JP2011021253A - 成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転機構部への反応ガスの侵入を確実に阻止する。また、成膜室内で迅速にウェハを加熱および冷却するとともに、ヒータから発生したガスが速やかに成膜室の外部に排出されるようにする。
【解決手段】回転胴１０４ａは、第１の回転胴１０４ａ_１と、第２の回転胴１０４ａ_２と、第３の回転胴１０４ａ_３とを有する。第２の回転胴１０４ａ_２は、第１の回転胴１０４ａ_１を構成する材料よりも熱膨張率の小さい材料を用いて構成される。第３の回転胴１０４ａ_３は、第２の回転胴１０４ａ_２を構成する材料よりも熱膨張率の大きい材料を用いて構成される。ヒータ１２０の加熱により第３の回転胴１０４ａ_３が伸びた状態で、第３の回転胴１０４ａ_３の高さｈ_３と第２の回転胴１０４ａ_２の高さｈ_２とが同じとなるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、成膜措置に関し、より詳しくは、基板を加熱しながら基板上に成膜を行う成膜装置に関する。

ウェハの表面にシリコンなどの単結晶膜を形成したエピタキシャルウェハの製造には、枚葉式の成膜装置が使用されることが多い。この成膜装置は、ウェハを載置するサセプタを収納した成膜室内に反応ガスを供給するとともに、ウェハを加熱して、ウェハの表面にエピタキシャル膜を形成するように構成されている。

また、従来、この種の成膜装置として、上端にサセプタ用の支持部材が連結され、成膜室の底壁部に開設した貫通孔を通して下方にのびる回転軸と、成膜室の下方に配置された回転軸用の回転機構部とを備え、成膜時にウェハを回転させるようにしたものも知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平５−１５２２０７号公報

上記のような回転軸を備える成膜装置では、エピタキシャル膜を形成する際に、貫通孔を介して回転機構部に反応ガスが侵入するおそれがある。侵入した反応ガスは、回転機構部に設けられた軸受や駆動源への副生成物の付着や腐食などを生じて、回転機構部のメンテナンスインターバルの短縮や装置の短寿命化などを引き起こす要因になる。

ここで、回転機構部が、成膜室の底壁部の下面との間に筒状の押え部材を介設した状態で配置した、回転軸を軸支する軸受と、この軸受の下方に配置した、回転軸を回転駆動する駆動源とを有するものであれば、押え部材と回転軸との間の隙間にパージガスを供給することで、軸受や駆動源への反応ガスの侵入を阻止できる。

この場合、一般的に考えられるのは、押え部材の内周面に環状溝を形成し、この環状溝に周囲１個所からパージガスを導入することである。しかし、これでは、パージガスの導入部から離れた環状溝の部分にまでパージガスが行渡らないまま、成膜室側にパージガスが流れてしまい、軸受や駆動源への反応ガスの侵入を確実には阻止できなくなる。尚、環状溝に周囲複数個所からパージガスを導入することも考えられるが、これでは配管構造が複雑になり、メンテナンスも面倒になる。こうしたことから、回転機構部への反応ガスの侵入を確実に阻止できるようにした成膜装置の開発が求められている。

また、枚葉式の成膜装置においては、成膜室内でのウェハの処理時間を短くして、装置の時間当たりのウェハ処理枚数をできるだけ多くすること、すなわち、スループットの向上が求められている。ここで、成膜室内でのウェハの処理時間は、１）ウェハの加熱時間、２）成膜時間、３）ウェハの冷却時間の３つに大別される。したがって、２）の成膜時間が本質的に短ければ、スループット向上の鍵となるのは、１）の加熱時間と２）の冷却時間である。

従来の成膜装置では、ウェハを載置するサセプタと、サセプタ用の支持部材とが成膜室に収納されている。支持部材は、有底筒状であって、上端にサセプタが装着され、内部にはウェハを加熱するためのヒータが設けられる。

成膜時にウェハは、ヒータでの加熱によって、１０００℃を超えるような高温となる場合がある。一方、成膜室の外部は、これよりはるかに低い温度、例えば、２０℃〜３０℃の常温である。したがって、急激な温度変化によるウェハの破損を防ぐため、成膜後のウェハを成膜室の外部に搬出するのは、ウェハが十分に冷却されてからとする必要がある。しかし、上記したように、ウェハはサセプタ上に載置され、サセプタは、内部にヒータが配置された有底筒状の支持部材の上端に装着されている。このため、支持部材内部の温度が低下するのに長時間を要し、その結果、ウェハの冷却が非常に困難になるという問題があった。

また、ウェハを成膜温度まで加熱する際には、高温となったヒータから鉄（Ｆｅ）や銅（Ｃｕ）などの汚染物質を含むガスが発生することがある。こうした汚染物質がエピタキシャル膜中に取り込まれると、エピタキシャル膜の電気特性を著しく低下させる結果となる。しかし、従来の成膜装置では、ヒータから発生したガスが支持部材の内部に滞留しやすく、エピタキシャルウェハに悪影響を及ぼしやすいという問題があった。

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、回転機構部への反応ガスの侵入を確実に阻止するとともに、成膜室内で迅速にウェハを加熱および冷却してスループットを向上できるようにした成膜装置であって、さらに、ヒータから発生したガスを速やかに成膜室の外部に排出することのできる装置を提供することにある。

本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。

本発明は、成膜室と、成膜室内で基板が載置されるサセプタと、サセプタを介して基板を加熱するヒータと、サセプタを上部に配置しヒータを内部に配置する支持部とを備えた成膜装置に関する。
支持部は、サセプタを支持する第１の支持部と、成膜室で第１の支持部より下方に配置されて、上面に第１の支持部が固定される第２の支持部とを有する。
第１の支持部は、サセプタを支持する筒状の第１の部分と、下端が第２の支持部の上面に固定されて上端が第１の部分を支持する柱状の第２の部分と、第２の部分と側面同士で接していて下端が第２の支持部の上に固定された筒状の第３の部分とを有する。
第２の部分は、第１の部分を構成する材料よりも熱膨張率の小さい材料を用いて構成され、第３の部分は、前記第２の部分を構成する材料よりも熱膨張率の大きい材料を用いて構成され、さらに、成膜温度で第２の部分と第３の部分の高さが同じとなるように構成される。

本発明の成膜装置は、第２の支持部に設けられた開口部から所定のガスを供給するガス供給部を有していることが好ましい。この場合、第１の部分と第２の部分の間に隙間が生じるタイミングでガス供給部からガスが供給されるように構成される。

本発明の成膜装置は、基板の温度を測定する温度測定部を有することが好ましい。この場合、温度測定部で測定された温度が所定の温度となったときにガス供給部からガスが供給されるように構成される。

本発明の成膜装置は、成膜室の下部に設けられて支持部を回転させる回転軸を備えていてもよい。

本発明の成膜装置においては、サセプタは、基板の外周部を支持する第１のサセプタ部と、第１のサセプタ部の開口部分に密嵌される第２のサセプタ部とからなっていてもよい。

本発明の成膜装置によれば、支持部内への反応ガスの侵入を確実に阻止することができる。したがって、成膜室の下部に設けられて支持部を回転させる回転軸を備えた成膜装置であれば、回転軸に接続する回転機構部への反応ガスの侵入を確実に阻止することができる。

また、本発明の成膜装置によれば、成膜室内で迅速にウェハを加熱および冷却できるので、スループットの向上が図れる。さらに、ヒータから発生したガスを速やかに成膜室の外部に排出することができる。

降温時における成膜装置の模式的な断面図である。 回転胴と回転ベース部分の平面図である。 成膜時における成膜装置の模式的な断面図である。

図１は、本実施の形態における枚葉式の成膜装置１００の模式的な断面図である。本実施の形態においては、基板としてシリコンウェハ１０１を用いる。但し、これに限られるものではなく、場合に応じて、他の材料からなるウェハなどを用いてもよい。

成膜装置１００は、成膜室としてのチャンバ１０３を有する。

チャンバ１０３の上部には、加熱されたシリコンウェハ１０１の表面に結晶膜を成膜するための原料ガスを供給するガス供給部１２３が設けられている。また、ガス供給部１２３には、原料ガスの吐出孔が多数形成されたシャワープレート１２４が接続している。シャワープレート１２４をシリコンウェハ１０１の表面と対向して配置することにより、シリコンウェハ１０１の表面に原料ガスを供給できる。本実施の形態においては、原料ガスとしてトリクロロシランを用いることができ、キャリアガスとしての水素ガスと混合した状態で、ガス供給部１２３からチャンバ１０３の内部に導入する。

チャンバ１０３の下部には、反応後の原料ガスを排気するガス排気部１２５が複数設けられている。ガス排気部１２５は、調整弁１２６および真空ポンプ１２７からなる排気機構１２８に接続されている。排気機構１２８は、図示しない制御機構により制御されてチャンバ１０３内を所定の圧力に調整する。

チャンバ１０３の内部には、サセプタ１０２が、回転部１０４の上に設けられている。サセプタ１０２は、シリコンウェハ１０１の外周部を支持する第１のサセプタ部１０２ａと、第１のサセプタ部１０２ａの開口部分に密嵌される第２のサセプタ部１０２ｂとからなる。第１のサセプタ部１０２ａと第２のサセプタ部１０２ｂは、高温下にさらされることから、例えば高純度のＳｉＣを用いて構成される。

サセプタ１０２は、第１のサセプタ部１０２ａと第２のサセプタ部１０２ｂとが一体化されたものであってもよい。また、サセプタ１０２は、第２のサセプタ部１０２ｂがなく第１のサセプタ部１０２ａのみから構成されていてもよい。但し、ヒータ１２０や回転部１０４で発生した汚染物質によってシリコンウェハ１０１が汚染されるのを防ぐ点から、第２のサセプタ部１０２ｂを設ける構成とすることが好ましい。

回転部１０４は、回転胴１０４ａと、回転ベース１０４ｂと、回転軸１０４ｃとを有している。サセプタ１０２を支持する回転胴１０４ａは、回転ベース１０４ｂの上に固定されている。また、回転ベース１０４ｂは、ネジ１０６によって回転軸１０４ｃに接続している。

回転軸１０４ｃは、チャンバ１０３の外部まで延設されており、図示しない回転機構に接続している。回転軸１０４ｃが回転することにより、回転ベース１０４ｂおよび回転胴１０４ａを介してサセプタ１０２を回転させることができ、ひいてはサセプタ１０２に支持されたシリコンウェハ１０１を回転させることができる。回転胴１０４ａは、シリコンウェハ１０１の中心を通り、且つ、シリコンウェハ１０１に直交する線を軸として回転することが好ましい。

図１において、回転胴１０４ａは、上部が解放された構造であるが、サセプタ１０２が設けられることにより、上部が覆われて中空領域（以下、Ｐ_２領域と称す。）を形成する。尚、第２のサセプタ部１０２ｂがない場合には、シリコンウェハ１０１が第１のサセプタ部１０２ａで支持されることでＰ_２領域が形成される。ここで、チャンバ１０３内をＰ_１領域とすると、Ｐ_２領域は、サセプタ１０２によって実質的にＰ_１領域と隔てられた領域となる。

Ｐ_２領域には、シリコンウェハ１０１を裏面から加熱するヒータ１２０が設けられている。ヒータ１２０は、アーム状のブースバー１２１によって支持されている。ブースバー１２１は、ヒータ１２０を支持する側とは反対の側の端部で電極１２２に接続している。

ヒータ１２０は、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いて構成される。また、ブースバー１２１は、導電性の高耐熱性部材、例えば、炭化ケイ素をコートしたカーボン（Ｃ）材からなる。電極１２２はモリブデン（Ｍｏ）製である。これにより、ヒータ支持部であるブースバー１２１を介して、電極１２２からヒータ１２０への給電が可能となっている。

尚、本実施の形態では、インヒータとアウトヒータの２種類のヒータによってシリコンウェハ１０１を加熱する構成としてもよい。この場合、アウトヒータは、サセプタ１０２の周縁部を主に加熱するようにし、インヒータは、アウトヒータの下部に配置されて、サセプタ１０２の周縁部以外を主に加熱するようにすることができる。このようにすることにより、シリコンウェハ１０１をより均一に加熱できるので、シリコンウェハ１０１の温度分布の均一性が向上する。

加熱により変化するシリコンウェハ１０１の表面温度は、チャンバ１０３の上部に設けられた放射温度計１４０によって計測される。放射温度計１４０は、本発明における温度測定部を構成する。尚、シャワープレート１２４を透明石英製とすることによって、放射温度計１４０による温度測定がシャワープレート１２４で妨げられないようにすることができる。計測した温度データは、図示しない制御機構に送られた後、ヒータ１２０の出力制御にフィードバックされる。これにより、シリコンウェハ１０１を所望の温度となるように加熱できる。

回転胴１０４ａは、図１で上下に分割可能な構造となっている。すなわち、回転胴１０４ａは、サセプタ１０２を支持する第１の回転胴１０４ａ_１と、下端が回転ベース１０４ｂの上に固定され、上端が第１の回転胴１０４ａ_１を支持する第２の回転胴１０４ａ_２と、第２の回転胴１０４ａ_２と側面同士で接しており、下端が回転ベース１０４ｂの上に固定された第３の回転胴１０４ａ_３とを有する。

図２は、第２の回転胴１０４ａ_２と第３の回転胴１０４ａ_３および回転ベース１０４ｂ部分の平面図である。そして、図１は、図２のＡ−Ａ′線に沿う断面図である。第１の回転胴１０４ａ_１と第３の回転胴１０４ａ_３は筒状である。一方、第２の回転胴１０４ａ_２は柱状であって、図２に示すように、第３の回転胴１０４ａ_３の内側に所定の間隔をおいて複数配置されている。

第１の回転胴１０４ａ_１は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）または炭化ケイ素をコートしたカーボン（Ｃ）材から構成されることができる。一方、第２の回転胴１０４ａ_２は、第１の回転胴１０４ａ_１を構成する材料よりも熱膨張率の小さい材料、例えば、石英（ＳｉＯ_２）を用いて構成される。そして、第３の回転胴１０４ａ_３は、第２の回転胴１０４ａ_２を構成する材料よりも熱膨張率の大きい材料、例えば、炭化ケイ素をコートしたカーボン材やアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を用いて構成される。

ヒータ１２０の温度が上昇すると、回転胴１０４ａの温度も上昇する。ここで、第３の回転胴１０４ａ_３の熱膨張率は、第２の回転胴１０４ａ_２の熱膨張率より大きいので、これらの高さを調整することにより、温度変化に伴って回転胴１０４ａに隙間が生じる構造とすることができる。以下に、この構造について具体的に述べる。

本実施の形態においては、ヒータ１２０の加熱により第３の回転胴１０４ａ_３が伸びた状態で、第３の回転胴１０４ａ_３の高さｈ_３と第２の回転胴１０４ａ_２の高さｈ_２とが同じとなるようにする。この場合、常温時においては、図１に示すように、第３の回転胴１０４ａ_３の高さｈ_３の方が第２の回転胴１０４ａ_２の高さｈ_２より低い。したがって、第２の回転胴１０４ａ_２が設けられていない個所では、第１の回転胴１０４ａ_１と第３の回転胴１０４ａ_３との間に隙間１０５が生じる。尚、このとき、第１の回転胴１０４ａ_１は、第２の回転胴１０４ａ_２のみによって支持される。

ヒータ１２０の温度を上げていくと、回転胴１０４ａの温度が上昇し、熱膨張率の大きい第３の回転胴１０４ａ_３は伸びて第２の回転胴１０４ａ_２の高さｈ_２に近づいて行く。そして、成膜温度（例えば、１１５０℃）において、図３に示すように、第３の回転胴１０４ａ_３の高さｈ_３が第２の回転胴１０４ａ_２の高さｈ_２と同じとなるようにしておけば、成膜時には隙間１０５が閉じて回転胴１０４ａの内部は密閉された状態となる。

上記構造によれば、エピタキシャル膜を形成する際には隙間１０５が閉じ、回転胴１０４ａの内部が密閉された状態となるので、回転機構部への反応ガスの侵入が確実に阻止される。つまり、第１の回転胴１０４ａ_１と第３の回転胴１０４ａ_３との間の隙間１０５が閉じることによって、回転部１０４の内部へ反応ガスが侵入するのが防がれる。したがって、反応ガスによって回転機構部に設けられた軸受や駆動源への副生成物の付着や腐食などを生じて、回転機構部のメンテナンスインターバルの短縮や装置の短寿命化などを引き起こすのを回避することができる。

成膜処理を終えた後は、ヒータ１２０の温度を低下させる。すると、成膜温度では第２の回転胴１０４ａ_２の高さｈ_２と同じであった第３の回転胴１０４ａ_３の高さｈ_３は、次第に第２の回転胴１０４ａ_２の高さｈ_２より低くなり、これに伴って、第２の回転胴１０４ａ_２が設けられていない個所において、第１の回転胴１０４ａ_１と第３の回転胴１０４ａ_３との間に隙間１０５が生じる。

したがって、上記構造によれば、第１の回転胴１０４ａ_１と第３の回転胴１０４ａ_３との間の隙間１０５が、ヒータ１２０の昇温時には次第に閉じ、降温時には次第に開くので、シリコンウェハ１０１の加熱および冷却をそれぞれ効率よく行うことができる。つまり、こうした開閉機構を有しない従来の構成に比べると、シリコンウェハ１０１の加熱時間および冷却時間を短くすることができる。したがって、チャンバ１０３内で迅速にシリコンウェハ１０１を加熱および冷却してスループットを向上させることが可能となる。

また、上記構造によれば、シリコンウェハ１０１を成膜温度まで加熱する過程で高温となったヒータ１２０から発生した、鉄（Ｆｅ）や銅（Ｃｕ）などの汚染物質を含むガスは、隙間１０５から速やかに回転胴１０４ａの外部へ排出された後、さらにガス排気部１２５を通じてチャンバ１０３の外部で排出される。したがって、ヒータ１２０から発生したガスが回転胴１０４ａの内部に滞留して、エピタキシャルウェハに悪影響を及ぼすのを防ぐことができる。

以上のことをさらに図２を用いて説明する。

図２において、点線で囲まれた領域は、第１の回転胴１０４ａ_１が配置される領域を示している。第１の回転胴１０４ａ_１は、常に第２の回転胴１０４ａ_２によって支持される。つまり、第１の回転胴１０４ａ_１と第２の回転胴１０４ａ_２とは接しており、これらの間には隙間は形成されない。一方、第３の回転胴１０４ａ_３は、第２の回転胴１０４ａ_２に対して相対的に高さが大きく変化する。ヒータ１２０の加熱により第３の回転胴１０４ａ_３が伸びた状態では、第３の回転胴１０４ａ_３の高さｈ_３と第２の回転胴１０４ａ_２の高さｈ_２とは同じである。したがって、第３の回転胴１０４ａ_３は、第１の回転胴１０４ａ_１に接しており、これらの間に隙間は形成されない。それ故、第１の回転胴１０４ａ_１は、第２の回転胴１０４ａ_２と第３の回転胴１０４ａ_３の両方によって支持される。しかし、ヒータ１０２の温度が低下すると、第３の回転胴１０４ａ_３の高さｈ_３は次第に第２の回転胴１０４ａ_２の高さｈ_２より低くなり、これに伴って、第３の回転胴１０４ａ_３と第１の回転胴１０４ａ１との間に隙間が形成される。すると、回転胴１０４ａの内部のガスは、図２の矢印で示すように、隙間を通じて回転胴１０４ａの外部へと流れ出す。

図１は、図２のＡ−Ａ′線に沿う断面図である。ヒータ１０２の温度が低いとき、第２の回転胴１０４ａ_２と第３の回転胴１０４ａ_３の各上面は同一平面になく、第３の回転胴１０４ａ_３の上面の方が低くなっている。したがって、図２でＡ′の側では、第１の回転胴１０４ａ_１と第３の回転胴１０４ａ_３との間に隙間が形成される。しかし、第１の回転胴１０４ａ_１と第２の回転胴１０４ａ_２とが接しているので、回転胴１０４ａ内部のガスは、第２の回転胴１０４ａ_２で遮られてしまい、この部分から外部にガスが排出されることはない。つまり、第２の回転胴１０４ａ_２は第１の回転胴１０４ａ_１を支持する役割を担っており、これらは常に接しているので、隙間１０５は第２の回転胴１０４ａ_２が設けられていない部分に形成される。図２でＡの側は、第２の回転胴１０４ａ_２がない。したがって、回転胴１０４ａ内部のガスは、第１の回転胴１０４ａ_１と第３の回転胴１０４ａ_３との間に形成された隙間１０５を通じて外部に排出される。一方、ヒータ１０２が加熱されて成膜温度に達すると、第２の回転胴１０４ａ_２と第３の回転胴１０４ａ_３の各上面は同一平面にあるようになり、第２の回転胴１０４ａ_２と第３の回転胴１０４ａ_３のいずれもが第１の回転胴１０４ａ_１に接するようになる。すると、隙間１０５はなくなり、回転胴１０４ａの内部は密閉された状態になる。

本実施の形態においては、回転部１０４内に所定のガスを供給するガス供給部を設け、降温時に第１の回転胴１０４ａ_１と第３の回転胴１０４ａ_３との間に隙間１０５が生じるタイミングで、ガス供給部から回転部１０４内にガスが供給されるようにすることが好ましい。これにより、ヒータ１２０から発生したガスを回転胴１０４ａの外部に積極的に排出することができる。所定のガスは、原料ガスと反応したり、回転部内の部品を腐食したりしないガスから適宜選択される。

図１では、Ｐ_２領域に水素（Ｈ_２）ガスを供給するための水素ガス供給管１３０が設けられている。具体的には、水素ガス供給管１３０は、図２の回転ベース１０４ｂに設けられた開口部１０７を通って設けられており、図示しない配管を通じて水素ガスボンベに接続している。尚、水素ガスに代えて、アルゴン（Ａｒ）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガスを供給してもよい。第１の回転胴１０４ａ_１と第３の回転胴１０４ａ_３との間に隙間１０５が生じるタイミングで、水素ガス供給管１３０を通じてＰ_２領域に水素ガスが供給される。これにより、ヒータ１２０から発生したガスを隙間１０５を通じてＰ_２領域の外部へと追い出すことができる。追い出されたガスは、原料ガスや水素ガスなどとともに、図１のガス排気部１２５からチャンバ１０３の外部へと排気される。

本実施の形態による成膜方法の一例について、図１〜図３を参照しながら説明する。

まず、図２のようにサセプタ１０２の上にシリコンウェハ１０１を載置し、例えば、数１０ｔｏｒｒの減圧下で水素ガスを流しながら、回転部１０４に付随させて、シリコンウェハ１０１を５０ｒｐｍ程度で回転させる。

次に、ヒータ１２０によってシリコンウェハ１０１を１１００℃〜１２００℃に加熱する。例えば、成膜温度である１１５０℃まで徐々に加熱する。

ヒータ１２０の温度が上昇する前は、図１に示すように、第３の回転胴１０４ａ_３の高さｈ_３は第２の回転胴１０４ａ_２の高さｈ_２より低く、第１の回転胴１０４ａ_１と第３の回転胴１０４ａ_３との間に隙間１０５が生じている。ヒータ１２０の温度が上昇すると、回転胴１０４ａの温度も上昇する。ここで、第３の回転胴１０４ａ_３の熱膨張率は、第２の回転胴１０４ａ_２の熱膨張率より大きいので、ヒータ１２０の加熱で第３の回転胴１０４ａ_３が伸びることにより、図３に示すように、第３の回転胴１０４ａ_３の高さｈ_３と第２の回転胴１０４ａ_２の高さｈ_２は同じとなる。すなわち、ヒータ１２０の温度を上げていくと、回転胴１０４の温度が上昇し、熱膨張率の大きい第３の回転胴１０４ａ_３は伸びて第２の回転胴１０４ａ_２の高さｈ_２に近づいて行く。そして、成膜温度（例えば、１１５０℃）で第３の回転胴１０４ａ_３の高さｈ_３が第２の回転胴１０４ａ_２の高さｈ_２と同じとなることにより、隙間１０５が閉じて回転胴１０４ａの内部が密閉された状態で成膜が行われる。

放射温度計１４０による測定でシリコンウェハ１０１の温度が１１５０℃に達したことを確認した後は、徐々にシリコンウェハ１０１の回転数を上げていく。そして、ガス供給部１２３からシャワープレート１２４を介して原料ガスをチャンバ１０３の内部に供給する。本実施の形態においては、原料ガスとしてトリクロロシランを用いることができ、キャリアガスとしての水素ガスと混合した状態で、ガス供給部１２３からチャンバ１０３の内部に導入する。

チャンバ１０３の内部に導入された原料ガスは、シリコンウェハ１０１の方に流下する。そして、シリコンウェハ１０１の温度を１１５０℃に維持し、サセプタ１０２を９００ｒｐｍ以上の高速で回転させながら、ガス供給部１２３からシャワープレート１２４を介して次々に新たな原料ガスをシリコンウェハ１０１に供給する。これにより、高い成膜速度で効率よくエピタキシャル膜を成膜させることができる。例えば、パワー半導体の用途では、３００ｍｍのシリコンウェハ上に１０μｍ以上、多くは１０μｍ〜１００μｍ程度の厚膜が形成される。厚膜を形成するには、成膜時の基板の回転数を高くするのがよく、例えば、上記のように９００ｒｐｍ程度の回転数とするのがよい。

成膜処理を終えた後は、ヒータ１２０の温度を下げる。すると、回転胴１０４ａの温度が低下して、成膜温度では第２の回転胴１０４ａ_２の高さｈ_２と同じであった第３の回転胴１０４ａ_３の高さｈ_３は、次第に第２の回転胴１０４ａ_２の高さｈ_２より低くなる。これに伴って、第２の回転胴１０４ａ_２が設けられていない個所において、第１の回転胴１０４ａ_１と第３の回転胴１０４ａ_３との間に隙間１０５が生じる。これにより、回転胴１０４ａの内部の熱気が隙間１０５を通じて外部に逃げるので、シリコンウェハ１０１の温度を速く低下させることができる。

Ｐ_２領域への水素ガスの供給は、次のようにすることができる。

予め、シリコンウェハ１０１の温度と第３の回転胴１０４ａ_３の高さｈ_３との関係を調べておく。（高さｈ_３）＜（高さｈ_２）となる温度Ｔが隙間１０５が生じる温度であるので、シリコンウェハ１０１の温度を測定することにより、第１の回転胴１０４ａ_１と第３の回転胴１０４ａ_３との間に隙間１０５が生じるタイミングを把握することができる。したがって、放射温度計１４０による測定でシリコンウェハ１０１が温度Ｔまで低下したことを確認した後は隙間１０５が生じていると判断して、水素ガス供給管１３０からＰ_２領域内に水素ガスを供給する。例えば、成膜温度である１１５０℃から温度が８００℃まで下がったことを確認した時点で水素ガスを供給するようにすることができる。

水素ガス供給管１３０からＰ_２領域に供給された水素ガスは、隙間１０５を通じて、回転胴１０４ａの外部へと流れ出る。このとき、ヒータ１２０が高温となることによって、ヒータ１２０やブースバー１２１を構成する部材の一部が分解するなどして発生したガスも、隙間１０５を通じて回転胴１０４ａの外部へと流れ出る。つまり、ヒータ１２０から発生したガスを隙間１０５を通じてＰ_２領域から積極的に排出することができる。また、このようなガスの流れが起こることでＰ_２領域内の温度低下が速まるので、シリコンウェハ１０１を一層効率よく冷却することができる。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。

上記実施の形態では、成膜室内に載置されるウェハを回転させながら成膜処理を行う例について述べたが、本発明はこれに限られるものではない。すなわち、本発明の成膜装置は、成膜室と、この成膜室内で基板が載置されるサセプタと、サセプタを介して基板を加熱するヒータと、サセプタを上部に配置しヒータを内部に配置する支持部とを備えた成膜装置であって、支持部は、サセプタを支持する第１の支持部と、成膜室で第１の支持部より下方に配置されて、上面に第１の支持部が固定される第２の支持部とを有し、第１の支持部は、サセプタを支持する筒状の第１の部分と、下端が第２の支持部の上面に固定されて上端が第１の部分を支持する柱状の第２の部分と、第２の部分と側面同士で接していて下端が第２の支持部の上に固定された筒状の第３の部分とを有するものと表現できる。この場合、第２の部分は、第１の部分を構成する材料よりも熱膨張率の小さい材料を用いて構成され、第３の部分は、第２の部分を構成する材料よりも熱膨張率の大きい材料を用いて構成されており、成膜温度で第２の部分と第３の部分の高さが同じとなるように構成される。

上記表現によれば、本実施の形態の回転胴は第１の支持部に対応し、回転ベースは第２の支持部に対応する。そして、チャンバの下部に設けられた回転軸が回転することにより、第２の支持部および第１の支持部を介してサセプタが回転し、さらにサセプタを介してシリコンウェハが回転する。また、本実施の形態の第１の回転胴は第１の部分に対応し、第２の回転胴は第２の部分に対応し、第３の回転胴は第３の部分に対応する。

ウェハが回転しない状態で成膜処理が行われる成膜装置としては、次のような例が挙げられる。

例えば、支持部が、サセプタを介してウェハを支持する円筒形の胴部と、チャンバ内で胴部より下方に配置されて、上面に胴部が固定されるベースとを有し、胴部およびベースが回転しない状態でウェハに対して成膜処理が行われる装置である。この場合、胴部は、上下に分割可能な構造となっている。すなわち、胴部は、サセプタを支持する筒状の第１の胴部と、下端がベースの上に固定されて上端が第１の胴部を支持する柱状の第２の胴部と、第２の胴部と側面同士で接していて下端がベースの上に固定された筒状の第３の胴部とを有する。

第１の胴部は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）または炭化ケイ素をコートしたカーボン（Ｃ）材から構成されることができる。一方、第２の胴部は、第１の胴部を構成する材料よりも熱膨張率の小さい材料、例えば、石英（ＳｉＯ_２）を用いて構成される。そして、第３の胴部には、第２の胴部を構成する材料よりも熱膨張率の大きい材料、例えば、炭化ケイ素をコートしたカーボン材やアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を用いて構成される。

ヒータの温度が上昇すると、胴部の温度も上昇する。ここで、第３の胴部の熱膨張率は、第２の胴部の熱膨張率より大きいので、これらの高さを調整することにより、温度変化に伴って胴部に隙間が生じる構造とすることができる。

上記例においても、ベースに設けた開口部から胴部内に所定のガスを供給するガス供給部を設け、降温時に第１の胴部と第３の胴部との間に隙間が生じるタイミングで、ガス供給部から胴部内にガスが供給される構造とすることが好ましい。これにより、ヒータから発生したガスを胴部外に積極的に排出することができる。所定のガスは、原料ガスと反応したり、胴部内の部品を腐食したりしないガスから適宜選択される。

上記構造によれば、エピタキシャル膜を形成する際には隙間が閉じて胴部の内部が密閉された状態となるので、胴部内への反応ガスの侵入が確実に阻止される。つまり、第１の胴部と第３胴部との間の隙間が閉じることによって、胴部内へ反応ガスが侵入するのが防がれる。したがって、反応ガスによって胴部内に設けられ部品への副生成物の付着や腐食などを生じて、成膜装置の短寿命化などを引き起こすのを回避することができる。

また、上記構造によれば、第１の胴部と第３の胴部との間の隙間が、ヒータの昇温時には次第に閉じ、降温時には次第に開くので、ウェハの加熱および冷却をそれぞれ効率よく行うことができる。つまり、こうした開閉機構を有しない従来の構成に比べると、ウェハの加熱時間および冷却時間を短くすることができる。したがって、チャンバ内で迅速にウェハを加熱および冷却してスループットを向上させることが可能となる。

さらに、上記構造によれば、ウェハを成膜温度まで加熱する過程で高温となったヒータから発生した、鉄（Ｆｅ）や銅（Ｃｕ）などの汚染物質を含むガスは、隙間から速やかに胴部外へ排出された後、さらにガス排気部を通じてチャンバの外部で排出される。したがって、ヒータから発生したガスが胴部内に滞留して、エピタキシャルウェハに悪影響を及ぼすのを防ぐことができる。

また、上記実施の形態では、成膜装置の一例としてエピタキシャル成長装置を挙げたが、本発明はこれに限られるものではない。成膜室内に反応ガスを供給し、ウェハを加熱しながらその表面に膜を形成する成膜装置であれば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置などの他の成膜装置であってもよい。

１００…成膜装置
１０１…シリコンウェハ
１０２…サセプタ
１０３…チャンバ
１０４…回転部
１０４ａ…回転胴
１０４ａ_１…第１の回転胴
１０４ａ_２…第２の回転胴
１０４ａ_３…第３の回転胴
１０４ｂ…回転ベース
１０４ｃ…回転軸
１０４ａ_１、１０４ａ_２…板材
１０５…隙間
１０６…ネジ
１０７…開口部
１２０…ヒータ
１２１…ブースバー
１２２…電極
１２３…ガス供給部
１２４…シャワープレート
１２５…ガス排気部
１２６…調整弁
１２７…真空ポンプ
１２８…排気機構
１３０…水素ガス供給管
１４０…放射温度計

Claims (5)

1. 成膜室と、
   前記成膜室内で基板が載置されるサセプタと、
   前記サセプタを介して前記基板を加熱するヒータと、
   前記サセプタを上部に配置し前記ヒータを内部に配置する支持部とを備えた成膜装置において、
   前記支持部は、前記サセプタを支持する第１の支持部と、
   前記成膜室で前記第１の支持部より下方に配置されて、上面に前記第１の支持部が固定される第２の支持部とを有し、
   前記第１の支持部は、前記サセプタを支持する筒状の第１の部分と、
   下端が前記第２の支持部の上面に固定されて上端が前記第１の部分を支持する柱状の第２の部分と、
   前記第２の部分と側面同士で接していて下端が前記第２の支持部の上に固定された筒状の第３の部分とを有し、
   前記第２の部分は、前記第１の部分を構成する材料よりも熱膨張率の小さい材料を用いて構成され、
   前記第３の部分は、前記第２の部分を構成する材料よりも熱膨張率の大きい材料を用いて構成されており、
   成膜温度で第２の部分と第３の部分の高さが同じとなるように構成されたことを特徴とする成膜装置。
2. 前記第２の支持部に設けられた開口部から所定のガスを供給するガス供給部を有し、
   前記第１の部分と前記第２の部分の間に隙間が生じるタイミングで前記ガス供給部から前記ガスが供給されるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記基板の温度を測定する温度測定部を有し、
   前記温度測定部で測定された温度が所定の温度となったときに前記ガス供給部から前記ガスが供給されるように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
4. 前記成膜室の下部に設けられて前記支持部を回転させる回転軸を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の成膜装置。
5. 前記サセプタは、前記基板の外周部を支持する第１のサセプタ部と、前記第１のサセプタ部の開口部分に密嵌される第２のサセプタ部とからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の成膜装置。
   

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