JP5656400B2 - 真空熱処理装置および半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
ヒータとなる加熱容器をグラファイトで形成した場合には、加熱容器は脆弱なため、加熱容器接合用フランジ面と加熱容器の接合面との間を数ミクロン程の隙間をあけてOリングシールを挟んで、弾性力を利用して真空シールすることが行われている(特許文献1)。
電子衝撃加熱装置においては、加熱容器の内部で、フィラメントから熱電子がフィラメントと加熱容器間に印加された加速電圧により引き出されることで発熱させるため、加熱容器の内部は高真空に保つ必要がある。加熱容器内を高真空に保つことができなくなると、フィラメントと加熱容器間に印加された加速電圧により、加熱容器内に異常放電が生じてしまう。
実施例において、加熱容器はグラファイト製であり、接合チャンバはアルミニウム製である。
又、真空処理チャンバは、開口により連結されて接合された上部チャンバと下部チャンバとからなり、該加熱容器は該開口を貫いて取付けられ、該加熱容器の輻射熱を発する壁は該下部チャンバに、そして該接合チャンバへの接合部は該上部チャンバに配置され、該上部チャンバと下部チャンバの接合面はOリングにより密封され、該接合面において該加熱手段と該Oリングとの間に互いに嵌めあう段差が形成されている。
突起部は、該接合チャンバの環状フランジの開口縁からひさし状に下がっている。
本発明に従う半導体デバイスの製造方法は、上記真空熱処理装置を用いて基板の熱処理を行う工程を有する。
また、ヒータ温度が2000℃の超高温領域が安定して使用でき、かつ、単結晶炭化ケイ素の基板を用いたデバイスでは、アニール処理における良好な表面平坦性を実現することが可能となる。
図1は、本発明の一実施形態として、電子衝撃型の加熱容器を収容している真空熱処理装置を示す図である。
図1に示すように、本実施形態の真空加熱装置は、真空処理チャンバ2と、真空処理チャンバ2の内部に載置された基板5を加熱する加熱容器3と、加熱容器3の雰囲気を排気するターボ分子ポンプ4、ポンプ4に接続され加熱容器2を接合する接合チャンバ1、真空処理チャンバ2を排気する排気手段としてのターボ分子ポンプ17とを備えている。加熱容器3内の電力導入棒(不図示)に、不図示の電源から電力が導入される。真空処理チャンバ2は、本実施形態では、アルミニウム製であり、加熱容器3はグラファイト製である。
基板5を加熱処理する側の真空処理チャンバ2は、ターボ分子ポンプ17により高真空に排気されている。
加熱処理が行われる基板5は、加熱容器3と対峙する基板ホルダ18に取付けられた熱受板(不図示)などに載置され、基板5の搬送時や冷却時は、基板ホルダ18を下降させ、また、加熱処理を行う時には、基板ホルダ18を上昇させて基板5と加熱容器3の距離を、例えば、3mmの間隔まで近づけて効率よく加熱処理を行うことができる。
また、真空容器2の上部6の上に、ポンプに接続された接合チャンバが取付けられ、接合チャンバ1のフランジ13に、加熱容器3がOリング(不図示)を介して接合されている。フランジ13内には、不図示の水冷管が配管されており、水冷管には不図示の供給管から冷媒が循環されている。なお、フランジ13は、円板状形態であり、排気および電力導入棒接続のための開口を有する。
加熱容器3を超高温にした際に、導電性ヒータ131のカーボンやフィラメント132の高融点金属等から発生するガスを排気する目的で、ターボ分子ポンプ4により接合チャンバを介して高真空に排気されている。
フランジ13には、Oリング21を挿置するための溝23が形成されている。また、フランジ13には、突起状のひさし部分24が環状フランジ13の開口縁に設けられており接合された加熱容器側に向かって延在しており、突起状ひさし部分24の内側に(即ち、半径方向に外側)加熱容器3のフランジ15の接合25がくるように加熱容器3がフランジ13に接合されている。加熱容器3はグラファイト(カーボン)製であるため脆弱であることから、フランジ13と加熱容器3との間にはOリングを介することによりそれら接合面間に1μm程度の隙間を開けている。一方、熱赤外線は高温域では波長のメインピークが短波長側にシフトするので、フィラメントや加熱容器の熱が隙間部分から進入し易くなる。しかし、ひさし部分24があるので、隙間部分を輻射熱から遮蔽し隙間部分26から、フィラメントの熱が入り込むことを防ぐことができる。そのため、Oリング21が熱により劣化されることを防ぐことができる。
しかし、本実施形態においては、ひさし部分24が存在するので、熱赤外線が進入することを防ぐことができる。
図4は、本実施形態の真空処理チャンバ2で、上部6と中間部7を接合するフランジ11、12の部材同士の接合部分を拡大した断面図である。図1と同じ部材に対しては、同じ符号を使用している。
尚、加熱容器3と接合チャンバ1との接合にあっても、フランジ13と15との接合面に図4の嵌め合い構造と同様の段差を設けることも、Oリングへの輻射熱の防止に有効である。
また、活性化アニール後の表面平坦性も、RMS値で0.6ナノメートルと非常に平坦であった。さらに、ヒータベース3を冷却し、24時間排気し、到達真空度を測定したところ、1.7×10−6Paと非常に良好な真空が得られていることを確認した。
(1)カーボン(グラファイト)製加熱容器3を1×10−3Paまでターボ分子ポンプ4で排気する。
(2)アルミ製水冷真空処理チャンバ2を1×10−3Paまでターボ分子ポンプ17で排気する。
(3)カーボン製加熱容器3をターボ分子ポンプ4で排気したまま、アルミ製水冷真空チャンバをベントする。このときアルミ製水冷真空処理チャンバ2内は大気圧とする。
(4)ベント完了10分後のカーボン製加熱容器3内の圧力を計測する。(加熱前)
(5)アルミ製水冷真空処理チャンバ2を1×10−3Paまでターボ分子ポンプ17で排気する。
(6)カーボン製加熱容器3のガス出しを行う。
(7)カーボン製加熱容器3を基板ステージ温度1600℃(カーボンヒータ温度1800℃)/1分間で50回加熱する。
(8)カーボン製加熱容器3を室温まで冷却する。
(9)カーボン製加熱容器3をターボ分子ポンプ4で排気したまま、アルミ製水冷真空処理チャンバ2をベントする。このときアルミ製水冷真空処理チャンバ2内は大気圧とする。
(10)ベント完了10分後のカーボン製加熱容器2内の圧力を計測する。(加熱後)
また、本発明では、加熱容器3と接合チャンバ1との接合部分のOリング、真空処理チャンバ1の上部と下部との接合部位へのOリングがいずれも、劣化しないような構造になっているので、Oリングからの熱分解物(ハイドロカーボン)などの発生を低減させることができる。そのため、試料基板の表面平坦性を向上させることができる。
2 真空処理チャンバ
3 加熱容器
4、17 ターボ分子ポンプ
5 基板
6 真空容器2の上部
7 真空容器2の中間部
8 真空容器2の下部
9 開口部
10 Oリング
11 上部フランジ
12 下部フランジ
13 接合チャンバフランジ
16 遮光板
21 Oリング
131 導電性ヒータ
132 フィラメント
133 第1の支柱
135 熱反射板
136 第2の支柱
137 中間ベース板
138 碍子
139 第3の支柱
Claims (6)
- 真空熱処理装置において、
その内部空間を真空に排気するための排気用開口を有する加熱容器(3)であって、該内部空間内に配置された加熱手段(132)により加熱された壁が輻射熱を発する加熱容器(3)、
排気ポンプ(4)に接続された加熱容器接合チャンバ(1)であって、該加熱容器の排気用開口と連結される連結用開口を有し、該連結用開口の周囲に設けられた該接合チャンバの環状フランジ(13)の面に該加熱容器の排気用開口周囲の加熱容器の環状フランジ(14)の面が接合されている加熱容器接合チャンバ(1)、及び
被加熱基板(5)をその内部空間に配置する真空処理チャンバ(2)であって、該加熱容器を該真空処理チャンバの内部空間に収容するよう該加熱容器が接合された該加熱容器接合チャンバを該真空処理チャンバ壁に取付けている真空処理チャンバ(2)とからなり、
該接合チャンバの環状フランジ面に環状の溝(23)が設けられ、該溝にOリングが挿置され、該Oリング(21)を介して該接合チャンバと該加熱容器のそれぞれの環状フランジ面が圧接されて該加熱容器が該接合チャンバに接合されており、
接合された加熱容器側に向かって延在する環状突起部(24)が該接合チャンバの環状フランジの開口縁に設けられ、該加熱容器の環状フランジ面は該環状突起部より半径方向に外側に位置している真空熱処理装置。 - 前記加熱容器はグラファイト製である請求項1に記載の真空熱処理装置。
- 前記接合チャンバはアルミニウム製である請求項1又は2に記載の真空熱処理装置。
- 前記真空処理チャンバは、開口により連結されて接合された上部チャンバと下部チャンバとからなり、該加熱容器は該開口を貫いて取付けられ、該加熱容器の輻射熱を発する壁は該下部チャンバに、そして該接合チャンバへの接合部は該上部チャンバに配置され、該上部チャンバと下部チャンバの接合面はOリングにより密封され、該接合面において該加熱容器と該Oリングとの間に互いに嵌めあう段差(16−16’)が形成されている請求項1に記載の真空熱処理装置。
- 前記突起部は、該接合チャンバの環状フランジの開口縁からひさし状に下がっている請求項1に記載の真空熱処理装置。
- 基板を熱処理する工程を有する半導体デバイスの製造方法において、請求項1ないし5のいずれかの真熱処理装置を用いて前記基板の熱処理を行うことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
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