JPH1027761A - 化学反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 常圧ＣＶＤ装置などの化学反応装置におい
て、反応室の全域にわたって排気バランスがとれるよう
にする。 【解決手段】 チャンバ５０は、底面が閉じられた円筒
状に形成されている。未反応ガスを排出するための複数
の排気ポート５４（１），５４（２），…は、チャンバ
５０の中心軸（対称軸）の周りに等間隔で配列されてい
る。排気ポート５４（１），５４（２），…から排出さ
れた未反応ガスを収集するためのマニホールド６０は、
チャンバ５０の外部において、その中心軸上に位置する
ように配設されている。排気ポート５４（１），５４
（２），…とマニホールド６０とを接続する排気配管７
０（１），７０（２），…は、いずれも同じ構造を有す
るように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体ウェ
ハ上に所定の薄膜を形成するためのＣＶＤ（Chemical V
apor Deposition:化学的気相成長 )装置のように複数の
排気配管を有する化学反応装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体ウェハ上に薄膜を形成す
る方法としては、ＣＶＤ法が知られている。このＣＶＤ
法は、薄膜の構成元素からなるガス（以下「プロセスガ
ス」という。）を半導体ウェハの表面に供給し、この表
面での化学反応により、この表面に薄膜を形成する方法
である。

【０００３】このＣＶＤ法による装置では、通常、複数
の半導体ウェハが同時に処理される。このため、この装
置では、同時に処理される複数の半導体ウェハ間で薄膜
の厚さ等を均一にする必要がある。各半導体ウェハ間で
薄膜の厚さ等を均一にするためには、反応室の全域にわ
たってプロセスガスの濃度を均一にする必要がある。

【０００４】このため従来のＣＶＤ装置では、反応室を
軸対称に形成し、その中心軸（対称軸）上からプロセス
ガスを供給すると共に、未反応ガスを排出するための複
数の排気口をこの中心軸の周りに等間隔で配列するよう
になっていた。

【０００５】図５はこの従来のＣＶＤ装置の具体的な構
成例を表すものである。なお、図には、常圧ＣＶＤ装置
の構成を代表として示す。この常圧ＣＶＤ装置は、反応
室を備えたチャンバ（反応容器）１０と、未反応ガスを
収集して排ガス処理装置に供給するためのマニホールド
（ガス収集部）２０と、複数の排気ポート（排気口）１
１（１）〜１１（Ｎ）（Ｎは２以上の整数）から排出さ
れる未反応ガスをマニホールド２０に導くための複数の
排気配管３０（１）〜３０（Ｎ）とを有する。図には、
８個の排気ポート１１（１）〜１１（８）と８個の排気
配管３０（１）〜３０（８）を有する場合を代表として
示す。

【０００６】チャンバ１０は、底面が閉じられた円筒状
に形成されている。このチャンバ１０の内部は反応室１
２とされている。この反応室１２には、複数の半導体ウ
ェハ４０を載置するための試料台１３と、プロセスガス
を反応室１２の周部に拡散させるための拡散体（バッフ
ァ）１４とが収納されている。また、反応室１２の側壁
には、排気ポート１１（１）〜１１（８）が形成されて
いる。これら排気ポート１１（１）〜１１（８）は、チ
ャンバ１０の中心軸の周りに等間隔で配列されている。
チャンバ１０の上面は、図示しない蓋によって閉じられ
る。この蓋の中央部には、プロセスガスを反応室の内部
に供給するためのガスインレットが設けられている。

【０００７】このような構成においては、プロセスガス
は、蓋の中央部に設けられたガスインレットから反応室
１２に供給される。また、未反応ガスは、チャンバ１０
の中心軸の周りに等間隔で配列された８個の排気ポート
１１（１）〜１１（８）から排出される。これによりプ
ロセスガスは反応室１２の中心部から反応室１２のすべ
ての方向に放射状に広がり、その結果複数の半導体ウェ
ハ４０上に薄膜が形成される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
常圧ＣＶＤ装置では、マニホールド２０がチャンバ１０
の中心軸からずれるように配設されていたため、各排気
配管３０（ｎ）（ｎ＝１，２，…，８）の長さと曲りが
異なるようになっていた。これにより、この装置にで
は、各排気配管３０（ｎ）から排出される未反応ガスの
量が異なり、反応室１２での排気バランスがくずれると
いう問題があった。

【０００９】この問題により、この装置においては、プ
ロセスガスの濃度を反応室１２の全域にわたって均一に
することができず、各半導体ウェハ４０間において、薄
膜の厚さ等を均一にすることができないという問題が生
じていた。また、反応室１２の内壁等に対する反応生成
物等の付着状態も不均一であるため、装置のメンテナン
スサイクルが短くなるという問題が生じていた。さら
に、半導体ウェハ４０に対するパーティクル（反応室１
２の内壁等から分離した反応生成物等）の付着を抑制す
ることができないという問題が生じていた。

【００１０】なお、上述したような問題は、各排気配管
３０（ｎ）の排気量が同じになるように、各排気配管３
０（ｎ）の口径を各排気配管３０（ｎ）ごとに別々に設
定すれば解決することが可能である。しかしながら、こ
のような構成では、各排気配管３０（ｎ）の口径を求め
る計算が複雑となるため、常圧ＣＶＤ装置の設計が難し
くなってしまう。

【００１１】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、簡単な構成で、反応室の全域にわた
って排気バランスをとることができる化学反応装置を提
供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の化学反応装置
は、軸対称に形成されるとともに、対称軸上から化学反
応用のガスが供給される反応室を有し、未反応ガスを排
出するための複数の排気口が前記反応室の中心軸の周り
に等間隔で配列された反応容器と、この反応容器の外部
において、前記反応室の中心軸上に配設され、前記複数
の排気口から排出された未反応ガスが集められるガス収
集部と、互いに同じ構造を有し、前記反応容器における
複数の排気口のうち対応する排気口から排出された未反
応ガスを前記ガス収集部に導く複数の排気配管とを備え
たものである。

【００１３】本発明の化学反応装置では、化学反応用の
ガスは、反応室の中心軸側から反応室に供給される。一
方、未反応ガスは、反応室の中心軸の周りに等間隔で配
列された複数の排気口から排出される。各排気口から排
出された未反応ガスは、対応する排気配管を介してガス
収集部に供給される。ガス収集部に供給された未反応ガ
スは、例えば、排ガス処理に供される。ここで、各排気
配管は、ガス収集部を反応容器の外部においてその中心
軸上に配設することにより、互いに同じ構造を有するよ
うに構成されている。これにより、各排気配管から排出
される未反応ガスの量が同じになる。その結果、本発明
の化学反応装置では、反応室の全域にわたって排気バラ
ンスがとれることになる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態を詳細に説明する。

【００１５】図１は、本発明の一実施の形態に係る化学
反応装置として例えば常圧ＣＶＤ装置の構成を表すもの
である。このＣＶＤ装置は、反応室を備えたチャンバ５
０（反応容器）と、未反応ガスが集められるマニホール
ド（ガス収集部）６０と、未反応ガスをチャンバ５０か
らマニホールド６０に導くための複数の排気配管７０
（１）〜７０（Ｎ）（Ｎは２以上の整数）と、マニホー
ルド６０に収集された未反応ガスを図示しない排ガス処
理装置に導くための配管８０とを備える。図には、排気
配管７０（１）〜７０（Ｎ）として、８個の排気配管７
０（１）〜７０（８）を有する装置を代表として示す。
ただし、排気配管７０（８）については、排気配管７０
（４）の影になるので示さない。

【００１６】チャンバ５０は、例えば底面が閉じられた
円筒状に形成されている。このチャンバ５０の内部は反
応室５１とされている。この反応室５１には、半導体ウ
ェハが載置される複数の試料台５２と、プロセスガスを
反応室５１の周部に拡散させるための拡散体（バッフ
ァ）５３とが収容されている。各試料台５２は円板状に
形成され、チャンバ５０の中心軸の周りに等間隔で配設
されている。半導体ウェハ１００は、試料台５２の上面
に載置される。拡散体５３は断面が双曲線をなすような
円錐状に形成され、その中心軸がチャンバ５０の中心軸
に一致するように配設されている。

【００１７】反応室５１の側壁には、排気ポート（排気
口）５４（１）〜５４（８）が形成されている。ただ
し、排気ポート５４（１），５４（７），５４（８）に
ついては、図の裏側にあるので示さない。これら排気ポ
ート５４（１）〜５４（８）は、チャンバ５０の中心軸
の周りに等間隔で配列されている。すなわち、この中心
軸の周りに４５度間隔で配列されている。チャンバ５０
の上面は、蓋９０（図２参照）によって閉じられる。こ
の蓋の中央部にはプロセスガスを反応室５１の内部に供
給するためのガスインレット９１（図２参照）が設けら
れている。

【００１８】マニホールド６０は、両面が閉じられた円
筒状に形成されている。また、このマニホールド６０
は、チャンバ５０の外部において、その下方に配設され
ている。更に、このマニホールド６０は、その中心軸が
チャンバ５０の中心軸に一致するように配設されてい
る。

【００１９】各排気配管７０（ｎ）（ｎ＝１，２，…，
８）は、対応する排気ポート５４（ｎ）とマニホールド
６０とを接続するように配設されている。この場合、各
排気配管７０（ｎ）は、互いに同じ構造を有するように
形成されている。なお、各排気配管７０（ｎ）を同じ構
造を有するように構成することができるのは、マニホー
ルド６０を、チャンバ５０の外部においてその中心軸上
に配設するようにしたためである。ここで、同じ構造を
有するとは、少なくとも同じ長さ、同じ形状および同じ
口径を有することをいう。

【００２０】図には、各排気配管７０（ｎ）の形状とし
て、例えば、次のような形状を代表として示す。すなわ
ち、各排気配管７０（ｎ）は、まず、対応する排気ポー
ト５４（ｎ）から外側に延びた後、下方に延び、チャン
バ５０の下面を越えた位置で内側に延び、チャンバ５０
の下方に達した位置で下方に延び、マニホールド６０の
側面に達した位置で内側に延び、そのままマニホールド
６０の側面に達するような形状を有する。

【００２１】配管８０は、マニホールド６０の下方にお
いて、その中心軸がマニホールド６０の中心軸（チャン
バ５０の中心軸）に一致するように配設されている。

【００２２】図２は、チャンバ５０の内部構造を表すも
のである。図には、チャンバ５０の上面を蓋９０で閉じ
た状態を示す。図示のごとく、反応室５１には、試料台
５２をチャンバ５０の中心軸の周りに回転させるための
回転体５５と、拡散体５３を支持するための支持体５６
と、試料台５２をその中心軸の周りに回転させるための
回転機構５７とが収納されている。

【００２３】回転体５５は、例えば、円柱状に形成さ
れ、その中心軸がチャンバ５０の中心軸に一致するよう
に配設されている。また、この回転体５５は、図示しな
い回転機構により、その中心軸の周りに回転駆動される
ようになっている。支持体５６は、この回転体５５の上
面に配設されている。この場合、この支持体５６は、回
転体５５とは分離され、固定されるようになっている。
拡散体５３は、この支持体５６の上面に配設されてい
る。回転機構５７は、回転体５５の側面に取り付けられ
ている。この回転機構５７の回転軸には、試料台５２が
取り付けられている。この場合、試料台５２は、その中
心軸が回転機構５７の回転軸に一致するように取り付け
られている。これにより、試料台５２は、回転機構５７
によって、その中心軸の周りに回転駆動されることにな
る。

【００２４】このような構成において、まず、この常圧
ＣＶＤ装置の半導体ウェハ１００の表面に薄膜を形成す
るための動作を説明する。

【００２５】この場合、まず、複数の半導体ウェハ１０
０が複数の試料台５２の上面に載置される。次に、チャ
ンバ５０の上面が蓋９０により閉じられる。次に、蓋９
０に形成されたガスインレット９１を介して反応室５１
にプロセスガスが供給される。反応室５１に供給された
プロセスガスは、拡散体５３の表面に沿って周囲に広が
り半導体ウェハ１００の近傍に達する。これにより、半
導体ウェハ１００の表面で化学反応が起こり、この表面
に薄膜が形成される。この場合、試料台５２は、その中
心軸の周りに回転させられるとともに（自転）、チャン
パ５０の中心軸の周りに回転させられる（公転）。これ
により、薄膜の厚さの均一化が図られる。

【００２６】これと並行して、未反応ガスが排気ポート
５４（１）〜５４（８）から排出される。各排気ポート
５４（ｎ）から排出された未反応ガスは、対応する排気
配管７０（ｎ）を介してマニホールド６０に供給され
る。マニホールド６０に供給された未反応ガスは配管８
０を介して図示しない排ガス処理装置に供給され所定の
排ガス処理に供される。

【００２７】以上のようにして、この常圧ＣＶＤ装置で
は、半導体ウェハ１００の表面に薄膜が形成される。次
に、この常圧ＣＶＤ装置における反応室５１内の排気バ
ランスについて説明する。

【００２８】本実施の形態による常圧ＣＶＤ装置では、
マニホールド６０は、チャンバ５０の外部において、そ
の中心軸上に配設されている。これにより各排気配管７
０（ｎ）を同じ構造を有するように構成することができ
る。その結果、各排気配管７０（ｎ）における未反応ガ
スの排出量をほぼ同じにすることができ、反応室５１の
全域にわたって排気バランスをとることができる。

【００２９】これを図３及び図４に示した実験結果を参
照しながら説明する。図３は、従来の常圧ＣＶＤ装置に
よって、成膜を続けた場合において、バッファ１４に対
する反応生成物Ａの堆積状態を表すものである。同様
に、図４は、本実施の形態の常圧ＣＶＤ装置によって、
成膜を続けた場合において、バッファ５３に対する反応
生成物Ａの堆積状態を表すものである。

【００３０】図３に示したように、従来の常圧ＣＶＤ装
置では、反応生成物Ａは三ケ月状に堆積する。言い換え
れば、ある方向に片寄って堆積する。これにより、従来
の常圧ＣＶＤ装置では、反応室１１内の排気バランスが
くずれていることがわかる。これに対し、本実施の形態
の常圧ＣＶＤ装置では、図４に示したように、反応生成
物Ａは、バッファ５３の中心軸の周りにドーナツ状に堆
積する。言い換えれば、あらゆる方向に均一に堆積す
る。これにより、本実施の形態の常圧ＣＶＤ装置では、
反応室５１の全域にわたって排気バランスがとれている
ことがわかる。

【００３１】以上詳述した本実施の形態によれば、マニ
ホールド６０をチャンバ５０の外部において、その中心
軸上に配設することにより、各排気配管７０（ｎ）の構
造を同じにしたので、簡単な構成で、反応室５１の全域
にわたって排気バランスをとることができる。これによ
り、反応室５１の全域にわたってプロセスガスの濃度を
均一にすることができるので、複数の半導体ウェハ１０
０間で薄膜の厚さ等を均一にすることができる。言い換
えれば、薄膜を形成するためのプロセスを反応室５１の
全域にわたって安定化することができる。また、反応室
５１の内壁等に対する反応生成物の付着状態を反応室５
１の全域にわたって均一にすることができるので、装置
のメンテナンスサイクルを長くすることができる。更
に、半導体ウェハ１００に対するパーティクルの付着を
抑制することができる。

【００３２】また、本実施の形態によれば、マニホール
ド６０と複数の排気配管７０（１）〜７０（８）とをチ
ャンバ５０の中心軸付近にまとめることができるので、
装置の小型化を図ることができる。

【００３３】以上、本発明の実施の形態を詳細に説明し
たが、本発明は、上述したような実施の形態に限定され
るものではない。例えば、先の実施の形態では、本発明
の化学反応装置を常圧ＣＶＤ装置に適用する場合を説明
した。しかし、本発明は、減圧ＣＶＤ装置にも適用する
ことができる。また、本発明は、常圧ＣＶＤ装置や減圧
ＣＶＤ装置のような熱ＣＶＤ装置だけでなく、プラズマ
ＣＶＤ装置や光ＣＶＤ装置にも適用することができる。
更に、本発明は、ＣＶＤ装置以外の化学反応装置、例え
ばスパッタリング装置等にも適用することができる。言
い換えれば、本発明は、軸対称に形成されるとともに、
対称軸側から化学反応用のガスが供給される反応室を有
し、未反応ガスを排出するための複数の排気口が反応室
の中心軸の周りに等間隔で配列された反応容器を有する
化学反応装置一般に適用することが可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るＣＶＤ
装置によれば、ガス収集部を反応容器の外部において、
その中心軸上に配設することにより、複数の排気配管の
構造を同じにするようにしたので、簡単な構成で、反応
室の全域にわたって排気バランスをとることができると
いう効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るＣＶＤ装置の構成
を表す斜視図である。

【図２】図１に示した装置のチャンバの内部構成を表す
側断面図である。

【図３】従来の常圧ＣＶＤ装置における反応生成物の堆
積状態を表す図である。

【図４】図１に示したＣＶＤ装置における反応生成物の
堆積状態を表す図である。

【図５】従来の常圧ＣＶＤ装置の構成を表す平面図であ
る。

【符号の説明】

５０…チャンバ、５１…反応室、５２…試料台、５３…
拡散体、５４（１）〜５４（８）…排気ポート、５５…
回転体、５６……支持体、５７…回転機構、６０…マニ
ホ−ルド、７０（１）〜７０（８）…排気配管、８０…
配管、９０…蓋、９１…ガスインレット、１００…半導
体ウェハ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸対称に形成されるとともに、対称軸上
   から化学反応用のガスが供給される反応室を有し、未反
   応ガスを排出するための複数の排気口が前記反応室の中
   心軸の周りに等間隔で配列された反応容器と、 この反応容器の外部において、前記反応室の中心軸上に
   配設され、前記複数の排気口から排出された未反応ガス
   が集められるガス収集部と、 互いに同じ構造を有し、前記反応容器における複数の排
   気口のうち対応する排気口から排出された未反応ガスを
   前記ガス収集部に導く複数の排気配管とを備えたことを
   特徴とする化学反応装置。
2. 【請求項２】 前記化学反応は、半導体ウェハの表面に
   所定の薄膜を形成するための化学反応であり、前記ガス
   は前記薄膜の構成元素を含むガスであることを特徴とす
   る請求項１記載の化学反応装置。