WO2007129622A1 - 薄膜製造装置および薄膜製造装置用インナーブロック - Google Patents

薄膜製造装置および薄膜製造装置用インナーブロック Download PDF

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gas
vacuum chamber
stage
inner block
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Takakazu Yamada
Osamu Irino
Tsuyoshi Kagami
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Ulvac, Inc.
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    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process

Definitions

  • the present invention relates to a thin film manufacturing apparatus such as a MOCVD apparatus, for example, and more particularly to a thin film manufacturing apparatus and an inner block for a thin film manufacturing apparatus that can adjust the volume of a reaction space according to the substrate processing size.
  • Patent Document 1 a thin film manufacturing apparatus for manufacturing a thin film by a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method has been known (see Patent Document 1 below).
  • MOCVD Metal Organic Chemical Vapor Deposition
  • the film formation efficiency can be the decisive factor in selecting the apparatus.
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-35971
  • one semiconductor manufacturing apparatus is composed of several process modules, and one process module is composed of, for example, nearly 1000 parts. Diversification of the equipment makes a difference in the component parts, and the assembly work procedure 'part adjustment method' is required for the number of different parts, and the number of work increases and the assembly work 'product inspection work is obstructed and the short delivery time request is realized. Can not.
  • the increase in the number of parts will increase the number of parts, and the number of ordering tasks, “delivery date confirmation work”, and acceptance work will increase.
  • an increase in the number of parts not only obstructs the price advantage of bulk purchases, but the delivery time for each part may hinder the realization of a short delivery time requirement.
  • the settings of the cutting machine and cutting tool will be different, and the effort to change the setting will be rebounded to the price and delivery date.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a thin film manufacturing apparatus and an inner block for a thin film manufacturing apparatus that can reduce costs and improve film forming efficiency by sharing parts. .
  • the thin film manufacturing apparatus of the present invention includes a vacuum chamber, a lid that closes the upper portion of the vacuum chamber, a stage that supports the substrate to be processed, and a lid that faces the stage.
  • a thin film manufacturing apparatus having a gas head attached to a body, an inner layer that is disposed between a vacuum chamber and a lid, contains a heating source, and defines a volume of a reaction space between the stage and the gas head. It has a block.
  • the volume of the reaction space is defined by the inner block installed inside the vacuum chamber, so that the reaction space volume can be optimized only by changing the size of the inner block without changing the vacuum chamber size. Plan.
  • This makes it possible to form a plurality of types of substrates having different sizes using a common vacuum chamber.
  • it is possible to minimize the increase in the number of component parts to be prepared according to the size of the substrate to be processed, it is possible to reduce the cost of parts and adjust the assembly work 'product inspection work'. It is possible to achieve excellent film formation efficiency and stable film formation while simplifying the process.
  • the inner block is composed of an annular block body disposed between the inner wall surface of the vacuum chamber and the outer peripheral portion of the stage, and a seal member is interposed between the vacuum chamber and the lid body. Mounting You can In the inner block having such a configuration, the reaction space volume can be easily optimized simply by changing the inner diameter of the block body according to the substrate size.
  • the inner block is provided with a heating source, and the gas use efficiency is improved by adjusting the calorie heat to a predetermined process temperature during film formation, thereby improving the film formation efficiency. Further, it is possible to reduce power consumption only by maintaining at least the region facing the reaction space in the entire inner block at a predetermined process temperature. In this case, a space region where the low temperature portion of the inner block faces is formed larger than the volume of the reaction space, and preferably, an inert gas for gas partial pressure is introduced into the space region to the surface of the low temperature portion of the inner block. The deposition of the raw material components of the film-forming gas can be suppressed.
  • the present invention it is possible to form a plurality of types of substrates having different sizes using a common vacuum chamber.
  • FIG. 1 is a piping configuration diagram of a thin film manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a configuration of a reactive gas source.
  • FIG. 3 is a diagram showing another configuration example of a reactive gas source.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a thin film manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic sectional view showing another configuration of the thin film manufacturing apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic sectional view showing still another configuration of the thin film manufacturing apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing a modified example of the configuration of the inner block used in the thin film manufacturing apparatus according to the embodiment of the present invention, where A is a side sectional view and B is a sectional view taken along line [B]-[B]. is there.
  • FIG. 1 is a piping configuration diagram of a film forming gas supply line and a vacuum exhaust line of a thin film manufacturing apparatus 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the “film forming gas” refers to a single gas or a mixed gas such as a raw material gas, a reactive gas, or an inert gas used for a chemical reaction.
  • the thin film manufacturing apparatus 10 of the present embodiment includes a vacuum chamber 12 2 in which a processing chamber (deposition chamber) 11 is formed, a gas head 13 for introducing a deposition gas into the processing chamber 11, and the processing chamber 11. Installed in semiconductor And a stage 14 for supporting a substrate to be processed (hereinafter referred to as “substrate”) W such as a glass substrate.
  • substrate a substrate to be processed
  • the processing chamber 11 is connected to an evacuation device 26 via an evacuation line 25, and is configured to be evacuated to a predetermined reduced pressure atmosphere by opening the main valve VO.
  • the stage 14 is disposed to face the gas head 13.
  • the stage 14 is made of, for example, a hot plate, and the substrate W placed on the stage 14 can be heated to a predetermined temperature.
  • the gas head 13 is connected to a reaction gas supply line 21 that communicates with the reaction gas source and a source gas supply line 22 that communicates with the source gas source.
  • a reaction gas, a raw material gas, or a mixed gas thereof is introduced into 11.
  • a shower head provided with a plurality of gas ejection holes is used as the gas head 13.
  • the metal used is an organic metal material of a metal film (Ta, Cu, Al, Ti, Zr, V, Nb), and is selected according to the film formation object (wiring film, barrier film, etc.)
  • nitride films of these metals are produced by using a nitriding gas such as activated ammonia gas as the reaction gas.
  • N or Ar is used as the inert gas.
  • the reactive gas source is a general gas source (reactive gas source, inert gas source, etc.) that can control the gas flow rate using a mass flow controller (MFC) as shown in FIG.
  • This gas source can produce multiple gases from a single gas source by integration.
  • Figure 3 shows an example of gas source integration.
  • the reactive gas 1 is NH
  • the reactive gas 2 is H
  • the inert gas is N.
  • These single gas or mixed gas is a gas source.
  • the source gas source a system is used in which a solid or liquid organometallic source is gasified into a source gas.
  • a vaporization system or a publishing system is used to send the liquid to the vaporizer and vaporize it.
  • solid raw materials a solid material heating system and vaporization system that vaporizes solids after heating and liquefaction, a combined system of heating systems and publishing systems, or a sublimation system that gasifies solid raw materials But Used.
  • the source gas is not limited to organometallic materials.
  • reaction gas and the source gas introduced into the processing chamber 11 cause a chemical reaction with each other to form a metal thin film on the substrate W.
  • By-products and excess gas are exhausted via the vacuum exhaust line 25.
  • the reaction gas and the source gas may be introduced into the film forming chamber 11 at the same time, or may be introduced separately.
  • the introduction of the source gas Z is switched off by opening and closing the first valve VI.
  • the second valve V2 is opened so that the source gas can be exhausted through the bypass pipe 24 without going through the processing chamber 11.
  • the second valve V2 is closed at the time of film formation and opened after the film formation is completed.
  • a radical source 29 for exciting a reaction gas supplied via a reaction gas supply line 21 to generate radicals is installed in the vicinity of the gas head 13.
  • the radical source 29 for example, a catalyst wire heated at a high temperature is used.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the internal structure of the thin film manufacturing apparatus 10.
  • the thin film manufacturing apparatus 10 includes a vacuum chamber 12, a lid 15 that closes the upper portion of the vacuum chamber 12, a stage 14 that supports the substrate W, and a gas that is attached to the lid 15 so as to face the stage 14. Head 13 is provided.
  • a space region between the gas head 13 and the stage 14 is a reaction space 31 in which the source gas and the reaction gas react with each other to form a metal thin film on the substrate W.
  • An inner block 17 that defines the volume of the reaction space 31 is installed between the vacuum chamber 12 and the lid 15.
  • the inner block 17 is composed of a single annular block body installed between the inner wall surface of the vacuum chamber 12 and the outer peripheral portion of the stage 14.
  • the inner block 17 is formed in an annular shape.
  • the outer diameter of the inner block 17 is substantially the same as the inner diameter of the vacuum chamber 12, and the inner diameter of the inner block 17 is the outer circumference of the gas head 13 and the stage 14.
  • the volume of the reaction space 31 is defined by adjusting the desired formation width of the reaction space 31 to face the part.
  • a plurality of inner blocks 17 are prepared to form an optimal reaction space corresponding to the size of the substrate W to be processed (the outer diameter of the gas head 13 and the stage 14).
  • the inner block 17 with the reaction space 31 forming width D1 is applied as shown in Fig. 4, and when the substrate size is ⁇ 300mm, the reaction space 31 as shown in Fig. 5 is applied.
  • the inner block 27 with the formation width of D2 is applied. Since the inner block 17 and the inner block 27 differ only in their inner diameters, the inner block 17 will be described as a representative in the following description.
  • the inner block 17 is made of a metal material such as aluminum or stainless steel, and is disposed between the vacuum chamber 12 and the lid 15 so as to define the volume of the reaction space 31 and to the vacuum chamber 12. It also has a function as a companion flange when the lid 15 is assembled.
  • the peripheral edge portion 17a of the inner block 17 is sandwiched between the vacuum chamber 12 and the lid body 15 via annular sealing members 18, 19, 20, and the lower end portion 17b of the inner block 17 is located at the bottom portion of the vacuum chamber 12. On the other hand, it is attached via a seal member 20.
  • an annular recess 17c is provided on the lower end 17b side of the inner block 17, and the exhaust space for the reaction space is adjusted to an appropriate volume.
  • the processing chamber 11 inside the vacuum chamber 12 is divided into three spaces, a reaction space 31, an exhaust passage 32, and a lower space 33 by an inner block 17 disposed between the vacuum chamber 12 and the lid 15. It is divided into The reaction space 31 is formed by the gas head 13, the stage 14, and the inner periphery of the inner block 17.
  • the exhaust passage 32 is formed by an annular space between the outer periphery of the stage 14 and the inner periphery of the inner block 17.
  • the lower space 33 is formed between the concave portion 17c of the inner block 17 and the outer peripheral portion of the stage 14.
  • the lower space 33 communicates with the reaction space 31 via the exhaust passage 32 and has a volume larger than the volume of the reaction space 31.
  • an exhaust port 24 that also has an opening force penetrating the inner block 17 and the vacuum chamber 12 is formed, and a vacuum exhaust line 25 is connected to the exhaust port 24.
  • the bottom of the vacuum chamber 12 Is provided with a gas introduction port 23 force for introducing an inert gas for gas partial pressure control into the lower space 33.
  • a deposition preventing plate 16 is attached to the inner peripheral portion of the inner block 17 to prevent the deposition material from adhering to the vacuum chamber 12 and the inner block 17. Further, the inner block 17 has a built-in heating source 34, and the deposition preventing plate 14 can be heated and adjusted to a predetermined temperature.
  • the heating source 34 is composed of a heater, it may be composed of a circulation path of a heating medium or the like. Separately from the inner block 17, configure the vacuum chamber 12 so that the temperature can be controlled.
  • the stage 14 is configured by a hot plate capable of heating the substrate W to a predetermined temperature.
  • the holding mechanism for the substrate W may be an electrostatic chuck mechanism or a mechanical-clamp mechanism. Transport of the substrate W to the stage 14 and unloading from the stage 14 to the outside of the vacuum chamber 12 are performed by a substrate transport robot (not shown) through the inner block 17 and the opening 28 penetrating the vacuum chamber 12.
  • the gas head 13 is configured by a shower head that supplies a film forming gas to the substrate W uniformly in the surface.
  • the introduction of the film forming gas into the gas head 13 is performed through a gas introduction line 30 configured by connecting the flow paths respectively formed in the lid 15 and the inner block 17.
  • the gas introduction line 30 is connected to the reaction gas supply line 21 and the Z or raw material gas introduction line 22.
  • the inner diameter of the inner block 17 is determined.
  • the reaction space volume is optimized without changing the size of the vacuum chamber 12 only by changing the size of the vacuum chamber.
  • optimal temperature control of the wall surface constituting the reaction space 31 is realized, and at the same time, the use efficiency of the film forming gas supplied from the gas head 13 can be improved.
  • the film quality can be improved.
  • the secondary side of the exhaust passage 32 that is, the volume of the lower space 33 is configured to be larger than the volume of the reaction space 31, and an inert gas for gas partial pressure control is introduced into the lower space 33.
  • the deposition temperature of the raw material components in the film forming gas on the inner wall surface of the lower space 33 can be lowered.
  • adhesion of the film forming material to the lower space 33 can be suppressed, and the wall surface constituting the lower space 33 can be lowered at a low temperature, so that energy required for heating the inner block 17, that is, power consumption, can be reduced. be able to.
  • the inner block 17 of the thin film manufacturing apparatus 10 is obtained by consolidating the changes in the thin film manufacturing apparatus 10 required for each substrate size process into the inner block 17. It is possible to make minor changes other than the above, and it is possible to perform stable film formation with few particles with good film formation efficiency.
  • FIG. 6 shows a schematic configuration of a thin film manufacturing apparatus 40 according to another embodiment of the present invention.
  • parts corresponding to those of the above-described thin film manufacturing apparatus 10 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the thin film manufacturing apparatus 40 includes a spacer block 41 for adjusting the distance between the stage 14 and the gas head 13 between the lid 15 and the inner block 17. Yes.
  • the spacer 41 is attached to the lid 15 and the inner block 17 via seal members 42 and 43.
  • the gas introduction line 44 for introducing the film forming gas into the gas head 13 connects the flow paths formed in the lid 15, the spacer block 41 and the inner block 17, respectively. It is composed by continuing.
  • the height of the substrate 14 is adjusted by adjusting the height between the stage 14 and the gas head 13 by the spacer block 41 that is adjusted only by adjusting the inner diameter of the inner block 17.
  • the height or volume of the reaction space 31 can be optimized.
  • the inner block 17 may have the function of the spacer block 41! ,.
  • the force described in the case where the inner blocks 17 and 27 having different inner diameters are selectively used according to the size of the substrate W.
  • D2 and d3 may be combined with three annular block bodies 51, 52, 53, and the inner peripheral side block bodies 52, 53 may be attached or removed according to the substrate size.
  • the number of yarns in the annular block body is not limited to the illustrated example.

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Abstract

　部品の共通化によるコスト削減と成膜効率の区緒状を図ることができる薄膜製造装置を提供する。 　本発明に係る薄膜製造装置（１０）は、真空槽（１２）の内部に設置されたインナーブロック（１７）によって反応空間（３１）の容積を規定することで、インナーブロック（１７）の内径のサイズ変更のみで真空槽サイズを変更することなく反応空間（３１）の容積の最適化を図る。これにより、共通の真空槽（１２）を用いてサイズの異なる複数種の基板（Ｗ）の成膜が可能となる。また、処理する基板サイズに合わせて用意する装置構成部品の数の増大を最小限に抑えることが可能となるので、部品コストの低減を図ることができるとともに、組立作業・製品検査作業・調整作業の簡素化を図りながら、優れた成膜効率と安定成膜を実現することができる。

Description

明 細 書
薄膜製造装置および薄膜製造装置用インナーブロック
技術分野
[0001] 本発明は、例えば MOCVD装置等の薄膜製造装置に関し、更に詳しくは、基板処 理サイズに合わせて反応空間の容積を調整可能な薄膜製造装置および薄膜製造装 置用インナーブロックに関する。
背景技術
[0002] 近年、半導体の分野においては、半導体製造装置メーカーは多種多様なプロセス 要求に対応するため装置が多様ィ匕する傾向にありながら、成膜効率の向上'短納期 要求 ·低価格要求にも対応する必要に迫られている。
[0003] 一方、従来より、 MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法により薄 膜を製造する薄膜製造装置が知られて ヽる（下記特許文献 1参照)。この種の化学的 反応プロセスを利用する半導体製造装置においては、成膜効率すなわちガス使用 効率を上げることに対して強い巿場要求がある。特に、液体原料は総じて高価である ため半導体製造装置本体の価格よりも長期にわたる装置運用コストを重視する昨今
、成膜効率が装置選定の決め手になり得る。
[0004] 特許文献 1 :特開 2004— 35971号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] しかしながら、 1台の半導体製造装置は数個のプロセスモジュールで構成され、 1 つのプロセスモジュールは例えば 1000個近い部品より構成されている。装置の多様 化は構成部品に違いを生み、違う部品の数だけ組立作業手順'部品調整方法が必 要になり、作業種類が増大して組立作業'製品検査作業を阻害し短納期要求が実現 できない。また、部品種類の増加は、部品の数だけ発注業務'納期確認業務'受入 業務も増大するため購買に関する業務も増大してしまう。また、部品を購入する立場 において、部品種類の増大は一括購入の価格的優位性を阻害するばかりか、部品 毎の納期は短納期要求の実現を阻害しかねない。また、部品を販売する立場におい ても、部品が異なればカ卩工機械 ·切削工具のセッティングが異なりセッティング変更 の手間が価格 ·納期に跳ね返つてきてしまう。
[0006] 一方、 MOCVD法等の化学的反応プロセスを利用する薄膜製造装置において、成 膜効率を上げるためには、基板に合わせて反応空間を可能な限り小さく構成する必 要がある。しカゝしながら、基板サイズ毎に真空槽サイズを変更すれば、真空槽に接続 される配管'機器等様々な部品が変わり、機械部品の変更はセンサー，配線等の電 気部品の変更となり、電気部品の変更は制御ソフトの変更となり得る。最終的には多 くの部品種類ができてしまう。さらに、半導体業界規模で COに酸ィ匕炭素)の削減が
2
大きな課題ともなっており、装置運用コスト 'CO削減の面力もも稼働電力の低減が
2
強く求められている。
[0007] 本発明は上述の問題に鑑みてなされ、部品の共通化によるコスト削減と成膜効率 の向上を図ることができる薄膜製造装置および薄膜製造装置用インナーブロックを 提供することを課題とする。
課題を解決するための手段
[0008] 以上の課題を解決するに当たり、本発明の薄膜製造装置は、真空槽と、真空槽の 上部を閉塞する蓋体と、被処理基板を支持するステージと、ステージと対向するよう に蓋体に取り付けられたガスヘッドとを備えた薄膜製造装置において、真空槽と蓋体 との間に配置され、加熱源を内蔵するとともにステージとガスヘッドとの間の反応空間 の容積を規定するインナーブロックを備えて 、る。
[0009] 本発明では、真空槽の内部に設置されたインナーブロックによって反応空間の容積 を規定することで、インナーブロックのサイズ変更のみで真空槽サイズを変更すること なく反応空間の容積の最適化を図る。これにより、共通の真空槽を用いてサイズの異 なる複数種の基板の成膜が可能となる。また、処理する基板サイズに合わせて用意 する装置構成部品の数の増大を最小限に抑えることが可能となるので、部品コストの 低減を図ることができるとともに、組立作業'製品検査作業'調整作業の簡素化を図り ながら、優れた成膜効率と安定成膜を実現することができる。
[0010] 好適には、インナーブロックは、真空槽の内壁面とステージの外周部との間に設置さ れた環状のブロック体で構成され、真空槽と蓋体に対してシール部材を介して取り付 けられる。このような構成のインナーブロックにおいては、基板サイズに応じてブロック 体の内径を変更するのみで反応空間の容積の最適化を容易に実現することができる
[0011] また、インナーブロックは加熱源を具備しており、成膜時に所定のプロセス温度にカロ 熱調整することでガス使用効率を高め、成膜効率の向上を図る。また、インナーブ口 ック全体でなぐ少なくとも反応空間に臨む領域のみ所定のプロセス温度に維持する のみで消費電力の削減を図ることができる。この場合、インナーブロックの低温部が 臨む空間領域を上記反応空間の容積よりも大きく形成し、好ましくは当該空間領域 にガス分圧用の不活性ガスを導入することで、インナーブロックの低温部表面への成 膜ガスの原料成分の析出を抑えることができる。
発明の効果
[0012] 以上述べたように、本発明によれば、共通の真空槽を用いてサイズの異なる複数種 の基板の成膜が可能となる。また、処理する基板サイズに合わせて用意する装置構 成部品の数の増大を最小限に抑えることが可能となるので部品コストの低減を図るこ とができるとともに、組立作業'製品検査作業'調整作業の簡素化を図りながら、優れ た成膜効率と安定成膜を実現することができる。
図面の簡単な説明
[0013] [図 1]本発明の実施形態による薄膜製造装置の配管構成図である。
[図 2]反応ガス源の構成の一例を示す図である。
[図 3]反応ガス源の他の構成例を示す図である。
[図 4]本発明の実施形態による薄膜製造装置の構成を示す概略断面図である。
[図 5]本発明の実施形態による薄膜製造装置の他の構成を示す概略断面図である。
[図 6]本発明の実施形態による薄膜製造装置の更に他の構成を示す概略断面図で ある。
[図 7]本発明の実施形態による薄膜製造装置に用いられるインナーブロックの構成の 変形例を示す図であり、 Aは側断面図、 Bは Aの [B]— [B]線断面図である。
符号の説明
[0014] 10, 40 薄膜製造装置 11 処理室
12 真空槽
13 ガスヘッド
14 ステージ
15 蓋体
16 防着板
17, 27, 50 インナーブロック
18, 19, 20, 42, 43 シール部材
21 反応ガス供給ライン
22 原料ガス供給ライン
23 分圧制御用ガス導入ポート
24 排気ポート
25 真空排気ライン
26 真空排気装置
30, 44 ガス導入ライン
31 反応空間
32 排気通路
33 下部空間
34 加熱源
41 スぺーサブロック
W 基板
発明を実施するための最良の形態
[0015] 以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[0016] 図 1は本発明の実施形態による薄膜製造装置 10の成膜ガス供給ライン及び真空 排気ラインの配管構成図である。なお、本明細書において「成膜ガス」とは、化学反 応に用いる原料ガス、反応ガス、不活性ガスなどの単ガス又は混合ガスをいう。
[0017] 本実施形態の薄膜製造装置 10は、処理室 (成膜室） 11を内部に形成する真空槽 1 2と、処理室 11に成膜ガスを導入するガスヘッド 13と、処理室 11に設置され半導体 ゥエーハゃガラス基板等の被処理基板 (以下「基板」と 、う） Wを支持するステージ 14 とを備えている。
[0018] 処理室 11は、真空排気ライン 25を介して真空排気装置 26に接続されており、メイ ンバルブ VOを開弁することで所定の減圧雰囲気に真空排気可能に構成されている 。ステージ 14は、ガスヘッド 13に対向して配置されている。このステージ 14は例えば ホットプレートからなり、ステージ 14の上に載置される基板 Wを所定温度に加熱可能 とされている。
[0019] ガスヘッド 13は、詳細を後述するように、反応ガス源に連絡する反応ガス供給ライ ン 21と、原料ガス源と連絡する原料ガス供給ライン 22とが各々接続されており、処理 室 11内に反応ガス、原料ガス又はこれらの混合ガスを導入する。本実施形態では、 ガスヘッド 13として、例えば、ガス噴出孔を複数備えたシャワーヘッドが用いられてい る。
[0020] 反応ガスとしては、 NH (アンモニアガス）や H (水素ガス）等が用いられる。原料ガ
3 2
スとしては、成膜金属 (Ta、 Cu、 Al、 Ti、 Zr、 V、 Nb)の有機金属材料が用いられ、 成膜対象 (配線膜、バリア膜等）に合わせて選択される。この場合、反応ガスに活性 化されたアンモニアガス等の窒化ガスを用いることでこれらの金属の窒化膜が作製さ れる。不活性ガスとしては、 Nや Arが用いられる。
2
[0021] ここで、反応ガス源について説明する。反応ガス源は、図 2に示すようにマスフロー コントローラ (MFC)を用いてガス流量を制御できる一般的なガス源 (反応ガス源、不 活性ガス源等)である。このガス源は集積により 1つのガス源カゝら複数のガスを出すこ とが可能である。図 3にガス源の集積例を示す。図示の例において、反応ガス 1は N H、反応ガス 2は H、不活性ガスは Nである。これらの単ガス又は混合ガスをガス源
3 2 2
として用いることができる。
[0022] 原料ガス源は、固体又は液体の有機金属原料をガス化し原料ガスとするシステム が用いられている。液体原料の場合、液を気化器へ送り気化させる気化システム又 はパブリングシステムが用いられる。固体原料の場合は、固体を加熱液化した後気化 器で気化する原料加熱システムと気化システムの複合システム、又は加熱システムと パブリングシステムの複合システム、或 、は固体原料をガス化する昇華システム等が 用いられる。なお、原料ガスは有機金属材料に限られず、 WF等の半導体製造プロ
6
セスで一般的に使用されて ヽるガスを使用することも可能である。
[0023] 処理室 11に導入された反応ガス及び原料ガスは、相互に化学反応を起こして基板 W上に金属薄膜を形成する。副生成物や余剰のガスは、真空排気ライン 25を介して 排気される。
[0024] 反応ガスと原料ガスは成膜室 11内に同時に導入されてもよいし、別々に導入され てもよ ヽ。原料ガス供給ライン 21は第 1バルブ VIを開閉することで原料ガスの導入 Z非導入の切替が行われる。なお、第 1バルブ VIの閉弁時、第 2バルブ V2を開弁 することで原料ガスがバイパス配管 24を介して、処理室 11を経由せずに排気できる ようにも構成されている。この場合、第 2バルブ V2は、成膜時に閉弁し、成膜終了後 に開弁する。このような方法で原料ガスを供給することで、処理室 11に原料ガスを安 定して導入することが可能となる。
[0025] また、反応ガスを活性化させて処理室 11へ導入することも可能である。本実施形態 では、反応ガス供給ライン 21を介して供給される反応ガスを励起してラジカルを生成 するためのラジカル源 29をガスヘッド 13の近傍に設置している。ラジカル源 29として は、例えば、高温加熱された触媒線が用いられる。
[0026] 図 4は、薄膜製造装置 10の内部構造を模式的に示す断面図である。薄膜製造装 置 10は、真空槽 12と、真空槽 12の上部を閉塞する蓋体 15と、基板 Wを支持するス テージ 14と、ステージ 14と対向するように蓋体 15に取り付けられたガスヘッド 13とを 備えている。
[0027] ガスヘッド 13とステージ 14との間の空間領域は、原料ガスと反応ガスとが相互に反 応して基板 W上に金属薄膜を形成させる反応空間 31とされている。そして、真空槽 1 2と蓋体 15との間には、反応空間 31の容積を規定するインナーブロック 17が設置さ れている。
[0028] インナーブロック 17は、真空槽 12の内壁面とステージ 14の外周部との間に設置さ れた単一の環状のブロック体で構成されている。特に本実施形態では、インナーブ口 ック 17は円環状に構成されている。インナーブロック 17の外径は真空槽 12の内径と 略同等とされ、インナーブロック 17の内径は、ガスヘッド 13およびステージ 14の外周 部と対向し、反応空間 31の目的とする形成幅に調整されることで反応空間 31の容積 を規定する。
[0029] ここで、インナーブロック 17は、処理する基板 Wのサイズ (ガスヘッド 13、ステージ 1 4の外径）に対応して最適な反応空間を形成するものが複数用意されており、例えば 、基板サイズが φ 200mmの場合には図 4に示すように反応空間 31の形成幅が D1と なるインナーブロック 17が適用され、基板サイズが φ 300mmの場合には図 5に示す ように反応空間 31の形成幅が D2となるインナーブロック 27が適用される。インナー ブロック 17とインナーブロック 27とはその内径だけが異なる構成であるので、以下の 説明では代表的にインナーブロック 17の方を説明する。
[0030] インナーブロック 17は、アルミニウムやステンレス等の金属材料で構成され、真空槽 12と蓋体 15との間に配置されることで反応空間 31の容積を規定するとともに、真空 槽 12に対して蓋体 15を組み付ける際の相フランジとしての機能をも有している。イン ナーブロック 17の周縁部 17aは真空槽 12および蓋体 15に対して環状のシール部材 18, 19, 20を介して挟持されており、インナーブロック 17の下端部 17bは真空槽 12 の底部に対してシール部材 20を介して取り付けられている。これにより、成膜ガスの 回り込みによる真空槽 12の内壁面への原料成分の析出を防止することができる。ま た、インナーブロック 17の下端部 17b側には環状の凹部 17cが設けられ、反応空間 に対する排気空間を適切な容積に調整して ヽる。
[0031] 真空槽 12の内部の処理室 11は、真空槽 12と蓋体 15との間に配置されたインナー ブロック 17によって、反応空間 31と、排気通路 32と、下部空間 33の 3つの空間に分 けられている。反応空間 31は、ガスヘッド 13とステージ 14とインナーブロック 17の内 周部とで形成されている。排気通路 32は、ステージ 14の外周部とインナーブロック 1 7の内周部との間の環状空間で形成されている。
[0032] 下部空間 33は、インナーブロック 17の凹部 17cとステージ 14の外周部との間に形 成されている。下部空間 33は、排気通路 32を介して反応空間 31と連通しているとと もに、反応空間 31の容積よりも大きな容積を有している。また、下部空間 33には、ィ ンナーブロック 17と真空槽 12を貫通する開口力もなる排気ポート 24が形成されてお り、この排気ポート 24に真空排気ライン 25が接続されている。また、真空槽 12の底部 には、下部空間 33に対して、ガス分圧制御用の不活性ガスを導入するガス導入ポー ト 23力設けられている。
[0033] インナーブロック 17の内周部には、真空槽 12およびインナーブロック 17に対する 成膜材料の付着を防止するための防着板 16が取り付けられている。また、インナー ブロック 17には加熱源 34が内蔵されており、防着板 14を所定温度に加熱調整可能 とされている。加熱源 34はヒーターで構成されるが、これ以外に温媒の循環流路等 で構成してもよい。なお、インナーブロック 17とは別に、真空槽 12を温度制御可能に 構成してちょい。
[0034] 一方、ステージ 14は、基板 Wを所定温度に加熱することが可能なホットプレートで 構成されている。基板 Wの保持機構は、静電チャック機構でもよいしメカ-カルクラン プ機構でもよ 、。ステージ 14に対する基板 Wの搬送およびステージ 14から真空槽 1 2外部への搬出は、インナーブロック 17と真空槽 12を貫通する開口 28を介して図示 しな 、基板搬送ロボットによって行われる。
[0035] また、ガスヘッド 13は、基板 Wに対して面内均一に成膜ガスを供給するシャワーへ ッドで構成されている。このガスヘッド 13への成膜ガスの導入は、蓋体 15とインナー ブロック 17にそれぞれ形成された流路を接続することで構成されたガス導入ライン 3 0を介して行われる。ガス導入ライン 30は、反応ガス供給ライン 21及び Z又は原料ガ ス導入ライン 22に接続されて 、る。
[0036] 以上のように構成される本実施形態の薄膜製造装置 10においては、真空槽 12の 内部に配置されたインナーブロック 17によって反応空間 31の容積を規定することで 、インナーブロック 17の内径のサイズ変更のみで真空槽 12の大きさを変更することな く反応空間の容積の最適化を図るようにしている。また、インナーブロック 17に加熱 源 34を内蔵させることで、反応空間 31を構成する壁面の最適な温度制御を実現し、 ガスヘッド 13から供給される成膜ガスの使用効率を高められると同時に、膜質の向 上を図ることができる。
[0037] 従って、本実施形態によれば、共通の真空槽を用いてサイズの異なる複数種の基 板の成膜が可能となるとともに、真空槽の基板毎、プロセス毎の設計、変更が不要と なる。また、処理する基板サイズに合わせて用意する装置構成部品の数の増大を最 小限に抑えることが可能となるので、部品コストの低減を図ることができるとともに、組 立作業 ·製品検査作業 ·調整作業の簡素化を図りながら、優れた成膜効率と安定成 膜を実現することができる。
[0038] また、真空槽 12の内部の処理室 11を上述した構成の反応空間 31、排気流路 32 および下部空間 33で構成することにより、反応空間 31に供給された成膜ガスの等方 排気を実現でき、成膜効率の向上に貢献することができる。
[0039] 特に、排気通路 32の二次側すなわち下部空間 33の容積を反応空間 31の容積より も大きく構成するとともに、下部空間 33へガス分圧制御用の不活性ガスを導入するこ とにより、下部空間 33の内壁面に対する成膜ガス中の原料成分の析出温度を下げる ことができる。これにより、当該下部空間 33への成膜材料の付着を抑制できるととも に、下部空間 33を構成する壁面の低温下が図れるので、インナーブロック 17の加熱 に要するエネルギーすなわち消費電力の低減を図ることができる。
[0040] 更に、ガスヘッド 13に対して成膜ガスを導入するガス導入ライン 30を蓋体 15、イン ナーブロック 17に形成することで真空槽 12に成膜ガスの導入機構を設ける必要をな くすことができ、インナーブロック 17とともに蓋体 15 (ガスヘッド 13)を基板サイズに合 わせて変更するだけで成膜ガスの導入機構を容易に構築することができる。
[0041] 以上のように、本実施形態によれば、基板サイズ'プロセス毎に要求される薄膜製 造装置 10の変更をインナーブロック 17に集約することで、薄膜製造装置 10のインナ 一ブロック 17以外の部分の変更を軽微にすることが可能となり、かつ、成膜効率が良 ぐパーティクルが少ない安定した成膜を行うことができる。
[0042] 続いて、図 6は、本発明の他の実施形態による薄膜製造装置 40の概略構成を示し ている。なお、図において上述の薄膜製造装置 10と対応する部分については同一 の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
[0043] 本実施形態の薄膜製造装置 40は、蓋体 15とインナーブロック 17との間に、ステー ジ 14とガスヘッド 13との間の距離を調整するためのスぺーサブロック 41を備えている 。スぺーサ 41は、蓋体 15とインナーブロック 17に対してシール部材 42, 43を介して 取り付けられている。また、ガスヘッド 13へ成膜ガスを導入するガス導入ライン 44は、 蓋体 15とスぺーサブロック 41とインナーブロック 17にそれぞれ形成された流路を接 続することで構成されて 、る。
[0044] 本実施形態の薄膜製造装置 40においては、インナーブロック 17の内径の調整だ けでなぐスぺーサブロック 41によりステージ 14—ガスヘッド 13間の高さを調整する ことで、基板サイズやプロセスの種類に応じて反応空間 31の高さあるいは容積の最 適化を図ることができる。なお、スぺーサブロック 41を別途設ける構成に代えて、イン ナーブロック 17にスぺーサブロック 41の機能をもたせるようにしてもよ！、。
[0045] 以上、本発明の実施の形態について説明した力 勿論、本発明はこれに限定され ることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
[0046] 例えば以上の実施の形態では、基板 Wのサイズに応じて、内径の異なるインナーブ ロック 17, 27を使い分ける場合について説明した力 例えば図 7A, Bに示すように、 インナーブロック 50を内径 dl、 d2及び d3を有する 3つの環状ブロック体 51, 52, 53 の組合せ体で構成し、基板サイズに合わせて内周側のブロック体 52, 53を取り付け たり取り外すようにしてもよい。なお、環状ブロック体の糸且合せ数は図示の例に限られ ない。

Claims

請求の範囲
[1] 真空槽と、前記真空槽の上部を閉塞する蓋体と、被処理基板を支持するステージ と、前記ステージと対向するように前記蓋体に取り付けられたガスヘッドとを備えた薄 膜製造装置において、
前記真空槽と前記蓋体との間に配置され、加熱源を内蔵するとともに前記ステージ と前記ガスヘッドとの間の反応空間の容積を規定するインナーブロックを備えたことを 特徴とする薄膜製造装置。
[2] 前記インナーブロックは、前記真空槽の内壁面と前記ステージの外周部との間に設 置された環状のブロック体であり、前記真空槽と前記蓋体に対してシール部材を介し て取り付けられていることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の薄膜製造装置。
[3] 前記インナーブロックの内周部には防着板が取り付けられていることを特徴とする 請求の範囲第 1項に記載の薄膜製造装置。
[4] 前記真空槽の内部には、前記インナーブロックの内周部と前記ステージの外周部と の間に形成された排気通路を介して前記反応空間と連通する排気ポートを備えた下 部空間が形成されており、前記下部空間は前記反応空間よりも大きな容積を有する ことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の薄膜製造装置。
[5] 前記下部空間には、ガス分圧制御用のガス導入ポートとが設けられていることを特 徴とする請求の範囲第 4項に記載の薄膜製造装置。
[6] 前記蓋体と前記インナーブロックには、前記ガスヘッドに対して成膜ガスを導入す るガス導入ラインが形成されていることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の薄膜 製造装置。
[7] 前記蓋体と前記インナーブロックとの間には、前記ガスヘッドと前記ステージとの間 の距離を調整するスぺーサブロックが配置されていることを特徴とする請求の範囲第
1項に記載の薄膜製造装置。
[8] 真空槽と、前記真空槽の上部を閉塞する蓋体と、被処理基板を支持するステージ と、前記ステージと対向するように前記蓋体に取り付けられたガスヘッドとを備えた薄 膜製造装置に用いられ、
外周部が前記真空槽の内壁面に対向し、内周部が前記ステージの外周部に対向 する環状のブロック体からなり、
前記真空槽と前記蓋体との間に配置されることで、前記ステージと前記ガスヘッドと の間の反応空間の容積を規定することを特徴とする薄膜製造装置用インナーブロッ ク。
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