JPS63266072A

JPS63266072A - 気相反応装置

Info

Publication number: JPS63266072A
Application number: JP9860187A
Authority: JP
Inventors: Kiwamu Taira; 平　究
Original assignee: Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 1987-04-23
Filing date: 1987-04-23
Publication date: 1988-11-02

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】［産業上の利用分’Ｉｆコ本発明は気相反応装置に関する。更に詳細には、本発明
は８インチ以−Ｌの人Ｌ１径ウェハについて効率よ（成
膜することのできる気相反応装置に関する。

［従来の技術］薄膜の形成方法として半導体［業において一般に広く用
いられているものの一つに化学的気相成長法（ＣＶＤ：
Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　ＶａｐｏｕｒＤｅｐｏｓ　ｉ　ｔ
　１ｏｎ）がある。ＣＶＤとは、ガス状物質を化学反応
で固体物質にし、基板１−に堆積することをいう。

ＣＶ　Ｉ）の特徴は、成長しようとする薄膜の融点より
かなり低い堆積温度で種々の薄膜が得られること、およ
び、成長した薄膜の純度が高＜、ＳｉやＳ　ｉ　ｌ−の
熱酸化膜１ユに成長した場合も電気的特性が安定である
ことで、広＜゛１１導体表面のパッシベーション膜とし
て利用されている。

ＣＶＤによる薄膜形成は、例えば約４００℃−５００℃
程度に加熱したウェハに反応ガス（例えば、Ｓ　ｉＨ４
＋　０２１　または５ｉＨｑ十ＰＨＪ＋０２）を供給し
て行われる。！二足の反応ガスは反応炉（ベルジャ）内
のウェハに吹きつけられ、該ウェハの表面に５ｉ０２あ
るいはフォスフオシリケードガラス（ＰＳＧ）またはボ
ロシリケートガラス（ＢＳＧ）の薄膜を形成する。

また、ＳｉＯ２とＰＳＧまたはＢＳＧとの２層成膜が行
われることもある。更に、モリブデン。

タングステンあるいはタングステンシリサイド等の金属
薄膜の形成にも使用できる。

このようなＣＶＤによる薄膜形成操作を行うために従来
から用いられている装置の一例を第３図に部分断面図と
して示す。

第３図において、反応炉１は、バッファ２をベルジャ３
で覆い、１−記バッファ２の周囲に円盤状のウェハ試料
台４を駆動機構５で回転駆動１工能、または自公転可能
に設置するとともに、」二記ウェハ試料台の−ｔ＝に被
加二［物であるウェハ６を順次に供給し、該ウェハを順
次に搬出するウェハ搬送り段７を設けて構成されている
。ウェハ搬送手段を炉内に導入するための開閉可能なゲ
ート部１１が反応炉に設けられている。

前記ベルジャ３の頂点付近に反応ガス送入管８および９
が接続されている。使用する反応ガスの５ｉＨｑおよび
０２はそれぞれ別のガス送入管により反応炉に送入しな
ければならない。例えば、５ｉＨｑを送入管８で送入し
、そして、０２を送入管９で送入する。また、ＰＨａを
使用する場合、ＳｉＨ４とともに送入できる。取り扱い
を容易にするために、反応ガスのＳｉＨ４および０２は
Ｎ２キャリアガスで希釈して使用することが好ましい。

前記のウェハ試料台４の直ドには僅かなギャップを介し
て加熱手段ｌＯが設けられていてウェハ６を所定の温度
（例えば約５００℃）に加熱する。

反応ガス送入管８および９から送入された反応ガス（例
えばＳ　ｉ　Ｈ／／　＋０２またはＳｉＨ４＋ＰＨ３＋
０２　）は点線矢印のごと（炉内を流下し、ウェハ６の
表面に触れて流動し、化学反応によって生成される物質
（ＳｉＯ２またはＰＳＧ）の薄膜をウェハ６の表面に生
成せしめる。

［発明が解決しようとする問題点］前記のようなバッチタイプのＣＶ　Ｉ）薄膜形成装置は
、反応炉へのウェハチャージ時間、デポ時間のガス流量
安定調整、チャージ中の炉内雰囲気温度低下の復帰と安
定および反応に時間がかかり、スループットが低い。こ
の対策としてバッチ単位のウェハ処理枚数を増やしたが
、次のような理由により効果的な解決策にはならなかっ
た。

（１）チャージ時間および炉内温度の安定に時間がかか
り、スループットが思うように１−がらない。

（２）反応炉が大きくなり、装置・１法も増大し、多大
なスペースを必要とするようになった。

（３）炉内容積の拡大により消費ガスが多くなり、ラン
ニングコストが増大する。

（４）クリーンルーム内のインライン化に対して、ｊ！
！（人化を計るには無理があった。

（５）フレークの多量発生により、クリーニング間隔を
短縮する羽Ｌ１となり、スループットが低下する。

［発明の目的］従って、本発明の［］的は従来のバッチ式装置が有して
いた前記のような欠点が解消された新規な気相反応装置
を提供することである。

［問題点を解決するための手段コ前記の問題点を解決し、あわせて本発明のｔｘｔ的を達
成するための手段として、この発明は、隔壁により反応
炉の内部を、反応チャンバ、ガス置換チャンバ、ロード
／アンロードチャンバおよび温度安定チャンバの４室に
分割し、この隔壁のド側に隣接して、ウェハを載置する
ための試料台を等間隔で４個４Ｔする回転駆動可能なサ
セプタを配設し、前記反応チャンバの−Ｌ部には反応ガ
ス吹出しヘッドが配設され、かつ、１亥反応チャンバの
サセプタド部には試料台加熱機構およびｉｔ脱可能な試
料金回転駆動機構が配設されており、前記温度安定チャ
ンバのサセプタド部には試料台予備加熱機構が配設され
ていて、前記隔壁のＦ部には、反応チャンバ、ガス置換
チャンバ、ロード／アンロードチャンバおよび温度安定
チャンバの４室に向かってＮ２ガスを吹出す手段が設け
られていることを特徴とする気相反応装置を提供する。

［作用コ前記のように、本発明の気相反応装置では、反応炉の内
部を反応チャンバ、ガス置換チャンバ。

ロード／アンロードチャンバおよび温度安定チャンバの
４室に分割し、ウェハの処理が並行して行えるようにし
た。その結果、（１）ウェハの処理工程が各チャンバで並行して行える
ため、スループットが向］−する。

（２）反応炉は小さくなり、従来のバッチ式装置の約１
／２以下で済む。

（３）成膜反応のために直接必要な炉内容積（すなわち
、反応チャンバ容積）は従来のバッチ式装置の約１／２
〜１／４以−ドとなり、反応ガス消費が少なく、ランニ
ングコストを低減できる。

（４）クリーンルーム内のインライン化に対して１−分
対応１−１■能である。

（５）反応ガスの便用ｒＩｋが少なくて済むため、フレ
ークの発生ｎｋも少なくなる。また、反応チャンバの温
度変化もな（、異物の発生要因が一つ減ることとなる。

このため、クリーニングの１川隔が延長され、スループ
ットの向」−につながる。

［実施例］以下、図面を参照しながら本発明の気相反応装置の一例
について更に詳細に説明する。

第１図は本発明の気相反応装置の断面図であり、第２図
は■−■線に沿った平面図である。

第１図に示されるように、本発明の気相反応装置１２は
トップカバー１３と筐体２０とからなる。

トップカバー１３と筺体２０とはクランプまたはネジ等
の手段により閉鎖される。

筐体２０の内部は、第２図に示されるように、隔壁３０
で、反応チャンバ４０．ガス置換チャンバ５０．　　ロ
ード／アンロードチャンバ６０．および温度安定チャン
バ７０に４分割されている。

ロード／アンロードチャンバ６０にはウェハ１４を搬送
するためのウェハキャリア手段１５が収容されているＰ
備室８０が接続されている。ロード／アンロードチャン
バ６０に向きあう筐体壁面には開口部８２が設けられて
いる。ウェハを搬入または搬出しないときは、この開口
部８２はゲート８４により閉鎖されている。

隔壁３０は例えば、第２図に示されるように、所定の厚
さの空洞状に構成することができる。

楔板のような形杖のものも使用できる。隔壁３０は円筒
状支柱３２によりトップカバー１３に釣りドげるような
形で配設できる。支柱３２内にはＮ２ガス供給管３４が
内挿されている。このＮ２ガス供給管３４は隔壁の内側
下部にまで延ばされている。隔壁の内側ド部部分のＮ２
ガス供給管３４はガス吹出し孔３６を有する。成膜処理
作業中はこの吹出し孔から絶えずＮ２ガスが吹出されて
いるので、このＮ２がスカーテンと、隔壁とにより各チ
ャンバは他のチャンバと完全に遮断される。

反応チャンバの１一部には反応ガス送入用のガスヘッド
９０が配設されている。このガスヘッドもトップカバー
１３に保持させることができる。二種類以トの反応ガス
を使用する場合、このガスヘッドは二重構造とすること
ができる。

第２図を参照する。隔壁３０の一ド側に、非接触の状態
で隣接してサセプタ１００が配設されている。このサセ
プタはチャンバの数に対応して、４個のウェハ試料台１
１０をイｆする。サセプタ１０・０は軸１２０により支
持されている。この軸は炉外に配置された駆動モータ１
３０に接続されている。

反応チャンバ４０のサセプタのド側には僅かなギャップ
を介して試料台加熱手段１４０が配設されている。この
加熱手段により試料台ｉ−のウェハ１４を成膜反応の実
施に必要な温度にまで加温する。図示されていないが、
温度安定チャンバ７゜のサセプタド側にも試料台加熱手
段を配設することが好ましい。試料台を一気に成膜反応
温度にまで加温すると、試料台ｌ−のウェハに急激な熱
応力が加わり、反りを生じたり、結晶格ｒ欠陥の発生原
因となるので好ましくない。従って、反応チャンバ４０
に送られる前に、ウェハを徐々にある程度の温度にまで
加温しておくことが好ましい。この１−１的のために、
温度安定チャンバのサセプタ下側に別の加熱り段を配設
する。同様な理由により、ガス置換チャンバ５０のサセ
プタ下側にも加熱り段を配設することが好ましい。反応
チャンバ４０からガス置換チャンバ５０に送り出されて
きたウェハはいきなり常温雰囲気に曝露されることとな
り、ウェハおよびウェハ表面の膜に急激な熱応力が加わ
る。このため、前記と同じ問題が発生する。

これを避けるために、ガス置換チャンバ５０のサセプタ
下側に加熱手段を配設し、反応チャンバから送り出され
てきたウェハが徐々に冷却されていくように構成するこ
とが好ましい。

試料台の五面には、試料台を回転させるためのチャック
ピンが嵌合される穿設孔１１２が３〜４本設けられてい
る。反応チャンバ４０にはサセプタの下側に試料台回転
機構１５０が配設されている。Ｉ一端部にチャックピン
１５２を有する回転軸１５４は炉外の駆動モータ１５６
に接続されている。試料台を回転させる場合、モータ１
５Ｂのド部のシリンダ１５８により回転軸１５４をｌ−
ｈ’させ、チャックピン１５２を試料台の穿設孔１１２
に嵌合させる。かくして、モータの回転駆動力が試料台
に伝達されて試料台が回転する。

反応チャンバの試料台ｉ−のウェハに成膜処理する場合
、ガスヘッド９０から反応ガスを加温されたウェハに吹
付ける。この反応ガス吹付は中、試料台をモータ１５６
で回転させ、ガスヘッドからのガス供給ムラを平均化し
て、膜厚のバラツキを少なくする。

成膜処理が終了したら、シリンダ１５８で回転軸１５４
を下降させ、チャックピン１５２と試料台穿設孔１１２
との嵌合を解除する。その後、モータ１３０でサセプタ
を１／４回転させ、処理の済んだウェハを有する試料台
をガス置換チャンバ５０に送り出すと共に、未処理ウェ
ハを有する試料台を反応チャンバ４０に送る。この動作
により、ガス置換チャンバ５０にあった試料台はロード
／アンロードチャンバ６０に送り出される。ゲート８４
が開いてウェハのアンローディングとローディング操作
が行われる。ローディング終ｒ後、ゲートはｉｌＦび閉
鎖される。成膜反応処理はゲートが閉鎖されてから開始
することもできるが、アンローディング／ローディング
操作中に既に開始させることもできる。

筺体Ｉ３のド部には排気ダク）１６０が複数本（例えば
、４〜８本）配設されており、炉内を常に負圧伏態に維
持する。反応ガスとしてＳｉＨ４等の腐食性４７８ガス
を使用してもこのダクトにより常に反応炉の下方に引か
れ、しかも、各隔壁間にはＮ２ガスカーテンが存在する
ので、反応チャンバの５ｉＨｏ等が他のチャンバ内に侵
入する恐れはない。

反応炉は図示されたような正方形状の筐体から構成する
こともできるが、サセプタの直径よりも若１・大きな内
径をｆｆする円筒形状の容器で構成することもできる。

円筒形容器の場合、重力形状容器のような４隅の無駄な
空間が発生しないので好ましい。

本発明の気相反応装置としてはＣＶ　Ｉ）装置、特に常
１１６型ＣｖＤ装置が好ましいが、これに限定されず、
予備室からウェハの搬入／搬出が行われるようなその他
の装置（例えば、ドライエツチング装置、エピタキシャ
ル成長装置、ＰＶＤによる金属膜被着装置、酸化・拡散
装置等）においても同様に実施できる。

［発明の効果］以−１−説明したように、本発明の気相反応装置では、
反応炉の内部を反応チャンバ、ガス置換チャンバ、ロー
ド／アンロードチャンバおよび温度安定チャンバの４室
に分割し、ウェハの処理が並行して行えるようにした。

その結果、（１）ウェハの処理を程が各チャンバで並行して行える
ため、スループットが向１ニする。

（３）成膜反応のために直接必要な炉内容積（すなわち
、反応チャンバ容積）は従来のバッチ式装置の約１／２
〜１／４以下となり、反応ガス消費が少なく、ランニン
グコストを低減できる。

（４）クリーンルーム内のインライン化に対して１・分
対応ｉ＋Ｊ能である。

（５）ウェハの貞ト、から反応ガスが吹き付けられるの
で、ガスの供給ムラが小さくなる。

（６）反応ガスの使用量が少なくて済むため、フレーク
の発生量も少なくなる。また、反応チャンバの温度変化
もなく、異物の発生要因が一つ減ることとなる。このた
め、クリーニングの間隔が延長され、スループットの向
」−につながる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の気相反応装置の一例の概要断面図であ
り、第２図は■−■線に沿った平面図であり、第３図は
従来のＣＶＤ装置の概要断面図である。１２・・・気相反応装置、１３・・・トップカバー。１４・・・ウェハ、１５・・・ウェハキャリア手段。２０・・・筐体、３０・・・隔苧、３２・・・隔壁支持
支柱。３４・・・Ｎ２ガス供給管、４０・・・反応チャンバ。５０・・・ガス置換チャンバ、８０・・・ロート／アン
ロードチャンバ、７０・・・温度安定チャンバ。８０・・・ｒ備室、８２・・・開１−１部、８４・・・
ゲート。９０・・・ガスヘッド、１００・・・サセプタ。１１０・・・試料台、１２０・・・サセプタ四転軸。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）隔壁により反応炉の内部を、反応チャンバ、ガス
置換チャンバ、ロード／アンロードチャンバおよび温度
安定チャンバの４室に分割し、この隔壁の下側に隣接し
て、ウェハを載置するための試料台を等間隔で４個有す
る回転駆動可能なサセプタを配設し、前記反応チャンバ
の上部には反応ガス吹出しヘッドが配設され、かつ、該
反応チャンバのサセプタ下部には試料台加熱機構および
着脱可能な試料台回転駆動機構が配設されており、前記
温度安定チャンバのサセプタ下部には試料台予備加熱機
構が配設されていて、前記隔壁の下部には、反応チャン
バ、ガス置換チャンバ、ロード／アンロードチャンバお
よび温度安定チャンバの４室に向かってＮ＿２ガスを吹
出す手段が設けられていることを特徴とする気相反応装
置。
（２）サセプタ回転駆動源および試料台回転駆動源は反
応炉外に配設されていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項に記載の気相反応装置。
（３）常圧型ＣＶＤ薄膜形成装置である特許請求の範囲
第１項または第２項に記載の気相反応装置。