JP4903022B2 - Gas head and semiconductor manufacturing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、ガスヘッドおよび半導体製造装置に関するものである。 The present invention relates to a gas head and a semiconductor manufacturing apparatus.
エッチング装置やCVD装置等の半導体製造装置では、反応空間である処理室内に処理ガス(処理ガス成分:化学反応に用いる反応ガス、原料ガス、不活性ガスなどの単ガスまたは混合ガス)を導入し、基板ステージに配置された基板を化学反応により処理している。 In semiconductor manufacturing equipment such as etching equipment and CVD equipment, a processing gas (processing gas component: a single gas or a mixed gas such as a reactive gas, a raw material gas, an inert gas, etc. used for a chemical reaction) is introduced into a processing chamber which is a reaction space. The substrate placed on the substrate stage is processed by a chemical reaction.
図9(a)は、第1従来例に係る半導体製造装置の断面図である。この半導体製造装置では、処理室の天井面の中央部から第1ガスを直接導入している(例えば、特許文献1参照。)。ガスヘッドを用いずに第1ガス1を導入すると、ガス噴出口28から処理室11内に高速のガスが噴出し、基板5および側壁12に当って対流を生じる。
図9(b)は、処理室(右半部)におけるガス流速の分布図である。ガス流速の早い領域91では対流が発生し、その中心部に対流の目95が発生することがわかる。図9(a)に示すように対流が生じると、基板5と反応後の分解物・2次生成物を含んだガスや、処理室11の壁材と反応した基板処理に適さないガスが、再び基板5上に戻ってくる。これにより、基板処理の安定性・再現性等を阻害することが確認されている。その結果、基板の均一な処理を実現することが困難になる。
FIG. 9A is a cross-sectional view of the semiconductor manufacturing apparatus according to the first conventional example. In this semiconductor manufacturing apparatus, the first gas is directly introduced from the center of the ceiling surface of the processing chamber (see, for example, Patent Document 1). When the
FIG. 9B is a gas flow velocity distribution diagram in the processing chamber (right half). It can be seen that convection occurs in the
図10(a)は、第1従来例の変形例に係る半導体製造装置の断面図である。処理室11内に2種類の処理ガス1,2を導入する場合には、第1ガス噴出口28の周囲に第2ガス噴出口48を設ける。
図10(b)は、処理室(右半部)におけるガス濃度の分布図である。この変形例では、2種類以上の処理ガスの均質な混合が得られずに、第1ガスの高濃度領域91および第2ガスの高濃度領域92が発生することがわかる。このように処理室内に濃度分布が発生すると、基板面内の処理に差異が生じることになる。なお、図10(a)に示すガス噴出口28,48と基板5とを離間させれば、2種類以上の処理ガスを処理室11内で均質に混合することが可能になる。しかしながら、ガス噴出口28,48と基板5とを離間させると、処理室11内の空間が大きくなって、対流が生じることになる。
FIG. 10A is a cross-sectional view of a semiconductor manufacturing apparatus according to a modification of the first conventional example. When introducing two types of
FIG. 10B is a distribution diagram of the gas concentration in the processing chamber (right half). In this modification, it can be seen that the high-
そこで、処理ガスを処理室内に導入するためのガスヘッドが利用されている。
図11(a)は、第2従来例に係る半導体製造装置の断面図である。この半導体製造装置では、処理室の天井部に配置されたガスヘッド50を介して第1ガス1を導入する(例えば、特許文献2参照。)。このガスヘッド50には第1ガス1が導入される内部空間51が形成され、その内部空間の下面にはガス噴出口となるシャワーホール52が形成されている。そして、導入した第1ガスを内部空間51において分散させた後、シャワーホール52を通して均一な流れで処理室内へ供給する。
Therefore, a gas head for introducing the processing gas into the processing chamber is used.
FIG. 11A is a cross-sectional view of a semiconductor manufacturing apparatus according to a second conventional example. In this semiconductor manufacturing apparatus, the
図11(b)は、第2従来例の変形例に係る半導体製造装置の断面図である。2種類以上の処理ガスを導入する場合にも、まず内部空間51に導入する。なお各処理ガスを混合するため、各処理ガスを高速で導入して乱流により攪拌する。ただし、この乱流は基板処理に悪影響を及ぼすため、ガスヘッドの内部空間51において乱流を低減した後に、処理室に処理ガスを供給している。
しかしながら、処理ガスとして反応性の高いガス/活性なガスを用いる場合、障害物への衝突回数が多いほど処理ガスは反応性/活性を消失する。図11に示す第2従来例およびその変形例では、処理ガスがシャワーホール52を通過する過程で、反応性/活性を消失するという問題がある。この場合、基板処理に必要な化学反応が得られず、処理効率が低下することになる。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、処理効率を向上させることが可能であり、また均一な処理を実現することが可能な、ガスヘッドおよび半導体製造装置の提供を目的とする。
However, when a highly reactive gas / active gas is used as a processing gas, the processing gas loses its reactivity / activity as the number of collisions with an obstacle increases. In the second conventional example and its modification shown in FIG. 11, there is a problem that the reactivity / activity disappears during the process gas passes through the
The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a gas head and a semiconductor manufacturing apparatus capable of improving processing efficiency and capable of realizing uniform processing. Objective.
上記課題を解決するため、本発明に係るガスヘッドは、第1ガスを導入する第1ガス導入口と、処理室内にガスを噴出するガス噴出口と、前記第1ガス導入口から前記ガス噴出口までガスを流通させるガス流路と、前記ガス流路内において該ガス流路の内面に固定された中間部材と、を備えたガスヘッドであって、前記ガス流路は、前記第1ガス導入口から前記ガス噴出口にかけて、該ガス流路の内面と前記中間部材とで挟まれた領域の面積が増加する形状であり、前記中間部材は、二つの円錐台の底面同士を共有させた形状であることを特徴とする。
前記円錐台の底面と対向する二つの面は、いずれも前記第一ガスが導入される方向に対して垂直な水平面となっていることが望ましい。
ガス流路の流路面積、すなわちガス流路の内面と中間部材とで挟まれた領域の面積を増加させることにより、ガス噴出口からのガス噴出速度を低下させることができるので、処理室内におけるガスの対流を防止することが可能になる。その結果、処理の安定性および再現性が確保され、均一な処理を実現することができる。また、反応性/活性を維持した状態のガスを処理室内に噴出することが可能になり、処理効率を向上させることができる。
In order to solve the above-described problems, a gas head according to the present invention includes a first gas introduction port that introduces a first gas, a gas ejection port that ejects gas into a processing chamber, and the gas injection port from the first gas introduction port. A gas head comprising: a gas flow path for flowing gas to an outlet; and an intermediate member fixed to an inner surface of the gas flow path in the gas flow path , wherein the gas flow path is the first gas The area of the region sandwiched between the inner surface of the gas flow path and the intermediate member increases from the inlet to the gas outlet , and the intermediate member shares the bottom surfaces of the two truncated cones. and wherein the shape der Rukoto.
It is desirable that the two surfaces facing the bottom surface of the truncated cone are both horizontal surfaces perpendicular to the direction in which the first gas is introduced.
By increasing the flow channel area of the gas flow channel, that is, the area of the region sandwiched between the inner surface of the gas flow channel and the intermediate member, the gas ejection speed from the gas ejection port can be reduced. Gas convection can be prevented. As a result, processing stability and reproducibility are ensured, and uniform processing can be realized. Further, it becomes possible to eject the gas in a state in which the reactivity / activity is maintained, and the processing efficiency can be improved.
第1ガスの流れ方向をガスヘッドの周縁部に向けて変化させることにより、処理室内におけるガスの対流を防止することが可能になり、均一な処理を実現することができる。 By changing the flow direction of the first gas toward the peripheral edge of the gas head, it becomes possible to prevent gas convection in the processing chamber and to achieve uniform processing.
前記第1ガス導入口は、前記ガスヘッドの中央部に設けられ、中間部材が設けられている場合、前記ガス流路は、前記ガス噴出口の近傍において前記ガスヘッドの中央部に向かって拡大していることが望ましい。
また前記ガス流路は、前記ガス噴出口の近傍において前記ガスヘッドの周縁部に向かって拡大していることが望ましい。
これらの構成によれば、処理室全体に対して均等にガスを噴出することが可能になり、均一な処理を実現することができる。
The first gas introduction port is provided in a central portion of the gas head, and when an intermediate member is provided, the gas flow path is enlarged toward the central portion of the gas head in the vicinity of the gas jet port. It is desirable that
Further, it is desirable that the gas flow path expands toward the peripheral edge of the gas head in the vicinity of the gas ejection port.
According to these structures, it becomes possible to eject gas equally with respect to the whole process chamber, and a uniform process can be implement | achieved.
また、前記中間部材により前記第1ガスの流れ方向が変化する領域の近傍に、前記ガス流路に第2ガスを噴出する第2ガス噴出口が設けられていてもよい。
この構成によれば、流れ方向が変化した第1ガスに対して、第2ガスを広い角度で衝突させることができるので、第1ガスおよび第2ガスを均質に混合することが可能になる。その結果、処理室内で均一な処理を実現することができる。
Moreover, the 2nd gas jet nozzle which ejects 2nd gas to the said gas flow path may be provided in the vicinity of the area | region where the flow direction of the said 1st gas changes with the said intermediate member.
According to this configuration, since the second gas can collide with the first gas whose flow direction has changed at a wide angle, the first gas and the second gas can be homogeneously mixed. As a result, uniform processing can be realized in the processing chamber.
また前記第2ガス噴出口は、噴出した前記第2ガスが、前記第1ガスに対して90°以上の角度で衝突するように設けられていることが望ましい。
この構成によれば、第1ガスおよび第2ガスを均質に混合することが可能になる。その結果、処理室内で均一な処理を実現することができる。
Moreover, it is desirable that the second gas ejection port is provided so that the ejected second gas collides with the first gas at an angle of 90 ° or more.
According to this configuration, the first gas and the second gas can be homogeneously mixed. As a result, uniform processing can be realized in the processing chamber.
また前記ガス流路の内面に、耐腐食性のコーティングが施されていることが望ましい。
この構成によれば、ガス流路内を流通するガスにより、ガス流路の内面が腐食されるのを防止することができる。その結果、処理の安定性および再現性が確保され、均一な処理を実現することができる。また、ガスヘッドの耐久性を向上することができる。
Further, it is desirable that a corrosion resistant coating is applied to the inner surface of the gas flow path.
According to this configuration, it is possible to prevent the inner surface of the gas flow path from being corroded by the gas flowing through the gas flow path. As a result, processing stability and reproducibility are ensured, and uniform processing can be realized. Further, the durability of the gas head can be improved.
また前記ガス流路の内面が、耐失活性を有する部材で被覆されていることが望ましい。
この構成によれば、ガス流路を流通するガスが、ガス流路の内面と衝突する際に、反応性/活性を消失しない。その結果、活性化された状態のガスを処理室内に噴出することが可能になり、処理効率を向上させることができる。
Moreover, it is desirable that the inner surface of the gas flow path is covered with a member having deactivation resistance.
According to this configuration, when the gas flowing through the gas flow path collides with the inner surface of the gas flow path, the reactivity / activity is not lost. As a result, the activated gas can be ejected into the processing chamber, and the processing efficiency can be improved.
一方、本発明に係る半導体製造装置は、上述したガスヘッドを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、上述したガスヘッドを備えているので、処理効率を向上させることが可能であり、また均一な処理を実現することが可能な半導体製造装置を提供することができる。
On the other hand, a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention includes the gas head described above.
According to this configuration, since the gas head described above is provided, it is possible to provide a semiconductor manufacturing apparatus capable of improving the processing efficiency and realizing a uniform processing.
本発明に係るガスヘッドによれば、処理室内におけるガスの対流を防止することが可能になる。その結果、処理の安定性および再現性が確保され、均一な処理を実現することができる。また、反応性/活性を維持した状態のガスを処理室内に噴出することが可能になり、処理効率を向上させることができる。さらに、第1ガスおよび第2ガスを均質に混合することが可能になり、均一な処理を実現することができる。 The gas head according to the present invention can prevent gas convection in the processing chamber. As a result, processing stability and reproducibility are ensured, and uniform processing can be realized. Further, it becomes possible to eject the gas in a state in which the reactivity / activity is maintained, and the processing efficiency can be improved. Furthermore, the first gas and the second gas can be mixed homogeneously, and uniform processing can be realized.
以下、本発明の実施形態につき、成膜処理を行う表面処理装置を例に取り、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
(第1実施形態)
最初に、本発明の第1実施形態について説明する。
図1は、第1実施形態に係る半導体製造装置およびガスヘッドの断面図である。この半導体製造装置10は、基板5が配置される処理室11の天井部に、ガスヘッド20を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, taking a surface treatment apparatus for performing a film forming process as an example. In each drawing used for the following description, the scale of each member is appropriately changed to make each member a recognizable size.
(First embodiment)
First, a first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor manufacturing apparatus and a gas head according to the first embodiment. The
(半導体製造装置)
半導体製造装置10は円筒状の処理室11を備えている。この処理室11の壁面はAl材料等で形成されている。処理室11の内部下方には、被処理基板(以下「基板」という。)5を載置する基板ステージ14が設けられている。基板ステージ14にはヒータや冷媒流路等の温度調整手段が設けられ、基板温度を制御しうるようになっている。
(Semiconductor manufacturing equipment)
The
処理室11は、ガス導入システムおよびガス排出システムを備えている。ガス排出システムは、主に処理室11の底面に形成されたガス排出口と、ガス排出口に接続された排気ポンプ(不図示)とを備えている。ガス導入システムは、主に第1ガスを貯留する第1ガス源(不図示)と、第1ガス源から延設された第1ガス供給配管16と、第1ガス供給配管に接続されたガスヘッド20とを備えている。なお基板5を処理する際は、第1ガス源から任意の流量で第1ガスを処理室11に導入し、圧力調整バルブにより処理室内を任意の処理圧力に制御するとともに、余剰の第1ガスおよび反応副生成物ガスをガス排出システムにより排出する。
The
ガスヘッド20は、ヘッド本体22および中間部材24で構成されている。ヘッド本体22は、Al材料等により円盤状に形成され、処理室11の天井部に配置されている。ヘッド本体22の上面(処理室11の外側面)中央部には、第1ガスを導入する第1ガス導入口26が開口されている。この第1ガス導入口26に、上述した第1ガス供給配管16が接続されている。またヘッド本体22の下面(処理室11の内側面)中央部には、処理室11内にガスを噴出するガス噴出口28が開口されている。このガス噴出口28の開口面積は、第1ガス導入口26の開口面積より大きくなっている。そして、第1ガス導入口26からガス噴出口28までガスを流通させるガス流路27が、ヘッド本体22を貫通して形成されている。このガス流路27の側面22aは、処理室11に向かって開くテーパ面に形成されている。
The
ガス流路27の内部には、Al材料等からなる中間部材24が設けられている。中間部材24は、支持部材23によってヘッド本体22に固定されている。図1のA−A線における断面を図2(a)に示す。図2(a)に示すように、複数(例えば4個)の支持部材23が中間部材24の周方向に等配されて、中間部材24が支持されている。
An
中間部材24は、第1ガスの流れ方向をガスヘッド20の周縁部に向けて変化させるものである。すなわち中間部材24は、ガスヘッド20の中心軸方向(図1の上下方向)に沿った第1ガスの流れ方向を、ガスヘッド20の半径方向(図1の左右方向)に変化させるものである。中間部材24は、二つの円錐台の底面同士を共有させた形状を有する。そのため、第1ガスが衝突する中間部材24の上面は、ガスヘッド20の中心軸方向に略垂直な水平面となっている。なお、中間部材24の下面も水平面となっている。
The
中間部材24の側面上半部24aは、処理室11の外側に向かって先細るテーパ面に形成されている。この中間部材24の側面上半部24aのテーパ面と、ガス流路27の内面のテーパ面とは、略同じ傾斜角度に形成されて等間隔に配置されている。
図2(a)は図1のA−A線における断面図であり、図2(b)は図1のB−B線における断面図である。図2(a)に示すように、第1実施形態におけるガス流路27は、リング状の流路断面を備えている。中間部材24の側面上半部24aとガス流路の側面22aとが等間隔に配置されているので、図2(a)における流路断面の幅D1は、図2(b)における流路断面の幅D2と等しくなっている。しかしながら、図2(b)における中間部材24の半径R2は、図2(a)における中間部材24の半径R1より大きいので、図2(b)における流路面積は、図2(a)における流路面積より大きくなっている。すなわち、ガス流路27の流路面積は、第1ガス導入口からガス噴出口にかけて増加している。
An
2A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. As shown in FIG. 2A, the
図1に戻り、中間部材24の側面下半部24bは、処理室11の内側に向かって先細るテーパ面に形成されている。
図2(c)は図1のC−C線における断面図である。図2(c)における流路面積は、図2(b)における流路面積より大きくなっている。特に、図2(c)におけるガス流路27の外径(R3+D3)は、図2(b)におけるガス流路27の外径(R2+D2)より大きくなっている。すなわちガス流路27は、ガス噴出口の近傍において、ガスヘッドの周縁部に向かって拡大している。これにより、ガス噴出口からのガス噴出方向を、処理室(基板)の周縁部方向に広げることができる。
Returning to FIG. 1, the
FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. The channel area in FIG. 2 (c) is larger than the channel area in FIG. 2 (b). In particular, the outer diameter (R3 + D3) of the
また図2(c)におけるガス流路27の内径R3は、図2(b)におけるガス流路27の内径R2より小さくなっている。すなわちガス流路27は、ガス噴出口の近傍において、ガスヘッドの中央部に向かっても拡大している。これにより、ガス噴出口からのガス噴出方向を、ガス流路の延長方向から処理室(基板)の中央部方向にも広げることができる。その結果、処理室(基板)の略全体にガスを噴出することが可能になり、基板に対する均一な処理を実現することができる。
Further, the inner diameter R3 of the
図3は、第1実施形態の変形例に係るガスヘッドの断面図である。また、図4(a)は図3のD−D線における断面図であり、図4(b)は図3のE−E線における断面図であり、図4(c)は図3のF−F線における断面図である。図3に示すように、この変形例では、ガスヘッド30に複数の貫通孔37aが形成されている。各貫通孔37aの内径は、第1ガス導入口36からガス噴出口38にかけて拡大している。そして図4(a)に示すように、複数(図4(a)では8個)の貫通孔37aを周方向に等配した貫通孔群によりガス流路37が構成されている。このガス流路37の流路面積は、第1ガス導入口からガス噴出口にかけて増加している。この場合、貫通孔群の中央領域が中間部材34として機能する。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a gas head according to a modification of the first embodiment. 4A is a cross-sectional view taken along the line DD in FIG. 3, FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line EE in FIG. 3, and FIG. 4C is a cross-sectional view taken along the line F in FIG. It is sectional drawing in the -F line. As shown in FIG. 3, in this modification, a plurality of through
この変形例においても、ガス流路37の流路面積は、図4(a)から図4(c)にかけて拡大している。特に、貫通孔群の外径Tは、図4(b)から図4(c)にかけて大きくなっている。すなわちガス流路37は、ガス噴出口の近傍において、ガスヘッドの周縁部に向かって拡大している。また貫通孔群の内径Rは、図4(b)から図4(c)にかけて大きくなっている。すなわちガス流路37は、ガス噴出口の近傍において、ガスヘッドの中央部に向かっても拡大している。なおガス噴出口を構成する各貫通孔の開口部は、ガスヘッドの半径方向に長軸方向を一致させた楕円形状となっている。
Also in this modification, the flow channel area of the
次に、第1実施形態に係るガスヘッドの作用について説明する。
図5(a)は、第1実施形態のガスヘッドにおけるガスの流れ方向の説明図である。第1ガス1は、第1ガス供給配管16により、ガスヘッド20の中心軸に沿って第1ガス導入口に導入される。高速で導入された第1ガス1が、中間部材24の上面に衝突すると、第1ガス1の流れ方向がガスヘッド20の周縁部に向かって変化する。さらに第1ガス1は、ガス流路27の側面22aに案内されてガス流路27に流入する。ガス流路27の流路面積は第1ガス導入口26からガス噴出口28にかけて増加しているので、ガス流路27の下流側ほど第1ガスの流速が低下する。これにより、第1ガスはガス噴出口28から低速で噴出される。
Next, the operation of the gas head according to the first embodiment will be described.
Fig.5 (a) is explanatory drawing of the flow direction of the gas in the gas head of 1st Embodiment. The
この点、図9に示す第1従来例では、処理室11内に高速で噴出された第1ガス1が、基板ステージ14および側壁12に衝突することにより、処理室11内に対流が生じる。これにより、基板5と反応後の分解物・2次生成物を含んだガスや、処理室11の壁材と反応した基板処理に適さないガスが、再び基板5上に戻ることになる。その結果、基板処理の安定性および再現性を阻害することになる。
In this regard, in the first conventional example shown in FIG. 9, the
これに対して、本実施形態では、第1ガスがガス噴出口から低速で噴出されるので、処理室内に第1ガスの対流が発生しない。
図5(b)は、第1実施形態の処理室(右半部)におけるガス流速の分布図である。図5(b)では、等ガス流速線を2点鎖線で示すとともに、ガス流速の高速度領域91を縦横格子模様で示し、低速度領域92を斜め格子模様で示している。図5(b)によれば、ガス噴出口の近傍に高速度領域91が存在するが、ガス噴出口から離れるほど第1ガスの流速は低下し、基板5の近傍は低速度領域92となっている。このように、処理室11内に対流が発生しないので、基板処理後のガスは基板ステージ下方のガス排出口から排出される。また、処理室11の壁材と反応したガスが、再び基板上に戻ることもない。したがって、基板処理の安定性および再現性を確保することが可能になり、基板に対する均一な処理を実現することができる。
In contrast, in the present embodiment, since the first gas is ejected from the gas ejection port at a low speed, convection of the first gas does not occur in the processing chamber.
FIG. 5B is a gas flow velocity distribution diagram in the processing chamber (right half) of the first embodiment. In FIG. 5B, the equal gas flow velocity line is indicated by a two-dot chain line, the
一方、図11(a)に示す第2従来例では、第1ガス1がシャワーホール52を通過する過程で、反応性/活性を消失するという問題がある。この場合、基板処理に必要な化学反応が得られず、処理効率が低下することになる。
これに対して、第1実施形態のガスヘッドでは、ガスヘッドの構成部材に対する第1ガスの衝突機会を最小限に抑えているので、反応性/活性を維持した状態で第1ガスを処理室に噴出することが可能である。したがって、基板処理効率を向上させることができる。
On the other hand, the second conventional example shown in FIG. 11A has a problem that the reactivity / activity disappears in the process of the
On the other hand, in the gas head of the first embodiment, since the chance of collision of the first gas with the gas head constituent members is minimized, the first gas is supplied to the processing chamber while maintaining the reactivity / activity. It is possible to erupt. Therefore, the substrate processing efficiency can be improved.
このように、反応性/活性を備えた第1ガスを導入する場合には、ガス流路の内面に耐腐食性のコーティングを施すことが望ましい。コーティング材料として、具体的にはY2O3等を採用することが可能である。この構成によれば、ガス流路内を流通するガスによってガス流路の内面が腐食されるのを防止することができる。その結果、処理の安定性および再現性が確保され、均一な処理を実現することができる。また、ガスヘッドの耐久性を向上することができる。 Thus, when the first gas having reactivity / activity is introduced, it is desirable to apply a corrosion-resistant coating to the inner surface of the gas flow path. Specifically, Y 2 O 3 or the like can be employed as the coating material. According to this structure, it can prevent that the inner surface of a gas flow path is corroded by the gas which distribute | circulates the inside of a gas flow path. As a result, processing stability and reproducibility are ensured, and uniform processing can be realized. Further, the durability of the gas head can be improved.
また、反応性/活性を備えた第1ガスを導入する場合には、ガス流路の内面が耐失活性を有する部材で被覆されていることが望ましい。耐失活性を有する部材として、具体的には高純度アルミナ等のセラミックや、サファイア等を採用することが可能である。この構成によれば、ガス流路を流通するガスが、ガス流路の内面と衝突する際に、反応性/活性を消失しない。その結果、活性化された状態のガスを処理室内に噴出することが可能になり、処理効率を向上させることができる。 Further, when the first gas having reactivity / activity is introduced, it is desirable that the inner surface of the gas flow path is covered with a member having deactivation resistance. Specifically, ceramics such as high-purity alumina, sapphire, or the like can be used as the member having anti-deactivation activity. According to this configuration, when the gas flowing through the gas flow path collides with the inner surface of the gas flow path, the reactivity / activity is not lost. As a result, the activated gas can be ejected into the processing chamber, and the processing efficiency can be improved.
さらに、第1実施形態のガスヘッドでは、ガス噴出口の近傍においてガス流路がガスヘッドの中央部および周縁部に向かって拡大している。これにより、ガス噴出口からのガス噴出方向を、ガス流路の延長方向だけでなく、処理室(基板)の中央部方向および周縁部方向にも広げることができる。その結果、処理室(基板)の略全体にガスを噴出することが可能になり、基板に対する均一な処理を実現することができる。 Furthermore, in the gas head according to the first embodiment, the gas flow path expands toward the central portion and the peripheral portion of the gas head in the vicinity of the gas ejection port. Thereby, the gas ejection direction from the gas ejection port can be expanded not only in the extending direction of the gas flow path but also in the central direction and the peripheral edge direction of the processing chamber (substrate). As a result, gas can be ejected to substantially the entire processing chamber (substrate), and uniform processing on the substrate can be realized.
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
図6(a)は、第2実施形態に係るガスヘッドの断面図である。第1実施形態のガスヘッドは処理ガスとして第1ガスのみを導入するものであったが、第2実施形態のガスヘッド20は第1ガスに加えて第2ガスを導入する点で相違している。なお、第1実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 6A is a cross-sectional view of a gas head according to the second embodiment. The gas head according to the first embodiment introduces only the first gas as the processing gas, but the
図6(b)は、図6(a)のG−G線における断面図である。図6(b)に示すようにガスヘッド20における第1ガス導入口26の周囲には、複数の第2ガス導入口46が設けられている。本実施形態では、8個の第2ガス導入口46が周方向に等配されている。
図6(a)に戻り、第2ガス導入口46から下方に向かって、第2ガス導入路41が設けられている。第2ガス導入路41の下端部から、ガスヘッド20の中央部に向かって、第2ガス噴出路42が形成されている。この第2ガス導入路41および第2ガス噴出路42により、第2ガス流路40が構成されている。そして、第2ガス噴出路42の先端に、第2ガス噴出口48が形成されている。第2ガス噴出口48は、中間部材24の上面付近においてガス流路27に開口している。
FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line GG in FIG. As shown in FIG. 6B, a plurality of second
Returning to FIG. 6A, the second
図7(a)は、第2実施形態のガスヘッドにおけるガスの流れ方向の説明図である。ガスヘッド20の中心軸に沿って導入された第1ガス1が、中間部材24の上面に衝突すると、第1ガス1の流れ方向がガスヘッド20の周縁部に向かって変化する。これに対して第2ガス2は、第2ガス噴出路42および第2ガス噴出口48から、ガスヘッド20の中央部に向かって噴出される。そのため、第1ガス1と第2ガス2とは、正面衝突に近い90°以上の角度θで衝突することになる。
Fig.7 (a) is explanatory drawing of the flow direction of the gas in the gas head of 2nd Embodiment. When the
本実施形態では、中間部材24の上面付近に第2ガス噴出口48を形成したので、ガスヘッド20の周縁部に向かって流れ方向が変化した第1ガス1に対して、第2ガス2を90°以上の角度θで衝突させることが可能になる。そして、第1ガス1および第2ガス2を90°以上の角度θで衝突させることにより、第1ガス1中に第2ガス2を分散させることが可能になり、両者を均質に混合することができる。
In the present embodiment, since the second
図7(b)は、処理室(右半部)におけるガス濃度の分布図である。図7(b)では、等ガス濃度線を2点鎖線で示すとともに、第1ガスの高濃度領域91を縦横格子模様で示し、第2ガスの高濃度領域92を斜め格子模様で示している。図7(b)によれば、ガスヘッド20の第1ガス導入口の近傍に第1ガスの高濃度領域91が存在し、第2ガス噴出口の近傍に第2ガスの高濃度領域が存在する。これに対して、処理室11内(特に、基板5の近傍)では、第1ガス濃度および第2ガス濃度が同等になっている。これは、第1ガスおよび第2ガスが均質に混合されていることを示している。
FIG. 7B is a distribution diagram of the gas concentration in the processing chamber (right half). In FIG. 7B, the equal gas concentration line is indicated by a two-dot chain line, the high
以上のように第2実施形態では、中間部材の上面付近に第2ガス噴出口を設けて、流れ方向が変化した第1ガスに対して第2ガスを90°以上の角度で衝突させる構成とした。この構成によれば、第1ガスおよび第2ガスを均質に混合して処理室内に噴出することが可能になる。その結果、処理室内において均一な処理を実現することができる。 As described above, in the second embodiment, the second gas ejection port is provided near the upper surface of the intermediate member, and the second gas collides with the first gas whose flow direction has changed at an angle of 90 ° or more. did. According to this configuration, the first gas and the second gas can be mixed homogeneously and ejected into the processing chamber. As a result, uniform processing can be realized in the processing chamber.
本願の発明者は、図7に示す第2実施形態をエッチング装置に適用して、基板上の薄膜をエッチングし、基板上におけるエッチングレート分布を測定した。また図9に示す第1従来例の変形例、および図11(b)に示す第2従来例の変形例もエッチング装置に適用して、同様にエッチングレート分布を測定した。 The inventor of the present application applied the second embodiment shown in FIG. 7 to an etching apparatus, etched a thin film on the substrate, and measured the etching rate distribution on the substrate. The modification of the first conventional example shown in FIG. 9 and the modification of the second conventional example shown in FIG. 11B were also applied to the etching apparatus, and the etching rate distribution was measured in the same manner.
各エッチング装置には、第1ガスとして、400sccmのH2ガスと800sccmのN2ガスとの混合ガスに、マイクロ波を照射して活性化したものを導入した。また第2ガスとして、400sccmのNF3ガスを導入した。この第1ガスおよび第2ガスを混合することにより、エッチャントが生成されることになる。そして基板温度を20℃とし、基板処理圧力を220Paとして、直径300mmのシリコン基板の表面に形成された熱酸化膜(SiO2膜)のエッチングを行った。 In each etching apparatus, as a first gas, a mixture gas of 400 sccm of H 2 gas and 800 sccm of N 2 gas activated by irradiation with microwaves was introduced. As the second gas, 400 sccm of NF 3 gas was introduced. The etchant is generated by mixing the first gas and the second gas. Then, the substrate temperature was set to 20 ° C., the substrate processing pressure was set to 220 Pa, and the thermal oxide film (SiO 2 film) formed on the surface of the silicon substrate having a diameter of 300 mm was etched.
図8は、エッチングレート分布の測定結果のグラフである。図8の各グラフにおいて、横軸は基板中心からの距離であり、縦軸はエッチングレートである。
図8(c)は、図10に示す第1従来例の変形例を採用した場合の測定結果である。図8(c)のグラフによれば、基板の中央部および周縁部ではエッチングレートが小さく、両者の中間部ではエッチングレートが大きくなっている。すなわち、基板上におけるエッチングレートの分布が大きくなっている。
FIG. 8 is a graph of the measurement result of the etching rate distribution. In each graph of FIG. 8, the horizontal axis represents the distance from the center of the substrate, and the vertical axis represents the etching rate.
FIG. 8C shows the measurement results when the modified example of the first conventional example shown in FIG. 10 is adopted. According to the graph of FIG. 8C, the etching rate is low at the central portion and the peripheral portion of the substrate, and the etching rate is high at the middle portion between the two. That is, the distribution of the etching rate on the substrate is increased.
図10(a)に示す第1従来例の変形例では、処理室11の中央部から第1ガス1が導入され、その周辺部から第2ガス2が導入される。しかしながら、第1ガス1および第2ガス2が90°以下の小さい角度で衝突するように第1ガス1および第2ガス2を導入するので、両者は均質に混合されない。
In the modification of the first conventional example shown in FIG. 10A, the
そのため、図10(b)に示すように、基板5の中央部が第1ガスの高濃度領域91となり、周縁部が第2ガスの高濃度領域92となる。また基板5の中央部と周縁部との間は、第1ガスおよび第2ガスの濃度が同等になる。この同等濃度領域では、第1ガスおよび第2ガスが混合されてエッチャントの生成量が多くなるので、図8に示すようにエッチングレートが大きくなる。これに対して、基板5の中央部および周縁部では、第1ガスまたは第2ガスのみが高濃度であってエッチャントの生成量が少なくなるので、エッチングレートが小さくなる。その結果、図8(c)に示すように、基板上におけるエッチングレートの分布が大きくなると考えられる。
Therefore, as shown in FIG. 10B, the central portion of the
図8(b)は、図11(b)に示す第2従来例の変形例を採用した場合の測定結果である。図8(b)のグラフによれば、基板上におけるエッチングレートの分布は小さいが、全体的にエッチングレートが小さくなっている(約60オングストローム/min)。
図11(b)に示す第2従来例の変形例では、導入された第1ガス1および第2ガス2が、ガスヘッド50の内部空間51で均質に混合されて処理室内に供給される。そのため、基板上におけるエッチングレートの分布が小さくなるものと考えられる。しかしながら、活性化した状態で導入された第1ガスは、シャワーホール52を透過する際に、その壁面との衝突を繰り返すことになる。これにより第1ガスは、シャワーホール52にエネルギーを奪われて、反応性/活性を消失する(失活する)。そのため、エッチャントの生成量が低下して、図8(b)に示すようにエッチングレートが小さくなると考えられる。
FIG. 8B shows the measurement results when the modified example of the second conventional example shown in FIG. According to the graph of FIG. 8B, the etching rate distribution on the substrate is small, but the etching rate is generally small (about 60 angstroms / min).
In the modification of the second conventional example shown in FIG. 11B, the introduced
図8(a)は、図7(a)に示す第2実施形態を採用した場合の結果である。図8(a)のグラフによれば、約70オングストローム/minのエッチングレートが確保され、また基板上におけるエッチングレートの分布が小さくなっている。
図7(a)に示す第2実施形態では、ガスヘッドの構成部材に対する第1ガスの衝突機会を最小限に抑えているので、反応性/活性を維持した状態で第1ガスを処理室に噴出することが可能である。これにより、エッチャントの生成量の低下が防止され、図8(a)に示すようにエッチングレートを確保することができる。また第2実施形態では、第1ガスおよび第2ガスが90°以上の角度で衝突するように導入されるので、第1ガスおよび第2ガスを均質に混合することが可能になる。その結果、図7(b)に示すように、基板5の略全体が、第1ガスおよび第2ガスの等濃度領域となる。そのため、図8(a)に示すように、基板上におけるエッチングレートの分布が小さくなると考えられる。
FIG. 8A shows the result when the second embodiment shown in FIG. 7A is adopted. According to the graph of FIG. 8A, an etching rate of about 70 Å / min is secured, and the distribution of the etching rate on the substrate is reduced.
In the second embodiment shown in FIG. 7A, since the chance of collision of the first gas with the gas head constituent members is minimized, the first gas is brought into the processing chamber while maintaining the reactivity / activity. It is possible to erupt. As a result, a decrease in the amount of etchant generated is prevented, and an etching rate can be ensured as shown in FIG. In the second embodiment, since the first gas and the second gas are introduced so as to collide with each other at an angle of 90 ° or more, the first gas and the second gas can be mixed uniformly. As a result, as shown in FIG. 7B, substantially the
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、中間部材の形状は、上記実施形態の形状に限られず、例えば円錐形や釣鐘型とすることも可能である。また、本発明の半導体製造装置は、エッチング装置に限られず、例えばCVD装置に適用することも可能である。
It should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes those in which various modifications are made to the above-described embodiments without departing from the spirit of the present invention. That is, the specific materials and configurations described in the embodiments are merely examples, and can be changed as appropriate.
For example, the shape of the intermediate member is not limited to the shape of the above-described embodiment, and may be a cone shape or a bell shape, for example. Moreover, the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention is not limited to an etching apparatus, and can be applied to, for example, a CVD apparatus.
1…第1ガス 2…第2ガス 5…基板 10…半導体製造装置 11…処理室 20…ガスヘッド 24…中間部材 26…第1ガス導入口 27…ガス流路 28…ガス噴出口
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記ガス流路は、前記第1ガス導入口から前記ガス噴出口にかけて、該ガス流路の内面と前記中間部材とで挟まれた領域の面積が増加する形状であり、
前記中間部材は、二つの円錐台の底面同士を共有させた形状であることを特徴とするガスヘッド。 A first gas introduction port for introducing a first gas; a gas ejection port for ejecting gas into the processing chamber; a gas flow path for flowing gas from the first gas introduction port to the gas ejection port; and the gas flow path An intermediate member fixed to the inner surface of the gas flow path, and a gas head comprising:
The gas flow path has a shape in which an area of a region sandwiched between an inner surface of the gas flow path and the intermediate member increases from the first gas introduction port to the gas ejection port ,
The intermediate member has a gas head, wherein the shape der Rukoto obtained by sharing the bottom ends of two truncated cones.
前記ガス流路は、前記ガス噴出口の近傍において前記ガスヘッドの中央部に向かって拡大していることを特徴とする請求項1または2に記載のガスヘッド。 The first gas introduction port is provided in a central portion of the gas head,
It said gas flow channel, gas head according to claim 1 or 2, characterized in that in the vicinity of the gas ejection port are expanding toward the center of the gas head.
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