JPH08176827A

JPH08176827A - 半導体製造装置

Info

Publication number: JPH08176827A
Application number: JP32441694A
Authority: JP
Inventors: Koji Muraoka; 幸治村岡; Masaru Matsushima; 勝松島; Hiroshi Miki; 浩史三木; Takashi Ando; 隆司安東; Yutaka Kaneko; 金子　　豊; Toshimitsu Miyata; 敏光宮田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-12-27
Filing date: 1994-12-27
Publication date: 1996-07-09

Abstract

(57)【要約】【構成】数種類の原料ガスを撹拌，混合するシャワーノ
ズル２８と基板を均等に加熱する試料台を備えた成膜室
と、ロードロック室，基板の冷却室等を備え、基板の冷
却を不活性ガスで伸縮する可とう性部材の先端に取り付
けたブロック６への熱伝導で行わせる。【効果】成膜直後の状態保持が可能となり、膜の組成分
布の品質向上となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体素子などを製造す
る装置において、ＰＺＴなどを用いた高誘電率の絶縁膜
を形成するために好適な半導体製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術は、特開平4−33330号公報に
示すような気相成長装置であり、図５に示す通り、ガス
導入管２６から供給された原料ガス２５を噴出孔２７か
らシャワーヘッド２８に吹き出し、加熱台３０で加熱さ
れているウェハ１上に均等に供給し、排気孔３１から排
気する構造を持つ真空容器２９のみの一室形状であっ
た。この方式は、均一なガスの流れに着目しており、膜
厚の均一化，組成分布の均一化に重点をおいた検討課題
の達成を目的としていた。そのため、均一に堆積させた
後の処理に関しては従来、あまり配慮されていなかっ
た。そのため、均一な組成分布が堆積直後に実現されて
いても、基板表面はまだ、高温状態となっており、ガス
の種類によっては、一度堆積した原料ガスの分子が再び
チェンバ内に拡散していくことが予測される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、一度
均一な組成分布を持って基板表面に堆積した原料ガスの
分子が、基板が冷えるまでの間に、再びチェンバ内に拡
散していくことにより、膜の電気的特性の劣化が予測さ
れる、という問題があった。

【０００４】本発明の目的は、均一な組成分布で堆積し
た膜の電気的特性を劣化させずに、均一な特性を保持し
続けることができる半導体製造装置を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は基板を１００℃／秒程度の急速冷却ができ
る冷却室を設けた。

【０００６】また、冷却媒体として、不活性ガスを用い
た。

【０００７】また、不活性ガスの導入により、移動可能
な可とう性部材を備えた冷却ブロックを設けた。

【０００８】また、成膜した基板の押さえ及び、成膜面
の保護の目的で、成膜面を覆うキャップを設けた。

【０００９】また、基板冷却時の基板保持がしやすいよ
うに、基板ホルダに回転機構を付加した。

【００１０】また、冷却用のガスに酸素も含ませること
でアニール効果も可能とした。

【００１１】

【作用】成膜室に於いて、均一な絶縁膜が堆積した状態
から、搬送機構を用いて、冷却室に短時間で搬送され
る。

【００１２】冷却室では、冷却用の不活性ガスが流され
る。それにより、ベローズなどの伸縮可能な部材が伸
び、冷却ブロックを上方へ押し上げる。そして、冷却ブ
ロックは膜が形成された基板と接触する。基板はこの時
５００〜６００℃の温度であり、冷却ブロックは、数℃
から数十℃にしておき熱伝導により、高温の基板は冷却
ブロックによって冷却される。冷却媒体である不活性ガ
スは、常時ガス導入口から供給され、ガス排出口から排
出されるという循環を行っているために、冷却ブロック
の温度は冷却用不活性ガスの温度に保つことが可能であ
る。

【００１３】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の一実施例を図１を用いて説
明する。絶縁膜を形成するためのＳｉウェハ１が、搬送
用の基板ホルダ２上に設置されている。その上には石英
などの材料で作られたウェハ押さえ３が僅かの間隙で固
定されている。ウェハ１の下方には、伸縮自在のベロー
ズ４がベース５の上に取り付けられており、さらにその
上にブロック６が保持され、密閉した空間１０３を形成
している。ベース５には、パイプ７，８が接続されてお
り、ガスの導入口１０１と排気口１０２を形成してい
る。ブロックの左右からは、ストッパ及びガイド用の棒
９が出ており、ナット１０によって上下方向の位置が調
節可能となっている。

【００１４】ウェハ１は搬送用の基板ホルダ２に搭載さ
れて、成膜室とゲートバルブなどで仕切られた冷却室に
搬送されてくる。ウェハ１が搬送されると同時に冷却用
の不活性ガス（例えば、熱伝達率の大きいヘリウムや窒
素，アルゴンなど）がパイプ７を通じてガス導入口１０
１から供給される。それに伴いベローズ４内の空間１０
３に不活性ガスが充満して圧力が上昇し、ベローズ４先
端に取り付けられたブロック６を押し上げる。そして、
成膜されたウェハ１の裏面と接触し、さらに上昇し、ウ
ェハ押さえ３にウェハ１が点接触すると同時に、ストッ
パ及びガイド兼用の棒９に取り付けられたナット１０
が、ベース５と接して止まる。この状態で、ガスは導入
口１０１から常に供給され、排気口１０２から排気され
る、という循環をつづけるので、ブロック６を持ち上げ
ていると同時に熱の移動も行うことができる。

【００１５】成膜室でＳｉウェハ１上に形成された絶縁
膜は、５００〜６００℃の温度となっている。ブロック
６は供給されるガスによって決定される温度に保たれて
いる。この温度は、例えば約２０℃前後であり、ウェハ
１との温度差が熱伝導によってブロック６に伝わってく
る。ブロック６に伝わった熱は、冷却用のガスによって
表面から奪い去られるので、熱の移動は、スムーズにウ
ェハ１からブロック６へと移動できる。ガスの供給量及
び排気量は、それぞれパイプ７，８の先に取り付けられ
たレギュレータ（図示せず）などによって調節が可能で
ある。

【００１６】本実施例によれば、均一な組成分布を持っ
たウェハ１の膜構造が、急速冷却されることによってそ
の状態を保持することが可能となり、電気的特性の良好
な絶縁膜が作成できる。

【００１７】（実施例２）第２の実施例を図２を用いて
説明する。冷却用のガスによる冷却効率を上げるために
は、ガスとブロックの接触面積をふやすことが考えられ
る。その方法として、図２のように、ブロック１１を櫛
歯状のスリットを入れた形状とすることにより、その表
面積が数倍から数十倍にも拡大し、ブロック１１の熱を
奪いやすくなる。このことから、ウェハ１の熱は効率良
くブロック１１から奪い去られ、冷却速度を上げること
が可能となる。

【００１８】また、櫛歯状のスリット部材の材質を銅も
しくはアルミニウムなどの高熱伝導性の材料とすれば、
熱の移動は、さらに良好となる。その際、ウェハ１と接
触する部分は、Ｎｉメッキを施すなどで、冷却室の汚染
が起きないような工夫が必要である。

【００１９】本実施例によると、ブロック１１に伝わっ
た熱と冷却用の不活性ガスとの熱伝達効率が高まるの
で、冷却速度の速い冷却構造を提供できる。

【００２０】（実施例３）第３の実施例を図３を用いて
説明する。本実施例はブロック６による冷却速度を早め
るために、ブロック６を液体の冷媒１２によって、事前
に冷却しておく構造を付加した。冷媒１２をタンク１３
に導入するためのパイプ１４と、循環用のパイプ１５が
取り付けられており、タンク１３の上面は、ブロック６
と接している。冷媒１２は、水や液体窒素，液体ヘリウ
ムなどが考えられる。水の場合は、循環して使用する形
態となり、液体窒素などでは、消費した不足分を補う形
での使用となる。冷媒１２とほぼ同等の温度となってい
るタンク１３に接したブロック６も、冷媒１２の温度に
近づいていると考えられる。この状態で、パイプ７から
不活性のガスを供給すると、加圧室１０３の圧力が上昇
するので、ベローズ４が伸びてブロック６を持ち上げ、
ウェハ１と接触させる。そして、ウェハ１の熱を伝導に
よってブロック６に伝えるので、急速冷却が可能とな
る。

【００２１】本実施例によると、ブロック６の温度は、
始めに冷媒１２の温度にできるので、冷媒１２の種類に
より、さらに冷却速度の速い冷却構造を提供できる。

【００２２】（実施例４）第４の実施例を図４を用いて
説明する。本実施例は、ブロック１６に多数の小孔１７
があり、不活性のガスを直接ウェハ１に吹き付けて、冷
却を行う。パイプ７から供給された不活性のガスは、拡
散板１９に当たり、ベローズ内の空間103に広がり、圧
力を高める。これにより、ベローズ４が伸びて棒９でガ
イドされたブロック１６も上方へ移動する。この時の移
動量は、ナット１０によって、ウェハ１にブロック６が
接触する前に止まるように調節しておく。ガスは、さら
に供給されつづけるので、ブロック１６の小孔から均一
に吹き出し、ウェハ１の裏面を直接冷却することができ
る。この状態で冷却を行うガスは、冷却を行っている
間、冷却室に充満することになるので、排気用のポンプ
を冷却室専用に備えることが必要となる。また、冷却室
の中は、ガスによって撹拌されることになるため、ウェ
ハ上面にごみが堆積しないように、ウェハ１の浮き上が
り防止を兼ねたカップ形状の押さえ１８で保持する。こ
れにより、ウェハ１の成膜面である上面は、押さえ１８
によって保護された空間１０４となるので、ウェハ１上
面へのごみ，不純物などの付着の問題を回避することが
可能である。

【００２３】また、本方式において、ベローズ４を用い
た吹き出し位置調整機構を省き、ブロック１７が固定状
態の構造においても、同様の効果を得ることは可能であ
る。その際は、冷却用の不活性ガスの吹き出し圧力を若
干高めに設定することが必要となる。

【００２４】また、ブロック１６に多数個空いている小
孔１７の角度を変化させ、ウェハ１と直角のみでなく、
ある一定の角度を持って吹き付ける方法も考えられる。
例えば、吹き出し位置を左右にずらし、斜めからウェハ
１へ冷却用のガスを吹き付けることも効果があると考え
られ、その時は、排気口の位置をガスの流れの先に設け
ることで効率的な排気が行える。また、小孔１７の角度
をウェハ１の中心軸から左右対称にある角度を持たせる
ことで、中心付近と周囲との圧力差を作り出し、ウェハ
１の風圧による浮き上がりを防止するような工夫も考え
られる。

【００２５】本実施例によると、ガスによる直接冷却が
可能となるために、接触熱抵抗の変化などの不確定要因
を取り除くことができるので、冷却速度が制御しやす
く、急速冷却も可能な冷却構造を提供できる。

【００２６】（実施例５）第５の実施例を図５を用いて
説明する。枚葉式の成膜装置の構造上、成膜面は上面と
なるために、成膜後の品質維持を阻害する要因のひとつ
にごみ，不純物の付着が懸念される。成膜面が上面であ
ると、どうしてもごみの落下や不純物が付着しやすいと
考えられる。そこで、成膜面を下面つまり重力方向など
に向けることによって不安要因を取り除くことが考えら
れる。その構造を実現する実施例として、成膜室と冷却
室への搬送を行う基板ホルダ２２に反転機構を付加し
た。

【００２７】ウェハ１は成膜室において、上面にＰＺＴ
などの絶縁膜が作製され、その後、冷却室へ搬送系の搬
送ロッド２４により搬送されてくる。その基板ホルダ２
２は、回転軸２３を中心として回転できる構造となって
いる。ウェハ１は周囲３ヵ所で板ばね２１及びねじ２０
で保持される。冷却室で反転されるとほぼ同時に、冷却
用の不活性ガスが上部から吹き付けられる。この吹き付
けは、ウェハ１の表面が均一な冷却速度を保てるように
ホルダとの接触による熱伝導による冷却も考慮した吹き
付け位置となっている。

【００２８】また、冷却用のガスはほとんどヘリウムや
窒素などの不活性ガスであるが、その成分中に酸素を含
ませることにより、酸素アニールの効果も同時に実現す
ることが可能となる。下面を向いていたウェハ１は冷却
後は、再び反転を行い、試料の取り出し口であるロード
ロック室などに搬送されていく。

【００２９】ウェハ１の反転角度は、１８０度反転させ
て冷却を行うことが、原則的であるが、例えば９０度の
状態に回転させ、ウェハ１を立てた状態にしておき、成
膜面の裏面から冷却用のガスを吹き付ける方法も考えら
れる。この方法でも、成膜面が上を向いている状態での
冷却よりは、ごみや不純物が付着する確率は、十分低く
押さえられるものと考えられる。また、このようにウェ
ハ１を立てる方法では、その後のウェハ１の搬送から収
納の点で優位性が考えられる。例えば、ウェハ１には、
周囲１ヵ所にオリフラという直線部分があるために、成
膜面の回転方向の位置合わせが行いやすい。また、何枚
ものウェハ１の収納の点では、立てかける方式の簡便性
が挙げられる。

【００３０】本実施例によれば、成膜後の冷却を行う
間、成膜面が下方もしくは、側方を向いているため、ご
みや不純物の付着が押さえられ、その結果として作製さ
れた絶縁膜の不良がきわめて起こりにくい高品質の成膜
が実現できる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、加熱成膜されたウェハ
の熱が、冷却用のブロックへの熱伝導及び不活性ガスと
の熱伝達によって、移動可能となるので、ウェハの温度
を急速に低下させることができる。これにより、均一な
組成分布を持って形成された膜から、分子の再拡散が防
止できるので、高品質で、かつ、安定した成膜方法を実
現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の半導体製造装置の断面
図。

【図２】本発明の第２の実施例の半導体製造装置の断面
図。

【図３】本発明の第３の実施例の半導体製造装置の断面
図。

【図４】本発明の第４の実施例の半導体製造装置の断面
図。

【図５】本発明の第５の実施例の半導体製造装置の断面
図。

【図６】従来例の半導体製造装置の断面図。

【符号の説明】

１…ウェハ、２…基板ホルダ、３…基板押さえ、４…ベ
ローズ、５…ベース、６…ブロック、７…パイプ、８…
パイプ、９…棒、１０…ナット、１０１…供給口、１０
２…排気口、１０３…加圧室。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安東隆司東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者金子豊東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者宮田敏光東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】数種類の原料ガスを混合，撹拌するシャワ
ーノズルを備え、基板の均一加熱試料台を持つ成膜室
と、ロードロック室と、冷却室とを含む半導体製造装置
において、可とう性のある部材を変形させ、前記変形部
材の先端に取付けたブロックを、成膜を行った直後の基
板と接触させる構造を持つことを特徴とする半導体製造
装置。
【請求項２】請求項１において、前記可とう性のある部
材を変形させる媒体として、不活性のガスを用いた半導
体製造装置。
【請求項３】請求項１または２において、前記基板に接
触させるブロックを、前記不活性ガスを用いて、強制空
冷する構造となっている半導体製造装置。
【請求項４】冷却室における基板の冷却の際、成膜面を
覆う形状をしたキャップを付加して、冷却用のガスを成
膜した前記基板の裏面から流すことを特徴とする半導体
製造装置。
【請求項５】成膜室から冷却室へ基板を搬送する搬送系
に前記基板の回転機構を付加し、成膜面を回転させた
後、冷却ガスを前記基板の前記成膜面の裏面から流すこ
とを特徴とする半導体製造装置。
【請求項６】請求項５において、前記冷却ガスの成分中
に酸素も含む半導体製造装置。