JP2630216B2 - 化学気相成長装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、化学気相成長装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】化学気相成長装置の一つである従来の縦
型減圧気相成長装置は図８に示すように、内外２重のア
ウター管１と、インナー管２とからなる反応管と、これ
らの反応管内を所定の温度に保つためのヒータ３，反応
管の密閉を行うハッチ４，反応管内を減圧状態にし、反
応ガスの排気を行うためのポンプ５とを備えていた。ボ
ート７によって上下複数段に保持されたウェハ６は、反
応管のインナー管２内に収容され、反応管内を０．１〜
１０ｔｏｒｒ程度に減圧した後に原料ガスを導入し、ウ
ェハ６上に成膜が行われていた。

【０００３】従来の縦型減圧気相成長装置に用いられて
いるボートは図９，図１１に示すように、円形の天板９
ａと底板９ｂとを３本ないしは４本の支柱９ｃで連結し
た構造からなり、各支柱９ｃには図１０に示されるよう
に、縦軸方向に溝９ｂが一定ピッチで複数段設けられて
おり、ウェハ６は図１１に示すように、各支柱９ｃの同
一高さに位置する溝９ｄに外周縁が嵌合され保持される
ようになっていた。

【０００４】また、図１２〜図１４にウェハ６の膜厚面
内均一性を改善するために、支柱９ｃの軸方向に垂直な
面に、直径がウェハ６より数ｃｍ程度大きいリング１０
を上下に複数段取付け、リング１０上のツメ１１にウェ
ハ６の外周縁を掛止させて支持させているものがあっ
た。

【０００５】また、図１５に示す横型減圧気相成長装置
は、反応管１２の両端開口端がフランジ１３，１４で密
封され、カバー付きボート１５にウェハ６が支持されて
反応管１２内に設置されるようになっていた。この装置
に用いられるボート１５は図１６に示すように、バスケ
ット１５ｃ上に縦置きに並列に支持されたウェハ６が上
カバー１５ａと下カバー１５ｂとにより覆われており、
上カバー１５ａは、内面がウェハ６のオリエンテーショ
ンフラット部６ａに接近させて形成され、その断面形状
がウェハ６と相似形となるように成形してあった。

【０００６】また図１７の場合は、バスケット１６に支
持されたウェハ６と相似形になるように反応管１２自体
を成形していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述した図９に示すボ
ートを用いた縦型減圧気相成長装置によってウェハ上に
ポリシリコン膜やシリコン窒化膜を成膜した場合、ウェ
ハのオリエンテーションフラットと呼ばれる直線切り欠
き部分において、膜厚が他の部分に比べて厚くなるとい
う問題点があった。これは、ウェハ外周と円筒型のイン
ナー管内壁との間隔が、オリエンテーションフラット部
と他の円周部では異なるため、この部分におけるガス流
速や、ガス濃度等に違いが生じ、膜厚の特異的な増大を
招くものと思われる。

【０００８】このような弊害を避け、膜厚面内均一性を
向上させるために、図１２〜１４に示すようなボートで
は、リング１０の整流作用による膜厚均一性改善の効果
はあるものの、リング及びリング上のウェハ保持部等の
厚みにより、同じ長さのボートに収納できるウェハの枚
数が１／２〜１／３になり、スループットが大幅に低下
するという欠点がある。さらにボート形状が複雑になる
ため、加工が難しく、このためコストが増大するという
欠点もある。

【０００９】また図１６に示すカバー向ボートは、カバ
ーの内面をウェハの外形形状と相似形することにより、
ウェハ外周とカバーとの間隔を等しくし、オリエンテー
ションフラット部の膜厚の特異性を解消させるものであ
るが、この方法によれば、膜厚面内均一性は向上するも
のの、カバー壁面に消費されるガスが多くなり、ウェハ
上での成膜速度が低下し、スループットが減少するとい
う問題点があった。また、この方法は横型の減圧気相成
長装置で主に用いられているが、縦型減圧気相成長装置
では、ウェハの自動立て替え装置を用いている点や、ボ
ート回転機構を必要とする点から、ボート全体をカバー
で覆うことは、構造的に困難である。

【００１０】さらに横型減圧気相成長では反応管自体の
形状を図１７のようにウェハと相似形としたものも提案
されているが、この方法もボート回転機構を必要とする
縦型減圧気相成長装置での採用は困難である。すなわち
ボート回転によりウェハのオリエンテーションフラット
の位置が変化するため、固定された反応管との相対的な
位置が変わり、形状をウェハと相似形とした効果が相殺
されることとなるためである。

【００１１】本発明の目的は、前記問題点を解決するも
のであって、反応管の形状を円形のままとして、反応管
の内壁とウェハの外周との間隔を、オリエンテーション
フラット部の有無に関係なく、均等にするようにした化
学気相成長装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る化学気相成長装置は、ボートと整流板
とを有し、反応管内でウェハを成膜処理する化学気相成
長装置であって、ウェハは、その外形輪郭の一部が直線
状に切り落されたオリエンテーションフラット部を有し
ており、ボートは、複数のウェハを並列に配列して支持
するものであり、整流板は、ウェハのオリエンテーショ
ンフラット部の切断端縁に整合する直線端縁部と、ウェ
ハの外形輪郭の一部を象った周縁部とを有し、直線端縁
部をオリエンテーションフラット部の切断端縁に突き合
わせて、ボートに支持されたウェハと組合され、ボート
上に抜差可能に支持されるものである。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【作用】整流板の直線端縁部をウェハのオリエンテーシ
ョンフラット部の切断端縁に突き合わせて、該整流板を
ボートに支持されたウェハとの組合せで用い、ボート上
のウェハの外形輪郭を反応管内壁の断面形状とは相似形
に整合させる。

【００１６】本発明によれば、ウェハ全周と反応管内壁
との間隔を均一化することができ、したがって、ウェハ
上の膜厚面内均一性を向上させることができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図により説明する。

【００１８】（実施例１）図１は、本発明を縦型減圧気
相成長装置に適用した実施例１を示す断面図、図２は、
図１に用いたボートを示す斜視図、図３は、図２のボー
トの要部を示す拡大図、図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線断
面図である。

【００１９】図１において、本発明装置は、反応管と、
ボート７と、ヒータ３と、ポンプ５とを有している。

【００２０】反応管は、内外２重構造のアウター管１と
インナー管２とからなり、その底部開口がハッチ４で閉
塞されており、底部から原料ガスが供給されるようにな
っている。

【００２１】ポンプ５は、反応管内を脱気して減圧する
ものである。また、ヒータ３は、反応管の外周に取付け
られ、反応管を所定温度に加熱するようになっている。

【００２２】ボート７は図２〜図４に示すように、整流
板８との組合せで使用される。ボート７は、天板９ａと
底板９ｂと支柱９ｃとからなっている。４本の支柱９ｃ
は、天板９ａ及び底板９ｂの中心から径方向に等距離の
位置で天板９ａと底板９ｂとを連結しており、その高さ
方向に、ウェハ６の外周縁を嵌合保持させる溝９ｄが等
間隔で複数段設けられている。

【００２３】整流板８は、ウェハ６のオリエンテーショ
ンフラット部６ａの切断端縁に整合する直線端縁部８ａ
と、ウェハ６の外形輪郭の一部を象った周縁部８ｂとを
有し、直線端縁部８ａをオリエンテーションフラット部
６ａの切断端縁に突き合わせて、ボート７に支持された
ウェハ６との組合せで用いられ、ボート７上のウェハ６
の外形輪郭を反応管内壁（実施例１では、インナー管２
の内壁）の断面形状とは相似形に整形するようになって
いる。実施例１では、整流板８は、ボート７上のウェハ
６が差込まれる奥まった位置に、各段のウェハ６毎にそ
れぞれ個別に設けられ、支柱９ｃに一体に取付けられて
いる。

【００２４】実施例において、反応管１，２がヒータ３
で所定温度に加熱され、反応管１，２内はポンプ５で脱
気されて減圧され、その後、原料ガスが反応管１，２内
に導入される。原料ガスが導入されることにより、反応
管１，２内では、ボート７上のウェハ６に化学気相成長
法により成膜処理が行われる。

【００２５】本発明によれば、反応管１，２内にボート
７で支持されて収納される各ウェハ６は、整流板８と組
合される。整流板８は、その直線端縁部８ａがウェハ６
のオリエンテーションフラット部６ａの切断端縁に突き
合される。ボート７上のウェハ６の外形輪郭は図４に示
すように、整流板８との組合せにより整形され、反応管
１，２の内壁の断面形状と相似形に整形されることとな
る。このため、ウェハ６がボート７に搭載された場合
に、整流板８の作用により、その該周縁とインナー管２
の内壁との距離が見かけ上等しくなり、オリエンテーシ
ョンフラット部６ａにおけるガス流速，濃度の極端な違
いによる膜厚の特異性が解消され、面内均一性が向上す
る。例えば、ポリシリコン膜の成膜において、整流板を
設置しない場合の膜厚面内均一性が７％であったもの
が、本発明により１％程度に向上させることができた。
また、整流板はウェハと同一面上に、同程度の厚みのも
のを取り付ければよく、図１２〜図１４に示すリングボ
ートのようにウェハの下部にリングを取付ける方法と異
なり、リングによる高さ方向のスペースのロスはない。
このため、同じ高さのボート内に、リングボートよりも
１．５倍〜２倍程度のウェハを収納できるという利点を
有する。さらに整流板の形状は、リングに比べて単純で
あるため、加工及び設置は容易であり、リングボートに
比べてコストを減少させることができる。

【００２６】さらに、整流板の設置位置がウェハのオリ
エンテーションフラット部６ａのみであるために、全体
的な成膜速度の低下はない。すなわち、図１６に示すカ
バー付ボートを使用した場合には、膜厚面内均一性は向
上するものの、カバー部で消費される原料ガスが多くな
り、オリエンテーションフラット部のみならず、ウェハ
全体の成膜速度を低下させ、これによりスループットの
減少が引き起こされるが、本発明によれば、成膜速度を
低下させることなく膜厚面内均一性が向上できる。

【００２７】（実施例２）図５（ａ）は、本発明の実施
例２を示す平面図、（ｂ）は同側面図、図６（ａ）は、
ウェハ及び整流板をボートに移載する移載機を示す平面
図、（ｂ）は、同側面図、図７（ａ）は、整流板を収納
する収納ボックスを示す平面図、（ｂ）は同側面図であ
る。

【００２８】本実施例では、整流板８は各ウェハ６とは
組合されてボート７上に抜差可能に支持するようにした
ものである。本実施例は、整流板８とウェハ６との同時
移載を可能にするため、図６に示す移載機を使用してい
る。図６に示す移載機１７は、ブレード１７ａを有して
おり、ブレード１７ａの先端には、組合された整流板８
及びウェハ６を受け入れる凹所１７ｂを有している。ま
た図７に示すように収納ボックス１８内には、板厚や周
縁部８ｂの形状等が異なる整流板８を上下に並べて収納
している。

【００２９】移載機１７は、外部からの指令に基づいて
指定された整流板８を選定し、これをブレード１７ａの
凹所１７ｂ内に受け入れ、その後、ウェハ６を凹所１７
ｂ内に受け入れ、ウェハ６のオリエンテーションフラッ
ト部６ａに整流板８を組込み、ウェハ６の外形輪郭をイ
ンナー管２の内壁断面形状に整形する。次いで、組合さ
れたウェハ６と整流板８とをボート７内に差込み、ウェ
ハ６と整流板８とをボート７の支柱９ｃの溝９ｄ内に嵌
合保持させる。

【００３０】本実施例は、整流板８をボート７に抜差可
能に支持する構造であるため、ボート７としては従来と
同じ形のボートを使用できるため、ボート作成コストは
従来と同程度で済むという利点がある。また、同一バッ
チ内で面内均一性にばらつきのある場合、例えばボート
の下段側に比べて上段側の面内均一性が悪いときなどが
ある場合には、ボートの各段（又は数段毎）で形状が多
少異なる整流板（例えば円周部の径を変えたもの等）を
使用することができる。

【００３１】この実施例によれば、整流板のみを変える
ことができ、ボートに加工を施す必要はないため、ボー
ト自体に汎用性を持たせることができる。整流板の移載
は図６に示すように、ウェハを移載機のブレード上に乗
せ、次にオリエンテーションフラット部整流板を乗せ、
これらを一括してボートに移載すればよい。ウェハと整
流板のブレード上への移載順は逆でもよい。さらに図７
のようなウェハカセット上の整流板収納ボックスを備え
ておけば、自動移載機による移載が可能である。収納ボ
ックスの段数は、ここでは４段としてあるが、ボートに
移載するウェハ数に合わせてさらに段数を増やしてもよ
い。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、ウェハの
オリエンテーションフラット部に整流板を設置し、ウェ
ハ外周と反応管内壁との間隔を一定とすることにより、
スループットを低下させることなく、またボートの複雑
な加工によるコスト増加を招くことなく、ウェハ上の膜
厚面内均一性を向上させることができる。これにより、
半導体装置の品質を安定させ、歩留りを向上できるとい
う効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を縦型減圧気相成長装置に適用した実施
例１を示す断面図である。

【図２】図１に用いたボートを示す斜視図である。

【図３】図２のボートの要部を示す拡大図である。

【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

【図５】（ａ）は、本発明の実施例２を示す平面図、
（ｂ）は同側面図である。

【図６】（ａ）は、ウェハ及び整流板をボートに移載す
る移載機を示す平面図、（ｂ）は同側面図である。

【図７】（ａ）は、整流板を収納する収納ボックスを示
す平面図、（ｂ）は同側面図である。

【図８】従来例の位置を示す断面図である。

【図９】従来のボートを示す斜視図である。

【図１０】従来のボートの支柱を示す斜視図である。

【図１１】図８のＸ−Ｘ線断面図である。

【図１２】従来の他のボートを示す斜視図である。

【図１３】（ａ）は、図１２のボートによるウェハの支
持構造を示す平面図、（ｂ）は同側面図である。

【図１４】（ａ）は、図１２のボートでウェハを支持し
た状態を示す平面図、（ｂ）は同側面図である。

【図１５】従来の横型減圧気相成長装置を示す断面図で
ある。

【図１６】図１５の縦断面図である。

【図１７】図１５に示す装置の他の例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ アウター管 ２ インナー管 ３ ヒータ ４ ハッチ ５ ポンプ ６ ウェハ ６ａ ウェハのオリエンテーションフラット部 ７ ボート ８ 整流板 ９ａ 天板 ９ｂ 底板 ９ｃ 支柱 ９ｄ 溝

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボートと整流板とを有し、反応管内でウ
   ェハを成膜処理する化学気相成長装置であって、 ウェハは、その外形輪郭の一部が直線状に切り落された
   オリエンテーションフラット部を有しており、 ボートは、複数のウェハを並列に配列して支持するもの
   であり、 整流板は、ウェハのオリエンテーションフラット部の切
   断端縁に整合する直線端縁部と、ウェハの外形輪郭の一
   部を象った周縁部とを有し、直線端縁部をオリエンテー
   ションフラット部の切断端縁に突き合わせて、ボートに
   支持されたウェハと組合され、ボート上に抜差可能に支
   持されるものであることを特徴とする化学気相成長装
   置。