JPH08191050A

JPH08191050A - 半導体製造装置

Info

Publication number: JPH08191050A
Application number: JP322795A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Shiina; 一成椎名
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1995-01-12
Filing date: 1995-01-12
Publication date: 1996-07-23
Anticipated expiration: 2019-11-24
Also published as: JP3592389B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は半導体製造過程で基板の加熱を行う
場合に使用される半導体製造装置に関し、基板の大口径
化に伴う高品質化、安全性向上を図ることを目的とす
る。【構成】サセプタ２３で保持された基板２２が反応室
２４内に位置され、加熱部２５が保持された保持部２６
が反応室２５と密閉一体に設けられる。そして、加熱部
２５の端子２５ａが外部に導出されて冷却される構成と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造過程で基板
の加熱を行う場合に使用される半導体製造装置に関す
る。近年、半導体製造過程のうちで、基板を所定温度に
加熱する場合に、加熱は昇降温の速さ、純度の高さ、基
板の大口径に対応可能な赤外線ランプ加熱が多用されて
いる。そして、さらなる基板の大口径化によって反応炉
を密閉状態とするための石英板が厚くなる傾向となり、
これによる加熱の効率性、制御性の低下、及び密閉部材
の破損を防止する必要がある。

【０００２】

【従来の技術】従来、一連の半導体製造工程のなかで、
半導体ウエハである基板を所定温度に加熱する処理を含
むものとして、例えば不純物拡散、エピタキシャル成
長、ＣＶＤ（化学気相成長）等がある。以下、ＣＶＤに
おける基板の加熱を例に挙げて説明するが、基板の加熱
方法としては不純物拡散、エピタキシャル成長も同様で
ある。

【０００３】図７に、従来の反応炉の断面構成図を示
す。一般に、ＣＶＤ装置は基板を保持し加熱して一定温
度に保つ反応炉と、その中に送入する所定のガスの濃
度、組成を制御するガスコントロール系と、排出するガ
スを処理する系とより構成されるもので、図７は反応炉
の部分を示している。

【０００４】図７において、横型の反応炉１１は、反応
室１２にはガス導入口１３と排出口１４とが形成されて
おり、一方面で石英板１５により密閉状態とされてい
る。この反応室１２内にはサセプタ１６に保持された基
板１７が位置される。一方、反応室１２の外側であっ
て、石英板１５の近傍には、リフレクタ１８が溝１８ａ
内に赤外線ランプ１９を備えて配設されており、赤外線
ランプ１９に電力を供給するための端子１９ａがリフレ
クタ１８の外部に導出されている。このリフレクタ１８
は、例えばアルミニウムにより形成されたもので、表面
に金によりコーティングが施されて反射効率を向上させ
ている。

【０００５】このような反応室１２内は、大気圧で使用
されることが少なく、通常０．１気圧程度に減圧されて
使用される。すなわち、赤外線ランプ１９より出射され
た赤外線光はリフレクタ１８で反射されて石英板１５を
透過し、サセプタ１６で吸収されて発熱することにより
基板１７を加熱するものである。

【０００６】この場合、端子１９ａへの配線、リフレク
タ１８の冷却、及び赤外線ランプ１９の設置性から、当
該赤外線ランプ１９及びリフレクタ１８は大気中に設置
されるもので、分離するために石英板１５が反応室１２
に設けられるものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のように
反応室１２内が減圧されることから、石英板１５を大気
圧との気圧差に耐え得るような厚さで形成しなければな
らず、基板１７が大口径化するに伴い面積の増加と共に
厚くしなければならない。従って、赤外線ランプ１９と
サセプタ１６との距離が離れて加熱効率や制御性が低下
して品質を低下させると共に、破損により反応管１２内
で爆発等を生じる危険性があるという問題がある。

【０００８】そこで、本発明は上記課題に鑑みなされた
もので、基板の大口径化に伴う高品質化、安全性の向上
を図る半導体製造装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】図１に、本発明の原理構
成図を示す。図１において、請求項１に示すように、半
導体製造における所定の基板２２を加熱して所定の処理
を行わせる半導体製造装置２１であって、前記基板２２
がサセプタ２３に保持されて位置され、所定の反応ガス
が供給、排気される反応室２４と、該反応室２４内の基
板２２を加熱する加熱部２５と、該反応室２４を封止
し、該加熱部２５を該反応室２４内で保持する保持部２
６と、を有して構成される。

【００１０】請求項２では、請求項１記載の加熱部は、
所定形状のランプ２５が所定数配置されて構成され、該
ランプ２５への電力供給のための所定数の端子７５ａが
該保持部２６より外部に導出される。請求項３では、請
求項２記載の所定数の端子２５ａは、前記保持部２６に
密閉部材により固定され、外部に分散されて導出され
る。

【００１１】請求項４では、請求項２又は３記載の端子
２５ａを冷却する冷却手段が設けられる。請求項５で
は、請求項１又は２記載の保持部２６は、反射面が形成
され、該反射面上に所定の保護膜が形成される。

【００１２】請求項６では、請求項１，２又は５記載の
保持部２６は、前記加熱部２５を固定する所定数の固定
部材を備える。

【００１３】

【作用】上述のように請求項１又は２記載の発明では、
基板が位置される反応室をランプ等の加熱部が保持され
る保持部で封止して構成される。これにより、基板が大
口径となっても加熱部の基板の距離が一定とすることが
可能となり、温度制御性が容易で高品質化が図られ、破
損部分がなく安全性を向上させることが可能となる。

【００１４】請求項３又は４の発明では、加熱部である
ランプの端子を保持部に密閉部材で固定すると共に、外
部に分散させて導出し、適宜冷却手段で冷却させる。こ
れにより、端子の冷却が図られて、ランプの特性劣化を
防止することが可能となる。請求項５の発明では、保持
部の表面に、適宜保護膜を形成させて反射面が形成され
る。これにより、加熱部による加熱効率を向上させるこ
とが可能となる。

【００１５】請求項６の発明では、保持部に加熱部を固
定部材で固定させる。これにより、加熱部を確実に固定
させることが可能となる。

【００１６】

【実施例】図２に、本発明の一実施例の断面構成図を示
す。図２は半導体製造装置としての薄膜成長装置３１の
概略断面図を示したもので、反応室２４と保持部である
リフレクタ２６とにより構成される。

【００１７】反応室２４は、リフレクタ２６が位置する
部分が開口されていると共に、反応ガスを供給するガス
供給口３２ａ及びガスを排気する排気口３２ｂとが一体
に形成されている。そして、この反応室２４内に、例え
ば半導体ウエハの基板２２が例えばカーボンで形成され
たディスク状のサセプタ２３に爪２３ａにより固定保持
されて位置される。基板２２を下向とすることにより、
塵埃を防止することができるものである。

【００１８】一方、リフレクタ２６は、例えばアルミニ
ウムにより表面を電解研磨して形成されたもので、後述
するハロゲンランプを位置させる溝３３ａと、後述する
固定部材を位置させる溝３３ｂとが形成される。この場
合、大気中での酸化防止及びハロゲンランプの赤外線光
の反射効率を向上させるために、表面が金によりコーテ
ィングされる。なお、反応ガスにガリウム等を使用する
場合には、表面にアルマイトや窒化チタン等の保護膜が
形成される。これにより、リフレクタ２６の反応ガスに
よる影響を防止することができるものである。そして、
リフレクタ２６の溝３３ａに赤外線光を発する加熱部で
ある複数のハロゲンランプ２５が配置される。

【００１９】ここで、図３に、図２のハロゲンランプの
構成図を示す。図３（Ａ）は全体平面図、図３（Ｂ）は
一つのハロゲンランプの斜視図である。図３（Ａ）にお
いて、例えば直径１３ｍｍ、肉厚１ｍｍの円形状であっ
て、径の異なる４本のハロゲンランプ２５（２５₁〜２
５₄）が同心円状に配置される。このように配置するこ
とで温度分布の制御性を向上させている。

【００２０】各ハロゲンランプ２５₁〜２５₄は、図３
（Ｂ）に示すように、両端部が円環面上より略垂直方向
に折曲した形状であり、その先端に端子２５ａ，２５ａ
（２５ａ₁〜２５ａ₄）が露出されている。そして、図
３（Ａ）に示すように、各ハロゲンランプ２５₁〜２５
₄の各端子２５ａ₁〜２５ａ₄を９０度ごとに配置させ
て、より高い均熱性を図っている。このようなハロゲン
ランプ２５₁〜２５₄の配置でリフレクタ２６の溝３３
ａ内に位置される。なお、端子２５ａ₁〜２５ａ₄はリ
フレクタ２６により露出されて固定され、冷却手段であ
るファンにより強制空冷されるもので、詳細は図５にお
いて説明する。

【００２１】図２に戻り、リフレクタ２６の所定数の溝
３３ｂには、中空（又は中実の）固定部材である石英管
３４がそれぞれ挿入配置され、その開放端が継手３５を
介してそれぞれ外部と連通する（図４において説明す
る）。そして、反応室２４の開口部分にリフレクタ２６
が取り付けられて封止される。このとき、サセプタ２３
とリフレクタ２６との間に、所定の間隙３６を形成させ
て透明薄板部材である石英板３７が配置される。

【００２２】そこで、図４に、図２の部分拡大図を示
す。また、図５に、図２の石英管の配置説明図を示す。
図４において、リフレクタ２６の溝３３ｂに位置される
石英管３４が、図５に示すように各ハロゲンランプ２５
₁〜２５₄の放射状で４方向に配置され、当該各ハロゲ
ンランプ２５ａ₁〜２５ａ₄を固定する役割を果してい
る。この石英管３４は、リフレクタ２６に対してＯリン
グ３８で固定され、さらに例えはテフロン製のワッシャ
３９を介して継手３５と連通される。

【００２３】継手３５はリフレクタ２６に対して螺着さ
れ、一方端が図示しない窒素、水素ガス等を供給するガ
ス供給部に接続される。また、石英管３４には、リフレ
クタ２６の溝３３ａに対するゾーンごとに孔４０が形成
され、継手３５より供給されるガスを孔４０より噴出さ
せる。

【００２４】一方、反応室２４内に配置された石英板３
５により形成される間隙３６は、孔４０より噴出される
ガスのコンダクタンスが、基板２２側より排気口３６ｂ
に流れる反応ガスのコンダクタンスよりも充分に小とな
る大きさで形成される。これにより、反応ガスがハロゲ
ンランプ２５側に逆流して周辺に堆積されるのを防止す
ることができる。なお、孔４０より噴射されるガスは反
応ガスと合流して排気口３６ｂより排気される。

【００２５】次に、図６に、図２におけるランプ端子部
分の拡大断面図を示す。図６（Ａ）は端子近傍の断面
図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。図
６（Ａ），（Ｂ）において、ハロゲンランプ２５の折曲
された両端部がリフレクタ２６より外部に露出させるに
あたり、最端部分の非発光部分がテフロンリング４１、
Ｏリング４２及びテーパ付テフロンリング４３を介在さ
せて金属製の押えリング４４を押し込むことにより、密
封性を高めてリフレクタ２６に固定される。

【００２６】この場合、リフレクタ２６には冷却溝４５
が所定数形成され、冷却水を循環させることによりリフ
レクタ２６を冷却する。サセプタ２３を８００℃に加熱
してもリフレクタ２６を融点（アルミニウムの場合は６
００℃）以下に維持させることができる。

【００２７】一方、外部に露出された端子２５ａの総て
を、容器等の冷却領域４５内に覆っており、冷却手段で
あるファン４６により強制空冷を行い、当該端子２５ａ
を３５０℃以下に維持してハロゲンランプ２５の寿命低
下を防止している。また、Ｏリング４２は、その材質に
もよるが、合成ゴム系の場合で耐熱温度が１５０℃であ
るが、リフレクタ２６の熱伝導率が良好であり、また端
子２５ａをファン４６により強制空冷することから、当
該Ｏリング４２を１５０℃以下に維持することができる
ものである。

【００２８】なお、端子２５ａを冷却する熱容量は、従
来（図７）の赤外線ランプより比べて少なく（従来は反
応室と分離していることから発光量を大きくしなければ
ならない）、ファン４６による冷却によらず、不活性ガ
スで冷却することもできるものである。

【００２９】このような薄膜成長装置３１は、反応室２
４内が、外側雰囲気１気圧に対して０．１気圧程度に減
圧される。この場合、リフレクタ２６や押えリング４４
は内側（サセプタ２３側）に力が加えられるが、これら
は金属製であり破損することがなく、また石英板３５は
反応室２４内で圧力差がないことから、基板２２が大口
系となっても薄板でよく、破損することはない。さら
に、ハロゲンランプ２５は通常の直径１０〜１５ｍｍ、
肉厚１ｍｍのものでは１０Ｋｇ重／ｃｍ²以上の力にも
耐え得ることから破損の可能性が少なく、仮に破損して
も反応室２４の内部で他へ影響を及ぼすことはない。

【００３０】そして、ハロゲンランプ２５より発せられ
た赤外線光がリフレクタ２６で反射され、薄板の石英板
３５を透過してサセプタ２３を加熱し、基板２２を所定
温度に加熱する。このとき、継手３５から窒化や水素等
のガスが供給されて石英管３４の孔４０よりガスが噴出
されると共に、反応ガス供給口３２ａより反応ガスが反
応室２４内に供給される。これにより、基板２２の表面
で薄膜成長が行われ、反応ガスと間隙３６により噴出さ
れるガスが合流されて排気口３２ｂより排気されるもの
である。

【００３１】このように、本発明によれば、従来（図
７）のように反応室と赤外線ランプとを分離させる石英
板が不要となり、基板２２が大口径となってもサセプタ
２３とハロゲンランプ２５の距離を任意に一定とするこ
とができ、加熱効率や熱制御性を向上させることができ
ることにより、基板２２の処理における高品質化を図る
ことができるものである。

【００３２】また、破損による爆発の危険性のある分離
のための石英板が不要となることから安全性の向上が図
られるものである。なお、上記実施例では加熱部として
ハロゲンランプを使用した場合を示したが、他の赤外線
ランプでもよく、その形状においても、直線状、円弧
状、多角形状等として均熱を図ってもよい。

【００３３】また、上記実施例では、薄膜成長装置に適
用した場合を示したが、半導体製造過程における基板を
加熱して所定の処理を行う装置に適用することができる
ものである。

【００３４】

【発明の効果】以上のように請求項１又は２記載の発明
によれば、基板が位置される反応室をランプ等の加熱部
が保持される保持部で封止して構成されることにより、
基板が大口径となっても加熱部の基板の距離が一定とす
ることが可能となり、温度制御性が容易で高品質化が図
られ、破損部分がなく安全性を向上させることができ
る。

【００３５】請求項３又は４の発明によれば、加熱部で
あるランプの端子を保持部に密閉部材で固定すると共
に、外部に分散させて導出し、適宜冷却手段で冷却させ
ることにより、端子の冷却が図られて、ランプの特性劣
化を防止することができる。請求項５の発明によれば、
保持部の表面に、適宜保護膜を形成させて反射面が形成
される。これにより、加熱部による加熱効率を向上させ
ることができる。

【００３６】請求項６の発明によれば、保持部に加熱部
を固定部材で固定させることにより、加熱部を確実に固
定させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理構成図である。

【図２】本発明の一実施例の断面構成図である。

【図３】図２におけるランプ端子部分の拡大断面図であ
る。

【図４】図２の部分拡大図である。

【図５】図２の石英管の配置説明図である。

【図６】図２におけるランプ端子部分の拡大断面図であ
る。

【図７】従来の反応炉の断面構成図である。

【符号の説明】

２１半導体製造装置２２基板２３サセプタ２４反応室２５ランプ（加熱部）２５ａ端子２６リフレクタ（保持部）３１薄膜成長装置３２ａガス供給口３３ａ，３３ｂ排気口３４石英管３５継手３６間隙３７石英板４０孔４４テーパ付テフロンリング４５押えリング４６ファン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体製造における所定の基板を加熱し
て所定の処理を行わせる半導体製造装置において、前記基板が位置され、所定の反応ガスが供給、排気され
る反応室と、該反応室内の基板を加熱する加熱部と、該反応室を封止し、該加熱部を該反応室内で保持する保
持部と、を有することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】請求項１記載の加熱部は、所定形状のラ
ンプが所定数配置されて構成され、該ランプへの電力供
給のための所定数の端子が該保持部より外部に導出され
ることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項３】請求項２記載の所定数の端子は、前記保
持部に密閉部材により固定され、外部に分散されて導出
されることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項４】請求項２又は３記載の端子を冷却する冷
却手段が設けられることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項５】請求項１又は２記載の保持部は、反射面
が形成され、該反射面上に所定の保護膜が形成されるこ
とを特徴とする半導体製造装置。
【請求項６】請求項１，２又は５記載の保持部は、前
記加熱部を固定する所定数の固定部材を備えることを特
徴とする半導体製造装置。