成膜装置および成膜方法
【課題】気相成長反応が行われる空間からの反応ガスの流出を制御して、基板上で安定した成膜処理をする成膜装置および成膜方法を提供する。
【解決手段】成膜装置１００は、反応ガス４が供給されて成膜処理が行われるチャンバ１と、チャンバ１の内部に設けられた中空筒状のライナ２と、ライナ２の上方に設けられて反応ガス４が透過するシャワープレート１５と、ライナ２とチャンバ１の内壁１ａとの間の空間Ｂにパージガス５２を導入するパージガス供給口５０と、ライナ２の上部と下部の周囲に配設されて空間Ｂの上端部と下端部を塞ぐシール５１とを有する。成膜装置１００は、空間Ｂをパージガス５２でパージし、基板７上での気相成長反応が行われる空間Ａ内の反応ガス４が空間Ｂへ流入することを抑制するとともに、空間Ｂに導入された所定量のパージガス５２が空間Ａへ流入するように制御する。
【解決手段】成膜装置１００は、反応ガス４が供給されて成膜処理が行われるチャンバ１と、チャンバ１の内部に設けられた中空筒状のライナ２と、ライナ２の上方に設けられて反応ガス４が透過するシャワープレート１５と、ライナ２とチャンバ１の内壁１ａとの間の空間Ｂにパージガス５２を導入するパージガス供給口５０と、ライナ２の上部と下部の周囲に配設されて空間Ｂの上端部と下端部を塞ぐシール５１とを有する。成膜装置１００は、空間Ｂをパージガス５２でパージし、基板７上での気相成長反応が行われる空間Ａ内の反応ガス４が空間Ｂへ流入することを抑制するとともに、空間Ｂに導入された所定量のパージガス５２が空間Ａへ流入するように制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置および成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などのパワーデバイスのように、比較的膜厚の大き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利用されている。
【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、反応室内に基板を載置した状態で反応室内の圧力を常圧または減圧にする。そして、基板を加熱しながら、反応室内に反応性のガスを供給する。すると、基板の表面でガスが熱分解反応または水素還元反応を起こして気相成長膜が形成される。反応によって生成したガスや、反応に使用されなかったガスは、反応室に設けられた排気口を通じて外部に排出される。基板上にエピタキシャル膜を形成した後は、反応室から基板を搬出する。次いで、新しい基板を反応室内に搬入し、同様にしてエピタキシャル膜の形成を行う。
【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、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】
図３は、従来の成膜装置の模式的な断面図であり、基板が搬出（または搬入）される様子を示している。
【０００６】
図３に示すように、成膜装置２００において、チャンバ２０１は、ベースプレート３０１の上にベルジャ３０２が配置された構造を有する。ベースプレート３０１の上には、ベースプレート３０１の全面を被覆する形状と大きさを備えたベースプレートカバー３０３が取り外し可能に設置されている。ベースプレートカバー３０３は、例えば、石英からなるものとすることができる。ベースプレート３０１とベルジャ３０２は、フランジ２１０によって連結されており、フランジ２１０はパッキン２１１でシールされている。気相成長反応の際には、チャンバ２０１内が極めて高い温度になる。そこで、チャンバ２０１の冷却を目的として、ベースプレート３０１とベルジャ３０２の内部には、冷却水の流路２０３が設けられている。
【０００７】
ベルジャ３０２には、反応ガス２０４を導入する供給口２０５が設けられている。一方、ベースプレート３０１には排気口２０６が設けられており、排気口２０６を通じて反応後や未反応の反応ガス２０４がチャンバ２０１の外部へ排出される。
【０００８】
排気口２０６は、フランジ２１３によって配管２１２と連結している。また、フランジ２１３は、パッキン２１４でシールされている。
【０００９】
チャンバ２０１の内部には、ライナ２０２が配置されている。ライナ２０２の内側には、回転軸２１６と、回転軸２１６の上端に設けられた回転筒２１７とが配置されている。回転筒２１７の上にはサセプタ２０８が取り付けられており、回転軸２１６が回転すると、回転筒２１７を介してサセプタ２０８が回転するようになっている。気相成長反応時においては、基板２０７をサセプタ２０８上に載置することにより、サセプタ２０８の回転とともに基板２０７が回転する。
【００１０】
ライナ２０２の上部開口部には、整流板であるシャワープレート２１５が設けられている。シャワープレート２１５を通過した反応ガス２０４は基板２０７の方へ流下する。そして、基板２０７の表面で熱分解反応または水素還元反応を起こしてエピタキシャル膜を形成する。
【００１１】
基板２０７の加熱は、回転筒２１７の内部に配置されたヒータ２０９によって行われる。ヒータ２０９は、アーム形状をした導電性のブースバー２２０によって支持されている。また、ブースバー２２０は、ヒータ２０９を支持する側とは反対の側で、ヒータベース２２１によって支持されている。そして、導電性の連結部２２２によって、ブースバー２２０と電極棒２２３が連結されることにより、電極棒２２３からヒータ２０９へ給電が行われる。尚、基板２０７の表面温度は、放射温度計２２４ａ、２２４ｂによって測定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−１０８９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
基板２０７の上にエピタキシャル膜を形成した後は、チャンバ２０１内のガスを水素ガスや不活性ガスなどで置換する。その後、基板２０７をチャンバ２０１の外へ搬出する。
【００１４】
ライナ２０２とベルジャ３０２には、それぞれ基板搬出入口２４６と基板搬出入口２４７が設けられている。また、チャンバ２０１には、基板搬出入口２４７を介して搬送室（図示せず）が隣接しており、この搬送室には搬送ロボットが配置されている。基板２０７を搬出する際には、回転筒２１７の内部に配置された基板支持部（図示せず）によって基板２０７が上方に突き上げられる。また、搬送ロボットのロボットハンド２４８が基板搬出入口２４６、２４７を介してチャンバ２０１の内部に挿入される。そして、基板支持部からロボットハンド２４８へ基板２０７が受け渡された後、基板搬出入口２４６、２４７を通じて基板２０７が搬出される。
【００１５】
また、次にエピタキシャル膜が形成される基板２０７をチャンバ２０１の内部へ搬入する際には、基板２０７を保持したロボットハンド２４８を基板搬出入口２４６、２４７からチャンバ２０１の内部へ挿入する。次いで、ロボットハンド２４８から基板支持部へ基板２０７を受け渡す。その後、基板支持部を降下させて、基板２０７をサセプタ２０８の上へ載置する。
かかる従来の成膜装置２００においては、次のような問題がある。
【００１６】
上記したように、シャワープレート２１５を通過した反応ガス２０４は、ライナ２０２の内側を通って基板２０７の方へ流下する。ここで、ライナ２０２には基板搬出入口２４６が設けられている。また、ライナ２０２を構成する各部を連結する部位には、図示されない微小な隙間が形成されていることがある。そのため、基板搬出入口２４６やライナ２０２の有する各部間の隙間から、反応ガス２０４がライナ２０２の外に流出してしまうという問題があった。
【００１７】
このようなライナ２０２からの反応ガス２０４の流出は、気相成長反応時の条件を変動させる懸念がある。さらに、反応ガス２０４のライナ２０２の外への流出は、ライナ２０２とベルジャ３０２との間の空間における反応生成物の形成を引き起こす。そのため、従来の成膜装置２００では、そうした反応生成物の除去が必要となり、メンテナンス作業が必要となって装置の稼働率を低下させる要因となることがあった。
【００１８】
ライナ２０２からの反応ガス２０４の流出を防ぐためには、基板搬出入口２４７等を利用して、ライナ２０２とベルジャ３０２との間の空間にパージガスを供給し、ライナ２０２とベルジャ３０２との間の空間をパージすることが考えられる。しかし、この方法の場合、従来の成膜装置２００においては、基板搬出入口２４７等からパージガスを供給した後、基板搬出入口２４６等を介してライナ２０２の内側の基板２０７の近傍に流入するパージガスの量を制御することは難しい。
【００１９】
ライナ２０２の外に流出する反応ガス２０４の量が変動し、それとともにライナ２０２の内側の基板２０７の近傍に流入するパージガスの量が変動した場合、基板２０７上での気相成長反応の条件の変動を助長する懸念がある。そして、基板上での安定した気相成長反応による成膜処理が阻害されて、エピタキシャル膜の膜厚や低効率等の物性が不安定となることが懸念される。
【００２０】
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、気相成長反応が行われる空間からの反応ガスの流出を制御するとともに基板上での安定した成膜処理を可能とする成膜装置および成膜方法を提供することにある。
【００２１】
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】
【００２２】
本発明の第１の態様は、反応ガスが供給されて成膜処理が行われる反応室と、
反応室内に設けられた中空筒状のライナとを有する成膜装置であって、
反応室の内壁とライナとの間に形成される空間の上端部と下端部とを塞ぐシールと、
その空間内にパージガスを導入するパージガス供給部とを有し、
その空間内に導入されたパージガスがライナの内部に流入するよう構成されたことを特徴とする成膜装置に関する。
【００２３】
本発明の第１の態様において、ライナは、基板搬出入口を有し、反応室の内壁とライナとの間に形成される空間内に導入されたパージガスが、その基板搬出入口からライナの内部に流入するよう構成されることが好ましい。
【００２４】
本発明の第１の態様において、シールは、ライナの上部および下部のそれぞれの周囲に配置された管状部材からなることが好ましい。
【００２５】
本発明の第２の態様は、反応室内に設けられた中空筒状のライナの内部に基板を載置し、ライナの上部開口部を塞ぐ位置に整流板を配置して、反応室内に反応ガスを供給し、この反応ガスを整流板を介してライナの内部に導入し、基板の上に所定の膜を形成する成膜方法において、
反応室の内壁とライナとの間に形成される空間の上端部と下端部とをシールで塞ぐとともに、この空間内にパージガスを導入し、ライナの内部にそのパージガスが流入するようにして、基板の上に所定の膜を形成することを特徴とするものである。
【００２６】
本発明の第２の態様において、ライナは、基板搬出入口を有し、この基板搬出入口から、ライナの内部にパージガスが流入するようにすることが好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の第１の態様によれば、反応室の内壁とライナとの間に形成される空間の上端部と下端部が塞がれて、その空間に導入されるパージガスが基板のあるライナの内部に向かうようになり、反応ガスの流出とパージガスの流入が制御されて、基板上での安定した気相成長反応による成膜処理を可能にする。
【００２８】
本発明の第２の態様によれば、反応室の内壁とライナとの間に形成される空間の上端部と下端部を塞いで、その空間に導入されるパージガスが基板のあるライナの内部に向かうようにし、反応ガスの流出とパージガスの流入を制御して、基板上での安定した気相成長反応による成膜処理を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施の形態の成膜装置の模式的な断面図である。
【図２】本実施の形態の成膜装置に用いる管状部材の一例を模式的に示す斜視図である。
【図３】従来の成膜装置の模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、本実施の形態の成膜装置の模式的な断面図である。尚、この図では、説明のために必要な構成以外を省略している。また、縮尺についても、各構成部を明確に視認できるよう原寸大のものとは変えている。
【００３１】
図１に示すように、成膜装置１００は、反応室としてのチャンバ１を有する。チャンバ１は、ベースプレート１０１の上にベルジャ１０２が配置された構造を有する。ベースプレート１０１の上には、ベースプレート１０１の全面を被覆する形状と大きさを備えたベースプレートカバー１０３が取り外し可能に設置されている。ベースプレートカバー１０３は、例えば、石英からなるものとすることができる。ベースプレート１０１とベルジャ１０２は、フランジ１０によって連結されており、フランジ１０はパッキン１１でシールされている。ベースプレート１０１は、例えば、ＳＵＳ（Ｓｔｅｅｌ Ｕｓｅ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ：ステンレス鋼）からなるものとすることができる。
【００３２】
気相成長反応の際には、チャンバ１内が極めて高い温度になる。そこで、チャンバ１の冷却を目的として、ベースプレート１０１とベルジャ１０２の内部には、冷却水の流路３が設けられている。
【００３３】
ベルジャ１０２には、反応ガス４を導入する供給口５が設けられている。一方、ベースプレート１０１には排気口６が設けられており、排気口６を通じて反応後や未反応の反応ガス４がチャンバ１の外部へ排出される。
【００３４】
また、チャンバ１を構成するベルジャ１０２には、パージガス５２を導入するパージガス供給口５０が設けられている。パージガス５２としては、不活性ガスを使用することが可能である。不活性ガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガスおよびキセノン（Ｘｅ）ガス等の使用が可能である。尚、本実施の形態では、ベルジャ１０２にパージガス供給口５０を設けることは必須ではなく、例えば、後述するベルジャ１０２の基板搬出入口４７をパージガス５２の導入に利用することも可能である。
【００３５】
排気口６は、フランジ１３によって配管１２と連結している。また、フランジ１３は、パッキン１４でシールされている。尚、パッキン１１およびパッキン１４には、３００℃程度の耐熱温度を有するフッ素ゴムなどが用いられる。
【００３６】
チャンバ１の内部には、中空筒状のライナ２が配置されている。ライナ２は、チャンバ１の内壁１ａと、基板７上での気相成長反応が行われる空間Ａとを仕切る目的で設けられる。これにより、チャンバ１の内壁１ａが反応ガス４で腐食されるのを防ぐことができる。そして、ライナ２の上部と下部の周囲には、ライナ２とチャンバ１の内壁１ａとの間に形成された空間Ｂの上端部と下端部を塞ぐようにシール５１が設けられている。
【００３７】
気相成長反応は高温下で行われるので、ライナ２は、高い耐熱性を備える材料によって構成される。例えば、ＳｉＣ（炭化珪素）部材またはカーボンにＳｉＣをコートして構成された部材の使用が可能である。シール５１はフッ素ゴム等を使用して構成することが可能である。そして、フッ素ゴム等の材料を用いてＯリング状の形状を有する管状部材５１ａを形成し、シール５１を構成することも可能である。
【００３８】
図２は、本実施の形態の成膜装置に用いる管状部材の一例を模式的に示す斜視図である。
【００３９】
本実施の形態の成膜装置１００では、例えば、図２に示すＯリング状の管状部材５１ａをライナ２の上部と下部の周囲を囲むように配置し、この管状部材５１ａをシールとして使用することにより、空間Ｂの上端部と下端部を塞ぐようにすることも可能である。
【００４０】
本実施の形態では、便宜上、ライナ２を胴部２ａと頭部２ｂの２つの部分に分けて称する。胴部２ａは、内部にサセプタ８が配置される部分であり、頭部２ｂは、胴部２ａより内径の小さい部分である。胴部２ａと頭部２ｂは、一体となってライナ２を構成しており、頭部２ｂは胴部２ａの上方に位置する。
【００４１】
頭部２ｂの上部開口部には、整流板であるシャワープレート１５が設けられている。シャワープレート１５は、基板７の表面に反応ガス４を均一に供給する機能を有する。このため、シャワープレート１５には、複数個の貫通孔１５ａが設けられており、供給口５からチャンバ１に導入された反応ガス４は、貫通孔１５ａを通って基板７の方へ流下する。ここで、反応ガス４は、無駄に拡散することなく、効率よく基板７の表面に到達することが好ましい。それ故、頭部２ｂの内径は胴部２ａより小さく設計されている。具体的には、頭部２ｂの内径は、貫通孔１５ａの位置と基板７の大きさを考慮して決められる。
【００４２】
また、チャンバ１の内部、具体的には、ライナ２の胴部２ａに、基板７を支持するサセプタ８が配置されている。サセプタ８は、高耐熱性の材料で構成される。例えば、基板７の上にＳｉＣをエピタキシャル成長させる場合、基板７は１５００℃以上の高温にする必要がある。このため、サセプタ８には、例えば、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。尚、サセプタ８の形状は、基板７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から適宜選択して用いられる。
【００４３】
基板７の加熱は、回転筒１７の内部に配置されたヒータ９によって行われる。ヒータ９は、抵抗加熱型のヒータとすることができ、円盤状のインヒータ９ａと、環状のアウトヒータ９ｂとを有する。インヒータ９ａは、基板７に対応する位置に配置される。アウトヒータ９ｂは、インヒータ９ａの上方であって、基板７の外周部に対応する位置に配置される。基板７の外周部は中央部に比べて温度が低下しやすいため、アウトヒータ９ｂを設けることで外周部の温度低下を防ぐことができる。
【００４４】
インヒータ９ａとアウトヒータ９ｂは、アーム形状をした導電性のブースバー２０によって支持されている。ブースバー２０は、例えば、カーボンをＳｉＣで被覆してなる部材によって構成される。また、ブースバー２０は、インヒータ９ａとアウトヒータ９ｂを支持する側とは反対の側で、石英製のヒータベース２１によって支持されている。そして、モリブデンなどの金属からなる導電性の連結部２２によって、ブースバー２０と電極棒２３が連結されることにより、電極棒２３からインヒータ９ａとアウトヒータ９ｂへ給電が行われる。具体的には、電極棒２３からこれらのヒータ９の発熱体に通電がなされて発熱体が発熱する。
【００４５】
基板７の表面温度は、放射温度計２４ａ、２４ｂによって測定することができる。図１において、放射温度計２４ａは、基板７の中央部付近の温度を測定するのに用いられる。一方、放射温度計２４ｂは、基板７の外周部の温度を測定するのに用いられる。これらの放射温度計は、図１に示すように、チャンバ１の上部に設けることができる。この場合、ベルジャ１０２の上部とシャワープレート１５を透明石英製とすることにより、これらによって放射温度計２４ａ、２４ｂによる温度測定が妨げられないようにすることができる。
【００４６】
測定した温度データは、図示しない制御機構に送られ、インヒータ９ａとアウトヒータ９ｂの各出力制御にフィードバックすることができる。一例として、ＳｉＣエピタキシャル成長を行う場合、各ヒータの設定温度は次のようにすることができる。これにより、基板７を１６５０℃程度に加熱することが可能である。
インヒータ９ａの温度：１６８０℃
アウトヒータ９ｂの温度：１７５０℃
【００４７】
ライナ２の胴部２ａには、回転軸１６と、回転軸１６の上端に設けられた回転筒１７とが配置されている。サセプタ８は、回転筒１７に取り付けられており、回転軸１６が回転すると、回転筒１７を介してサセプタ８が回転するようになっている。気相成長反応時においては、基板７をサセプタ８上に載置することにより、サセプタ８の回転とともに基板７が回転する。
【００４８】
シャワープレート１５を通過した反応ガス４は、頭部２ｂを通って基板７の方へ流下する。基板７が回転していることにより、反応ガス４は基板７に引きつけられ、シャワープレート１５から基板７に至る領域で縦フローになる。基板７に到達した反応ガス４は、基板７の表面で乱流を形成することなく、水平方向に略層流となって流れる。このようにして、基板７の表面には、新たな反応ガス４が次々と接触する。そして、基板７の表面で熱分解反応または水素還元反応を起こしてエピタキシャル膜を形成する。尚、成膜装置１００では、基板７の外周部からライナ２までの距離を狭くして、基板７の表面における反応ガス４の流れがより均一になるようにしている。
【００４９】
以上の構成とすることで、基板７を加熱し且つ回転させながら気相成長反応を行うことができる。基板７を回転させることにより、基板７の表面全体に効率よく反応ガス４が供給され、膜厚均一性の高いエピタキシャル膜を形成することが可能となる。また、新たな反応ガス４が次々と供給されるので、成膜処理における成膜速度の向上が図れる。
【００５０】
反応ガス４のうちで気相成長反応に使用されなかったガスや、気相成長反応により生成したガスは、ベースプレート１０１に設けられた排気口６から排出される。
【００５１】
基板７の上にエピタキシャル膜を形成した後は、チャンバ１内のガスを水素ガスや不活性ガスなどで置換する。その後、基板７をチャンバ１の外へ搬出する。
【００５２】
ライナ２とベルジャ１０２には、それぞれ基板搬出入口４６と基板搬出入口４７が設けられている。また、チャンバ１には、基板搬出入口４７を介して搬送室（図示せず）が隣接しており、この搬送室には搬送ロボットが配置されている。基板７を搬出する際には、回転筒１７の内部に配置された基板支持部（図示せず）によって基板７が上方に突き上げられる。また、搬送ロボットのロボットハンド（図示せず）が基板搬出入口４６、４７を介してチャンバ１の内部に挿入される。そして、基板支持部からロボットハンドへ基板７が受け渡された後、基板搬出入口４６、４７を通じて基板７が搬出される。
【００５３】
また、次にエピタキシャル膜が形成される基板７をチャンバ１の内部へ搬入する際には、基板７を保持したロボットハンドを基板搬出入口４６、４７からチャンバ１の内部へ挿入する。次いで、ロボットハンドから基板支持部へ基板７を受け渡す。その後、基板支持部を降下させて、基板７をサセプタ８の上へ載置する。
【００５４】
本実施の形態の成膜装置１００は、ライナ２とチャンバ１の内壁１ａとの間に形成された空間Ｂにパージガス５２を導入するためのパージガス供給口５０が設けられるとともに、ライナ２の上部と下部の周囲にシール５１が設けられ、空間Ｂの上端部と下端部が塞がれる構造を有することを特徴とする。
かかる構造とすることにより、成膜装置１００は、空間Ｂをパージガス５２によりパージすることが可能となり、基板７上への気相成長反応が行われる空間Ａに供給された反応ガス４が、基板搬出入口４６やライナ２の各部間の隙間から、空間Ｂに流入することを抑制することができる。
【００５５】
そして、空間Ｂ内に導入されたパージガス５２を空間Ａに流入させるように制御することができる。すなわち、パージガス５２を、基板搬出入口４６やライナ２の各部間の隙間から、基板７上への気相成長反応が行われる空間Ａに流入させることができる。その結果、空間Ａに流入するパージガス５２の量を把握するとともにその流量の保持が容易となり、空間Ａに流入するパージガス５２の量を考慮した上で、基板７上での気相成長反応の条件をより好ましい設定にすることができる。
【００５６】
このとき、基板搬出入口４６の開口部の面積を制御することにより、空間Ｂ内に導入されたパージガス５２の主要な流路として基板搬出入口４６を使用することが可能であり、パージガス５２の大部分を、基板搬出入口４６を通して空間Ａに流入させることが可能となる。こうすることにより、空間Ａ内で、特に基板７近傍に流入するパージガス５２の量の把握がより容易且つ正確にできるようになる。その結果、パージガス５２の量を考慮した上で、基板７上での気相成長反応の条件を最適化することができる。
【００５７】
以上のように、成膜装置１００では、ライナ２内部の空間Ａからライナ２外部の空間Ｂへの反応ガス４の流出と、空間Ｂから空間Ａへのパージガス５２の供給を制御して、基板７上での安定した気相成長反応を可能にし、高精度な成膜処理を可能とする。
【００５８】
次に、図１を参照しながら、本実施の形態における成膜方法の一例について説明する。
【００５９】
本実施の形態の成膜装置１００は、例えば、ＳｉＣエピタキシャル成長膜の形成に好適である。そこで、以下では、ＳｉＣエピタキシャル膜の形成を例にとる。
【００６０】
基板７としては、例えば、ＳｉＣウェハを用いることができる。但し、これに限られるものではなく、場合に応じて、他の材料からなるウェハなどを用いてもよい。例えば、Ｓｉウェハ、ＳｉＯ２（石英）などの他の絶縁性基板、高抵抗のＧａＡｓなどの半絶縁性基板などを用いることもできる。
【００６１】
反応ガス４としては、例えば、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、シラン（ＳｉＨ４）およびキャリアガスとしての水素ガスを用いることができる。この場合、シランに代えて、ジシラン（ＳｉＨ６）、モノクロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）などを使用することも可能である。
【００６２】
まず、サセプタ８の上に基板７を載置する。
【００６３】
次に、チャンバ１の内部を常圧または適当な減圧にした状態で、基板７を回転させる。基板７が載置されたサセプタ８は、回転筒１７の上端に配置されている。したがって、回転軸１６を通じて回転筒１７を回転させると、サセプタ８が回転し、同時に基板７も回転する。回転数は、例えば５０ｒｐｍ程度とすることができる。
【００６４】
次に、ヒータ９によって基板７を加熱する。ＳｉＣエピタキシャル成長では、基板７は、例えば、１５００℃〜１７００℃までの間の所定の温度に加熱される。また、基板７の加熱によってチャンバ１内は高温になるので、ベースプレート１０１とベルジャ１０２の内部に設けた流路３に冷却水を流す。これにより、チャンバ１が過度に昇温するのを防止できる。
【００６５】
放射温度計２４ａ、２４ｂにより、基板７の温度が例えば１６５０℃に達したことを確認した後は、基板７の回転数を徐々に上げていく。例えば、９００ｒｐｍ程度の回転数まで上げることができる。また、供給口５より反応ガス４を導入する。併せて、パージガス供給口５０より空間Ｂにパージガス５２を導入する。
【００６６】
反応ガス４は、シャワープレート１５の貫通孔１５ａを通り、基板７への気相成長反応が行われる空間Ａへ流入する。シャワープレート１５を通過することで、反応ガス４は整流され、下方で回転する基板７へ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。また、空間Ｂ内に導入されたパージガス５２は、空間Ｂ内をパージし、反応ガス４が空間Ｂ内に流入することを抑制する。このとき、空間Ｂは上端部と下端部とがシール５１により塞がれており、空間Ｂ内に導入されたパージガス５２は、例えば、基板搬出入口４６等、空間Ｂと空間Ａとが連通する部分を通って空間Ａへと向かって流れる。そして、空間Ａの内部に流入したパージガス５２は、排気口６を通じてチャンバ１の外部へ排出される。
【００６７】
一方、基板７に向かって流下し、基板７の表面に到達した反応ガス４は、この表面で熱分解反応または水素還元反応を起こしてＳｉＣエピタキシャル膜を形成する。気相成長反応に使用されなかった余剰の反応ガス４や、気相成長反応により生成したガスは、チャンバ１の下方に設けられた排気口６を通じて外部に排気される。
【００６８】
基板７の上に、所定の膜厚のＳｉＣ膜を形成した後は、反応ガス４の供給を終了する。続いて、ヒータ９による加熱を停止し、基板７が所定の温度まで下がるのを待つ。また、チャンバ１内のガスを水素ガスや不活性ガスなどで置換し、パージガス５２の供給を停止する。尚、基板７が所定の温度以下となるまで、供給口５からキャリアガスの供給を続けてもよい。
【００６９】
放射温度計２４ａ、２４ｂにより、基板７が所定の温度まで冷却されたことを確認した後は、チャンバ１の外部に基板７を搬出する。
【００７０】
すなわち、図１の状態から基板支持部（図示せず）を上方に移動させて基板７に接触させた後、さらにそのまま移動させる。これにより、基板７が上方へ突き上げられる。
【００７１】
次いで、基板支持部（図示せず）からロボットハンド（図示せず）へ基板７が受け渡される。その後、基板７は、ロボットハンドに保持された状態で基板搬出入口４７からチャンバ１の外部へと搬出される。
【００７２】
続いて成膜処理を行う際には、新たな基板７をチャンバ１の内部へ搬入する。
【００７３】
具体的には、基板７を保持したロボットハンドを基板搬出入口４７からチャンバ１の内部へ挿入する。次いで、ロボットハンドから基板支持部へ基板７を受け渡す。その後、基板搬出入口４７よりチャンバ１の外部へロボットハンドを退出させる。
【００７４】
次に、基板支持部を降下させて、基板７をサセプタ８の上へ載置する。以降は、上述した手順にしたがって、基板７の上へエピタキシャル膜を形成する。
【００７５】
以上の本実施の形態の成膜方法では、基板７上での気相成長反応時に、空間Ａに反応ガス４を供給するとともに、パージガス供給口５０より空間Ｂにパージガス５２を導入する。そのため、空間Ａに供給された反応ガス４が、基板搬出入口４６やライナ２の各部間の隙間から、空間Ｂに流入することを抑制することができる。
【００７６】
そして、空間Ｂ内に導入されたパージガス５２を空間Ａに流入させるように制御することができる。すなわち、パージガス５２を、基板搬出入口４６やライナ２の各部間の隙間から、基板７上への気相成長反応が行われる空間Ａに流入させることができる。その結果、空間Ａに流入するパージガス５２の量を把握するとともにその量を保持して成膜処理を行うことができる。すなわち、空間Ａに流入するパージガス５２の量を考慮した上で、基板７上での気相成長反応の条件をより好ましい設定にして成膜処理を行うことができる。
【００７７】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上述の実施の形態では、基板を回転させながら基板上に膜を形成する例について述べたが、本発明では、基板を回転させない状態で膜を形成してもよい。
【００７８】
また、上記実施の形態では、成膜装置の一例としてエピタキシャル成長装置を挙げ、ＳｉＣ結晶膜の形成について説明したが、これに限られるものではない。反応室内に反応ガスを供給し、反応室内に載置される基板を加熱して基板の表面に膜を形成するものであれば、他の成膜装置であってもよく、また、他のエピタキシャル膜の形成に用いることもできる。
【００７９】
さらに、装置の構成や制御の手法など、本発明に直接必要としない部分などについては記載を省略したが、必要とされる装置の構成や、制御の手法などを適宜選択して用いることができる。
【００８０】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更し得る全ての成膜装置および各部材の形状は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００８１】
１、２０１ チャンバ
１ａ 内壁
２、２０２ ライナ
２ａ 胴部
２ｂ 頭部
３、２０３ 流路
４、２０４ 反応ガス
５、２０５ 供給口
６、２０６ 排気口
７、２０７ 基板
８、２０８ サセプタ
９、２０９ ヒータ
９ａ インヒータ
９ｂ アウトヒータ
１０、１３、２１０、２１３ フランジ
１１、１４、２１１、２１４ パッキン
１２、２１２ 配管
１５、２１５ シャワープレート
１５ａ 貫通孔
１６、２１６ 回転軸
１７、２１７ 回転筒
２０、２２０ ブースバー
２１、２２１ ヒータベース
２２、２２２ 連結部
２３、２２３ 電極棒
２４ａ、２４ｂ、２２４ａ、２２４ｂ 放射温度計
４６、４７、２４６、２４７ 基板搬出入口
５０ パージガス供給口
５１ シール
５１ａ 管状部材
５２ パージガス
１００、２００ 成膜装置
１０１、３０１ ベースプレート
１０２、３０２ ベルジャ
１０３、３０３ ベースプレートカバー
２４８ ロボットハンド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置および成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などのパワーデバイスのように、比較的膜厚の大き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利用されている。
【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、反応室内に基板を載置した状態で反応室内の圧力を常圧または減圧にする。そして、基板を加熱しながら、反応室内に反応性のガスを供給する。すると、基板の表面でガスが熱分解反応または水素還元反応を起こして気相成長膜が形成される。反応によって生成したガスや、反応に使用されなかったガスは、反応室に設けられた排気口を通じて外部に排出される。基板上にエピタキシャル膜を形成した後は、反応室から基板を搬出する。次いで、新しい基板を反応室内に搬入し、同様にしてエピタキシャル膜の形成を行う。
【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、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】
図３は、従来の成膜装置の模式的な断面図であり、基板が搬出（または搬入）される様子を示している。
【０００６】
図３に示すように、成膜装置２００において、チャンバ２０１は、ベースプレート３０１の上にベルジャ３０２が配置された構造を有する。ベースプレート３０１の上には、ベースプレート３０１の全面を被覆する形状と大きさを備えたベースプレートカバー３０３が取り外し可能に設置されている。ベースプレートカバー３０３は、例えば、石英からなるものとすることができる。ベースプレート３０１とベルジャ３０２は、フランジ２１０によって連結されており、フランジ２１０はパッキン２１１でシールされている。気相成長反応の際には、チャンバ２０１内が極めて高い温度になる。そこで、チャンバ２０１の冷却を目的として、ベースプレート３０１とベルジャ３０２の内部には、冷却水の流路２０３が設けられている。
【０００７】
ベルジャ３０２には、反応ガス２０４を導入する供給口２０５が設けられている。一方、ベースプレート３０１には排気口２０６が設けられており、排気口２０６を通じて反応後や未反応の反応ガス２０４がチャンバ２０１の外部へ排出される。
【０００８】
排気口２０６は、フランジ２１３によって配管２１２と連結している。また、フランジ２１３は、パッキン２１４でシールされている。
【０００９】
チャンバ２０１の内部には、ライナ２０２が配置されている。ライナ２０２の内側には、回転軸２１６と、回転軸２１６の上端に設けられた回転筒２１７とが配置されている。回転筒２１７の上にはサセプタ２０８が取り付けられており、回転軸２１６が回転すると、回転筒２１７を介してサセプタ２０８が回転するようになっている。気相成長反応時においては、基板２０７をサセプタ２０８上に載置することにより、サセプタ２０８の回転とともに基板２０７が回転する。
【００１０】
ライナ２０２の上部開口部には、整流板であるシャワープレート２１５が設けられている。シャワープレート２１５を通過した反応ガス２０４は基板２０７の方へ流下する。そして、基板２０７の表面で熱分解反応または水素還元反応を起こしてエピタキシャル膜を形成する。
【００１１】
基板２０７の加熱は、回転筒２１７の内部に配置されたヒータ２０９によって行われる。ヒータ２０９は、アーム形状をした導電性のブースバー２２０によって支持されている。また、ブースバー２２０は、ヒータ２０９を支持する側とは反対の側で、ヒータベース２２１によって支持されている。そして、導電性の連結部２２２によって、ブースバー２２０と電極棒２２３が連結されることにより、電極棒２２３からヒータ２０９へ給電が行われる。尚、基板２０７の表面温度は、放射温度計２２４ａ、２２４ｂによって測定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−１０８９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
基板２０７の上にエピタキシャル膜を形成した後は、チャンバ２０１内のガスを水素ガスや不活性ガスなどで置換する。その後、基板２０７をチャンバ２０１の外へ搬出する。
【００１４】
ライナ２０２とベルジャ３０２には、それぞれ基板搬出入口２４６と基板搬出入口２４７が設けられている。また、チャンバ２０１には、基板搬出入口２４７を介して搬送室（図示せず）が隣接しており、この搬送室には搬送ロボットが配置されている。基板２０７を搬出する際には、回転筒２１７の内部に配置された基板支持部（図示せず）によって基板２０７が上方に突き上げられる。また、搬送ロボットのロボットハンド２４８が基板搬出入口２４６、２４７を介してチャンバ２０１の内部に挿入される。そして、基板支持部からロボットハンド２４８へ基板２０７が受け渡された後、基板搬出入口２４６、２４７を通じて基板２０７が搬出される。
【００１５】
また、次にエピタキシャル膜が形成される基板２０７をチャンバ２０１の内部へ搬入する際には、基板２０７を保持したロボットハンド２４８を基板搬出入口２４６、２４７からチャンバ２０１の内部へ挿入する。次いで、ロボットハンド２４８から基板支持部へ基板２０７を受け渡す。その後、基板支持部を降下させて、基板２０７をサセプタ２０８の上へ載置する。
かかる従来の成膜装置２００においては、次のような問題がある。
【００１６】
上記したように、シャワープレート２１５を通過した反応ガス２０４は、ライナ２０２の内側を通って基板２０７の方へ流下する。ここで、ライナ２０２には基板搬出入口２４６が設けられている。また、ライナ２０２を構成する各部を連結する部位には、図示されない微小な隙間が形成されていることがある。そのため、基板搬出入口２４６やライナ２０２の有する各部間の隙間から、反応ガス２０４がライナ２０２の外に流出してしまうという問題があった。
【００１７】
このようなライナ２０２からの反応ガス２０４の流出は、気相成長反応時の条件を変動させる懸念がある。さらに、反応ガス２０４のライナ２０２の外への流出は、ライナ２０２とベルジャ３０２との間の空間における反応生成物の形成を引き起こす。そのため、従来の成膜装置２００では、そうした反応生成物の除去が必要となり、メンテナンス作業が必要となって装置の稼働率を低下させる要因となることがあった。
【００１８】
ライナ２０２からの反応ガス２０４の流出を防ぐためには、基板搬出入口２４７等を利用して、ライナ２０２とベルジャ３０２との間の空間にパージガスを供給し、ライナ２０２とベルジャ３０２との間の空間をパージすることが考えられる。しかし、この方法の場合、従来の成膜装置２００においては、基板搬出入口２４７等からパージガスを供給した後、基板搬出入口２４６等を介してライナ２０２の内側の基板２０７の近傍に流入するパージガスの量を制御することは難しい。
【００１９】
ライナ２０２の外に流出する反応ガス２０４の量が変動し、それとともにライナ２０２の内側の基板２０７の近傍に流入するパージガスの量が変動した場合、基板２０７上での気相成長反応の条件の変動を助長する懸念がある。そして、基板上での安定した気相成長反応による成膜処理が阻害されて、エピタキシャル膜の膜厚や低効率等の物性が不安定となることが懸念される。
【００２０】
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、気相成長反応が行われる空間からの反応ガスの流出を制御するとともに基板上での安定した成膜処理を可能とする成膜装置および成膜方法を提供することにある。
【００２１】
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】
【００２２】
本発明の第１の態様は、反応ガスが供給されて成膜処理が行われる反応室と、
反応室内に設けられた中空筒状のライナとを有する成膜装置であって、
反応室の内壁とライナとの間に形成される空間の上端部と下端部とを塞ぐシールと、
その空間内にパージガスを導入するパージガス供給部とを有し、
その空間内に導入されたパージガスがライナの内部に流入するよう構成されたことを特徴とする成膜装置に関する。
【００２３】
本発明の第１の態様において、ライナは、基板搬出入口を有し、反応室の内壁とライナとの間に形成される空間内に導入されたパージガスが、その基板搬出入口からライナの内部に流入するよう構成されることが好ましい。
【００２４】
本発明の第１の態様において、シールは、ライナの上部および下部のそれぞれの周囲に配置された管状部材からなることが好ましい。
【００２５】
本発明の第２の態様は、反応室内に設けられた中空筒状のライナの内部に基板を載置し、ライナの上部開口部を塞ぐ位置に整流板を配置して、反応室内に反応ガスを供給し、この反応ガスを整流板を介してライナの内部に導入し、基板の上に所定の膜を形成する成膜方法において、
反応室の内壁とライナとの間に形成される空間の上端部と下端部とをシールで塞ぐとともに、この空間内にパージガスを導入し、ライナの内部にそのパージガスが流入するようにして、基板の上に所定の膜を形成することを特徴とするものである。
【００２６】
本発明の第２の態様において、ライナは、基板搬出入口を有し、この基板搬出入口から、ライナの内部にパージガスが流入するようにすることが好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の第１の態様によれば、反応室の内壁とライナとの間に形成される空間の上端部と下端部が塞がれて、その空間に導入されるパージガスが基板のあるライナの内部に向かうようになり、反応ガスの流出とパージガスの流入が制御されて、基板上での安定した気相成長反応による成膜処理を可能にする。
【００２８】
本発明の第２の態様によれば、反応室の内壁とライナとの間に形成される空間の上端部と下端部を塞いで、その空間に導入されるパージガスが基板のあるライナの内部に向かうようにし、反応ガスの流出とパージガスの流入を制御して、基板上での安定した気相成長反応による成膜処理を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施の形態の成膜装置の模式的な断面図である。
【図２】本実施の形態の成膜装置に用いる管状部材の一例を模式的に示す斜視図である。
【図３】従来の成膜装置の模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、本実施の形態の成膜装置の模式的な断面図である。尚、この図では、説明のために必要な構成以外を省略している。また、縮尺についても、各構成部を明確に視認できるよう原寸大のものとは変えている。
【００３１】
図１に示すように、成膜装置１００は、反応室としてのチャンバ１を有する。チャンバ１は、ベースプレート１０１の上にベルジャ１０２が配置された構造を有する。ベースプレート１０１の上には、ベースプレート１０１の全面を被覆する形状と大きさを備えたベースプレートカバー１０３が取り外し可能に設置されている。ベースプレートカバー１０３は、例えば、石英からなるものとすることができる。ベースプレート１０１とベルジャ１０２は、フランジ１０によって連結されており、フランジ１０はパッキン１１でシールされている。ベースプレート１０１は、例えば、ＳＵＳ（Ｓｔｅｅｌ Ｕｓｅ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ：ステンレス鋼）からなるものとすることができる。
【００３２】
気相成長反応の際には、チャンバ１内が極めて高い温度になる。そこで、チャンバ１の冷却を目的として、ベースプレート１０１とベルジャ１０２の内部には、冷却水の流路３が設けられている。
【００３３】
ベルジャ１０２には、反応ガス４を導入する供給口５が設けられている。一方、ベースプレート１０１には排気口６が設けられており、排気口６を通じて反応後や未反応の反応ガス４がチャンバ１の外部へ排出される。
【００３４】
また、チャンバ１を構成するベルジャ１０２には、パージガス５２を導入するパージガス供給口５０が設けられている。パージガス５２としては、不活性ガスを使用することが可能である。不活性ガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガスおよびキセノン（Ｘｅ）ガス等の使用が可能である。尚、本実施の形態では、ベルジャ１０２にパージガス供給口５０を設けることは必須ではなく、例えば、後述するベルジャ１０２の基板搬出入口４７をパージガス５２の導入に利用することも可能である。
【００３５】
排気口６は、フランジ１３によって配管１２と連結している。また、フランジ１３は、パッキン１４でシールされている。尚、パッキン１１およびパッキン１４には、３００℃程度の耐熱温度を有するフッ素ゴムなどが用いられる。
【００３６】
チャンバ１の内部には、中空筒状のライナ２が配置されている。ライナ２は、チャンバ１の内壁１ａと、基板７上での気相成長反応が行われる空間Ａとを仕切る目的で設けられる。これにより、チャンバ１の内壁１ａが反応ガス４で腐食されるのを防ぐことができる。そして、ライナ２の上部と下部の周囲には、ライナ２とチャンバ１の内壁１ａとの間に形成された空間Ｂの上端部と下端部を塞ぐようにシール５１が設けられている。
【００３７】
気相成長反応は高温下で行われるので、ライナ２は、高い耐熱性を備える材料によって構成される。例えば、ＳｉＣ（炭化珪素）部材またはカーボンにＳｉＣをコートして構成された部材の使用が可能である。シール５１はフッ素ゴム等を使用して構成することが可能である。そして、フッ素ゴム等の材料を用いてＯリング状の形状を有する管状部材５１ａを形成し、シール５１を構成することも可能である。
【００３８】
図２は、本実施の形態の成膜装置に用いる管状部材の一例を模式的に示す斜視図である。
【００３９】
本実施の形態の成膜装置１００では、例えば、図２に示すＯリング状の管状部材５１ａをライナ２の上部と下部の周囲を囲むように配置し、この管状部材５１ａをシールとして使用することにより、空間Ｂの上端部と下端部を塞ぐようにすることも可能である。
【００４０】
本実施の形態では、便宜上、ライナ２を胴部２ａと頭部２ｂの２つの部分に分けて称する。胴部２ａは、内部にサセプタ８が配置される部分であり、頭部２ｂは、胴部２ａより内径の小さい部分である。胴部２ａと頭部２ｂは、一体となってライナ２を構成しており、頭部２ｂは胴部２ａの上方に位置する。
【００４１】
頭部２ｂの上部開口部には、整流板であるシャワープレート１５が設けられている。シャワープレート１５は、基板７の表面に反応ガス４を均一に供給する機能を有する。このため、シャワープレート１５には、複数個の貫通孔１５ａが設けられており、供給口５からチャンバ１に導入された反応ガス４は、貫通孔１５ａを通って基板７の方へ流下する。ここで、反応ガス４は、無駄に拡散することなく、効率よく基板７の表面に到達することが好ましい。それ故、頭部２ｂの内径は胴部２ａより小さく設計されている。具体的には、頭部２ｂの内径は、貫通孔１５ａの位置と基板７の大きさを考慮して決められる。
【００４２】
また、チャンバ１の内部、具体的には、ライナ２の胴部２ａに、基板７を支持するサセプタ８が配置されている。サセプタ８は、高耐熱性の材料で構成される。例えば、基板７の上にＳｉＣをエピタキシャル成長させる場合、基板７は１５００℃以上の高温にする必要がある。このため、サセプタ８には、例えば、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。尚、サセプタ８の形状は、基板７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から適宜選択して用いられる。
【００４３】
基板７の加熱は、回転筒１７の内部に配置されたヒータ９によって行われる。ヒータ９は、抵抗加熱型のヒータとすることができ、円盤状のインヒータ９ａと、環状のアウトヒータ９ｂとを有する。インヒータ９ａは、基板７に対応する位置に配置される。アウトヒータ９ｂは、インヒータ９ａの上方であって、基板７の外周部に対応する位置に配置される。基板７の外周部は中央部に比べて温度が低下しやすいため、アウトヒータ９ｂを設けることで外周部の温度低下を防ぐことができる。
【００４４】
インヒータ９ａとアウトヒータ９ｂは、アーム形状をした導電性のブースバー２０によって支持されている。ブースバー２０は、例えば、カーボンをＳｉＣで被覆してなる部材によって構成される。また、ブースバー２０は、インヒータ９ａとアウトヒータ９ｂを支持する側とは反対の側で、石英製のヒータベース２１によって支持されている。そして、モリブデンなどの金属からなる導電性の連結部２２によって、ブースバー２０と電極棒２３が連結されることにより、電極棒２３からインヒータ９ａとアウトヒータ９ｂへ給電が行われる。具体的には、電極棒２３からこれらのヒータ９の発熱体に通電がなされて発熱体が発熱する。
【００４５】
基板７の表面温度は、放射温度計２４ａ、２４ｂによって測定することができる。図１において、放射温度計２４ａは、基板７の中央部付近の温度を測定するのに用いられる。一方、放射温度計２４ｂは、基板７の外周部の温度を測定するのに用いられる。これらの放射温度計は、図１に示すように、チャンバ１の上部に設けることができる。この場合、ベルジャ１０２の上部とシャワープレート１５を透明石英製とすることにより、これらによって放射温度計２４ａ、２４ｂによる温度測定が妨げられないようにすることができる。
【００４６】
測定した温度データは、図示しない制御機構に送られ、インヒータ９ａとアウトヒータ９ｂの各出力制御にフィードバックすることができる。一例として、ＳｉＣエピタキシャル成長を行う場合、各ヒータの設定温度は次のようにすることができる。これにより、基板７を１６５０℃程度に加熱することが可能である。
インヒータ９ａの温度：１６８０℃
アウトヒータ９ｂの温度：１７５０℃
【００４７】
ライナ２の胴部２ａには、回転軸１６と、回転軸１６の上端に設けられた回転筒１７とが配置されている。サセプタ８は、回転筒１７に取り付けられており、回転軸１６が回転すると、回転筒１７を介してサセプタ８が回転するようになっている。気相成長反応時においては、基板７をサセプタ８上に載置することにより、サセプタ８の回転とともに基板７が回転する。
【００４８】
シャワープレート１５を通過した反応ガス４は、頭部２ｂを通って基板７の方へ流下する。基板７が回転していることにより、反応ガス４は基板７に引きつけられ、シャワープレート１５から基板７に至る領域で縦フローになる。基板７に到達した反応ガス４は、基板７の表面で乱流を形成することなく、水平方向に略層流となって流れる。このようにして、基板７の表面には、新たな反応ガス４が次々と接触する。そして、基板７の表面で熱分解反応または水素還元反応を起こしてエピタキシャル膜を形成する。尚、成膜装置１００では、基板７の外周部からライナ２までの距離を狭くして、基板７の表面における反応ガス４の流れがより均一になるようにしている。
【００４９】
以上の構成とすることで、基板７を加熱し且つ回転させながら気相成長反応を行うことができる。基板７を回転させることにより、基板７の表面全体に効率よく反応ガス４が供給され、膜厚均一性の高いエピタキシャル膜を形成することが可能となる。また、新たな反応ガス４が次々と供給されるので、成膜処理における成膜速度の向上が図れる。
【００５０】
反応ガス４のうちで気相成長反応に使用されなかったガスや、気相成長反応により生成したガスは、ベースプレート１０１に設けられた排気口６から排出される。
【００５１】
基板７の上にエピタキシャル膜を形成した後は、チャンバ１内のガスを水素ガスや不活性ガスなどで置換する。その後、基板７をチャンバ１の外へ搬出する。
【００５２】
ライナ２とベルジャ１０２には、それぞれ基板搬出入口４６と基板搬出入口４７が設けられている。また、チャンバ１には、基板搬出入口４７を介して搬送室（図示せず）が隣接しており、この搬送室には搬送ロボットが配置されている。基板７を搬出する際には、回転筒１７の内部に配置された基板支持部（図示せず）によって基板７が上方に突き上げられる。また、搬送ロボットのロボットハンド（図示せず）が基板搬出入口４６、４７を介してチャンバ１の内部に挿入される。そして、基板支持部からロボットハンドへ基板７が受け渡された後、基板搬出入口４６、４７を通じて基板７が搬出される。
【００５３】
また、次にエピタキシャル膜が形成される基板７をチャンバ１の内部へ搬入する際には、基板７を保持したロボットハンドを基板搬出入口４６、４７からチャンバ１の内部へ挿入する。次いで、ロボットハンドから基板支持部へ基板７を受け渡す。その後、基板支持部を降下させて、基板７をサセプタ８の上へ載置する。
【００５４】
本実施の形態の成膜装置１００は、ライナ２とチャンバ１の内壁１ａとの間に形成された空間Ｂにパージガス５２を導入するためのパージガス供給口５０が設けられるとともに、ライナ２の上部と下部の周囲にシール５１が設けられ、空間Ｂの上端部と下端部が塞がれる構造を有することを特徴とする。
かかる構造とすることにより、成膜装置１００は、空間Ｂをパージガス５２によりパージすることが可能となり、基板７上への気相成長反応が行われる空間Ａに供給された反応ガス４が、基板搬出入口４６やライナ２の各部間の隙間から、空間Ｂに流入することを抑制することができる。
【００５５】
そして、空間Ｂ内に導入されたパージガス５２を空間Ａに流入させるように制御することができる。すなわち、パージガス５２を、基板搬出入口４６やライナ２の各部間の隙間から、基板７上への気相成長反応が行われる空間Ａに流入させることができる。その結果、空間Ａに流入するパージガス５２の量を把握するとともにその流量の保持が容易となり、空間Ａに流入するパージガス５２の量を考慮した上で、基板７上での気相成長反応の条件をより好ましい設定にすることができる。
【００５６】
このとき、基板搬出入口４６の開口部の面積を制御することにより、空間Ｂ内に導入されたパージガス５２の主要な流路として基板搬出入口４６を使用することが可能であり、パージガス５２の大部分を、基板搬出入口４６を通して空間Ａに流入させることが可能となる。こうすることにより、空間Ａ内で、特に基板７近傍に流入するパージガス５２の量の把握がより容易且つ正確にできるようになる。その結果、パージガス５２の量を考慮した上で、基板７上での気相成長反応の条件を最適化することができる。
【００５７】
以上のように、成膜装置１００では、ライナ２内部の空間Ａからライナ２外部の空間Ｂへの反応ガス４の流出と、空間Ｂから空間Ａへのパージガス５２の供給を制御して、基板７上での安定した気相成長反応を可能にし、高精度な成膜処理を可能とする。
【００５８】
次に、図１を参照しながら、本実施の形態における成膜方法の一例について説明する。
【００５９】
本実施の形態の成膜装置１００は、例えば、ＳｉＣエピタキシャル成長膜の形成に好適である。そこで、以下では、ＳｉＣエピタキシャル膜の形成を例にとる。
【００６０】
基板７としては、例えば、ＳｉＣウェハを用いることができる。但し、これに限られるものではなく、場合に応じて、他の材料からなるウェハなどを用いてもよい。例えば、Ｓｉウェハ、ＳｉＯ２（石英）などの他の絶縁性基板、高抵抗のＧａＡｓなどの半絶縁性基板などを用いることもできる。
【００６１】
反応ガス４としては、例えば、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、シラン（ＳｉＨ４）およびキャリアガスとしての水素ガスを用いることができる。この場合、シランに代えて、ジシラン（ＳｉＨ６）、モノクロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）などを使用することも可能である。
【００６２】
まず、サセプタ８の上に基板７を載置する。
【００６３】
次に、チャンバ１の内部を常圧または適当な減圧にした状態で、基板７を回転させる。基板７が載置されたサセプタ８は、回転筒１７の上端に配置されている。したがって、回転軸１６を通じて回転筒１７を回転させると、サセプタ８が回転し、同時に基板７も回転する。回転数は、例えば５０ｒｐｍ程度とすることができる。
【００６４】
次に、ヒータ９によって基板７を加熱する。ＳｉＣエピタキシャル成長では、基板７は、例えば、１５００℃〜１７００℃までの間の所定の温度に加熱される。また、基板７の加熱によってチャンバ１内は高温になるので、ベースプレート１０１とベルジャ１０２の内部に設けた流路３に冷却水を流す。これにより、チャンバ１が過度に昇温するのを防止できる。
【００６５】
放射温度計２４ａ、２４ｂにより、基板７の温度が例えば１６５０℃に達したことを確認した後は、基板７の回転数を徐々に上げていく。例えば、９００ｒｐｍ程度の回転数まで上げることができる。また、供給口５より反応ガス４を導入する。併せて、パージガス供給口５０より空間Ｂにパージガス５２を導入する。
【００６６】
反応ガス４は、シャワープレート１５の貫通孔１５ａを通り、基板７への気相成長反応が行われる空間Ａへ流入する。シャワープレート１５を通過することで、反応ガス４は整流され、下方で回転する基板７へ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。また、空間Ｂ内に導入されたパージガス５２は、空間Ｂ内をパージし、反応ガス４が空間Ｂ内に流入することを抑制する。このとき、空間Ｂは上端部と下端部とがシール５１により塞がれており、空間Ｂ内に導入されたパージガス５２は、例えば、基板搬出入口４６等、空間Ｂと空間Ａとが連通する部分を通って空間Ａへと向かって流れる。そして、空間Ａの内部に流入したパージガス５２は、排気口６を通じてチャンバ１の外部へ排出される。
【００６７】
一方、基板７に向かって流下し、基板７の表面に到達した反応ガス４は、この表面で熱分解反応または水素還元反応を起こしてＳｉＣエピタキシャル膜を形成する。気相成長反応に使用されなかった余剰の反応ガス４や、気相成長反応により生成したガスは、チャンバ１の下方に設けられた排気口６を通じて外部に排気される。
【００６８】
基板７の上に、所定の膜厚のＳｉＣ膜を形成した後は、反応ガス４の供給を終了する。続いて、ヒータ９による加熱を停止し、基板７が所定の温度まで下がるのを待つ。また、チャンバ１内のガスを水素ガスや不活性ガスなどで置換し、パージガス５２の供給を停止する。尚、基板７が所定の温度以下となるまで、供給口５からキャリアガスの供給を続けてもよい。
【００６９】
放射温度計２４ａ、２４ｂにより、基板７が所定の温度まで冷却されたことを確認した後は、チャンバ１の外部に基板７を搬出する。
【００７０】
すなわち、図１の状態から基板支持部（図示せず）を上方に移動させて基板７に接触させた後、さらにそのまま移動させる。これにより、基板７が上方へ突き上げられる。
【００７１】
次いで、基板支持部（図示せず）からロボットハンド（図示せず）へ基板７が受け渡される。その後、基板７は、ロボットハンドに保持された状態で基板搬出入口４７からチャンバ１の外部へと搬出される。
【００７２】
続いて成膜処理を行う際には、新たな基板７をチャンバ１の内部へ搬入する。
【００７３】
具体的には、基板７を保持したロボットハンドを基板搬出入口４７からチャンバ１の内部へ挿入する。次いで、ロボットハンドから基板支持部へ基板７を受け渡す。その後、基板搬出入口４７よりチャンバ１の外部へロボットハンドを退出させる。
【００７４】
次に、基板支持部を降下させて、基板７をサセプタ８の上へ載置する。以降は、上述した手順にしたがって、基板７の上へエピタキシャル膜を形成する。
【００７５】
以上の本実施の形態の成膜方法では、基板７上での気相成長反応時に、空間Ａに反応ガス４を供給するとともに、パージガス供給口５０より空間Ｂにパージガス５２を導入する。そのため、空間Ａに供給された反応ガス４が、基板搬出入口４６やライナ２の各部間の隙間から、空間Ｂに流入することを抑制することができる。
【００７６】
そして、空間Ｂ内に導入されたパージガス５２を空間Ａに流入させるように制御することができる。すなわち、パージガス５２を、基板搬出入口４６やライナ２の各部間の隙間から、基板７上への気相成長反応が行われる空間Ａに流入させることができる。その結果、空間Ａに流入するパージガス５２の量を把握するとともにその量を保持して成膜処理を行うことができる。すなわち、空間Ａに流入するパージガス５２の量を考慮した上で、基板７上での気相成長反応の条件をより好ましい設定にして成膜処理を行うことができる。
【００７７】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上述の実施の形態では、基板を回転させながら基板上に膜を形成する例について述べたが、本発明では、基板を回転させない状態で膜を形成してもよい。
【００７８】
また、上記実施の形態では、成膜装置の一例としてエピタキシャル成長装置を挙げ、ＳｉＣ結晶膜の形成について説明したが、これに限られるものではない。反応室内に反応ガスを供給し、反応室内に載置される基板を加熱して基板の表面に膜を形成するものであれば、他の成膜装置であってもよく、また、他のエピタキシャル膜の形成に用いることもできる。
【００７９】
さらに、装置の構成や制御の手法など、本発明に直接必要としない部分などについては記載を省略したが、必要とされる装置の構成や、制御の手法などを適宜選択して用いることができる。
【００８０】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更し得る全ての成膜装置および各部材の形状は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００８１】
１、２０１ チャンバ
１ａ 内壁
２、２０２ ライナ
２ａ 胴部
２ｂ 頭部
３、２０３ 流路
４、２０４ 反応ガス
５、２０５ 供給口
６、２０６ 排気口
７、２０７ 基板
８、２０８ サセプタ
９、２０９ ヒータ
９ａ インヒータ
９ｂ アウトヒータ
１０、１３、２１０、２１３ フランジ
１１、１４、２１１、２１４ パッキン
１２、２１２ 配管
１５、２１５ シャワープレート
１５ａ 貫通孔
１６、２１６ 回転軸
１７、２１７ 回転筒
２０、２２０ ブースバー
２１、２２１ ヒータベース
２２、２２２ 連結部
２３、２２３ 電極棒
２４ａ、２４ｂ、２２４ａ、２２４ｂ 放射温度計
４６、４７、２４６、２４７ 基板搬出入口
５０ パージガス供給口
５１ シール
５１ａ 管状部材
５２ パージガス
１００、２００ 成膜装置
１０１、３０１ ベースプレート
１０２、３０２ ベルジャ
１０３、３０３ ベースプレートカバー
２４８ ロボットハンド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスが供給されて成膜処理が行われる反応室と、
前記反応室内に設けられた中空筒状のライナとを有する成膜装置であって、
前記反応室の内壁と前記ライナとの間に形成される空間の上端部と下端部とを塞ぐシールと、
前記空間内にパージガスを導入するパージガス供給部とを有し、
前記空間内に導入されたパージガスが前記ライナの内部に流入するよう構成されたことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記ライナは、基板搬出入口を有し、前記空間内に導入されたパージガスが、前記基板搬出入口から前記ライナの内部に流入するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記シールは、前記ライナの上部および下部のそれぞれの周囲に配置された管状部材からなることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
【請求項４】
反応室内に設けられた中空筒状のライナの内部に基板を載置し、前記ライナの上部開口部を塞ぐ位置に整流板を配置して、前記反応室内に反応ガスを供給し、前記反応ガスを前記整流板を介して前記ライナの内部に導入し、前記基板の上に所定の膜を形成する成膜方法において、
前記反応室の内壁と前記ライナとの間に形成される空間の上端部と下端部とをシールで塞ぐとともに、前記空間内にパージガスを導入し、前記ライナの内部に前記パージガスが流入するようにして、前記基板の上に所定の膜を形成することを特徴とする成膜方法。
【請求項５】
前記ライナは、基板搬出入口を有し、前記基板搬出入口から、前記ライナの内部にパージガスが流入するようにしたことを特徴とする請求項４に記載の成膜方法。
【請求項１】
反応ガスが供給されて成膜処理が行われる反応室と、
前記反応室内に設けられた中空筒状のライナとを有する成膜装置であって、
前記反応室の内壁と前記ライナとの間に形成される空間の上端部と下端部とを塞ぐシールと、
前記空間内にパージガスを導入するパージガス供給部とを有し、
前記空間内に導入されたパージガスが前記ライナの内部に流入するよう構成されたことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記ライナは、基板搬出入口を有し、前記空間内に導入されたパージガスが、前記基板搬出入口から前記ライナの内部に流入するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記シールは、前記ライナの上部および下部のそれぞれの周囲に配置された管状部材からなることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
【請求項４】
反応室内に設けられた中空筒状のライナの内部に基板を載置し、前記ライナの上部開口部を塞ぐ位置に整流板を配置して、前記反応室内に反応ガスを供給し、前記反応ガスを前記整流板を介して前記ライナの内部に導入し、前記基板の上に所定の膜を形成する成膜方法において、
前記反応室の内壁と前記ライナとの間に形成される空間の上端部と下端部とをシールで塞ぐとともに、前記空間内にパージガスを導入し、前記ライナの内部に前記パージガスが流入するようにして、前記基板の上に所定の膜を形成することを特徴とする成膜方法。
【請求項５】
前記ライナは、基板搬出入口を有し、前記基板搬出入口から、前記ライナの内部にパージガスが流入するようにしたことを特徴とする請求項４に記載の成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−７４２１３（Ｐ２０１３−７４２１３Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１３５０５（Ｐ２０１１−２１３５０５）
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（５０４１６２９５８）株式会社ニューフレアテクノロジー (669)
【出願人】（０００１７３８０９）一般財団法人電力中央研究所 (1,040)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（５０４１６２９５８）株式会社ニューフレアテクノロジー (669)
【出願人】（０００１７３８０９）一般財団法人電力中央研究所 (1,040)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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