JPH0722341A

JPH0722341A - 処理装置

Info

Publication number: JPH0722341A
Application number: JP5185502A
Authority: JP
Inventors: Jiyunichi Arami; 淳一荒見; Yoichi Deguchi; 洋一出口
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1993-06-29
Filing date: 1993-06-29
Publication date: 1995-01-24
Anticipated expiration: 2017-11-05
Also published as: JP3342118B2

Abstract

(57)【要約】【目的】シャワーヘッドのマルチゾーン化により処理
ガス供給の制御精度を高める。【構成】本発明に基づいて構成された、被処理体が載
置された処理室内に処理ガスを導入するためのシャワー
ヘッドは、そのシャワーヘッドを隔壁により複数の区画
に気密に分割するとともに、各区画にそれぞれ個別に制
御可能なマスフローコントローラを接続し、所定のガス
源から供給された所定の処理ガスが上記各マスフローコ
ントローラにより個別に流量制御されて上記各区画を介
して上記処理室内に導入可能なように構成されている。
その結果、処理室に供給される処理ガスの流量の制御精
度を向上させることができ、所望の成膜レートで、均一
かつ高品質の膜を形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程では、シリコン等の半導
体ウェハの上に集積回路を形成する目的で、被処理体で
ある半導体ウェハ上に薄膜を形成する工程がスパッタ装
置やＣＶＤ装置を用いて行われている。

【０００３】かかる成膜処理工程においては、薄膜を被
処理体である半導体ウェハＷ上に均一に成長させるため
に、半導体ウェハの表面全体に均一に反応性処理ガスを
供給することが重要な技術的要求である。

【０００４】そのため、従来より、図５に示すように、
半導体ウェハＷの表面全体に反応性処理ガスを均一に供
給するためにガス吹出面１０１に複数の孔１０２が均一
間隔で穿孔されたガス供給手段１０３、いわゆるシャワ
ーヘッドを処理室１０４の頂部に設け、所定のガス源１
０５からマスフローコントローラ１０６を介して供給さ
れた処理ガスを、上記複数の孔１０２から処理室内１０
４に載置された被処理体Ｗの表面全体に均一に供給する
装置が使用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここで、図５に示すよ
うな従来のシャワーヘッド１０３により、そのシャワー
ヘッドの被処理体Ｗに対向する面１０１全体から均一に
処理ガスを吹き出した場合には、処理ガスは図３に示す
ような流量分布を示すことが知られている。すなわち、
被処理体Ｗの中央部から端部に向けて流量が増加する傾
向がみられる。そのため、図７に示すように、処理ガス
の濃度境界層の厚さは被処理体Ｗの中央部ほど厚くな
り、端部ほど薄くなる。その結果、上記シャワーヘッド
１０３の上記ガス吹出面１０１から均一に処理ガスを上
記処理室１０４内に供給したとしても、必ずしも、被処
理体Ｗの反応表面に処理ガスを均一な濃度で分布させる
ことは困難であるため、そのための対策が希求されてい
る。

【０００６】本発明は、従来技術が有する上記のような
問題点に鑑みてなされたものであり、したがって、その
目的とするところは、処理ガス供給に関する制御パラメ
ータを増やすことにより、成膜のレート、成膜の均一性
および膜質などをハード的により正確に制御することが
可能な新規かつ改良された処理装置を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明によれば、所定の減圧雰囲気に調整可能な処
理室内に所定のガス源から所定の処理ガスを導入するた
めの多数の吐出口を有するガス導入機構を備え、前記処
置室内の載置台に載置された被処理体を処理する処理装
置において、前記多数の吐出口を有するガス導入機構
は、前記多数の吐出口を有するガス導入機構の内部を略
同心円状に配置された複数の区画に気密に分割するため
の隔壁と、前記所定のガス源から所定の処理ガスを前記
各区画を介して前記処理室内に個別に流量制御して供給
するべく各々のガス導入経路に対して個別に介装された
複数の流量制御装置と、を備えていることを特徴とす
る、処理装置が提供される。

【０００８】その場合に、上記各区画をその水平方向断
面積がそれぞれ相等しくなるように構成することが好ま
しい。

【０００９】

【作用】本発明によれば、上記シャワーヘッドを隔壁に
より略同心円状に配置された複数の区画に分割し、各区
画に対して流量及び組成を独立に制御された処理ガスを
供給し、各区画のガス吹出口から処理室内にガスを供給
することができる。その結果、例えば、図６及び図７に
示されるようなガス流量分布および濃度境界層分布を打
ち消すように、処理室内に処理ガスを供給できるので、
成膜のレート、成膜の均一性および膜質を処理ガスの供
給の観点から正確に制御することができ、製品の歩留ま
りおよびスループットの向上を図ることができる。

【００１０】また上記区画を同心円状に配置することに
より、処理ガスの流量分布の制御を容易に行うことが可
能となるとともに、所定の区画への処理ガスの供給を開
始および停止することにより、処理ガスを供給するシャ
ワーヘッドを交換せずに、異なる外径の被処理体を処理
することが可能である。ただし、その場合には、処理ガ
スが供給されない区画内に処理室からガスが逆流しない
ように、その区画を適宜閉鎖する構成とすることが好ま
しい。

【００１１】さらにまた、上記区画の水平方向断面を等
しく構成することにより、各区画から処理室内に供給さ
れる処理ガスの流量を容易に把握することが可能にな
り、処理ガス供給の制御を容易に行うことができる。

【００１２】

【実施例】以下に添付図面を参照しながら本発明に基づ
いて構成されたシャワーヘッドを枚葉式ＣＶＤ装置に適
用した一実施例について詳細に説明する。

【００１３】図示のように、このＣＶＤ装置１は気密に
構成された略円筒状の処理室２を有している。この処理
室２の上面には、本発明に基づいて構成されたシャワー
ヘッド３が気密に設けられている。このシャワーヘッド
３は略中空形状をしており、その中空空間は隔壁４、
５、６を介して３つの区画７、８、９に気密に分割され
ている。

【００１４】図３を参照するとよく理解できるように、
これらの区画７、８、９は略同心円状に配置されてい
る。さらに図１のシャワーヘッド部３を拡大して示す図
２を参照するとよく理解できるように、水平方向断面が
各区画７、８、９それぞれが等しくなるように、外周に
向かうにつれて、各区画の隔壁間の間隔が狭くなるよう
に構成されている。このように構成することにより、製
造が容易となるとともに、各区画から上記処理室２に供
給される処理ガスの流量を容易に把握することができる
ので、処理ガスの制御が容易となる。

【００１５】また、上記シャワーヘッド３の処理ガス吹
出面１０も、上記区画に対応して、面積の等しい３つの
領域１１、１２、１３に分割されている。この吹出面１
０には、図３に示すように複数の孔１４が穿孔されてい
る。その際に、各領域１１、１２、１３に関して、孔の
開口率（各領域の面積に対するその領域に穿孔される孔
の総面積の割合）が等しくなるように構成される。かか
る構成により、上記処理室２に供給される処理ガスの流
量がさらに把握し易くなり、処理ガスの制御を容易に行
うことができる。

【００１６】以上のように構成されたシャワーヘッド３
の上部には、各区画４、８、９に対応した複数の処理ガ
ス導入管１５、１６、１７が設けられている。これらの
処理ガス導入管１５、１６、１７は、それぞれ対応する
マスフローコントローラ１８、１９、２０を介して、そ
れぞれ対応する処理ガス源２１、２２、２３に連通して
おり、図示しない制御装置からの制御信号に応じて、各
区画４、８、９に対して別個独立に所望の組成の処理ガ
スを所望の流量だけ供給することができる。かかる構成
により、例えば、図６及び図７に示すような処理室内に
おける処理ガスの流量分布および濃度境界層分布を打ち
消すように、処理ガスを上記処理室２内に供給すること
が可能なので、成膜のレート、成膜の均一性および膜質
を処理環境に応じて最適に制御することが可能となる。

【００１７】また、上記処理室２の底部付近には、真空
ポンプなどの排気手段２４に連通する排気管２５が設け
られ、当該排気手段２４の作動により、上記処理室２を
所定の減圧雰囲気に真空引きすることが可能なように構
成されている。

【００１８】上記処理室２の底部は、略円筒状の支持体
２６によって支持された底板２７によって構成され、さ
らにこの底板２７の内部には冷却水溜２８が設けられて
おり、冷媒源２９から冷却水パイプ３０を介して供給さ
れる冷却水が、上記冷却水溜２８内を循環するように構
成されている。

【００１９】さらに上記底板２７の上面には被処理体、
例えば半導体ウェハＷを載置固定するための載置台３１
が設置されており、その載置台３１の載置面に対して上
記被処理体Ｗを、図示しない固定手段、例えば静電チャ
ックなどにより載置固定することが可能なように構成さ
れている。

【００２０】かかる載置台３１には、スイッチ３２によ
りオンオフ制御することが可能な加熱手段３３が内装さ
れており、処理時にはこの加熱手段により発生された熱
が上記半導体ウェハＷの裏面から伝熱し、半導体ウェハ
Ｗを所望の温度に加熱保温することが可能なように構成
されている。

【００２１】以上のように構成されている上記処理室２
の外方には、処理室の一方の側壁に設けられたゲートバ
ルブ３４を介して気密に構成されたロードロック室３５
が設けられており、その底部に設けられた排気管３６お
よびその排気管３６に連通する真空ポンプなどの排気手
段３７を介して、上記ロードロック室３５内を、所定の
減圧雰囲気に真空引きすることが可能なように構成され
ている。

【００２２】このロードロック室３５の内部には、図示
しないゲートバルブを介して隣接している図示しないカ
セット収納室内のカセットと、上記処理室２内の載置台
３１との間で半導体ウェハＷを搬送させる搬送アーム３
８を備えた搬送装置３９が設けられている。

【００２３】本発明に基づいて構成されたシャワーヘッ
ド３が実装された枚葉式ＣＶＤ装置１は以上のように構
成されており、次にその動作を説明すると、上記搬送ア
ーム３８により図示しないカセット収納室から上記ロー
ドロック室３５内に搬入された成膜処理される半導体ウ
ェハＷは、上記処理室２と上記ロードロック室３５とが
同一の減圧雰囲気になった時点で開放されるゲートバル
ブ３４を介して、上記処理室２内の載置台３１の上に載
置され、図示しない固定手段、例えば静電チャックによ
り上記載置台３１の載置面に吸着保持される。

【００２４】その後、上記スイッチ３２がオンされ上記
加熱手段３３により半導体ウェハＷを所定温度、例えば
５００℃にまで加熱するとともに、各処理ガス源２１、
２２、２３から各マスフローコントローラ１８、１９、
２０および各処理ガス導入口１５、１６、１７を介して
上記シャワーヘッド３内の各区画４、５、６内に所定の
処理ガス、例えばＳｉＨ₄＋Ｈ₂などが導入され、さら
に、各区画４、５、６の各ガス吹出面１１、１２、１３
に穿設された孔を介して、上記処理室２内に処理ガスが
供給され、上記載置台３１に載置された被処理体である
半導体ウェハＷ表面に対する成膜処理が実施される。

【００２５】この際、本発明に基づいて構成されたシャ
ワーヘッド３によれば、各区画４、５、６に供給される
処理ガスの組成および流量が別個独立に制御されるの
で、従来のシャワーヘッドによれば生じていたであろう
図６および図７に示すようなガス流量分布および濃度境
界層分布を打ち消すように、上記処理室２内に処理ガス
を供給することが可能である。その結果、所望の成膜レ
ートで、均一かつ高品質の成膜を半導体ウェハＷに対し
て施すことが可能である。

【００２６】なお、上記例では、各区画４、５、６には
同じ処理ガス、例えばＳｉＨ₄＋Ｈ₂混合ガスを供給する
ように構成したが、本発明構成はかかる例に限定される
ことなく、各区画４、５、６に対して異なる種類のガス
を供給し、上記処理室２内で各ガスを混合するような構
成とすることもできる。

【００２７】また、図示の例ではシャワーヘッド３の各
区画４、５、６は同心円状に配置されているので、その
製造が容易であり、かつ各区画４、５、６の水平方向断
面および各処理ガス吹出面１１、１２、１３に穿設され
る孔１４の開口率が各区画ごとに等しく構成されている
ので、各区画４、５、６から上記処理室２内に供給され
る処理ガスの流量を容易に把握することが可能であり、
その制御を容易に行うことができる。

【００２８】さらに、シャワーヘッド３の各区画４、
５、６が同心円状に配置されているので、小径の半導体
ウェハＷを処理する場合には、例えば最外周側の区画６
に対する処理ガスの供給を停止するだけで、シャワーヘ
ッド自体を処理する半導体ウェハＷの外径に合わせて交
換する必要がなくなる。ただし、この場合には、処理中
に上記処理室２内から上記区画６の上記ガス吹出面１３
に穿設された孔１４から処理ガスが逆流しないように、
上記区画６自体を上記処理室２から隔離することが可能
な構成とすることが好ましい。

【００２９】以上のようにして、成膜が完了した半導体
ウェハＷは、処理室２内の残留ガスを上記排気手段２４
により排気した後、上記ゲートバルブ３４を開放して、
上記搬送アーム３８により上記ロードロック室３５、さ
らには図示しないかっせと収納室へと搬出することが可
能であり、かくして一連の処理を終了する。

【００３０】図４には、本発明に基づいて構成されたシ
ャワーヘッド３のさらに別の実施例が示されている。な
お、図４の実施例の基本的構成は図１〜図３に示した実
施例と変わりないため、同じ機能を有する構成部材につ
いて、同一番号を付することにより詳細な説明を省略す
ることにする。

【００３１】この実施例では、図示のように、各区画
４、５、６内に２層にバッフル板４１が設けられてお
り、各処理ガス導入管１５、１６、１７から各区画４、
５、６内に導入された処理ガスの整流化が図られてい
る。このように構成することにより、各区画４、５、６
の各吹出面１１、１２、１３から上記処理室２内に供給
される処理ガスが整流され、制御精度を向上させること
ができる。なお、図示の実施例に使用可能なバッフル板
４１としては、板材に複数の孔を穿設したもの、あるい
は線材をメッシュ状に編んだものなどを使用することが
できる。

【００３２】以上においては、本発明に基づいて構成さ
れたシャワーヘッドを枚葉式ＣＶＤ装置に適用した例に
即して説明を行ったが、本発明はかかる実施例に限定さ
れず、プラズマＣＶＤ装置を始めとして、その他の半導
体処理装置、例えばエッチング装置、アッシング装置、
スパッタ装置に適用することが可能である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、上記シャワーヘッドを隔壁により複数の区画に分割
し、各区画に対して流量及び組成を独立に制御された処
理ガスを供給し、各区画のガス吹出口から処理室内にガ
スを供給することができるので、例えば、図６及び図７
に示されるようなガス流量分布および濃度境界層分布を
打ち消すように、処理室内に処理ガスを供給することが
できる。その結果、成膜のレート、成膜の均一性および
膜質を処理ガスの供給の観点から正確に制御することが
でき、製品の歩留まりおよびスループットの向上を図る
ことができる。

【００３４】また上記区画を同心円状に配置することに
より、処理ガスの流量分布の制御を容易に行うことが可
能となるとともに、所定の区画への処理ガスの供給を開
始および停止することにより、処理ガスを供給するシャ
ワーヘッドを交換せずに、異なる外径の被処理体を処理
することが可能である。ただし、その場合には、処理ガ
スが供給されない区画内に処理室からガスが逆流しない
ように、その区画を適宜閉鎖する構成とすることが好ま
しい。

【００３５】さらにまた、上記区画の水平方向断面を等
しく構成することにより、各区画から処理室内に供給さ
れる処理ガスの流量を容易に把握することが可能にな
り、処理ガス供給の制御を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づいて構成されたシャワーヘッドを
実装した枚葉式ＣＶＤ装置の概略図である。

【図２】図１の装置のシャワーヘッド部の概略的な拡大
図である。

【図３】本発明に基づいて構成されたシャワーヘッドの
底面図である。

【図４】本発明に基づいて構成されたシャワーヘッドの
別の実施例を示す図２と同様な拡大図である。

【図５】従来のシャワーヘッドを実装した枚葉式ＣＶＤ
装置の概略図である。

【図６】ウェハ位置とガス流量との関係を示すグラフで
ある。

【図７】ウェハ位置と処理ガスの濃度境界層の暑さとの
関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ＣＶＤ装置２処理室３シャワーヘッド４、５、６区画７、８、９隔壁１０処理ガス吹出面１１、１２、１３処理ガス吹出領域１４孔１５、１６、１７処理ガス導入口１８、１９、２０マスフローコントローラ２１、２２、２３処理ガス源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の減圧雰囲気に調整可能な処理室内
に所定のガス源から所定の処理ガスを導入するための多
数の吐出口を有するガス導入機構を備え、前記処置室内
の載置台に載置された被処理体を処理する処理装置にお
いて、前記多数の吐出口を有するガス導入機構は、前記多数の吐出口を有するガス導入機構の内部を略同心
円状に配置された複数の区画に気密に分割するための隔
壁と、前記所定のガス源から所定の処理ガスを前記各区画を介
して前記処理室内に個別に流量制御して供給するべく、
各々のガス導入経路に対して個別に介装された複数の流
量制御装置と、を備えていることを特徴とする、処理装置。
【請求項２】前記各区画の水平方向断面積が相等しい
ことを特徴とする、請求項１に記載の処理装置。