JP3011866B2 - 枚葉式ウエーハ熱処理装置 - Google Patents
枚葉式ウエーハ熱処理装置Info
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- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はウェーハの真空成膜、拡
散若しくは化学(CVD)処理を1枚づつ実施するいわ
ゆる枚葉式処理装置に関する。
散若しくは化学(CVD)処理を1枚づつ実施するいわ
ゆる枚葉式処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来よりウエーハの成膜、拡散若しくは
化学処理を行う場合複数枚のウエーハをボート上に積層
配置して、該ボートをウエーハとともに、反応容器内に
挿設して所定の熱処理を行ういわゆるバッチ式処理方式
が採用されているが、かかる処理方式はボートとウエー
ハの接触部分近傍で生じる気流の乱れや、ウエーハを多
段積層することでそこを通過する気流が乱れることで、
投入全ウエーハを均質に処理することは困難である。又
ウエーハ口径が、6”(インチ)から8”更には12”
と大口径化するにつれ、前記バッチ処理方式では重量負
担の増大に対応するボート及びその支持部の製作が困難
であること、又口径の増大にともなう反応容器の大形
化、更には該大形化にともなう加熱温度分布やガス分布
の不均一化、更には加熱電源の無用の増大につながる。
更に次世代の、64M、IG等の高集積密度化の半導体
の製造プロセスではサブミクロン単位の加工精度が要求
され、この為複数のウエーハを一括処理する方式ではウ
エーハ積層位置の上側と下側、又ガス流入側と排気側で
夫々処理条件にバラツキが生じ、又積層されたウエーハ
間で影響を及ぼし合い、更にはボートとの接触部よりパ
ーティクル等が発生し、いずれにしても高品質の加工が
困難であった。
化学処理を行う場合複数枚のウエーハをボート上に積層
配置して、該ボートをウエーハとともに、反応容器内に
挿設して所定の熱処理を行ういわゆるバッチ式処理方式
が採用されているが、かかる処理方式はボートとウエー
ハの接触部分近傍で生じる気流の乱れや、ウエーハを多
段積層することでそこを通過する気流が乱れることで、
投入全ウエーハを均質に処理することは困難である。又
ウエーハ口径が、6”(インチ)から8”更には12”
と大口径化するにつれ、前記バッチ処理方式では重量負
担の増大に対応するボート及びその支持部の製作が困難
であること、又口径の増大にともなう反応容器の大形
化、更には該大形化にともなう加熱温度分布やガス分布
の不均一化、更には加熱電源の無用の増大につながる。
更に次世代の、64M、IG等の高集積密度化の半導体
の製造プロセスではサブミクロン単位の加工精度が要求
され、この為複数のウエーハを一括処理する方式ではウ
エーハ積層位置の上側と下側、又ガス流入側と排気側で
夫々処理条件にバラツキが生じ、又積層されたウエーハ
間で影響を及ぼし合い、更にはボートとの接触部よりパ
ーティクル等が発生し、いずれにしても高品質の加工が
困難であった。
【0003】かかる欠点を解消するために、近年ウエー
ハ口径の大口径化、更には次世代の半導体の高集積密度
化及び高品質化に対応する為に、一枚のウエーハ毎に熱
処理を行う枚葉式熱処理装置が注目されている。かかる
枚葉式熱処理装置としてヒータを反応容器内に配設する
ものと、ヒータを反応容器外に配設するものの両者に分
れる。
ハ口径の大口径化、更には次世代の半導体の高集積密度
化及び高品質化に対応する為に、一枚のウエーハ毎に熱
処理を行う枚葉式熱処理装置が注目されている。かかる
枚葉式熱処理装置としてヒータを反応容器内に配設する
ものと、ヒータを反応容器外に配設するものの両者に分
れる。
【0004】図7はヒータを反応容器内に配設するもの
(出典:1994年度版、超LSI製造試験装置ガイド
ブッタ(工業調査会発行)、58頁表5、参照)の1例
を示し、101はステンレス製のチャンバ(反応容器)
で、その中央位置にサセプタを介してウエーハ103が
載設され、その上方位置に加熱体104、下方にガスノ
ズル105を配設するとともに、その周囲を水冷シュラ
ウド106で覆っている。尚、107は真空ポンプであ
る。
(出典:1994年度版、超LSI製造試験装置ガイド
ブッタ(工業調査会発行)、58頁表5、参照)の1例
を示し、101はステンレス製のチャンバ(反応容器)
で、その中央位置にサセプタを介してウエーハ103が
載設され、その上方位置に加熱体104、下方にガスノ
ズル105を配設するとともに、その周囲を水冷シュラ
ウド106で覆っている。尚、107は真空ポンプであ
る。
【0005】一方ヒータ外設型装置としては前記ガイド
ブックの56頁表3にいくつか開示されているが、特に
ウエーハ上部より加熱を行うものとして、図8に示すよ
うに、ウエーハ110が収納されているステンレス製容
器111の上部開口を石英ガラス窓112で封止すると
ともに、該石英ガラス窓112の上部に発熱ランプ11
3及び該ランプハウジング114を配設し、石英ガラス
窓112を介してウエーハ110が受熱/加熱するよう
に構成されている。尚図中115はガス導入口、116
はガスディストリビュータプレート、117は真空ポン
プと連設する排気通路である。
ブックの56頁表3にいくつか開示されているが、特に
ウエーハ上部より加熱を行うものとして、図8に示すよ
うに、ウエーハ110が収納されているステンレス製容
器111の上部開口を石英ガラス窓112で封止すると
ともに、該石英ガラス窓112の上部に発熱ランプ11
3及び該ランプハウジング114を配設し、石英ガラス
窓112を介してウエーハ110が受熱/加熱するよう
に構成されている。尚図中115はガス導入口、116
はガスディストリビュータプレート、117は真空ポン
プと連設する排気通路である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前者のヒ
ータ内設型の装置においては、容器と加熱域間を遮熱す
る水冷シュラウドが容器内に配設されているために、均
熱分布の面で問題が生じやすい。
ータ内設型の装置においては、容器と加熱域間を遮熱す
る水冷シュラウドが容器内に配設されているために、均
熱分布の面で問題が生じやすい。
【0007】一方後者のヒータ外設型装置においても、
ステンレス製容器111の上端の石英ガラス窓部112
との封止部112aに設けたOリングの熱劣化を防止す
るために、その封止部112a近傍を水冷する必要が有
り、均熱分布の面で又構造の複雑化の面で前記欠点の解
消につながらない。又前記いずれの技術も、装置のかな
りの部分を水冷式とするなど、装置構造の複雑化は避け
られず、又熱源透過性材と水冷金属材の接合部分が受熱
部近傍となる事が避けられず、気密性保持の問題があ
り、而も反応容器にステンレス製容器111を用いてい
る為に金属汚染の問題が生じる。
ステンレス製容器111の上端の石英ガラス窓部112
との封止部112aに設けたOリングの熱劣化を防止す
るために、その封止部112a近傍を水冷する必要が有
り、均熱分布の面で又構造の複雑化の面で前記欠点の解
消につながらない。又前記いずれの技術も、装置のかな
りの部分を水冷式とするなど、装置構造の複雑化は避け
られず、又熱源透過性材と水冷金属材の接合部分が受熱
部近傍となる事が避けられず、気密性保持の問題があ
り、而も反応容器にステンレス製容器111を用いてい
る為に金属汚染の問題が生じる。
【0008】この為、前記反応容器全体を従来の炉心管
と同様に透明ガラス製の容器が検討されており、例えば
前記ガイドブックの56頁表3に鏡板部と下側容器から
なる反応容器が提案されているが、容器を2つに分割す
るとそのシール部分のOリングの劣化がやはり問題にな
り易い。この為、従来の縦型炉心管のように、筒体の一
端を平板若しくは半球状の鏡板で溶接してなる略ドーム
状若しくは略円筒体状の枚葉式ウエーハ熱処理装置も検
討されている。
と同様に透明ガラス製の容器が検討されており、例えば
前記ガイドブックの56頁表3に鏡板部と下側容器から
なる反応容器が提案されているが、容器を2つに分割す
るとそのシール部分のOリングの劣化がやはり問題にな
り易い。この為、従来の縦型炉心管のように、筒体の一
端を平板若しくは半球状の鏡板で溶接してなる略ドーム
状若しくは略円筒体状の枚葉式ウエーハ熱処理装置も検
討されている。
【0009】しかしながら、従来はウェーハ形状も殆ど
が6”までで小さく、溶接による反応容器を形成する事
も可能であったが、最近の半導体ウェーハの処理工程で
は8〜12”と大型化が進み、これに伴い、反応容器も
大型化し、溶接加工では加工上も又強度的にも対応が困
難となってきた。又、石英ガラス反応容器は外部より受
熱を可能にする為に、透明で形成されているが、反応容
器を透明で形成することは均熱性を高めるために、ウエ
ーハの加熱に不要な範囲まで加熱する必要があり、結果
として不必要な反応や周辺設備まで熱による悪影響が発
生してしまう。
が6”までで小さく、溶接による反応容器を形成する事
も可能であったが、最近の半導体ウェーハの処理工程で
は8〜12”と大型化が進み、これに伴い、反応容器も
大型化し、溶接加工では加工上も又強度的にも対応が困
難となってきた。又、石英ガラス反応容器は外部より受
熱を可能にする為に、透明で形成されているが、反応容
器を透明で形成することは均熱性を高めるために、ウエ
ーハの加熱に不要な範囲まで加熱する必要があり、結果
として不必要な反応や周辺設備まで熱による悪影響が発
生してしまう。
【0010】而も透明であることは熱伝播性もよいため
に加熱域より相当遠ざけた位置に封止部を構成するフラ
ンジ等を設けねばならず、結果としてウエーハの大口径
化にともなう容器径の増大とともに、併せて封止部を加
熱域から退避させるために、背高も増大し、大形化して
しまう。
に加熱域より相当遠ざけた位置に封止部を構成するフラ
ンジ等を設けねばならず、結果としてウエーハの大口径
化にともなう容器径の増大とともに、併せて封止部を加
熱域から退避させるために、背高も増大し、大形化して
しまう。
【0011】本発明は、かかる枚葉式熱処理装置におい
て、処理すべき半導体ウェーハが8〜12”と大口径化
した場合にも、言い換えれば反応容器が大型化した場合
にも充分な強度と好ましい均熱性を確保し得る熱処理装
置を提供する事を目的とする。本発明の他の目的は、ウ
エーハ加熱領域の保温性と均熱性を確保しつつ、ウエー
ハの加熱に不要な範囲までの加熱を阻止し、不必要な反
応や封止部や周辺設備まで熱による悪影響の発生を有効
に阻止し得る熱処理装置を提供する事にある。本発明の
他の目的は、ウエーハの交換等の作業性の向上と操作の
容易化を図った熱処理装置を提供する事にある。
て、処理すべき半導体ウェーハが8〜12”と大口径化
した場合にも、言い換えれば反応容器が大型化した場合
にも充分な強度と好ましい均熱性を確保し得る熱処理装
置を提供する事を目的とする。本発明の他の目的は、ウ
エーハ加熱領域の保温性と均熱性を確保しつつ、ウエー
ハの加熱に不要な範囲までの加熱を阻止し、不必要な反
応や封止部や周辺設備まで熱による悪影響の発生を有効
に阻止し得る熱処理装置を提供する事にある。本発明の
他の目的は、ウエーハの交換等の作業性の向上と操作の
容易化を図った熱処理装置を提供する事にある。
【0012】
【課題を解決する為の手段】本発明は、枚葉式ウエーハ
熱処理装置において適用されるもので、その特徴とする
ところは、前記反応容器の少なくとも被加熱領域に溶接
加工部が存在しない一体物の石英ガラス体で形成すると
ともに、該被加熱領域のほぼ全域に気泡を含有させるこ
とにより、非透明(半透明及び不透明)な石英ガラス部
位を形成したことにある。そして、前記非透明な石英ガ
ラス部位は、波長2μmの光の透過率が30%〜1%の
範囲であり、前記反応容器は、一般には略半球状、略ド
ーム状、若しくは略円筒体状であり、好ましくは前記容
器はフランジ部を除く全体が一体ものである事が好まし
い。そして、本発明は、反応容器外に発熱体を配したヒ
ータ外設型若しくは反応容器内に発熱体を配したヒータ
内設型のいずれのものにも、また、外設ヒータ及び内設
ヒータを有した両側発熱方式にも適用される。
熱処理装置において適用されるもので、その特徴とする
ところは、前記反応容器の少なくとも被加熱領域に溶接
加工部が存在しない一体物の石英ガラス体で形成すると
ともに、該被加熱領域のほぼ全域に気泡を含有させるこ
とにより、非透明(半透明及び不透明)な石英ガラス部
位を形成したことにある。そして、前記非透明な石英ガ
ラス部位は、波長2μmの光の透過率が30%〜1%の
範囲であり、前記反応容器は、一般には略半球状、略ド
ーム状、若しくは略円筒体状であり、好ましくは前記容
器はフランジ部を除く全体が一体ものである事が好まし
い。そして、本発明は、反応容器外に発熱体を配したヒ
ータ外設型若しくは反応容器内に発熱体を配したヒータ
内設型のいずれのものにも、また、外設ヒータ及び内設
ヒータを有した両側発熱方式にも適用される。
【0013】この場合前記反応容器の下端開口はそのま
ま一体化させてもよいが、フランジ等を円形状下端開口
外縁に接合することや又非加熱部に他の部材を溶着する
必要もあり、従って少なくとも前記被加熱領域部に、溶
接箇所が存在しない実質的に一体物であることが後記作
用を達成する上で必要である。そして前記非透明部は容
器全体を非透明化してもよく、又、前記容器の被加熱領
域のウエーハの熱処理に影響されない位置に、ウエーハ
の熱処理状態を把握する透明窓部を形成してもよい。
(従って前記被加熱領域のほぼ全域に気泡を含有させる
とは透明窓部を除く全域という意味もある。)
ま一体化させてもよいが、フランジ等を円形状下端開口
外縁に接合することや又非加熱部に他の部材を溶着する
必要もあり、従って少なくとも前記被加熱領域部に、溶
接箇所が存在しない実質的に一体物であることが後記作
用を達成する上で必要である。そして前記非透明部は容
器全体を非透明化してもよく、又、前記容器の被加熱領
域のウエーハの熱処理に影響されない位置に、ウエーハ
の熱処理状態を把握する透明窓部を形成してもよい。
(従って前記被加熱領域のほぼ全域に気泡を含有させる
とは透明窓部を除く全域という意味もある。)
【0014】尚、前記透明、非透明の定義は、本発明が
均熱性の改善を前記容器天井部よりウエーハ面に熱線を
透過させる必要がある事から熱線(例えば、2μmの光
透過率)で定義する事が好ましく、この為前記容器の被
加熱領域に於ける波長2μmの光の透過率が30%〜1
%の非透明部位であるように設定するのが、後記作用を
達成する上で好ましい。
均熱性の改善を前記容器天井部よりウエーハ面に熱線を
透過させる必要がある事から熱線(例えば、2μmの光
透過率)で定義する事が好ましく、この為前記容器の被
加熱領域に於ける波長2μmの光の透過率が30%〜1
%の非透明部位であるように設定するのが、後記作用を
達成する上で好ましい。
【0015】又、単に非透明化を図るには、サンドブラ
ストのように、外表面若しくは内壁面のみが非透明で構
成する事も可能であるが、これは容器内外表面のみを微
小凹凸をつけるだけで不透明に見えるだけで、容器壁内
部より下端開口側に熱が伝播し、本発明の作用を円滑に
達成しない。したがって本発明の様に均熱性と保温性を
長期に亙って確保するには、気泡を壁内部に包含させて
熱伝播を阻止するのが好ましい。そして、前記容器の一
部に、他の領域と一体物である透明窓部を形成すること
が望ましい。
ストのように、外表面若しくは内壁面のみが非透明で構
成する事も可能であるが、これは容器内外表面のみを微
小凹凸をつけるだけで不透明に見えるだけで、容器壁内
部より下端開口側に熱が伝播し、本発明の作用を円滑に
達成しない。したがって本発明の様に均熱性と保温性を
長期に亙って確保するには、気泡を壁内部に包含させて
熱伝播を阻止するのが好ましい。そして、前記容器の一
部に、他の領域と一体物である透明窓部を形成すること
が望ましい。
【0016】また、略半球状、略ドーム状、若しくは略
円筒体状であり、該反応容器の下端開口外縁にフランジ
部が接合形成された前記反応容器と、 ガス導入通路及び
排出口を設けるとともに、前記反応容器の前記下端開口
が封止部を介して載置され前記反応容器とともにウエー
ハ設置空間を形成する支持台と、 前記フランジ部を介し
て前記反応容器を前記支持台から接離可能な開閉手段と
を備えて構成することも本発明の有効な手段である。前
記反応容器が封止部を介してウエーハが設置された支持
台上に載置されるとともに、前記フランジ部を介して前
記反応容器を前記支持台から接離可能に構成するのがよ
く、この場合反応容器側にガス導入通路及び排出口を設
ける事なく、これらの流体経路を支持台側にのみ設ける
のがよい。このような石英ガラス製反応容器は、上方が
開口し内壁面が反応容器外形とほぼ同形か僅かに相似形
に大なる形状を有する回転容器内の所定位置に透明石英
ガラス体を挿填し石英粉体層を形成した後、該石英粉体
形成体を直接加熱溶融することにより、実質的に気泡含
有による非透明部位を具えかつ透明部位を一体物として
一部に具えた略半球状、略ドーム状、若しくは略円筒体
状に形成する事が出来る。
円筒体状であり、該反応容器の下端開口外縁にフランジ
部が接合形成された前記反応容器と、 ガス導入通路及び
排出口を設けるとともに、前記反応容器の前記下端開口
が封止部を介して載置され前記反応容器とともにウエー
ハ設置空間を形成する支持台と、 前記フランジ部を介し
て前記反応容器を前記支持台から接離可能な開閉手段と
を備えて構成することも本発明の有効な手段である。前
記反応容器が封止部を介してウエーハが設置された支持
台上に載置されるとともに、前記フランジ部を介して前
記反応容器を前記支持台から接離可能に構成するのがよ
く、この場合反応容器側にガス導入通路及び排出口を設
ける事なく、これらの流体経路を支持台側にのみ設ける
のがよい。このような石英ガラス製反応容器は、上方が
開口し内壁面が反応容器外形とほぼ同形か僅かに相似形
に大なる形状を有する回転容器内の所定位置に透明石英
ガラス体を挿填し石英粉体層を形成した後、該石英粉体
形成体を直接加熱溶融することにより、実質的に気泡含
有による非透明部位を具えかつ透明部位を一体物として
一部に具えた略半球状、略ドーム状、若しくは略円筒体
状に形成する事が出来る。
【0017】
【作用】かかる技術手段によれば、ウエーハの被加熱区
域が熱伝導の悪い非透明ガラス、具体的には波長2μm
の光の透過率が30%〜1%の気泡含有石英ガラスであ
る為に、ウエーハ被加熱域の保温性と均熱性が大幅に改
善される。この場合波長2μmの光の透過率が30%以
上である場合、均熱効果が減少し、又1%以下の場合無
駄に保温性が上がり、生産性が劣る。尚、前記波長2μ
mの光の透過率は発熱体内挿式と外装式では、又熱処理
温度によってもその透過率を異ならせるのが好ましく、
例えば発熱体内挿式では保温性を重視し、その透過率が
1〜20%が好ましく、又発熱体外装式では、その透過
性もある程度必要なために、その透過率を5〜30%、
好ましくは10〜30%に設定するのがよい。
域が熱伝導の悪い非透明ガラス、具体的には波長2μm
の光の透過率が30%〜1%の気泡含有石英ガラスであ
る為に、ウエーハ被加熱域の保温性と均熱性が大幅に改
善される。この場合波長2μmの光の透過率が30%以
上である場合、均熱効果が減少し、又1%以下の場合無
駄に保温性が上がり、生産性が劣る。尚、前記波長2μ
mの光の透過率は発熱体内挿式と外装式では、又熱処理
温度によってもその透過率を異ならせるのが好ましく、
例えば発熱体内挿式では保温性を重視し、その透過率が
1〜20%が好ましく、又発熱体外装式では、その透過
性もある程度必要なために、その透過率を5〜30%、
好ましくは10〜30%に設定するのがよい。
【0018】そして気泡を含有させる事により、内部ま
で非透明状態であるために、前記被加熱部周囲の、いわ
ゆる不要加熱域への不良熱線の侵入が有効に阻止され、
被加熱部位の均熱性の向上とともに、バラツキのない高
品質な生産性を得る事が出来、更には容器下端開口のフ
ランジ部の温度が無用に上昇することなく、そのままO
リングなどを使用してのフランジ封止が可能である。こ
の場合非透明化はサンドブラスト処理でも行うことが出
来るが、前記したようにサンドブラスト処理は透明な石
英ガラスの表面のみにサンドを吹き付けて凹凸処理を行
うものであり、従ってかかる方式では、外表面のみの不
透明化処理であるために、エッチングや加熱処理が施さ
れると、透明化してしまい、又内部が透明であるため
に、その壁内部を通しフランジ側に熱線が伝播してしま
い、前記の作用を得る事が出来ない。
で非透明状態であるために、前記被加熱部周囲の、いわ
ゆる不要加熱域への不良熱線の侵入が有効に阻止され、
被加熱部位の均熱性の向上とともに、バラツキのない高
品質な生産性を得る事が出来、更には容器下端開口のフ
ランジ部の温度が無用に上昇することなく、そのままO
リングなどを使用してのフランジ封止が可能である。こ
の場合非透明化はサンドブラスト処理でも行うことが出
来るが、前記したようにサンドブラスト処理は透明な石
英ガラスの表面のみにサンドを吹き付けて凹凸処理を行
うものであり、従ってかかる方式では、外表面のみの不
透明化処理であるために、エッチングや加熱処理が施さ
れると、透明化してしまい、又内部が透明であるため
に、その壁内部を通しフランジ側に熱線が伝播してしま
い、前記の作用を得る事が出来ない。
【0019】従って本発明によればウエーハの加熱に不
要な範囲まで加熱することがなく、又不必要な反応や周
辺設備まで熱による悪影響が発生する事もなく、又前記
被加熱域以外への熱伝播を防ぐことが出来るために、水
冷ジャケット等を設けずに加熱域と封止部をある程度近
づけることが可能であり、結果として小型化と装置の簡
素化を図ることが出来る。又本発明は少なくとも被加熱
域が溶接箇所を有しない実質的に一体もので形成されて
いる為に、言換えれば溶接界面等が存在しないために、
その部分における熱残留歪による破損や破壊を回避し得
る。
要な範囲まで加熱することがなく、又不必要な反応や周
辺設備まで熱による悪影響が発生する事もなく、又前記
被加熱域以外への熱伝播を防ぐことが出来るために、水
冷ジャケット等を設けずに加熱域と封止部をある程度近
づけることが可能であり、結果として小型化と装置の簡
素化を図ることが出来る。又本発明は少なくとも被加熱
域が溶接箇所を有しない実質的に一体もので形成されて
いる為に、言換えれば溶接界面等が存在しないために、
その部分における熱残留歪による破損や破壊を回避し得
る。
【0020】又実質的に一体ものであることは、局所歪
や偏荷重等が発生することなく真空下及び1000℃前
後に加熱した場合でも機械的強度が部分的、局所的にも
低下することはなく、これにより機械的強度増大によ
り、ウェーハ処理工程に於いて、高速加熱、高速冷却が
可能となり、生産性も改善できた。
や偏荷重等が発生することなく真空下及び1000℃前
後に加熱した場合でも機械的強度が部分的、局所的にも
低下することはなく、これにより機械的強度増大によ
り、ウェーハ処理工程に於いて、高速加熱、高速冷却が
可能となり、生産性も改善できた。
【0021】更に、前記反応容器とウエーハが設置され
た支持台間が、開閉手段により前記フランジ部を介して
前記反応容器を前記支持台から接離可能に構成する事に
よりウエーハの交換作業が容易になるとともに、特に反
応容器側にガス導入通路及び排出口を設ける事なく、こ
れらの流体経路を支持台側にのみ設けることにより、昇
降を行うための可動部が反応容器とその上方の発熱体部
分とする事が出来、言い換えれば流体経路を昇降させる
必要がないために、設備の簡素化が実現できる。更に反
応容器は石英ガラスそのものであり、金属ジャケットを
用いないために、装置内部の確認が容易であるのみなら
ず、窓部等を一体的に形成する事も容易である。
た支持台間が、開閉手段により前記フランジ部を介して
前記反応容器を前記支持台から接離可能に構成する事に
よりウエーハの交換作業が容易になるとともに、特に反
応容器側にガス導入通路及び排出口を設ける事なく、こ
れらの流体経路を支持台側にのみ設けることにより、昇
降を行うための可動部が反応容器とその上方の発熱体部
分とする事が出来、言い換えれば流体経路を昇降させる
必要がないために、設備の簡素化が実現できる。更に反
応容器は石英ガラスそのものであり、金属ジャケットを
用いないために、装置内部の確認が容易であるのみなら
ず、窓部等を一体的に形成する事も容易である。
【0022】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を例示
的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている
構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に
特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。図3
は、図2に示す本発明の略円筒ドーム状の反応容器を製
造するための製造装置で、特に図1に示す発熱体外装式
の熱処理装置に使用される反応容器の製造装置を示し、
回転自在なモールド10(回転容器)と、該モールド1
0を脱着自在に保持するモールドホルダ11と、該ホル
ダ11とともにモールド10を回転させる回転手段12
と、熱源17よりなる。
的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている
構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に
特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。図3
は、図2に示す本発明の略円筒ドーム状の反応容器を製
造するための製造装置で、特に図1に示す発熱体外装式
の熱処理装置に使用される反応容器の製造装置を示し、
回転自在なモールド10(回転容器)と、該モールド1
0を脱着自在に保持するモールドホルダ11と、該ホル
ダ11とともにモールド10を回転させる回転手段12
と、熱源17よりなる。
【0023】次に前記装置を用いて反応容器1を製造す
る方法を説明する。先ず、モールド10をホルダ11と
ともに回転させた後、このモールド10の中に結晶若し
くは非結晶の石英粉体を投入し、遠心力を利用してモー
ルド10の内周面に沿って厚さ20mmの石英粉体層1
8を形成した。
る方法を説明する。先ず、モールド10をホルダ11と
ともに回転させた後、このモールド10の中に結晶若し
くは非結晶の石英粉体を投入し、遠心力を利用してモー
ルド10の内周面に沿って厚さ20mmの石英粉体層1
8を形成した。
【0024】引続き熱源17をモールド10内側の中央
部に設置した後、加熱溶融を行い、所定形状の反応容器
1が形成し得る。そして前記の方法で製造された容器1
は外表面を研削及び研磨処理を行い、又開口端側を面一
に研削してその部分に必要に応じてフランジ2を接合す
ることにより、図2に示すような反応容器1が形成出来
る。
部に設置した後、加熱溶融を行い、所定形状の反応容器
1が形成し得る。そして前記の方法で製造された容器1
は外表面を研削及び研磨処理を行い、又開口端側を面一
に研削してその部分に必要に応じてフランジ2を接合す
ることにより、図2に示すような反応容器1が形成出来
る。
【0025】そして前記反応容器1の気泡含有量を計測
してみると、加熱領域部1aについては直径10〜25
0μmの気泡が、20,000個/cm3〜40,00
0個/cm3有しており、波長2μmの光を透過させた
ところ、その透過率は30%より低く、10〜20%で
あった。尚、非加熱領域1bついては加熱領域部1aよ
り多い直径10〜250μmの気泡が、40,000個
/cm3〜50,000個/cm3存在し、その波長2
μmの光の透過率は10%以下であった。
してみると、加熱領域部1aについては直径10〜25
0μmの気泡が、20,000個/cm3〜40,00
0個/cm3有しており、波長2μmの光を透過させた
ところ、その透過率は30%より低く、10〜20%で
あった。尚、非加熱領域1bついては加熱領域部1aよ
り多い直径10〜250μmの気泡が、40,000個
/cm3〜50,000個/cm3存在し、その波長2
μmの光の透過率は10%以下であった。
【0026】図6は、図5に示すのぞき窓付き反応容器
を製造する方法を示したもので、前述した製造方法の中
で、石英粉体層を形成する際、所望する位置に透明石英
ガラス体を石英粉体層中に挿填しておく。それを、前述
の様に熱源17により、加熱溶融し所定形状ののぞき窓
付き反応容器を得る。
を製造する方法を示したもので、前述した製造方法の中
で、石英粉体層を形成する際、所望する位置に透明石英
ガラス体を石英粉体層中に挿填しておく。それを、前述
の様に熱源17により、加熱溶融し所定形状ののぞき窓
付き反応容器を得る。
【0027】そして前記反応容器20の非透明部位の気
泡含有量を計測してみると、直径10〜250μmの気
泡が、40,000個/cm3〜50,000個/cm
3有していた。
泡含有量を計測してみると、直径10〜250μmの気
泡が、40,000個/cm3〜50,000個/cm
3有していた。
【0028】尚、前記窓部20aを除く部位に波長2μ
mの光の透過率を測定したところ、その透過率は30%
より大幅に低く、10%〜5%であった。
mの光の透過率を測定したところ、その透過率は30%
より大幅に低く、10%〜5%であった。
【0029】図1は図2に示す反応容器1を用いて形成
された枚葉式CVD装置で、支持台3上に、前記円筒ド
ーム状の石英ガラス製反応容器1が設置されている。前
記反応容器1の下端開口外縁にはフランジ2が囲繞接合
され、該フランジ2の支持台3と対面する部位にはOリ
ング4が介装されており、反応容器1と支持台3との間
の気密封止を図る。又フランジ2は支持台3外周より更
に外方に張り出しており、該張り出し部にリフタ5を係
止しながら発熱ランプを有する後述する外部ヒータ30
とともに反応容器1を上昇させ、これによりウエーハ6
が反応容器1外に開放され、容易に交換することが出来
るように構成している。反応容器外周囲には外部ヒータ
30が囲繞配置されており、反応容器内のウエーハ配置
空間ほぼ全域が加熱されるように囲繞配置する。
された枚葉式CVD装置で、支持台3上に、前記円筒ド
ーム状の石英ガラス製反応容器1が設置されている。前
記反応容器1の下端開口外縁にはフランジ2が囲繞接合
され、該フランジ2の支持台3と対面する部位にはOリ
ング4が介装されており、反応容器1と支持台3との間
の気密封止を図る。又フランジ2は支持台3外周より更
に外方に張り出しており、該張り出し部にリフタ5を係
止しながら発熱ランプを有する後述する外部ヒータ30
とともに反応容器1を上昇させ、これによりウエーハ6
が反応容器1外に開放され、容易に交換することが出来
るように構成している。反応容器外周囲には外部ヒータ
30が囲繞配置されており、反応容器内のウエーハ配置
空間ほぼ全域が加熱されるように囲繞配置する。
【0030】支持台3上には、ウエーハ6を設置するた
めのグラファイト若しくは石英ガラス製のサセプタ7、
ガス導入管8及び排気口に連結する排気管9が設けられ
ている。サセプタ7にはウエーハ6裏面を加熱させる内
部ヒータ30aが内蔵されている。この結果ウエーハ6
は反応容器1の透明容器外よりの外部ヒータの加熱とと
もに、前記内部ヒータよりウエーハ6裏面よりも加熱さ
れ、この結果、ウエーハ6は表裏両面よりも加熱される
ため、成膜温度に達するまでの時間が短縮される。
めのグラファイト若しくは石英ガラス製のサセプタ7、
ガス導入管8及び排気口に連結する排気管9が設けられ
ている。サセプタ7にはウエーハ6裏面を加熱させる内
部ヒータ30aが内蔵されている。この結果ウエーハ6
は反応容器1の透明容器外よりの外部ヒータの加熱とと
もに、前記内部ヒータよりウエーハ6裏面よりも加熱さ
れ、この結果、ウエーハ6は表裏両面よりも加熱される
ため、成膜温度に達するまでの時間が短縮される。
【0031】又前記内部ヒータ30aは容器1内にある
もウエーハ6の下方位置であり、而も内部ヒータ30a
はサセプタ7により包囲されているために、内部ヒータ
30aよりのパーティクルがウエーハ6表面に付着する
恐れは全くない。
もウエーハ6の下方位置であり、而も内部ヒータ30a
はサセプタ7により包囲されているために、内部ヒータ
30aよりのパーティクルがウエーハ6表面に付着する
恐れは全くない。
【0032】ガス導入管8は先端ノズル8aをウエーハ
6上に垂設した後、ノズル8aを僅かに下向きに設定し
てウエーハ6上全域にガスが流れるように構成する。こ
の場合ノズルの傾斜角度は0から45°好ましくは15
〜30°程度に設定するのがよい。
6上に垂設した後、ノズル8aを僅かに下向きに設定し
てウエーハ6上全域にガスが流れるように構成する。こ
の場合ノズルの傾斜角度は0から45°好ましくは15
〜30°程度に設定するのがよい。
【0033】かかる装置によりCVD膜を成膜する場
合、先ず図1の状態で外部ヒータ30と内部ヒータ30
aの両面よりウエーハ6を所定温度に加熱した後、ガス
導入管8のノズル8aより反応ガスを流しながら、CV
D処理を行うことにより、成膜反応が行われる。そして
成膜反応終了後、リフタ5を上昇させることにより、反
応容器1が上昇し、この結果ウエーハ6が反応容器1外
に開放され、容易に交換することが出来る。前記処理動
作を簡単且つ容易に繰り返し行う事が出来る。
合、先ず図1の状態で外部ヒータ30と内部ヒータ30
aの両面よりウエーハ6を所定温度に加熱した後、ガス
導入管8のノズル8aより反応ガスを流しながら、CV
D処理を行うことにより、成膜反応が行われる。そして
成膜反応終了後、リフタ5を上昇させることにより、反
応容器1が上昇し、この結果ウエーハ6が反応容器1外
に開放され、容易に交換することが出来る。前記処理動
作を簡単且つ容易に繰り返し行う事が出来る。
【0034】図4は図5に示す反応容器20を用いて形
成された発熱体内挿式の枚葉式CVD装置である。前記
実施例との差異を中心に説明するに、支持台3中心に
は、回転可能に構成されたサセプタ7及びヒーター30
aが垂設されて、支持台3の下部に設置された回転装置
3a及び加熱用電源30bにより操作される。又、支持
台3には、反応ガス導入管8及び排気口に連結する排気
管9が設置され、一定圧力に制御される。支持台3の上
には、気密性保持用のOリング4を介して、本件の石英
ガラス製反応容器20が設置され、場合によっては、そ
の外装部に保温、遮光用のチャンバ40を設置すること
もある。反応容器20は、そのフランジ部2と、リフタ
ー5で接しており、リフター5により支持台3から離脱
され、ウエーハ6を取り出すことを可能としている。
又、反応容器20の上部から、容器内部を観察可能とす
るため、のぞき窓用透明部20aを作成している。この
様に発熱体内挿式装置は、ウエーハ6とヒーター30a
との距離を短くすることが可能となり、予熱温度から反
応温度、例えば1,100℃、に加熱するに要する時間
は短くて済み、生産性の向上をもたらす。本件の溶接部
のない一体型の石英ガラス製反応容器は、この様な条件
下に最適である。
成された発熱体内挿式の枚葉式CVD装置である。前記
実施例との差異を中心に説明するに、支持台3中心に
は、回転可能に構成されたサセプタ7及びヒーター30
aが垂設されて、支持台3の下部に設置された回転装置
3a及び加熱用電源30bにより操作される。又、支持
台3には、反応ガス導入管8及び排気口に連結する排気
管9が設置され、一定圧力に制御される。支持台3の上
には、気密性保持用のOリング4を介して、本件の石英
ガラス製反応容器20が設置され、場合によっては、そ
の外装部に保温、遮光用のチャンバ40を設置すること
もある。反応容器20は、そのフランジ部2と、リフタ
ー5で接しており、リフター5により支持台3から離脱
され、ウエーハ6を取り出すことを可能としている。
又、反応容器20の上部から、容器内部を観察可能とす
るため、のぞき窓用透明部20aを作成している。この
様に発熱体内挿式装置は、ウエーハ6とヒーター30a
との距離を短くすることが可能となり、予熱温度から反
応温度、例えば1,100℃、に加熱するに要する時間
は短くて済み、生産性の向上をもたらす。本件の溶接部
のない一体型の石英ガラス製反応容器は、この様な条件
下に最適である。
【0035】又前記いずれの実施例も配管は全て支持台
3下面に取り付けられているために、言い換えれば反応
容器1側には流体機器が一切取り付けられていないため
に、容易に発熱体31とともに反応容器1を上昇させる
事が可能となり、これによりウエーハ6交換やメインテ
ナンスの容易化等作業性が向上するとともに、設備の簡
素化が図れる。
3下面に取り付けられているために、言い換えれば反応
容器1側には流体機器が一切取り付けられていないため
に、容易に発熱体31とともに反応容器1を上昇させる
事が可能となり、これによりウエーハ6交換やメインテ
ナンスの容易化等作業性が向上するとともに、設備の簡
素化が図れる。
【0036】
【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、ウェ
ーハの大口径化に対応させて溶接部を形成する事なく反
応容器を容易に大型化し得るとともに、充分なる機械的
強度、特には熱的衝撃に対して充分な強度を得る事が出
来、これにより、最近の半導体ウエーハの処理工程で8
〜12”と大型化した場合でも前記対熱的衝撃強度の低
下もなく、高速加熱、高速冷却が可能であり、安全性及
び生産性が増大する。又、石英ガラス反応容器は加熱域
を非透明化しているために、ウエーハの加熱に不要な範
囲まで加熱する事なく容器内の保温性と均熱性が向上す
るとともに、又ウエーハの加熱に不要な範囲まで熱伝播
する事なく、結果として不必要な反応や周辺設備や封止
部への熱による悪影響を完全に阻止出来る。而も容器加
熱域とある程度近づけた位置に封止部を構成しても、封
止部の熱劣化が生じる事なく、結果として容器の小形化
と偏平化が可能であり、熱効率及び均熱性の向上につな
がる。更に本発明によれば、ウエーハの交換等の作業性
の向上と操作の容易化を図る事が出来る等の種々の著効
を有す。
ーハの大口径化に対応させて溶接部を形成する事なく反
応容器を容易に大型化し得るとともに、充分なる機械的
強度、特には熱的衝撃に対して充分な強度を得る事が出
来、これにより、最近の半導体ウエーハの処理工程で8
〜12”と大型化した場合でも前記対熱的衝撃強度の低
下もなく、高速加熱、高速冷却が可能であり、安全性及
び生産性が増大する。又、石英ガラス反応容器は加熱域
を非透明化しているために、ウエーハの加熱に不要な範
囲まで加熱する事なく容器内の保温性と均熱性が向上す
るとともに、又ウエーハの加熱に不要な範囲まで熱伝播
する事なく、結果として不必要な反応や周辺設備や封止
部への熱による悪影響を完全に阻止出来る。而も容器加
熱域とある程度近づけた位置に封止部を構成しても、封
止部の熱劣化が生じる事なく、結果として容器の小形化
と偏平化が可能であり、熱効率及び均熱性の向上につな
がる。更に本発明によれば、ウエーハの交換等の作業性
の向上と操作の容易化を図る事が出来る等の種々の著効
を有す。
【図1】図2の反応容器を用いた本発明の第1実施例に
係る発熱体外装式の枚葉式熱処理装置を示す。
係る発熱体外装式の枚葉式熱処理装置を示す。
【図2】図1の装置に用いる反応容器の断面形状を示
す。
す。
【図3】図2の反応容器の製造装置を示す。
【図4】図5の反応容器を用いた本発明の第1実施例に
係る発熱体外装式の枚葉式熱処理装置を示す。
係る発熱体外装式の枚葉式熱処理装置を示す。
【図5】図4の装置に用いる反応容器の断面形状を示
す。
す。
【図6】図5の反応容器の製造装置を示す。
【図7】従来技術に係る枚葉式熱処理装置を示す。
【図8】従来技術に係る他の枚葉式熱処理装置を示す。
1、20 熱処理用反応容器 2 フランジ 3 支持台 4 Oリング 5 リフタ 7 サセプタ 8 ガス導入管 9 排気口 10 回転容器 18 石英粉体充填体 30、31、30a 発熱体
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−202022(JP,A) 特開 平8−143329(JP,A) 特開 昭59−50096(JP,A) 特開 昭58−148427(JP,A) 特開 昭57−50423(JP,A) 実開 昭62−204323(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/22 C03C 3/06 C03C 11/00 H01L 21/205
Claims (3)
- 【請求項1】 反応容器外若しくは反応容器内に発熱体
を配し、該発熱体よりの熱を利用して容器内の所定位置
に配設したウエーハを加熱処理可能に構成した枚葉式ウ
エーハ熱処理装置において、前記反応容器が、略半球状、略ドーム状、若しくは略円
筒体状であり、該反応容器の下端開口外縁にフランジ部
が接合形成された反応容器と、 ガス導入通路及び排出口を設けるとともに、前記反応容
器の前記下端開口が封止部を介して載置され前記反応容
器とともにウエーハ設置空間を形成する支持台と、 前記フランジ部を介して前記反応容器を前記支持台から
接離可能な開閉手段とを備え、 前記反応容器が、該容器の少なくとも被加熱領域に溶接
加工部が存在しない一体物の石英ガラス体で形成すると
ともに、該被加熱領域のほぼ全域に気泡を含有させて、
波長2μmの光の透過率が30%〜1%の範囲の非透明
(半透明及び不透明)な石英ガラス部位を形成した事を
特徴とする枚葉式ウエーハ熱処理装置。 - 【請求項2】 反応容器内外に発熱体を配し、該発熱体
よりの熱を利用して容器内の所定位置に配設したウエー
ハを加熱処理可能に構成した枚葉式ウエーハ熱処理装置
において、前記反応容器が、略半球状、略ドーム状、若しくは略円
筒体状であり、該反応容器の下端開口外縁にフランジ部
が接合形成された反応容器と、 ガス導入通路及び排出口を設けるとともに、前記反応容
器の前記下端開口が封止部を介して載置され前記反応容
器とともにウエーハ設置空間を形成する支持台と、 前記フランジ部を介して前記反応容器を前記支持台から
接離可能な開閉手段とを備え、 前記反応容器が、該容器の少なくとも被加熱領域に溶接
加工部が存在しない一体物の石英ガラス体で形成すると
ともに、該被加熱領域のほぼ全域に気泡を含有させて、
波長2μmの光の透過率が30%〜1%の範囲の非透明
(半透明及び不透明)な石英ガラス部位を形成した事を
特徴とする枚葉式ウエーハ熱処理装置。 - 【請求項3】 前記容器の一部に、他の領域と一体物で
ある透明窓部を形成した事を特徴とする請求項1または
2記載の枚葉式ウエーハ熱処理装置。
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