半導体製造装置
【課題】ＳｉＣエピタキシャル成長過程でサセプタに付着した膜を除去し、製造歩留まりを向上させることのできる半導体製造装置を提供する。
【解決手段】サセプタＳに載置されるウェハＷ上にＳｉＣエピタキシャル膜を形成する成膜室２と、サセプタＳが搬送される搬送用ロボット１７を有する搬送室４を介して成膜室２に連結され、サセプタＳに付着したＳｉＣ膜を除去するクリーニング室５とを有する。クリーニング５室は、サセプタＳを４００℃以上の温度で加熱するヒータ２０８と、サセプタＳの上方からエッチングガスを供給してＳｉＣ膜を除去するエッチングガス供給手段とを備える。クリーニング室５は、サセプタＳの表面にＳｉＣ膜を形成する再生室を兼ねる。
【解決手段】サセプタＳに載置されるウェハＷ上にＳｉＣエピタキシャル膜を形成する成膜室２と、サセプタＳが搬送される搬送用ロボット１７を有する搬送室４を介して成膜室２に連結され、サセプタＳに付着したＳｉＣ膜を除去するクリーニング室５とを有する。クリーニング５室は、サセプタＳを４００℃以上の温度で加熱するヒータ２０８と、サセプタＳの上方からエッチングガスを供給してＳｉＣ膜を除去するエッチングガス供給手段とを備える。クリーニング室５は、サセプタＳの表面にＳｉＣ膜を形成する再生室を兼ねる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等のパワーデバイスのように、比較的膜厚の厚い結晶膜を必要とする半導体素子の製造には、エピタキシャル成長技術が活用されている。
【０００３】
エピタキシャル成長技術に使用される気相成長方法では、常圧または減圧に保持された成膜室の内部にウェハを載置し、このウェハを加熱しながら成膜室内に反応ガスを供給する。すると、ウェハの表面で反応ガスの熱分解反応および水素還元反応が起こり、ウェハ上にエピタキシャル膜が成膜される。
【０００４】
膜厚の厚いエピタキシャル膜を高い歩留まりで製造するには、均一に加熱されたウェハの表面に新たな反応ガスを次々に接触させて成膜速度を向上させる必要がある。そこで、従来の成膜装置においては、例えば、ウェハを高速で回転させながらエピタキシャル成長させることが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
近年、ＳｉＣ（炭化珪素（シリコンカーバイト））のエピタキシャル成長技術が着目されている。ＳｉＣは、Ｓｉ（シリコン）やＧａＡｓ（ガリウム砒素）といった従来の半導体材料と比較してエネルギーギャップが２〜３倍大きく、絶縁破壊電界が約１桁大きいといった特徴がある。このため、高耐圧のパワー半導体デバイスへの利用が期待されている半導体材料である。
【０００６】
このＳｉＣをエピタキシャル成長させてＳｉＣ単結晶薄膜を得ようとする場合には、基板を１５００℃以上の温度まで昇温する必要がある。このため、ウェハが載置されるサセプタには高耐熱性の材料が用いられ、具体的には、黒鉛基材の表面にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によってＳｉＣを被覆したものが用いられる（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
ところで、成膜室内でＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させると、ウェハの表面だけでなくサセプタにもＳｉＣ膜が付着する。この膜が剥離するとダストとなり、ウェハ上に形成されるエピタキシャル膜に欠陥を生じさせるので、付着した膜を除去する作業が必要になる。
【０００８】
ＳｉＣ膜の形成工程でサセプタに付着したＳｉＣ膜は、エッチングによって除去される。クリーニング時間の終了は、従来、ＳｉＣ膜の形成工程で成膜されたＳｉＣの膜厚と、エッチング時間とによって管理されていた。しかしながら、このような管理では、サセプタに付着したＳｉＣ膜が確実に除去されているか否かを判定することが難しい。そこで、計算により求められる時間よりも長い時間をかけてクリーニングを行っていた。しかし、かかる方法では、無駄なクリーニング時間を要することになり、サセプタを構成する下地のＳｉＣ膜まで除去されるおそれもあった。
【０００９】
特許文献３には、成膜装置の排気系に吸着剤を充填した吸着剤槽を設けて、排出ガスをこの吸着剤槽に導入し、吸着剤槽の温度変化を測定することでクリーニングの終点をモニターする方法が提案されている。しかしながら、この方法では、吸着剤の劣化により、温度変化を正確に検知することができないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−１０８９８３号公報
【特許文献２】特開２００４−７５４９３号公報
【特許文献３】特開平９−７８２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、ＳｉＣエピタキシャル成長過程でサセプタに付着した膜を除去し、製造歩留まりを向上させることのできる半導体製造装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様は、サセプタに載置されるウェハ上にＳｉＣエピタキシャル膜を形成する成膜室と、
サセプタに付着したＳｉＣ膜を除去するクリーニング室と、
サセプタの表面にＳｉＣ膜を形成する再生室とを有することを特徴とする半導体製造装置に関する。
【００１４】
クリーニング室は再生室を兼ねることが好ましい。
【００１５】
クリーニング室は、サセプタが搬送される搬送手段を有する搬送室を介して成膜室に連結されていることが好ましい。
【００１６】
クリーニング室は、サセプタを４００℃以上の温度で加熱する加熱手段と、
サセプタの上方からエッチングガスを供給してＳｉＣ膜を除去するエッチングガス供給手段とを備えることが好ましい。
【００１７】
エッチングガスは、ＣｌＦ３ガスを含むものとすることができる。
【００１８】
クリーニング室は、サセプタを３００ｒｐｍ〜９００ｒｐｍで回転させる回転手段を有することが好ましい。
【００１９】
クリーニング室は、ＳｉＣ膜とエッチングガスとの反応によって生成したガスを検出する検出部を有することが好ましい。
【００２０】
検出部は、クリーニング室から排出されるガスの排気口付近に設けられることが好ましい。
【００２１】
検出部での検出結果を受け取り、ＳｉＣ膜とエッチングガスとの反応が終了したと判定すると、エッチングガス供給手段へ信号を送り、クリーニング室へのエッチングガスの供給を停止するよう制御する制御部を有することが好ましい。
【００２２】
制御部は、ＳｉＣ膜とエッチングガスとの反応が終了したと判定すると警報を発するよう構成されていることが好ましい。
【００２３】
制御部は、エッチングガスが所定濃度以下となってから所定時間経過した後に、ＳｉＣ膜とエッチングガスとの反応が終了したと判定するよう構成されていることが好ましい。
【００２４】
エッチングガスはＣｌＦ３ガスを含み、
検出部は、ＳｉＣ膜とＣｌＦ３ガスとの反応によって生成したＣｌ２ガスを検出するものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ＳｉＣエピタキシャル成長過程でサセプタに付着した膜を除去し、製造歩留まりを向上させることのできる半導体製造装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施の形態１における半導体製造装置の模式的な断面平面図である。
【図２】実施の形態１におけるサセプタの処理方法を模式的に説明する図である。
【図３】実施の形態１におけるクリーニング室の模式的な断面図の一例である。
【図４】実施の形態１でサセプタにウェハが載置された状態の断面図および対応する上面図の一例である。
【図５】実施の形態２におけるクリーニング室の模式的な断面図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の半導体製造装置は、サセプタ上に載置されるウェハの上面から成膜に必要なガスが供給され、サセプタの裏面側にヒータが設けられている、所謂縦型のエピタキシャル成長装置に適用されることが望ましい。以下、本発明の半導体製造装置について、図面を参照しながら詳しく説明する。
【００２８】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態における半導体製造装置の模式的な断面平面図である。
【００２９】
図１に示すように、半導体製造装置１は、サセプタＳ上に載置されたウェハＷの表面にＳｉＣ膜を形成する成膜室２と、第１の開閉部３を介して成膜室２に接続する搬送室４と、成膜室２から取り出された後、搬送室４を通り、第２の開閉部６を介して搬送されたサセプタＳをクリーニングするクリーニング室５とを有する。
【００３０】
成膜室２には、導入口１８と排気口１９が設けられている。導入口１８は、配管（図示せず）を通じて反応ガスが入ったボンベや希釈ガスが入ったボンベに接続しており、必要に応じてこれらのガスが適量供給されるようになっている。また、排気口１９は、配管（図示せず）を通じて真空ポンプ（図示せず）に接続しており、成膜室２内のガスがここから排出されるようになっている。
【００３１】
成膜室２では、ウェハＷ上へのＳｉＣエピタキシャル膜の形成が行われる。このため、成膜室２には、ヒータによる加熱機構（図示せず）と回転機構（図示せず）が設けられていて、サセプタＳ上にウェハＷを載置し、ウェハＷを加熱するとともに、サセプタＳを介してウェハＷを回転させる。この状態でウェハＷの表面に反応ガスを接触させることで、ウェハＷの表面にＳｉＣエピタキシャル膜が形成される。
【００３２】
ウェハＷとしては、例えば、ＳｉＣウェハまたはＳｉウェハを用いることができる。あるいは、ＳｉＯ２（石英）ウェハなどの他の絶縁性基板や、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）ウェハなどの高抵抗の半絶縁性基板などを用いることも可能である。
【００３３】
ＳｉＣをエピタキシャル成長させるには、ウェハＷを１５００℃以上の温度まで昇温する必要がある。このため、サセプタＳには高耐熱性の材料を用いる必要があり、具体的には、等方性黒鉛の表面にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によってＳｉＣを被覆したものなどが用いられる。サセプタＳの形状は、ウェハＷを載置可能な形状であれば特に限定されるものではなく、リング状や円盤状など適宜選択して用いられる。
【００３４】
反応ガスとしては、例えば、シラン（ＳｉＨ４）やジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）などの珪素（Ｓｉ）のソースガスと、プロパン（Ｃ３Ｈ８）やアセチレン（Ｃ２Ｈ２）などのカーボン（Ｃ）のソースガスと、キャリアガスとしての水素（Ｈ２）ガスとを混合させた混合ガスが導入される。
【００３５】
成膜室２内では、図１に示すように、１枚ずつウェハＷが搬入されて成膜処理が行われる。尚、複数のウェハＷが搬入され、これらのウェハに対して同時に成膜処理が行われてもよい。この場合には、枚葉処理とバッチ処理を組み合わせた方式で成膜することになり、半導体製造装置１の生産性は向上する。
【００３６】
上記の通り、ＳｉＣエピタキシャル成長工程では、ウェハＷを非常に高温にする必要がある。しかし、ウェハＷを高温の状態にするためにヒータで加熱すると、ヒータからの輻射熱は、ウェハＷだけでなく、成膜室２を構成する他の部材にも伝わってそれらを昇温させてしまう。こうしたことは、特に、ウェハＷやヒータのような高温となる部分の近傍に位置する部材や、成膜室２の内壁あるいは配管において顕著である。そして、成膜室２内に生じた高温部位に反応ガスが接触すると、高温加熱されたウェハＷの表面と同様に反応ガスの熱分解反応が起こる。
【００３７】
例えば、ウェハＷの表面にＳｉＣエピタキシャル膜を形成しようとする場合、反応ガスとして、Ｓｉ源としてのシラン（ＳｉＨ４）、Ｃ源としてのプロパン（Ｃ３Ｈ８）、キャリアガスとしての水素ガスなどを含んで調製された混合ガスが用いられる。反応ガスは、導入口１８を通じて成膜室２の上部から成膜室２内に供給され、高温加熱されたウェハＷの表面に到達して分解する。
【００３８】
しかしながら、上記組成の反応ガスは、反応性に富んでいるために、一定の温度条件を満たす部材に接触すると、ウェハＷ上でなくとも分解反応を起こしてしまう。その結果、成膜室２内の部材、具体的には、サセプタＳ、成膜室２の内壁、成膜室内のガスを排気する配管などに、反応ガスに由来する多結晶と思われるＳｉＣ膜が付着する。この膜が剥離するとダストとなり、ウェハＷ上に形成されるエピタキシャル膜に欠陥を生じさせるので、付着した膜をクリーニング除去する作業が必要になる。
【００３９】
図２を用いてこの様子を説明する。図２（ａ）は、ＳｉＣ膜を形成する前のサセプタＳとウェハＷを示す図である。ここで、サセプタＳは、黒鉛Ｓ１とこれを被覆するＳｉＣ膜Ｓ２とを用いて構成されている。一方、図２（ｂ）は、ＳｉＣ膜を形成した後のサセプタＳとウェハＷを示す図である。これらに示すように、ＳｉＣエピタキシャル成長工程によって、ウェハＷの上に単結晶のＳｉＣ膜３０１が形成されるとともに、サセプタＳの表面には多結晶と思われるＳｉＣ膜３０２が形成される。
【００４０】
そこで、本実施の形態では、後述するように、クリーニング室５においてサセプタＳに付着したＳｉＣ膜３０２を除去する。一方、成膜室２の内壁や配管に付着したＳｉＣ膜については、成膜室２内が高温、具体的には４００℃以上の温度となっている状態で、導入口１８からＣｌＦ３ガスなどのエッチングガスを供給することにより、エッチング除去することができる。
【００４１】
成膜室２の内壁には、サセプタＳと同様に、等方性黒鉛の表面にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によってＳｉＣを被覆したものが用いられる。そこで、内壁に付着したＳｉＣ膜を除去する際のエッチング量は、時間で管理することが好ましい。内壁に付着するＳｉＣ膜は、内壁を構成する緻密な多結晶のＳｉＣ膜とは異なり、緻密でない多結晶の膜と考えられる。この緻密でない多結晶のＳｉＣ膜のエッチングレートは、緻密な多結晶のＳｉＣ膜に比較して速くなると予想されるが、同一成分であるので、１００％のＣｌＦ３ガスを用いた場合の選択比は十分でないことが考えられる。そこで、クリーニング処理には、水素ガスで希釈した１０％〜２０％濃度のＣｌＦ３ガスをエッチングガスとして用いる。単結晶のＳｉＣ膜のエッチングには、通常、１００％ＣｌＦ３ガスが使用されるが、この場合は、希釈したＣｌＦ３ガスを用いることで、緻密な多結晶のＳｉＣ膜と、緻密でない多結晶のＳｉＣ膜との間のエッチングレートに明確な差を設けることができる。つまり、エッチングレートの差を利用し、エッチングの終点を時間で管理することで、内壁を構成するＳｉＣ膜を実質的にエッチングすることなく、内壁に付着したＳｉＣ膜をエッチング除去することができる。尚、配管に付着した緻密でない多結晶のＳｉＣ膜については、配管を取り外して適当な薬液でクリーニングする。
【００４２】
成膜室２内での成膜処理が終了した後は、第１の開閉部３を開き、搬送用ロボット１７によってウェハＷを搬送室４に搬送する。
【００４３】
搬送室４にも、導入口１５と排気口１６が設けられている。導入口１５は、配管（図示せず）を通じて窒素ガスが入ったボンベに接続しており、搬送室４内に窒素ガスを導入できるようになっている。また、排気口１６は、配管（図示せず）を通じて真空ポンプ（図示せず）に接続しており、搬送室４内のガスがここから排出されるようになっている。
【００４４】
搬送用ロボット１７のサセプタＳやウェハＷが載置される部分には、回転部材１７ａが接続していて、支点部１７ｂからサセプタＳやウェハＷが配置される部分までの距離を調節できるよう伸縮可能に構成されている。搬送用ロボット１７は、例えば、カーボンにシリコンコートされた耐熱性の材料で構成されている。
【００４５】
搬送用ロボット１７のウェハＷやサセプタＳが載置される部分には、加熱手段としてヒータまたはランプを設けることができる。これにより、成膜室２またはクリーニング室５から取り出された直後の高温のウェハＷまたはサセプタＳが載置されても、急激な温度変化を生じさせないようにすることができる。例えば、サセプタＳやウェハＷが配置される部分に、電熱線を可撓性の耐熱樹脂で被覆したテープ状の構造を有するヒータを設け、電熱線に電流を流すことで発熱させて、ウェハＷやサセプタＳが配置される部分の温度を調節可能とすることができる。尚、搬送用ロボット１７に加熱手段を設けずに、搬送室４の全体を外側から加熱可能な構造としてもよい。
【００４６】
ウェハＷを搬送室４内に搬送した後は、第３の開閉部１１を開け、搬送用ロボット１７によって、ウェハＷを第１のロードロック室８内に搬送する。
【００４７】
第１のロードロック室８には、導入口１３と排気口１４が設けられており、真空ポンプなどを用いて導入口１３から第１のロードロック室８内のガスが排出できるとともに、排気口１４を通じて第１のロードロック室８内に窒素ガスやアルゴンガスなどを導入できるようになっている。また、第１のロードロック室８には、第４の開閉部１２が設けられていて、第４の開閉部１２を開くことにより、外部から第１のロードロック室８内へウェハＷを搬入したり、第１のロードロック室８から外部へウェハＷを搬出したりできるようになっている。
【００４８】
成膜処理後のウェハＷを第３の開閉部１１から第１のロードロック室８内に搬送した後は、第３の開閉部１１を閉じ、導入口１３から窒素ガスを流して第１のロードロック室８内を大気圧まで戻す。次いで、第４の開閉部１２を開けて、ウェハ搬送用ロボット１０でウェハＷをカセット２７に収納する。一方、成膜処理前のウェハＷについては、第３の開閉部１１を閉じた状態で第４の開閉部１２を開き、ウェハＷを第１のロードロック室８内に搬入する。第１のロードロック室８を設けることにより、外部の空気が、搬送室４、成膜室２およびクリーニング室５に直接侵入しないようにすることができる。特に、空気中の水分や有機物が成膜室２内に入り込んで、成膜処理に悪影響を及ぼすのを防ぐことができる。
【００４９】
本実施の形態の半導体製造装置１では、搬送室４に第２の開閉部６を介してクリーニング室５が接続している。クリーニング室５では、成膜室２での成膜処理を終えたサセプタＳに対するクリーニングが行われる。すなわち、クリーニング室５は、ＳｉＣのエピタキシャル成長過程でサセプタＳに付着したＳｉＣ膜を除去する目的で設けられる。半導体製造装置１にクリーニング室５を設けることで、成膜室２内で成膜処理を中断してクリーニング処理を行う必要がなくなる。つまり、成膜室２で成膜処理を行っている間にクリーニング室５でクリーニング処理を並行して行えるので、成膜処理の効率を高めることができる。
【００５０】
クリーニング室５には、導入口２０と排気口２１が設けられている。導入口２０は、配管（図示せず）を通じてエッチングガスが入ったボンベに接続しており、クリーニング処理を行う際にクリーニング室５にガスが適量供給されるようになっている。また、排気口２１は、配管（図示せず）を通じて真空ポンプ（図示せず）に接続しており、クリーニング室５内のガスがここから排出されるようになっている。
【００５１】
エッチングガスとしては、ＣｌＦ３ガスが好ましく用いられる。クリーニング室５にＣｌＦ３ガスが供給されると、下記式（１）にしたがってＳｉＣと反応する（Ｙ.Ｍｉｕｒａ, Ｈ.Ｈａｂｕｋａ, Ｙ.Ｋａｔｓｕｍｉ, Ｓ.Ｏｄａ, Ｙ.Ｆｕｋａｉ, Ｋ.Ｆｕｋａｅ, Ｔ.Ｋａｔｏ, Ｈ.Ｏｋｕｍｕｒａ, Ｋ.Ａｒａｉ, Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ. Ｖｏｌ.４６, Ｎｏ.１２, ２００７, ｐｐ.７８７５−７８７９）。この反応により、サセプタＳに付着したＳｉＣ膜がエッチング除去される。
【００５２】
また、クリーニング室５には、加熱手段が設けられており、クリーニング処理の際にサセプタＳを加熱できるようになっている。加熱手段としては、例えば、ＳｉＣ材料を用いて構成された抵抗加熱用のヒータが挙げられ、クリーニング室５内に載置されたサセプタＳを下方から加熱するよう構成することができる。
【００５３】
ＣｌＦ３ガスによるＳｉＣのエッチングは高温下で進行する。本実施の形態では、クリーニング処理を４００℃以上で行うことが好ましい。また、あまり高温にするとクリーニング室５全体に高い耐熱性が必要になることから、クリーニング処理は６００℃以下で行うことが好ましい。
【００５４】
さらに、クリーニング室５には、クリーニングの際にサセプタＳを回転させる回転手段が設けられていることが好ましい。
【００５５】
上記式（１）の反応を効率よく進めるには、反応生成物である３種類のガス（３ＳｉＦ４、３ＣＦ４、４Ｃｌ２）を効率よく除去しながら、エッチングガスであるＣｌＦ３ガスを効率よくＳｉＣ表面に供給する必要がある。そこで、半導体製造装置１では、エッチングガスをクリーニング室５の内部に供給する際には、サセプタＳの上方からエッチングガスが供給されるようにするとともに、サセプタＳを回転させながらクリーニングすることが好ましい。サセプタＳを高速で回転させるほど、反応ガスが反応を起こす領域（反応境界層）の厚さが薄くなる。すると、生成ガスが除去されやすくなる一方、反応ガスが供給されやすくなるので、式（１）のエッチング反応が起こりやすくなる。
【００５６】
クリーニング処理は、例えば、次のようにして行われる。
【００５７】
まず、クリーニングが必要なサセプタＳをクリーニング室５の内部に搬入する。
【００５８】
次いで、成膜室２内での成膜処理の際にサセプタＳ上でウェハＷが載置されていた個所に、ダミーウェハを載置する。ウェハＷが載置されていた部分のサセプタＳ上にＳｉＣ膜は付着しないので、ダミーウェハを置かずにクリーニング処理を行うと、この部分のサセプタＳを構成するＳｉＣ膜がエッチングされてしまう。したがって、ダミーウェハを載置して、サセプタＳを構成するＳｉＣ膜がエッチングされないようにする。尚、ダミーウェハは、第１のロードロック室８を通じて搬送室４に搬入し、搬送用ロボット１７によってクリーニング室５に搬送する。
【００５９】
次に、５０ｒｐｍ程度の回転数でサセプタＳを回転させる。また、加熱手段によってサセプタＳを加熱する。そして、放射温度計などを用いた温度測定でサセプタＳの温度が４００℃以上に達したことを確認した後は、徐々にサセプタＳの回転数を上げていく。回転数は、３００ｒｐｍ〜９００ｒｐｍとすることが好ましい。但し、クリーニング処理の際の回転数には、成膜処理における回転数ほどの厳密性は要求されない。
【００６０】
続いて、サセプタＳの上方からエッチングガスを供給し、エッチングガスをサセプタＳの方に流下させる。このとき、シャワープレートなどの整流板を介してエッチングガスを整流することが好ましい。エッチングガスは、サセプタＳに向かってほぼ鉛直に流下して、いわゆる縦フローを形成し、サセプタＳの表面上で整流状態となる。そして、加熱されたサセプタＳの表面にエッチングガスが到達すると、式（１）の反応を起こしてサセプタＳの表面に付着したＳｉＣ膜をエッチングする。
【００６１】
クリーニング室５でのクリーニング処理は、成膜室２での成膜処理が１回終わる毎にサセプタＳを成膜室２から搬出して行うことができる。また、成膜処理が所定の回数に達するまではウェハＷのみを成膜室２から搬出し、所定の回数になったところでウェハＷと一緒にサセプタＳを搬出した後、サセプタＳをクリーニング室５に搬送してクリーニングすることも可能である。
【００６２】
サセプタＳを搬出するタイミングは、サセプタＳに付着したＳｉＣ膜に起因するパーティクルが発生し始めるより前に行う事が必要である。パーティクルの発生と、サセプタＳに付着したＳｉＣ膜の厚さとの間の関係性を予め把握できれば、サセプタＳの表面に付着したＳｉＣ膜の厚さによって決定することもできる。例えば、サセプタＳ上に付着したＳｉＣ膜の厚さが１００μｍとなったところで、ウェハＷと一緒に取り出して、サセプタＳをクリーニングすることができる。本発明によれば、サセプタＳをどのタイミングで搬出しても成膜処理の効率に殆ど影響を与えることがない。
【００６３】
クリーニング処理の終了は、時間で管理することができる。サセプタＳの表面に付着するＳｉＣ膜は、サセプタＳを構成する緻密な多結晶のＳｉＣ膜（黒鉛の表面にコートされたＳｉＣ膜）とは異なり、緻密でない多結晶の膜と考えられる。ここで、緻密な多結晶とは、緻密でない多結晶に比べて多結晶の中で単結晶に近いことを意味する。
【００６４】
この緻密でない多結晶のＳｉＣ膜のエッチングレートは、緻密な多結晶のＳｉＣ膜に比較して速くなると予想されるが、同一成分であるので１００％ＣｌＦ３ガスを用いた場合の選択比は十分でない事が考えられる。そこで、クリーニング処理には、水素ガスで希釈した１０％〜２０％濃度のＣｌＦ３ガスをエッチングガスとして用いる。これにより、緻密な多結晶のＳｉＣ膜と、緻密でない多結晶のＳｉＣ膜との間のエッチングレートに明確な差を設けることができる。
【００６５】
しかしながら、ＣｌＦ３ガスに上記組成のものを用いてもサセプタＳを構成するＳｉＣ膜のエッチングを完全に防ぐことは難しい。このため、クリーニング処理を繰り返すうちに下地の黒鉛が露出するおそれがある。
【００６６】
図２（ｃ）は、クリーニング処理後のサセプタＳとダミーウェハＷ’とを示す図である。ＳｉＣエピタキシャル成長工程でサセプタＳの表面に付着したＳｉＣ膜３０２は除去されており、さらに、下層のＳｉＣ膜Ｓ２の一部も除去されている。クリーニング処理を繰り返すことによって、このままＳｉＣ膜Ｓ２のエッチングが進行して行くと、やがて黒鉛Ｓ１が露出するおそれがある。
【００６７】
そこで、本実施の形態においては、クリーニング処理を終えた後に、サセプタＳに対してＳｉＣ膜の再生処理を行う。具体的には、クリーニング室５内でサセプタＳ上にＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させる。このときも、クリーニング処理の場合と同様に、サセプタＳ上にダミーウェハを載置しておくことが好ましい。そして、ダミーウェハ下のＳｉＣ膜と同程度の膜厚となるまでＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させることで、サセプタＳ表面のＳｉＣ膜を再生させることができる。尚、この再生処理は、クリーニング処理を終える毎に行ってもよく、所定回数のクリーニング処理を終える毎に行ってもよい。
【００６８】
尚、サセプタＳにおいて、黒鉛の表面にコートされるＳｉＣ膜の膜厚は、１００μｍ〜１５０μｍ程度である。また、ダミーウェハ下のＳｉＣ膜とそれ以外の部分のＳｉＣ膜との膜厚差は、触針式の膜厚測定計を用いて測定することができる。したがって、この膜厚差に相当する膜厚のＳｉＣ膜を形成すればよい。
【００６９】
サセプタＳ上へのＳｉＣ膜の形成に対しては、ＳｉＣエピタキシャルウェハを作製する際の成膜条件のような厳密性は要求されない。すなわち、温度などの管理の許容幅は、サセプタＳ上へのＳｉＣ膜の形成の方が大きくなる。下記にその一例を挙げる。この条件でのＳｉＣ膜の成膜速度は、約１μｍ／分であった。
成膜温度：１５００℃
反応ガス：ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２、略称：ＤＣＳ）、プロパン（Ｃ３Ｈ８） 、水素（Ｈ２）
圧力 ：４×１０−４Ｐａ
【００７０】
サセプタＳについてＳｉＣ膜の再生処理を終えた後は、クリーニング室５から成膜室２内に戻し、引き続きＳｉＣエピタキシャルウェハの作製を行うことができる。
【００７１】
また、場合に応じて、再生処理後のサセプタＳを、搬送室４から第５の開閉部２２を通じて第２のロードロック室２４に搬送し、第６の開閉部２３から外部に搬出してもよい。
【００７２】
尚、クリーニング処理までを終えた段階のサセプタＳについても同様であり、クリーニング室５から搬送用ロボット１７によって搬送室４に搬送した後、成膜室２に戻してＳｉＣエピタキシャルウェハの製造に使用してもよい。さらに、クリーニング室５から搬送室４を経た後、第５の開閉部２２を通じて第２のロードロック室２４に搬送し、第６の開閉部２３から外部に搬出してもよい。
【００７３】
第２のロードロック室２４には、排気口２５と導入口２６が設けられており、真空ポンプなどを用いて排気口２５から第２のロードロック室２４内のガスが排出できるとともに、導入口２６を通じて第２のロードロック室２４内に窒素ガスやアルゴンガスなどを導入できるようになっている。また、第２のロードロック室２４に設けられた第６の開閉部２３を開くことにより、外部から第２のロードロック室２４内へサセプタＳを搬入したり、第２のロードロック室２４から外部へサセプタＳを搬出したりできるようになっている。
【００７４】
サセプタＳを第５の開閉部２２から第２のロードロック室２４に搬送した後は、第５の開閉部２２を閉じ、導入口２６から窒素ガスを流して第２のロードロック室２４内を大気圧まで戻す。次いで、第６の開閉部２３を開けて、サセプタ搬送用ロボット７でサセプタＳをカセット２８に収納する。
【００７５】
一方、カセット２８からサセプタＳを第２のロードロック室２４に搬入する際には、第５の開閉部２２を閉じた状態で第６の開閉部２３を開き、サセプタＳを第２のロードロック室２４内に搬入する。次いで、第６の開閉部２３を閉じた後、真空ポンプなどを用いて排気口２５から第２のロードロック室２４内の空気を排出する。次いで、導入口２６を通じて第２のロードロック室２４内に窒素ガスを導入する。尚、窒素ガスに代えてアルゴンガスなどを導入してもよい。その後、第５の開閉部２２を開いて搬送室４内にサセプタＳを搬送する。
【００７６】
第２のロードロック室２４を設けることにより、外部の空気が、搬送室４、成膜室２およびクリーニング室５に直接侵入しないようにすることができる。特に、空気中の水分や有機物が成膜室２内に入り込んで、成膜処理に悪影響を及ぼすのを防ぐことができる。
【００７７】
図３は、本実施の形態のクリーニング室の一例であり、その構成を示す模式的な断面図である。このクリーニング室は、ＳｉＣ膜の再生処理を行う再生室を兼ねている。尚、本実施の形態においては、クリーニング室とは別に再生室を設けてもよく、また、成膜室が再生室を兼ねていてもよい。但し、クリーニング室が再生室を兼ねる構成の方が汎用性があり、また、成膜室へのダストの持ち込みを低減できるという利点もある。
【００７８】
図３において、２０１はチャンバ、２０２はチャンバ内壁を被覆して保護する中空筒状のライナ、２０３ａ、２０３ｂはチャンバを冷却する冷却水の流路、２０はＣｌＦ３ガスを導入する導入口、２１は反応後のＣｌＦ３ガスの排気口、Ｓはサセプタ、２０８は支持部（図示せず）に支持されてサセプタＳを加熱するヒータ、２０９はチャンバ２０１の上下部を連結するフランジ部、２１０はフランジ部２０９をシールするパッキン、２１１は排気口２１と配管を連結するフランジ部、２１２はフランジ部２１１をシールするパッキンである。
【００７９】
ライナ２０２の頭部には、シャワープレート２２０が取り付けられている。シャワープレート２２０は、サセプタＳの表面にエッチングガス２２５を均一に供給する機能を備えたガス整流板である。
【００８０】
クリーニング室５では、サセプタＳを回転手段で回転させながら、加熱手段としてのヒータ２０８で加熱して、クリーニング処理を行う。すなわち、搬送室４から搬送されたサセプタＳは、略円筒状の回転部２３２の上部に載置される。回転部２３２は、上部に比べ下部が細く形成されており、チャンバ２０１の外で回転機構（図示せず）に接続している。そして、回転部２３２の水平断面の中心を直交する線を回転軸として所定の回転数で回転する構造となっている。クリーニングを行う際には、サセプタＳが回転した状態で、エッチングガス供給手段により、サセプタＳの上方からＳｉＣ膜のエッチングガスを供給する。具体的には、導入口２０からシャワープレート２２０の貫通孔２２１を介して、チャンバ２０１内にエッチングガス２２５を供給する。ライナ２０２の頭部２３１は、サセプタＳが載置されるライナ２０２の胴部２３０より内径が小さくなっており、エッチングガス２２５は、頭部２３１を通過してサセプタＳの表面に向かって流下する。
【００８１】
クリーニング室５において、サセプタＳは、下方に設けられたヒータ２０８によって加熱される。尚、ヒータの形状は図３の構造に限定されるものではなく、また、インヒータとアウトヒータの２種類のヒータによって加熱するようにしてもよい。
【００８２】
図３において、サセプタＳは円盤状を呈しており、成膜室２での成膜処理の際には、サセプタＳの上にウェハＷが載置される。尚、サセプタＳの形状はこれに限られるものではなく、例えば、リング状であってもよい。また、サセプタＳは、図４に示す形状とすることもできる。
【００８３】
図４は、サセプタＳの他の例であり、ウェハＷが載置された状態の断面図および対応する上面図である。図４において、サセプタＳは、ウェハＷを支持する第１の部材１０３と、第１の部材１０３に支持されてウェハＷとの間に所定の隙間を置いて配置される第２の部材１０７とからなる。
【００８４】
成膜の際には、成膜室２に設けられるＳｉＣ製の略円筒状の回転部材（図示せず）の上部に第１の部材１０３が配置される。第１の部材１０３は中央に開口部を有するリング状であり、その内端部には、上下二段の座ぐりが形成されている。上段の座ぐりである第１座ぐり１０３ａには、ウェハＷが載置される。第１座ぐり１０３ａの内径は、ウェハＷの直径よりも僅かに大きく形成されおり、ウェハＷの略水平方向への移動が拘束される。第１の部材１０３の上面から第１座ぐり１０３ａの水平な面までの深さは、ウェハＷの厚さと略同一かまたはこれ以下に形成されており、第１座ぐり１０３ａにウェハＷが載置されると、ウェハＷの上面は、第１の部材１０３の上面と略同じ位置、または、上面よりも高い位置になる。よって、ＣｌＦ３ガスがウェハＷの中心付近から周縁部方向へ流れるとき、第１座ぐり１０３ａの垂直な面にガス流が当たらず、スムーズなガス流が形成される。
【００８５】
サセプタＳにおいて、下段の座ぐりである第２座ぐり１０３ｂには第２の部材１０７が載置される。第２の部材１０７は、リング状の第１の部材１０３の中央に形成された開口部よりも直径が大きく、またその周端部はつば状に形成されているため、第２座ぐり１０３ｂの水平な面に懸架するように載置される。つまり、第１の部材１０３の開口部を第２の部材１０７で蓋をしたような状態となる。第２の部材１０７が第２座ぐり１０３ｂに載置され、第１の部材１０３と組み合わされることで、サセプタＳが完成する。
【００８６】
サセプタＳが図３や図４に示すような形状であると、クリーニング室５において、エッチングガスが供給されてクリーニング処理が行われる領域と、回転部２３２内の下部の領域とが実質的に区画される。これにより、回転部２３２内に配置された機械や電気配線がエッチングガスによって腐食されるのを防ぐことができる。
【００８７】
また、成膜室２の回転機構や反応ガス供給機構は、図３に示すクリーニング室５内の構成と同様にすることができるので、サセプタＳが上記形状であれば、成膜室２においても同様の効果が得られる。すなわち、成膜が行われる領域と、回転部内の下部領域とが実質的に区画されるので、回転部内に配置された機械や電気配線を構成する金属が反応ガスによって腐食されるのを防ぐことができる。また、かかる金属に由来する不純物が成膜の行なわれる領域に入りにくくなるので、ウェハＷ上に形成されるエピタキシャル膜に不純物が混入するのを防いで、エピタキシャル膜の品質低下を抑制することができる。
【００８８】
上記したように、クリーニング室５では、サセプタＳを回転させながらヒータ２０８で加熱してクリーニング処理を行う。すなわち、サセプタＳが回転した状態で、導入口２０からシャワープレート２２０の貫通孔２２１を介して、チャンバ２０１内にエッチングガス２２５を供給する。ライナ２０２の頭部２３１は、サセプタＳが載置されるライナ２０２の胴部２３０より内径が小さくなっており、エッチングガス２２５は、頭部２３１を通過してサセプタＳの表面に向かって流下する。
【００８９】
エッチングガス２２５がサセプタＳの表面に到達すると、上記した式（１）の反応が起こり、サセプタＳの表面に付着したＳｉＣ膜がエッチングされる。そして、反応の結果生成したガスや未反応のＣｌＦ３ガスは、チャンバ２０１の下部に設けられた排気口２１から随時排気される。
【００９０】
チャンバ２０１のフランジ部２０９と、排気口２１のフランジ部２１１には、シールのためにパッキン２１０、２１２が用いられる。チャンバ２０１の外周部には、冷却水を循環させる流路２０３ａ、２０３ｂが設けられており、熱によるパッキン２１０、２１２の劣化が防止される。
【００９１】
クリーニング処理の際の温度は、４００℃以上であることが好ましく、６００℃以下とすることがより好ましい。
【００９２】
サセプタＳの表面温度は、チャンバ２０１の上部に設けられた放射温度計２２６によって測定することができる。放射温度計２２６の具体例としては、ファイバ放射温度計が挙げられる。この温度計は被測定物から放射される放射光を集光する光学レンズと、この光学レンズにより集光された放射光を温度変換部へ伝送する光ファイバと、光学レンズを保持するレンズホルダと、光ファイバ端面を支持固定する受光部ケースと、光ファイバにより伝送された光の強度に基づいて被測定物の温度を測定する温度変換部とを備える。例えば、シャワープレート２２０を透明石英製とすることにより、サセプタＳからの放射光をシャワープレート２２０を介して放射温度計２２６で受光できる。測定した温度データは、制御機構（図示せず）に送られた後、ヒータ２０８の出力制御にフィードバックされる。これにより、サセプタＳを所望の温度となるように加熱できる。但し、クリーニング処理の際の温度管理には、成膜処理における温度管理ほどの厳密性は要求されない。
【００９３】
次に、クリーニング室５におけるＳｉＣ膜の再生処理について説明する。但し、サセプタＳ上へのＳｉＣ膜の形成に対しては、ＳｉＣエピタキシャルウェハを作製する際の成膜条件のような厳密性は要求されないので、再生処理における温度などの管理の許容幅は、下記例より大きくすることが可能である。
【００９４】
まず、クリーニング処理を終えた後のサセプタＳの上にダミーウェハを載置し、５０ｒｐｍ程度でサセプタＳを回転させる。
【００９５】
ヒータ２０８に電流を供給して作動させ、ヒータ２０８から発せられる熱によってサセプタＳを加熱する。サセプタＳの温度が、成膜温度である１５００℃〜１７００℃までの間の所定の温度、例えば、１６５０℃に達するまで徐々に加熱する。このとき、チャンバ２０１の壁部分に設けた流路２０３ａ、２０３ｂに冷却水を流すことで、過度にチャンバ２０１が昇温するのを防止できる。
【００９６】
放射温度計２２６による測定でサセプタＳの温度が１６５０℃に達した後は、徐々にサセプタＳの回転数を上げていく。例えば、９００ｒｐｍ程度の回転数とするのがよい。
【００９７】
また、導入口２０から反応ガスを供給し、シャワープレート２２０を介して、反応ガスをサセプタＳの上に流下させる。このとき、反応ガスは、整流板であるシャワープレート２２０を通過して整流され、下方のサセプタＳに向かって略鉛直に流下して、いわゆる縦フローを形成する。
【００９８】
反応ガスとしては、例えば、シラン（ＳｉＨ４）やジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）などの珪素（Ｓｉ）のソースガスと、プロパン（Ｃ３Ｈ８）やアセチレン（Ｃ２Ｈ２）などのカーボン（Ｃ）のソースガスと、キャリアガスとしての水素（Ｈ２）ガスとを混合させた混合ガスを使用することができる。
例えば、成膜温度を１４５０℃〜１５５０℃とし、反応ガスをジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４、略称：ＴＣＳ）、メタン（ＣＨ４）、水素（Ｈ２）および窒素（Ｎ２）とし、圧力を１．３×１０−４Ｐａ〜９．３×１０−４Ｐ
ａとして成膜することができる。
【００９９】
サセプタＳの表面に到達した反応ガスは、熱分解反応または水素還元反応を起こす。これにより、サセプタＳの表面にＳｉＣ膜が形成される。反応ガスの内で気相成長反応に使用されたもの以外のガスは、変性された生成ガスとなり、チャンバ２０１の下部に設けられた排気口２１から排気される。
【０１００】
サセプタＳの表面に、所定の膜厚のＳｉＣ膜を形成した後は、反応ガスの供給を終了する。そして、サセプタＳが所定の温度まで冷却されたのを確認してから、クリーニング室５の外部にサセプタＳを搬出する。
【０１０１】
図２（ｄ）は、再生処理後のサセプタＳとダミーウェハＷ’’を示す図である。尚、ダミーウェハＷ’’は、図２（ｃ）のダミーウェハＷ’と同じであってもよい。
【０１０２】
図２（ｄ）に示すように、再生処理によってサセプタＳとダミーウェハＷ’’の上にＳｉＣ膜３０３が形成される。サセプタＳの上からダミーウェハＷ’’を取り除けば、ダミーウェハＷ’’の下のＳｉＣ膜Ｓ２の膜厚と、それ以外の部分におけるＳｉＣ膜の膜厚（ＳｉＣ膜Ｓ２とＳｉＣ膜３０３とを合わせた膜厚）とが略等しくなり、サセプタＳを構成するＳｉＣ膜が再生されたことが分かる。
【０１０３】
以上述べたように、本実施の形態の半導体製造装置によれば、サセプタの表面に形成されたＳｉＣ膜の再生処理を行うことができる。したがって、ＳｉＣエピタキシャル成長過程でサセプタに付着した膜をＣｌＦ３ガスで除去する際に、サセプタの構成材料であるＳｉＣ膜が一緒に除去されても、この再生処理によってＳｉＣ膜を再生することができる。よって、サセプタの表面に付着したＳｉＣ膜に起因する不良を抑制して、製造歩留まりを向上することのできる半導体製造装置が提供される。
【０１０４】
実施の形態２．
本実施の形態の半導体製造装置は、サセプタに載置されるウェハ上にＳｉＣエピタキシャル膜を形成する成膜室と、サセプタに付着したＳｉＣ膜を除去するクリーニング室と、サセプタの表面にＳｉＣ膜を形成する再生室とを有する。クリーニング室は再生室を兼ねることができる。また、クリーニング室は、サセプタが搬送される搬送手段を有する搬送室を介して成膜室に連結されている。
【０１０５】
クリーニング室は、サセプタを４００℃以上の温度で加熱する加熱手段と、サセプタの上方からエッチングガスを供給してＳｉＣ膜を除去するエッチングガス供給手段とを備える。エッチングガスは、ＣｌＦ３ガスを含むものとすることができる。また、クリーニング室は、サセプタを３００ｒｐｍ〜９００ｒｐｍで回転させる回転手段を有する。
【０１０６】
本実施の形態の半導体製造装置は、上述したように、実施の形態１で説明した図１と同様の構造を有する。そこで、以下では、図１を用いて本実施の形態の半導体製造装置の説明をする。但し、本実施の形態では、クリーニング室が塩素ガス検出器を有することを特徴としており、この点については図５を用いて説明する。
【０１０７】
本実施の形態では、クリーニング処理の終了を、時間でなく、クリーニング処理で排出されるガスの量によって判断する。
【０１０８】
例えば、エッチングガスとしてＣｌＦ３ガスを用いた場合、クリーニング室にＣｌＦ３ガスが供給されると、下記式（２）にしたがってＳｉＣと反応する。この反応により、サセプタＳに付着したＳｉＣ膜がエッチング除去される。
【０１０９】
そこで、式（２）の反応で生成するＣｌ２ガスの量を検出し、このガスの発生が認められなくなったところでクリーニング処理を終了する。クリーニング処理を終えた後は、サセプタに対してＳｉＣ膜の再生処理を行う。クリーニング処理によって、ＳｉＣ膜の形成工程でサセプタに付着したＳｉＣ膜だけでなく、サセプタを構成するＳｉＣ膜もエッチングされるからである。
【０１１０】
ＳｉＣ膜の再生工程は、実施の形態１で説明したものと同様である。すなわち、クリーニング室５内でサセプタＳ上にＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させる。このとき、クリーニング処理の場合と同様に、サセプタＳ上にダミーウェハを載置しておくことが好ましい。そして、ダミーウェハ下のＳｉＣ膜と同程度の膜厚となるまでＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させることで、サセプタ表面のＳｉＣ膜を再生させることができる。尚、この再生処理は、本実施の形態ではクリーニング処理を終える毎に行う。
【０１１１】
サセプタＳに対するＳｉＣ膜の再生処理を終えた後は、クリーニング室５から成膜室２内にサセプタＳを戻し、引き続きＳｉＣエピタキシャルウェハの作製に用いる。
【０１１２】
場合に応じて、再生処理後のサセプタＳを、搬送室４から第５の開閉部２２を通じて第２のロードロック室２４に搬送し、第６の開閉部２３から外部に搬出してもよい。
【０１１３】
また、クリーニング処理までを終えた段階のサセプタＳについても同様であり、クリーニング室５から搬送用ロボット１７によって搬送室４に搬送した後、成膜室２に戻してＳｉＣエピタキシャルウェハの製造に使用してもよい。
【０１１４】
さらに、クリーニング室５から搬送室４を経た後、第５の開閉部２２を通じて第２のロードロック室２４に搬送し、第６の開閉部２３から外部に搬出してもよい。
【０１１５】
図５は、本実施の形態のクリーニング室の一例であり、その構成を示す模式的な断面図である。このクリーニング室は、ＳｉＣ膜の再生処理を行う再生室を兼ねている。尚、本実施の形態においては、クリーニング室とは別に再生室を設けてもよく、また、成膜室が再生室を兼ねていてもよい。但し、クリーニング室が再生室を兼ねる構成の方が汎用性があり、また、成膜室へのダストの持ち込みを低減できるという利点もある。
【０１１６】
図５において、６０１はチャンバ、６０２はチャンバ内壁を被覆して保護する中空筒状のライナ、６０３ａ、６０３ｂはチャンバを冷却する冷却水の流路、６０はＣｌＦ３ガスを導入する導入口、６１は反応後のＣｌＦ３ガスの排気口、Ｓはサセプタ、６０８は支持部（図示せず）に支持されてサセプタＳを加熱するヒータ、６０９はチャンバ６０１の上下部を連結するフランジ部、６１０はフランジ部６０９をシールするパッキン、６１１は排気口６１と配管を連結するフランジ部、６１２はフランジ部６１１をシールするパッキンである。
【０１１７】
ライナ６０２の頭部には、シャワープレート６２０が取り付けられている。シャワープレート６２０は、サセプタＳの表面にエッチングガス６２５を均一に供給する機能を備えたガス整流板である。
【０１１８】
図１のクリーニング室５では、サセプタＳを回転手段で回転させながら、加熱手段としてのヒータ６０８で加熱して、クリーニング処理を行う。すなわち、図１の搬送室４から搬送されたサセプタＳは、略円筒状の回転部６３２の上部に載置される。回転部６３２は、上部に比べ下部が細く形成されており、チャンバ６０１の外で回転機構（図示せず）に接続している。そして、回転部６３２の水平断面の中心を直交する線を回転軸として所定の回転数で回転する構造となっている。クリーニングを行う際には、サセプタＳが回転した状態で、エッチングガス供給手段により、サセプタＳの上方からＳｉＣ膜のエッチングガスを供給する。具体的には、導入口６０からシャワープレート６２０の貫通孔６２１を介して、チャンバ６０１内にエッチングガス６２５を供給する。ライナ６０２の頭部６３１は、サセプタＳが載置されるライナ６０２の胴部６３０より内径が小さくなっており、エッチングガス６２５は、頭部６３１を通過してサセプタＳの表面に向かって流下する。
【０１１９】
図１のクリーニング室５において、サセプタＳは、下方に設けられたヒータ６０８によって加熱される。尚、ヒータの形状は図５の構造に限定されるものではなく、また、インヒータとアウトヒータの２種類のヒータによって加熱するようにしてもよい。
【０１２０】
上記したように、クリーニング室５では、サセプタＳを回転させながらヒータ６０８で加熱してクリーニング処理を行う。すなわち、サセプタＳが回転した状態で、導入口６０からシャワープレート６２０の貫通孔６２１を介して、チャンバ６０１内にエッチングガス６２５を供給する。ライナ６０２の頭部６３１は、サセプタＳが載置されるライナ６０２の胴部６３０より内径が小さくなっており、エッチングガス６２５は、頭部６３１を通過してサセプタＳの表面に向かって流下する。
【０１２１】
エッチングガス６２５がサセプタＳの表面に到達すると、上記した式（２）の反応が起こり、サセプタＳの表面に付着したＳｉＣ膜がエッチングされる。そして、反応の結果生成したガスや未反応のＣｌＦ３ガスは、チャンバ６０１の下部に設けられた排気口６１から随時排気される。
【０１２２】
チャンバ６０１のフランジ部６０９と、排気口６１のフランジ部６１１には、シールのためにパッキン６１０、６１２が用いられる。チャンバ６０１の外周部には、冷却水を循環させる流路６０３ａ、６０３ｂが設けられており、熱によるパッキン６１０、６１２の劣化が防止される。
【０１２３】
クリーニング処理の際の温度は、４００℃以上であることが好ましく、６００℃以下とすることがより好ましい。サセプタＳの表面温度は、チャンバ６０１の上部に設けられた放射温度計６２６によって測定することができる。例えば、シャワープレート６２０を透明石英製とすることにより、サセプタＳからの放射光をシャワープレート６２０を介して放射温度計６２６で受光できる。測定した温度データは、制御機構（図示せず）に送られた後、ヒータ６０８の出力制御にフィードバックされる。これにより、サセプタＳを所望の温度となるように加熱できる。但し、クリーニング処理の際の温度管理には、成膜処理における温度管理ほどの厳密性は要求されない。
【０１２４】
本実施の形態のクリーニング室は、塩素ガス検出器６４１を有する。塩素ガス検出器６４１は、式（２）の反応で生成するＣｌ２ガスを検出する目的で設けられる。一例として、理研計器株式会社製のガスモニタ（商品名：ＦＰ−３００）などが挙げられる。塩素ガス検出器６４１は、図５に示すように、排気口６１の付近に設けられることが好ましい。
【０１２５】
例えば、塩素ガス検出器６４１で検出されるＣｌ２ガスの濃度が０．２ｐｐｍ以下となってから１分間経過したときに、式（２）で生成するＣｌ２ガスが認められなくなったと判定することができる。尚、このときのＣｌ２ガス濃度や経過時間については適宜決めることができる。例えば、塩素ガス検出器６４１で測定された塩素濃度のデータが制御部６２４に送られ、制御部６２４でＣｌ２ガスの生成が認められなくなったと判定されると、警報音が発せられるとともに、エッチングガス供給部６４３からのエッチングガス２２５の供給が停止されるようにすることができる。
【０１２６】
塩素ガス検出器６４１によるＣｌ２ガスの濃度測定により、Ｃｌ２ガスが認められなくなったと判定されると、クリーニング処理は終了する。次いで、サセプタＳへのＳｉＣ膜の再生処理が行われる。この再生処理は、実施の形態１で説明したものと同様の方法によって行うことができる。
【０１２７】
サセプタＳの表面に、所定の膜厚のＳｉＣ膜を形成した後は、再生処理のための反応ガスの供給を終了する。そして、サセプタＳが所定の温度まで冷却されたのを確認してから、クリーニング室の外部にサセプタＳを搬出する。
【０１２８】
以上述べたように、本実施の形態の半導体製造装置によれば、クリーニング処理の終了時を正確に把握することができる。そして、クリーニング処理を終えた後にサセプタに対してＳｉＣ膜の再生処理を行うことにより、クリーニング処理で除去されたサセプタの構成材料であるＳｉＣ膜を再生することができる。したがって、本実施の形態によれば、サセプタの表面に付着したＳｉＣ膜に起因する不良を抑制して、製造歩留まりを向上することのできる半導体製造装置が提供される。
【０１２９】
尚、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
【０１３０】
例えば上記各実施の形態の半導体製造装置は、サセプタに載置されるウェハ上にＳｉＣエピタキシャル膜を形成する成膜室と、サセプタに付着したＳｉＣ膜を除去するクリーニング室と、サセプタの表面にＳｉＣ膜を形成する再生室とを有することを特徴とすることができる。つまり、クリーニング処理はＣｌＦ３ガスによるエッチングに限られるものではなく、他の方法によってもよい。再生室を有することで、クリーニング処理によりダメージを受けたサセプタ表面のＳｉＣ膜を再生できるので、サセプタの表面に付着したＳｉＣ膜に起因する不良を抑制して、製造歩留まりを向上することのできる半導体製造装置とすることができる。
【０１３１】
また、上記各実施の形態では、クリーニング処理におけるエッチングガスとしてＣｌＦ３ガスを用いたが、これに限られるものではない。したがって、実施の形態２で述べた検出部は、ＳｉＣ膜とエッチングガスとの反応によって生成したガスを検出するものであればよい。また、制御部は、検出部での検出結果を受け取り、ＳｉＣ膜とエッチングガスとの反応が終了したと判定すると、エッチングガス供給手段へ信号を送り、クリーニング室へのエッチングガスの供給を停止するように制御すればよい。ここで、制御部は、ＳｉＣ膜とエッチングガスとの反応が終了したと判定すると警報を発するよう構成されていることが好ましい。また、制御部では、エッチングガスが所定濃度以下となってから所定時間経過した後に、ＳｉＣ膜とエッチングガスとの反応が終了したと判定することができる。
【符号の説明】
【０１３２】
１ 半導体製造装置
２ 成膜室
３ 第１の開閉部
４ 搬送室
５ クリーニング室
６ 第２の開閉部
７ サセプタ搬送用ロボット
８ 第１のロードロック室
１０ ウェハ搬送用ロボット
１１ 第３の開閉部
１２ 第４の開閉部
１７ 搬送用ロボット
１８、２０、１３、１５、２６、６０ 導入口
１９、２１、１４、１６、２５、６１ 排気口
２２ 第５の開閉部
２３ 第６の開閉部
２４ 第２のロードロック室
２７、２８ カセット
Ｗ ウェハ
Ｓ サセプタ
１０３ 第１の部材
１０３ａ 第１座ぐり
１０３ｂ 第２座ぐり
１０７ 第２の部材
２０１、６０１ チャンバ
２０２、６０２ ライナ
２０３ａ、２０３ｂ、６０３ａ、６０３ｂ 流路
２０８、６０８ ヒータ
２０９、２１１、６０９、６１１ フランジ部
２１０、２１２、６１０、６１２ パッキン
２２０、６２０ シャワープレート
２２１、６２１ 貫通孔
２２５、６２５ エッチングガス
２３０、６３０ 胴部
２３１、６３１ 頭部
２２６、６２６ 放射温度計
２３２、６３２ 回転部
３０１、３０２、３０３ ＳｉＣ膜
６２４ 制御部
６４１ 塩素ガス検出器
６４３ エッチングガス供給部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等のパワーデバイスのように、比較的膜厚の厚い結晶膜を必要とする半導体素子の製造には、エピタキシャル成長技術が活用されている。
【０００３】
エピタキシャル成長技術に使用される気相成長方法では、常圧または減圧に保持された成膜室の内部にウェハを載置し、このウェハを加熱しながら成膜室内に反応ガスを供給する。すると、ウェハの表面で反応ガスの熱分解反応および水素還元反応が起こり、ウェハ上にエピタキシャル膜が成膜される。
【０００４】
膜厚の厚いエピタキシャル膜を高い歩留まりで製造するには、均一に加熱されたウェハの表面に新たな反応ガスを次々に接触させて成膜速度を向上させる必要がある。そこで、従来の成膜装置においては、例えば、ウェハを高速で回転させながらエピタキシャル成長させることが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
近年、ＳｉＣ（炭化珪素（シリコンカーバイト））のエピタキシャル成長技術が着目されている。ＳｉＣは、Ｓｉ（シリコン）やＧａＡｓ（ガリウム砒素）といった従来の半導体材料と比較してエネルギーギャップが２〜３倍大きく、絶縁破壊電界が約１桁大きいといった特徴がある。このため、高耐圧のパワー半導体デバイスへの利用が期待されている半導体材料である。
【０００６】
このＳｉＣをエピタキシャル成長させてＳｉＣ単結晶薄膜を得ようとする場合には、基板を１５００℃以上の温度まで昇温する必要がある。このため、ウェハが載置されるサセプタには高耐熱性の材料が用いられ、具体的には、黒鉛基材の表面にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によってＳｉＣを被覆したものが用いられる（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
ところで、成膜室内でＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させると、ウェハの表面だけでなくサセプタにもＳｉＣ膜が付着する。この膜が剥離するとダストとなり、ウェハ上に形成されるエピタキシャル膜に欠陥を生じさせるので、付着した膜を除去する作業が必要になる。
【０００８】
ＳｉＣ膜の形成工程でサセプタに付着したＳｉＣ膜は、エッチングによって除去される。クリーニング時間の終了は、従来、ＳｉＣ膜の形成工程で成膜されたＳｉＣの膜厚と、エッチング時間とによって管理されていた。しかしながら、このような管理では、サセプタに付着したＳｉＣ膜が確実に除去されているか否かを判定することが難しい。そこで、計算により求められる時間よりも長い時間をかけてクリーニングを行っていた。しかし、かかる方法では、無駄なクリーニング時間を要することになり、サセプタを構成する下地のＳｉＣ膜まで除去されるおそれもあった。
【０００９】
特許文献３には、成膜装置の排気系に吸着剤を充填した吸着剤槽を設けて、排出ガスをこの吸着剤槽に導入し、吸着剤槽の温度変化を測定することでクリーニングの終点をモニターする方法が提案されている。しかしながら、この方法では、吸着剤の劣化により、温度変化を正確に検知することができないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−１０８９８３号公報
【特許文献２】特開２００４−７５４９３号公報
【特許文献３】特開平９−７８２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、ＳｉＣエピタキシャル成長過程でサセプタに付着した膜を除去し、製造歩留まりを向上させることのできる半導体製造装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様は、サセプタに載置されるウェハ上にＳｉＣエピタキシャル膜を形成する成膜室と、
サセプタに付着したＳｉＣ膜を除去するクリーニング室と、
サセプタの表面にＳｉＣ膜を形成する再生室とを有することを特徴とする半導体製造装置に関する。
【００１４】
クリーニング室は再生室を兼ねることが好ましい。
【００１５】
クリーニング室は、サセプタが搬送される搬送手段を有する搬送室を介して成膜室に連結されていることが好ましい。
【００１６】
クリーニング室は、サセプタを４００℃以上の温度で加熱する加熱手段と、
サセプタの上方からエッチングガスを供給してＳｉＣ膜を除去するエッチングガス供給手段とを備えることが好ましい。
【００１７】
エッチングガスは、ＣｌＦ３ガスを含むものとすることができる。
【００１８】
クリーニング室は、サセプタを３００ｒｐｍ〜９００ｒｐｍで回転させる回転手段を有することが好ましい。
【００１９】
クリーニング室は、ＳｉＣ膜とエッチングガスとの反応によって生成したガスを検出する検出部を有することが好ましい。
【００２０】
検出部は、クリーニング室から排出されるガスの排気口付近に設けられることが好ましい。
【００２１】
検出部での検出結果を受け取り、ＳｉＣ膜とエッチングガスとの反応が終了したと判定すると、エッチングガス供給手段へ信号を送り、クリーニング室へのエッチングガスの供給を停止するよう制御する制御部を有することが好ましい。
【００２２】
制御部は、ＳｉＣ膜とエッチングガスとの反応が終了したと判定すると警報を発するよう構成されていることが好ましい。
【００２３】
制御部は、エッチングガスが所定濃度以下となってから所定時間経過した後に、ＳｉＣ膜とエッチングガスとの反応が終了したと判定するよう構成されていることが好ましい。
【００２４】
エッチングガスはＣｌＦ３ガスを含み、
検出部は、ＳｉＣ膜とＣｌＦ３ガスとの反応によって生成したＣｌ２ガスを検出するものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ＳｉＣエピタキシャル成長過程でサセプタに付着した膜を除去し、製造歩留まりを向上させることのできる半導体製造装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施の形態１における半導体製造装置の模式的な断面平面図である。
【図２】実施の形態１におけるサセプタの処理方法を模式的に説明する図である。
【図３】実施の形態１におけるクリーニング室の模式的な断面図の一例である。
【図４】実施の形態１でサセプタにウェハが載置された状態の断面図および対応する上面図の一例である。
【図５】実施の形態２におけるクリーニング室の模式的な断面図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の半導体製造装置は、サセプタ上に載置されるウェハの上面から成膜に必要なガスが供給され、サセプタの裏面側にヒータが設けられている、所謂縦型のエピタキシャル成長装置に適用されることが望ましい。以下、本発明の半導体製造装置について、図面を参照しながら詳しく説明する。
【００２８】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態における半導体製造装置の模式的な断面平面図である。
【００２９】
図１に示すように、半導体製造装置１は、サセプタＳ上に載置されたウェハＷの表面にＳｉＣ膜を形成する成膜室２と、第１の開閉部３を介して成膜室２に接続する搬送室４と、成膜室２から取り出された後、搬送室４を通り、第２の開閉部６を介して搬送されたサセプタＳをクリーニングするクリーニング室５とを有する。
【００３０】
成膜室２には、導入口１８と排気口１９が設けられている。導入口１８は、配管（図示せず）を通じて反応ガスが入ったボンベや希釈ガスが入ったボンベに接続しており、必要に応じてこれらのガスが適量供給されるようになっている。また、排気口１９は、配管（図示せず）を通じて真空ポンプ（図示せず）に接続しており、成膜室２内のガスがここから排出されるようになっている。
【００３１】
成膜室２では、ウェハＷ上へのＳｉＣエピタキシャル膜の形成が行われる。このため、成膜室２には、ヒータによる加熱機構（図示せず）と回転機構（図示せず）が設けられていて、サセプタＳ上にウェハＷを載置し、ウェハＷを加熱するとともに、サセプタＳを介してウェハＷを回転させる。この状態でウェハＷの表面に反応ガスを接触させることで、ウェハＷの表面にＳｉＣエピタキシャル膜が形成される。
【００３２】
ウェハＷとしては、例えば、ＳｉＣウェハまたはＳｉウェハを用いることができる。あるいは、ＳｉＯ２（石英）ウェハなどの他の絶縁性基板や、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）ウェハなどの高抵抗の半絶縁性基板などを用いることも可能である。
【００３３】
ＳｉＣをエピタキシャル成長させるには、ウェハＷを１５００℃以上の温度まで昇温する必要がある。このため、サセプタＳには高耐熱性の材料を用いる必要があり、具体的には、等方性黒鉛の表面にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によってＳｉＣを被覆したものなどが用いられる。サセプタＳの形状は、ウェハＷを載置可能な形状であれば特に限定されるものではなく、リング状や円盤状など適宜選択して用いられる。
【００３４】
反応ガスとしては、例えば、シラン（ＳｉＨ４）やジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）などの珪素（Ｓｉ）のソースガスと、プロパン（Ｃ３Ｈ８）やアセチレン（Ｃ２Ｈ２）などのカーボン（Ｃ）のソースガスと、キャリアガスとしての水素（Ｈ２）ガスとを混合させた混合ガスが導入される。
【００３５】
成膜室２内では、図１に示すように、１枚ずつウェハＷが搬入されて成膜処理が行われる。尚、複数のウェハＷが搬入され、これらのウェハに対して同時に成膜処理が行われてもよい。この場合には、枚葉処理とバッチ処理を組み合わせた方式で成膜することになり、半導体製造装置１の生産性は向上する。
【００３６】
上記の通り、ＳｉＣエピタキシャル成長工程では、ウェハＷを非常に高温にする必要がある。しかし、ウェハＷを高温の状態にするためにヒータで加熱すると、ヒータからの輻射熱は、ウェハＷだけでなく、成膜室２を構成する他の部材にも伝わってそれらを昇温させてしまう。こうしたことは、特に、ウェハＷやヒータのような高温となる部分の近傍に位置する部材や、成膜室２の内壁あるいは配管において顕著である。そして、成膜室２内に生じた高温部位に反応ガスが接触すると、高温加熱されたウェハＷの表面と同様に反応ガスの熱分解反応が起こる。
【００３７】
例えば、ウェハＷの表面にＳｉＣエピタキシャル膜を形成しようとする場合、反応ガスとして、Ｓｉ源としてのシラン（ＳｉＨ４）、Ｃ源としてのプロパン（Ｃ３Ｈ８）、キャリアガスとしての水素ガスなどを含んで調製された混合ガスが用いられる。反応ガスは、導入口１８を通じて成膜室２の上部から成膜室２内に供給され、高温加熱されたウェハＷの表面に到達して分解する。
【００３８】
しかしながら、上記組成の反応ガスは、反応性に富んでいるために、一定の温度条件を満たす部材に接触すると、ウェハＷ上でなくとも分解反応を起こしてしまう。その結果、成膜室２内の部材、具体的には、サセプタＳ、成膜室２の内壁、成膜室内のガスを排気する配管などに、反応ガスに由来する多結晶と思われるＳｉＣ膜が付着する。この膜が剥離するとダストとなり、ウェハＷ上に形成されるエピタキシャル膜に欠陥を生じさせるので、付着した膜をクリーニング除去する作業が必要になる。
【００３９】
図２を用いてこの様子を説明する。図２（ａ）は、ＳｉＣ膜を形成する前のサセプタＳとウェハＷを示す図である。ここで、サセプタＳは、黒鉛Ｓ１とこれを被覆するＳｉＣ膜Ｓ２とを用いて構成されている。一方、図２（ｂ）は、ＳｉＣ膜を形成した後のサセプタＳとウェハＷを示す図である。これらに示すように、ＳｉＣエピタキシャル成長工程によって、ウェハＷの上に単結晶のＳｉＣ膜３０１が形成されるとともに、サセプタＳの表面には多結晶と思われるＳｉＣ膜３０２が形成される。
【００４０】
そこで、本実施の形態では、後述するように、クリーニング室５においてサセプタＳに付着したＳｉＣ膜３０２を除去する。一方、成膜室２の内壁や配管に付着したＳｉＣ膜については、成膜室２内が高温、具体的には４００℃以上の温度となっている状態で、導入口１８からＣｌＦ３ガスなどのエッチングガスを供給することにより、エッチング除去することができる。
【００４１】
成膜室２の内壁には、サセプタＳと同様に、等方性黒鉛の表面にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によってＳｉＣを被覆したものが用いられる。そこで、内壁に付着したＳｉＣ膜を除去する際のエッチング量は、時間で管理することが好ましい。内壁に付着するＳｉＣ膜は、内壁を構成する緻密な多結晶のＳｉＣ膜とは異なり、緻密でない多結晶の膜と考えられる。この緻密でない多結晶のＳｉＣ膜のエッチングレートは、緻密な多結晶のＳｉＣ膜に比較して速くなると予想されるが、同一成分であるので、１００％のＣｌＦ３ガスを用いた場合の選択比は十分でないことが考えられる。そこで、クリーニング処理には、水素ガスで希釈した１０％〜２０％濃度のＣｌＦ３ガスをエッチングガスとして用いる。単結晶のＳｉＣ膜のエッチングには、通常、１００％ＣｌＦ３ガスが使用されるが、この場合は、希釈したＣｌＦ３ガスを用いることで、緻密な多結晶のＳｉＣ膜と、緻密でない多結晶のＳｉＣ膜との間のエッチングレートに明確な差を設けることができる。つまり、エッチングレートの差を利用し、エッチングの終点を時間で管理することで、内壁を構成するＳｉＣ膜を実質的にエッチングすることなく、内壁に付着したＳｉＣ膜をエッチング除去することができる。尚、配管に付着した緻密でない多結晶のＳｉＣ膜については、配管を取り外して適当な薬液でクリーニングする。
【００４２】
成膜室２内での成膜処理が終了した後は、第１の開閉部３を開き、搬送用ロボット１７によってウェハＷを搬送室４に搬送する。
【００４３】
搬送室４にも、導入口１５と排気口１６が設けられている。導入口１５は、配管（図示せず）を通じて窒素ガスが入ったボンベに接続しており、搬送室４内に窒素ガスを導入できるようになっている。また、排気口１６は、配管（図示せず）を通じて真空ポンプ（図示せず）に接続しており、搬送室４内のガスがここから排出されるようになっている。
【００４４】
搬送用ロボット１７のサセプタＳやウェハＷが載置される部分には、回転部材１７ａが接続していて、支点部１７ｂからサセプタＳやウェハＷが配置される部分までの距離を調節できるよう伸縮可能に構成されている。搬送用ロボット１７は、例えば、カーボンにシリコンコートされた耐熱性の材料で構成されている。
【００４５】
搬送用ロボット１７のウェハＷやサセプタＳが載置される部分には、加熱手段としてヒータまたはランプを設けることができる。これにより、成膜室２またはクリーニング室５から取り出された直後の高温のウェハＷまたはサセプタＳが載置されても、急激な温度変化を生じさせないようにすることができる。例えば、サセプタＳやウェハＷが配置される部分に、電熱線を可撓性の耐熱樹脂で被覆したテープ状の構造を有するヒータを設け、電熱線に電流を流すことで発熱させて、ウェハＷやサセプタＳが配置される部分の温度を調節可能とすることができる。尚、搬送用ロボット１７に加熱手段を設けずに、搬送室４の全体を外側から加熱可能な構造としてもよい。
【００４６】
ウェハＷを搬送室４内に搬送した後は、第３の開閉部１１を開け、搬送用ロボット１７によって、ウェハＷを第１のロードロック室８内に搬送する。
【００４７】
第１のロードロック室８には、導入口１３と排気口１４が設けられており、真空ポンプなどを用いて導入口１３から第１のロードロック室８内のガスが排出できるとともに、排気口１４を通じて第１のロードロック室８内に窒素ガスやアルゴンガスなどを導入できるようになっている。また、第１のロードロック室８には、第４の開閉部１２が設けられていて、第４の開閉部１２を開くことにより、外部から第１のロードロック室８内へウェハＷを搬入したり、第１のロードロック室８から外部へウェハＷを搬出したりできるようになっている。
【００４８】
成膜処理後のウェハＷを第３の開閉部１１から第１のロードロック室８内に搬送した後は、第３の開閉部１１を閉じ、導入口１３から窒素ガスを流して第１のロードロック室８内を大気圧まで戻す。次いで、第４の開閉部１２を開けて、ウェハ搬送用ロボット１０でウェハＷをカセット２７に収納する。一方、成膜処理前のウェハＷについては、第３の開閉部１１を閉じた状態で第４の開閉部１２を開き、ウェハＷを第１のロードロック室８内に搬入する。第１のロードロック室８を設けることにより、外部の空気が、搬送室４、成膜室２およびクリーニング室５に直接侵入しないようにすることができる。特に、空気中の水分や有機物が成膜室２内に入り込んで、成膜処理に悪影響を及ぼすのを防ぐことができる。
【００４９】
本実施の形態の半導体製造装置１では、搬送室４に第２の開閉部６を介してクリーニング室５が接続している。クリーニング室５では、成膜室２での成膜処理を終えたサセプタＳに対するクリーニングが行われる。すなわち、クリーニング室５は、ＳｉＣのエピタキシャル成長過程でサセプタＳに付着したＳｉＣ膜を除去する目的で設けられる。半導体製造装置１にクリーニング室５を設けることで、成膜室２内で成膜処理を中断してクリーニング処理を行う必要がなくなる。つまり、成膜室２で成膜処理を行っている間にクリーニング室５でクリーニング処理を並行して行えるので、成膜処理の効率を高めることができる。
【００５０】
クリーニング室５には、導入口２０と排気口２１が設けられている。導入口２０は、配管（図示せず）を通じてエッチングガスが入ったボンベに接続しており、クリーニング処理を行う際にクリーニング室５にガスが適量供給されるようになっている。また、排気口２１は、配管（図示せず）を通じて真空ポンプ（図示せず）に接続しており、クリーニング室５内のガスがここから排出されるようになっている。
【００５１】
エッチングガスとしては、ＣｌＦ３ガスが好ましく用いられる。クリーニング室５にＣｌＦ３ガスが供給されると、下記式（１）にしたがってＳｉＣと反応する（Ｙ.Ｍｉｕｒａ, Ｈ.Ｈａｂｕｋａ, Ｙ.Ｋａｔｓｕｍｉ, Ｓ.Ｏｄａ, Ｙ.Ｆｕｋａｉ, Ｋ.Ｆｕｋａｅ, Ｔ.Ｋａｔｏ, Ｈ.Ｏｋｕｍｕｒａ, Ｋ.Ａｒａｉ, Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ. Ｖｏｌ.４６, Ｎｏ.１２, ２００７, ｐｐ.７８７５−７８７９）。この反応により、サセプタＳに付着したＳｉＣ膜がエッチング除去される。
【００５２】
また、クリーニング室５には、加熱手段が設けられており、クリーニング処理の際にサセプタＳを加熱できるようになっている。加熱手段としては、例えば、ＳｉＣ材料を用いて構成された抵抗加熱用のヒータが挙げられ、クリーニング室５内に載置されたサセプタＳを下方から加熱するよう構成することができる。
【００５３】
ＣｌＦ３ガスによるＳｉＣのエッチングは高温下で進行する。本実施の形態では、クリーニング処理を４００℃以上で行うことが好ましい。また、あまり高温にするとクリーニング室５全体に高い耐熱性が必要になることから、クリーニング処理は６００℃以下で行うことが好ましい。
【００５４】
さらに、クリーニング室５には、クリーニングの際にサセプタＳを回転させる回転手段が設けられていることが好ましい。
【００５５】
上記式（１）の反応を効率よく進めるには、反応生成物である３種類のガス（３ＳｉＦ４、３ＣＦ４、４Ｃｌ２）を効率よく除去しながら、エッチングガスであるＣｌＦ３ガスを効率よくＳｉＣ表面に供給する必要がある。そこで、半導体製造装置１では、エッチングガスをクリーニング室５の内部に供給する際には、サセプタＳの上方からエッチングガスが供給されるようにするとともに、サセプタＳを回転させながらクリーニングすることが好ましい。サセプタＳを高速で回転させるほど、反応ガスが反応を起こす領域（反応境界層）の厚さが薄くなる。すると、生成ガスが除去されやすくなる一方、反応ガスが供給されやすくなるので、式（１）のエッチング反応が起こりやすくなる。
【００５６】
クリーニング処理は、例えば、次のようにして行われる。
【００５７】
まず、クリーニングが必要なサセプタＳをクリーニング室５の内部に搬入する。
【００５８】
次いで、成膜室２内での成膜処理の際にサセプタＳ上でウェハＷが載置されていた個所に、ダミーウェハを載置する。ウェハＷが載置されていた部分のサセプタＳ上にＳｉＣ膜は付着しないので、ダミーウェハを置かずにクリーニング処理を行うと、この部分のサセプタＳを構成するＳｉＣ膜がエッチングされてしまう。したがって、ダミーウェハを載置して、サセプタＳを構成するＳｉＣ膜がエッチングされないようにする。尚、ダミーウェハは、第１のロードロック室８を通じて搬送室４に搬入し、搬送用ロボット１７によってクリーニング室５に搬送する。
【００５９】
次に、５０ｒｐｍ程度の回転数でサセプタＳを回転させる。また、加熱手段によってサセプタＳを加熱する。そして、放射温度計などを用いた温度測定でサセプタＳの温度が４００℃以上に達したことを確認した後は、徐々にサセプタＳの回転数を上げていく。回転数は、３００ｒｐｍ〜９００ｒｐｍとすることが好ましい。但し、クリーニング処理の際の回転数には、成膜処理における回転数ほどの厳密性は要求されない。
【００６０】
続いて、サセプタＳの上方からエッチングガスを供給し、エッチングガスをサセプタＳの方に流下させる。このとき、シャワープレートなどの整流板を介してエッチングガスを整流することが好ましい。エッチングガスは、サセプタＳに向かってほぼ鉛直に流下して、いわゆる縦フローを形成し、サセプタＳの表面上で整流状態となる。そして、加熱されたサセプタＳの表面にエッチングガスが到達すると、式（１）の反応を起こしてサセプタＳの表面に付着したＳｉＣ膜をエッチングする。
【００６１】
クリーニング室５でのクリーニング処理は、成膜室２での成膜処理が１回終わる毎にサセプタＳを成膜室２から搬出して行うことができる。また、成膜処理が所定の回数に達するまではウェハＷのみを成膜室２から搬出し、所定の回数になったところでウェハＷと一緒にサセプタＳを搬出した後、サセプタＳをクリーニング室５に搬送してクリーニングすることも可能である。
【００６２】
サセプタＳを搬出するタイミングは、サセプタＳに付着したＳｉＣ膜に起因するパーティクルが発生し始めるより前に行う事が必要である。パーティクルの発生と、サセプタＳに付着したＳｉＣ膜の厚さとの間の関係性を予め把握できれば、サセプタＳの表面に付着したＳｉＣ膜の厚さによって決定することもできる。例えば、サセプタＳ上に付着したＳｉＣ膜の厚さが１００μｍとなったところで、ウェハＷと一緒に取り出して、サセプタＳをクリーニングすることができる。本発明によれば、サセプタＳをどのタイミングで搬出しても成膜処理の効率に殆ど影響を与えることがない。
【００６３】
クリーニング処理の終了は、時間で管理することができる。サセプタＳの表面に付着するＳｉＣ膜は、サセプタＳを構成する緻密な多結晶のＳｉＣ膜（黒鉛の表面にコートされたＳｉＣ膜）とは異なり、緻密でない多結晶の膜と考えられる。ここで、緻密な多結晶とは、緻密でない多結晶に比べて多結晶の中で単結晶に近いことを意味する。
【００６４】
この緻密でない多結晶のＳｉＣ膜のエッチングレートは、緻密な多結晶のＳｉＣ膜に比較して速くなると予想されるが、同一成分であるので１００％ＣｌＦ３ガスを用いた場合の選択比は十分でない事が考えられる。そこで、クリーニング処理には、水素ガスで希釈した１０％〜２０％濃度のＣｌＦ３ガスをエッチングガスとして用いる。これにより、緻密な多結晶のＳｉＣ膜と、緻密でない多結晶のＳｉＣ膜との間のエッチングレートに明確な差を設けることができる。
【００６５】
しかしながら、ＣｌＦ３ガスに上記組成のものを用いてもサセプタＳを構成するＳｉＣ膜のエッチングを完全に防ぐことは難しい。このため、クリーニング処理を繰り返すうちに下地の黒鉛が露出するおそれがある。
【００６６】
図２（ｃ）は、クリーニング処理後のサセプタＳとダミーウェハＷ’とを示す図である。ＳｉＣエピタキシャル成長工程でサセプタＳの表面に付着したＳｉＣ膜３０２は除去されており、さらに、下層のＳｉＣ膜Ｓ２の一部も除去されている。クリーニング処理を繰り返すことによって、このままＳｉＣ膜Ｓ２のエッチングが進行して行くと、やがて黒鉛Ｓ１が露出するおそれがある。
【００６７】
そこで、本実施の形態においては、クリーニング処理を終えた後に、サセプタＳに対してＳｉＣ膜の再生処理を行う。具体的には、クリーニング室５内でサセプタＳ上にＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させる。このときも、クリーニング処理の場合と同様に、サセプタＳ上にダミーウェハを載置しておくことが好ましい。そして、ダミーウェハ下のＳｉＣ膜と同程度の膜厚となるまでＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させることで、サセプタＳ表面のＳｉＣ膜を再生させることができる。尚、この再生処理は、クリーニング処理を終える毎に行ってもよく、所定回数のクリーニング処理を終える毎に行ってもよい。
【００６８】
尚、サセプタＳにおいて、黒鉛の表面にコートされるＳｉＣ膜の膜厚は、１００μｍ〜１５０μｍ程度である。また、ダミーウェハ下のＳｉＣ膜とそれ以外の部分のＳｉＣ膜との膜厚差は、触針式の膜厚測定計を用いて測定することができる。したがって、この膜厚差に相当する膜厚のＳｉＣ膜を形成すればよい。
【００６９】
サセプタＳ上へのＳｉＣ膜の形成に対しては、ＳｉＣエピタキシャルウェハを作製する際の成膜条件のような厳密性は要求されない。すなわち、温度などの管理の許容幅は、サセプタＳ上へのＳｉＣ膜の形成の方が大きくなる。下記にその一例を挙げる。この条件でのＳｉＣ膜の成膜速度は、約１μｍ／分であった。
成膜温度：１５００℃
反応ガス：ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２、略称：ＤＣＳ）、プロパン（Ｃ３Ｈ８） 、水素（Ｈ２）
圧力 ：４×１０−４Ｐａ
【００７０】
サセプタＳについてＳｉＣ膜の再生処理を終えた後は、クリーニング室５から成膜室２内に戻し、引き続きＳｉＣエピタキシャルウェハの作製を行うことができる。
【００７１】
また、場合に応じて、再生処理後のサセプタＳを、搬送室４から第５の開閉部２２を通じて第２のロードロック室２４に搬送し、第６の開閉部２３から外部に搬出してもよい。
【００７２】
尚、クリーニング処理までを終えた段階のサセプタＳについても同様であり、クリーニング室５から搬送用ロボット１７によって搬送室４に搬送した後、成膜室２に戻してＳｉＣエピタキシャルウェハの製造に使用してもよい。さらに、クリーニング室５から搬送室４を経た後、第５の開閉部２２を通じて第２のロードロック室２４に搬送し、第６の開閉部２３から外部に搬出してもよい。
【００７３】
第２のロードロック室２４には、排気口２５と導入口２６が設けられており、真空ポンプなどを用いて排気口２５から第２のロードロック室２４内のガスが排出できるとともに、導入口２６を通じて第２のロードロック室２４内に窒素ガスやアルゴンガスなどを導入できるようになっている。また、第２のロードロック室２４に設けられた第６の開閉部２３を開くことにより、外部から第２のロードロック室２４内へサセプタＳを搬入したり、第２のロードロック室２４から外部へサセプタＳを搬出したりできるようになっている。
【００７４】
サセプタＳを第５の開閉部２２から第２のロードロック室２４に搬送した後は、第５の開閉部２２を閉じ、導入口２６から窒素ガスを流して第２のロードロック室２４内を大気圧まで戻す。次いで、第６の開閉部２３を開けて、サセプタ搬送用ロボット７でサセプタＳをカセット２８に収納する。
【００７５】
一方、カセット２８からサセプタＳを第２のロードロック室２４に搬入する際には、第５の開閉部２２を閉じた状態で第６の開閉部２３を開き、サセプタＳを第２のロードロック室２４内に搬入する。次いで、第６の開閉部２３を閉じた後、真空ポンプなどを用いて排気口２５から第２のロードロック室２４内の空気を排出する。次いで、導入口２６を通じて第２のロードロック室２４内に窒素ガスを導入する。尚、窒素ガスに代えてアルゴンガスなどを導入してもよい。その後、第５の開閉部２２を開いて搬送室４内にサセプタＳを搬送する。
【００７６】
第２のロードロック室２４を設けることにより、外部の空気が、搬送室４、成膜室２およびクリーニング室５に直接侵入しないようにすることができる。特に、空気中の水分や有機物が成膜室２内に入り込んで、成膜処理に悪影響を及ぼすのを防ぐことができる。
【００７７】
図３は、本実施の形態のクリーニング室の一例であり、その構成を示す模式的な断面図である。このクリーニング室は、ＳｉＣ膜の再生処理を行う再生室を兼ねている。尚、本実施の形態においては、クリーニング室とは別に再生室を設けてもよく、また、成膜室が再生室を兼ねていてもよい。但し、クリーニング室が再生室を兼ねる構成の方が汎用性があり、また、成膜室へのダストの持ち込みを低減できるという利点もある。
【００７８】
図３において、２０１はチャンバ、２０２はチャンバ内壁を被覆して保護する中空筒状のライナ、２０３ａ、２０３ｂはチャンバを冷却する冷却水の流路、２０はＣｌＦ３ガスを導入する導入口、２１は反応後のＣｌＦ３ガスの排気口、Ｓはサセプタ、２０８は支持部（図示せず）に支持されてサセプタＳを加熱するヒータ、２０９はチャンバ２０１の上下部を連結するフランジ部、２１０はフランジ部２０９をシールするパッキン、２１１は排気口２１と配管を連結するフランジ部、２１２はフランジ部２１１をシールするパッキンである。
【００７９】
ライナ２０２の頭部には、シャワープレート２２０が取り付けられている。シャワープレート２２０は、サセプタＳの表面にエッチングガス２２５を均一に供給する機能を備えたガス整流板である。
【００８０】
クリーニング室５では、サセプタＳを回転手段で回転させながら、加熱手段としてのヒータ２０８で加熱して、クリーニング処理を行う。すなわち、搬送室４から搬送されたサセプタＳは、略円筒状の回転部２３２の上部に載置される。回転部２３２は、上部に比べ下部が細く形成されており、チャンバ２０１の外で回転機構（図示せず）に接続している。そして、回転部２３２の水平断面の中心を直交する線を回転軸として所定の回転数で回転する構造となっている。クリーニングを行う際には、サセプタＳが回転した状態で、エッチングガス供給手段により、サセプタＳの上方からＳｉＣ膜のエッチングガスを供給する。具体的には、導入口２０からシャワープレート２２０の貫通孔２２１を介して、チャンバ２０１内にエッチングガス２２５を供給する。ライナ２０２の頭部２３１は、サセプタＳが載置されるライナ２０２の胴部２３０より内径が小さくなっており、エッチングガス２２５は、頭部２３１を通過してサセプタＳの表面に向かって流下する。
【００８１】
クリーニング室５において、サセプタＳは、下方に設けられたヒータ２０８によって加熱される。尚、ヒータの形状は図３の構造に限定されるものではなく、また、インヒータとアウトヒータの２種類のヒータによって加熱するようにしてもよい。
【００８２】
図３において、サセプタＳは円盤状を呈しており、成膜室２での成膜処理の際には、サセプタＳの上にウェハＷが載置される。尚、サセプタＳの形状はこれに限られるものではなく、例えば、リング状であってもよい。また、サセプタＳは、図４に示す形状とすることもできる。
【００８３】
図４は、サセプタＳの他の例であり、ウェハＷが載置された状態の断面図および対応する上面図である。図４において、サセプタＳは、ウェハＷを支持する第１の部材１０３と、第１の部材１０３に支持されてウェハＷとの間に所定の隙間を置いて配置される第２の部材１０７とからなる。
【００８４】
成膜の際には、成膜室２に設けられるＳｉＣ製の略円筒状の回転部材（図示せず）の上部に第１の部材１０３が配置される。第１の部材１０３は中央に開口部を有するリング状であり、その内端部には、上下二段の座ぐりが形成されている。上段の座ぐりである第１座ぐり１０３ａには、ウェハＷが載置される。第１座ぐり１０３ａの内径は、ウェハＷの直径よりも僅かに大きく形成されおり、ウェハＷの略水平方向への移動が拘束される。第１の部材１０３の上面から第１座ぐり１０３ａの水平な面までの深さは、ウェハＷの厚さと略同一かまたはこれ以下に形成されており、第１座ぐり１０３ａにウェハＷが載置されると、ウェハＷの上面は、第１の部材１０３の上面と略同じ位置、または、上面よりも高い位置になる。よって、ＣｌＦ３ガスがウェハＷの中心付近から周縁部方向へ流れるとき、第１座ぐり１０３ａの垂直な面にガス流が当たらず、スムーズなガス流が形成される。
【００８５】
サセプタＳにおいて、下段の座ぐりである第２座ぐり１０３ｂには第２の部材１０７が載置される。第２の部材１０７は、リング状の第１の部材１０３の中央に形成された開口部よりも直径が大きく、またその周端部はつば状に形成されているため、第２座ぐり１０３ｂの水平な面に懸架するように載置される。つまり、第１の部材１０３の開口部を第２の部材１０７で蓋をしたような状態となる。第２の部材１０７が第２座ぐり１０３ｂに載置され、第１の部材１０３と組み合わされることで、サセプタＳが完成する。
【００８６】
サセプタＳが図３や図４に示すような形状であると、クリーニング室５において、エッチングガスが供給されてクリーニング処理が行われる領域と、回転部２３２内の下部の領域とが実質的に区画される。これにより、回転部２３２内に配置された機械や電気配線がエッチングガスによって腐食されるのを防ぐことができる。
【００８７】
また、成膜室２の回転機構や反応ガス供給機構は、図３に示すクリーニング室５内の構成と同様にすることができるので、サセプタＳが上記形状であれば、成膜室２においても同様の効果が得られる。すなわち、成膜が行われる領域と、回転部内の下部領域とが実質的に区画されるので、回転部内に配置された機械や電気配線を構成する金属が反応ガスによって腐食されるのを防ぐことができる。また、かかる金属に由来する不純物が成膜の行なわれる領域に入りにくくなるので、ウェハＷ上に形成されるエピタキシャル膜に不純物が混入するのを防いで、エピタキシャル膜の品質低下を抑制することができる。
【００８８】
上記したように、クリーニング室５では、サセプタＳを回転させながらヒータ２０８で加熱してクリーニング処理を行う。すなわち、サセプタＳが回転した状態で、導入口２０からシャワープレート２２０の貫通孔２２１を介して、チャンバ２０１内にエッチングガス２２５を供給する。ライナ２０２の頭部２３１は、サセプタＳが載置されるライナ２０２の胴部２３０より内径が小さくなっており、エッチングガス２２５は、頭部２３１を通過してサセプタＳの表面に向かって流下する。
【００８９】
エッチングガス２２５がサセプタＳの表面に到達すると、上記した式（１）の反応が起こり、サセプタＳの表面に付着したＳｉＣ膜がエッチングされる。そして、反応の結果生成したガスや未反応のＣｌＦ３ガスは、チャンバ２０１の下部に設けられた排気口２１から随時排気される。
【００９０】
チャンバ２０１のフランジ部２０９と、排気口２１のフランジ部２１１には、シールのためにパッキン２１０、２１２が用いられる。チャンバ２０１の外周部には、冷却水を循環させる流路２０３ａ、２０３ｂが設けられており、熱によるパッキン２１０、２１２の劣化が防止される。
【００９１】
クリーニング処理の際の温度は、４００℃以上であることが好ましく、６００℃以下とすることがより好ましい。
【００９２】
サセプタＳの表面温度は、チャンバ２０１の上部に設けられた放射温度計２２６によって測定することができる。放射温度計２２６の具体例としては、ファイバ放射温度計が挙げられる。この温度計は被測定物から放射される放射光を集光する光学レンズと、この光学レンズにより集光された放射光を温度変換部へ伝送する光ファイバと、光学レンズを保持するレンズホルダと、光ファイバ端面を支持固定する受光部ケースと、光ファイバにより伝送された光の強度に基づいて被測定物の温度を測定する温度変換部とを備える。例えば、シャワープレート２２０を透明石英製とすることにより、サセプタＳからの放射光をシャワープレート２２０を介して放射温度計２２６で受光できる。測定した温度データは、制御機構（図示せず）に送られた後、ヒータ２０８の出力制御にフィードバックされる。これにより、サセプタＳを所望の温度となるように加熱できる。但し、クリーニング処理の際の温度管理には、成膜処理における温度管理ほどの厳密性は要求されない。
【００９３】
次に、クリーニング室５におけるＳｉＣ膜の再生処理について説明する。但し、サセプタＳ上へのＳｉＣ膜の形成に対しては、ＳｉＣエピタキシャルウェハを作製する際の成膜条件のような厳密性は要求されないので、再生処理における温度などの管理の許容幅は、下記例より大きくすることが可能である。
【００９４】
まず、クリーニング処理を終えた後のサセプタＳの上にダミーウェハを載置し、５０ｒｐｍ程度でサセプタＳを回転させる。
【００９５】
ヒータ２０８に電流を供給して作動させ、ヒータ２０８から発せられる熱によってサセプタＳを加熱する。サセプタＳの温度が、成膜温度である１５００℃〜１７００℃までの間の所定の温度、例えば、１６５０℃に達するまで徐々に加熱する。このとき、チャンバ２０１の壁部分に設けた流路２０３ａ、２０３ｂに冷却水を流すことで、過度にチャンバ２０１が昇温するのを防止できる。
【００９６】
放射温度計２２６による測定でサセプタＳの温度が１６５０℃に達した後は、徐々にサセプタＳの回転数を上げていく。例えば、９００ｒｐｍ程度の回転数とするのがよい。
【００９７】
また、導入口２０から反応ガスを供給し、シャワープレート２２０を介して、反応ガスをサセプタＳの上に流下させる。このとき、反応ガスは、整流板であるシャワープレート２２０を通過して整流され、下方のサセプタＳに向かって略鉛直に流下して、いわゆる縦フローを形成する。
【００９８】
反応ガスとしては、例えば、シラン（ＳｉＨ４）やジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）などの珪素（Ｓｉ）のソースガスと、プロパン（Ｃ３Ｈ８）やアセチレン（Ｃ２Ｈ２）などのカーボン（Ｃ）のソースガスと、キャリアガスとしての水素（Ｈ２）ガスとを混合させた混合ガスを使用することができる。
例えば、成膜温度を１４５０℃〜１５５０℃とし、反応ガスをジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４、略称：ＴＣＳ）、メタン（ＣＨ４）、水素（Ｈ２）および窒素（Ｎ２）とし、圧力を１．３×１０−４Ｐａ〜９．３×１０−４Ｐ
ａとして成膜することができる。
【００９９】
サセプタＳの表面に到達した反応ガスは、熱分解反応または水素還元反応を起こす。これにより、サセプタＳの表面にＳｉＣ膜が形成される。反応ガスの内で気相成長反応に使用されたもの以外のガスは、変性された生成ガスとなり、チャンバ２０１の下部に設けられた排気口２１から排気される。
【０１００】
サセプタＳの表面に、所定の膜厚のＳｉＣ膜を形成した後は、反応ガスの供給を終了する。そして、サセプタＳが所定の温度まで冷却されたのを確認してから、クリーニング室５の外部にサセプタＳを搬出する。
【０１０１】
図２（ｄ）は、再生処理後のサセプタＳとダミーウェハＷ’’を示す図である。尚、ダミーウェハＷ’’は、図２（ｃ）のダミーウェハＷ’と同じであってもよい。
【０１０２】
図２（ｄ）に示すように、再生処理によってサセプタＳとダミーウェハＷ’’の上にＳｉＣ膜３０３が形成される。サセプタＳの上からダミーウェハＷ’’を取り除けば、ダミーウェハＷ’’の下のＳｉＣ膜Ｓ２の膜厚と、それ以外の部分におけるＳｉＣ膜の膜厚（ＳｉＣ膜Ｓ２とＳｉＣ膜３０３とを合わせた膜厚）とが略等しくなり、サセプタＳを構成するＳｉＣ膜が再生されたことが分かる。
【０１０３】
以上述べたように、本実施の形態の半導体製造装置によれば、サセプタの表面に形成されたＳｉＣ膜の再生処理を行うことができる。したがって、ＳｉＣエピタキシャル成長過程でサセプタに付着した膜をＣｌＦ３ガスで除去する際に、サセプタの構成材料であるＳｉＣ膜が一緒に除去されても、この再生処理によってＳｉＣ膜を再生することができる。よって、サセプタの表面に付着したＳｉＣ膜に起因する不良を抑制して、製造歩留まりを向上することのできる半導体製造装置が提供される。
【０１０４】
実施の形態２．
本実施の形態の半導体製造装置は、サセプタに載置されるウェハ上にＳｉＣエピタキシャル膜を形成する成膜室と、サセプタに付着したＳｉＣ膜を除去するクリーニング室と、サセプタの表面にＳｉＣ膜を形成する再生室とを有する。クリーニング室は再生室を兼ねることができる。また、クリーニング室は、サセプタが搬送される搬送手段を有する搬送室を介して成膜室に連結されている。
【０１０５】
クリーニング室は、サセプタを４００℃以上の温度で加熱する加熱手段と、サセプタの上方からエッチングガスを供給してＳｉＣ膜を除去するエッチングガス供給手段とを備える。エッチングガスは、ＣｌＦ３ガスを含むものとすることができる。また、クリーニング室は、サセプタを３００ｒｐｍ〜９００ｒｐｍで回転させる回転手段を有する。
【０１０６】
本実施の形態の半導体製造装置は、上述したように、実施の形態１で説明した図１と同様の構造を有する。そこで、以下では、図１を用いて本実施の形態の半導体製造装置の説明をする。但し、本実施の形態では、クリーニング室が塩素ガス検出器を有することを特徴としており、この点については図５を用いて説明する。
【０１０７】
本実施の形態では、クリーニング処理の終了を、時間でなく、クリーニング処理で排出されるガスの量によって判断する。
【０１０８】
例えば、エッチングガスとしてＣｌＦ３ガスを用いた場合、クリーニング室にＣｌＦ３ガスが供給されると、下記式（２）にしたがってＳｉＣと反応する。この反応により、サセプタＳに付着したＳｉＣ膜がエッチング除去される。
【０１０９】
そこで、式（２）の反応で生成するＣｌ２ガスの量を検出し、このガスの発生が認められなくなったところでクリーニング処理を終了する。クリーニング処理を終えた後は、サセプタに対してＳｉＣ膜の再生処理を行う。クリーニング処理によって、ＳｉＣ膜の形成工程でサセプタに付着したＳｉＣ膜だけでなく、サセプタを構成するＳｉＣ膜もエッチングされるからである。
【０１１０】
ＳｉＣ膜の再生工程は、実施の形態１で説明したものと同様である。すなわち、クリーニング室５内でサセプタＳ上にＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させる。このとき、クリーニング処理の場合と同様に、サセプタＳ上にダミーウェハを載置しておくことが好ましい。そして、ダミーウェハ下のＳｉＣ膜と同程度の膜厚となるまでＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させることで、サセプタ表面のＳｉＣ膜を再生させることができる。尚、この再生処理は、本実施の形態ではクリーニング処理を終える毎に行う。
【０１１１】
サセプタＳに対するＳｉＣ膜の再生処理を終えた後は、クリーニング室５から成膜室２内にサセプタＳを戻し、引き続きＳｉＣエピタキシャルウェハの作製に用いる。
【０１１２】
場合に応じて、再生処理後のサセプタＳを、搬送室４から第５の開閉部２２を通じて第２のロードロック室２４に搬送し、第６の開閉部２３から外部に搬出してもよい。
【０１１３】
また、クリーニング処理までを終えた段階のサセプタＳについても同様であり、クリーニング室５から搬送用ロボット１７によって搬送室４に搬送した後、成膜室２に戻してＳｉＣエピタキシャルウェハの製造に使用してもよい。
【０１１４】
さらに、クリーニング室５から搬送室４を経た後、第５の開閉部２２を通じて第２のロードロック室２４に搬送し、第６の開閉部２３から外部に搬出してもよい。
【０１１５】
図５は、本実施の形態のクリーニング室の一例であり、その構成を示す模式的な断面図である。このクリーニング室は、ＳｉＣ膜の再生処理を行う再生室を兼ねている。尚、本実施の形態においては、クリーニング室とは別に再生室を設けてもよく、また、成膜室が再生室を兼ねていてもよい。但し、クリーニング室が再生室を兼ねる構成の方が汎用性があり、また、成膜室へのダストの持ち込みを低減できるという利点もある。
【０１１６】
図５において、６０１はチャンバ、６０２はチャンバ内壁を被覆して保護する中空筒状のライナ、６０３ａ、６０３ｂはチャンバを冷却する冷却水の流路、６０はＣｌＦ３ガスを導入する導入口、６１は反応後のＣｌＦ３ガスの排気口、Ｓはサセプタ、６０８は支持部（図示せず）に支持されてサセプタＳを加熱するヒータ、６０９はチャンバ６０１の上下部を連結するフランジ部、６１０はフランジ部６０９をシールするパッキン、６１１は排気口６１と配管を連結するフランジ部、６１２はフランジ部６１１をシールするパッキンである。
【０１１７】
ライナ６０２の頭部には、シャワープレート６２０が取り付けられている。シャワープレート６２０は、サセプタＳの表面にエッチングガス６２５を均一に供給する機能を備えたガス整流板である。
【０１１８】
図１のクリーニング室５では、サセプタＳを回転手段で回転させながら、加熱手段としてのヒータ６０８で加熱して、クリーニング処理を行う。すなわち、図１の搬送室４から搬送されたサセプタＳは、略円筒状の回転部６３２の上部に載置される。回転部６３２は、上部に比べ下部が細く形成されており、チャンバ６０１の外で回転機構（図示せず）に接続している。そして、回転部６３２の水平断面の中心を直交する線を回転軸として所定の回転数で回転する構造となっている。クリーニングを行う際には、サセプタＳが回転した状態で、エッチングガス供給手段により、サセプタＳの上方からＳｉＣ膜のエッチングガスを供給する。具体的には、導入口６０からシャワープレート６２０の貫通孔６２１を介して、チャンバ６０１内にエッチングガス６２５を供給する。ライナ６０２の頭部６３１は、サセプタＳが載置されるライナ６０２の胴部６３０より内径が小さくなっており、エッチングガス６２５は、頭部６３１を通過してサセプタＳの表面に向かって流下する。
【０１１９】
図１のクリーニング室５において、サセプタＳは、下方に設けられたヒータ６０８によって加熱される。尚、ヒータの形状は図５の構造に限定されるものではなく、また、インヒータとアウトヒータの２種類のヒータによって加熱するようにしてもよい。
【０１２０】
上記したように、クリーニング室５では、サセプタＳを回転させながらヒータ６０８で加熱してクリーニング処理を行う。すなわち、サセプタＳが回転した状態で、導入口６０からシャワープレート６２０の貫通孔６２１を介して、チャンバ６０１内にエッチングガス６２５を供給する。ライナ６０２の頭部６３１は、サセプタＳが載置されるライナ６０２の胴部６３０より内径が小さくなっており、エッチングガス６２５は、頭部６３１を通過してサセプタＳの表面に向かって流下する。
【０１２１】
エッチングガス６２５がサセプタＳの表面に到達すると、上記した式（２）の反応が起こり、サセプタＳの表面に付着したＳｉＣ膜がエッチングされる。そして、反応の結果生成したガスや未反応のＣｌＦ３ガスは、チャンバ６０１の下部に設けられた排気口６１から随時排気される。
【０１２２】
チャンバ６０１のフランジ部６０９と、排気口６１のフランジ部６１１には、シールのためにパッキン６１０、６１２が用いられる。チャンバ６０１の外周部には、冷却水を循環させる流路６０３ａ、６０３ｂが設けられており、熱によるパッキン６１０、６１２の劣化が防止される。
【０１２３】
クリーニング処理の際の温度は、４００℃以上であることが好ましく、６００℃以下とすることがより好ましい。サセプタＳの表面温度は、チャンバ６０１の上部に設けられた放射温度計６２６によって測定することができる。例えば、シャワープレート６２０を透明石英製とすることにより、サセプタＳからの放射光をシャワープレート６２０を介して放射温度計６２６で受光できる。測定した温度データは、制御機構（図示せず）に送られた後、ヒータ６０８の出力制御にフィードバックされる。これにより、サセプタＳを所望の温度となるように加熱できる。但し、クリーニング処理の際の温度管理には、成膜処理における温度管理ほどの厳密性は要求されない。
【０１２４】
本実施の形態のクリーニング室は、塩素ガス検出器６４１を有する。塩素ガス検出器６４１は、式（２）の反応で生成するＣｌ２ガスを検出する目的で設けられる。一例として、理研計器株式会社製のガスモニタ（商品名：ＦＰ−３００）などが挙げられる。塩素ガス検出器６４１は、図５に示すように、排気口６１の付近に設けられることが好ましい。
【０１２５】
例えば、塩素ガス検出器６４１で検出されるＣｌ２ガスの濃度が０．２ｐｐｍ以下となってから１分間経過したときに、式（２）で生成するＣｌ２ガスが認められなくなったと判定することができる。尚、このときのＣｌ２ガス濃度や経過時間については適宜決めることができる。例えば、塩素ガス検出器６４１で測定された塩素濃度のデータが制御部６２４に送られ、制御部６２４でＣｌ２ガスの生成が認められなくなったと判定されると、警報音が発せられるとともに、エッチングガス供給部６４３からのエッチングガス２２５の供給が停止されるようにすることができる。
【０１２６】
塩素ガス検出器６４１によるＣｌ２ガスの濃度測定により、Ｃｌ２ガスが認められなくなったと判定されると、クリーニング処理は終了する。次いで、サセプタＳへのＳｉＣ膜の再生処理が行われる。この再生処理は、実施の形態１で説明したものと同様の方法によって行うことができる。
【０１２７】
サセプタＳの表面に、所定の膜厚のＳｉＣ膜を形成した後は、再生処理のための反応ガスの供給を終了する。そして、サセプタＳが所定の温度まで冷却されたのを確認してから、クリーニング室の外部にサセプタＳを搬出する。
【０１２８】
以上述べたように、本実施の形態の半導体製造装置によれば、クリーニング処理の終了時を正確に把握することができる。そして、クリーニング処理を終えた後にサセプタに対してＳｉＣ膜の再生処理を行うことにより、クリーニング処理で除去されたサセプタの構成材料であるＳｉＣ膜を再生することができる。したがって、本実施の形態によれば、サセプタの表面に付着したＳｉＣ膜に起因する不良を抑制して、製造歩留まりを向上することのできる半導体製造装置が提供される。
【０１２９】
尚、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
【０１３０】
例えば上記各実施の形態の半導体製造装置は、サセプタに載置されるウェハ上にＳｉＣエピタキシャル膜を形成する成膜室と、サセプタに付着したＳｉＣ膜を除去するクリーニング室と、サセプタの表面にＳｉＣ膜を形成する再生室とを有することを特徴とすることができる。つまり、クリーニング処理はＣｌＦ３ガスによるエッチングに限られるものではなく、他の方法によってもよい。再生室を有することで、クリーニング処理によりダメージを受けたサセプタ表面のＳｉＣ膜を再生できるので、サセプタの表面に付着したＳｉＣ膜に起因する不良を抑制して、製造歩留まりを向上することのできる半導体製造装置とすることができる。
【０１３１】
また、上記各実施の形態では、クリーニング処理におけるエッチングガスとしてＣｌＦ３ガスを用いたが、これに限られるものではない。したがって、実施の形態２で述べた検出部は、ＳｉＣ膜とエッチングガスとの反応によって生成したガスを検出するものであればよい。また、制御部は、検出部での検出結果を受け取り、ＳｉＣ膜とエッチングガスとの反応が終了したと判定すると、エッチングガス供給手段へ信号を送り、クリーニング室へのエッチングガスの供給を停止するように制御すればよい。ここで、制御部は、ＳｉＣ膜とエッチングガスとの反応が終了したと判定すると警報を発するよう構成されていることが好ましい。また、制御部では、エッチングガスが所定濃度以下となってから所定時間経過した後に、ＳｉＣ膜とエッチングガスとの反応が終了したと判定することができる。
【符号の説明】
【０１３２】
１ 半導体製造装置
２ 成膜室
３ 第１の開閉部
４ 搬送室
５ クリーニング室
６ 第２の開閉部
７ サセプタ搬送用ロボット
８ 第１のロードロック室
１０ ウェハ搬送用ロボット
１１ 第３の開閉部
１２ 第４の開閉部
１７ 搬送用ロボット
１８、２０、１３、１５、２６、６０ 導入口
１９、２１、１４、１６、２５、６１ 排気口
２２ 第５の開閉部
２３ 第６の開閉部
２４ 第２のロードロック室
２７、２８ カセット
Ｗ ウェハ
Ｓ サセプタ
１０３ 第１の部材
１０３ａ 第１座ぐり
１０３ｂ 第２座ぐり
１０７ 第２の部材
２０１、６０１ チャンバ
２０２、６０２ ライナ
２０３ａ、２０３ｂ、６０３ａ、６０３ｂ 流路
２０８、６０８ ヒータ
２０９、２１１、６０９、６１１ フランジ部
２１０、２１２、６１０、６１２ パッキン
２２０、６２０ シャワープレート
２２１、６２１ 貫通孔
２２５、６２５ エッチングガス
２３０、６３０ 胴部
２３１、６３１ 頭部
２２６、６２６ 放射温度計
２３２、６３２ 回転部
３０１、３０２、３０３ ＳｉＣ膜
６２４ 制御部
６４１ 塩素ガス検出器
６４３ エッチングガス供給部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サセプタに載置されるウェハ上にＳｉＣエピタキシャル膜を形成する成膜室と、
前記サセプタに付着したＳｉＣ膜を除去するクリーニング室と、
前記サセプタの表面にＳｉＣ膜を形成する再生室とを有することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記クリーニング室が前記再生室を兼ねることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記クリーニング室は、前記サセプタが搬送される搬送手段を有する搬送室を介して前記成膜室に連結されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記クリーニング室は、前記サセプタを４００℃以上の温度で加熱する加熱手段と、
前記サセプタの上方からエッチングガスを供給して前記ＳｉＣ膜を除去するエッチングガス供給手段とを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記クリーニング室は、前記ＳｉＣ膜と前記エッチングガスとの反応によって生成したガスを検出する検出部を有することを特徴とする請求項４に記載の半導体製造装置。
【請求項６】
前記検出部は、前記クリーニング室から排出されるガスの排気口付近に設けられることを特徴とする請求項５に記載の半導体製造装置。
【請求項７】
前記検出部での検出結果を受け取り、前記ＳｉＣ膜と前記エッチングガスとの反応が終了したと判定すると、前記エッチングガス供給手段へ信号を送り、前記クリーニング室への前記エッチングガスの供給を停止するよう制御する制御部を有することを特徴とする請求項５または６に記載の半導体製造装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記ＳｉＣ膜と前記エッチングガスとの反応が終了したと判定すると警報を発するよう構成されたことを特徴とする請求項７に記載の半導体製造装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記エッチングガスが所定濃度以下となってから所定時間経過した後に、前記ＳｉＣ膜と前記エッチングガスとの反応が終了したと判定するよう構成されたことを特徴とする請求項７または８に記載の半導体製造装置。
【請求項１０】
前記エッチングガスはＣｌＦ３ガスを含み、
前記検出部は、前記ＳｉＣ膜と前記ＣｌＦ３ガスとの反応によって生成したＣｌ２ガスを検出することを特徴とする請求項５〜９のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項１】
サセプタに載置されるウェハ上にＳｉＣエピタキシャル膜を形成する成膜室と、
前記サセプタに付着したＳｉＣ膜を除去するクリーニング室と、
前記サセプタの表面にＳｉＣ膜を形成する再生室とを有することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記クリーニング室が前記再生室を兼ねることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記クリーニング室は、前記サセプタが搬送される搬送手段を有する搬送室を介して前記成膜室に連結されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記クリーニング室は、前記サセプタを４００℃以上の温度で加熱する加熱手段と、
前記サセプタの上方からエッチングガスを供給して前記ＳｉＣ膜を除去するエッチングガス供給手段とを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記クリーニング室は、前記ＳｉＣ膜と前記エッチングガスとの反応によって生成したガスを検出する検出部を有することを特徴とする請求項４に記載の半導体製造装置。
【請求項６】
前記検出部は、前記クリーニング室から排出されるガスの排気口付近に設けられることを特徴とする請求項５に記載の半導体製造装置。
【請求項７】
前記検出部での検出結果を受け取り、前記ＳｉＣ膜と前記エッチングガスとの反応が終了したと判定すると、前記エッチングガス供給手段へ信号を送り、前記クリーニング室への前記エッチングガスの供給を停止するよう制御する制御部を有することを特徴とする請求項５または６に記載の半導体製造装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記ＳｉＣ膜と前記エッチングガスとの反応が終了したと判定すると警報を発するよう構成されたことを特徴とする請求項７に記載の半導体製造装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記エッチングガスが所定濃度以下となってから所定時間経過した後に、前記ＳｉＣ膜と前記エッチングガスとの反応が終了したと判定するよう構成されたことを特徴とする請求項７または８に記載の半導体製造装置。
【請求項１０】
前記エッチングガスはＣｌＦ３ガスを含み、
前記検出部は、前記ＳｉＣ膜と前記ＣｌＦ３ガスとの反応によって生成したＣｌ２ガスを検出することを特徴とする請求項５〜９のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−５４５２８（Ｐ２０１２−５４５２８Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６１１５０（Ｐ２０１１−６１１５０）
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（５０４１６２９５８）株式会社ニューフレアテクノロジー (669)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（５０４１６２９５８）株式会社ニューフレアテクノロジー (669)
【Ｆターム（参考）】
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