JP2002299245A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 炉下部での汚染発生を防止して、高清浄な反
応炉雰囲気を保つ。 【解決手段】 縦型ＣＶＤ装置は、ヒータ１３により加
熱される反応管１０を炉口フランジ２０上に立設し、反
応管１０内に炉口蓋３２を有するボート３１を挿入した
とき、炉口蓋３２により炉口フランジ２０の炉口１６が
塞がれて反応管１０が密閉される。このような装置の炉
口フランジ２０に冷媒流通路２４を設けて、炉下部を冷
却する。

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に係
り、特に炉下部の冷却構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の縦型ＣＶＤ装置は、ヒータ、ヒー
タ内に設けられる二重管構造の反応管、この反応管をＯ
リングを介して立設する炉口フランジ、反応管内に挿入
されるボート、ボートに設けられてボート挿入時に炉口
となる炉口フランジの下部開口をＯリングを介して密閉
する炉口蓋などから構成されている。原料ガスは、炉口
フランジ一側に設けたガス導入管から導入され、反応管
を上昇して二重管の間から下降し、炉口フランジの他側
に設けた排気管から排気される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の構造では、次のような問題があった。

【０００４】（１）反応管と炉口フランジ間、及び炉口
フランジと炉口蓋間には真空シールのためにＯリングが
用いられる。また、炉口フランジのガス導入管接続部に
もＯリングが用いられる、というように、炉下部構造に
は、Ｏリングが多用されている。Ｏリングの材料には、
耐久性があり且つ弾力性のあるフッ素ゴム等が用いられ
る。フッ素ゴムの場合、これを高温減圧下で使用する
と、加熱により水分等の成分が脱離し、脱ガスと呼ばれ
る有機汚染物質が発生する。このような現象はフッ素ゴ
ム以外の材料でも生じる。また、炉下部を構成するＳＵ
Ｓなどの金属部品でも発生する。このような高温減圧時
に、炉下部を構成するＯリング、金属部品から脱ガスが
発生し、これが反応雰囲気の汚染源となる。

【０００５】（２）炉下部から導入された反応ガスは上
記汚染源を巻き込むので、ＣＶＤ反応の成膜不良の原因
となる。特にエピタキシャル成長等の高清浄な反応炉雰
囲気を要求されるプロセスにおいては、特に成膜不良が
顕著になってきている。例えば７００℃以下のＳｉ、あ
るいはＳｉＧｅエピタキシャル成長の場合、成膜温度が
低温ほど反応雰囲気中の不純物がウェハ表面に吸収され
やすくなり、表面汚染が発生し、エピタキシャル成長が
阻害されて成膜不良となる。

【０００６】本発明の課題は、上述した従来技術の問題
点を解決し、汚染のない高清浄な反応炉雰囲気を保つこ
とが可能な半導体製造装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ヒータにより
加熱される反応管を炉口フランジ上に立設し、前記炉口
フランジの炉口から前記反応管内に炉口蓋を有するボー
トを挿入したとき、前記炉口蓋により前記炉口が塞がれ
て反応管が密閉される半導体製造装置において、前記炉
口フランジの側面に冷媒流通路を設けたことを特徴とす
る。本発明によれば、炉口フランジ及び炉口フランジ近
傍の部材（ＳＵＳ部品など）を冷却することができ、こ
れらから発生する脱ガスを低減できる。

【０００８】上記発明において、特に、反応管をＯリン
グを介して炉口フランジ上に立設し、前記炉口フランジ
の炉口がＯリングを介して炉口蓋による塞がれるように
なっていると、Ｏリングから発生する有機汚染物質を有
効に低減することができる。したがって、高清浄な反応
雰囲気で良質な膜を生成できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の半導体製造装置の
実施の形態を説明する。図１は半導体製造装置例として
の縦型ＣＶＤ装置の炉下部構造を示す説明図、図２は一
部切り欠いた炉口フランジの斜視図、図３は縦型ＣＶＤ
装置の全体構成図である。

【００１０】図３の縦型ＣＶＤ装置を説明する。上部が
閉じた円筒型のヒータ１３の内側に石英ガラスからなる
反応管１０が設けられる。反応管１０は、外部反応管１
１と内部反応管１２とから構成される。外部反応管１１
の内部には反応室１８を構成する上端が開放された上記
内部反応管１２が同心状に配設される。外部反応管１
１、内部反応管１２はＳＵＳ製の炉口フランジ２０上に
立設され、外部反応管１１と炉口フランジ２０間はシー
ルされている。炉口フランジ２０の下端はＳＵＳ製の炉
口蓋３２により気密に閉塞され、炉口蓋３２にキャップ
３１を介してボート３０が立設されて内部反応管１２内
の反応室１８に挿入される。ボート３０には処理される
被処理基板としてのウェハＷが水平姿勢で多段に装填さ
れる。非回転系の炉口蓋３２に対してボート３０は回転
するようになっている。ボート３０の回転は炉口蓋３２
の外側に取付けたボート回転機構（図示せず）によって
行なわれる。

【００１１】炉口フランジ２０の下方位置に内部反応管
１２と連通するようにガス導入ノズル２１が連通され、
また外部反応管１１と内部反応管１２との間に形成され
る円筒状の空間１５の下端に連通するように、ガス排気
管２２が炉口フランジ２０の上方位置に接続されてい
る。

【００１２】図示しないボートエレベータでボート３０
を下降させ、ボート３０にウェハＷを装填し、ボートエ
レベータによりボートＷを内部反応管１２内の反応室１
８に挿入する。炉口蓋３２が炉口フランジ２０の下端開
口を完全に密閉した後、外部反応管１１及び内部反応管
１２内の反応室１８を排気する。

【００１３】ヒータ１３で反応室１８をウェハ処理温度
に加熱する。ガス導入ノズル２１から矢印で示すように
反応ガスを反応室１８内に供給しつつ、ウェハＷ表面に
成膜してガス排気管２２から排気する。成膜完了後、ガ
ス導入ノズル２１から不活性ガスを導入し、反応管１
１、１２内を不活性ガスに置換して常圧に復帰させ、ボ
ート３０を下降させ、ボート３０から成膜完了後のウェ
ハＷを払い出す。

【００１４】図１に、図３の縦型ＣＶＤ装置の炉下部構
造の詳細図を示す。この図は炉口蓋３２で炉口フランジ
２０の下部開口となる炉口１６を塞いだ状態を示す側断
面図である。

【００１５】外部反応管１１の下端に、下方に向いた炉
口１６を形成する円筒状の炉口フランジ２０が設けられ
る。炉口フランジ２０の上端に、大きめの水平なフラン
ジ２３が設けられ、その上に外部反応管１１がシール材
としてのＯリング７を介して立設される。炉口フランジ
２０の内壁に径方向内方に突出した支持部２８が設けら
れ、その上に内部反応管１２が立設される。炉口フラン
ジ２０の下端に、後述する炉口蓋３２に取り付けた大き
めの水平なフランジ３６がシール材としてのＯリング８
を介して圧接される。この大きめの水平なフランジ３６
もＳＵＳで構成される。

【００１６】炉口フランジ２０の周壁部には、ガス導入
ノズル２１及びガス排気管２２が設けられる。炉口フラ
ンジ２０の一側に設けられるガス導入ノズル２１は石英
で構成され、炉口フランジ２０から内部反応管１２内に
挿入されている。ガス導入ノズル２１は、炉口フランジ
２０の近傍に配置される連結部１７でＳＵＳ製のガス配
管１９にシール接続される。シール材にはＯリングが使
用される。炉口フランジ２０の他側に設けられるガス排
気管２２は、炉口フランジ２０に一体的に取り付けられ
る。ガス導入ノズル２１より反応ガスを導入すると、反
応ガスは、内部反応管１２の内部を上向きに流れ、その
後、外部反応管１１と内部反応管１２の間の空間１５を
下向きに流れて、ガス排気管２２より外部に排気する。

【００１７】円筒状の炉口フランジ２０の外側面に、シ
ール部材を冷却するための冷媒流通路２４が設けられて
いる。この冷媒流通路２４については後に詳述する。

【００１８】ウェハＷを水平に多段に載置するためのボ
ート３０は、内部反応管１２内の反応室１８に挿抜自在
とされ、キャップ受け３３の上に設けられたキャップ３
１上に取り付けられている。キャップ受け３３の下側に
は、炉口蓋３２が配置されている。炉口蓋３２には、大
きめの水平なフランジ３６が取り付けられる。その大き
めの水平なフランジ３６が、炉口フランジ２０の下端に
密着し、環状溝に嵌められたＯリング８を介して炉口１
６を気密に封止する。

【００１９】この炉口蓋３２の下側（反応室１８の外
側）には、回転駆動部３５が設けられる。回転軸３４
は、回転駆動部３５から上方に突出しており、炉口蓋３
２を貫通してキャップ受け３３に固定される。従って、
回転軸３４を回転駆動部３５で回転させることで、キャ
ップ受け３３を介してボート３０を水平面内で回転させ
ることができる。また、ボート３０は、回転駆動部３５
及び炉口蓋３２とともに、図示しないボートエレベータ
によって昇降し、反応室１８内に挿入され、あるいは抜
き出される。

【００２０】図２は、上述した冷媒流通路２４を設けた
炉口フランジ２０の拡大した斜視図である。円筒状の炉
口フランジ２０は、その上部に大きめの水平なフランジ
２３が一体的に設けられる。その下部には、前述したよ
うに炉口蓋に設けた大きめの水平なフランジ３６が圧接
される。炉口フランジ２０の外側面のほぼ全面に、冷媒
流通路２４を形成するための筒状の背板２５が取り付け
られ、この背板２５によって前記外側面との間に形成さ
れた冷媒流通路２４に冷媒、例えば冷却水を流して、前
述したＯリング７、８を冷却するようになっている。冷
媒流通路２４の内部には、螺旋状に冷却水が流れるよう
に仕切板２６を設けて、効率良くＯリング７、８を冷却
するようになっている。冷媒流通路２４に流す冷却水量
は、例えば８Ｌ／ｍｉｎである。

【００２１】上記のような炉口フランジ２０に冷媒流通
路２４を設けて水を流すだけの簡単な構成で、炉口フラ
ンジ２０の側面全面を冷却できる。これにより、外部反
応管１１と炉口フランジ２０間のＯリング７、ガス導入
ノズル２１とガス配管１９間のＯリング、炉口フランジ
２０と炉口蓋３２の大きめのフランジ３６間のＯリング
８や、炉下部に存在する部品（標準品はＳＵＳ）の全て
を高い冷却効率で冷却できる。したがって、フッ素ゴム
などから構成されたＯリングや、ＳＵＳ製の部品（炉口
フランジ２０、大きめのフランジ３６など）からの脱ガ
スを低減することができる。その結果、炉下部から導入
される反応ガスが、脱ガス成分である有機汚染物質をま
き散らすこともない。冷却媒体の流量を増やして冷却効
率を高めれば、脱ガスの低減は一層効果的である。

【００２２】以上述べたように、炉下部から導入された
反応ガスは炉下部で汚染されないので、ＣＶＤ反応の成
膜不良を低減できる。特に、７００℃以下のＳｉ、ある
いはＳｉＧｅエピタキシャル成長のように、エピタキシ
ャル成長等の高清浄な反応炉雰囲気を要求されるプロセ
スにおいて、有機汚染物質に起因する表面汚染やエピタ
キシャル成長の阻害を低減できるので有用である。

【００２３】なお、上述した実施の形態では、冷媒流通
路２４を、炉口フランジ２０とは別体の背板２５を使用
して形成したが、炉口フランジの壁板に冷媒流通路２４
を内蔵して一体に形成してもよい。また、炉口フランジ
２０の下端に圧接される大きめのフランジ３６は炉口蓋
３２側に設けるようにしたが、炉口フランジ２０の下端
側に一体に設けるようにしてもよい。

【００２４】また、図１に示すように、更に、炉口蓋３
２に取り付けた大きめの水平なフランジ３６内にも冷媒
流通路２７を設けて冷却水を流すようにすると、炉口フ
ランジ２０と炉口蓋３２の水平なフランジ３６との間の
Ｏリング８は、炉口フランジ２０側と大きめの水平なフ
ランジ３６側との両面から冷却されるので、Ｏリング８
をより一層冷却することができ、脱ガスを一層低減でき
る。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、冷媒流通路を炉口フラ
ンジに設けて炉口フランジを冷却できるようにしたの
で、炉口フランジ及び近傍の部品を有効に冷却できる。
したがって、炉口フランジ及び近傍の部品からの脱ガス
が低減して、汚染のない高清浄な反応炉雰囲気を保つこ
とができ、良質な膜を生成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態による炉下部構造の説明図である。

【図２】実施の形態による炉口フランジの斜視図であ
る。

【図３】実施の形態による縦型ＣＶＤ装置の全体構成図
である。

【符号の説明】

１０ 反応管 １３ ヒータ １６ 炉口（下部開口） ２０ 炉口フランジ ２４ 冷媒流通路 ３２ 炉口蓋 ３０ ボート

フロントページの続き (72)発明者 嶋 信人 東京都中野区東中野三丁目14番20号 株式 会社日立国際電気内 (72)発明者 森谷 敦 東京都中野区東中野三丁目14番20号 株式 会社日立国際電気内 (72)発明者 高見 哲 東京都中野区東中野三丁目14番20号 株式 会社日立国際電気内 Ｆターム(参考） 4K030 CA04 CA12 GA13 KA04 KA05 KA26 5F045 AA03 BB14 DP19 DQ05 EJ09

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ヒータにより加熱される反応管を炉口フラ
   ンジ上に立設し、前記炉口フランジの炉口から前記反応
   管内に炉口蓋を有するボートを挿入したとき、前記炉口
   蓋により前記炉口が塞がれて反応管が密閉される半導体
   製造装置において、 前記炉口フランジの側面に冷媒流通路を設けたことを特
   徴とする半導体製造装置。