JP2010287877A

JP2010287877A - 熱処理装置および熱処理方法

Info

Publication number: JP2010287877A
Application number: JP2010085197A
Authority: JP
Inventors: Masanao Fukuda; 正直福田; Akihiro Sato; 明博佐藤; Akinori Tanaka; 昭典田中; Kazuhiro Morimitsu; 和広盛満
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2009-05-11
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2010-12-24
Also published as: US20100282166A1

Abstract

【課題】多数枚の基板に、均一な膜厚でＳｉＣ膜を成膜することができる熱処理装置において、シリコンガス供給ノズルの閉塞を防止する。
【解決手段】熱処理装置１０は、ウエハ１４にＳｉＣ膜を成長させることを可能とする処理室４４と、ウエハ１４を縦方向に複数略水平に支持し、処理室４４内でウエハ１４を支持するボート３０と、処理室４４内に反応ガスであるカーボン含有ガスを供給するガス供給ノズル６０及びシリコン含有ガスを供給するガス供給口７０を備え、ガス供給口７０の上端は、シリコンの熱分解温度以下の温度領域である、反応管の下部領域で開口している。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板にＳｉＣを成膜するための縦型熱処理装置および熱処理方法に関する。

従来のＳｉＣ（シリコンカーバイド）成膜装置は、複数枚の基板を板状サセプタに平面状に配置し、成膜に用いる原料ガスを一箇所から反応室内に供給する。

特許文献１では、サセプタに対向する対向面への原料ガスに起因する堆積物の付着及び、原料ガス対流が発生することによるエピタキシャル成長の不安定化、これらの課題を解決するために、サセプタの基板を保持する面を下方に向くように配置した真空成膜装置及び薄膜形成方法が開示されている。

特開２００６−１９６８０７号公報

しかしながら、従来の技術においては、多数枚の基板を処理する場合、板状サセプタを大きくする必要があり、その結果、反応室の床面積が増大するという問題があった。

また、炭化珪素(ＳｉＣ、シリコンカーバイド)は珪素(Ｓｉ、シリコン)に比べエネルギーバンドギャップが大きいことや、絶縁耐圧が高いことから、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は融点がＳｉに比べて高いこと、常圧下での液相を持たないこと、不純物拡散係数が小さいことなどから、Ｓｉに比べて基板やデバイスの作成が難しいことが知られている。例えばＳｉＣエピタキシャル成膜装置は、Ｓｉのエピタキシャル成膜温度が９００℃〜１２００℃であるのに比べ、ＳｉＣは１５００℃〜１８００℃程度と高いことから成膜装置の耐熱構造や原料の分解抑制に技術的な工夫が必要である。またＳｉとＣの２元素の反応で成膜が進むため、膜厚や組成均一性の確保、ドーピングレベルの制御技術にもシリコン系の従来の成膜装置に無い工夫が必要となる。

量産用のＳｉＣエピタキシャル成長装置として市場に供されている装置としては、「パンケーキ型」「プラネタリ型」と称される形態の装置が主流である。高周波等で成膜温度まで加熱したサセプタ上に数枚〜十数枚程度のＳｉＣ基板を平面的に並べ、原料ガスやキャリアガスを供給する方法で成膜されている。Ｃ原料としてＣ_３Ｈ_８（プロパン）やＣ_２Ｈ_４(エチレン)、Ｓｉ原料としてＳｉＨ_４ (モノシラン）が多く採用されており、キャリアガスとしてはＨ_２（水素）が使用される。気相中でのシリコン核形成の抑制や結晶の品質向上を狙って塩化水素（ＨＣｌ）を添加したり、塩素（Ｃｌ）を構造中に含むトリクロルシラン（ＳｉＨＣｌ_３）、テトラクロルシラン（ＳｉＣｌ_４、四塩化珪素）などの原料を使う場合もある。これらのＳｉＣエピタキシャル成膜装置には以下のような問題点があった。

従来のパンケーキ型装置、プラネタリ型装置のような反応室構造では平面的に配置されたウエハ（基板）に対しシリコン成膜材料、カーボン成膜材料が中心部に設置されたガス供給口から供給され、排気は周辺の排気口から行われるのが一般的であり、供給口から排気口にかけてガスの濃度分布は大きく変化する。これに伴う膜厚の不均一性をウエハおよびサセプタを成膜時に回転させることにより回避することも一般的に行われている。一度に処理できる基板枚数を増やすにはサセプタの直径を大きくすれば良いが、サセプタの直径を大きくすると装置サイズが大きくなりコストが増大する問題があった。この問題はウエハの径が大きくなるほど、より深刻となる。

また、ガス供給方向からガス排気口方向（半径方向）に２枚以上並べると前述のガス濃度差の問題により処理ウエハ間に膜厚差が発生するため、一度に処理できる実用的なウエハ枚数が制限される問題があった。
一方でシリコンの成膜装置で用いられている縦型成膜装置は、1枚相当のフットプリントにて一度に複数（例えば２５〜１００枚）のウエハを縦方向に積み上げて一括して処理できる構造を持つことから大量生産に非常に有利である。

この縦型成膜装置をＳｉＣ成膜に適用する場合に問題となるのはシリコン原料の分解である。縦型成膜装置の反応室構造の特徴のひとつとして、すべての基板に均一に原料ガスを供給するためにガスを誘導するノズルを使用している点が上げられる。シリコン原料はその組成にもよるが、一般的に用いられるモノシラン（ＳｉＨ_４）では８００℃以上、塩素を含む四塩化珪素（ＳｉＣｌ_４）でも１２００℃程度で熱分解するとされている。ＳｉＣのエピタキシャル成長は１５００℃〜１８００℃程度で行われるのが一般的である。ここで反応室内にあるノズルは反応室内と同等の温度となってしまう。したがってシリコン原料ガスはノズルを通過する間に分解し、析出したシリコンがノズル内面に堆積して基板まで原料が供給できなかったり、ノズル自体が析出した原料により閉塞してしまったりする。よって、縦型成膜装置でＳｉＣ成膜をするにはこのノズル内での原料熱分解による析出の解決が必須である。

本発明は、ＳｉＣエピタキシャル成膜を縦型の半導体製造装置にて行う際に、反応室内およびガス供給ＳｉＣのエピタキシャル成長が行われる１５００℃〜１８００℃と高温になるため、ガス供給ノズルの温度が原料ガスの分解温度を超えてしまい、ガス供給ノズル内部へのシリコン析出によるノズル閉塞や、析出による原料ガスの消費により基板上での原料ガスが不足するという問題を解決することのできる熱処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る熱処理装置は、基板にＳｉＣ膜を成長させることを可能とする処理室と、基板を縦方向に複数枚略水平に支持し、前記処理室内で基板を支持する基板支持具と、前記処理室内にカーボン含有ガスを供給する第１の反応ガス供給ノズルと、前記処理室内にシリコン含有ガスを供給する第２の反応ガス供給ノズルと、前記処理室の外側に設けられ、電磁誘導加熱する磁場発生コイルと、前記磁場発生コイルを支持するコイル支持体とを有し、前記第２の反応ガス供給ノズルの上端は、前記磁場発生コイルを支持するコイル支持体の下端より低いことを特徴とする熱処理装置である。

好適には、前記熱処理装置において、基板領域より下部である、分解温度領域より温度的に低い位置からシリコン含有ガスを噴き上げて供給し、カーボン含有ガスは各基板間に対応した位置に孔を有したガス供給ノズルから供給することを特徴とする熱処理装置。

好適には、前記熱処理装置において、更に各基板間に対応した位置に複数個の排気孔を設けた排気ノズルを有することを特徴とする熱処理装置である。

本発明によれば、ガス供給ノズル内部へのシリコン析出によるノズル閉塞や、析出による消費で基板上での原料ガスが不足する現象を解決することができる熱処理装置を提供することができる。

本発明の一実施形態が適用される熱処理装置を示す斜透視図である。本発明の一実施形態に用いられる処理炉を示す側面断面図である。本発明の一実施形態に用いられる処理炉を示す上面断面図である。本発明の一実施形態に用いられる処理炉及びその周辺構造を示す概略図である。本発明の一実施形態が適用される熱処理装置のコントローラを示すブロック図である。本発明の第２実施形態に用いられる処理炉の側面断面図である。本発明の第３実施形態に用いられる処理炉の側面断面図である。

[第１実施形態]
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる熱処理装置１０の斜視図を示す。この熱処理装置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筺体１２を有する。熱処理装置１０には、例えば、ＳｉＣで構成される基板としてのウエハ１４を収納する基板収容器としてのフープ（以下、ポッドという）１６が、ウエハキャリアとして使用される。この筺体１２の正面側には、ポッドステージ１８が配置されており、このポッドステージ１８にポッド１６が搬送される。ポッド１６には、例えば２５枚のウエハ１４が収納され、蓋が閉じられた状態でポッドステージ１８にセットされる。

筺体１２内の正面側であって、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。また、このポッド搬送装置２０の近傍には、ポッド棚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。ポッド棚２２はポッドオープナ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ように構成されている。基板枚数検知器２６はポッドオープナ２４に隣接して配置される。ポッド搬送装置２０は、ポッドステージ１８とポッド棚２２とポッドオープナ２４との間でポッド１６を搬送する。ポッドオープナ２４は、ポッド１６の蓋を開けるものであり、基板枚数検知器２６は蓋が開けられたポッド１６内のウエハ１４の枚数を検知する。

筺体１２内には、基板移載機２８、基板支持具としてのボート３０が配置されている。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上下回転動作が可能な構造となっている。アーム３２は、例えば５枚のウエハ１４を取り出すことができ、このアーム３２を動かすことにより、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、ウエハ１４を搬送する。

ボート３０は、例えばカーボングラファイトや炭化珪素等の耐熱性材料で構成され、複数枚のウエハ１４を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に多段に保持するように構成されている。なお、ボート３０の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成される円板形状をした断熱部材としてのボート断熱部３４が配置されており、後述する被加熱体（サセプタ）４８からの熱が処理炉４０の下方側に伝わりにくくなるよう構成されている（図２参照）。

筺体１２内の背面側上部には処理炉４０が配置されている。この処理炉４０内に、複数枚のウエハ１４を装填したボート３０が搬入され熱処理が行われる。

次に、処理炉４０について説明する。
図２は、第１実施形態に用いられる熱処理装置の概略図を示す。
本実施形態の構成は、反応空間を形成する主に石英で構成された反応管４２、ウエハを処理温度に加熱するための誘導コイル（磁気コイル）５０、誘導コイル５０を支持する絶縁物質（たとえばアルミナなどのセラミック材）で構成された支持柱２０３および誘導コイル５０によって発生するうず電流により発熱するＳｉＣを表面にコーティングしたカーボングラファイトで構成された被加熱体（サセプタ）４８、この被加熱体４８は、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発熱される構成となっている。被加熱体４８が発熱することにより、反応管４２内が加熱される。

被加熱体４８の近傍には、反応管４２内の温度を検出する温度検出体としての図示しない温度センサが設けられている。誘導コイル５０及び温度センサには、電気的に温度制御部５２が接続されており、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への通電具合を調節することにより反応管４２内の温度が所望の温度分布となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている（図５参照）。

処理温度に加熱された被加熱体４８から放射されるふく射熱により反応管壁温度が上昇するのを防止する炭素繊維（カーボンフェルト）を主体とする断熱材５４、冷却体としての水冷板２０６、電磁波および熱の外部への漏洩を防止する筐体カバー５８、ウエハの裏面成膜を防止するＳｉＣコーティングされたカーボングラファイトで構成された基板保持手段としてのウエハホルダ２０８、ウエハをセットされたウエハホルダ２０８を複数枚積層状態に保持する表面をＳｉＣコーティングされたカーボングラファイトで構成されたボート３０、ウエハに対して原料ガスを供給するガス供給体としての原料タンク２１０ａ〜２１０ｄとバルブ２１１ａ〜２１１ｄ、流量調節器（ＭＦＣ）２１２ａ〜２１２ｄを介して連結されたガスノズル、各ウエハ間に均一なガス流れを形成するための圧力制御器としての圧力調整弁２１４を介してポンプと連結された排気系としての排気ノズル上部８０、排気ノズル下部２１６、反応室下部シール部材の温度上昇を防止する下部断熱部３４、ウエハ上の膜厚を均一となるよう処理中にウエハを回転させるための回転装置としての回転軸２１８、積層されたウエハを反応室にロード、アンロードする上下動手段（図示せず）に連結された反応室下部開口部を密閉するシール体２１９、で構成される。

作用について説明する。シール体２１９上に固定されたウエハをセットされた複数枚のウエハホルダ２０８を搭載したボート３０を上下動手段（図示せず）により反応室にロードし反応室空間を密閉する。炉内に不活性ガス（たとえばＡｒなど）を導入しながら圧力調整弁を介して接続されたポンプ２２０により反応室空間を所望の圧力にする。反応室外周部に設けられた誘導コイル５０に高周波電力（例えば１０〜１００ＫＨｚ、１０〜２００ＫＷ）を印加し被加熱体４８に渦電流を発生させ、ジュール熱により所望の処理温度（１５００〜１８００℃）に加熱する。これにより被加熱体４８より内側に配置されたウエハ、ウエハホルダ２０８、ボート３０は被加熱体４８より放射されるふく射熱により被加熱体４８の温度と同等温度に加熱される。

一方反応室下部開口部周辺においては、シール部材（Ｏリングなど）の耐熱性から下部断熱手段により温度を低く（２００℃程度）維持している。処理温度（１５００〜１８００℃）に維持されたウエハに対してガスノズル２６０よりキャリアガスを混合したシリコン系原料（図示ではＳｉＣｌ_４、その他ＳｉＨ₄、ＴＣＳ:トリクロロシラン、ＤＣＳ：ジクロルシランなど）を供給し、原料ガス供給ノズル上部６８、原料ガス供給ノズル下部２２２よりカーボン系材料（図示ではＣ_３Ｈ_８、その他Ｃ_２Ｈ_４など）を供給しつつ、圧力調整弁２１４にて反応管４２内を所望の圧力に制御しながらＳｉＣエピタキシャル成膜処理を行う。

成膜処理中はウエハ面内の均一性を確保するため回転軸２１８により回転する。ここで、シリコン系原料ガスは前述のとおり１５００℃〜１８００℃の環境では分解が進行してしまいシリコンが析出してしまう。本発明では、シリコン系原料ガスのノズル２６０内での分解によるシリコン析出を防止するため、シリコン系原料ガスの分解温度以下の領域にノズル開口部（ノズル上端部）７０を設け、ウエハ載置領域へ向けてシリコン系原料ガスを噴出して供給するのでノズル２６０内のガス温度が分解温度以上に達さず、シリコンの析出が発生しない。つまり、シリコンがノズル２６０内面に堆積して基板までシリコン系原料ガスが供給できなかったり、ノズル２６０自体が析出したシリコン系原料により閉塞してしまったりする問題を解決できる。

一方排気ノズル上部８０は各ウエハ間に対応した高さ位置に排気孔８８を設けられ、ウエハ上を通過するガス流を整流する。カーボン系材料ガスは１５００℃〜１８００℃に加熱されてもノズル内に堆積物を生じることが無いので各ウエハに対して均一に供給できるよう各ウエハ間に対応した横穴から噴出する構造とし、排気ノズル上部８０、排気ノズル下部２１６と併せて各ウエハ上ガス流の整流を促進する。なお、前記の原料ガス供給ノズル上部６８、原料ガス供給ノズル下部２２２及び排気ノズル上部８０、排気ノズル下部２１６は石英とカーボングラファイトを組合わせた構造となっており、最高到達温度が約１０００℃以下となるノズル下部部分を石英で製作し、その他のノズル上部部分をカーボングラファイトを主体とした表面に耐水素処理（たとえばＳｉＣコートなど）を施した材料にて製作し、それらを組合わせて構成されている。

ガス排気ノズル上部８０には、ボート３０に支持されたウエハ毎にガスを排気するための排気孔８８が設けられている。なお、排気孔８８は、ウエハ１枚毎あるいは数枚ごとに設けるようにすることもできる。

このように、供給孔６８から噴出されたガスは、排気孔８８に向かって流れるため、ガスがウエハ１４に対し平行に流れ、ウエハ１４全体が効率的にかつ均一にガスに晒される。

ガス供給ノズル２６０、ノズル開口部７０、ガス排気ノズル８０について詳細に説明する。
図３に示すように、サセプタ４８の内側に、３つのガス供給ノズル２２２ａ、２２２ｂ、７０が配置され、アウターチューブ４２と内側断熱壁５４の間に１つのガス供給ノズル３６０が配置されている。
ガス供給ノズル２２２ａ、２２２ｂには、Ｈ_２もしくはＡｒなどの不活性ガスにて希釈されたカーボン含有ガス（例えば、Ｃ_３Ｈ_８、Ｃ_２Ｈ_４等）を導入し、ガス供給ノズル７０には、シリコン含有ガス（例えばＳｉＣｌ_４、ＳｉＨ_４、ＴＣＳ、ＤＣＳ等）を導入する。なお、これらのガス供給ノズル２２２ａ、２２２ｂ、７０が導入するガスは、上記に限られず、目的に応じて適宜変更することができる。また前記ガス導入ノズルはカーボン含有系、Ｓｉ含有系それぞれ多数本設けてもよい。これら、処理室４４内のウエハ１４を処理（膜形成）するためのガスを、以下、反応ガスと称す。

反応管４２と内側断熱壁５４との間には、ガス供給ノズル３６０が配置されており、このガス供給ノズル３６０は、アルゴン等の不活性ガスを導入する。ガス供給ノズル３６０は、反応ガスが反応管４２と内側断熱壁５４との間に侵入するのを防ぎ、反応管４２の内壁に不要な生成物が付着、また水素による断熱材の性能劣化を防止する。

また、サセプタ４８の内側には、ノズル開口部７０が配置されている。ノズル開口部７０からは、ドーパントガスとして窒素（Ｎ_２）、ＴＭＡ（トリメチルアミン）、Ｂ_２Ｈ_６（ジボラン）、ＢＣｌ_３（三塩化ホウ素）を導入する。

本発明においては、ガス供給ノズル２６０に特徴がある。前述したように、シリコン含有原料ガスは１５００℃〜１８００℃の環境では分解が進行してしまいシリコンが析出してしまう。そこで、シリコン含有原料ガスのノズル内での分解によるシリコン析出を防止するため、シリコン含有原料ガスの分解温度以下の温度領域である、例えばボート断熱部３４の高さを超えない位置においてガス供給ノズルの上端であるノズル開口部７０を設け、ウエハ載置領域へ向けてガスを噴出して供給するので、ノズル内のガス温度が分解温度以上に達さないため、シリコンの析出が発生しない。つまり、シリコンがノズル内面に堆積して基板まで原料が供給できなかったり、ノズル自体が析出した原料により閉塞してしまったりする問題を解決できる。なお、シリコン含有原料ガスをあまり低い位置から供給すると、ウエハ１４との距離が離れすぎるために、ガスを有効に消費することが困難となるため、ウエハ１４より下方であり、ガス分解温度の位置においてシリコン含有原料ガスを供給するのが理想的である。また、ガス分解温度が低いガスを使用する場合には、ガス供給ノズル２６０を内管と外管で構成される二重管構造とし、内管と外管の間に冷却媒体を流すことによりガス温度を下げることも考えられる。

一方排気ノズル８０は各ウエハ間に対応した孔８８を設け、ウエハ上を通過するガス流を整流する。カーボン系材料ガスは１５００〜１８００℃に加熱されてもノズル内に堆積物を生じることが無いので各ウエハに対して均一に供給できるよう各ウエハ間に対応した横穴６８から噴出する構造とし、排気ノズル８０と併せて各ウエハ上ガス流の整流を促進する。なお、前述もしたが、前記の原料ガス供給ノズル、排気ノズルは石英とカーボングラファイトを組合わせた構造となっており、最高到達温度が約１０００℃以下となる部分を石英で製作し、その他の部分をカーボングラファイトを主体とした表面に耐水素処理（たとえばＳｉＣコートなど）を施した材料にて製作し、それらを組合わせて構成されている。

さらに、サセプタ４８の内側で、ガス供給ノズル２２２ａ、２２２ｂと対向する側には、ガス排気ノズル８０が配置されている。ガス排気ノズル８０は、主に反応ガスを排気する構成となっている。

反応管４２と内側断熱壁５４との間で、ガス供給ノズル３６０と対向する側には、ガス排気口３９０が配置されている。ガス排気口３９０は、主にガス供給ノズル３６０から導入された断熱材領域をパージするガスを排気する構成となっている。

この処理炉４０の構成において、ガス供給ノズル２２２ａ、２２２ｂ及びガス供給口７０から反応管４２内に導入されるガスは、図示しないガス供給源から、対応するガス供給管を通して供給され、流量調節器（ＭＦＣ）２１２ａ−ｄでその流量が調節された後、バルブ２１１ａ−ｄを介して、反応管４２内に導入される。
また、反応管４２内に導入されたガスは、ガス排気ノズル８０及びガス排気口３９０に対応するガス排気管に接続された真空排気装置２２０により、反応管４２内から排気される。

次に、処理炉４０周辺の構成について説明する。
図４は、処理炉４０及びその周辺構造の概略図を示す。処理炉４０の下方には、この処理炉４０の下端開口を気密に閉塞するための炉口蓋体としてのシールキャップ１０２が設けられている。シールキャップ１０２は、例えばステンレス等の金属より構成され、円盤状に形成されている。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部材としてのＯリングが設けられている。

シールキャップ１０２には、回転機構１０４が設けられている。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、このボート３０を回転させることでウエハ１４を回転させるように構成されている。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の後述する昇降モータによって垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート３０を処理炉４０に対し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、所望の動作をするよう所望のタイミングにて制御するよう構成されている（図５参照）。

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。下基板１１２には昇降台１１４と嵌合するガイドシャフト１１６及びこの昇降台１１４と螺合するボール螺子１１８が設けられている。下基板１１２に立設したガイドシャフト１１６及びボール螺子１１８の上端に上基板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により回転される。ボール螺子１１８が回転することにより昇降台１１４が昇降するように構成されている。

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いる。昇降シャフト１２４は昇降台１１４と共に昇降するようになっている。昇降シャフト１２４はロードロック室１１０の天板１２６を遊貫する。昇降シャフト１２４が貫通する天板１２６の貫通穴は、この昇降シャフト１２４に対して接触することがないよう充分な余裕がある。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の周囲を覆うように伸縮性を有する中空伸縮体としてのベローズ１２８が、ロードロック室１１０を気密に保つために設けられている。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、このベローズ１２８の内径は昇降シャフト１２４の外形に比べ充分に大きく、ベローズ１２８の伸縮により接触することがないように構成されている。

昇降シャフト１２４の下端には昇降基板１３０が水平に固着される。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が構成されている。この構成により、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。

また、駆動部収納ケース１３４の内部にはボート３０の回転機構１０４が設けられ、この回転機構１０４の周辺は、冷却機構１３６により、冷却される。

電力供給ケーブル１３８は、昇降シャフト１２４の上端からこの昇降シャフト１２４の中空部を通り回転機構１０４に導かれて接続されている。また、冷却機構１３６及びシールキャップ１０２には冷却流路１４０が形成されている。冷却水配管１４２は、昇降シャフト１２４の上端からこの昇降シャフト１２４の中空部を通り、冷却流路１４０に導かれて接続されている。

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。

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、ウエハ処理が可能な状態となる。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とともにボート３０が降下され、ウエハ１４を外部に搬出できる状態となる。

図５は、熱処理装置１０を構成する各部の制御構成を示す。
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、熱処理装置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。これら、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。

次に、上述したように構成された熱処理装置１０を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、ＳｉＣウエハ１４などの基板上に、例えばＳｉＣ（シリコンカーバイド）膜を形成する方法について説明する。なお、以下の説明において、熱処理装置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。

まず、ポッドステージ１８に複数枚のウエハ１４を収容したポッド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からポッド棚２０へ搬送し、このポッド棚２２にストックする。次に、ポッド搬送装置２０により、ポッド棚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、このポッドオープナ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に収容されているウエハ１４の枚数を検知する。

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からウエハ１４を取り出し、ボート３０に移載する。

複数枚のウエハ１４がボート３０に装填されると、複数枚のウエハ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の昇降動作により処理室４４内に搬入（ボートローディング）される。この状態で、シールキャップ１０２はＯリングを介してマニホールド４６の下端をシールした状態となる。

反応管４２内が所望の圧力（真空度）となるように真空排気装置８６によって真空排気される。この際、反応管４２内の圧力は、圧力センサで測定され、この測定された圧力に基づきガス排気ノズル８０及びガス排気口９０ａ、９０ｂに対応するＡＰＣバルブ８４、９４ａ、９４ｂがフィードバック制御される。また、反応管４２内が所望の温度となるようにサセプタ４８により加熱される。この際、反応管４２内が所望の温度分布となるように温度センサが検出した温度情報に基づき磁気コイル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エハ１４が回転される。

続いて、図示しない処理ガス供給源からガス供給ノズル２２０ａ−ｂそれぞれにカーボン含有ガスが供給される。所望の流量となるように、ガス供給ノズル２２０ａ−ｂに対応する流量調節器（ＭＦＣ）２１２ａ−ｂの開度が調節された後、バルブ１１１ａ−ｂが開かれ、それぞれの反応ガスがガス供給管２２２を流通して、供給孔６８から、この反応管４２内に導入される。また、流量調節器（ＭＦＣ）２１２ｃ−ｄの開度が調節された後、バルブ２１１ｃ−ｄが開かれ、ガス供給管２６０を流通して、ガス供給口７０から、反応管４２内にシリコン含有ガスが導入される。ガス供給ノズル２２２ａ−ｂ及びガス供給口７０から導入されたガスは、反応管４２内のサセプタ４８の内側を通り、主に、ガス排気ノズル８０からガス排気管２１６を通り排気される。反応ガスは、反応管４２内を通過する際にウエハ１４と接触し、ウエハ１４の表面上にＳｉＣ膜が堆積（デポジション）される。

また、図示しないガス供給源からガス供給ノズル３６０にガスが供給される。所望の流量となるように、ガス供給ノズル３６０に対応するＭＦＣの開度が調節された後、バルブが開かれ、ガス供給管を流通して、供給孔から反応管４２内に導入される。ガス供給ノズルから導入されたガスは、反応管４２内の内側断熱壁５４の外側を通り、主に、ガス排気口３９０から排気される。

予め設定された時間が経過すると、図示しない不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、反応管４２内が不活性ガスで置換されると共に、反応管４２内の圧力が常圧に復帰される。

その後、昇降モータ１２２によりシールキャップ１０２が下降されて、マニホールド４６の下端が開口されると共に、処理済ウエハ１４がボート３０に保持された状態でマニホールド４６の下端からアウターチューブ４２の外部に搬出（ボートアンローディング）し、ボート３０に支持された全てのウエハ１４が冷えるまで、ボート３０を所定位置で待機させる。次に、待機させたボート３０のウエハ１４が所定温度まで冷却されると、基板移載機２８により、ボート３０からウエハ１４を取り出し、ポッドオープナ２４にセットされている空のポッド１６に搬送して収容する。その後、ポッド搬送装置２０により、ウエハ１４が収容されたポッド１６をポッド棚２２、またはポッドステージ１８に搬送する。このようにして熱処理装置１０の一連の作用が完了する。

[第２実施形態]
次に、第２実施形態について説明する。図６は、第２実施形態に用いられる熱処理装置の概略図を示す。この変形例では、ガス排気側は、排気ノズル下部２１６が配設され、排気ノズル上部は配設されていない。他の点では、前記第１実施例と同様である。

[第３実施形態]
次に、第３実施形態について説明する。図７は、第３実施形態に用いられる熱処理装置の概略図を示す。この変形例では、シリコン含有ガス供給ノズル下部２２２及びカーボン含有ガス供給ノズル下部２６０が配設されているが、各々のノズルの上端部はシリコンの熱分解温度より低い温度領域である、反応管の下部となっている。またガス排気側は排気ノズル上部８０及び排気ノズル下部２１６が配設されている。他の点では、前記第１実施例と同様である。

なお、本発明は上記実施形態に限られず、ガス供給ノズル６０、ガス供給口７０、ガス排気ノズル８０及びガス排気口９０の数や配置、あるいはその組み合わせは、目的に応じて適宜変更することができる。

１０
熱処理装置
１２
筺体
１４
ウエハ
１６
ポッド
３０
ボート
４０
処理炉
４２
アウターチューブ
４４
処理室
４８
サセプタ
５０
磁気コイル
６０
ガス供給ノズル
６８
供給孔
７０
ガス供給口
８０
ガス排気ノズル
８８
排気孔
９０
ガス排気口
１５０
主制御部
１５２
コントローラ

Claims

基板にＳｉＣ膜を成長させることを可能とする処理室と、
基板を縦方向に複数略水平に支持し、前記処理室内で基板を支持する基板支持具と、
前記処理室内にカーボン含有ガスを供給する第１の反応ガス供給ノズルと、
前記処理室内にシリコン含有ガスを供給する第２の反応ガス供給ノズルと、
前記処理室の外側に設けられ、電磁誘導加熱する磁場発生コイルと、
前記磁場発生コイルを支持するコイル支持体と
を有し、
前記第２の反応ガス供給ノズルの上端は、前記磁場発生コイルを支持するコイル支持体の下端より低いことを特徴とする熱処理装置。
前記熱処理装置において、各基板間に対応した位置に複数個の排気孔を設けた排気ノズルを有することを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
請求項１又は２いずれか記載の熱処理装置において、シリコン含有ガスは基板領域より下部から噴き上げて供給し、カーボン含有ガスは各基板間に対応した位置に孔を有したガス供給ノズルを有したことを特徴とする熱処理装置。
基板にＳｉＣ膜を成長させることを可能とする処理室と、
基板を縦方向に複数略水平に支持し、前記処理室内で基板を支持する基板支持具と、
前記処理室内にカーボン含有ガスを供給する第１の反応ガス供給ノズルと、
前記処理室内にシリコン含有ガスを供給する第２の反応ガス供給ノズルと、
前記処理室の外側に設けられ、電磁誘導加熱する磁場発生コイルと、
前記磁場発生コイルを支持するコイル支持体と
を有し、
前記第２の反応ガス供給ノズルの上端は、前記縦方向に複数支持された基板の最下端より低く、前記シリコン含有ガスのガス分解温度より低い位置であることを特徴とする熱処理装置。
前記処理室内にカーボン含有ガスを供給する第１の反応ガス供給ノズルの下部は石英から構成されるノズルであることを特徴とした請求項１または４記載の熱処理装置。