JP2016058646A - 半導体製造装置および半導体製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プロセスチューブ内のボトム側の加熱効率を向上させた半導体製造装置および半導体製造方法を提供すること。【解決手段】半導体製造装置は、チャンバと、プロセスチューブと、基板支持部と、ヒータと、反射板とを有する。前記ヒータは、前記基板支持部の下方に配置されて、前記基板を加熱する。前記反射板は、前記ヒータの下側に配置され、前記ヒータから照射される熱を上方に反射して基板を加熱する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、半導体を製造する半導体製造装置および半導体製造方法に関する。

半導体基板上に結晶膜を気相成長させる半導体製造装置として、プロセスチューブ内に多段に水平に設置された複数の基板に対して一括して成膜処理を施すバッチ式の半導体製造装置が知られている。このバッチ式の半導体製造装置において、基板が配置される位置による温度差は、生成される膜の厚さのばらつきを生じさせる。半導体製造装置には、チャンバ内の温度を制御するヒータが設けられている。

前記ヒータは、複数の基板の全体を加熱するメインヒータと、トップ側に配置された基板を補助加熱するサブヒータと、ボトム側に配置された基板を補助加熱するサブヒータによって構成されている。しかし、膜厚の要求精度が厳しくなると、複数のヒータの温度制御のみでは、複数の基板を高精度に均熱制御することは難しい。

特開２００４−０５５８８０号公報

本発明の一つの実施形態は、プロセスチューブ内のボトム側の加熱効率を向上させた半導体製造装置および半導体製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一つの実施形態によれば、半導体製造装置は、チャンバと、プロセスチューブと、基板支持部と、ヒータと、反射板と、を備える。前記プロセスチューブは、前記チャンバ内に設置され、反応ガスが導入される。前記基板支持部は、前記プロセスチューブ内に設置され、複数の基板を多段に水平に支持する。前記ヒータは、前記基板支持部の下方に配置されて、前記基板を加熱する。前記反射板は、前記ヒータの下側に配置され、前記ヒータから照射される熱を上方に反射して基板を加熱する。

図１は、第１の実施形態の半導体製造装置の構成例を示す概念的な断面図である。 図２は、基板支持部の温度分布を示す図である。 図３は、ボトムヒータの内部構成例を示す断面図である。 図４は、ボトムヒータの内部構成例を示す断面図である。 図５は、第２の実施形態の半導体製造装置の構成例を示す概念的な断面図である。

以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる半導体製造装置を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態にかかる半導体製造装置の概略構成を示す断面図である。半導体製造装置としてのバッチ式縦型熱処理炉は、チャンバ１、プロセスチューブ２、ボート３及びヒータ１０を備える。半導体製造装置は、複数の基板４上に結晶膜を気相成長させる。

プロセスチューブ２は、チャンバ１内に設置されている。プロセスチューブ２は、反応ガスを使用する反応プロセスが実施される空間を構成する。プロセスチューブ２は、例えば、透明の石英部材を使用して構成されている。プロセスチューブ２には、ガス導入口２ａと、ガス排出口２ｂとが設けられている。反応ガスは、ガス導入口２ａから、チャンバ１内のプロセスチューブ２へ導入される。プロセスチューブ２へ導入された反応ガスは、ガス排出口２ｂからチャンバ１の外へ排出される。

ボート３は、プロセスチューブ２の内部に配置される。ボート３は、基台部３ｂおよび基板支持部３ａを有し、基板支持部３ａに複数の基板４がセットされる。ボート３は、上下移動可能であり、プロセスチューブ２の下側からプロセスチューブ２の内部に装填される。基台部３ｂにはモータが内蔵されており、モータの回転によって基板支持部３ａを回転する。基板支持部３ａは、水平姿勢とされた複数の基板４を載置可能な多段棚構造を備える。基板支持部３ａは、複数の基板４を所定間隔で上下方向に積層する。

ヒータ１０は、メインヒータ１１と、トップヒータ１２と、トップサブヒータ１３と、ボトムヒータ１４と、ボトムサブヒータ１５との５ユニットから構成されている。メインヒータ１１と、トップヒータ１２と、トップサブヒータ１３と、ボトムサブヒータ１５は、プロセスチューブ２とチャンバ１との間であって、プロセスチューブ２の全周囲に配置されている。ボトムヒータ１４は、プロセスチューブ２の内部であって、基板支持部３ａの下側に配置されている。

これらメインヒータ１１と、トップヒータ１２と、トップサブヒータ１３と、ボトムヒータ１４と、ボトムサブヒータ１５は、光加熱式のヒータによって構成されている。光加熱式のヒータは、例えば、カーボンワイヤヒータである。

ここで、図２に示すように、基板支持部３ａの上下方向の中央をセンタ部CNTと呼称し、基板支持部３ａの上端をトップ部TOPと呼称し、基板支持部３ａの下端をボトム部BTMと呼称する。メインヒータ１１は、基板支持部３ａの上下方向の全域を均等に加熱可能な、上下方向の長さを有する。トップヒータ１２は、基板支持部３ａの上部領域を上方から加熱するように配置されている。トップサブヒータ１３は、基板支持部３ａの上部領域を斜め上方から加熱するように配置されている。ボトムサブヒータ１５は、基板支持部３ａの下部領域を斜め下方から加熱するように配置されている。ボトムヒータ１４は、基板支持部３ａの下部領域を下方から加熱するように配置されている。

チャンバ１の内壁は、光沢加工が施されており、メインヒータ１１と、トップヒータ１２と、トップサブヒータ１３と、ボトムサブヒータ１５からの光線に対する反射率を上げ、チャンバ１内の均熱性を向上させている。

本半導体製造装置においては、反応ガスをプロセスチューブ２に供給して、ヒータ１０によって基板支持部３ａで支持される複数の基板４を目標温度に加熱することで、複数の基板４に対して一括して成膜処理を施す。

このような構造の半導体製造装置においては、プロセスチューブ２の側面側、上側は、その内壁が光沢加工が施されているチャンバ１で覆われている。しかし、プロセスチューブ２の下側、すなわちボトムヒータ１４の真下側は、ボート３が移動するため、光沢加工が施されているチャンバ１で覆われていない。また、熱の性質上、トップ側に比べボトム側の加熱効率は悪い。このため、メインヒータ１１、ボトムヒータ１４およびボトムサブヒータ１５による加熱制御だけでは、図２に示すように、センタ部CNTの近傍領域の温度に比べボトム部BTMの近傍領域の温度が低くなる。

そこで、第１の実施形態では、ボトムヒータ１４の下側に、ボトムヒータ１４から照射される熱を上方に反射して基板４を加熱する反射板を設ける。具体的には、ボトムヒータ１４内に、反射板２３を設け、ボトム部BTMの近傍領域の加熱効率を向上させる。図３に、ボトムヒータ１４の内部構造を示す。ボトムヒータ１４では、透明な石英で構成されるフラットなプレート本体２０に対し、カーボンワイヤヒータ２１と、仕切板２２と、反射板２３が封入されている。プレート本体２０の上部側には、ワイヤ状の光発熱体であるカーボンワイヤヒータ２１が封入されている。カーボンワイヤヒータ２１は、ヒータ本体２１ａと、ヒータ本体２１ａを取り囲む、透明な石英で構成される管２１ｂによって構成されている。カーボンワイヤヒータ２１は、渦巻き状などの適宜の形状に成形されている面ヒータであり、通電による光発熱する。

プレート本体２０の下部側には、反射板２３が封入されており、反射板２３によってカーボンワイヤヒータ２１からの光を矢印で示すように、上方に反射する。反射板２３としては、ウエハのようなシリコン単結晶板もしくは多孔質シリコンなどの金属板を用いる。反射板２３は、全面にベタ状に設けてもよいし、カーボンワイヤヒータ２１が配置されている箇所に対応して配置してもよい。反射板２３が配置されることにより、ボトムヒータ１４の下部方向への熱逃げが防止され、ボトム部BTMの近傍領域の加熱効率を向上させることができる。

仕切板２２は、カーボンワイヤヒータ２１と反射板２３との絶縁、反射板２３の曇り防止のために設けられている。仕切板２２は、例えば、透明な石英板で構成される。

図４は、ボトムヒータ１４の変形例を示している。図４に示すボトムヒータ１４では、反射板２３の上面に凹凸２５を形成し、この凹凸２５によって反射光の反射方向（反射角）を調整する。

このように第１の実施形態では、ボトムヒータ１４に、カーボンワイヤヒータ２１からの光を上方に反射する反射板２３を封入しているので、ボトムヒータ１４の下部方向への熱逃げが防止され、ボトム部BTMの近傍領域の加熱効率を向上させることができる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態にかかる半導体製造装置の概略構成を示す断面図である。第２の実施形態では、光沢加工が施されているチャンバ１の内壁に、ヒータ１０からの光を、前記基板支持部３ａに支持された所定の基板領域に対して指向性をもって反射させる凹凸３０が形成されている。この実施形態では、凹凸は３０は、矢印で示すように、ヒータ１０からの光を、斜め下向きの指向性をもって反射させている。このため、第２の実施形態では、ボトム部BTMの近傍領域の加熱効率をさらに向上させることができる。したがって、より厳しい、温度要求、膜厚要求に対応できる熱処理炉を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ チャンバ、２ プロセスチューブ、２ａ ガス導入口、２ｂ ガス排出口、３ ボート、３ａ 基板支持部、３ｂ 基台部、４ 基板、１０ ヒータ、１１ メインヒータ、１２ トップヒータ、１３ トップサブヒータ、１４ ボトムヒータ、１５ ボトムサブヒータ、２０ プレート本体、２１ カーボンワイヤヒータ、２１ａ ヒータ本体、２１ｂ 管、２２ 仕切板、２３ 反射板、２５ 凹凸、３０ 凹凸。

Claims (7)

1. チャンバと、
   前記チャンバ内に設置され、反応ガスが導入されるプロセスチューブと、
   前記プロセスチューブ内に設置され、複数の基板を多段に水平に支持する基板支持部と、
   前記基板支持部の下方に配置されて、前記基板を加熱するヒータと、
   前記ヒータの下側に配置され、前記ヒータから照射される熱を上方に反射して基板を加熱する反射板と、
   を備えることを特徴とする半導体製造装置。
2. 前記反射板はシリコンを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
3. 前記ヒータは光加熱ヒータであり、前記反射板は前記光加熱ヒータから照射される光を反射することによって基板を加熱することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体製造装置。
4. 前記反射板の前記ヒータ側の面に、前記反射光の指向性を調整する凹凸が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体製造装置。
5. 前記ヒータと、前記反射板との間に、石英板を設け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半導体製造装置。
6. 前記チャンバ内において前記基板支持部の周囲にヒータが設けられており、
   前記チャンバの側面内壁には、前記基板支持部の周囲に設けられたヒータからの熱を、前記基板支持部に支持された所定の基板領域に対して指向性をもって反射させる凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体製造装置。
7. チャンバ内に設置されているプロセスチューブに反応ガスを導入し、
   前記プロセスチューブ内の基板支持部に複数の基板を多段に水平に支持し、
   前記基板支持部の下方に配置されているヒータによって前記基板を加熱し、
   前記ヒータの下側に配置されている反射板によって前記ヒータから照射される熱を上方に反射して基板を加熱することを特徴とする半導体製造方法。

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