JP2012175075A - Substrate processing apparatus - Google Patents

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明博 佐藤
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天和 山口
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a risk of damage of a gas nozzle and simplify the nozzle adjustment as there is a risk for the damage to the gas nozzle and it takes a fair amount of time to adjust the nozzle position and direction when the gas nozzle is connected to a gas supply port with a conventional gas nozzle fixing structure.SOLUTION: A gas supply nozzle structure has a gas supply port which is provided at the inner side of a processing chamber on an upper surface of a manifold and extends to the exterior of the processing chamber penetrating the manifold through a nozzle fixing plate. The gas supply nozzle is supported by the nozzle fixing plate while fitting therein.

Description

本発明は、基板を処理する基板処理装置、半導体デバイスの製造方法及び基板の製造方法、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。   The present invention relates to a substrate processing apparatus for processing a substrate, a method for manufacturing a semiconductor device, and a method for manufacturing a substrate, in particular, a substrate processing apparatus having a step of forming a silicon carbide (hereinafter referred to as SiC) epitaxial film on a substrate, a semiconductor The present invention relates to a device manufacturing method and a substrate manufacturing method.

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。   SiC is attracting attention as an element material for power devices. On the other hand, it is known that SiC is more difficult to produce a crystal substrate and a device than silicon (hereinafter referred to as Si).

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。   On the other hand, when manufacturing a device using SiC, a wafer in which a SiC epitaxial film is formed on a SiC substrate is used. As an example of a SiC epitaxial growth apparatus for forming a SiC epitaxial film on this SiC substrate, there is Patent Document 1.

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。   Patent Document 1 discloses a SiC epitaxial growth apparatus having a vertical structure in which a plurality of substrates are stacked in the vertical direction and processed collectively.

特開2011−3885号公報JP 2011-388A

従来のガスノズルの固定構造においては、ガス供給ポートへの接続に際し、ガスノズルの破損のリスクがあり、ノズルの位置、方向の調整に時間を要していたため、ガスノズルの破損のリスクの低減、ノズルの調整の簡略化という課題があった。   In the conventional gas nozzle fixing structure, there is a risk of damage to the gas nozzle when connecting to the gas supply port, and it takes time to adjust the position and direction of the nozzle, so the risk of damage to the gas nozzle is reduced. There was a problem of simplification of adjustment.

本発明は、基板を積層して収納する処理室と、該処理室内を所望の温度迄加熱する加熱手段と、前記処理室に所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内を排気する排気手段とを具備し、前記ガス供給手段は、前記基板の積層方向に立設されたガス供給ノズルと、該ガス供給ノズルを支持するノズル固定プレートと、前記処理室の下部を形成するマニホールドとを有し、前記ノズル固定プレートは、前記マニホールドの上面の処理室内側に設けられ、前記ノズル固定プレートを介し、マニホールドを貫通して前記処理室外に延在するガス供給ポートとを有し、前記ガス供給ノズルは前記ノズル固定プレートに嵌合して支持されることを特徴とする基板処理装置に係るものである。   The present invention provides a processing chamber for stacking and storing substrates, heating means for heating the processing chamber to a desired temperature, gas supply means for supplying a desired processing gas to the processing chamber, and exhausting the processing chamber. The gas supply means includes a gas supply nozzle erected in the substrate stacking direction, a nozzle fixing plate that supports the gas supply nozzle, and a manifold that forms a lower portion of the processing chamber. The nozzle fixing plate is provided on the processing chamber side of the upper surface of the manifold, and has a gas supply port that extends through the manifold and out of the processing chamber via the nozzle fixing plate, The gas supply nozzle may be supported by being fitted to the nozzle fixing plate.

また本発明は、前記ガス供給ノズルの側面にはノズル位置固定用の凸部を有し、前記ノズル固定プレートには前記凸部と嵌合する凹部を設けることを特徴とした請求項1記載の基板処理装置に係るものである。 Further, in the present invention, the gas supply nozzle has a convex portion for fixing the nozzle position on a side surface, and the nozzle fixing plate is provided with a concave portion that fits the convex portion. The present invention relates to a substrate processing apparatus.

本発明により、簡単な構造によって、ノズルの破損の可能性も低く、ノズル調整の簡易なガス供給ノズルの設置構造が実現できるという効果が生じる。   According to the present invention, there is an effect that a gas supply nozzle installation structure with a simple structure and a low possibility of breakage of the nozzle can be realized.

本発明が適用される半導体製造装置の斜視図である。1 is a perspective view of a semiconductor manufacturing apparatus to which the present invention is applied. 従来技術の処理炉の側面断面図である。It is side surface sectional drawing of the processing furnace of a prior art. 本発明が適用される処理炉の平面断面図である。It is a plane sectional view of a processing furnace to which the present invention is applied. 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。It is a figure explaining the gas supply unit of the semiconductor manufacturing apparatus with which this invention is applied. 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。It is a block diagram which shows the control structure of the semiconductor manufacturing apparatus with which this invention is applied. 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。It is a schematic sectional drawing of the processing furnace of the semiconductor manufacturing apparatus with which this invention is applied, and its peripheral structure. 本発明が適用される処理炉の側面断面図である。It is side surface sectional drawing of the processing furnace to which this invention is applied. 従来技術のノズル配置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the nozzle arrangement | positioning of a prior art. 従来技術のノズルの差込方法を示すノズルの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the nozzle which shows the insertion method of the nozzle of a prior art. 本発明が適用されるノズルの差込方法を示すノズル部分の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the nozzle part which shows the insertion method of the nozzle to which this invention is applied. 本発明が適用されるノズルの差込方法を示すノズル部分の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the nozzle part which shows the insertion method of the nozzle to which this invention is applied.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, a so-called batch type vertical SiC epitaxial growth apparatus in which SiC wafers are arranged in the height direction in a SiC epitaxial growth apparatus which is an example of a substrate processing apparatus will be described. In addition, by setting it as a batch type vertical SiC epitaxial growth apparatus, the number of the SiC wafers which can be processed at once increases and a throughput improves.

<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。
<Overall configuration>
First, referring to FIG. 1, a substrate processing apparatus for forming a SiC epitaxial film according to the first embodiment of the present invention, and a substrate for forming a SiC epitaxial film which is one of semiconductor device manufacturing steps. The manufacturing method will be described.

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。   A semiconductor manufacturing apparatus 10 as a substrate processing apparatus (film forming apparatus) is a batch type vertical heat treatment apparatus, and includes a housing 12 in which a main part is arranged. In the semiconductor manufacturing apparatus 10, a hoop (hereinafter referred to as a pod) 16 is used as a wafer carrier as a substrate container for storing a wafer 14 (see FIG. 2) as a substrate made of, for example, SiC. A pod stage 18 is disposed on the front side of the housing 12, and the pod 16 is conveyed to the pod stage 18. For example, 25 wafers 14 are stored in the pod 16 and set on the pod stage 18 with the lid closed.

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。   A pod transfer device 20 is disposed in a front face of the housing 12 and at a position facing the pod stage 18. A pod storage shelf 22, a pod opener 24, and a substrate number detector 26 are disposed in the vicinity of the pod transfer device 20. The pod storage shelf 22 is disposed above the pod opener 24 and is configured to hold a plurality of pods 16 mounted thereon. The substrate number detector 26 is disposed adjacent to the pod opener 24, and the pod transfer device 20 transfers the pod 16 among the pod stage 18, the pod storage shelf 22, and the pod opener 24. The pod opener 24 opens the lid of the pod 16, and the substrate number detector 26 detects the number of wafers 14 in the pod 16 with the lid opened.

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。   A substrate transfer machine 28 and a boat 30 as a substrate holder are disposed in the housing 12. The substrate transfer machine 28 has an arm (tweezer) 32, and has a structure that can be moved up and down and rotated by a driving means (not shown). The arm 32 can take out, for example, five wafers 14. By moving the arm 32, the wafer 14 is transferred between the pod 16 and the boat 30 placed at the position of the pod opener 24.

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)。   The boat 30 is made of a heat-resistant material such as carbon graphite or SiC, for example, and a plurality of wafers 14 are arranged in a horizontal posture and aligned with their centers aligned, and are stacked and held in the vertical direction. It is configured. Note that a boat heat insulating portion 34 is disposed as a disk-shaped heat insulating member made of a heat resistant material such as quartz or SiC at the lower portion of the boat 30, and heat from the heated body 48 to be described later is processed. It is comprised so that it may become difficult to be transmitted to the downward side of the furnace 40 (refer FIG. 2).

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。   The processing furnace 40 is disposed in the upper part on the back side in the housing 12. The boat 30 loaded with a plurality of wafers 14 is loaded into the processing furnace 40 and subjected to heat treatment.

<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。
<Processing furnace configuration>
Next, referring to FIGS. 2, 3, and 4, the processing furnace 40 of the semiconductor manufacturing apparatus 10 for forming a SiC epitaxial film will be described. The processing furnace 40 is provided with a first gas supply nozzle 60 having a first gas supply port 68, a second gas supply nozzle 70 having a second gas supply port 72, and a first gas exhaust port 90. It is done. In addition, a third gas supply port 360 and a second gas exhaust port 390 for supplying an inert gas are shown.

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。   The processing furnace 40 is made of a heat resistant material such as quartz or SiC, and includes a reaction tube 42 formed in a cylindrical shape having a closed upper end and an opened lower end. Below the reaction tube 42, a manifold 36 is disposed concentrically with the reaction tube 42. The manifold 36 is made of, for example, stainless steel and is formed in a cylindrical shape with an upper end and a lower end opened. The manifold 36 is provided to support the reaction tube 42. An O-ring (not shown) as a seal member is provided between the manifold 36 and the reaction tube 42. Since the manifold 36 is supported by a holding body (not shown), the reaction tube 42 is installed vertically. A reaction vessel is formed by the reaction tube 42 and the manifold 36.

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加熱体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。被加熱体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。また、図2の右枠内に示されるように、ウェーハ14は、円環状の下部ウェーハホルダ15に保持され、上面を円板状の上部ウェーハホルダ15aで覆われた状態でボート30に保持されるとよい。これにより、ウェーハ上部から落下しているパーティクルからウェーハ14を守ることができると共に、成膜面(ウェーハ14の下面)に対して裏面側の成膜を抑制することができる。また、ウェーハホルダ15の分ボート柱から成膜面を離すことができ、ボート柱の影響を小さくすることができる。ボート30は、水平姿勢で、且つ、互いに中心を揃えた状態で縦方向に整列するようにウェーハホルダ15に保持されたウェーハ14を保持するよう構成されている。被加熱体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、被加熱体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。   The processing furnace 40 includes a heated body 48 formed in a cylindrical shape having a closed upper end and an opened lower end, and an induction coil 50 as a magnetic field generating unit. A reaction chamber 44 is formed in a hollow cylindrical portion of the heated body 48 and is configured to be able to store a boat 30 holding a wafer 14 as a substrate made of SiC or the like. Further, as shown in the right frame of FIG. 2, the wafer 14 is held by the boat 30 in a state where the wafer 14 is held by the annular lower wafer holder 15 and the upper surface is covered by the disk-like upper wafer holder 15a. Good. Thereby, the wafer 14 can be protected from particles falling from the upper part of the wafer, and film formation on the back surface side with respect to the film formation surface (lower surface of the wafer 14) can be suppressed. Further, the film forming surface can be separated from the boat column of the wafer holder 15, and the influence of the boat column can be reduced. The boat 30 is configured to hold the wafers 14 held by the wafer holder 15 so as to be aligned in the vertical direction in a horizontal posture and with the centers aligned. The heated body 48 is heated by a magnetic field generated by an induction coil 50 provided outside the reaction tube 42. The heated body 48 generates heat, thereby heating the inside of the reaction chamber 44. It is supposed to be done.

被加熱体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)。   In the vicinity of the object to be heated 48, a temperature sensor (not shown) is provided as a temperature detector for detecting the temperature in the reaction chamber 44. The induction coil 50 and the temperature sensor are electrically connected to the temperature control unit 52, and the inside of the reaction chamber 44 is adjusted by adjusting the degree of energization to the induction coil 50 based on the temperature information detected by the temperature sensor. The temperature is controlled at a predetermined timing so as to obtain a desired temperature distribution (see FIG. 5).

尚、好ましくは、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構造物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構造物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、被加熱体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。構造物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。   Preferably, in the reaction chamber 44, between the first and second gas supply nozzles 60, 70 and the first gas exhaust port 90, and between the heated object 48 and the wafer 14. In the meantime, a structure 300 extending in the vertical direction and having an arc-shaped cross section is preferably provided in the reaction chamber 44 so as to fill the space between the heated object 48 and the wafer 14. For example, as shown in FIG. 3, by providing the structures 300 at the opposing positions, the gas supplied from the first and second gas supply nozzles 60 and 70 flows along the inner wall of the heated object 48. Bypassing the wafer 14 can be prevented. When the structure 300 is preferably made of a heat insulating material, carbon felt or the like, heat resistance and generation of particles can be suppressed.

反応管42と被加熱体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、被加熱体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。   Between the reaction tube 42 and the heated object 48, for example, a heat insulating material 54 made of carbon felt or the like which is difficult to be dielectric is provided. By providing the heat insulating material 54, the heat of the heated object 48 is transferred to the reaction tube. 42 or transmission to the outside of the reaction tube 42 can be suppressed.

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。   Further, an outer heat insulating wall 55 having, for example, a water cooling structure is provided outside the induction coil 50 so as to suppress the heat in the reaction chamber 44 from being transmitted to the outside so as to surround the reaction chamber 44. Further, a magnetic seal 58 for preventing the magnetic field generated by the induction coil 50 from leaking outside is provided outside the outer heat insulating wall 55.

図2に示す様に、被加熱体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、被加熱体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。   As shown in FIG. 2, a first gas supply nozzle 60 provided with at least one first gas supply port 68 is installed between the heated object 48 and the wafer 14. In addition, a second gas supply nozzle 70 provided with at least one second gas supply port 72 is provided at a location different from the first gas supply nozzle 60 between the object to be heated 48 and the wafer 14. It is done. Similarly, the first gas exhaust port 90 is also disposed between the heated object 48 and the wafer 14. In addition, a third gas supply port 360 and a second gas exhaust port 390 are disposed between the reaction tube 42 and the heat insulating material 54.

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。   The first gas supply nozzle 60 and the second gas supply nozzle 70 may be provided one by one. However, as shown in FIG. 3, three second gas supply nozzles 70 are provided, It is preferable that the first gas supply nozzle 60 is provided so as to be sandwiched between the two gas supply nozzles 70. By alternately arranging in this way, even if different gas types are supplied from the first gas supply nozzle 60 and the second gas supply nozzle, mixing of the different gas types can be promoted. Further, by using an odd number of the first gas supply nozzles and the second gas supply nozzles, the deposition gas supply can be made symmetrical about the central second gas supply nozzle 70, and the inside of the wafer 14 can be made symmetrical. Can improve the uniformity. The gas types supplied from the first gas supply nozzle 60 and the second gas supply nozzle 70 will be described later.

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。   The first gas supply port 68 and the first gas supply nozzle 60 are made of, for example, carbon graphite and are provided in the reaction chamber 44. The first gas supply nozzle 60 is attached to the manifold 36 so as to penetrate the manifold 36. The first gas supply nozzle 60 is connected to the gas supply unit 200 via the first gas line 222.

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。   The second gas supply port 72 is made of, for example, carbon graphite and is provided in the reaction chamber 44. The second gas supply nozzle 70 is attached to the manifold 36 so as to penetrate the manifold 36. Further, the second gas supply nozzle 70 is connected to the gas supply unit 200 via the second gas line 260.

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。   Further, in the first gas supply nozzle 60 and the second gas supply nozzle 70, one first gas supply port 68 and one second gas supply port 72 may be provided in the arrangement region of the substrate. Alternatively, it may be provided for every predetermined number of wafers 14.

<排気系>
図3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)。
<Exhaust system>
As shown in FIG. 3, a first gas exhaust port 90 is provided below the boat 30, and a gas exhaust pipe 230 connected to the first gas exhaust port 90 is provided in the manifold 36 so as to pass therethrough. ing. A vacuum exhaust device 220 such as a vacuum pump is connected to the downstream side of the gas exhaust pipe 230 via a pressure sensor (not shown) as a pressure detector and an APC (Auto Pressure Controller) valve 214 as a pressure regulator. Yes. A pressure control unit 98 is electrically connected to the pressure sensor and the APC valve 214, and the pressure control unit 98 adjusts the opening degree of the APC valve 214 based on the pressure detected by the pressure sensor, thereby processing furnace. Control is performed at a predetermined timing so that the pressure in 40 becomes a predetermined pressure (see FIG. 5).

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。   As described above, the gas supplied from the first gas supply port 68 and the second gas supply port 72 flows in parallel to the wafer 14 made of Si or SiC, and is exhausted from the first gas exhaust port 90. Therefore, the entire wafer 14 is exposed to the gas efficiently and uniformly.

又、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。   As shown in FIG. 3, the third gas supply port 360 is disposed between the reaction tube 42 and the heat insulating material 54 and attached so as to penetrate the manifold 36. Further, the second gas exhaust port 390 is disposed between the reaction tube 42 and the heat insulating material 54 so as to face the third gas supply port 360, and the second gas exhaust port 390 is a gas It is connected to the exhaust pipe 230. The third gas supply port 360 is formed in a third gas line 240 that penetrates the manifold 36, and the third gas line is connected to the gas supply unit 200. As shown in FIG. 4, the third gas line is connected to a gas supply source 210f via a valve 212f and an MFC 211f. For example, a rare gas Ar gas is supplied as an inert gas from the gas supply source 210f, and a gas contributing to the growth of the SiC epitaxial film is prevented from entering between the reaction tube 42 and the heat insulating material 54. It is possible to prevent unnecessary products from adhering to the inner wall of 42 or the outer wall of the heat insulating material 54.

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。
Further, the inert gas supplied between the reaction tube 42 and the heat insulating material 54 is exhausted from the vacuum exhaust device 220 via the APC valve 214 on the downstream side of the gas exhaust tube 230 from the second gas exhaust port 390. Is done.
<Details of gas supplied to each gas supply system>
Next, the first gas supply system and the second gas supply system will be described with reference to FIG. FIG. 4A shows a separate system for supplying Si atom-containing gas and C atom-containing gas from different gas supply nozzles, and FIG. 4B shows the same gas supply nozzle for Si atom-containing gas and C atom-containing gas. The premix system supplied from is shown.

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。   First, the separation method will be described. As shown in FIG. 4A, in the separate method, the first gas line 222 is connected to a mass flow controller (hereinafter referred to as a flow rate control means) for SiH 4 gas, HCl gas, and inert gas (hereinafter referred to as flow rate control means). For example, the SiH4 gas supply source 210a, the HCl gas supply source 210b, and the inert gas supply source 210c are connected through the valves 211a, 211b, and 211c and the valves 212a, 212b, and 212c.

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。   With the above configuration, the supply flow rate, concentration, partial pressure, and supply timing of SiH 4 gas, HCl gas, and inert gas can be controlled in the reaction chamber 44. The valves 212a, 212b, and 212c and the MFCs 211a, 211b, and 211c are electrically connected to the gas flow rate control unit 78, and are controlled at a predetermined timing so that the flow rate of the supplied gas becomes a predetermined flow rate. (See FIG. 5). Note that SiH 4 gas, HCl gas, and inert gas supply sources 210 a, 210 b, 210 c, valves 212 a, 212 b, 212 c, MFC 211 a, 211 b, 211 c, first gas line 222, first gas supply nozzle 60 A first gas supply system is configured as a gas supply system by at least one first gas supply port 68 provided in the first gas supply nozzle 60.

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。   Further, the second gas line 260 is connected to the C3H8 gas supply source 210d through the MFC 211d and the valve 212d as a flow rate control unit for C3H8 gas, for example, as C (carbon) atom-containing gas, and as the reducing gas, For example, the H2 gas is connected to the H2 gas supply source 210e via the MFC 211e as a flow rate control means and a valve 212e.

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。   With the above configuration, the supply flow rate, concentration, and partial pressure of C3H8 gas and H2 gas can be controlled in the reaction chamber 44. The valves 212d and 212e and the MFCs 211d and 211e are electrically connected to the gas flow rate control unit 78, and are controlled at a predetermined timing so that the supplied gas flow rate becomes a predetermined flow rate ( (See FIG. 5). Gas supply is provided by gas supply sources 210d and 210e of C3H8 gas and H2 gas, valves 212d and 212e, MFCs 211d and 211e, a second gas line 260, a second gas supply nozzle 70, and a second gas supply port 72. A second gas supply system is configured as the system.

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。   Thus, by supplying the Si atom-containing gas and the C atom-containing gas from different gas supply nozzles, it is possible to prevent the SiC film from being deposited in the gas supply nozzle. In addition, what is necessary is just to supply appropriate carrier gas, respectively, when adjusting the density | concentration and flow velocity of Si atom containing gas and C atom containing gas.

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。   Furthermore, a reducing gas such as hydrogen gas may be used in order to use the Si atom-containing gas more efficiently. In this case, it is desirable to supply the reducing gas through the second gas supply nozzle 70 that supplies the C atom-containing gas. In this way, the reducing gas is supplied together with the C atom-containing gas and mixed with the Si atom-containing gas in the reaction chamber 44, so that the reducing gas is reduced. Therefore, the decomposition of the Si atom-containing gas is compared with that during film formation. Therefore, the deposition of the Si film in the first gas supply nozzle can be suppressed. In this case, the reducing gas can be used as a carrier gas for the C atom-containing gas. Note that the use of an inert gas (particularly a rare gas) such as argon (Ar) as the carrier of the Si atom-containing gas can suppress the deposition of the Si film.

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。   Further, it is desirable to supply a chlorine atom-containing gas such as HCl to the first gas supply nozzle 60. In this way, even if the Si atom-containing gas is decomposed by heat and can be deposited in the first gas supply nozzle, it becomes possible to enter the etching mode with chlorine, and the first gas supply nozzle It is possible to further suppress the deposition of the Si film inside. Further, the chlorine atom-containing gas also has an effect of etching the deposited film, and the first gas supply port 68 can be prevented from being blocked.

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。   Next, the premix method shown in FIG. 4B will be described. The difference from the separate method is that a gas supply source 210d of a C atom-containing gas is connected to the first gas line 222 through an MFC 211d and a valve 212d. Thereby, since Si atom containing gas and C atom containing gas can be mixed beforehand, source gas can fully be mixed with respect to a separate system.

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。   In this case, it is desirable that the H2 gas supply source 210e that is a reducing gas is connected to the second gas line 260 via the MFC 211e and the valve 212e. Thereby, in the first gas supply nozzle 60, the ratio (Cl / H) of chlorine as an etching gas and hydrogen as a reducing gas can be increased, so that the etching effect by chlorine becomes larger, and Si It is possible to suppress the reaction of the atom-containing gas. Therefore, even in the premix method, it is possible to suppress the deposition of the SiC film to some extent.

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。   In addition, although HCl gas was illustrated as Cl (chlorine) atom containing gas flowed when forming a SiC epitaxial film, you may use chlorine gas.

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。   In the above description, when the SiC epitaxial film is formed, a Si (silicon) atom-containing gas and a Cl (chlorine) atom-containing gas are supplied. However, a gas containing Si atoms and Cl atoms, for example, tetrachlorosilane (hereinafter referred to as SiCl4 and Gas), trichlorosilane (hereinafter referred to as SiHCl3) gas, and dichlorosilane (hereinafter referred to as SiH2Cl2) gas may be supplied. Needless to say, the gas containing Si atoms and Cl atoms is also a Si atom-containing gas or a mixed gas of Si atom-containing gas and Cl atom-containing gas. In particular, SiCl4 is desirable from the viewpoint of suppressing the consumption of Si in the nozzle because the temperature at which pyrolysis is relatively high.

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。   In the above description, C3H8 gas is exemplified as the C (carbon) atom-containing gas. However, ethylene (hereinafter referred to as C2H4) gas or acetylene (hereinafter referred to as C2H2) gas may be used.

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。   Moreover, although H2 gas was illustrated as reducing gas, it is not restricted to this, You may use other H (hydrogen) atom containing gas. Furthermore, as the carrier gas, at least one of rare gases such as Ar (argon) gas, He (helium) gas, Ne (neon) gas, Kr (krypton) gas, and Xe (xenon) gas may be used. Alternatively, a mixed gas in which the above gases are combined may be used.

<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。
<Processing furnace peripheral configuration>
Next, referring to FIG. 6, the configuration of the processing furnace 40 and its surroundings will be described. Below the processing furnace 40, a seal cap 102 is provided as a furnace port lid for hermetically closing the lower end opening of the processing furnace 40. The seal cap 102 is made of a metal such as stainless steel and is formed in a disk shape. An O-ring (not shown) is provided on the upper surface of the seal cap 102 as a sealing material that comes into contact with the lower end of the processing furnace 40. The seal cap 102 is provided with a rotation mechanism 104, and the rotation shaft 106 of the rotation mechanism 104 is connected to the boat 30 through the seal cap 102, and the wafer 14 is rotated by rotating the boat 30. It is configured.

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)。   Further, the seal cap 102 is configured as a lifting mechanism provided outside the processing furnace 40 so as to be vertically lifted by a lifting motor 122 which will be described later. It is possible to carry in and out. A drive control unit 108 is electrically connected to the rotation mechanism 104 and the lifting motor 122, and is configured to control at a predetermined timing so as to perform a predetermined operation (see FIG. 5).

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。   A lower substrate 112 is provided on the outer surface of the load lock chamber 110 as a spare chamber. The lower substrate 112 is provided with a guide shaft 116 that is slidably fitted to the lifting platform 114 and a ball screw 118 that is screwed to the lifting platform 114. Further, an upper substrate 120 is provided at the upper ends of the guide shaft 116 and the ball screw 118 erected on the lower substrate 112. The ball screw 118 is rotated by an elevating motor 122 provided on the upper substrate 120, and the elevating platform 114 is moved up and down by rotating the ball screw 118.

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。   A hollow elevating shaft 124 is vertically suspended from the elevating platform 114, and a connecting portion between the elevating platform 114 and the elevating shaft 124 is airtight. The elevating shaft 124 is moved up and down together with the elevating platform 114. The elevating shaft 124 passes through the top plate 126 of the load lock chamber 110, and a sufficient clearance is formed in the through hole of the top plate 126 through which the elevating shaft 124 passes so that the elevating shaft 124 does not contact the top plate 126. Has been.

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。   A bellows 128 is provided as a hollow elastic body having elasticity so as to cover the periphery of the lifting shaft 124 between the load lock chamber 110 and the lifting platform 114, and the load lock chamber 110 is hermetically sealed by the bellows 128. It is supposed to be kept. The bellows 128 has a sufficient amount of expansion and contraction that can accommodate the amount of elevation of the lifting platform 114, and the inner diameter of the bellows 128 is sufficiently larger than the outer diameter of the lifting shaft 124. It is comprised so that 124 may not contact.

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。   The elevating board 130 is horizontally fixed to the lower end of the elevating shaft 124, and the drive unit cover 132 is airtightly attached to the lower surface of the elevating board 130 via a seal member such as an O-ring. The elevating board 130 and the drive unit cover 132 constitute a drive unit storage case 134, and this configuration isolates the inside of the drive unit storage case 134 from the atmosphere in the load lock chamber 110.

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。   A rotation mechanism 104 for the boat 30 is provided inside the drive unit storage case 134, and the periphery of the rotation mechanism 104 is cooled by a cooling mechanism 135.

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。   The power cable 138 passes through the hollow portion from the upper end of the elevating shaft 124 and is guided to the rotation mechanism 104 and connected thereto. A cooling water flow path 140 is formed in the cooling mechanism 135 and the seal cap 102. Further, a cooling water pipe 142 is led from the upper end of the elevating shaft 124 through the hollow portion to the cooling water flow path 140 and connected thereto.

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。   As the elevating motor 122 is driven and the ball screw 118 rotates, the drive unit storage case 134 is raised and lowered via the elevating platform 114 and the elevating shaft 124.

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。   When the drive unit storage case 134 is raised, the seal cap 102 provided in an airtight manner on the elevating substrate 130 closes the furnace port 144 that is an opening of the processing furnace 40, so that wafer processing is possible. Further, when the drive unit storage case 134 is lowered, the boat 30 is lowered together with the seal cap 102, and the wafer 14 can be carried out to the outside.

<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。
<Control unit>
Next, referring to FIG. 5, the control configuration of each part constituting the semiconductor manufacturing apparatus 10 for forming a SiC epitaxial film will be described.

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。   The temperature control unit 52, the gas flow rate control unit 78, the pressure control unit 98, and the drive control unit 108 constitute an operation unit and an input / output unit, and are electrically connected to a main control unit 150 that controls the entire semiconductor manufacturing apparatus 10. ing. The temperature control unit 52, the gas flow rate control unit 78, the pressure control unit 98, and the drive control unit 108 are configured as a controller 152.

<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。
<Method of forming SiC film>
Next, as a step of the semiconductor device manufacturing process using the semiconductor manufacturing apparatus 10 described above, a substrate manufacturing method for forming, for example, a SiC film on a substrate such as a wafer 14 made of SiC or the like will be described. In the following description, the operation of each part constituting the semiconductor manufacturing apparatus 10 is controlled by the controller 152.

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。   First, when the pod 16 storing a plurality of wafers 14 is set on the pod stage 18, the pod 16 is transferred from the pod stage 18 to the pod storage shelf 22 by the pod transfer device 20 and stocked. Next, the pod 16 stocked on the pod storage shelf 22 is transported and set to the pod opener 24 by the pod transport device 20, the lid of the pod 16 is opened by the pod opener 24, and the pod 16 is detected by the substrate number detector 26. The number of wafers 14 housed in is detected.

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。   Next, the wafer 14 is taken out from the pod 16 at the position of the pod opener 24 by the substrate transfer device 28 and transferred to the boat 30.

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。   When a plurality of wafers 14 are loaded into the boat 30, the boat 30 holding the wafers 14 is loaded into the reaction chamber 44 (boat loading) by the lifting and lowering operation of the lifting platform 114 and the lifting shaft 124 by the lifting motor 122. . In this state, the seal cap 102 is in a state of sealing the lower end of the manifold 36 via an O-ring (not shown).

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加熱体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。   After the boat 30 is loaded, the reaction chamber 44 is evacuated by the evacuation device 220 so that the inside of the reaction chamber 44 has a predetermined pressure (degree of vacuum). At this time, the pressure in the reaction chamber 44 is measured by a pressure sensor (not shown), and the APC valve 214 communicating with the first gas exhaust port 90 and the second gas exhaust port 390 based on the measured pressure is used. Feedback controlled. Further, the object to be heated 48 is heated so that the inside of the wafer 14 and the reaction chamber 44 has a predetermined temperature. At this time, the current supply to the induction coil 50 is feedback controlled based on temperature information detected by a temperature sensor (not shown) so that the reaction chamber 44 has a predetermined temperature distribution. Subsequently, when the boat 30 is rotated by the rotation mechanism 104, the wafer 14 is rotated in the circumferential direction.

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。   Subsequently, Si (silicon) atom-containing gas and Cl (chlorine) atom-containing gas contributing to the SiC epitaxial growth reaction are supplied from gas supply sources 210a and 210b, respectively, and the reaction chamber 44 is supplied from the first gas supply port 68. Erupted inside. Further, after the opening degrees of the corresponding MFCs 211d and 211e are adjusted so that the C (carbon) atom-containing gas and the reducing gas H2 gas have a predetermined flow rate, the valves 212d and 212e are opened, The gas flows through the second gas line 260, flows through the second gas supply nozzle 70, and is introduced into the reaction chamber 44 through the second gas supply port 72.

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内の被加熱体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。   The gas supplied from the first gas supply port 68 and the second gas supply port 72 passes through the inside of the heated body 48 in the reaction chamber 44 and passes through the gas exhaust pipe 230 from the first gas exhaust port 90. Exhausted. When the gas supplied from the first gas supply port 68 and the second gas supply port 72 passes through the reaction chamber 44, the gas contacts the wafer 14 made of SiC or the like, and the SiC is formed on the surface of the wafer 14. Epitaxial film growth is performed.

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。   Further, after the opening of the corresponding MFC 211f is adjusted by the gas supply source 210f so that the Ar gas, which is a rare gas as an inert gas, has a predetermined flow rate, the valve 212f is opened and the third gas line is opened. 240 is supplied to the reaction chamber 44 from the third gas supply port 360. Ar gas which is a rare gas as an inert gas supplied from the third gas supply port 360 passes between the heat insulating material 54 in the reaction chamber 44 and the reaction tube 42, and the second gas exhaust port 390. Exhausted from.

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。   Next, when a preset time elapses, the gas supply described above is stopped, an inert gas is supplied from an inert gas supply source (not shown), and the space inside the object to be heated 48 in the reaction chamber 44 becomes empty. While being replaced with the inert gas, the pressure in the reaction chamber 44 is returned to normal pressure.

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。   Thereafter, the seal cap 102 is lowered by the elevating motor 122, the lower end of the manifold 36 is opened, and the processed wafer 14 is carried out from the lower end of the manifold 36 to the outside of the reaction tube 42 while being held in the boat 30 ( The boat 30 waits at a predetermined position until the wafer 14 held in the boat 30 cools. When the wafers 14 in the boat 30 that have been waiting are cooled to a predetermined temperature, the wafers 14 are taken out from the boat 30 by the substrate transfer device 28, and transferred to the empty pod 16 set in the pod opener 24 for storage. To do. Thereafter, the pod 16 in which the wafers 14 are stored is transferred to the pod storage shelf 22 or the pod stage 18 by the pod transfer device 20. In this way, a series of operations of the semiconductor manufacturing apparatus 10 is completed.

以降、本発明の主要部分について説明する。従来のSiC膜を成長させる縦型熱処理装置においては、図2に示すように、複数枚のウェーハ14がボート30に設置され、垂直方向に多段に複数枚配置されている。被加熱体48を石英反応管42の外にある誘導コイル50によって誘導加熱し、所定の温度にて成膜処理を行う。   Hereinafter, main parts of the present invention will be described. In a conventional vertical heat treatment apparatus for growing a SiC film, as shown in FIG. 2, a plurality of wafers 14 are installed in a boat 30 and arranged in multiple stages in the vertical direction. The object to be heated 48 is inductively heated by an induction coil 50 outside the quartz reaction tube 42, and film formation is performed at a predetermined temperature.

マニホールド36を介して被加熱体48の内部にガス供給ポート222、260を用いてプロセスガスを供給し所定の温度にて成膜処理を行う。この際に、反応管42や、磁気シール58が被加熱体48からの輻射熱によって加熱されないように、断熱材54を設置している。被加熱体48の温度は誘導コイル50の外側より放射温度計により計測され、温度制御される。プロセスガスは、マニホールド36の第1のガス排気口90より排気される。 A process gas is supplied to the inside of the heated body 48 through the manifold 36 using the gas supply ports 222 and 260, and a film forming process is performed at a predetermined temperature. At this time, the heat insulating material 54 is installed so that the reaction tube 42 and the magnetic seal 58 are not heated by the radiant heat from the heated object 48. The temperature of the object to be heated 48 is measured by a radiation thermometer from the outside of the induction coil 50 and the temperature is controlled. The process gas is exhausted from the first gas exhaust port 90 of the manifold 36.

図8、9に従来のガス供給ノズルの固定部の拡大図を示す。従来の構造においては、ガス供給ノズルは石英部分61、71とカーボン部分60、70から構成されていた。略L字形状のガス供給ノズル60、70は、マニホールド36の内側面から外側に向けてスライドさせ、ガス供給ポート222、260に挿入し、倒れ調整ネジ800により、ガス供給ノズル60、70の角度等を調整することにより設置していた。 8 and 9 are enlarged views of a fixing portion of a conventional gas supply nozzle. In the conventional structure, the gas supply nozzle is composed of quartz portions 61 and 71 and carbon portions 60 and 70. The substantially L-shaped gas supply nozzles 60, 70 are slid outward from the inner surface of the manifold 36, inserted into the gas supply ports 222, 260, and the angle of the gas supply nozzles 60, 70 by the tilt adjustment screw 800. It was installed by adjusting etc.

しかしながら、ガス供給ノズル60、70は石英部材であるため、ガス供給ポート222、260に挿入する際に破損する可能性があり、ガス供給ノズルの径を大きくしたり、ガス供給ノズルの重量が増えた場合にガス供給ポート222、260に挿入することが困難になっていた。また、ガス供給ノズル60、70の下部に倒れ調整ネジ800を有する必要があり、調整に面倒であるといった問題があった。 However, since the gas supply nozzles 60 and 70 are quartz members, they may be damaged when inserted into the gas supply ports 222 and 260, increasing the diameter of the gas supply nozzle or increasing the weight of the gas supply nozzle. In this case, it is difficult to insert the gas supply ports 222 and 260 into the gas supply ports 222 and 260. Further, it is necessary to have the tilt adjustment screw 800 at the lower part of the gas supply nozzles 60 and 70, and there is a problem that adjustment is troublesome.

そこで、本発明においては、図7、10、11に示すように、反応室44の下部のマニホールド36の内径を小さくすることにより、マニホールド36の上面にガスノズル固定プレート100を設けガス供給ノズルを乗せる構造とした。また、ノズルの材質を破損リスクの可能性の高い石英部分を無くし、カーボンのみの構造とし、ノズルをノズル固定プレートの上から差し込む構造とした。更にノズル側面に位置や向きを決める凸部を設け、ノズル固定プレートに設けた凹部に嵌合することとした。 Therefore, in the present invention, as shown in FIGS. 7, 10, and 11, by reducing the inner diameter of the manifold 36 below the reaction chamber 44, the gas nozzle fixing plate 100 is provided on the upper surface of the manifold 36 to mount the gas supply nozzle. The structure. In addition, the nozzle material is made of carbon only, eliminating the quartz part that has a high risk of breakage, and the nozzle is inserted from above the nozzle fixing plate. Furthermore, the convex part which determines a position and direction is provided in the nozzle side surface, and it was decided to fit in the concave part provided in the nozzle fixing plate.

図7を用いて説明すると、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、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、マニホールド36の内壁とボート断熱部34の間隔を極力狭くし、ボート断熱部34からの輻射で熱を奪ってボート14の回転機構104への熱ダメージを低減する事を可能とした。 Referring to FIG. 7, a boat heat insulating portion 34 is disposed as a disk-shaped heat insulating member made of a heat resistant material such as quartz or SiC at the lower portion of the boat 30. The distance between the inner wall of the manifold 36 and the boat heat insulating portion 34 is made as narrow as possible so that heat is not easily transmitted to the lower side of the processing furnace 40, and heat is taken away by the radiation from the boat heat insulating portion 34 to the rotating mechanism 104 of the boat 14. It was possible to reduce the heat damage.

これにより、従来のように略L字状のガス供給ノズルをマニホールド36の内側からガス供給ポートに差し込むことによりガス供給ノズルを設置する構造が困難となった。そこで、内径の小さくなったマニホールド36の上面側にノズル固定プレート100を設け、このノズル固定プレート100に上方からガス供給ノズル600、700を差込み、ガス供給ノズル600、700の側面部に設けられた、ノズルの位置、方向を決めるための凸部610と、ノズル固定プレート100に設けられた図示は省略した凹部とを嵌合する。 This makes it difficult to install the gas supply nozzle by inserting a substantially L-shaped gas supply nozzle into the gas supply port from the inside of the manifold 36 as in the prior art. Therefore, the nozzle fixing plate 100 is provided on the upper surface side of the manifold 36 having a smaller inner diameter, and the gas supply nozzles 600 and 700 are inserted into the nozzle fixing plate 100 from above to be provided on the side surfaces of the gas supply nozzles 600 and 700. The convex portion 610 for determining the position and direction of the nozzle and the concave portion (not shown) provided on the nozzle fixing plate 100 are fitted.

これによりノズル固定プレート100を介して、ガス供給ノズル600、700とガス供給ポート666、777との接続が可能となり、簡単な構造により、ノズルの破損の可能性も低く、ノズル調整の簡易なガス供給ノズルの設置構造が実現できる。 As a result, the gas supply nozzles 600 and 700 and the gas supply ports 666 and 777 can be connected via the nozzle fixing plate 100, and the possibility of damage to the nozzle is low due to the simple structure. A supply nozzle installation structure can be realized.

本実施例においては、ガス供給ノズルの形状は特に言及していないが、ガス供給ノズルを円形ではなく、角形状とすることでノズルの向きの調整が容易になるという効果を有する。更にこの角形状のノズルの側部にノズル位置固定用の凸部610を設け、ノズル固定プレート側にこの凸部に嵌合するための凹部(図示しない)を設けることにより、ガス供給ノズルの高さ方向の調整も容易になるという効果がある。 In the present embodiment, the shape of the gas supply nozzle is not particularly mentioned, but the gas supply nozzle is not circular but has a square shape, which has an effect of easily adjusting the direction of the nozzle. Further, a convex portion 610 for fixing the nozzle position is provided on the side portion of the rectangular nozzle, and a concave portion (not shown) for fitting to the convex portion is provided on the nozzle fixing plate side, thereby increasing the height of the gas supply nozzle. There is an effect that adjustment in the vertical direction becomes easy.


36 マニホールド

100 ノズル固定プレート

600、700 ガス供給ノズル

610 ノズル位置固定用の凸部

666、777 ガス供給ポート


36 Manifold

100 Nozzle fixing plate

600, 700 Gas supply nozzle

610 Convex for fixing nozzle position

666, 777 Gas supply port

Claims (2)

基板を積層して収納する処理室と、該処理室内を所望の温度迄加熱する加熱手段と、前記処理室に所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内を排気する排気手段とを具備し、前記ガス供給手段は、前記基板の積層方向に立設されたガス供給ノズルと、該ガス供給ノズルを支持するノズル固定プレートと、前記処理室の下部を形成するマニホールドとを有し、前記ノズル固定プレートは、前記マニホールドの上面の処理室内側に設けられ、前記ノズル固定プレートを介し、マニホールドを貫通して前記処理室外に延在するガス供給ポートとを有し、前記ガス供給ノズルは前記ノズル固定プレートに嵌合して支持されることを特徴とする基板処理装置。   A processing chamber for stacking and storing substrates, a heating unit for heating the processing chamber to a desired temperature, a gas supply unit for supplying a desired processing gas to the processing chamber, and an exhaust unit for exhausting the processing chamber. The gas supply means includes a gas supply nozzle erected in the stacking direction of the substrates, a nozzle fixing plate that supports the gas supply nozzle, and a manifold that forms a lower portion of the processing chamber. The nozzle fixing plate is provided on the processing chamber side of the upper surface of the manifold, and has a gas supply port extending through the manifold and extending out of the processing chamber via the nozzle fixing plate. Is supported by being fitted to the nozzle fixing plate. 前記ガス供給ノズルの側面にはノズル位置固定用の凸部を有し、前記ノズル固定プレートには前記凸部と嵌合する凹部を設けることを特徴とした請求項1記載の基板処理装置。

The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein a convex portion for fixing a nozzle position is provided on a side surface of the gas supply nozzle, and a concave portion that fits the convex portion is provided on the nozzle fixing plate.

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