JP2000243710A

JP2000243710A - 半導体製造装置

Info

Publication number: JP2000243710A
Application number: JP11045336A
Authority: JP
Inventors: Yuzuru Ohashi; 弓弦大橋
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-02-23
Filing date: 1999-02-23
Publication date: 2000-09-08
Anticipated expiration: 2019-02-23
Also published as: JP3123536B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ガスを導入してウェハに対して処理を行う反
応室内におけるウェハの表面で吸着するガスの面内分布
を均一化する一方で、その均一化のための調整作業を簡
易化した半導体製造装置を提供する。【解決手段】反応室内にガスを供給し、そのガスによ
り反応室内のウェハに対して所望の処理を行うための半
導体製造装置であって、反応室の内壁２に沿ってガスが
供給される環状溝７が形成され、その環状溝７の周方向
の複数箇所に反応室１内にガスを導くガス導入管４が連
通接続され、環状溝７とガス供給管４の間のガス流路
（ガス供給穴６）にガスを通過する微細穴５ａを有する
薄板５を配設する。環状溝７からガス供給管４に流れる
ガスは、微細穴５ａにおいて絞られて環状溝７の全周に
均一に拡散され、さらに微細穴５ａを通ってガス導入管
４に流れ、反応室１に流入されるため、複数のガス供給
管４からのガスの流量が均一化でき、反応室１内のウェ
ハ表面でのガスの面内分布が均一化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置を製造す
るための装置に関し、特に内部に処理ガスを導入して半
導体基板に対して各種の処理を施す反応室の構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程では、半導体基板
を反応室内にセットし、反応室内に導入した各種の処理
ガスにより膜形成、エッチング等の処理を行う工程があ
る。従来、この種の工程を行うための半導体製造装置、
すなわち本発明が適用される反応室の構造を図１を用い
て説明する。図外のガス源から供給され、マスフローコ
ントローラ９にて流量制御されたガスは配管８を流れ、
反応室１の内壁面２に加工した環状溝７に導入される。
前記環状溝７に導入されたガスは、該環状溝７に連通さ
れたガス供給穴６を通り、前記反応室１内の周方向の複
数箇所に配設した複数本のガス導入管４を流れて反応室
１に流入し、ウエハ積載台３に置かれたウエハ１０の表
面に吸着する等して、ウェハ１０に対して所望の処理が
行われる。また、前記反応室１内のガスは、前記反応室
１の底面のゲートバルブ１３直下に取り付けてあるター
ボポンプ１４およびドライポンプ１５により排気管１６
を通して排気される。なお、前記反応管１は上下に分割
されており、Ｏリングを介して気密に突き合わせて組立
られているが、ここではその説明は省略する。

【０００３】前記したような従来の半導体製造装置で
は、前記ガス導入管４として、単純な筒状に形成された
もの、あるいは、筒状の先端が絞り部によって微細穴
（直径約０．３mm）として形成されたものがある。例え
ば、図５は前者の例を示すための図１のＢ部に相当する
部分の拡大断面図であり、反応室１の内壁２に設けた環
状溝７から前記内壁面２に向けてガス導入穴６が連通さ
れており、このガス導入穴６に連通するように、図１の
ガス導入管４としてのガス導入管４Ａはその基端部が前
記内壁２内に一体的に埋設されている。なお、Ｏリング
１２は前記したように反応管１を気密に封止するための
ものである。この構造のガス導入管４Ａでは、内径が均
一であるため、環状溝７からガス導入穴６を経て反応室
１内に至るまでの間にガス流の抵抗となるものが存在し
ないため、環状溝７に導入したガスは環状溝７全体に拡
散する前に一部のガスがガス導入穴６から一部のガス導
入管４Ａを通って反応室１に流れ出してしまい、ウエハ
１０の表面に吸着するガスの面内分布に偏りが生じるこ
とがある。特に、ガス流量が少ない場合に顕著となる。
この場合、ガス流量を多くするとウエハ１０表面に吸着
するガスの反応形態が変化し、面内分布および膜質に変
化を及ぼしてしまう。

【０００４】これに対し、図６は図１のガス導入管４の
後者の例を示すための図５と同様の拡大断面図であり、
ガス導入管４としてのガス導入管４Ｂはその基端部がネ
ジ溝４ａによって内壁２に設けたネジ穴２ａに螺合され
ており、ガス導入穴６との間はＯリング１１によって封
止されている。また、ガス導入管４Ｂはその先端が円錐
状に絞られており、その先端には微細穴４ｂが開口され
ている。この構成のガス導入管４Ｂでは、微細穴４ｂが
ガス流の抵抗として機能するため、環状溝７に導入され
たガスの圧力を、ガス導入管４Ｂを流れる際に前記微細
穴４ｂの絞り作用によって反応室１の圧力より高めるこ
とにより、ガスが環状溝７に均一に拡散する構造となっ
ている。これにより、ガス流量が少ない場合でも、複数
のガス導入管４Ｂからそれぞれ均一な状態で反応室１内
にガスを供給することができ、ウェハ１０の表面に吸着
するガスの面内分布を均一化することが可能となる。な
お、この種のガス導入管を備えた構成として、特開平９
−２４９９７６号公報に記載の技術がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
たガス導入管４Ｂでは、前記微細穴４ｂがガス導入管４
Ｂに直接加工されており、ガス導入管４Ｂの軸方向に対
する微細穴４ｂの穴方向の不一致および微細穴４ｂの穴
径の加工誤差により、各々のガス導入管４Ｂから反応室
１に導入するガスの吹き出し方向およびガスの割合に差
が生じ、これが要因となってウエハ１０の面内均一性が
悪化する。このようなウエハ１０の面内均一性が悪化し
たときには、ガス導入管４Ｂの交換を行って、各々のガ
ス導入管４Ｂから反応室１に導入するガスの吹き出し方
向およびガスの割合を調節するが、ガス導入管４Ｂの微
細穴４ｂの穴方向および穴径は各々のガス導入管４Ｂで
バラツキがあるため、何回もガス導入管４Ｂを交換して
面内均一性を改善する必要があり、そのための作業が極
めて煩雑になるとともに、その改善には限界がある。

【０００６】本発明の目的は、反応室内におけるウェハ
の表面で吸着するガスの面内分布を均一化する一方で、
その均一化のための調整作業を簡易化した半導体製造装
置を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、反応室内にガ
スを供給し、そのガスにより反応室内の半導体基板に対
して所望の処理を行うための半導体製造装置であって、
前記反応室の内壁面に沿って前記ガスが供給される環状
溝が形成され、前記環状溝の周方向の複数箇所に前記反
応室内に前記ガスを導くガス導入管が連通接続され、前
記環状溝と前記ガス供給管の間のガス流路に前記ガスを
通過する微細穴を有する部材が配設されていることを特
徴とする。ここで、前記微細穴を有する部材は、前記環
状溝とガス導入管との間に挟持された薄板であり、前記
微細穴は少なくとも前記ガス導入管の内径よりも小さい
穴径に形成される。また、この場合、前記微細穴の穴径
が異なる複数の薄板を交換可能とし、あるいは、１つの
薄板に１以上の個数で開口された微細穴の個数が異なる
複数の薄板を交換可能としてもよい。

【０００８】本発明によれば、環状溝から複数のガス供
給管に流れるガスは、微細穴において絞られるため、環
状溝の全周に均一に拡散され、その上で各微細穴を通っ
てガス導入管に流れ、さらに反応室に流入される。この
ため、複数のガス供給管からのガスの流量が均一化で
き、反応室に載置されている半導体基板の表面でのガス
の面内分布が均一化する。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１を再度参照し、かつ同図のＡＡ
線断面図である図２を参照すると、反応室１にガスを導
入する為に、その内壁２に沿って、先端を中心方向に向
けた複数本のガス導入管４を円周方向に等しい間隔で配
設している。前記反応室１の内壁２にはガスの通り道で
ある環状溝７が前記内壁２の全周にわたって加工されて
おり、前記環状溝７から前記各ガス導入管４までの内壁
２にそれぞれガス導入穴６を連通状態に開口している。
ここでは、前記反応室１は上下の室部１Ａ，１Ｂに２分
割した構成とし、前記内壁２における下側の室部１Ｂの
端面に環状溝７を凹設し、かつこの環状溝７の内周側と
外周側にＯリング１２を介在して上下の室部１Ａ，１Ｂ
を突き合わせることで、密封状態の環状溝７を形成して
いる。また、前記環状溝７は外部からガスを導入するた
めに、マスフロコントローラ９と配管８で接続されてい
る。さらに、前記反応室１内には、シリコン基板等の半
導体基板、すなわちウェハ１０を載置するためのウエハ
積載台３が設けられ、かつ前記反応室１の底面に設けら
れたゲートバルブ１３直下には、ガスを排気するための
ターボポンプ１４およびドライポンプ１５が排気管１６
により連通されている。

【００１０】図３に図１のＢ部の拡大断面図を示すよう
に、前記ガス導入管４はその基端部に設けたネジ部４ａ
を前記内壁２に設けたネジ穴２ａ内に螺合して一体化し
ている。また、図４に図３のＣ部の拡大断面図を示すよ
うに、前記ガス導入管４の基端面と前記内壁２のネジ穴
２ａとの間には、微細穴５ａが開けられた薄板５を挿入
しており、前記ガス導入管４をネジ穴２ａに螺合したと
きに、ガス導入管４とネジ穴２ａの底面との間に前記薄
板５をＯリング１１と共に挟み込んで固定している。こ
れにより、前記薄板５の微細穴５ａは、前記ガス導入穴
６とガス導入管４とのガス流路内に介在され、ガス流路
を流れるガス流の抵抗として、すなわちオリフィスとし
て機能される。

【００１１】次に、以上の構成の反応室１内でのガスの
流れ方について説明する。図外のガス源からのガスは、
マスフローコントローラ９にて総流量が制御され、流量
制御されたガスは配管８を流れ、反応室１の内壁２に加
工した環状溝７に導入される。環状溝７に導入されたガ
スは、円周複数箇所に開口しているガス導入穴６に流れ
込み、さらにこれに連通されているガス供給管４に流れ
込む。このとき、ガス導入穴６とガス供給管４との間の
流路には、微細穴５ａを有する薄板５が挿入してあるた
め、ガスはこの微細穴５ａでの流路抵抗によって環状溝
７内のガス圧力が反応室１の圧力に比べて高くなり、ガ
スが環状溝７の全周に均一に拡散するようになる。そし
て、環状溝７の全周に拡散したガスは各薄板５の微細穴
５ａを通ってガス導入管４に流れ、さらにガス導入管４
から反応室１に導入される。反応室１に導入されたガス
は、ウェハ積載台３に置かれたウェハ１０の表面に吸着
し、所要の処理が行われる。また、反応室１内のガス
は、ゲートバルブ１３の直下に取り付けてあるターボポ
ンプ１４およびドライポンプ１５により排気管１６を経
て排気される。

【００１２】このように、ガス導入穴６とガス供給管４
の境界位置に配置した薄板５の微細穴５ａによって、ガ
スが環状溝７の全周に均一に拡散されるため、複数本の
ガス導入管４からは均等に反応室１内にガスが流れ出る
ことになる。これにより、ウエハ１０表面に吸着するガ
スの面内分布はほぼ同心円状となる。なお、この場合、
複数本のガス導入管４の内径がそれぞれ等しいことが好
ましいが、それぞれの内径が多少相違する場合でも、薄
板５の微細穴５ａの穴径がそれぞれ同一穴径であれば、
各ガス導入管４から流れ出すガス流量を殆ど同じにする
ことができ、前記したウェハ表面の面内分布の均一化を
達成することが可能である。

【００１３】また、前記反応室の構成では、微細穴５ａ
を加工した薄板５の穴径が加工誤差または経時変化によ
りバラツキが生じ、ウエハ１０表面に吸着するガスの面
内分布に偏りが発生した時には、ガス導入管４を内壁面
から取り外して薄板５を異なるものに交換すればよい。
これにより、各ガス導入管４から反応室１に流れ込むガ
スの割合を微細に調整することが可能となり、ウエハ１
０表面に吸着するガスの面内均一性を改善する。この場
合、薄板５に形成する微細穴５ａは加工をプレス加工等
によって容易に形成することができるため、微細穴５ａ
の穴径の加工精度をガス導入管１７の先端穴加工精度よ
り高くでき、各ガス導入管４から反応室１に流入するガ
ス流量のバラツキが少なくなり、ウエハの面内均一性の
改善時に実施する調整作業を容易に、かつ薄板の交換を
少ない回数にて改善することが可能となる。また、調整
に際しては薄板５を交換するのみでよいため、低コスト
化が実現できる。さらに、ガス導入管４自体は均一内径
の筒として形成されているので、ガス導入管４の内面に
生成物や異物が付着した場合でも、その清掃を容易に行
うことが可能となる。

【００１４】ここで、前記実施形態では薄板５に１つ
の、しかも穴径が等しい微細穴５ａを開口した例につい
て説明したが、前記微細穴５ａの穴径を複数の薄板５の
それぞれによって相違させ、あるいは前記微細穴５ａを
更に微細にした上で任意の個数の微細穴として開口して
もよい。この構成を採用する場合には、微細穴５ａの穴
径、あるいはその個数を管理することで、各ガス導入管
４から反応室１に流れ込むガス流量の割合を制御するこ
とができる。特に、ウェハの面内分布の均一性を行う際
に、各ガス導入管から流れ出すガス流量を相違させる必
要がある場合には、このような手法を採用することが好
ましい。

【００１５】また、薄板５はガス導入管４とは別体に形
成しているが、ガス導入管を内壁２に取り付ける前に、
薄板５をガス導入管４に仮止めする等して一体的にサブ
アセンブリしてもよい。この場合には、薄板５をネジ穴
２ａ内に挿入する作業が不要となり、組立作業及び調整
作業をさらに簡易化することが可能となる。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ガスが
供給される環状溝と、環状溝の周方向の複数箇所に連通
接続したガス導入管との間にガスを通過する微細穴を有
する部材を配設し、この微細穴によってガスを絞ること
で環状溝の全周においてガスを均一に拡散し、複数のガ
ス導入管から反応室内に均一にガスを供給することが可
能となる。特に、本発明では、微細穴を有する部材とし
て、微細穴を開口した薄い板を用いることにより、微細
穴の穴径の加工精度をガス導入管の先端穴加工精度より
高くでき、これにより反応室内へのガス流量の調整が微
細にでき、半導体基板の表面でのガスの面内均一性を改
善することが可能となる。また、微細穴の加工精度が高
いため、ガス流量の調整に際しての薄板の交換回数をガ
ス供給管を交換する場合に比較して少なくでき、調整作
業を改善することができる。さらに、調整に際しては微
細穴の穴径が異なり、あるいは穴の個数が異なる薄板を
用意すればよいため、低コスト化が実現できる。さら
に、ガス導入管を均一な内径形成できるため、ガス導入
管４内に付着した生成物の清掃を容易に行うことも可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される半導体製造装置の概略縦断
面図である。

【図２】図１のＡＡ線に沿う横断面図である。

【図３】図１のＢ部の拡大断面図である。

【図４】図３のＣ部の拡大断面図である。

【図５】従来のガス導入管の構造を示す図であり、図１
のＢ部に相当する部分の拡大断面図である。

【図６】従来の他のガス導入管の構造を示す図であり、
図１のＢ部に相当する部分の拡大断面図である。

【符号の説明】

１反応室２内壁３ウエハ積載台４，４Ａ，４Ｂガス導入管５薄板５ａ微細穴６ガス導入穴７環状溝８配管９マスフローコントローラ１０ウエハ１１Ｏリング（ガス導入管用）１２Ｏリング（反応室壁面用）１３ゲートバルブ１４ターボポンプ１５ドライポンプ１６排気管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応室内にガスを供給し、前記ガスによ
り前記反応室内の半導体基板に対して所望の処理を行う
ための半導体製造装置であって、前記反応室の内壁面に
沿って前記ガスが供給される環状溝が形成され、前記環
状溝の周方向の複数箇所に前記反応室内に前記ガスを導
くガス導入管が連通接続され、前記環状溝と前記ガス供
給管の間のガス流路に前記ガスを通過する微細穴を有す
る部材が配設されていることを特徴とする半導体製造装
置。
【請求項２】前記微細穴を有する部材は、前記環状溝
とガス導入管との間に挟持された薄板であり、前記微細
穴は少なくとも前記ガス導入管の内径よりも小さい穴径
であることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装
置。
【請求項３】前記微細穴の穴径が異なる複数の薄板を
交換可能としたことを特徴とする請求項２に記載の半導
体製造装置。
【請求項４】前記微細穴は、１つの薄板に１以上の個
数で開口され、前記微細穴の個数が異なる複数の薄板を
交換可能としたことを特徴とする請求項２に記載の半導
体製造装置。
【請求項５】前記複数本のガス供給管は、前記反応室
の周方向に沿って等しい間隔で配置され、その基端部に
おいて前記反応室の内壁面に固定され、その先端部は前
記反応室の中心方向に向けられていることを特徴とする
請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体製造装置。
【請求項６】前記ガス供給管は、長さ方向にわたって
均一な内径に形成されていることを特徴とする請求項５
に記載の半導体製造装置。