JP3178824B2 - 複合形単一ウエーハ用の高生産性形マルチステーシヨン方式処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はケミカル・ベーパー・デポジツシヨン装置に
関し、特に１つ又は複数の単一基板の共通なチヤンバー
内におけるマルチステーシヨン方式の連続処理に関す
る。

本発明を要約すれば次のとおりである。独立して加熱
される円形に配置された複数のサセプターの各々が、処
理チヤンバー内で複数のウエーハの１つを支持し旦つ加
熱する。垂直方向に各サセプターと整列させられたガス
分散ヘツドは、下流の流れ製造構造と組み合わされて、
反応ガスの流れを支持されたウエーハを横切つて半径方
向に均一に方向付ける。スパイダーはウエーハの各々を
１つのグループとして、隣接するサセプターに次々と置
き換える。ウエーハ取り扱い装置は、高生産率を与える
ために、処理済みの各ウエーハを取り換える。各ガス分
散ヘツドとこれに協働するサセプターとの間を本質的に
主に放射している高周波エネルギー源はプラズマ強化環
境を与え、リアクター内のその他の場所の低レベルの強
度は残留デポジツトを減少させる。

プラズマ・エンハンスト・ケミカル・ベーパー・デポ
ジツシヨン（以下PECVDともいう）法は比較的最近開発
された。利用し得る文献の発行は殆ど無く、旦つその多
くはPECVDを実行するための実際的な高生産性の装置に
ついてのものではなく、PECVDを利用し得る公知の化学
的組成に向けられたものである。PECVDは、基板が他の
方法よりも低温に止まり得るように、反応ガスにエネル
ギーを与えるために高周波誘導ガス放出を使用する。こ
のような低い基板温度は、その他の方法による被覆を受
け入れるには熱的に不安定である基板上の薄層のデポジ
ツシヨン方法を許容するという顕著な利点がある。更
に、PECVDは、熱反応のみの場合と比較してデポジツシ
ヨン速度を早くでき、旦つ特殊な組成及び性質の薄層を
作ることができる。良好な接着性、低いピンホール密
度、良好なステツプ状被覆、適切な電気的特性及びフア
インパターン転写処理との適合性のような特性のため
に、この処理方法は集積回路の生産に使用されてきた。

基本的に３つの形式の、即ち平行板、水平管及び単一
ウエーハの形式のPECVDリアクターが存在する。平行板
形式のリアクターにおいては、基板又はウエーハは底部
の接地された電極上に支持され、高周波パワーが上側電
極に加えられる。均一性向上のために、接地された電極
を回転及び加熱することができる。反応ガスの流れは中
央部に導入されそして周辺部から排出され、あるいはこ
の逆とすることができる。中空管形式のPECVDリアクタ
ーにおいては垂直に向けられた複数の電極が互いに平行
に積み重ねられ、かけられた高周波エネルギーに対する
給電電極と接地電極として作用する板が交互になつてい
る。ウエーハは電極間に挿入される。一般に、装填及び
取り出しのために組立体全体を管から引き出さなければ
ならない。

単一ウエーハ形式のPECVDリアクターは、カセツトを
装填固定しそしてカセツトにカセツト作業を与えるであ
ろう。ウエーハの放射加熱を行うことができる。高周波
エネルギーの適用は、上述のようにデポジツシヨン工程
を強化する。この形式のリアクターの実施例は、リアク
ター内に配置された複数の排出ガス分ヘツドを備え、共
通な板の上でこれらの下に配置されたウエーハに向けて
反応ガスを排出する。このような複数のヘツドの使用
は、各ステーシヨンにおいてデポジツシヨンを行い得る
連続ステーシヨンを提供する。

以下に説明する処理に付随し旦つケミカル・ベーパー
・デポジツシヨン（以下CVDともいう）法に関する化学
的組成及び操作の要因は、S.Wolf及びR.N.Tauber著、
「Silicon Processing For VISI Era第１巻−プロセス
テクノロジー−」、ラテイスプレス、サンセツトビー
チ、カリフオルニア州、1987年、に詳細に説明されてい
る。特に第５章及び第６章に注目すべきである。更に関
連した情報がM R S Bulletin、1988年11月に、T.M.Besm
ann、D.P.Stinton及びR.A.Lowdenによる「ケミカル・ベ
ーパー・デポジツシヨンテクノノジー」と題された論文
に発表されている。

本発明においては、複数のガス分散ヘツドが、下側の
加熱されたウエーハを支持するサセプターと垂直方向に
揃えられ旦つサセプターと平行に設置されている。ガス
分散ヘツド形状の組み合わせ、ガス分散ヘツドとサセプ
ターとの間の平行性及び下流の流れの制御は、ウエーハ
に沿つた均一な半径方向外向きのガスの流れを形成す
る。高周波エネルギー源がガス分散ヘツドと電気的に接
続され、電気的プラズマをガス分散ヘツドとそれぞれの
サセプターとの中間に集中させ、これによつてチヤンバ
ー内の残留デポジツトを最少にする。スパイダーがウエ
ーハをサセプターからサセプターへと次々に輸送し、装
填物固定機構と組み合わされたウエーハ取り扱い装置
が、処理済みの各ウエーハを未処理ウエーハと置き換え
る。

従つて、マルチステーシヨン方式の単一ウエーハ用ケ
ミカル・ベーパー・デポジツシヨン処理装置を提供する
ことが本発明の第１の目的である。

本発明の別の目的は、PECVD、低圧ケミカル・ベーパ
ー・デポジツシヨン（LPCVD）又は大気圧ケミカル・ベ
ーパー・デポジツシヨンに使用し得るリアクター内にお
いて、ウエーハを横切る反応ガスの均一な半径方向の流
れを提供することである。

本発明のなお別の目的は、残留デポジツトを最少とす
る反応ガスの流れの制御をすることである。

本発明の更に別の目的は、単一ウエーハ用PECVDリア
クターを提供することである。

本発明の更に別の目的は、サセプターに支持されたウ
エーハの周りに高周波エネルギーを対称的に分配させる
装置を提供することである。

本発明の更に別の目的は、支持用サセプターによるウ
エーハへの急速な伝導加熱を提供することである。

本発明の更に別の目的は、各サセプターを設定するた
めの、そして又接近するとき以外は閉ざされているリア
クターの接近用開口を通じてリアクター内で各ガス分散
ヘツドをそれに関連したサセプターに対して手動で整列
させるための、調整機構を提供することである。

本発明の更に別の目的は、CVD処理中にウエーハを横
切る反応ガスの流れを制御する方法を提供することであ
る。

本発明の更に別の目的は、マルチステーシヨン方式の
CVD処理装置の生産量を増加させる方法を提供すること
である。

本発明の更に別の目的は、マルチステーシヨン方式の
CVD処理装置の収率を増加させる方法を提供することで
ある。

本発明のこれらの目的及びその他の目的は、本発明の
説明の進行と共に当業者に明らかとなるであろう。

本発明を、特に添付図面を参照して、以下に詳細に説
明する。

第１図に示された説明図には、本発明により構成され
たリアクター10が示されている。ある種の情況下では、
図示のように一作業ステーシヨンで一対のリアクターを
使用することができる。リアクターのポート12は、リア
クターに出し入れするウエーハの輸送を提供する。ポー
トは、ウエーハ取り扱い機構16を含む装填物固定装置14
と連通している。２つのポート（18,20）が図示されて
いる１つ又は複数の出入口ポートは、処理すべきウエー
ハ又は処理済みウエーハを収容しているカセツト22を受
け入れる。操作において、ウエーハ取り扱い機構は、各
ウエーハをそれぞれの出入口ポートからポート12を経て
リアクター10内に輸送する。ウエーハの処理が完了する
と、ウエーハ取り扱い機構は処理済みウエーハをポート
12を経てリアクターから取り出し、これをそれぞれの出
入口ポート内に位置するそれぞれのカセツト内に置く。

リアクター10は、処理すべきウエーハのそれぞれ１つ
ずつを支持するために、円周上に等角度に配されたサセ
プター30を備えている。しばしば「シヤワーヘツド」と
呼ばれるガス分散ヘツド32が、各サセプターの垂直方向
上方に各サセプターと整列して置かれる。各シヤワーヘ
ツドは放射状に延びている中空のアーム34の先端に支持
されている。各アームは、反応ガス分配用マニフオール
ドによつて支持され、かつ該マニフオールドと連通して
いる。マニフオールドは反応ガス又はその他のガス源に
連結されている。中央に位置する円盤36は細い支柱の対
を多数備え、各支柱の対は或るサセプターから隣接した
サセプターへの総てのウエーハの引き続く輸送中にウエ
ーハを支持する。リアクターのカバー38は複数の取り外
し可能なハツチ40を備え、各サセプター／シヤワーヘツ
ドの組み合わせへの接近を許容し、旦つリアクターの閉
鎖後における整列及びその他の調整を許容する。製造に
対する要求及びその他の基準に依存するが、単一のウエ
ーハエツチングモジユール24を図示のように組み込むこ
とができる。

リアクター10の特別な特徴を、第２図を参照して説明
する。アーム34の各々と相互連結しているマニフオール
ド50は、リアクターのカバー38から上方に延びている導
管52と連通している。導管は、公知のように、弁を経て
反応ガス及びその他のガス源に連結されている。マニフ
オールド50は、ガスの流れを予め設定されたパラメータ
ーに従つてアーム34の各々に予め定められた流量で分配
する。アーム34の先端に位置する接続用ブロツク54は、
中空のベローズ56を介してシヤワーヘツド32を支持する
と同時に、アームとシヤワーヘツドの内部との間の連通
を形成する。サセプター30は垂下した軸58を備えてい
る。サセプター及びその軸は、その形状のため、「マツ
シユルーム」と呼ばれることがある。軸はこれと同心に
板62に形成された孔60を通つて延びている。軸は、リア
クター10の底板64に配置された通路を通つて更に下方に
延びている。軸は気密にされてはいるが通路内に固定さ
れて配置されてはいない。或る条件の下では、高周波の
干渉を低減させる目的で、サプレツサー66をフランジ68
とボルト70により底板64に固定し、軸58の垂下した端部
を受け入れるようにすることができる。板62はリアクタ
ー10を横切つて延び肩部76上に支持されている。この板
は多数のボルト78によつて肩部上に固定され、板62と肩
部76との間に気密を形成する手段を使用することができ
る。板62と底板64との間に形成された排出室78は、底板
に形成された出口80と連通している。下向きの垂下した
導管82が保持手段84によつて出口80の周りに固定されて
いる。導管82と連通している排出管組立体86は、リアク
ター10からの排出反応ガス及びその他のガスを輸送す
る。

スパイダー組立体100は、軸102上に支持された円盤36
を備えている。軸は導管82と概ね同心に配置されてい
る。導管82の下端に配置し得る位置決め手段104は軸102
を垂直方向に位置変更させ、スパイダー100を昇降さ
せ、更に、位置決め手段104は命令に応じて軸を増分的
に回転させ、スパイダー100の垂直軸の周りで角度的な
位置変更を行う。スパイダーは、各サセプターと協働す
る一対の平行な支柱106、108を備えている。スパイダー
100の下降位置においては、支柱のこれらの対は、各関
連するサセプターの上面に形成された対応した形状の溝
の中に置かれる。

高周波エネルギー源を形成するために、高周波発生器
120をカバー38の上に取り付けることができる。あるい
は、装置120を複数周波数操作のための複数の高周波パ
ワー入力を有する高周波整合回路網とすることができ
る。高周波エネルギーは、電気的に絶縁された導体122
を経てマニフオールド50に伝達される。マニフオールド
50とカバー38を連結し旦つガス流を通過し得るセラミツ
ク製カラー124が、マニフオールドをカバーから電気的
に絶縁する。アーム34、連結用ブロツク45、ベローズ56
及びシヤワーヘツド32の各々は導電性材料製であり、こ
のため各シヤワーヘツドは電極として作用する。各62及
び底板64の両者に接地されているサセプター30の電位は
地電位である（板62は以下に説明するように調整可能な
支持体を経て接地される）。シヤワーヘツド32とサセプ
ター30との間の距離を変えることにより、これらの間の
放射エネルギープラズマの強度を調整することができ
る。このような調整により、シヤワーヘツドとサセプタ
ーとの間の放射エネルギーの分布を制御することができ
る。シヤワーヘツドとサセプターとの間の電気的プラズ
マ以外のリアクター内の放射エネルギーの強さを最小と
することができる。よく知られているように、高周波エ
ネルギーのパワーレベルもまた変えることができる。周
囲の放射エネルギーのこのような減少により、リアクタ
ー内の残留デポジツトは相当に少なくなる。

或る条件の下では、サセプター30を電気的に絶縁しこ
れを地電位より上のレベルに維持することが好ましいで
あろう。このような場合には、リアクター10の外部の寄
生放射を無くすために、サプレツサー66を使用すること
ができる。

サセプターに支持されたウエーハ上の反応ガスの半径
方向の流れを均一にするには、サセプター30に対するシ
ヤワーヘツド32の位置決めと整列が重要である。更に、
サセプターとシヤワーヘツドの間の整列は電気的プラズ
マの分布に対して上述の効果を有するであろう。一方、
流れとプラズマの両者はウエーハ処理工程の品質にかな
りの影響がある。これら目的のために整列と調整とを許
容する目的で、ハツチ40が固定手段128によつてカバー3
8に取り外し可能に取り付けられている。各ハツチはカ
バー38の開口130上に重ねられ、この開口は下方のシヤ
ワーヘツドとサセプターとの組み合わせの垂直軸に概ね
一致している。この開口を経て種々の要素の整列及び較
正のための調整を行うことができる。

シヤワーヘツド及びサセプターについて更に詳細を、
特に第３図を参照して説明する。連結用ブロック54は横
方向に延びているフランジ140を備え、このフランジは
その周辺近くに等しい角度間隔を配置された３つのねじ
山付き孔142を有する。各ねじ山付き孔142に調整用ねじ
144がねじ込まれ、シヤワーヘツド32の上面146と圧縮接
触状態にある。ベローズ56は、シヤワーヘツドを連結用
ブロツクの方に上向きに引つ張るコイルばね148を備え
ている。ベローズ56から反対方向に延びているスリーブ
端150,152は、取り付け板154,156にそれぞれ取り付けら
れている。取り付け板154はフランジ140に固定され、こ
れらの間の漏洩を防止するためにＯリング158を使用す
ることができる。取り付け板156はシヤワーヘツド32に
固定され、これらの間の漏洩防止にＯリング160を使用
することができる。

シヤワーヘツド32には円柱状の空洞166が設けられ、
この空洞は円錐状の上端を含むことができ、矢印170で
示されたように、ベローズ56から入る反応ガスの流れが
半径方向に分散することを補助する。多数の開口174を
有する拡散板172が空洞166の下端を横切つて延びてい
る。拡散板はリング176によつて所定の位置に固定する
ことができる。空洞166内への反応ガスの流れは、矢印1
82で示されるように、開口174を通りウエーハ180に向か
つて下向きに、そして更にウエーハに沿つて半径方向外
向きに分散される。

サセプター30は、比較的厚いベース186と円筒状の垂
下した側壁188とを有する逆さにされた缶状構造を有
し、アルミニウム又はその他の熱伝導性の金属製である
ことが好ましい。電熱式の加熱リング190がベース186の
下側に隣接して位置付けられている。加熱リングは、ボ
ルト194を介してベースに固定された保持リング192によ
つて所定の位置に保持されている。導電体196が加熱リ
ング190から軸58を通つて電源に延び、加熱リングに電
力を供給する。底部カバー板198が側壁188内に保持さ
れ、半径方向のフランジ200に押し付けられている。軸5
8は、底板198内に配置された中央開口202内で溶接され
あるいは中央開口202内を貫通してその他の手段により
固定される。断熱構成体204が底板198とベース186の中
間の残りの空間内に配置させられ、底板及び垂下した側
壁への熱伝達を減少させる。ベース186の空洞208内に熱
電対206が配置され、軸58を通つて延びている導電体209
を介して温度に関連する情報を提供する。３本のねじ柱
210が板62から上向きに延び、サセプター30を支持しそ
してサセプターを板に固定する。調整／ロツクナツト21
2のような調整／固定手段が各柱と協働して、サセプタ
ーの水平方向の整列と垂直方向の位置決めとを可能にす
る。この柱はまた、板62にしつかりと取付けられたサセ
プターを保持することを理解すべきである。板62に形成
された開口60は軸58と同心であり、更に、部分的に又は
完全に使用済みとなつた反応ガスの、矢印216で示され
たような、板62と底板64とで形成された排出室78内への
流れのための環状流路を形成するように開口の寸法が定
められている。

処理作業中、リアクター10の内部は真空に近い低圧で
ある。即ち、圧力は0.5乃至5torrの範囲でよいが典型的
には1.5乃至2torrの圧力である。リアクター内部とリア
クター周囲の通常の大気との間の圧力差のため、板64は
曲がるであろう。サセプター30は底板64に固定されてい
るので、処理作業中の底板の曲がりはサセプターの角度
的な整列と垂直方向の位置とを変えるであろう。このよ
うな角度整列及び垂直方向位置の変化は、その大きさが
僅かであつても、処理中のウエーハ上のデポジツシヨン
の均一性に有害な影響を与える。期待に適合するように
サセプターを正確に整列させ又は調整することは、底板
64の曲がりが測定されたとしても、殆ど不可能な作業で
あり、行いたい程度の整列をリアクター10内で達成する
ことはまず不可能である。この問題を沿けるため、上述
のように、各サセプターは板62上に支持されている。こ
の板の頂面及び底面上には実質的に等しい圧力が作用す
る。従つて、この板は、リアクターの操業前及び操業中
において、強固で旦つ平面の状態に留まるであろう。そ
れ故、支持されたサセプターの整列は、リアクター内の
圧力変化に応じて若しくは圧力変化の結果としては変化
することが無いであろう。サセプター30の整列に影響す
ることなく底板64が曲がることを可能にするために、貫
通した軸58を受け入れる底板を通つて延びている通路22
0は、その直径が軸よりも十分に大きく、通路220の壁面
と軸とが接触することなく底板が曲がることを許容す
る。通路を気密にするために、底板64の下面に隣接して
軸の周りにＯリング222が配置されている。Ｏリングは
カラー226によつて所定の位置に保持されている。この
形式のシールは、リアクター10の内部をその作動圧力に
維持するのに効果的であり、しかもねじ支柱210及び調
整／固定手段212の操作に応じた軸58の垂直方向の動き
及び角度の再調整を可能とするであろう。

リアクター10は、カバー38と底板64とを連結している
円筒状の側壁230を備えている。この円筒状側壁と底板
との間に、Ｏリング232又は類似の気密手段を配置する
ことが必要である。円筒状側壁とカバーとの間を気密に
するために、これらの間に別のＯリング234又はその他
の気密用手段が配置されている。石英又はその他の同等
の材料で作られた透明窓238を有する１つ又は複数の観
察窓を円筒状側壁230に設けることができる。この観察
窓はシヤワーヘツド及びサセプターの整列及び調整の目
的に使用でき、また、その場観察又は診断の目的でウエ
ーハ180上におけるデポジシヨン経過の観察に使用する
ことができる。

カバー38は、取り扱い及び支持のために、逆Ｕ字形の
ブラケツト240を備え得る。支持囲い242がカバー38の中
央に取り付けられ、そこから上向きに延び、導管52を支
持しそして導管52のための支持体を形成する。また、支
持囲いは、セラミック円筒124と導管52の中間の連通を
形成するすることができる。Ｏリング244のような環状
の気密手段が支持囲いとカバーとの間に配置され、それ
らの間での漏洩を防ぐ。

スパイダー100の構造と動作を、特に第４図及び第５
図を参照して説明する。垂直方向に位置決め可能であり
旦つ増分的に回転可能な軸102（第２図参照）上に取り
付けられたスパイダー100は、支柱106、108の対を支持
するために、単一の円盤、又は一対の平行に間隔をあけ
られた円盤を備えている。これらの支柱は機械ねじ110
のような位置決め手段によつて固定され、支柱は、円盤
100の直径方向の直線の両側に平行に旦つ等間隔に置か
れその状態を維持する。各サセプター30のベース186
は、上面254に配置された一対の溝250,252を備える。こ
れらの溝は支柱106,108のそれぞれの対と整列状態にあ
る。更に、溝は支柱の幅よりも幾らか広くされ、円盤36
の角度位置決めに多少の許容差を与える。溝は支柱の高
さよりも幾分か深く、スパイダー100が下降位置にある
とき、ウエーハ180がサセプターの上面254上で平らに置
かれることを可能にする。

処理作業において、ベーパー・デポジツシヨンの各段
階又は各サイクルの後に、スパイダー100は持ち上げら
れ、支柱106、108の対の同じ量の垂直方向の位置変化を
生じさせる。上昇した支柱の各対は、上に置かれたウエ
ーハを持ち上げるであろう。誤つてウエーハが半径方向
外向きに傾くことを防ぐために、適切な平衡した持ち上
げ力を加えるように、支柱の対は各ウエーハの下で十分
な距離延びていなければならない。位置決め手段104
（第２図参照）の別の作動によつて、スパイダー100は
垂直軸の回りを増分的に角度回転し、隣接したサセプタ
ーに対して支柱の各対を上方位置に位置付ける。位置決
め手段104の更なる作動によりスパイダーが下げられ、
隣接したサセプターの溝250,252内への支柱の対の配置
が行なわれるであろう。こうして、各ウエーハは次の隣
接したサセプターに再び位置付けられるであろう。周期
的手順に従い、ウエーハ取り扱い機構16（第１図参照）
はポート12を通つてリアクター10に入り、ポートと半径
方向に揃つた位置にあるサセプターから処理済みウエー
ハを引き出す。このような引き出しの後に、ウエーハ取
り扱い機構は、ポート12の直近にまだある同じサセプタ
ーの上に処理すべきウエーハを装填する。従つて、リア
クター10の作動の各段階又は各サイクルの後に、処理済
みウエーハは引き出される。この引き出し及び装填の能
力は従来のいかなる関連したリアクターでも得られなか
つた比較的大きな生産性を提供する。特に、中央装填機
構（第１図参照）の付加的なポートは、多数の平行な又
は連続したリアクターの使用を可能とする。最初の装填
の場合は、各サセプター上にウエーハを次々に置くこと
が必要であり、処理のサイクルは各ウエーハ装填の間に
行うことができる。

第６図及び第７図を参照して、整列能力及び流路制御
に伴う詳細を説明する。簡素化のため、前の図面に示さ
れた幾つかの細部は省略されている。反応ガス源又はそ
の他の種々のガス源と連通している導管52が、ガスをマ
ニフオールド50に輸送する。マニフオールド50は、等角
度間隔で延びている中空のアーム34の各々の中に、ガス
を均等に分配する。ガスは各アームよりシヤワーヘツド
32の各々の空洞66に輸送される。各拡散板172は多数の
開口174を備えている。下に置かれたウエーハ180を横切
るガスの流れをうまく制御することを助けるために、こ
れら開口の数、配置及び寸法を個別に又は同時に変更す
ることができる。側壁230、カバー38及び板62によつて
規定された空間内からの可能性ある流出は、各軸58の回
りの流路を経由する場合だけである。従つて、シヤワー
ヘツド32からのガスの流れは、ウエーハ180への下向き
の流れとサセプター30の外周縁部へのウエーハに沿つた
半径方向外向きの流れとなるであろう。流れは、側壁18
8に隣接して下向きに流れ、更に底部カバー板198の下側
を内向きに流れるであろう。流れは、サセプターの下方
から流路60を通り軸58の周囲を下降する。この流れのパ
ターンを矢印260、262及び264で示す。ガスは、板62と
底板64との間の空間に入ると、半径方向内向きに流れ導
管82を経て排出管組立体86に入る。この流れを矢印26
6、268、270、272及び274で示す。この説明から、ガス
流の流路の実質的な制御が達成されることが明らかであ
ろう。更に、流れの流路を制御するパラメーターは、反
応チヤンバー内の偶発的あるいは見せかけの流れを強力
に阻止する。これによつて残留デポシツトが最少にされ
るであろう。

上述のサセプター30内の断熱のために、底部カバー板
198はウエーハ支持面254よりもかなり温度が低く、サセ
プターの下側上の残留デポシツトの可能性が減少するこ
とを指摘しておく。更に、側壁188は頂部から底部への
温度勾配が大きく、側壁の下方部分での残留デポシツト
が減少させられるであろう。更に、電気的プラズマはサ
セプターの下側及びサセプターの側壁の付近でかなり少
なく、これは残留デポシツトの可能性を更に低下させる
であろう。

前述のように、サセプター30を基準点として位置決め
し更にこれとシヤワーヘツド32とを整列させるために、
第６図に示すように整列手段が備えられている。第６図
及び第８図を併せて参照して、この整列の手順を更に詳
細に説明する。第８図の２つの断面を重ね合わせた図面
に示すように、ハツチ40の各々はシヤワーヘツド／サセ
プターの対と揃えられる。固定手段128を外してハツチ
を取り除くと、調整／固定手段212に付属のサセプター
支柱210への手による接近が可能となる。隙間ゲージ、
位置決め用ジグ及び類似物の使用により、サセプターを
板62に対して正しく合わせることができ、そして調整／
固定手段212によつて所定の位置に固定できる。基準点
としてサセプターが位置付けられると、シヤワーヘツド
は、拡散板172の下面がサセプターの面254と平行に位置
付けられるように整列させられる。このような整列は、
隙間ゲージ、位置決め用ジグ又は類似物の使用と組み合
わせて、３つの調整用ねじ144の１つ又はそれ以上を回
すことにより行なわれる。整列が得られると、調整用ね
じはロツクナツト143により固定される。

上述のように、底板は、反応チヤンバー内と周囲の大
気との間の圧力差の結果として、曲がるであろう。同様
に、カバー38も曲がるであろう。カバー38のこのような
曲がりは、アーム34がそこから延びているマニフオール
ド50の垂直方向の変位を生ずるであろう。各アームの垂
直方向の変位は、各シヤワーヘツドの同じ大きさで旦つ
均一な垂直方向の変位を与えるであろう。しかしなが
ら、カバー38の曲がりはマニフオールド50の垂直軸の角
度変化を生じさせないので、シヤワーヘツドとそれと対
になつたサセプターとの間の整列は一定に留まるであろ
う。実験及び／又は計算により、リアクター10の内部と
周囲の圧力との間の圧力差に応じて生ずるカバー38の曲
がりの大きさを決定することができる。この情報によ
り、カバー38が曲がつたときにシヤワーヘツドがこれと
対のサセプターに対して好ましい垂直方向の位置になる
ように、各シヤワーヘツドの最初の垂直方向の位置を設
定することができる。

第９図を参照すれば、高周波発生器120とマニフオー
ルド50との間の電気的接続がより詳細に示されている。
高周波発生器は、カバー38の開口282を貫通して延びて
いる絶縁された導電体280を備えている。導電体と開口
との間のガスの流れを防止するために、気密手段284を
使用することが必要である。可撓性のリボン状導電体28
6の一方の端部は、導電体280の端末288に電気的に接続
されている。リボン状導電体の他方の端部は、マニフオ
ールド50の下側から延びているポスト290に電気的に接
続されている。マニフオールド、アーム34、ベローズ56
及びシヤワーヘツド32は導電性であるので、これらは一
体として電極を形成する。マニフオールド50を導管52に
連結しているセラミツク円筒体124は、導管及びカバー3
8からマニフオールドを電気的に絶縁している。リアク
ター容器は地電位にあるので、これは第２の電極として
作用する。リアクターの容器と機械的及び電気的に連結
されているサセプター30は地電位にあるであろう。リア
クターの運転中、サセプターとシヤワーヘツドとの間隔
は比較的狭いので、シヤワーヘツドとサセプターとの間
には相当な電気的勾配及び電気的プラズマが存在するで
あろう。この電気的プラズマはデポジツシヨンの早さと
均一性とを強化するであろう。更に、サセプターの面25
4のシヤワーヘツドの底との寸法が同じであるので、こ
れらの間の高周波分布が最適化され、反応ガスの励起の
均一性が強められる。リアクター10内のその他の部分の
高周波エネルギーは強度がかなり小さく、残留デポシツ
トは最少となるであろう。

まとめると、説明された高生産性の単一ウエーハ方式
の多段形処理装置の構成は、デポジツシヨンの高度の均
一性を達成するために、反応ガス又はその他のガスの流
れの傑出した制御を提供する。電極としてのシヤワーヘ
ツドとサセプターとの物理的に適合した対の使用によ
り、高周波エネルギーの対称的な分布が得られる。ウエ
ーハの下流のガス流の制御は、ウエーハを横切る均一な
外向きの流れを助長する。各サセプターが自己のヒータ
ーを有するため、特別の処理の処方のためのサセプター
間の温度の変更が容易に達成される。サセプターとシヤ
ワーヘツドの両者に利用し得る調整の特徴は、迅速な設
定時間及び実行すべき処理又は従うべき処方に対応した
調整を確実なものとする。達成された流れの制御の結果
として生ずる限定された残留デポシツトのために、エツ
チングによる自己清浄化が利用できる。

流れのパターンの均一性及び温度分布の均一性は、低
圧ケミカル・ベーパー・デポジツシヨン法にとつて重要
である。利用し得る流れの制御とサセプターのベースに
おける伝導を介しての温度分布とは、上述のリアクター
による低圧ケミカル・ベーパー・デポジツシヨン（LPCV
D）を有効とするのに十分である。即ち、プラズマ強化
はリアクター10の運転について限定されるものではな
く、リアクターはLPCVD処理装置として使用することが
できる。

本発明の原理を例示の実施例において明らかに示した
が、本発明の原理から離れることなく特別の要求及び運
転用件に応じて、本発明のリアクターに使用される構
造、配置、寸法割合、要素、材質及び構成品の多くを変
更し得ることが当業者に明らかであろう。

本発明の主たる特徴及び実施態様は以下のとおりであ
る。

1.少なくも１つのウエーハを処理する少なくも１つのス
テーシヨンを有するケミカル・ベーパー・デポジツシヨ
ン用リアクターであつて、 （ａ）単一ウエーハを支持する少なくとも１つのサセ
プターと、 ここで、該サセプターの数はリアクター内のス
テーシヨンの数に相当し、 （ｂ）該サセプターの各々と協働して、協働したサセ
プターに支持されたウエーハの上にガスを分散させるガ
ス分散ヘツドと、 （ｃ）ウエーハの外周縁部に向かつて支持されたウエ
ーハを横切つて半径方向外向きにガスの流れを強制する
手段、 とを備えてなるリアクター。

2.前記サセプターの各々に配置され、サセプターの上に
支持されたウエーハを加熱する手段を備えている上記第
１項に記載のリアクター。

3.支持されたウエーハを横切るガスの流れを高周波エネ
ルギーで照射する手段を備えている上記第１項又は第２
項に記載のリアクター。

4.前記リアクターは、 板と、 該板と前記サセプターの各々との中間に置かれ、該板
との間に排出室を規定する別の板と、 該排出室からガスを引き出すための排出管組立体と、 該別の板に配置され、ガスの流れを支持されたウエー
ハから前記サセプターの各々の近傍の位置において前記
別の板を通過して前記排出室内に流すための流路手段、 とを備えている上記第１項乃至第３項のいずれかに記載
のリアクター。

5.前記サセプターの各々は垂直回転軸を有する平面状の
円形であり、該サセプターの各々は前記別の板に貫通し
て係合する下方に延びており軸方向に整列された軸を備
え、前記流路手段は該軸の周りに配置された環状の流路
を備えている上記第４項に記載のリアクター。

6.前記板は、 前記軸の貫通に適合し、旦つ前記軸の対応した再位置
決めをすることなく前記板の曲がりに適合するための開
口と、 前記軸と前記板との間の接合部を気密にするためのシ
ール手段、 とを有する上記第５項に記載のリアクター。

7.前記サセプターの各々は、前記加熱手段から延びてい
る導電体を収容する中空軸を有する上記第２項と組み合
わせられた上記第３項乃至第６項に記載のリアクター。

8.前記サセプターの各々に配置された温度検知手段、及
び前記軸の孔を通つて検知された温度を伝達する手段を
備えている上記第７項に記載のリアクター。

9.前記リアクターは、 カバーと、 底板と、 該カバーと該底板とを連結している側壁と、 該底板との間で排出室を規定するように前記底板から
離された別の板と、 該別の板の上に前記サセプターの各々を支持する手段
と、 前記ガス分散ヘツドの各々を前記カバーから吊す手
段、 とを備えている上記第１乃至第８項のいずれか１項に記
載のリアクター。

10.前記別の板の上で前記サセプターの各々の位置調整
をするための第１の手段と、 前記ガス分散ヘツドの各々をこれと協働するサセプタ
ーの各々に対して位置調整をするための第２の手段と、 該第１及び第２の調整手段の手動操作に適合する接近
用手段、 とを備えた上記第９項に記載のリアクター。

11.前記接近用手段は、前記カバーに設けられた少なく
とも１つの開口と、該開口の各々を開放可能に覆いそし
て気密にするための脱着可能なハツチとから成り、該開
口の各々は前記サセプターの少なくも１つ及びこれと協
働する前記ガス分散ヘツドと協働する上記第10項に記載
のリアクター。

12.前記吊す手段は、前記カバーから垂下した半径方向
に延びている複数のアームから成り、該アームの数は前
記サセプターの数と等しく、該アームの各々は前記ガス
分散ヘツドの１つを支持する手段を備え、該支持手段は
前記第２の調整手段を含む上記第10項又は第11項に記載
のリアクター。

13.前記アームの各々が、ガスをガス源から前記ガス分
散ヘツドのそれぞれの１つに輸送する手段を備えている
上記第12項に記載のリアクター。

14.高周波エネルギー源及び該エネルギー源からの高周
波エネルギーを各ウエーハに照射する手段を備えている
上記第13項に記載のリアクター。

15.前記ガス分散ヘツドの各々は前記高周波源に電気的
に接続された１つの電極を備え、前記サセプターの各々
は該高周波源に電気的に接続された別の電極を備えてい
る上記第14項に記載のリアクター。

16.リアクター内に円形に配置された複数のサセプター
を備え、該サセプターの各々は単一ウエーハを支持可能
であり、更に複数のガス分散ヘツドを備え、該ガス分散
ヘツドの各々は該複数のサセプターの各々の１つのサセ
プターと協働する上記第１項乃至第15項のいずれか１項
に記載のリアクター。

17.前記ガス分散ヘツドの各々を前記多数のサセプター
のうちの関係したサセプターの上方の共通部位から吊す
手段を備えている上記第16項に記載のリアクター。

18.高周波エネルギー源を備え、前記複数のガス分散ヘ
ツドは前記複数のサセプターのそれぞれ１つのウエーハ
を横切つて流れるガスを照射するために該高周波源に電
気的に接続された電極を備えている上記第17項に記載の
リアクター。

19.前記複数のサセプターの各サセプターは下側を有
し、リアクターは、排出室、及びガスを各ウエーハの周
囲から前記複数のサセプターの支持されているサセプタ
ーの下側に引き出し更に該排出室内に引き出す手段を備
えている上記第16項乃至第18項のいずれか１項に記載の
リアクター。

20.実行すべきケミカル・ベーパー・デポジツシヨンの
サイクルの完了時に、ウエーハの各々を前記複数のサセ
プターの１つから隣接したサセプターに輸送するスパイ
ダーを備えている上記第16項乃至第19項のいずれか１項
に記載のリアクター。

21.前記スパイダーは輸送中のウエーハを支持するため
支柱の複数の対を備え、該支柱の対の各々は前記複数の
サセプターのうちの１つのサセプターと協働する上記第
20項に記載のリアクター。

22.前記スパイダーは、ウエーハを昇降させるように垂
直方向に再位置決めされ、旦つ前記支柱の対が前記複数
のサセプターと次々に整列するように角度的に再位置決
め可能である上記第21項に記載のリアクター。

23.前記複数のサセプターの各サセプターは前記複数の
支柱の対のうち一対を受け入れる一対の溝を備えている
上記第22項に記載のリアクター。

24.ステーシヨンの数に等しい数のサセプターを有する
マルチステーシヨン方式のケミカル・ベーパー・デポジ
ツシヨン用リアクターで複数の単一ウエーハを処理する
方法であつて、 （ａ）１つのサセプター上に１つのウエーハを支持
し、 （ｂ）ウエーハを支持しているサセプターと協働する
ガス分散ヘツドから支持されたウエーハ上にガスを分散
させ、 （ｃ）支持された各ウエーハを横切るガスの半径方向
外向きの流れをウエーハの外周縁部へと強制する、 各段階から成る方法。

25.サセプターによつて発生させられた熱でウエーハを
加熱する段階を含む上記第24項に記載の方法。

26.高周波エネルギーでウエーハを照射する段階を含む
上記第24項又は第25項に記載の方法。

27.ガス分散ヘツドからサセプターに高周波エネルギー
を放射する段階を含む上記第26項に記載の方法。

28.ガスをウエーハの周囲からサセプターの側部に沿い
更にサセプターと整列した中央開口を有する排出室内に
引き出す段階を含む上記第24項乃至第27項のいずれか１
項に記載の方法。

29.サセプターを調整し整列させる第１段階と、 ガス分散ヘツドをこれと協働するサセプターに対して
調整し整列させる第２段階と、 リアクターの開閉可能な開口を通じてリアクターの組
み立て後に前記第１及び第２の調整及び整列段階を行う
段階を備えている上記第24項乃至第28項のいずれか１項
に記載の方法。

30.各々がガス分散ヘツドと協働する複数のサセプター
がリアクター内に円形に配置され、ウエーハを或るサセ
プターから隣接したサセプターに順々に再び位置付ける
段階を含む上記第24項乃至第29項のいずれか１項に記載
の方法。

31.リアクター内に未処理ウエーハを装填する段階を含
む上記第30項に記載の方法。

32.リアクターから処理済みウエーハを引き出す段階を
含む上記第30項又は第31項に記載の方法。

33.前記再び位置付ける段階は、各処理サイクルの完了
時に行なわれる上記第29項乃至第32項のいずれか１項に
記載の方法。

34.処理サイクリの開始前にウエーハをリアクター内に
装填する段階を含む上記第24項乃至第33項のいずれか１
項に記載の方法。

35.各ガス分散ヘツドから協働するサセプター上に支持
されたウエーハを横切つて流れるガスに照射するため
に、ガス分散ヘツドの各々から高周波エネルギーを照射
する段階を含む上記第24項乃至第34項のいずれか１項に
記載の方法。

36.各サセプターを調整し整列させる第１の段階と、 ガス分散ヘツドをそれと協働するサセプターに対して調
整し整列させる第２の段階と、 リアクターにおける少なくとも１つの開閉可能な開口を
通じてリアクターの組み立て後に前記第１及び第２の調
整及び整列段階を行う段階を含む上記第35項に記載の方
法。

【図面の簡単な説明】

第１図は、多くの単一ウエーハを処理するためのマルチ
ステーシヨンマルチ処理方式のケミカル・ベーパー・デ
ポジツシヨンシステムの主要構成部品の絵画的説明図。 第２図は、ケミカル・ベーパー・デポジツシヨン用リア
クターの部分的断面図。 第３図は、リアクター内の１つのステーシヨンの構成品
の断面図。 第４図は、ウエーハ輸送用スパイダーの頂面図。 第５図は、第４図に示された線５−５に沿つて得られた
部分的断面図。 第６図はリアクターの部分的断面図。 第７図は、第６図に示された線６−６に沿つて得られた
図面。 第８図はリアクターの部分的頂面図。 第９図は、高周波発生器及びそれと協働する導体を示す
部分的断面図。 図中、10……リアクター、14……装填物固定装置、30…
…サセプター、32……ガス分散ヘツド、34……アーム、
36……円盤、38……カバー、40……ハツチ、50……マニ
フオールド、54……接続用ブロツク、56……ベローズ、
58……軸、62……板、64……底板、66,166……空洞、78
……排出室、86……排出管組立体、100……スパイダー
組立体、104……位置決め手段、106,108……支柱、120
……高周波発生器、144……調整用ねじ、180……ウエー
ハ、190……加熱リング、210……ねじ柱、212……調整
／固定手段、である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラビンデル・ケイ・アガルワル アメリカ合衆国アリゾナ州85202メサ・ ウエストポサダアベニユー 524 (72)発明者 ジヨン・エイチ・カーテイン アメリカ合衆国アリゾナ州85023フエニ ツクス・ウエストマルコニアベニユー 2910 (72)発明者 ポール・ビー・ブラウン アメリカ合衆国アリゾナ州85282テン ペ・アパートメント2050・マクリントツ ク 3501 (72)発明者 ジヨー・アール・スミス アメリカ合衆国アリゾナ州85284テン ペ・サウスカチナドライブ 9107 (56)参考文献 特開 昭60−233827（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−318235（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−173419（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−158946（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−192443（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−6837（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/205 C23C 16/00 C30B 25/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各々が少なくも１つのウエーハを処理する
   複数のステーシヨンを有するケミカル・ベーパー・デポ
   ジツシヨン用リアクターであつて、 （ａ）各々が単一ウエーハを支持する、リアクター内の
   ステーシヨンの数に相当する数の複数のサセプターと、 （ｂ）各々が該サセプターの各々と協働して、協働した
   サセプターに支持されたウエーハの上にガスを分散させ
   る複数のガス分散ヘツドと、 （ｃ）各々が支持されたウエーハの中央からウエーハの
   外周縁部に向かつてウエーハを横切つて半径方向外向き
   にガスの流れを強制する複数の手段と、 （ｄ）上記半径方向外向きのガスの流れをウエーハの周
   縁部の各々から排出する複数の排出手段と、 （ｅ）源から該ガス分散ヘツドの各々にガスの流れを送
   るマニホルド手段と、 （ｆ）該排出手段の各々からガスの流れを受取る排気チ
   ヤンパ手段と を具備することを特徴とするリアクター。
2. 【請求項２】ステーシヨンの数に等しい数のサセプター
   を有するマルチステーシヨン方式のケミカル・ベーパー
   ・デポジツシヨン用リアクターで複数のウエーハを処理
   する方法であつて、 （ａ）１つのサセプター上にウエーハの各々を支持し、 （ｂ）ウエハーを支持するサセプターと協働する所定数
   のガス分散のためのガス分散ヘツドから、支持されてい
   るウエハーの各々の上にガスを分散させ、 （ｃ）支持されたウエーハの各々の中央からウエーハの
   各々の外周縁部に向かつてウエーハを横切るように、半
   径方向外向きにガスの流れを強制し、 （ｄ）上記半径方向外向きのガスの流れをウエーハの各
   々の周縁部から排出し、 （ｅ）該分散ヘツドの各々の源からガスを供給し、 （ｆ）該ウエハーの排出の各々からガスを収集する ことを含むことを特徴とする方法。