(57)【要約】【課題】反応室チャンバ内の基板搬送ポートにガスが流れ込みパーティクルが発生し、また、円筒直線状のノズルのガスの流れが均一にならないことを防止して、均一で、パーティクルのない成膜を可能にする。【解決手段】真空ロードロック室４と反応室チャンバ１１を仕切るための搬送ゲートバルブ３の反応チャンバ１１側に、搬送ポートカバー（遮蔽手段）１６を取り付け、搬送ポートカバー保持棒１３、真空ベローフランジ１４を介して、反応室チャンバ１１の外部からエアシリンダ１５により、上下に動作する。また、反応器のノズルの内側に、均一化手段として、網状部材又は孔開き状部材１７を、４個配置したことで、均一でパーティクルの少ない成膜が可能となる。【選択図】        図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体原料をバブリングし、又は、液体原料の蒸気若しくは気体原料をそのまま輸送して成膜するＣＶＤ装置の気相成長用反応器において、
基板搬送用ポート内にガスの流入を防ぐ遮蔽手段を設けたこと
を特徴とする気相成長用反応器。
【請求項２】
液体原料をバブリングし、又は、液体原料の蒸気若しくは気体原料をそのまま輸送して成膜するＣＶＤ装置の気相成長用反応器において、
ノズル内の途中に、反応ガスを均一化する均一化手段を設けたこと
を特徴とする気相成長用反応器。
【請求項３】
請求項２に記載の気相成長用反応器において、
前記均一化手段は、網状の部材、及び／又は、孔の開いた部材を１枚又は複数枚配置したものであること
を特徴とする気相成長用反応器。
【請求項４】
請求項３に記載の気相成長用反応器において、
前記均一化手段は、相対的に粗さの異なった網状の部材、又は、孔径若しくは孔数の異なった孔の開いた部材を、それぞれ複数組み合わせたものであること
を特徴とする気相成長用反応器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置にガス状のＣＶＤ原料を供給して成膜するために用いる気相成長用反応器に関し、更に詳細にいえば、ノズル、ガス通過部、基板受け渡し部の内部構造を改良した気相成長用反応器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体製造装置においては、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いた成膜方法は、無くてはならない成膜方法である。
【０００３】
図１は、一般的な半導体製造に用いられているＣＶＤ装置の概要を示す図である。図１のＣＶＤ装置は、ガス導入口１から導入した反応ガス（一成分系又は多成分系原料）を、ガス混合器２の部分で混合攪拌し、ガス導入ノズル１０を通して、基板加熱ヒータ７により加熱された基板９に吹き付け、その基板９上に、目的の膜を堆積させる。反応後のガスは、ガス導入ノズル１０と基板９との隙間から、反応室チャンバ１１内に拡散し、真空排気口８から排気される。
【０００４】
図２は、ガス導入ノズルの部分の構造の異なったＣＶＤ装置を示す図である。図２のＣＶＤ装置は、同様に、ガス導入口１から導入した反応ガス（一成分系又は多成分系原料）を、ガスシャワーノズル１２を通して、基板加熱ヒータ７により加熱された基板９に吹き付け、その基板９上に目的の膜を堆積させる。図２の装置において、ガス混合部分を設けていないのは、ガスシャワーノズル１２の部分で混合が行われるので、不要であるためである。反応後のガスは、同様に、ノズル１２と基板９との隙間から、反応室チャンバ１１内に拡散し、真空排気口８から排気される。
図１及び図２においては、基板９を配置するときには、反応室チャンバ１１を大気開放しなければできない構造である。
【０００５】
図３及び図４は、量産用に用いられている真空ロードロック室付のＣＶＤ装置を示した図である。基板９は、真空ロードロック室４内の搬送用アーム６上にセットする。そして、真空ロードロック室４を、真空排気口８から真空排気を行った後に、搬送用ゲートバルブ３を開け、反応室チャンバー１１内の基板加熱ヒータ７上に搬送する。成膜終了後は、逆に、搬送用アーム６により、基板加熱ヒータ７上から基板９を真空ロードロック室４内に移送し、搬送用ゲートバルブ３を締め、真空ロードロック室４を大気圧に戻し、基板９を取り出す（例えば、特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−０６８４７０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の気相成長用反応器は、図１〜図４に示したような内部構造を有しており、基板搬送部のポートがその搬送の必要上、必要不可欠ではある。
しかし、その管状の構造上、基板上を通った未反応ガスを含むガスが流れ込み、滞留し、この滞留により、未反応物がパーティクル状になって浮遊し、又は、未反応物がない壁面上で反応し、それにより、内壁面へ反応生成物が付着し、時間と共に剥離・浮遊し、いずれは、これらが基板上に堆積することにより、均一な膜作製を阻害する原因となっていた。
【０００８】
一方、ガスノズルは、反応ガスを基板上に導くためのものであり、単純な円筒形の構造であるために、パラメータとしてのノズルと基板との距離、ノズルの径と基板の大きさとの関係のみでは、より大きな形状の基板への成膜には、膜厚やデバイス特性の均一性の確保を得るには困難な状況であった。
【０００９】
本発明の目的は、均一な膜作製と、膜厚やデバイス特性の均一性を確保することができる気相成長用反応器を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１の発明は、液体原料をバブリングし、又は、液体原料の蒸気若しくは気体原料をそのまま輸送して成膜するＣＶＤ装置の気相成長用反応器において、基板搬送用ポート内にガスの流入を防ぐ遮蔽手段を設けたことを特徴とする気相成長用反応器である。
【００１１】
請求項２の発明は、液体原料をバブリングし、又は、液体原料の蒸気若しくは気体原料をそのまま輸送して成膜するＣＶＤ装置の気相成長用反応器において、ノズル内の途中に、反応ガスを均一化する均一化手段を設けたことを特徴とする気相成長用反応器である。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２に記載の気相成長用反応器において、前記均一化手段は、網状の部材、及び／又は、孔の開いた部材を１枚又は複数枚配置したものであることを特徴とする気相成長用反応器である。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項３に記載の気相成長用反応器において、前記均一化手段は、相対的に粗さの異なった網状の部材、又は、孔径若しくは孔数の異なった孔の開いた部材を、それぞれ複数組み合わせたものであることを特徴とする気相成長用反応器である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して、本発明の実施の形態について、さらに、詳しく説明する。
［第１実施形態］
図１，図２は、本発明による気相成長用反応器の第１実施形態を示す図である。以下に示す各実施形態では、前述した従来例と同様な機能を果たす部分には、同様な符号を付して、適宜説明を省略する。
第１実施形態の装置は、真空ロードロック室４と反応室チャンバ１１を仕切るための搬送ゲートバルブ３の反応チャンバ１１側に、搬送ポートカバー（遮蔽手段）１６を取り付けたものである。
この搬送ポートカバー１６は、搬送ポートカバー保持棒１３、真空ベローフランジ１４を介して、反応室チャンバ１１の外部からエアシリンダ１５により、上下に動作する。
【００１５】
この搬送ポートカバー１６を動作するタイミングは、搬送ゲートバルブ３と連動して、基板搬送時に、図６に示すように、基板搬送を妨げない位置である下部側に下がる。それ以外の状態では、常に、搬送ポートを覆う状態（図５の状態）である。
もちろん、本発明の目的は、あくまでも、成膜時のガスの巻き込みを避けるためであるために、成膜時に、図５の状態であればよいが、好ましくは、ガスが流れている状態、例えば、ガス導入口１からガスが流れる状態（例えば、窒素パージ状態）等の場合でも、搬送ポートを覆う状態（図５の状態）であることが望ましく、従って、搬送以外のときは、図５の状態を保つことが最良である。
【００１６】
第１実施形態によれば、反応器の搬送ゲート入口付近に、搬送時に邪魔にならないような機構のついたカバー１６で、この部分を覆うことができ、かつ、反応ガスが流入しにくい構造のカバー１６を取り付けることにより、パーティクルなどの発生しない環境で、均一な成膜が可能となった。
【００１７】
（実施例１）
実施例１では、真空ロードロック室４から４インチφのシリコン（１００）製基板９を搬送し、基板加熱ヒータ７上に、その基板９を置き、搬送ポートカバー１６が上部にあり、搬送ポートを覆った状態となっている。
この状態で、反応室チャンバ１１内は、ドライポンプとメカニカルブースタポンプとで到達真空度である０．１ｔｏｒｒ以下になるまで真空引きをした。次に、Ｎ２  ：５３０ｓｃｃｍ、Ｏ２  ：５３０ｓｃｃｍを反応室チャンバ１１内に流しながら圧力が５ｔｏｒｒとなるように、ポンプの排気量を調節する。
基板９の温度を上昇させるために、基板加熱ヒータ７の温度を６５０℃に設定し、温度が安定するのを待った。
同時に、ＰＺＴ膜を作製するための原料ガスである、ジ（２，２，６，６  テトラメチル３，５  ヘプタンジオナイト）鉛［Ｐｂ（ＤＰＭ）２  ］を０．２ｇ／ｍｉｎ、ジ（２，６  ジメチル３，５  ヘプタンジナイト）ジルコニウム［Ｚｒ（ＤＭＨＤ）４  ］を０．１ｇ／ｍｉｎ、ジ（２，２，６，６，−  テトラメチル３，５  ヘプタンジオナイト）ジ（イソプロポキシド）チタン［Ｔｉ（ｉ  ＰｒＯ）２  （ＤＰＭ）２  ］、を０．１ｇ／ｍｉｎ、それから、ドライガスであるＮ２  ：４５０ｓｃｃｍ、Ｏ２  ：５３０ｓｃｃｍを、供給が安定する間、バイパスに流しておく。
基板の温度が十分一定になった状態で、バイパスに流していた原料ガス３種とドライガス２種を切り替えて反応室チャンバ１１に流し始める。
約６０分後、原料ガスを切り替えて、Ｎ２  ：５３０ｓｃｃｍ、Ｏ２  ：５３０ｓｃｃｍのガスをしばらく流し、原料が反応室チャンバ１１内から無くなるのを確認して、ドライガスを止め、反応室チャンバ１１内をポンプで到達真空までひく。その後、ヒータ７の電源を切り、基板温度を下げる。基板温度が十分下がった後に、基板９を搬送して取り出し、基板９の表面のパーティクルの付着状態を観察した。
同じように、搬送ポートカバー１６の無い状態で作製した膜と比較すると、パーティクルの少ない膜が作製できた。
【００１８】
［第２実施形態］
図７は、本発明による気相成長用反応器の第２実施形態を示す図である。
第２実施形態の反応器は、第１実施形態の反応器のノズルの内側に、網状部材又は孔開き状部材１７を、４個配置したものである（均一化手段）。
【００１９】
それぞれの網状部材又は孔開き状部材１７は、相互にメッシュや孔の位置が重ならないように配置した。この理由は、同じ位置に配置すると、たとえ、そのメッシュや孔が異なっていても、まっすぐに通過してしまうガスが増加するために、効果が少なくなるからである。
【００２０】
第２実施形態によれば、ガスノズルにおいて、ガスノズル内の途中に、網状部材又は孔開き状部材を１枚又は複数枚配置することにより、ない場合に比べ、飛躍的に膜厚又は膜特性の均一性を向上させることが可能となった。
【００２１】
（実施例２）
実施例２では、網状部材１７は、２枚を１４メッシュ、残り２枚を６０メッシュとし、上部から、１４メッシュ、６０メッシュ、１４メッシュ、６０メッシュの順に配置した。
これらのメッシュの荒さ、順番、必要数等は、当然ながら、成膜条件により異なるため、常に最適な条件を選択する必要がある。
実施例１と同様の手順で、また、同様の成膜条件で、ガスを流し、基板９上にＰＺＴの膜を作製した。作製した膜の、膜厚と、鉛、ジルコニウム、チタン、酸素の組成比の均一性を蛍光Ｘ線分析法により測定したところ、ノズル内に網状部材１７がない場合に比べ、均一性が増していることが確認された。
【００２２】
（実施例３）
実施例３では、孔開き状部材１７は、実施例２のメッシュのかわりに、孔付の板を４ヶ所に配置したものである。
それぞれの孔の位置は、相互に重ならないように配置した。この理由は、同じ位置に配置すると、たとえその孔径が異なっていても、まっすぐに通過してしまうガスが増加するために効果が少なくなるからである。
実施例３では、孔径を２枚を１ｍｍ、残り２枚を０．５ｍｍとし、上部から、１ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、０．５ｍｍの順に配置した。孔の個数，密度は、いずれも４個／ｃｍ２    とした。
これらの孔径、順番、枚数等は、当然ながら、成膜条件により異なるため、常に最適な条件を選択する必要がある。実施例３では、この条件によって成膜を行った。
実施例１と同様の手順で、また、同様の成膜条件でガスを流し、基板９上にＰＺＴの膜を作製した。実施例３で作製した膜の、膜厚と、鉛、ジルコニウム、チタン、酸素の組成比の均一性を蛍光Ｘ線分析法により測定したところ、ノズル内に網状部材１７がない場合に比べ、均一性が増していることが確認された。
【００２３】
（実施例４）
実施例２及び実施例３において、網状部材又は孔開き状部材１７を、それぞれ別々に用いたが、実施例４では、それぞれを交互に４ヶ所に配置した。
実施例４では、孔開き状部材１７の孔径の２枚を０．５ｍｍ、残り２枚の網状部材１７を６０メッシュとし、上部から、６０メッシュ、０．５ｍｍ、６０メッシュ、０．５ｍｍの順に配置した。孔の個数密度はいずれも４個／ｃｍ２  とした。これらの孔径、順番、枚数等、又は網状部材又は孔開き状部材１７のそれぞれの利用枚数は、当然ながら成膜条件により異なるため、常に最適な条件を選択する必要がある。実施例４では、この条件によって成膜を行った。
実施例１と同様の手順で、また、同様の成膜条件でガスを流し、基板上にＰＺＴの膜を作製した。
実施例４で作製した膜の、膜厚と、鉛、ジルコニウム、チタン、酸素の組成比の均一性を蛍光Ｘ線分析法により測定したところ、ノズル内に網状部材１７がない場合に比べ、均一性が増していることが確認された。
【００２４】
いずれの実施例においても、これらの組み合わせは、それらの効果を補いこそすれ、妨げるものではないため、どのように組み合わせても、本発明の効果を確認できることは、明白である。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明によれば、基板搬送ポートに遮蔽手段を設けることにより、基板搬送ポート内にガスが流れ込むことなくなるため、基板搬送ポート内に流れ込んだ反応ガスによるパーティクルの発生が押えられる。また、ガスの流れも均一になる。
【００２６】
更に、ノズル内にメッシュ、網状部材又は孔開き状部材等の均一化手段を設けることにより、ノズル内を流れる反応ガスが均一化手段により拡散、混合され、ガスの流れの半径方向の分布が改善される。
以上、これらの効果により、パーティクルの無い、均一な膜の作製が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】
一般的に用いられているガス導入部にノズルを用いたバッチ式反応器チャンバーを示す断面図である。
【図２】一般的に用いられているガス導入部にシャワ板を用いたバッチ式反応器チャンバーを示す断面図である。
【図３】一般的に用いられているガス導入部にノズルを用いた真空ロードロック式反応器チャンバーを示す断面図である。
【図４】一般的に用いられているガス導入部にシャワ板を用いた真空ロードロック式バッチ式反応器チャンバーを示す断面図である。
【図５】本発明による気相成長反応器の第１実施形態（搬送ポートカバーが上方に位置し搬送ポートを覆った状態）を示す反応器チャンバーの断面図である。
【図６】本発明による気相成長反応器の第１実施形態（搬送ポートカバーが下方に位置し搬送ポートを覆っていない状態）を示す反応器チャンバーの断面図である。
【図７】本発明による気相成長反応器の第２実施形態（搬送ポートカバーが上方に位置して搬送ポートを覆い、かつ、ノズル内に均一化手段を配置した状態）を示す反応器チャンバーの断面図である。
【符号の説明】
１．ガス導入口
２．ガス混合器
３．搬送ゲート弁
４．真空ロードロック室
５．搬送ロボット
６．搬送用アーム
７．基板加熱ヒータ
８．真空排気口
９．基板
１０．ガス導入ノズル
１１．反応室チャンバ
１２．ガスシャワノズル
１３．搬送ポートカバー保持棒
１４．真空ベローフランジ
１５．エアシリンダ
１６．搬送ポートカバー
１７．網状部材（又は孔開き状部材）
【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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