半導体製造装置および成膜方法
【課題】基板表面に安定的に膜を形成する。
【解決手段】複数の基板を配置する反応室と、前記反応室内に設けられた被加熱体と、前記被加熱体と前記複数の基板との間に設けられ、前記反応室内にシリコン原子含有ガス、炭素原子含有ガス、および水素ガスを供給するガス供給ノズル６１，６２と、を備えている。ここで、ガス供給ノズル６１、６２は、カーボングラファイトから成る基材層６３、基材層６３の表面を覆う炭化珪素から成るコート層６４、およびコート層６４の表面を覆う炭素から成るコート層６５を備えている。これによりクリーニング処理を行ってもコート層６４が取り除かれることを防止ないしは抑制できるので、成膜処理時に水素ガスがガス供給ノズル６１、６２を透過することを抑制できる。
【解決手段】複数の基板を配置する反応室と、前記反応室内に設けられた被加熱体と、前記被加熱体と前記複数の基板との間に設けられ、前記反応室内にシリコン原子含有ガス、炭素原子含有ガス、および水素ガスを供給するガス供給ノズル６１，６２と、を備えている。ここで、ガス供給ノズル６１、６２は、カーボングラファイトから成る基材層６３、基材層６３の表面を覆う炭化珪素から成るコート層６４、およびコート層６４の表面を覆う炭素から成るコート層６５を備えている。これによりクリーニング処理を行ってもコート層６４が取り除かれることを防止ないしは抑制できるので、成膜処理時に水素ガスがガス供給ノズル６１、６２を透過することを抑制できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、化学的気相成長法により基板表面に炭化珪素（ＳｉＣ）膜を形成する成膜技術に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１０−２８７８７７号公報（特許文献１）には、ウエハを配置した処理室にシリコン含有ガスとカーボン含有ガスを供給し、ウエハにＳｉＣ（炭化珪素）膜を形成する成膜装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２８７８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば半導体ウエハなどの基板の表面に成膜処理を施す方法として、処理炉内に配置され成膜温度に加熱された基板にガス（反応ガス）を供給することで、化学反応を利用して基板の表面に膜を堆積させる、化学的気相成長法がある。本願発明者は、化学的気相成長法により基板表面にシリコンカーバイド（炭化珪素、以下、ＳｉＣと記載する）膜を形成する技術について検討を行い以下の課題を見出した。
【０００５】
ＳｉＣは、シリコン（珪素、以下Ｓｉと記載する）に比べてエネルギーバンドギャップが広い、絶縁耐性が高い、あるいは熱伝導性が高いなどの特性を有し、これらの特性を生かした用途、例えば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膜を成膜する時の成膜温度（例えば１４５０℃〜１８００℃）はＳｉ膜を成膜する時の成膜する温度（例えば９００℃〜１２００℃）よりも高いため、Ｓｉ膜用の成膜装置をそのまま適用することが難しい。
【０００６】
Ｓｉ膜用の成膜装置の場合、処理炉内に配置する部材は例えば石英（二酸化珪素、ＳｉＯ２）で構成することができる。しかし、ＳｉＣ膜用の成膜装置では、基板周辺の温度が高くなるため、石英よりも耐熱性が高いカーボングラファイトで構成することが好ましい。例えば、処理炉内に配置された基板表面に反応ガスやキャリアガスなどの気体を供給するためのガス供給経路であるノズルは、基板の近傍に配置することが好ましいので、カーボングラファイト製にすることが好ましい。ところが、ノズルをカーボングラファイト製とすると、成膜処理時に処理炉内に供給する処理ガスに含まれる水素（Ｈ２）ガスが透過してしまう。水素ガスは、例えばＳｉＣ膜の成膜工程において、原料ガスなどを処理炉内に導入するキャリアガスとして用いられるので、水素ガスがノズルを透過した場合、原料ガスを含む処理ガスの供給状態（例えば供給速度や供給圧力、あるいは供給温度）が不安定になる。この処理ガスの供給状態が不安定になると、成膜処理工程におけるプロセス条件が不安定になり、基板に形成されるＳｉＣ膜の膜厚均一性の低下、あるいは結晶欠陥の増加などの不具合が発生する原因となる。
【０００７】
そこで、水素ガスの透過を防止ないしは抑制する観点から、カーボングラファイト製のノズル配管の表面に水素ガスの透過抑制膜として例えばＳｉＣ膜をコーティングすることが好ましい。ＳｉＣ膜をコーティングすれば、水素ガスの透過を防止ないしは抑制できるので、ノズルの配管基材をカーボングラファイト製としてもガスの供給状態を安定化させることができる。
【０００８】
ところが、本願発明者がカーボングラファイト製のノズルにＳｉＣ膜をコーティングする技術について更に検討した所、以下の課題が判明した。すなわち、処理炉内に堆積したＳｉＣ膜を取り除くクリーニング工程において、通常除去されるべきＳｉＣ膜だけでなく、ノズル配管の表面に形成されたＳｉＣのコーティング膜までも取り除かれてしまう。この結果、クリーニング後のノズルからは水素ガスが透過し、ガスの供給状態が不安定になる。成膜処理時のガスの供給状態が不安定になれば、基板に形成されるＳｉＣ膜の膜厚均一性の低下、あるいは結晶欠陥の増加などの不具合が発生する原因となる。一方、クリーニング工程を行わなければ、処理炉内の部材に堆積したＳｉＣ膜の影響でプロセス条件が不安定になり、基板に形成されるＳｉＣ膜の膜厚均一性の低下、あるいは結晶欠陥の増加などの不具合が発生する原因となる。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板表面に安定的に膜を形成する技術を提供することにある。
【００１０】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１２】
すなわち、本発明に係る半導体製造装置は、複数の基板それぞれの表面に炭化珪素膜を形成する半導体製造装置であって、前記複数の基板を配置する反応室と、前記反応室内に設けられた被加熱体と、前記被加熱体と前記複数の基板との間に設けられ、前記反応室内にシリコン原子含有ガス、炭素原子含有ガス、および水素ガスを供給するガス供給ノズルと、を備えている。ここで、前記ガス供給ノズルは、カーボングラファイトなどのノズルを形成する基礎材料から成る基材層、前記基材層の表面を覆う炭化珪素から成る第１コート層、および前記第１コート層の表面を覆い、前記第１コート層の保護層として炭素から成る第２コート層を備えているものである。
【発明の効果】
【００１３】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。
【００１４】
すなわち、基板表面に安定的に膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態における基板処理装置の主要構成を示す斜透視図である。
【図２】図１に示す基板処理装置の処理炉と処理炉に接続されるガス供給管の構成を示す縦断面図（側面断面図）である。
【図３】図１に示す処理炉の周辺の構成を示す縦断面図（側面断面図）である。
【図４】図１に示す基板処理装置を制御するコントローラの構成を示すブロック図である。
【図５】図２に示すガス供給ノズルの横断面図（上面断面図）である。
【図６】図５に示す炭素層を形成する際のプロセス条件の例を示す説明図である。
【図７】図５に示すガス供給ノズルを用いてＳｉＣ膜の成膜処理を行った後の状態を示す横断面図（上面断面図）である。
【図８】ＳｉＣとカーボングラファイトの水素ガスによるエッチングレート比を示す説明図である。
【図９】図５に対する第１の比較例であるガス供給ノズルの横断面図（上面断面図）である。
【図１０】図５に対する第２の比較例であるガス供給ノズルの横断面図（上面断面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００１７】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００１８】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００１９】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００２０】
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
【００２１】
本発明を実施するための実施の形態において、基板処理装置は、一例として、半導体装置の製造方法に含まれる様々な処理工程を実施する半導体製造装置として構成されている。以下の説明では、半導体基板（半導体ウエハ、ウエハ）にエピタキシャル成長法による成膜処理を施し、ＳｉＣエピタキシャル膜を形成する方法に適用した実施態様について説明する。
【００２２】
＜基板処理装置＞
まず、本実施の形態における基板処理装置の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態の基板処理装置の主要構成を示す斜透視図である。また、図２は、図１に示す基板処理装置の処理炉と処理炉に接続されるガス供給管の構成を示す縦断面図（側面断面図）である。また、図３は、図１に示す処理炉の周辺の構成を示す縦断面図（側面断面図）である。また、図４は、図１に示す基板処理装置を制御するコントローラの構成を示すブロック図である。
【００２３】
図１に示す基板処理装置である半導体製造装置１０は、筐体１２内に配置される処理炉４０内に複数のウエハ１４（図２参照）を縦方向に収容し、複数のウエハ１４それぞれの表面に成膜処理を施す、バッチ式縦型成膜処理装置である。また、半導体製造装置１０は、筐体１２内に配置される処理炉４０内に複数のウエハ１４（図２参照）を縦方向に収容し、複数のウエハ１４それぞれに加熱処理を施す、バッチ式縦型加熱処理装置である。本実施の形態において、被処理物である基板としてのウエハ１４は、例えば、Ｓｉ又はＳｉＣ等で構成された半導体基板である。半導体製造装置１０が有する筐体１２内には、ウエハ１４の収納容器であるフープ（Front Opening Unified Pod、以下、単にポッドと記載する）を搬送するポッド搬送装置２０、ウエハ１４を保持して処理炉４０内に搬入するボート３０などが配置される。
【００２４】
ウエハ１４（図２参照）を収納する基板収容器であるポッド１６はウエハキャリアとして使用される。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、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枚のウエハ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。
【００２５】
筐体１２内の正面であって、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。ポッド搬送装置２０の近傍にはポッド棚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。ポッド棚２２はポッドオープナ２４の上方に配置され、それぞれ、複数個のポッド１６を載置した状態で保持する複数の保持部２２ａを備えている。また、基板枚数検知器２６は、ポッドオープナ２４に隣接して配置される。ポッド搬送装置２０はポッドステージ１８とポッド棚２２とポッドオープナ２４との間でポッド１６を搬送する。ポッドオープナ２４はポッド１６の蓋を開ける蓋開け機構を備え、基板枚数検知器２６は蓋を開けられたポッド１６内のウエハ１４の枚数を検知するようになっている。
【００２６】
筐体１２内には、さらに、基板移載器２８と、基板保持具としてのボート３０が配置されている。基板移載器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、かつ、回転可能なように構成されている。アーム３２は、例えば５枚の半導体基板を取り出すことができるように構成されており、アーム３２を動かすことにより、基板移載器２８は、ポッドオープナ２４の位置に置かれたポッド１６とボート３０の間でウエハ１４（図２参照）を搬送することができるようになっている。
【００２７】
ボート３０は、例えば、カーボングラファイトや炭化珪素（ＳｉＣ）、あるいは表面がＳｉＣ膜でコートされたカーボングラファイトなどの耐熱性材料から構成されており、複数枚のウエハ１４（図２参照）を水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた整列状態で縦方向に離間して積み上げて保持するように構成されている。このボート３０の下部には、例えば、石英や炭化珪素（ＳｉＣ）などの耐熱性材料で構成された円板形状の断熱部材としてボート断熱部３４（図２参照）が配置されており、このボート断熱部３４は、ボート３０に加わっている熱がボート３０の下側にまで伝わりにくくなるように設けられている。
【００２８】
また、筐体１２の背面側上部には、処理炉４０が配置されている。この処理炉４０は、内部に複数のウエハ１４（図２参照）を収納したボート３０を搬入できるように構成されており、処理炉４０内において、ボート３０に搭載されたウエハ１４に対して、成膜処理、あるいは熱処理が施される。
【００２９】
＜処理炉＞
続いて、図１に示す処理炉の構成について主に図２を参照しながら説明する。処理炉４０は、円筒形の反応室４１を形成する反応管４２を備えている。この反応管４２は、石英、または、ＳｉＣなど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をしている。この反応管４２の内部に反応室４１が存在し、この反応室４１の内部にボート３０が搬入される。ボート３０は、シリコン（Ｓｉ）または炭化珪素（ＳｉＣ）などから構成された複数のウエハ１４を水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた整列状態で縦方向に積み上げて収納するように構成されている。つまり、反応室４１の内部には、ボート３０に収納された複数枚のウエハ１４が配置されることになる。
【００３０】
また、処理炉４０は、誘導加熱方式により加熱される被加熱体としてのサセプタ（被誘導体）４５および電磁場発生部としての磁気コイル４６を備えている。サセプタ４５は、反応室４１内に配設され、反応管４２の外側に設けられた磁気コイル４６により発生する電磁場で誘導加熱されるようになっており、このサセプタ４５が発熱することにより、反応室４１の内部が加熱されるように構成されている。
【００３１】
サセプタ４５の近傍には、反応室４１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。上述した磁気コイル４６と温度センサは、後述する温度制御部と電気的に接続されている。この温度制御部は、温度センサによって検出された温度情報に基づき、磁気コイル４６への通電具合を調節することで、反応室４１内の温度が所望の温度分布となるように制御するようになっている。
【００３２】
また、反応管４２とサセプタ４５の間には、例えば、誘導加熱されにくいカーボンフェルトなどで構成された断熱材４７が設けられている。この断熱材４７を設けることにより、サセプタ４５で発生した熱が反応管４２あるいは反応管４２の外側へ伝達することを抑制できる。
【００３３】
また、磁気コイル４６の外側には、反応室４１内の熱が外部に伝達することを抑制するために、例えば、水冷構造から構成される冷却体としての水冷板４８が反応管４２を囲むように設けられている。そして、水冷板４８の外側には、磁気コイル４６により発生した電磁場が外部に漏れ出ることを防止ないしは抑制する電磁気シールド材としてカバー４９が設けられている。また、カバー４９は、処理炉４０の外部に熱が漏れ出ることを防止ないしは抑制する機能を備える。
【００３４】
また、反応管４２の下方には、同心円状のマニホールド５１が配設されている。このマニホールド５１は、例えば、ステンレスなどからなり、上端および下端が開口した円筒形状をしている。マニホールド５１は、反応管４２を支持するために設けられているものである。なお、マニホールド５１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５１が図示しない保持体に支持されることにより、反応管４２は垂直に据え付けられた状態となっている。反応管４２とマニホールド５１により、反応容器が形成されることになる。
【００３５】
処理炉４０の下方には、反応室４１の下端開口部を気密封止するための炉口蓋体としてシールキャップ（シール体）５２が設けられている。このシールキャップ５２は、例えば、ステンレスなどの金属から構成されており、円盤状の形状をしている。シールキャップ５２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５２には、回転機構部５３が設けられており、この回転機構部５３の回転軸５３ａはシールキャップ５２を貫通してボート３０に接続されている。これにより、回転機構部５３は、回転軸５３ａを介してボート３０を回転させることで、ボート３０に搭載されているウエハ１４が回転するようになっている。
【００３６】
また、処理炉４０内には、ガス供給ノズル６１およびガス供給ノズル６２が配置される。ガス供給ノズル６１、６２は、それぞれ反応室４１内のボート３０に沿って、ボート３０に収納された複数のウエハ１４と相対する位置に配置される。図２に示す例では、ガス供給ノズル６１、６２は、それぞれ複数のウエハ１４とサセプタ４５の間に配置される。また、ガス供給ノズル６１には複数のガス供給口６１ａが、ガス供給ノズル６２には複数のガス供給口６２ａが、それぞれ形成されている。ガス供給ノズル６１、６２の詳細な構造については後述する。
【００３７】
＜処理炉周辺＞
次に、処理炉４０周辺の構成について、図２および図３を参照しながら説明する。図３に示すように、上述したシールキャップ５２は、処理炉４０の外側に設けられた昇降機構によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これによって、シールキャップ５２上に搭載されたボート３０を処理炉４０に対して搬入あるいは搬出することができるようになっている。上述した回転機構部５３、および昇降機構としての昇降モータ７０は、後述する駆動制御部と電気的に接続されており、駆動制御部は、回転機構部５３や昇降モータ７０が所定動作をするように制御する。
【００３８】
予備室としてのロードロック室８０の外面に下基板７１が設けられている。この下基板７１には、昇降台７２と嵌め合わされるガイドシャフト７３および昇降台７２と螺合するボール螺子７４が設けられている。そして、下基板７１に立設したガイドシャフト７３およびボール螺子７４の上端には、上基板７５が設けられている。ボール螺子７４は、上基板７５に設けられた昇降モータ７０によって回転され、ボール螺子７４が回転することにより、昇降台７２が昇降するようになっている。
【００３９】
昇降台７２には中空の昇降シャフト７６が垂設され、昇降台７２と昇降シャフト７６の連結部は気密となっており、この昇降シャフト７６は昇降台７２とともに昇降するように構成されている。昇降シャフト７６は、ロードロック室８０の天板８１を遊貫し、昇降シャフト７６が貫通する天板８１の貫通孔は、昇降シャフト７６が天板８１と接触することがないように充分な隙間が形成されている。
【００４０】
ロードロック室８０と昇降台７２との間には、昇降シャフト７６の周囲を覆うように伸縮性を有する中空伸縮体としてベローズ７７が設けられており、このベローズ７７によりロードロック室８０が気密に保たれるようになっている。このとき、ベローズ７７は、昇降台７２の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有し、ベローズ７７の内径は、昇降シャフト７６の外径に比べて充分に大きく、伸縮の際にベローズ７７と昇降シャフト７６が接触することがないように構成されている。
【００４１】
昇降シャフト７６の下端には、昇降基板７８が水平に固着され、この昇降基板７８の下面にはＯリングなどのシール部材を介して駆動部カバー９１が気密に取り付けられている。昇降基板７８と駆動部カバー９１により駆動部収納ケース９０が構成され、この構成により、駆動部収納ケース９０の内部は、ロードロック室８０内の雰囲気と隔離される。駆動部収納ケース９０の内部には、ボート３０の回転機構部５３が設けられており、この回転機構部５３の周辺は、冷却機構部５４によって冷却されるようになっている。
【００４２】
また、電力ケーブル５７は、昇降シャフト７６の上端から中空部を通り、回転機構部５３に導かれて接続されている。また、冷却機構部５４およびシールキャップ５２には、冷却水流路５５が形成されている。さらに、冷却水配管５６が昇降シャフト７６の上端から中空部を通り、冷却水流路５５に導かれて接続されている。
【００４３】
このように構成されている処理炉周辺構造において、昇降モータ７０が駆動されて、ボール螺子７４が回転することにより、昇降台７２および昇降シャフト７６を介して駆動部収納ケース９０を昇降させる。そして、例えば、駆動部収納ケース９０が上昇することにより、昇降基板７８に気密に設けられているシールキャップ５２が処理炉４０の開口部である炉口５０を閉塞し、ボート３０に搭載されたウエハ１４の成膜処理が可能な状態となる。一方、例えば、駆動部収納ケース９０が下降することにより、シールキャップ５２とともにボート３０が下降し、ボート３０に搭載されているウエハ１４を外部に搬出できる状態となる。
【００４４】
また、図２に示すように、ガス供給ノズル６１は、反応室４１の外部に延びるガス供給ライン１１０と接続されており、このガス供給ライン１１０には、複数の配管１１１ａ〜１１１ｄが接続されている。さらに、配管１１１ａ〜１１１ｄのそれぞれには、バルブ（バルブ１１２ａ〜１１２ｄ）が設けられているとともに、配管１１１ａ〜１１１ｄ内を流れるガスの流量を制御する流量調節器（マスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｄ）が接続されている。すなわち、これらの配管１１１ａ〜１１１ｄは、バルブ（バルブ１１２ａ〜１１２ｄ）と流量調節器（マスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｄ）を介して、ガス供給源と接続されている。
【００４５】
図２に示す例では、配管１１１ａは、バルブ１１２ａおよびマスフローコントローラ１１３ａを介して、アルゴン（Ａｒ）または水素（Ｈ２）のガス供給源と接続されている。また、配管１１１ｂは、バルブ１１２ｂおよびマスフローコントローラ１１３ｂを介して、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）のガス供給源と接続されている。また、配管１１１ｃは、バルブ１１２ｃおよびマスフローコントローラ１１３ｃを介して、塩化水素（ＨＣｌ）のガス供給源と接続されている。また、配管１１１ｄは、バルブ１１２ｄおよびマスフローコントローラ１１３ｄを介して、塩素（Ｃｌ２）のガス供給源と接続されている。
【００４６】
上述した構成により、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガスまたは水素（Ｈ２）ガス、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス、塩化水素（ＨＣｌ）ガス、および塩素（Ｃｌ２）ガスをガス供給ノズル６１に供給する際のそれぞれの供給流量、濃度、分圧を制御することができる。バルブ１１２ａ〜１１２ｄおよびマスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｄは、図４に示すガス流量制御部２０３と電気的に接続されており、このガス流量制御部２０３は、供給するガスの流量が所定の流量となるようにバルブ１１２ａ〜１１２ｄおよびマスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｄのそれぞれを制御するようになっている。このようにして、アルゴン（Ａｒ）ガスまたは水素（Ｈ２）ガス供給源、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス供給源、塩化水素（ＨＣｌ）ガス供給源、塩素（Ｃｌ２）ガス供給源、バルブ１１２ａ〜１１２ｄ、マスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｄ、配管１１１ａ〜１１１ｄ、ガス供給ライン１１０、複数のガス供給口６１ａを備えるガス供給ノズル６１によって、一つのガス供給系が構成されることになる。
【００４７】
なお、一つのガス供給系では、シリコン原子含有ガスとして、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスを使用しているが、これに限らず、例えば、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスを使用してもよい。また、第１のガス供給系では、パージガスとして、希ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスを使用しているが、これに限らず、例えば、あるいはヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガスなどの不活性ガスを使用してもよい。
【００４８】
また、ガス供給ノズル６２は、反応室４１の外部に延びるガス供給ライン１１４と接続されており、このガス供給ライン１１４には、複数の配管１１５ａ、１１５ｂと接続されている。さらに、配管１１５ａ、１１５ｂのそれぞれには、バルブ（バルブ１１６ａ、１１６ｂ）が設けられているとともに、配管１１５ａ、１１５ｂ内を流れるガスの流量を制御する流量調節器（マスフローコントローラ１１７ａ、１１７ｂ）が接続されている。すなわち、これらの配管１１５ａ、１１５ｂは、バルブ（バルブ１１６ａ、１１６ｂ）と流量調節器（マスフローコントローラ１１７ａ、１１７ｂ）を介して、ガス供給源と接続されている。
【００４９】
図２に示す例では、配管１１５ａは、バルブ１１６ａおよびマスフローコントローラ１１７ａを介して、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス供給源と接続されており、配管１１５ｂは、バルブ１１６ｂおよびマスフローコントローラ１１７ｂを介して、水素（Ｈ２）ガス供給源と接続されている。
【００５０】
上述した構成により、例えば、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス、水素（Ｈ２）ガスをガス供給ノズル６２に供給する際のそれぞれの供給流量、濃度、分圧を制御することができる。バルブ１１６ａ、１１６ｂおよびマスフローコントローラ１１７ａ、１１７ｂは、図４に示すガス流量制御部２０３と電気的に接続されており、このガス流量制御部２０３は、供給するガスの流量が所定の流量となるようにバルブ１１６ａ、１１６ｂおよびマスフローコントローラ１１７ａ、１１７ｂのそれぞれを制御するようになっている。このようにして、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス供給源、水素（Ｈ２）ガス供給源、バルブ１１６ａ、１１６ｂ、マスフローコントローラ１１７ａ、１１７ｂ、配管１１５ａ、１１５ｂ、ガス供給ライン１１４、複数のガス供給口６２ａを備えるガス供給ノズル６２によって、他のガス供給系が構成されることになる。
【００５１】
なお、他のガス供給系では、炭素原子含有ガスとしてプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスを使用しているが、これに限らず、例えば、エチレン（Ｃ２Ｈ４）ガスやアセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガスを使用してもよい。
【００５２】
また、処理炉４０内の反応室４１にはガス排気管１２０が接続されている。図２に示す例では、ガス排気管１２０は、マニホールド５１に接続されている。このガス排気管１２０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および圧力調整器としてのＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ１２１を介して、真空ポンプなどから構成される真空排気装置１２２が接続されている。この圧力センサおよびＡＰＣバルブ１２１には、後述する圧力制御部２０４が電気的に接続されている。
【００５３】
＜基板処理装置の制御部＞
次に、図１に示す半導体製造装置１０の制御部の構成について、図面を参照しながら説明する。図４に示す制御部としてのコントローラ２００は、主制御部２０１、温度制御部２０２、ガス流量制御部２０３、圧力制御部２０４、および、駆動制御部２０５を有している。そして、主制御部２０１は、温度制御部２０２、ガス流量制御部２０３、圧力制御部２０４、および、駆動制御部２０５と電気的に接続されており、主制御部２０１は、温度制御部２０２、ガス流量制御部２０３、圧力制御部２０４、および、駆動制御部２０５を制御するように構成されている。
【００５４】
温度制御部２０２は、例えば、図２に示す磁気コイル４６や図示しない温度センサと電気的に接続されている。そして、温度制御部２０２は、温度センサによって検出された温度情報に基づき、磁気コイル４６への通電具合を調節することで、反応室４１内の温度が所望の温度分布となるように制御するように構成されている。
【００５５】
ガス流量制御部２０３は、前述の通り、バルブ１１２ａ〜１１２ｄとバルブ１１６ａ、１１６ｂ、および、マスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｄとマスフローコントローラ１１７ａ、１１７ｂと電気的に接続され、それぞれを制御するように構成されている。
【００５６】
圧力制御部２０４は、例えば、図示しない圧力センサおよび図２に示すＡＰＣバルブ１２１と電気的に接続されている。そして、この圧力制御部２０４は、圧力センサによって検出された圧力に基づいて、ＡＰＣバルブ１２１の開閉度を調節し、反応室４１内の圧力が所定圧力となるように制御するように構成されている。
【００５７】
駆動制御部２０５は、例えば、図３に示す回転機構部５３および昇降機構部を動作させる昇降モータ７０と電気的に接続されており、この駆動制御部２０５は、回転機構部５３や昇降モータ７０が所定動作をするように制御している。
【００５８】
＜基板処理工程＞
次に、上述したように構成された半導体製造装置１０を用いて行う半導体デバイスの製造工程の一工程として、ウエハ１４上にＳｉＣ膜を形成する成膜処理工程を例に取り上げて説明する。なお、以下の説明において、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２００により制御される。
【００５９】
まず、図１に示すようにポッドステージ１８に複数枚のウエハ１４（図２参照）を収容したポッド１６をポッドステージ１８上にセットする。次に、ポッド搬送装置２０によりポッド１６をポッドステージ１８からポッド棚２２へ搬送し、ポッド棚２２にストックする。次に、ポッド搬送装置２０により、ポッド棚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、このポッドオープナ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に収容されているウエハ１４の枚数を検知する。次に、基板移載器２８により、ポッドオープナ２４の位置にあるポッド１６からウエハ１４を取り出し、ボート３０に移載する。
【００６０】
複数枚のウエハ１４がボート３０に装填されると、複数枚のウエハ１４を保持したボート３０は、図３に示す昇降モータ７０による昇降台７２及び昇降シャフト７６の昇降動作により反応室４１内に搬入（ボートローディング）される。この状態で、シールキャップ５２は図示しないＯリングを介してマニホールド５１（図２参照）の下端をシールした状態となる。
【００６１】
続いて、図２に示す反応室４１内に不活性ガスとして、例えば、Ａｒガスが供給され、反応室４１を含む処理炉４０内を不活性ガスで置換する。なお、不活性ガスは、ガス供給ライン１１０に接続される図示しない不活性ガス供給源から、ガス供給ノズル６１の複数のガス供給口６１ａを介して供給される。
【００６２】
その後、図２に示す反応管４２内（反応室４１内）が所望の圧力（真空度）となるように真空排気装置１２２によって真空排気する。この際、反応管４２内の圧力は、圧力センサで測定され、図４に示す圧力制御部２０４を介して測定された圧力に基づきガス排気管１２０に取り付けられたＡＰＣバルブ１２１をフィードバック制御する。
【００６３】
また、反応管４２内が所望の成膜温度（例えば１４５０℃〜１８００℃）となるように磁気コイル４６に通電し、サセプタ４５を介して反応室４１内を加熱する。この際、反応管４２内が所望の温度分布となるように図４に示す温度制御部２０２において温度センサが検出した温度情報に基づき磁気コイル４６への通電具合をフィードバック制御する。続いて、回転機構部５３により、ボート３０を回転させることでウエハ１４を回転させる。このように反応室４１内の温度を制御することでウエハ１４の温度を制御することができる。
【００６４】
ウエハ１４の温度（反応室４１内の温度）が安定したところで、反応室４１内に処理ガスを供給する。例えば、図２に示す第１のガス供給系としてのガス供給ライン１１４からは、炭素（Ｃ）含有ガスであるプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス、およびキャリアガスである水素（Ｈ２）ガスが、ガス供給ノズル６２の複数のガス供給口６２ａを介して反応室４１内に導入される。また、第２のガス供給系としてのガス供給ライン１１０からは、シリコン（Ｓｉ）含有ガスである四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスと、塩素（Ｃｌ）含有ガスである塩化水素（ＨＣｌ）ガスおよび塩素（Ｃｌ２）ガスと、水素（Ｈ２）ガスとが、ガス供給ノズル６１の複数のガス供給口６１ａを介して反応室４１内に導入される。反応室４１内に導入された処理ガスは反応室４１内を通ってガス排気管１２０を介して反応室４１の外部に排気される。この時、ガス供給口６１ａ、６２ａからガス排気管１２０に到達するまでの間に、処理ガスがボート３０に保持された複数のウエハ１４のそれぞれと接触し、ウエハ１４との接触面において反応してＳｉＣ膜が形成される。つまりウエハ１４の表面にＳｉＣ膜が堆積（デポジション）する。
【００６５】
そして、予め設定された成膜時間が経過すると、前記した処理ガスの供給が停止され、反応室４１内を不活性ガスで置換する。不活性ガスは、例えば図２に示すガス供給ライン１１０に接続される図示しない不活性ガス供給源から、ガス供給ノズル６１の複数のガス供給口６１ａを介して例えばＡｒガスを供給する。不活性ガスを供給することで、反応室４１の内部の圧力は減圧状態が解除される。つまり、反応室４１内の圧力が常圧に復帰する。
【００６６】
その後、図３に示す昇降モータ７０によりシールキャップ５２が下降し、炉口５０が開口される。また、処理済の（ＳｉＣ膜が形成された）ウエハ１４は、ボート３０に保持された状態でロードロック室８０に搬出（ボートアンローディング）され、ボート３０に支持された複数のウエハ１４を冷却する間、ボート３０を待機させる。待機させたボート３０の複数のウエハ１４が冷却されたら、図１に示す基板移載器２８により、ボート３０からウエハ１４（図３参照）を取り出し、ポッドオープナ２４にセットされている空のポッド１６に搬送して収容する。その後、ポッド搬送装置２０により、ウエハ１４が収容されたポッド１６をポッド棚２２、またはポッドステージ１８に搬送する。以上の工程により、表面にＳｉＣ膜が形成された複数のウエハ１４を取得する。
【００６７】
上記のようにウエハ１４に処理ガスを接触させて反応によりＳｉＣ膜を形成する場合、ＳｉＣ膜の品質指標となる膜厚の均一性や結晶欠陥の発生割合などは、成膜処理中におけるプロセス条件により制御される。このプロセス条件には、ガス供給口６１ａ、６２ａからの処理ガスそれぞれの分圧、反応室４１内の温度や圧力、およびウエハ１４の回転速度が含まれる。
【００６８】
＜ガス供給ノズルの詳細＞
次に、図２に示すガス供給ノズルの詳細な構造について、本実施の形態に対する比較例を含めて説明する。図５は、図２に示すガス供給ノズルの横断面図（上面断面図）である。また図９は、図５に対する第１の比較例であるガス供給ノズルの横断面図（上面断面図）である。また、図１０は、図５に対する第２の比較例であるガス供給ノズルの横断面図（上面断面図）である。
【００６９】
図５に示すように本実施の形態のガス供給ノズル６１、６２はカーボングラファイトから成る基材層６３、基材層６３の外表面を覆うコート層６４としての炭化珪素層（ＳｉＣ層）、およびコート層６４の外表面を覆うコート層６５としての炭素層を備えている。また、ガス供給ノズル６１、６２は基材層６３の内面側に前記した処理ガスの流路である中空空間Ｍ１を備える。また、ガス供給ノズル６１、６２は基材層６３、炭化珪素層６４および炭素層６５を貫通して中空空間Ｍ１とガス供給ノズル６１、６２の外部空間とを接続する貫通孔であるガス供給口６１ａ、６２ａが設けられている。
【００７０】
一方、図９に示すノズルＣＰ１は、図５に示すコート層６４、６５が形成されていない点でガス供給ノズル６１、６２とは相違する。その他の点はガス供給ノズル６１、６２と同様である。また、図１０に示すノズルＣＰ２は、図５に示すコート層６５が形成されていない点でガス供給ノズル６１、６２とは相違する。その他の点はガス供給ノズル６１、６２と同様である。
【００７１】
ここで、前記したようにＳｉＣ膜を化学的気相成長法により形成する場合、例えば１４５０℃〜１８００℃程度の高温環境下で成膜処理を行うこととなる。このため、反応室４１（図２参照）内に配置するガス供給ノズル６１、６２は、例えば石英よりも耐熱性が高いカーボングラファイトで形成することが好ましい。
【００７２】
しかし、図９に示すノズルＣＰ１のように、カーボングラファイト製の基材層６３のみの構成の場合、以下の課題が生じる。すなわち、カーボングラファイトは、Ｈ２ガスが透過するという特性を有する材料なので、ノズルＣＰ１の構成では、成膜処理時に処理炉内に供給する処理ガスに含まれる水素（Ｈ２）ガスが透過してしまう。このため、ノズルＣＰ１のガス供給口６１ａ、６２ａから吹き出す処理ガスの圧力（複数のガスそれぞれの分圧および混合ガスの全圧）が変化して不安定になる。つまり、成膜処理時のプロセス条件が安定化せず、基板に形成されるＳｉＣ膜の膜厚均一性の低下、あるいは結晶欠陥の増加などの不具合が発生する原因となる。
【００７３】
そこで、図１０に示すノズルＣＰ２のようにカーボングラファイト製の基材層６３の表面をＨ２ガスの透過を抑制する透過抑制膜としてコート層６４で覆うことが好ましい。基材層６３をコート層６４で覆うことにより、図１０に示すようにＨ２ガスの透過を抑制することができる。コート層６４は、カーボングラファイトよりもＨ２ガスが透過し難い（Ｈ２ガスバリア性が高い）材料である必要がある。また、高温環境下に配置されるので、例えば石英よりも耐熱性が高いことが好ましい。これらの観点から、カーボングラファイト製の基材層６３を覆うコート層６４が炭化珪素（ＳｉＣ）で構成されることが好ましい。炭化珪素（ＳｉＣ）から成るコート層６４により基材層６３の表面を覆われていれば、Ｈ２ガスの透過によるプロセス条件の不安定化を防止ないしは抑制できる。
【００７４】
ところが、本願発明者がさらに検討を行った結果、図１０に示す構成では、以下の課題が生じることが判った。すなわち、成膜処理を行った後、反応室４１（図２参照）内に堆積した堆積物を取り除く際に、コート層６４が取り除かれてしまい、図９に示すノズルＣＰ１のようにカーボングラファイトから成る基材層６３が露出してしまうことが判った。
【００７５】
基板表面にＳｉＣ膜を成膜する場合、反応室４１内では被処理対象物である基板以外の場所でも主としてＳｉＣから成る生成物が発生し堆積する。このように反応室４１内の部材に堆積物が形成されると、堆積物の厚さや位置によっては成膜処理時のプロセス条件に影響を与えることとなる。したがって、この堆積物を取り除くクリーニング工程を全く行わなければ、徐々に堆積物が厚くなり、プロセス条件が不安定化する。つまり、プロセス条件不安定化によるＳｉＣ膜の膜厚均一性の低下、あるいは結晶欠陥の増加などの不具合の発生を抑制する観点からは、少なくとも複数回の成膜処理毎にクリーニング工程を行う必要がある。
【００７６】
クリーニング工程の処理方法としては、例えば、反応室４１内の部材を外部に取り出して物理的に剥ぎ取る方法も考えられるが、クリーニング工程の処理効率を向上させる観点から、以下のガスクリーニング方式が好ましい。図２を用いて説明すると、基板としてのウエハ１４を保持しない状態でボート３０を反応室４１内に配置した後、反応室４１内を気密状態にする。次に、反応室４１内に不活性ガスとして、例えば、Ａｒガスが供給され、反応室４１を含む処理炉４０内を不活性ガスで置換する。そして、反応管４２内（反応室４１内）のガスを排気して、反応室４１内の不純物濃度を下げる。また、反応室４１内の各部材が所望のクリーニング温度（１５５０〜２０００℃）となるように磁気コイル４６に通電し、サセプタ４５を介して反応室４１内を加熱する。続いて反応室４１内にクリーニングガスとしてのＨ２ガスを導入する。反応室４１へのＨ２ガスの導入経路は、例えばガス供給ノズル６１、６２のいずれか一方、あるいは両方とすることができる。反応室４１内に存在する堆積物とクリーニングガスの間でおきる化学反応は、幾つかの形態があるが、堆積物は前記したように主としてＳｉＣから成り、代表的な反応は、以下の反応式で記述される。
２ＳｉＣ＋３Ｈ２→２ＳｉＨ２↑＋Ｃ２Ｈ２↑
上記化学反応により発生した気体は、ガス排気管１２０を経由して反応室４１の外部に排出される。
【００７７】
上記のガスクリーニング方式の場合、ウエハ１４を搬入しない点および導入ガスが異なる点を除き、成膜処理と同様のプロセスでクリーニングを行うことができるので、効率的に堆積物を取り除くことができる。また、ガスクリーニング方式の場合、反応室４１内をクリーニングガスで満たせば良いので、クリーニング後に残留する堆積物が少ない。一方、上記したようにＳｉＣからなる堆積物とＨ２ガスを反応させて取り除くため、図１０に示すノズルＣＰ２のように基材層６３を覆うように形成したコート層６４も取り除かれてしまう。この結果、クリーニング処理においてコート層６４が取り除かれてしまい、図９に示すノズルＣＰ１のようにカーボングラファイトから成る基材層６３が露出してしまう。
【００７８】
そこで、本願発明者は、クリーニング工程において堆積物は取り除き、かつ、コート層６４は取り除かないようにする、クリーニング方式について検討を行い、図５に示す構成を見出した。すなわち、コート層６４の外表面をさらに別のコート層６５で覆うことで、クリーニング時にＳｉＣから成るコート層６４をクリーニングガスに晒されることを防止ないしは抑制する構成を見出した。コート層６５は、クリーニングガスからコート層６４を保護する保護層として機能するので、クリーニングガスとしてのＨ２ガスとの反応性がＳｉＣよりも低い材料で構成することが好ましい。また、また、高温環境下に配置されるので、例えば石英よりも耐熱性が高いことが好ましい。そこで、本実施の形態では、コート層６４の外表面を炭化させて炭素層を形成し、これをコート層６５としている。
【００７９】
詳しくは、本実施の形態では、最初のクリーニング処理を行う前に、予めコート層６４の表面を炭化させてコート層６４を覆うコート層６５を形成しておく。コート層６４の表面を炭化させる方法は、以下の方式により行うことができる。図２を用いて説明すると、ボート３０を配置しない状態で反応室４１内を気密状態にする。次に、反応室４１内に不活性ガスとして、例えば、Ａｒガスが供給され、反応室４１を含む処理炉４０内を不活性ガスで置換する。そして、反応管４２内（反応室４１内）のガスを排気して、反応室４１内の不純物濃度を下げる。また、磁気コイル４６に通電し、サセプタ４５を介して反応室４１内を加熱する。続いて反応室４１内に炭化処理ガスとしての塩素（Ｃｌ２）ガスを導入する。反応室４１への塩素（Ｃｌ２）ガスの導入経路は、例えばガス供給ノズル６１、６２のいずれか一方、あるいは両方とすることができる。反応室４１内に導入された塩素（Ｃｌ２）ガスは、ガス供給ノズル６１、６２の表面を覆うコート層６４と接触し、以下の反応式で記述される化学反応がおきる。
ＳｉＣ＋Ｃｌ２→Ｃ＋ＳｉＣｌ２↑
つまり、コート層６４の表面を塩素ガスと接触させることにより、コート層６４の表面は炭化され、炭素層であるコート層６５がコート層６４の表面を覆うように形成される。
【００８０】
コート層６４の表面を炭化させるためのプロセス条件には種々の変形例が適用できるが、図６では２通りの条件を例示する。図６は、図５に示す炭素層を形成する際のプロセス条件の例を示す説明図である。図６では、図５に示すコート層６４を炭化する際の反応室４１内の温度Ｔ、反応室４１内に供給するアルゴンガスおよび塩素ガスそれぞれの流量Ｆ（Ａｒ）、Ｆ（Ｃｌ２）、および反応室４１内の圧力Ｐをプロセス条件として示し、各プロセス条件における炭化レートＲ１を［μｍ／ｈ］の単位で示している。なお、図６に示す例では、アルゴンガスおよび塩素ガスの流量の単位として［ｓｌｍ］を用いているが、この［ｓｌｍ］は標準状態（大気圧：１０１３２５Ｐａ、０℃）で１分間当たりの流量をリットルで表わしている。したがって、標準状態のガスに換算すると、１ｓｌｍは、１．６７×１０−６ｍ３／ｓｅｃとして表わすことができる。図６に示すように図５に示すコート層６４を炭化する際の炭化レートは、反応室４１内の温度を高くする程大きくなる。また、反応室４１内に供給する塩素ガスの量が多くなる程、炭化レートが大きくなる。したがって、炭化処理時間を短縮する観点からは、図６の下段側に記載したプロセス条件の方がより好ましい。ただし、上段側に記載されたプロセス条件でも、図５に示すコート層６５を形成することができる。
【００８１】
このように塩素（Ｃｌ２）ガスとＳｉＣから成るコート層６４を反応させてコート層６５を形成する方式は、ボート３０を搬入しない点および導入ガスが異なる点を除き、成膜処理と同様のプロセスでクリーニングを行うことができるので、コート層６５を効率的に形成することができる。また、反応室４１内を塩素（Ｃｌ２）ガスで満たすことで、コート層６４の外表面全体と炭化処理ガスとしての塩素（Ｃｌ２）ガスを接触させることができるので、コート層６４の外表面全体を覆うようにコート層６５を形成することができる点で好ましい。
【００８２】
図５に示すように基材層６３の外表面を覆うコート層６４、およびコート層６４の外表面を覆うコート層６５を備えるガス供給ノズル６１、６２を用いて前記した基板処理工程としての成膜処理を施すと、図７に示すようにコート層６５の外表面に主としてＳｉＣから成る堆積物６６が堆積する。図７は、図５に示すガス供給ノズルを用いてＳｉＣ膜の成膜処理を行った後の状態を示す横断面図（上面断面図）である。図７に示す堆積物６６の厚さが厚くなり過ぎるとガス供給口６１ａ、６２ａからのガスの吹き出し圧力等に影響を及ぼすので、前記したガスクリーニング方式によりクリーニングを行う。ここで、本実施の形態によれば、コート層６４はコート層６５に覆われているので、ガスクリーニング方式によるクリーニング処理を施しても、ＳｉＣから成るコート層６４、およびコート層６４を覆うコート層６５は取り除かれない。言い換えれば、図６に示す堆積物６６を選択的に取り除き、図５に示すようにコート層６５を再び露出させることができる。そしてコート層６５と基材層６３の間にはＨ２ガスの透過を抑制する透過抑制膜としてのコート層６４が残る。したがって、クリーニング処理後に再び成膜処理を行う場合でも、Ｈ２ガスの透過によるプロセス条件の不安定化を防止ないしは抑制できる。
【００８３】
また、図５に示すように、コート層６４を覆うコート層６５を形成すれば、その後、成膜処理とクリーニング処理を繰り返し行った場合であってもコート層６５は残る。したがって、コート層６５を形成する工程は、図２に示す処理炉４０内で、少なくとも最初のクリーニング処理を行う前に１回行えば良い。ただし、図５に示す基材層６３を覆うコート層６４、６５の膜厚を安定化させる観点からは、図２に示す処理炉４０内で最初の成膜処理を行う前（例えば、処理炉４０内にガス供給ノズル６１、６２を取り付けて、出荷する前）に１回行うことが好ましい。また、メンテナンス等の際にガス供給ノズル６１、６２を新たなものに交換する場合には、交換後、最初の成膜処理を行う前にコート層６５を形成することが好ましい。
【００８４】
ところで、コート層６４を構成するＳｉＣは、基材層６３を構成するカーボングラファイトと比較して、Ｈ２ガスによりエッチングされ易いという特徴がある。図８は、ＳｉＣとカーボングラファイトの水素ガスによるエッチングレート比を示す説明図である。図８では、反応室４１内の温度Ｔ、反応室４１内に供給する水素ガスの流量Ｆ（Ｈ２）、および反応室４１内の圧力Ｐをプロセス条件として示し、各プロセス条件における炭化珪素（ＳｉＣ）とカーボングラファイト（Ｃ）のエッチングレート比（エッチング選択比ＳｉＣ／Ｃ）を示している。図８に示すように、基板表面にＳｉＣ膜を成膜する際のプロセス温度域においては、水素ガスによるＳｉＣのエッチングレートは、水素ガスによるグラファイトのエッチングレートに対して５０倍程度である。つまり、コート層６４を構成するＳｉＣは、基材層６３を構成するカーボングラファイトと比較して、Ｈ２ガスによりエッチングされ易いため、ＳｉＣからなるコート層６４を保護する保護膜が必要となる。コート層６４を保護する保護膜としては、コート層６４よりもＨ２ガスによるエッチングレートが低い材料で構成することが好ましく、本実施の形態では、コート層６５が保護膜（エッチング保護膜）として機能する。ただし、コート層６４を保護する保護膜は炭素層には限定されず、例えばコート層６４の表面を覆うように別のコート層を形成する構成とすることができる。
【００８５】
＜本実施の形態の代表的効果＞
以上、本実施の形態で説明した技術的思想によれば、少なくとも、以下に記載する複数の効果のうち、１つ以上の効果を奏する。
【００８６】
（１）本実施の形態によれば、カーボングラファイトからなる基材層６３の外表面をＳｉＣから成るコート層６４で覆ったガス供給ノズル６１、６２を用いることにより、成膜処理時に水素ガスがガス供給ノズル６１、６２を透過することを防止ないしは抑制できる。
【００８７】
（２）本実施の形態によれば、コート層６４の外表面をクリーニングガスとの接触から保護する保護層としてのコート層６５で覆うことにより、クリーニング処理の際にコート層を構成するＳｉＣが取り除かれることを防止ないしは抑制できる。
【００８８】
（３）また、成膜処理とクリーニング処理を繰り返し行っても、基材層６３を覆うコート層６４が取り除かれないので、基板表面に安定的に膜を形成することができる。
【００８９】
（４）また、本実施の形態によれば、ＳｉＣから成るコート層６４の表面を塩素ガスと接触させることで炭化させてコート層６５を形成するので、コート層６５を効率的に形成することができる。
【００９０】
（５）また、コート層６４の表面をガスと接触させることでコート層６５を形成するので、コート層６４の外表面全体を覆うようにコート層６５を形成しやすい。
【００９１】
（６）また、基材層６３の内表面側が中空空間Ｍ１に露出させるようにすることで、成膜処理時の処理ガスの供給圧力などのプロセス条件を安定化させることができる。
【００９２】
本発明は少なくとも以下の実施の形態を含む。
【００９３】
〔付記１〕
複数の基板それぞれの表面に炭化珪素膜を形成する半導体製造装置であって、
前記複数の基板を配置する反応室と、
前記反応室内に設けられた被加熱体と、
前記被加熱体と前記複数の基板との間に設けられ、前記反応室内にシリコン原子含有ガス、炭素原子含有ガス、および水素ガスを供給するガス供給ノズルと、
を備え、
前記ガス供給ノズルは、カーボングラファイトから成る基材層、前記基材層の表面を覆う炭化珪素から成る第１コート層、および前記第１コート層の表面を覆う炭素から成る第２コート層を備えていることを特徴とする半導体製造装置。
【００９４】
〔付記２〕
複数の基板それぞれの表面に炭化珪素膜を形成する半導体製造装置であって、
前記複数の基板を配置する反応室と、
前記反応室内に設けられた被加熱体と、
前記被加熱体と前記複数の基板との間に設けられ、前記反応室内にシリコン原子含有ガスおよび水素ガスを供給する第１のガス供給ノズルと、
前記被加熱体と前記複数の基板との間に設けられ、前記反応室内に炭素原子含有ガスおよび水素ガスを供給する第２のガス供給ノズルと、
を備え、
前記第１および第２のガス供給ノズルのそれぞれは、カーボングラファイトから成る基材層、前記基材層の表面を覆う炭化珪素から成る第１コート層、および前記第１コート層の表面を覆う炭素から成る第２コート層を備えていることを特徴とする半導体製造装置。
【００９５】
〔付記３〕
付記１または付記２に記載の半導体製造装置において、
前記第２コート層は、前記第１コート層の表面に塩素ガスを接触させることで前記第１コート層の表面を炭化させて形成されることを特徴とする半導体製造装置。
【００９６】
〔付記４〕
付記１または付記２に記載の半導体製造装置において、
前記基材層の内側には中空空間が配置され、前記基材層の内表面は前記中空空間に露出していることを特徴とする半導体製造装置。
【００９７】
〔付記５〕
（ａ）反応室内に複数の基板を配置する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程の後、前記反応室内に設けられた被加熱体を加熱し、かつ、前記複数の基板と前記被加熱体の間に配置されたガス供給ノズルから前記反応室内にシリコン原子含有ガス、炭素原子含有ガス、および水素ガスを供給して前記複数の基板それぞれの表面に炭化珪素膜を形成する工程と、
（ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記反応室内の部材の表面に堆積した堆積物を水素ガスとの化学反応により取り除く工程と、
を有し、
前記（ｂ）工程で前記反応室内にガスを供給する前記ガス供給ノズルは、カーボングラファイトから成る基材層、前記基材層の表面を覆う炭化珪素から成る第１コート層、および前記第１コート層の表面を覆う炭素から成る第２コート層を備えていることを特徴とする成膜方法。
【００９８】
〔付記６〕
付記５に記載の成膜方法において、
前記第２コート層は、前記（ａ）工程よりも前に、前記第１コート層の表面に塩素ガスを接触させることで前記第１コート層の表面を炭化させて形成することを特徴とする成膜方法。
【００９９】
〔付記７〕
付記５に記載の成膜方法において、
前記（ｃ）工程では、前記第２コート層の表面が露出するように前記堆積物を取り除き、前記（ａ）工程〜前記（ｃ）工程を繰り返し行うことを特徴とする成膜方法。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１０ 半導体製造装置
１２ 筐体
１４ ウエハ(基板)
１６ ポッド
１８ ポッドステージ
２０ ポッド搬送装置
２２ ポッド棚
２２ａ 保持部
２４ ポッドオープナ
２６ 基板枚数検知器
２８ 基板移載器
３０ ボート
３２ アーム
３４ ボート断熱部
４０ 処理炉
４１ 反応室
４２ 反応管
４５ サセプタ（被加熱体）
４６ 磁気コイル
４７ 断熱材
４８ 水冷板
４９ カバー
５０ 炉口
５１ マニホールド
５２ シールキャップ
５３ 回転機構部
５３ａ 回転軸
５４ 冷却機構部
５５ 冷却水流路
５６ 冷却水配管
５７ 電力ケーブル
６１、６２ ガス供給ノズル
６１ａ、６２ａ ガス供給口
６３ 基材層
６４ コート層
６４ 炭化珪素層
６５ コート層
６５ 炭素層
６６ 堆積物
７０ 昇降モータ
７１ 下基板
７２ 昇降台
７３ ガイドシャフト
７４ ボール螺子
７５ 上基板
７６ 昇降シャフト
７７ ベローズ
７８ 昇降基板
８０ ロードロック室
８１ 天板
９０ 駆動部収納ケース
９１ 駆動部カバー
１１０、１１４ ガス供給ライン
１１１ａ〜１１１ｄ 配管
１１２ａ〜１１２ｄ バルブ
１１３ａ〜１１３ｄ マスフローコントローラ
１１５ａ、１１５ｂ 配管
１１６ａ、１１６ｂ バルブ
１１７ａ、１１７ｂ マスフローコントローラ
１２０ ガス排気管
１２１ ＡＰＣバルブ
１２２ 真空排気装置
２００ コントローラ
２０１ 主制御部
２０２ 温度制御部
２０３ ガス流量制御部
２０４ 圧力制御部
２０５ 駆動制御部
ＣＰ１、ＣＰ２ ノズル
ＣＰ１ａ ガス供給口
Ｍ１ 中空空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、化学的気相成長法により基板表面に炭化珪素（ＳｉＣ）膜を形成する成膜技術に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１０−２８７８７７号公報（特許文献１）には、ウエハを配置した処理室にシリコン含有ガスとカーボン含有ガスを供給し、ウエハにＳｉＣ（炭化珪素）膜を形成する成膜装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２８７８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば半導体ウエハなどの基板の表面に成膜処理を施す方法として、処理炉内に配置され成膜温度に加熱された基板にガス（反応ガス）を供給することで、化学反応を利用して基板の表面に膜を堆積させる、化学的気相成長法がある。本願発明者は、化学的気相成長法により基板表面にシリコンカーバイド（炭化珪素、以下、ＳｉＣと記載する）膜を形成する技術について検討を行い以下の課題を見出した。
【０００５】
ＳｉＣは、シリコン（珪素、以下Ｓｉと記載する）に比べてエネルギーバンドギャップが広い、絶縁耐性が高い、あるいは熱伝導性が高いなどの特性を有し、これらの特性を生かした用途、例えば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膜を成膜する時の成膜温度（例えば１４５０℃〜１８００℃）はＳｉ膜を成膜する時の成膜する温度（例えば９００℃〜１２００℃）よりも高いため、Ｓｉ膜用の成膜装置をそのまま適用することが難しい。
【０００６】
Ｓｉ膜用の成膜装置の場合、処理炉内に配置する部材は例えば石英（二酸化珪素、ＳｉＯ２）で構成することができる。しかし、ＳｉＣ膜用の成膜装置では、基板周辺の温度が高くなるため、石英よりも耐熱性が高いカーボングラファイトで構成することが好ましい。例えば、処理炉内に配置された基板表面に反応ガスやキャリアガスなどの気体を供給するためのガス供給経路であるノズルは、基板の近傍に配置することが好ましいので、カーボングラファイト製にすることが好ましい。ところが、ノズルをカーボングラファイト製とすると、成膜処理時に処理炉内に供給する処理ガスに含まれる水素（Ｈ２）ガスが透過してしまう。水素ガスは、例えばＳｉＣ膜の成膜工程において、原料ガスなどを処理炉内に導入するキャリアガスとして用いられるので、水素ガスがノズルを透過した場合、原料ガスを含む処理ガスの供給状態（例えば供給速度や供給圧力、あるいは供給温度）が不安定になる。この処理ガスの供給状態が不安定になると、成膜処理工程におけるプロセス条件が不安定になり、基板に形成されるＳｉＣ膜の膜厚均一性の低下、あるいは結晶欠陥の増加などの不具合が発生する原因となる。
【０００７】
そこで、水素ガスの透過を防止ないしは抑制する観点から、カーボングラファイト製のノズル配管の表面に水素ガスの透過抑制膜として例えばＳｉＣ膜をコーティングすることが好ましい。ＳｉＣ膜をコーティングすれば、水素ガスの透過を防止ないしは抑制できるので、ノズルの配管基材をカーボングラファイト製としてもガスの供給状態を安定化させることができる。
【０００８】
ところが、本願発明者がカーボングラファイト製のノズルにＳｉＣ膜をコーティングする技術について更に検討した所、以下の課題が判明した。すなわち、処理炉内に堆積したＳｉＣ膜を取り除くクリーニング工程において、通常除去されるべきＳｉＣ膜だけでなく、ノズル配管の表面に形成されたＳｉＣのコーティング膜までも取り除かれてしまう。この結果、クリーニング後のノズルからは水素ガスが透過し、ガスの供給状態が不安定になる。成膜処理時のガスの供給状態が不安定になれば、基板に形成されるＳｉＣ膜の膜厚均一性の低下、あるいは結晶欠陥の増加などの不具合が発生する原因となる。一方、クリーニング工程を行わなければ、処理炉内の部材に堆積したＳｉＣ膜の影響でプロセス条件が不安定になり、基板に形成されるＳｉＣ膜の膜厚均一性の低下、あるいは結晶欠陥の増加などの不具合が発生する原因となる。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板表面に安定的に膜を形成する技術を提供することにある。
【００１０】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１２】
すなわち、本発明に係る半導体製造装置は、複数の基板それぞれの表面に炭化珪素膜を形成する半導体製造装置であって、前記複数の基板を配置する反応室と、前記反応室内に設けられた被加熱体と、前記被加熱体と前記複数の基板との間に設けられ、前記反応室内にシリコン原子含有ガス、炭素原子含有ガス、および水素ガスを供給するガス供給ノズルと、を備えている。ここで、前記ガス供給ノズルは、カーボングラファイトなどのノズルを形成する基礎材料から成る基材層、前記基材層の表面を覆う炭化珪素から成る第１コート層、および前記第１コート層の表面を覆い、前記第１コート層の保護層として炭素から成る第２コート層を備えているものである。
【発明の効果】
【００１３】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。
【００１４】
すなわち、基板表面に安定的に膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態における基板処理装置の主要構成を示す斜透視図である。
【図２】図１に示す基板処理装置の処理炉と処理炉に接続されるガス供給管の構成を示す縦断面図（側面断面図）である。
【図３】図１に示す処理炉の周辺の構成を示す縦断面図（側面断面図）である。
【図４】図１に示す基板処理装置を制御するコントローラの構成を示すブロック図である。
【図５】図２に示すガス供給ノズルの横断面図（上面断面図）である。
【図６】図５に示す炭素層を形成する際のプロセス条件の例を示す説明図である。
【図７】図５に示すガス供給ノズルを用いてＳｉＣ膜の成膜処理を行った後の状態を示す横断面図（上面断面図）である。
【図８】ＳｉＣとカーボングラファイトの水素ガスによるエッチングレート比を示す説明図である。
【図９】図５に対する第１の比較例であるガス供給ノズルの横断面図（上面断面図）である。
【図１０】図５に対する第２の比較例であるガス供給ノズルの横断面図（上面断面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００１７】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００１８】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００１９】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００２０】
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
【００２１】
本発明を実施するための実施の形態において、基板処理装置は、一例として、半導体装置の製造方法に含まれる様々な処理工程を実施する半導体製造装置として構成されている。以下の説明では、半導体基板（半導体ウエハ、ウエハ）にエピタキシャル成長法による成膜処理を施し、ＳｉＣエピタキシャル膜を形成する方法に適用した実施態様について説明する。
【００２２】
＜基板処理装置＞
まず、本実施の形態における基板処理装置の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態の基板処理装置の主要構成を示す斜透視図である。また、図２は、図１に示す基板処理装置の処理炉と処理炉に接続されるガス供給管の構成を示す縦断面図（側面断面図）である。また、図３は、図１に示す処理炉の周辺の構成を示す縦断面図（側面断面図）である。また、図４は、図１に示す基板処理装置を制御するコントローラの構成を示すブロック図である。
【００２３】
図１に示す基板処理装置である半導体製造装置１０は、筐体１２内に配置される処理炉４０内に複数のウエハ１４（図２参照）を縦方向に収容し、複数のウエハ１４それぞれの表面に成膜処理を施す、バッチ式縦型成膜処理装置である。また、半導体製造装置１０は、筐体１２内に配置される処理炉４０内に複数のウエハ１４（図２参照）を縦方向に収容し、複数のウエハ１４それぞれに加熱処理を施す、バッチ式縦型加熱処理装置である。本実施の形態において、被処理物である基板としてのウエハ１４は、例えば、Ｓｉ又はＳｉＣ等で構成された半導体基板である。半導体製造装置１０が有する筐体１２内には、ウエハ１４の収納容器であるフープ（Front Opening Unified Pod、以下、単にポッドと記載する）を搬送するポッド搬送装置２０、ウエハ１４を保持して処理炉４０内に搬入するボート３０などが配置される。
【００２４】
ウエハ１４（図２参照）を収納する基板収容器であるポッド１６はウエハキャリアとして使用される。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、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枚のウエハ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。
【００２５】
筐体１２内の正面であって、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。ポッド搬送装置２０の近傍にはポッド棚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。ポッド棚２２はポッドオープナ２４の上方に配置され、それぞれ、複数個のポッド１６を載置した状態で保持する複数の保持部２２ａを備えている。また、基板枚数検知器２６は、ポッドオープナ２４に隣接して配置される。ポッド搬送装置２０はポッドステージ１８とポッド棚２２とポッドオープナ２４との間でポッド１６を搬送する。ポッドオープナ２４はポッド１６の蓋を開ける蓋開け機構を備え、基板枚数検知器２６は蓋を開けられたポッド１６内のウエハ１４の枚数を検知するようになっている。
【００２６】
筐体１２内には、さらに、基板移載器２８と、基板保持具としてのボート３０が配置されている。基板移載器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、かつ、回転可能なように構成されている。アーム３２は、例えば５枚の半導体基板を取り出すことができるように構成されており、アーム３２を動かすことにより、基板移載器２８は、ポッドオープナ２４の位置に置かれたポッド１６とボート３０の間でウエハ１４（図２参照）を搬送することができるようになっている。
【００２７】
ボート３０は、例えば、カーボングラファイトや炭化珪素（ＳｉＣ）、あるいは表面がＳｉＣ膜でコートされたカーボングラファイトなどの耐熱性材料から構成されており、複数枚のウエハ１４（図２参照）を水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた整列状態で縦方向に離間して積み上げて保持するように構成されている。このボート３０の下部には、例えば、石英や炭化珪素（ＳｉＣ）などの耐熱性材料で構成された円板形状の断熱部材としてボート断熱部３４（図２参照）が配置されており、このボート断熱部３４は、ボート３０に加わっている熱がボート３０の下側にまで伝わりにくくなるように設けられている。
【００２８】
また、筐体１２の背面側上部には、処理炉４０が配置されている。この処理炉４０は、内部に複数のウエハ１４（図２参照）を収納したボート３０を搬入できるように構成されており、処理炉４０内において、ボート３０に搭載されたウエハ１４に対して、成膜処理、あるいは熱処理が施される。
【００２９】
＜処理炉＞
続いて、図１に示す処理炉の構成について主に図２を参照しながら説明する。処理炉４０は、円筒形の反応室４１を形成する反応管４２を備えている。この反応管４２は、石英、または、ＳｉＣなど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をしている。この反応管４２の内部に反応室４１が存在し、この反応室４１の内部にボート３０が搬入される。ボート３０は、シリコン（Ｓｉ）または炭化珪素（ＳｉＣ）などから構成された複数のウエハ１４を水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた整列状態で縦方向に積み上げて収納するように構成されている。つまり、反応室４１の内部には、ボート３０に収納された複数枚のウエハ１４が配置されることになる。
【００３０】
また、処理炉４０は、誘導加熱方式により加熱される被加熱体としてのサセプタ（被誘導体）４５および電磁場発生部としての磁気コイル４６を備えている。サセプタ４５は、反応室４１内に配設され、反応管４２の外側に設けられた磁気コイル４６により発生する電磁場で誘導加熱されるようになっており、このサセプタ４５が発熱することにより、反応室４１の内部が加熱されるように構成されている。
【００３１】
サセプタ４５の近傍には、反応室４１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。上述した磁気コイル４６と温度センサは、後述する温度制御部と電気的に接続されている。この温度制御部は、温度センサによって検出された温度情報に基づき、磁気コイル４６への通電具合を調節することで、反応室４１内の温度が所望の温度分布となるように制御するようになっている。
【００３２】
また、反応管４２とサセプタ４５の間には、例えば、誘導加熱されにくいカーボンフェルトなどで構成された断熱材４７が設けられている。この断熱材４７を設けることにより、サセプタ４５で発生した熱が反応管４２あるいは反応管４２の外側へ伝達することを抑制できる。
【００３３】
また、磁気コイル４６の外側には、反応室４１内の熱が外部に伝達することを抑制するために、例えば、水冷構造から構成される冷却体としての水冷板４８が反応管４２を囲むように設けられている。そして、水冷板４８の外側には、磁気コイル４６により発生した電磁場が外部に漏れ出ることを防止ないしは抑制する電磁気シールド材としてカバー４９が設けられている。また、カバー４９は、処理炉４０の外部に熱が漏れ出ることを防止ないしは抑制する機能を備える。
【００３４】
また、反応管４２の下方には、同心円状のマニホールド５１が配設されている。このマニホールド５１は、例えば、ステンレスなどからなり、上端および下端が開口した円筒形状をしている。マニホールド５１は、反応管４２を支持するために設けられているものである。なお、マニホールド５１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５１が図示しない保持体に支持されることにより、反応管４２は垂直に据え付けられた状態となっている。反応管４２とマニホールド５１により、反応容器が形成されることになる。
【００３５】
処理炉４０の下方には、反応室４１の下端開口部を気密封止するための炉口蓋体としてシールキャップ（シール体）５２が設けられている。このシールキャップ５２は、例えば、ステンレスなどの金属から構成されており、円盤状の形状をしている。シールキャップ５２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５２には、回転機構部５３が設けられており、この回転機構部５３の回転軸５３ａはシールキャップ５２を貫通してボート３０に接続されている。これにより、回転機構部５３は、回転軸５３ａを介してボート３０を回転させることで、ボート３０に搭載されているウエハ１４が回転するようになっている。
【００３６】
また、処理炉４０内には、ガス供給ノズル６１およびガス供給ノズル６２が配置される。ガス供給ノズル６１、６２は、それぞれ反応室４１内のボート３０に沿って、ボート３０に収納された複数のウエハ１４と相対する位置に配置される。図２に示す例では、ガス供給ノズル６１、６２は、それぞれ複数のウエハ１４とサセプタ４５の間に配置される。また、ガス供給ノズル６１には複数のガス供給口６１ａが、ガス供給ノズル６２には複数のガス供給口６２ａが、それぞれ形成されている。ガス供給ノズル６１、６２の詳細な構造については後述する。
【００３７】
＜処理炉周辺＞
次に、処理炉４０周辺の構成について、図２および図３を参照しながら説明する。図３に示すように、上述したシールキャップ５２は、処理炉４０の外側に設けられた昇降機構によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これによって、シールキャップ５２上に搭載されたボート３０を処理炉４０に対して搬入あるいは搬出することができるようになっている。上述した回転機構部５３、および昇降機構としての昇降モータ７０は、後述する駆動制御部と電気的に接続されており、駆動制御部は、回転機構部５３や昇降モータ７０が所定動作をするように制御する。
【００３８】
予備室としてのロードロック室８０の外面に下基板７１が設けられている。この下基板７１には、昇降台７２と嵌め合わされるガイドシャフト７３および昇降台７２と螺合するボール螺子７４が設けられている。そして、下基板７１に立設したガイドシャフト７３およびボール螺子７４の上端には、上基板７５が設けられている。ボール螺子７４は、上基板７５に設けられた昇降モータ７０によって回転され、ボール螺子７４が回転することにより、昇降台７２が昇降するようになっている。
【００３９】
昇降台７２には中空の昇降シャフト７６が垂設され、昇降台７２と昇降シャフト７６の連結部は気密となっており、この昇降シャフト７６は昇降台７２とともに昇降するように構成されている。昇降シャフト７６は、ロードロック室８０の天板８１を遊貫し、昇降シャフト７６が貫通する天板８１の貫通孔は、昇降シャフト７６が天板８１と接触することがないように充分な隙間が形成されている。
【００４０】
ロードロック室８０と昇降台７２との間には、昇降シャフト７６の周囲を覆うように伸縮性を有する中空伸縮体としてベローズ７７が設けられており、このベローズ７７によりロードロック室８０が気密に保たれるようになっている。このとき、ベローズ７７は、昇降台７２の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有し、ベローズ７７の内径は、昇降シャフト７６の外径に比べて充分に大きく、伸縮の際にベローズ７７と昇降シャフト７６が接触することがないように構成されている。
【００４１】
昇降シャフト７６の下端には、昇降基板７８が水平に固着され、この昇降基板７８の下面にはＯリングなどのシール部材を介して駆動部カバー９１が気密に取り付けられている。昇降基板７８と駆動部カバー９１により駆動部収納ケース９０が構成され、この構成により、駆動部収納ケース９０の内部は、ロードロック室８０内の雰囲気と隔離される。駆動部収納ケース９０の内部には、ボート３０の回転機構部５３が設けられており、この回転機構部５３の周辺は、冷却機構部５４によって冷却されるようになっている。
【００４２】
また、電力ケーブル５７は、昇降シャフト７６の上端から中空部を通り、回転機構部５３に導かれて接続されている。また、冷却機構部５４およびシールキャップ５２には、冷却水流路５５が形成されている。さらに、冷却水配管５６が昇降シャフト７６の上端から中空部を通り、冷却水流路５５に導かれて接続されている。
【００４３】
このように構成されている処理炉周辺構造において、昇降モータ７０が駆動されて、ボール螺子７４が回転することにより、昇降台７２および昇降シャフト７６を介して駆動部収納ケース９０を昇降させる。そして、例えば、駆動部収納ケース９０が上昇することにより、昇降基板７８に気密に設けられているシールキャップ５２が処理炉４０の開口部である炉口５０を閉塞し、ボート３０に搭載されたウエハ１４の成膜処理が可能な状態となる。一方、例えば、駆動部収納ケース９０が下降することにより、シールキャップ５２とともにボート３０が下降し、ボート３０に搭載されているウエハ１４を外部に搬出できる状態となる。
【００４４】
また、図２に示すように、ガス供給ノズル６１は、反応室４１の外部に延びるガス供給ライン１１０と接続されており、このガス供給ライン１１０には、複数の配管１１１ａ〜１１１ｄが接続されている。さらに、配管１１１ａ〜１１１ｄのそれぞれには、バルブ（バルブ１１２ａ〜１１２ｄ）が設けられているとともに、配管１１１ａ〜１１１ｄ内を流れるガスの流量を制御する流量調節器（マスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｄ）が接続されている。すなわち、これらの配管１１１ａ〜１１１ｄは、バルブ（バルブ１１２ａ〜１１２ｄ）と流量調節器（マスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｄ）を介して、ガス供給源と接続されている。
【００４５】
図２に示す例では、配管１１１ａは、バルブ１１２ａおよびマスフローコントローラ１１３ａを介して、アルゴン（Ａｒ）または水素（Ｈ２）のガス供給源と接続されている。また、配管１１１ｂは、バルブ１１２ｂおよびマスフローコントローラ１１３ｂを介して、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）のガス供給源と接続されている。また、配管１１１ｃは、バルブ１１２ｃおよびマスフローコントローラ１１３ｃを介して、塩化水素（ＨＣｌ）のガス供給源と接続されている。また、配管１１１ｄは、バルブ１１２ｄおよびマスフローコントローラ１１３ｄを介して、塩素（Ｃｌ２）のガス供給源と接続されている。
【００４６】
上述した構成により、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガスまたは水素（Ｈ２）ガス、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス、塩化水素（ＨＣｌ）ガス、および塩素（Ｃｌ２）ガスをガス供給ノズル６１に供給する際のそれぞれの供給流量、濃度、分圧を制御することができる。バルブ１１２ａ〜１１２ｄおよびマスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｄは、図４に示すガス流量制御部２０３と電気的に接続されており、このガス流量制御部２０３は、供給するガスの流量が所定の流量となるようにバルブ１１２ａ〜１１２ｄおよびマスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｄのそれぞれを制御するようになっている。このようにして、アルゴン（Ａｒ）ガスまたは水素（Ｈ２）ガス供給源、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス供給源、塩化水素（ＨＣｌ）ガス供給源、塩素（Ｃｌ２）ガス供給源、バルブ１１２ａ〜１１２ｄ、マスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｄ、配管１１１ａ〜１１１ｄ、ガス供給ライン１１０、複数のガス供給口６１ａを備えるガス供給ノズル６１によって、一つのガス供給系が構成されることになる。
【００４７】
なお、一つのガス供給系では、シリコン原子含有ガスとして、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスを使用しているが、これに限らず、例えば、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスを使用してもよい。また、第１のガス供給系では、パージガスとして、希ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスを使用しているが、これに限らず、例えば、あるいはヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガスなどの不活性ガスを使用してもよい。
【００４８】
また、ガス供給ノズル６２は、反応室４１の外部に延びるガス供給ライン１１４と接続されており、このガス供給ライン１１４には、複数の配管１１５ａ、１１５ｂと接続されている。さらに、配管１１５ａ、１１５ｂのそれぞれには、バルブ（バルブ１１６ａ、１１６ｂ）が設けられているとともに、配管１１５ａ、１１５ｂ内を流れるガスの流量を制御する流量調節器（マスフローコントローラ１１７ａ、１１７ｂ）が接続されている。すなわち、これらの配管１１５ａ、１１５ｂは、バルブ（バルブ１１６ａ、１１６ｂ）と流量調節器（マスフローコントローラ１１７ａ、１１７ｂ）を介して、ガス供給源と接続されている。
【００４９】
図２に示す例では、配管１１５ａは、バルブ１１６ａおよびマスフローコントローラ１１７ａを介して、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス供給源と接続されており、配管１１５ｂは、バルブ１１６ｂおよびマスフローコントローラ１１７ｂを介して、水素（Ｈ２）ガス供給源と接続されている。
【００５０】
上述した構成により、例えば、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス、水素（Ｈ２）ガスをガス供給ノズル６２に供給する際のそれぞれの供給流量、濃度、分圧を制御することができる。バルブ１１６ａ、１１６ｂおよびマスフローコントローラ１１７ａ、１１７ｂは、図４に示すガス流量制御部２０３と電気的に接続されており、このガス流量制御部２０３は、供給するガスの流量が所定の流量となるようにバルブ１１６ａ、１１６ｂおよびマスフローコントローラ１１７ａ、１１７ｂのそれぞれを制御するようになっている。このようにして、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス供給源、水素（Ｈ２）ガス供給源、バルブ１１６ａ、１１６ｂ、マスフローコントローラ１１７ａ、１１７ｂ、配管１１５ａ、１１５ｂ、ガス供給ライン１１４、複数のガス供給口６２ａを備えるガス供給ノズル６２によって、他のガス供給系が構成されることになる。
【００５１】
なお、他のガス供給系では、炭素原子含有ガスとしてプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスを使用しているが、これに限らず、例えば、エチレン（Ｃ２Ｈ４）ガスやアセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガスを使用してもよい。
【００５２】
また、処理炉４０内の反応室４１にはガス排気管１２０が接続されている。図２に示す例では、ガス排気管１２０は、マニホールド５１に接続されている。このガス排気管１２０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および圧力調整器としてのＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ１２１を介して、真空ポンプなどから構成される真空排気装置１２２が接続されている。この圧力センサおよびＡＰＣバルブ１２１には、後述する圧力制御部２０４が電気的に接続されている。
【００５３】
＜基板処理装置の制御部＞
次に、図１に示す半導体製造装置１０の制御部の構成について、図面を参照しながら説明する。図４に示す制御部としてのコントローラ２００は、主制御部２０１、温度制御部２０２、ガス流量制御部２０３、圧力制御部２０４、および、駆動制御部２０５を有している。そして、主制御部２０１は、温度制御部２０２、ガス流量制御部２０３、圧力制御部２０４、および、駆動制御部２０５と電気的に接続されており、主制御部２０１は、温度制御部２０２、ガス流量制御部２０３、圧力制御部２０４、および、駆動制御部２０５を制御するように構成されている。
【００５４】
温度制御部２０２は、例えば、図２に示す磁気コイル４６や図示しない温度センサと電気的に接続されている。そして、温度制御部２０２は、温度センサによって検出された温度情報に基づき、磁気コイル４６への通電具合を調節することで、反応室４１内の温度が所望の温度分布となるように制御するように構成されている。
【００５５】
ガス流量制御部２０３は、前述の通り、バルブ１１２ａ〜１１２ｄとバルブ１１６ａ、１１６ｂ、および、マスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｄとマスフローコントローラ１１７ａ、１１７ｂと電気的に接続され、それぞれを制御するように構成されている。
【００５６】
圧力制御部２０４は、例えば、図示しない圧力センサおよび図２に示すＡＰＣバルブ１２１と電気的に接続されている。そして、この圧力制御部２０４は、圧力センサによって検出された圧力に基づいて、ＡＰＣバルブ１２１の開閉度を調節し、反応室４１内の圧力が所定圧力となるように制御するように構成されている。
【００５７】
駆動制御部２０５は、例えば、図３に示す回転機構部５３および昇降機構部を動作させる昇降モータ７０と電気的に接続されており、この駆動制御部２０５は、回転機構部５３や昇降モータ７０が所定動作をするように制御している。
【００５８】
＜基板処理工程＞
次に、上述したように構成された半導体製造装置１０を用いて行う半導体デバイスの製造工程の一工程として、ウエハ１４上にＳｉＣ膜を形成する成膜処理工程を例に取り上げて説明する。なお、以下の説明において、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２００により制御される。
【００５９】
まず、図１に示すようにポッドステージ１８に複数枚のウエハ１４（図２参照）を収容したポッド１６をポッドステージ１８上にセットする。次に、ポッド搬送装置２０によりポッド１６をポッドステージ１８からポッド棚２２へ搬送し、ポッド棚２２にストックする。次に、ポッド搬送装置２０により、ポッド棚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、このポッドオープナ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に収容されているウエハ１４の枚数を検知する。次に、基板移載器２８により、ポッドオープナ２４の位置にあるポッド１６からウエハ１４を取り出し、ボート３０に移載する。
【００６０】
複数枚のウエハ１４がボート３０に装填されると、複数枚のウエハ１４を保持したボート３０は、図３に示す昇降モータ７０による昇降台７２及び昇降シャフト７６の昇降動作により反応室４１内に搬入（ボートローディング）される。この状態で、シールキャップ５２は図示しないＯリングを介してマニホールド５１（図２参照）の下端をシールした状態となる。
【００６１】
続いて、図２に示す反応室４１内に不活性ガスとして、例えば、Ａｒガスが供給され、反応室４１を含む処理炉４０内を不活性ガスで置換する。なお、不活性ガスは、ガス供給ライン１１０に接続される図示しない不活性ガス供給源から、ガス供給ノズル６１の複数のガス供給口６１ａを介して供給される。
【００６２】
その後、図２に示す反応管４２内（反応室４１内）が所望の圧力（真空度）となるように真空排気装置１２２によって真空排気する。この際、反応管４２内の圧力は、圧力センサで測定され、図４に示す圧力制御部２０４を介して測定された圧力に基づきガス排気管１２０に取り付けられたＡＰＣバルブ１２１をフィードバック制御する。
【００６３】
また、反応管４２内が所望の成膜温度（例えば１４５０℃〜１８００℃）となるように磁気コイル４６に通電し、サセプタ４５を介して反応室４１内を加熱する。この際、反応管４２内が所望の温度分布となるように図４に示す温度制御部２０２において温度センサが検出した温度情報に基づき磁気コイル４６への通電具合をフィードバック制御する。続いて、回転機構部５３により、ボート３０を回転させることでウエハ１４を回転させる。このように反応室４１内の温度を制御することでウエハ１４の温度を制御することができる。
【００６４】
ウエハ１４の温度（反応室４１内の温度）が安定したところで、反応室４１内に処理ガスを供給する。例えば、図２に示す第１のガス供給系としてのガス供給ライン１１４からは、炭素（Ｃ）含有ガスであるプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス、およびキャリアガスである水素（Ｈ２）ガスが、ガス供給ノズル６２の複数のガス供給口６２ａを介して反応室４１内に導入される。また、第２のガス供給系としてのガス供給ライン１１０からは、シリコン（Ｓｉ）含有ガスである四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスと、塩素（Ｃｌ）含有ガスである塩化水素（ＨＣｌ）ガスおよび塩素（Ｃｌ２）ガスと、水素（Ｈ２）ガスとが、ガス供給ノズル６１の複数のガス供給口６１ａを介して反応室４１内に導入される。反応室４１内に導入された処理ガスは反応室４１内を通ってガス排気管１２０を介して反応室４１の外部に排気される。この時、ガス供給口６１ａ、６２ａからガス排気管１２０に到達するまでの間に、処理ガスがボート３０に保持された複数のウエハ１４のそれぞれと接触し、ウエハ１４との接触面において反応してＳｉＣ膜が形成される。つまりウエハ１４の表面にＳｉＣ膜が堆積（デポジション）する。
【００６５】
そして、予め設定された成膜時間が経過すると、前記した処理ガスの供給が停止され、反応室４１内を不活性ガスで置換する。不活性ガスは、例えば図２に示すガス供給ライン１１０に接続される図示しない不活性ガス供給源から、ガス供給ノズル６１の複数のガス供給口６１ａを介して例えばＡｒガスを供給する。不活性ガスを供給することで、反応室４１の内部の圧力は減圧状態が解除される。つまり、反応室４１内の圧力が常圧に復帰する。
【００６６】
その後、図３に示す昇降モータ７０によりシールキャップ５２が下降し、炉口５０が開口される。また、処理済の（ＳｉＣ膜が形成された）ウエハ１４は、ボート３０に保持された状態でロードロック室８０に搬出（ボートアンローディング）され、ボート３０に支持された複数のウエハ１４を冷却する間、ボート３０を待機させる。待機させたボート３０の複数のウエハ１４が冷却されたら、図１に示す基板移載器２８により、ボート３０からウエハ１４（図３参照）を取り出し、ポッドオープナ２４にセットされている空のポッド１６に搬送して収容する。その後、ポッド搬送装置２０により、ウエハ１４が収容されたポッド１６をポッド棚２２、またはポッドステージ１８に搬送する。以上の工程により、表面にＳｉＣ膜が形成された複数のウエハ１４を取得する。
【００６７】
上記のようにウエハ１４に処理ガスを接触させて反応によりＳｉＣ膜を形成する場合、ＳｉＣ膜の品質指標となる膜厚の均一性や結晶欠陥の発生割合などは、成膜処理中におけるプロセス条件により制御される。このプロセス条件には、ガス供給口６１ａ、６２ａからの処理ガスそれぞれの分圧、反応室４１内の温度や圧力、およびウエハ１４の回転速度が含まれる。
【００６８】
＜ガス供給ノズルの詳細＞
次に、図２に示すガス供給ノズルの詳細な構造について、本実施の形態に対する比較例を含めて説明する。図５は、図２に示すガス供給ノズルの横断面図（上面断面図）である。また図９は、図５に対する第１の比較例であるガス供給ノズルの横断面図（上面断面図）である。また、図１０は、図５に対する第２の比較例であるガス供給ノズルの横断面図（上面断面図）である。
【００６９】
図５に示すように本実施の形態のガス供給ノズル６１、６２はカーボングラファイトから成る基材層６３、基材層６３の外表面を覆うコート層６４としての炭化珪素層（ＳｉＣ層）、およびコート層６４の外表面を覆うコート層６５としての炭素層を備えている。また、ガス供給ノズル６１、６２は基材層６３の内面側に前記した処理ガスの流路である中空空間Ｍ１を備える。また、ガス供給ノズル６１、６２は基材層６３、炭化珪素層６４および炭素層６５を貫通して中空空間Ｍ１とガス供給ノズル６１、６２の外部空間とを接続する貫通孔であるガス供給口６１ａ、６２ａが設けられている。
【００７０】
一方、図９に示すノズルＣＰ１は、図５に示すコート層６４、６５が形成されていない点でガス供給ノズル６１、６２とは相違する。その他の点はガス供給ノズル６１、６２と同様である。また、図１０に示すノズルＣＰ２は、図５に示すコート層６５が形成されていない点でガス供給ノズル６１、６２とは相違する。その他の点はガス供給ノズル６１、６２と同様である。
【００７１】
ここで、前記したようにＳｉＣ膜を化学的気相成長法により形成する場合、例えば１４５０℃〜１８００℃程度の高温環境下で成膜処理を行うこととなる。このため、反応室４１（図２参照）内に配置するガス供給ノズル６１、６２は、例えば石英よりも耐熱性が高いカーボングラファイトで形成することが好ましい。
【００７２】
しかし、図９に示すノズルＣＰ１のように、カーボングラファイト製の基材層６３のみの構成の場合、以下の課題が生じる。すなわち、カーボングラファイトは、Ｈ２ガスが透過するという特性を有する材料なので、ノズルＣＰ１の構成では、成膜処理時に処理炉内に供給する処理ガスに含まれる水素（Ｈ２）ガスが透過してしまう。このため、ノズルＣＰ１のガス供給口６１ａ、６２ａから吹き出す処理ガスの圧力（複数のガスそれぞれの分圧および混合ガスの全圧）が変化して不安定になる。つまり、成膜処理時のプロセス条件が安定化せず、基板に形成されるＳｉＣ膜の膜厚均一性の低下、あるいは結晶欠陥の増加などの不具合が発生する原因となる。
【００７３】
そこで、図１０に示すノズルＣＰ２のようにカーボングラファイト製の基材層６３の表面をＨ２ガスの透過を抑制する透過抑制膜としてコート層６４で覆うことが好ましい。基材層６３をコート層６４で覆うことにより、図１０に示すようにＨ２ガスの透過を抑制することができる。コート層６４は、カーボングラファイトよりもＨ２ガスが透過し難い（Ｈ２ガスバリア性が高い）材料である必要がある。また、高温環境下に配置されるので、例えば石英よりも耐熱性が高いことが好ましい。これらの観点から、カーボングラファイト製の基材層６３を覆うコート層６４が炭化珪素（ＳｉＣ）で構成されることが好ましい。炭化珪素（ＳｉＣ）から成るコート層６４により基材層６３の表面を覆われていれば、Ｈ２ガスの透過によるプロセス条件の不安定化を防止ないしは抑制できる。
【００７４】
ところが、本願発明者がさらに検討を行った結果、図１０に示す構成では、以下の課題が生じることが判った。すなわち、成膜処理を行った後、反応室４１（図２参照）内に堆積した堆積物を取り除く際に、コート層６４が取り除かれてしまい、図９に示すノズルＣＰ１のようにカーボングラファイトから成る基材層６３が露出してしまうことが判った。
【００７５】
基板表面にＳｉＣ膜を成膜する場合、反応室４１内では被処理対象物である基板以外の場所でも主としてＳｉＣから成る生成物が発生し堆積する。このように反応室４１内の部材に堆積物が形成されると、堆積物の厚さや位置によっては成膜処理時のプロセス条件に影響を与えることとなる。したがって、この堆積物を取り除くクリーニング工程を全く行わなければ、徐々に堆積物が厚くなり、プロセス条件が不安定化する。つまり、プロセス条件不安定化によるＳｉＣ膜の膜厚均一性の低下、あるいは結晶欠陥の増加などの不具合の発生を抑制する観点からは、少なくとも複数回の成膜処理毎にクリーニング工程を行う必要がある。
【００７６】
クリーニング工程の処理方法としては、例えば、反応室４１内の部材を外部に取り出して物理的に剥ぎ取る方法も考えられるが、クリーニング工程の処理効率を向上させる観点から、以下のガスクリーニング方式が好ましい。図２を用いて説明すると、基板としてのウエハ１４を保持しない状態でボート３０を反応室４１内に配置した後、反応室４１内を気密状態にする。次に、反応室４１内に不活性ガスとして、例えば、Ａｒガスが供給され、反応室４１を含む処理炉４０内を不活性ガスで置換する。そして、反応管４２内（反応室４１内）のガスを排気して、反応室４１内の不純物濃度を下げる。また、反応室４１内の各部材が所望のクリーニング温度（１５５０〜２０００℃）となるように磁気コイル４６に通電し、サセプタ４５を介して反応室４１内を加熱する。続いて反応室４１内にクリーニングガスとしてのＨ２ガスを導入する。反応室４１へのＨ２ガスの導入経路は、例えばガス供給ノズル６１、６２のいずれか一方、あるいは両方とすることができる。反応室４１内に存在する堆積物とクリーニングガスの間でおきる化学反応は、幾つかの形態があるが、堆積物は前記したように主としてＳｉＣから成り、代表的な反応は、以下の反応式で記述される。
２ＳｉＣ＋３Ｈ２→２ＳｉＨ２↑＋Ｃ２Ｈ２↑
上記化学反応により発生した気体は、ガス排気管１２０を経由して反応室４１の外部に排出される。
【００７７】
上記のガスクリーニング方式の場合、ウエハ１４を搬入しない点および導入ガスが異なる点を除き、成膜処理と同様のプロセスでクリーニングを行うことができるので、効率的に堆積物を取り除くことができる。また、ガスクリーニング方式の場合、反応室４１内をクリーニングガスで満たせば良いので、クリーニング後に残留する堆積物が少ない。一方、上記したようにＳｉＣからなる堆積物とＨ２ガスを反応させて取り除くため、図１０に示すノズルＣＰ２のように基材層６３を覆うように形成したコート層６４も取り除かれてしまう。この結果、クリーニング処理においてコート層６４が取り除かれてしまい、図９に示すノズルＣＰ１のようにカーボングラファイトから成る基材層６３が露出してしまう。
【００７８】
そこで、本願発明者は、クリーニング工程において堆積物は取り除き、かつ、コート層６４は取り除かないようにする、クリーニング方式について検討を行い、図５に示す構成を見出した。すなわち、コート層６４の外表面をさらに別のコート層６５で覆うことで、クリーニング時にＳｉＣから成るコート層６４をクリーニングガスに晒されることを防止ないしは抑制する構成を見出した。コート層６５は、クリーニングガスからコート層６４を保護する保護層として機能するので、クリーニングガスとしてのＨ２ガスとの反応性がＳｉＣよりも低い材料で構成することが好ましい。また、また、高温環境下に配置されるので、例えば石英よりも耐熱性が高いことが好ましい。そこで、本実施の形態では、コート層６４の外表面を炭化させて炭素層を形成し、これをコート層６５としている。
【００７９】
詳しくは、本実施の形態では、最初のクリーニング処理を行う前に、予めコート層６４の表面を炭化させてコート層６４を覆うコート層６５を形成しておく。コート層６４の表面を炭化させる方法は、以下の方式により行うことができる。図２を用いて説明すると、ボート３０を配置しない状態で反応室４１内を気密状態にする。次に、反応室４１内に不活性ガスとして、例えば、Ａｒガスが供給され、反応室４１を含む処理炉４０内を不活性ガスで置換する。そして、反応管４２内（反応室４１内）のガスを排気して、反応室４１内の不純物濃度を下げる。また、磁気コイル４６に通電し、サセプタ４５を介して反応室４１内を加熱する。続いて反応室４１内に炭化処理ガスとしての塩素（Ｃｌ２）ガスを導入する。反応室４１への塩素（Ｃｌ２）ガスの導入経路は、例えばガス供給ノズル６１、６２のいずれか一方、あるいは両方とすることができる。反応室４１内に導入された塩素（Ｃｌ２）ガスは、ガス供給ノズル６１、６２の表面を覆うコート層６４と接触し、以下の反応式で記述される化学反応がおきる。
ＳｉＣ＋Ｃｌ２→Ｃ＋ＳｉＣｌ２↑
つまり、コート層６４の表面を塩素ガスと接触させることにより、コート層６４の表面は炭化され、炭素層であるコート層６５がコート層６４の表面を覆うように形成される。
【００８０】
コート層６４の表面を炭化させるためのプロセス条件には種々の変形例が適用できるが、図６では２通りの条件を例示する。図６は、図５に示す炭素層を形成する際のプロセス条件の例を示す説明図である。図６では、図５に示すコート層６４を炭化する際の反応室４１内の温度Ｔ、反応室４１内に供給するアルゴンガスおよび塩素ガスそれぞれの流量Ｆ（Ａｒ）、Ｆ（Ｃｌ２）、および反応室４１内の圧力Ｐをプロセス条件として示し、各プロセス条件における炭化レートＲ１を［μｍ／ｈ］の単位で示している。なお、図６に示す例では、アルゴンガスおよび塩素ガスの流量の単位として［ｓｌｍ］を用いているが、この［ｓｌｍ］は標準状態（大気圧：１０１３２５Ｐａ、０℃）で１分間当たりの流量をリットルで表わしている。したがって、標準状態のガスに換算すると、１ｓｌｍは、１．６７×１０−６ｍ３／ｓｅｃとして表わすことができる。図６に示すように図５に示すコート層６４を炭化する際の炭化レートは、反応室４１内の温度を高くする程大きくなる。また、反応室４１内に供給する塩素ガスの量が多くなる程、炭化レートが大きくなる。したがって、炭化処理時間を短縮する観点からは、図６の下段側に記載したプロセス条件の方がより好ましい。ただし、上段側に記載されたプロセス条件でも、図５に示すコート層６５を形成することができる。
【００８１】
このように塩素（Ｃｌ２）ガスとＳｉＣから成るコート層６４を反応させてコート層６５を形成する方式は、ボート３０を搬入しない点および導入ガスが異なる点を除き、成膜処理と同様のプロセスでクリーニングを行うことができるので、コート層６５を効率的に形成することができる。また、反応室４１内を塩素（Ｃｌ２）ガスで満たすことで、コート層６４の外表面全体と炭化処理ガスとしての塩素（Ｃｌ２）ガスを接触させることができるので、コート層６４の外表面全体を覆うようにコート層６５を形成することができる点で好ましい。
【００８２】
図５に示すように基材層６３の外表面を覆うコート層６４、およびコート層６４の外表面を覆うコート層６５を備えるガス供給ノズル６１、６２を用いて前記した基板処理工程としての成膜処理を施すと、図７に示すようにコート層６５の外表面に主としてＳｉＣから成る堆積物６６が堆積する。図７は、図５に示すガス供給ノズルを用いてＳｉＣ膜の成膜処理を行った後の状態を示す横断面図（上面断面図）である。図７に示す堆積物６６の厚さが厚くなり過ぎるとガス供給口６１ａ、６２ａからのガスの吹き出し圧力等に影響を及ぼすので、前記したガスクリーニング方式によりクリーニングを行う。ここで、本実施の形態によれば、コート層６４はコート層６５に覆われているので、ガスクリーニング方式によるクリーニング処理を施しても、ＳｉＣから成るコート層６４、およびコート層６４を覆うコート層６５は取り除かれない。言い換えれば、図６に示す堆積物６６を選択的に取り除き、図５に示すようにコート層６５を再び露出させることができる。そしてコート層６５と基材層６３の間にはＨ２ガスの透過を抑制する透過抑制膜としてのコート層６４が残る。したがって、クリーニング処理後に再び成膜処理を行う場合でも、Ｈ２ガスの透過によるプロセス条件の不安定化を防止ないしは抑制できる。
【００８３】
また、図５に示すように、コート層６４を覆うコート層６５を形成すれば、その後、成膜処理とクリーニング処理を繰り返し行った場合であってもコート層６５は残る。したがって、コート層６５を形成する工程は、図２に示す処理炉４０内で、少なくとも最初のクリーニング処理を行う前に１回行えば良い。ただし、図５に示す基材層６３を覆うコート層６４、６５の膜厚を安定化させる観点からは、図２に示す処理炉４０内で最初の成膜処理を行う前（例えば、処理炉４０内にガス供給ノズル６１、６２を取り付けて、出荷する前）に１回行うことが好ましい。また、メンテナンス等の際にガス供給ノズル６１、６２を新たなものに交換する場合には、交換後、最初の成膜処理を行う前にコート層６５を形成することが好ましい。
【００８４】
ところで、コート層６４を構成するＳｉＣは、基材層６３を構成するカーボングラファイトと比較して、Ｈ２ガスによりエッチングされ易いという特徴がある。図８は、ＳｉＣとカーボングラファイトの水素ガスによるエッチングレート比を示す説明図である。図８では、反応室４１内の温度Ｔ、反応室４１内に供給する水素ガスの流量Ｆ（Ｈ２）、および反応室４１内の圧力Ｐをプロセス条件として示し、各プロセス条件における炭化珪素（ＳｉＣ）とカーボングラファイト（Ｃ）のエッチングレート比（エッチング選択比ＳｉＣ／Ｃ）を示している。図８に示すように、基板表面にＳｉＣ膜を成膜する際のプロセス温度域においては、水素ガスによるＳｉＣのエッチングレートは、水素ガスによるグラファイトのエッチングレートに対して５０倍程度である。つまり、コート層６４を構成するＳｉＣは、基材層６３を構成するカーボングラファイトと比較して、Ｈ２ガスによりエッチングされ易いため、ＳｉＣからなるコート層６４を保護する保護膜が必要となる。コート層６４を保護する保護膜としては、コート層６４よりもＨ２ガスによるエッチングレートが低い材料で構成することが好ましく、本実施の形態では、コート層６５が保護膜（エッチング保護膜）として機能する。ただし、コート層６４を保護する保護膜は炭素層には限定されず、例えばコート層６４の表面を覆うように別のコート層を形成する構成とすることができる。
【００８５】
＜本実施の形態の代表的効果＞
以上、本実施の形態で説明した技術的思想によれば、少なくとも、以下に記載する複数の効果のうち、１つ以上の効果を奏する。
【００８６】
（１）本実施の形態によれば、カーボングラファイトからなる基材層６３の外表面をＳｉＣから成るコート層６４で覆ったガス供給ノズル６１、６２を用いることにより、成膜処理時に水素ガスがガス供給ノズル６１、６２を透過することを防止ないしは抑制できる。
【００８７】
（２）本実施の形態によれば、コート層６４の外表面をクリーニングガスとの接触から保護する保護層としてのコート層６５で覆うことにより、クリーニング処理の際にコート層を構成するＳｉＣが取り除かれることを防止ないしは抑制できる。
【００８８】
（３）また、成膜処理とクリーニング処理を繰り返し行っても、基材層６３を覆うコート層６４が取り除かれないので、基板表面に安定的に膜を形成することができる。
【００８９】
（４）また、本実施の形態によれば、ＳｉＣから成るコート層６４の表面を塩素ガスと接触させることで炭化させてコート層６５を形成するので、コート層６５を効率的に形成することができる。
【００９０】
（５）また、コート層６４の表面をガスと接触させることでコート層６５を形成するので、コート層６４の外表面全体を覆うようにコート層６５を形成しやすい。
【００９１】
（６）また、基材層６３の内表面側が中空空間Ｍ１に露出させるようにすることで、成膜処理時の処理ガスの供給圧力などのプロセス条件を安定化させることができる。
【００９２】
本発明は少なくとも以下の実施の形態を含む。
【００９３】
〔付記１〕
複数の基板それぞれの表面に炭化珪素膜を形成する半導体製造装置であって、
前記複数の基板を配置する反応室と、
前記反応室内に設けられた被加熱体と、
前記被加熱体と前記複数の基板との間に設けられ、前記反応室内にシリコン原子含有ガス、炭素原子含有ガス、および水素ガスを供給するガス供給ノズルと、
を備え、
前記ガス供給ノズルは、カーボングラファイトから成る基材層、前記基材層の表面を覆う炭化珪素から成る第１コート層、および前記第１コート層の表面を覆う炭素から成る第２コート層を備えていることを特徴とする半導体製造装置。
【００９４】
〔付記２〕
複数の基板それぞれの表面に炭化珪素膜を形成する半導体製造装置であって、
前記複数の基板を配置する反応室と、
前記反応室内に設けられた被加熱体と、
前記被加熱体と前記複数の基板との間に設けられ、前記反応室内にシリコン原子含有ガスおよび水素ガスを供給する第１のガス供給ノズルと、
前記被加熱体と前記複数の基板との間に設けられ、前記反応室内に炭素原子含有ガスおよび水素ガスを供給する第２のガス供給ノズルと、
を備え、
前記第１および第２のガス供給ノズルのそれぞれは、カーボングラファイトから成る基材層、前記基材層の表面を覆う炭化珪素から成る第１コート層、および前記第１コート層の表面を覆う炭素から成る第２コート層を備えていることを特徴とする半導体製造装置。
【００９５】
〔付記３〕
付記１または付記２に記載の半導体製造装置において、
前記第２コート層は、前記第１コート層の表面に塩素ガスを接触させることで前記第１コート層の表面を炭化させて形成されることを特徴とする半導体製造装置。
【００９６】
〔付記４〕
付記１または付記２に記載の半導体製造装置において、
前記基材層の内側には中空空間が配置され、前記基材層の内表面は前記中空空間に露出していることを特徴とする半導体製造装置。
【００９７】
〔付記５〕
（ａ）反応室内に複数の基板を配置する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程の後、前記反応室内に設けられた被加熱体を加熱し、かつ、前記複数の基板と前記被加熱体の間に配置されたガス供給ノズルから前記反応室内にシリコン原子含有ガス、炭素原子含有ガス、および水素ガスを供給して前記複数の基板それぞれの表面に炭化珪素膜を形成する工程と、
（ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記反応室内の部材の表面に堆積した堆積物を水素ガスとの化学反応により取り除く工程と、
を有し、
前記（ｂ）工程で前記反応室内にガスを供給する前記ガス供給ノズルは、カーボングラファイトから成る基材層、前記基材層の表面を覆う炭化珪素から成る第１コート層、および前記第１コート層の表面を覆う炭素から成る第２コート層を備えていることを特徴とする成膜方法。
【００９８】
〔付記６〕
付記５に記載の成膜方法において、
前記第２コート層は、前記（ａ）工程よりも前に、前記第１コート層の表面に塩素ガスを接触させることで前記第１コート層の表面を炭化させて形成することを特徴とする成膜方法。
【００９９】
〔付記７〕
付記５に記載の成膜方法において、
前記（ｃ）工程では、前記第２コート層の表面が露出するように前記堆積物を取り除き、前記（ａ）工程〜前記（ｃ）工程を繰り返し行うことを特徴とする成膜方法。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１０ 半導体製造装置
１２ 筐体
１４ ウエハ(基板)
１６ ポッド
１８ ポッドステージ
２０ ポッド搬送装置
２２ ポッド棚
２２ａ 保持部
２４ ポッドオープナ
２６ 基板枚数検知器
２８ 基板移載器
３０ ボート
３２ アーム
３４ ボート断熱部
４０ 処理炉
４１ 反応室
４２ 反応管
４５ サセプタ（被加熱体）
４６ 磁気コイル
４７ 断熱材
４８ 水冷板
４９ カバー
５０ 炉口
５１ マニホールド
５２ シールキャップ
５３ 回転機構部
５３ａ 回転軸
５４ 冷却機構部
５５ 冷却水流路
５６ 冷却水配管
５７ 電力ケーブル
６１、６２ ガス供給ノズル
６１ａ、６２ａ ガス供給口
６３ 基材層
６４ コート層
６４ 炭化珪素層
６５ コート層
６５ 炭素層
６６ 堆積物
７０ 昇降モータ
７１ 下基板
７２ 昇降台
７３ ガイドシャフト
７４ ボール螺子
７５ 上基板
７６ 昇降シャフト
７７ ベローズ
７８ 昇降基板
８０ ロードロック室
８１ 天板
９０ 駆動部収納ケース
９１ 駆動部カバー
１１０、１１４ ガス供給ライン
１１１ａ〜１１１ｄ 配管
１１２ａ〜１１２ｄ バルブ
１１３ａ〜１１３ｄ マスフローコントローラ
１１５ａ、１１５ｂ 配管
１１６ａ、１１６ｂ バルブ
１１７ａ、１１７ｂ マスフローコントローラ
１２０ ガス排気管
１２１ ＡＰＣバルブ
１２２ 真空排気装置
２００ コントローラ
２０１ 主制御部
２０２ 温度制御部
２０３ ガス流量制御部
２０４ 圧力制御部
２０５ 駆動制御部
ＣＰ１、ＣＰ２ ノズル
ＣＰ１ａ ガス供給口
Ｍ１ 中空空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板それぞれの表面に炭化珪素膜を形成する半導体製造装置であって、
前記複数の基板を配置する反応室と、
前記反応室内に設けられた被加熱体と、
前記被加熱体と前記複数の基板との間に設けられ、前記反応室内にシリコン原子含有ガス、炭素原子含有ガス、および水素ガスを供給するガス供給ノズルと、
を備え、
前記ガス供給ノズルは、カーボングラファイトから成る基材層、前記基材層の表面を覆う第１コート層、および前記第１コート層の表面を覆う第１コート層の保護層としての第２コート層を備えていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
（ａ）反応室内に複数の基板を配置する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程の後、前記反応室内に設けられた被加熱体を加熱し、かつ、前記複数の基板と前記被加熱体の間に配置されたガス供給ノズルから前記反応室内にシリコン原子含有ガス、炭素原子含有ガス、および水素ガスを供給して前記複数の基板それぞれの表面に炭化珪素膜を形成する工程と、
（ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記反応室内の部材の表面に堆積した堆積物を水素ガスとの化学反応により取り除く工程と、
を有し、
前記（ｂ）工程で前記反応室内にガスを供給する前記ガス供給ノズルは、カーボングラファイトから成る基材層、前記基材層の表面を覆う炭化珪素から成る第１コート層、および前記第１コート層の表面を覆う炭素から成る第２コート層を備えていることを特徴とする成膜方法。
【請求項１】
複数の基板それぞれの表面に炭化珪素膜を形成する半導体製造装置であって、
前記複数の基板を配置する反応室と、
前記反応室内に設けられた被加熱体と、
前記被加熱体と前記複数の基板との間に設けられ、前記反応室内にシリコン原子含有ガス、炭素原子含有ガス、および水素ガスを供給するガス供給ノズルと、
を備え、
前記ガス供給ノズルは、カーボングラファイトから成る基材層、前記基材層の表面を覆う第１コート層、および前記第１コート層の表面を覆う第１コート層の保護層としての第２コート層を備えていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
（ａ）反応室内に複数の基板を配置する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程の後、前記反応室内に設けられた被加熱体を加熱し、かつ、前記複数の基板と前記被加熱体の間に配置されたガス供給ノズルから前記反応室内にシリコン原子含有ガス、炭素原子含有ガス、および水素ガスを供給して前記複数の基板それぞれの表面に炭化珪素膜を形成する工程と、
（ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記反応室内の部材の表面に堆積した堆積物を水素ガスとの化学反応により取り除く工程と、
を有し、
前記（ｂ）工程で前記反応室内にガスを供給する前記ガス供給ノズルは、カーボングラファイトから成る基材層、前記基材層の表面を覆う炭化珪素から成る第１コート層、および前記第１コート層の表面を覆う炭素から成る第２コート層を備えていることを特徴とする成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−６９８０４（Ｐ２０１３−６９８０４Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０６４８７（Ｐ２０１１−２０６４８７）
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
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