JP2011082326A

JP2011082326A - 半導体装置の製造方法及び基板の製造方法及び基板処理装置。

Info

Publication number: JP2011082326A
Application number: JP2009233201A
Authority: JP
Inventors: Shiyu Hirochi; 志有廣地; Tenwa Yamaguchi; 天和山口; Kenji Shirako; 賢治白子; Shuhei Nishido; 周平西堂
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2009-10-07
Filing date: 2009-10-07
Publication date: 2011-04-21

Abstract

【課題】高温下で行われる為に十分な断熱構造が構築されたＳｉＣエピタキシャル膜成膜装置を提供する。
【解決手段】所定の間隔で配列された複数枚の基板１４を処理する処理室と、前記基板の配列領域下部に設けられ、複数枚の断熱部材で構成された処理室下部断熱部と、処理室内に処理ガスを供給するガス供給系と、前記ガス供給系が前記処理室内に処理ガスを供給し、前記基板上に炭化珪素膜を成膜するよう制御するコントローラと、を備える基板処理装置とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板を処理する工程を有する半導体装置の半導体装置の製造方法及び基板の製造方法及び基板処理装置に関して、特に、炭化珪素（シリコンカーバイド、ＳｉＣ）エピタキシャル膜を基板上に成膜する工程を有する、半導体装置の製造方法及び基板の製造方法及び基板処理装置に関する。

炭化珪素は特に、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、炭化珪素は珪素（シリコン、Ｓｉ）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。

従来のＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置は、複数枚の基板を板状サセプタに平面的に配置して、１５００℃〜１８００℃に加熱し、成膜に用いる原料ガスを一箇所から反応室内に供給して、基板上にＳｉＣエピタキシャル膜を成長させた。

特許文献１では、サセプタに対向する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ＳｉＣ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、いくつかの問題点がある。まず、多数枚の基板を処理する場合や、図１７に示すように基板の径を大きくする場合にサセプタを大きくする必要があり、反応室の床面積が増大すること、また原料ガスは一箇所から供給される構成となっているため、反応室中のガス濃度分布が均一でなく、ウエハに成膜される膜の厚さが不均一になること、更にＳｉＣエピタキシャル膜を成長する際に１５００℃〜１８００℃と高温で行われるため、ウエハ面内の温度制御が困難であること、断熱効果の高い構造を構築する必要があること等が挙げられる。

本発明は上述の問題点を解決し、高温条件下で行われるＳｉＣエピタキシャル膜成長において複数枚の基板を均一に成膜することができる半導体製造装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、所定の間隔で配列された複数枚の基板を処理する処理室と、前記基板の配列領域下部に設けられ複数枚の断熱部材で構成された処理室下部断熱部と、処理室内に処理ガスを供給する第１のガス供給系と、ガス供給系が処理室内に処理ガスを供給し、基板上に炭化珪素膜を成膜するよう制御するコントローラと、を備える基板処理装置を提供する。

本発明の他の態様によれば、所定の間隔で配列された複数枚の基板を処理する処理室と、基板の配列領域の下部に設けられ、複数枚の断熱部材で構成された反応室下部断熱部と、を有する半導体製造装置において、処理室内に複数枚の基板を搬送する工程と、処理室内に処理ガスを供給し、基板上に炭化珪素膜を成膜する工程と、を有する半導体装置の製造方法を提供する。

更に本発明の他の態様によれば、所定の間隔で配列された複数枚の基板を処理する処理室と、基板の配列領域の下部に設けられ複数枚の断熱部材で構成された反応室下部断熱部と、を有する半導体製造装置において、処理室内に複数枚の基板を搬送する工程と、処理室内に処理ガスを供給し、基板上に炭化珪素膜を成膜する工程と、を有する基板の製造方法を提供する。

本発明によれば、多数枚の基板に均一な膜厚で成膜することができる半導体製造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半導体製造装置１０の斜視図を示す。本発明の一実施形態が適用される半導体製造装置１０の側面断面図を示す。本発明の一実施形態が適用される半導体製造装置１０を構成する各部の制御構成を示す。本発明の一実施形態が適用される半導体製造装置１０におけるボート断熱部３４の詳細な形状の一例を示す。本発明の一実施形態が適用される半導体製造装置１０における断熱部材の形状の一例を示す。本発明の一実施形態に適用される半導体製造装置１０の処理炉４０を示す上面断面図である。本発明の一実施形態が適用される半導体製造装置１０の処理炉４０及びその周辺構造の概略図を示す。本発明の第二実施形態が適用される半導体製造装置１０における断熱部材の上面視図及び側面視図の一例を示す。本発明の第三実施形態が適用される半導体製造装置１０における断熱部材の上面視図及び側面視図の一例を示す。本発明の第三実施形態が適用される半導体製造装置１０における断熱部材のスリット形状の側面視拡大図の例を示す。本発明の第三実施形態が適用される半導体製造装置１０における断熱部材のスリット形状の第一変形例の側面視拡大図を示す。本発明の第三実施形態が適用される半導体製造装置１０における断熱部材のスリット形状の第二変形例の側面視拡大図を示す。本発明の第四実施形態が適用される半導体製造装置１０における断熱部材の上面視図及び側面視図の一例を示す。本発明の第四実施形態が適用される半導体製造装置１０における断熱部材のスリット形状の側面視拡大図の例を示す。本発明の第四実施形態が適用される半導体製造装置１０における断熱部材のスリット形状の第一変形例の側面視拡大図を示す。本発明の第四実施形態が適用される半導体製造装置１０における断熱部材のスリット形状の第二変形例の側面視拡大図を示す。パンケーキ型サセプタ構造と基板の位置関係を模式的に示す。

[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係るＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置１０の一例であり、斜視図にて示す。この基板処理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。半導体製造装置１０には、例えば、Ｓｉ又はＳｉＣ等で構成された基板としてのウエハ１４を収納する基板収納器としてフープ（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、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。

筐体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は蓋を開けられたポッド１６内のウエハ１４の枚数を検知する。

筐体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（ツィーザ）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になっている。アーム３２は例えば５枚のウエハ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ＳｉＣ等の耐熱性材料で構成されており、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積み上げて保持するように構成されている。なお、ボート３０の下部には例えばカーボングラファイトや石英やＳｉＣ等の耐熱性材料で構成された円盤形状の断熱部材５１０で構成された処理室４４下部断熱部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に構成されている（図２参照）。

ボート断熱部３４の詳細な構成図の一例を図４に示す。図４に示すようにボート断熱部３４は複数の円盤形状の断熱部材５１０が、断熱部材支持器具５００に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積み上げて保持するように載置されて構成されている。なお断熱部材支持器具５００は例えばカーボングラファイトや石英やＳｉＣ等の耐熱性材料で構成されている。

好ましくは、図４に示すように断熱部材支持器具５００は所定の高さ毎に分割されていると良い。これにより、設置する際の安定性やメンテナンス性を向上することができる。

図５（ａ）に示すように、断熱部材５１０が円盤形状であると、誘導加熱源である誘導コイル５０に高周波電流を印加して被加熱体４８及び基板であるウエハ１４を加熱する際に断熱部材５１０に誘導コイル５０と反対方向に誘導電流が流れる。これにより、断熱部材５１０自体が発熱することになり、このため、ボート断熱部３４の断熱効果が小さくなる。

そこで、図５（ｂ）に示すように、円盤状の断熱部材５１０に例えば円周方向にスリットを設けることで、誘導電流の経路を遮断することができる。これにより断熱部材５１０自身の発熱を抑制しすることができ、被加熱体４８からの熱が処理炉４０の下方側への伝達を抑制することができる、高い断熱効果を有するボート断熱部３４を構成することができる。

好ましくは、断熱部材５１０を設置する際は、スリット形状の位置を変えながら設置すると良く、例えば、90°ずつ円周方向に回転させてスリット形状の位置をずらして設置すると良い。これにより、スリット形状の位置が上下の断熱部材で異なる位置にすることになり、ふく射による熱を遮断する効果を向上することができる。

筐体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。

図２はＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置１０の処理炉４０の側面断面図を示す。なお図２においては処理ガスとして少なくともＳｉ（シリコン）原子含有ガス及び塩素（以下Ｃｌとする）原子含有ガス及び炭素（以下Ｃとする）原子含有ガス及び還元ガスとを供給する第１のガス供給口６８、及び第１の排気口９０を代表例としてそれぞれが１つずつ図示されている。また反応室を形成する反応管４２と断熱材５４との間に不活性ガスを供給する第２のガス供給口３６０、第２の排気口３９０が図示されている。

処理炉４０は、処理室４４を形成する円筒形上の反応管４２を備える。反応管４２は、石英またはＳｉＣ等の耐熱材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管４２の内側の筒中空部には、処理室４４が形成されており、シリコン（Ｓｉ）又は炭化珪素（ＳｉＣ）等で構成された基板としてウエハ１４をボート３０によって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積み上げて保持した状態で収納可能に構成されている。

反応管４２の下方には、この反応管４２と同心円状にマニホールドが配設されている。マニホールドはたと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。このマニホールドは反応管４２を支持するように設けられている。なお、このマニホールドと反応管４２との間にはシール部材としてＯリングが設けられている。このマニホールドが図示しない保持体に支持されることにより、反応管４２は垂直に据えつけられた状態になっている。この反応管４２とマニホールドにより反応容器が形成されている。

処理炉４０は、加熱される被加熱体４８及び磁場発生部として誘導加熱源である、たとえば誘導コイル５０を備える。被加熱体４８は処理室４４内に配設されており、該被加熱体は少なくとも基板であるウエハ１４の配列領域を囲むように設けられている。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加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、処理室４４内が加熱される。

被加熱体４８は、好ましくは天井部を設けて上部が閉塞した形状であることが良い。これより供給されるガスを封止することができる。更に処理室４４上部からの放熱を抑制することができる。

更に好ましくは、誘導コイル５０は被加熱体４８の天井部よりも高い位置まで設けると良い。これは、被加熱体４８の側壁より天井部のほうが放熱しやすく、特に天井部の中央部が放熱しやすいためである。これにより、上述の問題を解決し、ウエハ１４を均一に加熱することができる。

被加熱体４８の近傍には、処理室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。誘導加熱源としての誘導コイル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処理室４４内の温度が所定の温度分布となるよう所定のタイミングにて制御するように構成されている（図３参照）。

被加熱体４８と反応管４２の間には、例えば誘導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、この断熱材５４を設けることにより、被加熱体４８の熱が反応管４２あるいは反応管４２の外側へ伝達するのを抑制することができる。

好ましくは、断熱材５４は天井部を設けて上部が閉塞した形状であることが良い。例えば反応管４２が石英で構成される場合、断熱材５４に天井部が設けられていなければ、被加熱体４８からの放熱により、反応管４２は溶けてしまう。これより被加熱体４８上部から反応管４２への放熱に影響を抑制することができる。

更に好ましくは、誘導コイル５０は断熱材５４の天井部よりも高い位置まで設けると良い。これにより、ウエハ１４を均一に加熱することができる。

また、誘導コイル５０の外側には、処理室４４内の熱が外側に伝達するのを抑制するための、例えば水冷構造である外側断熱壁が誘導コイル５０を囲むように設けられている。更に、外側断熱壁の外側には、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。

図２及び図６に示すように被加熱体４８とウエハ１４との間であって、少なくともＳｉ（シリコン）原子含有ガスとＣｌ（塩素）原子含有ガスとＣ（炭素）原子含有ガスと還元ガスを供給する第１のガス供給口６８と第１の排気口９０、反応管４２と断熱材５４の間であって、少なくとも不活性ガスを供給する第２のガス供給口３６０と第２の排気口３９０が配置されている。それぞれについて詳細に説明をする。

処理ガスとして、少なくともＳｉ（シリコン）原子含有ガスとして例えばモノシラン（以下ＳｉＨ₄とする）ガス、Ｃｌ（塩素）原子含有ガスとして例えば塩化水素（以下ＨＣｌとする）ガスとＣ（炭素）原子含有ガスとして例えばプロパン（以下Ｃ_３Ｈ_８とする）ガス、還元ガスとして例えば水素（以下Ｈ_２とする）ガスとを供給する第１のガス供給口６８は、例えばカーボングラファイトで構成され、被加熱体４８内側に設けられており、マニホールドを貫通するようにマニホールドに取り付けられている。

第１のガス供給口６８は、第１のガスライン２２２に接続されている。この第１のガスライン２２２は、例えばＳｉＨ_４ガス、ＨＣｌガス、Ｃ_３Ｈ_８ガス、Ｈ_２ガスそれぞれ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、２１１ｄ及びバルブ２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄを介して例えばＳｉＨ_４ガス源２１０ａ、ＨＣｌガス源２１０ｂ、Ｃ_３Ｈ_８ガス源２１０ｃ、Ｈ_２ガス源２１０ｄに接続されている。

この構成により、例えばＳｉＨ_４ガス、ＨＣｌガス、Ｃ_３Ｈ_８ガス、Ｈ_２ガスそれぞれの供給流量、濃度、分圧を処理室４４内において制御することができる。バルブ２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄ、ＭＦＣ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄは、ガス流量制御部７８によって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よう、所定のタイミングにて制御するようにされ（図３参照）、例えばＳｉＨ_４ガス、ＨＣｌガス、Ｃ_３Ｈ_８ガス、Ｈ_２ガスそれぞれのガス源２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ、バルブ２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄ、ＭＦＣ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄ、ガスライン２２２、第１のガス供給口６８によりガス供給系として、第１のガス供給系を構成される。

なお、上述は第１のガス供給口６８より処理ガスとして、少なくともＳｉ（シリコン）原子含有ガスとＣｌ（塩素）原子含有ガスとＣ（炭素）原子含有ガスと還元ガスとを供給したが、これに限らず、それぞれに対応したガス供給口を複数設けても良く、また、これらのガスは組み合わせて供給できるようにガス供給口を設けても良い。

なお、Ｃｌ（塩素）原子含有ガスとしてＨＣｌガスを例示したがＣｌ_２ガス（塩素ガス）を用いても良い。

なお、上述では、Ｓｉ（シリコン）原子含有ガスとＣｌ（塩素）原子含有ガスを供給したが、Ｓｉ（シリコン）原子とＣｌ（塩素）原子を含むガス、例えば、テトラクロロシラン（以下、ＳｉＣｌ_４とする）ガス、トリクロロシラン（以下、ＳｉＨＣｌ_３とする）ガス、ジクロロシラン（以下ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）ガスを供給しても良い。

なお、Ｃ（炭素）原子含有ガスとしてＣ_３Ｈ_６ガスを例示したが、エチレン（以下Ｃ_２Ｈ_４とする）ガス、アセチレン（以下、Ｃ_２Ｈ_２とする）ガスを用いても良い。

なお、第１のガス供給口６８から更にドーパントガスも供給しても良く、ドーパントガスを供給するためのガス供給口を更に設けてドーパントガスを供給しても良い。

また、第１の排気口９０は、第１の供給口６８の位置に対して対向面に位置するように配置され、マニホールドには、第１の排気口９０に接続されたガス排気管２３０が貫通するように設けられている。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圧力センサ及び圧力調整器としてのＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、以下ＡＰＣとする）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、この圧力制御部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の開度を調整することにより被加熱体４８内側の圧力が所定の圧力になるよう、所定のタイミングにて制御するように構成されている（図３参照）。

このように、第１のガス供給口６８から処理ガスとして少なくともＳｉ（シリコン）原子含有ガスとＣｌ（塩素）原子含有ガスとＣ（炭素）原子含有ガスと還元ガスとを供給し、供給されたガスはＳｉ又はＳｉＣで構成されたウエハ１４に対し平行に流れ、第１の排気口９０に向かって流れるため、ウエハ１４全体が効率的にかつ均一にガスに晒される。

なお、好ましくは図６に示すように、処理室４４内であって被加熱体４８とウエハ１４との間には第１のガス供給口６８と第１の排気口９０との間には、構造物４００を設けると良い。例えば、対向する位置にそれぞれ構造物４００を設ける。構造物４００として、好ましくは断熱材、又はカーボングラファイト材等で構成され、耐熱やパーティクル発生を抑制することができると共に、これにより第１のガス供給口６８より供給されるガスはウエハ１４全体に効率的にかつ均一に晒され、ウエハ１４上に成膜されるＳｉＣエピタキシャル膜の膜厚均一性は向上する。

第２のガス供給口３６０は反応管４２と断熱材５４との間に配置されており、マニホールドを貫通するように取り付けられている。更に第２の排気口３９０が、反応管４２と断熱材５４との間に配置され、第２のガス供給口３６０に対して対向面に位置するように配置され、マニホールドには第２の排気口３９０に接続されたガス排気管２３０が貫通するように設けられている。この第２のガス供給口３６０は少なくとも不活性ガスとして例えばアルゴン（以下、Ａｒとする）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である、例えばＳｉ（シリコン）原子含有ガス又はＣ（炭素）原子含有ガス又はCｌ（塩素）原子含有ガス又はそれらの混合ガスが反応管４２と断熱材５４との間に侵入するのを防ぎ、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。

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の排気口３９０よりガス排気管２３０の下流側には図示しない圧力検出器として圧力センサ及び圧力調整器としてのＡＰＣバルブ２１４を介して真空ポンプ等の真空排気装置２２０から排気される。圧力センサ及びＡＰＣバルブ２１４には、圧力制御部が電気的に接続されており、この圧力制御部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の開度を調整することにより反応管４２と断熱材５４との間の空間の圧力が所定の圧力になるよう、所定のタイミングにて制御するように構成されている（図３参照）。

なお、不活性ガスとしてＡｒガスを例示したが、これに限らず、ヘリウム（以下Ｈｅとする）ガス、ネオン（以下Ｎｅとする）ガス、クリプトン（以下Ｋｒとする）、キセノン（以下Ｘｅとする）等の希ガスより少なくとも１つのガス、又は上述の希ガスより少なくとも２つを組み合わせたガスを供給しても良い。

次に処理炉４０周辺の構成について説明する。図７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の下端開口を機密に閉塞するための炉口蓋体としてシールキャップ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なり、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２１８が設けられている。回転機構２１８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の外側に向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２１８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、所定の動作をするよう所定のタイミングにて制御するよう構成されている（図３参照）。

予備室としてロードロック室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十分な余裕がある。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十分な伸縮量を有し、このベローズ１２８の内径は昇降シャフト１２４の外形に比べ十分に大きく、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が水平に固着されている。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が気密に取り付けられる。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２１８が設けられ、この回転機構２１８の周辺は冷却機構１３６により冷却される。

電力ケーブル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２１８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と共にボート３０が降下され、ウエハ１４を外部に搬出できる状態となる。

なお、上述の説明では、予備室としてロードロック室１１０を用いて例示したが、これに限らず他の形態を用いても良い。但し、ロードロック室１１０を用いることにより、処理前後の基板であるウエハ１４の酸化を抑制することができ、良好な性能を有する半導体装置の製造を行うことができる。

図３は炭化珪素（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、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。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半導体製造装置１０を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、例えばＳｉＣ等で構成されたウエハなどの基板上に、ＳｉＣエピタキシャル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、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。

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の下端をシールした状態となる。

被加熱体４８内側が所定の圧力（真空度）となるように真空排気装置２２０によって真空排気される。この際、被加熱体４８内側の圧力は、圧力センサで測定され、この測定された圧力に基づき第１の排気口９０及第２の排気口３９０に連通するＡＰＣバルブ２１４がフィードバック制御される。また、ウエハ１４及び被加熱体４８内側が所定の温度となるように誘導加熱源としての誘導コイル５０により加熱され、被加熱体４８、基板であるウエハ１４が加熱される。この際、被加熱体４８内側が所定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２１８により、ボート３０が回転されることでウエハ１４が周方向に回転される。

続いて、炭化珪素（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、Ｃ（炭素）原子含有ガス及び還元ガスであるＨ_２ガスはそれぞれ、ガス源２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄから供給され、被加熱体４８内側に少なくとも１つ設けられる第１のガス供給口６８より被加熱体４８内側に噴出され、ＳｉＣエピタキシャル成長反応が行われる。

このとき、Ｓｉ（シリコン）原子含有ガス及びＣｌ（塩素）原子含有ガス及び、Ｃ（炭素）原子含有ガス及び還元ガスであるＨ_２ガスは、所定の流量となるように対応するＭＦＣ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄの開度が調整された後、バルブ２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄが開かれ、それぞれのガスがガス供給管２２２を流通して、第１のガス供給口６８から被加熱体４８内側に供給される。

第１のガス供給口６８より供給されたガスは、処理室４４内の被加熱体４８内側を通り、第１の排気口９０からガス排気管２３０を通り排気される。供給されたガスは、被加熱体４８内側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エピタキシャル膜成長がなされる。

またガス供給源２１０ｅより不活性ガスである例えばＡｒガスは所定の流量となるように、対応するＭＦＣ２１１ｅの開度が調整された後、バルブ２１２ｅが開かれ、ガス供給管２４０を流通して、第２のガス供給口３６０から反応管４２と断熱材５４との間に形成される空間に供給される。第２のガス供給口３６０から供給された不活性ガスであるＡｒガスは、処理室４４内の断熱材５４と反応管４２との間に形成される空間を通過し、第２の排気口３９０から排気される。

ＳｉＣエピタキシャル膜成長は、予め設定された時間が経過すると、上述のガスの供給を停止し、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、被加熱体４８内側が不活性ガスで置換されると共に、処理室４４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）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。このようにして半導体製造装置１０の一連の作用が完了する。

本実施形態によれば、以下に示す効果のうち少なくとも１つ以上の効果を奏する。
（１）断熱部材の周方向にスリット形状を設けることにより、断熱部材自体の誘導加熱による発熱を抑制することができる。
（２）（１）により、ボート断熱部３４の断熱効果を向上することができる。
（３）上記の効果により、処理室４４内での一度の処理にて多数枚の基板に対して高温処理の炭化珪素（ＳｉＣ）エピタキシャル膜成長を行うことができる。

[第２実施形態]
次に第２実施形態について説明する。

第１実施形態では、断熱部材５１０の周方向にスリット形状を設けることで断熱部材５１０の内部を流れる誘導電流６１０を遮断し、断熱部材５１０自体が誘導加熱されることを抑制した。第２実施形態では、図８に示すように断熱部材５１０の一部を曲げてスリット形状を形成している。

図８で示すような形状である為、断熱部材５１０内に流れる誘導電流６１０を遮断すると共に、断熱部３４上部の被加熱体４８からのふく射による熱も遮断することができる。

この際、曲げの角度が９０°以上では被加熱体４８からのふく射による熱を抑制することができない。そのため、曲げの角度は９０°以下である必要があり、好ましくは、４５℃以下の角度であると良い。

また好ましくは、断熱部材５１０を設置する際は、スリット形状の位置を変えながら設置すると良く、例えば、９０°ずつ周方向にずらしながら設置すると良い。これにより、ふく射による熱を遮断する効果を向上することができる。

本実施形態によれば、第１実施形態で説明した効果に加えて、以下に示す効果のうち少なくとも１つ以上の効果を奏する。
（１）断熱部材内に流れる誘導電流を遮断すると共に、断熱部上部の被加熱体４８からのふく射による熱も遮断することができる。

[第３実施形態]
次に第３実施形態について説明する。
第３実施形態では、図９及び図１０に示すように断熱部材５１０の一部を周方向にスリット形状を形成する際に斜め方向に切り欠きを設けている。図９は第３実施形態で用いられる断熱部材５１０の形状の一例に関して、断熱部材５１０の上面視図及び側面視図を示し、図１０は図９における側面視図のスリット形状部分を拡大した図を示している。これにより断熱部材５１０内部を流れる誘導電流６１０を遮断すると共に、断熱部３４上部の被加熱体４８からのふく射による熱も遮断するための形状が、容易に形成できる。

更に第３実施形態における断熱部材５１０のスリット形状の変形例を図１１に示す。図１１に示すように、形成されるスリット形状が、くの字である場合である。これにより、更に、断熱部３４上部の被加熱体４２からのふく射による熱も遮断する効果が高くなる。

また、図１２に示すように、異なる斜め方向に切り欠かれたスリット形状である断熱部材５１０a、５１０ｂを重ねて１組の断熱部材として用いても良い。これにより、図１１に示すようなくの字に切りかかれたスリット形状と同等の断熱部３４上部の被加熱体４８からのふく射による熱も遮断する効果が高いと共に、異なる斜め方向のスリット形状を設ければよいので、製作することが容易になる。

上述では、異なる斜め方向に切り欠かれたスリット形状をもつ断熱部材５１０ａ、５１０ｂの２枚を重ね合わせて１組としたが、これに限らず、異なる斜め方向に切りかかれたスリット形状を持つ断熱部材を３枚以上重ね合わせて１組の断熱部材を構成しても良く、好ましくは、切り欠かれた方向が交互に重ねあわされるようになっていることが望ましい。

更に、第３実施形態における断熱部材５１０の形状の変形例として、図１３に示すように熱部材の上面部の一部及び、下面部の一部が延在したスリット形状を持つ断熱部材を用いた場合である。これにより、断熱部材５１０内へ流れる誘導電流を遮断すると共に、被加熱体４８からのふく射による熱の反応室下部への影響を抑制することができるので、断熱効果を向上することができる。

好ましくは図１４に示されるように断熱部材の上面部の端部と下面部の端部が揃うようにスリット形状を設けることが良い。

更に好ましくは図１５に示すように、上面部と下面部の一部が重なるようにスリット形状にすることで、更にふく射による熱の処理室４４の下部への影響を抑制できる。

また、図１５に示すように、断熱部材を、上断熱部材５１０ｃ及び下断熱部材５１０ｄと分割された部材を重ね合わせて設置しても良い。これにより、断熱部材５１０の製作を容易することができる。

本実施形態によれば、第１及び第２実施形態で説明した効果に加えて、以下に示す効果のうち少なくとも１つ以上の効果を奏する。
（１）被加熱体４２からのふく射による熱も遮断するための形状が、容易に形成できる。

なお、本発明はＳｉＣエピタキシャル膜成長に関して説明したが、その他のエピタキシャル膜及びＣＶＤ膜に関しても適用することができる。

［付記］
以下に、本実施形態に係る好ましい態様を付記する。

［付記１］
所定の間隔で配列された複数枚の基板を処理する処理室と、基板の配列領域下部に設けられ、複数枚の断熱部材で構成された処理室下部断熱部と、処理室内に少なくともシリコン原子含有ガスと炭素原子含有ガスとを供給する第１のガス供給系と、ガス供給系が処理室内に少なくとも前記シリコン原子含有ガスと前記炭素原子含有ガスとを供給し、基板上に炭化珪素膜を成膜するよう制御するコントローラと、を備える基板処理装置。

[付記２]
所定の間隔で配列された複数枚の基板を処理する処理室と、基板の配列領域の下部に設けられ、複数枚の断熱部材で構成された反応室下部断熱部と、を有する半導体製造装置において、処理室内に複数枚の基板を搬送する工程と、処理室内に少なくともシリコン原子含有ガスと炭素原子含有ガスとを供給し、基板上に炭化珪素膜を成膜する工程と、を有する半導体装置の製造方法。

[付記３]
所定の間隔で配列された複数枚の基板を処理する処理室と、基板の配列領域の下部に設けられ、複数枚の断熱部材で構成された反応室下部断熱部と、を有する半導体製造装置において、処理室内に複数枚の基板を搬送する工程と、処理室内に少なくともシリコン原子含有ガスと炭素原子含有ガスとを供給し、基板上に炭化珪素膜を成膜する工程と、を有する基板の製造方法。

[付記４]
付記１において周方向にスリット形状を有する断熱部材を用いる基板処理装置。

[付記５]
付記４においてスリットの位置を周方向に90°ずらして設置する基板処理装置。

[付記６]
付記４においてスリットの位置を周方向にずらして設置する基板処理装置。

[付記７]
付記１において断熱部材の一部を上方向又は下方向に曲げた形状を有する断熱部材を用いる基板処理装置。

[付記８]
付記１において断熱部材の一部を上方向又は下方向に９０°以下の角度に曲げた形状を有する断熱部材を用いる基板処理装置。

[付記９]
付記１において、スリット形状が厚さ方向に対して斜め方向に設けられた断熱部材を用いる基板処理装置。

[付記１０]
付記１において、スリット形状が厚さ方向に対して、くの字に設けられた断熱部材を用いる基板処理装置。

[付記１１]
付記９において、厚さ方向に対してスリット形状が異なる斜め方向に設けられた２枚の断熱部材を重ね合わせて用いる基板処理装置。

[付記１２]
付記１において、断熱部材の上面部の一部及び、下面部の一部が延在したスリット形状を持つ断熱部材を用いる基板処理装置。

[付記１３]
付記１２において、断熱部材の上面部の延在した部分の一部と、下面部から延在した延在した部分の一部が重なるスリット形状をもつ断熱部材を用いる基板処理装置。

[付記１４]
付記１２において、異なる方向にスリット形状の一部が延在した断熱部材を重ね合わせて用いる基板処理装置。

[付記１５]
付記１４において、異なる方向にスリット形状の一部が延在した断熱部材を複数枚重ね合わせて用いる基板処理装置。

[付記１６]
付記４乃至１５において、周方向に形成されるスリット形状を断熱部に設置する際に、スリット形状の位置を径方向に数度ずらして断熱部材を設置する基板処理装置。

[付記１７]
付記１６において、周方向に形成されるスリット形状を断熱部に設置する際に、スリット形状の位置を径方向に９０°ずらして断熱部材を設置する基板処理装置。

[付記１８]
付記１６において、周方向に形成されるスリット形状を断熱部に設置する際に、スリット形状の位置を径方向に１８０°ずらして断熱部材を設置する基板処理装置。

１０半導体製造装置
１２筐体
１４ウエハ
１６ポッド
３０ボート
４０処理炉
４２反応管
４４処理室
４８被加熱体
５０誘導コイル
６８第１のガス供給口
９０第１の排気口
１５０主制御部
１５２コントローラ
３６０第２のガス供給口
３９０第２の排気口
５００断熱部材支持器具
５１０断熱部材
６００（供給）電流
６１０誘導電流

Claims

所定の間隔で配列された複数枚の基板を処理する処理室と、
前記基板の配列領域下部に設けられ、複数枚の断熱部材で構成された処理室下部断熱部と、
処理室内に処理ガスを供給するガス供給系と、
前記ガス供給系が前記処理室内に処理ガスを供給し、前記基板上に炭化珪素膜を成膜するよう制御するコントローラと、を備える基板処理装置。
所定の間隔で配列された複数枚の基板を処理する処理室と、
基板の配列領域の下部に設けられ、複数枚の断熱部材で構成された反応室下部断熱部と、
を有する半導体製造装置において、
前記処理室内に複数枚の基板を搬送する工程と、
前記処理室内に処理ガスを供給し、前記基板上に炭化珪素膜を成膜する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
所定の間隔で配列された複数枚の基板を処理する処理室と、
基板の配列領域の下部に設けられ、複数枚の断熱部材で構成された反応室下部断熱部と、
を有する半導体製造装置において、
前記処理室内に複数枚の基板を搬送する工程と、
前記処理室内に処理ガスを供給し、前記基板上に炭化珪素膜を成膜する工程と、を有する基板の製造方法。