JP6315272B2

JP6315272B2 - 半導体基板の製造方法

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Publication number: JP6315272B2
Application number: JP2014182259A
Authority: JP
Inventors: 亮輔岩本
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2014-09-08
Filing date: 2014-09-08
Publication date: 2018-04-25
Anticipated expiration: 2034-09-08
Also published as: JP2016058480A

Description

本発明は、半導体基板の製造方法に関する。

近年、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）やＣＩＳ（ＣＭＯＳＩｍａｇｅＳｅｎｓｏｒ）等の撮像素子用基板として、シリコンエピタキシャルウェーハが使用される。シリコンエピタキシャルウェーハはシリコンウェーハ上にシリコン膜を気相成長させており、撮像素子用のエピタキシャルウェーハでは、ウェーハ内に金属不純物が存在すると白キズ（白点）と呼ばれる不良が発生する。そのため、ウェーハ中の金属不純物（重金属汚染）のレベルを低くすることが重要となっている。

エピタキシャル層を気相成長する際に反応炉内（反応チャンバー内）に金属不純物が存在すると、製造するエピタキシャルウェーハが金属不純物により汚染をされる。汚染源の金属不純物としては、例えば原料に用いるシリコン結晶やシリコン含有化合物が考えられる。その他に気相成長装置のメンテナンス（洗浄）時に付着した金属不純物、反応チャンバーを構成する素材に含まれる金属不純物、気相成長装置及び配管系に通常用いられるステンレス成分等が考えられる。

ところで、気相成長装置は定期的なメンテナンスが必要であり、例えば気相成長装置を大気開放して反応チャンバーや配管の洗浄等が行われる。また、気相成長装置によりシリコンエピタキシャルウェーハの製造を繰り返すと反応チャンバー内にシリコンが次第に堆積していく。この堆積したシリコン堆積物がパーティクル等の発生原因となる。そのため、定期的に反応チャンバー内のシリコン堆積物を除去（反応チャンバー内のクリーニング）する必要がある。反応チャンバーをクリーニングする方法としては、例えば、反応チャンバー内にＨＣＬガスを流して、そのＨＣＬガスにより反応チャンバー内をベーパーエッチングする方法が知られる。

しかし、反応チャンバーのメンテナンスやベーパーエッチングの直後は、気相成長装置の汚染度が一時的に悪化する。また、反応チャンバー内への微量な酸素混入によってもエピタキシャルウェーハに対する金属不純物の汚染が悪化することが分かっている。エピタキシャル層を気相成長させる基板を外部から気相成長装置内に搬入する場合、基板が搬入される搬入チャンバー（例えば、ロードロックチャンバー等）は大気開放状態となる。よって、気相成長装置内に基板を搬入する度に搬入チャンバーを含む基板の搬送系統（搬入チャンバーや基板を搬入チャンバーから反応チャンバーに搬送する搬送チャンバー等）に大気成分や外部の汚染が持ち込まれる。基板の搬送系統（搬送チャンバー）と反応チャンバーは、通常、隔離弁により両者の繋がりが遮断されるが、基板を反応チャンバーに搬送する場合には隔離弁が開放され、搬送チャンバーと反応チャンバーが一続きになる。それ故、搬送チャンバーから反応チャンバーに残留大気(特に酸素)が混入し、残留大気が製造されるエピタキシャルウェーハの金属不純物の汚染を引き起こすことが懸念される。

反応チャンバーに混入する大気対策として、気相成長装置内の酸素濃度を酸素濃度計により管理することが考えられる。しかし、微量な酸素濃度を検出するために高精度の計器を導入する必要があり、計器を導入すべき対象が多数存在する場合は計器を導入するコストが高くなる。そのため、酸素濃度計を用いた大気対策は現実的ではない。また、酸素濃度計では、酸素濃度しか濃度を管理できず、酸素濃度以外の汚染源が反応チャンバーに混入した場合、汚染を抑制することは困難である。

このように基板の搬送系統（搬入・搬送チャンバー）に残留大気が持ち込まれると、搬送チャンバーと反応チャンバーとの間を搬送される基板の基板搬送時に残留大気が反応チャンバーに混入するのを効果的に防げられない。一方から他方のチャンバーにガスが混入するのを防止する関連技術として、特許文献１には反応チャンバー内のガスをパージして反応チャンバーから搬送チャンバーにガスが混入するのを防止する方法が開示されている。また、特許文献２には一方から他方のチャンバーに基板が搬送される基板搬送時に、その両チャンバーを接続する基板の搬送経路にパージガスを導入して搬送される基板表面のパーティクルを除去する方法が開示されている。

特開平６−５５２０号公報特開２００３−１０９９９４号公報

しかし、特許文献１の方法では、反応チャンバー内のガスをパージするため、搬送チャンバーから反応チャンバーに残留大気が混入するのを防止できない。また、特許文献２の方法は、パーティクルを除去するためにパージガスを導入しており、基板搬送時に搬送チャンバーから反応チャンバーへの残留大気の混入を防止することを意図していない。

本発明の課題は、基板の搬送にともなう金属の汚染を抑制して高品質な半導体基板を製造できる半導体基板の製造方法を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の半導体基板の製造方法は、
基板上に反応ガスを導入して基板を処理する反応チャンバーと、
反応チャンバーに基板を搬入し、基板を処理した処理基板を反応チャンバーから搬出する搬送チャンバーと、
反応チャンバーと搬送チャンバーの間を基板及び処理基板が往来可能に連通する連通部と、
連通部に位置して、連通部にパージガスを導入するパージガス導入孔と、
搬送チャンバーと連通部の連通を開閉可能な開閉部と、
を備える半導体製造装置により半導体基板を製造する製造方法において、
搬送チャンバーから反応チャンバーに基板を搬入するために、開閉部が搬送チャンバーと連通部の連通を開放している間に、連通部が閉鎖している間のパージガスの流量である第１流量より大きい第２流量のパージガスを導入することを特徴とする。

本発明者は、反応チャンバーと搬送チャンバーの間を基板が搬送される際、反応チャンバーと搬送チャンバーを連通する連通部を通して搬送チャンバーから反応チャンバーに汚染が混入するのを発見した。ここで、搬送チャンバーから反応チャンバーへ基板が搬送される基板搬入時には搬送チャンバーと反応チャンバーを連通する連通部が開放される。そのため、基板搬入時に搬送チャンバーから反応チャンバーに汚染が混入してしまうのを防ぐ必要がある。よって、基板の搬入時に連通部に導入されるパージガスを意図的に増加させ（第２流量にし）、搬送チャンバーから反応チャンバーに流通する気体の流れを遮り、反応チャンバーに汚染が混入するのを抑制できる。仮に反応チャンバー内に汚染が混入したとしてもパージガスにより混入した汚染が希釈される。したがって、製造される半導体基板が金属不純物に汚染されるのを低減できる。

パージガスの流量は連通部が開放している間（約１０秒）だけ第１流量から第２流量に増加させる。そのため、連通部が閉鎖している間（プロセス中及び操業待機中）はパージガスの流量を高流量（第２流量）にする必要がない（第１流量でよい）。よって、反応チャンバーで薄膜を成膜する成膜条件やパージガスの使用量に大きな影響を与えない。更には半導体製造装置を改造する必要もない。

また、反応チャンバーから搬送チャンバーに処理基板を搬出するために、開閉部が搬送チャンバーと連通部の連通を開放している間に第２流量のパージガスを導入することができる。これにより、反応チャンバーから搬送チャンバーに処理基板を搬出する際に反応チャンバー内が汚染されるのを抑制できる。なお、第２流量は１０Ｌ／ｍｉｎ以上４０Ｌ／ｍｉｎ以下とすると、残留大気の混入の影響を抑制するのに効果的である。

本発明の気相成長装置の全体の概略図。図１の気相成長装置におけるＡ−Ａ模式断面図（ただし、ロードロックチャンバーの内部機構は省略した）。図２の第３流路の部分拡大模式図。比較例のエピタキシャルウェーハ製造工程を示すフロー図。実施例のエピタキシャルウェーハ製造工程を示すフロー図。ＩＣＰ−ＭＳ法によりエピタキシャルウェーハの表面のＭｏ濃度を測定した比較例と実施例の結果を示したグラフ。実施例と比較例の搬送チャンバーの酸素濃度を示したグラフ。実施例と比較例の反応チャンバーの酸素濃度を示したグラフ。

図１及び図２は本発明で使用される一例の枚葉式の気相成長装置１を示す。気相成長装置１は、シリコン基板Ｗの表面上にシリコン単結晶膜（エピタキシャル層）を気相成長してシリコンエピタキシャルウェーハ（処理後のシリコン基板Ｗ’）を製造する装置である。気相成長装置１は、例えば、ＣＣＤやＣＩＳ等の撮像素子用基板に使用されるシリコンエピタキシャルウェーハを製造する。

気相成長装置１は、シリコン基板Ｗ、Ｗ’を保持するロードロックチャンバー２とシリコン基板Ｗ、Ｗ’を搬送する搬送チャンバー３と基板を処理する反応チャンバー４（プロセスチャンバー）及びクーリングチャンバー５を備える。

ロードロックチャンバー２は、処理前のシリコン基板Ｗを収容する第１チャンバー２ａと処理後のシリコン基板Ｗ’を収容する第２チャンバー２ｂを備える。第１チャンバー２ａは、処理前のシリコン基板Ｗを複数保持する第１カセットＣ１と、シリコン基板Ｗを第１チャンバー２ａから搬出する搬送口Ｇ１を有する。第２チャンバー２ｂは、処理後のシリコン基板Ｗ’を複数保持可能な第２カセットＣ２と、シリコン基板Ｗ’を第２チャンバーに搬入する搬送口Ｇ２を有する。第１チャンバー２ａ内及び第２チャンバー２ｂ内はそれぞれ、図示しないガス導入管とガス排出管を備え、ガス導入管から雰囲気ガスが供給され、ガス排気管から排出される。例えば、雰囲気ガスとして窒素ガスが用いられ、第１及び第２チャンバー２ａ、２ｂ内は窒素雰囲気にされる。

搬送チャンバー３はロードロックチャンバー２と反応チャンバー４の間に挟まれるように位置する。搬送チャンバー３は、ロードロックチャンバー２から反応チャンバー４にシリコン基板Ｗを搬送する。また、反応チャンバー４からクーリングチャンバー５を経てロードロックチャンバー２にシリコン基板Ｗ’を搬送する。搬送チャンバー３は、シリコン基板Ｗ、Ｗ’を搬送する搬送ロボット６と、チャンバー間（チャンバー２と３、チャンバー３と４）を隔離する可動弁７（図２参照）と、ガス排出管８と、シリコン基板Ｗ、Ｗ’の出入口となる搬送口Ｇ３、Ｇ４（図１参照）、Ｇ５を備える。図示省略してあるが、搬送チャンバー３にはガス排出管８に対応してガス導入管も備わる。

図２に示すように搬送ロボット６は、シリコン基板Ｗ、Ｗ’が載置されるブレード６ａと、ブレード６ａに接続される伸縮可能なアーム６ｂと、アーム６ｂを伸縮させる可動機構６ｃと、アーム６ｂを回転させる回転機構６ｄを備える。ブレード６ａは二股状に形成され、上面にシリコン基板Ｗ、Ｗ’が載置される。ブレード６ａは例えば石英製である。ブレード６ａに接続されるアーム６ｂは伸縮機構６ｃにより伸縮する。伸縮機構６ｃは、図示しないモーターを介してアームを水平方向に伸縮可能にする。回転機構６ｄは、図示しないモーターを介して軸線Ｏ１回りにアーム６ｂを回転可能にする。

アーム６ｂを可動させる伸縮機構６ｃ及び回転機構６ｄには制御部９が接続される。制御部９は、図示しないＣＰＵと、各機構６ｃ、６ｄに備わるモーターを駆動する駆動回路を有する。制御部９（ＣＰＵと駆動回路）によりアーム６ｂの伸縮、回転が制御される。搬送ロボット６は、アーム６ｂの伸縮、回転を駆使することで、シリコン基板Ｗをブレード６ａに載置した状態で第１チャンバー２ａから反応チャンバー４にシリコン基板Ｗを搬送する。また、シリコン基板Ｗ’をブレード６ａに載置した状態で反応チャンバー４から搬出させ、図１に示すクーリングチャンバー５や第２チャンバー２ｂにシリコン基板Ｗ’を搬送する。

図２に戻って、可動弁７は、第１可動弁１０と第２可動弁１１を有する。第１可動弁１０は、搬送口Ｇ３を閉鎖することで第１チャンバー２ａと搬送チャンバー３の間を隔離可能な第１隔離弁１０ａと、第１隔離弁１０ａを搬送口Ｇ３に向けて進行後退可能に可動する可動機構１０ｂを備える。第１隔離弁１０ａは搬送口Ｇ３に対向するように位置する。可動機構１０ｂは、図示しないエアシリンダーを介して第１隔離弁１０ａを搬送口Ｇ３に向けて進行及び後退させる。可動機構１０ｂは第１隔離弁１０ａを進行させて搬送口Ｇ３を閉鎖させることで、第１チャンバー２ａと搬送チャンバー３の間を隔離する。なお、搬送口Ｇ３と同様に搬送口Ｇ４（図１参照）に対しても別途、独立して第１可動弁１０が配置される。

図２に示すように第２可動弁１１は、搬送口Ｇ５を閉鎖することで搬送チャンバー３と反応チャンバー４の間を隔離可能な第２隔離弁１１ａと、第２隔離弁１１ａを搬送口Ｇ５に向けて進行後退可能に可動する可動機構１１ｂを備える。第２隔離弁１１ａは搬送口Ｇ５に対向するように位置する。可動機構１１ｂは、図示しないエアシリンダーを介して第２隔離弁１１ａを搬送口Ｇ５に向けて進行及び後退させる。可動機構１１ｂは第２隔離弁１１ａを進行させて搬送口Ｇ５を閉鎖させることで、搬送チャンバー３と反応チャンバー４の間が隔離する。なお、第２可動弁１１が本発明の「開閉部」の一例に相当する。

第１及び第２隔離弁１０ａ、１１ａをそれぞれ駆動させる駆動機構１０ｂ、１１ｂには弁制御部１２が接続される。弁制御部１２は、図示しないＣＰＵと、各機構１０ｂ、１１ｂに備わるエアシリンダーを駆動する駆動回路を有する。弁制御部１２（ＣＰＵと駆動回路）により第１及び第２隔離弁１０ａ、１１ａの可動が制御される。よって、シリコン基板Ｗ、Ｗ’の搬送に応じてロードロックチャンバー２と搬送チャンバー３の間や搬送チャンバー３と反応チャンバー４の間が隔離又は連通する。

また、ガス導入管（図示省略）及びガス排出管８は、ガス導入管が搬送チャンバー３内に雰囲気ガスを導入し、ガス排出管８により搬送チャンバー３内に導入された雰囲気ガスが排出される。例えば、雰囲気ガスとして窒素ガスが用いられ、搬送チャンバー３内は窒素雰囲気にされる。

搬送口Ｇ３はシリコン基板Ｗを第１チャンバー２ａから搬送チャンバー３に搬入する搬入口である。搬送口Ｇ４（図１参照）はシリコン基板Ｗ’を搬送チャンバー３から第２チャンバー２ｂに搬出する搬出口である。搬送口Ｇ５はシリコン基板Ｗを搬送チャンバー３から反応チャンバー４に搬入及びシリコン基板Ｗ’を反応チャンバー４から搬送チャンバー３に搬出する搬出搬入口である。なお、搬送口Ｇ３〜Ｇ５は、それぞれの開口が各隔離弁１０ａ、１１ａに対向するように搬送チャンバー３の下方に傾斜して配置される。

反応チャンバー４は搬送チャンバー３に隣接して位置する。反応チャンバー４は、シリコン基板Ｗ上に気相成長ガス（反応ガス）を導入してシリコン基板Ｗ上に薄膜（エピタキシャル層）を成長して、シリコン基板Ｗ’（エピタキシャルウェーハ）を製造する。反応チャンバー４は、シリコン基板Ｗを水平に支持するサセプタ１３と、サセプタ１３を支持する支持部１４と、サセプタ１３を可動する可動機構１５と、ガス導入管（図示省略）及びガス排出管１６を備える。また、反応チャンバー４にはシリコン基板Ｗの搬入口及びシリコン基板Ｗ’の搬出口となる搬送口Ｇ６を備える。

可動機構１５は、支持部１４を通してサセプタ１３を軸線Ｏ２回りに回転及びサセプタ１３を上下に可動させる。ガス導入管は、気相成長ガス（反応ガス）をサセプタ１３の上側の領域に導入するとともに、サセプタ１３上のシリコン基板Ｗの主表面上に供給する。気相成長ガスは、原料ガス（例えばＴＣＳ（トリクロロシラン））、原料ガスを希釈するキャリアガス（例えば水素）及びエピタキシャル層に導電型を付与するドーパントガスを含む。また、ガス導入管の反対側に反応チャンバー４内のガスを排出するガス排出管１６が接続される。なお、反応チャンバー４内の圧力は、ロードロックチャンバー２及び搬送チャンバー３より低く設定される。図示省略するが、反応チャンバー４の周囲（例えば、反応チャンバー４の上下）には、気相成長時にシリコン基板Ｗをエピタキシャル成長温度（例えば、９００〜１２００℃）に加熱するハロゲンランプなどのランプが備わる。

また、ロードロックチャンバー２と搬送チャンバー３の間には開閉可能なバルブゲート１７が備わる。図１に示すようにバルブゲート１７は、第１チャンバー２ａと搬送チャンバー３の間に位置する第１バルブゲート１７ａと、第２チャンバー２ｂと搬送チャンバー３の間に位置する第２バルブゲート１７ｂを備える。図２に示すように第１バルブゲート１７ａは、搬送口Ｇ１と搬送口Ｇ３を連通して第１チャンバー２ａと搬送チャンバー３を連通する流路となる第１流路１７ａ１と、第１可動弁１０が備わる。なお、第１流路１７ａ１は、シリコン基板Ｗが往来可能な大きさに形成される。図２には示されないが、第２バルブゲート１７ｂ（図１参照）は第１バルブゲート１７ａと同様に、搬送口Ｇ２と搬送口Ｇ４を連通して第２チャンバー２ｂと搬送チャンバー３を連通する流路となる第２流路と、第１可動弁１０が備わる。なお、第２流路はシリコン基板Ｗ’が往来可能な大きさに形成される。

搬送チャンバー３と反応チャンバー４の間にも開閉可能なバルブゲート１８が備わる。バルブゲート１８は、搬送口Ｇ５と搬送口Ｇ６を連通して搬送チャンバー３と反応チャンバー４を連通する流路となる第３流路１８ａと、第２可動弁１１が備わる。第３流路１８ａはシリコン基板Ｗ、Ｗ’が往来可能に形成され（往来空間Ｓを有し）、図３に示すように第３流路１８ａ内にパージガスを導入するパージガス導入管１９が接続され、第３流路１８ａにはパージガス導入孔１９ａが形成される。パージガス導入管１９に導入されるパージガスはガス制御部２０により流量が制御される。ガス制御部２０は、パージガス導入管１９に導入されるパージガスの流量を可変できる。ガス制御部２０は、例えば、プロセス中及び操業待機中に第３流路１８ａ内及び反応チャンバー４内の下部に気相成長ガスが溜まるのを防止するために第１流量でパージガスを導入することができる。また、ガス制御部２０は、例えば、第３流路１８ａをシリコン基板Ｗ、Ｗ’が移動する際に第１流量より大きい第２流量のパージガスを導入できる。なお、第３流路１８ａが本発明における「連通部」の一例に相当する。

図２に戻ってバルブゲート１７、バルブゲート１８はそれぞれ弁制御部１２により各流路１７ａ１、１８ａの開閉が制御される。よって、シリコン基板Ｗ、Ｗ’の搬送に応じてロードロックチャンバー２と搬送チャンバー３の間や搬送チャンバー３と反応チャンバー４の間が隔離されたり、開放（連通）されたりする。

以上の構成を有した気相成長装置１によりシリコンエピタキシャルウェーハ（シリコン基板Ｗ’）が製造される。シリコン基板Ｗ’の製造に先立ち、シリコン基板Ｗが外部（大気雰囲気）からロードロックチャンバー２内に搬入される。よって、シリコン基板Ｗの搬入によりロードロックチャンバー２内は大気雰囲気となる。そこで、反応チャンバー４内へ大気が混入するのを防止するために、不活性ガス（例えば窒素）によりロードロックチャンバー２内の雰囲気が置換される。

一定時間が経過してロードロックチャンバー２内の置換が完了すると、ロードロックチャンバー２と搬送チャンバー３の間のバルブゲート１７を開放する。バルブゲート１７が開放されると搬送ロボット６がロードロックチャンバー２（第１チャンバー２ａ）のカセットＣ１からシリコン基板Ｗを１枚抜き取り、シリコン基板Ｗをブレード６ａに載置する。搬送ロボット６はシリコン基板Ｗをブレード６ａに載置した状態でシリコン基板Ｗをロードロックチャンバー２から搬送チャンバー３に搬送する。

シリコン基板Ｗが搬送チャンバー３内に搬入されると、バルブゲート１７の第１隔離弁１０ａが搬送口Ｇ３を閉鎖する。すると、搬送チャンバー３と反応チャンバー４の間のバルブゲート１８の第２隔離弁１１ａが搬送口Ｇ５を開放する。搬送ロボット６のブレード６ａに載置されたシリコン基板Ｗは搬送口Ｇ５を経て第３流路１８ａを通過して、反応チャンバー４内のサセプタ１３に搬送（載置）される。

シリコン基板Ｗが反応チャンバー４内に搬入されると、搬送ロボット６がサセプタ１３にシリコン基板Ｗを渡し、シリコン基板Ｗがサセプタ１３上に載置される。その後、搬送ロボット６が反応チャンバー４内から退出して搬送チャンバー３内に戻ると、バルブゲート１８の第２隔離弁１１ａが搬送口Ｇ５を閉鎖する。そして、反応チャンバー４内ではシリコン基板Ｗ上にシリコンエピタキシャル層が形成され、シリコン基板Ｗ’が製造される。図３に示すように第３流路１８ａのパージガス導入孔１９ａは搬送チャンバー３側に位置するが、搬送口Ｇ５が閉鎖するとパージガス導入孔１９ａは反応チャンバー４内に位置する。パージガス導入孔１９ａからはプロセス時のキャリアガス（本実施態様では水素）と同種のガス（パージガス）が流れる。パージガスが流れることで、第３流路１８ａや反応チャンバー４の下部に気相成長ガス（原料ガス等の反応性ガス）が溜まるのを防いでいる。このパージガスはプロセス時及び操業待機中に第３流路１８ａに導入される。

図２に戻って反応チャンバー４内でのエピタキシャル成長処理が完了すると、バルブゲート１８の第２隔離弁１１ａが搬送口Ｇ５を開放する。バルブゲート１８が開放されると搬送ロボット６がサセプタ１３上のシリコン基板Ｗ’を受け取り、シリコン基板Ｗ’をブレード６ａに載置する。搬送ロボット６はシリコン基板Ｗ’をブレード６ａに載置した状態でシリコン基板Ｗ’を反応チャンバー４から搬送チャンバー３に搬送する。

シリコン基板Ｗ’が搬送チャンバー３内に搬入されると、バルブゲート１８の第２隔離弁１１ａが搬送口Ｇ５を閉鎖する。その後、シリコン基板Ｗ’はクーリングチャンバー５を経た後、ロードロックチャンバー２に搬送される。シリコン基板Ｗ’がロードロックチャンバー２に搬送される場合は、ロードロックチャンバー２（第２チャンバー２ｂ）と搬送チャンバー３の間のバルブゲート１７の第１隔離弁１０ａが搬送口Ｇ４を開放する。搬送ロボット６のブレード６ａに載置されたシリコン基板Ｗ’は搬送口Ｇ４を経て第２流路を通過して、第２チャンバー２ｂ内のカセットＣ２に載置される。

以上、シリコン基板Ｗが搬送されてシリコン基板Ｗ’が製造される一連の流れを説明した。シリコン基板Ｗ、Ｗ’はチャンバー間（チャンバー２と３、チャンバー３と４）を搬送され、シリコン基板Ｗ、Ｗ’の搬送時には隔離されたチャンバー同士（チャンバー２と３、チャンバー３と４）が連通する。よって、シリコン基板Ｗ、Ｗ’が搬送される際、例えば反応チャンバー４に導入される気相成長ガス（反応性ガス）が搬送チャンバー３に逆流するおそれがある。そのため、反応チャンバー４に導入される気相成長ガス（反応性ガス）が搬送チャンバー３に逆流するのを防ぐために、搬送チャンバー３内の圧力は反応チャンバー４内の圧力より高く設定される。

そのため、シリコン基板Ｗを反応チャンバー４に搬入する際は、反応チャンバー４と搬送チャンバー３の間の第３流路１８ａを通り搬送チャンバー３の雰囲気ガスが反応チャンバー４内に流れ込む。この際、搬送チャンバー３の雰囲気ガスに残留大気が存在すると、反応チャンバー４に残留大気が持ち込まれ、製造されるシリコン基板Ｗ’に金属不純物の汚染が発生するおそれがある。そこで、反応チャンバー４内に残留大気が混入するのを防ぎ、製造されるシリコン基板Ｗ’に金属不純物の汚染が発生するのを抑制する必要がある。そのため、本発明では図３に示すパージガス導入孔１９ａから導入されるパージガスの流量を変更（増加）させる。以下、パージガスの流量を変更する一連の流れを説明する。なお、シリコン基板Ｗを反応チャンバー４に搬入する例を説明するが、シリコン基板Ｗ’を反応チャンバー４から搬出する場合でも同様に反応チャンバー４内に残留大気が混入する。

パージガス導入孔１９ａから第３流路１８ａに導入されるパージガスは、プロセス時及び操業待機時に第３流路１８ａに導入される。プロセス時やシリコン基板Ｗ、Ｗ’を搬送する搬送時を含む操業待機時には、それぞれ予め定められた流量のパージガスがパージガス導入孔１９ａから第３流路１８ａに導入される。しかし、上記のように搬送チャンバー３から反応チャンバー４へシリコン基板Ｗが搬入される搬入時にはパージガスの流量が変更される。シリコン基板Ｗを反応チャンバー４に搬入する際にバルブゲート１８の第２隔離弁１１ａが搬送口Ｇ５を開放すると、パージガス導入孔１９ａから導入されるパージガスの流量が変更される。パージガス導入孔１９ａから導入されるパージガスの流量は、搬送口Ｇ５の開放に合わせて操業待機時の流量（第１流量）から第１流量より大きい第２流量に変更される。この第２流量のパージガスは、シリコン基板Ｗが反応チャンバー４に搬入され、バルブゲート１８の第２隔離弁１１ａが搬送口Ｇ５を閉鎖すると、第１流量に戻される。パージガスの流量を第１流量から第２流量に変更するタイミングは、搬送口Ｇ５の開放時に合わせてもよいし、その開放時の前後に多少ずれてもよい。同様にパージガスの流量を第２流量から第１流量に変更するタイミングは、搬送口Ｇ５の閉鎖時に合わせてもよいし、その閉鎖時の前後に多少ずれてもよい。このように搬送口Ｇ５が開放されて閉鎖されるまでのシリコン基板Ｗの搬入作業期間中にパージガス導入孔１９ａから導入されるパージガスの流量が第２流量に維持される。そのため、搬送口Ｇ５が開いている間、パージガスの流量を増加させることで、搬送チャンバー３から反応チャンバー４に流通する気体（残留大気）の流れを遮り、反応チャンバー４に汚染が混入するのを抑制できる。仮に反応チャンバー４内に汚染が混入したとしてもパージガスにより混入した汚染が希釈され、製造されるシリコン基板Ｗ’の金属不純物による汚染を低減できる。なお、シリコン基板Ｗを反応チャンバー４に搬入する例を説明したが、シリコン基板Ｗ’を反応チャンバー４から搬出する場合でも同様となる。

パージガスを第１流量から第２流量に流量を増加させる時間は、搬送口Ｇ５が開いている間（シリコン基板Ｗの搬入及びシリコン基板Ｗ’の搬出中）だけである。それ以外のプロセス中及び操業待機中はパージガスを第２流量にする必要がない（パージガスを第１流量にする）。そのため、シリコン基板Ｗに成長させる成膜の成長条件やシリコン基板Ｗ上に導入する気相成長ガス等のガス使用量に対して影響を与えない。したがって、簡単に実施することができる。

以下、比較例及び実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。

（比較例）
先ず比較例として、図２に示す気相成長装置１の搬送チャンバー３と反応チャンバー４のガス排出管１６（ガス排気系）にそれぞれ酸素濃度計を取り付けた気相成長装置を用意した。外部からロードロックチャンバー２に基板を搬入する前の搬送チャンバー３内及び反応チャンバー４内の酸素濃度の測定下限値を測定したところ、いずれも０．１ｐｐｍ以下であった。その後、反応チャンバー４内の汚染を評価する汚染評価用の半導体ウェーハの基板となるシリコンウェーハを準備した。準備した基板は、ロードロックチャンバー２に搬入された後、図４Ａに示すようにロードロックチャンバー２から搬送チャンバー３に搬送される（ステップＳ１０１）。基板が搬送チャンバー３に搬送された後、搬送チャンバー３と反応チャンバー４の間の第２隔離弁１１ａを開放する（ステップＳ１０２）。そして、基板を搬送チャンバー３から反応チャンバー４に搬送した（ステップＳ１０３）。第２隔離弁１１ａが搬送口Ｇ５を開放して、搬送口Ｇ５を再び閉鎖するまでの搬入作業期間中は第３流路１８ａに導入するパージガスの流量を変更せず、操業待機状態のパージガスの流量（５Ｌ／ｍｉｎ）を維持した。また、基板を搬送チャンバー３から反応チャンバー４へ搬送している間における搬送チャンバー３と反応チャンバー４の最大酸素濃度を酸素濃度計により測定した。

基板が反応チャンバー４に搬入された後、第２隔離弁１１ａが閉鎖され（ステップＳ１０４）、その後、基板上にエピタキシャル層を成長した（ステップＳ１０５）。エピタキシャル層の成膜時には、原料ガスのＴＣＳを１０Ｌ／ｍｉｎ、キャリアガスの水素を５０Ｌ／ｍｉｎ流し、基板上に膜厚１０μｍのエピタキシャル層を成長させ、汚染評価用の半導体ウェーハを作成した。そして、ＩＣＰ−ＭＳ法を用いて作製した汚染評価用の半導体ウェーハ表面のＭｏ（モリブデン）濃度を測定した。

図５に示すように比較例のエピタキシャルウェーハの表面のＭｏ濃度をIＣＰ−ＭＳ法により測定した測定値は、４．２Ｅ＋７ａｔоｍｓ／ｃｍ^２となった。また、図６に示すように基板を搬送チャンバー３から反応チャンバー４に搬送する基板搬送時の搬送チャンバー３の最大酸素濃度は、８４ｐｐｍであり、図７に示すように反応チャンバー４内の最大酸素濃度は１１．４ｐｐｍとなった。

（実施例）
次に実施例について説明する。比較例と同じ装置を用い、比較例と同様に外部から基板を搬入する前の搬送チャンバー３内及び反応チャンバー４内の酸素濃度の測定下限値が０．１ｐｐｍ以下であることを確認した。そして、比較例と同様のサンプルを作製した後、比較例と同様に基板上にエピタキシャル層を成長させてエピタキシャルウェーハ表面のＭｏ濃度を測定した。実施例では、第２隔離弁１１ａが搬送口Ｇ５を開放して搬送口Ｇ５を再び閉鎖するまでの搬送期間中にパージガス導入孔１９ａから導入されるパージガスの流量を変更した（図４ＢのステップＳ２ａ、Ｓ４ａ）。具体的には、搬送期間中は、操業待機中に導入するパージガスの流量（５Ｌ／ｍｉｎ）より大きい流量（１５Ｌ／ｍｉｎ、３０Ｌ／ｍｉｎ、４０Ｌ／ｍｉｎ）になるように基板毎に流量を変更した（ステップＳ２ａ）。基板が反応チャンバー４に搬入された後、第２隔離弁１１ａが閉鎖され（ステップＳ４）、その後、パージガスの流量を操業待機中に導入するパージガスの流量（５Ｌ／ｍｉｎ）に戻した（ステップＳ４ａ）。そして、それぞれの基板について比較例と同様の手順によりエピタキシャルウェーハを作製した。

図５に示すように実施例で測定されたＭｏ濃度の測定値は、変更させたパージガスの流量が増加するに従って減少する。変更させたパージガスの流量が４０Ｌ／ｍｉｎの時にＭｏ濃度の測定値が１．２Ｅ＋７ａｔоｍｓ／ｃｍ^２となった。また、基板を搬送チャンバー３から反応チャンバー４に搬送する基板搬送時の搬送チャンバー３内の最大酸素濃度と反応チャンバー４内の最大酸素濃度の推移が図６と図７に示される。図６に示すようにパージガスの流量に対する搬送チャンバー３内の最大酸素濃度はほとんど変化しない。それに対して、図７に示すように反応チャンバー４内の最大酸素濃度はＭｏ濃度と同様にパージガスの流量の増加に従い減少する傾向を示す。反応チャンバー４内の最大酸素濃度は、パージガスの流量が４０Ｌ／ｍｉｎの時に１．９ｐｐｍであった。

図５に示す実施例のＭｏ濃度の推移から本発明を適用してパージガスの流量を操業待機中のパージガスの流量より増やすことで金属不純物の発生を抑制できると分かった。図６及び図７に示す実施例の搬送チャンバー３内と反応チャンバー４内の最大酸素濃度の推移から本発明を適用した気相成長装置１は、搬送チャンバー３内の酸素濃度は同程度でも、反応チャンバー４内の酸素濃度を低くできる。それ故、本発明を適用することで搬送チャンバー３から反応チャンバー４に混入する搬送チャンバー３中の雰囲気ガスを抑制できることが示された。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。上記実施形態では、半導体製造装置としてエピタキシャル成長を行う気相成長装置１を例示した。しかし、基板を搬送する基板搬送系統（ロードロックチャンバー２、搬送チャンバー３又はそれに類する装置）を具備し、反応室内で腐食性ガス（反応ガス）反応させる装置であれば、他の半導体製造装置に用いてもよい。例えば、他の薄膜を基板上に形成するＣＶＤ装置や腐食性ガスを用いて基板表面をエッチングするドライエッチング装置等に採用してもよい。

本明細書では搬送チャンバー３に搬送ロボット６を備える例を説明したが、ロードロックチャンバー２が搬送チャンバー３（搬送機構）を兼ねた装置でもよい。

１気相成長装置２ロードロックチャンバー
３搬送チャンバー４反応チャンバー
６搬送ロボット７可動弁
１１第２可動弁（開閉部）１８ａ第３流路（連通部）
１８バルブゲート１９ａパージガス導入孔
２０ガス制御部

Claims

基板上に反応ガスを導入して前記基板を処理する反応チャンバーと、
前記反応チャンバーに前記基板を搬入し、前記基板を処理した処理基板を前記反応チャンバーから搬出する搬送チャンバーと、
前記反応チャンバーと前記搬送チャンバーの間を前記基板及び前記処理基板が往来可能に連通する連通部と、
前記連通部に位置して、前記連通部にパージガスを導入するパージガス導入孔と、
前記搬送チャンバーと前記連通部の連通を開閉可能な開閉部と、
を備える半導体製造装置により半導体基板を製造する製造方法において、
前記搬送チャンバーから前記反応チャンバーに前記基板を搬入するために、前記開閉部が前記搬送チャンバーと前記連通部の連通を開放している間に、前記連通部が閉鎖している間の前記パージガスの流量である第１流量より大きい第２流量の前記パージガスを導入することを特徴とする半導体基板の製造方法。
前記反応チャンバーから前記搬送チャンバーに前記処理基板を搬出するために、前記開閉部が前記搬送チャンバーと前記連通部の連通を開放している間に前記第２流量の前記パージガスを導入する請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
前記第２流量は１０Ｌ／ｍｉｎ以上４０Ｌ／ｍｉｎ以下である請求項１又は２に記載の半導体基板の製造方法。