(57)【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、
前記基板が配置され、所定の反応ガスが供給、排気される反応室と、
該基板の上方に設けられ、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し、
該加熱部は所定形状のランプが配置されてなり、
該保持部は所定数の管を備え、該管は該ランプを保持すると共に、管内を通じて導入された冷却ガスを該ランプ表面に噴出する噴出口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記載の半導体製造装置において、
前記保持部の下面に、下方に向かって開口する溝が形成され、
該溝に前記ランプが格納されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の半導体製造装置において、
前記ランプは同心円状に設けられ、
前記管は該同心円に対して放射状に延在して設けられることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか一項記載の半導体製造装置において、
前記ランプの電力供給のための所定数の端子が前記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５】
請求項４記載の半導体製造装置において、
前記所定数の端子は、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６】
請求項１〜５のうち、いずれか一項記載の半導体製造装置において、
前記保持部は、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。
【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】
本発明の一観点によれば、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、前記基板が配置され、所定の反応ガスが供給、排気される反応室と、該基板の上方に設けられ、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し、該加熱部は所定形状のランプが配置されてなり、該保持部は所定数の管を備え、該管は該ランプを保持すると共に、管内を通じて導入された冷却ガスを該ランプ表面に噴出する噴出口を有することを特徴とする半導体製造装置が提供される。
【００１０】
前記保持部の下面に、下方に向かって開口する溝が形成され、該溝に前記ランプが格納されている構成としてもよく、前記ランプは同心円状に設けられ、前記管は該同心円に対して放射状に延在して設けられる構成としてもよい。また、前記ランプの電力供給のための所定数の端子が前記保持部より外部に導出される構成としてもよく、その所定数の端子は、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構成としてもよい。さらに、前記保持部は、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構成としてもよい。
【００１１】
図１に、本発明の原理構成図を示す。図１において、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は、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、反応室２４内の基板２２を加熱する加熱部２５と、反応室２４を封止し、加熱部２５を反応室２４内で保持する保持部２６とを有して構成され、加熱部２５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２５ａが該保持部２６より外部に導出される。所定数の端子２５ａは、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。その端子２５ａを冷却する冷却手段が設けられる。また、保持部２６は、反射面が形成され、反射面上に所定の保護膜が形成される。また、加熱部２５を固定する所定数の固定部材を備える。
【００１３】
【作用】
上記の発明によれば、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。また、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。
【００１４】
また、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とにより、加熱部による加熱効率を向上させることが可能となる。さらに、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  〜２５４  ）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  〜２５４  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３３ａ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２５１  〜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３５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６００℃）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２４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】
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可能となる。また、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。
【００３５】
また、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とにより、加熱部による加熱効率を向上させることが可能となる。さらに、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可能となる。
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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