基板処理装置
【課題】高温条件下で行われるＳｉＣエピタキシャル膜成長において複数枚の基板を均一に成膜することができる基板処理装置を提供する。
【解決手段】複数枚の基板を鉛直方向に夫々が間隔を成すように積層して保持する基板保持体と、前記基板保持体を収容し、該基板保持体に保持された複数枚の基板を処理する処理室と、前記処理室内へ処理ガスを供給する複数のガス供給穴が設けられ、鉛直方向に延在するガス供給ノズルとを備えた基板処理装置において、前記ガス供給ノズルは、複数のノズルユニットで構成され、複数のノズルユニットの夫々は、その表面が保護膜でコーティングされるよう構成する。
【解決手段】複数枚の基板を鉛直方向に夫々が間隔を成すように積層して保持する基板保持体と、前記基板保持体を収容し、該基板保持体に保持された複数枚の基板を処理する処理室と、前記処理室内へ処理ガスを供給する複数のガス供給穴が設けられ、鉛直方向に延在するガス供給ノズルとを備えた基板処理装置において、前記ガス供給ノズルは、複数のノズルユニットで構成され、複数のノズルユニットの夫々は、その表面が保護膜でコーティングされるよう構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハ等の基板を処理する工程を有する基板処理技術や半導体装置の製造技術に関し、特に、炭化珪素（ＳｉＣ）エピタキシャル膜を基板上に成膜する工程を有する、縦型バッチ式の基板処理装置や半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（ＳｉＣ、シリコンカーバイド）は、珪素（Ｓｉ、シリコン）に比べエネルギーバンドギャップが大きいことや、絶縁耐圧が高いことから、特に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は、融点がＳｉに比べて高いこと、常圧下での液相を持たないこと、不純物拡散係数が小さいことなどから、Ｓｉに比べて基板やデバイスの作成が難しいことが知られている。
例えばＳｉＣエピタキシャル成膜装置は、Ｓｉのエピタキシャル成膜温度が９００℃〜１２００℃であるのに比べ、ＳｉＣのエピタキシャル成膜温度が１５００℃〜１８００℃程度と高いことから、成膜装置の構成部品の耐熱構造や分解抑制に技術的な工夫が必要である。またＳｉとＣの２元素の反応で成膜が進むため、膜厚や成膜組成均一性の確保、ドーピングレベルの制御技術にもシリコン系の成膜装置に無い工夫が必要となる。
【０００３】
量産用のＳｉＣエピタキシャル成長装置として市場に供されている装置としては、「パンケーキ型」や「プラネタリ型」と称される形態の装置が主流である。図９と図１０に、「プラネタリ型」ＳｉＣエピタキシャル成長装置を示す。図９は、従来のＳｉＣエピタキシャル成膜装置を側面からみた垂直断面図を示す。図１０は、図９におけるＡ−Ａ断面図である。図９に示すように、ＳｉＣウェハ９０３がウェハホルダ９０２に把持され、吊るすようにしてサセプタ９０１に支持されている。材料ガスは、供給ガス経路９０５を通って下方から上昇し、ＳｉＣウェハ９０３の下面を通過し、反応容器壁９１０の側面から、矢印９０６で示すように排気される。ＳｉＣウェハ９０２は、回転軸９０４ａの周りを自転しつつ、回転軸９０４ｂの周りを公転しながら、誘導コイル９０７により加熱処理される。
【０００４】
このように従来装置では、高周波等で成膜温度まで加熱したサセプタ上に、数枚〜十数枚程度のＳｉＣ基板を平面的に並べ、原料ガスやキャリアガスを供給する方法で成膜している。下記の特許文献１には、サセプタに対向する面への原料ガスに起因する堆積物の付着及び、原料ガス対流が発生することによるＳｉＣエピタキシャル成長の不安定化を抑制するために、サセプタの基板を保持する面を下方に向くように配置した真空成膜装置が開示されている。
これらの従来装置では、炭素（Ｃ）原料としてＣ３Ｈ８ （プロパン）やＣ２Ｈ４（エチレン）、Ｓｉ原料としてＳｉＨ４ （モノシラン）が多く採用されており、キャリアとしてはＨ２（水素）が使用される。気相中でのシリコン核形成の抑制や結晶の品質向上を狙って塩化水素（ＨＣｌ）を添加する場合や、塩素（Ｃｌ）を構造中に含むトリクロルシラン（ＳｉＨＣｌ３）、テトラクロルシラン（ＳｉＣｌ４、四塩化珪素）などの原料を使う場合もある。
【０００５】
これら従来のＳｉＣエピタキシャル成膜装置には以下のような問題があった。図９に示すような反応室構造では、平面的に配置されたウェハに対し、シリコン成膜材料ガスとカーボン成膜材料が、中心部に設置されたガス供給部から供給され、排気は周辺部から行われるのが一般的であり、ガス供給口から排気口にかけてガスの濃度分布は大きく変化する。これに伴う膜厚の不均一性を、ウェハおよびサセプタを成膜時に回転させて回避することも一般的に行われているが、ガス供給方向からガス排気口方向（半径方向）に２枚以上並べると前述のガス濃度差の問題により処理ウェハ間に膜厚差が発生するため、一度に処理できる実用的なウェハ枚数が制限されるという問題がある。
また、一度に処理できる基板枚数を増やすにはサセプタの直径を大きくすれば良いが、サセプタの直径を大きくすると装置サイズが大きくなりコストが増大するという問題がある。この問題はウェハ径が大きくなるほど、より深刻となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１９６８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方で、シリコンの成膜装置で用いられている縦型成膜装置は、ウェハ１枚相当のフットプリントにて一度に複数（例えば２５〜１００枚）のウェハを縦方向に積み上げて一括して処理できる構造を持つことから大量生産に非常に有利である。そこで本願発明者等は、縦型成膜装置をＳｉＣ成膜に適用することを検討した。
この縦型成膜装置をＳｉＣ成膜に適用する場合の問題として、反応室構成部材の材質がある。Ｓｉの成膜装置は主に１２００℃以下で処理されるため、反応室材料としては主に高純度で安定した石英ガラス等を使用している。しかしながら、ＳｉＣエピタキシャル成長は１５００℃以上の高温で処理されるため、従来の石英ガラスでは耐熱温度に問題があり使用できない。従って、石英ガラスに代わる耐熱材料を検討する必要がある。
【０００８】
本発明の目的は、縦型バッチ式ＳｉＣエピタキシャル製造装置等の１５００℃以上に加熱する基板処理装置において、例えば原料ガスを安定して供給できるようなガス供給ノズルを備えた基板処理装置や、該基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法や基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための本発明に係る基板処理装置の代表的な構成は、次のとおりである。
複数枚の基板を鉛直方向に夫々が間隔を成すように積層して保持する基板保持体と、
前記基板保持体を収容し、該基板保持体に保持された複数枚の基板を処理する処理室と、
前記処理室内へ処理ガスを供給する複数のガス供給穴が設けられ、鉛直方向に延在するガス供給ノズルとを備え、
前記ガス供給ノズルは、複数のノズルユニットで構成され、複数のノズルユニットの夫々は、その表面が保護膜でコーティングされた基板処理装置。
【発明の効果】
【００１０】
このように構成すると、超高温に加熱される縦型装置に用いられる長尺ノズルを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態における半導体製造装置の斜視図を示す。
【図２】本発明の実施形態における処理炉を側面からみた垂直断面図を示す。
【図３】本発明の実施形態における処理炉を上面からみた水平断面図を示す。
【図４】本発明の実施形態における半導体製造装置の制御部の構成を示す。
【図５】本発明の実施形態における処理炉及びその周辺構造の略図を示す。
【図６】本発明の実施形態における処理炉を上面からみた水平断面図を示す。
【図７】本発明の実施形態におけるガス供給ノズルを示す。
【図８】図６の変形例における処理炉を上面からみた水平断面図を示す。
【図９】従来のＳｉＣエピタキシャル成膜装置を側面からみた垂直断面図を示す。
【図１０】図９におけるＡ−Ａ断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態におけるＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する基板処理装置としての半導体製造装置１０の一例であり、斜視図にて示す。この半導体製造装置１０は、バッチ式縦型熱処理装置であり、主要部が配置される筐体１２を有する。半導体製造装置１０では、例えば、Ｓｉ又はＳｉＣ等で構成された基板としてのウェハ１４を収納する基板収納器としてフープ（以下、ポッドという）１６が、ウェハキャリアとして使用される。この筐体１２の正面側には、ポッドステージ１８が配置されており、このポッドステージ１８にポッド１６が、装置１０の外部から搬送される。ポッド１６には、例えば２５枚のウェハ１４が収納され、蓋が閉じられた状態でポッドステージ１８にセットされる。
【００１３】
筐体１２内の正面側であって、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。また、このポッド搬送装置２０の近傍には、ポッド収容棚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。ポッド収容棚２２は、ポッドオープナ２４の上方に配置され、ポッド１６を複数個載置した状態で保持するように構成されている。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とポッド収容棚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の蓋を開けるものであり、基板枚数検知器２６は蓋を開けられたポッド１６内のウェハ１４の枚数を検知する。
【００１４】
筐体１２内には基板移載機２８、基板保持体としてのボート３０が配置されている。基板移載機２８は、アーム（ツィーザ）３２を有し、図示しない駆動手段により、上下回転動作が可能な構造になっている。アーム３２は例えば５枚のウェハを取り出すことができ、このアーム３２を動かすことにより、ポッドオープナ２４の位置に置かれたポッド１６及びボート３０間にてウェハ１４を搬送する。
【００１５】
ボート３０は、例えばカーボングラファイトやＳｉＣ等の耐熱性材料で構成されており、複数枚のウェハ１４を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積み上げて保持するように構成されている。なお、ボート３０の下部には、例えばＳｉＣ等の耐熱性材料で構成された円筒形状の断熱部材としてのボート断熱部３４が配置されており、後述する被加熱体４８からの熱が処理炉４０の下方側に伝わりにくくなるように構成されている（図２参照）。
筐体１２内の背面側上部には、処理炉４０が配置されている。この処理炉４０内に複数枚のウェハ１４を装填したボート３０が搬入され熱処理が行われる。
【００１６】
図２は、本発明の実施形態におけるＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置１０の処理炉４０の側面断面図を示す。図３は、本発明の実施形態における処理炉４０を上面からみた水平断面図を示す。図２及び図３において、第１のガス供給口６８を有する第１のガス供給ノズル６０、第２のガス供給口７２を有する第２のガス供給ノズル７０、及び第１のガス排気口９０が図示されている。第１のガス供給口６８は、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給するものである。第２のガス供給口７２は、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給するものである。また、反応室を形成する反応管４２と断熱材５４との間に、不活性ガスを供給する第３のガス供給口３６０、第２のガス排気口３９０が図示されている。
【００１７】
処理炉４０は、円筒形状の反応室４４を形成する反応管４２を備える。反応管４２は、石英またはＳｉＣ等の耐熱材料で構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管４２の内側の筒中空部には、反応室４４が形成されている。反応室４４は、Ｓｉ又はＳｉＣ等で構成されたウェハ１４を、ボート３０に、水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積み上げて保持した状態で収納可能に構成されている。
【００１８】
反応管４２の下方には、この反応管４２と同心円状にマニホールド９１が配設されている。マニホールド９１は、たとえばステンレス等で構成され、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。このマニホールド９１は反応管４２を支持するように設けられている。なお、このマニホールド９１と反応管４２との間にはシール部材としてＯリング（不図示）が設けられている。このマニホールド９１が保持体（不図示）に支持されることにより、反応管４２は垂直に据えつけられた状態になっている。この反応管４２とマニホールド９１により反応容器が形成されている。
【００１９】
処理炉４０は、加熱される被加熱体４８、及び磁場発生部としての誘導コイル５０を備える。被加熱体４８は、反応室４４内に配設されている。この被加熱体４８は、反応管４２の外側に設けられた誘導コイル５０により発生される磁場によって、加熱される構成となっている。誘導コイル５０は、反応管４２の周囲を巻き回すように設けられる。被加熱体４８が発熱することにより、反応室４４内が加熱される。被加熱体４８は、誘導コイル５０により発生する誘導電流により誘導加熱されやすく、且つ、耐熱性に優れた材料、例えば、カーボングラファイト等の材料で構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。
被加熱体４８の近傍には、反応室４４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。誘導コイル５０及び温度センサには、温度制御部５２が電気的に接続されており、温度センサにより検出された温度情報に基づき誘導コイル５０への通電量を調節することにより、反応室４４内の温度が所定のタイミングにて所定の温度分布となるよう制御するように構成されている（図４参照）。
被加熱体４８の内部は、第１のガス供給ノズル６０及び第２のガス供給ノズル７０や第１のガス排気口９０が設けられ、反応ガスが供給される反応空間４５（処理室）を形成する。
【００２０】
なお、好ましくは、反応室４４内において第１のガス供給ノズル６０及び第２のガス供給ノズル７０と第１のガス排気口９０との間であって、被加熱体４８とウェハ１４との間には構造物４００を設けることが良い。構造物４００を設けることにより、基板であるウェハ１４が縦方向に積載された領域（基板の配列領域）に流れる反応ガスの流速や流量が均一化される。例えば、図３に示すように、対向する位置にそれぞれ構造物４００を設ける。構造物４００は、図３に示すように、その水平断面が弓形形状、つまり内周と外周が円弧を描くような形状をした柱であり、少なくとも、縦方向に積載されるウェハ１４の存在する領域（基板の配列領域）に対応するように設けられる。構造物４００は、好ましくは、断熱材若しくはカーボンフェルト等で構成すると、耐熱性をもち、パーティクルが発生することを抑制することができる。
【００２１】
被加熱体４８と反応管４２の間には、断熱材５４が設けられ、この断熱材５４を設けることにより、被加熱体４８の熱が反応管４２あるいは反応管４２の外側へ伝達するのを抑制することができる。断熱材５４は、例えば誘導されにくいカーボンフェルト等で構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。
また、誘導コイル５０の外側には、反応室４４内の熱が外側に伝達するのを抑制するための、例えば水冷構造である外側断熱壁９２が、反応室４４を囲むように設けられている。外側断熱壁９２は、誘導コイル５０から発生される誘導電流により誘導加熱されにくい材料、例えば、銅（Ｃｕ）等の材料から構成され、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。更に、外側断熱壁９２の外側には、誘導コイル５０により発生された磁場が外側に漏れるのを防止する磁気シールド５８が設けられている。好ましくは、磁気シールド５８は、誘導コイルから発生される誘導電流により誘導加熱されにくい材料、例えば、銅（Ｃｕ）もしくはアルミニウム（Ａｌ）等の材料から構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。
【００２２】
図２に示すように、被加熱体４８とウェハ１４との間に、第１のガス供給ノズル６０に少なくとも１つ設けられた第１のガス供給口６８、及び第２のガス供給ノズル７０に少なくとも１つ設けられた第２のガス供給口７２、第１のガス排気口９０が配置されている。第１のガス供給口６８は、少なくとも、シリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給する。第２のガス供給口７２は、少なくとも、炭素含有ガスと還元ガスとを供給する。また、反応管４２と断熱材５４の間に、第３のガス供給口３６０、第２のガス排気口３９０が配置されている。それぞれについて詳細に説明をする。
【００２３】
第１のガス供給ノズル６０は、反応空間４５内に設けられている。第１のガス供給ノズル６０は、１５００℃以上の高温にも耐えられるようにカーボングラファイトで構成され、マニホールド９１を貫通するようにマニホールド９１に取り付けられている。なお、第１のガス供給ノズル６０は複数本設けても良い。第１のガス供給ノズル６０に少なくとも１つ設けられる第１のガス供給口６８は、シリコン含有ガスとして例えばシラン（ＳｉＨ4）ガス、塩素含有ガスとして例えば塩化水素（ＨＣｌ）ガスを、反応空間４５内に供給する。
第１のガス供給ノズル６０の構造については、詳しく後述する。
【００２４】
第１のガス供給ノズル６０は、第１のガスライン（ガス供給管）２２２に接続されている。この第１のガスライン２２２は、本例では、流量制御器（流量制御手段）としてのマスフローコントローラ（以下、ＭＦＣとする。）２１１ａ及びバルブ２１２ａを介して、シラン（ＳｉＨ４）ガス源２１０ａに接続されている。また、この第１のガスライン２２２は、ＭＦＣ２１１ｂ及びバルブ２１２ｂを介して、塩化水素（ＨＣｌ）ガス源２１０ｂに接続されている。
この構成により、反応空間４５内に供給されるシラン（ＳｉＨ４）ガス、塩化水素（ＨＣｌ）ガス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２１２ａ、２１２ｂ、ＭＦＣ２１１ａ、２１１ｂは、ガス流量制御部７８に電気的に接続されており、それぞれ供給するガスの流量が、所定のタイミングにて所定流量となるよう制御される（図４参照）。本例では、シラン（ＳｉＨ４）ガス源２１０ａ、塩化水素（ＨＣｌ）ガス源２１０ｂ、バルブ２１２ａ、２１２ｂ、ＭＦＣ２１１ａ、２１１ｂ、第１のガスライン２２２、第１のガス供給ノズル６０、第１のガス供給口６８により、第１のガス供給系が構成される。
【００２５】
なお、上述の例では、シリコン含有ガスとしてシラン（ＳｉＨ４）ガスを例示したが、これに限らず、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガス、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）ガス等を用いても良く、また、これらのガスを組み合わせて用いても良い。
また、上述の例では、塩素含有ガスとして塩化水素（ＨＣｌ）ガスを例示したが、これに限らず、塩素ガスを用いても良く、また、これらのガスを組み合わせて用いても良い。い。
なお、上述の例では、第１のガス供給ノズル６０にシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給したが、シリコンと塩素とを含むガス、例えば、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスを供給しても良い。
【００２６】
少なくとも炭素含有ガスと還元ガス供給する第２のガス供給ノズル７０は、反応空間４５内に設けられている。第２のガス供給ノズル７０は、１５００℃以上の高温にも耐えられるようにカーボングラファイトで構成され、マニホールド９１を貫通するようにマニホールド９１に取り付けられている。なお、第２のガス供給ノズル７０は複数本設けても良い。第２のガス供給ノズル７０に設けられる第２のガス供給口７２は、炭素含有ガスとして例えばプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス、還元ガスとして例えば水素（Ｈ２）ガスを、反応空間４５内に供給する。
【００２７】
第２のガス供給ノズル７０は、第２のガスライン（ガス供給管）２６０に接続されている。この第２のガスライン２６０は、本例では、ＭＦＣ２１１ｃ及びバルブ２１２ｃを介してプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス源２１０ｃに接続され、また、ＭＦＣ２１１ｄ及びバルブ２１２ｄを介して水素（Ｈ２）ガス源２１０ｄに接続されている。
この構成により、反応空間４５内に供給されるプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス、水素（Ｈ２）ガスの供給流量、濃度、分圧を制御することができる。バルブ２１２ｃ、２１２ｄ、ＭＦＣ２１１ｃ、２１１ｄはガス流量制御部７８に電気的に接続されており、供給するガスの流量が、所定のタイミングにて所定の流量となるよう制御される（図４参照）。本例では、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス源２１０ｃ、水素（Ｈ２）ガス源２１０ｄ、バルブ２１２ｃ、２１２ｄ、ＭＦＣ２１１ｃ、２１１ｄ、第２のガスライン２６０、第２のガス供給ノズル７０、第２のガス供給口７２により、第２のガス供給系が構成される。
【００２８】
なお、炭素含有ガスとしてプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスを例示したが、これに限らず、エチレン（Ｃ２Ｈ４）ガス、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガス等を用いても良く、また、これらのガスを組み合わせて用いても良い。
なお、第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２は、それぞれ、ボート３０に水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積み上げて保持された複数枚のウェハ１４に対し、ウェハ１４の1枚毎にガスを供給するように設けることが好ましい。これにより、ウェハ１４それぞれの膜厚面内均一性を制御しやすくなる。
しかし、これに限らず、第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２は、それぞれ、縦方向に積層されたウェハ１４の配列領域（基板の配列領域）に少なくとも１つ設けるようにしてもよい。
なお、上述の実施形態では、第１のガス供給ノズル６０よりシリコン含有ガス、塩素含有ガス、及び第２のガス供給ノズル７０より炭素含有ガス、還元ガスを供給したが、これに限らず、ガス種ごとにガス供給ノズルを設けて供給してもよい。
【００２９】
ここで、上述の第１のガス供給系及び第２のガス供給系を構成する理由を説明する。
ＳｉＣ等から構成される複数枚のウェハ１４を、水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積み上げて保持し、シリコン含有ガスと炭素含有ガスと還元ガス等で構成される原料ガスを、縦方向に延在される１本の長尺のガス供給ノズルから供給した場合は、ガス供給ノズル内で原料ガスが消費され、ガス供給ノズルの下流側で原料ガス不足が生じ、また、ガス供給ノズル内で反応し堆積したＳｉＣ膜等の堆積物が、ガス供給ノズルを閉塞し、あるいは、原料ガス供給が不安定になることやパーティクルを発生させること等の問題が生じ易くなる。
【００３０】
そこで、第１のガス供給ノズル６０より、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、第２のガス供給ノズル７０より、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給することで、ガス供給ノズル内での供給ガスの消費を抑制し、ガス供給ノズル内の閉塞を抑制し、それに伴うパーティクル発生を防ぐことができる。
【００３１】
好ましくは、第１のガス供給ノズル６０より、シリコン含有ガスと塩素含有ガスとキャリアガスとして希ガスの例えばアルゴン（Ａｒ）ガスとを供給し、第２のガス供給ノズル７０より、炭素含有ガスと還元ガスとしての例えば水素（Ｈ２）ガスとを供給すると良い。
【００３２】
さらに好ましくは、第１のガス供給ノズル６０より、シリコンと塩素とを含有するガスとして例えばテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガスと、キャリアガスとして例えばアルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスとを供給し、第２のガス供給ノズル７０より、炭素含有ガスと、還元ガスとしての例えば水素（Ｈ２）ガスとを供給すると良い。
なお、第１の供給口６８又は第２のガス供給口７２より、反応空間４５内へ、更に不純物を含有するドーパントガスも供給しても良い。しかし、これに限らず、ドーパントガスを供給するために更にガス供給ノズルを設けて、ドーパントガスを反応空間４５内へ供給しても良い。
【００３３】
なお、還元ガスとして水素（Ｈ２）ガスを例示したが、これに限らず、水素を含有するガスと、次に示す希ガスのうち少なくとも１つの希ガスと組み合わせされたガスを供給しても良い。ここで、希ガスとしては、アルゴン（Ａｒ）ガス、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）ガス等の希ガスを用いることができる。
【００３４】
また、図３に示すように、第１のガス排気口９０が、第１のガス供給口６８に接続されたガス供給ノズル６０及び第２のガス供給口７２に接続されたガス供給ノズル７０の位置に対して対向面に位置するように配置され、マニホールド９１には、第１のガス排気口９０に接続されたガス排気管２３０が貫通するように設けられている。ガス排気管２３０の下流側には圧力検出器として圧力センサ９３及び圧力調整器としてのＡＰＣ（Auto Pressure Controller、以下ＡＰＣとする）バルブ２１４を介して真空ポンプ等の真空排気装置２２０が接続されている。圧力センサ９３及びＡＰＣバルブ２１４には、圧力制御部９８が電気的に接続されており、この圧力制御部９８は圧力センサ９３により検出された圧力に基づいて、ＡＰＣバルブ２１４の開度を調整することにより反応空間４５内の圧力が、所定のタイミングにて所定の圧力になるよう制御するように構成されている（図４参照）。
【００３５】
このように、第１のガス供給口６８から少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、第２のガス供給口７２から少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給し、供給されたガスはシリコン又は炭化珪素で構成されたウェハ１４の表面に対し平行に流れ、第１の排気口９０に向かって流れるため、ウェハ１４全体が効率的にかつ均一にガスに晒される。
【００３６】
また、図３に示すように、第３のガス供給口３６０は反応管４２と断熱材５４との間に配置されており、マニホールド９１を貫通するように取り付けられている。更に、第２のガス排気口３９０が、反応管４２と断熱材５４との間に配置され、第３のガス供給口３６０に対して対向面に位置するように配置され、マニホールド９１には第２のガス排気口３９０に接続されたガス排気管２３０が貫通するように設けられている。この第３のガス供給口３６０には、不活性ガスとして例えば希ガスのアルゴン（以下、Ａｒとする）ガスが供給される。これにより、ＳｉＣエピタキシャル膜成長に寄与するガスとして、例えばシリコン含有ガス又は炭素含有ガス又は塩素含有ガス又はそれらの混合ガスが反応管４２と断熱材５４との間に侵入するのを防ぎ、反応管４２の内壁又は断熱材５４の外壁が劣化してしまうことや不要な生成物が付着するのを防止することができる。
【００３７】
反応管４２と断熱材５４との間に供給された不活性ガスは、第２のガス排気口３９０よりガス排気管２３０を介して真空ポンプ２２０から排気される。
【００３８】
次に、処理炉４０周辺の構成について説明する。
図５は、処理炉４０及びその周辺構造の概略図を示す。処理炉４０の下方には、この処理炉４０の下端開口を機密に閉塞するための炉口蓋体としてシールキャップ１０２が設けられている。シールキャップ１０２は、例えばステンレス等の金属で構成され、円盤状に形成されている。シールキャップ１０２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リングが設けられている。シールキャップ１０２には回転機構２１８が設けられている。回転機構２１８の回転軸１０６は、シールキャップ１０２を貫通してボート３０に接続されており、このボート３０を回転させることで、ウェハ１４を回転させるように構成されている。シールキャップ１０２は、処理炉４０の外側に向けられた昇降機構として後述する昇降モータ１２２によって、垂直方向に昇降されるように構成されており、これにより、ボート３０を処理炉４０に対し搬入搬出することが可能となっている。回転機構２１８及び昇降モータ１２２には、駆動制御部１０８が電気的に接続されており、所定のタイミングにて所定の動作をするよう制御するよう構成されている（図４参照）。
【００３９】
予備室としてのロードロック室１１０の外面に、下基板１１２が設けられている。下基板１１２には、昇降台１１４と嵌合するガイドシャフト１１６及びこの昇降台１１４と螺合するボール螺子１１８が設けられている。下基板１１２に立設したガイドシャフト１１６及びボール螺子１１８の上端に、上基板１２０が設けられている。ボール螺子１１８は、上基板１２０に設けられた昇降モータ１２２により回転される。ボール螺子１１８が回転することにより、昇降台１１４が昇降するように構成されている。
【００４０】
昇降台１１４には、中空の昇降シャフト１２４が垂設され、昇降台１１４と昇降シャフト１２４の連結部は気密となっている。昇降シャフト１２４は、昇降台１１４と共に昇降するようになっている。昇降シャフト１２４は、ロードロック室１１０の天板１２６を遊貫する。昇降シャフト１２４が貫通する天板１２６の貫通穴は、この昇降シャフト１２４に対して接触することがないよう十分な余裕がある。ロードロック室１１０と昇降台１１４との間には、昇降シャフト１２４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１２８が、ロードロック室１１０を気密に保つために設けられている。ベローズ１２８は、昇降台１１４の昇降量に対応できる十分な伸縮量を有し、このベローズ１２８の内径は、昇降シャフト１２４の外形に比べ十分に大きく、ベローズ１２８の伸縮により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１２４の下端には、昇降基板１３０が水平に固着されている。昇降基板１３０の下面には、Ｏリング等のシール部材を介して駆動部カバー１３２が気密に取り付けられる。昇降基板１３０と駆動部カバー１３２とで、駆動部収納ケース１３４が構成されている。この構成により、駆動部収納ケース１３４内部は、ロードロック室１１０内の雰囲気と隔離される。
【００４２】
また、駆動部収納ケース１３４の内部には、ボート３０の回転機構２１８が設けられ、この回転機構２１８の周辺は、冷却機構１３６により冷却される。
【００４３】
電力ケーブル１３８は、昇降シャフト１２４の上端からこの昇降シャフト１２４の中空部を通り、回転機構２１８に導かれて接続されている。また、冷却機構１３６及びシールキャップ１０２には、冷却水流路１４０が形成されている。冷却水配管１４２は、昇降シャフト１２４の上端からこの昇降シャフト１２４の中空部を通り、冷却流路１４０に導かれて接続されている。
【００４４】
昇降モータ１２２が駆動されボール螺子１１８が回転することで、昇降台１１４及び昇降シャフト１２４を介して、駆動部収納ケース１３４を昇降させる。
駆動部収納ケース１３４が上昇することにより、昇降基板１３０に気密に設けられているシールキャップ１０２が、処理炉４０の開口部である炉口１４４を閉塞し、ウェハ処理が可能な状態となる。駆動部収納ケース１３４が下降することにより、シールキャップ１０２と共にボート３０が降下され、ウェハ１４を外部に搬出できる状態となる。
【００４５】
図４は、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置１０を構成する各部の制御構成を示す。温度制御部５２、ガス流量制御部７８、圧力制御部９８、駆動制御部１０８は、半導体製造装置１０全体を制御する主制御部１５０に電気的に接続されている。主制御部１５０は、図示しない操作部及び入出力部を備える。これら、温度制御部５２、ガス流量制御部７８、圧力制御部９８、駆動制御部１０８は、コントローラ１５２として構成されている。
【００４６】
次に、上述したように構成された熱処理装置１０を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、ＳｉＣ等で構成されるウェハ１４などの基板に、例えばＳｉＣ膜を形成する方法について説明する。なお、以下の説明において、熱処理装置１０を構成する各部の動作は、コントローラ１５２により制御される。
【００４７】
まず、ポッドステージ１８に複数枚のウェハ１４を収容したポッド１６がセットされると、ポッド搬送装置２０により、ポッド１６をポッドステージ１８からポッド収容棚２２へ搬送し、このポッド収容棚２２にストックする。次に、ポッド搬送装置２０により、ポッド収容棚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ェハ１４の枚数を検知する。
【００４８】
次に、基板移載機２８により、ポッドオープナ２４の位置にあるポッド１６からウェハ１４を取り出し、ボート３０に移載する。
複数枚のウェハ１４がボート３０に装填されると、複数枚のウェハ１４を保持したボート３０は、昇降モータ１２２による昇降台１１４及び昇降シャフト１２４の昇降動作により反応室４４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１０２はＯリングを介してマニホールド９１の下端をシールした状態となる。
【００４９】
反応空間４５内が所定の圧力（真空度）となるように、真空排気装置２２０によって真空排気される。この際、反応室４４内の圧力は、圧力センサ９３で測定され、この測定された圧力に基づき第１のガス排気口９０及び第２のガス排気口３９０に連通するＡＰＣバルブ２１４がフィードバック制御される。また、ウェハ１４及び反応空間４５内が所定の温度となるように、被加熱体４８により加熱される。このとき、反応空間４５内が所定の温度分布となるように、温度センサが検出した温度情報に基づき、誘導コイル５０への通電量がフィードバック制御される。続いて、回転機構２１８により、ボート３０が回転されることでウェハ１４が周方向に回転される。
【００５０】
続いて、ＳｉＣエピタキシャル成長反応に寄与するシリコン含有ガス及び塩素含有ガスは、それぞれ、ガス源２１０ａ、２１０ｂから供給され、ガス供給口６８より反応空間４５内に噴出され、また炭素含有ガス及び還元ガスである水素（Ｈ２）ガスは、ガス源２１０ｃ、２１０ｄから供給され、ガス供給口７２より反応室４４内に噴出されて、ＳｉＣエピタキシャル成長反応をする。
【００５１】
このとき、シリコン含有ガス及び塩素含有ガスは、所定の流量となるように、対応するＭＦＣ２１１ａ、２１１ｂの開度が調整された後、バルブ２１２ａ、２１２ｂが開かれ、それぞれのガスが第１のガス供給管２２２を流通した後、第１のガス供給ノズル６０内を流通して、第１のガス供給口６８から反応室４４内に供給される。また、炭素含有ガス及び還元ガスである水素（Ｈ２）ガスは、所定の流量となるように、対応するＭＦＣ２１１ｃ、２１１ｄの開度が調整された後、バルブ２１２ｃ、２１２ｄが開かれ、それぞれのガスが第２のガス供給管２６０内を流通した後、第２のガス供給ノズル７０内を流通して、第２のガス供給口７２より反応空間４５内に導入される。
【００５２】
第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２より供給されたガスは、反応室４４内の被加熱体４８の内側である反応空間４５を通り、第１のガス排気口９０からガス排気管２３０を通り排気される。第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２より供給されたガスは、反応空間４５内を通過する際に、ＳｉＣ等で構成されるウェハ１４と接触し、ウェハ１４の表面上にＳｉＣエピタキシャル膜成長がなされる。
【００５３】
またガス供給源２１０ｅより、不活性ガスとしての希ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスが、所定の流量となるように、対応するＭＦＣ２１１ｅの開度が調整された後、バルブ２１２ｅが開かれ、第３のガス供給管２４０内を流通した後、第３のガス供給口３６０から反応室４４内に供給される。第３のガス供給口３６０から供給されたアルゴン（Ａｒ）ガスは、反応室４４内の断熱材５４と反応管４２との間を通過し、第２のガス排気口３９０から排気される。
【００５４】
予め設定された時間が経過すると、上述のガスの供給が停止され、ＳｉＣエピタキシャル膜成長は停止される。また、図示しない不活性ガス供給源から反応室４４内に不活性ガスが供給され、反応室４４内が不活性ガスで置換されると共に、反応室４４内の圧力が常圧に復帰される。
【００５５】
その後、昇降モータ１２２によりシールキャップ１０２が下降されて、マニホールド９１の下端が開口されると共に、処理済ウェハ１４がボート３０に保持された状態でマニホールド９１の下端から反応管４２の外部に搬出（ボートアンローディング）され、ボート３０に支持された全てのウェハ１４が冷えるまで、ボート３０を所定位置で待機させる。次に、待機させたボート３０のウェハ１４が所定温度まで冷却されると、基板移載機２８により、ボート３０からウェハ１４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、ウェハ１４が収容されたポッド１６をポッド収容棚２２、またはポッドステージ１８に搬送する。このようにして半導体製造装置１０の一連の作用が完了する。
【００５６】
以上により、ガス供給ノズル内での堆積膜の成長を抑制し、反応空間４５内ではガス供給ノズルより供給されるシリコン含有ガスと炭素含有ガスと塩素含有ガスと還元ガスである水素（Ｈ２）ガスが反応することで、ＳｉＣ等から構成される複数枚のウェハ１４が、水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列されて縦方向に積み上げて保持される状態において、均一に炭化珪素エピタキシャル成長を行うことができる。
【００５７】
次に、本実施形態におけるガス供給ノズルについて、図６と図７を用いて説明する。図６は、本発明の実施形態における処理炉４０を上面からみた水平断面の模式図を示す。図６に示すように、第１のガス供給ノズル６０と第２のガス供給ノズル７０は、それぞれのガス供給口６８と７２が対向するように設置されている。このようにすると、よりウェハ１４に近い空間で反応ガスが混合され、ウェハ１４全体に供給することができ、これにより、ウェハ１４に均一にＳｉＣ膜を形成することができる。
【００５８】
なお、図８の変形例に示す様に、第１のガス供給ノズル６０と第２のガス供給ノズル７０を、反応室４４内の被加熱体４８の内周に沿って複数本設け、第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２をそれぞれウェハ１４の中心に向けてガスを噴出可能にすると共に、第２のガス供給ノズル７０を両端に配置してもよい。図８は、本実施形態の変形例における処理炉を上面からみた水平断面の模式図を示す。図８の変形例では、第２のガス供給口７２から供給される還元ガスにより、第１のガス供給口６８から供給される成膜ガスがウェハ１４に供給されやすくなると共に、ウェハ１４以外の箇所にＳｉ膜やＳｉＣ膜が析出するのを抑制することができる。
更に、上記構成に加え、図８に示す様に、第１のガス供給ノズル６０及び第２のガス供給ノズル７０を交互に設けてもよい。これにより、第１のガス供給口６８より供給される成膜ガスと、第２のガス供給口７２より供給される還元ガスとが混合される箇所が増え、ウェハ１４に達する前に成膜ガスと還元ガスを効率よく混合させることができるので、供給ガスの偏りを抑制し、より一層膜厚面内均一性が向上する。
【００５９】
図７は、本発明の実施形態における第１のガス供給ノズル６０を示す。なお、第２のガス供給ノズル７０も同様な構造である。
まず、図７に示すガス供給ノズルでは、石英に代わる基材の耐熱材料として、カーボン系のグラファイト材を使用している。ただし、表面がカーボンそのままの状態だと、エピタキシャル成長の原料ガスのキャリアガスとして使用されるＨ２（水素）と反応し、ＣＨ４（メタンガス）化し、カーボン表面がエッチングされてしまう恐れがある。また、カーボン系のグラファイト材料は、耐熱温度は高いが密度が小さく、その表面がポーラス状（多孔質状）となっている。従って、カーボン系のグラファイト材をそのまま用いると、原料ガスがポーラス状のカーボン基材に侵入してしまう恐れがある。
【００６０】
そこで、本実施形態では、ガス供給ノズルの基材であるカーボングラファイトより密度の高い膜でコーティングを行う。このような保護膜としては、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）やＴａＣ（タンタルカーバイド）でのコーティングが挙げられる。
このような保護膜でカーボングラファイトを基材としたガス供給ノズルの内面をコーティングすることにより、水素ガスによるエッチングを抑制し、ガス供給ノズルの長寿命化を実現できる。また、ガス供給ノズルの基材よりも密度の高い保護膜をその内面にコーティングすることで基材内部への成膜ガスの侵入を抑制でき、真空排気時の脱ガス量を低減することができる。
また、これらのコーティングはＣＶＤ装置などにより生成されるが、本実施形態のガス供給ノズルは、高さ方向に並んだ基板に沿って配置されるため、非常に長い。このように長い部材に対するコーティングは、装置大型化によるランニングコストアップの原因となり、また、膜厚均一性などの技術的な難度も高い。
【００６１】
そこで、図７において、円筒状のグラファイト製ノズル６０は、複数のノズルユニットに分割されている。このようにノズルユニットに分割することで、コーティングの対象となる部材が短くなるため、コーティング用のＣＶＤ装置の大型化を避けることができ、また、技術的にも筒内面まで均一に保護膜のコーティングが可能となり、コーティングされずにカーボンが露出してしまう部分をなくすることができる。
また、分割されたこれらの各ノズルユニット６０ａ〜６０ｇは、ねじ込みにより結合され、一体化することが可能な構造となっている。最下流部（最上部）のノズルユニット６０ｇの上端部は袋状になっており、ノズルユニット６０ｆ〜６０ｂは円筒形状となっている。グラファイトは石英ガラスの様に溶接加工ができないため、各ノズルユニットはグラファイト製インゴットを切削で加工する。
【００６２】
ここで、単に差込みではなくねじ込みとしている理由は、次の通りである。即ち、コーティングのために長尺のガスノズルを複数のガスユニットに分割すると一つのガスユニットの自重が軽くなる。一方、炭化珪素エピタキシャル成長のように厚い膜を基板上に形成する場合、ガスノズルから多量のガスを供給する必要があるため、ガスノズル内の圧力が上昇する。そこで、自重が軽くなったノズルユニット同士をねじ込みのような抜け出し防止手段により結合することにより、ガスノズル内の圧力上昇による抜け出しを防止することが可能となる。なお、すべてのノズルユニットに抜け出し防止手段を設ける必要はない。例えば、上部側（下流側）のノズルユニット６０ｇ、６０ｆ、及び、６０ｅを抜け出し防止手段により一体的に結合するのみで、ガスノズル内の圧力に対しノズルユニット６０ｇ、６０ｆ、６０ｅの自重で抜け出しが防止できるのであれば、下部側（上流側）のノズルユニット６０ｄ、６０ｃ、６０ｂ、６０ａは、差込み型としてもよい。
【００６３】
図７の例では、ノズルユニット６０ｆと接続されるノズルユニット６０ｇの下端の接続部にはメネジが加工され、ノズルユニット６０ｇの結合相手であるノズルユニット６０ｆの上端の接続部にはオネジが加工されている。ノズルユニット６０ｇの下端のメネジとノズルユニット６０ｆの上端のオネジが、ネジ締めにより接続されて、ノズルユニット６０ｇとノズルユニット６０ｆが結合される。同様にして、ノズルユニット６０ｆとノズルユニット６０ｅ、ノズルユニット６０ｅとノズルユニット６０ｄ、ノズルユニット６０ｄとノズルユニット６０ｃ、ノズルユニット６０ｃとノズルユニット６０ｂが、ねじ込みにより結合される。
【００６４】
マニホールド９１と接続される最上流部（最下部）の基端部ノズルユニット６０ａは、マニホールド９１の側面を貫通し、ガス供給管と接続する必要がある。そこで、基端部ノズルユニット６０ａが配置される箇所は、炉の下部で温度が低いため、グラファイト製のノズルユニットとは異なり加工しやすい石英ガラス製とすることにより容易にＬ字型の形状とすることができる。ノズルユニット６０ａには、複数のノズルユニットが積み上げられる方向に交差する方向に、図７の例では水平方向にシール部が設けられている。ノズルユニット６０ａの上端の接続部にはオネジが加工されており、ノズルユニット６０ｂの下端のメネジと、ねじ込みにより結合される。
ノズルユニット６０ａのマニホールド９１へのシール方法は、従来のＳｉデバイス用の縦型装置と同様に、マニホールド９１に設けた公知のＯリングシール式継手などで行う。
【００６５】
原料ガス供給用のガス供給穴６８は、垂直方向に一列に等間隔に配置されている。各段のガス供給穴６８は、同じ方向に向いている必要がある。分割された各ノズルユニット６０ｃ〜６０ｇのガス供給穴６８を組立前に加工した場合、分割されたそれぞれのノズルユニットのガス供給穴６８が回転方向にずれることがある。それを防止するために、本実施形態では、ガス供給穴６８の加工前に、石英ガラス製の供給部ノズルユニット６０ａも含めて組立を行い、その組み立てた状態でガス供給穴６８の位置を決め穴あけ加工をする。穴あけ加工後、分解し短い各ノズルユニットの状態で保護膜のコーティングを行う。コーティング後、再度組立を行い一体型のコーティングされたノズルとする。
【００６６】
このようにすると、長尺ノズルであっても、短いノズルユニットに分割してコーティングするので、コーティング厚の均一性が向上し、特に、コーティングされない場所ができることが抑制される。また、ノズルを組立てた状態でガス供給穴６８の穴あけ加工をするので、ガス供給穴６８が回転方向にずれることを抑制できる。
なお、ノズル６０を組み立てた状態でガス供給穴６８の位置決めを行い、その後分解して、短い各ノズルユニットの状態で穴あけ加工をし、穴あけ加工後、保護膜のコーティングを行うようにしてもよい。
【００６７】
コーティングの材料としては、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）コーティングやＴａＣ（タンタルカーバイド）コーティングなどを用いる。コーティング方法としては、ＣＶＤ方式などを用いる。特にＴａＣは、クリーニングガスとして一般的に使用されているＣｌＦ３等に対し、耐食性を有する。従って、ＣｌＦ３等を用いたドライクリーニングが可能となり、メンテナンスサイクルを長くすることができる。
また、グラファイト製のガスユニットにコーティングを施す際に、オネジ部やメネジ部のような差込み部にもコーティングを行う。これにより、差込み時（若しくはねじ込み時）に摩擦が発生するが、差込み部より硬質のコーティングが施されているためごみの発生を防ぐことができる。
更には、コーティングするための処理ガスを組立て後のノズルユニット内部に流すことが好ましい。これにより接合部がコーティングされ、接合部からのガス漏れを少なくすることもできる。
【００６８】
本実施形態のノズル構造によれば、下記の優れた効果のうち、少なくとも１つを発揮することができる。
（１）ガス供給ノズルの基材をグラファイトとしたため、１５００℃を超える高温下で使用することができる。
（２）基材であるグラファイトの表面に基材よりも密度の高い保護膜でコーティングをおこなっているため、基材内部に成膜ガスが侵入することを防止できる。
（３）ノズルを分割することにより、ノズル内面へのコーティングの膜厚を均一にできる。
（４）したがって、グラファイト製のノズル全面に均一にコーティングを行うことができ、該コーティングされたグラファイトで、縦型装置用の長尺ノズルを実現できる。
（５）上記（２）により、プロセスガス供給時において、ノズルのグラファイト基材からのパーティクル発生を抑制できる。
（６）上記（２）により、Ｈ２ガスによる、ノズルのグラファイト基材のエッチングを抑制できる。
（７）上記の（１）ないし（６）の効果により、初期のノズル形状を長期間保つことができ、劣化によるノズル交換サイクルを延長できる。それによって、装置メンテナンスによるダウンタイムを短縮できるため、生産性を向上できる。
（８）グラファイト製ノズルが、高温環境でＨ２と反応しＣＨ４（メタン）化するのを抑制できるため、プロセスへの影響を抑えることができる。
（９）ＴａＣコーティングを施した場合、ＣｌＦ３などのクリーニングガスによるドライクリーニングが可能となり、更にメンテナンスサイクルを長くできる。
（１０）分割された各ノズルはねじ込み等の抜け出し防止手段で結合されているため、ガス供給時に、仮にノズル内部の圧力が上昇しても、抜けて外れることがない。
【００６９】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
例えば、前記実施形態においては、バッチ式縦型装置を用いて説明したが、これに限られるものではなく、本発明は、横型装置等にも適用することができる。
また、前記実施形態においては、ウェハに処理が施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。
また、前記実施形態においては、ＳｉＣエピタキシャル成長について説明したが、これに限られるものではなく、高温処理以外であってもコーティングが必要な長尺ノズルが必要な場合に適用可能であることは言うまでもない。
【００７０】
本明細書の記載事項には、次の発明が含まれる。
すなわち、第１の発明は、
処理すべき複数の基板が配置された処理室内へ処理ガスを供給する複数のガス供給穴が設けられたガス供給ノズルであって、
前記ガス供給ノズルの基材は、カーボングラファイトで形成され、
前記ガス供給ノズルの内面は、その密度が前記基材の密度より高い材質でコーティングされるガス供給ノズルである。
これにより、カーボン表面は、水素ガスによりエッチングされることを抑制すると共に、基材内部への成膜ガスの侵入を抑制することができる。
【００７１】
第２の発明は、
処理すべき複数の基板が配置された処理室内へ処理ガスを供給する複数のガス供給穴が設けられたガス供給ノズルであって、
前記ガス供給ノズルは、複数のノズルユニットで構成され、複数のノズルユニットの夫々は、その表面が保護膜でコーティングされたガス供給ノズルである。
このように構成すると、縦型装置に用いられるような長尺ノズルであっても、筒内面等への保護膜のコーティング厚の均一性が向上し、特に、コーティングされない場所ができることが抑制される。
【００７２】
第３の発明は、第２の発明において、
前記複数のノズルユニットの夫々は、抜け出し防止手段を有するガス供給ノズルである。
ノズルを分割することにより、夫々のノズルユニットの自重が軽くなり、ノズル内のガス圧力により抜け出す可能性が高まるが、第２の発明のように構成すると、ノズル内のガス圧力により抜け出すことを防止できる。特にＳｉＣエピタキシャル膜を形成する際は、形成する膜厚を厚くする必要があり、そのためガスの流量を大きくする必要があるが、抜け出し防止手段によりノズル内の圧力を大きくできるため、ガスの流量を多くすることが可能となる。
【００７３】
第４の発明は、第３の発明において、
前記抜け出し防止手段は、オネジ又はメネジで構成されたガス供給ノズルである。
このように構成すると、抜け出し防止手段を切り削りで構成することができ、製造が容易である。
【００７４】
第５の発明は、第４の発明において、
前記抜け出し防止手段は、前記オネジ及び前記メネジの部分に硬質コーティングが施されたガス供給ノズルである。
このように構成すると、ねじ込み時に摩擦が発生するオネジ部及びメネジ部に、オネジ部及びメネジ部の構成材料よりも硬度の高い硬質コーティングがされているため、ねじ込み時のごみの発生を抑えることができる。
【００７５】
第６の発明は、第２の発明において、
前記ガス供給ノズルの最上流部のノズルユニットは石英で構成され、前記複数のガス供給穴が設けられるノズルユニットはグラファイトで構成されたガス供給ノズルである。
このように構成すると、処理室内の高温領域のノズルユニットは、高温に耐えるグラファイトで構成し、比較的低温領域にある最上流部のノズルユニットは、溶接が可能な石英で構成することにより、最上流部のノズルユニットを複雑な構造に形成することができる。
【００７６】
第７の発明は、第１または第２の発明において、
前記コーティングの材質は、ＴａＣであるガス供給ノズルである。
このように構成すると、ＴａＣの有する耐食性により、ＣｌＦ３などのクリーニングガスによるドライクリーニングが可能となる。
【００７７】
第８の発明は、
複数枚の基板を鉛直方向に夫々が間隔を成すように積層して保持する基板保持体と、
前記基板保持体を収容し、該基板保持体に保持された複数枚の基板を処理する処理室と、第１から第７の発明のいずれか一つにおけるガス供給ノズルとを具備した基板処理装置である。
【００７８】
第９の発明は、
ノズルユニット同士を接続する接続部に、オネジ又はメネジを形成する工程と、
前記ノズルユニットの接続部同士をネジ締めして、複数のノズルユニットを接続する工程と、
前記接続部同士をネジ締めして接続した状態で、複数のノズルユニットのそれぞれに、複数のガス供給穴の位置決めを行う工程と、
前記ガス供給穴の位置決め工程の後、前記接続部同士のネジ締めを解除して、前記複数のノズルユニットの接続を解除する工程と、
前記ガス供給穴の位置決めを行ったノズルユニットにガス供給穴を形成する工程と、
前記接続が解除されたノズルユニットの表面を保護膜でコーティングする工程と、を備えるノズルユニットの製造方法である。
【符号の説明】
【００７９】
１０…基板処理装置、１４…ウェハ、１２…筐体、１６…ポッド、１８…ポッドステージ、２２…ポッド収容棚、２８…基板移載機、３０…ボート、４０…処理炉、４２…反応管、４４…反応室、４５…反応空間、４８…被加熱体、５０…誘導コイル、５４…断熱材、６０…第１のガス供給ノズル、６０ａ〜６０ｇ…ノズルユニット、６８…第１のガス供給口、７０…第２のガス供給ノズル、７２…第２のガス供給口、９０…第１のガス排気口、９１…マニホールド、９３…圧力センサ、１０２…シールキャップ、１５２…コントローラ、２１０ａ…シリコン含有ガス供給源、２１０ｂ…塩素含有ガス供給源、２１０ｃ…炭素含有ガス供給源、２１０ｄ…還元ガス供給源、２１０ｅ…不活性ガス供給源、２１１ａ〜２１１ｅ…ＭＦＣ、２１２ａ〜２１２ｅ…開閉バルブ、２１４…ＡＰＣバルブ、２１８…ボート回転機構、２２０…真空ポンプ、２２２…第１のガス供給管、２６０…第２のガス供給管、２４０…第３のガス供給管、２３０…ガス排気管、３６０…第３のガス供給口、３９０…第２のガス排気口。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハ等の基板を処理する工程を有する基板処理技術や半導体装置の製造技術に関し、特に、炭化珪素（ＳｉＣ）エピタキシャル膜を基板上に成膜する工程を有する、縦型バッチ式の基板処理装置や半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（ＳｉＣ、シリコンカーバイド）は、珪素（Ｓｉ、シリコン）に比べエネルギーバンドギャップが大きいことや、絶縁耐圧が高いことから、特に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は、融点がＳｉに比べて高いこと、常圧下での液相を持たないこと、不純物拡散係数が小さいことなどから、Ｓｉに比べて基板やデバイスの作成が難しいことが知られている。
例えばＳｉＣエピタキシャル成膜装置は、Ｓｉのエピタキシャル成膜温度が９００℃〜１２００℃であるのに比べ、ＳｉＣのエピタキシャル成膜温度が１５００℃〜１８００℃程度と高いことから、成膜装置の構成部品の耐熱構造や分解抑制に技術的な工夫が必要である。またＳｉとＣの２元素の反応で成膜が進むため、膜厚や成膜組成均一性の確保、ドーピングレベルの制御技術にもシリコン系の成膜装置に無い工夫が必要となる。
【０００３】
量産用のＳｉＣエピタキシャル成長装置として市場に供されている装置としては、「パンケーキ型」や「プラネタリ型」と称される形態の装置が主流である。図９と図１０に、「プラネタリ型」ＳｉＣエピタキシャル成長装置を示す。図９は、従来のＳｉＣエピタキシャル成膜装置を側面からみた垂直断面図を示す。図１０は、図９におけるＡ−Ａ断面図である。図９に示すように、ＳｉＣウェハ９０３がウェハホルダ９０２に把持され、吊るすようにしてサセプタ９０１に支持されている。材料ガスは、供給ガス経路９０５を通って下方から上昇し、ＳｉＣウェハ９０３の下面を通過し、反応容器壁９１０の側面から、矢印９０６で示すように排気される。ＳｉＣウェハ９０２は、回転軸９０４ａの周りを自転しつつ、回転軸９０４ｂの周りを公転しながら、誘導コイル９０７により加熱処理される。
【０００４】
このように従来装置では、高周波等で成膜温度まで加熱したサセプタ上に、数枚〜十数枚程度のＳｉＣ基板を平面的に並べ、原料ガスやキャリアガスを供給する方法で成膜している。下記の特許文献１には、サセプタに対向する面への原料ガスに起因する堆積物の付着及び、原料ガス対流が発生することによるＳｉＣエピタキシャル成長の不安定化を抑制するために、サセプタの基板を保持する面を下方に向くように配置した真空成膜装置が開示されている。
これらの従来装置では、炭素（Ｃ）原料としてＣ３Ｈ８ （プロパン）やＣ２Ｈ４（エチレン）、Ｓｉ原料としてＳｉＨ４ （モノシラン）が多く採用されており、キャリアとしてはＨ２（水素）が使用される。気相中でのシリコン核形成の抑制や結晶の品質向上を狙って塩化水素（ＨＣｌ）を添加する場合や、塩素（Ｃｌ）を構造中に含むトリクロルシラン（ＳｉＨＣｌ３）、テトラクロルシラン（ＳｉＣｌ４、四塩化珪素）などの原料を使う場合もある。
【０００５】
これら従来のＳｉＣエピタキシャル成膜装置には以下のような問題があった。図９に示すような反応室構造では、平面的に配置されたウェハに対し、シリコン成膜材料ガスとカーボン成膜材料が、中心部に設置されたガス供給部から供給され、排気は周辺部から行われるのが一般的であり、ガス供給口から排気口にかけてガスの濃度分布は大きく変化する。これに伴う膜厚の不均一性を、ウェハおよびサセプタを成膜時に回転させて回避することも一般的に行われているが、ガス供給方向からガス排気口方向（半径方向）に２枚以上並べると前述のガス濃度差の問題により処理ウェハ間に膜厚差が発生するため、一度に処理できる実用的なウェハ枚数が制限されるという問題がある。
また、一度に処理できる基板枚数を増やすにはサセプタの直径を大きくすれば良いが、サセプタの直径を大きくすると装置サイズが大きくなりコストが増大するという問題がある。この問題はウェハ径が大きくなるほど、より深刻となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１９６８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方で、シリコンの成膜装置で用いられている縦型成膜装置は、ウェハ１枚相当のフットプリントにて一度に複数（例えば２５〜１００枚）のウェハを縦方向に積み上げて一括して処理できる構造を持つことから大量生産に非常に有利である。そこで本願発明者等は、縦型成膜装置をＳｉＣ成膜に適用することを検討した。
この縦型成膜装置をＳｉＣ成膜に適用する場合の問題として、反応室構成部材の材質がある。Ｓｉの成膜装置は主に１２００℃以下で処理されるため、反応室材料としては主に高純度で安定した石英ガラス等を使用している。しかしながら、ＳｉＣエピタキシャル成長は１５００℃以上の高温で処理されるため、従来の石英ガラスでは耐熱温度に問題があり使用できない。従って、石英ガラスに代わる耐熱材料を検討する必要がある。
【０００８】
本発明の目的は、縦型バッチ式ＳｉＣエピタキシャル製造装置等の１５００℃以上に加熱する基板処理装置において、例えば原料ガスを安定して供給できるようなガス供給ノズルを備えた基板処理装置や、該基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法や基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための本発明に係る基板処理装置の代表的な構成は、次のとおりである。
複数枚の基板を鉛直方向に夫々が間隔を成すように積層して保持する基板保持体と、
前記基板保持体を収容し、該基板保持体に保持された複数枚の基板を処理する処理室と、
前記処理室内へ処理ガスを供給する複数のガス供給穴が設けられ、鉛直方向に延在するガス供給ノズルとを備え、
前記ガス供給ノズルは、複数のノズルユニットで構成され、複数のノズルユニットの夫々は、その表面が保護膜でコーティングされた基板処理装置。
【発明の効果】
【００１０】
このように構成すると、超高温に加熱される縦型装置に用いられる長尺ノズルを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態における半導体製造装置の斜視図を示す。
【図２】本発明の実施形態における処理炉を側面からみた垂直断面図を示す。
【図３】本発明の実施形態における処理炉を上面からみた水平断面図を示す。
【図４】本発明の実施形態における半導体製造装置の制御部の構成を示す。
【図５】本発明の実施形態における処理炉及びその周辺構造の略図を示す。
【図６】本発明の実施形態における処理炉を上面からみた水平断面図を示す。
【図７】本発明の実施形態におけるガス供給ノズルを示す。
【図８】図６の変形例における処理炉を上面からみた水平断面図を示す。
【図９】従来のＳｉＣエピタキシャル成膜装置を側面からみた垂直断面図を示す。
【図１０】図９におけるＡ−Ａ断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態におけるＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する基板処理装置としての半導体製造装置１０の一例であり、斜視図にて示す。この半導体製造装置１０は、バッチ式縦型熱処理装置であり、主要部が配置される筐体１２を有する。半導体製造装置１０では、例えば、Ｓｉ又はＳｉＣ等で構成された基板としてのウェハ１４を収納する基板収納器としてフープ（以下、ポッドという）１６が、ウェハキャリアとして使用される。この筐体１２の正面側には、ポッドステージ１８が配置されており、このポッドステージ１８にポッド１６が、装置１０の外部から搬送される。ポッド１６には、例えば２５枚のウェハ１４が収納され、蓋が閉じられた状態でポッドステージ１８にセットされる。
【００１３】
筐体１２内の正面側であって、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。また、このポッド搬送装置２０の近傍には、ポッド収容棚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。ポッド収容棚２２は、ポッドオープナ２４の上方に配置され、ポッド１６を複数個載置した状態で保持するように構成されている。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とポッド収容棚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の蓋を開けるものであり、基板枚数検知器２６は蓋を開けられたポッド１６内のウェハ１４の枚数を検知する。
【００１４】
筐体１２内には基板移載機２８、基板保持体としてのボート３０が配置されている。基板移載機２８は、アーム（ツィーザ）３２を有し、図示しない駆動手段により、上下回転動作が可能な構造になっている。アーム３２は例えば５枚のウェハを取り出すことができ、このアーム３２を動かすことにより、ポッドオープナ２４の位置に置かれたポッド１６及びボート３０間にてウェハ１４を搬送する。
【００１５】
ボート３０は、例えばカーボングラファイトやＳｉＣ等の耐熱性材料で構成されており、複数枚のウェハ１４を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積み上げて保持するように構成されている。なお、ボート３０の下部には、例えばＳｉＣ等の耐熱性材料で構成された円筒形状の断熱部材としてのボート断熱部３４が配置されており、後述する被加熱体４８からの熱が処理炉４０の下方側に伝わりにくくなるように構成されている（図２参照）。
筐体１２内の背面側上部には、処理炉４０が配置されている。この処理炉４０内に複数枚のウェハ１４を装填したボート３０が搬入され熱処理が行われる。
【００１６】
図２は、本発明の実施形態におけるＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置１０の処理炉４０の側面断面図を示す。図３は、本発明の実施形態における処理炉４０を上面からみた水平断面図を示す。図２及び図３において、第１のガス供給口６８を有する第１のガス供給ノズル６０、第２のガス供給口７２を有する第２のガス供給ノズル７０、及び第１のガス排気口９０が図示されている。第１のガス供給口６８は、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給するものである。第２のガス供給口７２は、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給するものである。また、反応室を形成する反応管４２と断熱材５４との間に、不活性ガスを供給する第３のガス供給口３６０、第２のガス排気口３９０が図示されている。
【００１７】
処理炉４０は、円筒形状の反応室４４を形成する反応管４２を備える。反応管４２は、石英またはＳｉＣ等の耐熱材料で構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管４２の内側の筒中空部には、反応室４４が形成されている。反応室４４は、Ｓｉ又はＳｉＣ等で構成されたウェハ１４を、ボート３０に、水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積み上げて保持した状態で収納可能に構成されている。
【００１８】
反応管４２の下方には、この反応管４２と同心円状にマニホールド９１が配設されている。マニホールド９１は、たとえばステンレス等で構成され、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。このマニホールド９１は反応管４２を支持するように設けられている。なお、このマニホールド９１と反応管４２との間にはシール部材としてＯリング（不図示）が設けられている。このマニホールド９１が保持体（不図示）に支持されることにより、反応管４２は垂直に据えつけられた状態になっている。この反応管４２とマニホールド９１により反応容器が形成されている。
【００１９】
処理炉４０は、加熱される被加熱体４８、及び磁場発生部としての誘導コイル５０を備える。被加熱体４８は、反応室４４内に配設されている。この被加熱体４８は、反応管４２の外側に設けられた誘導コイル５０により発生される磁場によって、加熱される構成となっている。誘導コイル５０は、反応管４２の周囲を巻き回すように設けられる。被加熱体４８が発熱することにより、反応室４４内が加熱される。被加熱体４８は、誘導コイル５０により発生する誘導電流により誘導加熱されやすく、且つ、耐熱性に優れた材料、例えば、カーボングラファイト等の材料で構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。
被加熱体４８の近傍には、反応室４４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。誘導コイル５０及び温度センサには、温度制御部５２が電気的に接続されており、温度センサにより検出された温度情報に基づき誘導コイル５０への通電量を調節することにより、反応室４４内の温度が所定のタイミングにて所定の温度分布となるよう制御するように構成されている（図４参照）。
被加熱体４８の内部は、第１のガス供給ノズル６０及び第２のガス供給ノズル７０や第１のガス排気口９０が設けられ、反応ガスが供給される反応空間４５（処理室）を形成する。
【００２０】
なお、好ましくは、反応室４４内において第１のガス供給ノズル６０及び第２のガス供給ノズル７０と第１のガス排気口９０との間であって、被加熱体４８とウェハ１４との間には構造物４００を設けることが良い。構造物４００を設けることにより、基板であるウェハ１４が縦方向に積載された領域（基板の配列領域）に流れる反応ガスの流速や流量が均一化される。例えば、図３に示すように、対向する位置にそれぞれ構造物４００を設ける。構造物４００は、図３に示すように、その水平断面が弓形形状、つまり内周と外周が円弧を描くような形状をした柱であり、少なくとも、縦方向に積載されるウェハ１４の存在する領域（基板の配列領域）に対応するように設けられる。構造物４００は、好ましくは、断熱材若しくはカーボンフェルト等で構成すると、耐熱性をもち、パーティクルが発生することを抑制することができる。
【００２１】
被加熱体４８と反応管４２の間には、断熱材５４が設けられ、この断熱材５４を設けることにより、被加熱体４８の熱が反応管４２あるいは反応管４２の外側へ伝達するのを抑制することができる。断熱材５４は、例えば誘導されにくいカーボンフェルト等で構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。
また、誘導コイル５０の外側には、反応室４４内の熱が外側に伝達するのを抑制するための、例えば水冷構造である外側断熱壁９２が、反応室４４を囲むように設けられている。外側断熱壁９２は、誘導コイル５０から発生される誘導電流により誘導加熱されにくい材料、例えば、銅（Ｃｕ）等の材料から構成され、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。更に、外側断熱壁９２の外側には、誘導コイル５０により発生された磁場が外側に漏れるのを防止する磁気シールド５８が設けられている。好ましくは、磁気シールド５８は、誘導コイルから発生される誘導電流により誘導加熱されにくい材料、例えば、銅（Ｃｕ）もしくはアルミニウム（Ａｌ）等の材料から構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。
【００２２】
図２に示すように、被加熱体４８とウェハ１４との間に、第１のガス供給ノズル６０に少なくとも１つ設けられた第１のガス供給口６８、及び第２のガス供給ノズル７０に少なくとも１つ設けられた第２のガス供給口７２、第１のガス排気口９０が配置されている。第１のガス供給口６８は、少なくとも、シリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給する。第２のガス供給口７２は、少なくとも、炭素含有ガスと還元ガスとを供給する。また、反応管４２と断熱材５４の間に、第３のガス供給口３６０、第２のガス排気口３９０が配置されている。それぞれについて詳細に説明をする。
【００２３】
第１のガス供給ノズル６０は、反応空間４５内に設けられている。第１のガス供給ノズル６０は、１５００℃以上の高温にも耐えられるようにカーボングラファイトで構成され、マニホールド９１を貫通するようにマニホールド９１に取り付けられている。なお、第１のガス供給ノズル６０は複数本設けても良い。第１のガス供給ノズル６０に少なくとも１つ設けられる第１のガス供給口６８は、シリコン含有ガスとして例えばシラン（ＳｉＨ4）ガス、塩素含有ガスとして例えば塩化水素（ＨＣｌ）ガスを、反応空間４５内に供給する。
第１のガス供給ノズル６０の構造については、詳しく後述する。
【００２４】
第１のガス供給ノズル６０は、第１のガスライン（ガス供給管）２２２に接続されている。この第１のガスライン２２２は、本例では、流量制御器（流量制御手段）としてのマスフローコントローラ（以下、ＭＦＣとする。）２１１ａ及びバルブ２１２ａを介して、シラン（ＳｉＨ４）ガス源２１０ａに接続されている。また、この第１のガスライン２２２は、ＭＦＣ２１１ｂ及びバルブ２１２ｂを介して、塩化水素（ＨＣｌ）ガス源２１０ｂに接続されている。
この構成により、反応空間４５内に供給されるシラン（ＳｉＨ４）ガス、塩化水素（ＨＣｌ）ガス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２１２ａ、２１２ｂ、ＭＦＣ２１１ａ、２１１ｂは、ガス流量制御部７８に電気的に接続されており、それぞれ供給するガスの流量が、所定のタイミングにて所定流量となるよう制御される（図４参照）。本例では、シラン（ＳｉＨ４）ガス源２１０ａ、塩化水素（ＨＣｌ）ガス源２１０ｂ、バルブ２１２ａ、２１２ｂ、ＭＦＣ２１１ａ、２１１ｂ、第１のガスライン２２２、第１のガス供給ノズル６０、第１のガス供給口６８により、第１のガス供給系が構成される。
【００２５】
なお、上述の例では、シリコン含有ガスとしてシラン（ＳｉＨ４）ガスを例示したが、これに限らず、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガス、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）ガス等を用いても良く、また、これらのガスを組み合わせて用いても良い。
また、上述の例では、塩素含有ガスとして塩化水素（ＨＣｌ）ガスを例示したが、これに限らず、塩素ガスを用いても良く、また、これらのガスを組み合わせて用いても良い。い。
なお、上述の例では、第１のガス供給ノズル６０にシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給したが、シリコンと塩素とを含むガス、例えば、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスを供給しても良い。
【００２６】
少なくとも炭素含有ガスと還元ガス供給する第２のガス供給ノズル７０は、反応空間４５内に設けられている。第２のガス供給ノズル７０は、１５００℃以上の高温にも耐えられるようにカーボングラファイトで構成され、マニホールド９１を貫通するようにマニホールド９１に取り付けられている。なお、第２のガス供給ノズル７０は複数本設けても良い。第２のガス供給ノズル７０に設けられる第２のガス供給口７２は、炭素含有ガスとして例えばプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス、還元ガスとして例えば水素（Ｈ２）ガスを、反応空間４５内に供給する。
【００２７】
第２のガス供給ノズル７０は、第２のガスライン（ガス供給管）２６０に接続されている。この第２のガスライン２６０は、本例では、ＭＦＣ２１１ｃ及びバルブ２１２ｃを介してプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス源２１０ｃに接続され、また、ＭＦＣ２１１ｄ及びバルブ２１２ｄを介して水素（Ｈ２）ガス源２１０ｄに接続されている。
この構成により、反応空間４５内に供給されるプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス、水素（Ｈ２）ガスの供給流量、濃度、分圧を制御することができる。バルブ２１２ｃ、２１２ｄ、ＭＦＣ２１１ｃ、２１１ｄはガス流量制御部７８に電気的に接続されており、供給するガスの流量が、所定のタイミングにて所定の流量となるよう制御される（図４参照）。本例では、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス源２１０ｃ、水素（Ｈ２）ガス源２１０ｄ、バルブ２１２ｃ、２１２ｄ、ＭＦＣ２１１ｃ、２１１ｄ、第２のガスライン２６０、第２のガス供給ノズル７０、第２のガス供給口７２により、第２のガス供給系が構成される。
【００２８】
なお、炭素含有ガスとしてプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスを例示したが、これに限らず、エチレン（Ｃ２Ｈ４）ガス、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガス等を用いても良く、また、これらのガスを組み合わせて用いても良い。
なお、第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２は、それぞれ、ボート３０に水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積み上げて保持された複数枚のウェハ１４に対し、ウェハ１４の1枚毎にガスを供給するように設けることが好ましい。これにより、ウェハ１４それぞれの膜厚面内均一性を制御しやすくなる。
しかし、これに限らず、第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２は、それぞれ、縦方向に積層されたウェハ１４の配列領域（基板の配列領域）に少なくとも１つ設けるようにしてもよい。
なお、上述の実施形態では、第１のガス供給ノズル６０よりシリコン含有ガス、塩素含有ガス、及び第２のガス供給ノズル７０より炭素含有ガス、還元ガスを供給したが、これに限らず、ガス種ごとにガス供給ノズルを設けて供給してもよい。
【００２９】
ここで、上述の第１のガス供給系及び第２のガス供給系を構成する理由を説明する。
ＳｉＣ等から構成される複数枚のウェハ１４を、水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積み上げて保持し、シリコン含有ガスと炭素含有ガスと還元ガス等で構成される原料ガスを、縦方向に延在される１本の長尺のガス供給ノズルから供給した場合は、ガス供給ノズル内で原料ガスが消費され、ガス供給ノズルの下流側で原料ガス不足が生じ、また、ガス供給ノズル内で反応し堆積したＳｉＣ膜等の堆積物が、ガス供給ノズルを閉塞し、あるいは、原料ガス供給が不安定になることやパーティクルを発生させること等の問題が生じ易くなる。
【００３０】
そこで、第１のガス供給ノズル６０より、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、第２のガス供給ノズル７０より、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給することで、ガス供給ノズル内での供給ガスの消費を抑制し、ガス供給ノズル内の閉塞を抑制し、それに伴うパーティクル発生を防ぐことができる。
【００３１】
好ましくは、第１のガス供給ノズル６０より、シリコン含有ガスと塩素含有ガスとキャリアガスとして希ガスの例えばアルゴン（Ａｒ）ガスとを供給し、第２のガス供給ノズル７０より、炭素含有ガスと還元ガスとしての例えば水素（Ｈ２）ガスとを供給すると良い。
【００３２】
さらに好ましくは、第１のガス供給ノズル６０より、シリコンと塩素とを含有するガスとして例えばテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガスと、キャリアガスとして例えばアルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスとを供給し、第２のガス供給ノズル７０より、炭素含有ガスと、還元ガスとしての例えば水素（Ｈ２）ガスとを供給すると良い。
なお、第１の供給口６８又は第２のガス供給口７２より、反応空間４５内へ、更に不純物を含有するドーパントガスも供給しても良い。しかし、これに限らず、ドーパントガスを供給するために更にガス供給ノズルを設けて、ドーパントガスを反応空間４５内へ供給しても良い。
【００３３】
なお、還元ガスとして水素（Ｈ２）ガスを例示したが、これに限らず、水素を含有するガスと、次に示す希ガスのうち少なくとも１つの希ガスと組み合わせされたガスを供給しても良い。ここで、希ガスとしては、アルゴン（Ａｒ）ガス、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）ガス等の希ガスを用いることができる。
【００３４】
また、図３に示すように、第１のガス排気口９０が、第１のガス供給口６８に接続されたガス供給ノズル６０及び第２のガス供給口７２に接続されたガス供給ノズル７０の位置に対して対向面に位置するように配置され、マニホールド９１には、第１のガス排気口９０に接続されたガス排気管２３０が貫通するように設けられている。ガス排気管２３０の下流側には圧力検出器として圧力センサ９３及び圧力調整器としてのＡＰＣ（Auto Pressure Controller、以下ＡＰＣとする）バルブ２１４を介して真空ポンプ等の真空排気装置２２０が接続されている。圧力センサ９３及びＡＰＣバルブ２１４には、圧力制御部９８が電気的に接続されており、この圧力制御部９８は圧力センサ９３により検出された圧力に基づいて、ＡＰＣバルブ２１４の開度を調整することにより反応空間４５内の圧力が、所定のタイミングにて所定の圧力になるよう制御するように構成されている（図４参照）。
【００３５】
このように、第１のガス供給口６８から少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、第２のガス供給口７２から少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給し、供給されたガスはシリコン又は炭化珪素で構成されたウェハ１４の表面に対し平行に流れ、第１の排気口９０に向かって流れるため、ウェハ１４全体が効率的にかつ均一にガスに晒される。
【００３６】
また、図３に示すように、第３のガス供給口３６０は反応管４２と断熱材５４との間に配置されており、マニホールド９１を貫通するように取り付けられている。更に、第２のガス排気口３９０が、反応管４２と断熱材５４との間に配置され、第３のガス供給口３６０に対して対向面に位置するように配置され、マニホールド９１には第２のガス排気口３９０に接続されたガス排気管２３０が貫通するように設けられている。この第３のガス供給口３６０には、不活性ガスとして例えば希ガスのアルゴン（以下、Ａｒとする）ガスが供給される。これにより、ＳｉＣエピタキシャル膜成長に寄与するガスとして、例えばシリコン含有ガス又は炭素含有ガス又は塩素含有ガス又はそれらの混合ガスが反応管４２と断熱材５４との間に侵入するのを防ぎ、反応管４２の内壁又は断熱材５４の外壁が劣化してしまうことや不要な生成物が付着するのを防止することができる。
【００３７】
反応管４２と断熱材５４との間に供給された不活性ガスは、第２のガス排気口３９０よりガス排気管２３０を介して真空ポンプ２２０から排気される。
【００３８】
次に、処理炉４０周辺の構成について説明する。
図５は、処理炉４０及びその周辺構造の概略図を示す。処理炉４０の下方には、この処理炉４０の下端開口を機密に閉塞するための炉口蓋体としてシールキャップ１０２が設けられている。シールキャップ１０２は、例えばステンレス等の金属で構成され、円盤状に形成されている。シールキャップ１０２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リングが設けられている。シールキャップ１０２には回転機構２１８が設けられている。回転機構２１８の回転軸１０６は、シールキャップ１０２を貫通してボート３０に接続されており、このボート３０を回転させることで、ウェハ１４を回転させるように構成されている。シールキャップ１０２は、処理炉４０の外側に向けられた昇降機構として後述する昇降モータ１２２によって、垂直方向に昇降されるように構成されており、これにより、ボート３０を処理炉４０に対し搬入搬出することが可能となっている。回転機構２１８及び昇降モータ１２２には、駆動制御部１０８が電気的に接続されており、所定のタイミングにて所定の動作をするよう制御するよう構成されている（図４参照）。
【００３９】
予備室としてのロードロック室１１０の外面に、下基板１１２が設けられている。下基板１１２には、昇降台１１４と嵌合するガイドシャフト１１６及びこの昇降台１１４と螺合するボール螺子１１８が設けられている。下基板１１２に立設したガイドシャフト１１６及びボール螺子１１８の上端に、上基板１２０が設けられている。ボール螺子１１８は、上基板１２０に設けられた昇降モータ１２２により回転される。ボール螺子１１８が回転することにより、昇降台１１４が昇降するように構成されている。
【００４０】
昇降台１１４には、中空の昇降シャフト１２４が垂設され、昇降台１１４と昇降シャフト１２４の連結部は気密となっている。昇降シャフト１２４は、昇降台１１４と共に昇降するようになっている。昇降シャフト１２４は、ロードロック室１１０の天板１２６を遊貫する。昇降シャフト１２４が貫通する天板１２６の貫通穴は、この昇降シャフト１２４に対して接触することがないよう十分な余裕がある。ロードロック室１１０と昇降台１１４との間には、昇降シャフト１２４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１２８が、ロードロック室１１０を気密に保つために設けられている。ベローズ１２８は、昇降台１１４の昇降量に対応できる十分な伸縮量を有し、このベローズ１２８の内径は、昇降シャフト１２４の外形に比べ十分に大きく、ベローズ１２８の伸縮により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１２４の下端には、昇降基板１３０が水平に固着されている。昇降基板１３０の下面には、Ｏリング等のシール部材を介して駆動部カバー１３２が気密に取り付けられる。昇降基板１３０と駆動部カバー１３２とで、駆動部収納ケース１３４が構成されている。この構成により、駆動部収納ケース１３４内部は、ロードロック室１１０内の雰囲気と隔離される。
【００４２】
また、駆動部収納ケース１３４の内部には、ボート３０の回転機構２１８が設けられ、この回転機構２１８の周辺は、冷却機構１３６により冷却される。
【００４３】
電力ケーブル１３８は、昇降シャフト１２４の上端からこの昇降シャフト１２４の中空部を通り、回転機構２１８に導かれて接続されている。また、冷却機構１３６及びシールキャップ１０２には、冷却水流路１４０が形成されている。冷却水配管１４２は、昇降シャフト１２４の上端からこの昇降シャフト１２４の中空部を通り、冷却流路１４０に導かれて接続されている。
【００４４】
昇降モータ１２２が駆動されボール螺子１１８が回転することで、昇降台１１４及び昇降シャフト１２４を介して、駆動部収納ケース１３４を昇降させる。
駆動部収納ケース１３４が上昇することにより、昇降基板１３０に気密に設けられているシールキャップ１０２が、処理炉４０の開口部である炉口１４４を閉塞し、ウェハ処理が可能な状態となる。駆動部収納ケース１３４が下降することにより、シールキャップ１０２と共にボート３０が降下され、ウェハ１４を外部に搬出できる状態となる。
【００４５】
図４は、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置１０を構成する各部の制御構成を示す。温度制御部５２、ガス流量制御部７８、圧力制御部９８、駆動制御部１０８は、半導体製造装置１０全体を制御する主制御部１５０に電気的に接続されている。主制御部１５０は、図示しない操作部及び入出力部を備える。これら、温度制御部５２、ガス流量制御部７８、圧力制御部９８、駆動制御部１０８は、コントローラ１５２として構成されている。
【００４６】
次に、上述したように構成された熱処理装置１０を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、ＳｉＣ等で構成されるウェハ１４などの基板に、例えばＳｉＣ膜を形成する方法について説明する。なお、以下の説明において、熱処理装置１０を構成する各部の動作は、コントローラ１５２により制御される。
【００４７】
まず、ポッドステージ１８に複数枚のウェハ１４を収容したポッド１６がセットされると、ポッド搬送装置２０により、ポッド１６をポッドステージ１８からポッド収容棚２２へ搬送し、このポッド収容棚２２にストックする。次に、ポッド搬送装置２０により、ポッド収容棚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ェハ１４の枚数を検知する。
【００４８】
次に、基板移載機２８により、ポッドオープナ２４の位置にあるポッド１６からウェハ１４を取り出し、ボート３０に移載する。
複数枚のウェハ１４がボート３０に装填されると、複数枚のウェハ１４を保持したボート３０は、昇降モータ１２２による昇降台１１４及び昇降シャフト１２４の昇降動作により反応室４４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１０２はＯリングを介してマニホールド９１の下端をシールした状態となる。
【００４９】
反応空間４５内が所定の圧力（真空度）となるように、真空排気装置２２０によって真空排気される。この際、反応室４４内の圧力は、圧力センサ９３で測定され、この測定された圧力に基づき第１のガス排気口９０及び第２のガス排気口３９０に連通するＡＰＣバルブ２１４がフィードバック制御される。また、ウェハ１４及び反応空間４５内が所定の温度となるように、被加熱体４８により加熱される。このとき、反応空間４５内が所定の温度分布となるように、温度センサが検出した温度情報に基づき、誘導コイル５０への通電量がフィードバック制御される。続いて、回転機構２１８により、ボート３０が回転されることでウェハ１４が周方向に回転される。
【００５０】
続いて、ＳｉＣエピタキシャル成長反応に寄与するシリコン含有ガス及び塩素含有ガスは、それぞれ、ガス源２１０ａ、２１０ｂから供給され、ガス供給口６８より反応空間４５内に噴出され、また炭素含有ガス及び還元ガスである水素（Ｈ２）ガスは、ガス源２１０ｃ、２１０ｄから供給され、ガス供給口７２より反応室４４内に噴出されて、ＳｉＣエピタキシャル成長反応をする。
【００５１】
このとき、シリコン含有ガス及び塩素含有ガスは、所定の流量となるように、対応するＭＦＣ２１１ａ、２１１ｂの開度が調整された後、バルブ２１２ａ、２１２ｂが開かれ、それぞれのガスが第１のガス供給管２２２を流通した後、第１のガス供給ノズル６０内を流通して、第１のガス供給口６８から反応室４４内に供給される。また、炭素含有ガス及び還元ガスである水素（Ｈ２）ガスは、所定の流量となるように、対応するＭＦＣ２１１ｃ、２１１ｄの開度が調整された後、バルブ２１２ｃ、２１２ｄが開かれ、それぞれのガスが第２のガス供給管２６０内を流通した後、第２のガス供給ノズル７０内を流通して、第２のガス供給口７２より反応空間４５内に導入される。
【００５２】
第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２より供給されたガスは、反応室４４内の被加熱体４８の内側である反応空間４５を通り、第１のガス排気口９０からガス排気管２３０を通り排気される。第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２より供給されたガスは、反応空間４５内を通過する際に、ＳｉＣ等で構成されるウェハ１４と接触し、ウェハ１４の表面上にＳｉＣエピタキシャル膜成長がなされる。
【００５３】
またガス供給源２１０ｅより、不活性ガスとしての希ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスが、所定の流量となるように、対応するＭＦＣ２１１ｅの開度が調整された後、バルブ２１２ｅが開かれ、第３のガス供給管２４０内を流通した後、第３のガス供給口３６０から反応室４４内に供給される。第３のガス供給口３６０から供給されたアルゴン（Ａｒ）ガスは、反応室４４内の断熱材５４と反応管４２との間を通過し、第２のガス排気口３９０から排気される。
【００５４】
予め設定された時間が経過すると、上述のガスの供給が停止され、ＳｉＣエピタキシャル膜成長は停止される。また、図示しない不活性ガス供給源から反応室４４内に不活性ガスが供給され、反応室４４内が不活性ガスで置換されると共に、反応室４４内の圧力が常圧に復帰される。
【００５５】
その後、昇降モータ１２２によりシールキャップ１０２が下降されて、マニホールド９１の下端が開口されると共に、処理済ウェハ１４がボート３０に保持された状態でマニホールド９１の下端から反応管４２の外部に搬出（ボートアンローディング）され、ボート３０に支持された全てのウェハ１４が冷えるまで、ボート３０を所定位置で待機させる。次に、待機させたボート３０のウェハ１４が所定温度まで冷却されると、基板移載機２８により、ボート３０からウェハ１４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、ウェハ１４が収容されたポッド１６をポッド収容棚２２、またはポッドステージ１８に搬送する。このようにして半導体製造装置１０の一連の作用が完了する。
【００５６】
以上により、ガス供給ノズル内での堆積膜の成長を抑制し、反応空間４５内ではガス供給ノズルより供給されるシリコン含有ガスと炭素含有ガスと塩素含有ガスと還元ガスである水素（Ｈ２）ガスが反応することで、ＳｉＣ等から構成される複数枚のウェハ１４が、水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列されて縦方向に積み上げて保持される状態において、均一に炭化珪素エピタキシャル成長を行うことができる。
【００５７】
次に、本実施形態におけるガス供給ノズルについて、図６と図７を用いて説明する。図６は、本発明の実施形態における処理炉４０を上面からみた水平断面の模式図を示す。図６に示すように、第１のガス供給ノズル６０と第２のガス供給ノズル７０は、それぞれのガス供給口６８と７２が対向するように設置されている。このようにすると、よりウェハ１４に近い空間で反応ガスが混合され、ウェハ１４全体に供給することができ、これにより、ウェハ１４に均一にＳｉＣ膜を形成することができる。
【００５８】
なお、図８の変形例に示す様に、第１のガス供給ノズル６０と第２のガス供給ノズル７０を、反応室４４内の被加熱体４８の内周に沿って複数本設け、第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２をそれぞれウェハ１４の中心に向けてガスを噴出可能にすると共に、第２のガス供給ノズル７０を両端に配置してもよい。図８は、本実施形態の変形例における処理炉を上面からみた水平断面の模式図を示す。図８の変形例では、第２のガス供給口７２から供給される還元ガスにより、第１のガス供給口６８から供給される成膜ガスがウェハ１４に供給されやすくなると共に、ウェハ１４以外の箇所にＳｉ膜やＳｉＣ膜が析出するのを抑制することができる。
更に、上記構成に加え、図８に示す様に、第１のガス供給ノズル６０及び第２のガス供給ノズル７０を交互に設けてもよい。これにより、第１のガス供給口６８より供給される成膜ガスと、第２のガス供給口７２より供給される還元ガスとが混合される箇所が増え、ウェハ１４に達する前に成膜ガスと還元ガスを効率よく混合させることができるので、供給ガスの偏りを抑制し、より一層膜厚面内均一性が向上する。
【００５９】
図７は、本発明の実施形態における第１のガス供給ノズル６０を示す。なお、第２のガス供給ノズル７０も同様な構造である。
まず、図７に示すガス供給ノズルでは、石英に代わる基材の耐熱材料として、カーボン系のグラファイト材を使用している。ただし、表面がカーボンそのままの状態だと、エピタキシャル成長の原料ガスのキャリアガスとして使用されるＨ２（水素）と反応し、ＣＨ４（メタンガス）化し、カーボン表面がエッチングされてしまう恐れがある。また、カーボン系のグラファイト材料は、耐熱温度は高いが密度が小さく、その表面がポーラス状（多孔質状）となっている。従って、カーボン系のグラファイト材をそのまま用いると、原料ガスがポーラス状のカーボン基材に侵入してしまう恐れがある。
【００６０】
そこで、本実施形態では、ガス供給ノズルの基材であるカーボングラファイトより密度の高い膜でコーティングを行う。このような保護膜としては、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）やＴａＣ（タンタルカーバイド）でのコーティングが挙げられる。
このような保護膜でカーボングラファイトを基材としたガス供給ノズルの内面をコーティングすることにより、水素ガスによるエッチングを抑制し、ガス供給ノズルの長寿命化を実現できる。また、ガス供給ノズルの基材よりも密度の高い保護膜をその内面にコーティングすることで基材内部への成膜ガスの侵入を抑制でき、真空排気時の脱ガス量を低減することができる。
また、これらのコーティングはＣＶＤ装置などにより生成されるが、本実施形態のガス供給ノズルは、高さ方向に並んだ基板に沿って配置されるため、非常に長い。このように長い部材に対するコーティングは、装置大型化によるランニングコストアップの原因となり、また、膜厚均一性などの技術的な難度も高い。
【００６１】
そこで、図７において、円筒状のグラファイト製ノズル６０は、複数のノズルユニットに分割されている。このようにノズルユニットに分割することで、コーティングの対象となる部材が短くなるため、コーティング用のＣＶＤ装置の大型化を避けることができ、また、技術的にも筒内面まで均一に保護膜のコーティングが可能となり、コーティングされずにカーボンが露出してしまう部分をなくすることができる。
また、分割されたこれらの各ノズルユニット６０ａ〜６０ｇは、ねじ込みにより結合され、一体化することが可能な構造となっている。最下流部（最上部）のノズルユニット６０ｇの上端部は袋状になっており、ノズルユニット６０ｆ〜６０ｂは円筒形状となっている。グラファイトは石英ガラスの様に溶接加工ができないため、各ノズルユニットはグラファイト製インゴットを切削で加工する。
【００６２】
ここで、単に差込みではなくねじ込みとしている理由は、次の通りである。即ち、コーティングのために長尺のガスノズルを複数のガスユニットに分割すると一つのガスユニットの自重が軽くなる。一方、炭化珪素エピタキシャル成長のように厚い膜を基板上に形成する場合、ガスノズルから多量のガスを供給する必要があるため、ガスノズル内の圧力が上昇する。そこで、自重が軽くなったノズルユニット同士をねじ込みのような抜け出し防止手段により結合することにより、ガスノズル内の圧力上昇による抜け出しを防止することが可能となる。なお、すべてのノズルユニットに抜け出し防止手段を設ける必要はない。例えば、上部側（下流側）のノズルユニット６０ｇ、６０ｆ、及び、６０ｅを抜け出し防止手段により一体的に結合するのみで、ガスノズル内の圧力に対しノズルユニット６０ｇ、６０ｆ、６０ｅの自重で抜け出しが防止できるのであれば、下部側（上流側）のノズルユニット６０ｄ、６０ｃ、６０ｂ、６０ａは、差込み型としてもよい。
【００６３】
図７の例では、ノズルユニット６０ｆと接続されるノズルユニット６０ｇの下端の接続部にはメネジが加工され、ノズルユニット６０ｇの結合相手であるノズルユニット６０ｆの上端の接続部にはオネジが加工されている。ノズルユニット６０ｇの下端のメネジとノズルユニット６０ｆの上端のオネジが、ネジ締めにより接続されて、ノズルユニット６０ｇとノズルユニット６０ｆが結合される。同様にして、ノズルユニット６０ｆとノズルユニット６０ｅ、ノズルユニット６０ｅとノズルユニット６０ｄ、ノズルユニット６０ｄとノズルユニット６０ｃ、ノズルユニット６０ｃとノズルユニット６０ｂが、ねじ込みにより結合される。
【００６４】
マニホールド９１と接続される最上流部（最下部）の基端部ノズルユニット６０ａは、マニホールド９１の側面を貫通し、ガス供給管と接続する必要がある。そこで、基端部ノズルユニット６０ａが配置される箇所は、炉の下部で温度が低いため、グラファイト製のノズルユニットとは異なり加工しやすい石英ガラス製とすることにより容易にＬ字型の形状とすることができる。ノズルユニット６０ａには、複数のノズルユニットが積み上げられる方向に交差する方向に、図７の例では水平方向にシール部が設けられている。ノズルユニット６０ａの上端の接続部にはオネジが加工されており、ノズルユニット６０ｂの下端のメネジと、ねじ込みにより結合される。
ノズルユニット６０ａのマニホールド９１へのシール方法は、従来のＳｉデバイス用の縦型装置と同様に、マニホールド９１に設けた公知のＯリングシール式継手などで行う。
【００６５】
原料ガス供給用のガス供給穴６８は、垂直方向に一列に等間隔に配置されている。各段のガス供給穴６８は、同じ方向に向いている必要がある。分割された各ノズルユニット６０ｃ〜６０ｇのガス供給穴６８を組立前に加工した場合、分割されたそれぞれのノズルユニットのガス供給穴６８が回転方向にずれることがある。それを防止するために、本実施形態では、ガス供給穴６８の加工前に、石英ガラス製の供給部ノズルユニット６０ａも含めて組立を行い、その組み立てた状態でガス供給穴６８の位置を決め穴あけ加工をする。穴あけ加工後、分解し短い各ノズルユニットの状態で保護膜のコーティングを行う。コーティング後、再度組立を行い一体型のコーティングされたノズルとする。
【００６６】
このようにすると、長尺ノズルであっても、短いノズルユニットに分割してコーティングするので、コーティング厚の均一性が向上し、特に、コーティングされない場所ができることが抑制される。また、ノズルを組立てた状態でガス供給穴６８の穴あけ加工をするので、ガス供給穴６８が回転方向にずれることを抑制できる。
なお、ノズル６０を組み立てた状態でガス供給穴６８の位置決めを行い、その後分解して、短い各ノズルユニットの状態で穴あけ加工をし、穴あけ加工後、保護膜のコーティングを行うようにしてもよい。
【００６７】
コーティングの材料としては、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）コーティングやＴａＣ（タンタルカーバイド）コーティングなどを用いる。コーティング方法としては、ＣＶＤ方式などを用いる。特にＴａＣは、クリーニングガスとして一般的に使用されているＣｌＦ３等に対し、耐食性を有する。従って、ＣｌＦ３等を用いたドライクリーニングが可能となり、メンテナンスサイクルを長くすることができる。
また、グラファイト製のガスユニットにコーティングを施す際に、オネジ部やメネジ部のような差込み部にもコーティングを行う。これにより、差込み時（若しくはねじ込み時）に摩擦が発生するが、差込み部より硬質のコーティングが施されているためごみの発生を防ぐことができる。
更には、コーティングするための処理ガスを組立て後のノズルユニット内部に流すことが好ましい。これにより接合部がコーティングされ、接合部からのガス漏れを少なくすることもできる。
【００６８】
本実施形態のノズル構造によれば、下記の優れた効果のうち、少なくとも１つを発揮することができる。
（１）ガス供給ノズルの基材をグラファイトとしたため、１５００℃を超える高温下で使用することができる。
（２）基材であるグラファイトの表面に基材よりも密度の高い保護膜でコーティングをおこなっているため、基材内部に成膜ガスが侵入することを防止できる。
（３）ノズルを分割することにより、ノズル内面へのコーティングの膜厚を均一にできる。
（４）したがって、グラファイト製のノズル全面に均一にコーティングを行うことができ、該コーティングされたグラファイトで、縦型装置用の長尺ノズルを実現できる。
（５）上記（２）により、プロセスガス供給時において、ノズルのグラファイト基材からのパーティクル発生を抑制できる。
（６）上記（２）により、Ｈ２ガスによる、ノズルのグラファイト基材のエッチングを抑制できる。
（７）上記の（１）ないし（６）の効果により、初期のノズル形状を長期間保つことができ、劣化によるノズル交換サイクルを延長できる。それによって、装置メンテナンスによるダウンタイムを短縮できるため、生産性を向上できる。
（８）グラファイト製ノズルが、高温環境でＨ２と反応しＣＨ４（メタン）化するのを抑制できるため、プロセスへの影響を抑えることができる。
（９）ＴａＣコーティングを施した場合、ＣｌＦ３などのクリーニングガスによるドライクリーニングが可能となり、更にメンテナンスサイクルを長くできる。
（１０）分割された各ノズルはねじ込み等の抜け出し防止手段で結合されているため、ガス供給時に、仮にノズル内部の圧力が上昇しても、抜けて外れることがない。
【００６９】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
例えば、前記実施形態においては、バッチ式縦型装置を用いて説明したが、これに限られるものではなく、本発明は、横型装置等にも適用することができる。
また、前記実施形態においては、ウェハに処理が施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。
また、前記実施形態においては、ＳｉＣエピタキシャル成長について説明したが、これに限られるものではなく、高温処理以外であってもコーティングが必要な長尺ノズルが必要な場合に適用可能であることは言うまでもない。
【００７０】
本明細書の記載事項には、次の発明が含まれる。
すなわち、第１の発明は、
処理すべき複数の基板が配置された処理室内へ処理ガスを供給する複数のガス供給穴が設けられたガス供給ノズルであって、
前記ガス供給ノズルの基材は、カーボングラファイトで形成され、
前記ガス供給ノズルの内面は、その密度が前記基材の密度より高い材質でコーティングされるガス供給ノズルである。
これにより、カーボン表面は、水素ガスによりエッチングされることを抑制すると共に、基材内部への成膜ガスの侵入を抑制することができる。
【００７１】
第２の発明は、
処理すべき複数の基板が配置された処理室内へ処理ガスを供給する複数のガス供給穴が設けられたガス供給ノズルであって、
前記ガス供給ノズルは、複数のノズルユニットで構成され、複数のノズルユニットの夫々は、その表面が保護膜でコーティングされたガス供給ノズルである。
このように構成すると、縦型装置に用いられるような長尺ノズルであっても、筒内面等への保護膜のコーティング厚の均一性が向上し、特に、コーティングされない場所ができることが抑制される。
【００７２】
第３の発明は、第２の発明において、
前記複数のノズルユニットの夫々は、抜け出し防止手段を有するガス供給ノズルである。
ノズルを分割することにより、夫々のノズルユニットの自重が軽くなり、ノズル内のガス圧力により抜け出す可能性が高まるが、第２の発明のように構成すると、ノズル内のガス圧力により抜け出すことを防止できる。特にＳｉＣエピタキシャル膜を形成する際は、形成する膜厚を厚くする必要があり、そのためガスの流量を大きくする必要があるが、抜け出し防止手段によりノズル内の圧力を大きくできるため、ガスの流量を多くすることが可能となる。
【００７３】
第４の発明は、第３の発明において、
前記抜け出し防止手段は、オネジ又はメネジで構成されたガス供給ノズルである。
このように構成すると、抜け出し防止手段を切り削りで構成することができ、製造が容易である。
【００７４】
第５の発明は、第４の発明において、
前記抜け出し防止手段は、前記オネジ及び前記メネジの部分に硬質コーティングが施されたガス供給ノズルである。
このように構成すると、ねじ込み時に摩擦が発生するオネジ部及びメネジ部に、オネジ部及びメネジ部の構成材料よりも硬度の高い硬質コーティングがされているため、ねじ込み時のごみの発生を抑えることができる。
【００７５】
第６の発明は、第２の発明において、
前記ガス供給ノズルの最上流部のノズルユニットは石英で構成され、前記複数のガス供給穴が設けられるノズルユニットはグラファイトで構成されたガス供給ノズルである。
このように構成すると、処理室内の高温領域のノズルユニットは、高温に耐えるグラファイトで構成し、比較的低温領域にある最上流部のノズルユニットは、溶接が可能な石英で構成することにより、最上流部のノズルユニットを複雑な構造に形成することができる。
【００７６】
第７の発明は、第１または第２の発明において、
前記コーティングの材質は、ＴａＣであるガス供給ノズルである。
このように構成すると、ＴａＣの有する耐食性により、ＣｌＦ３などのクリーニングガスによるドライクリーニングが可能となる。
【００７７】
第８の発明は、
複数枚の基板を鉛直方向に夫々が間隔を成すように積層して保持する基板保持体と、
前記基板保持体を収容し、該基板保持体に保持された複数枚の基板を処理する処理室と、第１から第７の発明のいずれか一つにおけるガス供給ノズルとを具備した基板処理装置である。
【００７８】
第９の発明は、
ノズルユニット同士を接続する接続部に、オネジ又はメネジを形成する工程と、
前記ノズルユニットの接続部同士をネジ締めして、複数のノズルユニットを接続する工程と、
前記接続部同士をネジ締めして接続した状態で、複数のノズルユニットのそれぞれに、複数のガス供給穴の位置決めを行う工程と、
前記ガス供給穴の位置決め工程の後、前記接続部同士のネジ締めを解除して、前記複数のノズルユニットの接続を解除する工程と、
前記ガス供給穴の位置決めを行ったノズルユニットにガス供給穴を形成する工程と、
前記接続が解除されたノズルユニットの表面を保護膜でコーティングする工程と、を備えるノズルユニットの製造方法である。
【符号の説明】
【００７９】
１０…基板処理装置、１４…ウェハ、１２…筐体、１６…ポッド、１８…ポッドステージ、２２…ポッド収容棚、２８…基板移載機、３０…ボート、４０…処理炉、４２…反応管、４４…反応室、４５…反応空間、４８…被加熱体、５０…誘導コイル、５４…断熱材、６０…第１のガス供給ノズル、６０ａ〜６０ｇ…ノズルユニット、６８…第１のガス供給口、７０…第２のガス供給ノズル、７２…第２のガス供給口、９０…第１のガス排気口、９１…マニホールド、９３…圧力センサ、１０２…シールキャップ、１５２…コントローラ、２１０ａ…シリコン含有ガス供給源、２１０ｂ…塩素含有ガス供給源、２１０ｃ…炭素含有ガス供給源、２１０ｄ…還元ガス供給源、２１０ｅ…不活性ガス供給源、２１１ａ〜２１１ｅ…ＭＦＣ、２１２ａ〜２１２ｅ…開閉バルブ、２１４…ＡＰＣバルブ、２１８…ボート回転機構、２２０…真空ポンプ、２２２…第１のガス供給管、２６０…第２のガス供給管、２４０…第３のガス供給管、２３０…ガス排気管、３６０…第３のガス供給口、３９０…第２のガス排気口。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の基板を鉛直方向に夫々が間隔を成すように積層して保持する基板保持体と、
前記基板保持体を収容し、該基板保持体に保持された複数枚の基板を処理する処理室と、
前記処理室内へ処理ガスを供給する複数のガス供給穴が設けられ、鉛直方向に延在するガス供給ノズルとを備え、
前記ガス供給ノズルは、複数のノズルユニットで構成され、複数のノズルユニットの夫々は、その表面が保護膜でコーティングされた基板処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載された基板処理装置であって、
前記複数のノズルユニットの夫々は、抜け出し防止手段を有する基板処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載された基板処理装置であって、
前記抜け出し防止手段は、オネジ又はメネジで構成された基板処理装置。
【請求項４】
複数枚の基板を鉛直方向に夫々が間隔を成すように積層して保持する基板保持体と、
前記基板保持体を収容し、該基板保持体に保持された複数枚の基板を処理する処理室と、
前記処理室内へ処理ガスを供給する複数のガス供給穴が設けられ、鉛直方向に延在するガス供給ノズルとを備え、
前記ガス供給ノズルの基材は、カーボングラファイトで形成され、
前記ガス供給ノズルの内面は、その密度が前記基材の密度より高い材質でコーティングされた基板処理装置。
【請求項１】
複数枚の基板を鉛直方向に夫々が間隔を成すように積層して保持する基板保持体と、
前記基板保持体を収容し、該基板保持体に保持された複数枚の基板を処理する処理室と、
前記処理室内へ処理ガスを供給する複数のガス供給穴が設けられ、鉛直方向に延在するガス供給ノズルとを備え、
前記ガス供給ノズルは、複数のノズルユニットで構成され、複数のノズルユニットの夫々は、その表面が保護膜でコーティングされた基板処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載された基板処理装置であって、
前記複数のノズルユニットの夫々は、抜け出し防止手段を有する基板処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載された基板処理装置であって、
前記抜け出し防止手段は、オネジ又はメネジで構成された基板処理装置。
【請求項４】
複数枚の基板を鉛直方向に夫々が間隔を成すように積層して保持する基板保持体と、
前記基板保持体を収容し、該基板保持体に保持された複数枚の基板を処理する処理室と、
前記処理室内へ処理ガスを供給する複数のガス供給穴が設けられ、鉛直方向に延在するガス供給ノズルとを備え、
前記ガス供給ノズルの基材は、カーボングラファイトで形成され、
前記ガス供給ノズルの内面は、その密度が前記基材の密度より高い材質でコーティングされた基板処理装置。
【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２０１２−１７５０７２（Ｐ２０１２−１７５０７２Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３８７３７（Ｐ２０１１−３８７３７）
【出願日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【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２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【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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