JP4936621B2

JP4936621B2 - 成膜装置のプロセスチャンバー、成膜装置および成膜方法

Info

Publication number: JP4936621B2
Application number: JP2001301233A
Authority: JP
Inventors: 龍一中村; 庸司高木
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: JP2003115459A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の表面に薄膜を形成する成膜装置のプロセスチャンバー、成膜装置および成膜方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
成膜装置の１つであるエピタキシャル成長装置は、例えば、プロセスチャンバーと、このプロセスチャンバー内に配置され、半導体ウェハを支持するサセプタと、このサセプタを回転駆動させる回転機構と、プロセスチャンバーの上方および下方に配置され、サセプタに支持されたウェハを加熱する複数の加熱ランプとを備えている。このようなエピタキシャル成長装置において、プロセスチャンバーの側部に設けたガス導入口からプロセスチャンバー内に成膜ガスを供給すると、その成膜ガスがウェハの表面に沿って層流状態で流れ、ウェハの表面に薄膜が形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
次世代の半導体デバイスの開発においては、ウェハの表面に形成される薄膜の膜厚分布の均一性をより良くする必要がある。この為には、ウェハの膜厚分布を広い範囲で調整するのが望ましいが、従来の成膜装置では、そのような膜厚分布の調整が困難であった。
【０００４】
本発明の目的は、基板の膜厚分布の調整を効果的に行うことができる成膜装置のプロセスチャンバー、成膜装置および成膜方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、支持部材に基板を支持した状態で基板に向けて成膜ガスを供給し基板の成膜を行う成膜装置のプロセスチャンバーであって、支持部材を収容するチャンバー本体と、チャンバー本体の側部に設けられ、成膜ガスをチャンバー本体内に導入するための複数の導入孔を有する整流板と、導入孔を塞ぐための閉塞部材とを備えることを特徴とするものである。
【０００６】
このような本発明のプロセスチャンバーを備えた成膜装置においては、整流板に形成された複数の導入孔からチャンバー本体内に成膜ガスを導入することによって、支持部材に支持された基板の表面に薄膜を形成する。このとき、整流板に形成された複数の導入孔の中から任意の導入孔を閉塞部材で塞ぐことにより、使用すべき導入孔の数および位置が任意に変えられる。これにより、基板上を流れる成膜ガスの単位時間当たりの通過流量の分布を容易に変化させることができる。従って、基板上に形成される薄膜の膜厚分布の調整を効果的に行うことが可能となる。
【０００７】
好ましくは、閉塞部材は、導入孔に挿入されるボルトと、ボルトの締め付けに用いるナットとで形成されている。これにより、閉塞部材を簡単な構成で実現できると共に、導入孔を確実に塞ぐことができる。
【０００８】
また、好ましくは、閉塞部材はポリテトラフルオロエチレン製である。これにより、閉塞部材が腐食しにくくなる。
【０００９】
さらに、好ましくは、整流板から支持部材側に向けて延びるように設けられた複数の仕切板を更に備える。この場合には、複数の導入孔から導入された成膜ガスは、仕切板によってガイドされながら基板に向かって流れるため、成膜ガスの広がりを低減できる。
【００１０】
また、本発明は、プロセスチャンバーと、プロセスチャンバー内に配置され基板を支持する支持部材とを備え、支持部材に基板を支持した状態で基板に向けて成膜ガスを供給し基板の成膜を行う成膜装置であって、プロセスチャンバーは、支持部材を収容したチャンバー本体と、チャンバー本体の側部に設けられ、成膜ガスをチャンバー本体内に導入するための複数の導入孔を有する整流板と、導入孔を塞ぐための閉塞部材とを有することを特徴とするものである。
【００１１】
このような本発明の成膜装置においては、プロセスチャンバーの整流板に形成された複数の導入孔の中から任意の導入孔を閉塞部材で塞ぐことにより、使用すべき導入孔の数および位置が任意に変えられる。これにより、基板上を流れる成膜ガスの単位時間当たりの通過流量の分布を容易に変化させることができる。従って、基板上に形成される薄膜の膜厚分布の調整を効果的に行うことが可能となる。
【００１２】
好ましくは、支持部材を回転駆動させる駆動手段と、プロセスチャンバーの外方に配置され、支持部材に支持された基板を加熱する加熱手段とを更に備える。この場合には、本発明をエピタキシャル成長装置に適用できる。
【００１３】
さらに、本発明の成膜方法は、上記の成膜装置の整流板に設けられた複数の導入孔のうち任意の導入孔を閉塞部材で塞ぎ、その状態で導入孔からチャンバー本体内に成膜ガスを導入して基板を成膜することを特徴とするものである。
【００１４】
このように複数の導入孔のうち任意の導入孔を閉塞部材で塞ぐことにより、使用すべき導入孔の数および位置が任意に変えられるため、基板上を流れる成膜ガスの単位時間当たりの通過流量の分布を容易に変化させることができる。従って、基板上に形成される薄膜の膜厚分布の調整を効果的に行うことが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る成膜装置のプロセスチャンバー、成膜装置および成膜方法の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１及び図２は、本発明に係る成膜装置として枚葉式のエピタキシャル成長装置の一実施形態を概略的に示したものである。これらの図において、エピタキシャル成長装置１は、例えば石英ガラスで形成されたプロセスチャンバー２を備えている。プロセスチャンバー２はチャンバー本体３を有し、このチャンバー本体３内には、ウェハＷを水平に支持するためのサセプタ４が収容されている。
【００１７】
サセプタ４は、例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）で被覆されたカーボングラファイト材料で形成されている。また、サセプタ４は、プロセスチャンバー２の下部に立設された石英ガラス製の支持シャフト５によって、裏面側から３点で水平に支持されている。この支持シャフト５は、図示しない駆動モータにより回転駆動され、これによりサセプタ４は一定の回転速度で回転可能となる。
【００１８】
チャンバー本体３の側部には整流板６が配置されている。この整流板６には、図３に示すように、成膜ガスをチャンバー本体３内に導入するための複数の円形の導入孔７が形成されている。これらの導入孔７は、主にウェハＷの中央部に向けて成膜ガスを供給するための複数（ここでは１４個）の導入孔７ａと、これら導入孔の外側に形成され、主にウェハＷのエッジ側に向けて成膜ガスを供給するための複数（ここでは１６個）の導入孔７ｂとからなっている。
【００１９】
図４は、上記の導入孔７を塞ぐための閉塞部材８を示したものである。この閉塞部材８は、導入孔７に挿入されるボルト９と、このボルト９の締め付けに用いるナット１０とで構成されている。これらのボルト９及びナット１０としては、耐腐食性を有するポリテトラフルオロエチレン（商品名：テフロン）製のものを使用するのが好ましい。このような閉塞部材８を用いて任意の導入孔７を塞ぐことにより、全導入孔７の中から使用すべき導入孔７の数および位置を任意に変えることができる。
【００２０】
また、プロセスチャンバー２は、整流板６からサセプタ４側に向けて互いに平行に延びる４つの仕切板１１を有し、この仕切板１１によって、整流板６の導入孔７ａから導入された成膜ガスが通るインナー領域Ｓｉと導入孔７ｂから導入された成膜ガスが通るアウター領域Ｓｏとに区画される。このような仕切板１１を設けることにより、整流板６の複数の導入孔７から導入された成膜ガスは、仕切板１１にガイドされた状態でサセプタ４に向かうようになるため、サセプタ４上における成膜ガスの広がりが低減される。
【００２１】
また、チャンバー本体３における整流板６と対向する部位には排気口１２が設けられており、サセプタ４上を通過した成膜ガスが排ガスとして排気口１２から排気される。
【００２２】
プロセスチャンバー２の上方および下方には、サセプタ４上に置かれたウェハＷを加熱するための加熱ランプ１３がそれぞれ放射状に配置されている。また、チャンバー本体３内におけるサセプタ４の周囲には、整流板６の複数の導入孔７から導入された成膜ガスを加熱するための予備加熱リング１４が配置されている。
【００２３】
以上のように構成したエピタキシャル成長装置１において、ウェハＷの成膜を行う場合は、まず図示しない搬送ロボットによりウェハＷをプロセスチャンバー２内に搬入し、サセプタ４上に置く。そして、加熱ランプ１３を点灯してウェハＷを処理温度まで加熱する。続いて、サセプタ４を回転させた状態で、トリクロルシラン（ＳｉＨＣｌ₃）ガスやジクロルシラン（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂）ガス等の成膜ガスを整流板６の複数の導入孔７からプロセスチャンバー２内に供給する。すると、その成膜ガスがウェハＷの表面に沿って層流状態で流れ、ウェハＷの表面に薄膜が形成される。
【００２４】
このとき、整流板６における任意の導入孔７を閉塞部材８で塞いで、使用すべき導入孔７の数および位置を調整することにより、ウェハＷの表面に形成される薄膜の膜厚分布を調整することができる。つまり、開口させる導入孔７を変えることによって、ウェハＷ上において単位時間当たりに流れる成膜ガスの通過流量の分布が変化するようになる。従って、インナー領域Ｓｉを流れる成膜ガスの流量とアウター領域Ｓｏを流れる成膜ガスの流量との差によってのみ薄膜の膜厚分布を制御する場合に比べて、薄膜の膜厚分布の調整範囲が広がり、これにより薄膜の膜厚分布の調整が容易に行える。そこで、開口させる導入孔７を適宜調整し、ウェハＷの表面に形成される薄膜の膜厚分布をできる限り均一にする。
【００２５】
図５（ａ）は標準的な整流板１６を示したものであり、図５（ｂ）は上記の整流板６を示したものである。図５（ｂ）において、黒丸の部分は、閉塞部材８で塞がれた導入孔７を示している。同図から分かるように、整流板６では、整流板１６に比べて導入孔７の数が多いので、閉塞部材８の使用によるウェハＷの薄膜の膜厚分布の制御が効果的に行える。
【００２６】
図６は、図５に示す整流板を使用した場合に、ウェハＷの表面に形成される薄膜の膜厚分布の一例をそれぞれ示したものである。図６の横軸は、ウェハＷの中心からの距離を示し、図６の縦軸は、薄膜の膜厚を示している。また、この時のサセプタ４（ウェハＷ）の回転方向は、図２に示すように時計回りとなっている。
【００２７】
図６において、Ｐが図５（ａ）に示す整流板１６を使用した場合の膜厚分布を示し、Ｑが図５（ｂ）に示す整流板６を使用した場合の膜厚分布を示している。ここで、図５（ａ）に示す整流板１６を使用した場合の膜厚均一性は、±１．３７％である。一方、図５（ｂ）に示す整流板６を使用した場合の膜厚均一性は±０．７５％であり、ウェハＷに形成される薄膜の膜厚均一性が改善されているのが分かる。
【００２８】
図７（ａ）は、図５（ａ）と同様の整流板１６を示したものであり、図７（ｂ）は、図５（ｂ）において開口させる導入孔７を変えた整流板６を示したものである。なお、図７は、成膜ガスの流れる方向から見た状態を示している。図７（ｂ）において、成膜ガスの流れる方向から見て右側半分において開口している導入孔７の数は、左側半分において開口している導入孔７の数よりも多くなっている。
【００２９】
図８は、図７に示す整流板を使用した場合に、ウェハＷの表面に形成される薄膜の膜厚分布の一例をそれぞれ示したものである。図８の横軸及び縦軸は、図６と同様である。また、この時のウェハＷの回転方向は、時計回りである。
【００３０】
図８において、Ｒが図７（ａ）に示す整流板１６を使用した場合の膜厚分布を示し、Ｓが図７（ｂ）に示す整流板６を使用した場合の膜厚分布を示している。ここで、図７（ａ）に示す整流板を使用した場合の膜厚均一性は、±１．３７％である。一方、図７（ｂ）に示す整流板を使用した場合の膜厚均一性は±０．３１％であり、開口する導入孔７の数および位置を図５（ｂ）に示すように設定した場合に比べて、ウェハＷに形成される薄膜の膜厚均一性が更に改善されているのが分かる。この理由としては、以下のようなことが考えられる。
【００３１】
即ち、成膜時にはウェハＷが回転するため、ウェハＷ上を流れる成膜ガスの単位時間当たりの通過流量（成膜ガスの相対流速）の分布が均一でなくなる。つまり、ウェハＷは時計回りに回転しているため、成膜ガスの流れる方向から見てウェハＷの右側部分では、成膜ガスがウェハＷの回転に対して逆らうように流れ、成膜ガスの流れる方向から見てウェハＷの左側部分では、成膜ガスがウェハＷの回転に添うように流れる。このため、ウェハＷの右側部分のあるポイントを通過する成膜ガスの単位時間当たりの流量は、ウェハＷの左側部分における対応するポイントを通過する成膜ガスの単位時間当たりの流量よりも多くなる。従って、成膜ガスの流れる方向から見て整流板６の左側半分において開口する導入孔７の数および位置を調整するよりも、整流板６の右側半分において開口する導入孔７の数および位置を調整するほうが、ウェハＷに形成される薄膜の膜厚の変化が顕著であり、膜厚分布の制御が効果的に行える。そこで、図７（ｂ）に示すように開口する導入孔７の数および位置を設定することにより、ウェハＷに形成される薄膜の膜厚均一性が良好になると考えられる。なお、開口する導入孔７の数および位置のベストモードは、プロセスチャンバーの構造や成膜条件によって変わることは言うまでもない。
【００３２】
以上のように本実施形態にあっては、整流板６の導入孔７を塞ぐための閉塞部材８を設け、任意の導入孔７を閉塞部材８で塞いで、開口する導入孔７の数および位置を調整するようにしたので、ウェハＷの表面に形成される薄膜の膜厚分布の調整範囲を広げることができる。その結果、ウェハＷの膜厚均一性を向上させることが可能となる。
【００３３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、整流板６の導入孔７を塞ぐための閉塞部材として、ボルト及びナットを用いたが、閉塞部材は特にこれには限定されず、例えばシート状のものを整流板６に貼り付けて導入孔７を塞いでもよい。
【００３４】
また、上記実施形態の成膜装置はエピタキシャル成長装置であるが、本発明は、チャンバ本体の側部に整流板が配置されたプロセスチャンバーを備えたものであれば、他の成膜装置にも適用できる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、成膜ガスをチャンバー本体内に導入するための複数の導入孔を有する整流板と、導入孔を塞ぐための閉塞部材とを備えたので、基板に形成される薄膜の膜厚分布の調整を効果的に行うことができる。これにより、基板の膜厚均一性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る成膜装置として枚葉式のエピタキシャル成長装置の一実施形態を概略的に示す断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図２に示す整流板の正面図である。
【図４】図３に示す整流板の導入孔を塞ぐ閉塞部材を示す図である。
【図５】標準的な整流板と、図３に示す整流板において任意の導入孔を塞いだ状態とを示す図である。
【図６】図５に示す整流板を使用してウェハの成膜を行った場合に、ウェハの表面に形成された薄膜の膜厚分布の一例をそれぞれ示す図である。
【図７】標準的な整流板と、図３に示す整流板において任意の導入孔を塞いだ状態とを示す図である。
【図８】図７に示す整流板を使用してウェハの成膜を行った場合に、ウェハの表面に形成された薄膜の膜厚分布の一例をそれぞれ示す図である。
【符号の説明】
１…エピタキシャル成長装置（成膜装置）、２…プロセスチャンバー、３…チャンバー本体、４…サセプタ（支持部材）、５…支持シャフト（駆動手段）、６…整流板、７…導入孔、８…閉塞部材、９…ボルト、１０…ナット、１１…仕切板、１３…加熱ランプ（加熱手段）、Ｗ…ウェハ（基板）。

Claims

回転する支持部材に基板を支持した状態で前記基板に向けて成膜ガスを供給し前記基板の成膜を行う成膜装置のプロセスチャンバーであって、
前記支持部材を収容するチャンバー本体と、
前記チャンバー本体の側部に設けられ、前記成膜ガスを前記チャンバー本体内に導入するための複数の導入孔を有する整流板と、
前記導入孔を塞ぐための閉塞部材とを備え、
前記複数の導入孔のうちのいずれの導入孔を前記閉塞部材で塞ぐのかは、前記支持部材の回転に基づいて決定される成膜装置のプロセスチャンバー。
前記閉塞部材は、前記導入孔に挿入されるボルトと、前記ボルトの締め付けに用いるナットとで形成されている請求項１記載の成膜装置のプロセスチャンバー。
前記閉塞部材はポリテトラフルオロエチレン製である請求項１または２記載の成膜装置のプロセスチャンバー。
前記整流板から前記支持部材側に向けて延びるように設けられた複数の仕切板を更に備える請求項１〜３のいずれか一項記載の成膜装置のプロセスチャンバー。
プロセスチャンバーと、前記プロセスチャンバー内に配置され基板を支持する支持部材と、前記支持部材を回転駆動させる駆動手段と、を備え、回転する前記支持部材に前記基板を支持した状態で前記基板に向けて成膜ガスを供給し前記基板の成膜を行う成膜装置であって、
前記プロセスチャンバーは、
前記支持部材を収容したチャンバー本体と、
前記チャンバー本体の側部に設けられ、前記成膜ガスを前記チャンバー本体内に導入するための複数の導入孔を有する整流板と、
前記導入孔を塞ぐための閉塞部材とを有し、
前記複数の導入孔のうちのいずれの導入孔を前記閉塞部材で塞ぐのかは、前記支持部材の回転に基づいて決定される成膜装置。
前記プロセスチャンバーの外方に配置され、前記支持部材に支持された前記基板を加熱する加熱手段を更に備える請求項５記載の成膜装置。
請求項５記載の成膜装置の前記整流板に設けられた前記複数の導入孔のうち任意の導入孔を前記閉塞部材で塞ぎ、その状態で前記導入孔から前記チャンバー本体内に前記成膜ガスを導入して前記基板を成膜する成膜方法。