(57)【要約】【課題】基板を安定して高速回転させられる成膜装置を提供する。また、基板を安定して高速回転させながら基板表面に所定の結晶膜を成膜することができる成膜装置を提供する。【解決手段】成膜装置１００は、シリコンウェハ１０１を浮上させて保持する保持部１０４と、浮上させたシリコンウェハ１０１を回転させる回転部１０３とを有する。保持部１０４には、ベルヌーイ効果を生じさせる保持ガス流１１０を形成する保持ガス吹き出し口１０５が設けられており、回転リング１０３ａに設けられた伝達部１０７ａを用いて、シリコンウェハ１０１を浮上させた状態で安定して高速回転させることができる。【選択図】図１
2009277958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内に収容される基板に所定の膜を成膜する成膜装置であって、
前記チャンバ内にガスを供給するガス供給部と、
前記チャンバ内に配置されて前記基板を保持する保持部と、
前記保持部を収容するとともに、前記保持部に保持される前記基板を回転させる回転部とを有し、
前記保持部は、前記ガスが流れる流路と、該流路の一端に設けられて前記保持部に保持される前記基板の中央部近傍に位置する前記ガスの噴き出し口とを備えており、該噴き出し口から噴き出したガスが前記基板の面と略平行であって前記基板の周縁部に向かって流れることで前記基板を浮上させて保持することを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記回転部の側面に複数の通気路が設けられることを特徴とする、請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記回転部には、収容される前記基板と前記回転部とによって実質的に区画される領域をパージするパージガスを供給するパージガス供給部が設けられることを特徴とする、請求項１あるいは請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記回転部は、前記基板の切り欠きに嵌合して前記回転部の回転運動を前記基板に伝達する伝達部を有することを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の成膜装置。
【請求項５】
チャンバ内に設けられた保持部に基板を載置する工程と、
前記保持部上に所定の流量の保持ガス流を形成する工程と、
前記保持ガス流が生じさせるベルヌーイ効果によって前記基板を浮上させる工程と、
浮上させた前記基板を回転させる工程と、
前記チャンバ内に成膜ガスを導入する工程と、
浮上し回転している前記基板の表面に所定の膜を成膜する工程と、
を備え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。
【０００２】
例えば、ＩＧＢＴ(Insulated Gate
Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)など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。
【０００３】
膜厚の大きなエピタキシャルウェハを製造するためには、均一に加熱されたウェハの表面に成膜ガスを次々に接触させて成膜速度を向上させる必要がある。これを達成するため、ウェハを高速で回転させることで高い成膜速度を得る技術が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
特許文献１では、ウェハの裏面を支持部に接地させ、回転運動を直接伝達することで回転させている。このとき、ウェハは支持部に置かれているだけであるため、回転数が高まると、ウェハがずれてしまうおそれがあった。
また、エピタキシャル成長を行なう際には、成膜室内は所定の圧力に調圧される。このとき、供給する成膜ガスの流量が変動してウェハの表裏に圧力差が生じ、ウェハがずれてしまうおそれもあった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５８６９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、何らかの理由でウェハがずれると成膜処理を行なえなくなり、生産歩留まりを低下させてしまう。そのため、生産歩留まりの向上のため、ウェハをずらすことなく、安定して高速回転させられる手法が望まれていた。
【０００７】
本発明は、こうした課題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、ウェハを安定して高速回転することができる成膜装置を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の目的は、ウェハを安定して高速回転させながらウェハ表面に成膜することで、高い成膜速度を得られる成膜方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的及び利点は、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】
【００１０】
本発明の第１の態様は、
チャンバ内に収容される基板に所定の膜を成膜する成膜装置であって、
チャンバ内にガスを供給するガス供給部と、
チャンバ内に配置されて基板を保持する保持部と、
保持部を収容するとともに、保持部に保持される基板を回転させる回転部とを有し、
保持部は、前記ガスが流れる流路と、該流路の一端に設けられて保持部に保持される基板の中央部近傍に位置するガスの噴き出し口とを備えており、該噴き出し口から噴き出したガスが基板の面と略平行であって基板の周縁部に向かって流れることで基板を浮上させて保持することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の第１の態様においては、回転部の側面に複数の通気路が設けられることが好ましい。
【００１２】
本発明の第１の態様においては、回転部には、収容される基板と回転部とによって実質的に区画される領域をパージするパージガスを供給するパージガス供給部が設けられることが好ましい。
【００１３】
本発明の第１の態様においては、回転部は、基板の切り欠きに嵌合して回転部の回転運動を基板に伝達する伝達部を有することが好ましい。
【００１４】
本発明の第２の態様は、
チャンバ内に設けられた保持部に基板を載置する工程と、
保持部上に所定の流量の保持ガス流を形成する工程と、
保持ガス流が生じさせるベルヌーイ効果によって基板を浮上させる工程と、
浮上させた基板を回転させる工程と、
チャンバ内に成膜ガスを導入する工程と、
浮上し回転している基板の表面に所定の膜を成膜する工程と、
を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の第１の態様および第２の態様によれば、基板を浮上させた状態で保持することができるため、振動や圧力変動などにより基板がずれないようにすることができる。また、安定して高速回転させることができるため、高い成膜速度を得ることができる成膜装置および成膜方法とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本実施形態における枚葉式の成膜装置１００の模式的な概念図である。本実施形態においては、基板の一例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、その他の材質の基板を用途に応じて用いたものでも良い。
【００１７】
まず、シリコンウェハ１０１の保持の手法について説明する。
成膜装置１００には、成膜処理炉としてのチャンバ１０２が備えられる。そして、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成膜ガスを供給する成膜ガス供給部１３０が設けられている。また、成膜ガス供給部１３０のシリコンウェハ１０１側の端部には、成膜ガスの吐出孔が多数形成されたシャワープレート１３１が接続されている。シャワープレート１３１はシリコンウェハ１０１に対向して配置されており、シリコンウェハ１０１の表面に向かって成膜ガスを吐出する。
【００１８】
チャンバ１０２の下部には、チャンバ１０２内のガスを排気する排気部１３３が複数設けられている。排気部１３３は、図示しない圧力制御弁や真空ポンプおよび除害装置と接続され、成膜後の成膜ガスを除害して成膜装置１００外へと排出する。これにより、チャンバ１０２内は所定の圧力に調圧される。
【００１９】
チャンバ１０２内には、シリコンウェハ１０１を浮上させて保持する保持部１０４と、保持部１０４を収容する略円筒形の回転部１０３が配置されている。
【００２０】
図２は、回転部１０３と保持部１０４の構成と、ガスの流れを示した断面図である。また、図３は、回転部１０３の側面図である。また、図４は、シリコンウェハ１０１及び回転部１０３を上方から見た、一部欠截した平面図である。
【００２１】
回転部１０３は、シリコンウェハ１０１の直径よりも僅かに大きい内径の回転リング１０３ａと、チャンバ１０２の下部を貫通して延設された回転軸１０３ｂとが組み合わされて構成されている。回転軸１０３ｂは、チャンバ１０２外において図示しない回転機構と接続されており、回転部１０３を回転させることができる。
【００２２】
透明石英製の保持部１０４は、回転リング１０３ａの内側に収容されている。保持部１０４は、略円盤状のホルダ１０４ａと、ホルダ１０４ａの下面中央部からホルダ１０４ａに対して垂直下向きに延設されたシャフト１０４ｂとが組み合わされて構成されている。そして、ホルダ１０４ａの上面の周縁部には支持突起１０４ｃが設けられている。シリコンウェハ１０１がチャンバ１０２内に搬入出される際には、支持突起１０４ｃに載置される。
【００２３】
ホルダ１０４ａ上面の中央には、シリコンウェハ１０１を浮上させる保持ガスを噴き出す保持ガス噴き出し口１０５が形成されている。中空のシャフト１０４ｂはチャンバ１０２外に備えられた保持ガス供給部１２０と接続されている。保持ガス供給部１２０から供給された保持ガスは、シャフト１０４ｂ内を通り、保持ガス吹き出し口１０５から噴き出す。
【００２４】
保持ガス吹き出し口１０５は、シリコンウェハ１０１の成膜しない面（裏面）の中央部近傍から周縁部方向に向けて放射状に保持ガスを噴き出す。これにより、支持突起１０４ｃに載置されたシリコンウェハ１０１の裏面とホルダ１０４ａとによって区画される保持ガスの流路に保持ガスの層流（保持ガス流）１１０が形成される。これにより、保持部１０４上においてベルヌーイ効果が生じ、シリコンウェハ１０１を浮上させて保持することができる。
本明細書においては、この保持の機構をベルヌーイチャックと称す。
【００２５】
例えば、直径８インチ（約２００ｍｍ）のシリコンウェハ１０１を用いる場合、水素（Ｈ２）を主成分とする吐出流量２０ＳＬＭ（Standard Liter per Minutes・３３．８Ｐａｍ３／ｓ）〜１５０ＳＬＭ（２５３．５Ｐａｍ３／ｓ）の保持ガス流１１０を形成すれば、シリコンウェハ１０１を浮上させて保持することができる。
【００２６】
上記のように、保持部１０４はベルヌーイチャックを用いてシリコンウェハ１０１を浮上させて保持するため、振動をシリコンウェハ１０１に伝えないようにすることができる。そのため、シリコンウェハ１０１が保持部１０４からずれ、成膜を行なえなくなってしまうといった課題を解消することができる。
【００２７】
ここで、ベルヌーイチャックを行なった保持ガス流１１０は、回転リング１０３ａの側面に設けられた通気路１０６を通過し、排気部１３３を介してチャンバ１０２外へと排気される。
【００２８】
本実施形態では、支持突起１０４ｃをホルダ１０４ａの中心に対する同心円上に３箇所設けた。支持突起１０４ｃは、保持ガスの流路が確保されるよう所定の間隔をあけて数箇所程度形成されていることが好ましい。
【００２９】
次に、シリコンウェハ１０１を回転させるための機構について図５及び図６を参照して説明する。
図５−ａは図４の一点鎖線４ａで囲んだ部分の拡大図である。図５−ｂは、図４の一点鎖線４ｂで囲んだ部分の拡大図である。図６は図５−ａに示した点線Ａ−Ａ´に沿った切断面であり、シリコンウェハ１０１に設けられた切り欠きの一例であるノッチ部１０８に伝達部１０７ａが嵌合する状態を示す図である。
【００３０】
回転リング１０３ａの内側面には、シリコンウェハ１０１と接する伝達部１０７ａが１箇所形成されている。伝達部１０７ａは、シリコンウェハ１０１の側面に形成されたノッチ部１０８よりも小さく形成されており、ノッチ部１０８と嵌合させることができる。ノッチ部１０８に伝達部１０７ａが嵌合するようにシリコンウェハ１０１を配置することにより、回転部１０３の回転運動をシリコンウェハ１０１に伝達することができる。これにより、シリコンウェハ１０１を所望の回転数で回転させることができる。
【００３１】
また、回転リング１０３ａの内側面には、浮上したシリコンウェハ１０１の水平方向の位置を調整するガイド部１０７ｂが複数形成されている。本実施形態の回転リング１０３ａには、伝達部１０７ａが形成された位置を円周上の６時の位置とすると、ガイド部１０７ｂはそれぞれ０時、３時、９時の位置に形成されている。
【００３２】
このとき、伝達部１０７ａのノッチ部１０８と嵌合している部分の長さをａ１、ガイド部１０７ｂとシリコンウェハ１０１との隙間をａ２としたとき、ａ２の距離はａ１と同一以下になるように形成されることが好ましい。この状態であれば、シリコンウェハ１０１が回転中に略水平の方向に移動しても、ガイド部１０７ｂのうちのいずれかがシリコンウェハ１０１の側面と接触し、それ以上略水平方向に移動させない。つまり、ベルヌーイチャックを用いてシリコンウェハ１０１を浮上させても、ガイド部１０７ｂによって伝達部１０７ａとノッチ部１０８との嵌合が外れないようにすることができる。
これにより、シリコンウェハ１０１は、伝達部１０７ａとガイド部１０７ｂによって継続的に安定して回転させることができる。
【００３３】
伝達部１０７ａは、シリコンウェハ１０１の厚み方向に対して所定の長さを有して形成されることが好ましい。これによれば、ベルヌーイチャックを行なってシリコンウェハ１０１を浮上させたとき多少上下動しても嵌合が外れず、シリコンウェハ１０１を安定して回転させることができる。
また、ガイド部１０７ｂにおいても同様である。これによれば、シリコンウェハ１０１が多少上下動してもシリコンウェハ１０１の側面がガイド部１０７ｂに当たり、略水平方向の位置を調整することができる。
【００３４】
さらに、伝達部１０７ａは、図６に示すように伝達部１０７ａの下端の位置が支持突起１０４ａの上端の位置よりも低い位置となる長さに形成されることがより好ましい。この態様であると、シリコンウェハ１０１を保持部１０４上に載置した状態であっても、伝達部１０７ａとノッチ部１０８とを嵌合させることができる。これにより、ベルヌーイチャックを行ないながら、中空で伝達部１０７ａとノッチ部１０８とを嵌合させるという微妙な調整を必要としない。つまり、チャンバ１０２内にシリコンウェハ１０１を搬入した時点で伝達部１０７ａとノッチ部１０８ａを嵌合させることができる。
【００３５】
上記のようにして浮上させて保持し、回転させられたシリコンウェハ１０１を保持部１０４の下方に設けられたヒータ１３４によって均一に加熱する。そして、成膜ガス供給部１３０からシャワープレート１３１を介してシリコンウェハ１０１に成膜ガスを供給することで、均一な結晶膜を成膜することができる。
【００３６】
成膜後の成膜ガスは、チャンバ１０２の内側面に設けられた整流カサ１０９によって略鉛直下向きに整流され、ガス排気部１３３からチャンバ１０２外へと排気される。
整流カサ１０９は、シリコンウェハ１０１の表面と略同一の高さのチャンバ１０２の内側面に設けられる。本実施形態では、整流カサ１０９は、上部から下部に向けてチャンバ１０２の内径寸法が徐々に大きくなるような斜面として設けられている。
これにより、成膜後の成膜ガスをチャンバ１０２内で乱流させたり、シリコンウェハ１０１上に舞い戻らせたりしないようにすることが出来る。このため、チャンバ１０２の内壁に付着した副生成物などから生じるパーティクルを成膜中の結晶膜に混入させ難くし、結晶膜の均質性の向上に寄与することができる。さらに、成膜ガス供給部１３０から排気部１３３に至るまでの成膜ガス流１３２をスムーズにすることができる。そのため、シリコンウェハ１０１に次々に新しい成膜ガスを供給することができ、成膜速度の向上にも寄与することもできる。
【００３７】
また、通気路１０６を通過した保持ガス流１１０も、整流カサ１０９によって形成される略鉛直下向きの成膜ガス流１３２に押し下げられ、ガス排気部１３３からチャンバ１０２外へとスムーズに排気される。
【００３８】
上述の成膜処理を行なう間、シリコンウェハ１０１と回転部１０３とによって実質的に区画された領域Ｒは、ヒータ１３４によってウェハ１０１と同等あるいはそれ以上の温度に加熱されている。そのため、成膜ガスが領域Ｒに流入すると、領域Ｒ内にシリコン結晶が生成されてしまう。これを防止するために、領域Ｒにパージガス供給部１３５からパージガスを供給して成膜ガスの流入を抑制する。
【００３９】
回転リング１０３ａの底面を貫通して設けられたパージガス供給部１３５は、チャンバ１０２外に備えられた図示しないパージガス供給機構と回転軸１０３ｂの中を通じて接続されている。そのため、パージガスを所定の流量で領域Ｒに供給することで、所定のパージガス雰囲気に調整することができる。
このとき、パージガスの一例であるＨ２を吐出流量０．５ＳＬＭ（０．８４５Ｐａｍ３／ｓ）〜５ＳＬＭ（８．４５Ｐａｍ３／ｓ）で供給すれば、領域Ｒに成膜ガスが流入するのを抑制することができる。
上述の範囲のパージガス流量であれば、ベルヌーイチャックに影響を及ぼさず、安定してシリコンウェハ１０１を保持することができる。また、供給されたパージガスは、保持ガス流１１０とともに、通気路１０６を通過させて排気される。
【００４０】
以上、具体例を参照しながら実施形態について詳述した。本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することも構わない。
【００４１】
例えば、本発明の一態様として、保持ガスにはＨ２を用いるとしたが、その他のガスに置き換えても良い。窒素ガス（Ｎ２）を用いれば、５ＳＬＭ（８．４５Ｐａｍ３／ｓ）以上の流量でもシリコンウェハ１０１を保持することができる。また保持ガスの分子量を高くする必要がある場合には、アルゴンガス（Ａｒ）に置き換えることができる。
【００４２】
さらに、本実施形態では、ガイド部１０７ｂを３箇所設け、伝達部１０７ａを含めた４点のうちのいずれかで支持し、シリコンウェハ１０１の水平位置を調整するとした。しかし、シリコンウェハ１０１を安定して回転させられるのであれば、接触する点はこれに限るものではない。成膜中にシリコンウェハ１０１と接触する箇所が少ないほど、シリコンウェハ１０１からの放熱が抑えられ、面内温度の分布を均一にすることができる。そのため、シリコンウェハ１０１の安定した回転が継続できる最少でガイド部１０７ｂを配置することが好ましい。
【００４３】
図７は、本実施形態の他の一態様の回転部２０３を上から見た図である。
本実施形態の他の一態様としては、ガイド部１０７ｂを２箇所にし、互いに等間隔に形成された３点で支持する。この態様では、伝達部１０７ａを円周上の６時の位置に形成し、ガイド部１０７ｂを２時と１０時の位置に形成すれば、シリコンウェハ１０１を安定して回転させることができる。
【００４４】
また、本実施形態では伝達部１０７ａとガイド部１０７ｂは回転リング１０３ａの内側面から回転中央方向に延びるように設けたが、形状はこれに限定するものではない。
例えば、回転リング１０３ａの底面から略垂直に立てられ、シリコンウェハ１０１の側面あるいはノッチ部１０８に接するような棒状であっても良い。
【００４５】
さらに言えば、ガイド部１０７ｂは、シリコンウェハ１０１の回転のために必ずしも必要なものではない。回転リング１０３ａの内径寸法を調整し、伝達部１０７ａとノッチ部１０８との嵌合だけでシリコンウェハ１０１を安定して回転させられる態様であれば、ガイド部１０７ｂは設けなくとも良い。
【００４６】
また、シリコンウェハの位置や結晶方位の確認用にノッチ１０８ではなくオリエンテーションフラット（オリフラ）が形成されたシリコンウェハに成膜処理を行なう場合がある。この場合には、オリフラに接し回転部１０３の回転運動を伝達することができる形状の伝達部が設けられた回転リングと交換すれば良い。
【００４７】
ホルダ１０４ａの上面に設けられた支持突起１０４ｃは、本実施形態では略円筒形に形成したが、形状はこれに限るものではない。シリコンウェハ１０１との接触面積が少ないほど、シリコンウェハの搬入出の際のシリコンウェハ１０１の面内の温度分布に対して影響を低減することが出来る。そのため、円錐形、半球形など接触面積のより少ない形状を採用しても良い。
【００４８】
本発明の実施形態の一例として、一般的な成膜装置について説明したが、これに限らず、単結晶膜を成膜するエピタキシャル成長装置や、ポリシリコン膜の成膜を目的とする装置などであっても、本発明を適用して同等の作用効果を得ることができる。
【００４９】
さらに、装置の構成や制御の手法など、本発明に直接必要としない部分などについては記載を省略したが、必要とされる装置の構成や、制御の手法などを適宜選択して用いることができる。
【００５０】
また、本発明を説明するために示した図において、説明のために必要な構成以外は省略し、縮尺等に就いても原寸大のものとは一致させず、明示できるよう適宜変更した。
【００５１】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての気相成長装置、および各部材の形状は、本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本実施形態の成膜装置の模式的な概念図である。
【図２】本実施形態の回転部および保持部の構成と、ガスの流れを示した断面図である。
【図３】本実施形態の回転部の側面図である。
【図４】本実施形態のシリコンウェハ及び回転部を上方から見た一部を欠截した平面図である。
【図５−ａ】図４の一点鎖線４ａで囲んだ部分の拡大図である。
【図５−ｂ】図４の一点鎖線４ｂで囲んだ部分の拡大図である。
【図６】図５−ａに示した点線Ａ−Ａ´に沿った切断面であり、ノッチ部に伝達部が嵌合する状態を示す図である。
【図７】本実施形態の他の一態様の回転部を上から見た図である。
【符号の説明】
【００５３】
１００…成膜装置
１０１…シリコンウェハ
１０２…チャンバ
１０３、２０３…回転部
１０３ａ…回転リング
１０３ｂ…回転軸
１０４…保持部
１０４ａ…ホルダ
１０４ｂ…シャフト
１０４ｃ…支持突起
１０５…保持ガス吹き出し口
１０６…通気路
１０７ａ…伝達部
１０７ｂ…ガイド部
１０８…ノッチ部
１０９…整流カサ
１１０…保持ガス流
１２０…保持ガス供給部
１３０…成膜ガス供給部
１３１…シャワープレート
１３２…成膜ガス流
１３３…ガス排気部
１３４…ヒータ
１３５…パージガス供給部
【図１】
2009277958.tif 000003
【図２】
2009277958.tif 000004
【図３】
2009277958.tif 000005
【図４】
2009277958.tif 000006
【図５−ａ】
2009277958.tif 000007
【図５−ｂ】
2009277958.tif 000008
【図６】
2009277958.tif 000009
【図７】
2009277958.tif 000010