JP2008016742A - 成膜装置、熱緩衝部材及び成膜方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の被処理体Wに対して成膜処理を施すようにした成膜装置において、下部が開口された処理管34を有し、被処理体を搬入・搬出するために下端に開口部38を設けた処理容器32と、処理容器内へ各種のガスを供給するガス供給手段72と、複数の被処理体を複数段に支持した状態で開口部より処理容器内へ搬入される被処理体支持手段48と、開口部を気密に開閉する蓋部54と、被処理体支持手段と蓋部とを一体的に昇降させて被処理体支持手段を処理容器内へ挿脱させる昇降手段62と、容器内を真空排気する真空排気系70と、処理容器の周囲を囲んで設けられた加熱手段80と、処理管の下部側壁と前記加熱手段との間に設けられた不透明な熱緩衝部材98とを備える。
【選択図】図1
Description
この成膜装置にあっては、70〜150枚程度の多数枚の半導体ウエハを石英製のウエハボートに所定のピッチで多段に支持し、これを円筒体状の縦型の処理容器内に収容して処理ガスを容器内に上方向へ、或いは下方向へ流すことによって成膜を行なうようになっている。ここで一般的な、バッチ式の成膜装置について説明する。
しかしながら、特に最下段のゾーン近傍では、この部分の放熱量を補うために投入ヒータパワーが急激に増加するが、この場合、最下段のゾーンの加熱ヒータでは、図7に示すように、ヒータ熱の伝わり方が良好であることから温度の上昇と降下を小刻みに繰り返しながら、すなわち温度のハンチング現象(振動)を生じながら、温度補償が行われている。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、処理容器の下部にマイクロクラックが発生することを抑制することが可能な成膜装置、熱緩衝部材及び成膜方法を提供することにある。
また例えば請求項3に記載したように、前記熱緩衝部材はリング状、或いは円筒状に形成されている。
また例えば請求項4に記載したように、前記熱緩衝部材の高さは5〜50cmの範囲内に設定されている。
また例えば請求項6に記載したように、前記セラミック材は、SiC、Al2 O3 、SiNよりなる群より選択される1の材料よりなる。
また例えば請求項7に記載したように、前記処理容器は、前記処理管の下端を支持しつつ下端部が前記開口部となるリング状のマニホールド部と、前記処理管の内側に位置される石英製の円筒体状の内側管とを有している。
また例えば請求項8に記載したように、前記成膜処理は、熱CVD処理、ALD処理、プラズマCVD処理の内のいずれか1つである。
この場合、例えば請求項10に記載したように、前記熱緩衝部材はリング状、或いは円筒状に形成されている。
また、例えば請求項12に記載したように、前記熱緩衝部材は、不透明石英、或いはセラミック材よりなる。
図1は本発明に係る成膜装置を示す構成図、図2は熱緩衝部材を示す斜視図である。ここでは成膜処理としてモノシラン(SiH4 )と水素とを用いてポリシリコン膜をCVD法により成膜する場合を例にとって説明する。
また、この処理容器32内には、複数の半導体ウエハWを上下方向へ複数段に亘って支持する被処理体支持手段としての透明石英製のウエハボート48が、この処理容器32に対して挿脱可能に収容されている。本実施例の場合において、このウエハボート48には、例えば50〜150枚程度の直径が300mmのウエハを略等ピッチで多段に支持できるようになっている。尚、ウエハWのサイズ及び収容枚数はこれに限定されず、例えば直径200mmのウエハに対しても適用できる。
そして、この回転軸56の貫通部には、例えば磁性流体シール58が介設され、この回転軸56を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部54の周辺部とマニホールド部36の下端部には、例えばOリング等よりなるシール部材60が介設されており、容器内のシール性を保持している。
まず、ウエハがアンロード状態で成膜装置30が待機状態の時には、処理容器32内はプロセス温度以下の温度、例えば500℃程度に維持されている。そして、ウエハを処理容器32内へ収容する時には、常温の多数枚、例えば100枚のウエハWが載置された状態のウエハボート48を処理容器32のマニホールド部36の下端開口部38を介してその下方より徐々に上昇させて処理容器32内へロードし、蓋部54でマニホールド部36の下端開口部38を閉じることにより容器内を密閉する。
ここでは、ポリシリコン膜を成膜することから、例えばプロセス温度は600℃程度に設定されることになる。この場合、温度制御は、処理容器32内に設けた各熱電対92A〜92Eでゾーン毎のウエハ温度を検出し、また、各ゾーン加熱ヒータ84A〜84Eに設けた熱電対よりなる各温度検出素子88A〜88Eで各ヒータ温度を検出し、これらの検出値に基づいて制御部86は各ゾーン加熱ヒータ84A〜84Eへの供給電力を制御することにより、ウエハ温度をゾーン毎に個別に制御することになる。
ウエハロード時には、前述したように処理容器32内の各ゾーンは500℃程度を維持するように温度制御されており、ウエハボート48の上昇速度は、上述のように非常に遅く、各ウエハWは少しずつ加熱されつつ上昇して行くことになる。
この場合、従来の成膜装置にあっては、図6及び図7を参照して説明したように、透明な石英よりなる処理管4と内側管6とが熱線を効果的に通すことから、ヒータからの放熱量の増減に対して内外の熱電対18、20が敏感に反応し、この結果、温度のハンチング現象を生じながら温度補償を行っていた。
図3はウエハのロード開始からの時間と、最下段ゾーンの外側熱電対20、88Eの検出温度との関係を示すグラフ、図4はウエハのロード開始からの時間と、最下段のゾーン加熱ヒータの電力との関係を示すグラフである。図3中において、曲線Aは従来装置の温度変化を示し(図7に示す曲線と同じ)、曲線Bは本発明装置の温度変化を示す。ここでは処理容器内の温度は500℃に設定され、ウエハロード時の上昇速度は10cm/minである。
これに対して、曲線Bに示す本発明装置の場合には、熱の伝わり方を抑制して遅らせる、或いは緩和する熱緩衝部材98を設けた分だけ、熱効率が劣化するのでヒータ投入電力が増加して熱電対の温度は少し高くなるが、外側熱電対の検出値はハンチング現象をほとんど生ずることなく温度補償が行われて温度が安定化していることを確認することができた。
更には、上記実施例では、外側の処理管34と内側管42とよりなる2重管構造の処理容器32の場合を例にとって説明したが、これに限定されず、例えば図5に示すような単管構造の処理容器32についても本発明を適用することができる。尚、図5中においては、図1中の構成部分と同一構成部分については同一符号を付している。
この熱緩衝部材98の作用効果は、先に説明した場合と同じである。この場合にもマニホールド部36を透明石英で形成し、処理管34と一体成形するようにしてもよい。尚、この単管構造の処理容器32では、ガスを天井部から供給し、処理容器32の下部側壁から排気するようにしてもよい。
また本発明は、上述のようにポリシリコン膜を成膜する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、アモルファスシリコン膜、SiO2 膜、SiN膜等の他の全ての膜種の成膜処理を行う際にも、本発明を適用することができる。
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、LCD基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
32 処理容器
34 処理管
36 マニホールド部
38 開口部
42 内側管
48 ウエハボート(被処理体支持手段)
54 蓋部
62 昇降手段
68 真空ポンプ
70 真空排気系
72 ガス供給手段
74 シラン系ガス供給系
76 還元ガス供給系
78 不活性ガス供給系
80 加熱手段
84 加熱ヒータ
84A〜84E ゾーン加熱ヒータ
86 制御部
88A〜88E 外側熱電対
90 温度検出手段
90A〜90E 内側熱電対
98 熱緩衝部材
W 半導体ウエハ(被処理体)
Claims (13)
- 複数の被処理体に対して成膜処理を同時に施すようにした成膜装置において、
下部が開口された処理管を有して全体が所定の長さに設定され、前記被処理体を搬入・搬出するために下端に開口部を設けた縦型の処理容器と、
前記処理容器内へ各種のガスを供給するガス供給手段と、
前記複数の被処理体を複数段に支持した状態で前記開口部より前記処理容器内へ搬入される被処理体支持手段と、
前記処理容器の前記開口部を気密に開閉する蓋部と、
前記被処理体支持手段と前記蓋部とを一体的に昇降させて前記被処理体支持手段を前記処理容器内へ挿脱させる昇降手段と、
前記処理容器内を真空排気する真空排気系と、
前記被処理体を加熱するために前記処理容器の周囲を囲んで設けられた加熱手段と、
前記処理管の下部側壁と前記加熱手段との間に設けられた不透明な熱緩衝部材と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。 - 前記被処理体の温度を検出するために前記処理容器内に設けられた温度検出手段と、
前記温度検出手段の検出値に基づいて前記加熱手段に供給する電力を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする請求項1記載の成膜装置。 - 前記熱緩衝部材はリング状、或いは円筒状に形成されていることを特徴とする請求項1又は2記載の成膜装置。
- 前記熱緩衝部材の高さは5〜50cmの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の成膜装置。
- 前記熱緩衝部材は、不透明石英、或いはセラミック材よりなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の成膜装置。
- 前記セラミック材は、SiC、Al2 O3 、SiNよりなる群より選択される1の材料よりなることを特徴とする請求項5記載の成膜装置。
- 前記処理容器は、前記処理管の下端を支持しつつ下端部が前記開口部となるリング状のマニホールド部と、前記処理管の内側に位置される石英製の円筒体状の内側管とを有していることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の成膜装置。
- 前記成膜処理は、熱CVD処理、ALD処理、プラズマCVD処理の内のいずれか1つであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の成膜装置。
- 複数の被処理体を収容するための処理管を有して下端に前記被処理体を搬入・搬出する開口部を設けた縦型の処理容器と、前記被処理体を加熱するために前記処理容器の周囲を囲んで設けられた加熱手段との間に設けられる部材であって、前記処理管の下部側壁と前記加熱手段との間に設けられることを特徴とする不透明な熱緩衝部材。
- 前記熱緩衝部材はリング状、或いは円筒状に形成されていることを特徴とする請求項9記載の不透明な熱緩衝部材。
- 前記熱緩衝部材の高さは5〜50cmの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項9又は10記載の不透明な熱緩衝部材。
- 前記熱緩衝部材は、不透明石英、或いはセラミック材よりなることを特徴とする請求項9乃至11のいずれかに記載の不透明な熱緩衝部材。
- 複数の被処理体を収容するための処理管を有する縦型の処理容器内に、その下端に設けた開口部より前記被処理体を搬入し、前記処理容器の周囲を囲んで設けられた加熱手段により前記被処理体を加熱して成膜処理を施すに際して、
前記処理管の下部側壁と前記加熱手段との間に不透明な熱緩衝部材を設けて、前記加熱手段から伝わる熱を緩和させるようにしたことを特徴とする成膜方法。
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