(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対する洗浄プロセスが行われる洗浄チャンバと，
前記基板上にエピタキシャル層を形成するエピタキシャルプロセスが行われるエピタキシャルチャンバと，
基板ホルダを備え，該基板ホルダが前記基板を積載する積載空間を形成するバッファチャンバと，
前記洗浄チャンバ，前記バッファチャンバ，及び前記エピタキシャルチャンバが側面に連結され，前記洗浄チャンバ，前記バッファチャンバ，及び前記エピタキシャルチャンバ間で前記基板を移送する基板ハンドラを備える移送チャンバと，を含み，
前記積載空間は，前記洗浄プロセスが行われた前記基板が積載される第１積載空間と，前記エピタキシャル層が形成された前記基板が積載される第２積載空間を備え，
前記第１積載空間と第２積載空間は相互に縦方向に配置され，
前記基板ハンドラは，前記洗浄プロセスが行われた前記基板を前記第１積載空間に順次移送して前記第１積載空間に積載された前記基板を前記エピタキシャルチャンバに移送し，前記エピタキシャル層が形成された前記基板を前記第２積載空間に順次に移送することを特徴とする半導体製造設備。
【請求項２】
前記移送チャンバは前記バッファチャンバに向かって前記基板が出入する移送通路を有し，前記バッファチャンバは前記基板が出入するバッファ通路を有し，
前記半導体製造設備は前記バッファチャンバと前記移送チャンバを隔離するバッファ側のゲート弁を更に含むことを特徴とする請求項１記載の半導体製造設備。
【請求項３】
前記バッファチャンバは，
前記基板が出入するバッファ通路と，
前記基板ホルダに連結されて前記基板ホルダと共に昇降する昇降軸と，
前記昇降軸を駆動して前記第１及び第２積載空間を前記バッファ通路と対応させるように移動できるエレベータと，を有することを特徴とする請求項１記載の半導体製造設備。
【請求項４】
前記バッファチャンバは，前記バッファチャンバの内部を排気して前記バッファチャンバの内部を真空状態に維持する排気ラインを備えることを特徴とする請求項１記載の半導体製造設備。
【請求項５】
前記エピタキシャルプロセスが，複数の基板に対して行われるバッチ型であることを特徴とする請求項１記載の半導体製造設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，半導体製造設備に関し，より詳細には，基板上にエピタキシャル層(epitaxial layers)を形成するエピタキシャルプロセスのための半導体製造設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常，選択的エピタキシープロセス(selective epitaxy process)は蒸着反応及びエッチング反応を伴う。蒸着及びエッチング反応は多結晶層およびエピタキシャル層に対してわずかに相違する反応速度で同時に起こる。蒸着プロセス中に，少なくとも一つの第２層上に，既存の多結晶層及び／又は非結晶層が蒸着される間，エピタキシャル層は，単結晶表面上に形成される。しかし，蒸着された多結晶層は一般的にエピタキシャル層よりは速い速度でエッチングされる。よって，腐食ガスの濃度を変化させることで，ネット選択プロセス(net selective process)がエピタキシー材料の蒸着と，制限された又は制限されない多結晶材料の蒸着をもたらす。例えば，選択エピタキシープロセスは，蒸着物をスペーサ上に残すことなく，単結晶シリコンの表面上にシリコン含有材料のエピ層（epilayer)の形成をもたらすことができる。
【０００３】
一般に，選択的エピタキシープロセスはいくつかの短所を持つ。このようなエピタキシープロセス中の選択性を維持するために，前駆体の化学的濃度及び反応温度が蒸着プロセス中に調節及び調整されなければならない。不十分なシリコン前駆体が供給されると，エッチング反応が活性化されて全プロセスが遅くなる。また，エッチングにより基板の機能が損なわれることもありうる。不十分な腐食液の前駆体が供給されると，蒸着反応は基板表面にかけて単結晶及び多結晶材料を形成する選択性(selectivity)を減少させることがある。また，通常の選択エピタキシープロセスは約８００℃，約１０００℃，又はそれより高い温度のような高い反応温度を一般的に要する。この高い温度は基板表面に対する制御できない窒化反応と熱収支(thermal budget)を起こすために製造プロセスでは好ましくない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は，基板上にエピタキシャル層を形成することのできる半導体製造設備を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は基板上に形成された自然酸化膜を除去して基板上に自然酸化膜が形成されることを防止することができる半導体製造設備を提供することにある。
【０００６】
本発明のさらに別の目的は，以下の詳細な説明と添付図面からより明確になるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施例によれば，半導体製造設備は，基板に対する洗浄プロセスが行われる洗浄チャンバと；，前記基板上にエピタキシャル層を形成するエピタキシャルプロセスが行われるエピタキシャルチャンバと；，基板ホルダを備え，該基板ホルダが前記基板を積載する積載空間を形成するバッファチャンバと；，前記洗浄チャンバ，前記バッファチャンバ，及び前記エピタキシャルチャンバが側面に連結され，前記洗浄チャンバ，前記バッファチャンバ，及び前記エピタキシャルチャンバの間で前記基板を移送する基板ハンドラを備える移送チャンバと；，を含み，前記積載空間は，前記洗浄プロセスが行われた前記基板が積載される第１積載空間と，前記エピタキシャル層が形成された前記基板が積載される第２積載空間を備え，前記第１積載空間と第２積載空間は相互に縦方向に配置され，前記基板ハンドラは，前記洗浄プロセスが行われた前記基板を前記第１積載空間に順次移送して前記第１積載空間に積載された前記基板を前記エピタキシャルチャンバに移送し，前記エピタキシャル層が形成された前記基板を前記第２積載空間に順次に移送することを特徴とする。
【０００９】
前記移送チャンバは前記バッファチャンバに向かって前記基板が出入する移送通路を有し，前記バッファチャンバは前記基板が出入するバッファ通路を有し，前記半導体製造設備は前記バッファチャンバと前記移送チャンバを隔離するバッファ側のゲート弁を更に含むことができる。
【００１１】
前記バッファチャンバは，前記基板が出入するバッファ通路と，前記基板ホルダに連結されて前記基板ホルダと共に昇降する昇降軸と，前記昇降軸を駆動して前記第１及び第２積載空間を前記バッファ通路と対応させるように移動可能なエレベータと，を有することができる。
【００１２】
前記バッファチャンバは前記バッファチャンバの内部を排気して前記バッファチャンバの内部を真空状態に維持する排気ラインを備えることができる。
【００１３】
前記エピタキシャルプロセスは複数の基板に対して行われるバッチ型であることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一実施例によると，基板上に形成された自然酸化膜を除去することができるのみならず，基板上に自然酸化膜が形成されることを防止できる。よって，基板上に効果的にエピタキシャル層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例による半導体製造設備を概略的に示す図である。
【図２】本発明の一実施例によって処理された基板を示す図である。
【図３】本発明の一実施例によってエピタキシャル層を形成する方法を示すフローチャートである。
【図４】図１に示したバッファチャンバを示す図である。
【図５】図４に示した基板ホルダを示す図である。
【図６】図１に示した洗浄チャンバを示す図である。
【図７】図１に示した洗浄チャンバの他の実施例を示す図である。
【図８】図１に示したエピタキシャルチャンバを示す図である。
【図９】図１に示した供給管を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下，本発明の好ましい実施例を添付の図１ないし図９を参照してより詳しく説明する。本発明の実施例は，多様な形態に変更することができ，本発明の範囲が以下で説明する実施例に限定されると解釈してはならない。本実施例は当該発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に本発明をより詳しく説明するために提供されるものである。よって，図面に示された各要素の形状はより明確な説明を強調するために誇張されることがある。
【００１７】
図１は，本発明の一実施例による半導体製造設備１を概略的に示す図である。半導体製造設備１は，処理装置２，設備前方端部モジュール(Equipment Front End Module:EFFM)３，及び境界壁(interface wall)４を含む。設備前方端部モジュール３は処理装置２の前方に装着されて，基板Ｓが受容された容器（図示せず）と処理装置２との間でウエハＷを移送する。
【００１８】
設備前方端部モジュール３は，複数のロードポート(load ports)６０とフレーム（frame)５０を有する。フレーム５０は，ロードポート６０と処理装置２との間に位置する。基板Ｓを収容する容器は，オーバーヘッドトランスファ(overhead transfer)，オーバーヘッドコンベヤ(overhead conveyor)，又は自動案内車両(automatic guided vehicle)のような移送手段（図示せず）によってロードポート６０上に配置される。
【００１９】
容器は，前面開放一体式ポッド(Front Open Unified Pod:FOUP)のような密閉用容器を使用することができる。フレーム５０内には，ロードポート６０に配置された容器と処理装置２との間で基板Ｓを移送するフレームロボット７０が設置される。フレーム５０内には，容器のドアを自動で開閉するドアオープナ（図示せず）を設けることができる。また，フレーム５０には，清浄な空気がフレーム５０内の上部から下部に流れるように清浄な空気をフレーム５０内に供給するファンフィルタユニット(Fan Filter Unit:FFU)（図示せず）を設けることができる。
【００２０】
基板Ｓは，処理装置２内で所定の処理が行われる。処理装置２は，移送チャンバ(transfer chamber)１０２，ロードロックチャンバ(loadlock chamber)１０６，洗浄チャンバ(cleaning chamber)１０８ａ，１０８ｂ，バッファチャンバ(buffer chamber)１１０，及びエピタキシャルチャンバ(epitaxial chamber)１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃを含む。移送チャンバ１０２は上部から見たとき実質的に多角形状を有し，ロードロックチャンバ１０６，洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂ，バッファチャンバ１１０，及びエピタキシャルチャンバ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃは移送チャンバ１０２の側面に設置される。
【００２１】
ロードロックチャンバ１０６は，移送チャンバ１０２の側部のうち，設備前方端部モジュール３と隣接した側部に位置する。基板Ｓは，ロードロックチャンバ１０６内に一時的に留まった後，処理装置２に装填されて処理が行われ，処理が行われた後の基板Ｓは処理装置２から排出されてロードロックチャンバ１０６内に一時的に留まる。移送チャンバ１０２，洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂ，バッファチャンバ１１０，及びエピタキシャルチャンバ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃは真空に維持され，ロードロックチャンバ１０６は，真空状態から大気圧状態に転換される。ロードロックチャンバ１０６は，外部汚染物質が移送チャンバ１０２，洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂ，バッファチャンバ１１０，及びエピタキシャルチャンバ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃに流入することを防止する。また，基板Ｓの移送中，基板Ｓが大気に曝されないので，基板Ｓ上に酸化膜が成長することを防止できる。
【００２２】
ロードロックチャンバ１０６と移送チャンバ１０２間，及びロードロックチャンバ１０６と設備前方端部モジュール３間にはゲート弁（図示せず）が設けられる。設備前方端部モジュール３とロードロックチャンバ１０６間を基板Ｓが移動する場合，ロードロックチャンバ１０６と移動チャンバ１０２間に設けたゲート弁が閉められ，ロードロックチャンバ１０６と移送チャンバ１０２間を基板Ｓが移動する場合，ロードロックチャンバ１０６と設備前方端部モジュール３間に設けたゲート弁を閉める。
【００２３】
移送チャンバ１０２は基板ハンドラ１０４を備える。基板ハンドラ１０４は，ロードロックチャンバ１０６，洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂ，バッファチャンバ１１０，及びエピタキシャルチャンバ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃの間で基板Ｓを移送する。移送チャンバ１０２は，基板Ｓが移動する際に真空を維持するよう密封される。真空を維持する理由は基板Ｓが汚染物（例えば，Ｏ2，粒子状物質など）に曝されることを防ぐためである。
【００２４】
エピタキシャルチャンバ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃは，基板Ｓ上にエピタキシャル層を形成するために設けられる。本実施例においては３個のエピタキシャルチャンバ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃが設けられている。エピタキシャルプロセスは，洗浄プロセスに比べて多くの時間を要するので，複数のエピタキシャルチャンバを介して製造収率を向上させることができる。本実施例とは異なり，４個以上や２個以下のエピタキシャルチャンバを設けてもよい。
【００２５】
洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂは，エピタキシャルチャンバ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ内で基板Ｓに対するエピタキシャルプロセスが行われる以前に基板Ｓを洗浄するために設けられる。エピタキシャルプロセスが正常に行われるためには結晶性基板上に存在する酸化物の量を最小化しなければならない。基板の表面酸素含有量が高すぎる場合，酸素原子がシード基板上の蒸着材料の結晶学的配置を妨害するために，エピタキシャルプロセスは悪影響を受ける。例えば，シリコンエピタキシャル蒸着時に，結晶性基板上の過度な酸素は，原子単位の酸素原子クラスタにより，シリコン原子をそのエピタキシャル位置から変位させることができる。このような局所的な原子変位は，層がより厚く成長するとき後続原子配列に誤差を起こす恐れがある。この現象はいわゆる積層欠陥又はヒロック(hillock defects)と称しえる。基板表面の酸素化(oxygenation)は，例えば基板が移送時に大気に曝される場合に発生し得る。よって，基板Ｓ上に形成された自然酸化膜(native oxide)（又は，表面酸化物）を除去する洗浄プロセスを洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂ内で行うことができる。
【００２６】
洗浄プロセスは，ラジカル状態の水素（Ｈ＊）とＮＦ3ガスとを使用する乾式エッチングプロセスである。例えば，基板の表面に形成されたシリコン酸化膜をエッチングする場合，チャンバ内に基板を配置しチャンバ内に真空雰囲気を形成した後，チャンバ内でシリコン酸化膜と反応する中間生成物を発生させる。
【００２７】
例えば，チャンバ内に水素ガスのラジカル（Ｈ＊）とフッ化物ガス（例えば，フッ化窒素（ＮＦ3））のような反応性ガスを供給すると，下記の反応式（１）のように反応性ガスが還元されてＮＨxＦy（ｘ，ｙは任意の整数）のような中間生成物が生成される。
Ｈ＊＋ＮＦ3 → ＮＨxＦy       （１）
【００２８】
中間生成物はシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）との反応性が高いため，中間生成物がシリコン基板の表面に到達するとシリコン酸化膜と選択的に反応して下記の反応式（２）のように反応生成物（（ＮＨ4）2ＳｉＦ6）が生成される。
ＮＨxＦy＋ＳｉＯ2 → （ＮＨ4）2ＳｉＦ6＋Ｈ2Ｏ     （２）
【００２９】
その後，シリコン基板を１００℃以上に加熱すると，下記の反応式３のように反応生成物が熱分解して熱分解ガスになって蒸発するので，結果的に，基板表面からシリコン酸化膜を除去することができる。下記の反応式（３）のように，熱分解ガスにはＨＦガスやＳｉＦ4ガスのようなフッ素を含有するガスが含まれる。
（ＮＨ4）2ＳｉＦ6 → ＮＨ3＋ＨＦ＋ＳｉＦ4  （３）
【００３０】
上述のように，洗浄プロセスは反応生成物を生成する反応プロセス及び反応生成物を熱分解するヒーティングプロセスを含み，反応プロセス及びヒーティングプロセスは洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂ内で共に行ってもよく，洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂのうちいずれか一つで反応プロセスを行い，洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂのうち他の一つでヒーティングプロセスを行ってもよい。
【００３１】
バッファチャンバ１１０は，洗浄プロセスが行われた基板Ｓが積載される空間とエピタキシャルプロセスが行われた基板Ｓが積載される空間を提供する。洗浄プロセスが行われると，基板Ｓはエピタキシャルチャンバ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃに移送される前にバッファチャンバ１１０に移動されてバッファチャンバ１１０内に積載される。エピタキシャルチャンバ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃは，複数の基板に対する単一処理が行われるバッチ型（batch type）であってもよく，エピタキシャルチャンバ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ内でエピタキシャルプロセスが行われると，エピタキシャルプロセスが行われた基板Ｓはバッファチャンバ１１０内に順次積載され，洗浄プロセスが行われた基板Ｓは，エピタキシャルチャンバ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ内に順次積載される。この際，基板Ｓをバッファチャンバ１１０内に縦方向に積載することができる。
【００３２】
図２は，本発明の一実施例によって処理された基板を示す図である。上述したように，基板Ｓに対するエピタキシャルプロセスが行われる以前に，基板Ｓに対する洗浄プロセスが洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂ内で行われ，洗浄プロセスを介して基板７０の表面に形成された酸化膜７２を除去できる。酸化膜は，洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂ内で洗浄プロセスを介して除去することができる。洗浄プロセスを介して基板７０の表面上にエピタキシー表面７４を露出させることができ，これによりエピタキシャル層の成長を助長する。
【００３３】
その後，基板７０上に，エピタキシャルプロセスがエピタキシャルチャンバ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ内で行われる。エピタキシャルプロセスは，化学気相蒸着により行うことができ，エピタキシー表面７４上にエピタキシャル層７６を形成することができる。基板７０のエピタキシー表面７４は，シリコンガス（例えば，ＳｉＣｌ4，ＳｉＨＣｌ3，ＳｉＨ2Ｃｌ2，ＳｉＨ3Ｃｌ，Ｓｉ2Ｈ6，またはＳｉＨ4）及びキャリアガス（例えば，Ｎ2及び／またはＨ2）を含む反応ガスに曝露することができる。また，エピタキシャル層７６にドーパントを含めることが要求される場合，シリコン含有ガスにドーパント含有ガス（例えば，アルシン（ＡｓＨ3），ホスフィン（ＰＨ3），及び／又はジボラン（Ｂ2Ｈ6））を含めることができる。
【００３４】
図３は，本発明の一実施例によってエピタキシャル層を形成する方法を示すフローチャートである。この方法はステップＳ１０から開始する。ステップＳ２０で，基板Ｓはエピタキシャルプロセス前に洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂに移動し，基板ハンドラ１０４は基板Ｓを洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂに移送する。移送は真空に維持された移送チャンバ１０２を介して行われる。ステップＳ３０で，基板Ｓに対する洗浄プロセスが行われる。上述したように，洗浄プロセスは反応生成物を生成する反応プロセス及び反応生成物を熱分解するヒーティングプロセスを含む。反応プロセス及びヒーティングプロセスは洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂ内で共に行ってもよく，洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂのうちいずれか一つで反応プロセスを行い，洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂのうち他の一つでヒーティングプロセスを行ってもよい。
【００３５】
ステップＳ４０で，洗浄プロセスが行われた基板Ｓはバッファチャンバ１１０に移送されてバッファチャンバ１１０内に積載され，バッファチャンバ１１０内でエピタキシャルプロセスを待機する。ステップＳ５０で基板Ｓはエピタキシャルチャンバ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃに移送され，この移送は真空に維持される移送チャンバ１０２を介して行われる。ステップＳ６０では基板Ｓ上にエピタキシャル層を形成することができる。その後，基板ＳはステップＳ７０で更にバッファチャンバ１１０に移送されてバッファチャンバ１１０内に積載され，ステップＳ８０で処理が終了する。
【００３６】
図４は，図１に示したバッファチャンバを示す図であり，図５は，図４に示した基板ホルダを示す図である。バッファチャンバ１１０は，上部チャンバ１１０ａと下部チャンバ１１０ｂを備える。下部チャンバ１１０ｂは移送チャンバ１０２に対応する一側に形成された通路１１０ｃを備え，基板Ｓは通路１１０ｃを介して移送チャンバ１０２からバッファチャンバ１１０に装填される。移送チャンバ１０２はバッファチャンバ１１０に対応する一側に形成されたバッファ通路１０２ａを有し，バッファ通路１０２ａと通路１１０ｃとの間にはゲート弁１０３が設けられる。ゲート弁１０３は移送チャンバ１０２とバッファチャンバ１１０を隔離することができ，バッファ通路１０２ａと通路１１０ｃはゲート弁１０３を介して開放及び閉鎖することができる。
【００３７】
バッファチャンバ１１０は基板Ｓが積載される基板ホルダ１２０を備え，基板Ｓは基板ホルダ１２０上に縦方向に積載される。基板ホルダ１２０は昇降軸１２２に連結され，昇降軸１２２は下部チャンバ１１０ｂを貫通して支持板１２４及び駆動軸１２８に連結される。駆動軸１２８はエレベータ１２９を介して昇降し，駆動軸１２８により昇降軸１２２及び基板ホルダ１２０は昇降することができる。
【００３８】
基板ハンドラ１０４は，洗浄プロセスが行われた基板Ｓをバッファチャンバ１１０に順次移送する。この際，基板ホルダ１２０は，エレベータ１２９により昇降し，この昇降によって基板ホルダ１２０の空いているスロットを通路１１０ｃと対応する位置に移動する。よって，バッファチャンバ１１０に移送された基板Ｓは基板ホルダ１２０上に積載され，基板ホルダ１２０の昇降により基板Ｓを縦方向に積載することができる。
【００３９】
一方，図５に示すように，基板ホルダ１２０は上部積載空間１２０ａと下部積載空間１２０ｂとを備える。上述のように，洗浄プロセスが行われた基板Ｓ及びエピタキシャルプロセスが行われた基板Ｓは基板ホルダ１２０上に積載される。よって，洗浄プロセスが行われた基板Ｓとエピタキシャルプロセスが行われた基板Ｓは区別する必要があり，洗浄プロセスが行われた基板Ｓは上部積載空間１２０ａに積載され，エピタキシャルプロセスが行われた基板Ｓは下部積載空間１２０ｂに積載される。上部積載空間１２０ａは，１３枚の基板Ｓを積載することができ，一つのエピタキシャルチャンバ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃは，１３枚の基板Ｓに対する処理を行うことができる。同様に，下部積載空間１２０ｂは，１３枚の基板Ｓを積載することができる。
【００４０】
下部チャンバ１１０ｂは排気ライン１３２に連結され，排気ポンプ１３２ｂを介してバッファチャンバ１１０の内部の真空状態を維持することができる。弁１３２ａは排気ライン１３２を開閉する。ベローズ１２６は，下部チャンバ１１０ｂの下部と支持板１２４を連結し，ベローズ１２６を介してバッファチャンバ１１０の内部を密封することができる。即ち，ベローズ１２６は昇降軸１２２の周りからの真空漏出を防止する。
【００４１】
図６は，図１に示した洗浄チャンバを示す図である。上述したように，洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂは同じ処理を行うチャンバであってもよく，以下では一つの洗浄チャンバ１０８ａに対してだけ説明する。
【００４２】
洗浄チャンバ１０８ａは上部チャンバ１１８ａと下部チャンバ１１８ｂを備え，上部チャンバ１１８ａと下部チャンバ１１８ｂは，上下に積載することができる。上部チャンバ１１８ａ及び下部チャンバ１１８ｂは，移送チャンバ１０２に対応する一側に形成された上部通路１２８ａ及び下部通路１３８ａをそれぞれ備え，基板Ｓは，上部通路１２８ａ及び下部通路１３８ａを介して移送チャンバ１０２から上部チャンバ１１８ａ及び下部チャンバ１１８ｂにそれぞれ装填することができる。移送チャンバ１０２は，上部チャンバ１１８ａ及び下部チャンバ１１８ｂにそれぞれ対応する一側に形成された上部通路１０２ｂ及び下部通路１０２ａを有し，上部通路１０２ｂと上部通路１２８ａとの間には，上部ゲート弁１０５ａが設置され，下部通路１０２ａと下部通路１３８ａとの間には，下部ゲート弁１０５ｂが設置される。ゲート弁１０５ａ，１０５ｂは，上部チャンバ１１８ａと移送チャンバ１０２，及び下部チャンバ１１８ｂと移送チャンバ１０２とをそれぞれ隔離することができる。上部通路１０２ｂと上部通路１２８ａは，上部ゲート弁１０５ａを介して開放及び閉鎖することができ，下部通路１０２ａと下部通路１３８ａは下部ゲート弁１０５ｂを介して開放及び閉鎖することができる。
【００４３】
上部チャンバ１１８ａは，基板Ｓに対してラジカルを利用した反応プロセスを行い，上部チャンバ１１８ａはラジカル供給ライン１１６ａ及びガス供給ライン１１６ｂに連結される。ラジカル供給ラインは，ラジカル生成ガス（例えば，Ｈ2又はＮＨ3）が充填されたガス容器（図示せず）とキャリアガス（Ｎ2）が充填されたガス容器（図示せず）に連結され，各ガス容器の弁を開放するとラジカル生成ガスとキャリアガスが上部チャンバ１１８ａの内部に供給される。また，ラジカル供給ライン１１６ａは導波管（図示せず）を介してマイクロ波源（図示せず）に連結され，マイクロ波源がマイクロ波を発するとマイクロ波は導波管を進行してラジカル供給ライン１１６ａの内部に侵入する。この状態でラジカル生成ガスが流れると，マイクロ波によりプラズマ化されてラジカルが生成される。生成されたラジカルは未処理のラジカル生成ガスやキャリアガス，及びプラズマ化の副生成物と共にラジカル供給ライン１１６ａを介して上部チャンバ１１８ａの内部に導入される。一方，本実施例とは異なり，ラジカルはＩＣＰ方式のリモートプラズマによって生成することもできる。即ち，ＩＣＰ方式のリモートプラズマソースにラジカル生成ガスが供給されると，ラジカル生成ガスはプラズマ化してラジカルが生成される。生成されたラジカルは，ラジカル供給ライン１１６ａを介して上部チャンバ１１８ａの内部に導入することができる。
【００４４】
ラジカル供給ライン１１６ａを介して上部チャンバ１１８ａの内部にラジカル（例えば，水素ラジカル）が供給され，ガス供給ライン１１６ｂを介して上部チャンバ１１８ａの内部に反応性ガス（例えば，ＮＦ3のようなフッ化物ガス）が供給され，これらを混合させて反応させる。この場合，その反応式は以下の通りである。
Ｈ＊＋ＮＦ3 → ＮＨxＦy（ＮＨ4ＦＨ，ＮＨ4ＦＨＦなど）
ＮＨxＦy＋ＳｉＯ2 → （ＮＨ4Ｆ）ＳｉＦ6＋Ｈ2Ｏ↑
【００４５】
即ち，基板Ｓの表面に予め吸着した反応性ガスとラジカルが反応して中間生成物（ＮＨxＦy）が生成され，中間生成物（ＮＨxＦy）と基板Ｓ表面の自然酸化膜（ＳｉＯ2）とが反応して反応生成物（（ＮＨ4Ｆ）ＳｉＦ6）が形成される。一方，基板Ｓは上部チャンバ１１８ａ内に設けられたサセプタ１２８に配置され，サセプタ１２８は反応プロセス中，基板Ｓを回転させて均一な反応を助長する。
【００４６】
上部チャンバ１１８ａは，排気ライン１１９ａに連結され，排気ポンプ１１９ｃを介して反応プロセスが行われる前の上部チャンバ１１８ａに対する真空排気ができるのみならず，上部チャンバ１１８ａ内部のラジカルと反応性ガス，未反応ラジカル生成ガス，プラズマ化するときの副生成物，キャリアガスなどを外部へ排出することができる。弁１１９ｂは排気ライン１１９ａを開閉する。
【００４７】
下部チャンバ１１８ｂは基板Ｓに対するヒーティングプロセスを行い，下部チャンバ１１８ｂの内側上部にはヒータ１４８が設けられる。反応プロセスが完了すると，基板Ｓは基板ハンドラ１０４を介して下部チャンバ１１８ｂに移送される。この際，基板Ｓは，真空状態を維持する移送チャンバ１０２を介して移送されるので，基板Ｓが汚染物（例えば，Ｏ2，粒子状物質など）に曝されることを防止することができる。
【００４８】
ヒータ１４８は基板Ｓを所定温度（１００℃以上の所定温度，例えば，１３０℃）に加熱し，これにより反応生成物が熱分解して基板Ｓの表面からＨＦやＳｉＦ4のような熱分解ガスが離脱され，真空排気されることで基板Ｓの表面からシリコン酸化物の薄膜を除去することができる。基板Ｓはヒータ１４８の下部に設けられたサセプタ１３８に配置され，ヒータ１４８はサセプタ１３８に配置された基板Ｓを加熱する。
（ＮＨ4Ｆ）6ＳｉＦ6 → ＮＨ3１＋ＨＦ１＋ＳｉＦ4↑
【００４９】
一方，下部チャンバ１１８ｂは排気ライン１１７ａに連結され，排気ポンプ１１７ｃを介して下部チャンバ１１８ｂの内部の反応副産物（例えば，ＮＨ3，ＨＦ，ＳｉＦ4）を外部に排気することができる。弁１１７ｂは排気ライン１１７ａを開閉する。
【００５０】
図７は，図１に示した洗浄チャンバの他の実施例を示す図である。洗浄チャンバ１０８ａは上部チャンバ２１８ａと下部チャンバ２１８ｂを備え，上部チャンバ２１８ａと下部チャンバ２１８ｂは相互に連通されている。下部チャンバ２１８ｂは，移送チャンバ１０２に対応する一側に形成された通路２１９を有し，基板Ｓは通路２１９を介して移送チャンバ１０２から洗浄チャンバ１０８ａに装填され得る。移送チャンバ１０２は洗浄チャンバ１０８ａに対応する一側に形成された移送通路１０２ｄを有し，移送通路１０２ｄと通路２１９との間にはゲート弁１０７が設置される。ゲート弁１０７は移送チャンバ１０２と洗浄チャンバ１０８ａを隔離することができ，移送通路１０２ｄと通路２１９は，ゲート弁１０７を介して開放及び閉鎖されることができる。
【００５１】
洗浄チャンバ１０８ａは基板Ｓが積載される基板ホルダ２２８を備え，基板Ｓは基板ホルダ２２８上に縦方向に積載される。基板ホルダ２２８は回転軸２２６に連結され，回転軸２２６は下部チャンバ２１８ｂを貫通してエレベータ２３２及び駆動モータ２３４に連結される。回転軸２２６はエレベータ２３２を介して昇降し，基板ホルダ２２８は回転軸２２６と共に昇降することができる。回転軸２２６は駆動モータ２３４を介して回転し，基板ホルダ２２８はエッチングプロセスが行われている間，回転軸２２６と共に回転することができる。
【００５２】
基板ハンドラ１０４は基板Ｓを洗浄チャンバ１０８ａに順次に移送する。この際，基板ホルダ２２８は，エレベータ２３２により昇降し，その昇降により基板ホルダ２２８の空いているスロットを通路２１９と対応する位置に移動する。よって，洗浄チャンバ１０８ａに移送された基板Ｓは基板ホルダ２２８上に積載され，基板ホルダ２２８の昇降により基板Ｓを縦方向に積載することができる。基板ホルダ２２８は１３枚の基板Ｓを積載することができる。
【００５３】
基板ホルダ２２８が下部チャンバ２１８ｂ内に位置する時，基板Ｓは基板ホルダ２２８内に積載され，図７に示すように，基板ホルダ２２８が上部チャンバ２１８ａに位置する時，基板Ｓに対する洗浄プロセスが行われる。上部チャンバ２１８ａは洗浄プロセスが行われる処理空間を提供する。支持板２２４は回転軸２２６上に設置され，基板ホルダ２２８と共に上昇して上部チャンバ２１８ａの内部の処理空間を外部から遮断する。支持板２２４は下部チャンバ２１８ｂの上端部に隣接するように配置され，支持板２２４と下部チャンバ２１８ｂの上端部との間にはシーリング部材２２４ａ（例えば，Ｏ−リングのような）が介在されて処理空間を密閉する。支持板２２４と回転軸２２６との間には軸受部材２２４ｂが設置され，回転軸２２６は軸受部材２２４ｂにより支持された状態で回転することができる。
【００５４】
基板Ｓに対する反応プロセス及びヒーティングプロセスは上部チャンバ２１８ａの内部の処理空間内で行われる。基板ホルダ２２８に基板Ｓが全て積載されると，基板ホルダ２２８はエレベータ２３２により上昇して上部チャンバ２１８ａ内部の処理空間に移動する。インゼクタ２１６は上部チャンバ２１８ａの内部の一側に設けられ，インゼクタ２１６は複数のインゼクタ孔２１６ａを有する。
【００５５】
インゼクタ２１６はラジカル供給ライン２１５ａに連結される。また，上部チャンバ２１８ａはガス供給ライン２１５ｂに連結される。ラジカル供給ライン２１５ａは，ラジカル生成ガス（例えば，Ｈ2又はＮＨ3）の充填されたガス容器（図示せず）とキャリアガス（Ｎ2）が充填されたガス容器（図示せず）とに連結され，各ガス容器の弁を開放すると，ラジカル生成ガスとキャリアガスがインゼクタ２１６を介して処理空間に供給される。また，ラジカル供給ライン２１５ａは導波管（図示せず）を介してマイクロ波源（図示せず）に接続され，マイクロ波源がマイクロ波を発すると，マイクロ波は導波管を進行してラジカル供給ライン２１５ａの内部に侵入する。その状態でラジカル生成ガスが流されると，マイクロ波によりプラズマ化してラジカルが生成される。生成されたラジカルは，未処理のラジカル生成ガスやキャリアガス，及びプラズマ化の副生成物と共にラジカル供給ライン２１５ａを介してインゼクタ２１６に供給され，インゼクタ２１６を介して処理空間に導入される。一方，本実施例とは異なり，ラジカルはＩＣＰ方式のリモートプラズマによって生成してもよい。即ち，ＩＣＰ方式のリモートプラズマソースにラジカル生成ガスが供給されると，ラジカル生成ガスはプラズマ化されてラジカルが生成される。生成されたラジカルはラジカル供給ライン２１５ａを介して上部チャンバ２１８ａの内部に導入することができる。
【００５６】
ラジカル供給ライン２１５ａを介して上部チャンバ２１８ａの内部にラジカル（例えば，水素ラジカル）が供給され，ガス供給ライン２１５ｂを介して上部チャンバ２１８ａの内部に反応性ガス（例えば，ＮＦ3のようなフッ化物ガス）が供給され，これを混合させて反応させる。この場合，その反応式は，以下の通りである。
Ｈ＊＋ＮＦ3 → ＮＨxＦy（ＮＨ4ＦＨ，ＮＨ4ＦＨＦなど）
ＮＨxＦy＋ＳｉＯ2 → （ＮＨ4Ｆ）ＳｉＦ6＋Ｈ2Ｏ↑
【００５７】
即ち，基板Ｓの表面に予め吸着した反応性ガスとラジカルが反応して中間生成物（ＮＨxＦy）が生成され，中間生成物（ＮＨxＦy）と基板Ｓ表面の自然酸化膜（ＳｉＯ2）とが反応して反応生成物（（ＮＨ4Ｆ）ＳｉＦ6）が形成される。一方，基板ホルダ２２８はエッチングプロセス中，基板Ｓを回転させて均一のエッチングを助長する。
【００５８】
上部チャンバ２１８ａは排気ライン２１７に連結され，排気ポンプ２１７ｂを介して反応プロセスが行われる前に上部チャンバ２１８ａに対する真空排気ができるのみならず，上部チャンバ２１８ａの内部のラジカルと反応性ガス，未反応ラジカル生成ガス，プラズマ化するときの副生成物，キャリアガスなどを外部に排出することができる。弁２１７ａは排気ライン２１７を開閉する。
【００５９】
ヒータ２４８は，上部チャンバ２１８ａの他側に設けられ，ヒータ２４８は反応プロセスが行われた後の基板Ｓを所定温度（１００℃以上の所定温度，例えば，１３０℃）に加熱する。これによって反応生成物が熱分解して基板Ｓの表面からＨＦやＳｉＦ4のような熱分解ガスが離脱され，真空排気されることで，基板Ｓの表面からシリコン酸化物の薄膜を除去することができる。反応副産物（例えば，ＮＨ3，ＨＦ，ＳｉＦ4）は，排気ライン２１７を介して外部に排出することができる。
（ＮＨ4Ｆ）6ＳｉＦ6 → ＮＨ3↑＋ＨＦ↑＋ＳｉＦ4↑
【００６０】
図８は，図１に示したエピタキシャルチャンバを示す図であり，図９は，図１に示した供給管を示す図である。エピタキシャルチャンバ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃは同じ処理を行うチャンバであってもよく，以下では一つのエピタキシャルチャンバ１１２ａに対してだけ説明する。
【００６１】
エピタキシャルチャンバ１１２ａは上部チャンバ３１２ａと下部チャンバ３１２ｂとを備え，上部チャンバ３１２ａと下部チャンバ３１２ｂは相互に連通している。下部チャンバ３１２ｂは移送チャンバ１０２に対応する一側に形成された通路３１９を有し，基板Ｓを，通路３１９を介して移送チャンバ１０２からエピタキシャルチャンバ１１２ａに装填することができる。移送チャンバ１０２はエピタキシャルチャンバ１１２ａに対応する一側に形成された移送通路１０２ｅを有し，移送通路１０２ｅと通路３１９との間にはゲート弁１０９が設けられる。ゲート弁１０９は移送チャンバ１０２とエピタキシャルチャンバ１１２ａを隔離することができ，移送通路１０２ｅと通路３１９はゲート弁１０９を介して開放及び閉鎖することができる。
【００６２】
エピタキシャルチャンバ１１２ａは基板Ｓが積載される基板ホルダ３２８を備え，基板Ｓは，基板ホルダ３２８上に縦方向に積載される。基板ホルダ３２８は，回転軸３１８に連結され，回転軸３１８は，下部チャンバ３１２ｂを貫通してエレベータ３１９ａ及び駆動モータ３１９ｂに連結される。回転軸３１８はエレベータ３１９ａを介して昇降し，基板ホルダ３２８は回転軸３１８と共に昇降することができる。回転軸３１８は駆動モータ３１９ｂを介して回転し，基板ホルダ３２８はエピタキシャルプロセスが行われる間，回転軸３１８と共に回転することができる。
【００６３】
基板ハンドラ１０４は基板Ｓをエピタキシャルチャンバ１１２ａに順次移送する。この際，基板ホルダ３２８はエレベータ３１９ａにより昇降し，この昇降により基板ホルダ３２８の空いているスロットを通路３１９と対応する位置に移動する。よって，エピタキシャルチャンバ１１２ａに移送された基板Ｓは基板ホルダ３２８上に積載され，基板ホルダ３２８の昇降により基板Ｓを縦方向に積載することができる。基板ホルダ３２８は１３枚の基板Ｓを積載することができる。
【００６４】
基板ホルダ３２８が下部チャンバ３１２ｂ内に位置する時，基板Ｓは基板ホルダ３２８内に積載され，図８に示すように，基板ホルダ３２８が反応チューブ３１４内に位置する時，基板Ｓに対するエピタキシャルプロセスが行われる。反応チューブ３１４はエピタキシャルプロセスが行われる処理空間を提供する。支持板３１６は，回転軸３１８上に設けられ，基板ホルダ３２８と共に上昇して反応チューブ３１４内部の処理空間を外部から遮断する。支持板３１６は反応チューブ３１４の下端部に隣接するように配置され，支持板３１６と反応チューブ３１４の下端部との間にはシーリング部材３１６ａ（例えば，Ｏ−リングのような）が介在されて処理空間を密閉する。支持板３１６と回転軸３１８との間には軸受部材３１６ｂが設けられ，回転軸３１８は軸受部材３１６ｂにより支持された状態で回転することができる。
【００６５】
基板Ｓに対するエピタキシャルプロセスは，反応チューブ３１４内部の処理空間内で行われる。供給管３３２が反応チューブ３１４内部の一側に設けられ，排気管３３４が反応チューブ３１４の内部の他側に設けられる。供給管３３２及び排気管３３４は基板Ｓを中心に相互に向き合うよう配置することができ，基板Ｓの積載方向に応じて縦方向に配置することができる。側部ヒータ３２４及び上部ヒータ３２６は反応チューブ３１４の外側に設けられ，反応チューブ３１４内部の処理空間を加熱する。
【００６６】
供給管３３２は供給ライン３３２ａに連結され，供給ライン３３２ａは反応ガスソース３３２ｃに連結される。反応ガスは反応ガスソース３３２ｃに貯蔵され，供給ライン３３２ａを介して供給管３３２に供給される。図９に示すように，供給管３３２は第１及び第２供給管３３２ａ，３３２ｂを備えることができ，第１及び第２供給管３３２ａ，３３２ｂは長さ方向に沿って離隔配置された複数の供給孔３３３ａ，３３３ｂを有する。この際，供給孔３３３ａ，３３３ｂは，反応チューブ３１４に装填された基板Ｓの個数とほぼ同数形成され，基板Ｓの間に対応するように位置するか，又は基板Ｓと関係なく位置することができる。よって，供給孔３３３ａ，３３３ｂを介して供給された反応ガスは基板Ｓの表面に沿って層流状態（larminar flow）に円滑に流れることができ，基板Ｓが加熱した状態で基板Ｓ上にエピタキシャル層を形成することができる。供給ライン３３２ａは，弁３３２ｂを介して開閉することができる。
【００６７】
一方，第１供給管３３２ａは，蒸着用ガス〔シリコンガス（例えば，ＳｉＣｌ4，ＳｉＨＣｌ3，ＳｉＨ2Ｃｌ2，ＳｉＨ3Ｃｌ，Ｓｉ2Ｈ6，又はＳｉＨ4）及びキャリアガス（例えば，Ｎ2及び／又はＨ2）〕を供給し，第２供給管３３２ｂはエッチング用ガスを供給することができる。選択エピタキシープロセス（selective epitaxy process）は蒸着反応及びエッチング反応を伴う。本実施例では図示していないが，エピタキシャル層にドーパントを含めることが要求される場合，第３供給管を追加することができ，第３供給管はドーパント含有ガス（例えば，アルシン（ＡｓＨ3），ホスフィン（ＰＨ3），及び／又はジボラン（Ｂ2Ｈ6））を供給することができる。
【００６８】
排気管３３４は排気ライン３３５ａに連結され，排気ポンプ３３５を介して反応チューブ３１４内部の反応副産物を外部に排気することができる。排気管３３４は複数の排気孔を有し，排気孔は供給孔３３３ａ，３３３ｂと同様に基板Ｓ間に対応するように位置するか，又は基板Ｓと関係なく位置することができる。弁３３４ｂは排気ライン３３４ａを開閉する。
【００６９】
本発明を好ましい実施例を介して詳細に説明したが，これとは異なる形態の実施例も可能である。よって，以下に記載された請求項の技術的思想と範囲は好ましい実施例に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は多様な形態の半導体製造設備及び製造方法に応用することができる。
【図１】
0005844899.tif 000002
【図２（ａ）】
0005844899.tif 000003
【図２（ｂ）】
0005844899.tif 000004
【図２（ｃ）】
0005844899.tif 000005
【図３】
0005844899.tif 000006
【図４】
0005844899.tif 000007
【図５】
0005844899.tif 000008
【図６】
0005844899.tif 000009
【図７】
0005844899.tif 000010
【図８】
0005844899.tif 000011
【図９】
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