JPH08176831A - 高速熱処理成膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、チャンバ内でサセプタ−上の処理
基板を加熱しながら、反応ガスを流して成膜する高速熱
処理成膜装置に於いて、赤外線ランプ加熱を使用せず
に、高速で基板を昇降温させることができる高速熱処理
成膜装置を提供することを目的とする。 【構成】この発明に於いては、サセプタ−を昇降温速度
の速い材質で形成し、サセプタ−の下方に、昇降温速度
の速い素線から形成した抵抗加熱ヒ−タを、上下動自在
に配設してなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体若しくはＬＣ
Ｄの生産に於いて、ランプ加熱を使用せずに、高速で基
板を昇降温させることができる高速熱処理成膜装置、特
に熱ＣＶＤ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種熱処理装置は、石英処理チ
ャンバ内の基板をサセプタ−を介して、回動自在の支持
具で支持し、処理チャンバの上方及び／または下方に配
置した赤外線ランプから、石英チャンバ−若しくは石英
窓を通して、基板を加熱し、熱処理するように構成され
ていた。

【０００３】この従来の装置は、赤外線ランプによる加
熱であるため、昇降温特性は優れている反面、処理基板
の放射率の変化などに起因して、温度検出法と温度制御
が非常に難しく、再現性も悪い欠点があった。そればか
りか、赤外線ランプの寿命はせいぜい数カ月程度であっ
たので、ランプの交換メンテナンスを、頻繁に行わなけ
ればならず、そのためランニングコストが高くなる問題
もあった。更に、上記ランプ加熱を使用し、反応ガスを
流して、基板に成膜すると、プロセスによっては、石英
チャンバに成膜され、その結果基板に到達する放射エネ
ルギ−が減少する問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、このよう
な従来の問題点を解決しようとするものであり、ランプ
加熱を使用せずに、高速で基板を昇降温させることがで
きる高速熱処理装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的に沿う本発明の
構成は、チャンバ内でサセプタ−上の処理基板を加熱し
ながら、反応ガスを流して成膜する高速熱処理成膜装置
に於いて、前記サセプタ−を昇降温速度の速い材質で形
成し、該サセプタ−の下方に、昇降温速度の速い素線か
ら形成した抵抗加熱ヒ−タを、上下動自在に配設してな
ることを特徴とする。

【０００６】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明のヒ−タユニットが上昇した状態
を示す断面図であり、図２は、ヒ−タユニットが下降し
た状態を示す断面図である。真空状態に維持し得るよう
に形成されたチャンバ２４内に、上端が閉じた円筒状に
形成されたサセプタ−２が内装され、該サセプタ−２の
上端に基板１が載置されている。尚、サセプタ−２の上
端は、通常のサセプタ−のように形成すれば良い。円筒
状のサセプタ−２の下端の開口部は、磁性流体シ−ル６
の円筒状回転軸７に固定されている。従って、サセプタ
−２は、円筒状回転軸７と共に回転し得るようになって
いる。円筒状回転軸７の回転は、回転軸７に巻着させた
タイミングベルト２８を、プ−リ１３を介して、モ−タ
１２により回転させることにより行っている。勿論、他
の手段で回転させても差し支えない。チャンバ２４下端
の開口部は、磁性流体シ−ル６に固定され、チャンバ２
４内を気密状態に維持し得るようになっている。

【０００７】円筒状のサセプタ−２内には、真空引き若
しくは不活性ガスでパ−ジした石英ケース３内に抵抗加
熱ヒ−タ４が密封収納され、石英ケース３からは、電源
線１４だけをケースから引き出すようになっている。抵
抗加熱ヒ−タ４は、リング状に形成され、径の異なるリ
ング状のヒ−タが同心円状に配設されている。抵抗加熱
ヒ−タ４は、渦巻状に形成しても良い。抵抗加熱ヒ−タ
４は、複数のゾ−ンに分割し、各ゾ−ンの出力を独立し
て制御し得るようになっている。上記実施例では、同心
円状に配設した径の異なるリング状のヒ−タを単位と
し、各単位を単独若しくは組み合わせて、制御し得るよ
うになっている。ヒ−タ４は、ステンレス、アルミ合
金、耐熱性セラミックス等の耐熱性材料から棒状に形成
された多数の電源の端子台３６の上面に固定されてい
る。

【０００８】抵抗加熱ヒ−タ４の下方に近接して、金メ
ッキした反射板若しくはモリブデン反射板５が配設され
ている。抵抗加熱ヒ−タ４からの放射エネルギ−は、こ
の反射板５によって、基板方向に集中させている。この
ように、石英ケース３にヒ−タ４等を内蔵したヒ−タユ
ニット３５は、その下端が、高速で上下動する円筒状の
昇降筒２６に固定され、高速で上下動し得るようになっ
ている。高速で上下動する円筒状の昇降筒２６は、高速
で上下動する板体２７に固定されている。高速で上下動
する板体２７の一端は、モ−タ１２′によって回転する
ボ−ルネジ２０に上下動自在に固定され、ＬＭガイドの
ようなリニア機構１９によって上下動するようになって
いる。

【０００９】ヒ−タユニット３５の上下動する可動部分
の下端下方には、ド−ナツ状断熱材１７が固定されてい
る。円筒状の昇降筒２６は、断熱材１７の中央の開口に
案内されて上下動するようになっている。昇降筒２６
は、断熱材１７に殆ど隙間なく嵌合しているので、外気
との熱の対流を防止し、熱が外部に逃げるのを防止して
いる。チャンバ２４には、ガス導入口９と排気口１０が
形成され、反応ガスは、矢印で示すように、導入口９か
ら導入され、排気口１０から排気されるようになってい
る。本発明では、サセプター２及び抵抗加熱ヒ−タの素
線３は、昇降温速度の速い材質から形成する必要があ
る。

【００１０】このようなサセプター２の材質としては、
例えば、カ−ボン上にＳｉＣをＣＶＤコ−テイングした
材質、ＳｉＣまたはＳｉＣ上にＳｉＣをＣＶＤコ−テイ
ングした材質を好適に使用することができる。また抵抗
加熱ヒ−タの素線３の材質としては、カ−ボン、カ−ボ
ン上にＳｉＣコ−テイングした材質、ＳｉＣ焼結体若し
くはＭｏＳｉ₂を好適に使用することができる。基板１
の温度検出は、サセプター２内へ熱電対を埋め込んで測
定した値から推測して求めることができる。基板の温度
制御は、この熱電対での測温値と、ヒ−タ３若しくはヒ
−タ近傍に配設した熱電対で測定した測定値とを使用し
て、ヒ−タの温度制御を行うことによって行うことがで
きる。

【００１１】図５及び図６は、サセプター２裏面に、多
数の小穴（凹部）２９を穿設し、この小孔２９に、熱電
対２５の先端を固定した例を示すものである。サセプタ
ー２は、チャンバ内を真空としても、変形しないような
強度とする必要があると共に、昇降温を速くするため、
熱容量をできるだけ小さくする必要があるが、このよう
に多数の小穴２９を穿設することによって、この要求に
適合させることができる。また温度検出は、図１に示す
ように、チャンバ上端に複数の開口部を形成し、その各
々の開口部に、窓材１６を取着し、該窓材１６の上方
に、近接して配設した放射温度計８によって、基板１の
温度を測定しても差し支えない。図１及び図４に示すよ
うに、チャンバ内に、一対のア−ム１５，１５′が上下
動且つ回動可能なロッド３０の下端に固定されている。
ロッド３０，３０′は、エアシリンダ−１１，１１′
（１１′は図示せず）によって、上下動且つ回動可能に
なっている。

【００１２】ロッド３０，３０′のチャンバ内の部分の
上端には、真空ベロ−ズ１８，１８′（１８′は図示せ
ず）が外嵌されている。従って、ロッド３０，３０′
は、真空中でも支障なく上下動且つ回動可能とすること
ができる。ア−ム１５，１５′の対向面には、基板持ち
上げア−ム２１，２１′が連結され、基板持ち上げア−
ム２１，２１′は、サセプタ−表面に形成したア−ム挿
入溝２２，２２′に挿入ガイドされ、基板１の下から基
板１を持ち上げることができるようになっている。上記
実施例では、ア−ム１５，１５′の一方には、２本の基
板持ち上げア−ム２１が連結され、サセプタ−には全て
の基板持ち上げア−ム２１，２１′の挿入溝２２，２
２′が形成されているので、図４に示すように、基板持
ち上げア−ム２１，２１′を基板１の下側に差し込んで
上昇させると、基板１は３本の基板持ち上げア−ムで支
持された状態となる。

【００１３】このようにして、基板１をサセプタ−２か
ら少し浮かせた状態で、基板通過口２３から差し込んだ
基板搬送ア−ム（図示せず）を、基板１の下に差し込ん
で、基板１をチャンバ２４外に搬出することができる。
図２は、ヒ−タ４を内蔵した石英ケース３を可動部分の
下端に下降させた状態を示す断面図である。通常は、こ
の位置で、サセプタ−２が比較的低温（３００〜５００
℃）の状態となるように温度コントロ−ルし、基板１が
サセプタ−２上に搬送されると、石英ケ−ス３が上昇す
ると同時に、ヒ−タの出力を上げ、基板１を高速（１０
℃／秒程度）で昇温させる。昇降温速度は、ランプ加熱
方式ほど速くはないが、通常の抵抗加熱ヒ−タで昇降温
させるよりもはるかに速く昇降温する。

【００１４】図３は、反応ガスの導入方法として、ガス
インジエクタ−を使用する場合の実施例を示す断面図で
ある。チャンバ２４上端の開口に、ガスインジエクタ−
３２のパイプ部３１を密嵌し、該パイプ部３１下端に連
設した中空円板状ガスデイスパ−ションヘッド３３の下
面に形成した多数の貫通孔から、基板１に反応ガスを噴
出させている。基板１上を通過した反応ガスは、図３の
矢印で示すように、チャンバ下部に形成された排気口１
０，１０′から排出される。この実施例では、ガスデイ
スパ−ションヘッド３３は固定されているが、サセプタ
−２は、回転しているので、成膜均一性に優れた基板が
得られる。

【００１５】図７は、実際の処理に於ける温度と動作シ
−ケンスの一例を示すグラフである。まず、チャンバ２
４内内を真空引きした状態に維持して、ヒ−タ−ユニッ
ト３５を図２の位置にしておき、サセプタ−２のアシス
ト温度を４５０℃とする。ついで、チャンバ２４内に基
板１を搬入し、サセプタ−２上に載置すると同時に、ヒ
−タの出力を上げ、ヒ−タ−ユニット３５を上昇させ図
１の状態とする。基板温度が上がった状態で、反応ガス
をガス導入口９から導入し、ガス排気口１０から排出さ
せて処理を行う。処理後、ヒ−タの出力を落としながら
ヒ−タ−ユニット３５を下降させ、図２の状態とする。
基板温度が下がった状態で、基板１を自動的にチャンバ
２４外に搬送する。図７に示すように、昇降温速度が速
く、成膜時の温度が安定しているので、１プロセスを５
分以内で終了することができ、ランプ加熱方式に匹敵す
る生産性を挙げることができる。

【００１６】

【作用】本発明によれば、抵抗加熱ヒ−タを使用するも
のであるので、ランプ加熱に伴うランプの交換メンテナ
ンスを頻繁に行わなければならないとか、温度検出法と
温度制御が困難であるとかの問題が解消される。また、
本発明によれば、サセプタ−の下方に、抵抗加熱ヒ−タ
を上下動し得るように配設し、サセプタ−とヒ−タと
を、昇降温速度の速い材質で形成しているので、従来の
抵抗加熱ヒ−タを使用した場合と比べて、遥かに速い昇
降温速度とすることができ、赤外線ランプを使用した場
合に近い生産性が得られる。

【００１７】

【効果】以上述べたごとく、本発明によれば、ランプ交
換メンテナンスを頻繁に行わなければならないとか、温
度検出法と温度制御が困難であるとかのランプ加熱に伴
う問題点が解消されると共に、従来の抵抗加熱ヒ−タを
使用した場合と比べて、著しく速い昇降温速度とするこ
とができ、赤外線ランプを使用した場合に近い生産性を
達成することができる等、この種従来の熱処理成膜装置
には全く見られない著しく顕著な効果を奏する。

【００１８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す縦断面図である。

【図２】ヒ−タユニットを下降させた状態の本発明の実
施例を示す縦断面図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す縦断面図である。

【図４】図１のＡ−Ａ′断面矢視図である。

【図５】本発明に使用するサセプタ−の縦断面図であ
る。

【図６】図５のＢ−Ｂ′矢視図である。

【図７】実際の処理に於ける温度と動作シ−ケンスとの
関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 被処理基板 ２ サセプタ− ３ 石英ケース ４ 抵抗加熱ヒ−タ ５ 反射板 １７ 断熱材 ２６ 高速で上下動するシリンダ− ３２ ガスインジエクタ− ３５ ヒ−タユニット

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】チャンバ内でサセプタ−上の処理基板を加
   熱しながら、反応ガスを流して成膜する高速熱処理成膜
   装置に於いて、前記サセプタ−を昇降温速度の速い材質
   で形成し、該サセプタ−の下方に、昇降温速度の速い素
   線から形成した抵抗加熱ヒ−タを、上下動自在に配設し
   てなる高速熱処理成膜装置。
2. 【請求項２】前記昇降温速度の速い材質が、カ−ボン上
   にＳｉＣをＣＶＤコ−テイングした材質、ＳｉＣまたは
   ＳｉＣ上にＳｉＣをＣＶＤコ−テイングした材質である
   請求項１に記載の高速熱処理成膜装置。
3. 【請求項３】前記昇降温速度の速い素線が、カ−ボン、
   カ−ボン上にＳｉＣコ−テイングした材質、ＳｉＣ焼結
   体若しくはＭｏＳｉ₂である請求項１に記載の高速熱処
   理成膜装置。
4. 【請求項４】前記サセプタ−を、上端が閉じた円筒状に
   形成し、該上端に処理基板を載置し得るように構成して
   なる請求項１に記載の高速熱処理成膜装置。
5. 【請求項５】前記サセプタ−の下端を、磁性流体シ−ル
   の円筒状回転軸に固定し、該回転軸と一緒にサセプタ−
   を回転し得るように構成してなる請求項４に記載の高速
   熱処理成膜装置。
6. 【請求項６】前記抵抗加熱ヒ−タは、リング状のヒ−タ
   素線を、同心円状若しくは渦巻状に配設することにより
   構成してなる請求項１に記載の高速熱処理成膜装置。
7. 【請求項７】前記ヒ−タ素線の下方に、放射エネルギ−
   を上方へ集中させるための金メッキした反射板若しくは
   モリブデン反射板を配設してなる請求項１に記載の高速
   熱処理成膜装置。
8. 【請求項８】前記抵抗加熱ヒ−タを複数のゾ−ンに分割
   し、各ゾ−ンの出力を独立して制御し得るように構成し
   てなる請求項７に記載の高速熱処理成膜装置。
9. 【請求項９】前記ヒ−タ及び反射板を、石英ケース中に
   密封収納してなる請求項７に記載の高速熱処理成膜装
   置。
10. 【請求項１０】前記ヒ−タと前記サセプタ−との距離を
    調整するため、前記ヒ−タに、上下に高速で移動させる
    手段を設けてなる請求項１に記載の高速熱処理成膜装
    置。
11. 【請求項１１】前記サセプタ−裏面の複数箇所に、熱電
    対を埋設してなる請求項４に記載の高速熱処理成膜装
    置。
12. 【請求項１２】前記ヒ−タの上下動する下端の下方に、
    断熱材を配設してなる請求項１に記載の高速熱処理成膜
    装置。
13. 【請求項１３】前記サセプタ−裏面に凹部を形成し、該
    凹部に熱電対の先端を埋設してなる請求項１１に記載の
    高速熱処理成膜装置。