(57)【要約】【課題】従来の常圧ＣＶＤ装置３０の膜厚のばらつきは、ウェハ３１のＸ方向（進行方向）でＲ／ｍ＝５％〜６％程度、Ｙ方向（横方向）でＲ／ｍ＝５％〜１０％程度、ウェハ全面でＲ／ｍ＝１２％〜１３％程度である。これに対して目標はウェハ全面でＲ／ｍ＝５％以下である。つまり目標に比べ実際のばらつきは２倍以上ある。【解決手段】本発明の常圧ＣＶＤ装置１０では各ディスパーションヘッド１３、１６、１９に専用の搬送ベルト１２、１５、１８を備え、各搬送ベルトは直前の搬送ベルトと所定の角度で交差している。ウェハ１１は搬送ベルトから搬送ベルトへ次々と載り移るがウェハ１１の方向は変わらない。ウェハ１１とディスパーションヘッドの角度が、ディスパーションヘッドが新しくなるたびに搬送ベルトの交差角だけ変化する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のディスパーションヘッドを備えた常圧ＣＶＤ装置において、前記各ディスパーションヘッドが専用の搬送ベルトを備え、前記搬送ベルトがその直前の搬送ベルトと所定の交差角で交差しており、ウェハは前記搬送ベルトから次の搬送ベルトへ順次載り移るが、そのさい前記ウェハの方向が変化しないため、前記ディスパーションヘッドと前記ウェハの角度が前記交差角だけ変化することを特徴とする常圧ＣＶＤ装置。
【請求項２】
請求項１記載の常圧ＣＶＤ装置において、前記搬送ベルトの前記交差角が３０°〜１２０°であることを特徴とする常圧ＣＶＤ装置。
【請求項３】
請求項１記載の常圧ＣＶＤ装置において、前記ウェハのサイズが８インチ以上であることを特徴とする常圧ＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウェハの表面に各種の膜を成膜するための常圧ＣＶＤ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は従来の一般的な常圧ＣＶＤ装置（第一従来例）３０の主要部斜視図である。半導体のウェハ３１はメッシュの搬送ベルト３２の上に載せられ、ディスパーションヘッド３３の下をゆっくり通る。反応ガス供給管３４からディスパーションヘッド３３に反応ガスが供給される。反応ガスとしては、モノシラン、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）、ＴＥＢ（トリエチルボラン）、ＴＥＯＰ（トリエトキシフォスフィン）、酸素、オゾン、窒素などが必要に応じて使われる。反応ガスはディスパーションヘッド３３の中で未反応の状態で横に広がりウェハ３１に降り注ぐ。そしてウェハ３１の表面で反応してＮＳＧ（ノンドープトシリケートガラス）、ＢＰＳＧ（ボロンリンシリケートガラス）などの膜になる。形成される膜の膜厚は約２５ｎｍ〜約６００ｎｍである。
【０００３】
図３ではディスパーションヘッド３３が三基あるが、どのディスパーションヘッド３３からも同一の反応ガスが供給される。ディスパーションヘッド３３を三基設けているのはウェハ３１の処理時間を短くするためである。
【０００４】
図４は第一従来例３０（図３）におけるウェハ３１表面でのＣＶＤ膜の膜厚分布のグラフである。ここでＸ軸はウェハ３１の進行方向、Ｙ軸は進行方向に垂直な方向（横方向）である。またｔは膜厚、ｍは平均膜厚、Ｒは最大膜厚と最小膜厚の差である。
【０００５】
図４から分かるように、Ｘ方向（進行方向）では膜はウェハ３１の中央部で厚く、ウェハ３１前後の周辺部で薄い。逆にＹ方向ではウェハ３１の中央部で薄く、ウェハ３１左右の周辺部で厚い。Ｘ方向（進行方向）でウェハ３１前後周辺部が薄くなる理由は、ウェハ３１裏面にＣＶＤ膜がつかないようにメッシュの搬送ベルト３２の下から窒素ガスを吹き上げているので、ウェハ３１前後周辺部で反応ガス濃度が薄くなるためである。またＹ方向（横方向）でウェハ３１左右周辺部が厚くなる理由は、反応ガスをディスパーションヘッド３３の端で上方に吸い込んで排気しているので、ウェハ３１左右周辺部で反応ガス濃度が濃くなるためである。
【０００６】
ＣＶＤ膜の膜厚のばらつきの尺度として、（最大膜厚と最小膜厚の差Ｒ）／（平均膜厚ｍ）が使われる。第一従来例の常圧ＣＶＤ装置３０の膜厚のばらつきは、Ｘ方向（進行方向）でＲ／ｍ＝５％〜６％程度、Ｙ方向（横方向）でＲ／ｍ＝５％〜１０％程度、ウェハ３１全面でＲ／ｍ＝１２％〜１３％程度である。これに対して目標はウェハ３１全面でＲ／ｍ＝５％以下である。つまり目標に比べ実際のばらつきは２倍以上ある。これが従来の常圧ＣＶＤ装置（第一従来例）３０の問題点である。
【０００７】
このためＣＶＤ膜厚のばらつきを減らすための工夫がいくつか出願されている。図５はその一例である（特開２００２−１２４４７８号公報）。これを第二従来例４０とする。第二従来例４０では搬送ベルト４１の上にウェハ４２が二枚ずつ横に並べられている。一度ディスパーションヘッド４３の下を通ったウェハ４２は、ウェハ順序入れ替え機構４４により左右が逆に置かれて、もう一度ディスパーションヘッド４３の下を通る。一回目と二回目の左右方向の膜厚のばらつきが逆になるのでばらつきが相殺され、ばらつきが少なくなるとのことである。
【０００８】
第二従来例４０のウェハ４２を左右に入れ替える方法は、ウェハ４２が６インチまでならば適用できる。しかしウェハ４２が８インチ以上になるとあまりにも装置が大きくなりすぎるので、ウェハ４２を二枚ずつ横に並べることができない。
【０００９】
図６は常圧ＣＶＤ装置の別の例で、これを第三従来例５０とする（特開平８−１６２４１６号公報）。第三従来例５０ではウェハ５１が搬送ベルト５２に載って移動する間に、ディスパーションヘッド５３をウェハ５１の進行方向と垂直に往復運動させる。但しこれによってＣＶＤ膜厚ばらつきがどのように改善されたかは定量的な記載がない。
【００１０】
図７はさらに常圧ＣＶＤ装置の別の例で、これを第四従来例６０とする（特開平８−１６２４１６号公報）。第四従来例６０ではウェハ６１を回転させながらディスパーションヘッド６２の下を通す。つまりウェハ６１を回転させながら移動させる機構が特徴である。その詳細は書いてないが、相当複雑で高価な機構と推定される。またこれについてもＣＶＤ膜厚ばらつきがどのように改善されたかは定量的な記載がない。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００２−１２４４７８号公報
【特許文献２】
特開平８−１６２４１６号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の常圧ＣＶＤ装置３０の膜厚のばらつきは、ウェハ３１のＸ方向（進行方向）でＲ／ｍ＝５％〜６％程度、Ｙ方向（横方向）でＲ／ｍ＝５％〜１０％程度、ウェハ全面でＲ／ｍ＝１２％〜１３％程度である。これに対して目標はウェハ全面でＲ／ｍ＝５％以下である。つまり目標に比べ実際のばらつきは２倍以上ある。これが従来の常圧ＣＶＤ装置３０の問題点である。
【００１３】
本発明の常圧ＣＶＤ装置は簡単な構成でウェハ全面のＣＶＤ膜厚のばらつきを５％以下にすることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の常圧ＣＶＤ装置では複数のディスパーションヘッドがあって、各ディスパーションヘッドに専用の搬送ベルトを備え、各搬送ベルトは直前の搬送ベルトと所定の角度で交差している。ウェハは搬送ベルトから搬送ベルトへ次々と載り移るが、そのとき東西南北を基準にしたウェハの方向は変わらない。そのためウェハが載り移るたびに、ウェハと搬送ベルトの方向は搬送ベルトの交差角だけずれる。したがってウェハとディスパーションヘッドが水平面でなす角度が、ディスパーションヘッドが新しくなるたびに搬送ベルトの交差角だけ自動的に変化する。
【００１５】
ＣＶＤ膜厚の分布はウェハとディスパーションヘッドの角度に支配される。従来の常圧ＣＶＤ装置ではこの角度が一定であったため、ディスパーションヘッドを通るたびに膜の厚い部分が益々厚くなり、そのため平均膜厚ｍが厚くなるほど最大膜厚と最小膜厚の差Ｒも大きくなって、結局ばらつきＲ／ｍは少しも良くならなかった。
【００１６】
本発明の常圧ＣＶＤ装置では、各ディスパーションヘッドごとにウェハとディスパーションヘッドの角度が変化するので、あるディスパーションヘッドで膜が薄くついた部分も別のディスパーションヘッドでは膜が厚くつく。そのためディスパーションヘッドを通るたびに膜厚のばらつきが矯正され、最終的にばらつきＲ／ｍは小さく抑えられる。これが従来にないシンプルな構造で実現されているのが本発明の特徴である。
【００１７】
請求項１記載の発明は、複数のディスパーションヘッドを備えた常圧ＣＶＤ装置において、前記各ディスパーションヘッドが専用の搬送ベルトを備え、前記搬送ベルトがその直前の搬送ベルトと所定の交差角で交差しており、ウェハは前記搬送ベルトから次の搬送ベルトへ順次載り移るが、そのさい前記ウェハの方向が変化しないため、前記ディスパーションヘッドと前記ウェハの角度が前記交差角だけ変化することを特徴とする常圧ＣＶＤ装置である。
【００１８】
請求項２記載の発明は請求項１記載の常圧ＣＶＤ装置において、前記搬送ベルトの前記交差角が３０°〜１２０°であることを特徴とする常圧ＣＶＤ装置である。実際のディスパーションヘッドの数やクリーンルームでの常圧ＣＶＤ装置のレイアウトを考えると、搬送ベルトの交差角は３０°〜１２０°が実用的である。
【００１９】
請求項３記載の発明は請求項１記載の常圧ＣＶＤ装置において、前記ウェハのサイズが８インチ以上であることを特徴とする常圧ＣＶＤ装置である。ウェハサイズが８インチ以上となると、従来の膜厚ばらつき低減対策が実施しにくくなる。そのため本発明はウェハサイズが大きい場合、具体的には８インチ以上の場合に特に適する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の常圧ＣＶＤ装置の一実施例１０の主要部斜視図である。半導体のウェハ１１はメッシュの第一搬送ベルト１２の上に載せられ、まず第一ディスパーションヘッド１３の下をゆっくり通る。このとき第一反応ガス供給管１４から第一ディスパーションヘッド１３に反応ガスが供給される。反応ガスとしては、モノシラン、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）、ＴＥＢ（トリエチルボラン）、ＴＥＯＰ（トリエトキシフォスフィン）、酸素、オゾン、窒素などが必要に応じて使われる。反応ガスは第一ディスパーションヘッド１３の中で未反応の状態で横に広がりウェハ１１に降り注ぐ。そしてウェハ１１の表面で反応してＮＳＧ（ノンドープトシリケートガラス）、ＢＰＳＧ（ボロンリンシリケートガラス）などの膜になる。形成される膜の膜厚は約２５ｎｍ〜約６００ｎｍである。
【００２１】
第一ディスパーションヘッド１３の下を通過したウェハ１１は第二搬送ベルト１５に載り移る。第一搬送ベルト１２と第二搬送ベルト１５は３０°〜１２０°の間の角度で交差するように作られている。図１は交差角が９０°の場合である。載り移るときウェハ１１の方向は変わらないから、第二搬送ベルト１５の上でのウェハ１１の進行方向は、第一搬送ベルト１２のときから交差角９０°だけ回転する。そしてその状態でウェハ１１は第二ディスパーションヘッド１６の下を通りぬける。このとき第二反応ガス供給管１７から第一反応ガス供給管１４と同じ反応ガスがウェハ１１上に降り注ぎ、それがウェハ１１の表面で反応して、第一ディスパーションヘッド１３のときと同じ膜が形成される。
【００２２】
第二ディスパーションヘッド１６の下を通過したウェハ１１は第三搬送ベルト１８に載り移る。第二搬送ベルト１５と第三搬送ベルト１８も３０°〜１２０°の間の角度で交差するように作られている。図１は交差角が９０°の場合である。このときもウェハ１１の方向は変わらないから、第三搬送ベルト１８の上でのウェハ１１の進行方向は、第二搬送ベルト１５のときから再び交差角９０°だけ回転する。その状態でウェハ１１は第三ディスパーションヘッド１９の下を通りぬける。このときも第三反応ガス供給管２０から第一反応ガス供給管１４、第二反応ガス供給管１７と同じ反応ガスがウェハ１１上に降り注ぎ、それがウェハ１１の表面で反応して、第一ディスパーションヘッド１３、第二ディスパーションヘッド１６のときと同じ膜が形成される。
【００２３】
つまり本発明の場合も第一従来例３０の場合と同じように、三基のディスパーションヘッドにより同一組成の膜がウェハ１１の表面に三回連続して、すなわち三重に形成される。しかし第一従来例３０の場合は三回ともウェハ１１の方向が同じであったため、ウェハ１１表面の膜厚ばらつきが毎回加算されていた。そのため回を重ねても膜厚ばらつきが軽くならない。これに対して本発明の場合はウェハ１１表面の膜厚ばらつきが毎回ある程度打ち消される。このため回を重なるほど膜厚ばらつきが平均化されて減少するという特徴がある。
【００２４】
図２は本発明の実施例１０（図１）におけるウェハ表面でのＣＶＤ膜の膜厚分布である。Ｘ軸は第一搬送ベルト１２の上でのウェハ１１の進行方向、Ｙ軸はそれと垂直な方向（横方向）である。ｔは膜厚、ｍは最終的な平均膜厚、Ｒは最終的な最大膜厚と最小膜厚の差である。
【００２５】
Ｘ軸方向の膜厚分布について、グラフ２１は第一ディスパーションヘッド１３を通過したあと、グラフ２２は第二ディスパーションヘッド１６を通過したあと、グラフ２３は第三ディスパーションヘッド１９を通過したあとの膜厚分布を示す。その膜厚分布を見ると、第一ディスパーションヘッド１３を通過したあと（グラフ２１）は上に強い凸であるが、第二ディスパーションヘッド１６を通過したあと（グラフ２２）はそれが是正されて、逆に下に弱い凸になる。さらに第三ディスパーションヘッド１９を通過したあと（グラフ２３）は再び上に凸になるが、今度は弱い凸である。このときばらつきはＲ／ｍ＝３％程度である。
【００２６】
次にＹ軸方向の膜厚分布について、グラフ２４は第一ディスパーションヘッド１３を通過したあと、グラフ２５は第二ディスパーションヘッド１６を通過したあと、グラフ２６は第三ディスパーションヘッド１９を通過したあとの膜厚分布を示す。その膜厚分布を見ると、第一ディスパーションヘッド１３を通過したあと（グラフ２４）は下に強い凸であるが、第二ディスパーションヘッド１６を通過したあと（グラフ２５）はそれが是正されて、ほぼフラットになる。さらに第三ディスパーションヘッド１９を通過したあと（グラフ２６）は再び下に凸になるが、今度は弱い凸である。このときばらつきはＲ／ｍ＝４％程度である。
【００２７】
上記のように本発明の常圧ＣＶＤ装置装置１０では、Ｘ軸方向のばらつきが約３％、Ｙ軸方向のばらつきが約４％であって、ウェハ１１全面でのばらつきは約５％である。従来はウェハ１１全面でのばらつきが約１２％であったから、ばらつきが従来の４２％になったことになる。またばらつきの目標はウェハ全面で５％以下であったから、この目標もクリアしている。
【００２８】
以上の本発明の常圧ＣＶＤ装置の説明はディスパーションヘッド・搬送ベルトが三組の場合であったが、もちろん二組の場合も四組以上の場合も本発明に含まれる。各搬送ベルトの適当な交差角はディスパーションヘッド・搬送ベルトの組数によっても変わるはずだが、最適な交差角は理論よりも実験によって求めるのが適切である。そのため交差角が３０°〜１２０°の間で自由に変えられる、融通のきく構造が実用的である。
【００２９】
本発明の常圧ＣＶＤ装置は、膜厚ばらつきを減らす工夫をした従来の常圧ＣＶＤ装置（第二従来例〜第四従来例）にくらべて機構がシンプルなので、故障しにくくメンテナンスの手間がかからない。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の常圧ＣＶＤ装置では各ディスパーションヘッドに専用の搬送ベルトを備え、各搬送ベルトは直前の搬送ベルトと所定の角度で交差している。ウェハは搬送ベルトから搬送ベルトへ次々と載り移るがウェハの方向は変わらない。そのためウェハが載り移るたびに、ウェハと搬送ベルトの方向は搬送ベルトの交差角だけずれる。したがってウェハとディスパーションヘッドの角度が、ディスパーションヘッドが新しくなるたびに搬送ベルトの交差角だけ自動的に変化する。
【００３１】
ＣＶＤ膜厚の分布はウェハとディスパーションヘッドの角度に支配される。本発明の常圧ＣＶＤ装置では、各ディスパーションヘッドごとにウェハとディスパーションヘッドの角度が変化するので、あるディスパーションヘッドで膜が薄くついた部分も別のディスパーションヘッドでは膜が厚くつく。そのためディスパーションヘッドを通るたびに膜厚のばらつきが矯正され、最終的にばらつきＲ／ｍは小さく抑えられる。これが従来にないシンプルな構造で実現されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の常圧ＣＶＤ装置の一実施例１０の主要部斜視図
【図２】本発明の常圧ＣＶＤ装置の実施例１０におけるウェハ表面での膜厚分布のグラフ
【図３】従来の一般的な常圧ＣＶＤ装置（第一従来例）３０の主要部斜視図
【図４】第一従来例３０におけるウェハ３１表面での膜厚分布のグラフ
【図５】従来の常圧ＣＶＤ装置の第二例４０の主要部斜視図
【図６】従来の常圧ＣＶＤ装置の第三例５０の主要部斜視図
【図７】従来の常圧ＣＶＤ装置の第四例６０の主要部斜視図
【符号の説明】
１０  本発明の常圧ＣＶＤ装置の一実施例
１１  ウェハ
１２  第一搬送ベルト
１３  第一ディスパーションヘッド
１４  第一反応ガス供給管
１５  第二搬送ベルト
１６  第二ディスパーションヘッド
１７  第二反応ガス供給管
１８  第三搬送ベルト
１９  第三ディスパーションヘッド
２０  第三反応ガス供給管
２１  膜厚分布のグラフ
２２  膜厚分布のグラフ
２３  膜厚分布のグラフ
２４  膜厚分布のグラフ
２５  膜厚分布のグラフ
２６  膜厚分布のグラフ
３０  従来の常圧ＣＶＤ装置の第一例
３１  ウェハ
３２  搬送ベルト
３３  ディスパーションヘッド
３４  反応ガス供給管
４０  従来の常圧ＣＶＤ装置の第二例
４１  搬送ベルト
４２  ウェハ
４３  ディスパーションヘッド
４４  ウェハ順序入れ替え機構
５０  従来の常圧ＣＶＤ装置の第三例
５１  ウェハ
５２  搬送ベルト
５３  ディスパーションヘッド
６０  従来の常圧ＣＶＤ装置の第四例
６１  ウェハ
６２  ディスパーションヘッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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