JP4493154B2

JP4493154B2 - 真空処理装置

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Publication number: JP4493154B2
Application number: JP2000129966A
Authority: JP
Inventors: 周一横山; 仁史森崎; 浩二池田
Original assignee: Canon Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2020-04-28
Also published as: JP2001313258A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、真空処理装置、特に、基板の加熱及び基板への処理を独立した真空室内で行う真空処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、真空処理装置は半導体デバイスの製造等に利用されている。半導体デバイスの製造プロセスでは、例えば、様々なエピタキシャル成長技術が用いられており、膜の純度をあげるために、真空処理装置においても種々の技術が提案されている。
【０００３】
文献Ｉ（特許２５１０３４０号）や文献ＩＩ（実開昭６０−１４０７７４号）には、基板汚染を低減させたエピタキシャル成長装置が開示されている。文献ＩやＩＩの装置では、成膜室及び加熱室が互いに独立して設けられており、加熱室内に設けられたヒータが成膜室内の基板を加熱する。これによりヒータに成膜用ガスを直接接触させることなく成膜することが可能となり、よって、成膜用ガスによるヒータの破損やヒータからの汚染ガスによる影響を防止できる。
【０００４】
このような装置は、例えば、エピタキシャル成長プロセスに利用される。一般的に言うと、基板にはエピタキシャル成長プロセス前に予め基板表面のクリーニングが施される。
【０００５】
シリコン基板のクリーニングプロセスでは、基板を高温（約８５０℃程度）に加熱しつつ、水素ガスをこの基板の被処理面に接触させる。また、シリコン酸化膜やシリコンゲルマニウム膜のエピタキシャル成長プロセスでは、基板を高温（約６００℃程度）に加熱しつつ、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）ガスやゲルマン（一般的にはＧｅＨ₄を指す。）ガスをこのようなシリコン基板の被処理面に接触させることによって成膜する。なお、以下においては、このような被処理面に接触させるべきガスを、処理用ガスと総称する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、文献Ｉや文献ＩＩの従来の真空処理装置では、処理用ガスが成膜室全体に拡散してしまい、よって、ステンレス等で形成された真空室壁面に接触し、真空室壁面に吸着又は吸蔵されていた不純物ガス或いは真空室壁面から蒸発する金属不純物ガス（以下、これらを単に、不純物ガス、或いは壁面からの不純物ガスと称する。）と混ざり合い、その結果、基板に達する前に処理用ガスの純度が低下し、膜中にその不純物ガスが取り込まれてしまうことがあった。
【０００７】
そこで提案されたのが、文献ＩＩＩ（「ＵＨＶ／ＣＶＤ法によるＳｉ低温エピタキシャル成長技術の検討」、信学技報 TECHNICAL REPORT OF IEICE. SDM94-134 PP.63-68）に開示されているような、真空室壁面を冷却する真空処理装置である。文献ＩＩＩの技術では、真空室壁面に壁面冷却用のサーマルオイルを循環させておくことにより、真空室壁面を低温に維持しつつ処理用ガスを真空室内に導入することができる。よって、この装置によれば、処理用ガスが真空室壁面に接触しても、壁面での成膜反応を抑制でき、また、ある程度は壁面からの不純物ガスの発生を抑制することができる。
【０００８】
ところが、文献ＩＩＩの装置では、装置の構造上の理由により、真空室の壁面全体を網羅するようにはサーマルオイルの循環路を設けることができなかった。具体的に言うと、構造的に、例えば、真空処理装置の真空室及びその蓋等の間のフランジには循環路を設置することは困難であった。そのため、冷却できない壁面の温度は、成膜反応を抑制できる程度に低下されるが、不純物ガスの発生を抑制できる程度には低下できなかった。従って、この従来の装置では、処理用ガスの純度が低下してしまい、その結果、基板の汚染や膜の結晶性の低下が生じる危惧があった。
【０００９】
半導体デバイスの微細化や高機能化が進んだ現在においては、僅かな基板の汚染や結晶性の低下をも抑制できることが望まれており、従って、真空処理装置、特にエピタキシャル成長装置において、真空室壁面からの不純物ガスによる処理用ガスの純度低下を抑制できる真空処理装置の出現が望まれていた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明の真空処理装置では、加熱系を有しかつ第１排気系に接続された第１真空室と、被処理面を有する基板を保持すると共に加熱系からこの基板へ熱を導く基板保持系及びこの被処理面にガスを供給するガス供給系を有し、かつ、第１排気系とは独立した第２排気系に接続された第２真空室とを具えた真空処理装置において、
ガス供給系が、ガスを導入するガス導入手段と、基板の被処理面を覆う構造であって、かつ、このガス導入手段から導入されたガスを、当該ガスが第２真空室内に拡散してしまう前に、被処理面へ導く構造のガス流制限手段とを具えたことを特徴とする。
【００１１】
この発明の構成によれば、加熱系を第１真空室に設けてあるので、第２真空室に導入される処理用ガスが加熱系に接触するのを抑制できる。また、第２真空室内のガス供給系を、上記構造の構造体で構成してあるので、処理用ガスが第２真空室壁面に接触しその結果純度が低下してしまう前に、処理用ガスを被処理面に導くことができる。従って、被処理面に供給される処理用ガスの純度低下を抑制することができる。
【００１２】
また、この発明の実施に当たり、例えば、ガス供給系は、ガス流制限手段の位置を調整する位置調整手段を有する。
【００１３】
このようにすれば、ガス流制限手段を移動可能とすることができるので、クラスター方式或いはインライン方式等のごとく連続的な処理が行われる真空処理装置において、基板交換等を円滑に行うことができ、しかも所望のガス流が得られるようにガス流制限手段の位置を調節できる。また、この好適例を、例えば後述のように主処理空間を形成する形態に適用することにより、第２真空室と主処理室との間の差圧調整が容易となる。
【００１４】
また、この発明の実施に当たり、ガス流制限手段が、椀を伏せた状態に被処理面を囲い込む椀状構造体を有し、この椀状構造体は、ガス導入時には伏せられた状態で基板を含む空間である主処理空間を形成する。
【００１５】
なお、この椀状構造体とは、開口を有する容器状の構造体を意味し、例えば漏斗状や皿状等の構造体である。
【００１６】
このように椀状構造体によりガス流の方向を制限すると、基板の被処理面に処理用ガスを効率良く供給でき、よって、基板の被処理面に供給される処理用ガスの純度をより確実に保つことができる。
【００１７】
また、この発明の実施に当たり、好ましくは、主処理空間内の圧力を、第２真空室からのガスの逆拡散が生じない程度に、この第２真空室内の圧力よりも高く設定するのが望ましい。
【００１８】
このようにすれば、第２真空室から主処理空間への不純物ガスの拡散現象、すなわち不純物ガスが主処理空間へ逆流してしまう現象を実質的に防止でき、従って、基板の被処理面に供給される処理用ガスの純度低下を更に抑制できる。
【００１９】
また、これらの圧力については、例えば、この主処理空間及び第２真空室の間の圧力差を、最小でも３００Ｐａに設定するのが好ましい。
【００２０】
また、主処理空間を形成する真空処理装置においては、例えば、椀状構造体の底部にはガス導入手段を結合し、この椀状構造体が基板保持系に組み合わされて主処理空間を形成し、この椀状構造体の縁部及びこの基板保持系間には狭い間隙を形成することにより、基板の中心から外周へ向かうガス流を得る。
【００２１】
或いは、主処理空間を形成する真空処理装置においては、椀状構造体の底部にはガス導入手段を結合し、該椀状構造体が前記基板保持系に組み合わされて前記主処理空間を形成し、この椀状構造体の縁部近傍の基板保持系には外部と連通する細孔を設けることにより、基板の中心から外周へ向かうガス流を得る。
【００２２】
若しくは、主処理空間を形成する真空処理装置において、椀状構造体の底部にはガス導入手段を結合し、この椀状構造体の縁部には細孔を設けることにより、基板の中心から外周へ向かうガス流を得るのが好適である。
【００２３】
これら主処理空間を形成する真空処理装置では、椀状構造体の底部にガス導入手段を設けると共に、椀状構造体の縁部或いはその近傍に細孔或いは間隙を形成することにより、基板の中心から基板の外周へ向かうガス流を得ることができる。よって、被処理面には、当該被処理面内の位置に依らず均一な流れの処理用ガスを供給することができる。また、例えば、前述のごとく第２真空室及び主処理空間の間に所定の圧力差を設定する場合には、その圧力差の維持が容易になる。
【００２４】
また、椀状構造体を有する真空処理装置の実施に当たり、好ましくは、ガス流制限手段は、前記ガス導入手段から導入されたガスが前記被処理面に均一に導かれるように、前記椀状構造体内に拡散させる拡散手段を有するのが望ましい。
【００２５】
このようにすれば、ガス導入手段から導入されたガスが拡散手段を介して被処理面に供給されるので、被処理面内において均一なガス流を実現することができる。
【００２６】
また、この発明の実施に当たり、好ましくは、ガス供給系のうち、ガス導入時にガス（処理用ガス）に接触する部分の一部または全部を、石英或いは炭化ケイ素で形成してあるのが良い。
【００２７】
このようにすれば、純度が高くかつ蒸気圧が低いという石英材や炭化ケイ素材の性質を利用して、ガス供給系からの不純物ガスの発生を抑制することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して、この発明の真空処理装置の実施の形態につき説明する。なお、この説明に用いる各図は、この発明を理解できる程度に各構成成分の形状、大きさ及び配置関係を概略的に示してあるに過ぎない。また、各図において同様な構成成分については、同一の番号を付して示し、その重複する説明を省略することがある。言うまでもなく、以下に示す形成材料、構成成分の形状、詳細な構造、実施される処理、処理に供するガス、及び、数値条件等は、この発明の一形態に過ぎず、この発明はこれらのみに何ら限定されるものではない。
【００２９】
図１は、実施の形態の真空処理装置の概略的な構成を示す断面図である。以下、図１を参照して実施の形態の真空処理装置の概略的な構成につき説明する。
【００３０】
図１に示すように、この真空処理装置１１は、互いに隔離された第１真空室１３及び第２真空室１５を具える。図１に示す構成例では、この第２真空室１５は、真空フランジ１１ａと、この真空フランジ１１ａに気密に取り付けられた第１隔壁１１ｂとで形成される。一方、第１真空室１３は、第２真空室１５内に設けられており、すなわち、真空フランジ１１ａとこの真空フランジ１１ａに気密に取り付けられた第２隔壁２１とで形成される。更に、この第１真空室１３が加熱系１７を有し、第２真空室１５が基板保持系２１ａ及びガス供給系２３を有する。
【００３１】
第１真空室１３及び第２真空室１５は、互いに独立した排気系である第１排気系１９及び第２排気系２５に接続されている。例えば、第１及び第２排気系１９及び２５は、ターボ分子ポンプや拡散ポンプ等であり、第１真空室１３及び第２真空室１５内を高真空に維持する機能を有する。
【００３２】
基板保持系２１ａは、被処理面２７ａを有する基板２７を保持すると共に加熱系１７から基板２７へ熱を導く機能を有している。図示例の基板保持系２１ａは、第１真空室１３及び第２真空室１５間の第２隔壁２１の一部を構成している。この例では、基板保持系２１ａは、真空フランジ１１ａと平行で第２真空室１５側の隔壁２１の部分に形成されており、その具体的構成については後述する。ここではこの第２隔壁２１の材料を石英とするが、勿論、これに限定されるものではない。なお、図示せずも、この第２隔壁２１を含む第２真空室壁面全体は、文献ＩＩＩの装置と同様に水冷されている。
【００３３】
この真空処理装置１１は、例えば、ガスソースを導入することにより、酸化、成膜、クリーニングの処理等を行うガスソースエピタキシャル装置として実施される。
【００３４】
この真空処理装置１１では、ガス供給系２３が、ガス導入手段２９と、ガス流制限手段３１を具える点に特徴がある。このガス導入手段２９は、処理用ガス供給源（図示せず）からの処理用ガスをガス流制限手段３１に流入させる機能を有する。
【００３５】
特に、図１に示す例では、ガス流制限手段３１が、椀を伏せた状態に基板２７の被処理面２７ａを囲い込む椀状構造体３３を有しており、この椀状構造体３３は、第２真空室１５内においてガス導入時には伏せられた状態で基板２７を含む空間である主処理空間３５を形成する。特に、図示例の椀状構造体３３の底部（即ち、図１中ではドーム状の構造体３３の頂上部に相当する。）にはガス導入手段２９が結合されていて、この手段２９を介して主処理空間３５内に処理用ガスが導入される。なお、この場合、この椀状構造体３３の縁部と第２隔壁２１との間には間隙が形成されていて、第２真空室１５と主処理空間３５とが連通している。従って、使用済ガスは主処理空間３５から第２真空室１５を通り、第２排気系２５へと排気される。
【００３６】
ただし、この発明の概念では、ガス流制限手段３１は、このような椀状構造体を有するものに限られず、基板２７の被処理面２７ａを覆う構造であって、ガス導入手段２９から導入された処理用ガスを、当該処理用ガスが第２真空室１５内に拡散してしまう前に、被処理面２７ａに導く構造であればよい。
【００３７】
また、図１に示すガス流制限手段３１は、ガス導入手段２９から導入されたガスが被処理面２７ａに均一に導かれるように、椀状構造体３３内に拡散させる拡散手段３３ａを有する。このように構成してあるので、ガス導入手段２９から導入された処理用ガスが拡散手段３３ａを介して被処理面２７ａに供給されるので、被処理面２７ａ内において均一なガス流が得られる。
【００３８】
例えば、この拡散手段３３ａとしては、ガス導入手段２９からの処理用ガス流の方向に対して略垂直に設けられた板状体、或いは、ガス導入手段２９からの処理用ガスを互いに異なる方向に噴出させる複数の噴出口を有する構造体を利用することができる。
【００３９】
図１には、インライン方式或いはクラスタ方式等の連続的な処理が行われる真空処理装置１１を例示している。ただし、これらの方式に限定されず、単独に真空処理を行うバッチ式処理装置でも良い。すなわち、この真空処理装置１１では、第２真空室１５が、ゲートバルブ３７を介してロードロック室３９に接続されている。ロードロック室３９は、図示しないアームを具え、このアームによって基板保持系２１ａとの間で、基板２７の搬送（すなわち搬入及び搬出）を行う。この点の詳細については後述する。
【００４０】
また、基板２７の搬送を容易に行うため、図示例の真空処理装置１１は、ガス流制限手段３１の位置を調整する位置調整手段４１を有している。
【００４１】
図示例において、位置調整手段４１は、真空処理装置１１本体側に固定された下部フランジ４３ａと、ガス導入手段２９に一体化されて上下動する上部フランジ４３ｂと、下部フランジ４３ａ及び上部フランジ４３ｂ間の気密を維持する伸縮自在なベローズ４５とで構成されている。これにより、この真空処理装置１１が連続的な処理を行うものであっても、基板交換等を円滑に行うことができ、しかも好適なガス流が得られるようにガス流制限手段３１の位置を調節できる。
【００４２】
この位置調整手段４１は、例えば、下部フランジ４３ａ及び上部フランジ４３ｂ間の距離を左右非対称に調節する等により、ガス流制限手段３１の位置は、基板保持系２１ａの延在面に平行な面内において調整可能である。
【００４３】
なお、図１に示す例においては、ガス導入手段２９と、ガス流制限手段３１（すなわち椀状構造体３３及び拡散手段３３ａ）とを石英からなる構造体としてある。石英や炭化ケイ素は、不純物の量が少なくまた蒸気圧が低い材料でありかつ耐熱性にも優れているため、ガス導入手段２９及びガス流制限手段３１の壁面が加熱されても不純物の放出を抑制できると共にこれらの壁面成分の蒸発を抑制できる。
【００４４】
図２は、加熱系の要部の具体的な構成例を模式的に示す分解斜視図である。また、図３は、基板保持系の説明に供する図であり、図３（Ａ）は基板保持系の具体的な構成を模式的に示す斜視図であり、図３（Ｂ）はその要部の縦断面図であり、図３（Ｃ）は石英性均熱板及び炭化ケイ素シールド板を上方から見た平面図である。以下、図２及び図３を参照して、実施の形態の真空処理装置１１の各部の動作及び詳細な構造につき説明していく。
【００４５】
図２に示すように、加熱系１７は、好ましくは、例えば、円板状のメインヒータ５１ａ及び平面リング状のサブヒータ５１ｂが三枚の石英板５３ａ、５３ｂ及び５３ｃによってサンドウィッチ状に挟まれた構造を有するヒータであり、これにより、基板２７（一般に円板状のウェハである。）の中心付近及び外周付近の温度を別々に制御できるよう図られている。なお、これらの二つのヒータは、図示せずも独立な電源に接続される。これによって、基板面内の温度を均一にすることができるので、特別な工夫を施すことをしなくても基板面内の処理を均一に行うことができる。
【００４６】
図２に示す加熱系１７としては、例えば、ＰＢＮ基板上に熱ＣＶＤ法により炭素膜を形成してなる抵抗加熱型カーボンヒータ等が用いられる。このようなカーボンヒータは、薄型である点で好ましい。勿論、カーボンヒータに限らず、一般的な抵抗加熱ヒータやその他の公知の加熱手段を用いても良い。この加熱系１７は、基板保持系２１ａに隣接する位置に設けられており、第２隔壁２１を介して、加熱系１７からの輻射熱及び伝導熱を効率良く、基板保持系２１ａに保持された基板２７に伝達できる。例えば、円板状ヒータの発熱主面と、基板２７の裏面とが平行に対向するように当該ヒータを設けるのが好ましい。
【００４７】
次に、図１、図３（Ａ）、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）を参照して詳細に説明すると、基板保持系２１ａは、好ましくは、第１真空室１３及び第２真空室１５間の第２隔壁２１に、基板２７を載置するサセプタ５５と、石英製均熱板５７とを設けた構造となっている。この均熱板５７は、基板２７の周辺部の温度低下を抑制する機能を有している。なお、この例では、第２隔壁２１は、これに何ら限定されないが、フランジ付円筒形隔壁として示してある。
【００４８】
図３（Ｂ）に示すように、サセプタ５５は、例えば円板状の基板２７用の炭化ケイ素コートグラファイト製リング状サセプタであり、基板２７が直接第２隔壁２１を構成する石英に接触しないように、第２隔壁２１から離間させることを目的とする。このサセプタ５５は、第２隔壁２１の上座部２１ｂに設けられていて、サセプタ５５と上座部２１ｂとで基板保持系を形成している。このように、石英よりも不純物ガスを発生させにくい炭化ケイ素を基板との接触部材として用いると、不純物ガスによる影響は極めて抑制される。
【００４９】
図３（Ａ）の斜視図や図３（Ｃ）の平面図に示すように、この均熱板５７は、サセプタ５５及びサセプタ５５に搭載されるべき基板２７の周囲を囲むように設けられている。そして、この均熱板５７は、主として、板状の複数のセクタ部分で構成されている。すなわち、均熱板５７は、円周に沿って分割されてなる均熱板可動部５７ａと、均熱板固定部５７１ｂ及び５７２ｂとで構成され、これら全体で円形の基板２７よりも僅かに大きい略リング形の形状を形成する。
【００５０】
図３（Ｃ）に示すように、この均熱板可動部５７ａ及び均熱板固定部５７ｂには、処理用ガスに直接接触する側に炭化ケイ素シールド板５９が設けられている。図３（Ｃ）に示すように、炭化ケイ素シールド板５９は、均熱板可動部５７ａ上の炭化ケイ素シールド板５９１ａ、５９２ａ及び５９３ａと、均熱板固定部５７１ｂ上の炭化ケイ素シールド板５９１ｂと、均熱板固定部５７２ｂ上の炭化ケイ素シールド板５９２ｂとに分割された状態に取り付けられている。各均熱板５７ａ、５７１ｂ及び５７２ｂは互いに隙間無く接している。炭化ケイ素シールド板５９１ａ〜５９３ａ、５９１ｂ及び５９２ｂは互いに隙間無く接している。なお、後述するように、これら炭化ケイ素シールド板５９１ａ〜５９３ａ、５９１ｂ及び５９２ｂは、僅かな隙間を有するように互いに離間して設けられてもよい。
【００５１】
この均熱板固定部５７１ｂ及び５７２ｂは、第２隔壁２１の上座部２１ｂに固定されている。一方、均熱板可動部５７ａは、上下動が可能であり、均熱板可動部５７ａの略リング形の内側には、基板２７の搬送を行う際に円板状の基板２７を載せるためのつば５７ｃ（図３（Ｂ）参照）を設けてある。なお、つば５７ｃは、均熱板５７の内周部に溝を形成し、このとき残存した突出部に相当する。例えば、図４に示すように、伸縮するロッド６５（図３（Ａ）中では省略してある。）等により、均熱板可動部５７ａを上下動させればよい。なお、ロッド６５は上下動のごとく物理的動作を伴うために成膜されてしまうと発塵源となってしまう。このため、例えば、このロッド６５を均熱板可動部５７ａに対して自在に分離結合できるようにしておくと、成膜時にロッド６５は高温とはならず、ロッド６５への成膜を抑制できる。
【００５２】
図４は、基板保持系及びロードロック室間の基板搬送の説明に供する図である。図４に示すように、ロードロック室３９（図１参照）に格納されているアーム６１は、例えば、搬送される基板２７を載置するステージ６１ａを有する。
【００５３】
図４に示すように、第２真空室１５に基板２７を搬入する際には、ロードロック室３９内を荒引きして所定の圧力（〜１０^-4Ｐａ）が得られてから、ゲートバルブ３７を開く。その後、基板２７をステージ６１ａに載せたアーム６１が、サセプタ５５の直上の位置であって、均熱板可動部５７ａよりも上側の位置に移動する。これらの均熱板可動部５７ａは全体でＵ字状の形状を形成し（図３（Ｃ）参照）、一方ステージ６１ａは当該Ｕ字状形状の内側に合致する略矩形形状である。次に、ロッド６５が上昇して均熱板可動部５７ａを押し上げ、この均熱板可動部５７ａに基板２７が搭載される。
【００５４】
しかる後、アーム６１はステージ６１ａと共にロードロック室３９に格納され、ゲートバルブ３７は閉ざされる。一方、基板２７を載せた均熱板可動部５７ａが降下し、基板２７は、均熱板可動部５７ａと、均熱板固定部５７ｂ（５７１ｂおよび５７２ｂ）とに囲まれた状態で、サセプタ５５に載置される。その後、プロセスに必要なバックグラウンドの圧力（〜１０^-7Ｐａ）まで排気されてから、成膜等の処理が開始される。
【００５５】
図１に示す半導体処理装置１１は、椀状構造体３３が基板保持系２１ａに組み合わされて主処理空間３５を形成している。
【００５６】
このとき、図１を参照して既に説明したように、この椀状構造体３３の縁部及び基板保持系２１ａ間には狭い間隙を形成することにより、基板２７の中心から外周へ向かうガス流（図中の矢印）を得るのが好ましい。このようにすれば、被処理面２７ａには、当該被処理面２７ａ内の位置に依らず均一な流れの処理用ガスを供給することができる。なお、この間隙は、前述した位置調整手段４１で以て椀状構造体３３等の位置を調整することにより、自在に広く或いは狭くすることが可能である。
【００５７】
このように均一な処理用ガスを得るには、図１に示す構成例以外にも、様々な方法が考えられる。例えば、椀状構造体３３の縁部近傍の基板保持系２１ａに外部と連通する細孔を設けることにより、或いは、この椀状構造体３３それ自体の縁部に細孔を設けることにより、基板２７の中心から外周へ向かうガス流を得ることができる。
【００５８】
例えば、基板保持系２１ａに外部と連通する細孔を設けるには、図３（特に図３（Ｃ））に示すよう均熱板５７上の各炭化ケイ素シールド板５９（即ち、５９１ａ、５９２ａ、５９３ａ及び５９１ｂ）の間隙を利用すればよい。すなわち、各炭化ケイ素シールド板５９１ａ、５９２ａ、５９３ａ及び５９１ｂの間に敢えて間隙を設けることにより、この間隙から外部（ここでは第２真空室内）へ向かう処理用ガスのガス流が実現できる。
【００５９】
以上説明した第１の実施の形態の真空処理装置１１では、例えば、主処理空間３５内の圧力を、主処理空間３５以外の第２真空室１５からの処理用ガスの逆拡散が生じない程度に、第２真空室１５内の圧力よりも高く設定するのが好ましい。
【００６０】
第１の実施の形態の真空処理装置１１において、主処理空間３５及び第２真空室１５間の圧力差は、処理用ガスの導入量等を調節するか若しくは椀状構造体３３の位置を調整することで、容易に所定値に維持することができる。
【００６１】
また、ガス流量等のパラメータにより若干変化する可能性があるが、経験的に言うと、主処理空間３５及び第２真空室１５の間の圧力差を、最小でも３００Ｐａ（すなわち３００Ｐａか若しくはそれ以上）に設定すれば、第２真空室１５から主処理空間３５へのガスの逆拡散を、十分に抑制できると考えられる。例えば、この圧力差は、図１中に示す第２排気系２５の圧力計６３ａと、ガス導入系２３の圧力計６３ｂとにより得られる値である。
【００６２】
以上説明した実施の形態の真空処理装置１１によれば、処理用ガスが第２真空室１５壁面からの不純物ガスに接触し混ざり合う前に、処理用ガスを基板２７の被処理面２７ａに導くことができる。従って、広く行われているように真空室壁面をステンレス等で形成した場合でも、壁面からの不純物ガスにより被処理面２７ａに供給される処理用ガスの純度が低下するのを抑制することができる。従って、この真空処理装置１１をエピタキシャル膜成長プロセスに用いた場合には、基板の汚染や膜の結晶性の低下を抑制することができる。この真空処理装置１１は、特に、膜特性の劣化の大きな原因となる基板及び膜の重金属汚染を低減させることができる点で好ましい。
【００６３】
ここで、実施の形態の真空処理装置を用いて、シリコン基板の水素ガスクリーニングの実験を行ったので、以下にその結果を示す。この実験においては、上述したガス流制限手段を有する真空処理装置（実施例装置）と、ガス流制限手段を取り外した同一の真空処理装置（比較例装置）との比較を行った。真空室の壁面は水冷チャネルを有するステンレスである。
【００６４】
実施例及び比較例の装置には、処理用ガスとして８５０℃に加熱した水素ガスを４Ｌ／ｍｉｎの流量で導入した。ただし、実施例の装置では、椀状構造体３３及び基板保持系２１ａ間の間隙を０．５ｍｍ程度とすることにより、第２真空室内の圧力を１０００Ｐａ及び主処理空間内の圧力を１３００Ｐａとし、両者の間で３００Ｐａの圧力差を維持させた。
【００６５】
クリーニング処理を行った後、全反射蛍光Ｘ線分析法によってシリコン基板の重金属汚染量（Ｃｕ汚染量について測定）を測定した。この結果を表１に示す。
【００６６】
【表１】

【００６７】
表１に示すように、Ｃｕ汚染量は、実施例の真空処理装置において５×１０¹⁰atoms/cm²となり、比較例の真空処理装置において５×１０¹²atoms/cm²となった。すなわち、実施例の真空処理装置の方が、Ｃｕ汚染量を二桁程度小さくでき、従って、基板の重金属汚染を抑制できる結果が示された。
【００６８】
【発明の効果】
上述した説明から明らかなように、この発明の真空処理装置によれば、第２真空室内のガス供給系にガス流制限手段を設けてあるので、処理用ガスが第２真空室壁面に接触しその結果純度が低下してしまう前に、処理用ガスを被処理面に導くことができる。従って、被処理面に供給される処理用ガスの純度低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の真空処理装置の概略的な構成を示す断面図である。
【図２】加熱系の要部の具体的な構成例を模式的に示す分解斜視図である。
【図３】基板保持系の説明に供する図であり、図３（Ａ）は基板保持系の要部の具体的な構成を模式的に示す斜視図、及び、図３（Ｂ）は基板保持系の要部の縦断面図であり、図３（Ｃ）は均熱板及び炭化ケイ素シールド板の正面図である。
【図４】基板保持系及びロードロック室間の基板搬送の説明に供する図である。
【符号の説明】
１１：真空処理装置
１１ａ：真空フランジ
１１ｂ：第１隔壁
１３：第１真空室
１５：第２真空室
１７：加熱系
１９：第１排気系
２１：第２隔壁
２１ａ：基板保持系
２１ｂ：上座部
２３：ガス供給系
２５：第２排気系
２７：基板
２７ａ：被処理面
２９：ガス導入手段
３１：ガス流制限手段
３３：椀状構造体
３５：主処理空間
３７：ゲートバルブ
３９：ロードロック室
４１：位置調整手段
４３ａ：下部フランジ
４３ｂ：上部フランジ
４５：ベローズ
５１ａ：メインヒータ
５１ｂ：サブヒータ
５３ａ、５３ｂ、５３ｃ：石英板
５５：サセプタ
５７：石英製均熱板
５７ａ：均熱板可動部
５７ｂ、５７１ｂ、５７２ｂ：均熱板固定部
５７ｃ：つば
５９：炭化ケイ素シールド板
６１：アーム
６３ａ、６３ｂ：圧力計
６５：ロッド

Claims

加熱系を有しかつ第１排気系に接続された第１真空室と、
被処理面を有する基板を保持すると共に前記加熱系から該基板へ熱を導く基板保持系及び該被処理面にガスを供給するガス供給系を有し、かつ、前記第１排気系とは独立した第２排気系に接続された第２真空室と
を具えた真空処理装置において、
前記ガス供給系が、ガスを導入するガス導入手段と、前記基板の前記被処理面を覆う構造であって、かつ、該ガス導入手段から導入されたガスを、当該ガスが前記第２真空室内に拡散してしまう前に、前記被処理面へ導く構造のガス流制限手段とを具え、
前記ガス流制限手段が、椀を伏せた状態に前記被処理面を囲い込む椀状構造体を有し、該椀状構造体は、ガス導入時には伏せられた状態で前記基板を含む空間である主処理空間を形成し、
前記椀状構造体の底部には前記ガス導入手段を結合し、該椀状構造体が前記基板保持系に組み合わされて前記主処理空間を形成し、該椀状構造体の縁部近傍の該基板保持系には外部と連通する細孔を設けることにより、前記基板の中心から外周へ向かうガス流を得ることを特徴とする真空処理装置。
加熱系を有しかつ第１排気系に接続された第１真空室と、
被処理面を有する基板を保持すると共に前記加熱系から該基板へ熱を導く基板保持系及び該被処理面にガスを供給するガス供給系を有し、かつ、前記第１排気系とは独立した第２排気系に接続された第２真空室と
を具えた真空処理装置において、
前記ガス供給系が、ガスを導入するガス導入手段と、前記基板の前記被処理面を覆う構造であって、かつ、該ガス導入手段から導入されたガスを、当該ガスが前記第２真空室内に拡散してしまう前に、前記被処理面へ導く構造のガス流制限手段とを具え、
前記ガス流制限手段が、椀を伏せた状態に前記被処理面を囲い込む椀状構造体を有し、該椀状構造体は、ガス導入時には伏せられた状態で前記基板を含む空間である主処理空間を形成し、
前記椀状構造体の底部には前記ガス導入手段を結合し、該椀状構造体の縁部には細孔を設けることにより、前記基板の中心から外周へ向かうガス流を得ることを特徴とする真空処理装置。
請求項１または２に記載の真空処理装置において、
前記ガス供給系は、前記ガス流制限手段の位置を調整する位置調整手段を有することを特徴とする真空処理装置。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の真空処理装置において、
前記主処理空間内の圧力を、前記第２真空室からの前記ガスの逆拡散が生じない程度に、該第２真空室内の圧力よりも高く設定することを特徴とする真空処理装置。
請求項４に記載の真空処理装置において、
前記主処理空間及び前記第２真空室の間の圧力差を、最小でも３００Ｐａに設定することを特徴とする真空処理装置。
請求項１〜５のいずれか一項に記載の真空処理装置において、
前記椀状構造体の底部には前記ガス導入手段を結合し、該椀状構造体が前記基板保持系に組み合わされて前記主処理空間を形成し、該椀状構造体の縁部及び該基板保持系間には狭い間隙を形成することにより、前記基板の中心から外周へ向かうガス流を得ることを特徴とする真空処理装置。
請求項１〜６のいずれか一項に記載の真空処理装置において、
前記ガス流制限手段は、前記ガス導入手段から導入されたガスが前記被処理面に均一に導かれるように、前記椀状構造体内に拡散させる拡散手段を有することを特徴とする真空処理装置。
請求項１〜７のいずれか一項に記載の真空処理装置において、
前記ガス供給系のうち、前記ガス導入時に該ガスに接触する部分の一部または全部を、石英或いは炭化ケイ素で形成してあることを特徴とする真空処理装置。