JPS6329523A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体製造装置、特にチャンバー内に平行平板
電橋を有する半導体製造装置であって、たとえば、半導
体３板（ウェハ）の主面に各種の被膜を形成するＣＶＤ
　（ＣｈｅｍｉｃａｆＬ　Ｖａ−ｐｏｒ　　Ｄｅｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ）装置、プラズマＣＶＤ装置、スパンタ装置
等の被膜形成装置またはウェハの主面に設けられた被膜
をエツチングするプラズマエツチング装置、スバンタエ
ノチング装置等のエンチング装置等に適用して有効な技
術に関する。

〔従来の技術〕

半導体装置の製造において、シリコン酸化膜（Ｓ　ｉ　
Ｏｚ　１１！Ｊ）　、　　ＩＪ　７シｌＪケ−トガーｙ
ス膜（ＰＳＧ膜）、ナイトライド膜（Ｓ　ｉ　ＮＩＩＡ
）等をウェハ（半導体薄板）の主面に形成する技術の一
つとして、プラズマＣＶＤ技術がある。プラズマＣＶＤ
については、株式会社プレスジャーナル発行「月刊セミ
コンダクター　ワールド（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕ−ｃｔｏ
ｒ　　Ｗｏｒｌｄ）Ｊ　１９８２年６月号、昭和５７年
５月１５日発行、Ｐ５３〜Ｐ５７に記載されている。プ
ラズマＣＶＤを行うプラズマＣＶＤ装置の一つとして、
前記文献に記載されているが、真空排気系を有するチャ
ンバー内に平行平板電極を配置した構造のものが知られ
ている。この構造のプラズマＣＶＤ装置は、前記平行平
板電極の一方、すなわち、下方の電極板をサセプタ（試
料台）としてワークであるウェハを載せるとともに、平
行平板電極間にプラズマを発生させることによって、ウ
ェハの主面に所望の被膜を形成する構造となっている。

（発明が解決しようとする間Ｂ点） 平行平板電極を有する構造のプラズマＣＶＤ装置は、た
とえば、その構造を概念的に例示すると、第６図および
第７図に示すような構造となる。すなわち、プラズマＣ
ＶＤ装置は、チャンバー（反応室）ｌ内に相互に平行に
配設される一対の電極板２を有し、平行平板電極構造と
なっている。前記電極板２の一方、すなわち下方の電極
板２はワ一りであるウェハ（半導体薄板）３を載置する
試料台（サセプタ）４ともなっている。この試料台４は
ヒータ５を内蔵し、載置したウェハ３を所望温度に加熱
するようになっているとともに、ウェハ３を！！２置し
た状態で回転するようになっている。

一方、上方の電極板２、別名をシャワー電極６とも称さ
れる電極板２の下面、すなわちウェハ３に対面する面に
は、ガス噴出孔７が複数設けられていて、試料台４上に
！！２置されるウェハ３に均一にガス（処理ガス）８を
吹き出すようになっている。また、前記チャンバー１に
は真空排気系（排気系）９に連結される排気口１０が設
けられている。

このプラズマＣＶＤ装置にあっては、前記試料台４上に
ウェハ３を［置させた後、チャンバー１内を真空排気系
９によって所望の真空度とし、ウェハ３を加熱するとと
もに回転させ、かつガス噴出孔７からガス８を吹き出さ
せ、一対の電極板２に高周波電源１１を印加して電極板
２間のガス８をプラズマ化し、ウェハ３の主面にプラズ
マＣＶＤ膜を形成するようになっている。なお、図中の
矢印は処理ガスあるいはキャリヤガス等のガスが流れる
状態を示すものである。また、第６図における１２は排
気調整バルブ１２である。

しかし、前記プラズマＣＶＤ装置は、排気口１０が単一
であることから、前記ガス噴出孔７からチャンバー１内
に導入されたガス８が一つの排気口１０に向かって流れ
るため、ガス８が試料台４上の各ウェハ３に対して不均
一となり、形成される膜の膜厚や膜厚分布がばらつくと
言うことが本発明者によってあきらかにされた。また、
第６図および第７図に示すプラズマＣＶＤ装置の例では
、単一の排気口１０がチャンバー１の側壁に設けられた
構造となっていることから、ガスの不均一流れが顕著に
現れる。しかし、排気口１０が多数設けられた構造ある
いは、排気口１０がチャンバー１の底部分に設けられた
構造でも、ガス８の流れは各排気口１０に直接向かって
流れることから、前述のようなガスの不均一流れ現象は
、その程度は低（でも生じる。

一方、従来のプラズマＣＶＤ載置は、前述のように、ガ
ス８はチャンバー１の周壁に設けられた排気口１０から
排気される構造となっていることから、ガス８はチャン
バー１の周壁面に接触する機会が多い。また、チャンバ
ー１の壁面はチャンバー１の中央部に比較して温度が低
い。したがって、ガス８がチャンバー１の内壁に接触す
ることから、反応生成物あるいは未反応ガスの内壁への
堆積率が高くなる。これらチャンバー１の内壁面に付着
した堆積物は、脱落してフレーク（パーティクル）の原
因となる。フレークはウェハ３の主面に付着して異物付
着不良（異物不良）を起こすため、品質低下１歩留り低
下の原因となる。

本発明の目的はワーク主面に均等にガスが流れる平行平
板電極構造の半導体製造装置を提供することにある。

本発明の他の目的は生成膜質、膜厚の均一化が達成でき
る半導体製造装置を提供することにある。

本発明の他の目的は高精度なエツチングができる半導体
製造装置を提供することにある。

本発明の他の目的はチャンバー内壁面への堆積物が少な
い構造の半導体製造装置を提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡華に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明のプラズマＣＶＤ装置は、ウェハをそ
の主面にｆ２置する試料台を兼ねる電極板と、この試料
台に対面しかつウェハに対してガスを吹き付けるシャワ
ー電極を兼ねる電極板とからなっているとともに、前記
試料台の周面に等間隔にそれぞれ排気口が設けられてい
る。前記排気口は試料台内部中心から試料台を支える回
転支軸内部を通って装置外部に連なる排気系にそれぞれ
連通状態となっている。

〔作用〕

上記した手段によれば、試料台上を流れたガスは、試料
台の周面に設けられた排気口内に排気のために吸い込ま
れる構造となっていることから、ガスは試料台主面を這
うように流れるため、試料台上の各ウェハの主面には均
一にガスが流れ、膜厚分布の均一な良質なプラズマＣＶ
Ｄ膜が生成される。また、前記試料台上に吹き出された
ガスは、試料台の主面を這うように流れて試料台の周縁
に達し、ここで試料台の周面に沿うように下方に向かっ
て流れを変えて排気口から排気されるため、ガスはチャ
ンバーの内壁面に付着する機会も少なく、フレーク発生
頻度も低くなり、ウェハにおける異物付着による異物不
良の発生を抑えることができ、品質の向上１歩留り向上
が達成できる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の一実施例について説明する
。

第１図は本発明の一実施例によるプラズマＣＶＤ装置の
要部を示す模式的断面図、第２図は同じくガスの流れを
示す模式図である この実施例のプラズマＣＶＤ装置は、第１図および第２
図に示されるように、チャンバー１内に相互に平行に配
設される一対の電極板２を有し、平行平板電極構造とな
っている。前記電極板２の一方、すなわち下方の電極板
２はワークであるウェハ３をその主面にＲ置する試料台
（サセプタ）４ともなっている。この試料台４はヒータ
５を内蔵し、載置したウェハ３を所望温度に加熱するよ
うになっているとともに、ウェハ３を！！直した状態で
回転するようになっている。

一方、上方の電極板２はシャワー電極６となり、その下
面、すなわちウェハ３に対面する面には、ガス噴出孔７
が複数設けられていて、試料台４上に載置されるウェハ
３に均一にガス（処理ガス）８を吹き出すようになって
いる。ウェハ３の主面にプラズマナイトライド膜（Ｓｉ
Ｎｔｌｌ）を形成する場合には、モノシラン（Ｓ　１Ｈ
４）、アンモニア（ＮＨ，）、窒素（Ｎ２）が一対の電
極板２間に送り込まれる。また、前記一対の電極板２に
は高周波電源１１が印加され、一対の電極板２間にプラ
ズマを発生させ、ウェハ３主面に所望のプラズマＣＶＤ
膜を形成する。

他方、前記試料台４０周面にはそれぞれ直径２Ｑｍｍ以
上の排気口１０が設けられている。これら排気口１０は
、第２図にも示されるように、９０度間隔に配設され、
それぞれ中心に向かっている。試料台４を支持する回転
軸１３は管体となっている。この回転軸１３は試料台４
の内部中心で前記排気口１０と連通し、排気口１０をプ
ラズマＣＶＤ装置の外部の真空排気系（排気系）９とを
連通ずるようになっている。また、試料台４内のヒータ
５は試料台４の主面側、すなわち、排気口１０よりも上
の部分に設けられ、試料台４の主面にＨａされたウェハ
３を効率的に加熱することができるようになっている。

このようなプラズマＣＶＤ装置にあっては、前記試料台
４上にウェハ３を載置させた後、チャンバー１内を排気
系９によって所望の真空度とする。

その後、ウェハ３を電極板２に内蔵されたヒータ５で所
望温度に加熱するとともに回転させる。また、前記ガス
噴出孔７からは、前述のように、モノシラン、アンモニ
ア、窒素等のガス８が試料台４上のウェハ３に向かって
吹き出される。さらに、平行平板電極には高周波電圧が
印加される。この結果、一対の電極板２間にはプラズマ
が発生し、ナイトライド膜がウェハ３の主面に形成され
る。

この際、試料台４の主面上のガス８は、第２図の矢印に
示されるように、試料台４の主面中心から試料台４周縁
に放射状に流れる。また、排気口１０が試料台４の周面
に定間隔に設けられていることから、一対の電極板２間
で反応を起こしたガスは勿論のこととして、反応に供し
ていない未反応ガスも、これら排気口１０内に吸い込ま
れ、装置外部に排気される。このような排気系構造から
、ガス８は試料台４の主面を這うようにして流れ、かつ
這うようにして試料台４の周面に回り込み、排気口１０
に吸い込まれるため、試料台４の主面には均一にガス８
が流れ、試料台４主面に載置されているウェハ３には均
質かつ均一なプラズマＣＶＤ膜が生成される。

また、前述のようにこのプラズマｃｖ　ＤＨｙは、ガス
８が試料台４の主面を這うようにして流れ、かつ這うよ
うにして試料台４の周面に回り込み、排気口１０に吸い
込まれるため、ガス８がチャンバー１の内周壁面に直接
接触する機会は少なくなり、反応生成物や未反応ガスが
チャンバー１の内周壁面に堆積し難（なる。この結果、
チャンバーｌの内周壁面にフレーク（パーティクル）が
発生し難くなり、このフレークの脱落に基づいて、フレ
ークがウェハ３主面に付着して起きる異物不良は発生し
難くなり、歩留りが向上する。

このような実施例によれば、つぎのような効果が得られ
る。

（１）本発明の平行平板電極構造のプラズマＣＶＤ装置
によれば、試料台の周面各部に排気口が設けられている
ことから、試料台の回転とも相俟ってガスは試料台の中
心から周縁に向かって放射状に均一に流れるため、ウェ
ハの主面には均一なプラズマＣＶＤ膜が生成でき、高精
度の被膜形成が達成できるという効果が得られる。

（２）上記（１）により、本発明のプラズマＣＶＤ装置
によれば、一対の電極板間から外れたガスは、試料台を
も兼ねる電極板の周面に設けられた排気口から順次排気
されるため、ガスがチャンバーに接触する機会が少な（
なり、異物付着不良の原因となるチャンバー内周壁面で
のフレーク発生を抑えることができるという効果が得ら
れる。

（３）上記（２）により、本発明のプラズマＣＶＤ装置
によれば、ガスは加熱状態にある試料台の内部を通過し
て排気されるため、この通過時反応してないガスは反応
を起こして反応生成ガスとなっていることから、排気系
におけるポンプ等の機器を劣化させることがなく、排気
系の寿命が長くなるとともに、真空排気系のポンプオイ
ルの交換頻度も少なくなるという効果が得られる。

（４）上記く２）により、本発明のプラズマＣＶＤ装置
によれば、ガスは試料台の主面を這うようにして流れる
ことから、その多くはウェハの主面に形成される被膜の
生成に関与するため、ガスの使用に無駄がなく、ガス消
費量の軽減からコスト低減が達成できるという効果が得
られる。

（５）上記（１）〜（４）により、本発明のプラズマＣ
ＶＤ装置によれば、異物付着不良発生を抑えかつ効率的
にガスを使用するため、品質の優れたプラズマＣＶＤ膜
を再現性良（かつ安価に形成できるという相乗効果が得
られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない、たとえば、第３図に示さ
れるように、試料台４を２枚の円板１４．１５を重ね合
わせた構造とし、一方の円板、たとえば、下部の円板１
４の主面に円板１４の中心から８方向に延在する溝１６
を設け、円板１４の主面に円板」５の平坦な主面を重ね
合わせることによって、重ね合わせ部分に排気口１０を
形成させる構造としてもよい。この構造によれば、前記
排気口１０を洗浄する際、円板１４から円板１５を取り
外し、円十反１４および円板１５の主面を洗浄すること
によって、排気口１０を構成する部分を容易に洗浄でき
る。

なお、前記円板１４の下面中央には管状の回転軸１３が
取り付けられているとともに、この回転軸１３と前記円
板１４の中央の各溝１６の交差部分とは連通し、矢印に
示されるように溝１６　（排気口１０）に吸い込まれた
ガス８は、二点鎖線で示される矢印のように、回転軸１
３から排気される。

また、第４図に示されるように、前記試料台４を支持す
る回転軸１３の外側に、回転軸１３と同心円的となる排
気管１７を配設し、回転軸１３の上部に排気口１０を設
ける構造として、この排気管１７を利用して排気を行っ
ても前記実施例同様な効果が得られる。

また、第５図に示されるように、前記試料台４を支持す
る回転軸１３を管体１８とし、この回転軸１３の上部主
面、すなわち試料台４の近傍の回転軸１３部分に排気口
１０を設け、この排気口１０にガス８を吸い込み、回転
軸１３内を通過させてガス８の排気を行っても前記実施
例同様な効果が得られる。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるプラズマＣＶＤ技術
に適用した場合について説明したが、それに限定される
ものではなく、たとえば、ＣＶＤ装置、低圧ＣＶＤ装置
、低圧エピタキシャル成長装置、スパッタ装置等の膜形
成装置あるいはウェハの主面に設けられている被膜をエ
ツチングするプラズマエツチング装置、スパッタエツチ
ング装置などに適用できる。

本発明は少なくとも平行平板電極構造の半導体製造技術
には適用できる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

本発明のプラズマＣＶＤ装置は、ウェハをその主面に載
置する試料台を兼ねる電極板と、この試料台に対面しか
つウェハに対してガスを吹き付けるシャワー電極を兼ね
る電極板とからなっているとともに、前記試料台の周面
に等間隔にそれぞれ排気口が設けられている。前記排気
口は試料台内部中心から試料台を支える回転支軸内部を
通って装置外部に連なる排気系にそれぞれ連通状態とな
っている。したがって、前記試料台上を流れたガスは、
試料台の周面に設けられた排気口内に排気のために吸い
込まれる構造となっていることから、ガスは試料台主面
を這うように流れるため、試料台上の各ウェハの主面に
は均一にガスが流れ、膜厚分布の均一な良質なプラズマ
ＣＶＤ装置膜が生成される。また、前記試料台上に吹き
出されたガスは、試料台の主面を這うように流れて試料
台の周縁に達して排気口から排気されるため、ガスはチ
ャンバーの内壁面に接触する機会も少なく、フレーク発
生頻度が低くなり、ウェハの異物付着不良の発生を抑え
ることができ、品質の向上１歩留り向上が達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるプラズマＣＶＤ装置の
要部を示す模式的断面図、 第２図は同じ（ガスの流れを示す模式図、第３図は本発
明の他の実施例によるプラズマＣＶＤ装置における試料
台を示す斜視図、第４図は本発明の他の実施例によるプ
ラズマＣＶＤ装置の排気口部分を示す断面図、 第４図は本発明の他の実施例によるプラズマＣＶＤ装置
の排気口部分を示す断面図、 第６図は従来のプラズマＣＶＤ装置の要部を示す断面Ｈ
、 第７図は同じ（模式図である。 １・・・チャンバー、２・・・電極板、３・・・ウェハ
、４・・・試料台、５・・・ヒータ、６・・・シャワー
電極、７・・・ガス噴出孔、８・・・ガス、９・・・真
空排気系（排気系）、１０・・・排気口１．１１・・・
高周波電源、１２・・・排気調整バルブ、１３・・・回
転軸、１４゜１５・・・円板、１６・・・溝、１７・・
・排気代理人　弁理士　小川勝馬ゝ（３７ 第　　３　　図 第　　４　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、相互に対面するとともに一方は試料台となりその主
   面にはワークが載置される一対の平行平板電極有する半
   導体製造装置であって、前記試料台上を流れる処理ガス
   は試料台裏面の試料台を支える回転支軸側に集束されて
   排気されるように構成されていることを特徴とする半導
   体製造装置。 ２、前記試料台の周面には試料台内部中心から前記回転
   軸内部を通って装置外部に連る排気系にそれぞれ連通す
   る排気口が複数設けられていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の半導体製造装置。 ３、前記回転軸にはその外周に同心円的に排気管が配設
   されて試料台裏面の回転軸上部に排気口が設けられてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の特徴と
   する半導体製造装置。