JPH0430514A - 熱ｃｖｄ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 ごの発明は、Ｉ膜成分を有する１種または複数のガスか
らなる反応ガスを熱エネルギーで励起もしくは分解し気
相またはウェーハ上での化学反応によりウェーハ上に薄
膜を形成する熱ＣＶＤ装置の構成に関する。

〔従来の技術〕

熱ＣＶＤによるウェーハ面への薄膜形成は、所定の温度
に加熱されたウェーハの面に反応ガスを供給しウェーハ
の熱で反応ガスを励起もしくは分解しながら気相または
ウェーハ上で化学反応させることにより行われる。ウェ
ーハの加熱手段としては、加熱温度の制御性が良いこと
、被処理物の汚染が少ないこと、大面積化に対応できる
こと等の理由からランプヒータを用いることが多い。第
３図に従来の熱ＣＶＤ装置の一構成例を示す。ウェーハ
１を密着状態に保持して外部から回転駆動される。カー
ボンからなるサセプタ２を収容する石英製の真空容器３
の平坦な上面と下面とにそれぞれ近接して複数の赤外線
加熱用ハロゲンランプ４が配置され、真空容器の上面側
と下面側とに該上面、下面にそれぞれ平行な加熱面が形
成されている。これらのハロゲンランプ４は、このハロ
ゲンランプから放射される赤外線を反射する反射面を有
し冷却媒体の通る孔が肉厚中に形成されたりフレフタ５
で外側から近接して覆われ、ウェーハ１は、上面側のハ
ロゲンランプからは直接、また下面側のハロゲンランプ
からはサセプタ２を介して加熱される。ウェーハ１への
薄膜形成は、ハロゲンランプ４でウェーハ１を加熱しつ
つ反応ガスを真空容器３の側壁の開口を通して導入し、
反対側の側壁の開口から排気することにより行われる。

形成される薄膜の膜厚１Ｍ４質を均一化するためにサセ
プタ２は薄膜形成中回転駆動される。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、従来の熱ＣＶＤ装置では、ウェーハの加熱
効率を良くするために、背面側にリフレクタを備えたラ
ンプヒータで真空容器を上下に挟む加熱構造がとられて
いる。このため、反応ガスは真空容器の側壁から開口を
通して導入され、ウェーハの面に沿って一方間に流され
る。ウェーハは加熱されているので、ウェーハ面の上流
側と下流側とでは、分解１反応するガスの密度に差が生
じ、膜厚の均一性が得られないため、サセプタは成膜中
回転させる必要があり、装置構成の複雑さが免れない、
さらに、流れと直角方向のガス密度の分布は、側壁の開
口の大きさ、真空容器の大きさと形状およびガス流量に
よりほぼ決まることから、ガス密度の均一な流れを得る
ための流量設定のマージンが小さく、流量の非常に限ら
れた範囲内でしか良質の膜を作ることができない、また
、ウェーハの温度を測定するための放射温度計の設置が
できず、温度測定が非常に困難である。さらに、ウェー
ハ受渡しのためのウェーハ搬送の面でも、搬送機構、搬
送方法上の制約が大きい。

この発明の目的は、サセプタを回転させることなく、ま
た、ガス流量に制約されることなくウェーハ上に膜厚の
均一な薄膜を形成することができ、かつウェーハ温度を
測定するための放射温度計の設置や、ウェーハ搬送面で
の搬送機構や搬送方法などに制約の少ない熱ＣＶＤ装置
の構成を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明においては、熱Ｃ
ＶＩ）を、真空容器内にあって一方の面に被成膜ウェー
ハを密着状態に保持する１カーボンからなるサセプタと
、該カーボンサセプタの反ウェーハ側の真空容器壁面の
開口を気密に閉鎖する石英製の窓と、該石英窓の外側に
前記カーボンサセプタと対向する発熱面を形成する１個
または複数のリング状あるいは直線状のハロゲンランプ
と、該ハロゲンランプを該ハロゲンランプに近接して外
側から覆いハロゲンランプから放射される赤外線を反射
する。水冷構造を有するリフレクタとを備えた構成とす
るとともに、前記カーボンサセプタが、想定される被成
膜ウェーへの最大径よりも大きい径をもち、かつ、前記
真空容器がアルミなどの高熱伝導材を用いて構成される
とともに該真空容器の内壁面が鏡面に研磨されている装
置とするものとする。さらに、この装置構成において、
真空容器内のウェーハ被成膜面と対向する側に、石英な
ど赤外線を良く透過する材料またはアルミなど赤外線を
良く反射する材料からなり反応ガスを被成膜ウェーハに
聞けてシャワー状に放出する多数の孔が形成された板状
のシャワーを着脱可能とすればより好ましい。

〔作用〕

熱ＣＶＤ装置をこのように構成することにより、ウェー
ハの加熱が、カーボンサセプタの裏面側からのみカーボ
ンサセプタを介して行われる片側加熱となり、サセプタ
のウェーハ保持面側には加熱手段が存在しないから、反
応ガスを必ずしも従来のようにウェーハ面の方向に導入
する必要がなくなり、反応ガスをウェーハ面に垂直方向
に供給する装置構成が可能になる。このため、小孔が多
数形成され反応ガスをこの小孔からシャワー状に放出す
る板状のシャワーをウェーハと対向して配置するととも
に、小孔の分布や孔径の分布などを考慮することにより
、ウェーハを回転させることなく、またガス流量に制約
されることなく、ウェーハ上に形成される薄膜の膜厚が
均一となるように反応ガスを供給することができる。そ
して、ウェーハおよびサセプタは、アルミなどの輻射率
（物体の表面から放出される熱輻射の輝度を、同じ温度
にある黒体表面から放出される熱輻射の輝度で割った比
）の小さい金属からなり内壁面が鏡面に研磨された真空
容器の壁に囲まれているため、以下に説明するように、
ウェーハおよびサセプタから損失熱として真空容器外部
へ移動する熱量は極めて小さく、ウェーハの加熱効率は
従来と同等以上に高くなり、所要加熱電力が増大するこ
ともない。

いま、ウェーハから真空容器外部へ移動する損失熱量を
Ｑとし、ウェーハまたはこれと実質的に同一温度にある
サセプタの表面積をＳｌ＋真空容器の内壁面の面積をＳ
、とすれば、 Ｑ−σＳ＋　（Ｔ＋’　Ｔｚ’　）　／　（（１／　ｇ
　＋）”（Ｓ＋　／５Ｊ（１／ε、−１））が成立する
。ここて、σはステファン・ボルツマン定数、τ１はウ
ェーハまたはサセプタの絶対温度Ｔ２は真空容器内壁面
の絶対温度、ε、はウェーハまたはサセプタの輻射率、
８．は真空容器内壁面の輻射率である。

この式かられかるように、真空容器外部へ移動する損失
熱量は、ウェーハまたはサセプタと真空容器内壁面との
面積比、そして真空容器内壁面の輻射率とウェーハまた
はサセプタの輻射率とに依存する０本実施例では真空容
器内壁面の面積をなるべ（小さくするとともに内壁面を
鏡面に研磨して熱吸収を小さくしている。また被加熱物
がＳｉウェーハのみであればウェーハの輻射率はさほど
大きくないので熱損失は大きくなるが、ここではカーボ
ンサセプタを用いることにより、輻射率をほぼ１に近く
して、熱エネルギーがほとんど外に逃げないようにして
いる。そして、本発明の装置ではさらに、以下に説明す
るように、ウェーハ温度の均一化についても考慮がなさ
れている。被処理物が半導体ウェーへの場合、その周縁
部の温度が熱放散により中央部の温度に比べ低くなる結
果、案外大きな温度差が生じることがあり、このため、
その周縁部から中央部にかけて「スリップライン」と呼
ばれる損傷が発生することがある。しかし、本発明の装
置では、カーボンサセプタの径を想定されるウェーハの
最大径より大きくとり周縁部の温度低下を抑えている。

温度分布シミュレーシヨンによると次の結果が得られた
。第２図に示すように、真空容器の内壁面が鏡面に研磨
されて内壁面の輻射率が小さくなっているため、ウェー
ハ温度よりサセプタ温度の方が高くなる。これは、真空
容器内壁面により反射された熱エネルギーをサセプタ面
が良く吸収するからである。この結果、サセプタ端部の
熱の逃げがうまくカバーされ、ウェーハの中央部と周縁
部とで温度差が生ぜず、「スリップライン」の発生が防
止される。

さらに、ウェーハの片側加熱により可能となった。板状
のシャワーがウェーハと対向配置される装置構成におい
て、板状シャワーを、赤外線をよく透過する材質１例え
ば石英を用いて形成し、あるいは赤外線をよく反射する
材質１例えばアルミを用いて形成すれば、シャワーの熱
吸収量が小さくなり、シャワーが取り付けられる真空容
器への熱伝達に基づく熱損失が小さくなるとともに、板
状シャワーを、赤外線をよく透過する材質で形成した場
合には、放射温度針を板状シャワーの背面側に配置して
ウェーハの温度を容易に計測することができ、板状シャ
ワーを、赤外線をよく反射する材質で形成した場合には
、例えば板状シャワーの小孔を通った複数本の赤外線を
板状シャワーの背面側で検出し、それぞれの検出結果か
らウェーハの温度を求めるなどの方法が可能になり、ウ
ェーハ温度の測定が従来と比べて著しく容易になる。

これにより、加熱電力を調整してウェーハ温度を制御す
ることが容易に可能になる。また、この板状シャワーを
着脱可能に装置を構成することにより、プロセスの内容
に応して板状シャワーを交換しながらウェーハ面を処理
することができる。さらに、ウェーハの搬送時には、シ
ャワーを取り外すことにより、ウェーハの前面側が大気
に刺して大きく開放されるから、ウェーハの搬送機構や
搬送方法に対する制約が著しく少なくなる。

〔実施例〕

第１図に本発明による熱ＣＶＤ装置構成の一実施例を示
す、真空容器じは、アルミなど、熱伝導が良好で輻射率
の小さい金属材料で作られ、底面に開口３１を備え円形
の周壁に排気口３２が形成された筒体１３Ａと、筒体１
３Ａの上端面により周縁部を支持され中央部の開口周縁
部にシャワー７の周縁部が載置されるリング状のシャワ
ー保持具１３Ｂと、反応ガスを真空容器内に導入するた
めの孔を有し、シャワー７との間に空間を形成する天板
１３Ｃとから構成され、ここには特に図示しないが、水
冷可能な構造に作られている。真空容器民の内部には、
カーボンからなり表面ガＳｉＣコートされたサセプタ１
２を前記排気口３２とほぼ同一高さに支持する。

石英からなる円形のサセプタ支持具９が筒体１３Ａと同
軸に配され、また、サセプタ１２の裏面側に形成された
真空容器の開口３１は、石英製の窓８により気密に閉鎖
されている。窓８の下面側には窓８に近接して複数の直
線状ハロゲンランプ４が一平面内に平行に起重され、サ
セプタ１２と平行な発熱面を形成している。この発熱面
の下面側は、肉厚中を冷却水が通る。アルミ材からなる
リフレクタ１５により覆われ、ハロゲンランプ４から放
射される赤外線がリフレクタ内面の鏡面で反射されてサ
セプタ２の裏面を照射する。

ウェーハ１上に薄膜を形成する際には、ハロゲンランプ
４に電流を流し、ハロゲンランプ４から放射される赤外
線の直接光と、リフレクタ１５による反射光とによりウ
ェーハ１を所定温度に加熱した後、反応ガスを真空容器
の天板１３Ｃの孔から真空容器Ｕ内に導入する。導入さ
れた反応ガスは、まず、天板１３Ｃと２石英など赤外線
を良く透過する材賀、またはアルミなど赤外線を良く反
射する材賀で作られたシャワー７との間の空間に入り、
多くの小孔が形成された板状シャワーの背面全面にわた
り均一な圧力を形成する。シャワー７の小孔は、反応ガ
スがこの小孔を通ってウェーハ面へ供給されたとき、形
成されるｙＪ膜の膜厚が均一になるように中央部と周縁
部とで分布密度を変えて形成され、あるいは−様に分布
させるときには孔径を中央部と周縁部とで変えるように
している。

この板状シャワー７は、赤外線を良く透過する石英か、
赤外線をよく反射するアルミなどで作られ、石英で作ら
れている場合には、ウェーハの温度を計測する放射温度
計を真空容器の天板１３Ｃに取り付けることにより、ま
た、シャワー７がアルミ材で作られている場合には、複
数の小孔を通った赤外線を放射温度計はか、適宜の検出
手段でそれぞれ検出し、この検出結果を用いてウェーハ
の温度を求めるなどの方法により、ウェーハの温度測定
を従来に比べて著しく容易に行うことができる。

また、板状シャワー７を着脱可能に装置を構成すること
により、プロセスの内容に応して小孔の分布や小孔の孔
径分布の異なる。あるいは厚みを変えてウェーハとシャ
ワーとの間隔を変えたシャワーの使用が可能になる。ま
た、シャワー７を取り外すことにより、サセプタへのウ
ェーハの載置あるいは成膜後のウェーハの取出しが容易
に可能になり、搬送機構の構造や搬送方法に対する制約
が従来と比べて著しく少なくなる。

なお、上記の実施例では、本発明による熱ＣＶＤ装置と
して、ウェーハの被成膜面が鉛直方向上間きとなる装置
について説明したが、反応ガスの分解１反応が気相で行
われ、気相中で生成された粒子がウェーハ面に乗り、パ
ーティクル汚損が生しるのを防止するため、本発明によ
るＣＶＤ装置として、ウェーハの被成膜面が鉛直方間下
向きとなる装置も可能であることはもちろんである。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明においては、熱ＣＶＤを、
真空容器内にあって一方のｆに被成膜つニームを密着状
態に保持する。カーボンからなるサセプタと、該カーボ
ンサセプタの反ウェーハ側の真空容器壁面の開口を気密
に閉鎖する石英製の窓と、該石英窓の外側に前記カーボ
ンサセプタと対向する発熱面を形成する１個または複数
のリング状あるいは直線状のハロゲンランプと、該ハロ
ゲンランプを該ハロゲンランプに近接して外側から覆い
ハロゲンランプから放射される赤外線を反射する。水冷
構造を有するリフレクタとを儂えた構成としたので、ウ
ェーハの片側加熱が可能となり、反応ガスをウェーハ面
に垂直方向に供給することが可能となった。このため、
小孔が多数形成された板状シャワーをウェーハと対向さ
せた装置構成とするとともに、小孔の分布や小孔の孔径
の分布を考慮することにより、ウェーハを回転させるこ
となく、かつガス流量に制約されることなく反応ガスを
膜厚が均一となるように供給することが可能になった。

また、真空容器をアルミなど高熱伝導材で構成するとと
もに内壁面を鏡面に研磨したので、ウェーハおよびサセ
プタから真空容器外部へ逃げる熱損失が小さくなり、加
熱効率が従来と同等以上に高く維持され、加熱電力を増
加させないですんだ。また、サセプタの径を、想定され
るウェーハの最大径より大きくし、かつ真空容器をでき
るだけ小さく形成するとともに内壁面を鏡面に研磨する
こととしたため、サセプタ周縁部からの熱の逃げが真空
容器内壁面からの反射熱によりカバーされ、ウェーハの
温度が中央部と周縁部とで差がなくなり、均一な膜厚、
Ｉｌ質を得ることが容易になった。そして、ウェーハの
片側加熱により可能になった。板状のシャワーをウェー
ハと平行に対向配置する装置構成において、板状シャワ
ーを、赤外線をよく透過する材質あるいはよく反射する
材質を用いて構成することとしたので、シャワーの熱吸
収量が小さくなり、シャワーが取り付けられる真空容器
への熱伝達に基づく熱損失が小さくなるとともに、この
板状シャワーを、赤外線をよく透過する材質を用いて構
成した場合には、放射温度針を板状シャワー背面側の真
空容器壁に設置してウェーハの温度を容５に測定するこ
とができ、板状シャワーを、赤外線をよく反射する材質
を用いて形成した場合には、例えば、シャワーの小孔を
通った複数本の赤外線をそれぞれ手食出し、この検出結
果を用いてウェーハの温度を求めるなどの方法により、
ウェーハの温度測定が従来と比べ著しく容易になり、こ
れにより、加熱電力を調整してウェーハ温度を制御する
ことが容易に可能となった。また、板状シャワーは着脱
可能に装置が構成されるから、プロセスの内容に応じた
シャワーを随時交換しながら使用することができる。そ
して、ウェーハの搬送時には、シャワーを取り外してウ
ェーハを大きく大気に開放することができ、ウェーハの
搬送が搬送機構や搬送方法の制約少なく可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による熱ＣＶＤ装置構成の一実施例を示
す断面図、第２図はウェーハ面およびサセプタ面の温度
分布（計算値）を示す線図、第３図は従来の熱ＣＶＤ装
置の構成例を示す概念図である。 １：ウェーハ、２：サセプタ、３．１３＝真空容器、４
−ハロゲンランプ、５．１５：リフレクタ、７：シャワ
ー　８：窓（石英窓）、１２：サセプタ（カーボンサセ
プタ）、３１：開口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）薄膜成分を有する１種または複数のガスからなる反
   応ガスを熱エネルギーで励起もしくは分解し気相または
   ウェーハ上での化学反応によりウェーハ上に薄膜を形成
   する熱ＣＶＤ装置において、真空容器内に配され一方の
   面に被成膜ウェーハを密着状態に保持する、カーボンか
   らなるサセプタと、該カーボンサセプタの反ウェーハ側
   の真空容器壁面の開口を気密に閉鎖する石英製の窓と、
   該石英窓の外側に前記カーボンサセプタと対向する発熱
   面を形成する１個または複数のリング状あるいは直線状
   のハロゲンランプと、該ハロゲンランプを該ハロゲンラ
   ンプに近接して外側から覆いハロゲンランプから放射さ
   れる赤外線を反射する、水冷構造を有するリフレクタと
   を備えてなるとともに、前記カーボンサセプタが、想定
   される被成膜ウェーハの最大径よりも大きい径をもち、
   かつ、前記真空容器がアルミなどの高熱伝導材を用いて
   構成されるとともに該真空容器の内壁面が鏡面に研磨さ
   れていることを特徴とする熱ＣＶＤ装置。 ２）請求項第１項記載の熱ＣＶＤ装置において、真空容
   器内のウェーハ被成膜面と対向する側に、石英など赤外
   線を良く透過する材料またはアルミなど赤外線を良く反
   射する材料からなり反応ガスを被成膜ウェーハに向けて
   シャワー状に放出する。 多数の孔が形成された板状のシャワーを着脱可能とした
   ことを特徴とする熱ＣＶＤ装置。