を測定することができる。この場合、チャンバ２の一部に図示しない石英ガラス窓を設け、石英ガラス窓を介して放射温度計で基板Ｗの温度を測定する。
【００５３】
図３は、実施形態の重量測定室７０の模式断面図である。
【００５４】
重量測定室７０は、重量測定機構７２と、サセプタガイド７４と、ベース７６と、取出部７８と、を有する。
【００５５】
ロボットアーム８４により重量測定室７０に搬送されたサセプタＳは、サセプタガイド７４上に載置される。サセプタガイド７４はベース７６上に設けられている。
【００５６】
ベース７６の下には重量測定機構７２が設けられている。重量測定機構７２は、サセプタＳの重量を測定する。重量測定機構７２は、例えば市販のロードセル又は秤である。重量測定室７０内部が大気圧未満の圧力下でサセプタＳの重量測定を行う場合、上述のロードセルは大気圧未満の圧力下で使用可能なものを用いる。
【００５７】
取出部７８は、開口部７８ａと蓋７８ｂを有している。開口部７８ａは、サセプタＳを重量測定室７０の外部に取り出すことが可能な大きさで、例えば重量測定室７０の上部又は側壁に設けられる。また、蓋７８ｂは、開口部７８ａを開閉するために設けられ、開状態でサセプタＳを外部に取り出すことでき、閉状態で重量測定室７０の内部を所定の圧力に保つことが可能である。
【００５８】
なお、第２のゲートバルブ８７を介して、ロボットアーム８４によりサセプタＳを重量測定室７０の外部に取り出しても良い。
【００５９】
重量測定室７０には、更に重量測定室７０内を大気圧にするための図示しないガス配管や、重量測定室７０内を真空引きするための図示しない真空ポンプが更に設けられていても良い。
【００６０】
図４は、本実施形態におけるサセプタの管理方法のフローチャートである。
【００６１】
まず、重量測定室７０で、重量測定機構７２を用いて、成膜前のサセプタＳの第１の重量を測定する（Ｓ１０）。測定された第１の重量は、記憶部９２に保存される。
【００６２】
次に、ロボットアーム８４を用いて、サセプタＳを反応室６０に搬送する（Ｓ１２）。
【００６３】
次に、ロボットアーム８４を用いて、基板Ｗを反応室６０に搬送する（Ｓ１４）。基板Ｗは、反応室６０内で、例えばロボットアーム８４を用いて、サセプタＳ上に載置される。
【００６４】
次に、反応室６０内で、基板Ｗ上に成膜を行う（Ｓ１６）。
【００６５】
次に、第２の突き上げピン４２を用いて基板ＷをサセプタＳから分離する（Ｓ１８）。
【００６６】
次に、ロボットアーム８４を用いて、成膜が行われた基板Ｗを、反応室６０外に搬送する（Ｓ２０）。
【００６７】
次に、サセプタＳの重量測定を行うかどうかを判断する（Ｓ２２）。例えば、前回測定時からの累積処理枚数や、累積堆積膜厚で判断する。重量測定を行わない場合には、他の基板を処理するかどうかを判断する（Ｓ２４）。他の基板を処理する場合、（Ｓ１４）に戻り、他の基板Ｗを反応室に搬送し（Ｓ１４）、成膜を行う（Ｓ１６）。他の基板を処理しない場合は、終了する。
【００６８】
（Ｓ２２）でサセプタＳの重量測定を行うと判断した場合は、サセプタＳを、反応室６０から重量測定室７０に搬送する（Ｓ２６）。
【００６９】
次に、成膜後のサセプタＳの第２の重量を測定する（Ｓ２８）。
【００７０】
次に、成膜の前後におけるサセプタＳの重量変化に基づく、サセプタＳの継続使用可能性の判断を行う（Ｓ３０）。この判断は、例えば、第２の重量と第１の重量の差分が、予め設定された閾値より大きいか否かの判断である。上述の閾値は、例えば記憶部９２に保存することができる。
【００７１】
なお、上述の判断は、判断部９４により行うことができる。
【００７２】
（Ｓ３０）で、例えば第２の重量と第１の重量の差分が、上述の閾値以下であるため、サセプタＳが使用可能であると判断された場合は、（Ｓ１２）に戻り、搬送機構８０を用いてサセプタＳを再度反応室６０に搬送する。このとき、他の基板Ｗを処理するかどうかの判断を行い、処理しない場合終了する、としてもよい。その後、他の基板Ｗを反応室に搬送し（Ｓ１４）、成膜を行う（Ｓ１６）。
【００７３】
一方、（Ｓ３０）で、例えば第２の重量と第１の重量の差分が、上述の閾値より大きいため、サセプタＳが使用不可能であると判断された場合は、サセプタＳを取り出す（Ｓ３２）。この場合、取出部７８を用いてサセプタＳを取り出すことができる。
【００７４】
なお、ロボットアーム８４を用いて基板Ｗが載置されたサセプタＳを重量測定室７０に搬送し、重量測定室７０で基板Ｗが載置されたままでサセプタＳの重量を測定しても良い。
【００７５】
以上詳述したように、本実施形態の気相成長装置１００では、サセプタＳを気相成長装置１００外に搬出することなく、サセプタＳの重量を測定することができる。
【００７６】
したがって、大気中の水分等が付着してサセプタＳの清浄度を低下させることがないため、ベーキング等による水分除去が不要となる。そのため、気相成長装置１００の稼働率を低下させることなく、サセプタＳ上に堆積した副生成物の重量の算出が可能となる。
【００７７】
そして、副生成物の重量を算出することにより、予め基板Ｗ上への成膜結果への影響を及ぼす副生成物の重量を評価しておくことにより、サセプタＳの交換時期を知ることが可能となる。
【００７８】
また、基板Ｗへの成膜不良の発生を抑制することが可能となるため、成膜の歩留まりを向上させることが可能となる。
【００７９】
また、重量測定機構７２を反応室６０内に設ける場合、基板Ｗの下にリフレクタ１０、ヒータ１４や断熱材１２が設けられている。このため、更に重量測定機構７２を設けて精度良くサセプタＳの重量を測定することは難しい。
【００８０】
本実施形態の気相成長装置１００では、重量測定機構７２を有する重量測定室７０は、反応室６０と別に設けられている。そのため、精度良くサセプタＳの重量を測定することが可能となる。
【００８１】
サセプタＳを重量測定室７０の外部に取り出す取出部７８を備えることにより、交換が必要となったサセプタＳを簡易に気相成長装置１００の外部に搬出することが可能となる。
【００８２】
成膜の前におけるサセプタの重量を記憶する記憶部９２と、成膜の前後におけるサセプタＳの重量変化に基づく判断を行う判断部９４と、を更に備えることにより、サセプタＳの交換時期を自動的に判断することが可能となる。
【００８３】
本実施形態の気相成長装置１００のサセプタＳの管理方法により、稼働率の向上が可能な気相成長装置１００のサセプタＳの管理方法の提供が可能となる。
【００８４】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。上述の実施形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、各実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもかまわない。
【００８５】
実施形態では、装置構成や製造方法等、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や製造方法等を適宜選択して用いることができる。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気相成長装置及び気相成長方法は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等物の範囲によって定義されるものである。
【符号の説明】
【００８６】
１８          第１の突き上げピン
４０          分離機構
６０          反応室
７０          重量測定室
７２          重量測定機構
７８          取出機構（蓋）
８２          搬送室
８４          ロボットアーム（搬送機構）
１００        気相成長装置
Ｓ            サセプタ
Ｓ１          外周サセプタ
Ｓ２          内部サセプタ
Ｗ            基板
【図１】
2018181932.tif 000003
【図２】
2018181932.tif 000004
【図３】
2018181932.tif 000005
【図４】
2018181932.tif 000006