(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハに対してエピタキシャル成長を行う成膜装置であって、成膜装置の下部外壁を構成するアウターチャンバーと、このアウターチャンバーの内側に組み込まれたインナーチャンバーと、で分割されて構成されていると共に、前記アウターチャンバーは、ガスを導入するガス導入口及びガスを排出するガス排出口をそれぞれ備え、前記インナーチャンバーと前記アウターチャンバーの間には、ウエハを載置するサセプタを支持し回転させる回転軸が貫通される石英製の板窓が組み込まれていることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記インナーチャンバーはＮｉＦ２コートされているものであることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記インナーチャンバーの上部は段差加工されているものであることを特徴とする請求項１又は２記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、ウエハに対してエピタキシャル成長を行うことによってウエハ表面に薄膜を形成する成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウエハ等の半導体基板に対してエピタキシャル成長を行う成膜装置は、成膜室にソースガスを導入し、そこで気相反応及び／又は化学反応を行うことによってウエハ上に薄膜を形成させるものである。
【０００３】
ここで、図６及び図７は、従来からの成膜装置の成膜室の概略構造を示す概略断面図である。この図６に示されるように、従来からの成膜装置は、成膜室１０が、石英製の成膜室１０の上壁及び下壁を構成する成膜室上壁１１及び成膜室下壁１５、成膜室１０にソースガスを導入するソースガス導入口１２、成膜室１０からソースガスを排出するソースガス排出口１４、成膜室１０内でウエハを載置し回転させるサセプタ１６、並びにこのサセプタ１６を回転させるウエハ回転機構（サセプタ回転機構）１８から構成されている。
【０００４】
図７は、図６のものとは別の形態に係る従来からの成膜装置の成膜室の概略構造が示されているが、図７の成膜装置においても、図６のものと同様に、石英製の成膜室上壁１１、ソースガス導入口１２、ソースガス排出口１４、サセプタ１６、並びに、ウエハ回転機構１８が設けられている。但し、図７においては、図６で図示しなかったゲートバルブ１３、ウエハ出入口１７及び赤外線ランプヒータ１９を図示している。
【０００５】
このような構成を有する成膜室１０においては、ウエハは、成膜室１０に設けられたウエハ出入口１７から成膜室１０内に搬送されて、サセプタ１６上に転載される。そして、ソースガス導入口１２からソースガスを成膜室に導入して排出口１４から排出されていく過程において、ウエハ表面を通過するソースガス（図６及び図７において、図中に矢印で示されている）の一部が化学反応をすることによって薄膜が生成し、それが堆積されていく。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような成膜過程においては、ソースガスが成膜室内に充填されており、成膜室１０を構成する成膜室上壁１１及び成膜室下壁１５の内表面にソースガスの一部が分解し、付着・堆積する。この付着・堆積物が剥離して、搬送途中や成膜中のウエハ上に塵となって付着し、成膜品質を低下させることがある。
【０００７】
従って、成膜品質を維持するためにも、この付着・堆積物を除去する必要があり、そのために成膜室内部を定期的に清掃することとなるが、図６や図７に示される従来の成膜装置では、成膜室が単一の構造で形成されているがために、装置を逐一分解して清掃しなければならず、容易ではなかった。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構造でありながら、清掃や再組立、メンテナンスを容易に行なうことができる成膜装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、成膜装置の成膜室の機能構成を大きく二分化した二重構造とし、この部分を容易に着脱可能とすると共に、メンテナンスが特に必要な部分の機能構成を簡略化したことを特徴とする。
【００１０】
そしてまた、本発明においては、成膜室内部の機構を集約することによって、成膜室内部のチャンバーの再組立を簡単にし、成膜室のメンテナンス作業時間を短縮すると共に、成膜室内部が大気に晒される大気開放時間を短縮したことを特徴とする。
【００１１】
より具体的に説明すると、本発明においては、成膜装置の成膜室の機能構成を、成膜装置の下部最外壁を構成するアウターチャンバーと、このアウターチャンバーの内側に組み込まれるインナーチャンバーと、に二分化すると同時に、反応ガスの給排機構を前記インナーチャンバーに集約させることによって、成膜室内部のチャンバーの再組立を簡単にし、成膜室のメンテナンス作業時間を短縮すると共に、成膜室内部が大気に晒される大気開放時間を短縮したことを特徴とする。
【００１２】
より具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
【００１３】
（１）  ウエハに対してエピタキシャル成長を行う成膜装置であって、成膜装置の下部外壁を構成するアウターチャンバーと、このアウターチャンバーの内側に組み込まれたインナーチャンバーと、で分割されて構成されていると共に、前記アウターチャンバーは、ガスを導入するガス導入口及びガスを排出するガス排出口をそれぞれ備え、前記インナーチャンバーと前記アウターチャンバーの間には、ウエハを載置するサセプタを支持し回転させる回転軸が貫通される石英製の板窓が組み込まれていることを特徴とする成膜装置。
【００１４】
このような成膜装置においては、エピタキシャル成長のための加熱を行う赤外線ランプヒータがアウターチャンバーの下方に配置され、ヒータからの赤外線は、インナーチャンバーとアウターチャンバーの間に組み込まれた下石英板窓を通過し、サセプタ上のウエハを加熱することになる。
【００１５】
本発明に係る成膜装置では、成膜室の機能構成を「アウターチャンバー」と「インナーチャンバー」というように二分化し、このアウターチャンバーとインナーチャンバーの間に石英製の下石英板窓を組み込む、というような構成を基本構成とする。そして、アウターチャンバーは、基板を出し入れする開口、前記開口を開閉するシャッター、ソースガス導入口又は排出口等というように、成膜室内の成膜環境を左右する複雑な機構を有する精巧な機材を備えるようにする一方で、インナーチャンバーは、ウエハを載置するサセプタ等といったように、成膜室内の成膜環境を左右しない比較的簡単な構造の機材を備えるように構成している。
【００１６】
また、インナーチャンバーの構成を簡単化しているので（より具体的には、インナーチャンバーの外側にシャッター等を設けることによってインナーチャンバーの形状を複雑化させるといったようなことが本発明ではないので）、容易に取付けや取外しが可能なインナーチャンバーを単体で提供することが可能となる。
【００１７】
（２）  前記インナーチャンバーはNiF2コートされているものであることを特徴とする（１）記載の成膜装置。
【００１８】
本発明では、インナーチャンバーがNiF2コートされていることによって、耐腐食性が良好となる。即ち、金属フッ化物であるNiF2はそれ自体が化学的に安定であり、腐食性物質等に対する反応性が遥かに低いという特性を有する。従って、インナーチャンバーを化学被膜で覆うことによって、化学薬品を用いた清掃作業においても被膜が腐食されることがなく、また、インナーチャンバーの取付け・取外し時に他の機材と接触して、被膜物が剥離するというようなことが少なくなる。
【００１９】
また、従来は成膜室内部の機材等は防錆を目的として、酸化クロムでコーティングされることもあったが、清掃作業において金属機材等の洗浄に用いられる薬品の成分の一つに、Si系副生成物を洗浄するのに効果的なフッ化水素酸があり、このフッ化水素酸は酸化クロムをエッチングしてしまうため、使用することができなかった。しかしながら、インナーチャンバーをNiF2コートすることによって、Si系副生成物洗浄に有効なフッ化水素を使用することができるようになる。
【００２０】
（３）  前記インナーチャンバーの上部は段差加工されているものであることを特徴とする（１）又は（２）記載の成膜装置。
【００２１】
本発明では、インナーチャンバーの上部に石英製の上蓋としての上石英板窓を構成するようにしているが、この上石英板窓を掛止するための段差加工をインナーチャンバーの上部に設けることによって、当該掛止部分に上石英板窓を掛止することができ、上石英板窓を容易に取付けたり、取外したりすることが可能となる。
【００２２】
本発明では、サセプタ等が収容されたインナーチャンバーを、その上部を段差加工したり、NiF2コートしたりしている。インナーチャンバーの外側にはウエハを搬入及び搬出する開口部分を開閉するシャッター等の精密機構が備えられるわけでもなく、単に、インナーチャンバー内部に成膜に必要な諸部品（サセプタ、アプローチプレート等）が収容されるのみであり取扱いが容易になる。また、上述のように、インナーチャンバーの構成を簡単にしているので、アウターチャンバーに収容されるインナーチャンバーの取付けや取外しを容易に行うことができることとなる。従って、本発明では、以下のようなインナーチャンバー単体もその権利内容とする。
【００２３】
（４）  エピタキシャル成長に供されるウエハを載置するサセプタを収容するインナーチャンバーであって、前記インナーチャンバーの上部は段差加工されていることを特徴とするインナーチャンバー。
【００２４】
（５）  前記インナーチャンバーはNiF2コートされていることを特徴とする（４）記載のインナーチャンバー。
【００２５】
なお、本発明に係る二重構造の成膜装置においてインナーチャンバーを組み込むにあたっては、以下のような手順（組み込み方法）によって行うことができる。
【００２６】
（６）  エピタキシャル成長のための加熱を行う赤外線ランプヒータが下方に配置されるアウターチャンバーの内側に、エピタキシャル成長に供されるウエハを載置するサセプタを収容するインナーチャンバーを組み込むインナーチャンバーの組込方法であって、前記アウターチャンバーの内側に前記サセプタを支持して回転させるウエハ回転軸が貫通される石英製の板窓を組み込むステップと、前記板窓の上部に（４）又は（５）記載のインナーチャンバーを組み込むステップと、前記インナーチャンバー上部の段差加工された段差部分に石英製の上石英板窓を掛止するステップと、を含むインナーチャンバーの組込方法。
【００２７】
本発明では、成膜室の土台となるアウターチャンバーにインナーチャンバーを組み込む工程において、上記（４）又は（５）のインナーチャンバーを用いることによって、組立に要する工数を削減でき、結果的に大気開放時間を短くすることができる。
【００２８】
また、アウターチャンバーの内側に板窓を組み込む、この板窓の上部にインナーチャンバーを組み込む、インナーチャンバー上部に上石英板窓を掛止する、というように、アウターチャンバーにインナーチャンバーを組み込む工程が単純であり、再組立も容易に行える。
【００２９】
なお、本発明と同様の効果を奏する技術的思想としては、次の取り外し方法も提供することができる。
【００３０】
エピタキシャル成長のための加熱を行うヒータが下方に配置されるアウターチャンバーの内側に、エピタキシャル成長に供されるウエハを載置するサセプタを収容するインナーチャンバーが組み込まれた成膜装置において、前記インナーチャンバー上部に掛止された上石英板窓を取り外すステップと、上記（４）又は（５）記載のインナーチャンバーを取り外すステップと、前記アウターチャンバー内側に組み込まれた前記石英チャンバーを取り外すステップと、を含むインナーチャンバーの取り外し方法。
【００３１】
このような取外方法においては、メンテナンスが必要なインナーチャンバーを取り外すときでも、インナーチャンバー上部の段差加工された段差部分に掛止した上石英板窓を取り外すことによって、容易にインナーチャンバーを取り外すことができる。また、インナーチャンバーとアウターチャンバーの間に組み込まれた下石英板窓を取り外す場合でも、上石英板窓とインナーチャンバーを取り外せば容易に下石英板窓を取り外すことができるので、チャンバー（成膜室）の着脱が非常に容易となる。
【００３２】
これに関し、従来の成膜装置では、装置を逐一分解して清掃するという大掛かりな清掃作業が必要となるが、上記のような取り外し工程・組み立て工程を見れば明らかなように、本発明に係る成膜装置では、簡易に取り外しや組み立てを行なうことができるために、図６に示すような従来の装置のような煩がなく、容易に成膜室の清掃を行なうことができる。
【００３３】
また、図７に示す装置では、基準面がなく、反応室組立て後の調整が困難であるのに対して、本発明では、アウターチャンバーをステンレス等の金属で構成することができる為、サセプター等の炉内品は容易に水平位置決めができ、反応室組立て後の調整が迅速に行える。
【００３４】
更に、従来装置では、成膜室には様々な装置や機構（例えば、石英冶具や温度計等）が取り付けられていると共に成膜室の内部構造が複雑であったがゆえに、分解清掃作業後の再組立に長時間を要していた。また、清掃作業中や再組立中（メンテナンス中）は、成膜室内部が大気に晒されることとなるために、メンテナンス時間の増加が成膜室内部の装置の金属汚染を進行させるという問題もあったが、本発明に係る成膜装置ではそのような問題は殆ど生じない。
【００３５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の好適な実施の形態に係るアウターチャンバーの構造を示す図である。図１に示すアウターチャンバー２０は、基板の搬入出の開口（ウエハ出入口）１７、内外Ｏリング間をパージする為のN2導入管２３及び下石英板窓３０を掛止するＯリング２５から構成されている。また、アウターチャンバー２０には、石英板窓収納領域２７及びインナーチャンバー収容領域２９を有している。
【００３６】
図２は、本発明の好適な実施形態に係るインナーチャンバーの構造を示す図である。図２に示すインナーチャンバー４０は、段差加工が施されている段差部分４１、冷却水導入管４３及び冷却水排出管４４から構成されている。
【００３７】
即ち、本発明に係る成膜装置においては、図１に示されるアウターチャンバーのインナーチャンバー収納領域２９内に図２のインナーチャンバー４０が組み込まれて一体化されることとなる。本発明においては、インナーチャンバー４０を容易に着脱可能な構成にすることによって、基本的には装置外でインナーチャンバー４０だけの清掃を行えば反応室内の清掃が済むように構成しているのである。そして更に、インナーチャンバー４０の構造を簡単化しているので、組立の工数を削減できると共に故障の発生の低減を図ることができるようになり、メンテナンスの効率化が図られることとなる。
【００３８】
図３は、本発明の好適な実施の形態に係るインナーチャンバーの組込方法を説明するための図であり、図３（ａ）は組込順を説明する図で、図３（ｂ）は完成組図である。
【００３９】
成膜装置においては、赤外線ランプヒータ１９及びアウターチャンバー２０は成膜装置に固定されており、その着脱はインナーチャンバー４０ほど容易ではない。即ち、アウターチャンバー２０は、フランジ２１、そのフランジ２１には出入口を開閉するためのシャッターが近接されており、成膜装置に十分に固定されている。
【００４０】
このように、まずは成膜装置の成膜室の土台となるべきアウターチャンバー２０の内側に、下石英板窓３０を組み込む（ステップ１）。次に、インナーチャンバー４０を、アウターチャンバー２０の内側（インナーチャンバー収納領域２９）に組み込む（ステップ２）。この場合において、下石英板窓３０は、アウターチャンバーに設けられたＯリング２５とインナーチャンバー下部に設けられたＯリングとで挟み込まれて、石英板窓収納領域２７に保持される。このとき、アウターチャンバー２０のウエハ出入口とインナーチャンバー４０のウエハ出入口とをそれぞれ合致させる。
【００４１】
このようにしてアウターチャンバー２０の内側にインナーチャンバー４０を組み込んだ後、インナーチャンバーに諸部品を収容する（ステップ３〜ステップ５）。具体的には、成膜室に設けられたウエハ回転機構１８のウエハ回転軸がインナーチャンバー４０に突出しており、この回転軸の上部にサセプタ１６を軸支する（ステップ４）。なお、収容する部品としては、サセプタ１６の他に、アプローチプレート５０（ステップ３）、サセプタリング５１（ステップ５）等があり、装置の特性・機能等により適宜異なることとなる。
【００４２】
そして、必要なすべての部品をインナーチャンバー４０に収容した後、上石英板窓１１を、インナーチャンバー４０の上面（上部）の段差部分４１に配置されたＯリングの上に載せて、掛止する（ステップ６）。このようにして、インナーチャンバー４０の上蓋としての上石英板窓１１が設置されると、アウターチャンバー２０の内側にインナーチャンバー４０、下石英板窓３０、上石英板窓１１で構成される成膜室を設けることができる。
【００４３】
なお、本発明の好適な実施の形態としては、ステップ６の後に、押えフランジ６０を上石英板窓１１の上部に配置するようにしている（ステップ７）。
【００４４】
図４は、本発明の好適な実施の形態に係る成膜装置の成膜室の概略を示す図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は横断面図である。
【００４５】
図４（ａ）に示す成膜室は、アウターチャンバー２０の内側にインナーチャンバー４０が組み込まれており、アウターチャンバー２０の右側面にウエハ出入口１７が、上側面及び下側面にそれぞれ冷却水導入管４３及び冷却水排出管４４が備えられている。また、成膜室中央にはサセプタ１６が備えられている。なお、ガスの導入管・排出管は、アウターチャンバーに接続されるガスインレット・ガスアウトレット（図示せず）にそれぞれ接続される。
【００４６】
図５は、成膜室の成膜領域３９の部分を拡大した図である。アウターチャンバー２０にサセプタ等を収容したインナーチャンバー４０を組み込んで形成された図５に示す成膜領域３９は、上石英板窓１１と、下石英板窓３０と、で構成されている。そして、このような成膜領域３９において、ソースガスが右方向から左方向へと流れる（図５の矢印方向）。
【００４７】
なお、サセプタリング５１の外周面とアプローチプレート５０の内周面とで形成される空間形状をクランク形状とすることによって、ソースガスが下石英板窓３０に接触することが少なくなる（ラビリンス効果）。このため、下石英板窓３０上のウォールデポが減少することとなり、下石英板窓３０のメンテナンス頻度を抑えることができる。さらに、ソースガスの流れの乱れがなくなるので、ソースガスの流れは安定した平行流になり、膜厚の平坦化が期待でき、成膜品質が安定することとなる。
【００４８】
また、本発明に係るインナーチャンバー４０はNiF2コートされており、腐食性物質等に対する反応性が遥かに低いという特性を有し、HFを含んだエッチング液を使った洗浄にも耐え得るので、酸化クロム系被膜よりも優れている。
【００４９】
【発明の効果】
このようにして、本発明によれば、成膜室の機能構成をアウターチャンバーとインナーチャンバーで大きく二分しているので、メンテナンスが特に必要なインナーチャンバーの分解清掃作業において、分解作業の簡易化を通じて分解清掃作業の効率化を図ることができ、分解清掃作業に伴うロスを削減することができるようになる。
【００５０】
また、インナーチャンバーの耐腐食性を強化することによって、インナーチャンバーの消耗率を低く抑えることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施の形態に係るアウターチャンバーの構造を示す図である。
【図２】本発明の好適な実施の形態に係るインナーチャンバーの構造を示す図である。
【図３】本発明の好適な実施の形態に係るインナーチャンバーの組込方法を説明するための図である。
【図４】本発明の好適な実施の形態に係る成膜装置の成膜室の概略を示す図である。
【図５】成膜室の成膜領域部分を拡大した図である。
【図６】従来の成膜装置の成膜室の概略構造を示す図である。
【図７】従来の成膜装置の成膜室の概略構造を示す図である。
【符号の説明】
１０  成膜室
１１  上石英板窓（成膜室上壁）
１２  ソースガス導入口
１３  ゲートバルブ
１４  ソースガス排出口
１５  成膜室下壁
１６  サセプタ
１７  ウエハ出入口
１８  ウエハ回転機構（サセプタ回転機構）
１９  赤外線ランプヒータ
２０  アウターチャンバー
２１  フランジ
２３  パージ用N2導入管
２５  Ｏリング
２７  石英板窓収納領域
２９  インナーチャンバー収納領域
３０  下石英板窓
３９  成膜領域
４０  インナーチャンバー
４１  段差部分
４３  冷却水導入管
４４  冷却水排出管
５０  アプローチプレート
５１  サセプタリング
６０  押えフランジ
【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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