(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転軸に固定される下部接続部と、前記下部接続部上に固定される上部接続部と、前記上部接続部上に固定されて被処理基板を支持するボートとを有する上下移動可能な回転構造と、
前記回転構造を収容する反応室を形成する反応室形成部と、
を備え、前記上部接続部を前記下部接続部の熱膨張率と前記ボートの熱膨張率との中間の熱膨張率を有する材料で構成する半導体製造装置であって、
前記上部接続部は、前記反応室で使用するクリーニングガスおよび反応ガスに対し耐腐食性を有するコーティング膜によってコーティングされており、
前記反応室形成部およびボートは、石英を材料として形成され、
前記下部接続部は、金属で構成され、
前記上部接続部は、窒化シリコンで形成されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記コーティング膜は、シリコン酸化膜であ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】
前記コーティング膜は、Ａｌ２Ｏ３であ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４】
前記コーティング膜は、ＣＶＤ法によって形成された膜であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記クリーニングガスは、ハロゲン系ガスを含むガスであり、
前記反応ガスはシラン系ガスを含むガスであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
縦型反応炉を備えた半導体製造装置には、反応炉内で反応ガスと接する部分を全て石英で形成することで、腐食性の高いガスの使用、例えばハロゲン系のクリーニングガスによるチューブクリーニングを可能としている。この種の半導体製造装置においては、被処理基板であるシリコン基板を複数搭載するボートも石英を材料として形成される。これに対し、ボートを反応炉内で回転させるための回転モータの回転板は、ステンレスなどの金属材料を用いて構成される。成膜中、反応炉内は数百℃に加熱される。このため、石英製のボートとステンレス製の回転板との間に、両者の中間の熱膨張率を有するセラミックス部材を中間材として介在させて熱膨張量の差を緩和することで、熱膨張率の差によって石英製のボートが破損することを防止している。中間材としては、窒化シリコンの焼結体が用いられることが多い。
【０００３】
縦型反応炉のアプリケーションのひとつに、シリコン窒化膜の成膜工程があり、その際のチューブクリーニングとして、ハロゲン系のガスを用いることで、シリコン窒化膜を反応炉壁から除去する。しかし、このクリーニングガスは、シリコン窒化膜を除去することができるが、窒化シリコンの焼結体で形成された中間材をもエッチングして、焼結体である部材が落剥することで、半導体装置の不良を誘発するような、粉末状の粒子を発生する発塵源となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１５１３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一つの実施形態は、クリーニングガスを用いて縦型反応炉内をクリーニングする際あるいは成膜中に粉末状の粒子が発生することを防止する半導体製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一つの実施形態によれば、モータの回転軸に固定される下部接続部と、下部接続部上に固定される上部接続部と、上部接続部上に固定されて被処理基板を支持するボートとを有する上下移動可能な回転構造と、回転構造を収容する反応室を形成する反応室形成部と、を備え、上部接続部を下部接続部の熱膨張率とボートの熱膨張率との中間の熱膨張率を有する材料で構成する半導体製造装置である。上部接続部は、反応室で使用するクリーニングガスおよび反応ガスに対し耐腐食性を有するコーティング膜によってコーティングされている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１の実施形態の半導体製造装置の構成を模式的に示す断面図。
【図２】図２は、エレベータを下降させた状態の半導体製造装置を示す図。
【図３】図３は、縦型反応炉の回転軸構造を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる半導体製造装置を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の半導体製造装置の構成を模式的に示す断面図である。半導体製造装置は、反応管１、ボート２、ボートキャップ３、上部接続部４、下部接続部５、モータ６、エレベータ７及びヒータ８を含む縦型反応炉を備えている。縦型反応炉は、ボート２に載置された複数の被処理基板１０を円筒状の反応管１に収容し、反応管１の内部に反応ガスを供給して成膜処理を施す装置である。反応管１およびボートキャップ３によって反応室を形成する反応室形成部が構成されている。反応管１、ボート２及びボートキャップ３は、反応ガスやクリーニングガスに腐食されない（換言すると、反応ガスやクリーニングガスとの反応性が低い）材料で形成されている。例えば、反応管１、ボート２及びボートキャップ３は、反応ガスがジクロロシランやシラン等のシラン系ガス、クリーニングガスがハロゲン系のガスである場合には、例えば、石英を材料として形成される。
【００１０】
ボート２は、基台部２ａおよび支持柱部２ｂを有し、支持柱部２ｂに被処理基板１０がセットされる。ボート２の基台部２ａは、モータ６の軸に接続された下部接続部５に上部接続部４を介して連結されており、モータ６の駆動によって反応管１内で回転する。これにより、反応炉内部での円周方向の温度不均一性やガス濃度の不均一性を緩和し、膜厚や品質が回転方向に関して均一になるようにしている。モータ６の回転軸に固定される下部接続部５は、モータ６の回転軸と同様、ステンレスなどの金属で構成され、金属製の下部接続部５と石英製のボート２とを連結固定するための上部接続部４は、両者の中間の熱膨張率を有する窒化シリコンの焼結体であるセラミックス部材で構成する。
【００１１】
図２は、エレベータ７を下降させた状態の半導体製造装置を示す図である。図２に示すように、モータ６はエレベータ７の支持腕によって上下移動可能となっており、エレベータ７の上下動によって、モータ６、ボートキャップ３、下部接続部５、上部接続部４およびボート２が上下移動される。
【００１２】
被処理基板１０は、エレベータ７を下降させた状態で室温環境下でボート２に載置された後、エレベータ７の上昇に伴って反応管１内に搬入される（図１参照）。成膜処理中、反応炉内はヒータ８によって２００〜１０００℃程度に加熱される。成膜処理後にはエレベータ７が下降することによって被処理基板１０が反応管１から搬出され、成膜済みの被処理基板１０は室温環境下でボート２から降ろされる。このため、ボート２、上部接続部４及び下部接続部５には、各々の熱膨張率の差に応じて応力が作用する。しかしながら、石英製のボート２と、金属（ステンレス）製の下部接続部５との間に配される上部接続部４を、石英とステンレスの中間の熱膨張率を有する窒化シリコン焼結体で構成しているので、熱応力は緩和される。なお、各材料の一般的な線膨張係数は、石英が０．６程度、ステンレスが１８程度、窒化シリコンが３．５程度である。
【００１３】
なお、ボートキャップ３は成膜処理中には冷却されるようになっており、下部接続部５の熱はボートキャップ３に吸熱される。このため、成膜処理中は、下部接続部５はボート２よりも低温となる。熱膨張率の大きい下部接続部５がボート２よりも低温となることにより、膨張量の差が緩和される。
【００１４】
図３は、縦型反応炉の回転軸構造を示す図である。モータ６の回転軸６１は磁気シール９を介して下部接続部５に接続されており、モータ６の回転軸６１がボートキャップ３を貫通する部分での気密性が保たれている。
【００１５】
ボートキャップ３の下部には、パージガス入口３１が設けられており、縦型反応炉の外部に設けられたパージガス供給装置１１から供給されるパージガス（例えばＮ２ガス）を炉内に放出する。炉内に放出されたパージガスは、図３中に破線矢印で示すように反応管１に向かって流れる。これにより、成膜処理中やクリーニング中に反応ガスやクリーニングガスが上部接続部４や下部接続部５の近傍に入り込みにくくなっている。
【００１６】
上部接続部４は、上下の端部にフランジ４１、４２を備えた柱状である。上部接続部４の下端のフランジ４２にはねじ穴４３が設けられている。一方、上部接続部４の上端のフランジ４１には、ねじ穴４４が設けられている。上部接続部４は、上側のフランジ４１でボート２の基台部２ａと複数箇所でねじ２１またはピンで連結固定されている。上部接続部４と基台部２ａとを連結する固定ねじ２１は例えばアルミナで形成されている。
【００１７】
また、上部接続部４と下部接続部５とは複数箇所で調整ねじ５１で連結固定されており、調整ねじ５１を調整することで、上部接続部４と下部接続部５との間隔、基台部２ａとボートキャップ３との間隔（反応室へのパージガスの通過間隔）を調整することができる。調整ねじ５１は、例えばステンレスで形成されている。
【００１８】
このように、上部接続部４は、調整ねじ５１を介して下部接続部５に固定され、かつ固定ねじ２１を介してボート２に固定されることで、下部接続部５とボート２との間に介在して、モータ６の回転力をボート２に伝達する。
【００１９】
本縦型反応炉のアプリケーションのひとつに、シリコン窒化膜の成膜工程があり、その際のチューブクリーニングとして、ハロゲン系のガスを用いることで、シリコン窒化膜を反応炉壁から除去する。しかし、このクリーニングガスは、シリコン窒化膜を除去することができるが、窒化シリコンの焼結体で形成された上部接続部４もエッチングして、焼結体である部材が落剥する。このため、窒化シリコンの焼結体で形成された上部接続部４は、製造される半導体装置の不良を誘発するような、粉末状の粒子を発生する発塵源となる。なお、ハロゲン系のガスは、単体であってもハロゲン系ガスを混ぜた混合ガスであっても構わない。
【００２０】
そこで、本第１の実施形態においては、上部接続部４は、その本体を構成する窒化シリコンの焼結体の全外面と、ねじ２１、調整ねじ５１が挿入されるねじ孔に対し、反応ガスあるいはクリーニングガスに対し耐腐食性を有する酸化シリコンのコーティング膜７０を形成している。ＣＶＤ法によって上部接続部４に酸化シリコンをコーティングすることにより、焼結体よりも緻密でかつ欠陥の少ないシリコン酸化膜を形成できる。焼結体表面には物理的な凹凸が存在するが、段差被覆率の高いＣＶＤ法を用いることで、焼結体の表面を隙間無くコーティング膜で覆うことができる。これにより、クリーニングガスによる窒化シリコン焼結体へのエッチングを抑制し、粉塵の発生を防止できる。ただし、ＣＶＤ法に限らず、ＰＶＤ法などによって上部接続部４の表面にコーティングを施すことも可能である。
【００２１】
コーティングの厚さは、一例として、０．１〜３μｍ程度である。酸化シリコンのコーティングが薄すぎるとクリーニングガスによる上部接続部４の腐食を防止する効果が不十分となる。一方、酸化シリコンのコーティングが厚すぎると、上部接続部４の熱膨張にコーティング膜が追従できずにコーティング膜にクラックが発生するなどして防食効果が低下する原因となる。ただし、上記のコーティング厚さはあくまでも一例であり、この範囲に限定されることはない。
【００２２】
本実施形態においては、上部接続部４に反応ガスあるいはクリーニングガスに対し耐腐食性を有する酸化シリコンのコーティングが施されているため、クリーニングガスによって上部接続部４が腐食されることはない。したがって、反応炉のクリーニング中に上部接続部４から発生した粉末状の粒子が成膜中に被処理基板に付着して成膜不良が発生することを防止できる。
【００２３】
（第２の実施形態）
第２の実施形態にかかる半導体製造装置は、第１の実施形態とほぼ同様の構成である。ただし、本実施形態においては、上部接続部にはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）コーティングが施されている。この他については、第１の実施形態と同様である。
【００２４】
本実施形態においても、クリーニングガスあるいは反応ガスによって上部接続部が腐食されることはない。したがって、反応炉のクリーニング中あるいは成膜中に上部接続部から発生した粉末状の粒子が成膜中に被処理基板に付着して成膜不良が発生することを防止できる。
【００２５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２６】
１  反応管、２  ボート、３  ボートキャップ、４  上部接続部、５  下部接続部、６  モータ、１０  被処理基板。
【図１】
0005355607.tif 000002
【図２】
0005355607.tif 000003
【図３】
0005355607.tif 000004