JP2013197473A - 基板処理方法と半導体装置の製造方法、及び基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高温条件下で行われるＳｉＣエピタキシャル膜成長において、複数枚の基板を均一に成膜することができ、排気配管における副生成物の除去を確実に行うことで生産性と安全性を向上させることができる基板処理装置及び基板処理方法を提供する。
【解決手段】複数の基板１４をボート３０に保持した状態で反応室４４内に搬入するボートローディング工程と、前記基板に対しガスを供給するガス供給工程と、前記ガス供給工程によって供給されたガスを排気配管２３０から排気する排気工程と、前記排気配管内をクリーニングするためにクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給工程と、前記クリーニングガス供給工程は、前記クリーニングガスの供給量が増加し続ける第１のクリーニングガス供給時間と、前記クリーニングガスの供給量が減少し続ける第２のクリーニングガス供給時間とを交互に所定回数繰り返される基板処理方法。
【選択図】図９

Description

本発明は、基板を処理する基板処理装置、半導体装置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と半導体デバイスの製造方法、及び基板製造方法に関するものである。

ＳｉＣは、シリコン（以下Ｓｉとする）に比べエネルギーバンドギャップが広いこと、絶縁耐圧が高いこと、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、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半導体デバイスの作製が難しいことが知られている。例えば、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１５００℃〜１８００℃程度と高いことから、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する基板処理装置では、耐熱構造や原料ガスの分解抑制に技術的な工夫が必要である。また、成膜温度が高温であることから、成膜処理後の排気系における耐熱構造や副生成物の除去などについても技術的な工夫が必要となる。さらに、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する基板処理装置では、ＳｉとＣ（以下、炭素とも言う）との２元素を用いた成膜を行うため、膜厚や組成の均一性の確保やドーピングレベルの制御にも、Ｓｉ膜を成膜する基板処理装置には無い工夫が必要となる。

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

特開２０１１−３８８５号公報

本発明はかかる実情に鑑み、高温条件下で行われるＳｉＣエピタキシャル膜成長において、複数枚の基板を均一に成膜することができ、排気配管における副生成物の除去を確実に行うことで生産性と安全性を向上させることができる基板処理装置と半導体装置の製造方法、及び基板処理方法を提供するものである。

本発明の一態様によれば、複数の基板をボートに保持した状態で反応室内に搬入するボートローディング工程と、前記基板に対しガスを供給するガス供給工程と、前記ガス供給工程によって供給されたガスを排気配管から排気する排気工程と、前記排気配管内をクリーニングするためにクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給工程と、前記クリーニングガス供給工程は、前記クリーニングガスの供給量が増加し続ける第１のクリーニングガス供給時間と、前記クリーニングガスの供給量が減少し続ける第２のクリーニングガス供給時間とを交互に所定回数繰り返される基板処理方法が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、複数の基板をボートに保持した状態で反応室内に搬入するボートローディング工程と、前記基板に対しガスを供給するガス供給工程と、前記ガス供給工程によって供給されたガスを排気配管から排気する排気工程と、前記排気配管内をクリーニングするためにクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給工程と、前記クリーニングガス供給工程は、前記クリーニングガスの供給量が増加し続ける第１のクリーニングガス供給時間と、前記クリーニングガスの供給量が減少し続ける第２のクリーニングガス供給時間とを交互に所定回数繰り返される半導体装置の製造方法が提供される。

さらに、本発明の他の一態様によれば、複数の基板を処理する反応室と、前記反応室を囲むように設けられる加熱部と、前記複数の基板を保持した状態で前記反応室内に載置されるボートと、前記反応室内に設置されるガス供給部と、前記反応室内に供給されたガスを排気する排気部と、前記排気部に設けられ、排気部をクリーニングするガスを供給するクリーニングガス供給部と、前記ガス供給部から供給するガスの流量と、前記クリーニングガス供給部から供給されるクリーニングガスの流量とを制御する制御部とを有する基板処理装置が提供される。

本発明によれば、生産性を向上させることができる基板処理方法と半導体装置の製造方法、及び基板処理装置を提供することができる。

本発明が適用される半導体製造装置の斜視図である。 本発明が適用される処理炉の側面断面図である。 本発明が適用される処理炉の平面断面図である。 本発明が適用される半導体製造装置のガス供給ユニットを説明する図である。 本発明が適用される半導体製造装置の制御構成を示すブロック図である。 本発明が適用される半導体製造装置の処理炉及びその周辺構造の概略断面図である。 本発明が適用される半導体製造装置の排気配管の側面断面図である。 本発明が適用される半導体装置の排気配管内におけるクリーニングガス流れの解析図である。 本発明のクリーニングにおけるクリーニングガス供給量の時間的推移を示した図である。

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

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

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

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

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

前記ボート３０は、例えばカーボングラファイトやＳｉＣ等の耐熱性材料で構成されており、複数枚のウェーハ１４を水平姿勢で、且つ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積上げ、保持する様に構成されている。尚、前記ボート３０の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料で構成された円盤形状の断熱部材としてボート断熱部３４が配置されており、後述する被加熱体４８からの熱が処理炉４０の下方側に伝わりにくくなる様に構成されている（図２参照）。

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

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

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

処理炉４０は、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成された被誘導体４８及び磁場発生部としての誘導コイル５０を具備している。被誘導体４８の筒中空部には、反応室４４が形成されており、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の下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１５ｂ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。被誘導体４８は、該反応管４２の外側に設けられた誘導コイル５０により発生される磁場によって加熱される様になっており、被誘導体４８が発熱することにより、反応室４４内が加熱される様になっている。

被誘導体４８の近傍には、反応室４４内の温度を検出する温度検出体として図示しない温度センサが設けられている。誘導コイル５０及び温度センサは、温度制御部５２と電気的に接続されており、温度センサにより検出された温度情報に基づき、誘導コイル５０への通電具合が調節されることで、反応室４４内の温度が所望の温度分布となる様所定のタイミングにて制御される様構成されている（図５参照）。

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、被誘導体４８の内壁に沿ってウェーハ１４を迂回するのを防止することができる。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。

反応管４２と被誘導体４８との間には、例えば誘電されにくいカーボンフェルト等で構成された断熱材５４が設けられ、該断熱材５４を設けることにより、被誘導体４８の熱が反応管４２或は該反応管４２の外側へ伝達するのを抑制することができる。

また、誘導コイル５０の外側には、反応室４４内の熱が外側に伝達するのを抑制する為の、例えば水冷構造である外側断熱壁５５が反応室４４を囲む様に設けられている。更に、外側断熱壁５５の外側には、誘導コイル５０により発生された磁場が外側に漏れるのを防止する磁気シール５８が設けられている。

図２に示す様に、被誘導体４８とウェーハ１４との間には、少なくとも１つの第１のガス供給口６８が設けられた第１のガス供給ノズル６０が設置される。又、被誘導体４８とウェーハ１４との間の第１のガス供給ノズル６０とは異なる箇所には、少なくとも１つの第２のガス供給口７２が設けられた第２のガス供給ノズル７０が設けられる。また、第１のガス排気口９０も同様に被加熱体４８とウェーハ１４との間に配置される。又、反応管４２と断熱材５４との間に、第３のガス供給口３６０及び第２のガス排気口３９０が配置されている。なお、第１のガス供給ノズル６０及び第２のガス供給ノズル７０から供給されるガス種については、後述する。

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

第２のガス供給口７２及び第２のガス供給ノズル７０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。

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

＜排気系＞
図２に示す様に、第１のガス排気口９０が、ボート３０より下部に設けられ、マニホールド３６には、第１のガス排気口９０に接続されたガス排気管２３０が貫通する様設けられている。該ガス排気管２３０の下流側には、図示しない圧力検出器としての圧力センサ及び、圧力調整器としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ
Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２１４を介して真空ポンプ等の真空排気装置２２０が接続されている。圧力センサ及びＡＰＣバルブ２１４には、圧力制御部９８が電気的に接続されており、該圧力制御部９８は圧力センサにより検出された圧力に基づいてＡＰＣバルブ２１４の開度を調整し、処理炉４０内の圧力が所定の圧力となる様所定のタイミングにて制御する様に構成されている（図５参照）。

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

また、ボート３０の下には、反応室からの輻射熱によりマニホールド３６等が加熱されないようにボート断熱部３４Ａが設けられる。また、本実施形態では、反応室にて加熱された成膜ガスが高温のままマニホールド３６等に到達しないように、成膜ガスと熱交換を行い、成膜ガスの温度を下げるための熱交換部が設けられている。具体的には、ボート断熱部３４Ａを中空筒状とし、その側面に沿って成膜ガスが排気されるようにしている。このようにボート断熱部３４Ａを筒状とすることで排気される成膜ガスとの接触面積が大きくなり熱交換の効率が向上する。また、当該ボート断熱部３４Ａを囲むように、第１熱交換部３４Ｂ、及び、ガス供給ノズル６０（７０）の下部に設けられた第２熱交換部３４Ｃが設けられる。これらの第１熱交換部３４Ｂ及び第２熱交換部３４Ｃは、ボート断熱部３４Ａと間隙を有するように配置され、また、排気される成膜ガスの流路を反応質内における成膜ガスの流路より狭くしている。これにより、成膜ガスは、狭い流路を介して排気されるので、より熱交換の効率が良くなる。

また、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。

また、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。

ここで、排気管２３０について図７を用いてさらに詳細に説明する。図７に示されるように排気管２３０はフランジ水冷部７０２を有するとともに、フランジ水冷部７０２によって排気ガスが冷却されることで生じる塩化シランポリマー（例えばＳｉＣｌ２）などの副生成物を除去するためのクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給部７０１を有している。

このとき、排気ガスの冷却によって生じる塩化シランポリマーのような副生成物は、大気に曝露すると大気中の水分と反応することで、可燃性を有したり、爆発性を有したりすることが多いため、排気配管内を均一に除去することが重要となる。

図８は任意の圧力下（例えば２０００Ｐａ）におけるＡｒを一定流量（例えば５Ｌ）流したときのクリーニングガスの分布を解析した図面である。例えば図８（ａ）のようにクリーニングガスＣｌＦ３の流量を７５０ｃｃとして用いた場合、ガスはクリーニングガス供給部７０１が設置されている面の対面側である破線の領域Ａを主にクリーニングし、図８（ｃ）のようにクリーニングガスＣｌＦ３の流量を１００ｃｃとして用いた場合にはガスは主流であるＡｒに押されてクリーニングガス供給部７０１が設置されている面である破線の領域Ｃを多くクリーニングすることとなる。さらに、図８（ｂ）のようにクリーニングガスＣｌＦ３の流量を図８（ａ）や図８（ｃ）の中間程度の流量である３７５ｃｃに設定するとクリーニングガスが配管表面に到達し難くなり、破線の領域Ｂのようにあまりクリーニングがされなくなる。

次に図９を用いて排気配管内のクリーニングガス供給量の制御による排気配管内のクリーニングについて説明する。図９（ａ）はガス供給量を一定時間かけて最大量（例えば７５０ｃｃ）になるように供給した場合と、一定時間かけて最小量（例えば１００ｃｃ）になるように供給した場合を交互に繰り返したときのクリーニングガス供給量の時間的推移を示した図である。

図９（ａ）のようにクリーニングガスの供給量が一定時間かけて最大量、又は最小量になるように変化させ、さらにそれを繰り返し行うように制御することによって、排気配管内面全体にクリーニングガスを供給することが可能となり、排気配管内面を均一にクリーニングすることが可能となる。

図９（ｂ）は、図９（ａ）と同様にクリーニングガス供給量を一定時間かけて最大量（例えば７５０ｃｃ）になるように供給した場合と、一定時間かけて最小量（例えば１００ｃｃ）になるように供給した場合を交互に繰り返すとともに、クリーニングガス供給量が最大量または最小量となった後に所定の間、最大量または最小量の供給量にてクリーニングガスを供給し続けた場合のクリーニングガス供給量の時間的推移を示した図である。

図９（ｂ）のようにクリーニングガスの供給量を一定時間かけて最大量、又は最小量になるように変化させ、さらにそれを繰り返し行うように制御するだけでなく、クリーニングガス供給を所定の間、最大量または最小量供給し続けることで排気配管内壁面のクリーニングをより確実に行うことが可能となる。

図９（ｃ）は、クリーニングガスの供給量を所定の間最大量（例えば７５０ｃｃ）または最小量（例えば１００ｃｃ）のどちらかで交互に供給し続けた場合のクリーニングガス供給量の時間的推移を示した図である。

図９（ｃ）のようにクリーニングガスを最大量または最小量にて交互に供給する事によってフランジ水冷部７０２周辺の主要な箇所のみを確実にクリーニングする事が可能となり、メンテナンスを簡単に行うことが可能となる。

ここで、上述したクリーニングガスにはＣｌＦ３を用いて排気配管内をクリーニングすることを述べたが、排気配管内をクリーニングするためのガスはこれに限らず、他のクリーニングガスでも良く、さらにクリーニングガスを供給する最大量および最小量は供給するクリーニングガスの種類に応じて適宜変更されて良い。さらにガスの供給量の制御は、上述した方法に限らず、一定の条件下で排気配管内面を均一にクリーニングできる一定量を供給し続けても良い。

＜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に示されるように、該第１のガスライン２２２は、ＳｉＨ４ガス、ＨＣｌガス、不活性ガスに対して流量制御器（流量制御手段）としてのマスフローコントローラ（以下ＭＦＣとする）２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ、及び、バルブ２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃを介して、例えばＳｉＨ４ガス供給源２１０ａ、ＨＣｌガス供給源２１０ｂ、不活性ガス供給源２１０ｃに接続されている。

上記構成により、ＳｉＨ４ガス、ＨＣｌガス、不活性ガスのそれぞれの供給流量、濃度、分圧、供給タイミングを反応室４４内に於いて制御することができる。バルブ２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ、ＭＦＣ２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃは、ガス流量制御部７８に電気的に接続されており、それぞれ供給するガスの流量が所定流量となる様に、所定のタイミングにて制御される様になっている（図５参照）。尚、ＳｉＨ４ガス、ＨＣｌガス、不活性ガスのそれぞれのガス供給源２１０ａ，２１０ｂ、２１０ｃ、バルブ２１２ａ，２１２ｂ、２１２ｃ、ＭＦＣ２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ、第１のガスライン２２２、第１のガス供給ノズル６０及び該第１のガス供給ノズル６０に少なくとも１つ設けられる第１のガス供給口６８により、ガス供給系として第１のガス供給系が構成される。

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

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

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

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

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

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。

また、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く、さらにＳｉＣｌ４を使用した場合には、ＨＣｌガス（またはＣｌガス）の代わりにドーピングガス（例えばＮ２ガス）を供給するようにしてもよい。

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

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

＜処理炉の周辺構成＞
次に、図６に於いて、処理炉４０及びその周辺の構成について説明する。該処理炉４０の下方には、該処理炉４０の下端開口を気密に閉塞する為の炉口蓋体としてシールキャップ１０２が設けられている。該シールキャップ１０２は、例えばステンレス等の金属製であり、円盤状に形成されている。該シールキャップ１０２の上面には、処理炉４０の下端と当接するシール材としてのＯリング（図示せず）が設けられている。シールキャップ１０２には回転機構１０４が設けられ、該回転機構１０４の回転軸１０６はシールキャップ１０２を貫通してボート３０に接続されており、該ボート３０を回転させることでウェーハ１４を回転させる様に構成されている。

また、シールキャップ１０２は処理炉４０の外側に設けられた昇降機構として、後述する昇降モータ１２２によって垂直方向に昇降される様に構成されており、これにより前記ボート３０を処理炉４０に対して搬入搬出することが可能となっている。回転機構１０４及び昇降モータ１２２には、駆動制御部１０８が電気的に接続されており、所定の動作をする様所定のタイミングにて制御する様構成されている（図５参照）。

予備室としてのロードロック室１１０の外面に下基板１１２が設けられている。該下基板１１２には、昇降台１１４と摺動自在に嵌合するガイドシャフト１１６及び昇降台１１４と螺合するボール螺子１１８が設けられている。又、下基板１１２に立設した前記ガイドシャフト１１６及びボール螺子１１８の上端には上基板１２０が設けられている。ボール螺子１１８は、上基板１２０に設けられた昇降モータ１２２によって回転され、ボール螺子１１８が回転されることで昇降台１１４が昇降する様になっている。

該昇降台１１４には中空の昇降シャフト１２４が垂設され、昇降台１１４と昇降シャフト１２４の連結部は気密となっており、該昇降シャフト１２４は昇降台１１４と共に昇降する様になっている。昇降シャフト１２４はロードロック室１１０の天板１２６を遊貫し、昇降シャフト１２４が貫通する天板１２６の貫通孔は、昇降シャフト１２４が天板１２６と接触することがない様充分な隙間が形成されている。

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

該昇降シャフト１２４の下端には、昇降基板１３０が水平に固着され、該昇降基板１３０の下面にはＯリング等のシール部材を介して駆動部カバー１３２が気密に取付けられる。昇降基板１３０と駆動部カバー１３２とで駆動部収納ケース１３４が構成され、この構成により該駆動部収納ケース１３４内部はロードロック室１１０内の雰囲気と隔離される。

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

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

昇降モータ１２２が駆動され、ボール螺子１１８が回転することで、昇降台１１４及び昇降シャフト１２４を介して駆動部収納ケース１３４を昇降させる。

該駆動部収納ケース１３４が上昇することにより、昇降基板１３０に気密に設けられているシールキャップ１０２が処理炉４０の開口部である炉口１４４を閉塞し、ウェーハ処理が可能な状態となる。又、駆動部収納ケース１３４が下降することにより、シールキャップ１０２と共にボート３０が降下され、ウェーハ１４を外部に搬出できる状態となる。

＜制御部＞
次に、図５に於いて、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置１０を構成する各部の制御構成について説明する。

温度制御部５２、ガス流量制御部７８、圧力制御部９８、駆動制御部１０８は、操作部及び入出力部を構成し、半導体製造装置１０全体を制御する主制御部１５０に電気的に接続されている。又、温度制御部５２、ガス流量制御部７８、圧力制御部９８、駆動制御部１０８は、コントローラ１５２として構成されている。

＜ＳｉＣ膜の形成方法＞
次に、上述した半導体製造装置１０を用い、半導体デバイスの製造工程の一工程として、ＳｉＣ等で構成されるウェーハ１４等の基板上に、例えばＳｉＣ膜を形成する基板の製造方法について説明する。尚、以下の説明に於いて半導体製造装置１０を構成する各部の動作は、コントローラ１５２により制御される。

先ず、ポッドステージ１８に複数枚のウェーハ１４を収納したポッド１６がセットされると、ポッド搬送装置２０によりポッド１６をポッドステージ１８からポッド収納棚２２へ搬送し、ストックする。次に、ポッド搬送装置２０により、ポッド収納棚２２にストックされたポッド１６をポッドオープナ２４に搬送してセットし、該ポッドオープナ２４によりポッド１６の蓋を開き、基板枚数検知器２６によりポッド１６に収納されているウェーハ１４の枚数を検知する。

次に、基板移載機２８により、ポッドオープナ２４の位置にあるポッド１６からウェーハ１４を取出し、ボート３０に移載する。

複数枚のウェーハ１４がボート３０に装填されると、ウェーハ１４を保持したボート３０は、昇降モータ１２２による昇降台１１４及び昇降シャフト１２４の昇降動作により反応室４４内に搬入（ボートローディング）される。この状態では、シールキャップ１０２はＯリング（図示せず）を介してマニホールド３６の下端をシールした状態となる。

ボート３０搬入後、反応室４４内が所定の圧力（真空度）となる様に、真空排気装置２２０によって真空排気される。この時、反応室４４内の圧力は、圧力センサ（図示せず）によって測定され、測定された圧力に基づき第１のガス排気口９０及び第２のガス排気口３９０に連通するＡＰＣバルブ２１４がフィードバック制御される。又、ウェーハ１４及び反応室４４内が所定の温度となる様前記被誘導体４８が加熱される。この時、反応室４４内が所定の温度分布となる様、温度センサ（図示せず）が検出した温度情報に基づき誘導コイル５０への通電具合がフィードバック制御される。続いて、回転機構１０４により、ボート３０が回転されることで、ウェーハ１４が周方向に回転される。

続いて、ＳｉＣエピタキシャル成長反応に寄与するＳｉ（シリコン）原子含有ガス及びＣｌ（塩素）原子含有ガスは、それぞれガス供給源２１０ａ，２１０ｂから供給され、前記第１のガス供給口６８より前記反応室４４内に噴出される。又、Ｃ（炭素）原子含有ガス及び還元ガスであるＨ２ガスが、所定の流量となる様に対応する前記ＭＦＣ２１１ｄ，２１１ｅの開度が調整された後、バルブ２１２ｄ，２１２ｅが開かれ、それぞれのガスが第２のガスライン２６０に流通し、第２のガス供給ノズル７０に流通して第２のガス供給口７２より反応室４４内に導入される。

第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２より供給されたガスは、反応室４４内の被誘導体４８の内側を通り、第１のガス排気口９０からガス排気管２３０を通って排気される。第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２より供給されたガスは、反応室４４内を通過する際に、ＳｉＣ等で構成されるウェーハ１４と接触し、ウェーハ１４表面上にＳｉＣエピタキシャル膜成長がなされる。ここで、２本の第１のガス供給ノズル６０から供給される成膜ガスは、その噴出方向が交差するような方向に噴出される。また、３本の第２のガス供給ノズル７０から供給される成膜ガスは、その噴出方向が交差するような方向に噴出される。更には、第１のガス供給ノズル６０から供給される成膜ガスの交差する点は、第２のガス供給ノズル７０から供給される成膜ガスの交差する点より遠くなるように供給される。これにより、ウェーハ１４面内の濃度分布を均一化させることが可能となる。

また、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。

以上、本発明を図面を用いて説明してきたが、本発明の趣旨を逸脱しない限り、様々な変更が可能である。

以上、本発明を実施形態に沿って説明してきたが、ここで本発明の主たる態様を付記する。
（付記１）
複数の基板をボートに保持した状態で反応室内に搬入するボートローディング工程と、前記基板に対しガスを供給するガス供給工程と、
前記ガス供給工程によって供給されたガスを排気配管から排気する排気工程と、
前記排気配管内をクリーニングするためにクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給工程と、
前記クリーニングガス供給工程は、前記クリーニングガスの供給量が増加し続ける第１のクリーニングガス供給時間と、前記クリーニングガスの供給量が減少し続ける第２のクリーニングガス供給時間とを交互に所定回数繰り返される基板の製造方法又は基板処理方法、および半導体装置の製造方法。
（付記２）
付記１において、前記クリーニングガス工程は、前記クリーニングガスを所定の流量で流し続ける第３のクリーニングガス供給時間を有する基板の製造方法又は基板処理方法、および半導体装置の製造方法。
（付記３）
複数の基板を処理する反応室と、
前記反応室を囲むように設けられる加熱部と、
前記複数の基板を保持した状態で前記反応室内に載置されるボートと、
前記反応室内に設置されるガス供給部と、
前記反応室内に供給されたガスを排気する排気部と、
前記排気部に設けられ、排気部をクリーニングするガスを供給するクリーニングガス供給部と、
前記ガス供給部から供給するガスの流量と、前記クリーニングガス供給部から供給されるクリーニングガスの流量とを制御する制御部とを有する基板処理装置。
（付記４）
付記３において、前記制御部は前記クリーニングガス供給部から供給する前記クリーニングガスを増量させ続ける第１のクリーニングガス供給時間と、前記クリーニングガスを減量し続ける第２のクリーニングガス供給時間に応じてクリーニングガス供給量を制御する基板処理装置。

１０：半導体製造装置、１２：筐体、１４：ウェーハ、１５：ウェーハホルダ、１５ａ：上部ウェーハホルダ、１５ｂ：下部ウェーハホルダ、１６：ポッド、１８：ポッドステージ、２０：ポッド搬送装置、２２：ポッド収納棚、２４：ポッドオープナ、２６：基板枚数検知器、２８：基板移載機、３０：ボート、３２：アーム、３４Ａ：ボート断熱部、３４Ｂ：第１熱交換部、３４Ｃ：第２熱交換部、３６：マニホールド、４０：処理炉、４２：反応管、４４：反応室、４８：被誘導体、５０：誘導コイル、５２：温度制御部、５４：断熱材、５５：外側断熱壁、５８：磁気シール、６０：第１のガス供給ノズル、６８：第１のガス供給口、７０：第２のガス供給ノズル、７２：第２のガス供給口７２、７８：ガス流量制御部、９０：第１のガス排気口、９８：圧力制御部、１０２：シールキャップ、１０４：回転機構、１０６：回転軸、１０８：駆動制御部、１１０：ロードロック室、１１２：下基板、１１４：昇降台、１１６：ガイドシャフト、１１８：ボール螺子、１２０：上基板、１２２：昇降モータ、１２４：昇降シャフト、１２８：ベローズ、１３０：昇降基板、１３２：駆動部カバー、１３４：駆動部収納ケース、１３５：冷却機構、１３８：電力ケーブル、１４０：冷却水流路、１４２：冷却水配管、１５０：主制御部、１５２：コントローラ、２００：ガス供給ユニット、２１０：ガス供給源、２１１：ＭＦＣ、２１２：バルブ、２１４：ＡＰＣバルブ、２２２：第１のガスライン、２３０：ガス排気管、２６０：第２のガスライン、３００：構造物、３６０：第３のガス供給口、３９０：第２のガス排気口、７０１：クリーニングガス供給部、７０２：フランジ水冷部。

Claims (3)

1. 複数の基板をボートに保持した状態で反応室内に搬入するボートローディング工程と、
   前記基板に対しガスを供給するガス供給工程と、
   前記ガス供給工程によって供給されたガスを排気配管から排気する排気工程と、
   前記排気配管内をクリーニングするためにクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給工程と、
   前記クリーニングガス供給工程は、前記クリーニングガスの供給量が増加し続ける第１のクリーニングガス供給時間と、前記クリーニングガスの供給量が減少し続ける第２のクリーニングガス供給時間とを交互に所定回数繰り返される基板処理方法。
   
2. 複数の基板をボートに保持した状態で反応室内に搬入するボートローディング工程と、
   前記基板に対しガスを供給するガス供給工程と、
   前記ガス供給工程によって供給されたガスを排気配管から排気する排気工程と、
   前記排気配管内をクリーニングするためにクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給工程と、
   前記クリーニングガス供給工程は、前記クリーニングガスの供給量が増加し続ける第１のクリーニングガス供給時間と、前記クリーニングガスの供給量が減少し続ける第２のクリーニングガス供給時間とを交互に所定回数繰り返される半導体装置の製造方法。
   
3. 複数の基板を処理する反応室と、
   前記反応室を囲むように設けられる加熱部と、
   前記複数の基板を保持した状態で前記反応室内に載置されるボートと、
   前記反応室内に設置されるガス供給部と、
   前記反応室内に供給されたガスを排気する排気部と、
   前記排気部に設けられ、排気部をクリーニングするガスを供給するクリーニングガス供給部と、
   前記ガス供給部から供給するガスの流量と、前記クリーニングガス供給部から供給されるクリーニングガスの流量とを制御する制御部とを有する基板処理装置。