(57)【要約】【課題】本発明は、圧力調整弁における外部リークを抑え、半導体ウェーハに形成されるエピタキシャル膜などの膜質の向上、生産性の向上を図ることが可能な半導体製造装置、半導体製造方法および圧力調整弁を提供する。【解決手段】本発明の半導体製造装置は、反応室11に接続される供給部21と、排気機構18に接続される排気部22を有する弁箱23と、弁箱23内に設けられ、排気部22の開度を調整するための弁体24と、これに接続される駆動軸25と、これを駆動させる駆動制御機構26と弁箱23に接続され、駆動軸25の外周に設けられる軸管27と、弁箱23側の駆動軸25と軸管27との間隙をシールする第１のシール28と、軸管27の端部側の駆動軸25と軸管27との間隙をシールする第２のシール29と、第１のシール28と第２のシール29間の中間室210にパージガスを供給するパージガス供給機構211を有する圧力調整弁20を備える。【選択図】図２
2010040762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスガスが供給されることによりウェーハが処理される反応室と、
この反応室からの排気ガスを外部に排出する排気機構と、
前記反応室と前記排気機構間に設けられる圧力調整弁を有し、
この圧力調整弁は、
前記反応室に接続される供給部と、前記排気機構に接続される排気部を有する弁箱と、
この弁箱内に設けられ、前記排気部の開度を調整するための弁体と、
この弁体に接続される駆動軸と、
この駆動軸を駆動させる駆動制御機構と、
前記弁箱に接続され、前記駆動軸の外周に設けられる軸管と、
前記弁箱側の前記駆動軸と前記軸管との間隙をシールする第１のシールと、
前記軸管の端部側の前記駆動軸と前記軸管との間隙をシールする第２のシールと、
前記第１のシールと前記第２のシール間の中間室にパージガスを供給するパージガス供給機構を備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記圧力調整弁は、
前記弁箱の内部と前記中間室の圧力差を検出する圧力差検出機構と、
この圧力差検出機構により検出された圧力差に基づき、前記パージガスの流量を制御する流量制御機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
ウェーハが導入された反応室にプロセスガスを供給し、
前記反応室からの排気ガスを圧力調整弁の弁箱に導入し、
この弁箱の内部に設けられる弁体を、この弁体に接続される駆動軸を駆動させることにより、前記排気ガスの流量を調整して排出するとともに、
前記弁箱に接続され前記駆動軸の外周に設けられる軸管と前記駆動軸との間隙を、２か所でシールすることにより形成される中間室に、パージガスを供給し、
前記中間室から前記弁箱の内部への前記パージガスの流れを形成することを特徴とする半導体製造方法。
【請求項４】
前記弁箱の内部と前記中間室の圧力差を検出し、
検出された圧力差に基づき、前記パージガスの流量を制御することを特徴とする請求項３に記載の半導体製造方法。
【請求項５】
ガスが供給される供給部とガスが排出される排気部を有する弁箱と、
この弁箱内に設けられ、前記排気部の開度を調整するための弁体と、
この弁体に接続される駆動軸と、
この駆動軸を駆動させる駆動制御機構と、
前記弁箱に接続され、前記駆動軸の外周に設けられる軸管と、
前記弁箱側の前記駆動軸と前記軸管との間隙をシールする第１のシールと、
前記軸管の端部側の前記駆動軸と前記軸管との間隙をシールする第２のシールと、
前記第１のシールと前記第２のシール間の中間室にパージガスを供給するパージガス供給機構を備えることを特徴とする圧力調整弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体ウェーハ上にプロセスガスを供給して半導体ウェーハ成膜を行なう半導体製造装置および半導体製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の低価格化、高性能化の要求に伴い、成膜工程における高い生産性と共に、膜厚均一性などの高品質化が要求されている。
【０００３】
成膜工程に用いられる半導体製造装置において、例えば、反応室内でウェーハを加熱しながら回転させ、プロセスガスを供給することにより、ウェーハ上にエピタキシャル膜が形成される。そして、反応副生成物を含む余剰なプロセスガスは、排気機構により排出される。
【０００４】
このような半導体製造装置において、通常、反応室と排気機構との間に圧力調整弁が設けられている（例えば特許文献１など参照）。そして、圧力調整弁により排気ガスの排出流量を制御することにより、反応室内を所定の圧力に制御することができる。
【０００５】
しかしながら、圧力調整弁内に、排出すべきプロセスガスによる反応生成物が堆積するという問題が生じている。そこで、圧力調整弁にヒータを設けることにより、反応生成物の堆積を抑制する手法が提案されている（例えば特許文献２など参照）が、堆積を完全に抑えることは困難であるという問題がある。
【特許文献１】特開平２００６−３３９４６１号公報（請求項１など）
【特許文献２】特開平２００４−４８０４３号公報（請求項１、図１など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、圧力調整弁内の反応生成物の堆積を抑制することは困難であるという問題がある。そして、例えば、圧力調整弁の弁体を駆動させるための駆動軸と軸管の間隙のシール部分に堆積することにより、シール機能が低下するため、外部リークによる膜質の低下や、それに伴う歩留りの低下が誘発される。
【０００７】
そこで、本発明は、圧力調整弁における外部リークを抑え、半導体ウェーハに形成されるエピタキシャル膜などの膜質の向上、生産性の向上を図ることが可能な半導体製造装置、半導体製造方法および圧力調整弁を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体製造装置は、プロセスガスが供給されることによりウェーハが処理される反応室と、この反応室からの排気ガスを排出する排気機構と、反応室と排気機構間に設けられる圧力調整弁を有し、この圧力調整弁は、反応室に接続される供給部と、排気機構に接続される排気部を有する弁箱と、この弁箱内に設けられ、排気部の開度を調整するための弁体と、この弁体に接続される駆動軸と、この駆動軸を駆動させる駆動制御機構と、弁箱に接続され、駆動軸の外周に設けられる軸管と、弁箱側の駆動軸と軸管との間隙をシールする第１のシールと、軸管の端部側の駆動軸と軸管との間隙をシールする第２のシールと、第１のシールと第２のシール間の中間室にパージガスを供給するパージガス供給機構を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の半導体製造装置において、圧力調整弁は、弁箱の内部と中間室の圧力差を検出する圧力差検出機構と、この圧力差検出機構により検出された圧力差に基づき、パージガスの流量を制御する流量制御機構を備えることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の半導体製造方法は、ウェーハが導入された反応室にプロセスガスを供給し、反応室からの排気ガスを圧力調整弁の弁箱に導入し、この弁箱の内部に設けられる弁体を、この弁体に接続される駆動軸を駆動させることにより、排気ガスの流量を調整して排出するとともに、弁箱に接続され駆動軸の外周に設けられる軸管と駆動軸との間隙を、２か所でシールすることにより形成される中間室に、パージガスを供給し、中間室から弁箱の内部へのパージガスの流れを形成することを特徴とする。
【００１１】
本発明の半導体製造方法において、弁箱の内部と中間室の圧力差を検出し、検出された圧力差に基づき、パージガスの流量を制御することが好ましい。
【００１２】
また、本発明の圧力調整弁は、ガスが供給される供給部とガスが排出される排気部を有する弁箱と、この弁箱内に設けられ、排気部の開度を調整するための弁体と、この弁体に接続される駆動軸と、この駆動軸を駆動させる駆動制御機構と、弁箱に接続され、駆動軸の外周に設けられる軸管と、弁箱側の駆動軸と軸管との間隙をシールする第１のシールと、軸管の端部側の駆動軸と軸管との間隙をシールする第２のシールと、第１のシールと第２のシール間の中間室にパージガスを供給するパージガス供給機構を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、圧力調整弁における外部リークを抑え、半導体ウェーハに形成されるエピタキシャル膜などの膜質の向上、生産性の向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００１５】
図１に本実施形態の半導体製造装置の断面図を示す。図に示すように、ウェーハｗが成膜処理される反応室１１内には、ウェーハｗを載置するためのサセプタ１２が設置されている。サセプタ１２は、モータ（図示せず）、回転軸（図示せず）などから構成される回転駆動機構（図示せず）と接続されている。また、サセプタ１２の下方には、ウェーハｗを加熱するためのヒータ１３などが設置されている。
【００１６】
反応室１１上方には、ソースガスを含むプロセスガスをウェーハｗの上面に供給するためのガス供給機構１４が設置されている。そして、反応室１１下方には、ガス排出部１５が設けられている。
【００１７】
ガス排出部１５は、配管１６ａを介して、配管１６ａに接続された圧力計１７により測定された反応室１１の圧力に基づいて圧力を調整する圧力調整弁２０と接続されている。圧力調整弁２０は、図２に示すように、ガスが供給される供給部２１とガスが排出される排気部２２を有する例えばＳＵＳなどからなる弁箱２３と、この弁箱２３内に設けられ、排気部２２の開度を調整するための弁体２４を有している。そして、この弁体２４は、弁箱２３を貫通する駆動軸２５と接続され、さらに、この駆動軸２５を駆動させる駆動制御機構２６と接続されている。
【００１８】
駆動軸２５の外周には、駆動軸２５と所定の間隙を有するように、軸管２７が形成されており、軸管２７は弁箱２３と一体成型されている。そして、駆動軸２５と軸管２７の間には、弁箱２３側の駆動軸２５と軸管２７との間隙をシールするオムニシール２８、軸管２７の端部側の駆動軸２５と軸管２７との間隙をシールするＯリング２９の２か所のシールが設けられている。
【００１９】
駆動軸２５、軸管２７、オムニシール２８およびＯリング２９により形成される空間である中間室２１０には、マスフロコントローラー２１１ａ、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２１１ｂなどを備えたパージガスを供給するためのパージガス供給機構２１１が接続されている。さらに、弁箱２３のオムニシール２８から弁体２４間、中間室２１０およびＰＬＣ２１１ｂと接続され、弁箱２３内と中間室２１０との差圧を検出する圧力差検出機構である差圧計２１２が設けられている。
【００２０】
そして、圧力調整弁２０の排気部２２には、配管１６ｂを介して排気ポンプ１８ａを有する排気機構１８が接続されている。
【００２１】
このような半導体製造装置を用いて、ウェーハｗの上面に例えばＳｉエピタキシャル膜が形成される。
【００２２】
先ず、例えばφ２００ｍｍのウェーハｗを、搬送アーム（図示せず）によって反応室１１に導入し、サセプタ１２上に載置する。
【００２３】
次いで、ウェーハｗの温度が例えば１１００℃となるように、ヒータ１３の温度を制御するとともに、ウェーハｗを回転駆動機構（図示せず）により例えば９００ｒｐｍ以上で高速回転させる。
【００２４】
そして、ガス供給機構１４により、例えばトリクロロシラン（ＴＣＳ）濃度が例えば２〜４％となるように、Ｈ２で希釈されたプロセスガスを例えば５０〜１００ＳＬＭで導入し、ウェーハｗの上面に供給する。尚、成膜反応により生成されるＣｌ２ガスなど反応副生成物を含む余剰なプロセスガス（以下排出ガスと記す）は、ガス排出部１５により排出される。
【００２５】
排出ガスは、配管１６ａを介して圧力調整弁２０に導入される。圧力調整弁２０の供給部２１より弁箱２３内に導入された排出ガスは、排気部２２より排出される。このとき、圧力計１７により測定された圧力に基づき、駆動制御機構２６により駆動軸２５を駆動させ、駆動軸２５に接続された弁体２４の位置を調整することにより、排気部２２の開度が調整され、排出ガスの排出量が制御される。そこで、反応室１１内の圧力が例えば常圧に制御されるように、駆動制御機構２６により排気部２２の開度が調整される。そして、排出量が制御された排出ガスは、排気部２２より配管１６ｂを介して、排気ポンプ１８ａ、フィルタ（図示せず）などからなる排気機構１８を経て外部に排出される。
【００２６】
このとき、オムニシール２８から中間室２１０に排出ガスが流入し、駆動軸２５の外周、軸管２７の内壁に反応生成物が堆積する。さらに、駆動軸２５がオムニシール２８、Ｏリング２９と摺動することにより脱落した反応生成物が、駆動軸２５とＯリング２９の間に挟まる。そして、シール機能が低下し、外部リークが生じる。
【００２７】
そこで、パージガス供給機構２１１により、中間室２１０にパージガスとして例えばＮ２ガスを供給する。このとき、弁箱２３および中間室２１０と接続された差圧計２１２により、弁箱２３のオムニシール２８から弁体２４間の圧力Ａと中間室２１０の圧力Ｂとの差圧（Ａ−Ｂ）を検出する。そして、ＰＬＣ２１１ｂにより、Ａ−Ｂ＞０となるように、マスフロコントローラー２１１ａで流量を制御する。
【００２８】
このようにして、圧力調整弁２０の中間室２１０にパージガスを流しながら、反応室１１内の圧力を制御し、ウェーハｗの上面にＳｉエピタキシャル膜を所望の膜厚、例えば１５０μｍとなるまで成長させる。
【００２９】
このようにして、圧力調整弁２０において、中間室２１０から弁箱２３へパージガス流を形成することにより、中間室２１０への排出ガスの流入を抑え、中間室２１０内に堆積し、脱落した反応生成物による外部リークを抑えることができる。
【００３０】
従って、反応室１１内に脱落した反応生成物が流入することによるウェーハｗ上へのダストの付着、外気（酸素）が流入することによるエピタキシャル膜のフェーズ（欠陥）の発生を抑制することができる。
【００３１】
さらに、反応室１１内へのダストの流入を抑制することができるため、反応室１１のクリーニング頻度を減少させることができ、スループットを向上させることが可能となる。
【００３２】
また、逆に、外部への反応ガスのリークを抑え、安全性を向上させることが可能となる。
【００３３】
なお、本実施形態において、パージガスとしてＮ２ガスを用いたが、反応室内での成膜反応に影響しないガスであればよく、プロセスガスに含まれる例えばＨ２やＡｒなどのガスを用いることができる。
【００３４】
また、本実施形態によれば、半導体ウェーハｗに、エピタキシャル膜などの高品質な膜を、高い生産性で形成することが可能となる。そして、ウェーハの歩留り向上と共に、素子形成工程及び素子分離工程を経て形成される半導体装置の歩留りの向上、素子特性の安定を図ることが可能となる。特にＮ型ベース領域、Ｐ型ベース領域や、絶縁分離領域などに１００μｍ以上の厚膜成長が必要な、パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどのパワー半導体装置のエピタキシャル形成工程に適用されることにより、良好な素子特性を得ることが可能となる。
【００３５】
また、本実施形態においては、Ｓｉ単結晶層（エピタキシャル膜）形成の場合を説明したが、本実施形態は、ポリＳｉ層形成時にも適用することも可能である。また、例えばＳｉＯ２膜やＳｉ３Ｎ４膜などＳｉ膜以外の成膜や、例えばＧａＡｓ層、ＧａＡｌＡｓやＩｎＧａＡｓなど化合物半導体などにおいても適用することも可能である。その他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。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一態様における半導体製造装置を示す概念図。
【図２】本発明の一態様における圧力調整弁の断面構造を示す図。
【符号の説明】
【００３７】
１１…反応室
１２…サセプタ
１３…ヒータ
１４…ガス供給機構
１５…ガス排出部
１６ａ、１６ｂ…配管
１７…圧力計
１８…排気機構
１８ａ…排気ポンプ
２０…圧力調整弁
２１…供給部
２２…排気部
２３…弁箱
２４…弁体
２５…駆動軸
２６…駆動制御機構
２７…軸管
２８…オムニシール
２９…Ｏリング
２１０…中間室
２１１…パージガス供給機構
２１１ａ…マスフロコントローラー
２１１ｂ…ＰＬＣ
２１２…差圧計
【図１】
2010040762.tif 000003
【図２】
2010040762.tif 000004