JPH08264472A

JPH08264472A - 半導体装置の製造方法及び半導体製造装置

Info

Publication number: JPH08264472A
Application number: JP6586995A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Kaneko; 金子　　豊; Toshimitsu Miyata; 敏光宮田; Kunio Yamashita; 邦男山下; Yukihiro Kiyota; 幸弘清田; Masabumi Kanetomo; 正文金友; Masaru Matsushima; 勝松島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-03-24
Filing date: 1995-03-24
Publication date: 1996-10-11

Abstract

(57)【要約】【目的】基板処理室を構成する石英ガラス隔壁を外気
（酸素）から遮断し、装置の安全性と長寿命化を図り、
隔壁からの基板汚染を防止し、品質バラツキの少ない半
導体素子の製造を可能とする半導体装置の製造方法及び
半導体製造装置を提供することにある。【構成】円筒状石英ガラスを隔壁とするチャンバ１の外
周を、Ｏリング１０を介して保護隔壁８で気密シール
し、チャンバ隔壁１を大気から遮断する。水冷ジャケッ
ト８１が設けられた保護隔壁８には、冷却された不活性
ガスを供給するガス導入系１３と排気系１４とが設けら
れ、チャンバ隔壁の温度上昇を抑える構成となってい
る。チャンバ内の支持台５に載置された半導体ウェハ４
は、加熱ランプ９の点灯下で反応ガス導入系７から所定
の原料ガスが供給されて所定の表面処理が行なわれる。
ウェハ４は放射温度計１１で温度計測される共に、電源
１２でランプ出力を調整することにより所定温度に制御
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
及び半導体製造装置に係り、特に基板処理室の隔壁の一
部もしくは主要部を石英ガラス等の透光性隔壁で構成す
る場合に好適な半導体装置の製造方法及び半導体製造装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から半導体製造装置としては、半導
体ウェハに、例えば気相拡散法により導電形を決定する
不純物を拡散するための気相拡散装置、赤外線ランプ加
熱や抵抗加熱によりウェハを加熱するアニール装置、あ
るいはＣＶＤ装置など各種の製造装置が知られており、
いずれも試料基板処理室の一部もしくは主要部は石英ガ
ラスを隔壁として構成されている。例えばＣＶＤ装置に
おいては、ランプ加熱を用い、水素をキャリアガスとし
て、モノシランガスなど発火性の高い危険・有害な反応
ガスを使用し、試料基板処理室となる石英チャンバ内の
半導体ウェハ上にシリコン薄膜をエピタキシャル成長さ
せていた。

【０００３】なお、この種の技術に関連するものとし
て、例えば、特開平４−２４３１２２号公報及び特開平
４−２８８８２０号公報などが挙げられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術は、安
全性および作業性の点について十分な配慮がされておら
ず、石英チャンバと他の部材とのシール部が存在し、石
英チャンバは非密封型で外気（大気）に晒されているの
で、石英チャンバが溶けたり、割れたり、シール部がリ
ークしたりすると、外気を巻き込み、原料ガスと反応
し、発火や爆発につながる問題があった。

【０００５】また、装置の寿命も短く、石英チャンバの
交換を余儀なくされていた。さらにまた、石英チャンバ
隔壁が加熱されることにより失透するか、ＣＶＤによる
析出物が隔壁面に付着して隔壁の光透過率を低下させ、
ランプ加熱の効率を低減する、付着物が基板上に飛散し
て基板表面に異物を発生させる、さらには隔壁に吸着さ
れていた不純ガスを放出して基板表面を汚染する、等の
問題があった。

【０００６】したがって、本発明の目的は、このような
従来の問題点を解消することにあり、石英チャンバのご
とき透光性隔壁を外気（酸素）から遮断することによ
り、安全性と長寿命化とを図り、隔壁からの基板汚染を
防止し、品質バラツキの少ない半導体素子の製造を可能
とする改良された半導体装置の製造方法及び半導体製造
装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者等は、種々実験検討の結果、基板処理室の
隔壁を形成する石英ガラスを、大気中に直接露出させず
に保護隔壁で覆うと共に、石英ガラス隔壁と保護隔壁と
によって形成される空間領域に、真空層もしくは例えば
窒素ガス等の不活性ガス層、好ましくは冷却された不活
性ガス層を形成すればよいと云う重要な知見を得た。

【０００８】本発明は、このような知見に基づいて成さ
れたものであり、上記目的は、少なくとも石英ガラス等
の透光性隔壁を有する基板処理室と、基板処理室内に保
持された試料基板に反応ガスを供給する手段と、エネル
ギ線照射下で反応ガスを試料基板表面に接触させて試料
基板表面を改質する手段とを有して成る半導体製造装置
であって、前記基板処理室の透光性隔壁の外周部に所定
間隔をおいて、少なくとも排気手段を有する保護隔壁を
配設して、基板処理室の透光性隔壁部を二重隔壁で構成
することにより、透光性隔壁を大気から遮断する構造と
して成る半導体製造装置により、達成される。

【０００９】保護隔壁は、一般に真空装置に使用され
る、例えばステンレス鋼のごとき強靱な金属材料で形成
され、この隔壁内には例えば水冷ジャケット等の冷却手
段を設けることが望ましい。また、保護隔壁には排気口
とガス導入口とを設け、透光性隔壁と保護隔壁とによっ
て形成される空間領域を必要に応じて排気して所定の真
空度、望ましくは基板処理室内の圧力に近い圧力に設定
して透光性隔壁にかかる応力を低減することである。排
気口から排気して空間領域を減圧するに際しては、当然
のことながらガス導入口は閉じておき、空間領域を形成
する隔壁を気密状態とする。

【００１０】また、透光性隔壁を冷却する際には、ガス
導入口から例えば窒素ガス、アルゴンガス等の冷却され
た不活性ガスを導入し、排気口から導入ガスを排気する
ことにより不活性ガスを冷媒として循環させ、透光性隔
壁を冷却する。

【００１１】エネルギ線の照射手段としては、透光性隔
壁と保護隔壁とによって形成される空間領域に例えば赤
外線ランプ、紫外線ランプ等の処理目的に応じた周知の
光源を配設するか、場合によっては基板処理室内に基板
と対向してセラミックヒータ等の赤外線を放射するヒー
タを配設してもよい。

【００１２】代表的な装置の構成例を挙げると、本発明
の半導体製造装置は、少なくとも透光性隔壁を有する基
板処理室と、基板処理室内に保持された試料基板に反応
ガスを供給する手段と、反応ガスの存在下で基板処理室
の透光性隔壁を通して試料基板上に光を照射して試料基
板表面を改質する手段と、透光性隔壁に対向してその外
部空間に配設された光源とを有して成る半導体製造装置
であって、前記基板処理室の一部もしくは主要部を石英
ガラスからなる透光性隔壁で構成すると共に、この透光
性隔壁の外部空間領域に光源を収容した少なくとも排気
手段を有する保護隔壁を配設して、基板処理室の透光性
隔壁部を二重隔壁で構成するものであり、これにより透
光性隔壁を大気から遮断することができる。

【００１３】さらに具体的な構成例を挙げれば、基板処
理室の主要部を石英ガラス円筒で構成すると共に、試料
基板に対向する保護隔壁と透光性隔壁との空間領域内に
光源を配設して、透光性隔壁を通して基板上に光を照射
する構成とすることである。また、光源から試料基板へ
照射する光の照射効率を高めるために、光源の背後の保
護隔壁内面に、例えば金やアルミの蒸着膜を反射ミラー
として形成することが望ましい。

【００１４】また、本発明においては、基板処理室の透
光性隔壁を介して基板処理室外から光学的に試料基板の
温度を計測する手段と、温度出力をエネルギ線照射手
段、もしくは光源にフィードバックして試料基板に照射
するエネルギ線強度、もしくは光照射強度を所定値に制
御する照射制御手段とを配設することもできる。これに
よって透光性隔壁を通して、外部から基板温度を正確に
検出することができると共に、この温度出力をエネルギ
線照射手段、もしくは光源にフィードバックすること
で、試料基板の温度を処理に必要な所定温度に制御する
ことができる。

【００１５】上記目的は、既に説明した半導体製造装置
を用いて、基板処理室に反応ガスを供給して試料基板表
面を改質処理するに際し、透光性隔壁と保護隔壁とで形
成される空間領域に不活性冷却ガスを供給して透光性隔
壁を冷却する工程を有した半導体基板処理方法によって
も達成される。また、透光性隔壁と保護隔壁とで形成さ
れる空間領域を排気して真空層を形成する工程を有した
半導体装置の製造方法によっても達成される。

【００１６】さらに望ましくは透光性隔壁と保護隔壁と
で形成された空間領域の圧力を、基板処理室内の圧力に
略等しく調整する工程を有していることであり、その代
表例としては、基板処理室内を排気系により減圧すると
共に、透光性隔壁と保護隔壁とで形成された空間領域を
減圧して両者の圧力差を低減する工程を有していること
である。

【００１７】

【作用】基板処理室の主要部を石英ガラス円筒で構成し
た場合（以下、石英チャンバと称する）を代表例として
本発明の作用について述べると、石英チャンバは保護隔
壁により外気から遮断されているので、なんらかの原因
でたとえ石英チャンバが溶けたり、割れたり、リークし
たりしても、外気を巻き込まないので、原料ガスとの反
応がなく、発火や爆発の恐れがない。

【００１８】また、石英チャンバ内に上記不活性ガスの
検知器を設けることにより、チャンバ隔壁の気密性を知
ることができる。すなわち、石英の破損やシール部のリ
ークなどの異常を検知し、装置運転を停止することがで
きる。それによって作業性および安全性が向上する。

【００１９】また、保護隔壁に設けられたガス導入口か
ら、冷却された窒素ガス等の不活性ガスを導入し、排気
口からガスを回収する冷却ガスの循環系を設けることに
より、冷却ガスが石英チャンバ外壁を冷却するので、光
源として加熱用ランプを使用してもチャンバが異常加熱
されることはなく、チャンバの温度上昇は低く抑えられ
る。すなわち、加熱用ランプから放射された熱線は石英
チャンバ隔壁を通して試料基板（例えば半導体ウェハ）
に照射され、半導体ウェハを加熱することになる。その
間に、熱線のうち長波長の赤外線はチャンバを加熱す
る。

【００２０】また、半導体ウェハから放射されたエネル
ギ線のうち長波長の赤外線の一部はチャンバで吸収され
るが、吸収されなかった赤外線は保護隔壁内面の反射ミ
ラーで反射されて再びチャンバに戻る。しかし、石英チ
ャンバ隔壁の外面を不活性ガスで空冷することにより、
チャンバの温度上昇は低く抑えられる。ここで、短波長
の赤外線および可視光線はチャンバを通過し、チャンバ
で吸収されることはない。

【００２１】このようにしてチャンバの温度を低く抑え
た装置では、チャンバ隔壁からのアウトガスによる汚染
および輻射の影響を無くし、さらに半導体ウェハの温度
を光学的に計測する放射温度計を設けた場合には温度測
定の誤差要因を取り除くことが可能となり、精度の良い
温度制御が容易となる。それにより、半導体素子の性能
を高め、かつ、性能のバラツキを抑えることができる。

【００２２】また、保護隔壁に設けた排気口及びガス導
入口は、冷却ガスを循環させてチャンバ隔壁の温度上昇
を抑える作用のみならず、チャンバ隔壁と保護隔壁とに
より形成される空間領域の圧力を、チャンバ内の圧力に
応じて調整し、両者の圧力差を低減する作用をも有して
いる。

【００２３】すなわち、チャンバ内の圧力は、反応ガス
の種類及び反応条件に応じて減圧、加圧、大気圧のいず
れかの場合に設定され、排気口に接続される排気系及び
ガス導入口に接続されるガス導入系を制御、調整するこ
とにより、チャンバ隔壁内外の圧力差を低減して隔壁に
加わる応力を極力小さくする作用を有する。その結果、
圧縮、膨張等の疲労による石英ガラスの破損、Ｏリング
等のシール部のリーク等の事故を防止することができ
る。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面にしたがって
説明する。〈実施例１〉（１）半導体製造装置の構成例図１は、半導体製造装置の要部縦断面構成図である。図
２は、図１の線分Ａ−Ａ´にて切断した横断面図であ
る。１は基板処理室の主要部を構成する円筒状石英ガラ
スからなるチャンバであり、その両端部にはリング状の
凸部が形成されており、ジャケット２１で水冷されたス
テンレス製の円筒状容器２とＯリング３によってシール
されている。一方の容器２ａには不図示のゲートバルブ
を介して試料基板の出し入れをするロードロック室や基
板搬送装置が接続されると共に、反応ガス導入系７が接
続されている。また、他方の容器２ｂには排気系６が接
続されている。

【００２５】チャンバ１内部には、試料基板となる半導
体ウェハ４と、支持台５とが収納されている。チャンバ
１は排気系６により排気できる構造となっており、同時
に、ガス導入系７により、反応ガス、キャリアガス、ま
たはパージガス等の処理に必要なガスを導入できる構造
となっている。８はステンレス製の保護隔壁で、外形は
直方体であり、主要部は図２の断面図に示すように断面
矩形であるが、両端部は円筒隔壁構造を有しており、円
筒状容器２のフランジとＯリング１０を介してシールさ
れている。また、保護隔壁８には水冷ジャケット８１が
形成されており、必要に応じて隔壁を冷却することがで
きる。

【００２６】半導体ウェハ４に対向する位置の保護隔壁
８の内面には、金コートを施したアルミ合金製の反射ミ
ラー８ａが設けられ、この反射ミラー８ａとチャンバ１
とで囲まれた空間領域には光源９として複数本の長形の
加熱用ランプ（赤外線ランプ）が取り付けられランプハ
ウスを構成している。

【００２７】１１は半導体ウェハ４の裏面に対向する位
置、すなわち、ランプ９に対向するチャンバ１と保護隔
壁８とで囲まれた空間領域に設けられた放射温度計であ
り、放射温度計用ケーブル１５と保護隔壁８とはＯリン
グ１６でシールされている。放射温度計１１は、チャン
バ１を通して、ウェハ４の温度を直接モニタして、ラン
プ９の個々のランプの入力電力を制御する電源１２と共
にランプ加熱装置を構成している。

【００２８】さらに、保護隔壁８には不活性ガス導入系
に接続されたガス導入口１３と、排気口１４とが設けら
れており、ガス導入口１３から冷却された不活性ガスを
導入してチャンバ１の隔壁を冷却し、熱交換された不活
性ガスを保護隔壁外に排気できる構造となっている。

【００２９】また、容器２ｂによって形成される空間領
域には不活性ガス検知器４１が取り付けてあり、万一、
チャンバ隔壁の損傷もしくはＯリング３のシール不良が
発生して不活性ガスが漏れ出た場合には、これを検知し
て未然に事故防止できる構成となっている。

【００３０】（２）半導体装置の製造方法の例この例は、図１の装置を用いてＳｉウェハにＢを拡散す
る不純物拡散について説明するものである。先ず、半導
体ウェハ４としてＳｉウェハを、不図示のロードロック
室からゲートバルブを介して搬送装置によりチャンバ１
内に搬送し、予めチャンバ１内を排気系６により１０^-7
Ｐａに真空排気する。なお、この場合、チャンバ１と保
護隔壁８とに囲まれた空間領域は減圧せずに、大気圧と
した。

【００３１】次いでウェハ４の表面清浄化のため、反応
ガス導入系７により水素（Ｈ₂）をキャリアガスとして
２０ＳＬＭ（スタンダード・リッター／ミニュッツ）の
流量で導入しランプ９を点灯してＳｉウェハ４を１００
０℃で１分間加熱する。この際、不活性ガス導入口１３
から冷却された窒素（Ｎ₂）ガスを、チャンバ１と保護
隔壁８とに囲まれた空間領域に導入し吹き付けて、石英
チャンバ隔壁、反射ミラーおよび保護隔壁をくまなく冷
却する。この時、容器２及び保護隔壁８のジャケット２
１、８１にも冷却水を通し容器及び隔壁を冷却する。

【００３２】その後、同じく反応ガス導入系７により、
ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を１０ＳＣＣＭ（スタンダード・シ
ーシー／ミニュッツ）の流量で導入しランプ加熱により
Ｓｉウェハ４を１０００℃、２０秒の急速加熱（５０℃
／ｓの昇温速度）を行い、約３０分間のＢ不純物拡散を
行った。

【００３３】その後、反応ガスの供給を停止し、反応ガ
ス導入系７により水素パージ（水素ガスのみを供給す
る）を行い、半導体ウェハ４を急冷する。水素の供給を
停止し、排気系６により排気を行い、Ｓｉウェハ４を容
器２ａに接続された不図示のロードロック室から取り出
す。

【００３４】このようにして、石英チャンバ１を保護隔
壁８にて外気から遮断し、石英チャンバ１と保護隔壁８
とによって形成された空間領域（一部はランプハウスを
形成）に窒素ガスを供給することにより、チャンバ１が
破損しても外気（酸素）との反応は無く、ガラス１の破
片が飛散することも無いので、作業性および安全性を格
段に向上させることができた。また、これと同時に、石
英チャンバ隔壁を冷却し、チャンバ１の昇温を抑えるこ
とができ、Ｓｉウェハ４の汚染が少なく性能の高い半導
体素子を製造することができた。

【００３５】なお、このＢ拡散の処理工程を、保護隔壁
８を設けない従来装置と比較して行なったところ、従来
装置では１００回の繰り返し工程でランプの照射窓とな
る石英ガラス隔壁が白濁することにより失透し、Ｏリン
グのシール不良によるリークもみられたが、本実施例に
おいては１０００回の繰り返し工程においても異常はみ
られなかった。

【００３６】この例は、Ｂ拡散処理を一例として示した
ものであるが、その他例えばホスフィン（ＰＨ₃）によ
るＰ拡散についても同様の結果が得られた。また、不純
物拡散処理以外に、ＣＶＤ法によりモノシラン（ＳｉＨ
₄）、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）等の原料ガスを使用したＳ
ｉのエピタキシャル成長工程、あるいはポリシリコン成
膜処理工程においても同様の結果が得られた。また、チ
ャンバ隔壁を冷却するガスについても、窒素ガスに限ら
ず、その他アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスに置き換え
ることも可能である。

【００３７】〈実施例２〉（１）半導体製造装置の構成例図３は、他の一実施例を示す半導体基板処理装置の縦断
面構成図であり、図４は図３の線分Ｂ−Ｂ´にて切断し
た横断面図である。基本的には実施例１の図１、図２に
示した装置と同一構成であるが、異なる点は紫外線ラン
プ（低圧水銀ランプ）９１を設けた点、この紫外線ラン
プ９１を収納するランプハウス壁面に設けた反射ミラー
を紫外線を反射させるアルミニウム蒸着膜８ａとした点
である。なお、加熱用ランプ９は基板４の裏面を照射す
る構成とした。

【００３８】（２）半導体装置の製造方法の例この実施例では、紫外線照射によるＣＶＤ法により、Ｓ
ｉウェハ上にシリコン酸化膜を成膜する基板処理につい
て示すものである。反応ガスとしてモノシランガス（Ｓ
ｉＨ₄）と笑気ガス（Ｎ₂Ｏ）とを用い、Ｓｉウェハ温度
を１５０℃とし、低圧水銀ランプ９１からの紫外線１８
５ｎｍによりウェハ４上にシリコン酸化膜を形成した。
なお、チャンバ内を排気系６により１０^-1Ｐａに減圧し
たので、チャンバ隔壁１と保護隔壁８とにより囲まれた
空間領域も、排気口１４から排気して、ほぼ１０^-1Ｐａ
に減圧した。

【００３９】図３、図４の構成では、Ｓｉウェハ４は支
持台５上に点接触で保持され、ウェハの温度設定は加熱
用ランプ９から放射される赤外線により加熱する構成と
している。ウェハ４の温度設定としては、チャンバ内の
ウェハの下面に例えばセラミックヒータなどの抵抗加熱
方式のヒータを設けてもよい。

【００４０】なお、この紫外線照射によるＣＶＤ法によ
り、Ｓｉウェハ上にシリコン酸化膜を成膜する基板処理
工程を、保護隔壁８を設けない従来装置と比較して行な
ったところ、従来装置では２００回の繰り返し工程で石
英ガラス隔壁に亀裂等の損傷及びＯリングのシール不良
等の異常がみられたが、本実施例においては８００回の
繰り返し工程においても何ら異常はみられなかった。

【００４１】〈実施例３〉この例は、実施例１に示した
装置と同様の目的で構成された半導体製造装置である
が、装置構成はかなり変形されている。以下、図５及び
図６にしたがって具体的に説明する。

【００４２】図５は、装置の要部を示した縦断面図、図
６は図５の線分Ｃ−Ｃ´にて切断した横断面図である。
この実施例が実施例１の図１及び図２に示した装置と異
なる点は、実施例１において基板処理室の主要部を円筒
状石英ガラス１で構成した代わりに、この実施例におい
ては、光源９に対向する透光性隔壁１ａと温度計測窓１
ｂに限って石英ガラスを使用し、基板処理室のその他の
部分はステンレス製の容器２により形成した点である。

【００４３】図５において、１ａは光源９からの赤外線
を透過する石英ガラス隔壁、１ｂは温度測定用石英窓で
あり、水冷ジャケット２１を有するステンレス製の容器
２とＯリング３、３´によって真空シールされている。
８３は水冷ジャケット８１を有するステンレス製の保護
隔壁であり、半導体ウェハ４に対向する隔壁の内面に
は、金コートを施したアルミ合金製の反射ミラー８ａが
設けられ、この反射ミラー８ａとチャンバ１ａとで囲ま
れた空間領域には光源９として複数本の長形の加熱用ラ
ンプ（赤外線ランプ）が取り付けられランプハウスを構
成している。

【００４４】１ｂは温度測定用の石英窓であり、ステン
レス製の容器２とＯリング１０´によってシールされて
いる。そして石英窓１ｂの外部には保護隔壁８３と同様
に、水冷ジャケット８１を有するステンレス製の保護隔
壁８４が設けられている。保護隔壁８３、８４には、そ
れぞれ不活性ガス導入口１３と排気口１４とが設けら
れ、図５、図６には示されていないが、いずれもＯリン
グ１０、１０´を介して容器２に着脱自在に取付けられ
ている。

【００４５】このようにして、石英ガラス製の赤外線透
過用隔壁１ａ及び温度測定用窓１ｂを外気から遮断し、
ガス導入口１３から窒素またはアルゴン（Ａｒ）などの
不活性ガスを噴出することにより、赤外線透過用隔壁１
ａ、温度測定用窓１ｂを冷却し、さらにランプ９を冷却
することができる。また同時に、作業性および安全性を
向上できる。

【００４６】ここで、保護隔壁８４及び８３に囲まれた
空間領域は、それぞれガス導入口１３から不活性ガスを
充填するか、もしくは排気口１４から真空排気してチャ
ンバ内圧力と等しくしたり、任意に圧力をコントロール
することができるので、チャンバ隔壁の一部を構成する
石英ガラス１ａ、１ｂに圧力差による応力が生じない。
したがって、石英ガラスに外力が加わらないことから機
械的な損傷が免れると共に、Ｏリング３、３´による石
英ガラス１ａ、１ｂと容器隔壁２とのシール部は高い気
密性が保たれる。

【００４７】温度測定用窓１ｂを保護する保護隔壁８４
は、金属のみならずセラミックスでも良い。さらに、保
護隔壁８４は、温度測定用窓１ｂ以外にも必要に応じて
チャンバ隔壁に設ける半導体製造装置の内部観察用窓
（ビューイングポート）の保護隔壁にも適用できる。さ
らにまた、この種の保護隔壁は半導体製造装置の石英ま
たは石英以外のガラス部材の外部からの衝撃に対する保
護カバーとしても使用できることは言うまでもない。

【００４８】〈実施例４〉図７は、さらに異なる他の実
施例となる半導体製造装置（気相拡散装置）の要部縦断
面図を示したものである。以下、図面にしたがって説明
すると、この装置は水冷ジャケット２１により水冷され
た金属製真空容器２の内部に、円筒状の石英ガラス製チ
ャンバ（反応室）１がある。この反応室１はＯリング３
により気密封止されており、真空容器２と反応室１は排
気口１４及び６から、それぞれ独立に排気される構成と
なっている。また、反応室１の中の基板４は、石英ガラ
ス製サセプタ５により支持され、真空容器２の外から石
英ガラス製窓１ｃを介して光源（この例ではハロゲンラ
ンプ）９により加熱される。光源９は、内面に反射ミラ
ー８ａが形成された保護隔壁８３により外部から保護さ
れている。この保護隔壁８３はＯリング１０を介して真
空容器２に接続されている。気相拡散に使用する反応ガ
スは、ガス導入パイプ７から反応室１に供給される構造
となっている。なお、基板４は、ゲートバルブ３０を介
して不図示の基板搬送装置により、ロードロック室３１
と反応室１との間を移動できる構成になっている。

【００４９】基板４への気相拡散は次のような手順で行
なわれる。この気相拡散は常圧雰囲気で行なう。ガス導
入パイプ７から反応ガス（例えば、水素で希釈したジボ
ラン）を反応室１へ供給する。基板４をハロゲンランプ
９により室温から８００℃まで５０℃／ｓの昇温速度で
加熱する。この時、真空容器２内部の反応室１および窓
１ｃを一定温度に保持するため、ガス導入パイプ１３か
ら冷却された不活性ガス（例えば、窒素）を流す。これ
により、反応室１および窓１ｃの温度上昇を抑えること
ができ、石英ガラス製の反応室１および窓１ｃの寿命を
大きく伸ばすことができる。流した不活性ガスは排気管
１４を通して排気される構造である。

【００５０】次に、基板４を８００℃で１０分から３０
分間程度保持し、冷却する。その後、反応室１のガス置
換を行なうが、反応室１が小さいため、ガス置換が短時
間で終わることが可能となった。

【００５１】この装置を用いて実施例１と同様の試料基
板（Ｓｉウェハ）及び原料ガスによりボロン（Ｂ）拡散
を行なったところ、反応室１の石英ガラス隔壁が、冷却
された不活性ガスの供給により冷却されて温度上昇が抑
えられることから、反応室１の隔壁を構成する石英管か
らの不純アウトガスによる汚染がなく、かつ、高濃度の
浅い拡散層が基板４上へ形成されるようになった。ま
た、温度上昇が抑えられることから、Ｏリング３のシー
ル不良、石英管の損傷及び光照射窓の白濁による失透な
どが防止された。

【００５２】なお、この実施例では気相拡散を常圧雰囲
気で行ったが、実施例１と同様に減圧雰囲気下で行なう
こともでき、その場合には、真空容器２と反応室１とを
排気系６及び排気管１４からそれぞれ独立に排気すれば
よく、常圧雰囲気の場合と同様に金属汚染がなく、高濃
度の浅い拡散層を形成できる。

【００５３】〈実施例５〉図８は、さらに異なる本発明
の他の実施例となる半導体製造装置（気相拡散装置）の
要部縦断面図を示したものである。この装置は、反応室
１の隔壁に試料基板４の温度測定手段を配設したところ
に特徴があり、この部分を除けば基本的に実施例４の装
置構成と同一である。

【００５４】以下、図面にしたがって説明すると、真空
容器２の内部にＯリング３を介して気密された反応室１
がある。反応室１内の基板４はサセプタ５により支持さ
れている。基板４はハロゲンランプ９により石英ガラス
窓１ｃを介して加熱され、ガス導入パイプ７から反応ガ
スを流して基板４上へ拡散層を形成する。この実施例で
はこの拡散処理工程中に基板４の温度を直接計測するも
のである。

【００５５】この温度測定手段の構成は、図示のように
真空容器２のポートに沿って遮光用のパイプ２３がフラ
ンジ２４に設置されている。パイプ２３は、表面にＳｉ
Ｃをコートしたグラファイト製のパイプで構成した。こ
のパイプ２３が固定された、水冷ジャケット２１を有す
るステンレス製のフランジ２４には、温度測定用の石英
ガラス窓１ｂを設けておき、石英ガラス窓１ｂを通して
放射温度計１１で基板４の温度を測定するものである。
これも実施例４と同様に、石英ガラス製反応室１の寿命
を大幅に伸ばすことができ、また、反応室１を小型化に
できるため、ガス置換に要する時間を短縮できる。さら
に、金属汚染のない高品質な拡散層を形成できる。

【００５６】なお、石英ガラス窓１ｂ及び放射温度計１
１を外部から保護するために、実施例３の図５に示した
と同様に保護隔壁８４を形成することが望ましい。

【００５７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明により所期
の目的を達成することができた。すなわち、石英ガラス
を各種半導体基板の処理室の隔壁に使用するに際し、そ
の外側に排気口と隔壁冷却用の不活性ガス導入口とを備
えた保護隔壁を設け、２重隔壁構造とすることにより、
石英ガラスが割れたり、シール部がリークしても、キャ
リアガスおよび原料ガスの発火や爆発が防げるので、作
業性および安全性を向上させることができる。

【００５８】さらに、石英ガラスを隔壁の一部もしくは
主要部とした処理室（チャンバ）を不活性ガスで冷却す
ることにより、チャンバの温度上昇を抑え、一定温度に
保持することができることから、チャンバの寿命を大幅
に伸ばすことができる。また、異常加熱を防止できるこ
とから、チャンバからの汚染および輻射が減少し、放射
温度計による半導体ウェハの温度制御を正確に行い、汚
染が少なく性能の高い半導体素子を製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例となる半導体製造装置の要部
縦断面図。

【図２】同じく図１の線分Ａ−Ａ´を切断した横断面
図。

【図３】同じく他の実施例となる半導体製造装置の要部
縦断面図。

【図４】同じく図３の線分Ｂ−Ｂ´を切断した横断面
図。

【図５】同じくさらに異なる他の実施例となる半導体製
造装置の要部縦断面図。

【図６】同じく図５の線分Ｃ−Ｃ´を切断した横断面
図。

【図７】同じくさらに異なる他の実施例となる半導体製
造装置の要部縦断面図。

【図８】同じくさらに異なる他の実施例となる半導体製
造装置の要部縦断面図。

【符号の説明】

１…チャンバ隔壁、１ａ、１ｃ…石
英窓（ランプ照射用）、１ｂ…石英窓（温度測定用）、
２…容器、３、３´…Ｏリング、
４…試料基板（半導体ウェハ）、５…支持台、
６…排気系、７…ガス導入系、
８…保護隔壁、８ａ…反射ミラー、
９…加熱用ランプ（赤外線ランプ／ハロゲンランプ）、
１０、１０´…Ｏリング、１１…放射温度
計、１２…ランプ電源装置、１３…不活
性ガス導入系、１４…排気系、
１５…ケーブル、１６…Ｏリング、
２１…水冷ジャケット、２３…パイプ（温度計測隔
壁）、３０…ゲートバルブ、３１…ロードロック
室、４１…不活性ガス検知器８１…水冷ジャケット、８３…保護隔壁（ランプハウス
保護用）、８４…保護隔壁（温度測定窓用）、９１
…紫外線ランプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清田幸弘東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者金友正文東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者松島勝東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも透光性隔壁を有する基板処理室
と、基板処理室内に保持された試料基板に反応ガスを供
給する手段と、エネルギ線照射下で反応ガスを試料基板
表面に接触させて試料基板表面を改質する手段とを有し
て成る半導体製造装置であって、前記基板処理室の透光
性隔壁の外周部に所定間隔をおいて、少なくとも排気手
段を有する保護隔壁を配設して、基板処理室の透光性隔
壁部を二重隔壁で構成することにより、透光性隔壁を大
気から遮断する構造として成る半導体製造装置。
【請求項２】少なくとも透光性隔壁を有する基板処理室
と、基板処理室内に保持された試料基板に反応ガスを供
給する手段と、反応ガスの存在下で基板処理室の透光性
隔壁を通して試料基板上に光を照射して試料基板表面を
改質する手段と、透光性隔壁に対向してその外部空間に
配設された光源とを有して成る半導体製造装置であっ
て、前記基板処理室の透光性隔壁を石英ガラスで構成す
ると共に、少なくとも排気手段を有する保護隔壁を配設
して、基板処理室の透光性隔壁部を二重隔壁で構成する
ことにより、透光性隔壁を大気から遮断する構造として
成る半導体製造装置。
【請求項３】少なくとも排気手段を有する保護隔壁に、
不活性冷却ガス導入手段を配設して透光性隔壁を冷却す
る構成として成る請求項１もしくは２記載の半導体製造
装置。
【請求項４】基板処理室内に不活性ガス検知器を配設
し、透光性隔壁と保護隔壁とにより形成された空間領域
に導入された不活性ガスの基板処理室内への漏れ状態の
有無を検出し得るように構成して成る請求項１もしくは
２記載の半導体製造装置。
【請求項５】基板処理室の透光性隔壁を介して基板処理
室外から光学的に試料基板の温度を計測する手段と、温
度出力をエネルギ線照射手段、もしくは光源にフィード
バックして試料基板に照射するエネルギ線強度、もしく
は光照射強度を所定値に制御する照射制御手段とを具備
して成る請求項１もしくは２記載の半導体製造装置。
【請求項６】基板処理室の反応ガスを供給する手段に対
向する位置に、排気手段を配設して基板処理室内の雰囲
気ガス圧力を制御する構成として成る請求項１乃至４い
ずれか一つに記載の半導体製造装置。
【請求項７】基板処理室の主要部を石英ガラス円筒から
なる透光性隔壁で構成すると共に、試料基板に対向する
保護隔壁と透光性隔壁との空間領域内に光源を配設し
て、透光性隔壁を通して基板上に光を照射する構成とし
て成る請求項１乃至６いずれか一つに記載の半導体製造
装置。
【請求項８】光源の少なくとも背後に面する保護隔壁内
面に反射ミラーを配設して成る請求項７記載の半導体製
造装置。
【請求項９】請求項１乃至８いずれか一つに記載された
半導体製造装置を用いて、基板処理室に反応ガスを供給
して試料基板表面を改質処理するに際し、透光性隔壁と
保護隔壁とで形成される空間領域に不活性冷却ガスを供
給して透光性隔壁を冷却する工程を有して成る半導体装
置の製造方法。
【請求項１０】請求項１乃至８いずれか一つに記載され
た半導体製造装置を用いて、基板処理室に反応ガスを供
給して試料基板表面を改質処理するに際し、透光性隔壁
と保護隔壁とで形成される空間領域を排気して真空層を
形成する工程を有して成る半導体装置の製造方法。
【請求項１１】請求項１乃至８いずれか一つに記載され
た半導体製造装置を用いて、基板処理室に反応ガスを供
給して試料基板表面を改質処理するに際し、透光性隔壁
と保護隔壁とで形成された空間領域の圧力を、基板処理
室内の圧力に略等しく調整する工程を有して成る半導体
装置の製造方法。
【請求項１２】基板処理室内を排気系により減圧すると
共に、透光性隔壁と保護隔壁とで形成された空間領域を
減圧して両者の圧力差を低減する工程を有して成る請求
項１１記載の半導体装置の製造方法。