JP3753665B2 - Ｃｖｄ装置及び方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反応ガスを反応室内に供給し、ガスヘッドを通じてサセプタ上の半導体基板に噴射し、化学反応により薄膜を形成するＣＶＤ装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＣＶＤ装置の一例の断面図を図４に示す。枚葉式常圧ＣＶＤ装置１は、反応室２内に反応ガス３（図中実線矢印）を供給するガス供給管４と、反応室２内に配置し半導体基板５を載置する昇降動作可能なサセプタ６と、それに対向して配置し半導体基板５に反応ガス３を噴射するガスヘッド７と、反応済みのガス８（図中破線矢印）を反応室２外部に排気するガス排気管９とで構成されている。
【０００３】
また、反応室２には、開閉扉１０が設けられており、半導体基板５の搬入および搬出ができるようになっている。また、サセプタ６には、サセプタ６を介して半導体基板５を加熱するヒータ部１１が配設されており、サセプタ６と共に昇降機構１２により昇降動作する。尚、昇降機構１２は、サセプタ６に連結した支持軸１３と、その支持軸１３を上下動作させるエアシリンダ装置１４と、支持軸１３の周囲に取付けたベローズ１５とで構成され、反応室２の気密性を保持しつつサセプタ６を昇降動作可能としている。また、ガス供給管４には、反応室２内に反応ガス３を供給した累積供給時間を計測するタイマ１６が取付けられており、反応ガス３の累積供給量の代わりに供給時間が把握できるようになっている。また、ガスヘッド７には、反応ガス３を均一に噴射するように多数の噴射孔１７が設けてある。
【０００４】
次に、上述の枚葉式常圧ＣＶＤ装置１の動作について説明する。先ず、図４（ａ）に示すように、昇降機構１２を作動しサセプタ６を待機位置まで下げ、開閉扉１０を開け、成膜予定の半導体基板５を反応室２内に搬入しサセプタ６上に載置する。
【０００５】
次に、図４（ｂ）に示すように、昇降機構１２を作動しサセプタ６を予め設定した狙いの膜厚さが得られるヘッド間隔ｗ１（サセプタ６とガスヘッド７との間隔）となる位置まで上げる。尚、この間、ヒータ部１１は、サセプタ６を介して半導体基板５を予め設定した温度まで加熱する。
【０００６】
次に、ガス供給管４から例えば、ＳｉＨ_４とＯ_２とを混合した反応ガス３を供給しガスヘッド７を通して半導体基板５に噴射し、化学反応により、狙いの膜厚さｈ１のＳｉＯ_２膜を形成する。その後、反応ガス３の供給を停止し、反応ガス３の代わりに窒素ガスＮ_２（図示せず）を供給し、強制的に反応済みのガス８を排気管９から反応室２外部に排出し反応室２内をパージ（清掃）する。
【０００７】
次に、サセプタ６を待機位置まで下げ、開閉扉１０を開け、成膜済みの半導体基板５を反応室２の外部に搬出する。以上の動作を繰り返し、順次、次の半導体基板５に成膜処理を施す。
【０００８】
しかしながら、上述の化学反応で生成されるＳｉＯ_２の微粒子は、半導体基板５に付着するだけでなく、反応室２の内壁やガスヘッド７表面にも付着し徐々に堆積して無視できない厚さにまで成長する。特にガスヘッド７に堆積する生成物１８の厚さが厚くなるとガスヘッド７が見かけ上、サセプタ６に接近する格好となり、予め設定したヘッド間隔ｗ１が小さくなる方向に変化するため、ガスヘッド７から噴射する反応ガス３の流速や流路に変化を与え、ひいては半導体基板５に形成する膜厚さｈ１のばらつきの要因となる虞があった。そこで、これを防止するためガスヘッド７に堆積した不所望な生成物１８を定期的に清掃する必要があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＣＶＤ装置及び方法においては、ガスヘッドとサセプタとの間のヘッド間隔を、予め設定した狙いの膜厚さが得られるヘッド間隔に固定して成膜処理を施していたが、半導体基板の処理枚数の増加に伴いガスヘッド表面に不所望な生成物が堆積し、見かけ上、予め設定したヘッド間隔が小さくなる方向に変化するため、ガスヘッドから噴射する反応ガスの流速や流路に変化を与え、ひいては半導体基板上に形成する膜厚さのばらつきの要因となる虞があった。また、このため、定期的にガスヘッドを清掃してやる必要があった。
【００１０】
本発明の目的は、半導体基板の処理枚数の増加に伴いガスヘッド表面に堆積する生成物の厚さが徐々に厚くなっていき、見かけ上、ヘッド間隔が小さく変化しても、反応ガスの流速や流路を一定に保ち、ばらつきの少ない膜厚さが得られるとともに、ガスヘッドの清掃に掛かる工数を削減できるＣＶＤ装置及び方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のＣＶＤ装置は、反応室の内部に反応ガスを供給するガス供給部と、反応室内に配置し半導体基板を載置する昇降動作可能なサセプタと、サセプタに対向して配置しガス供給部からの反応ガスを半導体基板に噴射するガスヘッドとを具備し、半導体基板に化学反応により薄膜を形成するＣＶＤ装置において、サセプタとガスヘッドとの間のヘッド間隔を、予め取得した相関データに基づいて制御するヘッド間隔制御部を備えたことを特徴とするＣＶＤ装置である。
【００１２】
本発明のＣＶＤ方法は、反応室の内部に反応ガスを供給し、反応ガスをガスヘッドを通じてサセプタ上の半導体基板に噴射し、半導体基板に化学反応により薄膜を形成するＣＶＤ方法において、サセプタとガスヘッドとの間のヘッド間隔を、予め取得した相関データに基づいて制御することを特徴とするＣＶＤ方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のＣＶＤ装置の一例の断面図を図１に示す。尚、図４と同一部分には同一符号を用いて説明を省略する。枚葉式常圧ＣＶＤ装置１０１は、反応室２内に反応ガス３（図中実線矢印）を供給するガス供給管４と、反応室２内に配置し半導体基板５を載置する昇降動作可能なサセプタ６と、それに対向して配置し半導体基板５に反応ガス３を噴射するガスヘッド７と、サセプタ６とガスヘッド７との間のヘッド間隔を制御するヘッド間隔制御部１０２と、反応済みのガス８（図中破線矢印）を反応室２外部に排気する排気管９とで構成されている。
【００１４】
また、ヘッド間隔制御部１０２は、反応室２内に供給した反応ガス３の積算供給時間を計測するタイマ１６と、そのタイマ１６からの信号に基づきサセプタ６を自在な高さ位置に制御可能なエアシリンダ装置１４とに接続されており、予め取得した相関データに基づいてエアシリンダ装置１４を作動する。
【００１５】
ここで、予め取得しておく相関データについて詳述する。相関データは次の２つの相関データから成る。先ず、図２（ａ）に示した第１の相関データは、反応室に供給した反応ガスの積算供給時間と、その変化に伴って変化する半導体基板に形成される膜厚さとの相関データである。この第１の相関データの取得方法は、ガスヘッドに生成物がまったく無い状態（積算供給時間がゼロ）をスタートとして積算を開始し、何時間か毎に、実際に成膜処理した半導体基板の膜厚さを測定して得る。即ち、これは、反応ガスの積算供給量の増加に伴いガスヘッド上に堆積する生成物の厚さが、再現性よく、増加することに着目している。尚、ここでは、反応ガスの積算供給量の代わりにタイマで計測が比較的容易な積算供給時間を代用特性として用いている。
【００１６】
次に、図２（ｂ）に示した第２の相関データは、ヘッド間隔と、その変化に伴って変化する半導体基板に形成される膜厚さとの相関データである。この第２の相関データの取得方法は、ガスヘッドに生成物が極めて少ない状態（理想的には全くない状態）において、予め設定した狙いの膜厚さが得られるヘッド間隔ｗ１から、ヘッド間隔を少しづつ増加方向に何水準か変化させ、水準毎に実際に成膜処理した半導体基板の膜厚さを測定して得る。即ち、これは、ヘッド間隔の増加に伴い半導体基板に形成される膜厚さが、再現性よく、減少することに着目している。
【００１７】
そして、これらの第１及び第２の相関データをヘッド間隔制御部１０２に入力しておく。尚、第１及び第２の相関データから、積算供給時間とヘッド間隔との相関データを求めて、これを入力してもよい。
【００１８】
次に、上述の枚葉式常圧ＣＶＤ装置１０１の動作について図１及び図３を用いて説明する。先ず、図１（ａ）に示すように、昇降機構１２を作動しサセプタ６を待機位置まで下げ、開閉扉１０を開け、成膜予定の半導体基板５を反応室２内に搬入しサセプタ６上に載置する。
【００１９】
次に、図１（ｂ）に示すように、昇降機構１２を作動し、サセプタ６をヘッド間隔制御部１０２により制御されたヘッド間隔になる上昇位置まで上げる。即ち、ヘッド間隔制御部１０２は、タイマ１６からその時点の積算供給時間ｔ１を信号として取込み、図３（ａ）に示すように、第１の相関データに基づき、積算供給時間ｔ１における、狙いの膜厚さｈ１との差ｄ１を読取り、次に、図３（ｂ）に示すように、第２の相関データに基づき、差ｄ１を相殺するような補正したヘッド間隔ｗ２の値を読取る。そして、エアシリンダ装置１４を作動しサセプタ６をヘッド間隔が補正したヘッド間隔ｗ２になる高さ位置まで上げる。このようにすると、ガスヘッド７表面に生成物１８が堆積しても、ヘッド間隔を適切な間隔に補正できる。また、この補正によりある程度の生成物１８の堆積が許容できるためガスヘッドの定期清掃の期間を延長できる。尚、この間、ヒータ部１１は、サセプタ６を介して半導体基板５を予め設定した温度まで加熱する。
【００２０】
次に、ガス供給管４から例えば、ＳｉＨ_４とＯ_２とを混合した反応ガス３を供給しガスヘッド７を通して半導体基板５に噴射し、化学反応により、狙いの膜厚さｈ１のＳｉＯ_２膜を形成する。その後、反応ガス３の供給を停止し、反応ガス３の代わりに窒素ガスＮ_２（図示せず）を供給し、強制的に反応済みのガス８を排気管９から反応室２外部に排出し反応室２内をパージ（清掃）する。
【００２１】
次に、サセプタ６を待機位置まで下げ、開閉扉１０を開け、成膜済みの半導体基板５を反応室２の外部に搬出する。以上の動作を繰り返し、順次、次の半導体基板５に成膜処理を施す。
【００２２】
尚、上記では、積算供給量の代わりに積算供給時間を相関データとして用いた例で説明したが、流量計（図示せず）を使用して直接、積算供給量を相関データとして用いる構成としてもよい。但し、積算供給時間を用いるとＣＶＤ装置の稼動時間の状況を把握できて好適である。また、ヘッド間隔を反射型センサ（図示せず）などを用いて直接、測定する構成も考えられるが、ガスヘッド７に堆積する生成物１８の厚みは部位によってかなり不均一なため正確に計測することは非常に困難であり、上述した相関データを用いて制御することが望ましい。また、上記では、枚葉式常圧ＣＶＤ装置を用いて説明したが、特にこれに限るものではなく、ガスヘッドとサセプタとを対向して配置する構成のＣＶＤ装置であれば適用可能であり、同様の効果が得られる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明のＣＶＤ装置によれば、半導体基板の処理枚数の増加に伴いガスヘッド表面に堆積する生成物の厚さが徐々に厚くなっていき、見かけ上、ヘッド間隔が小さく変化しても、予め取得した相関データに基づきヘッド間隔制御部によりヘッド間隔を補正するためガスヘッドから噴射する反応ガスの流速や流路を一定に保つことができ、ばらつきの少ない膜厚さが得られるとともに、ガスヘッドの清掃に掛かる工数を削減できる。また、予め取得する相関データを、反応ガスの積算供給量の代わりに積算供給時間を代用して得るとＣＶＤ装置の稼動時間の状況を把握できてよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に基づくＣＶＤ装置の一例の断面図
【図２】 本発明に基づくＣＶＤ装置のヘッド間隔を制御するために予め取得する相関データの説明図
【図３】 図２の相関データを用いたＣＶＤ方法の説明図
【図４】 従来のＣＶＤ装置の一例の断面図
【符号の説明】
２ 反応室
３ 反応ガス
４ ガス供給管
５ 半導体基板
６ サセプタ
７ ガスヘッド
１０１ ＣＶＤ装置
１０２ ヘッド間隔制御部

Claims (6)

1. 反応室の内部に反応ガスを供給するガス供給部と、前記反応室内に配置し半導体基板を載置する昇降動作可能なサセプタと、前記サセプタに対向して配置し前記ガス供給部からの反応ガスを前記半導体基板に噴射するガスヘッドとを具備し、前記半導体基板に化学反応により薄膜を形成するＣＶＤ装置において、前記サセプタと前記ガスヘッドとの間のヘッド間隔を、予め取得した相関データに基づいて制御するヘッド間隔制御部を備えたことを特徴とするＣＶＤ装置。
2. 前記相関データは、２つの相関データから成り、第１の相関データは、前記ヘッド間隔を一定とし、前記反応室内に供給した前記反応ガスの積算供給量と、その変化に伴って変化する前記半導体基板に形成される膜厚さとの相関データであり、第２の相関データは、前記積算供給量が極めて少ない時点における前記ヘッド間隔と、その変化に伴って変化する前記半導体基板に形成される膜厚さとの相関データであることを特徴とする請求項１に記載のＣＶＤ装置。
3. 前記積算供給量の代わりに、前記反応室の内部に前記反応ガスを供給した積算供給時間を代用することを特徴とする請求項２に記載のＣＶＤ装置。
4. 反応室の内部に反応ガスを供給し、前記反応ガスをガスヘッドを通じてサセプタ上の半導体基板に噴射し、前記半導体基板に化学反応により薄膜を形成するＣＶＤ方法において、前記サセプタと前記ガスヘッドとの間のヘッド間隔を、予め取得した相関データに基づいて制御することを特徴とするＣＶＤ方法。
5. 前記相関データは、２つの相関データから成り、第１の相関データは、前記ヘッド間隔を一定とし、前記反応室内に供給した前記反応ガスの積算供給量と、その変化に伴って変化する前記半導体基板に形成される膜厚さとの相関データであり、第２の相関データは、前記積算供給量が極めて少ない時点における前記ヘッド間隔と、その変化に伴って変化する前記半導体基板に形成される膜厚さとの相関データであることを特徴とする請求項４に記載のＣＶＤ方法。
6. 前記積算供給量の代わりに、前記反応室の内部に前記反応ガスを供給した積算供給時間を代用することを特徴とする請求項４に記載のＣＶＤ方法。

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