JP3548095B2 - Gas injection equipment for semiconductor manufacturing equipment - Google Patents

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JP3548095B2
JP3548095B2 JP2000203022A JP2000203022A JP3548095B2 JP 3548095 B2 JP3548095 B2 JP 3548095B2 JP 2000203022 A JP2000203022 A JP 2000203022A JP 2000203022 A JP2000203022 A JP 2000203022A JP 3548095 B2 JP3548095 B2 JP 3548095B2
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置等の半導体製造装置に係り、特にプロセスガスをウェハに噴射するガス噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体チップの生産性効率を向上させるため、ウェハの大口径化や、設計ルールの細密化は更に加速する傾向にある。それに伴って、半導体製造装置のプロセス反応室（以下、反応室と称する）等の構造も適宜改良する必要がある。
ガスの化学反応によって薄膜を形成するＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置においても、ディスパージョンヘッドやシャワーヘッドのようなガス噴射装置や、ウェハ面内を均一な温度に保ちながらウェハを支持するサセプタ若しくはＥＳＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｃｈｕｃｋ）等が改良されている。
【０００３】
図７は、従来の常圧ＣＶＤ装置における反応室の内部構造を示した図である。
図７に示す反応室１において、ディスパージョンヘッド２００は、サセプタ４によって支持されたウェハ３に対して、プロセスガス（以下、ガスと称する）を噴射する（図中の矢印に対応する）ためのガス噴射装置である。そして、ディスパージョンヘッド２００からウェハ３にガスが噴射されることによって、ウェハ３上に所望の薄膜が形成される。
また、ディスパージョンヘッド２００は、構成板２１０を複数張り合わせることによって製造されている。詳細には、異なる種類のガスを噴射する２種類の構成板２１０ａ，２１０ｂを交互に複数張り合わせている。また、図中のディスパージョンヘッド２００の左端は、終端板２２により終端されている。
【０００４】
図８は、図７に示した構成板２１０（２１０ａ）を説明するための斜視図である。また、図９は、図８に示した構成板２１０（２１０ａ）の正面図である。
図８及び図９に示すように、構成板２１０は、アルミニウム等を主原料とする平板に、複数のガス導入口２１１、バッファ２１２、複数のオリフィス２１３等が、掘り込んで形成されたものである。また、図中の２１４は、上記構成板２１０及び終端板２２（図７参照）を張り合わせるためのネジ穴である。
また、図８，９に示すディスパージョンヘッド２００の左右方向は、図７に示すディスパージョンヘッド２００の手前−奥行き方向に対応している。
また、ガス導入口２１１は、異なるガスラインに接続されたガス導入口２１１ａ，２１１ｂからなる（後述）。両図中の構成板２１０ａにおいては、バッファ２１２が、ガス導入口２１１ａと繋がっている。すなわち、ガス導入口２１１ａからバッファ２１２にガスが導入される。
【０００５】
次に、図１０を参照して、ガスの噴射について説明する。
図１０は、従来のディスパージョンヘッド２００の構成板２１０（２１０ａ）におけるガスの噴射について説明するための断面図である。
図１０において、先ず、ガスライン−１（Ｇａｓ ｌｉｎｅ−１）に接続された複数のガス導入口２１１（２１１ａ）から、バッファ２１２にガスが導入される。
【０００６】
また、図示しない構成板２１０ｂ（図７参照）においては、ガスライン−２（Ｇａｓ ｌｉｎｅ−２）に接続された複数のガス導入口２１１ｂからバッファ２１２にガスが導入される。
【０００７】
そして、各構成板２１０ａ，２１０ｂのそれぞれのバッファ２１２において、上記ガス導入口２１１（２１１ａ，２１１ｂ）から導入されたガスの圧力が一定に保たれる。
次に、上記各構成板２１０ａ，２１０ｂにおいて、複数のオリフィス２１３から、上記ガスが所定の圧力・流量で均一に噴射される。
このようにして、ディスパージョンヘッド２００からウェハ３に対して、ガスが平面的に噴射される（図７参照）。
【０００８】
上述したように、構成板２１０に形成された複数のオリフィス２１３によって、ウェハ面内にガスが均一に噴射される。このため、構成板２１０におけるオリフィス２１３等の加工精度（寸法精度）が悪い場合には、ウェハ面内に均一にガスを噴射できず、ウェハ上に形成された薄膜の膜厚のウェハ面内均一性が悪くなる可能性があった。
【０００９】
そこで、ディスパージョンヘッド２００から均一にガスを噴射させるために、従来より、上記構成板２１０を多数製造して、それらの中からオリフィス２１３等の寸法精度（加工精度）のよい構成板２１０を選択して、選択した構成板２１０を張り合わせることによりディスパージョンヘッド２００を製造している。
このため、構成板２１０の形状は量産可能な四角形（図８参照）に制約され、この構成板２１０を複数張り合わせてなるディスパージョンヘッド２００の形状は直方体に制約される。
【００１０】
図１１及び図１２は、従来のディスパージョンヘッド２００を用いてウェハ３にガスを噴射する場合の、ディスパージョンヘッド２００と、それに対向するウェハ３との位置関係を示した図である。ここで、両図は、ウェハ３からディスパージョンヘッド２００を見た図である（図７参照）。
【００１１】
図１１に示すように、ディスパージョンヘッド２００とウェハ３とは断面形状が大きく異なるため、ディスパージョンヘッド２００の４辺近傍に対向する位置にウェハ３は存在しない。従って、ディスパージョンヘッド２００の４辺近傍の構成板２１０（オリフィス２１３）から噴射されたガスは、ウェハ３の面内に噴射されない。
【００１２】
また、図１２に示すように、図１１に示したウェハよりも小口径のウェハ３に対してガスを噴射する場合は、ウェハ３とディスパージョンヘッド２００の形状差がさらに大きくなる。従って、ディスパージョンヘッド２００の構成板２１０（オリフィス２１３）から噴射されたガスのうち、ウェハ３の面内に噴射されないガスの量がさらに多くなる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、製造上の理由によって、ディスパージョンヘッド２００とウェハ３とは断面形状が異なるため、例えばディスパージョンヘッド２００の４辺近傍のように、対向位置にウェハ３が存在しない構成板２１０（オリフィス２１３）から噴射されたガスはウェハ上の成膜に寄与しない。
そして、この成膜に寄与しないガスは、ウェハ３を支持するサセプタ４（図７参照）や、反応室１の側壁１１（図７参照）等に、膜もしくは粉状の副生成物となって付着する。
【００１４】
この付着物は、パーティクルの大きな要因となるため、反応室１のクリーニング周期が短くなり、装置の稼働率が低くなってしまう問題があった。
さらに、ディスパージョンヘッド２００から成膜に寄与しないガスが多量に噴射されるため、半導体装置の製造コストを増大させてしまう問題があった。
【００１５】
これらの問題は、大口径ウェハに対応する大型のディスパージョンヘッドを使用して、小口径ウェハの成膜処理、すなわち小口径のウェハに対してガスを噴射する際には特に顕著である。
【００１６】
また、上述したような問題は、ウェハ３の口径に対応するディスパージョンヘッドを製造すれば解決できる。すなわち、オリフィスの数が異なる複数の種類の構成板２１０を製造し、それらを張り合わせてディスパージョンヘッドを製造し、ガス噴射範囲をウェハ面内に制限する方法である。
しかし、この方法では、複数の種類の構成板を製造する必要があるため、多額の製造コストがかかってしまう。また、製造する構成板２１０の種類を増やすと、それに伴って保管費等の維持コストが増加してしまう。
また、処理ウェハの口径が異なると、ディスパージョンヘッドを交換しなければならないため、装置の稼動率が低くなる問題があった。
【００１７】
本発明は、上記従来の課題を解決するため、プロセスガスの噴射範囲を制限可能な半導体製造装置用のガス噴射装置を実現することを目的とする。また、複数のウェハ口径に対応させてプロセスガスの噴射範囲を制限可能な半導体製造装置用のガス噴射装置を実現することも目的とする。
【００１８】
【課題を解決する為の手段】
本発明にかかる半導体製造装置用のガス噴射装置は、ウェハに対して平面的にガスを噴射する噴射部と、
前記噴射部に着脱可能に取り付けられ、前記噴射部によってガスが噴射される範囲を所定の範囲に制限する噴射制限部材とを備えることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明にかかる半導体製造装置用のガス噴射装置において、前記噴射部は、ガス導入口と、前記ガス導入口から導入されたガスの圧力を一定に保つバッファと、前記バッファからガスを噴射する複数の噴射口とを備え、前記噴射制限部材は、所定の範囲以外にガスを噴射する噴射口を封止することが好適である。
【００２０】
本発明にかかる半導体製造装置用のガス噴射装置において、前記噴射部は、前記複数の噴射口を有する構成板を短冊状に備え、前期噴射制限部材は、前記構成板毎に噴射口を封止することが好適である。
【００２１】
本発明にかかる半導体製造装置用のガス噴射装置において、前記噴射制限部材によって制限される所定の範囲は、ウェハの形状に略等しいことが好適である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態による常圧ＣＶＤ装置における反応室の内部構造を説明するための図である。
図１に示す反応室１において、ディスパージョンヘッド２は、サセプタ４によって支持されたウェハ３に対して、プロセスガス（以下、ガスと称する）を噴射する（図中の矢印に対応する）ためのガス噴射装置である。また、同図において、１１は反応室１の側壁を示す。
【００２４】
ここで、上記ディスパージョンヘッド２は、構成板２１を短冊状に複数張り合わせることによって製造されている。詳細には、異なる種類のガスを噴射する２種類の構成板２１ａ，２１ｂを、交互に複数張り合わせている。
また、図中のディスパージョンヘッド２の左端は、終端板２２により終端されている。ここで、終端板２２は、アルミニウム等を主原料とする平板である。
また、対向位置にウェハ３がない構成板２１（オリフィス）に封止板２１５を取り付けることより、ガスの噴射範囲を制限している（後述）。
【００２５】
図２は、図１に示した構成板２１（２１ａ）を説明するための斜視図である。また、図３は、図２に示した構成板２１（２１ａ）の正面図である。
【００２６】
図２及び図３において、構成板２１（２１ａ）は、アルミニウム等を主原料とする平板に、噴射部２０が掘り込んで形成されたものである。また、構成板２１は、噴射制限部材２１５としての封止板を備えている（後述）。また、構成板２１には、上記構成板２１を張り合わせるためのネジ穴２１４が形成されている。
【００２７】
ここで、上記噴射部２０は、複数のガス導入口２１１と、バッファ２１２と、複数の噴射口２１３としてのオリフィスと、によって構成されている。
すなわち、アルミニウム等を主原料とする平板に、複数のガス導入口２１１と、バッファ２１２と、複数のオリフィス（噴射口）２１３と、が掘り込んで形成されている。
【００２８】
ガス導入口２１１は、ガス導入口２１１ａと、ガス導入口２１１ｂとからなり、各ガス導入口２１１ａ，２１１ｂは、それぞれ異なるガスラインに接続されている。
例えば、ガス導入口２１１ａは、シラン系ガス（ＳｉＨ４）を供給するガスライン−１（Ｇａｓ ｌｉｎｅ−１）に接続され、ガス導入口２１１ｂは、酸素系ガス（Ｏ２，Ｏ３）を供給するガスライン−２（Ｇａｓ ｌｉｎｅ−２）に接続される（図４参照）。
【００２９】
また、図２及び図３に示す構成板２１ａにおいては、ガス導入口２１１ａの上部が掘り込まれることにより、ガス導入口２１１ａとバッファ２１２が繋がっている。このため、ガス導入口２１１ａからバッファ２１２に上記シラン系ガスが導入され、導入されたシラン系ガスがオリフィス２１３から噴射される。
また、ガス導入口２１１ｂの上部は掘り込まれていないため、ガス導入口２１１ｂとバッファ２１２が繋がっていない。このため、ガス導入口２１１ｂからバッファ２１２に、酸素系ガスが導入されない。
すなわち、バッファ２１２において、シラン系ガスと酸素系ガスとを混合させない。
【００３０】
また、図１に示す構成板２１ｂは、上記構成板２１ａとは反対に、ガス導入口２１１ｂの上部が掘り込まれており、且つガス導入口２１１ａの上部が掘り込まれていない（図示省略）。なお、その他の形状については、上記構成板２１ａと同一である。
このため、ガス導入口２１１ｂから上記酸素系ガスがバッファ２１２に導入され、導入された酸素系ガスがオリフィス２１３から噴射される。そして、上記シラン系ガスはバッファ２１２に導入されない。
以下の実施の形態においては、上記構成板２１として、上記構成板２１ａについて説明することとし、構成板２１ｂについては説明を省略ないし簡略化する。
【００３１】
バッファ２１２は、ガス導入口２１１から導入されたガスの圧力を一定に保つためのものである。
【００３２】
オリフィス２１３は、バッファ２１２に導入されたガスを、所定の圧力および流量で噴射するためのものである。また、構成板２１に形成された複数のオリフィス２１３から均一にガスが噴射される。
従って、噴射部２０は、ウェハ３（図１参照）に対して平面的にガスを噴射する。
【００３３】
上記ディスパージョンヘッド２は、従来のディスパージョンヘッド２００と概略同一である。
詳細は後述するが、本発明の特徴は、ディスパージョンヘッド２の構成板２１に、ガスの噴射範囲を所定の範囲に制限するための封止板２１５を備えたことである。
【００３４】
次に、上記封止板２１５について説明する。
図２または図３に示すように、封止板２１５は、構成板２１に形成された複数のオリフィス２１３のうち、ガスを噴射させないオリフィス２１３を塞ぐためのものである。すなわち、封止板２１５でオリフィス２１３を塞ぐことによって、噴射部２０のガス噴射範囲が、所定の範囲に制限される。
【００３５】
また、上記封止板２１５の端部には、断面が半円状である凸部２１５ａが形成されている。また、オリフィス２１３のガス噴射側には、上記凸部２１５ａの外形にほぼ等しく、且つ断面が半球状である凹部２１６が形成されている。
そして、凸部２１５ａを凹部２１６に嵌め込むことによって、封止板２１５が構成板２１に着脱可能に取り付けられる。なお、取り付けられた封止板２１５を、ネジ等によって構成板２１に固定してもよい。
【００３６】
上記ガス噴射装置であるディスパージョンヘッド２について要約すると、噴射部２０は、ウェハ３に対して平面的にガスを噴射し、噴射制限部材２１５は、噴射部２０によってガスが噴射される範囲を所定の範囲に制限する。
また、噴射部２０を構成するバッファ２１２は、ガス導入口２１１から導入されたガスの圧力を一定に保ち、噴射口２１３は、バッファ２１２に蓄えられたガスを噴射する。ここで、上記噴射制限部材２１５は、所定の範囲以外にガスを噴射する噴射口２１３を封止する。
【００３７】
次に、図４を参照して、ガスの噴射について説明する。
図４は、本発明の実施の形態によるディスパージョンヘッド２の構成板２１におけるガスの噴射について説明するための断面図である。
【００３８】
図４に示す構成板２１（２１ａ）において、先ず、ガスライン−１（Ｇａｓ ｌｉｎｅ−１）に接続された複数のガス導入口２１１（２１１ａ）から、バッファ２１２にガスが導入される。また、図１に示した構成板２１ｂにおいては、ガスライン−２（Ｇａｓ ｌｉｎｅ−２）に接続された複数のガス導入口２１１ｂから、バッファ２１２にガスが導入される（以後の説明は省略）。
そして、バッファ２１２において、上記ガス導入口２１１（２１１ａ）から導入されたガスの圧力が一定に保たれる。
次に、封止板２１５によって封止されたオリフィス２１３以外の複数のオリフィス２１３から、上記ガスが所定の圧力・流量で均一に噴射される。
これにより、ディスパージョンヘッド２からウェハ３に対して、ガスが平面的に噴射される（図１参照）。さらに、封止板２１５により、ディスパージョンヘッド２からのガス噴射範囲が、所定の範囲に制限される（詳細は後述）。
【００３９】
次に、図５及び図６を参照して、ディスパージョンヘッド２からウェハ３にガスを噴射する際の、ガス噴射範囲の制限について説明する。
図５及び図６は、本発明を適用したディスパージョンヘッド２を用いてウェハ３にガスを噴射する場合の、ディスパージョンヘッド２と、それに対向するウェハ３との位置関係を示した図である。
ここで、両図は、ともにウェハ３からディスパージョンヘッド２を見た図であり（図１参照）、図２においてはディスパージョンヘッド２の構成板２１の上方から見た図である。
【００４０】
図５において、２はディスパージョンヘッド、３はウェハ（大口径）を示している。ディスパージョンヘッド２は、上述したように、複数の構成板２１を短冊状に備えたものである。詳細には、接続されたガスラインの異なる２種類の構成板２１ａ，２１ｂが、交互に張り合わされたものである。また、ディスパージョンヘッド２の左端は、終端板２２により終端されている。
【００４１】
また、上記ディスパージョンヘッド２を構成する各構成板２１（２１ａ，２１ｂ）は、図５に示すように、ガスを噴射させないオリフィス２１３（図３参照）を封止するための封止板２１５を備えている。
すなわち、上記各構成板２１において、その対向位置にウェハ３が存在しないオリフィス２１３は、封止板２１５により封止されている。
このため、各構成板２１において、封止板２１５のサイズは異なる。具体的には、ディスパージョンヘッド２の左右両端近傍の構成板２１ほど、その対向位置にウェハ３が存在しないオリフィス２１３が多いため、これらのオリフィス２１３を封止する封止板２１５のサイズも大きくなる。
従って、各構成板２１に設けられた封止板２１５によって対向位置にウェハ３が存在しないオリフィス２１３からはガスが噴射されないため、ディスパージョンヘッド２のガス噴射範囲は、概略ウェハ３面内に制限される。
【００４２】
このように、ディスパージョンヘッド２の噴射部２０（図２参照）から噴射されるガスの噴射範囲が、封止板２１５によって所定の範囲に制限されている。
なお、図２では、所定の範囲を概略ウェハ面内としているが、封止板２１５の大きさを変えることによって、上記所定の範囲を、ウェハよりも広い範囲あるいは狭い範囲とすることができる。
【００４３】
また、図６に示すウェハ３は、図５に示したウェハ３よりも小口径のものである。この場合も、図５において説明したように、ディスパージョンヘッド２の各構成板２１において、その対向位置にウェハ３が存在しないオリフィス（図示省略）に封止板２１５をそれぞれ取り付けて、ガスの噴射範囲を概略ウェハ面内に制限している。
このように、同一のディスパージョンヘッド２において、封止板２１５の大きさを変えるだけで、異なる口径のウェハに対応している。
【００４４】
以上説明したように、本実施の形態では、ディスパージョンヘッド２の構成板２１（２１ａ，２１ｂ）において、ガスを噴射させないオリフィス２１３を封止板２１５で封止することによって、ガスの噴射範囲を所定の範囲に制限した。
ここで、対向位置にウェハ３が存在しないオリフィス２１３を封止することにより、ガス噴射範囲を概略ウェハ面内に制限できる。
従って、不要なガスの噴射を抑制できるため、反応室１の側壁１１やサセプタ４（図１参照）に付着する副生成物が減少する。このため、反応室１やサセプタ４のクリーニング周期が長くなり、装置の稼働率が向上する。
また、ウェハ３上の成膜に寄与しない不必要なガス噴射を抑えることができるため、半導体装置の製造コストを低減できる。
【００４５】
また、封止板２１５は着脱可能であり、封止板２１５のサイズを変えることによって、ウェハ口径に対応させてガス噴射範囲を制限できる。
従って、処理ウェハの口径が異なる場合においても、共通のディスパージョンヘッド２を使用できるため、設備投資額を抑えることができる。
【００４６】
なお、本実施の形態では、常圧ＣＶＤ装置で使用されるディスパージョンヘッド２について説明したが、上記ディスパージョンヘッド２は、その他のＣＶＤ装置または気相成長装置においても使用できる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、噴射制限部材によりガス噴射範囲を所定の範囲に制限できる。これにより、不要なガスの噴射を抑えることができる。
【００４８】
また、本発明によれば、ガス噴射範囲を概略ウェハ面内に制限できる。
【００４９】
また、本発明によれば、噴射制限部材の大きさを変えることによって、異なる口径のウェハに対応させてガス噴射範囲を制限できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による常圧ＣＶＤ装置における反応室の内部構造を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態によるディスパージョンヘッドを構成する構成板を説明するための斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態によるディスパージョンヘッドを構成する構成板を説明するための断面図である。
【図４】本発明の実施の形態によるディスパージョンヘッドの構成板におけるガスの噴射を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態によるディスパージョンヘッドと、それに対向するウェハ（大口径）の位置関係を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態によるディスパージョンヘッドと、それに対向するウェハ（小口径）の位置関係を示す図である。
【図７】従来の常圧ＣＶＤ装置における反応室の内部構造を示す図である。
【図８】従来のディスパージョンヘッドを構成する構成板を説明するための斜視図である。
【図９】従来のディスパージョンヘッドを構成する構成板を説明するための断面図である。
【図１０】従来のディスパージョンヘッドの構成板におけるガスの噴射を示す断面図である。
【図１１】従来のディスパージョンヘッドと、それに対向するウェハ（大口径）の位置関係を示す図である。
【図１２】従来のディスパージョンヘッドと、それに対向するウェハ（小口径）の位置関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 反応室、２ ガス噴射装置（ディスパージョンヘッド）、３ ウェハ、４サセプタ、１１ 側壁、２０ 噴射部、２１ 構成板、２２ 終端板、２１１ ガス導入口、２１２ バッファ、２１３ 噴射口（オリフィス）、２１４ ネジ穴、２１５ 噴射制限部材（封止板）、２１５ａ 凸部、２１６ 凹部。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus such as a CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus, and more particularly to a gas injection apparatus that injects a process gas to a wafer.
[0002]
[Prior art]
In order to improve the productivity of semiconductor chips, increasing the diameter of wafers and reducing design rules tend to be further accelerated. Accordingly, it is necessary to appropriately improve the structure of a process reaction chamber (hereinafter, referred to as a reaction chamber) of a semiconductor manufacturing apparatus.
Also in a CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus for forming a thin film by a chemical reaction of gas, a gas injection apparatus such as a dispersion head or a shower head, a susceptor or an ESC for supporting a wafer while maintaining a uniform temperature in a wafer surface. (Electrostatic Chuck) and the like have been improved.
[0003]
FIG. 7 is a diagram showing the internal structure of a reaction chamber in a conventional atmospheric pressure CVD apparatus.
In the reaction chamber 1 shown in FIG. 7, the dispersion head 200 injects a process gas (hereinafter, referred to as a gas) to the wafer 3 supported by the susceptor 4 (corresponding to an arrow in the figure). It is a gas injection device. Then, a desired thin film is formed on the wafer 3 by injecting a gas from the dispersion head 200 to the wafer 3.
Further, the dispersion head 200 is manufactured by bonding a plurality of component plates 210 together. Specifically, a plurality of two types of component plates 210a and 210b for injecting different types of gases are alternately laminated. The left end of the dispersion head 200 in the drawing is terminated by a termination plate 22.
[0004]
FIG. 8 is a perspective view for explaining the component plate 210 (210a) shown in FIG. FIG. 9 is a front view of the component plate 210 (210a) shown in FIG.
As shown in FIGS. 8 and 9, the component plate 210 is formed by digging a plurality of gas inlets 211, buffers 212, a plurality of orifices 213, etc. in a flat plate mainly made of aluminum or the like. is there. Reference numeral 214 in the drawing is a screw hole for attaching the component plate 210 and the end plate 22 (see FIG. 7).
The horizontal direction of the dispersion head 200 shown in FIGS. 8 and 9 corresponds to the front-to-depth direction of the dispersion head 200 shown in FIG.
The gas inlet 211 is composed of gas inlets 211a and 211b connected to different gas lines (described later). In the component plate 210a in both figures, the buffer 212 is connected to the gas inlet 211a. That is, gas is introduced into the buffer 212 from the gas introduction port 211a.
[0005]
Next, gas injection will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining gas injection on the component plate 210 (210a) of the conventional dispersion head 200.
In FIG. 10, first, a gas is introduced into the buffer 212 from a plurality of gas introduction ports 211 (211a) connected to a gas line-1 (Gas line-1).
[0006]
In a component plate 210b (not shown) (see FIG. 7), gas is introduced into the buffer 212 from a plurality of gas introduction ports 211b connected to a gas line-2 (Gas line-2).
[0007]
Then, in each buffer 212 of each component plate 210a, 210b, the pressure of the gas introduced from the gas introduction port 211 (211a, 211b) is kept constant.
Next, in each of the constituent plates 210a and 210b, the gas is uniformly injected from the plurality of orifices 213 at a predetermined pressure and flow rate.
In this manner, gas is ejected from the dispersion head 200 to the wafer 3 in a planar manner (see FIG. 7).
[0008]
As described above, the plurality of orifices 213 formed in the component plate 210 uniformly inject gas into the wafer surface. For this reason, when the processing accuracy (dimensional accuracy) of the orifice 213 and the like in the component plate 210 is poor, gas cannot be uniformly injected into the wafer surface, and the film thickness of the thin film formed on the wafer becomes uniform in the wafer surface. There was a possibility that the sex became worse.
[0009]
Therefore, in order to uniformly inject gas from the dispersion head 200, conventionally, a large number of the constituent plates 210 are manufactured, and a constituent plate 210 having good dimensional accuracy (processing accuracy) such as the orifice 213 is selected from them. Then, the dispersion head 200 is manufactured by bonding the selected component plates 210 together.
For this reason, the shape of the component plate 210 is restricted to a quadrangle (see FIG. 8) that can be mass-produced, and the shape of the dispersion head 200 formed by laminating a plurality of the component plates 210 is restricted to a rectangular parallelepiped.
[0010]
FIG. 11 and FIG. 12 are views showing the positional relationship between the dispersion head 200 and the wafer 3 facing the same when the conventional dispersion head 200 injects gas to the wafer 3. Here, both figures are views of the dispersion head 200 viewed from the wafer 3 (see FIG. 7).
[0011]
As shown in FIG. 11, since the dispersion head 200 and the wafer 3 have greatly different cross-sectional shapes, the wafer 3 does not exist at a position facing the vicinity of four sides of the dispersion head 200. Therefore, the gas injected from the component plate 210 (orifice 213) near the four sides of the dispersion head 200 is not injected into the surface of the wafer 3.
[0012]
Further, as shown in FIG. 12, when the gas is jetted to the wafer 3 having a smaller diameter than the wafer shown in FIG. 11, the shape difference between the wafer 3 and the dispersion head 200 is further increased. Therefore, the amount of gas not injected into the surface of the wafer 3 among the gas injected from the component plate 210 (orifice 213) of the dispersion head 200 is further increased.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the cross-sectional shape of the dispersion head 200 differs from that of the wafer 3 for manufacturing reasons. Therefore, for example, the component plate 210 (where the wafer 3 does not exist at the opposed position, such as near the four sides of the dispersion head 200). The gas injected from the orifice 213) does not contribute to film formation on the wafer.
The gas that does not contribute to the film formation becomes a film or a powdery by-product on the susceptor 4 supporting the wafer 3 (see FIG. 7), the side wall 11 of the reaction chamber 1 (see FIG. 7), and the like. Adhere to.
[0014]
Since this deposit becomes a major factor of particles, there is a problem that the cleaning cycle of the reaction chamber 1 is shortened and the operation rate of the apparatus is reduced.
Furthermore, since a large amount of gas that does not contribute to film formation is injected from the dispersion head 200, there is a problem that the manufacturing cost of the semiconductor device increases.
[0015]
These problems are particularly conspicuous when a large-sized dispersion head corresponding to a large-diameter wafer is used to form a film on a small-diameter wafer, that is, when a gas is injected to a small-diameter wafer.
[0016]
Further, the above-described problem can be solved by manufacturing a dispersion head corresponding to the diameter of the wafer 3. That is, a method of manufacturing a plurality of types of component plates 210 having different numbers of orifices, bonding them together to manufacture a dispersion head, and limiting the gas injection range to within the wafer plane.
However, in this method, since a plurality of types of component plates need to be manufactured, a large manufacturing cost is required. Further, when the types of the component plates 210 to be manufactured are increased, maintenance costs such as storage costs increase accordingly.
Further, if the diameter of the processed wafer is different, the dispersion head must be replaced, which causes a problem that the operation rate of the apparatus is reduced.
[0017]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a gas injection apparatus for a semiconductor manufacturing apparatus capable of limiting the injection range of a process gas in order to solve the above-mentioned conventional problems. It is another object of the present invention to realize a gas injection device for a semiconductor manufacturing apparatus capable of limiting a process gas injection range corresponding to a plurality of wafer diameters.
[0018]
[Means for solving the problem]
A gas injection device for a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention is an injection unit that injects a gas onto a wafer in a plane,
An ejection limiting member that is detachably attached to the ejection unit and limits a range in which gas is ejected by the ejection unit to a predetermined range.
[0019]
Oite the gas injection equipment for semiconductor production apparatuses according to the present invention, the injection unit includes a gas inlet, and a buffer to maintain the pressure of the introduced gas from the gas inlet to the constant, the gas from the buffer It is preferable that a plurality of injection ports for injecting is provided, and the injection restricting member seals the injection port for injecting a gas out of a predetermined range.
[0020]
Oite the gas injection equipment for semiconductor production apparatuses according to the present invention, the injection unit includes a structure plate having a plurality of injection openings in a strip shape, early injection limiting member, the injection port for each of the formation plate Is preferably sealed.
[0021]
Oite the gas injection equipment for semiconductor production apparatuses according to the present invention, the predetermined range limited by the injection limiting member is suitably substantially equal to the shape of the wafer.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram for explaining an internal structure of a reaction chamber in a normal pressure CVD apparatus according to an embodiment of the present invention.
In the reaction chamber 1 shown in FIG. 1, a dispersion head 2 injects a process gas (hereinafter, referred to as a gas) to a wafer 3 supported by a susceptor 4 (corresponding to an arrow in the figure). It is a gas injection device. Further, in the figure, reference numeral 11 denotes a side wall of the reaction chamber 1.
[0024]
Here, the dispersion head 2 is manufactured by laminating a plurality of component plates 21 in a strip shape. More specifically, a plurality of two types of component plates 21a and 21b for injecting different types of gas are alternately laminated.
The left end of the dispersion head 2 in the figure is terminated by a termination plate 22. Here, the end plate 22 is a flat plate mainly made of aluminum or the like.
Further, the gas injection range is limited by attaching the sealing plate 215 to the component plate 21 (orifice) having no wafer 3 at the opposing position (described later).
[0025]
FIG. 2 is a perspective view for explaining the component plate 21 (21a) shown in FIG. FIG. 3 is a front view of the component plate 21 (21a) shown in FIG.
[0026]
2 and 3, the component plate 21 (21a) is formed by digging the injection unit 20 into a flat plate mainly made of aluminum or the like. Further, the component plate 21 includes a sealing plate as the ejection restricting member 215 (described later). The component plate 21 has a screw hole 214 for attaching the component plate 21 thereto.
[0027]
Here, the injection unit 20 includes a plurality of gas introduction ports 211, a buffer 212, and an orifice serving as the plurality of injection ports 213.
That is, a plurality of gas introduction ports 211, a buffer 212, and a plurality of orifices (injection ports) 213 are formed by digging in a flat plate mainly made of aluminum or the like.
[0028]
The gas introduction port 211 includes a gas introduction port 211a and a gas introduction port 211b, and the gas introduction ports 211a and 211b are connected to different gas lines.
For example, gas inlet 211a is connected to a silane gas (SiH 4) gas for supplying line -1 (Gas line-1), a gas inlet 211b is supplied with oxygen-containing gas (O 2, O 3) Connected to a gas line-2 (see FIG. 4).
[0029]
In the component plate 21a shown in FIGS. 2 and 3, the upper part of the gas inlet 211a is dug, so that the gas inlet 211a and the buffer 212 are connected. Therefore, the silane-based gas is introduced into the buffer 212 from the gas introduction port 211a, and the introduced silane-based gas is ejected from the orifice 213.
Further, since the upper part of the gas inlet 211b is not dug, the gas inlet 211b and the buffer 212 are not connected. Therefore, no oxygen-based gas is introduced into the buffer 212 from the gas inlet 211b.
That is, in the buffer 212, the silane-based gas and the oxygen-based gas are not mixed.
[0030]
The component plate 21b shown in FIG. 1 has the upper portion of the gas inlet 211b dug and the upper portion of the gas inlet 211a is not dug (not shown), contrary to the component plate 21a. . The other shapes are the same as those of the component plate 21a.
Therefore, the oxygen-based gas is introduced into the buffer 212 from the gas introduction port 211b, and the introduced oxygen-based gas is injected from the orifice 213. Then, the silane-based gas is not introduced into the buffer 212.
In the following embodiments, the component plate 21a will be described as the component plate 21, and the description of the component plate 21b will be omitted or simplified.
[0031]
The buffer 212 is for keeping the pressure of the gas introduced from the gas introduction port 211 constant.
[0032]
The orifice 213 is for injecting the gas introduced into the buffer 212 at a predetermined pressure and flow rate. Further, the gas is uniformly injected from the plurality of orifices 213 formed in the component plate 21.
Accordingly, the injection unit 20 injects gas into the wafer 3 (see FIG. 1) in a planar manner.
[0033]
The dispersion head 2 is substantially the same as the conventional dispersion head 200.
Although the details will be described later, a feature of the present invention is that the constituent plate 21 of the dispersion head 2 is provided with a sealing plate 215 for limiting the gas injection range to a predetermined range.
[0034]
Next, the sealing plate 215 will be described.
As shown in FIG. 2 or FIG. 3, the sealing plate 215 is for closing the orifice 213 that does not eject gas among the plurality of orifices 213 formed in the component plate 21. That is, closing the orifice 213 with the sealing plate 215 limits the gas injection range of the injection unit 20 to a predetermined range.
[0035]
At the end of the sealing plate 215, a convex portion 215a having a semicircular cross section is formed. In addition, a concave portion 216 having substantially the same outer shape as the convex portion 215a and having a hemispherical cross section is formed on the gas injection side of the orifice 213.
Then, the sealing plate 215 is detachably attached to the component plate 21 by fitting the convex portion 215a into the concave portion 216. Note that the attached sealing plate 215 may be fixed to the component plate 21 with screws or the like.
[0036]
To summarize the dispersion head 2 serving as the gas injection device, the injection unit 20 injects gas into the wafer 3 in a planar manner, and the injection limiting member 215 determines a range in which the gas is injected by the injection unit 20. To the range.
The buffer 212 constituting the injection unit 20 keeps the pressure of the gas introduced from the gas introduction port 211 constant, and the injection port 213 injects the gas stored in the buffer 212. Here, the injection restricting member 215 seals the injection port 213 that injects gas into a region other than the predetermined range.
[0037]
Next, gas injection will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining gas injection on the component plate 21 of the dispersion head 2 according to the embodiment of the present invention.
[0038]
In the component plate 21 (21a) shown in FIG. 4, first, gas is introduced into the buffer 212 from a plurality of gas introduction ports 211 (211a) connected to the gas line-1 (Gas line-1). Further, in the component plate 21b shown in FIG. 1, gas is introduced into the buffer 212 from a plurality of gas introduction ports 211b connected to a gas line-2 (gas line-2) (the following description is omitted). .
Then, in the buffer 212, the pressure of the gas introduced from the gas introduction port 211 (211a) is kept constant.
Next, the gas is uniformly injected at a predetermined pressure and flow rate from a plurality of orifices 213 other than the orifices 213 sealed by the sealing plate 215.
Thereby, the gas is ejected from the dispersion head 2 to the wafer 3 in a planar manner (see FIG. 1). Further, the sealing plate 215 limits the gas injection range from the dispersion head 2 to a predetermined range (details will be described later).
[0039]
Next, with reference to FIG. 5 and FIG. 6, a description will be given of the limitation of the gas injection range when injecting gas from the dispersion head 2 to the wafer 3.
FIGS. 5 and 6 are views showing the positional relationship between the dispersion head 2 and the wafer 3 facing the same when the gas is injected to the wafer 3 using the dispersion head 2 to which the present invention is applied. .
Here, both figures are views of the dispersion head 2 viewed from the wafer 3 (see FIG. 1), and FIG. 2 is a view of the dispersion head 2 viewed from above the component plate 21.
[0040]
In FIG. 5, reference numeral 2 denotes a dispersion head, and 3 denotes a wafer (large diameter). As described above, the dispersion head 2 includes a plurality of component plates 21 in a strip shape. More specifically, two types of component plates 21a and 21b having different connected gas lines are alternately bonded. The left end of the dispersion head 2 is terminated by an end plate 22.
[0041]
Further, as shown in FIG. 5, each component plate 21 (21a, 21b) constituting the dispersion head 2 has a sealing plate 215 for sealing an orifice 213 (see FIG. 3) which does not inject gas. Have.
That is, in each of the component plates 21, the orifice 213 where the wafer 3 does not exist at the opposing position is sealed by the sealing plate 215.
For this reason, the size of the sealing plate 215 in each component plate 21 is different. Specifically, since the number of the orifices 213 in which the wafer 3 does not exist in the opposing position is larger in the component plates 21 near the left and right ends of the dispersion head 2, the size of the sealing plate 215 for sealing these orifices 213 is also larger. Become.
Accordingly, since the gas is not injected from the orifice 213 where the wafer 3 does not exist at the opposing position by the sealing plate 215 provided on each component plate 21, the gas injection range of the dispersion head 2 is limited to approximately within the surface of the wafer 3. Is done.
[0042]
As described above, the injection range of the gas injected from the injection unit 20 (see FIG. 2) of the dispersion head 2 is limited to a predetermined range by the sealing plate 215.
In FIG. 2, the predetermined range is substantially within the wafer plane. However, by changing the size of the sealing plate 215, the predetermined range can be set to a range wider or narrower than the wafer.
[0043]
The wafer 3 shown in FIG. 6 has a smaller diameter than the wafer 3 shown in FIG. Also in this case, as described with reference to FIG. 5, in each component plate 21 of the dispersion head 2, a sealing plate 215 is attached to an orifice (not shown) where the wafer 3 does not exist at a position facing the component plate 21, and gas is injected. The range is generally limited within the wafer plane.
As described above, in the same dispersion head 2, only the size of the sealing plate 215 is changed, so that wafers having different diameters can be handled.
[0044]
As described above, in the present embodiment, the gas injection range is reduced by sealing the orifice 213 that does not inject gas with the sealing plate 215 in the component plate 21 (21a, 21b) of the dispersion head 2. Limited to a predetermined range.
Here, by sealing the orifice 213 in which the wafer 3 does not exist at the opposing position, the gas injection range can be limited substantially within the wafer plane.
Therefore, since unnecessary gas injection can be suppressed, by-products adhering to the side wall 11 of the reaction chamber 1 and the susceptor 4 (see FIG. 1) are reduced. For this reason, the cleaning cycle of the reaction chamber 1 and the susceptor 4 is lengthened, and the operation rate of the apparatus is improved.
Further, unnecessary gas injection that does not contribute to film formation on the wafer 3 can be suppressed, so that the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced.
[0045]
Further, the sealing plate 215 is detachable, and by changing the size of the sealing plate 215, the gas injection range can be limited according to the wafer diameter.
Therefore, even when the diameters of the processed wafers are different, the common dispersion head 2 can be used, so that the capital investment can be reduced.
[0046]
In this embodiment, the dispersion head 2 used in the normal pressure CVD apparatus has been described. However, the dispersion head 2 can be used in another CVD apparatus or a vapor phase growth apparatus.
[0047]
【The invention's effect】
According to the present invention, the gas injection range can be limited to a predetermined range by the injection limiting member. Thus, unnecessary gas injection can be suppressed.
[0048]
Further , according to the present invention, the gas injection range can be limited to approximately within the wafer plane.
[0049]
Further , according to the present invention, by changing the size of the ejection restricting member, the gas ejection range can be restricted in correspondence with wafers having different diameters.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an internal structure of a reaction chamber in an atmospheric pressure CVD apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view for explaining a component plate constituting the dispersion head according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a component plate constituting the dispersion head according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing gas injection on a component plate of the dispersion head according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a positional relationship between a dispersion head according to an embodiment of the present invention and a wafer (large diameter) opposed thereto.
FIG. 6 is a diagram showing a positional relationship between a dispersion head according to an embodiment of the present invention and a wafer (small diameter) opposed thereto.
FIG. 7 is a diagram showing an internal structure of a reaction chamber in a conventional atmospheric pressure CVD apparatus.
FIG. 8 is a perspective view for explaining a component plate constituting a conventional dispersion head.
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a component plate constituting a conventional dispersion head.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing gas injection from a component plate of a conventional dispersion head.
FIG. 11 is a view showing a positional relationship between a conventional dispersion head and a wafer (large diameter) opposed thereto.
FIG. 12 is a diagram showing a positional relationship between a conventional dispersion head and a wafer (small diameter) opposed thereto.
[Explanation of symbols]
1 reaction chamber, 2 gas injection device (dispersion head), 3 wafers, 4 susceptors, 11 side walls, 20 injection units, 21 component plates, 22 end plates, 211 gas introduction ports, 212 buffers, 213 injection ports (orifices), 214 screw hole, 215 injection restricting member (sealing plate), 215a convex portion, 216 concave portion.

Claims (4)

ウェハに対して平面的にガスを噴射する噴射部と、
前記噴射部に着脱可能に取り付けられ、前記噴射部によってガスが噴射される範囲を所定の範囲に制限する噴射制限部材とを備えることを特徴とする半導体製造装置用のガス噴射装置。An injection unit that injects gas into the wafer in a plane,
A gas injection device for a semiconductor manufacturing apparatus , comprising: an ejection restricting member that is detachably attached to the ejection unit and that limits a range in which gas is ejected by the ejection unit to a predetermined range. 前記噴射部は、ガス導入口と、前記ガス導入口から導入されたガスの圧力を一定に保つバッファと、前記バッファからガスを噴射する複数の噴射口とを備え、前記噴射制限部材は、所定の範囲以外にガスを噴射する噴射口を封止することを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置用のガス噴射装置。The injection unit includes a gas inlet, a buffer that keeps the pressure of the gas introduced from the gas inlet constant, and a plurality of injection ports that inject gas from the buffer, wherein the injection restricting member has a predetermined shape. 2. A gas injection device for a semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein an injection port for injecting a gas out of a range other than the range is sealed. 前記噴射部は、前記複数の噴射口を有する構成板を短冊状に備え、前期噴射制限部材は、前記構成板毎に噴射口を封止することを特徴とする請求項２記載の半導体製造装置用のガス噴射装置。3. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 2, wherein the ejection unit includes a component plate having the plurality of ejection ports in a strip shape, and the ejection limiting member seals the ejection port for each of the component plates. 4. For gas injection. 前記噴射制限部材によって制限される所定の範囲は、ウェハの形状に略等しいことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の半導体製造装置用のガス噴射装置。 4. The gas injection device for a semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the predetermined range limited by the injection restriction member is substantially equal to a shape of a wafer .
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