JP2008159947A - 成膜装置および成膜方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 誘導加熱を用いて分解温度の高い成膜ガスを安定に分解し、成膜を行うことが可能な成膜装置を提供する。
【解決手段】 内部が減圧空間とされる処理容器と、前記減圧空間に成膜ガスを供給するガス供給手段と、カーボンを主成分とする材料により構成され、前記減圧空間に被処理基板を保持する基板保持部と、前記処理容器の外側に設置される、前記基板保持部を誘導加熱するコイルと、前記基板保持部を覆うと共に、前記処理容器から離間させて設置される断熱材と、を有し、前記減圧空間は、前記成膜ガスが供給される成膜ガス供給空間と、前記基板保持部と前記処理容器との間に画成される断熱空間とに分離され、前記断熱空間に冷却媒体が介在されるように構成されていることを特徴とする成膜装置。
【選択図】 図４

Description

本発明は、誘導加熱を用いて被処理基板上に成膜を行う成膜装置、および誘導加熱を用いて被処理基板上に成膜を行う成膜方法に関する。
エピタキシャル成長は、基板結晶上に基板結晶と同じ方位関係を有する単結晶を成長させることが可能であるため、様々な場面で用いられてきた。
例えば、Ｓｉのエピタキシャル成長を用いてシリコンウェハを製造する方法（例えば特許文献１、特許文献２参照）が開示されている。
上記のエピタキシャル成長においては、成膜の原料となる成膜ガスを熱により分解するため、成膜の対象となる被処理基板良好は、良好な均一性で、かつ高温に加熱されることが好ましい。このため、例えば被処理基板の加熱には、コイルによる誘導加熱を用いる場合がある。
特開平９−２３２２７５号公報 特開２００４−３２３９００号公報
しかし、成膜ガスの種類によっては、熱分解温度が高いものがあり、上記の成膜にかかる成膜装置を構成する上で問題になる場合があった。例えば、一般的な成膜装置では、成膜の対象となる被処理基板は、内部が減圧状態となる処理容器内に保持され、成膜が行われる構造になっている。
ここで、分解温度が高い成膜ガスが分解される程度に被処理基板を加熱しようとすると、被処理基板を内部に保持する処理容器の壁の温度もこれに伴って増大してしまい、処理容器が損傷してしまう場合があった。また、処理容器の材料によっては、加熱によって成膜の汚染源となる汚染物質が放出されてしまう場合があった。
また、処理容器の外側に設置したコイルによる誘導加熱を用いる場合、処理容器を構成する材料は誘電損失（誘電率）が小さな材料であることが好ましい。
以上の問題を解決するためには、高温に加熱されても成膜の汚染源となる物質を放出せず、また、誘導加熱における誘電損失が問題にならず、さらに加熱により損傷しないような処理容器を用いて成膜装置を構成することが必要となってしまい、実現が困難となっていた。
そこで、本発明では、上記の問題を解決した、新規で有用な成膜装置および成膜方法を提供することを統括的課題としている。
本発明の具体的な課題は、誘導加熱を用いて分解温度の高い成膜ガスを安定に分解し、成膜を行うことが可能な成膜装置と、誘導加熱を用いて分解温度の高い成膜ガスを安定に分解し、成膜を行うことが可能な成膜方法を提供することである。
本発明は、上記の課題を、
請求項１に記載したように、
内部が減圧空間とされる処理容器と、
前記減圧空間に成膜ガスを供給するガス供給手段と、
カーボンを主成分とする材料により構成され、前記減圧空間に被処理基板を保持する基板保持部と、
前記処理容器の外側に設置される、前記基板保持部を誘導加熱するコイルと、
前記基板保持部を覆うと共に、前記処理容器から離間されて設置される断熱材と、を有し、
前記減圧空間は、前記成膜ガスが供給される成膜ガス供給空間と、前記基板保持部と前記処理容器との間に画成される断熱空間とに分離され、
前記断熱空間に冷却媒体が介在されるように構成されていることを特徴とする成膜装置により、また、
請求項２に記載したように、
前記断熱材はカーボンを主成分として構成され、該断熱材が多孔状に形成される部分を含むことで、該断熱材と前記基板保持部との熱伝導率が異なるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の成膜装置により、また、
請求項３に記載したように、
前記断熱材の表面には、カーボン系のコーティング膜が形成されていることを特徴とする請求項２記載の成膜装置により、また、
請求項４に記載したように、
前記処理容器は、石英により構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の成膜装置により、また、
請求項５に記載したように、
前記基板保持部は、複数の前記被処理基板を保持可能な被加熱載置台と、該被加熱載置台の周囲に形成される被加熱構造体とを有し、該被加熱構造体には、対向する２つの開口部が形成され、一方の開口部から前記成膜ガスが供給され、他方の開口部から当該成膜ガスが排出されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の成膜装置により、また、
請求項６に記載したように、
前記被加熱載置台は、複数の前記被処理基板が載置された搬送板を保持すると共に、該搬送板を所定の回転軸を中心として回転するように構成されていることを特徴とする請求項５記載の成膜装置により、また、
請求項７に記載したように、
前記処理容器は、搬送手段を内部に有する搬送室に接続され、当該搬送手段により、前記搬送板が前記被加熱載置台上に搬出入されることを特徴とする請求項６記載の成膜装置により、また、
請求項８に記載したように、
前記断熱材を覆う断熱材保持構造体をさらに有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の成膜装置により、また、
請求項９に記載したように、
前記被処理基板上には、前記成膜ガスを用いたエピタキシャル成長が行われることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の成膜装置により、また、
請求項１０に記載したように、
請求項１乃至８のいずれか１項記載の成膜装置を用い、エピタキシャル成長を行うことにより前記被処理基板上に成膜を行う成膜方法であって、
円盤状の搬送板に、複数の前記被処理基板を載置する工程と、
複数の前記被処理基板が前記搬送板に載置された状態で、搬送手段により前記搬送板を被加熱載置台上に搬送する工程と、
前記被加熱載置台を所定速度で回転させる工程と、
前記成膜ガス供給空間に前記成膜ガスを供給する工程と、
前記コイルにより前記基板保持部を加熱する工程と、
前記搬送手段により複数の前記被処理基板が載置された前記搬送板を前記処理容器から搬出する工程と、を有することを特徴とする成膜方法により、また、
請求項１１に記載したように、
前記断熱空間に前記処理容器を冷却する冷却媒体を供給する工程をさらに有することを特徴とする請求項１０記載の成膜方法により、また、
請求項１２に記載したように、
前記エピタキシャル成長を行う工程では、前記被処理基板上にＳｉとＣを主成分とする膜が形成されることを特徴とする請求項１０または１１記載の成膜方法により、また、
請求項１３に記載したように、
前記成膜ガスは、ＣｘＨｙ（ｘ、ｙは整数）により示されるガスを含むことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項記載の成膜方法により、また、
請求項１４に記載したように、
前記エピタキシャル成長を行う工程では、前記被処理基板が１２００℃以上となるように前記基板保持部が誘導加熱されることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１項記載の成膜方法により、解決する。
本発明によれば、誘導加熱を用いて分解温度の高い成膜ガスを安定に分解し、成膜を行うことが可能な成膜装置と、誘導加熱を用いて分解温度の高い成膜ガスを安定に分解し、成膜を行うことが可能な成膜方法を提供することが可能となる。
図１は、エピタキシャル成長による成膜を用いて形成された半導体装置（ＭＯＳトランジスタ）の構成の一例を示す図である。
図１を参照するに、本図に示す半導体装置１０は、ｎ型半導体であるＳｉＣよりなる基板１上（基板１の表面上）に、エピタキシャル成長による成膜を用いて形成されたｎ型半導体であるＳｉＣ層２が形成された構成となっている。エピタキシャル成長では、基板結晶上に基板結晶と同じ方位関係を有する単結晶を成長させることが可能であるため、前記ＳｉＣ層２は単結晶構造を有している。
前記ＳｉＣ層２には、ｐ型不純物拡散領域３Ａ，３Ｂがそれぞれ形成され、該Ｐ型不純物拡散領域３Ａ，３Ｂ内には、それぞれｎ型不純物拡散領域４Ａ，４Ｂが形成されている。また、対向するように形成される前記ｎ型不純物拡散領域４Ａ，４Ｂの間の前記ＳｉＣ層２上には、ゲート絶縁膜６が形成され、当該ゲート絶縁膜６上には、電極７が形成されている。
また、前記ｐ型不純物拡散層３Ａ、前記ｎ型不純物拡散領域４Ａ上には、電極５Ａが、同様に、前記ｐ型不純物拡散層３Ｂ、前記ｎ型不純物拡散領域４Ｂ上には、電極５Ｂが形成されている。また、前記基板１の裏面側には、電極８が形成されている。
上記の半導体装置（ＭＯＳトランジスタ）においては、それぞれ前記電極７、前記電極５Ａ，５Ｂ、および前記電極８が、例えば、それぞれ、ゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極として機能する。
上記の半導体装置１０は、従来の、例えばＳｉを用いた半導体装置と比べた場合、いわゆるオン抵抗（ドリフト層の抵抗）を大幅に抑制することが可能になる特徴を有している。このため、電力の利用効率が良好となる効果を奏する。
図２は、半導体材料として用いられる、Ｓｉ、ＧａＡｓ、およびＳｉＣのそれぞれの特性を比較した図である。
図２を参照するに、ＳｉＣは、従来最も一般的に用いられてきたＳｉと比較した場合、絶縁破壊電界強度Ｅｃが１桁以上大きい特徴を有していることがわかる。上記のオン抵抗は、絶縁破壊電界強度の３乗に比例するため、絶縁破壊電界強度Ｅｃの大きいＳｉＣを用いた半導体装置では、オン抵抗を低減して電力の利用効率を良好とすることができる。
また、ＳｉＣは、ＳｉおよびＧａＡｓと比べた場合、バンドギャップが広い特徴を有している。このため、ＳｉＣを用いた半導体装置では、高温での動作が可能になる特徴を有している。例えば、従来のＳｉを用いた半導体装置では、動作の限界温度が１５０℃程度であるのに対し、ＳｉＣを用いた半導体装置では、４００℃以上での高温での動作が可能となる。
このため、ＳｉＣを用いた半導体装置では、例えば従来必要であった半導体装置の冷却手段が不要になったり、または、従来に比べて過酷な条件下において半導体装置を使用することが可能となるメリットがある。
また、大電流を扱ういわゆるパワーデバイスにおいては、抵抗値の小さいＳｉＣを用いることにより、デバイス面積を小さくして当該デバイスを用いた機器の小型化を実現することが可能になる。
上記のＳｉＣは、例えば、誘導加熱によるガス分解を用いたエピタキシャル成長により形成することができるが、ＳｉＣの成膜に用いるガスの組み合わせの一例としては、ＳｉＨ４、Ｈ２に加えて、分解の困難なＣ３Ｈ８などの炭化水素系のガス（ＣｘＨｙ（ｘ、ｙは整数）により示されるガス）を添加する場合がある。例えばＣ３Ｈ８の場合には、成膜にかかる分解のためには１２００℃以上の高温に加熱する必要があり、このように、被処理基板を高温にしようとする場合には、上記の成膜にかかる成膜装置を構成する上で問題が生じる場合があった。
例えば、一般的な成膜装置では、成膜の対象となる被処理基板は、内部が減圧状態となる処理容器内に保持され、成膜が行われる構造になっている。
ここで、成膜ガス（炭化水素系のガス）が分解される１２００℃以上程度に被処理基板を加熱しようとすると、被処理基板を内部に保持する処理容器の壁の温度もこれに伴って増大してしまい、処理容器の内壁の温度を低くする（いわゆるコールドウォール方式とする）ことが困難となってしまう。このように処理容器が内壁側から局所的に加熱されると、処理容器を構成する材料によっては、熱応力によって損傷（クラックなど）が生じてしてしまう場合があった。また、処理容器の材料によっては、加熱によって成膜の汚染源となる汚染物質が放出されてしまう場合があった。
また、処理容器の外側に設置したコイルによる誘導加熱を用いる場合、処理容器を構成する材料は、例えば石英（石英ガラス）などの誘電損失（誘電率）が小さな材料であることが好ましい。
以上の問題を解決するためには、高温に加熱されても成膜の汚染源となる物質を放出せず、また、誘導加熱における誘電損失が問題にならず、さらに加熱により損傷しないような処理容器を用いて成膜装置を構成することが必要となり、実現が困難となっていた。
そこで、本発明では、上記の処理容器内の減圧空間に、誘導加熱される基板保持部と当該処理容器とを断熱する、断熱材を設けていることが特徴である。このため、被処理基板（基板保持部）を高温に加熱した場合であっても処理容器の壁面の温度を低く維持することが可能となる。このため、処理容器の破損や、処理容器からの汚染物質の放出のリスクを低減して、安定に被処理基板を加熱することが可能となる。
また、処理容器の温度が低く維持されるため、処理容器を構成する材料の選択の自由度が向上する。このため、例えば石英など、誘電損失（誘電率）が小さく、汚染物質の放出のリスクの小さい清浄な材料を用いて処理容器を構成し、安定に成膜ガスを分解してエピタキシャル成長を行うことが可能になる。
また、上記の断熱材は、成膜ガスが分解される減圧空間内に設置されるため、加熱された場合に分解・変質が生じにくく、また、加熱された場合に汚染物質の放出などが生じにくい、安定で清浄な（純度の高い）材料を用いることが好ましい。例えば、上記の断熱材としては、カーボンを用いることが好ましく、また、例えばカーボンを多孔状に（空隙率を大きく）することで、断熱性能を向上させることができる。
次に、上記の成膜装置の構成の一例について、また、上記の成膜装置を用いた成膜方法の一例について、図面に基づき、以下に説明する。
図３は、本発明の実施例１による成膜装置１００を模式的に示した図である。図３を参照するに、本実施例による成膜装置１００は、内部に減圧空間１０１Ａが画成される、略直方体状（略筐体状）の処理容器１０１を有する構造となっている。
減圧空間１０１Ａには、被処理基板を保持する基板保持部（被処理基板、基板保持部ともに本図では図示せず、図４で詳細を図示）が設置され、当該被処理基板に対して成膜（エピタキシャル成長）が行われる構造になっている。なお、減圧空間１０１Ａ内の構造については本図では図示を省略するが、図４以下で後述する。
また、処理容器１０１には、例えば真空ポンプなどの排気手段１１４と、例えばコンダクタンス可変バルブよりなる圧力調整手段１１３が設置された排気ライン１１２が接続され、減圧空間１０１Ａを、所定の減圧状態（圧力）に調整することが可能になっている。また、処理容器１０１には、圧力計１１１が設置され、圧力調整手段１１３による処理容器内の圧力の調整は、圧力計１１１によって測定される圧力に対応して実施される。
また、処理容器１０１の外側には、高周波電源１０７Ａに接続されたコイル１０７が設置されている。上記のコイル１０７は、減圧空間１０１Ａ内の基板保持部（図示せず）を誘導加熱する。
また、処理容器１０１内（減圧空間１０１Ａ）には、ガス供給手段１００Ｇにより、成膜の原料となる成膜ガスが供給されるよう構成されている。上記のガス供給手段１００Ｇは、処理容器１０１に接続されるガスライン１３０と、ガスライン１３０に接続される、ガスライン１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃ，１３０Ｄ，および１３０Ｅとを有するように構成されている。
質量流量コントローラ（ＭＦＣ）１３１Ａとバルブ１３２Ａが設置されたガスライン１３０Ａは、ＳｉＨ４ガスを供給するガス供給源１３３Ａに接続されており、ＳｉＨ４ガスを処理容器１０１内に供給可能に構成されている。
同様に、質量流量コントローラ（ＭＦＣ）１３１Ｂ〜１３１Ｅと、バルブ１３２Ｂ〜１３２Ｅがそれぞれ設置されたガスライン１３０Ｂ〜１３０Ｅは、それぞれガス供給源１３３Ｂ〜１３３Ｅに接続されている。ガス供給源１３３Ｂ〜１３３Ｅからは、それぞれ、Ｃ３Ｈ８ガス、Ｈ２ガス、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガス、Ｎ２ガスが供給されるように構成されている。
例えば、処理容器１０１内の被処理基板上に、エピタキシャル成長による成膜を行う場合には、成膜のための原料ガスとして、上記のＳｉＨ４ガス、Ｃ３Ｈ８ガス、およびＨ２ガスを処理容器１０１内に供給すればよい。この場合、ＳｉとＣを主成分とする膜（ＳｉＣ膜）を、被処理基板上にエピタキシャル成長させることができる。
また、必要に応じて、ＴＭＡガスやＮ２ガスを添加して、形成されるＳｉＣ膜の電気的な特性を調整するようにしてもよい。また、上記のガスは成膜に用いるガスの一例であり、本発明ではこれらのガスに限定されず、他のガスを用いてＳｉＣ膜を形成するようにしてもよい。また、ＳｉＣ膜に限定されず、他のガスを用いて他の膜を形成するようにしてもよい。
また、処理容器１０１（減圧空間１０１Ａ）には、ガスライン１３４により、処理容器１０１を冷却するための冷却媒体（例えば冷却ガス）が供給されるよう構成されている。ＭＦＣ１３５とバルブ１３６が設置されたガスライン１３４は、冷却ガス（例えばＡｒなどの不活性ガス）を供給するガス供給源１３７に接続されており、冷却ガスを処理容器１０１内に供給可能に構成されている。上記の成膜ガス、冷却ガスの処理容器１０１内での具体的な供給経路については、図４で後述する。
また、上記の成膜装置１００において、成膜に係る処理、例えば上記のバルブの開閉や、流量制御、高周波電力の印加などは、たとえばレシピと呼ばれるプログラムに基づき、動作される。この場合、これらの動作は、ＣＰＵ１２１を有する、制御装置１２０よって制御される。これらの接続配線は図示を省略している。
前記制御装置１２０は、ＣＰＵ１２１と、上記のプログラムを記憶した記憶媒体１２２、キーボードなどの入力部１２３、表示部１２６、ネットワークなどに接続するための通信部１２５、およびメモリ１２４を有している。
次に、上記の処理容器１０１内の構造について、図４に基づき説明する。図４は、図３で先に説明した処理容器１０１の内部の構造を模式的に示した断面図である。ただし、先に説明した部分には同一の符号を付している。図４を参照するに、処理容器１０１の内部の概略は、減圧空間１０１Ａに被処理基板Ｗを保持する基板保持部１０２が設置された構造となっている。
上記の基板保持部１０２は、処理容器１０１の外側に設置されたコイル１０７により、誘導加熱される。被処理基板Ｗは、被処理基板Ｗ自身のコイル１０７からの誘導加熱に加えて、誘導加熱された基板保持部１０２からの輻射や熱伝導により加熱される。被処理基板Ｗは、供給される成膜ガスが分解されて表面反応（エピタキシャル成長）が可能となる程度の温度に加熱される。
例えば、先に説明した成膜ガスのうち、Ｃ３Ｈ８ガスは、分解が始まる温度がおよそ１２００℃以上であるため、被処理基板Ｗの温度は、少なくとも１２００℃以上（例えば１５５０℃〜１６５０℃程度）に加熱される。この場合、基板保持部１０２も同程度の温度となる。
本実施例による成膜装置では、上記の構造において、誘導加熱されて高温となる基板保持部１０２（被処理基板Ｗ）と処理容器１０１との間に、基板保持部１０２（被処理基板Ｗ）と、処理容器１０１とを断熱する断熱材１０５が設置されていることが特徴である。
このため、基板保持部１０２（被処理基板Ｗ）が上記のように誘導加熱で高温とされた場合であっても、加熱された部分と処理容器１０１との温度差を大きく維持して処理容器１０１の破損や放出ガスの発生などを抑制することができる。
また、上記のように処理容器１０１内で高温となる部分と処理容器１０１との断熱性能が優れているため、処理容器１０１を構成する材料の選択の自由度が向上する。上記の処理容器１０１は、例えば石英により構成される。石英は誘電損失が小さく、誘導加熱する場合に好適である。また、石英は純度が高く、減圧状態で加熱された場合であっても成膜の汚染源となる放出ガスの量が少ないため、高性能デバイスを構成する膜を形成する場合の減圧空間を画成する材料として好適である。
また、減圧空間１０１Ａに設置され、かつ、高温にされる基板保持部１０２と断熱材１０５については、ともに、加熱された場合に分解・変質が生じにくく、また、加熱された場合に汚染物質の放出などが生じにくい、安定で清浄な（純度の高い）材料により構成されていることが好ましい。例えば、上記の基板保持部１０２と、断熱材１０５は、ともにカーボン（グラファイト）を用いて形成されることが好ましい。
また、基板保持部１０２は、誘導加熱による加熱が容易であること、また、輻射により被処理基板を加熱することが好ましいため、構成されるカーボン材料の密度が大きいことが好ましく、当該カーボン材料は、例えば、いわゆるバルク材料と呼ばれる程度に密度が大きいことが好ましい。
一方で、断熱材１０５は、断熱性能を良好とするため、密度が小さくなるように形成されることが好ましく、空隙率が上記のバルク材料に比べて著しく大きくなるように形成されることが好ましい。また、このような断熱に好適な構造は、例えば目視においても空隙がある程度確認できる程度に構成されており、これらの材料を本文中では、空隙の形状にかかわらず、多孔状に形成されている材料であると定義する。
また、必要に応じて、成膜の汚染源とならない程度に、カーボンに熱伝導率を制御するための材料を添加して用いてもよい。
すなわち、上記の基板保持部１０２と断熱材１０５は、ともに減圧状態で加熱される場合に好適な材料である、同じ材料（カーボン）を主成分として構成されるが、おもにはその密度（材料のミクロな構造）の違いにより、熱伝導率が異なるようにして構成されている。
また、基板保持部１０２や断熱材１０５の表面には、所定のコーティング膜が形成されていてもよい。本実施例の場合、例えば基板保持部１０２の表面はＳｉＣ膜でコーティングされており、一方で断熱材１０５の表面は、断熱材１０５よりも密度の高いカーボン膜でコーティングされている。このようなコーティング膜を施すことで、材料を保護するとともに、パーティクルの発生を抑制することができる。
また、上記の断熱材１０５の外側には、断熱材１０５を覆うように、石英よりなる断熱材保持構造体１０６が形成されている。断熱保持構造体１０６は、断熱材１０５を保持して処理容器１０１から離間させるように構成されている。このため、処理容器１０１と断熱材１０５の間に断熱空間１０１ｂが画成され、処理容器１０１の温度上昇が効果的に抑制されている。断熱材保持構造体１０６は、柱状の支持部１０６Ａによって処理容器１０１の底面に載置されている。
さらに、上記の断熱空間１０１ｂには、図３で先に説明した冷却媒体（冷却ガス、例えばＡｒガスなど）が供給されている。このようなガスによる冷却によっても処理容器１０１の温度上昇が抑制されている。
また、上記の断熱材保持構造体１０６の内側に画成される、基板保持部１０２と断熱材１０５が設置された成膜ガス供給空間１０１ａには、成膜ガスが供給される。したがって、断熱材保持構造体１０６によって、成膜ガスの減圧空間１０１Ａ内での拡散が抑制され、成膜ガスが被処理基板Ｗに効率的に供給され、成膜ガスの利用効率が良好となっている。
すなわち、断熱材保持構造体１０６は、減圧空間１０１Ａを、実質的に２つの空間（成膜ガス供給空間１０１ａ、断熱空間１０１ｂ）に分離している。このため、処理基板１０１の温度上昇が効果的に抑制されるとともに、成膜ガスの利用効率が良好となっている。この場合、高温に加熱される基板保持部１０２が断熱材１０５によって処理容器１０１から隔離されることに加えて、基板保持部１０２と処理容器１０１の間に画成される断熱空間１０１ｂに上記の冷却媒体が介在されることによって、効果的に処理容器１０１の温度上昇が抑制される。
また、基板保持部１０２の構造についてみると、基板保持部１０２は、大別して被処理基板Ｗが載置される載置台（被加熱載置台）１０３と、載置台１０３の周囲に形成される被加熱構造体１０４とを有している。
載置台１０３は、略円盤形状であり、円盤形状の表面に形成された凹部に、複数の被処理基板Ｗが載置された略円盤状の搬送板１１０が載置される構造になっている。複数の被処理基板Ｗは、搬送板１１０に載置された状態で搬送アームなどの搬送手段（後述）により搬送され、載置台１０３の凹部に載置される。
また、載置台１０３の中心部に形成された中心穴には、軸部１０８が挿入される構造になっている。軸部１０８は、稼働手段１０９によって上下動、または回転がされるように構成されている。軸部１０８の先端側には、段差形状を有する略円盤状の先端部が形成されており、該先端部が搬送板１１０の中心に形成された中心穴に嵌合して搬送板１１０を持ち上げることが可能になっている。搬送板１１０の搬送時には、軸部１０８によって、搬送板１０８が持ち上げられる。
また、成膜時には、軸部１０８を中心軸にして、載置台１０３（搬送板１１０）が回転される。このため、複数の被処理基板Ｗの間での成膜（成膜速度、膜質）のばらつきや、または、個々の被処理基板Ｗの面内での成膜のばらつきが抑制される効果を奏する。
図５は、載置台１０３に載置された搬送板１１０と、搬送板１１０に載置された複数の被処理基板Ｗを平面視した図である。また、搬送板１１０の中心穴には、軸部１０８の先端部が嵌合している。なお、本図では、一例として被処理基板Ｗが中心から等配に８枚載置された状態を示しているが、被処理基板の載置方法、載置される枚数はこれに限定されるものではない。また、搬送板１１０も減圧空間１１０Ａ内で誘導加熱されるために、載置台１０３と同じ材料（カーボン）により形成されていることが好ましい。
また、図６には、上記の載置台１０３とともに基板保持部１０２を構成する被加熱構造体１０４の斜視図を示す。図６を参照するに、被加熱構造体１０４は、載置台１０３の周囲に載置台１０３を囲むように形成され、例えば略筐体状（直方体状）に形成されている。
また、当該直方体の互いに対向する２つの面に対応する部分が開口されており、当該２つの開口のうちの一方の側から成膜ガスが供給され、他方の側から成膜ガスが排出される構造になっている。上記の構造において、被処理基板Ｗ上に供給される成膜ガスは、実質的に被処理基板Ｗに平行な方向に沿って供給され、排出される。
上記の被加熱構造体１０４が設置されていることで、被処理基板Ｗをより効率的に、かつ、より良好な均一性で加熱することが可能になる。例えば、被処理基板Ｗは、被処理基板Ｗ自身の誘導加熱によっても加熱され、また、載置台１０３（搬送板１１０）からの輻射によっても加熱されるが、これらに比べて体積が大きい被加熱構造体１０４が設けられていることで、より効率的に加熱される。また、被処理基板Ｗは、被加熱構造体１０４の輻射によって、被処理基板Ｗの周囲（複数の方向）から加熱される。このため、被処理基板Ｗは、より均一に加熱される。
また、コイルによる誘導加熱では、例えばヒータによる加熱に比べてより効率的に、かつ、良好な均一性で加熱することができるが、この場合、コイル１０７は、処理容器１０１に巻き付けられるように設置されていることが好ましい。この場合、より均一に被処理基板Ｗを加熱することが可能となり、また、上記の被加熱構造体１０５と組み合わせられることで、より効率的に、より良好な均一性で被処理基板Ｗを加熱することができる。
次に、上記の成膜装置１００を用いた成膜方法の一例について、図７に示したフローチャートに基づき、説明する。また、成膜にあたっては、複数の被処理基板Ｗが載置された搬送板１１０は、例えば図８以降で後述する搬送手段（例えば搬送アームなど）により、搬送される。
まず、ステップ１（図中Ｓ１と表記、以下同じ）において、円盤状の搬送板１１０に、複数の被処理基板Ｗを載置する。
次に、ステップ２において、複数の被処理基板Ｗが搬送板１１０に載置された状態で、搬送手段（後述）により搬送板１１０を載置台（被加熱載置台）１０３上に搬送する。
次に、ステップ３において、被加熱載置台１０３（被加熱載置台１０３に保持された搬送板１１０）を所定速度で回転させる。
次に、ステップ４において、成膜ガス供給空間１０１ａに成膜ガスを供給する。
次に、ステップ５において、コイル１０７により、基板保持部１０２を加熱する。
次に、ステップ６において、搬送手段により、被処理基板Ｗが載置された搬送板１１０を処理容器１０１から搬出する。
このようにして、被処理基板Ｗ上にエピタキシャル成長により、ＳｉとＣを主成分とする膜（ＳｉＣ膜）を形成することができる。また、ステップ４において成膜ガスを供給する場合、図３で先に説明したように、成膜ガスとして、ＳｉＨ４ガス、Ｃ３Ｈ８ガス、およびＨ２ガスを処理容器１０１内（成膜ガス供給空間１０１ａ）に供給する。また、必要に応じてＴＭＡガスやＮ２ガスを添加してもよい。
例えば、それぞれの成膜ガスの流量は、一例として、ＳｉＨ４ガスが１０ｓｃｃｍ乃至３０ｓｃｃｍ、Ｃ３Ｈ８ガスが１０ｓｃｃｍ乃至２０ｓｃｃｍ、Ｈ２ガスが５０ｓｌｍ乃至２００ｓｌｍとされるが、上記の数値に限定されるものではない。
また、ステップ５において、処理容器１０１の外側に設置されるコイル１０７により、基板保持部１０２（被処理基板Ｗ）を誘導加熱する場合、例えば、被処理基板を１５５０℃乃至１６５０℃程度に加熱する。
また、ステップ３〜ステップ５の順序は入れ替えても良く、また、ステップ３〜ステップ５を実質的に同時に開始するようにしてもよい。また、それぞれのステップの時間は、適宜変更することで、所望の厚さのＳｉＣ膜を形成することができる。
次に、上記に説明した処理容器１０１に、搬送室を接続して成膜装置を構成する例について説明する。例えば、被処理基板を用いた半導体装置の製造においては、被処理基板（被処理基板が載置された搬送板）を搬送する搬送室が用いられることが一般的である。このため、成膜装置は、以下に説明するように、上記の搬送室を有する構造とされることが一般的である。
図８は、先に説明した処理容器１０１と、搬送手段（例えば搬送アーム）２０１Ａを有する搬送室２０１とを接続して成膜装置を構成した例を模式的に示した斜視図である。ただし、先に説明した部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、処理容器１０１内の構造、また、処理容器１０１に接続される排気ラインなどは図示を省略している。
図８を参照するに、図４，図５で先に示した処理容器１０１は、搬送アームを内部に有する搬送室２０１と、処理容器１０１Ｂを介して接続されている。また、処理容器１０１Ｂの底面側には、先に説明した成膜ガスを供給するためのガスノズル（成膜ガス供給手段）１０１Ｃが設置されている。成膜ガスは、上記のガスノズル１０１Ｃから成膜ガス供給空間１０１ａに供給される構造になっている。
上記の構造において、図５に示した、被処理基板Ｗが載置された搬送板１１０は、上記の搬送アーム２０１により、搬送室２０１の側から処理容器１０１内に搬入される。搬送アーム２０１は、被加熱構造体１０４の開口部から差し入れられ、搬送板１１０が載置台１０３上に載置される。また、被処理基板Ｗに成膜が終了した後は、同様にして搬送アーム２０１により、搬送板１１０が処理容器１０１から搬送室２０１の側に搬出される。
また、図９は、上記の搬送室２０１に、複数の処理容器１０１（成膜装置１００）を接続して、成膜装置１０００を構成した例を模式的に示した平面図である。ただし、先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
図９を参照するに、本図に示す成膜装置１０００は、搬送板１１０が搭載されたホルダー（図示せず）が載置されるポート２０５Ａ〜２０５Ｃと、当該ホルダーの搬送エリアであるローダ２０３を有している。
また、ローダ２０３は、搬送板１１０が投入されるロードロック２０２Ａ，２０２Ｂに接続されており、さらにロードロック２０２Ａ，２０２Ｂは、先に図８で説明した搬送室２０１と接続されている。
上記の搬送室２０１には、先に示した処理容器１０１が２つ接続されている。なお、成膜装置１００の、処理容器１０１以外の構造（コイル、高周波電源、排気ライン、ガスラインなど）は図示を省略している。
ポート２０５Ａ〜２０５Ｃのいずれかに載置された搬送板１１０（被処理基板Ｗ）は、ローダ２０３を介してロードロック２０２Ａ，またはロードロック２０２Ｂに投入される。さらに、搬送板１１０は、ロードロック室２０２Ａ，２０２Ｂのいずれかから、搬送室２０１を経て、成膜装置１００（処理容器１０１）に搬送される構造になっている。また、必要に応じて、ローダ２０３に設置された位置合わせ機構２０４を用いて、搬送板の位置合わせを行うことも可能である。
成膜装置１００で成膜が完了した後、搬送板１１０（被処理基板Ｗ）は、再び搬送室２０１を介してロードロック２０２Ａ，またはロードロック２０２Ｂのいずれかに搬送され、さらにローダ２０３を介してポート２０５Ａ〜２０５Ｃのいずれかに戻される。
このように、成膜装置１００（処理容器１０１）に、搬送室２０１などの搬送板（被処理基板）の搬送のための構造を接続して用いることで、被処理基板の成膜を連続的に、効率よく実施することが可能となる。
また、例えば、基板処理装置１０００は上記の構成に限定されず、様々に変形・変更することが可能である。例えば、前記真空搬送室２０１に接続される成膜装置１００（処理容器１０１）は、２つの場合に限定されず、例えば、３つまたは４つ接続されるようにしてもよい。さらに、搬送室２０１に、成膜装置１００以外の基板処理に係る装置を接続するようにしてもよい。このようにして、必要に応じて基板処理装置の構成を変更し、基板処理（成膜）の効率が良好となるようにすることが可能である。
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
本発明によれば、誘導加熱を用いて分解温度の高い成膜ガスを安定に分解し、成膜を行うことが可能な成膜装置と、誘導加熱を用いて分解温度の高い成膜ガスを安定に分解し、成膜を行うことが可能な成膜方法を提供することが可能となる。
エピタキシャル成長による成膜を用いて形成された半導体装置の一例である。 半導体材料の特性を比較した図である。 実施例１による成膜装置の概要を模式的に示した図である。 図３の成膜装置の処理容器内部の構造を模式的に示した断面図である。 図４の処理容器内部に設置される基板保持部を示す図（その１）である。 図４の処理容器内部に設置される基板保持部を示す図（その２）である。 実施例１による成膜方法を示すフローチャートである。 処理容器に搬送室を接続する例を示す図である。 搬送室に複数の処理容器を接続した例を示す図である。
符号の説明
１０１ 処理容器
１０１Ａ 減圧空間
１０１Ｂ 処理容器
１０１Ｃ ガス供給手段
１０１ａ 成膜ガス供給空間
１０１ｂ 断熱空間
１０２ 基板保持部
１０３ 載置台
１０４ 被加熱構造体
１０５ 断熱材
１０６ 断熱材保持構造体
１０７ コイル
１０８ 軸部
１０９ 稼働手段
１１０ 搬送板
１１１ 圧力計
１１２ 排気ライン
１１３ 圧力調整手段
１１４ 排気手段
１２０ 制御手段
１２１ ＣＰＵ
１２２ 記憶媒体
１２３ 入力部
１２４ メモリ
１２５ 通信部
１２６ 表示部
１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃ，１３０Ｄ，１３０Ｅ，１３０Ｆ，１３０Ｇ，１３４ ガスライン
１３１Ａ，１３１Ｂ，１３１Ｃ，１３１Ｄ，１３１Ｅ，１３１Ｆ，１３１Ｇ，１３５ ＭＦＣ
１３２Ａ，１３２Ｂ，１３２Ｃ，１３２Ｄ，１３２Ｅ，１３２Ｆ，１３２Ｇ，１３６ バルブ
１３３Ａ，１３３Ｂ，１３３Ｃ，１３３Ｄ，１３３Ｆ，１３３Ｆ，１３３Ｇ，１３７ ガス供給源

Claims (14)

  1. 内部が減圧空間とされる処理容器と、
    前記減圧空間に成膜ガスを供給するガス供給手段と、
    カーボンを主成分とする材料により構成され、前記減圧空間に被処理基板を保持する基板保持部と、
    前記処理容器の外側に設置される、前記基板保持部を誘導加熱するコイルと、
    前記基板保持部を覆うと共に、前記処理容器から離間されて設置される断熱材と、を有し、
    前記減圧空間は、前記成膜ガスが供給される成膜ガス供給空間と、前記基板保持部と前記処理容器との間に画成される断熱空間とに分離され、
    前記断熱空間に冷却媒体が介在されるように構成されていることを特徴とする成膜装置。
  2. 前記断熱材はカーボンを主成分として構成され、該断熱材が多孔状に形成される部分を含むことで、該断熱材と前記基板保持部との熱伝導率が異なるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
  3. 前記断熱材の表面には、カーボン系のコーティング膜が形成されていることを特徴とする請求項２記載の成膜装置。
  4. 前記処理容器は、石英により構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の成膜装置。
  5. 前記基板保持部は、複数の前記被処理基板を保持可能な被加熱載置台と、該被加熱載置台の周囲に形成される被加熱構造体とを有し、該被加熱構造体には、対向する２つの開口部が形成され、一方の開口部から前記成膜ガスが供給され、他方の開口部から当該成膜ガスが排出されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の成膜装置。
  6. 前記被加熱載置台は、複数の前記被処理基板が載置された搬送板を保持すると共に、該搬送板を所定の回転軸を中心として回転するように構成されていることを特徴とする請求項５記載の成膜装置。
  7. 前記処理容器は、搬送手段を内部に有する搬送室に接続され、当該搬送手段により、前記搬送板が前記被加熱載置台上に搬出入されることを特徴とする請求項６記載の成膜装置。
  8. 前記断熱材を覆う断熱材保持構造体をさらに有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の成膜装置。
  9. 前記被処理基板上には、前記成膜ガスを用いたエピタキシャル成長が行われることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の成膜装置。
  10. 請求項１乃至８のいずれか１項記載の成膜装置を用い、エピタキシャル成長を行うことにより前記被処理基板上に成膜を行う成膜方法であって、
    円盤状の搬送板に、複数の前記被処理基板を載置する工程と、
    複数の前記被処理基板が前記搬送板に載置された状態で、搬送手段により前記搬送板を被加熱載置台上に搬送する工程と、
    前記被加熱載置台を所定速度で回転させる工程と、
    前記成膜ガス供給空間に前記成膜ガスを供給する工程と、
    前記コイルにより前記基板保持部を加熱する工程と、
    前記搬送手段により複数の前記被処理基板が載置された前記搬送板を前記処理容器から搬出する工程と、を有することを特徴とする成膜方法。
  11. 前記断熱空間に前記処理容器を冷却する冷却媒体を供給する工程をさらに有することを特徴とする請求項１０記載の成膜方法。
  12. 前記エピタキシャル成長を行う工程では、前記被処理基板上にＳｉとＣを主成分とする膜が形成されることを特徴とする請求項１０または１１記載の成膜方法。
  13. 前記成膜ガスは、ＣｘＨｙ（ｘ、ｙは整数）により示されるガスを含むことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項記載の成膜方法。
  14. 前記エピタキシャル成長を行う工程では、前記被処理基板が１２００℃以上となるように前記基板保持部が誘導加熱されることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１項記載の成膜方法。
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