JP2007053359A - 均一な膜を形成するためのプラズマｃｖｄ装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハの温度分布を均一にし、かつ、膜厚及び品質が均一の膜を形成するためのプラズマCVD膜形成装置及び方法を与える。
【解決手段】プラズマCVD膜形成装置は、反応チェンバーと、反応チェンバー内に設置されたシャワープレートと、シャワープレートと実質的に平行に対向して設置された、ウエハを載置するためのサセプタとを含む。シャワープレートはサセプタに対向する面を有し、それは中心が凸となった形状を基本形状として、その上に少なくともひとつの式を重畳して形成され、該サセプタは、周辺部と、中心部と周辺部との間の位置でウエハを支持する。
【選択図】図７

Description

本発明は概して半導体製造装置に関し、特にシャワープレートおよびサセプタの形状に特徴があり、ウエハの温度分布と膜厚・膜質分布が良好なプラズマCVD成膜装置に関する。

図1は従来のプラズマ処理装置の概略図である。プラズマ処理装置1は反応チェンバー6、ガス導入口5、サセプタ3およびヒーター2より構成された第２電極を含む。第２電極は、特許3207147号のようにサセプタ3およびヒーター2がろう付けされている場合もある。図示しないガスラインより、ガス導入口5を通してガスを導入する。円形の第１電極9はガス導入口5のすぐ下に配置されており、第１電極9は中空構造を取り、その底面に多くの細孔を有し、そこからウエハ4に向かってガスを噴出する。また、第１電極9は、メンテナンスの容易性、部品コストの削減のため、複数のガス導入孔を有するシャワープレート11を交換できる構造となっている。

また、反応チェンバー6の底部には排気口10が存在する。この排気口10は図示しない外部真空ポンプに結合され、その結果、反応チェンバー6の内側は排気される。サセプタ3は第１電極9に平行に対向して配置されている。サセプタ3はその上にウエハ4を保持し、ヒーター2によってウエハ4を連続的に加熱し、所定の温度(150〜450℃)に基板4を維持する。ガス導入口5および第１電極9は反応チェンバー6から絶縁され、外部の第一の高周波電源7に接続される。このとき第二の高周波電源8を接続する場合もある。12は接地である。こうして第１電極9および第２電極2は高周波電極として機能し、ウエハ4近傍にプラズマ反応場を生成する。ウエハ4の表面上に形成される膜の種類および膜質は、材料ガスの種類および流量、温度、RF周波数の種類、プラズマの空間分布ならびに電位分布により変化する。

低誘電率Ｃドープ酸化シリコン膜を形成する場合、複数のアルコキシを含有するシリコン系炭化水素と、Ar及び／またはHeを用いる。場合によっては、架橋ガスとして、アルコール、エーテル、不飽和炭化水素、等を用い、また、場合によっては、酸化性ガスとして、オゾン、酸素、亜酸化窒素等を用いる。

ウエハ上に成膜される膜の一様性は、反応領域における、ガスの滞留時間およびプラズマ密度と、密接に関係している。図１に示すように、従来のプラズマCVD成膜装置は、サセプタ3とシャワープレート11との距離、すなわちウエハ4とシャワープレート11との距離は一定である。一般に平行平板プラズマCVD成膜装置においては、米国特許第6631692号に記載されているように、2枚の平面電極間(φ250mm)に生じる電界強度分布は、中心が一番強く、半径方向外側に徐々に弱まっていく性質があるので、φ200mmのウエハの成膜領域では約±5%の強度分布となり、φ300mmのウエハではさらに分布は大きくなる。したがって、ウエハ4の中心付近の電界は、半径方向外側の電場より相対的に強く、プラズマ密度も高くなり、ガスの反応率も上昇する。また、ガスの反応率は反応空間における滞留時間の影響も受けるが、従来のプラズマCVD成膜装置による実施例では、膜厚分布はプラズマ密度の影響を強く受け、中心が厚い傾向を示していた。この場合、ガス流量、混合比、圧力、RF周波数、RF電力を制御することによって補正してきたが、これらのパラメーターを変化させてしまうと、膜質、成膜速度が変化してしまい、プロセス安定性が悪化する。また、ウエハの温度分布が均一でないと、膜質分布が均一とはならないことが多い。

また、図２には、本願発明者らが発明協会公開技報 公技番号2002−1338で報告したサセプタ3とシャワープレート11を示す。この図ではサセプタ３はヒータ2上に載置され、ウエハ4の支持面が凹状になっている。ウエハ4の裏面と該凹面の中心までの距離db（窪みの深さ）は０.１mm〜４ｍｍで、ウエハ4がサセプタ3の周辺部のみで接触することが望ましいとされている。また、シャワーヘッド11は凸状になっており、(dc−da)/da × 100（dcは中心位置でのシャワーヘッドとウエハの距離、daは周辺位置でのシャワーヘッドとウエハの距離）で定義されるシャワーヘッド11の変形率fdは−１％から−２０％となっている。この形状により膜厚、膜質の均一化が図れるとされている。

さらに鋭意研究を重ねた結果、例えば、φ300mm以上の大口径ウエハを処理する際に、ウエハ温度分布及び膜厚・膜質分布の均一性が十分ではないことを発見した。
米国特許第6,631,692号

したがって、本発明の目的は、ウエハの温度分布を均一にし、かつ、膜厚及び品質が均一の膜を形成するためのプラズマCVD膜形成装置及び方法を与えることである。

本発明の他の目的は、ウエハの裏面へのパーティクルの付着を防止することである。

本発明のさらに他の目的は、構造が単純でかつ製造コストが安いプラズマCVD膜形成装置を与えることである。

本発明のさらに他の目的は、均一な膜形成を可能にするシャワープレートを設計する方法を与えることである。

本発明は、さまざまな実施例において、上記目的のひとつまたはそれ以上を達成することができる。しかしながら、本発明は上記目的に限定されるものではなく、実施例において、これらの目的以外の効果を示すものである。

ひとつの態様において、本発明はプラズマCVD成膜装置を与え、当該装置は、反応チェンバー（真空チェンバー）と、反応チェンバー内部に設置されたシャワープレートと、ウエハを載置するためのサセプタであって、シャワープレートに実質的に平行に対向して設置され、シャワープレートのサセプタに対向する面は中心が凸となった形状を基本形状として、その上に少なくともひとつの式（例えば、式(1)(2)(3)）を重畳した形状に構成され、サセプタは周辺部及び中心部と周辺部との間の位置でウエハを支持する、ところのサセプタとから成る。

上記態様は、これに限定されないが、以下の実施例を含む。

シャワープレートは、中心部が凸状であり、その高さは約０.５mmから約３.５mm（１mm、１.５mm、２.０mm、２.５mm、３.０mm及びこれらの任意の２数間の値を含む）である。また、最上点を有する二次関数である半径Rの関数は、基本形状を使用した際に形成される膜が相対的に厚いところの部分に重畳され、最下点を有する二次関数である半径Rの関数は、基本形状を使用する際に形成される膜が相対的に薄いところの部分に重畳される。

ひとつの実施例において、サセプタは、中心からの距離により定義される領域内の任意の位置でウエハを支持し、その領域は、ウエハの半径の約４０％から約６０％（４５％、５０％、５５％及びこれらの任意の２数間の値を含む）であり、中心からの距離により定義される領域内の任意の位置でウエハを支持し、その領域は、ウエハの半径の約９０％から約１００％（９２％、９５％、９７％及びこれらの任意の２数間の値を含む）である。

ひとつの実施例において、サセプタは、中心からの距離により定義される領域内に埋設されたヒーターエレメントを含み、その領域は、ウエハの半径の約２０％から約６０％（２５％、３０％、４０％、４５％、５５％及びこれらの任意の２数間の値を含む）である。

上記すべての実施例において、ひとつの実施例で使用される任意の構成要件は、置換が容易ではなくまたは逆効果である場合を除き、他の実施例において相互に交換して使用することができる。また、本発明は装置及び方法に同様に適用される。

発明及び従来技術に対して達成される利点を要約する目的で、発明のいくつかの目的及び利点を上記した。もちろん、本発明の任意の特定の実施例にしたがってこれらすべての目的または利点が必ずしも達成されるものではない。よって、例えば、発明は、ここに教示または示唆された他の目的または利点を必ずしも達成することなく、ここに教示される利点または利点の集合を達成または最適化する方法で実施または実行され得ることは、当業者の知るところである。

本発明の他の態様、特徴及び利点は、以下の好適実施例の詳細な説明から明らかとなる。

以下に図面を参照して、本発明の好適実施例を詳細に説明する。しかし、好適実施例は本発明を限定するものではない。

ひとつの実施例において、ウエハ上に薄膜を形成するためのプラズマCVD装置は、(i)反応チェンバーと、(ii)反応チェンバー内に設置されたウエハを載置するためのサセプタであって、同心円状に形成された内側環状凸部及び外側環状凸部から成る凹凸面を有し、該内側環状凸部はウエハの中心部と周辺部との間の位置でウエハを支持するように構成され、該外側環状凸部は周辺部でウエハを支持するように構成されている、ところのサセプタと、(iii)サセプタに実質的に平行に対向して反応チェンバー内に配置され、それらの間にプラズマを生成するべく、ガスを放出するためのシャワープレートであって、該シャワープレートは半径Rの関数である凸式L及びその上に重畳された第２の式Mから構成された凹凸面を有し、ここで、式Mは半径Rの関数であり、中心領域では凹関数から成り、周辺領域では凸式から成る、ところのシャワープレートと、から成る。

上記実施例は、これに限定されないが、以下の実施例を含む。

シャワープレートの凹凸面は、式M中の凹式により定義される領域と、凸式により定義される領域との間に形成される内側環状突出部、及び式M中の凸式により形成かつ定義される外側環状突出部から成る。半径Rを使って定義されるサセプタの内側環状凸部及び外側環状凸部のそれぞれの位置は、半径Rを使って定義されるシャワープレートの内側環状突出部と外側環状突出部のそれぞれの位置と重複してもよい。

式M中の凹式及び凸式が重畳されるところのシャワープレートのそれぞれの位置は、式Lにより構成される表面を有するシャワープレートを使って、ウエハ上に形成された膜の相対的に薄い部分と相対的に厚い部分のそれぞれの位置に対応する。

ひとつの実施例において、式MはRの二次関数である。式Mは以下のように表される。

ここで、h、i及びjは係数である。

ひとつの実施例において、式Lは以下のように表される。

ここで、e、f及びgは定数である。

式Lは、円若しくは楕円または凸形状を定義する限りにおいて指数関数であってもよい。

ひとつの実施例において、式Lは、中心部でのシャワープレートの凸部の高さが約０.５mmから３.５mmであるようなものである。

サセプタの内側環状凸部は、中心からの距離により定義される領域内に配置され、その領域はウエハの半径の約４０％から約６０％であり、サセプタの外側環状凸部は中心からの距離により定義される領域内に配置され、その領域はウエハの半径の約９０％から約１００％である。

サセプタは、中心からの距離により定義される領域内に埋設されたヒーターエレメントを有し、その領域はウエハの半径の約２０％から約６０％である。

サセプタの内側及び外側環状凸部はそれぞれ約０.２mmから約１.５mm（０.３mm、０.５mm、０.７mm、１.０mm、及びこれらの任意の２数間の値を含む）の高さを有する。

上記すべての実施例において、ひとつの実施例で使用される任意の構成要件は置換が容易ではなくまたは逆効果でなければ、他の実施例において交換して使用することができる。また、本発明は装置と方法で同様に適用可能である。

ひとつの実施例において、ウエハ上に薄膜を形成するための方法は、(a)反応チェンバー内に設置されウエハを載置するためのサセプタであって、同心円上に形成された内側環状凸部及び外側環状凸部から成る凹凸面を有し、内側環状凸部はウエハの中心部と周辺部との間の部分でウエハを支持するように構成され、外側環状凸部はその周辺部でウエハを支持するように構成される、ところのサセプタを与える工程と、(b)サセプタに実質的に平行に対向して反応チェンバー内に設置され、それらの間でプラズマを生成するべく、ガスを放出するためのシャワープレートであって、当該シャワープレートは半径Rの関数である凸式L及びその上に重畳された第２の式Mにより構成された凹凸面を有し、ここで式Mは、半径Rの関数であり、中心領域で凹式からなり、周辺領域で凸式から成るところのシャワープレートを与える工程と、(c)サセプタの温度を調節する工程と、(d)サセプタ上にウエハを載置する工程と、(e)シャワープレートを通じてガスを反応チェンバーへ供給する工程と、(f)シャワープレートとサセプタとの間にRF電力を印加する工程であって、それによってウエハ上に膜を堆積させる工程と、から成る。

上記実施例は、これに限定されないが、上述したすべての実施例を含む。

他の実施例において、プラズマCVD装置用のシャワープレートを設計する方法は、(A)反応チェンバー内に設置されウエハを載置するためのサセプタであって、同心円上に形成された内側環状凸部及び外側環状凸部から成る凹凸面を有し、内側環状凸部はウエハの中心部と周辺部との間の部分でウエハを支持するように構成され、外側環状凸部はその周辺でウエハを支持するように構成される、ところのサセプタを与える工程と、(B)サセプタに実質的に平行に対向して反応チェンバー内に設置され、それらの間でプラズマを生成するべく、ガスを放出するためのシャワープレートであって、当該シャワープレートは半径Rの関数である凸式Lにより構成される凸面を有するところのシャワープレートを与える工程と、(C)ウエハ上に形成される膜の膜厚分布を決定する工程であって、それがウエハ上に形成される膜の相対的に薄い部分及び相対的に厚い部分を含むところの工程と、(D)それぞれが半径Rの関数でありかつ式Mを構成する凹式及び凸式が式Lに重畳されるところの、シャワープレートのそれぞれの位置を決定する工程であって、その位置は、膜の相対的に薄い部分と相対的に厚い部分のそれぞれの位置に対応するところの工程と、(E)式Mを決定する工程と、(F)式L及びその上に重畳された第２の式Mから構成されるシャワープレートの凹凸面を与えるところの工程と、から成る。

上記実施例は、これに限定されないが、上述したすべての実施例を含む。

基本形状の凸状サセプタを使用する場合、堆積される膜は、中心部が薄く、同心状の不均一な干渉縞を示す傾向がある。基本形状の凸状サセプタはウエハ上に形成される膜の膜厚分布の分析に基づいて選択される。好適には、凸状サセプタの中で、最も均一な膜を形成することができるサセプタが選択される。式Mは選択された凸状サセプタを使った膜の膜厚分布に基づいて決定される。好適には、式MはRの二次関数である。しかし、それは円若しくは楕円の一部の関数か、または２つ若しくはそれ以上の関数の組み合わせであってもよい。最上点を有する関数は膜が相対的に厚い部分に重畳され、最下点を有する関数は膜が相対的に薄い部分に重畳される。結果として、軸方向でのシャワープレートの垂直断面は、膜の膜厚分布プロファイルと概して逆の形状を有する。

式MはRに依存して変化する係数を有する単一の式であってもよい。係数を使用することにより、単一の式が使用されるときでも、さまざまな凹凸式がRの関数として生成される。他に、式Mは異なる種類の複数の式（一つにまとめられない関数、簡略化できない関数）から構成されてもよい。

処理すべきウエハのサイズは任意であり、φ２００mmウエハ及びφ３００mmウエハが含まれる。少なくともひとつの実施例において、均一な膜（膜内の厚さ及び／または品質が均一な膜）が形成され、比較的直径の大きいウエハが適宜使用可能となる。

本発明は実施例及び図面を参照して説明されてきた。しかし、実施例及び図面は本発明を限定するものではない。付随的に、実施例において、特定の値が使用される。しかし、通常、その値は±５０％の範囲、好ましくは±２０％の範囲で、他の実施例において修正され得る。

実施例1：図３の比較サセプタと図４の実施態様によるサセプタの温度分布比較
図３に、比較サセプタと比較ヒーターエレメント位置を示す。ウエハは外周で保持され、サセプタの中心の凹みは1.2mmである。外周で保持する部分はφ270mm〜φ300mmの範囲内にあり、サセプタの中心からウエハ径の90〜100%の範囲内である。ヒーターエレメントはφ220mm〜φ300mmの範囲内にある。

図４に、ある実施態様における本発明サセプタと本発明ヒーターエレメント位置を示す。本発明はこの図に限定されるものではない。ウエハは外周および中心と外周の中間部分で保持され、サセプタの凹みは0.7mmである。中間で保持する部分はφ120mm〜φ180mmの範囲内にあり、サセプタの中心からウエハ径の40〜60%の範囲内である。また、外周で保持する部分はφ270mm〜φ300mmの範囲内にあり、サセプタの中心からウエハ径の90〜100%の範囲内である。ヒーターエレメントはφ220mm〜300mmの範囲内にある。

この実施例では、チェンバーの温度設定は、第１電極が170℃、チェンバー壁が150℃、ヒーターが390℃である。ヒーターとサセプタはろう付けされており、反応チェンバー内の圧力は、窒素雰囲気533Paである。

また、この実施例では、シャワープレートの中心の高さが1.5mmで凸となった基本形状のシャワープレートを使用した。図５に示した形状は以下の式で表される。

ここで、Zsは高さ、Rは半径(0≦R≦163)、e, f ,g は定数である (e=266, f=5.5, g=163)。これらの定数は求めるサセプタの基本形状から適宜選択することができる。Mは重畳する2次関数であるが、基本形状では0である。また、163≦R≦175では、Zs=0である。

なお、シャワープレートの基本形状は図５に示すものに限定されるものではない。ここでは、図２に示したように凸状面を有するシャワープレートはすべて基本形状のシャワープレートとすることができる。上記の式でLはy=1/R²を基本とした関数であり、Lの第一項においてeが小さいとy=1/R²に似た形で、R→0でｙ→ｆであり、R=０近傍では、ｙ＝ｆ に滑らかに近づくことになり、eが大きいと、R=０でｙ＝ｆであり、全てのRで、y＝ｆに近づくことになる。ｆはR=０でのピーク高さを調節するものである。また、Lの第二項においてgはRの範囲の最大値または最小値で、L＝０となるようにするためのものである（ここではR=±163で、L=0となり、凸の立ち上がりの位置を示す）。従って、eが大きくなると、Lは、R=０近傍では、f−e²f/(g²+e²)に滑らかに近づき、R=g近傍では、ｙ＝０に近づくことになる。当業者であれば上記の考え方に従い、基本形状である凸状面を適宜設計することができる。指数関数の逆数による凸面のほかにも、球面、楕円面、そのほかの曲面で凸状面を構成してもよい。

表２に反応器内の温度、圧力を示す。表1にウエハ温度分布を示す。温度測定は、熱電対付きウエハで行った。熱電対の位置は、図１０に示したように、中心に1点、φ145mmに4点、φ290mmに４点である。

表1より、本発明のある実施態様（図４）によるサセプタと本発明のある実施態様によるヒーターエレメント位置により、温度分布が大幅に改善され、１sが１％以下の均一性を維持することができることが分かる。

実施例２：図４の実施態様によるサセプタと図５の基本形状シャワープレートによる膜厚分布
図６に、図５の基本形状のシャワープレートと図４の態様における本発明サセプタ・本発明ヒーターエレメント位置の組み合わせで、膜厚分布を測定した結果を示す。膜種は低誘電率Cドープ酸化シリコン膜であり、成膜条件は以下の通りであった。

成膜条件
第１電極：170℃
チェンバー壁：150℃
ヒーター：390℃
原料ガス：DM-DMOS (ジメチル・ジメトキシシラン) 175sccm
架橋ガス：イソプロピルアルコール 320sccm
添加ガス：He 150sccm
第1高周波電源：27.12MHz 2.3W/cm²
ウエハ：300mm

実施例１で説明した通り、図４のサセプタを使っているので温度分布は高度に均一化されているが、膜厚は図６に示すように均一性がそれほど高くないことがわかる。図５に示した基本形状（凸状）のシャワープレートでは、特に、中心部分で膜厚が薄く、周辺部分で膜厚が厚くなっているが、その中間にも膜厚が高くなる箇所があることが分かる。膜厚は平均から約±５％で振れ、最大と最小膜厚では１０％近くの相違がある。

実施例３：図４の実施態様によるサセプタと図７の実施態様によるシャワープレートによる温度分布
図7に本実施例で使った本発明の実施態様によるシャワープレートの形状を示す。図７の形状は、図６で膜厚の厚い部分に凸の二次関数を、膜厚の薄い部分には凹の二次関数を重畳した形状であり、以下の式で表される。

ここで、Zsは高さ、Rは半径(0≦R≦163)、e, f ,g は定数であり (e=266, f=5.5, g=163)、Mは、以下の半径の範囲に応じた係数を用いて計算される。
0≦R＜66；h=−10, i=4356, j=0
66≦R＜84；h=0, i=0, j=0
84≦R＜130；h=−0.5, i=529, j=107
130≦R＜160；h=0.5, i=225, j=145
160≦R≦163；h=0, i=0, j=0
また、163≦R≦175では、Zs=0である。

上記の例では、凹の二次関数を使って形状を補正しているが、本発明は二次関数に限定されるものではない。指数関数、球面、楕円面、そのほかの曲面に関する関数を使って基本形状面を補正することができる。また、ある態様ではMはLと係数が異なる同じ関数でもよい。上記式で、hは二次関数の最大値または最小値を決定するもので、iはRの範囲の最大値または最小値において、二次関数（M）を0とする係数（例えばR=160で0にするには、i=(160−j)²=225となる値）であり、jは二次関数が最大値または最小値を取るRの値（Rの範囲の中点、例えば130〜160なら145）である。

これら係数は基本形状のシャワープレートによる膜厚分布からRの範囲で特定して得ることができる。基本的には、膜の薄い箇所に対応するシャワープレートの表面は凸状、膜の厚い箇所に対応するシャワープレートの表面は凹状になるように選択するが、膜厚分布中の全ての不均一箇所でシャワープレート表面を調整する必要はない。不均一の大きな箇所から順次シャワープレート表面の形状を調整していけばよく、ある実施態様では中心部と周辺部の２箇所で調整を行う。なお、ある実施態様では、膜の薄い箇所（凹）に対応する位置ではシャワープレートは凸状で、膜の厚い箇所（凸）に対応する位置ではシャワープレートは凹状になるため、その結果、膜厚分布の断面プロファイルとシャワープレートの断面プロファイルは正反対で類似性を持つことになる。

また、ある実施態様では、サセプタのウエハ支持部（凸状部）の中心からの距離とシャワープレートの凸状面の中心からの距離が一部重複する。

なお、L、Mは円、楕円、二次関数、三次関数、指数関数、またはその他の関数であり得る。L、Mはある態様においては異なる関数（一つにまとめられない関数、簡略化できない関数）であるが、他の態様では係数が異なるだけで同じであってもよい。当業者であれば上記の考え方に従い、重畳する関数を適宜設計することができる。

図４のサセプタと図７のシャワープレートを使った場合の温度分布を調べた。表３に、ある実施態様における本発明のシャワープレート・サセプタ・ヒーターエレメント位置でのウエハ温度分布を示す。チェンバーの温度設定は、第１電極が170℃、チェンバー壁が150℃、ヒーターが390℃である（表４）。ヒーターとサセプタはろう付けされており、反応チェンバー内の圧力は、窒素雰囲気533Paである。また、温度測定は、熱電対付きウエハで行った。熱電対の位置は、図１０に示したように中心に1点、φ145mmに4点、φ290mmに４点である。

表３より、本実施態様においては、シャワープレート・サセプタ・ヒーターエレメント位置においても、良好な温度分布であり、１sで１％以下であることがわかる。

実施例４：図４の実施態様によるサセプタと図７の実施態様によるシャワープレートによる膜厚分布
本実施例による膜厚分布プロファイルを図８及び図９に示す。成膜条件は、以下の通りである。
成膜条件
第１電極：170℃
チェンバー壁：150℃
ヒーター：390℃
原料ガス：DM-DMOS (ジメチル・ジメトキシシラン) 175sccm
架橋ガス：イソプロピルアルコール 320sccm
添加ガス：He 150sccm
第1高周波電源：27.12MHz 2.3W/cm²
ウエハ：300mm

図８及び図９より、本実施態様によるシャワープレート・サセプタ・ヒーターエレメント位置を使うことで、良好な膜厚分布となったことがわかる。また、膜質の均一性も保たれていた。基本形状のシャワープレートを使った場合（図６）に比べ、関数を重畳して得たシャワープレートを使った本実施態様では、中心付近を凹状にしたため、基板上の膜厚は中心で厚くなり、外周付近で凸状にしたため、基板上の膜厚は外周付近で薄くなり、結果的に均一性が向上した。

以上、本発明は好適実施例により説明したが本発明はその叙述に限定されるものではなく、本発明に係るプラズマCVD成膜装置はある態様においては以下の手段からなる。

以上説明したように、本発明のある実施態様においては、ウエハ上に薄膜を形成するためのプラズマCVD成膜装置は、真空チェンバーと、該真空チェンバー内に設置されたシャワープレートと、該シャワープレートと実質的に平行に対向して設置された該ウエハを載置するサセプタと、から成り、該シャワープレートの該サセプタに対向する表面が、中心が凸となった形状を基本形状として、複数の関数を重畳した形状であり、さらに、該サセプタは、該ウエハを、周辺部および、中心と周辺の中間の位置で、該ウエハを保持することによって、ウエハ温度分布も膜厚・膜質分布も、良好にすることができる。

さらに該ウエハと該サセプタの接触面積を少なく抑えたため、該ウエハの裏面の傷およびパーティクルの増加を防止することができる。

本発明の思想から離れることなく、さまざまな修正が可能であることは当業者の知るところである。したがって、本発明の形式は例示に過ぎず、本発明の態様を限定するものではない。

図１は、従来のプラズマCVD装置の略示図であり、説明上、過度に簡略化されている。 図２は、従来の他のプラズマCVD装置の略示図であり、説明上、過度に簡略化されている。 図３は、ヒーターエレメントを具備する従来のサセプタの略示図であり、説明上、過度に簡略化されている。 図４は、本発明の実施例に従うヒーターエレメントを具備するサセプタの略示図であり、説明上、過度に簡略化されている。 図５は、基本シャワープレートの断面形状を示すグラフである。 図６は、基本シャワープレートを使用した膜厚プロファイルを示すグラフである。 図７は、本発明のひとつの実施例に従うシャワープレートの断面形状を示すグラフである。 図８は、図７のシャワープレートを使用した膜厚プロファイルを示すグラフである。 図９は、図７のシャワープレートを使用した膜厚プロファイルを示すグラフである。 図１０は、ウエハの表面上に設置された熱電対の位置を示す略示図である。

Claims (28)

1. ウエハ上に薄膜を形成するためのプラズマCVD装置であって、
   反応チェンバーと、
   反応チェンバー内に設置された、ウエハを載置するためのサセプタであって、同心状に形成された内側環状凸部及び外側環状凸部から成る凹凸面を有し、前記内側環状凸部はウエハの中心と周辺との間の位置でウエハを支持するように構成され、外側環状凸部はその周辺でウエハを支持するように構成されている、ところのサセプタと、
   プラズマを生成するべく、反応チェンバー内部で前記サセプタと実質的に平行に対向して設置された、ガスを放出するためのシャワープレートであって、前記シャワープレートは、半径Rの関数である凸式L及びその上に重畳された第２の式Ｍから構成された凹凸面を有し、式Mは半径Rの関数でありかつ中心領域では凹式から成り、周辺領域では凸式から成る、ところのシャワープレートと、
   から成る装置。
2. 請求項１に記載のプラズマCVD装置であって、シャワープレートの前記凹凸面は、式M中の凹式により定義される領域と凸式により定義される領域との間に形成される内側環状突出部と、式M中の凸式により形成されかつ定義される外側突出部から成る、ところの装置。
3. 請求項２に記載のプラズマCVD装置であって、半径Rを使って定義されたサセプタの前記内側環状凸部及び外側環状凸部のそれぞれの位置は、半径Rを使って定義されたシャワープレートの内側環状突出部と外側環状突出部のそれぞれの位置と重複する、ところの装置。
4. 請求項１に記載のプラズマCVD装置であって、式M中の凹式及び凸式が重畳されるところのシャワープレートのそれぞれの位置は、式Lにより構成される表面を有するシャワープレートを使って、ウエハ上に形成される膜の相対的に薄い部分及び相対的に厚い部分のそれぞれの位置に対応している、ところの装置。
5. 請求項１に記載のプラズマCVD装置であって、式MはRの二次関数である、ところの装置。
6. 請求項５に記載のプラズマCVD装置であって、式Mは以下の式で表現され、
   

   

   ここで、h、i及びjは係数である、ところの装置。
7. 請求項１に記載のプラズマCVD装置であって、式Lは以下の式で表現され、
   

   

   ここで、e、f及びgは定数である、ところの装置。
8. 請求項１に記載のプラズマCVD装置であって、式Lは、中心でのシャワープレートの凸部の高さが０.５mmから３.５mmであるようなものである、ところの装置。
9. 請求項１に記載のプラズマCVD装置であって、前記サセプタの内側凸部は中心からの距離により定義される領域内に配置され、その領域はウエハの半径の４０％から６０％であり、サセプタの外側凸部は中心からの距離により定義される領域内に配置され、その領域はウエハの半径の９０％から１００％である、ところの装置。
10. 請求項１に記載のプラズマCVD装置であって、前記サセプタは中心からの距離により定義される領域内に埋設されたヒーターエレメントを含み、その領域はウエハの半径の２０％から６０％である、ところの装置。
11. 請求項１に記載のプラズマCVD装置であって、前記サセプタの内側及び外側凸部はそれぞれ０.３mmから１.５mmの高さを有する、ところの装置。
12. ウエハ上に薄膜を形成するための方法であって、
    反応チェンバー内に設置された、ウエハを載置するためのサセプタであって、同心状に形成された内側環状凸部及び外側環状凸部から成る凹凸面を有し、前記内側環状凸部はウエハの中心と周辺との間の位置でウエハを支持するように構成され、外側環状凸部はその周辺でウエハを支持するように構成されている、ところのサセプタを与える工程と、
    プラズマを生成するべく、反応チェンバー内部で前記サセプタと実質的に平行に対向して設置された、ガスを放出するためのシャワープレートであって、前記シャワープレートは、半径Rの関数である凸式L及びその上に重畳された第２の式Ｍから構成された凹凸面を有し、式Mは半径Rの関数でありかつ中心領域では凹式から成り、周辺領域では凸式から成る、ところのシャワープレートを与える工程と、
    前記サセプタの温度を調節する工程と、
    前記サセプタ上にウエハを配置する工程と、
    前記シャワープレートを通じて前記反応チェンバーにガスを供給する工程と、
    前記シャワープレートと前記サセプタとの間にRF電力を印加する工程であって、それによりウエハ上に膜を堆積するところの工程と、
    から成る方法。
13. 請求項１２に記載の方法であって、シャワープレートの凹凸面は、式M中の凹式により定義される領域と凸式により定義される領域との間に形成される内側環状突出部と、式M中の凸式により形成及び定義される外側環状突出部から成る、ところの方法。
14. 請求項１３に記載の方法であって、半径Rを使って定義されたサセプタの内側環状凸部及び外側環状凸部のそれぞれの位置は、半径Rを使って定義されたシャワープレートの内側環状突出部と外側環状突出部のそれぞれの位置と重複する、ところの方法。
15. 請求項１２に記載の方法であって、式M中の凹式及び凸式が重畳されるところのシャワープレートのそれぞれの位置は、式Lにより構成される表面を有するシャワープレートを使ってウエハ上に形成される膜の相対的に薄い部分と相対的に厚い部分のそれぞれの位置に対応する、ところの方法。
16. 請求項１２に記載の方法であって、式MはRの二次関数である、ところの装置。
17. 請求項１６に記載の方法であって、式Mは以下の式で表現され、
    

    

    ここで、h、i及びjは係数である、ところの方法。
18. 請求項１２に記載の方法であって、式Lは以下の式で表現され、
    

    

    ここで、e、f及びgは定数である、ところの方法。
19. 請求項１２に記載の方法であって、式Lは、中心でのシャワープレートの凸部の高さが０.５mmから３.５mmであるようなものである、ところの方法。
20. 請求項１２に記載の方法であって、前記サセプタの内側凸部は中心からの距離により定義される領域内に配置され、その領域はウエハの半径の４０％から６０％であり、サセプタの外側凸部は中心からの距離により定義される領域内に配置され、その領域はウエハの半径の９０％から１００％である、ところの方法。
21. 請求項１２に記載の方法であって、前記サセプタは中心からの距離により定義される領域内に埋設されたヒーターエレメントを含み、その領域はウエハの半径の２０％から６０％である、ところの方法。
22. 請求項１２に記載の方法であって、前記サセプタの内側及び外側凸部はそれぞれ０.３mmから１.５mmの高さを有する、ところの方法。
23. プラズマCVD装置用のシャワープレートを設計する方法であって、
    反応チェンバー内に設置された、ウエハを載置するためのサセプタであって、同心状に形成された内側環状凸部及び外側環状凸部から成る凹凸面を有し、前記内側環状凸部はウエハの中心と周辺との間の位置でウエハを支持するように構成され、外側環状凸部はその周辺でウエハを支持するように構成されている、ところのサセプタを与える工程と、
    プラズマを生成するべく、反応チェンバー内部で前記サセプタと実質的に平行に対向して設置された、ガスを放出するためのシャワープレートであって、前記シャワープレートは、半径Rの関数である凸式Lにより構成される凸面を有するところのシャワープレートを与える工程と、
    ウエハ上に形成される膜の膜厚分布を決定する工程であって、それはウエハ上に形成される膜の相対的に薄い部分及び相対的に厚い部分を含む、ところの工程と、
    それぞれが半径Rの関数であり、式Mを構成する凹式及び凸式が式Lに重畳されるところのシャワープレートのそれぞれの位置を決定する工程であって、その位置は、膜の相対的に薄い部分及び相対的に厚い部分のそれぞれの位置に対応している、ところの工程と、
    式Mを決定する工程と、
    式L及びその上に重畳された第２の式Mから構成されるシャワープレートの凹凸面を与えるところの工程と、
    から成る方法。
24. 請求項２３に記載の方法であって、シャワープレートの凹凸面は、式M中の凹式により定義される領域と凸式により定義される領域との間に形成される内側環状突出部と、式M中の凸式により形成及び定義される外側環状突出部から成る、ところの方法。
25. 請求項２３に記載の方法であって、式MはRの二次関数である、ところの方法。
26. 請求項２５に記載の方法であって、式Mは以下の式で表現され、
    

    

    ここで、h、i及びjは係数である、ところの方法。
27. 請求項２３に記載の方法であって、式Lは以下の式で表現され、
    

    

    ここで、e、f及びgは定数である、ところの方法。
28. 請求項２３に記載の方法であって、式Lは、中心でのシャワープレートの凸部の高さが０.５mmから３.５mmであるようなものである、ところの方法。

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