JP3149701U - Shower head for semiconductor processing equipment - Google Patents
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Abstract
【課題】基板面内膜厚均一性を改善することができるシャワーヘッドを与える。【解決手段】半導体処理装置用のシャワーヘッドが与えられる。当該シャワーヘッドは、天板、側壁及び底板により画成された内部空間と、内部空間に結合されたガス導入口と、底板に設けられた複数の細孔を有するシャワープレートと、内部空間にシャワープレートと平行に対向して設置された、複数の孔を有するブロックプレートと、内部空間内にあって、ブロックプレートと、シャワープレートとに平行に設置された絞り機構とを備えたことを特徴とする。【選択図】図2A shower head capable of improving uniformity of film thickness within a substrate surface is provided. A shower head for a semiconductor processing apparatus is provided. The shower head includes an internal space defined by a top plate, a side wall, and a bottom plate, a gas introduction port coupled to the internal space, a shower plate having a plurality of pores provided in the bottom plate, and a shower in the internal space. A block plate having a plurality of holes installed in parallel with the plate, and a throttle mechanism in the internal space and installed in parallel with the block plate and the shower plate To do. [Selection] Figure 2
Description
本考案は、半導体処理装置用のシャワーヘッドの構造に関する。 The present invention relates to a structure of a shower head for a semiconductor processing apparatus.
従来、半導体基板の表面に薄膜を堆積処理するために、プラズマCVD法が多く使用されている。プラズマCVD法は、リアクタ内部の反応空間に、高周波電力を印加してプロセスガスをプラズマ化し、それにより生成されたプラズマ活性種により半導体基板表面付近で化学反応を生じさせ、半導体基板上に薄膜を堆積させるものである。 Conventionally, a plasma CVD method is often used for depositing a thin film on the surface of a semiconductor substrate. In the plasma CVD method, high-frequency power is applied to the reaction space inside the reactor to turn the process gas into plasma, and the plasma active species generated thereby causes a chemical reaction near the surface of the semiconductor substrate, and a thin film is formed on the semiconductor substrate. It is to be deposited.
一般に、プラズマCVD装置は、リアクタと、リアクタ内部に設置された半導体基板を載置するためのサセプタと、リアクタ内部にあってサセプタと平行かつ対向して配置されたシャワーヘッドと、高周波電力(RF)発振器と、リアクタを真空排気するための排気装置を有する。 In general, a plasma CVD apparatus includes a reactor, a susceptor for placing a semiconductor substrate installed inside the reactor, a shower head arranged inside and parallel to the susceptor, and a high-frequency power (RF). ) It has an oscillator and an exhaust device for evacuating the reactor.
サセプタは接地されてプラズマ放電のための下部電極を構成し、シャワーヘッドは高周波電力発振器に接続されてプラズマ放電のための上部電極を構成する。シャワーヘッドの底面には、半導体基板に均一にプロセスガスを噴射するための複数の細孔が設けられている。 The susceptor is grounded to form a lower electrode for plasma discharge, and the shower head is connected to a high frequency power oscillator to form an upper electrode for plasma discharge. The bottom surface of the shower head is provided with a plurality of pores for injecting process gas uniformly onto the semiconductor substrate.
従来のプラズマCVD装置を使用した場合、半導体基板上に堆積される膜厚の面内均一性が±2%以上であり、これでは、半導体基板の大口径化及び微細化のトレンドの要求に応えることができない。 When the conventional plasma CVD apparatus is used, the in-plane uniformity of the film thickness deposited on the semiconductor substrate is ± 2% or more, which meets the demand for the trend toward larger and finer semiconductor substrates. I can't.
そこで、シャワーヘッドの内部にガス分散板を挿入することにより、プロセスガスの流れを一度分散してからシャワープレートに流す構造が考案された(例えば、特許文献1参照)。 Accordingly, a structure has been devised in which a gas dispersion plate is inserted into the shower head to disperse the process gas flow once and then flow into the shower plate (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、この構造でも十分な膜厚均一性を達成することができない。 However, even with this structure, sufficient film thickness uniformity cannot be achieved.
また、膜厚均一性を制御する方法として、反応空間の電場、半導体基板の温度分布、圧力等を調節する方法があるが、作業が複雑で所望の膜厚均一性を達成することは困難である。 In addition, as a method of controlling the film thickness uniformity, there is a method of adjusting the electric field in the reaction space, the temperature distribution of the semiconductor substrate, the pressure, etc., but the work is complicated and it is difficult to achieve the desired film thickness uniformity. is there.
さらに、膜厚均一性は、成膜処理を重ねる度に変化するため、ウエハ間での膜厚均一性を所望の範囲に制御するのは極めて困難である。 Furthermore, since the film thickness uniformity changes each time the film formation process is repeated, it is extremely difficult to control the film thickness uniformity between wafers within a desired range.
さらにまた、シャワープレートは一般に半導体製造レシピやプロセスアプリケーションに応じて交換される。この交換作業に伴い、スループットが低下するという問題もある。 Furthermore, the shower plate is generally replaced depending on the semiconductor manufacturing recipe and process application. Along with this replacement work, there is also a problem that throughput decreases.
上記の問題点に鑑み、本願考案の目的は、膜厚の基板面内均一性を改善することができるシャワーヘッドを与えることである。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a shower head capable of improving the in-plane uniformity of film thickness.
本願考案の他の目的は、作業が単純で、所望の膜厚面内均一性を達成することが可能なシャワーヘッドを与えることである。 Another object of the present invention is to provide a shower head that is simple to work and can achieve the desired film thickness in-plane uniformity.
本願考案の他の目的は、ウエハ間での膜厚面内均一性の差異を最小限に抑えることが可能なシャワーヘッドを与えることである。 Another object of the present invention is to provide a shower head capable of minimizing the difference in film thickness uniformity between wafers.
本願考案の他の目的は、半導体製造レシピやアプリケーションに応じてシャワープレートを交換する必要がなく、スループットを向上させることができるシャワーヘッドを与えることである。 Another object of the present invention is to provide a shower head that can improve the throughput without having to replace the shower plate in accordance with a semiconductor manufacturing recipe or application.
本考案のひとつの態様において、半導体処理装置用のシャワーヘッドが与えられ、当該シャワーヘッドは、
天板、側壁及び底板により画成された内部空間と、
前記内部空間に結合されたガス導入口と、
前記底板に設けられた複数の細孔を有するシャワープレートと、
前記内部空間に前記シャワープレートと平行に対向して設置された、複数の孔を有するブロックプレートと、
前記内部空間内にあって、前記ブロックプレートと、前記シャワープレートとに平行に設置された絞り機構と、
を備えたことを特徴とする。
In one aspect of the present invention, a shower head for a semiconductor processing apparatus is provided, the shower head comprising:
An internal space defined by the top plate, side walls and bottom plate;
A gas inlet coupled to the internal space;
A shower plate having a plurality of pores provided in the bottom plate;
A block plate having a plurality of holes installed in the internal space facing the shower plate in parallel;
A throttle mechanism located in the inner space and installed in parallel to the block plate and the shower plate,
It is provided with.
前記絞り機構は少なくとも2つの絞り羽根を有し、前記絞り羽根を移動することにより、プロセスガスの半導体基板面内のガス分布が制御される、
ことを特徴とする。
The diaphragm mechanism has at least two diaphragm blades, and the gas distribution in the semiconductor substrate surface of the process gas is controlled by moving the diaphragm blades.
It is characterized by that.
ひとつの態様において、前記絞り機構は、前記ブロックプレートと、前記シャワープレートとの間に設置されることを特徴とする。 In one aspect, the throttle mechanism is installed between the block plate and the shower plate.
他の態様において、前記ブロックプレートは、前記絞り機構と、前記シャワープレートとの間に設置されることを特徴とする。 In another aspect, the block plate is installed between the throttle mechanism and the shower plate.
前記ブロックプレートの前記孔は、前記シャワープレートの前記細孔よりも直径が大きいことを特徴とする。 The hole of the block plate is larger in diameter than the pore of the shower plate.
本願考案によれば、膜厚の基板面内均一性を改善することが可能なシャワーヘッドを与えることができる。 According to the present invention, a shower head capable of improving the in-plane uniformity of film thickness can be provided.
また、本願考案によれば、作業が単純で、所望の膜厚面内均一性を達成することが可能なシャワーヘッドを与えることができる。 In addition, according to the present invention, a shower head that is simple in operation and capable of achieving desired film thickness in-plane uniformity can be provided.
さらに、本願考案によれば、ウエハ間での膜厚面内均一性の差異を最小限に抑えることが可能なシャワーヘッドを与えることができる。 Furthermore, according to this invention, the shower head which can suppress the difference in the in-plane uniformity of film thickness between wafers can be provided.
さらにまた、本願考案によれば、半導体製造レシピやアプリケーションに応じてシャワープレートを交換する必要がなく、スループットを向上させることが可能なシャワーヘッドを与えることができる。 Furthermore, according to the present invention, there is no need to replace the shower plate according to the semiconductor manufacturing recipe or application, and a shower head capable of improving the throughput can be provided.
以下、図面を参照しながら、本考案の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[考案の第1の実施形態]
図1は、本考案に係るシャワーヘッドを使用する半導体処理装置を概略的に示したものである。半導体処理装置1は、リアクタ2と、該リアクタ2の内部に設置され半導体基板3を支持するためのサセプタ4と、リアクタ2内部にあって、該サセプタ4と対向しそれと平行に配置されたシャワーヘッド5とを備えて構成されている。
[First embodiment of the invention]
FIG. 1 schematically shows a semiconductor processing apparatus using a shower head according to the present invention. The
サセプタ4は、例えば抵抗加熱型ヒータ6を埋設しており、半導体基板3を所望の温度に加熱保持することができる。また、サセプタ4は昇降機構7と結合されており、垂直方向に上下移動することができる。さらに、半導体処理装置1がプラズマCVD装置の場合には、サセプタ4は電気的に接地8されており、プラズマ放電のための一方の電極を画成する。
The susceptor 4 has a
リアクタ2には、ゲートバルブ9を介して、搬送室(図示せず)が結合されている。また、リアクタ2の側面底部には、排気口10が設けられており、該排気口10は、コンダクタンス調整バルブ11を介して真空排気ポンプ(図示せず)に結合され、リアクタ2内部が所望の圧力に制御される。
A transfer chamber (not shown) is coupled to the
シャワーヘッド5は、以下で詳細に説明するように、天板、側壁及び底板により画成された内部空間20から成る中空構造を有し、該内部空間20には、ブロックプレート26及び絞り機構28が設けられている(図2参照)。シャワーヘッド5の底板には、複数の細孔が設けられ、シャワープレート25が画成される(図2参照)。シャワーヘッド5の天板にはプロセスガス用のガス導入口12が設けられ、該ガス導入口12は、ガス導入管13を通じてプロセスガス供給装置(図示せず)と結合されている。
As will be described in detail below, the
半導体処理装置1がプラズマCVD装置の場合には、シャワーヘッド5は、高周波発振器14(例えば、13.56MHz)と出力ケーブル15を介して電気的に接続されており、プラズマ放電のもう一方の電極を画成する。高周波電力及び低周波電力(例えば、400kHz)を混合させて使用する場合には、高周波発振器とシャワーヘッド5との間には、整合回路16が設けられる。
When the
本考案の第1の実施形態に従うシャワーヘッドを図2に示す。ここで、図1と同じ構成要素については同一符号で示す。 A shower head according to a first embodiment of the present invention is shown in FIG. Here, the same components as those in FIG.
本考案の第1の実施形態に従うシャワーヘッド5は、天板20、側壁21、及び底板22から画成された内部空間23から成る中空構造を有する。天板20の略中央部には、ガス導入口12が設けられている。底板22には、当該底板22を貫通する直径が0.1mmから数mmのオーダーの細孔24が数百から数千個設けられ、シャワープレート25を構成する。細孔24のピッチ及び範囲は任意に設計することが可能である。
The
内部空間23には、シャワープレート25と平行にブロックプレート26が設けられている。該ブロックプレート26には、直径が数mmから数十mmのオーダーの孔27が数十個から数百個設けられている。孔27の直径は、概して、細孔24の直径よりも大きい。孔27のピッチ及び範囲は任意に設計することが可能である。
A
シャワープレート25及びブロックプレート26は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金から研磨または研削により作製されるが、それ以外の金属、セラミック等から作製されてよい。
The
第1の実施形態において、内部空間23の、シャワープレート25とブロックプレート26との間には、それらと平行に絞り機構28が設けられている。絞り機構28は、以下で詳細に説明するように、中央の開口部29及び少なくとも2枚の絞り羽根を有し、該絞り羽根を移動させることにより、ウエハの中心からウエハ外周方向へ放射状に流れるプロセスガスの流れを自動的に制御するものである。
In the first embodiment, a
図3は、絞り機構28のひとつの実施形態について示したものである。絞り機構28は、基板30と、該基板の中央部にガスが流れる開口部31を有し、その左右に打ち抜き加工を施した絞り羽根32、33が左右逆に配置されている。絞り羽根32、33を同時に逆方向に平行移動させることにより、該開口部31の開口径を可変させてプロセスガスの流量の調節が可能となるように構成されている。絞り羽根33はガイド孔34、駆動モータ(図示せず)と機械的に結合するガイドピン35を有し、絞り羽根32には基板30に取付けるための孔37が設けられている。絞り羽根32、33の稼働位置を制御するピン36が基板30に取付けられている。絞り羽根の形状は図3に示すもの限定されず、さまざまな形状が実施可能である。
FIG. 3 shows one embodiment of the
図4及び図5は、絞り機構の他の実施例について示したものである。図4は絞り機構28’が開始位置にある状態を示し、図5は絞り機構28’が動作終了状態にあることを示している。 4 and 5 show another embodiment of the aperture mechanism. FIG. 4 shows a state in which the aperture mechanism 28 'is in the start position, and FIG. 5 shows that the aperture mechanism 28' is in an operation end state.
この実施形態において、絞り機構28’は、基板40、該基板40の中央部にガスが流れる開口部41を有し、絞りリング42と7枚の絞り羽根43が開口部41の円周の周りに配置されている。絞りリング42には略等角度間隔に7つのカム溝44が形成され、該絞りリング42の外周の所定の角度範囲には歯部45が形成されている。また、該絞りリング42の外周の所定位置には遮光部49が設けられている。そして、遮光部49は、フォトセンサ49aの発光部と受光部の間に出入りするように構成されている。ここで、絞り羽根43は、すべて同一形状を有し、基板40側に軸ピン43aと、係合ピン46を有し、軸ピン43aを基板40に形成されている孔に回転可能に嵌合させ、係合ピン46を絞りリング42に挿入している。
In this embodiment, the
絞り機構の駆動用のアクチュエータは周知のステップモータから成る。回転子47はその軸部と一体成形された出力歯車47aを含み、基板40に回転可能に取付けられている。また、減速歯車48を含み、親歯車と子歯車とから成る2段歯車であって、基板40に対して回転可能に取付けられている。ここで、親歯車が回転子47の出力歯車47aと噛合し、子歯車は絞りリング42の歯部45と噛合する。
The actuator for driving the aperture mechanism is a known step motor. The
図4において、絞り機構の電源がオンになると、ステップモータが始動して、回転子47の出力歯車47aが減速歯車48を介して絞りリング42を回転させ、絞りリングの遮光部49がフォトセンサ49aの光路を遮り、フォトセンサ49aはLレベルの信号を発し、回転子47が停止し、図4に示すような絞り羽根43の初期位置が得られる。
In FIG. 4, when the power of the aperture mechanism is turned on, the step motor is started, the
図5において、コイル50、51にパルス信号が発せられると、回転子47が停止することなく、時計方向の回転が続行される。その結果、絞りリング42のカム溝44が、絞り羽根43の係合ピン46を押し始め、7枚の絞り羽根43を同時に反時計回りに回転させ、開口部41に進入していく。ステップモータへのパルス信号の印加により、回転子47の回転が停止し、図5に示すような、所定の絞り開口制御位置で7枚の絞り羽根43が停止する。
In FIG. 5, when a pulse signal is issued to the
本考案で使用可能な絞り機構は、これらに限定されない。また、絞り羽根の数は任意であり、絞り開口の調節は、コンピュータ等により自動的に制御可能であることは言うまでもない。 The diaphragm mechanism usable in the present invention is not limited to these. Needless to say, the number of aperture blades is arbitrary, and adjustment of the aperture opening can be automatically controlled by a computer or the like.
シャワーヘッド内部に上記した絞り機構を設けることにより、シャワープレートを介して半導体基板上に噴射されるプロセスガスのガス分布を調節することが可能となる。結果として、ウエハ面内の膜厚均一性が改善される。 By providing the above-described throttle mechanism inside the shower head, it becomes possible to adjust the gas distribution of the process gas sprayed onto the semiconductor substrate via the shower plate. As a result, the film thickness uniformity within the wafer surface is improved.
また、絞り機構を制御するだけで、電場や温度分布を変化させずに、ガス分布を調節することができる。結果として、膜厚制御作業が単純化される。 In addition, the gas distribution can be adjusted without changing the electric field or the temperature distribution simply by controlling the throttle mechanism. As a result, the film thickness control operation is simplified.
さらに、プロセスステップ毎に絞り機構を制御することができる。結果として、半導体基板毎の膜厚均一性の差異を低減することができる。
さらにまた、半導体製造レシピに応じて絞り機構の制御を最適化することができる。結果として、プロセスマージンが広がり、アプリケーション間でシャワープレートの共有化が可能となり、部品交換による生産性の低下を防止することができる。それにより、スループットが向上する。
Furthermore, the diaphragm mechanism can be controlled for each process step. As a result, the difference in film thickness uniformity for each semiconductor substrate can be reduced.
Furthermore, the control of the diaphragm mechanism can be optimized according to the semiconductor manufacturing recipe. As a result, the process margin is widened, the shower plate can be shared between applications, and the productivity can be prevented from being lowered due to component replacement. Thereby, the throughput is improved.
このように、本考案の第1の実施形態に従うシャワーヘッドによれば、半導体基板上のガス分布が調節され、膜厚均一性が改善される。 Thus, according to the shower head according to the first embodiment of the present invention, the gas distribution on the semiconductor substrate is adjusted, and the film thickness uniformity is improved.
[考案の第2の実施形態]
次に、本考案の第2の実施形態について説明する。図6は本考案の第2実施形態に従うシャワーヘッド5’の断面を概略的に示したものである。第1の実施形態と同一構成要素については、同一符号で示す。
[Second Embodiment of the Invention]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 schematically shows a cross section of a
第2実施形態に従うシャワーヘッド5’は、絞り機構28とブロックプレート26の配置が逆になっている点で、第1実施形態と異なる。その他の構成は第1実施形態と同様なので説明を省略する。
The
本考案の第2の実施形態においても、半導体基板上のガス分布が調節され、膜厚均一性が改善される。 Also in the second embodiment of the present invention, the gas distribution on the semiconductor substrate is adjusted, and the film thickness uniformity is improved.
[その他]
以上、本考案の特定の実施形態について説明してきたが、ここに開示される装置の構造は例示に過ぎず、実用新案登録請求の範囲に記載された本考案の思想から離れることなく、さまざまな修正及び変更が可能であることは当業者の知るところである。
[Others]
Although specific embodiments of the present invention have been described above, the structure of the apparatus disclosed herein is merely an example, and various configurations can be made without departing from the spirit of the present invention described in the claims of the utility model registration. Those skilled in the art know that modifications and changes are possible.
例えば、本考案の実施形態は、プラズマCVD装置に関連して説明してきたが、熱CVD装置、原子層堆積装置(ALD)、プラズマ強化原子層堆積装置(PE−ALD)、物理的気相成長装置(PVD)についても同様に適用可能である。 For example, although embodiments of the present invention have been described with reference to plasma CVD apparatus, thermal CVD apparatus, atomic layer deposition apparatus (ALD), plasma enhanced atomic layer deposition apparatus (PE-ALD), physical vapor deposition The same applies to the apparatus (PVD).
1・・・半導体製造装置、2・・・リアクタ、3・・・半導体基板、4・・・サセプタ、5・・・シャワーヘッド、6・・・シースヒータ、7・・・昇降装置、8・・・接地、9・・・ゲートバルブ、10・・・排気口、11・・・コンダクタンス調整弁、12・・・ガス導入口、13・・・配管、14・・・高周波発振器、15・・・出力ケーブル、16・・・整合回路、20・・・天板、21・・・側壁、22・・・底板、23・・・内部空間、24・・・細孔、25・・・シャワープレート、26・・・ブロックプレート、27・・・孔、28・・・絞り機構、29・・・開口部。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
天板、側壁及び底板により画成された内部空間と、
前記内部空間に結合されたガス導入口と、
前記底板に設けられた複数の細孔を有するシャワープレートと、
前記内部空間に前記シャワープレートと平行に対向して設置された、複数の孔を有するブロックプレートと、
前記内部空間内にあって、前記ブロックプレートと、前記シャワープレートとに平行に設置された絞り機構と、
を備えたことを特徴とするシャワーヘッド。 A shower head for a semiconductor processing apparatus,
An internal space defined by the top plate, side walls and bottom plate;
A gas inlet coupled to the internal space;
A shower plate having a plurality of pores provided in the bottom plate;
A block plate having a plurality of holes installed in the internal space facing the shower plate in parallel;
A throttle mechanism located in the inner space and installed in parallel to the block plate and the shower plate,
A shower head characterized by comprising:
ことを特徴とする請求項1記載のシャワーヘッド。 The diaphragm mechanism has at least two diaphragm blades, and the gas distribution in the semiconductor substrate surface of the process gas is controlled by moving the diaphragm blades.
The shower head according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1記載のシャワーヘッド。 The aperture mechanism is installed between the block plate and the shower plate.
The shower head according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1記載のシャワーヘッド。 The block plate is installed between the throttle mechanism and the shower plate,
The shower head according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1記載のシャワーヘッド。 The hole of the block plate has a larger diameter than the pore of the shower plate,
The shower head according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009000335U JP3149701U (en) | 2009-01-27 | 2009-01-27 | Shower head for semiconductor processing equipment |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160053754A (en) * | 2014-11-05 | 2016-05-13 | (주)에스아이 | Gas spray nozzle for chemical vapor deposition |
JP2016164973A (en) * | 2015-02-05 | 2016-09-08 | ラム・リサーチ・アーゲーLam Research Ag | Spin chuck with rotary gas shower head |
CN113249687A (en) * | 2021-04-14 | 2021-08-13 | 拓荆科技股份有限公司 | Electric heating shower head structure in vacuum |
-
2009
- 2009-01-27 JP JP2009000335U patent/JP3149701U/en not_active Expired - Lifetime
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