JP2644309B2 - 半導体製造装置 - Google Patents

半導体製造装置

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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は半導体製造装置に係わり、特に反応室へのウ
エハ搬送機構を有するコールド・ウォール型平行平板電
極プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)装置に関
する。
(従来の技術) 従来のコールド・ウォール型のプラズマCVD装置の構
成を第4図に示す。同(a)は平面的構成図、同図
(b)はその断面的構成図である。ここでは該装置によ
るプラズマSiO膜の形成を例とした。第4図において11
はステンレス等の金属よりなる反応室、12はRF(Radio
Frequency)電源、13,14はプラズマ発生用の上部電極
(ヒータ内蔵)、下部電極である。通常、反応室11、下
部電極14は接地される。15はヒータ電源、16はロード・
ロック室(真空予備室の如きもの)、17は半導体ウエ
ハ、18は搬送系、19はガス・インレット、20は反応室排
気口、21はベントライン(N2導入口)、22はロード・ロ
ック排気口である。
この装置は、反応室11内に1.0μmのプラズマSiO膜を
堆積するプリ・デポジション(ウエハ17を反応室11内に
設置しない前の)後、ロード・ロック室16を介して反応
室11内にウエハ17を設置し、所定の膜厚のプラズマSiO
膜を堆積する。プラズマSiO膜の堆積を繰り返し、その
総堆積膜厚20μm(この膜厚は、膜厚均一性やダスト・
レベルから規定される)となったところで、CF4/O2ガス
系でプラズマ・ドライ・エッチングを行ない、反応室11
内をクリーニングをする。(第1のクリーニング)さら
に、ダスト・レベルや膜厚均一性の保持のため、上記プ
ラズマ・ドライ・エッチングのサイクルを6回繰返した
後、電極13,14や反応室11の内壁を機械的に表面研摩す
るメカニカル・クリーニング(第2のクリーニング)を
行なう。
(発明が解決しようとする課題) 一般に、反応室11内にウエハ17をロード/アンロード
する搬送系18を有するコールド・ウォール型のプラズマ
CVD装置は、搬送機構上、第4図に示すように、反応室1
1にウエハ17が出入りする側壁部11aは他の側壁部に比
べ、電極13,14からの距離lが短くなる。
このため、プラズマSiO膜の総堆積膜厚20μm(「プ
リ・デポジション:1.0μm」+「バッチ・プロセス:19.
0μm」)堆積後、プラズマ・ドライ・エッチング(CF4
/O2条件:流量450/50SCCM,圧力0.25Torr、温度300℃、
電力2,8KW)を行ない40%のオーバー・エッチングに入
ったところで、電極13,14とウエハ11が出入りする側壁
部11a(特に距離lの部分のウエハ出入口)との間に電
界が集中し、異常放電が生じる。この異常放電部では、
プラズマSiO膜のエッチングに使用されない過剰のFラ
ジカル(活性状態になったもの)やプラズマSiO膜から
その「0」に消費されないCラジカルなどにより、多量
のC−F重合物が形成され、電極13や反応室側壁に付着
する。このC−F重合物の付着量はプラズマ・ドライ・
エッチングを繰り返すごとに増加し、反応室11内のコン
ディションが不安定となり、ウエハ17に堆積する堆積膜
厚の均一性が低下する。
したがって、前記1.0μmのプリ・デポジション後、
均一性を規格(ウエハ内±5%以下)に入れるため、第
3図に示すようにプラズマ・ドライ・エッチング回数に
応じたダミーウエハ上へのカラ(空)堆積による反応室
コンディション安定化と、プラズマ・ドライ・エッチン
グ5回に1回の割合で、C−F重合物を除去するための
メカニカル・クリーニングが必要となる。
また、スループットは、プリ・デポジション膜厚1.0
μm(堆積速度600Å/M)、バッチ・プロセス(1バッ
チで10枚のウエハが処理できる)でのプラズマSiO総膜
厚19μm(堆積速度800Å/M)、プラズマ・ドライ・エ
ッチング(エッチング速度800Å/M、40%オーバー)が
5サイクルでメカニカル・クリーニング1回行なうもの
とし、稼動時間500時間/月、稼動率0.8と仮定すると、
カラ堆積が必要なため、150ロット/月程度しか得られ
ない。
本発明は、反応室へのウエハ搬送系を有するコールド
・ウォール型プラズマCVD装置において、プラズマ・ド
ライ・エッチング時のウエハの出入りする反応室側壁部
と電極との間の電界集中を防止し、C−F重合物の付着
量を抑え、反応室コンディションの安定性を高め、従来
と比較し、安定した膜厚均一性レベルで、より高いスル
ープットが得られるようにすることを目的としている。
[発明の構成] (課題を解決するための手段と作用) 本発明は、反応室へのウエハ搬送機構を有するコール
ド・ウォール型プラズマCVD装置において、前記反応室
内で放電電極との間隔が最小となる部分を有する反応室
側壁表面を、絶縁性部材で被覆したことを特徴とする半
導体製造装置である。
即ち本発明は、反応室へのウエハ搬送系を有するコー
ルド・ウォール型のプラズマCVD装置において、プラズ
マ・ドライ・エッチング時に、搬送機構上の理由で間隔
が最小となるウエハの出入りする時に反応室側壁部と電
極間での電界集中を防止するため、ウエハの出入りする
反応室側壁の部分の表面を絶縁材で被覆することを特徴
とし、C−F重合物などの付着を抑えることで反応室コ
ンディションの安定性を高め、良好なウエハ上への堆積
膜厚均一性レベルの維持、スループットの向上等が容易
に実現できるようにしたものである。
(実施例) 以下図面を参照して本発明の実施例を説明する。第1
図(a)は同実施例の平面的構成図、同図(b)は同図
(a)の断面的構成図であるが、これは第4図のものと
対応させた場合の例であるから、対応個所には同一符号
を付して説明を省略し、特徴とする点の説明を行なう。
本実施例の特徴は、第1図に示すように、反応室11への
ウエハ搬送系を有するコールド・ウォール型のプラズマ
CVD装置のウエハ17の出入りする反応室側壁11aの表面
に、ウエハ出入口部を除き、絶縁部材31例えば厚さ3mm
のアルミナ板をアルミナ製のネジで固定した。すなわ
ち、上部電極12及び下部電極13は図示のように円状にさ
れており、これら両電極12,13を収容する反応室11の外
観形状は両電極12,13のほぼ半分の部分と相似するよう
に弧状にされており、この弧状の部分では両電極12,13
と反応室11の側壁部との間の距離はほぼ一定にされてい
る。
この絶縁部材31は、第2図に示す如くウエハ出入口部
のエッジ部11bをこえて被覆しておくのが望ましい。そ
れは、反応室側壁11aと放電電極13,14間の電界が、特に
エッジ部11bに集中しやすいためである。絶縁部材31の
材質としては、その他Si3N4,SiO2等種々のものを用いて
もよい。ただしこの絶縁部材31は、耐熱性があり、かつ
Na,K,Cu,Fe,Ni,Cr,C,Al等の半導体に対する汚染源を含
まないことが望ましい。第1図及び第2図において32,3
3は扉、34はパッキングである。
これにより、搬送機構上の理由から、間隔が最小とな
っている該ウエハ7の出入口を有する反応室11の側壁11
aと放電電極13,14との間を「電気的に」反応室11の他の
側壁と放電電極13,14との間隔と同等またはそれ以上と
したことと等価にすることで、ウエハの出入口を有する
反応室11の側壁11aと放電電極間での電界集中を抑止し
た。この電界集中の抑止は次のように確認した。
先ず、プリ・デポジションで1.0μm、バッチ・プロ
セス(ウエハ上に1.0μmデポジション)で19μmの計2
0μmのプラズマSiO膜を堆積した後、プラズマ・ドライ
・エッチング(CF4/O2の条件:450/50SCCM−0.25Torr−3
00℃−2.8kW)でプラズマSiO膜を除去し、40%のオーバ
ー・エッチングを行なった。該オーバー・エッチング時
に、側壁の一部に設けられたのぞき窓からの観察から、
ウエハの出入口を有する反応室11の側壁11aと放電電極
間の電界集中による異常放電のないことを確認した。
また、プラズマSiO膜の堆積(総堆積膜厚20μm)と
プラズマ・ドライ・エッチングを繰り返し行ない、膜厚
均一性やダスト・レベルから反応室コンディションの安
定性を確認した。
本発明は、反応室11へのウエハ搬送系18を有するコー
ルド・ウォール型のプラズマCVD装置のウエハ搬送口を
有する反応室側壁表面のウエハ搬送口以外を絶縁部材31
で被覆し、搬送機構上から最小となっているウエハ搬送
口を有する反応室側壁11aと放電電極13,14との間隔を
「電気的に」他の反応室側壁と放電電極と等価かそれ以
上とすることで、電界集中による異常放電現象に起因す
るC−F重合物などの付着を抑え、反応室コンディショ
ンの安定性向上の実現を特徴としている。ちなみに 反応室コンディションの安定性向上により、1.0μm
のプリ・デポジション直後に均一性が規格内(ウエハ内
±5%)に入るのは、総堆積膜厚20μm,30μmの各々の
場合で第3図に示すようにプラズマ・ドライ・エッチン
グPDEを8回繰返してまでカラ堆積を必要としないこと
を確認した。つまり、C−F重合物を除去するためのメ
カニカル・クリーニングは、プラズマ・ドライ・エッチ
ングを8回繰返しに対して1回で充分である。なお第3
図で「BP1」とはバッチ・プロセス1サイクル目という
意味である。また、カラ堆積が必要でなく、総堆積膜厚
を30μm、プラズマ・ドライ・エッチング8サイクルで
メカニカル・クリーニング1回で良いことから、他の条
件を従来例と同一とした場合のスループットは260ロッ
ト/月と従来の1.73倍となった。
なお本発明は上記実施例に限られず種々の応用が可能
である。例えば絶縁性部材で被覆される部分が、ウエハ
搬送口以外の反応室側壁であってもよい。ただしこの場
合プラズマ安定性をかん案して行なうべきである。
[発明の効果] 以上説明した如く本発明によれば、反応室へのウエハ
搬送系を有するコールド・ウォール型のプラズマCVD装
置において、プラズマ・ドライ・エッチング時のウエハ
の出入りする反応室側壁部と電極との間の電界集中を防
止し、C−F重合物等の付着量を抑え、反応室コンディ
ションの安定性を高め、従来と比較し、安定した膜厚均
一性レベルで、より高いスループットが得られる半導体
製造装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明の一実施例の平面的構成図、同図
(b)は同断面的構成図、第2図は同構成の要部の断面
的構成図、第3図は実施例による効果を示す特性図、第
4図(a)は従来装置の平面的構成図、同図(b)は同
断面的構成図である。 11……反応室、11a……側壁、11b……エッジ部、12……
RF電源、13……上部電極、14……下部電極、15……ヒー
タ電源、16……ロード・ロック室、17……ウエハ、18…
…搬送系、19……ガス・インレット、31……絶縁部材、
32,33……扉。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】コールドウォール型プラズマCVD装置にお
    いて、プラズマ発生用の一対の円状の電極と、上記電極
    を収容し、その外観形状の一部が上記電極の形状と相似
    するように弧状にされた金属からなる反応室と、上記反
    応室の一体的に形成された予備室と、上記予備室内に設
    けられ、試料を上記反応室内に搬送する搬送系と、上記
    反応室内で上記電極との間隔が、反応室の側壁部と上記
    電極との間隔に比べて小となる部分を有するように上記
    予備室と上記反応室との間に設けられた隔離用の側壁部
    と、上記隔離用の側壁部に設けられた試料の搬送口と、
    上記隔離用の側壁部の上記反応室側の表面及び上記搬送
    口のエッジ部を被覆するように設けられた絶縁性部材と
    を具備したことを特徴とする半導体製造装置。
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