JP3640623B2

JP3640623B2 - 半導体製造装置のプロセスチャンバ構造および半導体製造装置

Info

Publication number: JP3640623B2
Application number: JP2001190190A
Authority: JP
Inventors: 孝之中西
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2005-04-20
Anticipated expiration: 2021-06-22
Also published as: JP2003017477A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造プロセスに使用される半導体製造装置のプロセスチャンバ構造および半導体製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置の１つであるＣＶＤ装置は、例えば、プロセスチャンバと、このプロセスチャンバ内に配置され、ウェハを支持すると共に内部にヒータが設けられたペデスタルと、プロセスガスをプロセスチャンバ内に供給するガス供給部と、プロセスチャンバ内を排気するポンプとを備え、ＣＶＤ反応の励起エネルギーとしてヒータの熱を用い、ウェハの表面に薄膜を形成する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなＣＶＤ装置においては、ウェハ面内の膜厚均一性が良好となるような反応を起こすには、プロセスチャンバ内におけるガスの分布や流れを均一にする必要がある。しかし、従来のＣＶＤ装置では、プロセスチャンバの加工公差のための逃げ等によりプロセスチャンバに微小な隙間が発生し、この隙間によって無用な気体流が生じることがあった。このため、プロセスチャンバ内のガスの分布や流れを均一にすることは困難であった。
【０００４】
本発明の目的は、ガスの分布や流れの均一性を向上させることができる半導体製造装置のプロセスチャンバ構造および半導体製造装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体製造装置のプロセスチャンバ構造は、ガス排気口を有するチャンバボディと、チャンバボディの上部に設けられ、ガス導入口を有するチャンバ蓋体と、チャンバボディの内壁部に設けられ、ガス排気口と連通した複数の貫通孔を有する環状の排気路形成部材とを備え、チャンバ蓋体には、排気路形成部材との間に上下方向に延びる隙間を形成する環状突出部が設けられていることを特徴とするものである。
【０００６】
以上のようなチャンバボディ、チャンバ蓋体および排気路形成部材を有するプロセスチャンバにおいては、プロセス中にチャンバ蓋体と排気路形成部材との間に温度差が生じることから、両者間にシール材を設けることができない場合がある。この場合、チャンバ蓋体と排気路形成部材との間には微小な隙間が生じるため、プロセスチャンバ内に導入されたプロセスガスの一部がその隙間を通ってプロセスチャンバの外部に排出され、プロセスチャンバ内におけるガスの分布や流れが不均一になることがある。そこで、上述したような環状突出部をチャンバ蓋体に設けることにより、環状突出部と排気路形成部材との間に上下方向に延びる隙間が形成され、チャンバ蓋体と排気路形成部材との間の微小な隙間形成部分が長くなる。このため、チャンバ蓋体と排気路形成部材との間の隙間にガスが流れ込んでも、そのガスが当該隙間から抜けにくくなる。従って、プロセスチャンバ内における無用な排気の流れが低減され、プロセスチャンバ内のガスの大部分は排気路形成部材の貫通孔を通って排気されることになり、これによりガスの分布や流れの均一性が向上する。
【０００７】
好ましくは、環状突出部は、排気路形成部材の内側及び外側にそれぞれ設けられている。これにより、チャンバ蓋体と排気路形成部材との間の微小な隙間形成部分がより長くなるため、プロセスチャンバ内における無用な排気の流れが更に低減される。
【０００８】
また、好ましくは、排気路形成部材は、チャンバ蓋体の手前まで上下方向に延びる筒状体を有し、環状突出部は、筒状体の周面との間に隙間を形成するように構成されている。これにより、例えばチャンバボディとチャンバ蓋体との間にスペーサを介在させた場合に、チャンバ蓋体と排気路形成部材との間に、上下方向に延びる長い微小な隙間が形成される。
【０００９】
さらに、好ましくは、チャンバ蓋体は、ガス導入口から導入されたガスを下方に向けて噴射させるシャワーヘッドを有し、環状突出部は、シャワーヘッドのガス噴射面に固定されている。これにより、シャワーヘッドを備えたプロセスチャンバに本発明を適用できる。
【００１０】
また、本発明の半導体製造装置は、プロセスチャンバと、プロセスチャンバ内に配置され、被処理基板を支持する支持部材と、支持部材に支持された被処理基板を加熱する加熱手段と、プロセスチャンバ内にプロセスガスを供給するガス供給手段と、プロセスチャンバ内のガスを排出する排気手段とを備え、プロセスチャンバは、排気手段と接続されるガス排気口を有するチャンバボディと、チャンバボディの上部に設けられ、ガス供給手段と接続されるガス導入口を有するチャンバ蓋体と、チャンバボディの内壁部に設けられ、ガス排気口と連通した複数の貫通孔を有する環状の排気路形成部材とを備え、チャンバ蓋体には、排気路形成部材との間に上下方向に延びる隙間を形成する環状突出部が設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
このように環状突出部をチャンバ蓋体に設けることにより、環状突出部と排気路形成部材との間に上下方向に延びる隙間が形成され、チャンバ蓋体と排気路形成部材との間の微小な隙間形成部分が長くなる。このため、チャンバ蓋体と排気路形成部材との間の隙間にガスが流れ込んでも、そのガスが当該隙間から抜けにくくなる。従って、プロセスチャンバ内における無用な排気の流れが低減され、プロセスチャンバ内のガスの大部分は排気路形成部材の貫通孔を通って排気されることになり、これによりガスの分布や流れの均一性が向上する。
【００１２】
好ましくは、ガス供給手段は、プロセスガスとしてＮＨ₃とＳｉＨ₄との混合ガスをガス導入口に供給する手段である。この場合には、被処理基板であるウェハの表面にＳｉＮ膜を形成することができる。
【００１３】
また、好ましくは、加熱手段は、支持部材に設けられたヒータである。これにより、支持部材の上方または下方に赤外線ランプ等を配置する必要がなく、スペース的に有利である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る半導体製造装置のプロセスチャンバ構造および半導体製造装置の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る半導体製造装置の一実施形態として熱ＣＶＤ装置を示した概略構成図である。同図において、熱ＣＶＤ装置１はプロセスチャンバ２を備えている。このプロセスチャンバ２は、ガス排気口３ａを有するチャンバボディ３と、このチャンバボディ３の上部にリング状のスペーサ４を介して設けられ、ガス導入口５ａを有するリッド５とを有している。
【００１６】
ガス排気口３ａには、プロセスチャンバ２内部を排気するためのポンプ６が接続されている。ガス導入口５ａには、プロセスガスをプロセスチャンバ２内に供給するためのガス供給源７が接続されている。プロセスガスとしては、シリコンウェハ（被処理基板）Ｗの表面にシリコンナイトライド（ＳｉＮ）膜を形成すべく、ＮＨ₃とＳｉＨ₄との混合ガスが使用される。
【００１７】
リッド５には円形の凹部８が形成され、この凹部８内には、複数の貫通孔（図示せず）を有するブロッカープレート９が配置されている。また、凹部８内におけるブロッカープレート９の下方にはシャワーヘッド１０が設けられ、このシャワーヘッド１０には、ガス導入口５ａから導入されたプロセスガスを下方に向けて噴射させるための複数の貫通孔１１（図２参照）が形成されている。この貫通孔１１の径は、例えば１ｍｍ弱程度となっている。ここで、スペーサ４、リッド５、ブロッカープレート９、シャワーヘッド１０は、プロセスチャンバ２のチャンバ蓋体１２を構成する。
【００１８】
チャンバボディ３の側壁には、プロセスチャンバ２内にウェハＷを出し入れするためのウェハ搬送口１３が設けられている。また、チャンバボディ３の内壁部には段部１４が設けられ、この段部１４上には、排気のための環状空間Ｓを形成する環状の排気路形成部材１５が載置されている。この排気路形成部材１５の環状突起部１６には、ガス排気口３ａと連通した複数の貫通孔１７が等間隔で形成されている。この貫通孔１７は、ウェハＷ表面に沿ってプロセスガスを流すことでＳｉＮ膜を成膜するのに最適な高さ位置に形成されている。
【００１９】
環状突起部１６には、上下方向に延びる筒状体１８が固定されている。この筒状体１８は、環状突起部１６における貫通孔１７よりも僅かに上方の位置からチャンバ蓋体１２の手前まで延びており、これによりチャンバ蓋体１２と筒状体１８との間に微小な隙間（ギャップ）Ｇ₁を形成している。
【００２０】
シャワーヘッド１０におけるガス噴射面１０ａのエッジ部には、環状突出部１９が溶接等により取り付けられている。この環状突出部１９は、筒状体１８の内周面との間に上下方向に延びる微小な隙間Ｇ₂を形成すると共に、環状突起部１６の上面との間に微小な隙間Ｇ₃を形成するように構成されている。また、リッド５の下面には、環状突出部２０が溶接等により取り付けられている。この環状突出部２０は、筒状体１８の外周面との間に上下方向に延びる微小な隙間Ｇ₄を形成するように構成されている。
【００２１】
ここで、チャンバボディ３、チャンバ蓋体１２、筒状体１８を含む排気路形成部材１５、環状突出部１９，２０といったプロセスチャンバ２を構成する各部品は、例えばアルミニウムで形成されている。
【００２２】
このようなプロセスチャンバ２内には、ウェハＷを支持するペデスタル２１が配置されている。このペデスタル２１には、ウェハＷを加熱するためのセラミックヒータ（図示せず）が内蔵されている。ペデスタル２１は、図示しない駆動手段により上下動可能である。また、ペデスタル２１には、複数（例えば３つ）のピン貫通孔が形成され、各ピン貫通孔には、ウェハＷを上下動させるためのリフトピン２２が挿入されている。このリフトピン２２は、ピン駆動部２３により上下動される。
【００２３】
以上のような熱ＣＶＤ装置１を使用して、ＳｉＮ膜の成膜プロセスを行う場合、プロセスチャンバ２内の圧力を例えば２７５Ｔｏｒｒに設定すると共に、ペデスタル２１に内蔵されたヒータによりペデスタル２１を例えば８００℃の温度まで加熱する。その状態で、ウェハ搬送ロボット（図示せず）によりウェハＷをウェハ搬入口１３からプロセスチャンバ２内に搬入する。そして、ピン駆動部２３により各リフトピン２２を上昇させて、ウェハＷをウェハ搬送ロボットから各リフトピン２２の上面に移載し、次いでピン駆動部２３により各リフトピン２２を下降させて所望の温度に加熱されたペデスタル２１上にウェハＷを置く。その後、図示しない駆動手段によりペデスタル２１を図１に示すようなプロセス位置まで上昇させる。
【００２４】
その状態で、ポンプ６を作動させると共に、ガス供給源７からのプロセスガス（ＮＨ₃とＳｉＨ₄との混合ガス）をプロセスチャンバ２内に導入する。なお、プロセスガスは、ＭＦＣ（図示せず）により流量制御された状態でガス導入口５ａに供給される。すると、プロセスガスが、ブロッカープレート９の貫通穴（図示せず）を介してシャワーヘッド１０に送られ、このシャワーヘッド１０の複数の貫通孔１１よりウェハＷ全面に向けて噴射される。また、この時にプロセスガスがペデスタル２１の下側に入り込まないように、希釈ガスとしてＮ₂ガスをペデスタル２１の下側よりシャワーヘッド１０とペデスタル２１との間に導入する。
【００２５】
これにより、ＮＨ₃とＳｉＨ₄との混合ガスがシリコンウェハＷと熱反応を起こし、ウェハＷの表面にＳｉＮ膜が形成される。このとき、プロセスチャンバ２内に生じる排ガスは、ポンプ６により排気路形成部材１５の各貫通孔１７、ガス排気口３ａを介してプロセスチャンバ２の外部に排出される。
【００２６】
ここで、比較例として従来一般の熱ＣＶＤ装置を図３に示す。なお、図中、図１に示すものと同一の部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００２７】
図３において、熱ＣＶＤ装置５０はプロセスチャンバ５１を備え、このプロセスチャンバ５１は、チャンバボディ３と、このチャンバボディ３の内壁部に設けられた環状の排気路形成部材１５と、チャンバボディ３の上部に設けられたチャンバ蓋体５２とを有している。チャンバ蓋体５２は、リッド５、ブロッカープレート９、シャワーヘッド１０からなっている。
【００２８】
このようなプロセスチャンバ５１において、加工公差等によりシャワーヘッド１０と排気路形成部材１５の環状突起部１６との間には微小な隙間Ｇが形成される。この場合、シャワーヘッド１０と環状突起部１６との間にシール材を入れることも考えられる。しかし、排気路形成部材１５は、ヒータ内蔵ペデスタル２１からの輻射熱によって例えば１５０〜３００℃まで加熱される。また、チャンバ蓋体５２は水冷されるため、室温（２５℃）程度に維持される。このため、シャワーヘッド１０と環状突起部１６との間にシール材を設けると、両者間で熱伝導が起こり、反応系が変わってしまう。また、プロセスチャンバ５１の組み付け時、チャンバ蓋体５２をチャンバボディ３に取り付ける際に、シャワーヘッド１０がシール材に当たると、プロセスチャンバ５１内に発塵が生じてしまう。以上の点から、シール材の使用は好ましくない。
【００２９】
しかし、この場合には、シャワーヘッド１０と環状突起部１６との間に微小な隙間Ｇが存在するため、プロセスチャンバ５１内のガスの一部がその隙間Ｇを通って排気される。つまり、排気路形成部材１５の各貫通孔１７を通る正規のガスの流れとは異なる無用な気体流が生じることになる。このため、ペデスタル２１の下側からのＮ₂ガスによってウェハＷのエッジ部を流れるプロセスガスが希釈され、ウェハＷ面内の膜厚均一性が悪化するおそれがある。
【００３０】
これに対し本実施形態では、チャンバボディ３とリッド５との間にスペーサ４を介在させて、シャワーヘッド１０とプロセス位置でのペデスタル２１との間隔を長くする。そして、排気路形成部材１５に筒状体１８を設けると共にチャンバ蓋体１２に環状突出部１９，２０を設けることにより、排気路形成部材１５とチャンバ蓋体１２との間に微小な隙間Ｇ₁〜Ｇ₄を形成したので、隙間形成部分の距離が必然的に長くなる。このため、排気路形成部材１５とチャンバ蓋体１２との間の隙間にガスが流れ込んでも、そのガスが当該隙間から抜けにくくなる。つまり、隙間を通るガスの流れのコンダクタンスが小さくなる。従って、プロセスチャンバ２内における無用な気体流が低減され、プロセスチャンバ２内のガスの大部分が排気路形成部材１５の各貫通孔１７を介して排気されるようになるため、ガスの分布や流れの均一性が良好になる。これにより、Ｎ₂ガスによるプロセスガスの希釈が低減され、ウェハＷ面内の膜厚均一性が向上する。
【００３１】
なお、本発明は、上記実施形態には限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、筒状体１８の内側に環状突出部１９を設け、筒状体１８の外側に環状突出部２０を設ける構成としたが、筒状体１８の内側のみ又は外側のみに環状突出部を設けてもよい。
【００３２】
また、上記実施形態では、チャンバボディ３とリッド５との間にスペーサ４を介在させたことに伴い、上下方向に延びる筒状体１８を排気路形成部材１５に設けたが、図３に示すようにチャンバボディ３上に直接リッド５を設けた構造を有する場合には、排気路形成部材１５の環状突起部１６との間に上下方向に延びる隙間が形成されるように、チャンバ蓋体１２に環状突出部を設ければよい。
【００３３】
さらに、上記実施形態は、プロセスガスとしてＮＨ₃とＳｉＨ₄との混合ガスを用い、ウェハＷ上にＳｉＮ膜を生成するものであるが、本発明は、これ以外にも、ＨＴＯ膜やタングステン／ポリシリコン／タングステンシリサイド膜などの成膜にも適用できる。例えばＨＴＯ膜の成膜においては、プロセスガスとしてＮ₂Ｏガスを使用する。
【００３４】
また、上記実施形態の半導体製造装置は熱ＣＶＤ装置であるが、本発明は、構造上シール材を設けることができない他の半導体製造装置のプロセスチャンバにも適用可能である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、チャンバ蓋体に、排気路形成部材との間に上下方向に延びる隙間を形成する環状突出部を設けたので、チャンバ蓋体と排気路形成部材との間に形成された隙間を流れるガスのコンダクタンスが小さくなり、これによりプロセスチャンバ内におけるガスの分布や流れの均一性が向上する。従って、例えば被処理基板の成膜において、被処理基板の膜厚均一性を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体製造装置の一実施形態として熱ＣＶＤ装置を示す概略構成図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】比較例として従来一般の熱ＣＶＤ装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１…熱ＣＶＤ装置（半導体製造装置）、２…プロセスチャンバ、３…チャンバボディ、３ａ…ガス排気口、５…リッド、５ａ…ガス導入口、６…ポンプ（排気手段）、７…ガス供給源（ガス供給手段）、１０…シャワーヘッド、１０ａ…ガス噴射面、１２…チャンバ蓋体、１５…排気路形成部材、１７…貫通孔、１８…筒状体、１９，２０…環状突出部、２１…ヒータ内蔵ペデスタル（支持部材、加熱部材）、Ｇ₁〜Ｇ₄…隙間、Ｗ…ウェハ（被処理基板）。

Claims

ガス排気口を有するチャンバボディと、
前記チャンバボディの上部に設けられ、ガス導入口を有するチャンバ蓋体と、
前記チャンバボディの内壁部に設けられ、前記ガス排気口と連通した複数の貫通孔を有する環状の排気路形成部材とを備え、
前記チャンバ蓋体には、前記排気路形成部材との間に上下方向に延びる隙間を形成する環状突出部が設けられている半導体製造装置のプロセスチャンバ構造。
前記環状突出部は、前記排気路形成部材の内側及び外側にそれぞれ設けられている請求項１記載の半導体製造装置のプロセスチャンバ構造。
前記排気路形成部材は、前記チャンバ蓋体の手前まで上下方向に延びる筒状体を有し、
前記環状突出部は、前記筒状体の周面との間に前記隙間を形成するように構成されている請求項１または２記載の半導体製造装置のプロセスチャンバ構造。
前記チャンバ蓋体は、前記ガス導入口から導入されたガスを下方に向けて噴射させるシャワーヘッドを有し、
前記環状突出部は、前記シャワーヘッドのガス噴射面に取り付けられている請求項１〜３のいずれか一項記載の半導体製造装置のプロセスチャンバ構造。
プロセスチャンバと、
前記プロセスチャンバ内に配置され、被処理基板を支持する支持部材と、
前記支持部材に支持された前記被処理基板を加熱する加熱手段と、
前記プロセスチャンバ内にプロセスガスを供給するガス供給手段と、
前記プロセスチャンバ内のガスを排出する排気手段とを備え、
前記プロセスチャンバは、前記排気手段と接続されるガス排気口を有するチャンバボディと、前記チャンバボディの上部に設けられ、前記ガス供給手段と接続されるガス導入口を有するチャンバ蓋体と、前記チャンバボディの内壁部に設けられ、前記ガス排気口と連通した複数の貫通孔を有する環状の排気路形成部材とを備え、前記チャンバ蓋体には、前記排気路形成部材との間に上下方向に延びる隙間を形成する環状突出部が設けられている半導体製造装置。
前記ガス供給手段は、前記プロセスガスとしてＮＨ₃とＳｉＨ₄との混合ガスを前記ガス導入口に供給する手段である請求項５記載の半導体製造装置。
前記加熱手段は、前記支持部材に設けられたヒータである請求項５または６記載の半導体製造装置。