JP6285305B2 - 半導体製造装置及び半導体の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、基板を加熱して基板に所定の処理を行う半導体製造装置及び半導体の製造方法に関する。
従来より、処理容器と、処理容器内に設けられ、基板を載置する基板載置部と、反応容器内の基板を加熱する加熱部と、処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、を備える半導体製造装置がある。基板載置部には、基板載置部を回転させる回転軸が設けられており、基板載置部を回転させることで、処理容器内の基板が回転されるように構成されている。回転軸は、処理容器に設けられた貫通孔を挿通するように設けられている(例えば特許文献1参照)。また、回転軸と貫通孔との間には、処理ガスが供給される処理容器内の気密を維持するために、シール部材としての磁気シールやベローズ等が設けられている。
特開2014−103364号公報
しかしながら、処理容器内で基板上にGaN膜等の薄膜を成膜する処理が行われる場合、加熱部により、処理容器内が高温に加熱されるとともに、処理容器内にアンモニア(NH)ガス等の腐食性のガスが供給されることがある。腐食性のガスが上述の磁気シールやベローズ等のシール部材に付着すると、シール部材が腐食することがある。このため、処理容器内で行われる基板の処理によっては、磁気シールやベローズ等のシール部材を設けることができないことがある。従って、回転軸と貫通孔との間の隙間から、処理容器内に不純物を含む大気が侵入してしまうことがある。その結果、基板上に膜を成膜している際、膜中に不純物が取り込まれてしまうことがある。つまり、基板上に成膜される膜の膜質を低下させてしまうことがある。
本発明の目的は、基板上に成膜される薄膜の膜質を向上させる技術を提供することにある。
本発明の一態様によれば、基板の搬入口及び搬出口が設けられた第1の容器と、前記搬入口に接続され、前記第1の容器内に搬入する基板を外部から搬入可能に構成されるとともに、前記第1の容器及び大気とそれぞれ遮断可能に構成された基板搬入室と、前記搬出口に接続され、前記第1の容器内から搬出した基板を外部に搬出可能に構成されるとともに、前記第1の容器及び大気とそれぞれ遮断可能に構成された基板搬出室と、前記第1の容器内に設けられ、基板を加熱して所定の処理を行う第2の容器と、前記第2の容器内に収容された前記基板を加熱する加熱部と、前記搬入口から前記搬出口に至るように前記第1の容器内に設けられた搬送経路に沿って複数の前記基板を一列に並べて搬送するとともに、前記第2の容器内外に順番に前記基板を搬入出する基板搬送機構と、を備え、前記基板搬送機構を駆動させる駆動部は、前記基板搬送機構と分離可能に形成されており、前記基板搬入室及び前記基板搬出室内にそれぞれ設置されている半導体製造装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、基板の搬入口及び搬出口が設けられ、大気と遮断可能に構成された第1の容器内に、前記搬入口から前記搬出口に至るように設けられた搬送経路に沿って、前記第1の容器内に設けられた基板搬送機構により、複数の前記基板を一列に並べて搬送するとともに、第2の容器内外に順番に前記基板を搬入出する基板搬送工程と、前記第2の容器内に収容された前記基板を加熱部により加熱して所定の処理を行う処理工程と、前記第2の容器内から搬出された処理済の前記基板を少なくとも前記第1の容器内から搬出可能な所定の温度にまで降温させることが可能な長さに構成された前記第2の容器と前記搬出口との間の前記搬送経路上で、処理済の前記基板を所定の温度にまで降温させる降温工程と、を有し、前記第1の容器内で、前記一の基板の前記処理工程と、他の処理済の前記基板の前記降温工程と、を同時並行的に行う半導体の製造方法が提供される。
本発明によれば、基板上に成膜される膜の膜質を向上させることができる。
本発明の一実施形態にかかる半導体製造装置の縦断面概略図である。 本発明の一実施形態にかかる半導体製造装置内を搬送される基板載置部材の概略断面図である。 本発明の一実施形態にかかる半導体製造装置のプッシュ・プル機構を備える基板搬送機構の概略図を示し、(a)は、第2の容器内で基板に所定の処理が行われている様子を示す概略図であり、(b)及び(c)は基板搬送機構により基板が搬送される様子を示す概略図である。 本発明の一実施形態にかかる半導体製造装置のウォーキングビーム機構を備える基板搬送機構の概略図を示し、(a)は第2の容器内で基板に所定の処理が行われている様子を示す概略図であり、(b)〜(e)は基板搬送機構により基板が搬送される様子を示す概略図である。 本発明の一実施形態にかかる半導体製造装置の送りねじ機構を備える基板搬送機構の概略図を示し、(a)は第2の容器内で基板に所定の処理が行われている様子を示す概略図であり、(b)〜(e)は基板搬送機構により基板が搬送される様子を示す概略図である。 本発明の一実施形態にかかる半導体の製造工程を示すフロー図である。 本発明の一実施形態にかかる半導体の製造工程を行う際の、半導体製造装置の動作を示すフロー図である。 本発明の一実施形態にかかる半導体製造装置が備える加熱部のシーケンスを示す図である。 本発明の他の実施形態にかかる半導体製造装置の縦断面概略図であり、(a)〜(c)は、第2の容器が備える上側容器が上昇される様子を示すが概略図である。 本発明の他の実施形態にかかる半導体製造装置の縦断面概略図である。 本発明の他の実施形態にかかる半導体製造装置の横断面概略図である。 従来の半導体製造装置を示す概略図であり、(a)は成膜処理時の半導体製造装置の縦断面概略図であり、(b)は成膜処理時の半導体製造装置の上面概略図であり、(c)は基板搬送時の半導体製造装置の縦断面概略図であり、(d)は基板搬送時の半導体製造装置の上面概略図である。 従来の半導体製造装置が備える加熱部のシーケンスを示す図である。
以下に、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
(1)半導体製造装置の構成
本発明の一実施形態にかかる半導体製造装置の構成について、主に図1を用いて説明する。図1は、本実施形態にかかる半導体製造装置1の縦断面概略図である。なお、以下では、基板を加熱して行う所定の処理として、基板上に窒化ガリウム(GaN)膜を形成する成膜処理が行われる場合を例に説明する。
図1に示すように、半導体製造装置1は、円筒状の気密容器である第1の容器2を備えている。第1の容器2は、例えば石英(SiO)又は炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料から構成されている。第1の容器2には、基板(ウエハ)3の搬入口4及び搬出口5が設けられている。搬入口4及び搬出口5はそれぞれ、例えば第1の容器2の側壁に設けられている。
搬入口4、搬出口5にはそれぞれ、仕切弁としてのゲートバルブ6,7が設けられている。ゲートバルブ6,7には、後述の制御部45が電気的に接続されている。制御部45は、ゲートバルブ6,7への供給電力を制御することで、ゲートバルブ6,7の開閉が所定のタイミングで行われるように構成されている。例えば、制御部45は、ゲートバルブ6,7への供給電力を制御することで、ゲートバルブ6,7が同時に開けられ、また同時に閉められるように構成されているとよい。
搬入口4には、基板搬入室18が接続されている。つまり、第1の容器2の外側には、搬入口4を挟んで基板搬入室18が設けられている。基板搬入室18はゲートバルブ6を介して第1の容器2と遮断可能に構成されている。つまり、基板搬入室18は、ゲートバルブ6が開けられることで搬入口4を介して、第1の容器2と連通可能に設けられている。また、基板搬入室18は、基板搬入室18の外部(つまり半導体装置1の外部)から、基板3を搬入可能に形成されている。基板搬入室18は、大気と遮断可能に構成されている。基板搬入室18は、内部を第1の容器2と同程度の圧力(例えば真空状態などの大気未満の圧力)に減圧可能に形成されている。
基板搬入室18内には、基板搬入機構19が設けられている。基板搬入機構19は、基板搬入室18と第1の容器2との間で、基板3(例えば後述の基板載置部材11に載置された基板3)を搬送可能に構成されているとともに、後述の基板搬送機構22を駆動させる駆動部としても機能する。基板搬入機構19は、第1の容器2内に設けられた後述の基板搬送機構22と分離可能に構成されている。つまり、基板搬入機構19は、ゲートバルブ6が開けられたときのみ、後述の基板搬送機構22と接続されるように構成されている。基板搬入機構19は、ゲートバルブ6が閉じられているとき、基板搬入室18内に収容されている。また、基板搬入機構19は、基板搬入室18の外部と基板搬入室18との間で、基板3を搬送可能に構成されているとよい。基板搬入機構19には、後述の制御部45が電気的に接続されている。制御部45は、基板搬入機構19への供給電力を制御することで、基板搬入機構19による第1の容器2内への基板3の搬入、基板搬送機構22の駆動が所定のタイミングで行われるように構成されている。
搬出口5には、基板搬出室20が接続されている。つまり、第1の容器2の外側には、搬出口5を挟んで基板搬出室20が設けられている。基板搬出室20は、ゲートバルブ7を介して第1の容器2と遮断可能に設けられている。基板搬出室20は、ゲートバルブ7が開けられることで搬出口5を介して、基板搬出室20が第1の容器2と連通可能に設けられている。また、基板搬出室20は、第1の容器2内から搬出された基板3を基板搬出室20の外部(つまり半導体製造装置1の外部)へ搬出可能に形成されている。基板搬出室20は、大気と遮断可能に構成されている。基板搬出室20は、内部を第1の容器2と同程度の圧力(例えば真空状態などの大気未満の圧力)に減圧可能に形成されている。
基板搬出室20内には、基板搬出機構21が設けられている。基板搬出機構21は、第1の容器2と基板搬出室20との間で、基板3(例えば後述の基板載置部材11に載置された基板3)を搬送可能に構成されているとともに、後述の基板搬送機構22を駆動させる駆動部としても機能する。基板搬出機構21は、第1の容器2内に設けられた後述の基板搬送機構22と分離可能に構成されている。つまり、基板搬出機構21は、ゲートバルブ7が開けられたときのみ、後述の基板搬送機構22と接続されるように構成されている。基板搬出機構21は、ゲートバルブ7が閉じられているとき、基板搬出室19内に収容されている。また、基板搬出機構21は、基板搬出室20と基板搬出室20の外部との間で、基板3を搬送可能に構成されているとよい。基板搬出機構21には、後述の制御部45が電気的に接続されている。制御部45は、基板搬出機構21への供給電力を制御することで、基板搬出機構21による第1の容器2内からの基板3の搬出、基板搬送機構22の駆動が所定のタイミングで行われるように構成されている。
第1の容器2内には、基板3を加熱して所定の処理を行う第2の容器8が設けられている。例えば、第2の容器8では、後述するヒータ17により第2の容器8内に収容された基板3が加熱されて、基板3上にGaN膜を形成する成膜処理が行われる。第2の容器8は、下端に開口が設けられた上側容器9と、上側容器9に設けられた開口を閉塞可能に形成された下側容器10とを備えている。上側容器9及び下側容器10はそれぞれ、例えば石英、カーボン、炭化ケイ素(SiC)で形成されている。
下側容器10は、例えば基板3を載置する基板載置部材11として機能させることができる。基板3は、基板載置部材11上に載置された状態で、少なくとも第1の容器2内に設けられた後述の搬送経路上を搬送されるとよい。例えば図2に示すように、基板載置部材11の基板3の載置位置には、円形状の凹部13が設けられている。凹部13は、その直径が基板3の直径よりもわずかに大きくなるように形成されているとよい。凹部13内に基板3を載置することにより、基板3の位置決めを容易に行うことができるとともに、基板載置部材11の搬送に伴い発生する基板3の位置ズレを防止できる。なお、基板載置部材11は1枚の基板3を載置する場合に限らず、複数枚の基板3を載置するように形成されていてもよい。この場合、基板載置部材11は、複数枚の基板3を同一面上に、かつ同一円周上に並べて載置するように形成されているとよい。ここで、同一面上とは、完全な同一面に限られるものではなく、基板載置部材11を上面から見たときに、複数枚の基板3が互いに重ならないように並べられていればよい。
図1に示すように、第1の容器2の外側には、第2の容器8内に収容された基板3を所定の温度(例えば800℃〜900℃)に加熱する加熱部としてのヒータ17が設けられている。ヒータ17は、例えば円筒形状に形成されている。ヒータ17は、第1の容器2の壁面を囲うように設けられている。具体的には、ヒータ17は、第1の容器2の外側であって、第2の容器8の外側を囲うように設けられている。ヒータ17には、後述の制御部45が電気的に接続されている。制御部45は、ヒータ17への供給電力を制御することで、第2の容器8内に収容された基板3が所定の温度となるように構成されている。
第1の容器2内には、搬入口4から搬出口5に至るように基板3の搬送経路が設けられている。搬送経路は、複数(例えば5枚)の基板3を一列に並べることができるように設けられている。搬送経路は、例えば直線状に設けられている。搬送経路は、例えば第1の容器2内での基板3の搬送方向と第2の容器8内での原料ガスの流れ方向とが平行(同じ方向)となるように設けられているとよい。
第2の容器8と搬出口5との間の搬送経路は、第2の容器8内での所定の処理が終了し、第2の容器8内から搬出された処理済の基板3を搬送経路上で所定の温度(例えば第1の容器2内から搬出可能な温度)にまで降温させることができるように構成されているとよい。つまり、第2の容器8と搬出口5との間の搬送経路は、第2の容器8内から搬出された処理済の基板3が、第2の容器8から搬出口5に至るまでの搬送経路上を搬送される間に、搬送経路上で放熱されて所定の温度にまで降温されるように構成されているとよい。
第2の容器8と搬出口5との間の搬送経路の長さは、基板3の搬送速度と、基板3の降温速度と、所望とする基板3の降温量とにより決定される。なお、搬送速度とは、第2の容器8と搬出口5との間の搬送経路上を基板3が搬送される速度である。搬送速度は、主に、第2の容器8内で行われる所定の処理の処理時間により決定される。降温速度とは、第2の容器8と搬出口5との間の搬送経路上で降温される基板3の降温速度である。降温速度は、主に、ヒータ17の配設位置、ヒータ17の加熱温度、第1の容器2の伝熱速度等により決定される。所定の降温量とは、第2の容器8内から搬出された直後の処理済の基板3の温度と、少なくとも第1の容器2から搬出可能な基板3の所定の温度との差である。
第1の容器2内における第2の容器8と搬出口5との間の搬送経路上は、処理済の基板3の表面を保護する保護ガス雰囲気下にあるとよい。保護ガスとしては例えばアンモニア(NH)ガス等の水素含有ガスを用いることができる。
搬入口4と第2の容器8との間の搬送経路は、第2の容器8内に収容される未処理の基板3の温度を所定の温度まで昇温させることができる長さに構成されているとよい。つまり、搬入口4と第2の容器8との間の搬送経路が、未処理の基板3の予備加熱を行うことができる長さに構成されているとよい。具体的には、搬入口4と第2の容器8との間の搬送経路は、未処理の基板3が第2の容器8内に収容された後すぐに、第2の容器8内で所定の処理を開始することができる温度(処理温度)付近にまで基板3を昇温させることができる長さに構成されているとよい。例えば、搬入口4と第2の容器8との間の搬送経路は、第2の容器8内に搬入される未処理の基板3の温度を処理温度±200℃、、好ましくは処理温度±100℃、さらに好ましくは処理温度±50℃の範囲内まで昇温させることができる長さに構成されているとよい。
また、第1の容器2内の搬入口4と第2の容器8との間の搬送経路上は、未処理の基板3の表面を保護することができる保護ガス雰囲気下にあるとよい。保護ガスとしては例えばアンモニア(NH)ガス等の水素含有ガスを用いるとよい。
第1の容器2内には、第1の容器2内に設けられた搬送経路に沿って複数の基板3を一列に並べて搬送するとともに、第2の容器8内外に順番に基板3を搬入出する基板搬送機構22が設けられている。
基板搬送機構22は、ゲートバルブ6,7が開かれ、基板搬入機構19、基板搬出機構21が接続されることで、基板3の搬送動作を行うように構成されている。つまり、基板搬送機構22は、ゲートバルブ6,7がそれぞれ開かれている場合にのみ、第1の容器2内で基板3を搬送経路に沿って搬送可能に構成されている。例えば、基板搬送機構22は、基板搬入機構19から基板3を受取ることで第1の容器2内に基板3を搬入すると同時に、基板搬出機構21に基板3を受渡すことで第1の容器2内から基板3を搬出するように構成されている。
基板搬送機構22は、例えばプッシュ・プル機構、ウォーキングビーム機構又は送りねじ機構のいずれかを備えて構成されているとよい。この他、基板搬送機構22は、例えば、プル・プッシュ機構や、ベルトコンベアを備えて構成されていてもよい。
図3に、プッシュ・プル機構を備える基板搬送機構22の概略図を示す。図3に示すように、基板搬送機構22がプッシュ・プル機構を備える場合、基板搬送機構22は、第1の容器2内の基板3の搬送経路に沿って形成された基板搬送台24を備えて構成されているとよい。基板搬送台24は、例えば石英等により構成されているとよい。このような基板搬送機構22では、図3(a)〜図3(c)に示すように、ゲートバルブ6,7がそれぞれ開けられ、基板搬入室18及び基板搬出室20がそれぞれ第1の容器2と連通されると、基板搬入機構19により、基板3(基板3が載置された基板載置部材11)が基板搬送台24上にスライドされるように搬入されて載置される。これと同時に、基板搬送台24上に載置されていた基板3が前方(下流側)へ押し出されて、基板3が搬送経路に沿って搬送される。そして、最下流の基板3が基板搬出機構21により、第1の容器2内から基板搬出室20へと搬出される。
図4に、ウォーキングビーム機構を備える基板搬送機構22の概略図を示す。図4(a)に示すように、基板搬送機構22がウォーキングビーム機構を備える場合、基板搬送機構22は、固定ビーム(固定スキッド)25と移動ビーム(移動スキッド)26とを備えて構成されているとよい。固定ビーム25及び移動ビーム26はそれぞれ、第1の容器2内の基板3の搬送経路に沿って設けられている。移動ビーム26は、昇降可能及び前後進可能に構成されている。すなわち、移動ビーム26は、矩形運動又は円運動が行われるように構成されている。移動ビーム26は、固定ビーム25の上端面よりも下側に収容されているとよい。また、固定ビーム25及び移動ビーム26はそれぞれ、例えば石英等により構成されているとよい。
図4(a)〜(e)に示すように、このような基板搬送機構22では、移動ビーム26が、例えば上昇、前進、下降及び後進の一連の動作を繰り返すことで、基板3の搬送が行われる。すなわち、まず、図4(a)に示すように、第2の容器8内で基板3に所定の処理が行われる。所定の処理が終了したら、第2の容器8内から基板3が搬出される。図4(b)に示すように、ゲートバルブ6,7が開けられて、基板搬入室18及び基板搬出室20がそれぞれ第1の容器2と連通される。そして、基板搬入機構19及び基板搬出機構21がそれぞれ、基板搬送機構22が備える移動ビーム26と接続される。その後、移動ビーム26が上昇される。次に、図4(c)及び(d)に示すように、移動ビーム26が前進された後、下降されて、基板3(基板3が載置された基板載置部材11)が固定ビーム25上に載置される。そして、図4(e)に示すように、基板搬入機構19が基板搬入室18へと退避されると同時に移動ビーム26が後進される。
また、図5に送りねじ機構を備える基板搬送機構22の概略図を示す。図5(a)に示すように、基板搬送機構22が送りねじ機構を備える場合、基板搬送機構22は、送りねじ(ボールねじ)27とナット(図示せず)とを備えて構成されている。送りねじ27とナットとは互いに螺合されている。
この場合、基板搬入機構19又は基板搬出機構21の少なくともいずれかが、補助送りねじ28を備えて構成されているとよい。補助送りねじ28は、一端部が送りねじ27と接続可能に構成されている。補助送りねじ28は、基板搬入室18及び基板搬出室20がそれぞれ第1の容器2と連通された際、第1の容器2内に設けられた送りねじ27と接続されるように構成されている。送りねじ27は、接続された補助送りねじ28が回転されることで回転されるように構成されている。
図5(a)〜(e)に示すように、このような基板搬送機構22では、送りねじ27が回転されることで、基板3の搬送が行われる。すなわち、まず、図5(a)に示すように、第2の容器8内で基板3に所定の処理が行われる。所定の処理が終了したら、第2の容器8内から基板3が搬出される。次に、図5(b)に示すように、ゲートバルブ6,7が開けられ、基板搬入室18及び基板搬出室20がそれぞれ第1の容器2と連通される。そして、補助送りねじ28と送りねじ27とが接続される。そして、図5(c)〜(d)に示すように、送りねじ27が所定の方向に回転されて、基板3が直線方向(水平方向)に移動されて、基板3が搬送経路に沿って搬送される。そして図5(e)に示すように、基板搬送機構22による基板3の搬送が終了したら、基板搬入機構19及び基板搬出機構21を基板搬入室18及び基板搬出室20へとそれぞれ退避させた後、ゲートバルブ6,7が閉じられる。
図1に示すように、基板搬送機構22は、第2の容器8内外に順番に基板3を搬入出するように、昇降機構23を備えて構成されているとよい。昇降機構23は、例えば第2の容器8を構成する下側容器10としての基板載置部材11を昇降させるように構成されている。昇降機構23は、例えば第1の容器2内の底側中央であって第1の容器2内の第2の容器8と対向する位置に設けられている。昇降機構23は、基板載置部材11を下方から支持するとともに、基板載置部材11を上昇させることで上側容器9の開口を閉塞し、基板載置部材11を下降させることで上側容器9の開口を開放するように構成されている。なお、基板載置部材11が昇降部14と非昇降部15とを備えている場合、昇降機構23は、基板載置部材11の昇降部14のみを昇降させるように構成されている。これにより、基板載置部材11上に載置された基板3の第2の容器8内外への搬入出を行うことができる。昇降機構23には、後述する制御部45が電気的に接続されている。制御部45は、基板載置部材11が所定のタイミングで所定の高さ位置となるように、昇降機構23への供給電力を制御するように構成されている。
第2の容器8には、第2の容器8内に収容された基板3に原料ガスを供給する原料ガス供給ノズル29が設けられている。原料ガス供給ノズル29の上流端には、原料ガスを供給する原料ガス供給管の下流端が接続されている。すなわち、原料ガス供給ノズル29の上流端には、V族原料ガス供給管30、III族原料ガス供給管31、及びクリーニングガス供給管32の下流端がそれぞれ接続されている。V族原料ガス供給管30、III族原料ガス供給管31及びクリーニングガス供給管32はそれぞれ、第1の容器2の側壁を貫通するように設けられている。V族原料ガス供給管30、III族原料ガス供給管31、及びクリーニングガス供給管32はそれぞれ、例えば石英等により構成されている。
V族原料ガス供給管30には、上流側から順に、V族原料ガス供給源33、第2の容器8内に収容される基板3へのV族原料ガスの供給・停止を行う開閉弁としてのバルブ34が設けられている。V族原料ガス供給管30からは、V族原料ガスとして例えばアンモニア(NH)ガスが、原料ガス供給ノズル29を介して第2の容器8内に収容された基板3に供給される。
なお、V族原料ガス供給管30は、V族原料ガスの供給と併行して、キャリアガスとしての例えば水素(H)ガス、窒素(N)ガス、あるいはこれらの混合ガス等が供給できるように構成されていてもよい。
III族原料ガス供給管31には、ガリウム(Ga)融液が貯留されるGaタンク35が設けられている。Gaタンク35は、第1の容器2内に設けられているとよい。Gaタンク35は、例えば石英等で形成されているとよい。III族原料ガス供給管31のGaタンク35よりも上流側には、上流側から順に、反応ガス供給源37、Gaタンク35内への反応ガスの供給・停止を行う開閉弁としてのバルブ36が設けられている。III族原料ガス供給管31からは、まず、反応ガスとして例えば塩化水素(HCl)ガスがGaタンク35内に供給される。反応ガスがGaタンク35内に供給されることで、Gaタンク35内でGa融液と反応ガスとが反応してIII族原料ガスである塩化ガリウム(GaCl)ガスが生成される。そして、Gaタンク35内で生成されたGaClガスが、III族原料ガス供給管31から、原料ガス供給ノズル29を介して第2の容器8内の基板3に供給される。
なお、III族原料ガス供給管31は、III族原料ガスと併行して、キャリアガスとしての例えばHガス、Nガス、あるいはこれらの混合ガス等が供給されるように構成されていてもよい。
クリーニングガス供給管32には、上流側から順に、クリーニングガス供給源38、第2の容器8内へのクリーニングガスの供給・停止を行う開閉弁としてのバルブ39が設けられている。クリーニングガス供給管32からは、クリーニングガスとして塩酸(HCl)ガスや塩素(Cl)ガス等のGaN膜をエッチングできるガスが、原料ガス供給ノズル29を介して第2の容器8内に供給される。
主に、原料ガス供給ノズル29、V族原料ガス供給管30、III族原料ガス供給管31、クリーニングガス供給管32により、本実施形態にかかる原料ガス供給部が構成される。なお、V族原料ガス供給管30、III族原料ガス供給管31及びクリーニングガス供給管32にそれぞれ設けられるバルブ34,36,39や、V族原料ガス供給源33、反応ガス供給源37、クリーニングガス供給源38、Gaタンク35等を、原料ガス供給部に含めて考えてもよい。
第2の容器8には、主に第2の容器8内の雰囲気を排気する排気管40の上流端が接続されている。排気管40は、第1の容器2の側壁を貫通するように設けられている。排気管40には、上流側から順に、圧力調整装置としての例えばAPC(Auto Pressure Contoroller)バルブ41、真空排気装置としての例えば真空ポンプ42が設けられている。真空ポンプ42により第2の容器8内が真空排気されることで、第2の容器8内及び第1の容器2内を所定の圧力(例えば真空状態などの大気未満の圧力)に調整することができる。主に排気管40により、本実施形態にかかる排気部が構成される。なお、APCバルブ41や真空ポンプ42等を排気部に含めて考えてもよい。
第1の容器2内には、例えばIII族原料ガス等の反応性ガスの搬送経路への流出を抑制する隔壁板43が設けられていてもよい。隔壁板43は、第1の容器2内の搬送経路と原料ガス供給ノズル29との間の空間に設けられるとよい。
第1の容器2の側壁には、第1の容器2の側壁等を冷却する冷却部44が設けられているとよい。冷却部44は、例えば、水や空気等の冷却媒体が通過する冷却媒体流路等を備えて構成されているとよい。これにより、ヒータ17の加熱温度が所定温度に維持されている場合であっても、半導体製造装置1を構成する構成部材が、ヒータ17の熱により損傷されてしまうことを抑制できる。具体的には、搬入口4及び搬出口5の近くに配設される構成部材が熱により損傷されてしまうことを抑制できる。例えば、基板搬入室18内に設けられた基板搬入機構19、基板搬出室20内に設けられた基板搬出機構21、ゲートバルブ6,7等が熱により損傷されてしまうことを抑制できる。
ゲートバルブ6,7、ヒータ17、基板搬入機構19、基板搬出機構21、基板搬送機構22、バルブ34,36,39、APCバルブ41、真空ポンプ42等には、制御部45が接続されている。制御部45により、ゲートバルブ6,7の開閉動作、ヒータ17の温度調整動作、基板搬入機構19の基板搬入動作、基板搬出機構21の基板搬出動作、基板搬送機構22の基板搬送動作、バルブ34,36,39の開閉動作、APCバルブ41の開度調整動作、真空ポンプ42の起動・停止等の制御が行われる。
(2)半導体の製造方法
続いて、本実施形態にかかる半導体の製造工程の一工程として、上述の半導体製造装置1により実施される基板処理工程について、主に図6を用いて説明する。図6は、本実施形態に係る一の基板3の基板処理工程を示すフロー図である。ここでは、第2の容器8内で、基板3上に例えば窒化ガリウム(GaN)膜を形成する例について説明する。なお、以下の説明において、半導体製造装置1を構成する各部の動作は、制御部45により制御される。
(温度・圧力調整工程(S10))
図6に示すように、まず、基板3の表面を所定の温度(例えば800℃〜1100℃)に加熱できるように、加熱部としてのヒータ17に電力を供給する。このとき、ヒータ17の加熱温度は、制御部45によりヒータ17への供給電力を制御することによって調整される。ヒータ17への電力の供給は、後述の加熱部降温・大気圧復帰工程(S100)まで継続する。
また、第1の容器2内が所定の圧力(例えば真空状態などの大気未満の圧力)となるように、APCバルブ41の開度を制御して真空ポンプ42によって第2の容器8を介して第1の容器2内を真空排気する。すなわち、第2の容器8を構成する上側容器9の下端に形成された開口を開放した状態で、真空ポンプ42によって第2の容器8内を真空排気することで、上側容器9の下端に形成された開口を介して第1の容器2内を真空排気する。
(第1の容器内への基板搬入工程(S20))
第1の容器2内が所定の圧力となり、ヒータ17の加熱温度が所定の温度となったら、第1の容器2内と同程度の圧力に調整した基板搬入室18と第1の容器2との間のゲートバルブ6を開き、基板搬入室18と第1の容器2とを連通させる。次に、基板搬入機構19を用いて、第1の容器2内に基板3を搬入する。すなわち、基板搬入機構19を用いて、第1の容器2内に設けられた搬入口4から搬出口5に至るまでの搬送経路上に沿って基板3を搬送する基板搬送機構22上に、例えば基板3を載置した基板載置部材11を載置する。第1の容器2内に基板3を搬入したら、基板搬入機構19を第1の容器2外へ退避させ、基板搬入室18と第1の容器2との間のゲートバルブ6を閉じる。
なお、基板3を第1の容器2内に搬入する際には、排気部により第1の容器2内を排気しつつ、V族原料ガス供給管30から、第1の容器2内に保護ガスとしての水素含有ガス(例えばNHガス)を供給するとよい。すなわち、第2の容器8が備える上側容器9に設けられた開口を開放した状態でAPCバルブ41を開けて、第2の容器8内を介して第1の容器2内を排気しつつ、V族原料ガス供給管30のバルブ34を開けて第2の容器8内を介して第1の容器2内にNHガスを供給するとよい。これにより、搬入口4と第2の容器8との間の基板3の搬送経路上をNHガス雰囲気下にできる。従って、未処理の基板3が搬入口4と第2の容器8との間の搬送経路上を通過する際、例えば基板3の表面上に付着したパーティクルを除去する等の前処理を行ったり、基板3上へのパーティクルの付着を抑制できる。なお、第2の容器8内へのNHガスの供給は、少なくとも後述の加熱部降温・大気圧復帰工程(S100)まで継続する。
(予備加熱工程(S30))
続いて、搬入口4と第2の容器8との間の搬送経路上で、搬入口4から第1の容器2内に搬入し、第2の容器8内に収容する未処理の基板3の予備加熱を行う。すなわち、第2の容器8内に収容した後すぐに所定の処理を行うことが可能な所定の温度にまで昇温させることが可能な長さに構成された搬入口4と第2の容器8との間の搬送経路上で、所定の温度にまで昇温させる。
(第2の容器内への基板搬入工程(S40))
基板搬送機構22により、基板載置部材11に載置された基板3を第2の容器8と対向する位置まで搬送したら、基板搬送機構22が備える昇降機構23により下側容器10としての基板載置部材11を所定の位置まで上昇させて、第2の容器8を構成する上側容器9の開口を閉塞する。これにより、基板載置部材11上に載置した基板3が第2の容器8内に搬入されて、第2の容器8内に収容される。
(成膜工程(S50))
第2の容器8内に収容した基板3が所定の温度に達したら、排気管40から排気しつつ、III族原料ガス供給管31から原料ガス供給ノズル29を介して第2の容器8内へのIII族原料ガスの供給を開始する。すなわち、III族原料ガス供給管31に設けられたバルブ36を開け、反応ガス供給源37からGaタンク35内にHClガスの供給を開始し、GaClガスの生成を開始する。そして、Gaタンク35内で生成したGaClガスを、原料ガス供給ノズル29を介して第2の容器8内に供給する。このとき、第2の容器8内へのGaClガスの供給と併行して、V族原料ガス供給管30からV族原料ガスとしてNHガスを原料ガス供給ノズル29を介して第2の容器8内に供給している。そして、第2の容器8内でIII族原料ガスであるGaClガスと、V族原料ガスであるNHガスとを反応させて、基板3上に所定の厚さのGaN膜を成長させて形成する。所定の処理時間が経過し、GaN膜の厚さが所定の厚さに達したら、第2の容器8内へのGaClガスの供給を停止する。すなわち、III族原料ガス供給管31に設けられたバルブ36を閉じ、Gaタンク35内へのHClガスの供給を停止する。なお、V族原料ガス供給管30から第2の容器8内へのNHガスの供給は継続したままとする。また、ヒータ17による第2の容器8内に収容した基板3の加熱は継続したままとする。
(パージ工程(S60))
成膜工程(S50)が終了したら、III族原料ガスであるGaClガスを第2の容器8内から排出する。このとき、V族原料ガス供給管30に設けられたバルブ34を開けたままとし、第2の容器8内へのNHガスの供給を継続しつつ、排気部による第2の容器8内の排気を継続することで、第2の容器8内からのGaClガスの排出を促すことができる。これにより、例えば基板搬送機構22が備える昇降機構23等の可動部に反応生成物が付着し、基板搬送機構22の動作不良が生じることを抑制できる。
(第2の容器内からの基板搬出工程(S70))
パージ工程が終了したら、基板搬送機構22が備える昇降機構23により、下側容器10(すなわち基板載置部材11)を所定の位置まで下降させ、上側容器9の開口を開放する。これにより、下側容器10としての基板載置部材11上に載置した基板3を第2の容器8外に搬出する。
(降温工程(S80))
続いて、第2の容器8内から搬出した処理済の基板3を、少なくとも第1の容器2内から搬出可能な所定の温度にまで降温させることが可能な長さに構成された第2の容器8と搬出口5との間の搬送経路上で、処理済の基板3の温度を所定の温度にまで降温させる。すなわち、第2の容器8と搬出口5との間の搬送経路上で、処理済の基板3の放熱を行い、処理済の基板3の温度を所定の温度にまで降温させる。
(第1の容器内からの基板搬出工程(S90))
処理済の基板3の温度が所定の温度にまで降温したら、第1の容器2と基板搬出室20との間のゲートバルブ7を開き、第1の容器2と、第1の容器2内と同程度の圧力に調整した基板搬出室20とを連通させる。次に、基板搬出機構21を用いて、第1の容器2内から基板3を搬出する。すなわち、基板搬出機構21を用いて、基板搬送機構22によって搬出口5まで搬送した基板3を、基板載置部材11上に載置した状態で第1の容器2内から搬出する。第1の容器2内から基板3を搬出したら、基板搬出機構21を第1の容器2外へ退避させ、第1の容器2と基板搬出室20との間のゲートバルブ7を閉じて第1の容器2内を大気から遮断する。すなわち、第1の容器2内を気密に閉塞する。以上の一連の工程により、一枚の基板3の基板処理工程が終了する。
(加熱部降温・大気圧復帰工程(S100))
所定枚数の基板3の処理が終了したら、ヒータ17への電力の供給を停止して、ヒータ17を降温させる。また、APCバルブの開度を調整して、第1の容器2内の圧力を大気圧に復帰させる。これにより、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。
次に、上述の基板処理工程を行う際の、半導体製造装置1の動作について、図7を用いて説明する。図7は、上述の基板処理工程を行う際の、半導体製造装置1の動作を示すフロー図である。図7に示すように、基板3に所定の処理を行う際、半導体製造装置1では、まず、上述の温度・圧力調整工程(S10)を行う。第1の容器2内が所定の圧力となり、ヒータ17の加熱温度が所定の温度となったら、基板の搬送工程(S110)を行う。すなわち、第1の容器2内への基板搬入工程(S20)と、第1の容器2内からの基板搬出工程(S90)と、第1の容器2内の搬送経路上で一列に並べられた複数の基板3をそれぞれ下流側の所定位置へ搬送する基板3の搬送と、を同時並行的に行う。基板の搬送工程(S110)が終了したら、基板の処理工程(S120)を行う。すなわち、上述の予備加熱工程(S30)と、成膜工程(S50)と、降温工程(S80)とを同時並行的に行う。具体的には、第2の容器8内で一の基板3の成膜工程(S50)を行っている間、搬入口4と第2の容器8との間の搬送経路上では、他の未処理の基板3の予備加熱工程(S30)を行い、さらに第2の容器8と搬出口5との間の搬送経路上では、さらに他の処理済の基板3の降温工程(S80)を行う。第2の容器8内での一の基板3の成膜工程(S50)が終了したら、上述のパージ工程(S60)を行う。パージ工程(S60)が終了したら、上述の第2の容器内からの基板搬出工程(S70)を行う。第2の容器内からの基板搬出工程(S70)が終了したら、再度、上述の基板の搬送工程(S110)を行う。なお、第2の容器内からの基板搬出工程(S70)を基板の搬送工程(S110)に含めて考えても良い。基板処理工程を行う間、半導体製造装置1は、このような動作を所定回数繰り返す。上述の動作を所定回数繰り返したら、上述の加熱部降温・大気圧復帰工程(S100)を行い、ヒータ17を降温させるとともに、第1の容器2内を大気圧に復帰させて、所定の動作を終了する。
このように、半導体製造装置1では、ヒータ17の昇温は最初に処理を行う基板3の第1の容器2内への基板搬入工程(S20)を行う前に行い、ヒータ17の降温は最後に処理を行う基板3の第2の容器8内からの基板搬出工程(S70)が終了した後に行っている。すなわち、ヒータ17の加熱温度を第2の容器8内に収容された基板3を所定の温度に加熱できる温度に維持した状態で、すなわちヒータ17の加熱温度を降温させることなく、処理済の基板3を所定の温度にまで降温させて第1の容器2内から搬出できる。従って、生産性を向上させることができる。
(3)本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を奏する。
(a)基板搬送機構22を駆動させる駆動部としての基板搬入機構19及び基板搬出機構21をそれぞれ、基板搬送機構22と分離可能に形成することで、第2の容器8内で基板3の処理が行われている際に、基板搬入機構19及び基板搬出機構21を第1の容器2外(つまり基板搬入室18、基板搬出室20)へそれぞれ退避させて、ゲートバルブ6,7を閉じることができる。つまり、第1の容器2内に基板搬入機構19及び基板搬出機構21を設けなくても、基板搬送機構22を駆動させて、基板3を搬送することができる。その結果、第1の容器2に設けられる貫通孔の数を少なくできる。例えば、基板搬入機構19及び基板搬出機構21を設けるための貫通孔を設ける必要がなくなる。これにより、第1の容器2内の気密性を向上させることができる。その結果、第2の容器8内で所定の処理を行っている間に、第1の容器2内に不純物等が流入することを抑制できる。これにより、第2の容器8内に不純物が流入することを抑制できる。従って、基板3上に成膜される薄膜の膜質を向上させることができる。
(b)本実施形態は、第2の容器8内で、基板3を高温に加熱するとともに、原料ガスとして腐食性のガスを用いる処理が行われる場合に特に有効である。つまり、磁気シールやベローズ等のシール部材を用いることができない場合に、特に有効である。
(c)第1の容器2内に設けられた第2の容器8内で基板3に対して所定の処理を行うことで、第2の容器8を構成する上側容器9と下側容器10とを密着させるだけで、原料ガス供給ノズル29から原料ガスが供給される第2の容器8内を気密にできる。つまり、磁気シールやベローズ等のシール部材を用いることなく、第2の容器8内を気密にできる。これにより、基板3に所定の処理を行っている際に、第2の容器8内に不純物が流入することを抑制できる。その結果、基板上に成膜される薄膜の膜質をより向上させることができる。
(d)第2の容器8と搬出口5との間の搬送経路が、第2の容器8内から搬出された処理済の基板3を、少なくとも第1の容器2内から搬出可能な所定の温度にまで降温させることが可能な長さに構成されていることで、ヒータ17の加熱温度を降温させることなく、処理済の基板3を降温させることができる。つまり、ヒータ17の加熱温度を所定の温度(例えば基板3を処理温度に加熱できる温度)に維持した状態で、処理済の基板3を降温させることができる。これにより、第2の容器8内で一の基板3の処理が終了した後、次の基板3の処理が開始されるまでの間に、ヒータ17の加熱温度を昇降温させる必要がなくなる。従って、第2の容器8内で一の基板3の処理が終了した後、次の基板3の処理が開始されるまでの時間を短縮できる。その結果、薄膜が形成された基板3の生産性を向上させることができる。
例えば、ヒータ17のシーケンスを、図8に示すようなシーケンスとすることができる。なお、図8に示す搬送の時間とは、第2の容器8内での一の基板3の処理が終了した後、第2の容器8内で次の基板3の処理が開始されるまでの時間である。図8に示すように、本実施形態では、ヒータ17の加熱温度の昇温は最初だけであり、ヒータ17の加熱温度の降温は最後だけである。つまり、ヒータ17の加熱温度は、第2の容器内外への基板3の搬入出を行っている間も、基板3を所定の温度(例えば成膜温度)に加熱できる温度に維持されている。
(e)処理済の基板3を、第2の容器8と搬出口5との間の搬送経路上で、第1の容器2内から搬出可能な温度にまで降温させることで、基板搬出機構21により第1の容器2内から処理済の基板3を搬出する際に基板搬出機構21が基板3が有する熱により加熱されて損傷することを抑制できる。従って、基板搬出機構21の搬送精度が低下することを抑制できる。
(f)第2の容器8と搬出口5との間の搬送経路の長さを長くすることで、第1の容器2内の第2の容器8と搬出口5との間の搬送経路上の雰囲気の温度が、搬出口5に近付くほど徐々に低くなる。つまり、第1の容器2内の第2の容器8と搬出口5との間の搬送経路上の雰囲気は、第2の容器8付近が最も高く、搬出口5付近が最も低い温度分布になる。その結果、第2の容器8と搬出口5との間の搬送経路上を搬送される基板3の温度が搬出口5に向かうにしたがって徐々に低くなるように、基板3の温度を降温させることができる。つまり、基板3が急冷されることを抑制できる。これにより、基板3を降温させている際に、基板3が割れてしまう(破損する)ことを抑制できる。
(g)第1の容器2内に設けられた第2の容器8内で、基板3に対して所定の処理を行うことで、第1の容器2内をGaClガス等の反応性ガス雰囲気下にすることなく、基板3に対して所定の処理を行うことができる。その結果、第2の容器8内で一の基板3に所定の処理を行う処理工程と、第1の容器2内の第2の容器8と搬出口5との間の搬送経路上で処理済の基板3を降温させる降温工程と、を同時並行的に行うことができる。これにより、生産性をより向上させることができる。
(h)第2の容器8内で基板3を加熱し、基板3に対して所定の処理を行うことで、第2の容器8内で生成された反応生成物が基板搬送機構22に付着することを抑制できる。その結果、基板搬送機構22に動作不良が発生することを抑制できる。
(i)搬入口4と第2の容器8との間の搬送経路を、第2の容器8内に搬入される未処理の基板3を所定の温度にまで昇温させることができる長さに構成することで、第2の容器8内に収容された基板3の温度が所定の処理温度に達するまでの時間を短縮できる。従って、第2の容器8内で一の基板3の処理が終了した後、次の基板3の処理を開始するまでの時間を短縮できる。その結果、生産性をより向上させることができる。
(j)搬入口4と第2の容器8との間の搬送経路を長くすることで、基板搬入室18と第2の容器8との間の距離を長くできる。その結果、基板搬入室18とヒータ17との間の距離を長くできる。また、第2の容器8と搬出口5との間の搬送経路の長さを長くすることで、基板搬出室20と第2の容器8との間の距離を長くできる。その結果、基板搬出室20とヒータ17との間の距離を長くできる。これにより、基板搬入室18内の基板搬入機構19、基板搬出室20内の基板搬送機構21がそれぞれ、ヒータ17から発せられる熱により加熱されて損傷することを抑制できる。その結果、基板搬入機構19、基板搬送機構21の搬送精度が低下することをより抑制できる。
(k)第1の容器2内における第2の容器8と搬出口5との間の搬送経路上を、保護ガス雰囲気下にすることで、例えば処理済みの基板3の表面に成膜された薄膜が改質されてしまったり、成膜した薄膜上に不純物が付着してしまうことを抑制できる。その結果、基板3の表面に成膜された薄膜の膜質の低下をより抑制できる。
(l)第1の容器2内の搬入口4と第2の容器8との間の搬送経路上を、保護ガス雰囲気下にすることで、第1の容器2内の搬入口4と第2の容器8との間の搬送経路上の未処理の基板3の表面が窒化され、基板3の表面にパーティクルが付着することを抑制できる。また、基板3の表面に付着したパーティクルを除去する前処理を行うこともできる。その結果、基板3の表面に成膜された薄膜の膜質の低下をより抑制できる。
(m)基板搬送機構22が、プッシュ・プル機構、ウォーキングビーム機構又は送りねじ機構の少なくともいずれかを備えて構成されることで、基板搬送機構22による基板3の搬送動作を単純にできる。つまり、第1の容器2内外への基板3の搬入出動作及び第1の容器2内での基板3の搬送動作を簡単な動作にできる。その結果、第1の容器2内での基板3の搬送経路の長さが長くなっても、基板3の搬送精度が低下することをより抑制できる。
(n)第1の容器2内に隔壁板43を設けることで、第2の容器8内で所定の処理が行われている際、例えばGaClガス等が第2の容器8内から漏れ出してしまった場合であっても、漏れ出したGaClガスが第1の容器2内の搬送経路に流出することを抑制できる。その結果、搬送経路上に存在する処理済の基板3が漏れ出たGaClガスに接触し、基板3上に成膜された薄膜が改質されてしまうことを抑制できる。これにより、基板3上に薄膜の膜質が低下してしまうことを抑制できる。また、基板3上に成膜された薄膜の膜質が基板3毎に異なってしまうことを抑制できる。
ここで、参考までに、従来の半導体製造装置100について説明する。図12に、従来の枚葉式の半導体製造装置100の概略図を示す。図12に示すように、半導体製造装置100は、基板101を収容して基板101に所定の処理を行う処理容器102と、処理容器102内に設けられ、基板101を載置する基板載置部104と、を備えて構成されている。半導体装置100では、原料ガス供給部105から、処理容器102内に原料ガスが供給されて、基板101の処理が行われる。基板載置部104は、基板載置部104を昇降させたり、回転させる軸を備えている。基板載置部104の軸は、処理容器102の底板に設けられた貫通孔を貫通するように設けられている。このため、原料ガスが供給される処理容器102内を気密にするために、軸と貫通孔との間に、磁気シールやベローズ等のシール部材を設ける必要がある。
半導体製造装置100では、処理容器102内を例えば室温程度にした状態で、仕切弁としてのゲートバルブ106を開けて基板待機室107と処理容器102とを連通させ、基板搬入出機構108により、基板101を処理容器102内へ搬入して基板載置部104上に載置する工程(例えば図12(a))と、基板搬入出機構108を基板待機室107に退避させた後、ゲートバルブ106を閉じて処理容器102内を気密にする工程と、基板載置部104を上昇させることで、基板101を処理容器102内の所定の処理位置に配置する工程(例えば図12(b))と、加熱部103により基板載置部104上に載置した基板101を所定の温度に加熱した後、原料ガス供給部105から基板101に原料ガスを供給して、基板101に所定の処理(例えば成膜処理)を行う工程と、所定の処理が終了したら、基板載置部104を下降させることで、基板101を処理容器102内の所定位置まで下降させる工程(例えば図12(c))と、基板搬入出機構108により処理容器102内から搬出可能な温度(例えば室温程度)にまで、基板101を冷却する工程と、ゲートバルブ106を開けて基板搬入出機構108により、処理容器102内から基板待機室107へ基板101を搬出する工程(図12(d))と、を有している。
図13に、半導体製造装置100が備える加熱部103のシーケンスを示す。図13に示すように、半導体製造装置100では、加熱部103により、処理容器102内で基板101を加熱して所定の処理を行った後、基板101及び処理容器102内を所定の温度まで降温させるために、加熱部103の加熱温度を降温させている。例えば加熱部103への電力の供給を停止している。そして、処理容器102内で次の基板101に所定の処理を行う際、加熱部103の加熱温度を再び昇温させている。このため、半導体製造装置100では、加熱部103の昇降温に時間がかかるため、一の基板101の処理が終了した後、次の基板101の処理が開始されるまでに、数10分〜数時間かかることがある。その結果、生産性が低下してしまうことがある。
また、加熱部103の加熱温度を維持して処理容器102内を高温に維持した状態で、基板搬入出機構108により、処理容器102内外への基板101の搬入出を行うと、基板101上に成膜された薄膜が改質されて、薄膜の膜質が低下してしまうことがある。
また、処理容器102内を高温に維持した状態で処理容器102内外への基板101の搬入出を行う際に、基板101上に成膜された薄膜の改質を抑制するため、原料ガス供給部105から処理容器102内に原料ガスを供給し続けることが考えられる。例えば、薄膜としてGaN膜が基板101上に成膜された場合、GaN膜の改質を防止するためには、原料ガス供給部105から処理容器102内にGaClガス、NHガスを供給し続ける必要がある。GaClガスやNHガスは腐食性のガスであるため、このようなガスが基板搬入出機構108に付着すると、基板搬入出機構108が腐食してしまうことがある。
また、処理容器102内を高温に維持した状態で、基板搬入出機構108により処理容器102内外への基板101の搬入出を行うと、基板搬入出機構108が熱により加熱されて損傷してしまうことがある。
これに対し、本実施形態によれば、第1の容器2内に、第2の容器8を設け、第2の容器8内で基板3の処理を行うとともに、基板搬送機構を駆動させる駆動部としての基板搬入機構19及び基板搬出機構21はそれぞれ、基板搬送機構22と分離可能に形成されている。その結果、シール部材を用いることなく、原料ガスが供給されることとなる第2の容器8内を気密にできる。また、第2の容器8と搬出口5との間の搬送経路を、第2の容器8内から搬出された処理済の基板3を、少なくとも第1の容器2内から搬出可能な所定の温度にまで降温させることができる長さに構成している。その結果、ヒータ17の加熱温度を所定の温度(例えば処理温度)に維持した状態で、基板搬入機構19、基板搬出機構21により基板搬送機構22を可動させた場合であっても、基板搬入機構19、基板搬出機構21が損傷することを抑制できる。
(本発明の他の実施形態)
以上、本発明の一実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施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適宜変更可能である。
上述の実施形態では、第2の容器8内に収容した基板3が所定の温度に達したら、排気管40から排気しつつ、原料ガスの供給を開始したが、これに限定されない。つまり、第2の容器8内に収容した基板3が所定の温度に達した後に、排気管40からの排気を開始したが、これに限定されない。例えば、第2の容器8内に収容した基板3が所定の温度に達するように加熱しつつ、排気管40から排気を開始してもよい。
上述の実施形態では、下側容器10としての基板載置部材11が昇降機構23により昇降されて第2の容器8内外への基板3の搬入出を行う場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図9に示すように、第2の容器8が備える上側容器9を昇降させることで、第2の容器8内外への基板3の搬入出を行うように構成されていてもよい。これによっても、少なくとも上記(a)〜(c)の効果を得ることができる。
具体的には、第1の容器2内には、上側容器9を昇降させる上側容器昇降機構46が設けられていてもよい。上側容器昇降機構46は、上側容器9の下端が下側容器10(基板載置部11)と接するまで上側容器9を下降させることで上側容器9の開口を閉塞し、上側容器9を上昇させることで上側容器9の開口を開放するように構成されているとよい。上側容器昇降機構46は、ゲートバルブ6,7の開閉動作と連動して上側容器9の昇降動作が行われるように構成されているとよい。
例えば、上側容器昇降機構46は、棒状部材47と、上側容器9に設けられ、棒状部材47を取付ける取付部48と、ゲートバルブ6,7にそれぞれ設けられ、棒状部材47の両端部を係止させる係止部49と、により構成されているとよい。棒状部材47は、ゲートバルブ6,7にそれぞれ設けられた係止部49間に架け渡し可能に構成されているとよい。棒状部材47は、石英等により構成されているとよい。取付部48は、例えば上側容器9の天板の外壁に設けられているとよい。例えば、取付部48には、貫通孔が形成されているとよい。棒状部材47を貫通孔に貫通させることで、棒状部材47が上側容器9に取付けられている。これにより、ゲートバルブ6,7が上昇することで、棒状部材47の両端部が係止部49に係止される(図9(b))。そして、さらにゲートバルブ6,7が上昇することで、棒状部材47及び上側容器9が上昇し、上側容器9の下端の開口を開放させることができる(図9(c))。なお、上側容器9の下降動作は、上述の上昇動作とは逆の動作により行われる。つまり、ゲートバルブ6,7を下降させることで、棒状部材47及び上側容器9が下降して、上側容器9の下端の開口を閉塞することができる。
また、例えば図10(a)〜(c)に示すように、上側容器昇降機構46は、棒状部材47と、基板搬入室18内に設けられる昇降機構49と、基板搬出室20内に設けられる昇降機構50と、を備えて構成されていてもよい。昇降機構49及び昇降機構50にはそれぞれ、制御部45が接続されている。制御部45は、昇降機構49及び昇降機構50がそれぞれ、所定のタイミングで棒状部材47が所定の高さ位置となるように、昇降機構49及び昇降機構50への供給電力を制御するように構成されている。そして、図10(a)〜(c)に示すように、上側容器9の昇降動作が行われる。まず、ゲートバルブ6,7が上昇されて、基板搬入室18と基板搬出室20とが連通される。そして、基板搬入室18内に設けられた昇降機構49と基板搬出室20内に設けられた昇降機構50とが第1の容器内に侵入して棒状部材46の両端部をそれぞれ支持する(図10(b))。そして、昇降機構49及び昇降機構50がそれぞれ上昇されることで、棒状部材46が上昇し、これに伴って、上側容器9が上昇する(図10(c))。なお、上側容器9の下降は、上側容器9の上昇動作とは逆の手順で行われる。これによっても、少なくとも上記(a)〜(c)の効果を得ることができる。
上述の実施形態では、第1の容器2内を搬送される基板3の搬送方向と、第2の容器8内を流れる原料ガスの流れ方向とが同じ方向である場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば図11に示すように、第1の容器2内を搬送される基板3の搬送方向が第2の容器8内を流れる原料ガスの流れ方向と水平方向で直交するように、第1の容器2内に搬送経路が設けられていてもよい。また、例えば、第1の容器2内を搬送される基板3の搬送方向が、第2の容器8内を流れる原料ガスの流れ方向と垂直方向で直交するように、第1の容器2内に搬送経路が設けられていてもよい。すなわち、例えば図1において、基板3が第1の容器2内の天井側から底側に向かって搬送されるように第1の容器2内に搬送経路が設けらていてもよい。これらによっても、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
上述の実施形態では、第2の容器8内で基板3を加熱してGaN膜を成膜する処理を行う場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。この他、例えば、第2の容器8内で、下側容器10としての基板載置部材11に付着したGaN膜等を除去するクリーニング処理を行ってもよい。すなわち、まず、第1の容器2内に、基板3を載置していない基板載置部材11を搬入し、基板3を載置していない基板載置部材11を例えば昇降機構23により上昇させて、上側容器9の開口を閉塞する。そして、排気管40から排気しつつ、クリーニングガス供給管32から原料ガス供給ノズル29を介して第2の容器8内へのクリーニングガスの供給を開始する。すなわち、第2の容器8が備える上側容器9に設けられた開口を開放した状態でAPCバルブ41を開けて、第2の容器8内を介して第1の容器2内を排気しつつ、クリーニングガス供給管32に設けられたバルブ39を開け、クリーニングガス供給源38からクリーニングガスの供給を開始する。そして所定時間が経過し、基板載置部材11のクリーニングが終了したら、バルブ39を閉めて第2の容器8内へのクリーニングガスの供給を停止する。
上述の実施形態では、基板3を加熱して行う所定の処理として、窒化ガリウム(GaN)膜を成膜する処理について説明したが、これに限定されるものではない。この他、基板3に種々の膜を成膜する処理等についても、同様に適用できる。
1 半導体製造装置
2 第1の容器
3 基板
4 搬入口
5 搬出口
8 第2の容器
17 ヒータ(加熱部)
22 基板搬送機構

Claims (10)

  1. 基板の搬入口及び搬出口が設けられた第1の容器と、
    前記搬入口に接続され、前記第1の容器内に搬入する基板を外部から搬入可能に構成されるとともに、前記第1の容器及び大気とそれぞれ遮断可能に構成された基板搬入室と、
    前記搬出口に接続され、前記第1の容器内から搬出した基板を外部に搬出可能に構成されるとともに、前記第1の容器及び大気とそれぞれ遮断可能に構成された基板搬出室と、
    前記第1の容器内に設けられ、基板を加熱して所定の処理を行う第2の容器と、
    前記第1の容器の外側に設けられ、前記第2の容器内に収容された前記基板を加熱する加熱部と、
    前記第1の容器内に設けられ、前記搬入口から前記搬出口に至るように前記第1の容器内に設けられた搬送経路に沿って複数の前記基板を一列に並べて搬送するとともに、前記第2の容器内外に順番に前記基板を搬入出し、前記加熱部で前記第1の容器内が加熱されることによって少なくとも一部が加熱される基板搬送機構と、を備え、
    前記基板搬送機構を駆動させる駆動部は、前記基板搬送機構と分離可能に形成されており、前記基板搬入室及び前記基板搬出室内にそれぞれ設置されている
    ことを特徴とする半導体製造装置。
  2. 前記基板搬入室および前記基板搬出室はそれぞれゲートバルブを介して前記第1の容器と遮断可能に構成されており、
    前記ゲートバルブが開けられ、前記基板搬入室と前記第1の容器とが連通し、前記基板搬出室と前記第1の容器とが連通した場合にのみ、前記基板搬入室内および前記基板搬出室内にそれぞれ設置された前記駆動部が前記基板搬送機構と接続されて前記基板搬送機構が駆動される
    ことを特徴とする請求項1に記載の半導体製造装置。
  3. 前記第2の容器と前記搬出口との間の前記搬送経路は、前記第2の容器内から搬出された処理済の前記基板を、少なくとも前記第1の容器内から搬出可能な所定の温度にまで降温させることができる長さに構成されている
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体製造装置。
  4. 前記加熱部は、前記第2の容器内外に前記基板を搬入出する間も所定の加熱温度を維持する
    ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
  5. 前記搬入口と前記第2の容器との間の前記搬送経路は、前記第2の容器内に搬入される基板を、所定の温度にまで昇温させることができる長さに構成されている
    ことを特徴とする請求項1ないしのいずれか1項に記載の半導体製造装置。
  6. 前記第2の容器には、前記第2の容器内に収容された前記基板に原料ガスを供給する原料ガス供給部が設けられており、
    前記第2の容器内では、前記基板を加熱して成膜処理が行われる
    ことを特徴とする請求項1ないしのいずれか1項に記載の半導体製造装置。
  7. 前記第2の容器と前記搬出口との間の前記搬送経路上は、処理済の前記基板の表面を保護することができる保護ガス雰囲気下にある
    ことを特徴とする請求項1ないしのいずれか1項に記載の半導体製造装置。
  8. 前記搬入口と前記第2の容器との間の前記搬送経路上は、未処理の前記基板の表面を保護することができる保護ガス雰囲気下にある
    ことを特徴とする請求項1ないしのいずれか1項に記載の半導体製造装置。
  9. 基板の搬入口及び搬出口が設けられた第1の容器内に、前記搬入口から前記搬出口に至るように設けられた搬送経路に沿って、前記第1の容器内に設けられるとともに前記第1の容器の外側に設けられた加熱部で前記第1の容器内が加熱されることによって少なくとも一部が加熱される基板搬送機構により、複数の前記基板を一列に並べて搬送するとともに、第2の容器内外に順番に前記基板を搬入出する基板搬送工程と、
    前記第2の容器内に収容された前記基板を、前記第1の容器の外側に設けられた加熱部により加熱して所定の処理を行う処理工程と、
    前記第2の容器内から搬出された処理済の前記基板を少なくとも前記第1の容器内から搬出可能な所定の温度にまで降温させることが可能な長さに構成された前記第2の容器と前記搬出口との間の前記搬送経路上で、処理済の前記基板を所定の温度にまで降温させる降温工程と、を有し、
    前記第1の容器内で、一の前記基板の前記処理工程と、他の処理済の前記基板の前記降温工程と、を同時並行的に行う
    ことを特徴とする半導体の製造方法。
  10. 前記第1の容器内に搬入され、前記第2の容器内に収容される未処理の前記基板を、前記第2の容器内に収容した後できるだけ早く、所定の加熱処理を行うことが可能な所定の温度にまで昇温させることが可能な長さに構成された前記搬入口と前記第2の容器との間の前記搬送経路上で、未処理の前記基板の温度を所定の温度にまで昇温させる予備加熱工程を有し、
    前記第1の容器内で、一の前記基板の前記処理工程と、他の処理済の前記基板の前記降温工程と、さらに他の未処理の前記基板の前記予備加熱工程と、を同時並行的に行う
    ことを特徴とする請求項9に記載の半導体の製造方法。
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