JPH06124909A - 縦型熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】複数の被処理体を同時に処理する縦型熱処理装
置において、面間および面内の膜厚および膜質を均一に
する。 【構成】処理ガスが導入され、長手方向がほぼ垂直方向
に向けられるとともに、下端に開口部が形成された筒体
状の反応容器と、この反応容器内に収容されるとともに
被処理体を保持するための熱処理用ボ−トとを備えた縦
型熱処理装置において、前記反応容器内に前記処理ガス
を供給するノズルを少なくとも２つ設けるとともに、前
記ノズルのそれぞれにガスの制御手段を設け、前記熱処
理用ボ−トを回転させる機構を設けたことを特徴とする
縦型熱処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、縦型熱処理装置に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】一般に半導体ウエハからＩＣチップ完成
までの各工程においては多数の微細加工が行われること
から、高歩留りを達成するために、塵などの微細なパ−
テイクルを各工程から排除しなければならなかったこと
は、すでにしられている。また、ＩＣチップの特性の安
定化、すなわち所望の電気的特性を得るためには、たと
えばＣＶＤ装置による半導体ウエハ上への成膜処理にお
いて膜厚の面内均一性と膜質の面内均一性を向上させな
ければならない。この成膜処理は、例えば減圧ＣＶＤ装
置のような熱処理装置により行われていた。成膜ガス例
えばシラン（ＳｉＨ４）ガスを用いてポリシリコン膜を
成膜する場合には、通常シランを約５００℃から９００
℃に熱処理装置内を均一に加熱した状態で成膜を行って
いた。通常、ガスの供給管は、熱処理装置内の下部に一
カ所設けられ、この供給管から成膜ガスが供給される。
このように熱処理装置内の下部の一カ所からのみ供給す
ると、熱処理装置の下部では成膜ガス成分が多いため成
膜速度が速く、上部に行くに従って、成膜ガス成分が少
なくなり、成膜速度が遅くなることになり、複数のウエ
ハ間で膜厚が異なってしまう。 【０００３】この問題を解決するために特公昭６２−６
６８２には、横型に設けられた反応管に複数の供給口を
円周方向に設け、ガスの供給濃度を均一にすることによ
り、膜厚を均一にする方法の技術が開示されている。ま
た、成膜ガスの供給口は下部に設け、熱処理装置内の温
度を一定の勾配で下方から上方に向かって高温となるよ
うに設定することにより膜厚の均一性を向上させる技術
も用いられていた。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来技術にあっては、横型反応管に複数の供給口を円
周方向に設けるために特殊な構造となり、複雑化すると
ともに、横型反応管に起因して熱対流が発生し大口径の
ウエハの上下間で温度差が生じ成膜均一性が劣化する改
善点があり、また、上部と下部に温度差を持たせる技術
では、成膜時の温度設定がウエハ毎に異なるので、たと
え膜厚が等しくてもウエハごとの膜質が異なるという改
善点があった。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、処理ガスが導入され、長手方向がほぼ
垂直方向に向けられるとともに、下端に開口部が形成さ
れた筒体状の反応容器と、この反応容器内に収容される
と共に被処理体を保持するための熱処理用ボ−トとを備
えた縦型熱処理装置において、被処理体収容領域が、均
熱温度に加熱された前記反応容器内に前記処理ガスを供
給するノズルを少なくとも２つ設けるとともに、前記ノ
ズルのそれぞれにガスの制御手段を設け、前記熱処理用
ボ−トを回転させる機構を設けたことを特徴とする縦型
熱処理装置である。 【０００６】 【作用】この発明は、被処理体収容領域が均熱温度に加
熱された反応容器内に、複数の供給管から処理ガスを導
入し、それぞれの処理ガス供給量を制御できるようにす
るとともに、ウエハを回転出来るように構成したので、
ウエハの面間および面内の膜厚のみならず膜質も均一化
することができる。 【０００７】 【実施例】以下に、本発明装置を縦型熱処理装置に適用
した一実施例を図面にもとずいて詳述する。この縦型熱
処理装置は、第一図に示す如く長手方向がほぼ垂直方向
に向けられた円筒体状の反応容器１を有している。この
反応容器１は、耐熱材料例えば石英より成る下端開口の
外筒２と、この外筒２内にその内壁より適宜間隔離間さ
せて同心状に収容された上下端開口の内筒３とにより構
成された二重管構造となっている。上記反応容器１内に
は、例えば石英よりなる熱処理用ボ−ト４が設けられて
おり、この熱処理用ボ−ト４には、被処理体例えば半導
体ウエハ５が垂直方向に所定の間隔例えば４．７６２５
ｍｍ間隔で、複数枚例えば１７０枚積層収容されてい
る。上記反応容器１の周辺部には、これを囲むように、
例えば抵抗発熱体より成る円筒状の加熱用ヒ−タ６が設
けられており、この加熱用ヒ−タ６は、上部Ａと中間部
Ｂと下部Ｃに三分割されており、それぞれのヒ−タ−に
は、図示しない電源供給装置が接続されており、上記加
熱用ヒ−タ６に供給される電力量を制御することによ
り、それぞれを個別に温度を設定できるように構成され
ており、被処理体処理領域を例えば±１℃の均熱温度に
設定することが可能に構成されている。上記加熱用ヒ−
タ６の外周及び上部には、これを被うように断熱材例え
ばシリカブロックよりなる断熱体７が設けられるととも
に、この断熱体７の外周には、例えばステンレスより成
るアウタ−シェル８が設けられている。そして、上記断
熱体７及びアウタ−シェル８の下端部は、ベ−スプレ−
ト９に固定されている。また、上記加熱用ヒ−タ６の上
部Ａ、中間部Ｂ、下部Ｃのそれぞれに、上記断熱体７と
アウタ−シェル８を貫通するようにヒ−タの温度を検出
するための３つの熱電対１０が設けられている。 【０００８】前記外筒２及び内筒３の下部は、上記外筒
２、内筒３を支持する例えばステンレス等から成るマニ
ホ−ルド１１が設けられ、このマニホ−ルド１１は、図
示しない基台に固定されている。上記マニホ−ルド１１
の上端開口部には、フランジ部１２が環状に形成され、
そして上記外筒２の下端部には、フランジ部１３が、環
状に形成されるとともに、これらフランジ部１２、１３
には、弾性部材よりなる例えばＯリング１６が設けられ
ており、上記外筒２と上記マニホ−ルド１１との間を気
密封止可能に構成されている。また上記内筒３の下端部
は、上記マニホ−ルド１１の内壁の中段より内方へ突出
させて形成された支持部１７に載置されている。また、
上記マニホ−ルド１１の一側面部には、上方すなわち熱
処理部に向けて曲折された例えば石英からなる第一のガ
ス供給管１８が、図示しないシ−ル部材を介して挿通さ
れており、この第一のガス供給管１８は、上記熱処理用
ボ−ト４の中央部付近から上部にかけてガスを供給でき
るように構成されており、また、第一のガス供給管１８
と同様の構成で、第二のガス供給管１９が設けられ、こ
の第二のガス供給管１９は、上記熱処理用ボ−ト４の下
部にガスを供給できるように構成されている。そして、
上記第一のガス供給管１８のガス供給口２０と第二のガ
ス供給管１９のガス供給口２１は、互いに反応容器の同
心円上に位置するように設けられている。 【０００９】また、上記第一のガス供給管１８には、例
えばステンレスより成る接合部２４を介して、例えばス
テンレスより成る第一のガス配管２５が接続されてお
り、この第一のガス配管２５は、ガス流量を調整するマ
スフロ−コントロ−ラ２６と開閉することによりガスの
流れを制御するバルブＶＢ１を介して第一のガス源２７
に接続されている。また、上記マスフロ−コントロ−ラ
２６から分岐して、開閉することによりガスの流れを制
御するバルブＶＢ３を介してＮ↓２ガス源２８に接続さ
れている。同じように、上記第二のガス供給管１９に
は、例えばステンレスより成る接合部２９を介して、例
えばステンレスより成る第二のガス配管３０が接続され
ており、さらに、この第二のガス配管３０は、ガス流量
を調整するマスフロ−コントロ−ラ３１と開閉すること
によりガスの流れを制御するバルブＶＢ２を介して、第
二のガス源３２に接続されている。また、上記マスフロ
−コントロ−ラ３１から分岐して、開閉することにより
ガスの流れを制御するバルブＶＢ４を介してＮ↓２ガス
源３３に接続されている。 【００１０】そして、上記マニホ−ルド１１の他側面部
には、排気管３５が接続され、この排気管３５は、例え
ばステンレスから成る接合部３６を介して、例えばステ
ンレスより成る排気配管３７に接続されている。この排
気配管３７は、排気圧力を一定にするためのオ−トプレ
ッシャ−コントロ−ラ３８を介して、真空ポンプ３９に
接続されている。前記マニホ−ルド１１の下端部の開口
部には、例えばステンレス等より成る円盤状の蓋体４１
が、弾性部材より成る例えばＯリング４２を介して気密
封止可能に設けられ、この蓋体４１のほぼ中心部には、
例えば磁気シ−ル４３により気密な状態で回転可能な回
転軸４４が挿通され、この回転軸４４の上端部には、例
えばステンレスより成る円盤状のタ−ンテ−ブル４５が
固定されている。そして、このタ−ンテ−ブル４５の上
面には、上記内筒３の内壁と所定の間隔を保持しつつ回
転する石英より成る保温筒４６が設置され、この保温筒
４６の上端部には、上記熱処理用ボ−ト４が載置されて
いる。また、上記回転軸４４の下端部には、この回転軸
４４を所定の速度で回転するための回転機構４７が接続
されるとともに、上記蓋体４１は、回転軸４４およびこ
の上方に取りつけられる部材を一体的に上記熱処理部に
向けて搬入搬出するために上下移動する昇降機構４８に
とりつけられている。 【００１１】また、前記、加熱用ヒ−タ６、熱電対１
０、マスフロ−コントロ−ラ２６、バルブＶＢ１、第一
のガス源２７、バルブＶＢ３、Ｎ↓２ガス源２８、マス
フロ−コントロ−ラ３１、バルブＶＢ２、第二のガス源
３２、バルブＶＢ４、Ｎ↓２ガス源３３、オ−トプレッ
シャ−コントロ−ラ３８、真空ポンプ３９、回転機構４
７、昇降機構４８は、これらを制御するためのコントロ
−ラ（図示せず）に接続されている。 【００１２】次に、以上のように構成された縦型熱処理
装置を用いてポリシリコン膜の成膜処理を行う場合につ
いて以下に説明する。まず、第二図に示す如く昇降機構
４８をさげておくことにより熱処理用ボ−ト４をアンロ
−ドの状態にして、この熱処理用ボ−ト４にたとえばウ
エハ間隔４．７６２５ｍｍで複数枚例えば１７０枚の半
導体ウエハ５を収容する。反応容器１内は、半導体ウエ
ハ５の収容領域を所定の温度たとえば５８０℃から６５
０℃好適には６２０℃の均熱温度に保たれるよう加熱用
ヒ−タ６を用いて加熱状態にあり、昇降機構４８を駆動
して熱処理用ボ−ト４を反応容器１内に第一図に示す如
くロ−ドする。 【００１３】次いで、真空ポンプ３９により反応容器１
内を所定の真空状態まで排気し、バルブＶＢ３を開放
し、Ｎ↓２ガスを第一のガス供給管１８より供給し、反
応容器１内をＮ↓２ガス雰囲気で満たす。次に、バルブ
ＶＢ３を閉め、１７０枚の半導体ウエハ５が均熱領域の
６２０℃の温度に達した後、回転機構４７により、熱処
理用ボ−ト４および熱処理用ボ−ト４に載置されている
半導体ウエハ５を回転させる。そして、バルブＶＢ１を
開放し、マスフロ−コントロ−ラ３１により反応ガス例
えばシラン（ＳｉＨ↓４）を所定の流量例えば４０ｓｃ
ｃｍから２００ｓｃｃｍ、好適には１６０ｓｃｃｍを第
一のガス供給管１８から熱処理用ボ−ト４の上部に供給
する。同じように、バルブＶＢ４を開放し、マスフロ−
コントロ−ラ３１により反応ガス例えばシラン（ＳｉＨ
↓４）を所定の流量例えば４０ｓｃｃｍから２００ｓｃ
ｃｍ、好適には１６０ｓｃｃｍを第二のガス供給管１９
から熱処理用ボ−ト４の下部に供給する。オ−トプレッ
シャ−コントロ−ラ３８により反応容器１内を所定の圧
力例えば０．２Ｔｏｒｒから０．７Ｔｏｒｒ、好適には
０．４Ｔｏｒｒに制御した状態で、所定の時間例えば３
０分間維持してウエハに成膜処理を行う。 【００１４】成膜処理が終了した後、バルブＶＢ１とＶ
Ｂ２を閉じ反応ガスの供給を停止した後に、真空ポンプ
３９により、反応容器１内の気体を所定の圧力例えば１
×１０↑−↑５Ｔｏｒｒまで排気する。さらに、反応容
器１内のシランガスの残留を防ぐ為に、もう一度反応容
器１内をＮ↓２ガスにより充満させ、その後真空ポンプ
３９により再度所定の圧力例えば１×１０↑−↑５Ｔｏ
ｒｒになるまで排気する。その後バルブＶＢ１を開放
し、Ｎ↓２ガスを反応容器１内に導入し反応容器１内を
常圧に戻す。反応容器１内がＮ↓２ガスにより常圧に戻
った状態で、バルブＶＢ１を閉じ、所定の時間たとえば
１５分間放置する。 【００１５】その後、回転機構４７を停止して、昇降機
構４８を下降させて、熱処理用ボ−ト４をアンロ−ド
し、第二図の如く半導体ウエハ５を搬出出来る状態にす
る。このように処理することによりポリシリコンの成膜
を行った場合、従来の処理方法では、図４に示す如く、
ポリシリコンのグレインサイズがボ−ト上の下部のウエ
ハでは１０００オングストロ−ムであり、ボ−ト上の上
部のウエハでは１５００オングストロ−ムであったもの
が、図３に示す如くボ−ト上の全てのウエハのグレイン
サイズが１０００オングストロ−ムでほぼ均一にするこ
とが出来た。 【００１６】尚、本実施例では、供給するガス流量を４
０ｓｃｃｍから２００ｓｃｃｍとしたが、６インチのウ
エハを１００枚処理するためには、少なくとも４０ｓｃ
ｃｍの流量が必要であり、８インチのウエハを１００枚
処理するためには２００ｓｃｃｍの流量があれば充分で
ある。もし２００ｓｃｃｍよりも流量が増えると飽和状
態となり、面内および面間の膜厚の均一性が悪くなり、
４０ｓｃｃｍ以下ではガスの濃度が足りず反応が不均一
になるため、供給するガス流量を４０ｓｃｃｍから２０
０ｓｃｃｍに設定する必要がある。また、本実施例で
は、圧力を０．２Ｔｏｒｒから０．７Ｔｏｒｒに設定し
たが、０．２Ｔｏｒｒ以下では、面内の均一性はよいが
成膜レ−トが落ちてしまい、０．７Ｔｏｒｒ以上になる
と、成膜レ−トは上がるが面内の均一性が悪くなるた
め、圧力を０．２Ｔｏｒｒから０．７Ｔｏｒｒに設定す
る必要がある。また、本実施例では、温度を５８０℃か
ら６５０℃に設定したが、５８０℃以下では成膜の粒子
がアモルファス状態となりグレインサイズが一定になら
ず、６５０℃以上になると成膜のグレインサイズが３０
００オングストロ−ム以上となり成膜の粒子が粗くなっ
てしまうために、温度を５８０℃から６５０℃に制御す
る必要がある。 【００１７】また、本実施例では、ガス供給管は２本で
あるがさらに３本以上何本であってもよいし、ガス供給
口も反応容器内に均一にガスを供給出来る位置であれば
どこに位置させてもよい。また、本実施例では、加熱用
ヒ−タ−は三分割されているが、これに限られるもので
はなく四分割以上であってもよいことは、言うまでもな
い。また、複数のガス供給管から供給されるガスの種類
も同一のものでもよいし、異なる種類のものでもよいこ
とは、言うまでもない。同一種類のガスであっても、異
なる種類のガスであっても、ガス供給管それぞれにバル
ブとマスフロ−コントロ−ラを設けたことにより、それ
ぞれのガス供給ノズルから供給されるガスの流量を制御
することが出来るので、様々な処理工程に対応すること
が出来る。 【００１８】また、前記、加熱用ヒ−タ６、熱電対１
０、マスフロ−コントロ−ラ２６、バルブＶＢ１、第一
のガス源２７、バルブＶＢ３、Ｎ↓２ガス源２８、マス
フロ−コントロ−ラ３１、バルブＶＢ２、第二のガス源
３２、バルブＶＢ４、Ｎ↓２ガス源３３、オ−トプレッ
シャ−コントロ−ラ３８、真空ポンプ３９、回転機構４
７、昇降機構４８は、これらを制御するためのコントロ
−ラ（図示せず）に接続されているので、様々な処理工
程に応じて一括した制御を行う事が出来る。また、本実
施例では、ポリシリコン膜について述べたが、酸化膜や
その他のＣＶＤ膜の成膜処理にも適用出来ることは言う
までもない。 【００１９】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
面間及び面内の膜厚及び膜質の均一性を向上させること
ができる。 【００２０】 【図面の詳細な説明】 【第１図】本発明の一実施例を示す図。 【第２図】第１図に示す装置から熱処理用ボ−トを取り
出した状態を示す説明図。 【第３図】本発明の実施により、成膜された膜の表面状
態を示す図。 【第４図】従来技術により成膜された膜の表面状態を示
す図。 【符号の説明】 １ 反応容器 ４ 熱処理用ボ−ト １８ 第一のガス供給管 １９ 第二のガス供給管 ４７ 回転機構

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 処理ガスが導入され、長手方向がほぼ垂直方向に向けら
   れるとともに、下端に開口部が形成された筒体状の反応
   容器と、この反応容器内に収容されると共に被処理体を
   保持するための熱処理用ボ−トとを備えた縦型熱処理装
   置において、被処理体収容領域が、均熱温度に加熱され
   た前記反応容器内に前記処理ガスを供給するノズルを少
   なくとも２つ設けるとともに、 前記ノズルのそれぞれにガスの制御手段を設け、前記熱
   処理用ボ−トを回転させる機構を設けたことを特徴とす
   る縦型熱処理装置。