成膜装置
【課題】温度測定部が挿入され、反応管の内面に沿って延びる保護管が反応管の内面に張り付くのを避ける。
【解決手段】複数の基板が間隔をおいて重なるように当該複数の基板を保持する基板保持具と、基板保持具を収容する反応管と、反応管に収容される基板保持具に保持される複数の基板に対し、複数の基板上に成膜される薄膜の原料ガスを供給する原料ガス供給管と、反応管を支持する支持部と、反応管の外側に配置され、複数の基板を加熱する加熱部と、支持部に一端部で固定され、基板保持具と反応管との間において複数の基板の配列方向に沿って延び、内部に温度測定部が挿入される保護管と、保護管の外面と反応管の内面との少なくとも一方に設けられ、保護管の外面と反応管の内面との間に空隙を形成する突起部とを備える成膜装置により上記の課題が解決される。
【解決手段】複数の基板が間隔をおいて重なるように当該複数の基板を保持する基板保持具と、基板保持具を収容する反応管と、反応管に収容される基板保持具に保持される複数の基板に対し、複数の基板上に成膜される薄膜の原料ガスを供給する原料ガス供給管と、反応管を支持する支持部と、反応管の外側に配置され、複数の基板を加熱する加熱部と、支持部に一端部で固定され、基板保持具と反応管との間において複数の基板の配列方向に沿って延び、内部に温度測定部が挿入される保護管と、保護管の外面と反応管の内面との少なくとも一方に設けられ、保護管の外面と反応管の内面との間に空隙を形成する突起部とを備える成膜装置により上記の課題が解決される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に薄膜を成膜する成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の製造プロセスには、半導体ウエハなどの基板（以下、ウエハ）に種々の薄膜を成膜する種々の成膜工程がある。成膜工程においては、いわゆるバッチ型の成膜装置が使用される場合がある。この成膜装置は、複数のウエハを間隔をあけて保持するウエハボードと、ウエハボートが収容される反応管と、反応管を支持する支持部と、反応管内のウエハボートに沿って延び、ウエハ上に薄膜を形成するための原料ガスをウエハに供給する原料ガス供給管と、反応管の外側に配置され、ウエハボートに保持されるウエハを加熱するヒータとを備えている。
【０００３】
また、上記の成膜装置においては、ウエハの温度を測定するため、ウエハボートに沿って温度測定部が設けられている。温度測定部を原料ガスから保護するため、温度測定部は、ウエハボートに沿って延びる保護管の内部に挿入されている場合が多い（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２７０５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の成膜装置において、ウエハ上に薄膜を成膜する場合は、例えば、ウエハをウエハボートに搭載し、ウエハボートを反応管内に収容し、ウエハボートに保持されるウエハをヒータにより加熱し、ウエハ温度が所定の成膜温度になった後に、原料ガスが供給される。そうすると、ウエハの熱により原料ガスが分解し、分解生成物により、ウエハ上に薄膜が成膜される。
【０００６】
このとき、分解生成物はウエハだけにではなく、ウエハボート、反応管、及び保護管にも堆積する。このため、保護管の外面が反応管の内面に接触していると、分解生成物により保護管が反応管の内面に張り付いてしまう場合がある。この場合、成膜装置のメンテナンスの際に、反応管の内面から保護管を取り外すのは容易ではなく、無理に取り外そうとすれば、保護管が破損してしまう場合もある。このため、慎重な作業が必要となり、メンテナンスに要する時間も長くなってしまう。
【０００７】
また、保護管が反応管の内面に張り付いてしまった場合には、成膜終了後にウエハの温度を下げるときに、保護管に応力が働き、この応力により保護管が破損するおそれもある。
本発明は、上記の事情に照らして為され、保護管が反応管の内面に張り付くのを避けることが可能な成膜装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一の態様によれば、複数の基板が間隔をおいて重なるように当該複数の基板を保持する基板保持具と、前記基板保持具を収容する反応管と、前記反応管に収容される前記基板保持具に保持される前記複数の基板に対し、前記複数の基板上に成膜される薄膜の原料ガスを供給する原料ガス供給管と、前記反応管を支持する支持部と、前記反応管の外側に配置され、前記複数の基板を加熱する加熱部と、前記支持部に一端部で固定され、前記基板保持具と前記反応管との間において前記複数の基板の配列方向に沿って延び、内部に温度測定部が挿入される保護管と、前記保護管の外面と前記反応管の内面との少なくとも一方に設けられ、前記保護管の外面と前記反応管の内面との間に空隙を形成する突起部とを備える成膜装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態によれば、保護管が反応管の内面に張り付くのを避けることが可能な成膜装置が提供される。上記の構成によれば、保護管は、反応管を支持する支持部に一端部で固定されているため、加熱部からの熱によって支持部が熱変形すると、保護管が反応管の内面に向かって傾く場合がある。しかし、この場合であっても、突起部によって、保護管の外面が反応管の内面に接触するのが妨げられる。したがって、原料ガス供給管から供給される原料ガスにより、保護管の外面と反応管の内面とに膜が成膜されたとしても、保護管の外面が反応管の内面に張り付くのが妨げられる。したがって、メンテナンスの際に、保護管を反応管の内面から取り外す作業は不要となる。また、保護管の外面が反応管の内面に張り付かなければ、保護管に大きな応力は働かないため、保護管の破損を避けることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態による成膜装置を示す概略断面図である。
【図２】図１の成膜装置の保護管と反応管との位置関係を示す概略上面図である。
【図３】図１の成膜装置において保護管に働く応力の原因を説明する説明図である。
【図４】図１の成膜装置において保護管に働く応力の測定結果を示すグラフである。
【図５】図１の成膜装置の保護管の先端部に設けられる突起部による効果を説明する説明図である。
【図６】図１の成膜装置の変形例における、保護管と反応管との位置関係を示す概略上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一または対応する部材または部品については、同一または対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的とせず、したがって、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定されるべきものである。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態による成膜装置１０を示す概略断面図である。図示のとおり、成膜装置１０は、複数のウエハＷが上下方向に間隔をあけて重なるように複数のウエハＷを保持するウエハボート２１と、ウエハボート２１が収容される反応管２２と、反応管２２が収容される外管２３と、反応管２２及び外管２３を支持するマニホールド２４とを有している。また、成膜装置１０には、ウエハボート２１に保持されるウエハＷに対して原料ガスを供給する原料ガスノズル２５と、例えば熱電対や測温抵抗体などの温度測定部が挿入され、この温度測定部を原料ガス等から保護する保護管２６とが設けられている。原料ガスノズル２５及び保護管２６は、ウエハボート２１と反応管２２との間の空間においてウエハボート２１に沿って延び、ウエハボート２１を中心に互いに対照に配置されている。
また、成膜装置１０には、外管２３の外周を取り囲むように配置され、ウエハボート２１に保持されるウエハＷを加熱するヒータ２７が設けられている。ヒータ２７は、上下方向に配置される複数の分割ヒータを有することができ、各分割ヒータに対して電源装置（図示せず）が接続されている。なお、外管２３の上方からウエハＷを加熱する追加のヒータ（図示せず）を外管２３の上方に設けても良い。
【００１３】
ウエハボート２１は、例えば石英ガラスから作製され、上蓋部２１ａと、下蓋部２１ｂと、下蓋部２１ｂに対して上蓋部２１ａを支持する例えば３本（図１中には２本のみを図示）の支柱２１ｃとを有している。支柱２１ｃには複数のスリットが形成されている。複数のスリットの各々は、各支柱２１ｃの対応するスリットが同じ高さに位置するように形成されており、これらのスリットによりウエハＷが支持される。スリットの数及び間隔は、ウエハＷのサイズや、１回の成膜プロセスで処理すべきウエハＷの枚数や反応管２２等のサイズに応じて決定することが好ましい。
また、ウエハボート２１は、その下部においてペデスタル２８に支持されており、ペデスタル２８は、昇降プレート２９上に固定されている。昇降プレート２９は、図示しない昇降機構により上下動可能である。成膜に際しては、昇降プレート２９が昇降機構により上昇し、マニホールド２４の下面に対して例えばＯ−リングやメタルシールなどのシール部材を介して接する。これにより、外管２３、マニホールド２４、及び昇降プレート２９により画成される空間（以下、内部空間という）と、その外側の空間とが隔離される。また、ウエハボート２１を反応管２２からアンロードするときは、昇降機構により、昇降プレート２９ひいてはウエハボート２１が下降される。
【００１４】
反応管２２は、有蓋の円筒状の形状を有し例えば石英ガラスから作製され、その下端部においてマニホールド２４の内周に設けられたフランジ部に支持されている。反応管２２の外側を取り囲む外管２３は、有蓋の円筒状の形状を有し例えば石英ガラスから作製されている。また、外管２３は、マニホールド２４の上面に対して、例えばＯ−リングやメタルシールなどのシール部材を介して気密に取り付けられている。
【００１５】
なお、反応管２２には図示しない１つの又は２以上の開口が設けられ、この開口により、反応管２２の内側の空間と外側の空間（外管２３の内側の空間）とが連通する。また、マニホールド２４には、排気管（図示せず）が接続され、排気管は、真空ポンプを含む排気装置に接続されている。この構成により、後述する原料ガスノズル２５からウエハＷに対して供給される原料ガスが、反応管２２の開口と外管２３の排気管とを通して排気される。また、排気管には圧力制御器（図示せず）が設けられ、これにより、反応管２２内の圧力が調整される。
マニホールド２４は、その上部フランジにおいて、図示しない複数のボルト及びナットによりベース部３０に取り付けられている。これにより、マニホールド２４は、反応管２２及び外管２３をベース部３０に対して支持することとなる。
【００１６】
原料ガスノズル２５は、例えば石英ガラスから作製されており、マニホールド２４に形成されたノズル導入部２４ａを通して、内部空間に至り、上方へ屈曲してウエハボート２１に沿って延びている。ノズル導入部２４ａの端部には、例えばＯ−リングなどのシール部材２４ｂと、シール部材を原料ガスノズル２５に押しつけて気密性を維持するコネクタ２４ｃとが設けられている。また、原料ガスノズル２５のマニホールド２４の外側の端部は、図示しない原料供給システムに接続されており、原料供給システムから原料ガスノズル２５に対して原料ガスが供給される。さらに、原料ガスノズル２５には、ウエハボート２１に保持されるウエハＷに向かって開口する複数の開口２５ａが形成されており、開口２５ａを通して原料供給システムから供給される原料ガスがウエハＷに対して供給される。
【００１７】
なお、原料供給システムは、ウエハＷに成膜する薄膜に応じた原料ガスが充填されるガスシリンダ（図示せず）を有し、ガスシリンダと原料ガスノズル２５とを接続する配管には圧力制御器（例えばレギュレータ）や流量調整器（例えばマスフローコントローラ）が設けられており（ともに図示せず）、これらにより、原料ガスは流量制御されて原料ガスノズル２５へ供給される。
【００１８】
保護管２６は、例えば石英ガラスから作製されており、マニホールド２４に形成された保護管導入部２４ｄを通して内部空間に至り、上方へ屈曲してウエハボート２１に沿って延びている。保護管導入部２４ｄにもシール部材２４ｂとコネクタ２４ｃとが設けられ、これにより気密性が維持される。保護管２６の内部には、例えば複数本（図１には１本のみを図示）の熱電対２６ｂが挿入されている。各熱電対２６ｂの測温端は、高さ方向における異なる位置に配置されており、これによりウエハボート２１の長さ方向の温度分布を求めることができる。熱電対２６ｂは、図示しない温調器に接続されている。熱電対２６ｂの測温結果に基づいて上述の分割ヒータの各電源装置が制御され、これによりウエハボート２１に保持される複数のウエハＷを均一に加熱することができる。
【００１９】
図２は、成膜装置１０の概略一部上面図であり、ウエハボート２１、反応管２２、及び保護管２６の位置関係を示している。図示のとおり、反応管２２には、ウエハボート２１に対して窪んだ溝部２２ａが形成されている。溝部２２ａは、本実施形態においては反応管２２の下端から上端にまで延びている。溝部２２ａにより反応管２２の内面が外側に窪むため、保護管２６を配置するスペースを広げることができる。すなわち、反応管２２に溝部２２ａを形成することは、反応管２２とウエハボート２１との間の空間が狭い場合に有効である。また、溝部２２ａを設けることにより反応管２２とウエハボート２１との間の空間を狭くすると、原料ガスノズル２５から供給される原料ガスがウエハＷの間の空間に入り込み易くなり、成膜効率が向上する。
【００２０】
また、保護管１６の上端付近（図１参照）には、２つの突起部２６ａが設けられている。これらの突起部２６ａは、本実施形態においては、保護管２６の中心に対して約１２０°の角度間隔で配置されている。突起部２６ａの形状は、図示のような半球状に限らず、柱状（円柱状、角柱状）であっても良く、ピン状であっても良い。なお、突起部２６ａと反応管２２の内面との接触面積を小さくする観点から、突起部２６ａが柱状の形状を有する場合、先端部が丸くなっていると好ましい。また、突起部２６ａの大きさは、溝部２２ａの深さや幅、保護管２６の外径、及び反応管２２とウエハボート２１との間の間隔などに基づいて決定して良い。本実施形態においては、突起部２６ａの高さ（保護管２６の外面からの突起量）は約４ｍｍである。
なお、本実施形態においては、２つの突起部２６ａの先端部が溝部２２ａの内面に接しており、しかも２つの突起物２６ａの角度間隔が約１２０°であることから、保護管２６の反応管２２の内面に沿う方向の位置ずれを効果的に抑制できる。
【００２１】
成膜装置１０を用いてウエハＷに薄膜を成長する場合には、まず、成膜装置１０に併設されるウエハ搬送機構（図示せず）により、反応管２２からアンロードされたウエハボート２１に対しウエハキャリアからウエハＷが搭載される。次に、ウエハボート２１が反応管２２の内部へロードされ、内部空間（外管２３、マニホールド２４、及び昇降プレート２９により画成される空間）が所定の圧力に排気されるとともに、不図示のパージガス供給ノズルから例えば不活性ガスが供給され、内部空間がパージされる。ヒータ２７により、ウエハＷを所定の成膜温度（例えば５００℃から６００℃）に加熱した後、原料ガスノズル２５から例えばジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を供給すると、ウエハＷの熱によってジシランが熱分解することによりウエハＷ上にアモルファスシリコン薄膜が成膜される。所定の膜厚を有するアモルファスシリコン薄膜が成膜された後、ジシランの供給を停止し、ウエハＷの加熱を停止し、内部空間を不活性ガスでパージした後に、ウエハボート２１が反応管２２からアンロードされる。この後、搬送機構により、ウエハボート２１から例えばウエハキャリアへウエハＷを取り出すことにより、成膜プロセスが終了する。
【００２２】
上述の成膜プロセスにおいては、成膜中に保護管２６の外面が反応管２２の内面に接触すると、保護管２６の外面や反応管２２の内面にも薄膜が成膜するため、薄膜により保護管２６が反応管２２の内面に張り付いてしまう場合がある。この場合、ウエハＷの温度を下げる際に、保護管２６に比較的大きな応力が働くことが、本発明者らの検討により判明した。ここで、本発明者らが調べた応力の原因について図３を参照しながら説明する。
【００２３】
図３（ａ）は、成膜装置１０の据え付け後やメンテナンス後など、外管２３、反応管２２、及びウエハボート２１が室温のときのマニホールド２４、保護管導入部２４ｄ、及び保護管２６を示す図である。図示のとおり、保護管導入部２４ｄはマニホールド２４からほぼ水平に延びており、したがって保護管２６はマニホールド２４に対して水平に挿入される。そして、保護管２６は、内部空間において上方へ折れ曲がっている。
【００２４】
一方、図３（ｂ）は、例えば成膜中など、外管２３、反応管２２、及びウエハボート２１が加熱されたときのマニホールド２４、保護管導入部２４ｄ、及び保護管２６を示す図である。図示のとおり、マニホールド２４が熱で変形することにより、保護管導入部２４ｄは下向きに角度θで傾く。実測の結果、本実施形態による成膜装置１０においては、ウエハＷの温度を４００℃まで加熱したとき、マニホールド２４の温度は約１９５℃となり、保護管導入部２４ｄの傾き角度θが約０．３５°となっていることが分かっている。保護管導入部２４ｄが傾くと、保護管２６もまた傾き、その結果、保護管２６は、ウエハボート２１と反応管２２との間の空間において、反応管２２の内面に向かって傾くこととなる。
【００２５】
ここで、保護管２６に突起部２６ａが設けられていないと仮定すると、反応管２２側へ傾いた保護管２６は、溝部２２ａの内面（以下、便宜上、反応管２２の内面と記す）に沿って撓み、広い範囲で保護管２６の外面と反応管２２の内面とが接触することになる。そうすると、成膜中には、反応管２２や保護管２６に堆積する膜によって、保護管２６の外面は反応管２２の内面に対して比較的強固に張り付く場合がある。ここで、成膜終了後にヒータ２７によるウエハＷの加熱を中止すると、マニホールド２４の温度も低下していく。これにともない、保護管導入部２４ｄが水平方向（図３（ａ））に戻っていく。そうすると、外面が反応管２２の内面に張り付いている保護管２６に曲げ応力が働くこととなる。
【００２６】
次に、保護管導入部２４ｄの傾き角度θのときに、保護管２６にどの程度の曲げ応力が働くかを測定した結果について説明する。この測定においては、マニホールド２４を加熱することにより保護管導入部２４ｄを傾ける代わりに、マニホールド２４を傾けることにより保護管導入部２４ｄを傾け、保護管２６に働く荷重をプッシュプルゲージにより測定した。得られた荷重と、保護管２６の撓み量及び形状とから保護管２６に働く曲げ応力を求めた。なお、保護管２６の直立部（ウエハボート２１と反応管２２との間の空間における部分）の長さは約１３５０ｍｍであり、保護管２６の水平部（保護管導入部２４ｄにより支持される部分）からの高さが１５０ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍ、及び１３３０ｍｍの位置での曲げ応力を求めた。
【００２７】
曲げ応力の測定結果を図４に示す。図４のグラフから分かるように、保護管導入部２４ｄの傾き角度θが大きくなるに従って、保護管２６に働く曲げ応力は直線状に大きくなる。また、曲げ応力の大きさは、保護管２６の直立部の下方ほど大きいことが分かる。具体的には、保護管２６の直立部の下端から１５０ｍｍの位置において保護管２６に働く曲げ応力は、下端から１３３０ｍｍの位置において保護管２６に働く曲げ応力の約６倍も大きい。
【００２８】
以上の結果から、保護管２６が、成膜中に例えば中央部付近で反応管２２の内面に張り付いてしまった場合には、降温時にマニホールド２４が元の形状に戻ることによって保護管２６が反応管２２から離れる方向へ比較的大きな曲げ応力が働くことになる。そうすると、張り付いた部分よりも下の位置において保護管が破損してしまうおそれがある。
【００２９】
しかし、本実施形態においては、保護管２６の上端（先端）部に突起部２６ａが設けられているため、昇温時に、マニホールド２４の熱変形によって保護管２６が反応管の内面に向かう方向に傾いたとしても、反応管２２の内面には突起部２６ａが接触するに過ぎず、保護管２６の外面が反応管２２の内面に接することがない。このため、保護管２６の外面や反応管２２の内面に膜が成膜された場合であっても、保護管２６の外面が反応管２２の内面に張り付いてしまうのを避けることができる。
【００３０】
また、成膜によって突起部２６ａが反応管２２の内面に張り付いてしまった場合には、保護管２６は、その先端部において突起部２６ａを介して反応管２２の内面に固定されることとなるが、図４に示すように保護管２６の先端部に働く応力は比較的小さいため、保護管２６の破損を回避することができる。また、反応管２２の内面に突起部２６ａが張り付いたとしても、保護管２６の外面が張り付く場合とは異なり、接触面積が低減されるため、降温時には、反応管２２の内面から外れ易い。そうすると、保護管２６の先端部は自由端となるため、保護管２６に曲げ応力は働かなくなる。
【００３１】
ここで、マニホールド２４の保護管保持部２４ｄが傾くことにより、保護管２６がどのように撓むかについて行ったシミュレーションについて説明する。図５（ａ）に、このシミュレーションに用いたモデルを示す。保護管２６の直立部の長さは１３５０ｍｍであり、保護管２６の太さは約１２ｍｍである。また、保護管２６と反応管２２との間の間隔は、保護管２２の下端部において約８ｍｍとし、保護管２６の先端部において約４ｍｍとした。すなわち、保護管２６の直立部は、反応管２２の内面に向かって僅かに傾いている。また、突起部２６ａが設けられている場合は、突起部２６ａの位置は、保護管２６の先端から２０ｍｍの位置とした。また、突起部２６ａの高さ（保護管２６の外面からの突出量）は約４ｍｍとした。すなわち、突起部２６ａは反応管２２の内面に接触していることとした。（言い換えると、突起部２６ａにより、保護管２６の先端部は、反応管２２の内面から約４ｍｍ離れている。）
また、このシミュレーションにおいては、マニホールド２４の保護管導入部２４ｄの傾き角度θを約１．０°とした。この傾き角度の場合に、反応管２２が無いと仮定すると保護管２６がどの程度傾斜するかを図５（ａ）中に点線で模式的に示す。
【００３２】
図５（ｂ）に、保護管２６がどのように撓むかを計算した結果を示す。参照符号Ｗで示すように、突起部２６ａによって保護管２６の先端部の位置は固定されており、保護管２６の先端部と下端部の間では、反応管２２の内面に向かって膨らむように撓んでいる。しかし、反応管２２の内面に最も近い位置（高さが約１０５０ｍｍの位置）においても、保護管２６と反応管２２の内面との間には約２．５ｍｍの間隔がある。すなわち、保護管２６の先端部に、約４ｍｍの高さを有する突起部２６ａを設けることにより、保護管２６が反応管２２の内面に接するのを回避することができる。
【００３３】
また、比較のため、突起部２６ａが設けられていない保護管２６を、その先端部が反応管２２の内面に接するように配置した場合において、マニホールド２４の保護管保持部２４ｄが約１．０°傾いたときについても検討を行った。その結果、図５（ｂ）に参照符号ＷＯで示すように、計算上、反応管２２の内面の位置を超えて保護管２６が撓むことが分かった。そうすると、突起部２６ａが設けられていない場合には、保護管２６は、約７５０ｍｍの高さから上端までの範囲に亘って反応管２２の内面に接触し得ると考えることができる。このように接する場合には、成膜中に、保護管２６は広い範囲で反応管２２の内面に張り付いてしまう可能性がある。しかも、約７５０ｍｍの高さから上端までの範囲で保護管２６が反応管２２の内面に張り付いてしまった場合には、保護管２６は、反応管２２の内面に比較的強固に張り付く一方、その下方で保護管２６に働く曲げ応力は比較的大きいため（図４参照）、保護管２６が破損する可能性が高くなる。
以上の検討から、保護管２６に突起部２６ａを設ける効果が理解される。
【００３４】
以上、実施形態を参照しながら本発明を説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、添付の特許請求の範囲の記載に照らして、種々に変形又は変更することができる。
【００３５】
例えば、上記の実施形態においては、反応管２２には、保護管２６に沿って外側に窪んだ溝部２２ａが形成されているが、溝部２２ａは必ずしも必要ではなく、例えば図２に対応する上面図である図６（ａ）に示すように、溝部の無い反応管２２に対して、突起部２６ａが設けられた保護管２６を配置しても良い。
【００３６】
また、突起部２６ａを１つだけ保護管２６に設けても良い。ただし、上述のとおり、溝部２２ａとの関係で、反応管２２の内面に沿った方向における保護管２６の位置ずれを抑える観点から、２つの突起部２６ａを設けると好ましい。また、２つの突起物２６ａの角度間隔は、約１２０°に限られることなく、保護管２６の外面が反応管２２（溝部２２ａ）の内面に接触しないようにすることができる限りにおいて、適宜決定して良い。
【００３７】
また、突起部２６ａは、保護管２６にではなく、図６（ｂ）に示すように反応管２２の溝部２２ａに設けても良いし、溝部２２ａの無い反応管２２の内面に設けても良い。これらの場合、１つの突起部２６ａを設けても良いし、複数個（好ましくは２つ）の突起部２６ａを設けても良い。さらに、保護管２６と反応管２２の内面との双方に設けても良い。
【００３８】
また、上記の実施形態においては、保護管２６は、その先端部に設けた突起部２６ａが反応管２２の溝部２２ａの内面に接するように配置されるが、室温時において突起部２６ａが溝部２２ａの内面に接しないように保護管２６を配置しても良い。このように配置することは、昇温時において、保護管２６の外面が溝部２２ａの内面により確実に接しないようにできる点で有利である。
ただし、突起部２６ａと溝部２２ａの内面とが離間していると、場合によっては保護管２６が振動し、突起部２６ａが溝部２２ａの内面に衝突し、パーティクルが発生するおそれがある。これを防ぐためには、突起部２６ａを溝部２２ａの内面に接しておくことが好ましい。
また、保護管導入部２４ｄの上下方向の位置によっては、保護管２６が反応管２２の内面から離れる場合がある。この場合、マニホールド２４の熱変形により保護管２６が反応管２２の内面に向かって傾いていくと、保護管２６内の熱電対２６ａとウエハボート２１との距離が変化する。この距離が変化すると、ウエハボート２１に保持されるウエハＷの温度が見かけ上変化することとなり、ウエハ温度の再現性が悪化するおそれがある。しかし、保護管２６の突起部２６ａが反応管２２（又は溝部２２ａ）に予め接するように保護管２６を配置しておけば、保護管２６とウエハボート２１との間隔の変化を低減することが可能となる。したがって、突起部２６ａの反応管２２（又は溝部２２ａ）への離接は、状況に応じて決定して良い。
【００３９】
また、突起部２６ａの位置は、保護管２２の先端部に限られず中間部でも良い（反応管２２の内面の中間部でも良い）。これは、中間部に設けられた突起部２６ａによっても、保護管２６が反応管２２の内面に直接に接するのを避けることができるためである。このため、保護管２６の外面が反応管２２の内面に張り付いてしまうのを防ぐことができる。また、中間部に設けられた突起部２６ａが、反応管２２の内面に張り付いたとしても、突起部２６ａと反応管２２の内面との接触面積が小さいため、突起部２６ａは反応管２２の内面から外れ易い。本発明者らの実験によれば、保護管２６における下端から約７００ｍｍから約８００ｍｍまでの位置に突起部２６ａを設けた場合であっても、保護管２６が突起部２６ａを介して反応管２２の内面に強固に張り付くことはない。
【００４０】
また、上記の実施形態においては、外管２３の内側に反応管２２を設け、反応管２２の内側にウエハボート２１、原料ガスノズル２５、及び保護管２６が配置されている。このため、外管２３の内面に薄膜が成膜するのを低減することができる。一方、反応管２２の内面には薄膜が成膜するが、反応管２２は外管２３に比べて小型であるため、内面に成膜した薄膜を除去するためのクリーニングを行う際の取り扱いが容易である。また、複数の反応管２２を用意し、適宜交換する場合においても、複数の外管２３を用意し、適宜交換する場合に比べてコストを低減できる。
【００４１】
また、反応管２２を用いずに、外管２３の内面に沿って保護管２６が延びるように保護管２６を配置しても良い。言い換えると、外管２３を反応管として用いても良い。この場合であっても、上記の実施形態の効果・利点が発揮されることは明らかである。
【００４２】
また、長さ（高さ）の異なる複数本の保護管２６を設け、それぞれに１本の熱電対を挿入しても良い。この場合であっても、各保護管２６に対して突起部２６ａを設けることが好ましい。
【００４３】
また、成膜装置１０においてウエハＷに成膜される薄膜は、アモルファスシリコン膜に限られず、例えば酸化シリコン膜や窒化シリコン膜などであっても良い。
【００４４】
なお、反応管２２に形成された溝部２２ａの深さ（窪み量）や幅は、使用する保護管２６の外径に合わせて適宜決定して良い。また、窪み形状は、円形状の断面（上面形状）に限らず、方形状の断面を有していても良い。溝部２２ａの断面形状が方形状の場合には、保護管２６には、方形状の溝部２２ａの各面に対応して３つの突起部２６ａを設けることが好ましい。
【００４５】
上述した、保護管２６の長さや直径、及び突起部２６ａのサイズ等は、例示にすぎず、薄膜を成膜するウエハＷのサイズ、１回の成膜プロセスあたりのウエハ枚数に応じて、各成膜装置において適宜決定して良いことは勿論である。
【符号の説明】
【００４６】
１０・・・成膜装置、Ｗ・・・ウエハ、２１・・・ウエハボート、２１ｃ・・・支柱、２２・・・反応管、２２ａ・・・溝部、２３・・・外管、２４・・・マニホールド、２４ａ・・・ノズル導入部、２４ｄ・・・保護管導入部、２５・・・原料ガスノズル、２５ａ・・・開口、２６・・・保護管、２６ａ・・・突起部、２７・・・ヒータ、２８・・・ペデスタル、２９・・・昇降プレート。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に薄膜を成膜する成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の製造プロセスには、半導体ウエハなどの基板（以下、ウエハ）に種々の薄膜を成膜する種々の成膜工程がある。成膜工程においては、いわゆるバッチ型の成膜装置が使用される場合がある。この成膜装置は、複数のウエハを間隔をあけて保持するウエハボードと、ウエハボートが収容される反応管と、反応管を支持する支持部と、反応管内のウエハボートに沿って延び、ウエハ上に薄膜を形成するための原料ガスをウエハに供給する原料ガス供給管と、反応管の外側に配置され、ウエハボートに保持されるウエハを加熱するヒータとを備えている。
【０００３】
また、上記の成膜装置においては、ウエハの温度を測定するため、ウエハボートに沿って温度測定部が設けられている。温度測定部を原料ガスから保護するため、温度測定部は、ウエハボートに沿って延びる保護管の内部に挿入されている場合が多い（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２７０５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の成膜装置において、ウエハ上に薄膜を成膜する場合は、例えば、ウエハをウエハボートに搭載し、ウエハボートを反応管内に収容し、ウエハボートに保持されるウエハをヒータにより加熱し、ウエハ温度が所定の成膜温度になった後に、原料ガスが供給される。そうすると、ウエハの熱により原料ガスが分解し、分解生成物により、ウエハ上に薄膜が成膜される。
【０００６】
このとき、分解生成物はウエハだけにではなく、ウエハボート、反応管、及び保護管にも堆積する。このため、保護管の外面が反応管の内面に接触していると、分解生成物により保護管が反応管の内面に張り付いてしまう場合がある。この場合、成膜装置のメンテナンスの際に、反応管の内面から保護管を取り外すのは容易ではなく、無理に取り外そうとすれば、保護管が破損してしまう場合もある。このため、慎重な作業が必要となり、メンテナンスに要する時間も長くなってしまう。
【０００７】
また、保護管が反応管の内面に張り付いてしまった場合には、成膜終了後にウエハの温度を下げるときに、保護管に応力が働き、この応力により保護管が破損するおそれもある。
本発明は、上記の事情に照らして為され、保護管が反応管の内面に張り付くのを避けることが可能な成膜装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一の態様によれば、複数の基板が間隔をおいて重なるように当該複数の基板を保持する基板保持具と、前記基板保持具を収容する反応管と、前記反応管に収容される前記基板保持具に保持される前記複数の基板に対し、前記複数の基板上に成膜される薄膜の原料ガスを供給する原料ガス供給管と、前記反応管を支持する支持部と、前記反応管の外側に配置され、前記複数の基板を加熱する加熱部と、前記支持部に一端部で固定され、前記基板保持具と前記反応管との間において前記複数の基板の配列方向に沿って延び、内部に温度測定部が挿入される保護管と、前記保護管の外面と前記反応管の内面との少なくとも一方に設けられ、前記保護管の外面と前記反応管の内面との間に空隙を形成する突起部とを備える成膜装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態によれば、保護管が反応管の内面に張り付くのを避けることが可能な成膜装置が提供される。上記の構成によれば、保護管は、反応管を支持する支持部に一端部で固定されているため、加熱部からの熱によって支持部が熱変形すると、保護管が反応管の内面に向かって傾く場合がある。しかし、この場合であっても、突起部によって、保護管の外面が反応管の内面に接触するのが妨げられる。したがって、原料ガス供給管から供給される原料ガスにより、保護管の外面と反応管の内面とに膜が成膜されたとしても、保護管の外面が反応管の内面に張り付くのが妨げられる。したがって、メンテナンスの際に、保護管を反応管の内面から取り外す作業は不要となる。また、保護管の外面が反応管の内面に張り付かなければ、保護管に大きな応力は働かないため、保護管の破損を避けることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態による成膜装置を示す概略断面図である。
【図２】図１の成膜装置の保護管と反応管との位置関係を示す概略上面図である。
【図３】図１の成膜装置において保護管に働く応力の原因を説明する説明図である。
【図４】図１の成膜装置において保護管に働く応力の測定結果を示すグラフである。
【図５】図１の成膜装置の保護管の先端部に設けられる突起部による効果を説明する説明図である。
【図６】図１の成膜装置の変形例における、保護管と反応管との位置関係を示す概略上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一または対応する部材または部品については、同一または対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的とせず、したがって、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定されるべきものである。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態による成膜装置１０を示す概略断面図である。図示のとおり、成膜装置１０は、複数のウエハＷが上下方向に間隔をあけて重なるように複数のウエハＷを保持するウエハボート２１と、ウエハボート２１が収容される反応管２２と、反応管２２が収容される外管２３と、反応管２２及び外管２３を支持するマニホールド２４とを有している。また、成膜装置１０には、ウエハボート２１に保持されるウエハＷに対して原料ガスを供給する原料ガスノズル２５と、例えば熱電対や測温抵抗体などの温度測定部が挿入され、この温度測定部を原料ガス等から保護する保護管２６とが設けられている。原料ガスノズル２５及び保護管２６は、ウエハボート２１と反応管２２との間の空間においてウエハボート２１に沿って延び、ウエハボート２１を中心に互いに対照に配置されている。
また、成膜装置１０には、外管２３の外周を取り囲むように配置され、ウエハボート２１に保持されるウエハＷを加熱するヒータ２７が設けられている。ヒータ２７は、上下方向に配置される複数の分割ヒータを有することができ、各分割ヒータに対して電源装置（図示せず）が接続されている。なお、外管２３の上方からウエハＷを加熱する追加のヒータ（図示せず）を外管２３の上方に設けても良い。
【００１３】
ウエハボート２１は、例えば石英ガラスから作製され、上蓋部２１ａと、下蓋部２１ｂと、下蓋部２１ｂに対して上蓋部２１ａを支持する例えば３本（図１中には２本のみを図示）の支柱２１ｃとを有している。支柱２１ｃには複数のスリットが形成されている。複数のスリットの各々は、各支柱２１ｃの対応するスリットが同じ高さに位置するように形成されており、これらのスリットによりウエハＷが支持される。スリットの数及び間隔は、ウエハＷのサイズや、１回の成膜プロセスで処理すべきウエハＷの枚数や反応管２２等のサイズに応じて決定することが好ましい。
また、ウエハボート２１は、その下部においてペデスタル２８に支持されており、ペデスタル２８は、昇降プレート２９上に固定されている。昇降プレート２９は、図示しない昇降機構により上下動可能である。成膜に際しては、昇降プレート２９が昇降機構により上昇し、マニホールド２４の下面に対して例えばＯ−リングやメタルシールなどのシール部材を介して接する。これにより、外管２３、マニホールド２４、及び昇降プレート２９により画成される空間（以下、内部空間という）と、その外側の空間とが隔離される。また、ウエハボート２１を反応管２２からアンロードするときは、昇降機構により、昇降プレート２９ひいてはウエハボート２１が下降される。
【００１４】
反応管２２は、有蓋の円筒状の形状を有し例えば石英ガラスから作製され、その下端部においてマニホールド２４の内周に設けられたフランジ部に支持されている。反応管２２の外側を取り囲む外管２３は、有蓋の円筒状の形状を有し例えば石英ガラスから作製されている。また、外管２３は、マニホールド２４の上面に対して、例えばＯ−リングやメタルシールなどのシール部材を介して気密に取り付けられている。
【００１５】
なお、反応管２２には図示しない１つの又は２以上の開口が設けられ、この開口により、反応管２２の内側の空間と外側の空間（外管２３の内側の空間）とが連通する。また、マニホールド２４には、排気管（図示せず）が接続され、排気管は、真空ポンプを含む排気装置に接続されている。この構成により、後述する原料ガスノズル２５からウエハＷに対して供給される原料ガスが、反応管２２の開口と外管２３の排気管とを通して排気される。また、排気管には圧力制御器（図示せず）が設けられ、これにより、反応管２２内の圧力が調整される。
マニホールド２４は、その上部フランジにおいて、図示しない複数のボルト及びナットによりベース部３０に取り付けられている。これにより、マニホールド２４は、反応管２２及び外管２３をベース部３０に対して支持することとなる。
【００１６】
原料ガスノズル２５は、例えば石英ガラスから作製されており、マニホールド２４に形成されたノズル導入部２４ａを通して、内部空間に至り、上方へ屈曲してウエハボート２１に沿って延びている。ノズル導入部２４ａの端部には、例えばＯ−リングなどのシール部材２４ｂと、シール部材を原料ガスノズル２５に押しつけて気密性を維持するコネクタ２４ｃとが設けられている。また、原料ガスノズル２５のマニホールド２４の外側の端部は、図示しない原料供給システムに接続されており、原料供給システムから原料ガスノズル２５に対して原料ガスが供給される。さらに、原料ガスノズル２５には、ウエハボート２１に保持されるウエハＷに向かって開口する複数の開口２５ａが形成されており、開口２５ａを通して原料供給システムから供給される原料ガスがウエハＷに対して供給される。
【００１７】
なお、原料供給システムは、ウエハＷに成膜する薄膜に応じた原料ガスが充填されるガスシリンダ（図示せず）を有し、ガスシリンダと原料ガスノズル２５とを接続する配管には圧力制御器（例えばレギュレータ）や流量調整器（例えばマスフローコントローラ）が設けられており（ともに図示せず）、これらにより、原料ガスは流量制御されて原料ガスノズル２５へ供給される。
【００１８】
保護管２６は、例えば石英ガラスから作製されており、マニホールド２４に形成された保護管導入部２４ｄを通して内部空間に至り、上方へ屈曲してウエハボート２１に沿って延びている。保護管導入部２４ｄにもシール部材２４ｂとコネクタ２４ｃとが設けられ、これにより気密性が維持される。保護管２６の内部には、例えば複数本（図１には１本のみを図示）の熱電対２６ｂが挿入されている。各熱電対２６ｂの測温端は、高さ方向における異なる位置に配置されており、これによりウエハボート２１の長さ方向の温度分布を求めることができる。熱電対２６ｂは、図示しない温調器に接続されている。熱電対２６ｂの測温結果に基づいて上述の分割ヒータの各電源装置が制御され、これによりウエハボート２１に保持される複数のウエハＷを均一に加熱することができる。
【００１９】
図２は、成膜装置１０の概略一部上面図であり、ウエハボート２１、反応管２２、及び保護管２６の位置関係を示している。図示のとおり、反応管２２には、ウエハボート２１に対して窪んだ溝部２２ａが形成されている。溝部２２ａは、本実施形態においては反応管２２の下端から上端にまで延びている。溝部２２ａにより反応管２２の内面が外側に窪むため、保護管２６を配置するスペースを広げることができる。すなわち、反応管２２に溝部２２ａを形成することは、反応管２２とウエハボート２１との間の空間が狭い場合に有効である。また、溝部２２ａを設けることにより反応管２２とウエハボート２１との間の空間を狭くすると、原料ガスノズル２５から供給される原料ガスがウエハＷの間の空間に入り込み易くなり、成膜効率が向上する。
【００２０】
また、保護管１６の上端付近（図１参照）には、２つの突起部２６ａが設けられている。これらの突起部２６ａは、本実施形態においては、保護管２６の中心に対して約１２０°の角度間隔で配置されている。突起部２６ａの形状は、図示のような半球状に限らず、柱状（円柱状、角柱状）であっても良く、ピン状であっても良い。なお、突起部２６ａと反応管２２の内面との接触面積を小さくする観点から、突起部２６ａが柱状の形状を有する場合、先端部が丸くなっていると好ましい。また、突起部２６ａの大きさは、溝部２２ａの深さや幅、保護管２６の外径、及び反応管２２とウエハボート２１との間の間隔などに基づいて決定して良い。本実施形態においては、突起部２６ａの高さ（保護管２６の外面からの突起量）は約４ｍｍである。
なお、本実施形態においては、２つの突起部２６ａの先端部が溝部２２ａの内面に接しており、しかも２つの突起物２６ａの角度間隔が約１２０°であることから、保護管２６の反応管２２の内面に沿う方向の位置ずれを効果的に抑制できる。
【００２１】
成膜装置１０を用いてウエハＷに薄膜を成長する場合には、まず、成膜装置１０に併設されるウエハ搬送機構（図示せず）により、反応管２２からアンロードされたウエハボート２１に対しウエハキャリアからウエハＷが搭載される。次に、ウエハボート２１が反応管２２の内部へロードされ、内部空間（外管２３、マニホールド２４、及び昇降プレート２９により画成される空間）が所定の圧力に排気されるとともに、不図示のパージガス供給ノズルから例えば不活性ガスが供給され、内部空間がパージされる。ヒータ２７により、ウエハＷを所定の成膜温度（例えば５００℃から６００℃）に加熱した後、原料ガスノズル２５から例えばジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を供給すると、ウエハＷの熱によってジシランが熱分解することによりウエハＷ上にアモルファスシリコン薄膜が成膜される。所定の膜厚を有するアモルファスシリコン薄膜が成膜された後、ジシランの供給を停止し、ウエハＷの加熱を停止し、内部空間を不活性ガスでパージした後に、ウエハボート２１が反応管２２からアンロードされる。この後、搬送機構により、ウエハボート２１から例えばウエハキャリアへウエハＷを取り出すことにより、成膜プロセスが終了する。
【００２２】
上述の成膜プロセスにおいては、成膜中に保護管２６の外面が反応管２２の内面に接触すると、保護管２６の外面や反応管２２の内面にも薄膜が成膜するため、薄膜により保護管２６が反応管２２の内面に張り付いてしまう場合がある。この場合、ウエハＷの温度を下げる際に、保護管２６に比較的大きな応力が働くことが、本発明者らの検討により判明した。ここで、本発明者らが調べた応力の原因について図３を参照しながら説明する。
【００２３】
図３（ａ）は、成膜装置１０の据え付け後やメンテナンス後など、外管２３、反応管２２、及びウエハボート２１が室温のときのマニホールド２４、保護管導入部２４ｄ、及び保護管２６を示す図である。図示のとおり、保護管導入部２４ｄはマニホールド２４からほぼ水平に延びており、したがって保護管２６はマニホールド２４に対して水平に挿入される。そして、保護管２６は、内部空間において上方へ折れ曲がっている。
【００２４】
一方、図３（ｂ）は、例えば成膜中など、外管２３、反応管２２、及びウエハボート２１が加熱されたときのマニホールド２４、保護管導入部２４ｄ、及び保護管２６を示す図である。図示のとおり、マニホールド２４が熱で変形することにより、保護管導入部２４ｄは下向きに角度θで傾く。実測の結果、本実施形態による成膜装置１０においては、ウエハＷの温度を４００℃まで加熱したとき、マニホールド２４の温度は約１９５℃となり、保護管導入部２４ｄの傾き角度θが約０．３５°となっていることが分かっている。保護管導入部２４ｄが傾くと、保護管２６もまた傾き、その結果、保護管２６は、ウエハボート２１と反応管２２との間の空間において、反応管２２の内面に向かって傾くこととなる。
【００２５】
ここで、保護管２６に突起部２６ａが設けられていないと仮定すると、反応管２２側へ傾いた保護管２６は、溝部２２ａの内面（以下、便宜上、反応管２２の内面と記す）に沿って撓み、広い範囲で保護管２６の外面と反応管２２の内面とが接触することになる。そうすると、成膜中には、反応管２２や保護管２６に堆積する膜によって、保護管２６の外面は反応管２２の内面に対して比較的強固に張り付く場合がある。ここで、成膜終了後にヒータ２７によるウエハＷの加熱を中止すると、マニホールド２４の温度も低下していく。これにともない、保護管導入部２４ｄが水平方向（図３（ａ））に戻っていく。そうすると、外面が反応管２２の内面に張り付いている保護管２６に曲げ応力が働くこととなる。
【００２６】
次に、保護管導入部２４ｄの傾き角度θのときに、保護管２６にどの程度の曲げ応力が働くかを測定した結果について説明する。この測定においては、マニホールド２４を加熱することにより保護管導入部２４ｄを傾ける代わりに、マニホールド２４を傾けることにより保護管導入部２４ｄを傾け、保護管２６に働く荷重をプッシュプルゲージにより測定した。得られた荷重と、保護管２６の撓み量及び形状とから保護管２６に働く曲げ応力を求めた。なお、保護管２６の直立部（ウエハボート２１と反応管２２との間の空間における部分）の長さは約１３５０ｍｍであり、保護管２６の水平部（保護管導入部２４ｄにより支持される部分）からの高さが１５０ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍ、及び１３３０ｍｍの位置での曲げ応力を求めた。
【００２７】
曲げ応力の測定結果を図４に示す。図４のグラフから分かるように、保護管導入部２４ｄの傾き角度θが大きくなるに従って、保護管２６に働く曲げ応力は直線状に大きくなる。また、曲げ応力の大きさは、保護管２６の直立部の下方ほど大きいことが分かる。具体的には、保護管２６の直立部の下端から１５０ｍｍの位置において保護管２６に働く曲げ応力は、下端から１３３０ｍｍの位置において保護管２６に働く曲げ応力の約６倍も大きい。
【００２８】
以上の結果から、保護管２６が、成膜中に例えば中央部付近で反応管２２の内面に張り付いてしまった場合には、降温時にマニホールド２４が元の形状に戻ることによって保護管２６が反応管２２から離れる方向へ比較的大きな曲げ応力が働くことになる。そうすると、張り付いた部分よりも下の位置において保護管が破損してしまうおそれがある。
【００２９】
しかし、本実施形態においては、保護管２６の上端（先端）部に突起部２６ａが設けられているため、昇温時に、マニホールド２４の熱変形によって保護管２６が反応管の内面に向かう方向に傾いたとしても、反応管２２の内面には突起部２６ａが接触するに過ぎず、保護管２６の外面が反応管２２の内面に接することがない。このため、保護管２６の外面や反応管２２の内面に膜が成膜された場合であっても、保護管２６の外面が反応管２２の内面に張り付いてしまうのを避けることができる。
【００３０】
また、成膜によって突起部２６ａが反応管２２の内面に張り付いてしまった場合には、保護管２６は、その先端部において突起部２６ａを介して反応管２２の内面に固定されることとなるが、図４に示すように保護管２６の先端部に働く応力は比較的小さいため、保護管２６の破損を回避することができる。また、反応管２２の内面に突起部２６ａが張り付いたとしても、保護管２６の外面が張り付く場合とは異なり、接触面積が低減されるため、降温時には、反応管２２の内面から外れ易い。そうすると、保護管２６の先端部は自由端となるため、保護管２６に曲げ応力は働かなくなる。
【００３１】
ここで、マニホールド２４の保護管保持部２４ｄが傾くことにより、保護管２６がどのように撓むかについて行ったシミュレーションについて説明する。図５（ａ）に、このシミュレーションに用いたモデルを示す。保護管２６の直立部の長さは１３５０ｍｍであり、保護管２６の太さは約１２ｍｍである。また、保護管２６と反応管２２との間の間隔は、保護管２２の下端部において約８ｍｍとし、保護管２６の先端部において約４ｍｍとした。すなわち、保護管２６の直立部は、反応管２２の内面に向かって僅かに傾いている。また、突起部２６ａが設けられている場合は、突起部２６ａの位置は、保護管２６の先端から２０ｍｍの位置とした。また、突起部２６ａの高さ（保護管２６の外面からの突出量）は約４ｍｍとした。すなわち、突起部２６ａは反応管２２の内面に接触していることとした。（言い換えると、突起部２６ａにより、保護管２６の先端部は、反応管２２の内面から約４ｍｍ離れている。）
また、このシミュレーションにおいては、マニホールド２４の保護管導入部２４ｄの傾き角度θを約１．０°とした。この傾き角度の場合に、反応管２２が無いと仮定すると保護管２６がどの程度傾斜するかを図５（ａ）中に点線で模式的に示す。
【００３２】
図５（ｂ）に、保護管２６がどのように撓むかを計算した結果を示す。参照符号Ｗで示すように、突起部２６ａによって保護管２６の先端部の位置は固定されており、保護管２６の先端部と下端部の間では、反応管２２の内面に向かって膨らむように撓んでいる。しかし、反応管２２の内面に最も近い位置（高さが約１０５０ｍｍの位置）においても、保護管２６と反応管２２の内面との間には約２．５ｍｍの間隔がある。すなわち、保護管２６の先端部に、約４ｍｍの高さを有する突起部２６ａを設けることにより、保護管２６が反応管２２の内面に接するのを回避することができる。
【００３３】
また、比較のため、突起部２６ａが設けられていない保護管２６を、その先端部が反応管２２の内面に接するように配置した場合において、マニホールド２４の保護管保持部２４ｄが約１．０°傾いたときについても検討を行った。その結果、図５（ｂ）に参照符号ＷＯで示すように、計算上、反応管２２の内面の位置を超えて保護管２６が撓むことが分かった。そうすると、突起部２６ａが設けられていない場合には、保護管２６は、約７５０ｍｍの高さから上端までの範囲に亘って反応管２２の内面に接触し得ると考えることができる。このように接する場合には、成膜中に、保護管２６は広い範囲で反応管２２の内面に張り付いてしまう可能性がある。しかも、約７５０ｍｍの高さから上端までの範囲で保護管２６が反応管２２の内面に張り付いてしまった場合には、保護管２６は、反応管２２の内面に比較的強固に張り付く一方、その下方で保護管２６に働く曲げ応力は比較的大きいため（図４参照）、保護管２６が破損する可能性が高くなる。
以上の検討から、保護管２６に突起部２６ａを設ける効果が理解される。
【００３４】
以上、実施形態を参照しながら本発明を説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、添付の特許請求の範囲の記載に照らして、種々に変形又は変更することができる。
【００３５】
例えば、上記の実施形態においては、反応管２２には、保護管２６に沿って外側に窪んだ溝部２２ａが形成されているが、溝部２２ａは必ずしも必要ではなく、例えば図２に対応する上面図である図６（ａ）に示すように、溝部の無い反応管２２に対して、突起部２６ａが設けられた保護管２６を配置しても良い。
【００３６】
また、突起部２６ａを１つだけ保護管２６に設けても良い。ただし、上述のとおり、溝部２２ａとの関係で、反応管２２の内面に沿った方向における保護管２６の位置ずれを抑える観点から、２つの突起部２６ａを設けると好ましい。また、２つの突起物２６ａの角度間隔は、約１２０°に限られることなく、保護管２６の外面が反応管２２（溝部２２ａ）の内面に接触しないようにすることができる限りにおいて、適宜決定して良い。
【００３７】
また、突起部２６ａは、保護管２６にではなく、図６（ｂ）に示すように反応管２２の溝部２２ａに設けても良いし、溝部２２ａの無い反応管２２の内面に設けても良い。これらの場合、１つの突起部２６ａを設けても良いし、複数個（好ましくは２つ）の突起部２６ａを設けても良い。さらに、保護管２６と反応管２２の内面との双方に設けても良い。
【００３８】
また、上記の実施形態においては、保護管２６は、その先端部に設けた突起部２６ａが反応管２２の溝部２２ａの内面に接するように配置されるが、室温時において突起部２６ａが溝部２２ａの内面に接しないように保護管２６を配置しても良い。このように配置することは、昇温時において、保護管２６の外面が溝部２２ａの内面により確実に接しないようにできる点で有利である。
ただし、突起部２６ａと溝部２２ａの内面とが離間していると、場合によっては保護管２６が振動し、突起部２６ａが溝部２２ａの内面に衝突し、パーティクルが発生するおそれがある。これを防ぐためには、突起部２６ａを溝部２２ａの内面に接しておくことが好ましい。
また、保護管導入部２４ｄの上下方向の位置によっては、保護管２６が反応管２２の内面から離れる場合がある。この場合、マニホールド２４の熱変形により保護管２６が反応管２２の内面に向かって傾いていくと、保護管２６内の熱電対２６ａとウエハボート２１との距離が変化する。この距離が変化すると、ウエハボート２１に保持されるウエハＷの温度が見かけ上変化することとなり、ウエハ温度の再現性が悪化するおそれがある。しかし、保護管２６の突起部２６ａが反応管２２（又は溝部２２ａ）に予め接するように保護管２６を配置しておけば、保護管２６とウエハボート２１との間隔の変化を低減することが可能となる。したがって、突起部２６ａの反応管２２（又は溝部２２ａ）への離接は、状況に応じて決定して良い。
【００３９】
また、突起部２６ａの位置は、保護管２２の先端部に限られず中間部でも良い（反応管２２の内面の中間部でも良い）。これは、中間部に設けられた突起部２６ａによっても、保護管２６が反応管２２の内面に直接に接するのを避けることができるためである。このため、保護管２６の外面が反応管２２の内面に張り付いてしまうのを防ぐことができる。また、中間部に設けられた突起部２６ａが、反応管２２の内面に張り付いたとしても、突起部２６ａと反応管２２の内面との接触面積が小さいため、突起部２６ａは反応管２２の内面から外れ易い。本発明者らの実験によれば、保護管２６における下端から約７００ｍｍから約８００ｍｍまでの位置に突起部２６ａを設けた場合であっても、保護管２６が突起部２６ａを介して反応管２２の内面に強固に張り付くことはない。
【００４０】
また、上記の実施形態においては、外管２３の内側に反応管２２を設け、反応管２２の内側にウエハボート２１、原料ガスノズル２５、及び保護管２６が配置されている。このため、外管２３の内面に薄膜が成膜するのを低減することができる。一方、反応管２２の内面には薄膜が成膜するが、反応管２２は外管２３に比べて小型であるため、内面に成膜した薄膜を除去するためのクリーニングを行う際の取り扱いが容易である。また、複数の反応管２２を用意し、適宜交換する場合においても、複数の外管２３を用意し、適宜交換する場合に比べてコストを低減できる。
【００４１】
また、反応管２２を用いずに、外管２３の内面に沿って保護管２６が延びるように保護管２６を配置しても良い。言い換えると、外管２３を反応管として用いても良い。この場合であっても、上記の実施形態の効果・利点が発揮されることは明らかである。
【００４２】
また、長さ（高さ）の異なる複数本の保護管２６を設け、それぞれに１本の熱電対を挿入しても良い。この場合であっても、各保護管２６に対して突起部２６ａを設けることが好ましい。
【００４３】
また、成膜装置１０においてウエハＷに成膜される薄膜は、アモルファスシリコン膜に限られず、例えば酸化シリコン膜や窒化シリコン膜などであっても良い。
【００４４】
なお、反応管２２に形成された溝部２２ａの深さ（窪み量）や幅は、使用する保護管２６の外径に合わせて適宜決定して良い。また、窪み形状は、円形状の断面（上面形状）に限らず、方形状の断面を有していても良い。溝部２２ａの断面形状が方形状の場合には、保護管２６には、方形状の溝部２２ａの各面に対応して３つの突起部２６ａを設けることが好ましい。
【００４５】
上述した、保護管２６の長さや直径、及び突起部２６ａのサイズ等は、例示にすぎず、薄膜を成膜するウエハＷのサイズ、１回の成膜プロセスあたりのウエハ枚数に応じて、各成膜装置において適宜決定して良いことは勿論である。
【符号の説明】
【００４６】
１０・・・成膜装置、Ｗ・・・ウエハ、２１・・・ウエハボート、２１ｃ・・・支柱、２２・・・反応管、２２ａ・・・溝部、２３・・・外管、２４・・・マニホールド、２４ａ・・・ノズル導入部、２４ｄ・・・保護管導入部、２５・・・原料ガスノズル、２５ａ・・・開口、２６・・・保護管、２６ａ・・・突起部、２７・・・ヒータ、２８・・・ペデスタル、２９・・・昇降プレート。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板が間隔をおいて重なるように当該複数の基板を保持する基板保持具と、
前記基板保持具を収容する反応管と、
前記反応管に収容される前記基板保持具に保持される前記複数の基板に対し、前記複数の基板上に成膜される薄膜の原料ガスを供給する原料ガス供給管と、
前記反応管を支持する支持部と、
前記反応管の外側に配置され、前記複数の基板を加熱する加熱部と、
前記支持部に一端部で固定され、前記基板保持具と前記反応管との間において前記複数の基板の配列方向に沿って延び、内部に温度測定部が挿入される保護管と、
前記保護管の外面と前記反応管の内面との少なくとも一方に設けられ、前記保護管の外面と前記反応管の内面との間に空隙を形成する突起部と
を備える成膜装置。
【請求項２】
前記突起部が、前記保護管の前記支持部に固定される前記一端部に対して反対側の他端部において前記保護管の外面に設けられる、請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記反応管が、前記保護管に沿って窪む溝部を有し、
前記突起部が、前記保護管の外面と前記反応管の前記溝部の内面とが接触するのを妨げる、請求項１又は２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記突起部に対して所定の間隔をあけて追加の前記突起部が設けられる、請求項１から３のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記突起部と前記追加の前記突起部とが前記保護管の前記他端部に水平方向に互いに所定の間隔をあけて設けられる、請求項４に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記反応管を収容することができ、前記支持部により支持される外管を更に備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項１】
複数の基板が間隔をおいて重なるように当該複数の基板を保持する基板保持具と、
前記基板保持具を収容する反応管と、
前記反応管に収容される前記基板保持具に保持される前記複数の基板に対し、前記複数の基板上に成膜される薄膜の原料ガスを供給する原料ガス供給管と、
前記反応管を支持する支持部と、
前記反応管の外側に配置され、前記複数の基板を加熱する加熱部と、
前記支持部に一端部で固定され、前記基板保持具と前記反応管との間において前記複数の基板の配列方向に沿って延び、内部に温度測定部が挿入される保護管と、
前記保護管の外面と前記反応管の内面との少なくとも一方に設けられ、前記保護管の外面と前記反応管の内面との間に空隙を形成する突起部と
を備える成膜装置。
【請求項２】
前記突起部が、前記保護管の前記支持部に固定される前記一端部に対して反対側の他端部において前記保護管の外面に設けられる、請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記反応管が、前記保護管に沿って窪む溝部を有し、
前記突起部が、前記保護管の外面と前記反応管の前記溝部の内面とが接触するのを妨げる、請求項１又は２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記突起部に対して所定の間隔をあけて追加の前記突起部が設けられる、請求項１から３のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記突起部と前記追加の前記突起部とが前記保護管の前記他端部に水平方向に互いに所定の間隔をあけて設けられる、請求項４に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記反応管を収容することができ、前記支持部により支持される外管を更に備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１６５３６（Ｐ２０１３−１６５３６Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４６２４４（Ｐ２０１１−１４６２４４）
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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