(57)【要約】チャンバ、ウエハホルダ、処理ガス入口パイプを備えた半導体処理装置が、上記入口パイプ内に固定されたインペラーと共に提供される。上記インペラー内のスロットを通ってガスが流れるとき、インペラー下方の複数の概略平行ストリーム内に案内され、上記ストリームは、上記ガスの下部において、渦を巻くガスのワールプール状運動を生じさせる。渦を巻くガスは、パイプの出口端部から外に流れるので、チャンバ内でガスを直ちに外側に流し、ガスは、ウエハ上を通過するとき、シャフトの表面を横切って一様に流れる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体処理装置において：
チャンバと；
前記チャンバ内のウエハ支持部材と；
パイプ出口端部で、処理ガスを前記チャンバの頂部内に流し落とす為のガス入口パイプと；
前記出口端部の上方で前記パイプ内に取り付けられたインペラーであって、前記パイプ内で流れ落ちるガスを、前記インペラーの下方で回転する複数の側方二次ガスストリームへと導き、前記ガスの、渦を巻くワールプール状運動を生じさせる、前記インペラーと；
を備える、前記半導体処理装置。
【請求項２】
前記渦を巻くガスは、前記チャンバの頂部へと流れる、請求項１記載の半導体処理装置。
【請求項３】
遠心力は、チャンバを横切り外側に渦巻きガスを流し、そのため、ガスは、ホルダ上のウエハ上を流れるとき、前記ウエハの露出面を横切って一様に流れる、請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記インペラーは、ディスク状になっており、複数の扇状ブレードを備え、前記扇状ブレードは、互いに部分的に重なっている、請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記ブレードは、中心から外部リムに発し、前記パイプの出口端部上方のガス流を横切って直角に前記パイプ内に固定されている、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記ブレードは、重なっている場所で間隔を開けて配置され、処理ガスの複数のストリームは、前記ブレード間に流れ渦巻き運動へと導かれる、請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記装置は、垂直中心軸とチャンバを有し、前記ウエハ支持部材と前記ガス入口パイプは、当該軸に沿って、かつ、前記インペラーの中心に沿って一列になっている、請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記ウエハ支持部材の下方にある前記チャンバの下の部分から、使用済み処理ガスを除去する為のガス排気用パイプを更に備える、請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記チャンバ内に保持されたウエハ上を流れる処理ガスを制御する為に有用な半導体装置であって：
上の部分と下の部分とを有するチャンバと；
前記チャンバ内に、処理されるウエハを保持する為のプラットフォームと；
前記チャンバの上の部分に、パイプ出口端部を通って、処理ガスを流す為のガスパイプと；
中心から外部リムに発する複数の扇状ブレードを備えるインペラーであって、前記ブレードは、互いに重なりつつ間隔を開けて周囲に配置され、一つのブレードの前縁は、次のブレードの、後縁の下方かつ前方にあり、そこには、ブレードが互いに重なるブレード間の間隙があり、ブレード間の間隙は、前記インペラーの下方かつ側方に、それぞれのガスのストリームを、回転する渦巻き運動へと導く為の二次ガス通路を形成し、前記インペラーは、その出口端部上方でガスパイプ内に固定され、前記インペラーの下方で前記渦を巻くガスが前記チャンバの前記上の部分に流れるとき、内力が前記チャンバを横切ってガスを外側に流し、その後、前記プラットフォーム上のウエハ上および上方に均等に流す、前記インペラーと；
を備える、前記半導体装置。
【請求項１０】
前記インペラーの前記ブレードは、概略平坦であり、前記ブレードの重なっている部分の間に間隙を提供するのに十分に傾いており、前記ブレードの内側端部は、中心で結び付き、前記ブレードの外側リムは、ガスパイプ内で固定されており、前記インペラーは、直角に前記ガス流を横切っている、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
垂直中心軸があり、これに沿って、更に、前記インペラーの中心に沿って、ガスパイプ、チャンバ、プラットフォームが一列になっている、請求項９記載の装置。
【請求項１２】
使用済み処理ガスを除去する為に前記チャンバの下の部分に隣接した排気用パイプを更に備える、請求項９記載の装置。
【請求項１３】
半導体ウエハの表面上、かつ、上方に処理ガスを均一に散布する方法において、
チャンバ内に保持されているウエハに向かってパイプ内の処理ガスのストリームを下方に流すステップと；
前記ガスストリームにおいて、ワールプール状に側方で渦巻き運動を発生させるステップと；
渦巻きガス内の内力を使用して、ガスをチャンバ内に入れさせ、前記チャンバ内で直ちに外側に流し、その後、前記チャンバ内のウエハ上および上方に均一に流し落とすステップと；
を備える、前記方法。
【請求項１４】
前記ガスは、前記パイプ内で側方に回転して流れる複数の二次ガスストリーム内に前記ガスを案内する固定インペラーを介して流し落とされる前記ガスを前記パイプ内に流すことにより渦を発生させる、請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の内容】
【０００１】
発明の分野
この発明は、ガス、特に、大径ウエハの表面上方を横切る非常に薄い層の材料を均一に堆積する化学気相堆積（ＣＶＤ）で使用されるガスを、半導体処理チャンバ内で均一に散乱する為の装置に関する。
【０００２】
発明の背景
この発明は、ガス、特に、大径ウエハの表面上方を横切る非常に薄い層の材料を均一に堆積する化学気相堆積（ＣＶＤ）で使用されるガスを、半導体処理チャンバ内で均一に散乱する為の装置に関する。
【０００３】
半導体ウエハ上の、材料の化学気相堆積（ＣＶＤ）において、処理ガスまたは複数のガスは、ウエハ上に材料の均一な堆積を保証するため、密閉されたチャンバ内に入れられるが（当該技術において周知処理）、ウエハは、当該チャンバ内のプラットフォーム上の所定位置に保持され、処理ガスは当該チャンバ内に流れるとき、ガスが当該ウエハ上および上方に一様に流れるように分配されるべきである。そのため、ウエハ上に堆積される固体材料の層は、当該ウエハにわたり均一かつ一様である。ウエハ径が大きく（例えば、３００ｍｍに）なると、より大きな（例えば、ライン幅１７０ｎｍ又はそれより細かい）デバイス密度が標準になり、これまでより、ウエハ上及び上方の処理ガス流が、可能な限り、一様性という点で、ほとんど完全であることが重要である。
【０００４】
処理ガスを均一に分配する様々な方法が、これまで使用されてきた。一般的に使用された一つの方法は、ガス入口に配置された「シャワーヘッド」を通してチャンバにガスを流すことである。このような装置の欠点は、かさばり、費用がかかる傾向にある点である。さらに、シャワーヘッドを貫通する微小孔が、目詰まり傾向にあり、頻繁に清掃しなければならない点である。本発明は、簡単で、効率が良く、一様なガス流を得る方法を提供する。
【０００５】
発明の概要
一態様において、本発明は、ウエハ処理チャンバ内に通じる入口ガス通路に、インペラーと呼ばれる機械的デバイスを提供する。インペラーは、固定されており、通路の下部でスピンまたはワールプール状の流れを処理ガスに与え、スピンしているガスが通路外に流れチャンバ内に流れるとき、チャンバ内への下方運動に沿って遠心力が放射運動をガス流に与える。この組み合わされた放射方向及び下方運動が、処理されるウエハ上及び上方に比較的一様なガス分配の促進を助ける。インペラーは、重なる扇状ブレードを固定した。ブレードの僅かな傾きが、一つのブレードの前縁と、次のブレードの後縁との間にスロットを提供する。そのため、ブレード間のスロットを通って通路の下部内へと流れ落ちるガスは、スピンするか、ワールプール状運動を有する。
【０００６】
（請求項１）第１装置の態様から考察すると、本発明は、チャンバと、チャンバ内のウエハ支持部材と、パイプの出口端部でチャンバの頂部へと処理ガスを流し落とす為のガス入口と、そのガス出口端部上方のパイプ内に取り付けられたインペラーであって、パイプ内で流れ落ちるガスを、インペラー下方で回転する複数の側方二次ガスストリームに導き、ガスの、渦を巻くワールプール状運動を生じさせる、上記インペラーと、を備える。
【０００７】
第２装置の態様から考察すると、本発明は、チャンバ内で保持されるウエハ上に流れる処理ガスを制御するのに有用な半導体装置である。この装置は、上の部分と下の部分を有するチャンバと、そのチャンバ内に当該処理の為にウエハを保持する為のプラットフォームと、そのチャンバの上の部分に出口端部を通って処理ガスを流し落とす為のガスパイプと、インペラーとを備える。インペラーは、中心から外側リムに発する複数の扇状ブレードを備える。これらのブレードは、間隔を開けて周囲に配置され、互いに重なっており、一つのブレードの前縁が、次のブレードの、後縁の下方かつ前方にある。ブレード間にはそれぞれ間隙があり、そこで、ブレードは互いに重なっている。ブレード間の間隙は、インペラーの下方かつ側方に、それぞれのガスストリームを、回転する渦巻き運動へと導く為に、二次ガス通路を形成する。インペラーは、その出口端部の上方のガスパイプ内に固定され、インペラー下方の渦巻きガスがチャンバの上の部分に流れるとき、内力はガスにチャンバを横切り外側に流し、その後、プラットフォーム上のウエハ上及び上方に均一に流し落とす。
【０００８】
方法の態様から考察すると、本発明は、処理ガスを半導体ウエハの表面上および上方に均一に散布する方法である。この方法は、処理ガスのストリームをパイプ内で、チャンバ内に保持されているウエハに向かって流し落とすステップと、ワールプール状側方渦巻き運動をガスストリーム内で発生させるステップと、渦巻きガス内の内力を使用し、チャンバに入る際、当該チャンバ内で直ちに外側に流れさせ、その後、当該チャンバ内のウエハ上及び上方に均一に流し落とすステップと、を備える。
【０００９】
多くの利点の十分に享受すると共に本発明の良好な理解は、添付図面と添付された特許請求の範囲との関係で与えられた以下の説明を検討することにより得られるであろう。
【００１０】
詳細な説明
以下、図１を参照すると、概略形式で、本発明の特徴を具現化する装置１０を部分的に取り除いている。装置１０は、ウエハ処理装置１２、ガス入口パイプ１４、パイプ１４内に固定されたインペラー１６、入口パイプ１４の下にあるウエハホルダ（プラットフォーム、ウエハ支持部材）１８、プラットフォーム１８上に位置決めされた半導体ウエハ２０、排気用パイプ２２を含む。装置１０（装置の部分は図示せず）は、新規なインペラー１６を除き、当該技術で周知の一般的なタイプである。この装置１０は、大径（例えば、３００ｍｍ）の半導体ウエハの露出面上の、固体材料の非常に薄い膜の、大気圧未満の圧力での化学気相堆積（ＣＶＤ）に適している。
【００１１】
チャンバ１２は、垂直な中心軸２４を持ち、入口パイプ１４，インペラー１６、プラットフォーム１８、ウエハ２０は、この軸と一列になっている。処理ガスは、矢印６で表示されたソースから装置１０に供給され、矢印３０で表示されているように、ガスパイプ１４内の通路内側を流れ落ちる。このガスが、パイプ１４内に固定されたインペラー１６に達するとき、ガスはインペラー１６を通過し、ブラケット３２により表示されているように、パイプ１４の下の部分内で、渦巻き又はワールプール状運動へと強制される。渦巻きガスがパイプ１４の出口端部３４から流れ出るとき、遠心力は、矢印３６により表示されているように、直ちに外側下方に、ガスをチャンバ内に流し込ませる。ガスは、ウエハ２０に達すると、チャンバ１２を横切り一様に散布され、その後、矢印３８で表示されているように、ガスはウエハ２０上及び上方に流れ落ちる。使用済み処理ガスは、矢印３９で表示されているように、排気パイプ２２により、チャンバ１２から排気される。この方法において、大径ウエハ（例えば３００ｍｍ）は、これらの露出面を横切って一様に堆積された固体材料の薄い層を持つことができる。
【００１２】
以下、図２を参照すると、インペラー１６の平面図が示されている。例示の実施形態において、インペラー１６は、６つの扇状ブレード４０を持ち、これらは中心４２から水平に発し、それらは再び結び付いている。中心４２は、垂直軸２４と一線になっている。ブレード４０は、互いに重なり合っており、一つのブレードの前縁４４は、次のブレードの、後縁４６の下方かつ前方にある。ブレード４０の外側リム４８は、パイプ１４に対し固定され、パイプ１４の内壁４９により支持されている。ブレード４０は、概略平坦になっており、それぞれ、中心４２から伸びる水平半径の周りに僅かに傾斜または回転されている。そのため、一つのブレードの前縁４４は、短い距離だけ、次のブレードの、後縁４６の下方かつ前方にある。この方法によると、狭く、半径方向に伸びるスロット５０は、間隔を開けて周囲に配置され、ブレード４０を重ねることにより、インペラー１６内に形成され、スロット５０の数は、ブレード４０の数に対応している。処理ガスは、スロット５０を通って流れ落ち、図１のブラケット３２により表示され、以下に説明するように、重なっているブレード４０により回転または渦巻き運動をインペラー１６の下方に強制される。
【００１３】
以下、図３を参照すると、図３は、インペラー１６の、一部分解された、拡大横断面図であり、重なっているブレード４０の間のスロット５０は、それぞれのブレード４０の水平からの傾斜角度により決定される。インペラー１６は、パイプ１４内のガスストリームを横切って直角に固定され、軸状にインペラー１６上に流れ落ちる処理ガスは、スロット５０を通って流れる。スロット５０は、ブレード４０の重複部分により形成された（前縁４４と後縁４６との間の）二次ガス通路５１への入口として機能する。これらの二次通路５１は、ガスを、インペラー１６の下方で側方かつ回転して流れる別個の、ほぼ水平なガス噴流５２へと導く。（図１のブラケット３２により表示された）渦巻きガスは、パイプ１４の出口端部３４を離れ、チャンバ１２に入り、ガスの回転ベクトルは、遠心力により、ガスをチャンバ内で放射状に外側に流し、下方ベクトルは、同時に、ガスを下方に流す。そのため、処理ガスは、プラットフォーム１８に位置決めされたウエハ２０を横切り、チャンバ１２内で均一に全方向に流れる。ウエハ２０を通過した後、使用済み処理ガスは、排気用パイプ２２により、チャンバの下端から排気される。ブレード４０の傾斜角およびブレード縁４４，４５の重複は、様々な動作条件（例えば、装置１０で使用される処理ガスの種類、圧力、流量）に望ましいように調節される。インペラー１６は、適した強度と厚さを有するアルミニウム合金で都合良く作られる。
【００１４】
前述した説明は、例示であり、本発明の限定ではない。例示された実施形態において、いろいろな変更、変形が、前述或いは添付された特許請求の範囲に規定された発明の精神又は範囲から逸脱することなく、当業者の為に行われてもよい。例えば、インペラー１６におけるブレード４０の数は、示された数に限定されるものではなく、インペラー１６の材料はアルミニウム合金以外でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の特徴を具現化している半導体ウエハ処理装置の概略の例示である。
【図２】図２は、図１の点線２−２により表示されたように切断された、本発明により提供されたインペラーの平面図であり、半導体ウエハを横切って処理ガスの均一な流し落としを有効化する。
【図３】図３は、図２の点線３−３により表示されたように切断されたインペラーの一部の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００１６】
１０…装置、１２…ウエハ処理チャンバ、１４…パイプ、１６…インペラー、１８…ウエハホルダ、プラットフォーム、２０…ウエハ、２２…排気用パイプ、２４…垂直中心軸、２６…矢印、３０…矢印、３２…ブラケット、３４…出口端部、３６…矢印、３８…矢印、３９…矢印、４０…ブレード、４２…中心、４４…前縁、４６…後縁、４８…外側リム、５０…スロット、５１…二次通路、水平ガス噴流、５２…ほぼ水平なガス噴流。
【国際公開パンフレット】
2005505926.tif 000002
2005505926.tif 000003
2005505926.tif 000004
2005505926.tif 000005
2005505926.tif 000006
2005505926.tif 000007
2005505926.tif 000008
2005505926.tif 000009
2005505926.tif 000010
2005505926.tif 000011
2005505926.tif 000012
2005505926.tif 000013
【国際調査報告】
2005505926.tif 000014
2005505926.tif 000015
2005505926.tif 000016