JP3008192B2 - 化学気相蒸着の加熱装置 - Google Patents
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Description
emical Vapor Deposition)の加熱装置に係るもの
で、詳しくは、反射板及び石英板を配設することにより
塵ごみ等の付着を防止するとともに、大面積の被加熱
体、例えばウェーハに形成される領域別の薄膜の厚さ、
及び温度分布を均一化し得る化学気相蒸着の加熱装置に
関するものである。
(i)ランプ加熱方式を用いた装置、(ii)加熱ヒータ
ーを用いた装置、及び(iii )赤外線又は高周波加熱方
式を用いながらサセプター(susceptor )を使用した装
置の三つに大別することができる。そして、前記(i)
に記載のランプ加熱方式の一例を説明すると、間接加熱
方式であって、図7に示したように、加熱部位をゾーン
(Zone)別に分離し、各ゾーン毎にランプ1(約10〜
20個)を均一な間隔に複数配列し、所望の熱を得るよ
うになっていた。
用いた装置においては、殆どが、直接抵抗加熱式であっ
て、端子に電源を接続し、所望の熱を得るようになって
いた。更に、前記(iii )に記載の赤外線又は高周波加
熱方式を用いながらサセプターを使用した装置において
は、ランプ内に特殊なガスを充填させ、そのとき、発生
する強烈な光により所望の熱を得るようになっていた。
ate )、符号3はウェーハ、符号4はAuコーティング
を夫々示したものである。
来の化学気相蒸着の加熱装置においては、直接加熱方式
の加熱ヒーターを用いるか、又は赤外線及び高周波加熱
方式を用いながらサセプターを使用して加熱すると、加
熱及び冷却に所要される時間が長引くという不都合な点
があった。
する場合、図8に示したように、室温から高温に昇温さ
れる時間は、10〜15分程かかるが、温度の下降時間
は、真空状態で、60〜120分程かかり、非常に長い
時間を必要とする。これにより、熱損失も大きくなるた
め、非経済的であるという不都合な点があった。又、前
記間接加熱方式を用いたランプ加熱の場合は、図8に示
したように、昇温速度が、10〜30秒であり、温度の
下降速度は1〜5分程でかなり速いが、金属層とシリコ
ン層との温度が相異するため、大面積のウェーハを加熱
する場合は、領域別の加熱温度分布が均一にならず、温
度制御を効率的に行うことができないという不都合な点
があった。
点に鑑みてなされたもので、石英板及び上、下部反射板
を配設して熱の均一なフィールドを形成し、大面積の被
加熱体も、領域別に形成される薄膜の厚さ及び温度分布
を均一にして、被加熱体への塵ごみ付着による汚染を最
小化し、酸素雰囲気下で酸化を防止し得る化学気相蒸着
の加熱装置を提供することを目的とする。
及ぼす結晶構造を破壊することなく、薄膜成長時の昇温
及び温度下降の速度を迅速にして、加熱時のオーバーシ
ュートによって温度が設定値以上になる時間をできるだ
け低減することができる化学気相蒸着の加熱装置を提供
することを目的とする。
るため、請求項1に係る化学気相蒸着の加熱装置におい
ては、化学気相蒸着するためにチャンバの内部に介装さ
れた被加熱体の下部に配設された下部反射板と、該下部
反射板と前記被加熱体との間に配設された熱放出手段
と、該熱放出手段と前記被加熱体との間に配設された石
英板と、それら下部反射板、熱放出手段、及び石英板の
上面及び側面を覆うように形成されたヒーターカバー
と、前記被加熱体の上方側に設置され、蒸着ガスを被加
熱体表面に噴射するガスシャワーヘッドと一体に形成さ
れた上部反射板とを備えて構成されたことを特徴とす
る。
おいては、前記熱放出手段は、コイルであることを特徴
とする。請求項3に係る化学気相蒸着の加熱装置におい
ては、前記ヒーターカバーは、石英を用いて形成された
ことを特徴とする。請求項4に係る化学気相蒸着の加熱
装置においては、下部反射板及び上部反射板は、ステン
レス鋼を用いて形成されたことを特徴とする。
おいては、前記下部反射板と上部反射板とは、相互対向
する位置に配設され、その間で前記熱放出手段から発生
した光が往復されることを特徴とする。請求項6に係る
化学気相蒸着の加熱装置においては、前記下部反射板及
び上部反射板の少なくとも一方は、前記被加熱体表面に
対して垂直方向及び水平方向に移動可能に配設されたこ
とを特徴とする。
おいては、前記下部反射板及び前記上部反射板は、その
幅が相互に略同一の寸法で形成されたことを特徴とす
る。
付図面に基づいて説明する。本発明に係る化学気相蒸着
の加熱装置においては、図1乃至図3に示したように、
化学気相蒸着用チャンバの内部に介装された被加熱体と
してのウェーハ11の下部に設置され、カンタル(Kant
hal )材、又はスーパーカンタル(Super −Kanthal )
材を用いて形成された内部熱線コイル13a及び外部熱
線コイル13b(図3参照)よりなる熱放出手段として
のヒーター13が内部に配設されたヒーターカバー12
と、該ヒーターカバー12と前記ヒーター13との間に
配設され、該ヒーター13を支持して、該ヒーター13
からウェーハ11方向に発生する熱を均一に分散する石
英板15と、前記ヒーター13の下面に配設され、該ヒ
ーター13の下方向及び側面方向に放射される光及び熱
を遮断し、該ヒーター13から放射熱を上方向に反射さ
せるステンレス材質の下部反射板14と、前記ウェーハ
11の上方に、該ウェーハ11に蒸着されるガスを噴射
するガスシャワーヘッド17と一体に形成され、熱をウ
ェーハ11方向に反射させるステンレス材質の上部反射
板16と、を備えて構成されている。
は、石英(Quartz)からなるとともに、前記ヒーター1
3を囲んで配設されているため、該ヒーター13の熱に
より流出される重金属などがチャンバ(Chamber )の内
部の他の領域に流入されることを防止する。また、図示
されていないが、前記ヒーター13と下部反射板14と
の間に、該ヒーター13の各領域の温度を測定する熱電
対(Thermo couple)が配設されている。そして、ヒー
ター13によるウェーハ11の温度状況は、図4に示す
ように、ヒーター13のワイヤ部(図3の符号13A)
では温度が高く、それ以外の領域(図3の符号13B)
では温度が低い波状となっている。
響を及ぼす結晶構造を破壊しないように、近赤外線から
可視光線に至る波長を有したものが用いられている。更
に、前記下部反射板14は、前記ヒーター13を支持し
ながら、該ヒーター13から発生する赤外線及び可視光
領域の熱エネルギーを前記ウェーハ11に反射させる。
化学気相蒸着の加熱装置の動作を説明する。先ず、ヒー
ター13からウェーハ11側に発生した赤外線及び可視
光は直接に、下部反射板14側に発生した赤外線及び可
視光はウェーハ11側に反射される。
14により、前記ヒーター13から発生した赤外線及び
可視光線が、化学気相蒸着用チャンバの外部に放射され
ることなく、上部反射板16と下部反射板14との間を
理論上無限に往復し、該上部反射板16と下部反射板1
4との間に、図2に示したように、熱の均一なフィール
ドを形成し、強誘電(高誘電)膜の形成に好適なプロセ
スチャンバの構造を有するようになっている。
には、金属層とシリコン層との温度に差異を生じてしま
うのに対し、本発明では、被加熱物の形状、材質に拘ら
ず、均一な温度下で加熱することができる。即ち、前記
ウェーハ(被加熱体)11の赤外線加熱効率は、光の吸
収効率により決定されるのであるが、前記のように、光
が理論上無限に往復され、材料による加熱差が無いた
め、迅速及び均一な加熱特性を得ることができる。
着時に必要なガスを供給するガスシャワーヘッド17と
が一体に形成されているため、熱の均一なフィールドに
ガスを供給することができる。又、前記ヒーター13の
上面に装着された石英板15により、該ヒーター13か
ら発生した熱を均一に分布させ、図6に示したように、
大面積のウェーハ11内でも温度の均一性に優れ、低廉
な費用で加熱することができる。尚、図6(B)中、T
imeは、1996年6月4日8時54分から20時5
7分までの時刻を示したものである。
12により、前記ウェーハ11側に塵ごみなどの不純物
が流入するのを防止し、酸素雰囲気下でも前記ヒーター
13が酸化されるのを防止する。そして、図4及び図5
に示したように、膜の成長時に、昇温及び温度の降下を
迅速に行い、加熱時におけるオーバーシュートにより温
度が設定値以上になる時間をできるだけ低減するように
なっているため、強誘電体の結晶構造が破壊されるのを
防止するという効果がある。尚、図5は、本願発明の上
部反射板16とウェーハ11との間の距離の変化に応じ
て変化するウェーハ11の温度分布を示したグラフであ
って、ここで示される符号Xは、上部反射板16とウェ
ーハ11との間の距離(図1中、符号17と11との間
の距離)を示したものである。
らは、熱の均一なフィールドが使用可能であるというこ
とが判明された。且つ、被加熱物の温度が600℃であ
るとき、ヒーター表面の温度は、只、約630℃程度で
あって、外部への放射による熱損失が極めて少ないた
め、従来のランプ加熱方式の場合、被加熱物の温度が6
00℃であるとき、ヒーター表面の温度は、1300〜
1800℃であったことと比べると、熱効率が格段に向
上するという効果がある。
て、膜厚や熱の均一性を変化させて最適な膜成長を具現
するために、上部反射板16と下部反射板14の少なく
とも一方は、ウェーハ11表面に対して垂直方向及び水
平方向に移動可能に配設して使用することもできる。更
に、効率よく膜厚や熱の均一性を図るため、前記下部反
射板14及び前記上部反射板16は、その幅が相互に略
同一の寸法で形成するのが好ましい。
気相蒸着の加熱装置においては、化学気相蒸着用チャン
バ内の全ての物質の温度を均一にさせる熱の均一フィー
ルドを形成するようになっているため、被加熱体の材質
選択の幅を広げ得るという効果がある。
ェーハ等の被加熱体のごみ等による汚染及び熱放出手段
の酸化をより一層防止し得るという効果がある。更に、
本発明の加熱装置は構造が簡単で、被加熱体の加熱も容
易であるため、原価を低減し得るという効果がある。
示した縦断面図である。
の均一なフィールドを示した縦断面図である。
フである。
示したグラフである。
(B)加熱時間とウェーハの領域別の温度差との関係を
示したグラフである。
熱装置の構成を示した断面図である。
降速度を示したグラフである。
Claims (7)
- 【請求項1】化学気相蒸着するためにチャンバの内部に
介装された被加熱体の下部に配設された下部反射板と、 該下部反射板と前記被加熱体との間に配設された熱放出
手段と、 該熱放出手段と前記被加熱体との間に配設された石英板
と、 それら下部反射板、熱放出手段、及び石英板の上面及び
側面を覆うように形成されたヒーターカバーと、 前記被加熱体の上方側に設置され、蒸着ガスを被加熱体
表面に噴射するガスシャワーヘッドと一体に形成された
上部反射板と、 を備えて構成されたことを特徴とする化学気相蒸着の加
熱装置。 - 【請求項2】前記熱放出手段は、コイルであることを特
徴とする請求項1記載の化学気相蒸着の加熱装置。 - 【請求項3】前記ヒーターカバーは、石英を用いて形成
されたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の化
学気相蒸着の加熱装置。 - 【請求項4】下部反射板及び上部反射板は、ステンレス
鋼を用いて形成されたことを特徴とする請求項1〜請求
項3のいずれか1つに記載の化学気相蒸着の加熱装置。 - 【請求項5】前記下部反射板と上部反射板とは、相互対
向する位置に配設され、その間で前記熱放出手段から発
生した光が往復されることを特徴とする請求項1〜請求
項4のいずれか1つに記載の化学気相蒸着の加熱装置。 - 【請求項6】前記下部反射板及び上部反射板の少なくと
も一方は、前記被加熱体表面に対して垂直方向及び水平
方向に移動可能に配設されたことを特徴とする請求項1
〜請求項5のいずれか1つに記載の化学気相蒸着の加熱
装置。 - 【請求項7】前記下部反射板及び前記上部反射板は、そ
の幅が相互に略同一の寸法で形成されたことを特徴とす
る請求項1〜請求項6のいずれか1つに記載の化学気相
蒸着の加熱装置。
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