JP2018170345A

JP2018170345A - 成膜装置

Info

Publication number: JP2018170345A
Application number: JP2017065261A
Authority: JP
Inventors: 信平阿部; Shinpei Abe
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2018-11-01
Anticipated expiration: 2037-03-29
Also published as: JP6822270B2

Abstract

【課題】ウェハの上面に形成される膜の厚さを均一に近づけることができる技術を提供する。【解決手段】成膜装置は、ハウジングと、前記ハウジング内に配置されている回転テーブルと、前記回転テーブルの上にウェハが配置された状態で前記回転テーブルを回転させる回転機構と、前記回転テーブルの上に配置されたウェハの上面の中心部に向けて原料ガスを供給するノズルと、前記回転テーブルの上に配置されたウェハの上面を覆うカバー部材を備えている。ウェハの上面と前記カバー部材の下面の間の幅が、ウェハの中心部側から外周部側に向かうにしたがって広くなっている。前記ノズルによってウェハの上面の中心部に向けて供給された原料ガスが、ウェハの上面と前記カバー部材の下面の間をウェハの中心部側から外周部側に向けて流れる。【選択図】図１

Description

本明細書に開示する技術は、成膜装置に関する。

特許文献１には、原料ガスを用いてウェハの上面に膜を形成する成膜装置が開示されている。特許文献１の成膜装置は、ハウジングと、ハウジング内に原料ガスを供給するガス供給管と、ハウジング内に配置されているテーブルを備えている。また、特許文献１の成膜装置は、テーブルの上に配置されたウェハの上面を覆うカバー部材を備えている。この成膜装置では、ウェハの上面に向けて供給された原料ガスが、ウェハの上面とカバー部材の下面の間を流れてゆく。

特開２００１−２２３１６９号公報

ウェハの上面を覆うカバー部材を備えている成膜装置では、原料ガスがウェハの上面とカバー部材の下面の間を流れる際に、原料ガスの流速が場所によって異なることがある。例えば、ウェハの外周部側を流れる原料ガスの流速が、ウェハの中心部側を流れる原料ガスの流速よりも速いことがある。原料ガスの流速が場所によって異なると、原料ガスによってウェハの上面に形成される膜の厚さが場所によって異なってしまうことがある。例えば、原料ガスの流速が速い場所では、より多くの原料ガスがウェハに触れ、かつ、原料ガスが早く排出されるため、ウェハの上面に形成される膜の厚さが厚くなる。そのため、ウェハの上面に形成される膜の厚さが均一にならない。そこで本明細書は、ウェハの上面に形成される膜の厚さを均一に近づけることができる技術を提供する。

本明細書に開示する成膜装置は、原料ガスを用いてウェハの上面に膜を形成する。この成膜装置は、ハウジングと、前記ハウジング内に配置されている回転テーブルと、前記回転テーブルの上にウェハが配置された状態で前記回転テーブルを回転させる回転機構と、前記回転テーブルの上に配置されたウェハの上面の中心部に向けて原料ガスを供給するノズルと、前記回転テーブルの上に配置されたウェハの上面を覆うカバー部材を備えている。ウェハの上面と前記カバー部材の下面の間の幅が、ウェハの中心部側から外周部側に向かうにしたがって広くなっている。前記ノズルによってウェハの上面の中心部に向けて供給された原料ガスが、ウェハの上面と前記カバー部材の下面の間をウェハの中心部側から外周部側に向けて流れる。

このような構成によれば、回転機構が回転テーブルを回転させることによって、回転テーブルの上に配置されているウェハが回転する。また、回転しているウェハの上面の中心部に向けてノズルから原料ガスが供給される。ウェハの上面の中心部に向けて供給された原料ガスは、ウェハの上面とカバー部材の下面の間をウェハの中心部側から外周部側に向けて流れる。このとき、回転するウェハの遠心力によって、ウェハの外周部側を流れる原料ガスの流速が、ウェハの中心部側を流れる原料ガスの流速よりも速くなる傾向がある。しかしながら、上記の構成によれば、ウェハの上面とカバー部材の下面の間の幅が、ウェハの中心部側から外周部側に向かうにしたがって広くなっている。そのため、ウェハの中心部側では、外周部側より幅が狭いので、そこを流れる原料ガスの流速が相対的に速くなる。一方、ウェハの外周部側では、中心部側より幅が広いので、そこを流れる原料ガスの流速が相対的に遅くなる。したがって、ウェハの中心部側を流れる原料ガスの流速と、ウェハの外周部側を流れる原料ガスの流速が互いに近づくことになる。その結果、ウェハの上面とカバー部材の下面の間を流れる原料ガスの流速を均一に近づけることができる。これによって、ウェハの上面に形成される膜の厚さを均一に近づけることができる。

成膜装置の概略を示す断面図。回転テーブルの概略を示す斜視図。図１の要部IIIを示す断面図。

実施例に係る成膜装置２は、原料ガスを用いて半導体ウェハの上面に膜を形成するＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置である。成膜装置２は、例えば金属系の原料ガスを用いて半導体ウェハの上面に薄膜を形成する。原料ガスは、例えばガリウムを原料としたガスや、アルミニウムを原料としたガス等である。

図１に示すように、成膜装置２は、原料ガスを供給するガス供給管９１と、処理ハウジング１０を備えている。また、成膜装置２は、処理ハウジング１０内に配置されている回転テーブル２０と、回転テーブル２０を回転させる回転機構６０を備えている。また、成膜装置２は、処理ハウジング１０内に配置されているガスガイド４０を備えている。

処理ハウジング１０は、回転テーブル２０とガスガイド４０を収容している。処理ハウジング１０の上部にガス供給管９１が接続されている。ガス供給管９１は、ガス供給源９２に接続されている。ガス供給管９１は、ガス供給源９２から供給される原料ガスを処理ハウジング１０内に供給する。処理ハウジング１０内に供給された原料ガスは、処理ハウジング１０の下部に接続されているポンプ９３によって吸引される。

処理ハウジング１０の下部には、軸支ハウジング１５が固定されている。軸支ハウジング１５には上開口部１６と下開口部１７が形成されている。軸支ハウジング１５内には、上ベアリング８４と下ベアリング８６が配置されている。

また、処理ハウジング１０の周りには、加熱コイル５０が配置されている。加熱コイル５０は、処理ハウジング１０を囲んでいる。加熱コイル５０は、処理ハウジング１０内に配置されている回転テーブル２０を非接触で加熱する。加熱コイル５０は、高周波誘導加熱の原理によって回転テーブル２０を加熱する。高周波誘導加熱では、コイル（加熱コイル５０）に電流が流れることによって磁界が発生し、その磁界の作用によって被加熱物（回転テーブル２０）に電流が流れ、それによって被加熱物にジュール熱が発生する。高周波誘導加熱によって回転テーブル２０が自己発熱する。高周波誘導加熱の原理については、公知であるので詳細な説明を省略する。

処理ハウジング１０内に配置されている回転テーブル２０は、図２に示すように、円板状に形成されている。回転テーブル２０は、導電体（例えば、金属、カーボン等）から形成されている。回転テーブル２０は、熱伝導性を有している。回転テーブル２０の上に円板状のウェハｗが配置される。

回転テーブル２０は、複数の支持部材７０を備えている。複数の支持部材７０は、回転テーブル２０内に間隔をあけて配置されている。複数の支持部材７０の先端部７２は、回転テーブル２０の上面よりも上側に突出している。複数の先端部７２の上にウェハｗが配置される。複数の支持部材７０によってウェハｗが支持される。

回転テーブル２０には複数のストッパ３０が固定されている。複数のストッパ３０は、回転テーブル２０の周方向に沿って間隔をあけて並んで配置されている。複数のストッパ３０は、回転テーブル２０の上に配置されているウェハｗを囲んでいる。複数のストッパ３０は、ウェハｗの外周面に接触してウェハｗを支持する。

回転テーブル２０には回転軸２１が固定されている。回転軸２１は、回転テーブル２０の回転中心２２と同軸になるように配置されている。回転軸２１の上端部が回転テーブル２０に固定されている。回転軸２１は、上下方向に延びている。回転軸２１の下端部が回転機構６０に固定されている。また、回転軸２１は、軸支ハウジング１５に挿入されている。回転軸２１は、軸支ハウジング１５の上開口部１６、上ベアリング８４、下ベアリング８６および下開口部１７に挿入されている。回転軸２１と軸支ハウジング１５の上開口部１６との間には、シール部材１８が配置されている。回転軸２１は、軸支ハウジング１５によって回転可能な状態で支持されている。

回転機構６０は、回転軸２１を回転させることによって回転テーブル２０を回転させる機構である。回転機構６０は、例えばモータを備えており、モータの回転によって回転軸２１を回転させる。回転軸２１が回転すると、回転軸２１に固定されている回転テーブル２０が回転する。ウェハｗが回転テーブル２０の上に配置されている状態で、回転機構６０が回転テーブル２０を回転させる。

図１に示すように、処理ハウジング１０内に配置されているガスガイド４０は、ノズル４２とカバー部材４１を備えている。ノズル４２とカバー部材４１は、一体的に形成されている。ガスガイド４０は、回転テーブル２０の上方に配置されている。ガスガイド４０は、接続部材６１を介して処理ハウジング１０の上部に固定されている。接続部材６１にはガス流路６２が形成されている。ガスガイド４０の材質は、高温に耐え、かつ、非導電性であることが好ましい。ガスガイド４０の材質としては、例えば窒化ボロンを用いることができる。

図３に示すように、ガスガイド４０のノズル４２は、回転テーブル２０の中心部の上方に配置されている。ノズル４２は上下方向に延びている。ノズル４２にはガス流路４３が形成されている。ガス流路４３は上下方向に延びている。ノズル４２のガス流路４３が接続部材６１のガス流路６２に接続されている。ノズル４２は、接続部材６１を介してガス供給管９１に接続されている。ガス供給管９１によって供給された原料ガスが、接続部材６１を介してノズル４２に供給される。ノズル４２のガス流路４３は、回転テーブル２０の中心部に向けて開口している。ノズル４２は、回転テーブル２０の上に配置されたウェハｗの上面１０１に向けて原料ガスを供給する。ノズル４２は、ウェハｗの上面１０１の中心部に向けて原料ガスを供給する。

ガスガイド４０のカバー部材４１は、ノズル４２の下端部に固定されている。カバー部材４１は、ノズル４２の外周部に固定されている。カバー部材４１は、概して円板状に形成されている。カバー部材４１は、回転テーブル２０の上方に配置されている。カバー部材４１は、回転テーブル２０の上面を覆っている。ウェハｗが回転テーブル２０の上に配置された状態では、カバー部材４１がウェハｗの上面１０１を覆っている。

ウェハｗの上面１０１とカバー部材４１の下面４０１の間には隙間９５が形成されている。上下方向における隙間９５の幅Ｈは、ウェハｗの径方向に沿って変化している。隙間９５の幅Ｈは、ウェハｗの中心部側から外周部側に向かうにしたがって広くなっている。ウェハｗの中心部側では外周部側よりも隙間９５の幅Ｈが狭く、ウェハｗの外周部側では中心部側よりも隙間９５の幅Ｈが広い。カバー部材４１の下面４０１は、テーパー状に形成されている。カバー部材４１の下面４０１は、から外周部側に向かうにしたがって上昇している。カバー部材４１の下面４０１が傾斜している。ウェハｗの中心部側では外周部側よりもカバー部材４１の下面４０１が低い位置にある。

次に、上記の成膜装置２の動作について説明する。上記の成膜装置２では、回転テーブル２０の上にウェハｗが配置されている状態で、回転機構６０が回転テーブル２０を回転させる。これによって、ウェハｗが回転する。また、上記の成膜装置２では、ガス供給管９１によってガス供給源９２から処理ハウジング１０内に原料ガスが供給される。この原料ガスは、ガスガイド４０のノズル４２によって、回転テーブル２０の上に配置されたウェハｗの上面１０１に向けて供給される。ガスガイド４０のノズル４２は、ウェハｗの上面１０１の中心部に向けて原料ガスを供給する。ウェハｗの上面１０１の中心部に向けて供給された原料ガスは、ガスガイド４０のカバー部材４１とウェハｗの間の隙間９５を通って流れてゆく。この原料ガスは、ウェハｗの上面１０１に沿って、ウェハｗの中心部側から外周部側に向けて流れる。原料ガスがウェハｗの上面１０１に沿って流れることにより、ウェハｗの上面１０１に膜が形成される。

原料ガスがウェハｗの上面１０１に沿って流れるときに、ウェハｗの中心部側では、隙間９５の幅Ｈが外周部側よりも狭いので、隙間９５を流れる原料ガスの流速が相対的に速くなる。一方、ウェハｗの外周部側では、隙間９５の幅Ｈが中心部側よりも広いので、隙間９５を流れる原料ガスの流速が相対的に遅くなる。

以上、成膜装置２の構成と動作について説明した。上記の説明から明らかなように、成膜装置２は、回転テーブル２０の上に配置されたウェハｗの上面１０１を覆うカバー部材４１を備えている。また、ウェハｗの上面１０１とカバー部材４１の下面４０１の間の幅Ｈが、ウェハｗの中心部側から外周部側に向かうにしたがって広くなっている。そのため、原料ガスがウェハｗの上面１０１とカバー部材４１の下面４０１の間をウェハｗの中心部側から外周部側に向けて流れるときに、ウェハｗの中心部側では、外周部側より隙間９５の幅Ｈが狭いので、そこを流れる原料ガスの流速が相対的に速くなる。一方、ウェハｗの外周部側では、中心部側より隙間９５の幅Ｈが広いので、そこを流れる原料ガスの流速が相対的に遅くなる。これによって、ウェハｗの中心部側を流れる原料ガスの流速と、ウェハｗの外周部側を流れる原料ガスの流速が互いに近づくことになる。そのため、ウェハｗの上面１０１とカバー部材４１の下面４０１の間を流れる原料ガスの流速を、ウェハｗの中心部側と外周部側で均一に近づけることができる。これによって、ウェハｗの上面１０１に形成される膜の厚さを均一に近づけることができる。

以上、一実施例について説明したが、具体的な態様は上記実施例に限定されるものではない。以下の説明において、上述の説明における構成と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

上記の実施例では、カバー部材４１とノズル４２が一体的に形成されていたが、この構成に限定されるものではない。カバー部材４１とノズル４２が別体で形成されていてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：成膜装置
１０：処理ハウジング
１５：軸支ハウジング
１６：上開口部
１７：下開口部
１８：シール部材
２０：回転テーブル
２１：回転軸
２２：回転中心
４０：ガスガイド
４１：カバー部材
４２：ノズル
４３：ガス流路
５０：加熱コイル
６０：回転機構
６１：接続部材
６２：ガス流路
７０：支持部材
８４：上ベアリング
８６：下ベアリング
９２：ガス供給源
９３：ポンプ
９５：隙間
１０１：上面
４０１：下面

Claims

原料ガスを用いてウェハの上面に膜を形成する成膜装置であって、
ハウジングと、
前記ハウジング内に配置されている回転テーブルと、
前記回転テーブルの上にウェハが配置された状態で前記回転テーブルを回転させる回転機構と、
前記回転テーブルの上に配置されたウェハの上面の中心部に向けて原料ガスを供給するノズルと、
前記回転テーブルの上に配置されたウェハの上面を覆うカバー部材を備えており、
ウェハの上面と前記カバー部材の下面の間の幅が、ウェハの中心部側から外周部側に向かうにしたがって広くなっており、
前記ノズルによってウェハの上面の中心部に向けて供給された原料ガスが、ウェハの上面と前記カバー部材の下面の間をウェハの中心部側から外周部側に向けて流れる、成膜装置。