JP2003124123A

JP2003124123A - 成膜装置

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Publication number: JP2003124123A
Application number: JP2001314748A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Yaguchi; 口一広矢; Masayuki Hashimoto; 本正幸橋; Yoji Takagi; 木庸司高
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2001-10-12
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2003-04-25
Anticipated expiration: 2021-10-12
Also published as: JP3756100B2

Abstract

(57)【要約】【課題】成膜装置の排気ラインにおいて、簡単な構造に
て、効率良く、副生成物の発生を抑制ないし防止する。【解決手段】処理チャンバ１０内のガスを排出するガス
排出口１１ｂに排気キャップ６１を連結し、排気キャッ
プ６１の下流側に排気管６２を連結する。排気キャップ
６１には、ＨＣｌの加熱ガスを導入する加熱ガス供給管
７１を連結する。加熱ガス供給管７１から導入された加
熱ガスは、排出ガスの流れに沿って排出ガスに混じり合
い、排出ガスを直接加熱する。これにより、排気キャッ
プ６１及び排気管６２の内部において、未反応のプロセ
スガスに起因する副生成物の発生が抑制ないし防止され
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、半導体ウェーハ上
にプロセスガスを導いて成膜を施す成膜装置に関し、特
に、エピタキシャル成長により薄膜を形成する成膜装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の成膜装置、例えば、エピタキシャ
ル成長装置は、図５に示すように、石英ガラス等で形成
されてガス供給口１ａ及びガス排出口１ｂを有する処理
チャンバ１、処理チャンバ１内において半導体ウェーハ
Ｗを載置するサセプタ２、ウェーハＷを加熱するために
処理チャンバ１の上下領域において放射状に配置された
複数のハロゲンランプ３、供給されるプロセスガスを加
熱するための予備加熱リング４等を備えている。

【０００３】また、ガス供給口１ａの上流側のプロセス
ガス供給ライン５には、プロセスガスを貯蔵するガスボ
ンベ５ａ、流量制御器５ｂ、バルブ５ｃ等が連結され、
一方、ガス排出口１ｂの下流側には、ガス排出口１ｂに
連通する排気管６、排気管６の途中に配置されたアイソ
レーションバルブ６ａ、スクラバ６ｂ等が連結され、さ
らに、排気管６の周りには、排気管６を直接加熱する加
熱器（ヒータジャケット）７等が配置されている。

【０００４】ここで、成膜処理を行なう際には、ガスボ
ンベ５ａに貯蔵されたトリクロルシラン（ＳｉＨＣ
ｌ_３）又はジクロルシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）等のプロ
セスガスが、ガス供給ライン５を通してガス供給口１ａ
から処理チャンバ１内に供給される。そして、予備加熱
リング４で加熱されたプロセスガスは、ハロゲンランプ
３により所定の温度に加熱されたウェーハＷの表面に沿
って流れ、ウェーハW上には、シリコンの単結晶がエピ
タキシャル成長して薄膜が形成される。

【０００５】一方、薄膜として形成されなかった未反応
のプロセスガス等は、ガス排出口１ｂから排気管６に向
けて排出される。このとき、未反応のプロセスガスの温
度が低下すると、排気管６内に副生成物を生じるため、
排気管６の周りに配置された加熱器（ヒータジャケッ
ト）７により、排気管６を介して、あるいは、排気管６
内に挿入された棒状の加熱ロッド（不図示）等を介し
て、未反応のプロセスガスを加熱するようにしている。
そして、副生成物の発生が抑制されつつ、下流側に流れ
た未反応のプロセスガスは、スクラバ６ｂにより除去さ
れるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
装置においては、副生成物の発生を抑制するために、排
気管６の周りを加熱する加熱器（ヒータジャケット）
７、あるいは、排気管６内に挿入する加熱ロッドを用い
ているため、副生成物の発生を抑制できるのは加熱器７
等が配置された領域に限られる。したがって、さらに下
流側の排気管６を含めた広範囲な領域で、副生成物の発
生を抑制できなかった。

【０００７】また、加熱器７等による加熱手法では、加
熱器７から排気管６へ、そして排気管６から内部を流れ
る未反応のプロセスガスへと、熱伝導率の異なる固相か
ら気相へ熱が伝わる間接的な伝熱経路となるため、熱伝
達効率が比較的低く、未反応のプロセスガスを所定温度
まで加熱するには、加熱器７での設定温度を、未反応の
プロセスガスを加熱する所定温度よりも、予め高く設定
する必要があった。したがって、加熱器７での消費電力
が増加し、又、排気管６の周りに配置された他の部品等
が高温に曝されないように、耐熱対策を講じる必要があ
った。さらに、加熱器７等は高価であり、又、加熱器７
あるいは耐熱対策用の部品を配置するためのスペースを
要し、装置の高コスト化、大型化等を招いていた。

【０００８】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて
成されたものであり、その目的とするところは、簡略な
構造にて、低消費電力化、低コスト化、小型化等を図り
つつ、副生成物の発生を効率良く抑制ないし防止するこ
とのできる成膜装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の成膜装置は、基
板に成膜処理を施す処理チャンバと、処理チャンバにプ
ロセスガスを供給するプロセスガス供給ラインと、処理
チャンバ内のガスを排出する排気ラインと、を備えた成
膜装置であって、上記排気ラインには、所定の温度に予
め加熱された加熱ガスを供給する加熱ガス供給ラインが
設けられている、ことを特徴としている。

【００１０】この構成によれば、成膜処理において、処
理後のガス（未反応のプロセスガスを含むガス）は、ガ
ス排出口から排気ラインへ排出される。一方、排気ライ
ンには、加熱ガス供給ラインから予め高温に加熱された
加熱ガスが供給されている。したがって、排出されたガ
スは、加熱ガスと直接混ざり合って加熱される。すなわ
ち、処理後の排出ガスと加熱ガスとは直接混合され、さ
らには、両方のガスが共に気相であるため、熱の伝達が
効率良く行なわれる。これにより、未反応のプロセスガ
スによる副生成物等の発生が抑制又は防止される。ま
た、加熱ガスの熱は、排出されたガスに直接伝わるた
め、排気ラインの周りに放射される熱は低減され、それ
故に、周辺部品への熱の影響も少なくなり、耐熱対策等
も不要になる。

【００１１】上記構成において、排気ラインは、処理チ
ャンバのガス排出口に連通されて排気通路の断面形状を
変化させる排気キャップと、排気キャップの下流側に連
通される排気管とを有し、加熱ガス供給ラインは排気キ
ャップに連通された加熱ガス供給管を有する、構成を採
用できる。

【００１２】この構成によれば、処理チャンバから排出
されたガスは、処理チャンバのガス排出口から出て排気
キャップに流れ込んだ時点で、加熱ガス供給管から供給
される加熱ガスと混ざり合って加熱される。そして、排
出されたガスと加熱ガスとは、一緒になって排気管を通
って下流側へ流れ出る。このように、処理後の排出ガス
は、加熱源である加熱ガスと共に排気管内を流れるた
め、排気管の下流側までの比較的広い範囲に亘って、未
反応のプロセスガスによる副生成物の発生が抑制又は防
止される。また、加熱ガス供給管を排気キャップに設け
ることにより、排気ラインのメンテナンス等が容易に行
なえる。

【００１３】上記構成において、排気キャップは、処理
チャンバの処理空間と略平行に伸長する扁平な排気通路
を画定し、加熱ガス供給管は、供給される加熱ガスが扁
平な排気通路に沿う方向から導入されるように連結され
ている、構成を採用できる。

【００１４】この構成によれば、処理チャンバから処理
後のガスがスムーズに排出されると共に、この排出され
るガスの流れに沿って加熱ガスが供給されるため、加熱
ガスは、排気キャップ内を流れる排出ガスの流れを掻き
乱して淀み等を生じさせることなく、排出ガスの流れに
沿いながら、スムーズに混ざり合って一緒に下流側に流
れる。したがって、流れの淀み等による副生成物の堆積
等も抑制又は防止され、排気管の下流側まで比較的広い
範囲に亘って、未反応のプロセスガスによる副生成物の
発生が抑制又は防止される。

【００１５】上記構成において、加熱ガス供給管は、供
給される加熱ガスがガス排出口に近接した領域から排気
管が連通された下流側領域に向かうように連結されてい
る、構成を採用できる。この構成によれば、処理チャン
バから排出されるガスの流れに沿うように又ガス排出口
に近い上流側から加熱ガスが供給されるため、排気ライ
ンの上流側を含めた幅広い範囲に亘って、副生成物の発
生等が抑制又は防止される。

【００１６】上記構成において、加熱ガスとしては、Ｈ
Ｃｌガスを採用することができる。この構成によれば、
処理チャンバから排出されるガス、特にシリコンを含む
未反応のプロセスガスと加熱ガスであるＨＣｌとが反応
するため、副生成物等の発生が、より一層抑制又は防止
される。

【００１７】上記構成において、加熱ガスの加熱温度と
しては、３４０°Ｃ〜４００°Ｃの範囲を採用すること
ができる。この構成によれば、未反応のプロセスガスが
シリコンガス精製時の温度範囲まで加熱されるため、特
に、シリコンを含む未反応のプロセスガスによる副生成
物等の発生が、より一層抑制又は防止される。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照しつつ説明する。図１ないし図４
は、本発明に係る成膜装置に一実施形態を示すものであ
り、図１は概略構成を示すシステム図、図２は縦断面
図、図３は横断面図、図４は斜視外観図である。この成
膜装置は、エピタキシャル成長装置であり、図１に示す
ように、石英ガラス等で形成された処理チャンバ１０、
処理チャンバ１０内にプロセスガスを供給するプロセス
ガス供給ライン５０、処理チャンバ１０内のガスを排出
する排気ライン６０、排気ライン６０に加熱ガスを供給
する加熱ガス供給ライン７０、等を備えている。

【００１９】処理チャンバ１０は、図１及び図２に示す
ように、本体１１及び蓋体１２により輪郭が形成されて
いる。本体１１には、ガス供給口１１ａ及びガス排出口
１１ｂが形成され、その内部には、基板としての半導体
ウェーハＷを載置するサセプタ２０、ウェーハＷを下側
から加熱するために放射状に配置された複数のハロゲン
ランプ３０、供給されるプロセスガスを加熱するべくサ
セプタ２０の周りに配置された予備加熱リング４０等が
設けられている。蓋体１２は、本体１１に対して開閉自
在に連結されており、その内部には、ウェーハＷを上側
から加熱するために放射状に配置された複数のハロゲン
ランプ３０、処理空間Ｓを画定するアッパープレート１
２ａ等が設けられている。

【００２０】プロセスガス供給ライン５０は、図１及び
図２に示すように、処理チャンバ１０のガス供給口１１
ａに連結される供給キャップ５１ａを有するプロセスガ
ス供給管５１、プロセスガス供給管５１に上流側からそ
れぞれ順次に配置されたガスボンベ５２、ポンプ５３、
流量制御器５４、通路を開閉するバルブ５５等により形
成されている。そして、プロセスガスとしては、例え
ば、気相エピタキシャル成長を常圧（大気圧）状態で行
なう場合はトリクロルシラン（ＳｉＨＣｌ_３）が適用さ
れ、気相エピタキシャル成長を減圧状態で行なう場合は
ジクロルシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）が適用される。

【００２１】排気ライン６０は、図１及び図２に示すよ
うに、処理チャンバ１０のガス排出口１１ｂに連結され
る排気キャップ６１、排気キャップ６１の下流側に連結
される排気管６２、排気管６２の上流側からそれぞれ順
次に配置されたアイソレーションバルブ６３、ポンプ６
４、スクラバ６５等により形成されている。すなわち、
ガス排出口１１ｂ、排気キャップ６１、排気管６２はそ
れぞれ連通しており、処理チャンバ１０から排出される
未反応のプロセスガスを含む排出ガスは、排気キャップ
６１内の通路から排気管６２内の通路を通って、ポンプ
６４により吸い出される。そして、未反応のプロセスガ
ス、その他の有害な物質等は、スクラバ６５により除去
される。

【００２２】ここで、排気キャップ６１は、図２ないし
図４に示すように、略矩形形状をなすガス排出口１１ｂ
と略円形形状をなす排気管６２とを連通させるべく、排
気通路の断面形状を先細りとなるように変化させて、処
理チャンバ１０の処理空間Ｓと略平行に伸長する扁平な
排気通路を画定している。また、排気キャップ６１に
は、処理チャンバ１０のガス排出口１１ｂに近接した領
域において、後述する加熱ガス供給管７１を連結するた
めのフランジ部６１ａが形成されている。

【００２３】加熱ガス供給ライン７０は、処理チャンバ
１０から排出されるガスに対して、所定の温度に加熱さ
れた加熱ガスを直接混ざり合わせて、排出されるガスを
加熱し、特に未反応のプロセスガスによる副生成物の発
生を抑制ないし防止するものであり、図１に示すよう
に、排気ライン６０の排気キャップ６１に連結される加
熱ガス供給管７１、加熱ガス供給管７１の上流側からそ
れぞれ順次に配置されたガスボンベ７２、流量制御器７
３、ガスを直接加熱する加熱器７４、通路を開閉するバ
ルブ７５等により形成されている。

【００２４】加熱ガス供給管７１は、図３及び図４に示
すように、排気キャップ６１に形成されたフランジ部６
１ａに連結されて、供給される加熱ガスが排気キャップ
６１内の扁平な排気通路に沿う方向から導入（供給）さ
れるようになっている。また、フランジ部６１ａの位置
がガス排出口１１ｂの近傍であることから、供給される
加熱ガスは、排気キャップ６１内の上流側に導入され、
ガス排出口１１ｂに近接した領域から排気管６２が連通
された下流側領域に向かって流れるように方向付けられ
ている。

【００２５】このように、加熱ガス供給管７１が方向付
けて連結されることで、排気キャップ６１内に供給（導
入）される加熱ガスは、ガス排出口１１ｂから排気管６
２に向けて流れる排出ガスの流れを掻き乱すことなく、
この排出ガスの流れに沿いつつスムーズに混ざり合って
一緒に下流側に流れる。したがって、加熱ガスは、ガス
排出口１１ｂから排出された排出ガスの流れに淀み等を
生じさせることなく、淀み等に起因した副生成物の堆積
等を防止して、未反応のプロセスガスを含む排出ガスを
直接加熱することになる。

【００２６】ここで、特に、排出ガスと加熱ガスとは、
排気キャップ６１から排気管６２に至る全領域において
直接混合され、さらには、加熱媒体と加熱されるものと
が共に気相（ガス）であるため、熱の伝達が効率良く行
なわれる。これにより、未反応のプロセスガスによる副
生成物等の発生を、効率良く抑制ないし防止できる。し
たがって、排気キャップ６１の領域だけでなく、排気管
６２の下流側に至る幅広い範囲に亘って、副生成物の発
生等を抑制ないし防止できる。

【００２７】また、加熱ガスは、排出ガスと直接混合さ
れるため、加熱ガスの熱の殆どが排出ガスに効率良く伝
わり、排気キャップ６１及び排気管６２等から外部へ放
出される熱の量は極力低減される。これにより、排気ラ
イン６０の周りに配置された周辺部品が熱の影響を受け
ることも少なくなり、遮熱板あるいは断熱層等の耐熱対
策等も不要になる。

【００２８】さらに、加熱ガス供給管７１を排気キャッ
プ６１に連結する構成故に、排気ライン６０（排気キャ
ップ６１、排気管６２等）を分解して洗浄する場合は、
単に加熱ガス供給管７１を外すだけでよいため、例えば
排気キャップ６１の周りに加熱ヒータ等を設けたものに
場合に比べて、メンテナンスが容易になる。

【００２９】ここで、供給される加熱ガスとしては、例
えば、ＨＣｌガスが好適であり、特に処理チャンバ１０
から排出される未反応のプロセスガスとＨＣｌガスとが
反応することにより、シリコン等による副生成物の発生
を、効率良く抑制ないし防止できる。また、加熱器７４
により加熱されて、排気チャンバ６１内に供給される加
熱ガスの温度としては、３４０°Ｃ〜４００°Ｃの範囲
が適用され、さらに好ましくは、３５０°Ｃ〜４００°
Ｃの範囲が適用される。

【００３０】すなわち、シリコンガスの精製時の温度範
囲が３４０°Ｃ〜４００°Ｃであるため、この温度領域
までＨＣｌガスを加熱することにより、未反応のプロセ
スガスに含まれるシリコンによる副生成物の発生を、一
層効率良く抑制ないし防止できる。さらに、加熱温度を
３５０°Ｃ〜４００°Ｃの範囲とすることにより、他の
領域への伝熱等による熱の逃げ等を生じても、副生成物
の発生を効率良く抑制ないし防止できる。

【００３１】次に、この成膜装置における成膜処理につ
いて説明する。すなわち、成膜処理に際しては、ガスボ
ンベ５２に貯蔵されたトリクロルシラン（ＳｉＨＣ
ｌ_３）又はジクロルシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）等のプロ
セスガスが、ポンプ５３、流量制御器５４を介して、例
えば２０Ｐｓｉ程度の圧力にて、ガス供給口１１ａから
処理チャンバ１０内の処理空間Ｓに供給される。そし
て、予備加熱リング４０で加熱されたプロセスガスは、
ハロゲンランプ３０により、約１１００°Ｃ〜１１５０
°Ｃに加熱されたウェーハＷの表面に沿って流される。
このとき、ウェーハW上には、シリコンの単結晶がエピ
タキシャル成長して薄膜が形成される。

【００３２】一方、薄膜として形成されなかった未反応
のプロセスガス等は、ガス排出口１１ｂから排気キャッ
プ６１内に排出され、さらに排気管６１に向けて排出さ
れる。このとき、排気キャップ６１内には、加熱ガス供
給ライン７０（ガスボンベ７２、流量制御器７３、加熱
器７４等）により、３４０°Ｃ〜４００°Ｃに加熱され
たＨＣｌガスが、加熱ガス供給管７１により方向付けら
れて導入される。そして、排気キャップ６１内におい
て、排出ガスの流れを掻き乱すことなく、供給された加
熱ガスは、排出ガス（未反応のプロセスガスを含む排出
ガス）にスムーズに流れ込み、その後両方のガスは一体
となって排気管６２を通り排気ライン６０の下流側へ流
れ出る。

【００３３】この際、加熱ガスの熱が排出ガスに効率良
く伝達されるため、排気キャップ６１の内壁面あるいは
排気管６２の内壁面において、シリコン等による副生成
物の発生が抑制ないし防止されて、未反応のプロセスガ
ス等の有害なガス及び物質は、スクラバ６５により捕獲
されて除去される。

【００３４】上記実施形態においては、成膜装置とし
て、エピタキシャル成長装置を示したが、排気ラインに
おいてプロセスガスに起因した副生成物等の発生が問題
となる装置であれば、その他の成膜装置において、本発
明に係る加熱ガスの供給システムを採用するこもでき
る。

【００３５】また、上記実施形態においては、加熱ガス
供給ライン７０としては、ガスボンベ７２、流量制御器
７３、加熱器７４、バルブ７５等により構成したものを
示したが、これに限定されるものではなく、処理チャン
バ１０から排出されるガスに対して、予め加熱されたガ
スを供給できるものであれば、その他の構成を採用する
ことができる。

【００３６】さらに、上記実施形態においては、処理チ
ャンバ１０のガス排出口１１ｂに連結される排気ライン
６０として、扁平な排気通路を画定する排気キャップ６
１及びこれに連結される排気管６２等からなるものを示
したが、これに限定されるものではなく、排気ラインに
おいて未反応のプロセスガス等に起因した副生成物の発
生が問題となるものであれば、その他の形状及び構造を
なす排気ラインにおいて、本発明に係る加熱ガスの供給
システムを採用することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の成膜装置に
よれば、基板に成膜処理を施す処理チャンバ内のガスを
排出する排気ラインにおいて、所定の温度に予め加熱さ
れた加熱ガスを供給する加熱ガス供給ラインを設けたこ
とにより、加熱媒体が排出されるガスと同じく気相であ
るため、供給された加熱ガスが排出されたガスと直接混
ざり合うことで、排出ガスを効率良く加熱することがで
きる。これにより、未反応のプロセスガス等に起因する
副生成物の発生を抑制ないし防止できる。また、加熱ガ
スは排出されたガスと一体となって下流側に流れ至るた
め、排気ラインの下流側までの幅広い範囲に亘って、副
生成物の発生を抑制ないし防止できる。さらに、排気ラ
インの周りに放出される熱も少なくなり、周辺部品等へ
の熱の影響を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る成膜装置の一実施形態を示す概略
構成図である。

【図２】図１に示す成膜装置の処理チャンバの領域を示
す縦断面図である。

【図３】図１に示す成膜装置の処理チャンバの領域を示
す横断面図である。

【図４】図１に示す成膜装置の外観を示す斜視図であ
る。

【図５】従来の成膜装置を示す概略構成図である。

【符号の説明】

Ｓ処理空間Ｗウェーハ（基板）１０処理チャンバ１１本体１１ａガス供給口１１ｂガス排出口１２蓋体２０サセプタ３０ハロゲンランプ４０予備加熱リング５０プロセスガス供給ライン５１プロセスガス供給管６０排気ライン６１排気キャップ６１ａフランジ部６２排気管６３アイソレーションバルブ６４ポンプ６５スクラバ７０加熱ガス供給ライン７１加熱ガス供給管７２ガスボンベ７３流量制御器７４加熱器７５バルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者矢口一広千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内 (72)発明者橋本正幸千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内 (72)発明者高木庸司千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内Ｆターム(参考） 4K030 AA06 BA29 BB02 CA04 CA12 EA12 FA10 JA10 5F045 AB02 AC05 AC13 BB08 DP04 EG07 EK12 EK13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板に成膜処理を施す処理チャンバと、
前記処理チャンバにプロセスガスを供給するプロセスガ
ス供給ラインと、前記処理チャンバ内のガスを排出する
排気ラインと、を備えた成膜装置であって、前記排気ラインには、所定の温度に予め加熱された加熱
ガスを供給する加熱ガス供給ラインが設けられている、
ことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】前記排気ラインは、前記処理チャンバの
ガス排出口に連通されて排気通路の断面形状を変化させ
る排気キャップと、前記排気キャップの下流側に連通さ
れる排気管と、を有し、前記加熱ガス供給ラインは、前記排気キャップに連通さ
れた加熱ガス供給管を有する、ことを特徴とする請求項
１記載の成膜装置。
【請求項３】前記排気キャップは、前記処理チャンバ
の処理空間と略平行に伸長する扁平な排気通路を画定
し、前記加熱ガス供給管は、供給される加熱ガスが前記扁平
な排気通路に沿う方向から導入されるように、連結され
ている、ことを特徴とする請求項２記載の成膜装置。
【請求項４】前記加熱ガス供給管は、供給される加熱
ガスが前記ガス排出口に近接した領域から前記排気管が
連通された下流側領域に向かうように、連結されてい
る、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の成膜装
置。
【請求項５】前記加熱ガスは、ＨＣｌガスである、こ
とを特徴とする請求項１ないし４いずれかに記載の成膜
装置。
【請求項６】前記加熱ガスの加熱温度は、３４０°Ｃ
〜４００°Ｃである、ことを特徴とする請求項４記載の
成膜装置。