JP7296523B2 - 成膜装置およびプレート - Google Patents
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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-
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Description
本実施形態は、成膜装置およびプレートに関する。
ＳｉＣ膜等のエピタキシャル成長法に用いられる成膜装置は、基板を１５００℃～１７００℃という高温で加熱する必要がある。このため、例えば、成膜チャンバの上部に設けられたガス供給部も、基板を加熱するためのヒータなどからの輻射によって高温に晒されることになる。しかし、ガス供給部の近傍において原料ガスやドーピングガスが対流して加熱されると、原料およびドーパントを含む堆積物がガス供給部の表面に付着してしまう。このようなガス供給部に付着した堆積物はパーティクルとなって基板上に落下し、デバイス不良の原因となる。また、ガス供給部に付着した堆積物からドーパントガスが放出されることによって、ＳｉＣ膜のドーピング濃度が経時的に変化してしまうという問題もある（メモリ効果）。
基板面内に供給されるプロセスガスの濃度や流量を径方向に制御することが可能な成膜装置およびプレートを提供する。
本実施形態による成膜装置は、基板を収容可能な成膜室と、成膜室の上部に設けられ基板の成膜面上にプロセスガスを供給する複数のノズルとプロセスガスの温度上昇を抑制する冷却部とを有するガス供給部と、基板を１５００℃以上に加熱するヒータと、成膜室内において複数のノズルの第１開口部が形成されたガス供給部の下面に対向し、該下面と離間して配置されたプレートを備え、プレートは、第１開口部よりも小さな径を有し、該プレート面内に略均等に配置された複数の第２開口部と、ガス供給部との対向面に突出し、プレートの面内を複数領域に仕切る仕切部とを含む。
本実施形態によるプレートは、成膜室内の基板の成膜面上にガスを供給するガス供給部と対向し、該ガス供給部から離間して配置されるプレートであって、ガス供給部に設けられガスを供給するノズルの第１開口部よりも小さな径を有し、該プレート面内に略均等に配置された複数の第２開口部と、ガス供給部との対向面において突出する仕切部と、を備える。
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態による成膜装置１の構成例を示す断面図である。成膜装置１は、チャンバ１０と、ライナ２０と、冷却部３１、３５と、ガス供給部４０と、排気部５０と、サセプタ６０と、支持部７０と、回転機構８０と、下部ヒータ９０と、上部ヒータ９５と、リフレクタ１００と、ライナ１１０と、プレート１２０、断熱材９６とを備えている。
図１は、第１実施形態による成膜装置１の構成例を示す断面図である。成膜装置１は、チャンバ１０と、ライナ２０と、冷却部３１、３５と、ガス供給部４０と、排気部５０と、サセプタ６０と、支持部７０と、回転機構８０と、下部ヒータ９０と、上部ヒータ９５と、リフレクタ１００と、ライナ１１０と、プレート１２０、断熱材９６とを備えている。
成膜室としてのチャンバ１０は、基板Ｗを収容可能であり、例えば、ステンレス製である。チャンバ１０の内部は、図示しない真空ポンプによって減圧されている。チャンバ１０は、頭部１２と、胴部１３とを有する。頭部１２には、ガス供給部４０および冷却部３１が設けられている。ガス供給部４０から供給された原料ガス、キャリアガス、アシストガス、ドーピングガスを含むプロセスガスは、チャンバ１０の頭部１２の内部で冷却部３１によって温度上昇が抑制される。従って、チャンバ１０の頭部１２の内部を、以下、温度上昇抑制領域Ｒｃと呼ぶ。なお、アシストガスとは、原料ガスの過剰な反応を抑制するなどの役割を果たすガスである。例えば、ＳｉＣ膜の形成において、原料ガスとしてＳｉ系ガスを用いた場合に、アシストガスとしてＨＣｌを添加することで、気相中でのＳｉのクラスター化を抑制するなどの効果がある。
胴部１３におけるチャンバ１０の内部には、サセプタ６０、回転機構８０、下部ヒータ９０および上部ヒータ９５等が設けられている。ガス供給部４０から供給されたガスは、胴部１３の内部において加熱され、基板Ｗの表面において反応する。これにより、基板Ｗ上に膜がエピタキシャル成長される。膜は、例えば、ＳｉＣ膜等である。
チャンバ１０の頭部１２に備えられたライナ１１０の内径は、胴部１３に備えられたライナ２０の内径と同等か、それよりも小さい。ライナ１１０は、チャンバ１０の頭部１２の内壁を被覆して、堆積物が頭部１２の内壁に生成するのを抑制する中空円筒の部材である。ライナ１１０の材料としては赤外線の透過率が高い材料、例えば、石英が用いられる。こうすることで、ライナ２０やサセプタ６０、基板Ｗを介した上部ヒータ９５と下部ヒータ９０からの輻射によって、ライナ１１０が高温に加熱されることを抑制する。また、ライナ１１０は、熱変形しても、胴部１３の内壁と擦れることがないように配置される。このため、ライナ１１０の外壁面と、胴部１３の内壁面とは、ライナ１１０を支持する頭部１２の内壁側に設けられた不図示の支持部（図２の支持部１４０）を除いて、離間して配置されている。
ライナ２０は、チャンバ１０の内壁を被覆して、堆積物が上部ヒータ９５や、断熱材９６、胴部１３の内壁に生成することを抑制する中空筒状の部材である。ライナ２０は、上部ヒータ９５からの輻射により高温に加熱され、基板Ｗを輻射により加熱するためのホットウォールとしての役割を果たす。ライナ２０の材料としては、耐熱性の高い材料が選択され、例えば、カーボンや、ＳｉＣでコートされたカーボンなどが用いられる。
冷却部３１は、チャンバ１０の頭部１２に設けられており、例えば、冷媒（例えば、水）の流路となっている。流路を冷媒が流れることによって、冷却部３１は、温度上昇抑制領域Ｒｃ内のガスの温度上昇を抑制する。また、後述する図２に示すように、ガス供給部４０の各ノズルＮの周囲にも冷却部３２が設けられている。これにより、温度上昇抑制領域Ｒｃへ供給されるガスの温度上昇を抑制することができる。それとともに、冷却部３１は、上部ヒータ９５や下部ヒータ９０からの輻射によってチャンバ１０の頭部１２を加熱しないようにする。
冷却部３５は、チャンバ１０の胴部１３に設けられており、冷却部３１と同様に、例えば、冷媒（例えば、水）の流路となっている。しかし、冷却部３５は、胴部１３内の空間を冷却するために設けられているのではなく、上部ヒータ９５や下部ヒータ９０からの熱がチャンバ１０の胴部１３を加熱しないように設けられている。
ガス供給部４０は、基板Ｗの表面に対向するチャンバ１０の上面に設けられており、複数のノズルを有する。ガス供給部４０は、下部ヒータ９０および上部ヒータ９５よりも上方に設けられており、温度上昇抑制領域Ｒｃの上部に設けられている。ガス供給部４０は、ノズルを介して、原料ガス（Ｓｉ系ガス、Ｃ系ガス等）、ドーピングガス（窒素ガス、アルミニウム含有ガス等）、アシストガス（ＨＣｌガス等）およびキャリアガス（水素ガス、アルゴンガス等）をチャンバ１０の内部の温度上昇抑制領域Ｒｃへ供給する。
排気部５０は、チャンバ１０の底部に設けられており、成膜処理に用いられた後のガスをチャンバ１０の外部へ排気する。
サセプタ６０は、基板Ｗを載置可能な円環状の部材であり、例えば、カーボン製である。支持部７０は、サセプタ６０を支持可能な円筒形の部材であり、例えば、サセプタ６０と同様にカーボン製である。支持部７０は、回転機構８０に接続されており、回転機構８０によって回転可能に構成されている。支持部７０は、サセプタ６０とともに基板Ｗを回転させることができる。サセプタ６０および支持部７０は、カーボンの他、例えば、ＳｉＣ（炭化珪素）、ＴａＣ（炭化タンタル）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）などの１５００℃以上の耐熱性がある材料で形成されてもよい。また、サセプタ６０および支持部７０には、カーボンにＳｉＣやＴａＣなどをコートしたものを用いることもできる。
下部ヒータ９０は、サセプタ６０および基板Ｗの下方、かつ、支持部７０の内部に設けられている。下部ヒータ９０は、サセプタ６０を介して、基板Ｗをその下方から加熱する。上部ヒータ９５は、チャンバ１０の胴部１３の内周に設けられた断熱材９６の側面に沿って設けられており、ライナ２０を介して、基板Ｗをその上方から加熱する。回転機構８０が基板Ｗを、例えば、３００ｒｐｍ以上の回転速度で回転させながら、下部ヒータ９０および上部ヒータ９５が、その基板Ｗを１５００℃以上の高温に加熱する。これにより、基板Ｗが均一に加熱され得る。
リフレクタ１００は、チャンバ１０の頭部１２と胴部１３との間に設けられており、例えば、カーボン製である。リフレクタ１００は、下部ヒータ９０、上部ヒータ９５からの熱を下方へ反射する。これにより、頭部１２の温度が下部ヒータ９０、上部ヒータ９５からの輻射によって過剰に上昇しないようにする。リフレクタ１００と冷却部３１とは、温度上昇抑制領域Ｒｃの温度を原料ガスの反応温度未満にするように機能する。リフレクタ１００は、カーボンの他、例えば、ＳｉＣ（炭化珪素）、ＴａＣ（炭化タンタル）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）などの１５００℃以上の耐熱性がある材料で形成されてもよい。リフレクタ１００は、１枚の薄板でもよいが、熱を効率良く反射するために複数の薄板を適当な間隔で離間させた構造とすることが好ましい。
ライナ１１０およびプレート１２０の構成については、図２を参照して説明する。
図２は、チャンバ１０の頭部１２の構成例を示す断面図である。ガス供給部４０には、複数のノズルＮが設けられている。ノズルＮは、チャンバ１０内のサセプタ６０上に載置された基板Ｗの表面に向かって原料ガス、ドーピングガス、アシストガスおよびキャリアガスを噴出するように設けられている。ガス供給部４０は、基板Ｗの表面に対して略垂直方向（即ち、略鉛直方向）Ｄ１へ原料ガス、ドーピングガス、アシストガス、キャリアガス等のガスを噴出する。ノズルＮは、原料ガス、ドーピングガス、アシストガス、キャリアガス等のガスを、ノズルＮに接続された不図示のガス配管から、温度上昇抑制領域Ｒｃへ導入する。ノズルＮの第１開口部ＯＰ１は、チャンバ１０の内側にあり、ガスを噴出するノズルＮの開口である。ガス供給部４０には、ノズルＮの周囲に冷却部３２を設けており、ガス供給部４０と頭部１２の温度が過剰に上昇することを抑制する。
ライナ１１０は、チャンバ１０内の頭部１２の内壁を被覆して、堆積物が頭部１２の内壁に生成するのを抑制する中空円筒の部材である。ライナ１１０は、頭部１２の内壁側に設けられた支持部１４０によって支持される。ライナ１１０の材料としては赤外線の透過率が高い材料、例えば、石英が用いられる。こうすることで、ライナ２０やサセプタ６０、基板Ｗ等を介した上部ヒータ９５と下部ヒータ９０からの輻射によって、ライナ１１０が高温に加熱されることを抑制する。また、ライナ１１０は、熱変形しても、頭部１２の内壁と接触することがないように配置される。このため、ライナ１１０の外壁面は、支持部１４０を除いて、頭部１２の内壁面から離間して配置されている。
プレート１２０は、ガス供給部４０の下部に設けられ、且つ、ライナ１１０の内縁に沿って設けられている。プレート１２０は、略円形の平面形状を有し、石英等の赤外線の透過率が高い材料料で構成されている。こうすることで、プレート１２０が高温に加熱されることを抑制する。プレート１２０は、プレート１２０の支持部１２１ｄにより、ライナ１１０の上に部分的に載置される。また、支持部１２１ｄとライナ１１０との接触部を除き、プレート１２０とライナ１１０との間には、隙間ＧＰ２が設けられている。隙間ＧＰ２は、後述する開口部ＯＰ１０からのパージガスを、ライナ１１０の内周側面に沿って流すことができる。こうすることで、後述する第２開口部ＯＰ２から温度上昇抑制領域Ｒｃへ導入された原料ガスを、ライナ１１０に到達させ難くすることができ、ライナ１１０表面での反応副生成物の生成を抑制する。
プレート１２０は、チャンバ１０内においてガス供給部４０の複数のノズルＮの第１開口部ＯＰ１に対向する位置に設けられており、ガス供給部４０の下面から離間して配置されている。プレート１２０は、第１開口部ＯＰ１のあるガス供給部４０の下面を被覆するように設けられている。一方、ガス供給部４０のガス供給部４０とプレート１２０との間には、間隙ＧＰがあり、プレート１２０は、ガス供給部４０には直接接触していない。これにより、プレート１２０が温度上昇によって熱変形しても、プレート１２０がガス供給部４０の下面に干渉することを抑制する。
プレート１２０は、プレート面内に略均等に配置された複数の第２開口部ＯＰ２を有する。第２開口部ＯＰ２は、第１開口部ＯＰ１よりも小さな径を有する。従って、第１開口部ＯＰ１からのガスは、一旦、間隙ＧＰに滞留し、その後、第２開口部ＯＰ２を介して温度上昇抑制領域Ｒｃへ略均等に導入される。このように、プレート１２０は、第２開口部ＯＰ２によって、ガスの整流効果を有する。
また、プレート１２０は、ガス供給部４０との対向面Ｆ１２０において突出する仕切部１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃを含む。後述するように、複数の仕切部１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃが、プレート１２０の対向面Ｆ１２０内において略円形に同心円状に設けられている。
ガス供給部４０に設けられた開口部ＯＰ１０は、パージガスを供給するために設けられた孔である。上述したように、開口部ＯＰ１０から供給されたパージガスは、プレート１２０とライナ１１０との間の隙間ＧＰ２を介して、ライナ１１０の内周側面に沿って流れる。こうすることで、第２開口部ＯＰ２から温度上昇抑制領域Ｒｃへ導入された原料ガスを、ライナ１１０に到達させ難くすることができ、ライナ１１０の表面での反応副生成物の生成を抑制する。
図３は、プレート１２０および第１開口部ＯＰ１との配置関係を示す図である。図４は、図３の４－４線に沿った断面図である。図５は、プレート１２０の側面図である。図３～図５を参照して、プレート１２０の構成および第１開口部ＯＰ１の配置を説明する。
プレート１２０は、対向面Ｆ１２０上に複数の仕切部１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃを有する。仕切部１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃのうち最も内周側にある第１仕切部１２１ａで囲まれた中心領域が第１プレート領域Ｒ１である。第１仕切部１２１ａの外周側にある第２仕切部１２１ｂと第１仕切部１２１ａとの間の中間領域が第２プレート領域Ｒ２である。第２仕切部１２１ｂの外周側にある第３仕切部１２１ｃと第２仕切部１２１ｂとの間の外側領域が第３プレート領域Ｒ３である。
第２開口部ＯＰ２は、プレート面内に略均等に配置され、領域Ｒ１～Ｒ３のそれぞれに供給されたガスを略均等にチャンバ１０内へ導入する。第１プレート領域Ｒ１に対向する第１開口部ＯＰ１をＯＰ１＿１とし、第２プレート領域Ｒ２に対向する第１開口部ＯＰ１をＯＰ１＿２とし、第３プレート領域Ｒ３に対向する第１開口部ＯＰ１をＯＰ１＿３する。開口部ＯＰ１＿１～ＯＰ１＿３は、仕切部１２１ａ～１２１ｃによって仕切られた領域Ｒ１～Ｒ３へそれぞれガスを供給する。開口部ＯＰ１＿１～ＯＰ１＿３のノズルＮは、互いに異なる濃度のガスまたは互いに異なる種類（組成）のガスを、ガス供給部４０とプレート１２０との間の間隙ＧＰに供給する。よって、間隙ＧＰでは、仕切部１２１ａ～１２１ｃによって、領域Ｒ１～Ｒ３に供給されたガスが互いに殆ど混合されないで、第２開口部ＯＰ２を介してチャンバ１０内へ導入される。
ガス供給部４０は、原料ガス（例えば、シランガス、プロパンガス等）、ドーピングガス（例えば、窒素ガス、ＴＭＡ（Trimethylaluminium)ガス、ジボラン等）、アシストガス（ＨＣｌガス等）、キャリアガス（例えば、水素ガス、アルゴンガス等）をノズルＮから供給する。
ガス供給部４０は、領域Ｒ１～Ｒ３において、原料ガス、ドーピングガス、アシストガス、キャリアガスの比率または濃度を変更することができる。例えば、ガス供給部４０は、原料ガスのシランのシリコン量とプロパンガスのカーボン量との比（Ｃ／Ｓｉ比）を領域Ｒ１～Ｒ３において変更することができる。また、ガス供給部４０は、キャリアガスの水素ガスの流量を領域Ｒ１～Ｒ３において変更することができる。これにより、基板Ｗの面内におけるＳｉＣ膜の膜厚やドーピング濃度を略均一に調整することができる。
このように、ガス供給部４０は、領域Ｒ１～Ｒ３のそれぞれに異なる濃度比のガスを供給することができる。プレート１２０は、仕切部１２１ａ～１２１ｃを有するので、Ｒ１～Ｒ３の間隙ＧＰに供給されたガスの混合を抑制し、第２開口部ＯＰ２からそれぞれ略均等にチャンバ１０内へ導入する。
また、本実施形態によるプレート１２０は、ガス供給部４０の第１開口部ＯＰ１＿１～ＯＰ１＿３と対向して第２開口部ＯＰ２を有するが、第２開口部ＯＰ２より大きい開口部を有していない。従って、第１開口部ＯＰ１＿１～ＯＰ１＿３から供給されたガスは、そのままチャンバ１０内へ直接導入されずに、領域Ｒ１～Ｒ３のそれぞれの間隙ＧＰで一旦滞留してから、第２開口部ＯＰ２を介してチャンバ１０内へ導入される。これにより、プレート１２０は、領域Ｒ１～Ｒ３のそれぞれからガスを略均等にチャンバ１０内へ導入することができる。
ガス供給部４０は、図３に示すように第３開口部ＯＰ３を有する。第３開口部ＯＰ３は、チャンバ１０の内部温度を放射温度計（ 図示せず）で測定するためのパイロ光路である。放射温度計は、測温マドが取り付けられたノズルを介して基板Ｗの表面温度を測定する。例えば、図６は、ノズルＮに測温マド１３０を取り付けたガス供給部４０の構成例を示す断面図である。ノズルＮの第３開口部ＯＰ３に配管ＰＬ１を介して取り付けられている。放射温度計は、配管ＰＬ１を介してチャンバ１０内の基板Ｗの表面温度を測定する。配管ＰＬ１は測温マド１３０とは別に配管ＰＬ２と連通しており、矢印Ａで示すようにガス（例えば、水素、アルゴン等）を流すことができる。図３に示す例では、測温マドは、領域Ｒ１～Ｒ３のそれぞれの第３開口部ＯＰ３に設けられている。
図７は、ガス供給部４０とプレート１２０との間の間隙ＧＰを示す拡大図である。ガス供給部４０の下面（ガス供給面）Ｆ４０とプレート１２０の上面（対向面）Ｆ１２０との間の第１距離をｄ１とし、下面Ｆ４０と仕切部１２１ａ～１２１ｃとの間の第２距離をｄ２とする。第２距離ｄ２は、第１距離ｄ１よりも小さい。
例えば、第１距離ｄ１は、約１．０ｍｍ～８．０ｍｍであり、第２距離ｄ２は、約０．５ｍｍ～２ｍｍとすることが望ましい。第１距離ｄ１が１．０ｍｍ未満である場合、仕切部１２１ａ～１２１ｃによるガスの分離効果が得られ難くなる。また、第１距離ｄ１が８．０ｍｍより大きい場合、プレート１２０からガス供給部４０への放熱効果が抑制される。また、第２距離ｄ２が０．５ｍｍ未満である場合、温度上昇によりプレート１２０が変形することによって、仕切部１２１ａ～１２１ｃの一部がガス供給部４０に干渉するおそれがある。一方、第２距離ｄ２が２．０ｍｍより大きいと、仕切部１２１ａ～１２１ｃが領域Ｒ１～Ｒ３においてガスを分離することができなくなる。また、ｄ１とｄ２の比率（ｄ２／ｄ１）は０．５以下であることが望ましい。ｄ２／ｄ１が０．５以上になると、ガスの分離効果が得られ難くなるからである。
プレート１２０の第２開口部ＯＰ２の径は、例えば、０．５ｍｍ以上、５ｍｍ以下である。また、プレート１２０に設けられた第２開口部ＯＰ２の総面積は、プレート１２０の面Ｆ１２０あるいはその反対側の面の面積に対して５％以上、２５％以下である。第２開口部ＯＰ２が０．５ｍｍ未満である場合、プレート１２０からチャンバ１０の内部へのガスの流れが悪化するため、間隙ＧＰにガスが滞留し易くなる。このため、仕切部１２１ａ～１２１ｃで仕切られた領域Ｒ１～Ｒ３におけるガスの分離効果が得られ難くなる。第２開口部ＯＰ２が５ｍｍより大きい場合、プレート１２０が第１開口部ＯＰ１の位置に依存して不均一にガスを通過させてしまうので、ガスの整流効果が得られ難くなる。また、第２開口部ＯＰ２の総面積がプレート１２０の面Ｆ１２０あるいはその反対側の面の面積に対して５％未満である場合、ガスの流れが悪化するため、間隙ＧＰにガスが滞留し易くなる。このため、領域Ｒ１～Ｒ３のガス分離効果が得られ難くなる。一方、第２開口部ＯＰ２の総面積がプレート１２０の面Ｆ１２０あるいはその反対側の面の面積に対して２５％より大きい場合、プレート１２０が第１開口部ＯＰ１の位置に依存して不均一にガスを通過させてしまうので、プレート１２０による整流効果が得られ難くなる。また、第２開口部ＯＰ２が熱により変形し易くなる。
このような構成とすることにより、本実施形態による成膜装置１は、仕切部１２１ａ～１２１ｃによって間隙ＧＰにおけるガスの混合を抑制しつつ、領域Ｒ１～Ｒ３のガス濃度や流量を変動させることができる。その結果、基板Ｗ上に形成される膜の膜質（膜厚、ドーピング濃度、混晶組成比、結晶性等）の均一性を高めることができる。
図８Ａおよび図８Ｂは、基板Ｗ面内の膜中ドーピング濃度分布を示すグラフである。図８Ａおよび図８Ｂは、原料ガスのシランのシリコン量とプロパンガスのカーボン量との比（Ｃ／Ｓｉ比）を領域Ｒ１～Ｒ３において変更した場合のドーピング濃度のばらつきを示している。縦軸は、成膜された膜（例えば、ＳｉＣ膜）のドーピング濃度（平均値で規格化したもの）を示す。横軸は、基板Ｗの中心を０として、その中心０からの距離である。
図８Ａでは、ガス供給部４０は、ガスのＣ／Ｓｉ比を第１プレート領域Ｒ１において５．７、第２プレート領域Ｒ２において１．３、第３プレート領域Ｒ３において１．０と、基板Ｗの中心から端部へ次第に低下させている。これにより、基板Ｗ面内の膜中ドーピング濃度分布は、基板Ｗの中心において比較的低く、端部において比較的高くなっている。即ち、ドーピング濃度は、基板Ｗの面内において、略Ｕ字型になっている。
これに対し、図８Ｂでは、ガス供給部４０は、ガスのＣ／Ｓｉ比を第１プレート領域Ｒ１において１．９、第２プレート領域Ｒ２において０．１８、第３プレート領域Ｒ３において４．３と中心部から端部へ向かって一旦低下させてから上昇させている。これにより、膜中ドーピング濃度分布は、図８Ａに示されるよりフラットになっており、ドーピング濃度の面内均一性が向上していることが分かる。
このように、本実施形態による成膜装置１は、ガス供給部４０の中心から外周方向へのガスのＣ／Ｓｉ比を調節することによって、基板Ｗ上に成膜される膜のドーピング濃度の分布形状を制御することができる。すなわち、基板Ｗ上に成膜される膜のドーピング濃度の面内均一性を向上させることができる。
図９Ａおよび図９Ｂは、キャリアガスの水素ガスの流量を領域Ｒ１～Ｒ３において変更した場合の膜厚のばらつきを示すグラフである。図９Ａおよび図９Ｂにおいて縦軸は、成膜された膜（例えば、ＳｉＣ膜）の膜厚（平均値で規格化したもの）を示す。横軸は、基板Ｗの中心を０として、その中心０からの距離である。
図９Ａでは、ガス供給部４０は、水素ガスの流量を第１プレート領域Ｒ１において２０Ｌ、第２プレート領域Ｒ２において６２Ｌ、第３プレート領域Ｒ３において７０Ｌと、基板Ｗの中心から端部へ緩やかに増加させている。これにより、膜厚は、基板Ｗの中心において比較的薄く、端部において厚くなっている。即ち、ドーピング濃度は、基板Ｗの面内において、略Ｍ字型になっている。
これに対し、図９Ｂでは、ガス供給部４０は、水素ガスの流量を第１プレート領域Ｒ１において１３．５Ｌ、第２プレート領域Ｒ２において３４．５Ｌ、第３プレート領域Ｒ３において１０４Ｌと、基板Ｗの中心から端部へ急峻に増加させている。これにより、膜厚は、最端部で薄くなっているものの、基板Ｗの中心から端部にかけて略均一化されている。
このように、本実施形態による成膜装置１は、水素ガスの流量を調節することによって、基板Ｗ上に成膜される膜の膜厚の分布形状を制御することができる。すなわち、基板Ｗ上に成膜される膜の膜厚の面内均一性を向上させることができる。
（第２実施形態）
図１０は、第２実施形態によるプレート１２０および第１開口部ＯＰ１との配置関係を示す図である。第２実施形態では、プレート１２０は、図６を参照して説明した第３開口部（パイロ光路）ＯＰ３に対応する位置に第４開口部ＯＰ４を有する。第４開口部ＯＰ４の径は、第３開口部ＯＰ３の径と同じかそれよりも大きいことが好ましい。第４開口部ＯＰ４は、第３開口部ＯＰ３からの水素ガスを、プレート１２０とガス供給部４０との間の間隙ＧＰに供給することなく、チャンバ１０へ流すことができる。また、第３開口部ＯＰ３がプレート１２０に遮られない。よって、放射温度計は、第３開口部ＯＰ３を介して基板Ｗの温度を正確に測定が可能になる。
図１０は、第２実施形態によるプレート１２０および第１開口部ＯＰ１との配置関係を示す図である。第２実施形態では、プレート１２０は、図６を参照して説明した第３開口部（パイロ光路）ＯＰ３に対応する位置に第４開口部ＯＰ４を有する。第４開口部ＯＰ４の径は、第３開口部ＯＰ３の径と同じかそれよりも大きいことが好ましい。第４開口部ＯＰ４は、第３開口部ＯＰ３からの水素ガスを、プレート１２０とガス供給部４０との間の間隙ＧＰに供給することなく、チャンバ１０へ流すことができる。また、第３開口部ＯＰ３がプレート１２０に遮られない。よって、放射温度計は、第３開口部ＯＰ３を介して基板Ｗの温度を正確に測定が可能になる。
また、プレート１２０は、第４開口部ＯＰ４の周囲全体に仕切部１２１ｅを有する。仕切部１２１ｅは、仕切部１２１ａ～１２１ｃのいずれかと連続しており、かつ、第４開口部ＯＰ４のそれぞれを個別に囲んでいる。従って、第３開口部ＯＰ３からの水素ガスが、プレート１２０とガス供給部４０との間の間隙ＧＰに進入することを抑制することができる。これにより、成膜装置１は、領域Ｒ１～Ｒ３のそれぞれにおける水素ガスの流量を容易に制御することができる。
（第３実施形態）
図１１は、第３実施形態によるプレート１２０の構成例を示す図である。図１２は、図１１の１２－１２線に沿った断面図である。第３実施形態によれば、仕切部１２１ａ、１２１ｂが、着脱可能な複数の治具（例えば、図１３の１５０ａ、１５０ｂなど）によって構成されている。仕切部１２１ａ、１２１ｂは、プレート１２０へのガスの供給方向から見た平面レイアウトにおいて、略方形、略円形、略楕円形、略多角形のいずれであってもよい。仕切部１２１ａ、１２１ｂは、複数の治具１５０ａ、１５０ｂなどを組み合わせることによって、プレート１２０上において任意の平面形状に構成することができる。このように、第３実施形態では、仕切部１２１ａ、１２１ｂが、プレート１２０と別体として設けられており、複数の治具１５０ａ、１５０ｂなどの組み合わせによって、プレート領域Ｒ１～Ｒ３を任意に仕切ることができる。仕切部１２１ａ、１２１ｂを構成する複数の治具１５０ａ、１５０ｂなどには、プレート１２０と同じ材料（例えば、石英）を用いてよい。また、仕切部１２１ａ、１２１ｂは、それぞれ一体形成されていてもよい。一方、仕切部１２１ａ、１２１ｂは、図１２に示すように、下部と上部とに分かれていてもよい。この場合、仕切部１２１ａ、１２１ｂは、それぞれ下部と上部とを接続することによって構成される。
図１１は、第３実施形態によるプレート１２０の構成例を示す図である。図１２は、図１１の１２－１２線に沿った断面図である。第３実施形態によれば、仕切部１２１ａ、１２１ｂが、着脱可能な複数の治具（例えば、図１３の１５０ａ、１５０ｂなど）によって構成されている。仕切部１２１ａ、１２１ｂは、プレート１２０へのガスの供給方向から見た平面レイアウトにおいて、略方形、略円形、略楕円形、略多角形のいずれであってもよい。仕切部１２１ａ、１２１ｂは、複数の治具１５０ａ、１５０ｂなどを組み合わせることによって、プレート１２０上において任意の平面形状に構成することができる。このように、第３実施形態では、仕切部１２１ａ、１２１ｂが、プレート１２０と別体として設けられており、複数の治具１５０ａ、１５０ｂなどの組み合わせによって、プレート領域Ｒ１～Ｒ３を任意に仕切ることができる。仕切部１２１ａ、１２１ｂを構成する複数の治具１５０ａ、１５０ｂなどには、プレート１２０と同じ材料（例えば、石英）を用いてよい。また、仕切部１２１ａ、１２１ｂは、それぞれ一体形成されていてもよい。一方、仕切部１２１ａ、１２１ｂは、図１２に示すように、下部と上部とに分かれていてもよい。この場合、仕切部１２１ａ、１２１ｂは、それぞれ下部と上部とを接続することによって構成される。
図１３は、仕切部１２１ａの構成例を示す斜視図である。図１４は、治具１５０ａの構成例を示す斜視図である。図１５は、治具１５０ｂの構成例を示す斜視図である。仕切部１２１ａは、互いに異なる形状を有する複数の治具１５０ａ、１５０ｂによって構成されている。仕切部１２１ａは、４つの治具１５０ａと４つの治具１５０ｂとを組み合わせることによって、４つの角が丸まった略四角形の形状を有する。
治具１５０ａは、図１４に示すように、角柱の部材を湾曲して形成されており、突起部１５１ａを有する。突起部１５１ａは、図１２に示す開口部ＯＰ２に嵌合するように開口部ＯＰ２と略相似の平面形状を有し、該平面形状において開口部ＯＰ２より若干小さく成形されている。治具１５０ａの水平延伸方向の長さと垂直延伸方向の長さは、任意に設定可能である。また、図１４では、治具１５０ａが、４つの角が丸まった略四角形を形成するために９０度に湾曲されているが、任意の形状を形成するために、角は任意の角度で湾曲されて形成されてもよい。
治具１５０ｂは、図１５に示すように、角柱の部材によって形成されており、突起部１５１ｂを有する。突起部１５１ｂは、突起部１５１ａと同様に開口部ＯＰ２に嵌合するように開口部ＯＰ２と略相似の平面形状を有し、該平面形状において開口部ＯＰ２より若干小さく成形されている。治具１５０ｂの水平延伸方向の長さと垂直延伸方向の長さは、任意に設定可能である。
治具１５０ａ、１５０ｂの突起部１５１ａ、１５１ｂを開口部ＯＰ２に嵌めることによって、治具１５０ａ、１５０ｂが、プレート１２０の表面において固定され、仕切部１２１ａを構成することができる。
上記の仕切部１２１ａ、１２１ｂの説明のように、治具１５０ａ、１５０ｂは、それぞれ一体形成されていてもよい。一方、治具１５０ａは、突起部１５１ａの下部とその上の上部とに分かれていてもよい。また、治具１５０ｂは、突起部１５１ｂの下部とその上の上部とに分かれていてもよい。この場合、治具１５０ａ、１５０ｂは、それぞれ下部と上部とを接続することによって構成される。
尚、ここでは、仕切部１２１ａの構成を説明している。仕切部１２１ａは、治具１５０ａ、１５０ｂ、あるいは、治具１５０ａ、１５０ｂとは形状または大きさの異なる他の治具を組み合わせることによって、プレート１２０へのガスの供給方向から見た平面レイアウトにおける形状を変えることができる。また、仕切部１２１ｂも、治具１５０ａ、１５０ｂ、あるいは、治具１５０ａ、１５０ｂとは形状または大きさの異なる他の治具を組み合わせることによって、プレート１２０へのガスの供給方向から見た平面レイアウトにおける形状を任意に構成できる。
第３実施形態のその他の構成は、第１実施形態の対応する構成と同様でよい。従って、図１１および図１２に示すように、仕切部１２１ａ、１２１ｂは、プレート１２０の表面から突出しており、プレート１２０をプレート領域Ｒ１～Ｒ３に仕切る。また、治具１５０ａ、１５０ｂの大きさを変えることにより、図７に示すような下面Ｆ４０と仕切部１２１ａ、１２１ｂとの間の第２距離ｄ２を調整することができる。これにより、第３実施形態は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
（変形例）
図１６は、第３実施形態の変形例によるプレート１２０の構成例を示す図である。本変形例によれば、プレート１２０へのガスの供給方向から見た平面レイアウトにおいて、仕切部１２１ａ、１２１ｂの平面形状が図１１のそれと異なる。本変形例のその他の構成は、第３実施形態の構成と同様でよい。このように、仕切部１２１ａ、１２１ｂの平面形状は、治具の形状および組み合わせによって任意に変更可能である。また、仕切部の数は、３つ以上であってもよい。仕切部の数を増大させることによって、プレート領域をより細かく区分けすることができる。本変形例は、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。
図１６は、第３実施形態の変形例によるプレート１２０の構成例を示す図である。本変形例によれば、プレート１２０へのガスの供給方向から見た平面レイアウトにおいて、仕切部１２１ａ、１２１ｂの平面形状が図１１のそれと異なる。本変形例のその他の構成は、第３実施形態の構成と同様でよい。このように、仕切部１２１ａ、１２１ｂの平面形状は、治具の形状および組み合わせによって任意に変更可能である。また、仕切部の数は、３つ以上であってもよい。仕切部の数を増大させることによって、プレート領域をより細かく区分けすることができる。本変形例は、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１ 成膜装置、１０ チャンバ、２０ ライナ、３１、３５ 冷却部、４０ ガス供給部、５０ 排気部、６０ サセプタ、７０ 支持部、８０ 回転機構、９０ 下部ヒータ、９５ 上部ヒータ、１００ リフレクタ、１１０ ライナ、１２０ プレート、Ｎ ノズル、ＯＰ１ 第１開口部、ＯＰ２ 第２開口部、ＯＰ３ 第３開口部、ＯＰ４ 第４開口部、１２１ａ～１２１ｃ 仕切部、Ｒ１～Ｒ３ 第１～第３プレート領域、Ｗ 基板
Claims (17)
- 基板を収容可能な成膜室と、
前記成膜室の上部に設けられ前記基板の成膜面上にプロセスガスを供給する複数のノズルと、前記プロセスガスの温度上昇を抑制する冷却部と、を有するガス供給部と、
前記基板を１５００℃以上に加熱するヒータと、
前記成膜室内において前記複数のノズルの第１開口部が形成された前記ガス供給部の下面に対向し、該下面と離間して配置されたプレートを備え、
前記プレートは、
前記第１開口部よりも小さな径を有し、該プレート面内に略均等に配置された複数の第２開口部と、
前記ガス供給部との対向面に突出し、前記プレートの面内を複数領域に仕切る仕切部と、を含む、成膜装置。 - 前記プレートは、前記仕切部で囲まれた第１プレート領域と、前記仕切部の外周側にある第２プレート領域とを有し、
前記第１プレート領域と前記第２プレート領域に、互いに異なる濃度または互いに異なる流量で前記ガス供給部から前記プロセスガスを供給する、請求項１に記載の成膜装置。 - 複数の前記仕切部が、前記対向面において同心円状に設けられる、請求項１に記載の成膜装置。
- 前記ガス供給部は、前記成膜室の内部温度を測定するための第３開口部を有し、
前記プレートは、前記第３開口部に対向する位置に、前記第３開口部と同じかよりも大きな第４開口部を有し、前記仕切部は、さらに前記第４開口部の周囲に設けられる、請求項１に記載の成膜装置。 - 前記仕切部は、前記第４開口部の周囲に設けられている、請求項４に記載の成膜装置。
- 前記ノズルが対向する前記プレートの対向位置にも、前記第２開口部が設けられている、請求項１に記載の成膜装置。
- 前記ガス供給部と前記プレートとの間の間隙は、１．０ｍｍ～８．０ｍｍであり、
前記ガス供給部と前記仕切部との間の間隙は、０．５ｍｍ～２ｍｍである、請求項１に記載の成膜装置。 - 前記第２開口部の径は、０．５ｍｍ～５ｍｍである、請求項１に記載の成膜装置。
- 前記仕切部は、前記プレートに着脱可能に取り付けられている、請求項１に記載の成膜装置。
- 前記仕切部は、前記第２開口部に嵌め込まれる突起部を有する、請求項９に記載の成膜装置。
- 成膜室内の基板の成膜面上にガスを供給するガス供給部と対向し、該ガス供給部から離間して配置されたプレートであって、
前記ガス供給部に設けられ前記ガスを供給するノズルの第１開口部よりも小さな径を有し、該プレート面内に略均等に配置された複数の第２開口部と、
前記ガス供給部に対する対向面において突出する仕切部と、を備えるプレート。 - 前記仕切部で囲まれた第１プレート領域と、前記仕切部の外周側にある第２プレート領域とを有する、請求項１１に記載のプレート。
- 複数の前記仕切部が、前記対向面において同心円状に設けられる、請求項１１に記載のプレート。
- 前記ガス供給部は、前記成膜室の内部温度を測定するための第３開口部を有し、
前記第３開口部に対向する位置に、前記第３開口部と同じかよりも大きな第４開口部を有し、前記仕切部は、さらに前記第４開口部の周囲に設けられる、請求項１１に記載のプレート。 - 前記ノズルが対向する前記プレートの対向位置にも、前記第２開口部が設けられている、請求項１１に記載のプレート。
- 前記仕切部は、当該プレートに着脱可能に取り付けられている、請求項１１に記載のプレート。
- 前記仕切部は、前記第２開口部に嵌め込まれる突起部を有する、請求項１６に記載のプレート。
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