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

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（Ｃ₃Ｈ₈）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、Ｃ₃Ｈ₈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、Ｃ₃Ｈ₈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（Ｃ₃Ｈ₈）、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。

Ｈ₂ガス、およびＣ₃Ｈ₈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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