JP2008270670A

JP2008270670A - 薄膜形成装置及び薄膜形成方法

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Publication number: JP2008270670A
Application number: JP2007114632A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Kitagawa; 哲也北川
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd; Miyagi Oki Electric Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd; Miyagi Oki Electric Co Ltd
Priority date: 2007-04-24
Filing date: 2007-04-24
Publication date: 2008-11-06
Also published as: US20080268153A1

Abstract

【課題】ウエハの品質歩留まりの向上を図ることができる薄膜形成装置及び薄膜形成方法を提供することを目的としている。
【解決手段】成膜ガスのガス流をよぎる方向の搬送路に沿ってウエハを搬送しつつ、前記搬送路の両側方から前記ガス流を吸い込むこと。
【選択図】図２

Description

本発明は、成膜ガスをウエハ上に当てて薄膜を形成する薄膜形成装置及び薄膜形成方法に関するものである。

薄膜形成技術は、薄い膜を形成するというだけでなく、電気的機能、光学的機能及び機械的機能等の様々な高次機能を実現するための手段という意味を包含してきた。

このような高次機能を実現させる手段としての薄膜形成技術は、トランジスタに始まる半導体産業において従来から重要な技術として位置付けられてきた。特に、半導体回路素子を作成するプロセス技術等として、薄膜形成技術の位置付けは飛躍的に高まった。薄膜形成技術の位置付けが飛躍的に高まった理由は、半導体製造工程において形成された薄膜がそのままデバイス構造の中に残り、そのデバイスの特性、歩留まり及び信頼性等に大きな影響を与えるからである。

半導体製造工程における薄膜形成方法としては、化学的気相成長（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法や物理的気相成長（Physical Vapor Deposition：ＰＶＤ）法が従来から知られている。ＣＶＤ法としては、常圧ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法、加圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法及び光励起ＣＶＤ法等が従来から提案されている。また、ＰＶＤ法としては、スパッタ法、真空蒸着法及びイオンプレーティング法等が従来から提案されている。さらに、形成する薄膜の種類、膜質及び量産性等を考慮して上述する薄膜形成方法のいずれかを選択して薄膜を形成することが従来から知られている。

例えば、常圧ＣＶＤ法を用いた常圧ＣＶＤ装置の１例として、半導体ウエハをコンベア等で搬送しながら半導体ウエハを加熱し、コンベアの上方に配置されたディパージョンヘッドから成膜ガスを吹き付けることで、半導体ウエハ上に薄膜を形成する装置が従来から知られている。また、常圧ＣＶＤ装置は、装置内を減圧状態にする必要がない故、コンベア等を用いて連続的に成膜処理を行なうことが出来る利点についても従来から知られている。

しかしながら、常圧ＣＶＤ装置は、パーティクル及び未反応成膜ガス等を排気ダクトによって排出させているものの、パーティクル及び未反応成膜ガス等が半導体ウエハ上に降下し再付着することがある故、半導体ウエハの品質の歩留まりが低下する問題点が従来から知られている。

上述する問題点を解決する方法として、特許文献１には、排気ダクトをコンベアを挟んでディスパージョンヘッドの下方に配置することにより、ディスパージョンヘッドの真下からパーティクル及び未反応成膜ガス等を排出することが開示されている。
特開平０９−０６３９７１号公報

特許文献１に記載された薄膜形成装置は、半導体ウエハを搬送するコンベア、成膜ガスを吹き付けるディスパージョンヘッド、窒素ガスを吹き付けるブロア、コンベアに付着した反応生成物を除去するエッチング機構、ウエハを加熱するヒータ並びに未反応成膜ガス及びパーティクル等を排出する排気ダクトから構成されている。また、排気ダクトは、コンベアを挟んでディスパージョンヘッドの真下に配置されている。

特許文献１に記載された薄膜形成装置の構成によってヒータ及び半導体ウエハへのパーティクルの付着の低減を図ることが出来る故、半導体ウエハの品質の歩留まり向上及びヒータのメンテナンス時間の削減を行なうことが出来る。

特許文献１に記載された薄膜形成装置において、半導体ウエハは排気ダクト上を通過する故、半導体ウエハ上には成膜ガスの直接的な噴き付けによる薄膜（以下、直接的薄膜と称する）及び排気ダクトに吸い込まれる成膜ガスのガス流による薄膜（以下、二次的薄膜と称する）が形成される。排気ダクトに吸い込まれる成膜ガスのガス流による薄膜は、直接的な噴き付けによる薄膜よりも薄い故、排気ダクトに吸い込まれる成膜ガスのガス流による薄膜の厚みは、排気バランスの乱れによる影響を受けやすい。

従って、ディスパージョンヘッドの打痕又は傷等によって排気バランスの乱れが生じた状態において、特許文献１に記載された薄膜形成装置によって形成された薄膜は、面内の均一性が非常に悪化してしまう問題点がある。かかる薄膜の面内状態の１例を図１（ａ）に示している。図１（ａ）の円で囲まれた凹凸部分１１ａ〜１１ｅは、図１（ｂ）のウエハ１０上に線状の膜ムラ（以下、膜スジと称する）１２ａ〜１２ｅと対応している。また、膜スジ１２ａ〜１２ｅは、肉眼で確認可能な外観不良である。

本発明は、以上の如き事情に鑑みてなされたものであり、膜スジの発生を防止することで、ウエハの品質歩留まりの向上を図ることができる薄膜形成装置及び薄膜形成方法を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するために、成膜ガスをウエハ上に当てて薄膜を形成する薄膜形成装置であって、前記成膜ガスのガス流を供給口を介して供給するガス供給部と、前記ガス流をよぎる搬送路に沿って前記ウエハを搬送する搬送部と、前記ガス流を排気する排気部と、を含み前記排気部は、前記搬送路の両側方に配置されて前記ガス流を吸い込む少なくとも２つの排気口を含むことを特徴とする薄膜形成装置が提供される。

前記ガス供給部は、例えば、前記供給口がその端面において開口した供給ヘッドを有しても良い。また、前記排気部は、例えば、前記排気口がその端面において開口した排気ヘッドを有しても良い。さらに、前記供給ヘッドと前記排気ヘッドとが一体であっても良い。

さらに、薄膜形成装置は加熱部を有し、この加熱部は、例えば、前記搬送路を挟んで反対側に配置されている。

前記成膜ガスは、例えば、Ｏ₃及びＴＥＯＳ又はＯ₃、ＴＥＯＳ、ＴＭＯＰ及びＴＥＢからなっていても良い。

また、上述した課題を解決するために、ウエハを成膜ガスのガス流をよぎる搬送路に沿って前記ウエハを搬送して前記ウエハ上に薄膜を形成するする薄膜形成方法であって、前記搬送路の両側方の各々に設けられた少なくとも２つの排気口によって前記成膜ガスの流れ吸い込むことを特徴とする薄膜形成方法が提供される。

本発明の薄膜形成装置及び薄膜形成方法においては、排気口を搬送路の両側方に配置することにより膜スジの発生を防止しかつウエハの品質歩留まりの向上を図ることが出来る。

発明を実施するための形態

以下、本発明の実施例について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図２は、本発明の１つの実施例としての、例えば、Ｏ₃（オゾン）−ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン：Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄）−ＣＶＤ装置である薄膜形成装置の概略断面図である。

図２に示されているように、薄膜形成装置２０は、トレイ２１上に載せたウエハ１０を挿入部２２から排出部２３まで搬送する搬送装置２４が設けられている。例えば、搬送装置２４は、ローラー２４ａとベルト２４ｂとからなるベルトコンベアであっても良い。また、搬送装置２４はベルトコンベアに限られることなく、例えばローラーコンベア等の他の種類のコンベアであっても良い。なお、ウエハ１０は、搬送装置２４の種類に応じて、トレイ２１に載せずに搬送しても良い。搬送装置２４の上方には搬送装置２４の全体を覆うようにカバー２５が設けられている。カバー２５は、外部からの塵等がウエハ１０への付着を防止しかつ後述する加熱装置による加熱効率の向上を図ることが出来る。また、挿入部２２には、ウエハ１０を載せたトレイ２１をベルト２４ｂ上に挿入する挿入装置（図示せず）が設けられても良い。さらに、排出部２３には、ウエハ１０を載せたトレイ２１をベルト２４ｂ上から排出する排出装置（図示せず）が設けられても良い。従って、ウエハ１０は、破線矢印で示されているように左側から右側へと（すなわちＸ軸方向に沿って）順次搬送される。

搬送装置２４の略中央上方には、後述する下方（すなわちウエハ１０）に向けて成膜ガスを供給する供給口を有するディスパージョンヘッド２６及び後述する成膜ガス流を吸い込む排気口を有する排気ヘッド２７が設けられている。例えば、ディスパージョンヘッド２６の周囲を囲むように排気ヘッド２７が接合されることで、ディスパージョンヘッド２６と排気ヘッド２７とを一体化させても良い。また、排気バランスのために、ディスパージョンヘッド２６と排気ヘッド２７とを独立して設けても良い。ディスパージョンヘッド２６には、供給ライン２８を介して成膜原料ガス源２９ａ〜２９ｄが接続されている。例えば、成膜原料ガス源２９ａ〜２９ｃの各々には、ＴＥＯＳ、ＴＭＯＰ（トリメチルホスフェート：ＰＯ（ＯＣＨ₃）₃）及びＴＥＢ（トリエトキシボラン：Ｂ（ＯＣ₂Ｈ₅）₃）が液体状で貯留されても良い。また、成膜原料ガス源２９ｄはオゾン生成装置あっても良い。さらに、成膜原料ガス源２９ａ〜２９ｃに貯留された液体状のＴＥＯＳ、ＴＭＯＰ及びＴＥＢは、各々に接続された気化器３０ａ〜３０ｃによって気化されてディスパージョンヘッド２６に供給される。供給ライン２８を介して供給されたオゾン、ＴＥＯＳ、ＴＭＯＰ及びＴＥＢは、ディスパージョンヘッド２６内にて混合される。混合された成膜ガスは、ディスパージョンヘッド２６からウエハ１０に向かう（すなわち、上方から下方に向かって）ガス流として供給される。かかる内容については、後ほど詳細に説明する。

また、形成する薄膜の種類に応じてＴＭＯＰ及びＴＥＢを使用しない場合もある。かかる場合には、供給ライン２８に設けられたバルブ（図示せず）によって供給を停止しても良い。さらに、形成する薄膜の種類に応じて上述した以外の成膜原料ガスを使用しても良い。

なお、ディスパージョンヘッド２６、供給ライン２８及び成膜原料ガス源２９ａ〜２９ｄを含めてガス供給部と称する。

また、排気ヘッド２７には、排気ライン３１を介して排気装置３２が接続されている。排気装置３２は、例えば、ファン及びフィルター等から構成されても良く、後述する排気口から吸い込まれた成膜ガスを排気ラインを介して薄膜形成装置２０の外部へ排出することが出来る。

搬送装置２４の搬送路の下方（すなわち、ベルト２４ｂの下方）には、加熱装置３３が設けられている。加熱装置３３は、例えば、ヒータであっても良い。また、加熱装置３３は、形成する薄膜の種類によって基板の加熱温度を変更することが出来ても良い。なお、加熱装置３３は、搬送路の下方に限られることなく、例えば、搬送路の上方等に設けても良い。また、十分加熱した状態でウエハが搬送されてくるのであれば加熱装置３３をあえて設けなないものであっても良いが、上述のように加熱温度の変更や調整を考慮すれば、加熱装置３３を設ける方が好適である。

上述する構成を備えることによって、Ｏ₃−ＴＥＯＳ−ＣＶＤ装置は、Ｏ₃、ＴＥＯＳ、ＴＭＯＰ及びＴＥＢの成膜原料ガスを混合して使用することで、Ｏ₃−ＴＥＯＳ−ＮＳＧ（Non Doped Silicate Glass）、Ｏ₃−ＴＥＯＳ−ＢＰＳＧ（Boro Phospho Silicate Glass）及びＯ₃−ＴＥＯＳ−ＰＳＧ（Phospho Silicate Glass）の薄膜のいずれか１つをウエハ１０上に形成することが出来る。

次に、図３乃至図６を参照しつつ、ディスパージョンヘッド２６及び排気ヘッド２７について詳細に説明する。

図３は、図２の一点鎖線部分３を拡大した斜視図である。なお、ウエハ１０及びトレイ２１は便宜上１組のみを記載している。

図３に示されているように、ディスパージョンヘッド２６の上面には供給ライン２８が接続されている。また、ディスパージョンヘッド２６の周囲には排気ヘッド２７が設けられている。さらに、排気ヘッド２７の上面には２つの排気ライン３１が設けられている。また、ディスパージョンヘッド２８に接続される供給ライン２８を複数設け、成膜原料ガスを独立してディスパージョンヘッド２８に導入する構造を用いても良い。

ベルト２４ｂは、ディスパージョンヘッド２６の真下を通過するように設けられている。従って、ベルト２４ｂは、ディスパージョンヘッド２６から下方に向かうガス流をよぎる。かかる内容については、後ほど詳細に説明する。

トレイ２１上のウエハ１０は、ベルト２４ｂによって破線矢印で示されているように左下側から右上側へと（すなわちＸ軸方向に沿って）搬送される。また、ウエハ１０は、ベルト２４ｂの略中心上を破線矢印方向に搬送される故、ディスパージョンヘッド２６の真下を通過する。かかるウエハ１０の通過位置についても、後ほど詳細に説明する。

図４は、ディスパージョンヘッド２６及び排気ヘッド２７の底面図である。

図４に示されているように、排気ヘッド２７には、断面形状が略楕円形の排気口４１がディスパージョンヘッド２６の短辺側の両端に（すなわち、Ｘ軸方向に沿って）設けられている。例えば、排気口４１は、ウエハ１０を排気口４１の間を搬送させるために、３０ｃｍ〜３２ｃｍ離れて設けられても良い。なお、排気バランスを所定の状態に保ちウエハ１０に均一に薄膜を形成することが出来れば、排気口４１の断面形状、数量及び位置は図４の状態に限られることはない。例えば、排気口４１の断面形状を円形として、排気ヘッド２７の四隅に設けても良い。

また、ディスパージョンヘッド２６には、成膜ガスのガス流を供給するための複数の供給口４２が設けられている。例えば、供給口４２の各々の断面形状は略長方形あって、ディスパージョンヘッド２６の短辺方向（すなわち、Ｘ軸方向）に並列して設けられても良い。また、ウエハ１０に均一に薄膜を形成することが出来れば、供給口４２の断面形状、数量及び位置は図４の状態に限られることはない。例えば、供給口４２をディスパージョンヘッド２６の長辺方向（すなわち、Ｙ軸方向）に並列して設けられても良い。さらに、複数の供給口４２を全体として格子状に設けても良い。なお、ディスパージョンヘッド２６は、ウエハ１０に成膜ガスのガス流を供給する故、ウエハ１０の搬送方向をよぎる方向（すなわちＹ軸方向）の幅は、ウエハ１０の幅よりも大きいことが望ましい。

図５は、図３及び図４における一点鎖線５の断面図である。なお、ウエハ１０及びトレイ２１の位置は、便宜上ディスパージョンヘッド２６の真下に搬送された場合を記載している。

図５に示されているように、ディスパージョンヘッド２６は、その内部に成膜ガスを混合するためのディスパージョンヘッド孔５１を有している。また、ディスパージョンヘッド２６の上部には、各種成膜原料ガスをディスパージョンヘッド孔５１に導入するための導入孔５２が設けられている。従って、導入孔５２が供給ライン２８の供給孔２８ａと繋がるようにディスパージョンヘッド２６と供給ライン２８とが接続されている。供給孔２８ａからディスパージョンヘッド孔５１に導入された成膜原料ガスの流れを破線矢印５ａによって示す。さらに、排気ヘッド２７に設けられた排気口４１が排気ライン３１の排気孔５３と繋がるように、排気ヘッド２７と排気ライン３１とが接続されている。

上述したように、ディパージョンヘッド孔５２へ導入された各種成膜原料ガスは、成膜原料ガスとして混合される。混合された成膜ガスは、順次導入される各種成膜原料ガスによって、供給口４２から下方に向けて流出する（すなわち、下方に向かう成膜ガスのガス流が発生する）。かかる成膜ガスのガス流を破線矢印５ｂによって示す。従って、ディスパージョンヘッド孔５２に成膜原料ガスが導入されることによって、成膜ガスのガス流が常に下方に向けて発生する。

また、排気ヘッド２７には排気ライン３１を介して排気装置３２が接続されている故、排気装置３２を稼動することによって排気ヘッド２７の排気口４１から成膜ガスを上方に向けて吸い込む（すなわち成膜ガスのガス流を上部へ吸い込む）。かかる成膜ガスのガス流が吸い込まれる流れを破線矢印５ｃにて示す。

図５に示されているように、排気口４１はウエハ１０の両側方（すなわち、ベルト２４ｂを挟みかつベルトの上方）に設けられている。また、ベルト２４ｂは破線矢印５ｂで示されたガス流のみをよぎる方向に設けられている。従って、ウエハ１０の上面全体は成膜ガスの排気口４１に向けてのガス流をよぎることなく、ディスパージョンヘッド孔５２から供給される成膜ガスのガス流のみをよぎる方向にベルト２４ｂによって搬送される。なお、排気口４１は、上方に限られることなく、ウエハ１０の搬送経路と同じ高さ若しくはそれよりも下方に設けても良い。

図６は、図３及び図４における一点鎖線６ａ及び６ｂの断面図である。なお、ウエハ１０及びトレイ２１の位置は、便宜上ディスパージョンヘッド２６の真下に搬送された場合を記載している。

図６（ａ）の上側の破線矢印６ｃは、ディスパージョンヘッド孔５１に導入される成膜原料ガスの流れを示し、下側の破線矢印６ｄは、ディスパージョンヘッド孔５１から発生する成膜ガスのガス流を示している。

図６（ａ）に示されているように、ウエハ１０の搬送経路上に排気口４１が存在しない故、ウエハ１０は成膜ガスの排気口４１に向けてのガス流をよぎることはない。また、ウエハ１０はＸ軸方向に沿って搬送され故、ウエハ１０の上面全体がディスパージョンヘッド孔５２から供給される成膜ガスのガス流をよぎる。

図６（ｂ）の破線矢印６ｅは、排気口４１から吸い込まれたガス流を示している。図６（ｂ）に示されているように、排気口４１の下方をウエハ１０は通過しない故、ウエハ１０は成膜ガスの排気口４１に向けてのガス流をよぎることはない。

図４乃至図６に示されるようなベルト２４ｂ及び排出口４１の配置構成を用いることによって、ウエハ１０は排出口４１の下方を通過することなく、ディスパージョンヘッド２６の下方を通過する（すなわち、ディスパージョンヘッド２６から供給される成膜ガスのガス流をよぎる方向に搬送される）。

従って、ベルト２４ｂ上を搬送されながら加熱装置３３によって加熱されるウエハ１０の上面全体は、常に破線矢印５ｃで示されたガス流によって薄膜（すなわち、二次的薄膜）が形成されることがなく、破線矢印５ｂで示されたガス流によってのみ薄膜（すなわち、直接的薄膜）が形成される。従って、ディスパージョンヘッド２６及び排気ヘッド２７に傷及び打痕等がある場合においてもウエハ１０上には、均一に薄膜が形成される。

以上のように、本実施例による薄膜形成装置及び薄膜形成方法によれば、排気口を搬送路の両側方に配置することにより膜スジの発生を防止しかつウエハの品質歩留まりの向上を図ることが出来る。

なお、本発明は、本実施例に記載された常圧ＣＶＤ法を用いた薄膜形成装置及び薄膜形成方法に限られることはなく、その他のＣＶＤ法を用いた薄膜形成装置及び薄膜形成方法であっても良い。

（ａ）は従来の薄膜形成装置によって形成される薄膜の平坦度を示すグラフ、（ｂ）は図１（ａ）のグラフに対応した膜スジを示すウエハの正面図である。本発明の実施例としての薄膜形成装置の概略断面図である。図２に示した装置おける一点鎖線３によって示された部分を拡大した斜視図である。本発明の実施例である薄膜形成装置のディスパージョンヘッド及び排気ヘッドの底面図である。図３及び図４に示した装置における一点鎖線５によって示された部分の断面図である。（ａ）は図３及び図４における一点鎖線６ａによって示され部分の断面図、（ｂ）は図３及び図４における一点鎖線６ｂによって示され部分の断面図である。

符号の説明

１０ウエハ
２０薄膜形成装置
２４搬送装置
２６ディスパージョンヘッド
２７排気ヘッド
２８供給ライン
２９ａ〜２９ｄ成膜原料ガス源
３１排気ライン
３２排気装置
４１排気口
４２供給口

Claims

成膜ガスをウエハ上に当てて薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
前記成膜ガスのガス流を供給口を介して供給するガス供給部と、
前記ガス流をよぎる搬送路に沿って前記ウエハを搬送する搬送部と、
前記ガス流を排気する排気部と、を含み、
前記排気部は、前記搬送路の両側方に配置されて前記ガス流を吸い込む少なくとも２つの排気口を含むことを特徴とする薄膜形成装置。
前記ガス供給部は、前記供給口がその端面において開口した供給ヘッドを有し、
前記排気部は、前記排気口がその端面において開口した排気ヘッドを有し、
前記供給ヘッドと前記排気ヘッドとが一体となっていることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
前記薄膜形成装置は、前記供給口の近傍に配置されて前記ウエハを加熱する加熱部を有し、該加熱部は、前記搬送路を挟んで前記成膜ガスの供給口の反対側に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の薄膜形成装置。
前記成膜ガスはＯ₃及びＴＥＯＳからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1に記載の薄膜形成装置。
前記成膜ガスはＯ₃、ＴＥＯＳ、ＴＭＯＰ及びＴＥＢからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1に記載の薄膜形成装置。
ウエハを成膜ガスの流れをよぎる搬送路に沿って前記ウエハを搬送して前記ウエハ上に薄膜を形成するする薄膜形成方法であって、
前記搬送路の両側方の各々に設けられた少なくとも２つの排気口によって前記成膜ガスのガス流を吸い込むことを特徴とする薄膜形成方法。
前記ウエハを、前記搬送路を挟んで前記成膜ガスの供給口の反対側から加熱することを特徴とする請求項６記載の薄膜形成方法。
前記成膜ガスはＯ₃及びＴＥＯＳからなることを特徴とする請求項６又は７記載の薄膜形成方法。
前記成膜ガスはＯ₃、ＴＥＯＳ、ＴＭＯＰ及びＴＥＢからなることを特徴とする請求項６又は７記載の薄膜形成方法。