JP2024013910A - 成膜装置及び膜付きウェハの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
かかる成膜装置では、まず、ウェハをサセプタに保持させ、かつヒータでウェハを加熱する。この状態で、膜の原料を含む成膜ガスをディスパージョンヘッドから吹出させ、ウェハに接触させる。これにより、ウェハの表面に膜をCVDにより形成することができる。
本発明では上記事情に鑑み、排気配管内での不要堆積物の発生を防止又は抑制して、清掃する頻度(メンテナンスの頻度)を低減可能な成膜装置及び膜付きウェハの製造方法を提供することとした。
図1は、本発明の成膜装置の実施形態を示す概略図である。図2は、ディスパージョンヘッドの平面図である。図3は、ディスパージョンヘッドのノズルプレートの斜視図である。図4は、ディスパージョンヘッドとウェハとの関係を示す平面図である。図5は、ウェハ保持部を拡大して示す側面図である。図6は、複数枚のウェハを保持した状態のチャックを示す底面図である。
形成する膜は、例えば、結晶若しくは非晶質のシリコン又はシリコン化合物で構成されるが、本発明はこれに限られない。原料は、膜の成分に応じて適宜選択され、常温常圧で気体であってもよく、液体又は固体を気化させた気化体であってもよい。
ウェハWは、例えば、半導体装置、液晶表示装置、太陽電池等の基板であるが、これに限定されるものではない。
詳細な図示は省略するが、チャンバ2は、周壁を構成するパネルカバーと、扉等の開閉部とを有している。開閉部を全て閉じることにより、チャンバ2の内部の空間2aを密閉することができる。
空間2aには、成膜部10及びエレベータ40が収容されている他、ウェハWの搬送ロボット(搬送手段)、チャック18の移動ロボット(移動手段)、成膜ガスのコンソール(制御盤)、電装ボックス等が収容されている。
空間2aの雰囲気ガスが排気路2bから排出されることにより、チャンバ2の内圧が大気圧より少し低くなっている。これにより、上記雰囲気ガスが、チャンバ2の排気路2b以外の部分から外部に漏れるのを防止することができる。ひいては、未反応の原料や成膜反応の副生成物を含む使用済みの成膜ガスが、チャンバ2の排気路2b以外の部分から外部に漏れるのを防止することができる。
チャック18は、ヒータ12と、ヒータ12に固定されたウェハ保持部13とを有している。チャック18(ウェハ保持部13)は、成膜面W1を下方に向けて、ウェハWを保持するように構成されている。ディスパージョンヘッド19は、ガス吹出部11を有している。このガス吹出部11は、成膜ガスをウェハWの成膜面W1に向けて吹出すように構成されている。
図1及び図2に示すように、各ノズルプレート15は、長手方向を図1の紙面と直交する方向(図2の上下)に向け、且つ厚さ方向を図1の左右に向けた四角形の板状をなしている。
複数のノズルプレート15が互いの厚さ方向(図1の左右)に並べられ、且つ隣接するノズルプレート15同士が接触している。複数のノズルプレート15からなるガス吹出部11は、平面視において、ウェハW(図6に示す構成では、3つの小型のウェハW)を包含する大きさを有している。
導入凹部15aは、それぞれノズルプレート15の下端面から上へ延びるとともに、互いにノズルプレート15の長手方向(図1の紙面と直交する方向)に離間して、好ましくは等間隔で配置されている。
吹出凹部15bは、ノズルプレート15の上下方向の中間部よりも上側の部分のほぼ全幅に及ぶように形成されている。吹出凹部15bの下端部に各導入凹部15aが連続している。吹出凹部15bの上端部は、ノズルプレート15の上端部に達して(開放して)いる。
各ノズルプレート15の導入凹部15aと隣り合うノズルプレート15とにより、導入路16が画成されている。各ノズルプレート15の吹出凹部15bと隣のノズルプレート15とにより、スリット(吹出路)17が画成されている。すなわち、隣り合うノズルプレート15同士の間に、成膜ガスが通過するスリット(吹出路)17が規定されている。
冷媒としては、例えば、水、オイルのような液体、窒素、希ガスのような気体等が挙げられる。
なお、チャック18を固定して、ディスパージョンヘッド19を、スリット17の幅方向に沿ってチャック18に対して揺動するように構成してもよいし、チャック18及びディスパージョンヘッド19の双方を移動可能とし、ディスパージョンヘッド19を、スリット17の幅方向に沿ってチャック18に対して相対的に揺動するように構成してもよい。
ディスパージョンヘッド19(ガス吹出部11)には、図1に示すように、原料供給源3が供給路3aを介して接続されている。この供給路3aが、複数に分岐して各導入路16に接続されている。これにより、成膜ガスは、原料供給源3から供給路3aを経て、各ノズルプレート15の各導入路16に均一に分配される。
すなわち、本実施形態では、成膜ガスは、複数のガス成分を含有し、複数のガス成分を混合した後、ガス吹出部11に導入されるように構成されている。このように、複数のガス成分をガス吹出部11に導入する前に混合(プレミックス)することにより、形成される膜の均質性を高め易くなる。
ここで、ガス成分としては、形成すべき膜の種類に応じて適宜選択されるため、特に限定されない。例えば、酸化ケイ素膜(SiO2膜)を形成する場合、ガス成分には、シラン(SiH4)と、酸素(又はオゾン)とが使用される。また、ドープするイオン種に応じて、ガス成分として、ホスフィン(PH3)やジボラン(B2H6)が追加される。
チャック18には、ヒータ12及びウェハ保持部13を厚さ方向に貫通する吸引路30が形成されている。吸引路30の下端は、ウェハ保持部13の下面に開放している。また、この吸引路30の途中には、ポンプPが配置されている。ウェハ保持部13の下面にウェハWを接触させた状態で、ポンプPを作動させると、吸引路30を減圧することができる。これにより、ウェハWをウェハ保持部13の下面に吸着させて、成膜面W1を下方に向けて保持することができる。
かかる付着抑制構造は、例えば、不要堆積物自体の発生を抑制するか、発生したとしても不要堆積物を強固に捕捉して、不要堆積物からパーティクルが生じるのを防止又は抑制する。
その結果、このパーティクルがウェハWの成膜面W1に形成された膜に付着するのを防止して、品質(特性)の高い膜を得ることができる。
なお、第2の領域18bを設けることにより、第2の領域18bに不要堆積物を優先的に発生させ易くもなる。よって、チャンバ2内のウェハWの成膜面W1を除く領域での不要堆積物の発生を抑制することができ、チャンバ2のメンテナンス性も向上する。
一方で、Rmax1の具体的な値が適度になるので、ウェハWを保持する際には、第1の領域18aへの密着度が極めて良好になるとともに、ウェハWを取り外す際には、第1の領域18aから円滑に離脱させることができる。
サセプタ131は、ヒータ12が発する熱をウェハWに効率よく伝達するため、好ましくは、熱伝導率の高い材料で構成される。かかる高熱伝導性材料としては、例えば、炭化ケイ素(SiC)、窒化アルミニウム(AlN)、酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化ホウ素(BN)等が挙げられる。これらの高熱伝導性材料は、1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
特に、境界部133に発生する不要堆積物は、多孔質(ポーラス)になり易いため、かかる領域での不要堆積物の発生を阻止することができれば、必然的にパーティクルが生じるのを防止又は抑制することができる。すなわち、かかる構成を膜に付着するのを抑制する付着抑制構造として機能させることができる。
特に、サセプタ131とガイドリング132とは、同一の材料で構成することが好ましく、炭化ケイ素(SiC)で構成することがより好ましい。これにより、サセプタ131における高い伝導性を維持しつつ、境界部133における不要堆積物の発生をより確実に防止又は抑制することができる。
ヒータ12の平面視でのサイズは、ウェハWの成膜面W1のサイズより大きく設定さている。かかる構成によれば、ヒータ12によりウェハWをより均一に加熱し易くなる。
なお、ヒータ12の表面での不要堆積物の発生を防止する観点から、ヒータ12の周囲を覆う断熱材(図示せず。)には、コーティング剤による被膜を形成するようにしてもよい。
排気機構20は、上方に開口し、ガス吹出部11を収容するハウジング(シュラウド)14と、ハウジング14に接続された排気配管21とを有している。
排気配管21は、例えば、ステンレス製の管で構成されるが、これに限定されず、ステンレス以外の金属製の管で構成されてもよく、樹脂製の管で構成されてもよい。
なお、ハウジング14は、ディスパージョンヘッド19の一部を構成しているとも言える。
なお、吸引手段4は、除害装置5の外部に設けられていてもよい。吸引手段4は、排気ブロアであってもよく、吸引ポンプであってもよい。吸引手段4は、排気配管21内のガスを常時一定の吸引圧で吸引している。
吸引手段4の吸引動作により、処理空間10aにおける未反応の成膜ガスや、チャンバ2内の空間2aの雰囲気ガスの一部が、排気導入路20aに導入される。以下、排気導入路20aに導入されたガスを「排ガス」とも記載する。
除害処理部は、排ガスに含まれる未反応の成膜ガス、成膜時の不要堆積物(パーティクル)、高環境負荷物質等を、化学的処理又は物理的処理により排ガスから除去する。
なお、上記の一定の吸引圧は、吸引手段4の吸引能力や除害装置5の除害処理能力に応じて設定するとよい。これにより、吸引排気処理又は除害処理を安定的に行うことができる。
なお、弁体は、回転に限らず、スライドにより圧力調整弁22の開度が調節されるようになっていてもよい。
また、排気配管21の途中には、洗浄ガス供給ポート23と清掃ポート24とが設けられている。洗浄ガス供給ポート23は、ハウジング14と圧力調整弁22との間に配置され、清掃ポート24は、圧力調整弁22と洗浄ガス供給ポート23との間に配置されている。
この洗浄ガス供給部は、成膜ガスとの反応性がないか又は乏しい洗浄ガスを排気配管21に供給する。かかる洗浄ガスを排気配管21に供給することにより、排気配管21内を通過する未反応の成膜ガスを希釈することができるとともに、その温度を低下させることもできる。このため、排気配管21の内壁面の不本意な箇所で、不要堆積物が発生するのを防止又は抑制することができる。その他、洗浄ガスは、不要堆積物が発生した場合でも、その流れにより排気配管21の内壁面から不要堆積物を剥離して除去する作用も発揮することができる。よって、排気配管21が詰まることを防止し易くなるとともに、排気配管21内を清掃する頻度(メンテナンスの頻度)を低減することもできる。
洗浄ガスとしては、特に限定されないが、不活性ガスを主成分とすることが好ましい。かかる不活性ガスを主成分とする洗浄ガスは、成膜ガスとの反応性を有さず、且つ入手が容易であることから好ましい。不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ネオンガスのような希ガス等が挙げられる。これらのガスは、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
清掃ポート24は、排気配管21の内側を清掃(メンテナンス)する際に、排気配管21内にアクセスするように構成されている。かかる清掃ポート24を設けることにより、清掃の度に、排気機構20を分解する必要がなくなり、作業性を向上することができる。
特に、清掃ポート24を圧力調整弁22の上流側(ハウジング14と同じ側)に設けることにより、清掃作業によってパーティクルが圧力調整弁22に詰まる可能性をより確実に低減することができる。
また、清掃時の作業性をより高める観点から、排気配管21の内壁には、不要堆積物の付着を抑制するための被膜(例えば、フッ素系被膜)を形成するようにしてもよい。
排気機構20のハウジング14は、ウェハ保持部13(チャック18)に保持されたウェハWの成膜面W1より下方に位置している。このため、ウェハ保持部13に付着した不要堆積物からパーティクルが生じた場合でも、このパーティクルを確実に吸引して、チャンバ2の外部に排出することができる。その結果、形成された膜にパーティクルが付着するのを阻止し易くなる。
エレベータ40は、伸縮シャフト41と、伸縮シャフト41の上端部に設けられ、ウェハWを支持するスポーク42とを有している。
上述したように、チャック18は、移動機構によりディスパージョンヘッド19に対して揺動するように構成されている。この移動機構は、チャック18をディスパージョンヘッド19の直上の位置(成膜位置)からエレベータ40の直上に退避させた位置(退避位置)にまで移動可能に構成されている。
このように、成膜部10から退避した位置(退避位置)で、成膜後のウェハWと新たなウェハWとの交換を行えば、ウェハWの交換作業の際に、不要堆積物からパーティクルの発生を防止易く、また仮にパーティクルが発生しても、第1の領域18aに付着することを防止し易い。このため、ウェハWをサセプタ131へ十分な吸着力で吸着することができる。
まず、成膜すべきウェハWが収容されたカセット(図示せず。)を、成膜装置1のチャンバ2の側方に配置する。このカセット内のウェハWをロボットアームによりピックアップし、スワッパに載置する。
次に、スワッパを中心軸のまわりに180°回転させる。これにより、ウェハWをエレベータ40の直上に移動させる。
これに先立って、チャック18も、移動機構によりエレベータ40の直上に移動させておく。
次いで、エレベータ40の伸縮シャフト41を引込状態から上方へ伸張させる。これにより、スポーク42がウェハWを支持して、上方に持ち上げる。
その後、スポーク42に設けられたリフトレバー(図示せず。)により、ウェハWを押し上げ、サセプタ131の下面に接触させる。
この状態で、ウェハWを更にヒータ12により、例えば約30秒間加熱することにより、目的の温度(400~500℃程度)にまで加熱する。
このように、サセプタ131に接触させる前後で、ウェハWを予め加熱することにより、ウェハWの反りを防止することができる。
次に、伸縮シャフト41を収縮させて、スポーク42をスワッパより下方に位置させる。
次いで、ウェハWを保持したチャック18を、移動機構により、ディスパージョンヘッド19の直上の成膜位置へ移動させる。
この状態で、ガス吹出部11のスリット17から成膜ガスを、ウェハWの成膜面W1に向けて吹出す(吹出工程)。これにより、成膜ガスが、ウェハWの成膜面W1に接触し、例えば半導体膜が形成されていく。
このとき、第2の領域18bの表面粗さを所定の値に設定しておけば、第2の領域18bに優先的且つ強固に不要堆積物を捕捉させ、不要堆積物が剥離してパーティクルとなるのを阻止することができる。その結果、形成される膜にパーティクルが付着するのを防止することができる。
このとき、チャック18(ウェハ保持部13)をスリット17の幅方向に沿って、ディスパージョンヘッド19(ガス吹出部11)に対して揺動させる。これにより、形成される膜の均一性及び均質性を確保することができる。
特に、本実施形態では、ハウジング14は、ガス吹出部11と面一であるか、又はガス吹出部11よりウェハW側に所定の突出長さで突出していることが好ましい。かかる構成により、未反応の成膜ガスを排気導入路20aにより確実に吸引することができるようになっている。
突出長さは、特に限定されないが、ウェハWの厚さをt[mm]とすると、0mm以上(D-w)mm以下であることが好ましく、0mm以上(D-t)/2mm以下であることがより好ましく、0mm以上(D-t)/3mm以下であることがさらに好ましい。この場合、ウェハWの揺動時に、ハウジング14とウェハWとの接触を回避しつつ、未反応の成膜ガスが処理空間10aから漏出することを効果的に抑制することができる。
次いで、エレベータ40の伸縮シャフト41を上方へ伸張させるとともに、ポンプPの作動を停止する。これにより、ウェハWがチャック18から離脱して、スポーク42に支持される。
次に、伸縮シャフト41を収縮させて、スポーク42をスワッパより下方にまで移動させる。これにより、ウェハWをスワッパに載置する。
このとき、ウェハWは未だ高温であるため、スワッパに載置した状態で、室温程度にまで降温(冷却)することが好ましい。
降温後のウェハWは、ロボットアームによりカセット内に移送、保管される。スワッパに搭載した状態でウェハWを降温するようにすれば、カセットの変質、変形等の劣化を好適に防止することができる。
ウェハ保持部13の下面には、多重環状の吸引溝31が120度間隔で3つ形成され、その中心に吸引路30が連通している。
かかる構成においても、上述したような各種設計を採用することにより、各小径のウェハWの成膜面W1に均一且つ均質な膜を形成することができる。
以上のような本発明では、排気配管内での不要堆積物の発生を防止又は抑制して、清掃する頻度(メンテナンスの頻度)を低減可能な成膜装置及び膜付きウェハの製造方法を提供することができる。
さらに、次に記載の各態様で提供されてもよい。
もちろん、この限りではない。
また、ウェハWの形状は、円形状であってもよい。
さらに、チャック18は、周方向に沿って回転可能に構成されていてもよい。
2 :チャンバ
2a :空間
2b :排気路
3 :原料供給源
3a :供給路
4 :吸引手段
5 :除害装置
6 :洗浄ガス供給源
6a :供給路
10 :成膜部
10a :処理空間
11 :ガス吹出部
12 :ヒータ
13 :ウェハ保持部
131 :サセプタ
132 :ガイドリング
133 :境界部
14 :ハウジング
15 :ノズルプレート
15a :導入凹部
15b :吹出凹部
16 :導入路
17 :スリット
18 :チャック
18a :第1の領域
18b :第2の領域
19 :ディスパージョンヘッド
20 :排気機構
20a :排気導入路
21 :排気配管
22 :圧力調整弁
23 :洗浄ガス供給ポート
24 :清掃ポート
30 :吸引路
31 :吸引溝
40 :エレベータ
41 :伸縮シャフト
42 :スポーク
D :離間距離
P :ポンプ
W :ウェハ
W1 :成膜面
Claims (10)
- ウェハの成膜面に膜を形成する成膜装置であって、
前記成膜面を下方に向けて、前記ウェハを保持するように構成されたウェハ保持部と、
前記膜の原料を含む成膜ガスを、前記成膜面に向けて吹出すように構成されたガス吹出部と、
未反応の前記成膜ガスを排気する排気機構とを備え、
前記排気機構は、前記ガス吹出部を収納するハウジングと、前記ハウジングに接続された排気配管と、前記排気配管に前記成膜ガスとの反応性がないか又は乏しい洗浄ガスを供給する洗浄ガス供給部とを有する、成膜装置。 - 請求項1に記載の成膜装置において、
前記排気機構は、さらに、前記排気配管の途中に設けられた圧力調整弁を有し、
前記洗浄ガス供給部は、前記ハウジングと前記圧力調整弁との間において、前記排気配管に接続されている、成膜装置。 - 請求項1に記載の成膜装置において、
前記排気機構は、さらに、前記排気配管の途中に設けられた清掃ポートを有し、
前記排気配管の内側を清掃する際に、前記清掃ポートを介して、前記排気配管内にアクセスするように構成されている、成膜装置。 - 請求項3に記載の成膜装置において、
前記排気機構は、さらに、前記排気配管の途中に設けられた圧力調整弁を有し、
前記清掃ポートは、前記ハウジングと同じ側、且つ前記洗浄ガス供給部の接続箇所より下流側に設けられている、成膜装置。 - 請求項1に記載の成膜装置において、
前記洗浄ガスは、不活性ガスを主成分とする、成膜装置。 - 請求項1に記載の成膜装置において、
前記洗浄ガスの温度は、室温である、成膜装置。 - 請求項1に記載の成膜装置において、
前記排気機構の前記ハウジングは、前記ウェハ保持部に保持された前記ウェハの前記成膜面より下方に位置している、成膜装置。 - 請求項1に記載の成膜装置において、
前記ガス吹出部と前記ウェハとの離間距離をD[mm]とし、前記ウェハの厚さをt[mm]としたとき、前記ハウジングは、前記ガス吹出部より前記ウェハ側に0mm以上(D-t)mm以下で突出している、成膜装置。 - 請求項1に記載の成膜装置において、
前記ガス吹出部は、その内部に循環する冷媒により冷却されるように構成されている、成膜装置。 - ウェハの成膜面に膜が形成されてなる膜付きウェハの製造方法であって、
前記成膜面を下方に向けて、ウェハ保持部により前記ウェハを保持する工程と、
前記膜の原料を含む成膜ガスを、ガス吹出部から前記成膜面に向けて吹出す工程と、
未反応の前記成膜ガスを、排気配管を有する排気機構を介して排気する工程とを備え、
前記未反応の成膜ガスを排気する工程において、前記排気配管に前記成膜ガスとの反応性がないか又は乏しい洗浄ガスを供給する、膜付きウェハの製造方法。
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