JP2003017477A

JP2003017477A - 半導体製造装置のプロセスチャンバ構造および半導体製造装置

Info

Publication number: JP2003017477A
Application number: JP2001190190A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Nakanishi; 孝之中西
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2003-01-17
Anticipated expiration: 2021-06-22
Also published as: JP3640623B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ガスの分布や流れの均一性を向上させること
ができる半導体製造装置のプロセスチャンバ構造および
半導体製造装置を提供する。【解決手段】熱ＣＶＤ装置１のプロセスチャンバ２
は、ガス排気口３ａを有するチャンバボディ３と、リッ
ド５及びシャワーヘッド１０を含むチャンバ蓋体１２
と、ガス排気口３ａと連通した複数の貫通孔１４を有す
る環状の排気路形成部材１５とを有している。この排気
路形成部材１５には、上下方向に延びる筒状体１８が固
定されている。シャワーヘッド１０のガス噴射面１０ａ
には環状突出部１９が取り付けられ、この環状突出部１
９は、筒状体１８の内周面との間に上下方向に延びる微
小な隙間Ｇ₂を形成するように構成されている。リッド
５の下面には環状突出部２０が取り付けられ、この環状
突出部２０は、筒状体１８の外周面との間に上下方向に
延びる微小な隙間Ｇ₄を形成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、半導体製造プロセ
スに使用される半導体製造装置のプロセスチャンバ構造
および半導体製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置の１つであるＣＶＤ装置
は、例えば、プロセスチャンバと、このプロセスチャン
バ内に配置され、ウェハを支持すると共に内部にヒータ
が設けられたペデスタルと、プロセスガスをプロセスチ
ャンバ内に供給するガス供給部と、プロセスチャンバ内
を排気するポンプとを備え、ＣＶＤ反応の励起エネルギ
ーとしてヒータの熱を用い、ウェハの表面に薄膜を形成
する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなＣＶＤ装
置においては、ウェハ面内の膜厚均一性が良好となるよ
うな反応を起こすには、プロセスチャンバ内におけるガ
スの分布や流れを均一にする必要がある。しかし、従来
のＣＶＤ装置では、プロセスチャンバの加工公差のため
の逃げ等によりプロセスチャンバに微小な隙間が発生
し、この隙間によって無用な気体流が生じることがあっ
た。このため、プロセスチャンバ内のガスの分布や流れ
を均一にすることは困難であった。

【０００４】本発明の目的は、ガスの分布や流れの均一
性を向上させることができる半導体製造装置のプロセス
チャンバ構造および半導体製造装置を提供することであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体製造装置
のプロセスチャンバ構造は、ガス排気口を有するチャン
バボディと、チャンバボディの上部に設けられ、ガス導
入口を有するチャンバ蓋体と、チャンバボディの内壁部
に設けられ、ガス排気口と連通した複数の貫通孔を有す
る環状の排気路形成部材とを備え、チャンバ蓋体には、
排気路形成部材との間に上下方向に延びる隙間を形成す
る環状突出部が設けられていることを特徴とするもので
ある。

【０００６】以上のようなチャンバボディ、チャンバ蓋
体および排気路形成部材を有するプロセスチャンバにお
いては、プロセス中にチャンバ蓋体と排気路形成部材と
の間に温度差が生じることから、両者間にシール材を設
けることができない場合がある。この場合、チャンバ蓋
体と排気路形成部材との間には微小な隙間が生じるた
め、プロセスチャンバ内に導入されたプロセスガスの一
部がその隙間を通ってプロセスチャンバの外部に排出さ
れ、プロセスチャンバ内におけるガスの分布や流れが不
均一になることがある。そこで、上述したような環状突
出部をチャンバ蓋体に設けることにより、環状突出部と
排気路形成部材との間に上下方向に延びる隙間が形成さ
れ、チャンバ蓋体と排気路形成部材との間の微小な隙間
形成部分が長くなる。このため、チャンバ蓋体と排気路
形成部材との間の隙間にガスが流れ込んでも、そのガス
が当該隙間から抜けにくくなる。従って、プロセスチャ
ンバ内における無用な排気の流れが低減され、プロセス
チャンバ内のガスの大部分は排気路形成部材の貫通孔を
通って排気されることになり、これによりガスの分布や
流れの均一性が向上する。

【０００７】好ましくは、環状突出部は、排気路形成部
材の内側及び外側にそれぞれ設けられている。これによ
り、チャンバ蓋体と排気路形成部材との間の微小な隙間
形成部分がより長くなるため、プロセスチャンバ内にお
ける無用な排気の流れが更に低減される。

【０００８】また、好ましくは、排気路形成部材は、チ
ャンバ蓋体の手前まで上下方向に延びる筒状体を有し、
環状突出部は、筒状体の周面との間に隙間を形成するよ
うに構成されている。これにより、例えばチャンバボデ
ィとチャンバ蓋体との間にスペーサを介在させた場合
に、チャンバ蓋体と排気路形成部材との間に、上下方向
に延びる長い微小な隙間が形成される。

【０００９】さらに、好ましくは、チャンバ蓋体は、ガ
ス導入口から導入されたガスを下方に向けて噴射させる
シャワーヘッドを有し、環状突出部は、シャワーヘッド
のガス噴射面に固定されている。これにより、シャワー
ヘッドを備えたプロセスチャンバに本発明を適用でき
る。

【００１０】また、本発明の半導体製造装置は、プロセ
スチャンバと、プロセスチャンバ内に配置され、被処理
基板を支持する支持部材と、支持部材に支持された被処
理基板を加熱する加熱手段と、プロセスチャンバ内にプ
ロセスガスを供給するガス供給手段と、プロセスチャン
バ内のガスを排出する排気手段とを備え、プロセスチャ
ンバは、排気手段と接続されるガス排気口を有するチャ
ンバボディと、チャンバボディの上部に設けられ、ガス
供給手段と接続されるガス導入口を有するチャンバ蓋体
と、チャンバボディの内壁部に設けられ、ガス排気口と
連通した複数の貫通孔を有する環状の排気路形成部材と
を備え、チャンバ蓋体には、排気路形成部材との間に上
下方向に延びる隙間を形成する環状突出部が設けられて
いることを特徴とするものである。

【００１１】このように環状突出部をチャンバ蓋体に設
けることにより、環状突出部と排気路形成部材との間に
上下方向に延びる隙間が形成され、チャンバ蓋体と排気
路形成部材との間の微小な隙間形成部分が長くなる。こ
のため、チャンバ蓋体と排気路形成部材との間の隙間に
ガスが流れ込んでも、そのガスが当該隙間から抜けにく
くなる。従って、プロセスチャンバ内における無用な排
気の流れが低減され、プロセスチャンバ内のガスの大部
分は排気路形成部材の貫通孔を通って排気されることに
なり、これによりガスの分布や流れの均一性が向上す
る。

【００１２】好ましくは、ガス供給手段は、プロセスガ
スとしてＮＨ₃とＳｉＨ₄との混合ガスをガス導入口に供
給する手段である。この場合には、被処理基板であるウ
ェハの表面にＳｉＮ膜を形成することができる。

【００１３】また、好ましくは、加熱手段は、支持部材
に設けられたヒータである。これにより、支持部材の上
方または下方に赤外線ランプ等を配置する必要がなく、
スペース的に有利である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体製造装
置のプロセスチャンバ構造および半導体製造装置の好適
な実施形態について図面を参照して説明する。

【００１５】図１は、本発明に係る半導体製造装置の一
実施形態として熱ＣＶＤ装置を示した概略構成図であ
る。同図において、熱ＣＶＤ装置１はプロセスチャンバ
２を備えている。このプロセスチャンバ２は、ガス排気
口３ａを有するチャンバボディ３と、このチャンバボデ
ィ３の上部にリング状のスペーサ４を介して設けられ、
ガス導入口５ａを有するリッド５とを有している。

【００１６】ガス排気口３ａには、プロセスチャンバ２
内部を排気するためのポンプ６が接続されている。ガス
導入口５ａには、プロセスガスをプロセスチャンバ２内
に供給するためのガス供給源７が接続されている。プロ
セスガスとしては、シリコンウェハ（被処理基板）Ｗの
表面にシリコンナイトライド（ＳｉＮ）膜を形成すべ
く、ＮＨ₃とＳｉＨ₄との混合ガスが使用される。

【００１７】リッド５には円形の凹部８が形成され、こ
の凹部８内には、複数の貫通孔（図示せず）を有するブ
ロッカープレート９が配置されている。また、凹部８内
におけるブロッカープレート９の下方にはシャワーヘッ
ド１０が設けられ、このシャワーヘッド１０には、ガス
導入口５ａから導入されたプロセスガスを下方に向けて
噴射させるための複数の貫通孔１１（図２参照）が形成
されている。この貫通孔１１の径は、例えば１ｍｍ弱程
度となっている。ここで、スペーサ４、リッド５、ブロ
ッカープレート９、シャワーヘッド１０は、プロセスチ
ャンバ２のチャンバ蓋体１２を構成する。

【００１８】チャンバボディ３の側壁には、プロセスチ
ャンバ２内にウェハＷを出し入れするためのウェハ搬送
口１３が設けられている。また、チャンバボディ３の内
壁部には段部１４が設けられ、この段部１４上には、排
気のための環状空間Ｓを形成する環状の排気路形成部材
１５が載置されている。この排気路形成部材１５の環状
突起部１６には、ガス排気口３ａと連通した複数の貫通
孔１７が等間隔で形成されている。この貫通孔１７は、
ウェハＷ表面に沿ってプロセスガスを流すことでＳｉＮ
膜を成膜するのに最適な高さ位置に形成されている。

【００１９】環状突起部１６には、上下方向に延びる筒
状体１８が固定されている。この筒状体１８は、環状突
起部１６における貫通孔１７よりも僅かに上方の位置か
らチャンバ蓋体１２の手前まで延びており、これにより
チャンバ蓋体１２と筒状体１８との間に微小な隙間（ギ
ャップ）Ｇ₁を形成している。

【００２０】シャワーヘッド１０におけるガス噴射面１
０ａのエッジ部には、環状突出部１９が溶接等により取
り付けられている。この環状突出部１９は、筒状体１８
の内周面との間に上下方向に延びる微小な隙間Ｇ₂を形
成すると共に、環状突起部１６の上面との間に微小な隙
間Ｇ₃を形成するように構成されている。また、リッド
５の下面には、環状突出部２０が溶接等により取り付け
られている。この環状突出部２０は、筒状体１８の外周
面との間に上下方向に延びる微小な隙間Ｇ₄を形成する
ように構成されている。

【００２１】ここで、チャンバボディ３、チャンバ蓋体
１２、筒状体１８を含む排気路形成部材１５、環状突出
部１９，２０といったプロセスチャンバ２を構成する各
部品は、例えばアルミニウムで形成されている。

【００２２】このようなプロセスチャンバ２内には、ウ
ェハＷを支持するペデスタル２１が配置されている。こ
のペデスタル２１には、ウェハＷを加熱するためのセラ
ミックヒータ（図示せず）が内蔵されている。ペデスタ
ル２１は、図示しない駆動手段により上下動可能であ
る。また、ペデスタル２１には、複数（例えば３つ）の
ピン貫通孔が形成され、各ピン貫通孔には、ウェハＷを
上下動させるためのリフトピン２２が挿入されている。
このリフトピン２２は、ピン駆動部２３により上下動さ
れる。

【００２３】以上のような熱ＣＶＤ装置１を使用して、
ＳｉＮ膜の成膜プロセスを行う場合、プロセスチャンバ
２内の圧力を例えば２７５Ｔｏｒｒに設定すると共に、
ペデスタル２１に内蔵されたヒータによりペデスタル２
１を例えば８００℃の温度まで加熱する。その状態で、
ウェハ搬送ロボット（図示せず）によりウェハＷをウェ
ハ搬入口１３からプロセスチャンバ２内に搬入する。そ
して、ピン駆動部２３により各リフトピン２２を上昇さ
せて、ウェハＷをウェハ搬送ロボットから各リフトピン
２２の上面に移載し、次いでピン駆動部２３により各リ
フトピン２２を下降させて所望の温度に加熱されたペデ
スタル２１上にウェハＷを置く。その後、図示しない駆
動手段によりペデスタル２１を図１に示すようなプロセ
ス位置まで上昇させる。

【００２４】その状態で、ポンプ６を作動させると共
に、ガス供給源７からのプロセスガス（ＮＨ₃とＳｉＨ₄
との混合ガス）をプロセスチャンバ２内に導入する。な
お、プロセスガスは、ＭＦＣ（図示せず）により流量制
御された状態でガス導入口５ａに供給される。すると、
プロセスガスが、ブロッカープレート９の貫通穴（図示
せず）を介してシャワーヘッド１０に送られ、このシャ
ワーヘッド１０の複数の貫通孔１１よりウェハＷ全面に
向けて噴射される。また、この時にプロセスガスがペデ
スタル２１の下側に入り込まないように、希釈ガスとし
てＮ₂ガスをペデスタル２１の下側よりシャワーヘッド
１０とペデスタル２１との間に導入する。

【００２５】これにより、ＮＨ₃とＳｉＨ₄との混合ガス
がシリコンウェハＷと熱反応を起こし、ウェハＷの表面
にＳｉＮ膜が形成される。このとき、プロセスチャンバ
２内に生じる排ガスは、ポンプ６により排気路形成部材
１５の各貫通孔１７、ガス排気口３ａを介してプロセス
チャンバ２の外部に排出される。

【００２６】ここで、比較例として従来一般の熱ＣＶＤ
装置を図３に示す。なお、図中、図１に示すものと同一
の部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。

【００２７】図３において、熱ＣＶＤ装置５０はプロセ
スチャンバ５１を備え、このプロセスチャンバ５１は、
チャンバボディ３と、このチャンバボディ３の内壁部に
設けられた環状の排気路形成部材１５と、チャンバボデ
ィ３の上部に設けられたチャンバ蓋体５２とを有してい
る。チャンバ蓋体５２は、リッド５、ブロッカープレー
ト９、シャワーヘッド１０からなっている。

【００２８】このようなプロセスチャンバ５１におい
て、加工公差等によりシャワーヘッド１０と排気路形成
部材１５の環状突起部１６との間には微小な隙間Ｇが形
成される。この場合、シャワーヘッド１０と環状突起部
１６との間にシール材を入れることも考えられる。しか
し、排気路形成部材１５は、ヒータ内蔵ペデスタル２１
からの輻射熱によって例えば１５０〜３００℃まで加熱
される。また、チャンバ蓋体５２は水冷されるため、室
温（２５℃）程度に維持される。このため、シャワーヘ
ッド１０と環状突起部１６との間にシール材を設ける
と、両者間で熱伝導が起こり、反応系が変わってしま
う。また、プロセスチャンバ５１の組み付け時、チャン
バ蓋体５２をチャンバボディ３に取り付ける際に、シャ
ワーヘッド１０がシール材に当たると、プロセスチャン
バ５１内に発塵が生じてしまう。以上の点から、シール
材の使用は好ましくない。

【００２９】しかし、この場合には、シャワーヘッド１
０と環状突起部１６との間に微小な隙間Ｇが存在するた
め、プロセスチャンバ５１内のガスの一部がその隙間Ｇ
を通って排気される。つまり、排気路形成部材１５の各
貫通孔１７を通る正規のガスの流れとは異なる無用な気
体流が生じることになる。このため、ペデスタル２１の
下側からのＮ₂ガスによってウェハＷのエッジ部を流れ
るプロセスガスが希釈され、ウェハＷ面内の膜厚均一性
が悪化するおそれがある。

【００３０】これに対し本実施形態では、チャンバボデ
ィ３とリッド５との間にスペーサ４を介在させて、シャ
ワーヘッド１０とプロセス位置でのペデスタル２１との
間隔を長くする。そして、排気路形成部材１５に筒状体
１８を設けると共にチャンバ蓋体１２に環状突出部１
９，２０を設けることにより、排気路形成部材１５とチ
ャンバ蓋体１２との間に微小な隙間Ｇ₁〜Ｇ₄を形成した
ので、隙間形成部分の距離が必然的に長くなる。このた
め、排気路形成部材１５とチャンバ蓋体１２との間の隙
間にガスが流れ込んでも、そのガスが当該隙間から抜け
にくくなる。つまり、隙間を通るガスの流れのコンダク
タンスが小さくなる。従って、プロセスチャンバ２内に
おける無用な気体流が低減され、プロセスチャンバ２内
のガスの大部分が排気路形成部材１５の各貫通孔１７を
介して排気されるようになるため、ガスの分布や流れの
均一性が良好になる。これにより、Ｎ₂ガスによるプロ
セスガスの希釈が低減され、ウェハＷ面内の膜厚均一性
が向上する。

【００３１】なお、本発明は、上記実施形態には限定さ
れるものではない。例えば、上記実施形態では、筒状体
１８の内側に環状突出部１９を設け、筒状体１８の外側
に環状突出部２０を設ける構成としたが、筒状体１８の
内側のみ又は外側のみに環状突出部を設けてもよい。

【００３２】また、上記実施形態では、チャンバボディ
３とリッド５との間にスペーサ４を介在させたことに伴
い、上下方向に延びる筒状体１８を排気路形成部材１５
に設けたが、図３に示すようにチャンバボディ３上に直
接リッド５を設けた構造を有する場合には、排気路形成
部材１５の環状突起部１６との間に上下方向に延びる隙
間が形成されるように、チャンバ蓋体１２に環状突出部
を設ければよい。

【００３３】さらに、上記実施形態は、プロセスガスと
してＮＨ₃とＳｉＨ₄との混合ガスを用い、ウェハＷ上に
ＳｉＮ膜を生成するものであるが、本発明は、これ以外
にも、ＨＴＯ膜やタングステン／ポリシリコン／タング
ステンシリサイド膜などの成膜にも適用できる。例えば
ＨＴＯ膜の成膜においては、プロセスガスとしてＮ₂Ｏ
ガスを使用する。

【００３４】また、上記実施形態の半導体製造装置は熱
ＣＶＤ装置であるが、本発明は、構造上シール材を設け
ることができない他の半導体製造装置のプロセスチャン
バにも適用可能である。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、チャンバ蓋体に、排気
路形成部材との間に上下方向に延びる隙間を形成する環
状突出部を設けたので、チャンバ蓋体と排気路形成部材
との間に形成された隙間を流れるガスのコンダクタンス
が小さくなり、これによりプロセスチャンバ内における
ガスの分布や流れの均一性が向上する。従って、例えば
被処理基板の成膜において、被処理基板の膜厚均一性を
良好にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体製造装置の一実施形態とし
て熱ＣＶＤ装置を示す概略構成図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

【図３】比較例として従来一般の熱ＣＶＤ装置を示す概
略構成図である。

【符号の説明】

１…熱ＣＶＤ装置（半導体製造装置）、２…プロセスチ
ャンバ、３…チャンバボディ、３ａ…ガス排気口、５…
リッド、５ａ…ガス導入口、６…ポンプ（排気手段）、
７…ガス供給源（ガス供給手段）、１０…シャワーヘッ
ド、１０ａ…ガス噴射面、１２…チャンバ蓋体、１５…
排気路形成部材、１７…貫通孔、１８…筒状体、１９，
２０…環状突出部、２１…ヒータ内蔵ペデスタル（支持
部材、加熱部材）、Ｇ₁〜Ｇ₄…隙間、Ｗ…ウェハ（被処
理基板）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中西孝之千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内Ｆターム(参考） 5F045 AA03 AB33 AC01 AC12 AD12 AE25 BB02 EB02 EC01 EE14 EE20 EF05 EF20 EG02 EK09 EM10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス排気口を有するチャンバボディと、前記チャンバボディの上部に設けられ、ガス導入口を有
するチャンバ蓋体と、前記チャンバボディの内壁部に設けられ、前記ガス排気
口と連通した複数の貫通孔を有する環状の排気路形成部
材とを備え、前記チャンバ蓋体には、前記排気路形成部材との間に上
下方向に延びる隙間を形成する環状突出部が設けられて
いる半導体製造装置のプロセスチャンバ構造。
【請求項２】前記環状突出部は、前記排気路形成部材
の内側及び外側にそれぞれ設けられている請求項１記載
の半導体製造装置のプロセスチャンバ構造。
【請求項３】前記排気路形成部材は、前記チャンバ蓋
体の手前まで上下方向に延びる筒状体を有し、前記環状突出部は、前記筒状体の周面との間に前記隙間
を形成するように構成されている請求項１または２記載
の半導体製造装置のプロセスチャンバ構造。
【請求項４】前記チャンバ蓋体は、前記ガス導入口か
ら導入されたガスを下方に向けて噴射させるシャワーヘ
ッドを有し、前記環状突出部は、前記シャワーヘッドのガス噴射面に
取り付けられている請求項１〜３のいずれか一項記載の
半導体製造装置のプロセスチャンバ構造。
【請求項５】プロセスチャンバと、前記プロセスチャンバ内に配置され、被処理基板を支持
する支持部材と、前記支持部材に支持された前記被処理基板を加熱する加
熱手段と、前記プロセスチャンバ内にプロセスガスを供給するガス
供給手段と、前記プロセスチャンバ内のガスを排出する排気手段とを
備え、前記プロセスチャンバは、前記排気手段と接続されるガ
ス排気口を有するチャンバボディと、前記チャンバボデ
ィの上部に設けられ、前記ガス供給手段と接続されるガ
ス導入口を有するチャンバ蓋体と、前記チャンバボディ
の内壁部に設けられ、前記ガス排気口と連通した複数の
貫通孔を有する環状の排気路形成部材とを備え、前記チ
ャンバ蓋体には、前記排気路形成部材との間に上下方向
に延びる隙間を形成する環状突出部が設けられている半
導体製造装置。
【請求項６】前記ガス供給手段は、前記プロセスガス
としてＮＨ₃とＳｉＨ₄との混合ガスを前記ガス導入口に
供給する手段である請求項５記載の半導体製造装置。
【請求項７】前記加熱手段は、前記支持部材に設けら
れたヒータである請求項５または６記載の半導体製造装
置。