JP6431620B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板処理装置に関し、さらに詳しくは、基板上のガスの流れを円滑にすることができる基板処理装置に関する。

一般に、基板処理装置は、１枚の基板に対して基板処理工程を行える枚葉式（Ｓｉｎｇｌｅ Ｗａｆｅｒ Ｔｙｐｅ）の基板処理装置と、複数枚の基板に対して基板処理工程を同時に行えるバッチ式（Ｂａｔｃｈ Ｔｙｐｅ）の基板処理装置とに大別される。枚葉式の基板処理装置は、設備の構成が簡単であるというメリットがあるが、生産性に劣るため、量産可能なバッチ式の基板処理装置が多用されている。

バッチ式の基板処理装置は、水平状態で多段に積み重ねられた基板を収納して処理する処理室と、該処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給ノズルと、処理室内を排気する排気ラインとを備える。この種のバッチ式の基板処理装置を用いた基板処理工程は、次のようにして行う。まず、複数枚の基板を処理室内に搬入する。次いで、排気ラインを介して処理室内を排気しながら、処理ガス供給ノズルを介して処理室内に処理ガスを供給する。次いで、処理ガス供給ノズルから噴射された処理ガスが各基板の間を通過しながら排気口を介して排気ラインに流れ込み、基板の上には薄膜が形成される。

しかしながら、従来の基板処理装置の場合、供給ノズルから噴射された処理ガスが基板の上に均一に分布できず、排気口に流れ込んでいた。すなわち、基板の中心部を通過する処理ガスの流れは遅くなり、一方、基板の外郭部を通過する処理ガスの流れは速くなっていた。この理由から、基板の中心部及び外郭部における薄膜の膜厚に違いが生じてしまい、その結果、基板または基板上の薄膜の品質が低下してしまうという不都合が発生していた。

本発明の目的は、基板上の全体の領域におけるガスの流れが一定になるように制御することができる基板処理装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、基板上の全体の領域に均一な薄膜を形成することができる基板処理装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため案出された本発明に係る基板処理装置は、内部空間を形成する第１のチューブと、該第１のチューブの内部空間に複数枚の基板を上下方向に積載し、各基板が処理される複数の処理空間を各々個別に形成する基板ホルダと、第１のチューブの内部にガスを供給するように上下方向にそれぞれの処理空間に対応して配置される複数の主噴射孔を有するガス供給ユニットと、第１のチューブの内部の複数の処理空間に供給されたガスを外部に排気する排気ユニットとを備え、排気ユニットは、主噴射孔と向かい合い、上下方向にそれぞれの処理空間に対応して一列に配置される複数の排気孔を備えることを特徴とする。

好ましくは、排気孔は、基板の積載方向と交差する方向に延びるスリットまたは基板の積載方向と交差する方向に配置される複数の孔を備える。

また、好ましくは、排気孔の基板の積載方向と交差する方向の幅が第１のチューブの上下方向の中心軸を基準として３５°以内で形成され、排気孔は、中心軸を基準として主噴射孔と対称となるように配置される。

さらに、好ましくは、排気ユニットは、第１のチューブの外側に配設される排気ダクトをさらに備え、排気ダクトは、上下方向に延設され、内部にガスが移動する通路を形成し、排気孔と対応する位置に配置されるボディ部と、該ボディ部の下部に接続されてボディ部と連通され、下部が開放される接続部とを備える。

さらにまた、好ましくは、排気ユニットは、ガスを吸い込むように排気ダクトと接続される排気ラインをさらに備え、複数の排気孔は、排気ダクト及び排気ラインが接続される部分から遠い距離に配置されるほど、基板の積載方向と交差する方向の幅が大きく形成される。

さらにまた、好ましくは、排気ラインは、第１のチューブ及び排気ダクトの下部に接続されるフランジと、フランジに配設され、一方の側が排気ダクトの接続部と連通される排気ポートと、一方の端が排気ポートの他方の側に接続される排気管と、該排気管の内部のガス流量を制御するように排気管に配設される制御弁と、ガスを吸い込むように排気管の他方の端に接続される排気ポンプとを備える。

さらにまた、好ましくは、排気ラインは、一方の端が制御弁と排気ポンプとの間の排気管と接続され、他方の端がガス供給ユニットと接続される経路切換え配管と、経路切換え配管と排気管との間に配置されてガスの移動経路を切り換える経路切換え弁とをさらに備える。

さらにまた、好ましくは、基板処理装置は、接続部の下面及びフランジの上面に形成された位置決めユニットをさらに備える。

さらにまた、好ましくは、ガス供給ユニットは、第１のチューブの周りに沿ってそれぞれの処理空間に対応してらせん状に配置される複数の補助噴射孔をさらに備える。

さらにまた、好ましくは、補助噴射孔のガス噴射量は、主噴射孔のガス噴射量と比べて３０％以下である。

さらにまた、好ましくは、排気ユニットは、補助噴射孔に対応して排気孔の側面に配置される補助孔をさらに備える。

さらにまた、好ましくは、基板処理装置は、第１のチューブを収容するように内部空間を有する第２のチューブを備え、排気ダクトは、第１のチューブと第２のチューブとの間に配置される。

さらにまた、好ましくは、排気ダクトの材質としてクォーツを用いることができ、排気ダクトは、第１のチューブに一体に配設される。

本発明の実施の形態によれば、基板が処理される処理空間に流れ込むガスの流れを制御することができる。すなわち、ガスの流れが遅い基板の中心部の上側においてはガスの流れを速くし、ガスの流れが速い基板の外郭部の上側においてはガスの流れを遅く制御することができる。このため、基板上の全体の領域に亘ってガスの流れが均一になるので、基板上の全体の領域にガスが均一に分布される。したがって、ガスを用いて基板の上に薄膜を蒸着する場合、基板の全体の領域に亘って薄膜が均一な膜厚をもって成長するので、生産される基板または基板上の薄膜の品質が向上する。

また、本発明の実施の形態によれば、排気ダクトを配設してガスによる装備の汚れを防ぐことができる。すなわち、装置を汚すガスの移動経路を排気ダクトの内部に限定することにより、ガスにより装置の他の部分が汚れてしまうことを防ぐことができる。したがって、装備のメンテナンスを手軽に行うことができる。

本発明の実施の形態に係る基板処理設備を概略的に示す図。 本発明の実施の形態に係る基板処理装置の構造を示す図。 本発明の実施の形態に係る排気ライン及びガス供給ラインを概略的に示す図。 本発明の一実施の形態に係る排気孔の構造を示す図。 本発明の他の実施の形態に係る排気孔の構造を示す図。 本発明の他の実施の形態に係る排気孔の構造を示す図。 本発明の実施の形態に係る処理空間の内部のガスの流れを示す図。 本発明の実施の形態に係る第１のチューブ及び排気ダクトの構造を示す斜視図。 本発明の実施の形態に係る排気ラインの一部の構造を示す斜視図。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態に係る複合膜の蒸着装置及び蒸着方法について詳細に説明する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施の形態に何ら限定されるものではなく、異なる様々な形態に具体化され、単にこれらの実施の形態は本発明の開示を完全たるものにし、通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。本発明の実施の形態に係る複合膜の蒸着装置及び蒸着方法について説明するに当たって、同じ構成要素に対しては同じ参照符号を附し、本発明の実施の形態に係る複合膜の蒸着装置及び蒸着方法について正確に説明するために図中の構成要素の大きさが部分的に誇張されていてもよく、図中、同じ参照符号は、同じ構成要素を示す。

図１は本発明の実施の形態に係る基板処理設備を概略的に示す図であり、図２は本発明の実施の形態に係る基板処理装置の構造を示す図であり、図３は本発明の実施の形態に係る排気ライン及びガス供給ラインを概略的に示す図である。また、図４は本発明の実施の形態に係る排気孔の構造を示す図であり、図５は本発明の他の実施の形態に係る排気孔の構造を示す図であり、図６は本発明の他の実施の形態に係る排気孔の構造を示す図であり、図７は本発明の実施の形態に係る処理空間の内部のガスの流れを示す図であり、図８は本発明の実施の形態に係る第１のチューブ及び排気ダクトの構造を示す斜視図である。さらに、図９は本発明の実施の形態に係る排気ラインの一部の構造を示す斜視図である。

本発明の実施の形態に係る基板処理装置は、内部空間を形成する第１のチューブ１２０と、該第１のチューブ１２０の内部空間に複数枚の基板Ｓを上下方向に積載し、各基板Ｓが処理される複数の処理空間を各々個別に形成する基板ホルダ１３０と、第１のチューブ１２０の内部にガスを供給するように上下方向にそれぞれの処理空間に対応して配置される複数の主噴射孔１４１を有するガス供給ユニット１４０と、第１のチューブ１２０の内部の複数の処理空間に供給されたガスを外部に排気する排気ユニット１５０とを備える。

まず、本発明の理解への一助となるために、本発明の実施の形態に係る基板処理設備について例示的に説明する。

図１を参照すると、基板処理設備１０００は、搬送装置２００と、ロードロック装置３００と、洗浄装置５００ａ、５００ｂと、バッファ装置４００と、エピタキシャル装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃとを備える。このとき、本発明の実施の形態に係る基板処理装置は、エピタキシャル装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃであってもよい。

搬送装置２００は平面が多角状に形成されており、ロードロック装置３００と、洗浄装置５００ａ、５００ｂと、バッファ装置４００と、エピタキシャル装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃとが搬送装置２００の側面に配設される。

ロードロック装置３００は、搬送装置２００の側部に位置する。基板Ｓは、ロードロック装置３００内に一時的に留まった後、搬送装置２００により、洗浄装置５００ａ、５００ｂと、バッファ装置４００と、エピタキシャル装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃとに搬入されて工程が行われる。工程が終わった後、基板は搬送装置２００により搬出されてロードロック装置３００内に一時的に留まる。

搬送装置２００と、洗浄装置５００ａ、５００ｂと、バッファ装置４００と、エピタキシャル装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃとは真空に保たれ、ロードロック装置３００は、真空及び大気圧に切り換えられる。ロードロック装置３００は、外部の汚染物質が、搬送装置２００と、洗浄装置５００ａ、５００ｂと、バッファ装置４００と、エピタキシャル装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃとに流れ込むことを防ぐ。なお、基板Ｓが搬送される間に、該基板Ｓが大気に露出されないので、基板Ｓの上に酸化膜が成長することを防ぐことができる。

ロードロック装置３００と搬送装置２００との間にはゲート弁（図示せず）が配設される。設備前方端部モジュール（図示せず）とロードロック装置３００との間に基板Ｓが移動する場合、ロードロック装置３００と搬送装置２００との間に配設されたゲート弁が閉じられる。

搬送装置２００は、基板ハンドラ２１０を備える。基板ハンドラ２１０は、ロードロック装置３００と、洗浄装置５００ａ、５００ｂと、バッファ装置４００と、エピタキシャル装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃとの間で基板を搬送する。搬送装置２００は、基板が移動するときに真空を保つように封止される。したがって、基板Ｓが汚染物に露出されることを防ぐことができる。

洗浄装置５００ａ、５００ｂは、エピタキシャル装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃ内において基板Ｓに対するエピタキシャル工程が行われる前に該基板Ｓを洗浄する役割を担う。エピタキシャル工程が成功裡に行われるには、結晶性基板の上に存在する酸化物の量が最小となる必要がある。基板Ｓの表面への酸素の含有量が高過ぎる場合は、酸素原子が種基板上の蒸着材料の結晶学的な配置を妨げるため、エピタキシャル工程は影響を受ける。このため、基板Ｓの上に形成された自然酸化膜（または表面酸化物）を取り除く洗浄工程を洗浄装置５００ａ、５００ｂ内において行うことが可能である。

エピタキシャル装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃ（または本発明の実施の形態に係る基板処理装置）は、基板の上にエピタキシャル層を形成する役割を担う。このとき、エピタキシャル装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃは、選択的なエピタキシャル装置であってもよい。本実施の形態においては、３つのエピタキシャル装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃが配設される。エピタキシャル工程には洗浄工程と比べて長い時間がかかるため、複数のエピタキシャル装置を用いて製造の歩留まり率を高めることができる。しかしながら、配設されるエピタキシャル装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃの数はこれに何等限定されるものではなく、種々に変更可能である。

以下、本発明の実施の形態に係る基板処理装置（またはエピタキシャル装置）１００について詳細に説明する。

図２を参照すると、本発明の実施の形態に係る基板処理装置１００は、第１のチューブ１２０と、基板ホルダ１３０と、ガス供給ユニット１４０と、排気ユニット１５０とを備える。また、基板処理装置１００は、内部空間を有するチャンバ１１０と、チャンバ１１０の内部空間に配置され、第１のチューブ１２０を収容するように内部空間を有する第２のチューブ１６０と、第２のチューブ１６０の周りに配置される加熱ユニット１７０と、基板ホルダ１３０と接続される支持ユニット１８０とを備える。

チャンバ１１０は、四角筒状または円筒状に形成され、内部空間を有する。また、チャンバ１１０は、上チャンバ１１０ａ及び下チャンバ１１０ｂを備え、上チャンバ１１０ａ及び下チャンバ１１０ｂは互いに連通される。下チャンバ１１０ｂの一方の側には搬送チャンバ１１０と連通される嵌込口が配設される。したがって、基板Ｓが搬送チャンバ１１０から嵌込口１１５を介してチャンバ１１０に搬入可能である。

チャンバ１１０の嵌込口１１５と対応する搬送チャンバ１１０の一方の側には流込口２２０が形成され、流込口２２０と嵌込口１１５との間にはゲート弁２３０が配設される。したがって、搬送チャンバ１１０の内部空間及びチャンバ１１０の内部空間はゲート弁２３０により隔離可能である。また、流込口２２０及び嵌込口１１５は、ゲート弁２３０により開閉される。このとき、嵌込口１１５は下チャンバ１１０ｂに配設されてもよい。しかしながら、チャンバ１１０の構造及び形状はこれに何等限定されるものではなく、種々に変更可能である。

第２のチューブ１６０は、上部が開放された下チャンバ１１０ｂの上側または上チャンバ１１０ａの内部に配置される。第２のチューブ１６０は、エピタキシャル工程または選択的なエピタキシャル工程が行われる内部空間を有し、下部が開放される。なお、第２のチューブ１６０の内部には第１のチューブ１２０が収容されてもよい。

第１のチューブ１２０は、円筒状に形成され、下部が開放されてもよい。また、第１のチューブ１２０の円周面の一方の側にはガス供給ユニット１４０の主噴射孔１４１が配設され、該主噴射孔１４１と向かい合う円周面の他方の側には排気ユニット１５０の排気孔１５１が配設される。したがって、主噴射孔１４１を介して第１のチューブ１２０の内部に供給されたガスが排気孔１５１を介して外部に排気可能である。第１のチューブ１２０は第２のチューブ１６０の内部空間に配置され、下部が後述するフランジ１５３ａに接続されて支持される。しかしながら、第１のチューブ１２０の構造及び形状はこれに何等限定されるものではなく、種々に変更可能である。

加熱ユニット１７０は、チャンバ１１０の内部に配設され、第２のチューブ１６０または第１のチューブ１２０の側面及び上部を取り囲むように配置される。加熱ユニット１７０は、第２のチューブ１６０または第１のチューブ１２０に熱エネルギーを与えて第２のチューブ１６０または第１のチューブ１２０の内部空間を加熱する役割を担う。したがって、第２のチューブ１６０または第１のチューブ１２０の内部空間の温度をエピタキシャル工程が行える温度に調節することができる。

基板ホルダ１３０は、複数枚の基板Ｓが上下方向に積載されるように形成され、複数枚の基板が各々個別に処理される処理空間を複数形成する。すなわち、基板ホルダ１３０は、上下方向に複数の層を形成し、１つの層（または処理空間）に１枚の基板Ｓが積載される。

例えば、基板ホルダ１３０は、基板Ｓが載置され、上下方向に複数配置される突起（図示せず）と、各突起の上側または下側に配置される複数枚のアイソレーションプレート（Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ Ｐｌａｔｅ）（図示せず）とを備えていてもよい。したがって、アイソレーションプレートがそれぞれの基板Ｓが処理される処理空間を仕切る。このため、基板ホルダ１３０の各層に基板Ｓの処理空間が各々個別に形成されて処理空間同士の間に干渉が起こることを防ぐことができる。しかしながら、基板ホルダ１３０の構造及び形状はこれに何等限定されるものではなく、種々に変更可能である。

支持ユニット１８０は、シャフト１８１と、上下駆動部１８２と、回転駆動部１８３と、支持板１８４とを備える。シャフト１８１は、上下方向に延設され、上端が基板ホルダ１３０の下部と接続される。シャフト１８１は、基板ホルダ１３０を支持する役割を担う。シャフト１８１の下部は、下チャンバ１１０ｂを貫通して下チャンバ１１０ｂの外側の上下駆動部１８２及び回転駆動部１８３と接続される。

上下駆動部１８２は、シャフト１８１の下端と接続されてシャフト１８１を上下に移動させる。したがって、シャフト１８１の上端に接続された基板ホルダ１３０もシャフト１８１の移動につれて上下に移動する。例えば、上下駆動部１８２の作動により基板ホルダ１３０が下側に移動して下チャンバ１１０ｂの内部（または積載位置）に位置してもよい。したがって、搬送チャンバ１１０から下チャンバ１１０ｂに搬入された基板Ｓが下チャンバ１１０ｂの内部に位置する基板ホルダ１３０に積載可能である。

複数枚の基板Ｓが基板ホルダ１３０に全て積載されると、基板ホルダ１３０が上下駆動部１８２により上側に移動して、第２のチューブ１６０または第１のチューブ１２０の内部（または工程位置）に移動する。したがって、第２のチューブ１６０または第１のチューブ１２０内において基板Ｓに対するエピタキシャル工程を行える。

回転駆動部１８３は、基板ホルダ１３０を回転させるように該基板ホルダ１３０と接続されたシャフト１８１の下端と接続される。回転駆動部１８３は、シャフト１８１の上下方向の中心軸を基準としてシャフト１８１を回転させる。したがって、シャフト１８１と接続された基板ホルダ１３０も上下方向の中心軸を基準として回転可能である。基板Ｓの処理工程が行われるとき、第１のチューブ１２０の一方の側に供給された１種以上のガスが基板ホルダ１３０に積載された基板Ｓを通過して第１のチューブ１２０の他方の側に排気される。このとき、回転駆動部１８３の作動により基板ホルダ１３０が回転すると、基板ホルダ１３０を通過しようとするガスがミックスされ、基板Ｓ上の面積に均一に分布される。したがって、基板Ｓの上に蒸着される膜の品質が向上する。

または、回転駆動部が基板ホルダ１３０の下部に接続されてもよい。したがって、上下駆動部１８２の作動により回転駆動部が基板ホルダ１３０とともに上下に移動しながら基板ホルダ１３０を回転させることができる。しかしながら、回転駆動部１８２と、上下駆動部１８３と、基板ホルダ１３０との接続構造はこれに何等限定されるものではなく、種々に変更可能である。

支持板１８４は、シャフト１８１に配設され、基板ホルダ１３０とともに上昇して第２のチューブ１６０または第１のチューブ１２０の内部の工程空間を外部から密閉する役割を担う。支持板１８４は、基板ホルダ１３０の下側に離間して配置される。また、支持板１８４と第２のチューブ１６０との間または支持板１８４と第１のチューブ１２０との間にはＯリング状の封止部材１８４ａが配設されて工程空間を密閉する。支持板１８４とシャフト１８１との間には軸受け部材１８４ｂが配設され、シャフト１８１は、軸受け部材１８４ｂにより支持された状態で回転可能である。

図３を参照すると、ガス供給ユニット１４０は、第１のチューブ１２０と接続されて第１のチューブ１２０の内部に処理ガスを供給する役割を担う。ガス供給ユニット１４０は、上下方向にそれぞれの処理空間に対応して第１のチューブ１２０に配置される主噴射孔１４１を備える。また、ガス供給ユニット１４０は、第１のチューブ１２０の周りに沿ってそれぞれの処理空間に対応してらせん状に配置される複数の補助噴射孔１４２をさらに備えていてもよい。さらに、ガス供給ユニット１４０は、主ガス供給ライン１４３と、主ガス供給源１４５と、補助ガス供給ライン１４４と、補助ガス供給源１４６とを備えていてもよい。

主ガス供給ライン１４３は、一方の端が主噴射孔１４１と接続され、他方の端が主ガス供給源１４５と接続される。したがって、主ガス供給源１４６から供給される主ガスが主ガス供給ライン１４３を介して主噴射孔１４１に供給されて第１のチューブ１２０内の基板Ｓに噴射される。

主ガスとしては、１種以上のガスを用いることができる。例えば、主ガスとしては、シリコン原料ガス、エッチングガス及びキャリアガスのうちの少なくとも一種を用いることができる。シリコン原料ガスとしては、シラン（ＳｉＨ_４）、ジクロロシラン（ＤＣＳ）などシリコン薄膜を主として形成するガスを用いることができ、エッチングガスとしては、塩化水素（ＨＣｌ）などを用いることができ、キャリアガスとしては、水素（Ｈ_２）などを用いることができる。このとき、キャリアガスは、シリコン原料ガス及びエッチングガスの濃度を希釈させる役割を担う。これらのシリコン原料ガス、エッチングガス及びキャリアガスは、分子量が異なるため、一緒に供給される場合に混合され易い。

主ガス供給源１４５は、用いられる主ガスの種類に見合う分だけ配設される。例えば、本実施の形態においては、主ガス供給源１４５は、シリコン原料ガス供給源１４５ａと、主エッチングガス供給源１４５ｂと、主キャリアガス供給源１４５ｃとを備える。各供給源１４５ａ、１４５ｂ、１４５ｃには、ガスの流量を制御する主ガス制御弁１４７ａ、１４７ｂ、１４７ｃがそれぞれ配設される。なお、主ガス供給ライン１４３は、他方の端が複数に分割されてそれぞれの供給源１４５ａ、１４５ｂ、１４５ｃと接続される。すなわち、各々個別に形成されたシリコン原料ガス、エッチングガス及びキャリアガスの移動経路が一つに合流されて主噴射孔１４１と接続される。

補助ガス供給ライン１４４は、一方の端が分割されて複数の補助噴射孔１４２のそれぞれと各々個別に接続され、他方の端が補助ガス供給源１４６と接続される。したがって、補助ガス供給源１４６から供給される補助ガスが補助ガス供給ライン１４４を介して補助噴射孔１４２に供給されて第１のチューブ１２０内の基板Ｓに噴射される。

補助ガスとしては、１種以上のガスを用いることができる。例えば、補助ガスとしては、ドーパントガス、エッチングガス及びキャリアガスのうちの少なくとも１種を用いることができる。このとき、キャリアガスは、ドーパントガス及びエッチングガスの濃度を希釈させる役割を担う。これらのドーパントガス、エッチングガス及びキャリアガスは、分子量が異なるため、一緒に供給される場合にミックスされ易い。なお、補助ガスは、主ガスの濃度を制御する役割を担う。したがって、補助ガスを用いて処理空間の内部のガス成分を調節して、基板Ｓに応じて好適な処理環境を造ることができる。

補助ガス供給源１４６は、用いられる補助ガスの種類に見合う分だけ配設される。例えば、本実施の形態においては、補助ガス供給源１４６は、ドーパントガス供給源１４６ａと、補助エッチングガス供給源１４６ｂと、補助キャリアガス供給源１４６ｃとを備える。各供給源１４６ａ、１４６ｂ、１４６ｃには、ガスの流量を制御する補助ガス制御弁１４８ａ、１４８ｂ、１４８ｃがそれぞれ配設される。したがって、補助ガス制御弁１４８ａ、１４８ｂ、１４８ｃを用いて処理空間に供給されるガスを選択することができる。

例えば、ドーパントガスのみを処理空間に供給しようとする場合、ドーパントガス供給源１４６ａの制御弁１４８ａのみを開き、補助エッチングガス供給源１４６ｂの制御弁１４８ｂ及び補助キャリアガス１４６ｃの制御弁１４８ｃは閉じてもよい。一方、エッチングガス及びキャリアガスを処理空間に供給する場合、補助エッチングガス供給源１４６ｂの制御弁１４８ｂ及び補助キャリアガス供給源１４６ｃの制御弁１４８ｃは開き、ドーパントガス供給源１４６ａの制御弁１４８ａは閉じてもよい。したがって、補助ガス制御弁１４８ａ、１４８ｂ、１４８ｃを用いて１種以上のガスを選択して第２のガスとして用いることができる。

また、補助ガス供給ライン１４４は、他方の端が複数に分割されてそれぞれの供給源１４６ａ、１４６ｂ、１４６ｃと接続される。すなわち、各々個別に形成されたドーパントガスと、エッチングガス及びキャリアガスの移動経路が一つに合流され、再び分割されて複数の補助噴射孔１４２のそれぞれに各々個別に接続される。分割されて複数の主噴射孔１４１に各々個別に接続される移動経路（補助ガス供給ライン）には、各々個別にそれぞれ流量弁１４４ａが配設される。したがって、それぞれの処理空間に供給される第２のガスの量を、流量弁１４４ａを用いて各々個別に制御することができる。

このとき、補助噴射孔１４２のガス噴射量は、主噴射孔１４１のガス噴射量と比べて３０％以下である。排気ユニット１５０の排気孔１５１は、らせん状に配置される補助噴射孔１４２ではなく、主噴射孔１４１に対応して該主噴射孔１４１と向かい合って配設される。このため、排気孔１５１及び第１のチューブ１２０の上下方向の中心軸を基準として対称とならない補助噴射孔１４２から噴射されたガスは、処理空間内の基板Ｓの上に均一に分布されず、排気孔１５１に流れ込む。したがって、補助噴射孔１４２から主噴射孔１４１のガス噴射量と比べて３０％を超えてガスが噴射されると、基板Ｓ上の全体の領域に亘ってガスが均一に分布されないため、基板Ｓの上に形成される薄膜の品質が低下してしまう。

また、補助噴射孔１４２から噴射されるガスが主噴射孔１４１から噴射されるガスの流れを乱して基板Ｓの上にガスが均一に分布されることを妨げる虞がある。このため、補助噴射孔１４２から噴射されるガスの量が主噴射孔１４１から噴射されるガスの量と比べて３０％を超えると、処理空間の内部のガスの流れが均一にならず、基板Ｓの上に均一な膜厚の薄膜が形成されなくなる虞がある。

したがって、処理空間内のガスの流れを安定的に保ちながら基板Ｓの上にガスが均一に分布されるためには、補助噴射孔１４２から噴射されるガスの量が主噴射孔１４１から噴射されるガスの量よりも少ない必要がある。しかしながら、ガス供給ユニット１４０の構造及びガス供給ユニット１４０が供給するガスの種類はこれに何等限定されるものではなく、種々に変更可能であり、補助噴射孔１４２及び補助ガス供給ライン１４４は配設されなくてもよい。

図４から図８を参照すると、排気ユニット１５０は、ガス供給ユニット１４０が第１のチューブ１２０内の処理空間に噴射したガスなどを外部に排気する役割を担う。排気ユニット１５０は、主噴射孔１４１と向かい合い、上下方向にそれぞれの処理空間に対応して一列に配置される複数の排気孔１５１を備える。また、排気ユニット１５０は、内部にガスが移動する経路を形成し、第１のチューブ１２０の外側に配設される排気ダクト１５２及びガスを吸い込むように排気ダクト１５２と接続される排気ライン１５３を備えていてもよい。

排気孔１５１は、第１のチューブ１２０に配設されて、該第１のチューブ１２０内のそれぞれの処理空間と排気ダクトの内部とを連通させる役割を担う。また、排気孔１５１は、主噴射孔１４１に対応して該主噴射孔１４１と向かい合うように、複数が上下方向に一列に配置される。例えば、排気孔１５１は、第１のチューブ１２０の上下方向の中心軸を基準として主噴射孔１４１と対称となるように配置される。排気孔１５１は、基板Ｓの積載方向と交差する方向に延設されてもよい。例えば、排気孔１５１は、図４に示すように、スリット状に形成されてもよい。または、排気孔１５１が基板Ｓの積載方向と交差する方向に一列に配置される複数の孔（図示せず）として形成されてもよい。

排気孔１５１がそれぞれの処理空間に対応して配設されるので、それぞれの処理空間が画成され、各々個別に各基板Ｓの処理環境を造ることができる。したがって、基板Ｓの薄膜の状態に応じて処理空間の内部の環境を各々個別に調節することができるので、薄膜の品質が向上する。

また、複数の排気孔１５１が一列に配置されるので、複数の排気孔１５１をカバーする排気ダクト１５２を手軽に配設することができる。すなわち、複数の排気孔１５１が一列に配置されなければ、排気ダクト１５２が折れ曲がるように配置された排気孔１５１の配置状に倣って形成されるため、排気ダクト１５２の構造が複雑になる。したがって、排気孔１５１が一列に配置されるので、排気ダクト１５２の構造が簡単になり、配設し易くなる。

一方、複数の排気孔１５１は、複数の処理空間のそれぞれを仕切る役割を担うが、１つの排気ダクト１５２と連通されるので、複数の排気孔１５１ごとに複数の排気吸込ラインを配設するときよりも装備の構造がさらに単純になる。したがって、装備の空間の効率性が向上し、メンテナンスを手軽に行うことができる。

このとき、排気孔１５１の基板Ｓの積載方向と交差する方向に延設される幅が、第１のチューブ１２０の上下方向の中心軸を基準として１０°〜３５°で形成されてもよい。または１０°〜３５°で排気孔１５１が有する複数の孔が基板Ｓの積載方向と交差する方向に配置されてもよい。

排気孔１５１の幅が１０°よりも狭い範囲内で形成されると、排気孔１５１の幅が狭いため、基板Ｓ上の該基板Ｓの中心部においてはガスの流れがあまりにも速くなり、基板Ｓの外郭部においてはガスの流れが遅くなる虞がある。したがって、ガスが基板Ｓの中心部には円滑に供給され、その外郭部には円滑に供給されないため、基板Ｓ上の中心部及び外郭部に均一な薄膜が形成されないという不都合が生じる。その結果、薄膜の品質が低下する。

一方、排気孔１５１の基板Ｓの積載方向と交差する方向の幅が３５°を超えると、主ガス及び補助ガスが処理空間内の基板Ｓの上に十分に分布されず、幅が広くなった排気孔１５１を介して直ちに排気されることがある。したがって、ガスが基板Ｓの外郭部には円滑に供給され、基板Ｓの中心部までは円滑に供給されず、その結果、基板Ｓの中心部の薄膜の膜厚が外郭部の薄膜の膜厚よりも薄くなってしまうという問題が発生する。このため、基板Ｓの中心部に形成された薄膜と、外郭部に形成された薄膜との互いの膜厚に違いが生じ、その結果、品質が低下してしまうという不都合が生じる。

このため、図７に示すように、排気孔１５１の幅を１０°〜３５°に形成すると、基板Ｓ上の基板Ｓの中心部を移動するガスの流速と、基板Ｓの外郭部を移動するガスの流速とが等しくなる。すなわち、基板Ｓ上の全体の領域に亘ってガスの流速が一定に保たれる。したがって、基板Ｓの上にガスが均一に分布されて、基板Ｓの全体の領域に亘って蒸着される薄膜の膜厚が一定に形成され、薄膜の品質が向上する。

また、排気孔１５１の高さは、排気孔１５１の幅が広くなるにつれて減少し、幅が狭くなるにつれて増加する。すなわち、排気孔１５１の高さ及び幅は互いに反比例の関係にある。排気孔１５１の幅が狭くなり過ぎると、排気孔１５１の面積が減少して排気孔１５１を介して吸い込まれるガスの流量が減少する虞がある。したがって、第１のチューブ１２０の内部のガスが円滑に外部に排気されなくなる虞がある。このため、排気孔１５１の幅を狭く形成する場合、排気孔１５１の高さを増加させて排気孔１５１の面積が減少することを極力抑えることができる。

逆に、排気孔１５１の幅が広くなり過ぎる場合、第１のチューブ１２０の内部のガスが基板Ｓの上に均一に分布されず、排気孔１５１に流れ込んで基板処理工程が円滑に行えなくなる虞がある。このため、排気孔１５１の高さを減少させて排気孔１５１を介して流れ込むガスの流量を減らすことができる。したがって、第１のチューブ１２０の内部の体積及びガスの流量を考慮して、排気孔１５１の幅及び高さを決定することができる。しかしながら、排気孔１５１の構造及び形状はこれに何等限定されるものではなく、種々に変更可能である。

一方、排気孔１５１は、様々な構造を有してもよい。すなわち、図５に示すように、複数の排気孔１５１’は、排気ダクト１５２及び排気ライン１５３が接続される部分から遠い距離に配置されるほど、基板Ｓの積載方向と交差する方向の幅が大きく形成されてもよい。例えば、排気ライン１５３が排気ダクト１５２の下部と接続されて排気ダクト１５２内のガスを上部から下部に吸い込む場合、上側に位置する排気孔の大きさが下側に位置する排気孔の大きさよりも大きく形成されてもよい。

すなわち、排気ライン１５３に近い排気孔の場合、排気ライン１５３と近いため、大きな吸込力が発生する。これに対し、排気ライン１５３から遠い距離に配置された排気孔の場合、排気ライン１５３との距離が遠過ぎるため、吸込力が弱くなる虞がある。このため、排気孔の大きさを調節して、高さの変化に応じて処理室内のガスの吸込力に違いが生じることを極力抑えることができる。

また、図６に示すように、排気ユニット１５０は、補助噴射孔１４２に対応して排気孔１５１の側面に配置される１つ以上の補助孔１５５をさらに備えていてもよい。すなわち、補助噴射孔１４２から噴射されるガスの量が主噴射孔１４１から噴射されるガスの量に比べて３０％を超える場合、補助噴射孔１４２に対応して配置される補助孔１５５を配設して、ガスを基板Ｓの上に均一に分布させてもよい。補助孔１５５は、処理空間と排気ダクト１５２の内部とを連通させる役割を担う。すなわち、補助噴射孔１４２を介して供給される補助ガスの流れを改善するために補助孔１５５を配設して、補助ガスを基板Ｓの上に均一に分布させてもよい。

図８を参照すると、排気ダクト１５２は、第１のチューブ１２０の外壁に配設され、第１のチューブ１２０と第２のチューブ１６０との間に配置される。排気ダクト１５２は、上下方向に延設され、内部にガスが移動する通路を形成し、排気孔１５１と対応する位置に配置されるボディ部１５２ａと、該ボディ部１５２ａの下部に接続されてボディ部１５２ａと連通され、下部が開放される接続部１５２ｂとを備える。

ボディ部１５２ａは、内部空間を有する四角筒状に形成されてもよく、排気孔１５１または、排気孔１５１及び補助孔１５５を取り囲むように配置される。また、ボディ部１５２ａは、下部が開放される。したがって、処理空間内から排気孔１５１を介して流れ込んだガスが排気ダクト１５２のボディ部１５２ａに沿って下側に移動する。

接続部１５２ｂは、基板Ｓの積載方向と交差する方向にボディ部１５２ａよりも大きい幅を有するように形成される。また、接続部１５２ｂの開放された下部は、後述する排気ライン１５３の排気ポート１５３ｂの上部と連通され、接続部１５２ｂの形状が排気ポート１５３ｂの上部の形状に対応する。すなわち、排気ライン１５３が排気ダクト１５２の内部に吸込力を与え易い形状に形成される。このため、排気ダクト１５２のボディ部１５２ａの内部に流れ込んだガスが接続部１５２ｂを通って排気ポート１５３ｂに吸い込まれる。このとき、排気ダクト１５２の接続部１５２ｂがボディ部１５２ａの幅よりも大きく形成されて、排気ライン１５３が排気ポート１５３ｂ内のガスをさらに手軽に吸い込むことができる。

さらに、排気ダクト１５２の材質としては、クォーツ（石英）を用いることができ、第１のチューブ１２０と一体に作製されてもよい。排気ダクト１５２に流れ込むガスは、基板処理装置１００の内部を汚す虞があるため、排気ダクト１５２が第１のチューブ１２０と第２のチューブ１６０との間の空間にガスが拡散されることを防ぎ、ガスが排気ライン１５３に吸い込まれるように導く。

従来には、ガスが第１のチューブ１２０と第２のチューブ１６０のとの間の空間の全体を通って排気ライン１５３に吸い込まれていた。したがって、第１のチューブ１２０と第２のチューブ１６０との間の空間が通過するガスにより汚れ易かった。特に、選択的なエピタキシャル工程を行う場合、ガスにエッチングガスが含有されているため、エッチングガスにより装置の汚れだけではなく、該装置が破損されるという不都合が発生する虞がある。このため、排気ダクト１５２が第１のチューブ１２０と第２のチューブ１６０との間の空間から排気ライン１５３に吸い込まれるガスの移動面積を減少させて、ガスにより汚染される面積を低減していた。すなわち、第１のチューブ１２０と第２のチューブ１６０との間の全体の空間ではなく、排気ダクト１５３の内部空間のみがガスにより汚れることがある。したがって、ガスにより装置が汚れたり破損されたりする場合、排気ダクト１５２のみを修理すればよいため、装備のメンテナンスを手軽に行うことができる。

一方、排気ダクト１５２の内部が汚れ易いため、クォーツで排気ダクト１５２を作製して、排気ダクト１５２が汚れることを極力抑えることができる。一方、排気ダクト１５２は、第１のチューブ１２０から取り外されるように形成されてもよい。したがって、排気ダクト１５２が汚れたり破損されたりする場合、第１のチューブ１２０から排気ダクト１５２のみを取り外して新たなものに交換すればよい。しかしながら、排気ダクト１５２の構造と、形状及び材質はこれに何等限定されるものではなく、種々に変更可能である。

図３及び図９を参照すると、排気ライン１５３は、第１のチューブ１２０及び排気ダクト１５２の下部に接続されるフランジ１５３ａと、該フランジ１５３ａに配設され、一方の側が排気ダクト１５２の接続部１５２ｂと連通される排気ポート１５３ｂと、一方の端が排気ポート１５３ｂの他方の側に接続される排気管１５３ｃと、該排気管１５３ｃの内部のガス流量を制御するように排気管１５３ｃに配設される制御弁１５３ｄと、ガスを吸い込むように排気管１５３ｃの他方の端に接続される排気ポンプ１５３ｅとを備える。また、排気ライン１５３は、一方の端が制御弁１５３ｄと排気ポンプ１５３ｅとの間の排気管１５３ｃと接続され、他方の端がガス供給ユニット１４０と接続される経路切換え配管１５３ｆと、経路切換え配管１５３ｆと排気管１５３ｃとの間に配置されて、ガスの移動経路を切り換える経路切換え弁１５３ｇとを備える。

フランジ１５３ａは、第１のチューブ１２０の下部の形状に倣って形成される。例えば、フランジ１５３ａはドーナツ状に形成されて第１のチューブ１２０の下部に接続される。したがって、フランジ１５３ａは、第１のチューブ１２０を支持する役割を担う。

排気ポート１５３ｂは、フランジ１５３ａに配設されて排気ダクト１５２の下部と連通される。例えば、排気ポート１５３ｂは、「Ｌ」字状にフランジ１５３ａの側面及び上部を貫通してもよく、上部及び側面が開放される。したがって、排気ダクト１５２と連通された排気ポート１５３ｂの上部に流れ込んだガスは、排気ポート１５３ｂに沿って側面に向かって移動可能である。

排気管１５３ｃは、ガスが移動する経路を形成し、一方の端が排気ポート１５３ｂの開放された側面と接続される。したがって、排気ポート１５３ｂを介して移動するガスが排気管１５３ｃに流れ込むことができる。

排気ポンプ１５３ｅは、排気管１５３ｃの他方の端に接続され、ガスの吸込力を与える役割を担う。したがって、第１のチューブ１２０の内部のガスが排気ダクト１５２、排気ポート１５３ｂ及び排気管１５３ｃを経て排気ポンプ１５３ｅにより排気可能である。

制御弁１５３ｄは、排気管１５３ｃに配設されて排気ポンプ１５３ｅに移動するガスの流れを制御する役割を担う。したがって、制御弁１５３ｄを開くと、排気ユニット１５０が第１のチューブ１２０の内部のガスを排気することができ、制御弁１５３ｄを閉じると、排気ユニット１５０が第１のチューブ１２０の内部のガスを排気することを止めることができる。なお、制御弁１５３ｄの開き度を調節すれば、第１のチューブ１２０内に吸い込まれるガスの量を制御することができる。

経路切換え配管１５３ｆは、ガスが移動する経路を形成し、一方の端が制御弁１５３ｄと排気ポンプ１５３ｅとの間の排気管１５３ｃと接続され、他方の端が主ガス供給ライン１４３の他方の端及び補助ガス供給ライン１４４の他方の端に接続される。したがって、排気管１５３ｃを移動するガスが経路切換え配管１５３ｆを介してガス供給ユニット１４０側に供給されて第１のチューブ１２０内に再び噴射可能である。

一方、経路切換え配管１５３ｆ及び主ガス供給ライン１４３間の接続部及び経路切換え配管１５３ｆ及び補助ガス供給ライン１４４間の接続部には供給弁１５３ｈが配設されて、経路切換え配管１５３ｆを介して主ガス供給ライン１４３及び補助ガス供給ライン１４４に供給されるガスの流量を各々個別に制御することができる。

経路切換え弁１５３ｇは、排気管１５３ｃ及び経路切換え配管１５３ｆ間の接続部に配設されて、ガスの移動を排気ポンプ１５３ｅまたはガス供給ユニット１４０側に変更することができる。したがって、基板処理工程の初期には経路切換え弁１５３ｇが排気ダクトに流れ込んだガスをガス供給ユニット１４０側に送ることができ、工程が安定すれば、経路切換え弁１５３ｇが排気ダクトに流れ込んだガスを排気ポンプ１５３ｅ側に送って排気作業を行うことができる。しかしながら、排気ライン１５３の構造はこれに何等限定されるものではなく、種々に変更可能である。

位置決めユニット（図示せず）は、排気ダクト１５２の接続部１５２ｂの下面及びフランジ１５３ａの上面に形成されてもよい。例えば、フランジ１５３ａの上面に上側に突き出る突起が配設され、接続部１５２ｂの下面に突起が嵌め込まれる溝が形成されてもよい。あるいは、接続部１５２ｂの下面に下側に突き出る突起が配設され、フランジ１５３ａの上面に突起が嵌め込まれる溝が形成されてもよい。したがって、突起及び溝により排気ダクト１５２及びフランジ１５３ａが係合可能である。

このように、基板Ｓが処理される処理空間に流れ込むガスの流れを制御して、ガスの流れが遅い基板Ｓの中心部の上側においてはガスの流れを速くし、ガスの流れが速い基板Ｓの外郭部の上側においてはガスの流れを遅く制御してもよい。このため、基板Ｓ上の全体の領域に亘ってガスの流れが均一になるので、基板Ｓ上の全体の領域に亘ってガスが均一に分布される。したがって、ガスを用いて基板Ｓの上に薄膜を蒸着する場合、基板Ｓの全体の領域に亘って薄膜が均一な膜厚をもって成長して生産される基板Ｓまたは基板Ｓ上の薄膜の品質が向上する。

また、排気ダクト１５２を配設してガスによる装備の汚れを防ぐことができる。すなわち、装置を汚すガスの移動経路を排気ダクト１５２の内部に限定することにより、ガスにより装置の他の部分が汚れてしまうことを防ぐことができる。したがって、装置のメンテナンスを手軽に行うことができる。

以上、本発明の詳細な説明の欄においては具体的な実施の形態について説明したが、本発明の範囲から逸脱しない範囲内において種々の形態に変形可能である。よって、本発明の範囲は説明された実施の形態に限定されて定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけではなく、この特許請求の範囲と均等なものにより定められるべきである。

Claims (11)

1. 内部空間を形成する第１のチューブと、
   前記第１のチューブの内部空間に複数枚の基板を上下方向に積載し、各基板が処理される複数の処理空間を各々個別に形成する基板ホルダと、
   前記第１のチューブの内部にガスを供給するように上下方向にそれぞれの前記処理空間に対応して配置される複数の主噴射孔と、前記第１のチューブの周りに沿ってそれぞれの前記処理空間に対応してらせん状に配置される複数の補助噴射孔とを有するガス供給ユニットと、
   前記第１のチューブの内部の複数の処理空間に供給されたガスを外部に排気する排気ユニットと、
   を備え、
   前記排気ユニットは、前記主噴射孔と向かい合い、上下方向にそれぞれの処理空間に対応して一列に配置される複数の排気孔を備え、
   前記補助噴射孔のガス噴射量は、前記主噴射孔のガス噴射量と比べて３０％以下である基板処理装置。
2. 前記排気孔は、前記基板の積載方向と交差する方向に延びるスリットまたは前記基板の積載方向と交差する方向に配置される複数の孔を備える請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記排気孔の前記基板の積載方向と交差する方向の幅が前記第１のチューブの上下方向の中心軸を基準として３５°以内で形成され、
   前記排気孔は、前記中心軸を基準として前記主噴射孔と対称となるように配置される請求項１に記載の基板処理装置。
4. 前記排気ユニットは、前記第１のチューブの外側に配設される排気ダクトをさらに備え、
   前記排気ダクトは、
   上下方向に延設され、内部にガスが移動する通路を形成し、前記排気孔と対応する位置に配置されるボディ部と、
   前記ボディ部の下部に接続されて前記ボディ部と連通され、下部が開放される接続部と、
   を備える請求項１に記載の基板処理装置。
5. 前記排気ユニットは、ガスを吸い込むように前記排気ダクトと接続される排気ラインをさらに備え、
   前記複数の排気孔は、前記排気ダクト及び排気ラインが接続される部分から遠い距離に配置されるほど、前記基板の積載方向と交差する方向の幅が大きく形成される請求項４に記載の基板処理装置。
6. 前記排気ラインは、
   前記第１のチューブ及び前記排気ダクトの下部に接続されるフランジと、
   前記フランジに配設され、一方の側が前記排気ダクトの接続部と連通される排気ポートと、
   一方の端が前記排気ポートの他方の側に接続される排気管と、
   前記排気管の内部のガス流量を制御するように前記排気管に配設される制御弁と、
   ガスを吸い込むように前記排気管の他方の端に接続される排気ポンプと、
   を備える請求項５に記載の基板処理装置。
7. 前記排気ラインは、
   一方の端が前記制御弁と前記排気ポンプとの間の排気管と接続され、他方の端が前記ガス供給ユニットと接続される経路切換え配管と、
   前記経路切換え配管と前記排気管との間に配置されてガスの移動経路を切り換える経路切換え弁と、
   をさらに備える請求項６に記載の基板処理装置。
8. 前記接続部の下面及び前記フランジの上面に形成された位置決めユニットをさらに備える請求項６に記載の基板処理装置。
9. 前記排気ユニットは、前記補助噴射孔に対応して前記排気孔の側面に配置される補助孔をさらに備える請求項１に記載の基板処理装置。
10. 前記第１のチューブを収容するように内部空間を有する第２のチューブを備え、
    前記排気ダクトは、前記第１のチューブと前記第２のチューブとの間に配置される請求項４に記載の基板処理装置。
11. 前記排気ダクトの材質としてクォーツを用いることができ、
    前記排気ダクトは、前記第１のチューブに一体に配設される請求項４に記載の基板処理装置。