成膜装置および成膜方法
【課題】基板の周方向における温度分布を均一にすることのでき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に配置されて基板７が載置されるサセプタ８と、サセプタ８を下方から加熱するヒータ９とを有する。サセプタ８は、リング状の第１のサセプタ部８ａと、第１のサセプタ部８ａに接して設けられ、第１のサセプタ部８ａの開口部分を遮蔽する第２のサセプタ部８ｂとを有し、第２のサセプタ部８ｂの加熱部に対向する面は水平面から傾斜している。また、第１のサセプタ部８ａは、第２のサセプタ部８ｂの厚みに対応した周方向に異なる形状を有する。
【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に配置されて基板７が載置されるサセプタ８と、サセプタ８を下方から加熱するヒータ９とを有する。サセプタ８は、リング状の第１のサセプタ部８ａと、第１のサセプタ部８ａに接して設けられ、第１のサセプタ部８ａの開口部分を遮蔽する第２のサセプタ部８ｂとを有し、第２のサセプタ部８ｂの加熱部に対向する面は水平面から傾斜している。また、第１のサセプタ部８ａは、第２のサセプタ部８ｂの厚みに対応した周方向に異なる形状を有する。
【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】
膜厚の大き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７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７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、リング状のサセプタ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。
【００１０】
サセプタ２０８は、その内周側に設けられた座ぐり内に基板２０７の外周部を受け入れる構造となっている。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。
【００１１】
図８は、サセプタ２０８の上に基板２０７が載置された様子を示す断面図である。この図に示すように、サセプタ２０８は、基板２０７の外周部を支持する第１のサセプタ部２０８ａと、第１のサセプタ部２０８ａの開口部分に密嵌される第２のサセプタ部２０８ｂとからなる。基板２０７は、第１のサセプタ部２０８ａの座ぐり２０８ａ１に接触した状態でサセプタ２０８上に載置される。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【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】
【００１７】
上記の通り、サセプタ２０８は、ヒータ２０９によって図７の下方から加熱され、基板２０７は、サセプタ２０８を介して加熱される。すると、基板２０７は熱変形を起こし、基板２０７とサセプタ２０８とは、微視的に見て均一な面接触をすることが難しくなる。すなわち、基板２０７とサセプタ２０８とは、ある部分で接触する一方、他の部分では接触しないといったことが起こる。
【００１８】
図７に示すように、サセプタ２０８は、基板２０７よりもヒータ２０９に近い位置にあるので、サセプタ２０８の方が基板２０７より温度が高い。このため、サセプタ２０８に接触している部分の基板２０７の温度は、サセプタ２０８に接触していない部分の温度より高くなり、基板２０７に周方向の温度分布が生じる結果となる。
【００１９】
基板２０７の温度分布が不均一になると、基板２０７上に形成されるエピタキシャル膜の膜厚も不均一になる。また、基板２０７とサセプタ２０８の接触部分に熱応力が集中して、スリップと称される結晶欠陥が発生する原因ともなる。スリップは、基板２０７に反りを生じさせたり、ＩＣデバイスにリークを起こしたりして、ＩＣデバイスの歩留まりを著しく減少させる。
【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、基板の周方向における温度分布を均一にすることのでき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、
反応室に配置されて基板が載置されるサセプタと、
サセプタを下方から加熱する加熱部とを有する成膜装置であって、
サセプタは周方向に厚みの異なる形状であることを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の第１の態様において、サセプタは、リング状の第１のサセプタ部と、
第１のサセプタ部に接して設けられ、第１のサセプタ部の開口部分を遮蔽する第２のサセプタ部とを有し、
第２のサセプタ部の加熱部に対向する面が水平面から傾斜していることが好ましい。
【００２４】
上記場合において、第１のサセプタ部は、第２のサセプタ部の厚みに対応した周方向に異なる形状を有することが好ましい。
【００２５】
本発明の第２の態様は、搬送部により反応室に基板を搬送してサセプタ上にこの基板を載置する工程と、
サセプタの下方から加熱部で基板を加熱しつつ、反応室に設けられた回転部を介してサセプタを回転させながら基板の温度測定を行うとともに、基板の回転方向と回転角度を検出して基板の温度分布データを作成する工程と、
周方向に厚みの異なる形状を有するサセプタを用い、温度分布データを基に、基板の温度が低くなる箇所にこのサセプタの厚みが大きくなる部分が位置し、基板の温度が高くなる箇所にこのサセプタの厚みが小さくなる部分が位置するように、搬送部または回転部の位置を調整する工程と、
上記基板と同一の基板または同じ種類の異なる基板を反応室に搬送し、周方向に厚みの異なる形状を有するサセプタの上にこの基板を載置した後、反応室に反応ガスを供給し、この基板を加熱しながら、この基板の上に所定の膜を形成する工程とを有する成膜方法に関する。
この場合、温度分布データを作成する際に使用するサセプタは、周方向の厚みが均一であるサセプタであってもよく、上記の周方向に厚みの異なる形状を有するサセプタであってもよい。
【００２６】
本発明の第２の態様において、周方向に厚みの異なる形状を有するサセプタは、リング状の第１のサセプタ部と、
第１のサセプタ部に接して設けられ、第１のサセプタ部の開口部分を遮蔽する第２のサセプタ部とを有し、
第２のサセプタ部の加熱部に対向する面が水平面から傾斜していることが好ましい。
【００２７】
上記場合において、第１のサセプタ部は、第２のサセプタ部の厚みに対応した周方向に異なる形状を有することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施の形態の成膜装置の断面図であり、基板がロボットハンドで保持された状態を示す図である。
【図２】本実施の形態のサセプタの上に基板が載置された様子を示す断面図である。
【図３】図１で、基板が基板支持部に支持された状態の断面図である。
【図４】図１で、基板がサセプタ上に載置された状態の断面図である。
【図５】本実施の形態の別のサセプタの上に基板が載置された様子を示す断面図である。
【図６】本実施の形態の成膜方法のフローチャートである。
【図７】従来の成膜装置の模式的な断面図である。
【図８】従来のサセプタの上に基板が載置された様子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、本実施の形態の成膜装置の模式的な部分断面図である。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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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上へ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。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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、本発明における加熱部である。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。
【００３８】
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（９ａ、９ｂ）の発熱体に通電されて発熱体が昇温する。
【００３９】
チャンバ１の内部、具体的には、ライナ２の胴部２ａには、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。
【００４０】
図２は、サセプタ８の上に基板７が載置された様子を示す断面図である。この図に示すように、サセプタ８は、基板７の外周部を支持する第１のサセプタ部８ａと、第１のサセプタ部８ａの開口部分に密嵌される第２のサセプタ部８ｂとからなる。基板７は、第１のサセプタ部８ａの座ぐり８ａ１に接触した状態でサセプタ８上に載置される。このとき、基板７と第２のサセプタ部８ｂとの間には隙間が形成される。
【００４１】
本実施の形態において、サセプタ８は、周方向に厚みの異なる形状となっていることを特徴とする。
【００４２】
図２の例では、サセプタ８の上面、すなわち、基板７と対向する面は水平面であるが、サセプタ８の下面は、水平面から傾いた形状となっている。
【００４３】
図２において、サセプタ８は、第１のサセプタ部８ａと第２のサセプタ部８ｂとによって構成され、第１のサセプタ部８ａはリング状であり、第２のサセプタ部８ｂは円板状である。第２のサセプタ部８ｂの厚みは周方向に異なっており、第１のサセプタ部８ａの厚みも第２のサセプタ部８ｂの厚みに対応して周方向に異なっている。具体的には、第２のサセプタ部８ｂの上面、すなわち、基板７と対向する面は、水平面となっているが、第２のサセプタ部８ｂの下面は、図２に示すように、断面で見て水平面から傾斜した形状となっている。また、第１のサセプタ部８ａも、その上面や座ぐり部８ａ１、第２のサセプタ部８ｂの支持面８ａ２は水平面となっているが、第１のサセプタ部８ａの下面は、第２のサセプタ部８ｂと同様に、水平面から傾斜した形状となっている。
【００４４】
サセプタ８を上記構造とすることで、サセプタ８は、周方向に温度分布を持つようになる。つまり、サセプタ８の下面は、ヒータ９と対向しており、この面が水平面から傾きを有するということは、サセプタ８からヒータ９までの距離が異なるということである。したがって、ヒータ９から近いサセプタ部分は、ヒータ９から遠いサセプタ部分に比較して高温になる。基板７は、サセプタ８を介して加熱されるので、サセプタ８の温度分布は基板７の温度分布に反映される。それ故、基板７がサセプタ８から浮いていることによって、基板７の温度が低下している部分に、サセプタ８の高温部分が対向するように、基板７とサセプタ８の位置関係を決めれば、基板７の周方向における温度分布を解消することが可能である。
【００４５】
本実施の形態においては、サセプタ８の上面、すなわち、基板７と対向する面を水平面から傾かせ、ヒータ９と対向する面を水平面とすることも可能である。この場合、サセプタ８からヒータ９までの距離は同じであるが、サセプタ８から基板７までの距離が異なる。上記の通り、基板７よりサセプタ８の方が高温であるので、サセプタ８に近い部分で基板７は高温になる。したがって、この場合にも、基板７の温度が低下している部分に、サセプタ８の高温部分が対向するように、基板７とサセプタ８の位置関係を決めれば、基板７の周方向における温度分布を解消することができる。
【００４６】
尚、サセプタ８の構成部材（例えば、ＳｉＣ）に比較して雰囲気ガスの熱伝導率は小さいので、サセプタ８の温度分布を基板７に効率的に反映させる点からは、サセプタ８の下面を水平面から傾かせて、サセプタ８に温度分布を持たせる方が好ましい。また、後述するように、基板７をチャンバ１から搬出入する際には、第２のサセプタ部８ｂを上方へ突き上げることによって、第２のサセプタ部８ｂとともに基板７を上方へ移動させるので、基板７と接触する第２のサセプタ部８ｂの上面は水平であることが好ましい。
【００４７】
基板７の表面温度は、温度測定部としての放射温度計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（２４ａ、２４ｂ）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、放射温度計２４ａ、２４ｂによる温度測定がこれらによって妨げられないようにすることができる。
【００４８】
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℃
【００４９】
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。回転軸１６と回転筒１７は、本発明の回転部を構成する。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。
【００５０】
回転軸１６と回転筒１７は、ベースプレート１０１の下に配置された回転機構３１０まで伸びている。回転機構３１０の内部には、回転軸１６と回転筒１７の回転数をモニタするエンコーダ３００が備えられている。エンコーダ３００で回転数をモニタすることで、回転軸１６と回転筒１７が所定の回転数を保つように制御される。エンコーダ３００は、回転軸１６に取り付けられた回転板３０５の回転を検知するエンコーダヘッド３０４と、検知された信号を処理する回路基板を備えたエンコーダピックアップ３０６とを有する。
【００５１】
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。
【００５２】
以上の構成とすることで、加熱による基板７の周方向の温度分布を低減できる。これにより、基板７を均一な温度分布にして、基板７上に均一な膜厚のエピタキシャル膜を形成することが可能である。また、基板７とサセプタ８の接触部分に熱応力が集中するのを防いで、スリップの発生や基板７の反りを抑制し、ＩＣデバイスの歩留まりを向上させることもできる。
【００５３】
また、基板７を回転させながら気相成長反応を行うことにより、基板７の表面全体に効率よく反応ガス４を供給して、膜厚均一性の高いエピタキシャル膜を形成することもできる。さらに、新たな反応ガス４が次々と供給されるので、成膜速度の向上も図れる。
【００５４】
図１で、反応ガス４の内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。
【００５５】
図１、図３および図４は、成膜装置１００において、チャンバ１内に基板７が搬入されてサセプタ８の上に載置される様子を示している。
【００５６】
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、搬送部を構成する搬送ロボットが配置されている。搬送ロボットは、ロボットハンド４８を有している。そして、基板７の中心とサセプタ８の中心とが一致した状態で、基板７がサセプタ８の上に載置されるよう、ロボットハンド４８の位置が調整される。
【００５７】
基板７は、ロボットハンド４８により、搬送室から基板搬出入口４６、４７を介してチャンバ１の内部に搬入された後、図３に示すように、ロボットハンド４８から基板支持部５０へ受け渡される。このとき、搬送室で調整された位置関係、すなわち、基板７の中心とサセプタ８の中心とが一致した状態で、基板７がサセプタ８の上に載置されるように調整された、基板７、サセプタ８およびロボットハンド４８の位置関係が、基板７、サセプタ８および基板支持部５０の間にも受け継がれるよう、ロボットハンド４８と基板支持部５０の位置関係が調整されている。基板支持部５０へ基板７が受け渡された後は、基板支持部５０が降下して、図４に示すように、基板７はサセプタ８の上に載置される。
【００５８】
上記の通り、本実施の形態のサセプタ８は、周方向の厚みに分布を持つ。これにより、周方向の温度分布がサセプタ８に生じるようにしているが、この温度分布は、基板７の温度分布に対応させる必要がある。すなわち、基板７の温度が低いところに、サセプタ８の温度が高いところ、つまり、サセプタ８の厚みが大きいところが対応して配置されるようにする必要がある。
【００５９】
そこで、本実施の形態では、サセプタ８の温度分布を考慮して、サセプタ８上に基板７を載置する。具体的には、まず、エピタキシャル成長反応を行う前に基板７の温度分布を測定しておく。一方、サセプタ８の温度分布は、サセプタ８の厚みの分布から分かる。大きさ、厚みおよび材質などが同一であれば、基板７はどれも同様の温度分布を示すと考えられるので、基板７の温度分布に合わせてサセプタ８の位置を調整する。
【００６０】
サセプタ８は、図２および図５のいずれの形状であってもよい。図２の構造であれば、第２のサセプタ部８ｂの厚みは周方向に異なっており、第１のサセプタ部８ａの厚みも第２のサセプタ部８ｂの厚みに対応して周方向に異なっている。一方、図５の構造であれば、第１のサセプタ部８ａ’は均一な厚みを有し、第２のサセプタ部８ｂのみ周方向の厚みに分布を有する。図５の構造の場合、第２のサセプタ部８ｂの径をできるだけ基板７の径に近いものとし、厚みの分布によって温度変化が生じる範囲が大きくなるようにすることが好ましい。
【００６１】
そして、基板７がサセプタ８上に載置されていない状態で、図３に示すように、第２のサセプタ部８ｂを上方へ突き上げる。次いで、回転筒１７を回転させて、その位置を調整する。つまり、第２のサセプタ部８ｂが第１のサセプタ部８ａ’に勘合しヒータ９で加熱されたときに、第２のサセプタ部８ｂの高温部が基板７の低温部に対応するよう、回転筒１７の位置を調整する。その後、第２のサセプタ部８ｂを降下させて、第１のサセプタ部８ａ’に勘合する。以上の操作により、基板７の温度分布に合わせてサセプタ８の位置を調整することができる。この調整は、作業者が手動で行うことができる。また、図示しない制御部にサセプタ８の温度分布と基板７の温度分布を入力し、制御部から回転機構３１０へ信号を送って、回転筒１７の位置調整を自動で行うようにすることもできる。
【００６２】
次に、図１〜図６を参照しながら、本実施の形態における成膜方法の一例を述べる。尚、図６は、本実施の形態の成膜方法を示すフローチャートである。
【００６３】
本実施の形態の成膜装置１００は、例えば、ＳｉＣエピタキシャル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。
【００６４】
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。
【００６５】
本実施の形態においては、ＳｉＣエピタキシャル膜の成膜を行う前に、基板７の温度分布を測定しておく。この測定は、下記に述べるように、本実施の形態のサセプタ８上に載置した状態で行うことができるが、図８に示す、周方向の厚みが均一である従来のサセプタ２０８上に載置して行うこともできる。
【００６６】
まず、図１に示すように、ロボットハンド４８で基板７をチャンバ１の内部へ搬送する（図６のＳ１０１）。次いで、図３に示すように、ロボットハンド４８から基板支持部５０へ基板７を受け渡す（図６のＳ１０２）。このとき、基板支持部５０は、図２の第２のサセプタ部８ｂを突き上げた状態で上昇しているため、基板７は、第２のサセプタ８ｂの上に載置される。
【００６７】
基板７が基板支持部５０へ受け渡された後は、基板支持部５０を下降させる。すると、基板７は、第１のサセプタ部８ａの座ぐり部８ａ１（図２）に付き当たり、第１のサセプタ部８ａに支持された状態で停止する。一方、第２のサセプタ部８ｂは、基板７から離れて基板支持部５０とともに下降を続けた後、第１のサセプタ部８ｂの座ぐり部８ａ２（図２）に付き当たり、第１のサセプタ部８ａの開口部分を密嵌して停止する。これにより、基板７と第２のサセプタ部８ｂとの間に隙間が設けられた状態で、基板７はサセプタ８の上に載置される（図６のＳ１０３）。尚、基板支持部５０は、さらに下降を続けた後に定位置で停止する。
【００６８】
次に、基板７を回転させながら温度測定を行う（図６のＳ１０４）。具体的には、回転軸１６を回転させることにより、回転筒１７を介してサセプタ８を低速で回転させる。回転数は、例えば、５０ｒｐｍとすることができる。そして、基板７を回転させた状態で、放射温度計２４ｂにより基板７の外周部の温度測定を行う。例えば、外周部一周について温度測定を終えたら、基板７の中心からの距離を変えて同様に測定する。これを複数回繰り返す。また、このとき、回転軸１６と回転筒１７の回転方向と回転角度を、エンコーダ３００によって検出する。尚、Ｓ１０４を終えた後は、基板７の回転を停止し、基板７をチャンバ１の外部へ搬出する。
【００６９】
次に、放射温度計２４ｂによる測定結果と、エンコーダ３００による検出結果とを用いて、温度データと位置データを作成する（図６のＳ１０５）。具体的には、放射温度計２４ｂでの測定値から基板７毎の温度データを作成する。また、エンコーダ３００で検出されたデータから、温度測定を行った座標の位置データを作成する。
【００７０】
次に、温度データと位置データから基板７の温度分布を作成する（図６のＳ１０６）。次いで、基板７の温度分布とサセプタ８の温度分布が対応した状態で基板７がサセプタ８上に載置されるよう、サセプタ８の位置調整を行う（図６のＳ１０７）。具体的には、図２に示すように、サセプタ８上に基板７が載置されたときに、サセプタ８の厚みの大きい部分、すなわち、サセプタ８の高温部が基板７の低温部と対向し、サセプタ８の厚みが小さい部分、すなわち、サセプタ８の低温部が基板７の高温部と対向するように、サセプタ８の位置を調整する。
【００７１】
例えば、基板７がサセプタ８上に載置されていない状態で、図３に示すように、第２のサセプタ部８ｂを上方へ突き上げる。次いで、回転筒１７を回転させて、基板７の温度分布に対応するように第１のサセプタ部８ａの位置を調整する。すなわち、第２のサセプタ部８ｂが第１のサセプタ部８ａに勘合しヒータ９で加熱されたときに、第２のサセプタ部８ｂの高温部が基板７の低温部に対応するようにする。この調整は、作業者が手動で行うことができるが、図示しない制御部にサセプタ８の温度分布と基板７の温度分布を入力し、制御部から回転機構３１０へ信号を送って、回転筒１７の位置調整を自動で行うようにしてもよい。
【００７２】
また、基板７の中心とサセプタ８の中心とが一致するように、ロボットハンド４８の位置調整も行う。ロボットハンド４８の位置調整は、作業者が手動で行うことができる。あるいは、図示しない制御部から搬送ロボットへ信号を送って、ロボットハンド４８の位置調整を自動で行うようにすることもできる。
【００７３】
以上の工程を終えた後は、ＳｉＣエピタキシャル膜の成膜を行う。
【００７４】
まず、温度分布の測定に用いた基板７に代えて、新たな基板７をチャンバ１の内部へ搬送し、基板支持部５０を介してサセプタ８の上に載置する（図６のＳ１０８）。温度分布の測定に用いた基板７については、エピタキシャル膜を成膜することなく搬出する。
【００７５】
尚、本実施の形態においては、温度分布の測定に使用した基板７の上にエピタキシャル膜を形成してもよい。例えば、温度分布の測定に使用した基板７を一旦チャンバ１から搬出し、Ｓ１０７でサセプタ８の位置調整をした後、上記の基板７を再度チャンバ１の内部へ搬送する。そして、基板支持部５０を介してサセプタ８の上に載置することもできる。
【００７６】
サセプタ８の上に基板７を載置した後は、エピタキシャル成長反応を行い、基板７の上にエピタキシャル膜を形成する（図６のＳ１０９）。
【００７７】
エピタキシャル反応に使用する反応ガス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、シランに代えて用いることができるものとして、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）などが挙げられる。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
具体的には、基板支持部５０を上方に移動させて、第２のサセプタ部８ｂを基板７に接触させた後、さらにそのまま移動させて、図３に示すように、第２のサセプタ部８ｂとともに基板７を上方に突き上げる。このとき、第２のサセプタ部８ｂの下面は水平面から傾いた状態にあるので、基板７が水平面を保ったまま移動するように、基板支持部５０において第２のサセプタ部８ｂを支持する部分の寸法を調整しておく。次いで、基板支持部５０からロボットハンド４８へ基板７を受け渡し、ロボットハンド４８で基板７を保持して、基板搬出入口４７からチャンバ１の外部へ基板７を搬出する。
【００８６】
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。前述のように、大きさ、厚みおよび材質などが同一であれば同一の基板でなくても温度分布は同様であるので、サセプタ８の位置調整を改めて行わずに搬入することが可能である。
【００８７】
上記は、図２のサセプタを用いる例であるが、図５のサセプタを用いる場合には、次のようにして成膜処理を行うことができる。
【００８８】
まず、上記と同様にして基板７の温度分布を測定しておく。
【００８９】
次に、基板７がサセプタ８上に載置されていない状態で、図３に示すように、第２のサセプタ部８ｂを上方へ突き上げる。次いで、回転筒１７を回転させて、基板７の温度分布に対応するように第１のサセプタ部８ａ’の位置を調整する。すなわち、第２のサセプタ部８ｂが第１のサセプタ部８ａ’に勘合しヒータ９で加熱されたときに、第２のサセプタ部８ｂの高温部が基板７の低温部に対応するようにする。この調整は、作業者が手動で行うことができるが、図示しない制御部にサセプタ８の温度分布と基板７の温度分布を入力し、制御部から回転機構３１０へ信号を送って、回転筒１７の位置調整を自動で行うようにしてもよい。
【００９０】
次に、図１に示すように、ロボットハンド４８で基板７をチャンバ１の内部へ搬送する（図６のＳ１０８）。尚、ロボットハンド４８は、基板７の中心とサセプタ８の中心とが一致するように位置調整されているとする。
【００９１】
次いで、図３に示すように、ロボットハンド４８から基板支持部５０へ基板７を受け渡す。このとき、基板支持部５０は、第２のサセプタ部８ｂを突き上げた状態で上昇しているため、基板７は、第２のサセプタ８ｂの上に載置される。
【００９２】
基板７が基板支持部５０へ受け渡された後は、基板支持部５０を下降させる。すると、基板７は、第１のサセプタ部８ａ’の座ぐり部８ａ’１（図５）に付き当たり、第１のサセプタ部８ａ’に支持された状態で停止する。一方、第２のサセプタ部８ｂは、基板７から離れて基板支持部５０とともに下降を続けた後、第１のサセプタ部８ｂの座ぐり部８ａ’２（図５）に付き当たり、第１のサセプタ部８ａ’の開口部分を密嵌して停止する。これにより、基板７と第２のサセプタ部８ｂとの間に隙間が設けられた状態で、基板７はサセプタ８の上に載置される。尚、基板支持部５０は、さらに下降を続けた後に定位置で停止する。
【００９３】
以上の操作によれば、基板７の温度分布とサセプタ８の温度分布が対応した状態で基板７がサセプタ８上に載置される。すなわち、図５に示すように、サセプタ８上に基板７が載置されたときに、サセプタ８の厚みの大きい部分、すなわち、サセプタ８の高温部が基板７の低温部と対向し、サセプタ８の厚みが小さい部分、すなわち、サセプタ８の低温部が基板７の高温部と対向するように、サセプタ８上に基板７が載置される。
【００９４】
基板７をサセプタ８の上に載置した後は、上記と同様にしてＳｉＣエピタキシャル膜の成膜を行う。尚、温度分布の測定に用いた基板７については、エピタキシャル膜を成膜することなく搬出してもよく、また、一旦チャンバ１から搬出し、回転筒１７で第１のサセプタ部８ａの位置調整を行った後に、再度チャンバ１の内部へ搬送してエピタキシャル膜の成膜処理に使用することもできる。
【００９５】
本実施の形態の成膜方法によれば、周方向に厚みの異なる形状のサセプタ８を用いるので、サセプタ８に温度分布を生じさせて、基板７の温度分布を解消することができる。つまり、基板７がサセプタ８に接触していないことによって、基板７の温度が低くなる箇所については、サセプタ８の厚みが大きく高温となる部分が位置するようにする。これにより、基板７の温度が高くなるようにすることができる。一方、基板７の温度が高くなる箇所については、サセプタ８の厚みが小さく低温となる部分が位置するようにする。このようにすることで、基板７の温度を均一にすることができるので、基板７上に、均一な膜厚のエピタキシャル膜を形成することが可能となる。また、基板７の特定個所に熱応力が集中してスリップが生じるのを防ぐこともできので、ＩＣデバイスの歩留まりを向上させることが可能となる。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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、実施に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。
【００９９】
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】
【０１００】
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
８ａ、８ａ’、２０８ａ 第１のサセプタ部
８ａ１、８ａ２、８ａ’１、８ａ’２、２０８ａ１ 座ぐり部
８ｂ、２０８ｂ 第２のサセプタ部
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
４８、２４８ ロボットハンド
５０ 基板支持部
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
３００ エンコーダ
３０４ エンコーダヘッド
３０５ 回転板
３０６ エンコーダピックアップ
３１０ 回転機構
【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】
膜厚の大き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７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７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、リング状のサセプタ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。
【００１０】
サセプタ２０８は、その内周側に設けられた座ぐり内に基板２０７の外周部を受け入れる構造となっている。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。
【００１１】
図８は、サセプタ２０８の上に基板２０７が載置された様子を示す断面図である。この図に示すように、サセプタ２０８は、基板２０７の外周部を支持する第１のサセプタ部２０８ａと、第１のサセプタ部２０８ａの開口部分に密嵌される第２のサセプタ部２０８ｂとからなる。基板２０７は、第１のサセプタ部２０８ａの座ぐり２０８ａ１に接触した状態でサセプタ２０８上に載置される。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【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】
【００１７】
上記の通り、サセプタ２０８は、ヒータ２０９によって図７の下方から加熱され、基板２０７は、サセプタ２０８を介して加熱される。すると、基板２０７は熱変形を起こし、基板２０７とサセプタ２０８とは、微視的に見て均一な面接触をすることが難しくなる。すなわち、基板２０７とサセプタ２０８とは、ある部分で接触する一方、他の部分では接触しないといったことが起こる。
【００１８】
図７に示すように、サセプタ２０８は、基板２０７よりもヒータ２０９に近い位置にあるので、サセプタ２０８の方が基板２０７より温度が高い。このため、サセプタ２０８に接触している部分の基板２０７の温度は、サセプタ２０８に接触していない部分の温度より高くなり、基板２０７に周方向の温度分布が生じる結果となる。
【００１９】
基板２０７の温度分布が不均一になると、基板２０７上に形成されるエピタキシャル膜の膜厚も不均一になる。また、基板２０７とサセプタ２０８の接触部分に熱応力が集中して、スリップと称される結晶欠陥が発生する原因ともなる。スリップは、基板２０７に反りを生じさせたり、ＩＣデバイスにリークを起こしたりして、ＩＣデバイスの歩留まりを著しく減少させる。
【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、基板の周方向における温度分布を均一にすることのでき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、
反応室に配置されて基板が載置されるサセプタと、
サセプタを下方から加熱する加熱部とを有する成膜装置であって、
サセプタは周方向に厚みの異なる形状であることを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の第１の態様において、サセプタは、リング状の第１のサセプタ部と、
第１のサセプタ部に接して設けられ、第１のサセプタ部の開口部分を遮蔽する第２のサセプタ部とを有し、
第２のサセプタ部の加熱部に対向する面が水平面から傾斜していることが好ましい。
【００２４】
上記場合において、第１のサセプタ部は、第２のサセプタ部の厚みに対応した周方向に異なる形状を有することが好ましい。
【００２５】
本発明の第２の態様は、搬送部により反応室に基板を搬送してサセプタ上にこの基板を載置する工程と、
サセプタの下方から加熱部で基板を加熱しつつ、反応室に設けられた回転部を介してサセプタを回転させながら基板の温度測定を行うとともに、基板の回転方向と回転角度を検出して基板の温度分布データを作成する工程と、
周方向に厚みの異なる形状を有するサセプタを用い、温度分布データを基に、基板の温度が低くなる箇所にこのサセプタの厚みが大きくなる部分が位置し、基板の温度が高くなる箇所にこのサセプタの厚みが小さくなる部分が位置するように、搬送部または回転部の位置を調整する工程と、
上記基板と同一の基板または同じ種類の異なる基板を反応室に搬送し、周方向に厚みの異なる形状を有するサセプタの上にこの基板を載置した後、反応室に反応ガスを供給し、この基板を加熱しながら、この基板の上に所定の膜を形成する工程とを有する成膜方法に関する。
この場合、温度分布データを作成する際に使用するサセプタは、周方向の厚みが均一であるサセプタであってもよく、上記の周方向に厚みの異なる形状を有するサセプタであってもよい。
【００２６】
本発明の第２の態様において、周方向に厚みの異なる形状を有するサセプタは、リング状の第１のサセプタ部と、
第１のサセプタ部に接して設けられ、第１のサセプタ部の開口部分を遮蔽する第２のサセプタ部とを有し、
第２のサセプタ部の加熱部に対向する面が水平面から傾斜していることが好ましい。
【００２７】
上記場合において、第１のサセプタ部は、第２のサセプタ部の厚みに対応した周方向に異なる形状を有することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施の形態の成膜装置の断面図であり、基板がロボットハンドで保持された状態を示す図である。
【図２】本実施の形態のサセプタの上に基板が載置された様子を示す断面図である。
【図３】図１で、基板が基板支持部に支持された状態の断面図である。
【図４】図１で、基板がサセプタ上に載置された状態の断面図である。
【図５】本実施の形態の別のサセプタの上に基板が載置された様子を示す断面図である。
【図６】本実施の形態の成膜方法のフローチャートである。
【図７】従来の成膜装置の模式的な断面図である。
【図８】従来のサセプタの上に基板が載置された様子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、本実施の形態の成膜装置の模式的な部分断面図である。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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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上へ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。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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、本発明における加熱部である。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。
【００３８】
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（９ａ、９ｂ）の発熱体に通電されて発熱体が昇温する。
【００３９】
チャンバ１の内部、具体的には、ライナ２の胴部２ａには、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。
【００４０】
図２は、サセプタ８の上に基板７が載置された様子を示す断面図である。この図に示すように、サセプタ８は、基板７の外周部を支持する第１のサセプタ部８ａと、第１のサセプタ部８ａの開口部分に密嵌される第２のサセプタ部８ｂとからなる。基板７は、第１のサセプタ部８ａの座ぐり８ａ１に接触した状態でサセプタ８上に載置される。このとき、基板７と第２のサセプタ部８ｂとの間には隙間が形成される。
【００４１】
本実施の形態において、サセプタ８は、周方向に厚みの異なる形状となっていることを特徴とする。
【００４２】
図２の例では、サセプタ８の上面、すなわち、基板７と対向する面は水平面であるが、サセプタ８の下面は、水平面から傾いた形状となっている。
【００４３】
図２において、サセプタ８は、第１のサセプタ部８ａと第２のサセプタ部８ｂとによって構成され、第１のサセプタ部８ａはリング状であり、第２のサセプタ部８ｂは円板状である。第２のサセプタ部８ｂの厚みは周方向に異なっており、第１のサセプタ部８ａの厚みも第２のサセプタ部８ｂの厚みに対応して周方向に異なっている。具体的には、第２のサセプタ部８ｂの上面、すなわち、基板７と対向する面は、水平面となっているが、第２のサセプタ部８ｂの下面は、図２に示すように、断面で見て水平面から傾斜した形状となっている。また、第１のサセプタ部８ａも、その上面や座ぐり部８ａ１、第２のサセプタ部８ｂの支持面８ａ２は水平面となっているが、第１のサセプタ部８ａの下面は、第２のサセプタ部８ｂと同様に、水平面から傾斜した形状となっている。
【００４４】
サセプタ８を上記構造とすることで、サセプタ８は、周方向に温度分布を持つようになる。つまり、サセプタ８の下面は、ヒータ９と対向しており、この面が水平面から傾きを有するということは、サセプタ８からヒータ９までの距離が異なるということである。したがって、ヒータ９から近いサセプタ部分は、ヒータ９から遠いサセプタ部分に比較して高温になる。基板７は、サセプタ８を介して加熱されるので、サセプタ８の温度分布は基板７の温度分布に反映される。それ故、基板７がサセプタ８から浮いていることによって、基板７の温度が低下している部分に、サセプタ８の高温部分が対向するように、基板７とサセプタ８の位置関係を決めれば、基板７の周方向における温度分布を解消することが可能である。
【００４５】
本実施の形態においては、サセプタ８の上面、すなわち、基板７と対向する面を水平面から傾かせ、ヒータ９と対向する面を水平面とすることも可能である。この場合、サセプタ８からヒータ９までの距離は同じであるが、サセプタ８から基板７までの距離が異なる。上記の通り、基板７よりサセプタ８の方が高温であるので、サセプタ８に近い部分で基板７は高温になる。したがって、この場合にも、基板７の温度が低下している部分に、サセプタ８の高温部分が対向するように、基板７とサセプタ８の位置関係を決めれば、基板７の周方向における温度分布を解消することができる。
【００４６】
尚、サセプタ８の構成部材（例えば、ＳｉＣ）に比較して雰囲気ガスの熱伝導率は小さいので、サセプタ８の温度分布を基板７に効率的に反映させる点からは、サセプタ８の下面を水平面から傾かせて、サセプタ８に温度分布を持たせる方が好ましい。また、後述するように、基板７をチャンバ１から搬出入する際には、第２のサセプタ部８ｂを上方へ突き上げることによって、第２のサセプタ部８ｂとともに基板７を上方へ移動させるので、基板７と接触する第２のサセプタ部８ｂの上面は水平であることが好ましい。
【００４７】
基板７の表面温度は、温度測定部としての放射温度計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（２４ａ、２４ｂ）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、放射温度計２４ａ、２４ｂによる温度測定がこれらによって妨げられないようにすることができる。
【００４８】
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℃
【００４９】
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。回転軸１６と回転筒１７は、本発明の回転部を構成する。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。
【００５０】
回転軸１６と回転筒１７は、ベースプレート１０１の下に配置された回転機構３１０まで伸びている。回転機構３１０の内部には、回転軸１６と回転筒１７の回転数をモニタするエンコーダ３００が備えられている。エンコーダ３００で回転数をモニタすることで、回転軸１６と回転筒１７が所定の回転数を保つように制御される。エンコーダ３００は、回転軸１６に取り付けられた回転板３０５の回転を検知するエンコーダヘッド３０４と、検知された信号を処理する回路基板を備えたエンコーダピックアップ３０６とを有する。
【００５１】
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。
【００５２】
以上の構成とすることで、加熱による基板７の周方向の温度分布を低減できる。これにより、基板７を均一な温度分布にして、基板７上に均一な膜厚のエピタキシャル膜を形成することが可能である。また、基板７とサセプタ８の接触部分に熱応力が集中するのを防いで、スリップの発生や基板７の反りを抑制し、ＩＣデバイスの歩留まりを向上させることもできる。
【００５３】
また、基板７を回転させながら気相成長反応を行うことにより、基板７の表面全体に効率よく反応ガス４を供給して、膜厚均一性の高いエピタキシャル膜を形成することもできる。さらに、新たな反応ガス４が次々と供給されるので、成膜速度の向上も図れる。
【００５４】
図１で、反応ガス４の内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。
【００５５】
図１、図３および図４は、成膜装置１００において、チャンバ１内に基板７が搬入されてサセプタ８の上に載置される様子を示している。
【００５６】
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、搬送部を構成する搬送ロボットが配置されている。搬送ロボットは、ロボットハンド４８を有している。そして、基板７の中心とサセプタ８の中心とが一致した状態で、基板７がサセプタ８の上に載置されるよう、ロボットハンド４８の位置が調整される。
【００５７】
基板７は、ロボットハンド４８により、搬送室から基板搬出入口４６、４７を介してチャンバ１の内部に搬入された後、図３に示すように、ロボットハンド４８から基板支持部５０へ受け渡される。このとき、搬送室で調整された位置関係、すなわち、基板７の中心とサセプタ８の中心とが一致した状態で、基板７がサセプタ８の上に載置されるように調整された、基板７、サセプタ８およびロボットハンド４８の位置関係が、基板７、サセプタ８および基板支持部５０の間にも受け継がれるよう、ロボットハンド４８と基板支持部５０の位置関係が調整されている。基板支持部５０へ基板７が受け渡された後は、基板支持部５０が降下して、図４に示すように、基板７はサセプタ８の上に載置される。
【００５８】
上記の通り、本実施の形態のサセプタ８は、周方向の厚みに分布を持つ。これにより、周方向の温度分布がサセプタ８に生じるようにしているが、この温度分布は、基板７の温度分布に対応させる必要がある。すなわち、基板７の温度が低いところに、サセプタ８の温度が高いところ、つまり、サセプタ８の厚みが大きいところが対応して配置されるようにする必要がある。
【００５９】
そこで、本実施の形態では、サセプタ８の温度分布を考慮して、サセプタ８上に基板７を載置する。具体的には、まず、エピタキシャル成長反応を行う前に基板７の温度分布を測定しておく。一方、サセプタ８の温度分布は、サセプタ８の厚みの分布から分かる。大きさ、厚みおよび材質などが同一であれば、基板７はどれも同様の温度分布を示すと考えられるので、基板７の温度分布に合わせてサセプタ８の位置を調整する。
【００６０】
サセプタ８は、図２および図５のいずれの形状であってもよい。図２の構造であれば、第２のサセプタ部８ｂの厚みは周方向に異なっており、第１のサセプタ部８ａの厚みも第２のサセプタ部８ｂの厚みに対応して周方向に異なっている。一方、図５の構造であれば、第１のサセプタ部８ａ’は均一な厚みを有し、第２のサセプタ部８ｂのみ周方向の厚みに分布を有する。図５の構造の場合、第２のサセプタ部８ｂの径をできるだけ基板７の径に近いものとし、厚みの分布によって温度変化が生じる範囲が大きくなるようにすることが好ましい。
【００６１】
そして、基板７がサセプタ８上に載置されていない状態で、図３に示すように、第２のサセプタ部８ｂを上方へ突き上げる。次いで、回転筒１７を回転させて、その位置を調整する。つまり、第２のサセプタ部８ｂが第１のサセプタ部８ａ’に勘合しヒータ９で加熱されたときに、第２のサセプタ部８ｂの高温部が基板７の低温部に対応するよう、回転筒１７の位置を調整する。その後、第２のサセプタ部８ｂを降下させて、第１のサセプタ部８ａ’に勘合する。以上の操作により、基板７の温度分布に合わせてサセプタ８の位置を調整することができる。この調整は、作業者が手動で行うことができる。また、図示しない制御部にサセプタ８の温度分布と基板７の温度分布を入力し、制御部から回転機構３１０へ信号を送って、回転筒１７の位置調整を自動で行うようにすることもできる。
【００６２】
次に、図１〜図６を参照しながら、本実施の形態における成膜方法の一例を述べる。尚、図６は、本実施の形態の成膜方法を示すフローチャートである。
【００６３】
本実施の形態の成膜装置１００は、例えば、ＳｉＣエピタキシャル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。
【００６４】
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。
【００６５】
本実施の形態においては、ＳｉＣエピタキシャル膜の成膜を行う前に、基板７の温度分布を測定しておく。この測定は、下記に述べるように、本実施の形態のサセプタ８上に載置した状態で行うことができるが、図８に示す、周方向の厚みが均一である従来のサセプタ２０８上に載置して行うこともできる。
【００６６】
まず、図１に示すように、ロボットハンド４８で基板７をチャンバ１の内部へ搬送する（図６のＳ１０１）。次いで、図３に示すように、ロボットハンド４８から基板支持部５０へ基板７を受け渡す（図６のＳ１０２）。このとき、基板支持部５０は、図２の第２のサセプタ部８ｂを突き上げた状態で上昇しているため、基板７は、第２のサセプタ８ｂの上に載置される。
【００６７】
基板７が基板支持部５０へ受け渡された後は、基板支持部５０を下降させる。すると、基板７は、第１のサセプタ部８ａの座ぐり部８ａ１（図２）に付き当たり、第１のサセプタ部８ａに支持された状態で停止する。一方、第２のサセプタ部８ｂは、基板７から離れて基板支持部５０とともに下降を続けた後、第１のサセプタ部８ｂの座ぐり部８ａ２（図２）に付き当たり、第１のサセプタ部８ａの開口部分を密嵌して停止する。これにより、基板７と第２のサセプタ部８ｂとの間に隙間が設けられた状態で、基板７はサセプタ８の上に載置される（図６のＳ１０３）。尚、基板支持部５０は、さらに下降を続けた後に定位置で停止する。
【００６８】
次に、基板７を回転させながら温度測定を行う（図６のＳ１０４）。具体的には、回転軸１６を回転させることにより、回転筒１７を介してサセプタ８を低速で回転させる。回転数は、例えば、５０ｒｐｍとすることができる。そして、基板７を回転させた状態で、放射温度計２４ｂにより基板７の外周部の温度測定を行う。例えば、外周部一周について温度測定を終えたら、基板７の中心からの距離を変えて同様に測定する。これを複数回繰り返す。また、このとき、回転軸１６と回転筒１７の回転方向と回転角度を、エンコーダ３００によって検出する。尚、Ｓ１０４を終えた後は、基板７の回転を停止し、基板７をチャンバ１の外部へ搬出する。
【００６９】
次に、放射温度計２４ｂによる測定結果と、エンコーダ３００による検出結果とを用いて、温度データと位置データを作成する（図６のＳ１０５）。具体的には、放射温度計２４ｂでの測定値から基板７毎の温度データを作成する。また、エンコーダ３００で検出されたデータから、温度測定を行った座標の位置データを作成する。
【００７０】
次に、温度データと位置データから基板７の温度分布を作成する（図６のＳ１０６）。次いで、基板７の温度分布とサセプタ８の温度分布が対応した状態で基板７がサセプタ８上に載置されるよう、サセプタ８の位置調整を行う（図６のＳ１０７）。具体的には、図２に示すように、サセプタ８上に基板７が載置されたときに、サセプタ８の厚みの大きい部分、すなわち、サセプタ８の高温部が基板７の低温部と対向し、サセプタ８の厚みが小さい部分、すなわち、サセプタ８の低温部が基板７の高温部と対向するように、サセプタ８の位置を調整する。
【００７１】
例えば、基板７がサセプタ８上に載置されていない状態で、図３に示すように、第２のサセプタ部８ｂを上方へ突き上げる。次いで、回転筒１７を回転させて、基板７の温度分布に対応するように第１のサセプタ部８ａの位置を調整する。すなわち、第２のサセプタ部８ｂが第１のサセプタ部８ａに勘合しヒータ９で加熱されたときに、第２のサセプタ部８ｂの高温部が基板７の低温部に対応するようにする。この調整は、作業者が手動で行うことができるが、図示しない制御部にサセプタ８の温度分布と基板７の温度分布を入力し、制御部から回転機構３１０へ信号を送って、回転筒１７の位置調整を自動で行うようにしてもよい。
【００７２】
また、基板７の中心とサセプタ８の中心とが一致するように、ロボットハンド４８の位置調整も行う。ロボットハンド４８の位置調整は、作業者が手動で行うことができる。あるいは、図示しない制御部から搬送ロボットへ信号を送って、ロボットハンド４８の位置調整を自動で行うようにすることもできる。
【００７３】
以上の工程を終えた後は、ＳｉＣエピタキシャル膜の成膜を行う。
【００７４】
まず、温度分布の測定に用いた基板７に代えて、新たな基板７をチャンバ１の内部へ搬送し、基板支持部５０を介してサセプタ８の上に載置する（図６のＳ１０８）。温度分布の測定に用いた基板７については、エピタキシャル膜を成膜することなく搬出する。
【００７５】
尚、本実施の形態においては、温度分布の測定に使用した基板７の上にエピタキシャル膜を形成してもよい。例えば、温度分布の測定に使用した基板７を一旦チャンバ１から搬出し、Ｓ１０７でサセプタ８の位置調整をした後、上記の基板７を再度チャンバ１の内部へ搬送する。そして、基板支持部５０を介してサセプタ８の上に載置することもできる。
【００７６】
サセプタ８の上に基板７を載置した後は、エピタキシャル成長反応を行い、基板７の上にエピタキシャル膜を形成する（図６のＳ１０９）。
【００７７】
エピタキシャル反応に使用する反応ガス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、シランに代えて用いることができるものとして、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）などが挙げられる。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
具体的には、基板支持部５０を上方に移動させて、第２のサセプタ部８ｂを基板７に接触させた後、さらにそのまま移動させて、図３に示すように、第２のサセプタ部８ｂとともに基板７を上方に突き上げる。このとき、第２のサセプタ部８ｂの下面は水平面から傾いた状態にあるので、基板７が水平面を保ったまま移動するように、基板支持部５０において第２のサセプタ部８ｂを支持する部分の寸法を調整しておく。次いで、基板支持部５０からロボットハンド４８へ基板７を受け渡し、ロボットハンド４８で基板７を保持して、基板搬出入口４７からチャンバ１の外部へ基板７を搬出する。
【００８６】
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。前述のように、大きさ、厚みおよび材質などが同一であれば同一の基板でなくても温度分布は同様であるので、サセプタ８の位置調整を改めて行わずに搬入することが可能である。
【００８７】
上記は、図２のサセプタを用いる例であるが、図５のサセプタを用いる場合には、次のようにして成膜処理を行うことができる。
【００８８】
まず、上記と同様にして基板７の温度分布を測定しておく。
【００８９】
次に、基板７がサセプタ８上に載置されていない状態で、図３に示すように、第２のサセプタ部８ｂを上方へ突き上げる。次いで、回転筒１７を回転させて、基板７の温度分布に対応するように第１のサセプタ部８ａ’の位置を調整する。すなわち、第２のサセプタ部８ｂが第１のサセプタ部８ａ’に勘合しヒータ９で加熱されたときに、第２のサセプタ部８ｂの高温部が基板７の低温部に対応するようにする。この調整は、作業者が手動で行うことができるが、図示しない制御部にサセプタ８の温度分布と基板７の温度分布を入力し、制御部から回転機構３１０へ信号を送って、回転筒１７の位置調整を自動で行うようにしてもよい。
【００９０】
次に、図１に示すように、ロボットハンド４８で基板７をチャンバ１の内部へ搬送する（図６のＳ１０８）。尚、ロボットハンド４８は、基板７の中心とサセプタ８の中心とが一致するように位置調整されているとする。
【００９１】
次いで、図３に示すように、ロボットハンド４８から基板支持部５０へ基板７を受け渡す。このとき、基板支持部５０は、第２のサセプタ部８ｂを突き上げた状態で上昇しているため、基板７は、第２のサセプタ８ｂの上に載置される。
【００９２】
基板７が基板支持部５０へ受け渡された後は、基板支持部５０を下降させる。すると、基板７は、第１のサセプタ部８ａ’の座ぐり部８ａ’１（図５）に付き当たり、第１のサセプタ部８ａ’に支持された状態で停止する。一方、第２のサセプタ部８ｂは、基板７から離れて基板支持部５０とともに下降を続けた後、第１のサセプタ部８ｂの座ぐり部８ａ’２（図５）に付き当たり、第１のサセプタ部８ａ’の開口部分を密嵌して停止する。これにより、基板７と第２のサセプタ部８ｂとの間に隙間が設けられた状態で、基板７はサセプタ８の上に載置される。尚、基板支持部５０は、さらに下降を続けた後に定位置で停止する。
【００９３】
以上の操作によれば、基板７の温度分布とサセプタ８の温度分布が対応した状態で基板７がサセプタ８上に載置される。すなわち、図５に示すように、サセプタ８上に基板７が載置されたときに、サセプタ８の厚みの大きい部分、すなわち、サセプタ８の高温部が基板７の低温部と対向し、サセプタ８の厚みが小さい部分、すなわち、サセプタ８の低温部が基板７の高温部と対向するように、サセプタ８上に基板７が載置される。
【００９４】
基板７をサセプタ８の上に載置した後は、上記と同様にしてＳｉＣエピタキシャル膜の成膜を行う。尚、温度分布の測定に用いた基板７については、エピタキシャル膜を成膜することなく搬出してもよく、また、一旦チャンバ１から搬出し、回転筒１７で第１のサセプタ部８ａの位置調整を行った後に、再度チャンバ１の内部へ搬送してエピタキシャル膜の成膜処理に使用することもできる。
【００９５】
本実施の形態の成膜方法によれば、周方向に厚みの異なる形状のサセプタ８を用いるので、サセプタ８に温度分布を生じさせて、基板７の温度分布を解消することができる。つまり、基板７がサセプタ８に接触していないことによって、基板７の温度が低くなる箇所については、サセプタ８の厚みが大きく高温となる部分が位置するようにする。これにより、基板７の温度が高くなるようにすることができる。一方、基板７の温度が高くなる箇所については、サセプタ８の厚みが小さく低温となる部分が位置するようにする。このようにすることで、基板７の温度を均一にすることができるので、基板７上に、均一な膜厚のエピタキシャル膜を形成することが可能となる。また、基板７の特定個所に熱応力が集中してスリップが生じるのを防ぐこともできので、ＩＣデバイスの歩留まりを向上させることが可能となる。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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、実施に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。
【００９９】
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】
【０１００】
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
８ａ、８ａ’、２０８ａ 第１のサセプタ部
８ａ１、８ａ２、８ａ’１、８ａ’２、２０８ａ１ 座ぐり部
８ｂ、２０８ｂ 第２のサセプタ部
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
４８、２４８ ロボットハンド
５０ 基板支持部
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
３００ エンコーダ
３０４ エンコーダヘッド
３０５ 回転板
３０６ エンコーダピックアップ
３１０ 回転機構
【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、
前記反応室に配置されて基板が載置されるサセプタと、
前記サセプタを下方から加熱する加熱部とを有する成膜装置であって、
前記サセプタは周方向に厚みの異なる形状であることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記サセプタは、リング状の第１のサセプタ部と、
前記第１のサセプタ部に接して設けられ、前記第１のサセプタ部の開口部分を遮蔽する第２のサセプタ部とを有し、
前記第２のサセプタ部の前記加熱部に対向する面が水平面から傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記第１のサセプタ部は、前記第２のサセプタ部の厚みに対応した周方向に異なる形状を有することを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
搬送部により反応室に基板を搬送してサセプタ上に該基板を載置する工程と、
前記サセプタの下方から加熱部で前記基板を加熱しつつ、前記反応室に設けられた回転部を介して前記サセプタを回転させながら前記基板の温度測定を行うとともに、前記基板の回転方向と回転角度を検出して前記基板の温度分布データを作成する工程と、
周方向に厚みの異なる形状を有するサセプタを用い、前記温度分布データを基に、前記基板の温度が低くなる箇所に該サセプタの厚みが大きくなる部分が位置し、前記基板の温度が高くなる箇所に該サセプタの厚みが小さくなる部分が位置するように、前記搬送部または前記回転部の位置を調整する工程と、
前記基板と同一の基板または同じ種類の異なる基板を前記反応室に搬送し、前記周方向に厚みの異なる形状を有するサセプタの上に該基板を載置した後、前記反応室に反応ガスを供給し、該基板を加熱しながら、該基板の上に所定の膜を形成する工程とを有し、
前記温度分布データを作成する際に使用するサセプタは、周方向の厚みが均一であるサセプタまたは前記周方向に厚みの異なる形状を有するサセプタであることを特徴とする成膜方法。
【請求項５】
前記周方向に厚みの異なる形状を有するサセプタは、リング状の第１のサセプタ部と、
前記第１のサセプタ部に接して設けられ、前記第１のサセプタ部の開口部分を遮蔽する第２のサセプタ部とを有し、
前記第２のサセプタ部の前記加熱部に対向する面が水平面から傾斜している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、
前記反応室に配置されて基板が載置されるサセプタと、
前記サセプタを下方から加熱する加熱部とを有する成膜装置であって、
前記サセプタは周方向に厚みの異なる形状であることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記サセプタは、リング状の第１のサセプタ部と、
前記第１のサセプタ部に接して設けられ、前記第１のサセプタ部の開口部分を遮蔽する第２のサセプタ部とを有し、
前記第２のサセプタ部の前記加熱部に対向する面が水平面から傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記第１のサセプタ部は、前記第２のサセプタ部の厚みに対応した周方向に異なる形状を有することを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
搬送部により反応室に基板を搬送してサセプタ上に該基板を載置する工程と、
前記サセプタの下方から加熱部で前記基板を加熱しつつ、前記反応室に設けられた回転部を介して前記サセプタを回転させながら前記基板の温度測定を行うとともに、前記基板の回転方向と回転角度を検出して前記基板の温度分布データを作成する工程と、
周方向に厚みの異なる形状を有するサセプタを用い、前記温度分布データを基に、前記基板の温度が低くなる箇所に該サセプタの厚みが大きくなる部分が位置し、前記基板の温度が高くなる箇所に該サセプタの厚みが小さくなる部分が位置するように、前記搬送部または前記回転部の位置を調整する工程と、
前記基板と同一の基板または同じ種類の異なる基板を前記反応室に搬送し、前記周方向に厚みの異なる形状を有するサセプタの上に該基板を載置した後、前記反応室に反応ガスを供給し、該基板を加熱しながら、該基板の上に所定の膜を形成する工程とを有し、
前記温度分布データを作成する際に使用するサセプタは、周方向の厚みが均一であるサセプタまたは前記周方向に厚みの異なる形状を有するサセプタであることを特徴とする成膜方法。
【請求項５】
前記周方向に厚みの異なる形状を有するサセプタは、リング状の第１のサセプタ部と、
前記第１のサセプタ部に接して設けられ、前記第１のサセプタ部の開口部分を遮蔽する第２のサセプタ部とを有し、
前記第２のサセプタ部の前記加熱部に対向する面が水平面から傾斜している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４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−９８３４０（Ｐ２０１３−９８３４０Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３９７０７（Ｐ２０１１−２３９７０７）
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【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２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【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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