JP2009117555A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 例えば５００℃以下の低温度領域で、基板の一部領域上に選択的にエピタキシャル膜を成長させる。
【解決手段】 基板を処理する処理室と、基板を加熱する加熱手段と、処理室内にシリコンを含む原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、処理室内にエッチングガスを供給するエッチングガス供給手段と、各手段をそれぞれ制御する制御手段と、を備え、制御手段は、原料ガス供給手段による原料ガスの供給と、エッチングガス供給手段によるエッチングガスの供給と、を交互あるいは同時に行うように制御し、エッチングガスはフッ素を含むガスである。
【選択図】 図３

Description

本発明は、処理室内に原料ガスやエッチングガスを供給して基板を処理する基板処理装置に関する。

半導体装置の微細化が進むにつれて、基板の一部領域上にシリコンのエピタキシャル膜を選択成長させる基板処理工程が、半導体装置の製造工程の一工程として実施されている。具体的には、表面上にシリコン面と絶縁膜面とが露出している基板を加熱し、かかる基板上にシリコン（Ｓｉ）原子を含む原料ガスと塩素（Ｃｌ）元素を含むエッチングガスとを交互あるいは同時に供給することにより、基板のシリコン面上にのみ選択的にシリコンのエピタキシャル膜を成長（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｅｐｉｔａｘａｌ Ｇｒｏｗｔｈ）させていた（例えば、特許文献１）。
特開２００７−５６２８８号

半導体装置の微細化が進むにつれ、その製造工程を通して基板の温度をより低く保つ必要性が生じてきた。しかしながら、上述の基板処理工程では、エピタキシャル膜を成長させる際に、基板を５００℃超の温度に加熱する必要があった。基板の温度を５００℃以下に低下させると、塩素原子を含むエッチングガスのエッチング作用（能力）が低下してしまい、シリコン面上だけでなく絶縁膜面上にもシリコンのエピタキシャル膜が成長されてしまう場合があるからである。

本発明は、例えば５００℃以下の低温度領域で、基板の一部領域上に選択的にエピタキシャル膜を成長させることが可能な基板処理装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、表面上に少なくともシリコン面と絶縁膜面とが露出する基板の前記シリコン面上にシリコンのエピタキシャル膜を選択的に成長させる基板処理装置であって、前記基板を処理する処理室と、前記基板を加熱する加熱手段と、前記処理室内にシリコンを含む原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、前記処理室内にエッチングガスを供給するエッチングガス供給手段と、前記各手段をそれぞれ制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記原料ガス供給手段による前記原料ガスの供給と、前記エッチングガス供給手段による前記エッチングガスの供給と、を交互あるいは同時に行うように制御し、前記エッチングガスはフッ素を含むガスである基板処理装置が提供される。

本発明にかかる基板処理装置によれば、例えば５００℃以下の低温度領域で、基板の一部領域上に選択的にエピタキシャル膜を成長させることが可能となる。

以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の平面透視図であり、図２は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の側面透視図であり、図３は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の処理炉、及び処理炉周辺の概略構成図である。

（１）基板処理装置の構成
図１、図２に示すように、本実施形態にかかる基板処理装置１００は、筐体１１１を備えている。筐体１１１の正面壁１１１ａの正面前方部（図１の下側）には、開口部としての正面メンテナンス口１０３が設けられている。また、正面メンテナンス口１０３には、正面メンテナンス口１０３を開閉する２枚の正面メンテナンス扉１０４ａ，１０４ｂが設けられている。

基板としてのウエハ２００を筐体１１１内外へ搬送するには、基板収容容器（ウエハキャリアともいう）としてのポッド１１０が使用される。ポッド１１０内には、複数枚のウエハ２００が格納されるように構成されている。筐体１１１の正面壁１１１ａには、ポッド１１０を筐体１１１内外へ搬送するポッド搬入搬出口１１２が、筐体１１１の内外を連通するように設けられている。ポッド搬入搬出口１１２は、開閉機構としてのフロントシャッタ１１３によって開閉されるようになっている。

ポッド搬入搬出口１１２の正面前方側には、基板収容器受渡し台としてのロードポート１１４が設けられている。ロードポート１１４上にはポッド１１０が載置され、ロードポート１１４上にてポッド１１０の位置合わせをすることが可能なように構成されている。ポッド１１０は、図示しない工程内搬送装置によってロードポート１１４上に載置され、また、ロードポート１１４上から搬出されるように構成されている。

筐体１１１内の前後方向の略中央部（図２に示す筐体１１１内の略中央部）における上部空間には、基板収容器載置棚としての回転式ポッド棚１０５が設けられている。回転式ポッド棚１０５は、垂直方向に設けられて水平面内で間欠回転する支柱１１６と、基板収容器載置台としての複数枚の棚板１１７と、を備えている。複数枚の棚板１１７は、支柱１１６における上下４段の各位置において、水平姿勢で放射状に固定されるようにそれぞれ構成されている。なお、各棚板１１７には、複数個のポッド１１０がそれぞれ載置されるように構成されている。

筐体１１１内におけるロードポート１１４と回転式ポッド棚１０５との間には、基板収容器搬送装置としてのポッド搬送装置１１８が設けられている。ポッド搬送装置１１８は、ポッド１１０を保持したまま昇降移動する基板収容器昇降機構としてのポッドエレベータ１１８ａと、ポッド１１０を保持したまま水平移動する基板収容器搬送機構としてのポッド搬送機構１１８ｂと、を備えている。ポッド搬送装置１１８は、ポッドエレベータ１１８ａとポッド搬送機構１１８ｂとの協調動作により、ロードポート１１４、回転式ポッド棚１０５、及び後述する載置台１２２との間で、ポッド１１０を搬送するように構成されている。

筐体１１１内の下部空間には、筐体１１１内の略中央部から後端部にわたって、サブ筐体１１９が設けられている。サブ筐体１１９の正面壁１１９ａ（筐体１１１内の中央部側）には、ウエハ２００をサブ筐体１１９内外に搬送する基板搬入搬出口としての一対のウエハ搬入搬出口１２０が、上下段に設けられている。上下段のウエハ搬入搬出口１２０には、ポッドオープナ１２１がそれぞれ設けられている。ポッドオープナ１２１は、ポッド１１０を載置する載置台１２２と、ポッド１１０の蓋体であるキャップを着脱する蓋体着脱機構としてのキャップ着脱機構１２３と、をそれぞれ備えている。ポッドオープナ１２１は、載置台１２２上に載置されたポッド１１０のキャップをキャップ着脱機構１２３によって着脱することによって、ポッド１１０のウエハ出し入れ口を開閉するように構成されている。

サブ筐体１１９内には、移載室１２４が形成されている。移載室１２４は、ポッド搬送装置１１８や回転式ポッド棚１０５等が設けられた筐体１１１内の他の空間から気密に隔離されるように構成されている。移載室１２４内の前側領域（筐体１１１内の中央部側）
には、基板移載機構としてのウエハ移載機構１２５が設けられている。ウエハ移載機構１２５は、基板保持体としてのツイーザ１２５ｃ上にウエハ２００を載置して水平方向に移動させる基板移載装置としてのウエハ移載装置１２５ａと、ウエハ移載装置１２５ａを昇降移動させる基板移載装置昇降機構としてのウエハ移載装置エレベータ１２５ｂと、を備えている。これら、ウエハ移載装置１２５ａとウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとの協調動作により、基板保持具としての後述するボート２１７にウエハ２００を装填（チャージング）し、また、ボート２１７からウエハ２００を取り出す（ディスチャージング）ことが可能なように構成されている。

また、図１に示すように、移載室１２４内の側壁部には、クリーンユニット１３４が設けられている。クリーンユニット１３４は、供給フアンおよび防塵フィルタを備えており、清浄化したガスもしくは不活性ガスであるクリーンエア１３３を移載室１２４内に供給するように構成されている。また、図１に示すように、ウエハ移載装置１２５ａとクリーンユニット１３４との間には、ウエハ２００の周方向の位置を整合させる基板整合装置としてのノッチ合わせ装置１３５が設けられている。クリーンユニット１３４から移載室１２４内に供給されたクリーンエア１３３は、ノッチ合わせ装置１３５、ウエハ移載装置１２５ａ、ロードロック室１４１にあるボート２１７の周囲を通過した後に、図示しないダクトにより吸引される。そして、ダクトにより吸引されたガスは、筐体１１１の外部へと排気されるか、もしくは、クリーンユニット１３４の吸い込み側である一次側にまで循環されて清浄化された後、再び移載室１２４内に供給されるように構成されている。

移載室１２４内の後側領域（筐体１１１内の後端部側）には、内部を大気圧未満の圧力（負圧）に維持可能な気密機能を有する耐圧筐体１４０が設置されている。耐圧筐体１４０の内部には、ボート２１７を収容可能なロードロック方式の待機室としてのロードロック室１４１が形成されている。耐圧筐体１４０の正面壁１４０ａには、ウエハ搬入搬出開口（基板搬入搬出開口）１４２が設けられており、ウエハ搬入搬出開口１４２に設けられたゲートバルブ１４３を開けることにより、ロードロック室１４１と移載室１２４とが連通するように構成されている。図１に示すように、耐圧筐体１４０の他の側壁には、ロードロック室１４１内へ窒素ガスを供給するガス供給管１４４と、ロードロック室１４１内を負圧に排気するための排気管１４５とがそれぞれ設けられている。ロードロック室１４１の上方には、基板を処理する処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部には、処理炉２０２内と移載室１２４内とが連通するように開口が設けられている。処理炉２０２に設けられた開口は、炉口開閉機構としての炉口ゲートバルブ１４７により開閉されるように構成されている。耐圧筐体１４０の正面壁１４０ａの上端部には、炉口ゲートバルブカバー１４９が取り付けられている。

図１に示すように、筐体１１１内には、ボート２１７を昇降移動させるボートエレベータ（基板保持具昇降機構）１１５が設けられている。ボートエレベータ１１５の下端部には連結具としてのアーム１２８が設けられており、アーム１２８上には蓋体としてのシールキャップ１２９が水平姿勢で設けられている。シールキャップ１２９は、ボート２１７を下方から垂直に支持するとともに、ボートエレベータ１１５が上昇した時に処理炉２０２に設けられた開口を閉塞するように構成されている。ボート２１７の構成については後述する。

（２）基板処理装置の動作
次に、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置１００の動作について説明する。

図１および図２に示すように、ポッド１１０がロードポート１１４上に載置されると、フロントシャッタ１１３が移動してポッド搬入搬出口１１２が開放される。そして、ポッド搬送装置１１８により、ロードポート１１４上のポッド１１０が、ポッド搬入搬出口１
１２を介して筐体１１１内へと搬入される。筐体１１１内へ搬入されたポッド１１０は、直接に、もしくは、回転式ポッド棚１０５の棚板１１７上に載置されて一時的に保管された後に、上下４段のうちいずれか一の載置台１２２上へと移載される。

この際、ポッドオープナ１２１のウエハ搬入搬出口１２０は、キャップ着脱機構１２３によって閉じられている。また、ボートエレベータ１１５は降下した状態となっており、処理炉２０２の下端部の開口は炉口ゲートバルブ１４７により閉塞された状態となっている。また、移載室１２４内には、クリーンユニット１３４によりクリーンエア１３３が供給されている。例えば、クリーンエア１３３として窒素ガスを移載室１２４内に供給して充満させることにより、移載室１２４内の酸素濃度は、例えば２０ｐｐｍ以下と、筐体１１１内の他の領域よりも遥かに低くなっている。

載置台１２２上に載置されたポッド１１０は、そのキャップがウエハ搬入搬出口１２０の開口縁辺部に押し付けられる。そして、キャップ着脱機構１２３によってキャップが取り外され、ポッド１１０のウエハ出し入れ口が開放される。そして、あらかじめ内部が大気圧状態とされていたロードロック室１４１のウエハ搬入搬出開口１４２がゲートバルブ１４３の動作により開放される。そして、ポッド１１０内のウエハ２００は、ウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによってピックアップされ、ウエハ出し入れ口を介して移載室１２４内に搬入され、ノッチ合わせ装置１３５によって周方向の向きが整合され、移載室１２４内の後方にあるロードロック室１４１内へ搬送され、ボート２１７に装填（チャージング）される。その後、同様の動作が繰り返され、ポッド１１０内に残っているウエハ２００がボート２１７に装填される。

なお、上述の作業中には、他方の載置台１２２上には、回転式ポッド棚１０５から別のポッド１１０が移載される。そして、キャップ着脱機構１２３によってキャップが取り外され、ポッド１１０のウエハ出し入れ口が開放される。

予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填（チャージング）されると、ウエハ搬入搬出開口１４２がゲートバルブ１４３によって閉じられる。そして、ロードロック室１４１内は排気管１４５により排気され、処理炉２０２内の圧力と同じ圧力まで減圧される。ロードロック室１４１内が処理炉２０２内の圧力まで減圧されたら、炉口ゲートバルブ１４７が水平移動して処理炉２０２の下端部の開口が開放される。続いて、ボートエレベータ１１５が上昇して、複数のウエハ２００を保持したボート２１７が処理炉２０２内へ搬入（ローディング）され、処理炉２０２の下端部の開口がシールキャップ２１９によって気密に閉塞される。

ボート２１７が処理炉２０２内へ搬入（ローディング）された後は、処理炉２０２内にてウエハ２００に任意の処理が実施される。かかる処理については後述する。その後、ノッチ合わせ装置１３５によるウエハ２００の周方向の向きの整合工程を除き、上述の手順とはほぼ逆の手順により、処理後のウエハ２００を格納したポッド１１０が筐体１１１の外部へと搬出される。

（３）処理炉の構成
続いて、本実施形態にかかる基板処理装置１００が備える処理炉２０２及びその周辺の構成について、図３を参照しながら説明する。

図３に示すように、本実施形態にかかる処理炉２０２は、反応管としてのアウターチューブ２０５を有している。アウターチューブ２０５は、石英（ＳｉＯ_２）または炭化シリコン（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。アウターチューブ２０５の内側の筒中空部には、基板としてのウエハ２００を処
理する処理室２０１が形成されている。処理室２０１は、基板としてのウエハ２００を、後述するボート２１７によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。

アウターチューブ２０５の外側には、アウターチューブ２０５と同心円状に、基板としてのウエハ２００を加熱する加熱機構としてのヒータ２０６が設けられている。ヒータ２０６は円筒形状であり、ヒータ素線とその周囲に設けられた断熱部材とにより構成され、図示しない保持体に支持されることにより垂直に据え付けられている。なお、ヒータ２０６の近傍には、処理室２０１内の温度を検出する温度検出体としての温度センサ（図示せず）が設けられている。ヒータ２０６及び温度センサには、温度制御部２３８が電気的に接続されている。温度制御部２３８は、温度センサにより検出された温度情報に基づきヒータ２０６への通電具合を調節し、処理室２０１内の温度が所望のタイミングにて所望の温度分布となるよう制御する。

アウターチューブ２０５の下方には、アウターチューブ２０５と同心円状に、マニホールド２０９が配設されている。マニホールド２０９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。このマニホールド２０９は、アウターチューブ２０５を支持するように設けられている。なお、マニホールド２０９とアウターチューブ２０５との間には、シール部材としてのＯリングが設けられている。また、マニホールド２０９の下方には、待機室としてのロードロック室１４１が設けられている。ロードロック室１４１を構成する耐圧筐体１４０の天板１４０ｂとマニホールド２０９との間には、シール部材としてのＯリングが設けられている。このマニホールド２０９が天板１４０ｂにより支持されることにより、アウターチューブ２０５は垂直に据え付けられた状態となっている。このアウターチューブ２０５とマニホールド２０９とにより反応容器が形成される。なお、天板１４０ｂには、処理炉２０２の開口部である炉口１６１が設けられている。

マニホールド２０９の側壁には、処理室２０１内にシリコンを含む原料ガスを供給する原料ガス供給手段としての原料ガス供給管２３２が接続されている。原料ガス供給管２３２の下流側は処理室２０１の内壁に沿ってノズル状に鉛直方向に立ち上がり、下流側端部は処理室２０１内の上部にガス供給口を構成している。すなわち、本実施形態では、インナーチューブを廃止し、ノズル状のガス供給管を用いて、処理室２０１内の上部から原料ガスの供給を行うように構成されている。原料ガス供給管２３２は、上流側で２つに分岐している。２つに分岐した原料ガス供給管２３２は、バルブ１７７、１７８、及びガス流量制御装置としてのＭＦＣ１８３、１８４を介して、第１のガス供給源１８０、第２のガス供給源１８１にそれぞれ接続されている。ＭＦＣ１８３、１８４及びバルブ１７７、１７８には、ガス流量制御部２３５が電気的に接続されている。ガス流量制御部２３５は、原料ガス供給管２３２から処理室２０１内に所望のタイミングで所望の流量のガスを供給するように制御する。なお、本発明にかかるガス供給手段は、原料ガス供給管２３２が２つに分岐する形態に限定されず、供給するガスの種別に応じて分岐していなくても、３つ以上に分岐していてもよい。

また、原料ガス供給管２３２のバルブ１７７、１７８、１７９の下流側には、処理室２０１内にフッ素（Ｆ）を含むエッチングガスを供給するエッチングガス供給手段としてのエッチングガス供給管２３２ｅが、合流するように接続されている。すなわち、本実施形態では、インナーチューブを廃止し、ノズル状のガス供給管を用いて、処理室２０１内の上部からエッチングガスの供給を行うように構成されている。エッチングガス供給管２３２ｅの上流側は、バルブ１９２、及びガス流量制御装置としてのＭＦＣ１９１を介して、エッチングガス供給源１９０に接続されている。ＭＦＣ１９１及びバルブ１９２には、ガス流量制御部２３５が電気的に接続されている。ガス流量制御部２３５は、エッチングガ
ス供給管２３２ｅから処理室２０１内に所望のタイミングで所望の流量のガスを供給するように制御する。なお、エッチングガス供給源１９０には、例えばＣｌＦ_３ガス又はＦ_２ガスが封入される。

なお、図示しないが、エッチングガス供給管２３２ｅとの合流部分よりも下流側における原料ガス供給管２３２には、処理室２０１内にＮ_２、Ａｒ、Ｈｅ等の不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段としての不活性ガス供給管が接続されている。ガス流量制御部２３５は、不活性ガス供給管から処理室２０１内に所望のタイミングで所望の流量のガスを供給するように制御する。

また、マニホールド２０９の側壁には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気手段としてのガス排気管２３１が接続されている。排気手段としてのガス排気管２３１の下流側には、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４２を介して、真空ポンプ等の真空排気装置２４６が接続されている。ＡＰＣバルブ２４２は、その開度により処理室２０１内の圧力を調整する圧力調整器として構成されている。なお、ＡＰＣバルブ２４２の上流側におけるガス排気管２３１内には、図示しないが、処理室２０１内の圧力を検知する圧力検知手段としての圧力センサが設けられている。なお、圧力センサは、ガス排気管２３１内に限らず、処理室２０１内に設けられていてもよい。圧力センサ及びＡＰＣバルブ２４２には、圧力制御部２３６が電気的に接続されている。圧力制御部２３６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２４２の開度を調節し、処理室２０１内の圧力が所望のタイミングにて所望の圧力となるように制御する。

また、上述したように、ロードロック室１４１を構成する耐圧筐体１４０の外面には、ボートエレベータ１１５が設けられている。ボートエレベータ１１５は、下基板２４５、ガイドシャフト２６４、ボール螺子２４４、上基板２４７、昇降モータ２４８、昇降基板２５２、及びベローズ２６５を備えている。下基板２４５は、ロードロック室１４１を構成する側壁の外面に水平姿勢で固定されている。下基板２４５には、昇降台２４９と嵌合するガイドシャフト２６４、及び昇降台２４９と螺合するボール螺子２４４がそれぞれ鉛直姿勢で設けられている。ガイドシャフト２６４及びボール螺子２４４の上端には、上基板２４７が水平姿勢で固定されている。ボール螺子２４４は、上基板２４７に設けられた昇降モータ２４８により回転させられるように構成されている。また、ガイドシャフト２６４は、昇降台２４９の上下動を許容しつつ水平方向の回転を抑制するように構成されている。そして、ボール螺子２４４を回転させることにより、昇降台２４９が昇降するように構成されている。

昇降台２４９には、中空の昇降シャフト２５０が垂直姿勢で固定されている。昇降台２４９と昇降シャフト２５０との連結部は、気密に構成されている。昇降シャフト２５０は、昇降台２４９と共に昇降するように構成されている。昇降シャフト２５０の下方側端部は、ロードロック室１４１を構成する天板１４０ｂを貫通している。天板１４０ｂに設けられる貫通穴の内径は、昇降シャフト２５０と天板１４０ｂとが接触することのない様に、昇降シャフト２５０の外径よりも大きく構成されている。ロードロック室１４１と昇降台２４９との間には、昇降シャフト２５０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２６５が設けられている。昇降台２４９とベローズ２６５との連結部、及び天板１４０ｂとベローズ２６５との連結部はそれぞれ気密に構成されており、ロードロック室１４１内の気密が保持されるように構成されている。ベローズ２６５は、昇降台２４９の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有している。ベローズ２６５の内径は、昇降シャフト２５０とベローズ２６５とが接触することのない様に、昇降シャフト２５０の外径よりも充分に大きく構成されている。

ロードロック室１４１内に突出した昇降シャフト２５０の下端には、昇降基板２５２が水平姿勢で固定されている。昇降シャフト２５０と昇降基板２５２との連結部は、気密に構成されている。昇降基板２５２の上面には、Ｏリング等のシール部材を介してシールキャップ２１９が気密に取付けられている。シールキャップ２１９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。昇降モータ２４８を駆動してボール螺子２４４を回転させ、昇降台２４９、昇降シャフト２５０、昇降基板２５２、及びシールキャップ２１９を上昇させることにより、処理炉２０２内にボート２１７が搬入（ボートローディング）されると共に、処理炉２０２の開口部である炉口１６１がシールキャップ２１９により閉塞されるよう構成されている。また、昇降モータ２４８を駆動してボール螺子２４４を回転させ、昇降台２４９、昇降シャフト２５０、昇降基板２５２、及びシールキャップ２１９を下降させることにより、処理室２０１内からボート２１７が搬出（ボートアンローディング）されるよう構成されている。昇降モータ２４８には、駆動制御部２３７が電気的に接続されている。駆動制御部２３７は、ボートエレベータ１１５が所望のタイミングにて所望の動作をするよう制御する。

昇降基板２５２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２５３が気密に取付けられている。昇降基板２５２と駆動部カバー２５３とにより駆動部収納ケース２５６が構成されている。駆動部収納ケース２５６の内部は、ロードロック室１４１内の雰囲気と隔離されている。駆動部収納ケース２５６の内部には、回転機構２５４が設けられている。回転機構２５４には電力供給ケーブル２５８が接続されている。電力供給ケーブル２５８は、昇降シャフト２５０の上端から昇降シャフト２５０内を通って回転機構２５４まで導かれており、回転機構２５４に電力を供給するように構成されている。回転機構２５４が備える回転軸２５５の上端部は、シールキャップ２１９を貫通して、基板保持具としてのボート２１７を下方から支持するように構成されている。回転機構２５４を作動（回転）させることにより、ボート２１７に保持された基板を処理室２０１内で回転させることが可能なように構成されている。回転機構２５４には、駆動制御部２３７が電気的に接続されている。駆動制御部２３７は、回転機構２５４が所望のタイミングにて所望の動作をするよう制御する。

また、駆動部収納ケース２５６の内部であって回転機構２５４の周囲には、冷却機構２５７が設けられている。冷却機構２５７及びシールキャップ２１９には冷却流路２５９が形成されている。冷却流路２５９には冷却水を供給する冷却水配管２６０が接続されている。冷却水配管２６０は、昇降シャフト２５０の上端から昇降シャフト２５０内を通って冷却流路２５９まで導かれ、冷却流路２５９にそれぞれ冷却水を供給するように構成されている。

基板保持具としてのボート２１７は、例えば石英（ＳｉＯ_２）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性材料から構成され、複数枚のウエハ２００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多段に保持するように構成されている。なお、ボート２１７の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる円板形状をした断熱部材としての断熱板２１６が、水平姿勢で多段に複数枚配置されている。断熱板２１６は、ヒータ２０６からの熱をマニホールド２０９側に伝えにくくするように機能する。

また、本実施形態にかかる基板処理装置１００は、制御手段としてのコントローラ２４０を有している。コントローラ２４０は、ＣＰＵ、メモリ、ＨＤＤなどの記憶装置、操作部、入出力部を備えた主制御部２３９を備えている。主制御部２３９は、上述のガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、温度制御部２３８、ボートエレベータ１１５の昇降モータ２４８、及び回転機構２５４に電気的に接続されており、基板処理装置１００全体を制御するように構成されている。そして、コントローラ２４０は、加熱機構としてのヒータ２０６、原料ガス供給手段としての原料ガス供給管２３２、及びエ
ッチングガス供給手段としてのエッチングガス供給管２３２ｅをそれぞれ制御するとともに、原料ガス供給管２３２による原料ガスの供給と、エッチングガス供給管２３２ｅによるエッチングガスの供給と、を交互あるいは同時に行うように制御するように構成されている。かかる動作については後述する。

（４）基板処理工程
続いて、半導体装置の製造工程の一工程として、基板上にエピタキシャル膜を選択的に成長させる基板処理工程について説明する。かかる基板処理工程は、上述した基板処理装置１００により実施される。また、以下の説明において、基板処理装置１００を構成する各部の動作は、コントローラ２４０により制御される。なお、第１のガス供給源１８０及び第２のガス供給源１８１には、処理ガスとして例えばＳｉＨ_４ガス（又はＳｉ_２Ｈ_６ガス）、Ｈ_２ガスがそれぞれ封入されている。また、エッチングガス供給源１９０には、エッチングガスとして例えばＣｌＦ_３ガスが封入されている。

まず、図３に示すように、ウエハ移載機構１２５により、降下状態のボート２１７に複数枚の処理対象のウエハ２００を装填する。なお、ウエハ２００の表面上には、少なくともシリコン面と絶縁膜面とが露出している。すなわち、シリコンウエハとして構成されたウエハ２００の表面の少なくとも一部に、例えばＳｉＯ_２あるいはＳｉＮ等からなる絶縁膜が形成されており、シリコン面及び絶縁膜面がそれぞれ露出しているように構成されている。所定枚数のウエハ２００の装填が完了したら、昇降モータ２４８を駆動して、図２に示すように、所定枚数のウエハ２００を保持したボート２１７を処理室２０１内に搬入（ボートローディング）すると共に、処理炉２０２の開口部である炉口１６１をシールキャップ２１９により閉塞する。

次に、処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように、真空排気装置２４６により処理室２０１内を真空排気する。この際、処理室２０１内の圧力を圧力センサにより測定し、この測定した圧力に基づきＡＰＣバルブ２４２をフィードバック制御する。続いて、回転機構２５４により、ボート２１７及びウエハ２００を回転させる。

次に、処理室２０１内が所望の温度分布となるように、ヒータ２０６により処理室２０１内を加熱する。この際、ウエハ２００の表面温度が５００℃以下になるように加熱することが好ましい。具体的には、温度センサにより温度を検出し、検出した温度情報に基づきヒータ２０６への通電具合をフィードバック制御する。

次に、第１のガス供給源１８０、第２のガス供給源１８１から処理室２０１内に原料ガス（ＳｉＨ_４又はＳｉ_２Ｈ_６、Ｈ_２）をそれぞれ供給する（原料ガス供給工程）。具体的には、各原料ガスの供給量がそれぞれ所望の流量となるようにＭＦＣ１８３、１８４の開度を調節しながら、バルブ１７７、１７８を開き、原料ガス供給管２３２を介して処理室２０１内の上部に各処理ガスを供給する。処理室２０１内に供給された各処理ガスは、ウエハ２００と接触した後、ガス排気管２３１から処理室２０１外へと排気される。各処理ガスがウエハ２００と接触することにより、ウエハ２００の表面上にＥｐｉ−Ｓｉ膜が堆積（デポジション）される。なお、原料ガスが導入されると、露出したシリコン上ではただちに成長が開始されるのに対し、絶縁膜上では潜伏期間と呼ばれる成長遅れが生じる。この潜伏期間の間、露出したシリコン上を中心にＳｉ膜を成長させる。予め設定された時間が経過したら、バルブ１７７、１７８を閉じて、第１のガス供給源１８０、第２のガス供給源１８１からの各原料ガスの供給を停止する。

続いて、エッチングガス供給源１９０から処理室２０１内にエッチングガスを供給する（エッチングガス供給工程）。具体的には、エッチングガスの供給量が所望の流量となるようにＭＦＣ１９１の開度を調節しながら、バルブ１９２を開き、エッチングガス供給管
２３２ｅ及び原料ガス供給管２３２を介して処理室２０１内にエッチングガスを供給する。その結果、絶縁膜面上に堆積されてしまったＥｐｉ−Ｓｉ膜や汚染物質が除去される。なお、絶縁膜面上に堆積されたＥｐｉ−Ｓｉ膜や汚染物質はＥｐｉ−Ｓｉ膜を成長させる核となりうるが、本工程を実施することにより絶縁膜上におけるＥｐｉ−Ｓｉ膜の成長が抑制され、露出したシリコン上への選択的な成長を促すことができる。予め設定された時間が経過したら、バルブ１９２を閉じて、エッチングガス供給源１９０からのエッチングガスの供給を停止する。

上述した原料ガス供給工程とエッチングガス供給工程とを１サイクルとして、このサイクルを所定回数繰り返すことにより、所望の厚さのＥｐｉ−Ｓｉ膜を成長させることが出来る。所望の膜厚のＥｐｉ−Ｓｉ膜が成長したら繰り返しを停止して、図示しない不活性ガス供給管から処理室２０１内に不活性ガスを供給し、処理室２０１内の雰囲気を不活性ガスで置換すると共に、処理室２０１内の圧力を常圧に復帰させて、基板処理工程を完了する。

その後、昇降モータ２４８を作動させてシールキャップ２１９を下降させ、処理炉２０２の開口部である炉口１６１を開口させると共に、処理済のウエハ２００を保持したボート２１７を処理室２０１外へと搬出（ボートアンローディング）する。その後、ウエハ移載機構１２５により、処理済のウエハ２００をボート２１７より取り出す（ウエハディスチャージ）。

なお、ウエハ２００を処理する際の処理条件としては、例えば、Ｅｐｉ−Ｓｉ膜の成膜において、処理温度４００〜７００℃、処理圧力１〜２００Ｐａ、サイクル数１０回が例示される。

（５）本実施形態にかかる効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたはそれ以上の効果を奏する。

本実施形態にかかる基板処理装置１００によれば、エッチングガスとしてフッ素（Ｆ）元素を含むガスが用いられる。その結果、エッチングガスとして塩素（Ｃｌ）元素を含むガスを用いた場合と比較して、ウエハ２００の温度を例えば５００℃以下の低温に保ったとしても、エッチングガスのエッチング作用（能力）が低下しにくくなる。すなわち、絶縁膜面上に堆積されてしまったＥｐｉ−Ｓｉ膜の除去や汚染物質の除去を促進し、露出したシリコン上への選択的な成長を促進させることができる。

また、本実施形態にかかる基板処理装置１００によれば、ウエハ２００の温度を例えば５００℃以下の低温に保ったとしても、エッチングガスのエッチング作用（能力）が低下しにくくなる。そのため、エッチングを実施する際にウエハ２００の温度を例えば５００℃以下の低温に保つことが可能となり、微細な構造を有する半導体装置の製造がより容易になる。

また、本実施形態によれば、エッチングガス供給源１９０に封入するエッチングガスのガス種を、フッ素を含有するガスに変更することにより、既存の基板処理装置１００を流用可能である。そのため、基板処理コストを低減させることが可能である。

また、本実施形態によれば、インナーチューブを廃止し、処理室２０１内の上部から原料ガス、エッチングガスをそれぞれ供給している。このため、原料ガス及びエッチングガスは、処理室２０１内の下方に残留している汚染物質を拡散させることなく、清浄な状態のままウエハ２００に到達する。その結果、絶縁膜上におけるＥｐｉ−Ｓｉ膜の成長を抑制して、露出したシリコン上への選択的な成長を促すことができる。また、Ｅｐｉ−Ｓｉ
膜の膜質を向上させることが可能となる。

＜本発明のさらに他の実施形態＞

上述の実施形態では、エッチングガスとしてＣｌＦ_３ガスを用いたが、本発明は上述の形態に限らず、エッチングガスとして、例えばＦ_２ガス等のフッ素（Ｆ）元素を含むガスを用いることが可能である。

上述の実施形態では、原料ガス供給工程とエッチングガス供給工程とを１サイクルとして、このサイクルを所定回数繰り返すことにより、所望の厚さのＥｐｉ−Ｓｉ膜を成長させる基板処理工程について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。すなわち、原料ガス供給工程とエッチングガス供給工程とを同時に行う基板処理工程にも、本発明は好適に適用可能である。

上述の実施形態かかるエッチングガス供給管２３２ｅは、原料ガス供給管２３２に合流するように一本化していたが、本発明は上述の実施形態に限定されない。すなわち、原料ガス供給管２３２とエッチングガス供給管２３２ｅとをそれぞれ独立にマニホールド２０９の側壁に接続させてもよい。また、上述の実施形態かかる原料ガス供給管２３２は原料ガスの種別ごとに上流側で分岐していたが、分岐や合流をすることなく、原料ガスの種別ごとにそれぞれ独立にマニホールド２０９の側壁に接続させてもよい。

上述の実施形態では、基板処理装置１００が縦型ＣＶＤ装置として構成されており、かかる基板処理装置１００を用いてウエハ２００上にＥｐｉ−Ｓｉ膜を形成する基板処理工程を例にとって説明したが、本発明はこれらの構成に限定されない。すなわち、本発明は、横型ＣＶＤ、枚葉型ＣＶＤ装置など、減圧下でウエハ等の基板を処理する処理室を備える基板処理装置１００に好適に適用可能であり、例えばＥｐｉ−ＳｉＧｅ膜等のＥｐｉ−Ｓｉ膜以外の膜を形成する基板処理工程にも好適に適用可能である。

上述の実施形態では、ウエハ２００の表面上に、少なくともシリコン面と絶縁膜面とが露出しており、シリコン面上に選択的にエピタキシャル膜を堆積する場合について説明したが、本発明は上述の形態に限定されない。すなわち、選択的にエピタキシャル膜を堆積する場合に限らず、他の方法で堆積した膜等をエッチングする場合にも好適に適用可能である。

＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。

本発明の第１の態様によれば、表面上に少なくともシリコン面と絶縁膜面とが露出する基板の前記シリコン面上にシリコンのエピタキシャル膜を選択的に成長させる基板処理装置であって、前記基板を処理する処理室と、前記基板を加熱する加熱手段と、前記処理室内にシリコンを含む原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、前記処理室内にエッチングガスを供給するエッチングガス供給手段と、前記各手段をそれぞれ制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記原料ガス供給手段による前記原料ガスの供給と、前記エッチングガス供給手段による前記エッチングガスの供給と、を交互に行うように制御し、前記エッチングガスはフッ素を含むガスである基板処理装置が提供される。

本発明の第２の態様によれば、前記制御手段は、前記原料ガス供給手段による前記原料ガスの供給と、前記エッチングガス供給手段による前記エッチングガスの供給と、を交互に行う際に、前記加熱手段により前記基板の温度を５００℃以下に加熱する第１の態様に記載の基板処理装置が提供される。

本発明の第３の態様によれば、前記エッチングガス供給手段が供給するエッチングガスは、ＣｌＦ_３ガス又はＦ_２ガスである第１又は第２の態様に記載の基板処理装置が提供される。

本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の平面透視図である。 本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の側面透視図である。 本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の処理炉、及び処理炉周辺の概略構成図である。

符号の説明

２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
２０６ ヒータ（加熱手段）
２３２ 原料ガス供給管（原料ガス供給手段）
２３２ｅ エッチングガス供給管（エッチングガス供給手段）
２４０ コントローラ（制御手段）

Claims (1)

1. 表面上に少なくともシリコン面と絶縁膜面とが露出する基板の前記シリコン面上にシリコンのエピタキシャル膜を選択的に成長させる基板処理装置であって、
   前記基板を処理する処理室と、
   前記基板を加熱する加熱手段と、
   前記処理室内にシリコンを含む原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
   前記処理室内にエッチングガスを供給するエッチングガス供給手段と、
   前記各手段をそれぞれ制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記原料ガス供給手段による前記原料ガスの供給と、前記エッチングガス供給手段による前記エッチングガスの供給と、を交互あるいは同時に行うように制御し、
   前記エッチングガスはフッ素を含むガスである
   ことを特徴とする基板処理装置。

Images