JP2000306856A

JP2000306856A - 半導体製造装置

Info

Publication number: JP2000306856A
Application number: JP11117507A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Kiyota; 幸弘清田; Nobuyuki Niimi; 信幸新見; Shin Murakami; 伸村上
Original assignee: SE TECHNO SERVICE KK; Hitachi Ltd
Current assignee: SE TECHNO SERVICE KK; Hitachi Ltd
Priority date: 1999-04-26
Filing date: 1999-04-26
Publication date: 2000-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハを使用する半導体製造用チャンバの機械
的強度を確保し、かつ、多種類のガス種に対して常圧付
近の圧力制御を容易の行う装置を得る。【解決手段】内部に半導体ウエハ（１）を設置する金属
性チャンバ（９）と、ウエハ（９）を加熱するランプ熱
源（３）の輻射熱をウエハに照射するためのチャンバ開
口部に設置された石英から成る窓（４）と、石英窓
（４）を通してランプ照射する共に、石英又はシリコン
カーバイド等から成るインナーチャンバ（５）を設置
し、金属製チャンバ内壁が直接ランプによって照射され
ない構造とする。【効果】石英部品が小さくできるので機械的強度不足の
問題を無くし、金属製チャンバ内壁からの汚染を防止で
きる。さらに、複数の排気配管を設けることで多種類の
ガス種に対して広範囲の圧力制御ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造装置、更
に詳しくいえば、例えば２００ｍｍ以上の大口径半導体
ウエハに化学的気相堆、不純物拡散、アニール等の処理
を行い大型集積回路等を製造するための半導体製造装
置、特にの加熱部の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造において、ウエハを処理する
化学的気相堆積処理、不純物拡散処理置、アニール処理
等では、ウエハが内部に載置されたチャンバ内の圧力、
温度が所定の値に制御された加熱装置をもつ半導体製造
装置を必要とする。この種の半導体製造装置として、図
８に示すような、全て石英で作成されたランプ加熱用チ
ャンバを使用した装置が知られている。これは熱源とし
て上部に配置されたランプ４４を用いた場合、チャンバ
自体も加熱されてしまうため、半導体ウエハを設置する
部分に金属製チャンバを使用することが困難であるため
である。従って、従来の加熱装置は、反応チャンバを石
英によって製作し、その両端にガス供給部、排気部を備
えた金属チャンバをＯリングシールによって接続する加
熱装置が使用されている。図８においてはシール面４０
にＯリングを設置することで真空シールを行う構造にな
っている。ランプの熱からＯリングを保護するため、シ
ール面４０付近は石英を不透明化させてある。また、石
英の機械的強度を増すためにリブ４１を複数個取り付
け、真空排気に対応できるような構造となっている。

【０００３】上流側の開口部４２はガス導入口を具備し
たステンレスチャンバ及びゲートバルブ等に接続され、
ウエハの搬送に用いられる。また、下流側の開口部４３
は排気系統に接続される。上記石英で作成されたランプ
加熱用チャンバを使用した装置に関しては米国特許USP-
4920918号、USP-5194401号に記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の加熱装置では、
半導体ウエハの大口径化にともない石英チャンバも大型
化しているため、機械的強度の確保が困難である上に、
取り付け作業も困難であるので破損事故を起こしやす
い。また、各種の化学的気相堆積処理ができるように多
種類のキャリアガスに対して広範囲の圧力制御を行うこ
とが必要であるが、排気配管が一系統の従来装置では、
各種の化学的気相堆積処理が困難である。

【０００５】従って、本発明の目的は、大口径のウエハ
を用いて半導体集積回路を製造するのに適した、機械的
強度が維持される加熱装置をもつ半導体製造装置を実現
することである。本発明の他の目的は、上記目的を達成
すると共に、多種類のキャリアガスに対して広範囲の圧
力制御が容易にできる半導体製造装置を実現することで
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による半導体製造装置では、内部に半導体ウ
エハを設置する金属製チャンバと、そのチャンバの外部
に配置され、上記ウエハを加熱すべきランプヒータと、
上記ランプヒータの輻射熱をウエハに照射するためのチ
ャンバ開口部に設けられた石英等の熱透過窓をもつ加熱
装置を有する半導体製造装置において、上記金属製チャ
ンバ内部に石英、シリコン又はシリコンカーバイド等の
熱不透過の材質から成るインナーチャンバを配置し、上
記金属製チャンバ内壁が直接/ランプによって照射され
ない構造とした。

【０００７】また、好ましい実施形態においては、上記
半導体製造プロセスにおける上記チャンバ内の圧力が排
気手段に設けた真空ポンプと圧力調整バルブによって制
御され、そのチャンバ内の圧力を制御する際に、チャン
バ内に流入するキャリアガスの種類によって異なる排気
を行う排気手段を付加して構成した。

【０００８】また、本発明の好ましい実施形態では、上
記排気を行う手段を半導体製造プロセスで用いるキャリ
アガスによって異なる複数種の排気配管を設けて構成す
る。

【０００９】本発明では、同じ内容積をもつチャンバを
構成する場合、全て石英で構成する装置に比較し、石英
部品の小型化、機械的強度の向上を図ることができ、取
り付け作業も容易になる。石英あるいはＳｉＣ等の熱不
透過材質からなるインナーチャンバを設けることによ
り、ステンレスチャンバ内壁から生じる半導体ウエハに
対する汚染を無くした。インナーチャンバを設置するこ
とにより、発塵が増加することが懸念される場合は石英
スペーサ等を用いてインナーチャンバがステンレスチャ
ンバに直接接触しないようにすればよい。

【００１０】さらに、半導体製造プロセスで用いるキャ
リアガスによって異なる複数種の排気配管を用いること
で、多種類のキャリアガスに対して広範囲（1ミリトー
ルから７６０トール）で圧力制御ができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】＜実施形態１＞図１は本発明によ
る半導体製造装置の第一の実施形態を示す断面図であ
る。本実施形態の装置は、窒素や水素等のキャリアガス
と、反応ガスを同時にチャンバ内に流し、圧力を１ミリ
トールから常圧(７６０トール)までの範囲で制御して半
導体ウエハを加熱することにより、薄膜を堆積したり不
純物拡散層を形成する装置である。ここで反応ガスと
は、ＳｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆、ＧｅＨ₄、Ｂ₂Ｈ₆、ＰＨ₃、Ｓ
ｉＨ₂Ｃl₂、ＨＣｌ、ＣｌＦ₃等である。

【００１２】内部に半導体ウエハ１を設置する金属（ス
テンレス）製チャンバ２と、ウエハ１を加熱すべき加熱
用ヒータであるハロゲンランプ３と、ハロゲンランプ３
の輻射熱を半導体ウエハ１に照射するため、チャンバ開
口部に設置された石英等の熱透過材質からなる窓４、石
英、シリコン又はシリコンカーバイド等から成リ、ステ
ンレスチャンバ２の内壁を覆うようにインナーチャンバ
５を設ける。金属製チャンバ２の内壁が直接ランプによ
って照射されないように窓４の形状、ランプ３の配置を
設定する。半導体製造プロセス中におけるチャンバ２内
の圧力が１ミリトールから７６０トールであり、その圧
力が真空ポンプと圧力調整バルブ（図に示されていな
い）によって制御され、インナチャンバ５の内圧力を制
御する際に、チャンバ２内に流入するキャリアガスの種
類によって異なる排気圧力の排気配管を用いて排気す
る。

【００１３】半導体ウエハ１はグラファイト等からなる
サセプタ６の上に載置される。サセプタ６の裏面には石
英カバー付き熱電対７を設置して温度をモニターしても
よく、また、ステンレスチャンバ２は水冷ジャケット８
を設けて冷却してもよい。

【００１４】本実施形態によればランプ３によってステ
ンレスチャンバ２の内壁が輻射熱によって直接加熱され
ることがないので、内壁からの金属汚染をなくすことが
できる。また、石英窓４はウエハ１の大きさとほぼ同程
度に形成できるので、十分な強度を得ることができる。
石英窓を中央部を凸面上にすると強度向及び熱輻射の集
中に有効である。

【００１５】＜実施形態２＞図２は本発明による半導体
製造装置の第二の実施形態を示す断面図である。本実施
形態の装置は、図１の加熱装置に圧力調整バルブ１０、
メカニカルブースターポンプ１１やドライポンプ１２を
順次管を介して接続して構成している。図１と同じ構成
要素については同じ番号を付加し説明を省く。インナー
チャンバ５を備えた反応チャンバ９の排気は、圧力調整
バルブ１０を介してメカニカルブースターポンプ１１や
ドライポンプ１２によって排気される。ここでメカニカ
ルブースターポンプ１１は省いてもよく、ドライポンプ
１２はロータリーポンプで代替えしてもよい。真空ゲー
ジ１３の測定値によって圧力調整バルブ１０を開閉する
ことで、Ｎ₂キャリアガスを用いた場合は１ミリトール
から７６０トールの間で圧力を制御することができる。

【００１６】＜実施形態３＞図３は本発明による半導体
製造装置の第三の実施形態を示す断面図である。本実施
形態の装置は、キャリアガスの種類によって口径が異な
る複数の排気配管を並列に設けている。すなわち、第一
のキャリアガスはバルブ１６を介して第一の排気配管１
５から、第二のキャリアガスはバルブ１８を介して第二
の排気配管１７から、第三のキャリアガスはバルブ２０
を介して第三の排気配管１９から排気される。排気配管
１５、１７及び１９は内径を変えることでコンダクタン
スを変化させてある。例えば、水素のように質量が軽い
気体に対しては、コンダクタンスの小さい排気配管を用
いることで常圧付近の圧力制御が可能となった。また窒
素のように質量が重い気体に対しては、コンダクタンス
の大きい排気配管を用いることで常圧付近の圧力制御が
行われる。

【００１７】図４は、上記実施形態３で、水素流量とチ
ャンバ圧力の関係を測定した特性図である。ここで、水
素の排気速度は速いため、たとえば図３の排気配管１５
のようなコンダクタンスの小さい配管を用いている。本
実施例においては７６０トールの制御が可能なのは水素
を１Ｌ／ｍｉｎ以上流した場合であるが、この値はポン
プ排気能力を変えることでさらに低流量まで制御でき
る。

【００１８】＜実施形態４＞図５は本発明による半導体
製造装置の第四の実施形態を示す断面図である。本実施
形態の装置は、反応チャンバ９は二種類以上のガス導入
口、すなわち、インナーチャンバ５の中にガスを導入す
る第一の導入口２１と、インナチャンバ５の外側にガス
を導入する第二の導入口２２を備えている。第一の導入
口２１には、第一のマスフローコントローラ２３と第二
のマスフローコントローラ２４を介して流入した反応ガ
スとキャリアガスの混合ガスが導入される。また、第２
の導入口２２には第三のマスフローコントローラ２５を
介してキャリアガスのみが導入される。このような構造
をとることによってインナチャンバ５の外側に流れ込ん
だ反応ガスを、滞留させることなく早急に排気する。

【００１９】＜実施形態５＞図６は本発明による半導体
製造装置の第五の実施形態を示す断面図である。本実施
形態の装置は、シリコンカーバイド等からなるインナー
チャンバ用治具３０、３１及び３２は、それぞれ石英等
から成るスペーサ３３、３４、３５の上に設置されてお
り、ステンレスチャンバ２とは直接的には接触していな
い。本実施形態により、治具３０、３１及び３２からな
るインナーチャンバの金属汚染が防止され、ひいては半
導体ウエハ１への汚染の転写及び発塵も防止することが
できる。

【００２０】＜実施形態６＞図７は本発明による半導体
製造装置の第六の実施形態を示す断面図である。本実施
形態の装置は、ロードロック室３６、搬送ロボット室３
７、化学的気相堆積チャンバ３８及び不純物拡散チャン
バ３９をクラスター化した半導体製造装置である。本発
明のようにステンレス製チャンバを用いることで、ウエ
ハ搬送用のゲートバルブ４５、４６をチャンバのいずれ
の位置にでも取り付けることができる。例えば図７では
ガスの流れと垂直方向にウエハを搬送するようにゲート
バルブを設置し、装置全体のレイアウトを縮小すること
ができた。従来例のような石英チャンバでは石英の加工
が困難であるため、ガスの流れ方向とウエハ搬送方向は
必然的に同じ方向となり、装置レイアウトの縮少は困難
であった。

【００２１】

【発明の効果】インナーチャンバを具備した金属製チャ
ンバに石英窓を取り付けることにより、石英部品を極力
小さくし、機械的強度を上げることができるため、破損
の問題を少なくなる。また、石英部品取り付け作業が容
易になる。キャリアガスに応じて排気配管を選択するこ
とで他種類のガスに対して広範囲の圧力制御ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体製造装置の第一の実施形態
をを示す断面図。

【図２】本発明による半導体製造装置の第二の実施形態
をを示す断面図。

【図３】本発明による半導体製造装置の第三の実施形態
をを示す断面図。

【図４】本発明による半導体製造装置の水素排気特性
図。

【図５】本発明による半導体製造装置の第四の実施形態
を示す断面図。

【図６】本発明による半導体製造装置の第五の実施形態
を示す断面図。

【図７】本発明による半導体製造装置の第六の実施形態
を示す断面図。

【図８】従来例の半導体製造装置に使用した半導体製造
チャンバの斜視図。

【符号の説明】

１・・半導体ウエハ、２・・ステンレスチャンバ、３・
・加熱ランプ、４・・石英窓、５・・インナーチャン
バ、６・・サセプタ、７・・熱電対、８・・水冷ジャケ
ット、９・・反応チャンバ、１０・・圧力制御バルブ、
１１・・メカニカルブースターポンプ、１２・・ドライ
ポンプ、１３・・圧力計、１５・・第一の排気配管、１
６・・第一のバルブ、１７・・第二の排気配管、１８・
・第二のバルブ、１９・・第三の排気配管、２０・・第
三のバルブ、２１・・第一のガス導入口、２２・・第二
のガス導入口、２３・・第一のマスフローコントロー
ラ、２４・・第二のマスフローコントローラ、２５・・
第三のマスフローコントローラ、３０・・第一のインナ
ーチャンバ用治具、３１・・第二のインナーチャンバ用
治具、３２・・第三のインナーチャンバ用治具、３３・
・第一のスペーサ、３４・・第二のスペーサ、３５・・
第三のスペーサ、４０・・シール面、４１・・リブ、４
２・・上流側開口部、４３・・下流側開口部。

フロントページの続き (72)発明者新見信幸東京都町田市忠生１−14−８有限会社エス・イー・テクノサービス内 (72)発明者村上伸東京都町田市忠生１−14−８有限会社エス・イー・テクノサービス内Ｆターム(参考） 5F045 AC01 AC02 AC05 AC13 BB14 DP02 DQ10 DQ17 EB08 EC02 EC03 EC05 EC07 EE01 EF20 EG01 EG02 EG03 EG05 EJ04 EJ09 EK12 EN04 HA24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に半導体ウエハを設置するチャンバ
と、上記チャンバの外部にあって上記半導体ウエハを加
熱するランプヒータと、上記ランプヒータの輻射熱を上
記ウエハに照射するための熱透過窓を上記チャンバの開
口部に設置された加熱装置をもつ半導体製造装置であっ
て、上記チャンバが金属製チャンバと、上記金属製チャ
ンバ内部に熱不透過性の材料で構成されたインナーチャ
ンバとからなり、上記熱透過窓は上記ランプヒータから
の輻射熱が直接上記インナーチャンバ内に入射され、か
つ、上記ランプヒータからの輻射熱が上記金属製チャン
バの内壁に直接入射されることを阻止するように構成さ
れた半導体製造装置。
【請求項２】熱不透過性の材料が、石英、シリコン又は
シリコンカーバイドのいずれかである請求項１記載の半
導体製造装置。
【請求項３】上記チャンバに上記インナチャンバの内圧
を調整する真空ポンプと圧力調整バルブにを含む排気手
段を付加した請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項４】上記排気手段は上記チャンバ内に流入する
キャリアガスの種類によって異なる排気を行うための複
数の排気管をもつ請求項３記載の半導体製造装置。
【請求項５】上記金属製チャンバと上記インナーチャン
バの間にはキャリアガスのみを流し、インナーチャンバ
の中にはキャリアガスと反応性ガスを共に流すようにガ
ス配管を具備した請求項１ないし４のいずれか１つに記
載の半導体製造装置。
【請求項６】上記インナーチャンバが上記金属製チャン
バ内壁に設置された熱絶縁体スペーサの上に設置され、
上記金属製チャンバと非接触に配設された請求項１ない
し５のいずれか１つに記載の半導体製造装置。
【請求項７】上記金属製チャンバが上記半導体ウエハ上
に薄膜を堆積させる処理、不純物を導入する処理、ある
いは不純物を活性化させる処理のいずれかを行う請求項
１ないし５のいずれか１つに記載の半導体製造装置。