(57)【要約】      （修正有）【課題】高温度で成膜処理を行うことが可能で、而も装置の製造コストを低減させ、太陽電池用シリコン膜の生成を安価且つ高効率で行える基板処理装置を提供する。【解決手段】基板３５を収納し処理する処理室１７と、前記基板を加熱するヒータ７と、前記処理室内にガスを供給するガス供給部２３，２５，２５ａ，３０とを有し、前記処理室は、少なくともモリブデン及びコバルトを含み、アルミニウムを含まない材質で形成される合金反応管１３より構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収納し処理する処理室と、前記基板を加熱するヒータと、前記処理室内にガスを供給するガス供給部とを有し、前記処理室は、少なくともモリブデン及びコバルトを含み、アルミニウムを含まない材質で形成されたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記合金反応管内に石英反応管が設けられ、前記合金反応管と前記石英反応管との間に間隙が形成されており、該間隙にパージガスを供給するパージガス供給部が設けられている請求項１の基板処理装置。
【請求項３】
前記処理室にて基板処理を行う為に前記ガス供給部から成膜ガスを前記処理室内へ供給する際には、前記パージガス供給部から前記間隙に供給するパージガスを水素ガスとする様制御するコントローラが設けられている請求項２の基板処理装置。
【請求項４】
前記パージガス供給部は、前記合金反応管の上端に設けられた請求項２の基板処理装置。
【請求項５】
前記間隙と前記処理室とを連通させる排気口を前記石英反応管に設けた請求項２の基板処理装置。
【請求項６】
前記石英反応管の内壁の上部に炭化珪素材で構成された部材を設けた請求項２に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記処理室が、上下多段に設けられ、該処理室のうち最下段にある処理室に連設されて予備加熱室が設けられている請求項１の基板処理装置。
【請求項８】
基板を収納して処理する処理室を構成し、前記基板を加熱するヒータに覆われ、前記処理室内にガスを供給できる様に構成された基板処理用反応管に於いて、少なくともモリブデン及びコバルトを含み、アルミニウムを含まない材質で形成されていることを特徴とする基板処理用反応管。
【請求項９】
少なくともモリブデン及びコバルトを含み、アルミニウムを含まない材質で形成された合金である反応管で構成される処理室内に前記基板を搬入する工程と、前記処理室内をヒータにより加熱し、前記処理室内にガスを供給して前記基板を処理する工程と、前記基板を前記処理室内より搬出する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体基板上に成膜処理を行う基板処理装置、特に半導体基板上に太陽電池用シリコン膜を生成する基板処理装置及び半導体装置の製造方法及び基板処理用反応管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年環境保護の観点から、化石燃料に代るエネルギー源の開発が重要となっており、太陽光発電もその１つとして、太陽電池の低コスト化、高効率化が急がれている。
【０００３】
太陽電池を製作する過程の１つに、シリコン基板にシリコン膜を生成する工程があり、斯かるシリコン膜を生成する装置として、高周波加熱によるパンケーキ型エピタキシャル成長装置、バレル型エピタキシャル成長装置、ランプ加熱方式によるバレル型エピタキシャル成長装置、枚葉型エピタキシャル成長装置がある。
【０００４】
これらの装置は真空等の低圧下であって１０００℃以上の高温の反応管内でエピタキシャル成長させるべく、少なくとも反応管が耐圧に優れ、且つ耐高温性である様に構成されている。更に、Ｈ2 ガスの様な危険なガスを使用する場合には、ガスが装置の外に漏れない様に内部構造が堅牢で且つ高品質材料のもので構成されなければならない。従って、装置製作コストは高価なものとなっており、コストパフォーマンスが低かった。
【０００５】
更に、反応管を石英材とし、低圧下であって、１０００℃以上の反応管内でシリコンエピタキシャル成長させると、石英反応管の熱劣化が促進され易くなる為、安全性確保の為にも石英反応管に冷却機構を設けることが好ましい。然し乍ら、単に冷却機構を設けたとしても石英反応管の熱劣化を完全に抑制することができず、且つ耐圧に優れる石英反応管を用いるエピタキシャル基板処理装置では装置が更に高価となってしまう。尚、冷却機構を設ける装置としては、水冷式ステンレスベルジャを上部に設置するパンケーキ型高周波誘導加熱装置や石英ベルジャを強力な空冷機構で冷却するランプ加熱方式エピタキシャル装置が既に存在するが、寿命の短い加熱源としての高周波発振機やランプ加熱源を使う為、生産性が低下するという問題がある。
【０００６】
又、熱分解反応が起こり易いモノシラン原料（ＳｉＨ4 ）ガス等では、ホットウォール式を用いて処理する必要がある為に冷却機構を設けることができず、更にモノシラン原料ガスの分解により生じるシリコンがウェーハのみならず反応管の内壁にも付着堆積し易い。反応管の材質を石英とした場合には、シリコン膜と反応管との熱膨張差によってシリコン膜にクラックやシリコン剥離が生じ、これにより失透等で反応管内壁を著しく損傷して反応管強度が弱くなる虞れがある。その為、生産用の装置としては安全上使用することが困難であった。更に、反応管の内壁から剥離したシリコンは、処理基板を汚染するという弊害もあった。
【０００７】
更に、安価な太陽電池用として、生成膜は、アモルファスシリコン膜でもよい。その為、近年では太陽電池用の薄膜生成としては大口径の安価なガラス基板を使用し、該ガラス基板上に、比較的低温で形成可能なアモルファスシリコン薄膜を生成する方法が主流となっている。然し、アモルファスシリコン薄膜では太陽光のエネルギー変換効率が低く、用途が限られる。
【０００８】
一方、シリコン基板上に成長する単結晶、多結晶のシリコン膜はガラス基板上に生成するアモルファスシリコン膜よりも太陽電池製作後の変換効率は３倍以上が期待できる。更に、経年変化にも数倍強く、長寿命が見込まれる。
【０００９】
従って、基板処理装置の装置コストが低減できれば、太陽電池用としてシリコン基板に単結晶のシリコン膜としてのシリコンエピタキシャル膜を生成するメリットは大きい。
【００１０】
更に、シリコンは地球に現存する元素の中で最も埋蔵量が豊富であり、精製する設備さえ充実すれば、太陽電池による発電は、石油等化石燃料に依存した発電と対抗し得る程度のコストになり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は斯かる実情に鑑み、高温度で成膜処理を行うことが可能で、而も基板処理装置の製造コストを低減させ、太陽電池用シリコン膜の生成を安価且つ高効率で行える様にしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、基板を収納し処理する処理室と、前記基板を加熱するヒータと、前記処理室内にガスを供給するガス供給部とを有し、前記処理室は、少なくともモリブデン及びコバルトを含み、アルミニウムを含まない材質で形成された合金反応管より構成される基板処理装置に係るものである。
【００１３】
又本発明は、前記合金反応管内に石英反応管が設けられ、前記合金反応管と前記石英反応管との間に間隙が形成されており、該間隙にパージガスを供給するパージガス供給部が設けられている基板処理装置に係り、又前記処理室にて基板処理を行う為に前記ガス供給部から成膜ガスを前記処理室内へ供給する際には、前記パージガス供給部から前記間隙に供給するパージガスを水素ガスとする様制御するコントローラが設けられている基板処理装置に係り、又前記パージガス供給部は、前記合金反応管の上端に設けられた基板処理装置に係り、又前記間隙と前記処理室とを連通させる排気口を前記石英反応管に設けた基板処理装置に係り、又前記石英反応管の内壁の上部に炭化珪素材で構成された部材を設けた基板処理装置に係り、又前記処理室が、上下多段に設けられ、該処理室のうち最下段にある処理室に連設されて予備加熱室が設けられている基板処理装置に係るものである。
【００１４】
又本発明は、基板を収納して処理する処理室を構成し、前記基板を加熱するヒータに覆われ、前記処理室内にガスを供給できる様に構成された基板処理用反応管に於いて、少なくともモリブデン及びコバルトを含み、アルミニウムを含まない材質で形成されている基板処理用反応管に係るものである。
【００１５】
又本発明は、少なくともモリブデン及びコバルトを含み、アルミニウムを含まない材質で形成された合金である反応管で構成される処理室内に前記基板を搬入する工程と、前記処理室内をヒータにより加熱し、前記処理室内にガスを供給して前記基板を処理する工程と、前記基板を前記処理室内より搬出する工程とを有する半導体装置の製造方法に係るものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、基板を収納し処理する処理室と、前記基板を加熱するヒータと、前記処理室内にガスを供給するガス供給部とを有し、前記処理室は、少なくともモリブデン及びコバルトを含み、アルミニウムを含まない材質で形成された合金反応管より構成されるので、材料費、処理室の製作費を低減でき、基板処理コストを低減できる。
【００１７】
本発明によれば、前記合金反応管内に石英反応管が設けられ、前記合金反応管と前記石英反応管との間に間隙が形成されており、該間隙にパージガスを供給するパージガス供給部が設けられているので、処理品質を向上できると共に前記石英反応管は、強度部材、気密容器である必要がないので、材料費、加工精度を低く抑えられ、安価に製作でき、又間隙にパージガスが導入されるので、処理基板の汚染が防止でき、又パージガスにより処理室の冷却が可能であり、冷却効率が向上して生産効率が向上する。
【００１８】
又本発明によれば、前記処理室にて基板処理を行う為に前記ガス供給部から成膜ガスを前記処理室内へ供給する際には、前記パージガス供給部から前記間隙に供給するパージガスを水素ガスとする様制御するコントローラが設けられているので、パージガスによる基板処理への影響を抑制でき、基板の処理品質を向上できる。
【００１９】
又本発明によれば、前記パージガス供給部は、前記合金反応管の上端に設けられたので、上端からパージガスを供給することにより最も高温となる部位を優先的に冷却することができ、冷却効果を高め、更に処理室内の温度制御性をも向上させることができる。
【００２０】
又本発明によれば、前記間隙と前記処理室とを連通させる排気口を前記石英反応管に設けたので積極的にパージガスの逃げ部を設けることができる。
【００２１】
又本発明によれば、前記石英反応管の内壁の上部に炭化珪素材で構成された部材を設けたので、処理ガス等の反応により生成された付着物が付着し易い石英反応管の内壁の上部に付着物の付着し難い炭化珪素材で構成された部位を設置することで、処理室内壁に付着膜が堆積し難くなる。
【００２２】
又本発明によれば、前記処理室が、上下多段に設けられ、該処理室のうち最下段にある処理室に連設されて予備加熱室が設けられているので、処理室と予備加熱室とを上下多段に連設して設けることで、電力供給用配線の引回しもし易くなり、又エネルギー効率が向上する。
【００２３】
又本発明によれば、基板を収納して処理する処理室を構成し、前記基板を加熱するヒータに覆われ、前記処理室内にガスを供給できる様に構成された基板処理用反応管に於いて、少なくともモリブデン及びコバルトを含み、アルミニウムを含まない材質で形成されているので、基板処理用反応管の制作費を低減できるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施例を示す概略立断面図である。
【図２】該第１の実施例を示すフローチャートである。
【図３】該第１の実施例の処理を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の第２の実施例を示す要部概略立断面図である。
【図５】本発明の第３の実施例を示す概略斜視図である。
【図６】該第３の実施例を示す概略立断面図である。
【図７】本発明の第４の実施例を示す概略斜視図である。
【図８】本発明の第５の実施例を示す概略斜視図である。
【図９】該第５の実施例で用いられる処理炉の断面図である。
【図１０】該第５の実施例に於けるサセプタ、基板を示す概略斜視図である。
【図１１】該第５の実施例に於けるサセプタ収納棚の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【００２６】
先ず図１に於いて、第１の実施例について説明する。尚、以下の説明は、基板処理装置１の一例として、縦型炉を有するバッチ式の基板処理装置に関し、処理基板としてウェーハを処理するものである。
【００２７】
気密な予備室２上に処理炉３が立設され、前記予備室２と前記処理炉３とは炉口部４を介して連通されている。又、前記予備室２の内部には昇降部５が収納され、該昇降部５は昇降機構であるボートエレベータ６によって昇降される様になっている。
【００２８】
先ず、前記処理炉３について説明する。
【００２９】
前記予備室２の上方には、前記炉口部４と同心に加熱機構としてのヒータ７が設けられている。該ヒータ７は、円筒形状であり、ヒータ素線とその周囲に設けられた断熱部材より構成され、図示しない保持体に支持されることにより垂直に据付けられている。
【００３０】
前記炉口部４と同心に金属製のマニホールド８が前記予備室２に立設され、前記マニホールド８は上端、下端にフランジ１１が形成されており、前記マニホールド８は前記予備室２の上面にシール材としてのＯリング９を介して気密に固着されている。
【００３１】
又前記マニホールド８の上端のフランジ１１上に前記マニホールド８と同心軸上に有天筒状の合金反応管１３が立設される。
【００３２】
該合金反応管１３の下端には、反応管フランジ１４が形成され、該反応管フランジ１４と前記マニホールド８の前記上端のフランジ１１間にはシール材としてのＯリング１５が挾設される。
【００３３】
前記ヒータ７、前記合金反応管１３は同心多重円の配置となっている。前記マニホールド８、前記合金反応管１３は反応空間２０を画成し、前記合金反応管１３は処理室１７を構成する。
【００３４】
前記合金反応管１３は耐熱、耐腐食性の合金製となっている。又、前記合金反応管１３の材質は、インコネル（登録商標）材、ハステロイ（登録商標）、ＵＭＣｏ５０（登録商標：三菱マテリアル）等の材料が用いられる。然し、単にこれらの材料を選択した場合には、アルミニウム（Ａｌ）成分を含む為、前記合金反応管１３内に窒素含有ガスとして窒素ガスを有した状態にて例えば１１５０℃以上とすると、窒素とアルミニウムとが反応し、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を生成してしまう知見を本発明者は得た。又、これが起因となって前記合金反応管１３が損傷・劣化してしまうという問題を本発明者は知得した。そこで、か様な問題が生じぬ様に前記合金反応管１３として、アルミニウム成分を含まない材料が用いられる。又、少なくとも１１００℃には耐えられる様、モリブデン（Ｍｏ）、コバルト（Ｃｏ）を含む材料が用いられる。即ち、前記合金反応管１３としてＡｌ成分を含まず、ＭｏとＣｏ成分を含む材料が用いられる。更に、好ましくは、銅汚染源となる銅（Ｃｕ）成分をも含まず、且つ耐熱性を向上させる為にタングステン（Ｗ）成分を含む材料、即ち、Ａｌ、Ｃｕ成分を含まず、ＭｏとＣｏ、Ｗ成分を含む材料を用いると良い。具体的には、インコＨＸ（登録商標）、ハステロイＸ（登録商標）を用いると良い。これらの化学組成比は、Ｎｉ４７．５％，Ｃｒ２１．８％，Ｍｏ９．０％，Ｆｅ１８．５％，Ｃｏ１．５％、その他Ｗ０．６％となっている。尚、前記インコネルはニッケルを主成分とするニッケル基合金系の材質であり、前記ＵＭＣｏ５０はクロム、鉄、コバルト等から構成される材質である。又、前記ＵＭＣｏ５０は１３５０℃での使用が可能である。
【００３５】
又、インコＨＸは、１２００℃の温度迄強度と耐酸化性を有する固溶強化型の耐熱合金で、固溶強化熱処理状態では強度が高いにも拘わらず加工性は良好である。
【００３６】
尚、反応空間２０を形成する反応管を合金製、例えばインコネルとした場合に、処理室１７内の温度が約１０００℃で水素雰囲気で薄膜（例えば、ＴｉＣ多結晶膜）が成長することについては、本発明者が実験により確認している。
【００３７】
前記合金反応管１３の下端部及び前記反応管フランジ１４には冷却管１８が全周に亘って溶接等によって固着されており、該冷却管１８には図示しない冷却媒体供給装置から供給される水等の冷却媒体が流通され、前記Ｏリング１５を冷却する様になっている。
【００３８】
前記マニホールド８には、ガス排気管２４が設けられると共に、ガス供給管２５が貫通する様設けられている。該ガス供給管２５は、前記処理室１７の内面に沿って上方に延出するノズル部２５ａを有し、該ノズル部２５ａにはガス噴出口３０が所定間隔で穿設されている。又、前記ガス供給管２５の下端部は前記マニホールド８を水平方向に貫通し、更に、上流側で複数の分岐路に分岐され、各分岐路にはそれぞれバルブ（図示せず）、ガス流量制御装置としてのＭＦＣ２３を介してガス供給源が接続されている。
【００３９】
尚、ガス供給管２５は、例えば、マニホールド８の外壁に設けられた外部ガス供給管（図示せず）と、マニホールド８の内壁側から外部ガス供給管内に装着されるノズル部２５ａとで形成する様にしても良い。
【００４０】
前記ＭＦＣ２３及び前記バルブには、ガス流量制御部２６が電気的に接続されており、供給するガスの流量が所望の流量となる様、前記ＭＦＣ２３及び前記バルブを所望のタイミングにて制御する様に構成されている。
【００４１】
前記ガス排気管２４の下流側には、常圧程度で排気ガス処理室へ排気ガスの勢いによって押出すことも可能であるが、図示しない圧力検出器としての圧力センサ、圧力調整器としてのＡＰＣバルブ２７を介して真空ポンプ等の真空排気装置２８を接続することも可能である。前記圧力センサ及び前記ＡＰＣバルブ２７には、圧力制御部２９が電気的に接続されており、該圧力制御部２９は、前記圧力センサにより検出された圧力に基づいて前記ＡＰＣバルブ２７の開度を調節することにより、前記処理室１７内の圧力が所望の圧力となる様所望のタイミングにて制御する様構成されている。
【００４２】
前記炉口部４の下方には前記昇降部５が配置され、該昇降部５の上面には前記炉口部４を気密に閉塞する為の炉口蓋体としてのシールキャップ３１が設けられている。
【００４３】
該シールキャップ３１は、例えばステンレス等の金属にて構成されており、円盤状に形成されている。前記シールキャップ３１の上面には、前記炉口部４を気密にシールするシール部材としてのＯリングが設けられている。
【００４４】
前記昇降部５は気密な中空構造であり、内部には回転機構３２が設けられている。該回転機構３２の回転軸３３は前記昇降部５の上面、前記シールキャップ３１を貫通して上方に突出し、上端には後述するボート３４が支持される様になっている。従って、前記回転機構３２を駆動することで、前記回転軸３３を介して前記ボート３４を回転させることができ、該ボート３４を介して基板（ウェーハ）３５が回転する様に構成されている。
【００４５】
前記ボート３４は、ウェーハ３５を水平姿勢で且つ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持する基板保持具であり、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成され、複数枚のウェーハ３５を水平姿勢で多段に保持する様に構成されている。尚、前記ボート３４の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成される円板形状をした断熱部材としての断熱板３６が水平姿勢で多段に複数枚配置されており、前記ヒータ７からの熱が前記マニホールド８側に伝わり難くなる様構成されている。
【００４６】
前記ヒータ７近傍には、前記処理室１７内の温度を検出する温度検出体としての温度センサ（図示せず）が設けられる。前記ヒータ７及び前記温度センサには、電気的に温度制御部３７が接続されており、該温度制御部３７は前記温度センサにより検出された温度情報に基づき前記ヒータ７への通電具合を調節し、前記処理室１７内の温度が所望の温度分布となる様所望のタイミングにて前記ヒータ７を制御する様に構成されている。
【００４７】
次に、前記ボートエレベータ６について説明する。
【００４８】
前記予備室２の側面に前記ボートエレベータ６が取付けられる。
【００４９】
該ボートエレベータ６は上方に延出するガイドシャフト３８及びボール螺子３９を有し、昇降台４１が前記ガイドシャフト３８に摺動自在に嵌合し、前記ボール螺子３９に回転自在に螺合している。該ボール螺子３９の上端には昇降モータ４２が連結され、該昇降モータ４２の駆動により前記ボール螺子３９が回転される。
【００５０】
前記昇降台４１には中空の昇降シャフト４３が垂設され、前記昇降台４１と前記昇降シャフト４３の連結部は気密となっている。該昇降シャフト４３は前記昇降台４１と共に昇降する様になっている。前記昇降シャフト４３は前記予備室２の天板４４を遊貫し、前記天板４４の貫通孔は該昇降シャフト４３に対して接触することがない様充分な余裕がある。
【００５１】
前記予備室２と前記昇降台４１との間には前記昇降シャフト４３の周囲を覆う様に伸縮性を有する中空伸縮体としてのベローズ４５が前記予備室２を気密に保つ為に設けられる。前記ベローズ４５は前記昇降台４１の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有し、前記ベローズ４５の内径は前記昇降シャフト４３の外径に比べ充分に大きく前記ベローズ４５の伸縮で前記昇降シャフト４３に接触することがない様に構成されている。
【００５２】
該昇降シャフト４３の下端には前記昇降部５が水平に固着される。前述した様に、該昇降部５の内部には前記回転機構３２が設けられており、前記昇降部５の内部は前記予備室２内の雰囲気と隔離される。前記回転機構３２の周辺及び前記シールキャップ３１のシール部は、冷却機構４６により、冷却される。
【００５３】
電力供給ケーブル４７が前記昇降シャフト４３の上端から該昇降シャフト４３の中空部を通って前記回転機構３２に導かれて接続されている。又、前記冷却機構４６には冷却水を供給する冷却水配管４８が接続され、前記昇降シャフト４３の上端から該昇降シャフト４３の中空部を通っている。
【００５４】
前記昇降モータ４２が駆動され、前記ボール螺子３９が回転されることで前記昇降台４１及び前記昇降シャフト４３を介して前記昇降部５が昇降される。
【００５５】
該昇降部５が上昇することにより、前記シールキャップ３１が前記炉口部４を閉塞し、ウェーハ処理が可能な状態となる。前記昇降部５が下降することにより、前記シールキャップ３１と共に前記ボート３４が降下され、該ボート３４は前記予備室２に引出される。
【００５６】
該予備室２について説明する。該予備室２は気密構造となっており、該予備室２にはパージガス供給ライン（図示せず）が接続されると共に排気ライン（図示せず）が接続され、前記予備室２に窒素ガス（Ｎ2 ガス）等の不活性ガスを供給排気し、前記予備室２の内部を不活性ガスによりガスパージし、不活性雰囲気とすることが可能となっている。尚、前記予備室２は、この様な気密構造でなくとも、Ｎ2 ガスが処理室内に流れて充満しない様に炉口付近に簡易な排気用ダクトを設けることで装置コストの低減となる。
【００５７】
又、前記予備室２の一側面にはゲートバルブ５１が設けられ、前記ボート３４が降下した状態で、前記ゲートバルブ５１を開放することで、図示しない基板搬送機構によって前記ボート３４に対しウェーハ３５の装填、払出しが可能となっている。尚、前述の様に、前記予備室２を簡易な形にすればゲートバルブ等も不要で、単にボート移載機構のみで安価となる。又、前記予備室２は、異常加熱されない様、冷風又は冷水等で冷却することが好ましい。
【００５８】
前記基板搬送機構、前記昇降モータ４２、前記回転機構３２には、駆動制御部５２が電気的に接続され、所望の動作をする様に所望のタイミングにて制御する様に構成されている。
【００５９】
又、前記ガス流量制御部２６、前記圧力制御部２９、前記温度制御部３７、前記駆動制御部５２は操作部、入出力部をも構成し、基板処理装置１全体を制御する主制御部（図示せず）に電気的に接続されている。これら、前記ガス流量制御部２６、前記圧力制御部２９、前記温度制御部３７、前記駆動制御部５２は、コントローラ５０として構成されている。
【００６０】
次に、上記基板処理装置１に於けるエピタキシャル膜の生成について説明する。
【００６１】
尚、以下の説明に於いて、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ５０により制御される。
【００６２】
前記ボート３４が降下状態で、所定枚数のウェーハ３５が図示しない基板搬送機構によって前記ボート３４に装填されると、前記ゲートバルブ５１が閉じられ、前記予備室２内がＮ2 ガス等の不活性ガスによりガスパージされる。
【００６３】
前記ボートエレベータ６により前記昇降部５が上昇され、前記ボート３４は前記処理室１７内に装入される。前記ボート３４が完全に装入されると、前記シールキャップ３１により前記炉口部４が気密に密閉される。
【００６４】
前記処理室１７内が所望の圧力となる様に前記真空排気装置２８によって圧力調整される。この際、前記処理室１７内の圧力は、前記圧力センサで測定され、この測定された圧力に基づき前記ＡＰＣバルブ２７がフィードバック制御され、前記処理室１７内の圧力は所定値に維持される。ここで、前記処理室１７内の圧力は、膜成長速度を増大させる為、常圧又は大気圧に近い減圧であることが好ましい。
【００６５】
又、前記処理室１７内が所望の温度となる様に前記ヒータ７により、例えば１０００℃から１２００℃の間の所定温度に加熱維持される。前記合金反応管１３は耐熱及び耐腐食性の合金製であり、高温下での基板処理が行える。特に前記合金反応管１３がＡｌ成分を含まず、Ｍｏ、Ｃｏ成分を含む材料にて構成されているので、前記合金反応管１３に窒化アルミニウムを生成させることなく、前記合金反応管１３の損傷・劣化を抑制することができる。
【００６６】
又、加熱状態で、前記処理室１７内が所望の温度分布となる様に温度センサ（図示せず）が検出した温度情報に基づき前記ヒータ７への通電具合がフィードバック制御される。続いて、前記回転機構３２により、前記ボート３４が回転されることでウェーハ３５が回転する。
【００６７】
前記ガス供給管２５よりシリコン膜を生成する為の処理ガスが、所定流量に調整され前記ノズル部２５ａより前記処理室１７内に導入される。前記ノズル部２５ａの前記ガス噴出口３０は所定間隔で上下方向に分散して設けられているので、処理ガスは分散し、濃度が均一化されて前記処理室１７内に導入される。
【００６８】
処理ガスは、前記処理室１７内を通過する際にウェーハ３５と接触し、ウェーハ３５の表面上にＳｉ膜が生成堆積（デポジション）される。
【００６９】
成膜処理を、高温下（例えば１０００℃以上）、常圧又は大気圧に近い減圧で行うことにより、高速度で成長し、生産性が向上する。
【００７０】
予め設定された時間が経過すると、図示しない不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、前記処理室１７内が不活性ガスで置換されると共に、前記処理室１７内の圧力が常圧に復帰される。
【００７１】
その後、前記ボートエレベータ６により前記昇降部５が降下され、前記炉口部４が開口されると共に、処理済ウェーハ３５が前記ボート３４に保持された状態で前記予備室２内に引出される。
【００７２】
該予備室２内で処理済ウェーハ３５が所定温度迄冷却された後、前記ゲートバルブ５１が開放され、図示しない基板搬送機構により前記ボート３４から払出される。
【００７３】
前記ボート３４から処理済ウェーハ３５が全て払出されると、未処理ウェーハ３５が前記ボート３４に装填され、ウェーハ３５のバッチ処理が繰返される。
【００７４】
上記した様に、本発明によれば、安価な基板処理装置により、シリコンウェーハにシリコン膜をエピタキシャル成長するので、低コストで単結晶薄膜、多結晶薄膜の太陽電池用半導体デバイスの製造が可能となり、高効率で長寿命、而も安価な太陽電池の製造を可能とする。
【００７５】
次に、図１〜図３を参照して本発明での基板処理の一例を説明する。
【００７６】
前記ボート３４が前記予備室２内に降下され、前記炉口部４は図示しない炉口ゲートバルブによって閉塞される。前記ゲートバルブ５１が開放され、図示しない基板搬送機構によって前記ボート３４にウェーハ３５が装填される。前記ゲートバルブ５１が閉じられ、前記予備室２の内部が窒素ガスによってガスパージされる。
【００７７】
前記合金反応管１３の内部（処理室１７）は前記ヒータ７によって６５０℃〜７５０℃に加熱され、更に前記処理室１７の内部は窒素ガスによって置換される。又、前記処理室１７の内部と前記予備室２の内部とは同圧化されている（ＳＴＥＰ：０１）。
【００７８】
前記炉口ゲートバルブが前記炉口部４を開放し、前記ボートエレベータ６によって前記昇降部５が上昇され、前記ボート３４が前記処理室１７内に装入される。前記ボート３４が完全に装入されると、前記シールキャップ３１によって前記炉口部４が気密に閉塞される（ＳＴＥＰ：０２）。
【００７９】
前記処理室１７内が水素（Ｈ2 ）ガスによりガスパージされ、Ｈ2 ガスに置換され（ＳＴＥＰ：０３）、その後、前記処理室１７内の温度が１１００℃程度のエピタキシャル成長温度迄上昇される（ＳＴＥＰ：０４）。
【００８０】
前記処理室１７内の温度が所定の温度迄上昇した後、Ｈ2 ガス雰囲気状態で、原料ガスとしての四塩化珪素（ＳｉＣｌ4 ）ガスやジクロロシラン（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ）ガスをＨ2 キャリアガスでガスシステムより導入する。更に、ドーピングガスとしてのホスフィン（ＰＨ3 ）ガス又はジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）ガス等を使用してもよい（ＳＴＥＰ：０５）。尚、選択成長を行いたい場合には、加えてエッチング効果を有するＳｉＨ2 Ｃｌ2 等の塩素（Ｃｌ）を含むガスを供給してもよい。
【００８１】
又、原料ガスとして、ジクロロシランは成長速度が大きい為好ましいが、経済的な面を考慮すると、四塩化珪素が適当である。更に、成長速度が大きく、取扱いがやや困難であるが、比較的安価であるトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ3 ）ガスを用いてもよい。又、抵抗率の制御には、ドーピングガスとしてＰＨ3 ガス、Ｂ2 Ｈ6 ガス、三塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ）ガスを使用することも可能である。
【００８２】
所望の成長時間が終了後、前記処理室１７内をＨ2 ガスによりガスパージし、Ｈ2 ガスで置換し、Ｈ2 ガス雰囲気とする（ＳＴＥＰ：０６）。Ｈ2 ガス雰囲気で温度を基板のシリコン表面が窒化しない６５０℃程度に下げる（ＳＴＥＰ：０７）。その後、前記処理室１７内をＮ2 ガス雰囲気にし（ＳＴＥＰ：０８）、前記ボートエレベータ６により前記昇降部５を介して前記ボート３４を下げて前記処理室１７より取出す。前記炉口部４を前記炉口ゲートバルブによって閉塞し、所要温度迄処理済ウェーハ３５を冷却した後、前記ゲートバルブ５１を開放して図示しない基板搬送機構により、処理済ウェーハ３５を払出す（ＳＴＥＰ：０９）。而して、前記ボート３４に装填されたウェーハ３５は上述の手順にて取出される。
【００８３】
本発明の第２の実施例について図４を参照して説明する。
【００８４】
本発明の第１の実施例では、処理室１７を合金反応管１３で構成したが、本発明の第２の実施例では、処理室１７を合金反応管１３と該合金反応管１３の内部に設けられた石英製の内部反応管１２によって構成したものである。尚、前記処理室１７以外の構成については、第１の実施例と同等であるので、説明を省略する。
【００８５】
マニホールド８の上端のフランジ１１上に有天筒状の前記内部反応管１２が立設され、該内部反応管１２を収納し、該内部反応管１２と同心に有天筒状の前記合金反応管１３が前記フランジ１１上に立設される。
【００８６】
前記ヒータ７、前記合金反応管１３、前記内部反応管１２は同心多重円の配置となっており、前記合金反応管１３と前記内部反応管１２との間には円筒状の間隙１６が形成される。
【００８７】
前記内部反応管１２は反応空間２０を画成し、前記マニホールド８、前記内部反応管１２、前記合金反応管１３は前記処理室１７を構成する。
【００８８】
前記内部反応管１２は石英（ＳｉＯ2 ）製であり、又前記合金反応管１３は本発明の第１の実施例の前記合金反応管１３と同様の材料が用いられる。
【００８９】
前記合金反応管１３の上端にはパージガス供給管１９が前記間隙１６に連通する様に接続され、前記パージガス供給管１９は図示しないパージガス供給源に接続され、窒素ガス等の不活性ガス若しくは水素ガス等の還元ガスを前記間隙１６に供給する様になっている。前記合金反応管１３の下端部にはパージガス排出管２１が前記間隙１６に連通する様に接続され、前記パージガス排出管２１は図示しない排気装置に接続され、前記間隙１６内のパージガスを排出する様になっている。尚、２２は前記パージガス排出管２１に設けられたエアバルブである。
【００９０】
前記合金反応管１３内部に前記内部反応管１２を設けたことで、より高品質の成膜処理が可能となる。
【００９１】
前記内部反応管１２を設ける目的は、所定以上の純度制御が求められるシリコンエピタキシャル成長の場合には、処理の為の反応ガスや使用する反応管の材料の純度が極めて高いことが要求される為である。又、シリコンエピタキシャル成長の膜に抵抗値を持たせる為に、ドーピングガスを導入する必要があり、この場合、膜中へのドーピング量を制御する必要がある。これらを考えると少なくとも、ｐｐｂレベル迄の純度制御が必要である。この為、前記合金反応管１３等からの不純物の発生を抑制する必要がある。インコネル等の耐熱合金反応管から放出される不純物によるウェーハ３５汚染を防止するのは、前記合金反応管１３の内面をシリコン又はそれらの化合物で直接被膜する方法が考えられるが、ｐｐｂレベル迄の純度制御を行うには化合物の被覆では困難である。従って、前記合金反応管１３の内壁面が反応空間２０に直接露出しない様に、石英製の前記内部反応管１２が設けられる。
【００９２】
尚、前記合金反応管１３が気密容器であり、又高強度材料であるので、前記内部反応管１２と前記マニホールド８との間を気密構造とする必要がなく、又外圧等の外力は前記内部反応管１２に作用しない。従って、該内部反応管１２は高精度に製作する必要がなく、又耐強度が小さくてもよい。この為、前記内部反応管１２は、低製作費で製作することができる。
【００９３】
一方、前記内部反応管１２と前記マニホールド８との間を気密構造としない為、前記間隙１６と前記処理室１７とは、前記内部反応管１２と前記マニホールド８との間で連通することとなる。その為、前記間隙１６を窒素ガス若しくは水素ガスによりパージすることで、該間隙１６内に前記処理室１７内部の処理ガス等が浸入することがなくなる。更に、前記間隙１６を高清浄に保つことで、ウェーハ３５が汚染されることを防止する。更に、前記間隙１６に冷却ガスを流すことで、高速度で前記処理室１７の冷却を行うことができる。
【００９４】
尚、前記間隙１６と前記処理室１７とは、前記内部反応管１２と前記マニホールド８との間で連通している為、前記間隙１６に流した窒素ガス若しくは水素ガスが前記内部反応管１２と前記マニホールド８との間の円周上のどこの位置からどれだけ浸入するか不明であるし、温度帯によっても前記内部反応管１２の熱膨張等に起因し変動してしまう虞れがあり、基板への均一な膜成長に悪影響を及ぼす虞れがある。そこで、好ましくは、前記内部反応管１２の下方に流入孔８５を設け、該流入孔８５から積極的にガスを浸入させることで、予めガスの浸入経路を確保することができ、この浸入を想定した基板への膜成長を実施することができる。好ましくは、前記流入孔８５は、前記処理室１７内のボート３４上に基板が載置されている領域よりも下方に設けると、前記流入孔８５から前記処理室１７に浸入したガスが前記処理室１７内のボート３４上に基板が載置されている領域に至る前に前記ガス排気管２４から排気することができるので、基板の汚染やパーティクルの付着を抑制することができることとなる。
【００９５】
更に、好ましくは、前記流入孔８５を前記内部反応管１２の円周上の前記ガス排気管２４の近傍（直上若しくは直近）に配置すると、前記流入孔８５から前記処理室１７に浸入したガスが前記処理室１７内のボート３４上に基板が載置されている領域に至る前に前記ガス排気管２４から排気することができ、より一層、基板の汚染やパーティクルの付着を抑制することができることとなる。
【００９６】
尚、好ましくは、前記間隙１６の圧力が前記処理室１７の圧力より大きくなる様に前記窒素ガス若しくは水素ガスを流して前記間隙１６をパージする様、前記コントローラ５０により制御すると、より一層前記処理室１７内部の処理ガス等の浸入を抑制することができる。
【００９７】
又、更に好ましくは、前記処理室１７の温度が低温の時、例えば、６５０℃未満の時には、前記間隙１６を窒素ガスによりパージし、前記処理室１７の温度が高温の時、例えば、６５０℃以上の時には、前記間隙１６を水素ガスによりパージする様、前記コントローラ５０により制御すると、前記合金反応管１３のＡｌＮ化をより一層抑制することができる。又、前記間隙１６から前記内部反応管１２と前記マニホールド８との間を経由し、前記処理室１７へガスが浸入しても、水素ガスである為、基板のシリコン表面の窒化を抑制することができる。
【００９８】
更に好ましくは、前記処理室１７内が窒素ガスによって置換される際（図２  ＳＴＥＰ：０１，ＳＴＥＰ：０８参照）に、前記間隙１６を窒素ガスによりパージし、前記処理室１７内が水素ガスに置換される際（図２  ＳＴＥＰ：０３，ＳＴＥＰ：０６参照）に、前記間隙１６を水素ガスによりパージする様コントローラ５０により制御すると良い。
【００９９】
又、好ましくは、前記処理室１７での基板処理を開始する際、又は成膜ガスを前記処理室１７内へ供給する際に、前記間隙１６を窒素ガスでのパージから水素ガスでのパージへ切り換える様コントローラ５０により制御すると良い。
【０１００】
又、前記内部反応管１２は均熱管としても機能するので、炉内温度分布の均一性が向上し、成膜品質が向上する。
【０１０１】
前記内部反応管１２の上方の温度がより高くなる。前記内部反応管１２の上端からパージガスを供給することにより最も高温となる部位を優先的に冷却することができ、冷却効果を高め、更に前記処理室１７内の温度制御性をも向上させることができる。又、前記合金反応管１３は熱膨張率が高く延在方向に膨張するが、前記内部反応管１２は石英製である為、金属反応管に比べて熱膨張率が低く、温度が高い状態では、前記合金反応管１３の上端と前記内部反応管１２の上端との間の上端間隙が大きくなる為、この上端間隙を利用することで、前記間隙１６の全体にパージガスを行き渡らせ易くすることができる。
【０１０２】
図５、図６は本発明の第３の実施例を示している。
【０１０３】
第３の実施例は、本発明を枚葉式の基板処理装置に実施した場合である。
【０１０４】
基板処理装置５５は、主に処理炉ユニット５６、制御ユニット５７、搬送ユニット５８、基板収納ユニット５９から構成されている。
【０１０５】
該基板収納ユニット５９には、所定枚数のウェーハ３５を収納した基板搬送容器（図示せず）が格納可能となっており、外部搬送装置（図示せず）により未処理ウェーハ３５を収納した基板搬送容器が搬入され、処理済ウェーハ３５を収納した基板搬送容器が搬出される様になっている。
【０１０６】
次に、前記処理炉ユニット５６について説明する。該処理炉ユニット５６は後述する様に、複数の処理炉６７及び１つの予備加熱室、予備冷却室としてのバッファ室７０によって構成されている。
【０１０７】
筐体６１の内部に、扁平な矩形断面を有し水平方向に延びる合金反応管６２，６３が上下方向に多段（図示では５段）に配設され、最下段の前記合金反応管６２を除く、前記合金反応管６３の内部には、石英製の内部反応管６４が設けられ、前記合金反応管６３、前記内部反応管６４によって処理室６５が構成される。該処理室６５の上下にヒータ６６が設けられ、該ヒータ６６と前記処理室６５によって処理炉６７が構成され、前記処理室６５の内部には反応空間６８が形成される。
【０１０８】
前記処理炉６７は、断熱ボックス６９に収納され、処理炉６７，６７間は断熱され、前記ヒータ６６による加熱制御性が考慮されている。
【０１０９】
前記合金反応管６２は、予備冷却室、予備加熱室として機能するバッファ室７０を構成し、処理前の基板（ウェーハ）を所定温度迄予備加熱する、或は処理後のウェーハ３５を冷却する等の処理を行う。バッファ室７０の上下にヒータ６６が設けられる。
【０１１０】
又、前記合金反応管６２，６３の内部には基板載置台７１が設けられ、該基板載置台７１に処理基板、例えばウェーハ３５が載置可能となっている。
【０１１１】
前記筐体６１には予備室を兼ねる搬送室７３が気密に連設されており、該搬送室７３の上部にはクリーンユニット７２が設けられ、前記搬送室７３は清浄雰囲気に保たれている。又、好ましくは、前記搬送室７３に、不活性ガス供給管９１、該不活性ガス供給管９１の上流側に開閉弁９３、不活性ガス供給源を設け、前記搬送室７３に不活性ガスを供給することで清浄化しても良い。又、更に好ましくは、前記搬送室７３に排気管９２、該排気管９２の上流側に圧力調整装置としての開閉弁９４、排気装置を設け、前記搬送室７３を排気することで、清浄化しても良い。
【０１１２】
前記合金反応管６２，６３は前記搬送室７３に向って開口され、炉口７４，７５を形成する。前記炉口７４はゲート弁７６によって、又前記炉口７５はゲート弁７７によってそれぞれ気密に閉塞可能となっている。
【０１１３】
前記搬送室７３の内部には基板搬送機７８が収納されており、該基板搬送機７８は昇降機の一部としてのガイドシャフト７９に沿って昇降可能となっており、又前記基板搬送機７８は伸縮可能且つ回転可能な基板搬送アーム８０を具備している。
【０１１４】
而して、前記基板搬送機７８の昇降、前記基板搬送アーム８０の伸縮、回転によりウェーハ３５を前記合金反応管６２，６３に装入、払出し可能となっている。又、前記基板搬送機７８は、ゲート弁８４の開閉を伴って前記基板収納ユニット５９に対してウェーハ３５の搬入、搬出が可能となっている。
【０１１５】
前記合金反応管６３にはそれぞれガス供給部としてのガス供給管１３０が接続されている。前記ゲート弁７７には、ガス供給管１３０が貫通する様に設けられている。該ガス供給管１３０の上流側にバルブ１３１が設けられ、バルブ１３１の上流側で複数の前記ガス供給管１３０が合流されてＭＦＣ１３２を介してガス供給源１３３が接続されている。又前記合金反応管６２，６３には排気ライン８１が接続され、各排気ライン８１は合流して排気装置８７に接続されている。
【０１１６】
前記各排気ライン８１には、冷却トラップ８２、圧力調整装置としての開閉弁８３が設けられている。又、前記排気ライン８１にはリーク検出ライン８８を介してエアバルブ８９及びリークチェック用のドライポンプ９０が接続され、該ドライポンプ９０で前記排気ライン８１を吸引することで、該排気ライン８１のリークの有無が検出可能となっている。
【０１１７】
前記ヒータ６６には、温度制御部１４１が電気的に接続されており、該温度制御部１４１は温度センサ（図示せず）により検出された温度情報に基づき前記ヒータ６６への通電具合を調整することにより前記処理室６５、前記バッファ室７０の温度が所望の温度分布となる様、前記ヒータ６６を所望のタイミングにて制御する様に構成されている。
【０１１８】
バルブ１３１、ＭＦＣ１３２、ガス供給源１３３、開閉弁９３には、ガス流量制御部１４２が電気的に接続されており、該ガス流量制御部１４２は前記処理室６５、前記搬送室７３へ供給するガスの流量が所望の量となる様、前記バルブ１３１、前記ＭＦＣ１３２、前記ガス供給源１３３、前記開閉弁９３を所望のタイミングにて制御する様に構成されている。
【０１１９】
前記開閉弁８３、前記エアバルブ８９、前記開閉弁９４には、圧力制御部１４３が電気的に接続されており、該圧力制御部１４３は圧力センサ（図示せず）により検出された圧力に基づいて前記開閉弁８３、前記エアバルブ８９、前記開閉弁９４により前記処理室６５、前記バッファ室７０、前記搬送室７３の圧力が所望の圧力となる様所望のタイミングにて制御する様に構成されている。
【０１２０】
前記ゲート弁７７、前記基板搬送機７８、前記昇降機には、駆動制御部１４４が電気的に接続されており、前記ゲート弁７７、前記基板搬送機７８、前記昇降機が所望の動作をする様、所望のタイミングにて制御する様に構成されている。
【０１２１】
前記温度制御部１４１、前記ガス流量制御部１４２、前記圧力制御部１４３、前記駆動制御部１４４は、前記操作部、前記入出力部をも構成し、これらはコントローラ１４０として構成されている。
【０１２２】
第３の実施例に於ける基板処理について概略を説明する。尚、説明を簡略化する為、１つの処理炉６７に於けるウェーハ３５の処理を説明する。
【０１２３】
又、以下の説明に於いて基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ１４０により、制御される。
【０１２４】
前記ゲート弁７６，７７を閉塞した状態で、前記搬送室７３を窒素ガス等の不活性ガスによってガスパージし、前記合金反応管６２，６３内部及び前記基板収納ユニット５９と同圧化する。前記ゲート弁８４を開いて前記基板搬送機７８により前記基板収納ユニット５９から未処理ウェーハ３５を取出す。
【０１２５】
前記バッファ室７０の前記ゲート弁７７を開放し、前記基板搬送機７８により前記基板載置台７１上に未処理ウェーハ３５を移載する。前記バッファ室７０で前記ヒータ６６により所定温度迄、例えば８００℃未満、好ましくは、５００℃以上８００℃未満となる様予備加熱し、その後処理が予定された前記処理室６５の前記ゲート弁７６が開放され、前記基板搬送機７８によって前記バッファ室７０から前記処理室６５にウェーハ３５が移載される。前記ゲート弁７６が前記炉口７４を閉塞し、前記ヒータ６６によって前記ウェーハ３５が例えば１０００℃以上に加熱され、ガス供給管１３０より処理ガスが導入され、又前記ウェーハ３５に成膜処理がなされる。
【０１２６】
又、前記処理室６５から排気される排ガスは、前記冷却トラップ８２に於いて冷却され、排ガス中に含まれる未反応ガスが液化され、除去され、排気される。
【０１２７】
成膜処理が完了した場合は、前記ゲート弁７６、前記ゲート弁７７が開放され、前記基板搬送機７８によって処理済ウェーハ３５は前記バッファ室７０に移載され、予め、前記バッファ室７０が前記処理室６５の温度より低い温度となる様に前記ヒータ６６の出力を低下若しくは無くし、前記バッファ室７０を１５０℃以上５００℃未満、好ましくは、２００℃以上４００℃未満となる様にし、該バッファ室７０内で所定温度迄冷却される。冷却された処理済ウェーハ３５は前記基板搬送機７８によって前記基板収納ユニット５９に搬出される。未処理ウェーハ３５の前記処理室６５への装入、該処理室６５での基板処理、処理済ウェーハ３５の前記処理室６５から前記基板収納ユニット５９への搬送が繰返され、基板処理が連続して行われる。
【０１２８】
尚、基板処理の具体的な処理については、第１の実施例で説明したと同様であるので説明を省略する。
【０１２９】
次に、複数組（図示では４組）の処理炉６７により基板処理を行う場合は、各処理炉６７での基板処理終了時間をずらし、１組の前記処理炉６７に対して前記基板搬送機７８による基板の搬送動作を行っている間は、他の３組の内少なくとも１つでは基板処理が行われる様にシーケンスを組むことで、前記処理炉６７に対する搬入搬出動作で無駄な時間が発生せず、効率のよい基板処理が可能となる。
【０１３０】
尚、本実施例に於いても、高精度の石英ではなく、合金反応管６３には、本発明の第１の実施例の前記合金反応管１３と同様の材料が用いられるので、安価に製作でき、処理炉６７の製造コストの低減が図れる。又、好ましくは前記処理室６５の内部に石英製の内部反応管６４が設けられるが、該内部反応管６４は成膜品質の向上を図るものであり、耐圧容器である必要はなく、又加工精度は低くてもよいので、製作コストは低くできる。又、第１の実施例と同様、前記内部反応管６４を省略して前記合金反応管６３のみで前記処理室６５を構成してもよい。又、基板処理温度が、１１５０℃未満で使用するのみであれば、合金反応管６３の材質にＡｌを含有する耐熱及び耐腐食性の合金として、例えば単なるインコネル（登録商標）等を用いても良い。
【０１３１】
尚、本実施例に於いては、同列に複数の処理炉６７及び１つのバッファ室７０を多段に配設することで、電力供給用の配線を引回し易くすることができ、又、エネルギの使用効率を向上させることができる。又、基板の搬送効率を向上することができ、効率良く基板を処理することができる。
【０１３２】
又、前記処理室６５の温度を室温から処理温度迄急速に昇温したとしても昇温時間を多く費やすことになってしまうし、降温時間も同様に多く費やしてしまう。処理室６５内を所定の温度、例えば、処理温度未満であって室温より高い温度に維持した状態で、基板を搬入すると基板が熱的ダメージを受けてしまう。又、複数の前記処理炉６７に於いて、夫々の前記処理室６５の昇温・降温タイミングを異ならせて運用する場合には、それぞれの前記処理室６５毎の処理終了、開始タイミングのタイムラグが発生し易い。これに対し、同列に複数の処理炉６７及び１つのバッファ室７０を多段に配設することで、前記バッファ室７０にて事前に基板を予備加熱することで基板への熱的ダメージを抑制することができるし、効率よく基板の処理を行うことができる。又、搬送効率を良くすることができる。
【０１３３】
又、熱特性から最上段の前記処理炉６７周辺が最も温度が上がり易い一方、最も最下段の前記バッファ室７０が最も温度が上がり難い。その為、最下段に前記処理炉６７に比べ、温度を上げる必要のない前記バッファ室７０を配設することで熱エネルギの使用効率を向上させることができる。
【０１３４】
図７は本発明の第４の実施例を示している。
【０１３５】
第４の実施例は、本発明を他の枚葉式の基板処理装置に実施した場合である。尚、図７中、図５中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【０１３６】
第４の実施例では、処理炉６７が複段、複列に設けられ、処理炉ユニット５６が構成された場合を示している。図示の例では、該処理炉ユニット５６は５段２列の処理炉６７によって構成されている。前記処理炉６７の各列の最下段の下側は、予備加熱冷却室を兼ねるバッファ室７０となっている。尚、前記処理炉６７の段数、列数は、基板処理装置の規模に応じて適宜選択される。
【０１３７】
又、前記処理炉ユニット５６の下側には、制御ユニット５７が設けられ、前記処理炉ユニット５６の側方に隣接して基板収納ユニット５９が設けられている。該基板収納ユニット５９は、前記処理炉ユニット５６を構成する処理炉６７の数の２倍程度のウェーハ３５を収納可能であって、例えば上半部が処理済ウェーハを格納し、下半分が未処理ウェーハを格納する様になっている。
【０１３８】
基板搬送機７８は横行駆動部１２３、横行駆動部１２４を有し、該横行駆動部１２４は前記横行駆動部１２３によって前記処理炉ユニット５６に対して平行に横行可能であり、前記横行駆動部１２４によって昇降ベース１２５が昇降可能であり、該昇降ベース１２５に基板搬送アーム８０が設けられ、該基板搬送アーム８０は該基板搬送アーム８０の伸縮、回転及び前記横行駆動部１２３、前記横行駆動部１２４との協働により、ウェーハ３５を基板処理装置５５外部から前記搬送室７３の基板収納ユニット５９に搬送し、又ウェーハ３５を前記基板収納ユニット５９から前記処理炉ユニット５６に、又該処理炉ユニット５６から前記基板収納ユニット５９に移載し、更に前記基板処理装置５５の外部に搬出可能となっている。
【０１３９】
尚、前記基板搬送機７８は搬送室７３に収納され、該搬送室７３は天井部に設けられたクリーンユニット（図５参照）によって清浄雰囲気に保たれている。
【０１４０】
第４の実施例では、処理炉６７を複列に有することで、より多くの処理炉６７を配設することができ、枚葉処理方式で多数の基板１０２を同時に処理することが可能となる。
【０１４１】
図８〜図１１に於いて、第５の実施例を説明する。第５の実施例では、枚葉式処理方法で、処理炉６７を複段、複列に設け、更に１つの処理炉６７により複数枚の基板１０２を処理可能としたものであり、基板の処理枚数を大幅に増大できる。
【０１４２】
先ず、図８に於いて、第５の実施例に係る基板処理装置の概要を説明する。尚、図８中、図７中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【０１４３】
横行駆動部１２３に横行駆動部１２４が横行可能に設けられ、該横行駆動部１２４は前記処理炉ユニット５６に対して平行な方向に横行可能となっている。前記横行駆動部１２４には昇降ベース１２５が昇降可能に設けられ、該昇降ベース１２５には基板搬送アーム９６が横行方向及び昇降方向に対して直角な方向に、又前記処理炉６７に向って進退可能に設けられている。
【０１４４】
第４の実施例に於ける基板搬送アーム８０は、複数のリンクが屈伸する複節リンク構造であったが、第５の実施例に於ける基板搬送アーム９６は、より多くの進退量を有するアーム構造、例えば複節スライダ構造となっている。
【０１４５】
前記昇降ベース１２５に対して第１スライドアーム９７が水平方向にスライド可能に設けられ、更に該第１スライドアーム９７に第２スライドアーム９８が水平方向にスライド可能に設けられている。該第２スライドアーム９８は、基板保持具を兼ねるサセプタ１０１（図１０参照）を載置する支持プレート９９を有しており、該支持プレート９９が前記処理炉６７の内部に進入、退出する様になっている。
【０１４６】
前記サセプタ１０１には複数の基板１０２が載置可能であり、前記支持プレート９９が前記サセプタ１０１を支持して、該サセプタ１０１を前記処理炉６７或は基板収納ユニット５９に移載することで、複数の基板１０２を一括して移載する様になっている。尚、図示のサセプタ１０１では、該サセプタ１０１が矩形形状で、４枚の矩形の基板を井桁状に載置した状態を示している。又、前記サセプタ１０１の形状、載置する基板の枚数は、適宜変更されることは言う迄もない。
【０１４７】
次に、図９を参照して、第５の実施例に適用された処理炉６７の一例について説明する。尚、図９中、図６中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【０１４８】
扁平形状の中空断面を有する合金反応管６３の前端部（図９中左端部）に金属製の炉口フランジ１０３が気密に設けられ、前記合金反応管６３の後端部に金属製の排気口フランジ１０４が気密に設けられている。前記合金反応管６３、前記炉口フランジ１０３、前記排気口フランジ１０４は処理室１７を構成する。
【０１４９】
前記合金反応管６３の材質は、第１の実施例の前記合金反応管１３と同様であり、Ｃｕ又は／及びＡｌを含まない耐熱及び耐腐食性の合金として、例えばインコＨＸ（登録商標）又はハステロイＨＸ（登録商標）（化学組成共に、Ｎｉ４７．５％，Ｃｒ２１．８％，Ｍｏ９．０％，Ｆｅ１８．５％，Ｃｏ１．５％、その他Ｗ０．６％）が用いられる。又、前記炉口フランジ１０３、前記排気口フランジ１０４の材質はステンレス鋼、例えばＳＵＳ３０６が用いられる。
【０１５０】
従って、前記炉口フランジ１０３、前記排気口フランジ１０４は、前記合金反応管６３より安価な材料で製作され、前記処理室１７を低コストで製作できると共に前記炉口フランジ１０３、前記排気口フランジ１０４を高強度構造とすることで、扁平な前記処理炉６７の強度を補強することができる。
【０１５１】
前記処理室１７の内部に石英製の内部反応管６４が設けられる。該内部反応管６４は、前記合金反応管６３と相似形の中空断面形状を有し、前記炉口フランジ１０３の後端部から前記合金反応管６３の後端に掛渡り、前記内部反応管６４の内部には基板処理の為の反応空間６８が形成される。又、前記合金反応管６３と前記内部反応管６４の間には扁平な筒状の間隙１０５が形成される。該間隙１０５の前端は前記内部反応管６４の前端に形成されたフランジ部によって閉塞されている。
【０１５２】
又、前記内部反応管６４の内壁面、少なくとも天井面（好ましくは図示する様に天井面と底面の両方に設けたほうが良い）には炭化珪素（ＳｉＣ）製の部材としての内壁面板１０６を設ける。
【０１５３】
石英材にシリコン原子が付着しシリコン膜が生成されるのと同様、炭化珪素材にもシリコン原子が付着しシリコン膜が生成される。然し、シリコンの熱膨張係数が３．９（ｘ１０-6／Ｋ）なのに対し、石英の熱膨張係数が０．５（ｘ１０-6／Ｋ）と一桁も違う。その為、前記内部反応管６４にシリコン膜が生成された後に、前記ヒータ６６による加熱状態が変化、即ち、前記内部反応管６４及びシリコン膜が温度変化することによって、両者に熱膨張差が生じてしまい、これにより、シリコン膜が剥離してしまう。これに対し、炭化珪素の熱膨張係数は４．３（ｘ１０-6／Ｋ）であり、石英の熱膨張係数と略同様である為、前記内壁面板１０６にシリコン膜が生成された後に、前記ヒータ６６による加熱状態が変化、即ち、前記内部反応管６４及びシリコン膜が温度変化したとしても、両者に熱膨張差が生じ難く、シリコン膜の剥離を抑制することができる。
【０１５４】
尚、炭化珪素製としたほうが、内壁面板１０６が劣化してしまうという問題の発生が少なく、優れるが、内壁面板１０６を、カーボンやアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）に炭化珪素材をコーティングしたものとしても良い。又、炭化珪素製の部材として、板状にしたほうが、処理室での占有面積を少なくできる点で優れるが必ずしも板状でなくても良く、内部反応管６４と同芯円状に環状であっても良い。
【０１５５】
前記内部反応管６４の底面４箇所より突起状のサセプタ支持部１０７が突設され、該サセプタ支持部１０７には前記サセプタ１０１が載置可能となっている。
【０１５６】
前記合金反応管６３の前端部、後端部は前記ヒータ６６より突出しており、該前端部と前記炉口フランジ１０３との連結部及び前記炉口フランジ１０３の前端部にはそれぞれ冷却管１０８、冷却管１０９が巻設され、前記冷却管１０８、前記冷却管１０９に冷却水を流通することで、炉口部７４が冷却される。又、前記後端部と前記排気口フランジ１０４との連結部にも冷却管１１１が巻設され、該冷却管１１１に冷却水を流通することで、排気口部が冷却される。前記炉口フランジ１０３及び前記排気口フランジ１０４を冷却することで炉口フランジ、排気口フランジを安価な材料で製作することができる。
【０１５７】
前記炉口フランジ１０３の上面を貫通してガス導入ノズル１１３が設けられ、該ガス導入ノズル１１３は前記処理室１７に開口すると共に下流端は図示しない処理ガス源に接続されている。
【０１５８】
前記間隙１０５の前記炉口７４側の端部には、前記内部反応管６４を囲繞する様にパージガス供給部としてのリング状のパージガス導入ノズル１１４が配設されている。該パージガス導入ノズル１１４には所要間隔でガス噴出口（図示せず）が穿設され、該ガス噴出口から前記間隙１０５に均等にパージガスを噴出する様になっている。前記パージガス導入ノズル１１４はパージガス配管１１５を介してパージガス源に接続され、該パージガス源は窒素ガス、又は水素ガスを選択的に供給可能となっている。
【０１５９】
前記排気口フランジ１０４は排気ライン８１を介して冷却トラップ８２、開閉弁８３を介して排気装置８７に接続されている（図６参照）。該排気装置８７により前記排気口フランジ１０４から前記反応空間６８を吸引排気し、同時に前記間隙１０５が吸引排気される様になっている。
【０１６０】
次に、前記基板収納ユニット５９について説明する。
【０１６１】
該基板収納ユニット５９は、前記処理炉ユニット５６を構成する処理炉６７の数の２倍程度のサセプタ収納棚１１８が上下方向に積層された構成であり、例えば上半部が処理済基板を載置したサセプタ１０１を格納し、下半分が未処理基板を載置したサセプタ１０１を格納する様になっている。
【０１６２】
又、前記支持プレート９９を進退、上下させることで、前記サセプタ収納棚１１８に前記サセプタ１０１を載置し、又該サセプタ１０１に前記基板１０２を個別に移載可能となっている。
【０１６３】
図１１に示される様に、前記サセプタ収納棚１１８の底面にはサセプタ支持突起１１９及び基板支持ピン１２０が突設され、該基板支持ピン１２０の上端に高さは前記サセプタ支持突起１１９に対して、前記サセプタ１０１の厚みと前記支持プレート９９の厚みとを足したものより大きくなっている。
【０１６４】
又、前記サセプタ１０１には、該サセプタ１０１が前記サセプタ支持突起１１９に載置された状態で前記基板支持ピン１２０が貫通する逃げ孔１２１が穿設されている。従って、基板１０２を載置したサセプタ１０１が前記サセプタ収納棚１１８に格納されると、前記サセプタ１０１は前記サセプタ支持突起１１９に載置され、同時に前記基板支持ピン１２０が前記逃げ孔１２１を貫通し、前記基板１０２は前記サセプタ１０１から浮上がった状態で前記基板支持ピン１２０に個別に載置される。
【０１６５】
前記サセプタ１０１を格納後、前記基板搬送機７８を駆動し、前記支持プレート９９により前記サセプタ収納棚１１８から一枚ずつ基板１０２が搬出される。
【０１６６】
前記サセプタ１０１に所要枚数の基板１０２を載置する場合は、先ず前記サセプタ１０１を前記サセプタ収納棚１１８に格納しておき、その後基板１０２を前記サセプタ収納棚１１８に搬入して前記基板支持ピン１２０に載置し、所要枚数載置したら、前記サセプタ１０１を前記サセプタ収納棚１１８に対して上昇させ、更に退出させれば、基板１０２を前記サセプタ１０１に所要枚数載置した状態で搬出することができる。
【０１６７】
尚、前記サセプタ１０１に予め前記基板支持ピン１２０を突設しておけば、前記サセプタ収納棚１１８に基板支持ピン１２０を突設する必要はない。
【０１６８】
以下、第５の実施例に於ける、基板処理の流れを説明する。尚、基板処理の具体的な処理については、第１の実施例で説明したと同様であるので説明を省略する。
【０１６９】
前記基板収納ユニット５９の未処理基板用のサセプタ収納棚１１８には、予め前記サセプタ１０１を載置しておく。
【０１７０】
前記基板搬送機７８により基板１０２を各前記サセプタ収納棚１１８に所定枚数移載する。所定のサセプタ収納棚１１８に対して予定枚数の基板１０２が移載されると、前記基板搬送機７８により、未処理基板用のサセプタ収納棚１１８から前記サセプタ１０１を搬出する。この時、該サセプタ１０１には所定枚数（図示では４枚）の前記基板１０２が載置された状態である。
【０１７１】
前記基板搬送機７８により前記サセプタ収納棚１１８から搬出された前記サセプタ１０１は、前記バッファ室７０に搬入され、該バッファ室７０で８００℃未満、好ましくは５００〜８００℃に予熱された後、所定の処理炉ユニット５６に搬入される。この時、移動距離短縮の為、該処理炉ユニット５６は前記バッファ室７０と同列である様に設定される。
【０１７２】
前記ゲート弁７６が前記炉口７４を気密に閉塞し、前記ヒータ６６によって前記サセプタ１０１上の基板１０２が加熱され、前記ガス導入ノズル１１３より処理ガスが導入される。又、前記パージガス配管１１５より前記パージガス導入ノズル１１４にパージガスが供給され、該パージガス導入ノズル１１４より前記間隙１０５にパージガスが供給される。
【０１７３】
又、基板処理を行っている状態を除いて前記間隙１０５にはパージガスとして窒素ガスが供給されるが、窒素ガスの影響により、窒化物が基板１０２に付着するのを防止する為、基板処理中、即ち少なくとも処理ガスを導入している間は、前記間隙１０５に水素ガスをパージガスとして導入する。
【０１７４】
前記反応空間６８は前記排気口フランジ１０４を介して前記排気装置８７により排気される。又、前記内部反応管６４の後端は、前記合金反応管６３の後端近傍に位置し、前記間隙１０５の後端が前記排気口フランジ１０４に近接した位置で開口しているので、前記間隙１０５内部も前記排気装置８７によって排気され、前記間隙１０５に導入したパージガスは前記反応空間６８に回込むことがない。
【０１７５】
成膜処理が完了した場合は、前記ゲート弁７６，７７が開放され、前記基板搬送機７８によって処理済基板１０２が載置された前記サセプタ１０１が前記処理炉６７から取出され、前記バッファ室７０に移載され、該バッファ室７０内で所定温度迄、例えば１５０〜５００℃、好ましくは２００℃迄冷却される。冷却後前記基板搬送機７８によって前記基板収納ユニット５９の処理済用サセプタ収納棚１１８に移載される。
【０１７６】
その後、前記基板搬送機７８によって処理済基板１０２が個別に搬出される。
【０１７７】
未処理基板１０２の前記基板収納ユニット５９の未処理用サセプタ収納棚１１８へ移載、未処理基板１０２を載置したサセプタ１０１の前記処理室６５の装入、該処理室６５での基板処理が繰返され、基板処理が連続して行われる。
【０１７８】
尚、成膜処理後のサセプタは高温となっており、サセプタを移載する基板搬送アーム９６は前記サセプタ１０１からの熱を受ける。この為、前記基板搬送アーム９６を遮熱カバーによって覆ってもよい。遮熱カバーとしては断熱材料からなる蛇腹状で伸縮可能なものである。
【０１７９】
（付記）
又、本発明は以下の実施の態様を含む。
【０１８０】
（付記１）基板を収納し処理する処理室と、前記基板を加熱するヒータと、前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、前記構成手段を制御する制御部とを有し、前記処理室は、耐熱及び耐腐食性の合金反応管より構成されることを特徴とする基板処理装置。
【０１８１】
（付記２）前記合金反応管内に石英反応管が設けられた付記１の基板処理装置。
【０１８２】
（付記３）前記処理室内に少なくともＨ2 ガスを供給する付記１又は付記２の基板処理装置。本発明により、Ｈ2 ガスの様な取扱い上危険であるガスを用いる場合でも、合金反応管を用いれば比較的強固である為、リスクは低減される。
【０１８３】
（付記４）前記処理室内を１０００℃以上に保持する付記１又は付記２の基板処理装置。本発明により、耐高温性の合金反応管を用いることにより、１０００℃以上の処理にも適用可能である。
【０１８４】
（付記５）パージガスは前記合金反応管の上部より供給され、前記合金反応管と前記石英反応管の間を流通する付記２の基板処理装置。
【０１８５】
（付記６）前記処理室は所要数の前記基板が装填された基板保持具を収納可能であり、バッチ処理が可能な付記１又は付記２の基板処理装置。
【０１８６】
（付記７）前記処理室は１枚の前記基板を収納可能な枚葉式処理室であり、枚葉処理が行われる付記１又は付記２の基板処理装置。
【０１８７】
（付記８）前記枚葉式処理室と前記基板を加熱するヒータとで枚葉処理炉が構成され、該枚葉処理炉が上下方向に複数段に設けられた付記７の基板処理装置。
【０１８８】
（付記９）前記枚葉処理炉での基板処理終了時間が異なり、１つの枚葉処理に対して基板の搬入搬出動作が行われている場合は、他の枚葉処理炉の少なくとも１つで基板処理が行われている様構成した付記８の基板処理装置。
【０１８９】
（付記１０）前記基板はサセプタに載置された状態で、処理室に収納される付記１の基板処理装置。
【０１９０】
（付記１１）前記サセプタは複数の基板を載置可能であり、基板の搬送は前記サセプタに載置された状態で行われる付記１０の基板処理装置。
【０１９１】
（付記１２）基板を収納し処理する処理室と、前記基板を加熱するヒータと、前記処理室内にガスを供給するガス供給部とを有し、前記処理室は、少なくともモリブデン及びコバルトを含み、アルミニウムを含まない材質で形成された合金反応管で構成されることを特徴とする基板処理装置。
【０１９２】
（付記１３）前記合金反応管は、更にタングステンを含み、銅を含まない材質で形成された付記１２の基板処理装置。
【０１９３】
（付記１４）少なくともモリブデン及びコバルトを含み、アルミニウムを含まない材質で形成された合金である反応管で構成される処理室内に基板を搬入する工程と、前記処理室内をヒータにより加熱し、前記処理室内に水素ガスを流す工程と、前記処理室内を水素ガス雰囲気とした状態で処理ガスを供給して前記基板を処理する工程と、前記処理室内から前記処理ガスを排気し前記水素雰囲気にし、降温する工程と、前記処理室内に窒素ガスを供給し、水素ガス雰囲気から窒素ガス雰囲気に置換する工程と、前記基板を前記処理室内より搬出する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【０１９４】
１              基板処理装置
３              処理炉
６              ボートエレベータ
７              ヒータ
１２            内部反応管
１３            合金反応管
１５            Ｏリング
１７            処理室
１８            冷却管
２０            反応空間
２４            ガス排気管
２５            ガス供給管
２６            ガス流量制御部
２９            圧力制御部
３４            ボート
３５            ウェーハ
３７            温度制御部
５２            駆動制御部
５５            基板処理装置
５６            処理炉ユニット
５７            制御ユニット
５８            搬送ユニット
５９            基板収納ユニット
６２            合金反応管
６３            合金反応管
６４            内部反応管
６５            処理室
６６            ヒータ
６７            処理炉
６８            反応空間
６９            断熱ボックス
７８            基板搬送機
８０            基板搬送アーム
９９            支持プレート
１０１          サセプタ
１０２          基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2010171388.tif 000010
【図９】
2010171388.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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