JP2007281183A - 気相成長装置 - Google Patents

Abstract

【課題】気相成長装置のポートにおいて、ポートに装着される部材の固着を防止可能とする。
【解決手段】反応炉１と連通されたポート２３内に挿入された部材２６の周囲にスペーサ３１を装着し、ポート２３と部材２６との間に反応炉内のガスの侵入を阻止する。これにより、副生成物により部材２６がポート２３に固着されることを防止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置の製造に適用される例えば縦型の気相成長装置に係わり、特に、反応性生成物の堆積を防止した気相成長装置に関する。

この種の気相成長装置において、反応性生成物が炉内等に付着することを防止する技術が種々開発されている。例えばマニホールドのフランジに反応ガスが付着しないよう不活性ガスの導入部に遮熱リングを設ける技術が例えば特許文献１に記載されている。また、金属フランジを冷却して反応性生成物の付着を防止する技術が例えば特許文献２に開示されている。

縦型の減圧化学気相成長（ＬＰ−ＣＶＤ）装置は、基板に各種の膜を形成するために種々のガスが反応炉内に導入される。反応炉内にガスを導入部分としてのマニホールドには、利用するガス等に応じて、複数のポートが設けられている。このポートの継ぎ手部のシール方式として、従来から金属製のガスケットを用いたメタルガスケットシール方式が使用されている。また、近年、プロセスの均一性を改善するため、反応炉内に石英製のノズルを設ける場合がある。この場合、Ｏ−リングによりシールするＯ−リング・シール方式が用いられている。

ところで、例えば石英ノズルの一端部をポート内に配置し、他端部を反応炉内に立てて配置した構成において、マニホールド内部に副生成物が堆積するプロセス、例えばＴＥＯＳ系の膜や窒化シリコン膜を形成するプロセスは、反応炉内で形成した膜の累積膜厚とともに、ポートの内側面にも副生成物が付着していく。このため、規定累積膜厚において、メンテナンス作業を行う必要がある。この際、石英ノズルを金属製のポートから取り外す作業が行なわれる。しかし、石英ノズルと金属ポートとが副生成物により固着されている場合、石英ノズルを無理に外そうとすると、石英ノズルを破損してしまうことがある。その結果、反応炉内にパーティクルを発生させることがある。

一方、反応炉内の温度を常時モニターするため、ポートから反応炉内に複数の熱電対をセットした定置熱電対方式と称する装置構成がある。この場合、複数の熱電対はポート内から反応炉内に亘って配置されたパイプ状の収納部内に設けられている。この装置構成の場合も、規定累積膜厚において、メンテナンス作業を行う場合、熱電対を内蔵した収納部をポートから取り外す必要がある。しかし、収納部が副生成物により、ポートに固着されている場合、無理に収納部を外そうとした場合、高価な熱電対が破損してしまう。このため、メンテナンス時に毎回、熱電対を修理する必要が生じる。定置熱電対方式の装置構成は、In-Situで反応炉内の温度をモニターしているため、温度リカバリー制御特性に優れた点を有している。しかし、熱電対の修理コストが高価となるため、定置熱電対方式を採用しない場合もある。

また、上記石英ノズルは、破損した場合を考慮して代替品を準備しておくことも考えられる。しかし、この場合、高コストとなるため、得策ではない。したがって、このようなポートにおいて、ポートに装着される部材の固着防止対策が望まれている。
特開平１１−２５１３０５号公報 特開２００２−３３４８６８号公報

本発明は、ポートにおいて、ポートに装着される部材の固着を防止することが可能な気相成長装置を提供しようとするものである。

本発明の気相成長装置の態様は、反応炉と、前記反応炉に設けられ、反応炉と連通されたポートと、前記ポート内に挿入された部材と、前記部材の周囲に装着され、前記ポートと部材との間に前記反応炉内のガスの侵入を阻止するスペーサとを具備している。

本発明によれば、ポートにおいて、ポートに装着される部材の固着を防止することが可能な気相成長装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図２は、気相成長装置を概略的に示している。反応炉１は、例えば石英で構成されたインナーチューブ２とアウターチューブ３により形成されている。アウターチューブ２の周囲にはヒーター４が配置されている。反応炉１の下部にマニホールド５が設けられ、マニホールド５に炉口キャップ７が取着されている。キャップ７の中央部には回転機構８が設けられ、この回転機構にリンクされた保温筒９の上にボート１０が設けられている。ボート１０上には複数のウェーハ１１が搭載される。反応炉１内は、ヒーター４により所定の温度に加熱される。

マニホールド５は、複数のガスを反応炉１内にそれぞれ導入するための複数のポート５−１、反応炉１内のガスを排気するための排気経路６、及び真空ゲージ１６が設けられている。さらに、排気経路６にはトラップ１５、圧力調整機構１４、ゲートバルブ１３、サブバルブ１２、及び図示せぬ真空排気ポンプが設けられている。

上記構成において、反応炉１内へデポジション用のガスを導入し、真空ゲージ１６をモニターしながら真空排気ポンプと圧力調整機構１４を制御することにより、ウェーハ１１に膜が堆積される。

図３は、副生成物の発生しないプロセス、例えばポリシリコン膜等の堆積を行なった場合におけるマニホールド５の断面を示している。図３において、１７はＯリング、１８はアウターチューブ押さえリング、１９はガスノズルポート、２０はガスケット、２１はメタルシール継ぎ手ナット、２２はプロセスガスの導入配管、２３はバックフィルポート、２４はＯ−リング・シール継ぎ手ナット、２５はバックフィルＮ_２ ガス導入管、２６は、例えば石英製のバックフィルノズルである。

また、図４は、副生成物の発生が多いプロセス、例えばＴＥＯＳ系膜やＳｉＮ膜等の堆積を行なった場合におけるマニホールド５の断面を示している。図４において、図３と同一部分には同一符号を付している。図３に示すプロセスの場合、炉内には副生成物が堆積していないが、図４に示すプロセスの場合、インナーチューブ２、アウターチューブ３の表面、及びポート２３の内部で、ノズル２６の表面に副生成物２７が堆積している。このため、副生成物２７により、ノズル２６がポート２３に固着されている。したがって、メンテナンス作業において、ノズル２６をポート２３から外すことが困難となっている。

さらに、図５は、定置熱電対、例えばレシオミックス熱電対等を装着した場合において、マニホールド５の断面を示している。図５において、複数の熱電対２８は収納部２６−１に収納されている。この収納部２６−１の一端部は、レシオミックス熱電対用のポート３０内に収容され、他端部は、アウターチューブ３に沿って立ち上がっている。図５は、副生成物が堆積されるプロセスの場合を示しており、インナーチューブ２、アウターチューブ３の表面、及びポート３０の内部で、収納部２６−１の表面に副生成物２７が堆積している。このため、副生成物２７により、収容部２６−１がポート３０に固着されている。したがって、メンテナンス作業において、収容部２６−１をポート３０から外すことが困難となっている。

図１は、本発明の実施形態を示すものであり、図４と同様に、ポート２３にノズル２６を装着した構成において、ノズル２６のポート２３内に位置する部分の周囲にスペーサ及びライナーとして機能するスペーサライナー３１を装着した状態を示している。

図６（ａ）（ｂ）は、スペーサライナー３１を取り出して示すものである。スペーサライナー３１は、例えばステンレススチールにより構成されている。スペーサライナー３１はほぼ円筒形とされ、ノズル２３の外周とほぼ等しい径を有している。スペーサライナー３１は長手方向に沿ってスリット３１−１を有し、スペーサライナー３１をノズル２６に装着する際、このスリット３１−１からスペーサライナー３１を展開することにより、ノズル２６の側面からスペーサライナー３１を装着することができる。このスペーサライナー３１の長手方向一端部の例えば一部には、フランジ３２が形成されている。このフランジ３２は、図１に示すように、スペーサライナー３１を装着した状態において、ポート２３のアウターチューブ３の内面側開口部とノズル２６の周囲との間隙を部分的に閉塞する。

上記第１の実施形態によれば、ノズル２６のポート２３内に位置する部分の周囲にスペーサライナー３１を装着している。このため、スペーサライナー３１により、ポート２３内におけるポート２３とノズル２６との間隙を埋めることができるため、ポート２３内に反応炉１内のガスが浸入することを抑制でき、副生成物が堆積されることを防止できる。したがって、副生成物によりノズル２６がポート２３に固着されることを防止でき、メンテナンス作業において、ノズル２６をポート２３から容易に取り外すことができる。よって、ノズル２６の破損を防止でき、石英製の高価なノズルを交換用として容易しておく必要もないため、コストを削減することが可能である。

図１は、ノズル２３にスペーサライナー３１を装着した場合について説明したが、図５に示すレシオミックス熱電対用のポート３０内に収容される収納部２６−１に装着した場合においても同様の効果を得ることができる。したがって、熱電対の破損を防止でき、高価な熱電対の交換頻度を激減できる。

図７（ａ）（ｂ）は、スペーサライナー３１の第１の変形例を示しており、図６（ａ）（ｂ）と同一部分には同一符号を付している。このスペーサライナー３１は、長手方向に２つのスリット３１−１，３１−２を有し、二つに分離される構成とされている。このような構成によっても上記実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

図８（ａ）（ｂ）は、スペーサライナー３１の第２の変形例を示しており、図６（ａ）（ｂ）と同一部分には同一符号を付している。このスペーサライナー３１は、長手方向の一端部の周囲にフランジ３２−１を有している。このような構成によれば、スペーサライナー３１をノズル２６又は収容部２６−１に装着した状態において、ポート２３又は３０のアウターチューブ３の内面側開口部とノズル２６又は収容部２６−１の周囲との間隙をフランジ３２−１により、ほぼ完全に閉塞することができる。このため、ポート２３又は３０とノズル２６又は収容部２６−１との間に副生成物が堆積することを一層防止することができる。したがって、ノズル２６又は収容部２６−１の取り外しを容易化することが可能である。

図９（ａ）（ｂ）は、スペーサライナー３１の第３の変形例を示しており、図７（ａ）（ｂ）図８（ａ）（ｂ）と同一部分には同一符号を付している。第３の変形例は、第１の変形例と第２の変形例を組み合わせたものである。すなわち、このスペーサライナー３１は、長手方向に２つのスリット３１−１，３１−２を有し、二つに分離される構成とされ、さらに、長手方向の一端部の周囲にフランジ３２−１をそれぞれ有している。このような構成によれば、スペーサライナー３１をノズル２６又は収容部２６−１に装着した状態において、ポート２３又は３０のアウターチューブ３の内面側開口部とノズル２６又は収容部２６−１の周囲との間隙をフランジ３２−１により、ほぼ完全に閉塞することができる。このため、ポート２３又は３０とノズル２６又は収容部２６−１との間に副生成物が堆積することを一層防止することができる。したがって、ノズル２６又は収容部２６−１の取り外しを容易化することが可能である。また、２つに分割されているため、第２の実施形態に比べて、ノズル２６又は収容部２６−１に対して装着が容易となる効果を有している。

図１０（ａ）（ｂ）は、スペーサライナー３１の第４の変形例を示している。このスペーサライナー３１は、例えばリボン状の金属３３をスパイラル状に形成し、円筒形状を形成したものである。金属としては、例えば形状記憶合金を使用することが望ましい。このスペーサライナー３１は、ノズル２６又は収容部２６−１に装着される。このような構成のスペーサライナー３１によっても、上記実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

図１１（ａ）（ｂ）は、スペーサライナー３１の第５の変形例を示している。第５の変形例は第４の変形例をさらに変形したものであり、スペーサライナー３１の取り外しを容易化している。すなわち、リボン状の金属３３はその一端部に引き出し用のフランジ３２−３を有している。このような構成において、スペーサライナー３１をノズル２６又は収容部２６−１に装着した状態において、フランジ３２−３を持って図示矢印Ａ方向に引き出すことにより、容易にスペーサライナー３１を取り外すことができる。

図１２は、スペーサライナー３１の第６の変形例を示している。上記各スペーサライナーは、ポート２３、又は３０の内のノズル２６又は収納部２６−１の周囲に装着されていた。このため、アウターチューブ３内のノズル２６又は収納部２６−１の周囲に副生成物が堆積した場合、ノズル２６又は収納部２６−１が副生成物によりアウターチューブ３の表面に固着される可能性がある。

これに対して、第６の変形例のスペーサライナー３１は、ポート２３、又は３０の外部で、アウターチューブ３内のノズル２６又は収納部２６−１の周囲にも装着される。すなわち、図１２において、スペーサライナー３１は、例えばステンレススチールにより製造され、例えばＬ形状の筒体に形成されている。このスペーサライナー３１の一部にはスリット３１−３が形成され、このスリット３１−３の部分から展開可能とされている。さらに、このスペーサライナー３１のポート２３、又は３０に挿入される部分と外部に位置する部分の境界部、且つ周囲には、フランジ３１−４が形成されている。このスペーサライナー３１は、スリット３１−３の部分から展開した状態において、ノズル２６又は収納部２６−１の角部に装着され、この状態において、スペーサライナー３１がポート２３、又は３０内に挿入される。この挿入状態において、フランジ３１−４がアウターチューブ３の内壁に当接される。このため、ノズル２６又は収納部２６−１とポート２３、又は３０との間隙がフランジ３１−４により閉塞される。

上記構成によれば、スペーサライナー３１は、ポート２３、又は３０の内部のノズル２６又は収納部２６−１の周囲、及びポート２３、又は３０の外部で、アウターチューブ３内のノズル２６又は収納部２６−１の周囲にも装着され、さらに、ポート２３、又は３０内に挿入される部分と外部との境界部にはフランジ３１−４を有している。このため、アウターチューブ３内のノズル２６又は収納部２６−１の周囲に副生成物が堆積することを防止でき、ノズル２６又は収納部２６−１が副生成物によりアウターチューブ３の表面に固着されることを防止できる。したがって、メンテナンス作業時に、ノズル２６又は収納部２６−１をポート２３又は３０から容易に取り外すことができる。

尚、本発明は上記実施形態及び各変形例に限定されるものではなく、発明の要旨を変えない範囲において、種々変形実施可能なことは勿論である。

本発明の第１の実施形態を示すものであり、気相成長装置の一部を示す断面図。 本発明に適用される気相成長装置を示す断面図。 副生成物が発生しないプロセスを行なった場合におけるマニホールドを示す断面図。 副生成物が発生するプロセスを行なった場合におけるマニホールドを示す断面図。 熱電対等を装着した場合におけるマニホールドを示す断面図。 図６（ａ）は、スペーサライナーの一例を示す斜視図、図６（ｂ）は図６（ａ）の正面図。 図７（ａ）は、スペーサライナーの第１の変形例を示す斜視図、図７（ｂ）は図７（ａ）の正面図。 図８（ａ）は、スペーサライナーの第２の変形例を示す斜視図、図８（ｂ）は図８（ａ）の正面図。 図９（ａ）は、スペーサライナーの第３の変形例を示す斜視図、図９（ｂ）は図９（ａ）の正面図。 図１０（ａ）は、スペーサライナーの第４の変形例を示す斜視図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の正面図。 図１１（ａ）は、スペーサライナーの第５の変形例を示す斜視図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の正面図、図１１（ｃ）は、図１１（ａ）の一部を展開した状態を示す斜視図。 スペーサライナーの第５の変形例を示す斜視図。

符号の説明

１…反応炉、２…インナーチューブ、３…アウターチューブ、５…マニホールド、２３、３０…ポート、２６…ノズル、２６−１…収納部、３１…スペーサライナー、３１−１、３１−２、３１−３…スリット、３２、３２−１，３１−４…フランジ、３３…リボン状の形状記憶合金。

Claims (5)

1. 反応炉と、
   前記反応炉に設けられ、反応炉と連通されたポートと、
   前記ポート内に挿入された部材と、
   前記部材の周囲に装着され、前記ポートと部材との間に前記反応炉内のガスの侵入を阻止するスペーサと
   を具備することを特徴とする気相成長装置。
2. 前記スペーサは、長手方向一端部に前記ポートが接続された前記反応炉の内壁に接するフランジを有することを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
3. 前記スペーサは、長手方向に沿ってスリットを有することを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
4. 前記スペーサは、スパイラル状に形成された金属リボンにより構成されることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
5. 前記スペーサは、前記部材の前記反応炉内に位置する部分の周囲にも形成されることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。

Images