(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ取扱室（ＷＨＣ）、プロセス室（ＰＣ）及びこれらの２つの室を接続するゲートバルブ（ＧＶ）を備えたエピタキシー反応器内の圧力を調整する際に、前記のウェハ取扱室を連続的に不活性ガスで洗浄し、かつ吸引ポンプとしてのガスジェットベンチレータが前記ウェハ取扱室から不活性ガスを吸引し、その際、前記ガスジェットベンチレータの吸引出力は制御ユニット（ＳｔＥ）により調整される調整弁（ＲＶ）を用いて調節される不活性ガス流（ＩＧ）によって決定される、エピタキシー反応器内の圧力を調整する方法において、ウェハ取扱室とプロセス室との間の差圧を測定し、それから生じる測定信号をウェハ取扱室内の圧力の調整のために調整回路で使用し、この差圧が予め設定した値を上回る場合に、前記ガスジェットベンチレータの出力を高め、それによりウェハ取扱室内の圧力を低下させ、この差圧が予め設定した値を下回る場合に、前記ガスジェットベンチレータの出力を低め、それによりウェハ取扱室内の圧力を上昇させ、その際、圧力（ウェハ取扱室）−圧力（プロセス室）として定義される予め設定された差圧は５〜５００Ｐａの間にあることを特徴とする、エピタキシー反応器内の圧力を調整する方法。
【請求項２】
予め設定された差圧は１０〜１００Ｐａの間にある、請求項１記載の方法。
【請求項３】
吸引ポンプにより供給されるガス流を後方に配置された制限弁（ＢＶ）により制限する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
ウェハ取扱室（ＷＨＣ）から排出された廃ガスの一部はバイパス（ＢＰ）を経由して吸引ポンプを迂回する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
ウェハ取扱室（ＷＨＣ）、プロセス室（ＰＣ）、これらの２つの室を接続するゲートバルブ（ＧＶ）及びそれぞれ２つの室のためのそれぞれのガス供給管及びガス排出管を有するエピタキシー反応器内の圧力を調整する装置において、室間の差圧を測定するための少なくとも１つの圧力測定器と、ウェハ取扱室内の圧力を調整するための制御ユニット（ＳｔＥ）と、ガスジェットベンチレータとを有し、前記ガスジェットベンチレータの吸引出力は、制御ユニット（ＳｔＥ）により調整された調整弁（ＲＶ）を用いて調節された不活性ガス流（ＩＧ）によって決定され、かつ前記ガスジェットベンチレータはウェハ取扱室から排出される廃ガス流の大きさを決定することを特徴とする、エピタキシー反応器内の圧力を調整する装置。
【請求項６】
ガスジェットベンチレータ（ＧＳＶ）の後方に配置された制限弁（ＢＶ）及びバイパス（ＢＰ）を有し、前記の制限弁は吸引ポンプにより供給されるガス流を制限し、前記のバイパスを介してウェハ取扱室（ＷＨＣ）から排出された廃ガスの一部は吸引ポンプ及び制限弁（ＢＶ）を迂回する、請求項５記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エピタキシー反応器のウェハ取扱室及びプロセス室の間の差圧を調整するための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エピタキシー反応器は単結晶材料上にエピタキシャル層を製造するために、たとえば半導体ウェハ、特にシリコンウェハ（wafer）のエピタキシャル成膜のために使用される。この場合、反応媒体、一般に反応ガスを被覆すべき表面上に反応させ、たいていガス状の副生成物を生成させながらさらに単結晶の材料を堆積させる。
【０００３】
この場合、使用されるエピタキシー反応器は、主にウェハ取扱室（wafer-handling-chamber, ＷＨＣ）、プロセス室（process chamber, ＰＣ）及びガス供給システムからなる。このウェハ取扱室はこの場合プロセス室と周辺環境、一般にクリーンルームとの間の接続部である。ウェハ取扱室はクリーンに維持するために連続的に不活性ガス、たとえば窒素で洗浄される。
【０００４】
エピタキシャル成膜する材料、たとえば半導体ウェハは、クリーンルームからゲートを経由してウェハ取扱室内に導入され、そこで、場合により中間貯蔵され、一般に個々にロボットアームを用いてゲートバルブ（ＧＶ）を通過してプロセス室内へ搬送される。その後、ゲートバルブは閉鎖され、エピタキシャル成膜が実施される。エピタキシャルプロセスの間に多様なガス、少なくともキャリアガス及び反応ガスが、ガス供給部を介して案内され、層流の形で高温で半導体ウェハの上方に供給され、その際、反応ガスはウェハ表面と反応する。過剰量のガス及びガス状の副生成物は廃ガス導管（exhaust）及び廃ガス洗浄器を介して排出される。
【０００５】
プロセスの完了後に、ゲートバルブは再び開放され、ウェハはウェハ取扱室内へ搬送して戻され、なお未処理のウェハと交換される。
【０００６】
エピタキシャル成膜した半導体ウェハの品質に対する決定的なファクタは、ウェハ上に沈着する粒子の数である。この粒子数の減少のためには、たとえばウェハ取扱室の底部に存在する不活性粒子を活性化してしまうガス渦流又は圧力変動を生じさせないことが特に重要である。
【０００７】
ウェハをウェハ取扱室からプロセス室内へ搬送する際に、これらの２つの室の間の接続部のゲートバルブを開放しなければならない。ゲートバルブの開放の前に両方の室がほぼ同じ圧力水準であることが重要である、そうでないと急激な圧力補償により粒子が巻き上げられかねないためである。
【０００８】
他方で、ウェハ取扱室中の圧力は、常にプロセス室中の圧力よりもいくらか高く維持する必要があり、それによりゲートバルブの開放時にプロセス室の方向へ向かう軽度な流動が生じる。それによりプロセス室のガス排出部から材料（ガス又は粒子）がプロセス室内へ戻るか又はプロセス室からウェハ取扱室中へ移動するのを抑制する。
【０００９】
ウェハ取扱室は問題なく一定の圧力に維持することができるが、プロセス室内の圧力状態は時間的に著しい変化に曝される。このことは、廃ガス管の確保又は廃ガス洗浄器の状態での変化によって引き起こされる。
【００１０】
ウェハ室は、ウェハ取扱室の圧力が常にプロセス室内の変化する圧力よりも高くなる程度に高い一定の圧力に保持することができる。たとえば不活性ガスを一定に流入させる場合に背圧調整装置（backpressure regulator）によりウェハ取扱室から不活性ガスの排出を、ウェハ取扱室内の圧力が一定に維持されるように調節することができる。しかしながら、このいわゆる動圧調整（Staudruckregelung）は、プロセス室中の圧力がちょうど低い場合に、著しい圧力変動を引き起こし、それによりゲートバルブの開放時に渦流を引き起こす。別の欠点はこの系の大きな慣性にあり、その結果、僅かな圧力差でも短時間に補償される。同様の欠点は、供給システムの能力を上回る不活性ガスのウェハ取扱室への流入の調整でもある。
【００１１】
市販のエピタキシー反応器の場合には、この問題をウェハ取扱室とプロセス室との間で弁を用いて開放すべき補償管により解決することを試みた。このウェハ取扱室は上記したように比較的高い一定の圧力をかけることができ、この圧力はプロセス室の変動する圧力を上回る。バルブゲートを開放する前に、補償管の弁が開放されるため、２つの室の圧力は調整されて等しくされる。しかしながら、それにより補償管内では比較的高いガス流が生じ、それに関連する粒子の活性化の危険を伴う渦流を生じさせる。さらに、この導管及び弁は、ガス流を制限し、それにより渦流を回避するためには極めて小さく構成されており、相対的な慣性機能を生じる。さらに、補償管を開放した場合に、プロセス室からウェハ取扱室内への逆流も可能であり、これは上記したようにいずれにせよ抑制すべきである。
【００１２】
さらに公知の解決手段は、バルブゲートを開放する直前にウェハ取扱室を調整された不活性ガス洗浄によって付加的に圧力をかけ、プロセス室からウェハ取扱室内へのガス流の発生を抑制することである。それによりウェハ取扱室はプロセスの最も多くの時間の間に低圧に維持することができる。この方法は動圧調整とは反対に、不活性ガスを排出弁を通して排出することを可能にし、それにより粒子はウェハ取扱室から妨げなく排出することができる。しかしながらこの方法でもバルブゲートの開放及び閉鎖の間に著しい圧力変動が生じてしまう。従って粒子の活性化は抑制できない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の根底をなす課題は、プロセス室内の圧力変動にもかかわらずバルブゲートの開放時にウェハ取扱室の廃ガス系からのガスの逆流並びにプロセス室からウェハ取扱室へのガスの逆流が生じないことが保証されるシステムを提供することであった。同時に、一時的であっても、ゲートバルブの開放時に著しい乱流を生じさせ、それにより粒子の活性化を生じる２つの室間の高い差圧を抑制するのが好ましい。他の要求はこのシステムの僅かな慣性及びゲートバルブの閉鎖時の２つの室の完全な分離であった。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記の課題は、ウェハ取扱室ＷＨＣ、プロセス室ＰＣ及び２つの室を接続するゲートバルブＧＶを備え、その際、ウェハ取扱室は連続的に不活性ガスで洗浄されるエピタキシー反応器内の圧力を調整する方法において、ウェハ取扱室とプロセス室との間の差圧を測定し、その測定から生じた測定信号をウェハ取扱室内の圧力の調整のために調整回路で使用し、この差圧が予め設定した値を上回る場合にウェハ取扱室の圧力を低下させ、この差圧が予め設定した値を下回る場合にウェハ取扱室の圧力を上昇させ、この圧力（ＷＨＣ）−圧力（ＰＣ）として定義される予め設定した圧力差は５〜５００Ｐａの間にあることを特徴とするエピタキシー反応器内の圧力を調整する方法により解決される。
【００１５】
この本発明による方法は、ウェハ取扱室とプロセス室との間で一定の差圧を維持することを可能にする。この差圧はプロセス室内で圧力が変動する際でも調整により常に一定に維持されるため、ウェハ取扱室内の高い過圧は行われない。従って、差圧の基準値はプロセス室内で生じる圧力状況に依存して、本発明の場合に５〜５００Ｐａ、有利に１０〜１００Ｐａの間に規定される。この規定された僅かな差圧はゲートバルブの開放時にウェハ取扱室からプロセス室方向の軽度なガス流を保証し、それにより逆方向の流動は抑制される。差圧が極めて小さいため、ゲートバルブの開放時のガス乱流により粒子活性化される危険を最小限にする。この条件下で２つの室間の補償管は必要とされない。この室は、ゲートバルブが閉鎖されている限り、常に分離されたままである。本発明による差圧安定化は比較的広い圧力範囲にわたり可能である。
【００１６】
同様に、本発明の根底をなす課題は、ウェハ取扱室（ＷＨＣ）、プロセス室（ＰＣ）、２つの室を接続するゲートバルブ（ＧＶ）及びそれぞれ２つの室のためのそれぞれのガス供給管及びガス排出管を備えたエピタキシー反応器内での圧力を調整する装置において、室間の差圧を測定するための少なくとも１つの圧力測定装置及びウェハ取扱室中の圧力を調整するための制御ユニット（ＳｔＥ）を有することを特徴とする、エピタキシー反応器内での圧力を調整する装置。
【００１７】
次に、本発明の有利な実施態様を図面を用いて詳説する。
【００１８】
図１は、エピタキシー反応器のウェハ取扱室及びプロセス室の間の差圧を調整するための本発明の調整回路の原理的な略図を示す。
【００１９】
図２は、ウェハ取扱室中で定圧でのエピタキシープロセスの間のエピタキシー反応器のウェハ取扱室とプロセス室との間の差圧の時間的推移を示す。
【００２０】
図３は、本発明による差圧調整を使用したエピタキシープロセスの間のエピタキシャル反応器のウェハ取扱室とプロセス室との間の差圧の時間的推移を示す。
【００２１】
本発明による調整方法の基本は、ウェハ取扱室ＷＨＣとプロセス室ＰＣとの間の差圧の測定である。原則として、２つの室内の圧力は２つの任意の独立した圧力測定装置で測定され、引き続きこの圧力差を計算して測定する。
【００２２】
しかしながら、図１から明らかなように、市販の差圧センサＤＤＡを使用するのが有利である。基準圧力としてプロセス室ＰＣ中に存在する圧力が設定される。廃ガス導管ＥＩＩ内ではプロセス室内と同じ圧力であるため、この図面中に示したようにこの圧力を基準圧力として参照することもできる。第２の圧力測定接続部にはウェハ取扱室ＷＨＣ中に存在する圧力が設定される。この差圧センサは有利に差圧に対応した電気信号を生じ、この電気信号は有利にその前方に配置された増幅器により増幅され、引き続き制御ユニットＳｔＥに伝達される。
【００２３】
この制御ユニットは、差圧センサ又は独立した圧力測定装置から得られた信号を評価し、予め設定した基準差圧に対応する設定された値と比較する。この制御ユニットは最終的にウェハ取扱室内の圧力を調整し、差圧が予め設定された値を上回る場合にウェハ取扱室内の圧力を低下させ、差圧が予め設定された値を下回る場合にウェハ取扱室内の圧力を上昇させる。この場合、差圧は圧力（ＷＨＣ）−圧力（ＰＣ）として定義される。
【００２４】
ウェハ取扱室内の圧力は本発明において、有利に一定の、調整されない不活性ガス供給の際に、廃ガス排出の制御により一定に維持される。この場合、制御ユニットは吸引ポンプの出力を調整し、予め設定された基準差圧に対応するウェハ取扱室内の圧力を調整する。
【００２５】
特に、ベンチュリ原理により運転するガスジェットベンチレータＧＳＶを使用するのが有利である。この吸引出力は調整された不活性ガス流ＩＧ、有利に調整された窒素流によって調節される。
【００２６】
測定された差圧の実測値が下方に逸脱する場合には、制御ユニットが調整弁ＲＶに信号を送り、調整弁を通過する不活性ガス流量を減少させ、それによりガスジェットベンチレータＧＳＶの吸引出力を減少させる。それによりウェハ取扱室内の圧力は上昇する。測定された差圧実測値が大きすぎる場合には、調整弁を通過する不活性ガス流を高め、それによりガスジェットベンチレータの吸引出力を高める。この調整システムの高い反応速度は、有利に大きなガスジェットベンチレータによって達成される。必要な場合には、１秒間に大量の不活性ガスをウェハ取扱室から排出することもできる。
【００２７】
ウェハ取扱室の廃ガス導管ＥＩ内でガスジェットベンチレータＧＳＶの後方に、可変の動圧を保証する制限弁ＢＶを取り付けるのが有利である。この制限弁はたとえばボール弁として構成される。この弁により、ガスジェットベンチレータの背圧を変更し、それによりこのシステムの最適化のための付加的自由度が生じる。最適なパラメータの組合せが探し出し、さらなる経過において一定に保持するのが有利である。これは制限弁にも通用する。
【００２８】
さらに、本発明の範囲内で、ガスジェットベンチレータＧＳＶ及び制限弁ＢＶを迂回するバイパスＢＰを取り付けるのが有利である。バイパスの容量は有利に弁、たとえばボール弁によって調整される。このバイパスは、ウェハ取扱室から廃ガス導管ＥＩへの定常の不活性ガス排出を保証し、それによりガスジェットベンチレータの限界のない反応を可能にするために利用される。このバイパスによって、制限弁によるのと同様に、システムの最適化のための付加的な自由度が得られる。最適化の達成後に、バイパスの容量は有利に一定に維持される。さらにこのバイパスにより、極めて僅かな出力が必要な場合でもガスジェットベンチレータはスイッチオフされない。ガスジェットベンチレータのスイッチオフは急激な圧力変動を引き起こしかねないためである。
【００２９】
本発明により、極めて短時間であるが、有利に連続的に測定、評価及び圧力調整が行われる。この循環プロセスは極めて迅速にプロセス室内の圧力変動に応答し、ウェハ取扱室内の圧力をプロセス室内の変動に動的に適合させる。それにより、ウェハ取扱室とプロセス室との間の一定の差圧が達成される。
【００３０】
【実施例】
本発明による圧力調整の効果を次に実施例及び比較例を用いて明らかにする。
【００３１】
比較例１
ウェハ取扱室は周囲環境に対して約２．０ｋＰａの一定の過圧に調整される。この圧力は慣用の背圧調整装置によって安定化される。図２は、典型的なエピタキシープロセスの間の、ウェハ取扱室ＷＨＣとプロセス室ＰＣとの間の差圧Δｐ＝ｐＷＨＣ−ｐＰＣの時間的推移（時間ｔは秒で表す）を示す。この差圧は約１．２ｋＰａに上昇し、半導体ウェハをウェハ取扱室からプロセス室内へ搬送するためにゲートバルブが開放される。ここで約０ｋＰａまで不所望な圧力衝撃が生じ、粒子の活性化が起きる。短時間後にゲートバルブは再び閉鎖され、半導体ウェハはエピタキシャル成膜のためにプロセス室内に存在する。エピタキシープロセスの間の差圧は約０．３６ｋＰａである。この室から半導体ウェハを取り出す際に次の工程が繰り返される：差圧が上昇し、半導体ウェハの取り出しのためにゲートバルブを開放し、その際、再び圧力衝撃が生じる。引き続きゲートバルブを閉鎖し、プロセス室は次の半導体ウェハのために準備する。
【００３２】
例１
比較例１と同様のエピタキシープロセスを実施するが、ウェハ取扱室内の圧力は本発明により差圧測定、測定ユニット及びガスジェットベンチレータを用いて調整した。ウェハ取扱室とプロセス室との間の予め設定した基準差圧は５０Ｐａである。図３に示すように、この値はゲートバルブが閉鎖している限り比較的僅かな変動で維持される。さらにゲートバルブの開放及び閉鎖が明らかに確認された場合でも、全体のプロセスにわたり約０．３ｋＰａの最大差圧を上回らない。従って、ゲートバルブの開放時の最大差圧及び圧力衝撃は比較例１の方法と比較して１／４に減少する。この結果は、周囲環境と比較して負圧である限り、ほとんどプロセス室中の圧力とは（ひいては廃ガスシステム、たとえば廃ガス洗浄装置の状態とは）無関係である。これは通常のエピタキシャルプロセスの圧力状態に一致する。
【００３３】
原則として、本発明によるシステムは、ウェハ取扱室とプロセス室との間の差圧を調整するためにウェハ取扱室の圧力の代わりにプロセス室の圧力を調整するように使用することができる。しかしながらプロセス室内の圧力は、たとえばエピタキシャル成膜のプロセス実施により多様な基準値に曝されるため、強制的に外部からの影響に曝されないウェハ取扱室の圧力をプロエス室の圧力に合わせるのが有利である。
【００３４】
本発明による方法及び本発明による装置は、たとえば半導体ウェハ、たとえばシリコンウェハのエピタキシャル成膜に用いられるエピタキシー反応器中に使用することができる。しかしながら、本発明による方法及び装置は、一般に２つの隔絶していない室又は容器間で一定の圧力を調整すべきような全ての場合に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エピタキシー反応器のウェハ取扱室及びプロセス室の間の差圧を調整するための本発明の調整回路の原理的な略図
【図２】ウェハ取扱室中で定圧でのエピタキシープロセスの間のエピタキシー反応器のウェハ取扱室とプロセス室との間の差圧の時間的推移をグラフで示す図
【図３】本発明による差圧調整を使用したエピタキシープロセスの間のエピタキシャル反応器のウェハ取扱室とプロセス室との間の差圧の時間的推移をグラフで示す図
【図１】
0004131672.tif 000002
【図２】
0004131672.tif 000003
【図３】
0004131672.tif 000004