JP2013058561A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ガスクリーニングの際に供給されるO2に起因するノズル内壁、ならびにノズル孔のエッチングを解決し、SiC成膜における膜厚均一性悪化や結晶欠陥の発生などを防止する。
【解決手段】反応室内22内のクリーニングを行う場合、石英からなるプレートを装填したボート15を反応室22に搬入し、反応室22内を所望の圧力(真空度)、および所望の温度にする。その後、マスフローコントローラ42,45、およびバルブ46,49を制御し、クリーニングガス(Cl2、Ar)を供給する。このとき、プレートとクリーニングガスとの混合で起きる化学反応によってO2ガスが発生する。この発生したO2ガスが、SiC膜ガスクリーニングの反応エッチングガスとなり、反応室内22内のクリーニングが行われる。
【選択図】図3

Description

本発明は、基板処理装置における炉内のクリーニング技術に関し、特に、SiC(炭化珪素)エピタキシャル成膜装置のガスクリーニングに有効な技術に関する。
SiC(炭化珪素、シリコンカーバイド)は、Si(珪素、シリコン)に比べエネルギバンドギャップが広いこと、絶縁耐圧が高いこと、および熱伝導性が高いことなどから、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、常圧下での液相を持たないことや、不純物拡散係数が小さいことなどから、Si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。
たとえば、SiCエピタキシャル成膜装置は、Siのエピタキシャル成膜温度が900℃〜1200℃であるのに比べ、SiCのエピタキシャル成膜温度は1450℃〜1800℃程度と高いことから成膜装置の耐熱構造や原料の分解抑制に技術的な工夫が必要である。
また、SiとC(炭素)との2元素の成膜のため、膜厚や組成均一性の確保、ならびにドーピングレベルの制御技術にもシリコン系の成膜装置にない工夫が必要となる。また、量産用のSiCエピタキシャル成膜装置として市場に供されている装置は、高周波等で成膜温度まで加熱したサセプタ上に数枚〜十数枚程度のSiC基板を並べ、原料ガスやキャリアガスを供給する方法が広く用いられている。
このようなSiCエピタキシャル成膜装置においては、成膜処理時にSiCウエハだけでなく、該SiCエピタキシャル成膜装置の反応室内の部材、たとえば、ウエハホルダ、ボート、原料供給ノズル、排気ノズルなどにもSiC膜が成膜されてしまう。
反応室内の部材に成膜されたSiC膜は、膜剥がれによるパーティクルの発生源となったり、応力による被付着物の破損等をもたらしたりするため、ある程度SiC膜が反応室内の部材に累積した時点で除去処理を行っている。
反応室内の部材に成膜されたSiC膜の除去技術としては、例えば、反応室内の部材を外に取り出して物理的に剥ぎ取る方法や部材を新品に交換する方法などもあるが、生産コスト低減や生産効率向上を考慮した場合、ガスクリーニングによるSiC膜の除去が有効である。
ガスクリーニングは、例えば、SiCウエハをセットしていないウエハホルダを反応室に移載し、Cl2(塩素)、O2(酸素)、Ar(アルゴン)等のガスを反応室に導入し、所望の温度、流量、圧力にて反応室内の部材のガスクリーニングを行っている。
上述したCl2、O2、Ar等を反応室に導入するガスクリーニングを行った場合、反応室内に存在するSiC膜との混合でおきる化学反応については幾つかの形態があるが、代表的には、
SiC+Cl2+O2 → SiCl2↑+CO2
と記述される。
ただし、SiC膜とCl2との混合によるSiC膜中のSiの選択的なエッチングは起きるが、SiC膜とO2との混合によるSiC膜の酸化反応やSiC膜中のCの選択的なエッチングは起きない。
したがって、Cl2とO2によるSiC膜のエッチングは、下記の順序で進行する。
(1)Cl2によりSiC膜中のSiが選択的にエッチングされ、SiC膜表面にCが残留する。
(2)O2によりSiC膜表面のCがエッチングされる。
なお、この種の成膜装置におけるクリーニング技術としては、塩素原子を含むガスをプラズマを用いて活性化して反応室内に付着した金属酸化膜をクリーニングするものが知られている(特許文献1参照)。
特開2004−39788号公報
ところが、上記のような成膜装置における反応室内の部材のクリーニング技術では、次のような問題点があることが本発明者により見い出された。
上述したガスクリーニングの場合、ガスクリーニング時に反応室内へO2を供給するが、その際にグラファイト製のノズルの内壁並びにノズル孔がエッチングされるという問題がある。
カーボングラファイトとO2との混合でおきる化学反応については、
C+O2→ CO2
と記述される。
ノズル孔がエッチングされて該ノズルの孔径が変化すると、SiC成膜時におけるSi原料やC原料の面間供給量や、ガス流速などが変化してしまい、成膜処理時にウエハに形成されるSiC膜の膜厚均一性が悪化したり、結晶欠陥などが発生してしまう原因となる恐れがある。
本発明の目的は、ガスクリーニングの際に供給されるO2に起因するノズル内壁、ならびにノズル孔のエッチングを解決し、SiC成膜における膜厚均一性悪化や結晶欠陥の発生などを防止することのできる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
前述の目的を達成するために、本発明では、反応室内に設置した石英部材と塩素含有ガスとを化学反応させることにより、ガスクリーニングのためのエッチングガスとなるO2ガスを発生させる仕組みを実現する。
本発明は、基板を処理する処理室と、該基板を保持する基板保持部と、処理室に基板保持部に保持された基板を処理するための反応ガスを供給するガス供給部とを有し、処理室をガスクリーニングする際には、基板保持部に、ガス供給部から供給されるクリーニングガスを反応させることによってエッチングガスを生成するエッチング生成部を保持させ、エッチング生成部にガス供給部から供給されるクリーニングガスを曝すことによりエッチングガスを生成する基板処理装置である。
また、本発明は、反応炉内に設置した石英部材と塩素含有ガスとを化学反応させることにより、エッチングガスとなるO2ガスを発生させ、ガスクリーニングを行う方法にも適用することができる。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
(1)ガスクリーニング処理後であっても、安定した成膜ガスの供給を実現することができる。
(2)また、エッチングガスの供給設備が不要となるので、設備コストを低減することができる。
本発明の一実施の形態による基板処理装置の概要を示す斜視図である。 図1の基板処理装置における側面透視図である。 図1の基板処理装置に設けられた処理炉、およびその周辺の縦断面図である。 図1の基板処理装置に設けられた処理炉の横方向の断面を示す横断面図である。 本発明の一実施の形態によるプレートを保持させたウエハホルダの一例を示す断面図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
図1は、本発明の一実施の形態による基板処理装置の概要を示す斜視図、図2は、図1の基板処理装置における側面透視図、図3は、図1の基板処理装置に設けられた処理炉、およびその周辺の縦断面図、図4は、図1の基板処理装置に設けられた処理炉の横方向の断面を示す横断面図、図5は、本発明の一実施の形態によるプレートを保持させたウエハホルダの一例を示す断面図である。
〈発明の概要〉
本発明の第1の概要は、基板を処理する処理室(処理炉16)と、前記基板を保持する基板保持部(ウエハホルダ56)と、前記処理室に前記基板保持部に保持された基板を処理するための反応ガスを供給するガス供給部(第1ガス供給孔31、第1ガス供給ノズル32、第2ガス供給孔34、第2ガス供給ノズル33)とを有するものである。
そして、前記処理室をガスクリーニングする際には、前記基板保持部に、前記ガス供給部から供給されるクリーニングガスを反応させることによってエッチングガスを生成するエッチング生成部(プレート59)を保持させ、前記エッチング生成部に前記ガス供給部から供給されるクリーニングガスを曝すことによりエッチングガスを生成する。
また、本発明の第2の概要は、基板保持部(ウエハホルダ56)に保持されたエッチングガス生成部(プレート59)を処理室(処理炉16)内へ搬入する搬入工程と、前記処理室内に前記エッチングガス生成部が搬入されると所定のクリーニングガス(Ar、Cl2)が供給されるガス供給工程と、前記ガス供給工程において供給される前記クリーニングガスと前記エッチングガス生成部が反応してエッチングガス(O2)を生成するエッチングガス生成工程と、を有するものである。
以下、上記した概要に基づいて、実施の形態を詳細に説明する。
〈基板処理装置の構成例〉
本実施の形態1において、基板処理装置1は、図1、および図2に示すように、筐体2を備えている。筐体2の正面壁2aの下方には、筐体2内をメンテナンス可能なように設けられた開口部としての正面メンテナンス口3が設けられている。
正面メンテナンス口3には、該正面メンテナンス口3を開閉する正面メンテナンス扉4が設けられている。シリコンなどからなる円盤状のウエハ(基板)5を筐体2内外へ搬送するには、複数のウエハ5を収納するウエハキャリア(基板収納容器)としてのカセット6が使用される。
正面メンテナンス扉4には、カセット6を筐体2内外へ搬送する開口であるカセット搬入搬出口7が設けられている。このカセット搬入搬出口7は、フロントシャッタ8によって開閉されるように構成されている。カセット搬入搬出口7の筐体2内側には、カセットステージ9が設けられている。
カセット6は、図示しない工程内搬送装置によってカセットステージ9上に載置され、また、カセットステージ9上から筐体2外へ搬出されるように構成されている。カセット6は、工程内搬送装置によって、カセット6内のウエハ5が垂直姿勢となり、カセット6のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、カセットステージ9上に載置される。
カセットステージ9は、カセット6を筐体2の後方(カセット搬入搬出口7から遠ざかる方向)に向けて縦方向に90°回転させ、カセット6内のウエハ5を水平姿勢とさせ、カセット6のウエハ出し入れ口を筐体2内の後方を向かせることが可能なように構成されている。
筐体2内の前後方向の略中央部には、カセット棚10が設置されている。このカセット棚10は、複数段、複数列にて複数個のカセット6を保管するように構成されている。カセット棚10には、後述するウエハ移載機構14の搬送対象となるカセット6が収納される移載棚11が設けられている。また、カセットステージ9の上方には、予備カセット棚12が設けられ、予備的にカセット6を保管するように構成されている。
カセットステージ9とカセット棚10との間には、カセット搬送装置13が設けられている。このカセット搬送装置13は、カセット6を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ13aと、カセット6を保持したまま水平移動可能な搬送機構としてのカセット搬送機構13bと、を備えている。
これらカセットエレベータ13aとカセット搬送機構13bとの連続動作により、カセットステージ9、カセット棚10、予備カセット棚12、および移載棚11の間で、カセット6を搬送するように構成されている。
カセット棚10の後方には、ウエハ移載機構14が設けられている。ウエハ移載機構14は、ウエハ5を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置14aと、ウエハ移載装置14aを昇降させるウエハ移載装置エレベータ14bと、を備えている。
なお、ウエハ移載装置14aは、ウエハ5を水平姿勢で保持するツイーザ14cを備えている。これらウエハ移載装置14aとウエハ移載装置エレベータ14bとの連続動作により、ウエハ5を移載棚11上のカセット6内からピックアップして後述するボート15へ装填(チャージング)したり、ウエハ5をボート15から脱装(ディスチャージング)して移載棚11上のカセット6内へ収納したりするように構成されている。
筐体2の後部上方には、処理炉16が設けられている。処理炉16の下端部には開口が設けられ、かかる開口は炉口シャッタ17により開閉されるように構成されている。なお、処理炉16の構成については後述する。
処理炉16の下方には、ボート15を昇降させて処理炉16内外へ搬入搬出させる昇降機構としてのボートエレベータ18が設けられている。ボートエレベータ18の昇降台には、連結具としてのアーム19が設けられている。
アーム19上には、ボート15を垂直に支持するとともに、ボートエレベータ18によりボート15が上昇したときに処理炉16の下端部を気密に閉塞する蓋体としてのシールキャップ20が水平姿勢で設けられている。
ボート15は、複数本の保持部材を備えており、複数枚(例えば、50枚〜150枚程度)のウエハ5を、水平姿勢で、かつその中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に保持するように構成されている。
カセット棚10の上方には、供給ファンと防塵フィルタとを備えたクリーンユニット21が設けられている。クリーンユニット21は、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを筐体2の内部に流通させるように構成されている。
また、ウエハ移載装置エレベータ14b、およびボートエレベータ18側と反対側である筐体2の左側端部には、クリーンエアを供給するよう供給ファンと防塵フィルタとを備えたクリーンユニット(図示せず)が設置されている。
前述した図示しないクリーンユニットから吹き出されたクリーンエアは、ウエハ移載装置14a、ボート15を流通した後に、図示しない排気装置に吸い込まれて、筐体2の外部に排気されるように構成されている。
〈基板処理装置の動作〉
次に、基板処理装置1の動作について説明する。
まず、カセット6が、カセットステージ9上に載置されるに先立って、カセット搬入搬出口7がフロントシャッタ8によって開放される。
その後、カセット6が、工程内搬送装置によってカセット搬入搬出口7から搬入され、ウエハ5が垂直姿勢となり、カセット6のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、カセットステージ9上に載置される。
その後、カセット6は、カセットステージ9によって、筐体2の後方に向けて縦方向に90°回転させられる。その結果、カセット6内のウエハ5は水平姿勢となり、該カセット6のウエハ出し入れ口は筐体2内の後方を向く。
次に、カセット6は、カセット搬送装置13によって、カセット棚10ないし予備カセット棚12の指定された棚位置へ自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、カセット棚10ないし予備カセット棚12から移載棚11に移載されるか、もしくは直接移載棚11に搬送される。
カセット6が移載棚11に移載されると、ウエハ5は、ウエハ移載装置14aのツイーザ14cによって、ウエハ出し入れ口を通じてカセット6からピックアップされ、ウエハ移載装置14aとウエハ移載装置エレベータ14bとの連続動作によってボート15に装填(チャージング)される。ボート15にウエハ5を受け渡したウエハ移載機構14は、カセット6に戻り、次のウエハ5をボート15に装填する。
予め指定された枚数のウエハ5がボート15に装填されると、炉口シャッタ17によって閉じられていた処理炉16の下端部が、炉口シャッタ17によって開放される。続いて、シールキャップ20がボートエレベータ18によって上昇されることにより、ウエハ5群を保持したボート15が処理炉16内へ搬入(ローディング)される。
ローディング後は、処理炉16にてウエハ5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。処理後は、ウエハ5、およびカセット6は、上述の手順とは逆の手順で筐体2の外部へ払出される。
〈処理炉の構成〉
次に、図3、および図4を用いて処理炉16について説明する。
処理炉16は、円筒形状の反応室22を形成する反応管23を備えている。反応管23は、石英またはSiC等の耐熱性材料からなり、上方側が閉塞され下方側が開口した円筒形状に形成されている。
反応管23内の反応室22には、ボート15が収納されるようになっている。ここで、ボート15は、ウエハホルダ56(図5)に搭載されたウエハ5を、水平姿勢でかつ互いに中心を揃えて整列させ、縦方向に複数積層した状態で保持するようになっている。
なお、ボート15の下方側には、たとえば、石英やSiC等の耐熱性材料により円柱形状に形成された断熱部材としてのボート断熱部24が設けられ、加熱体25からの熱が、処理炉16の下方側に伝達し難くなっている。
反応管23の開口側(図3下方側)には、反応管23と同心円状にマニホールド26が配設されている。このマニホールド26は、例えば、ステンレス材料などからなり、上方側および下方側が開口した円筒形状に形成されている。
マニホールド26は、反応管23を支持し、マニホールド26と反応管23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。これにより、反応管23、およびマニホールド26の内部に充填された反応ガスが外部に漏洩するのを防止している。
マニホールド26は、その下方側に設けられた保持体(図示せず)に支持されており、これにより反応管23は、地面(図示せず)に対して垂直に据え付けられた状態となっている。ここで、反応管23、およびマニホールド26により、反応容器を形成している。
処理炉16は、加熱体25と誘導コイル27とを備えている。加熱体25は、反応室22内に設けられ、上方側が閉塞されて下方側が開口された円筒形状に形成されている。これにより、加熱体25内に供給される反応ガスを封止でき、かつ反応室22の上方側への放熱を抑制できる。
加熱体25は、例えば、SiCをコートとしたグラファイトから形成されている。この加熱体25は、少なくとも複数積層されたウエハ5の積層領域を囲むように設けられ、磁場発生部として機能する誘導コイル27により誘導加熱されるようになっている。
誘導コイル27は、円筒形状の支持部材27aの内周側に螺旋状に固定され、当該誘導コイル27は、外部電源(図示せず)により通電される。そして、誘導コイル27を通電することで当該誘導コイル27は磁場を発生し、ひいては加熱体25が誘導加熱される。このように加熱体25を誘導加熱により発熱させることで、反応室22内が加熱されるようになっている。
加熱体25の近傍には、反応室22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)が設けられており、該温度センサ、および誘導コイル27は、コントローラの温度制御部(図示せず)と電気的に接続されている。
温度制御部は、温度センサにより検出された温度情報に基づいて、反応室22内の温度が所望の温度分布となるよう、誘導コイル27への通電具合を所定のタイミングで調節(制御)する。
反応管23と加熱体25との間には、たとえば、誘導加熱され難いカーボンフェルトなどで形成された断熱材28が設けられている。この断熱材28は、側壁部28aと蓋部28bとを備え、反応管23、ならびに加熱体25と同様に、上方側が閉塞され下方側が開口された円筒形状に形成されている。
このように、断熱材28を設けることで加熱体25からの輻射熱の伝達を遮断し、反応管23、あるいは反応管23の外部が加熱されるのを抑制している。なお、側壁部28aおよび蓋部28bは、一体成形または別部材で構成することができる。
誘導コイル27の外周側には、反応室22内の熱が外部に伝達されるのを抑制するために、例えば、水冷構造の外側断熱壁29が設けられている。外側断熱壁29は円筒形状に形成され、反応室22(支持部材27a)を包囲するよう配置されている。
さらに、外側断熱壁29の外周側には、誘導コイル27を通電することで発生する磁場が、外部に漏洩するのを防止するための磁気シール30が設けられている。磁気シール30においても、上方側が閉塞され下方側が開口された円筒形状に形成されている。
加熱体25と各ウエハ5との間には、複数の第1ガス供給孔31を備えた第1ガス供給ノズル32、および複数の第2ガス供給孔34を備えた第2ガス供給ノズル33がそれぞれ設けられている。第1ガス供給ノズル32、および第2ガス供給ノズル33の対向位置には、供給された反応ガスを外部に排気するガス排気口35が設けられている。
第1ガス供給ノズル32は、C原料ガスを供給し、第2ガス供給ノズル33は、Si原料ガスを供給する。第1ガス供給ノズル32は、例えば、カーボングラファイト等で中空パイプ状に形成され、その先端側は加熱体25の上方側に延在しており、第1ガス供給ノズル32の各第1ガス供給孔31は、各ウエハ5の側面に向けられている。
第1ガス供給ノズル32の基端側は、マニホールド26を貫通しつつ、当該マニホールド26に溶接等により固定されている。第1ガス供給ノズル32は、少なくとも、C原子含有ガスとして、例えばプロパン(C38)ガス、還元ガスとして例えば水素(H2)ガスとをそれぞれ混合した状態とし、この反応ガスを各ウエハ5に向けて供給するようになっている。
第2ガス供給ノズル33は、例えば、カーボングラファイト等で中空パイプ状に形成され、その先端側は加熱体25の上方側に延在しており、第2ガス供給ノズル33の各第2ガス供給孔34は、各ウエハ5の側面に向けられている。
第2ガス供給ノズル33の基端側は、マニホールド26を貫通しつつ、当該マニホールド26に溶接等により固定されている。第2ガス供給ノズル33は、少なくともSi原子含有ガスとして例えばSiCl4ガス、不活性ガスとして例えば、Arガス、エッチングガスとして例えば、HClガスをそれぞれ混合した状態とし、この反応ガスを各ウエハ5に向けて供給するようになっている。
第1ガス供給ノズル32は、第1ガスライン36に接続されている。第1ガスライン36は、流量制御器としての各マスフローコントローラ37,38、および各バルブ39,40を介して、ガス源(図示せず)にそれぞれ接続されている。なお、ガス源には、例えば、C38ガス,H2ガスがそれぞれ充填されている。
第2ガス供給ノズル33は、第2ガスライン41に接続されている。第2ガスライン41は、流量制御器としての各マスフローコントローラ42〜45、および各バルブ46〜49を介して、ガス源(図示せず)にそれぞれ接続されている。なお、ガス源には、例えば、Ar/H8ガス,SiCl4ガス、HClガス、Cl2ガスがそれぞれ充填されている。また、Cl2ガスは、反応管23内に付着した高誘電率膜を含む堆積物を除去するためのクリーニングガスとして、Arガスと共に供給される。
このような構成により、例えば、C38ガス,H2ガスのそれぞれの供給流量、濃度、分圧、ならびにAr/H8ガス,SiCl4ガス、HClガス、Cl2ガスのそれぞれの供給流量、濃度、分圧等を制御することができる。
各バルブ39,40,46〜49、および各マスフローコントローラ37,38,42〜45は、ガス流量制御部(図示せず)に電気的に接続されている。ガス流量制御部は、供給すべきそれぞれの反応ガスの流量を所定流量とするよう、所定のタイミングで制御するようになっている。
また、ガス排気口35には、マニホールド26を貫通して当該マニホールド26に溶接等により固定されたガス排気管50が接続されている。このガス排気管50の下流側には、圧力調整弁(APC:Auto Pressure Controller)51を介して、真空ポンプ等の真空排気装置52が接続されており、反応室22内に供給された反応ガスは、ガス排気口35およびガス排気管50を介して、処理炉16の外部に排出される。
圧力調整弁51には、圧力制御部(図示せず)が電気的に接続されている。圧力制御部は、ガス排気管50内に設けられた圧力センサ(図示せず)によって検出された圧力に基づき、所定のタイミングで圧力調整弁51の開度を調節(制御)する。
これにより、反応管23と断熱材28との間に供給されたArガスを、ガス排気口35、ガス排気管50、および圧力調整弁51を介して真空排気装置52から外部に所定量排気することで、処理炉16内の圧力が所定圧力に調整される。
また、反応管23内には、温度検出器として温度センサ(図示せず)が設けられている。この温度センサにより検出された温度情報に基づき、加熱体25への通電具合を調整することで反応室22内の温度が所定の温度分布となるようになっている。
続いて、処理炉16における周辺の構成について説明する。
処理炉16の下方側には、該処理炉16の開口部分である炉口を気密に閉塞するシールキャップ20が設けられている。シールキャップ20は、例えば、ステンレス等の金属材料により略円盤状に形成されている。
シールキャップ20と処理炉16の天板(図示せず)との間には、両者間をシールするシール部材としてのOリング(図示せず)が設けられ、これにより処理炉16内を気密に保持できるようにしている。
シールキャップ20には、回転機構54が設けられている。この回転機構54の回転軸55は、シールキャップ20を貫通してボート断熱部24に連結されている。そして、回転機構54を回転駆動することにより、回転軸55を介して処理炉16内でボート15が回転し、これに伴いウエハ5も回転するようになっている。
シールキャップ20は、処理炉16の外側に設けられた昇降モータ(図示せず)によって垂直方向(上下方向)に昇降されるよう構成され、これにより、ボート15を処理炉16に対して搬入搬出できるようになっている。
回転機構54、および昇降モータには、コントローラの駆動制御部(図示せず)が電気的に接続されている。駆動制御部は、回転機構54、ならびに昇降モータを、所定の動作をするよう所定のタイミングにて制御するようになっている。
〈ウエハホルダの構成〉
図5は、ウエハ5を保持するウエハホルダ56の一例を示す断面図である。
ウエハホルダ56は、図5に示すように、円環状に形成された下部ウエハホルダ57と円板状に形成された上部ウエハホルダ58とから構成されている。下部ウエハホルダ57、および上部ウエハホルダ58は、例えば、SiCをコートとしたグラファイトから形成されている。
下部ウエハホルダ57の外径寸法は、ウエハ5の外形寸法よりも大きい外径寸法に設定されている。下部ウエハホルダ57の中央部分には、下部ウエハホルダを軸方向に貫通する貫通穴が設けられている。貫通穴の内周縁には環状段差が形成されており、この環状段差部によってウエハ5を保持するようになっている。
ガスクリーニング時には、下部ウエハホルダ57と上部ウエハホルダ58と間に、例えば、石英などからなるプレート59を挟むことによって保持する。プレート59は、ウエハ5と略同じ円盤形状となっている。円環状に形成された下部ウエハホルダ57によってプレート59を挟むことによって、該プレート59の下面が露出する。
図5では、ガスクリーニング時に、ウエハホルダ56がプレート59を挟む構成について示したが、SiCエピタキシャル膜の成膜処理の際には、プレート59の代わりに、ウエハ5がウエハホルダ56に保持されることになる。
そして、複数のウエハ5のそれぞれは、下部ウエハホルダ57と上部ウエハホルダ58によって下面(成膜面)が露出するように保持された状態で、ボート15(図3)に搭載される。このように、上部ウエハホルダ58によりウエハ5の上面を覆う構成とすることにより、ウエハ5の上方側から落下してくるパーティクル(微細ゴミ)からウエハ5を保護することができる。
また、上部ウエハホルダ58によりウエハ5の上面を覆うことにより、反応ガス(成膜ガス)がウエハ5上面に入り込まず、該ウエハ5の上面が成膜されないようにできる。
〈基板処理装置の成膜処理動作〉
まず、複数枚のウエハ5がボート15に装填(ウエハチャージ)されると、複数枚のウエハ5を保持したボート15は、ボートエレベータ18によって持ち上げられて反応室22に搬入(ボートローディング)される。この状態で、シールキャップ20は、Oリングを介してマニホールド26の下端をシールした状態となる。
反応室22内が所望の圧力(真空度)となるように、真空排気装置52によって真空排気される。この際、反応室22内の圧力は、ガス排気管50内に設けられた圧力センサで測定され、この測定された圧力に基づき、圧力調整弁51がフィードバック制御される。
また、反応室22内が所望の温度となるように誘導コイル27によって加熱される。この際、反応室22内が所望の温度分布となるように、反応管23内に設けられた温度センサが検出した温度情報に基づき誘導コイル27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54によってボート15が回転されることで、ウエハ5が回転される。
その後、マスフローコントローラ37,38,42,43,44、およびバルブ39,40,46,47,48を制御し、C原料(C38)、Si原料(SiCl4)、その他に、不活性ガスであるAr、キャリアガスであるH2、エッチングガスであるHClなどを供給する。
2ガス、およびC38ガスは、第1ガスライン36内で混合されて第1ガス供給ノズル32の第1ガス供給孔31からウエハ5に向けて噴射され、Arガス、SiC4ガス、およびHClガスは、第2ガスライン41内で混合されて第2ガス供給ノズル33の第2ガス供給孔34からウエハ5に向けて噴射される。
第1ガス供給孔31、および第2ガス供給孔34からそれぞれ噴射された反応ガスによって、各ウエハ5における下面(成膜面)の表面上等に、SiCエピタキシャル膜が成膜されていく。その後、反応室22内の誘導コイル27の内周側等を流れて、ガス排気口35からガス排気管50を介して外部に排気される。
そして、反応ガスを各ウエハ5等に曝して、予め設定された時間が経過すると、各反応ガスの供給制御が停止される。ここまでの一連の工程、つまり反応ガスの供給により、各ウエハ5における下面の表面上等にSiCエピタキシャル膜が成膜される。成膜後は、反応室22の内部圧力が常圧に復帰される。
反応室22内が常圧に復帰した後、回転機構54の回転駆動によりシールキャップ20が下降し、処理炉16下端部が開口される。これに伴い、熱処理済み(成膜処理済み)の各ウエハ5が、ボート15に保持された状態でマニホールド26の下方側から反応管23の外部に搬出、つまりボートアンローディングされる。
その後、各ウエハ5が所定の温度にまで冷却されると、ウエハ移載装置14aの動作により、各ウエハ5を搭載した各ウエハホルダ56がボート15から取り出され、空のカセット6に搬送されて収納される。
その後、カセット搬送装置13の動作により、各ウエハ5を収納したカセット6が、カセット棚10、またはカセットステージ9に搬送される。このようにして、基板処理装置1の一連の動作が完了する。
〈基板処理装置の反応室におけるガスクリーニング〉
次に、本実施の形態による基板処理装置1におけるガスクリーニング技術について説明する。
上述した成膜処理を繰り返す(たとえば、1回、もしくは複数回の成膜処理)と、反応室内22の部材(例えば、ウエハホルダ56、ボート15、第1ガス供給孔31、第1ガス供給ノズル32、第2ガス供給孔34、第2ガス供給ノズル33、ガス排気管50など)などに膜が付着するが、この付着した膜の膜厚が所定の厚さに達した時点で、反応室内22の内のガスクリーニングが行われる。
ガスクリーニングは次のように行われる。
まず、石英からなる1枚、あるいは複数枚のプレート59がボート15に装填されると、該プレート59を保持したボート15は、ボートエレベータ18によって持ち上げられて反応室22に搬入される。この状態で、シールキャップ20は、Oリングを介してマニホールド26の下端をシールした状態となる。
反応室22内が所望の圧力(真空度)となるように、真空排気装置52によって真空排気される。この際、反応室22内の圧力は、ガス排気管50内に設けられた圧力センサで測定され、この測定された圧力に基づき、圧力調整弁51がフィードバック制御される。
また、反応室22内が所望の温度となるように誘導コイル27によって加熱される。この際、反応室22内が所望の温度分布となるように、反応管23内に設けられた温度センサが検出した温度情報に基づき誘導コイル27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54によってボート15が回転されることで、プレート59が回転される。
その後、マスフローコントローラ42,45、およびバルブ46,49をそれぞれ制御し、クリーニングガス(Cl2、Ar)を供給する。クリーニングガスは、第2ガスライン41内で混合されて第2ガス供給ノズル33の第2ガス供給孔34からプレート59に向けて噴射され、その後、反応室22内の誘導コイル27の内周側等を流れて、ガス排気口35からガス排気管50を介して外部に排気される。
そして、所望の温度、所望のガス流量、および所望の圧力(真空度)において、クリーニングガスをプレート等に曝して、予め設定された時間が経過すると、クリーニングガスの供給制御が停止され、ガスクリーニングが終了となる。
ガスクリーニング終了後は、前述した成膜処理と同様に、反応室22の内部圧力が常圧に復帰され、処理炉16下端部が開口されてプレート59が、ボート15に保持された状態でマニホールド26の下方側から反応管23の外部に搬出、つまりボートアンローディングされ、プレート59が装填されるボート15が取り出され、クリーニング動作が完了する。
ガスクリーニング処理の際、代表的な化学反応については、
SiC+Cl2→SiCl2↑+CO2
などと記述される。このように、SiC膜をエッチングする際には、O2ガスの供給が不可欠である。
そこで、本発明では、ガスクリーニング時のO2ガスの供給方法として、例えば、プレート59とクリーニングガスとの混合で起きる化学反応によって発生したO2ガスが用いられる。
石英からなり、エッチングガスを生成するエッチング生成部となるプレート59とクリーニングガスとの混合で起きる化学反応は、
SiO2+Cl2→SiCl2↑+O2(またはO2↑)
と記述され、化学反応によってO2(O2ガス)が発生する。
上記化学反応によって発生したO2ガスは、SiC膜ガスクリーニングのための反応エッチングガスとなる。反応エッチングガスであるO2ガスの発生量、および処理炉16内での面間発生分布は、例えば、Cl2ガスの供給量や石英からなるプレート59の枚数、形状、あるいは設置分布などによって制御することができる。
このように、プレート59とクリーニングガス(Cl2)との化学反応によって処理炉16内にO2ガスを発生させることができるので、ガスクリーニング処理の際に、O2ガスの供給を不要とすることができる。
石英からなるプレート59とクリーニングガスとの化学反応によってO2ガスを発生させるのではなく、例えば、第2ガス供給ノズル33の第2ガス供給孔34などから、O2ガスを供給した場合には、カーボングラファイト製の第2ガス供給ノズル33、および第2ガス供給孔34とO2ガスとの混合によって、
C+O2→CO2
などの化学反応が発生する。
上記した化学反応によって、第2ガス供給ノズル33の内壁や、第2ガス供給孔34の孔などがエッチングされてしまうことになる。その結果、第2ガス供給ノズル33のノズル径や第2ガス供給孔34の孔径などが変化してしまい、安定した反応ガスの供給ができなくなってしまう恐れがある。
一方、本発明の石英からなるプレート59とクリーニングガスとの化学反応によってO2ガスを発生させる場合には、例えば、第2ガス供給ノズル33の第2ガス供給孔34などからのO2ガスの供給が不要となるので、第2ガス供給ノズル33の内壁や、第2ガス供給孔34などのエッチングを防止することができる。
〈実施の形態の効果〉
それにより、本実施の形態によれば、ガスクリーニング処理後であっても、安定したガス供給を実現することができるので、膜厚均一性の悪化や結晶欠陥の発生などを防止することができ、高精度なSiC成膜をウエハ5に施すことを可能にすることができる。
また、ガスクリーニング時O2ガスを供給するガス供給設備が不必要となるので、基板処理装置1の設備コストを小さくすることができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
本発明は、SiCエピタキシャル成膜装置におけるガスクリーニング技術に適している。
1…基板処理装置、2…筐体、2a…正面壁、3…正面メンテナンス口、4…正面メンテナンス扉、5…ウエハ、6…カセット、7…カセット搬入搬出口、8…フロントシャッタ、9…カセットステージ、10…カセット棚、11…移載棚、12…予備カセット棚、13…カセット搬送装置、13a…カセットエレベータ、13b…カセット搬送機構、14…ウエハ移載機構、14a…ウエハ移載装置、14b…ウエハ移載装置エレベータ、14c…ツイーザ、15…ボート、16…処理炉、17…炉口シャッタ、18…ボートエレベータ、19…アーム、20…シールキャップ、21…クリーンユニット、22…反応室、23…反応管、24…ボート断熱部、25…加熱体、26…マニホールド、27…誘導コイル、27a…支持部材、28…断熱材、28a…側壁部、28b…蓋部、29…外側断熱壁、30…磁気シール、31…第1ガス供給孔、32…第1ガス供給ノズル、33…第2ガス供給ノズル、34…第2ガス供給孔、35…ガス排気口、36…第1ガスライン、37…マスフローコントローラ、38…マスフローコントローラ、39…バルブ、40…バルブ、41…第2ガスライン、42…マスフローコントローラ、43…マスフローコントローラ、44…マスフローコントローラ、45…マスフローコントローラ、46…バルブ、47…バルブ、48…バルブ、49…バルブ、50…ガス排気管、51…圧力調整弁、52…真空排気装置、54…回転機構、55…回転軸、56…ウエハホルダ、57…下部ウエハホルダ、58…上部ウエハホルダ、59…プレート。

Claims (2)

  1. 基板を処理する処理室と、
    前記基板を保持する基板保持部と、
    前記処理室に前記基板保持部に保持された基板を処理するための反応ガスを供給するガス供給部とを有し、
    前記処理室をガスクリーニングする際には、
    前記基板保持部に、前記ガス供給部から供給されるクリーニングガスを反応させることによってエッチングガスを生成するエッチング生成部を保持させ、前記エッチング生成部に前記ガス供給部から供給されるクリーニングガスを曝すことによりエッチングガスを生成することを特徴とする基板処理装置。
  2. 基板保持部に保持されたエッチングガス生成部を処理室内へ搬入する搬入工程と、
    前記処理室内に前記エッチングガス生成部が搬入されると所定のクリーニングガスが供給されるガス供給工程と、
    前記ガス供給工程において供給される前記クリーニングガスと前記エッチングガス生成部が反応してエッチングガスを生成するエッチングガス生成工程と、を有することを特徴とする基板処理方法。
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