JPH04332121A - 半導体製造装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光エネルギーにより
基板を加熱し、反応ガスを分解することにより基板上に
薄膜を形成する半導体製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は例えば特開昭６１ー２７９１２０
号公報に記載された従来の半導体製造装置を示す断面図
であり、図において１は反応容器、２は基板、３は反応
容器１の下部に回転可能に配設され、基板２を載置する
サセプタ、４はサセプタ３と対向する反応容器１上部に
設けられた光透過ガラス窓、５は光透過ガラス窓４のカ
バー板、６は光透過ガラス窓４の外側に設けられたラン
プハウジング７に、サセプタ３と対向して取り付けられ
た光照射手段としての赤外線ランプ、８は反応容器１内
に反応ガス、例えばシランガスを含む混合ガスを供給す
る反応ガス供給口、９は反応容器１内に反応ガスを含ま
ないキャリアガスを供給するキャリアガス供給口、１０
は反応容器１に設けられたガス排出口である。

【０００３】つぎに、図９に示した従来の半導体製造装
置の動作について説明する。まづ、サセプタ３上に基板
２を載置し、回転手段（図示せず）によってサセプタ３
を回転させる。つぎに、赤外線ランプ６を点灯して、光
透過ガラス窓４を透して基板２上に赤外線を照射し、基
板２を加熱する。その後、反応ガス供給口８から反応ガ
スを導入し、反応容器１の基板２側を基板２に平行に反
応ガスを流す。同時に、キャリアガス供給口９からキャ
リアガスを導入し、反応容器１の光透過ガラス窓４側を
基板２に平行にキャリアガスを流す。シランガスを含む
反応ガスは、基板２上で熱により分解し、膜前駆ラジカ
ルが生成される。この膜前駆ラジカルが基板２表面に到
達し、基板２処理面にシリコン多結晶膜が形成される。 さらに、反応ガスおよびキャリアガスはガス排出口１０
から反応容器１外に排出される。ここで、この従来例で
は、キャリアガスを光透過ガラス窓４側に流すことによ
り、反応ガスの分解で生成された膜前駆ラジカルが光透
過ガラス窓４側に拡散するのを防止し、この膜前駆ラジ
カルの光透過ガラス窓４内壁面への付着を防止している
。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体製造装置
は以上のように、反応容器１の光透過ガラス窓４側に基
板２と平行にキャリアガスを流して、膜前駆ラジカルの
光透過ガラス窓４側への拡散を防止しているので、反応
ガスおよびキャリアガスの流れ方向の上流側に比べ下流
側では膜前駆ラジカルの拡散がより進行し、基板２が大
口径化するに伴い下流側での膜前駆ラジカルの光透過ガ
ラス窓４への付着を完全に防止できないという課題があ
った。また、この膜前駆ラジカルの光透過ガラス窓４へ
の付着に伴い不要な反応生成物が光透過ガラス窓４表面
で成長することにより光透過ガラス窓４の光透過特性が
劣化し、基板２の加熱が信頼性よく行えず、さらに、基
板２の面内での膜形成速度を支配する重要なパラメータ
である基板温度の均一化が困難となるという課題もあっ
た。さらに、この反応生成物が基板２表面に形成される
膜中に取り込まれて、膜の高品位化を妨げるという課題
もあった。

【０００５】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、反応ガスから分離された膜前駆
ラジカルが光透過ガラス窓に付着することを防止できる
半導体製造装置を得ることを目的としており、さらに基
板の面内温度分布を均一化して膜厚および膜質の基板面
内均一性を向上できる半導体製造装置を得ることを目的
としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る半導体製造装置は、一端が光透過ガラス窓を介して光
照射手段と相対するように筒状の基板保持部を反応容器
内に配設し、基板の裏面が光照射手段と対向するように
基板保持部の一端に基板を支持し、反応容器内を二分す
る外径を有するリング板をその内周縁が基板裏面外周部
に密接するように基板上に載置し、基板と光透過ガラス
窓との間にキャリアガスを導入するキャリアガス供給口
を反応容器に設け、一端をガス供給口に接続された反応
ガス供給ノズルを他端が基板保持部に支持された基板の
処理面と対向するように基板保持部内に配設したもので
ある。

【０００７】また、この発明の請求項２に係る半導体製
造装置は、基板を回転できるように、筒状の基板保持部
の下部に駆動回転ガイドを設けるとともに、基板保持部
に係止部を設け、この係止部に係止される被係止部をリ
ング板に設ける。

【０００８】また、この発明の請求項３に係る半導体製
造装置は、リング板の内周縁に、基板保持部で支持され
た基板裏面外周部に密接する突起部を形成する。

【０００９】また、この発明の請求項４に係る半導体製
造装置は、光照射手段の光源として、光透過ガラス窓を
介して基板および基板周囲を含む平面部分に対向して並
設した複数の線状のハロゲンランプを用いる。

【００１０】また、この発明の請求項５に係る半導体製
造装置は、光照射手段の光源として、光透過ガラス窓を
介して基板に対向して配設した中央部より外側のランプ
フィラメントのコイル密度が高い線状のハロゲンランプ
を用いる。

【００１１】また、この発明の請求項６に係る半導体製
造装置は、光照射手段の光源として、光透過ガラス窓を
介して基板に対向して並設した複数の線状のハロゲンラ
ンプ群が互いに直交して２段配設している。

【００１２】また、この発明の請求項７に係る半導体製
造装置は、光照射手段の光源として、光透過ガラス窓を
介して基板に対向して放射状に複数の線状のハロゲンラ
ンプを配設し、かつ、中央部より外側を基板面側に近付
けている。

【００１３】

【作用】この発明の請求項１に係る半導体製造装置にお
いては、基板処理面側から反応ガス供給ノズルより導入
された反応ガスは基板処理面でのシリコン多結晶膜の形
成に寄与した後、大部分の反応ガスは筒状の基板保持部
の内壁に沿って流れガス排出口より排出され、基板裏面
側に流れ出ようとする一部の反応ガスは、反応容器内を
基板処理面側と光透過ガラス窓側とに分離するリング板
、さらにはキャリアガス供給口から光透過ガラス窓と基
板との間に導入されるキャリアガス流によって阻止され
、光透過ガラス窓への到達が防止される。

【００１４】また、この発明の請求項２に係る半導体製
造装置においては、基板保持部の係止部にリング板の被
係止部を係止して基板保持部と基板とリング板とを一体
化して、駆動回転ガイドにより基板保持部を回転してい
るので、基板保持部とともに基板保持部に支持された基
板が基板の円周方向に安定して回転でき、基板が光透過
ガラス窓を透して光照射された場合の基板内温度を均一
化する。

【００１５】また、この発明の請求項３に係る半導体製
造装置においては、リング板の内周縁に設けた突起部の
先端面は、基板外周部に密接して反応ガスに曝されない
ので、常に清浄な表面を維持でき、基板処理面への膜形
成の操作を繰り返し行う場合に生じる基板と突起部との
間に予測不能な間隙の発生を防止している。

【００１６】また、この発明の請求項４乃至７に係る半
導体製造装置においては、複数の線状のハロゲンランプ
を光透過ガラス窓を介して基板に対向して並設し、中央
部に対して外側のランプフィラメントのコイル密度を高
めた線状のハロゲンランプを光透過ガラス窓を介して基
板に対向して配設し、互いに直行する２段の線状のハロ
ゲンランプ群を光透過ガラス窓を介して基板に対向して
配設し、あるいは中央部に対して外側を基板側に近付け
た放射状に配設された複数の線状のハロゲンランプを光
透過ガラス窓を介して基板に対向して配設しているので
、基板中央部の基板面と同等もしくはそれ以上の光エネ
ルギー量を基板周辺部の基板面および基板の外周部分に
対して照射して、基板の径方向への熱の伝導を抑制する
。

【００１７】

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。 実施例１．図１はこの発明の請求項１乃至４に係る半導
体製造装置の一実施例を示す断面図であり、図において
図９に示す従来の半導体製造装置と同一または相当部分
には同一符号を付し、その説明を省略する。１１は上部
に基板２の外径より大きい口径の開口部１１ａおよび係
止部としてのピン１１ｂを有し、この開口部１１ａ側を
光透過ガラス窓４と対向するように反応容器１内に配設
された筒状の基板保持部であり、この実施例では一端に
基板２の外径を規制する段差１２ａが設けられた支持棒
１２が基板保持部１１の開口部１１ａの内周縁上部に他
端を固定されて複数配設され、これらの支持棒１２の段
差１２ａによって基板２の外径を規制するとともに基板
２を支持している。

【００１８】１３は中央部に基板２の外径より小さな中
空部１３ａ、内周下面端縁の全周にわたる一定の高さの
突起部１３ｂおよび被係止部としての貫通孔１３ｃを有
する反応容器１内の反応室を二分する外径のリング板で
あって、このリング板１３は基板保持部１１のピン１１
ｂを貫通孔１３ｃに挿入して位置決めされ、突起部１３
ｂの先端面が基板２の外周面に密接して支持棒１２の段
差１２ａとともに基板２を固定している。１４は一端を
反応ガス供給口８に接続され、他端を基板２の処理面と
対向するように反応容器１下部に配設された反応ガス供
給ノズル、１５は基板保持部１１の下部を支持し、外部
の駆動手段（図示せず）の動力によって基板保持部１１
を回転させる駆動回転ガイドである。１６は光透過ガラ
ス窓４を介して基板２の周囲を含む平面部分に対向して
並列に複数配設された光照射手段の光源である線状のハ
ロゲンランプである。ここで、キャリアガス供給口９は
基板２と光透過ガラス窓４との間にキャリアガスを導入
するために反応容器１の上部に設けられており、ガス排
出口１０は反応ガス供給ノズル１４を取り囲むように反
応容器１の下部に設けられている。

【００１９】つぎに、上記実施例１の動作について説明
する。まづ、図２に示すように基板保持部１１に取り付
けられた３本の支持棒１２に基板２を処理面を下にして
載置する。この基板２は３本の支持棒１２の段差１２ａ
によって外径が規制されて位置決めされる。つぎに、ピ
ン１２ｂと貫通孔１３ｃとを位置合わせて基板２上にリ
ング板１３を載置する。この時、リング板１３はピン１
２ｂと貫通孔１３ｃとの係合により横方向の移動を規制
されて基板保持部１１に保持されるとともに、突起部１
３ｂの先端部は基板２の外周面に密接し、基板２は支持
棒１２の段差１２ａとリング板１３の突起部１３ｂとで
挟持されて保持される。ここで、駆動回転ガイド１５を
駆動して、基板保持部１１を基板２の周方向に回転させ
ると、同時に基板２及びリング板１３も安定して回転す
る。この状態で、ハロゲンランプ１６から光透過ガラス
窓４を透して基板２に光エネルギーを照射して、基板２
を加熱する。

【００２０】そして、反応ガス供給ノズル１４から反応
ガス、例えばシランガスを含む混合ガスを基板２の処理
面に向けて供給する。同時に、キャリアガス供給口９か
ら基板２と光透過ガラス窓４との間にキャリアガスを導
入する。反応ガスは、従来の半導体製造装置で述べたよ
うに基板２処理面表面に例えば多結晶シリコン膜を形成
した後、大部分の反応ガスは基板保持部１１の内壁面に
沿って流れガス排出口１０から排出される。このように
上記実施例１では、リング板１３により反応容器１内を
基板２の処理面側と光透過ガラス窓４側とを隔離し、か
つ、基板２の上面と光透過ガラス窓４との間にキャリア
ガスを流しているので、基板保持部１１の開口部１１ａ
を通って光透過ガラス窓４側に拡散しようとする一部の
反応ガスは、光透過ガラス窓４に到達することなく反応
容器１の内壁に沿って流れてガス排出口１０から排出さ
れることになる。

【００２１】また、リング板１３はピン１１ｂと貫通孔
１３ｃとの係合により基板保持部１１に係止されており
、駆動回転ガイド１５を駆動して基板保持部１１を回転
するとともに、基板２およびリング板１３も同時に安定
して回転できるので、基板２の面内温度の均一化および
基板２の処理面に対する反応ガス供給の均一化がなされ
、基板２処理面内での膜厚および膜質の均一性が向上さ
れることになる。

【００２２】また、基板２の外周面と先端部表面が密接
する突起部１３ａをリング板１３の内周縁部の全周にわ
たって形成しているので、基板処理を繰り返し行う場合
に例え支持棒１２上に載置される基板２の位置に微小な
ズレが生じても、突起部１３ａの先端部表面は反応ガス
に曝されることなく、つまり突起部１３ａの先端部表面
には不要な反応生成物が形成されることがなく、常に清
浄な先端部表面を維持できる。したがって、基板２に膜
を形成する操作を繰り返し行っても、基板２と突起部１
３ｂとの密接状態は一定に維持され、基板２から周囲へ
の熱伝導も変化せず、基板２への膜形成の信頼性が向上
することになる。さらに、常に基板２と突起部１３ａと
の密接状態が維持されているので、基板２と突起部１３
ａとの間を通って反応ガスあるいはキャリアガスが光透
過ガラス窓４側あるいは基板２の処理面側に拡散するこ
とはなく、供給する反応ガスあるいはキャリアガスの流
量の規定が容易となる。

【００２３】さらに、基板２の周囲を含む平面部分と対
向して並列に複数の線状のハロゲンランプ１６を配設し
ているので、ハロゲンランプ１６から放射される光エネ
ルギーが基板２の周囲の加熱に寄与し、基板２の径方向
への熱の伝導を抑制し、基板温度の均一化が図られる。

【００２４】実施例２． この実施例は、この発明の請求項４に係る他の実施例で
ある。上記実施例１では基板２の周囲を含む平面部分と
対向して並列に複数の線状のハロゲンランプ１６を配設
し、ハロゲンランプ１６のそれぞれに等しい電力量を供
給し、ハロゲンランプ１６から放射される光エネルギー
で基板２の周囲を加熱することにより、基板２の径方向
への熱の伝導を抑制し、基板温度の均一化を図っている
が、この実施例では、中央部に配設されたハロゲンラン
プ１６に供給する電力量に対して、外側に配設したハロ
ゲンランプ１６に供給する電力量を増加するものとし、
基板２中央部の基板面に照射される光エネルギー量と同
等もしくはそれ以上の光エネルギー量を基板２周辺部の
基板面と基板２の外周部分とに対して照射できるので、
基板２の径方向への熱の伝導を抑制し、基板温度の均一
化が図られる。

【００２５】実施例３． 図３はこの発明の請求項４に係る半導体製造装置のさら
に他の実施例を示すもので、基板２の周囲を含む平面部
分と対向して並列に複数の線状のハロゲンランプ１６を
配設し、かつ、中央部に位置するハロゲンランプ１６に
対して、外側に位置するハロゲンランプ１６を基板２側
に近付けて配設するものである。この実施例３によれば
、各ハロゲンランプ１６に供給する電力量を等しくして
も、基板２中央部の基板面に照射される光エネルギー量
と同等もしくはそれ以上の光エネルギー量を基板２周辺
部の基板面と基板２の外周部分とに対して照射できるの
で、基板２の径方向への熱の伝導を抑制し、基板温度の
均一化が図られる。

【００２６】実施例４． 図４はこの発明の請求項５に係る半導体装置の一実施例
を示すものであって、基板２の周囲を含む平面部分と対
向して、中央部のフィラメント１７のコイル密度より外
側のフィラメント１７のコイル密度が高い線状のハロゲ
ンランプ１６を配設するものである。この実施例によれ
ば、基板２中央部の基板面に照射される光エネルギー量
と同等もしくはそれ以上の光エネルギー量を基板２周辺
部の基板面と基板２の外周部分とに対して照射できるの
で、基板２の径方向への熱の伝導を抑制し、基板温度の
均一化が図られる。

【００２７】実施例５． 図５および図６はこの発明の請求項６に係る半導体製造
装置の一実施例を示すものであって、基板２を含む平面
部分に対向して並列に配列した複数の線状のハロゲンラ
ンプ１６の列を互いに直行して２段配設するものである
。この実施例によれば、光照射手段の光源が面発光光源
化でき、基板２の面上に照射される光エネルギー量の面
内均一性が向上し、基板温度の均一化が図られる。

【００２８】実施例６． 図７および図８はこの発明の請求項７に係る半導体製造
装置の一実施例を示すものであって、基板２を含む平面
部分に対向して放射状に複数の線状のハロゲンランプ１
６を配設し、かつ、放射状の配設されたハロゲンランプ
１６の外周部を中央部に対して、基板２側に近付けるも
のである。この実施例によれば、基板２中央部の基板面
に照射される光エネルギー量と同等もしくはそれ以上の
光エネルギー量を基板２周辺部の基板面と基板２の外周
部分とに対して照射できるので、基板２の径方向への熱
の伝導を抑制し、基板温度の均一化が図られる。

【００２９】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００３０】この発明の請求項１に係る半導体製造装置
では、基板を基板処理面が筒状の基板保持部内部に面す
るように支持し、リング板で反応容器内を基板側と光透
過ガラス窓側とに分離し、かつキャリアガス供給口から
基板と光透過ガラス窓との間にキャリアガスを導入する
とともに、反応ガス供給ノズルから基板処理面に反応ガ
スを供給することにより、反応ガスの光透過ガラス窓へ
の到達を阻止でき、光透過ガラス窓に不要な生成物が付
着することを防止できる。

【００３１】この発明の請求項２に係る半導体製造装置
では、基板保持部に係止部を設け、リング板に被係止部
を設けているために、基板保持部にリング板を係止する
とともに基板を固定でき、基板保持部に駆動回転ガイド
を設けている構成によれば、基板を安定して回転できる
ので、光照射手段による基板加熱における基板の面内温
度分布が均一化でき、膜厚および膜質の基板面内均一性
が向上できる。

【００３２】この発明の請求項３に係る半導体製図装置
では、リング板内周縁に突起部を形成しているので、基
板外周面と密接する突起部先端部が常に清浄な面に維持
でき、基板とリング板の突起部との間に予測不能な間隙
が発生せず、基板への膜形成の信頼性が向上する。

【００３３】この発明の請求項４に係る半導体製造装置
では、光照射手段の光源を、複数の線状のハロゲンラン
プを基板を含む平面部分に対向して並設して構成してい
るので、基板の周辺部分をも加熱でき、基板の径方向へ
の熱伝導を抑制し、基板内温度分布を均一化でき、膜厚
および膜質の基板内面均一性を向上する。

【００３４】この発明の請求項５、７に係る半導体製造
装置では、線状のハロゲンランプのフィラメントのコイ
ル密度が中央部より外側を高くすること、もしくは放射
状に複数の線状のハロゲンランプを配設し、中央部より
外側を基板面側に近付けることで光照射手段の光源を構
成しているので、基板周辺部分に照射する光エネルギー
を基板中央部と同等もしくはそれ以上にでき、基板の径
方向の熱伝導を抑制でき、膜厚および膜質の基板内面均
一性を向上する。

【００３５】この発明の請求項６に係る半導体製造装置
では、並設された複数の線状のハロゲンランプを互いに
直行して２段配設して光照射手段の光源を構成している
ので、基板面を照射する光エネルギーが面内均一化でき
、膜厚および膜質の基板面内均一性を向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の半導体製造装置の実施例１を示す断
面図である。

【図２】図１に示すこの発明の半導体製造装置の要部拡
大斜視図である。

【図３】この発明の半導体製造装置の実施例３を示す要
部断面図である。

【図４】この発明の半導体製造装置の実施例４を示す要
部断面図である。

【図５】この発明の半導体製造装置の実施例５を示す要
部断面図である。

【図６】この発明の半導体製造装置の実施例５を示す要
部平面図である。

【図７】この発明の半導体製造装置の実施例６を示す要
部断面図である。

【図８】この発明の半導体製造装置の実施例６を示す要
部平面図である。

【図９】従来の半導体製造装置の一例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１　　　　反応容器 ２　　　　基板 ４　　　　光透過ガラス窓 ８　　　　反応ガス供給口 ９　　　　キャリアガス供給口 １０　　ガス排出口 １１　　基板保持部 １１ｂピン １２　　基板支持棒 １３　　リング板 １３ａ中空部 １３ｂ突起部 １３ｃ貫通孔 １４　　反応ガス供給ノズル １５　　駆動回転ガイド １６　　ハロゲンランプ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　反応ガスを供給するガス供給口、反応
   後の反応ガスを排出するガス排出口および光透過ガラス
   窓を有し、基板を収納する反応容器と、前記反応容器の
   前記光透過ガラス窓の外側に配設され、前記光透過ガラ
   ス窓を透して前記基板に光を照射して前記基板を加熱す
   る光照射手段とを有する半導体製造装置において、一端
   が前記光透過ガラス窓を介して前記光照射手段と相対す
   るように前記反応容器内に配設され、前記一端に前記基
   板の裏面が前記光照射手段と対向するように前記基板が
   支持される筒状の基板保持部と、前記基板の外径より小
   さな口径の中空部と前記反応容器内を二分する外径とを
   を有し、前記基板の裏面外周部に密接して載置されたリ
   ング板と、前記基板と前記光透過ガラス窓との間に前記
   反応ガスを含まないキャリアガスを導入するキャリアガ
   ス供給口と、一端が前記ガス供給口に接続され、他端が
   前記基板処理面と対向するように前記基板保持部内に設
   けられた反応ガス供給ノズルとを備えたことを特徴とす
   る半導体製造装置。
2. 【請求項２】　　前記筒状の基板保持部に係止部を設け
   、前記リング板に前記係止部に係止される被係止部を設
   け、かつ、前記筒状の基板保持部に前記基板の円周方向
   の回転を可能とする駆動回転ガイドを設けたことを特徴
   とする請求項１記載の半導体製造装置。
3. 【請求項３】　　前記リング板の内周縁に前記基板裏面
   外周部に密接する突起部を設けたことを特徴とする請求
   項１記載の半導体製造装置。
4. 【請求項４】　　前記光透過ガラス窓は前記基板の外径
   より大きな有効視野径を有するとともに、前記光透過ガ
   ラス窓を介して前記基板および前記基板の周囲を含む平
   面部分と対向する位置に、前記光照射手段の光源として
   複数の線状ハロゲンランプを並設したことを特徴とする
   請求項１記載の半導体製造装置。
5. 【請求項５】　　前記光透過ガラス窓を介して前記基板
   と対向して前記光照射手段の光源として線状のハロゲン
   ランプを配設し、かつ前記線状のハロゲンランプの中央
   部に対して外側のランプフィラメントのコイル密度を高
   めたことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
6. 【請求項６】　　前記光透過ガラス窓を介して前記基板
   と対向して前記光照射手段の光源として複数の線状のハ
   ロゲンランプを並設し、さらに、並設された前記複数の
   線状のハロゲンランプの上段に前記線状のハロゲンラン
   プと直交するように複数の線状のハロゲンランプを並設
   したことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
7. 【請求項７】　　前記光透過ガラス窓を介して前記基板
   と対向して前記光照射手段の光源として複数の線状のハ
   ロゲンランプを放射状に配設し、かつ、放射状に配設さ
   れた複数の前記線状のハロゲンランプの外周部を中央部
   に対して前記基板面側に近付けたことを特徴とする請求
   項１記載の半導体製造装置。