JP3750713B2

JP3750713B2 - Atmospheric pressure CVD equipment

Info

Publication number: JP3750713B2
Application number: JP23731799A
Authority: JP
Inventors: 聖又石本; 政明村上; 昌雄織田; 貴則村田; 幸男島; 克浩宍田
Original assignee: Shikoku Instrumentation Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Shikoku Instrumentation Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-08-24
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2019-08-24
Also published as: JP2001068417A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、常圧において半導体ウエハに成膜を施す常圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、常圧ＣＶＤ法は種々の分野で成膜技術として利用されている。そのための常圧ＣＶＤ装置も種々のタイプのものが開発されている。この従来の常圧ＣＶＤ装置を、図２２〜図２４を用いて説明する。従来の常圧ＣＶＤ装置においては、図２２に示すように、トレイ１０４の上に搭載された半導体ウエハ１０５を搬送するチェーンベルト１０７が設けられている。トレイ１０４の上に乗せられた半導体ウエハ１０５に向かって、スリットから反応ガスを噴き付けるガスヘッド１０１が設けられている。ガスヘッド１０１の前後には、ガスヘッド１０１に隣接して設けられ、外気を遮断するために窒素ガスを噴き付けるノズル１０９を有するリフレクター部が設けられている。搬送中の半導体ウエハ１０５を加熱するために、ヒーター１０６がチェーンベルト１０７の内側に設けられている。ヒーター１０６によって加熱されるガスヘッド１０１およびガスヘッド１０１内部の反応ガスを冷却するために、ガスヘッド１０１の上部に冷却板１０８が設けられている。この冷却板１０８の上には、冷却板１０８を冷却する冷水が流れる冷水配管１０２が設けられている。
【０００３】
ガスヘッド１０１の内部においては、図２３および図２４に示すように、噴出孔から反応ガスを噴き出すディスパージョンチューブ１１１が複数のスリットを形成するプレート１０１ａを貫通するように設けられている。ディスパージョンチューブ１１１とディスパージョンチューブ１１１が貫通するスリットを形成するプレート１０１ａとの間には、反応ガスがスリット同士の間を相互に分散できるように隙間が設けられている。
【０００４】
この常圧ＣＶＤ装置による半導体ウエハ１０５の成膜工程においては、まず、搬送ロボットにより、トレイ１０４の上に半導体ウエハ１０５を載置する。次に、チェーンベルト１０７を用いて図２２の矢印２００が示す方向に、半導体ウエハ１０５を搭載してトレイ１０４が搬送される。最初に、外気と反応ガスが噴き付けられる部分とを遮断するための窒素ガスを噴き付けるノズル１０９を有するリフレクター部を通過する。その後、反応ガスが吹付けられる内部に送られる。ここで、チェーンベルト１０７で搬送される半導体ウエハ１０５は、トレイ１０４下部に設けられているヒーター１０６により加熱される。その後、ＣＶＤ装置内部において、熱せられた半導体ウエハ１０５の表面に反応ガスが触れて、半導体ウエハ１０５の表面に反応膜が形成される。
【０００５】
上記の常圧ＣＶＤ装置をより具体的に説明する。半導体ウエハ１０５に噴付けられる反応ガスは、複数の配管によりガスヘッド１０１の幅方向に対して均等に分割され、ガスヘッド１０１上部の流量計によってガスヘッド１０１の進行方向と幅方向との両方向において半導体ウエハ１０５に均一な膜が形成されるように流量調整された後、ガスヘッド１０１の内部に送られる。また、ガスヘッド１０１内部では、反応ガスが、ディスパージョンチューブ１１１の中を通るとともに、ディスパージョンチューブ１１１に設けられた、等間隔の噴出孔から噴き出される。ガスヘッド１０１内部には、ディスパージョンチューブ１１１の回りにディスパージョンチューブ１１１と同軸方向の空間を有するように、ディスパージョンチューブとスリットを形成するプレートとの間に隙間が設けられている。そのため、噴出孔からガスヘッド１０１内部に噴出されたガスは、その隙間を通ることにより進行方向に対して流量が均一化するように分散される。その後、図２３に示すスリット１０２ａを形成するプレート１０１ａの間からウエハ１０４に対して反応ガスが噴き出される。
【０００６】
また、図２４に示すように、スリットを形成するプレート１０１ａは、ディスパージョンチューブ１１１からウエハ１０４方向に向かって９０度から１３０度程度の拡がりをもった扇形のガス流れ部を持っている。ガスヘッド１０１より噴出された反応ガスは、半導体ウエハ１０５上で均一な膜が形成されるのに適するような速度分布を与えられて噴出される。それにより、半導体ウエハ１０５上に均一にガスが供給された後、半導体ウエハ１０５上で熱による成膜反応が起こり、半導体ウエハ１０５の表面に膜が形成される。
【０００７】
ガスヘッド１０１内部の反応ガスの放出部前後は、窒素ガスの噴出口が形成されているため、ディスパージョンチューブ１１１に設けられた、等間隔の噴出孔から噴き出される反応ガスと噴出口から噴き出される窒素ガスとが混ざらないように、ディスパージョンチューブ１１１の回りに設けられているディスパージョンチューブ１１１と同軸方向の空間にシールリング１１３を取付けることによって、反応ガスが流れる領域と窒素ガスが流れる領域とを区別している。
【０００８】
反応ガスは、ディスパージョンチューブ１１１内に送り込まれる際にディスパージョンチューブ１１１よりも小さいガス配管により、窒素の噴出口が存在する領域を避けてディスパージョンチューブ１１１の外側に設けられているシールリング１１３取付け位置と同じ位置まで運ばれる。この位置において、Ｏリングによってディスパージョンチューブ１１１内部の窒素と反応ガスとの分離が行われている。
【０００９】
外気と反応ガスが噴き付けられる内部とを遮断するための窒素ガスを噴き付けるノズル１０９を有するリフレクター部と、ガスヘッド１０１の一部に設けられている窒素ガスの噴出口が設けられた領域との間において、半導体ウエハ１０５は、ガスヘッド１０１下部に設けられているヒーター１０６により急激に加熱される。また、反応ガスは、噴出孔に到達するまでに膜生成反応温度に昇温された後、噴出孔から噴出される。それにより、成膜生成時間８〜１０分間をかけて、反応ガスによる成膜が施される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の常圧ＣＶＤ装置は、ガスヘッド１０１が板金のスリット郡から成っているため、上記冷却板１０８とガスヘッド１０１とは、接触面積が小さい。また、上記のような従来の常圧ＣＶＤ装置においては、ガスヘッド１０１を冷却する冷却板１０８がガスヘッド１０１の外側に設けられている構造であるため、ガスヘッド１０１の内部の冷却効果が十分ではない。そのため、ガスヘッド１０１内部は適度な温度に上昇するため、ガスヘッド１０１内部において成膜反応が起き易くなっている。その結果、反応ガスの一部が成膜反応を起こすことによって、ガスヘッド１０１内部に異物が堆積する。それにより、堆積した異物が落下して半導体ウエハ１０５に付着するか、または、ガスヘッド１０１と半導体ウエハ１０５との間の熱対流により異物が散乱して半導体ウエハ１０５に付着する。その結果、半導体装置の歩留りが低下する。
【００１１】
また、ガスヘッド１０１のスリットが異物により目詰まりを起こすために、定期的に清掃等のメンテナンスが必要である。しかしながら、ヒーター１０６を常温に戻してから清掃をおこなうため、冷却および再加熱に時間がかかる。そのため、メンテナンスによるロスタイムが大きく装置の稼働率を低下させる。さらに、ガスヘッド１０１内部に溜まる異物については清掃しきれない部分があるため、ガスヘッド１０１内部に異物が大量に蓄積されると、常圧ＣＶＤ装置としての機能が低下する。このような常圧ＣＶＤ装置の機能低下に対処するための手段としては、ガスヘッド１０１を交換するか、または、新たに常圧ＣＶＤ装置を導入するかしなければならないため、半導体装置の生産コストが高くなるという問題がある。
【００１２】
本発明は、上記のような従来の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、ガスヘッドへの異物の付着を抑制することによって、メンテナンス周期が延長された高い稼働率の常圧ＣＶＤ装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の本発明における常圧ＣＶＤ装置は、半導体ウエハを搬送するチェーンベルトと、半導体ウエハに熱を加えるためにチェーンベルトの近傍に設けられたヒータと、複数のスリットを有し、スリットから半導体ウエハに対して反応ガスを噴付けるガスヘッドと、反応ガスをガスヘッド内に供給する噴出孔を有し、ガスヘッドの内部において、複数のスリットを形成するプレートのそれぞれを貫通するように設けられたガス配管と、ガスヘッド内においてガス配管の近傍に設けられた冷水配管とを備えている。
【００１４】
このような請求項１に記載の構造にすることにより、冷水配管が、ガスヘッド内部のガス管の近傍に設けられているため、冷水配管および冷却板等の冷却構造がガスヘッドの外部に設けられていた従来のガスヘッドの構造に比較して、ヒータの熱によるガスヘッド内における反応ガスの温度上昇をより確実に抑制することができる。それにより、上昇した反応ガスが成膜反応をおこす温度以上にならないように、反応ガスの温度を維持することができる。その結果、ガスヘッド内またはガスヘッドのスリット部において、反応ガスが成膜反応を起こすことによって生じる異物の発生およびスリットを形成するプレートへの異物の付着を防止することができる。したがって、ガスヘッドから異物が落下してウエハに付着することが防止される。その結果、半導体装置の歩留まりが向上する。
【００１５】
また、請求項１に記載の発明によれば、ガスヘッド内部におけるガス成膜反応が発生しないことで、ウエハ上面近傍のみで効率良く成膜反応を発生させることができる。そのため、ガス供給量を減らすことができることにより、反応ガスを無駄無く使用することができる。その結果、排気ダクト等に付着する異物の量も減少するため、メンテナンスによるタイムロスを低減することができる。
【００１６】
また、請求項１に記載の発明によれば、ガス管が、極細ノズル郡からなる場合には、反応ガスが反応することによって生じた異物による目詰まりが抑制される効果が大きくなる。
【００１８】
このような請求項１に記載の構造にすることにより、冷水配管の内側から冷水配管に圧力が加えられるために冷水配管が膨張することを利用して、冷水配管が貫通するスリットを形成するプレートの貫通孔に冷水配管の外周を密着されることができる。それにより、冷水配管からスリットを形成するプレートへの熱伝導率が良好となるため、スリット部における反応ガスの冷却効率が向上する。その結果、上記ガスヘッド内部にあるガス整流用のスリットを形成するプレートの間での反応ガスの成膜反応がより確実に抑制される。その結果、ガスヘッド内部において、反応ガスにより生じる異物の発生および付着がより確実に抑制される。
【００１９】
また、請求項１に記載の本発明における常圧ＣＶＤ装置は、ガスヘッドが、ガス管の上部に位置する部分に凹部を有し、水冷配管が凹部に設けられ、ガスヘッドと冷水配管とが、凹部を埋込むように充填された材料により接着されている。
【００２０】
このような請求項１に記載の構造にすることにより、たとえば、熱伝導性が良好な接着材料を用いて冷水配管とガスヘッドとを接着すれば、熱伝導率はより良くなるため、反応ガスの冷却効率が向上する。そのため、ガスヘッド内部、ガス整流用スリット、または、スリットを形成するプレートの間でのガスの反応がより確実に抑制される。その結果、ガスヘッド内部での異物の発生が低減するため、ガスヘッドへの異物の付着がより確実に抑制される。
【００２３】
請求項２に記載の本発明における常圧ＣＶＤ装置は、請求項１に記載の構成に加えて、スリットを構成するプレートの先端部の断面形状が面取りされた形状である。
【００２４】
このような請求項２に記載の構造にすることにより、スリットを形成するプレートの先端部の断面形状を、たとえば、円弧状にすることにより、スリットを形成するプレートに角部がある場合のような角部のみが熱の影響を大きく受ける温度分布が形成されることを防止できる。それにより、反応ガスの熱反応によって生じた異物がスリットを形成するプレートの先端部に付着すること、または、半導体ウエハ側から上昇してくる異物がスリットを形成するプレートの先端部に付着することを抑制することができる。その結果、スリット先端部での目詰まりを防止することができる。
【００２５】
請求項３に記載の本発明における常圧ＣＶＤ装置は、請求項１に記載の構成に加えて、ガスヘッドと半導体ウエハとの間に、開口率が３０％〜７０％の複数の開口を有する板が設けられている。
【００２６】
このような請求項３に記載の構造にすることにより、たとえば、ガス流れに影響が出ない開口率３０％〜７０％程度の複数の孔またはスリット構造を有する２〜３層の板を設ければ、排気ダクトを用いて排出することができないような異物を、複数の孔またはスリット構造からなる２〜３層の板に付着させることができる。そのため、ガスヘッドと半導体ウエハとの間に浮遊する異物を他の部分へ飛散させることを抑制することができる。その結果、複数の穴またはスリット構造からなる２〜３層の板の交換のみを行なうことにより、ガスヘッド本体の清掃を行なう必要が少なくなる。その結果、メンテナンス費用が低くなるとともに、メンテナンス時間を短縮することができる。
【００２７】
請求項４に記載の本発明における常圧ＣＶＤ装置は、請求項１に記載の構成に加えて、冷水配管の冷水入口および冷水出口の少なくとも一方が複数箇所設けられている。
【００２８】
このような請求項４に記載の構造にすることにより、冷水配管の冷水入口および冷水出口の少なくとも一方が複数箇所設けられているため、冷水の入口と出口とが１個ずつ設けられている構造に比較して、同じ面積を冷水が冷却する場合に、冷水入口と冷水出口との距離を短くすることが可能となる。そのため、冷水入口から冷水出口まで冷水が流れる間の冷水の温度変化が小さい。すなわち、冷水の入口の温度と出口の温度とを近づけることができるため、ガスヘッド全体の温度分布が均一となるように冷却することができる。その結果、ガスヘッド全体にわたってより均一な条件で反応ガスを供給することができる。
請求項５に記載の本発明における常圧ＣＶＤ装置は、半導体ウエハを搬送するチェーンベルトと、半導体ウエハに熱を加えるためにチェーンベルトの近傍に設けられたヒータと、複数のスリットを有し、スリットから半導体ウエハに対して反応ガスを噴付けるガスヘッドと、反応ガスをガスヘッド内に供給する噴出孔を有し、ガスヘッドの内部において、複数のスリットを形成するプレートのそれぞれを貫通するように設けられたガス配管と、ガス管の上部に設けられ、溝加工がそれぞれ施された２つの構成材料を溝が一致するように上下に張合されて形成された冷水通路を有する冷却部とを備えている。
このような請求項５に記載の構造にすることにより、たとえば、熱伝導性が良好であるアルミニウムまたは銅を含む構成材料を用いれば、冷水の熱伝導をより良好に行なうことができる。また、ガスヘッド上部に直接接するようにシリコン系の熱伝導性の良い材料を用いてそれぞれの構成材料と冷水配管とを接着することができるため、熱伝導率を良好にすることができる。それにより、反応ガスの冷却効率を向上させることができるため、ガスヘッド内部、ガス整流用のスリットを形成するプレートの間のガスの反応をより確実に抑制することができる。その結果、ガスヘッド内部において異物が発生することが抑制されるため、ガスヘッドへの異物の付着がより確実に防止される。したがって、請求項１に記載のＣＶＤ装置によって得られる効果と同様の効果が得られる。
【００２９】
請求項６に記載の本発明における常圧ＣＶＤ装置は、半導体ウエハを搬送するチェーンベルトと、チェーンベルト近傍に設けられ、半導体ウエハに熱を加えるヒータと、複数のスリットを有し、スリットから半導体ウエハに対して反応ガスを噴付けるガスヘッドと、反応ガスをガスヘッド内に供給する噴出孔を有し、ガスヘッドの内部において、複数のスリットのそれぞれを貫通するように設けられたガス配管と、半導体ウエハの進行方向において、ガスヘッドの前後に隣接して設けられた、外気を遮断するための窒素ガスを噴き出す噴出口を有するノズルとを備え、反応ガスと窒素ガスとの混合を抑制するために、反応ガスの噴出孔と窒素ガスの噴出口との間に位置する、１枚のプレートとガス管との間のみに、プレートとガス管との隙間を塞ぐように設けられたシールリング材を有している。
【００３０】
このような請求項６に記載の構造にすることにより、たとえば、ガスヘッド内部に設けられたガス管において、反応ガスと窒素ガスとを分離するために設けるシールリングのガス流れスリット側に切りかきが設けられたシーリング材を用いれば、スリット部にガス流れが無い部分ができることを防止することができる。そのため、全てのスリットを形成するプレートの間でガス流れを形成することができるため、ガスヘッド内部の全てのスリット部で均一なガス流れを得ることができる。その結果、ガス流れがない部分に異物が多量に付着するような事態の発生を防止することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００３４】
(実施の形態１)
まず、本発明の実施の形態１の常圧ＣＶＤ装置の構造を、図１〜図３を用いて説明する。図１に示すように、本実施の形態の常圧ＣＶＤ装置は、スリットから反応ガスを適量に噴付ける構造からなるガスヘッド１を有している。このガスヘッド１に隣接して、外気を遮断するために窒素ガスを噴きけるノズル９が設けられている。また、半導体ウエハ５を載せたトレイ４を一方向に搬送するチェーンベルト７が設けられている。
【００３５】
このＣＶＤ装置を使用している状態においては、半導体ウエハ５に対してガスヘッド１から反応ガスが噴き付けられる。また、ノズル９から噴付けられる窒素ガスにより反応ガスが外部に漏れないように遮断されている。
【００３６】
この常圧ＣＶＤ装置では、図１に示すように、反応ガスを噴付けるガスヘッド１を冷却する水冷配管２を、ガスヘッド１内部のディスパージョンチューブの上に通したこと以外は従来のＣＶＤ装置と同様である。
【００３７】
図１のＡ２部拡大図を示している図２および図１のＢ２−Ｂ２断面図を示している図３から分かるように、本実施の形態の常圧ＣＶＤ装置は、反応ガスの供給口として複数のガス供給口を有している。また、この複数のガス供給口は複数のディスパージョンチューブ１１と連続している。このディスパージョンチューブ１１の噴出孔を経て、プレート１ａ同士の間に形成されるスリット２ａから反応ガスが噴出される。また、半導体ウエハ５はトレイ４に乗った状態でチェーンベルト７により一方向搬送されながら、反応ガスが噴付けられる。このとき、チェーンベルト７の内側に位置するヒータ６により熱せられた半導体ウエハ５の表面では、この反応ガスの噴付けにより、熱反応が生じて半導体ウエハ５表面に膜が形成される。
【００３８】
本実施の形態の常圧ＣＶＤ装置においては、従来の常圧ＣＶＤ装置ではガスヘッド１を冷却するために、ガスヘッド１上部に設置されていた冷却用の水冷配管１０２を、ガスヘッド１内部のディスパージョンチューブ１１の真上に通している。そのため、上記のような本実施の形態の常圧ＣＶＤ装置によれば、ガスヘッド１およびガスヘット１内の反応ガスをより確実に冷却することができる。そのため、ガスヘッド１およびガスヘッド１内の反応ガスの温度をガス反応温度以下に維持することができる。それにより、ガスヘッド１内部およびガスヘッド１のスリット２ａ部におけるガス成膜反応を抑制することができる。その結果、ガスヘッド１またはスリット２ａを形成するプレート１ａに、成膜反応により生じた異物が付着することが抑制される。したがって、ガスヘッド１から異物が落下して半導体ウエハ５に付着することが防止される。その結果、半導体装置の歩留まりが向上する。
【００３９】
また、ガスヘッド１内部におけるガス成膜反応が発生しないことで、半導体ウエハ５上面近傍のみで効率良く成膜反応を発生させることができる。そのため、ガス供給量を減らすことができることにより、反応ガスを無駄無く使用することができる。その結果、排気ダクト等に付着する異物の量も減少するため、メンテナンスによるタイムロスを低減することができる。
【００４０】
また、特に、ディスパージョンチューブ１１が、極細ノズル郡からなる場合には、反応ガスが反応することによって生じた異物による目詰まりが抑制される効果が大きくなる。
【００４１】
(実施の形態２)
次に、本発明の実施の形態２の常圧ＣＶＤ装置の構造を、図４を用いて説明する。図４に示すように、本の実施の形態の常圧ＣＶＤ装置のガスヘッド１は、冷却用の冷水配管２が、ガスヘッド１内部に設けられていることは実施の形態１の常圧ＣＶＤ装置と同じであるが、冷水配管２内部には、３５０〜４００ｋｇ／ｃｍ²の圧力が冷水に加えられていることが相違する。
【００４２】
この相違により、冷水配管２は管径が拡張するように塑性変形するため、ガスヘッド１に設けられた冷水配管２が貫通するスリットを形成するプレート１ａの貫通孔の内周部に、冷水配管２が密着している。つまり、本実施の形態の常圧ＣＶＤ装置は、冷水配管２とスリットを形成するプレート１ａとの間のクリアランスが、冷水に加えられる圧力によって、冷水配管２の外周面とスリットを形成するプレート１ａの貫通孔の内周部とが密着する程度の大きさに形成されている。
【００４３】
そのため、冷水配管２とスリットを形成するプレート１ａとの間の熱伝達率は増加する。その結果、冷水配管２による反応ガスのガスヘッド１およびガスヘット１内の反応ガスの冷却効率は実施の形態１の常圧ＣＶＤ装置よりもさらに向上する。
【００４４】
(実施の形態３)
次に、本発明の実施の形態３の常圧ＣＶＤ装置の構造を、図５を用いて説明する。図５に示すように、本実施の形態の常圧ＣＶＤ装置は、全体構造においては、実施の形態１の常圧ＣＶＤ装置と略同様であるが、ガスヘッド１上部に冷水配管２が設置できる形状の溝１ｃの加工が施されていることが相違する。この溝１ｃに水冷配管２を設置した状態で、ガスヘッド１と冷水配管２とが、熱伝導性が良好なシリコン系の材料１ｃを用いて接着されている。それにより、冷水配管２とガスヘッド２との熱伝達率が良好となるため、冷水配管２によるガスヘッド１および反応ガスの冷却効率が向上する。そのため、ガスヘッド１内部、ガス整流用のスリット、または、スリットを形成するプレート１ａの間でのガスの反応がより確実に抑制される。その結果、ガスヘッド１内部での異物の発生が低減するため、ガスヘッド１への異物の付着がより確実に抑制される。
【００４５】
(実施の形態４)
次に、本発明の実施の形態４の常圧ＣＶＤ装置の構造を、図６を用いて説明する。図６に示すように、本実施の形態の常圧ＣＶＤ装置は、実施の形態１常圧ＣＶＤ装置と全体構造において略同様であるが、ガスヘッド１の上部に、配管構造が形成されたものが取付けられていることが相違する。この配管構造は、アルミニウムまたは銅板などの熱伝導性の良い材料に冷水配管の溝加工が施されたものを上下に２枚張合せることで形成されている。
【００４６】
従来の冷却方法は、ガスヘッドの上に設置された銅板の上に冷水配管をろう付けしているだけであるため、銅板と水冷配管との接触面積が小さいことにより、熱伝達率が低いものであった。
【００４７】
本実施の形態の常圧ＣＶＤ装置においては、デスパージョンチューブ１１の上部に設けられ、溝加工がそれぞれ施された２つの銅板２０を溝が一致するように上下に張合されて形成された冷水通路２０ａを有する冷却部がガスヘッド１の上部に向けられている。それにより、銅板２０内部に直接、冷却用の冷水通路２０ａを埋め込んだような形になるため、銅板２０と冷水との接触面積が従来の銅管と冷却板との接触面積に比較して大きく増加するとともに、ガスヘッド１上部に直接、シリコン系の熱伝導性の良い材料で銅板２０を接着することにより、熱伝達率を向上させるているため、ガスヘッド１および反応ガスの冷却効率は向上する。そのため、ガスヘッド１内部、ガス整流用のスリット、または、スリットを形成するプレート１ａの間でのガスの反応がより確実に抑制される。その結果、ガスヘッド１内部での異物の発生が低減するため、ガスヘッド１への異物の付着がより確実に抑制される。
【００４８】
(実施の形態５)
次に、本発明の実施の形態５の常圧ＣＶＤ装置の構造を、図７および図８を用いて説明する。図７に示すように、従来の常圧ＣＶＤ装置のガスヘッド１は、スリット２ａを形成するプレート１ａの先端の断面形状が２つの角を持つ端面構造であった。この構造では、同一容積において表面積が大きくなり、熱の影響を受け易い角の部分はエッジ効果、すなわち、角部部分のみの温度が上昇し易いくなり、反応ガスが反応し易くなっているため、角部には、反応ガスによって生じる異物が付着し易くなっている。
【００４９】
上記のエッジ効果を防止するために、本実施の形態の常圧ＣＶＤ装置においては、図８に示すように、スリット２ａを形成するプレート１ａの先端の断面形状を円弧状としている。それにより、スリット２ａを形成するプレート１ａの先端部の温度分布が均一となっている。その結果、スリット２ａを形成するプレート１ａ先端部の一部に集中的に発生する異物の連鎖成長が防止される。
【００５０】
(実施の形態６)
次に、本発明の実施の形態６の常圧ＣＶＤ装置の構造を、図９を用いて説明する。図９に示すように、本実施の形態の常圧ＣＶＤ装置は、従来のＣＶＤ装置と全体構造においては略同様であるが、ガス流れに影響を与えないような開口率３０〜７０パーセント程度の複数の穴を持った２〜３層のスリットボード１２がガスヘッド１下部に設けられていることが相違する。それにより、スリットボード１２に一部の異物が付着するため、ガスヘッド１と半導体ウエハ５と間において反応ガスの熱反応によって発生する異物が、ガスヘッド１に到達することを抑制するとともに、ダクトから排気しきれない異物、および、成膜時に必然的に発生する異物がトレイ４およびその他の部分に付着するおそれを低減することができる。
【００５１】
また、このスリットボード１２は、ガスヘッド１の温度を維持したままでの取り外しが可能であることにより、交換時のロスタイムが少ないため、スリットボード１２に異物を付着させることでＣＶＤ装置の清掃時間を短縮することができる。
【００５２】
(実施の形態７)
次に、本発明の実施の形態７の常圧ＣＶＤ装置の構造を、図１０〜図１３を用いて説明する。まず、図１０および図１１を用いて、従来の常圧ＣＶＤ装置のガスヘッドを説明する。従来の常圧ＣＶＤ装置のガスヘッド１０１は、図１０および図１１に示すように、ガスヘッド１０１の冷却用の冷却板１０８の上に設けられた水冷配管１０２は、冷水を一方の冷却水入口から取入れ、他方から取り出す構造となっていた。
【００５３】
この従来のＣＶＤ装置の冷水が一方向に流れる方式では、冷却水用の冷水配管１０２の入口の近傍は良好に冷却されるが、出口付近にいくほど冷水の温度が上昇しているため、出口付近は良好に冷却されない。そのため、ガスヘッドの温度分布にバラツキが発生するため、半導体ウエハ５に均一な成膜が施されない。
【００５４】
そこで、本実施の形態のＣＶＤ装置においては、図１２および図１３に示すように、冷水の出口を２箇所設けることにより、従来のＣＶＤ装置の冷水配管に比較して、水冷配管の全長にわたって、より均一な温度の冷水が流れるようにすることができる。それにより、ガスヘッド１の温度分布を従来のＣＶＤ装置に比較して均一にすること、すなわち、反応ガス供給条件を一様とすることができる。
【００５５】
(実施の形態８)
次に、本発明の実施の形態８の常圧ＣＶＤ装置の構造を、図１４〜図１６を用いて説明する。まず、従来の常圧ＣＶＤ装置を説明する。従来の常圧ＣＶＤ装置は、図１４に示すように、ガスヘッド１は、ヘッド両端部が窒素ガスを噴出するノズル１０９となっている。そのため、反応ガスと窒素ガスとが混ざらないように、ディスパージョンチューブ１１１の周りに設けられているディスパージョンチューブ１１１と同軸方向の空間にシールリング１１３を取付けて、ディスパージョンチューブ１１１とスリットを形成するプレートとの間の隙間から反応ガスと窒素ガスとが混合することを防止している。しかしながら、従来の常圧ＣＶＤ装置のシールリング１１３の構造では、反応ガスが噴出される上記隙間が、スリットを形成するプレート２枚分にわたってふさがれた形になり、反応ガスの流れがないスリットが存在する。そのため、反応ガスの流れがないスリットを形成するプレートの先端部に異物が付着し易くなっている。
【００５６】
そこで、本実施の形態の常圧ＣＶＤ装置においては、ディスパージョンチューブ１１にシールリング１３が配置されている部分の拡大図である図１５および図１５のＤ１−Ｄ１断面図である図１６に示すように、反応ガスを流すためにディスパージョンチューブ１１に設けらている扇形の隙間と同形状の切りかき１３ａを、シールリング１３の反応ガス３を噴出す側に設けている。それによって、全てのスリット２ａを形成するプレート１ａの間で所定のガスが流れが生じるようにしている。そのため、ガスが流れが生じないスリットがないため、ガスが流れが生じないスリット部分がある場合に生じる異物の発生および付着を抑制することができる。
【００５７】
(実施の形態９)
次に、本発明の実施の形態９の常圧ＣＶＤ装置の構造を、図１７〜図２１を用いて説明する。従来の窒素ガスを噴出するノズル部を示す図１７〜図２０に示すように、従来の常圧ＣＶＤ装置のガスヘッド１は、その前後に隣接して設けられ、外気を遮断するために窒素ガスを噴付ける容器状のノズル１０９が設けられている。容器状のノズル１０９は、窒素ガスが流れ込む吸入口１０９ａと窒素ガスを半導体ウエハ１０５に向かって噴出す噴出板１０９ｃとを備えている。また、容器状のノズル１０９は、窒素ガスが流れ込む吸入口１０９ａと窒素ガスを半導体ウエハ１０５に向かって噴出す噴出板１０９ｃとに挟まれた、窒素ガスを一定に噴付けるための切り板１０９ｂが設けられている。噴出板１０９ｃは、窒素ガスを噴出すために、縦および横にそれぞれ一条のスリット１０９ｄ，１０９ｅが設けられている。
【００５８】
上記従来のＣＶＤ装置の容器状のノズル１０９は、内部に送り込まれる窒素ガスの吸入口１０９ａの位置が、容器状のノズル１０９の端部にある。また、仕切り板１０９ｂのまわりに大きな隙間を設けるような、仕切り板１０９ｂの目的とされるべき均一に窒素ガスを分散させて噴付けるという処理がなされていない。
【００５９】
そこで、本実施の形態の常圧ＣＶＤ装置においては、図２１に示すように、容器状のノズル９の内部に、窒素ガスの圧力を分散する目的で、複数の孔が全面にわたって均等に開口された仕切り板９ｂが設けられている。この仕切り板９ｂは、圧力調整板、たとえば、パンチングボードまたはメッシュなどであってもよい。
【００６０】
このように、仕切り板９ｂを窒素ガスを噴出するためのノズル９内部に設けることにより、ノズル９の噴出口から噴出される窒素ガスの流量を略均一にして噴出すことができる。その結果、反応ガスが外部に流出するような窒素ガスの流れの小さな部分が生じることが抑制されるため、反応ガス噴出部と外気との窒素ガスによる仕切り効果が、より均一かつ確実に行われる。
【００６１】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１および５に記載の本発明における常圧ＣＶＤ装置によれば、ガスヘッド内またはガスヘッドのスリット内において、反応ガスが成膜反応を起こすことによって生じた異物の発生および異物のスリットを形成するプレートへの付着を防止することができる。特に、ガス管が、極細ノズル郡からなる場合には、反応ガスが反応することによって生じた異物による目詰まりが抑制される効果が大きくなる。また、排気ダクト等に付着する異物の量も減少するため、メンテナンスによるタイムロスを低減することができる。
【００６３】
請求項２に記載の本発明における常圧ＣＶＤ装置によれば、スリットを形成するプレートの先端部に温度分布が形成されることを防止できるため、スリットを形成するプレートの先端部での目詰まりを防止することができる。
【００６４】
請求項３に記載の本発明における常圧ＣＶＤ装置によれば、ガスヘッド本体の清掃を行なう必要が少なくなるため、メンテナンス費用が低くなるとともに、製造時間を短縮することができる。
【００６５】
請求項４に記載の本発明における常圧ＣＶＤ装置によれば、冷水の入口と出口とにより均一な温度の冷水を流すことができるため、ガスヘッド全体にわたって均一な条件で反応ガスを供給することができる。
【００６６】
請求項６に記載の本発明における常圧ＣＶＤ装置によれば、ガスヘッド内部の全てのスリットで均一なガス流れを得ることができるため、ガス流れがない部分に異物が付着することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の常圧ＣＶＤ装置を示す縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１の常圧ＣＶＤ装置の図１におけるＡ２部分の拡大図である。
【図３】本発明の実施の形態１の常圧ＣＶＤ装置の図１におけるＢ２−Ｂ２線断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２の常圧ＣＶＤ装置におけるガスヘッドの縦断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３の常圧ＣＶＤ装置におけるガスヘッドの縦断面図である。
【図６】本発明の実施の形態４の常圧ＣＶＤ装置におけるガスヘッドの縦断面図である。
【図７】従来の常圧ＣＶＤ装置のスリットを形成するプレートの先端部の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態５の常圧ＣＶＤ装置のスリットを形成するプレートの先端部の断面図である。
【図９】本発明の実施の形態６の常圧ＣＶＤ装置のガスヘッドの縦断面図である。
【図１０】従来の常圧ＣＶＤ装置のガスヘッドの平面図である。
【図１１】図１０のＣ１−Ｃ１線断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態７の常圧ＣＶＤ装置のガスヘッドの平面図である。
【図１３】図１２のＣ２−Ｃ２線断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態８の常圧ＣＶＤ装置を説明するための縦断面図である。
【図１５】図１４のＡ３部分の拡大図である。
【図１６】図１５のＤ１−Ｄ１線断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態９の常圧ＣＶＤ装置を説明するための縦断面図である。
【図１８】従来のＣＶＤ装置の窒素ガスのノズル部分の拡大図である。
【図１９】図１８のノズルの断面構造を模式的に示した図である。
【図２０】図１８のノズルの下側プレートのスリットを示す図である。
【図２１】本発明の実施の形態９の常圧ＣＶＤ装置の窒素ガスを噴出すノズルを示すための図１７のＡ４部分の拡大図である。
【図２２】従来のＣＶＤ装置の断面構造を示す模式図である。
【図２３】図２２のＡ１部分の拡大図である。
【図２４】図２２のＢ１−Ｂ１線断面図である。
【符号の説明】
１ガスヘッド、１ａプレート、２水冷配管、２ａスリット、３反応ガス、４搬送用トレイ、５半導体ウエハ、６ヒータ、７チェーンベルト、９ノズル、１１ディスパージョンチューブ、１２スリットガード、１３シールリング。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a normal pressure CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus for forming a film on a semiconductor wafer at normal pressure.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the atmospheric pressure CVD method has been used as a film forming technique in various fields. Various types of atmospheric pressure CVD apparatuses have been developed for this purpose. This conventional atmospheric pressure CVD apparatus will be described with reference to FIGS. In a conventional atmospheric pressure CVD apparatus, as shown in FIG. 22, a chain belt 107 is provided for transporting a semiconductor wafer 105 mounted on a tray 104. A gas head 101 for spraying a reaction gas from a slit toward a semiconductor wafer 105 placed on the tray 104 is provided. In front of and behind the gas head 101, there is provided a reflector portion which is provided adjacent to the gas head 101 and has a nozzle 109 for injecting nitrogen gas to block outside air. A heater 106 is provided inside the chain belt 107 to heat the semiconductor wafer 105 being transferred. In order to cool the gas head 101 heated by the heater 106 and the reaction gas inside the gas head 101, a cooling plate 108 is provided above the gas head 101. On the cooling plate 108, a cold water pipe 102 through which cold water for cooling the cooling plate 108 flows is provided.
[0003]
Inside the gas head 101, as shown in FIG. 23 and FIG. 24, a dispersion tube 111 for ejecting the reaction gas from the ejection holes is provided so as to penetrate the plate 101a forming a plurality of slits. A gap is provided between the dispersion tube 111 and the plate 101a forming the slit through which the dispersion tube 111 passes so that the reaction gas can be dispersed between the slits.
[0004]
In the film forming process of the semiconductor wafer 105 using the atmospheric pressure CVD apparatus, first, the semiconductor wafer 105 is placed on the tray 104 by a transfer robot. Next, using the chain belt 107, the semiconductor wafer 105 is mounted and the tray 104 is conveyed in the direction indicated by the arrow 200 in FIG. First, it passes through a reflector portion having a nozzle 109 for spraying nitrogen gas for blocking outside air and a portion to which reactive gas is sprayed. Then, it is sent to the inside where the reaction gas is sprayed. Here, the semiconductor wafer 105 conveyed by the chain belt 107 is heated by the heater 106 provided at the lower part of the tray 104. Thereafter, the reaction gas touches the surface of the heated semiconductor wafer 105 inside the CVD apparatus, and a reaction film is formed on the surface of the semiconductor wafer 105.
[0005]
The above atmospheric pressure CVD apparatus will be described more specifically. The reaction gas sprayed onto the semiconductor wafer 105 is equally divided with respect to the width direction of the gas head 101 by a plurality of pipes, and in both the traveling direction and the width direction of the gas head 101 by a flow meter above the gas head 101. After the flow rate is adjusted so that a uniform film is formed on the semiconductor wafer 105, it is sent into the gas head 101. Further, inside the gas head 101, the reactive gas passes through the dispersion tube 111 and is ejected from the ejection holes at equal intervals provided in the dispersion tube 111. Inside the gas head 101, a gap is provided between the dispersion tube and the plate forming the slit so as to have a space coaxial with the dispersion tube 111 around the dispersion tube 111. Therefore, the gas ejected from the ejection holes into the gas head 101 is dispersed so that the flow rate becomes uniform in the traveling direction by passing through the gap. Thereafter, the reactive gas is ejected to the wafer 104 from between the plates 101a forming the slits 102a shown in FIG.
[0006]
Further, as shown in FIG. 24, the plate 101a forming the slit has a fan-shaped gas flow portion having a spread of about 90 to 130 degrees from the dispersion tube 111 toward the wafer 104. The reactive gas ejected from the gas head 101 is ejected with a velocity distribution suitable for forming a uniform film on the semiconductor wafer 105. Thereby, after the gas is uniformly supplied onto the semiconductor wafer 105, a film formation reaction due to heat occurs on the semiconductor wafer 105, and a film is formed on the surface of the semiconductor wafer 105.
[0007]
Before and after the discharge portion of the reactive gas inside the gas head 101, the nitrogen gas injection ports are formed, so that the reaction gas discharged from the equal-interval discharge holes provided in the dispersion tube 111 and the injection from the injection port By attaching the seal ring 113 in a space coaxial with the dispersion tube 111 provided around the dispersion tube 111 so that the nitrogen gas to be discharged is not mixed, the region where the reaction gas flows and the nitrogen gas flow. Distinguish from the area.
[0008]
When the reaction gas is fed into the dispersion tube 111, a gas ring smaller than the dispersion tube 111 avoids a region where a nitrogen outlet is present, and a seal ring 113 provided outside the dispersion tube 111. Carried to the same position as the mounting position. At this position, the nitrogen inside the dispersion tube 111 and the reaction gas are separated by an O-ring.
[0009]
A reflector part having a nozzle 109 for spraying nitrogen gas for shutting off the outside air and the inside where the reactive gas is sprayed; and a region provided with a nitrogen gas spout provided in a part of the gas head 101; In the meantime, the semiconductor wafer 105 is rapidly heated by the heater 106 provided under the gas head 101. In addition, the reaction gas is heated up to the film formation reaction temperature before reaching the ejection hole, and then ejected from the ejection hole. Thereby, the film formation by the reactive gas is performed over a film formation time of 8 to 10 minutes.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional atmospheric pressure CVD apparatus described above, since the gas head 101 is formed of a sheet metal slit group, the contact area between the cooling plate 108 and the gas head 101 is small. In the conventional atmospheric pressure CVD apparatus as described above, since the cooling plate 108 for cooling the gas head 101 is provided outside the gas head 101, the cooling effect inside the gas head 101 is sufficient. is not. For this reason, the inside of the gas head 101 rises to an appropriate temperature, so that a film forming reaction easily occurs inside the gas head 101. As a result, a part of the reaction gas causes a film forming reaction, so that foreign substances are accumulated inside the gas head 101. Thereby, the accumulated foreign matter falls and adheres to the semiconductor wafer 105, or the foreign matter is scattered and adheres to the semiconductor wafer 105 due to thermal convection between the gas head 101 and the semiconductor wafer 105. As a result, the yield of the semiconductor device is reduced.
[0011]
In addition, since the slit of the gas head 101 is clogged with foreign matter, maintenance such as cleaning is required periodically. However, since cleaning is performed after the heater 106 is returned to room temperature, it takes time to cool and reheat. Therefore, the loss time due to maintenance is large and the operating rate of the apparatus is reduced. Furthermore, since there is a part that cannot be cleaned about the foreign matter accumulated in the gas head 101, if a large amount of foreign matter is accumulated in the gas head 101, the function as an atmospheric pressure CVD apparatus is deteriorated. As a means for coping with such a decrease in the function of the atmospheric pressure CVD apparatus, it is necessary to replace the gas head 101 or introduce a new atmospheric pressure CVD apparatus. There is a problem that becomes high.
[0012]
The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, and its purpose is to suppress the adhesion of foreign substances to the gas head, thereby increasing the maintenance cycle and increasing the operating rate. It is to provide an atmospheric pressure CVD apparatus.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
  To solve the above problem,The atmospheric pressure CVD apparatus according to the first aspect of the present invention includes a chain belt for transporting a semiconductor wafer, a heater provided in the vicinity of the chain belt for applying heat to the semiconductor wafer, and a plurality of slits. A gas head for injecting a reaction gas from the slit to the semiconductor wafer and an ejection hole for supplying the reaction gas into the gas head so as to penetrate each of the plates forming the plurality of slits in the gas head. And a cold water pipe provided in the vicinity of the gas pipe in the gas head.
[0014]
  like thisClaim 1Since the cold water pipe is provided in the vicinity of the gas pipe inside the gas head by adopting the structure, the structure of the conventional gas head in which the cooling structure such as the cold water pipe and the cooling plate is provided outside the gas head. As compared with the above, the temperature rise of the reaction gas in the gas head due to the heat of the heater can be suppressed more reliably. Thereby, the temperature of the reaction gas can be maintained so that the raised reaction gas does not exceed the temperature at which the film formation reaction occurs. As a result, in the gas head or in the slit portion of the gas head, it is possible to prevent the generation of foreign substances caused by the reaction gas causing a film forming reaction and the adhesion of foreign substances to the plate forming the slits. Therefore, it is possible to prevent foreign matters from dropping from the gas head and adhering to the wafer. As a result, the yield of the semiconductor device is improved.
[0015]
  Also,According to the invention described in claim 1,Since the gas film formation reaction does not occur inside the gas head, the film formation reaction can be efficiently generated only in the vicinity of the upper surface of the wafer. Therefore, since the gas supply amount can be reduced, the reaction gas can be used without waste. As a result, the amount of foreign matter adhering to the exhaust duct or the like also decreases, so that time loss due to maintenance can be reduced.
[0016]
  Also,According to the invention described in claim 1,In the case where the gas pipe is composed of an ultra-fine nozzle group, the effect of suppressing clogging due to foreign matters generated by reaction of the reaction gas is increased.
[0018]
  like thisClaim 1By adopting a structure, the pressure is applied to the chilled water pipe from the inside of the chilled water pipe, so that the chilled water pipe expands, and the outer periphery of the chilled water pipe is placed in the through hole of the plate forming the slit through which the chilled water pipe passes. It can be in close contact. Thereby, since the heat conductivity from the cold water pipe to the plate forming the slit is improved, the cooling efficiency of the reaction gas in the slit portion is improved. As a result, the reaction gas deposition reaction between the plates forming the gas rectifying slits in the gas head is more reliably suppressed. As a result, the generation and adhesion of foreign matters caused by the reaction gas are more reliably suppressed inside the gas head.
[0019]
  Claim 1The atmospheric pressure CVD apparatus in the present invention described in,The head has a recess in a portion located in the upper part of the gas pipe, a water-cooled pipe is provided in the recess, and the gas head and the cold water pipe are bonded by a material filled so as to fill the recess.
[0020]
  like thisClaim 1By adopting a structure, for example, if the cold water pipe and the gas head are bonded using an adhesive material having good thermal conductivity, the thermal conductivity is improved, and the cooling efficiency of the reaction gas is improved. Therefore, the gas reaction between the gas head, the gas rectifying slit, or the plate forming the slit is more reliably suppressed. As a result, since the generation of foreign matters inside the gas head is reduced, the adhesion of foreign matters to the gas head is more reliably suppressed.
[0023]
  Claim2The atmospheric pressure CVD apparatus in the present invention described inIn addition to the configuration of claim 1,The cross-sectional shape of the tip portion of the plate constituting the slit is a chamfered shape.
[0024]
  like thisClaim 2By adopting a structure, the cross-sectional shape of the tip of the plate that forms the slit is, for example, an arc, so that only the corner, such as when the plate forming the slit has a corner, is affected by heat. It is possible to prevent a temperature distribution that is greatly received from being formed. As a result, the foreign matter generated by the thermal reaction of the reaction gas adheres to the tip of the plate forming the slit, or the foreign matter rising from the semiconductor wafer side adheres to the tip of the plate forming the slit. Can be suppressed. As a result, clogging at the slit tip can be prevented.
[0025]
  Claim3The atmospheric pressure CVD apparatus in the present invention described inIn addition to the configuration of claim 1,A plate having a plurality of openings with an opening ratio of 30% to 70% is provided between the gas head and the semiconductor wafer.
[0026]
  like thisClaim 3By providing the structure, for example, if a plate having 2 to 3 layers having a plurality of holes or slit structures with an aperture ratio of about 30% to 70% that does not affect the gas flow is provided, the exhaust duct is used for discharge. It is possible to attach a foreign substance that cannot be attached to a two- to three-layer plate having a plurality of holes or slit structures. Therefore, it is possible to suppress scattering of foreign matters floating between the gas head and the semiconductor wafer to other portions. As a result, it is less necessary to clean the gas head body by only exchanging the two or three layers of plates having a plurality of holes or slit structures. As a result, the maintenance cost can be reduced and the maintenance time can be shortened.
[0027]
  Claim4The atmospheric pressure CVD apparatus in the present invention described inIn addition to the configuration of claim 1,A plurality of at least one of a cold water inlet and a cold water outlet of the cold water pipe are provided.
[0028]
  like thisClaim 4By adopting a structure, at least one of the chilled water inlet and the chilled water outlet of the chilled water pipe is provided at a plurality of locations, so there is one chilled water inlet and outletZCompared with the structure provided with the two, when the cold water cools the same area, the distance between the cold water inlet and the cold water outlet can be shortened. Therefore, the temperature change of the cold water while the cold water flows from the cold water inlet to the cold water outlet is small. That is, since the temperature of the cold water inlet and the temperature of the outlet can be brought close to each other, it is possible to cool the entire gas head so that the temperature distribution is uniform. As a result, the reaction gas can be supplied under more uniform conditions throughout the gas head.
  The atmospheric pressure CVD apparatus according to claim 5 of the present invention has a chain belt for transporting a semiconductor wafer, a heater provided in the vicinity of the chain belt for applying heat to the semiconductor wafer, and a plurality of slits. A gas head for injecting a reaction gas from the slit to the semiconductor wafer and an ejection hole for supplying the reaction gas into the gas head so as to penetrate each of the plates forming the plurality of slits in the gas head. A gas pipe provided in the upper part of the gas pipe, and a cooling part having a chilled water passage formed on the upper part of the gas pipe, the two constituent materials each subjected to grooving being vertically stretched so that the grooves coincide with each other It has.
  By adopting such a structure according to claim 5, for example, if a constituent material containing aluminum or copper having good thermal conductivity is used, the thermal conduction of cold water can be performed more favorably. Further, since each constituent material and the cold water pipe can be bonded using a silicon-based material having good thermal conductivity so as to be in direct contact with the upper portion of the gas head, the thermal conductivity can be improved. Thereby, since the cooling efficiency of the reaction gas can be improved, the reaction of the gas between the gas head and the plate forming the gas rectifying slit can be more reliably suppressed. As a result, the generation of foreign matter inside the gas head is suppressed, and the foreign matter adheres to the gas head more reliably. Therefore, the same effect as that obtained by the CVD apparatus according to claim 1 can be obtained.
[0029]
  Claim6The atmospheric pressure CVD apparatus according to the present invention described in (1) has a chain belt for transporting a semiconductor wafer, a heater provided near the chain belt, for heating the semiconductor wafer, and a plurality of slits. A gas head for injecting the reaction gas, a gas pipe having an ejection hole for supplying the reaction gas into the gas head, and penetrating each of the plurality of slits in the gas head, and a semiconductor wafer In order to suppress mixing of the reaction gas and the nitrogen gas, the nozzle having a jet port for ejecting nitrogen gas for blocking the outside air, which is provided adjacent to the front and rear of the gas head in the traveling direction of The gap between the plate and the gas pipe is closed only between one plate and the gas pipe located between the reaction gas jet hole and the nitrogen gas jet outlet. And a seal ring material provided.
[0030]
  like thisClaim 6By using the structure, for example, in a gas pipe provided inside the gas head, if a sealing material provided with a notch on the gas flow slit side of the seal ring provided for separating the reaction gas and nitrogen gas is used. It is possible to prevent the slit portion from having a portion without gas flow. Therefore, since a gas flow can be formed between the plates forming all the slits, a uniform gas flow can be obtained in all the slit portions inside the gas head. As a result, it is possible to prevent a situation in which a large amount of foreign matter adheres to a portion where there is no gas flow.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0034]
(Embodiment 1)
First, the structure of the atmospheric pressure CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the atmospheric pressure CVD apparatus of the present embodiment has a gas head 1 having a structure in which an appropriate amount of reactive gas is sprayed from a slit. Adjacent to the gas head 1, there is provided a nozzle 9 that can blow nitrogen gas to block outside air. A chain belt 7 is provided for conveying the tray 4 on which the semiconductor wafer 5 is placed in one direction.
[0035]
In a state where this CVD apparatus is used, a reactive gas is sprayed from the gas head 1 to the semiconductor wafer 5. Further, the reaction gas is blocked by the nitrogen gas sprayed from the nozzle 9 so as not to leak to the outside.
[0036]
In this atmospheric pressure CVD apparatus, as shown in FIG. 1, a conventional CVD apparatus except that a water-cooled pipe 2 for cooling a gas head 1 for spraying a reaction gas is passed over a dispersion tube inside the gas head 1. It is the same.
[0037]
As can be seen from FIG. 2 showing an enlarged view of part A2 of FIG. 1 and FIG. 3 showing a cross-sectional view of B2-B2 of FIG. 1, the atmospheric pressure CVD apparatus of the present embodiment is used as a reaction gas supply port. It has a plurality of gas supply ports. Further, the plurality of gas supply ports are continuous with the plurality of dispersion tubes 11. The reaction gas is ejected from the slit 2a formed between the plates 1a through the ejection hole of the dispersion tube 11. Further, the reaction gas is sprayed while the semiconductor wafer 5 is transported in one direction by the chain belt 7 on the tray 4. At this time, on the surface of the semiconductor wafer 5 heated by the heater 6 located inside the chain belt 7, a thermal reaction occurs due to the spraying of the reaction gas, and a film is formed on the surface of the semiconductor wafer 5.
[0038]
In the atmospheric pressure CVD apparatus of the present embodiment, in order to cool the gas head 1 in the conventional atmospheric pressure CVD apparatus, a cooling water cooling pipe 102 installed on the upper part of the gas head 1 is provided inside the gas head 1. It passes directly over the dispersion tube 11. Therefore, according to the atmospheric pressure CVD apparatus of the present embodiment as described above, the reaction gas in the gas head 1 and the gas head 1 can be cooled more reliably. Therefore, the temperature of the gas head 1 and the reaction gas in the gas head 1 can be maintained below the gas reaction temperature. Thereby, the gas film-forming reaction in the gas head 1 and the slit 2a part of the gas head 1 can be suppressed. As a result, it is possible to suppress foreign matter generated by the film formation reaction from adhering to the gas head 1 or the plate 1a forming the slit 2a. Therefore, it is possible to prevent foreign matter from dropping from the gas head 1 and adhering to the semiconductor wafer 5. As a result, the yield of the semiconductor device is improved.
[0039]
Further, since no gas film formation reaction occurs in the gas head 1, the film formation reaction can be efficiently generated only in the vicinity of the upper surface of the semiconductor wafer 5. Therefore, since the gas supply amount can be reduced, the reaction gas can be used without waste. As a result, the amount of foreign matter adhering to the exhaust duct or the like also decreases, so that time loss due to maintenance can be reduced.
[0040]
In particular, in the case where the dispersion tube 11 is made of an extremely fine nozzle group, the effect of suppressing clogging due to foreign substances generated by reaction of the reaction gas is increased.
[0041]
(Embodiment 2)
Next, the structure of the atmospheric pressure CVD apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4, the gas head 1 of the atmospheric pressure CVD apparatus according to the present embodiment is provided with a cooling water pipe 2 for cooling inside the gas head 1. Same as the device, but inside the cold water pipe 2 is 350-400 kg / cm²The difference is that the pressure is applied to the cold water.
[0042]
Due to this difference, the chilled water pipe 2 is plastically deformed so that the diameter of the pipe is expanded. 2 are in close contact. That is, in the atmospheric pressure CVD apparatus of the present embodiment, the clearance between the cold water pipe 2 and the plate 1a that forms the slit is the plate 1a that forms the slit with the outer peripheral surface of the cold water pipe 2 by the pressure applied to the cold water. The size of the through hole is such that it is in close contact with the inner periphery of the through hole.
[0043]
Therefore, the heat transfer coefficient between the cold water pipe 2 and the plate 1a forming the slit increases. As a result, the cooling efficiency of the reaction gas in the reaction gas head 1 and the gas head 1 by the cold water pipe 2 is further improved as compared with the atmospheric pressure CVD apparatus of the first embodiment.
[0044]
(Embodiment 3)
Next, the structure of the atmospheric pressure CVD apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, the atmospheric pressure CVD apparatus of the present embodiment is substantially the same as the atmospheric pressure CVD apparatus of the first embodiment in the overall structure, but a cold water pipe 2 can be installed on the upper part of the gas head 1. The difference is that the shaped groove 1c is processed. In a state where the water cooling pipe 2 is installed in the groove 1c, the gas head 1 and the cold water pipe 2 are bonded using a silicon-based material 1c having a good thermal conductivity. Thereby, since the heat transfer coefficient between the cold water pipe 2 and the gas head 2 becomes good, the cooling efficiency of the gas head 1 and the reaction gas by the cold water pipe 2 is improved. Therefore, the gas reaction between the gas head 1, the gas rectifying slit, or the plate 1 a forming the slit is more reliably suppressed. As a result, since the generation of foreign matters within the gas head 1 is reduced, the adhesion of foreign matters to the gas head 1 is more reliably suppressed.
[0045]
(Embodiment 4)
Next, the structure of the atmospheric pressure CVD apparatus according to Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, the atmospheric pressure CVD apparatus of the present embodiment is substantially the same as the atmospheric pressure CVD apparatus of the first embodiment in the overall structure, but a pipe structure is formed on the upper part of the gas head 1. It is different that is installed. This piping structure is formed by laminating two sheets of a material having good thermal conductivity such as aluminum or copper plate, which is provided with a groove processing of a cold water piping, vertically.
[0046]
Since the conventional cooling method only brazes the cold water pipe on the copper plate installed on the gas head, the heat transfer coefficient is low due to the small contact area between the copper plate and the water cooling pipe. Met.
[0047]
In the atmospheric pressure CVD apparatus of the present embodiment, cold water formed on the top of the dispersion tube 11 is formed by vertically joining two copper plates 20 each having a groove process so that the grooves coincide with each other. A cooling part having a passage 20 a is directed to the upper part of the gas head 1. Accordingly, since the cooling cold water passage 20a is directly embedded in the copper plate 20, the contact area between the copper plate 20 and the cold water is larger than the contact area between the conventional copper tube and the cooling plate. In addition to increasing the heat transfer rate by directly bonding the copper plate 20 to the upper part of the gas head 1 with a silicon-based material having good thermal conductivity, the cooling efficiency of the gas head 1 and the reaction gas is improved. To do. Therefore, the gas reaction between the gas head 1, the gas rectifying slit, or the plate 1 a forming the slit is more reliably suppressed. As a result, since the generation of foreign matters within the gas head 1 is reduced, the adhesion of foreign matters to the gas head 1 is more reliably suppressed.
[0048]
(Embodiment 5)
Next, the structure of the atmospheric pressure CVD apparatus according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 7, the gas head 1 of the conventional atmospheric pressure CVD apparatus has an end face structure in which the cross-sectional shape of the tip of the plate 1a forming the slit 2a has two corners. In this structure, the surface area becomes large in the same volume, and the corner portion that is easily affected by the heat has an edge effect, that is, the temperature of only the corner portion is likely to rise, and the reaction gas easily reacts. In the corners, foreign substances generated by the reaction gas are likely to adhere.
[0049]
In order to prevent the above edge effect, in the atmospheric pressure CVD apparatus of the present embodiment, as shown in FIG. 8, the cross-sectional shape of the tip of the plate 1a forming the slit 2a is an arc. Thereby, the temperature distribution of the front-end | tip part of the plate 1a which forms the slit 2a is uniform. As a result, the chain growth of the foreign matter that is intensively generated at a part of the tip of the plate 1a forming the slit 2a is prevented.
[0050]
(Embodiment 6)
Next, the structure of the atmospheric pressure CVD apparatus according to the sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 9, the atmospheric pressure CVD apparatus according to the present embodiment is substantially the same as the conventional CVD apparatus in the overall structure, but has an opening ratio of about 30 to 70 percent so as not to affect the gas flow. The difference is that two to three layers of slit boards 12 having a plurality of holes are provided below the gas head 1. As a result, some foreign matter adheres to the slit board 12, so that foreign matter generated by the thermal reaction of the reaction gas between the gas head 1 and the semiconductor wafer 5 is prevented from reaching the gas head 1 and the duct. It is possible to reduce the possibility that foreign matters that cannot be exhausted from the air and foreign matters that are inevitably generated during film formation adhere to the tray 4 and other portions.
[0051]
In addition, since the slit board 12 can be removed while maintaining the temperature of the gas head 1, there is little loss time at the time of replacement. Can be shortened.
[0052]
(Embodiment 7)
Next, the structure of the atmospheric pressure CVD apparatus according to the seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, a gas head of a conventional atmospheric pressure CVD apparatus will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 10 and 11, the gas head 101 of the conventional atmospheric pressure CVD apparatus is provided with a water cooling pipe 102 provided on a cooling plate 108 for cooling the gas head 101. The structure was taken in from the other and taken out from the other.
[0053]
In this conventional CVD apparatus in which the chilled water flows in one direction, the vicinity of the inlet of the chilled water pipe 102 for cooling water is cooled well, but the temperature of the chilled water increases toward the outlet, so the outlet The neighborhood is not cooled well. For this reason, variations occur in the temperature distribution of the gas head, so that uniform film formation is not performed on the semiconductor wafer 5.
[0054]
Therefore, in the CVD apparatus of the present embodiment, as shown in FIGS. 12 and 13, by providing two outlets of cold water, compared to the cold water pipe of the conventional CVD apparatus, over the entire length of the water cooling pipe, It is possible to allow cold water having a more uniform temperature to flow. Thereby, the temperature distribution of the gas head 1 can be made uniform as compared with the conventional CVD apparatus, that is, the reaction gas supply conditions can be made uniform.
[0055]
(Embodiment 8)
Next, the structure of the atmospheric pressure CVD apparatus according to the eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, a conventional atmospheric pressure CVD apparatus will be described. As shown in FIG. 14, in the conventional atmospheric pressure CVD apparatus, the gas head 1 has nozzles 109 that eject nitrogen gas at both ends of the head. Therefore, a seal ring 113 is attached in a space coaxial with the dispersion tube 111 provided around the dispersion tube 111 so that the reaction gas and nitrogen gas are not mixed, and the dispersion tube 111 and the slit are formed. The reaction gas and the nitrogen gas are prevented from mixing from the gap between the plate and the plate. However, in the structure of the seal ring 113 of the conventional atmospheric pressure CVD apparatus, the gap through which the reaction gas is ejected is closed over two plates forming the slit, and there is no slit in which the reaction gas does not flow. Exists. For this reason, foreign substances are likely to adhere to the tip of the plate forming a slit where no reaction gas flows.
[0056]
Therefore, in the atmospheric pressure CVD apparatus of the present embodiment, FIG. 15 which is an enlarged view of a portion where the seal ring 13 is arranged on the dispersion tube 11 and FIG. 16 which is a cross-sectional view taken along D1-D1 of FIG. Thus, a notch 13a having the same shape as the fan-shaped gap provided in the dispersion tube 11 for flowing the reaction gas is provided on the side of the seal ring 13 from which the reaction gas 3 is ejected. Thereby, a predetermined gas flows between the plates 1a forming all the slits 2a. For this reason, since there is no slit in which no gas flows, it is possible to suppress the generation and adhesion of foreign matter that occurs when there is a slit portion in which no gas flows.
[0057]
(Embodiment 9)
Next, the structure of the atmospheric pressure CVD apparatus according to the ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 17 to 20, which shows a conventional nozzle portion for ejecting nitrogen gas, a gas head 1 of a conventional atmospheric pressure CVD apparatus is provided adjacent to the front and rear thereof, and nitrogen gas is used to block outside air. A container-like nozzle 109 for spraying is provided. The container-like nozzle 109 includes a suction port 109 a into which nitrogen gas flows and a jet plate 109 c that jets nitrogen gas toward the semiconductor wafer 105. Further, the container-like nozzle 109 has a cutting plate 109b sandwiched between a suction port 109a through which nitrogen gas flows and a jet plate 109c that jets nitrogen gas toward the semiconductor wafer 105 to spray nitrogen gas uniformly. Is provided. The ejection plate 109c is provided with a single slit 109d, 109e vertically and laterally for ejecting nitrogen gas.
[0058]
In the container-like nozzle 109 of the conventional CVD apparatus, the position of the inlet 109a for nitrogen gas fed into the inside is at the end of the container-like nozzle 109. In addition, a process of uniformly dispersing and spraying nitrogen gas, which should be the purpose of the partition plate 109b, such as providing a large gap around the partition plate 109b is not performed.
[0059]
Therefore, in the atmospheric pressure CVD apparatus of the present embodiment, as shown in FIG. 21, a plurality of holes are evenly opened over the entire surface in the container-like nozzle 9 for the purpose of dispersing the pressure of the nitrogen gas. A partition plate 9b is provided. The partition plate 9b may be a pressure adjusting plate such as a punching board or a mesh.
[0060]
Thus, by providing the partition plate 9b inside the nozzle 9 for ejecting nitrogen gas, the flow rate of the nitrogen gas ejected from the nozzle 9 outlet can be made substantially uniform. As a result, the generation of a small portion of the nitrogen gas flow that causes the reaction gas to flow out is suppressed, so that the partition effect of the reaction gas ejection portion and the outside air by the nitrogen gas is more uniformly and reliably performed. .
[0061]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0062]
【The invention's effect】
  Claim1 and 5According to the atmospheric pressure CVD apparatus of the present invention described in the above, the generation of foreign matters caused by the reaction gas causing a film formation reaction in the gas head or the slit of the gas head and the formation of the foreign matter slit to the plate Adhesion can be prevented. In particular, in the case where the gas pipe is composed of an ultrafine nozzle group, the effect of suppressing clogging due to foreign matters generated by reaction of the reaction gas is increased. In addition, since the amount of foreign matter adhering to the exhaust duct or the like is reduced, time loss due to maintenance can be reduced.
[0063]
  Claim2According to the atmospheric pressure CVD apparatus of the present invention described in the above, it is possible to prevent the temperature distribution from being formed at the front end portion of the plate forming the slit, thereby preventing clogging at the front end portion of the plate forming the slit. be able to.
[0064]
  Claim3According to the atmospheric pressure CVD apparatus of the present invention described in (2), since it is not necessary to clean the gas head body, the maintenance cost is reduced and the manufacturing time can be shortened.
[0065]
  Claim4According to the atmospheric pressure CVD apparatus of the present invention described in the above, cold water having a uniform temperature is generated by the inlet and outlet of the cold water.ShedTherefore, the reaction gas can be supplied under uniform conditions throughout the gas head.
[0066]
  Claim6According to the atmospheric pressure CVD apparatus of the present invention described in the above, since a uniform gas flow can be obtained in all slits inside the gas head, it is possible to suppress foreign matter from adhering to a portion where there is no gas flow. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an atmospheric pressure CVD apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of a portion A2 in FIG. 1 of the atmospheric pressure CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view taken along line B2-B2 in FIG. 1 of the atmospheric pressure CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a gas head in an atmospheric pressure CVD apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a gas head in an atmospheric pressure CVD apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a gas head in an atmospheric pressure CVD apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a tip portion of a plate forming a slit of a conventional atmospheric pressure CVD apparatus.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a tip portion of a plate forming a slit of an atmospheric pressure CVD apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a longitudinal sectional view of a gas head of an atmospheric pressure CVD apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a plan view of a gas head of a conventional atmospheric pressure CVD apparatus.
11 is a cross-sectional view taken along line C1-C1 of FIG.
12 is a plan view of a gas head of an atmospheric pressure CVD apparatus according to a seventh embodiment of the present invention. FIG.
13 is a cross-sectional view taken along line C2-C2 of FIG.
FIG. 14 is a longitudinal sectional view for explaining an atmospheric pressure CVD apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.
15 is an enlarged view of a portion A3 in FIG.
16 is a cross-sectional view taken along line D1-D1 of FIG.
FIG. 17 is a longitudinal sectional view for explaining an atmospheric pressure CVD apparatus according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is an enlarged view of a nitrogen gas nozzle portion of a conventional CVD apparatus.
19 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of the nozzle of FIG.
20 is a view showing a slit in the lower plate of the nozzle of FIG. 18;
FIG. 21 is an enlarged view of a portion A4 in FIG. 17 for showing a nozzle for ejecting nitrogen gas of the atmospheric pressure CVD apparatus according to the ninth embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a schematic view showing a cross-sectional structure of a conventional CVD apparatus.
23 is an enlarged view of a portion A1 in FIG.
24 is a sectional view taken along line B1-B1 of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas head, 1a plate, 2 Water cooling piping, 2a Slit, 3 Reaction gas, 4 Conveyance tray, 5 Semiconductor wafer, 6 Heater, 7 Chain belt, 9 Nozzle, 11 Dispersion tube, 12 Slit guard, 13 Seal ring.

Claims

A chain belt for transporting semiconductor wafers;
A heater provided near the chain belt for applying heat to the semiconductor wafer;
A gas head having a plurality of slits and spraying a reaction gas from the slits to the semiconductor wafer;
A gas pipe having an ejection hole for supplying the reaction gas into the gas head, and provided inside the gas head so as to penetrate each of the plates forming the plurality of slits;
A cold water pipe provided near the gas pipe in the gas head ,
The gas head has a recess in a portion located at an upper portion of the gas pipe;
The water cooling pipe is provided in the recess,
An atmospheric pressure CVD apparatus in which the gas head and the cold water pipe are bonded by a material filled so as to fill the concave portion .

Before SL cross-sectional shape of the front end portion of the plate constituting the slit has a shape which is chamfered, atmospheric pressure CVD apparatus according to claim 1.

Between the semiconductor wafer and before SL gas head, plate aperture ratio has a plurality of openings of 30% to 70% is provided, the atmospheric pressure CVD apparatus according to claim 1.

At least one is provided a plurality of locations, the atmospheric pressure CVD apparatus according to claim 1 of the cold water inlet and the coolant outlet before Symbol chilled water piping.

A chain belt for transporting semiconductor wafers;
A heater provided near the chain belt for applying heat to the semiconductor wafer;
A gas head having a plurality of slits and spraying a reaction gas from the slits to the semiconductor wafer;
A gas pipe having an ejection hole for supplying the reaction gas into the gas head, and provided inside the gas head so as to penetrate each of the plates forming the plurality of slits;
A normal pressure provided with a cooling section provided at the upper part of the gas pipe and having a chilled water passage formed by vertically joining two constituent materials each provided with a groove process so that the grooves match each other CVD equipment.

A chain belt for transporting semiconductor wafers;
A heater provided near the chain belt for applying heat to the semiconductor wafer;
A gas head having a plurality of slits and spraying a reaction gas from the slits to the semiconductor wafer;
A gas pipe having an ejection hole for supplying the reactive gas into the gas head, and provided inside the gas head so as to penetrate each of the plurality of slits;
In the traveling direction of the semiconductor wafer, provided adjacent to the front and rear of the gas head, and having a nozzle having a jet port for blowing out nitrogen gas for shutting out outside air,
In order to suppress mixing of the reaction gas and the nitrogen gas, between one plate and the gas pipe located between the ejection hole of the reaction gas and the ejection port of the nitrogen gas. The atmospheric pressure CVD apparatus having a seal ring material provided so as to close only the gap between the plate and the gas pipe.