(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
グローブボックスで基板をセットしたサセプタを反応炉で気相成長させ、成長済のサセプタを冷却してグローブボックスでウェハの取り出しを行う気相エピタキシャル成長方法において、反応炉とグローブボックスとの間に、サセプタを二つ以上収納できる冷却チャンバーを設け、第１のサセプタにセットした基板が反応炉内で気相成長している間に、グローブボックスで基板をセットした第２のサセプタを冷却チャンバーに搬送し、そこで次成長待ちとして待機させておき、前記第１のサセプタでの成長終了後、反応炉の成長済みの第１のサセプタと、冷却チャンバーの成長待ちの第２のサセプタとのサセプタ交換を行い、前記第２のサセプタでの成長中に、成長済みの前記第１のサセプタの冷却、ウェハ取り出し、基板のセットを行い、その第１のサセプタを再び冷却チャンバーに送って次成長待ちとして待機状態におくことを特徴とする気相エピタキシャル成長方法。
【請求項２】
請求項１記載の気相エピタキシャル成長方法において、前記冷却チャンバーに温度センサを設け、サセプタの温度が取り出し可能な温度まで低下したとき、前記冷却チャンバーからサセプタを取り出し前記グローブボックスに搬送することを特徴とする気相エピタキシャル成長方法。
【請求項３】
加熱した基板上に原料ガス、ドーピング原料及び希釈用ガスを供給し、基板上に半導体結晶を気相成長する気相エピタキシャル成長装置において、気相成長するための反応炉、搬送機構を有する搬送室、基板のセット・ウェハの取り出しを行うグローブボックス以外に、ガス置換による高純度下で成長前の基板をセットしたサセプタ、及び成長後の冷却中のウェハをセットしたサセプタを二つ以上保持できる冷却チャンバーを有することを特徴とする気相エピタキシャル成長装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、グローブボックスで基板をセットしたサセプタを反応炉で気相成長させ、成長後に冷却してグローブボックスでウェハ（成長済の基板）を取り出すようにした気相エピタキシャル成長方法とその装置、特にＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy ）法でサセプタを単位とした基板の連続した効率のよい成長サイクルを得る技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の気相エピタキシャル成長装置（ＭＯＶＰＥ装置）は、その概略を図４に示すように、大きく分けてグローブボックス１、搬送室２、反応炉３の三つのチャンバーで構成されている。図４中、矢印はサセプタの搬送経路を表す。
【０００３】
製造過程では、まずグローブボックス１で、半導体基板をウェハ支持台としてのサセプタにセットする。搬送室２には、旋回・前後走行してサセプタを搬送する機構（搬送アーム）があり、それによってサセプタを反応炉３に搬送し加熱する。加熱した基板上に原料ガス、ドーピング原料及び希釈用ガスを供給して半導体結晶を気相成長する。成長中、反応炉内でウェハ及びサセプタは非常に高温となるため、成長後サセプタの温度が下がるのを待ってからグローブボックス１に搬送する。そこで成長済みの基板（ウェハ）を取り出し、新しい基板をセットしてから再び反応炉に搬送し、成長する。このときサセプタは大気に晒されることはないが、グローブボックス１内の窒素雰囲気や、基板のセット・ウェハの取り出しを行うための手袋から発生するガスなどによる若干の汚染があるため、反応炉３に搬送する前に搬送室２でガス置換を行う。よって、常に反応炉３ではサセプタを高純度に保ったまま成長をすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＭＯＶＰＥ法では熱分解反応によって半導体結晶を気相成長するため、反応炉内でサセプタを非常に高温に加熱する必要がある。一方、ウェハの取り出しは、通常用いるウェハケース、ウェハ用ピンセットが高温では溶けてしまうため、サセプタを冷却しなければならない。従来では、基板のセットからウェハの取り出しまでが一連の作業であるから、この冷却時間などの成長外時間が成長から次成長までの１サイクルを長くし、スループット向上を妨げていた。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、サセプタを高純度に保ちつつ、成長後のウェハの冷却時間及びウェハ取り出し・基板セット時間を短縮し、または切り離し、スループットを向上させることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するため、本発明の気相エピタキシャル成長方法は、グローブボックスで基板をセットしたサセプタを反応炉で気相成長させ、成長済のサセプタを冷却してグローブボックスでウェハの取り出しを行う気相エピタキシャル成長方法において、反応炉とグローブボックスとの間に、サセプタを二つ以上収納できる冷却チャンバーを設け、第１のサセプタにセットした基板が反応炉内で気相成長している間に、グローブボックスで基板をセットした第２のサセプタを冷却チャンバーに搬送し、そこで次成長待ちとして待機させておき、前記第１のサセプタでの成長終了後、反応炉の成長済みの第１のサセプタと、冷却チャンバーの成長待ちの第２のサセプタとのサセプタ交換を行い、前記第２のサセプタでの成長中に、成長済みの前記第１のサセプタの冷却、基板取り出し、基板のセットのを行い、その第１のサセプタを再び冷却チャンバーに送って次成長待ちとして待機状態におくようにしたものである（請求項１）。
【０００７】
従来では基板のセットからウェハの取り出しまでが成長と一連の作業になっているが、本発明の方法によれば、「冷却」、「ウェハ取り出し」、「基板のセット」という三つの作業とその間の搬送については、一方のサセプタでの成長中に行うことが可能となり、一連の作業から切り離すことができる。そのため、実際の成長作業は、反応炉のサセプタを待機中のものと入れ替えるだけで次々と成長することができる。
【０００８】
この気相エピタキシャル成長方法においては、前記冷却チャンバーに温度センサを設け、サセプタの温度が取り出し可能な温度まで低下したとき、前記冷却チャンバーからサセプタを取り出し前記グローブボックスに搬送するのが好ましい（請求項２）。
【０００９】
（２）本発明の気相エピタキシャル成長装置は、加熱した基板上に原料ガス、ドーピング原料及び希釈用ガスを供給し、基板上に半導体結晶を気相成長する気相エピタキシャル成長装置において、気相成長するための反応炉、搬送機構を有する搬送室、基板のセット・ウェハの取り出しを行うグローブボックス以外に、ガス置換によって高純度に保ったまま成長前の基板をセットしたサセプタ、及び成長後の冷却中のウェハをセットしたサセプタを二つ以上保持できる冷却チャンバーを有する構成としたものである（請求項３）。
【００１０】
この冷却チャンバーを利用することにより、上記した成長方法を実施することが可能になり、２つのサセプタで交互に成長を行うことができる。即ち、新たに付加した高純度冷却チャンバーを、成長後のウェハの冷却待ちの場所として、また次成長基板をセットしたサセプタの成長待ちを行う場所として利用することで、二つのサセプタを平行に使用し、二つのサセプタで交互に成長を行う。一方の成長中にもう一方のサセプタで成長以外の作業を行うことができるので、気相エピタキシャル成長装置の成長回数を向上させることができる。
【００１１】
この気相エピタキシャル成長装置においては、主に化合物半導体結晶の気相成長を行う装置として構成する。
【００１２】
また、本発明の気相エピタキシャル成長装置において、前記冷却チャンバーは、次のように構成するのが好ましい。即ち、冷却チャンバーは、基板を支持するサセプタを二つ以上収納できる機構を持つ。冷却チャンバーは耐熱性の高い材質で作る。冷却チャンバーは外郭を水冷できる構造とする。冷却チャンバーは、真空引きライン、ガス配管、圧力計を有し、内部をガス置換することができる機能を備えたものとする。冷却チャンバーには内部にあるサセプタの温度がわかるように熱電対を設置する。冷却チャンバーには外から内部を監視することができる監視窓を取り付ける。冷却チャンバーには出し入れ扉（ハッチ）を設けて、そこからサセプタの入れ替えと、チャンバー内部の掃除が容易にできるようにする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【００１４】
図１に示すように、基板のセット・ウェハの取り出しを行うグローブボックス１、搬送機構を有する搬送室２、気相成長するための反応炉３という従来の三つのチャンバーに加えて、ガス置換による高純度下で成長前の基板をセットしたサセプタ、及び成長後の冷却中のウェハをセットしたサセプタを保持するための高純度冷却チャンバー（冷却室）４を設ける。この実施形態の場合、横方向に直線的にグローブボックス１、搬送室２及び冷却チャンバー４の３つが配置され、搬送室２に対して反応炉が全体としてＴ字状になるように配置された形となっている。
【００１５】
この高純度冷却チャンバー４は、成長後で高温になっているサセプタを収納可能にするため耐熱性の材料でできており、更に外郭は水冷されている。また、冷却チャンバー４内のサセプタの温度がすぐにわかるように温度センサとして熱電対を設置してある。更にまた、冷却チャンバー４内の雰囲気を高純度に保つため、真空引きライン、ガス配管、圧力計を設け、ガス置換ができるようにしてある。なお、冷却チャンバー４内には不純ガスの発生源を持たない。
【００１６】
また、冷却チャンバー４内にはサセプタを二つ以上収納できる機構を設けてあり、これによって高純度化した二つのサセプタを大気に晒すことなく、高純度に保ったまま二つ交互に成長できるようにしてある。
【００１７】
本実施例では、上記の新たに付加した高純度冷却チャンバー４を、(i) 成長後のウェハの冷却待ちの場所として、また(ii)次成長基板をセットしたサセプタの成長待ちを行う場所として利用し、二つのサセプタを平行に使用する。即ち、二つのサセプタで交互に成長を行うことによって、一方の成長中にもう一方のサセプタで成長以外の作業を行う。
【００１８】
図１において、矢印はサセプタの搬送経路を表し、点線矢印で示した搬送と、点線で囲った作業が一方のサセプタでの成長中の裏作業となる。全ては装置内での搬送のため大気に晒されることがなく、しかも搬送室、冷却チャンバーではガス置換が可能なため常に高純度に保つことができる。
【００１９】
具体的な成長作業の動作課程（サセプタの搬送課程）を述べる（図１及び図２参照）。
【００２０】
一つのサセプタ（第１のサセプタＡ）にセットされた基板が反応炉３内で気相成長している間に、グローブボックス１でもう一方のサセプタ（第２のサセプタＢ）に基板をセットしてから冷却チャンバー４に搬送し、そこで次成長待ちとして待機させておく。そして第１のサセプタＡでの成長が終了したら、成長済みの第１のサセプタＡを反応炉３から冷却チャンバー４に送り（このとき一時的に冷却チャンバーの中にサセプタが二つ存在することになる）、成長待ちの第２のサセプタＢを冷却チャンバー４から反応炉３に送る。この反応炉から冷却チャンバーへの搬送と、冷却チャンバーから反応炉への搬送は連続動作で、本明細書においてはこれを「サセプタ交換」と呼ぶ。
【００２１】
そして、第２のサセプタＢでの成長中に、成長済みの第１のサセプタＡは「冷却」、「ウェハ取り出し」、「基板のセット」を行った後、再び冷却チャンバー４に送って次成長待ちの待機状態となる。
【００２２】
つまり、図２に示すように、従来の成長装置では基板のセットからウェハの取り出しまでが成長と一連の作業になっていたものが、本実施形態の成長装置では「冷却」、「ウェハ取り出し」、「基板のセット」という三つの作業とその間の搬送について、一方のサセプタでの成長中に行うことが可能となり、一連の作業から切り離される。そのため実際の成長作業は、反応炉のサセプタを入れ替えるだけで次々と成長することができる。しかも装置外に出ることはなく、ガス置換が可能なため常に高純度に保ったまま作業ができる。
【００２３】
本実施形態の場合、高純度化した二つのサセプタを大気に晒すことなく、高純度に保ったままサセプタを二つ交互に成長できるようになり、成長回数が従来の約ｌ．４倍に向上した。
【００２４】
なお、本発明の最適条件について吟味すれば、本発明の冷却チャンバーは成長後で高温になっているサセプタを収納するため、耐熱性の材質でなければならない。更に、冷却チャンバーは外郭を水冷しており、熱対策として有効である。また、サセプタの搬送においてサセプタ交換を行うとき、一時的にサセプタが二つとも冷却チャンバーに存在することがあるため、冷却チャンバーは二つ以上のサセプタを収納できなければならない。そして、冷却中のサセプタをグローブボックスに搬送してウェハを取り出しても大丈夫かどうかを知るには、冷却チャンバーの中のサセプタの温度が判断基準となるため、サセプタの温度がわかるような熱電対の設置が不可欠である。
【００２５】
上記実施形態では、従来の形に冷却チャンバー４を付加する形で、グローブボックス１、搬送室２、反応炉３及び冷却チャンバー４を全体としてＴ字状に配置した。しかし、本発明はこの配置形態に限定されるものではなく、冷却チャンバー４は、「成長」と「ウェハの取り出し」の間、つまりグローブボックス１と反応炉３の間にあればよい。よって、冷却チャンバー、グローブボックス、搬送室、反応炉の四つのチャンバーのレイアウトは図３のような変形が考えられる。
【００２６】
即ち、図３（ａ）に示すものは、冷却チャンバー４、搬送室２及び反応炉３を直線的に配置し、搬送室２に対して全体としてＴ字状になるようにグローブボックス１を配置した形態例である。図３（ｂ）に示すものは、グローブボックス１、冷却チャンバー４及び搬送室２を直線的に配置し、搬送室２に対して全体として上下反転形Ｌ字状になるように反応炉３を配置した形態例である。そして、図３（ｃ）に示すものは、グローブボックス１、搬送室２、冷却チャンバー４及び反応炉３を直線的に配置した形態例である。
【００２７】
また、上記実施形態では搬送室２を別個に設けたが、搬送室２を冷却チャンバー兼用とすることも可能である。この場合は、装置全体のコンパクト化を図ることができる。
【００２８】
また、取り扱う基板は必ずしも同一サイズのもの、例えば双方４インチ（又は３インチ）である必要はなく、一方のサセプタのみ３インチ（または４インチ）に切り替えて、従来装置と同様の搬送で成長することもできる。即ち、３インチ製品と４インチ製品を交互に成長することもできる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。
【００３０】
（１）請求項１又は２に記載の気相エピタキシャル成長方法によれば、第１のサセプタにセットした基板が反応炉内で気相成長している間に、グローブボックスで基板をセットした第２のサセプタを冷却チャンバーに搬送して、そこで次成長待ちとして待機させておき、前記第１のサセプタでの成長終了後、反応炉の成長済みの第１のサセプタと、冷却チャンバーの成長待ちの第２のサセプタとのサセプタ交換を行い、そして前記第２のサセプタでの成長中に、成長済みの前記第１のサセプタの冷却、ウェハ取り出し・基板のセットを行い、その第１のサセプタを再び冷却チャンバーに送って次成長待ちとして待機状態におく。即ち、従来では基板のセットからウェハの取り出しまでが成長と一連の作業になっていたが、本発明の方法によれば、「冷却」、「ウェハ取り出し」、「基板のセット」という三つの作業とその間の搬送とについては、一方のサセプタでの成長中に行うので、一連の作業から切り離すことができる。そのため、実際の成長作業は、反応炉のサセプタを入れ替えるだけで次々と成長することができる。
【００３１】
（２）請求項３に記載の気相エピタキシャル成長装置によれば、反応炉、搬送室、グローブボックスという三つのチャンバー以外に、ガス置換による高純度下で成長後の冷却中のウェハがセットされたサセプタ、及び成長前の基板を支持するサセプタを二つ以上保持できる冷却チャンバーを設けたので、該冷却チャンバーを、成長後のウェハの冷却待ちの場所として、また次成長基板をセットしたサセプタの成長待ちを行う場所として利用することにより、二つのサセプタで交互に成長を行うことが可能となる。従って、従来成長では成長と一連の作業であった「冷却」、「ウェハ取り出し」、「基板のセット」という三つの成長外作業とその間の搬送を、一方のサセプタでの成長中の裏作業として高純度のまま行うことができるようになり、気相エピタキシャル成長装置の成長回数を従来より向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るＭＯＶＰＥ装置の概略平面図である。
【図２】本発明のＭＯＶＰＥ装置の作業フローを従来と比較して示した図である。
【図３】本発明のＭＯＶＰＥ装置において、冷却チャンバーを装置のどこに配置するかのレイアウト例を示した平面図である。
【図４】従来のＭＯＶＰＥ装置の概略平面図である。
【符号の説明】
１  グローブボックス
２  搬送室
３  反応炉
４  冷却チャンバー
【図１】
0003873498.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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