JP2018174315A - 半導体プロセスに用いられるガス噴射器と天板のアセンブリー、及び成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体基板上に薄膜を形成する気相成膜装置に関するものであり、詳しくは、半導体プロセスに用いられるガス噴射器と天板のアセンブリーに関するものを提供する。
【解決手段】半導体プロセスに用いられるガス噴射器と天板のアセンブリーであって、前記アセンブリーは、ガス噴射器と、天板とを含む。前記ガス噴射器は、ガス流道部と、前記ガス流道部と連通する噴流部と、前記噴流部の表面に設置される複数の固定部とを含む。前記天板は、前記複数の固定部を収納し係合するための嵌合部を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体基板上に薄膜を形成する気相成膜装置に関するものであり、詳しくは、半導体プロセスに用いられるガス噴射器と天板のアセンブリーに関するものである。

半導体基板上に薄膜を形成するプロセスにおいて、基板を収納する成膜装置の反応チャンバー内においては、ガス噴射器によりガス源から供給されるガスを水平（又は垂直）にサセプタ（ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ）上における基板の上方に噴射し混ぜさせ、そして加熱による物理的又は化学的反応により、基板（例えば、ウエハ）上に薄膜を堆積する。ガス噴射器の設計は、ガス源からのガスを水平に噴射し、回転する基板の表面に均一に分布させることにより、基板の表面に均一なレイヤを生成させ、薄膜の堆積が順調に行うことを達成しなければならない。

図１は、従来の成膜装置における反応チャンバーを模式的に示す断面図である。成膜装置は、気相の薄膜を堆積するように用いられる反応チャンバー１０を含む。前記反応チャンバー１０は、チャンバー壁１１及びチャンバー蓋１２に囲まれ、真空に近い密閉のチャンバーである。前記チャンバー内に、少なくとも一枚の基板Ｗを載置し、固定するための基板保持部材１３が設けられる。基板保持部材１３と対向するように天板（ｃｅｉｌｉｎｇ；対向板）１４が設けられ、チャンバー蓋１２の中央には、ガス噴射器１５が設けられる。前記ガス噴射器１５は、プロセスに用いられるガス、例えば、Ｈ_２／Ｎ_２／Ｖ族の原料ガス、ＩＩＩ族の原料ガスとキャリアガス（ｃａｒｒｉｅｒ ｇａｓ）の混合ガス、並びにＨ_２／Ｎ_２／Ｖ族の原料ガスを導入と輸送すると共に、基板Ｗの上に水平に噴射してから混ぜさせ、そして加熱による物理的又は化学的反応により、ウエハＷの上に薄膜を堆積する。

薄膜の堆積プロセスでは、パーティクルがプロセス中に天板１４の下表面に付着してからウエハ上への落ちにより、ウエハの歩留まりが悪くなることを防ぐため、チャンバー蓋１２に取り付ける天板１４の下表面の温度は、約３００℃程度に制御しなければならない。チャンバー蓋１２に取り付けられる天板１４とチャンバー蓋１２との間にギャップが形成される。パーティクルがプロセス中に天板１４の下表面への付着を防止することを目的として、前記ギャップに、異なる流量やガス組合の混合ガスを通過させることにより、天板１４の下表面の温度を制御することができる。この設計は、水素ガス（Ｈ_２）と窒素ガス（Ｎ_２）、及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ）を使用することにより、異なる流量やガス組合を調節するとともに、天板１４とチャンバー蓋１２のギャップを均一に０．１ｍｍに保持することにより、混合ガスが流れる際の均一性を保持し、ひいては温度の均一性を達成する。

過去、天板をチャンバー蓋に固定する方法はいくつかある。その一つは、特殊のツールにより固定リングを天板の表面に取り締める方法であるが、異なる作業員の操作差異によって、取付後の全体の公差と位置決めに悪影響をもたらす。もう一つは、回転掴みフックの四本により天板上における対応係合部を掴む方法である。しかし、掴んだ後の移動時には、回転掴みフック同士の間に力の不均一問題が生じやすいことにより、天板の水平度が水平にならなくなるため、前記混合ガスの流れの均一性に不利をもたらす。

上述のように、半導体の製造には、前記のような取付けの困難や、ガス流の均一性などの問題を改善できる気相成膜装置が求められ、これにより、堆積する薄膜の質を向上することができる。

本発明は、天板の固定方式を改善するとともに、自動化手段によるアライメント及び係合を行うことにより、取付けの効率を向上する、半導体プロセスに用いられるガス噴射器と天板のアセンブリーを提供する。

本発明は、天板とチャンバー蓋の組合後の組合公差及び天板の水平度を向上するにより、混合ガスの流れに不均一の問題を防止できる気相成膜装置を提供する。

そこで、本発明の一実施例において、噴射器と、天板とを含み、前記噴射器は、ガス流路部と、前記ガス流路部と連通される噴流部と、前記噴流部の表面に設置される複数の固定部とを含み、前記天板は、前記複数の固定部を収納し係合する嵌合部と、前記嵌合部と結合される平板とを含む、半導体プロセスに用いられるガス噴射器と天板のアセンブリーが提供される。

他の実施例において、前記複数の固定部の各々は、第１位置決め部材を含み、前記嵌合部は、それらの第１位置決め部材に対応しあう複数の第２位置決め部材を含む。前記第１位置決め部材の各々は、位置決めピン及び位置決め孔のいずれか一つであり、前記第２位置決め部材は、前記位置決めピン又は前記位置決め孔の他方である。

他の実施例において、前記嵌合部は、開口と前記平板との間に形成される収納室を有し、前記複数の固定部は、前記開口から進入し回転した後に前記収納室内の対応位置に収納される。

他の実施例において、前記平板の中央には、貫通孔が形成され、前記貫通孔は、前記噴流部の一部を通過させることができる。

他の実施例において、前記複数の固定部は、前記噴流部の周りに放射状に突設される。前記嵌合部の開口は、前記噴流部及び突設される前記複数の固定部のサイズに合わせて形成される。

本発明のまた他の実施例において、反応チャンバーと、ガス噴射器と、天板とを含み、前記ガス噴射器は、ガス流路部と、前記ガス流路部と連通される噴流部と、前記噴流部の表面に設置される複数の固定部とを含み、前記天板は、前記反応チャンバー内の上壁面に隣接すると共に、前記複数の固定部を収納し係合する嵌合部と、前記嵌合部と結合される平板とを含む、半導体プロセスに用いられる成膜装置が提供される。

他の実施例において、前記複数の固定部の各々は、第１位置決め部材を含み、前記嵌合部は、それらの第１位置決め部材に対応しあう複数の第２位置決め部材を含む。前記第１位置決め部材の各々は、位置決めピン及び位置決め孔のいずれか一つであり、前記第１位置決め部材は、前記位置決めピン又は前記位置決め孔の他方である。

他の実施例において、前記嵌合部は、開口と前記平板との間に形成される収納室を有し、前記複数の固定部は、前記開口から進入し回転した後に前記収納室内の対応位置に収納される。

他の実施例において、前記平板の中央には、貫通孔が形成され、前記貫通孔は、前記噴流部の一部を通過させることができる。

他の実施例において、前記複数の固定部は、前記噴流部の周りに放射状に突設される。前記嵌合部の開口は、前記噴流部及び突設される前記複数の固定部のサイズに合わせて形成される。

他の実施例において、前記成膜装置は、前記ガス噴射器と結合される連結ホルダーと、前記連結ホルダーに固定される移動部材と、前記移動部材をリニア運動させる駆動部材とを含む位置決め固定手段をさらに含む。前記位置決め固定手段は、前記ガス流路部と相対的にスライドするスリーブをさらに含み、前記スリーブは、前記反応チャンバーの外部に固定される。

他の実施例において、前記成膜装置は、前記ガス噴射器が回転するように駆動することにより、前記複数の固定部を前記嵌合部に係合させる回転手段をさらに含む。

従来の成膜装置における反応チャンバーを模式的に示す断面図である。 本発明の一実施例における成膜装置の反応チャンバーを模式的に示す断面図である。 図２におけるガス噴射器を模式的に示す斜視図である。 図２における天板を模式的に示す斜視図である。 図３Ｂの嵌合部を示す底面図である。 本発明の他の実施例における固定部を模式的に示す斜視図である。 本発明の他の実施例における固定部を模式的に示す斜視図である。

発明を実施するための型態

以下、本発明を実施するための各種の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一又は同一の構成については、同一の符号を付与することによって重複した説明を省く。

図２は、本発明の一実施例における成膜装置の反応チャンバーを模式的に示す断面図である。図面に示されるように、成膜装置２の反応チャンバー２０は、ＩＩＩ／Ｖ族化合物に対する半導体成膜装置に用いられる例であり、チャンバー壁２１及びチャンバー蓋２２により真空に近い密閉のチャンバーを取り囲むものである。前記チャンバー内には、少なくとも一枚の基板Ｗを載置し固定するための基板保持部材２３が設けられる。前記チャンバー内は、基板保持部材２３と対向するように天板（ｃｅｉｌｉｎｇ；対向板）２４が設けられ、チャンバー蓋２２の中央に、ガス噴射器２５が設けられる。

前記天板２４は、平板２４１と、複数の固定部２５３を収納し係合するための嵌合部２４２とを含み、前記嵌合部２４２と平板２４１は互いに結合されている。前記ガス噴射器２５は、ＩＩＩ族及びＶ族の原料ガスを輸送するガス流道部２５１と、前記ガス流道部２５１と連通する噴流部２５２と、前記噴流部２５２の表面に設けられる複数の固定部２５３とを含む。前記噴流部２５２から基板Ｗの上に向けてそれらのガスを噴射し混合させ、加熱による物理的又は化学的反応により、ウエハＷの上に薄膜を堆積する。

前記成膜装置２は、位置決め固定手段２６をさらに含み、前記位置決め固定手段２６は、前記ガス噴射器２５と結合される連結ホルダー２６４と、前記連結ホルダー２６４に固定される移動部材２６２と、前記移動部材２６２をリニア運動させる駆動部材２６１とを含む。本実施例においては、ガス流道部２５１と連結ホルダー２６４が互いに結合されている。前記移動部材２６２は、ナット又はボールナットであっても良く、前記駆動部材２６１は、リードスクリュー又はボールリードスクリューであっても良く、即ち、前記移動部材２６２は、前記駆動部材２６１の回動または移動によりリニア運動する。前記位置決め固定手段２６は、前記ガス流道部２５１に対して相対的にスライドするスリーブ２６３をさらに含み、前記スリーブ２６３は、前記反応チャンバー２０の外部、例えば、チャンバー蓋２２の上表面に固定される。

前記成膜装置２は、回転手段２８をさらに含み、前記回転手段２８は、ガス流道部２５１が回動してから移動するように駆動し、ステップモーター、タイミングベルト、及びベルトプーリーを含んでも良いが、この実施例に限らない。前記ガス流道部２５１が回動すると、前記嵌合部２４２内に合わせられるように、ガス噴射器２５の噴流部２５２及びその上の前記複数の固定部２５３も中心線（前記ガス流道部２５１及び噴流部２５２の中心線）を中心に回転し位置決めされ、そして、ガス噴射器２５がさらに上にわずかに移動することにより、前記複数の固定部２５３が係合されるようにする。

図３Ａは、図２におけるガス噴射器を模式的に示す斜視図である。前記ガス噴射器２５は、ガス流道部２５１と、噴流部２５２と、複数の固定部２５３とを含む。前記複数の固定部２５３は、前記噴流部２５２の周りに放射状に突設され、対称的に（偶数の場合）又は円周を均分する（奇数の場合）ように前記噴流部２５２の上半部の周りに配置される。前記噴流部２５２の下半部は、図２に示すように平板２４１から露出し、上記複数の原料ガスを噴射することができる。前記複数の固定部２５３の上表面の各々は、少なくとも一つの第１位置決め部材２５３１が設けられ、この実施例においては、位置決めピン又は係止ロッドである。

前記ガス噴射器２５と互いに係合される天板２４を、図３Ｂの斜視図に模式的に示す。前記天板２４は、平板２４１と、前記複数の固定部２５３を収納し係合するための嵌合部２４２とを含み、前記嵌合部２４２と平板２４１は互いに結合されている。前記平板２４１は石英により構成されても良い。前記嵌合部２４２は、開口２４２１を有することにより、前記平板２４１との間に収納室２４２２が形成される。前記複数の固定部２５３は、前記開口２４２１から進入し回転した後に、前記収納室２４２２内の対応位置に収納される。前記収納室２４２２の上壁には、それらの第１位置決め部材２５３１を係合するための複数の第２位置決め部材２４２３が設けられる。この実施例において、第２位置決め部材２４２３は、位置決め孔であっても良く、相対的にスライド可能なスリットであっても良い。前記平板２４１の中央には、前記噴流部２５２の下半部を通過させることができる貫通孔２４１１が形成される。

図４は、図３Ｂの嵌合部を示す底面図である。前記嵌合部２４２の周りには、複数の皿穴２４２４が設けられ、それらの皿穴２４２４は、ねじを収納すると共に、平板２４１と互いに結合されている。前記嵌合部２４２の開口２４２１は、前記噴流部２５２及び突設される前記複数の固定部２５３のサイズに合わせて形成される。複数の第２位置決め部材２４２３は、放射状の開口２４２１における二つの延出の台形口の間に均等に配置される。

図５Ａ及び５Ｂは、本発明の他の実施例における固定部を模式的に示す斜視図である。図５Ａに示すように、固定部５５３は、長方形の形状を有するが、その形状は、長方形に限られなく、方形、円弧形または台形であっでも良く、また、その上表面に、少なくとも一つの第１位置決め部材５５３１が設けられる。前述した図３Ａの実施例において、固定部５５３は台形であって、その下底（前記噴流部２５２に接続する部分）が狭く、上底が広くなる形状である。図５Ｂに示すように、固定部５５３’の形状は台形であって、その下底（前記噴流部２５２に接続する部分）が広く、上底が狭い形状であり、上記と同様にその上表面に少なくとも一つの第１位置決め部材５５３１’が設けられる。

以上、本発明の技術内容及び技術特徴の詳細について説明したが、本発明に属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の記載及び教示に基づき、本発明の精神を離脱しない各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかである。そのため、本発明の範囲は実施例の掲示内容に限定されることではない。本発明の精神を離脱しない各種の変更例または修正例も本発明の範囲に含まれるものであり、添付の特許請求の範囲に含まれるべきである。

１０、２０ 反応チャンバー
１１、２１ チャンバー壁
１２、２２ チャンバー蓋
１３、２３ 基板保持部材
１４、２４ 天板
１５、２５ ガス噴射器
２６ 位置決め固定手段
２７ ガス供給源
２８ 回転手段
２４１ 平板
２４２ 嵌合部
２５１ ガス流路部
２５２ 噴流部
２５３、５５３、５５３’ 固定部
２６１ 駆動部材
２６２ 移動部材
２６３ スリーブ
２６４ 連結ホルダー
２４２１ 開口
２４２２ 収納室
２４２３ 第２位置決め部材
２４２４ 皿穴
２５３１、５５３１ 、５５３１’ 第１位置決め部材
Ｗ 基板

Claims (19)

1. ガス流路部と、前記ガス流路部と連通される噴流部と、前記噴流部の表面に設置される複数の固定部とを含むガス噴射器と、
   前記複数の固定部を収納し係合する嵌合部と、前記嵌合部と結合される平板とを含む天板と、
   を含むことを特徴とする、
   半導体プロセスに用いられるガス噴射器と天板のアセンブリー。
2. 前記複数の固定部の各々は、第１位置決め部材を含み、前記嵌合部は、それらの第１位置決め部材に対応しあう複数の第２位置決め部材を含むことを特徴とする
   請求項１に記載の、半導体プロセスに用いられるガス噴射器と天板のアセンブリー。
3. 前記第１位置決め部材の各々は、位置決めピン及び位置決め孔のいずれか一つであり、前記第２位置決め部材は、前記位置決めピン又は前記位置決め孔の他方であることを特徴とする
   請求項２に記載の、半導体プロセスに用いられるガス噴射器と天板のアセンブリー。
4. 前記嵌合部は、開口と、前記平板との間に形成される収納室を有し、前記複数の固定部は、前記開口から進入し回転した後に前記収納室内の対応位置に収納されることを特徴とする
   請求項１に記載の、半導体プロセスに用いられるガス噴射器と天板のアセンブリー。
5. 前記平板の中央には、貫通孔が形成され、前記貫通孔は、前記噴流部の一部を通過させることを特徴とする
   請求項１に記載の、半導体プロセスに用いられるガス噴射器と天板のアセンブリー。
6. 前記複数の固定部は、前記噴流部の周りに放射状に突設されることを特徴とする
   請求項１に記載の、半導体プロセスに用いられるガス噴射器と天板のアセンブリー。
7. 前記嵌合部の開口は、前記噴流部及び突設される前記複数の固定部のサイズに合わせて形成されることを特徴とする
   請求項６に記載の、半導体プロセスに用いられるガス噴射器と天板のアセンブリー。
8. 前記複数の固定部は、台形、長方形、方形或いは円弧形をなしていることを特徴とする
   請求項１に記載の、半導体プロセスに用いられるガス噴射器と天板のアセンブリー。
9. 反応チャンバーと、
   ガス流路部と、前記ガス流路部と連通される噴流部と、前記噴流部の表面に設置される複数の固定部とを含むガス噴射器と、
   前記反応チャンバー内の上壁面に隣接され、前記複数の固定部を収納し係合する嵌合部と、前記嵌合部と結合される平板とを含む天板とを含むことを特徴とする、
   半導体プロセスに用いられる成膜装置。
10. 前記複数の固定部の各々は、第１位置決め部材を含み、前記嵌合部は、それらの第１位置決め部材に対応しあう複数の第２位置決め部材を含むことを特徴とする
    請求項９に記載の、半導体プロセスに用いられる成膜装置。
11. 前記第１位置決め部材の各々は、位置決めピン及び位置決め孔のいずれか一つであり、前記第２位置決め部材は、前記位置決めピン又は前記位置決め孔の他方であることを特徴とする
    請求項１０に記載の、半導体プロセスに用いられる成膜装置。
12. 前記嵌合部は、開口と、前記平板との間に形成される収納室を有し、前記複数の固定部は、前記開口から進入し回転した後に前記収納室内の対応位置に収納されることを特徴とする
    請求項９に記載の、半導体プロセスに用いられる成膜装置。
13. 前記平板の中央には、貫通孔が形成され、前記貫通孔は、前記噴流部の一部を通過させることを特徴とする
    請求項９に記載の、半導体プロセスに用いられる成膜装置。
14. 前記複数の固定部は、前記噴流部の周りに放射状に突設されることを特徴とする
    請求項９に記載の、半導体プロセスに用いられる成膜装置。
15. 前記嵌合部の開口は、前記噴流部及び突設される前記複数の固定部のサイズに合わせて形成されることを特徴とする
    請求項９に記載の、半導体プロセスに用いられる成膜装置。
16. 前記ガス噴射器と結合される連結ホルダーと、
    前記連結ホルダーに固定される移動部材と、
    前記移動部材をリニア運動させる駆動部材とを含む位置決め固定手段がさらに含まれることを特徴とする
    請求項９に記載の、半導体プロセスに用いられる成膜装置。
17. 前記位置決め固定手段は、前記ガス流路部と相対的にスライド可能なスリーブをさらに含み、前記スリーブは、前記反応チャンバーの外部に固定されることを特徴とする
    請求項１６に記載の、半導体プロセスに用いられる成膜装置。
18. 前記ガス噴射器が回動するように駆動することにより、前記複数の固定部を前記嵌合部に係合させる回転手段がさらに含まれることを特徴とする
    請求項９に記載の、半導体プロセスに用いられる成膜装置。
19. 前記複数の固定部は、台形、長方形、方形或円弧形をなしていることを特徴とする
    請求項９に記載の、半導体プロセスに用いられる成膜装置。