JPH0441177Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、反応管を減圧して、ウエーハボー
ト上のウエーハにCVD処理を施す縦型減圧CVD
装置に関する。

〔従来技術〕

すべての材料源を気体として反応室内に導入
し、基板上での化学反応を利用して所望の薄膜を
形成する装置として、CVD（Chemical Vapor
Deposition）装置が知られている。拡散酸化用半
導体熱処理装置と同様に、CVD装置においても、
半導体基板、たとえば、シリコンウエーハ（以
下、ウエーハという）は、ウエーハボートに積載
されて、反応管に搬入される。反応管は、ウエー
ハボートの搬入される開口を一端に持ち、他端は
閉塞されている。そして、反応ガスを反応管に供
給しながら、反応管の回りに配設されたヒータに
よつて、ウエーハを加熱して、ウエーハ上に薄膜
を形成している。

CVD装置は、反応室（反応管）内の圧力によ
つて、常圧CVD装置、減圧CVD装置に分類され
る。減圧CVD装置では、反応管内が減圧される
ため、反応ガスの平均自由工程、拡散定数が大き
くなる。そのため、常圧下でのCVDと比較して、
膜厚および膜質の均一性が高くなり、ステツプカ
バレージの良い膜の生成が可能となる。従つて、
常圧CVD装置よりも減圧CVD装置が、普及して
いる。

ところで、減圧CVD装置においては、以下の
ようにして、ウエーハ上に薄膜が形成される。

ウエーハをのせたウエーハボートは、所定温
度、たとえば、200〜900℃に、予め加熱された反
応管に搬入される。ウエーハ、ウエーハボートは
室温または所定温度より低い温度で搬入されるた
め、ウエーハ等が所定温度まで加熱されるまで待
つ必要がある。そして、不活性ガス、たとえば、
窒素ガスが、この間、反応管に供給されるととも
に、真空ポンプを作動させて、反応管内は窒素ガ
ス雰囲気で減圧下に保たれる。すべてのウエーハ
が、所定の温度に予め加熱されると、窒素ガスの
供給が停止され、窒素ガスの代りに、反応ガスが
供給されて、薄膜の形成が開始される。

上記のように、反応ガスを供給する前に反応管
内で、ウエーハは200〜900℃程度に加熱される
が、ヒータの熱は、以下のような経路を経て、ウ
エーハに伝達されて、ウエーハを加熱する。つま
り、ヒータは、まず、反応管を加熱し、高温化さ
れた反応管の内壁から輻射熱が、ウエーハに伝達
されるとともに、反応管に供給された不活性ガス
の対流によつて、ウエーハが直接加熱される。ま
た、輻射熱、対流熱によつて、ウエーハボート自
体も加熱され、ウエーハボートからの熱伝導によ
つて、ウエーハは間接的に加熱される。ウエーハ
ボートはボートローダの支持シヤフトに支持され
ているが、この支持シヤフトは、反応管の開口を
閉塞するキヤツプも支持している。ここで、キヤ
ツプは、一般に、金属より形成される。ウエーハ
ボートを反応管に搬入すると、キヤツプは、反応
管のフランジ上にのせられて反応管の開口を閉塞
するため、反応管からの熱伝導によつて、キヤツ
プも加熱される。そして、キヤツプの熱は、ボー
トローダの支持シヤフトを介して、ウエーハボー
トに伝達されて、ウエーハボートを加熱し、ウエ
ーハボート上のウエーハを間接的に加熱する。

一旦、所定温度に加熱されたウエーハは、不活
性ガスに代えて、反応ガスが供給されても、所定
温度に保たれ、所定温度下で薄膜がウエーハに形
成される。

上記のように、ウエーハは、輻射熱、対流熱に
よつて直接的に加熱されるとともに、ウエーハボ
ートからの熱伝導によつて間接的に加熱される。

〔従来技術の問題点〕

しかしながら、減圧CVD装置では、反応管内
が減圧されているため、対流熱は、ウエーハの加
熱にそれほど寄与しない。また、反応温度が比較
的低い、たとえば、200〜500℃の場合には、輻射
熱もウエーハの加熱にそれほど寄与しない。500
〜900℃という高温で熱処理する減圧CVD装置で
は、一般に、支持シヤフト、ウエーハボートは石
英ガラスから形成される。しかし、上記のような
比較的低い反応温度での減圧CVD装置では、キ
ヤツプとともに、支持シヤフト、ウエーハボート
は金属で形成されることが多い。このように金属
で支持シヤフト等を形成した場合には、ウエーハ
は、キヤツプ、ボートローダの支持シヤフトを介
したウエーハボートからの熱伝導によつて主とし
て加熱される。

このような、主として、熱伝導による加熱で
は、ウエーハボート上の位置によつて、ウエーハ
の加熱状態が異なる。つまり、ウエーハボート上
で反応管の開口端に近ければ近いほどウエーハ
は、早く加熱され、反応管の閉塞端に近いウエー
ハは加熱されにくい傾向にある。ここで、横型減
圧CVD装置では、ウエーハボートは、反応管の
内壁上に載せられるため、反応管の内壁を介した
熱伝導によつても、ウエーハボートは加熱され
る。これに対して、縦型減圧CVD装置では、ウ
エーハボートは反応管の内壁に接しないで搬入さ
れるため、反応管の内壁を介した熱伝導によるウ
エーハボートの加熱はない。そのため、縦型
CVD装置では、ウエーハボート上の位置による
ウエーハの加熱状態の差異が大きい。そして、ウ
エーハボート上の位置に起因する加熱状態の差異
は、薄膜の均一化の大きな障害となつている。

更に、主として熱伝導による加熱では、ウエー
ハの加熱時間、つまり予熱時間が長くならざるを
得ず、長い予熱時間は熱処理サイクルを長くして
生産性を悪化させるとともに種々の弊害を生じ
る。たとえば、アルミ配線上に、薄膜を生成させ
る場合、予熱時間が長いと、ヒロツクが成長し、
多層配線間にシヨートが生じやすい。

上記のように、縦型CVD装置では、膜厚の不
均一、シヨートの発生等によつて、高い歩留りが
期待できない。

〔考案の目的〕

この考案は、ウエーハボート上の位置による影
響を抑制し、予熱時間を短縮して、歩留りの向上
をはかつた縦型減圧CVD装置の提供を目的とし
ている。

〔考案の概略〕

この目的を達成するために、この考案によれ
ば、ボートローダの支持シヤフトを介した熱伝導
とは別に、反応管からウエーハボートに熱伝導を
生じさせるように、熱伝導手段が設けられてい
る。この熱伝導手段は導体から成る伝導板を持
ち、伝導板は、反応管内に配設され、反応管に搬
入されたウエーハボートに当接して、反応管の熱
をウエーハボートに熱伝導可能に形成されてい
る。

伝導板は、通常、搬入されるウエーハボートの
底部と当接可能に、反応管の閉塞端に隣接して配
設されるが、ウエーハボートの中央部と当接可能
に、反応管の中央部に隣接して配設してもよい。

また、伝導板は、反応管との間に配設された導
体より成るばねによつて、偏倚力のもとで支持さ
れることが好ましい。

〔作用〕

上記のような構成では、加熱されにくいウエー
ハボートの基部や中央部に、伝導板を介して、反
応管から熱が伝導される。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながらこの考案の実施例に
ついて詳細に説明する。

第１図に示すように、この考案に係る縦型減圧
CVD装置１０は、炉体カバー１２内に垂直に配
置されて上端の開口された反応管１４を具備して
いる。ウエーハ１６を積載するウエーハボート１
７は、ボートローダ１８によつて搬送され、反応
管内に搬入出される。

ウエーハボート１７は、第２図に示すように、
上下の端板１９ａ，１９ｂと端板間に設けられた
６本の支柱２０とを備えて構成されている。更
に、実施例では、ウエーハボート１７、上下に離
反して支柱間に架設された支持プレート２１を備
え、この支持プレート上に形成された凹部２１ａ
内に、ウエーハ１６がおかれる（第３図参照）。
端板１９ａ，１９ｂ、支柱２０、支持プレート２
１は、同一の材料、たとえば、金属、炭化珪素、
珪素、石英ガラスから形成される。

第１図に示すように、ボートローダ１８は、回
動シヤフト２２の回りを旋回可能なアーム２４を
備え、支持シヤフト２６がアームの先端に支持さ
れている。支持シヤフト２６は、フツク２８をそ
の下端に持ち、このフツクがウエーハボート上端
の係合部３０に係合されて、ウエーハボート１７
を着脱自在に懸吊する。また、支持シヤフト２６
は、反応管のキヤツプ３２を中間部に支持してい
る。

反応管１４の回りには、ヒータ、たとえば、ヒ
ートコイル３４が配設され、ヒートコイルの熱の
漏出を防止するように、断熱材３６がヒートコイ
ルと炉体カバー１２との間に配設されている。

上記構成において、ウエーハボート１７の搬入
に先立ち、ヒートコイル３４に通電して反応管１
４を予め加熱する。反応管１４を十分加熱した
後、ウエーハボート１７を搬入し、窒素ガス等の
不活性ガスを供給しながら、反応管を減圧する。
そして、コイル３４への通電を継続して、反応管
１４を所定温度に保ち、高温化した反応管からの
熱によつて、ウエーハ１６を所定温度まで加熱す
る。

ここで、反応管１４の内部は、減圧下にあるた
め、対流熱による熱伝達が、反応管、ウエーハ間
に生じにくい。また、反応温度が比較的低い、た
とえば、200〜500℃での熱処理では、輻射熱もウ
エーハの加熱にそれほど寄与しない。また、この
ような比較的低い反応温度での減圧CVD装置で
は、支持シヤフト２６、ウエーハボート１７、キ
ヤツプ３２と同様に、金属から形成されることが
多い。そのため、ウエーハ１６は、キヤツプ、ボ
ートローダの支持シヤフトを介したウエーハボー
トからの熱伝導によつて主として加熱される。

反応管１４の熱は、反応管のフランジ１５上に
積載されたキヤツプ３２を介して、ボートローダ
の支持シヤフト２６に伝導され、ウエーハボート
１７を加熱する。ウエーハボート１７における熱
伝導経路は、以下のようである。つまり、支持シ
ヤフト２６からウエーハボート１７に伝導された
熱は、上の端板１９ａ、支柱２０を経て、支持プ
レート２１を加熱する。そして、支持プレート２
１の加熱によつて、支持プレート上のウエーハ１
６が熱せられる。なお、このように、支持プレー
ト２１上にウエーハ１６を積載した構成では、支
持プレートのない場合に比較して、熱がウエーハ
１６の縁部および中央部に均一に伝導され、ウエ
ーハが全体的に均一に加熱される。

上記のような熱伝導によるウエーハ１６の加熱
は、支持プレート２１の温度に依存する。しか
し、支持プレート２１の加熱状態は同一でなく、
その温度は等しくない。つまり、反応管１４から
の熱伝達媒体となる支持シヤフト２６に近い、ウ
エーハボートの上端ほど加熱されやすく、下端に
いくにともなつて加熱されにくい。そして、ウエ
ーハボート１７の上端に位置する支持プレート２
１上のウエーハ１６が最も早く加熱され、ウエー
ハボートの上端から離れた支持プレート上のウエ
ーハほど加熱されにくい。そのため、ウエーハ１
６が均一に加熱される時間を短縮するために、こ
の考案では、熱伝達手段４０が、反応管の閉塞端
に設けられている。

第１図に加えて第４図を見るとよくわかるよう
に、この熱伝達手段４０は、導体から成る伝導板
４２を持ち、伝導板は、反応管１４に搬入された
ウエーハボート１７の基部、つまり、下の端板１
９ｂに当接して、反応管の熱をウエーハボートに
伝導可能に形成されている。伝導板４２は、広い
面積でウエーハボートの端板１９ｂに当接して、
熱を伝導するような適宜の形状に形成され、導体
から成るばね４４、たとえば、圧縮コイルばね
が、反応管１４と伝導板との間に配設されてい
る。伝導板４２、ばね４４は、通常、金属より形
成されるが、導体であれば、金属に限定されな
い。また、圧縮コイルばねに限定されず、板ばね
によつて、伝導板４２を支持してもよく、また、
引張コイルコイルばねを利用して、伝導板４２を
懸吊してもよい。

ウエーハボート１７が十分降下する以前におい
ては、伝導板４２は、ばね４４の偏倚力によつ
て、その初期位置に持ち上げられている（第４図
参照）。そして、ウエーハボート１７が十分下降
すると、ウエーハボートの端板１９ｂが伝導板４
２に当接し、ウエーハボートが最下位置に至つた
時点では、ばね４４の偏倚力によつて、伝導板は
ウエーハボートの端板１９ｂに押圧され、密着さ
れる。そのため、ばね４４、伝導板４２を介し
て、ウエーハボートの端板１９ｂに、反応管１４
の熱が伝導され、ウエーハボートの端板１９ｂが
加熱される。特に、ばね４４の偏倚力によつて、
伝導板４２がウエーハボートの端板１９ｂに密着
されて、十分な接触面積が、伝導板、端板１９ｂ
間に確保されるため、効果的な熱伝導が可能とな
る。

上記のように、ウエーハボート１７の上の端板
１９ａは支持シヤフト２６を介した熱伝導によつ
て、ウエーハボートの下の端板１９ｂは伝導板４
２を介した熱伝導によつて、それぞれ加熱され
る。このように、一方（上端）からでなく、両方
（上端および下端）から加熱するため、ウエーハ
ボート１７の迅速な加熱が可能となり、ウエーハ
１６の加熱時間、つまり、予熱時間が短縮化され
る。そのため、熱処理サイクルが短くなり、生産
性が改善される。

更に、予熱時間の短縮化に伴い、ヒロツクの成
長が抑制され、多層配線間でのシヨートの発生が
防止される。そして、薄膜の均一性の向上、予熱
時間の短縮化によつて、高い歩留りが得られる。

実施例では、熱伝達手段４０は、支持シヤフト
２６を介した熱伝導において加熱されにくいウエ
ーハボートの底部と当接可能に、反応管の閉塞端
に隣接して配設されている。しかし、この配置に
限定されず、熱伝達手段は、第１図に一点鎖線で
示すように、ウエーハボートの中央部、好ましく
は、基部寄りの中央部と当接可能に、反応管の中
央部に隣接して設けてもよい。また、熱伝達手段
を反応管の閉塞端および中央部にそれぞれ配設し
てもよい。

熱伝達手段４０は、上記のように、ウエーハ１
６の加熱のために利用され、ウエーハが所定温度
まで予熱された後は、熱電圧手段の伝導板４２を
ウエーハボート１７より離反させてもよい。この
場合、必要なら、ウエーハボート１７を回転しな
がら、熱処理を行なつてもよい。

なお、第１図において、参照符号５０は、反応
ガスの排気口を示し、この排気口は、排気管５２
を介して、真空ポンプ５４に連結されている。

上述した実施例は、この考案を説明するもので
あり、この考案を何等限定するものでなく、この
考案の技術範囲内で変形、改造等の施されたもの
も全てこの考案に包含されることはいうまでもな
い。

たとえば、減圧CVD装置は、実施例において、
上端の開口した縦型に構成されているが、下端の
開口した縦型減圧CVD装置にもこの考案が応用
できる。

また、この考案は、支持シヤフト等が金属で形
成された比較的低温での縦型CVD装置として適
するとはいえ、500〜900℃という高温での縦型減
圧CVD装置に応用してもよい。

〔考案の効果〕

上記のように、この考案では、ウエーハボート
の支持シヤフトを介した熱伝導とは別に、反応管
からウエーハボートに熱伝導を生じさせるよう
に、熱伝達手段が配設されている。そして、熱伝
達手段が導体から成る伝導板が、反応管に搬入さ
れたウエーハボートに当接して、反応管の熱をウ
エーハボートに熱伝導している。このように、支
持シヤフトからの熱伝導に加えて、伝導板によつ
ても熱伝導されるため、ウエーハボートの迅速な
加熱が可能となり、ウエーハの予熱時間が短縮化
される。そのため、熱処理サイクルが短くなり、
生産性が改善される。また、ウエーハの予熱時間
の短縮化に伴い、ヒロツクの成長が抑制され、多
層配線間でのシヨートの発生が防止される。

従つて、この考案によれば、高い歩留りでの薄
膜の生成が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この考案に係る縦型減圧CVD装置
の概略縦断面図、第２図、第３図は、ウエーハボ
ートの斜視図および横断面図、第４図は、初期位
置にある熱伝達手段を示す反応管の部分縦断面図
である。 １０……縦型減圧CVD装置、１２……炉体カ
バー、１４……反応管、１６……ウエーハ、１７
……ウエーハボート、１８……ボートローダ、１
９……ウエーハボートの上下の端板、２０……ウ
エーハボートの支柱、２１……ウエーハボートの
支持プレート、２６……ボートローダの支持シヤ
フト、３２……反応管のキヤツプ、３４……ヒー
トコイル（ヒータ）、４０……熱伝達手段、４２
……伝導板、４４……ばね。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 導体より成り、反応管から熱が伝達可能に構
   成された伝導板を持つ熱伝達手段が、反応管内
   に配設され、反応管に搬入されたウエーハボー
   トに伝達板が当接して、反応管の熱が伝導板を
   介してウエーハボートに熱伝導されることを特
   徴とする縦型減圧CVD装置。 (2) 熱伝達手段の伝導板は、搬入されるウエーハ
   ボートの基部と当接可能に、反応管の閉塞端に
   隣接して配設され、反応管の閉塞端と伝導板と
   の間に、導体より成るばねが配設されて、伝導
   板を偏倚力のもとで支持している実用新案登録
   請求の範囲第１項記載の縦型減圧CVD装置。 (3) 熱伝達手段の伝導板は、搬入されるウエーハ
   ボートの中央部と当接可能に、反応管の中央部
   に隣接して配設され、反応管の中央部と伝導板
   との間に、導体より成るばねが配設されて、伝
   導板を偏倚力のもとで支持している実用新案登
   録請求の範囲第１項記載の縦型減圧CVD装置。 (4) ウエーハボートは、上下方向に離反して支柱
   間に架設されたウエーハ支持用の多数の支持プ
   レートを備えている実用新案登録請求の範囲第
   １項ないし第３項記載の縦型減圧CVD装置。