JP2000058463A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大口径ウェハに対しても原料プロセスガスを
その面内均一に供給して、均一な膜厚の成膜を行うこ
と。 【解決手段】 石英リングに載置された複数のウェハの
各ウェハに形成されている貫通口にノズルを挿入した
後、バルブ３２を開けてガス供給装置からノズル内に原
料ガスを供給する。これと同時にノズルを回転させるこ
とにより、開孔から原料ガスが各ウェハの面上に噴射さ
れるが、原料ガスがウェハの中央部から噴射されるた
め、ウェハの口径が大きくても原料ガスをウェハの中央
部と周囲に均一に供給でき、均一な膜厚の成膜を行なう
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばシリコン等
のウェハにプロセスガスなどを供給したり、熱処理を施
す等の各種処理及び操作を行う半導体製造装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年のシリコン等のウェハの大口径化が
８インチから１２インチへと進んでいる。それに伴い、
このような大口径のウェハでは、例えばＣＶＤプロセス
で、原料であるプロセスガスをウェハ面に均一に供給す
ることが肝要となる。原料の均一な供給ができないと、
ウェハ中心部で成膜された膜の組成のずれや膜厚の減少
などが生じる。

【０００３】又、熱酸化のプロセスでも、ウェハ面に対
して均一な加熱が必要になり、不均一な加熱を行うと、
ウェハ面内の温度分布にばらつきが生じ、均一な厚みの
酸化膜が形成されなくなる。

【０００４】図１４は大口径ウェハ２５に対して、その
周辺部からプロセスガス（原料ガス）を供給した場合の
成膜２６の状態を示した例である。図１５に示すように
ウェハ２５の中央付近の膜厚が周辺部に比べて薄く形成
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の半
導体製造装置では、原料ガスをウェハの周辺部から供給
するため、ウェハの口径が大きくなると、図１４に示し
たように成膜２６の厚みが不均一になる。このような問
題は、特に複数のウェハを同時に処理するようなプロセ
スで顕著に現れる。また、例えば（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ
₃ といったような多元系の物質をＭＯＣＶＤ法にて成膜
する場合、原料ガスの蒸気圧に著しい相違が見られる場
合がある。この時、温度、原料の供給量がウェハ面内で
少しでもバラツクと、膜厚、膜の組成、段差形状などに
バラツキが生じ、製品の歩留まりが悪化するという問題
があった。

【０００６】同様に、熱酸化のプロセスにおいても、ウ
ェハの周辺部から加熱すると、大口径ウェハ面では、ウ
ェハ面に対して均一な温度分布が得られない場合が生
じ、これにより均一な厚みの酸化膜などが成膜されなく
なって、製品の歩留まりが悪化するといった問題があっ
た。この場合、ウェハ面の温度分布の測定が正確にでき
ず、上記した問題点を助長するという問題もあった。

【０００７】また、従来のオリフラ式、ノッチ式の形状
を持つウェハ上に、通常使用されている方法（スピンコ
ート）でレジスト塗布を行うと、図１６に示すようなノ
ッチ式のウェハ２５では、突起部２７でのレジストの引
っ掛かりが原因で、図中の２８で示すようにレジスト塗
布層の厚みが不均一となって、所定のレジストパターン
が得られなくなり、製品の歩留まりが悪化するという問
題があった。

【０００８】本発明は、上述の如き従来の課題を解決す
るためになされたもので、その目的は、大口径ウェハに
対しても（１）原料ガスをその面内均一に供給して、均
一な成膜を行うことができ、（２）ウェハ面内の温度を
均一にすることによって、その面内均一な加熱を行って
均一な膜厚の酸化膜を得ることができ、（３）ウェハ面
に対して均一な厚みのレジスト塗布層を得ることがで
き、（４）その面内の温度を精度よく測定することがで
きる半導体製造装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明の特徴は、ウェハの中央部に形成された
開口部に貫通して配置され、且つ一端が塞がれたノズル
と、このノズルの所定位置に開けられた複数の開孔と、
このノズルの他端からガス又は液体を供給するガス供給
装置とを備えたことにある。

【００１０】この第１の発明によれば、所定間隔離した
複数のウェハの貫通口にノズルを挿入して、前記開孔と
各ウェハ面との位置決めをした後、ガス供給装置から原
料ガスを前記ノズルに供給すると、この原料ガスが前記
開孔から各ウェハ面に噴射される。

【００１１】第２の発明の特徴は、ウェハの中央部に形
成された開口部に貫通して配置され、且つ一端が塞がれ
たノズルと、このノズルの所定位置に開けられた複数の
開孔と、このノズルの他端から吸気する吸気装置とを備
えたことにある。

【００１２】この第２の発明によれば、ノズルを所定間
隔離した複数のウェハの貫通口に挿入して、前記開孔と
各ウェハ面との位置決めをした後、吸気装置によりノズ
ル内を吸気すると、各ウェハの周囲から噴射される原料
ガスが前記開孔方向に吸引されるため、原料ガスはウェ
ハの中央部にも十分行き渡る。

【００１３】第３の発明の特徴は、前記ノズルを回転さ
せる回転機構を設けたことにある。

【００１４】この第３の発明によれば、ノズルの開孔か
ら原料ガスを噴射したり、或いは周囲から噴射される原
料ガスを吸気したりしている際に、ノズルを回転するこ
とで、原料ガスがウェハ面により満遍なく供給される。

【００１５】第４の発明の特徴は、ウェハの中央部に形
成された開口部に貫通して配置された石英管と、この石
英管に挿入された温度検出センサーとを備えたことにあ
る。

【００１６】この第４の発明によれば、熱電対のような
温度検出センサーがウェハの中央部に前記石英管を通し
て近接するため、ウェハの中央部の温度を正確に測定す
ることができる。このウェハの中央部の温度をウェハの
温度制御装置にフィードバックすることにより、大口径
のウェハの中央部と周辺部の温度を均一に加熱すること
ができる。

【００１７】第５の発明の特徴は、中央部に貫通口が形
成され、且つ回転可能なウェハ載置台と、このウェハ載
置台の前記貫通口を通して昇降し、複数の開孔を有する
管部と、この管部に前記ウェハ載置台の下側からレジス
トを供給する接続管とを備えたことにある。

【００１８】この第５の発明によれば、ウェハの中央に
形成された貫通口をウェハ載置台の前記貫通口に合わせ
て載置する。その後、前記ウェハ載置台の下側から管部
をウェハの中央上部に移動してから前記接続管を通して
前記管部にレジストを供給すると、レジストが前記管部
の開孔からウェハ面に流し込まれ、その後、ウェハ載置
台を回転させることにより、レジストをウェハ面に塗布
する。

【００１９】第６の発明の特徴は、前記石英管にヒータ
ーを挿入することにある。

【００２０】この第５の発明によれば、ウェハの中央部
に前記石英管を通して前記ヒーターによりウェハの中央
部を直接加熱する。

【００２１】第７の発明の特徴は、ウェハの中央部に形
成された開口部に貫通して配置された石英管と、この石
英管に挿入された熱伝導部材とを備えたことにある。

【００２２】この第７の発明によれば、熱伝導部材はウ
ェハの中央部の熱を前記石英管内の熱伝導部材を介して
外部に排熱する。

【００２３】第８の発明の特徴は、前記ウェハの中央部
に形成された開口部に方向を特定するための切り欠き部
を設けたことにある。

【００２４】この第８の発明によれば、前記ウェハの中
央部に形成された切り欠き部の位置により、前記ウェハ
の方向が特定される。

【００２５】第９の発明の特徴は、管径が変化する支持
管と、この支持管の管径を変化させる管径変化手段とを
備え、前記管径を小さくした状態で少なくとも１枚以上
のウェハの中央部に形成された貫通口にこの支持管を貫
通させた後、この支持管の管径を大きくすることにより
前記ウェハを支持管に固定することにある。

【００２６】この第９の発明によれば、複数のウェハの
貫通口に支持管を通して、支持管の径を大きくすること
によって複数のウェハを支持管に固定し、その後、管径
を小さくすることによって、複数のウェハを解放するこ
とができる。例えば複数のウェハを固定して、支持管を
回転させると複数のウェハの表面を乾燥させることがで
きる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は、本発明の半導体製造装置
の第１の実施の形態を示した側面図であり、特に本例で
は半導体製造装置としてＣＶＤ装置を想定した例を示し
ている。所定位置に複数の開孔２を設けたノズル（石英
管）１と、このノズル１に原料ガスを給排気する給排気
装置３が接続されている。ノズル１はウェハ２０が載置
される石英リング５の中央を図示されない昇降機構によ
り昇降し、又、図示されない回転機構によってノズル１
の軸を中心として回転するようになっている。尚、６は
ＣＶＤなどを行なうチェンバの天板である石英ボートで
ある。

【００２８】給排気装置３は排気用の真空ポンプ３３と
ガス除外用のフィルタ３４及びガス供給装置３５を有
し、真空ポンプ３３はバルブ３１を介してノズル１に、
ガス供給装置３５はバルブ３２を介してノズル１に接続
されている。

【００２９】次に本実施の形態の動作について説明す
る。中央に貫通口２１が形成された円形のウェハ２０複
数枚が石英リング５上に載置されている。これらウェハ
２０の貫通口２１をノズル１が上記した昇降機構により
貫通して挿入され、ノズル１に設けられた開孔２がウェ
ハ２０に対して所定の位置に来るように設定される。そ
の後、バルブ３２が開いてガス供給装置３５から原料ガ
スがノズル１内に供給されてノズル１の開孔２からウェ
ハ２０の主面上に噴射されて、ウェハ２０面に原料ガス
が供給される。この際、上記した回転機構によりノズル
１が回転して原料ガスが更に均一にウェハ２０面に供給
される。

【００３０】図２は図１に示した半導体製造装置の他の
動作をＣＶＤ装置を例にとって説明する図である。この
場合も、ウェハ２０の貫通口２１をノズル１が貫通し、
ノズル１に設けられた開孔２がウェハ２０に対して所定
の位置に来るように設定されている。この場合、原料ガ
スはウェハ２０の周囲から供給されるが、この際、バル
ブ３１が開いて真空ポンプ３３によりノズル１内を排気
する。これにより、周囲から供給された原料ガスはノズ
ル１の開孔２方向へ吸引されて流れていくため、原料ガ
スがウェハ２０の周辺部は勿論、その中央付近にも十分
に供給される。また、ウェハ２０の中央から前記ノズル
１を用いてチェンバ内のガスを排気することもできる。

【００３１】本実施の形態によれば、ウェハ２０の中心
の貫通口２１に挿入されたノズル１から原料ガスがウェ
ハ２０面に供給され、且つノズル１が原料ガスを噴射し
ながら回転するため、ウェハ２０が大口径でも、前記原
料ガスがウェハ２０面に均一に供給され、前記原料ガス
の成分による成膜の厚みを均一にすることができる。

【００３２】また、従来のようにウェハ２０の周辺から
原料ガスを供給する場合、ウェハ２０の中心の貫通口２
１に挿入されたノズル１により原料ガスを吸引するた
め、ウェハ２０が大口径でも、原料ガスがウェハ２０の
周辺部は勿論、その中央部にも均一に供給され、前記原
料ガスにより成膜された膜の厚みを均一にすることがで
きる。

【００３３】尚、上記した各実施の形態で、ノズル１が
回転するのではなく、ウェハ２０を載置している石英リ
ング５側が回転しても同様の効果がある。また、更にノ
ズル１又は、ウェハ２０を回転させなくとも、大口径の
ウェハ２０の中心部からノズル１により原料ガスを噴射
乃至吸気するだけでもウェハ２０面に原料ガスを均一に
供給乃至排出することができ、前記原料ガスにより成膜
された膜の厚みを実用レベルで均一にすることができ
る。又、ノズル１からウェハ２０面に供給、排出するも
のは原料ガスのみでなく、液体状の原料でもよい。

【００３４】図３は本発明の半導体製造装置の第２の実
施の形態を示した側面図である。本例は、石英リング５
に載置されたウェハ２０の中心の貫通口２１に挿入され
る石英管７と、この石英管７内に挿入された熱電対８を
有している。

【００３５】本実施の形態によれば、熱電対５で温度を
測定すれば、従来のウェハ周辺部で温度測定を行なう場
合に比べて、よりウェハ２０に近接してその温度を測定
することができ、ウェハ２０の真の温度に近い温度を知
ることができる。この熱電対８による温度をＴｃとし、
従来使用されているウェハ周辺部に位置する熱電対９で
測定した温度Ｔｅとを用いて、ウェハ２０の中心部と周
辺部の温度勾配を計算し、この結果と、ＰＩＤ温度制御
法と呼ばれる温度制御を合せることによって、ウェハ２
０面内の温度の均一性を向上させてその加熱温度を制御
することが可能になる。

【００３６】また、図４は本発明の半導体製造装置の第
３の実施の形態を示した側面図である。本例はウェハの
中心の貫通口２１に挿入した石英管７内に熱電対８と一
緒にヒーター１０などの熱源を挿入し、一般的に使用さ
れているウェハ２０の外周部にある図示されないヒータ
ーと併せて、これらヒーターを上記したＰＩＤ温度制御
法により制御することによって、ウェハ２０の面内温度
を均一に制御することができ、酸化膜を形成する際の膜
厚のウェハ面内の均一性を向上させることができる。

【００３７】図５は本発明の半導体製造装置の第４の実
施の形態を示した側面図である。本例は、石英リング５
上に載置されたウェハ２０の中心の貫通口２１に挿入さ
れる石英管７と、この石英管７内に挿入された棒状の熱
伝導部材１１を有している。この熱伝導部材１１として
は例えば銅を用いればよい。

【００３８】ウェハ２０を加熱した後、冷却するような
場合、ウェハ２０の中心部の熱は石英管８内に挿入され
た棒状の熱伝導部材１１を伝達して、外部に排熱され
る。

【００３９】ところで、図６（Ａ）に示すように、大口
径のウェハ２０などでは、ウェハ２０の中心部はその周
囲に比べて熱の逃げ場がないため、図６（Ｂ）に示すよ
うに、ウェハ２０の中心部の温度が高くなり、均一な温
度で冷却されなかった。

【００４０】しかし、本実施の形態によれば、図７
（Ａ）に示すような大口径のウェハ２０の中心部の熱を
熱伝導部材１１により外部に排熱するため、冷却時の温
度分布は図７（Ｂ）に示すように、ウェハ２０面で均一
となり、均一な冷却を行なうことができる。これによ
り、冷却後のウェハ２０の面内の特性を均一にでき、製
品の歩留まりを向上させることができる。

【００４１】図８は本発明の半導体製造装置の第４の実
施の形態を示した側面図である。本例は、レジストを噴
出する開孔２を有する管部１２と、この管部１２にレジ
スト４０を供給すると共に、管部１２を昇降する接続管
１３を有している。ウェハ２０を載置する台１５には、
管部１２が昇降する貫通口１４が開いている。

【００４２】次に本実施の形態の動作について説明す
る。ウェハ２０を台１５に載せ、一般的に真空チャッ
ク、静電チャックと呼ばれる手法を使用してウェハ２０
を台１５に固定する。その後、台１５の下側から管部１
２をウェハ２０の貫通口１４に挿入し、管部１２の開孔
２がウェハ２０の面上に出るように設定する。その後、
接続管１３からレジスト４０を供給して、管部１２の開
孔２からウェハ２０の面上に流し込む。

【００４３】その際、台１５を回転させて、遠心力によ
り、レジスト４０をウェハ２０面上に伸ばして、レジス
トをウェハ２０面上に塗布する。この台１５の回転の前
に、図９に示すように管部１２をウェハ２０の貫通口２
１内に下げて、管部１２の高さをウェハ２０の高さに合
せてから、台７を回転させ、レジストを遠心力で伸ばし
て、ウェハ２０の中央部にもレジストを塗布するように
してもよい。

【００４４】本実施の形態によれば、レジストをウェハ
２０面に近接して、その中心から流し込むため、レジス
トが跳ねたりせず、従来よりも均一且つ円滑にレジスト
をウェハ２０面上に塗布することができる。

【００４５】図１０は本発明の半導体製造装置の第６の
実施の形態を示した側面図である。本例は、ウェハ２０
の中心に開いている貫通口２１に挿入する管径が図示さ
れない機構によって変化する支持管１６から成ってい
る。この支持管１６は直径がｂからｃまで変化し、ｂの
時は貫通口２１の直径よりも小さく、ｃの時は貫通口２
１の直径に等しくなって、ウェハ２０を支持管１６によ
って固定し、ウェハ２０をハンドリングできる状態にな
る。複数のウェハ２０を図のように固定して、支持管１
６を回転させることにより、ウェハ２０を乾燥させるこ
とができる。この支持管１６の直径の変化は、例えば支
持管１６を２重管にしておき、２重管の間に高圧空気を
充填させることで、外側の管径を大きくすることで可能
である。

【００４６】本実施の形態によれば、ウェハ２０の中心
に開いている貫通口２１に管径の小さい支持管１６を挿
入し、その後、管径を大きくすることにより、ウェハ２
０を容易に固定することにより、ウェハ２０をハンドリ
ングし、また、管径を小さくすることにより、ウェハ２
０を容易に取り除くことができ、複数のウェハ２０のハ
ンドリングを極めて容易に行なうことができる。

【００４７】図１１は本発明の半導体製造装置の第７の
実施の形態を示した側面図である。本例は直径が変化す
る支持管１６に開孔２を設け、支持管１６により複数の
ウェハ２０を固定してからエッチング液などを支持管１
６に供給し、開孔２から複数のウェハ２０面にエッチン
グ液４０を流し込み、その後、支持管１６を回転させ
て、エッチング液４０を容易且つ均一にエッチングする
ことができる。又、エッチング液の代わりにレジストを
供給すれば、複数のウェハに対して１回分の時間で均一
な膜厚のレジストを形成することができる。

【００４８】尚、上記した実施の形態に用いたウェハ２
０の中心に開けられた貫通口２１には、図１２に示すよ
うに凸状部１８や図１３に示すように凹状部１９の切り
込みを入れ、この切り込みを例えば光センサー等によっ
て検知することによってウェハ２０の方向を決めること
ができる。また、この貫通口２１の形状を多角形、楕円
形などとしたり、穴の形状を非対称形にすることでウェ
ハの方向を知ることもできる。

【００４９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、請求項１の
発明によれば、ウェハの中央部から原料ガス又は原料液
を供給することにより、大口径ウェハに対しても原料ガ
ス又は原料液をその面内均一に供給して、均一な膜厚の
成膜を行うことができる。

【００５０】請求項２の発明によれば、ウェハの周辺部
から供給される原料ガスをウェハの中央部に吸引して引
っ張るため、大口径ウェハに対しても原料ガスをその面
内均一に供給して、均一な膜厚の成膜を行うことができ
る。

【００５１】請求項３の発明によれば、ウエハの中央部
から原料ガス又は原料液を供給するノズル、又はウエハ
の中央部に原料ガスを吸引するノズルを回転させること
により、大口径ウェハに対してもより均一な膜厚の成膜
を行うことができる。

【００５２】請求項４の発明によれば、ウェハの中央部
に近接した温度検出センサーにより温度を検出すること
ができるため、大口径ウェハに対してもその面内の温度
を正確に測定することができ、又、この測定温度をフィ
ードバックして温度制御を行うことにより、大口径ウェ
ハに対してもその面に対して均一な加熱を行って均一な
膜厚の酸化膜等を得ることができる。

【００５３】請求項５の発明によれば、ウェハの中央か
らレジストをウェハ面内に流し込むことができ、レジス
トを円滑且つ均一に塗布することができる。

【００５４】請求項６の発明によれば、ウェハの中央に
ヒーターを設置することができ、ウェハの中央部から加
熱することができ、ウェハ面内を均一に加熱することが
できる。

【００５５】請求項７の発明によれば、ウェハの中央部
の熱を熱伝導部材により外部に排熱することができ、ウ
ェハ面内を均一に冷却することができる。

【００５６】請求項８の発明によれば、ウェハの開口部
の切り欠きの位置によってウェハの方向を決定すること
ができる。

【００５７】請求項９の発明によれば、支持管の管径を
変化させることにより、ウェハを容易に着脱することが
でき、ウェハのハンドリングを容易にすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体製造装置の第１の実施の形態を
示した側面図である。

【図２】図１に示した装置の他の動作例を示した側面図
である。

【図３】本発明の半導体製造装置の第２の実施の形態を
示した側面図である。

【図４】本発明の半導体製造装置の第３の実施の形態を
示した側面図である。

【図５】本発明の半導体製造装置の第４の実施の形態を
示した側面図である。

【図６】従来のノッチ式形状のウェハの温度分布を説明
する図である。

【図７】図５に示した装置を用いて冷却した場合のウェ
ハの温度分布を説明する図である。

【図８】本発明の半導体製造装置の第５の実施の形態を
示した側面図である。

【図９】図８に示した装置の他の動作例を説明する側面
図である。

【図１０】本発明の半導体製造装置の第６の実施の形態
を示した側面図である。

【図１１】本発明の半導体製造装置の第７の実施の形態
を示した側面図である。

【図１２】ウェハの中心部に形成された貫通口の形状例
を示した図である。

【図１３】ウェハの中心部に形成された貫通口の他の形
状例を示した図である。

【図１４】従来の大口径ウェハの成膜状態を示した図で
ある。

【図１５】図１４に示した成膜の膜厚の変化を示した図
である。

【図１６】従来のノッチ式形状のウェハに塗布されたレ
ジストの不均一例を示した平面図である。

【符号の説明】

１ ノズル ２ 開孔 ３ 給排気装置 ５ 石英リング ６ 石英ボート ７ 石英管 ８、９ 熱電対 １０ ヒーター １１ 熱伝導部材 １２ 管部 １３ 接続管 １４、２１ 貫通口 １５ 台 １６ 支持管 １８ 凸状部 １９ 凹状部 ２０ ウェハ ３１、３２ バルブ ３３ 真空ポンプ ３４ フィルタ ３５ ガス供給装置

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 CA04 CA12 DA04 DA08 EA05 EA06 EA11 GA03 KA39 KA46 KA49 LA15 5F045 BB02 BB03 BB13 DP19 EE10 EE20 EF03 EF07 EM02 EM03 EM04 EM05 EM09 EN04 EN06 5F046 JA02 JA06 JA10

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェハの中央部に形成された開口部に貫
   通して配置され、且つ一端が塞がれたノズルと、 このノズルの所定位置に開けられた複数の開孔と、 このノズルの他端からガス又は液体を供給するガス供給
   装置とを備えたことを特徴とする半導体製造装置。
2. 【請求項２】 ウェハの中央部に形成された開口部に貫
   通して配置され、且つ一端が塞がれたノズルと、 このノズルの所定位置に開けられた複数の開孔と、 このノズルの他端から吸気する吸気装置とを備えたこと
   を特徴とする半導体製造装置。
3. 【請求項３】 前記ノズルを回転させる回転機構を設け
   たことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体製造装
   置。
4. 【請求項４】 ウェハの中央部に形成された開口部に貫
   通して配置された石英管と、 この石英管に挿入された温度検出センサーとを備えたこ
   とを特徴とする半導体製造装置。
5. 【請求項５】 中央部に貫通口が形成され、且つ回転可
   能なウェハ載置台と、 このウェハ載置台の前記貫通口を通して昇降し、複数の
   開孔を有する管部と、 この管部に前記ウェハ載置台の下側からレジストを供給
   する接続管とを備えたことを特徴とする半導体製造装
   置。