JPH11186171A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧力制御方法としてガスバラスト方式を採用
しながら、バラストガスが、排気配管の反応生成物が付
着している部位を通って反応室内に逆流して反応室のパ
ーティクルレベルを悪化させることがない半導体製造装
置の実現を課題とする。 【解決手段】 基板１５上に成膜処理を行う反応室１
と、反応室１内のガスを排気する真空排気手段と、反応
室１と真空排気手段とを接続する排気配管３と、反応室
１に原料ガスを供給するガスインジェクタとを具備する
半導体製造装置において、反応室１内の圧力制御の方法
にガスバラスト方式を採用し、圧力制御を目的として導
入されるバラストガスの導入部を、排気配管３よりも原
料ガス流の上流である反応室１内に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成膜反応室の圧力
制御を行う半導体製造装置に関し、更に詳しくは、真空
排気装置に流入される全ガス流量を調整することによっ
て成膜反応室の圧力制御を行う半導体製造装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来技術の一例として、半導体製造装置
としての減圧ＣＶＤ（Chemical VaporDeposition ：化
学気相成長）装置に関して述べる。減圧ＣＶＤ装置は、
近年のウェーハの大口径化に伴い、そのスループット性
および均一性の確保が可能なために広く用いられるよう
になってきている。特に最近では多結晶シリコンやＳｉ
３Ｎ４膜はほとんどこの方式で製造されている。減圧Ｃ
ＶＤでは常圧の場合に比べて堆積速度はやや遅いが、ウ
ェーハ面内、ウェーハ間の均一性に優れており、表面の
凹凸の段差に対してもすぐれた被覆性を示すことが知ら
れている。

【０００３】一般に、減圧ＣＶＤ装置は、基板上に成膜
を行う反応室と、この反応室内に原料ガス等を供給する
ガス供給システムと、この反応室内のガスを排気するた
めの真空排気装置と、反応室と真空排気装置を接続する
排気配管等を有して構成されている。

【０００４】図５は、一般的なバッチ式縦型減圧ＣＶＤ
装置の概略の構成を示したものである。図５において、
１は基板に成膜生成反応を起こさせる反応室、２は成膜
用の原料ガスを供給するガス供給システム、３は排気配
管、４はバラストガス導入用の圧力制御装置、５は反応
室内のガスを排気する真空排気装置、６は反応室１内の
圧力を測定する圧力計、７はバルブである。

【０００５】ところで、原理的には真空排気装置に流入
される全ガス流量が多い程、反応室内の圧力は上昇し、
よって真空度は悪化する。この特性を利用して、反応室
内の圧力を制御する方法がある。それは、反応室内の圧
力が所望の真空度を維持することを目的に、Ｎ２等の不
活性ガスを、その流量を調整して排気配管内に導入する
方法である。

【０００６】一般に、このような圧力の制御方法をガス
バラスト方式と言い、ここで用いられる不活性ガスをバ
ラストガスと呼ぶ。以下にガスバラスト方式による圧力
制御方法の概略を説明する。ガスバラスト方式における
バラストガス配管には流量制御装置（圧力制御装置４）
が備えられ、これは反応室１内の圧力を測定する圧力計
６に連動して動作する。

【０００７】このような構成で、反応室１内の圧力が所
望の設定値よりも低い場合には、バラストガスの流量を
増やすことで、真空排気装置５に流入する全ガス流量を
増やし、反応室１内の圧力を上昇させることができる。
反対に反応室１内の圧力が設定値よりも高い場合は、上
述の制御と逆の動きが行われる。このように、バラスト
ガスの流量を調整することで、反応室１内の圧力制御が
行われるのがガスバラスト方式である。

【０００８】しかし、減圧ＣＶＤ装置における排気配管
３内の壁面には、成膜に寄与しなかった原料ガスによる
反応生成物が付着している。特にＳｉ₃ Ｎ₄ ＣＶＤやＴ
ＥＯＳ ＳｉＯ₂ ＣＶＤでは、このような排気配管３内
の反応生成物の付着量が多い傾向にある。

【０００９】図６に、反応室１の内部の構成と反応生成
物の発生位置の概略を示す。図６において１は反応室、
３は排気配管、１１は反応室１内に原料ガスを導入する
ガスインジェクタ、１２はアウターチューブ、１３はイ
ンナーチューブ、１４は基板１５を輸送する搬送ボー
ト、１５は基板、１６は排気配管３内に付着した反応生
成物である。

【００１０】インナーチューブ１３の内側の下部に備え
られたガスインジェクタ１１により、原料ガスが反応室
１内に導入される。その後、原料ガスは熱分解され、上
昇・拡散しながら、搬送ボート１４内の基板１５表面で
反応して基板１５上に成膜がなされる。その後、未反応
な原料ガスを残存したまま、ガス供給システム２より供
給されたガスは、インナーチューブ１３とその外側に配
置されるアウターチューブ１２の間を通って、排気配管
３より排気される。この時、排気配管３内に反応生成物
１６が付着する。

【００１１】このようなガスバラスト方式の圧力制御方
法では、バラストガスが排気配管３を通って反応室１に
逆流し、排気配管３内に付着していた反応物１６を、反
応室１内に押し戻す現象が発生することがありうる。例
えば、ガス供給システム２から反応室１内へ原料ガスを
供給すると同時に反応室１内の圧力制御を開始したよう
な場合、或いは反応室１内の設定圧力が供給される全ガ
ス流量に対して高すぎる場合、さらには供給ガス流量と
反応室１圧力が平衡状態になるまでの初期段階等におい
ては、排気配管３内に導入されたバラストガスが反応室
１側に逆流することで、反応室１内の圧力が制御される
ことになる。

【００１２】したがってこのような場合に、バラストガ
スが反応室１内へ逆流する現象が生じた場合には、排気
配管３内の内壁に付着していた反応生成物１６が、反応
室１内に押し流され、その結果、反応室１内のパーティ
クルレベルを悪化させることが起こる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述のごとく、従来の
半導体製造装置においては、反応室内の圧力を制御する
目的で導入されたバラストガスが、排気配管の反応生成
物が付着している部位を通って反応室内に逆流する現象
により、反応室内のパーティクルレベルを悪化させ、半
導体素子の信頼性や歩留まりを悪化させる問題が生じ
る。

【００１４】本発明は、このような上述の問題に鑑みて
なされたもので、圧力制御方法としてガスバラスト方式
を採用しながら、バラストガスが、排気配管の反応生成
物が付着している部位を通って反応室内に逆流し、反応
室のパーティクルレベルを悪化させることがない半導体
製造装置の実現を課題とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、基板上に成膜処理を行う反応室と、前記
反応室内のガスを排気する真空排気手段と、前記反応室
と前記真空排気手段とを接続する排気配管と、前記反応
室に原料ガスを供給するガス供給手段とを具備する半導
体製造装置において、前記反応室内の圧力制御の方法に
ガスバラスト方式を採用し、圧力制御を目的として導入
されるバラストガスの導入部を、前記排気配管よりも前
記原料ガス流の上流に設置することを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる圧力制御機
構を添付図面を参照にして詳細に説明する。図１は本発
明の第１の実施の形態を示しており、バッチ式縦型ＣＶ
Ｄ装置における反応室内部の機構を示す。図１におい
て、１は反応室、３は排気管、４は圧力制御装置、１１
はガスインジェクタ、１２はアウターチューブ、１３は
インナーチューブ、１５は基板であり、各部の名称およ
び番号は便利のため図６と同じものを用いた。

【００１７】この実施の形態が、従来の技術と異なる点
は、バラストガスを排気配管３に導入するのではなく、
直接反応室１内に導入していることである。このような
構成にすることで、バラストガスが排気配管３を通って
反応室１に逆流することはあり得ず、従って、排気配管
３の内壁に付着した反応生成物が、バラストガスによっ
て反応室１に押し流されてくることもない。すなわち、
本実施の形態の構造はでは排気配管３の内壁に付着した
反応生成物による、反応室１内のパーティクルレベルの
悪化を防止することが可能な構造になっている。

【００１８】図２に、本発明の第２の実施の形態の構成
を示す。図２において、１は反応室、３は排気管、４は
圧力制御装置、１１はガスインジェクタ、１２はアウタ
ーチューブ、１３はインナーチューブ、１５は基板であ
り、各部の名称および番号は図１および図６と同じもの
を用いた。この実施の形態の特徴は、バラストガス導入
部をインナーチューブ１３とアウターチューブ１２の間
で、且つ反応室１の排気口の近傍に設置した点である。

【００１９】このようにバラストガスの導入を基板１５
よりも原料ガス流の下流（真空排気装置側）に配置する
ことで、バラストガスによる原料ガスの希釈を防止して
いる。バラストガスによる原料ガスの希釈があれば、成
膜速度が低下して生産性が悪化させるばかりでなく、反
応形態にも影響を及ぼすため、これによって基板１５上
に成膜される膜質が従来の装置構造より変化することも
考えられる。このようにすることによって、第１の実施
の形態のバラストガスの導入構造に比べて、成膜に対し
て影響を及ぼす要因が少しでも少なくでき、作業毎の成
膜再現性が改善できる。従って、本実施の形態を実施す
ることで、反応室１内のパーティクルレベルの悪化を防
止できると共に、生産性の悪化も伴わず、従来に劣らぬ
膜質を維持することが可能になる。

【００２０】図３は、本発明の第３の実施の形態の構成
を示している。図３において、１は反応室、３は排気
管、４は圧力制御装置、１１はガスインジェクタ、１２
はアウターチューブ、１３はインナーチューブ、１５は
基板であり、各部の名称および番号は図１、図２および
図６と同じものを用いた。本実施の形態の特徴は、バラ
ストガスの流速方向と原料ガスの流速方向が一致してい
る点である。

【００２１】一般に減圧ＣＶＤにおいては常圧ＣＶＤに
比べ原料ガスの分子の拡散が大きいため、成膜均一性に
優れている。しかし、バラストガスと原料ガスの流速方
向が対時した場合、互いの流線が干渉し合い、原料ガス
の流れに乱れが生じる可能性がある。本実施の形態を実
施することで、このような原料ガス流の乱れが発生し難
くなり、膜厚の均一性を維持することができると共に、
作業毎の繰り返し再現性も向上することができる。

【００２２】なお、以上に述べた本発明の実施の形態で
は、反応室内へのバラストガスの導入機構として、ガス
インジェクタを採用しているが、必ずしもこの方法に限
定したものではない。その一例として、図４に本発明の
第４の実施の形態を示す。これは、フランジ部分にバラ
ストガスの供給口を設けたものものである。

【００２３】図４において、１は反応室、３は排気管、
４は圧力制御装置、１２はアウターチューブ、１３はイ
ンナーチューブ、１５は基板、１６はフランジ部分に設
けられたバラストガスの供給口である。各部の名称およ
び番号として図１、図２、図３および図６と同一の部分
には同じものを用いた。この実施の形態ではアウターチ
ューブ１２のフランジ部分にバラストガスの供給口を直
接設けるようにしたので、バラストガスインジェクタの
配管構成を特に設ける必要がなく、それだけシンプルに
構成することができる。

【００２４】本発明においては、バラストガスの導入部
の構造や数量に関しては、以上の実施の形態に限定され
るものではない。また、本発明は、バッチ式縦型装置に
限定したものでもなく、横型装置或いは枚葉式装置にも
有効である。また更に、減圧ＣＶＤ装置に限定したもの
でもない。例えば、プラズマＣＶＤ装置或いはドライエ
ッチング装置のように、反応室内の圧力制御をともな
い、且つ排気配管内にパーティクル源となり得るものが
存在し、これがプロセスを実行する反応室のパーティク
ルレベルを悪化させる、いかなる半導体製造装置に対し
ても、バラスト方式を採用する限りにおいて有効であ
る。

【００２５】以上述べたように、半導体製造装置で反応
室内の圧力制御にガスバラスト方式を採用する装置にお
いて、本発明のバラストガス導入機構である、バラスト
ガスの導入部を反応室内に設置することによって、排気
配管の内壁に付着している反応生成物の反応室への逆流
を防止することが可能となる。したがって反応室内のパ
ーティクルレベルを悪化させることがなくなり、半導体
素子の信頼性が向上し、更に歩留まりの向上により生産
性を向上させることが可能となる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１の
発明は、基板上に成膜処理を行う反応室と、反応室内の
ガスを排気する真空排気手段と、反応室と真空排気手段
とを接続する排気配管と、反応室に原料ガスを供給する
ガス供給手段とを具備する半導体製造装置において、反
応室内の圧力制御の方法にガスバラスト方式を採用し、
圧力制御を目的として導入されるバラストガスの導入部
を、排気配管よりも原料ガス流の上流に設置するように
した。このように、反応室内の圧力を制御する目的で導
入されるバラストガスの導入位置を、排気配管の内壁に
反応生成物が付着している部分よりも原料ガス流の上流
に設置することで、排気配管の内壁に付着している反応
生成物が反応室内へ逆流することを防止することができ
る。したがって、このような構造にすることによって、
反応室内のパーティクルレベルを良好に維持し、半導体
素子の信頼性と歩留まりを向上させることが可能にな
る。

【００２７】また、本発明の請求項２の発明は、バラス
トガス導入部を、反応室内に設置するようにした。これ
により、バラストガスの導入位置を、排気配管の内壁に
反応生成物が付着している部分よりも原料ガス流の上流
に設置し、且つ成膜時の原料ガスの流れ方に影響を及ぼ
さない部位に設置することができる。したがって、反応
室内のパーティクルレベルを良好に維持し、半導体素子
の信頼性と歩留まりを向上させることが可能になる。

【００２８】また、本発明の請求項３の発明は、バラス
トガスの導入部を、基板よりも原料ガス流の下流の位置
で、排気配管よりも原料ガス流の上流に設置するように
した。これにより、バラストガスの導入位置を、排気配
管の内壁に反応生成物が付着している部分よりも原料ガ
ス流の上流で、且つ成膜時の原料ガスの流れ方に一層影
響を及ぼさない部位に設置することができる。さらに、
原料ガスの希釈を防止することができる。したがって、
成膜速度が低下して生産性が悪化するのを防止すること
ができ、成膜される膜質の変化も防止でき、反応室内の
パーティクルレベルを良好に維持し、半導体素子の信頼
性と歩留まりを向上させることが可能になる。

【００２９】また、本発明の請求項４の発明は、バラス
トガスの導入部を、反応室内での基板処理時における原
料ガス流の流れに沿った方向にバラストガスを導入して
原料ガス流の流れを乱さないように設置する。これによ
り、バラストガスの導入によって成膜時の原料ガスの流
れ方に影響を及ぼすことがなくなり、原料ガス流の乱れ
が発生し難くなり、膜厚の均一性を維持することができ
ると共に、作業毎の繰り返し再現性も向上し、反応室内
のパーティクルレベルを良好に維持し、半導体素子の信
頼性と歩留まりを向上させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体製造装置の一実施の形態である
バッチ式縦型減圧ＣＶＤ装置における反応室内部を示す
構成図である。

【図２】本発明の他の実施の形態の半導体製造装置にお
ける反応室内部を示す構成図である。

【図３】本発明のさらに他の実施の形態の半導体製造装
置における反応室内部を示す構成図である。

【図４】本発明のさらに他の実施の形態の半導体製造装
置における反応室内部を示す構成図である。

【図５】半導体製造装置の一例であるバッチ式縦型減圧
ＣＶＤ装置の概略構成図である。

【図６】従来のバッチ式縦型減圧ＣＶＤ装置の反応室と
排気配管の概略図である。

【符号の説明】

１…反応室、２…ガス供給システム、３…排気配管、４
…圧力制御装置、５…真空排気装置、６…圧力計、７…
バルブ、１１…ガスインジェクタ、１２…アウターチュ
ーブ、１３…インナーチューブ、１４…搬送ボート、１
５…基板、１６…反応生成物。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に成膜処理を行う反応室と、前記
   反応室内のガスを排気する真空排気手段と、前記反応室
   と前記真空排気手段とを接続する排気配管と、前記反応
   室に原料ガスを供給するガス供給手段とを具備する半導
   体製造装置において、 前記反応室内の圧力制御の方法にガスバラスト方式を採
   用し、圧力制御を目的として導入されるバラストガスの
   導入部を、前記排気配管よりも前記原料ガス流の上流に
   設置することを特徴とする半導体製造装置。
2. 【請求項２】 前記バラストガス導入部を、前記反応室
   内に設置することを特徴とする請求項１に記載の半導体
   装置。
3. 【請求項３】 前記バラストガスの導入部を、前記基板
   よりも原料ガス流の下流の位置に設置することを特徴と
   する請求項１に記載の半導体装置。
4. 【請求項４】 前記バラストガスの導入部を、前記反応
   室内での基板処理時における前記原料ガス流の流れに沿
   った方向にバラストガスを導入して前記原料ガス流の流
   れを乱さないように設置することを特徴とする請求項１
   または請求項３に記載の半導体装置。