(57)【要約】      （修正有）【課題】CVD装置においてチャンバー内の基板周囲のガス流を安定化し、堆積する膜の成分及び厚みの均質化を図ることによって、高品質な成膜を行うCVD装置を提供する。【解決手段】排気ガス流速を均等化するための隔壁１１を加熱ステージ及びガスヘッドと排気ポート７，８との間に設置することによって、原料ガスの流れがガスヘッドから基板へ揺らぐことなく噴霧される。これにより、均質な成膜が可能なCVD装置を実現することができる。【選択図】図２
2011146434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバー内のガスヘッドから、加熱ステージに保持された基板へ原料ガスを噴霧することによって前記基板上に薄膜の成膜を行うCVD装置であって、
前記チャンバーは、側面に一個又は複数個の排気ポートを備え、前記加熱ステージ及び前記ガスヘッドと前記排気ポートとを隔てるように、内部に、隔壁を更に備え、
前記隔壁は、複数の開口部を備えることを特徴とするCVD装置。
【請求項２】
前記開口部の形状は、短冊状、円、又は楕円であることを特徴とする請求項１に記載のCVD装置。
【請求項３】
前記開口部の面積は、前記排気ポートからの距離が大きくなるに従い大きくなることを特徴とする請求項１又は２に記載のCVD装置。
【請求項４】
前記基板主面に平行且つ前記基板の中心から第１の排気ポートへの伸長方向をｘ軸、前記原料ガスが噴霧される方向をｚ軸、前記ｘ軸及び前記ｚ軸に垂直な方向をｙ軸とし、
前記排気ポートの総数をＮとし、前記ｘ軸と前記排気ポートのうちの一つが在る方向との成す角をθとしたとき、排気ポートに相対する領域、即ち、θ±（360°／４Ｎ）領域における開口部面積より、排気ポートに相対しない領域における開口部面積が広いことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のCVD装置。
【請求項５】
前記開口部の形状が、
前記原料ガスが噴霧される方向をｚ軸としたとき、
前記開口部のｚ軸方向の幅は、前記排気ポートからの距離が遠くなるに従い広くなることを特徴とする請求項１に記載のCVD装置。
【請求項６】
前記開口部の形状は、円、楕円状、又はガスの流れを乱さない開口形状であり、前記開口部の設置数は、排気ポートからの距離が大きくなるに従い多くなることを特徴とする請求項１に記載のCVD装置。
【請求項７】
前記開口部の面積は可変であることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載のCVD装置。
【請求項８】
前記チャンバーは、円筒形であり、前記隔壁は、前記チャンバーと同一の円筒軸を有する円筒状であることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載のCVD装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はCVD(Chemical Vapor Deposition)装置に関し、具体的には、ガスヘッドから基板に対して噴霧される原料ガスのうちの基板に薄膜を形成することなく廃棄される原料ガス及び微粒子状の生成物（以下、この両者を排気ガスという）の流速を、基板を中心とした円周上で均一に保持することによって、ガスヘッドから基板へ噴霧される原料ガスの流れの揺らぎを除去し、基板上に形成される薄膜の均質性を向上することが可能なCVD装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
CVD装置はシリコンウエハ、石英ガラス、サファイヤなどの基板上に薄膜を形成するために用いられる。
【０００３】
これらの基板上に形成された薄膜を用いて、多くの電子デバイス、及び光デバイスが作製されている。
非特許文献１に示されるように、原料ガスはガスヘッドから基板へ向けて噴霧され、CVDチャンバー内にて、熱、プラズマ、光などによって励起されることによって化学反応が促進され、基板上へ反応生成物が堆積し、結果、成膜が行われる。
【０００４】
基板上へ形成する薄膜へ排気ガスが異物として取り込まれないようにする必要からチャンバー内には排気ポートが設置され、チャンバー外へ速やかに排気ガスを吸引排出している。ガスヘッド及び基板と排気ポートとは、同一チャンバー内に接近して設置されている。基板外周全体に対し排気ガスの吸引効率を一定にする目的から、排気ポートは通常、基板及びガスヘッドに対し、放射状で対称な位置に配置されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】化学工学会編「CVDハンドブック」朝倉書店出版、1991年６月２０日、p.11―28
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
基板外周全体から見た場合、排気ポートの吸引効率は、排気管までの距離に依存し、一定とはならない。このため、排気ガス流は、脈動、偏流などの揺らぎを生じる。吸引される排気ガス流は、原料ガスの後部に連続して存在するため、ガスヘッドから基板へ向けて噴霧される原料ガスの流れに影響を与える。結果として、原料ガスの流れに揺らぎを生じさせ、形成される薄膜に不均質部を発生させることになる。
【０００７】
この薄膜における、膜厚、屈折率、誘電率、抵抗率などの諸特性における不均質性は、この薄膜を元に作製される様々な光デバイス、或いは電子デバイスなどの諸特性のバラツキをもたらす。結果として、この諸特性のバラツキは、所望の光デバイス、電子デバイスの作製を行う上での特性劣化、歩留まり劣化の要因となる。そのため、CVD装置においては、原料ガスの流れを安定化させるための試みが図られてきた。
【０００８】
原料ガスの流れを安定化させるために、従来のCVD装置では、ガスヘッド及び基板を中心とする放射状の対称な位置に複数個の排気ポートを設置するという方法を採っている。しかし、多数の排気ポートを設置したとしても吸引効率を基板外周全体に対し均一に保つことは困難である。従って、依然として原料ガスの流れを安定化させることが困難であるという問題がある。また、この方法では、装置が複雑で大きくなるという問題もある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、チャンバー内のガスヘッドから、加熱ステージに保持された基板へ原料ガスを噴霧することによって基板上に薄膜の成膜を行うCVD装置であって、チャンバーは、側面に一個又は複数個の排気ポートを備え、加熱ステージ及びガスヘッドと排気ポートとを隔てるように、内部に、隔壁を更に備え、隔壁は、複数の開口部を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の一実施態様において、開口部の形状は、短冊状、円、又は楕円であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の一実施態様において、開口部の面積は、排気ポートからの距離が大きくなるに従い大きくなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の一実施態様において、基板主面に平行且つ基板の中心から第１の排気ポートへの伸長方向をｘ軸、原料ガスが噴霧される方向をｚ軸、ｘ軸及びｚ軸に垂直な方向をｙ軸とし、排気ポートの総数をＮとし、ｘ軸と排気ポートのうちの一つが在る方向との成す角をθとしたとき、排気ポートに相対する領域、即ち、θ±（360°／４Ｎ）領域における開口部面積より、排気ポートに相対しない領域における開口部面積が広いことを特徴とする。
【００１３】
本発明の一実施態様において、開口部の形状が、原料ガスが噴霧される方向をｚ軸としたとき、開口部のｚ軸方向の幅は、排気ポートからの距離が遠くなるに従い広くなることを特徴とする。
【００１４】
本発明の一実施態様において、開口部の形状は、円、楕円状、又はガスの流れを乱さない開口形状であり、開口部の設置数は、排気ポートからの距離が大きくなるに従い多くなることを特徴とする。
【００１５】
本発明の一実施態様において、開口部の面積は可変であることを特徴とする。
【００１６】
本発明の一実施態様において、チャンバーは、円筒形であり、隔壁は、チャンバーと同一の円筒軸を有する円筒状であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、CVD装置においてチャンバー内の基板周囲のガス流を安定化することができ、CVD装置における堆積する膜の成分及び厚みの均質性と目標値に対する精度が向上する。これにより、高品質な成膜を行うことが可能なCVD装置を実現することができる。
【００１８】
更に、この薄膜を用いて作製される、光デバイス、及び電子デバイスの特性向上、並びに歩留まり向上が可能となり、より高性能な光デバイス、電子デバイスを、より安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例１に係るCVD装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例１に係るCVD装置におけるチャンバー、排気ポート、廃棄ガス流速均等化壁を模式的に描いた斜視図である。
【図３】図３Ａから図３Ｅは、排気ガス流速均等化壁と流速均等化ホールの形状を説明するための図であり、図３Ｆは、排気ガス流速均等化壁と流速均等化ホールと遮蔽板の形状を説明するための図である。
【図４】ウェハ上膜厚評価箇所を示す模式図である。
【図５】本発明の実施例１における規格化膜厚分布である。
【図６】本発明の実施例２における規格化膜厚分布である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２１】
以下、図１を用いて、本発明の実施例１に係るCVD装置を説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施例１に係るCVD装置本体を模式的に描いた構成図である。本実施例の排気ポートは２本（排気ポート７、排気ポート８）であるが、多数設置されている場合でも基本的な構成は同様である。チャンバー１は、成膜に必要な部材を内包し、且つ外界から遮蔽し、成膜する上で必要とする雰囲気を保持する。原料ガス供給装置２は、作製すべき薄膜に応じた原料ガスを調整し、原料ガス供給配管４を通じてチャンバー１内に設置されたガスヘッド３へ原料ガスを供給する。ガスヘッド３は、原料ガスの流れを加熱ステージ６に保持された基板５全体を十分に覆い尽くす太さを持つ層流に整え噴霧する。加熱ステージ６は、基板５を保持するための機構を有し、基板５を保持する。加熱ステージ６はまた、基板５が必要とする温度分布を得るための複数のヒータを備え、基板５を必要とする温度分布に保持する。基板５は、成膜する薄膜に対して適当な材質と寸法のものが選定される。例えば表面研磨されたシリコンウエハ、石英ガラス、サファイヤなどがある。排気ガスをチャンバー１内から速やかに排出するため、排気ガスは、排気ポート７、排気ポート８、排気管９、集合排気管１０、圧力調整バルブ１３を通じ排気ガス処理装置１４によって吸引されている。チャンバー１内の圧力は、圧力調整バルブ１３の開度を調節することによって調整することができる。圧力調整バルブ１３は、チャンバー１内のチャンバー圧力センサー１５によって検知したチャンバー圧力信号１６を受け、チャンバー１内の圧力を所定の値に保持する様に作動する。排気ガス流速均等化ホール１２を設けた排気ガス流速均等化壁１１は、後述の図２で示すように、円筒状であり、加熱ステージ６及びガスヘッド３と排気ポート７、８とを分離する位置に設置されている。
【００２３】
図２は、本発明の実施例１に係るCVD装置におけるチャンバー１、排気ポート７、８、排気ガス流速均等化壁１１を模式的に描いた斜視図である。図示されないが、排気ガス流速均等化壁の内側には、ガスヘッド及び加熱ステージが設置されている。図２では、２個の排気ポートは、基板中心部を中心として、放射状の対称な位置に設置されている。
【００２４】
図３の各図は、円筒状の排気ガス流速均等化壁１１の側面の展開図である。図３の排気ガス流速均等化壁１１は、高さ１０ｃｍ直径５０ｃｍに対応し、縦１０ｃｍ×横１５７ｃｍのサイズを有し、また約１ｍｍの厚さを有する。図３の各図上部に示された「0度」、「180度」、「360度」は、円筒状の排気ガス流速均等化壁１１の使用状態での円周上の位置を表していて、図１、図２に当てはめた場合、0度と360度は排気ポート７に、180度は排気ポート８に円周上の位置が一致する。
【００２５】
上述のように、排気ガス流速均等化壁１１には排気ガス流速均等化ホール１２が設けられている。図３Ａに示す本実施例では、排気ガス流速均等化ホール１２の形状は短冊状（縦１ｃｍ×横７．５ｃｍ）である。サンプルは、排気ガス流速均等化壁１１の下端から５ｃｍの高さで保持されるようになっており、排気ガス流速均等化ホール１２は、サンプルの２ｃｍ〜３ｃｍ上部の位置、即ち、排気ガス流速均等化壁１１の下端から７ｃｍ〜８ｃｍの位置に設けられている。0度と180度の部分は、排気ガス流速均等化壁１１の上下部分を接合し、形状を保持するため、排気ガス流速均等化ホール１２を設けていない。またこの部分は、排気ポート７、８に最も接近しているので、吸引効率が高くなる。そのため、他の部分と吸引効率の均衡を図る必要から排気ガス流速均等化ホール１２を設けていない。
【００２６】
本実施例に係るCVDチャンバーを使用して、Si（OC2H5）4（テトラエトキシシラン）、PO(CH3)3(トリメチルフォスフェイト)、及びB(OC2H5)3(トリエトキシボロン)を原料ガスとし、６インチシリコン基板上に、ＢＰＳＧ膜（SiO2-B2O5-P2O3、ガラス膜）の堆積を行った。CVDチャンバー内圧力は、−２００Ｐａに制御された条件で堆積を行った。シリコン基板は加熱ステージにより、堆積時には、基板表面が、５００℃となる様に設置、調整した。膜堆積後、１０００℃にて、電気炉で熱処理を行った。成膜後、光学的手法を用い、基板上のＢＰＳＧ膜の膜厚評価を行った。図４に示すように、ウェハ中央円部の直径φ１２０ｍｍ内における１０ｍｍ間隔のグリッド上の点にて評価を行った。即ち、１ウェハあたり１１３点に関し、膜厚を、測定及び評価した。所望の想定膜厚ｔ0に対する実測膜厚ｔ1の比ｔ＝ｔ1／ｔ0を規格化膜厚とし、膜厚評価の指標とした。
【００２７】
図５に、１０ウェハ、１１３０点における規格化膜厚の分布（図５中のwith_wall）を示す。比較のため、図５には、図３Ａに示す排気ガス流速均等化壁１１を備えるCVD装置からこの排気ガス流速均等化壁１１を取り外し、堆積条件がほぼ同一となる様に調整した条件下にて成膜を行ったＢＰＳＧ膜の規格化膜厚の分布（図５中のw/o_wall）も合わせて示す。
【００２８】
排気ガス流速均等化壁１１を設置せずに成膜を行った場合の規格化膜厚分布は、概ね±５．０％の範囲に及んでいるのに対し、排気ガス流速均等化壁１１を設けて、堆積を行った場合には、その分布が概ね±１．５％の範囲に改善されたことを示している。
【００２９】
この膜厚分布量の低減は、この薄膜を用いて作製されるデバイスの特性分布幅低減、歩留まり向上に大きく寄与する。
【００３０】
代替の実施形態として、図３Ｂに示す、排気ガス流速均等化壁によっても、同等の改善をみることができた．図３Ｂに示す実施形態では、排気ガス流速均等化ホール１２として、直径１ｃｍの１４個の円形の開口部が設けられている。排気ガス流速均等化ホール１２は、開口部の円の中心が排気ガス流速均等化壁１１の下端から７ｃｍ〜８ｃｍとなるような位置に設けられている。
【００３１】
なお、図３Ｂでは、開口部形状に円を用いているが、楕円、或いはこれらに類する開口部形状にても、同等の効果を得ることが可能である。円、楕円に類する開口部形状としては、例えば、三角形において各頂点部が丸みを帯びている形状や、四角形において各頂点部が丸みを帯びている形状等といった、多角形において各頂点部が丸みを帯びている形状が含まれる。
【００３２】
上記の実施例は排気ポートが２個の場合であるが、排気ポートがより多数の場合でも排気ポートと流速均等化ホールの円周上の位置関係は同様に設けることが可能である。
【実施例２】
【００３３】
本実施例に係るCVDチャンバーでは、排気ガス流速均等化壁１１として、図３Ｃに示す排気ガス流速均等化壁を用いた。実施例１と同様にＢＰＳＧ膜の成膜を行い、その規格化膜厚分布を調べた。
【００３４】
本実施例に係るCVDチャンバーは、排気ガス流速均等化壁１１に排気ガス流速均等化ホール１２として複数個の円形開口部が設けられている。開口部の大きさを排気ポートからの距離が大きくなるに従い大きくすることにより、吸引効率の均等化を効果的に行うことができる。このとき、開口部の円の直径は、５ｍｍ〜１５ｍｍの範囲をとる。排気ガス流速均等化ホール１２は、複数個の円形開口部の各中心が排気ガス流速均等化壁１１の下端から７ｃｍ〜８ｃｍとなるような位置に設けられている。
【００３５】
具体的には、排気ポートに相対する、０°±４５°の領域、及び１８０°±４５°の領域に設けられた開口部面積より、排気ポートに相対しない、９０°±４５°、２７０°±４５°領域の開口部面積を広くとることにより、流速均等化効果を高めることができる。
【００３６】
図６に、実施例２における規格化膜厚分布を示す。図５と同様に、with_wallが排気ガス流速均等化壁を設置した場合、w/o_wallが排気ガス流速均等化壁を設置しない場合を示している。排気ガス流速均等化壁を設置せずに成膜を行った場合の規格化膜厚分布は、概ね±５．０％の範囲に及んでいるのに対し、排気ガス流速均等化壁を設けて、堆積を行った場合には、その分布が概ね±０．５％の範囲に改善されており、図３Ａ、図３Ｂに示した排気ガス流速均等化壁を設置して成膜を行った場合と比較しても、更なる効果の改善を見ることができた。
【００３７】
この膜厚分布の改善は、この薄膜を用いて作製されるデバイスの特性分布幅低減、歩留まり向上に大きく寄与する。
【００３８】
代替の実施形態として、図３Ｄ、図３Ｅに示す、排気ガス流速均等化壁によっても、同等の改善をみることができた。
【００３９】
図３Ｄに示す排気ガス流速均等化壁１２は、短冊状の流速均等化ホールの開口幅を排気ポートからの距離が大きくなるに従い大きくし、低下する吸引効率を補うことを目的としたもので吸引効率の均等化を効果的に行うことができる。このとき、短冊形の横の長さは７．５ｃｍであり、開口幅は、５ｍｍ〜１５ｍｍの範囲をとる。
【００４０】
代替の実施形態として、図３Ｅに示す排気ガス流速均等化壁１１は、排気ガス流速均等化ホール１２として小径穴を多数開けることで構成されている。小径穴の個数を排気ポートからの距離が大きくなるに従い多くするように、小径穴の個数を調整することにより、吸引効率の均等化を効果的に行うことができる。
【００４１】
排気ガス流速均等化壁における開口部の形状、面積の最適値は、堆積膜種、膜堆積速度などに因っているが、堆積速度などの成膜条件を変更する毎に、排気ガス流速均等化壁を交換することは、作業を煩雑にし、非効率的である。よって、成膜種や成膜条件の変更を伴う場合には、代替の実施形態として、図３Ｆに示す様に、図３Ｄと同様の開口部を設けたうえで、更に遮蔽板１７を用いて、開口部面積、形状を変えることができる排気ガス流速均等化壁を用いることが有効である。図３Ｆに示すような排気ガス流速均等化壁１１を設置し、堆積を行った場合には、その規格化膜厚分布が概ね±０．５％の範囲に改善されており、図３Ｃ、図３Ｄ、図３Ｅに示す排気ガス流速均等化壁と同等の改善効果が得られた。
【００４２】
上記の実施例ではBPSG膜に関する結果を示したが、SiO2膜、SiO2-GeO2膜等のガラス膜に対しても同様な効果を得ることができた。
【００４３】
また、上記の例示的な排気ガス流速均等化壁は、排気ポート数２に対応したものであるが、より多くの排気ポート数を有する場合、即ち、排気ポート数Ｎ＝３，４，・・・に対しても、排気ポートが在る角度θに対し、排気ポートに相対する領域、θ±（360°／４N）領域における開口部面積より、排気ポートに相対しない領域における開口部面積を広くとることにより、排気ガス流速均等化を効果的に実現することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１  チャンバー
２  原料ガス供給装置
３  ガスヘッド
４  原料ガス供給配管
５  基板
６  加熱ステージ
７  排気ポート
８  排気ポート
９  排気管
１０  集合排気管
１１  廃棄ガス流速均等化壁
１２  廃棄ガス流速均等化ホール
１３  圧力調整バルブ
１４  廃棄ガス処理装置
１５  チャンバー圧力センサー
１６  チャンバー圧力信号
１７  遮蔽板
【図１】
2011146434.tif 000003
【図２】
2011146434.tif 000004
【図３】
2011146434.tif 000005
【図４】
2011146434.tif 000006
【図５】
2011146434.tif 000007
【図６】
2011146434.tif 000008