JP2012175074A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反応室内のＳｉＣ基板の配列領域に積極的にガスを供給し、ガス流れを最適化することで、基板上での原料ガスを消費しやすくし、基板面内でのガス流れを均等化し、積層された基板間の下方方向への流れ落ちを抑制するＳｉＣ縦型熱処理装置の提供。
【解決手段】炭化珪素膜を成長させることを可能とする反応室とその中に配置されたボートを有し、且つそのボートには、複数枚の基板１４が平行に縦積みで配置され、反応室内に設けられたガス供給ノズル６０，７０の基板の配列領域に設けられた第一のガス供給ノズルから少なくともシリコン原子含有ガスを供給し、ガス供給ノズルとは異なる箇所であって、基板の配列領域に設けられた第二のガス供給ノズルから少なくとも炭素原子含有ガスを供給して、基板上に炭化珪素膜を成膜する縦型基板処理装置において、反応室内の基板の配列領域に積極的にガスを供給し、ガス流れを最適化するための壁体３００を設ける。
【選択図】図７

Description

本発明は、基板を処理する基板処理装置、特に炭化ケイ素（以下、ＳｉＣとする）エピタキシャル膜を基板上に成膜する工程を有する基板処理装置、半導体デバイスの製造方法及び基板製造方法に関するものである。

ＳｉＣ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、ＳｉＣはシリコン（以下Ｓｉとする）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。

一方で、ＳｉＣを用いてデバイスを作製する場合は、ＳｉＣ基板の上にＳｉＣエピタキシャル膜を形成したウェーハを用いる。このＳｉＣ基板上にＳｉＣエピタキシャル膜を形成するＳｉＣエピタキシャル成長装置の一例として特許文献１がある。

特許文献１には、複数枚の基板を縦方向に積層して一括して処理する縦型構造のＳｉＣエピタキシャル成長装置が開示されている。

特開２０１１−３８８５号公報

本発明の目的は、反応室内のＳｉＣ基板の配列領域に積極的にガスを供給し、ガス流れを最適化する壁を設置することで、基板上での原料ガスを消費しやすくし、基板面内でのガス流れを均等化し、積層された基板間の下方方向への流れ落ちを抑制するＳｉＣ縦型熱処理装置を提供することにある。

本発明は、炭化珪素膜を成長させることを可能とする反応室とその中に配置されたボートを有し、且つそのボートには、複数枚の基板が平行に縦積みで配置され、反応室内に設けられたガス供給ノズルの基板の配列領域に設けられた第一のガス供給ノズルから少なくともシリコン原子含有ガスを供給し、前記ガス供給ノズルとは異なる箇所であって、前記基板の配列領域に設けられた第二のガス供給ノズルから少なくとも炭素原子含有ガスを供給して、前記基板上に炭化珪素膜を成膜する縦型基板処理装置において、前記反応室内の基板の配列領域に積極的にガスを供給し、ガス流れを最適化するための壁体を設けることを特徴とする基板処理装置である。

更に、前記壁体は、前記ガス供給ノズル横部分から、前記基板の外周に沿って延在し、前記ガス供給ノズルの対向する部分を除いた構成としたことを特徴とする基板処理装置である。

本発明により、原料ガス供給ノズルの直近から基板ホルダの外周部にガス流れを抑制する壁を設置することで、基板上へガスが積極的に供給され、原料ガスを消費しやすくし、基板面内でのガス流れを均等化し、積層された基板間の下方方向への流れ落ちを抑制するため、各基板上における、所望するシリコンとカーボンの原料ガス混合比が保ち易くなる。

本発明が適用される半導体製造装置の斜視図である。 本発明が適用される処理炉の側面断面図である。 本発明が適用される処理炉の平面断面図である。 本発明が適用される半導体製造装置のガス供給ユニットを説明する図である。 本発明が適用される半導体製造装置の制御構成を示すブロック図である。 本発明が適用される半導体製造装置の処理炉及びその周辺構造の概略断面図である。 本発明が適用される半導体製造装置のガス流れを説明する処理炉の平面断面図である。 本発明が適用される半導体製造装置のガス流れを説明する処理炉の側面断面図である。 従来技術による半導体製造装置のガス流れを説明する処理炉の平面断面図である。 従来技術による半導体製造装置のガス流れを説明する処理炉の側面断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態では、基板処理装置の一例であるＳｉＣエピタキシャル成長装置における、高さ方向にＳｉＣウェーハを並べる、所謂バッチ式縦型ＳｉＣエピタキシャル成長装置で説明する。なお、バッチ式縦型ＳｉＣエピタキシャル成長装置とすることで、一度に処理できるＳｉＣウェーハの数が多くなりスループットが向上する。

＜全体構成＞
先ず、図１に於いて、本発明の第１の実施形態に於けるＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する基板処理装置、および、半導体デバイスの製造工程の一つであるＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する基板の製造方法について説明する。

基板処理装置（成膜装置）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。前記半導体製造装置１０には、例えばＳｉＣ等で構成された基板としてのウェーハ１４（図２参照）を収納する基板収容器として、フープ（以下、ポッドと称す）１６がウェーハキャリアとして使用される。前記筐体１２の正面側には、ポッドステージ１８が配置されており、該ポッドステージ１８にポッド１６が搬送される。ポッド１６には、例えば２５枚のウェーハ１４が収納され、蓋が閉じられた状態で前記ポッドステージ１８にセットされる。

前記筐体１２内の正面であって、前記ポッドステージ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。又、該ポッド搬送装置２０の近傍にはポッド収納棚２２、ポッドオープナ２４及び基板枚数検知器２６が配置されている。前記ポッド収納棚２２は前記ポッドオープナ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様に構成されている。前記基板枚数検知器２６は、前記ポッドオープナ２４に隣接して配置され、前記ポッド搬送装置２０は前記ポッドステージ１８と前記ポッド収納棚２２と前記ポッドオープナ２４との間でポッド１６を搬送する。前記ポッドオープナ２４はポッド１６の蓋を開けるものであり、前記基板枚数検知器２６は蓋を開けられたポッド１６内のウェーハ１４の枚数を検知する様になっている。

前記筐体１２内には、基板移載機２８、基板保持具としてのボート３０が配置されている。前記基板移載機２８は、アーム（ツイーザ）３２を有し、図示しない駆動手段により昇降可能且つ回転可能な構造となっている。前記アーム３２は、例えば５枚のウェーハ１４を取出すことができ、前記アーム３２を動かすことにより、前記ポッドオープナ２４の位置に置かれたポッド１６及びボート３０間にてウェーハ１４を搬送する。

前記ボート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、複数枚のウェーハ１４を水平姿勢で、且つ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積上げ、保持する様に構成されている。尚、前記ボート３０の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料で構成された円盤形状の断熱部材としてボート断熱部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様に構成されている（図２参照）。

前記筐体１２内の背面側上部には前記処理炉４０が配置されている。該処理炉４０内に複数枚のウェーハ１４を装填した前記ボート３０が搬入され、熱処理が行われる。

＜処理炉構成＞
次に、図２、図３、図４に於いて、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する前記半導体製造装置１０の前記処理炉４０について説明する。処理炉４０には、第１のガス供給口６８を有する第１のガス供給ノズル６０、第２のガス供給口７２を有する第２のガス供給ノズル７０、及び第１のガス排気口９０が設けられる。又、不活性ガスを供給する第３のガス供給口３６０、第２のガス排気口３９０が図示されている。

処理炉４０は、石英又はＳｉＣ等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成された反応管４２を備えている。反応管４２の下方には、反応管４２と同心円状にマニホールド３６が配設されている。該マニホールド３６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。該マニホールド３６は、反応管４２を支持する様に設けられている。尚、マニホールド３６と反応管４２との間には、シール部材としてのＯリング（図示せず）が設けられている。マニホールド３６が図示しない保持体に支持されることにより、反応管４２は垂直に据付けられた状態になっている。該反応管４２とマニホールド３６により、反応容器が形成されている。

処理炉４０は、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成された被誘導体４８及び磁場発生部としての誘導コイル５０を具備している。被誘導体４８の筒中空部には、反応室４４が形成れており、ＳｉＣ等で構成された基板としてのウェーハ１４を保持したボート３０を収納可能に構成されている。被誘導体４８は、該反応管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様になっており、被誘導体４８が発熱することにより、反応室４４内が加熱される様になっている。

被誘導体４８の近傍には、反応室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。誘導コイル５０及び温度センサは、温度制御部５２と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への通電具合が調節されることで、反応室４４内の温度が所望の温度分布となる様所定のタイミングにて制御される様構成されている（図５参照）。

反応管４２と被誘導体４８との間には、例えば誘電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、該断熱材５４を設けることにより、被誘導体４８の熱が反応管４２或は該反応管４２の外側へ伝達するのを抑制することができる。

又、誘導コイル５０の外側には、反応室４４内の熱が外側に伝達するのを抑制する為の、例えば水冷構造である外側断熱壁５５が反応室４４を囲む様に設けられている。更に、外側断熱壁５５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に示す様に、被誘導体４８とウェーハ１４との間には、少なくとも１つの第１のガス供給口６８が設けられた第１のガス供給ノズル６０が設置される。又、被誘導体４８とウェーハ１４との間の第１のガス供給ノズル６０とは異なる箇所には、少なくとも１つの第２のガス供給口７２が設けられた第２のガス供給ノズル７０が設けられる。また、第１のガス排気口９０も同様に被加熱体４８とウェーハ１４との間に配置される。又、反応管４２と断熱材５４との間に、第３のガス供給口３６０及び第２のガス排気口３９０が配置されている。

また、第１のガス供給ノズル６０及び第２のガス供給ノズル７０は、夫々１本ずつでも構わないが、図３に示されるように、第２のガス供給ノズル７０は３本設けられ、第２のガス供給ノズル７０に挟まれるように第１のガス供給ノズル６０が設けられるように構成すると良い。このように交互に配置することにより、第１のガス供給ノズル６０及び第２のガス供給ノズルから異なるガス種を供給したとしても、該異なるガス種の混合を促進することができる。また、第１のガス供給ノズル及び第２のガス供給ノズルを奇数本とすることにより、中央の第２ガス供給ノズル７０を中心に成膜ガス供給を左右対称とすることができ、ウェーハ１４内の均一性を高めることができる。なお、第１のガス供給ノズル６０及び第２のガス供給ノズル７０から供給されるガス種については、後述する。

第１のガス供給口６８及び第１のガス供給ノズル６０は、例えばカーボングラファイトで構成され、反応室４４内に設けられる。又、第１のガス供給ノズル６０は、マニホールド３６を貫通する様に該マニホールド３６に取付けられている。該第１のガス供給ノズル６０は、第１のガスライン２２２を介してガス供給ユニット２００に接続される。

前記第２のガス供給口７２は、例えばカーボングラファイトで構成され、反応室４４内に設けられる。また、第２のガス供給ノズル７０は、マニホールド３６を貫通する様に、該マニホールド３６に取付けられている。また、第２のガス供給ノズル７０は、第２のガスライン２６０を介してガス供給ユニット２００に接続されている。

又、第１のガス供給ノズル６０及び第２のガス供給ノズル７０に於いて、基板の配列領域に第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２が１つ設けられていてもよく、ウェーハ１４の所定枚数毎に設けられていてもよい。

＜排気系＞
図２に示す様に、第１のガス排気口９０が、ボート３０より下部に設けられ、マニホールド３６には、第１のガス排気口９０に接続されたガス排気管２３０が貫通する様設けられている。該ガス排気管２３０の下流側には、図示しない圧力検出器としての圧力センサ及び、圧力調整器としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）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、該圧力制御部９８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の開度を調整し、処理炉４０内の圧力が所定の圧力となる様所定のタイミングにて制御する様に構成されている（図５参照）。

上記した様に、第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２から供給されたガスはＳｉ又はＳｉＣで構成されたウェーハ１４に対し平行に流れ、第１のガス排気口９０より排気されるので、ウェーハ１４全体が効率的且つ均一にガスに晒される。

又、図２、図３に示す様に、第３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、マニホールド３６を貫通する様に取付けられている。更に、第２のガス排気口３９０が、反応管４２と断熱材５４との間であり、第３のガス供給口３６０に対して対向する様に配置され、第２のガス排気口３９０はガス排気管２３０に接続されている。第３のガス供給口３６０は、マニホールド３６を貫通する第３のガスライン２４０に形成され、第３のガスラインは、ガス供給ユニット２００に接続される。また、図４に示されるように、第３のガスラインは、バルブ２１２ｆ、ＭＦＣ２１１ｆを介してガス供給源２１０ｆと接続されている。該ガス供給源２１０ｆからは不活性ガスとして、例えば希ガスのＡｒ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が反応管４２と断熱材５４との間に進入するのを防ぎ、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。

又、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のガス排気口３９０よりガス排気管２３０の下流側にあるＡＰＣバルブ２１４を介して真空排気装置２２０から排気される。
＜各ガス供給系に供給されるガスの詳細＞
次に、図４を用いて、第１のガス供給系及び第２のガス供給系について説明する。図４（ａ）は、Ｓｉ原子含有ガスとＣ原子含有ガスを異なるガス供給ノズルから供給するセパレート方式を示し、図４（ｂ）は、Ｓｉ原子含有ガスとＣ原子含有ガスを同じガス供給ノズルから供給するプレミックス方式を示している。

まず、セパレート方式について説明する。図４（ａ）に示されるように、セパレート方式では、該第１のガスライン２２２は、ＳｉＨ４ガス、ＨＣｌガス、不活性ガス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、及び、バルブ２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃを介して、例えばＳｉＨ４ガス供給源２１０ａ、ＨＣｌガス供給源２１０ｂ、不活性ガス供給源２１０ｃに接続されている。

上記構成により、ＳｉＨ４ガス、ＨＣｌガス、不活性ガスのそれぞれの供給流量、濃度、分圧、供給タイミングを反応室４４内に於いて制御することができる。バルブ２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ、ＭＦＣ２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ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流量となる様に、所定のタイミングにて制御される様になっている（図５参照）。尚、ＳｉＨ４ガス、ＨＣｌガス、不活性ガスのそれぞれのガス供給源２１０ａ，２１０ｂ、２１０ｃ、バルブ２１２ａ，２１２ｂ、２１２ｃ、ＭＦＣ２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ、第１のガスライン２２２、第１のガス供給ノズル６０及び該第１のガス供給ノズル６０に少なくとも１つ設けられる第１のガス供給口６８により、ガス供給系として第１のガス供給系が構成される。

また、第２のガスライン２６０は、Ｃ（炭素）原子含有ガスとして、例えばＣ３Ｈ８ガスに対して流量制御手段としてのＭＦＣ２１１ｄ及びバルブ２１２ｄを介してＣ３Ｈ８ガス供給源２１０ｄに接続され、還元ガスとして、例えばＨ２ガスに対して流量制御手段としてのＭＦＣ２１１ｅ及びバルブ２１２ｅを介してＨ２ガス供給源２１０ｅに接続されている。

上記構成により、Ｃ３Ｈ８ガス、Ｈ２ガスの供給流量、濃度、分圧を反応室４４内に於いて制御することができる。バルブ２１２ｄ，２１２ｅ、ＭＦＣ２１１ｄ，２１１ｅは、ガス流量制御部７８に電気的に接続されており、供給するガス流量が所定の流量となる様、所定のタイミングにて制御される様になっている（図５参照）。尚、Ｃ３Ｈ８ガス、Ｈ２ガスのガス供給源２１０ｄ，２１０ｅ、バルブ２１２ｄ，２１２ｅ、ＭＦＣ２１１ｄ，２１１ｅ、第２のガスライン２６０、第２のガス供給ノズル７０、第２のガス供給口７２により、ガス供給系として第２のガス供給系が構成される。

このように、Ｓｉ原子含有ガスとＣ原子含有ガスを異なるガス供給ノズルから供給することにより、ガス供給ノズル内では、ＳｉＣ膜が堆積しないようにすることができる。なお、Ｓｉ原子含有ガス及びＣ原子含有ガスの濃度や流速を調整したい場合は、夫々適切なキャリアガスを供給すればよい。

更に、Ｓｉ原子含有ガスを、より効率的に使用するため水素ガスのような還元ガスを用いる場合がある。この場合、還元ガスは、Ｃ原子含有ガスを供給する第２のガス供給ノズル７０を介して供給することが望ましい。このように還元ガスをＣ原子含有ガスと共に供給し、反応室４４内でＳｉ原子含有ガスと混合することにより、還元ガスが少ない状態となるためＳｉ原子含有ガスの分解を成膜時と比較して抑制することができ、第１のガス供給ノズル内におけるＳｉ膜の堆積を抑制することが可能となる。この場合、還元ガスをＣ原子含有ガスのキャリアガスとして用いることが可能となる。なお、Ｓｉ原子含有ガスのキャリアとしては、アルゴン（Ａｒ）のような不活性ガス（特に希ガス）を用いることにより、Ｓｉ膜の堆積を抑制することが可能となる。

更に、第１のガス供給ノズル６０には、ＨＣｌのような塩素原子含有ガスを供給することが望ましい。このようにすると、Ｓｉ原子含有ガスが熱により分解し、第１のガス供給ノズル内に堆積可能な状態となったとしても、塩素によりエッチングモードとすることが可能となり、第１のガス供給ノズル内へのＳｉ膜の堆積をより抑制することが可能になる。また、塩素原子含有ガスには、堆積した膜をエッチングする効果もあり、第１のガス供給口６８の閉塞を抑制することが可能となる。

次に図４（ｂ）に示すプレミックス方式について説明する。セパレート方式と異なる点は、Ｃ原子含有ガスのガス供給源２１０ｄをＭＦＣ２１１ｄ、バルブ２１２ｄを介して出し１のガスライン２２２に接続している点である。これにより、Ｓｉ原子含有ガスとＣ原子含有ガスを予め混合できるため、セパレート方式に対し原料ガスを充分混合することができる。

この場合、還元ガスであるＨ２ガス供給源２１０ｅは、ＭＦＣ２１１ｅ、バルブ２１２ｅを介して第２のガスライン２６０に接続することが望ましい。これにより、第１のガス供給ノズル６０において、エッチングガスである塩素と還元ガスである水素との比（Ｃｌ／Ｈ）を大きくすることができるため、塩素によるエッチング効果の方が大きくなり、Ｓｉ原子含有ガスの反応を抑えることが可能である。従って、プレミックス方式であっても、ある程度、ＳｉＣ膜の堆積を抑制することが可能である。

なお、ＳｉＣエピタキシャル膜を形成する際に流すＣｌ（塩素）原子含有ガスとしてＨＣｌガスを例示したが、塩素ガスを用いてもよい。

又、上述ではＳｉＣエピタキシャル膜を形成する際に、Ｓｉ（シリコン）原子含有ガスとＣｌ（塩素）原子含有ガスとを供給したが、Ｓｉ原子とＣｌ原子を含むガス、例えばテトラクロロシラン（以下ＳｉＣｌ４とする）ガス、トリクロロシラン（以下ＳｉＨＣｌ３）ガス、ジクロロシラン（以下ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスを供給してもよい。また、言うまでもないが、これらのＳｉ原子及びＣｌ原子を含むガスは、Ｓｉ原子含有ガスでも有り、又は、Ｓｉ原子含有ガス及びＣｌ原子含有ガスの混合ガスともいえる。特に、ＳｉＣｌ４は、熱分解される温度が比較的高いため、ノズル内のＳｉ消費抑制の観点から望ましい。

又、上述ではＣ（炭素）原子含有ガスとしてＣ３Ｈ８ガスを例示したが、エチレン（以下Ｃ２Ｈ４とする）ガス、アセチレン（以下Ｃ２Ｈ２とする）ガスを用いてもよい。

また、還元ガスとしてＨ２ガスを例示したが、これに限らず他のＨ（水素）原子含有ガスを用いても良い。更には、キャリアガスとしては、Ａｒ（アルゴン）ガス、Ｈｅ（ヘリウム）ガス、Ｎｅ（ネオン）ガス、Ｋｒ（クリプトン）ガス、Ｘｅ（キセノン）ガス等の希ガスのうち少なくとも１つを用いてもよいし、上記したガスを組合わせた混合ガスを用いてもよい。

＜処理炉の周辺構成＞
次に、図６に於いて、処理炉４０及びその周辺の構成について説明する。該処理炉４０の下方には、該処理炉４０の下端開口を気密に閉塞する為の炉口蓋体としてシールキャップ１０２が設けられている。該シールキャップ１０２は、例えばステンレス等の金属製であり、円盤状に形成されている。該シールキャップ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（図示せず）が設けられている。シールキャップ１０２には回転機構１０４が設けられ、該回転機構１０４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、該ボート３０を回転させることでウェーハ１４を回転させる様に構成されている。

又、シールキャップ１０２は処理炉４０の外側に設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様に構成されており、これにより前記ボート３０を処理炉４０に対して搬入搬出することが可能となっている。回転機構１０４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、所定の動作をする様所定のタイミングにて制御する様構成されている（図５参照）。

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。該下基板１１２には、昇降台１１４と摺動自在に嵌合するガイドシャフト１１６及び昇降台１１４と螺合するボール螺子１１８が設けられている。又、下基板１１２に立設した前記ガイドシャフト１１６及びボール螺子１１８の上端には上基板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によって回転され、ボール螺子１１８が回転されることで昇降台１１４が昇降する様になっている。

該昇降台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おり、該昇降シャフト１２４は昇降台１１４と共に昇降する様になっている。昇降シャフト１２４はロードロック室１１０の天板１２６を遊貫し、昇降シャフト１２４が貫通する天板１２６の貫通孔は、昇降シャフト１２４が天板１２６と接触することがない様充分な隙間が形成されている。

又、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の周囲を覆う様に伸縮性を有する中空伸縮体としてベローズ１２８が設けられ、該ベローズ１２８によりロードロック室１１０が気密に保たれる様になっている。尚、ベローズ１２８は昇降台１１４の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有し、ベローズ１２８の内径は昇降シャフト１２４の外径に比べて充分に大きく、伸縮の際に前記ベローズ１２８と昇降シャフト１２４が接触することがない様に構成されている。

該昇降シャフト１２４の下端には、昇降基板１３０が水平に固着され、該昇降基板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、この構成により該駆動部収納ケース１３４内部はロードロック室１１０内の雰囲気と隔離される。

又、駆動部収納ケース１３４の内部には前記ボート３０の回転機構１０４が設けられ、該回転機構１０４の周辺は冷却機構１３５によって冷却される様になっている。

電力ケーブル１３８は、昇降シャフト１２４の上端から中空部を通り、回転機構１０４に導かれて接続されている。又、冷却機構１３５及びシールキャップ１０２には冷却水流路１４０が形成されている。更に、冷却水配管１４２が昇降シャフト１２４の上端から中空部を通り冷却水流路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。

該駆動部収納ケース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、ウェーハ処理が可能な状態となる。又、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、ウェーハ１４を外部に搬出できる状態となる。

＜制御部＞
次に、図５に於いて、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について説明する。

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。又、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。

＜ＳｉＣ膜の形成方法＞
次に、上述した半導体製造装置１０を用い、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ーハ１４等の基板上に、例えばＳｉＣ膜を形成する基板の製造方法について説明する。尚、以下の説明に於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。

先ず、ポッドステージ１８に複数枚のウェーハ１４を収納したポッド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、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、該ポッドオープナ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に収納されているウェーハ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からウェーハ１４を取出し、ボート３０に移載する。

複数枚のウェーハ１４がボート３０に装填されると、ウェーハ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の昇降動作により反応室４４内に搬入（ボートローディング）される。この状態では、シールキャップ１０２はＯリング（図示せず）を介してマニホールド３６の下端をシールした状態となる。

ボート３０搬入後、反応室４４内が所定の圧力（真空度）となる様に、真空排気装置２２０によって真空排気される。この時、反応室４４内の圧力は、圧力センサ（図示せず）によって測定され、測定された圧力に基づき第１のガス排気口９０及び第２のガス排気口３９０に連通するＡＰＣバルブ２１４がフィードバック制御される。又、ウェーハ１４及び反応室４４内が所定の温度となる様前記被誘導体４８が加熱される。この時、反応室４４内が所定の温度分布となる様、温度センサ（図示せず）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１０４により、ボート３０が回転されることで、ウェーハ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Ｓｉ（シリコン）原子含有ガス及びＣｌ（塩素）原子含有ガスは、それぞれガス供給源２１０ａ，２１０ｂから供給され、前記第１のガス供給口６８より前記反応室４４内に噴出される。又、Ｃ（炭素）原子含有ガス及び還元ガスであるＨ２ガスが、所定の流量となる様に対応する前記ＭＦＣ２１１ｄ，２１１ｅの開度が調整された後、バルブ２１２ｄ，２１２ｅが開かれ、それぞれのガスが第２のガスライン２６０に流通し、第２のガス供給ノズル７０に流通して第２のガス供給口７２より反応室４４内に導入される。

第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２より供給されたガスは、反応室４４内の被誘導体４８の内側を通り、第１のガス排気口９０からガス排気管２３０を通って排気される。第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２より供給されたガスは、反応室４４内を通過する際に、ＳｉＣ等で構成されるウェーハ１４と接触し、ウェーハ１４表面上にＳｉＣエピタキシャル膜成長がなされる。

又、ガス供給源２１０ｆより、不活性ガスとしての希ガスであるＡｒガスが所定の流量となる様に対応するＭＦＣ２１１ｆの開度が調整された後、バルブ２１２ｆが開かれ、第３のガスライン２４０に流通し、第３のガス供給口３６０から反応室４４内に供給される。第３のガス供給口３６０から供給された不活性ガスとしての希ガスであるＡｒガスは、反応室４４内の断熱材５４と反応管４２との間を通過し、第２のガス排気口３９０から排気される。

次に、予め設定された時間が経過すると、上述したガスの供給が停止され、図示しない不活性ガス供給源より不活性ガスが供給され、反応室４４内の被加熱体４８の内側の空間が不活性ガスで置換されると共に、反応室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、マニホールド３６の下端が開口されると共に、処理済みのウェーハ１４がボート３０に保持された状態でマニホールド３６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に保持されたウェーハ１４が冷える迄、ボート３０を所定位置にて待機させる。待機させた該ボート３０のウェーハ１４が所定温度迄冷却されると、基板移載機２８により、ボート３０からウェーハ１４を取出し、ポッドオープナ２４にセットされている空のポッド１６に搬送して収納する。その後、ポッド搬送装置２０によりウェーハ１４が収納されたポッド１６をポッド収納棚２２、又は前記ポッドステージ１８に搬送する。この様にして、半導体製造装置１０の一連の作動が完了する。

以降、本発明の主要部分について説明する。基板上での原料ガスを消費しやすくし、基板面内でのガス流れを均等化し、積層された基板間の下方方向への流れ落ちを抑制するために、反応室４４内に於いて前記第１及び第２のガス供給ノズル６０，７０と第１のガス排気口９０との間であって、前記被加熱体４８とウェーハ１４との間には、被加熱体４８とウェーハ１４との間の空間を埋める様、鉛直方向に延在し断面が円弧状の壁体３００を反応室４４内に設けるのがよい。

例えば、図３に示す様に、対向する位置にそれぞれ壁体３００を設けることで、第１及び第２のガス供給ノズル６０，７０から供給されるガスが、被誘導体４８の内壁に沿ってウェーハ１４を迂回するのを防止することができる。壁体３００としては、好ましくは断熱材若しくはカーボンフェルト等で構成すると、耐熱及びパーティクルの発生を抑制することができる。更に好ましくは、図３に示すように、ガス供給ノズル６０，７０の両サイドからウェーハ方向にむかいウェーハ１４の直近でウェーハ１４の外周を取り囲み、前記ガス供給ノズル６０，７０の対向側にはガスが抜けるように壁体を設けることのないようにする。

このような壁体３００を設けることにより、ガス供給ノズル６０，７０から供給された原料ガスがそれぞれのウェーハ１４上において所望の混合比率にて混合され、それぞれのウェーハの下に位置するウェーハ上に上部ウェーハ上からの原料ガスが回り込むことなく、理想的な混合比率にてシリコン原料ガスとカーボン原料ガスが混合されることとなる。図７、８参照（図８においては、分かりやすくするために、壁体３００は図示していない。）。

なお、本壁体３００の高さは基板領域を覆うことにより目的を果たすので、基板最上部から基板最下部を覆う長さが必要であるため、ボート３０と略同じ長さが必要である。

ここで、本発明における壁体３００を設けない場合について説明する。図９に壁体３００を設けない場合のＳｉＣ縦型熱処理装置での反応室断面、図１０にその側面図を示す。シリコン原料供給ノズルとカーボン原料供給ノズルの各ノズルから噴出されたガスが混合し、ＳｉＣウェーハ上を流れ、被加熱体までの流れを矢印にて示している。

各ノズルから噴出されたシリコンとカーボンの原料ガスはノズルのガス噴出穴よりウェーハの区間にて反応し、ＳｉＣウェーハ上に積層される。ウェーハ中央部のガス流れは複数本のノズル６０、７０と対面する被加熱体の壁へガスが衝突し、ウェーハ外周部のガス流れはウェーハ外周方向へ分散されて流れていく。これは、ウェーハ外周方向へ分散されたガスは成膜に寄与せず反応室外部へ排気され、ノズルから供給した原料ガスがウェーハ上にて消費されない無駄が発生することと、ウェーハ面内でのガス流れが不均等となることによる膜厚分布悪化の問題が発生する原因となる。

また、図１０に示す（説明の為上部１段のみのガス流れを図示）ように、ガス流れを側面からみると、原料ガス供給ノズル６０、７０から供給された原料ガスは、積層されたＳｉＣウェーハ１４の下方に螺旋回転しながら流れ落ちていく。この時、下方のＳｉＣウェーハへ供給されているシリコンとカーボンの原料ガスと混合されてしまうことになり、本来所望するシリコンとカーボンの原料ガス混合比が均一に保たれず、結果ウェハ品質を悪化させる原因となり、ローディングエフェクト（ウェーハ上下間での品質のバラツキ）が発生することとなる。

本発明では、シリコン含有ガスとカーボン含有ガスを異なるノズルからウェーハ上に供給し、ウェーハ上で混合する場合において、ウェーハ上に積極的にガスを供給し、ウェーハ面内でのガス流れを均等化し、積層されたウェーハ間の下方向への原料ガスの流れ落ちを抑制することが可能となるため、各ウェーハ間のシリコン含有ガスとカーボン含有ガスとの混合比がばらつく恐れが低減される為、特に有効となる。

Claims (2)

1. 炭化珪素膜を成長させることを可能とする反応室とその中に配置されたボートを有し、且つそのボートには、複数枚の基板が平行に縦積みで配置され、反応室内に設けられたガス供給ノズルの基板の配列領域に設けられた第一のガス供給ノズルから少なくともシリコン原子含有ガスを供給し、前記ガス供給ノズルとは異なる箇所であって、前記基板の配列領域に設けられた第二のガス供給ノズルから少なくとも炭素原子含有ガスを供給して、前記基板上に炭化珪素膜を成膜する縦型基板処理装置において、
   前記反応室内の基板の配列領域に積極的にガスを供給し、ガス流れを最適化するための壁体を設けることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記壁体は、前記ガス供給ノズル横部分から、前記基板の外周に沿って延在し、前記ガス供給ノズルの対向する部分を除いた構成としたことを特徴とする基板処理装置。