(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜室と、
前記成膜室内で基板が載置されるサセプタと、
前記サセプタを上部で支持する回転筒と、
前記回転筒の内部に設けられ、前記基板を加熱するヒータおよび前記ヒータを支持する導電性のブースバーと、
前記成膜室の下部に設けられて前記回転筒を支持して回転させる回転軸と、
前記回転軸の内部に設けられ、前記ブースバーを介して前記ヒータに給電する電極を収容する中空円筒状の支柱とを有し、
前記回転筒の内部には、前記ブースバーと前記電極の接合部分の上部に設けられる板状の昇降ベースと、前記昇降ベースの下面の周縁部に設けられ連続する突起部と、前記昇降ベース上に立設され、前記基板を載置するための複数本の昇降ピンと、を有する昇降ユニットが配置され、
前記支柱の内部には、前記昇降ユニットが下降したときに前記昇降ベースの下面と前記連続する突起部により覆われる前記ブースバーと前記電極の接合部分にパージガスを供給するためのパージガス導入管が配設されたことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記ブースバーは、対向する前記昇降ベース下面の突起部に対応する位置と形状で凹溝が設けら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】
前記回転筒は、底面部近傍にガス排出の可能なパージガス排出部が設けられた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】
板状の昇降ベースと、前記昇降ベースの下面の周縁部に設けられた連続する突起部と、前記昇降ベース上に立設された複数の昇降ピンを有する昇降ユニットを昇降させ、成膜室内に設けられたサセプタに、前記昇降ピンを用いて基板を載置し、
前記昇降ユニットを下降させ、前記昇降ベースの下面と前記連続する突起部により前記ブースバーと前記電極の接合部分を覆い
上部に前記サセプタを配置する回転筒を前記成膜室の下部に設けられた回転軸で回転させ、
前記回転筒の内部に配置されたヒータに前記ヒータを支持するブースバーと電極とを介して給電して前記基板を加熱させながら、前記昇降ベースと前記連続する突起部で覆われた前記ブースバーと前記電極の接合部分にパージガスを供給し、前記成膜室内に反応ガスを供給して前記基板の表面に膜を形成することを特徴とする成膜方法。
【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)等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活用されている。そして、基板であるウェハ上にシリコンなどの単結晶膜を成長させたエピタキシャルウェハの製造には、枚葉式の成膜装置が使用されることが多い。
【０００３】
図４は、従来の成膜装置の模式的な横断面図である。
従来の枚葉式の成膜装置２００は、成膜室であるチャンバ２０１と、このチャンバ２０１を積載するベース２０２と、チャンバ２０１内に反応ガス２０４を供給する反応ガス供給路２１５と、成膜対象の基板であるウェハ２０３の加熱を可能とするウェハ加熱手段２０５とを備えている。そして、ベース２０２の下部には上方に向かってチャンバ２０１内にまで伸びる中空円筒形状の支柱２０６が取り付けられている。
【０００４】
上述のウェハ加熱手段２０５は、その支柱２０６の上端部に取り付けられている。そして、支柱２０６の内部には、支柱２０６に固定される二本の電極棒２０８が設けられている。この二本の電極棒２０８は、支柱２０６の上端部を抜けてチャンバ２０１内のウェハ加熱手段２０５まで伸びている。
【０００５】
ウェハ加熱手段２０５は、ヒータ２０９とそのヒータ２０９を固定して保持する導電性のブースバー２１０とからなる。そして、ブースバー２１０は、支柱２０６の上端部に固定された連結部材２１１に固定されており、その結果、ヒータ２０９は、支柱２０６に固定される構造を有している。そして、上述の二本の電極棒２０８はそれぞれ連結部材２１１に接続されている。したがって、この二本の電極棒２０８を介してヒータ２０９への給電が可能となっている。尚、支柱２０６にはさらに、その上面部分を閉じる上蓋２１２が設けられている。
【０００６】
チャンバ２０１内には、成膜対象の基板であるウェハ２０３が配置されるが、それを載置して保持するためのサセプタ２２０が設けられている。そして、このサセプタ２２０は以下のように回転可能となっている。すなわち、中空円筒形状の支柱２０６にはその周囲を囲むように中空の回転軸２２１が設けられており、この回転軸２２１はベアリング（図示せず）により支柱２０６と無関係に回転自在にベース２０２に取り付けられて別設のモータ２２２により回転が与えられるようになっている。
【０００７】
そして、チャンバ２０１の内部まで伸びるこの回転軸２２１の上端には回転筒２２３が配設され、この回転筒２２３には上述のサセプタ２２０が取り付けられている。したがって、サセプタ２２０は、ウェハ加熱手段２０５の上方、チャンバ２０１の内部で回転可能に配置される。
【０００８】
また、支柱２０６の内部には、支柱２０６内部を貫通する昇降ピン２３０が配設されている。そして、昇降ピン２３０の下端は、支柱２０６の下方に設けられ昇降ピン２３０の昇降を行う昇降装置（図示せず）まで伸びている。そして、昇降装置を動作させて昇降ピン２３０を上昇もしくは下降動作させることができる。
【０００９】
この昇降ピン２３０は、成膜装置２００内に搬入されたウェハ２０３をサセプタ２２０上に載置する場合や、成膜処理後のウェハ２０３をサセプタ２２０上から取り上げ、成膜装置２００の外に搬出する場合などに用いられる。
【００１０】
すなわち、成膜処理後サセプタ２２０上のウェハ２０３を成膜装置２００から搬出する場合は、昇降ピン２３０は昇降装置（図示せず）による上昇によって、その上部先端部を用い、上方に設けられたサセプタ２２０上のウェハ２０３の下面に接して突き上げて、下方からこれを支持する。そして、さらに上昇してサセプタ２２０からウェハ２０３を引き離して、持ち上げ、搬送用ロボット（図示せず）に引き渡す。そしてウェハ２０３は、搬送ロボットにより成膜装置２００の外部に搬出される。
【００１１】
また、成膜対象であるウェハ２０３を成膜装置２００内に搬入し、サセプタ２２０上に載置する場合は、昇降ピン２３０を、搬送用ロボット（図示せず）により成膜装置２００内に搬入されたウェハ２０３を受け取ることが可能な位置にまで上昇させる。
【００１２】
そして、昇降装置によりさらに上昇する昇降ピン２３０によって、搬送用ロボット上のウェハ２０３は下面で支持され、搬送用ロボットから離れて上方に持ち上げられる。
【００１３】
その後、ウェハ２０３を受け渡して空となった搬送用ロボットは成膜装置２００のチャンバ２０１内部から退去する。
一方、昇降ピン２３０は、ウェハ２０３を支持したまま、ウェハ２０３がサセプタ２２０に接してこれに支持される位置にまで下降する。
【００１４】
こうしてサセプタ２２０上で支持される位置が戻ることにより、ウェハ２０３はサセプタ２２０上で成膜反応処理が可能な位置に載置されることになる。一方、昇降ピン２３０さらに下降し、図４に示すように、所定の位置で次の作業まで待機する。
【００１５】
そして、以上の構成を備える成膜装置２００では、その後、基板であるウェハ２０３が、サセプタ２２０上に載置された状態で回転される。そして、回転をしながら、サセプタ２２０の下方に設けられたウェハ加熱手段２０５のヒータ２０９によって加熱が行われる。このとき、反応ガス供給路２１５を通じて反応ガス２０４が供給されることで、ウェハ２０３上にエピタキシャル膜が形成される。
【００１６】
尚、この気相成膜時において、成膜装置２００では、ウェハ２０３の温度はウェハ加熱手段２０５のヒータ加熱によって１０００℃を超えるような非常な高温の状態となる場合がある。
特許文献１には、サセプタの座繰り部分を貫通して摺動自在に設けられた、ウェハ等基板の昇降を担うリフトピンを備えた薄膜成長装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２０００−２６１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上述のように、気相成膜時におけるウェハ加熱に際しては、チャンバ２０１内は非常に高温の環境下に置かれることになる。そのため、高い耐熱性の材料により成膜装置２００の各部が構成されることが必要となる。
【００１９】
したがって、ウェハ加熱手段２０５を構成する各部の材料としては、最も高温となるヒータ２０９には高純度のＳｉＣなどが用いられ、ヒータ２０９を支持する導電性のブースバー２１０としては、ＳｉＣをコートしたカーボンなどが材料として用いられている。これらＳｉＣ材やＳｉＣをコートしたカーボンは、柔軟性に劣って破壊されやすいなどの課題を有するものの、加熱成膜時にウェハを汚染する恐れが少ないことから用いられる。一方、柔軟性に富んで高耐熱性を備える点で望ましいものの、加熱成膜時に汚染が発生する可能性がある金属材料は、ウェハ加熱手段の構成材料としては通常使用されない。
【００２０】
一方、中空円筒形状の支柱２０６の内部に配設された電極棒２０８においては、ヒータ２０９やその近傍に比べて若干到達温度が低いことから、導電性能の確保とその向上がより重要な課題となる。その結果、通常は、材料に金属モリブデンを用い、均質なロッド（棒状体）として形成された電極棒２０８が用いられている。このモリブデン製の電極棒２０８は、導電性に優れ、また、剛性に優れている。同様に、二本の電極棒２０８とブースバー２１０を連結する連結部材２１１についても、金属モリブデン材料が使用される場合がある。
【００２１】
しかしながら、電極棒２０８は中空円筒形状の支柱２０６の内部に配設され、ヒータ２０９やその近傍に比べて若干到達温度が低いものの、チャンバ２０１内で７００℃〜８００℃程度またはそれを超えるような高温環境に晒されることがある。その結果、電極棒２０８や連結部材２１１を構成する金属モリブデンからそこに含有される不純物が放出されることや、モリブデン自体が熱分解するなどして、成膜対象であるウェハ等基板を汚染してしまう場合が生じた。
【００２２】
また、上述のような、例えば金属モリブデンからなる導電性の連結部材２１１が、ヒータ２０９を支持する導電性のブースバー２１０を支持し、一方で電極棒２０８に連結するよう構成された成膜装置２００では、電極棒２０８を介したヒータ２０９への給電が可能となるが、ヒータ加熱に際して連結部材２１１とブースバー２１０の接合部分および連結部材２１１と電極棒２０８との接合部分に隙間が形成されることがある。
【００２３】
このような接合部分での隙間形成については、ブースバー２１０と連結部材２１１、そしてブースバー２１０と電極棒２０８とが異なる材料から構成されることよる寄与が大きい。すなわち、ブースバー２１０は例えばカーボン製であり、連結部材２１１や電極棒２０８は金属モリブデン製であり、気相成膜時の高温加熱時において、それぞれの材料の熱膨張率の違いから、例えば、ブースバー２１０と連結部材２１１との接合面に隙間が生じてしまうことがある。
【００２４】
その場合、形成された微小な隙間に反応ガス２０４が侵入し、反応して、副生成物の付着や腐食等が生じてしまうことがある。その結果、上述の接合部分において電気抵抗値が上昇してしまい、ウェハ加熱手段２０５および電極棒２０８などのメンテナンスインターバルの短縮、装置の短寿命化等を引き起こす要因になる。
【００２５】
したがって、成膜対象であるウェハ等の基板への金属汚染を防止し、また、連結部材とブースバーまたは電極との接合部分において発生する恐れの副生成物の付着や腐食等を防止するためには、従来の成膜装置や成膜方法では不十分であり、新たな構成の成膜装置および成膜方法が求められている。
【００２６】
本発明は、こうした点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、成膜対象であるウェハ等基板の加熱時において、成膜室であるチャンバ内へ伸びる中空円筒形状の支柱の内部に配設された金属製の電極やその連結部材によって生じる恐れのあるウェハ等基板への汚染を防止する機構を備えた成膜装置を提供することにある。
【００２７】
また、本発明の別の目的は、シリコンウェハ等基板への成膜時において、ブースバーと連結部材との接合部分および連結部材と電極棒の接合部分の近傍に、支柱の開口する上部側から反応ガスが侵入することを阻止し、副生成物の付着や腐食等を抑制できるようにした成膜装置および成膜方法を提供することにある。
【００２８】
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】
【００２９】
本発明の第１の態様は、成膜室と、
その成膜室内で基板が載置されるサセプタと、
そのサセプタを上部で支持する回転筒と、
その回転筒の内部に設けられ、基板を加熱するヒータおよびそのヒータを支持する導電性のブースバーと、
成膜室の下部に設けられて回転筒を支持して回転させる回転軸と、
その回転軸の内部に設けられ、ブースバーを介してヒータに給電する電極を収容する中空円筒状の支柱とを有する成膜装置であって、
回転筒の内部には、板状の昇降ベースとその昇降ベース上に立設された複数本の昇降ピンとを有する昇降ユニットが配置され、
支柱の内部には、上部が開口してパージガスの供給可能なパージガス導入管が配設されており、
昇降ユニットを昇降させて、昇降ピンにより基板をサセプタに載置し、
昇降ユニットを下降させて、昇降ベースによりブースバーと電極の接合部分の上空を覆うとともに、パージガス導入管からパージガスを供給して、ブースバーと電極の接合部分の周囲をガスパージするよう構成されたことを特徴とするものである。
【００３０】
そして、昇降ベースの下面の周囲部分には、連続する突起部が設けられていることが好ましい。
【００３１】
そして、ブースバーは、対向する昇降ベース下面の突起部に対応する位置と形状で凹溝が設けられていることが好ましい。
【００３２】
また、回転筒は、底面部近傍にガス排出の可能なパージガス排出部が設けられていることが好ましい。
【００３３】
本発明の第２の態様は、成膜室内に設けられたサセプタに、昇降の可能な昇降ユニットの昇降ピンを用いて基板を載置し、上部に前記サセプタを配置する回転筒を成膜室の下部に設けられた回転軸で回転させ、その回転筒の内部に配置されたヒータにこのヒータを支持するブースバーと電極とを介して給電して基板を加熱させながら、成膜室内に反応ガスを供給して基板の表面に膜を形成する成膜方法であって、
サセプタ上に基板を載置させた後の昇降ユニットを下降させ、昇降ユニットの有する板状の昇降ベースを用いてブースバーと電極の接合部分の上空を覆うとともに、その昇降ベースで覆われたブースバーと電極の接合部分周囲にパージガスを供給して、ブースバーと電極の接合部分周囲がガスパージされた状態を形成しながら、基板を加熱するようにしたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の第１の態様によれば、成膜対象であるウェハ等基板の加熱時において、電極を構成する電極棒上部と連結部材の接合部分および連結部材とブースバーの接合部分の周囲領域を、ヒータが設置されてヒータ設置雰囲気にあるウェハ等基板設置領域から効果的に分離することが可能となる。したがって、ウェハ等基板上での成膜時における電極棒や連結部材の加熱によって生じる恐れのあるウェハ等基板への汚染を防止することのできる成膜装置が提供される。
【００３５】
本発明の第２の態様によれば、成膜対象であるウェハ等基板の加熱時において、電極を構成する電極棒上部と連結部材の接合部分および連結部材とブースバーの接合部分の周囲領域を、ヒータが設置されてヒータ設置雰囲気にあるウェハ等基板設置領域から効果的に分離した上で、ウェハ等基板への成膜処理を行うことが可能となる。したがって、ウェハ等基板上での成膜時における電極棒や連結部材の加熱によって生じる恐れのあるウェハ等基板への汚染を防止することのできる成膜方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態の成膜装置の模式的な断面図である。
【図２】本発明の実施形態の昇降ユニットの一例を示す模式的な平面図である。
【図３】本発明の別の実施形態の成膜装置の回転筒部分の模式的な断面図である。
【図４】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】
【００３７】
図１は、本発明の実施形態の成膜装置１００の模式的な横断面図である。本実施の形態においては、成膜対象基板としてシリコンウェハ１０１を用いる。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。
【００３８】
成膜装置１００は、成膜室としてのチャンバ１０２を有する。そして、チャンバ１０２を積載するベース１０４を備えている。ベース１０４の下面側には上方に向かってチャンバ１０２内にまで伸びる非導電性で中空円筒形状を有する支柱１０５が取り付けられている。
【００３９】
チャンバ１０２の上部には、加熱されたシリコンウェハ１０１の表面に結晶膜を成膜するための反応ガス１１５を供給する反応ガス供給路１０３が接続している。本実施の形態の成膜装置１００においては、反応ガス１１５としてトリクロロシランを用いることができ、キャリアガスとしての水素ガスと混合した状態で反応ガス供給路１０３からチャンバ１０２の内部に導入する。
【００４０】
このとき、シリコンウェハ１０１に対して反応ガスが流れる方向（矢印方向）の上流側に、反応ガスが通過する貫通孔（図示せず）を適当数具備する整流板（図示せず）が設けられていてもよい。反応ガス供給路１０３より供給された反応ガスはシリコンウェハ１０１の方に流下する。
【００４１】
チャンバ１０２の内部には、シリコンウェハ１０１が載置されるサセプタ１１０が、中空の回転筒１１１の上に設けられている。回転筒１１１は、回転軸１１２に支持されて、ベース１０４の下面からチャンバ１０２内に伸びる中空円筒形状の支柱１０５の周囲を囲むように設けられている。
【００４２】
そして、回転軸１１２はベアリング（図示せず）により支柱１０５と無関係に回転自在にベース１０４に取り付けられており、別設のモータ１１３により回転が与えられるようになっている。すなわち、回転軸１１２がモータ１１３を通じて回転すると、回転軸１１２に取り付けられた回転筒１１１が回転し、回転筒１１１の上に設けられたサセプタ１１０も回転する。
【００４３】
そして、チャンバ１０２内に伸びる中空円筒形状の支柱１０５の上面にはウェハ加熱手段１２０が取り付けられている。尚、支柱１０５の上端は上蓋１０６で閉じられている。
【００４４】
加熱によって変化するシリコンウェハ１０１の表面温度やシリコンウェハ１０１が載置されるサセプタ１１０の温度は、チャンバ１０２の上部に設けられた放射温度計（図示せず）によって測定される。このため、チャンバ１０２および必要な整流板（図示せず）は石英で構成されることが好ましい。これにより、放射温度計（図示せず）による温度測定が、チャンバ１０２および整流板（図示せず）で妨げられないようにすることができる。測定された温度データは制御装置（図示せず）に送られる。
【００４５】
制御装置（図示せず）は、水素ガスの流路に設けられた３方弁（図示せず）の動作を制御する。すなわち、シリコンウェハ１０１が所定の温度以上となった場合には、制御装置（図示せず）は３方弁（図示せず）を動かして、チャンバ１０２への水素ガスの供給量を制御する。尚、制御装置（図示せず）は、ヒータ１２１の出力も制御する。
【００４６】
支柱１０５の上面の形状については、図１に示すように、支柱１０５の円筒形状に穴の開いたドーナツ状の円盤を合わせた形状、すなわち、円筒形部材からはみ出すように出っ張った部分を持つ形状もしくはフランジ形状としてもよく、さらに出っ張った部分の周囲には上方に向かって立ち上がる縁を備えていてもよい。支柱１０５の上端部分がこうした形状を備えることで、以下で説明するウェハ加熱手段１２０の取り付けをより確かなものとすることができる。
【００４７】
そして、中空円筒形状の支柱１０５の内部には二本の電極１０７が設けられている。これら電極１０７はいずれも、均一なロッド状の金属モリブデン（Ｍｏ）製の電極棒１０８と、電極棒１０８の上端部分に固定されるとともに後に説明するブースバー１２３を支持する連結部材１２４とからなる。
【００４８】
電極１０７の連結部材１２４は、電極棒１０８の上端部分から支柱１０５の周囲方向に伸びる形状を有している。そのため、電極１０７は、全体としてＬ字状に屈曲した形状を有している。すなわち、電極棒１０８と連結部材１２４とはＬ字状の電極となる。そして、連結部材１２４は金属モリブデン製であり、Ｌ字状に屈曲した電極１０７は全体として金属モリブデン製である。
【００４９】
ウェハ加熱手段１２０は、シリコンウェハ１０１を加熱するヒータ１２１と、ヒータ１２１を固定してこれを支持するアーム状のブースバー１２３とからなる。このとき、ブースバー１２３は、ヒータ１２１を支持する側とは反対の側の端部で上述の連結部材１２４に支持されている。そして、ボルト１２６を使用したボルト止めにより、ブースバー１２３は連結部材１２４と固定されて一体となっている。
【００５０】
ヒータ１２１は炭化ケイ素（ＳｉＣ）から構成され、ヒータ１２１を支持する二本のアーム状のブースバー１２３は導電性であって、例えば、ＳｉＣをコートしたカーボン材からなる。そして、上述のように、連結部材１２４は、電極棒１０８と同様に金属モリブデンにより構成されている。したがって、ブースバー１２３を介して、電極１０７からヒータ１２１への給電が可能となっている。
【００５１】
尚、ウェハ加熱手段１２０については、サセプタ１１０の裏面側であって、ヒータ１２１とサセプタ１１０との間にアウトヒータを設けることも可能である。このアウトヒータによりシリコンウェハ１０１の周縁部とサセプタ１１０を主に加熱することができる。このようにヒータを二種設けてシリコンウェハ１０１を加熱する場合、シリコンウェハ１０１の面内の温度分布の均一性を向上することができる。
【００５２】
この場合、シリコンウェハ１０１はチャンバ１０２内のサセプタ１１０上に置かれた後、ヒータ１２１とアウトヒータとの協調した加熱によって、均一に加熱され、所定の成膜処理を行うことができる。
【００５３】
次に、図１に示すように、固定されて一体となったブースバー１２３と連結部材１２４においては、連結部材１２４の下面が、支柱１０５上面、すなわち、支柱１０５の円筒形部材からはみ出すように出っ張った部分の上面の少なくとも一部と接している。さらに、ブースバー１２３と連結部材１２４の少なくとも一方が、上述の支柱１０５の上面の縁とも接しており、少なくとも二点の支持により、支柱１０５に固定される構造となっている。
【００５４】
次に、本発明の実施形態の成膜装置１００において特に特徴的な昇降ユニット１３３について説明する。
本実施形態の成膜装置１００において、チャンバ１０２内の回転筒１１１およびそれを支持する回転軸１１２の内部には、上蓋１０６を貫通して支柱１０５内を貫通する昇降棒１３２とその昇降棒１３２の上端部分に設けられた板状の昇降ベース１３１とこの昇降ベース１３１の上面周辺部に立設された複数本の昇降ピン１３０とからなる昇降ユニット１３３が配設されている。
【００５５】
この昇降ユニット１３３を構成する各部は、例えば、１０００℃を超える高温に晒されても成膜対象であるシリコンウェハ１０１を汚染する不純物を放出することの無い材料、具体的には、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）またはＳｉＣコートされたカーボン（Ｃ）などを用いて構成されることが望ましい。
【００５６】
そして、昇降ユニット１３３の昇降棒１３２の下端は、支柱１０５の下方に設けられ昇降棒１３２の昇降を制御する昇降装置（図示せず）にまで伸びている。
【００５７】
すなわち、本発明の実施形態の成膜装置１００では、昇降装置（図示せず）を動作させて昇降棒１３２を上昇または下降動作させ、その結果、昇降ユニット１３３を上昇または下降させて、昇降ベース１３１上に立設された昇降ピン１３０を上昇もしくは下降させることができる。
【００５８】
尚、この昇降ユニット１３３の昇降においては、それが有する昇降ピン１３０がヒータ１２１に接しないように設置位置が配慮されている。また、上述のように、ウェハ加熱手段１２０がアウトヒータも有する場合は、このアウトヒータと昇降ピン１３０とが接しないように昇降ピン１３０は配置される。
【００５９】
この昇降ユニット１３３の昇降ベース１３１およびそこに立設された昇降ピン１３０は、成膜装置１００内に搬入されたシリコンウェハ１０１をサセプタ１１０上に載置する場合や、成膜処理後のシリコンウェハ１０１をサセプタ１１０上から取り上げ、成膜装置１００の外に搬出する場合などに用いられる。
【００６０】
すなわち、成膜処理後サセプタ１１０上のシリコンウェハ１０１を成膜装置１００から搬出する場合では、昇降装置（図示せず）による昇降ユニット１３３全体の上昇によって昇降ピン１３０は上昇し、その上部先端部を使用して、その上方に設けられたサセプタ１１０上のシリコンウェハ１０１の下面に接して突き上げ、下方からこれを支持する。そして、さらに上昇してサセプタ１１０からシリコンウェハ１０１を持ち上げて、引き離し、チャンバ１０２内で待機する搬送用ロボット（図示せず）に引き渡す。その後、シリコンウェハ１０１は、搬送用ロボットにより成膜装置１００の外部に搬出される。
【００６１】
また、成膜対象であるシリコンウェハ１０１を成膜装置１００内に搬入し、サセプタ１１０上に載置する場合は、昇降ユニット１３３を上昇させて、搬送ロボット（図示せず）により成膜装置１００内に搬入されたシリコンウェハ１０１を受け取る位置にまで昇降ピン１３０を上昇させる。
【００６２】
そして、搬送用ロボット（図示せず）によって支持されて成膜装置１００のチャンバ１０２内に搬入されたシリコンウェハ１０１を搬送用ロボット上で支持された状態で、昇降ピン１３０の上方に、待機させておく。その後、昇降装置（図示せず）により昇降ユニット１３３をさらに上昇させ、その昇降ピン１３０によって、搬送用ロボット上のシリコンウェハ１０１を下面から支持する。そして、突き上げて上方に持ち上げ、搬送用ロボットから引き離して昇降ピン１３０によって支持されるようにする。
【００６３】
その後、シリコンウェハ１０１を受け渡して空となった搬送用ロボット（図示せず）は成膜装置１００のチャンバ１０２内部から退去する。
一方、昇降ユニット１３３は、昇降ピン１３０によりシリコンウェハ１０１を支持した状態で下降し、シリコンウェハ１０１がサセプタ１１０に接してこれに支持される位置にまで下降を続ける。
【００６４】
こうしてチャンバ１０２内に搬入されたシリコンウェハ１０１は、サセプタ１１０上で成膜反応処理が可能な位置に載置されることになる。
そして、図１に示すように、シリコンウェハ１０１をサセプタ１１０上に設置した後、昇降ユニット１３３はさらに下降し、シリコンウェハ１０１上における反応ガス１１５を用いた成膜作業の間、所定の位置で次のシリコンウェハ１０１の搬出作業まで待機する。
【００６５】
図２は、本発明の実施形態の昇降ユニットの一例を示す模式的な平面図である。図２に示す昇降ユニット１３３’は、円板状の昇降ベース１３１’の上面周辺部に３本の昇降ピン１３０’が立設された構成を有する。尚、図２では、回転筒１１１と昇降ユニット１３３との位置関係が分かるよう、回転筒１１１も併せて示してある。
【００６６】
図１に示すように、この成膜作業の間、昇降ユニット１３３は、その円板状の昇降ベース１３１の下面が、ブースバー１２３下部と連結部材１２４とを固定するボルト１２６の頭部と接しないよう少し離れた上方の位置で待機する。そして、電極１０７を構成する電極棒１０８上部と連結部材１２４の接合部分および連結部材１２４とブースバー１２３の接合部分の周囲を含む昇降ベース１３１下面側の領域を覆うことができるようになっている。すなわち、昇降ベース１３１の上方のシリコンウェハ１０１の置かれた領域と電極１０７の接合部分を含む下方側領域を分離する蓋の役割を果たすことができる。
【００６７】
このとき、昇降ベース１３１の下面の周囲部分には、環状に連続する突起部１３７が設けられている。そのため、昇降ユニット１３３が下降したとき、その昇降ベース１３１下面の突起部１３７を利用して、電極棒１０８上部と連結部材１２４の接合部分および連結部材１２４とブースバー１２３の接合部分を昇降ベース１３１が効率よく覆うことを可能としている。
【００６８】
一方、昇降ベース１３１下面の突起部１３７と対向するブースバー１２３下部には、対応する形状の凹部として溝が形成されている。この凹溝が設けられているため、昇降ユニット１３３が下降したとき、昇降ユニット１３３とブースバー１２３が互いに接することは回避される。そして、上述した昇降ベース１３１の上方のシリコンウェハ１０１の置かれた領域と電極１０７の接合部分を含む領域とを分離する蓋としてブースバー１２３と少し離れた上空に設置されることになる。
【００６９】
そしてさらに、支柱１０５の内部には、上蓋１０６を貫通して、上部が開口するパージガス導入管１３５が配設されている。そして、このパージガス導入管１３５は、その下部開口部からパージガスの供給が可能とされている。よって、その上部開口部分を通して、昇降ユニット１３３の昇降ベース１３１下面側領域にパージガスを導入して、その領域における雰囲気をパージすることができる。このとき、昇降ベース１３１の下面周縁部に設けられた突起部１３７が障壁となって、電極１０７の接合部分を含む領域のガスパージを効果的に行うことができる。
【００７０】
すなわち、昇降ベース１３１がブースバー１２３下部の上空に設置され、昇降ベース１３１下面側領域にパージガスが供給されることにより、昇降ベース１３１下面側であって、電極１０７を構成する電極棒１０８上部と連結部材１２４の接合部分および連結部材１２４とブースバー１２３の接合部分の周囲領域を、ヒータ１２１が設置されてヒータ設置雰囲気にある領域から効果的に分離することが可能となる。
【００７１】
また、この場合、ヒータ１２１の下方でパージガスの導入があったとしても、その効果がヒータ１２１にまでおよぶことは無く、ヒータ加熱を妨げることは無い。
【００７２】
尚、以上のような、電極１０７を構成する電極棒１０８上部と連結部材１２４の接合部分および連結部材１２４とブースバー１２３の接合部分の周囲領域を、ヒータ１２１が設置されてヒータ設置雰囲気にある領域から分離するためには、それら二つの領域を間仕切る分離板を設けることでも実現可能である。しかしながら、仕切り用の分離板を別に設ける必要が生じてしまう。したがって、本実施の形態の成膜装置１００では、そうした分離板の作用を既に備えている昇降ユニット１３３を併せ持ち、部品点数を増加させることなく、所望の性能を実現可能としていることになる。
【００７３】
また、パージガス導入管１３５を用いて回転筒１１１内に導入されたパージガスは、上述のように、昇降ユニット１３３の昇降ベース１３１の効果により、成膜中のシリコンウェハ１０１にまで及ぶことはなく、チャンバ１０２内に排出される。そして、その後、チャンバ１０２内のガス排気部（図示せず）を通じて、原料ガスとともにチャンバ１０２の外部へと排気される。したがって、回転筒１１１には、適当なガス排出口が設けられていることが望ましい。
【００７４】
図３は、本発明の別の実施形態の成膜装置の回転筒部分の構造を示す模式的な断面図である。図３に示す別の実施形態の成膜装置では、その回転筒１１１’において、底面部近傍にパージガス排出部１３６を設けてある。このパージガス排出部１３６により、パージガス導入管（図示せず）から回転筒１１１’内に導入されたパージガスは、加熱中のヒータ１２１’や、成膜中のシリコンウェハ１０１’にまで及ぶことなく、チャンバ（図示せず）内に排出される。
【００７５】
また、パージガス導入管１３５へのパージガスの供給については、上述した、チャンバ１０２への水素ガスの供給量を制御する制御装置（図示せず）により同様に制御される。したがって、パージガスとしては、反応ガス１１５のキャリアガスとして使用された水素ガスの使用が可能である。また、上述の制御装置（図示せず）により制御して、パージガス用として別に設けたパージガス供給源（図示せず）から窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスを供給することも可能である。
【００７６】
すなわち、基板上にシリコンの結晶膜を成膜する場合、水素ガスや窒素ガスをパージガスとして使用することが望ましい。そして、成膜温度が１６００℃程度であるＳｉＣの結晶膜を成膜する場合、より反応性の低いアルゴンガスをパージガスとして使用することが好ましい。また、窒化ガリウム（ＧａＮ）を成膜する場合は、水素ガスをパージガスとして使用することが好ましい。
【００７７】
以上のように、電極１０７を構成する電極棒１０８上部と連結部材１２４の接合部分および連結部材１２４とブースバー１２３の接合部分の周囲を含む昇降ベース１３１下面側の領域を昇降ベース１３１により蓋をして覆い、その領域にパージガス導入管１３５からパージガスを供給することにより、本実施形態の成膜装置１００では、シリコンウェハ１０１等の基板への成膜時において、連結部材１２４とブースバー１２３との接合部分および連結部材１２４と電極棒１０８との接合部分が反応ガス１１５に晒されることを阻止することができる。
【００７８】
その結果、シリコンウェハ１０１への成膜時において、連結部材１２４とブースバー１２３との接合部分および連結部材１２４と電極棒１０８との接合部分への反応ガス１１５の侵入を阻止することが可能となり、成膜装置１００では、連結部材１２４とブースバー１２３との接合部分および連結部材１２４と電極棒１０８との接合部分に副生成物の付着や腐食等を抑制することができる。
【００７９】
またさらに、電極棒１０８は中空円筒形状の支柱１０５の内部に配設され、ヒータ１２１やその近傍に比べて若干到達温度が低いものの、チャンバ１０２内で７００℃〜８００℃程度またはそれを超えるような高温環境に晒されることがある。その結果、電極棒１０８を構成する金属モリブデンからそこに含有される不純物が放出されることや、モリブデン自体が熱分解するなどして、成膜対象であるウェハ等基板を汚染してしまう場合があった。
【００８０】
そこで、パージガスをパージガス導入管１３５から供給することにより、放出された不純物等をパージガスとともに、シリコンウェハ１０１に及ばないようにしながらチャンバ１０２内に排出し、シリコンウェハ１０１を汚染することなく、そのまま、チャンバ１０２外へと排出することが可能となる。
【００８１】
またさらに、パージガスをパージガス導入管１３５から供給することにより、成膜加熱時に温度上昇した電極棒１０８や連結部材１２４を冷却し、高温化しないよう制御することが可能となる。すなわち、パージガスを供給することで電極棒１０８上部や連結部材１２４を冷却するとともにその温度をモリブデン製の電極棒１０８や連結部材１２４から不純物が放出されない温度、具体的には７００℃〜８００℃に到達しない程度に制御することも可能となる。
【００８２】
次に、本発明の成膜方法について述べる。
シリコンウェハ１０１上へのシリコンエピタキシャル膜の形成は、次のようにして行われる。尚、シリコンウェハ１０１については、パワー半導体などの用途で使用される３００ｍｍのシリコンウェハなどを対象とすることができる。
【００８３】
まず、シリコンウェハ１０１を搬送用ロボット（図示せず）を用い、チャンバ１０２の内部に搬入する。搬入後、シリコンウェハ１０１を搬送用ロボットで支持したまま、チャンバ１０２内の基板の搬入位置に配置する。
【００８４】
次に、シリコンウェハ１０１の搬入の後、ウェハ加熱手段１２０を用い加熱を行い、サセプタ１１０の温度がシリコンウェハ１０１における所定の成膜温度より２００℃〜３００℃低い規定温度に到達した後に、昇降装置（図示せず）を作動させる。
すなわち、昇降装置（図示せず）により、待機位置に配置された昇降ユニット１３３の上昇を開始させる。
【００８５】
そして、昇降ユニット１３３の昇降ピン１３０により、シリコンウェハ１０１を下面から支持する。そして、シリコンウェハ１０１を搬送用ロボット上から引き離し、より上方にまで持ち上げる。こうして、昇降ピン１３０のみによりシリコンウェハ１０１を支持するようにして、シリコンウェハ１０１を搬送用ロボットから受け取る。
【００８６】
その後、シリコンウェハ１０１を受け渡して空となった搬送用ロボットは、チャンバ１０２内から退去させる。そして、シリコンウェハ１０１を受け取った昇降ユニット１３３を、シリコンウェハ１０１を昇降ピン１３０で支持させたまま下降させる。
【００８７】
昇降ユニット１３３は、昇降ピン１３０によりシリコンウェハ１０１を支持した状態で、シリコンウェハ１０１がサセプタ１１０に接してこれに支持される位置にまで下降する。
【００８８】
こうしてチャンバ１０２内に搬入されたシリコンウェハ１０１は、サセプタ１１０上の成膜反応処理が可能な位置に載置されることになる。
そして、図１に示すように、昇降ユニット１３３はさらに下降し、シリコンウェハ１０１上における反応ガス１１５を用いた成膜作業の間、所定の位置で次のシリコンウェハ１０１の搬出作業まで待機する。
【００８９】
次いで、サセプタ１１０の上にシリコンウェハ１０１を載置し、回転筒１１１に付随させて、シリコンウェハ１０１を５０ｒｐｍ程度で回転させる。
【００９０】
次に、加熱手段であるヒータ１２１を制御してシリコンウェハ１０１をさらに高温になるよう加熱する。例えば、成膜温度である１１５０℃まで徐々に加熱する。放射温度計（図示せず）による測定でシリコンウェハ１０１の温度が１１５０℃に達したことを確認した後は、徐々にシリコンウェハ１０１の回転数を上げていく。そして、反応ガス供給路１０３から整流板（図示せず）を介して反応ガス１１５をシリコンウェハ１０１の上に流下させる。そうして、全てのシリコンウェハ１０１の上に均一な厚さのシリコンのエピタキシャル層を成長させる。
【００９１】
このとき、例えば、パワー半導体の用途では、３００ｍｍのシリコンウェハ上に１０μｍ以上、多くは１０μｍ〜１００μｍ程度の厚膜が形成される。厚膜を形成するには、成膜時においてシリコンウェハ１０１を回転させることが好適である。そして、シリコンウェハ１０１の回転数を高くするのがよく、例えば、９００ｒｐｍ程度の回転数とするのがよい。
【００９２】
そして、上述の、ヒータ１２１によるシリコンウェハ１０１のさらなる昇温に向けた加熱の開始に伴い、制御装置（図示せず）の制御によって、支柱１０５の内部に設けられたパージガス導入管１３５へのパージガスの供給を開始する。パージガスについては、反応ガス１１５のキャリアガスである水素ガスを用いる。
【００９３】
そして、パージガス導入管１３５を利用したパージガスの供給により、昇降ユニット１３３の昇降ベース１３１下面側領域にパージガスを導入して、その領域における雰囲気をパージする。このとき、昇降ベース１３１の下面周縁部に設けられた突起部１３７が障壁となって、電極１０７の接合部分を含む領域のガスパージを効果的に行うことができる。またこのとき、ヒータ１２１の下方でパージガスの導入があったとしても、その効果がヒータ１２１にまでおよぶことは無く、ヒータ加熱を妨げることは無い。
【００９４】
一方、パージガスを供給することで電極棒１０８上部や連結部材１２４を冷却するとともに、その温度を金属モリブデン製の電極棒１０８や連結部材１２４から不純物が放出されることのない温度、具体的には７００℃〜８００℃に到達しない程度に制御することが可能となる。
【００９５】
シリコンウェハ１０１の上に所定の膜厚のエピタキシャル膜を形成した後は、反応ガス１１５の供給を終了する。キャリアガスの供給も、反応ガス１１５の供給終了とともに終了することができるが、放射温度計（図示せず）による測定により、シリコンウェハ１０１が所定の温度より低くなったのを確認してから終了するようにしてもよい。そして、シリコンウェハ１０１の温度が所定の温度、例えば７００℃〜８００℃になった後、パージガス導入管１３５を利用した電極１０７の接合部分を含む上記領域へのパージガスの供給を終了する。
【００９６】
その後は、シリコンウェハ１０１が所定の温度まで冷却されたのを確認して、再び昇降装置（図示せず）を作動させる。
すなわち、昇降装置（図示せず）により、待機位置に配置された昇降ユニット１３３の上昇を開始させる。
【００９７】
そして、昇降ユニット１３３の昇降ピン１３０の先端部により、サセプタ１１０上のシリコンウェハ１０１を下面側から接してこれを突き上げ、下方から支持する。そしてさらに、昇降ユニット１３３を上昇させ、シリコンウェハ１０１をサセプタ１１０から持ち上げて、引き離し、チャンバ１０２内に進入して待機する搬送用ロボット（図示せず）に引き渡す。その後、成膜処理後のシリコンウェハ１０１は、搬送用ロボットにより成膜装置１００のチャンバ１０２外部に搬出される。
【００９８】
尚、このとき、昇降ユニット１３３が上昇することにより、電極１０７を構成する電極棒１０８上部と連結部材１２４の接合部分および連結部材１２４とブースバー１２３の接合部分の周囲を含む領域を覆う蓋である昇降ベース１３１も上昇することになる。その結果、電極１０７を構成する電極棒１０８上部と連結部材１２４の接合部分および連結部材１２４とブースバー１２３の接合部分が露出してしまうことになる。その結果、電極１０７を構成する電極棒１０８上部と連結部材１２４の接合部分および連結部材１２４とブースバー１２３の接合部分の周囲領域を、ヒータ１２１が設置されてヒータ設置雰囲気にある領域から分離する状態は解消されることになる。
【００９９】
しかしながら、上述のように、昇降ユニット１３３の上昇は、シリコンウェハ１０１が所定の温度、例えば５００℃以下までに冷却されたのを確認してから行われている。よって、連結部材１２４とブースバー１２３との接合部分および連結部材１２４と電極棒１０８との接合部分近傍へ反応ガス１１５が侵入しても、その反応温度より低い温度、すなわち７００℃〜８００℃に達しない温度となったそれら接合部分に副生成物が付着することや腐食等が発生することはない。
そして、同様に、十分に冷却された電極棒１０８等を構成する金属モリブデンからそこに含有される不純物が放出されることや、モリブデン自体が熱分解することは起こらない。
【０１００】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。例えば、実施の形態１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たが、これに限られるものではない。成膜室内に反応ガスを供給し、成膜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成膜装置であれば、他の成膜装置であってもよい。
【符号の説明】
【０１０１】
１００、２００  成膜装置
１０１  シリコンウェハ
１０２、２０１  チャンバ
１０３、２１５  反応ガス供給路
１０４、２０２  ベース
１０５、２０６  支柱
１０６、２１２  上蓋
１０７  電極
１０８、２０８  電極棒
１１０、２２０  サセプタ
１１１、２２３  回転筒
１１２、２２１  回転軸
１１３、２２２  モータ
１１５、２０４  反応ガス
１２０、２０５  ウェハ加熱手段
１２１、２０９  ヒータ
１２３、２１０  ブースバー
１２４、２１１  連結部材
１２６  ボルト
１３０、２３０  昇降ピン
１３１  昇降ベース
１３２  昇降棒
１３３  昇降ユニット
１３５  パージガス導入管
１３６  パージガス排出部
１３７  突起部
２０３  ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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