JPH07211647A - 気相化学反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】ガス混合室２１の容積を決めるためにウェハ４
を真空容器５内のサセプタ３上に導入後、真空容器５内
のガスを真空排気部６を用いて真空排気配管６１を経由
して真空排気する。次に不活性ガスをガス供給部７より
ガス供給配管７１，７２からシャワーヘッド２を通して
真空容器５に導入する。真空容器５がある所定の圧力に
なったらガスの供給をやめ、再度、真空容器５内のガス
を真空排気部６を用いて真空排気配管６１を経由して真
空排気する。この過程を数回繰り返し真空容器５内のガ
スの置換を行った後に真空容器５内のガスを真空排気部
６で真空排気配管６１を経由して真空排気する。 【効果】成膜条件設定時に原料ガスがガス混合室で充分
に混合され均一な組成になる最適な混合室の大きさが速
やかに決定できるので、成膜条件の設定が短時間で行え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体の製造において
特に気相成長を用いて成膜する気相化学反応装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】気相化学反応装置、例えば、半導体製造
に用いられる薄膜製造装置では、成膜対象物であるウェ
ハにおける成膜後のウェハ面内での（１）膜厚の均一性
及び（２）膜の組成の均一性が重要でありこの均一性を
得るための成膜条件の設定は非常に重要である。この課
題を解決するためには原料ガスの組成を均一に混合しウ
ェハに供給する条件を速やかに見いだす手段が必要であ
る。

【０００３】気相化学反応装置の例として、ここでは従
来技術として特開平2−187018 号公報に開示された化学
気相成長装置を例に取り上げて説明する。図３はその装
置の構成図である。

【０００４】その成膜条件を設定する場合について説明
する。ウェハ４を真空容器５内のサセプタ３上に導入
後、真空容器５内のガスを真空排気部６を用いて真空排
気配管６１を経由して真空排気する。次に不活性ガスを
ガス供給部７よりガス供給配管７１，ガス供給配管７２
からシャワーヘッド２を通して真空容器５に導入する。
真空容器５内がある所定の圧力になったらガスの供給を
やめ、再度、真空容器５内のガスを真空排気部６を用い
て真空排気配管６１を経由して真空排気する。この過程
を数回繰り返し真空容器５内のガスの置換を行った後に
真空容器５内のガスを真空排気部６で真空排気配管６１
を経由して真空排気する。次に反応ガスをガス供給部７
からガス供給配管７１とガス供給配管７２を通してガス
混合室２１に供給する。ガス混合室２１でガス供給配管
７１とガス供給配管７２から供給された原料ガスは、混
合室２１内で混合された後、オリフィス板２２を通り真
空容器５内のサセプタ３上にに配置されヒータ３１で加
熱されたウェハ４に供給される。気相成長で消費しされ
なかったガスや反応にて発生したガスは真空排気部６を
用いて真空排気配管６１を経由して真空排気される。更
に、このガスはガス処理配管８１を経由してガス処理部
８で安全な形に処理された後に排気管８２から放出され
る。

【０００５】この後、反応ガスの供給を停止して真空容
器５内のガスを真空排気部６を用いて真空排気配管６１
を経由して真空排気する。次に不活性ガスをガス供給部
７より第一ガス供給配管７１，第二ガス供給配管７２か
らシャワーヘッド２を通して真空容器５に導入する。真
空容器５がある所定の圧力になったらガスの供給をや
め、再度真空容器５内のガスを真空排気部６を用いて真
空排気配管６１を経由して真空排気する。この過程を数
回繰り返し真空容器５内のガスの置換を行う。サセプタ
３上のウェハ４を予備室９を経由して気相化学反応装置
１外へ搬出する。

【０００６】次に取り出された成膜後のウェハ４の面内
の膜厚分布及び組成の均一性を測定する。その均一性の
データに基づきシャワーヘッド２の半径方向に分割され
たオリフィス板２２を上下させてウェハ４に供給される
原料ガスの濃度及び組成比を調節する。その後、再度条
件を設定するためのウェハ４を真空容器５中に配置され
たサセプタ３上に導入して成膜を行う。

【０００７】ここで従来技術では問題点としてシャワー
ヘッド２内の混合室２１の容積の変化で原料ガスの混合
の度合い、すなわち、原料ガスの組成比の均一性がウェ
ハ４を取り出した後でなければ判定できないことであ
る。そのため成膜条件設定には長時間の試行錯誤と原料
ガスやウェハ４を多数必要とすると言う問題がある。さ
らに将来一つの装置で多種類の膜を連続で成膜する場合
には条件の設定がこの方法では難しい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来技術の問題点はシ
ャワーヘッド２内の混合室２１の容積の変化で原料ガス
の混合の度合い、すなわち、原料ガスの組成の均一性が
ウェハ４を取り出した後でなければ判定できないことで
ある。そのため成膜条件設定には長時間の試行錯誤と原
料ガスやウェハ４を多数必要とすると言う問題がある。
さらに将来一つの装置で多種類の膜を成膜する場合には
成膜条件の設定が多数回必要なのでこの方法では効率が
良くない。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的である均一な成
膜をするためには、ウェハに均一な組成の原料ガスを供
給することで達成される。その手段は原料ガスが均一な
組成になるような容積に混合室２１の最適な容積を、シ
ャワーヘッド２のオリフィス板２２の混合室２１側また
はウェハ４側とウェハ４上に供給される原料ガスの組成
の評価を均一性評価機構で行い、その結果に基づきシャ
ワーヘッド２の容積をガス混合室容積調整機構１００で
変化させることでなされる。混合室２１の最適な大きさ
は混合によって化学反応が進展するあるいはシャワーヘ
ッド２から熱を受けて化学反応が進展する可能性無い場
合には、原料ガスが混合する空間の大きさに比例して均
一性が向上するが、実際には混合によって化学反応が進
展するか、あるいは、シャワーヘッド２から熱を受けて
化学反応が進展する可能性が有る。そこで原料ガスの混
合室２１内の滞在時間はシャワーヘッド２内部での粒子
の発生や反応生成物質の発生の点から滞在時間は短いほ
ど好ましい。したがってこの両者、すなわち、混合室２
内での原料ガスの混合の均一性と滞留時間、を考慮する
と最適値が存在することになるのでこのことを考慮して
決定する。

【００１０】原料ガスの組成の均一性の評価は均一性評
価機構にて装置を止めることなく行われ、混合室２の最
適な容積を速やかに決定できる。そのため成膜条件の設
定の時間を短縮出来る。

【００１１】

【作用】原料ガスがガス混合室で充分に混合されて一様
な組成になる最適な混合室２の容積を均一性評価機構で
装置を止めることなく行うことができるので成膜条件の
設定が短時間で行える。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１，図２を参照
して説明する。

【００１３】図１は、本発明の一実施例のブロック図で
ある。図２は気相化学反応装置のガス混合室の容積を成
膜前に設定する際のフローチャートである。

【００１４】図１において、１は気相化学反応装置、２
はシャワーヘッド、３はサセプタ、４はウェハ、５は真
空容器、６は真空排気部、７はガス供給部、８はガス処
理部、９は予備室、１０は真空計、２１はガス混合室、
２２はオリフィス板、３１はヒータ、５１は真空排気
口、６１は真空排気配管、６２は真空排気バルブ、６３
はシャワーヘッド排気配管、６４はシャワーヘッド排気
バルブ、７１，７２，７３はガス供給配管、８１はガス
処理配管、８２は排気配管、９１，９２は予備室ゲート
バルブ、９３はウェハハンドラ、１００はガス混合室容
積調整機構、１０１はシャワーヘッド天板、１０２はシ
ール用Ｏリング、１０３はシャワーヘッド移動装置、２
００は均一性評価機構、２０１は均一性評価測定用ゲー
トバルブ、２０２は均一性評価測定用トラバース装置、
２０３は均一性評価用分析器を示す。

【００１５】以下、本発明の作用を説明する。なお本実
施例では原料ガス供給配管が二本の場合について述べ
る。まず気相化学反応装置１の成膜条件設定時にガス混
合室２１を原料ガスの特性に合った容積に調整する。以
下にその操作について図１及び図２を用いて説明する。

【００１６】ガス混合室２１の容積を決めるためにウェ
ハ４を真空容器５内のサセプタ３上に導入後、真空容器
５内のガスを真空排気部６を用いて真空排気配管６１を
経由して真空排気する。次に不活性ガスをガス供給部７
よりガス供給配管７１，７２からシャワーヘッド２を通
して真空容器５に導入する。真空容器５がある所定の圧
力になったらガスの供給をやめ、再度、真空容器５内の
ガスを真空排気部６を用いて真空排気配管６１を経由し
て真空排気する。この過程を数回繰り返し真空容器５内
のガスの置換を行った後に真空容器５内のガスを真空排
気部６で真空排気配管６１を経由して真空排気する。

【００１７】次に反応ガスをガス供給部７からガス供給
配管７１と７２を通してガス混合室２１に供給する。ガ
ス混合室２１でガス供給配管７１と７２から供給された
原料ガスは、混合室２１内で混合された後オリフィス板
２２を通り真空容器５内のサセプタ３上に配置されたウ
ェハ４に供給される。図２のシャワーヘッド２出口とウ
ェハ４上で原料ガスの組成の均一性の評価に相当する過
程を行う。その操作は予め真空排気されガス置換された
均一性評価機構２００（真空排気系及びガス導入系は図
１には図示せず）の均一性評価測定用ゲートバルブ２０
１を開いて均一性評価測定用トラバース装置２０２を真
空容器５内に導入する。均一性評価測定用トラバース装
置２０２をトラバースして原料ガスの組成の均一性を評
価すべきシャワーヘッド２のオリフィス板２２直後及び
ウェハ４の上の空間のガスを均一性評価用分析器２０３
に導入し組成を測定する。この測定結果に基づいて図２
の原料ガスの組成の均一性の判定を行う。

【００１８】原料ガスの組成の均一性が必要とされる値
を満足した場合にはガス混合室２１容積は適切であると
考えて、この容積で成膜を行う。以下にその手順を述べ
る。

【００１９】まず、均一性評価測定用トラバース装置２
０２を真空容器５に戻す。均一性評価測定用ゲートバル
ブ２０１を閉じる。次に真空容器５内のガスを真空排気
部６を用いて真空排気配管６１を経由して真空排気す
る。その後、不活性ガスをガス供給部７よりガス供給配
管７１，７２からシャワーヘッド２を通して真空容器５
に導入する。真空容器５がある所定の圧力になったらガ
スの供給をやめ、再度、真空容器５内のガスを真空排気
部６を用いて真空排気配管６１を経由して真空排気す
る。この過程を数回繰り返し真空容器５内のガスの置換
を行う。サセプタ３上のウェハ４を予備室９中に置かれ
た新しいウェハ４と交換する。

【００２０】次いで真空容器５内のガスを真空排気部６
を用いて真空排気配管６１を経由して真空排気する。次
に不活性ガスをガス供給部７よりガス供給配管７１，７
２からシャワーヘッド２を通して真空容器５に導入す
る。真空容器５がある所定の圧力になったらガスの供給
をやめ、再度、真空容器５内のガスを真空排気部６を用
いて真空排気配管６１を経由して真空排気する。この過
程を数回繰り返し真空容器５内のガスの置換を行った後
に真空容器５内のガスを真空排気部６で真空排気配管６
１を経由して真空排気する。その後、反応ガスをガス供
給部７からガス供給配管７１と７２を通してガス混合室
２１に供給する。ガス混合室２１でガス供給配管７１と
７２から供給された原料ガスは、充分に混合された後、
オリフィス板２２を通り真空容器５内のサセプタ３上に
配置されたウェハ４に供給されウェハ４に成膜する。

【００２１】この後、真空容器５内のガスを真空排気部
６を用いて真空排気配管６１を経由して真空排気する。
次に不活性ガスをガス供給部７よりガス供給配管７１，
７２からシャワーヘッド２を通して真空容器５に導入す
る。真空容器５がある所定の圧力になったらガスの供給
をやめ、再度、真空容器５内のガスを真空排気部６を用
いて真空排気配管６１を経由して真空排気する。この過
程を数回繰り返し真空容器５内のガスの置換を行う。サ
セプタ３上のウェハ４を予備室９中に置かれた新しいウ
ェハ４と交換する。これが気相化学反応装置のサイクル
である。

【００２２】原料ガスの組成の均一性が必要とされる値
に満たない時には図２のガス混合室２１の容積を変更す
る。本実施例では混合室２１は直径がＤで高さがＸの円
筒形をしている。ガス混合室２１の容積を変更するには
混合室２１の高さをガス混合室容積調整機１００で構変
化させることでなされる。本実施例ではガス混合室容積
調整機１００は混合室２１の壁面を上下に移動できかつ
シール用Ｏリング102にて気密を保持できるシャワーヘ
ッド天板１０１，シール用Ｏリング１０２とシャワーヘ
ッド天板１０１の上下方向の移動を可能にし移動を行っ
た後の位置を固定出来るシャワーヘッド移動装置１０３
から構成されている。シャワーヘッド移動機構１０３
は、例えば、シャワーヘッド天板１０１に固定されたね
じとこのねじにはめこまれ上下方向に移動できシャワー
ヘッド上部に取り付けられたカラーと固定用のねじから
構成されているが空気シリンダでも同等の動作ができ
る。

【００２３】混合室２１の容積を変化させた後に原料ガ
スの混合室２１での混合後の組成の均一性を上述の評価
する過程を繰り返し、原料ガスの組成の均一性が必要と
される値を満足するまで混合室２１の容積を調整する。
原料ガスの組成の均一性が必要とされる値を満足したら
ウェハ４を交換して成膜を行う。

【００２４】なお本実施例では原料ガスの組成の均一性
の評価の場所をシャワーヘッド２のオリフィス板２２直
後（シャワーヘッド２出口）とサセプタ３上で評価して
いるが、シャワーヘッド２のオリフィス板２２の直前の
ガス混合室２１内で行っても良い。

【００２５】以上により原料ガスの組成の均一性の評価
は均一性評価機構で装置を止めることなく行い、混合室
２の最適な容積を速やかに決定できる。そのため成膜条
件の設定の時間を短縮出来る。また本実施例では成膜条
件設定の際にウェハ４を多数必要としない。さらに将来
一つの装置で多種類の膜を成膜する場合には条件の設定
が試行錯誤が少なくなるので多種成膜を行う気相化学反
応装置に適している。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、成膜条件設定時に原料
ガスがガス混合室で充分に混合され均一な組成になる最
適な混合室の大きさが速やかに決定できるので、成膜条
件の設定が短時間で行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック図。

【図２】本発明のガス混合室の容積を決定するためのフ
ローチャート。

【図３】従来の装置のブロック図。

【符号の説明】

１…気相反応装置、２…シャワーヘッド、３…サセプ
タ、４…ウェハ、５…真空容器、６…真空排気部、７…
ガス供給部、８…ガス処理部、９…予備室、１０…真空
計、２１…ガス混合室、２２…オリフィス板、３１…ヒ
ータ、５１…真空排気口、６１…真空排気配管、６２…
真空排気バルブ、６３…シャワーヘッド排気配管、６４
…シャワーヘッド排気バルブ、７１，７２，７３…ガス
供給配管、８１…ガス処理配管、８２…排気配管、９
１，９２…予備室ゲートバルブ、９３…ウェハハンド
ラ、１００…ガス混合室容積調整機構、１０１…シャワ
ーヘッド天板、１０２…シール用Ｏリング、１０３…シ
ャワーヘッド移動装置、２００…均一性評価機構、２０
１…均一性評価測定用ゲートバルブ、２０２…均一性評
価測定用トラバース装置、２０３…均一性評価用分析
器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空容器と、前記真空容器内に配置された
   サセプタと、前記サセプタ上に配置されたウェハと、前
   記サセプタの上に置かれた前記ウェハを過熱あるいは冷
   却するためのウェハ温度制御装置、前記ウェハに化学反
   応を発生させるための反応ガスを供給するためのシャワ
   ーヘッドと、前記シャワーヘッドに反応ガスを供給する
   ためのガス供給部と、前記ガス供給部と前記シャワーヘ
   ッドを連結するためのガス供給配管と、前記シャワーヘ
   ッドから噴出する原料ガスの組成を均一にするためのガ
   ス混合室と、前記真空容器内のガスを排気するための真
   空排気部と、前記真空容器と前記真空排気部とを連結す
   る真空排気配管と、前記真空容器の圧力を調整するため
   の圧力調整バルブと、前記ウエハを前記サセプタ上に搬
   出あるいは搬入するための搬送装置、前記ウェハを前記
   真空装置に搬入あるいは搬出するための予備室、前記真
   空容器で消費されなかった反応ガスを処理するためのガ
   ス処理部と、前記ガス処理部と前記真空排気部を連結す
   るガス処理配管とからなる気相化学反応装置において、
   前記ガス混合室の容積を可変にする混合調整機構と、前
   記ウェハに供給するガスの空間的な組成の均一性を分析
   する評価機構とを備え、成膜条件を設定する際に前記ウ
   ェハに供給するガスの空間的な組成の均一性を評価機構
   で計測し、計測結果に基づいて前記ガス混合室の容積を
   前記混合調整機構で変化させ前記ウェハに供給する原料
   ガスの組成比を均一にすることを特徴とする気相化学反
   応装置。