基板処理装置
【課題】従来のガスノズルの固定構造においては、ガス供給ポートへの接続に際し、ガスノズルの破損のリスクがあり、ノズルの位置、方向の調整に時間を要していたため、ガスノズルの破損のリスクの低減、ノズルの調整の簡略化という課題があった。
【解決手段】
マニホールドの上面の処理室内側に設けられ、前記ノズル固定プレートを介し、マニホールドを貫通して前記処理室外に延在するガス供給ポートとを有し、前記ガス供給ノズルは前記ノズル固定プレートに嵌合して支持されるガス供給ノズル構造。
【解決手段】
マニホールドの上面の処理室内側に設けられ、前記ノズル固定プレートを介し、マニホールドを貫通して前記処理室外に延在するガス供給ポートとを有し、前記ガス供給ノズルは前記ノズル固定プレートに嵌合して支持されるガス供給ノズル構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、基板を処理する基板処理装置、半導体デバイスの製造方法及び基板の製造方法、特に炭化ケイ素(以下、SiCとする)エピタキシャル膜を基板上に成膜する工程を有する基板処理装置、半導体デバイスの製造方法及び基板製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
SiCは、特にパワーデバイス用素子材料として注目されている。一方で、SiCはシリコン(以下Siとする)に比べて結晶基板やデバイスの作製が難しいことが知られている。
【0003】
一方で、SiCを用いてデバイスを作製する場合は、SiC基板の上にSiCエピタキシャル膜を形成したウェーハを用いる。このSiC基板上にSiCエピタキシャル膜を形成するSiCエピタキシャル成長装置の一例として特許文献1がある。
【0004】
特許文献1には、複数枚の基板を縦方向に積層して一括して処理する縦型構造のSiCエピタキシャル成長装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2011−3885号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
従来のガスノズルの固定構造においては、ガス供給ポートへの接続に際し、ガスノズルの破損のリスクがあり、ノズルの位置、方向の調整に時間を要していたため、ガスノズルの破損のリスクの低減、ノズルの調整の簡略化という課題があった。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、基板を積層して収納する処理室と、該処理室内を所望の温度迄加熱する加熱手段と、前記処理室に所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内を排気する排気手段とを具備し、前記ガス供給手段は、前記基板の積層方向に立設されたガス供給ノズルと、該ガス供給ノズルを支持するノズル固定プレートと、前記処理室の下部を形成するマニホールドとを有し、前記ノズル固定プレートは、前記マニホールドの上面の処理室内側に設けられ、前記ノズル固定プレートを介し、マニホールドを貫通して前記処理室外に延在するガス供給ポートとを有し、前記ガス供給ノズルは前記ノズル固定プレートに嵌合して支持されることを特徴とする基板処理装置に係るものである。
【0008】
また本発明は、前記ガス供給ノズルの側面にはノズル位置固定用の凸部を有し、前記ノズル固定プレートには前記凸部と嵌合する凹部を設けることを特徴とした請求項1記載の基板処理装置に係るものである。
【発明の効果】
【0009】
本発明により、簡単な構造によって、ノズルの破損の可能性も低く、ノズル調整の簡易なガス供給ノズルの設置構造が実現できるという効果が生じる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明が適用される半導体製造装置の斜視図である。
【図2】従来技術の処理炉の側面断面図である。
【図3】本発明が適用される処理炉の平面断面図である。
【図4】本発明が適用される半導体製造装置のガス供給ユニットを説明する図である。
【図5】本発明が適用される半導体製造装置の制御構成を示すブロック図である。
【図6】本発明が適用される半導体製造装置の処理炉及びその周辺構造の概略断面図である。
【図7】本発明が適用される処理炉の側面断面図である。
【図8】従来技術のノズル配置の概略断面図である。
【図9】従来技術のノズルの差込方法を示すノズルの概略断面図である。
【図10】本発明が適用されるノズルの差込方法を示すノズル部分の概略断面図である。
【図11】本発明が適用されるノズルの差込方法を示すノズル部分の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態では、基板処理装置の一例であるSiCエピタキシャル成長装置における、高さ方向にSiCウェーハを並べる、所謂バッチ式縦型SiCエピタキシャル成長装置で説明する。なお、バッチ式縦型SiCエピタキシャル成長装置とすることで、一度に処理できるSiCウェーハの数が多くなりスループットが向上する。
【0012】
<全体構成>
先ず、図1に於いて、本発明の第1の実施形態に於けるSiCエピタキシャル膜を成膜する基板処理装置、および、半導体デバイスの製造工程の一つであるSiCエピタキシャル膜を成膜する基板の製造方法について説明する。
【0013】
基板処理装置(成膜装置)としての半導体製造装置10は、バッチ式縦型熱処理装置であり、主要部が配置される筐体12を有する。前記半導体製造装置10には、例えばSiC等で構成された基板としてのウェーハ14(図2参照)を収納する基板収容器として、フープ(以下、ポッドと称す)16がウェーハキャリアとして使用される。前記筐体12の正面側には、ポッドステージ18が配置されており、該ポッドステージ18にポッド16が搬送される。ポッド16には、例えば25枚のウェーハ14が収納され、蓋が閉じられた状態で前記ポッドステージ18にセットされる。
【0014】
前記筐体12内の正面であって、前記ポッドステージ18に対向する位置には、ポッド搬送装置20が配置されている。又、該ポッド搬送装置20の近傍にはポッド収納棚22、ポッドオープナ24及び基板枚数検知器26が配置されている。前記ポッド収納棚22は前記ポッドオープナ24の上方に配置され、ポッド16を複数個載置した状態で保持する様に構成されている。前記基板枚数検知器26は、前記ポッドオープナ24に隣接して配置され、前記ポッド搬送装置20は前記ポッドステージ18と前記ポッド収納棚22と前記ポッドオープナ24との間でポッド16を搬送する。前記ポッドオープナ24はポッド16の蓋を開けるものであり、前記基板枚数検知器26は蓋を開けられたポッド16内のウェーハ14の枚数を検知する様になっている。
【0015】
前記筐体12内には、基板移載機28、基板保持具としてのボート30が配置されている。前記基板移載機28は、アーム(ツイーザ)32を有し、図示しない駆動手段により昇降可能且つ回転可能な構造となっている。前記アーム32は、例えば5枚のウェーハ14を取出すことができ、前記アーム32を動かすことにより、前記ポッドオープナ24の位置に置かれたポッド16及びボート30間にてウェーハ14を搬送する。
【0016】
前記ボート30は、例えばカーボングラファイトやSiC等の耐熱性材料で構成されており、複数枚のウェーハ14を水平姿勢で、且つ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積上げ、保持する様に構成されている。尚、前記ボート30の下部には、例えば石英やSiC等の耐熱性材料で構成された円盤形状の断熱部材としてボート断熱部34が配置されており、後述する被加熱体48からの熱が処理炉40の下方側に伝わりにくくなる様に構成されている(図2参照)。
【0017】
前記筐体12内の背面側上部には前記処理炉40が配置されている。該処理炉40内に複数枚のウェーハ14を装填した前記ボート30が搬入され、熱処理が行われる。
【0018】
<処理炉構成>
次に、図2、図3、図4に於いて、SiCエピタキシャル膜を成膜する前記半導体製造装置10の前記処理炉40について説明する。処理炉40には、第1のガス供給口68を有する第1のガス供給ノズル60、第2のガス供給口72を有する第2のガス供給ノズル70、及び第1のガス排気口90が設けられる。又、不活性ガスを供給する第3のガス供給口360、第2のガス排気口390が図示されている。
【0019】
処理炉40は、石英又はSiC等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成された反応管42を備えている。反応管42の下方には、反応管42と同心円状にマニホールド36が配設されている。該マニホールド36は、例えばステンレス等からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。該マニホールド36は、反応管42を支持する様に設けられている。尚、マニホールド36と反応管42との間には、シール部材としてのOリング(図示せず)が設けられている。マニホールド36が図示しない保持体に支持されることにより、反応管42は垂直に据付けられた状態になっている。該反応管42とマニホールド36により、反応容器が形成されている。
【0020】
処理炉40は、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成された被加熱体48及び磁場発生部としての誘導コイル50を具備している。被加熱体48の筒中空部には、反応室44が形成れており、SiC等で構成された基板としてのウェーハ14を保持したボート30を収納可能に構成されている。また、図2の右枠内に示されるように、ウェーハ14は、円環状の下部ウェーハホルダ15に保持され、上面を円板状の上部ウェーハホルダ15aで覆われた状態でボート30に保持されるとよい。これにより、ウェーハ上部から落下しているパーティクルからウェーハ14を守ることができると共に、成膜面(ウェーハ14の下面)に対して裏面側の成膜を抑制することができる。また、ウェーハホルダ15の分ボート柱から成膜面を離すことができ、ボート柱の影響を小さくすることができる。ボート30は、水平姿勢で、且つ、互いに中心を揃えた状態で縦方向に整列するようにウェーハホルダ15に保持されたウェーハ14を保持するよう構成されている。被加熱体48は、該反応管42の外側に設けられた誘導コイル50により発生される磁場によって加熱される様になっており、被加熱体48が発熱することにより、反応室44内が加熱される様になっている。
【0021】
被加熱体48の近傍には、反応室44内の温度を検出する温度検出体として図示しない温度センサが設けられている。誘導コイル50及び温度センサは、温度制御部52と電気的に接続されており、温度センサにより検出された温度情報に基づき、誘導コイル50への通電具合が調節されることで、反応室44内の温度が所望の温度分布となる様所定のタイミングにて制御される様構成されている(図5参照)。
【0022】
尚、好ましくは、反応室44内に於いて前記第1及び第2のガス供給ノズル60,70と第1のガス排気口90との間であって、前記被加熱体48とウェーハ14との間には、被加熱体48とウェーハ14との間の空間を埋める様、鉛直方向に延在し断面が円弧状の構造物300を反応室44内に設けるのがよい。例えば、図3に示す様に、対向する位置にそれぞれ構造物300を設けることで、第1及び第2のガス供給ノズル60,70から供給されるガスが、被加熱体48の内壁に沿ってウェーハ14を迂回するのを防止することができる。構造物300としては、好ましくは断熱材若しくはカーボンフェルト等で構成すると、耐熱及びパーティクルの発生を抑制することができる。
【0023】
反応管42と被加熱体48との間には、例えば誘電されにくいカーボンフェルト等で構成された断熱材54が設けられ、該断熱材54を設けることにより、被加熱体48の熱が反応管42或は該反応管42の外側へ伝達するのを抑制することができる。
【0024】
又、誘導コイル50の外側には、反応室44内の熱が外側に伝達するのを抑制する為の、例えば水冷構造である外側断熱壁55が反応室44を囲む様に設けられている。更に、外側断熱壁55の外側には、誘導コイル50により発生された磁場が外側に漏れるのを防止する磁気シール58が設けられている。
【0025】
図2に示す様に、被加熱体48とウェーハ14との間には、少なくとも1つの第1のガス供給口68が設けられた第1のガス供給ノズル60が設置される。又、被加熱体48とウェーハ14との間の第1のガス供給ノズル60とは異なる箇所には、少なくとも1つの第2のガス供給口72が設けられた第2のガス供給ノズル70が設けられる。また、第1のガス排気口90も同様に被加熱体48とウェーハ14との間に配置される。又、反応管42と断熱材54との間に、第3のガス供給口360及び第2のガス排気口390が配置されている。
【0026】
また、第1のガス供給ノズル60及び第2のガス供給ノズル70は、夫々1本ずつでも構わないが、図3に示されるように、第2のガス供給ノズル70は3本設けられ、第2のガス供給ノズル70に挟まれるように第1のガス供給ノズル60が設けられるように構成すると良い。このように交互に配置することにより、第1のガス供給ノズル60及び第2のガス供給ノズルから異なるガス種を供給したとしても、該異なるガス種の混合を促進することができる。また、第1のガス供給ノズル及び第2のガス供給ノズルを奇数本とすることにより、中央の第2ガス供給ノズル70を中心に成膜ガス供給を左右対称とすることができ、ウェーハ14内の均一性を高めることができる。なお、第1のガス供給ノズル60及び第2のガス供給ノズル70から供給されるガス種については、後述する。
【0027】
第1のガス供給口68及び第1のガス供給ノズル60は、例えばカーボングラファイトで構成され、反応室44内に設けられる。又、第1のガス供給ノズル60は、マニホールド36を貫通する様に該マニホールド36に取付けられている。該第1のガス供給ノズル60は、第1のガスライン222を介してガス供給ユニット200に接続される。
【0028】
前記第2のガス供給口72は、例えばカーボングラファイトで構成され、反応室44内に設けられる。また、第2のガス供給ノズル70は、マニホールド36を貫通する様に、該マニホールド36に取付けられている。また、第2のガス供給ノズル70は、第2のガスライン260を介してガス供給ユニット200に接続されている。
【0029】
又、第1のガス供給ノズル60及び第2のガス供給ノズル70に於いて、基板の配列領域に第1のガス供給口68及び第2のガス供給口72が1つ設けられていてもよく、ウェーハ14の所定枚数毎に設けられていてもよい。
【0030】
<排気系>
図3に示す様に、第1のガス排気口90が、ボート30より下部に設けられ、マニホールド36には、第1のガス排気口90に接続されたガス排気管230が貫通する様設けられている。該ガス排気管230の下流側には、図示しない圧力検出器としての圧力センサ及び、圧力調整器としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ214を介して真空ポンプ等の真空排気装置220が接続されている。圧力センサ及びAPCバルブ214には、圧力制御部98が電気的に接続されており、該圧力制御部98は圧力センサにより検出された圧力に基づいてAPCバルブ214の開度を調整し、処理炉40内の圧力が所定の圧力となる様所定のタイミングにて制御する様に構成されている(図5参照)。
【0031】
上記した様に、第1のガス供給口68及び第2のガス供給口72から供給されたガスはSi又はSiCで構成されたウェーハ14に対し平行に流れ、第1のガス排気口90より排気されるので、ウェーハ14全体が効率的且つ均一にガスに晒される。
【0032】
又、図3に示す様に、第3のガス供給口360は反応管42と断熱材54との間に配置され、マニホールド36を貫通する様に取付けられている。更に、第2のガス排気口390が、反応管42と断熱材54との間であり、第3のガス供給口360に対して対向する様に配置され、第2のガス排気口390はガス排気管230に接続されている。第3のガス供給口360は、マニホールド36を貫通する第3のガスライン240に形成され、第3のガスラインは、ガス供給ユニット200に接続される。また、図4に示されるように、第3のガスラインは、バルブ212f、MFC211fを介してガス供給源210fと接続されている。該ガス供給源210fからは不活性ガスとして、例えば希ガスのArガスが供給され、SiCエピタキシャル膜成長に寄与するガスが反応管42と断熱材54との間に進入するのを防ぎ、反応管42の内壁又は断熱材54の外壁に不要な生成物が付着するのを防止することができる。
【0033】
又、反応管42と断熱材54との間に供給された不活性ガスは、第2のガス排気口390よりガス排気管230の下流側にあるAPCバルブ214を介して真空排気装置220から排気される。
<各ガス供給系に供給されるガスの詳細>
次に、図4を用いて、第1のガス供給系及び第2のガス供給系について説明する。図4(a)は、Si原子含有ガスとC原子含有ガスを異なるガス供給ノズルから供給するセパレート方式を示し、図4(b)は、Si原子含有ガスとC原子含有ガスを同じガス供給ノズルから供給するプレミックス方式を示している。
【0034】
まず、セパレート方式について説明する。図4(a)に示されるように、セパレート方式では、該第1のガスライン222は、SiH4ガス、HClガス、不活性ガスに対して流量制御器(流量制御手段)としてのマスフローコントローラ(以下MFCとする)211a,211b,211c、及び、バルブ212a,212b,212cを介して、例えばSiH4ガス供給源210a、HClガス供給源210b、不活性ガス供給源210cに接続されている。
【0035】
上記構成により、SiH4ガス、HClガス、不活性ガスのそれぞれの供給流量、濃度、分圧、供給タイミングを反応室44内に於いて制御することができる。バルブ212a,212b,212c、MFC211a,211b,211cは、ガス流量制御部78に電気的に接続されており、それぞれ供給するガスの流量が所定流量となる様に、所定のタイミングにて制御される様になっている(図5参照)。尚、SiH4ガス、HClガス、不活性ガスのそれぞれのガス供給源210a,210b、210c、バルブ212a,212b、212c、MFC211a,211b,211c、第1のガスライン222、第1のガス供給ノズル60及び該第1のガス供給ノズル60に少なくとも1つ設けられる第1のガス供給口68により、ガス供給系として第1のガス供給系が構成される。
【0036】
また、第2のガスライン260は、C(炭素)原子含有ガスとして、例えばC3H8ガスに対して流量制御手段としてのMFC211d及びバルブ212dを介してC3H8ガス供給源210dに接続され、還元ガスとして、例えばH2ガスに対して流量制御手段としてのMFC211e及びバルブ212eを介してH2ガス供給源210eに接続されている。
【0037】
上記構成により、C3H8ガス、H2ガスの供給流量、濃度、分圧を反応室44内に於いて制御することができる。バルブ212d,212e、MFC211d,211eは、ガス流量制御部78に電気的に接続されており、供給するガス流量が所定の流量となる様、所定のタイミングにて制御される様になっている(図5参照)。尚、C3H8ガス、H2ガスのガス供給源210d,210e、バルブ212d,212e、MFC211d,211e、第2のガスライン260、第2のガス供給ノズル70、第2のガス供給口72により、ガス供給系として第2のガス供給系が構成される。
【0038】
このように、Si原子含有ガスとC原子含有ガスを異なるガス供給ノズルから供給することにより、ガス供給ノズル内では、SiC膜が堆積しないようにすることができる。なお、Si原子含有ガス及びC原子含有ガスの濃度や流速を調整したい場合は、夫々適切なキャリアガスを供給すればよい。
【0039】
更に、Si原子含有ガスを、より効率的に使用するため水素ガスのような還元ガスを用いる場合がある。この場合、還元ガスは、C原子含有ガスを供給する第2のガス供給ノズル70を介して供給することが望ましい。このように還元ガスをC原子含有ガスと共に供給し、反応室44内でSi原子含有ガスと混合することにより、還元ガスが少ない状態となるためSi原子含有ガスの分解を成膜時と比較して抑制することができ、第1のガス供給ノズル内におけるSi膜の堆積を抑制することが可能となる。この場合、還元ガスをC原子含有ガスのキャリアガスとして用いることが可能となる。なお、Si原子含有ガスのキャリアとしては、アルゴン(Ar)のような不活性ガス(特に希ガス)を用いることにより、Si膜の堆積を抑制することが可能となる。
【0040】
更に、第1のガス供給ノズル60には、HClのような塩素原子含有ガスを供給することが望ましい。このようにすると、Si原子含有ガスが熱により分解し、第1のガス供給ノズル内に堆積可能な状態となったとしても、塩素によりエッチングモードとすることが可能となり、第1のガス供給ノズル内へのSi膜の堆積をより抑制することが可能になる。また、塩素原子含有ガスには、堆積した膜をエッチングする効果もあり、第1のガス供給口68の閉塞を抑制することが可能となる。
【0041】
次に図4(b)に示すプレミックス方式について説明する。セパレート方式と異なる点は、C原子含有ガスのガス供給源210dをMFC211d、バルブ212dを介して出し1のガスライン222に接続している点である。これにより、Si原子含有ガスとC原子含有ガスを予め混合できるため、セパレート方式に対し原料ガスを充分混合することができる。
【0042】
この場合、還元ガスであるH2ガス供給源210eは、MFC211e、バルブ212eを介して第2のガスライン260に接続することが望ましい。これにより、第1のガス供給ノズル60において、エッチングガスである塩素と還元ガスである水素との比(Cl/H)を大きくすることができるため、塩素によるエッチング効果の方が大きくなり、Si原子含有ガスの反応を抑えることが可能である。従って、プレミックス方式であっても、ある程度、SiC膜の堆積を抑制することが可能である。
【0043】
なお、SiCエピタキシャル膜を形成する際に流すCl(塩素)原子含有ガスとしてHClガスを例示したが、塩素ガスを用いてもよい。
【0044】
又、上述ではSiCエピタキシャル膜を形成する際に、Si(シリコン)原子含有ガスとCl(塩素)原子含有ガスとを供給したが、Si原子とCl原子を含むガス、例えばテトラクロロシラン(以下SiCl4とする)ガス、トリクロロシラン(以下SiHCl3)ガス、ジクロロシラン(以下SiH2Cl2)ガスを供給してもよい。また、言うまでもないが、これらのSi原子及びCl原子を含むガスは、Si原子含有ガスでも有り、又は、Si原子含有ガス及びCl原子含有ガスの混合ガスともいえる。特に、SiCl4は、熱分解される温度が比較的高いため、ノズル内のSi消費抑制の観点から望ましい。
【0045】
又、上述ではC(炭素)原子含有ガスとしてC3H8ガスを例示したが、エチレン(以下C2H4とする)ガス、アセチレン(以下C2H2とする)ガスを用いてもよい。
【0046】
また、還元ガスとしてH2ガスを例示したが、これに限らず他のH(水素)原子含有ガスを用いても良い。更には、キャリアガスとしては、Ar(アルゴン)ガス、He(ヘリウム)ガス、Ne(ネオン)ガス、Kr(クリプトン)ガス、Xe(キセノン)ガス等の希ガスのうち少なくとも1つを用いてもよいし、上記したガスを組合わせた混合ガスを用いてもよい。
【0047】
<処理炉の周辺構成>
次に、図6に於いて、処理炉40及びその周辺の構成について説明する。該処理炉40の下方には、該処理炉40の下端開口を気密に閉塞する為の炉口蓋体としてシールキャップ102が設けられている。該シールキャップ102は、例えばステンレス等の金属製であり、円盤状に形成されている。該シールキャップ102の上面には、処理炉40の下端と当接するシール材としてのOリング(図示せず)が設けられている。シールキャップ102には回転機構104が設けられ、該回転機構104の回転軸106はシールキャップ102を貫通してボート30に接続されており、該ボート30を回転させることでウェーハ14を回転させる様に構成されている。
【0048】
又、シールキャップ102は処理炉40の外側に設けられた昇降機構として、後述する昇降モータ122によって垂直方向に昇降される様に構成されており、これにより前記ボート30を処理炉40に対して搬入搬出することが可能となっている。回転機構104及び昇降モータ122には、駆動制御部108が電気的に接続されており、所定の動作をする様所定のタイミングにて制御する様構成されている(図5参照)。
【0049】
予備室としてのロードロック室110の外面に下基板112が設けられている。該下基板112には、昇降台114と摺動自在に嵌合するガイドシャフト116及び昇降台114と螺合するボール螺子118が設けられている。又、下基板112に立設した前記ガイドシャフト116及びボール螺子118の上端には上基板120が設けられている。ボール螺子118は、上基板120に設けられた昇降モータ122によって回転され、ボール螺子118が回転されることで昇降台114が昇降する様になっている。
【0050】
該昇降台114には中空の昇降シャフト124が垂設され、昇降台114と昇降シャフト124の連結部は気密となっており、該昇降シャフト124は昇降台114と共に昇降する様になっている。昇降シャフト124はロードロック室110の天板126を遊貫し、昇降シャフト124が貫通する天板126の貫通孔は、昇降シャフト124が天板126と接触することがない様充分な隙間が形成されている。
【0051】
又、ロードロック室110と昇降台114との間には、昇降シャフト124の周囲を覆う様に伸縮性を有する中空伸縮体としてベローズ128が設けられ、該ベローズ128によりロードロック室110が気密に保たれる様になっている。尚、ベローズ128は昇降台114の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有し、ベローズ128の内径は昇降シャフト124の外径に比べて充分に大きく、伸縮の際に前記ベローズ128と昇降シャフト124が接触することがない様に構成されている。
【0052】
該昇降シャフト124の下端には、昇降基板130が水平に固着され、該昇降基板130の下面にはOリング等のシール部材を介して駆動部カバー132が気密に取付けられる。昇降基板130と駆動部カバー132とで駆動部収納ケース134が構成され、この構成により該駆動部収納ケース134内部はロードロック室110内の雰囲気と隔離される。
【0053】
又、駆動部収納ケース134の内部には前記ボート30の回転機構104が設けられ、該回転機構104の周辺は冷却機構135によって冷却される様になっている。
【0054】
電力ケーブル138は、昇降シャフト124の上端から中空部を通り、回転機構104に導かれて接続されている。又、冷却機構135及びシールキャップ102には冷却水流路140が形成されている。更に、冷却水配管142が昇降シャフト124の上端から中空部を通り冷却水流路140に導かれて接続されている。
【0055】
昇降モータ122が駆動され、ボール螺子118が回転することで、昇降台114及び昇降シャフト124を介して駆動部収納ケース134を昇降させる。
【0056】
該駆動部収納ケース134が上昇することにより、昇降基板130に気密に設けられているシールキャップ102が処理炉40の開口部である炉口144を閉塞し、ウェーハ処理が可能な状態となる。又、駆動部収納ケース134が下降することにより、シールキャップ102と共にボート30が降下され、ウェーハ14を外部に搬出できる状態となる。
【0057】
<制御部>
次に、図5に於いて、SiCエピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置10を構成する各部の制御構成について説明する。
【0058】
温度制御部52、ガス流量制御部78、圧力制御部98、駆動制御部108は、操作部及び入出力部を構成し、半導体製造装置10全体を制御する主制御部150に電気的に接続されている。又、温度制御部52、ガス流量制御部78、圧力制御部98、駆動制御部108は、コントローラ152として構成されている。
【0059】
<SiC膜の形成方法>
次に、上述した半導体製造装置10を用い、半導体デバイスの製造工程の一工程として、SiC等で構成されるウェーハ14等の基板上に、例えばSiC膜を形成する基板の製造方法について説明する。尚、以下の説明に於いて半導体製造装置10を構成する各部の動作は、コントローラ152により制御される。
【0060】
先ず、ポッドステージ18に複数枚のウェーハ14を収納したポッド16がセットされると、ポッド搬送装置20によりポッド16をポッドステージ18からポッド収納棚22へ搬送し、ストックする。次に、ポッド搬送装置20により、ポッド収納棚22にストックされたポッド16をポッドオープナ24に搬送してセットし、該ポッドオープナ24によりポッド16の蓋を開き、基板枚数検知器26によりポッド16に収納されているウェーハ14の枚数を検知する。
【0061】
次に、基板移載機28により、ポッドオープナ24の位置にあるポッド16からウェーハ14を取出し、ボート30に移載する。
【0062】
複数枚のウェーハ14がボート30に装填されると、ウェーハ14を保持したボート30は、昇降モータ122による昇降台114及び昇降シャフト124の昇降動作により反応室44内に搬入(ボートローディング)される。この状態では、シールキャップ102はOリング(図示せず)を介してマニホールド36の下端をシールした状態となる。
【0063】
ボート30搬入後、反応室44内が所定の圧力(真空度)となる様に、真空排気装置220によって真空排気される。この時、反応室44内の圧力は、圧力センサ(図示せず)によって測定され、測定された圧力に基づき第1のガス排気口90及び第2のガス排気口390に連通するAPCバルブ214がフィードバック制御される。又、ウェーハ14及び反応室44内が所定の温度となる様前記被加熱体48が加熱される。この時、反応室44内が所定の温度分布となる様、温度センサ(図示せず)が検出した温度情報に基づき誘導コイル50への通電具合がフィードバック制御される。続いて、回転機構104により、ボート30が回転されることで、ウェーハ14が周方向に回転される。
【0064】
続いて、SiCエピタキシャル成長反応に寄与するSi(シリコン)原子含有ガス及びCl(塩素)原子含有ガスは、それぞれガス供給源210a,210bから供給され、前記第1のガス供給口68より前記反応室44内に噴出される。又、C(炭素)原子含有ガス及び還元ガスであるH2ガスが、所定の流量となる様に対応する前記MFC211d,211eの開度が調整された後、バルブ212d,212eが開かれ、それぞれのガスが第2のガスライン260に流通し、第2のガス供給ノズル70に流通して第2のガス供給口72より反応室44内に導入される。
【0065】
第1のガス供給口68及び第2のガス供給口72より供給されたガスは、反応室44内の被加熱体48の内側を通り、第1のガス排気口90からガス排気管230を通って排気される。第1のガス供給口68及び第2のガス供給口72より供給されたガスは、反応室44内を通過する際に、SiC等で構成されるウェーハ14と接触し、ウェーハ14表面上にSiCエピタキシャル膜成長がなされる。
【0066】
又、ガス供給源210fより、不活性ガスとしての希ガスであるArガスが所定の流量となる様に対応するMFC211fの開度が調整された後、バルブ212fが開かれ、第3のガスライン240に流通し、第3のガス供給口360から反応室44内に供給される。第3のガス供給口360から供給された不活性ガスとしての希ガスであるArガスは、反応室44内の断熱材54と反応管42との間を通過し、第2のガス排気口390から排気される。
【0067】
次に、予め設定された時間が経過すると、上述したガスの供給が停止され、図示しない不活性ガス供給源より不活性ガスが供給され、反応室44内の被加熱体48の内側の空間が不活性ガスで置換されると共に、反応室44内の圧力が常圧に復帰される。
【0068】
その後、昇降モータ122によりシールキャップ102が下降され、マニホールド36の下端が開口されると共に、処理済みのウェーハ14がボート30に保持された状態でマニホールド36の下端から反応管42の外部に搬出(ボートアンローディング)され、ボート30に保持されたウェーハ14が冷える迄、ボート30を所定位置にて待機させる。待機させた該ボート30のウェーハ14が所定温度迄冷却されると、基板移載機28により、ボート30からウェーハ14を取出し、ポッドオープナ24にセットされている空のポッド16に搬送して収納する。その後、ポッド搬送装置20によりウェーハ14が収納されたポッド16をポッド収納棚22、又は前記ポッドステージ18に搬送する。この様にして、半導体製造装置10の一連の作動が完了する。
【0069】
以降、本発明の主要部分について説明する。従来のSiC膜を成長させる縦型熱処理装置においては、図2に示すように、複数枚のウェーハ14がボート30に設置され、垂直方向に多段に複数枚配置されている。被加熱体48を石英反応管42の外にある誘導コイル50によって誘導加熱し、所定の温度にて成膜処理を行う。
【0070】
マニホールド36を介して被加熱体48の内部にガス供給ポート222、260を用いてプロセスガスを供給し所定の温度にて成膜処理を行う。この際に、反応管42や、磁気シール58が被加熱体48からの輻射熱によって加熱されないように、断熱材54を設置している。被加熱体48の温度は誘導コイル50の外側より放射温度計により計測され、温度制御される。プロセスガスは、マニホールド36の第1のガス排気口90より排気される。
【0071】
図8、9に従来のガス供給ノズルの固定部の拡大図を示す。従来の構造においては、ガス供給ノズルは石英部分61、71とカーボン部分60、70から構成されていた。略L字形状のガス供給ノズル60、70は、マニホールド36の内側面から外側に向けてスライドさせ、ガス供給ポート222、260に挿入し、倒れ調整ネジ800により、ガス供給ノズル60、70の角度等を調整することにより設置していた。
【0072】
しかしながら、ガス供給ノズル60、70は石英部材であるため、ガス供給ポート222、260に挿入する際に破損する可能性があり、ガス供給ノズルの径を大きくしたり、ガス供給ノズルの重量が増えた場合にガス供給ポート222、260に挿入することが困難になっていた。また、ガス供給ノズル60、70の下部に倒れ調整ネジ800を有する必要があり、調整に面倒であるといった問題があった。
【0073】
そこで、本発明においては、図7、10、11に示すように、反応室44の下部のマニホールド36の内径を小さくすることにより、マニホールド36の上面にガスノズル固定プレート100を設けガス供給ノズルを乗せる構造とした。また、ノズルの材質を破損リスクの可能性の高い石英部分を無くし、カーボンのみの構造とし、ノズルをノズル固定プレートの上から差し込む構造とした。更にノズル側面に位置や向きを決める凸部を設け、ノズル固定プレートに設けた凹部に嵌合することとした。
【0074】
図7を用いて説明すると、ボート30の下部には、例えば石英やSiC等の耐熱性材料で構成された円盤形状の断熱部材としてボート断熱部34が配置されており、被加熱体48からの熱が処理炉40の下方側に伝わりにくくなる様に、マニホールド36の内壁とボート断熱部34の間隔を極力狭くし、ボート断熱部34からの輻射で熱を奪ってボート14の回転機構104への熱ダメージを低減する事を可能とした。
【0075】
これにより、従来のように略L字状のガス供給ノズルをマニホールド36の内側からガス供給ポートに差し込むことによりガス供給ノズルを設置する構造が困難となった。そこで、内径の小さくなったマニホールド36の上面側にノズル固定プレート100を設け、このノズル固定プレート100に上方からガス供給ノズル600、700を差込み、ガス供給ノズル600、700の側面部に設けられた、ノズルの位置、方向を決めるための凸部610と、ノズル固定プレート100に設けられた図示は省略した凹部とを嵌合する。
【0076】
これによりノズル固定プレート100を介して、ガス供給ノズル600、700とガス供給ポート666、777との接続が可能となり、簡単な構造により、ノズルの破損の可能性も低く、ノズル調整の簡易なガス供給ノズルの設置構造が実現できる。
【0077】
本実施例においては、ガス供給ノズルの形状は特に言及していないが、ガス供給ノズルを円形ではなく、角形状とすることでノズルの向きの調整が容易になるという効果を有する。更にこの角形状のノズルの側部にノズル位置固定用の凸部610を設け、ノズル固定プレート側にこの凸部に嵌合するための凹部(図示しない)を設けることにより、ガス供給ノズルの高さ方向の調整も容易になるという効果がある。
【符号の説明】
【0078】
36 マニホールド
100 ノズル固定プレート
600、700 ガス供給ノズル
610 ノズル位置固定用の凸部
666、777 ガス供給ポート
【技術分野】
【0001】
本発明は、基板を処理する基板処理装置、半導体デバイスの製造方法及び基板の製造方法、特に炭化ケイ素(以下、SiCとする)エピタキシャル膜を基板上に成膜する工程を有する基板処理装置、半導体デバイスの製造方法及び基板製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
SiCは、特にパワーデバイス用素子材料として注目されている。一方で、SiCはシリコン(以下Siとする)に比べて結晶基板やデバイスの作製が難しいことが知られている。
【0003】
一方で、SiCを用いてデバイスを作製する場合は、SiC基板の上にSiCエピタキシャル膜を形成したウェーハを用いる。このSiC基板上にSiCエピタキシャル膜を形成するSiCエピタキシャル成長装置の一例として特許文献1がある。
【0004】
特許文献1には、複数枚の基板を縦方向に積層して一括して処理する縦型構造のSiCエピタキシャル成長装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2011−3885号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
従来のガスノズルの固定構造においては、ガス供給ポートへの接続に際し、ガスノズルの破損のリスクがあり、ノズルの位置、方向の調整に時間を要していたため、ガスノズルの破損のリスクの低減、ノズルの調整の簡略化という課題があった。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、基板を積層して収納する処理室と、該処理室内を所望の温度迄加熱する加熱手段と、前記処理室に所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内を排気する排気手段とを具備し、前記ガス供給手段は、前記基板の積層方向に立設されたガス供給ノズルと、該ガス供給ノズルを支持するノズル固定プレートと、前記処理室の下部を形成するマニホールドとを有し、前記ノズル固定プレートは、前記マニホールドの上面の処理室内側に設けられ、前記ノズル固定プレートを介し、マニホールドを貫通して前記処理室外に延在するガス供給ポートとを有し、前記ガス供給ノズルは前記ノズル固定プレートに嵌合して支持されることを特徴とする基板処理装置に係るものである。
【0008】
また本発明は、前記ガス供給ノズルの側面にはノズル位置固定用の凸部を有し、前記ノズル固定プレートには前記凸部と嵌合する凹部を設けることを特徴とした請求項1記載の基板処理装置に係るものである。
【発明の効果】
【0009】
本発明により、簡単な構造によって、ノズルの破損の可能性も低く、ノズル調整の簡易なガス供給ノズルの設置構造が実現できるという効果が生じる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明が適用される半導体製造装置の斜視図である。
【図2】従来技術の処理炉の側面断面図である。
【図3】本発明が適用される処理炉の平面断面図である。
【図4】本発明が適用される半導体製造装置のガス供給ユニットを説明する図である。
【図5】本発明が適用される半導体製造装置の制御構成を示すブロック図である。
【図6】本発明が適用される半導体製造装置の処理炉及びその周辺構造の概略断面図である。
【図7】本発明が適用される処理炉の側面断面図である。
【図8】従来技術のノズル配置の概略断面図である。
【図9】従来技術のノズルの差込方法を示すノズルの概略断面図である。
【図10】本発明が適用されるノズルの差込方法を示すノズル部分の概略断面図である。
【図11】本発明が適用されるノズルの差込方法を示すノズル部分の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態では、基板処理装置の一例であるSiCエピタキシャル成長装置における、高さ方向にSiCウェーハを並べる、所謂バッチ式縦型SiCエピタキシャル成長装置で説明する。なお、バッチ式縦型SiCエピタキシャル成長装置とすることで、一度に処理できるSiCウェーハの数が多くなりスループットが向上する。
【0012】
<全体構成>
先ず、図1に於いて、本発明の第1の実施形態に於けるSiCエピタキシャル膜を成膜する基板処理装置、および、半導体デバイスの製造工程の一つであるSiCエピタキシャル膜を成膜する基板の製造方法について説明する。
【0013】
基板処理装置(成膜装置)としての半導体製造装置10は、バッチ式縦型熱処理装置であり、主要部が配置される筐体12を有する。前記半導体製造装置10には、例えばSiC等で構成された基板としてのウェーハ14(図2参照)を収納する基板収容器として、フープ(以下、ポッドと称す)16がウェーハキャリアとして使用される。前記筐体12の正面側には、ポッドステージ18が配置されており、該ポッドステージ18にポッド16が搬送される。ポッド16には、例えば25枚のウェーハ14が収納され、蓋が閉じられた状態で前記ポッドステージ18にセットされる。
【0014】
前記筐体12内の正面であって、前記ポッドステージ18に対向する位置には、ポッド搬送装置20が配置されている。又、該ポッド搬送装置20の近傍にはポッド収納棚22、ポッドオープナ24及び基板枚数検知器26が配置されている。前記ポッド収納棚22は前記ポッドオープナ24の上方に配置され、ポッド16を複数個載置した状態で保持する様に構成されている。前記基板枚数検知器26は、前記ポッドオープナ24に隣接して配置され、前記ポッド搬送装置20は前記ポッドステージ18と前記ポッド収納棚22と前記ポッドオープナ24との間でポッド16を搬送する。前記ポッドオープナ24はポッド16の蓋を開けるものであり、前記基板枚数検知器26は蓋を開けられたポッド16内のウェーハ14の枚数を検知する様になっている。
【0015】
前記筐体12内には、基板移載機28、基板保持具としてのボート30が配置されている。前記基板移載機28は、アーム(ツイーザ)32を有し、図示しない駆動手段により昇降可能且つ回転可能な構造となっている。前記アーム32は、例えば5枚のウェーハ14を取出すことができ、前記アーム32を動かすことにより、前記ポッドオープナ24の位置に置かれたポッド16及びボート30間にてウェーハ14を搬送する。
【0016】
前記ボート30は、例えばカーボングラファイトやSiC等の耐熱性材料で構成されており、複数枚のウェーハ14を水平姿勢で、且つ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積上げ、保持する様に構成されている。尚、前記ボート30の下部には、例えば石英やSiC等の耐熱性材料で構成された円盤形状の断熱部材としてボート断熱部34が配置されており、後述する被加熱体48からの熱が処理炉40の下方側に伝わりにくくなる様に構成されている(図2参照)。
【0017】
前記筐体12内の背面側上部には前記処理炉40が配置されている。該処理炉40内に複数枚のウェーハ14を装填した前記ボート30が搬入され、熱処理が行われる。
【0018】
<処理炉構成>
次に、図2、図3、図4に於いて、SiCエピタキシャル膜を成膜する前記半導体製造装置10の前記処理炉40について説明する。処理炉40には、第1のガス供給口68を有する第1のガス供給ノズル60、第2のガス供給口72を有する第2のガス供給ノズル70、及び第1のガス排気口90が設けられる。又、不活性ガスを供給する第3のガス供給口360、第2のガス排気口390が図示されている。
【0019】
処理炉40は、石英又はSiC等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成された反応管42を備えている。反応管42の下方には、反応管42と同心円状にマニホールド36が配設されている。該マニホールド36は、例えばステンレス等からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。該マニホールド36は、反応管42を支持する様に設けられている。尚、マニホールド36と反応管42との間には、シール部材としてのOリング(図示せず)が設けられている。マニホールド36が図示しない保持体に支持されることにより、反応管42は垂直に据付けられた状態になっている。該反応管42とマニホールド36により、反応容器が形成されている。
【0020】
処理炉40は、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成された被加熱体48及び磁場発生部としての誘導コイル50を具備している。被加熱体48の筒中空部には、反応室44が形成れており、SiC等で構成された基板としてのウェーハ14を保持したボート30を収納可能に構成されている。また、図2の右枠内に示されるように、ウェーハ14は、円環状の下部ウェーハホルダ15に保持され、上面を円板状の上部ウェーハホルダ15aで覆われた状態でボート30に保持されるとよい。これにより、ウェーハ上部から落下しているパーティクルからウェーハ14を守ることができると共に、成膜面(ウェーハ14の下面)に対して裏面側の成膜を抑制することができる。また、ウェーハホルダ15の分ボート柱から成膜面を離すことができ、ボート柱の影響を小さくすることができる。ボート30は、水平姿勢で、且つ、互いに中心を揃えた状態で縦方向に整列するようにウェーハホルダ15に保持されたウェーハ14を保持するよう構成されている。被加熱体48は、該反応管42の外側に設けられた誘導コイル50により発生される磁場によって加熱される様になっており、被加熱体48が発熱することにより、反応室44内が加熱される様になっている。
【0021】
被加熱体48の近傍には、反応室44内の温度を検出する温度検出体として図示しない温度センサが設けられている。誘導コイル50及び温度センサは、温度制御部52と電気的に接続されており、温度センサにより検出された温度情報に基づき、誘導コイル50への通電具合が調節されることで、反応室44内の温度が所望の温度分布となる様所定のタイミングにて制御される様構成されている(図5参照)。
【0022】
尚、好ましくは、反応室44内に於いて前記第1及び第2のガス供給ノズル60,70と第1のガス排気口90との間であって、前記被加熱体48とウェーハ14との間には、被加熱体48とウェーハ14との間の空間を埋める様、鉛直方向に延在し断面が円弧状の構造物300を反応室44内に設けるのがよい。例えば、図3に示す様に、対向する位置にそれぞれ構造物300を設けることで、第1及び第2のガス供給ノズル60,70から供給されるガスが、被加熱体48の内壁に沿ってウェーハ14を迂回するのを防止することができる。構造物300としては、好ましくは断熱材若しくはカーボンフェルト等で構成すると、耐熱及びパーティクルの発生を抑制することができる。
【0023】
反応管42と被加熱体48との間には、例えば誘電されにくいカーボンフェルト等で構成された断熱材54が設けられ、該断熱材54を設けることにより、被加熱体48の熱が反応管42或は該反応管42の外側へ伝達するのを抑制することができる。
【0024】
又、誘導コイル50の外側には、反応室44内の熱が外側に伝達するのを抑制する為の、例えば水冷構造である外側断熱壁55が反応室44を囲む様に設けられている。更に、外側断熱壁55の外側には、誘導コイル50により発生された磁場が外側に漏れるのを防止する磁気シール58が設けられている。
【0025】
図2に示す様に、被加熱体48とウェーハ14との間には、少なくとも1つの第1のガス供給口68が設けられた第1のガス供給ノズル60が設置される。又、被加熱体48とウェーハ14との間の第1のガス供給ノズル60とは異なる箇所には、少なくとも1つの第2のガス供給口72が設けられた第2のガス供給ノズル70が設けられる。また、第1のガス排気口90も同様に被加熱体48とウェーハ14との間に配置される。又、反応管42と断熱材54との間に、第3のガス供給口360及び第2のガス排気口390が配置されている。
【0026】
また、第1のガス供給ノズル60及び第2のガス供給ノズル70は、夫々1本ずつでも構わないが、図3に示されるように、第2のガス供給ノズル70は3本設けられ、第2のガス供給ノズル70に挟まれるように第1のガス供給ノズル60が設けられるように構成すると良い。このように交互に配置することにより、第1のガス供給ノズル60及び第2のガス供給ノズルから異なるガス種を供給したとしても、該異なるガス種の混合を促進することができる。また、第1のガス供給ノズル及び第2のガス供給ノズルを奇数本とすることにより、中央の第2ガス供給ノズル70を中心に成膜ガス供給を左右対称とすることができ、ウェーハ14内の均一性を高めることができる。なお、第1のガス供給ノズル60及び第2のガス供給ノズル70から供給されるガス種については、後述する。
【0027】
第1のガス供給口68及び第1のガス供給ノズル60は、例えばカーボングラファイトで構成され、反応室44内に設けられる。又、第1のガス供給ノズル60は、マニホールド36を貫通する様に該マニホールド36に取付けられている。該第1のガス供給ノズル60は、第1のガスライン222を介してガス供給ユニット200に接続される。
【0028】
前記第2のガス供給口72は、例えばカーボングラファイトで構成され、反応室44内に設けられる。また、第2のガス供給ノズル70は、マニホールド36を貫通する様に、該マニホールド36に取付けられている。また、第2のガス供給ノズル70は、第2のガスライン260を介してガス供給ユニット200に接続されている。
【0029】
又、第1のガス供給ノズル60及び第2のガス供給ノズル70に於いて、基板の配列領域に第1のガス供給口68及び第2のガス供給口72が1つ設けられていてもよく、ウェーハ14の所定枚数毎に設けられていてもよい。
【0030】
<排気系>
図3に示す様に、第1のガス排気口90が、ボート30より下部に設けられ、マニホールド36には、第1のガス排気口90に接続されたガス排気管230が貫通する様設けられている。該ガス排気管230の下流側には、図示しない圧力検出器としての圧力センサ及び、圧力調整器としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ214を介して真空ポンプ等の真空排気装置220が接続されている。圧力センサ及びAPCバルブ214には、圧力制御部98が電気的に接続されており、該圧力制御部98は圧力センサにより検出された圧力に基づいてAPCバルブ214の開度を調整し、処理炉40内の圧力が所定の圧力となる様所定のタイミングにて制御する様に構成されている(図5参照)。
【0031】
上記した様に、第1のガス供給口68及び第2のガス供給口72から供給されたガスはSi又はSiCで構成されたウェーハ14に対し平行に流れ、第1のガス排気口90より排気されるので、ウェーハ14全体が効率的且つ均一にガスに晒される。
【0032】
又、図3に示す様に、第3のガス供給口360は反応管42と断熱材54との間に配置され、マニホールド36を貫通する様に取付けられている。更に、第2のガス排気口390が、反応管42と断熱材54との間であり、第3のガス供給口360に対して対向する様に配置され、第2のガス排気口390はガス排気管230に接続されている。第3のガス供給口360は、マニホールド36を貫通する第3のガスライン240に形成され、第3のガスラインは、ガス供給ユニット200に接続される。また、図4に示されるように、第3のガスラインは、バルブ212f、MFC211fを介してガス供給源210fと接続されている。該ガス供給源210fからは不活性ガスとして、例えば希ガスのArガスが供給され、SiCエピタキシャル膜成長に寄与するガスが反応管42と断熱材54との間に進入するのを防ぎ、反応管42の内壁又は断熱材54の外壁に不要な生成物が付着するのを防止することができる。
【0033】
又、反応管42と断熱材54との間に供給された不活性ガスは、第2のガス排気口390よりガス排気管230の下流側にあるAPCバルブ214を介して真空排気装置220から排気される。
<各ガス供給系に供給されるガスの詳細>
次に、図4を用いて、第1のガス供給系及び第2のガス供給系について説明する。図4(a)は、Si原子含有ガスとC原子含有ガスを異なるガス供給ノズルから供給するセパレート方式を示し、図4(b)は、Si原子含有ガスとC原子含有ガスを同じガス供給ノズルから供給するプレミックス方式を示している。
【0034】
まず、セパレート方式について説明する。図4(a)に示されるように、セパレート方式では、該第1のガスライン222は、SiH4ガス、HClガス、不活性ガスに対して流量制御器(流量制御手段)としてのマスフローコントローラ(以下MFCとする)211a,211b,211c、及び、バルブ212a,212b,212cを介して、例えばSiH4ガス供給源210a、HClガス供給源210b、不活性ガス供給源210cに接続されている。
【0035】
上記構成により、SiH4ガス、HClガス、不活性ガスのそれぞれの供給流量、濃度、分圧、供給タイミングを反応室44内に於いて制御することができる。バルブ212a,212b,212c、MFC211a,211b,211cは、ガス流量制御部78に電気的に接続されており、それぞれ供給するガスの流量が所定流量となる様に、所定のタイミングにて制御される様になっている(図5参照)。尚、SiH4ガス、HClガス、不活性ガスのそれぞれのガス供給源210a,210b、210c、バルブ212a,212b、212c、MFC211a,211b,211c、第1のガスライン222、第1のガス供給ノズル60及び該第1のガス供給ノズル60に少なくとも1つ設けられる第1のガス供給口68により、ガス供給系として第1のガス供給系が構成される。
【0036】
また、第2のガスライン260は、C(炭素)原子含有ガスとして、例えばC3H8ガスに対して流量制御手段としてのMFC211d及びバルブ212dを介してC3H8ガス供給源210dに接続され、還元ガスとして、例えばH2ガスに対して流量制御手段としてのMFC211e及びバルブ212eを介してH2ガス供給源210eに接続されている。
【0037】
上記構成により、C3H8ガス、H2ガスの供給流量、濃度、分圧を反応室44内に於いて制御することができる。バルブ212d,212e、MFC211d,211eは、ガス流量制御部78に電気的に接続されており、供給するガス流量が所定の流量となる様、所定のタイミングにて制御される様になっている(図5参照)。尚、C3H8ガス、H2ガスのガス供給源210d,210e、バルブ212d,212e、MFC211d,211e、第2のガスライン260、第2のガス供給ノズル70、第2のガス供給口72により、ガス供給系として第2のガス供給系が構成される。
【0038】
このように、Si原子含有ガスとC原子含有ガスを異なるガス供給ノズルから供給することにより、ガス供給ノズル内では、SiC膜が堆積しないようにすることができる。なお、Si原子含有ガス及びC原子含有ガスの濃度や流速を調整したい場合は、夫々適切なキャリアガスを供給すればよい。
【0039】
更に、Si原子含有ガスを、より効率的に使用するため水素ガスのような還元ガスを用いる場合がある。この場合、還元ガスは、C原子含有ガスを供給する第2のガス供給ノズル70を介して供給することが望ましい。このように還元ガスをC原子含有ガスと共に供給し、反応室44内でSi原子含有ガスと混合することにより、還元ガスが少ない状態となるためSi原子含有ガスの分解を成膜時と比較して抑制することができ、第1のガス供給ノズル内におけるSi膜の堆積を抑制することが可能となる。この場合、還元ガスをC原子含有ガスのキャリアガスとして用いることが可能となる。なお、Si原子含有ガスのキャリアとしては、アルゴン(Ar)のような不活性ガス(特に希ガス)を用いることにより、Si膜の堆積を抑制することが可能となる。
【0040】
更に、第1のガス供給ノズル60には、HClのような塩素原子含有ガスを供給することが望ましい。このようにすると、Si原子含有ガスが熱により分解し、第1のガス供給ノズル内に堆積可能な状態となったとしても、塩素によりエッチングモードとすることが可能となり、第1のガス供給ノズル内へのSi膜の堆積をより抑制することが可能になる。また、塩素原子含有ガスには、堆積した膜をエッチングする効果もあり、第1のガス供給口68の閉塞を抑制することが可能となる。
【0041】
次に図4(b)に示すプレミックス方式について説明する。セパレート方式と異なる点は、C原子含有ガスのガス供給源210dをMFC211d、バルブ212dを介して出し1のガスライン222に接続している点である。これにより、Si原子含有ガスとC原子含有ガスを予め混合できるため、セパレート方式に対し原料ガスを充分混合することができる。
【0042】
この場合、還元ガスであるH2ガス供給源210eは、MFC211e、バルブ212eを介して第2のガスライン260に接続することが望ましい。これにより、第1のガス供給ノズル60において、エッチングガスである塩素と還元ガスである水素との比(Cl/H)を大きくすることができるため、塩素によるエッチング効果の方が大きくなり、Si原子含有ガスの反応を抑えることが可能である。従って、プレミックス方式であっても、ある程度、SiC膜の堆積を抑制することが可能である。
【0043】
なお、SiCエピタキシャル膜を形成する際に流すCl(塩素)原子含有ガスとしてHClガスを例示したが、塩素ガスを用いてもよい。
【0044】
又、上述ではSiCエピタキシャル膜を形成する際に、Si(シリコン)原子含有ガスとCl(塩素)原子含有ガスとを供給したが、Si原子とCl原子を含むガス、例えばテトラクロロシラン(以下SiCl4とする)ガス、トリクロロシラン(以下SiHCl3)ガス、ジクロロシラン(以下SiH2Cl2)ガスを供給してもよい。また、言うまでもないが、これらのSi原子及びCl原子を含むガスは、Si原子含有ガスでも有り、又は、Si原子含有ガス及びCl原子含有ガスの混合ガスともいえる。特に、SiCl4は、熱分解される温度が比較的高いため、ノズル内のSi消費抑制の観点から望ましい。
【0045】
又、上述ではC(炭素)原子含有ガスとしてC3H8ガスを例示したが、エチレン(以下C2H4とする)ガス、アセチレン(以下C2H2とする)ガスを用いてもよい。
【0046】
また、還元ガスとしてH2ガスを例示したが、これに限らず他のH(水素)原子含有ガスを用いても良い。更には、キャリアガスとしては、Ar(アルゴン)ガス、He(ヘリウム)ガス、Ne(ネオン)ガス、Kr(クリプトン)ガス、Xe(キセノン)ガス等の希ガスのうち少なくとも1つを用いてもよいし、上記したガスを組合わせた混合ガスを用いてもよい。
【0047】
<処理炉の周辺構成>
次に、図6に於いて、処理炉40及びその周辺の構成について説明する。該処理炉40の下方には、該処理炉40の下端開口を気密に閉塞する為の炉口蓋体としてシールキャップ102が設けられている。該シールキャップ102は、例えばステンレス等の金属製であり、円盤状に形成されている。該シールキャップ102の上面には、処理炉40の下端と当接するシール材としてのOリング(図示せず)が設けられている。シールキャップ102には回転機構104が設けられ、該回転機構104の回転軸106はシールキャップ102を貫通してボート30に接続されており、該ボート30を回転させることでウェーハ14を回転させる様に構成されている。
【0048】
又、シールキャップ102は処理炉40の外側に設けられた昇降機構として、後述する昇降モータ122によって垂直方向に昇降される様に構成されており、これにより前記ボート30を処理炉40に対して搬入搬出することが可能となっている。回転機構104及び昇降モータ122には、駆動制御部108が電気的に接続されており、所定の動作をする様所定のタイミングにて制御する様構成されている(図5参照)。
【0049】
予備室としてのロードロック室110の外面に下基板112が設けられている。該下基板112には、昇降台114と摺動自在に嵌合するガイドシャフト116及び昇降台114と螺合するボール螺子118が設けられている。又、下基板112に立設した前記ガイドシャフト116及びボール螺子118の上端には上基板120が設けられている。ボール螺子118は、上基板120に設けられた昇降モータ122によって回転され、ボール螺子118が回転されることで昇降台114が昇降する様になっている。
【0050】
該昇降台114には中空の昇降シャフト124が垂設され、昇降台114と昇降シャフト124の連結部は気密となっており、該昇降シャフト124は昇降台114と共に昇降する様になっている。昇降シャフト124はロードロック室110の天板126を遊貫し、昇降シャフト124が貫通する天板126の貫通孔は、昇降シャフト124が天板126と接触することがない様充分な隙間が形成されている。
【0051】
又、ロードロック室110と昇降台114との間には、昇降シャフト124の周囲を覆う様に伸縮性を有する中空伸縮体としてベローズ128が設けられ、該ベローズ128によりロードロック室110が気密に保たれる様になっている。尚、ベローズ128は昇降台114の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有し、ベローズ128の内径は昇降シャフト124の外径に比べて充分に大きく、伸縮の際に前記ベローズ128と昇降シャフト124が接触することがない様に構成されている。
【0052】
該昇降シャフト124の下端には、昇降基板130が水平に固着され、該昇降基板130の下面にはOリング等のシール部材を介して駆動部カバー132が気密に取付けられる。昇降基板130と駆動部カバー132とで駆動部収納ケース134が構成され、この構成により該駆動部収納ケース134内部はロードロック室110内の雰囲気と隔離される。
【0053】
又、駆動部収納ケース134の内部には前記ボート30の回転機構104が設けられ、該回転機構104の周辺は冷却機構135によって冷却される様になっている。
【0054】
電力ケーブル138は、昇降シャフト124の上端から中空部を通り、回転機構104に導かれて接続されている。又、冷却機構135及びシールキャップ102には冷却水流路140が形成されている。更に、冷却水配管142が昇降シャフト124の上端から中空部を通り冷却水流路140に導かれて接続されている。
【0055】
昇降モータ122が駆動され、ボール螺子118が回転することで、昇降台114及び昇降シャフト124を介して駆動部収納ケース134を昇降させる。
【0056】
該駆動部収納ケース134が上昇することにより、昇降基板130に気密に設けられているシールキャップ102が処理炉40の開口部である炉口144を閉塞し、ウェーハ処理が可能な状態となる。又、駆動部収納ケース134が下降することにより、シールキャップ102と共にボート30が降下され、ウェーハ14を外部に搬出できる状態となる。
【0057】
<制御部>
次に、図5に於いて、SiCエピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置10を構成する各部の制御構成について説明する。
【0058】
温度制御部52、ガス流量制御部78、圧力制御部98、駆動制御部108は、操作部及び入出力部を構成し、半導体製造装置10全体を制御する主制御部150に電気的に接続されている。又、温度制御部52、ガス流量制御部78、圧力制御部98、駆動制御部108は、コントローラ152として構成されている。
【0059】
<SiC膜の形成方法>
次に、上述した半導体製造装置10を用い、半導体デバイスの製造工程の一工程として、SiC等で構成されるウェーハ14等の基板上に、例えばSiC膜を形成する基板の製造方法について説明する。尚、以下の説明に於いて半導体製造装置10を構成する各部の動作は、コントローラ152により制御される。
【0060】
先ず、ポッドステージ18に複数枚のウェーハ14を収納したポッド16がセットされると、ポッド搬送装置20によりポッド16をポッドステージ18からポッド収納棚22へ搬送し、ストックする。次に、ポッド搬送装置20により、ポッド収納棚22にストックされたポッド16をポッドオープナ24に搬送してセットし、該ポッドオープナ24によりポッド16の蓋を開き、基板枚数検知器26によりポッド16に収納されているウェーハ14の枚数を検知する。
【0061】
次に、基板移載機28により、ポッドオープナ24の位置にあるポッド16からウェーハ14を取出し、ボート30に移載する。
【0062】
複数枚のウェーハ14がボート30に装填されると、ウェーハ14を保持したボート30は、昇降モータ122による昇降台114及び昇降シャフト124の昇降動作により反応室44内に搬入(ボートローディング)される。この状態では、シールキャップ102はOリング(図示せず)を介してマニホールド36の下端をシールした状態となる。
【0063】
ボート30搬入後、反応室44内が所定の圧力(真空度)となる様に、真空排気装置220によって真空排気される。この時、反応室44内の圧力は、圧力センサ(図示せず)によって測定され、測定された圧力に基づき第1のガス排気口90及び第2のガス排気口390に連通するAPCバルブ214がフィードバック制御される。又、ウェーハ14及び反応室44内が所定の温度となる様前記被加熱体48が加熱される。この時、反応室44内が所定の温度分布となる様、温度センサ(図示せず)が検出した温度情報に基づき誘導コイル50への通電具合がフィードバック制御される。続いて、回転機構104により、ボート30が回転されることで、ウェーハ14が周方向に回転される。
【0064】
続いて、SiCエピタキシャル成長反応に寄与するSi(シリコン)原子含有ガス及びCl(塩素)原子含有ガスは、それぞれガス供給源210a,210bから供給され、前記第1のガス供給口68より前記反応室44内に噴出される。又、C(炭素)原子含有ガス及び還元ガスであるH2ガスが、所定の流量となる様に対応する前記MFC211d,211eの開度が調整された後、バルブ212d,212eが開かれ、それぞれのガスが第2のガスライン260に流通し、第2のガス供給ノズル70に流通して第2のガス供給口72より反応室44内に導入される。
【0065】
第1のガス供給口68及び第2のガス供給口72より供給されたガスは、反応室44内の被加熱体48の内側を通り、第1のガス排気口90からガス排気管230を通って排気される。第1のガス供給口68及び第2のガス供給口72より供給されたガスは、反応室44内を通過する際に、SiC等で構成されるウェーハ14と接触し、ウェーハ14表面上にSiCエピタキシャル膜成長がなされる。
【0066】
又、ガス供給源210fより、不活性ガスとしての希ガスであるArガスが所定の流量となる様に対応するMFC211fの開度が調整された後、バルブ212fが開かれ、第3のガスライン240に流通し、第3のガス供給口360から反応室44内に供給される。第3のガス供給口360から供給された不活性ガスとしての希ガスであるArガスは、反応室44内の断熱材54と反応管42との間を通過し、第2のガス排気口390から排気される。
【0067】
次に、予め設定された時間が経過すると、上述したガスの供給が停止され、図示しない不活性ガス供給源より不活性ガスが供給され、反応室44内の被加熱体48の内側の空間が不活性ガスで置換されると共に、反応室44内の圧力が常圧に復帰される。
【0068】
その後、昇降モータ122によりシールキャップ102が下降され、マニホールド36の下端が開口されると共に、処理済みのウェーハ14がボート30に保持された状態でマニホールド36の下端から反応管42の外部に搬出(ボートアンローディング)され、ボート30に保持されたウェーハ14が冷える迄、ボート30を所定位置にて待機させる。待機させた該ボート30のウェーハ14が所定温度迄冷却されると、基板移載機28により、ボート30からウェーハ14を取出し、ポッドオープナ24にセットされている空のポッド16に搬送して収納する。その後、ポッド搬送装置20によりウェーハ14が収納されたポッド16をポッド収納棚22、又は前記ポッドステージ18に搬送する。この様にして、半導体製造装置10の一連の作動が完了する。
【0069】
以降、本発明の主要部分について説明する。従来のSiC膜を成長させる縦型熱処理装置においては、図2に示すように、複数枚のウェーハ14がボート30に設置され、垂直方向に多段に複数枚配置されている。被加熱体48を石英反応管42の外にある誘導コイル50によって誘導加熱し、所定の温度にて成膜処理を行う。
【0070】
マニホールド36を介して被加熱体48の内部にガス供給ポート222、260を用いてプロセスガスを供給し所定の温度にて成膜処理を行う。この際に、反応管42や、磁気シール58が被加熱体48からの輻射熱によって加熱されないように、断熱材54を設置している。被加熱体48の温度は誘導コイル50の外側より放射温度計により計測され、温度制御される。プロセスガスは、マニホールド36の第1のガス排気口90より排気される。
【0071】
図8、9に従来のガス供給ノズルの固定部の拡大図を示す。従来の構造においては、ガス供給ノズルは石英部分61、71とカーボン部分60、70から構成されていた。略L字形状のガス供給ノズル60、70は、マニホールド36の内側面から外側に向けてスライドさせ、ガス供給ポート222、260に挿入し、倒れ調整ネジ800により、ガス供給ノズル60、70の角度等を調整することにより設置していた。
【0072】
しかしながら、ガス供給ノズル60、70は石英部材であるため、ガス供給ポート222、260に挿入する際に破損する可能性があり、ガス供給ノズルの径を大きくしたり、ガス供給ノズルの重量が増えた場合にガス供給ポート222、260に挿入することが困難になっていた。また、ガス供給ノズル60、70の下部に倒れ調整ネジ800を有する必要があり、調整に面倒であるといった問題があった。
【0073】
そこで、本発明においては、図7、10、11に示すように、反応室44の下部のマニホールド36の内径を小さくすることにより、マニホールド36の上面にガスノズル固定プレート100を設けガス供給ノズルを乗せる構造とした。また、ノズルの材質を破損リスクの可能性の高い石英部分を無くし、カーボンのみの構造とし、ノズルをノズル固定プレートの上から差し込む構造とした。更にノズル側面に位置や向きを決める凸部を設け、ノズル固定プレートに設けた凹部に嵌合することとした。
【0074】
図7を用いて説明すると、ボート30の下部には、例えば石英やSiC等の耐熱性材料で構成された円盤形状の断熱部材としてボート断熱部34が配置されており、被加熱体48からの熱が処理炉40の下方側に伝わりにくくなる様に、マニホールド36の内壁とボート断熱部34の間隔を極力狭くし、ボート断熱部34からの輻射で熱を奪ってボート14の回転機構104への熱ダメージを低減する事を可能とした。
【0075】
これにより、従来のように略L字状のガス供給ノズルをマニホールド36の内側からガス供給ポートに差し込むことによりガス供給ノズルを設置する構造が困難となった。そこで、内径の小さくなったマニホールド36の上面側にノズル固定プレート100を設け、このノズル固定プレート100に上方からガス供給ノズル600、700を差込み、ガス供給ノズル600、700の側面部に設けられた、ノズルの位置、方向を決めるための凸部610と、ノズル固定プレート100に設けられた図示は省略した凹部とを嵌合する。
【0076】
これによりノズル固定プレート100を介して、ガス供給ノズル600、700とガス供給ポート666、777との接続が可能となり、簡単な構造により、ノズルの破損の可能性も低く、ノズル調整の簡易なガス供給ノズルの設置構造が実現できる。
【0077】
本実施例においては、ガス供給ノズルの形状は特に言及していないが、ガス供給ノズルを円形ではなく、角形状とすることでノズルの向きの調整が容易になるという効果を有する。更にこの角形状のノズルの側部にノズル位置固定用の凸部610を設け、ノズル固定プレート側にこの凸部に嵌合するための凹部(図示しない)を設けることにより、ガス供給ノズルの高さ方向の調整も容易になるという効果がある。
【符号の説明】
【0078】
36 マニホールド
100 ノズル固定プレート
600、700 ガス供給ノズル
610 ノズル位置固定用の凸部
666、777 ガス供給ポート
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板を積層して収納する処理室と、該処理室内を所望の温度迄加熱する加熱手段と、前記処理室に所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内を排気する排気手段とを具備し、前記ガス供給手段は、前記基板の積層方向に立設されたガス供給ノズルと、該ガス供給ノズルを支持するノズル固定プレートと、前記処理室の下部を形成するマニホールドとを有し、前記ノズル固定プレートは、前記マニホールドの上面の処理室内側に設けられ、前記ノズル固定プレートを介し、マニホールドを貫通して前記処理室外に延在するガス供給ポートとを有し、前記ガス供給ノズルは前記ノズル固定プレートに嵌合して支持されることを特徴とする基板処理装置。
【請求項2】
前記ガス供給ノズルの側面にはノズル位置固定用の凸部を有し、前記ノズル固定プレートには前記凸部と嵌合する凹部を設けることを特徴とした請求項1記載の基板処理装置。
【請求項1】
基板を積層して収納する処理室と、該処理室内を所望の温度迄加熱する加熱手段と、前記処理室に所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内を排気する排気手段とを具備し、前記ガス供給手段は、前記基板の積層方向に立設されたガス供給ノズルと、該ガス供給ノズルを支持するノズル固定プレートと、前記処理室の下部を形成するマニホールドとを有し、前記ノズル固定プレートは、前記マニホールドの上面の処理室内側に設けられ、前記ノズル固定プレートを介し、マニホールドを貫通して前記処理室外に延在するガス供給ポートとを有し、前記ガス供給ノズルは前記ノズル固定プレートに嵌合して支持されることを特徴とする基板処理装置。
【請求項2】
前記ガス供給ノズルの側面にはノズル位置固定用の凸部を有し、前記ノズル固定プレートには前記凸部と嵌合する凹部を設けることを特徴とした請求項1記載の基板処理装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2012−175075(P2012−175075A)
【公開日】平成24年9月10日(2012.9.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−38803(P2011−38803)
【出願日】平成23年2月24日(2011.2.24)
【出願人】(000001122)株式会社日立国際電気 (5,007)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年9月10日(2012.9.10)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年2月24日(2011.2.24)
【出願人】(000001122)株式会社日立国際電気 (5,007)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]