JP2014179550A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】処理ガス供給ノズルの内側表面の劣化を抑制し、長期間の安定した使用に耐え得るガス供給ノズルを備えた基板処理装置を提供する。
【解決手段】複数枚の基板１４を鉛直方向に積層して保持する基板保持具３０と、基板保持具３０を搬入して基板１４を処理する処理室４５と、処理室４５内へ処理ガスを供給するガス供給孔を有するガス供給ノズルとを備え、前記ガス供給ノズルは、ノズル内側表面がＴａＣまたは熱分解カーボンによって形成された保護膜８４がコーティングされている。
【選択図】図５

Description

本発明は、炭化珪素ウェハにエピタキシャル炭化珪素膜を成膜する基板処理装置に係り、特に熱処理炉内に設けられた処理ガス供給ノズルの劣化を抑制する技術に関するものである。

炭化珪素（ＳｉＣ）は、珪素（Ｓｉ）に比べて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。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製が難しいことが知られている。

基板処理装置である例えば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℃であるのに対し、ＳｉＣのそれは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成膜装置にはない工夫が必要となる(特許文献１)。

上記ＳｉＣエピタキシャル成膜装置におけるガス供給部は、通常、１５００℃以上の高温に耐え、かつ他の物質による基板の汚染に配慮した材質が用いられる。しかしながら、このような材質を用いたガス供給部も１５００℃以上の高温水素中では徐々にエッチングが進行するため、長期間の使用では、ガス供給部の内側表面が劣化し、少しずつ微粒子が発生する。発生した微粒子は、ガスの流れに乗って基板上に運ばれ、結晶欠陥の原因や、原料のＣ濃度変化の原因となり、成膜条件が変わってしまうという問題があった。また、微粒子が発生したガス供給部は、クリーニングが困難であるため交換するしかなく、生産性の低下を招いていた。

特開２０１２−１７５０７２号公報

本発明の目的は、処理ガス供給部の劣化を抑制し、長期間の安定した使用に耐え得るガス供給部を備えた基板処理装置を提供することにある。

本発明の一態様によれば、複数枚の基板を鉛直方向に積層して保持する基板保持具と、前記基板保持具を搬入して前記基板を処理する処理室と、前記処理室内へ処理ガスを供給するガス供給孔を有するガス供給ノズルと、を備え、前記ガス供給ノズルは、ノズル内側表面がＴａＣまたは熱分解カーボンによって形成された保護膜でコーティングされた、基板処理装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、処理ガス供給ノズルの内側表面の劣化を抑制し、長期間の安定した使用に耐え得るガス供給ノズルを備えた基板処理装置を提供することが可能となる。

本発明の実施形態における縦型処理装置の斜透視図である。 本発明の実施形態における縦型処理装置の縦断面図である。 本発明の実施形態における縦型処理装置の制御部の構成図である。 本発明の実施形態における処理炉およびその周辺構造の概略図である。 本発明の実施形態におけるガス供給ノズルのコート方法の説明図である。 本発明の実施形態における処理炉の横断面図である。

まず、一般的なＳｉＣエピタキシャル装置について以下に記載する。

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、パンケーキ型やプラネタリ型と称される形態の装置が主流である。プラネタリ型ＳｉＣエピタキシャル成長装置においては、ＳｉＣウェハがウェハホルダに把持され、吊るすようにしてサセプタに支持されている。材料ガスは、供給ガス経路を通って下方から上昇し、ＳｉＣウェハの下面を通過し、反応容器の側面から排気される。ＳｉＣウェハは、回転軸の周りを自転しつつ、回転軸の周りを公転しながら、誘導コイルにより加熱処理される。

このように一般的なＳｉＣエピタキシャル成長装置では、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している。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および、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を抑制するために、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ている。

一般的な装置では、炭素原料として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）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４、四塩化珪素）などの原料を使う場合もある。

これら一般的なＳｉＣエピタキシャル成膜装置には、以下のような課題がある。例えば反応空間構造では、平面的に配置されたウェハに対し、シリコン成膜材料ガスとカーボン成膜材料が、中心部に設置されたガス供給部から供給され、排気は周辺部から行われるのが一般的であり、ガス供給孔から排気口にかけてガスの濃度分布が大きく変化する。

これに伴う膜厚の不均一性を、ウェハおよびサセプタを成膜時に回転させて回避することも一般的に行われているが、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ェ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ェハ枚数が制限されるという問題がある。

また、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、コストが増大するという問題がある。この問題は、ウェハ径が大きくなるほど、より深刻となる。

一方で、シリコンの成膜装置で用いられている基板処理装置は、ウェハ１枚相当のフットプリントにて一度に複数例えば２５〜１００枚のウェハを縦方向に積み上げて一括して処理できることから、多量生産に非常に有利である。そこで、本願発明者等は、縦型成膜装置をＳｉＣ成膜に適用することを検討した。

この縦型成膜装置をＳｉＣ成膜に適用する場合の問題として、反応空間構成部材の材質がある。Ｓｉの成膜装置は、主に１２００℃以下で処理されるため、反応空間材料としては主に高純度で安定した石英ガラス等を使用している。しかしながら、ＳｉＣエピタキシャル成長は１５００℃以上の高温で処理されるため、従来の石英ガラスでは耐熱温度に問題があり、使用できなかった。

また、縦型ＳｉＣエピタキシャル成膜装置では、ノズル内でのＳｉＣ成膜によるノズル閉塞を抑制するためにＳｉ原料ガスとＣ原料ガスをそれぞれ別々に供給する方式が採用されているが、Ｓｉ原料は、ノズル内で水素により分解（還元）されるので、分解を抑制するためにＡｒのような不活性ガスをキャリアガスとしてノズル内に導入する。また、ノズル内で分解してもＳｉがノズル内に析出しないようにＨＣｌなどのエッチングガスを添加する。

Ｃ原料にはプロパンやエチレンを使用し、水素ガスをキャリアガスとして炉内に導入する。プロパンやエチレンは、ノズル内で分解してもＣ_２Ｈ_２のような形で存在し、Ｓｉ原料のように原料のＣが析出して成膜されることはないが、長期間の使用では徐々にエッチングが進行するため、ノズルの内側表面が劣化して少しずつ微粒子が発生し、結晶欠陥の原因や、原料のＣ濃度変化の原因となることにより、成膜条件が変わってしまったり、ノズルを交換する必要が生じ、生産性が低下するという、縦型ＳｉＣエピタキシャル成長装置特有の技術課題が生じたことが判明している。

本発明は、本願発明者らが見出した上記知見に基づくものである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態におけるＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する基板処理装置としての半導体製造装置１０の一例を示している。この半導体製造装置１０は、バッチ式縦型処理装置であり、主要部が配置される筐体１２を有する。半導体製造装置１０では、例えばＳｉまたはＳｉＣ等で構成された基板としてのウェハ１４を収納する基板収納器としてフープ（ＦＯＵＰともいう。以下、ポッドという。）１６が、ウェ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が半導体製造装置１０の外部から搬送される。ポッド１６には、例えば２５枚のウェハ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、ポッド収納棚２２、ポッドオープナ２４および基板枚数検知器２６が配置されている。ポッド収納棚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とポッド収納棚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内のウェハ１４の枚数を検知する。

筐体１２内には基板移載機２８、基板保持体としてのボート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、進退、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枚のウェ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およびボート３０間にてウェハ１４を搬送する。

図２に示すように、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所定の間隔で積層した状態で保持するように構成されている。なお、各ウェハ１４は、円環状の下部ホルダ１５ａと円板状の上部ホルダ１５ｂとからなるウェハホルダ１５に下面を露出した状態で保持されている。ボート３０の下部には、例えばＳｉＣ等の耐熱性材料で構成された円筒形状の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）。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内に複数枚のウェハ１４を装填したボート３０が搬入されて熱処理が行われる。

後述するマニホールド９１には、図示例では長手方向に複数の第１のガス供給孔６８を少なくとも１つ有する縦長の第１のガス供給ノズル６０が少なくとも１つ設けられ、図示例では長手方向に複数の第２のガス供給孔７２を少なくとも１つ有する縦長の第２のガス供給ノズル７０が少なくとも１つ設けられ、反応管４２内のガスを外部に排気するガス排気口９０とが設けられている。ガス排気口９０は、反応管空間内のガス排気に限らず、反応管４２と後述する断熱材５４との間に供給される不活性ガスを排気する排気口を含むように構成されていてもよい。第１のガス供給孔６８は、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給するものである。第２のガス供給孔７２は、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガス、またはシリコン原子および塩素原子含有ガスと塩素含有ガスとを供給するものである。

処理炉４０は、円筒形状の反応空間を形成する反応管４２を備える。反応管４２は、石英またはＳｉＣ等の耐熱材料で構成され、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、反応空間４５が形成されている。反応空間４５は、ＳｉまたはＳｉＣ等で構成されたウェハ１４を、ボート３０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所定の間隔で積層し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９１が配設されている。マニホールド９１は、例えばステンレス等で構成され、上端およ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９１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９１と反応管４２との間にはシール部材としてＯリング（不図示）が設けられている。このマニホールド９１が保持体（不図示）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９１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、および磁場発生部としての誘導コイル（または磁気コイルともいう）５０を備える。被加熱体４８は、反応空間４５内に配設されている。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。誘導コイル５０は、反応管４２の周囲を巻き回すように設けられる。被加熱体４８が発熱することにより、反応空間４５内が加熱される。被加熱体４８は、誘導コイル５０により発生する誘導電流により誘導加熱されやすく、且つ、耐熱性に優れた材料、例えば、カーボングラファイト等の材料で構成され、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。

被加熱体４８の近傍には、反応空間４５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および温度センサには、温度制御部５２が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への通電量を調節することにより、反応空間４５内が所定のタイミングにて所定の温度分布となるよう制御するように構成されている（図３参照）。

被加熱体４８の内部は、第１のガス供給ノズル６０および第２のガス供給ノズル７０が設けられ、反応ガスが供給される反応空間（処理室）４５を形成している。被加熱体４８と反応管４２の間には、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。断熱材５４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、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。

また、誘導コイル５０の外側には、反応空間４５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９２が、反応空間４５を囲むように設けられている。外側断熱壁９２は、誘導コイル５０から発生される誘導電流により誘導加熱されにくい材料、例えば、銅（Ｃｕ）等の材料から構成され、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。更に、外側断熱壁９２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ド５８が設けられている。好ましくは、磁気シールド５８は、誘導コイルから発生される誘導電流により誘導加熱されにくい材料、例えば、銅（Ｃｕ）もしくはアルミニウム（Ａｌ）等の材料から構成され、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。

図２に示すように、マニホールド９１には被加熱体４８とボート３０との間を通って上方に延びた第１のガス供給ノズル６０と、第２のガス供給ノズル７０とが設けられている。第１のガス供給ノズル６０にはボート３０上のウエハ１４に対して処理ガスを供給するために少なくとも１つ、図示例では上下の長手方向に所定の間隔で複数の第１のガス供給孔６８が設けられている。第２のガス供給ノズル７０にはボート３０上のウエハ１４に対して処理ガスを供給するために少なくとも１つ、図示例では上下の長手方向に所定の間隔で複数の第２のガス供給孔７２が設けられている。

第１のガス供給ノズル６０および第２のガス供給ノズル７０は、１５００℃以上の高温にも耐えられるようにカーボングラファイトで構成され、マニホールド９１を貫通するようにマニホールド９１に取り付けられている。第１のガス供給ノズル６０は、第１のガス供給系である第１のガス供給管２２２に接続されている。この第１のガス供給管２２２は、本例では、ＭＦＣ２１１ａおよびバルブ２１２ａを介してプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）ガス源２１０ａに接続され、また、ＭＦＣ２１１ｂおよびバルブ２１２ｂを介してアルゴン（Ａｒ）ガス源および水素（Ｈ_２）ガス源２１０ｂの何れか一方に切り替え可能に接続されている。反応空間４５内に供給されるプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）ガスおよびアルゴン（Ａｒ）ガスまたは水素（Ｈ_２）ガスの供給流量、濃度、分圧を制御することができる。

第２のガス供給ノズル７０は、第２のガス供給系である第２のガス供給管２４０に接続されている。この第２のガス供給管２４０は、本例では、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。）２１１ｃおよびバルブ２１２ｃを介して、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４）ガス源２１０ｃに接続されている。また、この第２のガス供給管２４０は、ＭＦＣ２１１ｄおよびバルブ２１２ｄを介して、塩化水素（ＨＣｌ）ガス源２１０ｄに接続されている。さらに、この第２のガス供給管２４０は、ＭＦＣ２１１ｅおよびバルブ２１２ｅを介して、キャリアガスとしてのアルゴン（Ａｒ）ガス源２１０ｅに接続されている。

この構成により、反応空間４５内に供給されるテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４）ガス、塩化水素（ＨＣｌ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガスのそれぞれの供給流量、濃度、分圧を制御することができる。バルブ２１２ｃ，２１２ｄ，２１２ｅ、ＭＦＣ２１１ｃ，２１１ｄ，２１１ｅ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、所定のタイミングにて所定流量となるようコントローラ１５２によって制御される（図３参照）。

少なくとも炭素含有ガスと還元ガスを供給する第１のガス供給ノズル６０は、反応空間４５内に設けられている。第２のガス供給ノズル７０は、１５００℃以上の高温にも耐えられるようにカーボングラファイトで構成され、マニホールド９１を貫通するようにマニホールド９１に取り付けられている。第１のガス供給ノズル６０に設けられる第１のガス供給孔６８は、炭素含有ガスとして例えばプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）ガス、還元ガスとして例えば水素（Ｈ_２）ガスまたはアルゴン（Ａｒ）ガスを、反応空間４５内に供給する。

なお、シリコン含有ガスとして、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４）ガスを例示したが、これに限らず、ＳｉＨ_４、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＳｉＨＣｌ_３、Ｓｉ_２Ｃｌ_６ガス等を用いても良く、またこれらのガスを組み合わせて用いても良い。

また、炭素含有ガスとしてプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）ガスを例示したが、これに限らず、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）ガス、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）ガス等を用いても良く、また、これらのガスを組み合わせて用いても良い。

また、塩素含有ガスとして塩化水素（ＨＣｌ）ガスを例示したが、これに限らず、塩素（Ｃｌ_２）、三フッ化塩素（ＣｌＦ_３）ガス等を用いても良く、また、これらのガスを組み合わせて用いても良い。

さらに、キャリアガスとして水素（Ｈ_２）ガスやアルゴン（Ａｒ）ガスを例示したが、これに限らず、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）ガス等の希ガスや不活性ガスを用いても良い。第１のガス供給孔６８および第２のガス供給孔７２は、それぞれ、ボート３０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所定の間隔で積み上げて保持された複数枚のウェハ１４に対し、ウェハ１４の１枚毎にガスを供給するように設けることが好ましい。

これにより、ウェハ１４それぞれの膜厚の面内均一性を制御しやすくなる。しかし、これに限らず、第１のガス供給孔６８および第２のガス供給孔７２は、それぞれ、縦方向に積層されたウェハ１４の配列領域（基板の配列領域）に少なくとも１つ設けるようにしてもよい。上述の実施形態では、第１のガス供給ノズル６０より炭素含有ガス、還元ガス、および第２のガス供給ノズル７０よりシリコン含有ガス、塩素含有ガスを供給したが、これに限らず、ガス種ごとにガス供給ノズルを設けて供給してもよい。

ここで、上述の第１のガス供給系および第２のガス供給系を構成する理由を説明する。ＳｉＣ等から構成される複数枚のウェハ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所定の間隔で積層して保持し、シリコン含有ガスと炭素含有ガスと還元ガス等で構成される原料ガスを、縦方向に延在される１本の長尺のガス供給ノズルから供給した場合は、ガス供給ノズル内で原料ガスが消費され、ガス供給ノズルの下流側で原料ガス不足が生じ、また、ガス供給ノズル内で反応し堆積したＳｉＣ膜等の堆積物が、ガス供給ノズルを閉塞し、あるいは、原料ガス供給が不安定になることやパーティクルを発生させること等の問題が生じ易くなる。

なお、第１のガス供給孔６８または第２のガス供給孔７２より、反応空間４５内へ、更に不純物を含有するドーパントガスも供給しても良い。しかし、これに限らず、ドーパントガスを供給するために更にガス供給ノズルを設けて、ドーパントガスを反応空間４５内へ供給しても良い。

また、図２に示すように、ガス排気口９０が、第１のガス供給孔６８に接続された第１のガス供給ノズル６０および第２のガス供給孔７２に接続された第２のガス供給ノズル７０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９１には、ガス排気口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の下流側には圧力検出器として圧力センサ９３および圧力調整器としてのＡＰＣ（Auto Pressure Controller、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９３および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９８は圧力センサ９３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空間４５内の圧力が、所定のタイミングにて所定の圧力になるよう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のガス供給孔６８から少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、第２のガス供給孔７２から少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給し、供給されたガスはシリコンまたは炭化珪素で構成されたウェハ１４の表面に対し平行に流れ、ガス排気口９０に向かって流れるため、ウェハ１４全体が効率的にかつ均一にガスに晒される。

なお、図２において、２６０は排気管内部に生成される副生成物を除去するためにクリーニングガス例えば三フッ化塩素（ＣｌＦ_３）を供給する第３のガス供給孔である。このク第３のガス供給管２６０は、ＭＦＣ２１１ｆおよびバルブ２１２ｆを介して、クリーニングガスとしての三フッ化塩素（ＣｌＦ_３）のガス源２１０ｆに接続されている。

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およ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で構成され、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、ウェハ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および昇降モータ１２２には、駆動制御部１０８が電気的に接続されており、所定のタイミングにて所定の動作をするよう制御するよう構成されている（図３参照）。

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およびこの昇降台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およびボール螺子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およびシールキャップ１０２には、冷却水流路１４０が形成されている。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、冷却水通路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および昇降シャフト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１４５を閉塞し、ウェ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、ウェハ１４を外部に搬出できる状態となる。

図３は、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、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。主制御部１５０は、図示しない操作部および入出力部を備える。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、ＳｉＣ等で構成されるウェハ１４などの基板に、例えばＳｉＣ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に複数枚のウェハ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からポッド収納棚２２へ搬送し、このポッド収納棚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、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ェハ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からウェハ１４を取り出し、ボート３０に移載する。複数枚のウェハ１４がボート３０に装填されると、複数枚のウェハ１４を保持したボート３０は、昇降モータ１２２による昇降台１１４および昇降シャフト１２４の昇降動作により反応空間４５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９１の下端をシールした状態となる。

反応空間４５内が所定の圧力（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、反応空間４５内の圧力は、圧力センサ９３で測定され、この測定された圧力に基づきガス排気口９０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、ウェハ１４および反応空間４５内が所定の温度となるように、被加熱体４８により加熱される。このとき、反応空間４５内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への通電量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ェハ１４が周方向に回転される。

続いて、ＳｉＣエピタキシャル成長反応に寄与するシリコン含有ガスおよび塩素含有ガスは、それぞれ、ガス源２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃから供給され、第１のガス供給孔６８より反応空間４５内に噴出され、また炭素含有ガスおよび還元ガスである水素（Ｈ_２）ガスは、ガス源２１０ｅ、２１０ｄから供給され、第２のガス供給孔７２より反応空間４５内に噴出されて、ＳｉＣエピタキシャル成長反応をする。

このとき、シリコン含有ガスおよび塩素含有ガスは、所定の流量となるように、対応するＭＦＣ２１１ａ、２１１ｂの開度が調整された後、バルブ２１２ａ、２１２ｂが開かれ、それぞれのガスが第１のガス供給管２２２を流通した後、第１のガス供給ノズル６０内を流通して、第１のガス供給孔６８から反応空間４５内に供給される。また、炭素含有ガスおよび還元ガスである水素（Ｈ_２）ガスは、所定の流量となるように、対応するＭＦＣ２１１ｃ、２１１ｄ、２１１ｅの開度が調整された後、バルブ２１２ｃ、２１２ｄ、１２１２ｅが開かれ、それぞれのガスが第２のガス供給管２４０内を流通した後、第２のガス供給ノズル７０内を流通して、第２のガス供給孔７２より反応空間４５内に導入される。

第１のガス供給孔６８および第２のガス供給孔７２より供給されたガスは、反応空間４５内の被加熱体４８の内側である反応空間４５を通り、ガス排気口９０からガス排気管２３０を通り排気される。第１のガス供給孔６８および第２のガス供給孔７２より供給されたガスは、反応空間４５内を通過する際に、ＳｉＣ等で構成されるウェハ１４と接触し、ウェハ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、不活性ガスとしての希ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスが、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、第２のガス供給管２４０内を流通した後、第３のガス供給孔２６０から反応空間４５内に供給される。第３のガス供給孔２６０から供給されたアルゴン（Ａｒ）ガスは、反応空間４５内の断熱材５４と反応管４２との間を通過し、ガス排気口９０から排気される。

予め設定された時間が経過すると、上述のガスの供給が停止され、ＳｉＣエピタキシャル膜成長は停止される。また、図示しない不活性ガス供給源から反応空間４５内に不活性ガスが供給され、反応空間４５内が不活性ガスで置換されると共に、反応空間４５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９１の下端が開口されると共に、処理済のウェハ１４がボート３０に保持された状態でマニホールド９１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に支持された全てのウェハ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のウェハ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からウェハ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、ウェハ１４が収容されたポッド１６をポッド収納棚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。

以上により、ガス供給ノズル内での堆積膜の成長を抑制し、反応空間４５内ではガス供給ノズルより供給されるシリコン含有ガスと炭素含有ガスと塩素含有ガスと還元ガスである水素（Ｈ_２）ガスが反応することで、ＳｉＣ等から構成される複数枚のウェハ１４が、水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列されて縦方向に所定の間隔で積み上げて保持される状態において、均一に炭化珪素エピタキシャル成長を行うことができる。

図６に示すように、第１のガス供給ノズル６０と第２のガス供給ノズル７０を、反応空間４５内の被加熱体４８の内周に沿って複数本設け、第１のガス供給孔６８および第２のガス供給孔７２をそれぞれウェハ１４の中心に向けてガスを噴出可能にすると共に、第２のガス供給ノズル７０を両端に配置してもよい。上記構成に加え、第１のガス供給ノズル６０および第２のガス供給ノズル７０を交互に設けてもよい。これにより、第１のガス供給孔６８より供給される成膜ガスと、第２のガス供給孔７２より供給される還元ガスとが混合される箇所が増え、ウェハ１４に達する前に成膜ガスと還元ガスを効率よく混合させることができるので、供給ガスの偏りを抑制し、より一層膜厚面内均一性が向上する。

以上のような基板処理装置または基板処理方法に使用する本発明の実施の形態にかかるガス供給ノズルについて、以下の実施例の通り詳細に述べる。

実施例１では、第１ガス供給ノズル６０および第２ガス供給ノズル７０は、図５の（ａ），（ｂ）に示すように両端が開口した筒状部材８０と、筒状部材８０に嵌合され、筒状部材８０の一端を閉塞する蓋体部材８２と、により構成されている。なお、第１ガス供給孔６８や第２ガス供給孔７２は図示されていない。そして、１つの方法としては、筒状部材８０の一端（上端）に蓋体部材８２を取付けた状態で筒状部材８０の内側表面を熱分解カーボンまたはタンタルカーバイド（ＴａＣ）によって形成された保護膜８４によって均一にコーティングする。

この場合、筒状部材８０の一端（上端）が閉塞されていると、筒状部材８０の内側表面にコートむらが発生する場合があるので、このコートむらを防止するため、図５（ａ）に示すように筒状部材８０の一端から蓋体部材８２を取外した状態で、筒状部材８０の内側表面にその他端（下端）から一端（上端）まで保護膜８４をコーティングすると共にその一端（上端）の端面も保護膜８５でコーティングされることが好ましい。次に、蓋体部材８２の内側表面（筒状部材８０の内側表面に嵌る領域）にも保護膜８６をコーティングする。さらに、筒状部材８０の一端（上端）に蓋体部材８２を嵌合させて取付け、図５（ｂ）に示すように筒状部材８０の外面の他端（下端）から一端（上端）まで均一に保護膜８８をコーティング８８すると共に蓋体部材８２の外面も均一に保護膜８９でコーティングすることが好ましい。

このように第１ガス供給ノズル６０および第２ガス供給ノズル７０の内側表面を熱分解カーボンまたはＴａＣコーティングしたことにより、水素エッチングに対して強くなり、ガス供給ノズルの内側表面の劣化を抑制することができ、カーボン微粒子の発生を抑制することができる。さらに、本構造を用いることにより、成膜時よりも高温で炉内を水素エッチングすることも可能となり、その際にもガス供給ノズルの内側表面の劣化を防ぐことができる。但し、ＴａＣコーティングは塩素系ガスに弱いため、塩素系ガスの混入を避ける必要がある。かかる構造のガス供給ノズルを採用することにより、カーボン微粒子の発生を未然に抑制することができるため、同じガス供給ノズルを交換せずに長期間使用することが可能となり、生産性の向上が図れる。

ＳｉＣエピタキシャル膜の成膜処理においては、第１のガス供給系である第１のガス供給管２２２に接続された第１のガス供給ノズル６０からカーボン原料としてプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）を水素キャリアで供給し、第２のガス供給系である第２のガス供給管２４０からシリコン原料としてＳｉＣ1_４をアルゴンキャリアで供給している。これらの原料ガスに加え、第１のガス供給系では第１のガス供給管２２２のノズル孔近傍の閉塞を抑制し、かつ第２のガス供給系である第２のガス供給管２４０のノズル内のＳｉ析出を抑制するため、ＨＣｌのようなＣｌ系ガスを同時に供給している。このようなガス供給系で成膜を続けていくと、第１のガス供給ノズル６０の内側表面は水素によるエッチングを受けて徐々に劣化し、カーボンの微粒子が発生してくる。

そこで、カーボンの微粒子が発生を抑制するために、実施例２では、第１のガス供給系である第１のガス供給管２２２から供給されるキャリアガスを水素からアルゴン（Ａｒ）ガスに変更する。プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）をアルゴンキャリアで供給することで、ノズル内部では、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）の熱分解によるカーボンの析出、すなわちＣＶＤによるカーボン被膜形成が行われる。通常、熱分解カーボン被膜は、緻密で強固な膜になることが知られており、水素エッチングにより劣化した第１のガス供給管２２２の内側表面が強固なカーボン膜で覆われる。これにより、カーボンの微粒子の発生を抑制することが可能になる。このとき、熱分解カーボンは１６００℃付近で膜の密度が低くなる場合があるため、好ましくは、その処理温度帯を避けた１６００℃以下の温度帯で熱分解カーボンを生成するとよく、さらに好ましくは１２００℃〜１４００℃の温度帯で熱分解カーボンを生成するとよい。このようなコーティングを定期的に実施することで、カーボン微粒子の発生を未然に抑えることができるため、同じノズルを交換せずに長期間運用することが可能となり、生産性の向上が図れる。

また、第１のガス供給ノズル６０より、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給し、第２のガス供給ノズル７０より、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給することで、ガス供給ノズル内での供給ガスの消費を抑制し、ガス供給ノズル内の閉塞を抑制し、それに伴うパーティクル発生を防ぐことができる。好ましくは、第１のガス供給ノズル６０より、シリコン含有ガスと塩素含有ガスとキャリアガスとして希ガスの例えばアルゴン（Ａｒ）ガスとを供給し、第２のガス供給ノズル７０より、炭素含有ガスと還元ガスとしての例えば水素（Ｈ_２）ガスとを供給すると良い。

以上は、本発明の好ましい一実施形態を述べたに過ぎず、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。さらに、本発明は、半導体ウェハだけでなく、液晶表示素子を形成するためのガラス基板用処理装置にも適用することができる。

以上、本発明を実施形態に沿って説明してきたが、ここで本発明の主たる態様を付記する。

[付記１]
複数枚の基板を鉛直方向に積層して保持する基板保持具と、
前記基板保持具を搬入して前記基板を処理する処理室と、
前記処理室内へ処理ガスを供給するガス供給孔を有するガス供給ノズルとを備え、
前記ガス供給ノズルは、両端が開口した筒状部材と、前記筒状部材に嵌合されて前記筒状部材の一端を閉塞する蓋体部材と、
を有する、基板処理装置。

[付記２]
付記１に記載の基板処理装置において、前記ガス供給ノズルは、前記筒状部材の内側表面と前記蓋体部材に所定の保護膜でコーティングされると共に、前記筒状部材と前記蓋体部材が嵌合した後に所定の保護膜で再度コーティングされた、基板処理装置。

[付記３]
付記１または付記２に記載の基板処理装置において、前記ガス供給ノズルは、炭素含有ガスを供給する、基板処理装置。

[付記４]
付記２または付記３に記載の基板処理装置において、前記保護膜は、ＴａＣまたは熱分解カーボンによって形成される、基板処理装置。

[付記５]
付記４に記載の基板処理装置において、前記保護膜形成時には、前記ガス供給ノズルより供給するキャリアガスをＨ_２ガスからＡｒガスに切り替える、基板処理装置。

[付記６]
複数枚の基板を保持した基板所持具を処理室内へ搬入する工程と、
前記処理室内へ処理ガスを供給するガス供給孔を有し、両端が開口した筒状部材と、前記筒状部材に嵌合されて前記筒状部材の一端を閉塞する蓋体部材とで構成されたガス供給ノズルによって前記処理ガスを供給する工程と、
を備えた、基板処理方法。

[付記７]
複数枚の基板を保持した基板保持具を処理室内へ搬入する工程と、
前記処理室内へ処理ガスを供給するガス供給孔を有し、両端が開口した筒状部材と、前記筒状部材の一端に嵌合されて筒状部材の一端を閉塞する蓋体部材とで構成されたガス供給ノズルによって前記処理ガスを供給する工程と、
を備えた、半導体装置の製造方法。

[付記８]
複数枚の基板を保持した基板保持具を処理室内へ搬入する工程と、
前記処理室内へ処理ガスを供給するガス供給孔を有し、両端が開口した筒状部材と、前記筒状部材と嵌合されて前記筒状部材の一端を閉塞するように構成された蓋体部材とで構成されたガス供給ノズルによって前記処理ガスを供給する工程と、
を備えた、基板製造方法。

［付記９］
複数枚の基板を鉛直方向に積層して保持する基板保持具と、
前記基板保持具を搬入して前記基板を処理する処理室と、
前記処理室内へ処理ガスを供給するガス供給孔を有するガス供給ノズルと、を備え、
前記ガス供給ノズルは、ノズル内側表面がＴａＣまたは熱分解カーボンによって形成された保護膜でコーティングされた、基板処理装置。

［付記１０］
複数枚の基板を保持した基板所持具を処理室内へ搬入する工程と、
前記処理室内へ処理ガスを供給するガス供給孔を有し、ノズル内側表面がＴａＣまたは熱分解カーボンによって形成された保護膜でコーティングされたガス供給ノズルによって前記処理ガスを供給する工程と、
を備えた、基板処理方法。

［付記１１］
複数枚の基板を保持した基板所持具を処理室内へ搬入する工程と、
前記処理室内へ処理ガスを供給するガス供給孔を有し、ノズル内側表面がＴａＣまたは熱分解カーボンによって形成された保護膜でコーティングされたガス供給ノズルによって前記処理ガスを供給する工程と、
を備えた、半導体装置の製造方法。

１０ 半導体製造装置（基板処理装置）
１４ 基板（ウエハ）
３０ 基板保持具（ボート）
４５ 処理室
６０，７０ ガス供給ノズル
６８，７２ ガス供給孔
８０ 筒状部材
８２ 蓋体部材
８４ 保護膜

Claims (1)

1. 複数枚の基板を鉛直方向に積層して保持する基板保持具と、
   前記基板保持具を搬入して前記基板を処理する処理室と、
   前記処理室内へ処理ガスを供給するガス供給孔を有するガス供給ノズルと、を備え、
   前記ガス供給ノズルは、ノズル内側表面がＴａＣまたは熱分解カーボンによって形成された保護膜でコーティングされた、基板処理装置。

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